KR102349244B1 - 위상 반전 마스크, 이의 제조 방법 및 미세 패턴 형성 방법 - Google Patents

위상 반전 마스크, 이의 제조 방법 및 미세 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

투명 기판; 상기 투명 기판 상에 배치되고, 상기 투명 기판을 투과하는 광의 위상을 변화시키는 위상 전이 패턴; 및 상기 위상 전이 패턴의 표면 중 적어도 일부 상에 배치된 금속 코팅막을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크가 개시된다.

Description

위상 반전 마스크, 이의 제조 방법 및 미세 패턴 형성 방법{PHASE SHIFT MASK, METHOD OF MANUFACTURING THEREOF AND METHOD OF FORMING MICRO PATTERN}
본 발명은 위상 반전 마스크, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 미세 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 패턴이 미세해짐에 따라 그 중요성이 커지고 있는 것들 중의 하나가 포토 마스크이다. 반도체 소자의 크기는 포토 리소그라피(photolithography)의 해상능력에 의해서 결정되고, 리소그라피 공정의 해상력은 대부분 노광 장치의 광원에 의존한다. 그러나, 노광 장치의 개발 속도가 반도체 소자의 패턴 미세화 경향을 따라잡지 못하는 문제가 최근 들어 발생하고 있고, 또한 노광 장치의 개발 비용이 급증함에 따라, 기존의 노광 광원에 해상력 증가법(resolution enhancement technique)을 결합하여 미세 패턴을 구현하려는 시도들이 이루어지고 있다.
이러한 해상력 증가법 중에서 가장 강력한 기술 중의 하나가 위상 반전 마스크(Phase Shift Mask: PSM)의 사용이다. 위상 반전 마스크는 일반적인 방식의 이원 마스크(binary mask)에 비하여 해상력이 크고 초점 심도폭(focus latitude)이 크기 때문에 미세한 패턴을 안정적으로 얻을 수 있다.
종래의 위상 반전 마스크는 CrO 또는 Mosi를 포함하는 성막을 이용하였다. 위 CrO 또는 Mosi 성막을 이용한 위상 반전 마스크의 경우 위상 변화 정도 및 투과 정도가 성막의 두께에 의해 결정됨에 따라 위상 변화 정도 및 투과 정도 각각에 대한 개별 조절이 어려울 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 포토리소그래피 공정에서 해상력을 향상시킬 수 있는 위상 반전 마스크 및 이를 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위상 반전 마스크의 투과율 및 위상 변화 정도를 용이하게 조절할 수 있는 위상 반전 마스크의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위상 반전 마스크의 제조 공정을 간소화 할 수 있는 위상 반전 마스크의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크는 투명 기판; 상기 투명 기판 상에 배치되고, 상기 투명 기판을 투과하는 광의 위상을 변화시키는 위상 전이 패턴; 및 상기 위상 전이 패턴의 표면 중 적어도 일부 상에 배치된 금속 코팅막을 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크의 상기 위상 전이 패턴은, 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크의 상기 금속 코팅막은, 상기 위상 전이 패턴의 표면 전체 상에 배치될 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크의 상기 금속 코팅막은, 균일한 두께를 가질 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크의 상기 위상 전이 패턴의 표면은 상면 및 측면을 포함하고, 상기 금속 코팅막은 상기 위상 전이 패턴의 상면 및 상기 위상 전이 패턴의 측면 중 적어도 일부 상에 배치될 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크의 상기 금속 코팅막은 상기 위상 전이 패턴의 상면 및 상기 위상 전이 패턴의 측면 전체 상에 배치될 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크는 상기 위상 전이 패턴의 상면 상에 배치된 상기 금속 코팅막의 두께와 상기 위상 전이 패턴의 측면 상에 배치된 상기 금속 코팅막의 두께가 상이할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크는 상기 위상 전이 패턴 및 상기 금속 코팅막을 투과한 광은 위상이 180도 변할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크의 제조 방법은 투명 기판 상에 포토리소그래피 공정을 통해 위상 전이 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 위상 전이 패턴의 표면 중 적어도 일부 상에 금속 코팅막을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크의 제조 방법은 상기 금속 코팅막을 상기 위상 전이 패턴의 표면 전체 상에 형성할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크의 제조 방법은 상기 금속 코팅막을 무전해 도금 공정을 통해 형성할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크의 제조 방법은 상기 금속 코팅막을 균일한 두께로 형성할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크의 제조 방법은 상기 위상 전이 패턴의 표면은 상면 및 측면을 포함하고, 상기 금속 코팅막을 상기 위상 전이 패턴의 상면 및 상기 위상 전이 패턴의 측면 중 적어도 일부 상에 형성할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크의 제조 방법은 상기 금속 코팅막을 상기 위상 전이 패턴의 상면 및 상기 위상 전이 패턴의 측면 전체 상에 형성할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크의 제조 방법은 상기 위상 전이 패턴의 상면 상에 형성하는 상기 금속 코팅막의 두께를 상기 위상 전이 패턴의 측면 상에 형성하는 상기 금속 코팅막의 두께와 상이하게 형성할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법은 기판 상에 포토레지스트를 도포하여 레지스트층을 형성하는 단계; 상기 레지즈트층 상에 위상차 반전 마스크를 위치시키는 단계; 및 상기 위상차 반전 마스크를 통해 레지스트층을 선택적으로 노광하고, 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 위상차 반전 마스크는, 투명 기판, 상기 투명 기판 상에 배치되고, 상기 투명 기판을 투과하는 광의 위상을 변화시키는 위상 전이 패턴, 및 상기 위상 전이 패턴의 표면 중 적어도 일부 상에 배치된 금속 코팅막을 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법은 상기 레지스트층을 형성하는 단계에 앞서서, 상기 기판 상에 피식각층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 피식각층 상에 상기 레지스트층을 형성할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법은 상기 레지스트 패턴을 이용하여 상기 피식각층을 부분적으로 식각해 미세 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법은 상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법의 상기 위상 전이 패턴은, 폴리머를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상 반전 마스크 및 이를 이용한 미세 패턴 형성 방법은 포토리소그래피 공정에서 해상력을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 반전 마스크의 제조 방법은 위상 반전 마스크의 투과율 및 위상 변화 정도를 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 반전 마스크의 제조 방법은 위상 반전 마스크의 제조 공정을 간소화할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 반전 마스크의 사시도이다.
도 2는 도 1의 II 내지 II´를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상차 반전 마스크에서, 도 1의 II-II´를 따라 자른 단면 중 A를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상차 반전 마스크에서, 도 1의 II-II´를 따라 자른 단면 중 A를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실 시예에 따른 위상차 반전 마스크의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 9 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 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.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 반전 마스크의 사시도이다. 도 2는 도 1의 II 내지 II´를 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 반전 마스크(100)는 투명 기판(110), 위상 전이 패턴(120), 및 금속 코팅막(130)을 포함한다.
투명 기판(110)은 광(L)이 투과될 수 있는 투명한 기판으로, 도 1에 도시된 바와 같이 직육면체 형상일 수 있다. 다만, 투명 기판(110)의 형상이 이러한 직육면체 형상에 국한되는 것은 아니다.
투명 기판(110)은 석영 유리(quartz glass)를 포함할 수 있다. 투명 기판(110)을 석영 유리로 구현한 경우, 석영을 포함하지 않는 유리에 비하여 자외선을 투과하는데 보다 유리할 수 있다.
위상 전이 패턴(120)은 투명 기판(110)을 투과하는 광의 위상을 변화시키기 위한 것으로, 투명 기판(110)의 일면 상에 배치된다. 위상 전이 패턴(120)은 도 1 에 도시된 바와 같이 직육면체 형상일 수 있으나, 이는 예시적인 것으로, 위상 전이 패턴(120)의 형상이 이러한 직육면체 형상에 국한되는 것은 아니다. 또한, 위상 전이 패턴(120)은 도 1에 도시된 바와 같이 투명 기판(110) 상에 일정한 간격으로 규칙적으로 배치될 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니며, 위상 전이 패턴(120)은 투명 기판(110) 상에 불규칙적으로 배치될 수도 있다.
위상 전이 패턴(120)은 비금속인 폴리머(Polymer)를 포함할 수 있다. 위상 전이 패턴(120)이 폴리머를 포함하여 구현되는 경우 투명할 수 있다. 위상 전이 패턴(120)이 폴리머를 포함하여 구현되는 경우 금속성의 패턴에 비해 테이퍼 각(taper angle)이 수직에 보다 가까울 수 있다. 위상 전이 패턴(120)의 테이퍼 각이 수직에 가까울수록 마스크를 투과한 빛의 퀄러티를 수치화한 NILS(Normalized Intensity Log Slope) 값이 증대될 수 있다.
금속 코팅막(130)은 투명 기판(110)을 투과하는 광의 위상을 변화시키며, 또한 금속 코팅막(130)에 의해 투명 기판(110)을 투과하는 광의 투과도가 정해질 수 있다.
금속 코팅막(130)은 위상 전이 패턴(120)의 표면 중 적어도 일부 상에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서 금속 코팅막(130)은 도 2에 도시된 바와 같이 균일한 두께(t2)로 위상 전이 패턴(120)의 표면 상에 배치될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 금속 코팅막(130)의 두께는 균일하지 않을 수도 있다.
위상 전이 패턴(120)이 도1 및 도 2에 도시된 바와 같이 직육각 형상을 갖는 경우, 금속 코팅막(130)은 위상 전이 패턴(120)의 상면 및 측면 전체 상에 배치된 형태로 구현될 수 있다. 다만, 위상 전이 패턴(120) 및 금속 코팅막(130)의 형상은 이에 제한되지 않는다. 위상 전이 패턴(120) 및 금속 코팅막(130)의 형상과 관련하여서는 이하에서 상술한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크(100)는 투명 기판(110)의 타면 측으로부터 입사되는 광(L) 중 위상 전이 패턴(120) 및 금속 코팅막(130)이 배치된 영역(R)을 투과하는 광은 위상이 변하게 되고, 투명 기판(110)의 타면 측으로부터 입사되는 광(L) 중 위상 반전 패턴(120) 및 금속 코팅막(130)이 배치되지 않은 영역(T)을 투과하는 광은 위상이 변하지 않거나 또는 위상이 변하더라도 변화된 정도가 미미할 수 있다.
위상 전이 패턴(120) 및 금속 코팅막(130)이 배치된 영역(R)을 투과하는 광(L)은 위상 전이 패턴(120)의 굴절률(n1) 및 두께(t1)와 금속 코팅막(130)의 굴절률(n2) 및 두께(t2)에 의해 위상의 변화 정도가 정해질 수 있다. 위상 전이 패턴(120)의 굴절률(n1) 및 금속 코팅막(130)의 굴절률(n2)은 위상 전이 패턴(120) 및 금속 코팅막(130)에 포함된 구성 물질에 의해 정해질 수 있다.
예를 들어, 위상 전이 패턴(120)의 굴절률(n1) 및 두께(t1)와 금속 코팅막(130)의 굴절률(n2) 및 두께(t2)가 적절한 값을 가짐에 따라 R 영역을 투과하는 광의 위상은 180도 변할 수 있다. 즉, R 영역을 투과하는 광의 위상이 반전될 수 있다.
몇몇 실시예에서 위상 전이 패턴(120)은 투명한 폴리머를 포함하여 구현될 수 있다. 이렇게 위상 전이 패턴(120)이 투명한 폴리머를 포함하여 구현되는 경우, 위상 전이 패턴(120) 및 금속 코팅막(130)이 배치된 영역(R)을 투과하는 광의 투과도는 주로 금속 코팅막(130)의 감쇠 상수 및 두께(t2)에 의해 정해질 수 있다. 즉, 투명한 폴리머가 광의 투과도에 미치는 영향은 미미할 수 있다. 금속 코팅막(130)의 감쇠 상수는 금속 코팅막(130)에 포함된 구성 물질에 의해 정해질 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상차 반전 마스크에서, 도 1의 II-II´를 따라 자른 단면 중 A를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상차 반전 마스크(100a)는 도 2의 실시예에서 설명한 위상차 반전 마스크(도 2의 100)와 비교하여 위상 반전 패턴(120a) 및 금속 코팅막(130a)의 형상이 상이하고, 이외 나머지 구성은 동일하거나 유사할 수 있는 바, 이하에서는 중복된 부분을 제외한 차이점에 대해 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 위상차 반전 마스크(100a)는 도 3에 도시된 바와 같이 위상 전이 패턴(120a)은 중앙 부분이 볼록하게 솟아오른 형상일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로, 위상 전이 패턴(120a)의 형상은 이에 국한되지 않는다.
금속 코팅막(130a)는 위상 전이 패턴(120a)의 표면 중 적어도 일부 상에 배치될 수 있는 것으로, 몇몇 실시예에서 금속 코팅막(130a)은 도 3에 도시된 바와 같이 위상 전이 패턴(120a)의 표면 전체 상에 균일한 두께(t3)로 배치될 수 있다.
위상 전이 패턴(120a)은 상면 및 측면을 포함할 수 있으며, 몇몇 실시예에서 금속 코팅막(130a)은 도 3에 도시된 바와 같이 위상 전이 패턴(120a)의 상면 및 측면 전체 상에 배치될 수 있다.
본 실시예에서 위상 전이 패턴(120a)의 상면은 위상 전이 패턴(120a)의 표면 중 투명 기판(110) 기준으로 소정 높이(H) 이상의 영역(U)에 형성된 표면으로 정의될 수 있으며, 위상 전이 패턴(120a)의 측면은 위상 전이 패턴(120a)의 표면 중 투명 기판(110) 기준으로 소정 높이(H) 미만의 영역(S)에 형성된 표면으로 정의될 수 있다. 다만, 위상 전이 패턴(120a)의 상면 및 측면을 정의하는 기준은 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 위상 전이 패턴(120a)의 상면 및 측면을 정의하는 기준은 소정 곡률 값을 기준으로 정의될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상차 반전 마스크에서, 도 1의 II-II´를 따라 자른 단면 중 A를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상차 반전 마스크(100b)는 도 3의 실시예에서 설명한 위상차 반전 마스크(도 3의 100a)와 비교하여 금속 코팅막(130b)의 형상이 상이하고, 이외 나머지 구성은 동일하거나 유사할 수 있는 바, 이하에서는 중복된 부분을 제외한 차이점에 대해 설명한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상차 반전 마스크(100b)는 도 4에 도시된 바와 같이 금속 코팅막(130b)이 위상 전이 패턴(120b)의 표면 중 일부 상에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 금속 코팅막(130b)은 위상 전이 패턴(120b)의 표면 중 상면 및 측면 중 일부에 배치될 수 있다.
본 실시예에서는 위상 전이 패턴(120b)의 측면에 배치되는 금속 코팅막(130b)의 단면 형상이 좌우 대칭되는 형상으로 예시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 비대칭 형상으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 금속 코팅막(130b)은 위상 전이 패턴(120b)의 일측면 전체 상에 배치되고, 타측면 일부 상에 배치될 수도 있다.
또한, 본 실시예에서 금속 코팅막(130b)은 위상 전이 패턴(120b)의 상면 전체에 배치되는 경우를 예시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 금속 코팅막(130b)은 위상 전이 패턴(120b)의 상면 일부에 배치될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상차 반전 마스크에서, 도 1의 II-II´를 따라 자른 단면 중 A를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상차 반전 마스크(100c)는 도 2의 실시예에서 설명한 위상차 반전 마스크(도 2의 100)와 비교하여 금속 코팅막(130c)의 형상이 상이하고, 이외 나머지 구성은 동일하거나 유사할 수 있는 바, 이하에서는 중복된 부분을 제외한 차이점에 대해 설명한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상차 반전 마스크(100c)는 도 5에 도시된 바와 같이 금속 코팅막(130c)은 위상 전이 패턴(120c)에 균일하지 않은 두께로 도포될 수 있다. 보다 구체적으로, 위상 전이 패턴(120c)의 상면에 배치된 금속 코팅막(130c)의 두께(t5)는 위상 전이 패턴(120c)의 측면에 배치된 금속 코팅막(130c)의 두께(t5´)에 비해 두꺼울 수 있다.
본 실시예에서는 위상 전이 패턴(120c)의 상면에 배치된 금속 코팅막(130c)의 두께(t5)가 위상 전이 패턴(120c)의 측면에 배치된 금속 코팅막(130c)의 두께(t5´) 보다 두꺼운 경우를 예로 들었으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 위상 전이 패턴(120c)의 상면에 배치된 금속 코팅막(130c)의 두께(t5)가 위상 전이 패턴(120c)의 측면에 배치된 금속 코팅막(130c)의 두께(t5´) 보다 얇을 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 위상 전이 패턴(120c)의 측면에 배치된 금속 코팅막(130c)의 두께(t5´)는 균일한 것으로 예시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 위상 전이 패턴(120c)의 측면에 배치된 금속 코팅막(130c)의 두께(t5´)는 균일하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 일 측면에 배치된 금속 코팅막의 두께는 타 측면에 배치된 금속 코팅막의 두께보다 두꺼울 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 위상 전이 패턴(120c)의 상면 및 측면 각각에 배치된 금속 코팅막(130c)의 두께는 t5, t5´로 균일한 경우를 예시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 위상 전이 패턴(120c)의 상면 및 측면 각각에 있어 금속 코팅막(130c)의 두께는 균일하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 위상 전이 패턴(120c)의 상면에 배치된 금속 코팅막(130c)의 두께는 균일하지 않을 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실 시예에 따른 위상차 반전 마스크의 제조 방법을 나타내는 순서도이다. 도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크의 제조 방법은 먼저, 투명 기판(110) 상에 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 통해 위상 전이 패턴(120)을 형성한다(S610). 이를 통해, 비금속인 폴리머를 포함하는 위상 전이 패턴(120)을 형성할 수 있다.
구체적으로, S610 단계는 투명 기판(110) 상에 포토 레지스트를 스핀 코팅, 스프레이, 또는 담금으로써 도포하는 단계, 형성하려는 패턴이 새겨진 포토 마스크를 도포된 포토 레지스트 상에 위치시키는 단계, 포토 마스크를 통해 포토 레지스트를 선택적으로 노광하는 단계, 노광된 부분(또는 노광되지 않은 부분)을 제거하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크의 제조 방법은, 별도의 습식 에칭(wet etching) 공정 및 스트립(strip) 공정을 수행하지 않고, 포토리소그래피 공정만을 통해 비금속인 폴리머를 포함하는 위상 전이 패턴(120)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 위상 전이 패턴(120)의 테이퍼 각(taper angle)은 습식 에칭(wet etching) 공정을 포함하여 형성되는 금속성 위상 전이 패턴의 테이퍼 각에 비해 수직에 보다 가까울 수 있다. 위상 전이 패턴(120)의 테이퍼 각이 수직에 가까울수록 마스크를 투과한 빛의 퀄러티를 수치화한 NILS(Normalized Intensity Log Slope) 값이 증대될 수 있다.
다음으로, 도 6 및 도 8을 참조하면, 위상 전이 패턴(120)의 표면 중 적어도 일부 상에 금속 코팅막(130)을 형성한다(S620). 예를 들어, 금속 코팅막(130)을 위상 전이 패턴(120)의 표면 전체 상에 형성할 수 있다. 몇몇 실시예에서 S620 단계는 무전해 도금 공정을 포함하여 수행될 수 있다. 즉, 무전해 도금 공정을 통해 금속 코팅막(130)을 위상 전이 패턴(120) 상에 형성할 수 있다. 무전해 도금은 외부에서 전기에너지를 가하지 않고 수행하는 도금일 수 있다. 예를 들어, 치환 도금, 접촉 도금, 비촉매 화학 도금, 촉매 화학 도금이 무전해 도금에 해당할 수 있다. 무전해 도금 공정을 통해 코팅율(coating rate)을 약 10Å/min으로 정밀하게 구현할 수 있다. 이에 따라 금속 이온 및 환원제 비율 조절을 통한 정밀한 두께 구현이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크 제조 방법은 무전해 도금균일공정을 통해 금속 코팅막(130)을 형성함으로써 균일한 두께를 가지는 금속 코팅막(130)을 형성할 수 있다. 또한, 무전해 도금 공정을 통해 비금속인 폴리머를 포함하는 위상 전이 패턴(120) 상에 금속 코팅막(130)을 형성할 수 있다. 또한, 무전해 도금을 통해 위상 전이 패턴(120) 상에 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 구리(Cu) 등의 다양한 금속을 포함하는 금속 코팅막(130)을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크 제조 방법은 몇몇 실시예에서 도 7에 도시된 바와 같이 위상 전이 패턴(120)의 표면이 상면 및 측면을 포함하도록 위상 전이 패턴(120)을 형성할 수 있다.
이 경우, 금속 코팅막(130)을 위상 전이 패턴(120)의 상면 및 위상 전이 패턴(120)의 측면 중 적어도 일부 상에 형성할 수 있다. 예를 들어, 금속 코팅막(130)을 위상 전이 패턴(120)의 상면 및 상기 위상 전이 패턴(120)의 측면 전체 상에 형성할 수 있다.
이 경우, 몇몇 실시예에서 도 8에 도시된 바와 같이 위상 전이 패턴(120)의 상면 상에 형성하는 금속 코팅막(130)의 두께 및 위상 전이 패턴(120)의 측면 상에 형성하는 금속 코팅막(130)의 두께를 균일하게 형성할 수 있다. 다만, 이에 국한되는 것은 아니며, 위상 전이 패턴(120)의 상면 상에 형성하는 금속 코팅막(130)의 두께를 위상 전이 패턴(120)의 측면 상에 형성하는 금속 코팅막(130)의 두께와 상이하게 형성할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크 제조 방법은 제조하려는 위상차 반전 마스크의 위상 변화 정도 및 투과도에 따라 위상 전이 패턴(120) 및 금속 코팅막(130)의 종류와 두께를 적절히 선택할 수 있다.
다시 도 2를 참조하여 이를 구체적으로 설명하면, 전술한 바와 같이 위상 전이 패턴(120) 및 금속 코팅막(130)이 배치된 영역(R)을 투과하는 광은 위상 전이 패턴(120)의 굴절률(n1) 및 두께(t1)와 금속 코팅막(130)의 굴절률(n2) 및 두께(t2)에 의해 위상의 변화 정도가 정해질 수 있으며, 투과도는 주로 금속 코팅막(130)의 감쇠 상수 및 두께(t2)에 의해 정해질 수 있다.
이에 따라, 먼저 제조하려는 위상차 반전 마스크(100)의 투과도를 고려하여 금속 코팅막(130)의 두께(t2)를 결정하고, 다음으로 제조하려는 위상차 반전 마스크(100)의 위상 변화 정도 및 코팅막(130)의 두께(t2)를 고려하여 위상 전이 패턴(120)의 두께(t1)를 결정할 수 있다. 즉, 위상차 반전 마스크(100)의 투과도는 금속 코팅막(130)의 두께(t2) 조절을 통해 독립 제어할 수 있고, 위상차 반전 마스크(100)의 위상 변화 정도는 위상 전이 패턴(120)의 두께(t1) 조절을 통해 독립 제어할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크 제조 방법은, 별도의 에칭 및 스트립 공정 없이, 포토리소그래피 공정만을 통해 위상 전이 패턴(120)을 형성하는 단계와 무전해 도금 공정을 통해 위상 전이 패턴(120) 상에 금속 코팅층(130)을 형성하는 단계의 수행을 통해 위상차 반전 마스크를 제조할 수 있어 위상차 반전 마스크의 제조 공정을 간소화할 수 있다.
이하에서는 전술한 위상차 반전 마스크(100)를 이용한 미세 패턴 형성 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 통해 기판 상에 미세한 패턴 예컨대, 배선이나 전극, 콘택 홀 등을 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 통해 반도체 기판에 미세 패턴을 포함하는 집적 회로, 박막 회로, 배선 패턴을 가공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법은 약 100nm 이하의 미세한 사이즈를 가지는 패턴을 형성할 수 있다.
도 9 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법은 먼저, 기판(910) 상에 피식각층(920)을 형성한다(S910). 피식각층(920)은 반도체물질층, 절연층 또는 도전층을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 10을 참조하면, 피식각층(920) 상에 포토레지스트 도포하여 레지스트층(930)을 형성한다. 레지스트층(930)은 스핀코팅, 스프레이, 또는 담금 공정을 통해 형성할 수 있다. 포토레지스트는 포지티브(positive) 포토레지스트 또는 네거티브(negative) 포토레지스트일 수 있다.
몇몇 실시예에서는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 피식각층(920) 및 레지스트층(930)이 기판(910) 상에 순차적으로 적층되어 구현될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로, 기판(910) 상에 레지스트층(930)이 직접 적층되어 구현될 수도 있다.
다음으로, 도 11을 참조하면, 레지스트층(930) 상에 위상차 반전 마스크(940)를 위치 시킨다.
위상차 반전 마스크(940)는 도 1 내지 도 5의 실시예에서 설명한 위상차 반전 마스크(100, 100a, 100b, 100c)와 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 위상차 반전 마스크(940)는 도 6 내지 도 8의 실시예에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상차 반전 마스크 제조 방법에 따라 제조된 위상차 반전 마스크일 수 있다.
즉, 위상차 반전 마스크(940)는 투명 기판(942), 투명 기판(942) 상에 배치되고, 투명 기판(942)을 투과하는 광의 위상을 변화시키는 위상 전이 패턴(944), 및 상기 위상 전이 패턴(944)의 표면 중 적어도 일부 상에 배치된 금속 코팅막(946)을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 12를 참조하면, 위상차 반전 마스크(940)를 통해 레지스트층(930)을 선택적으로 노광하고, 현상하여 레지스트 패턴(932)을 형성한다. 본 실시예에서는 포토레지스트로 포지티브 레지스트를 사용한 경우를 예시하였으나, 포토레지스트로 네거티브 레지스트를 사용하여 레지스트층을 형성한 경우에는, 노광된 부분에 의해 레지스트 패턴이 형성될 수 있다.
다음으로, 도 13을 참조하면, 레지스트 패턴(932)을 이용해 피식각층(920)을 부분적으로 식각하여 미세 패턴(922)을 형성할 수 있다. 이를 통해 피식각층(920)에 미세한 패턴(922)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 기판(910) 상에 배선이나 전극 패턴, 절연 패턴, 콘택 홀 등의 미세 패턴을 형성할 수 있다. 피식각층(920)을 부분적으로 식각하기 위해 습식 식각 공정(wet etching process), 건식 식각 공정(dry etching process) 또는 반응성 이온 식각 공정(reactive ion etching process)이 적용될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 도 14를 참조하면, 레지스트 패턴(932)을 제거할 수 있다. 레지스트 패턴(932)의 제거를 위해 애싱(ashing) 공정, 황산(H2SO4), 및 과산화수소(H2O4)의 의한 세정 또는 유기 스트리퍼(orgainc stripper)를 사용할 수 있으나, 이는 예시적인 것으로, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속 하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 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.
100: 위상 반전 마스크
110: 투명 기판
120: 위상 전이 패턴
130: 금속 코팅막

Claims (20)

  1. 투과광의 위상을 변화시키는 위상 변화 영역과 투과광의 위상을 변화시키지 않는 위상 비변화 영역을 포함하는 위상차 반전 마스크로서,
    투명 기판;
    상기 투명 기판 상에 배치되고, 상기 위상 변화 영역 내에 위치하며, 상면 및 측면을 포함하는 위상 전이 패턴; 및
    상기 위상 전이 패턴의 상기 상면 전체 상 및 상기 측면의 적어도 일부 상에 배치된 금속 코팅막을 포함하되,
    상기 위상 전이 패턴은 입사하는 광의 적어도 일부를 투과시키되 그 위상을 제1 위상으로 변이하고,
    상기 금속 코팅막은 입사하는 광의 적어도 일부를 투과시키되 그 위상을 제2 위상으로 변이하며,
    상기 위상 전이 패턴은 폴리머를 포함하는 위상차 반전 마스크.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 코팅막은,
    균일한 두께를 가지는 위상차 반전 마스크.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 코팅막은 상기 위상 전이 패턴의 상기 상면 전체 상 및 상기 상기 측면 전체 상에 배치된 위상차 반전 마스크.
  7. 투과광의 위상을 변화시키는 위상 변화 영역과 투과광의 위상을 변화시키지 않는 위상 비변화 영역을 포함하는 위상차 반전 마스크로서,
    투명 기판;
    상기 투명 기판 상에 배치되고, 상기 위상 변화 영역 내에 위치하며, 상면 및 측면을 포함하는 위상 전이 패턴; 및
    상기 위상 전이 패턴의 상기 상면 전체 상 및 상기 측면의 적어도 일부 상에 배치된 금속 코팅막을 포함하되,
    상기 위상 전이 패턴은 입사하는 광의 적어도 일부를 투과시키되 그 위상을 제1 위상으로 변이하고,
    상기 금속 코팅막은 입사하는 광의 적어도 일부를 투과시키되 그 위상을 제2 위상으로 변이하며,
    상기 위상 전이 패턴의 상기 상면 상에 배치된 상기 금속 코팅막의 두께와 상기 위상 전이 패턴의 상기 측면 상에 배치된 상기 금속 코팅막의 두께가 상이한 위상차 반전 마스크.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 위상 변화 영역에서 상기 위상 전이 패턴과 상기 금속 코팅막을 투과한 광은 위상이 180도 변하는 위상차 반전 마스크.
  9. 투과광의 위상을 변화시키는 위상 변화 영역과 투과광의 위상을 변화시키지 않는 위상 비변화 영역을 포함하는 위상차 반전 마스크의 제조 방법으로서,
    투명 기판 상에 포토리소그래피 공정을 통해 상기 위상 변화 영역 내에 위치하며 상면 및 측면을 포함하는 위상 전이 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 위상 변화 영역 내에 위치하며 상기 위상 전이 패턴의 상기 상면 전체 상 및 상기 측면의 적어도 일부 상에 금속 코팅막을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 위상 전이 패턴은 입사하는 광의 적어도 일부를 투과시키되 그 위상을 제1 위상으로 변이하고,
    상기 금속 코팅막은 입사하는 광의 적어도 일부를 투과시키되 그 위상을 제2 위상으로 변이하되,
    상기 위상 전이 패턴은 폴리머를 포함하는 위상차 반전 마스크의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 금속 코팅막을 무전해 도금 공정을 통해 형성하는 위상차 반전 마스크의 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 금속 코팅막을 균일한 두께로 형성하는 위상차 반전 마스크의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 제9항에 있어서,
    상기 금속 코팅막은 상기 위상 전이 패턴의 상기 상면 전체 상 및 상기 측면 전체 상에 배치되는 위상차 반전 마스크의 제조 방법.
  15. 투과광의 위상을 변화시키는 위상 변화 영역과 투과광의 위상을 변화시키지 않는 위상 비변화 영역을 포함하는 위상차 반전 마스크의 제조 방법으로서,
    투명 기판 상에 포토리소그래피 공정을 통해 상기 위상 변화 영역 내에 위치하며 상면 및 측면을 포함하는 위상 전이 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 위상 변화 영역 내에 위치하며 상기 위상 전이 패턴의 상기 상면 전체 상 및 상기 측면의 적어도 일부 상에 금속 코팅막을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 위상 전이 패턴은 입사하는 광의 적어도 일부를 투과시키되 그 위상을 제1 위상으로 변이하고,
    상기 금속 코팅막은 입사하는 광의 적어도 일부를 투과시키되 그 위상을 제2 위상으로 변이하며,
    상기 위상 전이 패턴의 상기 상면 상에 배치되는 상기 금속 코팅막의 두께를 상기 위상 전이 패턴의 상기 측면 상에 배치되는 상기 금속 코팅막의 두께와 상이하게 형성하는 위상차 반전 마스크의 제조 방법.
  16. 기판 상에 포토레지스트를 도포하여 레지스트층을 형성하는 단계;
    상기 레지스트층 상에 위상차 반전 마스크를 위치시키는 단계; 및
    상기 위상차 반전 마스크를 통해 레지스트층을 선택적으로 노광하고, 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 위상차 반전 마스크는, 투과광의 위상을 변화시키는 위상 변화 영역과 투과광의 위상을 변화시키지 않는 위상 비변화 영역을 포함하는 위상차 반전 마스크로서,
    투명 기판, 상기 투명 기판 상에 배치되고, 상기 위상 변화 영역 내에 위치하며, 상면 및 측면을 포함하는 위상 전이 패턴, 및 상기 위상 전이 패턴의 상기 상면 전체와 상기 측면의 적어도 일부 상에 배치된 금속 코팅막을 포함하고,
    상기 위상 전이 패턴은 입사하는 광의 적어도 일부를 투과시키되 그 위상을 제1 위상으로 변이하고,
    상기 금속 코팅막은 입사하는 광의 적어도 일부를 투과시키되 그 위상을 제2 위상으로 변이하되,
    상기 위상 전이 패턴은 폴리머를 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 레지스트층을 형성하는 단계에 앞서서, 상기 기판 상에 피식각층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 피식각층 상에 상기 레지스트층을 형성하는 미세 패턴 형성 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 레지스트 패턴을 이용하여 상기 피식각층을 부분적으로 식각해 미세 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
  20. 삭제
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