KR20010109681A - 프린지 필드 구동 액정 표시장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제조 공정을 단축시킬 수 있는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명은, 프린지 필드 구동 액정 표시 소자의 카운터 전극, 게이트 버스 라인, 공통 전극선 및 패드를 형성하는 방법으로서, 하부 기판상에 투명 도전층을 형성하는 단계; 상기 투명 도전층 상부에 금속막을 증착하는 단계; 상기 금속막 상부에 포토레지스트막을 도포하는 단계; 상기 포토레지스트막 소정의 마스크에 의하여 노광 및 현상하여, 두께가 상이한 두 부분을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 금속막 및 투명 도전층을 패터닝하여, 카운터 전극을 한정하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴중 상대적으로 낮은 두께를 갖는 부분을 제거하는 단계; 상기 남겨진 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 금속막을 패터닝하여 게이트 버스 라인을 형성하는 단계; 및 상기 게이트 버스 라인용 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING FRINGE FIELD SWITCHINGE LCD}

본 발명은 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 제조 공정을 줄일 수 있는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는 일반적인 IPS 모드 액정 표시 장치의 낮은 개구율 및 투과율을 개선시키기 위하여 제안된 것으로, 이에 대하여 대한민국 특허출원 제98-9243호로 출원되었다.

이러한 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는 카운터 전극과 화소 전극을 투명 전도체로 형성하면서, 카운터 전극과 화소 전극과의 간격을 상하 기판 사이의 간격보다 좁게 형성하여, 카운터 전극과 화소 전극 상부에 프린지 필드(fringe field)가 형성되도록 한다.

도 1을 참조하여, 종래의 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법을 설명한다.

도 1을 참조하여, 투명한 하부 절연 기판(1) 상부에 ITO(indium tin oxide)층을 Ar 가스, O₂가스 및 ITO 타겟을 이용하여, 스퍼터링 방식으로 형성한다. 다음, ITO층을 빗살 형태 또는 플레이트(plate) 형상을 이루도록 패터닝하여 카운터 전극(2)을 형성한다(제 1 마스크 공정).

그리고나서, 카운터 전극(2)이 형성된 하부 기판(1) 상부에 불투명 금속막을 스퍼터링 방식으로 형성한다. 그후, 불투명 금속막을 소정 부분 패터닝하여, 게이트 버스 라인(3)과 공통 전극선(도시되지 않음)을 형성한다. (제 2 마스크 공정). 이때, 공통 전극선(도시되지 않음)은 카운터 전극(2)과 전기적으로 콘택된다.

그후, 게이트 버스 라인(3)이 형성된 투명 절연 기판(1) 상부에 게이트 절연막(4)과 채널용 비정질 실리콘막(5) 및 도핑된 비정질 실리콘막(6)을 순차적으로적층한다음, 박막 트랜지스터의 형태로 패터닝한다(제 3 마스크 공정).

이어서, 결과물 상부에 ITO층을 스퍼터링 방식으로 증착한다음, 카운터 전극(2) 상부에 빗살 형태가 되도록 ITO층을 패터닝하여, 화소 전극(7)을 형성한다(제 4 마스크 공정).

그런다음, 기판 외곽에 형성된 게이트 패드부 위의 게이트 절연막을 제거하여, 게이트 패드부를 오픈시킨다(제 5 마스크 공정).

이어서, 결과물 상부에 불투명 금속막을 스퍼터링 방식으로 증착한다음, 소정 부분 식각하여, 소오스, 드레인 전극(8a,8b) 및 데이터 버스 라인(도시되지 않음)을 형성한다(제 6 마스크 공정). 이어서, 노출된 도핑된 비정질 실리콘층(7)을 공지의 방식으로 제거한다. 여기서, 소오스, 드레인 전극(8a,8b) 및 데이터 버스 라인(도시되지 않음) 형성시, 오픈되어진 게이트 패드부와 데이터 버스 라인용 금속막과 콘택되어 진다.

그러나, 상기와 같은 종래의 프린지 필드 구동 액정 표시 장치는 그 하부 기판 구조물을 형성하는데에 상술한 바와 같이 6번의 마스크 공정이 요구된다.

이때, 상기 마스크 공정이라 함은 공지된 바와 같이 포토리소그라피 공정으로, 그 자체 공정만으로도 레지스트 도포 공정, 노광 공정, 현상 공정, 식각 공정, 레지스트 제거공정을 포함한다. 이에따라, 한 번의 마스크 공정을 진행하는데에도 장시간이 소요된다.

이로 인하여, 6번의 마스크 공정을 포함하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치를 제조하는데 매우 긴 시간이 요구되고, 제조 비용이 상승하게 되어, 수율이 저하된다.

따라서, 본 발명의 목적은 제조 공정을 단축시킬 수 있는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 단면도.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

20 - 하부 기판 21 - ITO층

23 - 금속막 25 - 포토레지스트 패턴

100 - 하프톤 마스크 101 - 투과 영역

103 - 차단 영역 105 - 하프톤 영역

210 - 카운터 전극 230 - 게이트 버스 라인

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 프린지 필드 구동 액정 표시 소자의 카운터 전극, 게이트 버스 라인, 공통 전극선 및 패드를 형성하는 방법으로서, 하부 기판상에 투명 도전층을 형성하는 단계; 상기 투명 도전층 상부에 금속막을 증착하는 단계; 상기 금속막 상부에 포토레지스트막을 도포하는 단계; 상기 포토레지스트막 소정의 마스크에 의하여 노광 및 현상하여, 두께가 상이한 두 부분을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 금속막 및 투명 도전층을 패터닝하여, 카운터 전극을 한정하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴중 상대적으로 낮은 두께를 갖는 부분을 제거하는 단계; 상기 남겨진 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 금속막을 패터닝하여 게이트 버스 라인을 형성하는 단계; 및 상기 게이트 버스 라인용 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 하부 기판상에 투명 도전층 및 금속막을 순차적으로 적층하는 단계; 상기 금속막 상부에 카운터 전극, 게이트 버스 라인, 공통 전극선 및 패드를 동시에 한정하는 높이가 상이한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴의 형태로 상기 투명 도전층 및 금속막을패터닝하여, 카운터 전극을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴중 상대적으로 낮은 두께를 갖는 부분을 제거하는 단계; 상기 잔류하는 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 금속막을 패터닝하여 게이트 버스 라인, 공통 전극선 및 패드를 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계; 상기 게이트 절연막, 채널층, 오믹층을 적층한후, 채널층 및 오믹층을 박막 트랜지스터 영역의 형태로 패터닝하는 단계; 기판 결과물상에 투명 도전체를 증착하고, 상기 박막 트랜지스터 영역의 일측에 존재하도록 투명 도전체를 패터닝하여, 화소 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연막의 소정 부분을 식각하여, 패드를 오픈시키는 단계; 및 상기 금속막을 결과물 상부에 증착한후 소정 부분 패터닝하여 소오스, 드레인 영역 및 데이타 버스 라인을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 투과율이 상이한 하프톤 마스크를 이용하여, 카운터 전극 및 게이트 버스 라인을 동시에 한정할 수 있는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이에따라, 프린지 필드 구동 액정 표시 장치를 제조하는데 있어, 종래보다 하나 마스크 공정이 감소된 5개의 마스크로 제조가능하다. 따라서, 제조 비용 및 제조 공기가 감소된다. 이에따라, 종래보다 한번의 공정이 적은 5번의 마스크 공정으로 프린지 필드 구동의 액정 표시 장치를 제작할 수 있다.

(실시예)

이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 여기서, 본 실시예는 카운터 전극과 게이트 버스 라인(공통 전극선 및 패드)을 동시에 형성하여 종래보다 한 번의 마스크 스텝을 감소시키는 기술로서, 카운터 전극 및 게이트 전극을 형성하는 공정을 제외한 그 후속 공정은 종래 기술과 동일하다.

도 2a를 참조하여, 글래스 소재로 된 하부 기판(20) 상부에 카운터 전극용 ITO층(21)을 스퍼터링 방식으로 형성한다. 이어서, ITO층(21) 상부에 게이트 버스 라인용 금속막(23)을 소정 두께로 형성한다. 이때, 게이트 버스 라인용 금속막으로는 Mo, Cr, Al, MoW과 같은 전도성이 우수한 막이 이용된다. 그후, 게이트 버스 라인용 금속막(23) 상부에 포토레지스트막을 도포한다. 이어, 카운터 전극 및 게이트 버스 라인을 동시에 한정하기 위한 포토레지스트 패턴을 형성하기 위하여, 포토레지스트막과 대향되도록 서로 다른 투과율을 갖는 물질로 구성된 하프톤 마스크(half tone: 100)를 배치한다. 여기서, 하프톤 마스크(100)는 빛이 100% 투과되는 영역(101:투과 영역)과, 빛이 100% 차단되는 영역(103:차단 영역) 및 빛의 30 내지 70% 정도 투과되는 영역(105:하프톤 영역)를 포함한다. 이때, 투과 영역(101)은 카운터 전극 및 게이트 버스 라인이 형성되지 않는 영역을 한정하도록 배치되고, 차단 영역(103)은 게이트 버스 라인, 공통 전극선 및 패드가 형성될 영역을 한정하도록 배치되며, 하프톤 영역(105)은 카운터 전극이 형성될 영역을 한정하도록 배치된다. 그후, 하프톤 마스크(100)를 이용하여 포토레지스트막을 노광 및 현상하여, 포토레지스트 패턴(25)을 형성한다. 이때, 포토레지스트 패턴(25)은 투과율이 상이한 하프톤 마스크(100)를 이용하여 형성되었으므로, 소정의 단차가 발생된다. 즉, 투과 영역(101)과 대응하는 부분의 포토레지스트막은 모두 제거되고, 차단 영역(103)과 대응하는 부분의 제 1 포토레지스트 패턴(25a)은 제 1 두께(d1)를 가지도록 형성되며, 하프톤 영역(105)과 대응하는 부분의 제 2 포토레지스트 패턴(25b)은 차단 영역(103)에 비하여 상대적으로 많은 빛이 쪼여졌으므로, 제 1 두께(d1)보다 작은 제 2 두께(d2)를 갖도록 형성된다. 여기서, 하프톤 영역(105)은 빛을 소정치 만큼 투과시키는 물질, 예를들어 SOG, SiON, MoSiN, MoSiON막이 사용될 수 있다. 또한, 하프톤 영역(105)은 차단 물질로 형성하면서 해상도 이하의 선폭의 도트 또는 스트립 형태로 형성되어도 동일한 효과를 나타낸다.

이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(25)을 이용하여, 게이트 버스 라인용 금속막(23)을 건식 식각하여, ITO층(21)을 노출시킨다.

이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 노출된 ITO층(21)을 포토레지스트 패턴(25)의 형태로 습식 식각하여, ITO층으로 된 카운터 전극(210)이 한정된다.

그리고나서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 제 2 두께(d2)를 갖는 제 2 포토레지스트 패턴(25b)을 공지의 플라즈마 에슁(plasma ashing) 방법으로 제거한다. 그러면, 제 1 포토레지스트 패턴(25a)은 제 2 포토레지스트 패턴(25b)의 두께 정도만 제거되고 남겨진다. 그후, 남겨진 제 1 포토레지스트 패턴(25a)을 마스크로 하여, 게이트 버스 라인용 금속막(23)을 건식 식각 방식으로 패터닝한다. 이에따라, 도 2e에 도시된 바와 같이, 카운터 전극(210) 상부에 게이트 버스 라인(230), 공통 전극선(도시되지 않음) 및 패드(도시되지 않음)이 한정된다.

도 2f에 도시된 바와 같이, 공지의 방법으로 제 1 포토레지스트 패턴(25a)을제거한다.

그후, 도면에는 도시되지 않았지만, 게이트 절연막, 채널층 및 오믹층을 결과물 상부에 순차적으로 적층한다음, 채널층 및 오믹층을 박막 트랜지스터의 형태로 패터닝한다(제 2 마스크 공정). 그리고나서, ITO층을 박막 트랜지스터 영역이 한정된 하부 기판상에 증착한후, 박막 트랜지스터 영역 일측에 존재하도록 패터닝하여 화소 전극을 형성한다(제 3 마스크 공정). 그후, 기판의 외곽에 형성된 패드를 오픈시키기 위하여 게이트 절연막의 소정 부분을 식각한다음(제 4 마스크 공정), 결과물 상부에 금속막을 증착하고, 소오스, 드레인 전극 및 데이타 버스 라인의 형태로 패터닝하여(제 5 마스크 공정), 5번의 마스크 공정으로 프린지 필드로 구동하는 액정 표시 장치를 완성한다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 투과율이 상이한 하프톤 마스크를 이용하여, 카운터 전극 및 게이트 버스 라인을 동시에 한정할 수 있는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이에따라, 프린지 필드 구동 액정 표시 장치를 제조하는데 있어, 종래보다 하나 마스크 공정이 감소된 5개의 마스크로 제조가능하다. 따라서, 제조 비용 및 제조 공기가 감소된다.

이에따라, 종래보다 한번의 공정이 적은 5번의 마스크 공정으로 프린지 필드 구동의 액정 표시 장치를 제작할 수 있다.

Claims (16)

1. 프린지 필드 구동 액정 표시 소자의 카운터 전극, 게이트 버스 라인, 공통 전극선 및 패드를 형성하는 방법으로서,

   하부 기판상에 투명 도전층을 형성하는 단계;

   상기 투명 도전층 상부에 금속막을 증착하는 단계;

   상기 금속막 상부에 포토레지스트막을 도포하는 단계;

   상기 포토레지스트막 소정의 마스크에 의하여 노광 및 현상하여, 두께가 상이한 두 부분을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 금속막 및 투명 도전층을 패터닝하여, 카운터 전극을 한정하는 단계; 및

   상기 포토레지스트 패턴중 상대적으로 낮은 두께를 갖는 부분을 제거하는 단계;

   상기 남겨진 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 금속막을 패터닝하여 게이트 버스 라인을 형성하는 단계; 및

   상기 게이트 버스 라인용 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 두께가 다른 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는, 상기 포토레지스트막을 빛을 100%로 투과시키는 투과 영역과, 100% 차단시키는 차단 영역 및 빛을 소정량 만큼 투과시키는 하프톤 영역을 포함하는 하프톤 마스크에 의하여 노광하여 포토레지스트 패턴을 형성하고, 여기서, 상기 차단 영역은 게이트 버스 라인 및 공통 전극선 영역을 한정하도록 배치하고, 상기 하프톤 영역은 상기 카운터 전극을 한정하도록 배치하고, 상기 하프톤 영역에 의하여 노광된 포토레지스트 패턴은 상기 차단 영역에 의하여 노광된 포토레지스트 패턴보다 그 두께가 작은 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 투명 도전층은 ITO막인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 금속막은 Mo, Cr, Al, MoW 중 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 금속막 및 투명 도전층을 패터닝하여, 카운터 전극을 한정하는 단계는, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 금속막을 건식 식각하는 단계 및 상기 포토레지스트 패턴 및 상기 패터닝된 금속막을 마스크로 하여 투명 도전층을 습식 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 하프톤 마스크의 하프톤 영역은 빛을 30 내지 70% 투과시키는 물질인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 하프톤 영역은 SOG, SiON, MoSiN 및 MoSiON 중 선택되는 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 하프톤 영역은 차단 물질로 형성하면서, 노광 장비의 해상도 이하의 선폭을 갖는 도트 또는 스트립 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법.
9. 하부 기판상에 투명 도전층 및 금속막을 순차적으로 적층하는 단계;

   상기 금속막 상부에 카운터 전극, 게이트 버스 라인, 공통 전극선 및 패드를 동시에 한정하는 높이가 상이한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴의 형태로 상기 투명 도전층 및 금속막을 패터닝하여, 카운터 전극을 형성하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴중 상대적으로 낮은 두께를 갖는 부분을 제거하는 단계;

   상기 잔류하는 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 금속막을 패터닝하여 게이트 버스 라인, 공통 전극선 및 패드를 형성하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;

   상기 게이트 절연막, 채널층, 오믹층을 적층한후, 채널층 및 오믹층을 박막 트랜지스터 영역의 형태로 패터닝하는 단계;

   기판 결과물상에 투명 도전체를 증착하고, 상기 박막 트랜지스터 영역의 일측에 존재하도록 투명 도전체를 패터닝하여, 화소 전극을 형성하는 단계;

   상기 게이트 절연막의 소정 부분을 식각하여, 패드를 오픈시키는 단계; 및

   상기 금속막을 결과물 상부에 증착한후 소정 부분 패터닝하여 소오스, 드레인 영역 및 데이타 버스 라인을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 카운터 전극, 게이트 버스 라인, 공통 전극선 및 패드를 동시에 한정하는 높이가 상이한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는, 금속막 상부에 포토레지스트막을 도포하는 단계; 상기 포토레지스트막을 빛을 100%로 투과시키는 투과 영역과, 100% 차단시키는 차단 영역 및 빛을 소정량 만큼 투과시키는 하프톤 영역을 포함하는 하프톤 마스크에 의하여 노광 및 현상하는 단계를 포함하며; 여기서, 상기 차단 영역은 게이트 버스 라인 및 공통 전극선 영역을 한정하도록 배치하고, 상기 하프톤 영역은 상기 카운터 전극을 한정하도록 배치하고, 상기 하프톤 영역에 의하여 노광된 포토레지스트 패턴은 상기 차단 영역에 의하여 노광된 포토레지스트 패턴보다 그 두께가 작은 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 투명 도전층은 ITO막인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 금속막은 Mo, Cr, Al, MoW 중 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법.
13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 금속막 및 투명 도전층을 패터닝하여, 카운터 전극을 한정하는 단계는, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 금속막을 건식 식각하는 단계 및 상기 포토레지스트 패턴 및 상기 패터닝된 금속막을 마스크로 하여 투명 도전층을 습식 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법.
14. 제 10 항에 있어서, 상기 하프톤 마스크의 하프톤 영역은 빛을 30 내지 70% 투과시키는 물질인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 하프톤 영역은 SOG, SiON, MoSiN 및 MoSiON 중 선택되는 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치의 제조방법.
16. 제 14 항에 있어서, 상기 하프톤 영역은 차단 물질로 형성하면서, 노광 장비의 해상도 이하의 선폭을 갖는 도트 또는 스트립 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 구동 액정 표시 장치