KR20170079742A - 하프톤 마스크의 리페어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 하프톤 마스크의 리페어 방법은 1차 리페어 단계가 완료된 보수 영역과, 보수 영역과 정상 영역 사이에 제1갭 영역과, 정상 영역의 상부에 형성된 제2갭 영역을 동시에 2차 리페어 단계를 수행하여 노광 공정에서 100% 노출되어 암점에 의한 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 하프톤 마스크의 리페어 방법을 제공한다.

Description

하프톤 마스크의 리페어 방법{Method of repairing a halftone mask}

본 발명은 하프톤 마스크의 리페어 방법에 있어서 마스크 상에 생긴 결함 영역을 제거하고 정상 영역과 동일한 투과율을 가지도록 복구하는 하프톤 마스크의 리페어 방법에 관한 것이다.

LCD는 박형으로 제조하기 쉽고, 낮은 소비전력을 이점으로 하여 계속적으로 수요가 증가하고 있다.

이러한 LCD를 제조하기 위해서는 많은 공정이 필요한데, 종래에는 LCD 기판을 제조하는데 주로 포토마스크(Photo mask)를 이용하였다.

포토마스크는 투명 기판 상에 광을 완전히 차단시키는 차광부와 광을 완전히 투과시키는 투과부를 포함한다. 상기와 같은 일반적인 포토마스크는 한 층의 패턴을 구현할 수 밖에 없으므로 노광, 현상, 에칭으로 이루어지는 한 사이클의 포토리소그라피(photolithography) 공정에만 사용할 수 있으며, 단지 한 층의 패턴을 구현할 수 밖에 없는 구조로 되어 있어, LCD 기판의 제조에만 5장 또는 6장의 포토마스크를 사용하는 비경제적인 문제점이 있다.

이를 개선하기 위하여 4장의 포토마스크만을 이용하여 기판을 제조하는 반투과막 이용 기술이 개발되었으며, 이를 이용한 마스크가 바로 하프톤 마스크(Halftone mask)이다.

하프톤 마스크(200)는 투명 기판(201) 상에 광을 완전히 차단시키는 차광부(210), 투과되는 광의 양을 조절하여 일부의 광을 투과시키는 반투과부(220) 및 광을 완전히 투과시키는 투과부(230)를 포함한다.

하프톤 마스크를 사용하는 LCD용 스텝퍼(Stepper) 노광기와 미러 프로젝션(Mirror projection) 노광기의 해상도 한계는 각각 3㎛와 4㎛로, 반투과부에서 투과부의 영역 폭을 3㎛ 미만, 차광되는 라인 패턴 폭도 3㎛ 미만으로하는 미세 패턴을 통하여 원하는 반투과 효과를 얻어낼 수 있다. 미세패턴 타입의 반투과부 설계는 Line and space 형태, dot 형태 등의 선택이 가능하다. 그러나, Line and space 형태와 같이 어떤 패턴의 형태를 이용하는 경우, 핵심 기술인 선폭 관리, 차광부와 투과부의 비율, 목표 투과율의 결정 등 매우 많은 요소를 고려하여 설계가 이루어져야만 하는 어려움이 있다.

이러한 어려움을 해결하고자, 반투과부를 패턴이 아닌 산화크롬(CrO), 몰리브덴 실리사이드 화합물(MoSi) 등과 같은 소재를 이용하여 반투과막으로 성막하여 사용하는 방법이 제안되었다.

패턴이 아닌 성막을 통하여 반투과부를 형성하는 경우, 목표 투과율 결정시 막의 재료 또는 두께를 조절함으로써 하프톤 마스크 제작이 가능하여 비교적 관리가 용이하며, 복잡한 패턴의 TFT(Thin film transitor) 채널부를 설계하더라도 비교적 쉽게 형성이 가능하다는 이점이 있다.

그러나, 하프톤 마스크에 있어서도 그 제조 과정에서 반투과부의 결함이 발생한다. 하프톤 마스크의 반투과부 결함은 크게 흑 결함(black defect)과 백 결함(white defect)으로 나눌 수 있다. 흑 결함은 반투과막 상에 잔여물이 남거나 이물질에 의해 투과율이 목표치 보다 낮아지는 결함을 말하고, 백 결함은 반대로 반투과막의 부족에 의해 투과율이 목표치 보다 높아지는 결함을 말한다. 이러한 흑 결함이나 백 결함과 같은 반투과부 결함이 발생할 경우, 일반적으로 레이저 CVD(Chemical vapor deposition), 집속 이온 빔(Focused ion beam; FIB)을 이용하여 반투과부에서 결함이 발생한 부분이나 반투과부 전체를 박리한 후, 박리된 부분에 다시 반투과 수정막을 형성하는 방법이 주로 이용된다.

도 1은 종래 수소 이온 빔을 이용한 리페어 방법을 도시하는 도면이다. 도 1을 참조하면, 하프톤 마스크의 리페어 과정에서 결함 영역을 박리하고 다시 리페어 영역을 형성하면, 하프톤 마스크 상에서 리페어 영역의 주변에 그릴 사이즈에 대응하는 간격만큼의 공백이 발생한다.

따라서 노광공정 시, 이 공백을 통하여 100% 노출되는 부분은 박막이 완전히 제거되기 때문에 이후 식각 공정에서 박막 아래 배치된 메탈층이 제거되면서 잔막이 발생하거나, 또는 오픈 영역으로 형성되어 액정 구동 시 암점 불량이 되는 문제점이 제기되고 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 하프톤 마스크의 결함 영역을 박리하고, 결함 영역의 내측에 공백(이하, 갭 영역)을 가진 보수 영역을 리페어 하고, 다시 결함 영역의 외측에 갭 영역을 두고 이를 포함한 결함 영역을 다시 리페어 하여 공백을 통한 100% 투과율이 형성된 부분을 제거할 수 있는 하프톤 마스크의 리페어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하프톤 마스크 상에 결함 영역을 감지하고, 결함 영역을 먼저 박리한다. 그리고 결함 영역의 내측에 갭 영역을 두고 리페어 하여 보수 영역을 형성하고, 다시 결함 영역의 외측에 갭 영역을 두고 각각의 갭 영역과 보수 영역을 다시 리페어 하여 갭 영역이 100% 투과하는 것을 방지할 수 있는 하프톤 마스크의 리페어 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 하프톤 마스크의 리페어 방법에 따르면,

첫째, 결함 영역을 1차 리페어 하는 공정을 통하여 보수 영역을 마련함으로써 결함 부분을 제거할 수 있고,

둘째, 제1갭 영역을 2차 리페어 공정을 통하여 설정된 투과율을 제공할 수 있기 때문에 노광 공정에서 100% 노출되는 것을 방지할 수 있으며,

셋째, 1차 리페어 공정과 2차 리페어 공정에서 중첩되는 영역의 투과율이 정상 영역의 투과율과 동일하거나 흡사하게 구성되어 포토 레지스트 또는 메탈층을 균일하게 노광할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 바이너리 마스크를 리페어하는 공정을 순차적으로 도시하는 참고도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하프톤 마스프의 리페어 방법을 도시하는 플로우차트이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 하프톤 마스크의 리페어 방법을 개략적으로 도시하는 평면 및 단면도이다.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 하프톤 마스크의 리페어 방법을 이용하여 서로 다른 크기의 결함을 제거하고 리페어한 상태를 도시하는 참고도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 하프톤 마스크의 리페어 방법은 하프톤 마스크(Halftone Mask, 100)의 반투과층에 결함이 발생하였을 경우, 결함이 위치하는 결함 영역을 집속 이온 빔(이하, FIB라 함.)을 이용하여 박리하고, 리페어하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하프톤 마스크의 리페어 방법을 도시하는 플로우 차트이고, 도 3 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 하프톤 마스크의 리페어 방법을 개략적으로 도시하는 평면 및 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하프톤 마스크의 리페어 방법(S100)은 하프톤 마스크(100) 상에서 검출된 결함 영역(110)을 감지하고 이를 박리하는 단계(S110)와, 상기 결함 영역(110) 내측으로 설정간격 이격된 제1갭 영역을 설정하는 단계(S120)와, 상기 결함 영역(110)에서 제1갭 영역(112)을 제외한 내측 부분을 제1투과율로 1차 리페어하는 단계(S130)와, 상기 결함 영역(110)의 외측으로 설정된 간격 이격된 제2갭 영역을 설정하는 단계(S140) 및 상기 제1갭 영역(112), 제2갭 영역(121), 1차 리페어된 보수 영역(111)을 동시에 제2투과율로 2차 리페어하는 단계(S150)를 포함한다.

먼저 도 3은 하프톤 마스크(100) 상에 결함이 없는 정상 영역(120)과, 결함이 발생한 결함 영역(110)으로 분류하고, 결함 영역(110)을 감지한 상태를 나타낸다. 도 3의 (a)는 상기 결함 영역(110)을 상부에서 바라본 평면도이고, (b)는 결함 영역(110)을 측면에서 바라본 측단면도를 도시한다. 이하 도 4 내지 도 8에서도 (a)는 평면도를, (b)는 측단면도를 나타낸다.

이와 같이 결함 영역(110)이 감지되면, 결함 영역(110)을 레이저를 통하여 박리하여 제거한다.

도 4는 하프톤 마스크(100) 상에서 정상 영역을 제외하고, 결함 영역(110)을 제거한 상태를 도시한다. 따라서 도 3과 도 4를 순차적으로 연결하면, 하프톤 마스크(100) 상에서 검출된 결함 영역(110)을 감지하고 이를 박리하는 단계(S110)가 이루어진다. 그러면 결함 영역(110)이 모두 제거되고, 정상 영역(120)만이 존재하게 된다.

도 5는 상기 결함 영역(110) 내측으로 설정간격 이격된 제1갭 영역을 설정하는 단계(S120)를 도시하고 있다. 이때 하프톤 마스크(100) 상에서 제거된 결함 영(110)역 내측 모서리를 따라서 일정 간격을 두고 이격된 제1갭 영역(112)이 형성된다. 상기 제1갭 영역(112)은 후기할 1차 리페어 단계(S130)에서 형성될 보수 영역(111)과 정상 영역(120) 사이에 필수적으로 형성되는 공간이다. 상기 제1갭 영역(112)의 폭은 FIB의 그릴 사이즈에 대응하여 최대 0.5㎛ 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 제1갭 영역(112)은 종래 100% 투과율이 발생되어 잔막이 발생되던 부분에 해당한다.

도 6은 상기 결함 영역(110) 내부에서 상기 제1갭 영역(112)을 제외한 내측 부분을 제1투과율로 1차 리페어하는 단계(S130)를 나타낸다. 따라서 정상 영역(120) 내측에 제1갭 영역(112)이 배치되고, 상기 제1갭 영역(112)의 내측에 1차 리페어를 통해 형성된 보수 영역(111)이 마련된다. 이때 도 6 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 정상 영역(120)과 보수 영역(111)의 높이는 정상 영역(120)이 더 높은 크기를 같도록 형성된다. 이는 후에 보수 영역(111)의 상부에 2차 리페어를 통하여 두께가 더 두꺼워지기 때문이고, 또한 정상 영역(120)과 결과적으로 동일 투과율을 갖도록 하기 위함이다.

상기 1차 리페어하는 단계(S130)를 통하여 형성된 보수 영역(111)은 CrxOy, CrxCoy, CrxCoyNz, SixNy 및 MoxSiy(여기서, x,y,z는 자연수), MoSiCN, CrN, MoSiON, MoSiN, MoSiCON, MoSiCONF, Ti, Mo, 및 W 재질 중 선택적으로 적용할 수 있다.

그리고 상기 제1갭 영역(112)은 여전히 100% 노출된 상태를 유지하고 있다.

도 7은 상기 결함 영역(110)의 외측으로 설정간격 이격된 제2갭 영역을 설정하는 단계(S140)를 도시하고 있다. 상기 제2갭 영역(121)은 상기 정상 영역(120)의 상부에 상기 제1갭 영역(112)과 동일한 폭을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 물론 상기 제2갭 영역(121)의 폭은 상기 제1갭 영역(112)의 폭 보다 크거나 작게 형성될 수도 있다. 여기서 상기 제1갭 영역(112)과 제2갭 영역(121)은 결함 영역(110)에 비하여 아주 작은 범위를 차지하기 때문에 후에 2차 리페어 단계에서 투과율이 크거나 작아도 크게 영향이 미치지 않을 수 있다.

상기 제2갭 영역(121)은 후에 2차 리페어를 통하여 중첩되는 영역에 해당된다.

도 8은 상기 보수 영역(111)과, 제1갭 영역(112)과, 제2갭 영역(121)을 동시에 제2투과율로 2차 리페어 하는 단계(S150)를 도시한다.

따라서 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 정상 영역(120)의 상부에서 제2갭 영역(121)에 해당하는 부분이 2차 리페어를 통하여 중첩되고, 상기 제1갭 영역(112)은 2차 리페어를 통하여 제2투과율을 갖도록 형성되며, 상기 보수 영역(111)은 1차 리페어와 2차 리페어를 통하여 2번에 걸쳐 리페어 된 중첩 영역(113)이 형성된다.

이로써 상기 하프톤 마스크(100)의 정상 영역(120)과 결함 영역(110)이 모두 리페어 된 상태가 되고, 100% 노출된 부분을 제거하여 투과율이 100%로 노광되는 부분이 제거된다.

이때 상기 보수 영역(111) 상면에 2차 리페어된 부분은 제1투과율과 제2투과율의 곱으로 최종 투과율이 형성되며, 최종 투과율은 상기 정상 영역(120)이 가지는 투과율과 동일하거나 흡사한 투과율로 형성된다.

그리고 상기 제1갭 영역(112)의 투과율은 최종적으로 2차 리페어를 통하여 형성되기 때문에 제2투과율로 형성된다.

또한 제2갭 영역(121)의 투과율은 정상 영역(120)의 투과율과 제2투과율의 곱으로 최종 투과율이 결정된다.

여기서 상기 보수 영역(112) 상에 2차 리페어된 부분의 최종 투과율은 상기 제1갭 영역(112)의 투과율 보다 낮고, 상기 제2갭 영역(121)의 투과율 보다 높게 형성되는 것이 바람직하다.

그러면 상기 제2갭 영역(121)의 투과율과 제1갭 영역(112)의 투과율 사이에는 후에 노광 단계에서 이루어지는 공정에 대응하여 투과율이 설정된 범위를 가지게 되는데 이때 투과율의 설정된 범위는 약 4 ~ 50%로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 수많은 반복 실험에 의해서, 상기 제1갭 영역의 최대 투과율이 약 65% 이하로 형성되고, 상기 제2갭 영역의 최소 투과율이 3.5% 이상으로 형성되어야 후에 노광 공정에서 불량이 발생하지 않음을 알 수 있기 때문이다. 또한 상기 제1투과율과 제2투과율이 서로 간격이 많이 벌어지는 경우, 상기 제1갭 영역의 투과율이 지나치게 높아질 수 있기 때문에 상기 제1투과율과 제2투과율은 근접한 수치로 한정되는 것이 바람직하다.

각 영역 별로 최종 투과율을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

상기 정상 영역(120)의 투과율은 15%로 설정된다. 그리고 상기 결함 영역(110)을 감지하고 이를 박리하는 단계(S110)를 실시하면, 상기 결함 영역(110)의 투과율은 100%가 된다.

이때 제1투과율을 38%로 하여 상기 1차 리페어 단계(S120)를 실시한 보수 영역(111)의 투과율은 38%로 형성된다. 따라서 상기 정상 영역(120)의 투과율과는 다소 차이가 발생한다. 그리고 여전히 상기 제1갭 영역(112)의 투과율은 상기 보수 영역(111)만을 리페어 했기 때문에 100%를 유지하고 있다.

이때 제2투과율은 40%로 하여 2차 리페어 단계를 실시하면, 상기 보수 영역(111)이 38%의 투과율과 중첩된 40%의 투과율이 더해져 약 15%의 투과율을 형성하게 된다. 따라서 정상 영역(120)의 투과율과 아주 흡사한 상태를 취하게 된다.

그리고 상기 제1갭 영역(112)은 2차 리페어 단계를 통하여 40%의 투과율로 형성된다. 또한 상기 제2갭 영역(121)은 정상 영역(120)의 15% 투과율과 중첩된 40%의 투과율이 더해져 6%의 투과율을 형성하게 된다.

물론 상기 정상 영역(120)의 설정된 투과율과 보수 영역(111)의 투과율을 동일하게 또는 아주 흡사하게 맞추기 위해서 제1투과율과 제2투과율을 각각 1~99% 범위에서 조합하여 조절이 가능하다.

도 9 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 하프톤 마스크의 리페어 방법을 이용하여 서로 다른 크기의 결함을 제거하고 리페어한 상태를 도시하는 참고도이다.

도 9를 참조하면, 결함 크기가 9*40㎛ 인 경우 투과율을 변경해 가면서 리페어된 영역의 불량 여부를 확인한 결과를 알 수 있다. 이때 기존에 제1갭 영역이 100% 투과율을 가지는 것에 비하여 중첩FIB는 2차 리페어 단계가 완료된 하프톤 마스크를 나타내고, Photo는 포토 레지스트 코팅후, 노광공정과 현상을 거친 상태를, *완성은 Photo 공정 후 제1 메탈층을 1st Wet etch, Photo Resist Ashing하고, 제2 메탈층을 Wet etch 한 뒤, 제1 메탈층의 2nd Wet etch가 완료된 상태를 나타낸다.

이때 1차 리페어와 2차 리페어를 통하여 결함 영역을 복구한 중첩FIB에서는 투과율이 15.3%, 17.7%, 19.7% 에서 각각 암점에 의한 불량 발생이 없는 것을 확인할 수 있다.

도 10을 참조하면, 결함 크기가 37*40㎛ 인 경우 투과율을 변경해 가면서 리페어된 영역의 불량 여부를 확인한 결과를 알 수 있다. 이때 중첩FIB에서는 투과율이 15.7%, 18%, 21%에서 각각 암점에 의한 불량 발생이 없는 것을 확인할 수 있다.

이렇게 결함 영역의 크기 별로 투과율을 조정하여 2차 리페어된 결함 영역의 불량 발생 여부를 확인해 본 결과 1차 리페어를 통하여 100% 노출된 부분이 있는 것에 비하여 월등히 2차 리페어까지 완료된 결함 영역은 암점에 의한 불량 발생이 없는 것을 알 수 있다.

따라서 1차 리페어된 보수 영역과, 2차 리페어된 중첩 영역의 투과율을 설정 범위에서 조절하면서 상기 제1갭 영역을 리페어하면 암점 불량을 확실하게 제거할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용효과에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형된 예가 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 할 것이다.

100 : 하프톤 마스크
110 : 결함 영역 111 : 보수 영역
112 : 제1갭 영역 113 : 중첩 영역
120 : 정상 영역 121 : 제2갭 영역

Claims (6)

1. 하프톤 마스크의 정상 영역과 결함 영역 중 결함 영역을 FIB(Focused ion beam)를 이용하여 리페어하는 방법에 있어서,
   하프톤 마스크 상에서 검출된 결함 영역을 감지하고 이를 박리하는 단계;
   상기 결함 영역 내측으로 설정간격 이격된 제1갭 영역을 설정하는 단계;
   상기 결함 영역에서 제1갭 영역을 제외한 내측 부분을 제1투과율로 1차 리페어하는 단계;
   상기 결함 영역의 외측으로 설정된 간격 이격된 제2갭 영역을 설정하는 단계 및
   상기 제1갭 영역, 제2갭 영역, 1차 리페어된 보수 영역을 동시에 제2투과율로 2차 리페어하는 단계;
   를 포함하는 하프톤 마스크의 리페어 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 1차 리페어가 완료된 상기 보수 영역이 2차 리페어 된 중첩 영역은 하프톤 마스크의 정상 영역과 동일한 투과율을 갖는 하프톤 마스크의 리페어 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 1차 리페어를 완료하고 2차 리페어가 완료된 중첩 영역의 투과율은 2차 리페어만 완료된 제1갭 영역의 투과율 보다 낮고, 정상 영역의 하프톤 마스크 상에 2차 리페어가 완료된 제2갭 영역의 투과율 보다 높은 하프톤 마스크의 리페어 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1갭 영역과 제2갭 영역은 0.5㎛ 이하의 폭으로 설정되는 하프톤 마스크의 리페어 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1갭 영역의 최대 투과율은 50% 이하로 형성되는 하프톤 마스크의 리페어 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2갭 영역의 최소 투과율은 4% 이상으로 형성되는 하프톤 마스크의 리페어 방법.

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