KR101094540B1 - 다계조 포토마스크의 제조 방법 및 다계조 포토마스크용 블랭크, 및 전자 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

투명 기판(1) 위에 반투광막(2)과 차광막(3), 및 각각 상이한 분광 감도 특성을 갖는 제1 레지스트층과 제2 레지스트층을 포함하는 레지스트막(4)이 적층된 포토마스크 블랭크(10)를 준비하고, 레지스트막(4)에 대하여 소정의 분광 특성을 갖는 제1 노광광(5)을 이용하여 묘화하고, 다음으로 제1 노광광과는 상이한 분광 특성을 갖는 제2 노광광(6)을 이용하여 묘화한 후, 현상에 의해, 면 내에서 레지스트 잔막값이 상이한 제1 레지스트 패턴(7)을 형성하고, 제1 레지스트 패턴(7)을 마스크로 하여 차광막(3) 및 반투광막(2)을 에칭하고, 제1 레지스트 패턴(7)을 소정량 감막시킴으로써 제2 레지스트 패턴(8)을 형성하고, 제2 레지스트 패턴(8)을 마스크로 하여 차광막(3)을 에칭한다.

Description

다계조 포토마스크의 제조 방법 및 다계조 포토마스크용 블랭크, 및 전자 디바이스의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING MULTI-GRAY SCALE PHOTOMASK, MULTI-GRAY SCALE PHOTOMASK BLANK, AND METHOD OF MANUFACTURING ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : 이하, LCD라고 부름) 등의 전자 디바이스 제조 등에 이용되는 다계조 포토마스크의 제조 방법 및 다계조 포토마스크용 블랭크, 및 전자 디바이스의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 제조에 이용되는 박막 트랜지스터 기판(TFT 기판)의 제조에 바람직하게 사용되는 다계조 포토마스크의 제조 방법 및 다계조 포토마스크용 블랭크, 및 전자 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.

현재, LCD의 분야에서, 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display : 이하, TFT-LCD라고 부름)는, CRT(음극선관)에 비해, 박형으로 하기 쉽고 소비 전력이 낮다고 하는 이점으로부터, 현재 상품화가 급속하게 진행되고 있다. TFT-LCD는, 매트릭스 형상으로 배열된 각 화소에 TFT가 배열된 구조의 TFT 기판과, 각 화소에 대응하여, 레드, 그린, 및 블루의 화소 패턴이 배열된 컬러 필터가 액정상의 개재 하에 서로 겹쳐진 개략 구조를 갖는다. TFT-LCD에서는, 제조 공정수가 많고, TFT 기판만이라도 5∼6매의 포토마스크를 이용하여 제조되고 있었다. 이와 같은 상황 하에서, TFT 기판의 제조를 4매의 포토마스크를 이용하여 행하는 방법이 제안되어 있다.

이 방법은, 차광부와 투광부와 반투광부(그레이톤부)를 갖는 포토마스크(3계조 등의 다계조 포토마스크)를 이용함으로써, 사용하는 포토마스크 매수를 저감한다고 하는 것이다. 여기서, 반투광부란, 포토마스크를 사용하여 패턴을 피전사체에 전사할 때, 투과하는 노광광의 투과량을 소정량 저감시켜, 피전사체 상의 포토레지스트막의 현상 후의 잔막량을 제어하는 부분을 말하고, 그와 같은 반투광부를, 차광부, 투광부와 함께 구비하고 있는 포토마스크를 다계조 포토마스크(그레이톤 마스크라고도 불림)라고 한다.

여기서 이용되는 다계조 포토마스크로서는, 상기 반투광부가, 패턴 전사에 사용하는 LCD용 노광기의 해상 한계 이하의 미세 패턴으로 형성되어 있는 구조의 것이 종래 알려져 있다. 이와 같은 미세 패턴 타입의 반투광부는, 차광부와 투광부의 중간적인 하프톤 효과를 갖게 하기 위한 미세 패턴을 라인 앤드 스페이스 타입으로 할 것인지 도트(망점) 타입으로 할 것인지, 혹은 그 밖의 패턴으로 할 것인지의 선택이 있다. 또한 라인 앤드 스페이스 타입의 경우, 선폭을 어느 정도로 할 것인지, 광이 투과하는 부분과 차광되는 부분의 비율을 어떻게 할지, 전체의 투과율을 어느 정도로 설계할지 등, 미세 패턴 타입의 반투광부는 매우 많은 것을 고려하여 설계가 이루어져야만 한다. 또한, 포토마스크의 제조에서도, 선폭의 중심값의 관리, 포토마스크 내의 선폭의 변동 관리 등, 매우 어려운 생산 기술이 요구되었다.

따라서, 반투광부를 반투과성의 반투광막으로 하는 것이 종래 제안되어 있다. 이 반투광막을 이용함으로써 반투광 부분의 노광량을 적게 하여 하프톤 노광할 수 있다. 반투광막을 이용하는 경우, 설계에서는 전체의 투과율이 어느 정도 필요한지를 검토하고, 마스크에서는 반투광막의 막종(소재)이나 막 두께를 선택함으로써 포토마스크의 생산이 가능하게 된다. 따라서, 포토마스크의 제조에서는 반투광막의 막 두께 제어를 행하는 것만으로 족하여, 비교적 관리가 용이하다. 또한, 예를 들면 TFT 기판의 채널부를 다계조 포토마스크의 반투광부로 형성하는 경우, 반투광막이면 포토리소그래피 공정에 의해 용이하게 패터닝할 수 있으므로, TFT 채널부의 형상이 복잡한 패턴 형상이라도 가능하다고 하는 이점이 있다.

이와 같은 반투광부를 반투광막으로 형성한 하프톤 마스크의 제조 방법이 일본 특개 2000-75466호 공보(특허 문헌 1)에 개시되어 있다. 그 제조 방법에서는, 우선, 투명 기판 위에 반투명막과 차광막을 갖는 블랭크 마스크에 전자 빔 레지스트를 도포하고, 전자 빔을 조사한다. 그 때, 전자 빔의 전하량을 제어함으로써, 상기 레지스트의 일부가 현상에 의해서도 소정의 막 두께만큼 잔존하는 묘화 영역과, 상기 레지스트가 현상에 의해 완전하게 제거되는 묘화 영역을 형성한다. 또한 현상에 의해, 상기 레지스트가 2계조의 막 두께로 되도록 패터닝을 행한다. 이 2계조의 막 두께를 갖는 레지스트 패턴과 이것을 애싱(Ashing)에 의해 감막시킨 레지스트 패턴을 각각 이용하여 상기 차광막과 반투명막을 각각 패터닝함으로써 하프톤 마스크를 제조한다.

예를 들면 투명 기판 위에 반투광막과 차광막을 형성한 마스크 블랭크를 이용하여, 포토리소그래피 공정에 의한 패터닝을 적어도 2회 반복하여 차광막과 반투광막을 각각 패터닝함으로써 다계조(3계조) 포토마스크를 제조하는 방법도 알려져 있다. 이에 대하여, 특허 문헌 1에 개시된 하프톤 마스크의 제조 방법에 의하면, 묘화 공정이 1번으로 완료되기 때문에, 포토리소그래피 공정에 의한 패터닝을 2회 반복하여 행하는 경우에서의 2번의 묘화 공정의 얼라인먼트 어긋남의 문제가 없고, 또한 레지스트 패턴을 형성하기 위한 현상 공정도 1번으로 완료된다고 하는 메리트가 있다.

그러나, 특허 문헌 1에 개시된 하프톤 마스크의 제조 방법에서는, 단층의 레지스트층에 대하여, 전자 빔의 전하량 즉 노광 에너지를 면 내에서 증감함으로써, 현상 시의 현상액에 레지스트가 용해되는 양을 변화시켜, 레지스트의 잔막 두께의 컨트롤을 행하기 때문에, 단순히 노광 에너지뿐만 아니라 레지스트의 현상 특성에도 영향을 받으므로, 레지스트 단차 형성 부분의 레지스트의 막 두께를 정밀하게 컨트롤하는 것이 용이하지는 않았다. 또한, 레지스트의 얇은 부분(단차가 낮은 부분)과 레지스트의 두꺼운 부분(단차가 높은 부분)의 높이를, 각각 개별로 원하는 높이로 정확하게 완성하는 것이 어렵고, 이들 문제가, 최종적으로 형성되는 포토마스크의 패턴의 선폭 정밀도에도 영향을 준다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은, 이상 설명한 종래의 문제점을 감안하여, 다계조 포토마스크 등을 제조하기 위한, 면 내에서 레지스트 잔막값이 상이한 레지스트 단차 구조를 정밀도 좋게 형성할 수 있고, 이에 의해 정밀도가 높은 마스크 패턴을 형성할 수 있는 다계조 포토마스크의 제조 방법, 및 다계조 포토마스크용 블랭크, 및 전자 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하에 열거하는 다양한 양태를 나타낼 수 있다.

(양태 1)

투명 기판 위에, 차광부, 투광부, 및 노광광 투과율을 소정량 저감시키는 반투광부로 이루어지는 마스크 패턴을 갖는 다계조 포토마스크의 제조 방법으로서, 투명 기판 위에, 반투광막과 차광막, 및 각각 상이한 분광 감도 특성을 갖는 제1 레지스트층과 제2 레지스트층을 포함하는 레지스트막이 적층된 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 상기 레지스트막에 대하여, 소정의 분광 특성을 갖는 제1 노광광을 이용하여 제1 패턴을 묘화하고, 다음으로 상기 제1 노광광과는 상이한 분광 특성을 갖는 제2 노광광을 이용하여 제2 패턴을 묘화한 후, 상기 레지스트막을 현상함으로써, 면 내에서 레지스트 잔막값이 상이한 제1 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 차광막 및 반투광막을 에칭하는 공정과, 상기 제1 레지스트 패턴을 소정량 감막시킴으로써 제2 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여 적어도 상기 차광막을 에칭하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 제조 방법.

(양태 2)

상기 제1 레지스트층과 제2 레지스트층의 어느 것에도 포지티브형 레지스트를 이용하여, 상기 제1 노광광을 이용한 묘화에 의해 상기 마스크 패턴의 투광부와 반투광부에 대응하는 영역을 노광하고, 상기 제2 노광광을 이용한 묘화에 의해 상기 마스크 패턴의 투광부에 대응하는 영역을 노광하는 것을 특징으로 하는 양태 1에 기재된 다계조 포토마스크의 제조 방법.

(양태 3)

상기 제1 레지스트 패턴은, 적어도 상기 레지스트막의 레지스트층의 수와 동일한 수의 단차를 형성한 단차 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 양태 1 또는 2에 기재된 다계조 포토마스크의 제조 방법.

(양태 4)

투명 기판 위에, 차광부, 투광부, 및 노광광 투과율을 소정량 저감시키는 반투광부로 이루어지는 마스크 패턴을 갖는 다계조 포토마스크의 제조에 이용하는 다계조 포토마스크용 블랭크로서, 투명 기판 위에, 반투광막과 차광막과 레지스트막이 이 순서로 적층되고, 상기 레지스트막은, 서로 다른 분광 감도 특성을 갖는 제2 레지스트층과 제1 레지스트층이 이 순서로 적층되어 이루어지고, 상기 레지스트막에 대하여, 소정의 분광 특성을 갖는 제1 노광광을 이용하여 제1 패턴을 묘화하고, 다음으로 상기 제1 노광광과는 상이한 분광 특성을 갖는 제2 노광광을 이용하여 제2 패턴을 묘화한 후, 상기 레지스트막을 현상함으로써, 면 내에서 레지스트 잔막값이 상이한 레지스트 패턴을 형성할 때에, 묘화 및 현상 후의 레지스트 잔막률로 감도를 비교한 경우, 상기 제1 레지스트층은, 상기 제2 노광광에 대한 감도가, 상기 제1 노광광에 대한 감도보다도 낮고, 또한, 상기 제2 레지스트층은, 상기 제1 노광광에 대한 감도가, 상기 제2 노광광에 대한 감도보다도 낮은 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크용 블랭크.

(양태 5)

상기 제1 레지스트층의 분광 감도의 최대값을 제공하는 파장과, 상기 제2 레지스트층의 분광 감도의 최대값을 제공하는 파장과의 차가, 50∼700㎚의 범위인 것을 특징으로 하는 양태 4에 기재된 다계조 포토마스크용 블랭크.

(양태 6)

상기 제1 레지스트층은, 상기 제1 노광광의 조사 후에, 상기 제2 노광광에 대한 투과율이, 60％ 이상, 100％ 미만의 범위인 것을 특징으로 하는 양태 4 또는 5에 기재된 다계조 포토마스크용 블랭크.

(양태 7)

상기 제1 레지스트층은, g선(파장 436㎚)용 포지티브형 레지스트를 함유하고, 상기 제2 레지스트층은, i선(파장 365㎚)용 포지티브형 레지스트를 함유하는 것을 특징으로 하는 양태 4 내지 6 중 어느 하나에 기재된 다계조 포토마스크용 블랭크.

(양태 8)

상기 제1 레지스트층과 상기 제2 레지스트층의 막 두께는 각각 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 양태 4 내지 7 중 어느 하나에 기재된 다계조 포토마스크용 블랭크.

(양태 9)

기판 위에, 전자 디바이스를 구성하는 복수의 박막층이 적층되고, 그 위에, 각각 상이한 분광 감도 특성을 갖는 복수의 레지스트층을 포함하는 레지스트막이 적층된 피가공체를 준비하고, 상기 레지스트막에 대하여, 각각 상이한 분광 특성을 갖는 복수의 노광광을 순번대로 이용하여 각각 소정의 패턴을 묘화한 후, 상기 레지스트막을 현상함으로써, 면 내에서 레지스트 잔막값이 상이한 제1 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 복수의 박막층의 적어도 일부의 층을 에칭하고, 다음으로, 상기 제1 레지스트 패턴을 소정량 감막시킴으로써 제2 레지스트 패턴을 형성하고, 다음으로, 상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 복수의 박막층의 적어도 일부의 층을 에칭하고, 또한 상기 제2 레지스트 패턴을 소정량 감막시키고, 이 감막시킨 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 복수의 박막층의 적어도 일부의 층을 에칭하는 공정을 필요한 횟수 반복함으로써, 상기 복수의 박막층을 패터닝하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.

본 발명에 따르면, 각각 상이한 분광 감도 특성을 갖는 예를 들면 2층의 레지스트층을 포함하는 레지스트막에 대하여, 각각 상이한 분광 특성을 갖는 예를 들면 2개의 노광광을 순번대로 이용하여 각각 소정의 패턴을 묘화한 후, 현상함으로써, 면 내에서 레지스트 잔막값이 상이한 레지스트 패턴을 형성한다. 이에 의해, 다계조 포토마스크 등을 제조하기 위한, 면 내에서 레지스트 잔막값이 상이한 레지스트 단차 구조를 정밀도 좋게 형성할 수 있고, 이에 의해 정밀도가 높은 마스크 패턴을 형성할 수 있는 다계조 포토마스크를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 이와 같은 다계조 포토마스크를 제조하기 위해서 바람직하게 이용되는 다계조 포토마스크용 블랭크를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 다계조 포토마스크와 마찬가지로, 정밀도가 높은 패턴 가공을 할 수 있는 전자 디바이스의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 다계조 포토마스크의 제조 방법을 공정순으로 설명하기 위한 개략 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 전자 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도.

이하, 본 발명을 실시 형태에 기초하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 제조 방법을 공정순으로 설명하기 위한 개략 단면도이다. 여기서는, 3계조의 포토마스크의 제조예를 나타낸다.

얻어진 다계조 포토마스크(20)(도 1의 (h) 참조)는, 예를 들면 액정 표시 장치(LCD)의 박막 트랜지스터(TFT)나 컬러 필터, 또는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등을 제조하기 위해서 이용된다.

상기 다계조 포토마스크(20)는, 구체적으로는, 그 포토마스크(20)의 사용 시에 노광광을 차광(투과율이 대략 0％)시키는 차광부(21)와, 투명 기판(1)의 표면이 노출된 노광광을 투과시키는 투광부(22)와, 투광부(22)의 노광광 투과율을 100％로 하였을 때 투과율을 20∼80％, 바람직하게는, 40∼60％ 정도로 저감시키는 반투광부(23)를 갖고 구성된다. 반투광부(23)는, 글래스 기판 등의 투명 기판(1) 위에 광 반투과성의 반투광막(2)이 형성되어 구성된다. 또한, 차광부(21)는, 투명 기판(1) 위에, 상기 반투광막(2)과 차광성의 차광막(3)의 적층막에 의해 구성된다. 또한, 도 1에 도시한 차광부(21), 투광부(22), 및 반투광부(23)의 패턴 형상은 어디까지나 대표적인 일례로서, 본 발명을 이것에 한정한다고 하는 취지가 아닌 것은 물론이다.

본 발명의 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 제조 방법에 바람직하게 이용되는 다계조 포토마스크용 블랭크(이하, 「포토마스크 블랭크」라고 부름)를 도 1의 (a)에 도시한다.

도 1의 (a)에 도시한 포토마스크 블랭크(10)는, 투명 기판(1) 위에, 반투광막(2)과 차광막(3)과 레지스트막(4)이 이 순서로 적층되어 이루어지고, 이 레지스트막(4)은, 서로 다른 분광 감도 특성을 갖는 상층의 제1 레지스트층(4a)과 하층의 제2 레지스트층(4b)의 적층 구성으로 이루어진다.

상기 투명 기판(1)으로서는 예를 들면 글래스 기판이 이용되고, 특히 석영 글래스 기판이 바람직하다.

상기 반투광막(2)의 재질로서는, 예를 들면 크롬 화합물, 몰리브덴 실리사이드 화합물, Si, W, Al 등을 들 수 있다. 이 중, 크롬 화합물에는, 산화 크롬(CrOx), 질화 크롬(CrNx), 산질화 크롬(CrOxN), 불화 크롬(CrFx)이나, 이들에 탄소나 수소를 함유하는 것이 있다. 또한, 몰리브덴 실리사이드 화합물로서는, MoSix 외에, MoSi의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 탄화물 등이 포함된다. 또한, 예를 들면 노광광 투과율이 상이한 복수의 반투광부를 형성하는 경우에, 반투광막을 재질이 상이한 복수의 적층막 구성으로 할 수도 있다. 상기 반투광부(23)의 투과율은, 반투광막(2)의 막 재질과 막 두께의 선정에 따라서 설정된다.

또한, 상기 차광막(3)의 재질로서는, 예를 들면 Cr, Si, W, Al 등을 들 수 있다. 차광막(3)은 단층으로 해도 적층 구성으로 해도 된다. 예를 들면, 크롬 등을 주성분으로 하는 차광층과 산화 크롬 등을 주성분으로 하는 반사 방지층의 적층 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 차광부(21)는, 상기 반투광막(2)과 차광막(3)의 적층에 의해, 광학 농도가 3.0 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 레지스트막(4)을 구성하는 제1 레지스트층(4a)과 제2 레지스트층(4b)은, 서로 다른 분광 감도 특성을 갖고, 각각 상이한 분광 특성을 갖는 노광광을 이용하여 묘화함으로써, 각각의 레지스트층마다 원하는 패턴을 형성하는 것이 가능하다.

각각의 레지스트의 분광 감도 특성의 차이는, 각각의 레지스트의 분광 감도 곡선 등으로부터, 최대 감도를 제공하는 광의 파장의 값이나, 최대 감도의 강도, 감도를 갖는 파장 영역의 폭 등을 비교함으로써 파악할 수 있다. 본 실시 형태는, 특히 레지스트 감도의 파장 의존성을 이용하여, 분광 감도 특성이 상이한 복수의 레지스트층을 적층하고, 파장이 상이한 복수의 노광광을 이용하여, 각각의 레지스트층을 개개로 감광시켜, 각각의 레지스트 잔막값을 제어하자고 하는 것이다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 레지스트 감도의 파장 의존성을 나타내는 파라미터의 하나인, 분광 감도의 최대값을 제공하는 광의 파장의 값을 비교함으로써, 레지스트의 분광 감도 특성의 차이를 판단하는 것이 바람직하다.

예를 들면 본 실시 형태에서는, 상기 제1 레지스트층(4a)의 분광 감도의 최대값을 제공하는 파장과, 상기 제2 레지스트층(4b)의 분광 감도의 최대값을 제공하는 파장과의 차가, 50∼700㎚의 범위인 것이 바람직하다. 통상의 광학 렌즈 등을 이용하여 취급할 수 있는 광으로서는, 대기 중에서 취급할 수 없는 진공 자외선을 포함하는 단파장의 광과, 통상의 광학 렌즈에서 취급할 수 없는 1000㎚ 이상의 장파장의 광 사이에 존재하는 300∼1000㎚의 파장의 범위로 된다. 따라서 이 범위 내에서 최대의 파장차는 700㎚로 된다. 본 발명자의 검토에 의하면, 그 범위 내에서, 레지스트의 분광 감도를 비교하였을 때에, 본 실시 형태에서는 최대 감도에 대응하는 파장의 차가 50㎚ 이상 있었던 쪽이 바람직하다. 게다가, 각각의 레지스트의 최대 감도에 대응하는 파장의 차는, 100㎚ 이상인 것이 보다 바람직하다.

본 실시 형태에서는, 예를 들면, 상층의 제1 레지스트층(4a)은, g선(파장 436㎚)용 포지티브형 레지스트를 함유하고, 하층의 제2 레지스트층(4b)은, i선(파장 365㎚)용 포지티브형 레지스트를 함유할 수 있다.

또한, 상기 레지스트막(4)을 구성하는 각 레지스트층에는, 포지티브형 레지스트, 네가티브형 레지스트 모두 사용할 수 있다. 경우에 따라서는, 예를 들면 제1 레지스트층을 포지티브형, 제2 레지스트층을 네가티브형으로 하여 실시할 수 있다. 혹은, 제1 레지스트층을 네가티브형, 제2 레지스트층을 포지티브형으로 할 수도 있다. 본 실시 형태에서는 특히 미세 패턴의 형성에 유리한 포지티브형 레지스트의 사용이 바람직하다.

레지스트의 도포 방법으로서는, 레지스트 도포의 막 두께 정밀도를 높이기 위해서, 필요한 정밀도를 실현할 수 있는 도포 방법을 선택할 수 있다. 예를 들면, 스핀 코터(Spin Coater), CAP 코터(CPA Coater), 다이 코터(Die Coater), 스프레이 코터(Spray Coater) 등을 적용할 수 있다. 각각의 레지스트 도포 후에는, 가열에 의한 베이크나 진공 건조 등, 필요에 따른 후 처리를 행할 수 있다.

레지스트막(4)은 적어도 2층의 레지스트층의 적층으로 이루어지기 때문에, 레지스트 도포 시, 먼저 도포한 레지스트층이 다음에 도포한 레지스트액에 포함되는 용매의 영향으로 벗겨지게 되거나, 다음에 도포한 레지스트와 혼합되게 되거나 하는 것을 방지하는 것이 필요하다. 예를 들면, 각각이 혼합되지 않는 용매를 사용한 레지스트를 선택하거나, 레지스트 도포마다 적절한 베이크(bake)를 행하거나 하는 것이 바람직하다. 또한, 노광이나 현상, 에칭 등의 프로세스에 지장을 주지 않고, 원하는 레지스트 단차를 형성할 수 있고, 또한 레지스트 단차의 감막을 방해하지 않는 조건을 충족시키도록 하는 중간층을 레지스트 층간에 형성함으로써, 레지스트끼리의 혼합을 방지하는 것도 가능하다.

또한, 각각의 레지스트층의 두께는, 레지스트층을 투과할 때의 노광광의 감쇠에 의한 영향이나 패턴 형성 정밀도 등을 고려하여 최대 10㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다. 각 레지스트층의 막 두께가 이것보다도 두꺼운 경우에는, 정밀도가 높은 도포가 어렵게 되는 것, 현상에 의한 잔막량의 컨트롤이 어렵게 되는 것, 노광광이 레지스트층을 투과할 때의 노광광의 감쇠에 의해, 레지스트층 내에 레지스트막면에 대하여 수직한 방향으로 감광도의 구배가 생겨, 레지스트층 내에서 깊이에 따라서 레지스트의 감광 정도가 상이하게 되는 현상이 현저해지는 등, 이들 여러 가지의 원인에 의해, 고정밀도의 레지스트 패턴을 형성하는 것이 어렵게 된다. 한편, 레지스트로서의 기능을 갖게 하기 위해서는, 최소 막 두께는 0.3㎛ 정도로 하는 것이 필요하다.

다음으로, 상기 포토마스크 블랭크(10)를 이용하여 다계조 포토마스크를 제조하는 방법을, 도 1의 (b) 내지 (h)에 도시한 공정에 따라서 설명한다.

우선, 상기 포토마스크 블랭크(10)의 레지스트막(4)에 대하여, 소정의 분광 특성을 갖는 제1 노광광(5)을 이용하여 제1 패턴을 묘화하고(도 1의 (b) 참조), 다음으로 제1 노광광(5)과는 상이한 분광 특성을 갖는 제2 노광광(6)을 이용하여 제2 패턴을 묘화한다(도 1의 (c) 참조). 도 1에 도시한 본 실시 형태에서는, 제1 레지스트층(4a)과 제2 레지스트층(4b) 중 어느 것에도 포지티브형 레지스트를 이용하여, 상층의 제1 레지스트층(4a)에 대하여, 제1 노광광(5)을 이용한 패턴 묘화에 의해, 최종적으로 형성되는 마스크 패턴의 투광부와 반투광부에 대응하는 영역을 노광하고, 다음으로 하층의 제2 레지스트층(4b)에 대하여, 제2 노광광(6)을 이용한 패턴 묘화에 의해 마스크 패턴의 투광부에 대응하는 영역을 노광하고 있다.

묘화 후의 현상에 의해 형성되는 레지스트 패턴에서는, 상기 제2 레지스트층(4b)에 의해, 레지스트 단차의 막 두께가 얇은 영역으로 이루어지는 부분을 형성하고, 상기 제1 레지스트층(4a)과 제2 레지스트층(4b)의 적층에 의해, 레지스트 단차의 막 두께가 두꺼운 영역으로 이루어지는 부분을 형성한다. 노광 직전의 레지스트막 두께를 최대의 막 두께로 하여, 노광량을 변화시킴으로써, 레지스트의 중합도나 용매에의 용해도 등의 특성을 변화시켜, 현상 후의 제1 레지스트층(4a)과 제2 레지스트층(4b)의 각각의 막 두께(레지스트 단차)를 컨트롤할 수 있다. 제1 레지스트층(4a) 및 제2 레지스트층(4b)의 각각의 분광 감도 분포나 분광 투과율, 제1 노광광(5) 및 제2 노광광(6)의 분광 스펙트럼 특성이나 단색성 등을 고려하여, 사용하기 쉬운 레지스트와 노광광의 조합을 선택할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 상층의 제1 레지스트층(4a)을 감광시키기 위해서 제1 노광광(5)을 이용하고, 하층의 제2 레지스트층(4b)을 감광시키기 위해서 제2 노광광(6)을 이용하고 있다. 따라서, 묘화 및 현상 후의 레지스트 잔막률로 감도를 비교한 경우, 제1 레지스트층(4a)은, 제2 노광광(6)에 대한 감도가, 제1 노광광(5)에 대한 감도보다도 낮고, 또한, 제2 레지스트층(4b)은, 제1 노광광(5)에 대한 감도가, 제2 노광광(6)에 대한 감도보다도 낮은 것이 바람직하다.

여기서, 레지스트 잔막률이란, 노광 전의 레지스트층의 두께를 100％로 하여, 노광ㆍ현상 후에 잔존하는 레지스트층의 두께를 백분율로 나타낸 것이다. 예를 들면 막 두께 1000㎚의 레지스트층에 노광, 현상을 행하여, 남은 레지스트막 두께가 650㎚이었던 것으로 하면, 레지스트 잔막률은 65.0％로 된다.

상기의 감도가 낮다라고 하는 것은, 예를 들면, 제1 레지스트층(4a)과 제2 레지스트층(4b)에 동일한 조건의 노광과 현상을 행하였을 때에, 잔막률의 수치가 큰 쪽의 감도가 낮다고 할 수 있다. 제1 레지스트의 잔막률이 80％이고, 제2 레지스트의 잔막률이 70％이면, 그 노광광에 대하여, 제1 레지스트의 감도가 낮다고 할 수 있다.

여기서, 제1 레지스트층과 제2 레지스트층 모두 포지티브형 레지스트인 경우, 제2 노광광(6)을 이용하여 노광 후에 현상한 제1 레지스트층(4a)의 잔막률이 70％ 이상이고, 제2 레지스트의 잔막률이 실질상 0％이며, 제1 노광광(5)을 이용하여 노광 후에 현상한 제2 레지스트층(4b)의 잔막률이 70％ 이상이고, 제1 레지스트의 잔막률이 실질상 0％이면, 양호하게 실시할 수 있다. 이 잔막률이 50％ 이하로 되면, 제1 레지스트층과 제2 레지스트층의 단차의 차가 작아진다. 또한, 레지스트의 패턴 형성 정밀도를 향상시키기 위해서는, 제1 레지스트층과 제2 레지스트층 모두 포지티브형 레지스트인 경우, 제2 노광광(6)을 이용하여 노광 후에 현상한 제1 레지스트층(4a)의 잔막률이 90％ 이상이고, 제2 레지스트의 잔막률이 실질상 0％이며, 제1 노광광(5)을 이용하여 노광 후에 현상한 제2 레지스트층(4b)의 잔막률이 90％ 이상이고, 제1 레지스트의 잔막률이 실질상 0％인 것이 바람직하다. 이와 같이, 레지스트 패턴의 형성이 필요한 부분의 막 감소량을 적게(잔막률값을 100％에 가깝게) 함으로써, 막 감소에 의한 레지스트 패턴의 변형을 방지할 수 있어, 보다 높은 정밀도의 패턴 형성이 가능하게 되기 때문이다.

본 실시 형태에서는 감광시키고자 하는 각각의 레지스트층에 알맞은 노광광, 즉 감광시키고자 하는 레지스트층에 대하여 감도가 높은 노광광을 선택하고, 각각의 레지스트를 노광하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 실시 형태에서는 이 노광광은 다른 레지스트층에 대하여 감도가 낮은(흡수도 적은) 것을 사용할 수 있다. 그 때문에, 노광광이 다른 레지스트층의 영향으로 감쇠되는 양은 적어, 노광광을 효율적으로 사용할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 적층한 레지스트가 원인으로 노광광이 크게 감소하는 일도 없고, 그 결과 노광량을 대폭적으로 늘릴 필요가 없기 때문에, 레지스트를 적층시켰을 때에, 노광량을 늘리는 위해서, 노광광 강도를 증가시키거나, 노광 시간을 증가시키거나 할 필요성이 거의 생기지 않는다고 하는 효과를 갖는다.

본 실시 형태에서는, 처음에 제1 노광광(5)을 이용하여 상층의 제1 레지스트층(4a)을 노광하고, 다음으로 제2 노광광(6)을 이용하여 하층의 제2 레지스트층(4b)의 노광을 실시하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 레지스트에는, 노광광이 조사되는 것에 의해 광 반응하여, 레지스트의 패턴 형성에 기여하는 재료가 포함되어 있다. 이들 광 반응을 행하는 재료는, 노광광 등의 특정한 광을 흡수하여 반응을 끝낸 후에는 다른 특성을 가진 재료로 변화되어 있는 경우가 많고, 이 때문에 광 반응 전의 재료는 감소하고, 그 결과, 특정한 파장을 포함하는 광에 대하여 투과율 등의 광학 특성이 변화되는 경우가 있다. 따라서, 먼저 하층의 제2 레지스트층(4b)을 제2 노광광(6)을 이용하여 노광한 경우, 이 제2 노광광(6)은 상층의 제1 레지스트층(4a)을 통과해 오기 때문에, 이 때, 제2 노광광(6)에 의해 노광된 제1 레지스트층(4a)의 투과율 등의 광학 특성이 변화되는 경우가 있고, 그 후에 제1 노광광(5)을 이용하여 상층의 제1 레지스트층(4a)을 노광하는 경우의 패턴 정밀도 등에 문제점이 생기는 경우가 있기 때문이다. 이에 대하여, 처음에 제1 노광광(5)을 이용하여 상층의 제1 레지스트층(4a)을 노광하였을 때에 제1 레지스트층(4a)의 광학 특성이 변화하였다고 해도, 제1 레지스트층(4a)에서의 패턴 형성은 완료되어 있기 때문에, 연속되는 하층의 제2 레지스트층(4b)에 대한 제2 노광광(6)의 투과를 방해하지 않는 한, 문제점은 생기지 않는다.

단, 하층의 제2 레지스트층(4b)을 먼저 노광해도, 상층의 제1 레지스트층(4a)에서 생기는 광학 특성의 변화가, 연속되는 그 제1 레지스트층(4a)의 노광 시에 패턴 정밀도 등에 영향을 주지 않을 정도의 것이면 문제는 없다.

또한, 본 실시 형태에서는, 상층의 제1 레지스트층(4a)에 대하여, 제1 노광광(5)을 이용한 패턴 묘화에 의해, 최종적으로 형성되는 마스크 패턴의 투광부와 반투광부에 대응하는 영역이 노광되고, 다음으로 하층의 제2 레지스트층(4b)에 대하여, 제2 노광광(6)을 이용한 패턴 묘화에 의해 마스크 패턴의 투광부에 대응하는 영역이 노광되기 때문에, 상층의 제1 레지스트층(4a)에서는, 제1 노광광(5)의 조사 후에, 그 투광부 영역이 제2 노광광(6)에 의해서도 노광되게 된다. 따라서, 제2 노광광(6)이 제2 레지스트층(4b)의 광 반응에 대하여 효율적으로 사용되기 위해서는, 제1 레지스트층(4a)은, 제1 노광광(5)의 조사 후에, 제2 노광광(6)에 대한 투과율이, 60％ 이상, 100％ 미만의 범위인 것이 바람직하고, 특히 80％ 이상, 100％ 미만인 것이 바람직하다.

또한, 광의 투과율이란, 임의의 물질을 투과할 때의 투과 직전과 직후의 광 강도의 비율로부터 구하는 것으로 한다. 예를 들면, 임의의 막 두께를 가진 레지스트층에 입사하기 직전의 광 강도를 100％로 한 경우, 그 레지스트층을 통과한 직후의 광 강도가 65％로까지 감쇠되어 있으면, 이 레지스트층의 광의 투과율은 65％이다.

또한, 상기 각 노광광의 노광량을 면 내에서 변화시킴으로써, 각 노광광에 의해 감광하는 레지스트층에서의 레지스트 잔막값을 면 내에서 상이하게 하도록 해도 된다. 각 노광광의 노광량을 면 내에서 변화시키면, 레지스트층의 층수에 의한 단차 외에, 각각의 레지스트층에 대해서도, 현상 후, 면 내에서 레지스트막 두께가 상이한 구조로 할 수 있다. 따라서, 2층의 레지스트층을 이용하여, 각 레지스트층에서도 2종류의 두께를 갖는 구조로 되도록 노광광의 노광량과 조사 에리어를 조정하면, 전부해서 4종류의 높이가 상이한 막 두께로 이루어지는 레지스트 단차 구조를 형성하는 것이 가능하다.

또한, 레지스트층을 2층뿐만 아니라 3층 이상의 복수층으로 한 경우라도, 각각의 레지스트층에 의해 단차를 형성할 수 있어, 적어도 레지스트층의 수와 동일한 수의 단차를 형성할 수 있다. 게다가, 이 복수층 레지스트에 대해서도, 각 레지스트층의 면 내에서 노광량을 변화시킨 경우, 각각의 레지스트층에 의해 형성되는 단차 구조 외에, 단차 구조를 더 늘릴 수 있다.

그런데, 노광광으로서는, 수은등이나 크세논 램프 등의 브로드(broad)한 파장 영역을 갖는 광원에, 투과광의 일부를 흡수 또는 반사시켜 분광 특성을 변화시키는 컬러 필터나 간섭 필터 등을 이용하여, 분광 특성을 변화시킨 2종류 이상의 광을 사용할 수도 있다. 또한, 단색광을 사용할 수 있는 레이저나 LED광 등을 사용한 경우에는, 제1 노광광과 제2 노광광의 분광 강도 분포에 오버랩 부분을 없앨 수 있어, 제1 레지스트층(4a)과 제2 레지스트층(4b)을 효과적으로 선택 노광할 수 있어, 바람직하다. 예를 들면 상층의 제1 레지스트층(4a)은 g선(파장 436㎚)용 포지티브형 레지스트, 하층의 제2 레지스트층(4b)은 i선(파장 365㎚)용 포지티브형 레지스트인 경우, 제1 레지스트층(4a)에 대한 노광광으로서, Kr 이온 레이저(파장 413㎚), 제2 레지스트층(4b)에 대한 노광광으로서, YAG 레이저의 SHG(파장 355㎚) 등을 사용하는 것이 가능하다.

제1 노광광을 이용하는 패턴 묘화와 제2 노광광을 이용하는 패턴 묘화를 2회로 나누어 행할 수도 있지만, 레이저광 등을 이용하여 묘화하는 경우는, 제1 노광광과 제2 노광광에 대응하는 2색의 레이저광을 동시에 스캔하면서 거의 동일 개소를 노광 묘화해 갈 수도 있다. 후자는, 묘화 시간의 단축이나, 2색의 레이저로 묘화한 각각의 묘화 패턴의 겹침 정밀도의 향상에 효과적이어서, 바람직한 방법이다. 이 경우에는, 2색의 레이저광의 각각이 교차하여, 간섭 등의 악영향이 생기지 않도록 레이저광의 배치 등을 고려할 수 있다.

다음으로, 묘화 후의 상기 레지스트막(4)의 현상을 행함으로써, 상기 제1 레지스트층(4a)과 제2 레지스트층(4b)의 각각에 형성한 묘화 패턴에 의한 단차 구조를 갖는 제1 레지스트 패턴(7)을 형성한다(도 1의 (d) 참조).

묘화 후의 레지스트막(4)은, 기본적으로는 각각의 레지스트에 적합한 현상액에 의해 현상된다. 제1 레지스트층(4a)과 제2 레지스트층(4b)에, 노광부와 미노광부의 알칼리에 대한 용해도차에 의해 패턴 형성을 행하는 포지티브형 레지스트를 이용한 경우, 제1 레지스트층(4a)과 제2 레지스트층(4b)을 1번에(동시에) 현상할 수 있다. 따라서, 현상 공정 부하가 적어져 바람직하다. 물론, 각각의 레지스트 현상액이, 다른 쪽의 레지스트에 대하여 특별히 문제를 제공하지 않는 경우에는, 상층의 레지스트층부터 순서대로, 상이한 현상액(각 레지스트층에 적합한 현상액)을 순차적으로 사용하여 현상하는 것도 가능하다. 또한, 레지스트막(4)에 네가티브형 레지스트를 사용한 경우에 관해서도 마찬가지로 현상액과 현상 방법을 상기 조건의 범위에서 선택함으로써 현상을 바람직하게 행할 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 각각 분광 감도 특성이 상이한 예를 들면 2층의 레지스트층으로 이루어지는 레지스트막의 각각의 레지스트층을 노광하기 위해서, 각각 분광 특성(파장)이 상이한 복수의 노광광을 순번대로, 또는 동시에 이용하여 묘화를 행하고, 현상함으로써, 각각의 레지스트층마다 원하는 패턴을 형성함으로써, 면 내에서 레지스트 잔막값이 상이한 레지스트 단차 구조를 정밀도 좋게 형성할 수 있다.

상기 제1 레지스트 패턴(7)은, 적어도 상기 레지스트막(4)의 레지스트층의 수와 동일한 수의 단차를 형성한 단차 구조를 갖는다.

다음으로, 상기 제1 레지스트 패턴(7)을 마스크로 하여, 레지스트 패턴이 없는 예를 들면 투광부 형성 영역의 차광막(3) 및 반투광막(2)을 웨트 에칭에 의해 제거한다(도 1의 (e) 참조). 이 경우, 예를 들면 크롬계의 차광막의 에칭액으로서는, 예를 들면, 질산 제2세륨 암모늄, 몰리브덴 실리사이드계의 반투광막의 에칭액으로서는, 예를 들면, 불산, 규불산, 불화수소암모늄 등에 과산화수소, 황산, 질산 등의 산화제를 가한 것 등을 각각 사용할 수 있다.

다음으로, 상기 제1 레지스트 패턴(7)을 애싱 등에 의해 소정량 감막시켜, 상층의 제1 레지스트층(4a) 부분과 예를 들면 반투광부 형성 영역 위의 얇은 레지스트층(제2 레지스트층(4b)) 부분을 제거한 제2 레지스트 패턴(8)을 형성한다(도 1의 (f) 참조).

그리고, 다음으로 이 제2 레지스트 패턴(8)을 마스크로 하여, 예를 들면 반투광부 영역 위가 노출되어 있는 차광막(3)을 웨트 에칭에 의해 제거하여, 하층의 반투광막(2)을 노출시킨다(도 1의 (g) 참조).

또한, 차광막과 반투광막의 각 막 재료의 조합에 의해 양자의 에칭 선택성이 낮은 경우, 미리(마스크 블랭크 제조 단계에서) 차광막과 반투광막 사이 등에 에칭 스토퍼 기능을 갖는 막을 형성해 놓고, 예를 들면 상층의 차광막만을 에칭에 의해 제거하는 경우, 하층의 반투광막을 보호하도록 해도 된다.

마지막으로 잔존한 제2 레지스트 패턴(8)을 제거함으로써, 도 1의 (h)에 도시한 바와 같은 투명 기판(1) 위에, 반투광막(2)과 차광막(3)의 적층막으로 이루어지는 차광부(21), 투명 기판(1)이 노출되어 있는 투광부(22), 및 반투광막(2)으로 이루어지는 반투광부(23)로 이루어지는 마스크 패턴을 구비하는 다계조(3계조) 포토마스크(20)가 완성된다.

본 실시 형태에 따르면, 전술한 바와 같이, 면 내에서 레지스트 잔막값이 상이한 레지스트 단차 구조를 갖는 레지스트 패턴을 정밀도 좋게 형성할 수 있기 때문에, 이 레지스트 패턴을 이용하여, 고정밀도 패턴, 특히 선폭이 고정밀도로 제어된 패턴이 형성된 다계조 포토마스크의 제조가 가능하게 되었다.

전술한 실시 형태에서는, 레지스트막을 2층 구조로 하였지만, 레지스트층을 더 복수층으로 하고, 각각의 노광광의 노광량과 조사 에리어의 조정 등을 실시하여 각각의 레지스트층마다 단차를 형성함으로써, 다단의 레지스트 단차 구조를 가진 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이 레지스트 패턴을 이용하여 복수회의 에칭과, 복수회의 레지스트 패턴의 감막 프로세스를 조합함으로써, 투과율이 상이한 복수의 반투광부와, 차광부, 투광부를 갖는 예를 들면 4계조 이상의 다계조 포토마스크를 제작할 수도 있다.

또한, 레지스트 단차 구조의 형성에서, 각 단차를 구성하도록 적층한 레지스트의 층마다 각각 상이한 분광 감도 특성을 갖는 레지스트를 채용하고, 각 층을 각각 상이한 파장의 노광광으로 개별로 노광할 수 있다. 그 때에, 예를 들면 포지티브 레지스트의 경우, 각 레지스트층에 대하여, 현상 후에 노광부(감광부)에 레지스트의 잔막이 생기는 일이 없고, 또한 미감광부에 레지스트의 감막이 생기는 일이 없는 조건에서 프로세스를 행하면, 초기 막 두께를 유지한(잔막률 대략 100％) 각 레지스트층을, 각각 레지스트의 단차로서 구성할 수 있다. 이와 같은, 현상 후에 레지스트층으로서 잔존하는 부분의 감막이 생기지 않도록 형성한 레지스트 패턴은, 레지스트 감막 시에 생기는 레지스트 패턴의 왜곡이 적어, 형성 정밀도가 향상되고, 결과적으로 포토마스크에 형성되는 마스크 패턴의 정밀도 향상으로 되기 때문에 유효하다.

또한, 전술한 다계조 마스크와 마찬가지로, 레지스트 단차 구조를 가진 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 이용하여 전자 디바이스를 제조하는 전자 디바이스의 제조 방법을 제공할 수도 있다. 즉, 그 전자 디바이스의 제조 방법은, 기판 위에, 전자 디바이스를 구성하는 복수의 박막층이 적층되고, 그 위에, 각각 상이한 분광 감도 특성을 갖는 복수의 레지스트층을 포함하는 레지스트막이 적층된 피가공체를 준비하고, 상기 레지스트막에 대하여, 각각 상이한 분광 특성을 갖는 복수의 노광광을 순번대로 이용하여 각각 소정의 패턴을 묘화한 후, 상기 레지스트막을 현상함으로써, 면 내에서 레지스트 잔막값이 상이한 제1 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 복수의 박막층의 적어도 일부의 층을 에칭하고, 다음으로, 상기 제1 레지스트 패턴을 소정량 감막시킴으로써 제2 레지스트 패턴을 형성하고, 다음으로, 상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 복수의 박막층의 적어도 일부의 층을 에칭하고, 또한 상기 제2 레지스트 패턴을 소정량 감막시키고, 이 감막시킨 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 복수의 박막층의 적어도 일부의 층을 에칭하는 공정을 필요한 횟수 반복함으로써, 상기 복수의 박막층을 패터닝하는 것을 특징으로 한다.

도 2는 전자 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위한 공정순의 단면도이다. 여기서는, 전자 디바이스의 예로서 TFT 기판의 제조 공정을 설명한다.

글래스 기판(30) 위에, 게이트 전극용 금속막을 형성하고, 포토리소그래피 프로세스에 의해 게이트 전극(31)을 형성한다. 그 후, 게이트 절연막(32), 제1 반도체막(33)(예를 들면 a-Si), 제2 반도체막(34)(예를 들면 N+a-Si), 소스/드레인용 금속막(35)을 적층하고, 또한 그 위에 각각 상이한 분광 감도 특성을 갖는 제1 레지스트층(36a)과 제2 레지스트층(36b)을 포함하는 레지스트막(36)을 적층한다(도 2 (a) 참조).

다음으로, 상기 레지스트막(36)에 대하여, 소정의 분광 특성을 갖는 제1 노광광과, 제1 노광광과는 상이한 분광 특성을 갖는 제2 노광광을 순번대로 이용하여 각각 소정의 패턴을 묘화한 후, 레지스트막(36)을 현상함으로써, 면 내에서 레지스트 잔막값이 상이한 단차 구조의 제1 레지스트 패턴(37)을 형성한다(도 2의 (b) 참조). 이에 의해, TFT 채널부 및 소스/드레인 형성 영역과, 데이터 라인 형성 영역을 덮고, 또한 채널부 형성 영역이 소스/드레인 형성 영역보다도 얇아진 제1 레지스트 패턴(37)이 형성된다.

다음으로, 상기 제1 레지스트 패턴(37)을 마스크로 하여, 레지스트 패턴이 없는 영역의 소스/드레인 금속막(35) 및 제2, 제1 반도체막(34, 33)을 에칭한다(도 2의 (c) 참조). 다음으로, 제1 레지스트 패턴(37)을 애싱에 의해 감막시킴으로써, 채널부 형성 영역의 얇은 레지스트막을 제거한 제2 레지스트 패턴(38)을 형성한다(도 2의 (d) 참조). 그러한 후, 제2 레지스트 패턴(38)을 마스크로 하여, 소스/드레인용 금속막(35)을 에칭하여, 소스/드레인(35a, 35b)이 형성되고, 다음으로 제2 반도체막(34)을 에칭하고, 마지막으로 잔존한 제2 레지스트 패턴(38)을 제거한다(도 2의 (e), (f) 참조).

이와 같이 하여, 선폭이 고도로 제어된 TFT 기판을 제조할 수 있다. 이 경우라도, 다계조 마스크와 마찬가지로, 레지스트층을 더욱 복층화하고, 각각의 노광광의 노광량과 조사 에리어의 조정 등을 실시하여 각각의 레지스트층마다 단차를 형성함으로써, 다단의 레지스트 단차 구조를 가진 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이 레지스트 패턴을 이용하여 복수회의 에칭과, 복수회의 레지스트 패턴의 감막 프로세스를 조합함으로써, 적층된 박막(반도체막, 금속막 등)의 정밀도가 높은 가공을 실현하는 것도 가능하게 된다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예에 의해 설명한다.

석영 기판 위에, 몰리브덴 실리사이드를 포함하는 반투광막(노광광 투과율 50％)과, 크롬을 주성분으로 하는 차광층 및 산화 크롬을 주성분으로 하는 반사 방지층의 적층으로 이루어지는 차광막을 성막한다. 그 위에, i선(파장 365㎚)용 포지티브형 레지스트를 1000㎚의 막 두께로 도포하고, 소정의 베이크를 행한다. 또한 그 위에, g선(파장 436㎚)용 포지티브형 레지스트를 1000㎚의 막 두께로 도포하고, 소정의 베이크를 행하여, 2층의 분광 감도 특성이 상이한 레지스트층으로 이루어지는 레지스트막을 형성한다. 이렇게 하여, 포토마스크 블랭크를 제작하였다.

다음으로, 이 포토마스크 블랭크를 이용하여, 전술한 도 1에 도시한 공정에 따라서, 3계조 포토마스크를 제작하였다.

상기 포토마스크 블랭크의 레지스트막에 대하여, 우선, Kr 이온 레이저(파장 413㎚)를 사용하여, 소정의 패턴(예를 들면 최종적으로 형성되는 3계조 포토마스크에서의 투광부와 반투광부에 대응하는 영역을 노광)을 묘화한다. 이 때, 상층의 g선용 레지스트층이 노광되지만, 하층의 i선용 레지스트층도 파장 413㎚에 대하여 감광 영역을 갖기 때문에 노광된다. 단, 본 실시예에서 사용한 i선용 레지스트는 파장 413㎚에 대한 감도가 낮기 때문에(현상 후의 레지스트 잔막률은 70％ 이상임), 특별히 지장은 없다. 또한, 본 실시예에서 사용한 g선용 레지스트는, 상기 노광에 의해, 480㎚ 이하의 흡수대를 갖는 감광기가 반응한다. 그리고, 노광된 영역의 g선용 레지스트는, 이 후에 행하는 노광광(파장 355㎚)에 대하여, 투과율이 30％ 정도이었던 것이 80％ 정도까지 증가한다.

계속해서, 상기 레지스트막에 대하여, YAG 레이저의 THG(파장 355㎚)를 사용하여, 소정의 패턴(예를 들면 최종적으로 형성되는 3계조 포토마스크에서의 투광부에 대응하는 영역을 노광)을 묘화한다. 이 때, 하층의 i선용 레지스트층이 노광되지만, 노광되는 영역에 대응하는 상층의 g선용 레지스트층은, 이미 최초의 파장 413㎚의 레이저로 노광되어 있고, 파장 355㎚의 노광광에 대해서는, 투과율이 80％ 정도까지 증가되어 있기 때문에, 하층의 i선용 레지스트층에의 노광은 효율적으로 행해진다.

다음으로, 알칼리 현상액을 이용하여 상기 레지스트막의 현상을 1번에 행함으로써, 상기 g선용 레지스트층과 i선용 레지스트층의 각각에 형성한 패턴에 의한 단차 구조를 갖는 제1 레지스트 패턴을 형성한다. 그리고, 이 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 레지스트 패턴이 없는 예를 들면 투광부 형성 영역의 차광막 및 반투광막을 웨트 에칭에 의해 제거한다.

다음으로, 상기 제1 레지스트 패턴을 애싱에 의해 감막시켜, 예를 들면 반투광부 형성 영역의 얇은 레지스트층을 제거한 제2 레지스트 패턴을 형성한다. 그리고, 이 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 예를 들면 반투광부 영역이 노출되어 있는 차광막을 웨트 에칭에 의해 제거하여, 하층의 반투광막을 노출시킨다. 마지막으로 잔존한 제2 레지스트 패턴을 제거한다.

이와 같이 하여, 도 1의 (h)에 도시한 바와 같은 투명 기판 위에 차광부, 투광부, 및 반투광부로 이루어지는 마스크 패턴을 구비하는 3계조 포토마스크가 완성된다.

이와 같이, 각각 분광 감도 특성이 상이한 예를 들면 2층의 레지스트층으로 이루어지는 레지스트막의 각각의 레지스트층을 노광하기 위해서, 각각 분광 특성(파장)이 상이한 2종류의 노광광을 순번대로, 또는 동시에 이용하여 묘화를 행하여, 각각의 레지스트층에 패턴을 형성함으로써, 면 내에서 레지스트 잔막값이 상이한 레지스트 단차 구조를 갖는 레지스트 패턴을 정밀도 좋게 형성할 수 있다. 이에 의해, 패턴 선폭이 고도로 제어된 다계조 포토마스크의 제조가 가능하게 되었다. 또한, 레지스트 단차 구조를 갖는 레지스트 패턴은, 다계조 포토마스크뿐만 아니라, 예를 들면 TFT 기판 등의 전자 디바이스의 제조에도 이용할 수 있다. 이 다단의 단차 구조를 갖는 레지스트 패턴을 이용한 복수회의 에칭과, 복수회의 레지스트 패턴의 감막 프로세스를 조합함으로써, 패턴 선폭이 고도로 제어되고, 또한 종래의 패터닝을 적어도 2번 반복하여 다계조 포토마스크를 제작하는 방법에서와 같은 얼라인먼트 어긋남의 발생이 억제된 미세 패턴 형성이 가능하게 된다.

Claims (9)

1. 투명 기판 위에, 차광부, 투광부, 및 노광광 투과율을 소정량 저감시키는 반투광부로 이루어지는 마스크 패턴을 갖는 다계조 포토마스크의 제조 방법으로서,
   투명 기판 위에, 반투광막과 차광막, 및 각각 상이한 분광 감도 특성을 갖는 제1 레지스트층과 제2 레지스트층을 포함하는 레지스트막이 적층된 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과,
   상기 레지스트막에 대하여, 소정의 분광 특성을 갖는 제1 노광광을 이용하여 제1 패턴을 묘화하고, 다음으로 상기 제1 노광광과는 상이한 분광 특성을 갖는 제2 노광광을 이용하여 제2 패턴을 묘화한 후, 상기 레지스트막을 현상함으로써, 면 내에서 레지스트 두께가 상이한 부분을 갖는 제1 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
   상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 차광막 및 반투광막을 에칭하는 공정과,
   상기 제1 레지스트 패턴을 두께 방향으로 소정량 감막시킴으로써 제2 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
   상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여 적어도 상기 차광막을 에칭하는 공정
   을 갖는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 레지스트층과 제2 레지스트층의 어느 것에도 포지티브형 레지스트를 이용하여, 상기 제1 노광광을 이용한 묘화에 의해 상기 마스크 패턴의 투광부와 반투광부에 대응하는 영역을 노광하고, 상기 제2 노광광을 이용한 묘화에 의해 상기 마스크 패턴의 투광부에 대응하는 영역을 노광하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 레지스트 패턴은, 적어도 상기 레지스트막의 레지스트층의 수와 동일한 수의 단차를 형성한 단차 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 제조 방법.
4. 투명 기판 위에, 차광부, 투광부, 및 노광광 투과율을 소정량 저감시키는 반투광부로 이루어지는 마스크 패턴을 갖는 다계조 포토마스크의 제조에 이용하는 다계조 포토마스크용 블랭크로서,
   투명 기판 위에, 반투광막과 차광막과 레지스트막이 이 순서로 적층되고, 상기 레지스트막은, 서로 다른 분광 감도 특성을 갖는 제2 레지스트층과 제1 레지스트층이 이 순서로 적층되어 이루어지고,
   상기 레지스트막에 대하여, 소정의 분광 특성을 갖는 제1 노광광을 이용하여 제1 패턴을 묘화하고, 다음으로 상기 제1 노광광과는 상이한 분광 특성을 갖는 제2 노광광을 이용하여 제2 패턴을 묘화한 후, 상기 레지스트막을 현상함으로써, 면 내에서 레지스트 두께가 상이한 부분을 갖는 레지스트 패턴을 형성함에 있어서,
   묘화 및 현상 후의 레지스트 잔막률로 감도를 비교한 경우, 상기 제1 레지스트층은, 상기 제2 노광광에 대한 감도가, 상기 제1 노광광에 대한 감도보다도 낮고, 또한, 상기 제2 레지스트층은, 상기 제1 노광광에 대한 감도가, 상기 제2 노광광에 대한 감도보다도 낮은 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크용 블랭크.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 레지스트층의 분광 감도의 최대값을 주는 파장과, 상기 제2 레지스트층의 분광 감도의 최대값을 주는 파장과의 차가, 50∼700㎚의 범위인 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크용 블랭크.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 제1 레지스트층은, 상기 제1 노광광의 조사 후에, 상기 제2 노광광에 대한 투과율이, 60％ 이상, 100％ 미만의 범위인 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크용 블랭크.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 제1 레지스트층은, g선(파장 436㎚)용 포지티브형 레지스트를 함유하고, 상기 제2 레지스트층은, i선(파장 365㎚)용 포지티브형 레지스트를 함유하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크용 블랭크.
8. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 제1 레지스트층과 상기 제2 레지스트층의 막 두께는 각각 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크용 블랭크.
9. 기판 위에, 전자 디바이스를 구성하는 복수의 박막층이 적층되고, 그 위에, 각각 상이한 분광 감도 특성을 갖는 복수의 레지스트층을 포함하는 레지스트막이 적층된 피가공체를 준비하고,
   상기 레지스트막에 대하여, 각각 상이한 분광 특성을 갖는 복수의 노광광을 순번대로 이용하여 각각 소정의 패턴을 묘화한 후,
   상기 레지스트막을 현상함으로써, 면 내에서 레지스트 두께가 상이한 부분을 갖는 제1 레지스트 패턴을 형성하고,
   상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 복수의 박막층의 적어도 일부의 층을 에칭하고,
   다음으로, 상기 제1 레지스트 패턴을 두께 방향으로 소정량 감막시킴으로써 제2 레지스트 패턴을 형성하고,
   다음으로, 상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 복수의 박막층의 적어도 일부의 층을 에칭하고,
   또한 상기 제2 레지스트 패턴을 두께 방향으로 소정량 감막시키고, 이 감막시킨 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 복수의 박막층의 적어도 일부의 층을 에칭하는 공정을 필요한 횟수 반복함으로써, 상기 복수의 박막층을 패터닝하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.

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