KR20040081351A - 포토마스크 및 확산반사판 - Google Patents

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Abstract

이 포토마스크에서는, 중심점 11∼19, 31, 34, 37, 21, 22, 23 으로 구성되는 들로네 삼각형군에 있어서, 들로네 삼각형 면적의 평균값(A) 및 표준편차(B)가 소정의 수치 범위 내가 되도록 단위영역(R1) 내의 중심점 11∼19 는 배치되어 있다. 이로써 경계선(Bd2, Bd3) 근방에서도 단위영역 간에 이음매가 없는 패턴 배치를 갖는 포토마스크가 얻어져, 간섭 줄무늬나 얼룩이 생기지 않는 상태에서 반사 휘도가 높은 확산반사판을 제조할 수 있다.

Description

포토마스크 및 확산반사판 {PHOTOMASK AND DIFFUSION REFLECTOR}
본 발명은 포토마스크 및 확산반사판에 관한 것이다.
백라이트 등의 광원을 필요로 하지 않는 반사형 표시소자, 예를 들어 반사형 액정표시소자는, 반사판과, 표시소자에 입사되는 광 및 반사판에서 반사된 광의 광량을 제어하는 광제어수단(액정표시소자 등)을 조합하여 표시하는 것으로, 소비전력이 작기 때문에 휴대용 기기에 이용되는 경우가 많다.
반사형 표시소자에서는 외광을 반사하는 확산반사판이 필요하며, 확산반사판은 확산반사판의 법선방향에서 10∼30도 벗어난 각도에서 입사되는 외광을 산란시켜 관찰자측에 산란광을 반사한다.
이러한 확산반사판의 제조방법으로는, 유리나 금속판을 샌드블라스트 가공하고 약액 처리에 의해 평활화하는 방법이나, 적층막의 열응력에 의해 발생되는 요철을 이용하는 방법 등 자연 현상으로서 발생하는 구조를 이용하는 방법이 있다. 이들 방법을 사용하면, 완전히 랜덤 배치된 산란 구조를 형성할 수 있어, 산란 구조에 기인하는 간섭은 발생하지 않는다는 이점은 있으나, 특정한 산란 구조를 정밀하게 형성할 수 없기 때문에 높은 반사 휘도를 얻기가 어렵다. 또한, 이 배치는 자연 현상에 의한 것이므로 재현성이 부족해 품질 관리가 어렵다.
한편, 컬러필터 등의 액정부재의 경우, 확산반사판은 컬러필터 아래에 형성된다. 이 경우, 생산성이 높기 때문에 대면적 포토마스크를 사용한 프록시미티노광(일괄노광)에 의한 포토리소그래피 기술이 사용된다.
프록시미티 노광에서는 비싼 대면적 포토마스크를 사용하기 때문에, 포토마스크의 파손이나 오염을 회피하는 의미에서 포토마스크와 감광성 수지(레지스트) 표면과의 간극(노광 갭)은 통상 수 십∼수 백㎛ 로 유지되어 10㎛ 전후의 해상도가 달성된다. 노광 갭은 포토마스크에 배치된 고립 패턴의 외경과, 포토마스크 및 확산반사판을 형성하는 유리 기판의 두께로부터 결정된다.
또한, 포토마스크에 원하는 광이미지에 대응하는 고립 패턴을 배치해 둠으로써 확산반사판을 대면적 기판에 재현성 좋게 제조하는 것이 가능하다.
포토마스크는 광을 완전히 투과하는 광투과부와 광을 완전히 차단하는 차광부로 이루어지는 패턴 영역을 가지며, 비교적 선명한 노광이미지를 형성하는 것을 전제로 하고 있기 때문에, 확산반사판에 요구되는 원활한 산란 구조를 일괄노광으로 안정하게 형성하기 위해 포토마스크에서의 회절을 효과적으로 이용하는 방법이나, 흡수성 레지스트를 이용하는 방법이 있다.
이 기술분야의 종래기술로서, 오목부 또는 볼록부의 정점 간 거리의 분포폭이 평균값의 30∼90% 가 되도록 불규칙하게 배치된 확산반사판이 알려져 있다(예를 들어 일본 특허 제2912176호 공보 참조).
또한, 수열을 이용하여 패턴을 나선형으로 배치한 포토마스크 및 확산반사판이 알려져 있다(예를 들어 일본 공개특허공보 2002-14211호 참조).
그러나, 오목부 또는 볼록부의 정점 간 거리의 분포폭이 평균값의 30∼90%가 되도록 불규칙하게 배치된 확산반사판에서는, 산란에 기여하지 않는 평탄부가 많아지기 때문에 반사 휘도는 낮았다.
그리하여, 반사 휘도를 높이기 위해 요철부의 규칙성을 향상시키면 간섭 줄무늬가 생긴다. 한편, 간섭 줄무늬를 억제하기 위해 규칙성을 저하시킨 경우, 예를 들어 수열을 이용하여 패턴을 나선형으로 배치한 경우, 나선형이기 때문에 단위영역의 주변부일수록 공극영역이 많이 남는다. 따라서, 대면적의 산란 구조를 갖는 확산반사판을 제작하기 위해서는 소면적의 단위영역을 인접하여 배치함으로써 대면적을 형성하는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 종래의 패턴 배치의 경우, 인접하는 단위영역의 경계선에서 공극영역이 존재하기 때문에 불연속이 되어 반사 휘도에 얼룩이 생긴다.
본 발명은, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 간섭 줄무늬나 얼룩이 생기지 않는 상태에서 반사 휘도가 높은 확산반사판을 제조할 수 있는 포토마스크 및 확산반사판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1 은 실시형태에 관한 포토마스크의 평면도.
도 2 는 실시형태에 관한 포토마스크의 패턴 배치의 설명도.
도 3 은 실시형태에 관한 확산반사판의 패턴 배치의 설명도.
도 4 는 실시형태에 관한 확산반사판이 부착된 컬러필터의 단면도.
도 5A, 도 5B, 도 5C, 도 5D, 도 5E 는 실시형태에 관한 확산반사판이 부착된 컬러필터의 제조방법의 설명도.
도 6 은 확산반사판 및 컬러필터의 평가결과를 나타내는 표.
도 7 은 종래기술에 의한 포토마스크의 평면도.
도 8 은 확산반사판 패턴의 현미경 사진을 나타내는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 투명기판
2 : 요철층
3 : 반사막
4 : 착색수지영역
5 : 투명전극
6 : 투명보호막
상기 서술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관한 포토마스크는 복수의 고립 패턴의 중심점이 배치된 직사각형, 평행사변형 또는 육각형의 단위영역을 인접하여 반복 배치하여 이루어지는 패턴 영역을 갖는 포토마스크에 있어서, 단위영역 내의 중심점으로 구성되는 복수의 들로네 삼각형과, 단위영역과 인접하는 다른 단위영역의 경계선을 횡단하여 구성되는 복수의 들로네 삼각형과의 면적 총합이 단위영역의 면적과 동일해지는 들로네 삼각형군을 설정하여, 이 삼각형군을 구성하는복수의 들로네 삼각형 면적의 평균값을 A, 표준편차를 B 라 한 경우, 중심점은 이하의 조건 (1) 및 (2)를 만족시키도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
(1)70㎛2≤A ≤120㎛2
(2)0.05 ≤B/A ≤0.25
본 발명의 포토마스크의 패턴 영역은, 원하는 형상(직사각형, 평행사변형 또는 육각형)을 갖는 단위영역이 간극없이 반복되어 이루어진다. 이 단위영역 내에는 고립 패턴의 중심점이 배치되어 있다. 이 때 중심점의 배열은, 들로네 삼각형군(X)을 모집단으로 하는 상기 평균값(A), 표준편차(B)에 의해 규정된다. 이 들로네 삼각형군(X)은 단위영역 내의 중심점으로 구성되는 복수의 들로네 삼각형(Y)과, 그 단위영역과 인접하는 다른 단위영역의 경계선을 횡단하여 구성되는 복수의 들로네 삼각형(Z)으로 이루어진다. 그리고, 들로네 삼각형(Y)의 총면적과 들로네 삼각형(Z)의 총면적의 합이 단위영역의 면적과 동일해지도록 들로네 삼각형(Y) 및 들로네 삼각형(Z)은 설정되어 있다. 따라서, 들로네 삼각형군(X)의 삼각형 총면적은 단위영역의 면적과 동일해진다. 또한, 이 경우 들로네 삼각형군(X)에 의해 형성되는 다각형은 상기 서술한 단위영역과 동일하게 간격없이 반복할 수 있다. 이렇게 설정된 들로네 삼각형군(X)이 상기 조건 (1) 및 (2)를 만족시키도록 중심점의 배열은 결정된다. 이로써, 패턴 영역 전면에서 이음매(경계선)가 없고 연속적인 고립 패턴의 중심점 배열을 얻는다.
여기에서, 포토마스크에서의 고립 패턴의 중심점에 의해 규정되는 평균값(A)이 70㎛2미만인 경우, 포토마스크의 고립 패턴끼리가 근접하기 때문에 프록시미티 노광시에 영향을 받아 확산반사판의 산란 구조를 안정적으로 형성할 수 없어 바람직하지 않다. 한편, 평균값(A)이 120㎛2보다 큰 경우, 이 포토마스크를 사용한 프록시미티 노광에 의해 제조된 확산반사판의 산란 구조의 간극은 커져, 산란에 기여하지 않는 평탄부의 면적이 증가하기 때문에, 산란에 의한 반사 휘도가 낮아진다. 또한, 정반사에 의해 배경이 비쳐 들어오는 것이 현저해지기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 포토마스크에서의 고립 패턴의 중심점에 의해 규정되는 A/B 값이 0.05 미만인 경우, 이 포토마스크를 사용한 프록시미티 노광에 의해 제조된 확산반사판의 산란 구조에서는 산란광의 위상이 한데 모아짐으로써 간섭이 강해져 바람직하지 않다. 한편, A/B 의 값이 0.25 보다 큰 경우, 산란에 의한 반사 휘도가 낮아지고 또한 제조시의 광산란 성능의 변동이 커 안정성이 결여되기 때문에 바람직하지 않다.
한편, 본 발명의 수치 범위에 의해 규정되는 패턴 영역을 갖는 포토마스크를 사용하면, 프록시미티 노광에 의한 포토리소그래피 기술에 의해 간섭 줄무늬나 얼룩이 생기지 않는 상태에서 반사 휘도가 높은 확산반사판을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 확산반사판은, 복수의 요철부의 중심점이 배치된 직사각형, 평행사변형 또는 육각형의 단위영역을 인접하여 반복 배치하여 이루어지는 확산반사판에 있어서, 단위영역 내의 중심점으로 구성되는 복수의 들로네 삼각형과, 단위영역과 인접하는 다른 단위영역의 경계선을 횡단하여 구성되는 복수의 들로네 삼각형과의 면적 총합이 단위영역의 면적과 동일해지는 들로네 삼각형군을 설정하여, 이 삼각형군을 구성하는 복수의 들로네 삼각형 면적의 평균값을 A, 표준편차를 B 라 한 경우, 중심점은 이하의 조건 (1) 및 (2)를 만족시키도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
(1)70㎛2≤A ≤120㎛2
(2)0.05 ≤B/A ≤0.25
또한, 요철부란 원뿔 모양 또는 원뿔대 모양 등의 오목부 또는 볼록부를 말하며, 각 단위영역 내에 오목부가 배열되어 있는 경우에는 오목부의 중심점 간의 이격 거리에 유의하고, 각 단위영역 내에 볼록부가 배열되어 있는 경우에는 볼록부의 중심점 간 이격 거리에 유의한다.
확산반사판에서의 요철부의 중심점에 의해 규정되는 평균값(A)이 70㎛2미만인 경우, 확산반사판의 산란 구조가 안정되지 않아 바람직하지 않다. 한편, 평균값(A)이 120㎛2보다 큰 경우, 확산반사판의 산란 구조의 간극이 커져, 산란에 기여하지 않는 평탄부의 면적이 증가되기 때문에, 반사 휘도가 낮아지며 또한 정반사에 의해 배경이 비쳐 들어오는 것이 현저해지므로 바람직하지 않다.
확산반사판에서의 요철부의 중심점에 의해 규정되는 A/B 값이 0.05 미만인 경우, 산란광의 위상이 한데 모아짐으로써 간섭이 강해지므로 바람직하지 않다. 한편, A/B 의 값이 0.25 보다 큰 경우, 산란에 의해 반사 휘도가 낮아지고 또한 광산란 성능의 변동이 커 안정성이 결여되기 때문에 바람직하지 않다.
한편, 본 발명에 관한 확산반사판은 상기 서술한 조건을 만족하므로, 간섭 줄무늬나 얼룩이 생기지 않는 상태에서 반사 휘도가 높아진다.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
이하, 실시형태에 관한 포토마스크 및 확산반사판에 관하여 설명한다. 또한, 동일 요소에는 동일 부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.
도 1 은 실시형태에 관한 포토마스크의 평면도이다.
포토마스크(M)는 대각 500㎜ 이상의 치수 K 를 갖는다. 즉, 이 포토마스크(M)는 프록시미티 노광에 사용된다. 또한, 포토마스크(M)는 확산 반사영역 형성용 패턴 영역(PR)을 구비하고 있다. 패턴 영역(PR)은 복수의 고립 패턴(P1)이 배치되어 있는 단위영역(R1)과 동일한 영역이 매트릭스상으로 인접하여 반복 배치되어 있다.
또한, 단위영역(R1)은 동일 형상의 반복에 의해 평면을 충전할 수 있는 형상을 가지고 있을 수도 있고, 직사각형에 한하지 않고 평행사변형, 또는 육각형일 수도 있다.
여기에서, 복수의 고립 패턴(P1)은 광투과부 또는 차광부로 이루어진다. 고립 패턴(P1)의 형상은 외형 치수가 15㎛ 이하인 원형, 링형, 타원형 또는 이들에 사실상 대응하는 육각형 이상의 다각형일 수도 있고, 링형인 경우, 고립 패턴(P1)의 폭은 4㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 외형 치수란 고립 패턴(P1)이 원형 또는 링형인 경우에는 외경의 치수(직경)를 의미하고, 타원형이나 다각형인 경우에는 중심점이 되는 중심위치로부터 외주까지의 평균 거리의 2 배를 의미하는 것으로 한다.
이로써, 포토마스크(M)를 사용한 프록시미티 노광에 의한 포토리소그래피 기술에 의해 미소한 요철면을 갖는 확산반사판을 형성할 수 있다.
도 2 는 실시형태에 관한 포토마스크의 패턴 배치의 설명도이다.
직사각형 단위영역(R1) 내에는 광투과부(C1∼C9 ; 복수의 고립 패턴(P1))가 존재하고, 각각 중심점(11∼19 ; 중심점(O1))을 가지고 있다. 또한, 경계선(Bd2)을 사이에 두고 단위영역(R1)에 인접하고 있는 단위영역(R2) 내에는 단위영역(R1)과 동일한 배열로 중심점(21∼29)를 갖는 광투과부(C21∼29)가 존재한다. 그리고, 경계선(Bd3)을 사이에 두고 단위영역(R1)에 인접하고 있는 단위영역(R3) 내에도 단위영역(R1)과 동일한 배열로 중심점(31∼39)을 갖는 광투과부(C31∼39)가 존재한다.
그래서, 단위영역(R1) 내의 중심점(11∼19)으로 구성되는 복수의 들로네 삼각형(Y)과 단위영역(R1)과 인접하는 다른 단위영역(R2, R3)과의 경계선(Bd2, Bd3)을 횡단하여 중심점(13, 16, 19, 21∼23, 31, 34, 37)으로 구성되는 복수의 들로네 삼각형(Z)과의 면적의 총합은 단위영역(R1)의 면적과 동일해진다. 따라서, 이들 들로네 삼각형(Y) 및 (Z)을 함께 들로네 삼각형군(X)으로 설정한다(도면 중 사선부분). 이 들로네 삼각형군(X)을 구성하는 복수의 들로네 삼각형 면적의 평균값을 A, 표준편차를 B 로 한 경우, 중심점(O1)은 이하의 조건 (1), (2)을 만족시키도록 배치된다.
(1)70㎛2≤A ≤120㎛2
(2)0.05 ≤B/A ≤0.25
이러한 패턴 배치를 갖는 단위영역으로 구성된 패턴 영역 내의 단위영역끼리는 이음매가 없어 연속이 된다. 따라서, 본 실시형태에 관한 포토마스크를 사용하면, 프록시미티 노광에 의한 포토리소그래피 기술에 의해 간섭 줄무늬나 얼룩이 생기지 않는 상태에서 반사 휘도가 높은 확산반사판을 제조할 수 있다.
또한, 고립 패턴(P1)의 중심점(O1)의 배열은 다음과 같이 결정된다. 여기에서, 평면 위에 점 몇 개가 배치되어 있을 때, 그 평면내의 점을 어느 점에 가장 가까운지에 따라 분할하여 만들어지는 도면(보노로이도)에서, 이 분할된 영역을 보로노이 영역이라 한다. 이 인접하는 보로노이 영역의 모점끼리를 연결하여 만들어진 삼각형을 들로네 삼각형이라고 하고, 점군의 접속 관계를 나타내는 수법으로서 사용할 수 있다.
먼저 단위영역(R1) 내에 존재하는 고립 패턴(P1)의 중심점(O1)의 수(N)를 결정하고, 컴퓨터에 의해 x, y 를 난수로 하여 N 개의 좌표(x, y)를 결정하며, 결정된 좌표에 중심점(O1)을 배치한다(랜덤 배치 (1)). 예를 들어 직사각형 단위영역의 왼쪽 아래 구석의 좌표를 원점(0, 0)으로 하고, 원점을 통과하여 직사각형의 대각선 상에 위치하는 직사각형 오른쪽 위 구석의 좌표를 (XMAX, YMAX)라 하면, XMAX는 예를 들어 132, YMAX는 예를 들어 396 이며, 0 내지 132에서 선택되는 난수 x, 0 내지 396에서 선택되는 난수 y 의 1 세트를 하나의 좌표로 하고 이 난수를 N 회 발생시킴으로써, N 개의 좌표(x, y)를 얻을 수 있다. 구체적으로 N 은 예를 들어 63 이다. 또한, 좌표(0, 0)와 좌표(0, 1) 간의 간격은 포토마스크 상에서는 0.5㎛ 로 설정된다. 이 경우, 단위영역(R1)의 형상은 각 변 66㎛×198㎛ 인 직사각형이다. 이 단위영역(R1)을 예를 들어 매트릭스형으로 인접하여 반복 배치한다.
다음으로, 이렇게 하여 얻은 랜덤 배치(1)에 대한 상기 들로네 삼각형군(X)에 있어서, 들로네 삼각형 면적의 평균값(A) 및 면적분포의 표준편차(B)가 얻어진다. 각 삼각형의 면적(S)은 인접하는 3 개의 중심점(O1)의 좌표를 (a, b), (c, d), (e, f)라 하면, 이하와 같이 나타낸다.
S=(ad+cf+eb-bc-de-fa)/2
여기에서, A+B 보다 면적이 큰 들로네 삼각형은 축소되는 방향으로 중심점(O1)을 이동시키고, A-B 보다 면적이 작은 들로네 삼각형은 확대되는 방향으로 중심점(O1)을 이동시킨다. 이하, 상세하게 설명한다.
하나의 들로네 삼각형은, 인접하는 3 개의 중심점(O1)을 정점으로 하여 구성되어 있고, 들로네 삼각형군(X)의 삼각형 수를 K 개라 한다. 들로네 삼각형 면적의 평균값 A 과 k 번째(k=1∼K)의 들로네 삼각형 면적 S(k) 의 차분 Δ(Δ=S(k)-A)의 절대값 ｜Δ｜을 표준편차 B 와 비교하여, 표준편차 B 보다 큰 면적을 갖는 들로네 삼각형의 번호를 특정한다. 특정된 들로네 삼각형은 3 개의 중심점(O1)으로 이루어지므로, 이 중 하나의 중심점(O1)의 좌표를 예를 들어 이하와 같이 이동시킨다.
특정된 삼각형을 구성하는 세 개의 중심점 중 이 삼각형에 포함되지 않는 인접한 중심점과의 거리가 가장 짧은 중심점(O1)을 선택하여 그 좌표(x, y)를 좌표(x+1, y)로 이동시키고, 상기 서술한 평균값 A, 면적 S(k) 에 대응하는 이동후의 평균값 A' 와, 들로네 삼각형의 면적 S(k') 을 재계산하여, 그 차분 Δ'(Δ'=S(k')-A')의 절대값｜Δ｜을 계산한다. ｜Δ'｜<｜Δ｜인 경우에는 중심점(O1)을 좌표(x+1, y)로 이동시키고, ｜Δ'｜>｜Δ｜인 경우에는 좌표(x-1, y)로 이동시킨다. ｜Δ'｜=｜Δ｜인 경우는 이동시키지 않는다. 마찬가지 방법으로 y 좌표를 이동시킨다. 이렇게 하여 랜덤 배치(2)를 제작한다.
이 이동조작을 모든 특정된 들로네 삼각형에 대하여 행하여 평균값 A, 표준편차 B 가 상기 (1) 및 (2)의 조건을 만족할 때까지 반복하여 중심점(O1)의 좌표를 확정한다. 예를 들어, 이동조작의 회수는 수 회이다. 이로써, 고립 패턴(P1)의 중심점(O1)의 배열은 결정된다. 즉, 이하의 수순을 차례로 실행한다.
(ⅰ)K 개의 들로네 삼각형군에 있어서, 삼각형 면적의 평균값(A) 및 표준편차(B)를 산출한다.
(ⅱ)k 번째(k=1∼K)의 들로네 삼각형 면적 S(k)을 산출한다.
(ⅲ)S(k)와 A 의 차분Δ(Δ=S(k)-A)의 절대값｜Δ｜을 산출한다.
(ⅳ)｜Δ｜>B 가 되는 들로네 삼각형의 번호를 특정한다.
(ⅴ)특정된 들로네 삼각형으로부터 하나의 삼각형을 선택하고, 삼각형의 세 중심점 중 이 삼각형에 포함되지 않는 인접하는 중심점과의 거리가 가장 짧은 중심점을 선택한다.
(ⅵ)선택된 중심점의 좌표(x, y)를 좌표(x+1, y)로 이동시킨다.
(ⅶ)이동후 평균값(A')과 들로네 삼각형 면적 S(k')의 차분 Δ'(Δ'=S(k')-A')의 절대값｜Δ'｜을 계산한다.
(ⅷ)｜Δ'｜<｜Δ｜인 경우에는 중심점(O1)을 좌표(x+1, y)로 이동시키고, ｜Δ'｜>｜Δ｜인 경우에는 좌표(x-1, y)로 이동시키고, ｜Δ'｜=｜Δ｜인 경우에는 이동시키지 않는다.
(ⅸ)다시 ｜Δ｜>B 가 되는 들로네 삼각형의 번호를 특정한다.
(ⅹ)특정된 들로네 삼각형으로부터 하나의 삼각형을 선택하고, 삼각형의 세 중심점 중 이 삼각형에 포함되지 않는 인접하는 중심점과의 거리가 가장 짧은 중심점을 선택한다.
(xi)선택된 중심점의 좌표(x, y)를 좌표(x, y+1)로 이동시킨다.
(xⅱ)이동후 평균값(A")과 들로네 삼각형의 면적 S(k")의 차분 Δ"(Δ"=S(k")-A")의 절대값｜Δ"｜을 계산한다.
(xⅲ)｜Δ"｜<｜Δ'｜인 경우에는 중심점(O1)을 좌표(x, y+1)로 이동시키고, ｜Δ"｜>｜Δ'｜인 경우에는 좌표(x, y-1)로 이동시키고, ｜Δ"｜=｜Δ'｜인 경우에는 이동시키지 않는다.
(xⅳ)모든 특정된 들로네 삼각형에 대하여 (ⅴ)∼(xⅲ)을 실행하여, 최종적인 평균값(A), 표준편차(B)가 상기 (1) 및 (2)의 조건을 만족시킬 때까지 반복한다. 또한, A', A" 는 연산 회수가 2 회째, 3 회째인 평균값(A)을 나타내는 것이며, 상기에서는 명확하게 하기 위하여 A 에 A' 및 A" 를 사용하고 있다.
상기 서술한 공정을 컴퓨터에 실행시켜 결정된 중심점에 고립 패턴의 중심이 일치하도록 고립 패턴을 배치한다.
도 3 은 실시형태에 관한 확산반사판의 패턴 배치의 설명도이다. 이 확산반사판은 상기 서술한 포토마스크(M)에 의해 패턴이 형성된 포토레지스트를 구비하는데, 포토레지스트의 종류에는 감광된 부분이 현상액에 불용성이 되는 네가티브형과 가용성이 되는 포지티브형이 있다. 이 경우, 요철부(D1)란 오목부 또는 볼록부를 말하며, 포토레지스트가 네가티브형인지 포지티브형인지에 따라 그 형상이 달라진다. 즉, 이하의 ①∼④의 경우를 생각할 수 있다.
①고립 패턴이 광투과부에서 포지티브형 포토레지스트를 사용한 경우, 고립 패턴에 대향하는 위치의 포토레지스트가 용해되어 광투과부에 대향하는 위치에 오목부가 형성된다.
②고립 패턴이 차광부에서 포지티브형 포토레지스트를 사용한 경우, 고립 패턴의 주변부에 대향하는 위치의 포토레지스트가 용해되어 차광부에 대향하는 위치에 볼록부가 형성된다.
③고립 패턴이 광투과부에서 네가티브형 포토레지스트를 사용한 경우, 고립 패턴의 주변부에 대향하는 위치의 포토레지스트가 용해되어 광투과부에 대향하는 위치에 볼록부가 형성된다.
④고립 패턴이 차광부에서 네가티브형 포토레지스트를 사용한 경우, 고립 패턴에 대향하는 위치의 포토레지스트가 용해되어 광투과부에 대향하는 위치에 오목부가 형성된다.
또한, 확산반사판에서의 요철부(D1)의 중심점(O1)에 관해 설명하는 경우, 상기 서술한 ① 및 ④의 수법에 의해 각 단위영역(R1, R2 및 R3) 내에 오목부가 배열되어 있는 경우에는 오목부의 중심점을 의미하고, 상기 서술한 ② 및 ③의 수법에 의해 각 단위영역(R1, R2 및 R3) 내에 볼록부가 배열되어 있는 경우에는 볼록부의 중심점을 의미한다.
본 발명의 실시형태에 관한 확산반사판은, 도 2 에서 설명한 패턴 배치의 패턴 영역을 갖는 포토마스크를 사용하여 제조된다. 따라서, 도 3 에 있어서 단위영역(R1) 내에 있는 요철부(D1)의 중심점(O1)의 배열은 도 2 에서의 복수의 고립 패턴(P1)의 중심점(O1)과 동일해진다. 이로써, 간섭 줄무늬나 얼룩이 생기지 않는 상태에서 반사 휘도가 높은 확산반사판을 제공할 수 있다.
한편, 도 7 은 종래 기술에 의한 포토마스크의 평면도이다. 이 경우, 도 1 에서 설명한 실시형태에 관한 포토마스크과 비교하여, 예를 들어 단위영역(R1)과 인접하는 단위영역(R2)의 경계선(Bd) 근방에 공극영역이 남기 때문에 불연속이 되며, 단위영역 간에 이음매가 없는 패턴 영역을 갖는 포토마스크 및 확산반사판을 제공할 수 없다. 이 경우, 반사 휘도의 얼룩이 생긴다.
도 4 는 실시형태에 관한 확산반사판이 부착된 컬러필터의 단면도이다.
투명기판(1)의 표면상에는 도 3 에서 설명한 배열로 패턴 배치된 복수의 요철부(D1)를 갖는 요철층(2)이 형성되어 있다. 요철층(2)의 표면 상에는 증착 등의 수법으로 알루미늄 등 고반사율의 금속막을 함유하는 반사막(3)이 형성된다.
요철층(2)은 감광성 수지 등의 유기재료로 이루어지고, 예를 들어 노볼락 수지계, (메타)아크릴 수지계 포지티브형 레지스트를 사용할 수 있다. 그리고 바람직하게는 카본블랙이나 색소를 첨가하여 노광광에 대하여 흡광성을 부여한 포지티브형 레지스트를 사용할 수 있다. 감광성 수지는 노광 공정, 현상 공정후의 가열공정에서 경화되는 성질이 있다.
광산란층을 컬러필터 기판에 형성하여 사용하는 경우에는, 광산란층 위에 착색수지 영역(4R, 4G, 4B)이 형성된다. 착색수지 영역(4R, 4G, 4B) 위에는 필요에 따라 투명보호막(6)이 형성되며, 액정을 구동하기 위한 투명전극(5)이 형성된다. 투명전극(5)에는 예를 들어 ITO(산화 인듐-산화 주석) 등을 사용할 수 있다.
또한, 착색수지 영역(4R, 4G, 4B)은, 액정 중에 표시불량의 원인이 되는 불순물을 용출시키지 않는다면 어떠한 재질이든 사용할 수 있다. 구체적인 재질로는, 임의의 광만을 투과하도록 막두께 제어된 무기막이나 염색, 염료분산 또는 안료분산된 수지 등이 있다.
이 수지의 종류에는 특별히 제한은 없지만, 아크릴, 폴리비닐알콜, 폴리이미드 등을 사용할 수 있다. 또한, 제조 프로세스의 간편성이나 내후성 등의 면에서 착색수지 영역(4R, 4G, 4B)에는 안료분산된 수지막을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 광산란층을 소자기판으로 사용하는 경우에는, 광산란층 위에 배선이나 구동소자를 형성할 수도 있다.
도 5A, 도 5B, 도 5C, 도 5D, 도 5E 는 도 4 에 나타내는 컬러필터의 제조방법의 설명도이며, 공정 (a)∼공정 (e)는 순서대로 실행된다.
도포 공정 (a)
투명기판(1) 위에 포지티브형 포토레지스트(감광성 수지)를 도포하여 포토레지스트층(요철층(2)의 중간체 ; 2)을 형성한다(도 5A).
노광 공정 (b)
포토마스크(M)를 사이에 두고 일괄노광(프록시미티 노광)한다(도 5B). 여기에서, 포토마스크(M)에는 복수의 고립 패턴(P1)의 중심점(O1)이 도 2 에서 설명한 배열로 배치되어 있다. 이 포토마스크(M)를 사용한 노광에 의해 포토레지스트 내에 잠상 농도 분포(2a)가 형성된다. 그리고 고립 패턴(P1)의 외형 치수(D)는 15㎛ 이하인 것이 바람직하다.
현상·열처리 공정 (c)
포토레지스트를 현상함으로써 패터닝한다(도 5C). 현상은 포토레지스트에 적합한 조건을 선택하면 되고, 나트륨이나 칼륨의 수산화물, 탄산염, 탄산수소염과 같은 무기알칼리, 유기암모늄 등의 유기 알칼리 용액을 현상액으로 사용한다. 현상은 현상액을 20℃ 내지 40℃ 에서 침지 또는 샤워시켜 행해진다. 현상후의 기판은 순수로 충분히 세정한 후 열처리한다.
열처리 공정에서는, 포토레지스트의 패턴은 가열 경화되어 매끄러운 요철부가 형성된다. 열처리 온도로는 바람직하게는 120∼250℃, 보다 바람직하게는 150∼230℃의 범위가 바람직하다. 또한, 열처리 시간으로는 10∼60분이 바람직하다.
반사막 형성 공정 (d)
금속막을 포함하는 반사막(3)을 형성한다(도 5D). 이 형성에는 증착법이나 스퍼터법을 사용할 수 있다. 반사막(3)을 구성하는 재료로는 순알루미늄, 알루미늄 합금(Al-Nd 합금 등)이나 은 합금(Ag-Pd-Cu 합금) 등이 좋다. 반사막(3)의 두께는 0.1∼0.3㎛ 의 범위가 적합하고, 보다 바람직하게는 0.15∼0.25㎛의 범위가 좋다. 반사막(3)에 유전체 다층막을 사용할 수도 있다.
또한, 반사막(3)이 금속막을 포함하는 경우에는 높은 반사율을 달성할 수 있다. 이 금속막은 금속 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 은 합금을 함유하는 것이 바람직하지만, 물론 특성에 악영향을 미치지 않는 다른 원소를 함유할 수도 있다. 반사막(3)은 필요에 따라 에칭 등에 의해 불필요 부분을 제거하여 광투과부나 마크류를 형성한다.
착색층 형성 공정 (e)
필요에 따라 적, 녹, 청의 착색층(4R, 4G, 4B)을 형성하고, 이어서 투명보호막(6) 및 투명전극(5)을 형성물 위에 퇴적시켜 확산반사판이 부착된 컬러필터가 완성된다(도 5E).
(실시예)
이하, 본 발명을 실시예에 의해 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
(실험조건)
(실시예 1)
포토마스크의 패턴 영역을 구성하는 직사각형의 단위영역(66㎛×198㎛) 내에 외경 9㎛의 원형 광투과부의 중심점(73개)을 소정 배열로 배치하였다. 이 배열은 난수를 사용하는 상기 수법에 의해 결정하였다. 얻어진 배열에서 들로네 삼각형군(X)에 의해 규정되는 평균값(A)은 90㎛2이고, B/A 의 값은 0.2 이었다. 이 포토마스크를 사용한 프록시미티 노광에 의한 포토리소그래피 기술에 의해 확산반사판이 부착된 컬러필터를 제조하였다. 그리고, 포토마스크 상의 단위영역 및 광투과부는 컬러필터의 단위 화소 및 요철부에 대응한다.
먼저, 세정한 370×470×0.7㎜의 유리 기판(코닝 1737)에 카본블랙을 첨가한 흡광성 레지스트(투과율 0.2/㎛)를 1.1㎛의 막두께로 도포하였다. 얻어진 레지스트막을 핫플레이트 위에서 100℃×110초 간 프리베이크한 후, 상기 포토마스크를 사이에 두고 노광 갭 130㎛, 노광량 300mJ/㎠ 의 조건으로 노광하였다.
노광후의 기판은 0.5% KOH 용액을 사용하여 23℃에서 80초의 조건으로 현상한 후 클린 오븐 속에서 200℃×20분간 열처리하였다.
얻어진 기판의 표면에는 요철부가 형성되는 한편, 주변부에서는 불필요한 레지스트가 완전히 박리제거되어 있어, 컬러필터나 TFT, TFD 등의 소자기판의 형성이 가능한 상태였다.
제작한 가열처리후의 기판에 대하여 스퍼터에 의해 알루미늄 합금(Al-Nd 합금) 반사막을 0.2㎛의 두께로 형성하여 확산반사판으로 하였다.
얻어진 확산반사판에서 5×5㎠의 면적을 갖는 일부를 잘라내어 글리세린을 개재시켜 5×5㎠의 유리 기판(코닝 1737)을 맞붙여 광산란성능 평가용 모델 셀로 하였다.
제작한 확산반사판을 물로 세척하고 스핀 코터를 사용하여 감광성 적색 레지스트 CR-8960(후지 필름 아치 주식회사 제조)를 도포하였다. 프리베이크 후 스트라이프형 광투과부를 갖는 포토마스크를 사이에 두고 노광한 후, 무기알칼리 수용액을 사용하여 현상하고, 물로 세척한 후 클린 오븐에서 220℃×20분 열처리하여 스트라이프형 적색 투명 수지 패턴(두께 1.0㎛)을 제작하였다.
그리고, 이 기판에 감광성 녹색 레지스트 CG-8960(후지 필름 아치 주식회사 제조), 감광성 청색 레지스트 CB-8960(후지 필름 아치 주식회사 제조)을 각각 동일하게 도포하고 노광, 현상, 열처리를 반복함으로써 적색, 녹색, 청색의 투명 수지 패턴의 배열을 제작하였다.
투명 수지 패턴을 형성한 기판 위에 보호막 재료로서 NN-525(제이에스알 주식회사 제조)를 도포하고 노광, 현상, 열처리함으로써 두께 2.0㎛ 의 투명보호막층을 형성하여 컬러필터로 하였다.
(실시예 2)∼(실시예 5)
직사각형 단위영역의 면적, 광투과부의 수, 평균값(A) 및 B/A 를 상기 서술한 (1) 및 (2)의 조건을 만족시키는 범위 내에서 변화시켜 본 발명에 의한 패턴 영역을 갖는 포토마스크를 제작하고, 그 포토마스크를 사용하여 실시예 1 과 동일한 공정으로 확산반사판을 제조하였다.
(비교예 1)∼(비교예 4)
직사각형 단위영역의 면적, 광투과부의 수, 평균값(A) 및 B/A 를 상기 서술한 (1) 및 (2)의 조건을 만족시키지 않게 변화시킨 패턴 영역을 갖는 포토마스크를 제작하고, 그 포토마스크를 사용하여 실시예 1 과 동일한 공정으로 확산반사판을 제조하였다.
(평가 및 결과)
도 6 은 실시예 1∼실시예 5, 비교예 1∼비교예 4 에 관한 포토마스크 구성 요소의 파라미터와 얻어진 확산반사판 및 컬러필터의 특성을 나타내는 표이다.
각 실시예 및 비교예의 모델 셀을 외경이 5.7㎝ 인 링형 광원의 6.2㎝ 바로 아래에 배치하고, 링형 광원의 중앙에 배치한 휘도계를 사용하여 반사 휘도를 측정하고, 표준 백색판의 반사 휘도에 대한 상대 휘도(게인)를 평가하였다. 또한, 동일한 모델 셀을 육안으로 관찰하여 광의 간섭에 의한 간섭 줄무늬(간섭색)의 유무를 평가하였다.
실시예 1∼실시예 5 에 관한 확산반사판은 최소라 해도 게인이 155% 이상 얻어지고, 또한 간섭색도 얼룩도 관찰되지 않았다.
또한, 실시예 1∼실시예 5 에 관한 컬러필터의 표면 요철을 측정하였더니, 산란 구조에 기인하는 요철은 0.2㎛ 이하이며, 표시성능에 아무런 문제를 주지 않았다.
한편, 비교예 1 에 관한 확산반사판은 간섭에 의한 간섭색이 관찰되었다. 또한, 비교예 2∼비교예 4 는 최대라 해도 게인이 128% 밖에 얻어지지 않았다.
도 8 은 확산반사판 패턴의 현미경 사진을 나타내는 도면이다. 이 확산반사판은 단위영역 한 변의 길이를 127㎛ 로 설정하여 제작한 포토마스크를 사용하여 노광한 포토레지스트로 이루어진다. 또한, 포토레지스트 위에는 금속막이 증착된다. 이로써 패턴 영역 전면에서 이음매(경계선)가 없어 연속적인 고립 패턴의 중심점 배열을 얻을 수 있게 되어 있다.
본 발명의 포토마스크를 사용하면, 간섭 줄무늬나 얼룩이 생기지 않는 상태에서 반사 휘도가 높은 확산반사판을 제조할 수 있다.

Claims (6)

  1. 복수의 고립 패턴의 중심점이 배치된 직사각형, 평행사변형, 또는 육각형의 단위영역을 인접하여 반복 배치하여 구성되는 패턴 영역을 갖는 포토마스크에 있어서,
    상기 단위영역 내의 상기 중심점으로 구성되는 복수의 들로네 삼각형과, 상기 단위영역과 인접하는 다른 단위영역의 경계선을 횡단하여 구성되는 복수의 들로네 삼각형과의 면적 총합이 상기 단위영역의 면적과 동일한 들로네 삼각형군을 설정하여, 상기 삼각형군을 구성하는 복수의 들로네 삼각형 면적의 평균값을 A, 표준편차를 B 라 하는 경우,
    상기 중심점은,
    이하의 조건 :
    70㎛2≤A ≤120㎛2
    0.05 ≤B/A ≤0.25
    를 만족하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  2. 복수의 요철부의 중심점이 배치된 직사각형, 평행사변형, 또는 육각형의 단위영역을 인접하여 반복 배치하여 구성하는 확산반사판에 있어서,
    상기 단위영역 내의 상기 중심점으로 구성되는 복수의 들로네 삼각형과, 상기 단위영역과 인접하는 다른 단위영역의 경계선을 횡단하여 구성되는 복수의 들로네 삼각형과의 면적 총합이 상기 단위영역의 면적과 동일한 들로네 삼각형군을 설정하여, 상기 삼각형군을 구성하는 복수의 들로네 삼각형 면적의 평균값을 A, 표준편차를 B 라 하는 경우,
    상기 중심점은,
    이하의 조건 :
    70㎛2≤A ≤120㎛2
    0.05 ≤B/A ≤0.25
    를 만족하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 확산반사판.
  3. 제 2 항에 기재된 확산반사판 상에 반사막을 구비하고, 상기 반사막 위에 착색 수지를 형성하여 이루어지는 컬러필터.
  4. 포토마스크의 제조방법에 있어서,
    (ⅰ)인접하는 K 개의 들로네 삼각형군에 있어서, 삼각형 면적의 평균값(A) 및 표준편차(B)를 산출하는 공정,
    (ⅱ)k 번째(k=1∼K)의 들로네 삼각형 면적 S(k)을 산출하는 공정,
    (ⅲ)S(k)와 A 의 차분Δ(Δ=S(k)-A)의 절대값｜Δ｜을 산출하는 공정,
    (ⅳ)｜Δ｜>B 가 되는 들로네 삼각형의 번호를 특정하는 공정,
    (ⅴ)특정된 들로네 삼각형으로부터 하나의 삼각형을 선택하고, 삼각형의 세 중심점 중 상기 삼각형에 포함되지 않는 인접한 중심점과의 거리가 가장 짧은 중심점을 선택하는 공정,
    (ⅵ)선택된 중심점의 좌표(x, y)를 좌표(x+1, y)로 이동시키는 공정,
    (ⅶ)공정(ⅵ)에서의 이동후 평균값(A)과 들로네 삼각형 면적 S(k')의 차분 Δ'(Δ'=S(k')-A)의 절대값｜Δ'｜을 계산하는 공정,
    (ⅷ)｜Δ'｜<｜Δ｜인 경우에는 중심점(O1)을 좌표(x+1, y)로 이동시키고, ｜Δ'｜>｜Δ｜인 경우에는 좌표(x-1, y)로 이동시키고, ｜Δ'｜=｜Δ｜인 경우에는 이동시키지 않는 공정,
    (ⅸ)다시 ｜Δ｜>B 가 되는 들로네 삼각형의 번호를 특정하는 공정,
    (ⅹ)특정된 들로네 삼각형으로부터 하나의 삼각형을 선택하고, 상기 삼각형의 세 중심점 중 상기 삼각형에 포함되지 않는 인접한 중심점과의 거리가 가장 짧은 중심점을 선택하는 공정,
    (xi)상기 선택된 중심점의 좌표(x, y)를 좌표(x, y+1)로 이동시키는 공정,
    (xⅱ)상기 공정(xi)에서의 이동 후 평균값(A)과 들로네 삼각형 면적 S(k")의 차분 Δ"(Δ"=S(k")-A)의 절대값｜Δ"｜을 계산하는 공정,
    (xⅲ)｜Δ"｜<｜Δ'｜인 경우에는 중심점(O1)을 좌표(x, y+1)로 이동시키고, ｜Δ"｜>｜Δ'｜인 경우에는 좌표(x, y-1)로 이동시키고, ｜Δ"｜=｜Δ'｜인 경우에는 이동시키지 않는 공정, 및
    (xⅳ)모든 특정된 들로네 삼각형에 대하여 (ⅴ)∼(xⅲ)을 실행하여 최종적인평균값(A), 표준편차(B)가 하기 조건 (1) 및 (2),
    (1)70㎛2≤A ≤120㎛2
    (2)0.05 ≤B/A ≤0.25
    를 만족시킬 때까지 반복하는 공정을 구비하고,
    상기 결정된 중심점에 고립 패턴을 배치하는 공정을 구비하는 포토마스크의 제조방법.
  5. 제 4 항에 기재된 포토마스크를 사이에 두고 포토레지스트를 노광하는 공정, 노광된 포토레지스트를 현상하는 공정, 및 현상된 포토레지스트 위에 반사막을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 확산반사판의 제조방법.
  6. 제 5 항에 기재된 상기 확산반사판 상에 착색 수지를 형성하는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조방법.
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