KR101101582B1 - 하프톤 패드를 이용한 포토 마스크 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 포토 마스크 - Google Patents

하프톤 패드를 이용한 포토 마스크 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 포토 마스크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하프톤 패드를 이용한 포토 마스크의 제조 방법 및 이를 이용한 포토 마스크에 관한 것으로, 투명기판 상부에 형성되는 차광패턴 및 상기 차광 패턴에 의해서 정의되는 투광영역을 포함하는 포토 마스크를 제조하는 방법에 있어서, 상기 차광패턴이 밀집된 영역을 벌크 형태로 묶어서 제외시키고, 나머지 투광영역의 상기 투명기판 상부에 하프톤 패드층을 형성하는 발명에 관한 것이다.

Description

하프톤 패드를 이용한 포토 마스크 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 포토 마스크 {METHOD FOR FABRICATING PHOTO MASK USING HALFTONE PAD AND PHOTO MASK FABRICATED USING THEREOF}
본 발명은 하프톤 패드를 이용한 포토 마스크 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 포토 마스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 FPD(Flat Panel Display)용 포토 마스크를 제조 하는데 있어서, 투광 영역의 밀도 차이에 따라서 CD MTT(Critical Dimension Mean to Target) 차이가 발생하는 문제를 해결하기 위한 기술에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자, 전자 소자, 광전 소자, 자기 소자, 표시 소자, 미세 전자기계 소자 등을 제조할 때 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 공정을 필연적으로 수행하게 된다.
기판 상에 미세 패턴을 형성하는 방법은 여러 가지가 있으나, 대표적인 방법으로는 빛을 이용하여 미세 패턴을 형성하는 포토 리소그라피(photo lithography) 방법이 있다.
상기한 포토 리소그라피 방법을 이용하여 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 방법은 다음과 같다.
우선, 빛에 대한 반응성을 갖는 고분자 물질(예를 들면, 포토레지스트 등)을 패터닝하고자 하는 물질이 적층(또는 증착)된 기판 상에 도포한다. 다음으로, 목표로 하는 임의의 패턴으로 설계된 레티클을 통해 고분자 물질 상에 빛을 투과시켜 노광한다. 노광 후, 현상 공정을 통해 노광된 고분자 물질을 제거함으로써, 패터닝하고자 하는 물질 위에 목표로 하는 패턴을 갖는 포토 마스크를 형성한다.
포토 마스크를 형성한 이후에, 형성된 포토 마스크를 이용하는 식각 공정을 수행함으로써, 기판상에 적층된 물질을 원하는 패턴으로 패터닝 한다.
이러한 포토 마스크에는 빛을 단순히 투과 및 차단함으로써 패터닝하게 되는 바이너리 마스크(Binary Mask), 빛이 투과되는 부분 중 이웃한 패턴의 위상이 180도 차이를 가지게 하여 상쇠 간섭에 의해 해상력을 높이는 기능을 하는 위상 반전 마스크(Phase Shifting Mask: PSM) 등이 있다.
또한, 이러한 위상 반전 마스크에는 차광막과 위상 반전막이 모두 구비되고 위상반전 영역의 투과율이 100%인 얼터너티브(Alternative)위상 반전 마스크와 위상 반전층만으로 구성되고 그 투과율이 5 ~ 8%인 하프톤(Half Tone: HT)위상 반전 마스크 등이 있다.
그러나 종래의 이러한 마스크에서 투광 패턴과 차광 패턴 영역이 비대칭적으로 형성되어 있는 경우, 웨이퍼에 노광된 인텐스티 프로파일(Intensity Profile)이 비대칭적으로 형성되며, 이러한 비대칭 현상은 감광막의 슬로프(Slope)를 비대칭적으로 형성시키게 된다.
이러한 감광막 슬로프의 비대칭현상으로 인해 에칭 공정 이후에도 반도체 소자를 비대칭으로 형성시키게 되며, 이로 인해 반도체 소자의 특성이 악화되게 된다는 문제점이 있다.
특히, 이러한 문제점은 메탈 레이어(Metal Layer)와 같은 높은 레지스트 두께를 요구하는 경우 더욱 심각해진다.
본 발명의 목적은 FPD(Flat Panel Display)용 포토 마스크와 같이 차광패턴이 밀집한 차광영역과 투광영역의 밀도 차이가 비교적 크게 나타나는 포토 마스크를 제조하는데 있어서, 투광영역 전면에 하프톤 패드층을 형성함으로써, 복잡한 OPC 를 형성하지 않고도 효율적으로 CD MTT(Critical Dimension Mean to Target) 차이가 발생하는 문제를 해결할 수 있도록 하는, 하프톤 패드를 이용한 포토 마스크 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 하프톤 패드를 이용한 포토 마스크 제조 방법으로 제조되어, CD MTT 차이가 없는 포토 마스크를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 포토 마스크 제조 방법은 투명기판 상부에 형성되는 차광패턴 및 상기 차광 패턴에 의해서 정의되는 투광영역을 포함하는 포토 마스크 제조 방법에 있어서, 상기 차광패턴이 밀집된 영역을 벌크 형태로 묶어서 제외시키고, 나머지 투광영역의 상기 투명기판 상부에 하프톤 패드층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 투명기판은 쿼츠(Quartz) 기판인 것을 특징으로 하고, 상기 차광패턴은 크롬 패턴인 것을 특징으로 하고, 상기 차광 패턴의 상부 표면에 하프톤 패드층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제조 방법을 보다 구체화한 본 발명에 따른 포토 마스크 제조 방법은 투명기판 전면에 차광층을 형성하는 단계와, 상기 차광층 상부에 제 1 감광막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 감광막을 노광 및 현상하여 차광영역과 투광영역을 벌크 형태로 분할시킬 수 있는 제 1 감광패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 1 감광패턴을 마스크로 상기 차광층을 식각하여 차광영역을 벌크 형태로 차단시키는 제 1 차광패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 1 감광패턴을 제거하는 단계와, 상기 제 1 차광패턴을 포함하는 상기 투명기판 전면에 하프톤 패드층을 형성하는 단계와, 상기 하프톤 패드층 상부에 제 2 감광막을 형성하는 단계와, 상기 제 2 감광막을 노광 및 현상하여 실제 회로패턴을 정의하는 제 2 감광패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 2 감광패턴을 마스크로 상기 하프톤 패드층 또는 상기 하프톤 패드층과 상기 제 1 차광패턴을 식각하여 제 2 차광패턴을 형성하는 단계 및 제 2 감광패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 1 감광패턴의 평면 형태는 타원형, 직사각형, 원형, 삼각형 및 다각형 형태인 것을 특징으로 하고, 상기 실제 회로패턴은 FPD(Flat Panel Display) 제조용 패턴인 것을 특징으로 한다.
상기 다른 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 포토 마스크는 상술한 방법으로 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 포토 마스크는 종래의 복잡한 OPC(Optical Proximity Correction) 패턴을 이용하지 않고, 투광영역 전체에 하프톤 패드를 형성하는 간단한 공정만으로 하프톤 패드가 OPC 패턴의 역할을 할 수 있도록 함으로써, 포토 마스크 제조 공정을 단순화 시킬 수 있고, 제조 시간 및 제조 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
특히, 본 발명은 종래의 OPC 디자인 설계 공정을 생략할 수 있으므로, 포토 마스크 제조 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있으며, OPC 데이터 베이스 및 장비를 생략할 수 있으므로 포토 마스크 제조를 위한 설비 비용 및 설비 유지 시간을 절약할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 포토 마스크를 도시한 평면도이다.
도 2 내지 도 8은 본 발명에 따른 포토 마스크 제조 방법을 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
이하에서는, 본 발명의 상술한 목적에 근거하여 하프톤 패드를 이용한 포토 마스크의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 포토 마스크에 대하여 상세히 설명하는 것으로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 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.
도 1은 본 발명에 따른 포토 마스크를 도시한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 포토 마스크는 투명기판(10) 상부에 회로패턴을 정의하는 차광영역(130a)과 상기 차광영역(130a)을 제외한 투광영역(140b)을 포함한다.
이때, 투명기판(10)은 투명성과 기계적 물성이 우수한 쿼츠(Quartz) 기판이 주로 사용될 수 있다.
다음으로, 투명기판(10) 상부에서 차광영역(130a)에는 반도체 회로를 정의하는 차광패턴(60)들 형성을 위해서 크롬층(Cr Layer)과 같은 메탈층(Metal Layer)이 형성된다. 반면, 투명기판(10) 상부에서 차광영역(130a)을 제외한 투광영역(140a)은 투명기판(10) 상태로 형성되게 된다.
그러나, 상기와 같이 투명기판(10) 상부에 단순 차광패턴(60)만 형성된 상태의 포토 마스크의 경우 차광영역(130a)과 투광영역(140b)의 밀도차이에 의해서 차광영역(130a)에 형성되는 차광패턴(60)이 왜곡될 위험이 있다.
특히, 이러한 왜곡현상은 FPD(Flat Panel Display)와 같은 회로 패턴을 형성하는 과정에서 주로 발생하고 있으며, 라인 패턴이 꺽어지는 모서리 부분이나, 라인 패턴의 에지부에서 주로 발생하고 있다.
따라서 이러한 왜곡현상을 방지하기 위하여, 기존에는 상기와 같이 왜곡 발생 예상 영역에 별도의 보조 차광 패턴을 형성하는 OPC(Optical Proximity Correction) 패턴을 이용하였다.
본 발명에서는 OPC 패턴을 도시하지 않았으나, OPC 패턴은 차광패턴(60)의 모서리 부분에 형성되는 미세한 사각형 패턴 또는 원형 패턴 등으로 예상할 수 있다. 이때, 이러한 OPC 패턴들이 전체 차광패턴(60)에 모두 적용된다고 가정하면, 차광패턴(60)의 형태는 매우 복잡한 형상을 가지게 된다.
따라서, 실제 회로를 정의하는 차광패턴(60)만을 설계하는 시간보다, 보조 패턴인 OPC 패턴을 설계하는 디자인 작업 시간이 더 오래 소요되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 왜곡 예상 영역과 그 영역에 맞는 OPC 패턴을 각각 다르게 지정해야 하므로, 이를 일일이 기억하기 위한 데이터 베이스의 용량만해도 기하급수적으로 증가하게 된다. 또한, OPC 패턴과 같이 미세한 패턴 형성 작업을 위해서는 고해상도의 노광 장비가 필요하고, 미세 패턴 형성 공정 또한 매우 정밀하게 진행하여야 하므로, OPC 패턴 형성을 위한 설비 비용 및 시간 등이 증가되는 문제가 있다.
이러한 문제들로 인하여 대량의 포토 마스크에 모두 OPC 패턴을 적용하는 것은 매우 비효율적이고, 현실적으로 불가능한 대안이 되고 있다.
따라서, 본 발명에서는 투광영역(140a) 전면에 모두 하프톤 패드층(40)을 형성함으로써, OPC 패턴의 역할을 대신할 수 있도록 하는 방법을 사용한다.
이와 같은 경우 차광패턴(60) 형성 공정 중 투명기판(10) 전면에 하프톤 패드층(40)을 도포하는 간단한 공정 추가만 이루어지면 되므로, OPC 패턴 형성 공정에 의해서 발생하는 부담을 상당 부분 저감시킬 수 있다.
이러한 경우, 차광패턴(60) 상부에도 하프톤 패드층(40)이 형성될 수 있으며, 이 과정을 위해서 차광패턴(60) 형성을 위한 패터닝 공정을 2단계로 나누어 진행하여야 한다.
따라서, 이하에서는 차광패턴(60) 형성 공정을 2단계로 나누어 진행하는 구체적인 방법에 대하여 설명하는 것으로 한다.
도 2 내지 도 8은 본 발명에 따른 포토 마스크 제조 방법을 도시한 단면도들로, 상기 도 1의 A-A'단면을 도시한 것이다.
먼저 도 2를 참조하면, 투명기판(100) 전면에 차광층(110)을 형성한다. 이때, 투명기판(100)은 투광성 및 강도가 우수한 쿼츠(Quartz) 기판을 이용하고, 차광층(110)은 크롬(Cr)을 증착하여 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로 도 3을 참조하면, 차광층(110)의 상부에 제 1 감광막을 형성하고, 제 1 감광막을 노광 및 현상하여 차광영역(130a)과 투광영역(140b)을 벌크 형태로 분할시킬 수 있는 제 1 감광패턴(125)을 형성한다.
이때, 차광영역(130a)과 투광영역(140a)은 상기 도 1의 설명에서 기재된 차광영역(130a)과 투광영역(140b)을 의미하며, 차광패턴(60)들이 형성된 영역을 차광영역(130a)으로 정의하고, 그 이외의 영역을 투광영역(140b)으로 정의하였다.
여기서, 차광영역(130a)과 투광영역(140b) 각 영역은 타원형, 직사각형, 원형, 삼각형 및 다각형 벌크 형태로 각 차광패턴들이 형성된 모양 및 밀집된 정도에 따라서 자유롭게 분할될 수 있다.
그 다음으로 도 4를 참조하면, 제 1 감광패턴(125)을 마스크로 차광층(110)을 식각하여 차광영역을 벌크 형태로 차단시키는 제 1 차광패턴(130)을 형성한다. 이때, 식각공정은 크롬층 등의 메탈층의 용이한 식각을 위하여 주로 이용되는 RIE(Reactive Ion Etch) 공정을 이용하는 것이 바람직하다.
그 다음으로 도 5를 참조하면, 제 1 감광패턴을 제거하고, 제 1 차광패턴을 포함하는 투명기판(100) 전면에 하프톤 패드층(140)을 형성한다. 이때, 감광패턴의 제거 공정은 일반 반도체 제조 공정에서 수행되는 감광막 제거 공정을 따르며, 이를 위한 제거 용액이나, 제거 방식에 의해서 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서는 상기와 같이, 포토 마스크를 이루는 투명기판(100) 전면에 하프톤 패드층(140)을 형성함으로써, 투광영역의 밀도차이를 감소시킬 수 있다. 따라서, 후속 공정에서 형성되는 CD MTT(Critical Dimension Mean to Target) 차이에 의한 차광패턴의 왜곡 문제를 해결할 수 있게 된다.
그 다음으로 도 6을 참조하면, 하프톤 패드층(140) 상부에 제 2 감광막(150)을 형성한다.
그 다음으로 도 7을 참조하면, 상기 제 2 감광막을 노광 및 현상하여 실제 회로패턴을 정의하는 제 2 감광패턴(155)을 형성한다.
그 다음으로, 도 8을 참조하면, 제 2 감광패턴(155)을 마스크로 하프톤 패드층(140)과 제 1 차광패턴(130)을 순차적으로 식각하여 제 2 차광패턴(160)을 형성한다. 여기서, 제 2 차광패턴(160)은 도 1에서 도시된 차광패턴(60)을 의미하는 것으로, 포도 마스크에 최종적으로 형성되는 차광패턴을 의미한다.
그리고, 더 정밀한 CD MTT(Critical Dimension Mean to Target) 차이 방지를 위해서 투광영역에 형성된 하프톤 패드층(140)을 단독으로 식각 할 수도 있다.
마지막으로, 제 2 감광패턴(155)을 제거하여 상기 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명의 포토 마스크를 완성 한다. 여기서, 상기 하프톤 패드층(140)과 제 1 차광패턴(130)의 식각 공정 및 제 2 감광패턴(155) 제거 공정 또한 일반 반도체 제조 공정에 의한 식각 및 감광막 제거 공정을 따르며, 이에 의해서 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
상기와 같이, 완성된 포토 마스크는 도 1에 도시된 형태와 마찬가지로, 차광패턴들이 밀집된 영역에 의해서, 투광영역이 상대적으로 넓게 형성되는 형태를 갖는다. 이때, 투광영역의 밀도 차에 의해서 차광패턴들의 형태가 변형될 수 있으므로, 본 발명에서는 투광영역 전면에 하프톤 패드층을 형성함으로써, 차광패턴의 왜곡 현상이 보정될 수 있도록 하고 있다. 이때, 하프톤 패드층 형성 공정을 진행하면서, 차광패턴의 상부에도 하프톤 패드층이 일부 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 포토 마스크는 종래의 복잡한 OPC(Optical Proximity Correction) 패턴을 이용하지 않고, 투광영역 전체에 하프톤 패드를 형성하는 간단한 공정만으로 하프톤 패드가 OPC 패턴의 역할을 할 수 있도록 한다.
따라서, FPD(Flat Panel Display)용 포토 마스크를 제조 하는데 있어서, CD MTT(Critical Dimension Mean to Target) 발생 문제를 완벽하게 해결할 수 있으며, 포토 마스크 제조 공정을 단순화 시킬 수 있고, 제조 시간 및 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따를 포토 마스크 제조 방법을 이용하면 종래의 OPC 디자인 설계 공정을 생략할 수 있으므로, 포토 마스크 제조 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있으며, OPC 데이터 베이스 및 장비를 생략할 수 있으므로 포토 마스크 제조를 위한 설비 비용 및 설비 유지 시간을 절약할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.
10, 100 : 투명기판
40, 140 : 하프톤 패드층
60 : 차광패턴
110 : 차광층
120 : 제 1 감광막
125 : 제 1 감광패턴
130 : 제 1 차광패턴
130a : 차광영역
140a : 투광영역
150 : 제 2 감광막
155 : 제 2 감광패턴
160 : 제 2 차광패턴

Claims (8)

  1. 투명기판 상에 회로패턴을 정의하는 차광패턴이 밀집되어 배열된 차광영역과, 차광패턴이 배열되지 않은 투광영역을 포함하는 포토 마스크를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 차광패턴이 배열되는 차광영역을 벌크 형태로 묶어서 제외시키고, 상기 투광영역의 전면에 하프톤 패드층을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명기판은 쿼츠(Quartz) 기판인 것을 특징으로 하는 포토 마스크 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광패턴은 크롬 패턴인 것을 특징으로 하는 포토 마스크 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광 패턴의 상부 표면에 하프톤 패드층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 제조 방법.
  5. 투명기판 상에 차광층을 형성하는 단계;
    상기 차광층 상에, 회로패턴을 정의하는 차광패턴이 밀집되어 배열되는 차광영역과 차광패턴이 배열되지 않는 투광영역을 벌크 형태로 분할하는 제1 감광패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1 감광패턴을 마스크로 상기 차광층을 식각하여, 차광영역을 벌크 형태로 차단시키는 제1 차광패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1 감광패턴을 제거하는 단계;
    상기 제1 차광패턴을 포함하는 상기 투명기판 전면에 하프톤 패드층을 형성하는 단계;
    상기 하프톤 패드층 상에, 상기 회로 패턴을 정의하는 제2 감광패턴을 형성하는 단계;
    상기 제2 감광패턴을 마스크로 상기 하프톤 패드층 또는 상기 하프톤 패드층과 상기 제1 차광패턴을 식각하여 제2 차광패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 감광패턴을 제거하는 단계를 포함하는 포토 마스크 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 감광패턴의 평면 형태는 타원형, 직사각형, 원형, 삼각형 및 다각형 형태인 것을 특징으로 하는 포토 마스크 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 회로패턴은 FPD(Flat Panel Display) 제조용 패턴인 것을 특징으로 하는 포토 마스크 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 방법으로 제조되어, 차광패턴이 형성된 영역을 제외한 투광영역 상부에 하프톤 패드층이 형성된 구조를 갖는 포토 마스크.
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