KR101127376B1 - 다계조 포토마스크, 패턴 전사 방법 및 다계조 포토마스크를 이용한 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

투명 기판(11) 상에 형성한 차광막 및 반투광막을 각각 패턴 가공함으로써, 차광부(12), 투광부(14), 제1 반투광부(13a) 및 제2 반투광부(13b)를 포함하는 소정의 전사 패턴을 형성한 다계조 포토마스크이다. 제1 반투광부와 제2 반투광부는, 막질 또는 막 구성이 서로 다른 제1 반투광막 및 제2 반투광막을 각각 투명 기판 상에 형성하여 이루어진다. 제2 반투광부의 패턴 선폭은 제1 반투광부의 패턴 선폭보다 작다. 제2 반투광막의, 365～436㎚의 파장 영역에서의 막 투과율의 파장 의존성은, 제1 반투광막의 동일한 파장 영역에서의 막 투과율의 파장 의존성보다 크다.

투명 기판, 차광부, 투광부, 제1 반투광부, 제2 반투광부

Description

다계조 포토마스크, 패턴 전사 방법 및 다계조 포토마스크를 이용한 표시 장치의 제조 방법{MULTI-GRAY SCALE PHOTOMASK, PATTERN TRANSFER METHOD, AND DISPLAY DEVICE MANUFACTURING METHOD USING THE PHOTOMASK}

본 발명은, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : 이하, LCD라고 칭함) 등의 박막 트랜지스터(TFT)를 이용한 표시 장치의 제조에 바람직하게 이용되는 다계조 포토마스크, 전사 방법 및 그 다계조 포토마스크를 이용한 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

종래, LCD의 분야에서, 제조에 필요한 포토마스크 매수를 삭감하는 방법이 제안되어 있다. 즉, 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display : 이하, TFT-LCD라고 부름)는, CRT(음극선관)에 비교하여, 박형으로 하기 쉬워 소비 전력이 낮다고 하는 이점때문에, 현재 상품화되어 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 액정층의 개재 하에 서로 겹쳐진 개략 구조를 갖는다. TFT-LCD에서는, 제조 공정수가 많고, TFT 기판만으로도 5～6매의 포토마스크를 이용하여 제조되어 있었다. 이와 같은 상황 하에, TFT 기판의 제조를 4매의 포토마스크를 이용하여 행하는 방법이 제안되었다(「월간 에프피디 인텔리전스(FPD Intelligence)」, 1999년 5월, p.31-35 참조).

이 방법은, 차광부, 투광부 외에 반투광부를 갖는 3계조 이상의 포토마스크(이하, 다계조 포토마스크라고 함)를 이용함으로써, 사용하는 마스크 매수를 저감한다고 하는 것이다.

도 8 및 도 9에, 다계조 포토마스크를 이용한 TFT 기판의 제조 공정의 일례를 나타낸다.

도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 글래스 기판(71) 상에, 패터닝된 게이트 전극(72)이 형성되고, 그 후에, 게이트 절연막(73), 제1 반도체막(74)(a-Si), 제2 반도체막(75)(n⁺a-Si), 소스/드레인용 금속막(76), 및 포지티브형 포토레지스트막(77)이 순차적으로 형성된다. 다음에 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 차광부(81), 투광부(82) 및 반투광부(83)를 갖는 다계조 포토마스크(80)를 이용하여, 포지티브형 포토레지스트막(77)을 노광하고, 현상함으로써, 채널 형성 영역 및 소스/드레인 형성 영역을 덮는 레지스트 패턴(77a)을 형성한다. 다계조 포토마스크(80)의 반투광부(83)가, 채널 형성 영역에 대응하는 부분에 형성되어 있기 때문에, 레지스트 패턴(77a)의 채널 형성 영역은 소스/드레인 형성 영역보다도 얇게 되어 있다.

다음에 도 8의 (c)에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴(77a)을 마스크로 하여, 소스/드레인 금속막(76), 제2 반도체막(75) 및 제1 반도체막(74)을 에칭한다. 다음에 도 9의 (d)에 도시한 바와 같이, 채널 형성 영역의 얇은 레지스트막이 완전하게 제거될 때까지 산소 애싱을 실시함으로써, 소스/드레인 형성 영역을 덮는 레지스트 패턴(77b)이 형성된다. 레지스트 패턴(77b)은 산소 애싱되어 있으므로, 상기 도 8의 (b)에 도시한 공정으로 형성된 레지스트 패턴(77a)보다도 막 두께가 얇게 되어 있다.

그 후 도 9의 (e)에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴(77b)을 마스크로 하여, 소스/드레인용 금속막(76) 및 제2 반도체막(75)을 에칭하고, 마지막으로 도 9의 (f)에 도시한 바와 같이 잔존한 레지스트 패턴(77b)을 제거한다. 이 공정에 의해, 소스 전극/드레인 전극(76a 및 76b)이 형성되고, 그 사이에 채널부가 형성된다.

TFT에서는, 채널부의 폭(W), 즉 소스 전극/드레인 전극(76a 및 76b)간의 거리가 TFT의 특성에 크게 영향을 주므로, TFT 기판의 제조에서는, 채널 폭 W를 정밀도 좋게 재현하는 것이 중요하다.

일반적으로, 다계조 포토마스크(차광부, 투광부 외에 반투광부를 갖는 3계조 이상의 포토마스크)에서는, 피전사체 상에 원하는 잔막값을 갖는 레지스트 패턴을 얻기 위해, 반투광부의 노광광 투과율을 선택하고, 결정한다. 이 광 투과율로서는, 투광부(즉 투명 기판이 노출되어 있는 부분)의 투과율을 100％로 하였을 때의, 반투광막의 투과율을 이용하여 규정한다.

그러나, 이 경우의 투과율의 값은, 노광기의 해상도에 대해, 어느 정도 이하의 치수의 패턴에 대해서는, 엄밀하게 말하면, 실제의 패턴 전사에 기여하는 노광광량을 정확하게 반영하고 있지 않은 경우가 있다. 이것은, 반투광부와, 그것에 인접하는 패턴과의 경계에서의 노광광의 회절의 영향이 원인이기 때문에, 이 경향은 노광기의 해상도가 일정할 때, 미소한 패턴으로 될수록, 노광광 파장이 길수록 현저해진다. 즉, 일정 이상의 넓은 영역을 갖는 반투광부의 투과율은, 막 고유의 투과율(막 투과율이라고도 함)을 기준으로서 규정하면 되지만, 미소한 패턴에서는, 막 투과율만으로는, 실제의 노광광의 투과율을 표현할 수 없다.

따라서, 일정한 치수를 갖는 반투광부의 투과율을, 그 막 투과율(충분히 넓은 영역을 갖는 반투광막의 투과율)과 구별하고, 실제의 노광광의 반투광부에서의 투과량과 투광부(충분히 넓은)에서의 투과량과의 비를, 실효 투과율로서 파악할 필요가 있다. 여기서 충분히 넓은 영역이란, 그 이상 넓게 하여도, 넓이의 변화에 의해, 실효 투과율이 실질적으로 변화하지 않는 영역을 말한다. 예를 들면, 일반적으로 이용되는 대형 마스크용 노광기에 대해, 20㎛ 폭은 충분히 넓은 영역이라고 말할 수 있다.

구체적으로는, 반투광부에, 매우 좁은 폭을 포함하는 패턴 형상과, 상대적으로 넓은 영역의 패턴 형상이 존재하면, 반투광부에 대응하는 피전사체 상의 레지스트 잔막은, 패턴 형상에 의하지 않고 일정한 막 두께로 되어야 하는 바, 동일한 반투광막에 의한 반투광부이어도, 패턴 형상에 기인하여 반투광부의 실효 투과율이 서로 다르기 때문에, 서로 다른 막 두께의 레지스트 패턴이 형성되게 되어, 원하는 허용 범위를 초과한 막 두께의 변동을 발생시키면, 전자 디바이스 제조상의 불안정 요소 로 된다고 하는 문제가 있다.

예를 들면, 상기(배경 기술)에서 설명한 바와 같이, TFT 기판 제조용의 다계조 포토마스크로서는, 채널부에 상당하는 영역을 반투광부로 하고, 이를 사이에 두는 형태로 인접하는 소스 및 드레인에 상당하는 영역을 차광부로 구성한 것이 다용된다. 이 포토마스크는, 통상 i선～g선의 파장대의 노광광을 이용하여 노광되지만, 채널부의 치수(폭)가 작아짐에 따라, 인접하는 차광부와의 경계가, 실제의 노광 조건 하에서 바래져, 채널부의 반투광부의 실효 투과율은 반투광막의 막 투과율보다도 낮아진다.

도 10은, 차광부 A 사이에 끼워진 반투광부 B의 패턴과, 그 반투광부 B의 투과광의 광 강도 분포를 도시한 것으로, 도 10의 (1)은 일례로서 반투광 영역의 폭이 4㎛의 경우의 패턴의 평면도이며, 도 10의 (2)가 그 패턴에 i선～g선의 파장대의 노광광을 입사한 경우의 반투광부 B의 투과광의 광 강도 분포이다. 도 10의 (3)은 반투광 영역의 폭이 2㎛의 경우의 패턴의 평면도이며, 도 10의 (4)가 그 경우의 반투광부 B의 투과광의 광 강도 분포이다. 도 10의 (2) 및 (4)에 도시한 바와 같이, 차광부 A 사이에 끼워진 반투광부 B의 투과광의 광 강도 분포는, 그 반투광부 B의 선폭이 작아지면, 전체적으로 하강 피크가 낮아진다. 즉, 폭이 좁은 영역을 갖는 패턴에 대해서는, 실제로 노광에 기여하는 투과율(반투광부의 실효 투과율)이 상대적으로 낮은 한편, 상대적으로 선폭이 넓은 영역을 갖는 패턴에 대해서는, 실제의 노광에 기여하는 투과율(반투광부의 실효 투과율)이 상대적으로 높다. 또한, 반투광부의 실효 투과율 커브에서, 피크의 부분의 값을, 그 반투광부의 실효 투과율로서 취급하는 경우도 있다. 여기의 투과율이, 피전사체 상에 형성되는 레지스트 잔막값과 상관한다.

또한, 발명자들은, 반투광부가 갖는 실효 투과율이, 노광광 파장의 분광 특성에 의해서도 영향을 받는 것을 발견하였다. 즉, 반투광막이 갖는 막 투과율은, 원래 입사광 파장에 의해 투과율이 상이한 경향(투과율 파장 의존성)이 있다. 덧붙여 말하면, 미소 패턴으로 될수록, 그 패턴 선폭은, 노광광 파장에 근접하므로, 노광광 파장의 파장 영역 중, 장파장측의 광에 대한 투과율이 내려가는 경향이 있다. 즉, 반투광부가 갖는 실효 투과율에도 파장 의존성이 있으며, 막이 갖는 막 투과율의 파장 의존성뿐만 아니라, 패턴 치수가 영향을 주는 실효 투과율의 파장 의존성도 감안하지 않으면, 원하는 레지스트 잔막값을 제공하는 다계조 포토마스크를 확실하게 얻을 수 없는 것을 발견하였다.

TFT 기판에서는, 면내의 패턴 치수는 다양한 것이 있다. 예를 들면, 화소부에서의 TFT의 채널 폭(수㎛)에 비해, 제어 회로 등이 형성되어 있는 주변부의 패턴은, 패턴 선폭이 큰 경우가 많다. 이들 복수의 패턴에 대해, 예를 들면 동일한 레지스트 잔막을 얻고자 하여도, 용이하지는 않다. 그럼에도 불구하고, TFT 기판용의 다계조 포토마스크의 반투광부에 설정하는 투과율을 결정할 때, 패턴의 치수나, 분광 특성이 상이한 광원에 대한 투과율의 변화에 대해서는 정확하게 고려되어 있지 않은 것이 현상이다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 과제를 감안하여, 반투광부를 통하여 노광ㆍ현 상된 레지스트막 두께의, 패턴 치수나 노광광의 분광 특성에 기인하는 변동을 억지하고, 박막 가공에 유리하게 이용되는 다계조 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명자들은, 반투광막의 막 투과율이 갖는 파장 의존성에 주목하고, 또한 반투광부의 패턴 폭과 실효 투과율 사이에도 파장 의존성이 존재하는 것을 발견하고, 양자를 해석하여, 패턴 폭이 넓은 부분의 반투광막과 패턴 폭이 좁은 부분의 반투광막으로, 파장 의존성이 서로 다른 막 투과율을 갖는 반투광막을 이용하는 것을 생각하였다.

즉, 본 발명에 따른 다계조 포토마스크는, 투명 기판 상에, 차광막 및 반투광막을 형성하고, 상기 차광막 및 상기 반투광막을 각각 패턴 가공함으로써, 차광부, 투광부, 제1 반투광부 및 제2 반투광부를 포함하는 소정의 전사 패턴이 형성된 다계조 포토마스크로서, 상기 제1 반투광부와 상기 제2 반투광부는, 막질 또는 막 구성이 서로 다른 제1 반투광막 및 제2 반투광막을 각각 상기 투명 기판 상에 형성하여 이루어지고, 상기 제2 반투광부의 패턴 선폭이 상기 제1 반투광부의 패턴 선폭보다 작고, 상기 제2 반투광막의, 365～436㎚의 파장 영역에서의 막 투과율의 파장 의존성이, 상기 제1 반투광막의 동일한 파장 영역에서의 막 투과율의 파장 의존성보다 큰 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 따른 다계조 포토마스크에서, 상기 제1 반투광부와, 상기 제2 반투광부의, 365㎚～436㎚의 파장 대역을 갖는 노광광에 대한 실효 투과율의 파 장 의존성의 차가, 상기 제1 반투광막과 상기 제2 반투광막의 상기 노광광에 대한 막 투과율의, 파장 의존성의 차 보다 작으면 바람직하다. 또한, 상기 제1 반투광부와 상기 제2 반투광부의, 365㎚～436㎚의 파장 대역을 갖는 노광광에 대한 실효 투과율이, 실질적으로 동등한 것이 바람직하다. 여기서는, 피전사체 상에 원하는 잔막값을 갖는 레지스트 패턴을 갖기 위해 허용되는 실효 투과율의 오차의 범위 내로써, 노광광에 대한 실효 투과율이 실질적으로 동등한 것으로 한다. 구체적으로는 실효 투과율의 차이가 1％ 이내를 동등한 것으로 하지만, 사용 레지스트의 종류나 프로세스의 차이에 의해 이 수치는 변하는 경우가 있다. 또한, 제1 반투광막 및 제2 반투광막이, 각각 서로 다른 막질의 반투광성의 막이어도 되고, 상기 제1 반투광막과 상기 제2 반투광막 중 어느 하나는, 막질이 서로 다른 2개 이상의 층을 적층하여 이루어지는 막 구조를 갖는 것이어도 된다. 또한, 상기 제1 반투광부와, 상기 제2 반투광부의, 365㎚～436㎚의 파장 대역에서의 실효 투과율의 파장 의존성이, 실질적으로 동등한 것이 바람직하고, 제1 반투광막에 MoSi를 함유하고, 제2 반투광막에 CrO를 함유할 수 있다. 여기서는, 피전사체 상에 원하는 잔막값을 갖는 레지스트 패턴을 갖기 위해 허용되는, 실효 투과율의 파장 의존성의 오차의 범위 내로써, 노광광에 대한 실효 투과율의 파장 의존성이 실질적으로 동등한 것으로 한다. 구체적으로는 실효 투과율의 파장 의존성 곡선을 직선에 근사하였을 때의 기울기의 차가 1％ 이내로 동등한 것으로 하지만, 사용 레지스트의 종류나 프로세스의 차이에 의해 이 수치는 변하는 경우가 있다.

또한, 본 발명에 따른 다계조 포토마스크에서, 상기 전사 패턴은, 표시 장치 의 화소부에서의 TFT의 채널부에 대응하는 부분에, 상기 제2 반투광부를 갖는 것으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 다계조 포토마스크를 이용하여, 365～436㎚의 파장 영역을 갖는 노광 장치에 의해, 상기 전사 패턴을 피전사체에 전사하는 것을 바람직하게 행할 수 있다. 또한, 이 전사 방법에 의해 박막 가공을 행하여, 본 발명에 따른 표시 장치용 TFT의 제조를 바람직하게 행할 수 있다.

본 발명에 따른 다계조 포토마스크는, 반투광부의 패턴 폭과 실효 투과율과의 관계의 파장 의존성과, 반투광막 본래의 막 투과율(충분히 넓은 영역을 갖는 반투광막의 투과율)의 파장 의존성을 고려하여, 패턴 폭이 넓은 반투광부와 패턴 폭이 좁은 반투광부로, 파장 의존성이 서로 다른 막 투과율을 갖는 반투광막을 이용하는 것으로 하였으므로, 반투광부를 통하여 노광, 현상된 레지스트막 두께의, 패턴 치수에 기인하는 변동을 적게 할 수 있다.

이하에, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 이들 도면 및 설명은 본 발명을 예시하는 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니고, 다른 실시 형태도 본 발명의 범주에 속할 수 있는 것은 물론이다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 단면의 개략을 도시하는 도면이다. 다계조 포토마스크(10)는, 글래스 기판(11) 상에, 반투광막과 차광막을 형성하고, 각각의 막을 패턴 가공하여 얻어진다. 여기서는, 글래스 기판(11) 상에, 2개의 반투광막과 차광막이 적층되어 있는 부분이 차광부(12)이며, 글래스 기판 상에 제1 반투광막이 형성된 부분이 제1 반투광부(13a)이며, 제2 반투광막이 형성된 부분이 제2 반투광부(13b)이며, 기판이 노출되어 있는 부분이 투광부(14)이다.

이 다계조 포토마스크(10)에 광을 조사하면, 차광부(12)에서는 조사광이 실질적으로 차광되고, 제1 반투광부(13a) 및 제2 반투광부(13b)에서는 조사광의 일부만이 투과하고, 투광부(14)에서는, 실질적으로 조사광의 전부가 투과한다. 2개의 차광부 사이에 위치하는, 패턴 선폭이 좁은 제2 반투광부(13b)의 365～436㎚의 파장 영역에서의 투과율 파장 의존성은, 패턴 선폭이 넓은 제1 반투광부(13a)보다 크다.

다음으로, 본 발명에 따른 다계조 포토마스크의 특징을 설명한다. 우선, 이미 설명한 바와 같이, 반투광부의 실효 투과율은, 어느 정도 이하의 치수의 패턴에서는, 패턴의 치수에 의존하고, 그 관계는 노광광의 파장에도 의존한다. 그 관계를 도 2에 도시한다. 도 2는, 글래스 기판에 투광 영역의 폭이 서로 다른 라인 앤드 스페이스의 패턴을 형성한 샘플을 준비하고, 그 샘플에, i선(365㎚), h선(405㎚), g선(436㎚)의 광을 입사한 경우의 실효 투과율을 측정한 결과이다. 도 2에서, 횡축은 투광 영역의 패턴 폭(㎛)이며, 종축은 광의 실효 투과율(％)이다. ▲ 표시가 i선의 경우의 그래프이며, ■ 표시가 h선의 경우의 그래프이며, ◆ 표시가 g선의 경우의 그래프이다. 각 그래프는, 투광 영역의 패턴 폭이 20㎛의 경우의 투과율을 100％로 한 경우의 값이다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 패턴 폭이 5㎛ 부근 및 그보다 작은 경우에, 실효 투과율이 급격하게 내려가 있다. 또한, 실 효 투과율이 내려가는 방향은 노광광 파장에 의해 상이하다.

또한, 가령 충분히 넓은 영역을 갖는 반투광막의 투과율(예를 들면 패턴 폭이 20㎛인 투과율)이, 약 40％인 반투과막을 이용한 경우의 노광광 파장과 실효 투과율과의 관계를 각 패턴 폭에 대해서 나타낸 그래프를 도 3에 도시한다. 도 3에서, 횡축은 노광광 파장(㎚)이며, 종축은 실효 투과율(％)이다. * 표시가 패턴 폭 10㎛의 경우의 그래프이며, × 표시가 패턴 폭 6㎛의 경우의 그래프이며, ▲ 표시가 패턴 폭 5㎛의 경우의 그래프이며, ■ 표시가 패턴 폭 4㎛의 경우의 그래프이며, ◆ 표시가 패턴 폭 3㎛의 경우의 그래프이다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 예를 들면 막 투과율 40％로 설계하였다고 하여도, 패턴 폭이 10㎛～3㎛인 범위에서 상이하면, 실효 투과율은 노광광이 i선(365㎚)인 경우에는 39％～29.7％ 사이에서 변화하고, h선(405㎚)인 경우에는 38.3％～27.4％ 사이에서 변화하고, g선(436㎚)인 경우에는 38.5％～26.3％ 사이에서 변화하게 된다. 즉, 실효 투과율은 노광광 파장과 패턴 폭에 의존하고 있다. 또한, 각 패턴 폭에서의 실효 투과율은, 노광광 파장이 커지면 작게 되어 있다.

여기서, 반투광막으로서, 예를 들면 MoSi막을 이용한 경우를 생각한다. MoSi막에 의한 반투광막의 막 투과율이 365～436㎚인 파장 영역에서 약 5％ 변화하는 것을 예로 든다. 이 경우, MoSi막을 투명 기판 상에 형성하여 이루어지는 반투광막의, 436㎚의 노광광에서의 막 투과율은, 365㎚의 노광광에서의 투과율보다 5％ 크다. 즉, 도 3에 도시한, 각 패턴 폭에 의한 실효 투과율의 파장 의존성 변화 방향과는 반대의 의존성을 갖고, 각 패턴 폭에서의 실효 투과율의 파장 의존성 변화 방향을 상쇄하는 효과를 갖는다. 이와 같은 파장 의존성을 갖는 MoSi막을 이용하여, 충분히 넓은 영역(여기서는 패턴 폭이 20㎛)에서의 i선(365㎚)의 막 투과율이 40％, h선(405㎚)의 막 투과율이 43％, g선(436㎚)의 막 투과율이 45％로 되는 반투광막을 제작한 경우의 노광광 파장(㎚)과 실효 투과율(％)과의 관계를 각 패턴 폭(㎛)에 대해 나타낸 표를 표 1로 나타낸다.

이 표로부터, 패턴 폭이 20㎛에서의 i선의 투과율(막 투과율)을 40％로 설계한 MoSi막에서는, 예를 들면 패턴 폭이 4㎛인 패턴에서는, 실효 투과율은 34.1％～36.4％의 값으로 된다. 즉, i선에서는 패턴 폭 4㎛에서의 투과율은, 패턴 폭 20㎛에서의 투과율로부터 약 6％ 어긋나 있고, 마찬가지로 h선에서 약 8％ 어긋나 있고, g선에서는 약 9％ 어긋나 있다.

다음으로, 예를 들면 패턴 폭이 4㎛인 패턴에서, 상기한 바와 같이 i선의 투과율이 40％, h선의 투과율이 43％, g선의 투과율이 45％로 되도록 하기 위해서는, 막 투과율이 어떠한 파장 의존성을 갖는 반투과막이 필요한지를 나타낸 표를 표 2로 나타낸다.

이 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 패턴 폭 20㎛의 경우의 투과율(즉, 막 투과율)이, i선에서 46.9％, h선에서 52.4％, g선에서 55.6％로 되는 파장 의존성을 갖는 반투과막을 형성하면, 패턴 폭 4㎛에서, i선의 투과율이 40％, h선의 투과율이 43％, g선의 투과율이 45％로 되는 반투광막으로 된다.

예를 들면, CrO막에 의한 반투광막으로서, 막 투과율(충분히 넓은 영역을 갖는 반투광막의 투과율)이 365～436㎚인 파장 영역에서 약 10％ 변화하는 것을 작성할 수 있으므로, 상기한 바와 같은 반투과막의 파장 의존성과 거의 일치하는 것을 알 수 있다.

즉 도 1에서, 예를 들면 제1 반투광부(13a)의 패턴 폭이 20㎛, 제2 반투광부(13b)의 패턴 폭이 4㎛일 때, 제1 반투광부(13a)의 반투광막으로서 막 투과율의 파장 의존성이 비교적 작은 MoSi막을 이용하여, 그 막 두께를, i선에서의 막 투과율이 40％로 되도록 형성하고, 제2 반투광부(13b)의 반투광막으로서 투과율의 파장 의존성이 비교적 큰 CrO막을 이용하여, 그 막 두께를, i선에서의 막 투과율이 46.9％로 되도록 형성하면, 그 다계조 포토마스크를 통하여 i선～g선의 파장대의 노광광을 입사한 경우의 제1 반투광부(13a)의 실효 투과율과 제2 반투광부(13b)의 실효 투과율은, 실질적으로 동등한 것으로 된다. 또한, 이 2개의 반투광부의 파장 의존성을 실질적으로 동등하게 할 수 있므로, 노광기의 분광 특성에 의해, 제1, 제2 반투광부의 실효 투과율이 변화하게 되는 경우도 없다. 즉, 그 다계조 포토마스크를 이용하여 노광/현상한 피가공체 상의 레지스트 패턴의, 제1 반투광부(13a)에 대응하는 부분의 레지스트막과 제2 반투광부(13b)에 대응하는 부분의 레지스트막과의 막 두께는 실질적으로 동등하게 된다.

상기의 예에서는, 예를 들면 투과율 40％의 반투광막에 대해서 기재하였지만, 이 값은, 목적에 따라서 설정할 수 있어, 제1 반투광부(13a) 및 제2 반투광부(13b)의 막 두께를 조정함으로써, 변경 가능하다. 또한, 제1 반투광부(13a) 및 제2 반투광부(13b)의 패턴 치수에 대해서도 변경할 수 있어, 적절하게, 목적에 따른 투과율의 파장 의존성을 갖는 막을 선택할 수 있다. 예를 들면, MoSi, CrO 이외에도 CrN, CrON 등을 사용할 수 있고 각각 투과율의 파장 의존성이 상이하므로, 이 중으로부터 적절하게 선택할 수 있다. 또한, 투과율의 파장 의존성이 서로 다른 복수 반투광막을 적층하여 1개의 반투광부를 형성함으로써, 반투광막의 투과율의 파장 의존성을 조정할 수도 있다.

다음으로, 다계조 포토마스크(10)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 4 및 도 5는, 다계조 포토마스크(10)의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이며, 각각의 공정에서의 단면의 개략을 도시한다.

우선 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 글래스 기판(21) 상에 제1 반투광막(22) 및 차광막(23)을 형성한 포토마스크 블랭크를 준비하고, 그 위에 포지티브형 레지스트를 도포하고, 베이킹을 행하여, 레지스트막(24)을 형성한다. 이 제1 반투광막(22)과 차광막(23)은, 다계조 포토마스크(10)의 제조 공정에서, 서로 에칭에 대해 내성을 갖는 막으로 되어 있다. 예를 들면, 제1 반투광막(22)으로서 MoSi를 이용하고, 차광막(23)으로서 Cr을 이용한 경우, MoSi는 크롬용 에칭 가스 또는 액에 대해 내성을 갖고, Cr은 MoSi용 에칭 가스 또는 액에 대해 내성을 갖는다.

다음에 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 이 레지스트막(24)을 전자선 또는 레이저를 이용한 묘화 장치에 의해 노광하여 묘화하고, 현상하여, 제1 레지스트 패턴(24a)을 형성한다. 이 제1 레지스트 패턴(24a)은, 제조되는 도 5의 (i)의 다계조 포토마스크(10)의 투광부(14) 및 제2 반투광부(13b)를 개구 영역으로 하는 형상으로 형성된다.

다음에 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 이 제1 레지스트 패턴(24a)이 형성된 차광막(23)을, 크롬용 에칭 가스 또는 액을 이용하고, 제1 레지스트 패턴(24a)을 마스크로 하여 드라이 에칭 또는 웨트 에칭한다. 이 에칭에 의해, 차광막(23)에 차광막 패턴이 형성된다. 또한, 제1 반투광막(22)은 크롬용 에칭 가스 또는 액에 대해 내성을 갖기 때문에, 이 차광막(23)의 에칭 시에는 에칭되기 어렵다.

다음에 도 4의 (d)에 도시한 바와 같이, 제1 레지스트 패턴(24a)을 박리하고, 그 후, 도 4의 (e)에 도시한 바와 같이 패터닝된 차광막(23)을 마스크로 하여, 제1 반투광막(22)을 드라이 또는 웨트 에칭한다. 또는, 차광막(23)을 패터닝한 후, 제1 레지스트 패턴(24a) 및 패터닝된 차광막(23)을 마스크로 하여, 제1 반투광막(22)을 드라이 또는 웨트 에칭하고, 그 후에 상기 제1 레지스트 패턴(24a)을 박리하여도 된다. 이들 웨트 또는 드라이 에칭에서, Cr로 이루어지는 차광막(23)은, MoSi용 에칭 가스 또는 액에 대해 내성을 갖기 때문에, 이 제1 반투광막(22)의 에칭 시에 에칭되는 일이 없다. 또한, 상기 MoSi용 에칭액으로서는, 예를 들면 불화 수소산, 규불화 수소산, 불화수소 암모늄으로부터 선택되는 적어도 하나의 불소 화합물과, 과산화수소, 질산, 황산으로부터 선택되는 적어도 하나의 산화제를 함유하는 것이 사용된다.

계속해서 도 5의 (f)에 도시한 바와 같이, 차광막(23) 상 및 노출된 글래스 기판(21) 상에 제2 반투광막(25)을 성막한다. 또한, 제2 반투광막(25)과 차광막(23)은, 도 5의 (i)의 다계조 포토마스크(10)의 제조 공정에서, 서로 에칭에 대해 내성이 작은 막이다. 즉, 제2 반투광막(25)과 차광막(23)은, 동종의 에칭 가스 또는 액에 의해 에칭이 가능한 소재(재료)에 의해 구성된다. 제2 반투광막(25)으로는 예를 들면, CrO막이어도 된다.

다음에 도 5의 (g)에 도시한 바와 같이, 제2 반투광막(25) 상에 레지스트막을 성막하고, 계속해서, 이 레지스트막을 전술한 바와 마찬가지로 노광하여 묘화하고, 현상하여, 제2 레지스트 패턴(26)을 형성한다. 이 제2 레지스트 패턴(26)은, 제조되는 도 5의 (i)의 다계조 포토마스크(10)의 투광부(14) 및 제1 반투광부(13a)를 개구 영역으로 하는 형상으로 형성된다.

다음에 도 5의 (h)에 도시한 바와 같이, 제2 레지스트 패턴(26)을 마스크로 하여, 상기 크롬용 에칭 가스 또는 액을 이용하여 제2 반투광막(25) 및 차광막(23)을 드라이 또는 웨트 에칭한다. 그 후 도 5의 (i)에 도시한 바와 같이, 잔존하는 제2 레지스트 패턴(26)을 제거(박리)하여, 제1 반투광막(22)으로 이루어지는 제1 반투광부(13a), 제2 반투광막(25)으로 이루어지는 제2 반투광부(13b)와, 제1 반투광막(22), 차광막(23) 및 제2 반투광막(25)이 적층되어 이루어지는 차광부(12)를 갖는 다계조 포토마스크(10)를 제조할 수 있다.

제1 반투광막(22) 및 제2 반투광막(25)의 막 두께는, 이미 설명한 바와 같이, 제1 반투광부(13a) 및 제2 반투광부(13b) 각각의 패턴 폭 및 원하는 실효 투과율에 따라서, 투과율의 패턴 폭 및 파장에 대한 의존성과, 각각의 반투광막을 구성하는 재질 고유의 투광율의 파장 의존성을 고려하여, 막 두께를 결정할 수 있다.

또한, 본 발명의 다계조 포토마스크를 TFT 기판 제작용에 이용하는 경우에는, 제2 반투광부(13b)를 비교적 선폭이 작은 화소부의 TFT 채널부에 이용하고, 제1 반투광부(13a)를 비교적 선폭이 큰 주변부 패턴에 이용할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 6 및 도 7은, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이며, 각각의 공정에서의 단면의 개략을 도시한다.

우선 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 글래스 기판(41) 상에 차광막(42)을 형성한 포토마스크 블랭크를 준비하고, 그 위에 포지티브형 레지스트를 도포하고, 베이킹을 행하여, 레지스트막(43)을 형성한다. 차광막(43)으로서는 예를 들면 Cr을 이용할 수 있다.

다음에 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 이 레지스트막(43)을 전자선 또는 레이저를 이용한 묘화 장치에 의해 노광하여 묘화하고, 현상하여, 제1 레지스트 패턴(43a)을 형성한다. 이 제1 레지스트 패턴(43a)은, 제조되는 도 7의 (j)의 다계조 포토마스크(10)의 투광부(14), 제1 반투광부(13a) 및 제2 반투광부(13b)를 개구 영역으로 하는 형상으로 형성된다.

다음에 도 6의 (c)에 도시한 바와 같이, 이 제1 레지스트 패턴(43a)이 형성된 차광막(42)을, 크롬용 에칭 가스 또는 액을 이용하고, 제1 레지스트 패턴(43a)을 마스크로 하여 드라이 에칭 또는 웨트 에칭한다. 이 에칭에 의해, 차광막(42)에 차광막 패턴이 형성된다.

다음에 도 6의 (d)에 도시한 바와 같이, 제1 레지스트 패턴(43a)을 박리하고, 그 후, 차광막(42) 상 및 노출된 글래스 기판(41) 상에 제1 반투광막(44)을 성막한다. 제1 반투광막(44)으로서는, 예를 들면 CrO, CrN, MoSi 등을 이용할 수 있다.

다음에 도 6의 (e)에 도시한 바와 같이, 제1 반투광막(44) 상에 레지스트막을 성막하고, 계속해서, 이 레지스트막을 전술한 바와 마찬가지로 노광하여 묘화하고, 현상하여, 제2 레지스트 패턴(45)을 형성한다. 이 제2 레지스트 패턴(45)은, 제조되는 도 7의 (j)의 다계조 포토마스크(10)의 투광부(14) 및 제2 반투광부(13b)를 개구 영역으로 하는 형상으로 형성된다.

다음에 도 7의 (f)에 도시한 바와 같이, 제2 레지스트 패턴(45)을 마스크로 하여, 제1 반투광막(44)을 드라이 또는 웨트 에칭한다. 에칭 가스 또는 에칭액은 막의 재질에 따라서 적절하게 선택할 수 있다.

다음에 도 7의 (g)에 도시한 바와 같이, 제2 레지스트 패턴(45)을 박리하고, 그 후, 제1 반투광막(44) 상 및 노출된 글래스 기판(41) 상에 제2 반투광막(46)을 성막한다. 제2 반투광막(45)으로서는, 예를 들면 CrO, CrN, MoSi 등을 이용할 수 있다.

다음에 도 7의 (h)에 도시한 바와 같이, 제2 반투광막(46) 상에 레지스트막을 성막하고, 계속해서, 이 레지스트막을 전술한 바와 마찬가지로 노광하여 묘화하고, 현상하여, 제3 레지스트 패턴(47)을 형성한다. 이 제3 레지스트 패턴(47)은, 제조되는 도 7의 (j)의 다계조 포토마스크(10)의 투광부(14)를 개구 영역으로 하는 형상으로 형성된다.

다음에 도 7의 (i)에 도시한 바와 같이, 제3 레지스트 패턴(47)을 마스크로 하여, 제2 반투광막(46)을 드라이 또는 웨트 에칭한다. 에칭 가스 또는 에칭액은 막의 재질에 따라서 적절하게 선택할 수 있다.

그 후 도 7의 (j)에 도시한 바와 같이, 제3 레지스트 패턴(47)을 박리하여, 제1 반투광막(44) 및 제2 반투광막(46)의 적층막으로 이루어지는 제1 반투광부(13a), 제2 반투광막(46)으로 이루어지는 제2 반투광부(13b)와, 차광막(42), 제1 반투광막(44) 및 제2 반투광막(46)의 적층막으로 이루어지는 차광부(12)를 갖는 다계조 포토마스크(10)를 제조할 수 있다.

제1 반투광막(22) 및 제2 반투광막(25)의 막 두께는, 이미 설명한 바와 같이, 제1 반투광부(13a) 및 제2 반투광부(13b) 각각의 패턴 폭 및 원하는 투과율에 따라서, 투과율의 패턴 폭 및 파장에 대한 의존성과, 각각 반투광막을 구성하는 재질 고유의 광 투광율의 파장 의존성을 고려하여, 막 두께를 결정할 수 있다. 도 6 및 도 7을 이용하여 설명한 제조 방법에 의해 제작된 다계조 포토마스크(10)에서는 제1 반투광부(13a)는 제1 반투광막(44) 및 제2 반투광막(46)의 적층막으로 이루어지므로, 각각의 반투광막의 투과율의 파장 의존성을 고려하여 조합함으로써, 원하는 투과율을 갖는 반투광부를 구성할 수 있다.

또한, 전술한 다계조 포토마스크(10)를 TFT 기판 제작용에 이용하는 경우에는, 제2 반투광부(13b)를 비교적 패턴이 작은 화소부의 TFT 채널부에 이용하고, 제1 반투광부(13a)를 비교적 패턴이 큰 주변부에 이용할 수 있다.

상기 실시 형태에서는, 차광막으로서 Cr, 제1 반투광막 및 제2 반투광막으로서, MoSi, CrO 또는 CrN을 이용한 경우의 예를 나타냈지만, 본 발명은 그것에는 한정되지 않고, 목적에 따라서 적절하게 다른 재료를 선택할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 다계조 포토마스크의 제조 방법으로서 2개의 예를 기재하였지만, 제조 방법이 이들에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 실시 형태에서의 재료, 사이즈, 처리 수순 등은 일례이며, 다양하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에서의 다계조 포토마스크의 단면의 개략을 도시하는 도면.

도 2는 다계조 포토마스크의 실효 투과율의 패턴 폭 의존성을 설명하기 위한 도면.

도 3은 다계조 포토마스크의 실효 투과율의 파장 의존성을 설명하기 위한 도면.

도 4는 도 1의 다계조 포토마스크의 제작 공정을 설명하기 위한 도면.

도 5는 도 4에 후속하는 도면.

도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에서의 다계조 포토마스크의 제작 공정을 설명하기 위한 도면.

도 7은 도 6에 후속하는 도면.

도 8은 다계조 포토마스크를 이용한 TFT의 제작 공정을 설명하기 위한 도면.

도 9는 다계조 포토마스크를 이용한 TFT의 제작 공정을 설명하기 위한 도면.

도 10은 반투광부의 패턴 폭과 투과광 강도와의 관계를 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 80 : 다계조 포토마스크

12, 81 : 차광부

14, 82 : 투광부

71 : 글래스 기판

73 : 게이트 절연막

74 : 제1 반도체막

75 : 제2 반도체막

76 : 소스/드레인용 금속막

77 : 포지티브형 포토레지스트막

83 : 반투광부

Claims (10)

1. 투명 기판 상에, 차광막 및 반투광막을 형성하고, 상기 차광막 및 상기 반투광막을 각각 패턴 가공함으로써, 차광부, 투광부, 제1 반투광부 및 제2 반투광부를 포함하는 소정의 전사 패턴이 형성된 다계조 포토마스크이며,

   상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부는, 상기 다계조 포토마스크를 이용해서 노광 및 현상한 뒤, 피가공체 위에 막 두께가 동일한 레지스트 잔막을 형성하는 다계조 포토마스크에 있어서,

   상기 제1 반투광부와 상기 제2 반투광부는, 막재료 또는 막 구성이 서로 다른 제1 반투광막 및 제2 반투광막을 각각 상기 투명 기판 상에 형성하여 이루어지고, 상기 제2 반투광부의 패턴 선폭이 상기 제1 반투광부의 패턴 선폭보다 작고, 상기 제2 반투광막의, 365～436㎚의 파장 영역에서의 막 투과율의 파장 의존성이, 상기 제1 반투광막의 동일한 파장 영역에서의 막 투과율의 파장 의존성보다 큰 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 반투광부와 상기 제2 반투광부의, 365㎚～436㎚의 파장 대역을 갖는 노광광에 대한 실효 투과율의 파장 의존성의 차가, 상기 제1 반투광막과 상기 제2 반투광막의 상기 노광광에 대한 막 투과율의 파장 의존성의 차보다 작은 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1 반투광부와 상기 제2 반투광부의, 365㎚～436㎚의 파장 대역을 갖 는 노광광에 대한 실효 투과율이, 실질적으로 동등한 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1 반투광부와 상기 제2 반투광부의, 365㎚～436㎚의 파장 대역에서의 실효 투과율의 파장 의존성이, 실질적으로 동등한 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1 반투광막 및 상기 제2 반투광막이, 각각 서로 다른 막재료의 반투광성의 막인 다계조 포토마스크.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제1 반투광막과 상기 제2 반투광막 중 어느 하나는, 막재료가 서로 다른 2개 이상의 층을 적층하여 이루어지는 막 구조를 갖는 다계조 포토마스크.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제1 반투광막이 MoSi를 함유하고, 상기 제2 반투광막이 CrO를 함유하는 막인 다계조 포토마스크.
8. 제1항에 있어서,

   상기 전사 패턴은, 표시 장치의 화소부에서의 TFT의 채널부에 대응하는 부분에, 상기 제2 반투광부를 갖는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 다계조 포토마스크를 이용하여, 365～436㎚의 파장 영역을 갖는 노광 장치에 의해, 상기 전사 패턴을 피전사체에 전사하는 패턴 전사 방법.
10. 제9항의 전사 방법을 적용하여 박막 가공을 행하는 공정을 포함하는 표시 장치용 TFT의 제조 방법.

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