KR100485755B1 - 액정표시장치용 4 마스크 어레이 기판의 제조방법 - Google Patents

액정표시장치용 4 마스크 어레이 기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정표시장치를 제조하는 방법에 있어서, 액정표시 장치용 4 마스크 어레이 기판 제조방법에 관한 것으로, 특히 현상방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치의 기판을 현상(develop)시, 현상용액(developer)을 왕복 분사하는데, 본 발명에서는 현상용액을 왕복분사(2 scan)와 1회의 세정공정(1 spin removal step) 방식을 통하여 기판의 균일도(uniformity)를 개선하고 공정 수율을 높여 공정비를 저감하였다.
또한, 대형화된 액정표시장치에서 왕복분사방식으로 인한 시작점과 끝지점의 시간차로 유발되는 좌우차를 본 발명의 현상방식을 이용하여 개선하였다.

Description

액정표시장치용 4 마스크 어레이 기판의 제조방법{Fabrication method of an array panel for liquid crystal display using 4 masks}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 4 마스크를 이용한 액정표시장치의 어레이 기판 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치의 어레이 기판은 5개의 마스크를 이용하여 형성한다.
형성하는 과정은 먼저 게이트 전극을 제 1 마스크를 이용하여 패턴하고 다음으로 게이트 절연막과 액티브층을 차례로 적층한 다음, 액티브층을 제 2 마스크를 이용하여 패턴한다. 패턴된 액티브층의 상부에 오믹층을 이온주입을 통하여 형성하고 금속층을 적층하는데, 이것을 제 3 마스크를 이용하여 소스전극과 드레인전극으로 형성한다. 다음으로, 데이터 배선을 제 4 마스크를 이용하여 패턴한다. 이렇게 형성된 박막트랜지스터의 상부에 절연층과 투명도전성 금속을 차례로 증착한다. 증착된 투명도전성금속을 제 5 마스크를 이용하여 패턴하여 화소전극을 형성하게 되면 하부기판의 모든 구성요소를 형성한다.
그런데, 이러한 액정표시장치의 어레이 기판 제조방법에서 마스크의 수를 줄이게 되면, 노광공정에 의한 불량률이 저하되어 제조 수율을 향상된다.
또한, 공정시간을 단축할 수 있으며 제조비용이 저감되는 장점을 가지고 있다.
이러한 이유로 액정표시장치의 어레이 기판 제조시 4 마스크를 이용한 제조방법이 제시되고 있는데, 일반적으로 4개의 마스크 중 1개의 마스크는 회절 또는 부분노광영역과 완전노광 및 차폐영역을 가지고 있어, 1 번의 노광으로 서로 다른 단차를 가지는 패턴을 형성할 수 있어 마스크의 수를 저감하는 효과를 가지고 있다.
이러한 4 마스크를 이용하여 형성된 어레이기판의 구조는 도 1의 단면도에 도시되어 있다.
먼저 하부기판(10)의 상부에 게이트 전극(12)을 제 1 마스크를 이용하여 형성하고, 게이트 절연막(14)과 액티브층(16), 오믹층(18), 그리고 금속층을 차례로 적층한다.
다음으로, 회절 또는 부분 노광을 이용한 제 2 마스크를 이용하여, 소스전극(20a)과 드레인전극(20b)을 형성하기 위한 영역(A)은 회절 또는 부분 노광을 한다.
다음으로 드라이에칭(dry etching)하여 액티브층(16), 오믹층(18) 및 소스전극(20a)과 드레인전극(20b)을 형성하면 도 1에 도시한 바와 같이 박막트랜지스터(T)가 형성된다.
다음으로 절연층(23)을 증착하고 제 3 마스크를 이용하여 드레인전극(20b) 상부에 콘택홀을 형성한다. 이
이후 투명도전성 금속을 증착하고, 제 4 마스크를 이용하여 상기 콘택홀을 통해 드레인 전극과 접촉하는 화소전극(24)을 형성하여 어레이기판을 완성한다.
다음으로, 미도시하였지만, 상부기판의 상부에 컬러필터층과 블랙매트릭스를 형성하고, 공통전극을 적층한 다음, 박막트랜지스터 및 데이터 배선을 포함하는 하부기판과 합착하여 액정층을 주입하게 되면 액정표시장치가 되는 것이다.
한편, 회절노광은 부분적으로 포토레지스트의 두께가 서로 다른 영역을 형성하는 것이므로, 일반적으로 5 마스크를 이용하여 패턴할 때에 비하여 포토레지스트를 두껍게 적층해야 한다.
본 발명은 이러한 회절노광된 포토레지스터를 현상하는 공정에 관한 것이므로, 일반적인 현상 공정에 대하여 설명하도록 한다.
먼저 기판상에 포토레지스트를 스핀코팅(spin coating)하여 기판의 전면에 고르게 도포한다. 이때, 스핀코터(spin coater)는 원심력을 이용하여 수천rpm으로 기판을 돌리게 되는데, 이때 기판의 크기가 클수록 외곽으로 쏠리는 포토레지스트의 양이 많아져셔, 사각 기판의 모서리의 포토레지스트의 두께가 중간영역에 대비하여 두꺼워 진다.
다음으로 포토레지스트가 도포된 기판에 원하는 패턴의 형상이 그려진 새도우 마스크를 씌우고 노광을 한다.
노광한 포토레지스트가 도포된 기판을 현상용액에 담그게 되면, 포토레지스트의 타입에 따라 노광이 된 영역이 반응하여 제거되거나 또는 노광이 되지 않은 영역이 제거되게 되어 원하는 형상의 패턴을 형성할 수 있다.
그런데, 전술한 바와 같이 사각 기판의 모서리영역의 포토레지스트 두께가 타 영역에 비해 더 두꺼웠기 때문에 현상이후에 이 영역이 완전히 제거되지 않고 기판상에 잔류하게 된다.
종래에 사용했던 포토레지스트를 현상(develop)하는 방법은, 도 2a와 도 2b에 도시한 바와 같이, 2 스캔방식을 사용하였다.
2 스캔 방식은 노즐(50)에서 현상용액(developer)이 분사되며 기판(40)을 좌측인 제 1 방향으로 통과한 다음, 도 2b에 도시한 바와 같이, 다시 노즐(50)에서 현상용액이 분사되며 우측인 제 2 방향으로 기판(40)을 가로지르게 된다.
그런데 도 3에 도시한 바와 같이, 현상이 끝난 다음에는 기판의 사각 모퉁이에 포토레지스트(42a, 42b, 42c, 42d)가 잔류하게 되어 기판의 균일도(uniformity)가 저하된다. 또한 이러한 스캔방식은 스캔하는 시작점과 끝점의 시간차가 발생하여 결과적으로 현상되는 정도가 시작점과 끝점에서 서로 달라지게 되는데, 이러한 현상은 기판의 크기가 대형화됨에 따라 더욱 커지게 된다.
또한, 대형화된 기판은 기판쳐짐현상도 유발하는데, 일반적으로 사용하는 0.7mm 두께의 유리기판은 물론, 노트북이나 PDA같은 휴대용 액정표시장치에 사용하기 위해서 이보다 얇은 0.63mm 두께의 유리기판을 사용시 이러한 기판 쳐짐 현상은 더욱 가중된다.
전술한 바와 같은 시간차와 기판쳐짐 현상으로 인하여 기판의 균일도가 더욱 떨어지게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 기판에 대하여 현상용액을 2 스캔하는 방식은 사각 기판의 모퉁이에 포토레지스트 잔류물을 남겨 기판의 전체에 걸쳐 균일도를 떨어지게 한다.
또한 최근 들어서는 기판의 크기가 점차 대형화되고 박형화됨에 따라 기판쳐짐 현상으로 인하여 전술한 바와 같은 2 스캔 방식으로 인한 사각 기판의 모퉁이에 포토레지스트 잔류물을 더욱 많이 남기게 되고 결과적으로 공정의 균일도를 더욱 떨어지게 한다.
본 발명에서는 이러한 2 스캔 방식을 개선하여 잔류하는 포토레지스트의 양을 줄여 기판의 균일도를 유지하고, 대형화된 기판에서도 적용할 수 있도록 하는 현상방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 기판의 상부에 금속층을 증착하는 단계와; 상기 금속층을 제 1 마스크를 이용하여 게이트 전극으로 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극의 상부에 게이트 절연막과 액티브층, 오믹층, 그리고 금속층을 차례로 적층하는 단계와; 상기 적층된 게이트 절연막과 액티브층, 오믹층, 그리고 금속층의 상부에 포토레지스트를 스핀 코팅하는 단계와; 상기 포토레지스트가 적층된 기판을 회절노광영역을 포함하는 제 2 마스크를 위치시켜 노광하는 단계와; 상기 포토레지스트가 적층된 상부에 상기 기판의 상부를 지나는 현상용액을 분사하는 노즐을 위치시키는 단계와; 상기 노즐이 상기 기판의 상부를 제 1 방향으로 통과하며 상기 현상용액을 분사하는 단계와; 상기 제 1 방향으로 현상용액이 분사된 기판을 스핀제거(spin removal) 방식으로 세정하는 단계와; 상기 현상용액을 세정한 기판의 상부에 현상용액을 상기 노즐이 제 1 방향의 반대방향인 제 2 방향으로 분사하며 가로지르는 단계와; 상기 현상하여 형성한 박막트랜지스터 및 데이터 배선의 상부에 절연층을 적층하고 제 3 마스크를 이용하여 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 절연층의 상부에 화소전극을 증착하고 제 4 마스크를 이용하여 패턴하는 단계를 포함하며, 상기 스핀제거 방식은 원심력을 이용하고, 상기 기판은 두께가 0.7mm 또는 0.63mm 이고 재질이 유리이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 실시예에서는 종래의 2 스캔 방식을 개선하여 2 스캔 1 스핀(2 scan 1 spin:이하 2S1P로 표기)방식으로 현상하는 과정을 제시하는 바, 도 4a 내지 도 4c를 통하여 도시하고 있다.
도 4a는 기존의 방식과 동일하게 현상용액을 노즐(110)을 통하여 기판(100)의 좌측인 제 1 방향으로 분사하는 과정을 도시하였다.
도 4b는 본 발명의 핵심이 되는 공정으로, 좌측인 제 1 방향으로 현상한 기판(100)을 일반적인 스핀코팅시 사용하는 원심력을 이용하여 현상용액을 스핀제거(spin removal)하는 과정을 도시하였다.
도 4c는 기존의 방식과 동일하게 현상용액을 노즐(110)을 통하여 기판(100)의 우측인 제 2 방향으로 분사하는 과정을 도시하였다.
전술한 바와 같이 좌측인 제 1 방향과 우측인 제 2 방향으로 왕복하여 현상용액을 분사하는 중간에 스핀제거방법을 이용하게 되면, 도 5에 도시한 바와 같이 사각의 기판(100)의 모퉁이(130a, 130b, 130c, 130d)에 포토레지스트 잔류물이 효과적으로 제거되어 공정 균일도를 높일 수 있다.
또한, 대면적화된 기판에 적용하여 기판쳐짐 현상으로 인한 사각 기판의 모퉁이로 현상용액이 흘러내려 기판 균일도를 떨어뜨리는 현상을 개선할 수 있다.
다음으로, 대면적화됨에 따라 시작점과 끝점의 시간차로 인한 현상 균일도가 차이가 나게 되는데, 본 발명의 2S1P 방법은 중간에 스핀제거를 하기 때문에 이러한 좌우차이를 보상할 수 있다.
본 발명의 2S1P 방식을 이용하여 기판을 현상하게 되면, 사각 기판의 모퉁이에 포토레지스트 잔류물이 효과적으로 제거하고, 대면적화된 기판의 기판쳐짐현상으로 인한 공정 균일도 저하를 개선할 수 있으며, 기판쳐짐현상이 가중되는 얇은 두께의 대면적화된 기판의 경우에도 적용하여 기판 전면의 균일도를 개선할 수 있다.
또한, 스캔시 발생하는 시작점과 끝점의 시간차로 인한 좌우 현상차이를 보상할 수 있다.
도 1은 일반적인 4 마스크를 이용하여 형성한 액정표시장치용 어레이기판의 단면도.
도 2a 와 도 2b는 종래의 현상(develop)과정을 개략적으로 도시한 공정도.
도 3은 기존의 현상방식을 통하여 형성된 기판을 도시한 도면.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에서 개선한 현상과정을 개략적으로 도시한 공정도.
도 5는 본 발명에서 개선한 현상방식을 통하여 형성된 기판을 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
100 : 기판
110 : 현상용액을 분사하기 위한 노즐
120 : 현상용액을 스핀 제거하는 방향
130a,130b,130c,130d : 포토레지스트 잔류물

Claims (6)

  1. 기판의 상부에 금속층을 증착하는 단계와;
    상기 금속층을 제 1 마스크를 이용하여 게이트 전극으로 형성하는 단계와;
    상기 게이트 전극의 상부에 게이트 절연막과 액티브층, 오믹층, 그리고 금속층을 차례로 적층하는 단계와;
    상기 적층된 게이트 절연막과 액티브층, 오믹층, 그리고 금속층의 상부에 포토레지스트를 스핀 코팅하는 단계와;
    상기 포토레지스트가 적층된 기판을 회절노광영역을 포함하는 제 2 마스크를 위치시켜 노광하는 단계와;
    상기 포토레지스트가 적층된 상부에 상기 기판의 상부를 지나는 현상용액을 분사하는 노즐을 위치시키는 단계와;
    상기 노즐이 상기 기판의 상부를 제 1 방향으로 통과하며 상기 현상용액을 분사하는 단계와;
    상기 제 1 방향으로 현상용액이 분사된 기판을 스핀제거(spin removal) 방식으로 세정하는 단계와;
    상기 현상용액을 세정한 기판의 상부에 현상용액을 상기 노즐이 제 1 방향의 반대방향인 제 2 방향으로 분사하며 가로지르는 단계와;
    상기 현상액을 분사한 단계 후 절연층을 적층하고 제 3 마스크를 이용하여 콘택홀을 형성하는 단계와;
    상기 절연층의 상부에 제 4 마스크를 이용하여 화소전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스핀제거 방식은 원심력을 이용하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 두께가 0.7mm 인 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 두께가 0.63mm 인 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 재질이 유리인 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  6. 기판의 상부에 피식각층을 증착하는 단계와;
    상기 피식각층상에 포토레지스트를 코팅하는 단계와;
    상기 포토레지스트를 회절노광영역을 가진 마스크를 사용하여 노광하는 단계와;
    노즐을 이용하여 상기 노광된 포토레지스트를 가진 상기 기판의 제 1 방향으로 현상액을 분사하는 단계와;
    상기 제 1 방향의 현상액 분사 후 상기 기판을 회전시켜 현상액을 세정하는 단계와;
    상기 세정된 기판의 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 상기 노즐을 이용하여 현상액을 분사하는 단계
    를 포함하는 회절노광을 이용한 식각 방법
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