KR101215742B1 - 그레이 톤 마스크의 제조 방법 및 그레이 톤 마스크 - Google Patents

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Abstract

고품질의 TFT를 제조하는 것이 가능한 하프 톤 막 타입의 그레이 톤 마스크의 제조 방법을 제공한다．
투명 기판(21) 상에 반투광막(22) 및 차광막(23)이 차례로 형성된 마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 마스크 블랭크 상에 차광부에 대응하는 영역의 레지스트 패턴(24a)을 형성하고, 이 레지스트 패턴(24a)을 마스크로 하여 차광막(23)을 에칭함으로써, 반투광막(22) 상에 차광부를 형성하는 공정과, 이어서, 적어도 반투광부를 포함하는 영역에 레지스트 패턴(24b)을 형성하고, 이 레지스트 패턴(24b)을 마스크로 하여 반투광막(22)을 에칭함으로써, 반투광부 및 투광부를 형성하는　공정을 구비하는, 차광부, 투광부 및 반투광부를 갖는 그레이 톤 마스크의 제조 방법이다．

Description

그레이 톤 마스크의 제조 방법 및 그레이 톤 마스크{Method for manufacturing gray tone mask and gray tone mask}
본 발명은 박막 트랜지스터 액정표시장치(Thin film transistor Liquid Crystal Display : 이하, TFT-LCD라고 함) 등의 제조에 적합하게 사용되는 그레이 톤 마스크의 제조 방법 및 그레이 톤 마스크에 관한 것이다.
TFT-LCD는 음극선관(CRT)과 비교하여, 박형으로 하기 쉽고 소비전력이 낮다는 이점으로 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 칼라필터가 액정상의 개재하에 중합된 개략 구조를 가진다. TFT-LCD에서는 제조공정수가 많고, TFT 기판만도 5～6매의 포토 마스크를 이용하여 제조되고 있었다.
이와 같은 상황하에 TFT 기판의 제조를 4매의 포토 마스크를 이용하여 행하는 방법이 제안되었다(예를 들면, 하기 특허문헌 1, 비특허문헌 1).
이 방법은 차광부와 투광부와 반투광부(그레이 톤부)를 가진 포토 마스크(이하, 그레이 톤 마스크라고 함)를 사용함으로써, 사용하는 마스크 매수를 저감하는 것이다. 도 10 및 도 11(도 11는 도 10의 제조공정의 연결)에는 그레이 톤 마스크를 사용한 TFT 기판의 제조공정의 일예가 도시되어 있다.
유리기판(1) 상에 게이트 전극용 금속막이 형성되고, 포토 마스크를 사용한 포토 리소그래피프로세스에 의하여 데이트 전극(2)이 형성된다. 그런 다음, 게이트 절연막(3), 제 1 반도체막(4, a-Si), 제 2 반도체막(5, N+ a-Si), 소스 드레인용 금속막(6) 및 포지티브형 포토 레지스트막(7)이 형성된다(도 10(1)). 그리고 나서 차광부(11)와 투광부(12)와 반투광부(13)를 갖는 그레이 톤 마스크(10)를 사용하여 포지티브형 레지스트막(7)을 노광하여 현상함으로써, TFT 채널부 및 소스 드레인 형성 영역과, 데이터 라인 형성 영역을 덮어씌우는 동시에, 채널부 형성 영역이 소스 드레인 형성 영역보다도 얇아지도록 제 1 레지스트 패턴(7a)이 형성된다(도 10(2)). 그리고 나서 제 1 레지스트 패턴(7a)을 마스크로 하여 소스 드레인 금속막(6) 및 제 2, 제 1 반도체막(5, 4)을 에칭한다(도 10(3)). 그리고 나서, 채널부 형성영역의 얇은 레지스트막을 산소에 의한 에싱(ashing)에 의해 제거하고, 제 2 레지스트 패턴(7b)을 형성한다(도 11(1)). 그런 후 제 2 레지스트 패턴(7b)을 마스크로 하여 소스 드레인용 금속막(6)이 에칭되고, 소스/드레인(6a, 6b)이 형성되고, 다음에 제 2 반도체막(5)을 에칭하여(도 11(2)), 마지막으로 잔존하는 제 2 레지스트 패턴(7b)을 박리한다(도 11(3)).
여기에서 이용되는 그레이 톤 마스크(10)로는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 소스/드레인에 대응하는 차광부(11a, 11b)와, 투광부(12)와, 채널부에 대응하는 반투광부(그레이 톤부)(13)를 갖는다. 반투광부(13)는, 그레이 톤 마스크를 사용하는 대형 LCD용 노광기의 해상 한계 이하의 미세 패턴으로 이루어지는 차광 패턴(13a)을 형성한 영역이다. 차광부(11a, 11b)와 차광 패턴(13a)은 모두 크롬이나 크롬 화합물 등의 같은 재료로 이루어지는 같은 두께의 막으로 통상 형성되어 있다. 그레이 톤 마스크를 사용하는 대형 LCD용 노광기의 해상 한계는, 스텝퍼 방식의 노광기에서 약 3㎛, 밀러 프로젝션 방식의 노광기에서 약 4㎛이다. 이 때문에, 예를 들면, 도 12에서 반투광부(13)에 있어서의 투과부(13b)의 스페이스폭을 3㎛ 미만, 차광 패턴(13a)의 라인폭을 노광기의 해상 한계 이하인 3㎛ 미만으로 한다.
특개 2000-111958호 공보
「월간 에프피디 인텔리전스(FPD Intelligence)」, 1999년 5월, p 31～35
상술한 미세 패턴 타입의 반투광부는, 그레이 톤 부분의 설계, 구체적으로는 차광부와 투광부의 중간적인 하프 톤 효과를 갖게 하기 위한 미세 패턴을 라인 앤드 스페이스 타입으로 할 것인지, 돗트(그물점) 타입으로 할 것인지, 혹은 그 외의 패턴으로 할 것인지의 선택이 있으며, 또한, 라인 앤드 스페이스 타입의 경우, 선폭을 어느 정도로 할 것인지, 광이 투과하는 부분과 차광되는 부분의 비율을 어떻게 할 것인지, 전체의 투과율을 어느 정도로 설계할 것인지 등 상당히 많은 것을 고려하여 설계를 해야만 했다. 또한, 마스크 제조에 있어서도 선폭의 중심값의 관리 및 마스크 내의 선폭의 편차 관리와 상당히 어려운 생산기술이 요구되고 있었다.
그런 점에서, 하프 톤 노광하고자 하는 부분을 반투과성의 하프 톤 막(반투광막)으로 하는 것이 종래로서 제안되어 있다. 이 하프 톤 막을 이용함으로써 하프 톤 부분의 노광량을 적게 하여 하프 톤 노광할 수 있다. 하프 톤 막으로 변경함으로써, 설계에 있어서는 전체의 투과율이 어느 정도 필요한지를 검토하는 것 만으로 충분하고, 마스크에 있어서도 하프 톤 막의 막 종류나 막 두께를 선택하는 것만으로 마스크의 생산이 가능해진다. 따라서, 마스크 제조에서는 하프 톤 막의 막 두께 제어를 수행하는 것 만으로 충분하여, 비교적 관리가 용이하다. 또한, TFT의 채널부를 반투광부에서 형성하는 경우, 하프 톤 막이라면 포토 리소그래피 공정에 의해 용이하게 패터닝할 수 있기 때문에, 채널부의 형상도 복잡한 형상이 가능해진다.
종래 하프 톤 막 타입의 그레이 톤 마스크는 이하와 같이 하여 제조되고 있었다. 여기에서는 도 1에 나타낸 바와 같이 TFT 기판의 패턴(100)을 일예로 설명한다. 패턴(100)은 TFT 기판의 소스 및 드레인에 대응하는 패턴(101a, 101b)으로 이루어지는 차광부(101)와, TFT 기판의 채널부에 대응하는 패턴으로 이루어지는 반투광부(103)와, 이들 패턴의 주위에 형성되는 투광부(102)로 구성된다.
먼저, 투명 기판 상에 반투광막 및 차광막을 순차 형성한 마스크 블랭크를 준비하고, 이 마스크 블랭크 상에 레지스트막을 형성한다. 다음으로 패턴 묘화를 하여 현상함으로써, 상기 패턴(100)의 차광부(101) 및 반투광부(103)에 대응하는 영역에 레지스트 패턴을 형성한다. 이어서 적당한 방법으로 에칭함으로써 상기 레지스트 패턴이 형성되어 있지 않은 투광부(102)에 대응하는 영역의 차광막과 그 하층의 반투광막이 제거되고, 도 13(1)에 나타낸 바와 같은 패턴이 형성된다. 즉, 투광부(202)가 형성되고, 동시에 상기 패턴(100)의 차광부와 반투광부에 대응하는 영역의 차광패턴(201)이 형성된다. 잔존하는 레지스트 패턴을 제거하고 나서 다시 레지스트 막을 기판 상에 형성하고, 패턴 묘화를 하여 현상함으로써, 이번에는 상기 패턴(100)의 차광부(101)에 대응하는 영역에 레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 적당한 에칭에 의해 레지스트 패턴이 형성되어 있지 않은 반투광부의 영역의 차광막 만을 제거한다. 이로 인해, 도 13(2)에 나타낸 바와 같이 상기 패턴(100)에 대응하는 패턴이 형성된다. 즉, 반투광막의 패턴(203)에 의한 반투광부가 형성되고, 동시에, 차광부의 패턴(201a 및 201b)이 형성된다.
그러나, 이러한 종래의 마스크 제조 방법에 따르면, 첫 번째 투광부를 형성하는 포토 리소그래피그래피 공정과, 두 번째 반투광부를 형성하는 포토 리소그래피그래피 공정에 있어서, 각각 패턴 묘화를 수행하기 때문에, 두 번째 묘화는 첫 번째 묘화와 패턴 어긋남이 생기지 않도록 얼라인먼트(alignment)를 취할 필요가 있으나, 얼라인먼트의 정밀도를 올린다고 해도 얼라인먼트 어긋남을 완전히 없애는 것은 실제로는 상당히 어렵다. 예를 들면 도 14(a)와 같이, 얼라인먼트 어긋남 때문에 반투광부의 패턴(203)이 도시하는 X방향으로 어긋나 형성된 경우, TFT 기판의 소스/드레인에 대응하는 차광부의 면적이 설계치와 서로 다르게 되어버려, TFT의 특성이 변해버리는 문제점이 발생한다. 또한, 도14(b)에 나타낸 바와 같이, 얼라인먼트 어긋남 때문에 반투광부의 패턴(203)이 도시하는 Y방향으로 어긋나 형성된 경우는, TFT 기판의 소스와 드레인 사이의 단락(쇼트)으로 인한 불량이 발생한다. 결국, 이러한 종래의 마스크 제조 방법에서는 TFT에서 특히 중요한 채널부분을 정밀도 높게 형성하는 것이 곤란하다.
그런 점에서 본 발명의 목적은, 종래의 문제점을 해소하여, 고품질의 TFT를 제조하는 것이 가능한 하프 톤 막 타입의 그레이 톤 마스크의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1) 차광부, 투광부 및 반투광부로 이루어지는 패턴을 갖는 그레이 톤 마스크의 제조 방법에 있어서, 투명 기판상에, 적어도 반투광막 및 차광막이 차례로 형성된 마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 상기 마스크 블랭크 상에 상기 차광부에 대응하는 영역의 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 에칭함으로써, 반투광막 상에 차광부를 형성하는 차광부 패턴 형성 공정과, 이어서, 적어도 상기 반투광부를 포함하는 영역에 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 반투광막을 에칭함으로써, 반투광부 및 투광부를 형성하는 반투광부 패턴 형성 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
(구성 2) 차광부, 투광부 및 반투광부로 이루어지는 패턴을 갖는 그레이 톤 마스크의 제조 방법에 있어서, 투명 기판상에, 적어도, 투과율의 막 두께 의존성을 갖는 차광막이 형성된 마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 상기 마스크 블랭크 상에 상기 차광부에 대응하는 영역의 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 소정의 투과율을 얻을 수 있는 막 두께가 되도록 하프 에칭함으로써, 기판상에 차광부를 형성하는 차광부 패턴 형성 공정과, 이어서, 적어도 상기 반투광부 및 차광부를 포함하는 영역에 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 하프 에칭되어 있는 차광막을 다시 에칭하여 제거함으로써, 반투광부 및 투광부를 형성하는 반투광부 패턴 형성 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
(구성 3) 박막 트랜지스터 기판의 제조공정에서 사용하는 그레이 톤 마스크로서, 차광부, 투광부 및 반투광부로 이루어지는 패턴을 가지며, 상기 박막 트랜지스터 기판에 있어서의 소스 및 드레인에 대응하는 패턴이 상기 차광부로부터 형성되고, 채널부에 대응하는 패턴이 상기 반투광부로부터 형성되는 그레이 톤 마스크의 제조 방법에 있어서, 투명 기판상에, 차광부, 투광부 및 반투광부로 이루어지는 패턴을 형성하는 공정을 갖는 그레이 톤 마스크의 제조 방법에 있어서, 상기 패턴을 형성하는 공정은, 투명 기판상에, 차광부를 형성하기 위한 차광부 형성용 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 에칭하는 공정을 포함하는 차광부 패턴 형성 공정과, 투명 기판상에, 적어도 반투광부를 형성하기 위한 반투광부 형성용 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 반투광막을 에칭하는 공정을 포함하는 반투광부 패턴 형성 공정을 가지며, 상기 차광부 패턴 형성 공정 후에, 반투광부 패턴 형성 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
(구성 4) 박막 트랜지스터 기판의 제조공정에서 사용하는 그레이 톤 마스크로서, 차광부, 투광부 및 반투광부로 이루어지는 패턴을 가지며, 상기 박막 트랜지스터 기판에 있어서의 소스 및 드레인에 대응하는 패턴이 상기 차광부로부터 형성되고, 채널부에 대응하는 패턴이 상기 반투광부로부터 형성되는 그레이 톤 마스크의 제조 방법에 있어서, 투명 기판상에, 적어도 반투광막 및 차광막이 차례로 형성된 마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 상기 마스크 블랭크상에 상기 소스 및 드레인에 대응하는 패턴의 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 에칭함으로써, 반투광막 상에, 소스 및 드레인에 대응하는 패턴으로 이루어지는 차광부를 형성하는 차광부 패턴 형성 공정과, 이어서, 적어도 상기 채널부를 포함하는 영역에 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 반투광막을 에칭함으로써, 채널부에 대응하는 반투광부를 형성하는 반투광부 패턴 형성 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
(구성 5) 박막 트랜지스터 기판의 제조공정에서 사용하는 그레이 톤 마스크로서, 차광부, 투광부 및 반투광부를 가지며, 상기 박막 트랜지스터 기판에 있어서의 소스 및 드레인에 대응하는 패턴이 상기 차광부로부터 형성되고, 채널부에 대응하는 패턴이 상기 반투광부로부터 형성되는 그레이 톤 마스크의 제조 방법에 있어서, 투명 기판상에, 적어도 투과율의 막 두께 의존성을 갖는 차광막이 형성된 마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 상기 마스크 블랭크상에 상기 소스 및 드레인에 대응하는 패턴의 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 소정의 투과율을 얻을 수 있는 막 두께가 되도록 하프 에칭함으로써, 소스 및 드레인에 대응하는 패턴으로 이루어지는 차광부를 형성하는 차광부 패턴 형성 공정과, 이어서, 적어도 상기 채널부를 포함하는 영역에 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 하프 에칭되어 있는 차광막을 다시 에칭하여 제거함으로써, 채널부에 대응하는 반투광부를 형성하는 반투광부 패턴 형성 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
(구성 6) 박막 트랜지스터 기판의 제조공정에서 사용하는 그레이 톤 마스크로서, 차광부, 투광부 및 반투광부를 가지며, 상기 박막 트랜지스터 기판에 있어서의 소스 및 드레인에 대응하는 패턴이 상기 차광부로부터 형성되고, 채널부에 대응하는 패턴이 상기 반투광부로부터 형성되는 그레이 톤 마스크의 제조 방법에 있어서, 투명 기판상에, 적어도 차광막이 형성된 마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 상기 마스크 블랭크상에 상기 소스 및 드레인에 대응하는 패턴의 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 에칭함으로써, 투명 기판상에 차광부를 형성하는 차광부 패턴 형성 공정과, 이어서, 상기 차광부가 형성된 투명 기판상에 반투광막을 형성하는 공정과, 이어서, 적어도 상기 채널부를 포함하는 영역에 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 반투광막을 에칭함으로써, 반투광부 및 투광부를 형성하는 반투광부 패턴 형성 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
(구성 7) 상기 마스크 블랭크의 반투광막과 차광막 사이에, 차광막을 에칭에 의해 제거할 때에 반투광막을 보호하기 위한 버퍼막을 설치하는 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 4에 기재된 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
(구성 8) 상기 그레이 톤 마스크는, 차광부와 반투광부와의 인접부를 가지며, 상기 반투광부 패턴 형성 공정에 있어서, 상기 차광부와 인접하는 반투광부를 형성하기 위한 반투광부 형성용 레지스트 패턴으로서, 차광부측에 적어도 원하는 마진 영역을 부가한 반투광부에 대응하는 영역보다도 큰 반투광부 형성용 레지스트 패턴을 이용하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
(구성 9) 상기 기재된 그레이 톤 마스크의 제조 방법에 있어서, 상기 반투광부 패턴 형성 공정에 있어서, 채널부에 대응하는 반투광부를 형성하기 위한 반투광부 형성용 레지스트 패턴으로서, 채널부에 대응하는 영역에 적어도 원하는 마진 영역을 부가한 채널부에 대응하는 영역보다도 큰 반투광막 형성용 레지스트 패턴을 이용하는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
(구성 10) 상기 차광부, 투광부, 및 반투광부로 이루어지는 패턴은, 상기 그레이 톤 마스크를 이용하여 노광하는 피처리체에 있어서의 감광성 재료층으로의 노광량을, 상기 차광부, 투광부 및 반투광부 각각에 있어서 다르게 함으로써, 서로 다른 막 두께의 감광성 재료층으로 이루어지는 피처리체의 처리를 수행하기 위한 마스크층을 피처리체 상에 얻기 위한 패턴인 것을 특징으로 하는 구성 1~6에 기재된 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
(구성 11) 박막 트랜지스터 기판의 제조공정에서 사용하는 그레이 톤 마스크로서, 차광부, 투광부, 및 반투광부를 가지며, 상기 박막 트랜지스터 기판에 있어서의 소스 및 드레인에 대응하는 패턴이 상기 차광부로부터 형성되고, 채널부에 대응하는 패턴이 상기 반투광부로부터 형성되는 그레이 톤 마스크에 있어서, 상기 채널부에 있어서, 채널부에 대응하는 영역에 원하는 마진 영역을 부가한 채널부에 대응하는 영역보다도 큰 반투광막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 그레이 톤 마스크.
구성 1에 따르면, 본 발명이 그레이 톤 마스크의 제조 방법은, 투명 기판상에 적어도 반투광막 및 차광막이 차례로 형성된 마스크 블랭크를 이용하여, 이 마스크 블랭크 상에 차광부에 대응하는 영역의 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭함으로써, 반투광막 상에 차광부를 형성하는 차광부 패턴 형성 공정과, 이어서, 적어도 상기 반투광부를 포함하는 영역에 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭함으로써, 반투광부 및 투광부를 형성하는 반투광부 패턴 형성 공정을 갖는다.
따라서, 포토 리소그래피 공정은 두 번 수행하지만, 첫 번째 포토 리소그래피그래피 공정에서 차광부가 되는 부분만을 패터닝하기 때문에, 이 시점에서 차광부와 그 이외의 반투광부가 되는 부분을 포함하는 영역이 형성된다. 결과적으로, 차광부와 반투광부의 위치 관계나 크기 등은 첫 번째 패터닝에 의해 결정되기 때문에, 차광부와 반투광부의 위치 정밀도 등은 한 번의 묘화 정밀도로 보장할 수 있게 된다. 따라서, 종래와 같은 두 번째 포토 리소그래피 공정에서의 묘화시의 얼라인먼트 어긋남 등의 영향에 따른 품질 악화를 방지할 수 있다. 이렇게, 구성 1의 방법에 따르면, 마스크로서는 충분한 품질을 확보할 수 있기 때문에, 특히 차광부와 반투광부의 위치 정밀도나 크기, 치수 등, 높은 패턴 정밀도가 요구되는 그레이 톤 마스크의 제조에 적합하다. 예를 들면, TFT 기판 제조용 그레이 톤 마스크의 제조에 특히 적합하다.
구성 2에 따르면, 그레이 톤 마스크의 제조 방법은, 투명 기판상에 적어도 차광막이 형성된 마스크 블랭크를 이용하여, 이 마스크 블랭크 상에 차광부에 대응하는 영역의 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 하프 에칭함으로써 차광부를 형성하는 차광부 패턴 형성 공정과, 이어서, 적어도 반투광부 및 차광부를 포함하는 영역에 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 하프 에칭된 차광막을 다시 에칭하여 제거함으로써, 반투광부 및 투광부를 형성하는 반투광부 패턴 형성 공정을 갖는다.
본 구성에 이용하는 마스크 블랭크는, 투명 기판 상에 설치한 차광막은, 기본적으로는 차광성을 갖지만, 그 막 두께에 따라 투과율 특성이 달라지는 재질로 되어 있다. 즉, 투명 기판 상에 투과율이 거의 0%가 되는 막 두께로 차광막을 형성하고, 차광부 이외의 영역은 하프 에칭에 의해 차광막의 막 두께를 얇게 하면 반투광부에 필요한 약 50%의 투과율을 얻을 수 있다. 본 구성에 따르면, 상술한 구성 1과 마찬가지로, 패턴 정밀도가 높은 그레이 톤 마스크를 얻을 수 있다. 그와 함께, 사용하는 마스크 블랭크의 층 구성이 간단하기 때문에 제조가 용이하다는 이점이 있다.
구성 3에 따르면, TFT 기판의 제조공정에서 사용하는 그레이 톤 마스크로서, TFT 기판에 있어서의 소스 및 드레인에 대응하는 패턴이 차광부로부터 형성되고, 소스와 드레인 사이의 채널부에 대응하는 패턴이 반투광부로부터 형성되는 그레이 톤 마스크의 제조 방법에 있어서, 상기 차광부 패턴 형성 공정 후에, 반투광부 패턴 형성공정을 수행한다.
즉, 첫 번째의 포토 리소그래피 공정에서 소스/드레인에 대응하는 차광부가 되는 부분을 패터닝함으로써, 이 차광부가 형성된다. 고품질의 TFT 특성을 확보하기 위해서는, 소스와 드레인 사이의 채널부의 패턴 정밀도가 특히 중요하다. 본 구성의 방법에 따르면, 소스 및 드레인에 대응하는 차광부 및 그 소스와 드레인 사이의 채널부에서 중요한 갭은, 첫 번째 묘화에 의해 한 번에 만들 수 있으며, 그 위치 정밀도 등은 한 번의 묘화 정밀도로 보장할 수 있다. 따라서, 두 번째 포토 리소그래피 공정에 있어서의 묘화시 얼라인먼트 어긋남 등의 영향에 따른 품질 악화를 방지할 수 있어, 높은 패턴 정밀도가 요구되는 TFT 기판 제조용의 그레이 톤 마스크로서 충분한 품질을 확보할 수 있다.
구성 4에 따르면, TFT 기판의 제조 방법에서 사용하는 그레이 톤 마스크로서, TFT 기판에 있어서의 소스 및 드레인에 대응하는 패턴이 상기 차광부로부터 형성되고, 소스와 드레인 사이의 채널부에 대응하는 패턴이 반투광부로부터 형성되는 그레이 톤 마스크의 제조 방법에 있어서, 투명 기판상에 적어도 반투광막 및 차광막이 차례로 형성된 마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 이 마스크 블랭크상에 상기 소스 및 드레인에 대응하는 패턴의 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭함으로써, 반투광막 상에 소스 및 드레인에 대응하는 패턴으로 이루어지는 차광부를 형성하는 차광부 패턴 형성 공정과, 이어서, 적어도 상기 채널부를 포함하는 영역에 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭함으로써, 채널부에 대응하는 반투광부를 형성하는 반투광부 패턴 형성 공정을 갖는다.
즉, 구성 3과 마찬가지로, 상기 차광부 패턴 형성 공정 후에, 반투광부 패턴 형성 공정을 수행함으로써, 구성 3과 마찬가지로, 두 번째 포토 리소그래피 공정에서의 묘화시의 얼라인먼트 어긋남 등의 영향에 따른 품질 악화를 방지할 수 있어, 높은 패턴 정밀도가 요구되는 TFT 기판 제조용 그레이 톤 마스크로서 충분한 품질을 확보할 수 있다.
구성 5에 따르면, TFT 기판의 제조공정에서 사용하는 그레이 톤 기판으로서, TFT 기판에 있어서의 소스 및 드레인에 대응하는 패턴이 차광부로부터 형성되고, 소스와 드레인 사이의 채널부에 대응하는 패턴이 반투광부로부터 형성되는 그레이 톤 마스크의 제조 방법에 있어서, 투명 기판상에 적어도 투과율의 막 두께 의존성을 갖는 차광막이 형성된 마스크 블랭크를 이용하여, 이 마스크 블랭크상에 상기 소스 및 드레인에 대응하는 패턴의 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 노출된 차광막을 소정의 투과율을 얻을 수 있도록 하프 에칭함으로써, 투명 기판상에 소스 및 드레인에 대응하는 패턴으로 이루어지는 차광부를 형성하는 차광부 패턴 형성 공정과, 이어서, 적어도 상기 채널부를 포함하는 영역에 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 하프 에칭되어 있는 차광막을 다시 에칭함으로써, 채널부에 대응하는 반투광부를 형성하는 반투광부 패턴 형성 공정을 갖는다.
즉, 구성 3과 마찬가지로, 상기 차광부 패턴 형성 공정 후에, 반투광부 패턴 형성 공정을 수행함으로써, 구성 3과 마찬가지로, 두 번째 포토 리소그래피 공정에서의 묘화시의 얼라인먼트 어긋남 등의 영향에 따른 품질 악화를 방지할 수 있어, 높은 패턴 정밀도가 요구되는 TFT 기판 제조용 그레이 톤 마스크로서 충분한 품질을 확보할 수 있다.
구성 6에 따르면, TFT 기판의 제조공정에서 사용하는 그레이 톤 마스크로서, TFT 기판에 있어서의 소스 및 드레인에 대응하는 패턴이 차광부로부터 형성되고, 소스와 드레인 사이의 채널부에 대응하는 패턴이 상기 반투광부로부터 형성되는 그레이 톤 마스크의 제조 방법에 있어서, 적어도 차광막이 형성된 마스크 블랭크를 준비하고, 이 마스크 블랭크상에 상기 소스 및 드레인에 대응하는 영역의 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 에칭함으로써, 투명 기판상에 차광부를 형성하는 차광부 패턴을 먼저 형성하고, 이어서, 상기 차광부가 형성된 투명 기판상에 반투광막을 형성하며, 적어도 상기 채널부에 대응하는 패턴을 포함하는 영역에 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 반투광막을 에칭함으로써, 반투광부 및 투광부를 형성한다.
즉, 반투광막과 투광막의 적층 구조의 마스크 블랭크를 이용하는 것이 아니라, 먼저 차광막만 형성된 마스크 블랭크를 이용하여 소스 및 드레인에 대응하는 차광부 패턴을 형성하기 때문에, 이 시점에서 소스 및 드레인의 위치가 결정된다. 다음으로 반투광막의 막 형성 및 에칭을 수행함으로써, 구성 3과 마찬가지로, 두 번째 포토 리소그래피 공정에서의 묘화시의 얼라인먼트 어긋남 등의 영향에 따른 품질 악화를 방지할 수 있어, 높은 패턴 정밀도가 요구되는 TFT 기판 제조용 그레이 톤 마스크로서 충분한 품질을 확보할 수 있다.
구성 7에 따르면, 상기 마스크 블랭크의 반투광막과 차광막 사이에, 차광막을 에칭에 의해 제거할 때에 반투광막을 보호하기 위한 소위 에칭 스토퍼로서의 기능을 갖는 버퍼막을 설치하기 때문에, 첫 번째의 포토 리소그래피그래피 공정에 있어서, 레지스트 패턴이 형성되어 있지 않은 영역의 차광막을 에칭에 의해 제거할 때에, 하층의 반투광막의 막감소 등의 손상를 방지할 수 있다. 또한, 버퍼막은, 반투광부가 되는 영역에서는 하층의 반투광막의 투과율을 손상시키지 않도록 하기 위해, 통상은 제거되는 것이 바람직하지만, 버퍼막의 재질에 따라서는 투명성이 높아 제거하지 않아도 반투광부의 투과성을 손상시키지 않는 경우에는, 버퍼막을 남겨 둘 수도 있다.
구성 8에 따르면, 상기 그레이 톤 마스크는 차광부와 반투광부와의 인접부를 가지며, 상기 반투광부 패턴 형성 공정은, 상기 차광부와 반투광부와의 인접부에 있어서, 차광부측에 적어도 원하는 마진 영역을 부가한 반투광부에 대응하는 영역보다도 큰 반투광막 형성용 레지스트 패턴을 이용하여 에칭 가공을 실시하도록 하였다.
첫 번째의 묘화로 형성된 차광부 패턴의 소망의 개구부에 반투광부 패턴을 형성할 때에, 위치 어긋남이나 얼라인먼트 어긋남을 고려하여 차광부 측에 중첩시키는 반투광부 형성용 레지스트 패턴을 형성함으로써, 위치 어긋남이나 얼라인먼트 어긋남이 다소 생긴 경우라도, 반투광부 패턴의 위치 정밀도를 손상시키는 것을 방지할 수 있다. 본 발명에 따르면, 예를 들면 TFT 특성상 중요한 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있기 때문에, 고품질의 그레이 톤 마스크를 제공할 수 있다. 이렇게 높은 패턴 정밀도가 요구되는 TFT 기판 제조용 그레이 톤 마스크의 제조에 본 발명은 특히 적합하다.
구성 9에 따르면, 채널부에 대응하는 영역에 적어도 원하는 마진 영역을 부가한 채널부에 대응하는 영역보다도 큰 반투광막 형성용 레지스트 패턴을 이용하여 에칭 가공을 실시하기 때문에, 위치 어긋남이나 얼라인먼트 어긋남이 다소 생긴 경우라도, 채널부의 갭의 반투광부 패턴의 위치 정밀도를 손상시키는 것을 방지할 수 있어, 높은 패턴 정밀도가 요구되는 TFT 기판 제조용 그레이 톤 마스크로서 충분한 품질을 확보할 수 있다.
구성 10에 따르면, 상기 차광부, 투광부, 및 반투광부로 이루어지는 패턴으로서, 상기 그레이 톤 마스크를 이용하여 노광하는 피처리체에 있어서의 감광성 재료층으로의 노광량을, 상기 차광부, 투광부 및 반투광부 각각에 있어서 다르게 함으로써, 서로 다른 막 두께의 감광성 재료층으로 이루어지는 피처리체의 처리를 수행하기 위한 마스크층을 피처리체 상에 얻기 위한 패턴을 갖는 그레이 톤 마스크에 대하여, 구성 1~6의 제조 방법을 적합하게 이용할 수 있다.
구성 11에 따르면, 박막 트랜지스터 기판의 제조공정에서 사용하는 그레이 톤 마스크로서, 차광부, 투광부, 및 반투광부를 가지며, 상기 박막 트랜지스터 기판에 있어서의 소스 및 드레인에 대응하는 패턴이 상기 차광부로부터 형성되고, 채널부에 대응하는 패턴이 상기 반투광부로부터 형성되는 그레이 톤 마스크를, 상기 채널부에 있어서, 채널부에 대응하는 영역에 원하는 마진 영역을 부가한 약간 큰 반투광막이 형성되어 있는 구조로 한다.
즉, 위치 어긋남이나 얼라인먼트 어긋남이 다소 생긴 경우라도, 채널부의 갭의 반투광부 패턴의 위치 정밀도를 손상시키는 것을 방지할 수 있어, 높은 패턴 정밀도가 요구되는 TFT 기판 제조용 그레이 톤 마스크로서 충분한 품질을 확보할 수 있다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명의 그레이 톤 마스크의 제조 방법에 따르면, 두 번째 포토 리소그래피 공정에서의 묘화시의 얼라인먼트 어긋남 등이 있더라도, 그에 따른 폼질 악화를 방지할 수 있게 되었다. 따라서, 마스크로서 충분한 품질을 확보할 수 있게 되어, 특히 차광부와 반투광부의 위치 정밀도나 크기, 치수 등, 높은 패턴 정밀도가 요구되는 그레이 톤 마스크의 제조에 적합하다.
또한, 본 발명의 그레이 톤 마스크의 제조 방법에 따르면, 고품질의 TFT 특성을 확보하기 위해 특히 중요한 소스와 드레인 사이의 채널부의 패턴을 정밀도 높게 형성할 수 있기 때문에, 높은 패턴 정밀도가 요구되는 TFT 기판 제조용 그레이 톤 마스크로서 충분한 품질을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 그레이 톤 마스크에 따르면, 고품질의 TFT 특성을 확보하기 위하여 특히 중요한 소스와 드레인 사이의 채널부의 패턴 정밀도가 양호하여, 높은 패턴 정밀도가 요구되는 TFT 기판 제조용 그레이 톤 마스크로서 충분한 품질을 확보할 수 있다.
도 1은 TFT 기판 제조용 마스크 패턴의 일예를 나타내는 도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 제조 방법을 공정순서대로 나타내는 개략단면도.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 공정의 일부를 나타내는 평면도.
도 4는 반투광부에 대응하는 레지스트 패턴을 조금 크게 형성하는 실시예를 설명하기 위한 개략평면도.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 제조 방법을 공정순서대로 나타내는 개략단면도.
도 6은 본 발명의 실시예 3에 있어서의 제조 방법을 공정순서대로 나타내는 개략단면도.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 있어서의 제조 방법을 공정순서대로 나타내는 개략단면도.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 있어서의 그레이 톤 마스크의 일예를 나타내는 평면도 및 개략단면도.
도 9는 본 발명의 실시예 3에 있어서의 그레이 톤 마스크의 일예를 나타내는 개략단면도.
도 10은 그레이 톤 마스크를 이용한 TFT 기판의 제조공정을 나타내는 개략단면도.
도 11은 그레이 톤 마스크를 이용한 TFT 기판의 제조공정(도 10의 제조공정의 연결)을 나타내는 개략단면도.
도 12는 미세 패턴 타입의 그레이 톤 마스크의 일예를 나타내는 도.
도 13은 종래의 그레이 톤 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 개략평면도.
도 14는 종래의 제조 방법에 따른 그레이 톤 마스크의 문제점을 설명하기 위한 개략평면도.
(실시예)
이하, 본 발명을 실시예에 따라 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 관련된 그레이 톤 마스크의 제조 방법의 제 1 실시예를 나타내는 것으로, 그 제조공정을 순서대로 나타내는 개략단면도이다.
또한, 본 실시예에서는, 상술한 도 1에 나타낸 TFT 기판용 패턴(100)을 형성하는 경우를 예로 들어 설명한다.
본 실시예에서 사용하는 마스크 블랭크는, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 석영 등의 투명 기판(21) 상에, 반투광막(22) 및 차광막(23)을 차례로 형성한 것이다. 여기에서, 차광막(23)의 재질로는, 박막이며 높은 차광성을 얻을 수 있는 것이 바람직하며, 예를 들어 Cr, Si, W, Al 등을 들 수 있다. 또한, 반투광막(22)의 재질로는, 박막이며 투광부의 투과율을 100%로 한 경우에 투과율 50% 정도의 반투과성을 얻을 수 있는 것이 바람직하며, 예를 들어 Cr 화합물(Cr의 산화물, 질화물, 산질화물, 불화물 등), MoSi, Si, W, Al 등을 들 수 있다. Si, W, Al 등은, 그 막 두께에 따라 높은 차광성도 얻을 수 있고, 혹은 반투과성도 얻을 수 있는 재질이다. 또한, 형성되는 마스크의 차광부는 반투광막(22)과 차광막(23)의 적층으로 되기 때문에, 차광막 단독으로는 차광성이 부족하더라도 반투광막과 합친 경우에 차광성을 얻을 수 있으면 된다. 또한, 여기에서 투과율이라 함은, 그레이 톤 마스크를 사용하는 예를 들면 대형 LCD용 노광기의 노광광의 파장에 대한 투과율을 말하는 것이다. 또한, 반투광막의 투과율은 50% 정도로 한정될 필요는 전혀 없다. 반투광부의 투과성을 어느 정도로 설정할지는 설계상의 문제이다.
또한, 상기 차광막(23)과 반투광막(22)의 재질의 조합에 관해서는, 서로의 막의 에칭 특성이 달라, 한쪽 막의 에칭 환경에 있어서 다른 쪽 막은 내성을 갖는 것이 필요하다. 예를 들면, 차광막(23)을 Cr, 반투광막(22)을 MoSi로 형성한 경우, Cr 차광막을 염소계 가스를 이용하여 건조 에칭 또는 질산 제 2 세륨 암모늄과 과산소염을 혼합시켜 희석한 에칭액을 이용하여 습식 에칭하면, 하지(下地)의 MoSi 반투광막과의 사이에서는 높은 에칭 선택비를 얻을 수 있기 때문에, MoSi 반투광막에 거의 손상를 주지 않고 Cr 차광막만을 에칭에 의해 제거할 수 있다. 또한, 상기 차광막(23)과 반투광막(22)은, 기판상에 막을 형성했을 때 밀착성이 양호한 것이 바람직하다.
상기 마스크 블랭크는, 투명 기판(21) 상에 반투광막(22) 및 차광막(23)을 차례로 막 형성함으로써 얻을 수 있는데, 막 형성 방법은, 증착법, 스퍼터법, 화학 기상증착법(CVD) 등, 막종류에 적합한 방법을 적절하게 선택하면 된다. 또한, 막 두께에 관해서는, 특별히 제약은 없으나, 양호한 차광성 혹은 반투광성을 얻을 수 있도록 최적화된 막 두께로 형성하는 것이 좋다.
다음으로, 이 마스크 블랭크를 이용한 그레이 톤 마스크의 제조 공정을 설명한다. 먼저, 이 마스크 블랭크 상에 예를 들어 전자선 혹은 레이저 묘화용 포지티브형 레지스트를 도포하고, 베이킹을 수행하여, 레지스트막(24)을 형성한다. 다음으로, 전자선 묘화기 혹은 레이저 묘화기 등을 이용하여 묘화를 수행한다. 묘화 데이터는, 도 1에 나타낸 소스/드레인 패턴(101a, 101b)에 대응하는 차광부(101)의 패턴 데이터이다. 묘화 후, 이것을 현상하여, 마스크 블랭크 상에 차광부에 대응하는 레지스트 패턴(24a)을 형성한다(도 2(b) 참조).
다음으로, 형성된 레지스트 패턴(24a)을 마스크로 하여, 차광막(23)을 건조 에칭하고, 차광부에 대응하는 패턴(23a, 23b)을 형성한다(도 2(c) 참조). 차광막(23)이 Cr계 재료로 이루어지는 경우, 염소 가스를 이용한 건조 에칭을 이용할 수 있다. 차광부에 대응하는 영역 이외에는, 차광막(23)의 에칭에 의해 하지(下地)의 반투광막(22)이 노출된 상태이다. 잔존하는 레지스트 패턴(24a)은, 산소에 의한 에싱 혹은 진한 황산 등을 이용하여 제거한다.
도 3(1)은 대응하는 평면도이며, 그 I-I 선을 따라 자른 단면을 도 2(c)에 나타내고 있다. 도 3(1)을 보면 명백하듯이, 이상 설명한 첫 번째 포토 리소그래피 공정에 의해, TFT 기판의 소스 및 드레인에 대응하는 차광부의 패턴(23a, 23b)이 형성되고, 이 시점에서는 반투광부와 투광부는 묘화되어 있지 않지만, 소스와 드레인 사이의 채널부의 갭 및 차광부와의 위치 관계는 한 번의 묘화로 한번에 얻어지고 있다. 따라서, TFT 특성상 중요한 채널부에 대응하는 패턴의 위치 정밀도는 한 번의 묘화로 확보할 수 있게 된다.
다음으로, 다시 전면(全面)에 상기 레지스트를 도포하여 레지스트막을 형성한다. 그리고, 두 번째 묘화를 수행한다. 이 때의 묘화 데이터는, 도 1에 나타내는 소스와 드레인 사이의 채널부에 대응하는 반투광부(103)를 적어도 포함하는 패턴 데이터이다. 묘화 후, 이것을 현상하여, 적어도 반투광부에 대응하는 레지스트 패턴(24b)을 형성한다(도 2(d) 참조).
다음으로, 형성된 레지스트 패턴(24b)을 마스크로 하여, 투광부가 될 영역의 반투광막(22)을 건조 에칭으로 제거한다. 이로 인해, 반투광부는 투광부로 되어, 반투광부 및 투광부가 형성된다(도 2(e) 참조). 여기에서, 차광막이 패턴(23a, 23b) 상에는 레지스트 패턴을 형성하고 있지 않지만, 본 실시예에서는, 사용하는 마스크 블랭크의 차광막(23)과 반투광막(22)은 서로 에칭 특성이 다른 재질로 형성되어 있기 때문에, 반투광막(22)을 에칭하는 환경에서는 차광막은 거의 에칭되지 않는다. 이 때, 차광막의 패턴(23a, 23b)이 에칭 마스크(레지스트)로 되어 반투광막(22)이 에칭되게 된다. 다만, 차광막의 손상를 확실하게 방지하기 위하여, 상기 레지스트 패턴(24b)을 차광막의 패턴(23a, 23b)을 포함하는 영역에 형성할 수도 있다. 또한, 잔존하는 레지스트 패턴은 산소 에싱 등을 이용하여 제거한다.
이상과 같이 하여 본 실시예의 그레이 톤 마스크(20)가 완성된다. 도 3(2)은 그 마스크의 평면도이며, 그 I-I선을 따라 자른 단면은 도 2(e)와 대응하고 있다. 얻어진 마스크는, 도 1에 나타내는 TFT 기판용 패턴의 소스 및 드레인(101a 및 101b)에 대응하는 차광막의 패턴(23a 및 23b)과, 채널부(103)에 대응하는 반투광막의 패턴(22a)을 구비하며, 그 주변은 투명 기판(21)이 노출하여 투광부(21)를 형성하고 있다. 본 발명의 방법에 따르면, 예를 들면, TFT 특성상 중요한 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있기 때문에, 고품질의 그레이 톤 마스크를 제공할 수 있다. 이렇게 높은 패턴 정밀도가 요구되는 TFT 기판 제조용 그레이 톤 마스크의 제조에 본 발명은 특히 적합하다.
또한, 상술한 실시예에 있어서, 투광부를 형성하기 위하여 두 번째 포토 리소그래피 공정에 있어서, 레지스트막을 형성하고 묘화를 수행할 때에, 필요한 사이즈보다 조금 큰 마진 영역(예를 들면 0.1~1㎛ 정도)으로 묘화 영역을 설정하여 묘화를 수행하도록 할 수도 있다. 즉, TFT 기판 제조용 그레이 톤 마스크는, 일반적으로, 대형 기판(예를 들면 한 변 또는 짧은 변이 300㎜ 이상인 정방형 또는 장방형 기판)에, TFT 기판의 화소 패턴에 대응한 소망의 차광부, 투광부, 및 반투광부로 이루어지는 단위 패턴이 반복 형성되어 있기 때문에, 묘화 정밀도에 면 내 분포가 생길 가능성이 높다. 또한, 덧묘화 시의 얼라인먼트 정밀도의 한계도 고려할 필요가 있다. 첫 번째의 묘화로 정밀도 높게 위치 도출된 반투광부를 덮는 영역에 레지스트 패턴(24b)을 형성할 필요가 있지만, 두 번째 묘화에 있어서의 위치 어긋남이나 얼라인먼트 어긋남이 있더라도, 반투광부의 패턴 정밀도를 확보하기 위하여, 예를 들면, 도 4(1)에 나타낸 바와 같이, 채널부를 형성하는 반투광부를 도시하는 X 및 Y 방향으로 묘화 정밀도 및 얼라인먼트 정밀도를 고려하여 결정된 마진 영역을 부가하여, 각각 조금 크게(폭 넓게) 덮는 레지스트 패턴(24b)이 형성되도록 묘화 영역을 설정한다.
이 경우, 노출되어 있는 반투광막(22)의 에칭을 수행하여, 레지스트 패턴(24b)을 제거하면, 도 4(2)에 나타낸 바와 같이, 반투광막의 패턴(22a)은 도시하는 X 및 Y 방향으로 조금 밀려나온 상태로 형성되지만, 차광부는 설계 패턴대로 형성되고, 반투광부의 채널부의 갭도 설계대로 형성되기 때문에, 이 마스크를 이용하여 제조되는 TFT의 특성상에는 전혀 문제가 없다.
도 5는, 본 발명에 있어서의 그레이 톤 마스크 제조 방법의 제 2 실시예를 나타내는 것으로, 그 제조 공정을 순서대로 나타내는 개략 단면도이다.
본 실시예에서 사용하는 마스크 블랭크는, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 투명 기판(21) 상에, 반투광막(22), 버퍼막(25) 및 차광막(23)을 순서대로 형성한 것이다. 즉, 반투광막(22)과 차광막(23) 사이에, 에칭 스토퍼로서의 기능을 갖는 버퍼막(25)을 설치했기 때문에, 첫 번째 포토 리소그래피 공정에 있어서, 레지스트 패턴이 형성되어 있지 않은 영역의 차광막을 에칭에 의해 제거할 때에, 하층의 반투광막의 막감소 등의 손상를 방지할 수 있다. 이렇게 버퍼막을 설치하고 있기 때문에, 차광막(23) 및 반투광막(22)은, 에칭 특성이 비슷한 재질, 예를 들면 동일 재료의 막이나 주성분이 같은 재료의 막 등으로 구성하는 것이 가능하다. 또한, 버퍼막의 재질은, 차광막(23)을 에칭하는 환경에 내성을 갖는 재질로 선택된다. 또한, 반투광부에 있어서의 버퍼막을 제거할 필요가 있는 경우에는, 건조 에칭 등의 방법으로 하지의 반투광막(22)에 손상을 주지 않고 제거할 수 있는 재질인 것도 요구된다. 버퍼막으로서 예를 들면 SiO2 또는 유리상 스핀(SOG) 등을 이용할 수 있다. 이들 재질은, 차광막을 Cr계 재료로 구성하는 경우, 차광막과의 사이에서 높은 에칭 선택비를 취할 수 있다. 또한, 이들 재질은 투과성이 양호하고, 반투광부에 개재하여도 그 투과 특성을 손상시키지 않기 때문에 제거하지 않고 둘 수도 있다.
이러한 마스크 블랭크를 이용하여 그레이 톤 마스크를 제조하는 방법은 상술한 실시예 1과 마찬가지이다.
즉, 먼저 마스크 블랭크 상에 레지스트막(24)을 형성하고, 소정의 묘화, 현상을 수행하여, 차광부에 대응하는 영역에 레지스트 패턴(24a)을 형성한다(도 5(a), (b) 참조).
다음으로, 이 레지스트 패턴(24a)을 마스크로 하여, 노출되어 있는 차광막(23)을 건조 에칭하여, 차광부에 대응하는 패턴(23a, 23b)을 형성한다. 이어서, 노출된 버퍼막(25)을 건조 에칭하여, 패턴(25a, 25b)을 형성한다(도 5(c) 참조). 또한, 잔존하는 레지스트 패턴(24a)을 산소 에싱 등의 방법으로 제거하는데, 상술한 차광막(23)을 에칭한 단계에서 제거할 수도 있다. 차광막(23)과 버퍼막(25)은 그 에칭 특성이 서로 다르기 때문에, 형성된 차광막의 패턴(23a, 23b)을 에칭 마스크로 하여 버퍼막(25)의 에칭이 가능하다.
다음으로, 다시 레지스트막을 형성하고, 소정의 묘화, 현상을 수행하여, 반투광부 및 차광부에 대응하는 영역에 레지스트 패턴(24c)을 형성한다(도 5(d) 참조). 또한, 차광막(23)과 반투광막(22)의 에칭 특성이 비슷한 경우, 다음의 반투광막(22)을 에칭할 때에 차광막의 패턴(23a, 23b)이 손상를 받기 때문에, 차광부에 대응하는 영역에도 레지스트 패턴(24c)을 형성해 둘 필요가 있다.
이어서, 이 레지스트 패턴(24c)을 마스크로 하여, 노출되어 있는 반투광막(22)을 건조 에칭에 의해 제거하여, 투명 기판(21)이 노출된 투광부를 형성한다. 잔존하는 레지스트 패턴(24c)은 산소 에싱 등으로 제거한다.
이렇게 하여, 도 5(e)에 나타낸 바와 같이, 차광막 패턴(23a, 23b)으로 이루어지는 차광부, 반투광막 패턴(22a)으로 이루어지는 반투광부, 및 투광부가 각각 높은 패턴 정밀도로 형성된 본 실시예의 그레이 톤 마스크(20A)를 얻을 수 있다.
도 6은, 본 발명에 있어서의 그레이 톤 마스크 제조 방법의 제 3 실시예를 나타내는 것으로, 그 제조공정을 순서대로 나타내는 개략 단면도이다.
본 실시예에서 사용하는 마스크 블랭크는, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 투명 기판(21) 상에 차광막(23)을 형성한 것이다. 이로 인해, 차광막의 막 두께를 에칭을 이용하여 부분적으로 다르게 하여, 막 두께가 두꺼운 부분은 차광부, 막 두께가 얇은 부분은 반투광부로 한다. 이 경우의 차광막(23)의 재질은 특별히 제약되지 않지만, 차광성이 높기 때문에 투과율 거의 0%가 얻어지는 막 두께가 얇아지는 재질이면, 이것을 부분적으로 하프 에칭하여 반투광부를 형성하는 것은 곤란하다. 또한 차광성이 별로 높지 않기 때문에 투과율 거의 0%가 얻어지는 막 두께가 두꺼워지는 재질이면, 하프 에칭하는 것은 비교적 용이하지만, 차광부의 패턴 높이가 두껍기 때문에 패턴 형상이나 패턴 정밀도가 나빠질 우려가 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 차광막(23)은, 1000~2000Å 정도의 막 두께 범위 내에서 양호한 차광성과 반투과성을 얻을 수 있는 재질은 선택하는 것이 바람직하다.
이러한 마스크 블랭크를 이용하여 그레이 톤 마스크를 제조하는 방법은 상술한 제 1 실시예와 마찬가지이다.
즉, 먼저 마스크 블랭크 상에 레지스트막(24)을 형성하고, 소정의 묘화, 현상을 수행하여, 차광부에 대응하는 영역에 레지스트 패턴(24a)을 형성한다(도 6(a), (b) 참조).
다음으로, 이 레지스트 패턴(24a)을 마스크로 하여, 노출되어 있는 차광막(23)을 반투광성을 얻을 수 있는 적당한 두께가 될 때까지 하프 에칭하여, 차광부에 대응하는 패턴(23a, 23b)을 형성한다(도 6(c) 참조). 또한, 잔존하는 레지스트 패턴(24a)을 산소 에싱 등의 방법으로 제거한다.
다음으로, 다시 한번 레지스트막을 형성하고, 소정의 묘화, 현상을 수행하여, 반투광부 및 차광부를 포함하는 영역에 레지스트 패턴(24c)을 형성한다(도 6(d) 참조). 또한, 다음 하프 에칭막을 다시 에칭할 때에 차광막의 패턴(23a 및 23b)이 손상을 받지 않도록, 차광막 패턴(23a 및 23b) 상에도 레지스트 패턴(24c)을 형성해 둔다.
이어서, 이 레지스트 패턴(24c)을 마스크로 하여, 노출되어 있는 하프 에칭된 차광막(23d)을 다시 건조 에칭에 의해 제거하여, 투명 기판(21)이 노출된 투광부를 형성한다. 잔존하는 레지스트 패턴(24c)은 산소 에싱 등에 의해 제거한다.
이렇게 하여, 도 6(e)에 나타낸 바와 같이, 차광막 패턴(23a 및 23b)으로 이루어지는 차광부, 하프 에칭에 의한 얇은 차광막 패턴(23c)으로 이루어지는 반투광부, 및 투광부가 각각 높은 패턴 정밀도로 형성된 본 실시예의 그레이 톤 마스크(20B)를 얻을 수 있다.
도 7은, 본 발명에 있어서의 그레이 톤 마스크 제조 방법의 제 4 실시예를 나타내는 것으로, 그 제조공정을 순서대로 나타내는 개략 단면도이다. 이하에, 본 실시예의 그레이 톤 마스크 제조공정을 설명한다.
본 실시예에서는, 먼저, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 투명 기판(21) 상에, 차광막(23)을 형성한 것을 이용한다.
이 마스크 블랭크 상에, 예를 들면 레이저 또는 전자선 묘화용의 포지티브형 레지스트를 도포하고, 베이킹을 수행하여 레지스트막(24)을 형성한다. 다음으로, 전자선 묘화기 혹은 레이저 묘화기 등을 이용하여 묘화를 수행한다. 묘화 데이터는, 도 1에 나타내는 소스/드레인의 패턴(101a 및 101b)에 대응하는 차광부(101)의 패턴 데이터이다. 묘화 후, 이것을 현상하여, 마스크 블랭크 상에 차광부에 대응하는 레지스트 패턴(24a)을 형성한다(도 7(b) 참조).
다음으로, 형성된 레지스트 패턴(24a)을 마스크로 하여, 차광막(23)을 습식 혹은 건조 에칭하여, 차광부에 대응하는 패턴(23a 및 23b)을 형성한다(도 7(c) 참조). 차광막(23)이 Cr계 재료로 이루어지는 경우, 습식 에칭에는, 예를 들면 질산 제 2 세륨 암모늄과 과산소염을 혼합시켜 희석한 에칭액 등을 이용할 수 있고, 건조 에칭에는, Cl2+O2 등의 염소계 가스를 포함하는 건조 에칭 가스를 이용할 수 있다. 잔존하는 레지스트 패턴(24a)은, 산소에 의한 에싱 혹은 진한 황산 등을 이용하여 제거한다.
다음으로, 전면에, 반투광막(22)을 형성한다(도 7(d) 참조). 다음으로, 반투광막(22) 상에 상기 레지스트를 도포하고 레지스트막을 형성한다. 그리고, 두 번째의 묘화를 수행한다. 이 때의 묘화 데이터는, 도 1에 나타내는 소스와 드레인 사이의 채널부에 대응하는 반투광부(103)를 적어도 포함하는 패턴 데이터이다. 묘화 후, 이것을 현상하여, 적어도 반투광부에 대응하는 레지스트 패턴(24b)을 형성한다(도 7(e) 참조).
다음으로, 형성된 레지스트 패턴(24b)을 마스크로 하여, 투광부가 될 영역의 반투광막(22)을 습식 또는 건조 에칭에 의해 제거한다. 본 실시예에서는, 차광막(23)과 반투광막(22)은 서로 에칭 특성이 다른 재질로 형성되어 있기 때문에, 반투광막(22)을 에칭하는 환경에서는, 차광막은 거의 에칭되지 않는다. 이로 인해, 반투광부는 투광부로 되어, 반투광부 및 투광부가 형성된다(도 7(f) 참조). 여기에서, 차광막의 패턴(23a 및 23b) 상에는 레지스트 패턴을 형성하고 있지 않지만, 본 실시예에서는, 사용하는 마스크 블랭크의 차광막(23)과 반투광막(22)은 서로 에칭 특성이 다른 재질로 형성되어 있기 때문에, 반투광막(22)을 에칭하는 환경에서는 차광막은 거의 에칭되지 않는다. 또한, 잔존하는 레지스트 패턴은 산소 에싱 등을 이용하여 제거한다.
이상과 같이 하여 본 실시예의 그레이 톤 마스크(20C)가 완성된다. 본 발명의 방법에 따르면, 예를 들면 TFT 특성상 중요한 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있기 때문에, 고품질의 그레이 톤 마스크를 제공할 수 있다. 이와 같이 높은 패턴 정밀도가 요구되는 TFT 기판 제조용 그레이 톤 마스크의 제조에 본 발명은 특히 적합하다.
또한, 레지스트 패턴(24b)을, 도 4와 마찬가지로, 필요한 사이즈보다 조금 크게 묘화 영역을 설정하여 묘화를 수행하도록 할 수도 있다. 첫 번째 묘화로 정밀도가 높게 위치 도출된 반투광부를 덮는 영역에 레지스트 패턴(24b)을 형성할 필요가 있지만, 두 번째의 묘화에 있어서의 위치 어긋남이나 얼라인먼트 어긋남이 있더라도, 반투광부의 패턴 정밀도를 확보하기 위하여, 예를 들면, 도 8(1)의 평면도 및 도 8(2)의 도 8(1)AA'선 단면도에 나타낸 바와 같이, 채널부를 형성하는 반투광부를 도시하는 X 및 Y 방향으로 묘화 정밀도 및 얼라인먼트 정밀도를 고려하여 결정된 마진 영역(26a 및 26b)을 부가하여, 각각 조금 크게(폭 넓게) 덮는 레지스트 패턴(24b)이 형성되도록 묘화 영역을 설정한다.
또한, 차광막의 손상을 확실하게 방지하기 위하여, 상기 레지스트 패턴(24b)을 차광막의 패턴(23a 및 23b)을 포함하는 영역에 형성하고, 이 레지스트 패턴(24b)을 이용하여 반투광막을 에칭하여, 차광막 전면(全面)에 반투광막이 형성되도록 할 수도 있다(도 9(1) 참조). 이 경우, 두 번째 묘화에서 위치 어긋남이나 얼라인먼트 어긋남이 발생한 경우, 차광부와 투광부의 경계부에 있어서, 반투광막이 밀려나게 될 우려가 있기 때문에, 반투광막의 형성은, 그 묘화 정밀도 및 얼라인먼트 정밀도를 고려하여 결정된 마진 영역(27a 및 27b)은 제외시키도록 하는 것이 바람직하다(도 9(2) 참조). 또한, 차광막 전면(全面)을 반투광막으로 덮는 경우에는, 차광막과 반투광막은, 서로 에칭 특성이 동일 또는 유사하며, 반투광막의 에칭에 대하여 차광막이 내성을 갖지 않는 재질로 하는 것도 가능하다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 그레이 톤 마스크
20 　그레이 톤　마스크
21 　투명 기판
22　 반투광막
23　 차광막
24　 레지스트막
25　 버퍼막
100　TFT기판용　패턴
101　차광부
102　투광부
103　반투광부

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  5. 투명 기판상에 형성된, 반투광막, 및 상기 반투광막과 에칭 특성이 다른 재질로 이루어진 차광막을 패터닝 함으로써 형성된, 차광부, 투광부, 및 반투광부를 포함한 박막 트랜지스터 기판용 패턴을 갖는, 박막 트랜지스터 기판 제조용 그레이 톤 마스크로서,
    상기 박막 트랜지스터 기판용 패턴에 있어서는, 상기 박막 트랜지스터 기판에 있어서의 소스 및 드레인에 대응하는 패턴이 차광부로부터 형성되고, 채널부에 대응하는 패턴이 반투광부로부터 형성되며,
    상기 그레이 톤 마스크를 사용하여, 레지스트막에, 상기 박막 트랜지스터 기판에 있어서의 채널부 형성 영역이 소스 및 드레인 형성 영역보다 얇아지는 레지스트 패턴을 형성하기 위한 그레이 톤 마스크의 제조 방법에 있어서,
    상기 투명 기판상에 차광막이 형성된 마스크 블랭크를 준비하는 공정과,
    상기 마스크 블랭크 상에 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 에칭함으로써 상기 차광부를 형성하는 차광막 에칭 공정과,
    그 다음에, 상기 차광막이 에칭된 투명 기판 상의 전면(全面)에 반투광막을 형성하는 공정과,
    그 다음에, 상기 반투광막 상에 있어서, 적어도 상기 채널부와 상기 소스 및 드레인에 대응하는 패턴을 포함한 영역에 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 반투광막을 에칭하는 반투광막 에칭 공정을 가지고,
    상기 반투광막 에칭 공정에 있어서는, 상기 반투광막만을 에칭하는 것을 특징으로 하는, 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반투광막 에칭 공정에 있어서, 상기 투광부와 인접하는 상기 반투광부의 상기 투광부 측에 소망의 마진 영역을 부가한 레지스트 패턴을 이용하는 것을 특징으로 하는, 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 반투광부는, X방향에 대해 상기 차광부에 끼워져 배치되고, 상기 X방향과 직교하는 Y방향에 대해 상기 투광부에 끼워져 배치되는 것을 특징으로 하는, 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 차광막과 상기 반투광막은, 서로 에칭 특성이 다른 재질에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반투광막 상에 있어서, 적어도 상기 채널부와, 상기 소스 및 드레인에 대응하는 영역에 형성되는 레지스트 패턴은, 차광막의 전면(全面)으로부터, 묘화 정밀도 및 얼라인먼트 정밀도에 기초하여 결정된 마진 영역분을 제외한 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는, 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
  10. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    에칭 공정으로서, 상기 차광막 에칭 공정과, 상기 반투광막 에칭 공정으로 이루어지는, 2회의 에칭 공정만을 포함하는 것을 특징으로 하는, 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
  11. 투명 기판상에 형성된, 반투광막 및 차광막을 패터닝 함으로써 형성된, 차광부, 투광부, 및 반투광부를 포함한 패턴을 갖는 그레이 톤 마스크로서,
    상기 그레이 톤 마스크를 사용하여, 레지스트막에, 소정의 패턴 형성 영역이 다른 패턴 형성 영역보다 얇아지는 레지스트 패턴을 형성하기 위한 그레이 톤 마스크에 있어서,
    상기 차광부는, 상기 투명 기판상에 형성된 차광막 상에 반투광막이 적층되어 이루어지며, 상기 반투광부는, 상기 투명 기판상에 반투광막이 형성되고,
    상기 차광부는, 상기 투명 기판상에 형성된 차광막이 에칭되어 형성되며,
    상기 반투광부는, 상기 차광막이 에칭된 투명 기판상의 전면에 형성된 반투광막이, 상기 반투광막만을 에칭하는 공정에 의해 형성되고,
    상기 차광막과 상기 반투광막은, 서로 에칭 특성이 다른 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 그레이 톤 마스크.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 반투광부는, X방향에 대해 상기 차광부에 끼워져 배치되고, 상기 X방향과 직교하는 Y방향에 대해 상기 투광부에 끼워져 배치되는 것을 특징으로 하는, 그레이 톤 마스크.
  13. 투명 기판상에 형성된, 반투광막 및 상기 반투광막과 에칭 특성이 다른 재질로 이루어지는 차광막을 패터닝 함으로써 형성된, 차광부, 투광부, 및 반투광부를 포함한 패턴을 갖는 그레이 톤 마스크로서,
    상기 그레이 톤 마스크를 사용하여, 레지스트막에, 소정의 패턴 형성 영역이 다른 패턴 형성 영역보다 얇아지는 레지스트 패턴을 형성하기 위한 그레이 톤 마스크의 제조 방법에 있어서,
    상기 투명 기판상에 차광막이 형성된 마스크 블랭크를 준비하는 공정과,
    상기 마스크 블랭크 상에 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 에칭함으로써 상기 차광부를 형성하는 차광막 에칭 공정과,
    그 다음에, 상기 차광막이 에칭된 투명 기판상의 전면(全面)에 반투광막을 형성하는 공정과,
    그 다음에, 상기 반투광막 상에 있어서, 적어도 상기 소정의 패턴 형성 영역 및 상기 차광부를 포함한 영역에 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 반투광막을 에칭하는 반투광막 에칭 공정을 가지고,
    상기 반투광막 에칭 공정에 있어서는, 상기 반투광막만을 에칭하는 것을 특징으로 하는, 그레이 톤 마스크의 제조 방법.
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