KR101742358B1 - 포토마스크의 제조 방법, 포토마스크 및 패턴 전사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는, 설계한 대로의 위상 시프트 패턴이 형성되고, 패턴의 탈락에 의한 결함 발생의 기회를 늘리지 않는 것이다. 투명 기판(11) 상의 차광막(13)을 패터닝하여, 비위상 시프트 투광부(15)와 차광부(14)를 형성함과 함께, 위상 시프트 투광부(17)의 영역 내에 있어서, 그 영역보다 작은 차광막(13)을 갖는 잠정 패턴(23a)을 형성한다. 이어서, 투명 기판(11) 상에, 위상 시프트 투광부(17)의 영역 내에, 차광부(14)의 영역에 잔존하는 차광막(13) 상의 레지스트 높이보다, 레지스트 높이가 낮은 부분(25a)을 갖는, 제2 레지스트 패턴(25)을 형성한다. 제2 레지스트 패턴(25)을 마스크로 하여, 잠정 패턴(23a)을 에칭에 의해 제거하고, 투명 기판(11)의 표면을 일부 노출시키고, 또한 웨트 에칭을 실시하여 위상 시프트 투광부(17)를 형성한다.

Description

포토마스크의 제조 방법, 포토마스크 및 패턴 전사 방법{METHOD FOR MANUFACTURING PHOTOMASK, PHOTOMASK AND PATTERN TRANSFER METHOD}

본 발명은 포토마스크의 제조 방법, 포토마스크 및 패턴 전사 방법에 관한 것으로, 예를 들어 대규모 집적 회로(LSI)나, 플랫 패널 디스플레이(FPD) 제조용의, 미세한 전사용 패턴을, 투영 노광 장치에 의해 전사할 때에 사용되는 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 대규모 집적 회로(LSI)에 있어서의 회로의 고집적화, 이에 수반되는 회로 패턴의 미세화에 대응하고, 포토리소그래피 공정을 사용하면서, 초해상 기술로서, 위상 시프트 마스크의 사용이 제안되어 실용화되어 왔다.

특허문헌 1에는, 드라이 에칭법을 사용하여 가공한 후, 등방성 웨트 에칭을 행함으로써, 오버행 형상을 형성하는, 위상 시프트 마스크의 제조 방법이 기재되어 있다.

특허문헌 2에는, 등방성 에칭 처리(웨트 에칭)에 의해 위상 시프트 투광부를 형성하는 것에 의한 올터네이팅(alternating)형 위상 시프트 마스크의 제조 방법이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 평10-333316호 공보 일본 특허 공개 제2007-219128호 공보

위상 시프트 마스크의 하나이며, 특히, 초해상 효과가 높은 것으로서 올터네이팅형이라고 불리는 타입의 위상 시프트 마스크가 있다. 이것은, 투명 기판 상에 크롬 등의 금속막 등을 포함하는 차광부와, 노광광을 투과하는 투광부를 갖고, 예를 들어 라인 앤드 스페이스 패턴과 같이, 차광부와 투광부가 일정한 피치로 반복 배열되고, 차광부의 양측에 위치하는 투광부를 투과하는 투과광의 위상이 서로 대략 180도 어긋나도록 구성되어 있다. 이 위상의 어긋남에 의해, 회절광의 간섭에 의한 해상도의 저하가 방지되어, 해상도의 향상을 도모할 수 있다.

이와 같은 위상 시프트 마스크에 있어서는, 차광부의 양측에 인접하여 위치하는 투광부에 있어서, 파장 λ의 투과광에 대해 〔λ(2m-1)/2〕(m은, 자연수)의 광로 길이 차를 발생시킴으로써, 각각의 투광부를 투과하는 투과광의 사이에 180도의 위상차를 발생시키고 있다. 이와 같은 광로 길이 차를 발생시키기 위해서는, 차광부의 양측에 배치된 투광부에 있어서의 투명 기판의 두께의 차 d를, 투명 기판의 굴절률을 n으로 하였을 때, 〔d＝λ(2m-1)/2(n-1)〕이 성립하도록 설정하면 된다. 예를 들어, 차광부의 양측의 투광부 중 한쪽의 투광부는 투명 기판의 표면이 노출된 상태로 하고, 다른 쪽의 투광부에 있어서 투명 기판을 파냄(깎아냄)으로써 두께를 저감시킨다. 즉, 다른 쪽의 투광부에 대응하는 투명 기판이 깊이 d〔＝λ(2m-1)/2(n-1)〕만큼 에칭 처리된다.

또는, 투명 기판의 표면에 형성된 투과 조정막에 의해, 차광부의 양측에 배치된 투광부에 있어서의, 그 투과 조정막의 두께의 차 d1을, 투과 조정막의 굴절률을 n1로 하였을 때, 〔d1＝λ(2m-1)/2(n1-1)〕이 성립하도록 설정하면 된다. 단, 이 점에 대해서는, 후술한다.

투명 기판을 파냄으로써 위상 시프트 투광부를 형성한 올터네이팅형 위상 시프트 마스크에 있어서는, 파인부의 측벽에 있어서 발생하는 광의 반사 등의 영향으로, 파인부를 투과하는 광량이 비파인부를 투과하는 광량에 대해 저하되고, 파인부와 비파인부에서, 기판 상에 전사된 패턴 치수가 다르게 된다고 하는 문제가 있다.

이 문제를 해결하는 수단으로서, 특허문헌 1에는, 드라이 에칭 처리와 웨트 에칭 처리를 조합하여 투명 기판의 파냄을 행함으로써, 차광 패턴을 이루는 차광막의 엣지가 파인부에 대해 돌출된 오버행 형상으로 하는 제조 방법이 기재되어 있다.

도 1을 참조하여, 특허문헌 1에 기재된 제조 방법에 대해 설명한다. 이 제조 방법에 있어서는, 먼저, 도 1 중의 (a)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(101)의 표면에 형성된 차광막(102) 상에 제1 레지스트막(103)을 도포한다.

그리고, 도 1 중의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 레지스트막(103)에 제1 묘화(노광)하고, 현상하여 제1 레지스트 패턴(104)을 형성한다.

계속해서 도 1 중의 (c)에 도시한 바와 같이, 차광막(102)에 제1 에칭 처리를 실시하여, 차광 패턴(105)을 형성한다. 여기서, 차광부가 획정된다.

이어서, 도 1 중의 (d)에 도시한 바와 같이, 제1 레지스트 패턴(104)을 제거하고, 도 1 중의 (e)에 도시한 바와 같이, 다시, 제2 레지스트막(106)을 도포한다.

그리고, 도 1 중의 (f)에 도시한 바와 같이, 제2 레지스트막(106)에 제2 묘화하고, 현상하여 제2 레지스트 패턴(107)을 형성하고, 도 1 중의 (g)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(101)에 이방성 에칭 처리(드라이 에칭 처리)를 실시함으로써, 파인부(108)를 형성한다.

또한, 도 1 중의 (h)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(101)에 등방성 에칭 처리(웨트 에칭 처리)를 실시하여, 차광막(102)의 오버행 형상을 형성한다. 그리고, 도 1 중의 (i)에 도시한 바와 같이, 제2 레지스트 패턴(107)을 제거하고, 위상 시프트 마스크(100)가 완성된다.

단, 드라이 에칭 처리와 웨트 에칭 처리를 조합하여 차광막(102)의 오버행 형상을 형성하는 것에 대해서는, 2회의 상이한 성질의 에칭 처리를 조합하는 점에서, 공정이 번잡하고, 또한 결함의 발생 확률이 높아진다고 하는 문제가 있었다.

따라서, 웨트 에칭만을 적용하여, 상기 특허문헌 1과 동일한 포토마스크를 제조하는 경우에는, 이하의 과제가 발생한다. 이것을 도 2에 의해 설명한다. 단, 도 2의 (a) 내지 (f)는 도 1의 (a) 내지 (f)와 동일하므로, 설명을 생략한다.

상기와 마찬가지로, 도 2 중의 (f)에 도시한 바와 같이, 제2 레지스트 패턴(107)을 형성한 후, 도 1 중의 (g)의 드라이 에칭을 행하지 않고, 도 2 중의 (g)에 도시한 바와 같이, 웨트 에칭을 실시하여, 파인부(108)를 형성한다.

상기한 바와 같이, 웨트 에칭은 등방성 에칭의 성질을 갖고, 필요한 파인 깊이를 얻을 때에는, 동일한 양의 사이드 에칭(투명 기판의 파인부의 벽면으로부터, 기판 표면과 평행한 방향으로의 에칭)이 진행된다. 이로 인해, 차광부(차광막)의 아래에, 투명 기판의 언더컷이 상당량 발생해버린다.

여기서, 필요한 투명 기판의 파인 깊이는, 포토마스크의 노광에 사용하는 광의 파장에 따라 변화된다. 예를 들어, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 노광광으로서 사용하는 경우, 이 노광광의 위상을 반전시키는 위상 시프트량을 얻기 위해서는, 파인 깊이는 170㎚ 정도로 되고, 동시에, 차광막의 아래에도 170㎚의 폭으로 언더컷이 형성된다(투명 기판의 재료인 석영의 굴절률 n＝1.56). 그런데, 노광광으로서, 보다 파장이 긴 i선을 사용하는 경우에는, 필요한 파인 깊이와 함께, 이 언더컷의 치수도 380㎚나 된다. 즉, 투명 기판에 의해 지지되어 있지 않은 상태의 차광막이, 380㎚의 치수로 발생해버린다. 이 차광막 단부는, 탈락하기 쉽다. 차광막 단부가 탈락하면, 이 부분의 패턴 정밀도가 열화될 뿐만 아니라, 탈락한 차광막이, 포토마스크 상의 다른 부분에 부착되어, 흑색 결함을 야기할 리스크도 높아진다.

도 2의 (i)에, 차광막(102)이 탈락한 상태를 도시한다. 파인부(108)의 상측으로 돌출된 차광막(102)이 전체적으로 박리 또는 일부가 단열(斷裂)되어, 탈락한다.

따라서, 본 발명자는, 특허문헌 2의 방법을 제안하였다. 이것은, 투광부보다도 작은 개구부를 갖는 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 투명 기판의 등방성 에칭을 행하는 방법이며, 상기 문제를 해결할 수 있다. 즉, 도 3으로부터 명백해진 바와 같이, 도 3 중의 (f)의 공정에 있어서, 제2 레지스트막(106)에 제2 묘화를 행할 때, 파내기를 행하는 위상 시프트 투광부(109)에 대해, 투광부(109)의 치수보다도 작은 치수의 묘화 데이터를 사용한다. 이에 의해, 도 3 중의 (g)에 도시한 바와 같이, 위상 시프트 투광부(109)보다 작은 개구를 갖는 제2 레지스트 패턴(107)을 형성할 수 있다. 이것을 마스크로 하여 투명 기판(101)에 웨트 에칭을 실시하면, 도 3 중의 (h)에 도시한 바와 같이, 차광막의 아래의 언더컷의 양을 작게 할 수 있다.

그런데, 현재, 액정 표시 장치에는, VA(Vertical Alig㎚ent) 방식이나 IPS(In Plane Switching) 방식 등이 채용되어 있다. 이들 채용에 의해, 밝고, 또한 전력 절약인 것과 동시에, 고정밀, 고속 표시, 광시야각 등의 표시 성능의 향상이 요망되고 있다.

예를 들어, 이들 방식을 적용한 액정 표시 장치에 있어서는, 화소 전극에, 일정한 피치의 라인 앤드 스페이스 패턴 형상으로 형성한 투명 도전막이 적용된다. 그리고, 표시 장치의 표시 성능을 높이기 위해서는, 이러한 패턴의 가일층의 미세화가 요망되고 있다. 예를 들어, 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭 P(라인 폭 L과 스페이스 폭 S의 합계)를 6㎛로부터 5㎛로, 또한 5㎛로부터 4㎛로 좁게 하는 것이 요망되고 있다. 이 경우, 라인 폭 L, 스페이스 폭 S는, 적어도 어느 한쪽이 3㎛ 미만으로 되는 경우가 많다. 예를 들어, L＜3㎛ 또는 L≤2㎛, 또는, S＜3㎛ 또는 S≤2㎛로 되는 경우가 적지 않다.

상기 사정을 고려하여, 위상 시프트 마스크에 의한, 해상성 향상이나 유리한 초점 심도라고 하는 우수한 특성은, LSI 제조 기술뿐만 아니라, 액정 표시 장치나 유기 EL 표시 장치로 대표되는 FPD(Flat Panel Display, 표시 장치 디바이스)의 영역에 있어서도, 유용한 것으로 된다.

이 의미에서는, 상기 특허문헌 2의 방법은 매우 유용하다고 말할 수도 있다. 첫번째, 표시 장치용 포토마스크는, 일반적으로 한 변이 300㎜ 이상인 사각형이며, LSI 제조용의 그것과 비교하여 사이즈가 크다. 또한, 각종 각색의 사이즈 종류가 존재한다. 이로 인해, 패터닝에 있어서는, 드라이 에칭보다도 웨트 에칭이 유리하다. 드라이 에칭에 대형 진공 장치의 적용이 필요해지는 경우, 공정적으로도 비용적으로도 부담이 된다. 따라서, 웨트 에칭만으로, 원하는 위상 시프트 효과를 갖는 전사용 패턴을 형성할 수 있는 것은 의의가 크다.

두번째, 표시 장치용 포토마스크의 노광에 사용되는 노광 장치(LCD용 프로젝션 노광 장치로서 알려지는 것)의 노광광의 파장은, i선∼g선(365∼436㎚)의 범위이기 때문에, 이 파장에 대해 위상이 반전하기 위해 필요한 투명 기판의 파인 깊이는, 380㎚ 이상으로 된다. 따라서, 도 2에 도시하는 방법으로 웨트 에칭만을 적용하여, 위상 시프트 투광부로 되는 부분의 투명 기판(101)을 파내는 것을 생각하면, 이 파인 깊이만큼의 언더컷이 발생해버린다. 이에 대해, 특허문헌 2의 방법(도 3)에 의하면, 투명 기판의 파인량과, 사이드 에칭량을 각각 독립적으로 설계할 수 있는 점에서, 언더컷이 지나치게 깊은 오버행으로 되어버리는 것은 피할 수 있어, 차광막 탈락의 리스크는 경감되었다.

단, 특허문헌 2의 방법(도 3)에 의해, 상기 과제가 해소되지만, 새로운 과제가 발생할 수 있는 것에, 본 발명자는 착안하였다.

도 1∼도 3에 도시하는 방법에 공통인 점으로서, 마스크의 제조에는, 2회의 묘화 공정(제1, 제2 묘화)이 필요해진다. 따라서, 이 2회의 묘화의 얼라인먼트가 고정밀도로 행해지지 않으면, 차광 패턴(105)과 후단에서 행해지는 홈을 파내는 위치 어긋남이 발생한다. 이 모습을 도 4에 도시한다. 도 4에 있어서도, (a) 내지 (e)는 도 1의 (a) 내지 (e)와 동일하다.

도 4 중의 (f), (g)에 도시한 바와 같이, 차광 패턴(105)과 홈을 파내는 위치 어긋남이 발생하면, 도 4 중의 (h)에 도시한 바와 같이, 파인부(108)에 있어서 투명 기판(101)에 의해 지지되지 않는 상태의 차광막(102)의 치수가 커져, 이 부분의 차광막(102)이 탈락하기 쉽다. 또한, 위상 시프트 투광부(109)가 광학적으로 비대칭으로 되기 때문에, 얻고자 하는 패턴이 정밀하게 전사되지 않는다.

포토마스크의 묘화에는, 레이저를 사용하는 것이나, 전자 빔(EB)을 사용하는 것이 알려져 있다. 어느 것이든, 2회의 묘화 공정에 있어서, 얼라인먼트 어긋남을 제로로 하는 것은, 현실적으로는 매우 곤란하다. 일반적으로, 표시 장치 제조용의 마스크 제조에 사용되는 대형 묘화 장치에 있어서는, 주로 레이저를 묘화 광원으로 하는 것을 사용한다. 이러한 묘화 장치에 있어서는, 발생하는 얼라인먼트 어긋남의 양도, EB 묘화 장치보다 커진다. 1회의 묘화 공정 중에 발생하는 이상 좌표로부터의 어긋남 성분이 불가피하게 발생하고, 이것이 복수의 묘화에 의한 겹침에 의해 합성되기 때문에, 목표 치수에 대해 ±0.1∼±0.3㎛ 정도의 어긋남이 발생하는 것은, 완전히 저지할 수는 없다.

물론, 어느 묘화 방식을 적용해도, 복수회의 묘화 공정을 거쳐 제조되는 포토마스크에 있어서, 공통의 얼라인먼트 마크 등을 참조하면서 묘화를 행함으로써, 어긋남을 가능한 한 배제하는 노력을 행할 수 있다. 그러나, 얼라인먼트 어긋남을 항상 상기한 수치 이하로 하는 것은 용이하지 않다. 이와 같은 얼라인먼트 어긋남에 의한 좌표 정밀도의 열화나 선 폭의 변동은, 미세 선 폭의 패턴에 있어서는 극히 심각하다고 말할 수 있다. 이로 인해, 상기한 바와 같이 표시 장치 제조용 포토마스크에 있어서의, 미세 선 폭의 적용은, 큰 기술 과제로 되어 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제를 해소하여, LSI 제조뿐만 아니라, FPD 제조에 있어서도 설계한 대로의 위상 시프트 패턴이 형성됨과 함께, 패턴의 탈락에 의한 결함 발생의 기회를 늘리지 않는, 우수한 포토마스크의 제조 방법, 포토마스크 및 패턴 전사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 포토마스크 제조 방법은, 투명 기판 상에, 차광부와, 비위상 시프트 투광부와, 위상 시프트 투광부를 포함하는 전사용 패턴을 구비한, 포토마스크의 제조 방법에 있어서, 상기 투명 기판 상에 형성한 차광막을 패터닝하여, 상기 차광막이 제거된 상기 비위상 시프트 투광부와, 상기 차광막이 잔존하는 상기 차광부를 형성함과 함께, 상기 위상 시프트 투광부의 영역 내에 있어서, 상기 위상 시프트 투광부의 영역보다 작은 상기 차광막을 갖는 잠정 패턴을 형성하는, 차광막 패터닝 공정과, 상기 차광막의 패터닝이 이루어진 상기 투명 기판 상에, 레지스트막을 형성하는 공정과, 상기 레지스트막에 대해 묘화와 현상을 행함으로써, 상기 위상 시프트 투광부의 영역 내에, 상기 차광부의 영역에 잔존하는 상기 차광막 상의 레지스트 높이보다, 레지스트 높이가 낮은 부분을 갖는, 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 상기 레지스트 패턴, 또는, 상기 레지스트 패턴의 적어도 일부분의 두께를 저감시켜 형성한 감막 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 잠정 패턴을 에칭에 의해 제거하고, 상기 투명 기판의 표면을 일부 노출시키는, 기판 노출 공정과, 상기 투명 기판의 일부 노출된 부분에 대해, 웨트 에칭을 실시함으로써 상기 위상 시프트 투광부를 형성하는, 기판 에칭 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 차광막 패터닝 공정에서, 위상 시프트 투광부의 영역 내에 있어서, 위상 시프트 투광부의 영역보다 작은 차광막을 갖는 잠정 패턴을 형성하므로, 잠정 패턴에 의해, 2회의 묘화의 위치 어긋남을 흡수할 수 있기 때문에, LSI 제조뿐만 아니라, FPD 제조에 있어서도 설계한 대로의 위상 시프트 패턴이 형성됨과 함께, 패턴의 탈락에 의한 결함 발생의 기회를 늘리지 않는, 우수한 포토마스크를 제조할 수 있다.

본 발명의 포토마스크의 제조 방법에 있어서는, 상기 레지스트 패턴을 형성하는 공정에 있어서, 상기 위상 시프트 투광부의 영역 내에 있어서, 상기 레지스트막을 불완전하게 감광시키는 에너지량에 의해 묘화를 행함으로써, 상기 차광부의 영역에 잔존하는 상기 차광막 상의 레지스트 높이보다, 레지스트 높이가 낮은 부분을 갖는, 상기 레지스트 패턴을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 포토마스크의 제조 방법에 있어서는, 상기 레지스트 패턴을 형성하는 공정에 있어서, 상기 위상 시프트 투광부의 영역 내에 있어서, 상기 위상 시프트 투광부의 영역보다 작고, 상기 잠정 패턴의 영역을 포함하여 그것보다 큰 영역의 상기 레지스트막에 대해, 상기 레지스트막을 불완전하게 감광시키는 에너지량에 의한 묘화를 행하는 것이 바람직하다.

본 발명의 포토마스크의 제조 방법에 있어서는, 상기 레지스트 패턴의 적어도 일부분의 두께를 저감시켜 상기 감막 레지스트 패턴을 형성하기 위해, 애싱을 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 포토마스크의 제조 방법에 있어서는, 상기 기판 에칭 공정에 있어서는, 웨트 에칭만을 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 포토마스크의 제조 방법에 있어서는, 상기 포토마스크는, i선 또는 그것보다 장파장의 노광광에 의해 노광하는 것인 것이 바람직하다.

본 발명의 포토마스크의 제조 방법에 있어서는, 상기 투명 기판은, 투명 기재와, 상기 투명 기재 상에 형성된 투과 조정막을 포함할 수 있다.

본 발명의 포토마스크는, 투명 기판 상에, 차광부와, 비위상 시프트 투광부와, 위상 시프트 투광부를 포함하는 전사용 패턴을 구비한, 표시 장치 제조용의 포토마스크로서, 상기 차광부는, 상기 투명 기판 상에 차광막이 형성되어 이루어지고, 상기 비위상 시프트 투광부는, 상기 투명 기판의 표면이 노출되어 이루어지고, 상기 위상 시프트 투광부는, 상기 투명 기판의 표면에, 깊이 D(㎛)의 오목부가 형성되어 이루어지고, 대향하는 2개의 방향으로부터 상기 차광부에 끼워진, 상기 위상 시프트 투광부는, 2개의 상기 차광부의 각각과의 인접부에 있어서, 상기 오목부의 외연이, 상기 차광부의 영역의 외연 또는 상기 차광부의 영역 내에 위치하고, 상기 오목부의 외연과 상기 차광부의 영역의 외연과의 거리를, 각각 언더컷량 A1, A2라고 할 때,

0≤A1＜D

0≤A2＜D

|A1-A2|≤0.01

인 것과 함께, 상기 전사용 패턴은, 웨트 에칭에 의해서만, 패터닝된 것인 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 언더컷량 A1, A2 및 위상 시프트 투광부의 오목부의 깊이 D가, 소정의 관계를 만족하기 때문에, 포토마스크 제조 과정에서 필요해지는, 2회의 묘화의 위치 어긋남이, 최종적인 전사용 패턴에 영향을 미치지 않으므로, 위치 어긋남이 실질적으로 발생하고 있지 않기 때문에, LSI 제조뿐만 아니라, FPD 제조에 있어서도 설계한 대로의 위상 시프트 패턴이 형성됨과 함께, 패턴의 탈락에 의한 결함 발생의 기회를 늘리지 않고, 패턴 전사를 행할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 포토마스크는, 에칭으로서는, 웨트 에칭만을 적용하여 제조할 수 있다. 즉, 본 발명을 구성하는 막이나, 투명 기판의 피에칭면(패턴의 측면에 해당함)은 모두가, 웨트 에칭에 의한 피에칭면이도록 할 수 있다.

본 발명의 포토마스크에 있어서는, 상기 전사용 패턴은, 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 포토마스크에 있어서는, 상기 투명 기판은, 투명 기재와, 상기 투명 기재 상에 형성된 투과 조정막을 포함할 수 있다.

본 발명의 패턴 전사 방법은, 상기한 본 발명의 포토마스크의 제조 방법에 의해 제조된 포토마스크, 또는, 상기한 본 발명의 포토마스크를 사용하고, i선 또는 그것보다 장파장의 광원을 갖는 노광기에 의해, 상기 전사용 패턴을 피전사체 상에 전사하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 표시 장치의 제조 방법은, 상기 기재된 패턴 전사 방법을 적용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 포토마스크의 제조 방법에 의하면, 차광막 패터닝 공정에서, 위상 시프트 투광부의 영역 내에 있어서, 위상 시프트 투광부의 영역보다 작은 차광막을 갖는 잠정 패턴을 형성하므로, 잠정 패턴에 의해 2회의 묘화의 위치 어긋남을 흡수할 수 있기 때문에, LSI 제조뿐만 아니라, FPD 제조에 있어서도 설계한 대로의 위상 시프트 패턴이 형성됨과 함께, 패턴의 탈락에 의한 결함 발생의 기회를 늘리지 않는, 우수한 포토마스크를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 포토마스크에 의하면, 위상 시프트 투광부에 있어서의 언더컷량 A1, A2 및 위상 시프트 투광부의 오목부의 깊이 D가, 소정의 관계를 만족하기 때문에, 포토마스크 제조 과정에서 필요해지는, 2회의 묘화의 위치 어긋남이, 최종적인 전사용 패턴에 영향을 미치지 않으므로, 위치 어긋남이 실질적으로 발생하고 있지 않기 때문에, LSI 제조뿐만 아니라, FPD 제조에 있어서도 설계한 대로의 위상 시프트 패턴이 형성됨과 함께, 패턴의 탈락에 의한 결함 발생의 기회를 늘리지 않고, 패턴 전사를 행할 수 있다.

도 1은 종래의 포토마스크의 제조 방법의 각 공정을 도시하는 공정도.
도 2는 종래의 포토마스크의 제조 방법의 각 공정을 도시하는 공정도.
도 3은 종래의 포토마스크의 제조 방법의 각 공정을 도시하는 공정도.
도 4는 종래의 포토마스크의 제조 방법의 각 공정을 도시하는 공정도.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 포토마스크를 도시하는 단면 개략도.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 포토마스크를 도시하는 단면 개략도.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 포토마스크의 제조 방법의 각 공정을 도시하는 공정도.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 포토마스크의 제조 방법에 있어서의 잔막 저감 공정을 도시하는 단면 개략도.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 포토마스크의 각 부의 치수를 설명하기 위한 단면 개략도.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 포토마스크의 제조 방법에 있어서의 제2 레지스트 패턴의 엣지 위치를 도시하기 위한 단면 개략도.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 포토마스크의 제조 방법의 각 공정을 도시하는 단면 개략도.

이하에, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 포토마스크를, 도 5에 예시한다. 이 포토마스크(10)는 투명 기재(11) 상에 전사용 패턴(12)을 구비한다. 이 전사용 패턴(12)은 투명 기재(11) 상에 차광막(13)이 형성되어 이루어지는 차광부(14)와, 투명 기재(11)의 표면이 노출된, 비위상 시프트 투광부(15)와, 투명 기재(11)의 표면이 웨트 에칭되어 형성된 오목부(16)를 갖는, 위상 시프트 투광부(17)를 갖는다.

본 발명에 있어서, 위상 시프트 투광부(17)라 함은, 비위상 시프트 투광부(15)에 대해 투과하는 노광광의 위상차가 대략 180도인 부분을 말한다.

따라서, 도 5에 도시한 바와 같이, 위상 시프트 투광부(17)에 있어서는, 소정의 깊이(이하, 파인 깊이라고 함) D(㎛)로, 투명 기재(11)가 파내어져, 오목부(16)를 형성하고 있다. 이 파인 깊이 D는, 이 포토마스크(10)를 노광할 때에 사용하는, 노광광의 파장, 또는 노광광에 포함되는 대표 파장을, 대략 180도 위상 시프트하는 양으로 할 수 있다. 예를 들어, i선, h선, g선을 포함하는 파장 영역을 갖는 노광광을 사용하는 경우에는, 대표 파장을 i선, h선, g선 중 어느 하나로 할 수 있다.

여기서 대략 180도라 함은, 180±30°인 것을 말하고, 보다 바람직하게는, 180°±10°로 한다.

또한, 본 발명의 투명 기판은, 도 5에 도시한 바와 같이, 글래스를 포함하는 투명 기재(11)이어도 되고, 또는, 도 6에 도시한 바와 같이, 글래스를 포함하는 투명 기재(11) 상에, 위상 또는 투과율 조정용의 투과 조정막(18)이 형성된 것이어도 된다. 후자의 경우, 투과 조정막(18)의 투과율은, 글래스를 포함하는 투명 기재(11)의 투과율을 100％로 하였을 때, 70％ 이상(예를 들어, 75∼95％)일 수 있다.

또한, 투과 조정막(18)은 포토마스크의 노광에 사용하는 노광광의 대표 파장에 대해 대략 180도의 위상 시프트량을 갖도록, 그 막 소재(굴절률)와 막 두께가 선택되어 있는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 투명 기판이, 글래스를 포함하는 투명 기재(11)인 경우(도 5)에는, 위상 시프트 투광부(17)는 상기 투명 기재(11)의 표면에 홈파기에 의한 오목부(16)가 형성되어, 두께가 작아진 부분을 갖는 부분으로 할 수 있고, 비위상 시프트 투광부(15)는 홈파기가 없고, 투명 기재(11)의 표면이 노출되어 있는 부분으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 투명 기판이, 투명 기재(11) 상에 투과 조정막(18)이 형성되어 이루어지는 경우(도 6)에서는, 위상 시프트 투광부(17)는 투과 조정막(18)이 에칭에 의해 제거되어, 투명 기재(11)의 표면이 노출된 부분, 비위상 시프트 투광부(15)는 투과 조정막(18)의 표면이 노출된 부분으로 할 수 있다. 이때, 상기한 「투명 기재가 파내어져 오목부를 형성」이라고 하는 구성은, 「투명 기재 상의 투과 조정막이 제거되어 오목부를 형성」이라고 하는 구성으로 된다.

또한, 위상 시프트 투광부(17)의 단부에 있어서는, 도 5에 있어서, A1(㎛), A2(㎛)로 나타내는, 언더컷량을 갖는 것이 바람직하다(단, A는 제로를 포함함). 이것은, 후술하는 바와 같이, 투명 기재(11)를 파낼 때에 적용하는 웨트 에칭에 의해, 투명 기재(11)가 가로 방향(기판 표면과 평행한 방향)으로 에칭 제거된 부분이다.

바꾸어 말하면, 위상 시프트 투광부(17)에 형성된 오목부(16)의 외연은, 차광부(14)를 구성하는 차광막(13)의 아래에 위치하고, 상기 오목부(16)의 외연과 차광부(14)를 구성하는 차광막(13)의 외연과의 거리가, 언더컷량 A1, A2인 것으로 할 수 있다.

여기서, 언더컷량 A1, A2와, 파인 깊이 D와의 사이에는,

0≤A1＜D (1)

0≤A2＜D (2)

|A1-A2|≤0.01 (3)

이 성립된다. 즉, 언더컷량 A1도, A2도, 파인 깊이 D보다는 작다. 이것은, 후술하는, 본 발명의 포토마스크의 제조 방법에 의해 얻어지는 관계식이다. 또한, 언더컷량 A가 0이라고 하는 것은, 오목부(16)의 외연이 차광부(14)의 영역의 외연[차광막(13)의 외연]에 위치하는 것을 의미한다.

또한, 언더컷량 A1과 A2의 차는, 0.01㎛ 이하이다. 이것은, 위상 시프트 투광부(17)에 있어서, 극히 높은, 광학적인 대칭성이 얻어지는 것을 의미한다. 이것은, 포토마스크 제조 과정에서는 2회의 묘화가 필요하지만, 2회의 묘화의 위치 어긋남이, 최종적인 전사용 패턴에 영향을 미치지 않으므로, 위치 어긋남이 실질적으로 발생하지 않는 것과 등가인 것에 의한다. 이것은, 후술하는, 본 발명의 포토마스크 제조 방법에 관계한다.

이와 같은 본 발명의 포토마스크는, 이하에 예시하는 공정에 의해 제조할 수 있다. 예를 들어, 도 7의 공정이 참조된다. 또한, 이하의 설명에서는, 포토마스크(10)로서, 도 5에 도시하는 경우에 대해 설명하지만, 도 6에 도시하는 경우에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

투명 기재(11) 상에 차광막(13)과 제1 레지스트막(21)이 형성된, 포토마스크 블랭크(20)를 준비한다[도 7의 (a)].

＜제1 묘화·현상, 제1 에칭 공정＞

이어서, 제1 묘화, 현상을 행하고, 제1 레지스트막(21)을 패터닝하여, 제1 레지스트 패턴(22)을 형성한다[도 7의 (b)].

＜차광막 패터닝 공정＞

제1 레지스트 패턴(22)을 마스크로 하여 에칭을 행함으로써, 투명 기재(11) 상에 형성한 차광막(13)을 패터닝하여, 차광막 패턴(23)을 형성한다[도 7의 (c)]. 다음으로, 제1 레지스트 패턴(22)을 박리한다[도 7의 (d)]. 이 결과, 차광막(13)이 제거된 비위상 시프트 투광부(15)(도 5 참조)와, 차광막(13)이 잔존하는 차광부(14)(도 5 참조)를 형성함과 함께, 위상 시프트 투광부(17)(도 5 참조)의 영역 내에 있어서, 위상 시프트 투광부(17)의 영역보다 작은 차광막(13)을 갖는 잠정 패턴(23a)을 형성한다[도 7의 (d)].

＜제2 레지스트막 형성 공정＞

다음으로, 차광막 패터닝이 이루어진, 표면에 차광막 패턴(23)을 갖는 투명 기재(11) 상에 제2 레지스트막(24)을 형성한다[도 7의 (e)].

＜레지스트 패턴 형성(제2 묘화·현상) 공정＞

또한, 제2 레지스트막(24)에 대해 묘화와 현상을 행함으로써, 위상 시프트 투광부(17)의 영역 내에, 차광부(14)(도 5 참조)의 영역에 잔존하는 차광막(13) 상의 레지스트 높이보다, 레지스트 높이가 낮은 부분(25a)을 갖는, 제2 레지스트 패턴(25)을 형성한다[도 7의 (f)]. 여기서, 레지스트 높이라 함은, 투명 기재(11)의 표면으로부터 제2 레지스트막(24)의 투명 기재(11)와는 반대측의 표면까지의 거리를 말한다.

＜잔막 저감 공정＞

상기에 있어서, 도 7의 (f)에 도시한 바와 같이, 묘화와 현상에 의해, 제2 레지스트 패턴(25)의 높이가 낮은 부분(25a)에 있어서, 잠정 패턴(23a)의 표면이 노출되도록 제2 레지스트 패턴(25)을 형성할 수 있다.

또한, 반드시, 묘화와 현상에 의해서만, 제2 레지스트 패턴(25)의 높이가 낮은 부분(25a)에 있어서, 잠정 패턴(23a)의 표면이 노출되지 않아도 된다. 이 경우를, 도 8의 (ｆ')에 도시한다. 도 8의 (ｆ')로부터 명백해진 바와 같이, 현상 후의 제2 레지스트 패턴(25)에 있어서, 잠정 패턴(23a) 상에 제2 레지스트막(24)이 잔존하여, 잠정 패턴(23a)이 노출되어 있지 않다.

이 경우에는, 제2 레지스트 패턴(25)의 막 두께를 저감시키는, 막 두께 저감 공정을 포함하여, 잠정 패턴(23a)의 표면을 노출시킨다. 막 두께 저감 공정에 있어서는, 제2 레지스트 패턴(25)에 대한 애싱 등을 적용할 수 있다. 막 두께 저감 공정을 거쳐, 도 8의 (f)에 도시한 바와 같이, 제2 레지스트 패턴(25)의 적어도 일부분의 두께를 저감시킨 감막 레지스트 패턴(31)의 높이가 낮은 부분(31a)에 있어서, 잠정 패턴(23a)의 표면을 노출시킬 수 있다.

＜기판 노출(제2 에칭) 공정＞

계속해서 제2 레지스트 패턴(25), 또는, 감막 레지스트 패턴(31)[도 8의 (f) 참조]을 마스크로 하여, 차광막(13)을 포함하는 잠정 패턴(23a)을 에칭에 의해 제거하고, 투명 기재(11)의 표면의 일부(11a)를 노출시킨다[도 7의 (g)].

＜기판 에칭 공정＞

계속해서 노출된 투명 기재(11)의 표면의 일부(11a)에 대해 웨트 에칭을 실시함으로써 위상 시프트 투광부(17)(도 5 참조)를 형성한다[도 7의 (h)].

＜레지스트 박리 공정＞

제2 레지스트 패턴(25), 또는, 감막 레지스트 패턴(31)[도 8의 (f) 참조]을 박리 제거하고, 본 발명의 포토마스크(10)가 완성된다[도 7의 (i)].

이하, 본 발명의 포토마스크의 제조 방법에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에 사용하는 투명 기판으로서는, 예를 들어 표면을 연마한 석영 글래스 기판 등이 사용된다. 크기는 특별히 제한되지 않고, 상기 마스크 용도에 따라 적절히 선정된다. LSI 제조용이라면, 5∼6인치, 표시 장치 제조용이라면, 예를 들어 한 변 300㎜ 이상의 직사각형 기판을 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 투명 기판으로서는, 표면을 연마한 석영 글래스 기재(이하, 투명 기재라고도 말함)의 주평면에, 위상 제어용의 투과 조정막을 형성한 것으로 할 수 있다. 여기서, 투과 조정막은, 투명 기재의 노광광의 투과율을 100％로 하였을 때에, 20∼95％의 투과율을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 라인 앤드 스페이스 패턴 형성용의 포토마스크(올터네이팅형 위상 시프트 마스크)로서, 90％ 이상의 광투과율과 대략 180도의 위상 시프트량(모두 노광광의 대표 파장에 대해)을 갖는 것을 적용할 수 있다. 또한, 투과 조정막은, 40∼70％의 노광광 투과율을 갖는 반 투광성의 막이어도 된다.

투과 조정막의 소재는, 예를 들어 SiON, SOG 등 외에, 금속 실리사이드(MoSi이나 그 산화물, 질화물, 탄화물, 산화질화물, 산화질화탄화물 등)로 할 수 있다.

또한, 이들의 막 소재의 에칭 시에, 투명 기재에의 손상이 문제로 되는 경우에는, 투명 기재와 투과 조정막의 사이에, 에칭 특성이 상이한, 에칭 스토퍼막을 형성해도 된다. 이 경우, 에칭 스토퍼막의 노광광 투과율은 90％ 이상인 것이 바람직하다.

도 5에 도시하는 포토마스크(10)(제1 포토마스크)의 제조에 사용하는 포토마스크 블랭크는, 이하와 같은 것으로 할 수 있다.

먼저, 상기 투명 기판에, 스퍼터법 등의 공지의 성막 수단에 의해 차광막이 형성되고, 또한, 제1 레지스트막이 형성된 포토마스크 블랭크를 준비한다. 차광막은, 표면 부분에 반사 방지막을 형성한 것을 사용할 수 있다.

도 6에 도시하는 포토마스크(10)(제2 포토마스크)를 제조할 때에는, 글래스를 포함하는 투명 기재 상에, 상기한 투과 조정막을 공지의 수단으로 형성한 후에, 제1 레지스트막이 형성된 포토마스크 블랭크를 사용한다.

본 발명의 차광막은, 노광광을 실질적으로 100％ 차광하는 것으로 할 수 있다. 차광막의 막 두께는, 100∼200㎚로 할 수 있다. 차광막이 지나치게 얇으면, 후술하는, 잠정 패턴 표면을 노출시키는 공정에 있어서, 잠정 패턴과 차광부와의 사이에 레지스트[도 7의 (f)의 참조 부호 25a 참조]를 잔존시키는 것이 곤란해진다. 그러나, 차광막은, 충분한 차광성을 만족하는 광학 농도(예를 들어, OD≥3)를 초과하여, 과도하게 두껍게 할 필요는 없다.

한편, 본 발명의 차광막은, 노광광의 일부를 투과하는 막이어도 된다. 예를 들어, 노광광 투과율이 3∼30％인, 반 투광성의 광학막도, 본 발명의 차광막에 포함되는 것으로 한다.

차광막 패터닝 공정에서는, 위상 시프트 투광부의 영역 내에 있어서, 그 위상 시프트 투광부의 영역보다 작은 차광막을 갖는 잠정 패턴을 형성한다.

이 잠정 패턴의 치수는, 최종적으로 형성하고자 하는, 언더컷량 A1, A2로부터 산정할 수 있다. 잠정 패턴의 치수는, 잠정 패턴이 위상 시프트 투광부의 영역 내에 배치되도록, 즉 잠정 패턴이 스페이스부의 폭보다 작은 치수를 갖고, 또한 원하는 파인 깊이 D와, 원하는 언더컷량 A1, A2를 만족시키는 수치로 할 수 있다. 원하는 파인 깊이 D는, 노광 파장과, 원하는 위상 시프트량(예를 들어, 대략 180도)으로부터 산정된다.

또한, 여기서는, 전사용 패턴으로서 라인 앤드 스페이스 패턴의 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 라인 앤드 스페이스 패턴에 있어서, 라인부가 차광부, 스페이스부가, 위상 시프트 투광부 및 비위상 시프트 투광부를 포함하는, 라인 폭 L＝스페이스 폭 S인 경우에 대해 설명한다. 따라서, 도 9에 도시한 바와 같이, 위상 시프트 투광부(17)의 치수는 S이며, 비위상 시프트 투광부(15)의 치수도 S이다. 또한, 도 9는 도 7의 (f)의 확대도이다.

도 9에 있어서, 잠정 패턴(23a)의 치수를 Z로 하였을 때, 원하는 파인 깊이 D와 언더컷량 A1, A2의 관계는,

Z＋2D＝S＋2A

(A＝A1＝A2)

를 만족한다.

본 발명의 포토마스크가 표시 장치(FPD) 제조용일 때, 노광광의 파장은, 365∼436㎚로 할 수 있다.

본 발명의 포토마스크가, 반도체 장치(LSI) 제조용일 때는, 노광광으로서 250㎚ 이하(ArF＝193㎚, KrF＝248㎚ 등)를 적용할 수 있다.

또한, 도 7의 (f)에서 도시하는 제2 레지스트 패턴 형성 공정에 있어서, 위상 시프트 투광부(17)의 영역 내에 있어서, 제2 레지스트막(24)을 불완전하게 감광시키는 에너지량에 의해 묘화를 행하는 제2 묘화(하프 노광 묘화라고도 함)를 행함으로써, 차광부(14)의 영역에 잔존하는 차광막(13) 상의 레지스트 높이보다, 레지스트 높이가 낮은 부분(25a)을 갖는, 제2 레지스트 패턴(25)을 형성하는 것이 바람직하다.

도 9에 있어서, 하프 노광 묘화를 행하는 폭을 H라고 하면, 잠정 패턴(23a)의 치수 Z 및 위상 시프트 투광부(17)의 치수 S와의 사이에,

Z＜H＜S

의 관계가 성립된다. 즉, 위상 시프트 투광부(17)의 영역(치수 S)보다 작고, 잠정 패턴의 영역(치수 Z)을 포함하여 그것보다 큰 영역(치수 H)의 제2 레지스트막(24)에 대해, 제2 레지스트막(24)을 불완전하게 감광시키는 에너지량에 의한 제2 묘화를 행함으로써, 레지스트 높이가 낮은 부분(25a)을 갖는, 제2 레지스트 패턴(25)을 형성하는 것이 바람직하다.

또한,

H＝(S＋Z)/2

인 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 하프 노광 묘화의, 제1 묘화에 대한 위치 어긋남을 흡수하여, 형성하는 전사용 패턴에 영향을 미치지 않기 위한, 마진을 가장 유리하게 설정할 수 있다.

2층째[제2 레지스트 패턴(25)]의 위치가, 이미 형성되어 있는 차광막 패턴의 위치에 대해 상대적으로 위치 어긋남된 경우, 이 제2 레지스트 패턴의 엣지 위치(E)가 도 10의 화살표 41로 나타내는 범위 내인 한, 그 어긋남은 허용된다. 즉, 여기서는, 제2 묘화 시, 잠정 패턴(23a)의 치수 Z에 대해 그 양측에 각각 (H-Z)/2(㎛)의 마진을 부가한 치수의 묘화 데이터를 사용하고 있다. 이 양은, 포토마스크 제조 공정에 필요한, 2회의 묘화 공정에서 발생하는 위치 어긋남을 흡수하는 양으로서 적절한 범위로 되는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 본 발명에 따르면, 2회의 묘화 공정에 있어서, 위치 어긋남이 발생하였다고 해도, 최종적인 포토마스크의 패턴 정밀도에는 영향을 미치지 않는 이점이 있다.

예를 들어, 도 11의 (f)에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴 형성 공정에 있어서, 제2 레지스트 패턴(25)에 위치 어긋남이 발생한 경우에도, 도 11의 (i)에 도시한 바와 같이, 최종적인 포토마스크(10)의 오목부(16)에는 영향이 없다.

상기 설명한 본 발명의 포토마스크의 제조 방법에서는, 예를 들어 레지스트 패턴 형성 공정에 있어서, 먼저 잠정 패턴(23a) 상에 소정의 두께의 제2 레지스트막(24)이 잔존하는 정도의 묘화와 현상을 행하고, 그 후, 잠정 패턴(23a) 상에 잔존하는 제2 레지스트막(24)의 두께를 저감시킴으로써, 잠정 패턴(23a)의 표면을 노출시키는 공정(잔막 저감 공정)을 포함하는 것이 바람직하다. 제2 레지스트막(24)의 두께를 저감시키는 수단으로서는, 예를 들어 애싱을 적용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 기판 에칭 공정에 있어서는, 웨트 에칭만을 적용할 수 있다. 나아가, 포토마스크 제조의 전체 공정에 있어서 적용하는 에칭은, 모두 웨트 에칭으로 하는 것도 가능하다. 따라서, 표시 장치 제조용의 포토마스크의 제조에도 용이하게 적용할 수 있는 것 외에, 설비상의 문제도 적다.

또한, 표시 장치 제조용의 포토마스크의 노광 장치는, i선 또는 그것보다 장파장측의 노광광을 사용하므로, 파인 깊이 D가 커지기 쉽지만, 이 경우에 있어서도, 언더컷량 A1, A2가 과대해지지 않기 때문에, 차광막(13)의 일부가 탈락하는 리스크를 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 용도에는 제한은 없다. 단, 웨트 에칭만으로 제조를 할 수 있으므로, 표시 장치 제조용 마스크로서 유용하다. 이 경우, 본 발명의 포토마스크가 갖는 전사용 패턴을 피전사체 상에 전사할 때에 사용하는 노광 조건으로서는, i선, h선, g선을 포함하는 광원을 갖는 LCD용 노광 장치이며, 개구수 NA를 0.06∼0.10, 코히렌스 팩터 σ를 0.5∼1.0의 범위로 하는, 등배 노광의 노광 장치로 할 수 있다. 상기한 파장 중, 단일 파장(예를 들어, i선)만을 사용하여 노광해도 된다.

또한, 전사용 패턴으로서는, 라인 앤드 스페이스 패턴에 있어서 유용하고, 예를 들어 화소 전극에 사용하는, 일정 피치의 라인 앤드 스페이스 패턴 등에 있어서 이용할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

＜실시예 1＞(액정 표시 장치 제조용 포토마스크의 제조 방법)

투명 기재(11)로서 대형 글래스 기판(합성 석영 글래스, 10㎜ 두께, 사이즈 850㎜×1200㎜)을 사용하였다[도 7의 (a) 참조]. 이 투명 기재(11) 상에 대형 인라인형 스퍼터링 장치를 사용하여, 주성분 크롬을 포함하는 차광층 및 반사 방지층으로 구성되는 차광막(13)을 막 두께 120㎚로 되도록 성막하였다[도 7의 (a) 참조]. 이어서, 차광막(13) 상에 노볼락계의 포지티브형 레이저 묘화용 포토레지스트를 도포하고, 가열·냉각하여 막 두께 1000㎚의 레지스트막[제1 레지스트막(21)]을 형성하였다[도 7의 (a) 참조]. 본 실시예에서는, 상기한 바와 같은, 포토마스크 블랭크(20)를 준비하고, 사용하였다.

이어서, 제1 레지스트막(21)에, 레이저 묘화 장치에 의해 제1 묘화를 행하였다. 사용한 묘화 데이터는, 라인 폭 L이 2㎛, 스페이스 폭 S가 2㎛, 피치 폭이 4㎛의 라인 앤드 스페이스 패턴을 갖는, 차광막 패턴(23)[도 7의 (c) 참조]을 형성하기 위한 것이다. 여기서, 위상 시프트 투광부(17)(도 5 참조)로 되는 영역(즉, 스페이스부 중, 1개 걸러 배열하는 것)에 대해서는, 중심에, 1.34㎛ 폭의 잠정 패턴을 형성하기 위한 패턴 데이터를 삽입해 두었다. 그리고, 제1 현상을 행하여, 제1 레지스트 패턴(22)을 얻었다[도 7의 (b) 참조].

이어서, 제1 레지스트 패턴(22)을 마스크로 하여 상기 차광막(13)을 웨트 에칭액(질산제2세륨암모늄, 과염소산 및 순수의 혼합액)으로 에칭(제1 에칭)함으로써, 차광막 패턴(23)을 형성하였다[도 7의 (c) 참조].

계속해서 제1 레지스트 패턴(22)을 박리하여, 차광부(14)(도 5 참조) 및 차광막(13)을 포함하는 잠정 패턴(23a)을 형성하였다[도 7의 (d) 참조].

이어서, 위상 시프트 투광부(17)를 형성하기 위해 노볼락계의 레이저 묘화용 레지스트막[제2 레지스트막(24)]을 도포하였다. 그리고, 위상 시프트 투광부(17)를 형성하는 영역 내에, 불완전한 에너지에 의한 제2 묘화(하프 노광 묘화)를 행하였다. 이것은, 레지스트를 불완전하게 감광시키는 에너지량에 의한 묘화이며, 소정의 현상 시간을 적용하면, 현상 후에 레지스트가 완전히 용출되지 않고, 일부가 잔류되는 묘화이다. 제2 묘화(하프 노광 묘화)의 폭(H)은 1.65㎛로 하고, 이것은, 위상 시프트 투광부(17)의 폭(S)보다 작고, 또한 잠정 패턴(23a)의 폭(Z)보다 큰 치수이다(도 9 참조). 이 폭(H)은 상기 도 7의 (b)의 공정에서의 제1 묘화와의 얼라인먼트 어긋남을 흡수할 수 있는 양을 고려하여 결정되어 있다[도 7의 (e) 참조].

계속해서 이 제2 레지스트막(24)에 대해 제2 현상을 실시함으로써, 위상 시프트 투광부(17)의 영역 내에 있어서, 차광부(14)(도 5 참조)로 되는 영역(즉, 라인부의 영역)의, 차광막(13) 상에 잔존하는 레지스트 높이보다도, 낮은 레지스트 높이를 갖는 제2 레지스트 패턴(25)을 형성하였다[도 7의 (f) 참조]. 이 낮은 레지스트 높이를 갖는 부분(25a)은 상기 잠정 패턴(23a)을 형성한 부분을 포함하고, 위상 시프트 투광부(17)의 영역 내에 있다. 현상 시간을 선택함으로써, 이 부분의 레지스트의 높이가, 잠정 패턴(23a)의 높이와 동등해질 때까지 현상을 진행시킬 수 있었다[도 7의 (f) 참조].

또한, 잠정 패턴(23a)의 표면이 일부 또는 전부 노출되어 있지 않아도 상관없다. 이 경우에 대해서는, 후술하는 방법에 의해 잠정 패턴(23a)의 표면을 완전히 노출시킨다. 단, 위상 시프트 투광부(17)의 영역 내이며, 잠정 패턴(23a)과 차광부(14)(도 5 참조)로 되는 부분의 사이에 있어서, 투명 기재(11)가 노출되지 않도록, 제2 레지스트막(24)을 잔존시켜야만 한다[도 8의 (ｆ') 참조].

이어서, 잠정 패턴(23a)을 웨트 에칭액(질산제2세륨암모늄, 과염소산 및 순수의 혼합액)으로 에칭하였다. 이에 의해, 잠정 패턴(23a)이 소실되어, 그 부분의 투명 기재(11)의 표면이 노출되었다[도 7의 (g) 참조].

이어서, 노출된 투명 기재(11)의 표면에 대해 웨트 에칭을 실시하고, 투명 기재(11)를 에칭하였다[도 7의 (h) 참조]. 이때, 높이가 다른 단차를 갖는 제2 레지스트 패턴(25)을 마스크로 하여, 버퍼드불산을 에천트로 하여 에칭하였다. 에칭 깊이는, 얻고자 하는 포토마스크에 적용하는 노광광의 위상을, 실질적으로 반전하는(180도 위상 시프트하는) 양으로 하였다.

또한, 본 실시예에서는, 액정 표시 장치 제조용의 포토마스크를 대상으로 하고 있으므로, 이것에 사용하는 노광광이 i선∼g선인 것을 고려하여, 투명 기재(11)의 오목부(16)의 파인 깊이 D(도 9 참조)는 h선의 파장을 참조하여, 430㎚로 하였다.

이어서, 레지스트 박리액에 의해 제2 레지스트 패턴(25)을 제거하였다[도 7의 (i) 참조]. 이상의 공정에 의해, 언더컷[차광부(14)의 아래의, 투명 기재(11)의 사이드 에칭된 부분]의 치수 A(도 9 참조)가 100㎚인 위상 시프트 마스크가 완성되었다.

또한, 상기한 레이저 묘화 장치에 의한 제1 레지스트막(21)에의 묘화[도 7의 (b) 참조]에 있어서, 라인 폭 L과 스페이스 폭 S를 동등한 것으로 하고, 각각 2㎛로서 설명하였다. 물론, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 또한, 이 폭은, 이하의 점을 고려하여 설정할 수 있다.

즉, 최종적으로 얻고자 하는 포토마스크(10)(도 5 참조)를 사용하여, 피전사체(예를 들어, 액정 패널 기판)에, 전사용 패턴(12)을 전사하였을 때에, 위상 시프트 투광부(17)와, 비위상 시프트 투광부(15)의 투과광이, 동등한 폭(CD:Critical Dimension, 선 폭)으로 되도록 하기 위해서는, 필요에 따라, 포토마스크(10) 상의 전사용 패턴(12)에 있어서의, 2종류의 투광부인 스페이스 폭을 조정(CD 바이어스를 부가)할 수 있다. 예를 들어, 위상 시프트 투광부(17)의 투과광량이, 비위상 시프트 투광부(15)의 투과광량에 비해 작아지는 경향이 있기 때문에, 이것을 상쇄하기 위해, 미리, 위상 시프트 투광부(17)의 폭을 비위상 시프트 투광부(15)의 폭보다도 0.1∼0.3㎛ 정도 크게[위상 시프트 투광부(17)와 인접하는 차광부(14)의 엣지를 이 치수분 후퇴시켜] 두는 CD 바이어스 부가가 유용하다. 이 경우, 이 CD 바이어스 부가에 따라, 차광부(14)와 잠정 패턴(23a)에 의해 끼워지는 부분의 폭이, 일정해지도록 조정한다. 물론, 반대로, 비위상 시프트 투광부(15)의 폭을 작게 해도 된다.

그런데, 상기한 제2 현상[도 7의 (f) 참조]에 있어서, 소정의 현상 시간에서 잠정 패턴(23a)의 표면이 노출되는 정도의 묘화 시 노광량 및 현상 시간을 설정하였지만, 현상 완료된 단계에서 잠정 패턴(23a)의 표면이 일부 또는 전부 노출되어 있지 않아도 상관없다. 또는, 미리, 잠정 패턴(23a)의 표면이 노출되기 직전의 상태로 되는 묘화 시 노광량 및 현상 조건을 적용해도 된다. 그 경우, 이 후에 애싱 처리에 의해, 제2 레지스트 패턴(25)의 막 두께를 저감시킴으로써(잔막 저감 공정)[도 8의 (f) 참조], 잠정 패턴(23a)의 표면을 노출시켜도 된다.

여기서, 애싱 처리는, 플라즈마 애싱, 또는, 오존 가스를 사용한, 기체에 의한 애싱이어도 되고, 또는 오존수를 사용한, 액체에 의한 애싱이어도 된다.

상기한 기판 에칭 공정[도 7의 (h) 참조]에 있어서, 투명 기재(11)의 에칭량, 즉 오목부(16)의 파인 깊이 D를 430㎚로 하였지만, 이것은 i선, h선 및 g선을 포함하는, LCD용 노광원의 파장 영역 중, 대략 중심 파장으로 되는 h선을 기초로 산정한, 180도의 위상 시프트량을 얻기 위한 파인량이다. 단, 적용하는 광원의 여러 특성이나 형성되는 파인 단면 형상에 따라, 변경될 수 있다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이, 웨트 에칭에 의한, 세로 방향(기판의 두께 방향)과 가로 방향(기판 표면에 평행한 방향)으로의 기판 제거량을, 각각 제어하고, 파인 깊이 D(＝위상 시프트량 제어), 언더컷량 A의 각각을, 적절한 양이 되도록 설정할 수 있다.

＜실시예 2＞(LSI 제조용 포토마스크의 제조 방법)

본 실시예에서는, 포토마스크 블랭크로서, 이하의 것을 사용하였다. 투명 기재(11)로서 크기 6인치×6인치, 두께 0.25인치의 표면을 경면 연마한 석영 글래스 기판을 사용하였다. 이 투명 기재(11) 상에 스퍼터링 장치를 사용하고, 주성분 크롬을 포함하는 차광층 및 반사 방지층으로 구성되는 차광막(13)을 막 두께 100㎚로 되도록 성막하였다. 이어서, 차광막(13) 상에 화학 증폭형의 포지티브형 전자선 레지스트를 도포하고, 가열·냉각하여 막 두께 300㎚의 레지스트막[제1 레지스트막(21)]을 형성하였다[도 7의 (a) 참조].

이어서, 제1 레지스트막(21)에, 전자선 묘화 장치를 사용하여 제1 묘화를 행하였다. 묘화 데이터는, 라인 폭 L 및 스페이스 폭 S가 0.5㎛, 피치 폭 1㎛의 라인 앤드 스페이스 패턴을 갖는, 차광막 패턴(23)[도 7의 (c) 참조]을 얻기 위한 것이다. 여기서, 위상 시프트 투광부(17)(도 5 참조)로 되는 영역(즉, 스페이스부 중, 1개 간격으로 배열하는 것)에 대해서는, 영역의 중심에 0.3㎛의 폭(Z)의 잠정 패턴을 형성하기 위한 패턴 데이터를 삽입해 두었다. 그리고, 현상하여, 제1 레지스트 패턴(22)을 얻었다[도 7의 (b) 참조].

이어서, 제1 레지스트 패턴(22)을 마스크로 하여 상기 차광막(13)을 염소와 산소의 혼합 가스로 드라이 에칭(제1 에칭)함으로써, 차광막 패턴(23)을 형성하였다[도 7의 (c)].

계속해서 제1 레지스트 패턴(22)을 박리하여, 차광부(14)(도 5 참조) 및 차광막(13)을 포함하는 잠정 패턴(23a)이 형성되었다[도 7의 (d) 참조].

이어서, 위상 시프트 투광부(17)를 형성하기 위해 화학 증폭형의 포지티브형 전자선 레지스트막[제2 레지스트막(24)]을 도포하였다[도 7의 (e) 참조]. 그리고, 위상 시프트 투광부(17)를 형성하는 영역 내에, 실시예 1에 있어서의 하프 노광 묘화와 마찬가지로, 불완전한 감광으로 하기 위한 에너지에 의한 제2 묘화를 전자선 묘화 장치의 도즈량을 조절함으로써 행하였다. 제2 묘화의 폭 H는, 0.4㎛로 하였다(도 9 참조).

계속해서 이 제2 레지스트막(24)에 대해 제2 현상을 실시함으로써, 상기 위상 시프트 투광부(17)의 영역 내에 있어서, 차광부(14)(도 5 참조)로 되는 영역(즉, 라인부의 영역)의, 차광막(13) 상에 잔존하는 레지스트 높이보다도, 낮은 레지스트 높이를 갖는 제2 레지스트 패턴(25)을 형성하였다[도 7의 (f) 참조]. 이 낮은 레지스트 높이를 갖는 부분(25a)은 상기 잠정 패턴(23a)을 형성한 부분을 포함하고, 위상 시프트 투광부(17)의 영역 내에 있다. 현상 시간을 선택함으로써, 이 부분의 레지스트 높이가, 잠정 패턴(23a)의 높이와 동등해질 때까지 현상을 진행시킬 수 있었다[도 7의 (f) 참조].

또한, 실시예 1과 마찬가지로, 잠정 패턴(23a)의 표면이 일부 또는 전부 노출되어 있지 않은 경우[도 8의 (ｆ') 참조]에는, 제2 레지스트 패턴(25)의 막 두께 저감 공정을 실시하여, 잠정 패턴(23a)의 표면이, 모두 노출되도록 한다[도 8의 (f) 참조].

이어서, 잠정 패턴(23a)을 웨트 에칭액(질산제2세륨암모늄, 과염소산 및 순수의 혼합액)으로 에칭함으로써, 잠정 패턴(23a)을 소실시키고, 그 부분의 투명 기재(11)의 표면을 노출시켰다[도 7의 (g) 참조].

그리고, 노출된 투명 기재(11)의 표면에 대해 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여 웨트 에칭을 실시하였다[도 7의 (h) 참조]. 여기서는, 에칭액은, 버퍼드불산을 사용하고, 파인 깊이 D(도 9 참조)가 170㎚로 되도록 에칭하였다. 이 파인 깊이 D는, 노광 파장이 193㎚의 ArF 노광 장치를 사용하는 것을 상정하고, 이 파장에 있어서, 투과광의 위상을 180도 시프트시키는 양으로서 설정하였다.

이어서, 레지스트 박리액에 의해 제2 레지스트 패턴(25)을 제거하였다[도 7의 (i) 참조]. 이상의 공정에 의해, 언더컷 70㎚을 갖는 레벤슨형 위상 시프트 마스크가 완성되었다.

또한, 상기한 전자선 묘화 장치에 의한 묘화[도 7의 (b) 참조]에 있어서, 실시예 1에 있어서 설명한 것과 마찬가지로, 라인 폭 L, 스페이스 폭 S에 대해 CD 바이어스를 부가하는 것이, 본 실시예에 있어서도 가능하다. 즉, 0.5㎛ 폭의 라인부 및 스페이스부로 하였지만, 0.05∼0.1㎛ 정도, 위상 시프트 투광부(17)로 되는 부분의 스페이스부의 폭을 크게 해 둘 수 있다. 그리고, 이와 같은 CD 바이어스 부가를 수반하는 패턴 데이터를 사용한 경우에는, 잠정 패턴(23a)의 위치를 조정할 필요가 발생하는 점도, 실시예 1과 마찬가지이다.

또한, 상기한 제2 현상[도 7의 (f) 참조]에 있어서, 잠정 패턴(23a)의 표면이 모두 노출되어 있지 않은 경우에는, 제2 레지스트 패턴(25)의 막 두께 저감 공정을 포함하면 되는 점도, 실시예 1과 마찬가지이다. 또한, 막 두께 저감의 방법에 대해서도, 실시예 1과 마찬가지로 할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시예 1 및 실시예 2로 한정되지 않는다. 예를 들어, 이하와 같은 실시 형태에도 본 발명을 적용할 수 있다. 즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 투명 기판으로서, 투명 기재(11) 상에 투과 조정막(18)을 형성한 것을 사용하는 경우를 들 수 있다. 여기서는, 파인 깊이 D는, 투과 조정막(18)을 에칭 제거하는 깊이[즉, 투과 조정막(18)의 막 두께]로 된다. 또한, 이와 같은 포토마스크에 있어서도, 위상 시프트 투광부(17)와 비위상 시프트 투광부(15)의 투과광량을 동등하게 하기 위한 CD 바이어스의 부가를 행하는 것이 가능하다.

본 발명에서는, 기판 에칭 공정에 의한 홈파기[오목부(16)]의 형성에 있어서는, 웨트 에칭을 적용하고 있다. 또한, 본 발명의 제조 방법에 있어서의 에칭 공정에는, 모두 웨트 에칭을 적용할 수 있는 점이 유리하다.

이상, 본 발명의 실시 형태를, 도면 및 실시예를 이용하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태에 있어서의 재료, 사이즈, 처리 수순 등은 일례이며, 본 발명의 효과를 발휘하는 범위 내에 있어서 다양하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다. 그 외에, 본 발명의 원하는 범위를 일탈하지 않는 한 적절히 변경하여 실시하는 것이 가능하다.

10 : 포토마스크
11 : 투명 기재
12 : 전사용 패턴
13 : 차광막
14 : 차광부
15 : 비위상 시프트 투광부
16 : 오목부
17 : 위상 시프트 투광부
18 : 투과 조정막
20 : 포토마스크 블랭크
21 : 제1 레지스트막
22 : 제1 레지스트 패턴
23 : 차광막 패턴
23a : 잠정 패턴
24 : 제2 레지스트막
25 : 제2 레지스트 패턴
31 : 감막 레지스트 패턴

Claims (12)

1. 투명 기판 상에, 차광부와, 비위상 시프트 투광부와, 위상 시프트 투광부를 포함하는 전사용 패턴을 구비한, 포토마스크의 제조 방법으로서,
   상기 투명 기판 상에 형성한 차광막을 패터닝하여, 상기 차광막이 제거된 상기 비위상 시프트 투광부와, 상기 차광막이 잔존하는 상기 차광부를 형성함과 함께, 상기 위상 시프트 투광부의 영역 내에 있어서, 상기 위상 시프트 투광부의 영역보다 작은 상기 차광막을 갖는 잠정 패턴을 형성하는, 차광막 패터닝 공정과,
   상기 차광막의 패터닝이 이루어진 상기 투명 기판 상에, 레지스트막을 형성하는 공정과,
   상기 레지스트막에 대해 묘화와 현상을 행함으로써, 상기 위상 시프트 투광부의 영역 내에, 상기 차광부의 영역에 잔존하는 상기 차광막 상의 레지스트 높이보다, 레지스트 높이가 낮은 부분을 갖는, 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
   상기 레지스트 패턴, 또는, 상기 레지스트 패턴의 적어도 일부분의 두께를 저감시켜 형성한 감막 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 잠정 패턴을 에칭에 의해 제거하고, 상기 투명 기판의 표면을 일부 노출시키는, 기판 노출 공정과,
   상기 투명 기판의 일부 노출된 부분에 대해, 웨트 에칭을 실시함으로써 상기 위상 시프트 투광부를 형성하는, 기판 에칭 공정
   을 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 레지스트 패턴을 형성하는 공정에 있어서, 상기 위상 시프트 투광부의 영역 내에 있어서, 상기 레지스트막을 불완전하게 감광시키는 에너지량에 의해 묘화를 행함으로써, 상기 차광부의 영역에 잔존하는 상기 차광막 상의 레지스트 높이보다, 레지스트 높이가 낮은 부분을 갖는, 상기 레지스트 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 레지스트 패턴을 형성하는 공정에 있어서, 상기 위상 시프트 투광부의 영역 내에 있어서, 상기 위상 시프트 투광부의 영역보다 작고, 상기 잠정 패턴의 영역을 포함하여 그것보다 큰 영역의 상기 레지스트막에 대해, 상기 레지스트막을 불완전하게 감광시키는 에너지량에 의한 묘화를 행하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 레지스트 패턴의 적어도 일부분의 두께를 저감시켜 상기 감막 레지스트 패턴을 형성하기 위해, 애싱을 적용하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기판 에칭 공정에 있어서는, 웨트 에칭만을 적용하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 포토마스크는, i선 또는 그것보다 장파장의 노광광에 의해 노광하는 것인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 투명 기판은, 투명 기재와, 상기 투명 기재 상에 형성된 투과 조정막을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 제조 방법에 의해 포토마스크를 준비하는 공정, 및
    상기 포토마스크를, 표시 장치용의 노광 장치를 사용해서 노광하고, 상기 포토마스크가 갖는 전사용 패턴을 전사하는 공정을 포함하는 표시장치의 제조 방법.

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