KR101774573B1 - 위상 시프트 마스크의 제조 방법, 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법 및 위상 시프트 마스크 - Google Patents

위상 시프트 마스크의 제조 방법, 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법 및 위상 시프트 마스크 Download PDF

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Abstract

미세하며 고정밀의 노광 패턴을 형성하는 것이 가능한 위상 시프트 마스크의 제조 방법, 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법, 및 위상 시프트 마스크를 제공한다.
본 발명의 일형태와 관련되는 위상 시프트 마스크(1)는, 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 파장 영역 중 어느 광에 대해서 180도의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 위상 시프트층(13P1)을 갖는다. 이에 따라, 상기 파장 영역의 광을 노광광으로서 이용 함으로써, 위상의 반전 작용에 의해 광강도가 최소가 되는 영역을 형성하고, 노광 패턴을 보다 선명히 할 수 있다. 위상 시프트층(13P)은, 40% 이상 90% 이하의 질화성 가스 및 10% 이상 35% 이하의 산화성 가스를 포함한 혼합 가스의 분위기하에서, 크롬계 재료의 타겟을 스팩터 하는 것으로 형성된다.

Description

위상 시프트 마스크의 제조 방법, 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법 및 위상 시프트 마스크{METHOD FOR PRODUCING PHASE SHIFT MASK, METHOD FOR PRODUCING FLAT PANEL DISPLAY, AND PHASE SHIFT MASK}
본 발명은, 미세하며 고정밀의 노광 패턴을 형성하는 것이 가능한 위상 시프트 마스크의 제조 방법, 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법, 및 위상 시프트 마스크에 관한 것이다.
플랫 패널 디스플레이에서는, 근래 패터닝의 정밀도를 향상 시킴으로써 선폭 사이즈를 보다 미세하게 하고, 화상의 품질을 큰폭으로 향상시키기에 이르렀다. 포토마스크의 선폭 정밀도, 전사측의 기판의 선폭 정밀도가 보다 미세하게 되면, 노광시에서의 포토마스크와 기판의 갭(gap)이 보다 작아지게 된다. 플랫 패널에 사용되는 유리 기판은 300㎜을 넘는 큰 사이즈로 이루어진 것이기 때문에, 유리 기판의 휘어짐, 또는 표면 거칠기가 큰 값이 되고, 초점 심도의 영향을 받기 쉬운 상황에 있다.
플랫 패널 디스플레이의 노광은, 유리 기판이 대형 사이즈이기 때문에, g선(436㎚), h선(405㎚), i선(365㎚)의 복합 파장을 이용하여, 등배 프로키시미리티 노광법이 이용되고 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).
한편, 반도체에서는, ArF(193㎚)의 단일 파장에 의한 패터닝이 행해지고 있고, 보다 우수한 미세화를 달성하기 위한 방법으로서 하프톤형 위상 시프트 마스크가 이용되고 있다(예컨대 특허문헌 2 참조). 이 방법에 의하면, 193㎚에서 위상이 180도가 됨에 따라, 광강도가 제로가 되는 개소를 설정하여 패터닝 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 광강도가 제로가 되는 개소가 있음에 따라, 초점 심도를 크게 설정하는 것이 가능해지고, 노광 조건의 완화 또는 패터닝의 제품 비율 향상을 도모할 수 있다.
일본특허공개 제2007-271720호 공보(단락 [0031]) 일본특허공개 제2006-78953호 공보(단락 [0002], [0005])
근래, 플랫 패널 디스플레이의 배선 패턴이 미세화 됨에 따라, 플랫 패널 디스플레이의 제조에 이용되는 포토마스크에도 미세한 선폭 정밀도의 요구가 높아지고 있다. 그러나, 포토마스크의 미세화에 대한 노광 조건, 현상 조건 등의 검토만으로는 대응이 매우 어려워지고 있어, 보다 우수한 미세화를 달성하기 위한 새로운 기술이 요구되고 있다.
이상과 같은 사정을 고려하여, 본 발명의 목적은, 미세하며 고정밀의 노광 패턴을 형성하는 것이 가능한 위상 시프트 마스크의 제조 방법, 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법, 및 위상 시프트 마스크를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 형태와 관련되는 위상 시프트 마스크의 제조 방법은, 투명 기판상의 차광층을 패터닝하는 공정을 포함한다. 상기 투명 기판상에 상기 차광층을 피복 하도록 위상 시프트층이 형성된다. 상기 위상 시프트층은, 40% 이상 90% 이하의 질화성 가스 및 10% 이상 35% 이하의 산화성 가스를 포함한 혼합 가스의 분위기하에서, 크롬계 재료의 타겟을 스팩터(spector) 함으로써 형성된다. 상기 위상 시프트층은, 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 파장 영역 중 어느 광에 대해서 180도의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 두께로 형성된다. 형성된 상기 위상 시프트층은, 소정 형상으로 패터닝 된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 형태와 관련되는 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법은, 기판상에 포토레지스트층을 형성하는 공정을 포함한다. 상기 포토레지스트층에 근접하여, 위상 시프트 마스크가 배치된다. 상기 위상 시프트 마스크는, 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 파장 영역 중 어느 광에 대해서 180도의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 산화 질화 크롬계 재료로 구성되는 위상 시프트층을 갖는다. 상기 포토레지스트층은, 상기 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 복합 파장의 광을 상기 위상 시프트 마스크에 조사 함으로써 노광된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 형태와 관련되는 위상 시프트 마스크는, 투명 기판, 차광층, 위상 시프트층을 구비한다. 상기 차광층은, 상기 투명 기판상에 형성된다. 상기 위상 시프트층은, 상기 차광층의 주위에 형성되고, 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 복합 파장 영역 중 어느 광에 대해서 180도의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 산화 질화 크롬계 재료로 구성된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태와 관련되는 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하는 공정도이다.
도 2는 상기 위상 시프트 마스크의 위상 시프트층의 성막 조건과 광학 특성과의 관계를 나타내는 실험 결과이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시형태와 관련되는 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하는 공정도이다.
본 발명의 일실시형태와 관련되는 위상 시프트 마스크의 제조 방법은, 투명 기판상의 차광층을 패터닝하는 공정을 포함한다. 상기 투명 기판상에 상기 차광층을 피복 하도록 위상 시프트층이 형성된다. 상기 위상 시프트층은, 40% 이상 90% 이하의 질화성 가스, 및 10% 이상 35% 이하의 산화성 가스를 포함한 혼합 가스의 분위기하에서, 크롬계 재료의 타겟을 스팩터 하는 것으로 형성된다. 상기 위상 시프트층은, 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 파장 영역 중 어느 광에 대해서 180도의 위상차를 갖는 것이 가능한 두께로 형성된다. 형성된 상기 위상 시프트층은, 소정 형상으로 패터닝 된다.
상기 방법에 따라 제조된 위상 시프트 마스크는, 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 파장 영역 중 어느 광에 대해서 180도의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 위상 시프트층을 갖는다. 따라서, 해당 위상 시프트 마스크에 의하면, 상기 파장 영역의 광을 노광광으로 이용 함으로써, 위상의 반전 작용에 따라 광강도가 최소가 되는 영역을 형성하고, 노광 패턴을 보다 선명하게 할 수 있다. 이러한 위상 시프트 효과에 의해, 패턴 정밀도가 큰폭으로 향상되고, 미세하며 고정밀의 패턴 형성이 가능해진다. 상기 효과는, 상기 파장 범위에 대해 상이한 파장의 광(예컨대, g선(436㎚), h선(405㎚), i선(365㎚))을 복합화시킨 노광 기술을 이용하기 때문에, 보다 현저하게 된다.
상기 위상 시프트층을 산화 질화 크롬계 재료로 구성 함으로써, 원하는 굴절률을 가지는 스팩터막을 안정적으로 형성할 수 있다. 질화성 가스가 40% 미만의 경우, 타겟의 산화를 억제하는 것이 불가능하고, 안정화된 스팩터가 곤란해진다. 또한, 질화성 가스가 90%를 넘으면, 막 내의 산소 농도가 너무 낮아져 원하는 굴절률을 얻는 것이 곤란하게 된다. 한편, 산화성 가스가 10% 미만의 경우, 막 내의 산소 농도가 너무 낮아져 원하는 굴절률을 얻는 것이 곤란하게 된다. 또, 산화성 가스가 35%를 넘으면, 타겟의 산화를 억제할 수 없고, 안정된 스팩터가 곤란해진다. 상기 조건의 혼합 가스 분위기에서 성막 함으로써, 예컨대 i선에 관한 투과율이 1∼20%인 위상 시프트층을 얻을 수 있다.
상기 위상 시프트층의 두께는, i선에 대해 대략 180도의 위상차를 갖게 하는 두께로 하는 것이 가능하다.
이에 한정하지 않고, h선 또는 g선에 대해 대략 180도의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 두께로 상기 위상 시프트층을 형성하여도 무방하다.
여기서, 「대략 180도」는 180도 또는 180도 근방을 의미하고, 예컨대 180도 ± 10도 이하이다.
상기 위상 시프트층의 두께는, i선에 부여하는 위상차와 g선에 부여하는 위상차와의 차이가 40도 이하가 되는 두께로 할 수 있다.
이에 따라, 각 파장광에 대해 일정한 위상 시프트 효과를 얻음으로써, 미세하며 고정밀의 패턴 형성을 확보할 수 있다.
상기 혼합 가스는, 불활성 가스를 더 포함하고 있어도 무방하다.
이에 따라, 플라스마의 안정된 형성이 가능해진다. 또한, 질화성 가스 및 산화성 가스의 농도를 용이하게 조정할 수 있다.
본 발명의 일실시형태와 관련되는 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법은, 기판상에 포토레지스트층을 형성하는 공정을 포함한다. 상기 포토레지스트층에 근접하여, 위상 시프트 마스크가 배치된다. 상기 위상 시프트 마스크는, 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 파장 영역 중 어느 광에 대해 180도의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 산화 질화 크롬계 재료로 구성되는 위상 시프트층을 갖는다. 상기 포토레지스트층은, 상기 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 복합 파장의 광을 상기 위상 시프트 마스크에 조사 함으로써 노광된다.
상기 위상 시프트 마스크는, 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 파장 영역 중 어느 광에 대해서 180도의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 위상 시프트층을 갖는다. 따라서, 상기 제조 방법에 의하면, 상기 파장 영역의 광을 이용 함으로써 위상 시프트 효과에 근거한 패턴 정밀도의 향상을 도모할 수 있고, 미세하며 고정밀의 패턴 형성이 가능해진다. 이에 따라, 고화질의 플랫 패널 디스플레이를 제조할 수 있다.
상기 복합 파장의 광으로는, 예컨대 g선(436㎚), h선(405㎚), i선(365㎚)을 이용할 수 있다.
본 발명의 일실시형태와 관련되는 위상 시프트 마스크는, 투명 기판과, 차광층과, 위상 시프트층을 구비한다. 상기 차광층은, 상기 투명 기판상에 형성된다. 상기 위상 시프트층은, 상기 차광층의 주위에 형성되고, 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 복합 파장 영역 중 어느 광에 대해서 180도의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 산화 질화 크롬계 재료로 구성된다.
상기 위상 시프트 마스크에 의하면, 상기 파장 영역의 광을 이용 함으로써 위상 시프트 효과에 근거하여 패턴 정밀도의 향상을 도모할 수 있고, 미세하며 고정밀의 패턴 형성이 가능해진다. 상기 효과는, 상기 파장 범위에서 상이한 파장의 광(예컨대, g선(436㎚), h선(405㎚), i선(365㎚))을 복합화시킨 노광 기술을 이용하기 때문에, 보다 현저하게 된다.
상기 위상 시프트층의 두께는, i선에 부여하는 위상차와, g선에 부여하는 위상차와의 차이가 30도 이하가 되도록 하는 두께로 할 수 있다.
이에 따라, 각 파장광에 대해 일정한 위상 시프트 효과를 얻음으로써, 미세하며 고정밀의 패턴 형성을 확보할 수 있다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태를 설명한다.
제1 실시형태
도 1는, 본 발명의 일실시형태와 관련되는 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하는 공정도이다. 본 실시형태의 위상 시프트 마스크는, 예컨대 플랫 패널 디스플레이용 유리 기판에 대한 패터닝용 마스크로서 구성된다. 후술하는 것과 같이, 해당 마스크를 이용한 유리 기판의 패터닝에는, 노광광에 i선, h선, 및 g선의 복합 파장이 이용된다.
우선, 투명 기판(10)상에 차광층(11)이 형성된다(도 1(A)).
투명 기판(10)으로는, 투명성 및 광학적 등방성이 우수한 재료가 이용되고, 예컨대 석영 유리 기판이 이용될 수 있다. 투명 기판(10)의 크기는 특별히 제한하지 않고, 해당 마스크를 이용하여 노광하는 기판(예컨대, 플랫 패널 디스플레이용 기판, 반도체 기판)에 따라 적당하게 선정된다. 본 실시형태에서는, 일변이 300㎜ 이상의 구형 기판이 이용되고, 보다 상세하게는 세로 450㎜, 가로 550㎜, 두께 8㎜의 석영 기판이 이용된다.
또한, 투명 기판(10)의 표면을 연마 함으로써, 투명 기판(10)의 표면 거칠기를 저감하도록 하여도 무방하다. 투명 기판(10)의 표면 거칠기는, 예컨대, 50㎛ 이하로 할 수 있다. 이에 따라, 마스크의 초점 심도가 깊어지고, 미세하며 고정밀의 패턴 형성에 크게 공헌하는 것이 가능해진다.
차광층(11)은 금속 크롬 또는 크롬 화합물(이하, 크롬계 재료라 함)로 구성되지만, 이에 한정하지 않고, 금속 실리사이드계 재료(예컨대, MoSi, TASi, TiSi, WSi) 또는 이러한 산화물, 질화물, 산질화물이 적용 가능하다. 차광층(11)의 두께는 특별히 제한되지 않고, 소정 이상의 광학 농도를 얻을 수 있는 두께(예컨대, 800∼2000 옴스트롬)라면 무방하다. 성막 방법은, 전자빔 증착법, 레이저 증착법, 원자층 성막법(ALD법), 이온 어시스트 스패터링법 등이 적용 가능하고, 특히 대형 기판의 경우에는, DC 스패터링법에 따라 막두께 균일성이 우수한 성막이 가능하다.
다음으로, 차광층(11) 상에 포토레지스트층(12)이 형성된다(도 1(B)). 포토레지스트층(12)은, 포지티브형이라도 무방하고, 네가티브형이라도 무방하다. 포토레지스트층(12)으로는, 액상 레지스트가 이용되지만, 드라이 필름 레지스트가 이용되더라도 무방하다.
계속해서, 포토레지스트층(12)을 노광 및 현상 함으로써, 차광층(11) 상에 레지스트 패턴(12P1)이 형성된다(도 1(C)). 레지스트 패턴(12P1)은, 차광층(11)의 에칭 마스크로서 기능하고, 차광층(11)의 에칭 패턴에 따라 적당한 형상이 정해진다.
계속해서, 차광층(11)이 소정의 패턴 형상에 에칭 된다. 이에 따라, 투명 기판(10) 상에 소정 형상으로 패터닝 된 차광층(11P1)이 형성된다(도 1(D)).
차광층(11)의 에칭 공정은, 습식 에칭법 또는 건식 에칭법이 적용 가능하고, 특히 기판(10)이 대형일 경우, 습식 에칭법을 채용 함으로써 면내 균일성이 높은 에칭 처리가 실현 가능하게 된다.
차광층(11)의 에칭액은 적당히 선택 가능하고, 차광층(11)이 크롬계 재료인 경우, 예컨대 초산 제2세륨 암모늄과 과염소산의 수용액을 이용할 수 있다. 이 에칭액은, 유리 기판과의 선택비가 높기 때문에, 차광층(11)의 패터닝시에 기판(10)을 보호할 수 있다. 한편, 차광층(11)이 금속 실리사이드계 재료로 구성되는 경우, 에칭액으로는 예컨대, 불화수소암모늄을 이용할 수 있다.
차광층(11P1)의 패터닝 후, 레지스트 패턴(12P1)은 제거된다(도 1(E)). 레지스트 패턴(12P1)의 제거에는, 예컨대 수산화나트륨 수용액을 이용할 수 있다.
다음으로, 위상 시프트층(13)이 형성된다. 위상 시프트층(13)은, 투명 기판(10) 상에 차광층(11P1)을 피복하도록 형성된다(도 1(F)).
위상 시프트층(13)의 성막 방법으로서는, 전자빔(EB) 증착법, 레이저 증착법, 원자층 성막(ALD)법, 이온 어시스트 스패터링법 등이 적용 가능하고, 특히 대형 기판의 경우에는, DC 스패터링법을 채용 함으로써, 막 두께 균일성이 우수한 성막이 가능하다. 또한 DC 스패터링법에 한정하지 않고, AC 스패터링법이나 RF 스패터링법이 적용되어도 무방하다.
위상 시프트층(13)은, 크롬계 재료로 구성된다. 특히 본 실시형태에서는, 위상 시프트층(13)은, 질화 산화 크롬으로 구성된다. 크롬계 재료에 의하면, 특히 대형의 기판상에서 양호한 패터닝성을 얻을 수 있다. 또한, 크롬계 재료에 한정하지 않고, 예컨대 MoSi, TASi, WSi, CrSi, NiSi, CoSi, ZrSi, NbSi, TiSi 또는 이들 화합물 등의 금속 실리사이드계 재료가 이용되어도 무방하다. 또한, AL, Ti, Ni 또는 이들 화합물 등이 이용되어도 무방하다.
산화 질화 크롬으로 구성되는 위상 시프트층(13)을 스패터링법으로 형성하는 경우, 프로세스 가스로서 질화성 가스 및 산화성 가스의 혼합 가스, 또는 불활성 가스, 질화성 가스 및 산화성 가스의 혼합 가스를 이용할 수 있다. 성막 압력은, 예컨대 0.1PA∼0.5PA로 할 수 있다.
산화성 가스로는, CO, CO2, NO, N2O, NO2, O2 등이 포함된다. 질화성 가스로는, NO, N2O, NO2, N2 등이 포함된다. 불활성 가스로는, Ar, He, Xe 등이 이용되지만, 전형적으로는, Ar이 이용된다. 또한, 상기 혼합 가스로, CH4 등의 탄화성 가스가 더 포함되어도 무방하다.
혼합 가스 중의 질화성 가스 및 산화성 가스의 유량(농도)은, 위상 시프트층(13)의 광학적 성질(투과율, 굴절률 등)을 결정하는 데에 있어 중요한 파라미터이다. 본 실시형태에서는, 질화성 가스 농도가 40% 이상 90% 이하, 산화성 가스의 농도가 10% 이상 35% 이하의 조건으로, 혼합 가스가 조정된다. 가스 조건을 조정 함으로써, 위상 시프트층(13)의 굴절률, 투과율, 반사율, 두께 등을 최적화하는 것이 가능하다.
질화성 가스가 40% 미만의 경우, 타겟의 산화를 억제할 수 없고, 안정된 스팩터가 곤란해진다. 또한, 질화성 가스가 90%를 넘으면, 막 내의 산소 농도가 너무 낮아서 원하는 굴절률을 얻기 어려워진다. 한편, 산화성 가스가 10% 미만의 경우, 막 내의 산소 농도가 너무 낮아서 원하는 굴절률을 얻을 수 없게 된다. 또한, 산화성 가스가 35%를 넘으면, 타겟의 산화를 억제할 수 없고, 안정된 스팩터가 곤란해진다.
위상 시프트층(13)의 두께는, 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 파장 영역 중 어느 광에 대해서 180도의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 두께가 된다. 180도의 위상차가 부여된 광은, 위상이 반전 함으로써, 위상 시프트층(13)을 투과 하지 않는 광과의 사이의 간섭 작용에 의해서, 해당 광의 강도가 사라진다. 이러한 위상 시프트 효과에 의해, 광강도가 최소(예컨대 제로)가 되는 영역이 형성되기 때문에 노광 패턴이 선명하게 되고, 미세 패턴을 고정밀도로 형성하는 것이 가능해진다.
본 실시형태에서는, 상기 파장 영역의 광은, i선(파장 365㎚), h선(파장 405㎚), 및 g선(파장 436㎚)의 복합광(다색광)이고, 목적하는 파장의 광에 대해서 180도의 위상차를 부여할 수 있는 두께로 위상 시프트층(13)이 형성된다. 상기 목적하는 파장의 광은 i선, h선, 및 g선 중 어느 것이라도 무방하고, 이들 이외의 파장 영역의 광이라도 무방하다. 위상을 반전해야 하는 광이 단파장일 정도로 미세한 패턴을 형성할 수 있다.
본 실시형태에서는, i선에 부여하는 위상차와, g선에 부여하는 위상차와의 차이가 40도 이하가 되는 두께로 위상 시프트층(13)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 각 파장의 광에 대해서 일정한 위상 시프트 효과를 얻을 수 있다. 예컨대, 상기 복합 파장 중 중간의 파장 영역인 h선에 대해 대략 180도(180도 ± 10도)의 위상차를 부여할 수 있는 막 두께에 위상 시프트층을 형성할 수 있다. 이에 따라, i선 및 g선의 어느 하나의 광에 대해서도 180도에 가까운 위상차를 부여할 수 있기 때문에, 각각의 광에 대해 동일한 위상 시프트 효과를 얻는 것이 가능해진다.
위상 시프트층(13)의 막 두께는, 투명 기판(10)의 면 내에서 균일한 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, g선, h선, 및 i선 각각의 단일 파장광에 대해서, 기판면 내에서의 위상차의 차분이 20도 이하가 되는 막 두께 차이로, 위상 시프트층(13)이 형성되고 있다. 해당 위상차의 차분이 20도를 넘으면, 복합 파장에서의 광강도가 겹쳐지는 효과에 의해 광강도의 강약이 작아지고, 패터닝 정밀도가 저하된다. 상기 위상차의 차분은, 15도 이하, 또는 10도 이하로 함으로써, 패터닝 정밀도의 한층 더 향상을 도모할 수 있다.
위상 시프트층(13)의 투과율은, 예컨대 i선에 대해 1% 이상 20% 이하의 범위로 할 수 있다. 투과율이 1% 미만의 경우, 충분한 위상 시프트 효과를 얻기 어렵기 때문에, 미세한 패턴을 고정밀도로 노광하는 것이 곤란해진다. 또한, 투과율이 20%를 넘는 경우, 성막 속도가 저하하고, 생산성이 악화된다. 상기의 범위에서 더해, 투과율은 2% 이상 15% 이하의 범위로 할 수 있다. 또한, 상기의 범위에서 투과율은, 3% 이상 10% 이하로 할 수 있다.
위상 시프트층(13)의 반사율은, 예컨대 40% 이하로 한다. 이에 따라, 해당 위상 시프트 마스크를 이용한 피처리 기판(플랫 패널 기판, 또는 반도체 기판)의 패터닝시에 고스트 패턴을 형성하기 어렵게 되어 양호한 패턴 정밀도를 확보할 수 있다.
위상 시프트층(13)의 투과율 및 반사율은, 성막시의 가스 조건에 따라 임의로 조정할 수 있다. 상술한 혼합 가스 조건에 의하면, i선에 관해서 1% 이상 20% 이하의 투과율, 및 40% 이하의 반사율을 얻을 수 있다.
위상 시프트층(13)의 두께는, 상술한 광학 특성을 얻을 수 있는 범위에서 적당히 설정할 수 있다. 다시 말해, 위상 시프트층(13)의 두께를 최적화 함으로써, 상술한 광학적 특성을 얻을 수 있다. 예컨대, 상기 가스 조건에 따라 상기 광학적 특성을 얻을 수 있는 위상 시프트층(13)의 막 두께는, 예컨대 100㎚ 이상 130㎚ 이하이다. 이 범위에서는 또한, 위상 시프트층(13)의 막 두께는, 110㎚ 이상 125㎚ 이하의 범위로 할 수 있다.
일례를 들면, 스팩터 성막시의 혼합 가스의 유량비를 Ar : N2 : CO2 = 2.5 : 6 : 1.5로 하고, 막 두께를 114㎚로 하는 경우, i선에서의 투과율을 5.5%, i선에서의 위상차를 173도, g선에서의 위상차를 146도로 할 수 있다. 또한, 혼합 가스의 유량비를 Ar : N2 : CO2 = 2 : 7 : 1로 하고, 막 두께를 120㎚로 하는 경우, i선에서의 투과율을 4.8%, i선에서의 위상차를 185도, g선에서의 위상차를 153도로 할 수 있다.
도 2은, 위상 시프트층(13)의 성막시의 성막 조건과, 각 파장 성분의 위상차 및 i선의 투과율과의 관계를 나타내는 실험 결과를 도시하고 있다. 본 실시예에서는, 질화성 가스로서 N2, 산화성 가스로서 CO2, 불활성 가스로서 Ar을 이용한다. 성막 압력은, 0.2PA로 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 40% 이상 90% 이하의 질화성 가스, 및 10% 이상 35% 이하의 산화성 가스를 포함한 혼합 가스의 조건(샘플 No.1∼5)에서는, 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 파장 영역에서 180도의 위상차를 갖게 할 수 있다. 또한, i선에 대해 180도 ± 10도의 위상차를 부여할 수 있는 두께로 위상 시프트층을 형성 함으로써, i선과 g선 사이의 위상차의 차이를 40도(30도) 이하로 억제할 수 있다. 더욱이, i선의 투과율을 1% 이상 10% 이하에 억제할 수 있다.
이에 대해, 질화성 가스가 90%를 넘고, 산화성 가스가 10% 미만인 조건(샘플 No.6)에서는, 막의 산과도가 작고, 막 두께를 크게 하여도 필요한 위상차 및 투과율을 얻을 수 없다. 또한, 산화성 가스가 35%를 넘는 조건(샘플 No.7), 및 산화성 가스 만의 분위기 조건(샘플 No.8)에서는, 막의 산화도가 너무 커져, 필요한 위상차를 얻지 못하고, 투과율의 상승을 억제할 수 없다. 더욱이 이러한 조건하에서는, 타겟 표면의 산화가 진행되기 때문에, 성막 레이트가 낮아지고, 충분한 막 두께를 얻을 수 없다.
계속해서, 위상 시프트층(13) 상에 포토레지스트층(14)이 형성된다(도 1(G)). 포토레지스트층(14)은, 포지티브형이라도 무방하고 네가티브형이라도 무방하다. 포토레지스트층(14)으로는, 액상 레지스트가 이용된다.
다음으로, 포토레지스트층(14)을 노광, 및 현상 함으로써, 위상 시프트층(13) 상에 레지스트 패턴(14P1)이 형성된다(도 1(H)). 레지스트 패턴(14P1)은, 위상 시프트층(13)의 에칭 마스크로서 기능하고, 위상 시프트층(13)의 에칭 패턴에 따라 적당히 형상이 결정된다.
계속해서, 위상 시프트층(13)이 소정의 패턴 형상에 에칭 된다. 이에 따라, 투명 기판(10) 상에 소정 형상으로 패터닝 된 위상 시프트층(13P1)이 형성된다(도 1(I)).
위상 시프트층(13)의 에칭 공정은, 습식 에칭법, 또는 건식 에칭법이 적용 가능하고, 특히 기판(10)이 대형인 경우, 습식 에칭법을 채용 함으로써 면내 균일성이 높은 에칭 처리가 실현 가능해진다.
위상 시프트층(13)의 에칭액은, 적당히 선택 가능하고, 본 실시형태에서는, 초산 제2세륨 암모늄과 과염소산의 수용액을 이용할 수 있다. 이 에칭액은, 유리 기판과의 선택비가 높기 때문에, 위상 시프트층(13)의 패터닝 시에 기판(10)을 보호할 수 있다.
위상 시프트층(13P1)의 패터닝 후, 레지스트 패턴(14P1)은 제거된다(도 1(Ｊ)). 레지스트 패턴(14P1)의 제거에는, 예컨대 수산화나트륨 수용액을 이용할 수 있다.
이상과 같이 하여, 본 실시형태와 관련되는 위상 시프트 마스크(1)가 제조된다. 본 실시형태의 위상 시프트 마스크(1)에 의하면, 차광층 패턴(11P1)의 주위에, 상술한 구성의 위상 시프트층(13P1)이 형성되고 있다. 이에 따라, 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 파장 영역의 광을 이용한 피노광 기판에 대한 노광 패턴의 형성시에서, 위상 시프트 효과에 근거한 패턴 정밀도의 향상을 도모할 수 있고, 미세하며 고정밀의 패턴 형성이 가능해진다. 특히 본 실시형태에 의하면, 상기 파장 범위에서 상이한 파장의 광(g선, h선, 및 i선)을 복합화시킨 노광 기술을 이용하기 때문에서, 보다 현저하게 된다.
이하, 본 실시형태와 관련되는 위상 시프트 마스크(1)를 이용한 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법에 대해 설명한다.
우선, 절연층 및 배선층이 형성된 유리 기판의 표면에, 포토레지스트층을 형성한다. 포토레지스트층의 형성에는, 예컨대 스핀코타(Spin Coator)가 이용된다. 포토레지스트층은 가열(베이킹) 처리가 시행된 후, 위상 시프트 마스크(1)를 이용한 노광 처리가 시행된다. 노광 공정에서는, 포토레지스트층에 근접하여 위상 시프트 마스크(1)가 배치된다. 그리고, 위상 시프트 마스크(1)를 통해 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 복합 파장을 유리 기판의 표면에 조사한다. 본 실시형태에서는, 상기 복합 파장의 광으로, g선, h선, 및 i선의 복합광이 이용된다. 이에 따라, 위상 시프트 마스크(1)의 마스크 패턴에 대응한 노광 패턴이 포토레지스트층에 전사 된다.
본 실시형태에 의하면, 위상 시프트 마스크(1)는, 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 파장 영역 중 어느 광에 대해서 180도의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 위상 시프트층(13P1)을 갖는다. 따라서, 상기 제조 방법에 의하면, 상기 파장 영역의 광을 이용하기 때문에 위상 시프트 효과에 근거한 패턴 정밀도의 향상을 도모할 수 있고, 더욱이 초점 심도를 깊게 할 수 있기 때문에, 미세하며 고정밀의 패턴 형성이 가능해진다. 이에 따라, 고화질의 플랫 패널 디스플레이를 제조할 수 있다.
본 발명자의 실험에 의하면, 해당 위상 시프트층을 가지지 않는 마스크를 이용하여 노광한 경우, 목표로 하는 선폭(2㎛)에 대해 30% 이상의 패턴폭의 어긋남이 발생하고 있지만, 본 실시형태의 위상 시프트 마스크(1)를 이용하여 노광한 경우, 7% 정도의 어긋남으로 억제되는 것이 확인되었다.
제2 실시형태
도 3은, 본 발명의 제2 실시형태와 관련되는 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하는 공정도이다. 또한 도 3에서, 도 1과 대응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 할당하고, 그 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.
본 실시형태의 위상 시프트 마스크(2)(도 3(Ｊ))는, 주변부에 위치 맞춤용의 얼라이먼트 마크를 가지고, 이 얼라이먼트 마크가 차광층(11P2)으로 형성되어 있다. 이하, 위상 시프트 마스크(2)의 제조 방법에 대해 설명한다.
우선, 투명 기판(10) 상에 차광층(11)이 형성된다(도 3(A)). 다음으로, 차광층(11) 상에 포토레지스트층(12)이 형성된다(도 3(B)). 포토레지스트층(12)은, 포지티브형이라도 무방하고 네가티브형이라도 무방하다. 계속해서, 포토레지스트층(12)을 노광 및 현상 함으로써, 차광층(11) 상에 레지스트 패턴(12P2)이 형성된다(도 3(C)).
레지스트 패턴(12P2)은, 차광층(11)의 에칭 마스크로서 기능하고, 차광층(11)의 에칭 패턴에 따라 적당한 형상이 정해진다. 도 3(C)에서는, 기판(10) 주변의 소정 범위 내에 걸쳐 차광층을 잔존시킬 수 있도록, 레지스트 패턴(12P2)을 형성한 예를 도시한다.
계속해서, 차광층(11)이 소정의 패턴 형상으로 에칭된다. 이에 따라, 투명 기판(10) 상에 소정 형상으로 패터닝 된 차광층(11P2)이 형성된다(도 3(D)). 차광층(11P2)의 패터닝 후, 레지스터 패턴(12P2)은 제거된다(도 3(E)). 레지스트 패턴(12P2)의 제거에는, 예컨대 수산화나트륨 수용액을 이용할 수 있다.
다음으로, 위상 쉬프트층(13)이 형성된다. 위상 쉬프트층(13)은, 투명 기판(10) 상에 차광층(11P2)을 피복하도록 형성된다(도 3(F)). 위상 쉬프트층(13)은, 산화 질화 크롬계 재료로 구성되고, DC 스패터링법으로 성막된다. 이 경우, 프로세스 가스로서 질화성 가스 및 산화성 가스의 혼합 가스, 또는 불활성 가스, 질화성 가스 및 산화성 가스의 혼합 가스를 이용할 수 있다. 위상 쉬프트층(13)은, 상술한 제1 실시형태와 같은 성막 조건으로 형성된다.
계속해서, 위상 시프트층(13) 상에 포토레지스트층(14)이 형성된다(도 3(G)). 다음으로, 포토레지스트층(14)을 노광 및 현상 함으로써, 위상 시프트층(13) 상에 레지스트 패턴(14P2)이 형성된다(도 3(H)). 레지스트 패턴(14P2)은, 위상 시프트층(13)의 에칭 마스크로서 기능하고, 위상 시프트층(13)의 에칭 패턴에 따라 적당한 형상이 정해진다.
계속해서, 위상 시프트층(13)이 소정 패턴 형상으로 에칭 된다. 이에 따라, 투명 기판(10) 상에 소정 형상으로 패터닝 된 위상 시프트층(13P2)이 형성된다(도 3(I)). 위상 시프트층(13P2)의 패터닝 후, 레지스트 패턴(14P2)은 제거된다(도 3(Ｊ)). 레지스트 패턴(14P2)의 제거에는, 예컨대 수산화나트륨 수용액을 이용할 수 있다.
이상과 같이 하여, 본 실시형태와 관련되는 위상 시프트 마스크(2)가 제조된다. 본 실시형태의 위상 시프트 마스크(2)에 의하면, 얼라이먼트 마크가 차광층(11P2)으로 형성되어 있기 때문에, 얼라이먼트 마크를 광학적으로 인식하기 용이해지고, 고정밀의 위치 맞춤이 가능해진다. 본 실시형태는, 상술한 제1 실시형태와 조합하여 실시할 수 있다.
또한, 위상 시프트층(13)은, 하프톤층(반투과층)으로서 기능시킬 수 있다. 이 경우, 위상 시프트층(13)을 투과한 광과 투과하지 않는 광으로 노광량에 차이를 갖게 하는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명하고 있지만, 물론 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상에 근거하여 다양한 변형이 가능하다.
예컨대 이상의 실시형태에서는, 차광층의 패터닝 후에 위상 시프트층의 성막 및 패터닝을 실시하도록 하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 위상 시프트층의 성막 및 패터닝 후, 차광층의 성막 및 패터닝을 실시하여도 무방하다. 즉, 차광층과 위상 시프트층과의 적층 순서를 변경하는 것이 가능하다.
또한, 이상의 실시형태에서는, 차광층(11)을 기판(10) 전면에 성막한 후, 필요 부위를 에칭 함으로써 차광층(11P1, 11P2)을 형성하고 있지만, 이에 대신하여, 차광층(11P1, 11P2)의 형성 영역이 열리도록 레지스트 패턴을 형성한 후, 차광층(11)을 형성하여도 무방하다. 차광층(11)의 형성 후, 상기 레지스트 패턴을 제거 함으로써, 필요 영역에 차광층(11P1, 11P2)을 형성하는 것이 가능해진다(리프트 오프법).
1, 2 위상 쉬프트 마스크
10 투명 기판
11, 11P1, 11P2 차광층
12P1, 12P2, 14P1, 14P2 레지스트 패턴
13P1, 13P2 위상 쉬프트층

Claims (10)

  1. 투명 기판 상의 차광층을 패터닝 하고,
    49.4% 이상 86.2% 이하의 N2 가스 및 10% 이상 35% 이하의 CO2 가스를 포함한 혼합 가스의 분위기 하에서, 크롬계 재료의 타겟을 스팩터 함으로써, 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 파장 영역 중 어느 광에 대해 180도의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 위상 쉬프트층을, 상기 차광층을 피복하도록, i선에 부여한 위상차와 g선에 부여한 위상차와의 차이가 40도 이하가 되도록 하는 115nm 이상 121nm 이하의 막 두께로, 상기 투명 기판 상에 형성하고,
    상기 위상 쉬프트층을 패터닝 하는,
    위상 쉬프트 마스크의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상 쉬프트층을 형성하는 공정은,
    i선에 대해서 180도 ± 10도의 위상차를 갖게 하는 막 두께로 상기 위상 쉬프트층을 형성하는, 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상 쉬프트층을 형성하는 공정은,
    h선에 대해서 180도 ± 10도의 위상차를 갖게 하는 막 두께로 상기 위상 쉬프트층을 형성하는, 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 가스는,
    불활성 가스를 더 포함하는, 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법.
  6. 기판 상에 포토레지스트층을 형성하고,
    49.4% 이상 86.2% 이하의 N2 가스 및 10% 이상 35% 이하의 CO2 가스를 포함한 혼합 가스의 분위기 하에서, 크롬계 재료의 타겟을 스팩터 함으로써 형성되는, 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 파장 영역 중 어느 광에 대해 180도의 위상차를 갖게 하는 것이 가능한 위상 쉬프트층으로서, 또한, i선에 부여한 위상차와 g선에 부여한 위상차와의 차이가 40도 이하가 되도록 하는 115nm 이상 121nm 이하의 막 두께의 산화 질화 크롬계 재료로 구성되는 위상 쉬프트층을 갖는 위상 쉬프트 마스크를 상기 포토레지스트층에 근접하여 배치하고,
    상기 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 복합 파장의 광을 상기 위상 쉬프트 마스크에 조사 함으로써, 상기 포토레지스트층을 노광하는,
    플랫 패널 디스플레이의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 포토레지스트층을 노광하는 공정에서는,
    g선, h선, 및 i선의 복합 노광광을 이용하는, 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법.
  8. 투명 기판과,
    상기 투명 기판 상에 형성된 차광층과,
    상기 차광층의 주위에 형성되고, 49.4% 이상 86.2% 이하의 N2 가스 및 10% 이상 35% 이하의 CO2 가스를 포함한 혼합 가스의 분위기 하에서, 크롬계 재료의 타겟을 스팩터 함으로써 형성되는, 300㎚ 이상 500㎚ 이하의 복합 파장 영역 중 어느 광에 대해서 180도의 위상차를 갖게 하는 것이 가능하고, 또한, i선에 부여한 위상차와 g선에 부여한 위상차와의 차이가 40도 이하가 되도록 하는 115nm 이상 121nm 이하의 막 두께의 산화 질화 크롬계 재료로 구성되는 위상 쉬프트층
    을 구비하는 위상 쉬프트 마스크.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복합 파장 영역의 광은,
    g선, h선, 및 i선의 복합광인, 위상 쉬프트 마스크.
  10. 삭제
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