KR20110076578A - 배선 형성 방법 및 이를 이용한 액정표시장치 제조방법 - Google Patents

배선 형성 방법 및 이를 이용한 액정표시장치 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배선 형성 방법 및 이를 이용한 액정표시장치 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 배선 형성 방법은, 기판 상에 제 1 금속막을 형성하는 단계; 상기 금속막 상에 네가티브 감광막을 도포하고, 노광 및 현상 공정을 진행하여 역테이퍼 구조를 갖는 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴이 형성된 기판 상에 제 2 금속막을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴과 제 1 금속막 상에 형성된 제 2 금속막을 마스크로 하여 식각 공정을 진행하여 제 1 배선과 제 2 배선을 형성하는 단계; 상기 제 2 금속막을 제거하는 단계; 및 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 배선 형성 방법은 네가티브 감광막과 식각 공정을 이용하여 기존 사용되는 마스크와 노광 장비에 의해 형성할 수 있는 배선 폭보다 좁은 폭을 갖는 배선 또는 전극을 형성할 수 있는 효과가 있다.

Description

배선 형성 방법 및 이를 이용한 액정표시장치 제조방법{Method for fabricating line and Method for fabricating liquid crystal display device of using the same}
본원 발명은 배선 형성 방법 및 이를 이용한 액정표시장치 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 소형화, 경량화, 저 전력 소비화 등의 장점이 있어 CRT(Cathode-Ray Tube)의 단점을 극복할 수 있는 대체 수단으로 점차 주목받아 왔고, 현재는 디스플레이 장치를 필요로 하는 거의 모든 정보 처리 기기에 장착되고 있는 실정이다.
이러한 액정표시장치는 일반적으로 액정의 특정한 분자 배열에 전압을 인가하여, 다른 분자 배열로 변환시켜 광학적 성질의 변화를 시각 변화로 변환하는 것으로, 액정 셀에 의한 빛의 변조를 이용한 디스플레이 장치이다.
상기 액정표시장치는 화소 단위를 이루는 액정 셀의 형성 공정을 동반하는 패널 상부기판 및 하부기판의 제조공정과, 액정 배향을 위한 배향막의 형성 및 러 빙(Rubbing) 공정과, 상부기판 및 하부기판의 합착 공정과, 합착된 상부기판 및 하부기판 사이에 액정을 주입하고 봉지하는 공정 등의 여러 과정을 거쳐 완성되게 된다.
상기 하부기판 제조공정에서는 복수개의 게이트 배선과 데이터 배선을 교차 배열하여 단위 화소 영역을 정의하고, 각각의 화소 영역에는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)와 화소 전극(Pixel electrode)을 형성한다. 상기 박막 트랜지스터는 게이트 배선을 통해 공급되는 구동신호에 의해 턴온(Turn On) 되어, 상기 데이터 배선으로부터 공급되는 그래픽 신호를 화소 전극에 공급하는 스위칭 기능을 한다. 이렇게 화소 전극에 공급된 그래픽 신호는 액정을 회전시키는 전계를 발생시켜 외부광 또는 내부광을 변조시켜 화상을 디스플레이한다.
특히, 최근 액정표시장치가 대형화, 고해상도화 되어가면서 고개구율화 및 고투과율화 특성을 갖도록 개발되고 있다.
액정표시장치가 고개구율 및 고투과율 특성을 갖기 위해서는 정해진 화소 영역 내에 배치된 게이트 배선과 데이터 배선, 화소전극 및 공통전극의 폭을 좁게 형성하는 것이 바람직하다.
하지만, 액정표시장치 제조방법에 사용되는 노광기의 물리적 특성상 배선 폭 또는 전극 폭이 4㎛ 이하로 형성되기 어렵다. 즉, 기판 상에 금속막을 형성한 다음 감광막을 도포하고, 마스크 공정을 진행하여 노광, 현상 및 식각 공정을 진행하여 형성할 수 있는 배선 폭 또는 전극 폭은 4㎛ 내외이다.
따라서, 액정표시장치가 고개구율 및 고투과율 특성을 갖기 위해서는 화소 영역에 형성되는 배선 또는 전극 폭을 줄이는 방법이 요구된다.
본 발명은 종래 액정표시장치 제조 공정에 사용되는 마스크와 노광 장비를 이용하여 노광 장비의 물리적 해상도보다 훨씬 좁은 폭의 배선과 전극을 형성할 수 있는 배선 형성 방법을 제공함에 있다.
특히, 본 발명은 액정표시장치의 화소 영역에 형성되는 전극 간 거리를 좁혀 저전력, 고개구율 및 고투과율을 특성을 갖도록 한 액정표시장치 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배선 형성 방법은, 기판 상에 제 1 금속막을 형성하는 단계; 상기 금속막 상에 네가티브 감광막을 도포하고, 노광 및 현상 공정을 진행하여 역테이퍼 구조를 갖는 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴이 형성된 기판 상에 제 2 금속막을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴과 제 1 금속막 상에 형성된 제 2 금속막을 마스크로 하여 식각 공정을 진행하여 제 1 배선과 제 2 배선을 형성하는 단계; 상기 제 2 금속막을 제거하는 단계; 및 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치 제조방법은, 기판 상에 금속막을 형성한 다음, 제 1 마스크 공정을 진행하여 게이트 전극 및 게이트 배선을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극이 형성된 기판 상에 게이트 절연막, 비정질 실리콘막과 도핑된 비정질실리콘막 및 소스/드레인 금속막을 순차적으로 형성한 다음, 제 2 마스크 공정을 진행하여 소스/드레인 전극, 액티브층 및 데이터 배선을 형성하는 단계; 상기 소스/드레인 전극 등이 형성된 기판 상의 전면에 보호막을 형성한 다음, 제 3 마스크 공정을 진행하여 콘택홀을 형성하는 단계; 및 상기 보호막 상에 상기 제1항에 따라 제 4 마스크 공정을 진행하는 단계를 포함하고, 상기 제1항의 제 1 배선과 제 2 배선은 화소 영역에 형성되고, 상기 제 1 배선은 화소전극, 제 2 배선은 공통전극인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배선 형성 방법은 네가티브 감광막과 식각 공정을 이용하여 기존 사용되는 마스크와 노광 장비에 의해 형성할 수 있는 배선 폭보다 좁은 폭을 갖는 배선 또는 전극을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 액정표시장치 제조 방법은 장비 추가 없이 화소 영역에 형성되는 전극 간 거리를 좁혀, 저전력 구동, 고개구율 및 고투과율을 구현할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소 개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배선 형성 공정을 도시한 것이다.
아래 설명은 금속막을 증착하고 마스크 공정을 진행하여 배선을 형성하는 것을 중심으로 설명하였지만, 배선은 액정표시장치의 화소전극 또는 공통전극일 수 있다.
특히, 전극 형성 공정에 적용할 경우에는 IPS(In-Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같이 TFT(Thin Film Transistor) 기판 상에 공통전극과 화소전극이 함께 형성되는 구조에 적용할 수 있다.
도 1a 내지 도 1e를 참조하면, 절연기판(100) 상에 투명성 도전막(110)을 형성한다. 이후, 투명성 도전막(110) 상에 감광막을 도포한 다음, 마스크 공정을 진행한다.
상기 투명성 도전막(110)은 ITO, ITZO, IZO 중 어느 하나를 사용한다.
마스크 공정에 사용되는 감광막(Photoresistor)은 포지티브 감광막과 네가티브 감광막이 있다. 상기 포지티브(positive) 감광막은 빛이 투과되는 투과영역과 빛이 투과되지 않는 비투과영역으로 구분되는 마스크에 빛을 조사할 때, 마스크의 투과 영역과 대응되는 영역의 감광막은 현상 공정에서 제거되고, 마스크의 비투과영역과 대응되는 영역의 감광막은 현상 공정에서 남는 성질을 갖는다.
상기 네가티브(negative) 감광막은 포지티브 감광막과 반대의 성질을 갖는다. 즉, 마스크의 투과 영역과 대응되는 영역의 감광막은 현상 공정에서 남아 있고, 마스크의 비투과영역과 대응되는 영역의 감광막은 현상 공정에서 제거되는 성질을 갖는다.
본 발명에서는 현상 공정 후 역테이퍼 구조를 갖는 네가티브 감광막을 사용하여 배선을 제조한다. 상기 역테이퍼 구조는 하측면의 폭보다 상측면의 폭이 더 큰 구조로 정의한다.
상기와 같이, 투명성 도전막(110) 상에 감광막이 형성되면, 노광 및 현상 공정을 진행하여 감광막패턴(200)을 형성한다. 상기 감광막패턴(200)은 하측 폭(d3)보다 상측의 폭이 더 넓은 역테이퍼 구조를 갖는다.
상기 감광막패턴(200)의 하측폭은 4㎛ 내외이고, 하측의 가장자리와 상측의 가장자리 거리(d1)는 1㎛ 내외이다. 즉, 감광막패턴(200)의 상측면 가장자리로부터 하측면의 가장자리까지의 거리가 1㎛ 내외이다. 또한, 감광막패턴(200)의 상측면 가장자리와 인접한 감광막패턴(200)의 상측면 가장자리 사이의 거리(d2)는 3㎛ 내외의 거리를 갖는다. 따라서, 상기 감광막패턴(200)의 하측 가장자리와 마주하는 인접한 감광막 패턴(200)의 하측 가장자리 거리(d4)는 5㎛ 내외의 거리를 갖는다.
이와 같이, 감광막 패턴(200)이 투명성 도전막(110) 상에 형성되면, 도 1b에 도시한 바와 같이, 금속막(130)을 형성한다. 금속막(130)은 Mo, Al, Cu, W, Ag 또는 이들의 합금으로 형성할 수 있다.
상기 금속막(130)은 상기 감광막패턴(200)과, 상기 감광막패턴(200)들 사이의 투명성 도전막(110) 상에 분리된 패턴으로 형성된다.
따라서, 상기 투명성 도전막(110) 상에 형성되는 금속막(130)의 폭(d5)은 d2 보다 다소 넓은 3㎛ 이상이 된다. 왜냐하면, 상기 금속막(130)이 투명성 도전막(110) 상에 형성될 때, 감광막패턴(200)의 상측면과 하측면 사이에도 공간에도 금속막(130)이 형성되기 때문이다.
상기와 같이, 금속막(130)이 절연기판(100) 상에 형성되면 도 1c 및 도 1d에 도시한 바와 같이, 상기 감광성패턴(200)과 투명성 도전막에 형성된 금속막(130)을 마스크로 하여 투명성 도전막을 식각하여 제 1 배선(210)과 제 2 배선(211)을 형성한다. 상기 제 1 배선(210)과 제 2 배선(211)은 액정표시장치의 화소전극과 공통전극일 수 있다.
상기 제 1 배선(210)은 감광막패턴(200) 하부에 형성되는 배선이고, 제 2 배선(211)은 금속막(130) 하부에 형성된 배선이다.
그런 다음, 도 1e에 도시한 바와 같이, 감광막패턴을 제거하면 절연기판(100) 상에는 제 1, 2 배선(210, 211) 만 남게 된다.
상기 제 1, 2 배선(210, 211)의 폭(d6,d8)은 식각 공정시 상기 감광막패턴(200)과 금속막(130)의 하측으로 언더컷 형태로 식각되기 때문에 제 1 배선(210) 과 제 2 배선(211)의 폭(d6, d8)은 d3과 d2보다 좁은 2.5㎛을 갖는다. 또한, 제 1 배선(210)과 제 2 배선(211) 간의 거리(d7, 2㎛)는 식각시 언더컷으로 인하여 d1의 폭보다 넓게 형성된다.
마스크와 노광 및 현상 공정을 조절하고, 식각 공정(시간)을 조절하면 배선 폭과 배선들 간의 거리는 1~3㎛을 갖는다. 결과적으로 노광 및 현상 공정으로 형성할 수 있는 감광막패턴의 가장 작음 폭보다 더 작은 폭을 갖는 배선 또는 전극을 형성할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명은 기존의 마스크와 노광장비를 사용하면서도 3㎛ 이하(1~3㎛)의 배선폭을 형성할 수 있는 효과가 있다. 또한, 배선들 간의 거리도 3㎛ 이하(1~3㎛)로 형성할 수 있다.
상기의 배선 형성 공정은 액정표시장치의 화소전극과 공통전극 형성 공정에 그대로 적용할 수 있다.
액정표시장치의 화소전극과 공통전극의 폭이 좁아지면 투과율이 상승하고, 저전력 구동이 가능하며, 화소영역에서 전극이 점유하는 면적이 줄어들어 개구율이 향상된다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 액정표시장치의 화소 구조이다.
도 2를 참조하면, 기판 상에는 게이트 배선(221)과 데이터 배선(203)이 교차 배열되어 화소 영역을 정의하고 있고, 화소 영역에는 화소전극(240)과 공통전극(250)이 교대로 배치되어 있다.
상기 화소 전극(240)은 TFT의 드레인 전극과 전기적으로 연결되어 있고, 상 기 공통전극(250)은 게이트 배선(221)과 평행하게 형성되어 있는 공통배선과 전기적으로 연결되어 있다. 상기 화소전극(240)과 공통전극(250)은 투명성 도전물질로 형성된다.
상기와 같은 구조를 갖는 액정표시장치는 화소 영역에 형성된 화소전극(240)과 공통전극(250) 사이에 발생되는 수평 전계에 의해 액정층의 액정분자를 회전시켜 투과율을 조절한다.
본 발명에서는 IPS(In-Plane Switching) 모드 또는 FFS(Fringe Field Switching) 모드의 화소 구조에서 공통전극과 화소전극을 동일층에 형성할 때, 도 1a 내지 도 1e의 배선 형성 방법을 적용하여 전극들을 형성한다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 3에서 설명한다.
도 3은 상기 도 2의 A-A'선을 절단한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 절연기판(200) 상에 금속막을 형성하고, 제 1 마스크 공정을 진행하여 게이트 전극(201), 게이트 배선(미도시) 등을 형성한다. 상기 금속막은 도전율이 높은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), Cr 등의 단일 금속층으로 형성할 수 있고, 경우에 따라서는 이들을 적어도 하나 이상 적층하여 형성할 수 있다.
상기 게이트 전극(201) 등이 절연기판(200) 상에 형성되면, 게이트 절연막(202), 비정질실리콘막, 도핑된(n+ 또는 p+) 비정질실리콘막 및 소스/드레인 금속막을 순차적으로 형성한 다음, 제 2 마스크 공정을 진행한다. 제 2 마스크 공정 에서는 회절 마스크 또는 하프톤 마스크 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 게이트 전극(201) 상부에는 박막트랜지스터의 채널층과 오믹콘택층을 포함하는 액티브층(204)과 소스/드레인 전극(206a, 206b)이 형성된다. 이때, 데이터 배선(203)도 함께 형성된다. 상기 데이터 배선(203) 하부에는 회절 또는 하프톤 마스크 공정의 특성에 따라 액티브층(204)이 존재한다.
상기와 같이 소스/드레인 전극(206a, 206b)이 절연기판(200) 상에 형성되면, 보호막(209)을 형성한 다음, 제 3 마스크 공정을 진행하여 콘택홀 공정을 진행한다. 콘택홀 공정에서는 상기 드레인 전극(206b)의 일부와, 도면에서는 도시하지 않았지만, 게이트 패드와 데이터 패드 영역을 노출시킨다.
그럼 다음, 절연기판(200) 상에 투명성 도전막을 형성한 다음, 제 4 마스크 공정을 진행하여 화소 영역에 화소전극(240)과 공통전극(250)을 형성한다. 상기 화소전극(240)과 공통전극(250)은 화소 영역에서 교대로 형성된다.
또한, 제 4 마스크 공정에서는 도 1a 내지 도 1e에서 설명한 배선 형성 공정을 그대로 적용하여 화소전극(240)과 공통전극(250)을 형성한다.
즉, 투명성 도전막을 절연기판(200) 상에 형성한 다음, 네가티브 감광막을 도포하고, 노광 및 현상 공정을 진행한다. 그런 다음, 도 1a 내지 도 1e에 설명한 공정에 따라 화소전극(240)과 공통전극(250)을 형성한다.
도 1a 내지 도 1e에서 설명한 바와 같이, 화소전극(240)과 공통전극(250)의 폭은 3㎛ 이하(1~3㎛)가 되고, 화소전극(240)과 공통전극(250) 사이의 거리도 3㎛이하(1~3㎛)가 된다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배선 형성 공정을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 액정표시장치의 화소 구조이다.
도 3은 상기 도 2의 A-A'선을 절단한 단면도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명)
100: 절연기판 110: 투명성 도전막
200: 감광막패턴 130: 금속막
210: 제 1 배선 211: 제 2 배선

Claims (6)

  1. 기판 상에 제 1 금속막을 형성하는 단계;
    상기 금속막 상에 네가티브 감광막을 도포하고, 노광 및 현상 공정을 진행하여 역테이퍼 구조를 갖는 감광막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 감광막 패턴이 형성된 기판 상에 제 2 금속막을 형성하는 단계;
    상기 감광막 패턴과 제 1 금속막 상에 형성된 제 2 금속막을 마스크로 하여 식각 공정을 진행하여 제 1 배선과 제 2 배선을 형성하는 단계;
    상기 제 2 금속막을 제거하는 단계; 및
    상기 감광막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 배선 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 배선은 상기 감광막패턴에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 배선 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 배선은 상기 제 1 금속막 상에 형성된 제 2 금속막에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 배선 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 배선은 상기 감광막패턴과 맞닿아 있는 하측면의 폭보다 좁은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 배선 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 배선은 상기 제 1 금속막 상에 형성된 제 2 금속막의 폭보다 좁은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 배선 형성 방법.
  6. 기판 상에 금속막을 형성한 다음, 제 1 마스크 공정을 진행하여 게이트 전극 및 게이트 배선을 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극이 형성된 기판 상에 게이트 절연막, 비정질 실리콘막과 도핑된 비정질실리콘막 및 소스/드레인 금속막을 순차적으로 형성한 다음, 제 2 마스크 공정을 진행하여 소스/드레인 전극, 액티브층 및 데이터 배선을 형성하는 단계;
    상기 소스/드레인 전극 등이 형성된 기판 상의 전면에 보호막을 형성한 다음, 제 3 마스크 공정을 진행하여 콘택홀을 형성하는 단계; 및
    상기 보호막 상에 상기 제1항에 따라 제 4 마스크 공정을 진행하는 단계를 포함하고,
    상기 제1항의 제 1 배선과 제 2 배선은 화소 영역에 형성되고, 상기 제 1 배선은 화소전극, 제 2 배선은 공통전극인 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방 법.
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