KR20110041743A - 다중 하프톤부를 구비한 포토마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

다중 하프톤부를 구비한 포토마스크 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 반투과부를 구비한 포토 마스크의 구조 및 제조방법에 관한 것으로, 특히 투명기판상에 형성되는 광투과부, 광차단부, 반투과부를 구비하는 포토마스크에 있어서, 상기 반투과부는 슬릿사이에 하프톤물질이 충진된 구조의 다중하프톤부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 슬릿형 반투과부 이격공간에 반투과물질이 충진된 구조의 다중 하프톤부를 구비한 포토마스크를 제공하여, 3개 이상의 서로 다른 투과율을 제어할 수 있는 구조를 구현할 수 있는 효과가 있다.
포토마스크, 다중 하프톤부

Description

다중 하프톤부를 구비한 포토마스크 및 그 제조방법{Photo mask having multi half permeation part and Method for manufacturing thereof}
본 발명은 다중 반투과부를 구비한 포토 마스크의 구조 및 제조방법에 관한 것이다.
포토리소그라피(Photolithography)공정으로 패터닝을 할 때 사용되는 일반적인 포토마스크는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 투명기판(1)과 투명기판(1) 상에 형성되며 광을 완전히 투과시키는 광투과부(3)와 광을 완전히 차단시키는 광차단부(2), 광을 일부만 투과시키는 하프톤층을 구비한 반투과부(16)를 가진다.
상기와 같은 종래의 마스크는 한 층의 패턴을 구현할 수밖에 없으므로 노광→현상→에칭으로 이루어지는 한 사이클의 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 사이클의 포토리소그라피공정을 줄일 수만 있다면 큰 경제적인 효과를 얻을 수 있는데, 종래의 마스크는 단지 한 층의 패턴을 구현할 수밖에 없는 구조로 되어 있으므로, 비경제적이다. 또한, 다중 반투과부를 구현하는 경우 여러 개의 톤(tone)을 구현하여 제작하여야 하는바, 공정이 길어져 납기가 길어지는 문제가 발생한다.
이와는 다른 형태의 포토마스크로는 도 1b에 도시된 것과 같이 투명기판(11) 상에 광이 완전히 투과하는 투과부(13), 광이 완전히 차단되는 차광층(12) 및 조사되는 광의 양을 줄여서 투과시키는 슬릿 패턴(slit pattern; 14)이 있는 그레이톤 마스크(Gray Tone Mask)가 개발되었다. 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. 아울러 다중 반투과부를 상술한 슬릿형태로 구현하는 경우에는, 회절효과를 이용하기 때문에 노광시 이를 컨트롤하는 데 어려움이 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 슬릿형 반투과부 이격 공간에 반투과물질이 충진된 구조의 다중 하프톤부를 구비한 포토마스크를 제공하여, 3개 이상의 서로 다른 투과율 제어가 가능한 구조를 구현할 수 있는 포토마스크를 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 투명기판상에 형성되는 광투과부, 광차단부, 반투과부를 구비하는 포토마스크에 있어서, 상기 반투과부는 슬릿사이에 하프톤물질이 충진된 구조의 다중하프톤부를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 하프톤부를 구비한 포토마스크를 제공할 수 있도록 한다.
특히, 상술한 구조에서 상기 반투과부는, 적어도 1 이상의 다중하프톤부를 구비하되, 반투과물질층으로 형성되는 단일하프톤부 또는 슬릿만으로 형성된 슬릿형하프톤부의 영역이 적어도 1 이상 더 구비할 수 있도록 한다.
특히, 상기 다중하프톤부는, 일정한 이격 간격을 가지는 슬릿형 차광벽을 구비하며, 슬릿형차광벽 사이 및 상기 광차단부의 이격공간에 반투과물질층이 형성된 구조를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다중 하프톤부를 구비한 포토마스크는 특히 상기 슬릿형 차광벽 및 광차단부상에는 반투과물질층이 형성될 수 있다. 이 경우, 본 발명에서의 상기 반투과물질층은 Mo, Si, Ta, W, Al, Cr, Hf, Zr, Me, V, Ni, Nb, Co, Ti을 주 원소로 하여, 상기 주원소 물질 또는 상기 주원소들 중 적어도 두 개 이상이 혼합된 복합 물질이거나, 상기 주원소 또는 복합물질에 C0x, Ox, Nx 중 적어도 하나가 첨가된 물질로 형성될 수 있다. (단, x는 자연수이다.)
상술한 구조의 본 발명에 따른 포토마스크는 다음과 같은 제조공정으로 제조될 수 있다.
구체적으로는, 차광층이 적층된 투명기판상에 포토레지스트를 도포하는 1단계; 포토레지스트를 노광 현상하여 패터닝하는 2단계; 상기 차광층을 에칭하여 슬릿형 차광벽과 광투과부를 형성하는 3단계; 상기 슬릿형 차광벽 사이에 반투과물질층을 적층 하여 다중하프톤 부를 형성하는 4단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 제조공정에서의 상기 4단계는 a 1) 차광층의 상부 면에 반투과물질층을 적층 하는 단계; a 2) 상기 반투과물질층 상에 포토레지스트를 도포하여 패터닝하는 단계; a 3) 상기 패터닝된 부위를 통해 상기 광투과부 또는 슬릿형 차광벽 사이에 충진된 반투과물질층을 선택적으로 제거하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 질 수 있다. 물론, 상기 3단계 또는 4단계 이후에, 차광층 또는 반투과물질층의 에칭 후에 포토레지스트를 제거하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 슬릿형 반투과부 이격공간에 반투과물질이 충진된 구조의 다중 하프톤부를 구비한 포토마스크를 제공하여, 3개 이상의 서로 다른 투과율 제 어가 가능한 구조를 구현할 수 있는 효과가 있다.
특히, 슬릿의 회절현상을 통한 투과율제어 및 반투과물질층을 통한 투과율제어를 가능하도록 해, 설계자유도 및 결함에 대한 투과율 수정의 자유도를 크게 향상시켜 공정의 수율을 높일 수 있으며, 공정 기간을 단축시킴과 동시에 노광 후 제품의 품질을 향상시킬 수 있어 고품질의 멀티 톤 포토마스크를 제공할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 다중 반투과부를 구비한 포토마스크를 구현함에 있어서, 슬릿형 반투과부 이격공간에 반투과물질이 충진된 구조의 다중 하프톤부를 구비하는 구조의 포토마스크를 제공하는 것을 그 요지로 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 포토마스크의 제조공정 순서도 및 공정도를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 공정도를 참조하여 본 발명의 제조공정 및 이에 의해 구현되는 포토마스크의 구조의 일실시예를 설명하기로 한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 포토마스크의 제조공정은 크게 차광층이 적층된 투명기판상에 포토레지스트를 도포하는 1단계와 포토레지스트를 노광 현상하여 패터닝하는 2단계, 상기 차광층을 에칭하여 슬릿형 차광벽과 광투과 부를 형성하는 3단계, 상기 슬릿형 차광벽 사이에 반투과물질층을 적층 하여 다중하프톤 부를 형성하는 4단계를 포함하여 이루어진다.
구체적으로는, 본 발명에 따른 제조단계는, 우선 S 1단계로서 투명기판(110) 상에 차광층(120)이 성막된 구조의 블랭크마스크를 형성한다. 상기 차광층을 조성하는 물질은 광을 차단하는 물질이면 어떠한 물질도 가능하나, Cr, CrxOy 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성된 물질로 형성된다. 상기 첨자는 원소들의 결합에 따라 변하는 자연수이다.
이후, S 2단계로 포토레지스트(130)를 도포하고, 상기 포토레지스트를 노광, 현상하여 일정한 패턴(131)을 구비하도록 패터닝한다.
그리고 상기 패터닝된 패턴(131)을 매개로 차광층(120)을 에칭하여 광투과부(122)와 슬릿형 차광벽(121)으로 구성된 반투과부(123)을 형성한다.
그리고 상기 슬릿형 차광벽(121)의 사이에 반투과물질(141)을 충진하여 다중하프톤부(H)를 형성할 수 있게 된다(S 41). 즉, 본 발명에 따른 다중하프톤부(H)는 슬릿형 차광벽 사이에 반투과물질이 충진된 구조로 형성된 것을 특징으로 한다. 상기 반투과물질은 Mo, Si, Ta, W, Al, Cr, Hf, Zr, Me, V, Ni, Nb, Co, Ti을 주원소로 하여, 상기 주원소물질(주원소로만 이루어진 물질) 또는 상기 주원소들 중 적어도 두 개 이상이 혼합된 복합 물질이거나, 상기 주원소 또는 복합 물질에 COx, Ox, Nx 중 적어도 하나가 첨가된 물질인 것이 바람직하다. 상기 첨자는 결합되는 주원소에 따라 변하는 자연수이다. 예를 들면 CrxOy, CrxCOy, CrxOyNz, SixOy, SixOyNz, SixCOy, SixCOyNz, MoxSiy, MoxOy,MoxOyNz, MoxCOy, MoxOyNz, MoxSiyOz, MoxSiyOzN MoxSiyCOzN, MoxSiyCOz, TaxOy, TaxOyNz, TaxCOy, TaxOyNz, AlxOy, AlxCOy, AlxOyNz, AlxCOyNz, TixOy, TixOyNz, TixCOy 어느 하나 또는 이들의 조합된 물질을 사용할 수 있다. 상기 첨자 x,y 및 z는 자연수로서 각 화학 원소의 개수를 의미한다.
이하에서는 S 4단계로서 본 발명에 따른 다중하프톤부(H)를 포함하여 3개 이상의 반투과부를 형성하는 공정을 설명하기로 한다.
구체적으로는, 상기 S 3단계에서의 슬릿형 차광벽(121)의 사이 공간에 반투과물질을 충진하는 방식으로 다중하프톤부(H)를 형성하는 방식은 다양하게 적용이 될 수 있으나, 본 실시예에서는 포토레지스트를 이용하여 한 번의 공정으로 서로 다른 투과율을 가지는 다중 반투과부를 구현하는 공정을 소개하기로 한다.
우선, S 3단계에서 형성된 차광층의 상부 면에 반투과물질층(140)을 도포하고(S 41단계), 이후에 상기 반투과물질층(140)의 상부에 포토레지스트(150)를 도포한다(S 42단계). 그리고 이후에는 투과율을 가변적으로 형성할 영역에 대하여 선택적으로 패터닝을 하고(S 43단계), 이후에 상기 패터닝된 패턴을 매개로 반투과물질층을 선택적으로 에칭하고 포토레지스트를 제거하면, 투명기판이 노출되는 영역으로 광투과부(W)를 형성하고, 슬릿형 차광벽만으로 형성된 슬릿형 하프톤부(Z), 그리고 하프톤물질막으로 형성된 단일하프톤부(Y), 그리고 슬릿형차광벽과 반투과물질로 형성된 다중하프톤부(X)로 구성된 포토마스크를 구현할 수 있게 된다(S 44단계).
도 3은 상술한 제고공정에 따라 제조된 본 발명에 따른 다중하프톤부를 구비한 포토마스크의 요부를 도시한 개념도이다.
즉, 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 하프톤마스크는 투명기판(110)에 투명기판이 노출되는 영역으로 광투과부(W)를 형성하고, 슬릿형 차광벽만으로 형성된 슬릿형 하프톤부(Z), 그리고 하프톤물질막(143)으로 형성된 단일하프톤부(Y), 그리고 슬릿형차광벽과 반투과물질로 형성된 다중하프톤부(X)로 구성된 3개 이상의 서로 다른 투과율제어가 가능한 구조를 구비할 수 있다.
즉, 본 실시예에 도시된 것과 같이, 광투과부(W)는 광 투과율이 100%로 구현되는 경우, 다중하프톤부(X), 단일하프톤부(Y), 슬릿형하프톤부(Z)는 각각 다른 투과율을 구비하게 되며, 상기 조사되는 광은 노광기에 따라 그 파장대가 달라질 수 있으므로 별도로 제한되는 것은 아니며, 일반적으로 300㎚∼440㎚ 파장대가 사용된다. 각각의 반투과부는 상기 조사되는 광의 일부만 투과시킬 수 있으면 족하고 광투과량에 제한이 있는 것은 아니며, 바람직하게는 조사되는 광의 10％∼99％의 광을 투과시킬 수 있도록 조절이 가능하다.
상술한 구조의 다양한 하프톤 부는 다중 하프톤부를 적어도 하나 이상 포함하여 다양한 개수와 설계구조로 변형될 수 있음은 물론이다.
또한, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예에서의 포토마스크의 구조에서는 차광층(120)은 그 자체로도 광을 완전차단하는 것을 사용할 수 있으며, 특히 본 발명에 따른 일실시예로서의 제조공정에 의하면 차광층(120)은 상부에 반투과물질(144)층이 형성되는 구조로 구현될 수 있으며, 나아가 슬릿형차광벽(121)의 상부 에도 동일한 반투과물질층(142)이 형성되는 구조로 형성될 수 있다. 이는 본 발명의 일실시예로서 반투과물질층을 슬릿형 차단벽의 이격공간 사이에 충진하기 위해 수행되는 적층 공정을 통해 형성되기 때문이다.
특히 본 발명에 따른 다중하프톤부(x)는 단일하프톤부의 구성에 슬릿형 차광벽이 삽입된 구조를 구현하여 다른 투과율을 구비한 복합적인 반투과부로 구성이 가능하며, 이러한 제조방식을 통해 단일하프톤부, 슬릿형하프톤부 이외의 구조로서 투과율을 조절할 수 있는 영역을 더 증가시킬 수 있게 되며, 이는 공정 시 설계자유도 및 결함에 대한 수정 자유도를 높여 공정 수율을 증가시킬 수 있을 뿐 아니라, 납기를 단축시키고, 노광 후 노광 된 제품의 품질을 향상시킬 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 본 종래 기술에 따른 하프톤 마스크 및 그레이톤 마스크를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 포토마스크의 제조공정을 도시한 순서도 및 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중하프톤부를 구비한 포토마스크의 요부 개념도를 개략적으로 도시한 것이다.

Claims (8)

  1. 투명기판상에 형성되는 광투과부, 광차단부, 반투과부를 구비하는 포토마스크에 있어서,
    상기 반투과부는 슬릿사이에 하프톤물질이 충진된 구조의 다중하프톤부를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 하프톤부를 구비한 포토마스크.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반투과부는, 적어도 1 이상의 다중하프톤부를 구비하되,
    반투과물질층으로 형성되는 단일하프톤부 또는 슬릿만으로 형성된 슬릿형하프톤부의 영역이 적어도 1 이상 더 구비되는 것을 특징으로 하는 다중 하프톤부를 구비한 포토마스크.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다중하프톤부는,
    일정한 이격간격을 가지는 슬릿형 차광벽을 구비하며,
    슬릿형차광벽 사이 및 상기 광차단부의 이격공간에 반투과물질층이 형성된 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 하프톤 부를 구비한 포토마스크.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 슬릿형 차광벽 및 광차단부상에는 반투과물질층이 형성된 것을 특징으로 하는 다중 하프톤 부를 구비한 포토마스크.
  5. 청구항 1 내지 4중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반투과물질층은 Mo, Si, Ta, W, Al, Cr, Hf, Zr, Me, V, Ni, Nb, Co, Ti 을 주원소로 하여, 상기 주원소 물질 또는 상기 주원소들 중 적어도 두개 이상이 혼합된 복합 물질이거나, 상기 주원소 또는 복합물질에 C0x, Ox, Nx 중 적어도 하나가 첨가된 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 반투과부를 구비한 하프톤 마스크.(단, x는 자연수이다.)
  6. 차광층이 적층된 투명기판상에 포토레지스트를 도포하는 1단계;
    포토레지스트를 노광 현상하여 패터닝하는 2단계;
    상기 차광층을 에칭하여 슬릿형 차광벽과 광투과부를 형성하는 3단계;
    상기 슬릿형 차광벽 사이에 반투과물질층을 적층 하여 다중하프톤 부를 형성 하는 4단계;
    를 포함하는 다중 하프톤 부를 구비한 포토마스크의 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 4단계는
    a 1) 차광층의 상부 면에 반투과물질층을 적층 하는 단계;
    a 2) 상기 반투과물질층 상에 포토레지스트를 도포하여 패터닝하는 단계;
    a 3) 상기 패터닝된 부위를 통해 상기 광투과부 또는 슬릿형 차광벽 사이에 충진된 반투과물질층을 선택적으로 제거하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 하프톤 부를 구비한 포토마스크의 제조방법.
  8. 청구항 6 또는 7에 있어서,
    상기 3단계 또는 4단계 이후에, 차광층 또는 반투과물질층의 에칭 후에 포토레지스트를 제거하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 하프톤 부를 구비한 포토마스크의 제조방법.
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