KR102468553B1 - 블랭크마스크 및 포토마스크 - Google Patents

Abstract

블랭크마스크는 투명 기판상에 형성된 MoSi 재질의 위상반전막과 Cr 을 포함하는 재질의 차광막을 구비한다. 차광막은 투명 기판상에 순차 적층된 제1차광층, 제2차광층 및 반사방지층을 구비한다. 반사방지층의 굴절률은 제2차광층보다 크고, 제1차광층의 굴절률은 제2차광층보다 크다. 반사방지층의 낮은 표면 반사율과 차광막의 차광 성능이 확보되면서도 차광층의 두께를 줄일 수 있으므로, 고해상도 패턴 형성이 가능한 포토마스크를 제작할 수 있다.

Description

블랭크마스크 및 포토마스크 {Blankmask and Photomask}

본 발명은 블랭크마스크 및 이를 이용한 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 투명 기판상에 차광막을 구비한 블랭크마스크 및 이를 이용하여 제작되는 포토마스크에 관한 것이다.

액정표시장치(LCD : Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등의 평판 디스플레이(FPD : Flat Panel Display)용 디바이스를 제조하기 위한 리소그래피 공정에서는 블랭크마스크로부터 제조된 포토마스크를 이용하여 디바이스를 제작한다.

블랭크마스크는 합성 석영 유리 등으로 이루어지는 투광성 기판의 주 표면 상에 금속을 포함하는 박막이 형성되고, 박막 위에 레지스트막이 형성된 것이다. 여기서 박막은 광학적 특징에 따라 차광막, 반사방지막, 위상반전막, 반투과막, 반사막 등으로 나눌 수 있고, 이러한 박막들 중 하나 또는 둘 이상의 박막이 혼용되어 사용되기도 한다.

FPD 디바이스를 제조하는데 사용되는 노광광은 주로 수은등으로부터 방사되는 광원에 기반하며, 일반적으로 I-line(365nm), H-line(405nm), 및 G-line(436nm)을 포함하는 복합 노광광이다. 한편, 최근 고해상도 구현이 대두됨에 따라 K-line(303), J-line(312nm) 등과 같이 노광광의 파장이 점차 단파장화되는 추세이다.

도 1 은 종래의 블랭크마스크의 일 예를 도시한 단면도로서, 투명 기판(110)상에 위상반전막(120)과 차광막(130)을 구비한 FPD용 블랭크마스크를 도시한 도면이다. 위상반전막(120)은 일반적으로 몰리브데늄실리사이드(MoSi) 재질로 형성된다. 차광막(130)은 차광층(131)과 반사방지층(133)으로 구성되며, 일반적으로 크롬(Cr)에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 하나 이상이 포함되는 크롬 화합물로 형성된다.

블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크는 패터닝된 위상반전막(120)과 차광막(130)에 대해 차광성이 요구된다. 이를 위하여 블랭크마스크의 위상반전막(120)과 차광막(130)은 소정의 광학밀도(Optical Density)를 충족하여야 하며, 일반적으로 3.2 이상의 광학밀도가 요구된다. 위상반전막(120)은 노광광의 위상반전을 주된 기능으로 하므로 광학밀도가 낮으며, 일반적으로 0.5 정도의 광학밀도를 갖는다. 이를 고려하여 차광막(130)은 2.7 이상의 광학밀도를 갖도록 구성된다.

한편, 차광막(130)을 구성하는 두 층(131, 133)은, 차광층(131)에 비하여 반사방지층(133)의 굴절률이 높도록 구성된다. 굴절률(n)의 경우, 굴절률이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로는 투과율이 높고 낮은 쪽에서 높은 쪽으로는 투과율이 낮다. 따라서, 반사방지층(133)이 낮은 표면 반사율을 가지기 위해서는 노광광의 주입 효율이 증가되어야 하므로 반사방지층(133)에 비하여 차광층(131)이 낮은 굴절률을 갖도록 구성된다.

차광층(131)은 차광막(130)에 요구되는 차광 효과를 얻기 위하여 반사방지층(133)의 두께보다 두껍도록 구성된다. 그러나 차광층(131)이 두꺼워질수록 차광막(130)의 전체 두께가 두꺼워지고, 이에 따라 포토마스크를 이용한 전사 패턴의 정밀도가 떨어져 고해상도의 패턴 구현이 어렵게 된다. 따라서 차광층(131)은 가급적 얇은 두께를 갖는 것이 바람직하다. 그런데, 전술한 바와 같이 차광층(131)의 굴절률이 반사방지층(133)에 비해 낮으므로 차광층(131)에 대해 요구되는 광학밀도를 확보하기 위해서는 차광층(131)의 두께를 일정 이상으로 설정하여야 하고, 이는 결과적으로 고해상도 패턴 구현을 어렵게 하는 요인이 된다. 종래의 일반적인 FPD용 블랭크마스크는 차광막(130)의 두께가 1000Å 이상이며, 차광막(130)에 대해 요구되는 2.7 이상의 광학밀도를 확보하기 위해서는 두께를 900Å 이하로 낮추기가 어렵다.

한편, 반사방지층(133)은 낮은 표면 반사율을 갖도록 하기 위하여 질소(N)와 산소(O)가 포함된다. 이를 위하여 반사방지층(133) 형성 시 질소 가스와 산소 가스가 혼합된 가스 분위기에서 성막 공정이 이루어진다. 따라서 반사방지층(133)의 성막 공정 중에 N, O 가 차광층(131)으로 확산된다. 또한 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크의 사용이 반복됨에 따라 반사방지층(133)에 포함된 N, O 가 차광층(131)으로 확산되기도 한다. 차광층(131)에 N, O 가 침투되면 차광층(131)의 투과율이 증가되어 요구되는 차광 효과를 확보하기 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반사방지층의 낮은 표면 반사율과 차광막의 차광 성능이 확보되면서도 차광층의 두께를 줄일 수 있도록 하여, 고해상도 패턴 형성이 가능한 포토마스크를 제작할 수 있는 블랭크마스크를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 반사방지층으로부터 차광층으로의 N, O 가 확산됨에 따른 영향이 최소화될 수 있도록 하는 블랭크마스크를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 블랭크마스크는, 투명 기판상에 형성된 차광막을 구비하며, 상기 차광막은 상기 투명 기판상에 순차 적층된 제1차광층, 제2차광층 및 반사방지층을 포함하며, 상기 반사방지층의 굴절률은 상기 제2차광층보다 크고, 상기 제1차광층의 굴절률은 상기 제2차광층보다 큰 것을 특징으로 한다.

상기 제1차광층과 상기 제2차광층은 0.3 이하의 굴절률 차이를 갖는 것이 바람직하다. 바람직한 일 예로서, 300~450nm 의 파장 중 하나 이상의 특정 파장의 노광광에 대하여, 상기 제1차광층은 1.5~2.5 의 굴절률을 가지며, 상기 제2차광층은 1.2~2.2 의 굴절률을 가지며, 상기 반사방지층은 2.3~2.5 의 굴절률을 가진다.

상기 제1차광층은 상기 제2차광층보다 높은 소멸계수를 갖는다. 상기 제1차광층과 상기 제2차광층은 1~2 의 소멸계수 차이를 갖는 것이 바람직하다. 바람직한 일 예Fh서, 300~450nm 의 파장 중 하나 이상의 특정 파장의 노광광에 대하여, 상기 제1차광층은 2.5~3.5 의 소멸계수를 가지며, 상기 제2차광층은 0.5~2.0 의 소멸계수를 가지며, 상기 반사방지층은 0.25~0.35 의 소멸계수를 가진다.

상기 차광막은 750Å 이하의 두께를 갖다. 상기 제1차광층은 350~450Å, 상기 제2차광층은 50~150Å, 상기 반사방지층은 200~300Å 의 두께를 갖는다.

상기 투명기판과 상기 차광막 사이에는 위상반전막이 추가로 배치될 수 있다. 상기 위상반전막은 몰리브데늄실리사이드(MoSi)를 포함하는 재질로 형성되고, 상기 차광막은 크롬(Cr)으로 형성되거나, 크롬(Cr)에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 어느 하나 이상을 포함하는 크롬 화합물로 구성된다. 상기 제1차광층 및 상기 제2차광층은 산소(O)를 함유하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기와 같은 구성을 갖는 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크가 제공된다.

본 발명에 따르면, 제1차광층, 제2차광층, 및 반사방지층을 순차 형성하되 제1차광층에 비하여 반사방지층과 제1차광층의 굴절률이 높게 구성된다. 또한, 제2차광층이 버퍼층의 역할을 하여 반사방지층으로부터 제1차광층으로 N, O 가 확산되는 것이 방지된다. 이에 따라 반사방지층의 낮은 표면 반사율과 차광막의 차광 성능이 확보되면서도 차광층의 두께를 줄일 수 있으므로, 고해상도 패턴 형성이 가능한 포토마스크를 제작할 수 있는 블랭크마스크가 제공된다.

도 1 은 종래의 블랭크마스크를 도시한 단면도.
도 2 는 본 발명에 따른 블랭크마스크를 도시한 단면도.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 2 은 본 발명에 따른 블랭크마스크를 도시한 단면도로서, 본 발명에 따른 블랭크마스크는 TFT-LCD, OLED 등과 같은 FPD 에 사용되는 블랭크마스크이며 또한 위상반전막을 구비한 블랭크마스크이다. 도 2 에서는 위상반전막을 구비한 블랭크마스크를 예시하고 있으나, 위상반전막이 구비된 블랭크마스크에만 국한되지 않는다.

도 2 를 참조하면, 본 발명에 따른 블랭크마스크는 투명 기판(210)상에 순차 적층된 위상반전막(220) 및 차광막(230)을 포함한다.

투명 기판(210)은 한 변이 300mm 이상인 사각형의 투명한 기판이고, 합성 석영 유리, 소다 라임 글래스 기판, 무알카리 글래스 기판, 저열 팽창 글래스 기판 등으로 형성될 수 있다.

위상반전막(220)은 몰리브데늄실리사이드(MoSi)를 포함하는 재질로 형성된다.

차광막(230)은 위상반전막(220)상에 순차 적층된 제1차광층(231), 제2차광층(232), 및 반사방지층(233)을 포함한다. 제1차광층(231), 제2차광층(232), 및 반사방지층(233)은 각각 단층막으로 이루어지거나, 적어도 2층 이상의 다층막 또는 연속막의 형태로 이루어진다. 다층막은 각 층의 조성이나 조성비가 상이한 막을 의미하며, 연속막은 플라즈마가 방전되어 있는 상태에서 공정 파워, 압력, 가스의 조성 등과 같은 공정 변수를 변경하여 조성 또는 조성비가 연속적으로 변하는 막을 의미한다.

차광막(230)은 크롬(Cr)으로 형성되거나 크롬(Cr)에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 하나 이상을 포함하여 구성되는 크롬 화합물로 형성된다. 즉, 차광막(230)을 구성하는 각 층은 크롬(Cr) 또는 CrN, CrO, CrC, CrCO, CrCN, CrON, CrCON 과 같은 크롬(Cr) 화합물로 형성될 수 있다. 산소(O)의 경우 그 함량이 증가하면 광학밀도가 크게 감소하여 투과율이 크게 증가한다. 따라서 산소를 함유하면 차광성이 감소하여 차광층(231, 232)으로서의 기능을 하기 어려우므로, 차광층(231, 232)은 산소를 함유하지 않는 것이 바람직하다.

차광막(230)에 포함되는 각 경원소가 차광막(230)의 특성에 미치는 영향은 다음과 같다. 질소(N)와 산소(O)는 크롬 재질에 포함되는 경우 식각 속도를 증가시키고, 탄소(C)는 크롬 재질에 포함되는 경우 식각 속도를 감소시킨다. 질소와 산소는 함유량이 증가하면 소멸계수가 감소하며, 탄소는 소멸계수에 미치는 영향이 비교적 작다. 질소와 산소는 함유량이 증가하면 굴절률이 낮아진다. 굴절률이 높은 재질은 일반적으로 소멸계수가 높은 특성을 가지며, 소멸계수가 증가하면 광학밀도가 증가한다. 따라서, 일반적으로 굴절률이 증가하면 광학밀도가 증가한다.

차광막(230)을 구성하는 각 층(231, 232, 233)의 조성 및 조성비는, 차광막(230)의 식각 시 단면의 경사를 최소화하기 위한 식각 속도 조절의 문제 및 상기한 바와 같은 각 층(231, 232, 233)의 소멸계수와 굴절률 등의 요구되는 특성과 관련하여, 각각의 경원소가 미치는 영향을 고려하여 적절하게 선택된다. 바람직한 일 예로서, 제1차광층(231)은 Cr 70~100at%, N 0~20at%, C 0~10at% 로 구성되고, 제2차광층(232)은 Cr 60~90at%, N 10~40at%, C 0~10at% 로 구성되고, 반사방지층(233)은 Cr 20~50at%, N 30~70at%, O 10~30at%, C 0~10at% 로 구성된다. 이러한 조성 범위는 하기와 같은 본 발명에 따른 각 층(231, 232, 233)의 특성을 충족하기 위한 바람직한 범위이며, 이 범위 내에서 적절하게 선택되어 각 층(231, 232, 233)의 특성이 조절된다.

도 2 에 도시된 본 발명에 따른 블랭크마스크는, 반사방지층(233)의 굴절률이 제2차광층(232)보다 크고, 또한 제1차광층(231)의 굴절률이 제2차광층(232)보다 크도록 구성된다. 도 1 에 도시된 종래의 블랭크마스크는, 반사방지층(133)의 굴절률이 차광층(131)의 굴절률보다 높다. 따라서 도 1 의 구성에서는 반사방지층(133)으로부터 차광층(131) 방향으로의 노광광의 입사 시 임계각도(Critical Angle : 노광광이 반사되지 않고 투과될 수 있는 수직 방향에 대한 최대 각도)가 높아지는 효과를 얻는다. 그러나 차광층(131)의 굴절률이 낮으므로 차광층(131)의 박막화가 어렵다는 문제점이 있다. 본 발명의 구성은 이러한 종래의 문제점을 상기와 같은 굴절률 관계를 충족하도록 제1차광층(231), 제2차광층(232), 반사방지층(233)을 형성함으로써 해결한다.

즉, 본 발명에서는 반사방지층(233)으로부터 제2차광층(232)으로 입사되는 노광광은 도 1 에 도시된 종래의 블랭크마스크에서와 마찬가지로 굴절률의 차이에 의하여 큰 임계각도를 갖는다. 따라서 반사방지층(233)으로부터 제2차광층(232)으로의 노광광의 투과율이 증가하고 반사방지층(233)은 요구되는 낮은 표면 반사율을 충족할 수 있게 된다. 그리고, 노광광이 제2차광층(232)으로부터 제1차광층(231)으로 진행할 때, 제1차광층(231)의 굴절률이 제2차광층(232)보다 높으므로 임계각도가 작아진다. 따라서 제2차광층(232)으로부터 제1차광층(231) 방향으로의 노광광의 투과율이 감소하여 제1차광층(231)에 의한 차광 효과가 증가한다. 결과적으로 제2차광층(232)에 비해 제1차광층(231)의 굴절률이 크도록 구성함에 따라 제1차광층(231)의 광학밀도가 높이지며, 따라서 제1차광층(231)을 박막화하면서도 차광막(230)에 대해 요구되는 2.7 이상의 광학밀도를 충족시킬 수 있게 된다.

이때, 제1차광층(231)과 제2차광층(232)의 굴절률 차이가 지나치게 크면 제2차광층(232)의 소멸계수가 크게 낮아져 차광 성능이 저하되므로, 굴절률 차이는 0.3 이하인 것이 바람직하다. 구체적인 굴절률 수치 범위의 바람직한 일 예로서, 300~450nm 의 파장 중 하나 이상의 특정 파장의 노광광에 대하여, 제1차광층(231)은 1.5~2.5 의 굴절률을 가지며, 제2차광층(232)은 1.2~2.2 의 굴절률을 가지며, 반사방지층(233)은 2.3~2.5 의 굴절률을 갖는다.

제1차광층(231)은 제2차광층(232)보다 높은 소멸계수를 갖는다. 제1차광층(231)과 제2차광층(232)은 1~2 의 소멸계수 차이를 갖는 것이 바람직하다. 제2차광층(232)의 소멸계수가 제1차광층(231)보다 지나치게 많이 낮으면 제2차광층(232)의 광학밀도가 크게 낮아져 제2차광층(232)의 차광 효과가 크게 감소한다. 따라서 요구되는 차광성을 확보하기 위한 제2차광층(232)의 두께가 두꺼워진다. 구체적인 소멸계수 수치 범위의 바람직한 일 예로서, 300~450nm 의 파장 중 하나 이상의 특정 파장의 노광광에 대하여, 제1차광층(231)은 2.5~3.5 의 소멸계수를 가지며, 제2차광층(232)은 0.5~2.0 의 소멸계수를 가지며, 반사방지층(233)은 0.25~0.35 의 소멸계수를 갖는다.

차광막(230)은 750Å 이하의 두께로 형성된다. 바람직한 일 예로서, 제1차광층(231)은 350~450Å, 제2차광층(232)은 50~150Å, 반사방지층(233)은 200~300Å 의 두께를 갖는다.

한편, 상기와 같은 구조의 차광막(230)에서, 제2차광층(232)은 반사방지층(233) 성막 시 또는 포토마스크 사용 시 질소(N)와 산소(O)가 제1차광층(231)으로 확산(diffusion)되는 것을 방지하는 버퍼층(buffer layer)의 기능을 한다. 반사방지층(233)을 구성하는 질소와 산소가 제1차광층(231)으로 유입되면 제1차광층(231)의 소멸계수가 감소하여 요구되는 광학밀도(Optical Density)가 낮아지고 차광 효과를 확보할 수 없게 된다. 그러나, 본 발명에 따르면 제2차광층(232)에 의해 제1차광층(231)으로의 질소와 산소의 유입이 차단되어 제1차광층(231)의 높은 소멸계수를 유지할 수 있어, 제1차광층(231)을 더욱 박막화할 수 있다.

도 1 에 도시된 종래의 차광막(130)은 박막 두께를 900Å 이하로 제작할 경우 차광 성능을 확보하기 어려우나, 본 발명의 차광막(230)은 750Å 이하의 두께로 형성하는 것이 가능하다.

이상, 도면을 참조하여 본 발명의 구조를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 구조는 단지 본 발명의 예시 및 설명을 하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 구조로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구조가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술력 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.

210 : 투명 기판 220 : 위상반전막
230 : 차광막 231 : 제1차광층
232 : 제2차광층 233 : 반사방지층

Claims (12)

1. 투명 기판상에 형성된 차광막을 구비하는 FPD 용 블랭크마스크로서,
   상기 차광막은 크롬(Cr)으로 형성되거나, 크롬(Cr)에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 어느 하나 이상을 포함하는 크롬 화합물로 구성되고,
   상기 차광막은 상기 투명 기판상에 순차 적층된 제1차광층, 제2차광층 및 반사방지층을 포함하며,
   상기 반사방지층의 굴절률 및 상기 제1차광층의 굴절률은 상기 제2차광층보다 크고, 상기 제1차광층과 상기 제2차광층은 0.3 이하의 굴절률 차이를 갖고,
   상기 제1차광층은 상기 제2차광층보다 높은 소멸계수를 갖고, 상기 제1차광층과 상기 제2차광층은 1~2 의 소멸계수 차이를 가지며,
   상기 차광막은 750Å 이하의 두께를 갖고, 상기 제1차광층은 350~450Å, 상기 제2차광층은 50~150Å, 상기 반사방지층은 200~300Å 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 FPD 용 블랭크마스크.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   300~450nm 의 파장 중 하나 이상의 특정 파장의 노광광에 대하여,
   상기 제1차광층은 1.5~2.5 의 굴절률을 가지며,
   상기 제2차광층은 1.2~2.2 의 굴절률을 가지며,
   상기 반사방지층은 2.3~2.5 의 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 FPD 용 블랭크마스크.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   300~450nm 의 파장 중 하나 이상의 특정 파장의 노광광에 대하여,
   상기 제1차광층은 2.5~3.5 의 소멸계수를 가지며,
   상기 제2차광층은 0.5~2.0 의 소멸계수를 가지며,
   상기 반사방지층은 0.25~0.35 의 소멸계수를 가지는 것을 특징으로 하는 FPD 용 블랭크마스크.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 1, 3, 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 투명기판과 상기 차광막 사이에 배치된 위상반전막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FPD 용 블랭크마스크.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 몰리브데늄실리사이드(MoSi)를 포함하는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 FPD 용 블랭크마스크.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1차광층 및 상기 제2차광층은 산소(O)를 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 FPD 용 블랭크마스크.
    
12. 제 1 항의 FPD 용 블랭크마스크를 이용하여 제작된 FPD 용 포토마스크.

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