KR20080025545A - 그레이톤 블랭크 마스크와 포토마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

그레이톤 블랭크 마스크와 포토마스크 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 그레이톤 포토마스크 제조에 관한 것으로써, 반투과막 패턴이 형성될 영역을 노광, 현상하여 차광막을 제거하고 포토레지스트를 제거하지 않은 상태에서 반투과막을 적층하여 볼록렌즈 형태의 반투과 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크와 포토마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상기와 같이 반투과 패턴이 볼록 렌즈 형태로 되면, 반투과 패턴의 중심부에는 두께가 두껍기 때문에 투과율이 낮고 측면부에는 두께가 얇기 때문에 투과율이 높게 되어, 반투과 패턴을 투과하는 노광광의 분포가 개선되는 효과를 가지게 되므로 피사체의 해상도를 증가시키는 효과가 있다.
그레이톤 마스크, 블랭크 마스크, 포토마스크, TFT-LCD, 반투과막

Description

그레이톤 블랭크 마스크와 포토마스크 및 그 제조방법{Gray-tone Blank Mask, Gray-tone Photomak and its manufacturing method}
도 1a 내지 1f는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 그레이톤 블랭크 마스크와 포토마스크 및 그 제조 방법을 도시한 것이며,
도 2a 내지 2d는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 그레이톤 블랭크 마스크와 포토마스크 및 그 제조 방법을 도시한 것이며,
도 3a는 종래의 반투과막 패턴에 의한 노광광의 분포를 개략적으로 도시한 것이며,
도 3b는 본 발명에 의한 노광광의 분포를 개략적으로 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
1 : 투명기판 2 : 차광막
3 : 반사방지막 4 : 포토레지스트
5 : 반투과막
11 : 저투과율 영역 12 : 고투과율 영역
본 발명은 TFT-LCD, 유기전계 발광 소자(OLED), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등의 평판 디스플레이(FPD) 제품의 제조에 사용되는 블랭크 마스크 및 포토마스크에 관한 것이다. 특히, FPD 제품의 제조시 포토마스크를 사용하는 공정수를 줄이기 위한 것으로 예를 들면, TFT-LCD 제조의 4-마스크 및 3-마스크 공정에 사용되는 그레이톤 포토마스크 및 그 원재료인 그레이톤 블랭크 마스크에 관한 것이다.
오늘날 TFT-LCD, 유기전계 발광 소자(OLED), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)등의 평판 디스플레이(FPD) 제품은 시장의 요구가 고급화, 고기능화 됨에 따라 그 응용 범위가 확대되면서, 보다 저렴하고 생산성이 우수한 제조 공정 기술의 개발이 요청되고 있다.
일반적으로 TFT-LCD의 제조시 형성하고자 하는 피사체의 패턴과 동일한 형태의 패턴이 형성된 포토마스크를 사용하는 리소그래피 공정이 사용되고 있으며 최근 원가 절감과 수율 향상을 위하여 종래의 5-마스크 공정에서 점차 4-마스크 및 3-마스크로의 공정 이행이 이루어지고 있다.
이러한 4-마스크 또는 3-마스크 공정은 종래의 5-마스크 공정보다 공정수가 짧기 때문에 그만큼의 제조비용이 감소되고 생산성이 높아지게 되는 장점이 있으나, 4-마스크 공정 또는 3-마스크 공정을 위해서는 1회의 노광으로 2회의 노광효과 를 가지는 마스크 단축 공정용으로 제작된 슬릿 마스크 또는 그레이톤 포토마스크의 사용이 필수적이다.
종래에는 이러한 4-마스크 공정용 포토마스크로서 슬릿 마스크를 사용하는 것이 일반적이었다. 그러나 슬릿마스크 기술을 적용한 4-마스크 공정의 경우, 슬릿의 패턴이 미세화 되거나 구조가 복잡해질 경우 슬릿을 통과하는 회절광의 제어가 힘들어 슬릿 패턴을 투과하는 광의 투과율 제어가 매우 어렵기 때문에 4-마스크 공정시 피사체의 포토레지스트의 잔류량이 균일하게 되지 않아 패턴 불량과 결함을 일으키는 문제점이 있었다.
상기의 문제를 해결하고자 슬릿 마스크의 슬릿 패턴 대신 반투과막을 사용하는 그레이톤 포토마스크가 개발되고 있으며 최근에는, TFT-LCD의 표시 성능 향상을 위하여 TFT 소자의 패턴 크기가 더욱 작아지게 되어 더 미세한 패턴을 형성할 수 있는 그레이톤 포토마스크가 요구되고 있다.
특히 TFT 소자에서 가장 작은 패턴이 형성되며 TFT-LCD 표시 성능에 직접적인 영향을 미치는 채널패턴을 정밀하게 제조하여야 하는데 상기 그레이톤 포토마스크에서 채널패턴은 반투과막 패턴에 의해 형성되는 것이 보통이다.
그러나 상기의 채널패턴을 미세하고 정밀하게 형성하기 위해서는 더욱 미세한 패턴 형성이 가능한 고가의 노광장치를 구입하여야만 하기 때문에 제조비용의 상승으로 이어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로 노광 장치의 변경 없이 종래의 그레이톤 포토마스크보다 반투과막 패턴에 의한 피사체의 해상도가 개선된 그레이톤 포토마스크와 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로 반투과막으로 물질에 관계없이 사용하는 것이 가능한 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반투과 패턴의 반투과막(5)이 반투과막(5) 패턴의 경계면에는 반투과막(5)의 두께가 얇고 반투과막(5)의 중앙 부분에는 반투과막(5)의 두꺼운 영역으로 적층되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 볼록 렌즈 형태의 반투과막(5) 패턴이 형성되면 반투과막(5) 패턴의 경계면에는 반투과막(5)의 두께가 얇기 때문에 투과율이 높은 고투과율 영역(12)과 반투과막(5)의 중앙 부분에는 반투과막(5)의 두께가 두꺼워 투과율이 낮은 저투과율 영역(11)이 형성되는데 상기 볼록렌즈 형태의 반투과막(5) 패턴을 투과하는 노광광의 분포는 패턴 경계면의 투과율이 높기 때문에 종래의 가우시안 분포에서 패턴 경계면의 노광 강도가 강한 형태로 개선된다.
상기 도 3a에 종래의 반투과막(5) 패턴에 의한 노광광의 분포를 개략적으로 나타내었고 도 3b에 본 발명에 의한 노광광의 분포를 개략적으로 나타내었다. 도 3b에서 보듯이 노광광의 강도가 패턴 측면에서 강화되어 해상도가 개선된다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반투과 패턴 영역에 포토 레지스트(4)가 현상되어 제거되고 차광막(2)이 식각 되어 투명기판(1)이 드러나며, 나머지 부분에는 포토레지스트(4)가 제거되지 않은 상태에서 전면에 반투과막(5)을 적층한 다음 포토레지스트(4)를 제거하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 먼저 반투과 패턴 영역에 차광막(2)을 식각하게 되면 반투과 패턴 영역에만 투명기판(1)이 드러나게 되고 나머지 부분에 포토레지스트(4)가 제거되지 않은 상태에서 반투과막(5)을 적층하게 된다.
이 때 포토레지스트(4)의 두께가 두껍기 때문에 반투과막(5) 적층시 스크린(Screen) 효과에 의하여 반투과 패턴에 해당하는 투명기판(1) 위에는 상기의 볼록렌즈 형태로 반투과막(5)이 적층되게 된다.
또한 상기 반투과막(5) 적층시 스크린 효과는 포토레지스트(4) 두께에 비하여 패턴의 크기가 작을수록 크게 나타나기 때문에 패턴의 크기가 작을수록 더욱 볼록렌즈 형태의 반투과막(5)이 적층되고 따라서 노광 강도 분포가 더욱 개선되는 효과가 있다.
또한 상기의 방법을 사용하게 되면 반투과막(5)을 더 이상 패터닝 할 필요가 없기 때문에 식각비에 의한 물질에 한정되지 않고 제조하는 것이 가능하다. 즉 차광막(2)과 동일한 물질을 사용하는 것이 가능하게 된다.
또한, 포토레지스트(4) 패턴이 형성된 상태에서 반투과막(5)을 적층한 후 포토레지스트(4)를 제거하므로 반투과막(5) 적층 과정에서 발생하는 파티클(Particle) 등의 결함이 포토레지스트(4) 위에 형성된 후 포토레지스트(4) 패턴 제거시 동시에 제거되므로 그레이톤 포토마스크의 결함이 감소하는 효과가 있다. 또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 차광막(2) 위에 반사방지막(3)이 더 적층되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 반사방지막(3)은 그레이톤 포토마스크 제조시 차광막(2) 표면에서 반사되는 노광광을 감소시키는 역할을 하여 스탠딩 웨이브(Standing Wave) 현상을 감소시킨다. 따라서 반사방지막(3) 적층으로 더 정밀한 패턴을 형성하는 것이 가능하게 되며 또한, 상기 그레이톤 포토마스크를 사용하여 리소그래피 공정시 피사체로부터 반사되는 노광광의 재반사를 방지하여 피사체의 패턴 에러를 감소시키는 역할을 한다.
상기 반사방지막(3)은 차광막(2)과 동일 계열의 물질과 식각 특성을 가지도록 적층되는 것이 더욱 바람직하며 차광막(2)과 동시에 식각되어 동일한 패턴을 형성하기 때문에 그레이톤 포토마스크 제조시 추가 공정이 필요하지 않다.
또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 반투과막(5)의 투과율이 300 내지 500nm의 노광 파장에서 10 내지 90%가 되는 것이 바람직하며 또한, 365nm, 436nm에서의 투과율 차이가 5% 이내가 되는 것이 더욱 바람직하다.
일반적으로 TFT-LCD등의 FPD 제품의 제조시 수은 램프를 노광광으로 하여 제조하게 되는데 수은 램프의 특성 파장인 i-line(365nm), h-Line(405nm), g-Line(436nm)의 노광광이 강하게 방출된다. 따라서 상기 수은 램프의 특성 파장에서의 투과율 차이가 작을수록 노광광의 강도를 제어하기가 쉽고 또한 피사체의 포토레지스트 패턴 단면이 우수하게 되는 장점이 있다.
상기 365nm와 436nm에서의 투과율 차이가 5% 이상이 되면 상기의 장점이 얻 기가 어렵다. 이 때 투과율은 4-마스크 또는 3-마스크 공정 설계에 따라서 적절히 선택하며 상기 노광광에 대하여 30 내지 70%가 되는 것이 더욱 바람직하다.
또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 반투과막(5)의 두께가 3 내지 100nm로 되는 것이 바람직하다. 두께가 3nm 이하가 되면 두께가 너무 얇기 때문에 투과율 제어가 매우 어렵게 되며, 두께가 100nm 이상이 되면 상기 반투과막(5) 패턴에 측면에 적층되는 반투과막(5) 두께가 두꺼워지기 때문에 포토레지스트(4) 제거시 잘 제거되지 않고 또한 365nm와 436nm에서의 투과율 차이가 커지는 문제점이 있다.
또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 반투과막(5)의 중심부가 300 내지 500nm의 노광광에 대하여 0 내지 90도의 위상 이동 또는 270 내지 360도의 위상 이동이 일어나도록 제어되는 것이 바람직하다.
상기 반투과막(5) 패턴은 패턴 중심부에 적층되는 반투과막(5)의 두께와 패턴 측면부에 적층되는 반투과막(5)의 두께가 다르기 때문에 중심부와 측면부를 투과하는 노광광의 위상 이동이 서로 다르다.
따라서 반투과 패턴의 중심부와 측면부를 투과하는 노광광의 상호 간섭현상이 발생한다. 이 때 상쇄간섭이 일어나게 되면 노광광의 분포에 악영향을 주기 때문에 보강간섭이 일어나도록 0 또는 360 ± 90도의 범위 내에서 위상 이동이 발생하도록 두께와 굴절율을 적절히 제어하는 것이 바람직하다.
상기의 위상 이동은 Lasertec사의 MPM-100 등의 위상 이동 측정 장치를 사용하여 직접 측정하거나 또는 반투과막(5)의 굴절율을 측정하여 아래의 식으로 계산 하는 것이 가능하다.
Figure 112006067197695-PAT00001
Φ : 위상 이동 n : 반투과막의 굴절율
d : 반투과막의 두께 λ : 노광광 파장
또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반투과막(5)을 형성하는 물질은, 코발트(Co), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al), 플래티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 실리콘(Si) 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀렌(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide : ITO) 등으로 이또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반투과막(5)의 표면 거칠기가 0.3 내지 5nmRMS가 되도록 적층되는 것이 바람직하다. 반투과막(5)의 표면 거칠기가 5nmRMS 이상이 되면 반투과막(5)을 투과하는 투과광의 산란이 커지기 때문에 반투과막(5) 패턴을 투과하는 노광광의 분포에 악영향을 주게 되어 현상 공정 후 패턴 크기, 노광 정도, 포토레지스트(4) 잔막 두께 등을 제어하기가 매우 어렵게 된다.
따라서 반투과막(5)의 거칠기는 작을수록 좋으나 투명기판(1)의 표면 거칠기가 일반적으로 0.3nmRMS 정도이기 때문에 반투과막(5)의 거칠기를 0.3nmRMS 이하로 하기는 기술적으로 매우 어려우며 노광광 분포에 큰 영향이 없다.루어진 군으로부터 적어도 1종 이상을 선택하여 단독으로 또는 실리콘(Si), 질소(N), 탄소(C), 산소(O), 불소(F) 중 하나 이상을 포함하여 사용할 수 있다.
상기 물질은 투명기판(1)과 부착성이 양호하기 때문에 포토레지스트(4) 제거 또는 그레이톤 포토마스크 제조과정에서의 세정공정 후에도 박리(Peeling Up) 현상이 잘 일어나지 않는다.
또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반투과막(5)을 형성하는 물질은, 크롬(Cr) 계열의 화합물로 적층하는 것이 더욱 바람직하다.
크롬 계열의 화합물은 습식식각이 가능하기 때문에 불량 발생시 투명기판(1)의 재사용이 쉽고 또한 건식식각도 가능하기 때문에 정밀한 패턴을 형성하는 데에도 사용될 수 있다.
또한 종래에 차광막(2) 및 반사방지막(3) 물질로 사용되던 것이기 때문에 공정이 안정적이며 투명기판(1)과의 부착성이 양호하기 때문에 반투과막(5)으로 매우 적합하다.
또한 상기와 같이 실리콘(Si), 질소(N), 탄소(C), 산소(O), 불소(F) 중 하나 이상을 포함하여 투과율, 두께, 식각속도, 내화학성 등 반투과막(5)에 필요한 특성을 제어할 수 있다.
또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 반투과막(5)을 물리 기상 증착법(PVD : Pysical Vapor Deposition) 중의 한가지 방법인 스퍼터링(Sputtering)법에 의해 적층하는 것이 바람직하며, 특히 불활성 가스와 함께 반 응성 가스를 사용하는 리액티브 스퍼터링(Reactive Sputtering)법을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 반투과막(5)을 화학기상 증착법(CVD : Chemical Vapor Deposition) 또는 원자층 적층법(ALD : Atomic Layer Deposition) 등으로 적층하는 것도 가능하나, 스퍼터링법을 사용하게 되면 적층되는 물질이 전체적으로 일방향으로 적층되기 때문에 상기의 스크린 효과가 발생하게 되어 포토레지스트(4)가 제거된 부분에는 볼록 렌즈 형태의 반투과막(5)을 적층하는 것이 가능하며, 또한 포토레지스트(4) 상부 측면에는 스텝 커버리지가 크고 그 하부 측면에는 스텝 커버리지가 작게되어 포토레지스트(4)를 제거할 경우 차광막(2) 측면에는 스텝 커버리지가 거의 없게 된다.
또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 포토레지스트(4)가 300 내지 2000nm의 두께로 코팅되는 것이 바람직하다. 포토레지스트(4)의 두께가 300nm 이하가 되면 두께가 너무 얇기 때문에 상기 반투과막(5) 적층시 포토레지스트(4) 패턴에 의한 스크린 효과가 작기 때문에 볼록 렌즈 형태의 반투과막(5)으로 적층되지 않으며, 두께가 2000nm 이상인 경우, 스크린 효과는 커지게 되나 포토레지스트(4) 두께가 너무 두껍기 때문에 포토마스크 제조시 노광량이 높고 미세한 패턴을 형성하기 어려운 단점이 있다.
상기 포토레지스트(4)는 포지티브(Positive) 또는 네가티브(Negative) 타입의 포토레지스트(4)를 사용하는 것이 가능하며 포토레지스트(4) 타입에 따라 적절히 노광 부위를 선택하면 된다.
또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 포토레지스트(4)를 스 핀 코팅법, 캐필러리(Capillary) 코팅법, 스캔 앤드 스핀(Scan And Spin) 코팅법 중 어느 하나를 사용하는 것이 가능하며 코팅 후 50 내지 300℃ 범위 내에서 소프트 베이트(Soft Bake)를 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 적어도 차광막(2)을 적층하는 단계; 1차 포토레지스트(4)를 더 코팅하여 블랭크 마스크를 준비하는 단계; 반투과 패턴 영역에 노광 및 현상하여 1차 포토레지스트(4) 패턴을 형성하는 단계; 차광막(2)을 식각하는 단계; 1차 포토레지스트(4) 패턴이 제거되지 않은 상태에서 전면에 반투과막(5)을 적층하는 단계; 1차 포토레지스트(4)를 제거하는 단계; 2차 포토레지스트(4)를 코팅하는 단계; 2차 포토레지스트(4)의 투과 패턴 영역에 노광 및 현상하는 단계; 차광막(2)을 식각하는 단계; 2차 포토레지스트(4) 패턴을 제거하는 단계를 포함하여 그레이톤 포토마스크를 제작하는 것이 바람직하다.
상기의 단계를 포함하게 되면 차광막(2)이 식각되어 제거된 패턴에 반투과막(5)이 볼록 렌즈 형태로 적층된 반투과막(5) 패턴과 차광막(2)이 적층된 차광 패턴 및 차광막(2)이 식각되어 제거된 투과 패턴으로 구성된 그레이톤 포토마스크가 제조된다.
또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 적어도 차광막(2)을 적층하는 단계; 1차 포토레지스트(4)를 더 코팅하여 블랭크 마스크를 준비하는 단계; 반투과 패턴 영역과 투과 패턴 영역에 노광 및 현상하여 1차 포토레지스트(4) 패턴을 형성하는 단계; 차광막(2)을 식각하는 단계; 1차 포토레지스트(4) 패턴을 제거하는 단계; 2차 포토레지스트(4)를 코팅하는 단계; 2차 포토레지스트(4)의 반투과 패턴 영역에 노광 및 현상하는 단계; 반투과막(5)을 적층하는 단계; 2차 포토레지스트(4) 패턴을 제거하는 단계를 포함하여 그레이톤 포토마스크를 제작하는 것이 바람직하다. 상기의 단계를 포함하게 되면 차광막(2)이 식각되어 제거된 패턴에 반투과막(5)이 볼록 렌즈 형태로 적층된 반투과막(5) 패턴과 차광막(2)이 적층된 차광 패턴 및 차광막(2)이 식각되어 제거된 투과 패턴으로 구성된 그레이톤 포토마스크가 제조된다. 상기에서 1차 포토레지스트(4)에 의해 노광 및 현상되는 반투과 패턴 영역보다 2차 포토레지스트(4)에 의해 노광 및 현상되는 반투과 패턴이 크거나 작게 할 수 있다. 2차 포토레지스트(4)에 의해 노광 및 현상되는 반투과 패턴을 더 크게 하는 경우 셀프 얼라인이 기능을 가지게 되어 얼라인이 쉽게 되는 장점이 있으며, 2차 포토레지스트(4)에 의해 노광 및 현상되는 반투과 패턴을 더 작게 하는 경우 반투과 패턴 측면에서 투과율이 높아지게 되어 노광광의 분포가 더욱 개선되는 효과가 있다. 따라서 상기 2차 포토레지스트(4)에 의해 노광 및 현상되는 반투과 패턴의 크기는 필요에 따라 적절히 설계하여 사용하면 된다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 차광막(2) 노광시 얼라인 키(Align Key)를 더 노광하여 얼라인 키 패턴을 더 형성하고 반투과막이 적층되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상기 얼라인 키는 반투과막(5) 적층 후 2차 포토레지스트(4)에 노광시 반투과 패턴과 투과 패턴 및 차광 패턴과의 위치 정렬을 위하여 필요한 것으로 1차 포토레지스트 패턴을 제거하지 않고 반투과막(5)을 적층하는 경우 얼라인 키 부분을 스크린(Screen)하여 적층하는 방법을 사용할 수 있으며, 2차 포토레지스트 패턴에 의해 반투과막을 적층하는 경우에는 얼라인 키 부분에 노광하지 않으면 2차 포토레지스트에 의해 보호되기 때문에 필요하지 않다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 반투과막(5) 적층 전 가열 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
1차 포토레지스트(4)에는 용매(Solvent) 등의 휘발되기 쉬운 물질과 함께 현상 공정에서 수분 등이 흡착된다. 상기 용매, 수분 등은 반투과막(5) 적층시 진공챔버 내에서 기화되어 진공도를 감소시키고 이물 형성 등 반투과막(5) 공정에 매우 큰 악영향을 주게 된다.
또한 투명기판(1)과의 부착력(Adhesion)을 감소시켜 반투과막(5)이 박리(Peel Up)되는 등의 문제를 일으키게 되므로 가열 공정을 더 포함하여 상기 용매, 수분 등을 제거하는 것이 필요하다.
기판 가열은 50 내지 800℃에서 1 내지 120분간 처리하는 것이 바람직하며, 대기압 하에서 하는 것이 가능하나 진공 중에서 가열하는 것이 더욱 바람직하다.
이 때 헬륨(He), 아르곤(Ar), 네온(Ne), 크립톤(Kr), 크세논(Xe) 등의 불활성 가스 및 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 불소(F), 수소(H), 염소(Cl) 원자를 포함하는 반응성 가스 중에서 1종 이상 도입하여 사용하는 것도 가능하다.
또한 가열 방법은 핫플레이트(Hot Plate) 등의 접촉 방식과 함께 적외선, 자외선, 단색광의 레이저 또는 X-Ray 조사 등의 비접촉식 방식이 가능하다.
또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 가열된 황산이 포함된 스트립액에 디핑(Dipping)하거나, 포토레지스트(4) 전면을 노광한 다음 현상액을 사용 하거나 또는 포토레지스트(4) 용매를 사용하여 제거하는 방법 중 어느 하나 이상의 방법을 사용하여 제거하는 것이 바람직하다.
특히 포토레지스트(4) 위에 반투과막(5)이 적층된 경우 노광이 잘 되지 않기 때문에 더 강한 자외선으로 노광하고 TMAH의 농도가 더 높은 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하며 포토레지스트(4) 용매에 잘 제거되지 않기 때문에 가열된 황산(H2SO4)에 과산화수소수(H2O2)가 10% 함유된 나노 스트립액을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기의 그레이톤 블랭크 마스크 제조공정을 통해 제조된 포토마스크는 TFT-LCD 뿐만 아니라, 반도체 집적회로, 유기전계 발광소자(OLED), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 및 평판 디스플레이(FPD)의 제조용으로 사용하는 것이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
(실시예1)
도 1a 내지 1f는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 그레이톤 블랭크 마스크와 포토마스크의 제조 방법을 도시한 것이다.
본 실시예에서는 TFT-LCD 제조시 소스/드레인 및 채널 패턴을 형성하는 그레이톤 포토마스크를 제조하게 되는데 하기에서 설명하는 차광 패턴은 소스/드레인 패턴에 해당하고 반투과 패턴은 채널 패턴에 해당한다.
먼저 투명기판(1)을 준비한다. 투명기판(1)은 LCD 제조용으로 330mm×450mm 이상의 크기를 사용하는 것이 일반적이며 석영유리 기판 또는 소다라임(Sodalime) 기판 등 노광광을 투과시킬 수 있는 것으로 준비한다. 본 실시예에서는 330mm×450mm 크기의 석영 기판을 준비하고 이물 제거를 위하여 세정과 이물 검사를 실시하여 투명 기판 자체에 결함이 없고 표면에 이물이 없는 것을 선택하여 사용한다.
그 다음 차광막(2)과 반사방지막(3)을 적층한다. 차광막(2) 및 반사방지막(3) 적층을 위하여 상기 투명기판(1)을 직류전원을 사용하는 스퍼터(Sputter) 장치에 장착하고 기판 표면의 수분(H2O)을 제거와 부착력 향상을 위하여 진공분위기에서 약 150℃로 10min간 적외선으로 가열한다.
그 다음 크롬(Cr) 타겟과 반응성 가스를 사용하여 차광막(2)과 반사방지막(3)을 각각 적층한다. 상기 차광막(2)은 종래의 방법과 동일하게 수행하면 된다. 차광막(2)은 크롬(Cr) 타겟에 아르곤(Ar), 질소(N2), 메탄(CH4) 가스를 82%, 15%, 3% 의 비율로 도입한 다음 4.5kW의 전력을 인가하여 80nm 두께로 적층하였고 반사방지막(3)은 크롬(Cr) 타겟에 아르곤(Ar), 질소(N2), 이산화 탄소(CO2) 가스를 55%, 40%, 5%의 비율로 도입한 다음 2.5kW의 전력을 인가하여 30nm 두께로 적층한다. 상기의 반사방지막(3)은 노광 파장인 413nm의 파장에서 10%의 반사율이 되도록 적절히 제어된 것이다.
그 다음 상기 투명기판(1) 위에 차광막(2)과 반사방지막(3)이 적층된 기판 위에 포토레지스트(4)를 코팅한다. 포토레지스트(4) 코팅을 위하여 스캔 앤드 스핀 방식의 코터(Coater)를 사용하여 포지티브 타입의 AZ-1500을 1000nm 두께로 코팅한다. 포토레지스트(4) 두께는 3㎛의 채널패턴 크기를 형성하기 위하여 1㎛ (=1000nm) 두께로 적층한다.
그 다음 포토레지스트(4)에 잔류하는 용매를 제거하기 위하여 다운 플로우(Down Flow)가 제어된 대기압 하에서 핫플레이트(Hot Plate)를 사용하여 100℃, 15분간 소프트 베이크(Soft Bake)를 실시한다. 상기의 과정을 거처 도 1a와 같이 그레이톤 포토마스크 제작에 사용가능한 블랭크 마스크를 제작한다.
그 다음 채널패턴 영역에 1차 노광 및 현상을 실시한다. 이 때 2차 노광시의 상/하 좌/우 패턴 위치 정렬을 위하여 얼라인 키(Align Key) 패턴 영역을 동시에 노광한다. 노광은 413nm의 단색광 레이저를 사용하였고 TMAH 2.38%가 포함된 현상액을 사용하여 스핀 스프레이(Spin Spray) 방식으로 진행한다. 상기의 결과로 채널 패턴 영역의 포토레지스트(4)가 제거된 포토레지스트(4) 패턴이 형성되었다.
현상 후 곧바로 스핀 스프레이 방식으로 크롬 식각액을 사용하여 반사방지막(3)과 차광막(2)을 동시에 식각한다(도 1b). 상기의 결과로 도 1b에 도시한 바와 같이 채널 패턴 영역에 포토레지스트(4)와 차광막(2) 및 반사방지막(3)이 제거된 기판이 얻어진다.
그 다음 탈이온수(DIW :　De-Ionized Water)를 충분히 사용하여 크롬 식각액의 잔류물을 제거한다. 만약 채널 영역의 투명기판(1) 상에 크롬 식각액이나 현상액 등의 잔류물이 남게되면 반투과막(5) 적층시 파티클 등의 결함 발생이 많게 되며 반투과막(5) 적층 후 반투과막(5)의 박리 현상을 발생시키기 때문에 탈이온수를 충분히 사용하여 크롬 식각액 잔류물 등을 충분히 제거하여야 한다.
그 다음 IPA를 사용하여 상기 기판을 충분히 건조한다. 상기와 마찬가지로 채널 영역의 투명기판(1) 상에 물자국 등의 이물이 남게 되면 반투과막(5) 적층시 문제를 일으키기 때문에 채널 영역의 투명기판(1) 상에 이물이 없도록 충분히 건조시켰다.
그 다음 상기 핫플레이트를 사용하여 포토레지스트(4)에 잔류하는 용매와 투명기판(1) 또는 포토레지스트(4) 표면에 흡착되어 있는 수분 등을 제거한다.
그 다음 상기 기판을 상기의 스퍼터링 장치에 장착하고 포토레지스트(4)와 차광막(2) 및 반사방지막(3) 패턴이 형성된 면을 반투과막(5)이 적층되도록 하여 반투과막(5)을 적층한다. 이 때 얼라인 키(Align Key) 영역에는 패턴 위치 정렬을 위하여 반투과막(5)을 적층하지 않는다.
이를 위하여 반투과막(5) 스퍼터링시 얼라인 키(Align Key) 영역에 스크린 파트를 장착하여 반투과막(5)이 적층되지 않도록 한다. 상기와 같이 얼라인 키 영역에 스크린 파트를 장착한 부분의 반사율을 측정하였더니, 얼라인 키의 투과 패턴에 해당하는 부분과 차광 패턴에 해당하는 부분의 전면(Front Side) 반사율 차이가 얼라인 파장에서 15%로 측정되어 반투과막 적층시의 5% 보다 높았다. 또한 하기의 2차 노광시 문제가 없었다. 또한 후면(Back Side) 반사율 차이가 45% 이상으로 측정되어 리소그래피 노광 장치에서 충분한 콘트라스트가 확보된 것을 확인하였다.
상기 반투과막(5)은 크롬 타겟을 사용하고 아르곤(Ar), 질소(N2), 이산화탄소(CO2)를 20%, 75%, 5%를 사용하여 30nm 두께로 적층한다(도 1c). 상기의 결과로 채널 패턴 영역의 투명기판(1)에 반투과막(5)이 적층되었으며 나머지 부분에는 포토레지스트(4) 위에 반투과막(5)이 적층되었다.
반투과막(5)의 적층 형태를 확인하기 위하여 6012 석영기판을 사용하여 상기와 동일한 방법으로 채널 패턴을 제조하여 SEM으로 단면을 측정한다.
도 1c에 개략적으로 도시한 바와 같이 투명기판(1) 위에 적층된 반투과막(5)은 스크린 효과에 의하여 측면으로부터 반투과막(5) 두께가 얇은 영역이 패턴 측면으로부터 약 0.6 내지 0.7㎛가 형성되었으며, 채널 영역의 중심부분에는 반투과막(5) 두께가 두꺼운 영역이 형성되었다. 또한 포토레지스트(4) 측면에는 위로부터 아래로 내려올수록 반투과막(5)의 적층된 두께가 얇아지는 경향을 보였으며 차광막(2) 및 반사방지막(3) 측면에는 반투과막(5)이 거의 적층되지 않았다.
그 다음 85℃로 가열된 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2) 혼합액에 디핑(Dipping)하여 포토레지스트(4) 패턴을 제거한다(도 1d). 이 때 포토레지스트(4) 위에 적층된 반투과막(5)은 포토레지스트(4)와 부착력이 크지 않기 때문에 함께 제거되며 반투과막(5) 적층시 발생하는 파티클 등의 결함 또한 함께 제거된다.
그 다음 반투과막(5)이 파티클 등의 결함이 되는 것을 방지하기 위하여 세정을 실시하여 표면의 이물을 제거한다.
그 다음, 2차 포토레지스트(4)를 상기 1차 포토레지스트(4) 코팅 방법과 동일한 방법으로 코팅하여 채널 패턴에 반투과막(5)이 적층되고 2차 포토레지스타가 코팅된 블랭크 마스크를 준비한다. 이 때 2차 포토레지스트(4)는 차광 패턴 및 투과 패턴을 형성하기 때문에 2차 포토레지스트(4) 두께에 제한이 없다.
그 다음 상기 2차 포토레지스트(4)에 2차 노광 및 현상하여 2차 포토레지스트(4) 패턴을 형성였다(도 1e). 노광 및 현상 장치와 방법은 상기 1차 노광 및 현 상 공정과 동일하게 하였으며 투과 패턴이 형성될 위치에 노광한다.
그 다음 차광막(2)과 반사방지막(3)을 식각하고 잔류하는 2차 포토레지스트(4) 패턴을 제거하면 본 실시예에 의한 그레이톤 포토마스크가 완성된다(도 1f).
(실시예 2)
도 2a 내지 2d는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 그레이톤 블랭크 마스크와 포토마스크의 제조 방법을 도시한 것이다. 본 실시예에서는 제 1 실시예와 패턴 노광 영역 및 패턴 형성순서 및 공정 순서만 다를 뿐 사용되는 장치나 약품 또는 방법이 모두 동일하다.
먼저 상기 제 1 실시예와 동일하게 투명기판(1) 위에 차광막(2)과 반사방지막(3)이 적층되고 1차 포토레지스트(4)가 코팅된 블랭크 마스크를 준비한다. 상기 1차 포토레지스트(4)에 노광 및 현상을 실시하여 1차 포토레지스트(4) 패턴을 형성한다. 이 때 노광 영역은 제 1 실시예와 달리 투과 패턴과 반투과 패턴 영역에 노광한다.
그 다음 반사방지막(3)과 차광막(2)을 식각한다. 상기의 결과로 투과 패턴 영역과 반투과 패턴 영역이 식각되어 투명기판(1)이 드러나게 된다. 그 다음 1차 포토레지스트(4) 패턴을 제거(도 2a)한 다음 포토레지스트(4) 잔류물 등을 제거하기 위하여 세정을 실시하고 2차 포토레지스트(4) 코팅한다.
그 다음 채널 영역에 2차 노광 및 현상한다. 이 때 노광 영역은 채널 패턴 영역보다 작게 형성하여 본 실시예에 의해 제조된 그레이톤 포토마스크를 사용하는 리소그래피 공정시 개선된 노광광 분포가 되도록 한다.
그 다음 현상액을 완전히 제거하기 위하여 탈이온수를 충분히 사용하고 IPA로 투명기판(1)을 건조한다. 그 다음 핫플레이트로 가열하여 탈수처리를 실시한 다음 기판을 스퍼터링 장치에 장착하여 반투과막(5)을 적층한다. 이 때 반투과막(5)은 2차 노광시 형성되는 채널 패턴 영역에만 적층된다. 상기 2차 노광에 의한 채널 패턴 영역은 1차 노광에 의한 채널 패턴 영역보다 작기 때문에 반투과막(5) 스퍼터링시의 스크린 효과가더 커지게 되고 채널 패턴 측면에서의 투과율이 증가하기 때문에 리소그래피 공정시 노광광 분포를 더 개선시킬 수 있다.
그 다음 2차 포토레지스트(4) 패턴을 제거하면 본 실시예에 의한 그레이톤 포토마스크가 완성된다.
본 발명의 제 1 실시예, 제 2 실시예에서는 TFT-LCD 제조시의 반투과 패턴이 채널 패턴을 형성하는 것을 예로 하여 설명하였으나 상기의 설명과 도면에 한정되는 것이 아니며 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 블랭크 마스크 및 포토마스크는 종래의 그레이톤 포토마스크보다 반투과막 패턴에 의한 피사체의 해상도를 개선시킬 수 있는 그레이톤 블랭크 마스크와 포토마스크 및 그 제조방법을 제공한다.
또한 반투과막 물질이 식각비등에 의해 한정되지 않으며, 특히 반투과막 물 질을 차광막과 동일한 금속 계열 및 식각 특성을 가지는 물질로 구성할 수 있는 그레이톤 블랭크 마스크와 포토마스크 및 그 제조방법을 제공한다.

Claims (24)

  1. 차광 패턴, 투과 패턴, 반투과 패턴을 가지는 그레이톤 포토마스크의 원재료인 그레이톤 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 투명기판 위에 일부분의 영역에는 적층된 차광막으로 구성되고, 나머지 영역에는 차광막이 식각되어 제거된 투명기판 위에 반투과막이 적층된 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  2. 제 1항에 있어서,
    반투과막 패턴이 패턴 중심부에는 두께가 두껍고 패턴의 측면에는 상기 중심부보다 두께가 얇은 형태의 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 반투과막이 얼라인 키(Align Key)를 포함하는 일부분의 영역에는 적층되지 않는 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  4. 제 1항에 있어서,
    반투과 패턴 영역에는 포토레지스트와 차광막이 제거되어 투명기판이 드러나고, 나머지 부분에는 포토레지스트가 제거되지 않은 상태에서 전면에 반투과막을 적층하는 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 차광막 위에 반사방지막이 더 적층되는 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  6. 제 1항에 있어서,
    반투과막의 투과율이 300 내지 500nm의 노광 파장에서 10 내지 90%가 되는 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  7. 제 6항에 있어서,
    365nm, 436nm의 노광 파장에서 투과율 차이가 0 내지 5%인 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  8. 제 6항에 있어서,
    기판내 반투과 패턴 중심부의 투과율이 기판 에지(Edge)에서 30mm를 제외한 영역 내에서 최대값과 최소값의 차이가 5% 이내인 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 반투과막의 중심부의 두께가 3 내지 100nm이며 300 내지 500nm의 노광광에 대하여 0 내지 90도의 위상 이동 또는 270 내지 360도의 위상 이동이 일어나도록 제어되는 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  10. 제 1항에 있어서,
    반투과막의 표면 거칠기가 0.3 내지 5nmRMS가 되도록 적층되는 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  11. 제 1항에 있어서,
    반투과막을 형성하는 물질은, 코발트(Co), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 몰리브 덴(Mo), 크롬(Cr), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al), 플래티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 실리콘(Si) 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀렌(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide : ITO) 등으로 이루어진 군으로부터 적어도 1종 이상을 선택하여 단독으로 또는 실리콘(Si), 질소(N), 탄소(C), 산소(O), 불소(F) 중 하나 이상을 포함하여 사용하는 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 차광막과 반투과막을 형성하는 물질은, 동일한 금속 계열의 화합물을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 차광막과 반투과막을 형성하는 물질은, 크롬(Cr) 계열의 화합물로 적층하는 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 반투과막이 1 내지 1kΩ/□이 되도록 적층되는 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  15. 제 1항에 있어서,
    반투과막이 리액티브 스퍼터링(Reactive Sputtering)법을 사용하여 적층되는 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  16. 제 4항에 있어서,
    상기 포토레지스트가 300 내지 2000nm의 두께로 코팅되며 기판 에지에서 30mm를 제외한 영역에서 두께 균일도(Uniformity)가 5% 이하인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  17. 제 16항에 있어서,
    포토레지스트를 스핀 코팅법, 캐필러리(Capillary) 코팅법, 스캔 앤드 스핀(Scan And Spin) 코팅법 중 어느 하나를 사용하며 코팅 후 50 내지 300℃ 범위 내에서 소프트 베이트(Soft Bake)를 하는 것을 특징으로 하는 그레이톤 블랭크 마스크.
  18. 차광 패턴, 투과 패턴, 반투과 패턴을 가지는 그레이톤 포토마스크에 있어서,
    제 1항 내지 제 17항 기재의 그레이톤 블랭크 마스크를 사용하여 제조되며, 투명기판 위에 적어도 차광막이 적층된 차광 패턴과, 상기 차광막이 식각되어진 투과 패턴과 반투과막 패턴이 패턴 중심부에는 두께가 두껍고 패턴의 측면에는 상기 중심부보다 두께가 얇은 형태의 반투과 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 그레이톤 포토마스크.
  19. 차광 패턴, 투과 패턴, 반투과 패턴을 가지는 그레이톤 포토마스크에 있어서,
    적어도 차광막을 적층하는 단계; 1차 포토레지스트를 더 코팅하여 블랭크 마스크를 준비하는 단계; 반투과 패턴 영역에 노광 및 현상하여 1차 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 차광막을 식각하는 단계; 1차 포토레지스트 패턴이 제거되지 않은 상태에서 전면에 반투과막을 적층하는 단계; 1차 포토레지스트를 제거하는 단계; 2차 포토레지스트를 코팅하는 단계; 2차 포토레지스트의 투과 패턴 영역에 노광 및 현상하는 단계; 차광막을 식각하는 단계; 2차 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 그레이톤 포토마스크의 제조방법.
  20. 차광 패턴, 투과 패턴, 반투과 패턴을 가지는 그레이톤 포토마스크에 있어서,
    적어도 차광막을 적층하는 단계; 1차 포토레지스트를 더 코팅하여 블랭크 마스크를 준비하는 단계; 반투과 패턴 영역과 투과 패턴 영역에 노광 및 현상하여 1차 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 차광막을 식각하는 단계; 1차 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계; 2차 포토레지스트를 코팅하는 단계; 2차 포토레지스트의 반투과 패턴 영역에 노광 및 현상하는 단계; 반투과막을 적층하는 단계; 2차 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 그레이톤 포토마스크의 제조방법.
  21. 제 19항 또는 제 20항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 반투과막 적층 전 대기압 또는 진공 분위기 내에서 50 내지 800℃에서 1 내지 120분간 가열 공정을 더 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 그레이톤 포토마스크의 제조방법
  22. 제 21항에 있어서,
    헬륨(He), 아르곤(Ar), 네온(Ne), 크립톤(Kr), 크세논(Xe) 등의 불활성 가스 및 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 불소(F), 수소(H), 염소(Cl) 원자를 포함하는 반응성 가스 중에서 1종 이상을 도입하여 사용하여 열처리 하는 것을 특징으로 하는 그레이톤 포토마스크의 제조방법.
  23. 제 19항 또는 제 20항의 어느 한 항에 있어서,
    가열된 황산이 포함된 스트립액에 디핑(Dipping)하거나, 포토레지스트 전면을 노광한 다음 현상액을 사용하거나 또는 포토레지스트 용매를 사용하여 제거하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 그레이톤 포토마스크의 제조방법.
  24. 제 18항에 있어서,
    상기 그레이톤 포토마스크가 LCD, OLED, PDP, FED 중 어느 하나의 제조용인 것을 특징으로 하는 그레이톤 포토마스크의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180005613A (ko) * 2016-07-06 2018-01-16 가부시키가이샤 에스케이 일렉트로닉스 하프톤 마스크 및 하프톤 마스크 블랭크

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