KR100685947B1 - 액정표시소자의 제조방법 - Google Patents

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KR100685947B1 KR1020010055298A KR20010055298A KR100685947B1 KR 100685947 B1 KR100685947 B1 KR 100685947B1 KR 1020010055298 A KR1020010055298 A KR 1020010055298A KR 20010055298 A KR20010055298 A KR 20010055298A KR 100685947 B1 KR100685947 B1 KR 100685947B1
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Abstract

본 발명은 기판면을 균일하게 식각하여 얇은 패널을 형성하는 액정표시소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 제 1 기판 내측면에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기 박막트랜지스터를 포함한 전면에 유기절연막을 형성하는 단계와, 상기 유기절연막을 경화하는 단계와, 상기 제 1 기판 외측면의 이물을 제거하는 단계와, 상기 유기절연막에 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀을 통하여 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소전극을 형성하는 단계와, 상기 제 1 기판에 대향하도록 제 2 기판을 합착하고, 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판의 외측면을 식각하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
플라즈마, 식각, 유기절연막

Description

액정표시소자의 제조방법{Method For Fabricating Liquid Crystal Display Device}
도 1은 종래 기술에 의한 액정패널 제조방법의 순서를 나타낸 블록도.
도 2는 기판면 식각방법을 설명하기 위한 기판 식각장치의 개략도.
도 3은 종래 기술에 의한 액정패널의 문제점을 설명하기 위한 단면도.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 의한 액정패널 제조방법의 순서를 나타낸 공정단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 플라즈마 식각장치의 구성도.
도 6은 본 발명에 의한 기판면 식각방법을 설명하기 위한 기판 식각장치의 구성도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명
100 : 제 1 기판 111 : 제 2 기판
110 : 액정층 105 : 보호막
106 : 퓸 107a, 107b : 제 1 ,제 2 콘택홀
108 : 화소전극 130 : 플라즈마 식각장치
131, 132 : 상,하부 전극 135 : 리프트 핀
본 발명은 액정표시소자(LCD ; Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 특히 기판을 식각하여 초박형 액정패널을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근, 액정표시소자는 콘트라스트(contrast) 비가 크고, 계조 표시나 동화상 표시에 적합하며 전력소비가 적다는 장점 때문에, CRT(cathode ray tube)의 단점을 극복할 수 있는 대체수단으로써 점차 그 사용 영역이 확대되고 있다.
이러한 액정표시소자는 두 기판과 그 사이에 개재된 액정층을 구성요소로 하는데, 상기 액정표시소자를 휴대용 TV, 노트북 컴퓨터에 채용하기 위해서는 소자의 초박경량화가 절실히 요구된다.
액정표시소자의 중량을 줄이기 위한 방법에는 여러 가지가 있으나, 가장 중량이 큰 유리 기판의 두께를 얇게 하여 중량을 줄이는 것이 가장 바람직하다.
유리기판의 두께를 줄이는 방법으로 기판 외측면을 연마하는 방법 또는 식각액이 채워진 식각조에 유리기판을 담궈 표면을 식각하는 방법이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 액정표시소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 의한 액정패널 제조방법의 순서를 나타낸 블록도이고, 도 2는 기판면 식각방법을 설명하기 위한 기판 식각장치의 개략도이며, 도 3은 종래 기술에 의한 액정패널의 문제점을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참고로 하여 종래 기술에 따른 액정표시소자의 제조방법을 살펴보면, 먼저 제 1 기판 상에 수직 교차하여 화소를 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성한 뒤, 상기 두 배선의 교차 지점에 박막트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)를 형성하고(S1), 상기 박막트랜지스터를 포함한 전면에 소정 두께의 보호막을 형성한다(S2).
상기 보호막은 흘러내리는 성질을 가진 BCB(Benzocyclobutene), 아크릴 수지 등의 유기절연막을 재료로 형성하므로, 보호막에 열을 가하여 용매를 증발시키는 경화과정이 필요하다.
다음, 상기 보호막 상에 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 ITO 재질의 화소전극을 형성한다(S3).
이어서, 상기 제 1 기판의 가장자리에 씨일제를 인쇄하고, 컬러필터층이 형성된 제 2 기판 상에 스페이서(spacer)를 균일하게 뿌려준 뒤 상기 두 기판을 대향 합착한다(S4).
이후, 합착된 두 기판에 높은 압력(hot pressure)을 주어 씨일제를 경화시킴으로써 두 기판을 완전히 접착한다.
접착된 두 기판 사이에는 액정을 주입하는데, 액정이 외부로 흘러나오지 않도록 액정주입구를 봉합한다(S5).
상기와 같은 과정을 거쳐 완성된 액정패널은 소자의 경량박형화를 위해서 기판면을 식각하는 식각과정을 더 실행한다(S6).
상기 기판면 식각과정은 도 2에서 나타낸 기판 식각장치에서 이루어진다.
구체적으로, 에천트 공급부(143)로부터 제공된 불산(HF)(144)이 일정 수위 채워져 있는 식각조(141)에 액정패널(145)을 담궈 기판의 외측면이 일정하게 식각되도록 한다.
상기 액정패널(145)은 대향합착된 제 1 ,제 2 기판(1,11) 사이에 액정층(10)이 형성되어 있는 것을 말하며(도 3참고), 위치를 고정시키기 위해 식각조(141) 내부의 카세트(146)에 장착한다.
이후, 일정한 두께로 식각된 액정패널을 세정하여 기판면에 잔류하는 불산을 완전히 제거하고, 건조시킴으로써 경량박형의 액정패널을 완성한다.
그러나, 상기와 같은 방법으로 제작된 액정패널은 도 3에서와 같은 문제점을 일으킨다.
즉, 흐르는 성질을 가지는 유기 절연막을 경화시키기 위해 오븐 내에서 유기 절연막이 코팅된 기판에 열을 가하는데, 이 때 유기 절연막의 용매가 증발하여 기판 외측면을 오염시키게 되고, 이는 결국 굳어져 제거하기가 어렵게 된다.
기판면에 밀착하여 굳어진 이물(이하, 퓸(fume)이라고 칭한다.)(6)은 기판면 식각을 방해하여 기판이 균일하게 식각되지 못하도록 하며, 이러한 기판 불균일 식각은 빛 투과시 얼룩 불량으로 나타나 화질을 떨어뜨리는 요인으로 작용한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 유기절연막 경화시 기판 외측면에 형성되는 이물을 제거함으로써 기판면의 불균일한 식각을 방지하기 위한 액정표시소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자의 제조방법은 제 1 기판 내측면에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기 박막트랜지스터를 포함한 전면에 유기절연막을 형성하는 단계와, 상기 유기절연막을 경화하는 단계와, 상기 제 1 기판 외측면의 이물을 제거하는 단계와, 상기 유기절연막을 선택적으로 제거하여 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀을 통하여 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소전극을 형성하는 단계와, 상기 제 1 기판에 대향하도록 제 2 기판을 합착하고, 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판의 외측면을 식각하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 액정표시소자의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 의한 액정패널 제조방법의 순서를 나타낸 공정단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 플라즈마 식각장치의 구성도이다. 그리고, 도 6은 본 발명에 의한 기판면 식각방법을 설명하기 위한 기판 식각장치의 구성도이다.
도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 액정표시소자의 제조방법을 살펴보면, 먼저 도 4a에서와 같이, 제 1 기판(100) 상에 Mo와 AlNd를 차례로 적층한 뒤, 포토공정을 이용하여 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(101)을 형성한다. 이 때, 상기 게이트 배선에 평행한 커패시터 하부전극(101c)을 동시에 형성한다.
상기 금속 중 Mo 외에 Al, Cr, Ti, W, Al합금 등을 사용할 수 있다.
이후, 상기 게이트 배선을 포함한 전면에 실리콘질화물, 실리콘산화물 등의 무기절연막을 코팅하여 게이트 절연막(102)을 형성하고, 상기 게이트 전극(101) 상 부의 게이트 절연막(102) 상에 독립된 섬모양의 반도체층(103)을 형성한다.
다음, 상기 반도체층(103)을 포함한 전면에 크롬(Cr), Al, Ti, W, Al합금 등을 증착한 뒤, 포토 공정을 이용하여 데이터 배선(104), 소스/드레인 전극(104a/104b) 그리고, 커패시터 상부전극(104c)을 형성한다.
이 때, 상기 데이터 배선(104)은 상기 게이트 배선에 교차하여 화소를 정의하고, 상기 소스/드레인 전극(104a/104b)은 상기 게이트 전극(101), 게이트 절연막(102), 반도체층(103) 상에 적층되어 스위칭 소자인 박막트랜지스터를 이루며, 상기 커패시터 하부전극(101c), 게이트 절연막(102), 커패시터 상부전극(104c)의 적층막은 스토리지 커패시터를 이룬다.
이 때, 스토리지 커패시터는 박막트랜지스터의 턴오프 구간에서 액정 커패시터에 충전된 전압을 유지시켜 기생용량에 의한 화질저하를 방지하는 역할을 한다.
그리고, 상기 게이트 배선용 물질 및 데이터 배선용 물질은 상기 금속 물질 이외에 구리(Cu), 탄탈(Ta) 등 저항이 낮은 도전성 물질을 사용한다.
이 후, 도 4b에서와 같이, 상기 데이터 배선(104)을 포함한 전면에 소정 두께의 유기절연막을 코팅하여 보호막(105)을 형성한다.
상기 보호막(105)은 저유전율 특성의 BCB(Benzocyclobutene), 아크릴 수지 등의 유기절연막을 주로 사용하여 도전성을 가진 패턴들 사이의 기생용량을 줄여 개구율을 향상시키도록 한다.
상기 유기절연막은 흐르는 성질이 있기 때문에 오븐 내에서 경화시켜야 하는데, 유기절연막에서 증발된 용매(유기용제)들이 오븐 내의 이물 등과 함께 제 1 기판(100)의 외측면에 묻어 퓸(106)으로 굳어 버린다. 상기 유기용제가 기판의 외측면에 묻은 부분은 소수성을 띄게 되므로 불산 등의 친수성 기판 식각액에 의해 기판이 균일하게 식각되지 않게 된다.
이후, 도 4c에서와 같이, 상기 드레인 전극(104b), 커패시터 하부전극(104c) 상의 유기절연막을 선택적으로 제거하여 제 1 ,제 2 콘택홀(107a,107b)을 형성하고, 이와 동시에 제 1 기판(100) 외측면에 형성된 퓸(106)을 제거한다. 즉, 콘택홀을 형성하기 위한 플라즈마 공정을 수행시, 기판의 퓸을 동시에 제거함으로써 별도의 공정을 추가시키지 않아도 된다.
다만, 공정 상황에 따라, 상기 제 1 기판(100) 외측면의 식각 후에, 유기절연막 제 1 ,제 2 콘택홀(107a,107b)을 형성하여도 된다.
이로써, 기판 외측면이 깨끗해지며, 향후 기판면이 균일하게 식각된다.
도 5를 참고로 구체적으로 살펴보면, 보호막(105)이 형성된 제 1 기판(100) 상에 콘택홀의 패턴이 각인된 마스크(미도시)를 씌운 뒤, 플라즈마 식각장치(130)의 하부전극(132) 상면에 로딩시킨다.
이후, 제 1 기판(100)과 하부전극(132) 사이에 있는 리프트 핀(Lift pin)(135)을 상부로 올려 제 1 기판(100)이 하부전극(132) 바닥에서 떨어지도록 하여 제 1 기판의 외측면에도 플라즈마에 의한 식각이 진행되도록 한다.
다음, 이 상태에서 상부전극(131)과 하부전극(132) 사이에 전기장을 형성하여 플라즈마를 발생시킴으로써 보호막(105)을 선택적으로 제거하는 동시에 제 1 기판(100) 외측면의 퓸(106)을 제거한다.
계속하여, 도 4d에서와 같이, 상기 제 1 ,제 2 콘택홀(107a,107b)을 통하여 드레인 전극(104b), 커패시터 하부전극(104c)과 전기적으로 연결되도록 상기 보호 막(105) 상에 ITO 재질의 화소전극(108)을 형성한다.
다음, 도 4e에서와 같이, 상기 제 1 기판(100)에 접착제 역할을 하는 씨일제(미도시)를 액정주입구를 제외한 나머지 가장자리 영역에 인쇄하고, 블랙매트릭스(112), 컬러필터층(113), 공통전극(114) 등이 형성된 제 2 기판(111)에 스페이서(미도시)를 균일하게 산포한 뒤, 상기 제 1 ,제 2 기판(100,111)을 대향합착한다.
상기 씨일제는 이중으로 형성하여 기판 외측면 식각시, 식각액이 액정패널 내로 침투하지 않도록 한다.
이후, 합착된 기판을 가압하면서 열을 가하거나 또는 광을 조사하여 상기 씨일제를 경화시킴으로써 제 1 ,제 2 기판을 완전히 접착시키고, 도 4f에서와 같이, 제 1 ,제 2 기판(100,111) 외측면을 식각하여 초박경량형 액정패널을 완성한다.
다음, 두 기판 사이에 액정층(110)을 형성한 뒤 액정주입구를 봉지하여 액정패널을 완성한다.
또한, 액정을 주입한 후, 기판의 외측면을 식각할 수도 있다.
상기 액정층(110)의 형성은 일반적인 주입방법 이외에 기판 상에 액정을 떨어뜨려 형성하는 디스펜싱(dispensing) 방법도 가능하다.
기판면 식각 방법은 다양하나, 주로 불산이 채원진 식각조에 액정패널을 담궈 기판을 식각하는 방법이 사용된다.
이 때, 기판의 외측면에 오염물질이 없으므로 유리기판이 균일하게 식각되며, 이후 행해질 검사공정에서 불균일한 기판 식각에 기인한 얼룩불량이 완전히 방 지된다.
상기 기판의 식각과정이 이루어지는 식각장치는 도 6에서와 같이, 식각조(50)와, 상기 식각조(50) 상부에 설치되어 봉합액(water sealant)(215)을 매개로 식각조(50)에 봉합된 덮개(49)와, 상기 식각조(50) 내부에 설치된 버블판(57)과, 상기 버블판(57)의 죄우에 연결되어 가스공급부(미도시)로부터 질소(N2) 또는 산소(O2)를 공급하는 가스공급관(216)과, 상기 식각조(50) 저부에 연결되어 식각액 혼합부(56)로부터 식각액을 공급하는 식각액 공급관(218)과, 사용한 식각액을 외부로 배출하기 위한 식각액 배출관(228)과. 상기 식각조(50) 내의 온도변화를 측정하기 위한 온도센서(60)를 포함하여 구성된다.
이 때, 상기 식각액 배출관(228)을 통해 배출된 식각액은 필터(219)에 의해 불순물이 제거된 후, 버퍼탱크(222)에 저장된다. 버퍼탱크(222)에 저장되어 정화된 식각액은 식각액 혼합부(56)로 재공급되며, DI공급부(223)와 HF공급부(224)로부터 제공된 DI(distilled water) 및 HF과 혼합된다. 혼합시, 식각액 혼합부(56)에 설치된 농도측정장치(225)에 의해 혼합액의 농도가 측정되며, 설정치에 도달하면 DI와 HF의 공급이 중단된다. 이 때, 기준 농도는 1∼50%의 범위 내에서 설정된다.
또한, 식각액 혼합부(56) 내에는 혼합액을 일정한 온도로 유지하기 위한 냉각수관이 더 설치된다.
상기 기판 식각장치를 통한 식각공정을 간단히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 식각조(50)의 카세트(미도시)에 유리기판(51)을 장착시키고 식각조(50) 저부에 연결된 펌프(55)를 가동하여 식각액 공급부(56)로부터 일정하게 혼합된 식각액을 공급한다.
식각액이 일정 액위만큼 채워지면 기판의 식각공정이 시작되고, 이후. 식각조 내부의 온도가 상승하게 되면 온도센서(60)에 감지된 온도에 의해서 식각의 종료가 결정된다.
즉, 기판 식각과정은 식각용액과 유리기판의 실리콘 산화물(SiOx)이 반응하여 열을 내는 발열반응으로, 이 때 발생하는 열을 온도센서(60)가 감지한다.
따라서, 기판의 두께, 기판의 개수에 따른 반응열을 산출하고, 식각조 내부의 온도가 산출된 일정 온도에 이르면 식각이 자동적으로 멈추게 됨으로써 기판면을 일정한 두께로 식각한다.
온도 설정은 다음식으로 결정하며, 최종온도가 되면 자동적으로 식각을 중단한다.
Tt = Ti +(Kr ·N ·△t2) / m
(Tt : 최종온도, Ti : 초기온도, Kr : 반응상수, N : 기판의 수, △t2 : 식각하고자 하는 두께)
이와같은 방법으로, 현재 시판되고 있는 1.4mm 두께의 기판을 0.5mm까지 식각할 수 있다.
한편, 버블판(57)을 더 구비하여 식각조(50) 내부로 공급된 산소 또는 질소 가스를 기포화시킨다. 기포화된 가스는 식각용액과 유리기판의 반응으로 생긴 반응물질을 기판면으로부터 쉽게 제거하여 균일하게 식각이 이루어지도록 한다.
이후, 일정한 두께로 식각된 액정패널을 세정하여 기판면에 잔류하는 불산을 완전히 제거하고, 건조시킴으로써 경량박형의 액정패널을 완성한다.
상기 실시예에서는 보호막으로 유기절연막을 사용할 때 본 발명의 기술적 특징을 적용하는 것으로 한정하였으나, 경화과정이 필요한 절연막을 사용하는 모든 공정에서 응용 가능하다.
또한, 본 발명의 기술적 특징은 하부기판인 어레이 기판에 뿐만 아니라, 컬러필터 기판 상에 유기절연막을 형성할 때에도 응용 가능하다.
상기와 같은 본 발명의 액정표시소자의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 유기절연막 형성시 기판 외측면에 생기는 이물들을 제거함으로써 기판의 식각공정에서 기판을 균일하게 식각할 수 있다.
따라서, 화상이 표시될 때 얼룩이 생기지 않아 화상품질이 우수해진다.
둘째, 기판 외측면의 이물 제거는 유기절연막 식각공정에서 동시에 이루어지므로 공정을 추가시키지 않으면서 기판 외측면을 균일하게 할 수 있다.

Claims (10)

  1. 제 1 기판 내측면에 박막트랜지스터를 형성하는 단계;
    상기 박막트랜지스터를 포함한 전면에 유기절연막을 형성하는 단계;
    상기 유기절연막을 경화하는 단계;
    상기 유기절연막 경화시 증발되는 유기용제들이 상기 제 1 기판 외측면에 부착되어 형성된 이물을 플라즈마를 이용하여 제거하는 단계;
    상기 유기절연막에 콘택홀을 형성하는 단계;
    상기 콘택홀을 통하여 상기 박막트랜지스터와 연결되는 화소전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판에 대향하도록 제 2 기판을 합착하는 단계;
    상기 제 1 기판 또는 제 2 기판의 외측면을 식각하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판 외측면의 이물을 제거하는 단계는 플라즈마 식각장비에서 수행하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판 외측면의 이물을 제거하는 단계와 유기절연막에 콘택홀을 형성하는 단계는 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판 외측면의 이물을 제거하는 단계는,
    상기 유기절연막을 경화하는 단계 이후와, 상기 유기절연막에 콘택홀을 형성하는 단계 이전 사이에 수행하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유기절연막은 BCB(Benzocyclobutene) 또는 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 기판의 식각은 불산을 이용하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판의 외측면을 식각한 후, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 액정을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판의 외측면을 식각하기 전, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 액정을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 기판 내측면에 유기절연막을 형성하는 단계와,
    상기 유기절연막을 경화하는 단계와,
    상기 제 2 기판 외측면의 이물을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판 외측면의 이물을 제거하는 단계는 상기 유기절연막의 경화시 제 1 기판 외측면에 부착된 이물을 제거하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
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