KR20170113989A - 포토 마스크 및 이를 이용한 컬러필터용 컬럼 스페이서의 제조방법 - Google Patents

포토 마스크 및 이를 이용한 컬러필터용 컬럼 스페이서의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포토 마스크 및 이를 이용한 컬러필터용 컬럼 스페이서의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 투과율을 갖는 중앙영역과, 상기 중앙영역을 둘러싸며, 제1 투과율보다 낮은 제2 투과율을 갖는 제1 둘레영역, 및 제1 둘레영역을 둘러싸며, 제1 투과율을 갖는 제2 둘레영역을 포함하는 포토 마스트가 제공된다.

Description

포토 마스크 및 이를 이용한 컬러필터용 컬럼 스페이서의 제조방법{Photo mask and manufacturing method for column spacer for color filter using the same}
본 발명은 포토 마스크 및 이를 이용한 컬러필터용 컬럼 스페이서(CS: Column Spacer)의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 디스플레이 장치의 컬러필터에 사용되는 컬럼 스페이서는 네거티트 포토 레지스트(negative photo resist)를 이용하여 제작된다.
한편, 테스트를 통해 확인해본 결과, 2.2㎛의 두께로 PR 코팅 후, 100% 투과율의 포토 마스크를 이용하여 노광시, 2.2㎛의 높이가 남으며, 10% 투과율의 포토 마스크를 이용하여 노광시, 약 1.8㎛의 높이가 남고, 5% 투과율의 포토 마스크를 이용하여 노광시, 약 1.6㎛의 높이가 남으며, 0%의 투과율의 포토 마스크를 이용하여 노광시, 0㎛의 높이가 남는 것을 확인하였다. 즉, 총 4가지 단차를 갖는 형상을 한번의 노광을 통해 제작하기 위해서는, 4가지 투과도를 갖는 다른 영역(tone)이 필요하다.
하지만, 포토 마스크의 영역 별 투과율의 차이가 크지 않을 경우에는 4가지 색조(tone)를 사용하더라도 포토 마스크의 패턴 형상대로 PR 패턴이 만들어지지 않는 문제가 있고, 포토 마스크의 색조(tone)가 증가할수록 제작비용이 증가하는 문제가 있다.
본 발명은 노광 시 회절 및 간섭 현상을 이용할 수 있는 패턴 배열을 갖는 포토 마스크 및 이를 이용한 컬러필터용 컬럼 스페이서의 제조방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 4가지 높이의 컬럼 스페이서 패턴을 3가지 투과도 영역을 갖는 포토 마스크로 패터닝할 수 있는 포토 마스크 및 이를 이용한 컬러필터용 컬럼 스페이서의 제조방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 투과율을 갖는 중앙영역과, 상기 중앙영역을 둘러싸며, 제1 투과율보다 낮은 제2 투과율을 갖는 제1 둘레영역, 및 제1 둘레영역을 둘러싸며, 제1 투과율을 갖는 제2 둘레영역을 포함하는 포토 마스트가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기판 상에 네거티브형의 포토레지스트를 코팅하는 단계 및 상기 포토 마스크를 이용하여 노광하는 단계를 포함하는 컬러필터용 컬럼 스페이서의 제조방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1 투과율을 갖는 중앙영역과, 상기 중앙영역을 둘러싸며, 제1 투과율보다 낮은 제2 투과율을 갖는 제1 둘레영역과, 상기 제1 둘레영역 내에 위치하며, 중앙영역을 기준으로 둘레방향을 따라 배열되며, 제2 투과율보다 높은 제3 투과율을 갖는 복수 개의 원형 영역, 및 제1 둘레영역을 둘러싸며, 제3 투과율을 갖는 제2 둘레영역을 포함하는 포토 마스트가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기판 상에 네거티브형의 포토레지스트를 코팅하는 단계 및 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 포토 마스크를 이용하여 노광하는 단계를 포함하는 컬러필터용 컬럼 스페이서의 제조방법이 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 포토 마스크 및 이를 이용한 컬러필터용 컬럼 스페이서의 제조방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
상기 포토 마스크는 노광 시 회절 및 간섭 현상을 이용할 수 있는 패턴 배열을 갖는다. 이를 통해, 4가지 높이의 컬럼 스페이서 패턴을 3가지 투과도 영역을 갖는 포토 마스크로 패터닝할 수 있다.
따라서, 투과도 영역을 줄일 수 있으므로, 제조비용을 절감할 수 있고, 감광제 패턴 형상을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예와 관련된 포토 마스크의 평면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 포토 마스크를 이용한 시뮬레이션 결과들이다.
도 4는 도 1에 도시된 포토 마스크를 이용한 노광 공정을 나타내는 개념도이다.
도 5 내지 도 8은 도 1에 도시된 포토 마스크를 이용한 측정 결과들이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예와 관련된 포토 마스크의 평면도이다.
도 10 및 도 11은 도 9에 도시된 포토 마스크를 이용한 시뮬레이션 결과들이다.
도 12는 도 9에 도시된 포토 마스크를 이용한 노광 공정을 나타내는 개념도이다.
도 13 내지 도 16은 도 9에 도시된 포토 마스크를 이용한 측정 결과들이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크 및 이를 이용한 컬러필터용 컬럼 스페이서의 제조방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예와 관련된 포토 마스크(100)의 평면도이고, 도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 포토 마스크를 이용한 시뮬레이션 결과들이며, 도 4는 도 1에 도시된 포토 마스크를 이용한 노광 공정을 나타내는 개념도이다. 또한, 도 5 내지 도 8은 도 1에 도시된 포토 마스크를 이용한 측정 결과들로서, SEM 이미지 및 옵티컬 프로파일러(Optical profiler) 측정 결과들이다.
특히, 도 2 및 도 3은 포토마스크(100)를 이용하여 노광 시 정규화된 강도 프로파일(normalized intensity profile)을 나타내는 시뮬레이션 결과들이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예와 관련된 포토 마스크(100)는 제1 투과율을 갖는 중앙영역(110)과, 상기 중앙영역(110)을 둘러싸며, 제1 투과율보다 낮은 제2 투과율을 갖는 제1 둘레영역(120) 및 제1 둘레영역(120)을 둘러싸며, 제1 투과율을 갖는 제2 둘레영역(130)을 포함한다. 여기서, 제1 투과율은 5%일 수 있다. 또한, 제2 투과율은 0%일 수 있다. 또한, 포토 마스크(100)는 제2 둘레영역(130) 외곽에 배열되고, 제2 투과율을 갖는 제3 둘레영역(140)을 포함할 수 있다.
또한, 중앙 영역(110)은 소정 직경을 갖는 원형상을 갖고, 제1 둘레영역(120)은 중앙 영역(110)을 둘러싸는 링 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 중앙영역(100)은 직경(d1)이 20 내지 30㎛이고, 제1 둘레영역(120)은 내경이 20 내지 30㎛이며, 외경(d2)이 35 내지 55㎛일 수 있고, 예를 들어, 상기 중앙영역(100)은 직경(d1)이 약 25㎛이고, 제1 둘레영역(120)은 내경이 약 25㎛이며, 외경(d2)이 약 40㎛일 수 있다.
도 4를 참조하면, 포토마스크(100)를 이용하여 노광 시 기판(S) 상의 중앙영역 기둥(10)의 높이는 약 1.8㎛이고, 외곽 영역 기둥(11)의 높이는 약 1.6㎛인 것으로 확인된다. 특히, 중앙영역 기둥(10)과 관련하여, 포토 마스크의 중앙영역(110)(투과도 5%)과 제1 둘레영역(120) (투과도 0%)의 경계부에서의 회절 및 간섭 현상에 의해, 약 10% 투과도 영역으로 패터닝한 높이를 얻을 수 있었다(도 2 및 도 3 참조).
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 컬러필터용 컬럼 스페이서의 제조방법은 기판(S) 상에 네거티브형의 포토레지스트를 코팅하는 단계 및 상기 포토 마스크(100)를 이용하여 노광하는 단계를 포함한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예와 관련된 포토 마스크(200)의 평면도이고, 도 10 및 도 11은 도 9에 도시된 포토 마스크를 이용한 시뮬레이션 결과들이며, 도 12은 도 9에 도시된 포토 마스크를 이용한 노광 공정을 나타내는 개념도이다. 또한, 도 13 내지 도 16은 도 9에 도시된 포토 마스크를 이용한 측정 결과들로서, SEM 이미지 및 옵티컬 프로파일러(Optical profiler) 측정 결과들이다.
특히, 도 10 및 도 11은 포토마스크(200)를 이용하여 노광 시 정규화된 강도 프로파일(normalized intensity profile)을 나타내는 시뮬레이션 결과들이다.
도 9를 참조하면, 제2 실시예와 관련된 포토 마스크(200)는 제1 투과율을 갖는 중앙영역(210)과, 상기 중앙영역(210)을 둘러싸며, 제1 투과율보다 낮은 제2 투과율을 갖는 제1 둘레영역(22)과, 상기 제1 둘레영역(220) 내에 위치하며, 중앙영역을 기준으로 둘레방향을 따라 배열되며, 제2 투과율보다 높은 제3 투과율을 갖는 복수 개의 원형 영역(230) 및 제1 둘레영역(220)을 둘러싸며, 제3 투과율을 갖는 제2 둘레영역(240)을 포함한다. 또한, 포토 마스크(100)는 제2 둘레영역(240) 외곽에 배열되고, 제2 투과율을 갖는 제3 둘레영역(250)을 포함할 수 있다.
이때, 제1 투과율은 100%이고, 제2 투과율은 0%이며, 제3 투과율은 5%일 수 있다.
또한, 중앙 영역(210)은 소정 직경을 갖는 원형상을 갖고, 제1 둘레영역(220)은 중앙 영역을 둘러싸는 링 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 중앙영역(210)은 직경이 5 내지 9㎛이고, 원형 영역(230)은 직경이 3 내지 5㎛이며, 제1 둘레영역(220)은 외경이 38 내지 42㎛일 수 있고, 예를 들어 중앙영역(210)은 직경이 7㎛이고, 원형 영역(230)은 직경이 4㎛이제1 둘레영역(220)은 외경이 40㎛일 수 있다. 또한, 중앙영역(210)과 원형 영역(230)의 중심 간의 간격은 6 내지 12㎛일 수 있고, 예를 들어 중앙영역(210)과 원형 영역(230)의 중심 간의 간격은 8㎛일 수 있다. 또한, 원형 영역(230)은 8개가 마련될 수 있다.
도 12를 참조하면, 포토마스크(200)를 이용하여 노광 시 기판(S) 상의 중앙영역 기둥(20)의 높이는 약 1.9㎛이고, 외곽 영역 기둥(21)의 높이는 약 1.6㎛인 것으로 확인된다. 특히, 중앙영역 기둥(20)과 관련하여, 포토 마스크의 중앙영역(210)(투과도 100%)과 제1 둘레영역(220) (투과도 0%) 및 원형 영역(230)(투과도 5%)의 경계부에서의 회절 및 간섭 현상에 의해, 약 10% 투과도 영역으로 패터닝한 높이를 얻을 수 있었다(도 6 및 도 7 참조).
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 컬러필터용 컬럼 스페이서의 제조방법은 기판(S) 상에 네거티브형의 포토레지스트를 코팅하는 단계 및 상기 포토 마스크(200)를 이용하여 노광하는 단계를 포함한다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100, 200: 포토 마스크

Claims (13)

  1. 제1 투과율을 갖는 중앙영역;
    상기 중앙영역을 둘러싸며, 제1 투과율보다 낮은 제2 투과율을 갖는 제1 둘레영역; 및
    제1 둘레영역을 둘러싸며, 제1 투과율을 갖는 제2 둘레영역을 포함하는 포토 마스트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제1 투과율은 5%인 포토 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제2 투과율은 0%인 포토 마스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    중앙 영역은 소정 직경을 갖는 원형상을 갖고,
    제1 둘레영역은 중앙 영역을 둘러싸는 링 형상을 갖는 포토 마스크.
  5. 제 4 항에 있어서,
    중앙영역은 직경이 20 내지 30㎛이고,
    제1 둘레영역은 내경이 20 내지 30㎛이며, 외경이 35 내지 55㎛인 포토 마스트.
  6. 기판 상에 네거티브형의 포토레지스트를 코팅하는 단계; 및
    제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 포토 마스크를 이용하여 노광하는 단계를 포함하는 컬러필터용 컬럼 스페이서의 제조방법.
  7. 제1 투과율을 갖는 중앙영역;
    상기 중앙영역을 둘러싸며, 제1 투과율보다 낮은 제2 투과율을 갖는 제1 둘레영역;
    상기 제1 둘레영역 내에 위치하며, 중앙영역을 기준으로 둘레방향을 따라 배열되며, 제2 투과율보다 높은 제3 투과율을 갖는 복수 개의 원형 영역; 및
    제1 둘레영역을 둘러싸며, 제3 투과율을 갖는 제2 둘레영역을 포함하는 포토 마스트.
  8. 제 7 항에 있어서,
    제1 투과율은 100%이고, 제2 투과율은 0%이며, 제3 투과율은 5%인 포토 마스크.
  9. 제 7 항에 있어서,
    중앙 영역은 소정 직경을 갖는 원형상을 갖고,
    제1 둘레영역은 중앙 영역을 둘러싸는 링 형상을 갖는 포토 마스크.
  10. 제 9 항에 있어서,
    중앙영역은 직경이 5 내지 9㎛이고,
    원형 영역은 직경이 3 내지 5㎛이며,
    제1 둘레영역은 외경이 38 내지 42㎛ 인 포토 마스크.
  11. 제 10 항에 있어서,
    중앙영역과 원형 영역의 중심 간의 간격은 6 내지 12㎛인 포토 마스크.
  12. 제 7 항에 있어서,
    원형 영역은 8개가 마련된 포토 마스크.
  13. 기판 상에 네거티브형의 포토레지스트를 코팅하는 단계; 및
    제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 포토 마스크를 이용하여 노광하는 단계를 포함하는 컬러필터용 컬럼 스페이서의 제조방법.
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