KR101860493B1

KR101860493B1 - 미세 패턴 마스크의 형성 방법 및 이를 이용한 미세 패턴의 형성 방법

Info

Publication number: KR101860493B1
Application number: KR1020110107653A
Authority: KR
Inventors: 유세환; 이지선; 강윤호; 서갑양; 엄형식; 채재준; 이성훈
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사; 서울대학교산학협력단
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2018-05-24
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: US20130098869A1; US8721905B2; KR20130043706A

Abstract

본 발명은 미세 패턴 마스크의 형성 방법 및 이를 이용한 미세 패턴의 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴 마스크 형성 방법은 기판 위에 피식각층을 형성하는 단계, 상기 피식각층 위에 복수의 볼록부를 가지는 볼록 패턴을 형성하는 단계, 상기 볼록 패턴 위에 수지 조성물을 도포하여 상기 볼록부와 인접한제1 영역 및 이웃한 볼록부 사이에 위치하는 제2 영역을 포함하는 수지층을 형성하는 단계, 상기 수지층을 애싱 또는 식각하여 복수의 제1 수지 패턴을 형성하는 단계, 그리고 상기 복수의 제1 수지 패턴을 처리하여 복수의 제2 수지 패턴을 포함하는 미세 패턴 마스크를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

미세 패턴 마스크의 형성 방법 및 이를 이용한 미세 패턴의 형성 방법{METHOD OF FORMING FINE PATTERN MASK AND METHOD OF FORMING FINE PATTENR USING THE SAME}

본 발명은 미세 패턴 마스크의 형성 방법 및 이를 이용한 미세 패턴의 형성 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로 본 발명은 비용 증가 없이 미세한 패턴을 형성하기 위한 미세 패턴 마스크의 형성 방법 및 이를 이용한 미세 패턴의 형성 방법에 관한 것이다.

표시 장치와 같은 전자 장치의 제조 방법에 있어서 다양한 미세 패턴의 형성이 요구되고 있다. 특히 표시 장치의 소형화, 대형화 또는 고화질화를 위해 표시 장치가 포함하는 다양한 배선, 전극 등의 폭을 미세화하는 방법이 개발되고 있다.

일반적으로 배선, 전극 등의 패턴을 형성하기 위해 사진 식각(photo lithography) 공정을 이용하고 있다. 사진 식각 공정은 피식각층을 도포한 후 그 위에 포토 레지스트층(감광층이라 함)을 형성하고 노광용 마스크(광마스크라 함)를 위치하고 노광을 실시한다. 다음, 노광된 감광층을 현상하여 감광 패턴을 형성하고, 감광 패턴을 식각 마스크로 이용하여 피식각층을 식각하여 목적하는 전극, 배선 등의 패턴을 형성한다. 이러한 사진 식각 공정에서 사용되는 노광기의 분해능의 한계 때문에 제작 가능한 패턴의 선폭에 한계가 생긴다. 이러한 노광기에 기인한 해상도 한계를 극복하기 위해서는 고가의 새로운 노광 장치, 공정, 재료 등을 개발하여야 한다.

이러한 사진 식각 공정 이외에 마이크로 컨택 프린팅(micro contact printing: μ??CP), 마이크로 트랜스퍼 몰딩(micro transfer molding: μ??TM), 마이크로 몰딩 인 캐퍼레리(micro molding in capillaries: MIMIC), 용매 도움받는 마이크로 컨택 몰딩(solvent assisted micro contact molding: SAMIM) 등도 개발되고 있으나, 이 역시 새로운 공정 또는 설비를 추가하여야 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 비용 추가 없이 간단히 미세 패턴을 형성할 수 있는 방법, 그리고 미세 패턴 형성을 위한 미세 패턴 마스크의 형성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴 마스크 형성 방법은 기판 위에 피식각층을 형성하는 단계, 상기 피식각층 위에 복수의 볼록부를 가지는 볼록 패턴을 형성하는 단계, 상기 볼록 패턴 위에 수지 조성물을 도포하여 상기 볼록부와 인접한제1 영역 및 이웃한 볼록부 사이에 위치하는 제2 영역을 포함하는 수지층을 형성하는 단계, 상기 수지층을 애싱 또는 식각하여 복수의 제1 수지 패턴을 형성하는 단계, 그리고 상기 복수의 제1 수지 패턴을 처리하여 복수의 제2 수지 패턴을 포함하는 미세 패턴 마스크를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법은 상기 복수의 제2 수지 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 피식각층을 식각하여 미세 패턴을 형성하는 단계를 더 포함한다.

상기 복수의 제2 수지 패턴을 형성하는 단계는 상기 복수의 제1 수지 패턴에 열을 가하여 리플로우시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 수지 패턴의 표면은 제1 곡면을 가지고, 상기 제2 수지 패턴의 표면은 상기 제1 곡면과 다른 제2 곡면을 가질 수 있다.

상기 제2 수지 패턴은 대칭인 단면 모양을 가질 수 있다.

상기 복수의 제1 수지 패턴에 열을 가하여 리플로우시키는 단계는 150도 이상 180도 이하의 온도에서 행해질 수 있다.

상기 복수의 제1 수지 패턴을 형성하는 단계는 기체를 사용한 애싱 또는 건식 식각 단계를 포함할 수 있다.

상기 복수의 제1 수지 패턴을 형성하는 단계는 상기 볼록부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 복수의 제1 수지 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 수지층과 상기 볼록부는 동일한 식각 공정으로 식각될 수 있으며, 상기 볼록부의 식각 속도는 상기 수지층의 식각 속도보다 빠를 수 있다.

상기 복수의 제1 수지 패턴을 형성하는 단계는 상기 볼록부를 습식 식각하여 제거한 이후에 상기 수지층을 애싱 또는 식각할 수 있다.

상기 수지층의 상기 제1 영역의 두께는 상기 제2영역의 두께보다 두꺼울 수 있다.

상기 제2 영역의 두께는 100nm 이상 600nm 이하일 수 있다.

상기 수지 조성물은 폴리머 및 용제를 포함할 수 있다.

상기 용제는 이소프로판올(IPA)을 포함할 수 있다.

상기 수지 조성물의 농도는 10% 이상 50% 이하일 수 있다.

상기 수지층을 형성하는 단계는 상기 볼록 패턴 위에 상기 수지 조성물을 도포한 후 상기 수지 조성물의 상부에 압력을 가하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 볼록 패턴을 형성하는 단계는 마이크로 컨택 프린팅 방법을 사용할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따르면 추가 비용 없이 간단하게 미세 패턴 형성을 위한 미세 패턴 마스크 및 미세 패턴을 형성할 수 있다.

도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9, 도 11, 도 14, 도 15, 도 16, 도 17, 도 18, 도 19 및 도 20은 차례대로 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴의 형성 방법을 도시한 단면도들이고,
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴의 형성 방법의 한 단계에서 수지층의 농도에 따른 두께를 나타낸 그래프이고,
도 12는 볼록 패턴 및 수지층의 시간에 따른 식각 상태를 나타낸 도면이고,
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴의 형성 방법의 한 단계에서 애싱 시간에 따른 제1 패턴 사이의 간격의 변화를 나타낸 그래프이고,
도 21은 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법에 의해 제조된 미세 패턴을 포함하는 표시판을 도시한 평면도이고,
도 22는 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법에 의해 제조된 미세 패턴을 포함하는 표시 장치의 한 화소에 대한 평면도이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 17을 차례대로 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴 마스크의 형성 방법 및 미세 패턴의 형성 방법에 대해 설명한다.

도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9, 도 11, 도 14, 도 15, 도 16, 도 17, 도 18, 도 19 및 도 20은 차례대로 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴의 형성 방법을 도시한 단면도들이고, 도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴의 형성 방법의 한 단계에서 수지층의 농도에 따른 두께를 나타낸 그래프이고, 도 12는 볼록 패턴 및 수지층의 시간에 따른 식각 상태를 나타낸 도면이고, 도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴의 형성 방법의 한 단계에서 애싱 시간에 따른 제1 패턴 사이의 간격의 변화를 나타낸 그래프이다.

먼저 도 3을 참조하면, 기판(도시하지 않음) 위에 최종적으로 형성하고자 하는 패턴이 될 피식각층(10)을 형성하고, 그 위에 볼록 패턴을 형성한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 피식각층(10)은 도전성 재료, 반도체 재료, 절연성 재료 등 다양한 물질로 만들어질 수 있으며 최종적으로 형성될 패턴의 재료에 따라 선택되어질 수 있다.

볼록 패턴은 적어도 하나의 볼록부(20a)를 가진다. 볼록 패턴의 재료는 애싱(ashing) 공정으로 제거 가능한 아크릴계 수지, 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA) 등의 다양한 폴리머, 광경화성 물질, 열경화성 물질, 건식 식각 공정으로 제거할 수 있는 SiOC, SiNx, SiOx 등의 규소 계열과 같은 다양한 무기 물질, 습식 식각 공정으로 제거 가능한 Cu, Al 등의 금속 또는 합금 등을 포함할 수 있으며, 이들을 녹이는 용제(solvent)를 더 포함할 수도 있다. 이러한 용제의 예로는 에테르류, 포화 탄화수소류, 불포화 탄화수소류, 케톤류, 톨루엔(toluene)을 포함하는 방향족 탄화수소류 등을 들 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

볼록 패턴의 형성 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 볼록 패턴은 피식각층(10) 위에 포토 레지스트 등의 레지스트를 도포하고 노광 및 현상하여 형성할 수 있다. 또한 이러한 사진 식각 공정 이외에 마이크로 컨택 프린팅 등의 다양한 비사진 식각 공정에 의해서도 형성될 수 있다. 이러한 비사진 식각 공정의 한 예에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 기판(도시하지 않음) 위에 피식각층(10)을 형성하고, 그 위에 볼록 패턴 물질층(20)을 도포한다. 볼록 패턴 물질층(20)은 앞에서 설명한 볼록 패턴의 재료와 동일할 수 있다.

다음 도 2를 참조하면, 볼록 패턴 물질층(20) 위에 오목한 패턴이 형성되어 있는 몰드(30)를 위치하고 가압한다. 몰드(30)는 실리콘 또는 PDMS(polydimethylsiloxane) 등으로 이루어질 수 있다. 몰드(30)의 오목한 패턴은 형성하고자 하는 볼록 패턴의 형상에 따르며, 몰드(30)의 가압에 의한 스탬핑(stamping)에 의해 볼록 패턴 물질층(20)에는 몰드(30) 표면의 형상이 전사된다.

몰드(30)의 오목한 부분에 볼록 패턴이 채워진 상태에서 열 또는 UV 등의 광을 조사하여 볼록 패턴을 경화시킬 수도 있다.

이렇게 형성된 볼록 패턴의 볼록부(20a)의 두께, 폭, 또는 이웃한 볼록부(20a) 사이의 거리는 최종적으로 형성하고자 하는 미세 패턴의 폭 또는 미세 패턴 사이의 거리에 따를 수 있다. 예를 들어 도 4를 참조하면, 이웃한 볼록부(20a) 사이의 거리(D1)는 8㎛ 이상 15㎛ 이하일 수 있고, 볼록부(20a)의 너비는 3㎛ 이상 7㎛ 이하일 수 있다. 또한 볼록부(20a)의 피치는 10㎛ 이상 20㎛ 이하일 수 있고, 볼록부(20a)의 두께는 1㎛ 이상 5㎛ 이하일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 일정한 영역에서 볼록 패턴의 볼록부(20a)의 반복 주기(볼록부(20a)가 나타나는 주기)는 최종적으로 형성할 미세 패턴의 반복 주기의 대략 1/2일 수 있다.

다음 도 5를 참조하면, 볼록 패턴을 덮도록 수지 조성물(40)을 도포한다. 이때 스핀 코팅 등의 방법을 사용할 수 있다.

수지 조성물(40)은 폴리머 및 이를 용해할 수 있는 용제를 포함할 수 있다.

수지 조성물(40)이 포함하는 폴리머는 후속 공정에서 사용될 식각 기체에 대해 볼록 패턴의 식각 속도보다 느린 식각 속도를 가지는 다양한 폴리머일 수 있으면 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들어 수지 조성물(40)이 포함하는 폴리머는 폴리스티렌(PS)일 수 있으며, 이때 볼록 패턴은 폴리스티렌(PS)과 다른 물질로 이루어질 수 있다.

수지 조성물(40)이 포함하는 용제는 볼록 패턴을 용해하지 않고 상기 수지 조성물(40)과 반응하지 않으며 휘발성을 가질 수 있다. 이러한 용제로는 이소프로판올(IPA) 등의 에테르류, 포화 탄화수소류, 불포화 탄화수소류, 케톤류, 방향족 탄화수소류 등 또는 이들 중 두 개 이상의 조합을 들 수 있다. 수지 조성물(40)에서 이러한 용제의 비율을 조절하여 수지 조성물(40)에서 폴리머의 함량을 조절할 수 있다.

이와 같이, 수지 조성물(40)을 볼록 패턴 위에 도포하여 수지층(40a)을 형성한다. 이때 도 6에 도시한 바와 같이 도포된 수지 조성물(40)의 상부에 압력을 가하는 방법 등을 추가로 사용할 수 있다. 예를 들어, 수지층(40a)이 이웃한 볼록부(20a) 사이에 대부분 위치하도록 하기 위해 도 6에 도시한 바와 같이 도포된 수지 조성물(40) 위에 PDMS 등의 몰드(50)를 위치시키고 추(55)로 가압할 수 있다. 이때 가압 시간은 수 분 내지 수십 분 정도일 수 있다. 사용된 PDMS의 예시적인 두께 및 무게는 각각 2mm 및 50g 정도일 수 있다. 가압 중에 수지 조성물(40)의 용제의 적어도 일부는 증발될 수 있다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 형성된 수지층(40a)은 볼록부(20a) 위에는 거의 위치하지 않고 이웃하는 볼록부(20a) 사이에 주로 위치할 수 있으며 곡면(curvature)으로 된 프로파일을 가질 수 있다. 이러한 수지층(40a)의 표면의 곡면 모양을 제1 곡면(Cv1)이라 한다. 또한 도 9를 참조하면, 볼록부(20a) 사이의 A 영역에 위치하는 수지층(40a)의 높이보다 볼록부(20a)의 측면과 인접한 B 영역의 수지층(40a)의 높이가 더 높은 것이 바람직하다. 여기서 A 영역은 두 볼록부(20a) 사이의 영역 중 이웃한 두 B 영역 사이의 영역에 해당한다. 이에 따라 볼록부(20a) 사이의 A 영역에 위치하는 수지층(40a)의 두께(T1)가 볼록부(20a)의 측면과 인접한 B 영역의 수지층(40a)의 두께보다 더 얇을 수 있다.

기판 및 볼록 패턴 위에 도포된 수지층(40a)의 두께는 수지 조성물(40)의 농도에 따라 달라질 수 있다.

도 10에 도시한 그래프는 수지 조성물(40)에서 폴리머의 농도(%)에 따른 수지층(40a)의 볼록부(20a) 사이에서의 두께(T1)를 예시적으로 나타낸다.

도 10을 참조하면, 수지 조성물(40)에서 폴리머의 농도가 높아질수록 형성된 수지층(40a)의 두께(T1)가 두꺼워지는 것을 알 수 있다. 수지층(40a)의 두께(T1)가 두꺼워질수록 도 9에 도시한 B 영역의 수지층(40a)의 두께 역시 두꺼워져 후속 공정에서 형성될 미세 패턴의 균일성(uniformity)을 확보하기 쉽다. 또한 폴리머의 농도가 너무 높으면 볼록부(20a) 사이의 수지층(40a)의 두께(T1)가 너무 두꺼워져 후속 공정에서 볼록부(20a) 사이의 수지층(40a)을 끊는 데(opening) 긴 시간이나 높은 전력이 소모될 수 있다. 따라서 수지층(40a)이 볼록부(20a)와 인접한 B 영역에서 충분한 두께를 가지게 하면서 볼록부(20a) 사이의 A 영역에서 너무 두껍지 않도록 하기 위해 수지 조성물(40)의 농도를 적절히 조절할 필요가 있다. 수지 조성물(40)의 적절한 농도는 예시적으로 10% 이상 50% 이하일 수 있다. 이 경우 볼록부(20a) 사이의 A 영역에 위치하는 수지층(40a)의 두께(T1)는 대략 100nm 이상 600nm 이하일 수 있다.

본 실시예와 달리 수지 조성물(40)은 포함하는 수지의 종류에 따라 용제를 포함하지 않을 수도 있다.

다음 도 11 및 도 12를 참조하면, 애싱, 건식 또는 습식 식각 공정을 이용하여 볼록부(20a)를 제거한다.

도 12(a)??(f)는 차례대로 시간 순서에 따라 애싱 또는 건식 식각 공정을 통해 볼록부(20a)가 제거되는 모습을 보여준다. 이때 볼록부(20a)는 모두 제거될 수도 있고 일부 남아 잔여 볼록부(20b)를 형성할 수도 있다. 또한 도 9에 도시한 볼록부(20a) 사이의 영역인 A 영역에 위치하는 수지층(40a)도 함께 식각으로 제거되거나 응력으로 인해 볼록부(20a)에 인접한 B 영역으로 이끌려 갈 수 있다. 따라서 수지층(40a)은 애싱 또는 건식 식각 공정 진행에 따라 이웃한 볼록부(20a) 사이의 A 영역에서 두 부분으로 분리될 수 있다. 이에 따라 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이 복수의 제1 수지 패턴(40b)을 포함하는 패턴된 수지층이 형성될 수 있다.

각 볼록부(20a)가 차지하던 영역의 인접한 양쪽에는 한 쌍의 제1 수지 패턴(40b)이 각각 위치할 수 있다. 이때 제1 수지 패턴(40b) 표면의 곡면은 수지층(40a)의 제1 곡면(Cv1)에 유사한 제2 곡면(Cv2)을 가질 수 있다. 각 볼록부(20a)가 차지하던 영역에 인접하여 양쪽에 위치하는 한 쌍의 제1 수지 패턴(40b)은 대략 서로 대칭일 수 있다. 제1 수지 패턴(40b)의 높이는 볼록부(20a)의 높이 및 애싱 공정의 조건 등에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 0.5??3㎛일 수 있다. 또한 제1 수지 패턴(40b) 각각의 폭도 수지층(40a)의 두께 및 애싱 공정 조건 등에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 1??5㎛일 수 있다.

충분한 두께의 제1 수지 패턴(40b)이 형성되기 위해서는 앞에서 설명한 바와 같이 수지층(40a)의 A 영역에서의 두께보다 볼록부(20a)에 인접한 B 영역에서의 두께가 두꺼울 필요가 있다.

도 13은 애싱 또는 식각 진행 시간(sec)에 따른 이웃한 제1 수지 패턴(40b) 사이의 거리(㎛)(D2)를 예시적으로 도시한 그래프이다. 서로 분리된 이웃한 제1 수지 패턴(40b) 사이의 거리(D2)는 0보다 크며, 도 13에 도시한 바와 같이 애싱 또는 건식 식각 시간에 따라 점점 커질 수 있다. 애싱 또는 식각 시간은 0초보다 크고 300초 이하일 수 있다. 그러나 애싱 또는 식각 시간은 형성되는 제1 수지 패턴(40b)의 두께에 따라 적절히 조절될 수 있다.

적절한 두께의 제1 수지 패턴(40b)을 형성하고 볼록부(20a)를 충분히 제거하기 위해서는 사용되는 식각 기체에 대한 볼록부(20a)의 식각 속도가 수지층(40a)에 대한 식각 속도보다 빠른 것이 바람직하다. 식각 기체의 예로는 O₂, CO, CO₂ 등, 질소 원자를 N₂, NH₃ 등, 염소 원자를 포함하는 Cl₂, HCl, BCl₃, 브롬 원자를 포함하는 HBr, Br₂ 등의 식각 기체 또는 이들의 혼합 기체를 들 수 있고, 이러한 식각 기체에 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등의 기체를 추가할 수도 있다.

도 12에 도시한 볼록부(20a)를 제거하는 애싱 또는 식각 공정에서 플라즈마 피니시(plasma finish) 사의 모델 번호(V15??G)의 애싱 장치를 사용할 수 있고, 공정 조건으로서 플라즈마 전력(300W), 식각 기체(300sccm의 O₂), 기체 유속(150ml/min), 공정 압력(100pa)하에서 애식 또는 식각 공정을 진행할 수 있다.

도 11 및 도 12에 도시한 단계에서 애싱 또는 식각 공정은 상온에서 진행될 수 있다.

이러한 애싱 또는 식각 공정 후에 볼록부(20a)는 도 11(b)와 같이 모두 제거되는 것이 바람직하나 도 11(a)에 도시한 바와 같은 잔여 볼록부(20b)가 남을 경우, 남아 있는 잔여 볼록부(20b)는 별도의 식각 공정을 통해 대부분 제거될 수 있다. 이때 제1 수지 패턴(40b)에 대한 잔여 볼록부(20b)의 식각비가 큰 식각액 또는 식각 기체를 사용할 수 있다.

도 11 및 도 12에 도시한 실시예와 달리 수지층(40a)을 애싱 또는 건식 식각하여 제1 수지 패턴(40b)을 포함하는 패턴된 수지층을 형성하기 전 또는 후에 별도의 식각 공정으로 볼록부(20a)를 제거할 수도 있다.

예를 들어 볼록부(20a)를 먼저 제거한 후에 수지층(40a)을 애싱 또는 건식 식각하여 제1 수지 패턴(40b)을 포함하는 패턴된 수지층을 형성하는 방법에 대하여 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다.

도 14(a) 및 도 15(a)와 같이 볼록부(20a) 위에 수지층(40a)이 형성된 상태에서 먼저 볼록부(20a)를 제거하여 도 14(b) 및 도 15(b)에 도시한 바와 같이 수지층(40a)만을 남긴다. 이때 볼록부(20a)는 습식 식각으로 제거될 수 있으며, 볼록부(20a)가 폴리스티렌(PS) 등으로 이루어진 경우 톨루엔(toluene) 등의 식각액을 사용할 수 있다. 볼록부(20a)의 제거 과정은 대략 5??15초 동안 진행될 수 있다.

다음, 수지층(40a)을 애싱 또는 건식 식각하여 도 14(c) 및 도 15(c)에 도시한 바와 같이 제1 수지 패턴(40b)을 형성할 수 있다. 여기서 형성된 제1 수지 패턴(40b)의 최고 높이는 도 14(b) 및 도 15(b)에 도시된 수지층(40a)의 최고 높이보다 낮다. 이 밖에 제1 수지 패턴(40b)의 특징 및 수지층(40a)에 대한 애싱 또는 건식 식각 조건도 앞에서 설명한 바와 동일하므로 여기서 상세한 설명은 생략한다.

도 14 및 도 15에 도시한 바와 반대로 제1 수지 패턴(40b)을 먼저 형성한 후 볼록부(20a)를 제거할 수도 있다.

다음 도 16 및 도 17을 참조하면, 제1 수지 패턴(40b)을 처리하여 제2 곡면(Cv2)과 다른 제3 곡면(Cv3)을 가지는 복수의 제2 수지 패턴(40c)을 형성한다. 이러한 처리의 예로서 기판 전체에 열을 가하여 베이크(bake)하거나 빛을 조사하여 제1 수지 패턴(40b)을 리플로우(reflow)시킬 수 있다. 리플로우 시의 예시적인 온도는 150 이상 180도 이하일 수 있고, 리플로우 시간은 0초보다 크고 10분 이하일 수 있다. 그러나 공정 조건은 이에 한정되지 않고 조건에 따라 적절히 조절될 수 있다.

도 18은 제1 수지 패턴(40b)을 대략 180도의 온도에서 2??5분 정도에서 처리하여 형성된 제2 수지 패턴(40c)의 실제 모습을 도시한 것이다.

도 16, 도 17 및 도 18을 참조하면, 상기 처리 전의 제1 수지 패턴(40b)의 표면은 가장 높은 부분에서 거의 직선에 가까운 곡면을 가지고 있으나 리플로우 등의 처리 후에 제2 수지 패턴(40c)의 표면은 위로 볼록한 모양의 제3 곡면(Cv3)을 가질 수 있다. 또한 하나의 제1 수지 패턴(40b)의 볼록부(20a)와 인접한 부분의 경사가 반대쪽의 경사보다 급하여 좌우 비대칭의 모양을 가지고 있으나, 리플로우 등의 처리 후에 제2 수지 패턴(40c)은 대체로 좌우 대칭의 단면 모양을 가질 수 있다. 리플로우 시의 온도가 높을수록 제2 수지 패턴(40c)은 좀더 대칭된 모양을 가질 수 있다. 각 제2 수지 패턴(40c)의 폭(W1)은 제1 수지 패턴(40b)의 폭, 두께, 처리 시간 등에 의존할 수 있으며, 리플로우에 의해 제1 수지 패턴(40b)의 폭보다 클 수 있다. 제2 수지 패턴(40c)의 폭 (W1)은 예를 들어 2??4㎛일 수 있다.

도 19는 리플로우 등의 제1 수지 패턴(40b)의 처리 후에 실질적으로 좌우 대칭 모양을 가지는 제2 수지 패턴(40c)을 도시하고 있다. 이와 같이 형성된 제2 수지 패턴(40c)은 도 20에 도시한 바와 같이 미세 패턴 마스크로서 하부의 피식각층(10)의 식각을 위한 식각 마스크로 사용될 수 있다. 이로써 제2 수지 패턴(40c)을 식각 마스크로 하여 피식각층(10)을 식각하여 기판(110) 위에 위치하는 미세 패턴(11)을 형성할 수 있다. 형성된 미세 패턴(11)의 폭은 제2 수지 패턴(40c)의 폭(w1)에 따라 달라지며 미세 패턴(11)의 피치 역시 제2 수지 패턴(40c)의 피치(D4)에 의존할 수 있다.

이와 같이 미세 패턴 마스크를 형성하기 위한 수지층(40a), 제1 수지 패턴(40b)의 형성 과정에서는 수지 조성물 내의 용제를 제거하거나 열을 가하여 경화시키는 단계를 포함하지 않고, 볼록 패턴의 제거 후 공정 마지막 단계에서 제1 수지 패턴(40b)을 리플로우 등의 처리함으로써 실질적으로 대칭인 모양의 제3 곡면(Cv3)을 가지는 미세 패턴 마스크를 제작할 수 있다. 이러한 대칭 형태를 가지는 미세 패턴 마스크를 식각 마스크로 사용하여 미세 패턴(11)을 형성하면 미세 패턴(11)의 균일성 및 정확성을 더욱 높일 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따라 형성된 미세 패턴의 피치는 볼록 패턴의 피치의 대략 1/2일 수 있으므로 볼록 패턴의 폭 또는 간격이 노광기의 해상도의 범위 내에 있더라도 추가 장치 도는 추가 비용 없이 노광기 해상도를 벗어나는 미세 패턴을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서 3㎛ 이하의 폭을 가지는 미세 패턴도 쉽게 형성할 수 있다.

도 1 내지 도 20에 도시한 실시예에 따른 미세 패턴의 형성 방법은 다양한 표시 장치의 제조 방법에서 사용될 수 있다. 이에 대해 도 21 및 도 22를 참조하여 설명한다.

도 21은 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법에 의해 제조된 미세 패턴을 포함하는 표시판을 도시한 평면도이고, 도 22는 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법에 의해 제조된 미세 패턴을 포함하는 표시 장치의 한 화소에 대한 평면도이다.

먼저 도 21을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치는 표시 영역(DA)과 주변 영역(PA)을 포함하는 표시판(300)을 포함한다. 표시판(300)은 게이트 구동부(400), 데이터 구동부(500), 그리고 복수의 화소(PX)를 포함한다. 복수의 화소(PX)는 표시 영역(DA)에 위치하고 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500)는 주변 영역(PA)에 위치할 수 있다. 게이트 구동부(400)는 복수의 게이트선(G1??Gn)과 연결되어 이들에 게이트 신호를 전달하고, 데이터 구동부(500)는 복수의 데이터선(DL1??DLm)과 연결되어 이들에 데이터 전압을 전달한다. 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500)와 같은 구동부는 복수의 박막 트랜지스터 및 축전기, 신호 배선 등의 전기 회로 및 소자를 포함할 수 있다. 각 화소(PX)는 해당 게이트선(G1??Gn) 및 데이터선(DL1??DLm)과 박막 트랜지스터 등을 통해 연결되어 게이트 신호에 따른 데이터 전압을 인가받는다. 또한 주변 영역(PA)에는 게이트 구동부(400)에 구동 신호를 전달하는 복수의 배선(SL)이 더 형성되어 있다. 배선(SL)은 신호 패드부(PD)를 통해 외부로부터 구동 신호를 전달받을 수 있다.

이와 같은 표시 장치의 여러 배선(SL), 게이트선(G1??Gn), 데이터선(DL1??DLm), 게이트 구동부(400) 또는 데이터 구동부(500)가 포함하는 복수의 신호 회로는 앞에서 설명한 미세 패턴 형성 방법을 이용하여 형성할 수 있다.

도 22를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 한 화소(PX)는 기판 위에 위치하는 게이트 전극(124)을 포함하는 게이트선(121), 반도체(154), 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171), 드레인 전극(175), 그리고 드레인 전극(175)과 접촉 구멍(185)에서 연결되어 있는 화소 전극(191)을 포함한다. 본 발명의 한 실시예에 따른 화소 전극(191)은 일정한 방향으로 연장되어 서로 실질적으로 평행한 복수의 미세 패턴(193)을 가진다. 미세 패턴(193) 사이의 개구부는 미세 슬릿(194)이라 한다. 미세 패턴(193)의 피치는 200nm 이하일 수 있으며 화소 전극(191)을 통과하는 광을 편광시킬 수 있다. 즉, 화소 전극(191)의 미세 패턴(193)과 미세 슬릿(194)은 미세 패턴(193) 또는 미세 슬릿(194)의 연장 방향에 평행한 광은 반사하고 미세 패턴(193) 또는 미세 슬릿(194)의 연장 방향에 수직인 광은 투과시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴(193)을 가지는 화소 전극(191)은 편광 기능을 가지며 미세 패턴(193)의 연장 방향에 수직인 방향이 편광의 투과축이 될 수 있다.

이와 같은 화소 전극(191)의 미세 패턴(193) 역시 빛의 파장에 따라 적절한 편광 기능을 가지기 위해 노광기의 해상도를 초월하는 폭 및 간격을 가질 필요가 있고, 앞에서 설명한 미세 패턴 형성 방법을 사용하여 제작할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 피식각층 11: 미세 패턴
20: 볼록 패턴 물질층 20a, 20b: 볼록부
30: 몰드 40: 수지 조성물
40a: 수지층 40b: 제1 수지 패턴
40c: 제2 수지 패턴 110: 기판 121: 게이트선 124: 게이트 전극
154: 반도체 171: 데이터선
173: 소스 전극 175: 드레인 전극
185: 접촉 구멍 191: 화소 전극
193: 미세 패턴 300: 표시판
400: 게이트 구동부 500: 데이터 구동부

Claims

기판 위에 피식각층을 형성하는 단계,
상기 피식각층 위에 복수의 볼록부를 가지는 볼록 패턴을 형성하는 단계,
상기 볼록 패턴 위에 수지 조성물을 도포하여 이웃한 두 개의 상기 볼록부 사이에 위치하는 제1부분을 포함하는 수지층을 형성하는 단계,
상기 수지층을 애싱 또는 식각하여 상기 제1부분을 서로 분리된 두 개의 부분으로 분리하여 복수의 제1 수지 패턴을 형성하는 단계,
상기 복수의 제1 수지 패턴을 처리하여 복수의 제2 수지 패턴을 형성하는 단계, 그리고
상기 복수의 제2 수지 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 피식각층을 식각하여 미세 패턴을 형성하는 단계
를 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
제1항에서,
상기 복수의 제2 수지 패턴을 형성하는 단계는 상기 복수의 제1 수지 패턴에 열을 가하여 리플로우시키는 단계를 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
제2항에서,
상기 제1 수지 패턴의 표면은 제1 곡면을 가지고,
상기 제2 수지 패턴의 표면은 상기 제1 곡면과 다른 제2 곡면을 가지는
미세 패턴 형성 방법.
제3항에서,
상기 제2 수지 패턴은 대칭인 단면 모양을 가지는 미세 패턴 형성 방법.
제4항에서,
상기 복수의 제1 수지 패턴에 열을 가하여 리플로우시키는 단계는 150도 이상 180도 이하의 온도에서 행해지는 미세 패턴 형성 방법.
제1항에서,
상기 복수의 제1 수지 패턴을 형성하는 단계는 기체를 사용한 애싱 또는 건식 식각 단계를 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
제6항에서,
상기 복수의 제1 수지 패턴을 형성하는 단계는 상기 볼록부를 제거하는 단계를 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
제7항에서,
상기 복수의 제1 수지 패턴을 형성하는 단계에서,
상기 수지층과 상기 볼록부는 동일한 식각 공정으로 식각되며, 상기 볼록부의 식각 속도는 상기 수지층의 식각 속도보다 빠른 미세 패턴 형성 방법.
제7항에서,
상기 복수의 제1 수지 패턴을 형성하는 단계는 상기 볼록부를 습식 식각하여 제거한 이후에 상기 수지층을 애싱 또는 식각하는 것을 특징으로 하는 미세 패턴 형성 방법.
제1항에서,
상기 제1부분은 상기 볼록부와 인접한 제1 영역 및 상기 볼록부와 인접하지 않는 제2 영역을 포함하고,
상기 제1 영역의 두께는 상기 제2영역의 두께보다 두꺼운 미세 패턴 형성 방법.
제10항에서,
상기 제2 영역의 두께는 100nm 이상 600nm 이하인 미세 패턴 형성 방법.
제11항에서,
상기 수지 조성물은 폴리머 및 용제를 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
제12항에서,
상기 용제는 이소프로판올(IPA)을 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
제12항에서,
상기 수지 조성물의 농도는 10% 이상 50% 이하인 미세 패턴 형성 방법.
제12항에서,
상기 수지층을 형성하는 단계는 상기 볼록 패턴 위에 상기 수지 조성물을 도포한 후 상기 수지 조성물의 상부에 압력을 가하는 단계를 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
제1항에서,
상기 볼록 패턴을 형성하는 단계는 마이크로 컨택 프린팅 방법을 사용하는 미세 패턴 형성 방법.
기판 위에 피식각층을 형성하는 단계,
상기 피식각층 위에 복수의 볼록부를 가지는 볼록 패턴을 형성하는 단계,
상기 볼록 패턴 위에 수지 조성물을 도포하여 이웃한 두 개의 상기 볼록부 사이에 위치하는 제1부분을 포함하는 수지층을 형성하는 단계,
상기 수지층을 애싱 또는 식각하여 상기 제1부분을 서로 분리된 두 개의 부분으로 분리하여 복수의 제1 수지 패턴을 형성하는 단계, 그리고
상기 복수의 제1 수지 패턴을 처리하여 복수의 제2 수지 패턴을 포함하는 미세 패턴 마스크를 형성하는 단계
를 포함하는 미세 패턴 마스크 형성 방법.
제17항에서,
상기 복수의 제2 수지 패턴을 형성하는 단계는 상기 복수의 제1 수지 패턴에 열을 가하여 리플로우시키는 단계를 포함하는 미세 패턴 마스크 형성 방법.
제18항에서,
상기 제1 수지 패턴의 표면은 제1 곡면을 가지고,
상기 제2 수지 패턴의 표면은 상기 제1 곡면과 다른 제2 곡면을 가지는
미세 패턴 마스크 형성 방법.
제19항에서,
상기 제2 수지 패턴은 대칭인 단면 모양을 가지는 미세 패턴 마스크 형성 방법.
제17항에서,
상기 복수의 제1 수지 패턴을 형성하는 단계는 기체를 사용한 애싱 또는 건식 식각 단계를 포함하는 미세 패턴 마스크 형성 방법.