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KR100815907B1 - 액정표시소자의 제조방법 - Google Patents

액정표시소자의 제조방법 Download PDF

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KR100815907B1
KR100815907B1 KR1020010088631A KR20010088631A KR100815907B1 KR 100815907 B1 KR100815907 B1 KR 100815907B1 KR 1020010088631 A KR1020010088631 A KR 1020010088631A KR 20010088631 A KR20010088631 A KR 20010088631A KR 100815907 B1 KR100815907 B1 KR 100815907B1
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mask
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photoresist
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liquid crystal
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이영구
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

본 발명은 어레이부의 패턴과 마스크의 얼라인 키를 맞추어 마스크를 정렬하여 노광공정을 수행하는 액정표시소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 어레이부와 어레이 외곽부로 구분되어 상기 어레이부에 수직 교차하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 두 배선 사이에 박막트랜지스터가 구비된 액정표시소자의 제조방법에 있어서, 기판 상에 필름 및 포토레지스트를 차례로 형성하는 단계와, 마스크의 얼라인 키와 기판 내부의 패턴과 비교하여 마스크를 정렬하는 단계와, 상기 마스크를 통해 하부의 포토레지스트를 노광하는 단계와, 상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계와, 상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 하여 상기 필름을 식각하는 단계를 포함하며, 상기 기판 내부의 패턴은 상기 게이트 배선 끝단부 또는 데이터 배선 끝단부에 형성된 더미 패턴인 것을 특징으로 한다.
마스크, 얼라인 키, 오버레이 정도

Description

액정표시소자의 제조방법{Method For Fabricating Liquid Crystal Display Device}
도 1은 종래기술에 의한 액정표시소자의 평면도.
도 2는 종래기술에 의한 마스크의 평면도.
도 3은 본 발명에 의한 액정표시소자의 평면도.
도 4는 본 발명에 의한 마스크의 평면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 액정표시소자의 평면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 액정표시소자의 평면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명
11 : 유리기판 11a : 마스크
12 : 액정패널 12a : 어레이 영역
13, 13a, 13c, 13d: 제 1 ,제 2 ,제 3 ,제 4 얼라인 키
14 : 게이트 배선 14a : 게이트 전극
15 : 게이트 더미패턴 16 : 데이터 배선
16a : 소스전극 16b : 드레인 전극
17 : 데이터 더미패턴
본 발명은 액정표시소자(LCD ; Liquid Crystal Display Device)의 제조방법에 관한 것으로, 특히 사진식각공정에 의한 패턴의 오버레이 정도(程度)를 향상시키는 액정표시소자의 제조방법에 관한 것이다.
소자를 구동시키기 위해서는 트랜지스터(transistor), 캐패시터(capacitor) 등의 다양한 패턴이 요구되는데, 이러한 패턴을 형성하기 위해서는 필름을 증착하고, 상기 필름 상에 사진식각기술(photo-lithography)로 포토레지스트 패턴을 형성한 뒤, 포토레지스트 패턴에 의해 상기 필름을 식각하는 과정이 요구된다.
구체적으로, 사진식각기술은 필름이 형성된 기판 상에 포토레지스트(photo-resist)를 도포하는 단계와, 자외선 파장을 이용하여 상기 포토레지스트를 빛에 반응시키는 노광(exposure)단계와, 반응된 포토레지스트를 현상(develop)하여 노광된 포토레지스트를 패터닝하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴의 정렬도를 검사(Inspection)하는 단계의 순으로 진행된다.
이중, 노광 단계에서는 필름에 이식하고자 하는 패턴이 각인된 마스크를 사용하여 자외선 등의 광을 조사하는데, 상기 마스크는 기판에 패턴을 인쇄하기 위해 기판과 광원 사이에 위치하게 되며, 기판과 정확하게 정렬될 수 있도록 다수의 얼라인 키를 포함한다.
특히, 기판이 대형화되고 패턴이 미세화됨에 따라 보다 정확한 정렬이 요구되고, 이에 따라 얼라인 키의 수와 그 종류도 다양해지고 있다.
노광하는 방법으로는 기판을 여러 구역으로 나누어 여러 번의 포토샷을 실시하여 기판 전체를 노광하는 방법이 있는데, 이를 스텝 앤 리핏 타입(step ＆ repeat type)이라 하며, 5:1 축소 렌즈를 사용하는 노광 방식인 캐논 스테퍼(Canon Stepper) 및 니콘 스테퍼(Nikon Stepper)와, 1:1 축소 렌즈를 사용하는 노광 방식인 유티 스테퍼(UT stepper) 등이 있다.
그러나, 기판이 대형화됨에 따라 한 번의 포토샷(photo shot)으로 기판 전체를 노광하는 대신, 여러 구역으로 나누어 여러 번의 샷(shot)을 실시하여야 하는 불편이 있다. 즉, 기판의 각 위치별로 다른 패턴이 각인된 마스크를 사용하여야 하는 불편이 따르고, 포토샷과 포토샷 간의 경계에서 스티칭(stitching) 불량이 발생하여 소자의 구동시 스티칭 얼룩이 생긴다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하고자, 최근 스캐너 방식의 일괄 노광 방식으로 대체되고 있는 추세이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 스캐너 노광 방식을 이용한 종래의 액정표시소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 의한 액정표시소자의 평면도이고, 도 2는 종래기술에 의한 마스크의 평면도이다.
먼저, 필름과 포토레지스트가 형성된 유리기판을 스테이지 상에 장착한 후, 마스크를 얼라인시킨다.
이 때, 유리기판(1)은 도 1에서와 같이, 액정패널(2)과 그 외곽부로 나눌수 있는데, 액정패널의 외곽부에는 마스크의 틀어짐을 방지하고 각 구역간의 정렬 정 도를 확인하기 위한 크로스 마크(Cross Mark)와 같은 제 1 얼라인 키(3)가 다수개 구비되어 있다.
도 1에서는 하나의 유리기판(1)에 4개의 액정패널(2)을 도시하였으나, 소자의 모델에 따라 액정패널의 수는 달라질 수 있다.
한편, 노광 공정시 상기 각 액정패널(2) 상부에 올려지는 마스크(1a)는 도 2에서와 같이, 유리기판(1)의 액정패널(2)에 상응하는 크기의 어레이 영역(2a)과 그 외곽부로 나누어져, 상기 유리기판(1)의 액정패널(2)과 마스크(1a)의 어레이 영역(2a)이 정확하게 정렬되도록 한다.
이 때, 유리기판(1)의 제 1 얼라인키(3)와 마스크(1a)의 제 2 얼라인키(3a)가 정확하게 얼라인되도록 한다.
상기 마스크(1a)가 20.1 inch 마스크일 경우, 상기 노광기의 길이는 약 310mm 정도이고, 노광기의 장축에 평행하는 기판의 길이는 약 306mm정도이고, 노광기의 장축에 평행하는 상기 마스크의 길이는 약 310.8mm 정도이다.(도 1 참고)
상기 제 1 ,제 2 얼라인 키(3,3a)는 다양한 패턴의 마크(mark)로 이루어져 있는데, 층별, 패턴별로 이용되는 마크가 상이하다. 일예로, 프리-얼라인 키(pre-align key)와 파인-얼라인 키(fine-align key)가 있는데, 상기 프리-얼라인 키는 마스크를 처음 정렬시킬 때 사용하는 마크이고 파인-얼라인 키는 최종적으로 마스크를 정확하게 정렬되었는지 확인하는 마크이다.
상기와 같이 다양한 마크를 기준 좌표로 하여 기판(1)의 제 1 얼라인 키(3)와 마스크(1a)의 제 2 얼라인 키(3a)를 맞추어 정확한 마스크의 위치를 정하는 것 이다.
유리기판(1)과 마스크(1a)의 얼라인시, 미세하게 어긋날 경우가 있는데, 이와같이 유리기판(1)과 마스크(1a)의 차이나는 영역을 기판 또는 마스크의 뒤틀림이 보상되는 영역이라 하여 뒤틀림(distortion) 영역이라 한다.
이 때, 유리기판(1)의 얼라인키와 액정패널의 중심과의 거리 또는 마스크(1a)의 얼라인키와 어레이 영역의 중심과의 거리가 좁을수록 그 거리에 기인한 오차를 줄일 수 있으므로 오버레이 정도가 향상된다.
상기와 같이, 유리기판(1) 상부에 마스크(1a)의 위치를 결정한 다음에는 마스크(1a) 상부에서 빔을 방사하는 노광기를 일방향으로 스캔하여 상기 포토레지스트를 노광한다.
계속하여, 노광된 포토레지스트를 현상하여 포토레지스트를 패터닝한 뒤, 상기 포토레지스트 사이로 노출된 필름을 식각하고, 상기 포토레지스트를 떼어내면 원하는 패턴이 형성된다.
상기와 같은 노광방식을 포함한 사진식각기술로 소자의 다양한 패턴들을 형성한다.
액정표시소자의 경우, 제 1 기판 상에 교차하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 배선의 교차 부위에 형성된 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터에 연결되는 화소전극과, 제 2 기판 상에 형성된 블랙 매트릭스와, R,G,B의 컬러필터층과, 공통전극을 형성할 때, 상기와 같은 노광방식을 채용한 패터닝 방법에 의한다.
하지만, 상기와 같은 종래의 액정표시소자의 제조방법은 다음과 같은 문제점을 가진다.
즉, 액정패널이 대면적화됨에 따라 어레이부가 커져 얼라인 키가 더욱 외곽쪽으로 옮겨지게 되고 결국, 어레이부의 중심과 얼라인 키의 거리가 멀어져 거리에 의한 정렬 오차가 생기게 된다.
따라서, 서로 다른 층에서 형성된 패턴끼리의 오버레이 불량이 발생하게 되고, 오버레이 불량일 경우 패턴을 재형성해야 하므로 재생산(rework) 증가에 의해 생산성이 감소한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 어레이부 내의 패턴을 얼라인 키로 활용함으로써 오버레이 정도를 향상시키고자 하는 액정표시소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 액정표시소자의 제조방법은, 어레이부와 어레이 외곽부로 구분되어 상기 어레이부에 수직 교차하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 두 배선 사이에 박막트랜지스터가 구비된 액정표시소자의 제조방법에 있어서, 기판 상에 필름 및 포토레지스트를 차례로 형성하는 단계와, 마스크의 얼라인 키와 기판 내부의 패턴과 비교하여 마스크를 정렬하는 단계와, 상기 마스크를 통해 하부의 포토레지스트를 노광하는 단계와, 상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계와, 상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 하여 상기 필름을 식각하는 단계를 포함하며, 상기 기판 내부의 패턴은 상기 게이트 배선 끝단부 또는 데이터 배선 끝단부에 형성된 더미 패턴인 것에 그 특징이 있다.
즉, 본 발명은 어레이부 내의 더미 공간을 활용하여 얼라인 키를 형성하거나 또는 기존의 패턴을 변형, 활용하여 얼라인 키로 사용함으로써 대면적 기판에서의 층별 패턴간의 오버레이 정도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.
이 때 사용되는 마스크는 기판과의 얼라인을 위한 키가 어레이부 내부에 존재한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 액정표시소자의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 액정표시소자의 평면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 마스크의 평면도이다.
그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 액정표시소자의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 액정표시소자의 평면도이다.
본 발명에서는 도 3 및 도 4에서와 같이, 유리기판(11)의 제 1 얼라인키(13)는 액정패널(12) 내부에 존재하고, 마스크(11a)의 제 2 얼라인키(13a)는 액정패널의 크기에 상응하는 어레이 영역(12a)의 내부에 존재하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 제 1 얼라인키(13)와 제 2 얼라인키(13a)를 조율하여 유리기판(11)과 마스크(11a)를 정렬한다. 상기 제 1 얼라인키(13)는 액정패널(12) 내부의 패턴을 활용한다.
이와 같이, 제 1 얼라인 키(13)와 액정패널(12)의 중심과의 거리가 좁아짐 으로써 거리에 의한 오차를 줄일 수 있다.
유리기판(11) 상의 제 1 얼라인 키(13)를 액정패널(12) 내에 형성하는 방법은 다양하나, 본 발명에서는 어레이부 내의 더미 공간에 별도의 얼라인 키를 형성하거나 또는 기존의 패턴을 얼라인 키로 활용하는 것으로 한다.
얼라인 키를 액정패널 내부로 옮기는 본 발명의 기술적 특징은 대형 모델의 소자에 있어서 어레이부 면적이 확대될 경우 특히 유용하다.
한편, 상기 마스크(11a)는 유리(Glass)나 석영(Quartz) 등과 같은 투광 재질의 기판 상에 가시광선(Visible ray) 및 자외선(Ultraviolet Ray)이 투과하지 못하도록 니켈(Ni), 크롬(Cr), 코발트(Co) 등과 같은 금속박막을 선택적으로 패터닝하여 형성된 차광부과, 기판과의 얼라인을 조율하기 위한 동일한 재질의 제 2 얼라인 키(13a)를 가지는 바, 상기 마스크(11a)의 제 2 얼라인 키(13a)는 액정패널(12)의 제 1 얼라인 키(13)와 상응하는 위치에 형성된다.
상기 얼라인 키는 전술한 바와 같이, 역할에 따라 그 모양 및 크기가 다양한 마크로 이루어져 정렬의 정확도에 기여한다.
도 5 및 도 6을 참고로 하여 액정표시소자의 제조방법을 예로 들어 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기판을 스테이지 상에 로딩하여 위치를 정하고, 게이트 패턴용 물질을 형성한 뒤, 사진식각기술을 이용하여 게이트 배선(14), 게이트 전극(14a) 및 게이트 더미 패턴(15)을 형성한다. 이 때, 게이트 더미 패턴(15) 사이와 제 0 번째 게이트 배선(G/L "0") 외측의 소정 위치에 제 3 얼라인 키(13c)를 동시에 형성한다.
상기 제 3 얼라인 키(13c)는 이후의 공정에서 패턴의 오버레이 정도를 향상시키는데 사용되는 마크가 된다.
다음, 상기 게이트 배선(14)을 포함한 전면에 실리콘질화물(SiNx) 또는 실리콘산화물(SiOx) 등의 무기절연막을 증착하여 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 전극(14a) 상부의 게이트 절연막 상에 아몰퍼스 실리콘(a-Si)을 증착하고 패터닝하여 액티브층(미도시)을 형성한다.
다음, 상기 액티브층을 포함한 전면에 데이터 패턴용 물질 및 포토레지스트를 순차로 형성한 뒤, 데이터 패턴용 마스크의 얼라인 키와 기판의 제 3 얼라인 키(13c)의 위치를 비교하여 마스크를 정확하게 정렬시킨다.
그리고, 마스크 상부에서 상기 포토레지스트에 빔을 가한다. 노광은 한 번 또는 여러번의 샷을 행하는 스테퍼 방식 또는 노광기를 일방향으로 스캔하는 스캐너 방식 등에 의한다.
이후, 노광된 포토레지스트를 현상하여 패터닝하고, 패터닝된 상기 포토레지스트를 마스크로 하여 데이터 패턴용 물질을 식각하여 데이터 배선(15), 소스/드레인 전극(15a,15b), 및 데이터 더미 패턴(17)을 형성한다.
이 때, 상기 데이터 더미 패턴(17)은 상기 제 3 얼라인 키(13c)와 오버랩되지 않도록 형성한다.
이로써, 제 3 얼라인 키(13c)는 제 0 번째 게이트 배선(G/L "0") 외측의 데이터 더미패턴(17) 사이와 제 0 번째 데이터 배선(D/L "0") 외측의 게이트 더미패턴(15) 사이에 형성된다.
상기와 같이, 더미 패턴 사이의 더미공간에 별도의 얼라인 키를 형성하지 않고, 더미패턴 자체를 변형하여 얼라인 키로 활용하여도 된다.
이상에서, 상기 게이트 패턴용 물질 및 데이터 패턴용 물질은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 등의 금속이 적합한데, 상기 금속들을 선택적으로 적층한 이중금속층으로 형성하여도 무방하다.
이후, 상기 데이터 배선(16)을 포함한 전면에 유전율이 낮은 BCB(Benzocyclobutane), 아크릴 수지 등을 도포하여 보호막을 형성한다.
보호막을 형성한 후에는 상기 드레인 전극(16b)이 노출되는 콘택홀을 형성하기 위해 보호막을 일부 제거한다.
상기 액티브층 형성용 마스크와 보호막 패턴용 마스크도 상기 더미패턴 사이의 제 3 얼라인 키(13c)와 얼라인하여 정렬한다.
계속하여, 상기 보호막의 콘택홀을 통해 드레인 전극(16b)과 연결되는 화소전극을 형성한다.
즉, 보호막을 포함한 전면에 ITO 및 포토레지스트를 차례로 증착하고 그 상부에 마스크를 정렬시킨 뒤, 마스크 상부에서 노광기를 일방향으로 스캔하여 포토레지스트에 빔을 가한다. 이 때, 마스크의 제 4 얼라인 키(13d)와 어레이부 내의 패턴 형태를 비교하여 마스크의 위치를 결정한다.
즉, 도 6에서와 같이, 화소전극 패턴용 마스크의 제 4 얼라인 키(13d)와 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16)의 패턴을 비교하여 마스크를 정렬시킨다. 제 4 얼라인 키(13d)의 크로스 마크를 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16)의 교차지점의 중심과 얼라인시키고, 제 4 얼라인 키(13d)의 ㄱ자형 마크를 게이트 패턴과 데이터 패턴이 교차하는 에지부분과 얼라인시켜 마스크를 정렬시킨다.
이와같이, 어레이부의 패턴과 마스크의 얼라인 키를 비교하여 마스크를 정렬하면, 어레이부에서의 패턴 틀어짐 및 상하좌우 쉬프트를 용이하게 확인할 수 있기 때문에 층별 패턴간의 오버레이 정도를 향상시킬 수 있다.
계속하여, 노광된 포토레지스트를 현상하여 패터닝하고, 패터닝된 상기 포토레지스트를 마스크로 하여 ITO를 식각하여 화소전극(미도시)을 형성한다.
상기와 같은 방법으로 형성된 박막 어레이 기판에 컬러필터층이 형성된 컬리필터 기판을 대향합착하고 그 사이에 액정층을 형성하여 액정표시소자를 완성한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같은 본 발명에 의한 액정표시소자의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 어레이 내부의 더미 공간 내에 얼라인 키를 형성하거나 또는 기존의 패턴을 변형, 활용하여 얼라인 키로 사용하므로 마스크와의 정렬을 위한 어레이 외곽부의 얼라인 키가 불필요해진다.
따라서, 그 면적만큼 기판의 효율을 증가시킬 수 있다.
둘째, 기판의 얼라인 키를 어레이부 내에 옮김에 따라, 실제 패턴이 형성되어 있는 영역에서 패턴의 쉬프트 정도를 측정할 수 있으므로 패턴의 위치가 정확해지고 결국, 층별 패턴간 오버레이 정도가 향상된다.
셋째, 마스크의 얼라인 키와 어레이부 내의 얼라인 키를 비교하여 기판과 마스크의 위치를 정하므로, 특히 대면적 기판에서의 패턴간 오버레이 정도를 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 어레이부와 어레이 외곽부로 구분되어 상기 어레이부에 수직 교차하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 두 배선 사이에 박막트랜지스터가 구비된 액정표시소자의 제조방법에 있어서,
    내부에 패턴이 구비되어 있는 기판 상에 필름 및 포토레지스트를 차례로 형성하는 단계;
    마스크의 얼라인 키와 상기 기판 내부의 패턴과 비교하여 상기 마스크를 정렬하는 단계;
    상기 마스크를 통해 하부의 포토레지스트를 노광하는 단계;
    상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계;
    상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 하여 상기 필름을 식각하는 단계를 포함하며, 상기 기판 내부의 패턴은 상기 게이트 배선 끝단부 또는 데이터 배선 끝단부에 형성된 더미 패턴인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 더미 패턴은 상기 게이트 배선 또는 데이터 배선과 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 더미 패턴 사이에 얼라인 키를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 얼라인 키는 상기 게이트 배선과 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  6. 어레이부와 어레이 외곽부로 구분되어 상기 어레이부에 수직 교차하는 게이트 배선 및 데이터 배선과, 상기 두 배선 사이에 박막트랜지스터가 구비된 액정표시소자의 제조방법에 있어서,
    내부에 패턴이 구비되어 있는 기판 상에 필름 및 포토레지스트를 차례로 형성하는 단계;
    마스크의 얼라인 키와 상기 기판 내부의 패턴과 비교하여 상기 마스크를 정렬하는 단계;
    상기 마스크를 통해 하부의 포토레지스트를 노광하는 단계;
    상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계;
    상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 하여 상기 필름을 식각하는 단계를 포함하며,
    상기 마스크의 얼라인 키는 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차 지점의 중심과, 상기 교차하는 에지 부분에 얼라인되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
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