KR20150094856A - 표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

기판; 상기 기판 상에 배치된 게이트 배선 및 데이터 배선; 상기 기판 상에 형성되며, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결된 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터와 연결된 화소전극; 및 상기 기판 상에 배치된 절연층을 포함하고, 상기 절연층은 접촉 구멍을 구비하고, 상기 접촉 구멍에서 절연층은 60도 내지 90도의 테이퍼각을 갖는 표시장치를 제공한다.

Description

표시장치 및 그 제조방법{DISPLAY DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투광부를 둘러싸는 차광부 및 반투광부를 포함하는 노광 마스크를 이용하여 접촉 구멍이 형성된 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치나 유기 발광 표시 장치 등의 평판 표시 장치는 복수 쌍의 전기장 생성 전극과 그 사이에 들어 있는 전기광학(electro-optical) 활성층을 포함한다. 액정 표시 장치의 경우 전기 광학 활성층으로 액정층을 포함하고, 유기 발광 표시 장치의 경우 전기 광학 활성층으로 유기 발광층을 포함한다.
한 쌍을 이루는 전기장 생성 전극 중 하나는 통상 스위칭 소자에 연결되어 전기 신호를 인가 받고, 전기 광학 활성층은 이 전기 신호를 광학 신호를 변환함으로써 영상이 표시된다.
최근 표시장치가 대면적화, 고집적화 되어 감에 따라, 미세 패턴을 형성하기 위한 위상반전 마스크가 사용되고 있다. 바이너리(binary) 마스크에 비해 위상반전(Phase shift) 마스크는 전체 광 투과량을 감소시키는 반면, 미세한 영역에 노광량을 집중시킬 수 있다. 위상반전 마스크는 높은 해상도 관련 수치인 ILS(Image log slope)값을 가져, 해상도를 높일 수 있다. 이에 따라, 표시기판에 형성된 접촉 구멍의 경사면이 높은 기울기를 가지게 되어, 공정 마진이 개선된다.
그러나, 위상반전 마스크 적용할 경우, 전체 광 투과량이 줄어들어, 최대 광세기(Imax)도 같이 낮아지므로, 패턴 불량이 일어날 가능성이 높아지고, 접촉 구멍과 인접한 절연층이 돌출되고, 접촉 구멍이 형성되지 않는 절연층이 일부 식각된다.
본 발명의 일 실시예는 표시장치 및 그 제조방법을 제공하고자 한다. 이를 위하여 본 발명의 일 실시예는 투광부를 둘러싸는 차광부 및 반투광부를 포함하는 노광 마스크를 이용하여 접촉 구멍을 형성함으로써 해상도 및 공정 마진을 개선한 표시장치 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 기판; 상기 기판 상에 배치된 게이트 배선 및 데이터 배선; 상기 기판 상에 형성되며, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결된 박막 트랜지스터; 상기 박막 트랜지스터와 연결된 화소전극; 및 상기 기판 상에 배치된 절연층을 포함하고, 상기 절연층은 접촉 구멍을 구비하고, 상기 접촉 구멍에서 절연층은 60도 내지 90도의 테이퍼각을 갖는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 절연층은 반도체층, 드레인 전극, 게이트 배선, 데이터 배선 및 패드 전극 중 적어도 하나를 덮을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 접촉 구멍은 반도체층, 드레인 전극, 게이트 배선, 데이터 배선 및 패드 전극 중 어느 하나를 노출시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 투광부; 상기 투광부를 둘러싸는 제1 차광부; 상기 제1 차광부를 둘러싸는 반투광부; 및 상기 반투광부를 둘러싸는 제2 차광부;를 포함하는 노광 마스크를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 차광부와 상기 반투광부는 서로 다른 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 투광부는 원형 또는 다각형 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 투광부는 접촉 구멍 형성용 패턴일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 차광부와 상기 반투광부는 1:0.9 내지 1:2.25의 폭비율을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 차광부는 0.1μm 내지 1 μm의 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반투광부는 0.1μm 내지 5 μm의 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 기판 상에 절연층을 형성하는 단계; 노광 마스크를 이용하여 상기 절연층을 노광시키는 단계; 및 노광된 상기 절연층을 현상하여 접촉 구멍을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 노광 마스크는, 투광부; 상기 투광부를 둘러싸는 제1 차광부; 상기 제1 차광부를 둘러싸는 반투광부; 및 상기 반투광부를 둘러싸는 제2 차광부;를 포함하는 표시장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 차광부와 상기 반투광부는 서로 다른 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 투광부, 상기 제1 차광부 및 상기 반투광부는 상기 접촉 구멍이 형성되는 영역 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 접촉 구멍에서 상기 절연층은 60도 내지 90도의 테이퍼각을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 투광부는 원형 또는 다각형 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 투광부는 접촉 구멍 형성용 패턴일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 차광부와 상기 반투광부는 1:0.9 내지 1:2.25의 폭비율을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 차광부는 0.1μm 내지 1 μm의 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반투광부는 0.1μm 내지 5 μm의 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 ILS 증가에 따른 해상도가 개선되고, 공정 마진이 증가하고, 접촉 구멍이 구비되는 절연층의 과도한 식각이 방지되고, 접촉 구멍 형성 영역의 주변에 배치된 절연층이 돌출되지 않고 평탄하게 형성되고, 접촉 구멍에서 절연층의 경사면 기울기가 높아져 미세한 접촉 구멍을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 바이너리 마스크와 위상반전 마스크를 투과하는 광세기 및 ILS를 비교한 단면도이다.
도 3은 도1에 도시된 A-A’선에 따른 표시영역 및 마스크를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 마스크를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도1에 도시된 A-A’선에 따른 표시영역 및 노광 마스크를 나타낸 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 제1 차광부 및 반투광부의 폭에 따른 ILS를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 바이너리(binary) 마스크와 위상반전 마스크를 이용하여 접촉 구멍을 형성한 경우에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 2는 바이너리 마스크와 위상반전 마스크를 투과하는 광세기 및 ILS를 비교한 단면도이다. 도 3은 도1에 도시된 A-A’선에 따른 표시영역 및 마스크를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 표시 장치는 표시 영역(DA)과 비표시 영역(NA)으로 구분된 기판(20)을 포함한다. 기판(20)의 표시 영역(DA)에 복수의 화소들이 형성되어 화상을 표시하고, 비표시 영역(NA)에 하나 또는 그 이상의 패드 전극(미도시)이 위치한다. 그러나 비표시 영역(NA)에 모두 패드 전극이 형성되는 것은 아니며, 일부 또는 전부 생략될 수 있다.
비표시 영역(NA)에 기판(20)과 밀봉기판(도시하지 않음)의 접합을 위한 실링(sealing) 부재(80)가 위치한다. 실링 부재(80)는 열경화성 수지를 포함할 수 있으며, 예를 들어 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 바이너리 마스크과 위상반전 마스크를 이용할 경우, 최대광세기(Imax) 및 ILS(image log-slope)를 알 수 있다.
최대 광세기는 마스크의 개구부를 통과하는 광의 세기 중 가장 높은 광세기를 말하고, ILS는 광세기의 기울기로부터 이미지 품질을 판단하기 위하여 노말라이즈된 광세기의 기울기이다. 즉, ILS는 광세기의 접선 기울기이고, 패턴 취약도 검사를 할 수 있다. ILS 값이 작을수록 미세한 영역에 광이 분산된다는 의미이고, ILS 값이 클수록 미세한 영역에 광이 집중된다는 의미이다. ILS 값이 높을수록 표시장치의 해상도가 개선된다. 또한, ILS 값이 높으면, 원하는 영역에만 광을 집중되었다는 의미이므로 공정 마진(margin)도 개선된다.
바이너리 마스크(30)는 석영기판(33) 상에 투광부(31)를 구비하는 차광부(32)가 형성된다. 위상반전 마스크(40)는 석영기판(43) 상에 투광부(41)를 구비하는 반투광부(42)이 형성된다.
바이너리 마스크(30)는 투광부(31)를 통과한 광의 광세기(light intensity)가 투광부(31)가 향하는 영역 상에 집중된다. 그러나 광세기 그래프의 ILS가 완만하여 미세한 패턴의 선폭에 알맞게 조정하기 어려운 단점이 있다.
위상반전 마스크(40)의 투광부(41) 및 반투광부(42)를 통하여 광이 투과한다. 반투광부(42)를 투과하는 광의 노광량은 마스크로 조사되는 전체 광의 노광량의 1~10% 이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 투광부(41)를 통과하는 광과 반투광부(42)를 통과하는 광의 180도 위상차이로 인한 상쇄간섭이 일어난다. 상기 상쇄간섭으로 인하여 투광부(41)와 반투광부(42)가 인접한 영역의 광세기가 원 I 로 표시된 영역에서 감소한다. 또한, 바이너리 마스크(30)에 비해서 위상반전 마스크(40)를 이용할 경우 ILS가 증가한다. 따라서, 위상반전 마스크(40)는 바이너리 마스크(30)에 비하여 보다 미세한 영역에 광을 집중시킬 수 있다.
단, 위상반전 마스크(40)는 좁은 영역에 광을 집중시킬 수 있는 반면, 전체 투과되는 광의 노광량이 줄어들기 때문에 노광기에서 조사되는 노광량을 증가시킨다. 즉, 위상반전 마스크(40)는 바이너리 마스크(30)에 비해 최대 광세기 값이 줄어들고, 표시기판상에 패턴이 불완전하게 형성 될 수 있다.
도 3을 참조하여, 바이너리 마스크(30)와 위상반전 마스크(40)를 사용할 경우 형성되는 접촉 구멍(71, 72)을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 바이너리 마스크(30)로 접촉 구멍(71)을 형성할 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 최대 광세기는 높으나 ILS가 낮으므로 원하는 영역에 광을 집중시키기 어렵다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 접촉 구멍(71)에서 절연층(68)의 경사면과 절연층(68)의 바닥면이 이루는 각도(θ1)가 작아진다. 일반적으로, 접촉 구멍은 원형 기둥에 가까운 형상이 되어야 해상도가 증가한다.
도 3에 도시된 접촉 구멍(71)은 사다리꼴에 가까운 원뿔형상으로 형성 되고, 접촉 구멍(71)의 면적이 증가하므로 해상도가 낮아진다. 하기에서 접촉 구멍(71)에서 절연층(68)의 경사면과 절연층(68)의 바닥면이 이루는 각도를 테이퍼각이라 명명한다.
또한, 바이너리 마스크(30)를 이용할 경우, 절연층(68)이 과도하게 식각되지 않지만, 미세한 접촉 구멍(71)이 형성되지 않을 확률이 높아지므로 공정 마진이 낮아진다.
한편, 위상반전 마스크(40)로 접촉 구멍(71)을 형성할 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 최대 광세기는 낮아지나 ILS가 높으므로 원하는 영역에 광을 집중시킬 수 있다. 따라서, 바이너리 마스크(30)로 형성된 접촉 구멍(71)의 테이퍼각(θ1)보다 위상반전 마스크(40)로 형성된 접촉 구멍(72)의 테이퍼각(θ2)이 더 크다. 위상반전 마스크(40)로 형성된 접촉 구멍(72)은 보다 원형 기둥에 가깝고, 테이퍼각(θ2)도 크다. 그러나, 위상반전 마스크(40)는 반투광부(42)를 통하여 조사된 광으로 인하여 접촉 구멍(72)을 둘러싸는 절연층(68)이 식각되고, 보호막 하부의 배선등 소자들이 노출될 가능성이 커진다.
한편, 위상반전 마스크(40)의 투광부(41)와 반투광부(42)의 인접한 영역은 서로 광이 상쇄되는 영역이므로 절연층(68)에 입사되는 광이 거의 없다. 따라서, 절연층(68)의 돌출부(68a)는 투광부(41)와 반투광부(42)의 인접한 영역에 대응한다. 절연층(68)의 돌출부(68a)는 광이 거의 조사되지 않고 식각되지 않아 돌출된 영역이다. 즉, 돌출부(68a)는 절연층(68)이 식각되지 않고 그대로 남겨진 부분에 해당한다. 위와 같은 돌출부(68a)가 접촉 구멍(72) 주변에 형성되면 해상도가 낮아지는 요인이 된다.
이와 같이, 바이너리 마스크(30)를 이용하여 접촉 구멍을 형성하면 해상도가 낮아지고 공정 마진이 떨어진다. 또한, 위상반전 마스크(40)를 이용하여 접촉 구멍을 형성하면 절연층(68)이 식각될 가능성이 있었다.
따라서, 본 발명의 일 실시예는 해상도 및 공정 마진을 높이면서도 접촉 구멍에서 절연층을 보호하는 노광 마스크를 제공한다.
앞서 설명한 바와 같이 해상도가 높아짐을 확인할 수 있는 수치는 ILS이다. 따라서 하기에서 본 발명에 의하여 ILS가 높아지는 효과를 설명한다.
도 4 내지 도6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 마스크를 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 마스크를 나타낸 평면도이다. 도 5는 도1에 도시된 A-A’선에 따른 표시영역 및 노광 마스크를 나타낸 단면도이다. 도 6a 내지 도 6e는 제1 차광부 및 반투광부(230)의 폭에 따른 ILS를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 노광 마스크(200)는 투광부(210), 투광부(210)를 둘러싸는 제1 차광부(220), 제1 차광부(220)를 둘러싸는 반투광부(230), 반투광부(230)를 둘러싸는 제2 차광부(240)를 포함한다.
투광부(210)는 접촉 구멍 형성용 패턴이고, 원형 또는 다각형 형상일 수 있다. 투광부(210)는 광을 100% 투과시키는 영역이다.
제1 차광부(220)는 투광부(210)를 둘러싸며, 투광부(210)의 형상에 따라 다르게 형성된다. 제1 차광부(220)는 광을 차단시키는 영역이고, 크롬(Cr)등을 포함할 수 있다. 제1 차광부(220)는 0.1μm 내지 1 μm의 폭(a1,b1)을 가질 수 있다.
반투광부(230)는 제1 차광부(220)를 둘러싸며, 투광부(210)의 형상에 따라 다르게 형성된다. 반투광부(230)는 광을 일부만 투과시키는 영역이고, 예를 들면 입사되는 광의 노광량 중 1 내지 10% 범위 내에서 광을 투과 시킬 수 있다. 반투광부(230)는 몰리브덴 실리사이드(MoSi)를 기본으로 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중에서 1 종 이상을 조합하여 MoSiN, MoSiON, MoSiCN, MoSiO, MoSiCON) 등의 위상반전 물질로 이루어진다. 반투광부(230)는 0.1μm 내지 5 μm의 폭(a2,b2)을 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 노광 마스크(200)를 이용하여 형성된 접촉 구멍(73,74)이 도시되어 있다.
도 6a 내지 도 6e를 참조하면, 제1 차광부(220)의 폭, 반투광부(230)의 폭 및 위상반전물질 투과율에 따른 ILS 값의 변화를 알 수 있다.
도 6a 내지 도 6e에 도시된 그래프는 ILS 그래프이다. Y축은 ILS 값이고, X축은 위상반전물질 투과율이다. 각각의 그래프 곡선은 반투광부(230)의 폭에 따라 구분된다. R(Red) 그래프가 반투광부(230)의 폭이 4μm 내지 5μm 인 경우이고, O(Orange) 그래프가 반투광부(230)의 폭이 3μm 내지 4μm 인 경우이고, Y(Yellow) 그래프가 반투광부(230)의 폭이 2.4μm 내지 3μm 인 경우이고, G(Green) 그래프가 반투광부(230)의 폭이 1.0μm 내지 2.4μm 인 경우이고, B(Blue) 그래프가 반투광부(230)의 폭이 0.6μm 내지 1.0μm 인 경우이고, N(Navy) 그래프가 반투광부(230)의 폭이 0.2μm 내지 0.6μm 인 경우이고, P(Purple) 그래프가 반투광부(230)의 폭이 0.01μm 내지 0.2μm 인 경우이다.
예를 들면, 도 6b의 경우, R은 반투광부(230)의 폭이 4.2 μm인 경우이고, O는 반투광부(230)의 폭이 3.5 μm인 경우이고, Y는 반투광부(230)의 폭이 2.6 μm인 경우이고, G1은 반투광부(230)의 폭이 2.2 μm인 경우이고, G2는 반투광부(230)의 폭이 1.2 μm인 경우이고, G3는 반투광부(230)의 폭이 1.0 μm인 경우이고, B1은 반투광부(230)의 폭이 0.6 μm인 경우이고, B2는 반투광부(230)의 폭이 0.8 μm인 경우이고, P는 반투광부(230)의 폭이 0.01 μm인 경우이다.
한편, 도 6c의 경우, R은 반투광부(230)의 폭이 4.2 μm인 경우이고, O는 반투광부(230)의 폭이 3.5 μm인 경우이고, Y는 반투광부(230)의 폭이 2.6 μm인 경우이고, G1은 반투광부(230)의 폭이 2.2 μm인 경우이고, G2는 반투광부(230)의 폭이 1.4 μm인 경우이고, G3는 반투광부(230)의 폭이 1.2 μm인 경우이고, G4는 반투광부(230)의 폭이 1.0 μm인 경우이고, B1은 반투광부(230)의 폭이 0.6 μm인 경우이고, B2는 반투광부(230)의 폭이 0.8 μm인 경우이고, P는 반투광부(230)의 폭이 0.01 μm인 경우이다.
한편, 도 6d의 경우, R은 반투광부(230)의 폭이 4.2 μm인 경우이고, O는 반투광부(230)의 폭이 3.5 μm인 경우이고, Y는 반투광부(230)의 폭이 2.6 μm인 경우이고, G1은 반투광부(230)의 폭이 2.2 μm인 경우이고, G2는 반투광부(230)의 폭이 1.6 μm인 경우이고, G3는 반투광부(230)의 폭이 1.4 μm인 경우이고, G4는 반투광부(230)의 폭이 1.2 μm인 경우이고, G5는 반투광부(230)의 폭이 1.0 μm인 경우이고, B는 반투광부(230)의 폭이 0.6 μm인 경우이고, P는 반투광부(230)의 폭이 0.01 μm인 경우이다.
한편, 도 6e의 경우, R은 반투광부(230)의 폭이 4.2 μm인 경우이고, O는 반투광부(230)의 폭이 3.5 μm인 경우이고, Y는 반투광부(230)의 폭이 2.6 μm인 경우이고, G1은 반투광부(230)의 폭이 2.2 μm인 경우이고, G2는 반투광부(230)의 폭이 1.8 μm인 경우이고, G3는 반투광부(230)의 폭이 1.4 μm인 경우이고, G4는 반투광부(230)의 폭이 1.2 μm인 경우이고, B는 반투광부(230)의 폭이 0.6 μm인 경우이고, P는 반투광부(230)의 폭이 0.01 μm인 경우이다.
도 6a는 제1 차광부(220)의 폭이 0μm인 경우이고, 도 6b는 제1 차광부(220)의 폭이 0.2μm인 경우이고, 도 6c는 제1 차광부(220)의 폭이 0.4μm인 경우이고, 도 6d는 제1 차광부(220)의 폭이 0.6μm인 경우이고, 도 6e는 제1 차광부(220)의 폭이 0.8μm인 경우이다. 즉, 도 6a는 기존의 위상반전 마스크를 적용한 ILS 결과값이고, 도 6b 내지 도 6e는 본 발명에 따른 노광 마스크를 적용한 ILS 결과값이다.
또한, 10은 ILS가 1.2 수치인 경우로서, 빛의 품질 측면에서의 기준값이다. 즉, ILS 값이 위상반전물질의 투과율에 상관없이 1.2 이상 측정된다면 해상도가 높아졌다고 판단할 수 있다.
도 6a 내지 도 6e에 따른 제1 차광부(220) 및 반투광부(230)의 최적화된 길이비를 검토하면 다음과 같다.
도 6b의 경우, 제1 차광부(220)와 반투광부(230)는 1:0.9 ~ 1:5의 폭비율을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 제1 차광부(220)가 0.2μm의 폭을 가지고 반투광부(230)가 0.2 ~ 1μm 폭을 가질 때, ILS 값이 1.2 이상으로 개선되기 때문이다.
도 6c의 경우, 제1 차광부(220)와 반투광부(230)는 1:0.5 ~ 1:3.5의 폭비율을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 제1 차광부(220)가 0.4μm의 폭을 가지고 반투광부(230)가 0.2 ~ 1.4μm 폭을 가질 때, ILS 값이 1.2 이상으로 개선되기 때문이다.
도 6d의 경우, 제1 차광부(220)와 반투광부(230)는 1:0.33 ~ 1:2.66의 폭비율을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 제1 차광부(220)가 0.6μm의 폭을 가지고 반투광부(230)가 0.2 ~ 1.6μm 폭을 가질 때, ILS 값이 1.2 이상으로 개선되기 때문이다.
도 6e의 경우, 제1 차광부(220)와 반투광부(230)는 1:0.25 ~ 1:2.25의 폭비율을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 제1 차광부(220)가 0.8μm의 폭을 가지고 반투광부(230)가 0.2 ~ 1.8μm 폭을 가질 때, ILS 값이 1.2 이상으로 개선되기 때문이다.
즉, 제1 차광부(220)와 반투광부(230)의 폭을 다르게 하여 실험한 도 6b 내지 도 6e의 결과를 종합하면, 제1 차광부(220)와 반투광부(230)는 위상반전물질 투과율에 상관없이 1:0.9 ~ 1:2.25의 폭비율을 갖는 것이 바람직하다.
접촉 구멍(73, 74)에 대응되도록 노광 마스크(200)의 각 영역을 배치시킨 뒤, 본 발명에 의하여 개선된 접촉 구멍(73,74)을 도 5 및 도 6a 내지 도 6e를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
ILS 측면에서 보면, 제1 차광부(220)의 폭을 넓힐수록 위상반전 물질의 투과율에 관계없이 전반적인ILS 값이 상승함을 알 수 있다. 제1 차광부(220)가 없는 기존 위상반전 마스크가 적용된 도 6a의 경우, 11은 반투광부(230)의 폭이 1 내지 5μm이고, 12는 반투광부(230)의 폭이 0.1 내지 0.8μm인 경우이다. 즉, 제1 차광부(220)가 없는 경우, 노광마스크는 반투광부(230)의 폭을 매우 미세하게 적용해야 ILS 값이 상승한다. 그러나 도 6b 내지 도 6e의 경우, 제1 차광부(230)의 폭이 넓어질수록 위상반전물질의 투과율 및 반투광부(230)의 폭에 관계없이 ILS 값이 1.2 이상 값을 갖는 그래프가 늘어난다.
즉, 도 6b 내지 도 6e에서 10에 해당하는 그래프 곡선위로만 그려진 그래프 값을 적절히 선택하여 ILS 값이 개선된 노광 마스크를 제작할 수 있다. 앞서 검토한 바와 같이, 제1 차광부(220)와 반투광부(230)는 1:1 ~ 1:2.25의 폭비율을 갖게 하여 ILS를 개선할 수 있다.
제1 차광부(220)와 반투광부(230)의 폭은 서로 다르게 형성될 수 있다. 제1 차광부(220)의 폭이 더 넓을 수 있고, 반투광부(230)의 폭이 더 넓게 형성될 수 있다. 제1 차광부(220) 및 반투광부(230)의 폭의 차이는 접촉 구멍의 면적에 따라 적절하게 결정될 수 있다.
위상반전 마스크에 비하여 ILS가 개선되므로 미세한 영역에 보다 많은 노광량의 광이 집중된다. 따라서, 접촉 구멍(73, 74)이 미형성되는 불량률도 낮아지므로 공정 마진도 개선된다.
절연층(68)의 식각되는 측면에서 보면, 위상반전 마스크에 비하여 절연층(68)이 거의 식각되지 않는다. 즉, 위상반전 마스크는 반투광부가 절연층(68) 상에 존재하므로 절연층(68)에도 광의 노광량 중 일부가 도달한다. 일부 노광된 절연층(68)은 도 3에 도시된 바와 같이 현상 공정시 일부 식각된다. 그러나, 본 발명의 노광 마스크(200)는 접촉 구멍(73,74)이 형성될 영역의 주변에 대응하는 영역에만 반투광부(230)가 형성된다. 나머지 영역은 다시 제2 차광부(240)를 통하여 광을 차단한다. 따라서, 절연층(68)에 광이 도달하지 못하므로 절연층(68)은 식각되지 않는다. 물론, 절연층(68)이 식각됨에 따른 도3에 도시된 절연층(68)의 돌출부(68a)도 생기지 않는다.
앞서 설명한 바와 같이 ILS가 개선되므로, 접촉 구멍(73,74)에서 절연층(68)의 테이퍼 각도가 커진다. 따라서, 보다 미세한 접촉 구멍(73,74)이 형성된다. 예를 들면, 접촉 구멍(73, 74)에서 절연층(68)은 60 도 ~ 90도의 테이퍼각을 갖는다.
이와 같이, ILS 및 접촉 구멍의 테이퍼각이 개선되고, 절연층이 식각되지 않음에 따라 전체 공정 마진도 개선된다.
도 5에 도시된 표시장치의 구조를 설명하면 다음과 같다.
도 5를 참조하면, 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진 기판(20) 상에 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(61)이 배치된다. 게이트 배선은 게이트 배선으로부터 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(61)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분에 해당하는 게이트 패드(미도시)을 포함한다.
게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(61) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(62)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(62) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소(polysilicon) 등으로 만들어진 복수의 반도체(63)가 형성되어 있다. 반도체(63)는 주로 세로 방향으로 뻗으며, 게이트 전극(61)을 향하여 뻗어 나온 복수의 돌출부(projection)(미도시)를 포함한다.
상기 복수의 반도체(63)는 산화물 반도체이다. 상기 산화물 반도체는 아연(Zn), 갈륨(Ga), 인듐(In) 및 주석(Sn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 산화물 반도체는 아연(Zn), 갈륨(Ga), 주석(Sn) 또는 인듐(In)을 기본으로 하는 산화물, 또는 복합 산화물인 산화아연(ZnO), 인듐-갈륨-아연 산화물(InGaZnO4), 인듐-아연 산화물(In-Zn-O), 아연-주석 산화물(Zn-Sn-O) 등과 같은 산화물 반도체 재료를 이용하여 만들어질 수 있다.
구체적으로, 상기 산화물 반도체는 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 및 산소(O)를 포함하는 IGZO계의 산화물을 포함할 수 있다. 이외에도 상기 산화물 반도체는 In-Sn-Zn-O계 금속 산화물, In-Al-Zn-O계 금속 산화물, Sn-Ga-Zn-O계 금속 산화물, Al-Ga-Zn-O계 금속 산화물, Sn-Al-Zn-O계 금속 산화물, In-Zn-O계 금속 산화물, Sn-Zn-O계 금속 산화물, Al-Zn-O계 금속 산화물, In-O계 금속 산화물, Sn-O계 금속 산화물, 및 Zn-O계 금속 산화물을 포함할 수 있다.
반도체(63) 위에는 복수의 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(64, 65)가 형성되어 있고, 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한다. 저항성 접촉 부재(64, 65)는 인(P) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다.
저항성 접촉 부재(64, 65) 및 게이트 절연막(62) 위에는 복수의 데이터 배선(data line)(미도시)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(67)이 형성되어 있다.
각 데이터 배선(미도시)은 게이트 전극(61)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)(66)과 다른 층 또는 외부 구동회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분에 해당하는 데이터 패드(미도시)를 포함한다.
드레인 전극(67)은 데이터 배선(미도시)과 분리되어 있고 게이트 전극(61)을 중심으로 소스 전극(66)과 마주 본다.
구체적으로, 소스 전극(66), 드레인 전극(67) 및 데이터 배선(미도시)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금에 의하여 형성될 수 있으며, 상기 내화성 금속막과 저저항 도전막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다. 상기 다중막 구조의 예로, 크롬 또는 몰리브덴(합금) 하부막과 알루미늄(합금) 상부막으로 된 이중막, 몰리브덴(합금) 하부막과 알루미늄(합금) 중간막과 몰리브덴(합금) 상부막으로 된 삼중막을 들 수 있다.
하나의 게이트 전극(61), 하나의 소스 전극(66) 및 하나의 드레인 전극(67)은 반도체(63)의 돌출부(미도시)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(66)과 드레인 전극(67) 사이의 돌출부에 형성된다.
게이트 배선(미도시), 데이터 배선(미도시), 소스 전극(66), 드레인 전극(67) 및 노출된 반도체(63) 부분 위에는 보호막(68)이 형성된다. 보호막(passivation layer)(68)은 플라즈마 도움 화학기상 증착법 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PRCVD) 등의 증착방법으로 SiNx, SiOx와 같은 무기 절연물질, 유전상수가 작은 아크릴(acryl)계 유기화합물, BCB(Benzocyclobytane) 또는 PFCB(Perfluorocyclobytane) 등과 같은 유기 절연물질, 또는 상기 무기 절연물질과 유기 절연물질의 적층구조로 평탄화되어 형성된다.
보호막(68)은 드레인 전극(67)을 각각 드러내는 복수의 드레인 접촉 구멍(contact hole)(73,74), 게이트 패드(미도시)를 각각 드러내는 복수의 게이트 패드 접촉 구멍(미도시) 및 데이터 패드(미도시)를 각각 드러내는 복수의 데이터 패드 접촉 구멍(미도시)을 구비한다.
보호막(68) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(미도시)이 형성되어 있다. 화소 전극은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
화소 전극(미도시)은 접촉 구멍(73,74)을 통하여 드레인 전극(67)과 물리적?전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(67)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)은 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 다른 표시판(도시하지 않음)의 공통 전극(common electrode)(도시하지 않음)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극 사이의 액정층(도시하지 않음)의 액정 분자의 방향을 결정한다. 화소 전극과 공통 전극은 축전기[이하 “액정 축전기(liquid crystal capacitor)”라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프(turn-off)된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
한편, 본 발명이 유기 발광 표시 장치로 구성될 경우, 본 발명은 화소 전극(미도시) 상에 형성된 유기 발광층(미도시) 및 상기 유기 발광층 상에 형성된 대향 전극(미도시)을 포함한다.
화소 전극(미도시)은 화소 정의막(미도시)의 개구부에 대응하도록 배치되는데, 화소 전극이 반드시 화소 정의막의 개구부에만 배치되는 것은 아니며, 화소 전극의 일부가 화소 정의막과 중첩되도록 화소 정의막 아래에 배치될 수 있다. 화소정의막은 폴리아크릴계 수지(polyacrylates resin) 및 폴리이미드계(polyimides) 등의 수지 또는 실리카 계열의 무기물 등으로 만들 수 있다.
화소 전극 위에는 유기 발광층(미도시)이 형성되고, 유기 발광층 상에는 캐소드 전극이 되는 대향 전극(미도시)이 형성된다. 이와 같이, 화소 전극, 유기 발광층 및 대향 전극을 포함하는 유기 발광 표시 장치가 형성된다.
이상에서 설명된 표시장치 및 그 제조방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 보호범위는 본 발명 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등예를 포함할 수 있다.
1,4:석영기판 2:광차단막
3,6:개구부 5:위상반전막
20:기판 30:바이너리 마스크
31:투광부 32:차광부
40:위상반전마스크 41:투광부
42:반투광부 61:게이트전극
62:게이트절연막 63:반도체
64,65:저항성 접촉 부재 66:소스 전극
67:드레인 전극 68:보호막
68a:보호막 돌출부 71,72,73,74:접촉 구멍
80:실링부재 200:노광 마스크
210:투광영역 220:제1 차광부
230:반투광부 240:제2 차광부

Claims (19)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 게이트 배선 및 데이터 배선;
    상기 기판 상에 형성되며, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결된 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터와 연결된 화소전극; 및
    상기 기판 상에 배치된 절연층을 포함하고,
    상기 절연층은 접촉 구멍을 구비하고, 상기 접촉 구멍에서 절연층은 60도 내지 90도의 테이퍼각을 갖는 표시장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 절연층은 반도체층, 드레인 전극, 게이트 배선, 데이터 배선 및 패드 전극 중 적어도 하나를 덮는 표시장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 접촉 구멍은 반도체층, 드레인 전극, 게이트 배선, 데이터 배선 및 패드 전극 중 어느 하나를 노출시키는 표시장치.
  4. 투광부;
    상기 투광부를 둘러싸는 제1 차광부;
    상기 제1 차광부를 둘러싸는 반투광부; 및
    상기 반투광부를 둘러싸는 제2 차광부;를 포함하는 노광 마스크.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 차광부와 상기 반투광부는 서로 다른 폭을 갖는 노광 마스크.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 투광부는 원형 또는 다각형 형상인 노광 마스크.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 투광부는 접촉 구멍 형성용 패턴인 노광마스크.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 차광부와 상기 반투광부는 1:0.9 내지 1:2.25의 폭비율을 갖는 노광마스크.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 차광부는 0.1μm 내지 1 μm의 폭을 갖는 노광마스크.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 반투광부는 0.1μm 내지 5 μm의 폭을 갖는 노광마스크.
  11. 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;
    노광 마스크를 이용하여 상기 절연층을 노광시키는 단계; 및
    노광된 상기 절연층을 현상하여 접촉 구멍을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 노광 마스크는,
    투광부;
    상기 투광부를 둘러싸는 제1 차광부;
    상기 제1 차광부를 둘러싸는 반투광부; 및
    상기 반투광부를 둘러싸는 제2 차광부;를 포함하는 표시장치의 제조방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 차광부와 상기 반투광부는 서로 다른 폭을 갖는 표시장치의 제조방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 투광부, 상기 제1 차광부 및 상기 반투광부는 상기 접촉 구멍이 형성되는 영역 상에 배치되는 표시장치의 제조방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 접촉 구멍에서 상기 절연층은 60도 내지 90도의 테이퍼각을 갖는 표시장치의 제조방법.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 투광부는 원형 또는 다각형 형상인 표시장치의 제조방법.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 투광부는 접촉 구멍 형성용 패턴인 표시장치의 제조방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 차광부와 상기 반투광부는 1:0.9 내지 1:2.25의 폭비율을 갖는 표시장치의 제조방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 차광부는 0.1μm 내지 1 μm의 폭을 갖는 표시장치의 제조방법.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 반투광부는 0.1μm 내지 5 μm의 폭을 갖는 표시장치의 제조방법.
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