KR101409558B1 - 포토 마스크 및 그 제조 방법과 이를 이용한 패턴 형성방법 - Google Patents

포토 마스크 및 그 제조 방법과 이를 이용한 패턴 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표시소자용 마스크에 관한 것으로, 특히 기판 구조 및 제조공정을 단순화시키며 양호한 패턴을 형성할 수 있는 포토 마스크 및 그 제조 방법과 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명은 표시 소자용 포토 마스크에서, 부분 투과 영역을 투과율에 따라 다수 개 형성하여 패턴을 형성함으로써, 양호하고 다양한 패턴을 용이하게 형성할 수 있고 서로 다른 투과율을 가지는 다수 개의 부분 투과 영역을 가지는 포토마스크를 이용함으로써 표시 소자의 기판 및 제조 공정을 단순화시켜 제조 수율을 향상시킨다.
또한, 본 발명은 단차가 있는 패턴 상에 피식각층을 증착하고 하프 톤 노광시에 불량 발생을 저감할 수도 있다.
포토 마스크, 반투과 영역, 단차부

Description

포토 마스크 및 그 제조 방법과 이를 이용한 패턴 형성 방법{photo mask and the fabrication method and the patterning method by using it}
도 1a 내지 도 1d는 종래의 포토 마스크를 이용하여 패터닝하는 공정을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 포토 마스크를 도시한 단면도.
도 3a 내지 도 3i는 도 2의 포토 마스크를 제조하기 위한 공정 순서도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 포토 마스크의 단면도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 포토 마스크의 단면도.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 따른 포토 마스크를 이용하여 패턴을 형성하는 공정을 보여주는 공정 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
200 : 기판 211 : 하부 패턴
213 : 절연막 215 : 제 1 피식각층
217 : 제 2 피식각층 231 : 포토 레지스트
251 : 석영 기판 253 : 제 1 부분 투과 물질
255 : 차단막 257 : 제 2 부분 투과 물질
260 : 제 1 포토 레지스트막 262 : 제 2 포토 레지스트막
264 : 제 3 포토 레지스트막
본 발명은 표시소자용 마스크에 관한 것으로, 특히 기판 구조 및 제조공정을 단순화시키며 양호한 패턴을 형성할 수 있는 포토 마스크 및 그 제조 방법과 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
통상의 액정표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여 액정표시장치는 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정패널과, 액정패널을 구동하기 위한 구동회로를 구비한다.
액정패널은 서로 대향하는 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 칼러필터 어레이 기판과, 두 기판 사이에 일정한 셀갭 유지를 위해 위치하는 스페이서와, 그 셀갭에 채워진 액정을 구비한다.
박막 트랜지스터 어레이 기판은 게이트 라인들 및 데이터 라인들과, 그 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차부마다 스위치소자로 형성된 박막 트랜지스터와, 액정셀 단위로 형성되어 박막 트랜지스터에 접속된 화소 전극 등과, 그들 위에 도포된 배향막으로 구성된다. 게이트 라인들과 데이터 라인들은 각각의 패드부를 통해 구동회로들로부터 신호를 공급받는다. 박막 트랜지스터는 게이트 라인에 공급되는 스캔신호에 응답하여 데이터 라인에 공급되는 화소전압신호를 화소 전극에 공급한다.
칼라필터 어레이 기판은 액정셀 단위로 형성된 칼라필터들과, 칼러필터들간의 구분 및 외부광 반사를 위한 블랙 매트릭스와, 액정셀들에 공통적으로 기준전압을 공급하는 공통 전극 등과, 그들 위에 도포되는 배향막으로 구성된다.
액정패널은 박막 트랜지스터 어레이 기판과 칼라필터 어레이 기판을 별도로 제작하여 합착한 다음 액정을 주입하고 봉입함으로써 완성하게 된다.
이러한 액정패널에서 박막 트랜지스터 어레이 기판은 반도체 공정을 포함함과 아울러 다수의 마스크 공정을 필요로 함에 따라 제조 공정이 복잡하여 액정패널 제조단가 상승의 중요원인이 되고 있다. 이를 해결하기 위하여, 박막 트랜지스터 어레이 기판은 마스크 공정수를 줄이는 방향으로 발전하고 있다. 이는 하나의 마스크 공정이 증착공정, 세정공정, 포토리쏘그래피 공정, 식각공정, 포토레지스트 박리공정, 검사공정 등과 같은 많은 공정을 포함하고 있기 때문이다. 이에 따라, 최근에는 박막 트랜지스터 어레이 기판의 표준 마스크 공정이던 5 마스크 공정에서 하나의 마스크 공정을 줄인 4 마스크 공정이 대두되고 있다.
이와 같이 마스크 저감 공정에서는 회절 마스크 또는 하프 톤 마스크와 같이 광을 완전히 투과하는 영역과, 광을 완전히 차단하는 영역 및 광을 회절시키거나 하프 톤만 투과시키는 반투과 영역을 구비한 포토 마스크를 사용하여 2개의 마스크가 필요한 공정을 하나의 마스크로 형성하는 공정이 필수적이다.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 포토 마스크를 이용하여 패터닝하는 공정을 보여주는 도면이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 단차가 있는 소정의 하부 패턴 (111)이 형성되어 있다.
상기 하부 패턴(111)은 액정 표시 장치에서 게이트 금속 패턴일 수도 있고 데이터 금속 패턴일 수도 있고 절연막일 수도 있고 반도체층 패턴일 수도 있고 박막 트랜지스터일 수도 있으며, 단차가 형성되는 패턴을 말한다.
상기 하부 패턴(111) 상에는 절연막(113), 제 1 피식각층(115), 제 2 피식각층(117)이 형성된다.
그리고, 상기 제 2 피식각층(117) 상에는 소정 두께의 포토 레지스트(131)가 형성된다.
이때, 포토 레지스트(131)는 빛에 민감한 반응을 보이는 감응 물질과, 박막을 형성하는 합성 수지 물질(resin)과, 합성 수지 물질을 녹이는 용제(solvent) 등으로 이루어지며, 양성 포토 레지스트(positive photoresist)는 상기 감응 물질이 빛을 받으면 광자에 의해 중합체가 단위체로 절단되어 현상액에 용해되는 물질로 변화하는 것이며, 음성 포토 레지스트(negative photoresist)는 상기 감응 물질이 노출된 빛에 의해 현상액에 녹지 않는 불용성의 중합체로 변화하는 물질이다. 여기서는 양성 포토 레지스트를 사용한다.
상기 포토 레지스트(131)는 슬릿 스핀 코팅 또는 스핀 코팅 등의 방법으로 형성되는데, 상기 포토 레지스트의 상부면은 대체로 평탄해지는 특성을 가진다.
따라서, 상기 하부 패턴(111)의 단차에 의해서, 상기 하부 패턴(111) 상의 포토 레지스트(131) 두께와 상기 기판(100) 상의 포토 레지스트(131) 두께는 서로 차이가 발생하게 된다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 포토 레지스트(131) 상에 소정 간격 이격되어 포토 마스크(150)를 배치시키고 상기 포토 마스크(150)를 통하여 상기 포토 레지스트(131)를 노광한다.
상기 포토 마스크(150)는 노광되는 광을 완전히 차단하는 차단 영역(A)과, 일부만 투과시키는 부분투과 영역(B)과, 노광되는 광을 완전히 투과시키는 투과 영역(C)으로 이루어져 있다.
상기 포토 마스크(150)는 투명한 석영 기판(151)과, 상기 광을 완전히 차단하는 특성을 가지는 크롬(Cr)이 차단 영역(A)에 패터닝되어 있으며, 상기 크롬 상에 크롬옥사이드(CrOx)가 증착되어 부분 투과 영역(B)에 패터닝됨으로써 형성된다. 여기서, 상기 차단 영역(A)에 형성된 크롬상에는 크롬옥사이드가 더 형성될 수도 있다.
따라서, 상기 포토 마스크(150)의 부분투과 영역(B)에 의해서 부분 투과된 광은 상기 포토 레지스트(131)의 하프톤영역(HF)으로 조사된다.
그런데, 상기 하부 패턴(111)에 의해 이후 적층된 막에도 계속적으로 단차가 발생하게 되며, 상기 하프톤 영역(HF)이 이와 같은 단차를 포함하는 영역에 형성될 경우 노광 공정 후속 공정에 문제점이 발생할 수 있다.
상기 포토 마스크(150)의 부분 투과 영역(B)을 부분 투과한 광은 상기 하프 톤 영역(HF)에 소정 두께만큼 포토 레지스트(131)를 광 분해시키고, 상기 포토 마스크(150)의 투과 영역(C)을 완전히 통과한 광은 포토 레지스트(131)를 완전히 광 분해시키게 된다.
이때, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 노광된 포토 레지스트(131)를 현상하게 되면, 노광되지 않은 부분의 포토 레지스트(131)는 남고, 완전 노광된 부분의 포토 레지스트는 제거되나, 상기 포토 레지스트의 하프톤 영역(HF)에는 소정 두께만큼 제거된 포토 레지스트 패턴(131a)이 남게 된다.
이때, 상기 하프톤 영역(HF)의 포토 레지스트 패턴(131a)은 상기 하부 패턴(111) 상에 대응되는 포토 레지스트 패턴의 두께(a)와 하부 패턴이 없는 부분에 대응되는 포토 레지스트 패턴의 두께(b)는 상기 하부 패턴(111)에 의한 단차에 의해서 포토 레지스트 패턴(131a)의 두께 차이(a<b)가 발생하게 된다.
이와 같은 포토 레지스트(131)를 마스크로 하여 제 1 피식각층(115)과 제 2 피식각층(117)을 식각한다.
그리고, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 포토 레지스트(131)를 애슁(ashing)하여 상기 하프톤 영역을 노출시킨다.
이때, 상기 하프톤 영역(HF)에 형성된 포토 레지스트 패턴은 단차에 의한 두께 차이로 인하여 애슁 공정시에 소정 두께(b')의 잔여 포토 레지스트 패턴(131b)이 남게 되며, 이는 추후 식각될 제 2 피식각층(117)이 완전히 노출되지 않아 식각이 제대로 이루어지지 않는 문제점을 일으킨다.
또한, 상기 잔여 포토 레지스트 패턴(131b)을 완전히 애슁하기 위하여, 오버 애슁하게 되면, 이미 노출된 제 2 피식각층(117), 제 1 피식각층(115), 절연막 등에 손상을 일으키는 문제점이 있으며, 상기 애슁 공정에 의해서 함께 애슁되는 차단 영역(A)의 포토 레지스트(131) 패턴의 형상이 더욱 작아져 원하는 제 2 피식 각층(117)의 패턴보다 작은 선폭의 패턴이 형성되는 문제점이 발생된다.
본 발명은 표시 소자용 포토 마스크에서, 부분 투과 영역을 투과율에 따라 다수 개 형성함으로써 기판 및 제조 공정을 단순화시키며 양호한 패턴을 형성할 수 있는 포토 마스크 및 그 제조 방법과 이를 이용한 패턴 형성 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 포토 마스크는, 투명 기판에 광 차단막이 형성된 차단 영역과; 제 1 부분 투과 물질과 제 2 부분 투과 물질이 적층되어 제 1 투과율을 가지는 제 1 부분 투과 영역과; 제 2 투과율을 가지는 제 2 부분 투과 물질로 이루어진 제 2 부분 투과 영역;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 차단 영역은 제 1 부분 투과 물질과 제 2 부분 투과 물질이 더 적층된 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 투과율은 제 2 투과율보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 부분 투과 물질은 탄탈륨계 합금인 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 부분 투과 물질은 크롬옥사이드(CrOx)인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 부분 투과 물질은 Ta-Hf(탄탈륨-하프늄)인 것을 특징으로 한다.
상기 차단막은 크롬(Cr) 막인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 부분 투과 영역에 대응되는 포토 레지스트 두께는 제 2 부분 투과 영역에 대응되는 포토 레지스트 두께보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 포토 마스크의 제조 방법은, 투명 기판을 준비하는 단계와; 상기 투명 기판 상에 제 1 부분 투과 물질을 증착하고 패터닝하는 단계와; 상기 제 1 부분 투과 물질 상에 차단막을 증착하고 패터닝하여 차단 영역을 정의하는 단계와; 상기 차단막 상에 제 2 부분 투과 물질을 증착하고 패터닝하여 상기 제 1 부분 투과 물질과 적층된 부분은 제 1 부분 투과 영역으로 정의되고, 상기 제 2 부분 투과 물질이 형성된 부분은 제 2 부분 투과 영역으로 정의하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 포토 마스크의 제조 방법은, 투명 기판 상에 정의된 차단 영역에는 차단막이 형성되는 단계; 상기 투명 기판 상에 정의된 제 1 부분 투과 영역에는 제 1 부분 투과물질과 제 2 부분 투과 물질이 적층되는 단계; 상기 투명 기판 상에 정의된 제 2 부분 투과 영역에는 제 2 부분 투과 물질이 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 투명 기판 상에 제 1, 2 부분 투과 물질과 차단막이 제거되어 투과 영역을 정의하는 것을 특징으로 한다.
상기 차단막, 제 1, 2 부분 투과 물질은 포토리쏘그래피(photolithography) 방법으로 패터닝되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 포토 마스크를 이용한 패턴 형성 방법은, 차단 영역과, 투과 영역과, 투과율이 다른 제 1, 2 부분 투과 영역을 포함한 포토 마스크를 이용하여 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 기판 상에 서로 다른 두께를 가지는 하프 톤 노광 영역을 포함하는 포토 레지스트를 형성하는 단계와; 상기 하프 톤 노광 영역에서 제 1 하프 톤 영역에는 제 1 부분 투과 영역이 대응되고 제 2 하프 톤 영역에는 제 2 부분 투과 영역이 대응되도록 포토 마스크를 배치시키는 단계와; 상기 제 1, 2 하프 톤 영역을 가지는 하프 톤 노광 영역을 포함한 포토 레지스트를 노광하는 단계와; 상기 포토 레지스트를 현상하여 기판 상의 피식각층을 식각하는 단계와; 상기 포토 레지스트를 애슁하고 기판 상의 피식각층을 식각하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 하프 톤 영역의 포토 레지스트 두께가 제 2 하프 톤 영역의 포토 레지스트 두께보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 포토 레지스트를 현상하는 단계 이후에는, 상기 제 1 하프 톤 영역의 포토 레지스트 패턴의 두께와 상기 제 2 하프 톤 영역의 포토 레지스트 패턴의 두께는 거의 동일한 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 부분 투과 영역의 광 투과율은 상기 제 2 부분 투과 영역의 광 투과율보다 작은 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 포토 마스크 및 그 제조 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 포토 마스크를 도시한 단면도이고, 도 3a 내지 도 3i는 도 2의 포토 마스크를 제조하기 위한 공정 순서도이다.
도 2에 도시된 포토 마스크(250)는 차단 영역(A)과, 제 1 부분 투과 영역(B), 제 2 부분 투과 영역(B'), 투과 영역(C)을 포함하고 있으며, 상기 포토 마스 크(250)에 의해 형성될 패턴에 따라 차단 영역(A)과, 제 1 부분 투과 영역(B), 제 2 부분 투과 영역(B'), 투과 영역(C)의 조합 및 형상은 다양하게 이루어질 수 있다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 포토 마스크(250)는 투명한 석영 기판(251) 상에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 탄탈륨계 합금(253a)을 수십 nm로 증착시킨다.
그리고, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 탄탈륨계 합금(253a)을 제 1 포토 레지스트막(260)을 이용한 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하여, 도 3c에 도시된 바와 같이, 제 1 부분 투과막(253)을 형성한다.
이때, 상기 제 1 부분 투과막(253)은 광 투과율이 x%라고 한다. 상기 광 투과율은 100%를 완전 투과된다고 하였을때 상기 제 1 부분 투과막(253)에 의해 부분 투과된 광량의 비율이다.
상기 탄탈륨계 합금(253a)으로는 Ta-Hf(탄탈륨-하프늄) 등이 있다.
그리고, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 부분 투과막(253)이 형성된 석영 기판(251) 상에 크롬(Cr)을 스퍼터링 방법으로 증착시킨다.
그리고, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 크롬을 제 2 포토 레지스트막(262)을 이용한 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하여 차단막(255)을 형성한다.
상기 차단막(255)은 광에 의해 노광되지 않는 영역에 대응되는 위치에 형성되도록 한다.
이때, 도 3f에 도시된 바와 같이, 상기 차단막(255) 하부에는 상기 제 1 부 분 투과막(253)이 형성될 수 있다.
이후, 도 3g에 도시된 바와 같이, 상기 차단막(255)과 제 1 부분 투과막(253)이 형성된 석영 기판(251) 상에 스퍼터링 방법으로 크롬옥사이드(CrOx)를 수십 nm로 증착시킨다.
도 3h에 도시된 바와 같이, 상기 크롬옥사이드는 제 3 포토 레지스트막(264)을 이용한 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하여 제 2 부분 투과막(257)을 형성한다.
이때, 상기 제 2 부분 투과막(257)은 광 투과율이 y%라고 한다. 상기 광 투과율은 100%를 완전 투과된다고 하였을때 상기 제 2 부분 투과막(257)에 의해 부분 투과된 광량의 비율이다.
도 3i에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 부분 투과막(257)은 상기 차단막(255) 상부에 형성될 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 포토 마스크(250)는 차단 영역(A)에는 제 1 부분 투과막(253), 차단막(255), 제 2 부분 투과막(257)이 순서대로 적층되어 있으며, 제 1 부분 투과 영역(B)에는 상기 제 1 부분 투과막(253)과 제 2 부분 투과막(257)이 적층되어 있으며, 상기 제 2 부분 투과 영역(B')에는 상기 제 2 부분 투과막(257)이 적층되어 있다. 또한, 투과 영역(C)에는 투명한 석영 기판(251)만이 형성되어 있다.
상기 제 1 부분 투과 영역(B)은 x%의 광 투과율을 가지는 제 1 부분 투과막(253)과 y%의 광 투과율을 가지는 제 2 부분 투과막(257)이 적층되어 있으므로, 상 기 제 1 부분 투과 영역(B)의 광 투과율은 (x × y)%의 광 투과율을 가지며, 상기 포토 마스크의 광 투과율이 큰 순서대로 나열하면, 투과 영역(100%)(C), 제 2 부분 투과 영역(y%)(B'), 제 1 부분 투과 영역((x × y)%)(B), 차단 영역(0%)(A)가 된다.
본 발명에 따른 포토 마스크(250)의 제 1 부분 투과막(253), 제 2 부분 투과막(257), 차단막(255)의 패턴 형성 순서 및 적층 순서는 다양한 실시예를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 포토 마스크의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 포토 마스크의 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 석영 기판(251) 상에 크롬막을 증착하고 패터닝하여 차단막(255)을 형성할 수 있으며, 상기 차단막(255)이 형성된 기판 상에 크롬 옥사이드막을 증착하고 패터닝하여 제 2 부분 투과막(257)을 형성할 수 있으며, 상기 차단막(255), 제 2 부분 투과막(257)이 형성된 기판 상에 탄탈륨계 합금을 증착하고 패터닝하여 제 1 부분 투과막(253)을 형성할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 석영 기판(251) 상에 크롬 옥사이드막을 증착하고 패터닝하여 제 2 부분 투과막(257)을 형성할 수 있으며, 상기 제 2 부분 투과막(257)이 형성된 석영 기판(251) 상에 크롬막을 증착하고 패터닝하여 차단막(255)을 형성할 수 있으며, 상기 제 2 부분 투과막(257) 및 차단막(255)이 형성된 석영 기판(251) 상에 탄탈륨계 합금을 증착하고 패터닝하여 제 1 부분 투과막(253)을 형성할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 실시예뿐만 아니라, 본 발명에 따른 포토 마스크(250)의 제 1 부분 투과막(253), 제 2 부분 투과막(257), 차단막(255)의 패턴 형성 순서 및 적층 순서는 다양한 실시예를 가질 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 따른 포토 마스크를 이용하여 패턴을 형성하는 공정을 보여주는 공정 단면도이다.
여기서, 상기 포토 마스크(250)는 차단 영역(A)과, 제 1 부분 투과 영역(B), 제 2 부분 투과 영역(B')이 하나씩 형성되어 있는 극단적인 구조로서 본 발명에 따른 패턴 형성 공정을 설명한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 기판(200) 상에 단차가 있는 소정의 하부 패턴(211)이 형성되어 있다.
상기 하부 패턴(211)은 액정 표시 장치에서 게이트 금속 패턴일 수도 있고 데이터 금속 패턴일 수도 있고 절연막일 수도 있고 반도체층 패턴일 수도 있고 박막 트랜지스터일수도 있으며, 단차가 형성되는 패턴을 말한다.
상기 하부 패턴(211) 상에는 절연막(213), 제 1 피식각층(215), 제 2 피식각층(217)이 형성된다.
그리고, 상기 제 2 피식각층(217) 상에는 소정 두께의 포토 레지스트(231)가 형성된다.
이때, 포토 레지스트는 빛에 민감한 반응을 보이는 감응 물질과, 박막을 형성하는 합성 수지 물질(resin)과, 합성 수지 물질을 녹이는 용제(solvent) 등으로 이루어지며, 양성 포토 레지스트(positive photoresist)는 상기 감응 물질이 빛을 받으면 광자에 의해 중합체가 단위체로 절단되어 현상액에 용해되는 물질로 변화하는 것이며, 음성 포토 레지스트(negative photoresist)는 상기 감응 물질이 노출된 빛에 의해 현상액에 녹지 않는 불용성의 중합체로 변화하는 물질이다. 여기서는 양성 포토 레지스트를 사용한다.
상기 포토 레지스트(231)는 슬릿 스핀 코팅 또는 스핀 코팅 등의 방법으로 2000~3000nm의 두께로 형성되는데, 상기 포토 레지스트의 상부면은 대체로 평탄해지는 특성을 가진다.
따라서, 상기 하부 패턴(211)의 단차에 의해서, 상기 하부 패턴(211) 상의 포토 레지스트(231) 두께(c)와 상기 기판 상의 포토 레지스트(231) 두께(d)는 서로 차이가 발생하게 된다.
그리고, 상기 포토 레지스트(231) 상에 소정 간격 이격되어 포토 마스크(250)를 배치시키고 상기 포토 마스크(250)를 통하여 상기 포토 레지스트(231)를 노광한다.
상기 포토 마스크(250)는 차단 영역(A)에는 제 1 부분 투과막(253), 차단막(255), 제 2 부분 투과막(257)이 순서대로 적층되어 있으며, 제 1 부분 투과 영역(B)에는 상기 제 1 부분 투과막(253)과 제 2 부분 투과막(257)이 적층되어 있으며, 상기 제 2 부분 투과 영역(B')에는 상기 제 2 부분 투과막(257)이 적층되어 있다. 또한, 투과 영역(C)에는 투명한 석영 기판(251)만이 형성되어 있다.
상기 제 1 부분 투과 영역(B)은 x%의 광 투과율을 가지는 제 1 부분 투과막(253)과 y%의 광 투과율을 가지는 제 2 부분 투과막(257)이 적층되어 있으므로, 상 기 제 1 부분 투과 영역(B)의 광 투과율은 (x × y)%의 광 투과율을 가지며, 상기 포토 마스크(250)의 광 투과율이 큰 순서대로 나열하면, 투과 영역(100%)(C), 제 2 부분 투과 영역(y%)(B'), 제 1 부분 투과 영역((x × y)%)(B), 차단 영역(0%)(A)가 된다.
그리고, 상기 제 1 부분 투과 영역(B)과 제 2 부분 투과 영역(B')에 의해 노광되는 포토 레지스트(231)는 제 1 하프톤 영역(HF1), 제 2 하프톤 영역(HF2)이 되며, 상기 제 1 하프톤 영역(HF1)으로 조사되는 노광량이 제 2 하프톤 영역(HF2)으로 조사되는 노광량에 비해 작다.
따라서, 현상 공정시에 상기 포토 마스크(250)의 투과 영역(C)에서 완전 노광된 포토 레지스트는 완전히 제거되며, 상기 차단 영역(A)에서 완전 차단된 포토 레지스트(231)는 남고, 상기 제 1 부분 투과 영역(B)과 제 2 부분 투과 영역(B)에 의해 부분 노광된 포토 레지스트(231)의 제 1 하프톤 영역(HF1)과 제 2 하프톤 영역(HF2)은 노광량에 의해서 현상된 두께에 달라지게 되며, 이는 상기 하부 패턴(211)의 단차에 의한 포토 레지스트(231) 패턴의 두께 차이를 보상하여, 결과적으로 상기 제 1 하프톤 영역(HF1)의 포토 레지스트 패턴(231a)의 두께와 제 2 하프톤 영역(HF2)의 포토 레지스트 패턴(231b)의 두께(c',d')는 거의 동일해진다.
이와 같은 포토 레지스트(231)를 마스크로 하여 제 1 피식각층(215)과 제 2 피식각층(217)을 식각한다.
그리고, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 포토 레지스트(231)를 애슁(ashing)하여 상기 제 1 하프톤 영역(HF1)과 제 2 하프톤 영역(HF2)의 포토레지스 트(231a, 231b)가 제거된다.
이때, 상기 제 1 하프톤 영역(HF1)과 제 2 하프톤 영역(HF2)에 형성된 포토 레지스트 패턴(231a, 231b)의 두께(c',d')는 거의 동일하기 때문에 애슁 공정시에 거의 동일하게 제거되므로, 오버 애슁으로 다른 막에 영향을 주지 않으며, 최종적으로 남는 포토 레지스트 패턴의 크기를 변화시키지도 않게 되므로, 도 4d에 도시된 바와 같이, 후속 식각 공정에서 양호한 품위의 패턴을 얻을 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 포토 마스크(250)는 광 투과율이 서로 다른 부분 투과 영역을 가지는 제 1 부분 투과 영역(B), 제 2 부분 투과 영역(B')에 의하여, 단차가 있는 포토 레지스트(231)에서 상기 제 1 부분 투과 영역(B)과 제 2 부분 투과 영역(B')에 의해 노광된 포토 레지스트 패턴(231)의 현상 공정시 제 1 부분 투과 영역(B)과 제 2 부분 투과 영역(B')에 의해 동일한 두께의 하프 톤 노광 영역(HF1, HF2)을 가지도록 함으로써 기판 구조 및 제조공정을 단순화시키면서 양호한 패턴을 형성할 수 있도록 한다.
본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 포토 마스크 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 패턴 형성 방법은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명은 표시 소자용 포토 마스크에서, 부분 투과 영역을 투과율에 따라 다수 개 형성하여 패턴을 형성함으로써, 양호하고 다양한 패턴을 용이하게 형성할 수 있는 제 1 효과가 있다.
또한, 본 발명은 서로 다른 투과율을 가지는 다수 개의 부분 투과 영역을 가지는 포토마스크를 이용함으로써 표시 소자의 기판 및 제조 공정을 단순화시켜 제조 수율을 향상시키는 제 2 효과가 있다.
또한, 본 발명은 단차가 있는 패턴 상에 피식각층을 증착하고 하프 톤 노광시에 불량 발생을 저감할 수 있는 제 3 효과가 있다.

Claims (22)

  1. 투명 기판에 광 차단막이 형성된 차단 영역과;
    상기 투명 기판 상에 제 1 부분 투과 물질과 제 2 부분 투과 물질이 적층되어 제 1 투과율을 가지는 제 1 부분 투과 영역과;
    상기 투명 기판 상에 제 2 투과율을 가지는 제 2 부분 투과 물질로 이루어진 제 2 부분 투과 영역;을 포함하며,
    상기 차단 영역의 광 차단막의 상부에는 상기 제 1 부분 투과 물질과 제 2 부분 투과 물질이 더 적층되거나, 상기 제 1 부분 투과 물질과 제 2 부분 투과 물질 중 어느 하나만 더 적층되고, 다른 하나는 상기 광 차단막의 하부에 적층되며,
    상기 제 1 부분 투과 물질은 탄탈륨계 합금인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 투과율은 제 2 투과율보다 작은 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 부분 투과 물질은 크롬옥사이드(CrOx)인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 탄탈륨계 합금은 Ta-Hf(탄탈륨-하프늄)인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 차단막은 크롬(Cr) 막인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 투과율은 (제 1 부분 투과 물질의 투과율×제 2 투과율)인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 투명 기판은 석영 기판인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  10. 삭제
  11. 차단 영역, 제 1 부분 투과 영역, 제 2 부분 투과 영역 및 투과 영역으로 정의되는 투명 기판을 준비하는 단계와;
    상기 투명 기판 상에 제 1 부분 투과 물질을 증착하고 패터닝하여 제 1 부분 투과막을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 부분 투과막이 형성된 기판 전면에 광 차단 물질을 증착하고 패터닝하여 광 차단막을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 부분 투과막과 광 차단막이 형성된 기판 전면에 제 2 부분 투과 물질을 증착하고 패터닝하여 제 2 부분 투과막을 형성하는 단계로 이루어지고,
    상기 투명 기판 상에 정의된 차단 영역에는 상기 광 차단막이 형성되고,
    상기 투명 기판 상에 정의된 제 1 부분 투과 영역에는 상기 제 1 부분 투과막과 상기 제 2 부분 투과막이 적층되어 형성되고,
    상기 투명 기판 상에 정의된 제 2 부분 투과 영역에는 상기 제 2 부분 투과막이 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 투명 기판 상에 제 1, 2 부분 투과 물질과 광 차단 물질이 제거되어 투과 영역을 정의하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 제조 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1, 2 부분 투과 물질은 크롬산화막, 탄탈륨계 합금, 탄탈륨-하프늄에서 선택된 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 제조 방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 광 차단 물질은 크롬(Cr)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 제조 방법.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 광 차단막의 상부에는 제 2 부분 투과 물질이 더 적층되고, 하부에는 제 1 부분 투과 물질이 더 적층되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 제조 방법.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 광 차단 물질, 제 1, 2 부분 투과 물질은 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 제조 방법.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 증착된 광 차단 물질 및 제 1, 2 부분 투과 물질은 포토리쏘그래피(photolithography) 방법으로 패터닝되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 제조 방법.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
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