KR101375006B1 - 포토마스크 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

에칭 가공이 이루어지는 피가공체 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 전사 패턴부의 패턴을 전사시켜, 레지스트막을, 상기 에칭 가공에서의 마스크로 되는 레지스트 패턴으로 되게 하는 포토마스크이다. 상기 전사 패턴부는, 투명 기판 상에 성막된 반투광막을 패터닝함으로써 형성된 투광부와 반투광부로 형성한다. 투명 기판의 상기 전사 패턴부와 상이한 영역에, 차광막으로 형성되는 마크 패턴 형성부를 형성한다.

Description

포토마스크 및 그 제조 방법{PHOTOMASK AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은, 포토리소그래피 공정에서 사용되는 포토마스크 및 그 포토마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
현재, 액정 표시 장치에 채용되고 있는 방식으로서, VA(Vertical Alig㎚ent)방식, IPS(In Plane Switching) 방식이 있다. 이들 방식을 적용함으로써, 액정의 응답이 빠르고, 충분한 시야각을 제공하는 우수한 동화상을 제공할 수 있는 것으로 되어 있다. 또한, 이들 방식을 적용한 액정 표시 장치의 화소 전극부에는, 투명 도전막에 의한 라인 앤드 스페이스의 패턴(라인 앤드 스페이스 패턴)을 이용함으로써, 응답 속도, 시야각의 개선을 도모할 수 있는다.
최근, 액정의 응답 속도 및 시야각을 더욱 향상시키기 위해서, 상기 도전막의 라인 앤드 스페이스 패턴의 선폭 CD(Critical Dimension) 등을 미세화하는 방향에 있다(특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제2007-206346호 공보 참조).
일반적으로, 액정 표시 장치의 화소부 등의 패턴 형성에는, 포토리소그래피 공정이 이용되고 있다. 포토리소그래피 공정은, 에칭되는 피가공체 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 포토마스크를 이용하여 소정의 패턴을 전사하고, 그 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하고, 그 후, 그 레지스트 패턴을 마스크로 하여 피가공체의 에칭을 행하는 것이다. 예를 들면, 화소 전극을 빗형 형상으로 형성하는(투명 도전막에 라인 앤드 스페이스 패턴을 형성하는) 포토마스크로서는, 소위 바이너리 마스크가 이용되고 있다. 바이너리 마스크는, 투명 기판 상에 형성된 차광막을 패터닝함으로써, 광을 차광하는 차광부(흑)와, 광을 투과하는 투광부(백)로 이루어지는 2계조의 포토마스크이다. 예를 들면, 바이너리 마스크, 및 포지티브형 포토레지스트를 이용하여 라인 앤드 스페이스 패턴을 형성하는 경우에는, 투명 기판 상에 형성되는 라인 패턴을 차광부로 형성하고, 스페이스 패턴을 투광부로 형성할 수 있다.
그러나, 패턴 형상(예를 들면, 라인 앤드 스페이스 패턴의 선폭)이 작아지면, 포토마스크의 투광부를 통하여 피가공체 상에 형성된 레지스트막에 조사되는 투과광의 강도가 저하되고, 콘트라스트가 저하되기 때문에, 충분한 해상도가 얻어지지 않게 된다. 그 결과, 피가공체의 에칭 가공이 곤란하게 된다고 하는 문제가 생긴다. 예를 들면, 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭(1라인과 1스페이스의 선폭의 합계)이 7㎛보다 작아지면, 피가공체의 에칭 가공 조건이 엄격해져, 패터닝이 곤란하게 된다.
해상도를 올리고, 보다 미세한 패터닝을 행하는 방법으로서는, 종래 LSI 제조용의 기술로서 개발되어 온, 노광기 광학계의 개구수 확대, 단파장 노광, 위상 시프트 마스크의 적용 등이 생각된다. 그러나, 이들 기술을 적용하는 경우에는, 막대한 투자와 기술 개발을 필요로 하여, 시장에 제공되는 액정 표시 장치의 가격과의 정합성을 취할 수 없게 된다. 또한, LSI 제조와는 달리, 피가공체의 사이즈가 크기(예를 들면, 1변이 1000㎜ 이상의 사각형) 때문에, LSI 제조에서 적용되는 드라이 에칭이 아니라 웨트 에칭을 적용하는 것이 유리하다. 따라서, 액정 표시 장치의 제조에서, 예를 들면 노광광에는 i선∼g선의 범위의 파장을 사용하는 조건에서, 웨트 에칭을 적용하면서, 그 한편으로 보다 미세한 패턴을 전사할 수 있는 것이 요망되고 있다.
또한, 상기한 바와 같은 전사 시의 콘트라스트 저하에 대하여, 포토리소그래피 공정에서의 노광량을 증가함으로써, 필요한 노광량을 확보하는 것이 생각된다. 그러나, 노광량을 증가하기 위해서는 노광기의 광원의 출력을 올리거나 또는 노광 시간을 늘릴 필요가 있어, 장치 개조 등의 추가 투자나 생산 효율의 저하를 초래하게 된다. 그 때문에, 추가 투자가 거의 필요없고, 또한 생산 효율에 악영향을 주지 않고 미세한 패터닝을 행하는 방법이 요망되고 있다.
따라서, 본 발명자는, 이 문제를 해결하기 위해서, 전사 패턴을 투광부와 반투광부(라인 앤드 스페이스 패턴의 라인 패턴을 반투광부, 스페이스 패턴을 투광부)로 형성하는 방법을 제안하였다.
그런데, 투명 기판 상에 반투광막을 성막한 후에 그 반투광막을 패터닝하여 투광부와 반투광부를 갖는 전사 패턴을 형성하는 경우에는, 마스크 핸들링용의 마크 패턴(이하, 마크 패턴이라고 함)도 상기 반투광막의 패터닝에 의해 형성되게 된다. 즉, 전사 패턴을 소정의 투과율을 가진 반투광막으로 형성하기 때문에, 그 패턴 형성과 동시에 형성하는 마크 패턴도, 마찬가지로 된다.
마크 패턴으로서는, 포토마스크 유저가 노광기에 세트할 때에 이용하는 얼라인먼트 마크(복수의 포토마스크를 사용하여, 동일한 피가공체에 패턴을 형성하여, 액정 표시 장치 등의 화상 디바이스를 제조하기 때문에, 위치 결정 정밀도가 매우 중요함) 외에, 포토마스크 제품을 특정하기 위한, 바코드 등이 있고, 포토마스크의 인식이나 관리에 중요한 역할을 한다. 이들 핸들링용 마크 패턴은, 전사 패턴이 아니고, 따라서, 노광 시의 전사 영역의 외측(대부분은 포토마스크의 외주 주변)에 형성된다. 그리고, 이 마크 패턴을 판독하는 경우에는, 판독 장치의 광원과 검출기에 의해, 반사광 또는 투과광이 이용된다. 단, 이들 장치의 대부분은, 가장 널리 이용되는 바이너리 마스크를 기준으로 사양이 정해져 있고, 포토마스크의 투과 영역인 투광부(Qz)와 차광부(대부분은 Cr을 주성분으로 하는 차광막)의 각각의 투과율, 또는 각각의 반사율의 콘트라스트에 의해 판독을 행한다.
이 때문에, 본 발명자가 더욱 연구를 행한 바, 반투광막의 패터닝에 의한 마크 패턴을 갖는 포토마스크에서는, 판독의 조건에 유의가 필요하고, 환언하면, 노광기 등 기존의 장치에 의한 판독 조건에 따라서는, 판독 에러가 발생할 가능성이 있는 것을 알 수 있었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 반투광부와 투광부로 형성되는 전사 패턴을 이용하여, 피가공체에 미세한 패턴 형상을 형성하는 경우에, 얼라인먼트 마크나 바코드 등의 마크 패턴의 판독 에러를 억제할 수 있는 포토마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 포토마스크는, 에칭 가공이 이루어지는 피가공체 상에 형성된 레지스트막에 전사하기 위한 전사 패턴을 구비한 액정 표시 장치 제조용의 포토마스크로서, 포토마스크의 전사 영역에는, 투명 기판 상에 형성된 반투광막을 패터닝함으로써 얻어진, 투광부와 반투광부에 의해 이루어지는 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 전사 패턴을 갖고, 포토마스크의 전사 영역 밖에는, 투명 기판 상에 형성된 차광막을 패터닝하여 얻어진 마크 패턴을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 포토마스크에서, 전사 패턴은, 웨트 에칭에 의한 투명 전극 형성용인 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에서, 포토마스크는, 에칭 가공에 의해 피가공체에, 라인 폭 LP와 스페이스 폭 SP가 동일한 라인 앤드 스페이스 패턴을 형성하는 것이고, 또한, 포토마스크의 전사 패턴은, 라인 폭 LM이 스페이스 폭 SM보다 큰 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 것인 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에서, 라인 앤드 스페이스 패턴은, 라인과 스페이스의 선폭의 합계인 피치 폭이 2㎛ 이상 7㎛ 미만인 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에서, 마크 패턴은, 투명 기판이 노출된 투광부와, 차광막이 노출된 차광부를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에서, 투광부의 투과율을 100％로 할 때, 반투광부의 투과율이 1％ 이상 30％ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크의 제조 방법은, 전사 영역에 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 전사 패턴을 갖고, 전사 영역 밖에 마크 패턴을 갖는 포토마스크의 제조 방법으로서, 투명 기판 상에 차광막을 형성하는 공정과, 차광막을 패터닝하여 상기 전사 영역 내의 상기 차광막을 제거함과 함께 상기 전사 영역 밖에 마크 패턴을 형성하는 공정과, 마크 패턴 상에 마스크를 형성한 상태에서, 투명 기판 상에 반투광막을 성막하는 공정과, 반투광막을 패터닝하여 투광부와 반투광부로 형성되는 상기 전사 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 포토마스크의 제조 방법은, 전사 영역에 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 전사 패턴을 갖고, 전사 영역 밖에 마크 패턴을 갖는 포토마스크의 제조 방법으로서, 투명 기판 상에 반투광막을 성막하는 공정과, 반투광막 상에 차광막을 성막하는 공정과, 차광막 상에 형성한 레지스트막에, 전사 패턴 및 마크 패턴을 묘화하고, 현상함으로써 제1 레지스트 패턴을 형성하고, 제1 레지스트 패턴을 이용하여 차광막 및 반투광막을 패터닝함으로써, 차광막 및 반투광막의 적층 패턴을 형성하는 공정과, 제1 레지스트 패턴을 제거한 후, 전사 영역에 위치하는 차광막 및 반투광막의 적층 패턴이 노출되도록 제2 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 제2 레지스트 패턴을 이용하여 반투광막 상에 형성된 차광막을 제거함으로써, 투광부와 반투광부로부터 형성되는 전사 패턴과, 투광부와 노출된 차광막 패턴으로부터 형성되는 마크 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 포토마스크의 제조 방법은, 전사 영역에 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 전사 패턴을 갖고, 전사 영역 밖에 마크 패턴을 갖는 포토마스크의 제조 방법으로서, 투명 기판 상의 전사 영역 밖에 마스크를 형성한 상태에서, 반투광막을 성막하는 공정과, 반투광막 상 및 노출된 투명 기판 상에, 차광막을 성막하는 공정과, 차광막 상에 형성한 레지스트막에, 전사 패턴 및 마크 패턴을 묘화하고, 현상함으로써 제1 레지스트 패턴을 형성하고, 제1 레지스트 패턴을 이용하여 차광막 및 반투광막을 패터닝함으로써, 전사 영역에 차광막 및 반투광막의 적층 패턴을 형성하고, 전사 영역 밖에 차광막 패턴을 형성하는 공정과, 제1 레지스트 패턴을 제거한 후, 전사 영역의 적층 패턴이 노출되도록 제2 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 제2 레지스트 패턴을 이용하여 반투광막 상에 형성된 차광막을 제거함으로써, 투광부와 반투광부로부터 형성되는 전사 패턴과, 투광부와 차광막 패턴으로부터 형성되는 마크 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 패턴 전사 방법은, 전술한 포토마스크를 이용하여, 피가공체 상의 레지스트막에, i선∼g선의 범위의 노광 광원을 갖는 노광기에 의한 노광을 행하고, 얻어진 레지스트 패턴을 이용하여 웨트 에칭함으로써, 라인과 스페이스의 폭이 동일한 패턴을 가공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 포토마스크의 전사 패턴부를 반투광부와 투광부로 형성하고, 얼라인먼트 마크나 바코드 등의 마크 패턴을 형성하는 부분을 차광막으로 형성함으로써, 피가공체에 미세한 패턴 형상을 형성함과 함께, 얼라인먼트 마크나 바코드 등의 마크 패턴의 판독 에러를 억제하여, 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 포토마스크의 구성의 일례를 도시하는 도면.
도 2는 포토마스크의 제조 방법의 일례를 도시하는 도면.
도 3은 포토마스크의 제조 방법의 일례를 도시하는 도면.
도 4는 포토마스크의 제조 방법의 일례를 도시하는 도면.
도 5는 포토마스크 및 그 포토마스크를 이용한 포토리소그래피 공정을 설명하는 도면.
도 6은 라인 패턴을 차광부로 형성한 경우의 포토마스크의 투과율을 도시하는 도면.
도 7은 라인 패턴을 반투광부로 형성한 경우의 포토마스크의 투과율을 도시하는 도면.
도 8은 라인 패턴을 반투광부로 형성한 경우의 포토마스크의 투과율을 도시하는 도면.
도 9는 라인 패턴을 차광부로 형성한 포토마스크를 이용하여 노광한 레지스트막의 현상 후의 단면 형상을 도시하는 도면.
도 10은 라인 패턴을 차광부로 형성한 포토마스크를 이용하여 노광한 레지스트막의 현상 후의 단면 형상을 도시하는 도면.
도 11은 라인 패턴을 반투광부로 형성한 포토마스크를 이용하여 노광한 레지스트막의 현상 후의 단면 형상을 도시하는 도면.
도 12는 라인 패턴을 반투광부로 형성한 포토마스크를 이용하여 노광한 레지스트막의 현상 후의 단면 형상을 도시하는 도면.
도 13은 라인 패턴을 반투광부로 형성한 포토마스크를 이용하여 노광한 레지스트막의 현상 후의 단면 형상을 도시하는 도면.
도 14는 라인 패턴을 반투광부로 형성한 포토마스크를 이용하여 노광한 레지스트막의 현상 후의 단면 형상을 도시하는 도면.
도 15는 라인 패턴을 반투광부로 형성한 포토마스크를 이용하여 노광한 레지스트막의 현상 후의 단면 형상을 도시하는 도면.
도 16은 라인 패턴을 반투광부로 형성한 포토마스크를 이용하여 노광한 레지스트막의 현상 후의 단면 형상을 도시하는 도면.
전술한 바와 같이, 본 발명자는, 패턴의 미세화에 수반하여, 포토마스크에 형성된 전사 패턴의 해상 열화를 억지하고, 정밀한 전사를 가능하게 하는 포토마스크를 예의 검토하였다. 그리고, 투광부와 반투광부(라인 앤드 스페이스 패턴의 라인 패턴을 반투광부, 스페이스 패턴을 투광부)로 형성된 전사 패턴을 갖는 포토마스크를 이미 제안하고 있다.
전술한 바와 같이, 투명 기판 상에 반투광막을 성막한 후에 그 반투광막을 패터닝하여, 포토마스크의 전사 영역 내에, 투광부와 반투광부를 갖는 전사 패턴을 형성하는 경우에는, 전사 영역 밖에 형성되는 마크 패턴이 종래와 상이한 막(반투광막)으로 형성되게 된다.
여기서, 전사 영역이란, 피가공체 상의 레지스트에 전사하고자 하는 전사 패턴을 포함하는 영역으로서, 노광광이 조사되는 영역이다. 예를 들면, 도 1의 (A)에서, 전사 패턴부(102)의 영역으로 할 수 있다.
본 발명자가 더욱 연구를 행한 바, 투명 기판 상의 반투광막에 마크 패턴을 형성하는 경우에는, 반투광막의 투과율이나 반사율 등의 조건에 따라서는, 투과광이나 반투광막 표면의 반사광의 간섭 등에 기인하여 노광기에서 마크 패턴의 판독 에러가 발생할 가능성이 있는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명자가 예의 검토한 결과, 투광부와 반투광부에 의해 전사 패턴이 형성되는 포토마스크에서, 얼라인먼트 마크나 바코드를 형성하기 위한 마크 패턴 형성부를, 별도 차광막을 이용하여 형성함으로써, 얼라인먼트 마크나 바코드의 판독 에러를 억제할 수 있다라는 지견을 얻었다.
여기서, 차광막이란, 노광광(i선∼g선)에, 광학 농도(OD) 3 이상을 갖는 것이 바람직하게 이용되고, 피가공체 상의 레지스트가 실질적으로 감광하지 않을 정도로 차광한다.
이하에, 본 발명의 포토마스크의 일례에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다. 또한, 도 1에서, 도 1의 (A)는 포토마스크의 상면을 도시하고, 도 1의 (B)∼(D)는 도 1의 (A) a-b에서의 단면을 도시하고 있다.
<포토마스크>
포토마스크(100)는, 투명 기판(101) 상에 형성된 전사 패턴부(102)와, 마크 패턴 형성부(103)를 갖고 있다. 전사 패턴부(102)는, 반투광부(102a)와 투광부(102b)로 형성되고, 투명 기판(101) 상에 반투광막을 성막한 후에 그 반투광막을 패터닝함으로써 얻을 수 있다. 마크 패턴 형성부(103)는, 차광막이 형성되고, 그 차광막이 패터닝되어 얼라인먼트 마크나 바코드 등의 마크 패턴이 형성된다.
마크 패턴 형성부(103)는, 적어도 얼라인먼트 마크(105)나 바코드(106) 등의 마크 패턴이 형성되는 영역에 형성하면 된다. 일반적으로, 마크 패턴은 투명 기판(101) 표면에서 단부측에 형성되기 때문에, 전사 패턴부(102)의 영역 밖이고, 또한 그 전사 패턴부(102)의 주변부에 마크 패턴 형성부(103)를 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 투명 기판(101) 표면의 주연 영역을 따라서 차광막을 형성하고, 그 형성한 차광막의 패턴이 고리 형상으로 되도록 형성해도 되고(도 1 참조), 마크 패턴이 형성되는 영역에 선택적으로 차광막을 형성해도 된다.
또한, 마크 패턴은, 투명 기판이 노출된 투광부와 차광막이 노출된 차광부로 이루어지는 것이 가장 바람직하다. 차광막 상에 반투광막이 적층된 차광부인 경우에는, 반사광에 의한 마크 패턴의 판독 시에 검출이 불안정하게 될 가능성이 있다. 또한, 마크 패턴이, 차광막이 노출된 차광부와 투명 기판 상에 반투광막이 형성된 반투광부에 의한 것인 경우, 투과광에 의한 판독 시에 반투광부에 의해 투과광이 감쇠되어, 판독 정밀도가 불충분하게 될 가능성이 있다.
전사 패턴부(102)는, 투명 기판(101) 상에 성막된 반투광막을 패터닝함으로써 형성된 투광부와 반투광부로 형성할 수 있다. 전사 패턴부(102)를, 라인 앤드 스페이스 패턴으로 형성하는 경우에는, 라인 패턴을 반투광부(102a)로 형성하고, 스페이스 패턴을 투광부(102b)로 형성하면 된다.
이와 같이, 전사 패턴부를 반투광부와 투광부로 형성하는 포토마스크이어도, 마크 패턴을 형성하는 부분을 차광막으로 형성함으로써, 마크 패턴의 판독 불량을 억제할 수 있다. 이와 같은 포토마스크를 이용함으로써, 피가공체에 미세한 패턴 형상을 형성함과 함께, 마크 패턴의 판독 에러를 억제하여 제조 프로세스의 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
이하에, 포토마스크 및 그 포토마스크를 이용한 패턴 전사 방법의 일례에 대하여 도 5를 이용하여 설명한다. 또한, 도 5에서는, 에칭 가공이 이루어지는 피가공체(503) 상에 형성된 레지스트막(504)에 대하여, 포토마스크(500)에 형성된 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 소정의 전사 패턴을 전사하고, 현상 후의 레지스트 패턴(505)을 에칭 가공에서의 마스크로 하는 경우를 도시하고 있다.
포토마스크(500)는, 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 소정의 전사 패턴을 갖고, 그 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 소정의 전사 패턴을 피가공체(503) 상에 형성된 레지스트막(504)에 전사하는 것이다. 포토마스크(500)의 전사 패턴은, 투명 기판(510) 상에 성막된 반투광막을 패터닝함으로써 형성된 투광부와 반투광부로 형성할 수 있다. 또한, 포토마스크(500)의 라인 앤드 스페이스 패턴의 라인 패턴이 반투광부(501)로 형성되고, 스페이스 패턴이 투광부(502)로 형성되어 있다.
종래와 같이, 포토마스크의 라인 앤드 스페이스 패턴을 차광부와 투광부로 형성하는 경우에는, 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭이 작아짐(노광기의 해상 한계에 가까워짐)에 따라서, 투광부를 통하여 레지스트막에 조사되는 투과광의 강도가 저하되고, 차광부와 투광부에 대응하는 투과광의 콘트라스트가 저하되기 때문에, 현상 후에 투광부를 통하여 노광된 부분의 레지스트막이 잔존하게 된다. 그 결과, 피가공체의 패터닝을 할 수 없게 되는 문제가 생긴다. 이 문제를 해결하기 위해서는, 노광기의 해상 한계를 작게 하는(해상도를 올리는) 것, 적용 노광량을 증가시키는 것, 노광광의 파장을 짧게 하거나 또는 위상 시프트 마스크를 적용함으로써 투과광의 강도를 증가시키는 것이 필요하다고 생각된다.
한편, 도 5에 도시한 바와 같이, 포토마스크(500)의 라인 패턴을 차광부가 아니라 반투광부(501)로 형성함으로써, 포토마스크(500)의 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭이 작아진 경우라도, 투광부(501)(스페이스 패턴)를 통하여 레지스트막(504)에 조사되는 투과광의 강도가 저하되는 것을 억제하고, 예를 들면 포지티브형의 레지스트를 사용한 경우에는, 현상 후에 투광부(502)를 통하여 노광된 레지스트막(504)을 제거할 수 있다. 이것은, 라인 패턴을 반투광부(501)로 형성함으로써, 포토리소그래피 공정에서의 노광량을 증가시키는 것과 동등한 효과가 얻어지기 때문이다. 이에 의해, 종래 포토리소그래피 공정에서 적용 가능한 노광량으로(노광량을 변화시키지 않고, 또는 보다 적은 노광량으로), 원하는 미세 패턴을 형성하는 것이 가능하게 된다.
또한, 포토마스크(500)의 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭은, 2.0㎛ 이상 7.0㎛ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 피치 폭이 7.0㎛ 미만으로 되는 미세 패턴에 의해 형성된 화소 전극부는, 액정 표시 장치로 하였을 때에 형성되는 전계가 밀하게 되어, 액정의 응답 속도, 밝기의 점에서 우수하지만, 전술한 바와 같이 포토리소그래피 공정에 생기는 과제를 피할 수 없다고 하는 문제점이 있다. 한편, 본 발명의 방법에 따르면, 노광기의 해상 한계에 가까운 상기한 바와 같은 미세 패턴에서, 전술한 과제를 해결할 수 있고, 특히 현저한 효과가 얻어진다. 또한, 피치 폭이 2㎛ 이상이면, 반투광막의 막 투과율을 선택함으로써, 충분한 광 강도가 얻어지기 때문에, 해상도 향상 효과가 충분히 얻어지는 것이다.
반투광부(501)를 통한 투과광과 투광부(502)를 통한 투과광과의 사이에 생기는 위상차는 특별히 한정되지 않는다. 노광광의 위상의 변화나 반전에 의존하지 않고, 액정 표시 장치 제조용의 라인 앤드 스페이스 패턴으로서, 우수한 해상도 향상 효과가 얻어지기 때문이다. 또한, 반투광막의 선택에서는, i선∼g선의 범위 내에서의 대표 파장에 대하여, 투광부와의 위상차가, 30도 이상 180도 이하일 때에, 적절한 막 두께에서, 적절한 투과율을 얻기 쉽다. 보다 바람직하게는 30도 이상, 90도 이하이다. 보다 바람직하게는, i선∼g선의 모든 파장에 대하여, 반투광부에 형성된 반투광막의 위상차가 30도 이상, 90도 이하이다.
도 5에 도시한 포토마스크(500)를 이용하는 경우에는, 투광부(502)(스페이스 패턴)뿐만 아니라, 반투광부(501)(라인 패턴)를 통하여 레지스트막(504)이 노광되기 때문에, 현상 후에서의 레지스트 패턴(505)의 막 두께 t1이, 레지스트막(504)의 초기 막 두께값 t0보다 작아진다. 레지스트 패턴(505)의 막 두께 t1이 지나치게 작아지면, 에칭 가공 시에 지장이 생기기(예를 들면, 레지스트 패턴(505)이 소실되어 마스크로서 기능하지 않게 되기) 때문에, 노광광에 대한 반투광부(501)의 투과율은, 투광부(502)의 투과광의 강도 및 레지스트 패턴(505)의 막 두께를 고려하여 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 노광광에 대하여 포토마스크(500)의 투광부의 투과율을 100％로 할 때, 노광광에 대한 반투광부(501)의 투과율을 바람직하게는 1％ 이상 30％ 이하, 보다 바람직하게는 1％ 이상 20％ 이하, 더욱 바람직하게는 3％ 이상 20％ 이하, 그리고 더욱 바람직하게는 3％ 이상 15％ 이하로 할 수 있다. 이 범위이면, 포토마스크(500)의 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭이 작아진 경우라도, 투광부(502)의 투과광의 강도가 저하되는 것을 억제함과 함께, 레지스트 패턴(505)의 막 두께 t1을 에칭 가공에 필요로 되는 양만큼 잔존시킬 수 있다. 또한, 포토마스크(500)의 투광부의 투과율이 100％란, 포토마스크(500)에서 충분히 넓은 투광부(20㎛×20㎛ 이상의 투광부)에서의 투과율을 100％로 하는 경우를 가리킨다.
다음으로, 전술한 포토마스크(500)를 이용한 패턴 전사 방법에 대하여 설명한다.
우선, 피가공체(503) 상에 포지티브형의 레지스트막(504)을 형성한 후, 그 레지스트막(504)에 상기 포토마스크(500)를 개재하여, 노광광을 조사한다(도 5의 (A) 참조). 이 경우, 투광부(502) 및 반투광부(501)를 통하여, 레지스트막(504)에 노광광이 조사된다. 다음으로, 레지스트막(504)을 현상하여, 레지스트 패턴(505)을 형성한 후(도 5의 (B)), 그 레지스트 패턴(505)을 마스크로 하여 기판(507) 상에 형성된 피가공체(503)를 에칭함으로써, 피가공체(503)의 적어도 일부를 라인 앤드 스페이스 패턴으로 형성할 수 있다(도 5의 (C), (D) 참조).
도 5에서 설명한 패턴 전사 방법에서는, 포토마스크(500)의 라인 패턴을 차광부가 아니라 반투광부(501)를 이용하여 형성하기 때문에, 현상 후의 레지스트 패턴(505)의 막 두께 t1이 레지스트막(504)의 초기 막 두께값 t0보다 작아진다. 그 때문에, 피가공체(503)의 에칭 가공은, 웨트 에칭을 이용하여 행하는 것이 바람직하다. 드라이 에칭을 이용하는 경우에는, 레지스트 패턴(505)도 에칭되기 때문에, 레지스트 패턴(505)의 막 두께가 작은 경우에는 에칭 가공 시에 마스크로 되는 레지스트 패턴(505)이 소실될 우려가 있기 때문이다.
한편, 웨트 에칭을 이용하는 경우에는, 피가공체(503)와 레지스트막(504)에 이용하는 레지스트 재료와의 에칭 선택비를 높게 함으로써, 레지스트 패턴(505)의 막 두께가 작은 경우라도, 에칭 가공 시에 레지스트 패턴(505)이 소실되는 것을 억제할 수 있다. 에칭 가공 시에 레지스트 패턴(505)이 소실되는 것을 효과적으로 억제하기 위해서는, 레지스트막(504)으로서, 피가공체(503)의 웨트 에칭의 에천트에 대한 에칭 선택비가 10배(1 : 10) 이상, 바람직하게는 50배(1 : 50) 이상으로 되는 레지스트 재료를 이용하여 형성하면 된다.
또한, 레지스트 패턴(505)의 막 두께 t1이 작은 경우라도, 피가공체(503)의 에칭 가공 시간이 짧으면 짧을수록, 에칭 가공 시에 레지스트 패턴(505)이 소실되는 것을 억제할 수 있다. 예를 들면, 피가공체(503)의 막 두께가 작은 경우에, 에칭 가공 시간을 단축할 수 있다. 피가공체(503)의 막 두께는, 에칭 조건 등을 고려하여 결정되는 것이지만, 일례로서, 피가공체(503)를 40㎚ 이상 150㎚ 이하 정도로 형성함으로써, 에칭 가공 시간을 단축할 수 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서 나타내는 패턴 전사 방법은, 막 두께가 작은 피가공체의 패터닝에 대하여 특히 유효하게 된다. 또한, 피가공체(503)의 막 두께가 작은 경우에는, 포토마스크(500)의 반투광부(501)의 투과율을 높게 설정하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 포토리소그래피 공정에서의 노광광의 노광량을 저하할 수 있다.
또한, 피가공체(503)의 에칭 가공으로서, 웨트 에칭을 적용하는 경우에는, 드라이 에칭과 비교하여 피가공체(503)가 등방적으로 에칭된다. 즉, 에칭 시에, 레지스트 패턴(505)과 중첩하는 피전사부(508)의 측면도 에칭(사이드 에칭)된다(도 5의 (C) 참조). 그 때문에, 포토마스크(500)의 라인 앤드 스페이스 패턴의 라인 폭(반투광부(501)의 폭)을 LM, 스페이스 폭(투광부(502)의 폭)을 SM으로 할 때, 에칭 가공 후에 피가공체(503)에 형성되는 라인 앤드 스페이스 패턴의 라인 폭 LP는 LM보다 작아지고, 스페이스 폭 SP는 SM보다 커진다.
따라서, 피가공체(503)에 형성되는 라인 앤드 스페이스 패턴의 라인 폭 LP와 스페이스 폭 SP를 등폭(LP≒SP)으로 하는 경우에는, 포토마스크(500)의 라인 폭 LM을 스페이스 폭 SM보다 크게(LM>SM) 설정해 두는 것이 바람직하다. 예를 들면, 포토마스크(500)의 라인 패턴(반투광부(501))의 양측에, 에칭 가공 시에 피가공체(508)가 사이드 에칭되는 만큼의 마진을 고려한 바이어스부(506a, 506b)를 형성할 수 있다. 바이어스부(506a, 506b)는, 라인 패턴을 형성하는 반투광막과 마찬가지의 재료로 형성할 수 있다. 또한, 바이어스부(506a, 506b)의 폭(바이어스값)은, 피가공체(503)의 에칭 조건에 기초하여 설정하면 되고, 예를 들면, 포토마스크(500)의 라인 폭 LM과 스페이스 폭 SM의 차의 1/2을 바이어스값으로 할 때, 바이어스값을 0.2㎛∼1.0㎛로 할 수 있다.
또한, 전술한 패턴 전사 방법은, 액정 표시 장치 등의 각종 전자 디바이스의 제조 방법에 적용할 수 있다. 예를 들면, 액정 표시 장치에서 화소 전극의 형상을 띠 형상(빗형 형상)으로 형성하는 경우에는, 라인 앤드 스페이스 패턴을 갖는 포토마스크(500)를 이용하여, ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명 도전막에 패턴을 전사할 수 있다. 이 경우, ITO 등의 투명 도전막이 상기 피가공체(503)에 상당한다. 따라서, 본 발명의 포토마스크는 피치 폭이 7.0 미만 2.0 이상의 범위의 라인 앤드 스페이스 패턴을 갖는, ITO 도전막 패턴의 전사에 바람직하다.
포토마스크(500)의 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 소정의 전사 패턴은, 투명 기판(510) 상에 성막된 반투광막을 패터닝함으로써 형성할 수 있다. 이때, 포토마스크(500)의 라인 앤드 스페이스 패턴의 라인 패턴으로 되는 부분은 투명 기판(510) 상에 성막된 반투광막을 잔존시켜 반투광부(501)로 하고, 스페이스 패턴으로 되는 부분은 반투광막을 제거하여 투광부(502)로 하면 된다.
또한, 라인 패턴으로 되는 반투광부(501)는, 포토마스크(500)의 투광부(502)의 투과율을 100％로 할 때, 투과율이 바람직하게는 1％ 이상 30％ 이하, 보다 바람직하게는 1％ 이상 20％ 이하, 더욱 바람직하게는 3％ 이상 20％ 이하, 그리고 더욱 바람직하게는 3％ 이상 15％ 이하의 반투광막을 이용하여 형성할 수 있다. 포토마스크(500)의 투광부(502)의 투과율이 100％란, 포토마스크(500)에서 충분히 넓은 투광부(20㎛×20㎛ 이상의 투광부)에서의 투과율을 100％로 하는 경우를 가리킨다.
또한, 포토마스크(500)의 라인 앤드 스페이스 패턴의 반투광부(501)의 폭(라인 폭 LM)과, 투광부(502)의 폭(스페이스 폭 SM)은, 피가공체(503)에 형성되는 라인 앤드 스페이스 패턴의 라인 폭 LP와 스페이스 폭 SP에 기초하여 결정할 수 있다. 예를 들면, 피가공체(503)에 형성되는 라인 앤드 스페이스 패턴의 라인 폭 LP와 스페이스 폭 SP를 등폭으로 하는 경우에는, 포토마스크(500)의 라인 폭 LM을 스페이스 폭 SM보다 크게(LM>SM) 하는 것이 바람직하다. 이것은, 전술한 바와 같이 레지스트 패턴(505)을 마스크로 하여 에칭 가공을 행하였을 때에, 피가공체(508)가 사이드 에칭되어, 실제로 피가공체(503)에 형성되는 라인 앤드 스페이스 패턴의 라인 폭 LP가 포토마스크(500)의 라인 폭 LM보다 작아지기 때문이다.
포토마스크(500)의 라인 폭 LM을 스페이스 폭 SM보다 크게 하는 비율은, 에칭 시에 피전사부(508)가 사이드 에칭되는 만큼의 마진을 고려하여, 그 폭의 분만큼 포토마스크(500)의 라인 패턴(반투광부(501))의 양측에 바이어스부를 추가하면 된다. 전술한 바와 같이, 포토마스크(500)의 라인 폭 LM과 스페이스 폭 SM의 차의 1/2을 바이어스값으로 할 때, 바이어스값을 0.2㎛∼1.0㎛로 할 수 있다. 예를 들면, 바이어스값을 0.5㎛로 하여, 피치 폭이 5㎛(라인 폭 LM 및 스페이스 폭 SM이 각각 2.5㎛)의 라인 앤드 스페이스 패턴을 피가공체(503)에 형성하는 경우에는, 포토마스크(500)의 라인 폭 LM을 3.0㎛, 스페이스 폭 SM을 2.0㎛로 할 수 있다.
또한, 포토마스크(500)의 제조에서, 미리, 노광 조건, 레지스트막의 특성, 피가공체의 특성, 피가공체의 가공 조건 등의 상관 관계를 파악하여 데이터베이스화해 놓고, 피가공체(503)의 가공 조건에 기초하여 포토마스크(500)의 설계를 시뮬레이션을 이용하여 행하는 구성으로 할 수 있다. 노광 조건으로서는, 노광광의 파장, 결상계의 NA(개구수), σ(코히어런스) 등을 고려하면 된다. 레지스트막의 특성으로서는, 레지스트의 현상 조건, 에천트에 대한 내성 등을 고려하면 된다. 피가공체(503)의 특성으로서는, 피가공체의 에칭 조건(에천트의 종류, 온도) 등을 고려하면 된다. 피가공체(503)의 가공 조건으로서는, 피가공체에 형성되는 라인 앤드 스페이스 패턴의 형상(라인 폭 LP와 스페이스 폭 SP)을 고려하면 된다.
이들 상관 관계를 미리 데이터베이스화해 놓고, 제작하고자 하는 피가공체(503)의 가공 조건에 기초하여 시뮬레이션을 행함으로써, 포토마스크(500)를 설계 조건(반투광부(501)에 이용하는 반투광막의 투과율, 반투광부(501)의 폭(라인 폭 LM), 투광부(502)의 폭(스페이스 폭 SM))을 구하여 제조함으로써, 포토마스크(500)의 제작 시간을 대폭 단축하는 것이 가능하게 된다.
이하에, 라인 앤드 스페이스 패턴의 라인 패턴을 반투광부로 형성하고, 스페이스 패턴을 투광부로 형성한 포토마스크를 이용하여, 레지스트막을 노광한 경우에 관하여 시뮬레이션에 의해 검증한 결과에 대하여 설명한다.
우선, 시뮬레이션에 이용한 조건에 대하여 설명한다.
노광 조건 : NA=0.08, σ=0.8, 노광 파장(강도비 : g선/h선/i선=1.0/1.0/1.0)
레지스트막 : Positive-Novolak Type
레지스트막의 초기 막 두께 : 1.5㎛
또한, 시뮬레이션 소프트로서는, Synopsys(시놉시스)사제의 소프트(Sentaurus LithographyTM)를 이용하여 행하였다.
다음으로, 포토마스크에 대하여 설명한다.
<참고예 1>
바이어스부 : +0.5㎛
라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭 : 6.0㎛(라인 폭 : 3.5㎛, 스페이스 폭 : 2.5㎛), 5.0㎛(라인 폭 : 3.0㎛, 스페이스 폭 : 2.0㎛), 4.4㎛(라인 폭 : 2.7㎛, 스페이스 폭 : 1.7㎛)
라인 패턴의 투과율 : 3％∼20％
<참고예 2>
바이어스부 : +0.8㎛
라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭 : 7.0㎛(라인 폭 : 4.3㎛, 스페이스 폭 : 2.7㎛), 6.0㎛(라인 폭 : 3.8㎛, 스페이스 폭 : 2.2㎛), 5.0㎛(라인 폭 : 3.3㎛, 스페이스 폭 : 1.7㎛)
라인 패턴의 투과율 : 3％∼20％
<참고 비교예 1>
바이어스부 : +0.5㎛
라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭 : 8.0㎛(라인 폭 : 4.5㎛, 스페이스 폭 : 3.5㎛), 7.0㎛(라인 폭 : 4.0㎛, 스페이스 폭 : 3.0㎛), 6.0㎛(라인 폭 : 3.5㎛, 스페이스 폭 : 2.5㎛), 5.0㎛(라인 폭 : 3.0㎛, 스페이스 폭 : 2.0㎛), 4.4㎛(라인 폭 : 2.7㎛, 스페이스 폭 : 1.7㎛)
라인 패턴의 투과율 : 0％
<참고 비교예 2>
바이어스부 : +0.8㎛
라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭 : 8.0㎛(라인 폭 : 4.8㎛, 스페이스 폭 : 3.2㎛), 7.0㎛(라인 폭 : 4.3㎛, 스페이스 폭 : 2.7㎛), 6.0㎛(라인 폭 : 3.8㎛, 스페이스 폭 : 2.2㎛), 5.0㎛(라인 폭 : 3.3㎛, 스페이스 폭 : 1.7㎛), 4.4㎛(라인 폭 : 3.0㎛, 스페이스 폭 : 1.4㎛)
라인 패턴의 투과율 : 0％
우선, 라인 앤드 스페이스 패턴이 형성된 포토마스크에 대하여, 노광광을 조사하였을 때의 포토마스크의 위치와 투과광의 실효 투과율과의 관계에 대하여 설명한다. 본 발명에서, 실효 투과율이란, 막 고유의 투과율 외에, 패턴에서의 형상(치수 또는 선폭 CD(Critical Dimension))이나 노광기의 광학 조건(광학 파장, 개구수, σ값 등)의 요인이 포함된 투과율이고, 실제의 노광 환경을 반영한 투과율(포토마스크를 투과하여, 조사되는 광량을 결정하는 실효적인 투과율)을 말할 수 있다. 예를 들면, 본 명세서 중에서, 「반투광부의 투과율」이라고 하는 경우의 투과율은 상기의 실효 투과율을 의미하고, 「반투광부의 반투광막의 투과율」 또는 간단히 「반투광막의 투과율」이라고 하는 경우의 투과율은 반투광막 고유의 투과율을 의미하는 것으로 할 수 있다.
도 6은, 라인 패턴을 투과율 0의 차광막으로 형성한 포토마스크(바이너리 마스크)를 이용한 경우의 투과광의 실효 투과율을 도시하고 있다. 도 6에서, 도 6의 (A)는 차광막에 형성된 바이어스부가 0.5㎛인 경우(참고 비교예 1)에 대하여 도시하고, 도 6의 (B)는 차광막에 형성된 바이어스부가 0.8㎛인 경우(참고 비교예 2)에 대하여 도시하고, 도 6의 (C)는 시뮬레이션에 이용한 라인 앤드 스페이스 패턴의 모식도를 도시하고 있다. 바이어스부는, 라인 패턴을 형성하는 막과 마찬가지의 재료를 이용하여 형성하였다. 또한, 도 6의 (A), (B)에서, 횡축은 포토마스크에 형성된 라인 앤드 스페이스 패턴의 위치를 나타내고, 종축은 투과광의 실효 투과율을 나타내고 있다.
도 6으로부터, 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭이 작아짐에 따라서, 포토마스크의 투광부에서의 투과광의 실효 투과율이 현저하게 감소하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
도 7, 도 8은, 라인 패턴을 반투광막으로 형성한 포토마스크를 이용한 경우의 투과광의 실효 투과율을 도시하고 있다. 도 7은 반투광막에 형성된 바이어스부가 0.5㎛인 경우(참고예 1)에 대하여 도시하고, 도 8은 반투광막에 형성된 바이어스부가 0.8㎛인 경우(참고예 2)에 대하여 도시하고 있다. 또한, 도 7에서, 도 7의 (A)∼(C)는, 각각 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭이 6.0㎛인 경우(도 7의 (A)), 피치 폭이 5.0㎛인 경우(도 7의 (B)), 피치 폭이 4.4㎛인 경우(도 7의 (C))를 도시하고 있고, 도 8에서, 도 8의 (A)∼(C)는, 각각 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭이 7.0㎛인 경우(도 8의 (A)), 피치 폭이 6.0㎛인 경우(도 8의 (B)), 피치 폭이 5.0㎛인 경우(도 8의 (C))를 도시하고 있다.
도 7, 도 8로부터, 반투광부의 반투과막의 투과율이 증가함에 따라서, 투광부의 실효 투과율이 증가하는 것을 알 수 있었다.
다음으로, 라인 앤드 스페이스 패턴을 갖는 포토마스크를 이용하여, 레지스트막을 노광하여 현상한 경우의 레지스트 패턴의 단면 형상에 대하여 설명한다.
도 9, 도 10은, 라인 패턴을 투과율 0의 차광막으로 형성한 포토마스크(바이너리 마스크)를 이용한 경우의 현상 후의 레지스트 패턴의 단면을 도시하고 있다. 또한, 도 9는 차광막에 형성된 바이어스부가 0.5㎛인 경우(참고 비교예 1)에 대하여 도시하고, 도 10은 차광막에 형성된 바이어스부가 0.8㎛인 경우(참고 비교예 2)에 대하여 도시하고 있다. 또한, 도 9의 (A)∼(E), 도 10의 (A)∼(D)는, 각각 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭이 8.0㎛인 경우(도 9의 (A), 도 10의 (A)), 피치 폭이 7.0㎛인 경우(도 9의 (B), 도 10의 (B)), 피치 폭이 6.0㎛인 경우(도 9의 (C), 도 10의 (C)), 피치 폭이 5.0㎛인 경우(도 9의 (D), 도 10의 (D)), 피치 폭이 4.4㎛인 경우(도 9의 (E))를 도시하고 있다.
또한, 도 9, 도 10에서는, 노광광의 강도(즉 노광량)를 일정(100mJ)(mJ는 mJ/㎠. 이하 동일함)하게 한 경우의 현상 후의 레지스트 패턴의 단면 형상을 도시하고 있다.
도 9에서, 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭이 비교적 큰(8.0㎛, 7.0㎛) 경우에는, 100mJ의 노광광에 의해 투광부를 통하여 조사된 부분의 레지스트막을 제거할 수 있는 것을 확인할 수 있었지만, 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭이 6.0㎛ 이하에서는, 레지스트막이 잔존하는 것이 확인되었다. 레지스트막을 완전하게 제거하기 위해서 필요한 노광광의 강도를 구한 바, 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭이 6.0㎛인 경우에는 106.7mJ, 피치 폭이 5.0㎛인 경우에는 125.0mJ, 피치 폭이 4.4㎛인 경우에는 148.2mJ의 노광광을 조사할 필요가 있었다.
도 10에서, 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭이 8.0㎛인 경우에는, 100mJ의 노광광에 의해 투광부를 통하여 조사된 부분의 레지스트막을 제거할 수 있는 것을 확인할 수 있었지만, 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭이 7.0㎛ 이하에서는, 레지스트막이 잔존하는 것이 확인되었다. 레지스트막을 완전하게 제거하기 위해서 필요한 노광광의 강도를 구한 바, 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭이 7.0㎛인 경우에는 104.6mJ, 피치 폭이 6.0㎛인 경우에는 117.4mJ, 피치 폭이 5.0㎛인 경우에는 148.2mJ의 노광광을 조사할 필요가 있었다.
도 11∼도 16은, 라인 패턴을 반투광막으로 형성한 포토마스크를 이용한 경우의 현상 후의 레지스트 패턴의 단면을 도시하고 있다. 또한, 도 11∼도 13은 반투광막에 형성된 바이어스부가 0.5㎛인 경우(참고예 1)에 대하여 도시하고, 도 14∼도 16은 반투광막에 형성된 바이어스부가 0.8㎛인 경우(참고예 2)에 대하여 도시하고 있다. 또한, 도 11, 도 15는 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭이 6.0㎛인 경우, 도 12, 도 16은 피치 폭이 5.0㎛인 경우, 도 13은 피치 폭이 4.4㎛인 경우, 도 14는 피치 폭이 7.0㎛인 경우를 나타내고 있다.
또한, 도 11∼도 16에서는, 라인 패턴을 형성하는 반투광부의 반투광막의 투과율을 변화시켰을 때의 현상 후의 레지스트 패턴의 단면을 도시하고 있다. 단, 도 11∼도 16에서는, 레지스트막을 제거하기 위해서 필요한 노광광을 조사한 경우의 단면을 도시하고 있다. 또한, 각각의 피치 폭에 대하여, 반투광부의 반투광막의 투과율에 대한 노광광의 강도(레지스트막을 제거하기 위해서 필요한 노광광의 강도)의 관계를 표 1, 표 2에 나타낸다. 표 1은 바이어스부가 0.5㎛인 경우(참고예 1)를 나타내고, 표 2는 바이어스부가 0.8㎛인 경우(참고예 2)를 나타내고 있다.
Figure 112011023123401-pat00001
Figure 112011023123401-pat00002
도 11∼도 16, 표 1, 표 2로부터, 반투광막의 투과율을 증가시키는 것에 수반하여, 노광부의 레지스트막을 제거하고, 필요한 선폭을 얻는 데에 필요한 노광광의 강도를 작게 할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭이 작아짐에 따라서, 레지스트 패턴을 형성하기 위해서 필요로 되는 노광광의 강도가 증가하고 있지만, 라인 패턴을 차광막으로 형성하는 경우와 비교하여, 포토리소그래피 공정에서의 노광광의 강도를 대폭 저감할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
전술한 바와 같이, 전사 패턴부(102)의 라인 패턴을 차광막이 아니라 반투광막으로 형성함으로써, 포토마스크(100)의 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭이 작아진 경우라도, 투광부(102b)(스페이스 패턴)를 통하여 레지스트막에 조사되는 투과광의 강도가 저하되는 것을 억제하고, 현상 후에 투광부(102b)를 통하여 노광된 레지스트막을 제거할 수 있다. 이것은, 라인 패턴을 반투광부(102a)로 형성함으로써, 포토리소그래피 공정에서의 투광부의 노광량을 증가시키는 것과 동등한 효과가 얻어져, 결과적으로 전사의 해상도를 올릴 수 있기 때문이다. 피가공체를 웨트 에칭에 의해 가공하는 전제에서 포토마스크에 라인 앤드 스페이스를 포함하는 전사 패턴을 형성하면, 라인보다도 스페이스의 선폭이, 피치의 1/2보다 더욱 미세하게 되어 가공의 난이도는 증가하지만, 포토마스크의 제조에서도, 양호하게 패턴 형성이 가능하다. 이에 의해, 종래 포토리소그래피 공정에서 적용 가능한 노광량으로(노광량을 변화시키지 않고, 또는 보다 적은 노광량으로), 원하는 미세 패턴을 형성하는 것이 가능하게 된다.
이하에, 도 1에서 도시한 포토마스크의 제조 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 포토마스크의 제조 방법으로서 3가지의 방법에 대하여 설명한다.
<포토마스크의 제조 방법 1>
우선, 투명 기판(101) 상에 차광막(202)을 형성한 후, 그 차광막(202) 상에 제1 포토레지스트막(204)을 형성한다(도 2의 (A) 참조).
차광막(202)으로서는, 크롬(Cr) 또는 크롬 화합물(CrO, CrN, CrC 등)을 바람직하게 이용할 수 있고, 스퍼터링법을 이용하여 형성할 수 있다. 이들 크롬을 주성분으로 하는 막 상에, CrO, CrN, CrC 등을 적층하여 반사 방지 기능을 갖게 하는 것도 바람직하다.
다음으로, 묘화기에 의해, 제1 포토레지스트막(204)에, 포토마스크 주연(도 1의 (A) 참조)에 형성하고자 하는 차광 패턴을 묘화한다. 이때, 동시에, 그 차광 패턴에 형성하는 마크 패턴을 묘화한다. 그 후에 현상하여, 제1 레지스트 패턴(206)으로 한 후(도 2의 (B) 참조), 그 제1 레지스트 패턴(206)을 마스크로 하여 차광막(202)을 웨트 에칭에 의해 패터닝한다(도 2의 (C) 참조). 이에 의해, 투명 기판(101) 상에 차광막 패턴(208)과 마크 패턴이 형성된다. 이 양태에서는, 마크 패턴을 투명 기판(101)의 단부에 형성하기 위해서, 도 2에 도시한 바와 같이 차광막 패턴(208)을 투명 기판(101)의 주연(周緣) 영역으로서, 전사 패턴 영역의 밖에 형성하고 있다.
다음으로, 제1 레지스트 패턴(206)을 제거한 후, 차광막 패턴(208) 상 및 마크 패턴 상에 마스크(210)를 형성한 상태에서, 투명 기판(101) 상에 반투광막(212)을 성막한다(도 2의 (D) 참조).
반투광막(212)으로서는, Cr 화합물(CrO, CrN, CrC 등) 또는, 금속 실리사이드 화합물(MoSix, MoSiN, MoSiO, MoSiON, MoSiCO 등) 등을, 스퍼터링법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 이 양태에서는, 반투광막과 차광막의 에칭 선택성에 대하여, 특별히 제약이 없다.
또한, 반투광막(212)을 성막할 때에, 차광막 패턴(208)의 단부가 노출되도록 마스크(210)를 형성함으로써, 반투광막(212)이 차광막 패턴(208)의 단부를 덮도록 형성할 수 있다(도 2의 (D) 참조). 이와 같이, 차광막 패턴(208)의 단부를 덮도록 반투광막(212)을 형성함으로써, 성막 단계에서의 패턴간의 위치 정렬 마진을 확보하여, 포토마스크 상에 의도하지 않은 투광 영역이 발생하지 않도록 한다고 하는 효과를 발휘한다.
다음으로, 마스크(210)를 제거한 후, 반투광막(212) 및 차광막 패턴(208) 상에 제2 포토레지스트막(214)을 형성하고(도 2의 (E) 참조), 그 후, 제2 포토레지스트막(214)을 묘화한 후에 현상하여 제2 레지스트 패턴(216)을 형성한다(도 2의 (F) 참조).
제2 레지스트 패턴(216)의 형상이, 포토마스크에서의 전사 패턴부의 형상에 상당한다. 이 때문에, 포토마스크의 전사 패턴부를 라인 앤드 스페이스 패턴으로 형성하는 경우에는, 제2 레지스트 패턴(216)을 라인 앤드 스페이스 패턴으로 되도록 형성하면 된다.
다음으로, 제2 레지스트 패턴(216)을 마스크로 하여 반투광막(212)을 웨트 에칭에 의해 패터닝함으로써(도 2의 (G) 참조), 반투광부(102a)와 투광부(102b)로 형성되는 전사 패턴부(102)를 형성할 수 있다(도 2의 (H) 참조). 또한, 도 2에서는, 전사 패턴부(102)의 주변에 마크 패턴 형성부(103)가 형성되는 경우를 도시하고 있다. 마크 패턴은 전술한 대로, 제1 레지스트 패턴 형성 시에 묘화되는 것이 바람직하지만, 제2 레지스트 패턴 형성 시에 묘화하는 것도 가능하다. 예를 들면, 차광막과 반투광막을 모두 Cr계의 막으로 하는 경우에는, 바람직하다.
이상의 공정에 의해, 전사 패턴부가 반투광부와 투광부로 형성되고, 마크 패턴 형성부가 차광막으로 형성되는 바이너리 마스크를 제조할 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 차광막을 형성한 후에 반투광막을 형성하는 경우라도, 마크 패턴 형성부에서는, 차광막 상에 반투광막이 형성되지 않는 구조로 함(차광막을 노출시킴)으로써, 반투광막의 간섭 등에 기인한 판독 에러를 억제할 수 있다. 또한, 상기 도 2에 도시한 제조 방법을 이용함으로써, 이 제조 방법을 채용하면, 전사 패턴부의 반투광막의 성막이 공정상 순번이 뒤로 되기 때문에, 차광 패턴(마크 패턴 형성 완료) 형성 후의 포토마스크 블랭크의 생산을 미리 행해 놓고, 반투광막의 투과율 등 제품 사양의 결정 후에 남은 공정을 행함으로써, 실질적인 포토마스크 제조 택트(tact time)를 짧게 할 수 있다.
<포토마스크의 제조 방법 2>
계속해서, 상기 제조 공정 1과 상이한 제조 방법에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다.
우선, 투명 기판(101) 상에 반투광막(302)을 성막한다(도 3의 (A) 참조).
다음으로, 반투광막(302) 상에 차광막(304)을 형성한 후, 그 차광막(304) 상에 제1 포토레지스트막(306)을 형성한다(도 3의 (B) 참조). 반투광막(302)과 차광막(304)의 소재는, 전술한 것을 적용할 수 있지만, 에칭 선택성이 있는(한쪽의 에칭 환경 하에서, 다른 쪽이 내성을 갖는) 것을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 차광막은 Cr계, 반투광막은 금속 실리사이드계 등이다.
다음으로, 제1 포토레지스트막(306)에, 묘화기를 이용하여 전사 패턴과 함께, 마크 패턴을 묘화한다. 그 후 현상하여, 제1 레지스트 패턴(308)으로 한 후(도 3의 (C) 참조), 그 제1 레지스트 패턴(308)을 마스크로 하여 차광막(304) 및 반투광막(302)을 패터닝한다(도 3의 (D) 참조). 이에 의해, 패터닝된 차광막과 반투광막의 적층 패턴(310)이 형성된다(도 3의 (E) 참조).
차광막과 반투광막의 적층 패턴(310)은, 포토마스크에서의 전사 패턴 및 마크 패턴의 패턴 형상에 상당한다.
다음으로, 제1 레지스트 패턴(308)을 제거한 후(도 3의 (E) 참조), 차광막 및 반투광막을 덮도록 제2 포토레지스트막(312)을 형성한다(도 3의 (F) 참조). 그리고, 그 제2 포토레지스트막(312)에, 전사 패턴부의 밖의 포토마스크 주연에 형성하고자 하는 차광 패턴을 묘화한 후에 현상하여 제2 레지스트 패턴(314)을 형성한다(도 3의 (G) 참조).
제2 레지스트 패턴(314)은, 이미 형성된 마크 패턴 영역을 덮음과 함께, 포토마스크의 전사 패턴부로 되는 영역(여기서는, 차광막 및 반투광막의 적층 패턴(310))을 노출하도록 형성한다.
다음으로, 제2 레지스트 패턴(314)을 이용하여 반투광막 상에 형성된 차광막을 에칭 제거함으로써(도 3의 (H) 참조), 반투광부(102a)와 투광부(102b)로 형성되는 전사 패턴부(102) 및 마크 패턴(103)을 형성할 수 있다(도 3의 (I) 참조).
이상의 공정에 의해, 전사 패턴부가 반투광부와 투광부로 형성되고, 마크 패턴 형성부가 투광부와 차광막이 노출된 차광부로 형성되는 바이너리 마스크를 제조할 수 있다. 상기 도 3에 도시한 제조 방법을 이용함으로써, 제1∼제2 패터닝의 사이에 성막 공정을 포함하지 않기 때문에, 패터닝 착수 후의 제조 택트를 짧게 할 수 있다.
<포토마스크의 제조 방법 3>
계속해서, 상기 제조 공정 1, 2와 상이한 제조 방법에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다.
우선, 투명 기판(101) 상에 마스크(404)를 형성한 상태에서, 반투광막(402)을 성막한다(도 4의 (A) 참조). 마스크(404)는, 적어도 마크 패턴 형성부를 형성하는 영역에 형성하면 된다.
다음으로, 마스크(404)를 제거한 후, 반투광막(402) 상 및 노출된 투명 기판(101) 상에 차광막(406)을 형성하고(도 4의 (B) 참조), 그 후, 차광막(406) 상에 제1 포토레지스트막(408)을 형성한다(도 4의 (C) 참조). 또한, 반투광막과 차광막의 소재는, 제조 방법 2와 마찬가지로 할 수 있다.
다음으로, 제1 포토레지스트막(408)에 대하여, 전사 패턴 및 마크 패턴을 형성하기 위한 패턴 데이터를 묘화한 후에 현상하여, 제1 레지스트 패턴(410)으로 한 후(도 4의 (D) 참조), 그 제1 레지스트 패턴(410)을 마스크로 하여 차광막(406) 및 반투광막(402)을 패터닝한다(도 4의 (E) 참조). 이에 의해, 패터닝된 차광막과 반투광막의 적층 패턴(412)이 형성된다(도 4의 (F) 참조).
차광막과 반투광막의 적층 패턴(412)은, 포토마스크에서의 전사 패턴부의 패턴 형상 및 마크 패턴에 상당한다.
다음으로, 제1 레지스트 패턴(410)을 제거한 후(도 4의 (F) 참조), 차광막 및 반투광막을 덮도록 제2 포토레지스트막(414)을 형성한다(도 4의 (G) 참조). 그리고, 그 제2 포토레지스트막(414)을 묘화한 후에 현상하여 제2 레지스트 패턴(416)을 형성한다(도 4의 (H) 참조).
제2 레지스트 패턴(416)은, 마크 패턴 형성부로 되는 영역을 덮음과 함께, 포토마스크의 전사 패턴부로 되는 영역(여기서는, 차광막 및 반투광막의 적층 패턴(412))을 노출하도록 형성한다.
다음으로, 제2 레지스트 패턴(416)을 이용하여 반투광막 상에 형성된 차광막을 제거함으로써(도 4의 (I) 참조), 반투광부(102a)와 투광부(102b)로 형성되는 전사 패턴부(102)를 형성할 수 있다(도 4의 (J) 참조).
이상의 공정에 의해, 전사 패턴부가 반투광부와 투광부로 형성되고, 마크 패턴 형성부가 차광막으로 형성되는 바이너리 마스크를 제조할 수 있다. 상기 도 4에 도시한 제조 방법을 이용함으로써, 제1∼제2 패터닝의 사이에 성막 공정을 포함하지 않기 때문에, 패터닝 착수 후의 제조 택트를 짧게 할 수 있다. 또한, 마크 패턴 형성부의 막 적층 구조가 바이너리 마스크와 완전히 마찬가지로, 차광부를 구성하는 막이 차광막만으로 되기(제조 방법 2에서는 차광막과 기판의 사이에 반투광막이 남음) 때문에, 예를 들면 얼라인먼트 마크를 포토마스크의 글래스면(패턴 형성부의 이면)으로부터 판독하는 경우에도 에러가 발생하지 않는다.
또한, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 적절히 변경하여 실시할 수 있다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서의 재질, 패턴 구성, 부재의 개수, 사이즈, 처리 수순 등은 일례이며, 본 발명의 효과를 발휘하는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다. 그 밖에, 본 발명의 목적의 범위를 일탈하지 않는 한에 있어서 적절히 변경하여 실시하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, i선∼g선이라고 하는 브로드한 파장 영역을 이용하는 노광 조건 하이어도, 또한 웨트 에칭에 의해 에칭 가공한다고 하는 제약이 있어도, 미세한 라인 앤드 스페이스 패턴을 선폭 정밀도 높게 제조한다고 하는 과제를 해결한 것이다. 라인 앤드 스페이스에서는, 특히 스페이스 선폭이 매우 작아짐에도 불구하고, 정밀하게 가공이 가능하다. 이것은, 단파장화나, 단일 파장에 의한 위상 시프트 효과 등을 채용한 LSI 제조의 분야와는 상이한 시점에 의해 미세화를 달성하고, 또한, 액정 장치 제조 분야에서 사용되는 기존의 바이너리 마스크와 변함없는 취급(얼라인먼트 작업이나 포토마스크 관리에서)을 행할 수 있는 점에서 큰 의의가 있다. 액정 표시 장치의 저가격화에 큰 공헌을 가능하게 하는 것이다.
100 : 포토마스크
101 : 투명 기판
102 : 전사 패턴부
102a : 반투광부
102b : 투광부
103 : 마크 패턴 형성부
105 : 얼라인먼트 마크
106 : 바코드
500 : 포토마스크
501 : 반투광부
502 : 투광부
503 : 피가공체
504 : 레지스트막
505 : 레지스트 패턴
506a : 바이어스부
506b : 바이어스부
510 : 투명 기판

Claims (11)

  1. 에칭 가공이 이루어지는 피가공체 상에 형성된 레지스트막에 전사하기 위한 전사 패턴을 구비한 액정 표시 장치 제조용의 포토마스크로서,
    상기 포토마스크의 전사 영역에는, 투명 기판 상에 형성된 반투광막을 패터닝함으로써 얻어진, 투광부와 반투광부에 의해 이루어지는, 피치 폭 2㎛ 이상 7㎛ 미만의 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 전사 패턴을 갖고,
    상기 반투광막의 노광광 투과율은 3％ 이상 15％ 이하이며,
    상기 포토마스크의 전사 영역 밖에는, 상기 투명 기판 상에 형성된 차광막을 패터닝하여 얻어지고, 투광부와 차광부로 이루어지는 마크 패턴을 갖고,
    상기 차광막은 노광광에 대한 광학 농도(OD)가 3 이상인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전사 패턴은, 웨트 에칭에 의해 투명 전극을 형성하기 위한 패턴인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 포토마스크는, 에칭 가공에 의해 상기 피가공체에, 라인 폭 LP와 스페이스 폭 SP가 동일한 라인 앤드 스페이스 패턴을 형성하는 것이고, 또한, 상기 포토마스크의 전사 패턴은, 라인 폭 LM이 스페이스 폭 SM보다 큰 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 것인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 투광부와 상기 반투광부의 i선∼g선의 범위 내의 대표 파장에 대한 위상차가 30도 이상 90도 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  7. 전사 영역에 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 전사 패턴을 갖고, 전사 영역 밖에 마크 패턴을 갖는 포토마스크의 제조 방법으로서,
    투명 기판 상에 노광광에 대한 광학 농도(OD)가 3 이상인 차광막을 형성하는 공정과,
    상기 차광막을 패터닝하여 상기 전사 영역 내의 상기 차광막을 제거함과 함께 상기 전사 영역 밖에 투광부와 차광부로 이루어지는 마크 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 마크 패턴 상에 마스크를 형성한 상태에서, 상기 투명 기판 상에 반투광막을 성막하는 공정과,
    상기 반투광막을 패터닝하여 투광부와 반투광부로 형성되는 상기 전사 패턴을 형성하는 공정을 갖고,
    상기 라인 앤드 스페이스 패턴은 피치 폭 2㎛ 이상 7㎛ 미만이며, 또한
    상기 반투광막의 노광광 투과율은 3％ 이상 15％ 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
  8. 전사 영역에 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 전사 패턴을 갖고, 상기 전사 영역 밖에 마크 패턴을 갖는 포토마스크의 제조 방법으로서,
    투명 기판 상에 반투광막을 성막하는 공정과,
    상기 반투광막 상에 노광광에 대한 광학 농도(OD)가 3 이상인 차광막을 성막하는 공정과,
    상기 차광막 상에 형성한 레지스트막에, 상기 전사 패턴 및 상기 마크 패턴을 묘화하고, 현상함으로써 제1 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제1 레지스트 패턴을 이용하여 상기 차광막 및 상기 반투광막을 패터닝함으로써, 상기 차광막 및 상기 반투광막의 적층 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 제1 레지스트 패턴을 제거한 후, 전사 영역에 위치하는 상기 차광막 및 상기 반투광막의 적층 패턴이 노출되도록 제2 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 제2 레지스트 패턴을 이용하여 상기 반투광막 상에 형성된 상기 차광막을 제거함으로써, 투광부와 반투광부로부터 형성되는 전사 패턴과, 투광부와 차광부로부터 형성되는 마크 패턴을 형성하는 공정을 갖고,
    상기 라인 앤드 스페이스 패턴은 피치 폭 2㎛ 이상 7㎛ 미만이며, 또한
    상기 반투광막의 노광광 투과율은 3％ 이상 15％ 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
  9. 전사 영역에 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 전사 패턴을 갖고, 상기 전사 영역 밖에 마크 패턴을 갖는 포토마스크의 제조 방법으로서,
    투명 기판 상의 전사 영역 밖에 마스크를 형성한 상태에서, 반투광막을 성막하는 공정과,
    상기 반투광막 상 및 노출된 상기 투명 기판 상에, 노광광에 대한 광학 농도(OD)가 3 이상인 차광막을 성막하는 공정과,
    상기 차광막 상에 형성한 레지스트막에, 상기 전사 패턴 및 상기 마크 패턴을 묘화하고, 현상함으로써 제1 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제1 레지스트 패턴을 이용하여 상기 차광막 및 상기 반투광막을 패터닝함으로써, 상기 전사 영역에 상기 차광막 및 상기 반투광막의 적층 패턴을 형성하고, 상기 전사 영역 밖에 차광막 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 제1 레지스트 패턴을 제거한 후, 상기 전사 영역의 적층 패턴이 노출되도록 제2 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 제2 레지스트 패턴을 이용하여 상기 반투광막 상에 형성된 상기 차광막을 제거함으로써, 투광부와 반투광부로부터 형성되는 전사 패턴과, 투광부와 차광부로부터 형성되는 마크 패턴을 형성하는 공정을 갖고,
    상기 라인 앤드 스페이스 패턴은 피치 폭 2㎛ 이상 7㎛ 미만이며, 또한
    상기 반투광막의 노광광 투과율은 3％ 이상 15％ 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 기재된 포토마스크를 준비하는 공정과,
    상기 포토마스크를 이용하여, 피가공체 상의 레지스트막에, i선∼g선의 범위의 노광 광원을 갖는 노광기에 의해 노광을 행하는 공정과,
    얻어진 레지스트 패턴을 이용하여 웨트 에칭함으로써, 라인과 스페이스의 폭이 동일한 패턴을 가공하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 패턴 전사 방법.
  11. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의한 포토마스크를 준비하는 공정과,
    상기 포토마스크를 이용하여, 피가공체 상의 레지스트막에, i선∼g선의 범위의 노광 광원을 갖는 노광기에 의해 노광을 행하는 공정과,
    얻어진 레지스트 패턴을 이용하여 웨트 에칭함으로써, 라인과 스페이스의 폭이 동일한 패턴을 가공하는 것을 특징으로 하는 패턴 전사 방법.
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