KR20130134968A - 위상반전 마스크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 위상반전 마스크를 제공한다. 상기 위상반전 마스크는 투명기판; 및 상기 투명기판 상에 위치하며, Cr, Ta, Ti 및 Ni중 선택된 금속에 O2, N2, Co2중에서 선택된 활성 산소를 첨가함으로써 생성된 산화 금속으로 형성되는 위상반전 패턴부를 포함한다. 본 발명에 따르면 종래 반도체 공정용 위상반전 마스크가 아닌 LCD 공정용 위상반전 마스크를 제공할 수 있다.

Description

위상반전 마스크{Phase Shift Mask}
본 발명은 위상반전 마스크에 관한 것이다.
종래의 위상반전마스크는 반도체용 PSM(Phase Shift Mask)으로 개발/연구가 많이 되고 있다. 현재 LCD용 PSM 물질 개발은 이루어지지 않은 상황으로, LCD에서도 미세 선폭 구현을 위한 PSM 개발이 시급한 실정이다.
많이 개발되고 있는 반도체 PSM의 경우 대부분이 2개의 층(Double Layer)들을 포함하는데, 예컨대, 공개특허공보 제10-2008-0054932호에 개시되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 위상반전 마스크의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 위상반전 마스크는 투명기판(100), 차광패턴(200), 위상반전 패턴(300)을 포함한다. 또한, 위상반전 마스크는 광투과율 조절부재(400)을 포함할 수 있다. 차광패턴(200)은 상기 투명기판(100) 상에 위치하여 광이 상기 투명기판(100)으로 입사되는 것을 차단하며, 상기 투명기판(100)을 부분적으로 노출한다. 위상반전 패턴(300)을 상기 노출된 상기 투명기판의 상면에 위치하며, 입사된 광의 위상을 변화시킨다. 광투과율 조절부재(400)는 위상반전 패턴(300)에 대한 투과율을 조절한다.
이와 같이, 종래에는 많은 반도체 PSM의 경우 2개의 층(Double Layer)을 포함한다. 이러한 위상반전 마스크를 제조하기 위해서는 투명기판 상에 2개의 층을 적층한 후 2개의 층에 대해 위상반전 패턴 또는 차광 패턴을 갖도록 에칭 공정이 이루어진다. 그런데, 에칭시에 2개의 층을 이루는 각각의 물질의 내화학성이 다르기 때문에 완전하게 에칭이 되지 않을 확률이 높다. 또는, 에칭이 되더라도 패턴 디자인(pattern design)의 변형이 생길 수 있다.
또한 기존에 연구되고 있는 반도체용의 위상반전 패턴을 형성하는 물질(Material)들은 실리사이드계의 산화물이나 질화물이 대부분을 이루고 있어 유전상수가 매우 낮은 단점이 있는 물질들이다.
LCD에서도 점점 미세선폭 구현을 필요로 하고 있으나, 현 LCD 노광기에서 구현할 수 있는 한계가 있다. 그 한계점을 극복하기 위한 방안으로 LCD용 위상반전 마스크(Phase shift Mask)의 개발이 필요하다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 선행기술의 제반 문제점을 감안하여 LCD용 위상반전 마스크를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상반전 마스크는 투명기판; 및 상기 투명기판 상에 위치하며, Cr, Ta, Ti 및 Ni중 선택된 금속에 O2, N2, Co2중에서 선택된 활성 산소를 첨가함으로써 생성된 산화 금속으로 형성되는 위상반전 패턴부를 포함한다.
상기 위상반전 패턴부는 2000Å 이하의 두께를 가지며, 광투과율이 20% 이하일 수 있다.
상기 위상반전 패턴부는 1000Å을 기준으로 미리 결정된 범위의 두께를 가지며, 투과율이 10% 이하일 수 있다.
상기 위상반전 마스크는, 위상반전패턴부 상에 위치하여 광을 차단하며 상기 위상반전패턴부의 측면 에지를 노출하도록 상기 위상반전 패턴부보다 작게 형성되는 차광 패턴부를 더 포함할 수 있다.
상기 위상반전 마스크는, 상기 투명기판 상에 위치하여 광을 차단하며 차광 패턴부를 더 포함하며, 상기 위상반전 패턴부는 상기 차광 패턴부의 측면에 인접하여 형성되는 하나 이상의 부분을 포함할 수 있다.
상기 위상반전 패턴부는 상기 차광 패턴부 상에 형성되는 부분을 더 포함할 수 있다.
상기 차광 패턴부 상에 형성된 위상반전 패턴부의 부분은 상기 차광 패턴부와 동일한 영역을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면 종래 반도체 공정용 위상반전 마스크가 아닌 LCD 공정용 위상반전 마스크를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 위상반전 마스크의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위상반전 마스크를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상반전 마스크에 의해 이루어진 투과광의 위상 반전을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전 마스크의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전 마스크에 의해 이루어진 투과광의 위상 반전을 설명하기 위한 도면이다.
일반적으로, 고해상도의 패턴을 구현하기 위해 다양한 해상도 향상기술(Resolution Enhancement Technology, RET)이 적용되고 있다. 예를 들면, 패턴 형성을 위한 조사 광원으로 248nm의 파장을 갖는 불화크립톤(KrF) 엑시머 레이저, 193nm의 파장을 갖는 불화아르곤(ArF) 엑시머 레이저에서와 같은 단파장 광의 사용이 일반화되고 있는 경향이다.
이러한 248, 193nm의 파장을 갖는 조사 광원에 대하여 반도체용의 위상반전 마스크의 위상 반전 패턴은 MoSi계 물질로 주로 구성된다. MoSi계 물질은 실리사이드계의 산화물이나 질화물이 대부분을 이루고 있어 유전상수가 매우 낮은 단점이 있다.
이러한 위상반전 마스크는 현재 LCD 제조 공정에도 사용되고 있지만, 반도체와 그 특성이 다른 LCD 전용으로 사용될 수 있는 위상반전 마스크는 거의 개발되지 않고 있다. 따라서, LCD에서도 미세선폭 구현을 위한 위상반전 마스크를 개발하는 것이 필요하다.
이런 점을 보완하기 위해 본 발명은 LCD에서 사용하는 복합파장에서 유전상수가 큰 메탈 산화물로 위상 반전(phase shift) 효과가 나타나는 위상반전 마스크의 위상 반전 패턴을 개발하였다.
구체적으로, 본 발명의 위상반전 마스크는 투명기판; 및 상기 투명기판 상에 위치하며, Cr, Ta, Ti 및 Ni중 선택된 금속에 O2, N2, Co2중에서 선택된 활성 산소를 첨가함으로써 생성된 산화 금속으로 형성되며, 2000Å 이하의 두께를 가지며, 광투과율이 20% 이하인 위상반전 패턴부를 포함한다.
바람직하게, 위상반전 패턴부(620)은 1000Å 내외의 두께 및 10% 이하의 투과율을 갖도록 형성된다.
이하, 본 발명에 따른 위상반전 마스크에 관하여 도면을 참조하여 좀 더 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위상반전 마스크를 나타내는 도면으로, 도 2(a)는 본 발명의 일실시예에 따른 위상반전 마스크를 위에서 바라본 정면도를 나타내며, 도 2(b)는 상기 도 2(a)의 위상반전 마스크의 단면도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 위상반전 마스크는 광을 투과시키는 투명기판(510), 투명기판(510) 상에 위치하는 위상반전패턴부(520) 및 위상반전 패턴부(520) 상에 형성된 차광 패턴부(530)를 포함한다.
투명기판(510)은 입사된 광을 모두 투과시키며, 석영(Quartz)으로 구성된 유리기판을 포함한다. 위상반전 패턴부(520)는 투명기판(510) 상에 위치하며, 하나의 층(layer) 또는 하나의 막(film)으로 형성된다. 차광 패턴부(530)는 위상반전 패턴부(520) 상에 위치 또는 형성된다. 차광 패턴부(530)는 위상반전 패턴부(520)의 일부를 노출하도록 형성된다. 예컨대, 차광 패턴부(530)는 위상반전 패턴부(520)의 측면 에지를 노출하도록 상기 위상반전 패턴부(520)보다 작게 형성된다. 그에 따라, 조사 광이 노출된 위상반전 패턴부(520)의 일부에서 회절되어 원하는 회절 광을 얻을 수 있다. 차광 패턴부(530)에 의해 커버되지 않은 위상반전 패턴부(520)의 일부를 위상반전 테일(tail)이라고도 한다.
상기 위상반전패턴부(520)는 Cr, Ta, Ti 및 Ni 중에서 선택된 금속에 O2, N2 및 Co2 중에서 선택된 활성 산소를 첨가함으로써 생성된 산화 금속으로 형성된다. 이에 따라, 위상반전패턴부(520)의 재료(material)는 유전상수가 큰 메탈 산화물이다.
위상반전 패턴부(520)는 2000Å 이하의 두께 및 20% 이하의 투과율을 갖도록 형성된다. 바람직하게는 위상반전 패턴부(520)은 1000Å 내외의 두께 및 10% 이하의 투과율을 갖도록 형성된다. 이 경우, 1000Å 내외의 두께는 1000Å을 기준으로 미리 결정될 수 있다. 그에 따라, 위상반전패턴부(520)는 얇은 막 즉, 박막으로 형성된다.
위상반전 패턴부(520)는 박막으로 형성되기 때문에, 그 두께의 크기에 따라 그 광학적 및 물리적 특성이 변경될 수 있다. 즉, 박막의 특성이 두께에 의해 좌우된다.
이에 대해 상세히 설명하면, 단일상을 지니는 벌크(bulk) 혹은 400 nm이상의 두께를 가진 두꺼운 막(후막)에서 밀도, 굴절률, 흡수계수와 같은 세기 특성(intensive property)들은 크기(dimension)에 무관한 상수값을 지닌다.　 반면, 박막의 세기 특성들은 여러가지 조건에 영향을 받는다. 보통, 박막의 초기 성장층을 전이층(transition layer)이라 정의하는데, 이 층은 두께 방향으로의 구조적 불균일성을 보인다. 전이층은 두께 방향으로의 급격한 스트레스 변화를 나타내기 때문에, 박막 특성도 두께에 의존하게 된다.
급격한 스트레스 변화를 보이는 두께는 약 1000Å으로 알려져 있다. 이러한 스트레스 분포는 두께 방향으로의 조성 변화를 야기시킬 수 있다. 위상반전 패턴부(520)의 두께가 두꺼워짐에 따라 투과도가 저하되고 또한 두께가 너무 얇아지면 노광에 영향을 미치며, 이는 해당 위상반전 마스크가 마스크로서 기능을 상실하게 한다.
따라서, 본 발명에서는 위상반전 패턴부(520)는 노광현상에 영향을 미치는 않는 범위에서 높은 투과도(transmittance)를 나타낼 수 있도록 2000Å 이하의 두께 및 20% 이하의 투과율을 갖도록 형성된다. 바람직하게는, 위상반전 패턴부(520)는 1000Å 내외의 두께 및 10% 이하의 투과율을 갖도록 형성된다. 이에 따라, LCD 노광 파장에서 위상반전 패턴부(520)를 투과한 광은 소정 각도 예컨대, 180도 위상 시프트된다.
상기 위상반전 마스크를 LCD 노광 공정의 마스크 패턴으로 이용하는 경우, 상기 투명기판(510)를 통과한 투과광은 회절되어 노광대상기판의 표면에서 간섭광을 형성한다. 이때, 주로 간섭되지 않은 0차광과 1차 보강간섭된 광인 1차광에 의해 노광대상 기판에 대한 노광이 수행된다. 상기 위상반전 패턴부(520)는 입사광과 비교하여 투과광의 위상을 적절하게 변경시킴으로써 간섭에 의해 형성되는 0차광과 1차광의 광의 세기를 일정한 범위에서 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상반전 마스크에 의해 이루어진 투과광의 위상 반전을 설명하기 위한 도면이다. 도 3(a)는 기존 마스크에 의해 이루어진 투과광의 위상 반전을 나타낸 도면이고, 도 3(b)는 도 2의 위상반전 마스크에 의해 이루어진 투과광의 위상 반전을 나타낸 도면이다.
도 3(a)를 참조하면, 광이 종래 마스크로 조사되면, 마스크의 패턴대로 빛이 투과하는 부분과 투과되지 않은 부분이 발생하는데, 차광 영역과 투광 영역의 경계에서 투광 영역들을 통과한 광이 결합되어 마스크 패턴에 따라 포토레지스트막 패턴이 형성되기 어려웠다. 반면, 도 3(b)를 참조하면, 투광 영역을 투과한 광이 위상반전 패턴부(520)에 의해 위상 반전되어, 투명기판의 인접한 투광 영역을 투과한 광들이 반전되어 포토레지스트막에 미세 패턴을 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전 마스크의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 위상반전 마스크는 광을 투과시키는 투명기판(610), 투명기판(610) 상에 위치하는 차광 패턴부(620) 및 위상반전 패턴부(630)을 포함한다.
차광 패턴부(620)는 투명기판(610) 상에 위치하여 조사 광을 차단한다. 위상반전 패턴부(630)는 차광 패턴부(620) 상에 형성되는 제1 부분(632) 및 차광 패턴부(620)의 측면에 인접하여 형성된 제2 부분(634)를 포함한다. 여기에서, 위상반전 패턴부(630)의 제2 부분(634)은 차광 패턴부(620)의 측면에 바로 접할 수 있다.
위상반전 패턴부(630)의 제1 부분은 차광 패턴부(620) 상에 형성되어 있기 때문에, 조사 광의 위상 반전에 거의 역할을 하지 않는다. 즉, 투명기판(610)을 투과한 광이 차광 패턴부(620)에 의해 차단되고 그에 따라 차광 패턴부(620) 상에 형성된 위상반전 패턴부(630)의 제1 부분에 도달하지 않기 때문이다. 상기 제2 부분은 상기 차광 패턴부와 동일한 영역 또는 면적을 갖는다.
위상반전패턴부(630)의 제2 부분은 투명기판(610)을 투과한 광을 위상 반전시킨다. 이 위상반전 패턴부(630)의 제2 부분은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 다른 위상반전 마스크에서 위상반전 테일과 유사한 역할을 수행한다.
조사 광이 노출된 위상반전 패턴부(630)의 제2 부분(634)에서 회절되어 원하는 회절 광을 얻을 수 있다.
이러한 위상반전패턴부(630)은 본 발명의 일 실시예에서와 같이, Cr, Ta, Ti 및 Ni 중에서 선택된 금속에 O2, N2 및 Co2 중에서 선택된 활성 산소를 첨가함으로써 생성된 산화 금속으로 형성된다.
또한, 위상반전 패턴부(620)는 2000Å 이하의 두께 및 20% 이하의 투과율을 갖도록 형성된다. 바람직하게는 위상반전 패턴부(620)은 1000Å 내외의 두께 및 10% 이하의 투과율을 갖도록 형성된다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전 마스크에 의해 이루어진 투과광의 위상 반전을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 투광 영역을 투과한 광이 위상반전 패턴부(620)의 제2 부분(634)에 의해 위상 반전되어, 투명기판의 인접한 투광 영역을 투과한 광들이 반전되어 포토레지스트막에 미세 패턴을 형성할 수 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함 없이 본 발명에 대해 다수의 적절한 변형 및 수정이 가능함을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변형 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
510, 610: 투명기판
520, 630: 위상반전패턴부
530, 620: 차광 패턴부

Claims (7)

  1. 투명기판; 및
    상기 투명기판 상에 위치하며, Cr, Ta, Ti 및 Ni중 선택된 금속에 O2, N2, Co2중에서 선택된 활성 산소를 첨가함으로써 생성된 산화 금속으로 형성되는 위상반전 패턴부를 포함하는 위상반전 마스크.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 위상반전 패턴부는 2000Å 이하의 두께를 가지며, 광투과율이 20% 이하인 위상반전 마스크.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 위상반전 패턴부는 1000Å을 기준으로 미리 결정된 범위의 두께를 가지며, 투과율이 10% 이하인 위상반전 마스크.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 위상반전패턴부 상에 위치하여 광을 차단하며 상기 위상반전패턴부의 측면 에지를 노출하도록 상기 위상반전 패턴부보다 작게 형성되는 차광 패턴부를 더 포함하는 위상반전 마스크.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명기판 상에 위치하여 광을 차단하며 차광 패턴부를 더 포함하며,
    상기 위상반전 패턴부는 상기 차광 패턴부의 측면에 인접하여 형성되는 하나 이상의 부분을 포함하는 위상반전 마스크.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 위상반전 패턴부는 상기 차광 패턴부 상에 형성되는 부분을 더 포함하는 위상반전 마스크.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 차광 패턴부 상에 형성된 위상반전 패턴부의 부분은 상기 차광 패턴부와 동일한 영역을 갖는 위상반전 마스크.
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