KR101330793B1 - 다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크 - Google Patents

다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크에 관한 것으로, 특히 투명기판상에 반투과 물질이 적층되어 형성되며, 조사되는 광을 서로 다른 광투과율로 통과시키는 적어도 두 개 이상의 반투과부를 포함하되, 상기 반투과부 중 적어도 어느 하나는 상기 투명기판과의 접촉 면에서 상부로 갈수록 산소(O)농도가 증가하는 구조를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 반투과부를 구성하는 반투과물질막에 산화막을 성장하여 경시변화를 통해 일어나는 투과율 상승을 배제하며, 특히 제조공정에서 세정, 에칭 공정에 반투과물질막을 보호할 수 있는 효과가 있다.

Description

다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크{half tone mask having multi half permeation part}
본 발명은 서로 다른 광 투과율을 가지는 반투과부가 적어도 두 개 이상 구비됨으로써, 하나의 마스크로 복수 층을 패터닝할 수 있는 다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크에 관한 것이다.
포토리소그라피(Photolithography)공정으로 패터닝을 할 때 사용되는 일반적인 포토마스크는, 도 1에 도시된 바와 같이, 투명기판(11)과 투명기판(11) 상에 형성되며 광을 완전히 투과시키는 광투과부(13)와 광을 완전히 차단하는 광차단부(15)를 가진다.
상기와 같은 종래의 마스크는 한 층의 패턴을 구현할 수밖에 없으므로 노광→현상→에칭으로 이루어지는 한 사이클의 포토리소그라피공정에만 사용할 수 있다. 상세히 설명하면, 액정디스플레이의 TFT(Thin Film Transistor) 및 CF(Color Filter)는 많은 층이 증착/도포 되어 있고, 증착/도포 된 각 층은 각각 포토리소그라피공정으로 패터닝된다. 그런데 한 사이클의 포토리소그라피공정을 줄일 수만 있다면 큰 경제적인 효과를 얻을 수 있는데, 종래의 마스크는 단지 한 층의 패턴을 구현할 수밖에 없는 구조로 되어 있으므로, 비경제적이다.
특히, 위의 포토마스크의 구조에 광을 일부만 투과시키는 반투과부를 구비하는 경우, 상기 반투과부를 구성하는 반투과물질이 시간이 지남에 따라 표면이 산화되어, 투과율이 점차 증가하게 되는 경시변화가 발생하여 포토마스크의 수명이 단축 되게 되는 문제가 있다. 아울러, 세정공정이 다수 진행되는 컬러필터 등의 제조공정에 이용되는 경우, 박막의 산화가 더욱 가속되는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 반투과부를 구성하는 반투과물질막에 산화막을 성장하여 경시변화를 통해 일어나는 투과율 상승을 배제하며, 특히 제조공정에서 세정, 에칭 공정에 반투과물질막을 보호할 수 있는 다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크를 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 투명기판상에 반투과 물질이 적층되어 형성되며, 조사되는 광을 서로 다른 광투과율로 통과시키는 적어도 두 개 이상의 반투과부; 를 포함하되, 상기 반투과부 중 적어도 어느 하나는 상기 투명기판과의 접촉 면에서 상부로 갈수록 산소(O)농도가 증가하는 다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크를 제공할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 상기 투명기판 면이 노출되어 광을 투과시키는 광투과부;와 상기 투명기판상에 형성되어 조사되는 소정 파장대의 광을 차단시키는 광차단부; 를 더 포함하는 다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크를 제공할 수 있도록 한다.
특히, 상술한 본 발명에 따른 하프톤 마스크의 구조에서 상기 반투과부는, 제1반투과물질층을 패터닝하여 형성되는 제1반투과부; 와 제2반투과물질층을 패터닝하여 형성되는 제2반투과부; 를 적어도 1 이상 포함하며, 상기 제1반투과물질층 또는 제2반투과물질층의 표면에 산화처리(oxidation)가 수행되는 다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크로 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상술한 상기 제2반투과부는, 상기 제1반투과물질층을 패터닝하여 노출되는 상기 투명기판상에 형성될 수 있다.
상술한 본 발명의 상기 제1 및 제2반투과물질층은, Cr, Si, Mo, Ta, Ti, Al을 주 원소로 하여, 상기 주 원소 물질 또는 상기 주 원소들 중 적어도 두 개 이상이 혼합된 복합 물질이거나, 상기 주 원소 또는 복합물질에 C0x, Ox, Nx 중 적어도 하나가 첨가된 물질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1반투과부는, 상기 제1반투과물질층의 표면에 TaO2의 산화처리층이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 광차단부는, 상기 제1반투과물질층의 상부에 적층되는 차광물질패턴과; 상기 차광물질패턴 상부에 적층되는 제2반투과물질층 패턴; 으로 형성될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 상기 차광물질패턴은 Cr 또는 Cr 산화물로 이루어질 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 상기 제1반투과부를 구성하는 반투과물질의 경시변화(ΔT)가 1.0 이하로 구현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 반투과부를 구성하는 반투과물질막에 산화막을 성장하여 경시변화를 통해 일어나는 투과율 상승을 배제하며, 특히 제조공정에서 세정, 에칭 공정에 반투과물질막을 보호할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크를 이용하면, 하나의 마스크로 다수 사이클의 포토리소그라피 공정에 적용할 수 있으므로 제조공정이 단축되어 원가가 절감되는 장점이 있다.
도 1은 종래의 포토마스크의 구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크의 구조를 도시한 단면 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 하프톤 마스크의 제조공정도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 하프톤 마스크의 반투과부의 경시변화를 실험한 결과를 도시한 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 서로 다른 광 투과율을 가지는 반투과부가 적어도 두 개 이상 구비됨으로써, 하나의 마스크로 복수 층을 패터닝할 수 있는 다중 반투과부를 구비하되, 특히 반투과부의 표면에 산화처리층이 구현되어 경시변화에 따른 투과율변동과 손상을 방지할 수 있는 구조의 하프톤 마스크를 제공하는 것을 그 요지로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 하프톤 마스크의 구조를 도시한 단면 개념도이다.
도시된 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 하프톤 마스크는, 투명기판(110) 상에 반투과 물질이 적층되어 형성되며, 조사되는 광을 서로 다른 광투과율로 통과시키는 적어도 두 개 이상의 반투과부(121, 151)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 특히, 상술한 상기 반투과부 중 어느 하나는 상기 투명기판과의 접촉 면에서 상부로 갈수록 산소(O)농도가 증가하도록 구현됨이 바람직하다.
상기 투명기판(110)은 조사되는 광을 완전 투과하는 재질의 기판을 이용할 수 있으며, 일례로 석영(qz) 기판을 이용할 수 있다. 이 경우 완전 투과라 함은 조사되는 광을 100% 투과시키는 것 외에도, 광의 일부 투과를 조율하는 반투과부에 비해 상대적으로 많은 광량을 투과시키는 것을 포함하는 개념이다.
상기 투명기판(110)의 상부에는 제1반투과물질층(120)이 적층되며, 상기 제1반투과물질층(120)의 상부에는 광을 차단하는 광차단부(160)이 적층되는 구조로 구현될 수 있다. 물론, 상기 제1반투과물질층(120)이 형성되지 않아 상기 투명기판(110)의 표면이 노출되는 부분에는 광을 완전투과하는 광투과부(130)이 더 구현될 수 있다.
특히, 상기 제1반투과물질층(120)의 표면에는 산화처리(oxidation)가 수행될 수 있다. 이하에서는 산화처리(oxidation)를 통해 수행되는 예를 들어 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 상기 제1반투과물질층(120)의 표면에 산화처리를 통해 산화막이 구현될 수 있도록 함이 더욱 바람직하며, 이에 따라 상기 제1반투과물질층은 상기 투명기판의 표면에 인접한 부분에서 상부로 올라갈수록 산소 농도가 점진적으로 증가하게 되며, 특히 상기 제1반투과물질층(120)의 표면에는 산화막이 성막되어 제1반투과물질층의 표면에서 발생하는 투과율 상승 등의 경시변화를 배제할 수 있게 된다.
상기 제1반투과물질층(120)은 Cr, Si, Mo, Ta, Ti, Al을 주 원소로 하여, 상기 주 원소 물질 또는 상기 주 원소들 중 적어도 두 개 이상이 혼합된 복합 물질이거나, 상기 주 원소 또는 복합물질에 C0x, Ox, Nx 중 적어도 하나가 첨가된 물질로 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 제1반투과물질층(120)은 표면에 산화처리를 통해 산화막을 형성할 수 있음은 상술한 바와 같다.
또한, 상기 제1반투과물질층(120)의 상부 면에는 차광물질패턴(140)이 적층 되어 조사되는 광을 차단할 수 있는 광차단부를 구성할 수 있으며, 이와는 달리 상기 차광물질패턴(140)의 상부에는 제1반투과물질패턴(150)이 적층되는 구조로 광차단부(160)를 구성할 수도 있다.
상기 제1반투과부(121)은 상기 광차단부(160)가 형성되지 않는 부분에 상기 제1반투과물질층이 노출되는 구조로 형성되며, 상기 제1반투과부(121)를 구성하는 상기 제1반투과물질층(120)의 표면은 산화막층이 성막됨은 상술한 바와 같다.
상기 제2반투과부(151)은 도시된 것과 같이, 상기 제1반투과물질층(120)을 패터닝하여 투명기판(110)을 노출시키고, 패터닝되어 노출된 상기 투명기판 부위에 제2반투과물질층(150)을 도포하여 형성될 수 있다. 이러한 제조공정에 의해 차광물질패턴(140)의 상부에 상기 제2반투과물질층(150)이 더 형성되는 구조로 광차단부(160)가 형성된다.
아울러, 상기 제2반투과물질층(150)은 Cr, Si, Mo, Ta, Ti, Al을 주 원소로 하여, 상기 주 원소 물질 또는 상기 주 원소들 중 적어도 두 개 이상이 혼합된 복합 물질이거나, 상기 주 원소 또는 복합물질에 C0x, Ox, Nx 중 적어도 하나가 첨가된 물질로 형성될 수 있으며, 특히 상기 제1반투과부(121)의 광투과율(y)과 서로 다른 광투과율(z)을 구비하도록 형성함이 바람직하다. 아울러, 상기 제2반투과물질층(150)의 표면에도 산화처리를 통해 산화막을 형성할 수 있으며, 이를 통해 경시 변화를 배제할 수 있다.
도 3은 도 2의 본 발명에 따른 하프톤 마스크의 제조공정을 도시한 공정순서도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 하프톤 마스크의 제조공정을 설명하면 다음과 같다.
우선, S 1단계에서 투명기판을 준비하여 세정 등의 공정을 수행하며, 이후 S 2단계에서 상기 투명기판(110) 상에 제1반투과물질층(120)을 전체적으로 성막한다. 이후, S 3 단계에서 상기 제1반투과물질층(120)의 표면에 저온열처리 공정이 수행될 수 있으며, 이러한 저온열처리 공정의 바람직한 하나의 예로서 산화처리(Oxidation)를 수행하여 산화막을 성막하고, 이후 Cr 등의 차광물질을 제1반투과물질층(120)의 상면에 적층할 수 있다.
이후, S 4단계에서, 상기 차광물질층의 상부에 포토레지스트를 도포하고, 노광, 현상을 거쳐서 상기 제1반투과물질층(120)의 일부가 노출되도록 차광물질패턴층(140)을 구현하고, 이후 포토레지스트를 박리한 후, 상기 노출되는 상기 제1반투과물질층(120)을 에칭하여 광투과부를 형성한다(S 5단계).
이후, 투명기판이 노출되는 부분과 상기 차광패턴이 구현된 구조의 상부 면에 제2반투과물질층(150)을 전체적으로 도포한다(S 6단계). 그리고 상기 제2반투과물질층(150)의 상부에 제2포토레지스트를 도포하고 노광, 현상을 거쳐서 도 2에 도시된 구조와 같이, 차광물질패턴(140)을 재차 패터닝하여 차광물질패턴층 하부에 적층된 제1반투과물질을 노출시켜 제1반투과부(121)을 구현한다. 또한, 이와 동시에 제2반투과물질을 완전히 제거하여 투명기판을 노출시킴으로써, 광투과부(130)를 구현하는 한편, 상기 제1반투과물질층(120)을 에칭하는 S 4~S 5단계에서 노출된 투명기판에 제2반투과물질을 노출시켜 제2반투과부(151)를 구현한다(S 7단계).
물론, 이 공정단계에서 S 6단계에서 제2반투과물질막을 성막한 후, 산화처리를 통해 제1반투과물질막에도 S 3단계와 같은 산화막을 형성하여 전체적으로 노출되는 반투과부의 경시변화를 방지할 수 있도록 함이 바람직하다.
도 4는 산화처리 전과 후의 본 발명에 따른 반투과물질을 Ta로 구성한 하프톤 마스크의 경시변화 테스트 결과를 도시한 것이다.(이하, 경시변화(ΔT)는 최초 반투과물질의 광투과율 대비 시간의 경과에 따라 변화하는 반투과물질의 광투과율간의 비율을 의미한다.)
테스트 조건은, 가혹조건을 주어 경시변화량을 빠른 시일 내에 검사해보기 위해 산화처리(Oxidation)가 끝난 박막에 대해 항온항습조에 80℃, 80% 조건에 노출시켰고, 그때의 경시변화량에 대한 비교 분석표를 나타내었다.
기존의 경우 열처리를 하지 않은 시편의 경우 가혹조건에서 2.5%가량의 투과율 증가현상을 보였지만, 산화처리(Oxidation) 후에는 CrO대비 훨씬 더 낮은 투과율 증가치를 나타내게 된다.
즉, Ta로 구성되는 반투과부의 구성에서 산화처리가 없는 구조(A)에서는 가혹 조건에서 경시변화 값이 2.44~2.68로 매우 큰 폭으로 증가됨을 알 수 있으나, 본 발명에 따른 산화처리를 수행한 Ta로 구성되는 반투과부에서는 경시변화 값이 0.1~0.42로 1.0 이하의 변화량을 나타내며, 이를 통해 경시변화의 폭이 본 발명에 따른 구성에서 큰 폭으로 줄어들게 됨을 확인할 수 있다.
이는 반투과부의 표면에서 산화막(본 실험 예에서는 Ta의 표면에 TaO2의 안정적인 산화막이 표면에 성막됨.)의 존재로 인해 경시변화를 줄이고, 에칭 등의 조건에서 안정적인 보호막으로 기능 하여 신뢰성 있는 투과율을 확보할 수 있게 됨을 확인할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 투명기판
120: 제1반투과물질층
121: 제1반투과부
130: 광투과부
140: 차광물질패턴
150: 제2반투과물질층
151: 제2반투과부

Claims (9)

  1. 투명기판;
    상기 투명기판 면이 노출되어 광을 투과시키는 광투과부;와
    상기 투명기판상에 형성되어 조사되는 소정 파장대의 광을 차단시키는 광차단부;
    상기 투명기판 표면에 적층되며 조사되는 광을 서로 다른 광투과율로 통과시키는 적어도 두 개 이상의 반투과부;를 포함하되,
    상기 반투과부를 형성하는 제1반투과물질층 및 제2반투과물질층 내부의 산소(O) 농도가 상기 투명기판과의 접촉 면에서 상부로 갈수록 증가하며,
    상기 제1반투과부 또는 상기 제2반투과부를 구성하는 반투과물질의 경시변화(ΔT)가 1.0 이하인 다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크.
    (단, 경시변화(ΔT)는 최초 반투과물질의 광투과율 대비 시간의 경과에 따라 변화하는 반투과물질의 광투과율 간의 비율을 의미한다.)
  2. 삭제
  3. 청구항 1 에 있어서,
    상기 반투과부는,
    상기 제1반투과물질층으로 형성되는 제1반투과부; 와
    상기 제1반투과물질층을 패터닝하여 노출되는 상기 투명기판 표면에 형성되는 상기 제2반투과물질층으로 형성되는 제2반투과부;를 적어도 1 이상 포함하는,
    다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1반투과물질층 또는 상기 제2반투과물질층에 산화(Oxidation) 처리가 수행되는,
    다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 및 제2반투과물질층은,
    Cr, Si, Mo, Ta, Ti, Al을 주 원소로 하여, 상기 주 원소 물질 또는 상기 주 원소들 중 적어도 두 개 이상이 혼합된 복합 물질이거나, 상기 주 원소 또는 복합물질에 C0x, Ox, Nx 중 적어도 하나가 첨가된 물질로 형성되는 다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1반투과부는,
    상기 제1반투과물질층의 표면에 TaO2의 산화처리층이 형성되는 다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 광차단부는,
    상기 제1반투과물질층의 상부에 적층되는 차광물질패턴과;
    상기 차광물질패턴 상부에 적층되는 제2반투과물질층 패턴; 으로 형성되는 하프톤 마스크.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 차광물질패턴은 Cr 또는 Cr 산화물로 이루어지는 다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크.
  9. 삭제
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