KR102187641B1 - 광학마스크 - Google Patents

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    • G03F7/2053—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source using a laser

Abstract

본 발명의 실시예들은 광학마스크의 구조에 관한 것으로, 특히 기판과 상기 기판상의 서로 투과율이 다른 적어도 2 이상의 반사층이 적층되는 반사패턴부를 포함하며, 적층되는 반사층의 측면이 상기 기판의 표면과 이루는 경사각(θ)이 80°~ 90°인 광학마스크를 제공할 수 있다.

Description

광학마스크{Optical mask}
본 발명의 실시예들은 광학마스크의 구조 및 제조공정에 대한 것이다.
박막기술은 단원자층으로부터 수 ㎛ 두께를 가진 막의 처리 기술을 의미하며, 집적 회로(IC)의 전극 배선, 배선간의 절연 및 저항체 제조 등에 사용되며 박막의 제작과 응용을 종합한 기술로서, 반도체, LCD(Liquid Crystal Display), 태양전지(Solar cell), LED(Light Emitting Diode) 등의 산업에 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 박막기술은 공 증착법, 스퍼터링법, 열산화법 등을 통해 형성되며, 각 층은 패터닝을 통해 다양한 구조로 형성될 수 있다.
최근에는 레이저와 광학소자를 이용하여 기존의 패터닝 공정에 비해 공정이 간단하고 저가이며 환경적으로 무해하게 박막을 패터닝 할 수 있는 레이저 다이렉트 패터닝(Laser Direct Patterning, 이하, LDP라 함)방식 이 다양하게 응용되고 있다. LDP 방식은 레이저 빔을 피식각층에 주사하여 피식각층에서 불필요한 부분을 제거하는 방식으로 수행되고 있는 데, 이러한 경우 레이저 빔의 직경이 매우 작아 패턴을 기판에 형성된 피식각층을 전면적으로 패터닝하는 데에 는 많은 공정 시간이 소요되는 문제가 있다.
이를 해결하기 위하여 원하는 패턴이 형성된 마스크를 개재하고, 마스크 표면에 레이저 빔을 스캐닝하는 방식으로 주사하면서 피식각층을 패터닝함으로써 공정 효율을 향상시키는 방법이 사용되고 있다. 그러나 이러한 공정에 사용되고 있는 마스크는, 기판상에 레이저를 차폐하는 패턴을 구현하는 데 있어서 레이저에 의한 손상이 많이 발생하게 되며, 이를 방지하기 위해 별도의 광학계를 구현하여야 하는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명의 실시예들은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 기판 상에 상호 반사율일 다른 반사층이 적층되는 구조의 패턴을 구비하는 광학마스크를 구현하여 레이저 패터닝시 신뢰성을 확보할 수 있음은 물론, 레이저빔의 반사효율을 높일 수 있으며, 다층구조의 반사층의 측면의 편차가 크지 않아 피식각층의 레이저 에칭시 정밀도를 높일 수 있는 광학마스크를 제공할 수 있도록 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예는 기판과 상기 기판상의 서로 투과율이 다른 적어도 2 이상의 반사층이 적층되는 반사패턴부를 포함하며, 적층되는 반사층의 측면이 상기 기판의 표면과 이루는 경사각(θ)이 80°~ 90°인 광학마스크를 제공할 수 있도록 한다. 특히, 이러한 구조의 광학마스크를 제조하기 위해 포토리소그라피의 공정 및 리프트 오프(Lift-off) 공정을 접목한 공정을 통해 반사패턴부의 측벽면의 직립도를 향상시킬 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판 상에 상호 반사율일 다른 반사층이 적층되는 구조의 패턴을 구비하는 광학마스크를 구현하여 레이저 패터닝시 신뢰성을 확보할 수 있음은 물론, 레이저빔의 반사효율을 높일 수 있으며, 다층구조의 반사층의 측면의 편차가 크지 않아 피식각층의 레이저 에칭시 정밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학마스크의 제조공정을 도시한 공정 개념도이다.
도 2는 도 1의 제조공정의 요부들을 확대한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학마스크의 제조공정을 도시한 공정 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제조공정들에 의해 제조되는 광학마스크의 구조를 도시한 요부 단면도이다.
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.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)" 에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접 (directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학마스크의 제조공정을 도시한 공정 개념도이며, 도 2는 도 1의 제조공정의 요부들을 확대한 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광학마스크의 제조공정을 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 1의 공정개념도에 따라, (a) 기판(110) 상에 보조패턴층(120)을 형성한다. 상기 기판(110)은 레이저 빔을 투과시키는 재질로 구성되며, 유리기판, 용융 실리카(fused silica)기판, 석영(Quartz)기판, 합성 석영(Synthetic Quartz)기판 또는 CaF2 기판 등이 사용될 수 있다. 아울러, 상기 보조패턴층(120)은 Cr, Cr을 포함하는 화합물 또는 Cr 산화물, Ta, Ni, ITO 중 하나 또는 2 이상의 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 본 실시예에서는 Cr을 스퍼터링의 방법으로 구현하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 상기 보조패턴층(120)은 후술하는 포토레지스트의 접착력을 높여 공정의 신뢰성을 높일 수 있도록 한다. 또한, 상기 보조패턴층(120) 자체의 상기 기판과의 접착력을 높이기 위해, Cr층 위에 CrO층과 같이 복층구조나 다층 구조로 보조패턴층을 구현할 수도 있다. 또한, 크롬 화합물은 질화크롬(CrN), 산화크롬(CrO), 탄화크롬(CrC), 탄화산화크롬(CrCO), 탄화질화크롬(CrCN), 산화질화크롬(CrON), 탄화산화질화크롬(CrCON), 불화크롬(CrF), 불화질화크롬(CrNF), 불산화크롬(CrOF), 불탄화크롬(CrCF), 불탄화질화크롬(CrCNF), 불산화질화크롬(CrONF), 불탄화산화질화크롬(CrCONF) 등을 적용할 수도 있다.
이후, (b)와 같이 포토레지스트(130)을 도포하고, 이후 (c)와 같이 반사패턴이 구현될 수 있는 부위를 노광, 현상하고, 이후 남아있는 포토레지스트 하부의 보조패턴층(120)을 남기고 나머지는 에칭하여 제거하여 기판표면이 노출되는 부분을 형성한다.
이후, (d)와 같이 순차적으로 기판(110)상에 서로 투과율이 다른 물질을 순차적으로 적층한다. 물론, 투과율이 다른 다양한 물질층을 적층하는 것도 가능하나, 본 발명의 실시예에서는 투과율이 서로 다른 2종의 물질로 각각 제1반사층과 제2반사층을 구현하고, 상기 제1반사층과 제2반사층이 교번하여 순차적으로 적층하는 구조로 적층할 수 있도록 한다. 이러한 적층공정은 각각의 반사층을 구성하는 물질을 스퍼터링하여 구현할 수 있으며, 상기 제1반사층은 SiO2이거나, SiO2를 포함하는 재질의 물질로 구현할 수 있다.
아울러, 상기 제2반사층은 제1반사층과 상이한 반사율을 가지는 물질을 적층할 수 있다. 일예로, 제1반사층을 SiO2로 구현하는 경우, 제2반사층은 반사율이 높은 MgF2, TiO2, Al2O3, Ta2O5, Cerium fluoride, Zinc sulfide, AlF3, Halfnium oxide 및 Zirconium oxide 를 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나등이 사용될 수 있으며, 각각 기상증착(evaporative deposition), 이온보조증착(ion beam assisted deposition), 화학기상증착(chemical vapor deposion, CVD), 이온증착(ion beam deposition), 분자선 결정성장법(Molecular Beam Epitaxy ; MBE), 스퍼터 증착(sputter deposition) 등의 방법을 통해 형성될 수 있다.
즉, 도 1의 (d) 공정과 같이 기판의 전면에 대해 스퍼터링 등의 방식으로 다수의 반사층을 적층하게 되는 경우, 기판의 노출면에 배치되는 반사패턴층(130A)과 포토레지스트 상면에 적층되는 반사패턴층(130B)으로 반사패턴층이 적층되게 되며, 이후, (e) 공정과 같이, 기판의 노출면에 배치되는 반사패턴층(130A) 만을 남기고, 보조패턴층(120)과 포토레지스트(130) 및 포토레지스트 상면에 적층되는 반사패턴층(130B)이 한꺼번에 제거되는 공정(Lift off)으로 제거하게 된다. 본 리프트오프 공정은 보조패턴층(120) 자체를 제거하는 에칭액이나 에싱액을 투입하는 경우 보조패턴층이 기판에서 탈루되면서 한꺼번에 상부의 구조들이 사라지게 되는바, 공정이 신속하고 경제적으로 구현될 수 있게 된다.
도 1의 (e)에 도시된 결과물은 기판 상에 서로 투과율이 다른 적어도 2 이상의 반사층(140B)이 적층되는 반사패턴부(140)를 포함하는 구조의 광학마스크이다.
도 2는 도 1의 공정에서 구현되는 결과물의 요부를 도시한 요부 확대도이다.
도 2의 (a)는 도 1의 (c)단계 공정에서 기판(110) 상의 보조패턴층(120)과 포토레지스트(130)가 현상 및 에칭 공정 후 남게 되는 하나의 패턴을 예시도 도시한 것이다. 도 2의 (a)를 참조하면, 기판(110) 상에 보조패턴층(120)과 그 상면에 적층되는 포토레지스트(130)는 노광 현상 공정에 의해 측면이 직립한 형태로 구현되게 되며, 하부의 보조패턴층(120)의 측면은 Cr등의 물질로 구성되는 보조패턴층을 에칭액을 통해 에칭하면서 측면 에칭이 이루어지는바, 약간 들어간 구조로 구현되게 되며, 본 발명에서는 보조패턴층(120)의 측면의 들어가는 깊이(T1)가 0.001㎛~1㎛ 이내로 형성할 수 있도록 한다.
이는 추후 공정에서 보조패턴층(120)과 포토레지스트(130)으로 구성되는 측벽의 내부에 적층되는 반사패턴층(140B)을 형성하는 경우, 반사패턴층의 측면에 직립성을 보장하기 위함이며, 상술한 범위를 넘어서는 경우에는 패턴 자체의 직립성이 떨어지며, 보조패턴층 자체가 좁아져 상부의 포토레지스트가 무너지는 문제가 발생하게 된다.
도 2의 (b)는 도 1의 공정의 (e)에서 반사패턴층(140B)의 적층구조를 도시한 확대 개념도로, 적층되는 반사층의 외측면을 고려하면, 전체적으로 상기 적층되는 반사층 중 가장 많이 돌출된 반사층의 외측면과 가장 적게 돌출된 반사층의 외측면과의 깊이 편차(d)가 0.001um~2um 범위를 만족하도록 형성할 수 있다.
이러한 적층 구조의 하나의 실시예로는, 반사층은,기판과 접촉하는 제1반사층과 상기 제1반사층과 반사율이 다른 제2반사층의 교번하여 적층되는 구조이되, 인접하는 반사층의 외측면과의 깊이 편차(d)가 0.001um~2um 범위 이내로 형성할 수 있도록 한다. 즉, 최하부의 반사층(a1)과 그 상부의 반사층(b1)의 측면의 깊이 편차(d1), 또는 반사층(b1)과 그 상부의 반사층(a2)과 같이 인접하는 서로 다른 반사율을 가지는 층간의 외측면의 깊이 편차(d1, d2)가 0.001um~2um 범위 이내로 형성할 수 있다. 물론, 이 경우에도 전체적으로 상기 적층되는 반사층 중 가장 많이 돌출된 반사층의 외측면과 가장 적게 돌출된 반사층의 외측면과의 깊이 편차(d)가 0.001um~2um 범위를 충족하도록 함이 더욱 바람직하다. 이는 각 반사층간의 편차가 본 범위를 넘어서는 경우, 레이저를 이용한 에칭시 에칭 대상물에 구현되는 패턴의 구현이 어려워지는 문제가 발생하게 된다.
아울러, 도 2의 (a)에 도시된 보조패턴층의 측면의 오목한 만입부에 대응되는 부분의 반사패턴층은 상부면의 반사패턴층보다 0.001um~2um 범위에서 더 길게 형성되게 되며, 이는 기판과 직접 접촉하는 제1반사층으로부터 전체 반사패턴부 높이의 1/3 이내의 반사패턴부에서 형성되게 된다.
특히, 도 2의 (c)에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반사패턴부는 적층되는 반사층의 측면이 상기 기판(110)의 표면과 이루는 경사각(θ)이 80°~ 100°의 범위를 충족하도록 구현됨이 바람직하다. 상기 경사각(θ)은 최하부의 반사층의 측말단(P1)과 최상부의 반사층의 측말단(P2)을 연장한 가상의 선분(Y1, Y2 , Y3)과 기판 표면이 이루는 각을 의미한다.
예를 들면, 최하부의 반사층의 측말단(P1)과 최상부의 반사층의 측말단(P2)을 연장한 가상의 선분 중 수직선분(Y1)을 중심으로 좌우 편차가 -10°~ +10°의 범위에서 조절될 수 있게 된다. 따라서, 기판의 평면이 형성하는 수평면 상의 가상의 선분(Y4)와 가상의 선분(Y1 Y2 , Y3)이 이루는 경사각은 전체적으로 80°~ 100°의 범위를 충족할 수 있게 된다.(도시된 도면에서 Y2가 형성하는 경사각(θ1)의 최하 범위은 80°, Y3가 형성하는 경사각(θ2)의 최대 범위는 100°.)
도시된 도면에서는 θ1, θ2 가 상술한 범위를 벗어나는 경우, 레이저를 이용한 에칭시 에칭 대상물에 구현되는 패턴의 구현이 어려워지는 문제가 발생하게 된다.
즉, 상술한 본 발명에 따른 제조공정에 의해서는 반사패턴부 자체의 측면의 직립도를 매우 정밀하게(sharp) 구현할 수 있게 되며, 이는 레이저를 이용하여 패턴을 가공하는 방법이나 적층 후 기계적 가공을 통해 반사패턴부를 구현하는 것과는 달리 그 정밀도 면에서 매우 효율성이 높게 구현할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학마스크의 제조공정을 도시한 것이다.
도 3에 도시된 공정은 도 1의 공정과 다른 점은 도 1의 (c)~(d) 단계에서 포토레지스트의 현상 및 보조패턴층의 에칭까지 구현되는 것이 아니라, 보조패턴층을 그대로 남겨 두고 반사패턴층을 적층하는 점에서 공정상의 차이가 있다.
즉, 도 3의 (a)에서 기판(210) 상에 보조패턴층(220)을 적층하고, (b) 보조패턴층(220)의 상부에 포토레지스트층(220)을 적층한 후, (c) 노광, 현상을 통해 상기 포토레지스트(220)의 일부 영역(230A)를 제거한다.
이후, (d)에서와 같이, 기판의 전체 면에 반사율이 다른 반사패턴층을 다층을 적층한다.
그리고, (e)에서는 에칭을 통해 잔존하는 포토레지스트(230) 상부의 반사패턴층(240A) 및 포토레지스트(230)의 폭에 대응되는 하부면의 보조패턴층을 한꺼번에 제거하게 된다.
그 결과 도 3의 (e)와 같이, 기판 상에 보조패턴층(220)과 반사패턴층(240B)가 적층되는 구조의 패턴을 구비하는 광학마스크로 구현할 수 있게 된다. 물론, 이 경우 반사패턴층(240B)의 하면의 보조패턴층(220)은 에칭공정을 거치게 되는바, 측면부의 에칭이 도 2의 (a)와 같은 구조로 구현되는바, 상면이 반사패턴층보다 약간 길이가 짧은 특징이 있다.
도 4는 상술한 본 발명에 따른 제조공정에 의해 제조되는 광학마스크의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
(a)에서는 기판(110) 상에 다수의 반사층이 적층된 반사패턴층(140B)를 다수 포함하는 반사패턴부를 구비하는 구조로, 각 반사패턴층(140B)는 기판과 접촉하는 제1반사층과 상기 제1반사층과 반사율이 다른 제2반사층의 교번하여 적층되는 구조로 구현될 수 있다. 특히, 이 경우 인접하는 반사층의 외측면과의 깊이 편차(d)가 0.001um~2um 범위 이내로 구현되거나, 적층되는 반사층의 측면이 상기 기판의 표면과 이루는 경사각(θ)이 80°~ 90°로 구현될 수 있음은 상술한 바와 같다.
(b)에서는 기판(210)과 반사패턴층(240B)와의 사이에 보조패턴층(220)이 구비되는 구조로, 상기 보조패턴층(220)은 상기 기판(210)과 반사패턴층(240B)의 접착효율을 극대화하여 구조의 신뢰성을 확보할 수 있도록 할 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 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110, 210: 기판
120, 220: 보조패턴층
130, 230: 포토레지스트
240: 반사패턴부
240A, 240B: 반사패턴층(적층구조물)

Claims (9)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 보조패턴층;
    상기 보조패턴층 상에 배치되고, 서로 투과율이 다른 적어도 2 이상의 반사층이 적층되는 반사패턴부를 포함하고,
    상기 반사패턴부는 제1반사층 및 상기 제1반사층과 반사율이 다른 제2반사층이 교대로 배치되고,
    상기 보조패턴층의 측면은 0.001㎛ 내지 1㎛ 이내로 오목하게 들어간 만입부를 포함하고,
    상기 반사패턴부는, 적층되는 반사층 중 가장 많이 돌출된 반사층의 외측면과 가장 적게 돌출된 반사층의 외측면과의 깊이 편차가 0.001㎛ 내지 2㎛이고,
    상기 보조패턴층의 상기 만입부에 대응하는 제 1 반사층은 상기 제 1 반사층 상의 제 2 반사층보다 0.001㎛ 내지 2㎛ 만큼 더 길게 형성되고,
    상기 만입부에 대응하는 제 1 반사층은 전체 반사패턴부 높이의 1/3 이내의 반사패턴부에 형성되는 광학 마스크.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조패턴층은,
    상기 제1반사층의 폭 이하의 폭으로 마련되는 광학마스크.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 보조패턴층은,
    Cr, Cr을 포함하는 화합물, Ta, Ni, ITO 중 하나 또는 2 이상의 물질로 형성된 광학마스크.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1반사층은 SiO2를 포함하는 재질인 광학마스크.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2반사층은,
    MgF2, TiO2, Al2O3, Ta2O5, Cerium fluoride, Zinc sulfide, AlF3, Halfnium oxide 및 Zirconium oxide 를 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나인 광학마스크.
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