KR20150029997A - 하프톤 마스크 및 이를 이용한 표시장치의 제조방법 - Google Patents

하프톤 마스크 및 이를 이용한 표시장치의 제조방법 Download PDF

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KR20150029997A
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Abstract

복수개의 셀 영역과 복수개의 주변부 영역으로 구분하여 정의된 기판상에 증착막을 형성하는 단계; 상기 증착막에 포토레지스트를 도포하는 단계; 광투과율이 서로 다른 제 1 투광부와 제 2 투광부를 구비한 하프톤 마스크를 준비하여, 상기 셀 영역에 상대적으로 광투과율이 높은 상기 제 1 투광부가, 상기 주변부 영역에 상대적으로 광투과율이 낮은 상기 제 2 투광부가 각각 위치되도록 상기 하프톤 마스크를 설치하는 단계; 상기 하프톤 마스크를 통해 상기 셀 영역에 도포된 포토레지스트와 상기 주변부 영역에 도포된 포토레지스트를 서로 다른 광량으로 노광시키는 단계; 상기 노광된 포토레지스트를 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 증착막을 식각하여 상기 셀 영역에 패턴을 형성하고, 상기 주변부 영역에 형성된 상기 증착막을 제거하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 스트립(strip) 하는 단계;를 포함하며, 상기 하프톤 마스크의 상기 제 2 투광부의 광투과율이 상기 제 1 투광부의 광투과율의 50% 내지는 90% 인 것을 특징으로 하는 표시장치의 제조방법을 제공한다.

Description

하프톤 마스크 및 이를 이용한 표시장치의 제조방법{HALFTONE MASK AND METHOD OF MANUFACTURING DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 하프톤 마스크 및 이를 이용한 표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 포토레지스트를 노광하는 단계에서 셀 영역의 노광량보다 주변부 영역의 노광량을 적게 주어 미세 패턴의 균일도를 향상시키도록 한 하프톤 마스크 및 이를 이용한 표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
유기발광표시장치, 액정표시장치 등과 같은 표시장치는 구동을 위해 적어도 하나의 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT) 및 커패시터 등과 이들을 연결하는 배선을 포함하는 패턴이 형성된 기판상에 제작된다. 상기 패턴을 형성하는 기술을 리소그래피(Lithography) 기술이라 한다. 리소그래피 기술은 기판 상에 포토 레지스트(photo resist)를 도포한 후 노광, 현상, 에칭, 포토 레지스트 제거에 이르는 일련의 프로세스를 모두 포함한다. 리소그래피 기술 중 핵심은 기판 상에 포토 레지스트를 형성한 후 빛을 주사하는 노광 공정을 통해 포토 레지스트를 패터닝하는 것이다. 최근 표시장치가 소형화, 박막화 됨에 따라 배선 및 박막 트랜지스터 등 미세 패턴을 형성하기 위한 리소그래피 기술의 필요성이 커지고 있다.
표시장치의 품질을 판단할 때 상기 미세 패턴이 얼마나 균일하게 제조될 수 있는가 하는 것이 중요한 요건이 된다. 이를 통상적으로 패턴의 균일도(CD uniformity)라고 하는데, 미세 패턴의 폭이 디스플레이 패널의 전 영역에서 균일하게 형성되었는지 여부를 나타내는 척도이다. 상기 패턴의 균일도가 낮아지게 되면 디스플레이 패널의 위치별 휘도차가 생기게 된다. 상기 위치별 휘도차는 사용자에게 디스플레이 패널의 얼룩으로 보이게 된다. 이를 개선하기 위해서는 노광 공정에서 마스크에 정의된 형태에 따라 정확하게 패턴을 형성할 수 있어야 한다. 하지만, 마스크에 정의된 형태에 따라 미세 패턴을 형성하는 데에는 노광 공정의 조건이나 노광 장비의 기술적인 제약 등으로 인해 공정 오차가 발생한다.
본 발명의 일례에서는 하프톤 마스크 및 이를 이용한 표시장치의 제조방법을 제공하고자 한다. 이를 위하여 본 발명의 일례에서는 셀 영역과 주변부 영역에 노광량을 달리 주는 하프톤 마스크 및 이를 이용한 표시장치의 제조방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 일예는 복수개의 셀 영역과 복수개의 주변부 영역으로 구분하여 정의된 기판상에 증착막을 형성하는 단계; 상기 증착막에 포토레지스트를 도포하는 단계; 광투과율이 서로 다른 제 1 투광부와 제 2 투광부를 구비한 하프톤 마스크를 준비하여, 상기 셀 영역에 상대적으로 광투과율이 높은 상기 제 1 투광부가, 상기 주변부 영역에 상대적으로 광투과율이 낮은 상기 제 2 투광부가 각각 위치되도록 상기 하프톤 마스크를 설치하는 단계; 상기 하프톤 마스크를 통해 상기 셀 영역에 도포된 포토레지스트와 상기 주변부 영역에 도포된 포토레지스트를 서로 다른 광량으로 노광시키는 단계; 상기 노광된 포토레지스트를 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 증착막을 식각하여 상기 셀 영역에 패턴을 형성하고, 상기 주변부 영역에 형성된 상기 증착막을 제거하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 스트립(strip) 하는 단계;를 포함하며, 상기 하프톤 마스크의 상기 제 2 투광부의 광투과율이 상기 제 1 투광부의 광투과율의 50% 내지는 90% 인 것을 특징으로 하는 표시장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일예에 따르면, 상기 셀 영역은 화소 영역과 비화소 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 일예에 따르면, 상기 제 1 투광부는 투과부 및 투과율 조절부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일예에 따르면, 하프톤 마스크를 설치하는 단계는, 상기 화소 영역에 상대적으로 광투과율이 높은 상기 투과부가, 상기 비화소 영역에 상대적으로 광투과율이 낮은 투과율 조절부가 각각 위치되도록 상기 하프톤 마스크를 설치할 수 있다.
본 발명의 일예에 따르면, 상기 셀 영역은 디스플레이 단위패널을 이룰 수 있다.
본 발명의 일예에 따르면, 상기 주변부 영역은 상기 셀 영역 사이의 영역일 수 있다.
본 발명의 일예에 따르면, 상기 주변부 영역은 커팅라인을 포함할 수 있다.
본 발명의 일예에 따르면, 상기 포토레지스트를 서로 다른 광량으로 노광시키는 단계에서는, 상기 포토레지스트는 상기 복수개의 셀 영역을 순차적으로 이동하는 샷에 의해서 노광될 수 있다.
본 발명의 일예에 따르면, 상기 증착막은 반도체막, 절연막, 금속막 및 수지막 중 어느 하나를 형성하기 위한 증착물질일 수 있다.
본 발명의 일예에 따르면, 상기 패턴은 게이트 전극, 절연막, 반도체막, 데이터 전극, 보호막, 화소전극, 블랙매트릭스 및 공통전극 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일예에서는 제 1 투광부; 상기 제 1 투광부를 둘러싸는 제 2 투광부;를 포함하며, 상기 제 2 투광부의 광투과율은 상기 제 1 투광부의 광투과율의 50% 내지 90% 범위이며, 상기 제 2 투광부를 통과하는 광은 복수개의 셀 영역과 복수개의 주변부 영역으로 구분하여 정의된 기판의 영역 중 상기 주변부 영역에 입사되는 하프톤 마스크를 제공한다.
본 발명의 일예에 따르면, 상기 제 1 투광부는 투과부 및 투과율 조절부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일례에 따른 하프톤 마스크 및 이를 이용한 표시장치의 제조방법은 미세한 패턴을 형성하는 과정에서 기판 상에 절단 영역을 포함하는 주변부 영역에 투과되는 광량을 조절함으로써, 미세 패턴의 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 복수개의 셀 영역과 주변부 영역으로 구분되어 정의된 기판을 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 하프톤 마스크를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 하프톤 마스크를 이용한 노광 단계를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예 1에 따른 표시장치의 리소그래피 공정을 나타낸 도면이다.
도 5는 셀 영역의 중앙부와 외각부의 패턴을 확대한 도면이다.
도 6는 셀 영역의 중앙부와 외각부의 패턴의 균일도 차이를 주변부 영역에 노광되는 광량에 따라 나타낸 도면이다.
도 7은 셀 영역의 패턴의 균일도를 주변부 영역에 노광되는 광량에 따라 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 하프톤 마스크를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 하프톤 마스크를 이용한 노광 단계를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 구체적인 도면을 참조하여 본 발명의 예들을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 설명하는 실시예나 도면들로 한정되는 것은 아니다. 이하에서 설명되는 내용과 도면에 도시된 실시예들로부터 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 표현하기 위해 사용된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
참고로, 상기 도면에서는, 이해를 돕기 위하여 각 구성요소와 그 형상 등이 간략하게 그려지거나 또는 과장되어 그려지기도 하였다. 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
또한, 어떤 층이나 구성요소가 다른 층이나 또는 구성요소의 '상'에 있다 라고 기재되는 경우에는, 상기 어떤 층이나 구성요소가 상기 다른 층이나 구성요소와 직접 접촉하여 배치된 경우뿐만 아니라, 그 사이에 제3의 층이 개재되어 배치된 경우까지 모두 포함하는 의미이다.
본 명세서 상에는 액정표시장치를 일 실시예로 설명하나, 이에 한정될 것은 아니다. 액정표시장치 이외에도 영상을 표시할 수 있는 표시장치이면 가능하다.
도 1은 복수개의 셀 영역과 주변부 영역으로 구분되어 정의된 기판을 나타낸 평면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하프톤 마스크 및 이를 이용한 표시장치의 제조방법에 쓰이는 기판(100)을 나타내고 있다.
상기 기판(100)은 복수개의 셀 영역(111 내지 116)과 복수개의 주변부 영역(120)으로 구분하여 정의된다. 상기 기판(110)은 리소그래피 공정이 모두 마무리 된 후, 각각의 디스플레이 단위패널로 절단된다. 도 1에서는 6개의 단위패널로 나누어질 수 있도록 6개의 셀 영역(111 내지 116)을 예시하고 있다. 이외에도 셀 영역(111 내지 116)의 개수는 당업자의 필요에 따라서 변경할 수 있다. 후술할 내용에서는 상기 복수개의 셀 영역인 111 내지 116을 110으로 통칭하여 부호를 병기한다.
한편, 상기 기판(100)은 유리 기판, 석영 기판, 투명 수지 기판과 같은 다양한 재질로 형성될 수 있으며, 플렉서블한 재료를 이용하여 형성될 수도 있다. 상기 기판(100)으로 사용될 수 있는 투명 수지 기판은 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 폴리아크릴레이트 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에테르 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 술폰산 수지 등을 포함할 수 있다.
상기 셀 영역(110)은 서로 면적이 동일하며, 각각이 디스플레이 단위패널을 이룬다. 예를 들면, 액정표시장치의 경우 상기 셀 영역(110)에는 박막트랜지스터 공정 및 컬러필터 공정이 진행될 수 있다. 예를 들면, 상기 셀 영역(110)에는 게이트전극, 절연막, 반도체막, 데이터전극, 보호막 및 화소전극이 순차적으로 생성될 수 있다. 또는, 상기 셀 영역(110)은 블랙매트릭스, 컬러필터층 및 공통전극이 순차적으로 생성될 수 있다. 이외에도 유기발광 표시장치의 경우에는 상기 복수개의 셀 영역(110)에 애노드, 유기발광층, 화소정의막, 캐소드, 캐핑층 및 박막봉지층 등이 순차적으로 형성될 수 있다.
상기 복수개의 주변부 영역(120)은 상기 셀 영역(110) 사이의 영역이다. 상기 주변부 영역(120)은 상기 셀 영역(110) 각각을 감싸는 영역을 복수개 포함하는 영역일 수 있고, 상기 주변부 영역(120)은 복수개의 주변부 영역이 연결된 하나의 영역일 수 있다. 하기에서는 상기 주변부 영역(120)은 하나의 영역임을 전제로 설명한다. 물론 상기 주변부 영역(120)은 앞서 설명한 바와 같이 복수개 일 수 있다.
또한, 상기 주변부 영역(120)은 커팅라인을 포함한다. 상기 커팅라인은 각각의 셀 영역(110)을 나누기 위한 절단 공정 시 절단이 이루어지는 부분이다. 도 1에서 표시된 점선이 상기 커팅 라인이다. 상기 주변부 영역(120)은 패턴이 형성되지 않거나 극히 패턴 밀도가 낮은 영역이다.
상기 기판(100) 전 영역에 포토레지스트가 도포된 뒤, 노광 장비는 마스크를 통하여 상기 복수개의 셀 영역(110)을 순차적으로 이동하며 상기 포토레지스트를 노광한다.
상기 노광 공정에서 셀영역(110)과 주변부 영역(120)은 동일한 노광량을 받게 되고, 이는 미세패턴의 균일도를 낮추게 되는 원인이 된다.
구체적으로, 상기 미세패턴의 균일도를 낮추는 원인을 살펴보면 다음과 같다.
상기 셀 영역(110)은 패턴이 형성되는 영역이다. 예를 들면, 박막트랜지스터 공정 진행 시 게이트 전극, 절연막 및 반도체막, 데이터 전극, 보호막 및 화소전극이 순차적으로 형성된다. 상기 각각의 패턴을 형성하기 위해 복수회의 리소그래피 공정이 상기 셀 영역(110)에 진행된다. 따라서 각각의 리소그래피 공정이 진행될수록 셀 영역(111 내지 116)은 패턴의 밀도가 높아지지만 주변부 영역(120)은 패턴이 형성되지 않기 때문에 패턴의 밀도가 극히 낮다. 그리고 상기 박막트랜지스터 공정 중 화소전극을 패턴화 하는 경우에는 이미 형성된 패턴들이 상기 셀 영역(110)에 존재한다.따라서 화소 전극을 형성하기 위한 포토레지스트를 기판(100)에 평탄하게 도포하는 경우, 주변부 영역(120)은 셀 영역(110)보다 포토레지스트가 두껍게 도포된다. 상기 주변부 영역(120)은 상기 셀 영역(110)에 비해 패턴이 없거나 극히 밀도가 낮기 때문이다. 즉, 이미 적층된 패턴들의 두께 차이로 인하여 상기 셀 영역(110)보다 상기 주변부 영역(120)의 포토레지스트 두께가 상대적으로 두껍게 도포되는 것이다.
한편, 상기 복수개의 셀 영역(110)에 수행되는 노광공정은 각각의 셀 영역(110)마다 순차적으로 이동하는 샷에 의해서 노광된다. 즉, 하나의 셀 영역(110)에 마스크를 이용하여 노광 공정을 수행한 후 이웃한 셀 영역에 동일한 마스크를 이용하여 노광 공정을 수행한다. 셀 영역(110)은 마스크에 의해 한번씩 광원에 노출되어 패턴이 인쇄되는 반면, 주변부 영역(120)의 경우에는 셀 영역(110)과 달리 광원에 여러 번 노출된다. 그리고 상기 셀 영역(110)과 상기 주변부 영역(120)에 노광되는 광량도 동일하게 적용된다. 따라서 상대적으로 포토레지스트가 두껍게 도포되는 주변부 영역(120)의 광량이 상대적으로 얇게 포토레지스트가 도포되는 셀 영역(110)에 조사되는 광량과 동일하거나 더 많게 된다.
종합하면, 상기 셀 영역(110)보다 상대적으로 두껍게 포토레지스트가 도포된 상기 주변부 영역(120)에 상기 셀 영역(110)에 조사되는 노광량과 동일하거나 더 많은 노광량을 조사하게 된다. 따라서 현상 공정을 진행하는 경우, 상기 주변부 영역(120)에서 더 많은 포토레지스트가 현상되고, 현상액을 빠르게 탁하게 만든다.
상기 급격히 탁해진 현상액은 상기 셀 영역(110)에 형성된 포토레지스트의 현상 공정을 방해하게 되고, 셀 영역(110)의 포토레지스트 패턴 선폭이 불균일하게 되는 원인이 된다.
이와 같이 셀 영역(110)의 포토레지스트 패턴이 균일하지 않게되면, 후에 형성될 미세 패턴의 검사과정에서 테두리 얼룩으로 나타나게 된다. 특히, 셀 영역(110)이 끝나는 경계 영역에 형성된 미세 패턴의 선폭이 셀 영역(110)의 다른 부분보다 상대적으로 균일하지 않게 측정된다.
상기와 같은 불균일한 미세 패턴 선폭의 문제점에 대한 원인은 앞서 검토한 바와 같이 셀 영역(110)과 주변부 영역(120)의 노광량 차이 이다.
따라서, 주변부 영역(120)의 포토레지스트 현상 속도가 빨라지고, 현상되는 포토레지스트의 양이 많아지는 결과를 방지하기 위해 상기 셀 영역(110)과 주변부 영역(120)에 노광량의 차이를 두는 하프톤 마스크(500)를 제안한다.
실시예 1
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 하프톤 마스크를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 하프톤 마스크를 이용한 노광 단계를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 2 를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 하프톤 마스크(500)는 제 1 투광부(510) 및 제 2 투광부(520)를 포함한다.
도 3에 개시된 바와 같이, 제 1 투광부(510)은 투과 영역(511) 및 차단 영역(512)을 포함할 수 있다. 상기 투과 영역(511)은 투명 기판으로 이루어질 수 있고, 상기 투명 기판은 노광에 사용되는 소정 파장대의 광을 완전히 투과시키는 석영 또는 글래스(glass) 기판일 수 있다. 상기 차단 영역(512)은 박막이며, 조사되는 광을 차단할 수 있는 물질, 예를 들면 크롬(Cr), 크롬 화합물, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 화합물로 이루어질 수 있다. 도시되지는 않았지만, 차단 영역(512) 상에 노광 공정 시 광의 반사를 방지하기 위한 반사방지막을 더 구비할 수 있다. 반사방지막은 크롬산화물(CrOX)로 이루어질 수 있다. 또는, 차단 영역(512) 상에 반사방지막을 형성하는 대신에, 차단 영역(512)을 형성하기 위한 물질으로 선택된 물질을 표면 처리 공정을 거치게 하여 반사방지막으로 사용되는 크롬산화물과 동일한 반사율을 갖도록 할 수 있다. 상기 투과 영역(511)과 상기 차단 영역(512)을 다양하게 형성하여 상기 하프톤 마스크(500)로 여러 미세 패턴을 형성할 수 있다.
상기 제 2 투광부(520)는 상기 제 1 투광부(510)를 둘러싼다. 상기 제 2 투광부(520)의 광투과율은 상기 제 1 투광부(510)의 광투과율의 50% 내지 90% 범위이이다. 상기 제 2 투광부(520)는 조사되는 소정 파장대의 광을 일부만 투과시킬 수 있도록 다양하게 형성될 수 있다. 상기 제 2 투광부(520)를 이루는 물질로는 대표적으로 크롬(Cr) 화합물을 들 수 있으며, 크롬 계열 외에도, 몰리브덴실리콘(MoSi) 계열의 화합물, 실리콘(Si), 텅스텐(W) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 어느 한 물질 또는 그 화합물을 들 수 있다. 크롬(Cr) 화합물로는, 크롬(Cr)의 산화물, 질화물, 산질화물 또는 불화물 중의 어느 하나일 수 있다.
한편, 조사되는 광은 노광 장비에 따라 파장대가 달라질 수 있으므로 별도로 제한되는 것은 아니며, 일반적으로 평판디스플레이의 경우 대략 300㎚ ～ 500㎚ 범위의 복합 파장의 광원이 사용된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 투광부(520)를 통과하는 광은 상기 주변부 영역(120)에 입사된다. 상기 제 1 투광부(510)를 통과하는 광은 셀 영역(111)에 입사된다. 상기 입사되는 광은 기판(100)상에 형성된 증착막(220a) 상에 도포된 포토레지스트(300a)에 조사된다. 따라서 상기 하프톤 마스크(500)로 인하여 상기 셀 영역(111)과 상기 주변부 영역(120)에 조사되는 광량이 차이가 나고, 주변부 영역(120)은 상기 셀 영역(111)보다 광이 적게 조사된다. 상기와 같은 노광량 차이로 인하여 현상공정에서 주변부 영역(120)에 도포된 포토레지스트(300a)의 현상 속도가 느려지게 되고, 현상되는 포토레지스트(300a)의 양도 적어진다. 따라서 현상액이 탁해지는 속도도 늦춰지게 되고, 상기 셀 영역(111)에 형성되는 미세 패턴의 균일도가 향상된다. 상기 제 2 투광부(520)의 광투과율 범위인 50% 내지는 90%는 하나의 일 예에 불과하고, 미세 패턴의 균일도를 향상할 수 있는 범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다. 상기 제 2 투광부(520)의 광투과율 범위에 대한 자세한 내용은 후술한다.
상기 하프톤 마스크(500)를 이용한 표시장치의 리소그래피 공정을 설명하면 다음과 같다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 리소그래피 공정을 나타낸 도면이다. 상기 복수개의 셀 영역(110) 중 하나의 셀 영역(111)을 예로 들어 설명한다. 앞서 설명한 바와 같이 노광 공정에서 상기 복수개의 셀 영역(110)에 순차적으로 하프톤 마스크(500)를 이동시켜 노광한다.
도 4a를 참조하면, 기판(100) 상에 증착막(200a)가 균일한 두께로 형성된다. 예를 들면, 상기 증착막(200a)는 반도체막, 절연막, 금속막 및 수직막 중 어느 하나를 형성하기 위한 증착 물질일 수 있다.
도 4b를 참조하면, 상기 증착막(200a)상에 포지티브(positive) 타입의 포토레지스트(300a)가 도포된다.
도 4c를 참조하면, 상기 포토레지스트(300a) 위에 하프톤 마스크(500)를 배치시키고 노광 단계가 진행된다. 상세하게는, 광투과율이 서로 다른 제 1 투광부(510)와 제 2 투광부(520)를 구비한 하프톤 마스크(500)를 준비하여, 상기 셀 영역(111)에 상대적으로 광투과율이 높은 상기 제 1 투광부(510)가, 상기 주변부 영역(120)에 상대적으로 광투과율이 낮은 상기 제 2 투광부(520)가 각각 위치되도록 상기 하프톤 마스크(500)를 배치한다. 그 뒤 상기 하프톤 마스크(500)를 통해 상기 셀 영역(111)에 도포된 포토레지스트(300a)와 상기 주변부 영역(120)에 도포된 포토레지스트(300a)를 서로 다른 광량으로 노광시킨다.
도 4 d를 참고하면, 상기 노광된 포토레지스트(300a)를 현상하여 포토레지스트 패턴(400b)을 현상한다.
도 4 e를 참고하면, 상기 포토레지스트 패턴(400b)을 이용하여 상기 증착막(200a)을 식각하여 상기 셀 영역(111)에 패턴을 형성하고, 상기 주변부 영역(120)에 형성된 상기 증착막(200a)을 제거한다. 그 뒤 상기 포토레지스트 패턴(300b)을 스트립(strip) 하면 상기 셀 영역(111)에 복수개의 미세 패턴이 형성된다. 상기 패턴은 게이트 전극, 절연막, 반도체막, 데이터 전극, 보호막, 화소전극, 블랙매트릭스 및 공통전극 중 어느 하나 일 수 있다.
상기와 같이, 하프톤 마스크(500)를 이용하여 노광을 진행하게 되면 셀 영역(111)의 미세 패턴 균일도가 향상된다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 노광 시 주변부 영역(120)에 형성된 포토레지스트(300a)가 노광을 적게 받게 되고, 현상 공정에서 주변부 영역(120)에 현상액으로 흘러나오는 포토레지스트(300a)의 양이 적어지게 된다. 따라서 현상액이 탁해지는 정도가 낮아지게 되고, 셀 영역(111)의 가장자리에 형성되는 미세 패턴의 폭과 중앙에 위치한 패턴의 폭이 서로 균일하게 형성된다.
하기에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 하프톤 마스크를 이용한 제조 방법의 효과에 대해서 실험 자료를 예로 들어 설명하도록 한다.
도 5는 셀 영역의 중앙부와 외각부의 패턴을 확대한 도면이다. 도 6는 셀 영역의 중앙부와 외각부의 패턴의 균일도 차이를 주변부 영역에 노광되는 광량에 따라 나타낸 도면이다. 도 7은 셀 영역의 패턴의 균일도를 주변부 영역에 노광되는 광량에 따라 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따라 형성된 셀 영역(111)의 미세 패턴 중 외각에 위치한 A1 및 A2에 해당하는 미세 패턴 폭과 셀 영역(111)의 중앙에 위치한 B1 및 B2에 해당하는 미세패턴의 폭을 선정하여 미세 패턴의 균일도를 비교한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제 2 투광부(520)의 투과율을 제 1 투광부(510)의 100%, 75%, 50% 및 25%로 차이를 두고 미세 패턴의 균일도를 그래프로 나타낼 수 있다. 상기 그래프의 Y축 단위는 μm 일 수 있다. 상기 제 2 투광부(520)의 투과율이 100%인 경우에는 A1과 B1의 미세 패턴의 폭의 차이가 0.27μm 이고, A2와 B2의 미세 패턴 폭의 차이가 0.18μm이며, 셀 영역(111)의 중앙과 외각의 미세 패턴 폭의 차이가 큼을 알 수 있다. 상기 제 2 투광부(520)의 투과율이 75%인 경우에는 A1과 B1의 미세 패턴의 폭의 차이가 0.22μm 이고, A2와 B2의 미세 패턴 폭의 차이가 0.09μm이며, 셀 영역(111)의 중앙과 외각의 미세 패턴 폭의 차이가 100%에 비해서는 작아졌으나 여전히 크다는 것을 알 수 있다. 상기 제 2 투광부(520)의 투과율이 50%인 경우에는 A1과 B1의 미세 패턴의 폭의 차이가 0.07μm 이고, A2와 B2의 미세 패턴 폭의 차이가 0.03μm이며, 셀 영역(111)의 중앙과 외각의 미세 패턴 폭의 차이가 크게 줄었음을 알 수 있다. 상기 제 2 투광부(520)의 투과율이 50%인 경우에는 오히려 다시 미세 패턴 폭의 차이가 다시 벌어짐을 알 수 있다. 따라서 제 2 투광부(520)의 투과율을 제 1 투광부(510)에 비해 50% 내외로 낮추게 되면, 미세 패턴의 균일도가 향상됨을 알 수 있다.
도 7에 개시된 결과도 도 6의 결과와 같음을 알 수 있다. 도 7에 도시된 그래프에서 Y축은 μm 단위로서 미세 패턴의 폭을 의미한다. X 축은 셀 영역(111)의 정중앙인 경우 0mm이고 정중앙에서 멀어질수록 X축의 오른쪽으로 이동한다. 도 7에서 도시된 세모 모양의 그래프가 제 2 투광부(520)의 투과율을 제 1 투광부(510)에 비해 50%로 낮춘 경우이고, 상기 세모 모양의 그래프가 셀 영역(111)의 중앙에서 외각까지 미세 패턴의 폭이 3.4 μm 내외로 균일함을 알 수 있다.
결국 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 하프톤 마스크를 이용한 리소그래피 공정을 적용하여 표시장치를 제조하게 되면 미세 패턴의 균일도가 향상되고 패널의 얼룩이 감소되어 품질이 향상된 표시장치를 만들 수 있다.
실시예 2
하기에서는 실시예 1과 동일한 구성요소는 설명을 생략하고, 실시예 1과 다른 구성요소를 중점적으로 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 하프톤 마스크를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 하프톤 마스크를 이용한 노광 단계를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예 2에 따른 하프톤 마스크(500)는 투과부(530) 및 투과율 조절부(540)를 포함한다. 상기 투과부(530)와 상기 투과율 조절부(540)는 제 1 투광부(510)에 포함되는 부분이다.
상기 투과부(530)은 상기 제 1 투광부(510)과 동일하게 형성될 수 있고, 투과 영역과 차단 영역으로 이루어질 수 있다. 상기 투과부(530)를 다양하게 형성하여 상기 하프톤 마스크(500)로 여러 미세 패턴을 형성할 수 있다.
상기 투과율 조절부(540)는 상기 투과부(530)를 둘러싼다. 상기 투과율 조절부(540)의 광투과율은 상기 투과부(530)의 광투과율의 절반 수준이다. 상기 투과율 조절부(540)는 조사되는 소정 파장대의 광을 일부만 투과시킬 수 있도록 다양하게 형성될 수 있다.
상기와 같은 제 1 투광부(510)의 구성은 박막 트랜지스터 공정과 컬러필터 공정 후 액정층을 형성하는 셀 공정에서 다음과 같은 효과를 가진다.
도 9를 참조하면, 상기 투과부(530)는 블랙매트릭스가 없는 화소 영역에 광을 그대로 투과시킬 수 있고, 상기 투과율 조절부(540)는 블랙매트릭스가 있는 비화소 영역에 광을 절반 수준으로 투과시킬 수 있다. 상기 블랙매트릭스는 상기 투과율 조절부(540)에 대응하는 위치의 기판(100)상에 형성된다. 따라서, 이 하프톤 마스크(500)를 기판(100) 상에 설치하고 자외선으로 노광을 시키면, 비화소 영역의 직접적인 노광량은 감소한다. 그러나, 상기 블랙매트릭스가 자외선을 반사하여 비화소 영역 안으로 되돌려보내기 때문에 실질적인 노광량은 화소 영역과 비화소 영역이 비슷해진다. 따라서, 블랙매트릭스의 광반사율을 감안해서 비화소 영역도 화소 영역과 비슷한 수준으로 노광되게 하여 아웃가싱을 줄이도록 하는 것이다. 예컨대, 노광에 사용되는 파장 300nm 이상의 자외선을 노광 조건에서 50% 정도를 반사하는 블랙매트릭스라면, 투과율 조절부(540)의 광투과율을 그것을 감안하여 투과부(530)보다 작게 설정한다. 그러면 결국 화소 영역과 비화소 영역의 노광 조건이 비슷해지게 되며, 비화소 영역에서 노광 과다로 인해 아웃가싱이 심해지는 현상도 억제된다.
상기와 같이 본 발명의 실시예 2에 따른 하프톤 마스크(500)를 이용하는 경우, 패턴 형성 공정에서 미세 패턴의 폭의 균일도를 향상시킬 수 있고, 아웃가싱에 의한 블랙매트릭스 주변의 얼룩 현상을 억제할 수 있다.
이상에서 설명된 하프톤 마스크 및 이를 이용한 표시장치의 제조방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 보호범위는 본 발명 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등예를 포함할 수 있다.
100 : 기판 111 내지 116 : 셀 영역
120 : 주변부 영역
200 : 패턴 200a : 증착막
300a : 포토레지스트 300b : 포토레지스트 패턴
500 : 하프톤 마스크 510 : 제 1 투광부
511 : 제 1 투광부의 투과영역 512 : 제 1 투광부의 차단영역
520 : 제 2 투광부 530 : 투과부
540 : 투과율 조절부
A1, A2 : 외각부 패턴 B1, B2 : 중앙부 패턴

Claims (12)

  1. 복수개의 셀 영역과 복수개의 주변부 영역으로 구분하여 정의된 기판상에 증착막을 형성하는 단계;
    상기 증착막에 포토레지스트를 도포하는 단계;
    광투과율이 서로 다른 제 1 투광부와 제 2 투광부를 구비한 하프톤 마스크를 준비하여, 상기 셀 영역에 상대적으로 광투과율이 높은 상기 제 1 투광부가, 상기 주변부 영역에 상대적으로 광투과율이 낮은 상기 제 2 투광부가 각각 위치되도록 상기 하프톤 마스크를 설치하는 단계;
    상기 하프톤 마스크를 통해 상기 셀 영역에 도포된 포토레지스트와 상기 주변부 영역에 도포된 포토레지스트를 서로 다른 광량으로 노광시키는 단계;
    상기 노광된 포토레지스트를 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 증착막을 식각하여 상기 셀 영역에 패턴을 형성하고, 상기 주변부 영역에 형성된 상기 증착막을 제거하는 단계; 및
    상기 포토레지스트 패턴을 스트립(strip) 하는 단계;를 포함하며,
    상기 하프톤 마스크의 상기 제 2 투광부의 광투과율이 상기 제 1 투광부의 광투과율의 50% 내지는 90% 인 표시장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀 영역은 화소 영역과 비화소 영역을 포함하는 표시장치의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 투광부는 투과부 및 투과율 조절부를 포함하는 표시장치의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    하프톤 마스크를 설치하는 단계는,
    상기 화소 영역에 상대적으로 광투과율이 높은 상기 투과부가, 상기 비화소 영역에 상대적으로 광투과율이 낮은 투과율 조절부가 각각 위치되도록 상기 하프톤 마스크를 설치하는 표시장치의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀 영역은 디스플레이 단위패널을 이루는 표시장치의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 주변부 영역은 상기 셀 영역 사이의 영역인 표시장치의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 주변부 영역은 커팅라인을 포함하는 표시장치의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토레지스트를 서로 다른 광량으로 노광시키는 단계에서는,
    상기 포토레지스트는 상기 복수개의 셀 영역을 순차적으로 이동하는 샷에 의해서 노광되는 표시장치의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착막은 반도체막, 절연막, 금속막 및 수지막 중 어느 하나를 형성하기 위한 증착물질인 표시장치의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴은 게이트 전극, 절연막, 반도체막, 데이터 전극, 보호막, 화소전극, 블랙매트릭스 및 공통전극 중 어느 하나 인 표시장치의 제조방법.
  11. 제 1 투광부;
    상기 제 1 투광부를 둘러싸는 제 2 투광부;를 포함하며,
    상기 제 2 투광부의 광투과율은 상기 제 1 투광부의 광투과율의 50% 내지 90% 범위이며,
    상기 제 2 투광부를 통과하는 광은 복수개의 셀 영역과 복수개의 주변부 영역으로 구분하여 정의된 기판의 영역 중 상기 주변부 영역에 입사되는 하프톤 마스크.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 투광부는 투과부 및 투과율 조절부를 포함하는 하프톤 마스크.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017187002A1 (es) * 2016-04-29 2017-11-02 Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic) Material semiconductor micro- y nano- estructurado, procedimiento de obtención y uso como patrón de calibración
WO2022189890A1 (ja) * 2021-03-11 2022-09-15 株式会社半導体エネルギー研究所 表示装置の作製方法

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