KR101799396B1 - 포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 패턴의 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
Description
도 2는 도 1에 도시된 노광헤드를 구체적으로 도시한 블록도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴의 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 박막 트랜지스터 기판의 배치도이다.
도 8a 내지 도 13b는 도 7의 표시 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14는 비교예 1, 2 및 실시예 1 내지 5의 포토레지스트 조성물을 이용하여 형성된 포토레지스트 패턴을 보여주는 주사 전자현미경 사진들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 조성물에 대하여 상세하게 설명한다.
포토레지스트 조성물
본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 조성물은 알칼리 가용성 수지, 디아조나프토퀴논을 포함하고 하기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물과, 디아조나프토퀴논을 포함하고 하기 화학식 2로 표시되는 제2 화합물을 포함하는 감광제, 및 용매를 포함한다.
<화학식 1>
<화학식 2>
(단, 상기 R1는 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 탄소수 2 내지 4의 알케닐기, 탄소수 3 내지 8의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기이다. R2는 Cl, F, Br, I 등이 사용 될 수 있다)
알칼리 가용성 수지는 수성 알칼리 현상액 등의 알칼리 용액에는 가용성이며, 물에는 불용성이다. 알칼리 가용성 수지는 특별히 제한되어 있지 않으며, 당해 기술분야에서 공지된 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 알칼리 가용성 수지는 노블락 수지일 수 있다. 노블락 수지는 페놀계 화합물과 알데히드계 화합물을 부가-축합 반응시켜 얻을 수 있다.
노블락 수지의 제조에 사용되는 페놀계 화합물로는, 예를 들어, 페놀, o-크레졸, m-크레졸, p-크레졸, 2,5-크실레놀, 3,5-크실레놀, 3,4-크실레놀, 2,3,5-트리메틸페놀, 4-t-부틸페놀, 2-t-부틸페놀, 3-t-부틸페놀, 3-에틸페놀, 2-에틸페놀, 4-에틸페놀, 3-메틸-6-t-부틸페놀, 4-메틸-2-t-부틸페놀, 2-나프톨, 1,3-디히드록시나프탈렌, 1,7-디히드록시나프탈렌, 1,5-디히드록시나프탈렌 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 둘 이상으로 혼합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 페놀계 화합물로 메타 크레졸과 파라 크레졸비가 1:1로 혼합된 크레졸 모노머를 이용할 수 있다.
노블락 수지의 제조에 사용되는 알데히드계 화합물로는 포름알데히드, 파라포름알데히드, 아세트알데히드, 프로필알데히드, 벤즈알데히드, 페닐알데히드, α - 및 β-페닐프로필 알데히드, o-, m- 및 p-히드록시벤즈알데히드, 글루타르 알데히드, 글리옥살, o- 및 p-메틸벤즈알데히드 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 둘 이상으로 혼합되어 사용될 수 있다.
노블락 수지를 제조하기 위한 페놀계 화합물과 알데히드계 화합물의 부가-축합 반응은 산 촉매의 존재 하에서 통상의 방법으로 실시될 수 있다. 반응 온도는 약 60 내지 250℃일 수 있으며, 반응 시간은 약 2 내지 30시간일 수 있다. 산 촉매는 예를 들어, 옥살산, 포름산, 트리클로로아세트산, p-톨루엔술폰산 등과 같은 유기산; 염산, 황산, 과염소산, 인산 등과 같은 무기산; 그리고 아세트산아연, 아세트 산마그네슘 등과 같은 이가 금속염 등을 들 수 있다. 몇몇 실시예에서, 예를 들어, 상기의 크레졸 모노머와 포름 알데히드를 옥살산 촉매하에서 축합 반응에 의해 크레졸 노블락 수지를 제조할 수 있다.
노블락 수지를 제조하기 위한 페놀계 화합물과 알데히드계 화합물의 부가-축합 반응은 적합한 용매 하에서 또는 벌크 상에서 수행될 수 있다. 부가-축합 반응에 의해 생성된 노블락 수지의 평균분자량은 젤 침투 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정한 단분산 폴리스티렌 환산의 중량평균분자량이 2,000 내지 50,000인 것이 바람직할 수 있다. 이 때, 노블락 수지의 중량 평균 분자량이 2,000 보다 작은 경우에는 현상시 잔막율이 심하고, 내열성이 너무 낮아져 하드 베이킹시 패턴의 흐름이 심하여 사용이 곤란할 수 있다. 또한, 노블락 수지의 중량 평균 분자량이 50,000 보다 큰 경우에는 현상시 잔사가 발생하며, 박리 특성이 저하되어 사용에 어려움이 있을 수 있다.
알칼리 가용성 수지는 포토레지스트 조성물 100 중량부에 대하여 2 내지 50 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 이 때, 알칼리 가용성 수지가 2 중량부 보다 작거나, 50 중량부 보다 클 경우, 레진 함량이 너무 적거나 너무 많아서 기판 상에 포토레지스트 조성물이 목적하는 두께로 코팅하는 것에 어려움이 발생할 수 있다.
감광제는 디아조나프토퀴논을 포함하고 상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물과, 상기 화학식 2로 표시되는 제2 화합물을 포함한다.
더욱 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 2,3,4,4'-테트라하드록시벤조펜원(2,3,4,4'-tetrahydroxybenzophenone)에 나프토퀴논 1,2-디아지도-5-술폰닐크로라이드(Naphthoquinone 1,2-diazide-5- Sulfonylchloride) 화합물을 축합 반응하여 수득할 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 제2 화합물은 4,4',4''-에틸리딘트리스페놀(4,4',4''Ethylidyne tris phenol)에 나프토퀴논 1,2-디아지도 5-술폰닐크로라이드(Naphthoquinone 1,2-diazide-5-Sulfonylchloride) 화합물을 축합 반응하여 수득할 수 있다. 이 때, 제2 화합물은 포토레지스트 조성물 100 중량부에 대하여 10 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 예를 들어, 제2 화합물이 10 중량부보다 작으면 잔막율이 너무 커서, 현상후 패턴이 재대로 형성되지 않을 수 있으며, 20중량부 보다 크면 현상이 잘 되지 않아 현상 공정 이후 잔사가 많이 남을 수 있다.
감광제는 포토레지스트 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 25 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 감광제의 함량이 1 중량부 보다 작을 경우, 감광성을 잃어버려 패턴 형성이 달 되지 않을 수 있고, 감광제 함량이 25 중량부보다 커서 너무 많게 되면, 제품의 보관 안전성이 급격히 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
감광제는 상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물과 상기 화학식 2로 표시되는 제2 화합물이 1:9 내지 5:5의 비율로 혼합될 수 있다. 이 때, 제2 화합물의 함량이 제1 화합물의 함량보다 작을 경우, 해상도 및 패턴 각도가 현저히 떨어지는 문제가 발생할 수 있으며, 제1 화합물의 함량에 대한 제2 화합물의 함량이 9보다 클 경우, 패턴이 밑부분보다 윗부분이 더 큰 T자 형상으로 형성되는 T-TOP 현상이 발생할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물과 상기 화학식 2로 표시되는 제2 화합물은 3:7의 비율로 혼합될 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물의 비율이 너무 많거나 적으면 프로파일 모양이 너무 높거나 낮게 형성될 수 있다.
용매는 알칼리 가용성 수지, 디아조나프토퀴논을 포함하는 제1 및 제2 화합물을 용해시켜 용액 형태로 만들 수 있는 것이면 어떠한 것도 사용할 수 있다. 나아가, 적당한 건조 속도로 증발되어 균일하고 평탄한 포토레지스트 막을 형성할 수 있도록 하는 용매를 사용할 수 있다.
용매의 예로는, 에틸 셀로솔브 아세테이트, 메틸 셀로솔브 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트 등의 글리콜 에테르 에스테르; 에틸 셀로솔브, 메틸 셀로솔브, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르 등의 글리콜 에테르; 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 아밀아세테이트 및 에틸피루베이트 등의 에스테르; 아세톤, 메틸 이소부틸 케톤, 2-헵톤 및 시클로헥산온 등의 케톤; 및 γ-부티롤아세톤 등의 시클릭 에스테르가 포함된다. 이들 용매는 각각 단독으로 또는 둘 이상 혼합되어 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 조성물은 필요에 따라 선택적으로 계면 활성제, 밀착성 증진제, 가소제, 증감제, 다른 수지 성분 등을 추가로 포함할 수 있다.
계면 활성제는 포토레지스트 조성물의 도포성이나 현상성을 향상시키는 작용을 할 수 있다. 계면 활성제로는 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, F171, F172, F173(상품명: 대일본잉크사), FC430, FC431(상품명: 수미또모트리엠사), 또는 KP341(상품명: 신월화학공업사) 등을 사용할 수 있다.
밀착성 증진제는 기판과 포토레지스트 패턴의 접착성을 향상시키기 위한 것으로, 예를 들어, 카르복실기, 메타크릴기, 이소시아네이트기, 에폭시기등의 반응성 치환기를 갖는 실란커플링제 등이 사용될 수 있다. 구체적 예로는 γ-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, 비닐트리메 톡시실란, γ-이소시아네이트프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리 메톡시실란, β-(3,4-에폭시 시클로 헥실에틸트리메톡시실란 등이 있다. 이들은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴의 형성 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명하기로 한다.
패턴의 형성 방법
먼저 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴의 형성에 사용되는 디지털 노광기의 구조에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 패턴 형성 방법에 사용되는 디지털 노광기를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 노광헤드를 구체적으로 도시한 개념도이다.
디지털 노광기(180)는 기판(100)을 이송하는 스테이지(120), 기판(100)에 광을 공급하는 노광헤드(130) 및 노광헤드(130)를 지지하는 제1 지지부(140) 및 기판(100)과 노광헤드(130) 사이의 간격을 유지시키는 제2 지지부(160)를 포함한다.
스테이지(120)는 패턴이 형성될 기판(100)이 노광헤드(130)를 통과하도록 기판(100)을 이송시킨다. 이때, 스테이지(120)는 노광헤드(130)에서 공급되는 광에 의해 기판(100) 상의 포토레지스트가 감광될 수 있도록 적절한 시간으로 기판(100)을 이송시킨다.
제1 지지부(140)는 노광헤드(130)를 고정한다. 그리고 제1 지지부(140)는 외부로부터의 패턴 데이터를 노광헤드(130)에 공급하는 연결장치 등이 형성될 수 있다.
제2 지지부(160)는 제1 지지부(140)가 안착되며 기판(100)이 노광헤드(130)를 통과하도록 스테이지(120)로부터 일정 간격으로 연장되어 형성된다.
노광헤드(130)는 입사된 광을 패턴 데이터에 따라 선택된 공간에 공급한다. 이를 위하여, 노광헤드(130)는 디지털 마이크로미러 디바이스(Digital Micromirror Device; 이하, "DMD"라 함)를 구비한다.
이러한, DMD(134)는 데이터 처리부와 미러 구동 제어부가 포함된 컨트롤러를 구비하며, 이 컨트롤러의 데이터 처리부에서 입력된 패턴 데이터에 따라 노광헤드(130) 마다 DMD(134)의 제어해야 할 영역내의 각 마이크로미러(135)를 구동 제어하는 제어신호를 생성한다. 또한, 미러 구동 제어부는 화상 데이터 처리부에서 생성한 제어신호에 기초하여 각각의 노광헤드(130)마다 DMD(134)의 각 마이크로미러(135)의 반사면의 각도를 제어한다. 그리고 DMD(134)에 광을 생성하는 적어도 하나의 레이저 다이오드(131)와, 레이저 다이오드(131)에서 생성된 광을 DMD(134)로 공급하는 적어도 하나의 광파이버(132)를 더 포함할 수 있다. 또한, 레이저 다이오드(131)는 노광헤드(130)의 외부에 형성될 수도 있다. 레이저 다이오드(131)가 노광헤드(130)의 외부에 형성되면 광파이버(132)는 레이저 다이오드(131)에서 발생된 광을 노광헤드(130)로 공급한다.
DMD(134)의 광 입사측에는 제1 렌즈계(133)가 형성된다. 제1 렌즈계(133)는 레이저 다이오드(131)로부터 광파이버(132)를 통해 공급된 광을 집광하여 DMD(134)에 공급한다. 이러한, 제1 렌즈계(133)는 광파이버(132)의 끝단으로부터 출사된 광을 평행광화하며, 평행광화된 광의 광량분포가 균일하게 되도록 보정하는 렌즈들을 포함하며, 광량분포가 보정된 광을 DMD(134)상에 집광시키는 집광렌즈로 구성된다.
DMD(134)는 복수의 마이크로미러(135)를 포함하며, 격자상으로 배열된다. 각각의 마이크로미러(135)는 예를 들면 ±10도의 각도로 경사지게 움직일 수 있다. 마이크로미러(135)의 표면에는 알루미늄 등의 반사율이 높은 재료가 증착되어 있다. 이러한 마이크로미러(135)의 반사율은 적어도 90%이상일 수 있다. 따라서, 패턴 데이터에 따라, DMD(134)의 마이크로미러(135)의 기울기를 제어함으로써 DMD(134)에 입사된 광은 각각의 마이크로미러(135)의 경사방향으로 반사시킬 수 있다.
DMD(134)의 광반사측에는, DMD(134)로 반사된 광을 기판에 결상하는 제2 렌즈계(136)가 형성된다. 제2 렌즈계(136)는 DMD(134)와 기판 사이에 형성되어 DMD(134)로부터 반사된 광을 기판(100)에 집광하여 공급한다.
상술한 바와 같은 방법으로 별도의 마스크가 없이 디지털 노광기(180)는 노광헤드(130)를 이용하여 기판(100) 상에 형성된 포토레지스트 막의 일정 영역을 감광시킨다.
다음으로, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 설명한다. 도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 패턴 형성용 막(310)이 형성된 기판(300)을 준비한다. 패턴 형성용 막(310) 또는 기판(300)의 표면에 존재하는 습기나 오염물질을 제거하기 위한 세정 공정을 선택적으로 수행할 수 있다.
이어서, 패턴 형성용 막(310) 상에 알칼리 가용성 수지, 디아조나프토퀴논을 포함하고 상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물과, 디아조나프토퀴논을 포함하고 상기 화학식 2로 표시되는 제2 화합물을 포함하는 감광제, 및 용매를 포함하는 포토레지스트 조성물을 도포하여 포토레지스트 막(320)을 형성한다. 예를 들어, 포토레지스트 조성물은 스프레이법, 롤코터법, 스핀코터법 등을 이용하여 도포될 수 있다. 포토레지스트 조성물은 위에서 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 조성물과 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
포토레지스트 막(320)이 형성된 후, 포토레지스트 막(320)이 형성된 기판(300)을 가열하여 제1 베이킹 공정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제1 베이킹 공정은 약 70 내지 약 130℃의 온도에서 수행될 수 있다. 제1 베이킹 공정을 수행함에 따라 용매가 제거되고, 패턴 형성용 막(310)과 포토레지스트 막(320) 사이의 접착성이 증가될 수 있다.
도 4를 참조하면, 기판(300)을 노광시킨다. 구체적으로, 도 1에 도시된 디지털 노광기(180)의 스테이지(120) 상에 기판(300)을 안착시키고 일정 시간동안 광을 조사한다. 노광헤드(130)부터 조사되는 광은 패턴이 형성되지 않는 영역(S10)으로 조사되며, 패턴이 형성되는 영역(S20)으로는 광이 조사되지 않는다. 광이 조사된 포토레지스트 막(320) 영역은 포토레지스트 조성물이 현상액에 녹을 수 있는 구조로 변경된다. 디지털 노광기(180)를 통해서 조사되는 광은 약 405nm의 파장을 에이치 라인 광일 수 있다.
도 5를 참조하면, 현상액을 이용하여 포토레지스트 막(320)에서 광이 조사된 부분(S10에 대응하는 부분)을 제거하여 포토레지스트 패턴(330)을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 조성물은 포지티브 포토레지스트 조성물이므로, 광이 조사된 부분의 포토레지스트 조성물이 제거된다. 현상액은 종래에 알려진 것들이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 테트라메틸 암모늄히드록시드 용액 등이 사용될 수 있다.
현상된 포토레지스트 패턴(330)에 대해 제2 베이킹 공정을 수행할 수 있다.
이어서, 도 6을 참조하면, 형성된 포토레지스트 패턴(330)을 식각 마스크로 하여 포토레지스트 패턴(330)의 하부에 형성된 패턴 형성용 막(310)을 식각하여 패턴(315)을 형성할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명하기로 한다.
표시 장치의 제조 방법
먼저 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대해 설명한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 8은 도 7의 박막 트랜지스터 기판을 B-B'선으로 절단한 단면도이다.
절연 기판(10) 위에 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선(22, 24, 26, 27, 28)은 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(22), 게이트선(22)의 끝에 연결되어 있어 외부로부터의 게이트 신호를 인가받아 게이트선(22)으로 전달하는 게이트 끝단(24), 게이트선(22)에 연결되어 돌기 형태로 형성된 박막 트랜지스터의 게이트 전극(26), 게이트선(22)과 평행하게 형성되어 있는 유지 전극(27) 및 유지 전극선(28)을 포함한다. 유지 전극선(28)은 화소 영역을 가로질러 가로 방향으로 뻗어 있으며, 유지 전극선(28)에 비해 너비가 넓게 형성되어 있는 유지 전극(27)이 연결된다. 유지 전극(27)은 후술할 화소 전극(82)과 연결된 드레인 전극 확장부(67)와 중첩되어 화소의 전하 보존 능력을 향상시키는 유지 축전기를 이룬다. 이와 같은 유지 전극(27) 및 유지 전극선(28)의 모양 및 배치 등은 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 화소전극(82)과 게이트선(22)의 중첩으로 발생하는 유지 용량이 충분할 경우 형성되지 않을 수도 있다.
게이트 배선(22, 24, 26, 27)은 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)과 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)와 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 따위로 이루어질 수 있다. 또한, 게이트 배선(22, 24, 26, 27)은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 이 중 한 도전막은 게이트 배선(22, 24, 26, 27)의 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 등으로 이루어진다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 티타늄, 탄탈륨 등으로 이루어진다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 상부막 및 알루미늄 하부막과 몰리브덴 상부막을 들 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 게이트 배선(22, 24, 26, 27)은 다양한 여러 가지 금속과 도전체로 만들어질 수 있다.
또한, 유지 전극선(28)도 다른 게이트 배선(22, 24, 26, 27)과 구조로 형성될 수 있다.
기판(10), 게이트 배선(22, 24, 26, 27, 28)의 위에는 질화 규소(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막(30)이 형성되어 있다.
게이트 전극(26)의 게이트 절연막(30) 상부에는 수소화 비정질 규소 또는 다결정 규소 등의 반도체로 이루어진 반도체층(40)이 형성되어 있다. 이러한 반도체층(40)은 섬형, 선형 등과 같이 다양한 형상을 가질 수 있다.
반도체층(40) 및 게이트 절연막(30) 위에는 데이터 배선(62, 65, 66, 67, 68)이 형성되어 있다. 데이터 배선(62, 65, 66, 67, 68)은 세로 방향으로 형성되어 게이트선(22)과 교차하여 화소를 정의하는 데이터선(62), 데이터선(62)의 분지형태로 반도체층(40)의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(65), 데이터선(62)의 한쪽 끝에 연결되어 외부로부터의 화상 신호를 인가받는 데이터 끝단(68), 소스 전극(65)과 분리되어 있으며 게이트 전극(26)을 중심으로 소스 전극(65)과 대향하도록 반도체층(40) 상부에 형성되어 있는 드레인 전극(66) 및 드레인 전극(66)으로부터 연장되어 유지 전극(27)과 중첩하는 넓은 면적의 드레인 전극 확장부(67)를 포함한다.
이러한 데이터 배선(62, 65, 66, 67, 68)은 크롬, 몰리브덴 계열의 금속, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속으로 이루어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속 따위의 하부막(미도시)과 그 위에 위치한 저저항 물질 상부막(미도시)으로 이루어진 다층막 구조를 가질 수 있다. 다층막 구조의 예로는 앞서 설명한 크롬 하부막과 알루미늄 상부막 또는 알루미늄 하부막과 몰리브덴 상부막의 이중막 외에도 몰리브덴막-알루미늄막-몰리브덴막의 삼중막을 들 수 있다.
소스 전극(65)은 반도체층(40)과 적어도 일부분이 중첩되고, 드레인 전극(66)은 게이트 전극(26)을 중심으로 소스 전극(65)과 대향하며 반도체층(40)과 적어도 일부분이 중첩된다.
드레인 전극 확장부(67)는 유지 전극(27)과 중첩되도록 형성되어, 유지 전극(27)과 게이트 절연막(30)을 사이에 두고 유지 용량이 형성된다. 유지 전극(27)을 형성하지 않을 경우 드레인 전극 확장부(27) 또한 형성하지 않는다.
데이터 배선(62, 65, 66, 67, 68) 및 노출된 반도체층(40) 상부에는 보호막(70)이 형성되어 있다. 보호막(70)은 예를 들어 평탄화 특성이 우수하며 감광성(photosensitivity)을 가지는 유기 물질, 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD)으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등의 저유전율 절연 물질, 또는 무기 물질인 질화 규소(SiNx) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 보호막(70)을 유기 물질로 형성하는 경우에는 소스 전극(65)과 드레인 전극(66) 사이의 반도체층(40)이 드러난 부분에 보호막(70)의 유기 물질이 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 유기막의 하부에 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiO2)로 이루어진 절연막(미도시)이 추가로 형성될 수도 있다.
보호막(70)에는 드레인 전극 확장부(67) 및 데이터선 끝단(68)을 각각 드러내는 컨택홀(77, 78)이 형성되어 있으며, 보호막(70)과 게이트 절연막(30)에는 게이트선 끝단(24)을 드러내는 컨택홀(74)이 형성되어 있다. 보호막(70) 위에는 컨택홀(77)을 통하여 드레인 전극(66)과 전기적으로 연결되며 화소에 위치하는 화소 전극(82)이 형성되어 있다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(82)은 상부 표시판의 공통 전극과 함께 전기장을 생성함으로써 화소 전극(82)과 공통 전극 사이의 액정층의 액정 분자들의 배열을 결정한다.
또한, 보호막(70) 위에는 컨택홀(74, 78)을 통하여 각각 게이트 끝단(24) 및 데이터 끝단(68)과 연결되어 있는 보조 게이트 끝단(84) 및 보조 데이터 끝단(88)이 형성되어 있다. 화소 전극(82)과 보조 게이트 및 데이터 끝단(86, 88)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명 도전체로 이루어질 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법에 대하여 도 7 내지 도 13을 참조하여 상세히 설명한다. 도 8a 내지 도 13b는 도 7의 표시 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저, 도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 게이트 배선(22, 24, 26, 27, 28)을 형성한다. 게이트 배선용 도전막을 형성하기 위해 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용할 수 있다. 게이트 배선(22, 24, 26, 27, 28)을 패터닝할 때 습식 식각 또는 건식 식각을 이용할 수 있다. 습식 식각의 경우, 인산, 질산, 초산 등의 식각액을 사용할 수 있다. 또한 건식 식각의 경우, 염소 계열의 식각 가스, 예를 들어 Cl2, BCl3 등을 사용할 수 있다.
이어서, 도 9a 및 9b를 참조하면, 기판과 게이트 배선(22, 24, 26, 27, 28) 상에 플라즈마 강화 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD), 반응성 스퍼터링(reactive sputtering) 등을 이용하여 질화 규소 등으로 이루어진 게이트 절연막(30)을 형성한다. 이어서, 게이트 절연막(30) 위에 반도체층(40)을 형성한다.
이어서, 도 10을 참조하면, 게이트 절연막(30) 및 반도체층(40) 위에 데이터 배선용 도전막(60)을 형성한다. 이어서, 데이터 배선용 도전막(60) 상에 알칼리 가용성 수지, 디아조나프토퀴논을 포함하고 상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물과, 디아조나프토퀴논을 포함하고 상기 화학식 2로 표시되는 제2 화합물을 포함하는 감광제, 및 용매를 포함하는 포토레지스트 조성물을 도포하여 포토레지스트 막(400)을 형성한다. 예를 들어, 포토레지스트 막(400)은 스프레이법, 롤코터법, 스핀코터법 등을 이용하여 도포될 수 있다.
포토레지스트 조성물 및 포토레지스트 패턴의 형성 방법은 위에서 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 조성물 및 패턴의 형성 방법과 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
포토레지스트 막(400)이 형성된 기판(10)을 노광시킨다. 디지털 노광기의 노광헤드(도 1의 130)로부터 조사되는 광은 데이터 배선(62, 65, 66, 67, 68)이 형성되지 않는 영역(S30)에 조사되며, 데이터 배선(62, 65, 66, 67, 68)이 형성되는 영역(S40)으로는 조사되지 않는다.
이어서, 도 11을 참조하면, 현상액을 이용하여 포토레지스트 막(400)의 광이 조사된 부분을 제거하여 포토레지스트 패턴(410)을 형성한다.
이어서, 도 12a 및 12b를 참조하면, 형성된 포토레지스트 패턴(410)을 마스크로 하여 데이터 배선용 도전막(60)을 식각하여 데이터 배선(62, 65, 66, 67, 68)을 형성할 수 있다.
이어서, 도 13a 및 13b를 참조하면, PECVD 또는 반응성 스퍼터링 등을 이용하여 보호막(70)을 형성한다.
이어서, 사진 식각 공정으로 게이트 절연막(30)과 함께 보호막(70)을 패터닝하여, 게이트 끝단(24), 드레인 전극 확장부(67) 및 데이터 끝단(68)을 드러내는 컨택홀(74, 77, 78)을 형성한다.
이어서, 투명 도전체막을 증착하고 사진 식각하여 컨택홀(77)을 통하여 드레인 전극(66)과 연결되는 화소 전극(82)과 컨택홀(74, 78)을 통하여 게이트 끝단(24) 및 데이터 끝단(68)과 각각 연결되는 보조 게이트 끝단(84) 및 보조 데이터 끝단(88)을 형성한다.
본 실시예에서는 포토레지스트 조성물로 형성된 포토레지스트 패턴을 이용하여 데이터 배선을 형성하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 조성물로 형성된 포토레지스트 패턴을 이용하여 박막 트랜지스터 기판의 다른 전극 패턴 또는 반도체층 패턴 등을 형성할 수도 있다.
이하에서는 구체적인 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
크레졸 노블락 수지의 제조
m-크레졸과 p-크레졸을 중량비 50:50의 비율로 혼합된 크레졸 모노머와, 포름알데히드를 옥살산 촉매하에서 축합 반응하여 수득한 중량평균 분자량 8,000의 크레졸 노블락 수지를 얻었다.
감광제 화합물의 제조
2,3,4-트리하드록시벤조펜원(2,3,4-tridroxybenzophenone)에 나프토퀴논 1,2-디아지도-5-술폰닐크로라이드(Naphthoquinone 1,2-diazide-5- Sulfonylchloride) 화합물을 축합 반응하여 비교 화합물 1을 수득하였다.
2,3,4,4'-테트라하드록시벤조펜원(2,3,4,4'-tetrahydroxybenzophenone)에 나프토퀴논 1,2-디아지도-5-술폰닐크로라이드 (Naphthoquinone 1,2-diazide-5-Sulfonylchloride) 화합물을 축합 반응하여 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 (이하, "제1 화합물"이라 함)을 수득하였다.
<화학식 1>
(단, 상기 R2는 는 Cl, F, Br, I 등이 사용 될 수 있다)
4,4',4''-에틸리딘트리스페놀(4,4',4''-Ethylidyne tris phenol)에 나프토퀴논 1,2-디아지도-5-술폰닐크로라이드 (Naphthoquinone 1,2-diazide-5- Sulfonylchloride) 화합물을 축합 반응하여 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 (이하, "제2 화합물"이라 함)을 수득하였다.
<화학식 2>
(단, 상기 R1는 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 탄소수 2 내지 4의 알케닐기, 탄소수 3 내지 8의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기이다. R2는 Cl, F, Br, I 등이 사용 될 수 있다)
포토레지스트 조성물 제조
<비교예 1>
상기 크레졸 노블락 수지 10 중량부와, 비교 화합물 1의 감광제 5 중량부로 이루어진 고형물을 PGMEA (Propylene Glycol Monomethylethylether Acetate) 85 중량부에 용해시켜 포토레지스트 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
상기 크레졸 노블락 수지 10 중량부와, 제1 화합물의 감광제 5 중량부로 이루어진 고형물을 PGMEA 85 중량부에 용해시켜 포토레지스트 조성물을 제조하였다.
<실시예 1>
상기 크레졸 노블락 수지 10 중량부와, 제1 화합물 및 제2 화합물을 1:9로 혼합한 감광제 5 중량부로 이루어진 고형물을 PGMEA 85 중량부에 용해시켜 포토레지스트 조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
상기 크레졸 노블락 수지 10 중량부와, 제1 화합물 및 제2 화합물을 2:8로 혼합한 감광제 5 중량부로 이루어진 고형물을 PGMEA 85 중량부에 용해시켜 포토레지스트 조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
상기 크레졸 노블락 수지 10 중량부와, 제1 화합물 및 제2 화합물을 3:7로 혼합한 감광제 5 중량부로 이루어진 고형물을 PGMEA 85 중량부에 용해시켜 포토레지스트 조성물을 제조하였다.
<실시예 4>
상기 크레졸 노블락 수지 10 중량부와, 제1 화합물 및 제2 화합물을 4:6으로 혼합한 감광제 5 중량부로 이루어진 고형물을 PGMEA 85 중량부에 용해시켜 포토레지스트 조성물을 제조하였다.
<실시예 5>
상기 크레졸 노블락 수지 10 중량부와, 제1 화합물 및 제2 화합물을 5:5로 혼합한 감광제 5 중량부로 이루어진 고형물을 PGMEA 85 중량부에 용해시켜 포토레지스트 조성물을 제조하였다.
포토레지스트 패턴 평가
비교예 1, 2 및 실시예 1 내지 5의 포토레지스트 조성물을 각각 이용하여 포토레지스트 패턴을 형성하였다. 구체적으로, 유리 기판 상에 비교예 1, 2 및 실시예 1 내지 5의 포토레지스트 조성물을 각각 스핀 코팅한 후, 디지털 노광용 에이치 라인(H-line) 광원을 이용하여 노광하고, 2.38% TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide) 수용액으로 현상한 후, 현상된 패턴을 주사 전자현미경(SEM)으로 각각 관찰하였다.
도 14는 비교예 1, 2 및 실시예 1 내지 5의 포토레지스트 조성물을 이용하여 형성된 포토레지스트 패턴을 보여주는 주사 전자현미경 사진이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 비교예 1, 2의 포토레지스트 조성물을 이용한 경우보다 실시예 1 내지 5의 포토레지스트 조성물을 이용하여 포토레지스트 패턴을 형성할 경우 패턴 프로파일(pattern profile)이 더욱 양호함을 알 수 있었다.
나아가, 실시예 1 내지 5의 포토레지스트 조성물을 이용하여 형성된 포토레지스트 패턴을 비교할 경우, 실시예 2 및 실시예 3의 포토레지스트 조성물을 이용한 경우의 포토레지스트 패턴의 패턴 프로파일이 매우 양호함을 알 수 있었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
40: 반도체층 62: 데이터선
65: 소스 전극 66: 드레인 전극
70: 보호막 82: 화소 전극
130: 노광헤드 134: 디지털 마이크로미러 디바이스
180: 디지털 노광기 310: 패턴 형성용 막
320, 400: 포토레지스트 막 330, 410: 포토레지스트 패턴
Claims (20)
- 알칼리 가용성 수지;
2,3,4,4'-테트라하드록시벤조펜원(2,3,4,4'-tetrahydroxybenzophenone)과 나프토퀴논 1,2-디아지도-5-술폰닐크로라이드(Naphthoquinone 1,2-diazide-5- Sulfonylchloride)의 축합 반응에 의해 생성되는 제1 화합물과,
4,4',4''-에틸리딘트리스페놀(4,4',4''Ethylidyne tris phenol)과 나프토퀴논 1,2-디아지도 5-술폰닐크로라이드(Naphthoquinone 1,2-diazide-5-Sulfonylchloride)의 축합 반응에 의해 생성되는 제2 화합물을 포함하는 감광제; 및
용매를 포함하며,
상기 제1 화합물과 상기 제2 화합물은 1:9 내지 5:5의 중량 비율로 혼합된 포토레지스트 조성물로서,
상기 감광제는 상기 포토레지스트 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 25 중량부로 포함된 포토레지스트 조성물. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 제2 화합물은 상기 포토레지스트 조성물 100 중량부에 대하여 10 내지 20 중량부로 포함된 포토레지스트 조성물. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 감광제는 405nm의 파장을 갖는 에이치 라인(h-line) 광을 흡수하는 포토레지스트 조성물 - 제1 항에 있어서,
계면 활성제, 밀착성 증진제, 가소제, 증감제 및 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 포토레지스트 조성물. - 제1 항에 있어서,
상기 포토레지스트 조성물은 포지티브 포토레지스트 조성물인 포토레지스트 조성물. - 제1 항에 있어서,
상기 알칼리 가용성 수지는 상기 포토레지스트 조성물 100 중량부에 대하여 2 내지 50 중량부로 포함된 포토레지스트 조성물. - 제1 항에 있어서,
상기 알칼리 가용성 수지는 단분산 폴리스티렌 환산의 중량평균분자량이 2,000 내지 50,000인 노블락 수지인 포토레지스트 조성물. - 제1 항에 있어서,
상기 알칼리 가용성 수지는, 메타 크레졸과 파라 크레졸을 포함하는 노블락 수지인 포토레지스트 조성물. - 패턴 형성용 막 상에 알칼리 가용성 수지, 2,3,4,4'-테트라하드록시벤조펜원(2,3,4,4'-tetrahydroxybenzophenone)과 나프토퀴논 1,2-디아지도-5-술폰닐크로라이드(Naphthoquinone 1,2-diazide-5- Sulfonylchloride)의 축합 반응에 의해 생성된 제1 화합물과, 4,4',4''-에틸리딘트리스페놀(4,4',4''Ethylidyne tris phenol)과 나프토퀴논 1,2-디아지도 5-술폰닐크로라이드(Naphthoquinone 1,2-diazide-5-Sulfonylchloride)의 축합 반응에 의해 생성된 제2 화합물을 포함하는 감광제, 및 용매를 포함하는 포토레지스트 조성물을 도포하여 포토레지스트 막을 형성하고,
광을 조사하여 상기 포토레지스트 막을 노광하고,
상기 포토레지스트 막을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하고,
상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 패턴 형성용 막을 패터닝하는 것을 포함하며,
상기 감광제는 상기 포토레지스트 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 25 중량부로 포함되고,
상기 제1 화합물과 상기 제2 화합물은 1:9 내지 5:5의 중량 비율로 혼합된 패턴 형성 방법. - 삭제
- 제11 항에 있어서,
상기 제2 화합물은 상기 포토레지스트 조성물 100 중량부에 대하여 10 내지 20 중량부로 포함된 패턴 형성 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제11 항에 있어서,
상기 광을 조사하는 것은, 405nm의 파장을 갖는 에이치 라인(h-line) 광을 조사하는 것을 포함하는 패턴 형성 방법. - 제11 항에 있어서,
상기 포토레지스트 조성물은 포지티브 포토레지스트 조성물인 것을 포함하는 패턴 형성 방법. - 제11 항에 있어서,
상기 알칼리 가용성 수지는, 메타 크레졸과 파라 크레졸을 포함하는 노블락 수지인 패턴 형성 방법. - 제11 항에 있어서,
상기 알칼리 가용성 수지는 상기 포토레지스트 조성물 100 중량부에 대하여 2 내지 50 중량부로 포함된 패턴 형성 방법.
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