KR20080070523A - 그레이 톤 마스크 및 이의 제조 방법 - Google Patents

그레이 톤 마스크 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20080070523A
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로버트 친 푸 짜이
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얼라이드 인터그레이티드 패터닝 코포레이션
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    • H01L27/1288—Multistep manufacturing methods employing particular masking sequences or specially adapted masks, e.g. half-tone mask

Abstract

그레이 톤 마스크는 투명 기판 및 광 차단막을 포함한다. 광 차단막은 투명 기판 상에 구비되며, 최소 두께를 갖는 투명 영역, 최대 두께를 갖는 불투명 영역 및 중간 두께를 갖는 그레이 톤 영역을 포함한다. 중간 두께는 최소 두께 및 최대 두께 사이이며, 그레이 톤 영역의 광 투과율은 약 5% 내지 약 95% 정도이다.

Description

그레이 톤 마스크 및 이의 제조 방법{GRAY TONE MASK AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 그레이 톤 마스크에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 용이하게 제조 가능한 간단한 구조를 갖는 그레이 톤 마스크, 이의 제조 방법 및 이를 이용하여 대상물을 패터닝하는 방법에 관한 것이다.
반도체 또는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(thin film transistor liquid crystal display; TFT-LCD)를 제조함에 있어서, 포토리소그래피(photolithography) 공정들은 매우 중요하다. 종래의 포토리소그래피 공정은 주로 포토레지스트를 코팅하는 단계, 상기 포토레지스트를 노광하는 단계 및 상기 포토레지스트를 현상하는 단계를 포함한다. 도 1을 참조하면, 포토레지스트(12)를 대상물(14) 상에 형성한다. 이어서, 광원으로부터 발생된 평행 광(16)이 포토 마스크(10)를 통과하여 포토레지스트(12)로 조사된다. 포토 마스크(10)가 입사광의 일부를 반사시키는 소정의 패턴(18)을 가지기 때문에, 포토 마스크(10)를 통과한 광(16)은 포토레지스트(12)를 선택적으로 노광시키며, 이에 따라, 포토 마스크(10)의 패턴(18)은 대상물(14) 상의 포토레지스트(12)로 전사될 수 있다. 다음에, 노광된 포토레지스트(12)를 패 터닝하기 위해 현상함으로써, 포토 마스크(10)의 패턴(18)과 동일한 패턴(18')을 갖는 패터닝된 포토레지스트(12)를 형성한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 이러한 패턴 전사 방식을 양각(positive) 타입이라 한다. 이와는 달리, 노광된 포토레지스트(12)를 패터닝함으로써, 포토 마스크(10)의 패턴(18)에 대해 상보적인 패턴(20)을 갖는 패터닝된 포토레지스트(12)를 형성할 수 있다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 이러한 전사 방법을 음각(negative) 타입이라 한다. 다음에, 대상물(14)을 식각하여 패터닝함으로써, 패터닝된 포토레지스트(12)의 패턴과 동일한 패턴을 갖는 대상물(14)을 형성한다. 마지막으로, 포토레지스트(12)를 제거하여 포토리소그래피 및 식각 공정을 종료한다.
통상적으로, 반도체 장치 또는 박막 트랜지스터-액정 표시 장치의 제조 방법은 다양한 특정의 패턴들을 갖는 다층 박막들을 형성하기 위하여 복수의 포토리소그래피 및 식각 공정들을 포함한다. 종래의 포토리소그래피 공정들 동안, 예를 들면, 복수의 2진 마스크(binary mask)들을 이용하여 수행되는 복수의 노광 단계들이 수행됨으로써, 식각되는 영역 상에 상이한 광 투과량들이 분포하게 된다. 그러나, 보다 많은 노광 단계들이 수행되면, 보다 많은 공정 시간과 비용이 요구된다. 최근, 그레이 톤 마스크가 개발되어 상기 2진 마스크를 대체할 수 있으므로, 노광 단계들의 횟수를 감소시키고 이에 따라 포토리소그래피 공정들이 단순화되고 있다.
미국 등록 특허 제6,876,428호(발명의 명칭: "그레이 톤 마스크를 이용한 액정 표시 장치 패널의 제조 방법")에는 표시 장치에 패턴을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 상기 표시 장치의 패턴을 형성하는 방법은, 박막을 제공하는 단계, 상기 박막 상에 감광막(photo-sensitive layer)을 형성하는 단계, 감광막 패턴을 형성하기 위하여, 투명 영역 및 부분적으로 투명한 영역을 포함하는 마스크를 사용하여 상기 감광막을 노광시켜 상기 감광막을 패터닝하는 단계, 그리고 패터닝된 감광막을 이용하여 박막을 식각하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 마스크의 부분적으로 투명한 영역은, 광의 조사 방향에 따라 상기 감광막에 대해 상이한 광량으로 광을 도입하기 위하여서로 다른 광 투과율을 가지는 적어도 두 부분들을 포함한다. 그러나, 상기 미국 등록 특허 제6,876,428호에 개시된 그레이 톤 마스크는, 복수의 슬릿들을 포함하는 부분적으로 투명한 영역을 갖는 슬릿 마스크(slit mask)이다. 이때, 상기 복수의 슬릿들은 상기 광의 조사 방향을 따라 상이한 광 투과량을 제공하기 위하여 서로 소정의 간격으로 이격된다.
또한, 미국 등록 특허 제5,213,916호(발명의 명칭: "그레이 레벨 마스크를 형성하는 방법"에는 포토리소그래피 공정에 적합한 그레이 레벨 마스크가 개시되어 있다. 상기 그레이 레벨 마스크는 서로 다른 광 투과율(optical transmissivity)을 갖는 복수의 물질 레벨들을 유지하는 투명 기판으로 구성된다. 마스크에 두 개의 물질 레벨들만이 적용되는 경우, 제1 레벨은 유리 구조에 포함된 알칼리 금속 실리케이트의 금속 이온들이 이온들로 대체되어 부분적으로 투광성인 유리로 구성될 수 있다. 제2 레벨은 크롬(Cr)과 같은 금속막에 의해 불투명하게 구성될 수 있다. 상기 마스크는 포토레지스트 구조물을 이용하여 형성된다. 여기서, 상기 포토레지스트 구조물은 서로 다른 광 투과율을 갖는 물질들의 레벨의 노출된 영역들의 선택적 식각이 가능하도록 포토리소그래피 공정에 의해 특별한 영역들이 식각되어 형성된 다. 그러나, 상기 미국 등록 특허 제5,213,916호의 그레이 레벨 마스크는 상기 투명 유리 기판 상에 형성된 적어도 두 개의 상이한 물질 레벨들을 포함하며, 여기서, 상기 제1 레벨은 부분적으로 투과되는 유리로 구성되고, 상기 제2 레벨은 불투명하게 형성된다.
또한, 도 4에 도시된 일본 공개 특허 제2003-156766호(발명의 명칭: "반사형(reflection type) 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법")에 따르면, 박막 트랜지스터 기판(60), 컬러 필터 기판(80) 및 박막 트랜지스터 기판(60)과 컬러 필러 기판(80) 사이에 위치하는 액정층(54)을 포함하는 종래의 반사형 액정 표시 장치(50)가 개시되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(60)은 복수의 픽셀 영역들을 포함하며, 각각의 픽셀 영역들은 투명 기판(68) 상에 순차적으로 형성된 박막 트랜지스터(62), 절연막(64) 및 반사 전극(66)포함한다. 절연막(64)은 포토리소그래피 공정 및 원-시트(one-sheet) 마스크(도시되지 않음)를 이용하여 형성된 콘택홀들(72) 및 요철 표면들(74)을 포함하는 구조를 가진다. 반사 전극(66)은 절연막(64)의 요철 표면(74) 상에 형성되며, 박막 트랜지스터(62)에 전기적으로 연결된다. 반사 전극(66)은 외부 광(external light)을 비대칭적으로 반사시킨다. 절연막(64)은 유기물 또는 무기물로 이루어지며, 박막 트랜지스터(62)를 보호한다. 컬러 필터 기판(80)은 다른 투명 기판(86) 상에 순차적으로 형성된 컬러 필터층(82)과 대향 투명 전극(84)을 포함한다.
상술한 일본 공개 특허에 따르면, 절연막(64)의 콘택 홀들(72) 및 요철 표면들(74)에 대응하는 콘택 패턴들과 요철 패턴들을 포함하는 원-시트 마스크가 개시 되어 있으며, 절연막(64)은 콘택 패턴의 광 투과량이 요철 표면의 광 투과량보다 많게 조절되는 후속하는 포토리소그래피 공정에 의해 콘택 홀(72) 및 요철 표면(74)과 함께 동시에 형성된다. 그러나, 전술한 일본 공개 특허에는 원-시트 마스크의 구성 요소들과 그 구성 요소의 재질 및 특성에 대해서는 언급되어 있지 않다.
이에 따라, 용이하게 제조 가능한 단순한 구조를 가지는 그레이 톤 마스크가 요구되고 있다.
[문헌 1] 미국등록특허 제6,876,428호
[문헌 2] 미국등록특허 제5,213,916호
[문헌 3] 일본공개특허 제2003-156766호
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 목적은 구조가 간단하고 용이하게 제조할 수 있는 그레이 톤 마스크를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광 투과율이 약 5% 내지 95% 정도인 그레이 톤 영역을 포함하는 그레이 톤 마스크를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면 투명 기판과 광 차단막을 포함하는 그레이 톤 마스크가 제공된다. 상기 광 차단막은 상기 투명 기판 상에 배치되며, 최소 두께를 갖는 투명 영역, 최대 두께를 갖는 불투명 영역 및 중간 두께를 갖는 그레이 톤 영역을 포함한다. 여기서, 상기 중간 두께는 상기 최소 두께 및 상기 최대 두께 사이이며, 상기 그레이 톤 영역의 광 투과율은 약 5% 내지 95% 정도가 된다.
본 발명에 따른 그레이 톤 마스크는 종래의 2진 마스크를 대체할 수 있으며, 노광 단계들의 횟수를 감소시켜 포토리소그래피 공정들을 간략화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 그레이 톤 마스크는 종래의 슬릿 마스크와는 상이하며, 투명 기판 상에 적어도 배치된 적어도 두 개의 광 차단막들을 요구하지는 않는다. 종래 기술과 비교할 때, 본 발명에 따른 그레이 톤 마스크는 간단한 구조를 가지며, 용이하게 제조될 수 있고 종래의 그레이 톤 마스크와 상이한 구조를 가진다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 그레이 톤 마스크 및 이의 제조 방법에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지는 않는다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이 톤 마스크(100)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 그레이 톤 마스크(100)는 투명 기판(102)과 광 차단막(110)을 포함한다. 예를 들면, 투명 기판(102)은 유리 기판(glass substrate)일 수 있다. 광 차단막(110)은 투명 기판(102)상에 배치되며, 최소 두께(T1)를 갖는 투명 영역(112), 최대 두께(T2)를 갖는 불투명 영역(114) 및 중간 두께(T3)를 갖는 그레이 톤 영역(116)을 포함한다. 이때, 중간 두께(T3)는 최소 두께(T1)와 최대 두께(T2) 사이가 된다.
광 투과율(optical transmissivity)의 정의에 따르면, 광 투과율은 입사 광(122)의 강도에 대한 투과 광(124)의 강도의 퍼센트(비율)이다. 광 투과량은 광 차단막(110)의 두께에 따라 변화되므로, 광 차단막(110)의 두께를 조절하는 것, 즉, 광 투과율을 조절하는 것은 매우 중요하다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 투명 영역(112)의 광 투과율은 최소 두께(T1)의 조절에 따라 약 100% 정도가 되며, 불 투명 영역(114)의 광 투과율은 최대 두께(T2)의 조절에 따라 약 0% 정도가 되고, 그레이 톤 영역(116)의 광 투과율은 중간 두께(T3)의 조절에 따라 약 5% 내지 약 95% 정도가 된다.
보다 상세하게는, 투명 영역(112)은 완전히 투명하다. 즉, 최소 두께(T1)의 값이 0일 때, 투명 영역(112)의 광 투과율은 100% 정도이다. 불투명 영역(114)은 완전히 불투명하다. 즉, 최대 두께(T2)의 값이 소정의 값보다 클 때, 불투명 영역(114)의 광 투과율은 0% 정도이다. 예를 들면, 광 차단막(110)이 크롬(Cr)으로 이루어진다면, 최대 두께(T2)의 값이 약 1,000Å 이상일 때, 불투명 영역(114)의 광 투과율은 0% 정도가 된다. 그레이 톤 영역(116)은 부분적으로 투광성을 가진다. 즉, 중간 두께(T3)가 최소 두께(T1) 및 최대 두께(T2) 사이일 때, 그레이 톤 영역(116)의 광 투과율은 약 5% 내지 약 95% 정도이다. 예를 들면, 광 차단 막(110)이 크롬으로 구성된다면, 중간 두께(T3)가 각기 490Å 및 190Å 정도일 때, 그레이 톤 영역(116)의 광 투과율은 각기 약 5% 및 약 95% 정도이다. 5% 내지 95% 범위의 광 투과율을 벗어나는 그레이 톤 영역(116)의 그레이 톤 현상은 구별되지 않는다. 이에 따라, 약 0% 내지 약 5% 범위와 약 95 내지 약 100% 범위의 광 투과율을 활용하는 그레이 톤 영역(116)은 의미가 없게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그레이 톤 마스크를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 그레이 톤 영역(116)의 광 투과량(Y)은 광 차단막(110)의 두께(T3)에 따라 다르다. 광 차단막(110)이 그레이 톤 영역(116) 상에서 요철 패턴(118)을 가진다면, 즉, 중간 두께(T3)가 예를 들어 제1 두께(T31) 및 제2 두께(T32)(여기서, 제2 두께(T32)가 제1 두께(T31) 보다 크다)와 같이 복수의 두께 레벨들을 가진다면, 그레이 톤 영역(116)의 광 투과량(Y)의 분포는 요철 패턴(118)의 제1 및 제2 두께(T31, T32)에 대응된다. 따라서, 그레이 톤 영역(116)은 예를 들면 제1 광 투과율 및 제2 광 투과율과 같이 복수의 광 투과율 레벨들을 가진다. 여기서, 상기 제1 광 투과율 및 제2 광 투과율은 각기 제1 두께(T31) 및 제2 두께(T32)에 대응된다.
또한, 금속성 물질이 유리 기판과 같은 투명 기판(102)에 용이하게 부착되며, 이에 따라 광 차단막(110)이 금속성 물질을 포함할 때, 광 차단막(110)이 투명 기판(102)에 보다 우수하게 부착된다. 상기 금속성 물질은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 탄탈륨(Ta) 및 이들의 화합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
비금속성 물질성 물질은 유리 기판과 같은 투명 기판(102) 상에 특별한 프로파일을 용이하게 형성하며, 이에 따라 광 차단막(110)이 비금속성 물질성 물질을 포함할 때, 광 차단막(110)이 투명 기판(102) 상에 특별한 프로파일로 용이하게 형성된다. 상기 비금속성 물질성 물질은 실리콘(Si) 또는 실리콘 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 그레이 톤 마스크는 2진 마스크(binary mask)를 대체하여 노광 단계의 수행 횟수를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 포토리소그래피 공정을 단순화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 그레이 톤 마스크는 투명 기판 상에 배치된 하나의 광 차단막만을 요구하며, 추가적인 (그레이 톤)막들이 요구되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 그레이 톤 마스크의 제조 방법을 설명한다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이 톤 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7을 참조하면, 투명 기판(102)을 제공한 다음, 투명 기판(102) 상에 광 차단막(110)을 형성한다. 여기서, 광 차단막(110)은 최대 두께(T2)를 가진다. 도 8을 참조하면, 광 차단막(110)의 일부를 제1 포토리소그래피/식각 공정들을 이용하여 패터닝함으로써, 광 차단막(110)의 일부가 최소 두께(T1)로 형성된다. 도 9를 참조하면, 광 차단막(110)의 다른 부분을 제2 포토리소그래피/식각 공정들을 이용하여 패터닝하여, 광 차단막(110)의 다른 부분이 중간 두께(T3)로 형성된다. 여기서, 최소 두께(T1), 최대 두께(T2) 및 중간 두께(T3)를 가지는 부분들은 각기 투명 영역(112), 불투명 영역(114) 및 그레이 톤 영역(116)으로 정의되며, 중간 두께(T3)는 최소 두께(T1)와 최대 두께(T2) 사이이고, 그레이 톤 영역(116)의 광 투과율은 약 5% 및 95% 정도이다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 도 7에 도시한 바와 같이, 투명 기판(102)을 제공한 후, 광 차단막(110)을 투명 기판(102) 상에 형성한다. 여기서, 광 차단막(110)은 최대 두께(T2)를 가진다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 광 차단막(110)의 일부를 포토리소그래피/식각 공정들 및 레이저 보조(laser assisted) 공정을 이용하여 패터닝함으로써, 광 차단막(110)의 일부가 최소 두께(T1) 및 중간 두께(T3)를 동시에 가지도록 형성한다. 최소 두께(T1), 최대 두께(T2) 및 중간 두께(T3)를 가지는 부분들은 각기 투명 영역(112), 불투명 영역(114) 및 그레이 톤 영역(116)으로 정의되며, 중간 두께(T3)는 최소 두께(T1)와 최대 두께(T2) 사이이고, 그레이 톤 영역(116)의 광 투과율은 약 5% 및 95% 정도이다. 보다 상세하게는, 상기 식각 공정 동안, 투명 영역(112) 상에 위치하는 부분의 광 차단막(110)의 식각 속도가 상기 레이저 보조 공정에 의해 가속됨으로써, 광 차단막(110)이 패터닝되고, 광 차단막(110)의 일부가 최소 두께(T1)와 중간 두께(T3)를 동시에 가지도록 형성된다.
종래 기술과 비교하면, 본 발명에 따른 그레이 톤 마스크는 단순한 구조를 가지고, 보다 용이하게 제조될 수 있으며, 종래의 그레이 톤 마스크와 상이한 구조를 가질 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 그레이 톤 마스크를 이용하여 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법을 설명한다. 도 10 내지 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 그레이 톤 마스크를 이용하여 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10을 참조하면, 제1 금속성 막을 투명 기판(252) 상에 형성하고, 상기 제1 금속성 막을 2진 마스크를 사용하는 제1 포토리소그래피/식각 공정들을 이용하여 패터닝함으로써, 게이트 전극(254) 및 스토리지 커패시터의 하부 전극(256)을 형성한다.
도 11을 참조하면, 게이트 절연막(258), 진성 반도체막(262'), 외인성 반도체막(264') 및 제2 금속성 막(266')을 투명 기판(252) 상에 순차적으로 형성한다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 진성 반도체막(262'), 외인성 반도체막(264') 및 제2 금속성 막(266')을 본 발명에 따른 그레이 톤 마스크(100)를 이용하는 제2 포토리소그래피/식각 공정들을 통해 패터닝함으로써, 진성 반도체(262), 오믹 콘택막(264), 소스 전극(266a) 및 드레인 전극(266b)을 형성한다. 오믹 콘택막(264)은 N+형 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 여기서, 박막 트랜지스터(250)는 게이트 전극(254), 진성 반도체(262), 오믹 콘택막(264), 소스 전극(226a) 및 드레인 전극(266b)으로 이루어진다.
보다 상세하게는, 상기 제2 포토리소그래피/식각 공정들 동안, 제2 금속성 막(266') 상에 포토레지스트(268)를 형성한 후, 예를 들면 자외선과 같은 적절한 광(270)을 조사한다. 그레이 톤 마스크(100)의 외부로부터의 광(270)은 포토레지스 트(268)를 노광시키기 위하여 포토레지스트(268)로 조사된다. 광(270)이 포토레지스트(268) 상으로 조사된 후, 포토레지스트(268)(예를 들면, 양각 포토레지스트)는 현상 장치에서 용해되도록 분해된다. 현상 단계, 베이킹 단계 및 큐어링 단계 후, 포토레지스트(268)는 그레이 톤 마스크(100)의 투명 영역(112), 불투명 영역(114) 및 그레이 톤 영역(116) 각기 대응하여 0의 두께, 최초 두께 및 중간 두께를 갖도록 패터닝된다. 여기서, 상기 중간 두께는 0의 두께 및 최초 두께 사이 값을 가진다. 포토레지스트(268)의 중간 두께 및 0의 두께를 가지는 부분들은 각기 채널 영역(272) 및 콘택 영역(274)을 정의한다. 플라즈마 화학 식각 공정을 수행하는 동안, 콘택 영역(274) 상에 위치하는 제2 금속성 막(266'), 외인성 반도체막(264') 및 진성 반도체막(262')이 식각되어 제거된다. 도 12에 도시한 바와 같이, 채널 영역(272) 상부에 위치하는 포토레지스트(268)는 여전히 중간 두께를 가지기 때문에, 이러한 중간 두께를 갖는 포토레지스트(268)는 그 아래에 위치하는 제2 금속성 막(266')이 식각되는 것을 방지할 수 있다. 동시에, 채널 영역(272) 상부에 위치하는 포토레지스트(268)가 상기 플라즈마 화학 식각 공정에 의해 투과(식각)된다. 이어서, 도 13에 도시한 바와 같이, 제2 금속성 막(266')과 외인성 반도체막(264')의 일부를 또 다른 식각 공정으로 식각함으로써, 소스 전극(266a) 및 드레인 전극(266b)을 형성한다. 다시 말하면, 소스 전극(266a) 및 드레인 전극(266b)을 형성하는 방법은 대상물을 패터닝하는 방법에 해당되며, 여기서, 모든 진성 반도체막(262'), 외인성 반도체막(264') 및 제2 금속성 막(266')이 대상물들의 역할을 할 수 있다.
도 14를 참조하면, 박막 트랜지스터(250)를 덮는 패시베이션막(276)을 게이트 절연막(258) 상에 형성한다. 패시베이션막(276)을 2진 마스크를 이용하는 제3 포토리소그래피/식각 공정들을 통해 패터닝함으로써, 패시베이션막(276)에 콘택 홀(278)을 형성한다.
도 15를 참조하면, 투명 도전막을 패시베이션막(276) 상에 형성한다. 예를 들면, 상기 투명 도전막은 인듐 틴 산화물(indium tin oxide; ITD)을 포함할 수 있다. 상기 투명 도전막을 2진 마스크를 이용하는 제4 포토리소그래피/식각 공정들을 통해 패터닝하여 픽셀 전극(282)을 형성함으로써, 박막 트랜지스터 기판(280)을 완성한다. 여기서, 픽셀 전극(282)은 콘택 홀(278)을 통해 박막 트랜지스터(250)에 전기적으로 연결된다.
일반적으로, 종래의 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법은 5회의 포토 마스크들을 사용하는 포토리소그래피/식각 공정들을 포함한다. 이에 비하여, 본 발명에 따른 그레이 톤 마스크는 종래의 2진 마스크를 대체할 수 있으므로, 노광 단계들의 횟수를 감소시키고, 포토리소그래피 공정들을 단순화시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따라 그레이 톤 마스크를 이용하여 액정 표시 장치를 제조하는 방법은 4회의 포토 마스크들을 사용하는 포토리소그래피/식각 공정들을 포함하게 된다.
본 발명에 따르면, 단순한 구조를 갖는 그레이 톤 마스크를 용이하게 구현할 수 있으며, 이러한 그레이 톤 마스크는 2진 마스크(binary mask)를 대체하여 노광 단계의 수행 횟수를 감소시킬 수 있으므로 포토리소그래피 공정을 단순화할 수 있다. 또한, 상기 그레이 톤 마스크를 이용하여 대상물을 패터닝하는 경우, 보다 간략하게 상기 대상물을 패터닝할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따라 그레이 톤 마스크를 이용하여 액정 표시 장치를 제조할 경우, 포토 마스크들을 사용하는 횟수 및 포토리소그래피/식각 공정들의 수행 횟수를 감소시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 포토리소그래피 공정의 노광 단계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 종래의 포토리소그래피 공정의 현상 단계에서 패턴의 전사 방식이 양각 방식인 것을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 종래의 포토리소그래피 공정의 현상 단계에서 패턴의 전사 방식이 음각 방식인 것을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 종래의 반사형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이 톤 마스크를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그레이 톤 마스크를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 그레이 톤 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그레이 톤 마스크를 이용하여 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

Claims (20)

  1. 투명 기판; 및
    상기 투명 기판 상에 배치되며, 최소 두께를 갖는 투명 영역, 최대 두께를 갖는 불투명 영역 및 중간 두께를 갖는 그레이 톤 영역을 포함하는 광 차단막을 구비하고,
    상기 중간 두께는 상기 최소 두께 및 상기 최대 두께 사이이며, 상기 그레이 톤 영역의 광 투과율은 5% 내지 95%인 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 차단막은 금속성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속성 물질은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 탄탈륨(Ta) 및 이들의 화합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광 차단막은 비금속성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
  5. 제1항에 있어서, 상기 비금속성 물질은 실리콘(Si) 또는 실리콘 화합물을 포 함하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
  6. 제1항에 있어서, 상기 최소 두께의 값이 0일 경우, 상기 투명 영역의 광 투과율은 100%인 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
  7. 제1항에 있어서, 상기 최대 두께의 값이 소정의 값 이상일 경우, 상기 불투명 영역의 광 투과율은 0%인 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
  8. 제7항에 있어서, 상기 최대 두께가 1,000Å이상일 경우, 상기 광 차단막은 크롬을 포함하며, 상기 불투명 영역의 광 투과율은 0%인 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
  9. 제1항에 있어서, 상기 중간 두께가 490Å일 경우, 상기 광 차단막은 크롬을 포함하며, 상기 그레이 톤 영역의 광 투과율은 5%인 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
  10. 제1항에 있어서, 상기 중간 두께가 190Å일 경우, 상기 광 차단막은 크롬을 포함하며, 상기 그레이 톤 영역의 광 투과율은 95%인 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
  11. 제1항에 있어서, 상기 그레이 톤 영역은 복수의 광 투과율 레벨들을 가지는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
  12. 제1항에 있어서, 상기 중간 두께는 복수의 두께 레벨들을 가지는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
  13. 투명 기판을 제공하는 단계;
    상기 투명 기판 상에 최대 두께를 갖는 광 차단막을 형성하는 단계; 및
    포토리소그래피/식각 공정들 및 레이저 보조 공정을 이용하여 최소 두께 및 중간 두께를 동시에 가지도록 상기 광 차단막의 일부를 패터닝하는 단계를 포함하며,
    상기 최소 두께, 상기 최대 두께 및 상기 중간 두께는 각기 투명 영역, 불투명 영역 및 그레이 톤 영역을 한정하고, 상기 중간 두께는 상기 최소 두께 및 상기 최대 두께 사이이며, 상기 중간 두께의 광 투과율은 5% 내지 95%인 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 광 차단막은 금속성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 금속성 물질은 크롬, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴, 니켈, 탄탈륨 및 이들의 화합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 광 차단막은 비금속성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 비금속성 물질은 실리콘 또는 실리콘 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
  18. 대상물을 제공하는 단계;
    상기 대상물 상에 포토레지스트를 형성하는 단계;
    투명 기판 및 광 차단막을 포함하는 그레이 톤 마스크를 이용하여 상기 포토레지스트를 노광시키는 단계;
    상기 포토레지스트를 패터닝하기 위하여 상기 노광된 포토레지스트를 현상하는 단계;
    패터닝된 포토레지스트를 이용하여 상기 대상물을 패터닝하기 위하여 상기 대상물을 식각하는 단계; 및
    상기 패터닝된 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 광 차단막은 상기 투명 기판 상에 배치되고, 최소 두께를 갖는 투명 영역, 최대 두께를 갖는 불투명 영역 및 중간 두께를 갖는 그레이 톤 영역을 포함하 며, 상기 중간 두께는 상기 최소 두께와 상기 최대 두께 사이이고, 상기 그레이 톤 영역의 광 투과율은 5% 내지 95%인 것을 특징으로 하는 대상물의 패터닝 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 대상물은 박막인 것을 특징으로 하는 대상물의 패터닝 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 박막은 박막 트랜지스터 기판 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 대상물의 패터닝 방법.
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