KR102337235B1 - 하프톤 위상반전마스크 및 그 제조 방법 - Google Patents

하프톤 위상반전마스크 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

하프톤 위상반전마스크 및 그 제조 방법이 개시된다. 하프톤 위상반전마스크는 투명기판과 투명 기판에 형성된 위상반전층을 포함하고, 위상반전영역과 투과영역 사이의 위상차는 투명기판의 투과영역을 일정 깊이를 식각하여 조절된다.

Description

하프톤 위상반전마스크 및 그 제조 방법{Halt-tone phase shift mask and manufacturing method}
본 발명의 실시 예는 하프톤 위상반전마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이 패널 제작 또는 반도체 제작에 필요한 마스크는 광을 차단하는 차단영역과 광을 투과하는 투과영역을 포함한다. 위상반전마스크(PSM, Phase Shift Mask)는 차단영역과 투과영역 사이의 위상차 또는 위상차와 투과율을 조절하여 노광 공정에서 필요한 공정 마진인 해상도(resolution) 및 초점심도(depth of focus)를 향상시킨다. 이때 하나의 위상반전막으로 위상과 투과율을 동시에 조절하는 위상반전마스크를 하프톤 위상반전마스크라고 한다.
하프톤 위상반전마스크는 하나의 위상반전막으로 투과율과 위상값을 결정하므로 원하는 투과율과 위상값을 동시에 만족시키기 어렵다. 예를 들어, 하프톤 위상반전마스크의 위상반전 효과를 높이기 위해서는 고투과율이 필요하다. 그러나 고투과율을 만족하려면 위상반전막의 두께를 얇게 하여야 하며 이 경우 위상값이 작아지는 문제점이 존재한다.
본 발명의 실시 예는, 디스플레이 패널 또는 반도체의 제조 공정에서 해상도 및 초점심도를 향상시킬 수 있도록 원하는 투과율과 위상값을 동시에 만족시키는 하프톤 위상반전마스크 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 하프톤 위상반전마스크의 일 예는, 투명기판; 및 상기 투명 기판에 형성된 위상반전층;을 포함하고, 상기 위상반전층의 패턴 사이에 위치한 상기 투명기판의 투과영역은 일정 깊이 식각된다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 하프톤 위상반전마스크의 제조방법의 일 예는, 투명기판에 위상반전층 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 투명기판에서 상기 위상반전층 패턴 사이의 투과영역을 일정 깊이 식각하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시 예는, 투과율과 위상값을 동시에 만족하는 하프톤 위상반전마스크를 제조할 수 있어 노광 공정의 해상도 및 초점심도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하프톤 위상반전마스크의 일 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하프톤 위상반전마스크의 다른 일 예를 도시한 도면, 그리고,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시 예에 따른 하프톤 위상반전마스크를 제조하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 하프톤 위상반전마스크 및 그 제조방법에 대해 상세히 살펴본다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하프톤 위상반전마스크의 일 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 하프톤 위상반전마스크(100)는 투명기판(110), 투명기판(110) 위에 일정 패턴을 형성하는 위상반전층(120), 그리고 위상조절부(130)를 포함한다. 하프톤 위상반전마스크(100)는 위상반전층(120)의 패턴이 존재하는 위상반전영역(150)과 빛이 그대로 투과하는 투과영역(160)으로 구분될 수 있다.
투명기판(110)은 리소그래피(lithography) 공정 중 노광 과정에서 일정 파장대의 광을 완전히 투과시킬 수 있는 재질이다. 투명기판(110)의 재질의 일 예로, 석영(quartz), 글래스(glass) 등을 이용할 수 있다.
위상반전층(120)은 입사광의 일부를 투과시키고 또한 입사광의 위상을 변이시키는 물질로 구성된다. 예를 들어, 위상반전층(120)은 크롬(Cr) 화합물, 몰리브덴실리콘(MoSi) 계열의 화합물, 실리콘(Si), 텅스텐(W) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 하나 이상의 물질로 구성될 수 있다. 이 외에도 실시 예에 따라 위상반전층(120)을 구성하는 물질의 조성과 비율은 다양하게 변형 가능하다.
위상반전층(120)은 기 정의된 일정 투과율을 가진다. 위상반전층(120)의 두께, 조성물의 종류, 조성비 중 적어도 하나 이상을 조정하여 원하는 투과율을 맞출 수 있다. 예를 들어, 위상반전층은 2~50% 사이의 투과율로 형성될 수 있다.
평판 디스플레이 제조의 경우, 노광 과정에서 단일 파장의 빛을 사용하지 않고 i-line(365nm), h-line(405nm), g-line(436nm)의 복합 파장을 동시에 사용한다. 또한, 평판 디스플레이 제조시 하프톤 위상반전마스크는 최대 1.65*1.78㎡의 대면적을 요구한다. 그러나 복합 파장을 사용하는 노광 장비를 사용할 때 하프톤 위상반전마스크의 미세패턴의 경계면에서 광의 회절 현상이 일어난다. 이러한 회절 현상은 미세패턴의 크기가 작을수록 그 영향력이 크게 나타난다. 광의 회절현상으로 인해 포토레지스트가 완전히 노광되지 않아 현상 후 포토레지스트 잔막인 테이퍼(taper) 또는 포토레지스트 테일(tail)이 발생하며, 그 결과 식각 및 스트립(strip) 공정 후 구현하고자 하는 패턴이 명확히 생성되지 않거나 생성되어야 구현하고자 하는 크기보다 작게 생성되는 문제점이 존재할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 미세패턴의 경계에서 투과영역(160)과 위상반전영역(150)을 투과한 빛이 효율적으로 상쇄될 수 있도록 위상반전층의 투과율을 높일 필요가 있다. 그러나 투과율을 높일 경우에 위상반전영역과 투과영역을 투과한 빛의 위상차가 작아서 상쇄 효과가 반감되는 문제점이 존재한다.
위상조절부(130)는 위상반전영역(150)과 투과영역(160) 사이의 위상차가 일정값이 되도록 투명기판(110)의 투과영역(160)을 식각하여 형성된다. 즉, 위상반전영역의 투명기판의 두께(t1)와 투과영역의 투명기판의 두께(t2)의 두께를 다르게 하여 입사광의 위상차가 발생하도록 한다. 위상조절부(130)는 복합 파장을 이용한 노광 공정에서 해상도 등을 높일 수 있도록 위상반전영역(150)과 투과영역(160)의 위상차는 120~240도가 되도록 형성될 수 있다.
본 실시 예는 위상조절부(130)를 통해 위상반전영역(150)과 투과영역(160)의 위상차를 원하는 다양한 값으로 만들 수 있으므로, 위상반전층(120)은 원하는 투과율만 만족하는 다양한 두께 또는 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 위상반전층(120)은 고투과율을 만족하는 얇은 두께의 층으로 구성될 수 있다. 이때 위상반전층(120)의 위상 변이값이 작아지지만, 위상조절부(130)를 통해 위상반전영역(150)과 투과영역(160)의 위상차를 원하는 값으로 용이하게 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하프톤 위상반전마스크의 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 하프톤 위상반전마스크(200)는 투명기판(210), 차광층(220), 위상반전층(230) 및 위상조절부(240)를 포함한다. 하프톤 위상반전마스크(200)는 위상반전층(230)의 패턴이 존재하는 위상반전영역(260)과 빛이 그대로 투과하는 투과영역(270), 그리고 차광층(220)에 의해 빛이 차단되는 광차단영역(250)으로 구분될 수 있다.
도 2의 하프톤 위상반전마스크(200)는 도 1의 하프톤 위상반전마스크와 비교하면 차광층(220)을 더 포함한다. 투명기판(210), 위상반전층(230) 및 위상조절부(240)의 구성은 도 1에서 설명한 바와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
차광층(220)은 입사광을 차단하는 층이다. 차광층(220)은 크롬(Cr), 크롬 화합물, 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 티타늄텅스텐(TiW), 금(Au) 및 탄탈륨(Ta) 중 적어도 하나 이상의 물질로 구성될 수 있다. 이 외에도 실시 예에 따라 차광층을 구성하는 물질의 조성과 비율은 다양하게 변형가능하다.
본 실시 예는 차광층(220) 위에 위상반전층(230)이 형성된 경우이다. 반대로 위상반전층(230) 위에 차광층(220)이 형성될 수도 있다. 예를 들어, 차광층(220)과 위상반전층(230)의 식각 선택비의 차이가 일정 이상 확보되지 않은 경우에는 도 2의 실시 예와 같이 차광층(220) 위에 위상반전층(230)을 형성할 수 있다. 차광층(220)과 위상반전층(230)의 식각 선택비의 차이가 일정 이상 확보되면 위상반전층(230) 위에 차광층(220)을 형성할 수 있다.
일 실시 예로, 고투과율의 하프톤 위상반전마스크는 도 2와 같이 차광층(220)을 포함하도록 제조하고, 저투과율의 하프톤 위상반전마스크는 도 1과 같이 차광층 없이 제조할 수 있다.
다른 실시 예로, 도 1 및 도 2의 하프톤 위상반전마스크(100,200)는 불투명층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 투명기판(110,210)과 위상반전층(120,230) 사이에 불투명층의 패턴을 더 형성할 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시 예에 따른 하프톤 위상반전마스크를 제조하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 투명기판(300) 위에 위상반전층(310)을 형성한다. 위상반전층(310)은 위상변이값과 관계없이 일정 투과율을 만족하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 2~50%의 투과율을 만족하도록 위상반전층(3100의 두께, 조성물질 또는 조성비 등이 결정될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 위상반전층(310) 위에 포토레지스트 패턴(320)을 형성한다.
도 3c를 참조하면, 포토레지스트 패턴(320)에 따라 위상반전층(310)을 식각한다. 위상반전층(310)의 패턴에 따라 위상반전층(310)이 존재하는 위상반전영역과 위상반전층이 존재하지 않는 투과영역이 생성된다.
도 3a에서 위상반전층(310)은 일정 투과율만을 만족하도록 형성되므로, 위상반전층의 입사광에 대한 위상변이값은 원하는 값이 아닐 수 있다. 따라서 위상반전영역과 투과영역 사이의 위상차가 원하는 값이 되도록 투명기판의 투과영역을 일정 깊이 식각(330)한다. 투명기판의 투과영역의 식각 깊이에 따라 위상반전영역과 투과영역 사이의 위상차를 원하는 값으로 조절할 수 있다.
일 예로, 위상반전층(310)의 두께, 조성물질이나 조성비 등과 투명기판(300)의 두께 등의 물리적 속성을 기초로, 위상반전영역과 투과영역 사이의 위상차가 원하는 목표값이 되는 투과영역의 식각 깊이를 제조 공정 전에 미리 파악할 수 있다.
다른 실시 예로, 위상반전층(310)의 패턴 형성 후에 위상반전층(310)의 위상변이값을 측정하여 파악한 후 위상반전영역과 투과영역 사이의 위상차가 일정값이 되도록 하는 투과영역의 식각 깊이를 파악할 수 있다.
투명기판(300)의 투과영역은 습식각을 이용하여 식각할 수 있다. 다른 예로, 투명기판(300)의 투과영역은 건식각을 이용하여 식각할 수 있다. 또 다른 예로, 투명기판(300)의 투과영역은 1차 건식각 후 2차 습식각을 이용하여 식각할 수 있다.
투명기판(300)의 투과영역의 식각은 위상반전층(310)의 패턴 형성을 위한 식각 공정에서 이루어지므로 추가적인 장비나 추가적인 노광 공정 등이 필요없는 장점이 있다. 예를 들어, 도 3c와 같이 위상반전층(310)의 패턴 형성을 위한 포토레지스트 패턴(320) 형성 후 그 포토레지스트 패턴(320)을 이용하여 위상반전층(310) 및 투명기판(300)의 투과영역을 순차적으로 식각(330)할 수 있다.
도 3d를 참조하면, 포토레지스트(320)를 제거하여 하프톤 위상반전마스크를 생성한다. 본 실시 예는 설명의 편의를 위해 도 1의 하프톤 위상반전마스크의 제조과정을 도시하고 있다. 도 1의 제조과정에 차광층의 패턴을 형성하는 과정을 추가하여 도 2의 하프톤 위상반전마스크를 제조할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
110,210: 투명기판 120,230: 위상반전층
130,240: 위상조절부 220: 차광층

Claims (10)

  1. 투명기판;
    상기 투명기판에 형성된 위상반전층; 및
    상기 투명기판과 상기 위상반전층 사이에 위치하여 일정 패턴을 형성하는 차광층;을 포함하고,
    상기 차광층에 의해 빛이 차단되는 광차단영역, 상기 위상반전층의 패턴이 존재하는 위상반전영역 및 상기 빛이 투명기판을 그대로 투과하는 투과영역을 포함하고,
    상기 위상반전층의 패턴 사이에 위치한 상기 투명기판의 투과영역은 일정 깊이 식각되고,
    상기 투과영역의 식각은 상기 위상반전층의 패턴 형성을 위한 식각 공정에서 습식각으로 이루어지고,
    상기 위상반전층은 두께 또는 물질 조성비를 조절하여 기 정의된 투과율을 가지도록 형성되고,
    상기 위상반전층의 패턴이 존재하는 위상반전영역과 상기 투과영역 사이의 상기 빛에 대한 위상차가 120~240도가 되도록 하는 상기 투과영역의 식각 깊이를 상기 빛에 대한 기 정의된 투과율로 형성된 상기 위상반전층의 위상 변이값을 기초로 파악하고, 상기 파악된 식각 깊이만큼 상기 위상반전층의 패턴 형성을 위한 식각 공정에서 상기 투명기판의 투과영역이 식각되는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전마스크.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 위상반전영역의 투과율은 2~50%인 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전마스크.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 투명기판에 차광층 패턴을 형성하는 단계;
    상기 차광층 패턴 위에 위상반전층을 형성하는 단계; 및
    상기 위상반전층의 패턴 형성을 위한 식각 공정에서 투과영역을 형성하기 위하여 상기 위상반전층 패턴 사이의 투명기판을 일정 깊이 습식각을 이용하여 식각하는 단계;를 포함하고,
    상기 위상반전층을 형성하는 단계는, 두께 또는 물질 조성비를 조절하여 빛에 대한 기 정의된 투과율을 만족하는 일정 두께의 위상반전층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 식각하는 단계는, 상기 위상반전층의 패턴이 존재하는 위상반전영역과 상기 투과영역 사이의 위상차가 120~240도가 되도록 하는 상기 투과영역의 식각 깊이를 상기 빛에 대한 기 정의된 투과율로 형성된 상기 위상반전층의 위상 변이값을 기초로 파악하고, 상기 파악된 식각 깊이만큼 상기 위상반전층의 패턴 형성을 위한 식각 공정에서 상기 투명기판의 투과영역을 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전마스크 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서, 상기 식각하는 단계는,
    상기 위상반전층 패턴이 위치한 위상반전영역의 위상을 파악하는 단계;
    상기 위상반전층의 패턴 사이에 위치한 상기 투과영역과 상기 위상반전영역 사이의 위상차가 기 설정된 값을 만족하는 상기 투과영역의 식각 깊이를 결정하는 단계; 및
    상기 투명기판의 투과영역을 상기 식각 깊이로 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 마스크 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제 6항에 있어서, 상기 식각하는 단계는,
    습식각 또는 건식각을 이용하여 상기 투과영역을 일정 깊이로 식각하거나, 건식각과 습식각을 순차 적용하여 상기 투과영역을 일정 깊이로 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전마스크 제조 방법.
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