KR20100125574A - 하프톤 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 반투과영역을 구비한 하프톤 마스크에 관한 것으로서, 적어도 1 이상의 반투과영역을 구비한 하프톤 마스크에 있어서, 반투과영역을 형성하는 미세패턴의 패턴밀도(pattern dentsity)를 조절해 투과율을 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 슬릿형 또는 적층형 반투과부나 이들의 조합을 통해 반투과영역을 형성하는 하프톤 마스크에서 미세패턴의 패턴 밀도를 조절하여 투과율 조절의 효율성을 구현할 수 있도록 하는 효과를 제공할 수 있다.

특히, 별도의 제조공정의 추가 없이 패턴 밀도의 조절을 통한 반투과영역의 투과율을 정밀하게 제어할 수 있어 제조공정의 간소화를 구현할 수 있는 장점도 있다.

하프톤 마스크, 반투과영역, 패턴밀도(pattern dentsity)

Description

하프톤 마스크 및 그 제조방법{half tone mask having multi half permeation part and manufacturing method of the same}

본 발명은 슬릿형 또는 적층형 반투과부나 이들의 조합을 통해 반투과영역을 형성하는 하프톤 마스크에서 미세패턴의 패턴 밀도를 조절하여 투과율 조절의 효율성을 구현할 수 있도록 하는 하프톤 마스크에 관한 것이다.

액정디스플레이 등의 제조에 사용되는 다수의 구성은 다수의 마스크 공정을 필요로 한다. 이에 따라 제조공정이 복잡하여 액정 표시장치의 제조단가를 상승시키는 문제로 작용하고 있다. 이를 해결하기 위하여 현재는 마스크의 공정수를 줄이는 방향으로 발전하고 있다. 포토리소그라피(Photolithography) 공정으로 패터닝을 할 때 사용되는 일반적인 포토마스크는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 투명기판(11)과 투명기판(11) 상에 형성되며 광을 완전히 투과시키는 광투과부(13)와 광을 완전히 차단시키는 광차단부(15)를 가진다. 상기와 같은 종래의 마스크는 한 층의 패턴을 구현할 수 밖에 없으므로 노광→현상→에칭으로 이루어지는 한 싸이클의 포토리소그라피공정에만 사용할 수 있다.

상세히 설명하면, 액정디스플레이의 TFT(Thin Film Transistor) 및 CF(Color Filter)는 많은 층이 증착/도포 되어 있고, 증착/도포 된 각 층은 각각 포토리소그라피공정으로 패터닝된다. 그런데 한 싸이클의 포토리소그라피공정을 줄일 수만 있다면 큰 경제적인 효과를 얻을 수 있는데, 종래의 마스크는 단지 한 층의 패턴을 구현할 수밖에 없는 구조로 되어 있으므로, 별도의 패턴을 구현한 다수의 포토마스크를 제조하는 불필요한 비경제성이 존재하고 있다. 상기와 같은 단점을 해소하기 위하여, 슬릿마스크, 그레이톤 마스크, 하프톤 마스크 등이 개발되고 있다.

슬릿마스크는 빛의 산란을 이용한 것으로 적용하는 파장의 직진성이 보장되는 슬릿 보다 얇은 슬릿을 빛이 통과하게 되면, 인접부위로 산란이 일어나며, 전체적인 빛 에너지가 분산되는 성질을 이용한 것이다. 그러나 이러한 슬릿 마스크의 경우, 미세 슬릿에서 산란되는 빛의 분포가 불균일하여 위치별 노광 에너지가 달라지므로, 위치별 잔막 두께가 요철을 형성하여 균일한 잔막의 두께를 얻기 어려운 점이 있다.

그레이톤 마스크(Gray Tone Mask)는 광이 완전히 투과하는 투과부, 광이 완전히 차단되는 차광층 및 조사되는 광의 양을 줄여서 투과시키는 슬릿 패턴(slit pattern)이 있는 구조이다. 그러나 그레이톤 마스크는 미세 패턴을 통과하는 빛의 회절현상을 이용하여 투과되는 광의 양을 조절하므로 슬릿 패턴 구현의 한계로 인해 조절 가능한 광 투과량에 제한이 있으며, 그레이톤 마스크가 소정 크기 이상인 경우에는 균일한 패터닝을 구현할 수 없는 단점이 있다.

하프톤 마스크는 투명기판에 형성되는 광투과부와 광을 완전히 차단하는 광차단부, 광의 일부를 투과시키도록 투과율을 조절하는 반투과부로 형성되는 마스크 로, 마스크 자체에 반투과부를 형성하는 것으로 정의될 수 있다.

그러나 이러한 하프톤 마스크의 경우, 반투과부를 통과한 빛이 위치별로 균일하게 통과하여 위치별로 균일한 잔막 두께를 형성할 수 있다는 장점이 있으나, 마스크제조의 추가공정을 요하게 되어 제조공정의 증가 및 비용의 증가라는 단점을 수반하고 있다. 따라서, 복수의 마스크공정을 줄이는 문제는 하프톤 마스크에서도 여전히 존재하고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 시도로 종래에는 도 1b 및 도 1c에 도시된 것처럼, 상술한 다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크는 투명기판(110) 상에는 조사되는 소정 파장대의 광을 서로 다른 투과율로 통과시키는 반투과부(140)가 적어도 두 개 이상 형성된다. 상기 반투과부(140)는 레이저 빔 조사에 의하여 형성되는 슬릿형 반투과부와 반투과물질이 적층되어 형성되는 적층형 반투과부로 구성된다. 따라서, 상기 반투과부(140)는 적층형 반투과부 또는 슬릿형 반투과부들만으로 형성될 수 있고, 적층형 반투과부와 슬릿형 반투과부가 조합되어 함께 존재하여 구성될 수도 있다. 도 1b의 지시번호 141이 슬릿형 반투과부이고, 지시번호 143이 적층형 반투과부이다. 또한, 도 1c의 지시번호 143, 147 및 149가 슬릿형 반투과부이고, 지시번호 141 및 145가 적층형 반투부이다.

이러한 다중 하프톤 마스크의 투과율을 조절하는 측면에서는 슬릿과 반투과막을 형성하는 물질의 종류 및 두께로 투과율을 조절하고 있으나, 보다 효율적인 투과율조절이 가능한 구조 및 방법을 구비한 하프톤 마스크를 제공하여 제조공정의 효율성을 높일 필요성이 있다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 슬릿형 또는 적층형 반투과부나 이들의 조합을 통해 반투과영역을 형성하는 하프톤 마스크에서 미세패턴의 패턴 밀도를 조절하여 투과율 조절의 효율성을 구현할 수 있는 하프톤 마스크를 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은, 적어도 1 이상의 반투과영역을 구비하되, 반투과영역을 형성하는 미세패턴의 패턴밀도(pattern dentsity)를 조절해 투과율을 조절하는 것을 특징으로 하는 하프톤 마스크를 제공한다.

특히, 상술한 하프톤 마스크에서의 반투과영역은, 반투과막에 미세패턴을 형성한 구조이거나, 차광층에 미세패턴을 형성하고 그 위에 반투과막이 형성된 구조, 또는 이 구조들이 조합된 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상술한 하프톤 마스크의 반투과영역에 형성되는 상기 반투과막은 투과율이 4 ~ 75%인 반투과물질을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서의 투과율 조절을 위한, 상기 미세패턴의 선 폭은 0.1 ~ 1.3㎛의 범주에서 조절되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 반투과물질은 Cr, Si, Mo, Ta, Ti, Al을 주 원소로 하는 어느 하나이거나, 상기 주 원소들 중 적어도 두 개 이상이 혼합된 복합 물질이 거나, 상기 주 원소 또는 복합 물질에 CO_x, O_x, N_x 중 적어도 하나가 첨가된 물질을 사용할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 하프톤 마스크의 제조공정에서는 광투과율을 조절하는 미세패턴을 포함하는 하프톤 마스크의 제조공정에 있어서, 상기 미세패턴의 패턴밀도를 조절하되, 상기 미세패턴의 선 폭을 0.1 ~ 1.3㎛의 범주로 조절하여 광투과율을 조절하는 하프톤 마스크의 제조방법을 요지로 하여 상술한 구조의 하프톤 마스크를 제조할 수 있다.

본 발명에 따르면, 슬릿형 또는 적층형 반투과부나 이들의 조합을 통해 반투과영역을 형성하는 하프톤 마스크에서 미세패턴의 패턴 밀도를 조절하여 투과율 조절의 효율성을 구현할 수 있도록 하는 효과를 제공할 수 있다.

특히, 별도의 제조공정의 추가 없이 패턴 밀도의 조절을 통한 반투과영역의 투과율을 정밀하게 제어할 수 있어 제조공정의 간소화를 구현할 수 있는 장점도 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

본 발명의 요지는 미세패턴을 구비하여 반투과영역을 형성하는 하프톤 마스크에서, 미세패턴의 패턴밀도를 조절하여 정밀한 광투과율의 조절이 가능한 하프톤 마스크를 제공하는 것을 그 요지로 한다.

도 2a를 참조하여 하프톤 마스크의 투과율 조절의 기본 원리를 설명하면, 하프톤 마스크는 기판(200) 상에 반투과층(210), 광을 완전 차단하는 차광층(220)을 구비한다. 상기 반투과층(210)은 차광층을 형성하여 미세패턴을 형성하거나, 반투과막을 형성하여 차광층을 형성할 수 있다. 도시된 반투과층에서는 광의 투과율이 조절된 반투과영역(A, B)에 도시되어 있다.

반투과영역(A)를 확대한 도 2b를 참조하면, 기판상에 차단층 또는 반투과층(210)에 일정한 선 폭(X1, X2, X3.....Xn)을 구비한 미세패턴들이 스페이스(S1, S2, S3....Sn)를 구비한 형상으로 형성된다. 이러한 하프톤 마스크를 통해 노광을 실시하는 경우, 감광물질(PR)은 광의 투과율의 변동으로 인해 도시된 것처럼, 현상 후 형상이 변동되게 된다. 특히 이러한 미세패턴의 폭의 조절은 투과율 조절의 중요 요인이 된다. 미세 패턴밀도(pattern dentsity)는 단위면적당 위 미세패턴이 차지한 부분의 비율로서, 도시된 도면에서는 다수의 선폭(X1, X2, X3.....Xn)의 합을 전체 단위면적당의 비율로 산출한 값이며, 패턴밀도와 광투과율은 반비례하는 관계를 가지게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 하프톤 마스크의 바람직한 일 실시예로서의 하프톤 마스크의 제조공정을 도시한 것이다.

우선 기본적인 공정으로 도 2a에 도시된 구조의 하프톤 마스크를 형성하기 위해서, 기판(200)상에 차광물질(220)을 성막하고, 그 위에 포토레지스트(230)를 코팅하며, 이후 노광공정(P3), 현상·에칭공정(P4), 박리·세정공정(P5)을 거치게 된다. 이를 통해 미세패턴이 형성된 기존의 하프톤 마스크를 구비할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 이러한 미세패턴을 형성함에 있어, 미세패턴의 선 폭의 변화범위를 0.1㎛~1.3㎛의 범주에서 조절하여 형성시킴이 바람직하다.

더욱 바람직하게는 상술한 미세패턴이 형성된 반투과영역에 반투과막(240)을 도포한다. 반투과막은 크롬옥사이드막이 사용될 수 있으며, 이뿐 아니라 Cr, Si, Mo, Ta, Ti, Al을 주 원소로 하는 어느 하나이거나, 상기 주 원소들 중 적어도 두 개 이상이 혼합된 복합 물질이거나, 상기 주 원소 또는 복합 물질에 CO_x, O_x, N_x 중 적어도 하나가 첨가된 물질이 적용될 수 있다. 구체적으로는, 상기 적층형 반투과영역의 조성물은 조사되는 소정 파장대의 광을 일부만 통과시킬 수 있다면 다양하게 형성할 수 있다. 일례로 Cr_xO_y, Cr_xCO_y, Cr_xO_yN_z, Si_xO_y, Si_xO_yN_z, Si_xCO_y, Si_xCO_yN_z, Mo_xSi_y, Mo_xO_y, Mo_xO_yN_z, Mo_xCO_y, Mo_xO_yN_z, Mo_xSi_yO_z, Mo_xSi_yO_zN Mo_xSi_yCO_zN, Mo_xSi_yCO_z, Ta_xO_y, Ta_xO_yN_z, Ta_xCO_y, Ta_xO_yN_z, Al_xO_y, Al_xCO_y, Al_xO_yN_z, Al_xCO_yN_z, Ti_xO_y, Ti_xO_yN_z, Ti_xCO_y 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 상기 적층형 반투과부를 형성할 수 있다. 상기 첨자 x,y 및 z는 자연수로서 각 화학 원소의 개수를 의미한다.

이후, 상술한 반투과막(240)의 상부에 다시 포토레지스트(250)을 도포하고, 패턴형성 후, 노광/현상/에칭 공정을 거치고(Q1~Q3), 포토레지스트를 박리세정하면 본 발명에 따른 하프톤 마스크를 형성할 수 있다(Q4).

도 4a를 참조하여 도 3에서 얻어진 본 발명에 따른 하프톤 마스크의 투과율 조절 특성을 설명하면 다음과 같다. 도 4a는 미세패턴 상에 도포 되는 반투과막은 투과율이 50%이며, 차광층을 구성하는 차광물질은 Cr을 사용한 경우로, 패턴밀도별 투과율의 변화를 도시한 그래프이다. 도시된 것처럼 정형적인 비율로 패턴밀도가 높아질수록 광투과율이 낮아짐을 확인할 수 있다.

상기 패턴밀도를 조절하기 위해서, 본 발명에서는 패턴의 선 폭의 변화를 0.1~1.3㎛로 조절하는 것을 특징으로 하며, 0.1㎛의 선 폭의 차이에 따라 광투과율의 변화는 14%씩 정량적으로 변화시킬 수 있다. 이러한 투과율의 변화는 도 4b에 도시된 것처럼 정략적 변화로 집약될 수 있다.

상술한 미세패턴의 정량적인 패턴의 선폭변화를 통해 본 발명에서는 투과율의 조절을 보다 용이하게 할 수 있으며, 이는 패턴 선 폭의 변화를 정량적으로 도출할 수 있음은 물론 제조공정을 현저하게 줄이고, 불량률을 낮출 수 있어 생산효율을 증가시킬 수 있는 장점이 구현되게 할 수 있게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1a 및 도 1b는 다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크의 구조를 도시한 것이다.

도 2a 및 도 2b는 미세패턴에 따른 광투과율 조절의 원리를 설명하기위한 개념도이다.

도 3은 본 발명에 따른 일 실시예를 제조하기 위한 제조공정도이다.

도 4a 및 도 4b는 도 3에 의해 제조된 하프톤 마스크의 패턴밀도 조절에 따른 투과율의 변화를 정량적으르로 도시한 그래프이다.

Claims (6)

1. 적어도 1 이상의 반투과영역을 구비한 하프톤 마스크에 있어서,

   반투과영역을 형성하는 미세패턴의 패턴밀도(pattern dentsity)를 조절해 투과율을 조절하는 것을 특징으로 하는 하프톤 마스크.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 반투과영역은 반투과막에 미세패턴을 형성한 구조이거나,

   차광층에 미세패턴을 형성하고 그 위에 반투과막이 형성된 구조, 또는 이 구조들이 조합된 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 하프톤 마스크.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,

   상기 반투과막은 투과율이 4 ~ 75%인 반투과물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 하프톤 마스크.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 미세패턴의 선 폭은 0.1㎛ ~ 1.3㎛의 범주에서 조절되는 것을 특징으로 하는 하프톤 마스크.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 반투과물질은 Cr, Si, Mo, Ta, Ti, Al을 주 원소로 하는 어느 하나이거나, 상기 주 원소들 중 적어도 두 개 이상이 혼합된 복합 물질이거나,

   상기 주 원소 또는 복합 물질에 CO_x, O_x, N_x 중 적어도 하나가 첨가된 물질인 것을 특징으로 하는 하프톤 마스크.
6. 광투과율을 조절하는 미세패턴을 포함하는 하프톤 마스크의 제조공정에 있어서,

   상기 미세패턴의 패턴밀도를 조절하되, 상기 미세패턴의 선 폭을 0.1 ~ 1.3㎛의 범주로 조절하여 광투과율을 조절하는 하프톤 마스크의 제조방법.

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