KR102002958B1 - 패터닝 마스크 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 패터닝 마스크는, 박막의 패터닝을 위한 패터닝 마스크로서, 투명 또는 반투명하며, 피치가 4.6 μm 내지 10.8 μm인 홈을 가진다.

Description

패터닝 마스크 {PATTERNING MASK}
본 발명은 패터닝 마스크 및 이를 이용한 박막 패턴의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치나 평판 표시 장치 등은 박막 공정을 사용하며, 장치의 소형화에 따라 박막의 선폭도 날이 갈수록 줄어들고 있다. 작은 선폭의 박막을 형성하기 위해서는 노광 장치의 광원이나 노광 렌즈 등을 변경하여야 하나 이는 높은 비용을 필요로 한다.
얇은 선폭의 박막을 제조할 수 있는 패터닝 마스크를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 패터닝 마스크는, 박막의 패터닝을 위한 패터닝 마스크로서, 실질적으로 투명 또는 반투명하며, 피치가 4.6 μm 내지 10.8 μm인 홈을 가진다.
상기 홈의 피치는 4.6 μm 내지 8.8 μm, 또는 5.1 μm 내지 10.8 μm일 수 있다.
상기 홈의 깊이는 260 nm 내지 680 nm일 수 있다.
상기 패터닝 마스크는 굴절률이 1.5일 수 있다.
상기 패터닝 마스크는 석영 또는 유리를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 패터닝 마스크는, 피치가 4.6 μm 내지 10.8 μm인 홈을 가지는 투명 또는 반투명 기판, 그리고 상기 기판 위에 위치하며 피치가 8.8보다 큰 불투명 부재를 포함할 수 있다.
상기 불투명 부재의 피치는 10.8보다 클 수 있다.
상기 홈의 피치는 4.6 μm 내지 8.8 μm, 또는 5.1 μm 내지 10.8 μm일 수 있다.
상기 홈의 깊이는 260 nm 내지 680 nm일 수 있다.
상기 패터닝 마스크는 굴절률이 1.5일 수 있다.
상기 패터닝 마스크는 석영 또는 유리를 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 박막 패턴의 제조 방법은, 박막 위에 감광막을 도포하는 단계, 패터닝 마스크를 통하여 상기 감광막을 노광하는 단계, 상기 노광된 감광막을 현상하는 단계, 상기 현상된 감광막을 마스크로 삼아 상기 박막을 식각하여 박막 부재를 형성하는 단계, 그리고 상기 현상된 감광막을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 패터닝 마스크는 피치가 4.6 μm 내지 10.8 μm인 적어도 하나의 홈을 가진다.
상기 패터닝 마스크는 피치가 10.8 μm보다 큰 불투명 부재를 포함할 수 있다.
상기 홈의 깊이는 260 nm 내지 680 nm일 수 있다.
상기 박막의 너비는 2.3 μm 내지 5.4 μm일 수 있다.
상기 패터닝 마스크는 굴절률이 1.5일 수 있다.
상기 패터닝 마스크는 석영 또는 유리를 포함할 수 있다.
상기 박막의 너비는 2.3 μm 내지 5.4 μm일 수 있다.
얇은 선폭의 박막을 제조할 수 있는 패터닝 마스크를 제공함으로써 제조 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 패터닝 마스크의 개략적인 단면도이다.
도 2, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 패턴 형성 방법을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 패터닝 마스크를 통과한 빛의 세기를 나타낸 그래프이다.
도 7은 비교예에 따른 이진 마스크의 개략적인 단면과 이진 마스크를 통과한 빛의 세기를 나타낸 도면이다.
도 8은 실험예와 비교예에 따른 패터닝 마스크의 이미지 로그 기울기(image log slope)를 도시한 그래프이다.
도 9 및 도 10은 실험예에 따른 박막 부재의 단면 사진이다.
도 11은 실험예와 비교예에 따른 패터닝 마스크의 강도 대비(intensity contrast)를 피치의 함수로 나타낸 그래프이다.
도 12는 실험예와 비교예에 따른 마스크를 통과한 빛의 세기를 나타낸 그래프이다.
도 13은 실험예와 비교예에 따른 마스크를 통과한 빛의 최대 세기를 피치의 함수로 나타낸 그래프이다.
도 14는 실험예에 따른 패터닝 마스크의 이미지 로그 기울기를 홈의 깊이의 함수로 나타낸 그래프이다.
도 15 및 도 16은 실험예에 따른 패터닝 마스크의 이미지 로그 기울기를 여러 식각 깊이에 대하여 피치의 함수로 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 패터닝 마스크의 개략적인 단면도이다.
첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 패터닝 마스크(patterning mask)에 대하여 도 1을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 패터닝 마스크의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 패터닝 마스크(100)는 대략 평판 형태이며 적어도 하나의 홈(110)을 가진다. 마스크(100)는 투명 또는 반투명한 물질, 예를 들면 석영(quartz)이나 유리 따위의 절연물로 만들어질 수 있으며, 굴절률은 약 1.5일 수 있다.
홈(110)의 너비(W1)는 약 2.3 μm 내지 약 5.4 μm일 수 있으며, 홈(110)의 깊이(d)는 약 260 nm 내지 약 680 nm일 수 있다. 도면에서처럼 복수의 홈(110)을 형성하는 경우 홈(100) 사이의 간격은 홈(100)의 너비(W1) 이상일 수 있으며, 피치(P1)는 홈(100)의 중심 사이의 최소 간격으로 정의될 수 있다. 따라서 홈(100)의 피치는 약 4.6 μm 내지 약 10.8 μm일 수 있다. 홈(100)의 피치를 좀더 좁은 범위로 한정하자면 약 5.1 μm 내지 약 10.8 μm, 또는 약 4.6 μm 내지 약 8.8 μm 일 수 있다.
이러한 마스크(100)는 포토리소그래피(photolithography) 등으로 박막 패턴을 형성할 때 사용할 수 있는데 이에 대하여 도 2 내지 도 6을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 패턴 형성 방법을 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 패터닝 마스크를 통과한 빛의 세기를 나타낸 그래프이다.
도 2를 참고하면, 패터닝하고자 하는 박막(210) 위에 감광막(220), 예를 들면, 양의 감광막(220)을 도포한다. 감광막(220) 위에 마스크(100)를 정렬한 다음 마스크(100)를 통하여 빛을 조사한다. 조사하는 빛은 파장이 약 435 nm, 약 405 nm 및 약 365 nm인 복합광일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 3을 참고하면, 마스크(100)를 통과한 빛의 세기는 홈(110)의 경계에 대응하는 지점(x1, x2)에서 가장 낮고 홈(100)의 중앙부에 대응하는 지점(x3)에서 가장 높다. 이는 홈(110)을 통과한 빛과 홈(110)이 아닌 부분을 통과한 빛에 경로 차가 생기고 경로차가 있는 빛들이 서로 간섭하여 나타난 결과이다. 도 3에서 빛의 세기는 입사광을 기준으로 한 상대값이다.
따라서 감광막(220)은 홈(100)의 중앙부에 대응하는 지점(x3)에서 가장 많은 빛을 받고, 홈(110)의 경계에 대응하는 지점(x1, x2)에서 가장 적은 빛을 받는다. 감광막(220)을 현상하면, 도 4에 도시한 바와 같이 홈(110)의 경계에 대응하는 지점(x1, x2)을 중심으로 하는 감광막 부분(222, 224)들이 남는다.
도 5를 참고하면, 남은 감광막 부분(222, 224)을 식각 마스크로 하여 박막(210)을 식각하면, 감광막 부분(222, 224)으로 덮이지 않는 박막(210) 부분들이 제거되고, 감광막 부분(222, 224) 아래의 박막 부분(212, 214)만 남는다.
도 6을 참고하면, 마지막으로 감광막 부분(222, 224)을 제거하면 박막(210)의 패터닝이 완료된다. 이때 남은 박막 부분(212, 214)의 너비(W2)는 마스크(100)의 홈(110) 너비(W1)의 약 절반이 되므로, 마스크(100)의 해상도보다 약 2배가 높은 해상도의 박막 패턴을 얻을 수 있다. 달리 말하면, 마스크(100) 홈(100)의 피치의 약 절반의 피치를 가지는 박막 패턴을 형성할 수 있다.
이와 같은 패터닝 마스크(100)에서 홈(100)의 피치(P1)와 깊이(d)의 적정 값을 구하기 위한 모의실험(simulation)을 수행하였다.
이에 대하여 도 7 내지 도 16을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 7은 비교예에 따른 이진 마스크의 개략적인 단면과 이진 마스크를 통과한 빛의 세기를 나타낸 도면이고, 도 8은 실험예와 비교예에 따른 패터닝 마스크의 이미지 로그 기울기(image log slope)를 도시한 그래프이며, 도 9 및 도 10은 실험예에 따른 박막 부재의 단면 사진이다.
모의실험에서는 먼저, 실험예에 따른 마스크와 비교예에 따른 마스크를 제작하였다. 실험예의 경우 도 3에 도시한 것과 같이 홈(110)이 형성된 마스크(100)를 사용하였고, 비교예의 경우 도 7에 도시한 것과 같이 투명한 기판(310)과 그 위에 형성되어 있는 불투명한 크롬 부재(320)를 포함하는 이진 마스크(binary mask)(300)를 사용하였다. 실험예의 마스크(100)와 비교예의 기판(310)은 굴절률이 약 1.5인 석영을 사용하였다.
도 7을 참고하면, 비교예에 따른 이진 마스크(300)를 통과한 빛의 세기는 크롬 부재(320)의 중앙에 대응하는 곳에서 가장 작고 크롬 부재(320)에서 멀어질수록 커진다. 따라서 이진 마스크(300)를 사용하는 경우에는 크롬 부재(320)의 너비와 실질적으로 동일한 너비를 가지는 박막 부재를 형성할 수 있다.
따라서 이진 마스크(300)의 경우 형성할 박막 부재의 피치와 동일한 피치의 크롬 부재(320)를 형성하여야 하지만, 본 실시예에 따른 마스크(100)의 경우에는 형성할 박막 부재의 약 2배의 피치를 가지는 홈(110)을 형성하면 된다.
본 모의실험에서는 먼저 실험예에 따른 마스크(100)에서는 홈(110)의 피치, 비교예에 따른 마스크(300)에서는 크롬 부재(320)의 피치를 변화시켜 가면서 마스크(100, 300)를 통과한 빛의 특성을 비교 조사하였다.
도 8에는 이미지 로그 기울기를 계산한 결과가 도시되어 있다.
이미지 로그 기울기는 마스크를 통과한 빛의 강도(또는 세기)의 기울기를 강도로 나눈 값으로서, 빛의 강도를 I라 하면
이미지 로그 기울기 = (dI/dx)/I
로 주어진다.
도 9는 이미지 로그 기울기가 약 0.8 이상인 패터닝 마스크를 사용하여 형성한 박막 부재의 단면을 보여주고 있고, 도 10은 이미지 로그 기울기가 약 0.8 미만인 패터닝 마스크를 사용하여 형성한 박막 부재의 단면을 보여주고 있다. 도 9 및 도 10에서 알 수 있듯이 이미지 로그 기울기가 약 0.8 이상인 경우에는 박막 부재의 측면 기울기가 충분히 급하기 때문에 원하는 패턴을 형성할 수 있으나, 그렇지 않은 경우에는 박막 부재의 측면이 완만한 경사를 이루기 때문에 산포가 커져서 원하는 패턴을 형성하기 어렵다.
따라서 본 실시예에서는 마스크를 통과한 빛의 이미지 로그 기울기가 약 0.8 이상이 되도록 한다.
도 8에서 알 수 있는 것처럼, 본 실험예에 따른 마스크(100)의 홈(110)의 피치(P1)가 약 4.6 μm 내지 약 10.8 μm의 범위에서 마스크의 이미지 로그 기울기가 약 0.8 이상이 되며, 이 범위를 벗어나면 이미지 로그 기울기가 약 0.8 미만이 된다. 따라서 홈(110)의 피치(P1)가 약 4.6 μm 내지 약 10.8 μm인 마스크(100)를 사용하면 그 절반인 약 2.3 μm 내지 약 5.4 μm의 피치를 가지는 박막 부재를 양호하게 형성할 수 있다. 그러나 이와 반대로, 형성하고자 하는 박막 부재의 피치가 약 2.3 μm보다 작거나 약 5.4 μm보다 큰 경우에는 실험예에 따른 마스크(100)를 사용하는 것이 적절하지 않을 수 있다.
이진 마스크(300)를 사용하는 비교예의 경우에는 마스크(300)의 크롬 부재(320)의 피치가 약 3.6 μm 이상이면 이미지 로그 기울기가 약 0.8 이상이 되고, 피치가 약 4.4 μm 이상이 되면[실험예의 마스크(100) 기준으로 약 8.8 μm 이상이 되면] 실험예의 마스크(100)보다 이미지 로그 기울기가 커진다. 따라서 박막 부재의 피치가 약 4.4 μm 이상인 경우에는 실험예의 마스크(100) 대신 이진 마스크(300)를 사용할 수 있다.
따라서 실험예의 마스크(100)과 비교예의 마스크(300)를 혼합한 형태를 사용할 수도 있다.
도 11은 실험예와 비교예에 따른 패터닝 마스크의 강도 대비(intensity contrast)를 피치의 함수로 나타낸 그래프이다.
강도 대비(Ic)는 마스크를 통과하는 빛의 최고 세기(intensity)를 Imax라 하고, 최저 세기를 Imin이라 할 때,
Ic = (Imax - Imin) / (Imax + Imin)
로 주어진다.
강도 대비는 이미지 로그 기울기를 보완하는 특성으로서, 이지미 로그 기울기가 약 0.8 이상인 것에 더하여 강도 대비가 약 0.5 이상이면 더욱 양호한 프로파일의 박막 부재를 형성할 수 있다.
도 11에서 알 수 있는 것처럼, 실험예에 따른 마스크(100) 홈(110)의 피치가 약 5.1 μm 이상이면 강도 대비가 약 0.5 이상이 될 수 있다. 이진 마스크(300)의 경우에는 크롬 부재(320)의 피치가 약 3.6 μm 이상이면 강도 대비가 약 0.5 이상이 될 수 있으며, 피치가 약 5.7 μm 이상이면 강도 대비가 실험예의 마스크(100)보다 커질 수 있다.
도 12는 실험예와 비교예에 따른 마스크를 통과한 빛의 세기를 나타낸 그래프이다.
실험예의 마스크(100)는 홈(110)의 피치가 약 8 μm이고, 비교예의 마스크(300)는 크롬 부재(320)의 피치가 약 4 μm이다. 상세하게 설명하자면, 도 12에서 실험예의 마스크(100)는 약 -2 μm의 위치에서 약 2 μm의 위치에 이르는 너비 약 4 μm인 하나의 홈(110)이 형성되어 있는 구조이고, 비교예의 마스크(300)는 약 -3 μm의 위치에서 약 -1 μm의 위치, 그리고 약 1 μm의 위치에서 약 3 μm의 위치에 이르는 너비 약 2 μm인 2개의 크롬 부재(320)가 형성되어 있는 구조이다.
도면에서 알 수 있는 것처럼, 실험예의 마스크(100)가 비교예의 마스크(300)에 비하여 빛의 최대 세기는 2배 이상인 반면, 최저 세기는 매우 낮아 강도 대비 또한 매우 높은 값을 나타낸다.
도 13은 실험예와 비교예에 따른 마스크를 통과한 빛의 최대 세기를 피치의 함수로 나타낸 그래프이다.
도면에서 알 수 있는 것처럼, 실험예의 마스크(100)를 기준으로 피치가 약 3.8 μm 내지 약 15.1 μm일 때, 즉 비교예의 마스크(300)를 기준으로 피치가 약 1.9 μm 내지 약 7.5 μm일 때, 빛의 최대 세기는 실험예의 마스크(100)가 비교예의 마스크(300)에 비하여 크다,
따라서 도 12 및 도 13으로부터 본 실시예에 따른 마스크(100)를 사용하는 경우가 비교예의 마스크(300)를 사용하는 경우보다 빛의 효율이 높다는 것을 알 수 있다.
도 14는 실험예에 따른 패터닝 마스크의 이미지 로그 기울기를 홈의 깊이의 함수로 나타낸 그래프이며, 도 15 및 도 16은 실험예에 따른 패터닝 마스크의 이미지 로그 기울기를 여러 식각 깊이에 대하여 피치의 함수로 나타낸 그래프이다.
도 14는 실험예의 마스크(100)의 홈(110) 피치가 약 8 μm일 때 홈(110)의 깊이를 바꿔 가면서 이미지 로그 기울기를 계산한 결과로서, 표준 깊이(standard depth)일 때가 값이 가장 크고 표준 깊이에서 멀어질수록 이미지 로그 기울기가 점점 줄어든다. 여기에서 표준 깊이(t)는 예를 들면 다음의 수학식에 의하여 결정될 수 있다.
△Φ = 360° × (ni - 1) × t ÷ λ
단, 여기에서 △Φ는 위상 전이 각도, ni는 굴절률, λ는 빛의 파장이다.
도 15 및 도 16을 참고하면, 본 실시예에 따른 마스크(100)의 홈(110)의 깊이(d)가 약 260 nm 내지 약 680 nm일 때 이미지 로그 기울기가 약 0.8 이상이 된다.
도 17을 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 패터닝 마스크에 대하여 상세하게 설명한다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 패터닝 마스크의 개략적인 단면도이다.
도 17을 참고하면, 본 실시예에 따른 패터닝 마스크(400)는 적어도 하나의 홈(420)을 가지고 있는 기판(410)과 그 위에 위치하는 적어도 하나의 불투명 부재(430)를 포함한다.
기판(410)은 투명 또는 반투명한 물질, 예를 들면 석영(quartz)이나 유리 따위의 절연물로 만들어질 수 있으며, 굴절률은 약 1.5일 수 있다. 홈(420)의 피치는 약 4.6 μm 내지 약 10.8 μm, 또는 약 4.6 μm 내지 약 8.8 μm, 또는 약 5.1 μm 내지 약 10.8 μm 일 수 있다. 홈(420)의 깊이(d)는 약 260 nm 내지 약 680 nm일 수 있다.
불투명 부재(430)는 불투명한 물질, 예를 들면 크롬 등을 포함할 수 있으며, 피치는 약 8.8 μm보다 크거나 약 10.8 μm보다 클 수 있다. 예를 들면, 홈(420)의 피치가 약 4.6 μm 내지 약 10.8 μm인 경우에는 불투명 부재(430)의 피치가 약 10.8 μm보다 클 수 있고, 홈(420)의 피치가 약 4.6 μm 내지 약 8.8 μm인 경우에는 불투명 부재(430)의 피치가 약 8.8 μm보다 클 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 패터닝 마스크
110: 홈
210: 박막
212, 214: 박막 부분
220: 감광막
222, 224: 감광막 부분
300: 이진 마스크
310: 기판
320: 불투명 부재
400: 패터닝 마스크
410: 기판
420: 홈
430: 불투명 부재

Claims (19)

  1. 박막의 패터닝을 위한 패터닝 마스크로서,
    투명 또는 반투명하며,
    피치가 4.6 μm 내지 10.8 μm인 홈을 가지고,
    상기 패터닝 마스크를 통과한 빛의 세기는 상기 홈의 경계에 대응하는 지점에서 가장 낮고, 상기 홈의 중앙부에 대응하는 지점에서 가장 높은
    패터닝 마스크.
  2. 제1항에서,
    상기 홈의 피치는 4.6 μm 내지 8.8 μm인 패터닝 마스크.
  3. 제1항에서,
    상기 홈의 피치는 5.1 μm 내지 10.8 μm인 패터닝 마스크.
  4. 제1항에서,
    상기 홈의 깊이는 260 nm 내지 680 nm인 패터닝 마스크.
  5. 제4항에서,
    상기 패터닝 마스크는 굴절률이 1.5인 패터닝 마스크.
  6. 삭제
  7. 피치가 4.6 μm 내지 10.8 μm인 홈을 가지는 투명 또는 반투명 기판, 그리고
    상기 기판 위에 위치하며 피치가 8.8 μm보다 큰 불투명 부재
    를 포함하고,
    상기 패터닝 마스크를 통과한 빛의 세기는 상기 홈의 경계에 대응하는 지점에서 가장 낮고, 상기 홈의 중앙부에 대응하는 지점에서 가장 높은 패터닝 마스크.
  8. 제7항에서,
    상기 불투명 부재의 피치는 10.8 μm보다 큰 패터닝 마스크.
  9. 제7항에서,
    상기 홈의 피치는 4.6 μm 내지 8.8 μm인 패터닝 마스크.
  10. 제7항에서,
    상기 홈의 피치는 5.1 μm 내지 10.8 μm인 패터닝 마스크.
  11. 제7항에서,
    상기 홈의 깊이는 260 nm 내지 680 nm인 패터닝 마스크.
  12. 제11항에서,
    상기 패터닝 마스크는 굴절률이 1.5인 패터닝 마스크.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
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