KR20170010032A - 포토마스크의 제조 방법, 포토마스크, 패턴 전사 방법 및 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 미세하면서 고정밀도의 전사용 패턴을 구비하는 포토마스크를 제조하는 것을 과제로 한다. 본 발명의 포토마스크의 제조 방법은, 투명 기판 위에, 하층막, 중간막, 상층막 및 포토레지스트막이 형성된 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 포토레지스트막에 묘화 및 예비 현상을 실시하여, 제1 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상층막을 에칭하고, 또한, 제1 레지스트 패턴 또는 에칭된 상층막을 마스크로 하여, 중간막을 에칭하는, 예비 에칭 공정과, 제1 레지스트 패턴에 대하여, 추가 현상을 실시함으로써, 제2 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상층막에 추가의 에칭을 실시하면서, 에칭된 중간막을 마스크로 하여, 하층막을 에칭하는, 후 에칭 공정을 갖는다.

Description

포토마스크의 제조 방법, 포토마스크, 패턴 전사 방법 및 표시 장치의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING A PHOTOMASK, PHOTOMASK, PATTERN TRANSFER METHOD AND METHOD OF MANUFACTURING A DISPLAY DEVICE}

본 발명은 피전사체에의 패턴 전사에 이용하는 포토마스크의 제조 방법, 포토마스크, 그것을 사용한 패턴 전사 방법 및 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

액정 표시 장치로 대표되는 표시 장치의 제조에 있어서는, 보다 미세한 패턴을 형성함으로써, 화질이나 동작 성능의 향상을 도모하는 요구가 있다.

특허문헌 1에는, 차광막을 패터닝하고, i선에 대하여 180°의 위상차를 갖게 하는 막 두께의 위상 시프트층을, 차광막을 피복하도록 형성한 위상 시프트 마스크가 기재되어 있으며, 이에 의해 미세하면서 고정밀도의 패턴 형성이 가능해지는 것으로 하고 있다.

특허문헌 2에는, 투명 기판 위에, 하층막, 상층막이 적층하여 형성된 포토마스크 블랭크를 준비하고, 상층막의 위에 형성된 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상층막을 에칭하는 상층막 예비 에칭 공정과, 적어도 에칭된 상기 상층막을 마스크로 하여 하층막을 에칭하고, 하층막 패턴을 형성하는 하층막 패터닝 공정과, 적어도 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 상층막을 사이드 에칭하고, 상층막 패턴을 형성하는 상층막 패터닝 공정을 갖는 포토마스크의 제조 방법이 기재되어 있다.

일본 특허공개 제2011-13283호 공보 일본 특허공개 제2013-134435호 공보

현재, 액정 표시 장치에는, VA(Vertical Alignment) 방식이나 IPS(In Plane Switching) 방식 등이 채용되어 있다. 이들 채용에 의해, 밝으면서 전력 절약임과 동시에, 고정밀, 고속 표시, 광시야각 등의 표시 성능의 향상이 요망되고 있다.

예를 들어, 이 방식을 적용한 액정 표시 장치에 있어서, 화소 전극에, 라인 앤드 스페이스(L/S) 패턴 형상으로 형성한 투명 도전막이 적용되고, 표시 장치의 표시 성능을 높이기 위해서는, 이러한 패턴의 더욱더 미세화가 요청되고 있다. 예를 들어, 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치폭 P(라인폭 L과 스페이스폭 S의 합계)를 6㎛에서 5㎛로, 나아가 5㎛에서 4㎛로 좁게 하는 것이 요망되고 있다. 이 경우, 라인 폭 L, 스페이스 폭 S는, 적어도 어느 한쪽이 3㎛ 미만으로 되는 경우가 많다. 예를 들어, L<3㎛, 혹은 L≤2㎛, 또는 S<3㎛, 혹은 S≤2㎛로 되는 경우가 적지 않다.

한편, 액정 표시 장치나 EL(Electroluminescence) 표시 장치에 사용되는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 「TFT」)로 설명하자면, TFT를 구성하는 복수의 패턴 중, 패시베이션층(절연층)에 형성된 콘택트 홀이, 절연층을 관통하고, 그 하층측에 있는 접속부에 도통하는 구성이 채용되어 있다. 이때, 상층측과 하층측의 패턴이 정확하게 위치 결정되면서, 콘택트 홀의 형상이 확실하게 형성되어 있지 않으면, 표시 장치의 올바른 동작이 보증되지 않는다. 그리고, 여기에서도, 표시 성능의 향상과 함께, 디바이스 패턴의 고집적화가 필요해져서 패턴의 미세화가 요구되고 있다. 즉, 홀 패턴의 직경도, 3㎛를 하회하는 것이 필요해졌다. 예를 들어, 직경이 2.5㎛ 이하, 나아가서는, 직경이 2.0㎛ 이하인 홀 패턴이 필요해져서, 가까운 장래에 이것을 하회하는 1.5㎛ 이하의 직경을 갖는 패턴의 형성도 요망된다고 생각된다.

이와 같은 배경으로부터, 라인 앤드 스페이스 패턴이나 콘택트 홀의 미세화에 대응할 수 있는 표시 장치 제조용 포토마스크의 요구가 높아지고 있다.

그런데, 반도체(LSI 등) 제조용 포토마스크의 분야에서는, 해상성을 얻기 위해서, 고 NA(Numerical Aperture)(예를 들어 0.2 이상)의 광학계와 함께, 위상 시프트 작용을 이용한 위상 시프트 마스크를 개발해 온 경위가 있다. 위상 시프트 마스크는, 단일 파장의, 파장이 짧은 광원(KrF나 ArF의 엑시머 레이저 등)과 함께 사용되고 있다. 이에 의해, 각종 소자 등의 고집적화 및 그에 수반되는 포토마스크의 패턴의 미세화에 대응하여 왔다.

그 한편, 표시 장치 제조용 리소그래피 분야에서는, 해상성 향상이나 초점 심도 확대를 위해, 상기와 같은 방법이 적용되는 것은, 일반적이지 않았다. 이 이유로서는, 표시 장치에 있어서 요구되는, 패턴의 집적도나 미세함이, 반도체 제조 분야만큼이 아니었음을 들 수 있다. 실제로, 표시 장치 제조용 노광 장치(일반적으로는 LCD 노광 장치, 혹은 액정 노광 장치 등으로서 알려짐)에 탑재되는 광학계나 광원도, 반도체 제조용의 것과는 달리, 해상성이나 초점 심도보다도, 생산 효율(예를 들어, 광원의 파장 영역을 넓혀서 큰 조사광량을 얻어, 생산 택트를 단축하는 등)이 중시되어 왔다.

포토마스크의 전사용 패턴이 미세화하면, 이것을 정확하게 피전사체(에칭 가공하려고 하는 박막 등, '피가공체'라고도 함)에 전사하는 공정의 실시는 곤란해진다. 표시 장치의 제조에 있어서의 전사의 공정에 현실적으로 사용되고 있는 전술한 노광 장치의 해상 한계는 3㎛ 정도이지만, 표시 장치에 필요한 전사용 패턴 중에는, 전술한 바와 같이, CD(Critical Dimension, 선폭)가 이미 이에 근접하거나, 혹은 이것을 하회하는 치수의 것이 필요해지고 있기 때문이다.

또한, 표시 장치 제조용 마스크는, 반도체 제조용 마스크에 비하여 면적이 크기 때문에, 실제 생산상, 3㎛ 미만의 CD를 갖는 전사용 패턴을 면 내 균일하게 전사함에는 큰 곤란이 있었다.

이와 같이 표시 장치 제조용 마스크를 사용한 것에는, 3㎛ 미만의 CD라는 미세한 패턴의 전사에는 곤란이 따르므로, 이제까지 반도체 장치 제조의 목적으로 개발되어 온, 해상성 향상을 위한 각종 방법을 표시 장치 제조의 분야에도 적용하는 것이 생각된다.

그러나, 표시 장치 제조에 상기한 방법을 그대로 적용함에는, 몇 가지의 문제가 있다. 예를 들어, 고 NA(개구수)를 갖는 고해상도의 노광 장치에의 전환에는, 큰 투자가 필요하게 되지만, 표시 장치의 가격을 올리는 것은 곤란하기 때문에, 큰 투자에 알맞은 수익이 얻어지기 어렵다는 문제가 있다. 또는, 노광 파장의 변경(ArF 엑시머 레이저와 같은 단파장을, 단일 파장으로 사용함)에 대해서는, 비교적 대면적을 갖는 표시 장치에의 적용이 곤란하거나, 제조 택트가 연장되기 쉬운 문제 외에, 역시 상당한 투자를 필요로 하는 점에서 적당치 못하다.

따라서, 표시 장치 제조용 포토마스크가 구비하는 전사용 패턴의 고안에 의해, 미세 패턴의 전사성을 향상시킬 수 있으면, 매우 의의가 크다.

단, 포토마스크의 전사용 패턴을 단순하게 미세화함으로써, FPD(Flat Panel Display)의 배선 패턴을 미세화하고, 그 선폭(CD) 정밀도를 얻는 것은 용이하지 않다.

특허문헌 1에 기재된 위상 시프트 마스크의 제조 방법은, 투명 기판 위의 차광층을 패터닝하여, 이 차광층을 피복하도록 투명 기판 위에 위상 시프트층을 형성하고, 이 위상 시프트층을 패터닝한다는 것이다. 특허문헌 1에 개시된 제조 공정을 도 1에 도시한다.

우선, 투명 기판(10) 위에 차광층(11)이 형성되고(도 1의 (A)), 이어서, 차광층(11) 위에 포토레지스트층(12)이 형성된다(도 1의 (B)).

계속해서, 포토레지스트층(12)을 노광(묘화) 및 현상함으로써, 차광층(11) 위에 레지스트 패턴(12P1)이 형성된다(도 1의 (C)).

레지스트 패턴(12P1)을 에칭 마스크로 하여 사용하고, 차광층(11)이 소정의 패턴 형상으로 에칭된다. 이에 의해, 투명 기판(10) 위에 소정 형상으로 패터닝된 차광층 패턴(11P1)이 형성된다(도 1의 (D)). 레지스트 패턴(12P1)을 제거한 후(도 1의 (E)), 위상 시프트층(13)이 형성된다. 위상 시프트층(13)은, 투명 기판(10) 위에 차광층 패턴(11P1)을 피복하도록 형성된다(도 1의 (F)).

계속해서, 위상 시프트층(13) 위에 포토레지스트층(14)이 형성된다(도 1의 (G)). 이어서, 포토레지스트층(14)을 노광(묘화) 및 현상함으로써, 위상 시프트층(13) 위에 레지스트 패턴(14P1)이 형성된다(도 1의 (H)). 레지스트 패턴(14P1)을 에칭 마스크로 하여 사용하고, 위상 시프트층(13)이 소정의 패턴 형상으로 에칭된다. 이에 의해, 투명 기판(10) 위에 소정 형상으로 패터닝된 위상 시프트층 패턴(13P1)이 형성된다(도 1의 (I)).

위상 시프트층 패턴(13P1)의 형성 후, 레지스트 패턴(14P1)은 제거된다(도 1의 (J)). 이상과 같이 하여, 차광층 패턴(11P1)의 주위에 위상 시프트층 패턴(13P1)이 형성된 위상 시프트 마스크(1)가 제조된다.

그러나, 본 발명자들의 검토에 의하면, 이 방법에 의해 고정밀도의 포토마스크를 제조하려고 할 때, 이하와 같은 과제가 발생하는 경우가 있다. 즉, 포토레지스트층(12)의 노광(즉 제1 묘화 공정(도 1의 (C))과, 포토레지스트층(14)의 노광(즉 제2 묘화 공정(도 1의 (H))의 사이에 있어서, 서로의 정렬 어긋남을 제로로 하는 것은 불가능하다. 이로 인해, 차광층 패턴(11P1)과 위상 시프트층 패턴(13P1)의 사이에 정렬 어긋남이 발생해버리는 경우가 있다.

도 2는, 도 1의 (J)에 기재한 위상 시프트 마스크(1)의 부분 확대도(점선의 원으로 둘러싼 부분의 확대도)이다. 상기의 정렬 어긋남이 발생한 경우, 도 2에 도시한 치수 A와 치수 B가 서로 다르게 되어버린다. 즉, 선폭 방향에 있어서, 위상 시프트층의 기능이 비대칭으로 되어버린다. 경우에 따라서는, 이 패턴에 있어서, 선폭 방향의 한쪽에는 위상 시프트 효과가 강하게 나타나고, 다른 쪽에는 위상 시프트 효과가 거의 나타나지 않는 전사 상(像)(포토마스크를 투과한 광에 의한 광 강도 분포)이 발생해버리는 경우가 있다. 이러한 전사용 패턴을 갖는 포토마스크를 사용하여 표시 장치를 제조하면, 선폭의 제어가 상실되어, 정밀도가 높은 회로 패턴을 얻을 수 없게 되어버린다.

일반적으로, FPD용 포토마스크의 제조에는, FPD용, 혹은 표시 장치 제조용으로서 제조된 묘화 장치이며, 주로 레이저를 묘화 광원으로 하는 것을 사용한다. 단, 이러한 묘화 장치에 있어서는, 1회의 묘화 공정 중에 발생하는 이상 좌표로부터의 어긋남 성분을 제로로 하는 것은 불가능하다. 이로 인해, 1회의 묘화 중에 나타나는 이상 좌표로부터의 어긋남 성분이, 복수의 묘화에 의한 중첩에 의해 합성되는 어긋남은, 최대 ±0.5㎛ 정도 발생해버리는 리스크가 있음이, 발명자의 검토에 의해 명백해졌다.

물론, 복수회의 포토리소그래피 공정을 거쳐서 제조되는 포토마스크에 있어서, 복수회의 패터닝을 공통의 얼라인먼트 마크 등을 참조하면서 행함으로써, 최대한 어긋남을 배제하는 노력을 행할 수 있다. 그러나, 상기한 바와 같이 정렬 어긋남을 항상 0.5㎛ 이하로 하는 것은 용이하지 않다. 이러한 정렬 어긋남에 의한 선폭의 변동은, 미세 선폭(예를 들어 1.0㎛ 이하)의 패턴에 있어서는 매우 심각하고, 0.5㎛ 이하의 선폭을 갖는 패턴은 안정적으로 형성할 수 없는 상황으로 된다.

그 한편, 전술한 이유에 의해, 미세한 CD 정밀도가 요구되는 포토마스크는 점점 요구가 높아져서, 이후로도 주목받는 것으로 되었다.

특허문헌 2에는, 상기 과제를 해소하는 방법으로서, 1회의 묘화 공정에 의해 묘화한 레지스트 패턴을 사용하여, 2개의 막 패턴을 형성하는 방법을 제안하고 있다. 특허문헌 2의 공정을, 도 3에 도시한다.

특허문헌 2의 방법에 의하면, 복수회의 포토리소그래피 공정에 의한 어긋남 성분을, 실질적으로 제로로 하는 것이 가능하다. 그러나, 상층막과 하층막의 사이에, 에칭 선택성이 필요하기 때문에, 막 소재의 선택에는 일정한 제약이 있다. 즉, 특허문헌 2에 있어서의 하층막의 재료는, 상층막의 에천트에 대하여 내성을 가질 필요가 있으며, 상층막의 재료는, 하층막의 에천트에 대하여 내성을 가질 것이 요망된다. 본 발명자는, 2개의 막 패턴을 형성하기 위한 막 재료에, 에칭 선택성의 제약이 없어 더 자유로운 막 재료의 선택을 행할 수 있음으로써, 나아가 우수한 전사 특성의 포토마스크가 얻어짐에 주목하고, 예의 검토를 행하였다.

이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 미세하면서 고정밀도의 전사용 패턴을 구비하는 포토마스크, 그 제조 방법, 포토마스크를 사용한 패턴 전사 방법 및 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.

전술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 다음의 구성을 갖는다.

(구성 1)

투명 기판 위에, 전사용 패턴을 구비한 포토마스크의 제조 방법으로서,

상기 투명 기판 위에, 하층막, 중간막 및 상층막을 적층하고, 또한 표면에 포토레지스트막이 형성된 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과,

상기 포토레지스트막에 묘화 및 예비 현상을 실시하여, 제1 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,

상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 상층막을 에칭하고, 또한, 상기 제1 레지스트 패턴 또는 에칭된 상기 상층막을 마스크로 하여, 상기 중간막을 에칭하는, 예비 에칭 공정과,

상기 제1 레지스트 패턴에 대하여, 추가 현상을 실시함으로써, 제2 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,

상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 상층막에 추가의 에칭을 실시하면서, 에칭된 상기 중간막을 마스크로 하여, 상기 하층막을 에칭하는, 후 에칭 공정

을 갖는 것을 특징으로 하는, 포토마스크의 제조 방법.

(구성 2)

상기 하층막은, 상기 상층막의 에칭제에 의해 에칭되는 재료를 포함하고,

상기 중간막은, 상기 상층막의 에칭제에 대하여, 에칭 내성을 갖는 재료를 포함하면서,

상기 후 에칭 공정에 있어서는, 상기 상층막의 추가 에칭과 상기 하층막의 에칭이 동시에 진행하는 것을 특징으로 하는, 상기 구성 1에 기재된 포토마스크의 제조 방법.

(구성 3)

상기 후 에칭의 이후, 표면이 노출되어 있는 부분의 중간막을, 에칭 제거하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 상기 구성 1 또는 2에 기재된 포토마스크의 제조 방법.

(구성 4)

상기 하층막은, 상기 포토마스크의 노광에 사용하는 노광광을 일부 투과하는 반투광막이며, 상기 상층막이, 상기 노광광을 차광하는 차광막인 것을 특징으로 하는, 상기 구성 1 또는 2에 기재된 포토마스크의 제조 방법.

(구성 5)

상기 전사용 패턴은,

상기 투명 기판의 표면이 노출된 투광부와,

상기 투명 기판 위에 적어도 차광막이 형성된 차광부와,

상기 투명 기판 위에 적어도 상기 반투광막이 형성됨으로써 노광광을 일부 투과하면서, 상기 차광부의 에지에 인접하여 소정 폭으로 형성된 반투광부

를 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 구성 4에 기재된 포토마스크의 제조 방법.

(구성 6)

상기 반투광막은, 상기 포토마스크의 노광에 사용하는 노광광에 포함되는 대표 파장에 대한 투과율이, 1 내지 30％이면서, 상기 대표 파장의 광에 대한 위상 시프트량이, 120 내지 240°인 것을 특징으로 하는, 상기 구성 5에 기재된 포토마스크의 제조 방법.

(구성 7)

상기 반투광막은, 상기 포토마스크의 노광에 사용하는 노광광에 포함되는 대표 파장에 대한 투과율이, 1 내지 60％이면서, 상기 대표 파장의 광에 대한 위상 시프트량이, 90°이하인 것을 특징으로 하는, 상기 구성 5에 기재된 포토마스크의 제조 방법.

(구성 8)

투명 기판 위에, 차광부, 투광부, 및 반투광부를 포함하는 전사용 패턴이 형성된, 표시 장치 제조용 포토마스크로서,

상기 투광부는, 상기 투명 기판의 표면이 노출되어 이루어지고,

상기 차광부는, 상기 투명 기판 위에, 하층막, 중간막, 및 상층막이, 상기 투명 기판측으로부터 이 순서로 적층되어 이루어지며,

상기 반투광부는, 상기 투명 기판 위에, 하층막이 형성되어 이루어지거나, 또는, 하층막과 중간막이 적층되어 이루어지면서, 상기 차광부의 에지에 인접하여 형성된 소정 폭 D(㎛)의 부분을 갖고, D≤1.0인 것을 특징으로 하는, 표시 장치 제조용 포토마스크.

(구성 9)

상기 하층막은, 상기 포토마스크의 노광에 사용하는 노광광을 일부 투과하는 반투광막이며,

상기 상층막은, 상기 노광광을 차광하는 차광막이며,

상기 중간막은, 상기 상층막의 에칭제에 대하여, 에칭 내성을 갖는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 구성 8에 기재된 표시 장치 제조용 포토마스크.

(구성 10)

상기 전사용 패턴에 있어서, 임의의 차광부가 갖는 2개의 대향하는 에지에 각각 인접하는 2개의 반투광부의 폭을, 각각 D1(㎛) 및 D2(㎛)로 할 때, D1과 D2의 차가 0.1 이하인 것을 특징으로 하는, 상기 구성 8에 기재된 표시 장치 제조용 포토마스크.

(구성 11)

상기 하층막은, 상기 상층막의 에칭제에 의해 에칭되는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 구성 8에 기재된 표시 장치 제조용 포토마스크.

(구성 12)

상기 반투광부는, 상기 투명 기판 위에 반투광막이 형성되어 이루어지고, 상기 반투광막은, 상기 포토마스크의 노광에 사용하는 노광광에 포함되는 대표 파장에 대한 투과율이, 1 내지 30％이면서, 상기 대표 파장의 광에 대한 위상 시프트량이, 150 내지 210°인 것을 특징으로 하는, 상기 구성 8에 기재된 표시 장치 제조용 포토마스크.

(구성 13)

상기 반투광부는, 상기 투명 기판 위에 반투광막이 형성되어 이루어지고, 상기 반투광막은, 상기 포토마스크의 노광에 사용하는 노광광에 포함되는 대표 파장에 대한 투과율이, 2 내지 60％이면서, 상기 대표 파장의 광에 대한 위상 시프트량이, 90°이하인 것을 특징으로 하는, 상기 구성 8에 기재된 표시 장치 제조용 포토마스크.

(구성 14)

상기 구성 8 내지 13 중 어느 하나에 기재된 포토마스크를 준비하는 공정과,

노광 장치를 사용하여, 피전사체 위에 상기 전사용 패턴을 전사하는 공정을 갖는, 패턴 전사 방법.

(구성 15)

상기 구성 8 내지 13 중 어느 하나에 기재된 포토마스크를 준비하는 공정과,

노광 장치를 사용하여, 피전사체 위에 상기 전사용 패턴을 전사하는 공정을 갖는, 표시 장치의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 미세하면서 고정밀도의 전사용 패턴을 구비하는 포토마스크, 그 제조 방법, 포토마스크를 사용한 패턴 전사 방법, 및 표시 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 포토마스크의 제조 방법 1
도 2는 도 1의 (J)의 부분 확대도
도 3은 종래의 포토마스크의 제조 방법 2
도 4는 본 발명의 포토마스크의 제조 방법
도 5는 본 발명의 포토마스크의 제조 방법
도 6은 본 발명의 포토마스크의 전사용 패턴(라인 앤드 스페이스 패턴)
도 7은 본 발명의 포토마스크의 전사용 패턴(홀 패턴)
도 8은 종래의 제조 방법에 의한 전사용 패턴(라인 앤드 스페이스 패턴)
도 9는 종래의 제조 방법에 의한 전사용 패턴(홀 패턴)
도 10은 본 발명의 포토마스크(제1 포토마스크)
도 11은 본 발명의 포토마스크(제2 포토마스크)
도 12는 바이너리 마스크
도 13은 본 발명의 위상 시프트 마스크의 전사용 패턴(라인 앤드 스페이스 패턴)
도 14는 도 13의 전사용 패턴에 의한, 투과광의 광 강도 분포 곡선
도 15는, 본 발명의 투과 보조형 포토마스크의 전사용 패턴(라인 앤드 스페이스 패턴)

본 발명의 포토마스크는, 투명 기판 위에 전사용 패턴을 구비하고 있다. 전사용 패턴은, 예를 들어 도 6, 도 7에 도시한 바와 같이, 차광부(102), 투광부(103), 반투광부(101a, 101b)를 포함하는 것으로 할 수 있다. 또한, 본 발명의 포토마스크(100)의 단면을 도 10과 도 11에 예시한다.

즉, 투명 기판 위에, 차광부, 투광부 및 반투광부를 포함하는 전사용 패턴이 형성된, 표시 장치 제조용 포토마스크로서,

상기 투광부는, 상기 투명 기판의 표면이 노출되어 이루어지고,

상기 차광부는, 상기 투명 기판 위에, 하층막, 중간막, 및 상층막이, 상기 투명 기판측으로부터 이 순서로 적층되어 이루어지며,

상기 반투광부는, 상기 투명 기판 위에, 하층막이 형성되어 이루어지거나, 또는, 하층막과 중간막이 적층되어 이루어지면서, 상기 차광부의 에지에 인접하여 형성된 소정 폭 D(㎛)의 부분을 갖는다.

바람직하게는,

상기 하층막은, 상기 포토마스크의 노광에 사용하는 노광광을 일부 투과하는 반투광막이며,

상기 상층막이, 상기 노광광을 차광하는 차광막이며,

상기 중간막은, 상기 상층막의 에칭제에 대하여, 에칭 내성을 갖는 재료를 포함한다.

본 발명의 포토마스크의 제조 방법에 대하여, 이하에, 도 4, 도 5를 이용하여 설명한다.

(도 4의 포토마스크의 제조 방법)

본 발명의 포토마스크의 제조 방법 중, 하나의 방법에 관하여, 도 4를 이용하여 공정순으로 설명한다.

도 4의 (A)

우선, 포토마스크 블랭크를 준비한다. 이것은 투명 기판(10) 위에 하층막(20), 중간막(30), 상층막(40)을 적층시키고, 또한 최표면에 포토레지스트막(50)을 형성한 것이다.

여기서, 투명 기판(10)으로서는, 표면을 연마한 석영 유리 기판 등이 사용된다. 크기는 특별히 제한되지 않으며, 그 마스크를 사용하여 노광하는 기판(예를 들어 표시 장치용 기판 등)이나, 용도에 따라서 적절히 선정된다. 예를 들어 1변 300㎜ 이상의 직사각형 기판이 사용된다.

또한, 이 형태에서는, 하층막(20)은, 포토마스크를 노광할 때 사용하는 노광광의 일부를 투과하는, 반투광막으로 한다. 이 반투광막에 대해서는 다시 후술한다. 반투광막의 막 두께는, 예를 들어 50 내지 2000Å으로 할 수 있다.

또한, 상층막(40)은, 단독으로 상기 노광광을 실질적으로 차광하거나, 또는, 포토마스크로 되었을 때, 다른 막과 적층함으로써 차광하는, 차광막으로 할 수 있다. 이 차광막에 대해서도, 다시 후술한다. 차광막의 막 두께는, 예를 들어 500 내지 2000Å으로 할 수 있다.

여기서, 하층막(20)과 상층막(40)의 에칭 특성에, 특별히 제약은 없다. 단, 하층막(20)은, 상층막(40)의 에칭제에 의해 에칭되는 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 하층막(20)과 상층막(40)은 공통의 에칭제에 의해 에칭되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상층막(40)과 하층막(20)은, 공통의 금속을 함유하는 막으로 할 수 있다. 본 형태에서는, 예로서 어느 것이나 Cr을 함유하는 막을 사용한 형태로 설명한다.

한편, 중간막(30)은, 상층막(40) 및 하층막(20) 중 적어도 한쪽의 에칭제에 대하여, 에칭 내성을 갖는 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상층막(40) 및 하층막(20)의 양쪽에 대하여 에칭 선택성을 갖는 재료를 포함하는 것으로 한다(이 경우, 중간막(30)을 '에칭 스토퍼막'이라고도 함). 본 형태에서는, 중간막(30)은, Cr 이외의 원소에 의해 구성된다. 중간막(30)의 막 두께는, 예를 들어 10 내지 500Å, 보다 바람직하게는 25 내지 200Å으로 할 수 있다.

상층막(40)의 위에는, 포토레지스트막(50)(이하, '레지스트막', 또는 '레지스트'라고도 함)이 도포에 의해 형성되어 있다. 포토레지스트막(50)의 막 두께는, 예를 들어 8000 내지 10000Å으로 할 수 있다. 여기에서는, 포지티브형의 포토레지스트막을 사용한 경우에 대하여 설명한다.

도 4의 (B)

다음으로, 상기 포토마스크 블랭크를 묘화 장치에 세트하여, 소정의 패턴을 묘화한다. 묘화 장치는, FPD 마스크용의 것을 사용하고, 레이저 묘화를 적용한다. 그 후, 레지스트막(50)을 현상한다. 현상제로서는, 공지된 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어 KOH, NaOH와 같은 무기의 알칼리성 현상제를 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 이 현상에 의해 형성되는 제1 레지스트 패턴(50P1)은, 후단에서 다시 추가 현상함으로써 형상 변화를 실시하는 것이기 때문에, 도 4의 (B)의 단계에서의 현상을 예비 현상이라고도 한다.

도 4의 (C)

예비 현상에 의해 형성된 제1 레지스트 패턴(50P1)을 마스크로 하여, 상층막용 에칭제를 사용하여, 상층막(40)을 에칭한다(예비 에칭 1). 에칭은 드라이 에칭이어도 웨트 에칭이어도 좋지만, 본 형태에서는 웨트 에칭을 적용한다. 이 제1 레지스트 패턴(50P1)은, 후속 공정에 있어서, 다시 형상을 변화시켜서 제2 레지스트 패턴(50P2)으로 한 후에 다시 마스크로 하여 사용하기 때문에, 에칭에 의한 레지스트 패턴의 손상이나 막 감소가 거의 발생하지 않은 웨트 에칭은 유리하게 적용할 수 있다.

도 4의 (D)

계속해서, 중간막 에칭용 에칭제를 사용하여, 중간막(30)을 에칭한다(예비 에칭 2). 이 에칭도 드라이 에칭이어도 웨트 에칭이어도 좋지만, 웨트 에칭이 보다 바람직하다. 드라이 에칭을 적용하는 경우에는, 제1 레지스트 패턴(50P1)이 마스크로 되지만, 여기에서는 웨트 에칭을 적용하므로, 에칭된 상층막(40)이 마스크로 된다. 이에 의해, 하층막의 일부가 노출된다.

도 4의 (E)

계속해서, 제1 레지스트 패턴(50P1)에 대하여, 추가 현상을 실시함으로써, 제2 레지스트 패턴(50P2)을 형성한다. 예비 현상의 단계에서는, 충분히 감광한 레지스트가 현상에 의해 용출되어, 제1 레지스트 패턴(50P1)이 형성되었지만, 그 에지 부분은, 현상의 임계값에 도달하지 않은 불충분한 광량의 노광을 받고 있다. 이 불충분한 노광은, 제1 레지스트 패턴(50P1)의 에지를 따라서 일정한 폭으로 발생하고 있는 것을 이용하여, 추가 현상을 행함으로써, 일정한 치수 D(㎛)만큼, 제1 레지스트 패턴(50P1)의 에지 부분을 후퇴시킬 수 있다. 후퇴시키는 폭(즉 제1 레지스트 패턴(50P1)의 소실하는 폭) D(㎛)는, 1(㎛) 이하, 보다 바람직하게는, 0.1 내지 1(㎛)인 경우에, 본 발명의 효과가 현저하다. 이에 의해, 제1 레지스트 패턴(50P1)에 피복되어 있던 상층막(40)의 에지 부분이 D(㎛)의 폭으로 노출된다.

본 형태에서는, 제1 레지스트 패턴(50P1)의 에지로부터 D=0.5㎛만큼의 레지스트를 용출시켜서, 에지를 후퇴시킨다. 이것은, 최종적으로 완성된 포토마스크에 있어서, 그 전사용 패턴의, 차광부의 주연 부분에 인접하는, 폭 0.5㎛의 반투광부를 포함하는 가장자리 부분('림'이라고도 함)을 형성하고자 하는 경우이다.

림의 폭을 제어하기 위해서는, 추가 현상의 진행 속도를 미리 파악하고, 얻고자 하는 포토마스크의 설계로부터 결정된, 반투광부의 폭에 맞춰서 현상 시간을 조정하면 된다.

또한, 추가 현상을 실시함에 있어서, 제1 레지스트 패턴(50P1)의 표층 부분에 난용화층이 형성되어 있으며, 이것이 추가 현상의 지장이 되는 경우에는, 오존수나, 플라즈마 애싱에 의해, 제1 레지스트 패턴(50P1)의 극히 얕은 표층 부분만을 제거하는 처리를 실시하여도 된다.

도 4의 (F)

형성된 제2 레지스트 패턴(50P2)을 마스크로 하여, 다시 상층막용 에칭제를 사용하여 에칭을 행한다. 이에 의해, 상층막(40)의 에지 부분의 D(㎛) 상당의 폭이 에칭 제거되고, 이 제거된 부분에 피복되어 있던 중간막(30)의 에지 부분이 노출된다.

또한, 전술한 예비 에칭에 의해 노출된, 하층막(20)의 노출 부분을 에칭 제거한다.

이와 같이 상층막(40)을 추가 에칭하고, 또한 하층막(20)의 노출 부분을 에칭하는 공정을, 전술한 예비 에칭에 반하여 후 에칭이라 한다.

또한, 후 에칭에 있어서도, 드라이 에칭, 웨트 에칭 중 어느 것을 적용하여도 좋지만, 웨트 에칭을 적용하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 상층막(40)에 의해 피복되어 있던 중간막(30)의 에지 부분이, D(㎛)의 폭으로 노출된다. 또한, 하층막(20)에 피복되어 있던 투명 기판(10)의 표면이, 일부 노출된다. 이와 같이, 투광부(103), 차광부(102), 반투광부(101a, 101b)가 형성된다.

후 에칭 공정에 있어서는, 상기 제2 레지스트 패턴(50P2)을 마스크로 하여, 상층막(40)에 추가의 에칭을 실시한 후에, 에칭된 상기 중간막(30)을 마스크로 하여, 하층막(20)을 에칭하여도 되며, 또한, 그 반대이어도 된다. 단, 상층막(40)과 하층막(20)의 재료를, 동일한 에칭제에 의해 에칭 가능한 재료로 하고, 이 2개의 막에 대하여 동시에 에칭을 진행시키는 것이 바람직하다(도 4의 (F)에 점선의 동그라미로 나타냄).

즉, 본 발명의 방법에 의하면, 상층막(40)과 하층막(20)의 상호 에칭 특성이 서로 다른(서로 에칭 선택성이 있는) 경우뿐만 아니라, 에칭 특성이 공통인 경우에 있어서도, 지장없이 패터닝이 가능하며, 또한 효율적으로 패터닝을 행할 수 있다.

도 4의 (G)

계속해서, 제2 레지스트 패턴(50P2)을 박리하면, 도 11에 도시한, 본 발명의 포토마스크(100)가 완성된다.

이 포토마스크(100)는, 투명 기판(10)이 노출되어 투광부(103)를 이루고, 투명 기판(10) 위에 하층막(20)과 중간막(30)이 적층하여 반투광부(101a, 101b)를 이루고, 투명 기판(10) 위에 하층막(20), 중간막(30), 및 상층막(40)이 적층하여, 차광부(102)를 이루는 것으로 된다.

도 4의 (H)

또한, 이 후, 중간막용 에칭제를 적용하고, 나아가 중간막(30)의 노출 부분을 에칭 제거할 수 있다. 이에 의해, 도 10에 도시한, 본 발명의 포토마스크(100)가 완성된다.

이 포토마스크(100)는, 투명 기판(10)이 노출되어 투광부(103)를 이루고, 투명 기판(10) 위에 하층막(20)이 형성되어 반투광부(101a, 101b)를 이루며, 투명 기판(10) 위에 하층막(20), 중간막(30), 및 상층막(40)이 적층하여, 차광부(102)를 이루는 것으로 된다.

도 5의 포토마스크의 제조 방법

다음으로, 본 발명의 포토마스크의 제조 방법 중, 다른 방법에 관하여, 도 5를 이용하여 설명한다.

도 5에 있어서는 (A) 내지 (F)까지가, 도 4와 마찬가지이다.

단, 도 4의 (G)에서는, 제2 레지스트 패턴(50P2)을 박리하는 것에 반하여, 도 5의 (G')에서는, 중간막용 에칭제를 사용하여 중간막(30)의 에칭을 행한다. 계속해서, 제2 레지스트 패턴(50P2)의 박리를 행한다(도 5의 (H')). 이 방법에 의해, 도 10에 도시한, 본 발명의 포토마스크(100)가 완성된다.

본 발명의 포토마스크에 대하여 다시 설명한다.

하층막은, 본 실시 형태의 포토마스크를 노광 장치에 탑재하여 노광할 때, 그 노광광을 일부 투과하는 반투광막인 것이 바람직하다.

하층막 단독으로(도 10의 포토마스크), 또는 하층막과 중간막의 적층으로(도 11의 포토마스크), 원하는 노광광의 투과율과, 위상 시프트량을 갖는 것이 바람직하다.

한편, 상층막은, 단독으로, 또는 하층막이나 중간막과의 적층으로, 노광광을 실질적으로 차광하는, 차광막으로 할 수 있다. 상층막은, 바람직하게는 단독으로 광학 농도 OD(Optical Density) 3 이상을 가질 수 있다.

하층막과 상층막은, 공통의 에칭제에 의해 에칭되는 것이면 바람직하다. 이로 인해, 하층막과 상층막은, 예를 들어 동일한 금속을 함유하는 막으로 할 수 있다. 동일한 금속은, 크롬, 탄탈륨, 텅스텐, 몰리브덴 등으로부터 선택할 수 있다.

하층막의 구체적인 재료를 예시하면, Cr 화합물(Cr의 산화물(CrOx), 질화물(CrNx), 탄화물(CrCx), 산화질화물(CrOxNy), 질화탄화물(CrCxNy), 산화탄화물(CrOxCy), 산화질화탄화물(CrOxNyCz), 불화물(CrFx) 등), Si 화합물(SiO₂, SOG), 금속 실리사이드 화합물(TaSi, MoSi, WSi 또는 그들의 질화물, 산질화물 등) 등을 예로 들 수 있다.

한편, 상층막의 재료는, 크롬, 몰리브덴 외에, 상기 하층막과 마찬가지의 재료를 사용할 수 있다.

상기의 재료를 사용함으로써, 하층막을 반투광막, 상층막을 차광막으로 할 수 있다.

바람직하게는, 하층막(반투광막)과 상층막(차광막)이 모두 Cr을 함유하는 재료로 형성된다.

Cr을 함유하는 막의 에칭에는, 크롬용 에천트로서 알려진 질산제2세륨암모늄을 포함하는 에칭액을 사용할 수 있다. 드라이 에칭을 적용하는 경우에는, 염소계 가스의 에칭 가스를 사용할 수 있다.

막의 재료가 금속 실리사이드, 예를 들어 MoSi계의 재료인 경우에는, 불화 수소산, 규불화수소산, 불화수소암모늄 등의 불소 화합물에, 과산화수소, 질산, 황산 등의 산화제를 첨가한 에칭액을 사용할 수 있다. 또한, 불소계의 에칭 가스를 사용한 드라이 에칭을 적용하여도 무방하다.

상층막, 중간막 및 하층막은, 적층한 상태에서, 노광광을 실질적으로 투과하지 않은(광학 농도 OD가 3 이상) 것으로 하는 것이 바람직하지만, 포토마스크(100)의 용도에 따라서는, 노광광의 일부를 투과하는(예를 들어 투과율≤20％) 것으로 할 수도 있다. 본 발명에 있어서는, 일례로서, 상층막(40)은 광학 농도(OD) 3 이상의 차광막이며, 하층막(20)은 노광광을 일부 투과하는 반투광막인 것으로 하여 설명한다. 또한, 하층막(20)의 바람직한 투과율 범위, 및 위상 시프트 특성에 대해서는 후술한다.

또한, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서, 상기의 상층막, 중간막 및 하층막 외에, 이들의 상, 하 또는 사이에, 다른 막이 형성되어도 된다. 예를 들어, 상층막의 위에 반사 방지 기능을 갖는 막이 형성되어도 된다.

중간막의 재료로서는, 상층막 및 하층막의 에칭 선택성이 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 중간막의 재료로서는, 알루미늄(Al), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb) 및 실리콘(Si) 중 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 재료를 사용할 수 있다. 상기 재료로서, 구체적으로는, 상기 물질의 질화물, 산화물, 탄화물, 산화질화물, 탄화질화물, 산화탄화물, 산화탄화질화물을 들 수 있다.

예를 들어, 상층막 및 하층막을, 모두 Cr을 함유하는 막으로 할 수 있다. 중간막의 재료로서, 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti) 중 어느 하나 이상을 포함하는 재료를 사용할 수 있다.

예를 들어 중간막의 재료로서, 티타늄을 함유하는 재료를 사용하는 경우에는, 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 혹은 티타늄 산질화물을 사용할 수 있다. 그 경우, 에칭액으로서는, 산화칼륨 및 과산화수소의 혼합 수용액을 사용할 수 있다.

또한, 중간막의 재료로서, 금속 실리사이드를 함유하는 재료, 즉, 금속과 규소를 포함하는 재료를 사용할 수도 있다.

상기 금속의 예로서, 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 등의 전이 금속을 들 수 있다. 또한, 금속 실리사이드는, 예를 들어 금속 실리사이드의 질화물, 금속 실리사이드의 산화물, 금속 실리사이드의 탄화물, 금속 실리사이드의 산화질화물, 금속 실리사이드의 탄화질화물, 금속 실리사이드의 산화탄화물, 또는 금속 실리사이드의 산화탄화질화물로 하여도 된다.

구체적으로는, 몰리브덴 실리사이드(MoSi)의 질화물, 산화물, 탄화물, 산화질화물, 탄화질화물, 산화탄화물 및 산화탄화질화물, 탄탈륨 실리사이드(TaSi)의 질화물, 산화물, 탄화물, 산화질화물, 탄화질화물, 산화탄화물 및 산화탄화질화물, 텅스텐 실리사이드(WSi)의 질화물, 산화물, 탄화물, 산화질화물, 탄화질화물, 산화탄화물 및 산화탄화질화물과, 티타늄 실리사이드(TiSi)의 질화물, 산화물, 탄화물, 산화질화물, 탄화질화물, 산화탄화물, 및 산화탄화질화물을 들 수 있다.

전술한 바와 같이, 하층막, 중간막 및 상층막의 에칭은, 드라이 에칭이어도 웨트 에칭이어도 좋지만, 웨트 에칭으로 하는 것이 바람직하다. 웨트 에칭에 의하면, 대면적(예를 들어 1변이 300㎜ 이상)이고 다양한 사이즈의 표시 장치 제조용 포토마스크의 패터닝에 있어서, 대규모의 진공 에칭 챔버가 불필요한 점 외에, 후 에칭 시에 있어서의 레지스트 패턴의 표면에 손상이 거의 없는 점 등에 있어서 유리하다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 포토마스크(100)는, 투명 기판 위의 하층막, 중간막 및 상층막이 각각 패터닝되어 형성된 투광부(103), 차광부(102), 및 반투광부(101a, 101b)를 포함하는 전사용 패턴을 구비하고 있다. 투광부(103)은 투명 기판(10)이 노출되어 이루어진다. 차광부(102)는, 투명 기판(10) 위에 있어서, 하층막, 중간막 및 상층막이 적층하여 형성되어 이루어진다. 반투광부(101a, 101b)는, 투명 기판(10) 위에 하층막, 또는 하층막과 중간막이 형성되어 이루어진다. 또한, 반투광부(101a, 101b)는, 차광부(102)의 에지에 인접하여 형성된 일정 선폭 D(㎛)의 부분을 갖는다.

또한, 상기 일정 폭 D에 특별히 제약은 없지만, D가 1(㎛) 이하인 경우, 본 발명의 효과가 현저하다. 예를 들어, D가 0.1 내지 1.0(㎛) 정도의 미세 선폭이면 유리하다.

또한, 도 6에 도시한, 본 실시 형태에 따른 포토마스크(100)는, 상층막(차광막) 패턴이 하층막(반투광막) 패턴의 수평 방향 중앙에 위치하고 있다. 즉, 도 6에 있어서는, 전사용 패턴을 평면에서 보았을 때, 차광부(102)와 반투광부(101a, 101b)가 선 대칭으로 배치되고, 도 7에 있어서는, 이들이 회전 대칭으로 배치한다. 그리고, 상층막 패턴의 에지에 인접하여, 하층막 패턴의 일부가 일정한 폭으로 노출되어 있다.

본 발명의 포토마스크는 이하의 형태를 포함한다. 즉,

상기 투광부는, 상기 투명 기판의 표면이 노출되어 이루어지고,

상기 차광부는, 상기 투명 기판 위에, 반투광막, 에칭 스토퍼막, 및 차광막이, 투명 기판측으로부터 이 순서로 적층되어 이루어지며,

상기 반투광부는, 상기 투명 기판 위에 반투광막이 형성되어 이루어지거나, 또는, 반투광막과 에칭 스토퍼막이 적층되어 이루어지면서, 상기 차광부의 에지에 인접하여 형성된 일정 폭 D(㎛)의 부분을 갖고, D≤1.0이다.

여기서, 차광부(102)의 제1 에지에 인접하여 형성된 반투광부를 제1 반투광부(101a)로 하고, 그 차광부(102)의 제1 에지에 대향하는 제2 에지에 인접하여 형성된 반투광부를 제2 반투광부(101b)로 할 때, 각각의 폭 D1과 D2의 차가, 0.1㎛ 이하로 할 수 있다. 폭 D1과 D2의 차는, 보다 바람직하게는 0.05㎛ 이하이다(도 6 참조).

즉, 본 발명에 의하면, 2회 묘화에 의한 정렬 어긋남이 발생하지 않기 때문에, 1㎛ 또는 그보다도 미세한 폭의 반투광부(101a, 101b)에 있어서, 도 8, 도 9에 도시한 바와 같은 선폭 어긋남(비대칭의 전사용 패턴)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또는, 투광부(103)의 제1 에지에 인접하여 형성된 제3 반투광부(101c)와, 투광부(103)의 제1 에지에 대향하는 제2 에지에 인접하여 형성된 제4 반투광부(101d)를 각각 갖고, 각각의 폭 D3과 D4의 차를 0.1㎛ 이하로 할 수 있다. 폭 D3과 D4의 차는, 보다 바람직하게는 0.05㎛ 이하이다(도 7 참조).

여기서, 도 10의 포토마스크의 경우, 전사용 패턴의 형상, 즉, 상층막 패턴과 하층막 패턴의 형상은, 포토마스크의 용도에 따라서 결정하면 된다. 도 11의 포토마스크의 경우에 있어서도, 전사용 패턴의 형상, 즉 상층막 패턴, 중간막 패턴 및 하층막 패턴의 형상은, 포토마스크의 용도에 따라서 결정하면 된다.

예를 들어, 도 6과 같은 라인 앤드 스페이스 패턴이나, 도 7과 같은 홀 패턴을 전사용 패턴으로서 구비하는 포토마스크를 제조할 때, 본 실시 형태는 유리하게 적용할 수 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 라인 앤드 스페이스 패턴의 경우에는, 라인 패턴의 중앙에 차광부가 배치되고, 라인 패턴의 에지 부분, 즉 스페이스 패턴과의 경계 부분에, 좁은 일정 폭의 반투광부가 형성되어 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 홀 패턴의 경우에는, 차광부에 개구한 홀의 에지에, 일정 폭의 반투광부가 형성되어 있다.

전사용 패턴으로서 특히 바람직한 것은, 라인 앤드 스페이스 패턴이다. 추가 현상의 방향이 일정(예를 들어 X 방향)하기 때문에, CD 정밀도가 매우 높아, 면 내의 폭 변동을 억제할 수 있기 때문이다.

하층막 패턴의 일부가 노출되어 있는 부분의 폭은, 상층막 패턴의 선폭의 1/2 이하이면 된다. 단, 전술한 바와 같이, 이 부분의 폭이 0.1㎛ 내지 1.0㎛일 때, 본 실시 형태의 효과가 현저해진다. 특히, 하층막 패턴의 노출 부분의 폭이1.0㎛ 이하일 때, 본 실시 형태의 효과가 현저해진다(하층막을 반투광막으로 할 때, 이 부분이 포토마스크에 있어서의 반투광부의 선폭으로 됨). 이러한 치수는, 전술한 선행 문헌에 기재된 종래 방법에서는, 균일하게 얻는 것이 어려운 치수이기 때문이다. 또한, 이 부분의 폭이 0.1㎛ 이상일 때, 포토마스크의 전사용 패턴으로서의 광학적인 기능이 유리하게 발휘된다.

본 발명의 포토마스크는, 차광부, 투광부 및 반투광부를 갖는다.

여기서, 반투광부의 투과율은, 노광광에 포함되는 대표 파장에 대하여, 투명 기판의 투과율을 100％로 할 때 1 내지 60％로 하는 것이 바람직하다.

여기서 노광광은, 일반적으로 LCD 노광 장치에 채용되는 광원이며, i선, h선, g선 중 어느 하나를 포함하는 광을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는, 노광광은, 이들 모두를 포함하는 것을 사용한다. 본 발명에서는, 상기 중 어느 하나를 대표 파장으로 하여, 노광광의 투과율이나 위상차(또는 위상 시프트량)를 정의한다.

(본 발명의 포토마스크를 위상 시프트형 마스크로서 사용하는 경우)

도 10에 도시한 제1 포토마스크의 구성에 대하여 설명한다.

하층막(20)을 위상 시프트막, 상층막(40)을 차광막으로서 구성한 경우, 본 실시 형태에 따른 포토마스크(100)는 위상 시프트 마스크로서 사용할 수 있다. 이때, 하층막(20)은, 노광광에 포함되는 대표 파장에 대하여 2 내지 30％의 투과율을 갖는다. 하층막(20)에 의해, 반투광부가 구성된다. 보다 바람직하게는, 하층막(20)의 투과율은, 2 내지 15％, 더 바람직하게는, 3 내지 10％이다. 또한, 하층막(20)은, 상기 대표 파장에 대한 위상 시프트량이 대략 180°로 되는 막으로 하는 것이 바람직하다. 대략 180°란, 180±60°인 것을 의미한다. 보다 바람직하게는, 대략 180°란, 180°±30°이다.

또한, 보다 바람직하게는, 위상 시프트막으로서의 하층막은, i선, h선, g선에 대한, 위상 시프트량의 편차가, 30°이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20°이하이다.

더 바람직하게는, 위상 시프트막으로서의 하층막은, i선, h선, g선에 대한, 투과율 편차가, 10％ 이하, 바람직하게는 5％ 이하이다. 투과율 편차란, i선, h선, g선에 대한 반투광막의 투과율을 각각 Ti, Th, Tg(％)로 할 때, 이들의 서로의 차를 의미한다.

도 11에 도시한 제2 포토마스크의 구성의 경우에는, 하층막(20)과 중간막(30)이 적층한 부분이, 반투광부로 된다. 이 적층부가, 원하는 노광광 투과율과 위상 시프트량을 갖는 반투광부로 된다. 구체적으로는, 상기와 마찬가지로, 반투광부는, 노광광에 포함되는 대표 파장에 대하여 2 내지 30％의 투과율을 갖는 적층막에 의해 구성된다. 보다 바람직하게는, 적층막의 투과율은, 2 내지 15％, 더 바람직하게는, 3 내지 10％이다. 또한, 하층막(20)과 중간막(30)의 적층막은, 상기 대표 파장에 대한 위상 시프트량이 대략 180°로 되는 적층막으로 하는 것이 바람직하다. 대략 180°란, 180±60°인 것을 의미한다. 보다 바람직하게는, 대략 180°란, 180°±30°이다.

또한, 위상 시프트막으로서의, 상기 적층막의 투과율 편차 및 위상차 편차에 대해서도, 제1 포토마스크에 대하여 설명한 것과 마찬가지의 범위인 것이 바람직하다.

제2 포토마스크에 있어서는, 반투광부에 있어서의 적층막의 위상 시프트량에 대하여 하층막 단독의 위상 시프트량이 90％ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 적층막의 투과율은, 하층막 단독의 투과율 90％ 이상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 적층막의 위상 시프트량이 180±60°일 때, 하층막 단독의 위상 시프트량이, 165±55°일 수 있다.

도 10에 도시한 제1 위상 시프트 마스크에 있어서는, 투광부(103)를 투과하는 광(상기 대표 파장의 광)의 위상과, 투명 기판(10) 위에 하층막(20)(하층막 패턴(20P))이 형성되어 이루어지는 반투광부(101a, 101b)를 투과하는 광(상기 대표 파장의 광)의 위상을, 대략 180°어긋나게 함으로써, 반투광부(101a, 101b)와 투광부(103)의 경계에 있어서, 광의 상호 간섭을 일으키게 할 수 있다. 그 결과, 전사 상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 상기 반투광부(101a, 101b)를 통과하는 광의 위상 시프트량 φ(rad)는, 거기에 사용된 하층막(20)의 굴절률(복소 굴절률 실부) n과 막 두께 d에 의존하고, 하기 수학식 1의 관계가 성립된다.

<수학식 1>

φ=2πd(n-1)/λ

여기에서 λ는 노광광의 파장이다.

따라서, 위상을 180°어긋나게 하기 위해서는, 하층막(20)의 막 두께 d를, 하기 수학식 2에 의해 결정하면 된다.

<수학식 2>

d =λ/{2(n-1)}

그리고, 이 위상 시프트 마스크에 의해, 필요한 해상도를 얻기 위한 초점 심도의 증대가 달성되어, 노광 파장을 바꾸지 않고, 해상도와 프로세스 적용성을 개선할 수 있다.

도 12에, 바이너리 마스크(투명 기판 위에 차광막 패턴만이 형성된 마스크)의 라인 앤드 스페이스(L/S) 패턴을 나타낸다. 또한, 도 13에는, 도 12와 동일한 피치의 L/S 패턴으로서, 라인부의 에지에 일정 폭의 위상 시프트 부분을 형성한 것을 나타낸다. 또한, 도 13의 전사용 패턴은, 본 실시 형태의 제조 방법(제1, 또는 제2 포토마스크 중 어느 것이어도 좋음)에 의해 제조할 수 있다.

도 12 및 도 13의 전사용 패턴을, LCD용 노광 장치를 사용하여 피전사체 위에 각각 전사할 때, 피전사체가 받는 광의 강도 곡선을 도 14에 도시한다. 도 14의 종축은 광투과 강도를, 횡축은 피전사체 위의 전사 위치를 나타내고 있다. 도 14의 점선은, 도 13에 기재된 위상 시프트 마스크(실시예)를 투과한 광의 광투과 강도를 나타낸다. 도 14의 실선은, 도 12에 기재된 바이너리 마스크(비교예)를 투과한 광의 광투과 강도를 나타내고 있다. 도 14에 의하면, 도 13의 위상 시프트 마스크에 있어서는, 스페이스부와 라인부의 경계에 있어서, 역위상의 회절광이 간섭하는 점에서, 콘트라스트가 향상되고, 우수한 패터닝 정밀도가 얻어진다는 사실을 알 수 있다.

또한, 도 13의 전사용 패턴이, 가령 도 8에 도시한 바와 같은 패턴 어긋남을 갖고 있는 경우, 라인 패턴의 양 에지에 있어서 얻어지는 간섭 작용이 비대칭으로 되기 때문에, 피전사체 위에 형성되는 패턴의 정밀도가 열화된다.

도 13의 위상 시프트 마스크는, 본 실시 형태의 하층막을 위상 시프트막으로 구성하고, 본 실시 형태의 상층막을 차광막으로 구성함으로써 얻어지는 것은, 이미 설명한 바와 같다(제1 포토마스크의 경우). 여기서, 위상 시프트막은, 바람직하게는 노광광의 위상을 대략 180°시프트한다. 노광광이 복수 파장을 포함하는 경우(예를 들어, i선, h선, g선을 포함하는 광원을 사용하는 경우)에는, 위상 시프트막은, 바람직하게는 대표 파장으로서, 이들 파장 중 어느 하나에 대하여, 노광광의 위상을 대략 180°시프트한다.

여기서, 예를 들어 위상 시프트량 180°란, 투명 기판(10)만을 투과하는 광과, 투명 기판(10) 및 하층막(20)을 투과하는 광 사이의 위상차가, 180°로 되는 의미이다. 라디안 표기하면, 위상 시프트량 180°란, (2n+1)π(여기서 n=0, 1, 2, ‥)로 된다.

(본 발명의 포토마스크를 투과 보조형 마스크로서 사용하는 경우)

또한, 본 실시 형태의 포토마스크의 다른 형태로서, 하층막은, 노광광에 포함되는 대표 파장에 대하여 2 내지 60％, 보다 바람직하게는, 3 내지 50％의 투과율을 가지면서, 상기 대표 파장에 대한 위상 시프트량이 0°를 초과하고 90°이하인 막으로서 구성되어 있어도 된다. 이 경우의 하층막은, 상기의 위상 시프트 작용을 발휘시켜서 콘트라스트를 향상시키는 기능이라 하기보다도, 투광부의 투과광량을 보조하는 기능을 갖는다(이하, 이러한 막을 '투과 보조막'이라고도 함).

예를 들어, 도 10에 도시한 본 실시 형태에 따른 포토마스크에 있어서, 하층막 패턴을 이 투과 보조막 패턴으로 함으로써, 투광부의 투과광량을 보조할 수 있다. 또는, 도 11에 도시한 실시 형태에 따른 포토마스크에 있어서, 하층막과 중간막의 적층 패턴을 이 투과 보조막 패턴으로 함으로써, 투광부의 투과광량을 보조할 수 있다.

이와 같은 포토마스크는, 노광 장치의 조사광량을 증가시키는 것과 마찬가지의 작용 효과를 갖고, 에너지 절약, 혹은 노광 시간의 단축, 생산 효율의 향상에 현저한 장점을 초래한다.

상기 광량 보조의 기능은, 투과율이 지나치게 작으면 충분히 발휘할 수 없고, 투과율이 너무 크면 박막화에 수반하여 투과율의 면내 균일성이 열화되는 리스크가 있기 때문에, 하층막의 투과율은 상기의 2 내지 60％의 범위로 한다. 또한, 하층막(20)의 투과율 바람직한 범위는 10 내지 45％, 보다 바람직하게는 10 내지 30％, 더 바람직하게는 10 내지 20％이다.

또한, 위상 시프트량이 과도하게 작은 경우에는, 하층막(반투광막)을 구성하는 소재의 선택이 용이하지 않은 점, 위상 시프트량이 과도하게 큰 경우에는, 역위상의 광 간섭이 발생하여 투과광량의 보조 효과가 손상되는 점을 고려하여, 그 막의 소재와 막 두께를 선택하는 것이 바람직하다. 하층막의 위상 시프트량의 범위는, 0°를 초과하고, 90°이하(이것은, 라디안 표기하면, (2n-1/2)π 내지 (2n+1/2)π(n은 정수)라는 의미임)로 하고, 바람직하게는 5 내지 60°, 더 바람직하게는 5 내지 45°이다.

상기 광량 보조 기능을 갖는 포토마스크의 구성예에 대하여, 도 15에 상면 구성을 나타낸다. 여기에서는, 피치 6㎛(라인부 3㎛, 스페이스부 3㎛)의 라인 앤드 스페이스 패턴을 예시한다. 라인부의 중앙은 폭 2㎛의 차광부를 포함하고, 그 양 사이드의 에지에 인접하여 각각 폭 0.5㎛(합계 1.0㎛)의 반투광부가 형성되어 있다. 이러한 전사용 패턴을 LCD용 노광 장치에 의해 노광하면, 동일한 피치를 갖는 바이너리 마스크에 의한 라인 앤드 스페이스 패턴으로는 해상되기 어려운 선폭 임에도 불구하고, 충분한 전사성을 갖는 것이, 발명자들에 의해 확인되었다.

이와 같은 기능을 갖는 포토마스크는, 특히, 패턴의 미세화에 따라 유리하다. 투광부의 선폭이 좁아짐에 따라, 그 부분의 투과광량이 감소하고, 피전사체 위에 형성된 레지스트막의 감광 임계값에 도달하지 않게 되면, 레지스트 패턴이, 에칭 마스크로서의 기능을 발휘하기 어려워지기 때문이다.

가령, 상층막 패턴과 하층막 패턴의 사이에, 도 8에 예시한 바와 같은 정렬 어긋남이 발생한 경우, 피전사체 위에서의 전사 위치(패턴 위치)가 어긋나게 되어버림과 동시에, 투광부의 피크 광량이 저하되어 전사 정밀도가 손상되어버린다. 본 실시 형태에 따른 포토마스크는, 이러한 지장을 초래하지 않는, 전사 성능이 우수한 포토마스크이다.

또한, 이러한 효과는, 라인 앤드 스페이스 패턴에 한하지 않고, 홀 패턴이어도 마찬가지로 얻어지는 것이 확인되었다.

즉, 상층막의 양 사이드에 노출된 하층막(제1 포토마스크의 경우)에 의한 광학적인 효과는, 그것이 위상 시프트 효과이더라도, 광량 보조 효과이더라도, 혹은 다른 광학적인 거동에 의한 효과이더라도, 설계값에 기초하여, 선폭 방향에 있어서 대칭으로 발생시키는 것이 요구된다. 여기서, 상기 특허문헌 1에 개시된 방법과 같이, 복수회의 포토리소그래피 공정을 이용하여 포토마스크를 제조하는 경우에는, 복수의 패턴(상층막 패턴과 하층막 패턴)의 상호 정렬 어긋남을 제로로 하는 것은 불가능하며, 0.3㎛ 정도, 혹은 그 이상의 정렬 어긋남이 발생해버린다.

이에 반하여, 본 실시 형태에 있어서는, 1회의 묘화 공정에서 묘화한 레지스트 패턴을 사용하여, 2개의 막 패턴을 형성한다(2번째의 막 패턴 시에는, 추가 현상에 의해, 레지스트 패턴을 일정 치수만큼 작게 함). 이에 의해, 상층막 패턴과 하층막 패턴 사이의 정렬 어긋남의 발생을 방지할 수 있다. 그 결과, 위상 시프트 효과나 광량 보조 효과 등의 광학적 효과를, 설계값에 기초하여 선폭 방향에 있어서 대칭으로 발생시키는 것이 가능해진다. 또한, 포토리소그래피 공정의 횟수를 1회로 줄임으로써, 생산 공정의 효율화를 도모할 수도 있다. 즉, 상기한 바와 같은 고도의 광학적 기능을 갖는 포토마스크를 생산성 좋게 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따른 포토마스크(100)를 사용하여 피전사체 위에 패턴을 전사할 때, 사용하는 노광 장치에 특별히 제한은 없다. 단, 본 실시 형태에 따른 포토마스크(100)는, 예를 들어 i선, h선, g선을 포함하는 광원을 갖는 LCD용 노광 장치로서, 개구수 NA를 0.06 내지 0.10, 코히렌스 팩터 σ를 0.5 내지 1.0의 범위로 하는, 등배 노광의 프로젝션 노광 장치와 함께 사용하는 경우에, 본 발명의 효과가 현저하다. 이러한 노광 장치는, 일반적으로, i선, h선, g선을 포함하는 광을 노광광으로서 사용하고, 3㎛ 정도를 해상 한계로 하고 있다.

물론, 본 발명은, 보다 넓은 범위의 노광 장치를 사용한 전사 시에 적용하는 것도 가능하다. 예를 들어, NA가 0.06 내지 0.14, 또는 0.06 내지 0.15의 범위로 할 수 있다. NA가 0.08을 초과하는, 고해상도의 노광 장치에도 요구가 발생하고 있으며, 이들에도 적용할 수 있다.

또한, 상기의 파장 중, 단일 파장(예를 들어 i선)만을 사용하여 노광하여도 된다.

본 발명에 있어서, 포토마스크의 용도에 제한은 없다. 예를 들어, 표시 장치(예를 들어, LCD(액정 표시 장치)나 유기 EL(일렉트로루미네센스))의, TFT(박막 트랜지스터)의 미세한 홀 패턴이나, 화소 전극에 사용하는 라인 앤드 스페이스 패턴 등에는, 특히 유용하다.

본 발명에 있어서, 패턴 형상은, 대칭성을 갖는 것(상기 형태에서는, 차광부에 대하여 그 에지에 반투광부가 대칭으로 형성되는 패턴)이 바람직하다. 이 패턴에 있어서, 상기 림의 폭은, 자유롭게 설계할 수 있다. 이들 이유에 의해, 상기 용도에서와 같이, 본 발명은, 라인 앤드 스페이스 패턴이나 홀 패턴에 사용하는 것이 유리하다. 또한, 상기로부터 명백해진 바와 같이, 본 발명에 의하면, 차광막 및 반투광막의 소재로서, 서로 에칭 선택성이 있는 것에 한하지 않고, 에칭 선택성이 없는 것을 사용할 수 있다. 따라서, 하층막 및 상층막의 각각의 재료로서, 서로 에칭 선택성이 없는 재료를 사용할 수 있는 자유도가 있다.

결과적으로, 추가 에칭을 적용하는 본 발명의 방법에 의하면, 레지스트 패턴의 에지의 후퇴를, 정량적으로, 재현성 높고 정확하게 실시할 수 있기 때문에, 사이즈가 큰 포토마스크이더라도, 면 내의 CD 정밀도(특히 림 폭)의 균일성을 높게 할 수 있다.

10: 투명 기판
20: 하층막
30: 중간막
40: 상층막
50: 포토레지스트막
100: 포토마스크
101a 내지 101d: 반투광부
102: 차광부
103: 투광부

Claims (10)

1. 투명 기판 위에, 전사용 패턴을 구비한 표시 장치 제조용 포토마스크의 제조 방법으로서,
   상기 투명 기판 위에, 하층막, 중간막 및 상층막을 적층하고, 또한 표면에 포토레지스트막이 형성된 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과,
   상기 포토레지스트막에 레이저 묘화 및 예비 현상을 실시하여, 제1 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
   상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 상층막을 에칭하고, 또한, 상기 제1 레지스트 패턴 또는 에칭된 상기 상층막을 마스크로 하여, 상기 중간막을 에칭하는, 예비 에칭 공정과,
   상기 제1 레지스트 패턴에 대하여, 추가 현상을 실시하고, 상기 제1 레지스트 패턴의 에지를, 1㎛ 이하의 일정 폭만큼 후퇴시킴으로써, 제2 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
   상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 상층막에 추가의 에칭을 실시하고, 또한, 에칭된 상기 중간막을 마스크로 하여, 상기 하층막을 에칭하는, 후 에칭 공정
   을 갖고,
   상기 전사용 패턴은, 상층막 패턴이 하층막 패턴의 수평 방향 중앙에 위치하는, 대칭성을 갖는 패턴이며, 상기 상층막 패턴의 에지에 인접하여, 상기 하층막, 또는 상기 하층막 위에 적층하는 상기 중간막이 1㎛ 이하의 일정 폭으로 노출되는 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는, 표시 장치 제조용 포토마스크의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 하층막은, 상기 상층막의 에칭제에 의해 에칭되는 재료를 포함하고,
   상기 중간막은, 상기 상층막의 에칭제에 대하여, 에칭 내성을 갖는 재료를 포함하면서,
   상기 후 에칭 공정에 있어서는, 상기 상층막의 추가 에칭과 상기 하층막의 에칭이 동시에 진행하는 것을 특징으로 하는, 표시 장치 제조용 포토마스크의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 후 에칭의 이후, 표면이 노출되어 있는 부분의 중간막을, 에칭 제거하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 표시 장치 제조용 포토마스크의 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 하층막은, 상기 포토마스크의 노광에 사용하는 노광광을 일부 투과하는 반투광막이며, 상기 상층막이, 상기 노광광을 차광하는 차광막인 것을 특징으로 하는, 표시 장치 제조용 포토마스크의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 전사용 패턴은,
   상기 투명 기판의 표면이 노출된 투광부와,
   상기 투명 기판 위에 적어도 차광막이 형성된 차광부와,
   상기 투명 기판 위에 적어도 상기 반투광막이 형성됨으로써 노광광을 일부 투과하면서, 상기 차광부의 에지에 인접하여 1㎛ 이하의 폭으로 형성된 반투광부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표시 장치 제조용 포토마스크의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 반투광막은, 상기 포토마스크의 노광에 사용하는 노광광에 포함되는 대표 파장에 대한 투과율이 1 내지 30％이면서, 상기 대표 파장의 광에 대한 위상 시프트량이 120 내지 240°인 것을 특징으로 하는, 표시 장치 제조용 포토마스크의 제조 방법.
7. 제5항에 있어서,
   상기 반투광막은, 상기 포토마스크의 노광에 사용하는 노광광에 포함되는 대표 파장에 대한 투과율이 1 내지 60％이면서, 상기 대표 파장의 광에 대한 위상 시프트량이 90°이하인 것을 특징으로 하는, 표시 장치 제조용 포토마스크의 제조 방법.
8. 제5항에 있어서,
   상기 전사용 패턴에 있어서, 임의의 차광부가 갖는 2개의 대향하는 에지에 각각 인접하는 2개의 반투광부의 폭을, 각각 D1(㎛) 및 D2(㎛)로 할 때, D1과 D2의 차가 0.1 이하인 것을 특징으로 하는, 표시 장치 제조용 포토마스크의 제조 방법.
9. 제1항 또는 제2항에 기재된 포토마스크를 준비하는 공정과,
   노광 장치를 사용하여, 피전사체 위에 상기 전사용 패턴을 전사하는 공정을 갖는, 패턴 전사 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 기재된 포토마스크를 준비하는 공정과,
    노광 장치를 사용하여, 피전사체 위에 상기 전사용 패턴을 전사하는 공정을 갖는, 표시 장치의 제조 방법.

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