KR101760337B1 - 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 위상 시프트 마스크 - Google Patents

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Abstract

위상 시프트층 형성 공정에 있어서, 분위기 가스 중의 산화성 가스의 유량비를 설정함으로써, 다단 영역을 형성한다.

Description

위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 위상 시프트 마스크 {PHASE SHIFT MASK PRODUCTION METHOD AND PHASE SHIFT MASK}
본 발명은 미세하고 고정밀의 노광 패턴을 형성하는 것이 가능한 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 위상 시프트 마스크에 관한 것으로서, 특히 플랫 패널 디스플레이의 제조에 사용되는 기술에 관한 것이다.
본원은 2013년 4월 17일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 2013-086982호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
반도체에 있어서, 고밀도 실장을 행하기 위해, 오랜 기간에 걸쳐 패턴의 미세화가 이루어지고 있다. 이를 위해, 노광 파장을 단파장화하는 것과 동시에, 노광 방법의 개선 등 다양한 방법이 검토되어 왔다.
포토 마스크(photomask)에 있어서도 패턴 미세화를 행하기 위해, 복합 파장을 이용하여 차광막 패턴 형성한 포토 마스크부터, 패턴 가장자리에 있어서 광 간섭을 이용하고, 단파장을 이용하여 보다 미세한 패턴 형성 가능한 위상 시프트 마스크가 사용되기에 이르고 있다. 상기에서 설명한 반도체용 위상 시프트 마스크로는, 특허 문헌 1에 나타낸 바와 같이, i선 단파장을 이용한 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크가 사용되고 있었지만, 한층 더 미세화를 위해, 특허 문헌 2에 나타낸 바와 같이 ArF 단파장까지 노광 파장을 짧게 하고, 동시에, 반투과형 위상 시프트 마스크가 사용되어 오고 있다.
한편, 플랫 패널 디스플레이에서는, 저가격화를 실현하기 위해, 높은 스루풋(throughput)에서 생산을 실시할 필요가 있어, 노광 파장도 g선, h선, i선의 복합 파장에서의 노광에서 패턴 형성이 행해지고 있다.
최근, 상기 플랫 패널 디스플레이에서도 고정밀한 화면을 형성하기 위해 패턴 프로파일이 보다 미세화되어 왔으며, 종래부터 사용되어 온 차광막을 패턴화한 포토 마스크가 아닌, 특허 문헌 3에 나타낸 바와 같이, 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크가 사용되기에 이르고 있다.
플랫 패널용의 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크는, 복합 파장 영역에서의 노광으로, 위상 시프트 효과가 발휘되는 이외의 파장에서는, 위상 시프트 효과가 충분하지 않게 되는 문제가 있어, 더욱 고효율의 위상 시프트 효과를 얻을 수 있는 위상 시프트 마스크가 요구되는 상황에 있었다.
상기 엣지 강조형 위상 시프트 마스크에는, 차광막을 패턴한 후 위상 시프트 막을 형성하고, 한층 더 위상 시프트 막을 패턴하는 특허 문헌 3에 기재된 상부 배치형의 위상 시프트 마스크 외에, 위상 시프트 막, 에칭 스토퍼 막, 차광막을 기판에서 순서대로 형성하여, 순차적으로 패터닝 하는 하부 배치형의 위상 시프트 마스크가 있다. 그러나, 상기 하부 배치 타입 위상 시프트 마스크에 있어서도 유사한 문제를 가지고 있으며, 위상 시프트층으로 이루어진 반투과막으로 구성된 단층형 위상 시프트 마스크에서도 유사한 문제가 있었다.
<선행 기술 문헌>
<특허 문헌>
<특허문헌 1> 일본 공개특허공보 특개평 08-272071호 공보
<특허문헌 2> 일본 공개특허공보 특개 2006-78953호 공보
<특허문헌 3> 일본 공개특허공보 특개 2011-13283호 공보
또한, 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크로서의 패턴 영역에서는, 위상 시프트 패턴이 차광 패턴으로부터 돌출된 폭이 넓은 형상이 바람직하지만, 습식 에칭 처리에 있어서, 소정 두께로 형성된 위상 시프트 패턴이 젖어, 결국 두께의 감소 정도가 설정한 형상과는 달라, 결과적으로, 위상 시프트층의 두께에 의존하는 광강도가 제로가 되는 부분이 소망하는 상태와는 다른 것으로, 패턴 선폭(폭 치수)이 굵어지는 등 마스크로서의 고정밀성이 저하될 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다고 하는 문제가 있었다.
게다가, 플랫 패널의 패턴 형성시에, 복합 파장 영역에서의 노광이 사용되지만, 복합 파장 모두를 활용한 위상 시프트 효과를 얻을 수 없기 때문에, 더욱 미세 패턴을 형성하는 데는 한계가 있어, 복합 파장 영역에서의 노광에 있어서도 충분히 위상 시프트 효과를 발휘하여 미세화를 도모하는 프로세스가 요구되는 상황이었다.
최근의 플랫 패널 디스플레이의 배선 패턴의 미세화에 따라, 플랫 패널 디스플레이의 제조에 사용되는 포토 마스크에도 미세한 선폭 정밀도의 요구가 높아지고 있다. 그러나, 포토 마스크의 미세화에 대한 노광 조건, 현상 조건 등의 검토만으로는 대응이 매우 어려워지고 있어, 한층 더 미세화를 달성하기 위한 새로운 기술이 요구되어 왔다.
노광에 있어서 상기 파장 범위의 복합 파장을 적용 가능하게 하는 것, 즉, 노광 강도의 관점에서도, 다른 파장의 광을 동시에 사용 가능하게 하는 것과 함께 고정밀성을 유지 가능하게 하는 것이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는, 플랫 패널 디스플레이의 제조에 매우 적합하게 사용되며, 미세하고 고정밀한 노광 패턴을 형성하는 것이 가능하고 복합 파장을 적용 가능함과 동시에, 보다 효율적으로 위상 시프트 효과를 발휘하는 것이 가능한 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 위상 시프트 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 방법은,
투명 기판, 및
적어도 상기 투명 기판의 표면에 일정한 두께로 형성된 부분을 갖는 Cr을 주성분으로 하여, 300 nm 이상 500 nm 이하의 파장 영역 중 하나의 광에 대해 180˚의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 위상 시프트층을 포함하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법으로서,
상기 투명 기판 상에 상기 위상 시프트층을 다단으로 형성하는 공정; 및
상기 위상 시프트층을 습식 에칭하여 상기 위상 시프트층과 상기 투명 기판이 평면으로 볼 때 경계 부분을 갖도록 상기 위상 시프트층을 패터닝하여 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정;
을 포함하며,
평면으로 볼 때 상기 위상 시프트층과 상기 투명 기판의 경계 부분에 있어서, 상기 위상 시프트층의 두께 변화를 다단으로 설정한 다단 영역을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 실시예의 제조 방법에 있어서,
상기 위상 시프트층의 형성 공정에 있어서, 성막 분위기 가스 중의 산화성 가스의 유량비를 설정함으로써, 상기 위상 시프트층의 각 단의 에칭 속도를 각각 설정 가능하게 할 수 있다.
상기 실시예의 제조 방법에 있어서,
상기 위상 시프트층의 다단 영역에 있어서, 다른 파장의 광에 대해 180˚의 위상차를 갖도록 상기 각 단의 두께가 대응할 수 있다.
상기 실시예의 제조 방법에 있어서,
상기 위상 시프트층의 각 단의 성막 분위기로서의 성막 가스가, 불활성 가스, 질화성 가스, 및 산화성 가스를 포함하거나, 또는 질화성 가스 및 산화성 가스를 포함하고, 총 가스 유량에 대해 산화성 가스의 유량비가 3.68 % ~ 24.89 %의 범위에서 선택되며, 또한, 각 층마다의 총 가스 유량에 대한 산화성 가스 비율은 차이가 있을 수 있다.
상기 실시예의 제조 방법에 있어서,
상기 투명 기판 상에, 위상 시프트 막을 형성한 후, 패턴을 형성하는 공정을 포함하거나, 차광층으로부터 차광 패턴을 형성하고, 상기 차광 패턴 상에 위상 시프트층으로부터 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정을 포함하거나, 더 나아가, 상기 투명 기판 상에 위상 시프트층을 형성하고, 상기 위상 시프트층 상에 Ni, Co, Fe, Ti, Si, Al, Nb, Mo, W 및 Hf에서 선택되는 적어도 1종의 금속을 주성분으로 하는 에칭 스토퍼층을 개입시켜 형성하며, 상기 에칭 스토퍼층 상에 차광층을 형성하고 나서, 패턴 형성에서 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정을 가질 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 시프트 마스크는, 상기의 어느 하나에 기재된 제조 방법에 의해 제조되며,
투명 기판, 및
적어도 상기 투명 기판의 표면에 일정한 두께로 형성된 부분을 갖는 Cr을 주성분으로 하여, 300 nm 이상 500 nm 이하의 파장 영역 중 하나의 광에 대해 180˚의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 위상 시프트층을 포함하는 위상 시프트 마스크이며,
상기 위상 시프트층에는, 상기 투명 기판에 대해, 평면으로 볼 때 경계 부분을 갖는 위상 시프트 패턴이 형성되고,
평면으로 볼 때 상기 위상 시프트층과 상기 투명 기판의 경계 부분에 있어서, 상기 위상 시프트층의 두께를 다단으로 변화시킨 다단 영역을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 실시예의 위상 시프트 마스크에 있어서,
상기 위상 시프트층의 다단 영역에 있어서, 다른 파장의 광이 위상차를 갖도록 상기 각 단의 두께가 대응할 수 있다.
상기 실시예의 위상 시프트 마스크에 있어서,
상기 위상 시프트층의 다단 영역 두께가, g선, h선, i선에 대해 180˚의 위상차를 갖는 수단, 또는 상기 위상 시프트층의 다단 영역 두께가, h선, i선에 대해 180˚의 위상차를 갖는 수단을 채용할 수 있다.
180˚의 위상차를 갖도록 설정하는 파장으로서는, 상기와 같이 g선, h선, i선을 포함하도록 설정할 수 있지만, g선을 포함하지 않고, h선, i선 포함하도록 설정하는 것도 가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 방법은,
투명 기판, 및
적어도 상기 투명 기판의 표면에 일정한 두께로 형성된 부분을 갖는 Cr을 주성분으로 하여, 300 nm 이상 500 nm 이하의 파장 영역 중 하나의 광에 대해 180˚의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 위상 시프트층을 포함하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법으로서,
상기 투명 기판 상에 상기 위상 시프트층을 다단으로 형성하는 공정; 및
상기 위상 시프트층을 습식 에칭하여 상기 위상 시프트층과 상기 투명 기판이 평면으로 볼 때 경계 부분을 갖도록 상기 위상 시프트층을 패터닝하여 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정;
을 포함하며,
평면으로 볼 때 상기 위상 시프트층과 상기 투명 기판의 경계 부분에 있어서, 상기 위상 시프트층의 두께 변화를 다단으로 설정한 다단 영역을 형성함으로써, 적어도, 투명 기판 상에서 위상 시프트 패턴의 단층 부분에 있어서, 노출된 투명 기판 표면 방향으로 두께가 감소하도록 두께 변화를 다단으로 설정한 다단 영역을 형성함으로써, 이 다단 영역이 노광에 사용하는 각각의 소정 파장의 광에서 광강도가 제로가 되는 두께에 대응하는 부분이 위상 시프트 패턴의 윤곽을 따라 소정의 폭 치수를 가지도록 형성된다. 동시에 상기 파장 영역의 복합 파장이 되는 광에 대응하는 두께에 대응하는 부분이, 마치 위상 시프트 패턴의 윤곽에 대해 닮은 꼴로 소정의 폭 치수를 가지도록 형성됨으로써, 노광에 있어서 상기 파장 범위의 복합 파장에서 각각의 적응 파장에 대응한 두께 치수에 대해, 다단 영역의 각 단에 있어서, 각각의 두께 치수가 폭 방향으로 지속되는 것으로써, 이러한 각 단이 각각 복합 파장 중 소정 파장에 대응하여 광강도를 제로로 하는 소정의 폭을 갖는 것이 가능해진다.
이를 통해, 상기 파장 범위의 복합 파장을 동시에 노광에 사용하고, 위상 시프트 효과를 확실히 발휘할 수 있으므로, 더욱 고정밀화, 노광 시간의 단축, 노광 효율의 향상을 도모하는 것이 가능한 위상 시프트 마스크를 제조 할 수 있다.
상기 실시예의 제조 방법에 있어서,
상기 위상 시프트층 형성 공정에 있어서, 성막 분위기 가스 중의 산화성 가스의 유량비를 설정함으로써, 상기 위상 시프트층의 각 단의 에칭 속도를 각각 설정 가능하게 됨으로써, 평면으로 볼 때 상기 위상 시프트층과 상기 투명 기판의 경계 부분에 있어서, 상기 위상 시프트층의 두께 변화를 다단으로 설정한 다단 영역을 형성하는 것, 적어도 투명 기판 상에서 위상 시프트 패턴의 단층 부분에 있어서 노출된 투명 기판 표면 방향으로 두께가 감소하도록 두께 변화를 다단으로 설정한 다단 영역을 형성 할 수가 있다.
상시 실시예의 제조 방법에 있어서,
상기 위상 시프트층의 다단 영역에 있어서, 다른 파장의 광에 대해 180˚의 위상차를 갖도록 상기 각 단의 두께가 대응함으로써, 단이, 각각 복합 파장 중 소정 파장에 대응하여 광강도를 제로로 하는 소정의 폭을 갖는 것이 가능해진다. 따라서, 각각의 파장에서 광강도를 제로로 할 수가 있어, 고정밀 화에 대응하는 것이 용이해진다.
상기 실시예의 제조 방법에 있어서,
상기 위상 시프트층의 각 단의 성막 분위기로서의 성막 가스가, 불활성 가스, 질화성과 산화성 가스, 또는 질화성 가스와 산화성 가스를 포함하고, 총 가스 유량에 대해 산화성 가스의 유량비가 3.68% ~ 24.89%의 범위에서 선택됨으로써, 상기 다단 영역에서 두께 상태를 소망하는 상태로 제어할 수 있다. 이를 통해, 상기 다단 영역의 각 단의 두께가 상기 파장 범위의 복합 파장의 광에 대해 광강도가 제로가 되는 두께에 각각 대응하도록 두께를 제어하여, 상기 파장 범위의 복합 파장을 동시에 노광에 사용할 수 있다.
상기 실시예의 제조 방법에 있어서,
상기 투명 기판 상에 위상 시프트 막을 형성한 후, 패턴을 형성하는 공정을 포함하거나, 또는,
차광층으로부터 차광 패턴을 형성하고, 상기 차광 패턴 상에 위상 시프트층으로부터 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정을 포함하거나,
더 나아가, 상기 투명 기판 상에 위상 시프트층을 형성하고, 상기 위상 시프트층 상에 Ni, Co, Fe, Ti, Si, Al, Nb, Mo, W 및 Hf에서 선택되는 적어도 1종의 금속을 주성분으로 하는 에칭 스토퍼층을 개입시켜 형성하고, 상기 에칭 스토퍼층 상에 차광층을 형성하여, 패턴 형성에서 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정을 가질 수 있어, 이를 통해 노광 영역에 있어서, 위상 시프트층 단층으로 이루어진 위상 시프트 마스크, 위상 시프트층이 상단에 위치하고 그 아래로 차광층이 위치하는 이른바 상부 배치형의 위상 시프트 마스크, 위상 시프트 층이 하단에 위치하며, 그 위에 에칭 스토퍼층을 개입시켜 차광층이 위치하는 이른바 하부 배치형의 위상 시프트 마스크에 대응할 수 있다. 또한 어느 경우에서도, 다단 영역을 포함하는 상기 경계 부분은 위상 시프트층 단층으로 이루어진 것이 된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 시프트 마스크는, 상기의 어느 하나에 기재된 제조 방법에 의해 제조되며,
투명 기판, 및
적어도 상기 투명 기판의 표면에 일정한 두께로 형성된 부분을 갖는 Cr을 주성분으로 하여, 300 nm 이상 500 nm 이하의 파장 영역 중 하나의 광에 대해 180˚의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 위상 시프트층을 포함하는 위상 시프트 마스크이며,
상기 위상 시프트층에는, 상기 투명 기판에 대해, 평면으로 볼 때 경계 부분을 갖는 위상 시프트 패턴이 형성되고,
평면으로 볼 때 상기 위상 시프트층과 상기 투명 기판의 경계 부분에 있어서, 상기 위상 시프트층의 두께를 다단으로 변화시킨 다단 영역을 가짐으로써, 적어도, 투명 기판 상에서 위상 시프트 패턴의 단층 부분에 있어서, 노출된 투명 기판 표면 방향으로 두께가 감소하도록 두께 변화를 다단으로 설정한 다단 영역이, 노광에 사용하는 각각의 소정 파장의 광에서 광강도가 제로가 되는 두께에 대응하는 부분이 위상 시프트 패턴의 윤곽을 따라 소정의 폭 치수를 갖기 때문에, 위상 시프트 효과를 확실히 발휘해, 한층 더 고정밀화에 대응할 수 있다.
동시에 상기 파장 영역의 복합 파장이 되는 광에 대응하는 두께에 대응하는 부분이, 마치 위상 시프트 패턴의 윤곽에 대해 닮은 꼴로 소정의 폭 치수를 가지도록 형성되는 것으로, 노광에 있어서 상기 파장 범위의 복합 파장에서 각각의 적응 파장에 대응한 두께 치수에 대해, 다단 영역의 각 단에 있어서, 각각의 두께 치수가 폭 방향으로 지속되고, 이러한 각 단이 각각 복합 파장 중 소정 파장에 대응하여 광강도를 제로로 하는 소정의 폭을 갖는 것이 가능하기 때문에, 상기 파장 범위의 복합 파장을 동시에 노광에 사용하고, 위상 시프트 효과를 확실히 발휘할 수 있으므로, 더욱 고정밀화, 노광 시간의 단축, 노광 에너지 효율화 등, 노출 효율의 향상을 도모하는 것이 가능한 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있다.
상기 실시예의 위상 시프트 마스크에 있어서,
상기 위상 시프트층의 다단 영역에 있어서 다른 파장의 광이 위상차를 갖도록 상기 각 단의 두께가 대응함으로써, 상기 파장 범위의 복합 파장을 동시에 노광에 사용하고, 위상 시프트 효과를 확실히 발휘할 수 있으므로, 더욱 고정밀화, 노광 시간의 단축, 노광 에너지 효율화 등, 노광 효율의 향상을 도모하는 것이 가능한 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있다.
상기 실시예의 위상 시프트 마스크에 있어서,
상기 위상 시프트층의 다단 영역 두께가, g선, h선, i선에 대해 180˚의 위상차를 가질 수 있어, 복합 파장의 광에서 광강도가 제로가 되는 부분에 대응하는 위상 시프트층의 다단 영역에서 각 단 두께를, g선, h선, i선에 대응 한 145.0nm, 133.0nm, 120.0nm로 설정하는 것이 가능하다. 각 단에서 막 두께는 상기 값에만 한정하지 않고, 140 ~ 150nm, 128 ~ 138nm, 115 ~ 125nm의 범위에서 위상차 180˚를 얻는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 플랫 패널 디스플레이의 제조에 매우 적합하게 사용되며, 미세하고 고정밀의 노광 패턴을 형성하는 것이 가능한 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 위상 시프트 마스크를 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크를 도시한 모식 단면도이다;
도 2는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 설명하는 공정도이다;
도 3은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 공정에서 위상 시프트층 제조 공정을 설명하는 공정도이다;
도 4는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 공정에서 위상 시프트층 제조 공정을 설명하는 공정도이다;
도 5는 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크를 도시한 모식 단면도이다;
도 6은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 설명하는 공정도이다;
도 7은 본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크를 도시한 모식 단면도이다;
도 8은 본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 설명하는 공정도이다.
<제 1 실시 형태>
이하에서는, 본 발명에 관련된 위상 시프트 마스크의 제조 방법의 제 1 실시 형태에 대해, 도면에 근거하여 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 관련된 위상 시프트 마스크를 도시한 모식 단면도(a) 및 다단 영역을 도시한 확대도(b)이다. 도면에 있어서, M1은 위상 시프트 마스크이다.
본 실시 형태의 위상 시프트 마스크(M1)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 유리 기판(투명 기판, S) 표면에 설치되고, 180˚의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 위상 시프트층(11) 단층으로 이루어진 위상 시프트 패턴(11a)를 포함한다. 예를 들어, FPD용 유리 기판에 대한 패터닝용 마스크로서 구성된다. 후술하는 바와 같이, 상기 마스크를 사용한 유리 기판의 패터닝은 노광 빛에 i선, h선 및 g선의 복합 파장이 이용된다.
위상 시프트 마스크(M1)은, 노광 패턴이 형성된 노광 영역에 있어서, 평면으로 볼 때 유리 기판(S)가 노출된 부분(C)와, 형성된 위상 시프트 패턴(11a)의 경계 부분(B1)에 있어서, 위상 시프트 패턴(11a)의 두께가 일정 값(T11)이 되는 균일 두께 영역(균일 영역, B1a)와, 이 두께의 일정 값(T11)으로부터 다단으로 감소하는 다단 영역(B1b)를 포함한다.
위상 시프트 패턴(11a)는, 에칭 속도, 굴절률, 투과율, 반사율 등이 다른 층을 적층하여 다층으로 형성되고, 이 층 구성의 두께에 대하여 균일 영역(B1a) 및 다단 영역(B1b)의 단부 형상이 대응하고 있다.
투명 기판(S)로는, 투명성 및 광학적 등방성이 우수한 재료가 사용되며, 예를 들어, 석영 유리 기판을 사용할 수 있다. 투명 기판(S)의 크기는 특별히 제한되지 않고, 해당 마스크를 사용하여 노광하는 기판(예를 들어, FPD용 기판, 반도체 기판)에 따라 적절하게 선정된다. 본 실시 형태에서는, 지름 치수 100 mm 정도의 기판이나, 한 변이 50 ~ 100 mm 정도부터 한 변이 300 mm 이상의 구형 기판에 적용 가능하며, 또한, 세로 450 mm, 가로 550 mm, 두께 8 mm의 석영 기판이나, 최대 변의 치수 1000 mm 이상으로, 두께 10 mm 이상의 기판도 사용할 수 있다.
또한, 투명 기판(S)의 표면을 연마하여 투명 기판(S)의 평탄도를 향상시킬 수도 있다. 투명기판(S)의 평탄도는, 예를 들어, 20㎛ 이하로 할 수 있다. 이로 인해, 마스크의 초점 심도가 깊어져 미세하고 정밀한 패턴 형성에 크게 기여할 수 있게 된다. 더 상세하게는, 평탄도는 10㎛ 이하로 작은 것이 더욱 바람직하다.
위상 시프트층(11)은 Cr을 주성분으로 하는 것이며, 구체적으로는, Cr 원소, Cr의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 탄화 질화물 및 산화 탄화 질화물로부터 선택되는 1개로 구성할 수 있다. 또한, 이들 중에서 선택되는 2종 이상을 적층하여 구성할 수도 있다.
위상 시프트층(11)은, 에칭 속도, 굴절률, 투과율, 반사율 등이 다른 층을 적층하여 다층으로 형성된다. 이 층 구성의 두께에 대응하여 균일 영역(B1a) 및 다단 영역(B1b)의 단부 형상을 형성한다.
위상 시프트층(11)은, 300 nm 이상 500 nm 이하의 파장 영역 중 하나의 광(예를 들어, 파장 436 nm의 g선, 파장 405 nm의 h선, 파장 365 nm의 i선)에 대해 대략 180°의 위상차를 가질 수 있는 두께(예를 들어, 90 ~ 170 nm)로 형성된다. 위상 시프트층(11)은, 예를 들어, 스퍼터링법, 전자빔 증착법, 레이저 증착법, ALD 법 등에 의해 성막할 수 있다.
위상 시프트 패턴(11a)는, 균일 두께 영역(B1a)에 있어서의 두께(T11)가, 이 경계 부분(B1) 이외의 위상 시프트 패턴(11a)의 두께와 동일하게 됨과 동시에, 이 두께(T11)은, g선에 대응한 광강도가 제로가 되는 두께(Tg)(예를 들어, 145.0 nm)에 대응한 값으로 되어 있다. 또는, 위상 시프트층(11)의 균일 영역(B1a)의 두께(T11)은 Tg보다 큰 값으로 하고, Th, Ti에 대응하는 두께를 다단 영역(B1b)에 대응하도록 할 수 있다.
위상 시프트 패턴(11a)는, 균일 영역(B1a)와 다단 영역(B1b)에 있어서, 노출 부분(C)의 방향으로 두께가 감소하는 단부(B1bh)와 단부(B1bi)를 갖는다. 구체적으로는, 다단 영역(B1b)는, 그 폭 방향 치수가, 균일 영역(B1a)의 두께(T11)의 단부(11t)로부터 노출 부분(C), 위상 시프트층의 두께가 제로로서 유리 기판(S)가 노출된 부분)의 단부(11u)까지가 된다. 다단 영역(B1b)에 있어서, 두께가 감소하는 방향으로 그 두께 치수가 다른 단부(B1bh)와 단부(B1bi)가 설치된다.
다단 영역(B1b)는, h선이 180˚의 위상차를 가져 광강도가 제로가 되는 두께(Th)(예를 들어, 133.0 nm)를 갖는 단부(B1bh)와 i선에 대응한 광강도가 제로가 되는 두께(Ti)(예를 들어, 120.0 nm)를 갖는 단부(B1bi)을 갖는다. 다단 영역(B1b)에 있어서는, 균일 두께 영역(균일 영역, B1a)의 단부(11t)까지가 두께(Tg)로 되고, 이 단부(11t)로부터 단부(11sh)까지의 단부(B1bh)가 두께(Th)로 되며, 이 단부(11sh)로부터 단부(11si)까지의 단부(B1bi)가 두께(Ti)로 되도록 다단 영역(B1b)의 두께 상태가 설정되어 있다.
구체적으로는, 다단 영역(B1b)에 있어서, 위상 시프트 패턴(11a)의 두께(T11)에 대해 두께의 감소하는 거리(B1b)의 비율이 -3 ≤ B1b/T11 ≤ 3이 되도록 설정되어 있다. 여기서, 다단 영역(B1b)에 있어서 두께의 감소하는 거리(B1b)는 평면에서 볼 때 다단 영역(B1b)의 폭 치수이다.
이 거리(B1b)는, 도 1(a), (b)에 있어서, 위상 시프트 패턴(11a)의 두께(T11)의 단부(11t)로부터 두께 제로의 단부(11u)까지가 되고, 균일 두께 영역(B1a)로부터 유리 기판(S)의 노출 부분(C)로 향하는 방향을 ‘정’으로 하고, 위상 시프트 패턴(11a)의 두께(T11)의 단부(11t)로부터 유리 기판(S)의 노출 부분(C)로 향하는 방향과 반대 방향을 ‘부’로 한다. 또한, 도 1(a), (b)에서 있어서는, 단부(11t)로부터 우측으로 향하는 경우를 ‘정’으로 하고, 좌측으로 향하는 경우를 ‘부’로 한다.
상기 위상 시프트 마스크(M1)에 의하면, 상기 파장 영역의 광, 특히 g선(436 nm), h선(405 nm), i선(365 nm)을 포함한 복합 파장을 노광 빛으로서 이용함으로써, 위상의 반전 작용에 의해 광강도가 최소가 되도록 패턴 윤곽을 형성하여, 노광 패턴을 보다 선명하게 할 수 있다. 게다가, 이러한 넓은 복합 파장의 광에 대해 어떠한 파장에서도 위상 시프트 효과를 얻을 수 있다. 이로 인해, 패턴 정밀도가 크게 향상하고, 미세하고 고정밀한 패턴 형성이 가능해진다. 위상 시프트층은 예를 들면, 산화 질화 탄화 크롬계 재료로 형성될 수 있으며, 상기 위상 시프트층의 두께는 i선, h선 또는 g선에 대해 동시에 대략 180˚의 위상차를 갖게 하는 두께를 각각 패턴 윤곽 형상에 따라 형성할 수 있다. 여기에서 “대략 180˚”란, 180˚ 또는 180˚ 근방을 의미하며, 예를 들어, 180° ± 10° 이하 또는 180˚ ± 5° 이하이다. 이 위상 시프트 마스크에 의하면, 상기 파장 영역의 광을 이용함으로써 위상 시프트 효과에 근거하는 패턴 정밀도의 향상을 도모할 수 있어 미세하고 고정밀한 패턴 형성이 가능해진다. 이를 통해, 고화질의 플랫 패널 디스플레이를 제조할 수 있다.
본 실시 형태의 위상 시프트 마스크는, 예를 들어, FPD용 유리 기판에 대한 패터닝용 마스크로서 구성할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 해당 마스크를 사용한 유리 기판의 패터닝에는, 노광 빛에 i선, h선 및 g선의 복합 파장이 이용된다.
이하, 본 실시 형태의 위상 시프트 마스크(M1)을 제조하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 2는, 본 실시 형태에 관련된 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 있어 개략을 모식적으로 도시한 공정도, 도 3은 위상 시프트층의 제조 방법을 도시한 공정도이다.
본 실시 형태의 위상 시프트 마스크(M1)은, 도 2(j)에 도시한 바와 같이, 노광 영역의 외측에 해당되는 주변부에 맞춤용 정렬 마크를 포함하고, 이 정렬 마크가 차광층(13a)로 형성되어 있다. 또한 여기에서는 정렬 마크용으로 차광층이 형성되어 있지만, 차광층이 없이, 위상 시프트층으로 이루어진 반투과막이라도 정렬 마크로서의 기능을 갖는 것이 가능하다.
먼저, 도 2(a)에 도시한 바와 같이, 유리 기판(S) 상에 Cr을 주성분으로 하는 차광층(13)을 형성한다. 다음으로, 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 차광층(13) 상에 포토 레지스트(photoresist)층(14)을 형성한다. 포토 레지스트층(14)는 포지티브(positive) 형으로 할 수도 있고 네거티브(negative) 형으로 할 수도 있다. 계속해서, 도 2(c)에 도시한 바와 같이, 포토 레지스트층(14)을 노광 및 현상함으로써, 차광층(13) 상에 레지스트 패턴(14a)가 형성된다. 레지스트 패턴(14a)는, 차광층(13)의 에칭 마스크로서 기능해, 차광층(13)의 에칭 패턴에 따라 적절한 형상이 정해진다. 도 2(c)는 유리 기판(S)의 주변의 소정 범위 내에 걸쳐 차광층을 잔존시킬 수 있도록, 레지스트 패턴(14a)를 형성한 예를 나타낸다. 포토 레지스트층(14)로는, 액상 레지스트가 사용된다.
계속해서, 도 2(d)에 도시한 바와 같이, 이 레지스트 패턴(14a) 너머로 제 1 에칭액을 사용하여 차광층(13)을 습식 에칭한다. 제 1 에칭액으로는, 질산 세륨 제 2 암모늄을 포함한 에칭액을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 질산이나 과염소산 등의 산을 함유하는 질산 세륨 제 2 암모늄을 사용하는 것이 바람직하다.
이로 인해, 유리 기판(S) 상에 소정 형상으로 패터닝된 차광층(13a)가 형성된다. 차광층(13a)의 패터닝 후, 도 2(e)에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴(14a)는 제거된다. 레지스트 패턴(14a)의 제거에는, 예를 들어, 수산화 나트륨 수용액을 사용할 수 있다.
다음으로, 위상 시프트층(11)를 형성한다. 위상 시프트층(11)은, 도 2(f)에 도시한 바와 같이, 유리 기판(S) 상에 차광층(13a)를 피복하도록 형성된다.
위상 시프트층(11)로는, 균일 영역(B1a), 다단 영역(B1b)에서 두께(Th)의 단부(B1bh), 두께(Ti)의 단부(B1bi)를 형성 가능한 것으로, 각 층의 에칭 속도가 다른 복수의 층이 적층된다.
위상 시프트층(11)은, 예를 들어, 산화 질화 탄화 크롬계 재료로 이루어지며, DC 스퍼터링법으로 성막된다. 이 경우, 공정 가스로서 불활성 가스, 질화성 가스, 및 산화성 가스의 혼합 가스, 또는 질화성 가스와 산화성 가스의 혼합 가스를 사용할 수 있다. 성막 압력은, 예를 들어, 0.1Pa ~ 0.5Pa로 할 수 있다. 불활성 가스로는, 할로겐, 특히 아르곤을 적용할 수 있다.
산화성 가스로는, CO, CO2, NO, N2O, NO2, O2등을 사용할 수 있다. 질화성 가스로는, NO, N2O, NO2, N2등을 사용할 수 있다. 불활성 가스로는, Ar, He 또는 Xe 등을 사용할 수 있다. 일반적으로는, 불활성 가스로서, Ar이 사용된다. 또한, 상기 혼합 가스에 CH4등의 탄화성 가스가 더 포함될 수도 있다.
위상 시프트층(11)은, 상세하게는, 에칭 속도가 다른 층을 적층하여 다층으로 형성되어 있으며, 후술하는 바와 같이, 에칭에 의한 측면 경사 형성을 제어하여 다단 영역(B1b)를 형성할 수 있도록 성막된다. 따라서, 혼합 가스 중의 질화성 가스 및 산화성 가스의 유량(농도)을 중요한 파라미터로 하여, 위상 시프트층(11)의 에칭 속도, 및 광학적 성질(투과율, 굴절률 등)을 결정한다. 성막 시에 가스 조건을 조정함으로써, 위상 시프트층(11)에서 각 층의 에칭 속도를 최적화할 수 있다. 여기서, 산화성 가스로는, 이산화탄소를 들 수 있다.
위상 시프트층(11)은, 후술하는 바와 같이, 균일 영역(B1a), 단부(B1bh), 및 단부(B1bi)에 대응하여 적어도 3층 또는 5층, 또는 그 이상의 다층으로 적층할 수 있다.
위상 시프트층(11)의 균일 영역(B1a)에서 두께(T11)은, 단부 영역(B1)에 있어서, 300 nm 이상 500 nm 이하의 파장 영역에 있는 g선, h선, 및 i선에 대해 180˚의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 두께가 된다. 180˚의 위상차가 부여된 광은, 위상이 반전하는 것으로, 위상 시프트층(11)을 투과하지 않는 광과의 사이의 간섭 작용에 의해, 그 광의 강도가 상쇄된다. 이러한 위상 시프트 효과에 의해 광강도가 최소(예를 들어, 제로)가 되는 영역이 형성되기 때문에 노광 패턴이 선명해져, 미세 패턴을 고정밀하게 형성하는 것이 가능해진다. 위상 시프트층(11)은, 후술하는 바와 같이, 두께(Tg)의 균일 영역(B1a), 두께(Th)의 단부(B1bh), 및 두께(Ti)의 단부(B1bi)에 대응하여, 각 층의 두께를 설정할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 상기 파장 영역의 광은, i선(파장 365 nm), h선(파장 405 nm), 및 g선(파장 436 nm)의 복합광(다색광)이며, 목적으로 하는 파장의 광에 대해 180˚의 위상차를 부여할 수 있는 두께로 위상 시프트층(11)이 형성된다. 상기 목적으로 하는 파장의 광은 i선, h선 및 g선 중 어느 하나일 수 있고, 이들 이외의 파장 영역의 광일 수도 있다. 위상을 반전해야 하는 광이 단파장일수록 미세한 패턴을 형성할 수 있다.
위상 시프트층(11)의 두께는, 투명 기판(S)의 면내에 있어서 노광 영역 내에서 경계 부분(B1) 이외에서는 적어도 균일한 것이 바람직하다.
위상 시프트층(11)의 반사율은, 예를 들어, 40% 이하로 한다. 이를 통해, 해당 위상 시프트 마스크를 사용한 피처리 기판(플랫 패널 기판 또는 반도체 기판)의 패터닝 시에 고스트 패턴(ghost pattern)을 형성하기 어렵게 하고 양호한 패턴 정밀도를 확보할 수 있다.
위상 시프트 층(11)의 투과율 및 반사율은, 성막 시의 가스 조건에 따라 임의로 조정할 수 있다. 상술한 혼합 가스 조건에 의하면, i선에 관해 1% 이상 20% 이하의 투과율, 및 40% 이하의 반사율을 얻을 수 있다. 투과율은 0.5% 이상일 수도 있다.
게다가, 다단으로 성막되는 위상 시프트층(11)의 성막 조건으로 각 단을 성막할 때 각각의 성막 분위기 가스 중의 산화성 가스의 유량비를 설정함으로써, 균일 영역(B1a) 단부 및 다단 영역(B1b)의 형상을 설정한다.
위상 시프트층(11)의 각 단의 성막 시에 산화성 가스의 유량을 각각 조절함으로써, 위상 시프트층(11)의 각 단에 있어서 에칭 상태를 각각 제어하여 균일 영역(B1a), 단부(B1bh), 단부(B1bi)를 갖도록 다단 영역(B1b)의 형상을 설정한다.
다단으로 성막되는 위상 시프트층(11)의 각 단을 성막할 때, 각각의 성막 분위기로서의 성막 가스가, 불활성 가스와 질화성 가스 및 산화성 가스, 또는 질화성 가스와 산화성 가스를 포함하고, 총 가스 유량에 대해 산화성 가스의 유량비가 3.68 ~ 24.89%의 범위에서 선택되는 것과 동시에, 산화성 가스의 유량비를 줄임으로써, 위상 시프트 패턴(11a)의 균일 영역(B1a), 단부(B1bh), 및 단부(B1bi)의 측면의 경사를 크게 함과 함께, 산화성 가스의 유량비를 늘림으로써, 단부(B1bh)와 단부(B1bi)의 측면의 경사를 작게 한다. 이와 같이 층마다 산화성 가스를 변화시킴으로써 경사 영역을 설정할 수 있다.
산화성 가스의 유량비에 의해, 후술하는 바와 같이, 균일 영역(B1a), 단부(B1bh), 및 단부(B1bi)의 측면의 경사 상태를 에칭 시 조절 가능하며, 균일 영역(B1a), 단부(B1bh), 및 단부(B1bi)에 대응하는 다층막의 적층 두께를 제어하고, g선(436nm), h선(405nm), i선(365nm)을 포함한 복합 파장을 노광 빛으로 이용했을 때, 위상의 반전 작용에 의해 광강도가 최소가 되도록 패턴 윤곽을 형성하여, 노광 패턴을 보다 선명히 하는 균일 영역(B1a), 단부(B1bh), 및 단부(B1bi)의 폭 치수 및 두께 치수가 되도록 경계 부분(B1)의 균일 영역(B1a) 및 다단 영역(B1b)의 형상을 설정 가능하게 할 수 있다.
예를 들어, 성막 압력은 0.4Pa로 하고, 스퍼터 성막 시의 혼합 가스의 유량비를 Ar : N2 : CO2 = 71 : 120 : 7.3 내지 71 : 120 : 63.3으로 제어 할 수 있다. 이에 따라, 상기 경사 영역의 막 두께가 상기 파장 범위의 복합 파장의 광에 대해 광강도가 제로가 되는 두께에 대응하는 복수점을 갖도록 막 두께의 감소 정도를 제어하여, 상기 파장 범위의 복합 파장을 동시에 노광에 사용할 수 있다.
계속해서, 도 2(g)에 도시한 바와 같이, 위상 시프트층(11) 상에 포토 레지스트층(14)가 형성된다. 다음으로, 도 2(h)에 도시한 바와 같이, 포토 레지스트층(14)를 노광 및 현상함으로써 위상 시프트층(11) 상에 레지스트 패턴(14a)가 형성된다. 레지스트 패턴(14a)는 위상 시프트층(11)의 에칭 마스크로서 기능하고, 위상 시프트층(11)의 에칭 패턴에 따라 적절한 형상이 정해진다.
이어서, 위상 시프트층(11)이 소정의 패턴 형상으로 에칭된다. 이로 인해, 도 2 (i)에 도시한 바와 같이, 유리 기판(S) 상에 소정 형상으로 패터닝 된 위상 시프트 패턴(11a) 및 유리 기판(S)의 노출된 부분(C)가 형성된다.
위상 시프트층(11)의 에칭에 의한 다단 영역(B1b)을 갖는 위상 시프트 패턴(11a) 형성을 보다 상세하게 설명한다.
구체적으로는, 도 3(a)에 도시한 바와 같이, 다층막으로 된 위상 시프트층(11) 상에 포토 레지스트층(14)가 형성된다. 위상 시프트층(11)은, 단부(B1bi)에 대응하는 하층(11d), 단부(B1bh)에 대응하는 중층(11c), 균일 영역(B1a)에 대응하는 상층(11b)가 기판(S) 측으로부터 적층되어 있다.
하층(11d)는 단부(B1bi)에 대응하도록, 두께(Ti)를 가짐과 동시에, 이 3층 중에서는 가장 작은 에칭 속도를 가진다.
중층(11c)는 단부(B1bh)에 대응하도록, 두께(Th-Ti)을 가짐과 동시에, 하층(11d)보다 큰 에칭 속도를 가진다. 또한, 상층(11b)는, 두께(Tg-Th)를 가짐과 동시에, 중층(11c)보다 큰 에칭 속도를 가진다.
하층(11d), 중층(11c), 상층(11b)의 에칭 속도는, 측면의 경사 형상, 및 단차의 폭 치수(B1bh) 및 폭 치수(B1bi)의 크기에 대응하여 설정한다.
도 3(b)에 도시한 바와 같이, 포토 레지스트층(14)를 노광 및 현상함으로써 레지스트 패턴(14a)가 형성된다.
그 다음으로, 레지스트 패턴(14a)로서 포토 레지스트층(14)가 제거된 부분의 위상 시프트층(11)이 에칭액에 노출되면 이 부분의 상층(11b)가 에칭되어 도 3 (c)에 도시한 바와 같이, 평면으로 볼 때 레지스트 패턴(14a)에 따른 평면 윤곽 형상으로서 11b1, 11c1, 11d1이 동시에 형성된다.
여기에서, 상층(11b), 중층(11c), 하층(11d)의 에칭 속도가, 이 순서로 작아지도록 설정함으로써, 위상 시프트층(11)이 에칭될 때, 각각의 에칭 속도의 차이에 의해 단차가 형성되어 도 3(c)와 같이 상층(11b1), 중층(11c1), 하층(11d1)으로 이루어진 형상을 얻는 것이 가능해진다.
위상 시프트층(11a)의 패터닝 후, 도 3(d), 도 2(j)에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴(14a)는 제거된다. 레지스트 패턴(14a)의 제거에는, 예를 들어, 수산화 나트륨 수용액을 사용할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 위상 시프트층(11)을 형성하는 공정에서, 산화성 가스의 유량비에 의해 경계 부분(B1)에서 다단 영역(B1b)의 두께가 일정 값(T11)로부터 다단으로 감소하는 거리(B1bh)와 거리(B1bi)를 제어 가능으로 함으로써, 위상 시프트 패턴(11a)의 윤곽이 소정의 폭 치수를 갖는 다단 형상이 되도록 형성할 수 있으므로, i선, h선, g선의 복합 파장의 광에 대해 광강도가 제로가 되는 두께에 대응하는 균일 영역(B1a), 단부(B1bh), 및 단부(B1bi)을 포함하는 경계 부분(B1)을 형성할 수 있다. 즉 위상 시프트 패턴(11a)의 선폭, 즉 마스크의 선폭을 보다 정확하게 설정할 수 있다. 이를 통해, 보다 고정밀화한 습식 처리에 의한 마스크 제조가 가능해진다.
이하, 본 실시 형태에 관련한 위상 시프트 마스크(M1)을 이용한 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법에 대해 설명한다.
우선, 절연층 및 배선층이 형성된 유리 기판의 표면에, 포토 레지스트층을 형성한다. 포토 레지스트층의 형성에는, 예를 들어, 스핀 코터가 사용된다. 포토 레지스트층은 가열(베이킹) 처리가 가해진 후, 위상 시프트 마스크(M1)을 사용한 노광 처리가 실시된다. 노광 공정에서는, 포토 레지스트층에 근접하게 위상 시프트 마스크(M1)이 배치된다. 그리고, 위상 시프트 마스크(M1)을 통해 300 nm 이상 500 nm 이하의 g선(436nm), h선(405nm), i선(365nm)을 포함한 복합 파장을 유리 기판의 표면에 조사한다. 본 실시 형태에서는, 상기 복합 파장의 광에 g선, h선 및 i선의 복합광이 이용된다.
이에 의해, 위상 시프트 마스크(M1)의 마스크 패턴에 대응한 노광 패턴이 포토 레지스트층에 전사된다.
본 실시 형태에 따르면, 위상 시프트 마스크(M1)은, 300 nm 이상 500 nm 이하의 파장 영역의 복합광에 대해 180˚의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 위상 시프트 층(11a)를 포함한다. 따라서, 상기 제조 방법에 의하면, 상기 파장 영역의 광을 이용함으로써 위상 시프트 효과에 근거한 패턴 정밀도의 향상을 도모할 수 있으며, 또한 초점 심도를 깊게 할 수 있어, 광 간섭을 강하게 함으로써 광강도가 0 또는 0에 가까운 영역을 얻는 것이 가능하기 때문에, 미세하고 고정밀한 패턴 형성이 가능해진다. 이를 통해, 고화질의 플랫 패널 디스플레이를 제조할 수 있다.
본 발명자들의 실험에 의하면, 해당 위상 시프트 패턴(11a)를 가지지 않는 마스크를 사용하여 노광했을 경우에는, 목표로 하는 선폭(2 ± 0.5㎛)에 대해 30% 이상의 패턴 폭의 차이가 발생했지만, 본 실시 형태의 위상 시프트 마스크(M1)을 사용하여 노광한 경우, 7% 정도의 차이로 억제된 것으로 확인되었다. 또한, 노광 에너지 효율을 15% 향상시킬 수 있었다.
다음으로, 본 실시 형태의 위상 시프트층(11)으로서 에칭에 의한 다단 영역(B1b)를 갖는 위상 시프트 패턴(11a) 형성의 다른 예를 보다 상세하게 설명한다.
이 예가 상술한 예와 다른 점은, 위상 시프트층(11)이 보다 많은 5 층으로 되어 있는 점이다.
구체적으로는, 도 4(a)에 도시한 바와 같이, 위상 시프트층(11)으로서, 하층(11i), 하경층(11h), 중층(11g), 중경층(11f), 상층(11e)가 기판(S) 측으로부터 적층되어 있다. 그리고, 이 다층막으로 된 위상 시프트층(11) 상에 포토 레지스트층(14)가 형성된다.
이 예에서는, 하층(11i) 및 하경층(11h)가 단부(B1bi)에 대응하고, 중층(11g) 및 중경층(11f)가 단부(B1bh)에 대응하며, 상층(11e)가 균일 영역(B1a)에 대응하고 있다.
즉, 하층(11i) 및 하경층(11h)가 두께(Ti)를 가지고, 중층(11g) 및 중경층(11f)가 두께(Th-Ti)를 가지며, 상층(11e)가 두께(Tg-Th)를 가진다.
또한, 하경층(11h) 및 중경층(11f)가 다른 3층에 대해 가장 작은 에칭 속도를 가진다.
하경층(11h) 및 중경층(11f)는, 후술하는 바와 같이, 에칭 속도를 변경하는 두께를 가지고 있을 수 있고, 가능한 한 얇게 하는 것이 바람직하다.
하층(11i)는, 이 하층(11i), 중층(11g), 상층(11e) 중에서는 가장 작은 에칭 속도를 가진다.
중층(11g)는, 하층(11i)보다 큰 에칭 속도를 가진다. 또한, 상층(11e)는 중층(11g)보다 작은 에칭 속도를 가진다.
하층(11i), 중층(11g), 상층(11e)의 에칭 속도는, 측면의 경사 형상, 및 단차의 폭 치수(B1bh) 및 폭 치수(B1bi)의 크기에 대응하여 그 비를 설정한다.
도 4(b)에 도시한 바와 같이, 포토 레지스트층(14)를 노광 및 현상함으로써, 레지스트 패턴(14a)가 형성된다.
그 다음으로, 레지스트 패턴(14a)로서 포토 레지스트층(14)가 제거된 부분의 위상 시프트층(11)이 에칭액에 노출됨으로써, 11e, 11f, 11g, 11h, 11i가 동시에 에칭되고, 각각의 층의 에칭 속도 차이로 인해 도4(c)에 도시한 바와 같은 형상이 얻어진다.
여기에서, 상층(11e), 중층(11g), 하층(11i)의 에칭 속도에 비해, 중경층(11f), 하경층(11h)의 에칭 속도가 작기 때문에, 이들이 에칭 속도 변경 층으로서 작동한다. 따라서, 상층(11e)보다 아래쪽에 위치하는 층의 에칭을 행했을 때 중경층(11f)의 위쪽에 위치하는 상층(11e)를 측방으로부터 에칭하여, 중경층(11f)에 비해 균일 영역(B1a) 내측으로 움푹 들어간 단차(B1bh)를 형성할 수 있다. 또한, 중층(11g)보다 아래쪽에 위치하는 층의 에칭을 행했을 때 하경층(11h)의 위쪽에 위치한 중층(11g)를 측방으로부터 에칭하여, 하경층(11h)에 비해 균일 영역(B1a) 내측으로 움푹 들어간 단차(B1bi)를 형성할 수 있다.
위상 시프트층(11a)의 패터닝 후, 도 4(d), 레지스트 패턴(14a)는 제거된다. 레지스트 패턴(14a)의 제거에는, 예를 들어, 수산화 나트륨 수용액을 사용할 수 있다.
이 예에 따르면, 상층(11e), 중층(11g), 하층(11i)의 에칭 속도가, 이 순서로 크게 설정함으로써, 중층(11g)가 에칭될 때, 상층(11e)도 에칭되고, 또한, 하층(11i)가 에칭될 때, 상층(11f) 및 중층(11g)도 에칭되어, 도 4(d)에 도시한 바와 같이, 단부(B1bh)와 단부(B1bi)가 형성된다.
본 실시 형태에 있어서는, 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 위상 시프트층(11) 형성 시에 산화성 가스의 유량비 설정에 의해 에칭 속도를 제어함으로써, 다단 영역(B1b)에서의 측면이 거의 수직, 즉 측면이 경사지지 않도록 형성할 수 있다. 이 경우, h선, i선에 대응한 두께가 되는 단부(B1bh), 단부(B1bi)를 보다 좁은 범위에 위치시키는 것이 가능해지므로, 노광 패턴 형상의 정확성을 더욱 향상시킬 수 있다.
<제 2 실시 형태>
이하에서는, 본 발명에 관련된 위상 시프트 마스크의 제조 방법의 제 2 실시 형태에 대해, 도면에 근거하여 설명한다.
도 5는 본 실시 형태에 관련된 위상 시프트 마스크를 도시한 모식 단면도이고, 도 6은 본 실시 형태에 관련된 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 모식적으로 도시한 공정도이며, 도면에 있어서, M2는 위상 시프트 마스크이다. 또한, 도 5, 도 6에 있어서, 도 1 내지 도 4에 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 위상 시프트 마스크(M2)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 유리 기판(투명 기판, S) 표면에 설치된 180˚의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 위상 시프트 패턴(11a)가 아래쪽에 위치하고, 그 위쪽에 에칭 스토퍼 패턴(12b)를 개입시켜 차광 패턴(13b)가 위치하는 이른바 하부 배치형의 위상 시프트 마스크이다.
위상 시프트 마스크(M2)는, 도 5 및 도 6(g)에 도시한 바와 같이, 노광 패턴 형성된 노광 영역에서 평면으로 볼 때 유리 기판(S)의 노출 부분(C)와 위상 시프트 패턴(11a)의 경계 부분(B1), 및 위상 시프트 패턴(11a)의 위쪽에 에칭 스토퍼 패턴(12b)를 개입시켜 차광 패턴(13b)가 형성된 차광 영역(B2)를 포함한다. 차광 영역(B2)에 있어서, 위상 시프트 패턴(11a)의 두께가 일정 값(Tg)로 되는 것과 동시에, 평면으로 볼 때, 이 노광 패턴이 되는 차광 영역(B2)를 둘러싸도록, 위상 시프트 패턴(11a)만 성막되어 있는 경계 부분(B1)이 위치하고 있다. 경계 부분(B1)에는, 차광 영역(B2) 측에 균일 두께 영역(B1a)가 위치하고, 유리 기판(S)의 노출 부분(C) 측에 다단 영역(B1b)이 위치하고 있다.
본 발명의 위상 시프트 마스크 블랭크(MB)는, 도 6(a)에 도시한 바와 같이, 유리 기판(S) 상에, DC 스퍼터링법을 이용하여 Cr을 주성분으로 하는 위상 시프트층(11), Ni를 주성분으로 하는 에칭 스토퍼층(12) 및 Cr을 주성분으로 하는 차광층(13)을 차례로 성막하여 제조된다. 이러한 각 층은 유리 기판(S) 면내 방향에서 균일한 두께로 성막된다.
이 위상 시프트 마스크 블랭크(MB)의 각 상의 성막 시에 있어서, 위상 시프트층(11)의 성막 시의 성막 조건은, 상술한 실시 형태에서의 성막 조건으로 하며, 성막 시의 막 두께를 설정하고, 및 분위기 가스에 있어 산화성 가스의 유량비를 설정함으로써, 후속 공정인 에칭 시에 다단 영역(B1b)의 다단 형상을 제어 가능하게 된다.
이하, 상기 위상 시프트 마스크 블랭크(MB)로부터 위상 시프트 마스크(M2)를 제조하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 대해 설명한다.
다음으로, 도 6(b)에 도시한 바와 같이, 위상 시프트 마스크 블랭크(MB)의 최상층인 차광층(13) 상에 포토 레지스트층(14)가 형성된다. 포토 레지스트층(14)는 포지티브 형으로 할 수 있고 네거티브 형으로 할 수도 있다. 포토 레지스트층(14)로는, 액상 레지스트가 사용된다.
계속해서, 도 6(c)에 도시한 바와 같이, 포토 레지스트층(14)를 노광 및 현상함으로써, 차광층(13) 상에 레지스트 패턴(14a)가 형성된다. 레지스트 패턴(14a)는, 차광층(13)의 에칭 마스크로서 기능하여 차광층(13)의 에칭 패턴에 따라 적절한 형상이 정해진다. 일례로서 위상 시프트 영역(PS)에 있어서는, 형성하는 위상 시프트 패턴의 개구 폭 치수에 대응하는 개구 폭을 갖는 형상으로 설정된다.
다음으로, 도 6(d)에 도시한 바와 같이, 이 레지스트 패턴(14a) 너머로 제 1 에칭액을 사용하여 차광층(13)을 습식 에칭한다. 제 1 에칭액으로는, 질산 세륨 제 2 암모늄을 포함한 에칭액을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 질산이나 과염소산 등의 산을 함유하는 질산 세륨 제 2 암모늄을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 에칭 스토퍼층(12)는 제 1 에칭액에 대해 높은 내성을 갖기 때문에, 차광층(13)만 패터닝 되어 차광 패턴(13a)가 형성된다. 차광 패턴(13a)는 레지스트 패턴(14a)에 대응하는 개구 폭을 갖는 형상으로 된다.
그 다음, 도 6(e)에 도시한 바와 같이, 상기 레지스트 패턴(14a) 너머로 제 2 에칭액을 사용하여 에칭 스토퍼층(12)을 습식 에칭한다. 제 2 에칭액으로는, 질산에 초산, 과염소산, 과산화수소 및 염산으로부터 선택한 적어도 1종을 첨가한 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 여기서, 차광층(13) 및 위상 시프트층(11)은 제 2 에칭액에 대해 높은 내성을 갖기 때문에, 에칭 스토퍼층(12)만 패터닝 되어 에칭 스토퍼 패턴(12a)가 형성된다. 에칭 스토퍼 패턴(12a)는, 차광 패턴(13a), 및 레지스트 패턴(14a)의 개구 폭 치수에 대응하는 개구 폭을 갖는 형상으로 된다.
다음으로, 도 6(f)에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴(14a) 너머로 즉, 레지스트 패턴(14a)를 제거하지 않은 상태에서 제 1 에칭액을 사용하여 위상 시프트층(11)을 습식 에칭한다. 여기서, 차광 패턴(13a)는 위상 시프트층(11)과 같은 Cr계 재료로 구성되어 차광 패턴(13a)의 측면은 노출되어 있기 때문에, 위상 시프트층(11)이 패터닝 되어 위상 시프트 패턴(11a)가 형성된다. 동시에, 유리 기판(S)가 노출된 부분(C)가 형성된다.
이때, 도 3 또는 도 4에 도시한 바와 같이, 에칭 속도가 다른 다층으로 형성된 위상 시프트층(11)이 에칭되는 것이고, 도 5에서 상세히 도시한 바와 같이, 단부(B1bh), 단부(B1bi)를 갖는 다단 영역(B1b)가 형성된 위상 시프트 패턴(11a)가 된다. 동시에 차광 패턴(13a)도, 더욱 사이드 에칭 되어, 위상 시프트 패턴(11a)의 개구 폭 치수보다 큰 개구 폭을 갖는 차광 영역(B2)를 포함하는 차광 패턴(13b)가 형성된다.
이어서, 제 2 에칭액을 사용하여 차광 패턴(13b) 측면에서 노출된 에칭 스토퍼층(12a)를 습식 에칭하여, 차광 패턴(13b)의 개구 폭 치수에 대응하는 개구 폭을 갖는 에칭 스토퍼 패턴(12b)로 하고, 레지스트 패턴(14a)를 제거한다. 레지스트 패턴(14a)의 제거에는, 공지의 레지스트 박리액을 사용할 수 있기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
이상에 의해, 도 6(g)에 도시한 바와 같이, 차광 영역(B2)를 둘러싸도록 위상 시프트 패턴(11a)만으로 된 경계 부분(B1)이 형성되고, 경계 부분(B1)에는, 유리 기판(S)의 노출 부분(C) 측에 위치하고 있는 다단 영역(B1b)와 차광 영역(B2) 측에 위치하고 있는 균일 두께 영역(B1a)이 형성된, 위상 시프트 패턴(11a)의 개구 폭보다 차광 패턴(13b) (및 에칭 스토퍼 패턴(12b))의 개구 폭이 넓은 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크(M2)를 얻을 수 있다.
도 6에 있어서는, 위상 시프트 패턴(11a)의 측면이 수직으로 형성되어 있는 것처럼 도시하지만, 실제로는, 도 5에 도시한 바와 같이, 단부(B1bh) 및 단부(B1bi)가 형성되어 있다. 또한, 도 6에 있어서는, 차광 패턴(13b)의 측면이 수직으로 형성되어 있는 것처럼 도시하지만, 실제로는, 도 5에 도시한 바와 같이, 경사면(13s)가 형성되어 있다.
본 실시 형태에 의하면, 투명 기판(S) 상에, 위상 시프트층(11), 에칭 스토퍼층(12) 및 차광층(13)을 이 순서로 적층하여 위상 시프트 마스크 블랭크(MB)를 구성할 때, 위상 시프트층(11)의 형성 시에 있어 산화성 가스의 유량비의 설정에 의해 에칭 속도를 제어함으로써, 다단 영역(B1b)을 갖는 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크(M2)를 제조할 수 있다. 따라서, 고정밀한 시인성이 높은 위상 시프트 마스크(M)을 제조할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 투명 기판(S) 상에, 위상 시프트 패턴(11a), 에칭 스토퍼 패턴(12b), 및 차광 패턴(13b)를 이 순서로 적층한 위상 시프트 마스크(M2)에 있어서, 위상 시프트 패턴(11a)만 적층된 경계 부분(B1)을 형성하고, 상기 단층의 위상 시프트 마스크(M1)과 마찬가지로 위상 시프트층(11)의 형성 시 산화성 가스 유량비를 설정함으로써, 다단 영역(B1b)을 포함하는 경계 부분(B1)의 두께 설정을 소망하는 상태가 되도록 다단으로 형성하는 것에 의해, 복합 파장에서도 각 파장에 대응한 단부(B1bh), 단부(B1bi)를 차광 영역(B2) 형상(패턴 윤곽)에 따른 소정의 범위에 위치시켜 고정밀 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크(M2)를 제조할 수 있다.
또한, 위상 시프트층(11)은, Cr의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 탄화 질화물 및 산화 탄화 질화물에서 선택되는 어느 1종으로 구성되어 위상 시프트 효과가 충분히 발휘되는 막 두께를 소정 폭으로 갖는 다단 영역(B1b)을 포함한다. 이러한 위상 시프트 효과가 충분히 발휘되는 두께를 갖기 위해서는, 에칭 시간이 차광층(13)의 에칭 시간에 대해 1배가 넘게 길어져 버리지만, 각 층간의 부착 강도가 충분히 높기 때문에 라인 러프니스가 거의 직선이며, 한편, 복합 파장인 빛에 대하여 광학적으로는, 패턴 단면이 수직에 대응한 단부(B1bh), 단부(B1bi)을 갖는 다단 영역(B1b)(경계 부분(B1))이 된다. 이로 인해, 포토 마스크로서 양호한 패턴 형성을 실시하는 것이 가능해진다.
또한, 에칭 스토퍼층(12)으로서 Ni을 포함하는 막을 사용함으로써, Cr을 포함하는 차광층(13) 및 Cr을 포함하는 위상 시프트층(11)의 부착 강도를 충분히 높일 수 있다.
이를 통해, 습식 에칭액에서 차광층(13), 에칭 스토퍼층(12) 및 위상 시프트층(11)을 에칭할 때, 차광층(13)과 에칭 스토퍼층(12)의 계면 및 에칭 스토퍼층(12)과 위상 시프트층(11)의 계면에서 에칭액이 깊이 스며들지 않기 때문에, 형성되는 차광 패턴(13b), 위상 시프트 패턴(11a)의 CD 정밀도를 높일 수 있으며, 또한, 막의 단면 형상을, 포토 마스크에 있어 양호한 위상 시프트 효과를 나타내는 단부(B1bh), 단부(B1bi)을 갖는 다단 영역(B1b)(경계 부분(B1)) 형상으로 할 수 있다.
게다가, 차광 패턴(13a)의 에칭 속도는, 차광층(13)의 조성이나 에칭 스토퍼층(12)과 차광층(13)의 계면 상태의 영향을 받는다. 예를 들어 차광층(13)을, 크롬을 주성분으로 한 층과 산화 크롬을 주성분으로 한 층의 2 층의 막으로 구성한 경우, 크롬을 주성분으로 한 층의 크롬 성분의 비율을 높게 하면 에칭 속도를 높일 수 있는 반면, 크롬 성분의 비율을 낮추면 에칭 속도를 낮출 수 있다. 차광 패턴(13a)의 에칭량으로는, 예를 들어 200 nm ~ 1000 nm의 범위 내에서 설정할 수 있다.
동시에, 위상 시프트층(11)의 형성 시에 산화성 가스의 유량비의 설정에 의해 에칭 스토퍼층(12)과 차광층(13), 에칭 스토퍼층(12)과 위상 시프트층(11)의 각각의 계면에서의, 차광층(13)과 위상 시프트층(11)의 에칭 속도를 바람직한 범위로 설정할 수 있다. 따라서, 차광층(13)과 에칭 스토퍼층(12)의 계면 및 에칭 스토퍼층(12)과 위상 시프트층(11)의 계면 부근에서의 에칭량을 제어하여, 형성되는 차광 패턴(13b), 위상 시프트 패턴(11a)의 CD 정밀도를 높일 수 있으며, 또한 막의 단면 형상을 포토 마스크에 있어 양호한 다단 영역(B1b)을 갖는 형상으로 할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 위상 시프트 마스크(M1)은, 300 nm 이상 500 nm 이하의 파장 영역 중 하나의 광에 대해 180˚의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 단부(B1bh), 단부(B1bi)를 갖는 다단 영역(B1b)가 형성된 위상 시프트 패턴(11a)을 포함한다. 따라서, 상기 제조 방법에 의하면, 상기 파장 영역의 광을 이용함으로써, 위상 시프트 효과에 근거하는 패턴 정밀도의 향상을 도모할 수 있으며, 더욱이 초점 심도를 깊게 할 수 있어, 미세하고 고정밀한 패턴 형성이 가능해진다. 이를 통해, 고화질의 플랫 패널 디스플레이를 제조 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 차광층(13)을 유리 기판(S)의 전면에 성막한 후, 필요 부위를 에칭함으로써 패턴화된 차광층(차광 패턴, 13)을 형성했지만, 이 대신에 차광층(13)의 형성 영역이 개구된 레지스트 패턴을 형성한 후, 차광층(13)을 형성할 수도 있다. 차광층(13)의 형성 후, 상기 레지스트 패턴을 제거함으로써, 필요한 영역에 차광층(13)을 형성하는 것이 가능해진다(리프트 오프법).
본 발명의 위상 시프트 마스크에 있어서는, 투명 기판, 상기 투명 기판의 표면에 형성된, Cr을 주성분으로 하는 위상 시프트층, 상기 투명 기판으로부터 이간된 측의 상기 위상 시프트층 표면에 형성된, Ni, Co, Fe, Ti, Si, Al, Nb, Mo, W 및 Hf에서 선택된 적어도 1종의 금속을 주성분으로 하는 에칭 스토퍼층, 상기 위상 시프트층에서 이간된 측의 상기 에칭 스토퍼층 상에 형성된, Cr을 주성분으로 하는 차광층을 포함하여, 평면으로 볼 때 상기 위상 시프트층에 형성된 위상 시프트 패턴의 선폭보다 상기 차광층에 형성된 차광 패턴의 선폭이 좁게 설정되는 위상 시프트 마스크를 제조하는 방법이며, 상기 투명 기판에, 상기 위상 시프트층, 상기 에칭 스토퍼층, 및 상기 차광층을 형성하는 공정, 상기 차광층 상에 소정의 개구 패턴을 갖는 마스크를 형성하는 공정, 이 형성된 마스크 너머로 상기 차광층과 상기 에칭 스토퍼층을 순차적으로 에칭하여 차광 패턴과 에칭 스토퍼 패턴을 형성하는 공정, 상기 마스크 너머로 위 위상 시프트층을 습식 에칭하여 다단 영역(B1b)을 갖는 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정, 및 상기 에칭 스토퍼층을 더욱 에칭하는 공정을 포함하며, 상기 위상 시프트층의 에칭 속도의 상기 투명 기판 측과 상기 에칭 스토퍼층 측의 비를 설정하고, 에칭 처리 시간을 제어함으로써, 상기 위상 시프트층의 두께 치수에 대한 평면에서 볼 때 측면의 폭 치수의 비율을 소정의 범위로 설정할 수 있다.
<제 3 실시 형태>
이하에서는 본 발명에 관련된 위상 시프트 마스크의 제조 방법의 제 3 실시 형태에 대해, 도면에 근거하여 설명한다.
도 7은 본 실시 형태에 관련된 위상 시프트 마스크를 도시한 모식 단면도이다. 도 8은 본 실시 형태에 관련된 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 모식적으로 도시한 공정도이고, 도면에서 M3는 위상 시프트 마스크이다. 또한, 도 7, 도 8에 있어서, 도 1 내지 도 6과 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 위상 시프트 마스크(M3)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 유리 기판(투명 기판, S) 표면에 설치된 180˚의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 위상 시프트 패턴(11a)가 위쪽에 위치하고, 그 아래 쪽에 차광 패턴(13a)가 위치하는 이른바 상부 배치형의 위상 시프트 마스크이다.
위상 시프트 마스크(M3)는, 도 7 및 도 8(l)에 도시한 바와 같이, 노광 패턴 형성된 노광 영역에서 평면으로 볼 때 유리 기판(S)의 노출 부분(C)와 위상 시프트 패턴(11a)의 경계 부분(B1), 및 위상 시프트 패턴(11a) 아래 쪽에 차광 패턴(13a)가 형성된 차광 영역(B3)를 포함한다. 차광 영역(B3)에 있어서, 위상 시프트 패턴(11a)의 두께가 일정 값(T11)로 됨과 동시에, 평면으로 볼 때, 이 노광 패턴이 되는 차광 영역(B3)를 둘러싸도록 위상 시프트 패턴(11a)만으로 된 경계 부분(B1)이 위치하고 있다. 경계 부분(B1)에서는, 차광 영역(B3) 측에 두께(Tg)가 되는 균일 영역(B1a)가 위치하고, 유리 기판(S)의 노출 부분(C) 측에 다단 영역(B1b)가 위치하고 있다.
본 실시 형태에 관련된 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 있어서는, 우선, 도 8(a)에 도시한 바와 같이, 유리 기판(S)에 차광층(13)이 형성된다.
그 다음, 도 8(b)에 도시한 바와 같이, 차광층(13) 상에 포토 레지스트층(14)가 형성된다. 계속해서, 도 8(c), (d)에 도시한 바와 같이, 포토 레지스트층(14)을 노광 및 현상함으로써 포토 레지스트층(14)의 영역(14p)를 제거하여 차광층(13) 상에 레지스트 패턴(14a)가 형성된다. 레지스트 패턴(14a)는, 차광층(13)의 에칭 마스크로서 기능하여 차광층(13)의 에칭 패턴에 대응해 적절한 형상이 정해진다.
계속해서, 도 8(e)에 도시한 바와 같이, 차광층(13)이 에칭에 의해 소정의 패턴 형상으로 패터닝 된다. 이로 인해, 유리 기판(S) 상에 소정 형상의 차광 패턴(13a)가 형성된다. 차광층(13)의 에칭 공정에 있어서는, 습식 에칭법 또는 드라이 에칭법이 적용 가능하며, 특히 기판(S)가 대형인 경우, 기판이 크기 때문에 비용 면에서 습식 에칭법이 채용된다. 차광층(13)의 에칭액은 적절하게 선택 가능하며, 차광층(13)이 크롬계 재료인 경우, 예를 들어, 질산 제 2 세륨 암모늄과 과염소산의 수용액을 사용할 수 있다. 이 에칭액은, 유리 기판과의 선택비가 높기 때문에, 차광층(13)의 패터닝 시에 유리 기판(S)를 보호할 수 있다. 한편, 차광층(13)이 금속 실리사이드계 재료로 구성된 경우, 에칭액으로는, 예를 들어, 불화 수소 암모늄을 사용할 수 있다.
차광층(13)의 패터닝 후, 도 8(f)에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴(14a)는 제거된다. 레지스트 패턴(14a)의 제거에는, 예를 들어, 수산화 나트륨 수용액을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 8(g)에 도시한 바와 같이, 위상 시프트층(11)이 형성된다. 위상 시프트층(11)은, 유리 기판(S)의 거의 전면에서 차광 패턴(13a)를 피복하도록 형성된다.
위상 시프트층(11)의 성막 방법으로는, 전자빔(EB) 증착법, 레이저 증착법, 원자층 증착(ALD)법, 이온 어시스트 스퍼터링법 등이 적용 가능하며, 특히 대형 기판의 경우에는, DC 스퍼터링법을 채용함으로써 막 두께 균일성이 뛰어난 성막이 가능하다. 또한, DC 스퍼터링법에 한정되지 않고, AC 스퍼터링법이나 RF 스퍼터링법이 적용될 수도 있다.
위상 시프트층(11)은, 크롬계 재료로 구성된다. 특히 본 실시 형태에서는, 위상 시프트층(11)은 예를 들어, 질화 산화 탄화 크롬으로 구성된다. 크롬계 재료에 의하면, 특히 대형 기판 상에 있어서 양호한 패턴닝성을 얻을 수 있다.
위상 시프트층(11)의 성막에 있어서는, 상술한 실시 형태에서의 성막 조건과 동일하게 하고, 산화성 가스(이산화탄소)의 분위기 가스 중의 유량비를 설정함으로써, 에칭 공정에서의 위상 시프트층(11)의 에칭 속도를 제어하여, 경사면(11s)의 경사 상태를 제어한다.
계속해서, 도 8(h)에 도시한 바와 같이, 위상 시프트층(11) 상에 포토 레지스트층(14)가 형성된다. 다음으로, 도 8(i), (j)에 도시한 바와 같이, 포토 레지스트층(14)를 노광 및 현상함으로써, 위상 시프트층(11) 상에 레지스트 패턴(14a)가 형성된다. 레지스트 패턴(14a)는, 위상 시프트층(11)의 에칭 마스크로서 기능하여 위상 시프트층(11)의 에칭 패턴에 대응해 적절한 형상이 정해진다.
이어서, 도 8(k)에 도시한 바와 같이, 위상 시프트층(11)이 소정의 패턴 형상으로 에칭된다. 이로 인해, 유리 기판(S)에 소정 형상의 위상 시프트 패턴(11a) 및 유리 기판(S)의 노출된 부분(C)가 형성된다. 위상 시프트층(11)의 에칭 공정은, 특히 기판(S)가 대형인 경우, 습식 에칭법이 처리의 면내 균일성 및 비용 면에서 채용된다. 위상 시프트층(11)의 에칭액은, 적절하게 선택 가능하며, 본 실시 형태에서는, 질산 제 2 세륨 암모늄과 과염소산의 수용액을 사용할 수 있다. 이 에칭액은 유리 기판과의 선택비가 높기 때문에 위상 시프트층(11)의 패터닝 시에 유리 기판(S)를 보호할 수 있다.
이때, 도 2 또는 도 3에 도시한 바와 같이, 에칭 속도가 다른 다층으로 형성된 위상 시프트층(11)이 에칭되는 것이고, 도 5에 상세히 도시한 바와 같이, 단부(B1bh), 단부(B1bi)을 갖는 다단 영역(B1b)가 형성된 위상 시프트 패턴(11a)가 된다.
위상 시프트 패턴(11a)의 형성 후, 레지스트 패턴(14a)는 제거되고, 도 8(l)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관련된 위상 시프트 마스크(M3)가 제조된다. 레지스트 패턴(14a)의 제거에는, 예를 들어, 수산화 나트륨 수용액을 사용할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 투명 기판(S) 상의 노광 영역에서 있어서, 차광 영역(B3)로서 차광 패턴(13a), 위상 시프트 패턴(11a)를 순서대로 적층한 위상 시프트 마스크(M3)는, 위상 시프트 패턴(11a)만 성막된 경계 부분(B1)을 형성하고, 상술한 위상 시프트 패턴만의 위상 시프트 마스크(M1)이나, 하부 배치형의 위상 시프트 마스크(M2)와 마찬가지로, 위상 시프트층(11)의 형성 시에 산화성 가스의 유량비를 설정함으로써, 다단 영역(B1b)을 포함한 경계 부분(B1)의 두께 및 다단 형상을 소망하는 상태가 되도록 제어할 수 있다. 따라서, 복합 파장에 있어서도 각 파장에 대응한 두께 부분을 차광 영역(B3) 형상(패턴 윤곽)에 따른 소정의 범위에 위치시켜 고정밀한 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크(M3)를 제조할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 물론, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상에 근거하여 다양한 변형이 가능하다.
특히, 경계 부분(B1)에 있어서 다단 영역(B1b)에 관해서는, 위상 시프트층(11)의 형성 시에 산화성 가스 유량비를 설정함으로써, 도 1, 도 3 내지 도 5, 도 7과 같이, 균일 영역(B1a)로부터 두께가 감소하는 다단 영역 (B1b)으로서 단부(B1bh) 및 단부(B1bi) 2단을 갖는 측면 형상으로 했으나, 이는 어디까지나 g선, h선, i선 3 파장을 포함하는 복합 파장의 광에 대응하는 것이며, 노광에 사용하는 파장이 이 3 파장과 다른 경우에는, 그러하지 아니하다. 동시에, 적용되는 파장에 대응하여 이러한 단부의 두께 설정도 변화하게 된다. 또한 광학적인 위상 조정의 필요성으로부터, 이러한 단부의 두께를 소망하는 상태로 제어하는 것도 가능하다.
<실시예>
상술한 제 1 실시 형태에 대응하는 실시예로서, 다음의 실험을 실시했다. 즉, 유리 기판(S) 상에 스퍼터링법에 의해 위상 시프트층(11)의 크롬 산화 질화 탄화막을 145 nm의 두께로 성막했다.
이 위상 시프트층(11) 상에 레지스트 패턴(14a)를 형성하고, 이 레지스트 패턴(14a) 너머로 질산 세륨 제 2 암모늄과 과염소산의 혼합 에칭액을 사용하여 위상 시프트 층(11)을 에칭하여 위상 시프트 패턴(11a)를 형성함으로써 다음과 같은 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크(M1)을 얻었다.
상기의 제조 공정에 있어서, 위상 시프트층(11)의 성막 조건으로서, 분위기 가스의 산화성 가스 유량을 변화시키고, 에칭 후의 다단 영역의 폭 치수(B1b) 값을 측정했다.
그 결과를, 위상 시프트층(11)의 두께(T11)에 대한 비와, 불활성 가스로서의 Ar, 질화성 가스로서 N2,산화성 가스로서 CO2의 유량과의 관계로 나타낸다.
동시에, 위상 시프트층(11)의 두께(T11)에 대한 비와, 불활성 가스로서 Ar, 질화성 가스로서 N2,산화성 가스로서 CO2의 유량비와의 관계로 나타낸다.
여기에서, 유량비란,
이산화탄소 유량 / (Ar 가스 유량 + N2가스 유량 + CO2가스 유량) × 100 값이며,
거리 / 두께는,
(평면으로 볼 때 경사면(11s)의 폭(B1b)) / (위상 시프트층(11)의 두께(T11))의 값이다.
Figure 112015065773626-pct00001
Figure 112015065773626-pct00002
Figure 112015065773626-pct00003
Figure 112015065773626-pct00004
표 1은, 도 1에 도시한 제 1 실시 형태에 대응한 구체적인 예로서 i선, h선의 2 파장의 노광 효과를 갖는 다단 적층 상태의 예이다.
표 2, 표 3은, 도 3에 도시한 제 1 실시 형태에 대응한 구체적인 예로서 표 2, 3에 i선, h선, g선의 3 파장의 노광 효과를 갖는 다단 적층 상태의 예이다.
표 1 ~ 표 3에 도시한 결과로부터, 본 실시예에만 한정되지 아니하고, 에칭 속도를 변경한 에칭 속도 변경층의 두께는 1.0 nm 이외로 할 수 있고, 또한, 에칭 속도 변경층 성막 시에 있어, 산화성 가스의 양은 이하의 조건에서 유효하다. 한편, 노광 파장에 대응하는 막 두께의 층에 있어 가스 조건에 대해서도 표 1 ~ 3의 조건에 한정되는 것은 아니다.
가스 유량의 최적 범위로는, 다단 영역(B1b)를 포함한 경계 부분(B1)의 측면이 수직, 즉 단면 수직이 되는 CO2 저 조건으로 7.3 - 25sccm (즉, 3.68% ~ 11.60%)의 범위가 바람직하고, 다단 영역(B1b)을 포함한 경계 부분(B1)의 측면이 수직, 즉 단면 수평이 되는 CO2 고 조건으로 25 - 63.3sccm (11.60% ~ 24.89%)의 범위가 바람직하다는 것을 알 수 있다.
B1b: 다단 영역
B1bh, B1bi: 단부
MB: 위상 시프트 마스크 블랭크
S: 유리 기판(투명 기판)
11: 위상 시프트층
11a: 위상 시프트 패턴
12: 에칭 스토퍼층
12a, 12b: 에칭 스토퍼 패턴
13: 차광층
13a, 13b: 차광 패턴
14: 포토 레지스트층
14p: 포토 레지스트 층의 노광 및 현상 영역
14a: 레지스트 패턴

Claims (9)

  1. 투명 기판, 및
    적어도 상기 투명 기판의 표면에 일정한 두께로 형성된 부분을 갖는 Cr을 포함하고, g선, h선, i선의 각각의 광에 대해 180˚의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 위상 시프트층을 포함하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법으로서,
    상기 투명 기판 상에 상기 위상 시프트층을 다단으로 형성하는 공정; 및
    상기 위상 시프트층을 습식 에칭하여 상기 위상 시프트층과 상기 투명 기판이 평면으로 볼 때 경계 부분을 갖도록 상기 위상 시프트층을 패터닝하여 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정;
    을 포함하며,
    평면으로 볼 때 상기 위상 시프트층과 상기 투명 기판의 경계 부분에 있어서, 상기 위상 시프트층의 두께 변화를 다단으로 설정한 다단 영역을 형성하고,
    상기 위상 시프트층의 다단 영역은, 상기 g선에 있어서 180˚의 위상차를 가지는 두께, 상기 h선에 있어서 180˚의 위상차를 가지는 두께 및 상기 i선에 있어서 180˚의 위상차를 가지는 두께를 가지고,
    상기 위상 시프트층의 각 단의 성막 분위기로서의 성막 가스가, 불활성 가스, 질화성 가스, 및 산화성 가스를 포함하거나, 또는 상기 질화성 가스 및 상기 산화성 가스를 포함하며,
    총 가스 유량에 대해 상기 산화성 가스의 유량비가 3.68% ~ 24.89%의 범위에서 선택되고,
    상기 총 가스 유량에 포함되는 상기 질화성 가스의 유량비가 47.19% ~ 60.51%의 범위로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 위상 시프트층의 형성 공정에 있어서, 성막 분위기 가스 중의 산화성 가스의 유량비를 설정함으로써, 상기 위상 시프트층의 각 단의 에칭 속도를 각각 설정 가능하게 하고,
    상기 g선에 있어서, 180˚의 위상차를 가지는 두께는 140nm ~ 150 nm이며,
    상기 h선에 있어서, 180˚의 위상차를 가지는 두께는 128nm ~ 138 nm이고,
    상기 i선에 있어서, 180˚의 위상차를 가지는 두께는 115nm ~ 125 nm인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 위상 시프트층의 각 단의 성막 분위기로서의 성막 가스는, 상기 불활성 가스, 상기 질화성 가스, 및 상기 산화성 가스를 포함하거나, 또는 상기 질화성 가스 및 상기 산화성 가스를 포함하고,
    상기 총 가스 유량에 대해 상기 산화성 가스의 유량비는 3.68% ~ 11.70%의 범위에서 선택되며,
    상기 총 가스 유량에 포함되는 상기 질화성 가스의 유량비가 55.48% ~ 60.51%의 범위로부터 선택되어 이루어지는 상기 위상 시프트층의 사이에, 상기 총 가스 유량에 대해 상기 산화성 가스의 유량비가 11.70% ~ 24.89%의 범위에서 선택되고, 상기 총 가스 유량에 포함되는 상기 질화성 가스의 유량비가 47.19% ~ 55.48%의 범위에서 선택되어 이루어지는 상기 위상시프트층보다 에칭 속도가 작은 에칭 속도 변경층을 가지는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 투명 기판 상에 차광 층으로부터 차광 패턴을 형성하고, 상기 차광 패턴 상에 상기 위상 시프트층으로부터 상기 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정을 포함하거나, 또는
    상기 투명 기판 상에 상기 위상 시프트층을 형성하고, 상기 위상 시프트층 상에 Ni, Co, Fe, Ti, Si, Al, Nb, Mo, W 및 Hf에서 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 에칭 스토퍼층을 개입시켜 형성하며, 상기 에칭 스토퍼층 상에 상기 차광층을 형성하고 나서, 패턴 형성에서 상기 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
  6. 투명 기판, 및
    적어도 상기 투명 기판의 표면에 일정한 두께로 형성된 부분을 갖는 Cr을 포함하고, g선, h선, i선의 각각의 광에 대해 180˚의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 위상 시프트층을 포함하는 위상 시프트 마스크이며,
    상기 위상 시프트층에는, 상기 투명 기판에 대해, 평면으로 볼 때 경계 부분을 갖는 위상 시프트 패턴이 형성되고,
    평면으로 볼 때 상기 위상 시프트층과 상기 투명 기판의 경계 부분에 있어서, 상기 위상 시프트층의 두께를 다단으로 변화시킨 다단 영역을 가지며,
    상기 위상 시프트층의 상기 다단 영역은, 상기 g선에 있어서 180˚의 위상차를 가지는 두께, 상기 h선에 있어서 180˚의 위상차를 가지는 두께 및 상기 i선에 있어서 180˚의 위상차를 가지는 두께를 가지고,
    상기 위상 시프트층의 각 단의 성막 분위기로서의 성막 가스가, 불활성 가스, 질화성 가스, 및 산화성 가스를 포함하거나, 또는 상기 질화성 가스 및 상기 산화성 가스를 포함하며,
    총 가스 유량에 대해 상기 산화성 가스의 유량비가 3.68% ~ 24.89%의 범위에서 선택되고,
    상기 총 가스 유량에 포함되는 상기 질화성 가스의 유량비가 47.19% ~ 60.51%의 범위로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 위상 시프트층의 다단 영역 두께가는, 상기 g선, 상기 h선, 상기 i선에 대해 180˚의 위상차를 가지고,
    상기 g선에 있어서, 180˚의 위상차를 가지는 두께는 140nm ~ 150 nm이며,
    상기 h선에 있어서, 180˚의 위상차를 가지는 두께는 128nm ~ 138 nm이고,
    상기 i선에 있어서, 180˚의 위상차를 가지는 두께는 115nm ~ 125 nm인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 위상 시프트층의 다단 영역 두께는, 상기 h선, 상기 i선에 대해 180˚의 위상차를 가지고
    상기 h선에 있어서, 180˚의 위상차를 가지는 두께는 128nm ~ 138 nm이며,
    상기 i선에 있어서, 180˚의 위상차를 가지는 두께는 115nm ~ 125 nm인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
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