KR101287708B1 - 다계조 포토마스크, 포토마스크 블랭크, 다계조 포토마스크의 제조 방법, 및 패턴 전사 방법 - Google Patents

다계조 포토마스크, 포토마스크 블랭크, 다계조 포토마스크의 제조 방법, 및 패턴 전사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차광부, 투광부, 및 반투광부를 포함하는 소정의 전사 패턴이 투명 기판 상에 형성된 다계조 포토마스크이다. 차광부는, 도전성을 갖는 에칭 밸런스막, 반투광막, 및 차광막이 투명 기판 상에 이 순서대로 적층되어 이루어지고, 반투광부는, 에칭 밸런스막 및 반투광막이 투명 기판 상에 이 순서대로 적층되어 이루어지고, 투광부는, 투명 기판이 노출되어 이루어진다.

Description

다계조 포토마스크, 포토마스크 블랭크, 다계조 포토마스크의 제조 방법, 및 패턴 전사 방법{MULTI-GRAY SCALE PHOTOMASK, PHOTOMASK BLANK, METHOD OF MANUFACTURING MULTI-GRAY SCALE PHOTOMASK AND PATTERN TRANSFER METHOD}
본 발명은, 예를 들면 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이(Flat Panel Display : 이하 FPD라고 칭함) 등의 제조에 이용되는 다계조 포토마스크, 그 다계조 포토마스크의 제조에 이용되는 포토마스크 블랭크, 그 다계조 포토마스크의 제조 방법, 및 그 다계조 포토마스크를 이용한 패턴 전사 방법에 관한 것이다.
예를 들면 액정 표시 장치에 사용되는 TFT(박막 트랜지스터) 기판은, 차광부 및 투광부로 이루어지는 전사 패턴이 투명 기판 상에 형성된 포토마스크를 이용하고, 예를 들면 5회∼6회의 포토리소그래피 공정을 거쳐서 제조되어 왔다. 최근, 포토리소그래피 공정수를 삭감하기 위해, 차광부, 반투광부, 투광부를 포함하는 전사 패턴이 투명 기판 상에 형성된 다계조 포토마스크가 이용되고 있다(일본 특허 공개 제2007-249198호 공보 참조).
다계조 포토마스크의 유저인 FPD 메이커에 있어서, 다계조 포토마스크에 형성된 전사 패턴의 선폭(CD)의 면내 분포를 작게 하는 것은, 우수한 FPD 성능을 달성하는 점에서, 매우 중요하다. 따라서, 다계조 포토마스크의 제조 시에 있어서는, 예를 들면 설계값에 대해, 선폭 변동을 엄격하게 제어할 필요가 있다. 예를 들면, 설계 선폭에 대해, 중심값이, ±0.1㎛, 보다 바람직하게는 ±0.05㎛의 범위에 있는 것, 면내 분포는 0.1㎛, 보다 바람직하게는 면내 분포는 0.05㎛의 범위로 한다고 하는 사양을 달성시킬 필요가 있다.
상술한 다계조 포토마스크를 제조하기 위해서는, 예를 들면, 투명 기판 상에 반투광막 및 차광막이 이 순서대로 적층된 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 차광부의 형성 예정 영역을 덮는 제1 레지스트 패턴을 상기 포토마스크 블랭크 상에 형성하고, 상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 차광막을 에칭하여 차광막 패턴을 형성하는 공정과, 상기 제1 레지스트 패턴을 제거하고, 적어도 반투광부의 형성 예정 영역을 덮는 제2 레지스트 패턴을 상기 포토마스크 블랭크 상에 형성하고, 상기 차광막 패턴 및 상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 반투광막을 에칭하여 반투광막 패턴을 형성하는 공정을 적용할 수 있다.
FPD 제조용의 포토마스크는 사이즈가 크고, 예를 들면 1변이 300㎜ 이상인 사각형이거나, 패널 제조 효율을 올리는 것을 기도한 최근의 것에서는, 1변이 1000㎜ 이상인 사각형으로 한다. 이로 인해, 차광막의 에칭 방법으로서는, 진공 에칭 쳄버를 필요로 하지 않는 웨트 에칭이 유리하다. 그런데, 상술한 다계조 포토마스크의 제조 방법에 있어서, 차광막의 웨트 에칭을 행하면, 면내의 일부에서는 에칭이 완료되어도, 다른 일부에서는 소정의 선폭(CD)으로 될 때까지 에칭이 완료되지 않고, 선폭의 면내 변동이 생기게 되는 경우가 있는 것을, 발명자들은 발견하였다. 이러한 경우, 에칭의 종점을 결정하는 것이 곤란하게 된다. 즉, 에칭 속도가 빠른 부분의 에칭 완료 시점에서 에칭을 종료시키면, 다른 부분에서는, 차광 패턴의 선폭이 설계값보다 크다고 하는 문제점이 생기게 된다. 또한, 에칭 속도가 느린 부분에 맞춰서 에칭 시간을 연장하면, 에칭 속도가 빠른 부분에 다시 사이드 에칭이 진행되어, CD가 설계값보다 작아지게 된다.
바꿔 말하면, 상술한 다계조 포토마스크의 제조 방법에서는, 포토마스크 블랭크의 면내에서의 에칭 레이트의 국소적인 변화를 억제하는 것은 곤란한 것을, 발명자들은 발견하였다. 상세하게 검토하면, 형성하고자 하는 전사 패턴의 형상에 따라서, 차광막의 에칭 레이트가 큰 측으로 변화하거나, 작은 측으로 변화하거나 하게 될 경향이 보였다. 그 결과, 차광막 패턴의 선폭과 설계값과의 차이(CD Shift)가 증가되게 되거나, 차광막의 에칭 불량(차광막의 빠짐 불량)이 국소적으로 생기게 되거나 하여, 다계조 포토마스크의 품질이 저하되어, 제조 수율이 악화하게 될 경우가 있었다.
본 발명은, 전사 패턴의 형상에 상관없이 차광막의 면내에서의 에칭 레이트를 균일화시켜, 다계조 포토마스크의 품질을 향상시키고, 제조 수율을 향상시키는 것이 가능한 다계조 포토마스크, 그 다계조 포토마스크의 제조에 이용되는 포토마스크 블랭크, 그 다계조 포토마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 상기 다계조 포토마스크를 이용함으로써 FPD 등의 제조 수율을 개선시키는 것이 가능한 패턴 전사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 양태는, 차광부, 투광부, 및 반투광부를 포함하는 소정의 전사 패턴이 투명 기판 상에 형성된 다계조 포토마스크로서, 상기 차광부는, 도전성을 갖는 에칭 밸런스막, 반투광막, 및 차광막이 상기 투명 기판 상에 이 순서대로 적층되어 이루어지고, 상기 반투광부는, 상기 에칭 밸런스막 및 상기 반투광막이 상기 투명 기판 상에 이 순서대로 적층되어 이루어지고, 상기 투광부는, 상기 투명 기판이 노출되어 이루어지는 다계조 포토마스크이다.
본 발명의 제2 양태는, 차광부, 투광부, 및 반투광부를 포함하는 소정의 전사 패턴이 투명 기판 상에 형성된 다계조 포토마스크로서, 상기 차광부는, 도전성을 갖는 에칭 밸런스막, 반투광막, 및 차광막이 상기 투명 기판 상에 이 순서대로 적층되어 이루어지고, 상기 반투광부는, 상기 에칭 밸런스막 및 상기 반투광막이 상기 투명 기판 상에 이 순서대로 적층되어 이루어지고, 상기 투광부는, 상기 투명 기판 상에 형성된 상기 에칭 밸런스막 중 적어도 일부가 노출되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크이다.
본 발명의 제3 양태는, 상기 에칭 밸런스막은, 시트 저항값이 10㏀/□ 이하로 되는 도전성을 갖는 제1 또는 제2 양태에 기재된 다계조 포토마스크이다.
본 발명의 제4 양태는, 상기 에칭 밸런스막이 금속 또는 금속 화합물로 이루어지는 제1∼제3 중 어느 하나의 양태에 기재된 다계조 포토마스크이다.
본 발명의 제5 양태는, 노광광에 대한 상기 에칭 밸런스막의 막 투과율이, 60％ 이상인 제1∼제4 중 어느 하나의 양태에 기재된 다계조 포토마스크이다.
본 발명의 제6 양태는, 상기 전사 패턴에 포함되는 상기 차광부의 패턴 선폭과, 상기 차광부의 설계값과의 차가 50㎚ 이하인 제1∼제5 중 어느 하나의 양태에 기재된 다계조 포토마스크이다.
본 발명의 제7 양태는, 상기 반투광부가 구비하는 상기 반투광막의 막 두께가, 상기 차광부가 구비하는 상기 반투광막의 막 두께보다도 작은 제1∼제6 중 어느 하나의 양태에 기재된 다계조 포토마스크이다.
본 발명의 제8 양태는, 상기 반투광부가, 상기 에칭 밸런스막 및 상기 반투광막이 상기 투명 기판 상에 순서대로 적층되어 이루어지는 제1 반투광부와, 상기 투명 기판 상에 형성된 상기 에칭 밸런스막이 노출되어 이루어지는 제2 반투광부를 구비하는 제1∼제7 중 어느 하나의 양태에 기재된 다계조 포토마스크이다.
본 발명의 제9 양태는, 투명 기판 상에 반투광막 및 차광막이 이 순서대로 적층되고, 상기 반투광막과 상기 차광막에 각각 패터닝이 실시됨으로써, 차광부, 투광부, 및 반투광부를 포함하는 소정의 전사 패턴이 상기 투명 기판 상에 형성되는 포토마스크 블랭크로서, 상기 반투광막과 상기 투명 기판과의 사이에, 도전성을 갖는 에칭 밸런스막이 형성되어 있는 포토마스크 블랭크이다.
본 발명의 제10 양태는, 상기 에칭 밸런스막은, 시트 저항값이 10㏀/□ 이하로 되는 도전성을 갖는 제9 양태에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
본 발명의 제11 양태는, 상기 에칭 밸런스막이 금속 또는 금속 화합물로 이루어지는 제9 또는 제10 양태에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
본 발명의 제12 양태는, 차광부, 투광부, 및 반투광부를 포함하는 소정의 전사 패턴을 투명 기판 상에 형성하는 다계조 포토마스크의 제조 방법으로서, 도전성을 갖는 에칭 밸런스막, 반투광막, 및 차광막이 투명 기판 상에 이 순서대로 적층된 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 상기 포토마스크 블랭크 상에 형성한 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 적어도 상기 차광막을 에칭하는, 제1 에칭 공정과,
상기 제1 레지스트 패턴을 제거한 후에, 상기 제1 에칭이 행해진 포토마스크 블랭크 상에 제2 레지스트 패턴을 형성하고, 적어도 상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 차광막 또는 상기 반투광막을 에칭하는, 제2 에칭 공정
을 갖고,
상기 제1 에칭 공정에 있어서, 형성되는 상기 차광막 패턴의 면내 전위 분포를, 상기 에칭 밸런스막에 의해 균일화시키는 다계조 포토마스크의 제조 방법이다.
본 발명의 제13 양태는, 상기 제12 양태에 있어서, 상기 차광부의 형성 예정 영역을 덮는 제1 레지스트 패턴을 상기 포토마스크 블랭크 상에 형성하고, 상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 차광막을 에칭하여 차광막 패턴을 형성하는 제1 에칭 공정과, 상기 제1 레지스트 패턴을 제거한 후에, 적어도 상기 반투광부의 형성 예정 영역을 덮는 제2 레지스트 패턴을 상기 제1 에칭이 행해진 포토마스크 블랭크 상에 형성하고, 적어도 상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 반투광막을 에칭하여 반투광막 패턴을 형성하는 제2 에칭 공정을 갖는 다계조 포토마스크의 제조 방법이다.
본 발명의 제14 양태는, 제1∼제8 중 어느 하나의 양태에 기재된 다계조 포토마스크 또는 제9∼제11 중 어느 하나의 양태에 기재된 포토마스크 블랭크를 이용하여 제조한 다계조 포토마스크, 또는 제12∼제13의 양태의 제조 방법에 의한 다계조 포토마스크를 이용하여 피전사체에 노광광을 조사하고, 상기 피전사체 상에 형성되어 있는 레지스트막에 상기 전사 패턴을 전사하는 공정을 갖는 패턴 전사 방법이다.
본 발명에 따른 다계조 포토마스크, 포토마스크 블랭크, 다계조 포토마스크의 제조 방법에 따르면, 전사 패턴의 형상에 상관없이 차광막의 에칭 레이트를 면내에 있어서 균일화시키고, 다계조 포토마스크의 선폭 정밀도 등에서의 품질을 향상시켜, 제조 수율을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 발명에 따른 패턴 전사 방법에 따르면, 상기 다계조 포토마스크를 이용함으로써 FPD 등의 제조 수율을 개선시키는 것이 가능하게 된다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 부분 단면도(모식도)이며, 도 1b는 그 다계조 포토마스크를 이용한 패턴 전사 공정에 의해 피전사체 상에 형성되는 레지스트 패턴의 부분 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 제조 공정의 플로우를 예시하는 개략도.
도 3a는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 부분 단면도(모식도)이며, 도 3b는 그 다계조 포토마스크를 이용한 패턴 전사 공정에 의해 피전사체 상에 형성되는 레지스트 패턴의 부분 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 제조 공정의 플로우를 예시하는 개략도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 부분 단면도(모식도).
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 제조 공정에 있어서, 차광막의 에칭 레이트가 에칭 밸런스막에 의해 균일화되는 상태를 도시하는 개략도.
도 7은 종래의 다계조 포토마스크의 제조 공정에 있어서, 차광막의 에칭 레이트가 전사 패턴의 형상에 따라서 국소적으로 변화하는 상태를 도시하는 개략도.
도 8은 차광막을 에칭할 때의 반투광막의 노출 면적이 작은 경우를 도시하는 모식도로, (a)는 투명 기판 상에 에칭 밸런스막, 반투광막, 및 차광막이 이 순서대로 적층된 샘플 1을 에칭하는 경우를, (b)는 투명 기판 상에 반투광막 및 차광막이 이 순서대로 적층된 샘플 2를 에칭하는 경우를, (c)는 투명 기판 상에 차광막이 형성된 샘플 3을 에칭하는 경우를, 각각 도시하는 도면.
도 9는 차광막을 에칭할 때의 반투광막의 노출 면적이 큰 경우를 도시하는 모식도로, (a)는 투명 기판 상에 에칭 밸런스막, 반투광막, 및 차광막이 이 순서대로 적층된 샘플 4를 에칭하는 경우를, (b)는 투명 기판 상에 반투광막 및 차광막이 이 순서대로 적층된 샘플 5를 에칭하는 경우를, (c)는 투명 기판 상에 차광막이 형성된 샘플 6을 에칭하는 경우를, 각각 도시하는 도면.
도 10은 차광막 패턴의 선폭과 설계값과의 차이의 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 11은 전해액 속에 침지한 이종 금속의 접합이 에칭 레이트에 미치는 효과를 도시하는 개략도로, (a)는 에칭 레이트의 측정계를 나타내고, (b)는 Cr 단체판, Cr-Mo 겹침판을 구성하는 Cr판, Cr-Mo 겹침판을 구성하는 Mo판, Mo 단체판의 각 에칭 레이트의 측정 결과를 나타내는 도면.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 주로 도 1a, 도 1b, 도 2, 도 6을 참조하면서 설명한다.
도 1a는, 본 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 부분 단면도(모식도)이며, 도 1b는, 그 다계조 포토마스크를 이용한 패턴 전사 공정에 의해 피전사체 상에 형성되는 레지스트 패턴의 부분 단면도이다. 도 2는, 본 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 제조 공정의 플로우를 예시하는 개략도이다. 도 6은, 본 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 제조 공정에 있어서, 차광막의 에칭 레이트가 에칭 밸런스막에 의해 균일화되는 상태를 도시하는 개략도이다.
(1) 다계조 포토마스크의 구성
도 1a에 도시하는 다계조 포토마스크(100)는, 예를 들면, 액정 표시 장치(LCD)의 박막 트랜지스터(TFT), 컬러 필터, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등을 제조할 때에 이용된다. 단, 도 1a는 포토마스크의 적층 구조를 예시하는 것이며, 실제의 패턴은, 이와 동일하다고는 할 수 없다.
다계조 포토마스크(100)는, 그 다계조 포토마스크(100)의 사용 시에 노광광을 차광(광 투과율이 대략 0％)시키는 차광부(121)와, 노광광의 투과율을 예로 들면 5∼60％(충분히 넓은 투광부의 투과율을 100％로 하였을 때)에 저감시키는 반투광부(122)와, 노광광을 100％ 투과시키는 투광부(123)를 포함하는 전사 패턴을 구비하고 있다. 상기에서, 충분히 넓다고 하는 것은, 노광 광학계의 해상도에 대해 충분히 넓은, 즉 패턴의 선폭의 변화가 투과율에 영향을 주지 않는 넓이를 말하며, 예를 들면 20㎛ 사방 이상의 넓이를 말한다.
차광부(121)는, 도전성을 갖는 에칭 밸런스막(111), 반투광막(112) 및 차광막(113)이 투명 기판(110) 상에 이 순서대로 적층되어 이루어진다. 또한, 반투광부(122)는, 에칭 밸런스막(111) 및 반투광막(112)이 투명 기판(110) 상에 이 순서대로 적층되어 이루어지고, 반투광막(112)의 상표면이 노출되어 이루어진다. 또한, 투광부(123)는, 투명 기판(110)이 노출되어 이루어진다. 여기서, 상기 막의 사이나 상하에는, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 다른 막이 존재하고 있어도 된다. 차광부(121)를 구성하는 차광막(113)의 상표면은 노출되어 있는 경우에 한정되지 않고, 차광막(113) 상에 다른 막이 형성되어 있어도 상관없다. 또한, 후술하는 바와 같이, 투광부(123)에는, 투명 기판(110)의 상표면이 노출되는 대신에, 투과율이 높은 에칭 밸런스막(111)이 잔류하고 있어도 된다. 또한, 에칭 밸런스막(111), 반투광막(112) 및 차광막(113)이 패터닝되는 상태에 대해서는 후술한다.
투명 기판(110)은, 예를 들면 석영(SiO2) 글래스나, SiO2, Al2O3, B2O3, RO, R2O 등을 포함하는 저팽창 글래스 등으로 이루어지는 평판으로서 구성되어 있다. 투명 기판(110)의 주면(표면 및 이면)은, 연마되는 등으로 하여 평탄하면서 평활하게 구성되어 있다. 투명 기판(110)은, 예를 들면 1변이 300㎜ 이상인 사각형으로 할 수 있고, 예를 들면 1변이 1000∼2400㎜인 직사각형으로 할 수 있다. 투명 기판(110)의 두께는 예를 들면 3㎜∼20㎜로 할 수 있다.
에칭 밸런스막(111)은, 시트 저항값으로서, 예를 들면 10㏀/□ 이하, 바람직하게는 5㏀/□ 이하, 더욱 바람직하게는 2㏀/□ 이하로 되는 도전성을 갖는 막으로서 구성되어 있다. 에칭 밸런스막(111)의 막 두께는 예를 들면 20Å∼500Å, 바람직하게 50Å∼300Å로 할 수 있다. 에칭 밸런스막(111)은, 금속 또는 금속 화합물로 이루어지는 막으로서 구성할 수 있다. 금속으로서는 Cr, Al, CoW, Ni, Mo 등을 이용할 수 있고, 금속 화합물로서는 상기 금속의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 탄화 질화물, 산화 질화 탄화물 등을 이용할 수 있다. 단, 금속 함유량을 과도하게 작게 하면 상술한 도전성을 확보하는 것이 곤란하게 되므로, 소정의 금속 함유량을 확보한 조성으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 반투광막(112)의 에칭에 이용하는 에칭액(또는 에칭 가스)에 대해 에칭 내성을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 에칭 밸런스막(111)은, 후술하는 바와 같이 반투광막(112)을 에칭할 때의 에칭 스토퍼층으로서 기능할 수 있다.
에칭 밸런스막(111)에 이용하는 막의 노광광 투과율에 특별히 제약은 없다. 또한, 에칭 밸런스막(111)은, 차광막(113) 및 반투광막(112)을 각각 패터닝하고, 에칭 밸런스막으로서의 기능을 끝낸 후에, 투광부(123)에 잔류하는 부분을, 제거할 수 있다. 한편, 투광부(123)에 잔류하는 에칭 밸런스막(111) 중 적어도 일부를 남기고, 다계조 포토마스크(100)의 일부로서 사용하는 것도 가능하다. 그와 같은 경우, 에칭 밸런스막(111)에 이용하는 막의 노광광 투과율은 60％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 에칭 밸런스막(111)을 그대로 잔류시키고, 또는 감막된 일부를 잔류시킨 상태로, 다계조 포토마스크(100)의 투광부(123)로서 사용할 수 있다. 이 경우, 에칭 밸런스막(111)에는 투명 기판(110)에 대해 80％ 이상의 노광광 투과율을 갖는 막을 이용하는 것이 바람직하다. 이 때 이용할 수 있는 투과율이 높은 막 소재로서는, 예를 들면, ITO(산화 인듐 주석), AS(안티몬 함유 산화 주석), 산화 아연, 안티몬 주석, 수산화 마그네슘, 산화 주석 등으로 할 수 있다. 이러한 경우, 노광광에 대한 에칭 밸런스막(111)의 투과율을, 투명 기판에 대해, 85％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 투명 기판(110) 상에 에칭 밸런스막(111)과 반투광막(112), 및 차광막(113)이 적층된 차광부(121), 에칭 밸런스막(111) 및 반투광막(112)이 적층된 반투광부(122), 투명 기판(110)이 노출된 투광부(123)를 구비하지만, 그 외에, 투명 기판(110) 상에 에칭 밸런스막(111) 중 적어도 일부가 잔류한 제2 반투광부를 구비하고 있어도 된다. 즉, 후술하는 바와 같이, 에칭 밸런스막(111)의 노광광 투과율을 적절하게 선택하면, 4계조 포토마스크로서 사용할 수 있게 되고, 그 막 두께의 선택에 의해, 투과율의 조정도 가능하다. 이 경우의 에칭 밸런스막(111)의 투과율은, 그 다계조 포토마스크(100)를 이용하여 제조하고자 하는 디바이스의 가공 조건에 의해 결정되지만, 예를 들면, 5∼80％의 범위에서 선택할 수 있다.
반투광막(112)은, 크롬 화합물, 몰리브덴 실리사이드 또는 그 화합물로 이루어지고, 예를 들면 CrO, CrN, CrC, MoSix, MoSiN, MoSiON, MoSiCON 등으로 구성할 수 있다. 반투광막(112)은, 불소(F)계의 에칭액(또는 에칭 가스)을 이용하여 에칭가능하도록 구성되어 있다. 또한, 반투광막(112)은, 상술한 크롬용 에칭액(또는 에칭 가스)에 대한 에칭 내성을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 반투광막(112)은, 후술하는 바와 같이 크롬용 에칭액을 이용하여 차광막(113)을 에칭할 때의 에칭 스토퍼층으로서 기능할 수 있다. 또한, 반투광부(122)를 구성하는 반투광막(112)의 두께는, 차광부(121)를 구성하는 반투광막(112)의 두께보다도 작아지도록 감막되어 있어도 된다. 이에 의해, 반투광부(122)의 투과율을 원하는 값으로 정밀하게 조정하는 것이 가능하게 된다.
반투광막(112)의 노광광에 대한 막 투과율은, 5∼80％인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 7∼70％이다. 이와 같은 투과율에 의해, FPD 등 표시 장치를 형성할 때의 가공 효율을 높게 할 수 있다. 이 막 투과율은, 상기한 소재의 선택 및 막 두께의 선택에 의해 얻을 수 있다.
차광막(113)은, 실질적으로 크롬(Cr)을 주성분으로 한다. 또한, 차광막(113)의 표면에 Cr 화합물(CrO, CrC, CrN 등)의 층을 형성하면, 표면에 반사 억제 기능을 갖게 할 수 있다. 차광막(113)은, 예를 들면 질산 제2 세륨 암모늄((NH4)2Ce(NO3)6) 및 과염소산(HClO4)을 포함하는 크롬용 에칭액을 이용하여 에칭 가능하도록 구성되어 있다.
다계조 포토마스크(100)를 이용한 패턴 전사 공정에 의해 피전사체(1)에 형성되는 레지스트 패턴(4p)의 부분 단면도를 도 1b에 예시한다. 레지스트 패턴(4p)은, 피전사체(1)에 형성된 포지티브형 레지스트막(4)에 다계조 포토마스크(100)를 통하여 노광광을 조사하고, 현상함으로써 형성된다. 피전사체(1)는, 기판(2)과, 기판(2) 상에 이 순서대로 적층된 금속 박막, 절연층, 반도체층 등 임의의 피가공층(3a∼3c)을 구비하고 있고, 포지티브형 레지스트막(4)은 피가공층(3c) 상에 균일한 두께로 미리 형성되어 있는 것으로 한다. 또한, 피가공층(3b)은 피가공층(3c)의 에칭에 대해 내성을 갖고, 피가공층(3a)은 피가공층(3b)의 에칭에 대해 내성을 갖도록 구성될 수 있다.
다계조 포토마스크(100)를 통하여 포지티브형 레지스트막(4)에 노광광을 조사하면, 차광부(121)에서는 노광광이 투과하지 못하고, 또한, 반투광부(122), 투광부(123)의 순서대로 노광광의 광량이 단계적으로 증가한다. 그리고, 포지티브형 레지스트막(4)은, 차광부(121), 반투광부(122)의 각각에 대응하는 영역에서 막 두께가 순서대로 얇아져, 투광부(123)에 대응하는 영역에서 제거된다. 이와 같이 하여, 피전사체(1) 상에 막 두께가 단계적으로 다른 레지스트 패턴(4p)이 형성된다.
레지스트 패턴(4p)이 형성되면, 레지스트 패턴(4p)으로 덮여져 있지 않은 영역(투광부(123)에 대응하는 영역)에서 노출되어 있는 피가공층(3c∼3a)을 표면측으로부터 순차적으로 에칭하여 제거할 수 있다(제1 에칭). 그리고, 레지스트 패턴(4p)을 애싱(감막)하여 가장 막 두께가 얇은 영역(반투광부(122)에 대응하는 영역)을 제거하고, 새롭게 노출된 피가공층(3c, 3b)을 순차적으로 에칭하여 제거한다(제2 에칭). 이와 같이, 막 두께가 단계적으로 다른 레지스트 패턴(4p)을 이용함으로써, 종래의 포토마스크 2매분의 공정을 실시할 수 있어, 마스크 매수를 삭감할 수 있어, 포토리소그래피 공정을 간략화할 수 있다.
(2) 다계조 포토마스크의 제조 방법
계속해서, 본 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크(100)의 제조 방법에 대해서, 도 2를 참조하면서 설명한다.
(포토마스크 블랭크 준비 공정)
우선, 도 2의 (a)에 예시한 바와 같이, 도전성을 갖는 에칭 밸런스막(111), 반투광막(112), 및 차광막(113)이 투명 기판(110) 상에 이 순서대로 적층되어 이루어지는 포토마스크 블랭크(100b)를 준비한다. 이와 같이, 본 실시 형태에 따른 포토마스크 블랭크(100b)는, 어느 정도의 도전성을 갖는 소재끼리의 도통 부분(여기서는 적어도 Mo 및 Si로 이루어진 화합물로 이루어지는 반투광막(112)과, Cr을 주성분으로 하는 차광막(113)과의 접촉면)을 구비하고 있다.
차광막(113) 상에는 제1 레지스트막(131)이 형성되어 있다. 제1 레지스트막(131)은, 포지티브형 포토레지스트 재료 혹은 네가티브형 포토레지스트 재료에 의해 구성하는 것이 가능하다. 이하의 설명에서는, 제1 레지스트막(131)이 포지티브형 포토레지스트 재료로 형성되어 있는 것으로 한다. 제1 레지스트막(131)은, 예를 들면 스핀 도포나 슬릿 코터 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
(제1 에칭 공정)
다음으로, 레이저 묘화기 등에 의해 묘화 노광을 행하고, 제1 레지스트막(131)의 일부를 감광시켜, 스프레이 방식 등의 방법에 의해 제1 레지스트막(131)에 현상액을 공급하여 현상하고, 차광부(121)의 형성 예정 영역을 덮는 제1 레지스트 패턴(131p)을 형성한다. 제1 레지스트 패턴(131p)이 형성된 상태를 도 2의 (b)에 예시한다.
다음으로, 형성한 제1 레지스트 패턴(131p)을 마스크로 하여 차광막(113)을 에칭하여 차광막 패턴(113p)을 형성함과 함께, 반투광막(112)의 상표면을 부분적으로 노출시킨다. 차광막 패턴(113p)이 형성된 상태를 도 2의 (c)에 예시한다. 에칭은, 질산 제2 세륨 암모늄((NH4)2Ce(NO3)6) 및 과염소산(HClO4)을 포함하는 상술한 크롬용 에칭액에 의해 행한다. 이 에칭액은, 전기 전도성을 갖고, 전해액으로서 작용한다.
또한, 차광막(113)의 에칭의 진행에 수반하여, 반투광막(112)이 노출되면, 이종 금속(차광막(113)과 반투광막(112)의 각각에 포함되는 금속)이 서로 접합 부분을 가진 상태에서 전해액(에칭액) 속에 침지된 상태로 된다.
또한, 상술한 바와 같이, 종래의 포토마스크 블랭크(투명 기판 상에 반투광막과 차광막이 이 순서대로 적층되고, 에칭 밸런스막을 갖지 않는 포토마스크 블랭크)를 이용한 경우에는, 차광막의 에칭 레이트가, 면내에서 일치하지 않는 경우가 있었다. 특히, 전사 패턴의 형상에 관계되어 국소적으로 에칭 레이트가 저하하거나, 또는 상승하는 등의 현상이 보였다. 발명자들의 검토의 결과에 의하면, 에칭 개시로부터 반투광막(112)이 노출될 때까지의 차광막(113)의 웨트 에칭 거동은, 그 후 에칭이 진행되어, 반투광막(112)이 노출된 시점으로부터, 변화되는 것이 확인되었다. 즉, 반투광막(112)이 노출된 시점으로부터 생기는, 전지 형성에 의한 새로운 요인의 영향(전자의 공급 상태의 변화)을 받고, 에칭 거동이 다른 상태로 이행한다고 생각하였다. 이 새로운 상태란, 면내의 패턴 형상의 상위, 밀도의 상위, 혹은, 차광부와 반투광부의 면적비의 상위 중 적어도 어느 하나와 관계가 있다고 보여졌다.
그리고, 상기의 영향에 의해, 차광막 패턴의 선폭이 국소적으로 설계값과 다르거나, 차광막의 에칭 불량(차광막의 빠짐 불량)이 국소적으로 생기거나 하여, 다계조 포토마스크의 품질이 저하하고, 제조 수율이 악화되는 경우가 있었다고 발명자들은 생각하였다.
이에 대해, 본 실시 형태에 따른 포토마스크 블랭크(100b)에서는, 반투광막(112)의 하층측에, 도전성을 갖는 에칭 밸런스막(111)을 구비하고 있다. 이에 의해, 차광막(113)의 에칭 레이트를 전사 패턴의 형상에 의하지 않고 시종 안정시켜, 균일화(차광막(113)의 에칭 레이트의 국소적인 변화를 억제)시키도록 하고 있다. 이에 의해, 적절하게 에칭 종점을 선택하기만 하면, 차광막 패턴(113p)의 선폭이 국소적으로 설계값과 다르게 되거나, 차광막(113)의 에칭 불량(차광막(113)의 빠짐 불량)이 국소적으로 생기게 되거나 하는 것을 방지하도록 하고 있다. 또한, 에칭 밸런스막(111)에 의한 에칭 레이트의 균일화 효과에 대해서는 후술한다.
차광막 패턴(113p)의 형성이 완료되면, 제1 레지스트 패턴(131p)을 박리 제거한다. 그리고, 잔류하고 있는 차광막(113)(차광막 패턴(113p)) 및 노출된 반투광막(112)의 상표면을 각각 덮는 제2 레지스트막(132)을 형성한다. 제2 레지스트막(132)은, 포지티브형 포토레지스트 재료 혹은 네가티브형 포토레지스트 재료에 의해 구성하는 것이 가능하다. 이하의 설명에서는, 제2 레지스트막(132)이 포지티브형 포토레지스트 재료로 형성되어 있는 것으로 한다. 제2 레지스트막(132)은, 예를 들면 스핀 도포나 슬릿 코터 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 제2 레지스트막(132)이 형성된 상태를 도 2의 (d)에 예시한다.
(제2 에칭 공정)
다음으로, 레이저 묘화기 등에 의해 묘화 노광을 행하고, 제2 레지스트막(132)의 일부를 감광시켜, 스프레이 방식 등의 방법에 의해 제2 레지스트막(132)에 현상액을 공급하여 현상하고, 적어도 반투광부(122)의 형성 예정 영역을 덮는 제2 레지스트 패턴(132p)을 형성한다. 제2 레지스트 패턴(132p)이 형성된 상태를 도 2의 (e)에 예시한다. 또한, 도 2의 (e)에 예시한 바와 같이, 제2 레지스트 패턴(132p)은, 반투광부(122)의 형성 예정 영역뿐만 아니라, 차광막 패턴(113p)의 일부 혹은 전부를 덮도록 형성할 수 있다.
다음으로, 형성한 차광막 패턴(113p) 및 제2 레지스트 패턴(132p)을 마스크로 하여 반투광막(112) 및 에칭 밸런스막(111)을 순서대로 에칭하고, 반투광막 패턴(112p) 및 에칭 밸런스막 패턴(111p)을 형성함과 함께, 투광 기판(110)을 부분적으로 노출시킨다. 또한, 반투광막(112)의 에칭은, 상술한 불소(F)계의 에칭액(또는 에칭 가스)을 이용하여 행할 수 있다. 또한, 에칭 밸런스막(111)의 에칭은, 에칭 밸런스막(111)을 구성하는 재료에 따라서 적절하게 선택한 에칭액(또는 에칭 가스)에 의해 행할 수 있다.
그리고, 제2 레지스트 패턴(132p)을 박리하여 제거하고, 본 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크(100)의 제조 방법을 종료한다.
(3) 에칭 밸런스막에 의한 효과
상술한 바와 같이, 제1 에칭 공정을 실시할 때에, 에칭이 진행되면 차광막(113)이 부분적으로 제거됨으로써 반투광막(112)이 부분적으로 노출되고, 차광막(113)과 반투광막(112)이 서로 접합 부분을 가진 상태에서, 각각이 전해액(에칭액) 속에 침지된 상태로 된다. 여기서, 차광막(113)과 반투광막(112)은, 각각 다른 금속을 포함하는 재료이며, 어느 정도의 도전성을 갖기 때문에, 전해액 속에 침지된 차광막과 반투광막은, 예를 들면 갈바노 전지 등과 유사한 화학 전지를 구성하고, 이 시점으로부터, 차광막(113)의 에칭 거동은, 형성된 전지에 의한 전자 이동에 지배되게 된다. 그리고 이 결과, 에칭 레이트가 저하, 또는 상승되는 경우가 있다. 전해액 속에 침지된, 서로 접합 부분을 갖는 이종 금속의 에칭 레이트에 미치는 효과(이것을 전지 효과라고도 칭함)에 대해서, 도 11을 이용하여 설명한다.
도 11의 (a)는, 에칭 레이트의 측정계를 나타내고, Cr로 이루어지는 Cr 단체판, Mo로 이루어지는 Mo 단체판, Cr판과 Mo판을 서로 겹친 Cr-Mo 겹침판(이종 금속이 접촉하고, 도통하고 있음)을, 상술한 크롬용 에칭액 속에 각각 침지시킨 상태를 나타내고 있다.
도 11의 (b)는, Cr 단체판, Cr-Mo 겹침판, Mo 단체판의 각 에칭 레이트의 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 도 11의 (b)에 따르면, Cr-Mo 겹침판에서의 Cr의 에칭 레이트가, Cr 단체판의 Cr의 에칭 레이트의 절반 이하로 감소하는 것을 알 수 있다. 또한, Cr-Mo 겹침판에서의 Mo의 에칭 레이트가, Mo 단체판의 Mo의 에칭 레이트보다도 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 서로 도통한 이종 금속을 전해액 속에 침지시키면, 에칭 레이트에 영향이 미치고, 이온화 경향이 작은 쪽의 금속(여기서는 Cr)의 에칭 레이트를 저하시킴과 함께, 이온화 경향이 큰 쪽의 금속(여기서는 몰리브덴)의 에칭 레이트를 증가시키는 것을 알 수 있다. 이상의 결과로부터, 다계조 포토마스크(100)의 웨트 에칭 시에, 서로 다른 금속을 포함하는 차광막(113)과 반투광막(112)이, 각각 소정의 도전성을 갖고, 또한 양자가 도통한 상태에서, 에칭액에 접촉할 때, 차광막(113)만이 에칭액에 침지되어 있을 때와는 다른 에칭 거동이 생겨, 에칭 레이트가 변화하는 것을 이해할 수 있다.
여기서, 상기의 제1 에칭 공정을 실시함에 따른 반투광막(112)의 노출 면적은, 전사 패턴의 형상에 따라서 국소적으로 다르다. 즉, 전사 패턴의 형상에 따라서는, 노출되는 반투광막(112)의 면적이 큰 부분도 있으면, 작은 부분도 있다. 발명자들의 지견에 따르면, 종래의 다계조 포토마스크의 제조 공정에서는, 반투광막(112)의 노출 면적, 에칭 도중에 있는 차광막(113) 패턴과의 면적비, 상호의 거리, 각각의 형상의 상위가 상술한 전지 효과의 강약을 야기하고 있고, 이에 의해 차광막(113)의 에칭 레이트가 면내에서 균일하게 되지 않는다고 하는 문제가 생겼다. 즉, 전사 패턴의 형상에 따라서, 차광막(113)의 에칭 레이트의 변화가 큰 개소도 있으면, 차광막(113)의 에칭 레이트의 변화가 작은 개소도 있고, 에칭의 종점이 면내에서 일정하게 되지 않았다. 이러한 현상에 대해서, 발명자들이 고찰한 모델을 도 7에 도시한다.
도 7은, 종래의 다계조 포토마스크의 제조 공정에 있어서, 차광막(113)의 에칭 레이트가 전사 패턴의 형상에 따라서 국소적으로 변화하는 상태를 도시하는 개략도이다. 도 7에서는, MoSi로 이루어지는 반투광막(112)과 Cr로 이루어지는 차광막(113)이, 에칭 밸런스막(111)을 개재하지 않고 투명 기판(110) 상에 이 순서대로 적층되어 있다. 그리고, 차광막(113) 상에 형성된 레지스트 패턴(131p)을 마스크로 하여, 상술한 크롬용 에칭액(전해액)을 이용하고, 차광막(113)을 에칭하여 차광막 패턴(113p)을 형성함과 함께, 반투광막(112)의 상표면을 부분적으로 노출시키고 있다. 또한, 도면 중 우측에서는 반투광막(112)의 노출 면적이 크게 구성되고, 도면 중 좌측에서는 반투광막(112)의 노출 면적이 작게 구성되어 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 반투광막(112)이 노출되어 에칭액(전해액)에 접촉함으로써, 반투광막(112)을 형성하는 Mo가 이온화하고, 예를 들면 Mo⇒Mo3++3e- 등의 반응이 생긴다. 노출 면적이 큰 도면 중 우측의 반투광막(112)에서는, 노출 면적이 작은 도면 중 좌측의 반투광막(112)에 비해, 보다 많은 전자가 발생하게 된다. Mo의 이온화에 의해 발생한 전자(e-)는, 반투광막(112)으로부터 차광막(113)에 공급된다. 즉, 도면 중 우측의 차광막(113)(차광막 패턴(113p))에는, 도면 중 좌측의 차광막(113)(차광막 패턴(113p))에 비해, 보다 많은 전자가 공급되게 된다. 그 결과, Cr의 이온화 반응이 진행되기 어려운 상황이 생긴다. 이 때 형성되는 각차광막 패턴(113p)에의 상기 Mo로부터의 전자 공급 상태가 다르므로, 각 차광 패턴(113P)의 전위가 불균일해지고, 차광막(113)의 에칭 레이트가 국소적으로 불균일해진다. 예를 들면, 도면 중 우측에서는 차광막(113)의 에칭 레이트의 저하가, 도면 중 좌측의 차광막(113)의 에칭 레이트의 저하보다 현저해진다.
따라서 발명자들은, 전사 패턴의 형상에 따라서 생기는 전지 효과의 강약, 즉 에칭 대상인 차광막(113)의 면적에 대한, 근방의 반투광막(112)의 노출 면적의 대소에 따라서 생기는 차광막 패턴(113p)의 전위차를 감소시키는 방법에 대해서, 예의 연구를 행하였다. 그 결과, 도전성을 갖는 에칭 밸런스막(111)을 반투광막(112)의 하층측에 형성함으로써, 형성되는 각 차광막 패턴(113p)의 전위를 균일화시켜, 차광막(113)의 에칭 레이트의 국소적인 변화를 억제시키는 것이 가능하게 되는 것을 발견하였다. 즉, 에칭 밸런스막(111)을 형성함으로써, 차광막(113) 면내의 어느 곳의 부분도 전위가 실질적으로 동등하게 되어, Cr의 에칭 시의 이온화의 경향을 균일화할 수 있는 것을 발견하였다.
도 6에, 본 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크(100)의 제조 공정에 있어서, 차광막(113)의 에칭 레이트가 에칭 밸런스막(111)에 의해 균일화되는 모델(차광막 패턴(113p)의 전위가 에칭 밸런스막(111)에 의해 균일화되는 상태)를 도시한다. 도 6에서는, 소정의 도전성을 갖는, 금속 또는 금속 화합물로 이루어지는 에칭 밸런스막(111), MoSi로 이루어지는 반투광막(112), Cr을 주성분으로 하는 차광막(113)이, 투명 기판(110) 상에 이 순서대로 적층되어 있다. 그리고, 도 7과 마찬가지로, 차광막(113) 상에 형성된 레지스트 패턴(131p)을 마스크로 하여, 상술한 크롬용 에칭액(전해액)을 이용하고, 차광막(113)을 에칭하여 차광막 패턴(113p)을 형성한다. 그리고 에칭의 진행에 수반하여, 반투광막(112)의 상표면이 부분적으로 노출되어 있다. 또한, 도 7과 마찬가지로, 도면 중 우측에서는 반투광막(112)의 노출 면적이 크게 구성되고, 도면 중 좌측에서는 반투광막(112)의 노출 면적이 작게 구성되어 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 반투광막(112)이 노출되어 에칭액(전해액)에 접촉함으로써, 반투광막(112)을 형성하는 Mo가 이온화하고, 예를 들면 Mo⇒Mo3++3e-라고 하는 등의 반응이 생긴다. 노출 면적이 큰 도면 중 우측의 반투광막(112)에서는, 노출 면적이 작은 도면 중 좌측의 반투광막(112)에 비해, 보다 많은 전자가 발생하게 된다. Mo의 이온화에 의해 발생한 전자(e-)는, 반투광막(112)으로부터 차광막(113)으로 흐른다. 여기서, 에칭 밸런스막(111)은 도전성을 가지므로, 도면 중 우측에서 발생한 전자는, 도면 중 우측의 차광막(113)(차광막 패턴(113p))으로 유입되는 것뿐만 아니라, 에칭 밸런스막(111), 도면 중 좌측의 반투광막(112)을 통하여, 도면 중 좌측의 차광막(113)(차광막 패턴(113p))으로도 유입되게 된다. 이에 의해, 형성되는 각 차광막 패턴(113p)의 전위가 균일화되고, 차광막(113)의 에칭 레이트가 국소적으로 균일화된다.
상술한 효과를 뒷받침하는 측정 결과에 대해서, 도 8∼도 10을 이용하여 설명한다.
도 8은, 차광막(113)을 에칭할 때, 에칭 대상으로 되는 차광막 면적에 대해, 에칭 중에 생기는 반투광막(112)의 노출 면적이 작은 경우를 도시하는 모식도이며, (a)는 투명 기판(110) 상에 에칭 밸런스막(111), 반투광막(112), 및 차광막(113)이 이 순서대로 적층된 샘플 1(본 실시 형태에 따른 포토마스크 블랭크(100b)와 마찬가지의 적층 구조를 구비한 샘플)을 에칭하는 경우를, (b)는 투명 기판(110) 상에 반투광막(112) 및 차광막(113)이 이 순서대로 적층된 샘플 2(종래의 다계조용 포토마스크 블랭크와 마찬가지의 적층 구조를 구비한 샘플)를 에칭하는 경우를, (c)는 투명 기판(110) 상에 차광막(113)이 형성된 샘플 3(종래의 바이너리 포토마스크 블랭크와 마찬가지의 적층 구조를 구비한 샘플)을 에칭하는 경우를 각각 도시하고 있다. 또한, 에칭은, 각 샘플의 표면에 레지스트막을 도포하고, 에칭부만 레지스트가 제거된 레지스트 패턴을 형성한 후에, 노출된 차광막(113)에 Cr 에칭액을 공급함으로써 행한다.
또한, 도 9는, 차광막(113)을 에칭할 때, 에칭부의 근방에, 그 에칭부의 면적에 대해 면적이 큰 반투광막(112)(도면 중의 부호 201로 나타낸 개소)이 노출되는 경우를 도시하는 모식도이며, (a)는 투명 기판(110) 상에 에칭 밸런스막(111), 반투광막(112), 및 차광막(113)이 이 순서대로 적층된 샘플 4(본 실시 형태에 따른 포토마스크 블랭크(100b)와 마찬가지의 적층 구조를 구비한 샘플)를 에칭하는 경우를, (b)는 투명 기판(110) 상에 반투광막(112) 및 차광막(113)이 이 순서대로 적층된 샘플 5(종래의 다계조용 포토마스크 블랭크와 마찬가지의 적층 구조를 구비한 샘플)를 에칭하는 경우를, (c)는 투명 기판(110) 상에 차광막(113)이 형성된 샘플 6(종래의 바이너리 포토마스크 블랭크와 마찬가지의 적층 구조를 구비한 샘플)을 에칭하는 경우를, 각각 도시하고 있다. 또한, 에칭은, 도 8과 마찬가지로, 각 샘플의 표면에 레지스트막을 도포하고, 에칭부만 레지스트가 제거된 레지스트 패턴을 형성한 후에, 노출된 차광막(113)에 Cr 에칭액을 공급함으로써 행한다.
또한, 본 측정 시에서는, 에칭 밸런스막(111)의 작용을 명확하게 파악하기 위해, 에칭 조건과 패턴을 고안하고 있다. 즉, 에칭 시간을 실제의 에칭 시간보다 길게 하고, 또한, 패턴의 배치를 도 8, 도 9에 도시한 바와 같은 것으로 함으로써, 에칭 밸런스막(111)의 유무에 의한 후술하는 CD Shift의 차이를 현저하게 파악할 수 있는 조건을 선택하였다.
도 10은, 상술한 샘플 1∼6에 대해서, 차광막 패턴(113p)의 측정부(200)에서의 선폭(도 8, 도 9에서의 에칭부의 선폭)과 설계값과의 차이(CD shift라고 칭함)를 나타내는 그래프도이다. 도 10 중 ◇ 표시, △ 표시, □ 표시는, 도 8의 샘플 1, 2, 3에서의 CD shift(㎛)를 각각 나타내고 있다. 또한, 도 11 중의 ◆ 표시, ▲ 표시, ■ 표시는, 도 9의 샘플 4, 5, 6에서의 CD shift(㎛)를 각각 나타내고 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 상술한 샘플 1∼6에 대해 차광막(113)의 에칭에 관한 검증을 3회씩 실시하고, 검증마다 CD shift(㎛)를 각각 측정하였다. 그 결과, 본 실시 형태에 따른 포토 마스크 블랭크(100b)와 마찬가지의 적층 구조를 구비한 샘플 1(◇ 표시), 샘플 4(◆ 표시)에서는, 반투광막(112)의 노출 면적에 상관없이, CD shift가 항상 0.100(㎛) 이하로 되는 것을 알 수 있다. 이에 대해, 에칭 밸런스막(111)을 갖지 않는 종래의 다계조용 포토마스크 블랭크와 마찬가지의 적층 구조를 구비한 샘플 2(△ 표시), 샘플 5(▲ 표시)에서는, 반투광막(112)의 노출 면적이 커지면, CD shift가 0.0500(㎛) 내지 0.300(㎛)에까지 증대하는 것을 알 수 있다. 또한, 종래의 바이너리 포토마스크 블랭크와 마찬가지의 적층 구조를 구비한 샘플 3(□ 표시), 샘플 6(■ 표시)에서는, 전지 효과를 발생시키지 않으므로, CD shift가 항상 0.1000(㎛) 이하로 되는 것을 알 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이, 본 측정에서 CD shift가 0.1㎛ 이하로 제어할 수 있는 것이 확인되었지만, 실제의 TFT 제조용 포토마스크에서는, CD shift는, 0.05㎛ 이하로 하는 것이 가능하며, 나아가서는 CD shift 0.03㎛ 이하의 사양을 갖는 포토마스크를 제조할 수도 있는 것을 알 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 에칭 밸런스막(111)을 형성함으로써, 전사 패턴의 형상에 상관없이 차광막(113)의 에칭 레이트의 변화를 균일화시켜, 다계조 포토마스크(100)의 품질을 향상시키고, 제조 수율을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크(100)를 이용한 패턴 전사 방법에 따르면, FPD 등의 제조 수율을 개선시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시 형태에 따른 효과가 현저하게 보여지는 것은, 반투광막(112)과 차광막(113)이 모두 어느 정도의 도전성을 갖고 있는 경우이다. 이와 같은 경우에, 제1 에칭 공정(웨트 에칭)에서 전지가 구성되게 되기 때문이다. 예를 들면, 반투광막(112)과 차광막(113)이 모두 10㏀/□ 이하, 또한, 5㏀/□ 이하로 되는 도전성 재료로 될 때에, 본 실시 형태에 따른 효과가 현저하게 얻어진다.
또한, 본 실시 형태에 따른 에칭 밸런스막(111)은, 면내의 에칭 거동을 균일화시키기 위한 전자 운반 작용, 공급 작용을 발휘하는 정도의 도전성이 있는 것이면 된다. 또한, 반투광막(112)이나 차광막(113)이 갖는 도전성보다도 높은 도전성(낮은 시트 저항값)을 갖는 것이 보다 바람직하다. 또한, 반투광막(112)이나 차광막(113)이 각각 갖는 시트 저항의 값의 1/5 이하의 시트 저항값을 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 전사 패턴이 면내에서 다양한 형상 분포나 밀도 분포를 가지고 있어도, 전자 공급이 원활하게 행해지는 효과가 충분히 달성되어, 전사 패턴 전체에서의 면내의 전위차를 축소할 수 있다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
본 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크(100')는, 4계조 포토마스크로서 구성되어 있는 점이 상술한 실시 형태와 다르다.
도 3a는, 본 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크(100')의 부분 단면도(모식도)이며, 도 3b는 그 다계조 포토마스크(100')를 이용한 패턴 전사 공정에 의해 피전사체(1) 상에 형성되는 레지스트 패턴의 부분 단면도이다. 도 4는, 본 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크(100')의 제조 공정의 플로우를 예시하는 개략도이다.
(1) 다계조 포토마스크의 구성
본 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크(100')는, 그 다계조 포토마스크(100')의 사용 시에 노광광을 차광(광 투과율이 대략 0％)시키는 차광부(121)와, 노광광의 투과율을 5％ 이상 70％ 이하(충분히 넓은 투광부(123)의 투과율을 100％로 하였을 때. 이하 마찬가지임), 바람직하게는 5％ 이상 50％ 이하 정도로 저감시키는 제1 반투광부(122a)와, 노광광의 투과율을 5％ 이상 80％ 이하, 바람직하게는 7％ 이상 70％ 이하 정도로 저감시키는 제2 반투광부(122b)와, 노광광을 100％ 투과시키는 투광부(123)를 포함하는 전사 패턴을 구비하고 있다. 상기에서, 충분히 넓다고 함은, 노광 광학계의 해상도에 대해 충분히 넓은, 즉 패턴의 선폭의 변화가 투과율에 영향을 주지 않는 넓이를 말하며, 예를 들면 20㎛ 사방 이상의 넓이를 말한다.
차광부(121)는, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 도전성을 갖는 에칭 밸런스막(111), 반투광막(112) 및 차광막(113)이 투명 기판(110) 상에 이 순서대로 적층되어 이루어진다. 또한, 제1 반투광부(122a)는, 상술한 실시 형태의 반투광부(122)와 마찬가지로, 에칭 밸런스막(111) 및 반투광막(112)이 투명 기판(110) 상에 이 순서대로 적층되어 이루어진다. 제2 반투광부(122b)는, 투명 기판(110) 상에 형성된 에칭 밸런스막(111)이 노출되어 이루어진다. 또한, 투광부(123)는, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 투명 기판(110)이 부분적으로 노출되어 이루어진다. 여기서, 차광부(121)를 구성하는 차광막(113)의 상표면은 노출되어 있는 경우에 한정되지 않고, 차광막(113) 상에 다른 막이 형성되어 있어도 상관없다. 또한, 에칭 밸런스막(111), 반투광막(112) 및 차광막(113)이 패터닝되는 상태에 대해서는 후술한다.
투명 기판(110), 에칭 밸런스막(111), 반투광막(112), 차광막(113)의 구성은, 상술한 실시 형태와 동일하다. 또한, 제2 반투광부(122b)를 구성하는 에칭 밸런스막(111)의 두께는, 차광부(121)나 제1 반투광부(122a)를 구성하는 에칭 밸런스막(111)의 두께보다도 작아지도록 감막되어 있어도 된다. 이에 의해, 제2 반투광부(122b)의 투과율을 원하는 값으로 정밀하게 조정하는 것이 가능하게 된다.
다계조 포토마스크(100')를 이용한 패턴 전사 공정에 의해 피전사체(1)에 형성되는 레지스트 패턴(4p')의 부분 단면도를 도 3의 (b)에 예시한다. 레지스트 패턴(4p')은, 피전사체(1)에 형성된 포지티브형 레지스트막(4)에 다계조 포토마스크(100')를 통하여 노광광을 조사하고, 현상함으로써 형성된다. 피전사체(1)는, 기판(2)과, 기판(2) 상에 이 순서대로 적층된 금속 박막, 절연층, 반도체층 등 임의의 피가공층(3a∼3c)을 구비하고 있고, 포지티브형 레지스트막(4)은 피가공층(3c) 상에 균일한 두께로 미리 형성되어 있는 것으로 한다. 또한, 피가공층(3b)은 피가공층(3c)의 에칭에 대해 내성을 갖고, 피가공층(3a)은 피가공층(3b)의 에칭에 대해 내성을 갖도록 구성될 수 있다.
다계조 포토마스크(100')를 통하여 포지티브형 레지스트막(4)에 노광광을 조사하면, 차광부(121)에서는 노광광이 투과하지 못하고, 또한, 제1 반투광부(122a), 제2 반투광부(122b), 투광부(123)의 순서대로 노광광의 광량이 단계적으로 증가한다. 그리고, 포지티브형 레지스트막(4)은, 차광부(121), 제1 반투광부(122a), 제2 반투광부(122b)의 각각에 대응하는 영역에서 막 두께가 순서대로 얇아져, 투광부(123)에 대응하는 영역에서 제거된다. 이와 같이 하여, 피전사체(1) 상에 막 두께가 단계적으로 다른 레지스트 패턴(4p')이 형성된다.
레지스트 패턴(4p')이 형성되면, 레지스트 패턴(4p')으로 덮여져 있지 않은 영역(투광부(123)에 대응하는 영역)에서 노출되어 있는 피가공층(3c∼3a)을 표면측으로부터 순차적으로 에칭하여 제거할 수 있다(제1 에칭). 그리고, 레지스트 패턴(4p')을 애싱(감막)하여 가장 막 두께가 얇은 영역(제2 반투광부(122b)에 대응하는 영역)을 제거하고, 새롭게 노출된 피가공층(3c, 3b)을 순차적으로 에칭하여 제거한다(제2 에칭). 그리고, 레지스트 패턴(4p')을 더욱 애싱(감막)하여 다음으로 막 두께가 얇은 영역(제1 반투광부(122a)에 대응하는 영역)을 제거하고, 새롭게 노출된 피가공층(3c)을 에칭하여 제거한다(제3 에칭). 이와 같이, 막 두께가 단계적으로 서로 다른 레지스트 패턴(4p')을 이용함으로써, 종래의 포토마스크 3매분의 공정을 실시할 수 있어, 마스크 매수를 삭감할 수 있고, 포토리소그래피 공정을 간략화할 수 있다.
(2) 다계조 포토마스크의 제조 방법
계속해서, 본 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크(100')의 제조 방법에 대해서, 도 4를 참조하면서 설명한다.
(포토마스크 블랭크 준비 공정)
우선, 도 4의 (a)에 예시한 바와 같이, 도전성을 갖는 에칭 밸런스막(111), 반투광막(112), 및 차광막(113)이 투명 기판(110) 상에 이 순서대로 적층되어 이루어지는 포토마스크 블랭크(100b)를 준비한다. 차광막(113) 상에는 제1 레지스트막(131)이 형성되어 있다.
(제1 에칭 공정)
다음으로, 레이저 묘화기 등에 의해 묘화 노광을 행하고, 제1 레지스트막(131)의 일부를 감광시켜, 스프레이 방식 등의 방법에 의해 제1 레지스트막(131)에 현상액을 공급하여 현상하고, 차광부(121)의 형성 예정 영역을 덮는 제1 레지스트 패턴(131p)을 형성한다. 제1 레지스트 패턴(131p)이 형성된 상태를 도 4의 (b)에 예시한다.
다음으로, 형성한 제1 레지스트 패턴(131p)을 마스크로 하여 차광막(113)을 에칭하여 차광막 패턴(113p)을 형성함과 함께, 반투광막(112)의 상표면을 부분적으로 노출시킨다. 차광막 패턴(113p)이 형성된 상태를 도 4의 (c)에 예시한다. 에칭은, 상술한 크롬용 에칭액에 의해 행한다. 이 에칭액은, 전기 전도성을 갖고, 전해액으로서 작용한다.
그리고, 제1 레지스트 패턴(131p)을 박리 등으로 하여 제거한 후, 잔류한 차광막(113) 및 노출된 반투광막(112)의 상표면을 각각 덮는 제2 레지스트막(132)을 형성한다. 제2 레지스트막(132)이 형성된 상태를 도 4의 (d)에 예시한다.
(제2 에칭 공정)
다음으로, 레이저 묘화기 등에 의해 묘화 노광을 행하고, 제2 레지스트막(132)의 일부를 감광시켜, 스프레이 방식 등의 방법에 의해 제2 레지스트막(132)에 현상액을 공급하여 현상하고, 적어도 제1 반투광부(122a)의 형성 예정 영역을 덮는 제2 레지스트 패턴(132p)을 형성한다. 제2 레지스트 패턴(132p)이 형성된 상태를 도 4의 (e)에 예시한다. 또한, 도 4의 (e)에 예시한 바와 같이, 제2 레지스트 패턴(132p)은, 제1 반투광부(122a)의 형성 예정 영역뿐만 아니라, 차광막 패턴(113p)의 일부 혹은 전부를 덮도록 형성할 수 있다.
다음으로, 형성한 차광막 패턴(113p) 및 제2 레지스트 패턴(132p)을 마스크로 하여 반투광막(112)을 에칭하여 반투광막 패턴(112p)을 형성함과 함께, 에칭 밸런스막(111)의 상표면을 부분적으로 노출시킨다.
그리고, 제2 레지스트 패턴(132p)을 박리 등으로 하여 제거한 후, 잔류한 차광막(113), 반투광막(112), 및 노출시킨 에칭 밸런스막(111)의 상표면을 각각 덮는 제3 레지스트막(133)을 형성한다. 제3 레지스트막(133)이 형성된 상태를 도 4의 (f)에 예시한다.
(제3 패터닝 공정)
다음으로, 레이저 묘화기 등에 의해 묘화 노광을 행하고, 제3 레지스트막(133)의 일부를 감광시켜, 스프레이 방식 등의 방법에 의해 제3 레지스트막(133)에 현상액을 공급하여 현상하고, 적어도 제2 반투광부(122b)의 형성 예정 영역을 덮는 제3 레지스트 패턴(133p)을 형성한다. 제3 레지스트 패턴(133p)이 형성된 상태를 도 4의 (g)에 예시한다. 또한, 도 4의 (g)에 예시한 바와 같이, 제3 레지스트 패턴(133p)은, 제2 반투광부(122b)의 형성 예정 영역뿐만 아니라, 차광막 패턴(113p) 및 반투광막 패턴(112p)의 일부 혹은 전부를 덮도록 형성한다.
다음으로, 형성한 제3 레지스트 패턴(133p)을 마스크로 하여 에칭 밸런스막(111)을 에칭하여 에칭 밸런스막 패턴(112p)을 형성함과 함께, 투명 기판(110)의 상표면을 부분적으로 노출시킨다. 그리고, 제3 레지스트 패턴(133p)을 박리 등으로 하여 제거하고, 본 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크(100')의 제조 방법을 종료한다.
본 실시 형태에 의해서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘하는 것이 가능하다. 즉, 에칭 밸런스막(111)을 형성함으로써, 전사 패턴의 형상에 상관없이 차광막(113)의 에칭 레이트의 변화를 균일화시켜, 다계조 포토마스크(100')의 품질을 향상시키고, 제조 수율을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크(100')를 이용한 패턴 전사 방법에 따르면, FPD 등의 제조 수율을 개선시키는 것이 가능하게 된다.
<본 발명의 또 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들면, 도 5에 예시한 바와 같이, 상술한 다계조 포토마스크(100)가 구비하는 투광부(123)는, 투명 기판(110) 상에 형성된 에칭 밸런스막(111)이 노출되도록 구성되어 있어도 된다.

Claims (14)

  1. 차광부, 투광부, 및 반투광부를 포함하는 소정의 전사 패턴이 투명 기판 상에 형성된 다계조 포토마스크로서,
    상기 차광부는, 도전성을 갖는 에칭 밸런스막, 반투광막, 및 차광막이 상기 투명 기판 상에 이 순서대로 적층되어 이루어지고,
    상기 반투광부는, 상기 에칭 밸런스막 및 상기 반투광막이 상기 투명 기판 상에 이 순서대로 적층되어 이루어지고,
    상기 투광부는, 상기 투명 기판이 노출되어 이루어지고,
    상기 에칭 밸런스막은, 시트 저항값이 10kΩ/□ 이하이며, 또한 반투광막이 갖는 시트 저항값의 1/5 이하의 시트 저항값을 갖는, Cr 또는 Cr의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 탄화 질화물, 산화 질화 탄화물 중의 어느 하나의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    노광광에 대한 상기 에칭 밸런스막의 투과율이 60％ 이상인 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전사 패턴에 포함되는 상기 차광부의 패턴 선폭과, 상기 차광부의 설계값에 의한 선폭과의 차가 50㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반투광부가 구비하는 상기 반투광막의 막 두께가, 상기 차광부가 구비하는 상기 반투광막의 막 두께보다도 작은 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반투광부가,
    상기 에칭 밸런스막 및 상기 반투광막이 상기 투명 기판 상에 이 순서대로 적층되어 이루어지는 제1 반투광부와,
    상기 투명 기판 상에 형성된 상기 에칭 밸런스막이 노출되어 이루어지는 제2 반투광부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
  9. 투명 기판 상에 반투광막 및 차광막이 이 순서대로 적층되고, 상기 반투광막과 상기 차광막에 각각 패터닝이 실시됨으로써, 차광부, 투광부, 및 반투광부를 포함하는 소정의 전사 패턴이 상기 투명 기판 상에 형성되는 포토마스크 블랭크로서,
    상기 반투광막과 상기 투명 기판의 사이에, 시트 저항값이 10kΩ/□ 이하의 도전성이며, 또한 반투광막이 갖는 시트 저항값의 1/5 이하의 시트 저항값을 갖는, Cr 또는 Cr의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 탄화 질화물, 산화 질화 탄화물 중의 어느 하나의 재료로 이루어지는 에칭 밸런스막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 차광부, 투광부, 및 반투광부를 포함하는 소정의 전사 패턴을 투명 기판 상에 형성하는 다계조 포토마스크의 제조 방법으로서,
    도전성을 갖는 에칭 밸런스막, 반투광막, 및 차광막이 상기 투명 기판 상에 이 순서대로 적층된 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과,
    상기 포토마스크 블랭크 상에 형성된 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 적어도 상기 차광막을 에칭하는 제1 에칭 공정과,
    상기 제1 레지스트 패턴을 제거한 후에, 상기 제1 에칭이 행해진 포토마스크 블랭크 상에 제2 레지스트 패턴을 형성하고, 적어도 상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 차광막 또는 상기 반투광막을 에칭하는 제2 에칭 공정
    을 갖고,
    상기 에칭 밸런스막은, 시트 저항값이 10kΩ/□ 이하이며, 또한 반투광막이 갖는 시트 저항값의 1/5 이하의 시트 저항값을 갖는, Cr 또는 Cr의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 탄화 질화물, 산화 질화 탄화물 중의 어느 하나의 재료로 이루어지고,
    상기 제1 에칭 공정에서, 형성되는 상기 차광막 패턴의 면내 전위 분포를, 상기 에칭 밸런스막에 의해 균일화시키는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 차광부의 형성 예정 영역을 덮는 제1 레지스트 패턴을 상기 포토마스크 블랭크 상에 형성하고, 상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 차광막을 에칭하여 차광막 패턴을 형성하는 제1 에칭 공정과,
    상기 제1 레지스트 패턴을 제거한 후에, 적어도 상기 반투광부의 형성 예정 영역을 덮는 제2 레지스트 패턴을 상기 제1 에칭이 행해진 포토마스크 블랭크 상에 형성하고, 적어도 상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 반투광막을 에칭하여 반투광막 패턴을 형성하는 제2 에칭 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 제조 방법.
  14. 제1항에 기재된 다계조 포토마스크, 또는 제9항에 기재된 포토마스크 블랭크를 이용하여 제조된 다계조 포토마스크, 또는 제12항 또는 제13항의 제조 방법에 따른 다계조 포토마스크를 이용하여 피전사체에 노광광을 조사하고, 상기 피전사체 상에 형성되어 있는 레지스트막에 상기 전사 패턴을 전사하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 패턴 전사 방법.
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