KR101414556B1 - 평판 디스플레이 소자의 해상력 및 생산성 향상을 위한 포토 마스크 및 그 제조 방법 - Google Patents

평판 디스플레이 소자의 해상력 및 생산성 향상을 위한 포토 마스크 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

복합파장을 사용하는 평판 디스플레이용 노광 장비의 한계 해상력을 극복할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있는 포토 마스크 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크는 투광부; 상기 투광부와 이격되어 형성되며, 위상반전 저투광막 패턴 및 상기 위상반전 저투광막 패턴 상에 형성되며 상기 위상반전 저투광막 패턴보다 상대적으로 식각비(etch rate)가 높은 반투광막 패턴을 구비하는 차광부; 및 상기 투광부와 상기 차광부 사이에 개재되는 위상반전 저투광부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

평판 디스플레이 소자의 해상력 및 생산성 향상을 위한 포토 마스크 및 그 제조 방법{PHOTO MASK FOR IMPROVING A RESOLUTION AND A THROUGHPUT ON FLAT PANEL DISPLAY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 포토 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합파장을 사용하는 평판 디스플레이용 노광 장비의 한계 해상력을 극복하고, 생산성을 향상시킬 수 있는 포토 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 박막트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD) 및 유기 EL(Electroluminescence)의 고화질 제품에 대한 기술 개발이 요구되면서, 화소의 선폭을 최소화하려는 패널(Panel) 업체들의 연구가 활발하다.
이에 패널 업체들의 해결 과제 중 하나가 기존 노광기의 해상력 한계를 극복하는 것이다. 현재 패널 업체들이 보유한 노광기의 해상력은, 라인/스페이스(line/space) 기준 최대 2.5㎛/2.5㎛ 수준으로, 포토 마스크의 선폭 해상력이 약 0.7㎛ 수준이 된다 하더라도 노광기의 해상력 한계에 의해 2.5㎛ 이하의 선폭이 구현되기 어렵다. 따라서, 이를 해결하기 위하여 반도체 공정에서 사용되어 오던 위상반전마스크(Phase Shift Mask; PSM)를 평판 디스플레이에 적용하여 선폭의 해상력을 향상하고자 하는 노력이 진행 중에 있다.
일반적으로 평판 디스플레이 제조에 사용되는 마스크 중 마스크 수량을 5개, 4개, 더 나아가 3개로 절감할 수 있는 그레이 톤 마스크(gray ton mask)는 포토 마스크의 핵심 기술의 주류가 되어 왔다. 그레이 톤 마스크는 기존의 포토 마스크가 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 마스크 수 절감에 따른 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 기술 개발의 어려움이 있다.
종래에도 노광 장비의 해상력을 향상시키기 위한 여러 가지 기술이 존재하였으나, 그것은 집적회로(IC)에 사용되는 소형 포토 마스크에 적용되는 기술들이었다. 이러한 대표적인 기술에는 위상반전마스크(PSM)가 있다. 소형 포토 마스크에 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. 그리고, 위상반전마스크에 사용되는 막은 주로 MoSiON인데, 이는 건식 식각(Dry Etch)을 이용한 이방성 식각(An-Isotropic Etch)이 용이한 물질이며, 일반적인 차광용 막질 Cr/CrOx와의 선택비가 우수하기 때문에 지금까지도 반도체용 위상반전마스크 중 림형(Rim Type) PSM에서도 널리 범용되고 있다.
반면, 대형 포토 마스크가 사용되는 평판 디스플레이용 노광 장비는 I-라인부터 G-라인까지 영역의 복합파장의 광원을 사용함으로써 해상력을 얻는데 어려움이 있으며, 대형 포토 마스크의 제조에 있어 건식 식각(Dry Etch) 장비를 이용하는 것이 어렵다. 이로 인해, 위상반전용 막을 MoSiON으로 형성하는 것이 용이하지 않다. 따라서, 대형 포토 마스크를 이용한 평판 디스플레이용 위상반전마스크의 제조에 있어, 습식 식각(Wet Etch)을 이용한 등방성 식각(Isotropic Etch)을 적용할 수 밖에 없는 제약이 발생된다.
여러 가지 위상반전마스크의 제작 방식 중 감쇠 위상반전마스크(Attenuated Phase Shift mask)의 제조가 습식 식각 공정을 적용함에 있어 가장 용이하며, 이들 방식 중 림형(Rim type) PSM의 제조 공정 역시 습식 식각에 대하여 용이하다. 이러한 감쇠 위상반전마스크의 제조 공정은 그레이 톤 마스크의 제조 공정과 유사하다.
그러나, 기존 감쇠 위상반전마스크의 제조 공정은 마스크 노광 공정이 2회 진행되며, 2차 노광 시 1차 노광에 의한 패턴 형성과 비교하여, 정렬 오차(Alignment Error)에 의해 발생하는 오버레이 쉬프트 오차(Overlay Shift Error)에 취약한 구조를 가진다.
또한, 복합 파장을 사용하는 노광 장비로 차광부와 투광부로 이루어진 일반 포토 마스크를 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.
이로 인해, 복합 파장의 노광 장비를 주로 사용하는 평판 디스플레이 제작 시, 집적회로(IC)에서 형성하는 패턴보다는 크지만 복합 파장을 사용하여 형성하여야 하는 2.5㎛ 이하의 미세 패턴을 구현하기는 어려운 실정이다.
이와 더불어, 기존 그레이 톤 마스크의 경우, 투광부, 반투광부 및 차광부로 구성 되어 있는데, 차광부가 입사광을 완전히 차단하는 특성을 가지고 있기 때문에 미세 패턴을 형성하기 위해 노광량을 많이 사용함에 따라 생산성을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명과 관련된 선행기술로는 공개특허공보 제1997-0007484호(1997. 02. 21. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 위상반전마스크 제조방법이 개시되어 있다.
본 발명의 하나의 목적은 복합파장을 사용하는 평판 디스플레이용 노광 장비의 한계 해상력을 극복할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있는 포토 마스크를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 포토 마스크의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크는 투광부; 상기 투광부와 이격되어 형성되며, 위상반전 저투광막 패턴 및 상기 위상반전 저투광막 패턴 상에 형성되며 상기 위상반전 저투광막 패턴보다 상대적으로 식각비(etch rate)가 높은 반투광막 패턴을 구비하는 차광부; 및 상기 투광부와 상기 차광부 사이에 개재되는 위상반전 저투광부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토 마스크는 투광부; 상기 투광부를 둘러싸서 평판 디스플레이 소자의 콘택홀(contact hole)이 형성될 영역을 노출하며, 투과율 조절막 패턴 및 상기 투과율 조절막 패턴 상에 형성되며 상기 투과율 조절막 패턴보다 상대적으로 식각비(etch rate)가 높은 저투광막 패턴을 구비하여, 입사광의 일부를 투과시키는 저투광부; 및 상기 투광부와 상기 저투광부 사이에 개재되는 투과율 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크 제조 방법은 투명기판 상에 차례로 위상반전 저투광막 및 상기 위상반전 저투광막보다 상대적으로 식각비(etch rate)가 높은 반투광막을 형성하는 단계; 상기 반투광막 상에, 평판 디스플레이 소자의 라인 또는 콘택홀(contact hole)이 형성될 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 포토레지스트 패턴 사이로 노출된 상기 반투광막과 그 아래의 상기 위상반전 저투광막을 1차 식각하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 1차 식각된 반투광막 패턴의 적어도 일측벽의 일부를 2차 식각하는 단계; 및 상기 2차 식각 후 잔류된 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토 마스크 제조 방법은 투명기판 상에 차례로 투과율 조절막 및 상기 투과율 조절막보다 상대적으로 식각비(etch rate)가 높은 저투광막을 형성하는 단계; 상기 저투광막 상에, 평판 디스플레이 소자의 콘택홀(contact hole)이 형성될 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 포토레지스트 패턴 사이로 노출된 상기 저투광막과 그 아래의 상기 투과율 조절막을 1차 식각하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 1차 식각된 저투광막 패턴의 내측벽의 일부를 2차 식각하는 단계; 및 상기 2차 식각 후 잔류된 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 포토 마스크는 복합파장을 사용하는 기존 노광 장비의 한계 해상력인 2.5㎛ 이하의 미세 패턴의 형성을 가능케 함으로써, 기존 노광 장비를 사용하여 평판 디스플레이에 2.5㎛ 이하의 미세 패턴을 균일하고 용이하게 형성할 수 있게 한다.
또한, 차광부 또는 저투광부의 상부층이 하부층에 비해 상대적으로 식각비(etch rate)가 높은 물질로 형성됨에 따라, 1차 노광 및 습식 식각에 의해 저렴한 6인치 이상의 대형 마스크로 제작될 수 있다.
본 발명에 따른 그레이 톤 마스크는 투광부, 입사광의 일부를 투과시키는 저투광부 및 투과율 조절부로 구성되어, 평판디스플레이 소자의 콘택홀을 형성하기 위한 노광량을 상대적으로 낮게 가져가 생산성 향상을 도모할 수 있다.
본 발명에 따른 포토 마스크 제조 방법은 차광부 또는 저투광부의 상부층을 하부층에 비해 상대적으로 식각비가 높은 물질로 형성함으로써 습식 식각 공정과 1차 노광을 통한 마스크의 제조가 가능하여, 생산성 향상 및 원가 절감 효과와 더불어 기존 2차 노광에 대한 오버레이 쉬프트 오차(Overlay Shift Error)를 원천적으로 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 평판 디스플레이 소자용 위상반전 마스크(Phase Shift mask)의 평면도이다.
도 2는 도 1을 선 A-A'로 절취한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평판 디스플레이 소자용 위상반전 마스크의 평면도이다.
도 4는 도 3을 선 A-A'로 절취한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평판 디스플레이 소자용 그레이 톤 마스크(gray ton mask)의 평면도이다.
도 6은 도 5를 선 A-A'로 절취한 단면도이다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 평판 디스플레이 소자용 위상반전 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.
도 12 내지 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평판 디스플레이 소자용 위상반전 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.
도 17 내지 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 평판 디스플레이 소자용 그레이 톤 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 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.
이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 복합파장을 사용하는 평판 디스플레이 소자의 제조에 사용되어 해상력 및 생산성을 향상시킬 수 있는 포토 마스크 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 평판 디스플레이 소자용 위상반전 마스크의 평면도로서, TFT-LCD 또는 AMOLED 등의 라인 패턴을 형성하기 위한 위상반전 마스크의 평면도이고, 도 2는 도 1을 선 A-A'로 절취한 단면도이다.
여기서, 참조번호 A1은 투광부를, A2는 위상반전 저투광부를, 그리고 A3은 차광부를 각각 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상반전 마스크(100A)는 투광부(A1), 위상반전 저투광부(A2) 및 차광부(A3)를 포함한다.
우선 전체적인 형상을 살펴보면, 서로 이격되어 입사광을 투과시키는 복수의 투광부(A1)가 형성되고, 복수의 투광부(A1)와 교호(交互)적으로 평행하게 이격 형성되어 입사광을 차단하는 복수의 차광부(A3)가 형성되고, 하나의 투광부(A1)와 그에 인접한 하나의 차광부(A3) 사이에 입사광의 투과율을 조절하면서 위상을 조절하는 위상반전 저투광부(A2)가 개재된다.
투광부(A1)는 입사광을 완전히 투과시키는 영역으로, 투명기판(110)으로 형성될 수 있다. 이때, 투명기판(110)은 노광에 사용되는 일정 파장대의 광, 일례로 평판 디스플레이의 경우 I-라인부터 G-라인까지 영역의 대략 300nm ~ 500nm 범위의 복합파장의 광을 투과시키는 석영(quartz) 또는 유리(glass) 기판일 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 라인 타입(line type)의 투광부(A1)를 도시하였다.
차광부(A3)는 투광부(A1)와 위상반전 저투광부(A2)를 사이에 두고 평행하게 형성된다. 차광부(A3)는 투명기판(110) 및 투명기판(110) 상에 차례로 적층된 위상반전 저투광막 패턴(120)과 반투광막 패턴(130)을 구비한다.
즉, 위상반전 저투광막 패턴(120)과 반투광막 패턴(130)의 중첩 영역이 평판 디스플레이용 노광기를 통해 노광 공정을 진행하였을 때, 입사광을 차단하여 구현하고자 하는 소정의 패턴을 형성하는 차광막의 역할을 하는 차광부(A3)로 형성되는 것이다.
이러한 차광부(A3)는 입사광의 파장이 300nm ~ 500nm일 때, 광 투과율이 1％ ~ 10％ 범위가 되는 반투광막 패턴(130)의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이때, 반투광막 패턴(130)의 광 투과율이 1% 미만이거나 10%를 초과하는 경우, 구현하고자 하는 패턴을 형성하지 못 할 수 있다.
차광부(A3)는 위상반전 저투광막 패턴(120) 형성 물질과 반투광막 패턴(130) 형성 물질의 각각 다른 굴절률에 대하여 위상반전을 조합하여, 위상반전 저투광막 패턴(120)과 반투광막 패턴(130)의 막의 두께가 조절될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 차광부(A3)의 반투광막 패턴(130)은, 습식 식각(Wet Etch) 공정을 이용하여 반투광막 패턴(130)의 측벽을 식각하는 과정에서 하부의 위상반전 저투광막 패턴(120)에 손상을 주지 않도록, 위상반전 저투광막 패턴(120)보다 상대적으로 높은 식각비(etch rate)(또는 식각 선택비(Etch Selectivity))를 갖는 물질로 형성될 수 있다.
위상반전 저투광막과 반투광막을 완전히 동일한 물질을 사용하여 형성할 경우, 습식 식각에 의해 도시된 바와 같은 위상반전 저투광막 패턴(120)과 반투광막 패턴(130)을 구분하여 형성할 수 없다.
따라서, 위상반전 저투광막 패턴(120)과 반투광막 패턴(130)을 동종으로 형성할 경우, 습식 식각에 대한 식각 선택비가 충분하도록 그 둘 간의 성분의 비율을 충분히 달리하는 것이 바람직하다. 이때, 상대적으로 반투광막 패턴(130)의 식각비가 높을 수 있도록 물질의 성분을 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 반투광막 패턴(130)은 위상반전 저투광막 패턴(120)보다 상대적으로 높은 식각비를 갖는 이종의 물질로 형성될 수도 있다.
일례로, 위상반전 저투광막 패턴(120)은 크롬(Cr), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 하나를 포함하는 화합물이거나, 텅스텐(W) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 어느 한 물질 또는 그 화합물로 형성될 수 있다.
일례로, 반투광막 패턴(130)은 크롬(Cr), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 하나를 포함하는 화합물이거나, 텅스텐(W) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 어느 한 물질 또는 그 화합물로 형성될 수 있다.
투광부(A1)와 차광부(A3)의 경계부에 배치된 위상반전 저투광부(A2)는 투명기판(110) 및 투명기판(110) 상에 형성된 위상반전 저투광막 패턴(120)을 구비한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 위상반전 저투광부(A2)는 투명기판(110) 상의 위상반전 저투광막 패턴(120)만 잔존하는 영역이다. 즉, 위상반전 저투광부(A2)는, 반투광막 패턴(130)의 형성 없이, 투명기판(110) 상의 반투광막 패턴(130)의 일측 및 타측 하부에 형성된 위상반전 저투광막 패턴(120)을 포함한다.
이러한 위상반전 저투광부(A2)는 노광 과정에서 300nm ~ 500nm 파장대의 입사광이 조사되면 입사광의 투과율을 2％ ~ 20％ 범위 내에서 조절하면서 차광부(A3)와의 상대적인 입사광의 위상을 최대 160°~ 200°까지 조절하도록 형성될 수 있다.
이를 위하여, 위상반전 저투광막 패턴(120)은 입사광의 파장이 300nm ~ 500nm일 때 광 투과율이 2% ~ 20% 범위가 되도록 하며, 차광부(A3)와의 상대적인 입사광의 위상을 최대 160° ~ 200°까지 조절할 수 있는 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이때, 위상반전 저투광막 패턴(120)의 광 투과율이 2% 미만이거나 20%를 초과할 경우, 혹은 입사광의 위상 변화가 160° 미만이거나 200°를 초과할 경우 인센서티(intensity) 균일도를 얻을 수 없다.
이로써, 위상반전 저투광부(A2)는 투광부(A1)와 차광부(A3)의 경계부에서 광의 회절 현상을 방지하여 해상력을 증가시킴으로써 미세 패턴의 형성을 가능하게 한다. 따라서, 본 발명의 위상반전 마스크(100A)에 의하면 300nm ~ 500nm 파장대 의 복합파장을 사용하는 노광 장비의 한계 해상력인 2.5㎛ 이하의 미세 패턴의 형성을 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 위상반전 마스크(100A)는 위상반전 저투광막 패턴(120)보다 높은 식각비를 갖는 반투광막 패턴(130)의 형성을 통해 1차 노광 및 습식 식각을 이용하여 저렴한 비용으로 평판 디스플레이의 제조에 사용되는 6인치 이상의 대형 마스크로 제작될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평판 디스플레이 소자용 위상반전 마스크의 평면도로서, TFT-LCD 또는 AMOLED 등의 콘택홀(contact hole)을 형성하기 위한 위상반전 마스크의 평면도이고, 도 4는 도 3을 선 A-A'로 절취한 단면도이다.
여기서, 참조번호 A1은 투광부를, A2는 위상반전 저투광부를, 그리고 A3은 차광부를 각각 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전 마스크(100B)는 투광부(A1), 위상반전 저투광부(A2) 및 차광부(A3)를 포함한다.
우선 전체적인 형상을 살펴보면, 입사광을 투과시키는 투광부(A1)가 형성되고, 투광부(A1)를 둘러싸서 평판 디스플레이 소자의 콘택홀이 형성될 영역을 노출하는 차광부(A3)가 형성되고, 투광부(A1)와 차광부(A3) 사이에 입사광의 투과율을 조절하면서 위상을 조절하는 위상반전 저투광부(A2)가 개재된다.
여기서, 투광부(A1)가 콘택홀이 형성될 영역일 수 있는 홀 타입인 점과 위상반전 저투광부(A2)와 차광부(A3)가 투광부(A1)를 둘러싸도록 형성되는 점을 제외하고는 나머지 구성은 도 1 및 도 2를 참조하여 전술한 바와 동일할 수 있으므로 중복된 설명은 생략한다.
이때에도, 반투광막 패턴(130)은 그 아래의 위상반전 저투광막 패턴(120)보다 상대적으로 높은 식각비(etch rate)(또는 식각 선택비(Etch Selectivity))를 갖는 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 반투광막 패턴(130)은 위상반전 저투광막 패턴(120)과 이종 또는 성분의 비율이 상이한 동종의 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전 마스크(100B)는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상반전 마스크(100A)와 동일한 이유로 해상력 향상이 가능하여 300nm ~ 500nm 파장대의 복합파장을 사용하는 노광 장비의 한계 해상력인 2.5㎛ 이하의 미세 패턴의 형성을 가능하게 한다. 또한, 1차 노광 및 습식 식각을 이용하여 저렴한 6인치 이상의 대형 마스크로 제작되어 평판 디스플레이의 제조에 사용될 수 있다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 평판 디스플레이 소자용 그레이 톤 마스크(gray ton mask)의 평면도로서, TFT-LCD 또는 AMOLED 등의 콘택홀을 형성하기 위한 그레이 톤 마스크의 평면도이고, 도 6은 도 5를 선 A-A'로 절취한 단면도이다.
여기서, 참조번호 A11은 투광부를, A22는 저투광부를, 그리고 A33는 투과율 조절부를 각각 나타낸다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이 톤 마스크(gray ton mask)(100C)는 투광부(A11), 저투광부(A22) 및 투과율 조절부(A33)를 포함한다.
우선 전체적인 형상을 살펴보면, 입사광을 투과시키는 투광부(A11)가 형성되고, 투광부(A11)를 둘러싸서 평판 디스플레이 소자의 콘택홀이 형성될 영역을 노출하며, 입사광의 일부를 투과시키는 저투광부(A22)가 형성되고, 투광부(A11)와 저투광부(A22) 사이에 입사광의 투과율을 조절하는 투과율 조절부(A33)가 개재된다.
투광부(A11)는 입사광을 완전히 투과시키는 영역이며, 투명기판(110)으로 형성될 수 있다. 이때, 투명기판(110)은 노광에 사용되는 일정 파장대의 광, 일례로 평판 디스플레이의 경우 I-라인부터 G-라인까지 영역의 대략 300nm ~ 500nm범위의 복합파장의 광을 투과시키는 석영(quartz) 또는 유리(glass) 기판일 수 있다.
저투광부(A22)는 투광부(A11)를 둘러싸서 평판 디스플레이 소자의 콘택홀이 형성될 영역을 노출한다. 저투광부(A22)는 투명기판(110) 및 투명기판(110) 상에 차례로 적층된 투과율 조절막 패턴(140)과 저투광막 패턴(150)을 구비한다. 이때, 저투광막 패턴(150)은 투과율 조절부(A33)를 제외한 투과율 조절막 패턴(140) 상에 형성되어 투광부(A11)에 인접한 투과율 조절막 패턴(140)의 일측 가장자리 표면을 노출시킨다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 투과율 조절막 패턴(140)과 저투광막 패턴(150)의 중첩 영역이 평판디스플레이용 노광기를 통해 노광 공정을 진행하였을 때, 평판 디스플레이 소자의 콘택홀이 형성될 영역을 노출하며, 입사광을 완전히 차단하지 않고 입사광의 일부를 투과시키는 저투광부(A22)로 형성된다.
이러한 저투광부(A22)는 입사광의 파장이 300nm ~ 500nm일 때, 광 투과율이 1％ ~ 8％ 범위가 되도록 한다. 이때, 저투광부(A22)의 광 투과율이 1% 미만일 경우, 콘택홀 패턴 형성시 노광량 절감에 따른 생산성 향상을 도모하기 어렵고, 반면에 저투광부(A22)의 광 투과율이 8%를 초과하는 경우, 구현하고자 하는 패턴을 형성하기 어려울 수 있다.
기존 투광부, 반투광부 및 차광부로 구성되는 그레이 톤 마스크의 경우, 차광부가 300nm ~ 500nm의 입사광을 완전히 차단하는 특성을 갖기 때문에 미세 패턴을 형성하기 위해 노광량을 많이 사용함에 따라 생산성을 저하시키는 문제점이 있었다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이 톤 마스크(100C)는 투광부(A11), 저투광부(A22) 및 투과율 조절부(A33)로 구성되며, 입사광을 완전히 차단하는 차광부를 형성하지 않고, 입사광의 파장이 300nm ∼ 500nm 때 광 투과율 1 ~ 8%인, 즉 입사광의 일부를 투과시키는 저투광부(A22)를 포함한다.
이에 따라, 평판디스플레이 소자의 콘택홀을 형성하기 위한 노광량을 기존에 비해 상대적으로 낮게 사용할 수 있어서, 생산성 향상을 도모하면서 미세 콘택홀을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저투광부(A22)의 저투광막 패턴(150)은, 습식 식각(Wet Etch) 공정을 이용하여 저투광막 패턴(150)의 측벽을 식각하는 과정에서 하부의 투과율 조절막 패턴(140)에 손상을 주지 않도록, 투과율 조절막 패턴(140)보다 상대적으로 높은 식각비(etch rate)(또는 식각 선택비(Etch Selectivity))를 갖는 물질로 형성될 수 있다.
저투광막 패턴(150)은 투과율 조절막 패턴(140)보다 저투광막 패턴(150)의 습식 식각에 대한 식각 선택비가 충분하도록 그 둘 간의 성분의 비율을 충분히 달리한 동종의 물질로 형성될 수 있다. 이와는 달리, 저투광막 패턴(150)은 투과율 조절막 패턴(140)보다 상대적으로 높은 식각비를 갖는 이종의 물질로 형성될 수도 있다.
저투광막 패턴(150)은, 일례로, 크롬(Cr) 화합물이거나, 몰리브덴실리콘(MoSi) 계열의 화합물이거나, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 선택된 2종 이상의 화합물로 형성될 수 있다.
투과율 조절막 패턴(140)은, 일례로, 크롬(Cr) 화합물이거나, 몰리브덴실리콘(MoSi) 계열의 화합물이거나, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 선택된 2종 이상의 화합물로 형성될 수 있다.
투과율 조절부(A33)는 투광부(A11)와 저투광부(A22)의 경계부에 형성되어 입사광 중 광의 일부를 투과시키며, 투명기판(110) 및 투명기판(110) 상에 형성되는 투과율 조절막 패턴(140)을 구비한다.
투과율 조절부(A33)의 투과율은 노광 장비의 특정 조건에서 디스플레이 평판에서의 해상력에 영향을 줄 수 있다. 이에 따라, 투과율 조절부(A33)는 노광 과정에서 300nm~ 500nm 범위의 복합파장의 입사광이 조사될 때, 입사광의 광 투과율을 30％ ~ 80％ 범위 내에서 조절하는 것이 바람직하다. 적절한 투과율을 선택하지 못하였을 경우, 2.5㎛ 이하의 패턴을 디스플레이 평판에 모두 구현하지 못할 수 있다. 이때, 투과율 조절부(A33)의 광 투과율이 30% 미만일 경우, 테이퍼(taper) 혹은 포토레지스트 테일(tail)이 발생하여 본 발명의 효과를 얻을 수 없고, 반면에 광투과율이 80%를 초과하는 경우, 투과율 조절부(A33)의 프로파일(Profile)이 테이퍼 혹은 포토레지스트 테일의 형태와 유사한 결과를 초래하므로, 역시 본 발명의 효과를 얻기 어려울 수 있다.
또한, 투과율 조절부(A33)의 선폭 역시 노광 장비의 특정 조건에서 디스플레이 평판에서의 해상력에 큰 영향을 줄 수 있다. 따라서, 투과율 조절부(A33)의 선폭은 0.1㎛ 내지 1.0㎛ 범위 내에서 적절하게 형성되는 것이 바람직하다.
투과율 조절부(A33)의 선폭이 적절하지 못한 경우, 2.5㎛ 이하의 미세 패턴을 모두 구현하지 못할 수 있다. 투과율 조절부(A33)의 선폭이 1.0㎛ 미만일 경우, 투광부와 차광부로만 이루어진 기존의 마스크와 마찬가지로, 테이퍼(taper) 혹은 포토레지스트 테일(tail)이 발생하므로, 본 발명의 효과를 얻기 어렵다. 반면, 투과율 조절부(A33)의 선폭이 1.0㎛를 초과하는 할 경우, 디스플레이 평판에서의 현상 공정에서 패턴의 프로파일이 심하게 왜곡되고, 원하는 패턴 선폭보다 커질 가능성이 크다.
이처럼, 투과율 조절부(A33)는 선폭과 투과율에 따라 투광부(A11)와 차광부(A22)의 경계부에서 광의 회절 현상을 방지하여 해상력을 증가시킴으로써 미세 패턴의 형성을 가능하게 한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이 톤 마스크(100C)에 의하면 복합파장을 사용하는 노광 장비의 한계 해상력인 2.5㎛ 이하의 미세 패턴의 형성을 가능하게 한다. 또한, 1차 노광 및 습식 식각을 이용하여 저렴한 6인치 이상의 대형 마스크로 제작되어 평판 디스플레이의 제조에 사용될 수 있다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 평판 디스플레이 소자용 위상반전 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정단면도들로서, 도 1 및 도 2에 도시된 위상반전 마스크의 제조 과정을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 투명기판(110) 상에 위상반전 저투광막(120a)과 반투광막(130a)을 차례로 형성한다.
투명기판(110)은 300nm ~ 500nm범위의 복합파장의 입사광을 완전히 투과시킬 수 있는 석영(quartz) 또는 유리(glass) 기판일 수 있다.
위상반전 저투광막(120a)은 300nm ~ 500nm범위 내 입사광의 일부만 투과시키면서 위상을 조절할 수 있는 물질로 형성한다. 일례로, 위상반전 저투광막(120a)은 크롬(Cr), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 하나를 포함하는 화합물이거나, 텅스텐(W) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 어느 한 물질 또는 그 화합물로 형성할 수 있다.
위상반전 저투광막(120a)은 입사광의 파장이 300nm ~ 500nm일 때 광 투과율이 2％ ~ 20％ 범위가 되도록 하며, 입사광의 위상을 최대 160°~ 200°까지 조절할 수 있는 두께로 형성한다.
반투광막(130a)은 위상반전 저투광막(120a)보다 상대적으로 식각비(etch rate)가 높은 물질로 형성한다. 즉, 반투광막(130a)은 위상반전 저투광막(120a)에 비해 이후의 반투광막(130a)의 선택적 측벽 식각 공정에서 상대적으로 식각률이 높아서, 반투광막(130a)의 식각 공정에서 그 아래의 위상반전 저투광막(120a)이 식각선택비를 갖는 물질로 형성할 수 있다.
반투광막(130a)은 위상반전 저투광막(120a)과 이종 또는 성분의 비율이 상이한 동종의 물질로 형성될 수 있으며, 일례로, 크롬(Cr), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 하나를 포함하는 화합물이거나, 텅스텐(W) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 어느 한 물질 또는 그 화합물로 형성될 수 있다.
위상반전 저투광막(120a)이나 반투광막(130a)은 스퍼터링(sputtering) 등의 물리기상증착(physical vapor deposition; PVD) 방법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
이어서, 반투광막(130a) 상에 포토레지스트막(160a)을 형성한다. 포토레지스트막(160a)은 포토레지스트 물질을 통상의 스핀코팅(spin coating)으로 도포하여 형성할 수 있다.
이로써, 투명기판(110) 상에 차례로 위상반전 저투광막(120a), 반투광막(130a) 및 포토레지스트막(160a)이 적층된 블랭크 마스크(미도시)가 형성된다.
도 8을 참조하면, 포토레지스트막(도 7의 160a)을 기설계된 레티클(미도시)을 이용하여 노광 및 현상하여 도 1에 도시된 투광부(A1)를 정의하는 포토레지스트 패턴(160)을 형성한다.
이때, 포토레지스트 패턴(160)은 최종 위상반전 저투광막 패턴(120)과 동일한 선폭을 갖도록 형성되며, 포토레지스트 패턴(160) 사이의 포토레지스트막(도 7의 160a)이 제거된 영역은 개구부(165)로 형성된다. 즉, 개구부(165)는 도 1에 도시된 투광부(A1)와 동일한 선폭을 갖는다.
도 9를 참조하면, 포토레지스트 패턴(160)을 마스크로 개구부(165) 사이로 노출된 반투광막(도 8의 130a)과 그 아래의 위상반전 저투광막(도 8의 120a)을 차례로 식각하여 개구부(165)에 대응되는 투명기판(110)을 노출시킨다. 식각 공정은 습식 식각(wet etch) 공정으로 실시될 수 있다. 이로써, 포토레지스트 패턴(160)과 동일한 선폭을 갖는 위상반전 저투광막 패턴(120) 및 반투광막 패턴(130)이 형성된다.
도 10을 참조하면, 포토레지스트 패턴(160)을 마스크로 반투광막 패턴(130)의 양측벽, 즉 일측벽 및 타측벽의 일부를 선택적으로 식각하여 차광부(A3)를 한정하는 반투광막 패턴(130)을 형성한다.
이때, 식각 공정은 습식 식각(wet etch) 공정을 이용하여 실시할 수 있으며, 일례로, 습식 식각 공정은 위상반전 저투광막 패턴(120)보다 반투광막 패턴(130)에 대해 식각 선택비가 큰 식각액을 사용하여 실시할 수 있다.
예를 들면, 반투광막 패턴(130)을 알루미늄(Al)으로 형성한 경우에는 80H3PO4: 5HAc: 5HNO3: 10H2O으로 된 알루미늄 에천트를, 반투광막 패턴(130)을 텅스텐(W)으로 형성한 경우에는 30H2O2: 70H2O로 된 텅스텐 에천트를, 반투광막 패턴(130)을 티타늄(Ti)으로 형성한 경우에는 20H2O: 1H2O2: 1HF로 된 티타늄 에천트를, 그리고 반투광막 패턴(130)을 금(Au)으로 형성한 경우에는 5I2: 10KI: 85H2O로 된 금 에천트를 사용할 수 있다. 습식 식각 공정시의 에천트는 이에 특별히 한정되지 않으며, 반투광막 패턴(130)과 위상반전 저투광막 패턴(120)의 식각률을 고려하여 공지된 에천트 중에서 적절히 선택될 수 있다.
반투광막 패턴(130)이 위상반전 저투광막 패턴(120)보다 높은 식각비를 갖을 경우, 반투광막 패턴(130)의 측벽 식각 과정에서 식각용액을 사용하여 습식 식각을 실시하는 동안 하부의 위상반전 저투광막 패턴(120)은 높은 식각선택비를 얻을 수 있으므로, 위상반전 저투광막 패턴(120)에 손상을 주지 않고 반투광막 패턴(130)의 측벽의 일부만 선택적으로 식각하여 패터닝할 수 있게 된다.
이로써, 반투광막 패턴(130)의 양측벽의 일부가 선택적으로 식각되어 위상반전 저투광막 패턴(120)의 일단 및 타단의 상부 표면이 노출된다.
도 11을 참조하면, 포토레지스트 패턴(도 10의 160)을 제거하여 본 발명의 일 실시예에 따른 위상반전 마스크(100A)를 완성한다.
포토레지스트 패턴(도 10의 160)은, 일례로, 대략 250℃~300℃ 고온의 인산(H3PO4) 용액을 이용하여 제거할 수 있다.
이때, 투명기판(110)이 노출된 영역이 투광부(A1)로 형성되고, 투명 기판(110) 상에 반투광막 패턴(130)과 그 아래의 위상반전 저투광막 패턴(120)이 중첩된 영역이 차광부(A3)로 형성되고, 투명 기판(110) 상에 위상반전 저투광막 패턴(120)만 잔존하는 영역이 위상반전 저투광부(A2)로 형성된다.
이렇듯, 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크(100A) 제조 방법은 위상반전 저투광막 패턴(120)보다 높은 식각비를 갖는 반투광막 패턴(130)을 이용함으로써, 기존의 2회 노광을 거쳐 제조되는 포토 마스크와 달리, 2차 노광을 거치지 않고 1차 노광만으로 제조된다. 이는 마스크 노광기가 갖고 있는 오버레이 쉬프트 에러(Overlay Shift Error)를 원초적으로 제거하여 넓은 면적에 대한 미세 패턴의 선폭에 대한 산포를 최소화할 수 있다. 결과적으로, 복합파장대의 노광 장비를 사용하는 평판 디스플레이에서 2.5㎛ 이하의 미세 패턴을 균일하고, 용이하게 형성할 수 있도록 하여 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 1차 노광만을 거치기 때문에 기존 2차 노광에 대한 오버레이 쉬프트 오차(Overlay Shift Error)를 원천적으로 제거하면서 기존에 비해 제조 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있고, 마스크 수 절감 및 제조 비용 절감을 통해 제조 원가를 절감할 수 있다.
도 12 내지 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평판 디스플레이 소자용 위상반전 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정단면도들로서, 도 3 및 도 4에 도시된 위상반전 마스크의 제조 과정을 나타낸다.
도 12를 참조하면, 투명기판(110) 상에 위상반전 저투광막(120a), 반투광막(130a) 및 포토레지스트막(160a)을 차례로 형성한다. 투명기판(110), 위상반전 저투광막(120a), 반투광막(130a) 및 포토레지스트막(160a) 형성 물질 및 형성 방법은 도 7을 참조하여 전술한 바와 동일할 수 있으므로 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 13을 참조하면, 포토레지스트막(도 12의 160a)을 기설계된 레티클(미도시)을 이용하여 노광 및 현상하여 도 3에 도시된 콘택홀이 형성될 영역의 투광부(A1)를 정의하는 포토레지스트 패턴(160)을 형성한다.
이때, 포토레지스트 패턴(160)은 최종 위상반전 저투광막 패턴(120)과 동일한 선폭을 갖도록 형성되며, 포토레지스트 패턴(160) 사이의 포토레지스트막(도 12의 160a)이 제거된 영역은 개구부(165)로 형성된다. 이러한 개구부(165)는 도 3에 도시된 투광부(A1)와 동일한 선폭을 갖는다.
도 14를 참조하면, 포토레지스트 패턴(160)을 마스크로 개구부(165) 사이로 노출된 반투광막(도 13의 130a)과 그 아래의 위상반전 저투광막(도 13의 120a)을 차례로 식각하여 개구부(165)에 대응되는 투명기판(110)을 노출시킨다. 식각 공정은 습식 식각(wet etch) 공정으로 실시될 수 있다. 이로써, 포토레지스트 패턴(160)과 동일한 선폭을 갖는 위상반전 저투광막 패턴(120) 및 반투광막 패턴(130)이 형성된다.
도 15을 참조하면, 포토레지스트 패턴(160)을 마스크로, 도 3에 도시된 위상반전 저투광부(A2)가 형성될 영역에 대응되는 반투광막 패턴(130)의 일측벽을 선택적으로 식각하여 차광부(A3)를 한정하는 반투광막 패턴(130)을 형성한다.
이때, 식각 공정은 습식 식각(wet etch) 공정을 이용하여 실시할 수 있으며, 일례로, 습식 식각 공정은 위상반전 저투광막 패턴(120)보다 반투광막 패턴(130)에 대해 식각 선택비가 큰 식각액을 사용하여 실시할 수 있다.
식각 공정시 위상반전 저투광부(A2)가 형성될 영역에 대응되는 반투광막 패턴(130)의 일측벽을 선택적으로 식각하는 점을 제외하고 식각액을 이용한 나머지 식각 방법은 도 10을 참조하여 전술한 바와 동일할 수 있으므로 중복된 설명은 생략한다.
도 10에서와 마찬가지로, 이때에도 반투광막 패턴(130)이 위상반전 저투광막 패턴(120)보다 높은 식각비를 갖는 물질로 형성됨으로써, 식각용액을 사용한 습식 식각으로 반투광막 패턴(130)의 일측벽을 식각하는 동안 위상반전 저투광막 패턴(120)의 손상 없이 반투광막 패턴(130)을 선택적으로 식각하여 패터닝할 수 있다.
이로써, 투광부(A1)측 반투광막 패턴(130)의 일측벽, 내측벽의 일부가 선택적으로 식각되어 투광부(A1)측 위상반전 저투광막 패턴(120)의 일단의 상부 표면이 노출된다.
도 16을 참조하면, 포토레지스트 패턴(도 15의 160)을 제거하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전 마스크(100B)를 완성한다.
포토레지스트 패턴(도 15의 160)은 일례로, 대략 250℃~300℃ 고온의 인산(H3PO4) 용액을 이용하여 제거할 수 있다.
이때, 투명기판(110)이 노출된 콘택홀 영역이 투광부(A1)로 형성되고, 투광부(A1)를 둘러싸도록 투명 기판(110) 상에 반투광막 패턴(130)과 그 아래의 위상반전 저투광막 패턴(120)이 중첩된 영역이 차광부(A3)로 형성되고, 차광부(A3)에 대응되는 형상으로 투광부(A1)와 차광부(A3) 사이에 개재되어 투명기판(110) 상에 위상반전 저투광막 패턴(120)만 잔존하는 영역이 위상반전 저투광부(A2)로 형성된다.
이때에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크(100A) 제조 방법에서와 동일한 이유로 복합 파장대의 노광 장비를 사용하는 평판 디스플레이의 소자에서 한계 해상력 이하의 2.5㎛ 이하의 미세 콘택홀을 균일하고, 용이하게 형성할 수 있으므로 제조 수율을 향상시킬 수 있고, 1차 노광에 따른 생산성 향상 및 원가 절감의 효과를 얻을 수 있다.
도 17 내지 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 평판 디스플레이 소자용 그레이 톤 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정단면도들로서, 도 5 및 도 6에 도시된 그레이 톤 마스크의 제조 과정을 나타낸다.
도 17을 참조하면, 투명기판(110) 상에 투과율 조절막(140a), 저투광막(150a) 및 포토레지스트막(160a)을 차례로 형성한다.
투명기판(110)은 300nm ~ 500nm범위의 복합 파장의 입사광을 완전히 투과시킬 수 있는 석영(quartz) 또는 유리(glass) 기판일 수 있다.
투과율 조절막(140a) 및 저투광막(150a)의 적층막은, 평판디스플레이 소자의 콘택홀을 형성하기 위한 노광량을 낮추기 위하여, 입사광을 완전히 차단하는 것이 아니라 입사광의 파장이 300nm ~ 500nm일 때, 광 투과율이 1％ ~ 8％ 범위가 되도록 그 두께를 형성할 수 있다.
저투광막(150a)은 투과율 조절막(140a)보다 상대적으로 식각비(etch rate)가 높은 물질(또는 식각률이 높은 물질, 식각선택비를 갖는 물질)로 형성하되, 투과율 조절막(140a)과 이종 또는 성분의 비율이 상이한 동종의 물질로 형성할 수 있다.
투과율 조절막(140a)은 300nm ~ 500nm범위 내 입사광의 일부만 투과시킬 수 있는 물질로 형성한다. 투과율 조절막(140a)은 일례로, 크롬(Cr) 화합물이거나, 몰리브덴실리콘(MoSi) 계열의 화합물이거나, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 선택된 2종 이상의 화합물로 형성할 수 있다.
투과율 조절막(140a)은, 노광 장비의 특정 조건에서 디스플레이 평판에서의 해상력에 영향을 끼치는 것을 고려하여, 노광 과정에서 300nm ~ 500nm 범위의 복합파장의 입사광이 조사될 때, 입사광의 광 투과율을 30％ ~ 80％ 범위 내에서 조절하는 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
저투광막(150a)은, 일례로, 크롬(Cr) 화합물이거나, 몰리브덴실리콘(MoSi) 계열의 화합물이거나, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 선택된 2종 이상의 화합물로 형성할 수 있다.
투과율 조절막(140a)이나 저투광막(150a)은 스퍼터링 등의 물리기상증착(PVD) 방법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
이어서, 저투광막(150a) 상에 포토레지스트막(160a)을 형성한다. 포토레지스트막(160a)은 포토레지스트 물질을 통상의 스핀코팅으로 도포하여 형성할 수 있다.
이로써, 투명기판(110) 상에 차례로 투과율 조절막(140a), 저투광막(150a) 및 포토레지스트막(160a)이 적층된 블랭크 마스크(미도시)가 형성된다.
도 18을 참조하면, 포토레지스트막(도 17의 160a)을 기설계된 레티클(미도시)을 이용하여 노광 및 현상하여 도 5에 도시된 콘택홀이 형성될 영역의 투광부(A11)를 정의하는 포토레지스트 패턴(160)을 형성한다.
이때, 포토레지스트 패턴(160)은 최종 투과율 조절막 패턴(140)과 동일한 선폭을 갖도록 형성되며, 포토레지스트 패턴(160) 사이의 포토레지스트막(도 17의 160a)이 제거된 영역은 개구부(165)로 형성된다. 이러한 개구부(165)는 도 5에 도시된 투광부(A11)와 동일한 선폭을 갖는다.
도 19를 참조하면, 포토레지스트 패턴(160)을 마스크로 노출된 개구부(165) 사이로 노출된 저투광막(도 18의 150a)과 그 아래의 투과율 조절막(도 18의 140a)을 차례로 식각하여 개구부(165)에 대응되는 투명기판(110)을 노출시킨다. 식각 공정은 습식 식각(wet etch) 공정으로 실시될 수 있다. 이로써, 포토레지스트 패턴(160)과 동일한 선폭을 갖는 투과율 조절막 패턴(140) 및 저투광막 패턴(150)이 형성된다.
도 20을 참조하면, 포토레지스트 패턴(160)을 마스크로, 도 5에 도시된 투과율 조절부(A33)가 형성될 영역에 대응되는 저투광막 패턴(150)의 일측벽을 선택적으로 식각하여 차광부(A22)를 한정하는 저투광막 패턴(150)을 형성한다.
이때, 식각 공정은 습식 식각(wet etch) 공정을 이용하여 실시할 수 있으며, 일례로, 습식 식각 공정은 투과율 조절막 패턴(140)보다 저투광막 패턴(150)에 대해 식각 선택비가 큰 식각액을 사용하여 실시할 수 있다.
저투광막 패턴(150)을 식각하기 위한 에천트로는, 예를 들면 저투광막 패턴(150)을 크롬(Cr) 화합물로 형성한 경우 9(NH4)2Ce(NO3)6: 6HClo4+H2O로 된 크롬 에천트를, 저투광막 패턴(150)을 텅스텐(W)으로 형성한 경우 30H2O2: 70H2O로 된 텅스텐 에천트를, 그리고 저투광막 패턴(150)을 알루미늄(Al)으로 형성한 경우에는 80H3PO4: 5HNO3: 5HAc: 10H2O로 된 알루미늄 에천트를 사용할 수 있다. 습식 식각 공정시의 에천트는 이에 특별히 한정되지 않으며, 저투광막 패턴(150)과 투과율 조절막 패턴(140)의 식각률을 고려하여 공지된 에천트 중에서 적절히 선택될 수 있다.
한편, 저투광막 패턴(150)의 선폭이 노광 장비의 해상력에 영향을 미쳐 2.5㎛ 이하의 미세 패턴을 평판 디스플레이에 구현할 수 있도록 하는 것을 고려하여, 저투광막 패턴(150)의 측벽 식각 공정은 저투광막 패턴(150)의 선폭이 0.1㎛ 내지 1.0㎛ 범위가 될 수 있도록 실시하는 것이 바람직하다.
도 10에서와 마찬가지로, 이때에도 식각용액을 사용한 습식 식각으로 저투광막 패턴(150)의 일측벽을 식각하는 동안 투과율 조절막 패턴(140)의 손상 없이 저투광막 패턴(150)을 선택적으로 식각하여 패터닝할 수 있다.
이로써, 투광부(A11)측 저투광막 패턴(150)의 일측벽, 내측벽의 일부가 선택적으로 식각되어 투광부(A11)측 투과율 조절막 패턴(140)의 일단의 상부 표면이 노출된다.
도 21을 참조하면, 포토레지스트 패턴(도 20의 160)을 제거하여 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이 톤 마스크(100C)를 완성한다.
포토레지스트 패턴(도 20의 160)은 일례로, 대략 250℃~300℃ 고온의 인산(H3PO4) 용액을 이용하여 제거할 수 있다.
이때, 투명기판(110)이 노출된 콘택홀 영역이 투광부(A11)로 형성되고, 투광부(A11)를 둘러싸도록 투명기판(110) 상에 저투광막 패턴(150)과 그 아래의 투과율 조절막 패턴(140)이 중첩된 영역이 차광부(A22)로 형성되고, 차광부(A22)에 대응되는 형상으로 투광부(A11)와 차광부(A22) 사이에 개재되어 투명기판(110) 상에 투과율 조절막 패턴(140)만 잔존하는 영역이 투과율 조절부(A33)로 형성된다.
이때에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 마스크(100A) 제조 방법에서와 동일한 이유로 복합 파장대의 노광 장비를 사용하는 평판 디스플레이의 소자에서 한계 해상력 이하의 2.5㎛ 이하의 미세 콘택홀을 균일하고, 용이하게 형성할 수 있으므로 제조 수율을 향상시킬 수 있고, 1차 노광에 따른 생산성 향상 및 원가 절감의 효과를 얻을 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.

Claims (13)

  1. 투광부;
    상기 투광부를 둘러싸서 평판 디스플레이 소자의 콘택홀(contact hole)이 형성될 영역을 노출하며, 투과율 조절막 패턴 및 상기 투과율 조절막 패턴 상에 형성되며 상기 투과율 조절막 패턴보다 상대적으로 식각비(etch rate)가 높은 저투광막 패턴을 구비하여, 입사광의 일부를 투과시키는 저투광부; 및
    상기 투광부와 상기 저투광부 사이에 개재되는 투과율 조절부;를 포함하며,
    상기 투과율 조절부는 0.1㎛ ~ 1.0㎛ 범위의 선폭을 갖는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저투광부는
    입사광의 파장이 300nm ~ 500nm일 때, 광 투과율이 1％ ~ 8％ 범위인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투과율 조절부는
    입사광의 파장이 300nm ~ 500nm일 때, 광 투과율이 30％ ~ 80％ 범위인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저투광막 패턴은
    상기 투과율 조절막 패턴과 이종 또는 성분의 비율이 상이한 동종의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 저투광막 패턴은 크롬(Cr) 화합물이거나, 몰리브덴실리콘(MoSi) 계열의 화합물이거나, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 선택된 2종 이상의 화합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 투과율 조절막 패턴은
    크롬(Cr) 화합물이거나 몰리브덴실리콘(MoSi) 계열의 화합물이거나, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 또는 탄탈륨(Ta) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 선택된 2종 이상의 화합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
  8. 투명기판 상에 차례로 투과율 조절막 및 상기 투과율 조절막보다 상대적으로 식각비(etch rate)가 높은 저투광막을 형성하는 단계;
    상기 저투광막 상에, 평판 디스플레이 소자의 콘택홀(contact hole)이 형성될 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 포토레지스트 패턴 사이로 노출된 상기 저투광막과 그 아래의 상기 투과율 조절막을 1차 식각하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 1차 식각된 저투광막 패턴의 내측벽의 일부를 2차 식각하는 단계; 및
    상기 2차 식각 후 잔류된 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 1차 및 2차 식각은
    습식 식각(Wet Etch)을 이용하여 실시되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 투과율 조절막 및 상기 저투광막의 적층막은
    입사광의 파장이 300nm ~ 500nm일 때, 광 투과율이 1％ ~ 8％ 범위가 되는 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 투과율 조절막은
    입사광의 파장이 300nm ~ 500nm일 때, 광 투과율이 30％ ~ 80％ 범위인 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 2차 식각은
    상기 투과율 조절막의 폭이 0.1㎛ ~ 1.0㎛ 범위가 되도록 실시되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 제조 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 저투광막은
    상기 투과율 조절막과 이종 또는 성분의 비율이 상이한 동종의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 제조 방법.
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