KR20090009618A - 3톤 노광 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 100%의 빛 투과율을 갖는 투과영역과, 0%의 빛 투과율을 갖는 차단영역과, 상기 투과영역의 빛투과율과 상기 차단영역의 빛투과율의 사이의 제 1 및 제 2 빛투과율을 각각 갖는 제 1 및 제 2 반투과영역을 포함하고, 상기 제 1 빛투과율이 상기 제 2 빛투과율보다 작은 노광마스크에 있어서, 베이스 기판과; 상기 차단영역에 대응하여 상기 베이스 기판 상에 빛의 투과를 차단하는 물질로 이루어진 차단층과; 상기 제 1 반투과영역에 대응하여 상기 베이스 기판 상에 형성되며, 이를 통과하는 빛에 대해 그 위상(phase)을 변경시키는 것을 특징으로 하는 제 1 반투과층과; 상기 제 2 반투과영역에 대응되는 상기 베이스 기판과 상기 제 1 반투과층 상에 형성되는 제 2 반투과층을 포함하며, 상기 제 1 반투과층을 투과한 빛의 위상(phase)과 상기 투과영역과 제 2 반투과영역을 투과한 빛의 위상(phase)은 서로 반대됨으로써 상기 제 1 반투과영역과 이와 이웃한 각 영역과의 경계에서 빛의 상쇄간섭을 발생시키는 것을 특징으로 노광 마스크를 제공한다.

노광마스크, 위상변화, 반투과영역, 상쇄간섭

Description

3톤 노광 마스크{3tone mask for exposure}

본 발명은 노광 마스크 및 이를 이용한 액정표시장치 제조 방법에 관한 것이며, 특히 위상 변조 가능한 물질을 사용한 3톤 노광 마스크 및 이를 이용한 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.

최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술 집약적이며, 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다.

이러한 액정표시장치 중에서도 각 화소(pixel)별로 전압의 온(on),오프(off)를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.

일반적으로, 액정표시장치는 박막트랜지스터 및 화소전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터 및 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정을 통해 각각 어레이 기판 및 컬러필터 기판을 형성하고, 이들 두 기판 사이에 액정을 개재하는 셀 공정을 거쳐 완성된다.

좀 더 자세히, 액정표시장치의 구조에 대해 일반적인 액정표시장치의 분해사시도인 도 1을 참조하여 설명하면, 도시한 바와 같이, 액정층(30)을 사이에 두고 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)이 대면 합착된 구성을 갖는데, 이중 하부의 어레이 기판(10)은 투명한 기판(12)의 상면으로 종횡 교차 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16)을 포함하며, 이들 두 배선(14, 16)의 교차지점에는 박막트랜지스터(Tr)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 화소전극(18)과 일대일 대응 접속되어 있다.

또한, 상기 어레이 기판(10)과 마주보는 상부의 컬러필터 기판(20)은 투명기판(22)의 배면으로 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16) 그리고 박막트랜지스터(Tr) 등의 비표시 영역을 가리도록 각 화소영역(P)을 두르는 격자 형상의 블랙매트릭스(25)가 형성되어 있으며, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열된 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(26a, 26b, 26c)을 포함하는 컬러필터층(26)이 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(25)와 적, 녹 ,청색 컬러필터층(26)의 전면에 걸쳐 투명한 공통전극(28)이 구비되어 있다.

그리고, 도면상에 도시되지는 않았지만, 이들 두 기판(10, 20)은 그 사이로 개재된 액정층(30)의 누설을 방지하기 위하여 가장자리 따라 실링제(sealant) 등으로 봉함된 상태에서 각 기판(10, 20)과 액정층(30)의 경계부분에는 액정의 분자배열 방향에 신뢰성을 부여하는 상, 하부 배향막이 개재되며, 각 기판(10, 20)의 적어도 하나의 외측면에는 편광판이 구비되어 있다.

또한, 어레이 기판(10)의 외측면으로는 백라이트(back-light)가 구비되어 빛 을 공급하는 바, 게이트 배선(14)으로 박막트랜지스터(Tr)의 온(on)/오프(off) 신호가 순차적으로 스캔 인가되어 선택된 화소영역(P)의 화소전극(18)에 데이터배선(16)의 화상신호가 전달되면 이들 사이의 수직전계에 의해 그 사이의 액정분자가 구동되고, 이에 따른 빛의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다.

도 2는 전술한 액정표시장치의 어레이 기판 내의 하나의 화소영역을 박막트랜지스터를 포함하여 절단한 단면을 도시한 것이다.

도면에 나타나지 않았지만, 기판(40) 상에서 다수의 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)이 교차하여 정의되는 다수의 화소영역(P) 내에는 게이트 전극(42)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극(42) 상부로 전면에 게이트 절연막(45)이 형성되어 있으며, 그 위에 순차적으로 섬형태의 액티브층(48a)과 서로 이격한 오믹콘택층(48b)으로 구성된 반도체층(48)이 형성되어 있다.

상기 이격한 각 오믹콘택층(48b) 위로는 소스 전극(50)과, 게이트 전극(42)을 중심으로 상기 소스 전극(50)으로부터 소정간격 이격하여 마주하고 있는 드레인 전극(52)이 형성되어 있다.

또한, 상기 소스 및 드레인 전극(50, 52)과 노출된 액티브층(48a) 위로 전면에 상기 드레인 전극(52)을 노출시키는 드레인 콘택홀(57)을 포함하는 단일층 구조의 보호층(55)이 형성되어 있으며, 상기 보호층(55) 상부에는 각 화소영역(P)별로 독립되며, 상기 드레인 콘택홀(57)을 통해 상기 드레인 전극(52)과 접촉하는 화소전극(59)이 형성되어 있다.

전술한 단면 구조를 갖는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 공정에 대해 설명하면, 상기 기판(40) 상에 제 1 금속물질을 증착한 후, 제 1 마스크 공정에 의해 게이트 전극(42)과 게이트 배선(미도시)을 형성하고, 다음, 제 1 무기절연물질을 증착하여 게이트 절연막(45)을 형성하고, 연속하여 CVD 장치를 이용하여 상기 게이트 절연막 위로 순수 비정질 실리콘(a-Si), 불순물 비정질 실리콘(n+ a-Si)을 연속적으로 증착함으로써 순수 비정질 실리콘층(미도시) 및 불순물 비정질 실리콘층(미도시)을 형성한다. 이후, 제 2 마스크 공정을 진행함으로써 상기 순수 및 불순물 비정질 실리콘층(미도시)을 패터닝함으로써 상기 게이트 전극(42)을 덮는 위치에 액티브층(48a) 및 연결된 상태의 오믹콘택층(미도시)으로 구성된 반도체층(48)을 형성한다.

다음, 상기 반도체층(48) 상부로 제 2 금속물질을 증착한 후, 제 3 마스크 공정에 의해 데이터 배선(미도시)과 상기 반도체층(48) 상부에서 서로 일정간격 이격하는 소스 및 드레인 전극(50, 52)을 형성한다. 이 단계에서는, 소스 및 드레인 전극(50, 52)을 마스크로 하여, 이격된 구간의 상기 연결된 상태의 오믹콘택층(미도시)을 제거함으로써 서로 이격하는 오믹콘택층(48b)을 형성하고, 그 하부층인 액티브층(48a)을 노출시켜 채널을 형성한다. 상기 게이트 전극(42), 반도체층(48), 소스 및 드레인 전극(50, 52)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.

다음, 제 2 절연물질을 증착한 후, 제 4 마스크 공정에 의해 드레인 전극(52)의 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(57)을 가지는 보호층(55)을 형성한 후, 상기 보호층(55) 위로 투명 도전성 물질을 증착하고, 제 5 마스크 공정에 의해 패터닝함으로써 화소전극(59)을 형성한다.

이와 같이, 기존의 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 공정에서는 통상 5 마스크 공정을 진행하고 있다.

하지만, 마스크 공정에서는 증착, 노광, 현상, 식각 공정별로 장비들이 필요하고, 물리적, 화학적 공정이 반복됨에 따라 마스크 공정이 많을수록 공정시간이 많이 걸리고 이에 의해 생산성이 저하되며, 제조 비용이 상승한다.

따라서, 최근에는 마스크 공정을 최소로 진행하여 어레이 기판을 제조함으로써 공정을 단순화하여 제조 시간을 줄이고 제조 비용을 저감시키려는 시도가 진행되고 있다.

마스크 공정을 최소로 진행하기 위해서는 패터닝하려고 하는 물질층에 대해 동일한 높이를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성해서는 아니되며, 다층의 물질층을 형성하고 그 상부에 두께를 달리하는 포토레지스트 패턴을 형성함으로써 1회의 마스크 공정을 통해 여러 패턴을 동시에 형성하도록 해야 하는데, 두께를 달리하는 포토레지스트 패턴의 형성은 노광 마스크의 구조에 기인한다.

도 3은 종래의 3가지의 서로 다른 두께를 갖는 포토레지스트 패턴 형성을 위한 종래의 노광 마스크 구조를 포토레지스트 패턴과 함께 도시한 도면이며, 도 4는 도 3에 도시된 노광마스크를 통과한 빛의 에너지 파형을 도시한 그래프이다.

액정표시장치용 어레이 기판 제조에 이용되는 노광 마스크(70)는 크게 빛의 투과영역(A4)과 차단영역(A1) 그리고 반투과영역(A2, A3)으로 구성되며, 상기 반투과영역(A2, A3)이 다시 제 1 반투과영역(A2)과 제 2 반투과영역(A3)으로 나누어져 있다.

한편, 상기 노광 마스크(70)는 전술한 영역(A1, A2, A3, A4)과 상관없이 전영역에 대해 쿼츠(quartz)로 이루어진 베이스 기판(71)이 구성되며 빛의 차단영역(A1)에는 상기 쿼츠(quartz)로 이루어진 베이스 기판(71) 하부에 순차적으로 빛을 차단하는 특징을 갖는 금속물질인 크롬층(73)과 빛을 어느 정도 투과하는 산화크롬층(75)이 형성되고 있다.

또한, 빛을 완전히 투과시키는 투과영역(A4)에는 아무런 물질층이 형성되지 않고 상기 쿼츠(quartz)로 이루어진 베이스 기판(71)만으로 구성되고 있으며, 제 1 반투과영역(A2)은 빛의 투과를 완전히 차단하는 물질인 크롬으로 이루어진 다수의 바(bar) 형태의 크롬패턴(77)이 소정간격 이격하며 다수의 슬릿을 구성하고 있으며, 상기 다수의 이격하는 크롬패턴(77) 및 상기 크롬패턴(77) 외부로 노출된 베이스 기판 하부로 상기 산화크롬층(75)이 형성되어 있다.

또한 상기 제 2 반투과영역(A3)은 쿼츠(quartz)로 이루어진 상기 베이스 기판 하부로 산화크롬층(75)이 구성되고 있다. 따라서, 차단영역(A1), 제 1 반투과영역(A2), 제 2 반투과영역(A3), 투과영역(A4) 순으로 빛의 투과율이 증가한다. 예들들어 차단영역(A1)은 0%의 투과율을 가지며, 제 1 반투과영역(A2)은 20%-40%의 투과율을, 제 2 반투과영역(A3)은 40% 내지 70%의 투과율을 가지며, 투과영역(A4)은 거의 100%의 투과율을 갖는다.

이러한 구성을 갖는 노광 마스크(70)를 이용하여 기판(80)상의 패터닝하려는 물질층(82a, 82b) 상에 형성된 포토레지스트층(미도시)에 대해 노광을 실시하고 상기 노광된 포토레지스트층(미도시)을 현상하면, 도시한 바와 같이 제 1 두께(t1)를 갖는 제 1 포토레지스트 패턴(91a)과, 상기 제 1 두께(t1)보다 두꺼운 제 2 두께(t2)를 갖는 제 2 포토레지스트 패턴(91b)과, 상기 제 2 두께(t2)보다 두꺼운 제 3 두께(t3)를 갖는 제 3 포토레지스트 패턴(91c)이 형성된다.

하지만 이렇게 형성된 포토레지스트 패턴(91a, 91b, 91c)은 그 측면이 도시한 바와 같이 기판(80)면에 대해 수직하게 형성되는 것이 아니라 상기 기판(80)면에 대해 소정의 각도를 가지며 형성되며, 특히 차단영역(A1)과 슬릿구조를 갖는 제 1 반투과영역(A2)의 경계 및 상기 제 1 반투과영역(A2)과 제 2 반투과영역(A3)의 경계에 있어서는 상기 기판(80)면과 그 측면이 이루는 경사가 50도보다 낮은 완만한 경사각(θ1,θ2)을 갖는 측면을 구비한 제 2 및 제 3 포토레지스트 패턴(91b, 91c)이 형성되고 있다.

이는 각 영역(A1, A2, A3, A4)의 경계에서 노광 마스크를 통과한 빛의 중첩에 기인한 것으로 특히 차단영역(A1)과 제 1 반투과영역(A2)의 경계와 제 1 반투과영역(A2)과 제 2 반투과영역(A3)의 경계에 있어서는 상기 제 1 반투과영역(A2)에 형성된 바(bar) 형태의 크롬패턴(77)의 이격 간격인 슬릿의 간격을 조절함으로써 제 2 포토레지스트 패턴(91b)의 제 2 두께(t2)를 콘트롤하기에 상기 슬릿을 통한 빛의 회절에 의해 더욱 영향을 받기 때문이다.

도 4에 도시된 그래프를 참조하면, 종래의 노광 마스크를 이루는 구성물질은 이를 투과한 빛 모두가 양의 위상(phase) 값을 가짐을 알 수 있으며, 이 경우 각 영역의 경계에서는 동일한 위상(phase) 값을 갖는 빛이 중첩되는 바, 상대적으로 큰 에너지를 갖는 빛에 노출됨으로써 이렇게 노광된 포토레지스트층을 현상하면 그 측면의 경사각이 50도보다 낮은 완만한 상태의 포토레지스트 패턴이 형성된다.

전술한 바와같이, 그 측면이 기판 면에 대해 50도 보다도 낮은 경사각을 가지며 형성된 포토레지스트 패턴을 이용하여 그 하부에 위치한 물질층의 식각을 진행할 경우 최종 패터닝되는 물질패턴의 CD(critical dimension) 조절이 힘들어져 공정 진행시마다 오차범위가 커지게 됨으로써 최종적인 어레이 기판의 불량률이 높아지는 문제가 발생하고 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 노광 및 현상 후에 기판면 에 대해 비교적 그 경사각이 큰 측면을 가지며 서로 다른 3가지 두께의 포토레지스트 패턴 형성이 가능한 3톤 노광 마스크를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 그 경사각이 큰 측면을 갖는 서로 다른 3가지 두께의 포토레지스트 패턴 형성이 가능한 노광마스크를 제공함으로써 이를 이용하여 패터닝된 패턴의 CD의 오차범위를 줄여 최종 제품의 불량률을 저감시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 100%의 빛 투과율을 갖는 투과영역과, 0%의 빛 투과율을 갖는 차단영역과, 상기 투과영역의 빛투과율과 상기 차단영역의 빛투과율의 사이의 제 1 및 제 2 빛투과율을 각각 갖는 제 1 및 제 2 반투과영역을 포함하 고, 상기 제 1 빛투과율이 상기 제 2 빛투과율보다 작은 노광마스크에 있어서, 베이스 기판과; 상기 차단영역에 대응하여 상기 베이스 기판 상에 빛의 투과를 차단하는 물질로 이루어진 차단층과; 상기 제 1 반투과영역에 대응하여 상기 베이스 기판 상에 형성되며, 이를 통과하는 빛에 대해 그 위상(phase)을 변경시키는 것을 특징으로 하는 제 1 반투과층과; 상기 제 2 반투과영역에 대응되는 상기 베이스 기판과 상기 제 1 반투과층 상에 형성되는 제 2 반투과층을 포함하며, 상기 제 1 반투과층을 투과한 빛의 위상(phase)과 상기 투과영역과 제 2 반투과영역을 투과한 빛의 위상(phase)은 서로 반대됨으로써 상기 제 1 반투과영역과 이와 이웃한 각 영역과의 경계에서 빛의 상쇄간섭을 발생시키는 것을 특징으로 노광 마스크를 제공한다.

이때, 상기 베이스 기판은 쿼츠(quartz)로 이루어지며, 상기 빛의 투과를 차단하는 물질은 크롬(Cr)인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1 반투과층은 황화몰리브덴(MoS₂)으로 이루어지며, 상기 제 2 반투과층은 산화크롬(CrOx)으로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 차단영역과 상기 제 1 반투과영역이 이웃하는 구성인 경우, 상기 차단층과 상기 제 1 반투과층은 상기 베이스 기판 상에서 이격하는 것이 특징이다.

또한, 상기 노광 마스크는 네가티브 타입의 포토레지스트를 이용한 패터닝 공정에 이용되는 것이 특징이며, 상기 제 2 반투과층은 상기 차단영역의 차단층 상에 더욱 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 있어서는 서로 다른 위상(phase) 값을 갖는 물질을 이용하여 각 영역별로 서로 위상(phase)이 양과 음으로 엇갈려 배치되도록 3톤 노광 마스크를 구성함으로써 각 영역의 경계에서 서로 다른 위상(phase) 값을 갖는 빛이 투과되도록 하여 에너지적 측면에서 상쇄시킴으로써, 형성된 패턴의 측면과 기판면이 50도 이상의 경사각을 갖는 서로 다른 두께의 포토레지스트 패턴을 형성하는 효과가 있다.

또한 그 측면의 급한 경사각을 갖는 서로 다른 두께의 포토레지스트 패턴을 이용하여 그 하부에 위치한 물질층의 패터닝을 진행하여 패터닝된 물질패턴의 CD 오차를 줄여 최종 제품의 불량률을 저감시키는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

우선, 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판에 제조에 이용되는 3톤 노광 마스크의 구조에 대해 설명한다. 이때 상기 노광 마스크는 빛을 받은 부분이 현상 시 기판 상에 남게되는 네가티브 타입(negative type) 포토레지스트를 노광하기 위한 것이 되며, 이후 설명하는 포토레지스트 패턴은 모두 네가티브 타입 포토레지스트를 이용한 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3가지의 서로다른 두께의 포토레지스트 패 턴 형성을 위한 노광 마스크의 단면 구조와 이를 이용해 기판 상에 형성한 포토레지스트 패턴을 함께 도시한 도면이며, 도 6은 도 5에 도시된 노광 마스크를 통과한 빛의 에너지 파형을 도시한 그래프이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 노광 마스크(101)는 크게 투과영역(B4), 차단영역(B1), 제 1 반투과영역(B2) 및 제 2 반투과영역(B3)의 4영역으로 구성된다. 이때 영역 구분없이 전영역(B1, B2, B3, B4)에 걸쳐 입사된 빛을 거의 100% 투과시키는 투명한 재질의 쿼츠(quartz)로서 판형태의 베이스 기판(110)이 구성되고 있다.

한편 상기 노광 마스크(101)의 투과영역(B4)은 다른 구성물질 없이 쿼츠(quartz) 재질의 상기 베이스 기판(110)만으로 구성됨으로서 입사된 빛을 거의 100% 투과시키는 특성을 가지며, 특히 입사되는 빛의 위상(phase)의 변화없이 투과시키고 있다.

다음, 노광 마스크(101)의 차단영역(B1)은 빛의 투과를 완전히 차단하는 특성을 갖는 물질인 크롬(Cr)으로써 상기 베이스 기판(110) 하부에 크롬층(113)이 구성되고 있으며, 상기 크롬층(113) 하부로 산화크롬(CrOx)으로 이루어진 제 1 반투과층(116)이 더욱 형성되고 있다. 이때 상기 차단영역(B1)에서의 상기 제 1 반투과층(116)은 빛의 투과를 일부 차단하는 역할을 하는 것이 아니라 상기 크롬층(113)을 보호하는 역할을 한다. 이는 빛이 상기 크롬층(113)을 통과하지 못하게 됨에 기인한다. 따라서, 상기 차단영역에 형성된 상기 제 1 반투과층(116)은 생략할 수도 있다.

제 1 반투과영역(B2)은 쿼츠(quartz)로 이루어진 베이스 기판(110) 하부로 황화몰리브덴(MoS₂)으로 이루어진 제 2 반투과층(119)과 그 하부로 산화크롬(CrOx)으로 이루어진 상기 제 1 반투과층(116)이 구성되고 있는 것이 특징이다.

이때, 상기 제 2 반투과층(119)을 이루는 황화몰리브덴(MoS₂)은 이를 통과하는 빛의 위상(phase)을 음의 값으로 변화시키는 것을 특징으로 한다.

이렇게 위상(phase)이 양의 값에서 음의 값으로 변화된 빛은 상기 쿼츠(quartz)로 이루어진 베이스 기판이나 또는 산화크롬(CrOx)의 제 1 반투과층(116)을 통과한 양의 위상(phase)을 갖는 빛과 중첩시에는 상쇄간섭을 일으키는 특성을 갖는다.

여기서 패이즈 콘트라스트(phase contrast)라는 개념을 설명한다. 패이즈 콘트라스트(phase contrast)는 빛이 특정 물질층을 통과할 때, 물체의 굴절률에 따라서 빛의 위상(phase)이 변화하는 것을 이용하여 콘트라스트를 증가시키는 것으로, 광원으로부터 나온 1개의 빛이 분리되어 2개로 된 뒤 동일한 패이즈를 갖는 투명한 매질을 지나 다시 합치면 원래의 빛으로 되지만, 만일 2개의 빛이 서로 다른 굴절률을 가진 매질을 통과한 후 다시 합쳐지면 빛의 위상(phase)이 보강간섭(constructive interference)이나 상쇄간섭(destructive interference)에 의하여 콘트라스트가 가감된다. 이는 콘트라스트 뿐 아니라 빛 에너지에도 동일하게 적용된다.

따라서, 본 발명에 있어서는 빛이 쿼츠(quartz) 및 산화크롬(CrOx)으로 각각 이루어진 베이스 기판(110) 및 제 1 반투과층(116)을 통과하여 나온 양의 위상을 갖는 빛과 그 위상(phase) 정 반대인 음의 위상(phase)을 갖도록 하는 특성을 갖는 물질인 황화몰리브덴(MoS₂)으로 이용하여 제 1 반투과영역(B2)을 형성함으로써 도 6의 그래프에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 반투과영역(B2)과 제 2 반투과영역(B3)과의 경계 및 제 1 반투과영역(B2)과 차단영역(B1)과의 경계에서 상쇄간섭을 발생시켜 포토레지스트층으로 최종적으로 입사되는 빛의 에너지를 작게함으로써 상기 노광된 포토레지스트층을 현상 시 기판(140) 면과 이루는 포토레지스트 패턴(144a, 144b, 144c) 특히 제 2 및 제 3 포토레지스트 패턴(144b, 144c))의 측면의 경사각(θ3, θ4)을 50도 이상이 되도록 형성하는 것이 가능하도록 한 것에 특징이 있다.

한편, 본 발명에 따른 노광 마스크(101)의 제 2 반투과영역(B3)은 쿼츠(quartz)로 이루어진 베이스 기판(110 )하부에 산화크롬(CrOx)으로 이루어진 제 1 반투과층(116)이 형성되어 있다.

이때, 본 발명에 따른 노광 마스크(101)에 있어 차단영역(B1)과 제 1 반투과영역(B2)에 있어 소정의 이격간격을 갖는 부분이 형성되고 있음을 알 수 있다. 이는 상기 크롬층(113)과 상기 제 2 반투과층(119)을 상기 베이스 기판(110)상에서 밀착 형성하는 것이 바람직하나, 노광 마스크(101) 제작 특성상 레이저 빔 또는 이온빔을 조사하여 베이스 기판 상에 형성되는 물질층을 패터닝하게 되는 바, 동일한 층에 상기 크롬층(113)과 제 2 반투과층(119)의 형성을 위한 레이저 빔 또는 이온빔의 조사 시의 오차범위가 존재하는 바, 밀착하여 형성될 수도 있고, 도시한 바와 같이 소정간격 이격하여 형성되는 경우도 있다. 완전 밀착되어 형성되는 경우, 상기 크롬층(113)이 형성된 차단영역(B1)에 대해서는 빛이 투과되지 않으므로 차단영역(B1)과 제 1 반투과영역(B2)의 경계에서는 빛의 중첩이 발생되지 않는 바, 문제되지 않는다. 한편, 도 5에 도시한 바와 같이 크롬층(113)과 제 2 반투과층(119)이 소정간격 이격하여 베이스 기판(110) 하부에 형성된 경우, 상기 크롬층(113)과, 황화몰리브덴(MoS₂)으로 이루어진 제 2 반투과층(119) 사이의 이격영역(C)은 베이스 기판(110)과 제 1 반투과층(116)으로 구성된 상기 제 2 반투과영역(B3)과 동일한 환경이 되며, 그 영역의 폭이 매우 작은 바, 상기 이격영역(C) 자체가 경계를 형성하게 된다. 따라서 상기 이격영역(C)에 대응하는 포토레지스트층(미도시)에 대해서는 상기 제 1 및 제 2 반투과영역(B2, B3)의 경계에서 발생하는 빛의 상쇄간섭이 진행됨으로써 상기 노광된 포토레지스트층(미도시)을 현상하면 기판(140)면에 대해 50도 이상의 경사각을 이루는 제 3 포토레지스트 패턴(144c)의 측면을 형성하게 된다.

이러한 구조를 갖는 노광 마스크(101)를 이용하여 노광을 실시하고 현상하여 형성한 포토레지스트 패턴(144a, 144b, 144c)의 구조를 살펴보면, 각 영역(B1, B2, B3, B4)간 경계에 위치하는 포토레지스트 패턴(144b, 144c)의 측면이 기판(110) 면에 대해 50도 이상의 큰 경사각(θ3, θ4)을 이루게 됨을 알 수 있다.

이렇게 그 측면이 기판(110) 면에 대해 50도 이상의 경사각(θ3, θ4)을 갖도록 형성된 포토레지스트 패턴(144a, 144b, 144c)을 이용하여 그 하부에 위치하는 이중층의 물질층(142)을 식각하여 패터닝할 경우, 특히 상기 포토레지스트 패턴(144a, 144b, 144c)에 대해 애싱(ashing)을 진행 후 남게되는 포토레지스트 패턴을 이용하여 새롭게 노출된 물질층을 패터닝하는 경우 CD폭이 매우 짧게 형성됨으로써 정교한 패턴을 형성할 수 있다.

도 7a 와 7b는 은 본 발명에 따른 3톤 노광 마스크를 이용하여 형성한 포토레지스트 패턴을 이용하여 물질층의 패터닝 공정을 도시한 면도이며, 도 8a와 8b는 비교예로서 종래의 노광 마스크를 이용하여 형성한 포토레지스트 패턴을 이용하여 패터닝 공정을 도시한 단면도이다.

우선, 도 7a를 참조하면, 본 발명에 따른 노광 마스크(101)를 이용하여 패터닝해야 할 제 1 내지 제 4 물질층(142a, 142b, 142c, 142d) 위로 형성된 포토레지스트층(미도시)에 대해 노광을 실시하고 현상을 진행하면 도시한 바와 같이 그 측면이 기판(140) 면에 대해 50도 이상의 큰 경사각(θ, θ4, θ3 )을 갖는 제 1 내지 제 3 포토레지스트 패턴(144a, 144b, 144c)이 형성된다.

한편 도 8a에 도시한 바와 같이, 종래의 슬릿구조를 갖는 제 1 반투과영역(A2)을 포함하는 노광 마스크(70)를 통해 기판(80)상에 패터닝해야 할 제 1 내지 제 4 물질층(82a, 82b, 82c, 82d) 위로 형성된 포토레지스트층(미도시)에 노광을 실시하고 현상을 진행하면, 특히 슬릿구조를 갖는 제 1 반투과영역(A2)과 제 2 반투과영역(A3) 사이의 경계 및 제 1 반투과영역(A2)과 차단영역(A1)의 경계에 대응해서는 기판(80)면에 대해 50도보다 낮은 경사각(θ1, θ2)의 측면을 갖는 제 3 및 제 2 포토레지스트 패턴(91c, 91b)이 각각 차단영역(A1)과 제 1 반투과영역(A2)에 대응하여 형성되며, 제 2 반투과영역(A3)에 대응해서는 제 1 포토레지스트 패턴(91a)이 형성된다.

이후 도 7b 및 8b에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 내지 제 3 포토레지스트 패턴((도 7a의 144a, 144b, 144c), (도 8a의 91a, 91b, 91c)) 외부로 노출된 제 4 물질층(도 7b의 142d, 도 8b의 82d)을 포함하여 그 하부의 제 3 및 제 2 물질층((도 7b의 142c, 도 8b의 82c),(도 7b의 142b, 도 8b의 82b))을 연속하여 식각하여 패터닝함으로써 상기 제 1 물질층(도 7b의 142a, 도 8b의 82a)을 노출시키는 콘택홀(도 7b의 146, 도 8b의 84)을 형성한다.

이후, 상기 제 1 내지 3 포토레지스트 패턴((도 7a의 144a, 144b, 144c), (도 8a의 91a, 91b, 91c))에 대해 애싱(ahing)을 진행함으로써 제일 얇은 제 1 포토레지스트 패턴(도 7b의 144a, 도 8b의 91a)을 제거한다. 특히 이방성 특성을 갖는 애싱(ashing)을 진행할 경우, 포토레지스트 패턴의 표면부터 서서히 제거됨으로써 점점 그 두께를 줄여가게 되는데, 포토레지스트 패턴의 측면의 기울기가 급할수록 즉 측면이 기판 면에 대해 급한 경사각을 이룰수록 그 측면이 상기 이방성의 애싱(ashing)에 의해 제거되지 않게 된다. 본 발명에 따른 노광 마스크(101)를 이용한 경우, 도 7b에 도시한 바와같이 기판(140) 상에 애싱(ashing) 전의 제 2 및 제 3 포토레지스트 패턴의 폭을 거의 그대로 유지하며 남게 되지만, 도 8b에서와 같이 그 측면의 기판(80) 면에 대해 완만한 경사각(50도 이하)을 갖는 경우, 그 측면이 완만한 경사를 가지므로 기판(80)면과 나란하게 형성된 면에 대해 주로 제거가 이루어지는 이방성 애싱(ashing)에 의해 그 측면이 제거됨으로써 애싱(ashing)전 의 폭보다 매우 줄어든 작은 폭을 갖는 제 2 및 제 3 포토레지스트 패턴(91b, 91c)이 최종적으로 남게된다. 따라서 이 경우 이러한 포토레지스트 패턴의 측면 제거량을 고려해서 패터닝할 물질층의 패턴 설계가 이루어져야 한다.

본 발명의 경우, 형성되는 포토레지스트 패턴(도 7b의 144b, 144c)의 측면의 기판(140)면에 대한 경사각이 50도 이상이 되므로 특히 이방성 애싱(ashing) 진행 시 포토레지스트 패턴(도 7a의 144b, 144c)의 측면 식각이 거의 진행되지 않아 오차범위(도 7b의 d1)가 작은 반면, 비교예인 종래의 노광 마스크를 이용하여 형성한 포토레지스트 패턴의 경우 도 8b에 도시한 바와 같이, 포토레지스트 패턴(91b, 91c) 측면의 기판(80)면에 대한 경사각이 50도 미만으로 비교적 완만히 형성되고 있는 바, 애싱(ashing) 진행시 그 측면 식각 또한 진행되어 오차범위(도 8b의 d3) 가 크게 된다. 물질층의 패터닝시 위와 같은 큰 오차범위(도 7b의 d1, 도 8b의 d3)가 반영되어야 하므로 물질층 패터닝의 정교함에 있어 본 발명에 따른 노광 마스크를 이용하는 것이 월등히 유리함을 알 수 있다.

이러한 애싱(ashing) 후 남아있는 제 2, 3 포토레지스트 패턴((도 7b의 144b, 144c), (도 8b의 91b, 91c))을 이용하여 그 하부의 새롭게 노출된 물질층에 대해 식각을 진행하는 경우, 본 발명의 경우 패터닝 된 물질패턴(도 7b의 147)의 CD폭(도 7b의 d2)이 비교예의 패터닝된 물질패턴(도 8b의 85의 CD폭(도 8b의 d4) 보다 매우 작은 값을 갖게 됨(도 7d의 d2 < 도 8b의 d4)을 알 수 있다.

이 경우, 본 발명에 따른 노광 마스크를 이용한 마스크 공정에 의해 패터닝된 물질패턴의 CD폭이 작아짐으로써 해서 그 CD폭의 오차범위가 줄어듦으로 오차를 감안하여 패턴을 형성한 것 대비 작은 폭을 갖는 패턴을 형성함으로써 액정표시장치의 경우 개구율을 향상시키는 장점을 갖는다.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 분해사시도.

도 2는 일반적은 액정표시장치의 어레이 기판 내의 하나의 화소영역을 박막트랜지스터를 포함하여 절단한 단면도.

도 3은 종래의 3가지의 두께가 다른 포토레지스트 패턴 형성을 위한 종래의 노광 마스크 구조를 포토레지스트 패턴과 함께 도시한 도면.

도 4는 도 3에 도시된 노광마스크를 통과한 빛의 에너지 파형을 도시한 그래프.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3가지의 두께가 다른 포토레지스트 패턴 형성을 위한 종래의 노광 마스크의 단면 구조와 이를 이용해 기판 상에 형성한 포토레지스트 패턴을 함께 도시한 도면.

도 6은 도 5에 도시된 노광 마스크를 통과한 빛의 에너지 파형을 도시한 그래프.

도 7a 와 7b는 본 발명에 따른 3톤 노광 마스크를 이용하여 형성한 포토레지스트 패턴을 이용하여 물질층의 패터닝을 진행한 것으로 도시한 제조 공정 단면도.

도 8a와 8b는 비교예로서 종래의 노광 마스크를 이용하여 형성한 포토레지스트 패턴을 이용하여 패터닝을 진행한 것을 도시한 제조 공정 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

101 : 노광 마스크 110 : 베이스 기판

113 : 크롬층 116 : 제 1 반투과층

119 : 제 2 반투과층 140 : 기판

142 : 물질층

144a, 144b, 144c : 제 1, 2 및 3 포토레지스트 패턴

B1 : 차단영역 B2 : 제 1 반투과영역

B3 : 제 2 반투과영역 B4 : 투과영역

θ1, θ2 : 제 3 및 제 2 포토레지스트 패턴의 측면이 기판면과 이루는 각도

Claims (8)

100%의 빛 투과율을 갖는 투과영역과, 0%의 빛 투과율을 갖는 차단영역과, 상기 투과영역의 빛투과율과 상기 차단영역의 빛투과율의 사이의 제 1 및 제 2 빛투과율을 각각 갖는 제 1 및 제 2 반투과영역을 포함하고, 상기 제 1 빛투과율이 상기 제 2 빛투과율보다 작은 노광마스크에 있어서,

베이스 기판과;

상기 차단영역에 대응하여 상기 베이스 기판 상에 빛의 투과를 차단하는 물질로 이루어진 차단층과;

상기 제 1 반투과영역에 대응하여 상기 베이스 기판 상에 형성되며, 이를 통과하는 빛에 대해 그 위상(phase)을 변경시키는 것을 특징으로 하는 제 1 반투과층과;

상기 제 2 반투과영역에 대응되는 상기 베이스 기판과 상기 제 1 반투과층 상에 형성되는 제 2 반투과층

을 포함하며, 상기 제 1 반투과층을 투과한 빛의 위상(phase)과 상기 투과영역과 제 2 반투과영역을 투과한 빛의 위상(phase)은 서로 반대됨으로써 상기 제 1 반투과영역과 이와 이웃한 각 영역과의 경계에서 빛의 상쇄간섭을 발생시키는 것을 특징으로 노광 마스크.

제 1 항에 있어서,

상기 베이스 기판은 쿼츠(quartz)로 이루어진 노광 마스크.

제 1 항에 있어서,

상기 빛의 투과를 차단하는 물질은 크롬인 노광 마스크.

제 1 항에 있어서,

상기 제 1 반투과층은 황화몰리브덴(MoS₂)으로 이루어진 노광 마스크.

제 1 항에 있어서,

상기 제 2 반투과층은 산화크롬(CrOx)으로 이루어진 노광 마스크.

제 1 항에 있어서,

상기 차단영역과 상기 제 1 반투과영역이 이웃하는 구성인 경우, 상기 차단층과 상기 제 1 반투과층은 상기 베이스 기판 상에서 이격하는 것이 특징인 노광 마스크.

제 1 항에 있어서,

상기 제 2 반투과층은 상기 차단영역의 차단층 상에 더욱 형성된 것이 특징인 노광 마스크.

제 1 항에 있어서,

상기 노광 마스크는 네가티브 타입의 포토레지스트를 이용한 패터닝 공정에 이용되는 것이 특징인 노광 마스크.

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