KR102119104B1 - 단파장 광 필터층을 구비한 고 해상도 패턴 마스크 - Google Patents

단파장 광 필터층을 구비한 고 해상도 패턴 마스크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막 패턴 형성을 위해 포토리소그래피 공정에 사용하는 고 해상도 패턴 마스크에 관한 것이다. 본 발명에 의한 고 해상도 패턴 마스크는, 투명 기판; 상기 투명 기판에 형성된, 구현하고자 하는 패턴 선 폭에 상응하는 폭 값을 갖는 마스크 패턴; 상기 마스크 패턴의 가장자리 경계부 일정 폭에 배치된 보조 패턴; 그리고 상기 투명 기판에 형성된 단파장 광 필터층을 포함한다. 본 발명에 의한 고 해상도 마스크는 단일 파장을 사용할 수 있는 것으로, 복합 파장 광원을 사용하는 노광 시스템에서, 복합 파장을 사용하는 일반 마스크와 함께 사용할 수 있다.

Description

단파장 광 필터층을 구비한 고 해상도 패턴 마스크{High Resolution Patterning Mask Having Single Wavelength Light Filter}
본 발명은 박막 패턴 형성을 위해 포토리소그래피(Photolithography) 공정에 사용하는 고 해상도 패턴 마스크에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 고 해상도를 구현함에 있어서, 단일 파장을 갖는 빛을 이용하기 위한 단파장 광 필터층을 구비한 고 해상도 마스크에 관한 것이다.
최근 고 집적화를 필요로 하는 반도체 소자 및 고 해상도를 필요로 하는 평판 표시장치가 개발됨에 따라, 미세한 선 폭을 갖는 포토 마스크(photo mask)의 개발이 증가하고 있다. 반도체 및 평판 표시장치의 제조에서, 소자의 패턴을 형성하기 위한 방법으로 포토리소그래피 공정을 주로 사용한다. 포토리소그래피 공정은 자외선과 같은 작은 파장의 빛을 포토 마스크를 통해 기판 상에 도포된 포토레지스트(photoresist)의 표면으로 투과시켜 이미지 패턴을 형성하는 기술이다.
일반적으로, 포토 마스크는 빛이 투과하는 투과 영역과 그렇지 못하는 불 투과 영역으로 구성되어, 투과 영역으로만 선택적으로 노광하도록 하여 포토 마스크의 패턴에 대응하는 이미지 패턴을 포토레지스트에 구현한다. 도 1은 이상적인 경우에서, 포토 마스크를 이용하여 포토레지스트에 이미지 패턴을 형성하는 경우를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 포토 마스크는 석영과 같은 투명 기판(Q)에 크롬과 같은 금속물질을 도포하고 패턴하여 형성한 마스크 패턴(M)을 포함한다. 여기서, 마스크 패턴(M)이 불 투과 영역이 되고, 마스크 패턴(M)이 없는 부분이 투과 영역이 된다. 포토레지스트 막(도시하지 않음) 위에 포토 마스크를 배치하고, 노광용 광으로 자외선(L)을 조사한다. 자외선(L)은 마스크 패턴(M)의 불 투과 영역은 통과하지 않지만, 투과 영역을 투과하여 포토레지스트 막에 선택적으로 조사된다.
마스크 패턴(M)을 선택적으로 투과한 빛의 강도를 보면, 투과 영역에서는 최대 값을 갖고 불 투과 영역에서는 최소 값을 갖는다. 그 결과 포토레지스트 막은 마스크 패턴(M)에 대응되는 형상으로 패턴할 수 있다. 포토레지스트 막이 포지티브 형인지 네가티브 형인지에 따라 포토레지스트 막의 패턴은 양각 혹은 음각으로 표현될 수 있다.
도 1은 이론적인 포토리소그래피 공정을 설명하기 위한 도면이다. 이론적으로는 도 1에서와 같이 노광용 빛이 마스크 패턴(M) 형상과 동일한 이미지 패턴을 포토레지스트 막에 형성할 것으로 생각된다. 실제로는 노광용 광에 사용하는 자외선의 파장에 따라서 또한 마스크 패턴(M)의 선 폭에 따라서, 포토레지스트가 형성되는 패턴의 정밀도가 달라진다.
이하, 도 2를 참조하여 미세 패턴을 구현하고자 하는 경우의 포토리소그래피 공정을 설명한다. 도 2는 미세 패턴을 구현하는 실질적인 포토리소그래피 공정을 나타내는 개략도이다.
도 2를 참조하면, 마스크 패턴(M)의 경계부에서의 회절로 인해, 마스크 패턴(M)을 통과한 자외선(L)의 강도(Light Intensity) 분포는 마스크 패턴(M)의 형상보다는 완만한 분포를 갖는다. 그 결과, 포토레지스트 막에 형성되는 패턴은 마스크 패턴(M)에 대응되는 형상을 갖기보다는 노광량 혹은 노광 세기 분포에 대응하는 형상을 갖는다. 즉, 불 투과 영역으로 어느 정도의 패턴이 남아 있어 정확한 L/S(라인-스페이스) 형상을 구현하지 못하는 문제가 발생한다.
고밀도 혹은 고해상도를 구현하기 위한 미세 패턴을 구현하기 위해서는 노광용 빛의 파장이 짧은 것이 바람직하다. 일례로, 0.25μm 이하의 L/S(Line and Space)를 형성하기 위해서는 DUV(Deep Ultra Violet)(248nm 파장) 장비를 사용한다. 하지만, DUV 장비는 워낙 고가의 장비이고, 관리 유지에 비용이 많이 소요되기 때문에 초고밀도 혹은 초고해상도의 경우가 아니면 경제성이 많이 떨어진다.
따라서, 일반적으로 주로 사용하는 자외선 광원을 사용하는 노광 장비를 활용하는 방안이 개발되었다. 예를 들면, I-라인의 장비(365nm 파장의 광원), h-라인(405nm 파장의 광원) 및/또는 g-라인(435nm 파장의 광원) 장비를 사용하면서, 해상도를 높이는 방법이 연구되었다. 그 중 하나가 위상 반전 마스크(Phase Shift Mask) 공법이다.
위상 반전 마스크는 위상반전 영역과 투과 영역을 포함하는 데, 위상반전 영역을 통과하는 빛의 위상을 180도로 반전시켜 투과 영역을 통과하는 빛과 상쇄 간섭을 일으켜 해상력과 초점 심도를 향상시킴으로써 미세한 L/S를 갖는 패턴을 형성할 수 있다. 위상 반전 마스크는 종류에 따라 교번형(Alternated type), 림형(Rim type), 감쇄형(Attenuated type) 또는 아웃리거형(Outrigger type) 등이 있다.
도 3은 위상 반전 마스크를 사용한 포토리소그래피 공정을 나타내는 개략도이다. 도 3을 참조하면, 위상 반전 마스크는 석영과 같은 투명 기판(Q)에 크롬과 같은 금속물질을 도포하고 패턴하여 형성한 마스크 패턴(M) 그리고 마스크 패턴(M)을 덮는 위상 반전층(P)을 포함한다. 여기서, 마스크 패턴(M)이 불 투과 영역이 되고, 마스크 패턴(M)이 없는 부분이 투과 영역이 된다. 위상 반전층(P)이 마스크 패턴(M)을 덮는 형상으로 형성되어 있어, 마스크 패턴(M)의 경계부에서 투과 영역의 일부를 덮고 있다.
이러한 구조에서, 위상 반전 마스크에 자외선(L)을 조사하면, 마스크 패턴(M)의 경계선을 통과하면서 회절된 빛과 위상 반전층(P)의 경계선을 통과하면서 회절된 빛은 서로 위상이 180도 차이를 갖는다. 따라서, 마스크 패턴(M)의 경계부에서는 위상이 180도 차이를 갖는 두 회절광들이 서로 상쇄된 광 강도 분포를 갖는다. 즉, 위상 반전 마스크를 사용하는 경우의 광 강도 분포는 마스크 패턴(M)의 형상에 더욱 근접하여 대응하는 형상을 갖는다. 그 결과 포토레지스트의 패턴 역시 마스크 패턴(M)의 L/S에 가까운 고밀도 혹은 고해상도를 구현할 수 있다.
특히, 위상 반전 마스크 공법에서는 노광원의 회절 성분을 효과적으로 감쇄하기 위해서 단일 파장의 광원을 사용하는 것이 더 바람직하다. 예를 들어, I-라인의 장비(365nm 파장의 광원)를 사용한다. 이때 광원 자체를 단일 파장의 자외선을 방출하는 광원을 제작하기는 기술적으로 어렵다. 따라서, 밴드 패스 필터(Band Pass Filter)를 복합 파장 자외선 광원과 조합하여 i-라인(365nm)을 사용한다.
하지만, 이와 같이 g-라인 및 h-라인을 필터링하고 i-라인만을 사용할 경우, 회절 성분은 감소하지만 조도가 38% 수준으로 떨어질 수 있다. 조도가 떨어지면, 노광 시간을 더 길게 확보하여야 한다. 그 결과 제조 시간이 길게 소요되는 문제가 발생하여 생산성이 나빠진다. 특히, 특정 일부분의 마스크 공정만 위상 반전 마스크를 사용하여야 하는 경우에는 비 위상 반전 마스크 공정에서도 필요 없이 제조 시간이 길어지기 때문에 전체 생산성에 장애가 될 수 있다. 이를 방지하기 위해 위상 반전 마스크 공정과 일반 마스크 공정(비 위상 반전 마스크 공정)을 분리하여 공정 라인을 설계할 경우에는 제조 라인 설계 자체가 불가능하거나, 필요없는 이동 과정이 추가되어 실질적으로 생산성이 더 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 상기 종래 기술에서 발생하는 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로서, 복합 파장 광원을 적용하면서도 패턴 형성에서는 단파장만을 사용할 수 있는 고 해상도 패턴 마스크를 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 복합 파장 광원을 사용하는 포토리소그래피 공정 라인에서 선택적으로 단파장 광원을 사용할 수 있는 고 해상도 패턴 마스크를 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 고 해상도 패턴 마스크는, 투명 기판; 상기 투명 기판에 형성된, 구현하고자 하는 패턴 선 폭에 상응하는 폭 값을 갖는 마스크 패턴; 상기 마스크 패턴의 가장자리 경계부 일정 폭에 배치된 보조 패턴; 그리고 상기 투명 기판에 형성된 단파장 광 필터층을 포함한다.
상기 마스크 패턴은, 산화 금속물질을 포함하고; 상기 보조 패턴은, 상기 마스크 패턴을 덮으며, 상기 마스크 패턴의 상기 경계부에서 외측으로 일정 폭 연장되어 배치되고, 투명한 물질을 포함하며, 투과하는 빛의 위상을 반전하는 위상 반전층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 마스크 패턴은, 광 투과도가 1% 내지 50% 사이 중 선택된 어느 한 값을 갖는 하프-톤 마스크 및 광 투과도가 0%인 풀-톤 마스크 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 보조 패턴은, 상기 마스크 패턴의 경계부에서 내측으로 일정 폭 연장된 상기 마스크 패턴의 가장자리 영역에 형성된 하프-톤 패턴이며; 상기 마스크 패턴에서 상기 보조 패턴을 제외한 상기 마스크 패턴의 중앙 영역은 풀-톤 패턴인 것을 특징으로 한다.
상기 풀-톤 패턴은 상기 마스크 패턴 폭의 80% 내지 50%이며; 상기 하프-톤 패턴은 상기 마스크 패턴 폭의 20% 내지 50%인 것을 특징으로 한다.
상기 풀-톤 패턴은 광 투과도가 0%이고, 상기 하프-톤 패턴은 광 투과도가 1% 내지 40% 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 마스크 패턴 및 상기 보조 패턴은 산화 금속물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 마스크 패턴 및 상기 보조 패턴은 상기 투명 기판의 제1 면에 형성되고; 상기 단파장 광 필터층은 상기 마스크 패턴 및 상기 보조 패턴의 위에 적층되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 마스크 패턴 및 상기 보조 패턴은 상기 투명 기판의 제1 면에 형성되고; 상기 단파장 광 필터층은 상기 투명 기판의 상기 제1 면의 배면인 제2면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 단파장 광 필터층은 상기 투명 기판의 제1 면에 형성되고; 상기 마스크 패턴 및 상기 보조 패턴은 상기 단파장 광 필터층 위에 적층되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 단파장 광 필터층은 산화 탄탈 및 산화 실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단파장 광 필터층은 365nm 파장의 자외선만을 선택적으로 통과하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 고 해상도 패턴 마스크는 단파장 광 필터층을 구비한다. 따라서, 복합 파장 광원을 사용하는 노광 시스템에서도 단파장 자외선을 이용하여 포토리소그래피 공정을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 고 해상도 마스크는 단일 파장을 사용하도록 고안된 것으로서, 복합 파장 광원을 사용하는 노광 시스템에서, 복합 파장을 사용하는 일반 마스크와 함께 사용할 수 있다. 그 결과, 노광 시스템에서 단일 파장 광원을 구현할 필요가 없어 시스템 구축에 비용이 절감된다. 또한, 미세 공정을 요구하는 포토리소그래피 작업에서만 선택적으로 본 발명에 의한 단파장 광 필터층을 구비하는 고 해상도 마스크를 사용하기 때문에 전체 제품 생산성에 장애를 유발하지 않는다.
도 1은 이상적인 경우에서, 포토 마스크를 이용하여 포토레지스트에 이미지 패턴을 형성하는 경우를 나타내는 개략도.
도 2는 미세 패턴을 구현하는 실질적인 포토리소그래피 공정을 나타내는 개략도.
도 3은 위상 반전 마스크를 사용한 포토리소그래피 공정을 나타내는 개략도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예의 제1 변형 예에 의한 단파장 광 필터층을 구비한 위상 반전 마스크를 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예의 제2 변형 예에 의한 단파장 광 필터층을 구비한 위상 반전 마스크를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예의 제3 변형 예에 의한 단파장 광 필터층을 구비한 위상 반전 마스크를 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 광량 보상 마스크의 구조 및 이를 이용한 노광 과정을 나타내는 단면도.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예의 제1 변형 예에 의한 단파장 광 필터층을 구비한 광량 보상 마스크를 나타내는 단면도.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예의 제2 변형 예에 의한 단파장 광 필터층을 구비한 광량 보상 마스크를 나타내는 단면도.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예에 의한 단파장 광 필터층을 구비한 광량 보상 마스크를 나타내는 단면도.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 도 4 내지 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 제1 실시 예의 제1 변형 예에 의한 단파장 광 필터층을 구비한 위상 반전 마스크를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예의 제1 변형 예에 의한 위상 반전 마스크는 석영과 같은 투명 기판(Q)의 한쪽 표면 위에 산화 크롬(CrOx)으로 라인 앤 스페이스 패턴을 갖는 마스크 패턴(M)이 형성된다. 마스크 패턴(M)의 폭은 구현하고자 하는 패턴의 선 폭에 상응하는 폭과 동일한 것이 바람직하다.
마스크 패턴(M) 위에는 위상 반전층(P)이 형성된다. 위상 반전층(P)은 위상 반전층(P)을 통과하는 빛의 위상을 180도 지연시킨다. 따라서, 위상 반전층(P)을 통과하면서 회절된 빛과 위상 반전층(P)이 없는 영역을 통과하면서 회절된 빛은 서로 위상이 정 반대가 된다. 그 결과, 마스크 패턴(M)의 경계부를 덮는 위상 반전층(P)을 통과하는 빛의 광 강도가 급격하게 감쇄된다.
위상 반전층(P)이 형성되는 위치 및 형태에 따라서 여러 종류가 있을 수 있으나, 본 실시 예에서는 편의상 한가지 경우에 대해서만 설명한다. 본 실시 예에서 위상 반전층(P)은 마스크 패턴(M)을 완전히 덮는 형상으로 형성한다. 위상 반전층(P)이 마스크 패턴(M)보다 약간 큰 크기를 갖는데, 이 크기의 차이 및 위상 반전층(P)의 두께에 대해서는 설계하는 조건에 따라 달라질 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
마스크 패턴(M) 및 위상 반전층(P)이 형성된 투명 기판(Q)의 표면 전체 위에 단파장 광 필터층(F)이 도포된다. 단파장 광 필터층(F)은 산화 탄탈늄(Ta2Ox) 및/또는 산화 실리콘(SiOx)을 포함한 물질로 형성한 i-라인 통과 필터일 수 있다. 필요하다면, 단파장 광 필터층(F)은 g-라인 통과 필터 혹은 h-라인 통과 필터일 수도 있다. 하지만, 본 발명에서는 파장이 짧을수록 고 해상도를 구현하기 적합하므로, 파장이 짧은 i-라인 통과 필터인 것이 바람직하다.
이와 같이 단파장 광 필터층(F)이 형성된 위상 반전 마스크의 상부 면에서 복합 파장 광원에서 출사한 자외선(L)이 조사되면, 자외선(L) 중에서 g-라인 및 h-라인은 단파장 광 필터층(F)을 통과하지 못한다. 그 결과, i-라인만이 단파장 광 필터층(F)을 통과하여, 단파장을 이용한 위상 마스크 포토리소그래피 공정을 수행할 수 있다.
여기서, 제1 실시 예의 제1 변형 예에 의한 단파장 광 필터층을 구비한 위상 반전 마스크를 통과한 빛의 조도(노광량)가 저하될 수 있다. 노광량이 저하되면, 노광 시간이 더 많이 필요하고, 생산성에 장애가 될 수 있다. 이를 극복하기 위해, 마스크 패턴(M)의 투과율을 약 1~50% 정도 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 마스크 패턴(M)의 투과율이 0%가 되는 것이 일반적인 마스크에서 생각되는 투과율이다. 하지만, 본 발명에 의한 위상 반전 마스크는 단파장 광 필터로 인해 광조도가 급격히 저하되어 있으므로, 마스크 패턴(M)의 광 투과율을 0%가 아닌 약 50% 정도 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 마스크 패턴(M)의 광 투과율 조절은 마스크 패턴(M)의 도포 두께로 조절할 수 있다.
예를 들어, 마스크 패턴(M)의 두께를 조절하여 광 투과율이 약 50% 정도 되도록 형성한 경우 광 조도의 감소율을 비교하면 다음 표1 과 같다.
마스크 종류 노광량(mJ/㎠) 광 조도비율(%)
일반 마스크 31.1 100 (기준)
위상 반전 마스크 (투과율 0%)) 81.7 38%
본 발명에 의한 위상 반전 마스크 (투과율 50%) 45.2 68%
상기 표 1을 참조하면, 위상 반전 마스크가 아닌 일반 마스크의 경우, 노광량 31.1에서의 광 조도를 100%라고 했을 때, 마스크 패턴의 광 투과율이 0%인 위상 반전 마스크를 사용하는 공정에서는 노광량을 81.7로 높여도 광 조도가 38%에 불과하다. 하지만, 본 발명에 의한, 마스크 패턴의 광 투과율이 50%인 위상 반전 마스크를 사용하는 경우, 노광량을 45.2 정도만 하여도 광 조도 비율이 68%를 확보할 수 있다. 따라서, 위상 반전 마스크를 이용할 경우에도, 조도 감소를 보상할 수 있으므로 생산성 저하를 어느 정도 완화할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제1 실시 예의 제2 변형 예에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 제1 실시 예의 제2 변형 예에 의한 단파장 광 필터층을 구비한 위상 반전 마스크를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예의 제2 변형 예에 의한 위상 반전 마스크는 석영과 같은 투명 기판(Q)의 한쪽 표면 위에 산화 크롬(CrOx)으로 라인 앤 스페이스 패턴을 갖는 마스크 패턴(M)이 형성된다. 마스크 패턴(M)의 폭은 구현하고자 하는 패턴의 선 폭에 상응하는 폭과 동일한 것이 바람직하다. 마스크 패턴(M) 위에는 위상 반전층(P)이 형성된다. 위상 반전층(P)이 형성되는 위치 및 형태에 따라서 여러 종류가 있을 수 있으나, 본 실시 예에서 위상 반전층(P)은 마스크 패턴(M)을 완전히 덮는 형상으로 형성한다.
마스크 패턴(M) 및 위상 반전층(P)이 형성된 투명 기판(Q)의 반대쪽 표면인 배면 위에 단파장 광 필터층(F)을 더 포함한다. 단파장 광 필터층(F)은 산화 탄탈늄(Ta2Ox) 및/또는 산화 실리콘(SiOx)을 포함한 물질로 형성한 i-라인 통과 필터일 수 있다. 필요하다면, 단파장 광 필터층(F)은 g-라인 통과 필터 혹은 h-라인 통과 필터일 수도 있다. 하지만, 본 발명에서는 파장이 짧을수록 고 해상도를 구현하기 적합하므로, 파장이 짧은 i-라인 통과 필터인 것이 바람직하다.
이와 같이 단파장 광 필터층(F)이 형성된 위상 반전 마스크의 상부 면에서 복합 파장 광원에서 출사한 자외선(L)이 조사되면, 자외선(L) 중에서 g-라인 및 h-라인은 단파장 광 필터층(F)을 통과하지 못한다. 그 결과, i-라인만이 단파장 광 필터층(F)을 통과하여, 단파장을 이용한 위상 마스크 포토리소그래피 공정을 수행할 수 있다.
여기서, 제1 실시 예의 제2 변형 예에 의한 단파장 광 필터층을 구비한 위상 반전 마스크를 통과한 빛의 조도(노광량)가 저하될 수 있다. 이를 보상하기 위해, 마스크 패턴(M)의 투과율을 약 1~50% 정도 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예의 제3 변형 예에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 제1 실시 예의 제3 변형 예에 의한 단파장 광 필터층을 구비한 위상 반전 마스크를 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예의 제3 변형 예에 의한 위상 반전 마스크는 석영과 같은 투명 기판(Q)의 한쪽 전체 표면 위에 단파장 광 필터층(F)이 형성된다. 단파장 광 필터층(F)은 산화 탄탈늄(Ta2Ox) 및/또는 산화 실리콘(SiOx)을 포함한 물질로 형성한 i-라인 통과 필터(i-line pass filter)일 수 있다. 필요하다면, 단파장 광 필터층(F)은 g-라인 통과 필터 혹은 h-라인 통과 필터일 수도 있다. 하지만, 본 발명에서는 파장이 짧을수록 고 해상도를 구현하기 적합하므로, 파장이 짧은 i-라인 통과 필터인 것이 바람직하다.
그리고 단파장 광 필터층(F) 위에, 산화 크롬(CrOx)으로 라인 앤 스페이스 패턴을 갖는 마스크 패턴(M)이 형성된다. 마스크 패턴(M)의 폭은 구현하고자 하는 패턴의 선 폭에 상응하는 폭과 동일한 것이 바람직하다. 마스크 패턴(M) 위에는 위상 반전층(P)이 형성된다. 위상 반전층(P)이 형성되는 위치 및 형태에 따라서 여러 종류가 있을 수 있으나, 본 실시 예에서 위상 반전층(P)은 마스크 패턴(M)을 완전히 덮는 형상으로 형성한다.
이와 같이 단파장 광 필터층(F)을 포함하는 위상 반전 마스크의 상부 면에서 복합 파장 광원에서 출사한 자외선(L)이 조사되면, 자외선(L) 중에서 g-라인 및 h-라인은 단파장 광 필터층(F)을 통과하지 못한다. 그 결과, i-라인만이 단파장 광 필터층(F)을 통과하여, 단파장을 이용한 위상 마스크 포토리소그래피 공정을 수행할 수 있다.
이때, 제1 실시 예의 제2 변형 예에 의한 단파장 광 필터층을 구비한 위상 반전 마스크를 통과한 빛의 조도(노광량)가 저하될 수 있다. 이를 보상하기 위해, 마스크 패턴(M)의 투과율을 약 1~50% 정도 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
지금까지 설명한 제1 실시 예에서는 위상 반전 마스크를 이용하는 경우를 중심으로 설명하였다. 위상 반전을 통해 마스크의 경계부에서 발생하는 회절 효과를 줄여 고 해상도 패턴을 구현할 수 있다. 하지만, 앞에서도 설명했듯이, 위상 반전 방법은 마스크 패턴 사이를 통과하는 빛의 조도가 저하되는 문제가 있다. 특히, 더욱 미세한 패턴을 형성할 경우, 라인과 라인 사이의 스페이스 즉, 빛이 통과하는 범위가 좁아지는데, 이는 빛의 조도를 더욱 저하시키는 주된 원인이 된다.
따라서, 더 미세한 패턴을 형성하기 위해서는 라인과 라인 사이를 통과하는 빛의 조도를 보상할 수 있는 마스크가 고안되어야 한다. 본 발명의 제2 실시 예에서는 마스크를 통과한 광량(Light Intensity)을 보상할 수 있는 광량 보상 마스크를 제안한다. 이하, 도 7 내지 10을 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 의한 광량 보상 마스크에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 광량 보상 마스크의 구조 및 이를 이용한 노광 과정을 나타내는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 광량 보상 마스크는, 석영과 같은 투명 기판(Q)의 한쪽 표면 위에 산화 크롬(CrOx)으로 라인 앤 스페이스 패턴을 갖는 마스크 패턴(M)이 형성된다. 마스크 패턴(M)의 폭은 구현하고자 하는 패턴의 선 폭에 상응하는 폭과 동일한 것이 바람직하다.
광량 보상 마스크의 마스크 패턴(M)은 풀-톤 패턴(FT)과 하프-톤 패턴(HT)을 포함한다. 풀-톤 패턴(FT)은 노광시 사용하는 빛을 완전히 차단하는 투과율 0%인 것이 바람직하다. 한편, 하프-톤 패턴(HT)은 노광에 사용하는 빛의 투과율이 1% 내지 40% 중 적절한 값을 선택할 수 있다. 이때, 하프-톤 패턴(HT)의 투과율은 아래에 설명하는 하프-톤 패턴(HT)이 마스크 패턴(M)에서 차지하는 비율을 고려하여 선택할 수 있다.
마스크 패턴(M) 전체의 폭은 패턴 선 폭에 상응하는 폭과 동일하다. 이 중에서, 마스크 패턴(M)의 가장자리 경계선에서 내측으로 일정 폭은 하프-톤 패턴(HT)을 갖고, 나머지 중앙부분은 풀-톤 패턴(FT)을 갖는 것이 바람직하다.
예를 들어, 구현하고자 하는 패턴의 선 폭이 L이라고 하면, 마스크 패턴(M)의 폭인 Mw는 L과 동일한 값을 가질 수 있다. 이때, 풀-톤 패턴(FT)의 폭, Fw와 하프-톤 패턴(FH)의 폭, Hw의 합은 마스크 패턴(M)의 폭, Mw와 동일하다. 하프-톤 패턴(HT)은 풀-톤 패턴(FT)의 양측 가장자리 모두에 배치되는 것이 가장 바람직하다. 그러나 필요에 따라서는, 어느 한쪽에만 배치될 수도 있다.
하프-톤(HT)이 차지하는 비율은 전체 마스크 패턴(M)의 20% 이상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 마스크 패턴(M)의 폭 Mw가 2.0㎛라고 하면, 풀-톤 패턴(FT)의 폭, Fw는 1.6㎛ 이하의 값을 가질 수 있다. 그리고 풀-톤 패턴(FT)의 양측변에 배치된 하프-톤 패턴(HT)은 각각 0.2㎛ 이상의 폭을 갖는 것이 바람직하다.
하프-톤 패턴(HT)이 차지하는 최대 비율은 전체 마스크 패턴(M)의 50% 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, 마스크 패턴(M)의 폭 Mw가 2.0㎛라고 하면, 풀-톤 패턴(FT)의 폭, Fw는 1.0㎛ 이상인 것이 바람직하다. 그리고 풀-톤 패턴(FT)의 양측변에 배치된 하프-톤 패턴(HT)은 각각 0.5㎛ 이하의 폭을 갖는 것이 바람직하다.
이상, 도 7과 같은 구조를 갖는 마스크 패턴(M)을 이용하여 노광할 경우, 마스크 패턴(M)을 통과한 노광량은 그래프의 실선으로 나타난 것과 같이 분포한다. 점선은 마스크 패턴(M)이 모두 풀-톤 패턴으로만 이루어진, 도 2와 같은, 경우의 노광량을 나타낸 그래프이다. 풀-톤 패턴을 갖는 고 해상도 마스크에서는, 점선 혹은 도 2와 같이, 스페이스 부분을 통과하는 광량이 낮아서 패턴의 높낮이가 뚜렷하게 구별되지 않게 된다.
하지만, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 광량 보상 마스크에서는 경계부에 하프-톤 패턴을 가지므로, 경계부에서의 광량이 증가한다. 즉, 스페이스의 크기는 좁지만, 마치 더 넓은 스페이스를 가진 것처럼 스페이스를 통과하는 노광량이 증가한다. 물론, 마스크 패턴(M)의 경계부인 하프-톤 패턴(HT)으로 인해 경계부에서도 광량이 늘어나지만, 노광부의 광량이 더 많아지기 때문에 광량의 차이가 분명해지는 효과를 얻을 수 있다. 그 결과, 도 7에 도시한 실선처럼, 노광 영역(스페이스)에서 광량이 증가하고, 패턴의 높낮이가 뚜렷해지는 결과를 얻을 수 있다.
이하, 도 8 내지 10을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 광량 보상 마스크의 다양한 예들을 설명한다. 도 8은 본 발명의 제2 실시 예의 제1 변형 예에 의한 단파장 광 필터층을 구비한 광량 보상 마스크를 나타내는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예의 제1 변형 예에 의한 광량 보상 마스크는 석영과 같은 투명 기판(Q)의 한쪽 표면 위에 산화 크롬(CrOx)으로 라인 앤 스페이스 패턴을 갖는 마스크 패턴(M)이 형성된다. 마스크 패턴(M)은 풀-톤 패턴(FT)과 하프-톤 패턴(HT)을 포함한다.
먼저, 풀-톤 패턴(FT)을 형성한다. 풀-톤 패턴(FT)의 폭은 구현하고자 하는 패턴의 선 폭의 50% 내지 80% 중 어느 한 값을 갖는 것이 바람직하다. 풀-톤 패턴(FT) 위에는 하프-톤 패턴(HT)이 형성된다. 하프-톤 패턴(HT)의 폭은 구현하고자 하는 패턴의 선 폭과 동일한 값을 가지며, 풀-톤 패턴(FT)을 완전히 덮는 구조를 갖도록 형성한다.
풀-톤 패턴(FT) 및 하프-톤 패턴(HT)을 포함하는 마스크 패턴(M)이 형성된 투명 기판(Q)의 표면 전체 위에 단파장 광 필터층(F)이 도포된다. 단파장 광 필터층(F)은 산화 탄탈늄(Ta2Ox) 및/또는 산화 실리콘(SiOx)을 포함한 물질로 형성한 i-라인 통과 필터일 수 있다. 필요하다면, 단파장 광 필터층(F)은 g-라인 통과 필터 혹은 h-라인 통과 필터일 수도 있다. 하지만, 본 발명에서는 파장이 짧을수록 고 해상도를 구현하기 적합하므로, 파장이 짧은 i-라인 통과 필터인 것이 바람직하다.
이와 같이 단파장 광 필터층(F)이 형성된 광량 보상 마스크의 상부 면에서 복합 파장 광원에서 출사한 자외선(L)이 조사되면, 자외선(L) 중에서 g-라인 및 h-라인은 단파장 광 필터층(F)을 통과하지 못한다. 그 결과, i-라인만이 단파장 광 필터층(F)을 통과하여, 단파장을 이용한 포토리소그래피 공정을 수행할 수 있다.
이하, 도 9를 참조하여 본 발명의 제2 실시 예의 제2 변형 예에 대하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 제2 실시 예의 제2 변형 예에 의한 단파장 광 필터층을 구비한 광량 보상 마스크를 나타내는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예의 제2 변형 예에 의한 광량 보상 마스크는 석영과 같은 투명 기판(Q)의 한쪽 표면 위에 산화 크롬(CrOx)으로 라인 앤 스페이스 패턴을 갖는 마스크 패턴(M)이 형성된다. 마스크 패턴(M)은 풀-톤 패턴(FT)과 하프-톤 패턴(HT)을 포함한다.
먼저, 풀-톤 패턴(FT)을 형성한다. 풀-톤 패턴(FT)의 폭은 구현하고자 하는 패턴의 선 폭의 50% 내지 80% 중 어느 한 값을 갖는 것이 바람직하다. 풀-톤 패턴(FT) 위에는 하프-톤 패턴(HT)이 형성된다. 하프-톤 패턴(HT)의 폭은 구현하고자 하는 패턴의 선 폭과 동일한 값을 가지며, 풀-톤 패턴(FT)을 완전히 덮는 구조를 갖도록 형성한다.
풀-톤 패턴(FT) 및 하프-톤 패턴(HT)을 포함하는 마스크 패턴(M)이 형성된 투명 기판(Q)의 반대쪽 표면인 배면 위에 단파장 광 필터층(F)을 더 포함한다. 단파장 광 필터층(F)은 산화 탄탈늄(Ta2Ox) 및/또는 산화 실리콘(SiOx)을 포함한 물질로 형성한 i-라인 통과 필터일 수 있다. 필요하다면, 단파장 광 필터층(F)은 g-라인 통과 필터 혹은 h-라인 통과 필터일 수도 있다. 하지만, 본 발명에서는 파장이 짧을수록 고 해상도를 구현하기 적합하므로, 파장이 짧은 i-라인 통과 필터인 것이 바람직하다.
이와 같이 단파장 광 필터층(F)이 형성된 광량 보상 마스크의 상부 면에서 복합 파장 광원에서 출사한 자외선(L)이 조사되면, 자외선(L) 중에서 g-라인 및 h-라인은 단파장 광 필터층(F)을 통과하지 못한다. 그 결과, i-라인만이 단파장 광 필터층(F)을 통과하여, 단파장을 이용하여 포토리소그래피 공정을 수행할 수 있다.
이하, 도 10을 참조하여 본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예에 대하여 설명한다. 도 10은 본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예에 의한 단파장 광 필터층을 구비한 광량 보상 마스크를 나타내는 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예에 의한 광량 보상 마스크는 석영과 같은 투명 기판(Q)의 한쪽 전체 표면 위에 단파장 광 필터층(F)이 형성된다. 단파장 광 필터층(F)은 산화 탄탈늄(Ta2Ox) 및/또는 산화 실리콘(SiOx)을 포함한 물질로 형성한 i-라인 통과 필터(i-line pass filter)일 수 있다. 필요하다면, 단파장 광 필터층(F)은 g-라인 통과 필터 혹은 h-라인 통과 필터일 수도 있다. 하지만, 본 발명에서는 파장이 짧을수록 고 해상도를 구현하기 적합하므로, 파장이 짧은 i-라인 통과 필터인 것이 바람직하다.
그리고 단파장 광 필터층(F) 위에, 산화 크롬(CrOx)으로 라인 앤 스페이스 패턴을 갖는 마스크 패턴(M)이 형성된다. 마스크 패턴(M)은 풀-톤 패턴(FT)과 하프-톤 패턴(HT)을 포함한다.
먼저, 풀-톤 패턴(FT)을 형성한다. 풀-톤 패턴(FT)의 폭은 구현하고자 하는 패턴의 선 폭의 50% 내지 80% 중 어느 한 값을 갖는 것이 바람직하다. 풀-톤 패턴(FT) 위에는 하프-톤 패턴(HT)이 형성된다. 하프-톤 패턴(HT)의 폭은 구현하고자 하는 패턴의 선 폭과 동일한 값을 가지며, 풀-톤 패턴(FT)을 완전히 덮는 구조를 갖도록 형성한다.
이와 같이 단파장 광 필터층(F)을 포함하는 광량 보상 마스크의 상부 면에서 복합 파장 광원에서 출사한 자외선(L)이 조사되면, 자외선(L) 중에서 g-라인 및 h-라인은 단파장 광 필터층(F)을 통과하지 못한다. 그 결과, i-라인만이 단파장 광 필터층(F)을 통과하여, 단파장을 이용한 포토리소그래피 공정을 수행할 수 있다.
본 발명은 고 해상도 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정에서 사용하기 위한 고 해상도 패턴용 마스크에 관련된 것으로서, 크게는 두 개의 실시 예들을 포함한다. 라인 앤 스페이스 간격이 무척 좁은 고 해상도 패턴을 형성한다는 점에서는 동일하지만, 구체적인 마스크 패턴의 구성에서 약간의 차이가 있다. 이하, 제1 실시 예와 제2 실시 예 사이의 차이점들에 대해서 설명한다.
본 발명의 제1 실시 예에서는 마스크 패턴의 가장자리에 빛의 위상을 반전시키는 패턴을 추가하여, 패턴의 경계부에서 회절 효과를 줄여 경계부가 확실한 패턴을 얻을 수 있다. 이와는 다르게, 본 발명의 제2 실시 예에서는 마스크의 패턴 가장자리의 일부분을 하프-톤으로 변경하여, 노광 영역의 광량을 더욱 증가하여 패턴의 높낮이 차이를 분명하게 하여 확실한 패턴을 얻을 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 의한 위상 반전 마스크는 구현하고자 하는 선 폭에 대응하는 폭 값을 갖는 마스크 패턴과, 마스크 패턴의 경계부에서 외측으로 연장된 영역에 형성된 위상 반전 층을 포함한다. 그리고 위상 반전 층은 투과도가 높은 투명성 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 한편, 마스크 패턴은 풀-톤 패턴 혹은 하프-톤 패턴을 가질 수 있다.
반면에, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 광량 보상 마스크는 구현하고자 하는 선 폭에 대응하는 폭 값을 갖는 마스크 패턴을 갖되, 마스크 패턴 중 경계부에서 내측으로 연장된 일정 영역은 하프-톤 패턴을 갖고, 나머지 마스크 패턴 중 중앙부 영역은 풀-톤 패턴을 갖는다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
Q: 투명 기판 M: 마스크 패턴
P: 위상 반전층 F: 단파장 광 필터층
L: 자외선 FT: 풀-톤 패턴
HT: 하프-톤 패턴 Mw: 마스크 패턴 폭
Hw: 하프-톤 패턴 폭 Fw: 풀-패턴 폭

Claims (12)

  1. 투명 기판;
    상기 투명 기판의 일측에 형성된, 구현하고자 하는 패턴 선 폭에 상응하는 폭 값을 갖는 마스크 패턴;
    상기 마스크 패턴을 덮으며, 상기 마스크 패턴의 가장자리 경계부에서 양쪽 외측으로 일정 폭 연장되어 배치된 보조 패턴; 그리고
    상기 투명 기판의 양면 중 어느 일면에 형성된 단파장 광 필터층을 포함하며,
    상기 보조 패턴은,
    투명한 물질을 포함하며, 투과하는 빛의 위상을 반전하는 위상 반전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고 해상도 패턴 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 패턴은,
    산화 금속물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 고 해상도 패턴 마스크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 마스크 패턴은,
    광 투과도가 1% 내지 50% 사이 중 선택된 어느 한 값을 갖는 하프-톤 마스크 및 광 투과도가 0%인 풀-톤 마스크 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고 해상도 패턴 마스크.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 패턴 및 상기 보조 패턴은 상기 투명 기판의 제1 면에 형성되고;
    상기 단파장 광 필터층은 상기 마스크 패턴 및 상기 보조 패턴을 덮도록 상기 투명 기판의 제1 면에 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 고 해상도 패턴 마스크.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 패턴 및 상기 보조 패턴은 상기 투명 기판의 제1 면에 형성되고;
    상기 단파장 광 필터층은 상기 투명 기판의 상기 제1 면의 배면인 제2면에 형성되는 것을 특징으로 하는 고 해상도 패턴 마스크.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 단파장 광 필터층은 상기 투명 기판의 제1 면에 형성되고;
    상기 마스크 패턴 및 상기 보조 패턴은 상기 단파장 광 필터층 위에 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 고 해상도 패턴 마스크.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 단파장 광 필터층은 산화 탄탈 및 산화 실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 해상도 패턴 마스크.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 단파장 광 필터층은 365nm 파장의 자외선만을 선택적으로 통과하는 것을 특징으로 하는 고 해상도 패턴 마스크.
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