KR101624435B1 - 위상 시프트 마스크 및 그 위상 시프트 마스크를 사용한 레지스트 패턴 형성 방법 - Google Patents

위상 시프트 마스크 및 그 위상 시프트 마스크를 사용한 레지스트 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

종래의 화상 표시 장치 제조용 노광 장치를 이용하고, 투명 기판 등의 피가공재 상에, 그 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수를 갖는 소정의 레지스트 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있는 위상 시프트 마스크 및 그 위상 시프트 마스크를 사용한 레지스트 패턴 형성 방법을 제공한다. 노광 장치의 해상 한계 미만의 설계 치수의 레지스트 패턴 형성용 위상 시프트 마스크는, 투명 기판과, 노광 장치로부터의 노광광에 소정의 위상차를 부여하는 위상 시프트부와, 위상 시프트부에 인접하는 비위상 시프트부를 구비하고, 위상 시프트부 및 비위상 시프트부 중 적어도 어느 한쪽이 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수이면서, 위상 시프트부의 치수와 비위상 시프트부의 치수가 서로 다르며, 투명 기판 상에 있어서의 위상 시프트부 및 비위상 시프트부를 포함하는 패턴 영역의 크기가 1변 300㎜ 이상이며, 적어도 패턴 영역 내에 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수의 차광부를 갖지 않는다.

Description

위상 시프트 마스크 및 그 위상 시프트 마스크를 사용한 레지스트 패턴 형성 방법{PHASE SHIFT MASK AND METHOD FOR FORMING RESIST PATTERN USING PHASE SHIFT MASK}
본 발명은 피가공재 상에 소정의 레지스트 패턴을 형성하기 위해 이용되는 위상 시프트 마스크 및 그 위상 시프트 마스크를 사용한 레지스트 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이는, 일반적으로, 화소 전극을 구동하기 위한 스위칭 능동 소자(박막 트랜지스터, TFT)를 갖는 TFT 기판과, 소정의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스 및 그 개구부에 형성된 착색층을 갖는 컬러 필터 기판을 대향 배치하여 주위를 밀봉하고, 그 간극에 액정 재료를 봉입 및 충전한 구조를 갖는다.
이 액정 디스플레이에 있어서, TFT 기판 상의 TFT 등은, 그들(게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극 등)의 구성 재료를 포함하는 박막이 형성된 투명 기판에 있어서의 그 박막 상에, 소정의 패턴을 갖는 포토레지스트막을 형성하고, 패터닝된 포토레지스트막을 마스크로 하여 에칭함으로써 형성될 수 있다. 컬러 필터 기판 상의 블랙 매트릭스 등도 마찬가지로 하여 형성될 수 있다.
또한, 유기 EL 디스플레이는, 투명 기판 상에 캐소드 전극, 유기 EL막, 애노드 전극이 이 순서로 적층되고, 그들의 상에서 밀봉막 등에 의해 밀봉되어 이루어지는 구조나, TFT 기판 상에 유기 EL막, 공통 전극이 이 순서로 적층되고, 그들의 상에서 밀봉막 등에 의해 밀봉되어 이루어지는 구조를 갖는다.
이 유기 EL 디스플레이에 있어서도, 액정 디스플레이와 마찬가지로, 캐소드 전극, 애노드 전극, TFT 등은, 그들 구성 재료를 포함하는 박막이 형성된 투명 기판에 있어서의 그 박막 상에, 소정의 패턴을 갖는 포토레지스트막을 형성하고, 패터닝된 포토레지스트막을 마스크로 하여 에칭함으로써 형성될 수 있다.
이들 액정 디스플레이, 유기 EL 디스플레이 등의 화상 표시 장치를 제조하는 과정에 있어서, 투명 기판 상에 소정의 레지스트 패턴을 형성하는 방법으로서, 일반적으로, 소정의 패턴 형상의 금속 크롬 등을 포함하는 차광부를 갖는 포토마스크(바이너리 마스크)를 사용하여 그 포토레지스트막을 노광 및 현상하는, 포토리소그래프법이 이용되고 있다. 그리고, 이들 전극, TFT 등을 갖는 투명 기판은, 양산화를 도모하여 비용 절감에 도움이 되도록, 대면적의 투명 기판(예를 들어, 330㎜×450㎜ 이상의 투명 기판)을 사용하여 다면 부여에 의해 생산되는 경우가 많기 때문에, 투명 기판 상에 소정의 레지스트 패턴을 형성할 때 이용되는 노광 장치로 하여도, 대면적의 투명 기판을 일괄하거나 또는 복수회로 분할하여 노광 가능한 등배 투영 노광 광학계를 구비하는 대형 노광 장치를 이용하는 것이 통상적이다.
전술한 바와 같은 포토리소그래프법에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 치수(예를 들어, 라인 앤 스페이스 형상의 레지스트 패턴이면, 라인 패턴 또는 스페이스 패턴의 짧은 방향의 폭; 즉 선 폭)는, 노광 장치의 해상 한계에 의존하는 것이며, 화상 표시 장치 제조용 노광 장치로서는, 해상 한계가 3㎛ 정도의 것이 일반적으로 이용되고 있다. 종래의 화상 표시 장치에 있어서의 해상도이면, 노광 장치의 해상 한계 이상에서의 패터닝이 가능하면 문제는 발생하지 않았지만, 최근 들어, 화소수를 증대시켜, 더 높은 해상도를 갖는 화상 표시 장치의 개발이 요망되어지고 있으며, 종래의 화상 표시 장치 제조용 노광 장치의 해상 한계를 하회하는 치수에서의 패터닝의 필요성이 높아지고 있다.
이와 같은 현상 중에서, LSI 등의 반도체 장치의 제조 과정에 있어서 극히 작은 치수에서의 패터닝에 이용되고 있는 위상 시프트 마스크를, 화상 표시 장치의 제조 과정에 있어서의 포토마스크로서 사용하는 시도가 이루어지고 있다. 예를 들어, 투명 기판 상에 투광부(노광광 투과율 100％) 및 반투광부(노광광 투과율 20 내지 60％)를 갖고, 투광부 및 반투광부 중 적어도 한쪽이, 3㎛ 미만의 치수 부분을 갖는 포토마스크가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).
일본 특허공개 제2009-42753호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 포토마스크를 사용하여, 종래의 화상 표시 장치 제조용 노광 장치에 의한 노광 및 현상을 행함으로써, 형성되는 레지스트 패턴의 치수를, 화상 표시 장치 제조용 노광 장치의 해상 한계 미만으로 할 수 있지만, 형성되는 레지스트 패턴의 두께(라인 패턴의 높이)가 얇아져버려, 패터닝된 포토레지스트막이 그 후의 에칭 공정에서의 에칭 마스크로서의 역할을 하기 어려워진다고 하는 문제가 있다.
또한, 레지스트 패턴의 두께가 얇아짐으로써, 형성되는 레지스트 패턴의 측벽부의 각도(라인 앤 스페이스 형상의 레지스트 패턴이면, 기판면의 수직 방향에 있어서의 라인 패턴 측벽부의 상승 각도)가 작아져 버린다. 그 각도가 작아진다고 하는 것은, 기판 상의 면 내에 있어서의 레지스트 패턴의 두께(종횡비)의 변동이 커지는 것을 의미한다. 그 결과, 그 후의 에칭 공정에 있어서의 고정밀도에서의 에칭이 곤란해진다고 하는 문제가 있다.
종래의 화상 표시 장치 제조용 노광 장치를 이용한 등배 투영 노광에 의한 광은, 평행광 성분이 적은 것이기 때문에, 포토마스크의 투광부의 투과광이 반투광부의 바로 아래로 돌아 들어가고, 그 반투과부의 바로 아래의 포토레지스트막에도 조사되게 된다. 그것에 의해, 전술한 바와 같은 문제가 발생한다고 생각된다.
한편으로, LSI 등의 반도체 장치 제조용 축소 투영 노광 광학계를 구비하는 노광 장치이면, 평행광 성분이 많은 광에 의한 노광이 가능하기 때문에, 그 반도체 장치 제조용 노광 장치를 이용함으로써 포토마스크(위상 시프트 마스크)의 투광부를 투과한 광이 반투광부의 바로 아래로 돌아 들어가는 것을 억제할 수 있다.
그러나, 반도체 장치 제조용 노광 장치에 있어서의 노광 면적은 극히 작기 때문에, 화상 표시 장치에서 이용되는 대면적의 기판 상에 레지스트 패턴을 형성할 목적으로 반도체 장치 제조용 노광 장치를 이용하면, 화상 표시 장치 제조의 스루풋이 저하되어 버린다는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 감안하여, 본 발명은 종래의 화상 표시 장치 제조용 노광 장치를 이용하고, 투명 기판 등의 피가공재 상에 그 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수를 갖는 소정의 레지스트 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있는 위상 시프트 마스크 및 그 위상 시프트 마스크를 사용한 레지스트 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 노광 장치로부터의 노광에 의해 그 노광 장치의 해상 한계 미만의 설계 치수의 레지스트 패턴을 피가공재 상에 형성하기 위해 사용되는 위상 시프트 마스크이며, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 설치되어 있으며, 상기 노광 장치로부터의 노광광에 소정의 위상차를 부여하는 오목 형상 또는 볼록 형상의 위상 시프트부와, 상기 위상 시프트부에 인접하는 비위상 시프트부를 구비하고, 상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부 중 적어도 어느 한쪽이 상기 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수이고, 또한 상기 위상 시프트부의 치수와 상기 비위상 시프트부의 치수가 서로 다르며, 상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부 중, 치수가 작은 어느 한쪽이 상기 피가공재 상의 포토레지스트막을 노광시키지 않는 기능을 하고, 다른 쪽이 상기 피가공재 상의 포토레지스트막을 노광시키는 기능을 하는 것이며, 상기 투명 기판 상에 있어서의 상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부를 포함하는 패턴 영역의 크기가, 1변 300㎜ 이상이며, 적어도 상기 패턴 영역 내에는, 상기 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수의, 차광막에 의해 구성되는 차광부가 설치되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크를 제공한다(발명 1).
또한, 본 발명에 있어서 「투명」이란, 파장 350 내지 450㎚의 광선의 투과율이 85％ 이상인 것을 의미하고, 바람직하게는 90％ 이상, 특히 바람직하게는 95％ 이상이다. 또한, 본 발명에 있어서 「포토레지스트막을 노광시키지 않는다」란, 위상 시프트 마스크(위상 시프트부 또는 비위상 시프트부)의 투과광의 광로 상에 위치하는 포토레지스트를 감광시키지 않는 것을 의미하고, 그 투과광의 광로 상에 위치하는 포토레지스트막에 광이 조사되지 않는 것뿐만 아니라, 그 포토레지스트를 감광시키지 않을 정도의 강도(저강도)의 광이 그 포토레지스트막에 조사되는 것도 포함되는 것으로 한다.
상기 발명(발명 1)에 있어서는, 상기 위상 시프트부의 치수와 상기 비위상 시프트부의 치수의 비가, 1:1.5 내지 1:5.6 또는 1.5:1 내지 5.6:1인 것이 바람직하다(발명 2).
상기 발명(발명 1, 2)에 있어서는, 상기 위상 시프트부의 치수와, 그 위상 시프트부에 인접하는 상기 비위상 시프트부의 치수의 합계가, 상기 노광 장치의 해상 한계 이상인 것이 바람직하다(발명 3).
상기 발명(발명 1)에 있어서는, 상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부 중 치수가 작은 암 영역의 치수가, 0.6㎛ 내지 2.75㎛의 범위 내이며, 상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부 중 치수가 큰 명 영역의 치수와 상기 암 영역의 치수의 비가, 상기 암 영역의 치수를 1로 한 경우에, 상기 명 영역의 치수가1.5 이상인 것이 바람직하다(발명 4).
상기 발명(발명 1 내지 4)에 있어서는, 상기 패턴 영역 내에, 상기 노광 장치의 해상 한계 이상의 치수의, 차광막에 의해 구성되는 차광부를 갖고 있어도 된다(발명 5).
상기 발명(발명 1 내지 5)에 있어서는, 상기 오목 형상의 위상 시프트부는, 상기 투명 기판에 설치된 파임부이어도 되고(발명 6), 상기 볼록 형상의 위상 시프트부는, 상기 투명 기판 상에 설치된 투과막에 의해 구성되어 있어도 된다(발명 7).
또한, 본 발명은 노광 장치의 해상 한계 미만의 설계 치수를 갖는 레지스트 패턴을 피가공재 상에 형성하는 방법이며, 상기 노광 장치를 이용하고, 상기 발명(발명 1 내지 7)에 따른 위상 시프트 마스크를 개재하여, 상기 피가공재 상에 설치된 포토레지스트막을 노광하는 공정과, 노광된 상기 포토레지스트막을 현상함으로써 상기 피가공재 상에 소정의 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트 패턴 형성 방법을 제공한다(발명 8).
본 발명에 의하면, 종래의 화상 표시 장치 제조용 노광 장치를 이용하고, 투명 기판 등의 피가공재 상에 그 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수를 갖는 소정의 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있는 위상 시프트 마스크 및 그 위상 시프트 마스크를 사용한 레지스트 패턴 형성 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 개략 구성을 나타내는 부분 절단 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크에 있어서의 투과광의 광 강도를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 개략 구성을 나타내는 부분 평면도이다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 본 발명의 제1 및 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 구체적 구성예를 나타내는 부분 평면도이다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 개략 구성을 나타내는 부분 절단 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크에 있어서의 투과광의 광 강도를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 개략 구성을 나타내는 부분 평면도이다.
도 10은, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 공정(그 1)을 나타내는 흐름도이다.
도 11은, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 공정(그 2)을 나타내는 흐름도이다.
도 12는, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 13은, 시험예 6에 있어서의 위상 시프트 마스크의 암 영역 및 명 영역에 대하여 설명하는 도면이다.
도 14는, 시험예 7에 있어서의 위상 시프트 마스크의 암 영역 및 명 영역에 대하여 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 위상 시프트 마스크 및 이를 이용한 레지스트 패턴 형성 방법에 대하여 설명한다.
또한, 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 2개의 형태를 갖는다. 이하, 각 형태에 대하여 설명한다.
1. 제1 형태
본 발명의 제1 형태의 위상 시프트 마스크는, 노광 장치로부터의 노광에 의해 그 노광 장치의 해상 한계 미만의 설계 치수의 레지스트 패턴을 피가공재 상에 형성하기 위해 사용되는 것이며, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 설치되어 이루어지며, 상기 노광 장치로부터의 노광광에 소정의 위상차를 부여하는 오목 형상 또는 볼록 형상의 위상 시프트부와, 상기 위상 시프트부에 인접하는 비위상 시프트부를 구비하고, 상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부 중 적어도 어느 한쪽이 상기 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수이고, 또한 상기 위상 시프트부의 치수와 상기 비위상 시프트부의 치수가 서로 다르며, 상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부 중 치수가 작은 어느 한쪽이 상기 피가공재 상의 포토레지스트막을 노광시키지 않는 기능을 완수하고, 다른 쪽이 상기 피가공재 상의 포토레지스트막을 노광시키는 기능을 완수하는 것이며, 상기 투명 기판 상에 있어서의 상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부를 포함하는 패턴 영역의 크기가, 1변 300㎜ 이상이며, 적어도 상기 패턴 영역 내에는, 상기 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수의, 차광막에 의해 구성되는 차광부가 설치되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 것이다.
여기서, 「위상 시프트부가, 노광 장치로부터의 노광광에 원하는 위상차를 부여한다」란, 구체적으로는, 「위상 시프트부가, 상기 위상 시프트부를 투과한 노광광의 위상을 상기 비위상 시프트부를 투과한 노광광의 위상에 대하여 반전시킨다」는 것을 말한다. 또한, 「위상 시프트부가, 상기 위상 시프트부를 투과한 노광광의 위상을 상기 비위상 시프트부를 투과한 노광광의 위상에 대하여 반전시킨다」는 것에 대해서는, 후술하는 「2. 제2 형태」의 항에서 설명한다.
제1 형태에 의하면, 위상 시프트부의 치수 및 비위상 시프트부의 치수를 전술한 관계로 함으로써, 종래의 화상 표시 장치 제조용 노광 장치를 이용하고, 투명 기판 등의 피가공재 상에 그 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수를 갖는 소정의 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있는 위상 시프트 마스크로 할 수 있다.
또한, 제1 형태의 위상 시프트 마스크에 있어서는, 전술한 투과부 및 반투과부를 구비하는 종래의 위상 시프트 마스크에 비하여 양호한 정밀도로 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이 이유에 대해서는 후술하는 「2. 제2 형태」의 항에서 설명한다.
제1 형태의 위상 시프트 마스크는, 2개의 실시 형태를 갖는다. 이하, 제1 형태의 위상 시프트 마스크에 있어서의 각 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
<제1 실시 형태>
〔위상 시프트 마스크〕
도 1은, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 개략 구성을 나타내는 부분 절단 단면도이며, 도 2는, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크에 있어서의 투과광의 광 강도를 나타내는 그래프이며, 도 3은, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 개략 구성을 나타내는 부분 평면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)는, 투명 기판(2A)과, 투명 기판(2A) 상에 설치되어 이루어지는 복수의 위상 시프트부(3A)와, 각 위상 시프트부(3A)가 인접하도록 하여 설치되어 이루어지는 복수의 비위상 시프트부(4A)를 구비하는 것으로서, 액정 표시 장치, 유기 EL 표시 장치 등의 화상 표시 장치를 제조하는 과정에 있어서, 그 화상 표시 장치용 등배 투영 노광 광학계를 구비하는 대형 노광 장치를 이용한 노광에 의해 그 노광 장치의 해상 한계 미만(바람직하게는 3㎛ 미만, 보다 바람직하게는 1.5㎛ 이상 3㎛ 미만, 특히 바람직하게는 1.5 내지 2㎛)의 설계 치수의 레지스트 패턴을 피가공재 상에 형성하기 위해 사용되는 것이다.
투명 기판(2A)으로서는, 특별히 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 무알칼리 유리, 석영 유리, 파이렉스(등록상표) 유리, 합성 석영판 등의 가요성을 갖지 않는 투명한 리지드재 등을 이용할 수 있다.
투명 기판(2A)의 크기는, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)를 사용하여 제조하고자 하는 화상 표시 장치에 이용되는 기판(TFT 기판, 컬러 필터 기판 등)의 크기나, 그 화상 표시 장치의 제조에 이용되는 등배 투영 노광 광학계를 구비하는 대형 노광 장치에 있어서의 노광 방식(일괄 노광 방식 또는 분할 노광 방식) 등에 의해 적절히 설정할 수 있지만, 예를 들어 330㎜×450㎜ 내지 1600㎜×1800㎜ 정도로 설정할 수 있다.
또한, 투명 기판(2A)의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 노광 시에 위상 시프트 마스크(1A)를 휘게 하지 않고 유지할 필요가 있기 때문에, 투명 기판(2A)의 크기에 따라 적절히 설정할 수 있으며, 예를 들어 5㎜ 내지 20㎜의 범위로 설정할 수 있다.
위상 시프트부(3A)는, 투명 기판(2A) 상에 설치되어 있으며, 소정의 깊이 d로 파인 파임부로서 구성되어 있다. 그리고, 복수의 위상 시프트부(3A)에 인접하는 비파임부가, 비위상 시프트부(4A)로 된다.
제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)에 있어서, 위상 시프트부(3A)의 치수 X는, 비위상 시프트부(4A)의 치수 Y와 서로 다르다. 양자의 치수 X, Y가 동일하면, 노광 장치로부터의 노광량을 증대시켰다고 하여도 해상 불능으로 되어, 레지스트 패턴을 형성할 수 없게 된다.
또한, 제1 실시 형태에 있어서, 위상 시프트부(3A)의 치수 X 및 비위상 시프트부(4A)의 치수 Y 중 적어도 어느 하나는, 종래 이용되고 있는 화상 표시 장치 제조용 등배 투영 노광 광학계를 구비하는 노광 장치의 해상 한계 미만(바람직하게는 3㎛ 미만, 보다 바람직하게는 1.5㎛ 이상 3㎛ 미만, 특히 바람직하게는 1.5 내지 2㎛)이다. 이에 의해, 그 노광 장치의 해상 한계 미만의 설계 치수를 갖는 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
제1 실시 형태에 있어서의 위상 시프트부(3A)는, 비위상 시프트부(4A)의 치수 Y보다도 작은 치수 X를 갖고 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 제1 실시 형태에 있어서의 위상 시프트부(3A)는, 종래의 바이너리 마스크 등을 사용한 포토리소그래피 기술에서는 형성하는 것이 곤란한 미세한 레지스트 패턴을, 그 위상 시프트부(3A)를 투과하는 광(투과광)의 광로 상에 위치하는 피가공재(기판 등) 상에 형성하기 위한 것으로서, 종래의 바이너리 마스크 등에 있어서의 차광부에 상당하는 역할을 하게 된다.
위상 시프트부(3A)의 치수 X는, 형성하고자 하는 레지스트 패턴의 설계 치수나 노광 장치로부터의 노광량 등에 따라서 적절히 설정될 수 있는 것인데, 바람직하게는 3㎛ 미만, 특히 바람직하게는 1.0 내지 2.5㎛이다. 위상 시프트부(3A)를 투과한 광에는, 비위상 시프트부(4A)를 투과한 광과 대략 180°의 위상차가 부여되기 때문에, 위상 시프트부(3A)의 투과광과, 위상 시프트부(3A)에 인접하는 비위상 시프트부(4A)의 투과광이 서로 간섭하게 된다. 그리고, 위상 시프트부(3A)의 치수 X가 상기 노광 장치의 해상 한계 미만이면서, 비위상 시프트부(4A)의 치수 Y보다도 작은 것으로, 위상 시프트 마스크(1A)의 투과광 중, 위상 시프트부(3A)의 투과광의 광로 상에 위치하는 포토레지스트막에 조사되는 광(조사광)의 강도를, 그 포토레지스트가 감광되지 않을 정도로 저하시킬 수 있다(도 2 참조). 이 결과, 상기 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수를 갖는 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
한편으로, 위상 시프트부(3A)의 치수 X가, 상기 노광 장치의 해상 한계 이상의 치수인, 즉 위상 시프트부(3A)의 치수 X와 비위상 시프트부(4A)의 치수 Y가 모두 상기 노광 장치의 해상 한계 이상의 치수이면, 위상 시프트부(3A)의 투과광이 비위상 시프트부(4A)의 투과광의 돌아 들어감에 의해 효과적으로 간섭되지 않게 되고, 위상 시프트부(3A)의 투과광의 광로 상에 위치하는 포토레지스트막으로의 조사광의 강도를, 그 포토레지스트가 감광되지 않을 정도로까지 저하시킬 수 없게 된다. 그 결과, 위상 시프트부(3A)의 투과광의 광로 상에, 원하지 않는 레지스트 패턴이 형성되어버린다.
즉, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)를 사용하여 형성하고자 하는 레지스트 패턴 중, 종래의 바이너리 마스크(금속 크롬 등에 의해 구성되는 차광부와 개구부를 갖는 포토마스크)이면 차광부에 따라서 형성되는 레지스트 패턴(예를 들어, 라인 앤 스페이스 형상의 레지스트 패턴을 포지티브형 포토레지스트에 의해 형성하고자 하는 경우에는 라인 패턴, 네가티브형 포토레지스트에 의해 형성하고자 하는 경우에는 스페이스 패턴)의 설계 치수가, 사용하는 화상 표시 장치용 노광 장치의 해상 한계 미만인 경우, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)에 있어서는 그 레지스트 패턴을 형성하기 위한 위상 시프트부(3A)가 구비된다. 한편, 그 레지스트 패턴의 설계 치수가 상기 노광 장치의 해상 한계 이상이면, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)에 있어서는 그 레지스트 패턴을 형성하기 위한, 금속 크롬 등을 포함하는 차광막에 의해 구성되는 차광부(5A)가 구비된다.
또한, 위상 시프트부(3A)에 인접하여 설치되는 비위상 시프트부(4A)의 치수 Y는, 형성하고자 하는 레지스트 패턴의 설계 치수에 따라서 적절히 설정되는 것이며, 위상 시프트부(3A)의 치수 X보다도 큰 한, 상기 노광 장치의 해상 한계 미만이어도 되고, 해상 한계 이상이어도 된다.
위상 시프트부(3A)의 치수 X와 비위상 시프트부(4A)의 치수 Y의 관계를 구체적으로 설명하면, 양자의 치수 X, Y의 비(X:Y)는 1:1.5 내지 1:5.6인 것이 바람직하고, 1:1.8 내지 1:4인 것이 보다 바람직하고, 1:1.8 내지 1:3인 것이 특히 바람직하다. 위상 시프트부(3A) 및 비위상 시프트부(4A)의 치수 X, Y의 비가 상기 범위임으로써, 후술하는 실시예로부터도 명백해진 바와 같이, 형성되는 레지스트 패턴의 측벽 각도 θ(도 5 참조)를 양호하게 할 수 있음(포토레지스트의 종류 등에 따라서 그 측벽 각도 θ는 변동할 수 있지만, 바람직하게는 60 내지 90°, 특히 바람직하게는 70 내지 90°)과 함께, 설계 치수에 충실한 레지스트 패턴을 비교적 저노광량으로 형성할 수 있다.
제1 실시 형태에 있어서, 하나의 위상 시프트부(3A)의 치수 X와 그 위상 시프트부(3A)에 인접하는 하나의 비위상 시프트부(4A)의 치수 Y의 합계(X+Y)는, 상기 노광 장치의 해상 한계 이상인 것이 바람직하다. 그 합계(X+Y)가 상기 노광 장치의 해상 한계 미만이면 양호한 측벽 각도 θ(도 5 참조)를 갖는 레지스트 패턴의 형성이 곤란해질 우려가 있다.
구체적인 상기 합계(X+Y)로서는, 위상 시프트 마스크와 함께 이용되는 노광 장치의 해상 한계에 의해 적절히 결정되는 것이며, 특별히 한정되지 않지만, 3㎛ 이상인 것이 바람직하고, 3.5㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 합계(X+Y)의 상한값으로서는, 위상 시프트 마스크의 용도 등에 따라서 적절히 선택되는 것이며, 특별히 한정되지 않는다. 상기 합계(X+Y)의 상한값으로서는, 예를 들어 17.9㎛ 이하인 것이 바람직하고, 4.5㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
제1 실시 형태에 있어서는, 상기 합계(X+Y)가 4㎛ 정도인 것이 특히 바람직하다.
상기 합계(X+Y)가 전술한 범위 내임으로써, 원하는 레지스트 패턴을 얻기 위한 위상 시프트부 및 비위상 시프트부의 설계를 양호하게 행할 수 있기 때문이다.
또한, 제1 실시 형태에 있어서는, 상기 합계(X+Y)가 전술한 범위 내인 경우에, 위상 시프트부(3A)의 치수 X와 비위상 시프트부(4A)의 치수 Y의 비(X:Y)를 전술한 수치 범위로 하는 것이 바람직하다. 형성되는 레지스트 패턴의 측벽 각도를 보다 양호한 것으로 할 수 있어, 설계 치수에 충실한 레지스트 패턴을 비교적 저노광량으로 적합하게 형성할 수 있기 때문이다.
구체예를 들어 보다 상세히 설명하면, 해상 한계가 3㎛인 노광 장치를 이용하고, 라인 패턴 및 스페이스 패턴의 설계 치수가 각각 2㎛인 라인 앤 스페이스 형상의 레지스트 패턴을 형성하고자 하는 경우, 위상 시프트부(3A)의 치수 X를, 바람직하게는 0.6 내지 1.6㎛의 범위로, 보다 바람직하게는 0.8 내지 1.4㎛의 범위로, 특히 바람직하게는 1 내지 1.4㎛의 범위로 설정할 수 있고, 비위상 시프트부(4A)의 치수 Y를, 바람직하게는 2.4 내지 3.4㎛의 범위로, 보다 바람직하게는 2.6 내지 3.2㎛의 범위로, 특히 바람직하게는 2.6 내지 3㎛의 범위로 설정할 수 있다.
위상 시프트부(3A)의 파임 깊이 d는, 위상 시프트부(3A)의 투과광에 소정의 위상차(170 내지 190°(대략 180°)의 위상차)를 부여할 수 있을 정도로 설정하면 되며, 투명 기판(2A)의 두께, 노광광의 파장, 투명 기판(2A)을 구성하는 재료의 굴절률 등에 따라서 적절히 설정할 수 있다.
제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)에 있어서, 위상 시프트부(3A) 및 비위상 시프트부(4A)는, 투명 기판(2A) 상의 패턴 영역(6A: 도 3 참조) 내에 설치되어 있다. 이 패턴 영역(6A)은, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)를 사용하여 피가공재 상에 형성하고자 하는 레지스트 패턴에 따라서 투명 기판(2A) 상에 설정되는 적어도 하나의 영역으로서, 상기 노광 장치에 있어서의 노광 방식에 관계없이, 적어도 하나의 패턴 영역(6A) 내의 전체면에, 1회의 노광에 의해 광이 조사된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)에 있어서는, 투명 기판(2A) 상에 복수의 패턴 영역(6A)이 설정되어 있지만, 하나의 패턴 영역(6A)만이 설정되어 있어도 된다. 또한, 도 3에 있어서는, 패턴 영역(6A) 내의 위상 시프트부(3A), 비위상 시프트부(4A) 및 차광부(5A)의 도시가 생략되어 있다.
패턴 영역(6A)의 크기는, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)를 사용하여 제조하고자 하는 화상 표시 장치의 크기(화면 사이즈), 사용되는 노광 장치에 있어서의 노광 방식이나 1회의 노광 가능 면적 등에 따라서 적절히 설정될 수 있는 것인데, 짧은 변(1변) 300㎜ 이상의 대략 직사각 형상(또는 대략 정사각 형상) 영역으로서 설정된다.
또한, 하나의 패턴 영역(6A)에는, 하나의 화상 표시 장치에 이용되는 구성을 형성하기 위한 패턴이 형성되어 있어도 되며, 복수의 화상 표시 장치에 이용되는 구성을 형성하기 위한 패턴이 형성되어 있어도 된다.
또한, 제1 실시 형태에 있어서, 패턴 영역(6A) 내에는, 위상 시프트부(3A) 및 비위상 시프트부(4A) 외에, 상기 노광 장치의 해상 한계 이상의 치수를 갖는 금속 크롬 등에 의해 구성되는 차광막을 포함하는 차광부(5A)가 설치되어 있지만, 상기 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수를 갖는 금속 크롬 등에 의해 구성되는 차광막을 포함하는 차광부는 설치되어 있지 않다. 즉, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)는, 소위 크롬리스 위상 시프트 마스크라 칭해지는 것이다. 그 패턴 영역(6A) 내의 차광부(5A)의 치수가 노광 장치의 해상 한계 미만이면 그 차광부(5A)에 인접하는 위상 시프트부(3A) 또는 비위상 시프트부(4A)의 투과광이, 그 차광부(5A)의 아래쪽으로 돌아 들어가버려, 차광 기능을 완수할 수 없게 된다.
제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)를 사용함으로써, 상기 노광 장치로부터의 노광에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 측벽 각도 θ(도 5 참조)를 양호하게 할 수 있다(포토레지스트의 종류 등에 따라서 그 측벽 각도 θ는 변동할 수 있지만, 예를 들어 바람직하게는 60 내지 90°, 특히 바람직하게는 70 내지 90°). 이것은, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)를 개재한 노광에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 두께(종횡비)의 레지스트 패턴 형성면 내에서의 변동을 저감할 수 있는 것을 의미한다. 따라서, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)에 의하면, 종래의 화상 표시 장치용 대형 노광 장치를 이용하였다고 하여도, 그 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수를 가지면서, 레지스트 패턴 형성면 내에 있어서의 치수 오차가 작은 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크에 있어서는, 위상 시프트부 및 비위상 시프트부 중 치수가 작은 어느 한쪽이 피가공재 상의 포토레지스트막을 노광시키지 않는 기능을 갖고, 다른 쪽이 피가공재 상의 포토레지스트막을 노광시키는 기능을 갖는다. 그로 인해, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크에 있어서, 원하는 레지스트 패턴을 얻기 위해서는, 위상 시프트부 및 비위상 시프트부 중 치수가 작은 암 영역의 치수와, 위상 시프트부 및 비위상 시프트부 중 치수가 큰 명 영역의 치수를 조정할 필요가 있다.
제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크에 있어서는, 상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부 중 치수가 작은 암 영역의 치수가, 0.6㎛ 내지 2.75㎛의 범위 내이며, 상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부 중 치수가 큰 명 영역의 치수와 상기 암 영역의 치수의 비가, 상기 암 영역의 치수를 1로 한 경우에, 상기 명 영역의 치수가 1.5 이상인 것이 바람직하다.
또한, 암 영역 및 명 영역의 상세에 대해서는, 후술하는 「2. 제2 형태」의 항에서 설명하는 내용과 마찬가지이기 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
〔위상 시프트 마스크의 제조 방법〕
전술한 바와 같은 구성을 갖는 위상 시프트 마스크(1A)는, 하기와 같이 하여 제조할 수 있다. 도 4는, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)를 제조하는 공정을 나타내는 흐름도이다.
우선, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 소정의 크기의 투명 기판(2A)을 준비하고, 종래의 화상 표시 장치용 노광 장치의 해상 한계(예를 들어, 3㎛) 이상의 치수를 갖는 금속 크롬 등을 포함하는 차광막에 의해 구성되는 차광부(5A)를, 그 투명 기판(2A) 상의 패턴 영역(6A: 도 3 참조) 내에 형성한다.
다음으로, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(2A: 패턴 영역(6A)) 및 그 상의 차광부(5A)를 피복하도록 하여, 레지스트층(7A)을 형성하고, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 레이저 묘화 장치, 전자선 묘화 장치 등을 이용하여 그 레지스트층(7A)을 묘화하고, 원하는 패턴을 형성한다. 이때, 적어도 위상 시프트부(3A)의 치수 X가, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)를 개재하는 노광에 이용되는 화상 표시 장치용 노광 장치의 해상 한계 미만이면서, 비위상 시프트부(4A)의 치수 Y보다도 작아지도록, 바람직하게는 위상 시프트부(3A) 및 비위상 시프트부(4A)의 치수 X, Y의 비가, 소정의 범위(1:1.5 내지 1:5.6)가 되도록 레지스트층(7A)을 묘화한다.
그리고, 도 4의 (d)에 도시한 바와 같이, 소정의 패턴을 갖는 레지스트층(7A)을 에칭 마스크로 하여, 투명 기판(2A)의 에칭 처리를 행한다. 이러한 에칭 처리는, 불산 등의 에칭액을 사용한 웨트 에칭 처리이어도 되고, 불소계 가스 등을 사용한 반응성 이온 에칭 등의 드라이 에칭 처리이어도 된다. 이에 의해, 소정의 깊이 d의 파임부를 포함하는 위상 시프트부(3A)가 형성된다.
마지막으로, 도 4의 (e)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(2A) 상에 잔존하는 레지스트층(7A)을 제거함으로써, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)를 제조할 수 있다.
〔레지스트 패턴 형성 방법〕
다음으로, 전술한 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)를 사용하여 레지스트 패턴을 형성하는 방법에 대하여 설명한다. 도 5는, 제1 실시 형태에 있어서의 레지스트 패턴 형성 방법을 나타내는 흐름도이다.
우선, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)를 준비하고, 레지스트 패턴 형성 대상인 피가공재(11A: 기판) 상의 포토레지스트막(12A: 제1 실시 형태에 있어서는 포지티브형 포토레지스트막)과 위상 시프트 마스크(1A)에 있어서의 위상 시프트부(3A) 등이 형성되어 있는 면을, 소정의 간격을 두고 대향시키도록 하여 위상 시프트 마스크(1A)를 배치한다(도 5의 (a) 참조).
레지스트 패턴 형성 대상인 기판(11A)은, 용도 등에 따라서 적절히 선택될 수 있는 것이며, 예를 들어 액정 표시 장치용 TFT 기판, 컬러 필터 기판, 유기 EL 표시 장치용 TFT 기판 등으로서 이용되는 것이면, 그 기판(11A)으로서, 유리 기판, 플라스틱 기판, 합성 수지 필름 등을 사용할 수 있다.
다음으로, 화상 표시 장치용 노광 장치(도시생략)로부터의 광을, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)를 개재하여 기판(11A) 상의 포토레지스트막(12A)에 조사하고, 그 포토레지스트막(12A)을 감광시킨다(도 5의 (b) 참조). 이때, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)의 위상 시프트부(3A)의 투과광과, 비위상 시프트부(4A)의 투과광이 서로 간섭함으로써 위상 시프트부(3A)의 투과광의 광로 상에 위치하는 포토레지스트막(12A)으로의 조사광의 강도가, 그 위치에 있어서의 포토레지스트막(12A)을 감광시키지 않을 정도의 강도로까지 저하된다. 그로 인해, 기판(11A) 상의 포토레지스트막(12A) 중, 위상 시프트부(3A)의 투과광의 광로 상에 위치하는 포토레지스트막(12A)은 감광하지 않고, 비위상 시프트부(4A)의 투과광의 광로 상에 위치하는 포토레지스트막(12A)만이 감광한다.
계속해서, 소정의 현상액을 사용하여, 노광된 포토레지스트막(12A)을 현상하고, 비위상 시프트부(4A)의 투과광의 광로 상에 위치하는 포토레지스트막(12A)만이 제거되어 이루어지는 레지스트 패턴(13A)을 그 기판(11A) 상에 형성한다(도 5의 (c) 참조).
전술한 제1 실시 형태에 있어서의 레지스트 패턴 형성 방법에 의하면, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)에 있어서의 위상 시프트부(3A)의 치수 X가 적어도 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수이면서, 비위상 시프트부(4A)의 치수 Y보다도 작은 것으로, 적어도 위상 시프트부(3A)에 따른, 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수를 갖는 레지스트 패턴을, 설계 치수에 충실하게 형성할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 있어서의 레지스트 패턴 형성 방법에 의하면, 양호한 측벽 각도 θ(포토레지스트의 종류 등에 따라서 변동할 수 있지만, 바람직하게는 60 내지 90°, 특히 바람직하게는 70 내지 90°)를 갖는 레지스트 패턴(13A)을 형성할 수 있다. 따라서, 면 내에 있어서의 치수 오차가 작은 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 있어서, 레지스트 패턴(13A)의 측벽 각도 θ는, 기판(11A) 측으로부터 레지스트 패턴(13A)의 높이(두께)의 10％의 위치(13Adown)와 레지스트 패턴(13A)의 높이(두께)의 90％의 위치(13Aup) 사이의 임의의 복수 개소(예를 들어, 30개소)에 있어서, 기판(11A)의 레지스트 패턴 형성면에 대한 레지스트 패턴(13A)의 측벽의 각도를 측정하고, 최소제곱법에 의한 평균값으로서 구해지는 것이다. 이러한 레지스트 패턴(13A)의 측벽의 각도는, 예를 들어 SEM 화상에 기초하여 레지스트 패턴(13A)의 측벽에 있어서의 임의의 개소의 좌표값을 구하고, 그 좌표값에 기초하여 산출할 수 있다.
이와 같이, 제1 실시 형태에 있어서의 레지스트 패턴 형성 방법에 의하면, 측벽 각도 θ가 양호한 레지스트 패턴(13A)을 형성할 수 있기 때문에, 기판(11A) 상에 형성되는 레지스트 패턴(13A)에 있어서의 두께(종횡비)의 변동을 억제할 수 있고, 그 결과, 후속 공정으로서, 그 레지스트 패턴(13A)을 에칭 마스크로 하여 이용한 에칭 공정에 있어서, 고정밀도의 에칭이 가능해진다고 하는 효과를 발휘할 수 있다.
예를 들어, ITO를 포함하는 투명 전극을 형성하기 위한 레지스트 패턴을 유리 기판 상에 형성하기 위해 사용될 수 있는 위상 시프트 마스크의 일례로서, 도 6에 도시한 바와 같은 패턴 구성을 갖는 위상 시프트부(3A), 비위상 시프트부(4A) 및 차광부(5A)가 하나의 패턴 영역(6A) 내에 설치되어 이루어지는 위상 시프트 마스크(1A)를 들 수 있다.
화상 표시 장치용 등배 투영 노광 광학계를 구비하는 대형 노광 장치를 이용하고, 도 6에 도시한 위상 시프트 마스크(1A)를 개재하여, 유리 기판 상의 ITO막 상에 설치된 포지티브형 포토레지스트막을 노광 및 현상함으로써, ITO막 상에 위상 시프트부(3A)에 따른 레지스트 패턴(라인 패턴) 및 차광부(5A)에 따른 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 그리고, 그 레지스트 패턴이 형성된 유리 기판을 에칭 공정을 거치게 함으로써, 유리 기판 상에, 화상 표시 장치용 대형 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수를 갖는 투명 전극을, 고정밀도로 형성할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)는, ITO를 포함하는 투명 전극을 형성하는 용도 이외에도, 대면적의 노광이 가능한 화상 표시 장치용 등배 투영 노광 광학계를 구비하는 대형 노광 장치를 이용하여, 대면적의 기판 상에 그 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수의 레지스트 패턴을 형성할 필요가 있는 용도에 적용될 수 있다. 이러한 용도로서는, 예를 들어 액정 디스플레이 등의 TFT 기판에 있어서의 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극, 콘택트 홀 등의 형성; 컬러 필터 기판에 있어서의 블랙 매트릭스, 착색 부재를 복수층으로 적층하여 구성되는 적층 기둥(적층 스페이서) 등의 형성 등을 들 수 있다.
제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크를 사용한 레지스트 패턴 형성 방법에 있어서 이용되는 노광광으로서는, 일반적인 화상 표시 장치용 등배 투영 노광 광학계를 구비하는 대형 노광 장치에 이용되는 것과 마찬가지로 할 수 있으며, 특별히 한정되지 않지만, g선, h선, i선의 혼합 파장광인 것이 바람직하다. 혼합 파장광을 사용함으로써, 포토레지스트막에 조사되는 노광량을 많게 할 수 있어, 레지스트 패턴 형성의 라인 택트를 짧게 할 수 있기 때문이다. 또한, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크를 개재하여 혼합 파장광을 포토레지스트막에 조사함으로써, 전술한 투과부 및 반투과부를 갖는 종래의 위상 시프트 마스크를 개재하는 경우에 비하여, 소정의 두께 및 격벽 각도를 갖는 레지스트 패턴을 얻을 수 있기 때문이다.
<제2 실시 형태>
〔위상 시프트 마스크〕
제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크를, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 7은, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 개략 구성을 나타내는 부분 절단 단면도이며, 도 8은, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크에 있어서의 투과광의 광 강도를 나타내는 그래프이며, 도 9는, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 개략 구성을 나타내는 부분 평면도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)는, 투명 기판(2B)과, 투명 기판(2B) 상에 설치되어 이루어지는 복수의 위상 시프트부(3B)와, 각 위상 시프트부(3B)가 인접하도록 하여 설치되어 이루어지는 복수의 비위상 시프트부(4B)를 구비하는 것으로서, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)와 마찬가지로, 액정 표시 장치, 유기 EL 표시 장치 등의 화상 표시 장치를 제조하는 과정에 있어서, 그 화상 표시 장치용 등배 투영 노광 광학계를 구비하는 대형 노광 장치를 이용한 노광에 의해 그 노광 장치의 해상 한계 미만(바람직하게는 3㎛ 미만, 보다 바람직하게는 1.5㎛ 이상 3㎛ 미만, 특히 바람직하게는 1.5 내지 2㎛)의 치수의 레지스트 패턴을 피가공재 상에 형성하기 위해 사용되는 것이다.
투명 기판(2B)으로서는, 특별히 한정되는 것이 아니라, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)에 있어서의 투명 기판(2A)과 마찬가지의 것을 사용할 수 있다.
위상 시프트부(3B)는, 투명 기판(2B) 상에 설치되어 있으며, 투명 기판(2B)상에 형성되어 이루어지는 소정의 두께 t의 투명막으로서 구성된다. 그리고, 복수의 위상 시프트부(3B)에 인접하는 투명막 비형성부(투명 기판(2B)의 노출부)가 비위상 시프트부(4B)로 된다.
위상 시프트부(3B)를 구성하는 투명막은, 파장 365㎚의 광의 투과율이 80％ 이상, 바람직하게는 85％ 이상, 특히 바람직하게는 90％ 이상의 투명 재료에 의해 구성된다. 이러한 투명 재료로서는, 예를 들어 SiO, ITO, 불소계 수지 등을 들 수 있다.
위상 시프트부(3B)의 치수 X 및 비위상 시프트부(4B)의 치수 Y는, 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A)에 있어서의 위상 시프트부(3A)의 치수 X 및 비위상 시프트부(4A)의 치수 Y와 마찬가지로 설정될 수 있다.
위상 시프트부(3B)의 두께 t는, 위상 시프트부(3B)의 투과광에 소정의 위상차(170 내지 190°(대략 180°)의 위상차)를 부여할 수 있을 정도로 설정하면 되며, 투명 기판(2B)의 두께, 노광광의 파장, 투명 기판(2B)을 구성하는 재료의 굴절률 등에 따라서 적절히 설정할 수 있다.
제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)를 사용하여 형성하고자 하는 레지스트 패턴 중, 종래의 바이너리 마스크(금속 크롬 등에 의해 구성되는 차광부와 개구부를 갖는 포토마스크)이면 차광부에 따라서 형성되는 레지스트 패턴(예를 들어, 라인 앤 스페이스 형상의 레지스트 패턴을 포지티브형 포토레지스트에 의해 형성하고자 하는 경우에는 라인 패턴, 네가티브형 포토레지스트에 의해 형성하고자 하는 경우에는 스페이스 패턴)의 설계 치수가, 사용하는 화상 표시 장치용 노광 장치의 해상 한계 미만인 경우, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)에 있어서는 그 레지스트 패턴을 형성하기 위한 위상 시프트부(3B)가 구비된다. 한편, 그 레지스트 패턴의 설계 치수가 상기 노광 장치의 해상 한계 이상이면, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)에 있어서는 그 레지스트 패턴을 형성하기 위한, 금속 크롬 등을 포함하는 차광막에 의해 구성되는 차광부(5B)가 구비된다.
제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)에 있어서, 위상 시프트부(3B) 및 비위상 시프트부(4B)는, 투명 기판(2B) 상의 패턴 영역(6B: 도 9 참조) 내에 설치되어 있다. 이 패턴 영역(6B)은, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)를 사용하여 피가공재 상에 형성하고자 하는 레지스트 패턴에 따라서 투명 기판(2B) 상에 설정되는 적어도 하나의 영역으로서, 상기 노광 장치에 있어서의 노광 방식에 관계없이, 적어도 하나의 패턴 영역(6B) 내의 전체면에, 1회의 노광에 의해 광이 조사된다.
도 9에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)에 있어서는, 투명 기판(2B) 상에 복수의 패턴 영역(6B)이 설정되어 있지만, 하나의 패턴 영역(6B)만이 설정되어 있어도 된다. 또한, 도 9에 도시한 위상 시프트 마스크(1B)에 있어서는, 패턴 영역(6B) 내의 위상 시프트부(3B), 비위상 시프트부(4B) 및 차광부(5B)의 도시가 생략되어 있다.
패턴 영역(6B)의 크기는, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)를 사용하여 제조하고자 하는 화상 표시 장치의 크기(화면 사이즈), 사용되는 노광 장치에 있어서의 노광 방식이나 1회의 노광 가능 면적 등에 따라서 적절히 설정될 수 있는 것이지만, 짧은 변(1변) 300㎜ 이상의 대략 직사각 형상(또는 대략 정사각 형상) 영역으로서 설정된다.
또한, 하나의 패턴 영역(6B)에는, 하나의 화상 표시 장치에 이용되는 구성을 형성하기 위한 패턴이 형성되어 있어도 되며, 복수의 화상 표시 장치에 이용되는 구성을 형성하기 위한 패턴이 형성되어 있어도 된다.
또한, 제2 실시 형태에 있어서, 패턴 영역(6B) 내에는, 위상 시프트부(3B) 및 비위상 시프트부(4B) 외에, 상기 노광 장치의 해상 한계 이상의 치수를 갖는 금속 크롬 등을 포함하는 차광막에 의해 구성되는 차광부(5B)가 설치되어 있지만, 상기 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수를 갖는 금속 크롬 등을 포함하는 차광막에 의해 구성되는 차광부는 설치되어 있지 않다. 즉, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)는, 소위 크롬리스 위상 시프트 마스크라 칭해지는 것이다. 그 패턴 영역(6B) 내의 차광부(5B)의 치수가 노광 장치의 해상 한계 미만이면 그 차광부(5B)에 인접하는 위상 시프트부(3B) 또는 비위상 시프트부(4B)의 투과광이, 그 차광부(5B)의 아래쪽으로 돌아 들어가버려, 차광 기능을 완수할 수 없게 된다.
또한, 도 7에 도시한 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)에 있어서, 위상 시프트부(3B)를 구성하는 투명 재료와 동일 재료를 포함하고, 차광부(5B)의 치수보다도 약간 큰 치수의 투명막이, 차광부(5B)를 완전히 피복하도록 하여 설치되어 있어도 된다(도 11의 (f) 참조). 이와 같이, 차광부(5B)가 투명막에 의해 피복되어 있음으로써, 차광부(5B)에 비위상 시프트부(4B)가 인접하는 경우에 있어서, 비위상 시프트부(4B)와 차광부(5B)의 경계부를 투과하는 소정의 위상차가 부여된 광에 의해, 그 경계부에 있어서의 조사광의 콘트라스트를 크게 할 수 있기 때문에, 차광부(5B)에 따라서 형성되는 레지스트 패턴의 에지 형상을 양호하게 할 수 있다.
제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)를 사용함으로써 상기 노광 장치로부터의 노광에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 측벽 각도 θ(도 12 참조)를 양호하게 할 수 있다(포토레지스트의 종류 등에 따라서 측벽 각도 θ는 변동할 수 있지만, 바람직하게는 60 내지 90°, 특히 바람직하게는 70 내지 90°). 이것은, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)를 개재한 노광에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 두께(종횡비)의 레지스트 패턴 형성면 내에서의 변동을 저감할 수 있는 것을 의미한다. 따라서, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)에 의하면, 종래의 화상 표시 장치용 대형 노광 장치를 이용하였다고 하여도, 상기 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수를 가지면서, 레지스트 패턴 형성면 내에 있어서의 치수 오차가 작은 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
〔위상 시프트 마스크의 제조 방법 1〕
전술한 바와 같은 구성을 갖는 위상 시프트 마스크(1B)는, 하기와 같이 하여 제조할 수 있다. 도 10은, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)를 제조하는 공정의 일례를 나타내는 흐름도이다.
우선, 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 소정의 크기의 투명 기판(2B)을 준비하고, 종래의 화상 표시 장치용 노광 장치의 해상 한계(예를 들어, 3㎛) 이상의 치수를 갖는, 금속 크롬 등을 포함하는 차광막에 의해 구성되는 차광부(5B)를, 그 투명 기판(2B) 상의 패턴 영역(6B: 도 9 참조) 내에 형성한다.
다음으로, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(2B: 패턴 영역(6B)) 및 그 상의 차광부(5B)를 피복하도록 하여, 레지스트층(7B)을 형성하고, 도 10의 (c)에 도시한 바와 같이, 레이저 묘화 장치, 전자선 묘화 장치 등을 이용하여 그 레지스트층(7B)을 묘화하고, 원하는 패턴을 형성한다. 이때, 적어도 위상 시프트부(3B)의 치수 X가, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)를 개재하는 노광에 이용되는 화상 표시 장치용 노광 장치의 해상 한계 미만이면서, 비위상 시프트부(4B)의 치수 Y보다도 작아지도록, 바람직하게는 위상 시프트부(3B) 및 비위상 시프트부(4B)의 치수 X, Y의 비가, 소정의 범위(1:1.5 내지 1:5.6)가 되도록 레지스트층(7B)을 묘화한다.
그리고, 도 10의 (d)에 도시한 바와 같이, 소정의 패턴을 갖는 레지스트층(7B) 상에 위상 시프트부(3B)를 구성하는 투명 재료(ITO 등)를 포함하는 투명막(30B)을 형성한다. 이때, 형성되는 투명막(30B)의 두께가 위상 시프트부(3B)의 두께 t로 되기 때문에, 위상 시프트부(3B)의 투과광에 소정의 위상차(대략 180°)를 부여할 수 있을 정도의 두께의 투명막(30B)을 형성한다.
마지막으로, 도 10의 (e)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(2B) 상에 잔존하는 레지스트층(7B) 및 그 레지스트층(7B) 상의 투명막(30B)을 제거함으로써, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)를 제조할 수 있다.
〔위상 시프트 마스크의 제조 방법 2〕
제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)는, 전술한 도 10에 도시한 방법 외에, 하기와 같이 하여 제조할 수도 있다. 도 11은, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)를 제조하는 공정의 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
우선, 도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, 소정의 크기의 투명 기판(2B)을 준비하고, 종래의 화상 표시 장치용 노광 장치의 해상 한계(예를 들어, 3㎛) 이상의 치수를 갖는 금속 크롬 등을 포함하는 차광막에 의해 구성되는 차광부(5B)를, 그 투명 기판(2B) 상의 패턴 영역(6B: 도 9 참조) 내에 형성한다.
다음으로, 도 11의 (b)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(2B: 패턴 영역(6B)) 및 그 상의 차광부(5B)를 피복하도록 하여, 위상 시프트부(3B)를 구성하는 투명 재료(ITO 등)를 포함하는 투명막(30B)을 형성한다. 이때, 투명 기판(2B) 상에 형성되는 투명막(30B)의 두께가 위상 시프트부(3B)의 두께 t로 되기 때문에, 위상 시프트부(3B)의 투과광에 소정의 위상차(대략 180°)를 부여할 수 있을 정도의 두께의 투명막(30B)을 형성한다.
계속해서, 도 11의 (c)에 도시한 바와 같이, 투명막(30B)을 피복하도록 하여 레지스트층(7B)을 형성하고, 도 11의 (d)에 도시한 바와 같이, 레이저 묘화 장치, 전자선 묘화 장치 등을 이용하여 그 레지스트층(7B)을 묘화하고, 원하는 패턴을 형성한다. 이때, 위상 시프트부(3B)에 상당하는 위치의 레지스트층(7B) 및 차광부(5B) 상의 레지스트층(7B)을 잔존시키도록 하여 그 레지스트층(7B)을 묘화한다. 또한, 차광부(5B) 상에는, 차광부(5B)의 치수보다도 약간 큰 치수의 레지스트층(7B)을 잔존시키도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 도 11의 (e)에 도시한 바와 같이, 소정의 패턴을 갖는 레지스트층(7B)을 에칭 마스크로 하여, 투명막(30B)을 에칭하고, 위상 시프트부(3B)를 형성한다. 이러한 에칭 처리는, 불산 등의 에칭액을 사용한 웨트 에칭 처리이어도 되고, 불소계 가스 등을 사용한 반응성 이온 에칭 등의 드라이 에칭 처리이어도 된다.
마지막으로, 도 11의 (f)에 도시한 바와 같이, 투명막(30B) 상에 잔존하는 레지스트층(7B)을 제거함으로써, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)를 제조할 수 있다.
〔레지스트 패턴 형성 방법〕
다음으로, 전술한 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)를 사용하여 레지스트 패턴을 형성하는 방법에 대하여 설명한다. 도 12는, 제2 실시 형태에 있어서의 레지스트 패턴 형성 방법을 나타내는 흐름도이다.
우선, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)를 준비하고, 레지스트 패턴 형성 대상인 피가공재(11B: 기판) 상의 포토레지스트막(12B: 제2 실시 형태에 있어서는 포지티브형 포토레지스트막)과 위상 시프트 마스크(1B)에 있어서의 위상 시프트부(3B) 등이 설치되어 있는 면을, 소정의 간격을 두고 대향시키도록 하여 위상 시프트 마스크(1B)를 배치한다(도 12의 (a) 참조).
레지스트 패턴 형성 대상인 기판(11B)은, 용도 등에 따라서 적절히 선택될 수 있는 것이며, 예를 들어 액정 표시 장치용 TFT 기판, 컬러 필터 기판, 유기 EL 표시 장치용 TFT 기판 등으로서 이용되는 것이면, 그 기판(11B)으로서, 유리 기판, 플라스틱 기판, 합성 수지 필름 등을 사용할 수 있다.
다음으로, 화상 표시 장치용 노광 장치(도시생략)로부터의 광을, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)를 개재하여, 기판(11B) 상의 포토레지스트막(12B)에 조사하고, 그 포토레지스트막(12B)을 감광시킨다(도 12의 (b) 참조). 이때, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)의 위상 시프트부(3B)의 투과광과, 비위상 시프트부(4B)의 투과광이 서로 간섭함으로써 위상 시프트부(3B)의 투과광의 광로 상에 위치하는 포토레지스트막(12B)으로의 조사광의 강도가, 그 위치에 있어서의 포토레지스트막(12B)을 감광시키지 않을 정도의 광 강도로 저하된다. 그로 인해, 기판(11B) 상의 포토레지스트막(12B) 중, 위상 시프트부(3B)의 투과광의 광로 상에 위치하는 포토레지스트막(12B)은 감광하지 않고, 비위상 시프트부(4B)의 투과광의 광로 상에 위치하는 포토레지스트막(12B)만이 감광한다.
계속해서, 소정의 현상액을 사용하여, 노광된 포토레지스트막(12B)을 현상하고, 비위상 시프트부(4B)의 투과광의 광로 상에 위치하는 포토레지스트막(12B)만이 제거되어 이루어지는 레지스트 패턴(13B)을 그 기판(11B) 상에 형성한다(도 12의 (c) 참조).
전술한 제2 실시 형태에 있어서의 레지스트 패턴 형성 방법에 의하면, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)에 있어서의 위상 시프트부(3B)의 치수 X가 적어도 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수이면서, 비위상 시프트부(4B)의 치수 Y보다도 작은 것으로, 적어도 위상 시프트부(3B)에 따른, 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수를 갖는 레지스트 패턴을, 설계 치수에 충실하게 형성할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에 있어서의 레지스트 패턴 형성 방법에 의하면, 양호한 측벽 각도 θ(포토레지스트의 종류 등에 따라서 측벽 각도 θ는 변동할 수 있지만, 바람직하게는 60 내지 90°, 특히 바람직하게는 70 내지 90°)를 갖는 레지스트 패턴(13B)을 형성할 수 있다. 따라서, 면 내에 있어서의 치수 오차가 작은 레지스트 패턴(13B)을 형성할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에 있어서, 레지스트 패턴(13B)의 측벽 각도 θ는, 기판(11B)측으로부터 레지스트 패턴(13B)의 높이(두께)의 10％의 위치(13Bdown)와 레지스트 패턴(13B)의 높이(두께)의 90％의 위치(13Bup) 사이의 임의의 복수 개소(예를 들어, 30개소)에 있어서, 기판(11B)의 레지스트 패턴 형성면에 대한 레지스트 패턴(13B)의 측벽의 각도를 측정하고, 최소제곱법에 의한 평균값으로서 구해지는 것이다. 이러한 레지스트 패턴(13B)의 측벽의 각도는, 예를 들어 SEM 화상에 기초하여 레지스트 패턴(13B)의 측벽에 있어서의 임의의 개소의 좌표값을 구하고, 그 좌표값에 기초하여 산출할 수 있다.
이와 같이, 제2 실시 형태에 있어서의 레지스트 패턴 형성 방법에 의하면, 측벽 각도 θ가 양호한 레지스트 패턴(13B)을 형성할 수 있기 때문에, 기판(11B) 상에 형성되는 레지스트 패턴(13B)에 있어서의 두께(종횡비)의 변동을 억제할 수 있고, 그 결과, 후속 공정으로서, 그 레지스트 패턴(13B)을 에칭 마스크로 하여 이용한 에칭 공정에 있어서, 고정밀도의 에칭이 가능해진다고 하는 효과를 발휘할 수 있다.
예를 들어, ITO를 포함하는 투명 전극을 형성하기 위한 레지스트 패턴을 유리 기판 상에 형성하기 위해 사용될 수 있는 위상 시프트 마스크의 일례로서, 도 6에 도시한 바와 같은 패턴 구성을 갖는 위상 시프트부(3B), 비위상 시프트부(4B) 및 차광부(5B)가 하나의 패턴 영역(6B) 내에 설치되어 이루어지는 위상 시프트 마스크(1B)를 들 수 있다.
화상 표시 장치용 등배 투영 노광 광학계를 구비하는 대형 노광 장치를 이용하고, 도 6에 도시한 위상 시프트 마스크(1B)를 개재하여, 유리 기판 상의 ITO막 상에 설치된 포지티브형 포토레지스트막을 노광 및 현상함으로써, ITO막 상에 위상 시프트부(3B)에 따른 레지스트 패턴(라인 패턴) 및 차광부(5B)에 따른 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 그리고, 그 레지스트 패턴이 형성된 유리 기판을 에칭 공정을 거치게 함으로써, 유리 기판 상에, 화상 표시 장치용 대형 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수를 갖는 투명 전극을, 고정밀도로 형성할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1B)는, ITO를 포함하는 투명 전극을 형성하는 용도 이외에도, 대면적의 노광이 가능한 화상 표시 장치용 등배 투영 노광 광학계를 구비하는 대형 노광 장치를 이용하여, 대면적의 기판 상에 그 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수의 레지스트 패턴을 형성할 필요가 있는 용도에 적용될 수 있다. 이러한 용도로서는, 예를 들어 액정 디스플레이 등의 TFT 기판에 있어서의 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극, 콘택트 홀 등의 형성; 컬러 필터 기판에 있어서의 블랙 매트릭스, 착색 부재를 복수층에 적층하여 구성되는 적층 기둥(적층 스페이서) 등의 형성 등을 들 수 있다.
제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크를 사용한 레지스트 패턴 형성 방법에 있어서 이용되는 노광광으로서는, 일반적인 화상 표시 장치용 등배 투영 노광 광학계를 구비하는 대형 노광 장치에 이용되는 것과 마찬가지로 할 수 있으며, 특별히 한정되지 않지만, g선, h선, i선의 혼합 파장광인 것이 바람직하다. 또한, 이유에 대해서는, 전술한 제1 실시 형태의 항에서 설명한 내용과 마찬가지이기 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
<제1 형태의 위상 시프트 마스크>
전술한 제1 및 제2 실시 형태에 있어서는, 위상 시프트 마스크(1A, 1B)에 있어서의 위상 시프트부(3A, 3B)의 치수 X가 비위상 시프트부(4A, 4B)의 치수 Y보다도 작고, 위상 시프트부(3A, 3B)가 종래의 바이너리 마스크에 있어서의 차광부로서의 역할을 하는 것으로 되어 있지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되는 것이 아니라, 비위상 시프트부(4A, 4B)의 치수 Y가 위상 시프트부(3A, 3B)의 치수 X보다도 작고, 비위상 시프트부(4A, 4B)가 종래의 바이너리 마스크에 있어서의 차광부로서의 역할을 완수하는 것이어도 된다. 이 경우에 있어서, 적어도 비위상 시프트부(4A, 4B)의 치수 Y는, 사용되는 화상 표시 장치용 등배 투영 노광 광학계를 구비하는 대형 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수이며, 위상 시프트부(3A, 3B) 및 비위상 시프트부(4A, 4B)의 치수 X, Y의 비가 1.5:1 내지 5.6:1인 것이 바람직하고, 1.8:1 내지 4:1인 것이 보다 바람직하며, 1.8:1 내지 3:1인 것이 특히 바람직하다. 그리고, 비위상 시프트부(4A, 4B)에 인접하는 위상 시프트부(3A, 3B)의 치수 X는, 형성하고자 하는 레지스트 패턴의 설계 치수에 따라서 적절히 설정되는 것이며, 비위상 시프트부(4A, 4B)의 치수 Y보다도 큰 한, 상기 노광 장치의 해상 한계 미만이어도 되고, 해상 한계 이상이어도 된다.
전술한 제1 및 제2 실시 형태에 있어서는, 위상 시프트 마스크(1A, 1B)의 패턴 영역(6A, 6B) 내에, 금속 크롬 등을 포함하는 차광막에 의해 구성되는 차광부(5A, 5B)가 설치되어 있지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되는 것이 아니라, 차광에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 설계 치수가, 사용되는 화상 표시 장치용 등배 투영 노광 광학계를 구비하는 대형 노광 장치의 해상 한계 미만의 것인 경우에는, 그 패턴 영역(6A, 6B) 내에 차광부(5A, 5B)가 설치되어 있을 필요는 없으며, 그러한 레지스트 패턴에 대응하도록 위상 시프트부(3A, 3B: 비위상 시프트부(4A, 4B))가 설치되어 있으면 된다.
제1 및 제2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(1A, 1B)를 제조하는 방법으로서, 금속 크롬 등을 포함하는 차광막에 의해 구성되는 차광부(5A, 5B)가 형성된 투명 기판(2A, 2B)에 위상 시프트부(3A, 3B)를 설치하는 방법을 예로 들었지만, 이러한 형태 이외에도, 예를 들어 투명 기판(2A, 2B)에 위상 시프트부(3A, 3B)를 형성한 후에, 금속 크롬 등을 포함하는 차광막에 의해 구성되는 차광부(5A, 5B)를 형성하도록 하여도 된다.
2. 제2 형태
본 발명의 제2 형태의 위상 시프트 마스크는, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 설치된 오목 형상 또는 볼록 형상의 위상 시프트부와, 상기 위상 시프트부에 인접하는 비위상 시프트부를 구비하는 것으로서, 상기 위상 시프트부가, 상기 위상 시프트부를 투과한 노광광의 위상을 상기 비위상 시프트부를 투과한 노광광의 위상에 대하여 반전시키는 것이며, 상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부 중 치수가 작은 쪽을 암 영역으로서 이용하고, 상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부 중 치수가 큰 쪽을 명 영역으로서 이용하고, 상기 암 영역의 치수가, 0.6㎛ 내지 2.75㎛의 범위 내이며, 상기 명 영역의 치수와 상기 암 영역의 치수의 비가, 상기 암 영역의 치수를 1로 한 경우에, 상기 명 영역의 치수가 1.5 이상이며, 상기 위상 시프트 마스크의 크기가, 330㎜×450㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 것이다.
제2 형태에 있어서, 「위상 시프트부가, 위상 시프트부를 투과한 노광광의 위상을 비위상 시프트부를 투과한 노광광의 위상에 대하여 반전시키는 것이다」란, 위상 시프트부를 투과한 노광광(위상 시프트부의 투과광)과 비위상 시프트부를 투과한 노광광(비위상 시프트부의 투과광)의 위상차가, 양 투과광을 간섭시켜 서로 상쇄할 수 있을 정도의 위상차가 되도록 위상 시프트부의 위상이 조정되어 있는 것을 말한다. 보다 구체적으로는, 상기 위상 시프트부의 투과광과 비위상 시프트부의 투과광의 위상차가, 180°±10°의 범위 내로 되도록 위상 시프트부의 위상이 조정되어 있는 것을 말한다. 제2 형태에 있어서는, 전술한 위상차가, 180°±5°의 범위 내로 되는 것이 보다 바람직하며, 180°로 되는 것이 특히 바람직하다.
또한, 제2 형태의 위상 시프트 마스크와 함께 이용되는 노광광이 g선, h선, i선의 혼합 파장광인 경우에는, 상기 위상 시프트부의 i선의 투과광과 비위상 시프트부의 i선의 투과광의 위상차가 전술한 관계를 만족하도록, 위상 시프트부가 조정되어 있는 것이 바람직하다.
제2 형태의 위상 시프트 마스크의 구체예로서는, 전술한 「1. 제1 형태」의 항에서 설명한 도 1 및 도 7 등을 들 수 있다. 제2 형태에 있어서는, 도 1에 도시한 위상 시프트 마스크(1A)에 있어서, 파임부인 위상 시프트부(3A)를 암 영역으로서 이용하고, 비위상 시프트부(4A)를 명 영역으로서 이용하는 것이다. 또한, 도 7에 도시한 위상 시프트 마스크(1B)에 있어서, 투명막으로 구성되는 위상 시프트부(3B)를 암 영역으로서 이용하고, 비위상 시프트부(4B)를 명 영역으로서 이용하는 것이다.
제2 형태에 의하면, 상기 암 영역의 치수 및 명 영역의 치수가 전술한 치수를 가짐으로써, 종래의 화상 표시 장치 제조용 노광 장치를 이용하고, 투명 기판 등의 피가공재 상에 그 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수를 갖는 소정의 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있다.
또한, 제2 형태의 위상 시프트 마스크에 있어서는, 전술한 투과부 및 반투과부를 구비하는 종래의 위상 시프트 마스크에 비하여 양호한 정밀도로 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이하, 이 이유에 대해서는 명확하지는 않지만 이하와 같이 추측된다.
여기서, 전술한 바와 같이, 종래의 LSI 등의 반도체 장치의 제조 과정에 있어서 사용되는 투과부 및 반투과부를 갖는 위상 시프트 마스크를 화상 표시 장치의 제조 과정에 있어서의 포토마스크에 적용하고, 종래의 화상 표시 장치 제조용 노광 장치에 의해 노광 및 현상을 행한 경우에는, 얻어지는 레지스트 패턴의 치수를 해상 한계 미만으로 할 수 있지만, 레지스트 패턴의 두께가 작아지거나, 레지스트 패턴의 측벽부가 작아지거나 함으로써, 레지스트 패턴이 에칭 마스크로서 기능하지 않는다고 하는 문제나, 고정밀도로 에칭할 수 없다고 하는 문제가 있다. 이러한 문제가 발생하는 이유에 대해서는, 이하와 같이 추측된다.
즉, 화상 표시 장치 제조용의 포토마스크는, 통상의 반도체 제조 장치용 포토마스크(6인치 레티클)에 비하여, 그 사이즈는 큰 것이다. 또한, 최근의 화상 표시 장치의 대형화에 수반하여, 화상 표시 장치용 포토마스크는, 또 다른 대형화가 진행되고 있다. 양자의 크기의 차이로서는, 구체적으로는 6인치 레티클의 대각선의 길이는 215㎜인 것에 비하여, 화상 표시 장치용 포토마스크는 495㎜ 내지 1856㎜ 정도이다. 따라서, 화상 표시 장치용 포토마스크는 6인치 레티클에 비하여 대각선의 비로 2.3배 내지 8.6배의 사이즈를 갖고, 또한 묘화 시간, 검사 시간 등의 제조 비용에 직접 관계하는 면적비에서는 4.4배 내지 72배의 면적을 갖는다.
그로 인해, 종래의 화상 표시 장치 제조용 노광 장치를 이용한 등배 투영 노광에 있어서는, 전술한 화상 표시 장치용 포토마스크를 사용하여 노광을 단시간에 행하기 위해 대광량이 요구되기 때문에, 노광광으로서는, 예를 들어 g선, h선, i선의 혼합 파장광이 적합하게 이용된다. 구체적으로는, 1변이 300㎜ 이상의 패턴 영역을 갖는 포토마스크, 또는 포토마스크의 크기가 330㎜×450㎜ 이상인 포토마스크에 대해서는 제조 조건상, g, h, i선의 혼합 파장광이 적합하게 이용된다.
한편으로, 반도체 장치의 제조 과정에 있어서는, 노광의 해상도를 향상시킬 목적으로, 노광광으로서는, 예를 들어i선, KrF선(248㎚), ArF선(193㎚) 등의 단파장측의 단일 파장광, 즉 평행광 성분이 많은 광이 적합하게 이용되고 있다. 그로 인해, 반도체의 제조 과정에 있어서 사용되는 위상 시프트 마스크는, 통상적으로 투과부 및 반투과부에 대해서는, 단파장측의 단일 파장광의 기준으로 위상이 조정된다.
따라서, 전술한 바와 같이 평행 성분이 많은 광(단파장측의 단일 파장광)에 대하여 투과부 및 반투과부의 위상이 조정된 반도체 장치의 제조 과정에 있어서의 위상 시프트 마스크를, 전술한 평행광 성분이 적은 광(혼합 파장광)을 사용하는 화상 표시 장치의 제조 과정에 있어서의 포토마스크에 적용한 경우에는, 상기 위상 시프트 마스크의 투과부의 투과광이 반투과부의 바로 아래로 돌아 들어가기 쉬워져서, 반투과부의 투과광에서는 전부 상쇄할 수 없으며, 반투과부에 대응하는 포토레지스트막에, 상기 포토레지스트막을 감광시킬 정도의 노광광이 조사되는 것이 추측된다. 그 결과, 얻어지는 레지스트 패턴의 두께가 작아지거나, 레지스트 패턴의 측벽부가 작아지거나 하는 것이라 추측된다.
한편, 제2 형태의 위상 시프트 마스크는, 암 영역 및 명 영역이 치수가 서로 다른 위상 시프트부 및 비위상 시프트부로 구성되어 있는 점에서, 양 영역은 동등한 노광광의 투과율을 갖고, 각 영역의 투과광의 위상이 반전되게 된다. 따라서, 제2 형태의 위상 시프트 마스크를 개재하여 전술한 혼합 파장광을 노광광으로서 포토레지스트막에 조사한 경우, 암 영역에서의 투과광을 종래의 반투과부에 있어서의 투과광보다도 많은 것으로 할 수 있기 때문에, 암 영역으로 돌아 들어간 명 영역의 투과광(돌아 들어간 광)을 충분히 상쇄할 수 있어, 암 영역에 대응하는 포토레지스트막에 상기 포토레지스트막을 감광시킬 정도의 노광광이 조사되는 것을 억제하는 것이 가능해진다고 추측된다.
이하, 제2 형태의 위상 시프트 마스크의 상세에 대하여 설명한다.
〔위상 시프트 마스크〕
제2 형태의 위상 시프트 마스크는, 상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부 중 치수가 작은 쪽을 암 영역으로서 이용하고, 상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부 중 치수가 큰 쪽을 명 영역으로서 이용하는 것이다. 또한, 암 영역의 치수와 명 영역의 치수가 소정의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 제2 형태의 위상 시프트 마스크를 사용하여 피가공재 상의 포토레지스트막을 노광하여 레지스트 패턴을 제작하는 경우에 있어서, 암 영역은, 포토레지스트막에 있어서 감광되지 않는 영역에 대응하는 위상 시프트 마스크의 영역(포토레지스트막을 노광시키지 않는 영역)이며, 명 영역은 포토레지스트막에 있어서 감광되는 영역에 대응하는 위상 시프트 마스크의 영역(포토레지스트막을 노광시키는 영역)이다.
제2 형태의 위상 시프트 마스크는, 상기 암 영역의 치수가 0.6㎛ 내지 2.75㎛의 범위 내인 것을 특징으로 하는 것이다. 상기 암 영역은, 통상적으로 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수이다.
구체적인 암 영역의 치수로서는, 암 영역의 패턴 형상, 제2 형태의 위상 시프트 마스크의 용도 등에 따라서 적절히 선택되고, 특별히 한정되지 않지만, 그 중에서도 0.8㎛ 내지 2.5㎛의 범위 내, 특히 1.0㎛ 내지 2.0㎛의 범위 내인 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는, 암 영역의 패턴 형상이 라인 형상인 경우, 암 영역의 치수(선 폭)로서는, 0.6㎛ 이상, 그 중에서도 0.8㎛ 이상, 특히 1.0㎛ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 암 영역의 치수(선 폭)로서는, 2.05㎛ 이하, 그 중에서도 2.0㎛ 이하, 특히 1.9㎛ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 암 영역의 패턴 형상이 스퀘어 형상인 경우에는, 암 영역의 치수(스퀘어의 짧은 변 방향의 폭)로서는, 1.3㎛ 이상, 그 중에서도 1.4㎛ 이상, 특히 1.6㎛ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 암 영역의 치수(스퀘어의 짧은 변 방향의 폭)로서는, 2.75㎛ 이하, 그 중에서도 2.5㎛ 이하, 특히 2.3㎛ 이하인 것이 바람직하다.
암 영역의 치수가 상기 값에 만족하지 않는 경우에는, 암 영역을 투과하는 위상 반전된 광이, 명 영역으로부터 돌아 들어오는 광을 상쇄하는 것 만의 광량을 얻을 수 없기 때문에 양호한 레지스트 패턴 형상을 얻을 수 없을 가능성이 있기 때문이다.
또한, 암 영역의 치수가 상기 값을 초과하는 경우에는, 제2 형태의 위상 시프트 마스크를 사용하여 포토레지스트막을 노광한 경우에, 암 영역의 투과광의 양이 많아지고, 암 영역의 투과광이 포토레지스트막을 노광해버리기 때문에, 암 영역에 대응하는 레지스트 패턴의 중앙부가 노광되어버릴 가능성이 있기 때문이다.
또한, 제2 형태의 위상 시프트 마스크에 있어서는, 상기 명 영역의 치수와 상기 암 영역의 치수의 비가, 상기 암 영역의 치수를 1로 한 경우에, 상기 명 영역의 치수가 1.5 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 명 영역의 치수로서는, 암 영역의 치수와의 비가 전술한 값 이상이면 되고, 해상 한계 미만의 치수이어도 되며, 해상 한계 이상의 치수이어도 된다. 구체적인 명 영역의 치수에 대해서는, 암 영역의 치수와의 비가 전술한 값 이상이 되도록, 다양한 패턴 형상에 따라서 적절히 결정할 수 있다.
제2 형태의 위상 시프트 마스크는, 그 크기가 330㎜×450㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 것이다. 위상 시프트 마스크의 크기가 전술한 값 이상임으로써, 고정밀의 구성을 구비하는 화상 표시 장치를 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 제2 위상 시프트 마스크의 크기로서는, 그 용도 등에 따라서 적절히 선택되는 것이지만, 예를 들어 330㎜×450㎜ 내지 1600㎜×1800㎜ 정도로 할 수 있다.
제2 형태의 위상 시프트 마스크에 있어서의 투명 기판, 위상 시프트부, 비위상 시프트부, 그 밖의 구성에 대해서는, 전술한 「1. 제1 형태」의 항에서 설명한 내용과 마찬가지이기 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
또한, 제2 형태의 위상 시프트 마스크에 있어서는, 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수를 갖고, 금속 크롬 등의 차광막에 의해 구성되는 차광부를 가져도 된다. 이러한 차광부로서는, 예를 들어 위상 시프트 마스크에 있어서 명 영역, 암 영역 및 노광 장치의 해상 한계 이상의 차광부에서 구성되는 마스크 패턴에 대한 보정을 행하는 보정 패턴으로서 적합하게 이용할 수 있다.
보정 패턴의 치수 및 패턴 형상 등에 대해서는, 제2 형태의 위상 시프트 마스크의 용도 및 노광 장치 등에 따라서 적절히 선택할 수 있다.
〔위상 시프트 마스크의 제조 방법〕
제2 형태의 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 대해서는, 전술한 「1. 제1 형태」의 항에서 설명한 위상 시프트 마스크의 제조 방법의 내용과 마찬가지이기 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
〔레지스트 패턴 형성 방법〕
제2 형태의 위상 시프트 마스크를 사용한 레지스트 패턴 형성 방법에 대해서는, 제2 형태의 마스크를 사용하는 것 이외에는, 전술한 「1. 제1 형태」의 항에서 설명한 레지스트 패턴 형성 방법의 내용과 마찬가지이기 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
이상 설명한 실시 형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 기재된 것으로서, 본 발명을 한정하기 위해 기재된 것은 아니다. 따라서, 상기 실시 형태에 개시된 각 요소는, 본 발명의 기술적 범상에 속하는 모든 설계 변경이나 균등물도 포함하는 취지이다.
<실시예>
이하, 실시예 등에 의해 본 발명을 더 상세히 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예 등에 의해 전혀 제한되는 것은 아니다.
〔시험예 1〕
파임부에 의해 구성되는 치수 1㎛의 위상 시프트부 및 치수 3㎛의 비위상 시프트부가 교대로 병렬하여 이루어지는 라인 앤 스페이스 형상의 패턴을 갖는 위상 시프트 마스크(실시예 1)를 개재하여, 피가공재 상의 포토레지스트막을 노광한 경우에 있어서, 위상 시프트 마스크를 투과하고, 그 포토레지스트막에 조사되는 광(조사광)의 광 강도를 시뮬레이션에 의해 구하였다.
그 시뮬레이션은, 리소그래피용 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 행하고, 시뮬레이션에 있어서의 노광 조건으로서는, 액정 디스플레이용 대형 노광기(해상 한계: 3.5㎛, NA: 0.083, 코히런트 팩터: 0.75)를 이용하고, 광원은 365㎚, 405㎚ 및 436㎚의 3파장 혼합 광원으로 하였다. 또한, 위상 시프트의 설정으로서는, 파장 365㎚의 노광광을 기준으로 하여 180°위상이 반전되는 것으로 하고, 위상 시프트 마스크에 있어서의 노광광의 투과율은 100％로 하였다. 또한, 레지스트로서는, 포지티브형 포토레지스트 A(AZ사 제조, 제품명: AZ1500)를 사용하였다.
결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 표 1에 있어서 Average는 「포토레지스트막으로의 조사광 강도의 산술 평균값」을 나타내고, Max는 「포토레지스트막으로의 조사광 강도의 최대값」을 나타내고, Min은 「포토레지스트막으로의 조사광 강도의 최소값」을 나타내고, Contrast는 「Max와 Min의 차분」을 나타낸다.
또한, 위상 시프트부를 금속 크롬을 포함하는 차광층으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 구성을 갖는 바이너리 마스크(비교예 1)를 사용하고, 그 바이너리 마스크를 개재하여, 피가공재 상의 포토레지스트막에 노광한 경우에 있어서, 그 포토레지스트막으로의 조사광의 광 강도를 실시예 1과 마찬가지로 하여 시뮬레이션에 의해 구하였다. 결과를 표 1에 함께 나타낸다.
또한, 위상 시프트부를, 투명 기판(2A) 상에 설치된 투과율 5％의 위상 시프트막으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 구성을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크(비교예 2)를 사용하고, 그 하프톤형 위상 시프트 마스크를 개재하여, 피가공재 상의 포토레지스트막에 노광한 경우에 있어서, 그 포토레지스트막으로의 조사광의 광 강도를 실시예 1과 마찬가지로 하여 시뮬레이션에 의해 구하였다. 결과를 표 1에 함께 나타내었다.
Figure 112014055713695-pct00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 위상 시프트 마스크는, 포토레지스트막으로의 조사광 강도의 최소값(Min)을 종래의 바이너리 마스크(비교예 1)나 하프톤형 위상 시프트 마스크(비교예 2)에 비하여 현저하게 저하시킬 수 있는 것이 확인되었다. 이 포토레지스트막으로의 조사광 강도의 최소값(Min)은 위상 시프트부의 투과광의 광로 상에 위치하는 포토레지스트막으로의 조사광의 강도이기 때문에, 실시예 1의 위상 시프트 마스크에 의하면, 위상 시프트부에 의한 차광 효과가 우수한 것으로 할 수 있다.
또한, 실시예 1의 위상 시프트 마스크는, 포토레지스트막으로의 조사광 강도의 최대값(Max)과 최소값(Min)의 차분(Contrast)을 종래의 바이너리 마스크(비교예 1)나 하프톤형 위상 시프트 마스크(비교예 2)에 비하여 현저히 증대시킬 수 있는 것이 확인되었다. 이 차분(Contrast)이 클수록 해상도를 향상시킬 수 있기 때문에, 실시예 1의 위상 시프트 마스크에 의하면, 고해상도에서의 레지스트 패턴 형성이 가능하다고 생각된다.
〔시험예 2〕
실시예 1의 위상 시프트 마스크, 비교예 1의 바이너리 마스크 및 비교예 2의 하프톤형 위상 시프트 마스크를 개재한 노광에 의해 형성되는 레지스트 패턴(라인 패턴 치수: 2㎛, 스페이스 패턴 치수: 2㎛)을 레지스트 프로파일의 시뮬레이션에 의해 비교하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다. 또한, 시뮬레이션에 관한 조건(시뮬레이션 소프트웨어, 노광 장치, 위상 시프트, 레지스트 등에 관한 조건) 등은, 시험예 1과 마찬가지이다. 결과를 표 2에 나타내었다.
Figure 112014055713695-pct00002
표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 위상 시프트 마스크에 의하면, 레지스트 패턴의 측벽 각도를, 종래의 바이너리 마스크(비교예 1)나 하프톤형 위상 시프트 마스크(비교예 2)에 비하여 현저하게 증대시킬 수 있는 것이 확인되었다. 이와 같이, 실시예 1의 위상 시프트 마스크에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 측벽 각도가 큰 것으로, 화상 표시 장치 등의 제조 과정에 있어서의 대면적에서의 노광 시에, 기판 상의 장소에 따라서 레지스트 패턴 형상 등에 변동이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 실시예 1의 위상 시프트 마스크, 비교예 1의 바이너리 마스크 및 비교예 2의 하프톤형 위상 시프트 마스크를 사용하여 형성되는 라인 앤 스페이스 형상의 레지스트 패턴에 있어서, 모두 라인 패턴의 치수 및 스페이스 패턴 치수가 2㎛이었다.
〔시험예 3〕
위상 시프트부 및 비위상 시프트부의 치수를 표 3에 나타낸 바와 같이 하여 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 구성을 갖는 위상 시프트 마스크(실시예 2 내지 8)를 사용하고, 그 위상 시프트 마스크를 개재한 노광에 의해, 각각 노광 조건을 변경함으로써 소정 치수(라인 패턴 치수: 2㎛, 스페이스 패턴 치수: 2㎛)의 레지스트 패턴을 형성한 경우에 있어서, 시험예 2와 마찬가지로 하여 레지스트 프로파일의 시뮬레이션에 의해 비교하였다.
결과를 표 3에 나타내었다. 또한, 실시예 1의 위상 시프트 마스크를 사용하여 형성되는 레지스트 패턴의 프로파일도 표 3에 함께 나타낸다.
Figure 112014055713695-pct00003
표 3에 나타낸 바와 같이, 위상 시프트부의 치수 X와 비위상 시프트부의 치수 Y의 비(X:Y)를 1:1.5 내지 1:5.6으로 함으로써, 양호한 측벽 각도 θ를 갖는 레지스트 패턴을 형성 가능한 것이 확인되었다. 특히, 그 비(X:Y)를 1:1.8 내지 1:4로 함으로써, 보다 양호한 측벽 각도 θ를 갖는 레지스트 패턴을 형성 가능하며(실시예 1 내지 4, 실시예 6), 1:1.8 내지 1:3으로 함으로써, 특히 양호한 측벽 각도 θ를 갖는 레지스트 패턴을 형성 가능한 것이 확인되었다(실시예 1 내지 3).
또한, 실시예 1 내지 8에 대해서는 모두, 피치 치수 4㎛, 라인 패턴 치수 2㎛, 스페이스 패턴 치수 2㎛의 라인 앤 스페이스 패턴의 레지스트 패턴이 얻어지도록 노광량을 설정하였다.
〔시험예 4〕
위상 시프트부 및 비위상 시프트부의 치수를 표 4에 나타낸 바와 같이 하여 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 구성을 갖는 위상 시프트 마스크(실시예 9)를 사용하고, 그 위상 시프트 마스크를 개재한 노광에 의해 형성되는 레지스트 패턴을, 시험예 2와 마찬가지로 하여 레지스트 프로파일의 시뮬레이션에 의해 비교하였다. 결과를 표 4에 나타내었다. 또한, 실시예 1의 위상 시프트 마스크를 사용하여 형성되는 레지스트 패턴의 프로파일도 표 4에 함께 나타낸다.
Figure 112014055713695-pct00004
표 4에 나타낸 바와 같이, 위상 시프트부의 치수 X 및 비위상 시프트부의 치수 Y의 합계(X+Y)가 노광 장치의 해상 한계(시험예 4에 있어서는 3.5㎛) 미만이어도 레지스트 패턴의 형성은 가능하지만(실시예 9), 그 합계(X+Y)가 노광 장치의 해상 한계 이상임으로써, 양호한 레지스트 각도 θ를 갖는 레지스트 패턴을 형성 가능한 것이 확인되었다(실시예 1).
〔시험예 5〕
시험예 2에 있어서의 포지티브형 포토레지스트 A를 다른 포지티브형 포토레지스트 B(도쿄오카사 제조, 제품명: ip3600)로 변경한 것 이외에는 마찬가지로 하여, 실시예 1의 위상 시프트 마스크, 비교예 1의 바이너리 마스크 및 비교예 2의 하프톤형 위상 시프트 마스크의 각각을 개재한 노광에 의해 형성되는 레지스트 패턴을, 레지스트 프로파일의 시뮬레이션에 의해 비교하였다. 결과를 표 5에 나타내었다.
Figure 112014055713695-pct00005
표 5에 나타낸 바와 같이, 포토레지스트의 종류에 따라서, 형성되는 레지스트 패턴의 측벽 각도 θ는 변동할 수 있지만, 어느 쪽의 포토레지스트에 있어서도 실시예 1의 위상 시프트 마스크를 사용함으로써 비교예 1의 바이너리 마스크 및 비교예 2의 하프톤형 위상 시프트 마스크에 비하여, 양호한 측벽 각도 θ를 갖는 레지스트 패턴을 형성 가능한 것이 확인되었다.
〔시험예 6〕
하기의 표 6에 나타내는 치수를 갖는 스퀘어 형상(도 13 참조)의 파임부에 의해 구성되는 위상 시프트부를 암 영역으로 하고, 비위상 시프트부를 명 영역으로 하여 사용하는 위상 시프트 마스크(실시예 10 내지 12, 참고예 1 내지 3)를 개재하여, 피가공재 상의 포토레지스트막을 노광한 경우에 있어서, 노광에 의해 형성되는 레지스트 패턴을, 레지스트 프로파일의 시뮬레이션에 의해 구하였다. 또한, 시뮬레이션에 관한 조건(시뮬레이션 소프트웨어, 노광 장치, 위상 시프트, 레지스트 등에 관한 조건) 등은, 시험예 1과 마찬가지이다. 또한, 노광량에 대해서는, 하기의 표 6에 나타내는 레지스트 패턴의 치수가 얻어지도록 각각 변경하였다.
또한, 도 13은 시험예 6에 있어서의 위상 시프트 마스크의 암 영역 및 명 영역에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 13에서는 암 영역이 하나의 스퀘어 형상(고립 스퀘어)인 예에 대하여 나타내고 있다. 또한, 암 영역의 치수는, 도 13 중 W1로 나타내는 거리이다.
Figure 112014055713695-pct00006
표 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 10 내지 12에 있어서는, 측벽 각도 θ를 양호한 것으로 할 수 있는 것이 확인되었다.
〔시험예 7〕
하기의 표 7에 나타내는 치수를 갖는 라인 형상(도 14 참조)의 파임부에 의해 구성되는 위상 시프트부를 암 영역으로 하고, 비위상 시프트부를 명 영역으로 하여 사용하는 위상 시프트 마스크(실시예 13 내지 14, 참고예 4 내지 5)를 개재하여, 피가공재 상의 포토레지스트막을 노광한 경우에 있어서, 노광에 의해 형성되는 레지스트 패턴을, 레지스트 프로파일의 시뮬레이션에 의해 구하였다. 또한, 시뮬레이션에 관한 조건(시뮬레이션 소프트웨어, 노광 장치, 위상 시프트, 레지스트 등에 관한 조건) 등은, 시험예 1과 마찬가지이다. 또한, 노광량에 대해서는, 하기의 표 7에 나타내는 레지스트 패턴의 치수가 얻어지도록 각각 변경하였다.
또한, 도 14는 시험예 7에 있어서의 위상 시프트 마스크의 암 영역 및 명 영역에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 14에서는 암 영역이 하나의 라인 형상(고립 라인)인 예에 대하여 나타내고 있다. 또한, 암 영역의 치수는, 도 14 중 W2로 나타내는 거리이다.
Figure 112014055713695-pct00007
표 7에 도시한 바와 같이, 실시예 13 내지 14에 있어서는, 측벽 각도 θ를 양호한 것으로 할 수 있는 것이 확인되었다.
〔시험예 8〕
시험예 6에 있어서의 고립 스퀘어의 암 영역의 치수를 하기의 표 8에 나타내는 치수로 변경한 실시예 15 내지 18, 및 참고예 6의 위상 시프트 마스크를 사용한 점, 및 노광량에 대하여 하기의 표 8에 나타내는 레지스트 패턴의 치수가 얻어지도록 각각 변경한 점 이외에는, 시험예 6과 마찬가지로 하여, 노광된 레지스트 패턴을 레지스트 프로파일의 시뮬레이션에 의해 구하였다.
또한, 표 8 중의 막 감소율은, 레지스트 패턴의 최대 두께에 대한, 레지스트 패턴의 최대 두께 및 최소 두께의 차를 비율로 나타낸 것이다.
Figure 112014055713695-pct00008
표 8에 도시한 바와 같이, 실시예 15 내지 실시예 18에 비하여, 참고예 6에 있어서는 막 감소율이 커지는 것을 확인할 수 있었다.
〔시험예 9〕
시험예 7에 있어서의 고립 라인의 암 영역의 치수를 하기의 표 9에 나타내는 치수로 변경한 실시예 19 내지 21, 및 참고예 7의 위상 시프트 마스크를 사용한 점, 및 노광량에 대하여 하기의 표 9에 나타내는 레지스트 패턴의 치수가 얻어지도록 각각 변경한 점 이외에는, 시험예 7과 마찬가지로 하여, 노광된 레지스트 패턴을 레지스트 프로파일의 시뮬레이션에 의해 구하였다.
또한, 표 9 중의 막 감소율은, 레지스트 패턴의 최대 두께에 대한, 레지스트 패턴의 최대 두께 및 최소 두께의 차를 비율로 나타낸 것이다.
Figure 112014055713695-pct00009
표 9에 도시한 바와 같이, 실시예 19 내지 실시예 21에 비하여, 참고예 7에 있어서는 막 감소율이 커지는 것을 확인할 수 있었다.
시험예 6 내지 9로부터, 0.6㎛ 이상의 복수의 치수를 갖는 라인 형상의 레지스트 패턴의 형성에 있어서는, 본 발명에 있어서의 암 영역 및 명 영역 및 차광막(예를 들어, 크롬막) 등에 의해 구성되는 차광부 등을 조합함으로써, 1매의 위상 시프트 포토마스크를 사용하여 형성할 수 있는 것이 확인되었다.
본 발명의 위상 시프트 마스크는, 액정 디스플레이나 유기 EL 디스플레이 등의 화상 표시 장치의 제조 과정에 있어서 이용되는 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수를 갖는 레지스트 패턴의 형성에 유용하다.
1A, 1B: 위상 시프트 마스크
2A, 2B: 투명 기판
3A, 3B: 위상 시프트부
4A, 4B: 비위상 시프트부
5A, 5B: 차광부
6A, 6B: 패턴 영역
11A, 11B: 피가공재(기판)
12A, 12B: 포토레지스트막
13A, 13B: 레지스트 패턴

Claims (8)

  1. 노광 장치로부터의 노광에 의해 상기 노광 장치의 해상 한계 미만의 설계 치수의 레지스트 패턴을 피가공재 상에 형성하기 위해 사용되는 위상 시프트 마스크이며,
    투명 기판과,
    상기 투명 기판 상에 설치되어 있으며, 상기 노광 장치로부터의 노광광에 소정의 위상차를 부여하는 오목 형상 또는 볼록 형상의 위상 시프트부와,
    상기 위상 시프트부에 인접하는 비위상 시프트부
    를 구비하고,
    상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부 중 적어도 어느 한쪽이 상기 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수이고, 또한 상기 위상 시프트부의 치수와 상기 비위상 시프트부의 치수가 서로 다르며,
    상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부 중 치수가 작은 어느 한쪽이 상기 피가공재 상의 포토레지스트막을 노광시키지 않는 기능을 하고, 다른 쪽이 상기 피가공재 상의 포토레지스트막을 노광시키는 기능을 하는 것이며,
    상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부 중 치수가 작은 암 영역의 치수가 0.6㎛ 내지 2.75㎛의 범위 내이며, 상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부 중 치수가 큰 명 영역의 치수와 상기 암 영역의 치수의 비가, 상기 암 영역의 치수를 1로 한 경우에, 상기 명 영역의 치수가 1.5 이상이고,
    상기 투명 기판 상에 있어서의 상기 위상 시프트부 및 상기 비위상 시프트부를 포함하는 패턴 영역의 크기가 1변 300㎜ 이상이며,
    적어도 상기 패턴 영역 내에는, 상기 노광 장치의 해상 한계 미만의 치수의, 차광막에 의해 구성되는 차광부가 설치되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 영역 내에 상기 노광 장치의 해상 한계 이상의 치수의, 차광막에 의해 구성되는 차광부를 갖는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 오목 형상의 위상 시프트부는 상기 투명 기판에 설치된 파임부인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 볼록 형상의 위상 시프트부는 상기 투명 기판 상에 설치된 투과막에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  8. 노광 장치의 해상 한계 미만의 설계 치수를 갖는 레지스트 패턴을 피가공재 상에 형성하는 방법이며,
    상기 노광 장치를 이용하고, 제1항 또는 제5항에 기재된 위상 시프트 마스크를 개재하여, 상기 피가공재 상에 설치된 포토레지스트막을 노광하는 공정과,
    노광된 상기 포토레지스트막을 현상함으로써 상기 피가공재 상에 소정의 레지스트 패턴을 형성하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트 패턴 형성 방법.
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