KR101271371B1 - 평판 디스플레이 소자의 제조에 사용되는 그레이 톤 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

평판 디스플레이 소자의 제조에 사용되는 그레이 톤 마스크 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

복합파장을 사용하는 평판 디스플레이용 노광 장비의 한계 해상력에서 발생하는 수율 저하 및 생산성 저하를 해결할 수 있는 그레이 톤 마스크 및 그 제조방법을 개시한다.
본 발명의 그레이 톤 마스크는, 입사광을 투과시키는 투광부와, 투광부를 둘러싸서 평판 디스플레이 소자의 컨택홀이 형성될 영역을 노출하며, 입사광을 차단하는 차광부, 그리고 투광부와 차광부 사이에 개재된 투과율 조절부를 포함한다.

Description

평판 디스플레이 소자의 제조에 사용되는 그레이 톤 마스크 및 그 제조방법{Gray tone mask for fabricating flat panel display and method for fabricating the same}
본 발명은 액정 표시장치(Liquid Crystal Display), 유기 EL(Electroluminescence), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel) 등과 같은 평판 디스플레이(Flat Panel Display) 제품에 사용되는 포토마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 평판 디스플레이의 제작에 사용되는 그레이톤 마스크와 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 박막 트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD)의 급격한 발달로 인해서 그 응용 범위가 확대되면서, 보다 저렴하고 생산성이 우수한 제조 기술의 개발이 요구되고 있다. 특히, TFT-LCD는 수많은 막질을 증착하거나 도포하고, 이를 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의해 패터닝하여 형성하는데, 이때 사용되는 포토마스크의 수는 공정 단순화의 척도가 되고 있다. 한 싸이클의 포토리소그라피 공정은 하나의 포토마스크로 진행되기 때문에 포토마스크의 수를 하나만 줄이더라도 제조 비용의 상당 부분을 절감시킬 수 있기 때문이다.
일반적으로 평판 디스플레이, 특히 박막 트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD)의 제조에 사용되는 그레이 톤 마스크(gray tone mask)는 공정 마진 향상, 수율 향상 및 원가 절감을 위하여 마스크의 수를 5-마스크, 4-마스크, 더 나아가 3-마스크로 마스크 수량을 절감하기 위한 목적으로 사용되어 왔다. 그레이 톤 마스크는 기존의 포토마스크가 가지고 있는 투광부, 차광부의 구성에서 투광부, 투과율 조절부 및 차광부의 세 가지로 구성이 변경됨으로써, 투과율 조절부를 통과한 광의 세기가 투광부를 통과한 광의 세기와 달라 포토레지스트의 잔량을 조절하여 적은 수의 마스크로도 동등의 제품을 제작할 수 있도록 한다.
이러한 그레이 톤 마스크의 제작으로 공정 마진 확보, 수율 향상 및 원가 절감의 효과를 얻을 수 있었으나, 평판 디스플레이 기술이 점차 발달함에 따라, 미세패턴의 형성을 통한 성능 향상을 추진하는 데 있어 평판 디스플레이용 노광 장비의 해상력 한계에 의해 미세 패턴을 형성하지 못함으로써 기술개발의 어려움이 있다.
종래에도 노광 장비의 해상력을 향상시키기 위한 여러 가지 기술이 존재하였으나, 그것은 집적회로(IC)에 사용되는 소형 포토마스크에 적용되는 기술들이었다. 이러한 대표적인 기술에는 위상반전마스크(Phase Shift Mask; PSM)가 있다. 소형 포토마스크에 사용되는 노광 장비는 193nm 또는 258nm 파장의 D-UV 라인, 365nm 파장의 I-라인, 403nm 파장의 H-라인, 436nm 파장의 G-라인 중 단일 파장의 광원을 사용한다. 단일 파장의 광원을 사용함으로써 해상력을 얻기에 수월한 장점이 있었다.
반면, 대형 포토마스크가 사용되는 평판 디스플레이용 노광 장비는 I-라인부터 G-라인까지 영역의 복합 파장의 광원을 사용함으로써 해상력을 얻는데 어려움이 있었다. PSM을 이용한 기술은 투과율 조절막으로 위상 반전이 거의 180도에 이르는 위상쉬프터를 사용하여 평판 디스플레이용 마스크에서 미세 선폭을 구현할 수 있는 해상력 향상을 위한 기술이다.
일반적으로 집적회로(IC) 뿐만 아니라 평판 디스플레이용 노광 장비에서도 라인/스페이스(line/space) 패턴보다 컨택홀 패턴을 형성하는 데 더 어려움을 겪는다. 특히, 투광부와 차광부로만 이루어진 포토마스크의 경우 해상력의 한계에 의해 약 3㎛ 이하의 컨택홀의 경우 패턴이 형성되지 않거나 부분적으로 패턴이 형성되지 않아 수율 감소의 어려움이 있다.
복합 파장을 사용하는 노광 장비로 차광부와 투광부로 이루어진 일반 포토마스크를 이용하여 패턴을 구현할 경우, 패턴의 경계면에서 광의 회절 현상이 일어난다. 이러한 회절 현상은 구현하고자 하는 패턴의 크기가 작을수록 그 영향력이 크게 나타난다. 광의 회절현상으로 인해 포토레지스트가 완전히 노광되지 않아 현상 후 포토레지스트 잔막인 테이퍼(taper) 혹은 포토레지스트 테일(tail)이 발생하며, 식각/스트립(strip) 공정 후 구현하고자 하는 패턴이 명확히 생성되지 않거나 생성되어도 구현하고자 하는 크기보다 작게 생성되는 것이 일반적이다. 이러한 이유로 평판 디스플레이를 제작하기 위해 복합 파장의 노광 장비를 주로 사용하나, 집적회로(IC)에서 형성하는 패턴보다는 큰, 그러나 복합 파장을 사용하여 형성하여야 하는 3㎛ 이하의 미세 패턴을 구현하기는 어려운 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 복합파장을 사용하는 평판 디스플레이용 노광 장비의 한계 해상력에서 발생하는 수율 저하 및 생산성 저하를 해결할 수 있는 그레이 톤 마스크를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기한 그레이 톤 마스크의 적합한 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 그레이 톤 마스크는, 입사광을 투과시키는 투광부; 상기 투광부를 둘러싸서 평판 디스플레이 소자의 컨택홀이 형성될 영역을 노출하며, 입사광을 차단하는 차광부; 및 상기 투광부와 차광부 사이에 개재된 투과율 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 차광부는 투명 기판 상에 적층된 투과율 조절층과 광차단층으로 이루어질 수 있다.
상기 광차단층은 크롬(Cr), 크롬 화합물, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들을 포함하는 화합물로 이루어질 수 있다. 이때, 크롬(Cr) 화합물은 크롬(Cr)의 산화물, 질화물, 산질화물 또는 불화물 중의 어느 하나일 수 있다.
상기 투과율 조절층은 크롬(Cr) 화합물, 몰리브덴실리콘(MoSi) 계열의 화합물, 실리콘(Si), 텅스텐(W) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 어느 한 물질 또는 이들을 포함하는 화합물로 이루어질 수 있다. 이 경우, 크롬(Cr) 화합물로는, 크롬(Cr)의 산화물, 질화물, 산질화물 또는 불화물 중의 어느 하나일 수 있다.
상기 투과율 조절층은, 입사광의 파장이 300㎚ ∼ 500㎚일 때 광 투과율이 10％ ∼ 80％ 범위인 것이 바람직하다.
상기 투과율 조절부의 폭(w)은 0 ＜ w ≤ 2.0㎛의 범위인 것이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 그레이 톤 마스크의 제조방법은, 투명 기판 상에 투과율 조절층과 광차단층을 차례로 적층하는 단계; 상기 광차단층 상에, 평판 디스플레이의 컨택홀이 형성될 영역을 정의하는 차광부를 한정하기 위한 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 광차단층을 식각한 후 제1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계; 광차단층이 식각된 기판 상에, 투광부를 한정하는 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 투과율 조절층을 식각하여 투과율 조절부 및 투광부를 한정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광차단층은 상기 광차단층을 식각하는 공정에서 상기 투과율 조절층에 손상을 주지 않도록 상기 투과율 조절층에 대해 식각선택비를 갖는 물질로 형성할 수 있다.
상기 광차단층은 크롬(Cr), 크롬 화합물, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 화합물로 형성할 수 있다. 이때, 크롬(Cr) 화합물은 크롬(Cr)의 산화물, 질화물, 산질화물 또는 불화물 중의 어느 하나일 수 있다.
상기 투과율 조절층은 크롬(Cr) 화합물, 몰리브덴실리콘(MoSi) 계열의 화합물, 실리콘(Si), 텅스텐(W) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 어느 한 물질 또는 그 화합물로 형성할 수 있다. 이때, 크롬(Cr) 화합물은 크롬(Cr)의 산화물, 질화물, 산질화물 또는 불화물 중의 어느 하나일 수 있다.
상기 투과율 조절층은, 입사광의 파장이 300㎚ ∼ 500㎚일 때 광 투과율이 10％ ∼ 80％ 범위인 것이 바람직하다.
상기 투과율 조절부의 폭(w)은 0 ＜ w ≤ 2.0㎛의 범위인 것이 바람직하다.
상기 광차단층 상에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또는, 상기 광차단층을 형성하는 단계 후에, 상기 광차단층을 표면 처리하여 광의 반사를 방지할 수 있도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 그레이 톤 마스크의 다른 제조방법은, 투명 기판 상에 광차단층을 형성하는 단계; 상기 광차단층 상에, 평판 디스플레이의 컨택홀이 형성될 영역을 정의하는 차광부를 한정하기 위한 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 광차단층을 식각한 후 제1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계; 광차단층이 식각된 기판 상에 투과율 조절층을 형성하는 단계; 상기 투과율 조절층 상에, 투광부를 한정하는 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 투과율 조절층을 식각하여 투과율 조절부 및 투광부를 한정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광차단층은 상기 광차단층을 식각하는 공정에서 상기 투과율 조절층에 손상을 주지 않도록 상기 투과율 조절층에 대해 식각선택비를 갖는 물질로 형성할 수 있다.
상기 광차단층은 크롬(Cr), 크롬 화합물, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 화합물로 형성할 수 있다. 이때, 크롬(Cr) 화합물은 크롬(Cr)의 산화물, 질화물, 산질화물 또는 불화물 중의 어느 하나일 수 있다.
상기 투과율 조절층은 크롬(Cr) 화합물, 몰리브덴실리콘(MoSi)을 포함하는 화합물, 실리콘(Si), 텅스텐(W) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 어느 한 물질 또는 그 화합물로 형성할 수 있다. 이때, 크롬(Cr) 화합물은 크롬(Cr)의 산화물, 질화물, 산질화물 또는 불화물 중의 어느 하나일 수 있다.
상기 투과율 조절층은, 입사광의 파장이 300㎚ ∼ 500㎚일 때 광 투과율이 10％ ∼ 80％ 범위가 되도록 형성할 수 있다.
상기 투과율 조절부의 폭(w)은 0 ＜ w ≤ 2.0㎛의 범위인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 그레이 톤 마스크 및 그 제조방법에 따르면, 마스크의 투광부와 차광부의 경계부에 입사광의 투과율을 조절하면서 위상을 조절할 수 있는 투과율 조절부를 삽입함으로써 투광부와 차광부의 경계부에서의 광의 회절 현상을 방지하여 미세 패턴의 형성을 가능하게 한다. 특히, 복합 파장대의 노광 장비를 사용하는 평판 디스플레이의 컨택홀과 같은 3㎛ 이하의 미세 패턴을 균일하고 용이하게 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 평판 디스플레이용 그레이 톤 마스크의 평면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 평판 디스플레이용 그레이 톤 마스크의 단면도들이다.
도 4 및 도 5는 투광부와 차광부로 이루어진 일반적인 포토마스크와, 투과율 조절부가 포함된 본 발명에 따른 그레이 톤 마스크를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이 톤 마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그레이 톤 마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 그레이톤 마스크 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에서는 투광부와 차광부의 경계부에, 투과하는 광의 위상을 최대 60° 반전시키는 물질로 이루어진 투과율 조절막을 형성함으로써 평판 디스플레이용 노광 장비의 해상력 한계점, 노광 공정 능력상의 한계 및 포토레지스트 코팅 공정상의 산포에 의한 패턴 미형성 등의 문제를 극복하는 방법을 제시한다.
본 발명에서는 이러한 해상력 한계의 원인이었던 미세 패턴 회절현상으로 인한 포토레지스트 잔막, 즉 테이퍼(taper)가 생기는 것을 투과율 조절부를 포토마스크에 삽입하여 노광 세기를 조절함으로써 패턴을 형성할 수 있게 되었다. 이러한 노광량의 보상으로, 복합파장을 사용하는 노광기의 해상한계에 의한 3㎛ 이하의 미세 컨택홀 패턴을 디스플레이 평판의 전 영역에 균일하고도 용이하게 구현할 수 있다. 따라서, 노광공정의 마진을 확보하고, 평판 디스플레이의 제조 수율 향상에 크게 기여할 수 있다. 또한, 기존 차광부와 투광부로만 이루어진 포토마스크로 노광했을 때보다 패턴 형성의 균일성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그레이 톤 마스크의 평면도로서, TFT-LCD 또는 AMOLED의 컨택홀을 형성하기 위한 그레이 톤 마스크의 평면도이고, 도 2 및 도 3은 상기 평면도의 A-A'선을 따른 자른 단면도들이다.
참조번호 A11은 투광부를, A22는 투과율 조절부를, 그리고 A33은 차광부를 각각 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 그레이 톤 마스크(100)는 입사광을 차단하면서 소정의 패턴을 한정하는 차광부(A33)와, 상기 차광부에 둘러싸여 한정되며 입사광을 투과시키는 투광부(A11), 그리고 상기 투광부와 차광부의 경계부에 위치하는 투과율 조절부(A22)로 이루어진다.
투광부(A11)는 투명 기판(110)으로 이루어지고, 차광부(A33)는 투과율 조절층(120)과 광차단층(130)이 적층되어 이루어지고, 투과율 조절부(A22)는 투과율 조절층(120)으로 이루어진다. 차광부(A33)의 경우 제조 공정에 따라 투과율 조절층(120)과 광차단층(130)의 적층 순서가 바뀔 수도 있다. 즉, 도 2에 도시된 것처럼, 투명 기판(110) 상에 투과율 조절층(120)이 먼저 적층되고 그 위에 광차단층(130)이 적층될 수도 있고, 도 3에 도시된 것처럼 광차단층(130)이 투명 기판(110) 상에 먼저 적층되고 그 위에 투과율 조절층(120)이 적층될 수도 있다.
투명 기판(110)은 노광에 사용되는 소정 파장대의 광을 완전히 투과시키는 석영(Qz) 또는 글래스(glass) 기판일 수 있다.
광차단층(130)은 박막이며, 조사되는 광을 차단할 수 있는 물질, 예를 들면 크롬(Cr), 크롬 화합물, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들을 포함하는 화합물로 이루어질 수 있다. 이때, 크롬(Cr) 화합물로는, 크롬(Cr)의 산화물, 질화물, 산질화물 또는 불화물 중의 어느 하나일 수 있다.
도시되지는 않았지만, 광차단층(130) 상에 노광 공정 시 광의 반사를 방지하기 위한 반사방지막을 더 구비할 수 있다. 반사방지막은 크롬산화물(CrOX)로 이루어질 수 있다. 또는, 광차단층 상에 반사방지막을 형성하는 대신에, 광차단층으로 선택된 물질을 표면 처리 공정을 거치게 하여 반사방지막으로 사용되는 크롬산화물과 동일한 반사율을 갖도록 할 수 있다.
광차단층(130)에 둘러싸여 한정되는 영역은 광을 완전히 투과시키는 투광부(A11)이고, 광차단층(130)이 형성된 영역은 광을 차단하는 차광부(A33)이다. 광차단층(130)은 구현하고자 하는 소정의 패턴을 한정하는데, 도 1에서 광차단층(130)에 둘러싸인 투광부(A11)는 TFT-LCD 또는 AMOLED의 컨택홀이 형성될 영역일 수 있다.
투광부 중 필요한 부위의 투명 기판(110) 상에는 소정 파장대의 광의 일부만을 투과시키는 투과율 조절부(A22)이다.
투과율 조절층(120)은 투광부(A11)의 가장자리, 즉 투광부(A11)와 차광부(A33)의 경계부에 형성된다. 투과율 조절층(120)은 조사되는 소정 파장대의 광을 일부만 투과시킬 수 있는 물질, 예를 들면 크롬(Cr) 화합물과, 크롬(Cr) 계열 외에, 몰리브덴실리콘(MoSi)을 포함하는 화합물, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 텅스텐(W) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들을 포함하는 화합물로 이루어질 수 있다. 이때, 크롬(Cr) 화합물은 크롬(Cr)의 산화물, 질화물, 산질화물 또는 불화물 중의 어느 하나일 수 있다. 상기 투과율 조절층(120)은 조사되는 소정 파장대의 광을 일부만 투과시킬 수 있으면 다양하게 형성할 수 있다. 조사되는 광은 노광 장비에 따라 파장대가 달라질 수 있으므로 별도로 제한되는 것은 아니며, 일반적으로 평판 디스플레이의 경우 I-라인부터 G-라인까지 영역의 대략 300㎚ ∼ 500㎚ 범위의 복합 파장의 광원이 사용된다.
투과율 조절층(120)은 입사광의 파장이 300㎚ ∼ 500㎚일 때 광 투과율이 10％ ∼ 80％ 범위가 되도록 하는 두께를 갖는다. 또한, 투과율 조절층(120)은 입사광의 위상을 최대 60°까지 조절할 수 있는 두께로 형성된다.
상기 투과율 조절층(120)은 조사되는 소정 파장대의 광을 일부만 투과시킬 수 있으면 다양하게 형성할 수 있다. 조사되는 광은 노광 장비에 따라 파장대가 달라질 수 있으므로 별도로 제한되는 것은 아니며, 일반적으로 평판 디스플레이의 경우 I-라인부터 G-라인까지 영역의 대략 300㎚ ∼ 500㎚ 범위의 복합 파장의 광원이 사용된다.
투광부(A11)와 차광부(A33)의 경계부에 배치된 투과율 조절부(A22)는 노광 과정에서 소정 파장대의 입사광이 조사되면 입사광의 투과율을 10％ ∼ 80％ 범위 내에서 조절하면서 입사광의 위상을 최대 60°까지 조절한다. 따라서, 투광 부(A11)와 차광부(A33)의 경계부에서 광의 회절 현상을 방지하여 해상력을 증가시킴으로써 미세 패턴의 형성을 가능하게 한다. 따라서, 본 발명의 그레이 톤 마스크(100)에 의하면 복합 파장을 사용하는 노광 장비의 한계 해상력인 3㎛ 이하의 미세 패턴의 형성을 가능하게 한다.
특히, 본 발명에 있어서, 상기 투과율 조절부(A22)의 선폭과 투과율에 따라 노광 장비의 특정 조건에서 디스플레이 평판에서의 해상력에 큰 영향을 줄 수 있다. 상기 투과율 조절부(A22)의 선폭(w)은 0 ＜ w ≤2.0㎛의 범위 내에서 적절하게 선택하는 것이 바람직하다. 투과율 조절부(A22)의 선폭이 적절하지 못한 경우, 3.0㎛ 이하의 미세 패턴을 모두 구현하지 못할 수 있다. 투과율 조절부(A22)의 선폭을 2.0㎛보다 크게 할 경우, 디스플레이 평판에서의 현상 공정에서 패턴의 프로파일이 심하게 왜곡되고, 원하는 패턴 선폭보다 커질 가능성이 크다. 반면, 투과율 조절부(A22)의 선폭을 작게 할 경우, 투광부(A11)와 차광부(A33)로만 이루어진 기존의 마스크와 마찬가지로, 테이퍼(taper) 혹은 포토레지스트 테일(tail)이 발생하므로, 본 발명의 효과를 얻기 어렵다.
투과율 조절부(A22)의 투과율 역시 노광 장비의 특정 조건에서 디스플레이 평판에서의 해상력에 영향을 줄 수 있다. 투과율 조절부(A22)의 투과율은 10% ~ 80%의 범위에서 선택하는 것이 바람직하다. 적절한 투과율을 선택하지 못하였을 경우, 3.0㎛ 이하의 패턴을 디스플레이 평판에 모두 구현하지 못할 수 있다. 투과율 조절부(A22)의 투과율이 낮을 경우, 테이퍼(taper) 혹은 포토레지스트 테일(tail)이 발생하므로, 본 발명의 효과를 얻기 어렵다. 투과율 조절부(A22)의 투과율이 높을 경우, 투과율 조절부의 Profile이 테이퍼(taper) 혹은 포토레지스트 테일(tail)의 형태와 유사한 결과를 초래하므로, 역시 본 발명의 효과를 얻기 어렵다.
도 4 및 도 5는 투광부와 차광부로 이루어진 일반적인 포토마스크와, 투과율 조절부가 포함된 본 발명에 따른 그레이 톤 마스크를 비교하여 나타낸 도면이다.
먼저, 도 4는 투광부(A1)와 차광부(A3)로 이루어진 일반적인 포토마스크의 영역별 광의 세기를 나타낸 도면으로, 투광부(A1)와 차광부(A3)에서의 광의 세기에 큰 차이를 보임을 알 수 있다. 이렇게 두 영역에서의 광의 세기에 큰 차이를 보일 경우 노광 단계에서 두 영역의 경계부에서 광의 회절 현상이 크게 나타나 미세 패턴 형성에 방해가 된다.
도 5는 투과율 조절부(A22)가 포함된 본 발명의 그레이 톤 마스크의 영역별 광의 세기를 나타낸 도면으로, 투광부(A11)와 차광부(A33)의 경계부에 투과율 조절부(A22)가 배치되어 투광부(A11)와 차광부(A33)의 광 세기의 차이를 완화시켜 주는 것을 알 수 있다. 따라서, 투광부(A11)와 차광부(A33)의 경계부에서 나타나는 광의 회절 현상을 방지하여 미세 패턴의 형성을 가능하게 할 수 있다.
다음에, 본 발명의 실시예에 따른 그레이 톤 마스크의 제조방법을 설명한다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이 톤 마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들로서, 도 2에 도시된 그레이 톤 마스크의 제조과정을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 투명 기판(210) 상에 투과율 조절층(220)과 광차단층(230)을 차례로 형성한다.
투명 기판(210)은 입사광을 완전히 투과시킬 수 있는 석영(Qz) 또는 글래스(glass) 기판일 수 있다.
투과율 조절층(220)은 조사되는 소정 파장대의 광을 일부만 투과시킬 수 있는 물질로 형성한다. 이러한 물질로는 대표적으로 크롬(Cr) 화합물을 들 수 있으며, 크롬 계열 외에도, 몰리브덴실리콘(MoSi)을 포함하는 화합물, 실리콘(Si), 텅스텐(W) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 어느 한 물질 또는 그 화합물을 들 수 있다. 크롬(Cr) 화합물은 크롬(Cr)의 산화물, 질화물, 산질화물 또는 불화물 중의 어느 하나일 수 있다. 투과율 조절층(220)은 입사광의 파장이 300㎚ ∼ 500㎚일 때 광 투과율이 10％ ∼ 80％ 범위가 되도록 하며, 입사광의 위상을 최대 60°까지 조절할 수 있는 두께로 형성한다.
광차단층(230)은 박막이며 높은 차광성을 얻을 수 있는 물질, 예를 들면 크롬(Cr), 크롬 화합물, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 화합물로 형성한다. 이때, 크롬(Cr) 화합물은 크롬(Cr)의 산화물, 질화물, 산질화물 또는 불화물 중의 어느 하나일 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 광차단층(230) 상에, 노광 공정 시 광의 반사를 방지하기 위한 반사방지막을 형성할 수 있다. 반사방지막은 크롬산화물(CrOX)로 형성할 수 있다. 또는, 광차단층(230) 상에 반사방지막을 형성하는 대신에, 광차단층으로 선택된 물질을 표면 처리 공정을 거치게 하여 반사방지막으로 사용되는 크롬산화물(CrOX)과 동일한 반사율을 갖도록 할 수 있다.
상기 투과율 조절층(220)과 광차단층(230)은 소정의 식각 공정에서 서로 식각률이 달라서, 어느 한 층의 식각 공정에서 다른 층은 식각 선택비를 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 광차단층(230)을 크롬(Cr)으로 형성할 경우 투과율 조절층(220)은 몰리브덴실리사이드(MoSi) 또는 몰리브덴실리나이트라이드(MoSiN)로 형성할 수 있다. 이 경우, 광차단층(230)을 염소계 식각 가스를 사용하여 식각하거나, 또는 적절한 식각용액을 사용하여 습식식각하는 동안 하부의 투과율 조절층(220)은 높은 식각선택비를 얻을 수 있으므로, 투과율 조절층(220)에 손상을 주지않고 광차단층(230)만 식각하여 패터닝할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 광차단층(230) 상에 포토레지스트를 도포한 다음 노광 및 현상을 수행하여 도 1에 도시된 차광부(A33)를 한정하는 제1 포토레지스트 패턴(240)을 형성한다. 제1 포토레지스트 패턴(240)은 도 1에 도시된 바와 같이 TFT-LCD의 컨택홀이 형성될 영역을 한정하도록 형성된다.
다음에, 제1 포토레지스트 패턴(240)을 마스크로 광차단층(230)을 식각하여 차광부(A33)를 제외한 영역의 투과율 조절층(220)이 노출되도록 한다. 광차단층(230)을 식각할 때, 하부의 투과율 조절층(220)을 식각하기 위한 식각액과는 서로 다른 것을 사용하되, 투과율 조절층에 대해 식각 선택비가 큰 식각액 또는 식각 가스를 사용한다. 예를 들면, 광차단층(230)을 몰리브덴(Mo)으로 형성한 경우에는 180H3PO4: 11HAc: 11HNO3: 150H2O으로 된 몰리브덴 에천트를, 광차단층(230)을 알루미늄(Al)으로 형성한 경우에는 80H3PO4: 5HAc: 5HNO3: 10H2O으로 된 알루미늄 에천트를, 광차단층(230)을 텅스텐으로 형성한 경우에는 30H2O2: 70H2O로 된 텅스텐 에천트를, 광차단층(230)을 티타늄(Ti)으로 형성한 경우에는 20H2O: 1H2O2: 1HF로 된 티타늄 에천트를, 그리고 광차단층(230)을 금(Au)으로 형성한 경우에는 5I2: 10KI:85H2O로 된 금 에천트를 사용할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1 포토레지스트 패턴을 제거한 다음, 광차단층(230) 패턴이 형성된 기판의 전면에 다시 포토레지스트를 도포한다. 이 포토레지스트를 노광 및 현상하여 투과율 조절부(A22) 및 투광부(A11)를 한정하는 제2 포토레지스트 패턴(250)을 형성한다.
다음에, 제2 포토레지스트 패턴(250)을 마스크로, 노출된 영역의 투과율 조절층(220)을 식각한다. 그러면, 투과율 조절층(220)이 제거되어 기판(210)이 노출된 영역이 투광부(A11)가 되고, 투과율 조절층(220)만 잔존하는 영역이 투과율 조절부(A22)가 된다.
언급한 바와 같이, 투과율 조절부(A22)의 선폭은 노광 장비의 해상력에 큰 영향을 미치는데, 상기 투과율 조절부(A22)의 선폭(w)은 0 ＜ w ≤2.0㎛의 범위 내에서 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.
상기 투과율 조절층(220)을 식각하기 위한 에천트로는, 예를 들면 투과율 조절층(220)을 크롬(Cr)으로 형성한 경우 9(NH4)2Ce(NO3)6: 6HClo4+H2O로 된 크롬 에천트를, 투과율 조절층(220)을 실리콘(Si)으로 형성한 경우에는 126HNO3: 60H2O: 5NH4F로 된 실리콘 에천트를, 투과율 조절층(220)을 텅스텐(W)으로 형성한 경우 30H2O2: 70H2O로 된 텅스텐 에천트를, 그리고 투과율 조절층(220)을 알루미늄(Al)으로 형성한 경우에는 80H3PO4: 5HNO3: 5HAc:10H2O로 된 알루미늄 에천트를 사용할 수 있다.
계속해서, 도시되지는 않았지만 제2 포토레지스트 패턴을 제거하면, 도 2에 도시된 그레이 톤 마스크가 완성된다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그레이 톤 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들로서, 도 3에 도시된 그레이 톤 마스크의 제조 과정을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 투명 기판(310) 상에 광차단층(320)을 형성한다.
투명 기판(310)은 입사광을 완전히 투과시킬 수 있는 석영(Qz) 또는 글래스(glass) 기판일 수 있다.
광차단층(320)은 박막이며 높은 차광성을 얻을 수 있는 물질, 예를 들면 크롬(Cr), 크롬(Cr) 화합물, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들을 포함하는 화합물로 형성한다. 이때, 크롬(Cr) 화합물은 크롬(Cr)의 산화물, 질화물, 산질화물 또는 불화물 중의 어느 하나일 수 있다.
도시되지 않았지만, 광차단층(320) 상에 노광 공정 시 광의 반사를 방지하기 위한 반사방지막을 형성할 수 있다. 반사방지막은 크롬산화물(CrOX)로 형성할 수 있다. 또는, 광차단층 상에 반사방지막을 형성하는 대신에, 광차단층으로 선택된 물질을 표면 처리 공정을 거치게 하여 반사방지막으로 사용되는 크롬산화물과 동일한 반사율을 갖도록 할 수 있다.
다음에, 상기 광차단층(330) 상에 포토레지스트를 도포한 다음 노광 및 현상을 수행하여 도 1에 도시된 차광부(A33)를 한정하는 제1 포토레지스트 패턴(330)을 형성한다. 제1 포토레지스트 패턴(330)은 도 1에 도시된 바와 같이 TFT-LCD의 컨택홀이 형성될 영역을 한정하도록 형성된다.
도 10을 참조하면, 제1 포토레지스트 패턴(도 9의 330)을 마스크로 광차단층(320)을 식각하여 차광부(A33)를 제외한 영역의 투명 기판(310)이 노출되도록 한다. 광차단층(320)의 식각 공정에 관한 내용은 제1 실시예에서 설명하였으므로 생략한다.
다음에, 제1 포토레지스트 패턴을 제거한 후, 차광부를 한정하는 광차단층(320) 패턴이 형성된 기판 상에 투과율 조절층(340)을 형성한다. 투과율 조절층(340)은 조사되는 소정 파장대의 광을 일부만 투과시킬 수 있는 물질로 형성한다. 이러한 물질로는 대표적으로 크롬(Cr) 화합물을 들 수 있으며, 크롬 계열 외에도, 몰리브덴실리콘(MoSi)을 포함하는 화합물, 실리콘(Si), 텅스텐(W) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 어느 한 물질 또는 이들을 포함하는 화합물을 들 수 있다. 크롬(Cr) 화합물로는, 크롬(Cr)의 산화물, 질화물, 산질화물 또는 불화물 중의 어느 하나일 수 있다. 투과율 조절층(240)은 입사광의 파장이 300㎚ ∼ 500㎚일 때 광 투과율이 10％ ∼ 80％ 범위가 되도록 하며, 입사광의 위상을 최대 60°까지 조절할 수 있는 두께로 형성한다.
다음에, 투과율 조절층(340)이 형성된 기판의 전면에 다시 포토레지스트를 도포한다. 이 포토레지스트를 노광 및 현상하여 투과율 조절부(A22) 및 투광부(A11)를 한정하는 제2 포토레지스트 패턴(350)을 형성한다.
도 11을 참조하면, 제2 포토레지스트 패턴(도 10의 350)을 마스크로, 투과율 조절층(340)의 노출된 영역을 식각한다. 투과율 조절층(340)의 식각은 첫 번째 실시예의 경우와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 투과율 조절층(340)이 식각되어 투명 기판(310)이 노출된 영역은 투광부(A11)가 되고, 투과율 조절층(340)만 존재하는 영역은 투과율 조절부(A22)가 되며, 투과율 조절층(340)과 광차단층(320)이 함께 존재하는 영역은 차광부(A33)가 된다. 상기 투과율 조절층(340)이 존재하는 투과율 조절부(A22)의 선폭(w)은 0 ＜ w ≤ 2.0㎛의 범위 내에서 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.
계속해서 제2 포토레지스트 패턴을 제거하면 본 발명의 그레이 톤 마스크가 완성된다.
상술한 본 발명의 그레이 톤 마스크 및 그 제조방법에 따르면, 마스크의 투광부와 차광부의 경계부에 입사광의 투과율을 조절하면서 위상을 조절할 수 있는 투과율 조절부를 삽입함으로써 투광부와 차광부의 경계부에서의 광의 회절 현상을 방지하여 미세 패턴의 형성을 가능하게 한다. 특히, 복합 파장대의 노광 장비를 사용하는 평판 디스플레이의 컨택홀과 같은 3㎛ 이하의 미세 패턴을 균일하고 용이하게 형성할 수 있으므로, 평판 디스플레이의 제조 수율을 크게 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
10, 110, 210, 310......투명 기판 120, 220, 330......투과율 조절층
30, 130, 230, 320......광차단층 240, 250, 340, 350..포토레지스트 패턴

Claims (20)

  1. 입사광을 투과시키는 투광부;
    상기 투광부를 둘러싸서 평판 디스플레이 소자의 컨택홀이 형성될 영역을 노출하며, 입사광을 차단하는 차광부; 및
    상기 투광부와 상기 차광부의 경계부에 개재되며, 입사광의 파장이 300nm ~ 500nm일 때 광 투과율이 10%~80% 범위이고, 상기 입사광의 위상을 최대 60°까지 조절하는 두께를 갖는 투과율 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차광부는 투명 기판 상에 적층된 투과율 조절층과 광차단층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광차단층은 크롬(Cr), 크롬(Cr) 산화물, 크롬(Cr) 질화물, 크롬(Cr) 산질화물, 크롬(Cr) 불화물, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들을 포함하는 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 투과율 조절층은 크롬(Cr) 산화물, 크롬(Cr) 질화물, 크롬(Cr) 산질화물, 크롬(Cr) 불화물, 몰리브덴실리콘(MoSi)을 포함하는 화합물, 실리콘(Si), 텅스텐(W) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 어느 한 물질 또는 이들을 포함하는 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서,
    상기 투과율 조절부의 폭(w)은 0 ＜ w ≤ 2.0㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 그레이톤 마스크.
  7. 투명 기판 상에 투과율 조절층과 광차단층을 차례로 적층하는 단계;
    상기 광차단층 상에, 평판 디스플레이의 컨택홀이 형성될 영역을 정의하는 차광부를 한정하기 위한 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 광차단층을 식각한 후 제1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;
    광차단층이 식각된 기판 상에, 식각된 광차단층 및 상기 식각된 광차단층에 인접한 상기 투과율 조절층의 일부를 덮는 투광부를 한정하는 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 투과율 조절층을 식각하여 기판이 노출되는 투광부와, 상기 투광부와 상기 차광부의 경계부에 상기 투과율 조절층만 잔존하는 투과율 조절부를 한정하는 단계;를 포함하며,
    상기 투과율 조절층은 입사광의 파장이 300nm ~ 500nm일 때 광 투과율이 10%~80% 범위이고, 상기 입사광의 위상을 최대 60°까지 조절하는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광차단층은 상기 광차단층을 식각하는 공정에서 상기 투과율 조절층에 손상을 주지 않도록 상기 투과율 조절층에 대해 식각선택비를 갖는 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광차단층은 크롬(Cr), 크롬(Cr) 산화물, 크롬(Cr) 질화물, 크롬(Cr) 산질화물, 크롬(Cr) 불화물, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들을 포함하는 화합물로 형성하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 투과율 조절층은 크롬(Cr) 산화물, 크롬(Cr) 질화물, 크롬(Cr) 산질화물, 크롬(Cr) 불화물, 몰리브덴실리콘(MoSi)을 포함하는 화합물, 실리콘(Si), 텅스텐(W) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 어느 한 물질 또는 이들을 포함하는 화합물로 형성하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 제7항에 있어서,
    상기 투과율 조절층을 식각하여 투과율 조절부와 투광부를 한정하는 단계에서,
    상기 투과율 조절부의 폭(w)이 0 ＜ w ≤ 2.0㎛의 범위가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 그레이톤 마스크의 제조방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 전에,
    상기 광차단층 상에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 광차단층을 형성하는 단계 후에,
    상기 광차단층을 표면 처리하여 광의 반사를 방지할 수 있도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조방법.
  15. 투명 기판 상에 광차단층을 형성하는 단계;
    상기 광차단층 상에, 평판 디스플레이의 컨택홀을 정의하는 차광부를 한정하기 위한 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 광차단층을 식각한 후 제1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;
    광차단층이 식각된 기판 상에, 입사광의 파장이 300nm ~ 500nm일 때 광 투과율이 10%~80% 범위이고, 상기 입사광의 위상을 최대 60°까지 조절하는 두께를 갖는 투과율 조절층을 형성하는 단계;
    상기 투과율 조절층 상에, 식각된 광차단층의 상부 및 상기 식각된 광차단층에 인접한 상기 투과율 조절층의 일부를 덮는 투광부를 한정하는 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 투과율 조절층을 식각하여 투광부와, 상기 투광부와 상기 차광부 경계부에 투과율 조절부를 한정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광차단층은 상기 광차단층을 식각하는 공정에서 상기 투과율 조절층에 손상을 주지 않도록 상기 투과율 조절층에 대해 식각선택비를 갖는 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 광차단층은 크롬(Cr), 크롬(Cr) 산화물, 크롬(Cr) 질화물, 크롬(Cr) 산질화물, 크롬(Cr) 불화물, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들을 포함하는 화합물로 형성하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 투과율 조절층은 크롬(Cr) 산화물, 크롬(Cr) 질화물, 크롬(Cr) 산질화물, 크롬(Cr) 불화물, 몰리브덴실리콘(MoSi)을 포함하는 화합물, 실리콘(Si), 텅스텐(W) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 어느 한 물질 또는 이들을 포함하는 화합물로 형성하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조방법.
  19. 삭제
  20. 제15항에 있어서,
    상기 투과율 조절층을 식각하여 투과율 조절부와 투광부를 한정하는 단계에서,
    상기 투과율 조절부의 폭(w)이 0 ＜ w ≤ 2.0㎛의 범위가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 그레이톤 마스크의 제조방법.
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