KR101785177B1 - 위상 시프트 마스크 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

위상 시프트 마스크의 제조 방법은, 표면 및 패턴 개구에 노출된 차광층(13)이 덮이는 것과 동시에, 패턴 개구에 노출된 에칭 스토퍼층(12)과 위상 시프트층(11)이, 차광 영역에서는 덮히지 않고, 위상 시프트 영역에서는 덮이도록 소정의 개구 패턴을 갖는 제 2 마스크(RP2)을 형성하는 공정을 포함한다.

Description

위상 시프트 마스크 및 그의 제조방법 {Phase Shift Mask and Method For Producing Same}

본 발명은, 미세하고 고정밀의 노광 패턴을 형성하는 것이 가능한 위상 시프트 마스크 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 플랫 패널 디스플레이(Flat Panal Display, FPD)의 제조에 이용하기 매우 적합한 기술에 관한 것이다.

본원은, 2012년 12월 27일자에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 2012－285846호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

반도체 디바이스나 FPD의 제조 공정에서는, 실리콘이나 유리 등으로 이루어진 기판에 형성된 레지스터 막에 미세 패턴을 노광, 전사하기 위해서 위상 시프트 마스크가 사용되고 있다. FPD용의 유리 기판은 반도체용의 실리콘 기판에 비해 대면적이기 때문에, FPD용의 기판에 대해서 충분한 노광 광량으로 노광하기 위해서 g선, h선 및 i선의 복합 파장의 노광 빛이 이용되고 있다. 그리고 이러한 노광 빛을 이용하는 경우, 종래부터, 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크가 사용되고 있다 (예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

한편, 더욱 미세화를 달성하기 위한 수단으로 하프톤형 위상 시프트 마스크가 사용되고 있다 (예를 들어, 특허 문헌 2 참조). 이 방법에 의하면, 193nm에서 위상이 180°가 되는 것으로, 빛의 강도가 ‘0’이 되는 부분을 설정하여 패터닝 정밀도를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 빛의 강도가 ‘0’이 되는 부분이 있는 것으로, 초점 심도를 크게 설정하는 것이 가능하며, 노광 조건의 완화 또는 패터닝의 수율 향상을 도모할 수 있다.

그러나, 상기 종래 기술은, 투명기판 상에 차광층을 증착하고, 이 차광층을 에칭 및 패터닝한 후, 패터닝한 차광층을 덮도록 위상 시프트층을 증착하고, 이러한 위상 시프트층을 에칭 및 패터닝함으로써 위상 시프트 마스크를 제조한다. 이와 같이 증착과 패터닝을 교대로 실시하면, 장치 간 반송 시간이나 처리 대기 시간이 길어져 생산 효율이 현저하게 저하된다. 게다가, 소정의 개구 패턴을 가지는 단일 마스크 너머로, 위상 시프트층과 차광층을 연속하여 에칭하지 못하고, 마스크(레지스터 패턴)를 2회 형성할 필요가 있어, 제조 공정수가 많아진다. 따라서, 높은 양산성으로 위상 시프트 마스크를 제조할 수 없는 문제가 있었다.

<선행 기술 문헌>

<특허 문헌>

<특허문헌 1> 일본 공개특허공보 특개 2011-13283호 공보

<특허문헌 2> 일본 공개특허공보 특개 2006-78953호 공보

상기의 점을 감안하여, 투명기판 표면에 위상 시프트층, 에칭 스토퍼층, 및 차광층을, 이 순서대로 마련한 위상 시프트 마스크가 고려된다. 이러한 구성이라면, 위상 시프트 마스크를 포트리소법으로 제조한 경우, 차광층에 형성된 패턴의 개구 폭이 위상 시프트 패턴의 개구 폭보다 넓은 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크, 즉, 위상 시프트 마스크를 평면시 했을 때, 차광 패턴으로부터 위상 시프트 패턴이 돌출된 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크를 얻을 수 있다.

그러나, 에지 강조형의 위상 시프트 마스크 패턴 영역에서는 이와 같이 위상 시프트 패턴이 차광 패턴에서 돌출된 넓은 형상이 바람직하지만, 본래, 평면시 형상이 동일하지 않으면 안되는 정렬 마크 등의 부분에서도 계층에 의해 개구 형상(폭 치수)이 달라지게 되는 바, 바람직하지 않은 문제가 있었다.

본 발명에 따른 실시예는 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크를 높은 양산성으로 제조하는 데 적합한 위상 시프트 마스크에 대해, 패턴 영역에 있어서 위상 시프트 패턴이 차광 패턴에서 돌출된 넓은 형상과, 차광 영역에 있어서 위상 시프트층, 에칭 스토퍼층, 및 차광층의 평면시 형상이 동일한 구조를 동시에 형성하고, 고정밀 처리가 가능한 위상 시프트 마스크를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 본 발명의 하나의 실시예에 따른 위상 시프트 마스크는,

투명기판;

상기 투명기판의 표면에 형성되어 있고 Cr을 주성분으로 하는 위상 시프트층;

상기 투명기판으로부터 이격된 쪽의 상기 위상 시프트층 표면에 형성되어 있고, Ni, Co, Fe, Ti, Si, Al, Nb, Mo, W 및 Hf로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 주성분으로 하는 에칭 스토퍼층; 및

상기 위상 시프트층으로부터 이격된 쪽의 상기 에칭 스토퍼층 상에 형성되어 있고 Cr를 주성분으로 하는 차광층;

을 포함하고,

상기 위상 시프트층에 형성된 위상 시프트 패턴의 개구 폭보다 상기 차광층에 형성된 차광 패턴의 개구 폭이 넓게 설정된 위상 시프트 영역과, 상기 위상 시프트층에 형성된 상기 위상 시프트 패턴의 상기 개구 폭과 상기 차광층에 형성된 상기 차광 패턴의 상기 개구 폭이 동일하게 설정된 차광 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

(2) 본 발명의 하나의 실시예에 따른 위상 시프트 마스크의 제조방법은,

투명 기판;

상기 투명기판의 표면에 형성되어 있고 Cr를 주성분으로 하는 위상 시프트층;

상기 투명기판으로부터 이격된 쪽의 상기 위상 시프트층 표면에 형성되어 있고 Ni, Co, Fe, Ti, Si, Al, Nb, Mo, W 및 Hf로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 주성분으로 하는 에칭 스토퍼층; 및

상기 위상 시프트층으로부터 이격된 쪽의 상기 에칭 스토퍼층 상에 형성되어 있고 Cr를 주성분으로 하는 차광층;

을 포함하고,

상기 위상 시프트층에 형성된 위상 시프트 패턴의 개구 폭보다 상기기 차광층에 형성된 차광 패턴의 개구 폭이 넓게 설정된 위상 시프트 영역과 상기 위상 시프트층에 형성된 상기 위상 시프트 패턴의 상기 개구 폭과 상기 차광층에 형성된 상기 차광 패턴의 상기 개구 폭이 동일하게 설정된 차광 영역을 포함하는 위상 시프트 마스크를 제조하는 방법으로서,

상기 투명기판에, 상기 위상 시프트층, 상기 에칭 스토퍼층, 및 상기 차광층을 형성하는 공정;

상기 차광층 상에 소정의 개구 패턴을 가진 제 1 마스크를 형성하는 공정;

상기 형성한 제 1 마스크 너머로 상기 차광층과 상기 에칭 스토퍼층을 차례대로 에칭하여 차광 패턴과 에칭 스토퍼 패턴을 형성하는 공정;

상기 제 1 마스크 너머로 상기 위상 시프트층을 에칭하여 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정;

상기 차광 패턴 표면 및 패턴 개구에 노출된 차광층을 덮는 것과 동시에, 상기 패턴 개구에 노출된 상기 에칭 스토퍼 패턴과 상기 위상 시프트 패턴이, 상기 차광 영역에서는 덮이지 않고 상기 위상 시프트 영역에서는 덮이도록, 소정의 개구 패턴을 가진 제 2 마스크를 형성하는 공정;

상기 형성한 제 2 마스크 너머로 상기 위상 시프트 패턴을 에칭하는 공정; 및

상기 제 2 마스크를 제거한 후, 상기 에칭 스토퍼 패턴을 재차 에칭 하는 공정;

을 포함하는 것을 특징으로 한다.

(3) 상기 (2)의 실시예에서, 상기 에칭 스토퍼층의 에칭에, 질산을 함유한 에칭액을 사용할 수 있다.

상기 (1)의 실시예에 따르면, 투명기판; 상기 투명기판의 표면에 형성되어 있고 Cr을 주성분으로 하는 위상 시프트층; 상기 투명기판으로부터 이격된 쪽의 상기 위상 시프트층 표면에 형성되어 있고, Ni, Co, Fe, Ti, Si, Al, Nb, Mo, W 및 Hf로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 주성분으로 하는 에칭 스토퍼층; 및 상기 위상 시프트층으로부터 이격된 쪽의 상기 에칭 스토퍼층 상에 형성되어 있고 Cr를 주성분으로 하는 차광층; 을 포함하고, 상기 위상 시프트층에 형성된 위상 시프트 패턴의 개구 폭보다 상기 차광층에 형성된 차광 패턴의 개구 폭이 넓게 설정된 위상 시프트 영역과, 상기 위상 시프트층에 형성된 상기 위상 시프트 패턴의 상기 개구 폭과 상기 차광층에 형성된 상기 차광 패턴의 상기 개구 폭이 동일하게 설정된 차광 영역을 포함함으로써, 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크에 대해, 차광 영역의, 위상 시프트 패턴, 에칭 스토퍼 패턴, 및 차광 패턴의 개구 폭을 동일하게 하여 정렬 마크의 정확성을 유지하면서, 고정밀화에 대응 가능한 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크를 높은 양산성으로 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에서 Cr을 주성분으로 한다는 것은, Cr, Cr의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 탄화 질화물 및 산화 탄화 질화물에서 선택되는 어느 1종으로 구성되는 것을 의미한다.

상기 (2)의 실시예에 따르면, 투명 기판; 상기 투명기판의 표면에 형성되어 있고 Cr를 주성분으로 하는 위상 시프트층; 상기 투명기판으로부터 이격된 쪽의 상기 위상 시프트층 표면에 형성되어 있고 Ni, Co, Fe, Ti, Si, Al, Nb, Mo, W 및 Hf로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 주성분으로 하는 에칭 스토퍼층; 및 상기 위상 시프트층으로부터 이격된 쪽의 상기 에칭 스토퍼층 상에 형성되어 있고 Cr를 주성분으로 하는 차광층; 을 포함하고, 상기 위상 시프트층에 형성된 위상 시프트 패턴의 개구 폭보다 상기기 차광층에 형성된 차광 패턴의 개구 폭이 넓게 설정된 위상 시프트 영역과 상기 위상 시프트층에 형성된 상기 위상 시프트 패턴의 상기 개구 폭과 상기 차광층에 형성된 상기 차광 패턴의 상기 개구 폭이 동일하게 설정된 차광 영역을 포함하는 위상 시프트 마스크를 제조하는 방법으로서,

상기 투명기판에, 상기 위상 시프트층, 상기 에칭 스토퍼층, 및 상기 차광층을 형성하는 공정; 상기 차광층 상에 소정의 개구 패턴을 가진 제 1 마스크를 형성하는 공정; 상기 형성한 제 1 마스크 너머로 상기 차광층과 상기 에칭 스토퍼층을 차례대로 에칭하여 차광 패턴과 에칭 스토퍼 패턴을 형성하는 공정; 상기 제 1 마스크 너머로 상기 위상 시프트층을 에칭하여 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정; 상기 차광 패턴 표면 및 패턴 개구에 노출된 차광층을 덮는 것과 동시에, 상기 패턴 개구에 노출된 상기 에칭 스토퍼 패턴과 상기 위상 시프트 패턴이, 상기 차광 영역에서는 덮이지 않고 상기 위상 시프트 영역에서는 덮이도록, 소정의 개구 패턴을 가진 제 2 마스크를 형성하는 공정; 상기 형성한 제 2 마스크 너머로 상기 위상 시프트 패턴을 에칭하는 공정; 및 상기 제 2 마스크를 제거한 후, 상기 에칭 스토퍼 패턴을 재차 에칭 하는 공정;을 포함함으로써 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크에 대해, 차광 영역의, 위상 시프트 패턴, 에칭 스토퍼 패턴, 및 차광 패턴의 개구 폭을 동일하게 하여 정렬 마크의 정확성을 유지하면서, 고정밀화에 대응 가능한 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크를 높은 양산성으로 제조할 수 있다.

상기 (3)의 경우, 상기 에칭 스토퍼층(에칭 스토퍼 패턴)의 에칭에, 질산을 함유한 에칭액을 사용할 수 있다.

위상 시프트 영역에 있어서, 위상 시프트 마스크 블랭크의 차광층 상에 소정의 개구 패턴을 가지는 단일 마스크로서 레지스터 패턴 (제 1 마스크)을 형성하고, 이러한 레지스터 패턴 너머로 차광층을 에칭하여 소정 폭의 차광 패턴을 형성한다.

또한, 상기 레지스터 패턴 너머로 에칭 스토퍼층을 에칭하여 에칭 스토퍼 패턴을 형성한다. 이때, 차광 패턴의 측면은 노출되어 있으나, 차광 패턴은 에칭 스토퍼 패턴과는 다른 재료로 구성되기 때문에 에칭되지 않고 차광 패턴과 에칭 스토퍼 패턴이 동일한 폭이 된다.

이어서, 상기 레지스터 패턴 너머로 위상 시프트 층을 에칭하여, 에칭 스토퍼 패턴과 동일한 폭의 위상 시프트 패턴을 형성한다. 이때, 위상 시프트 패턴과 같은 Cr계 재료로 구성된 차광 패턴도 에칭되기 때문에 위상 시프트 패턴의 폭보다 차광 패턴의 개구 폭이 넓어지게 된다. 이상의 공정을 거침으로써, 차광 패턴의 개구 폭이 위상 시프트 패턴 및 에칭 스토퍼 패턴의 개구 폭보다 넓어지게 된다.

차광 영역에 있어서도, 동일하게 제 1 마스크를 사용함에 따라, 차광 패턴의 개구 폭이 위상 시프트 패턴의 개구 폭보다 넓어지게 된다. 이어서, 차광층 표면 및 패턴 개구에 노출된 차광층(측면)을 덮는 동시에 패턴 개구에 노출된 에칭 스토퍼층과 위상 시프트층(위상 시프트 패턴)은 덮이지 않도록 소정의 개구 패턴을 갖는 제 2 마스크를 형성한다.

이때, 위상 시프트 영역에서는 차광 영역과 달리, 차광 패턴 표면 및 패턴 개구에 노출된 차광 패턴, 에칭 스토퍼 패턴, 및 위상 시프트 패턴의 측면이 모두 제 2 마스크에 의해 덮인다. 즉, 차광 패턴, 에칭 스토퍼 패턴, 및 위상 시프트 패턴의 개구 폭보다 좁은 소정의 폭을 갖는 제 2 마스크를 형성한다.

이어서, 이러한 레지스터 패턴 너머로 패턴 개구에 노출된 위상 시프트 패턴의 측면을 에칭하여 차광 패턴의 개구 폭과 동일한 개구 폭을 갖는 위상 시프트 패턴을 형성한다. 이때, 패턴 개구에 노출된 차광 패턴은 제 2 마스크에 의해 보호되고 에칭되지 않는다. 이후, 제 2의 마스크를 제거한 후, 마지막으로 에칭 스토퍼 패턴을 재차 에칭한다. 이때, 에칭 스토퍼 패턴의 측면만을 에칭하여 차광 패턴과 에칭 스토퍼 패턴이 하나의 측면을 갖도록 설정한다. 이때, 위상 시프트 패턴 및 차광 패턴 측면은 노출되어 있으나, 위상 시프트 패턴 및 차광 패턴은 에칭 스토퍼 패턴과는 다른 재료로 구성되기 때문에 에칭되지 않고, 위상 시프트 패턴, 차광 패턴, 및 에칭 스토퍼 패턴은 하나의 면을 형성하게 된다.

동시에, 위상 시프트 영역에서도 에칭 스토퍼 패턴은 에칭된다. 이상의 공정을 거침으로써, 차광 패턴 및 에칭 스토퍼 패턴의 개구 폭이 위상 시프트 패턴의 개구 폭보다 넓은 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크를 얻을 수 있다.

이와 같이, 미리 형성한 위상 시프트 마스크 블랭크를 패터닝하는 것만으로 차광 영역에서 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있다. 따라서, 종래 기술과 같이 증착과 패터닝을 교대로 실시하는 경우에 비해 효율적으로 제조할 수 있으며, 종래 기술에 비해 제조 공정 수를 줄일 수 있는 바, 높은 양산성으로 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있다.

본 발명에 있어서, Cr을 주성분으로 한 위상 시프트층은, 상기 Cr의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 탄화 질화물 및 산화 탄화 질화물에서 선택되는 어느 1종으로 구성되어 위상 시프트 효과가 충분히 발휘되는 두께로 설정된다. 이러한 위상 시프트 효과가 충분히 발휘되는 두께를 갖기 위해서는, 에칭 시간이 차광층의 에칭 시간에 대해 1배가 넘게 길어지지만, 각 층간의 부착 강도가 충분히 높기 때문에, 선 조도가 거의 직선이며, 또한 패턴 단면이 거의 수직인 포토마스크로서 양호한 패턴을 형성할 수 있게 된다.

또한, 에칭 스토퍼층으로서 Ni을 포함하는 막을 사용하여, Cr을 포함하는 차광막 및 Cr을 포함하는 위상 시프트층과의 부착 강도를 충분히 높일 수 있다. 따라서, 습식 에칭액으로 차광층, 에칭 스토퍼층 및 위상 시프트층을 에칭할 때, 차광층과 에칭 스토퍼층의 계면 및 에칭 스토퍼층과 위상 시프트층의 계면에서 에칭액이 깊이 스며들지 않기 때문에, 형성되는 차광 패턴, 위상 시프트 패턴의 CD 정밀도를 높일 수 있고, 또한, 막의 단면 형상을 포토마스크에 양호한 수직에 가까운 형상으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에 의하면, 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크를 높은 양산성으로 제조하는데 적합한 위상 시프트 마스크에서, 패턴 영역에 있어서 위상 시프트 패턴이 차광 패턴으로부터 돌출된 넓은 형상과, 차광 영역에 있어서 위상 시프트 패턴, 에칭 스토퍼 패턴, 및 차광 패턴의 평면시 형상이 동일한 구조를 형성함으로써, 고화질 마스크를 제조 가능할 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 위상 시프트 마스크의 제조방법을 설명하는 공정도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 위상 시프트 마스크의 제조방법을 설명하는 공정도이다.

<제 1 실시예>

이하에서는 본 발명에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 방법의 하나의 실시예에 대하여 도면에 따라 설명한다.

도 1, 및 도 2는 본 실시예에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 모식적으로 나타내는 공정도이고, 도면에서 MB는 위상 시프트 마스크 블랭크이다.

본 발명의 위상 시프트 마스크 블랭크(MB)는, 도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 투명기판(S) 및 상기 투명기판(S)에 형성된 위상 시프트 층(11), 위상 시프트층(11) 상에 형성된 에칭 스토퍼층(12), 및 에칭 스토퍼층(12) 상에 형성된 차광층(13)으로 구성된다.

투명기판(S)로는, 투명성 및 광학적 등방성이 우수한 재료가 사용되며, 예를 들어, 석영 유리기판 또는 유리기판을 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 실시예에서는, 지름 치수 100 mm 정도의 기판이나, 한변이 50 ~ 100 mm 정도부터 한변이 300 mm 이상의 구형 기판에 적용 가능하고, 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, 투명기판(S)의 표면을 연마하여 투명기판(S)의 평탄도를 저감할 수도 있다. 투명기판(S)의 평탄도는, 예를 들어, 20㎛ 이하로 할 수 있다. 이 경우, 마스크의 초점 심도가 깊어져 미세하고 정밀한 패턴 형성에 크게 기여할 수 있다. 더 상세하게는, 평탄도는 10㎛ 이하로 작은 것이 더욱 바람직하다.

위상 시프트층(11) 및 차광층(13)은 Cr을 주성분으로 하며, 구체적으로는, Cr 원소, Cr의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 탄화 질화물 및 산화 탄화 질화물로부터 선택되는 1 종으로 구성할 수 있고, 또한 이 중에서 선택되는 2종 이상을 적층하여 구성할 수도 있다.

위상 시프트층(11)은 300 nm 이상 500 nm 이하의 파장 영역 중 하나의 빛(예를 들어, 파장 365 nm의 i선)에 대해 약 180°의 위상차를 가질 수 있는 두께(예를 들어, 90 nm ~ 170 nm)로 형성된다. 차광층(13)은 소정의 광학 특성을 얻을 수 있는 두께(예를 들어, 80 nm ~ 200 nm)로 형성된다. 에칭 스토퍼층(12)로는 Ni, Co, Fe, Ti, Si, Al, Nb, Mo, W 및 Hf에서 선택된 적어도 1 종의 금속을 주성분으로 사용할 수 있으며, 예를 들어, Ni-Ti-Nb-Mo 막을 사용할 수 있다. 이러한 위상 시프트층(11), 에칭 스토퍼층(12), 및 차광층(13)은 예를 들어, 스퍼터링 법, 전자빔 증착법, 레이저 증착법, ALD 법 등에 의해 형성할 수 있다.

본 실시예의 위상 시프트 마스크(M)은 180°의 위상차를 가질 수 있는 위상 시프트층(위상 시프트 패턴, 11)을 포함하여, 이 위상 시프트층(11)에 형성된 위상 시프트 패턴(11a)의 개구 폭(d1)보다 차광층(13)에 형성된 차광 패턴(13b)의 개구 폭(d2)가 넓게 설정된 위상 시프트 영역(PSA)와 위상 시프트층(11)에 형성된 위상 시프트 패턴(11b)의 개구 폭(d5)와 차광층(13)에 형성된 차광 패턴(13b)의 개구 폭(d5)가 동일하게 설정된 차광 영역(MSA)를 포함한다.

차광 영역(MSA)는, 예를 들어, 정렬 마크(AM)을 마련할 수 있으며, 차광 영역(MSA)는 평면시 했을 때 위상 시프트 영역(PSA)의 주위를 둘러싸도록 투명기판(S)의 주변부에 형성될 수 있다.

당해 위상 시프트 마스크(M)에 의하면, 상기 파장 영역의 빛, 특히 g선(436 nm), h선(405 nm), i선(365 nm)을 포함한 복합 파장을 노광 빛으로 이용하는 바, 위상의 반전 작용에 의해 빛의 강도가 최소가 되는 영역을 형성함으로써 노광 패턴을 보다 선명하게 할 수 있다. 이러한 위상 시프트 효과에 의해, 패턴 정밀도가 크게 향상하여 미세하고 고정밀의 패턴 형성이 가능해진다. 위상 시프트층은 산화 질화 크롬계 재료로 형성할 수 있으며, 상기 위상 시프트층의 두께는 i선에 대해 약 180°의 위상차를 가질 수 있는 두께로 형성할 수 있다. 또한 h선 또는 g선에 대해 약 180°의 위상차를 가질 수 있는 두께로 상기 위상 시프트층을 형성해도 좋다. 여기에서 ‘약 180°’는 180° 또는 180° 근방을 의미하며, 예를 들어, 180° ± 10°이하이다. 이러한 위상 시프트 마스크에 의하면, 상기 파장 영역의 빛을 이용하여 위상 시프트 효과에 근거한 패턴 정밀도의 향상을 도모할 수 있고 미세하고 정밀한 패턴 형성이 가능해진다. 이를 통해, 고화질의 플랫 패널 디스플레이를 제조할 수 있다.

본 실시예의 위상 시프트 마스크는, 예를 들어, FPD용 유리기판에 패터닝용 마스크로서 구성할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 당해 마스크를 사용한 유리기판의 패터닝에는 노광 빛에 i선, h선 및 g선의 복합 파장이 이용된다.

본 실시예의 위상 시프트 마스크 블랭크(MB)는, 도 1(a)와 같이, 유리기판(S) 상에, DC 스퍼터링 법을 이용하여 Cr을 주성분으로 하는 위상 시프트층(11), Ni를 주성분으로 하는 에칭 스토퍼층(12), 및 Cr을 주성분으로 하는 차광층(13)을 차례대로 증착하여 제조된다. 이하, 상기 위상 시프트 마스크 블랭크(MB)에서 위상 시프트 마스크(M)을 제조하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명한다.

다음으로, 도 1(b)와 같이, 위상 시프트 마스크 블랭크(MB)의 최상층 인 차광층(13) 상에 포토 레지스터층(PR1a)가 형성된다. 포토 레지스터층 (PR1a)는 포지티브(positive) 형으로 형성할 수도 있고 네거티브(negative) 형으로 형성할 수도 있다. 포토 레지스터층(PR1a)로는, 액상 레지스터가 사용되지만, 드라이 필름 레지스터가 사용될 수도 있다.

계속해서, 도 1(c) 및 도 1(d)에 나타낸 바와 같이, 포토 레지스터층(PR1a)을 노광 및 현상함으로써 영역(PR1b)을 제거하여 차광층(13) 상에 레지스터 패턴(RP1)을 형성한다. 레지스터 패턴(RP1)은 차광층(13)의 에칭 마스크로서 기능하는 바 차광층(13)의 에칭 패턴에 대응하여 적절히 형상이 결정된다. 하나의 예로서, 위상 시프트 영역(PSA)에서는 형성하는 위상 시프트 패턴의 개구 폭 치수(d1)과 동일한 개구 폭(d1)을 갖는 형상으로 설정된다.

이어서, 도 1(e)에 나타낸 바와 같이, 이러한 레지스터 패턴(RP1) 너머로 제 1 에칭액을 사용하여 차광층(13)을 습식 에칭한다. 제 1 에칭액으로는, 질산 세륨 제 2 암모늄을 함유한 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 레지스터 패턴(RP1)와 동일한 개구 폭(d1)을 갖는 형상으로 된다.

이후, 도 1(f)에 나타낸 바와 같이, 상기 레지스터 패턴(RP1) 너머로 제 2 에칭액을 사용하여 에칭 스토퍼층(12)을 습식 에칭한다. 제 2 에칭액으로는, 질산에 초산, 과염소산, 과산화수소 및 염산에서 선택한 적어도 1종을 첨가 한 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)은, 차광 패턴(13a) 및 레지스터 패턴(RP1)의 개구 폭 치수(d1)과 동일한 개구 폭(d1)을 갖는 형상으로 된다.

다음으로, 도 1(g)에 나타낸 바와 같이, 레지스터 패턴(RP1) 너머로, 즉 레지스터 패턴(RP1)을 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 구성되고 차광 패턴(13a)의 측면이 노출되어 있기 때문에, 위상 시프트층(11)이 패터닝 되어 위상 시프트 패턴(11a)가 형성되고, 위상 시프트 패턴(11a)이 개구 폭 치수(d1)을 갖는 형상으로 됨과 동시에, 차광 패턴(13a)는 더욱 사이드 에칭되어, 위상 시프트 패턴(11a)의 개구 폭 치수(d1)보다 큰 개구 폭(d2)를 갖는 형상의 차광 패턴(13b)가 형성된다. 이때, 에칭 스토퍼 패턴(12a) 및 위상 시프트 패턴(11a)는 레지스터 패턴(RP1)과 동일한 개구 폭(d1)을 갖는 형상으로 되어 있다.

이어서, 도 2(h)에 나타낸 바와 같이, 레지스터 패턴(RP1)을 제거한다. 레지스터 패턴(RP1) 제거에는, 공지의 레지스터 박리액을 사용할 수 있기 때문에 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

여기까지, 위상 시프트 영역(PSA)의 치수에 대해 설명했지만, 차광 영역(MSA)에 대해서는, 예를 들어, 에칭 스토퍼 패턴(12a) 및 위상 시프트 패턴(11a)는 레지스터 패턴(RP1)과 동일한 개구 폭(d3)를 갖는 형상으로 되어 있고 차광 패턴(13b)는 위상 시프트 패턴(11a)의 개구 폭 치수(d3)보다 큰 개구 폭(d5)를 갖는 형상으로 되어 있다.

또한, 위상 시프트 영역(PSA)와 차광 영역(MSA)와의 경계 부근에 위치하는 개구에 있어서는 예를 들어, 에칭 스토퍼 패턴(12a) 및 위상 시프트 패턴(11a)는 레지스터 패턴(RP1)과 동일한 개구 폭(d6)을 갖는 형상으로 되어 있고 차광 패턴(13b)는 위상 시프트 패턴(11a)의 개구 폭 치수(d6)보다 큰 개구 폭(d4)를 갖는 형상으로 되어 있다.

다음으로, 도 2(j)와 같이 유리기판(S) 상의 전면에 포토 레지스터층(PR2a)을 형성한다. 이때, 포토 레지스터층(PR2a)는, 차광 패턴(13b), 위상 시프트 패턴(11a), 및 에칭 스토퍼 패턴(12a)에 의해 형성된 개구의 내부를 포함하여 유리기판(S)의 전면을 덮도록 형성된다.

계속해서, 도 2(k) 및 도 2(m)에 나타낸 바와 같이, 포토 레지스터층(PR2a)을 노광 및 현상함으로써 영역(PR2b)을 제거하여 레지스터 패턴(RP2)를 형성한다. 이때, 레지스터 패턴(RP2)는, 차광 패턴(13b), 위상 시프트 패턴(11a), 및 에칭 스토퍼 패턴(12a)에 의해 형성된 개구의 내부를 포함하여 유리기판(S) 상의 개구 패턴 전면을 덮도록 형성된다. 레지스터 패턴(RP2)는, 유리기판(S) 상의 개구 패턴과 유사한 패턴 형상, 즉, 레지스터 패턴(RP1)과 유사한 평면 형상을 갖되, 그 개구 폭 치수가 다르게 되도록 형성되어 있다.

구체적으로는, 위상 시프트 영역(PSA) 및 위상 시프트 영역(PSA)와 차광 영역(MSA)와의 경계 부근에 위치하는 개구에서는 레지스터 패턴(RP2)는 레지스터 패턴(RP1)의 개구 폭 치수(d1) 및 치수(d6)보다 작은 개구 폭(d10) 및 폭(d7)을 갖는 형상으로 되어있다. 즉, 레지스터 패턴(RP2)는, 빛의 강도가 ‘0’이 되는 부분을 설정하여 패터닝 정밀도를 향상시키는 것을 주목적으로 하는 패턴 부분에 있어서는, 이러한 차광 패턴(13b), 위상 시프트 패턴(11a), 및 에칭 스토퍼 패턴(12a)가 적층된 개구 패턴 내부 측면을 덮도록 그 폭 치수가 설정된다.

또한, 차광 영역(MSA)에 있어서는, 레지스터 패턴(RP2)는, 레지스터 패턴(RP1)의 개구 폭 치수(d3)와 동일한 개구 폭을 갖는 형상으로 되어, 개구 내부의 적층된 측면 가운데 차광 패턴(13b)의 측면만을 덮는 동시에, 위상 시프트 패턴(11a), 및 에칭 스토퍼 패턴(12a)의 측면을 노출시키도록 그 폭 치수가 설정된다.

이어서, 도 2(n)에 나타낸 바와 같이, 레지스터 패턴(RP2) 너머로, 즉, 레지스터 패턴(RP2)이 덮인 상태에서, 제 1 에칭액을 사용하여 위상 시프트 패턴(11a)를 습식 에칭한다. 여기서, 차광 패턴(13b)는, 위상 시프트 영역(PSA) 및 차광 영역(MSA) 모두에서 레지스터 패턴(RP2)로 덮여 있기 때문에 에칭되지 않는다.

동시에, 위상 시프트 영역(PSA)에서 위상 시프트 패턴(11a)는 레지스터 패턴(RP2)로 덮여 있기 때문에 에칭되지 않는다.

또한, 차광 영역(MSA)에서는, Cr계 재료로 구성된 위상 시프트 패턴(11a)가 사이드 에칭되어 위상 시프트 패턴(11b)가 형성된다. 위상 시프트 패턴(11b)는 개구 폭 치수(d5) 및 치수(d9)을 갖는 형상으로 된다. 동시에 차광 패턴(13b)는 에칭되지 않는다. 그 결과, 위상 시프트 패턴(11b)의 개구 폭 치수를 차광 패턴(13b)와 같은 개구 폭(d5)가 되도록 설정할 수 있다. 또한, 에칭 스토퍼 패턴(12a)가 이 공정 전과 동일한 개구 폭(d3) 및 폭(d6)을 갖는 형태로 유지될 수 있다.

이어서, 도 2(p)에 나타낸 바와 같이, 레지스터 패턴(RP2)을 제거한다. 레지스터 패턴(RP2)는, 레지스터 패턴(RP1)과 마찬가지로 제거할 수 있다.

다음으로, 그림 2(q)에 나타낸 바와 같이, 상기 제 2 에칭액을 사용하여 에칭 스토퍼 패턴(12a)를 재차 습식 에칭한다. 따라서, 에칭 스토퍼 패턴(12b)의 개구 폭이 차광 패턴(13b)의 개구 폭(d2), 폭(d4), 폭(d5)와 동일하게 된다.

이상의 공정에 의해, 그림 2(q)와 같이 위상 시프트 영역(PSA)에서 위상 시프트 패턴(11b)의 개구 폭(d1)보다 차광 패턴(13b) (및 에칭 스토퍼 패턴(12b))의 개구 폭(d2)가 넓은 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크(M)이 얻을 수 있다.

이러한 위상 시프트 마스크(M)는, 차광 영역(MSA)에서는, 위상 시프트 패턴(11b), 차광 패턴(13b), 및 에칭 스토퍼 패턴(12b)의 개구 폭(d5)가 동일한, 즉, 정렬 마크(AM)이 되는 개구 패턴의 위상 시프트 패턴(11b), 차광 패턴(13b), 및 에칭 스토퍼 패턴(12b)의 측면이 하나의 면이 되어, 노광 처리의 노광 방향과 거의 동일한 형상으로 되어있다.

또한, 위상 시프트 영역(PSA)와 차광 영역(MSA)와의 경계 부근에 위치하는 개구에서는, 예를 들어, 위상 시프트 패턴(11b)의 개구 폭(d9)보다 차광 패턴(13b) (및 에칭 스토퍼 패턴(12b))의 개구 폭(d4) 넓은 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크(M)을 얻을 수 있다. 동시에, 차광 영역(MSA) 측의 개구 패턴 내에서는 위상 시프트 패턴(11b), 차광 패턴(13b), 및 에칭 스토퍼 패턴(12b)의 측면이 하나의 면이 되어 노광 처리의 노광 방향과 거의 동일한 형상으로 되어있다.

단, 위상 시프트 영역(PSA)에서 차광 패턴(13b) 외부에 노출된 위상 시프트 패턴(11a)의 폭 (d2-d1)은, 위상 시프트 층(11)을 습식 에칭할 때 차광 패턴(13b)의 에칭 속도에 의해 정해진다. 여기서, 이 차광 패턴(13a)의 에칭 속도는 차광층(13)의 조성과 에칭 스토퍼 층(12)과 차광층(13)과의 계면 상태에 영향을 받는다. 예를 들어, 차광층(13)을 크롬(Cr)을 주성분으로 한 층과 산화 크롬을 주성분으로 한 층의 2층의 막으로 구성한 경우에, 크롬(Cr)을 주성분으로 한 층의 크롬 성분의 비율을 높게 하면 에칭 속도를 높일 수 있는 한편, 크롬 성분의 비율을 낮추면 에칭 속도를 늦출 수 있다. 차광 패턴(13a)의 에칭량으로서는, 예를 들어, 200 nm ~ 1000 nm의 범위 내에서 설정할 수 있다.

상기 실시예에 의하면, 투명기판(S) 상에, 위상 시프트층(11), 에칭 스토퍼층(12) 및 차광층(13)을이 차례대로 적층하여 위상 시프트 마스크 블랭크(MB)를 구성했다. 이러한 위상 시프트 마스크 블랭크(MB)의 차광층(13) 상에 레지스터 패턴(RP1) 및 패턴(RP2)를 형성하고, 상기 레지스터 패턴(RP1) 및 패턴(RP2)를 이용하여 각 층을 습식 에칭함으로써, 정렬 마크(AM)의 위치 정확도가 높은 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크(M)을 제조할 수 있다. 따라서, 증착 및 에칭을 반복하는 종래 예에 비해 제조 공정 수를 줄일 수 있는 동시에 생산 효율을 높일 수 있기 때문에, 높은 양산 성에서 고정밀한 시인성이 높은 위상 시프트 마스크(M)을 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 두께를 가진다. 이러한 위상 시프트 효과가 충분히 발휘되는 두께를 가지기 위해서는, 에칭 시간이 차광층(13)의 에칭 시간에 대해 1배가 넘게 길어지지만, 각 층간의 부착 강도가 충분히 높기 때문에 선 조도가 거의 직선이며, 또한 패턴 단면이 거의 수직이 되는 포토마스크로서 양호한 패턴 형성할 수 있게 된다.　

더욱이, 에칭 스토퍼층(12)으로서 Ni을 포함하는 막을 사용하여, Cr을 포함하는 차광층(13) 및 Cr을 포함 위상 시프트층(11)과의 부착 강도를 충분히 높일 수 있다.

따라서, 습식 에칭액으로 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 있고, 또한 막의 단면 형상을 포토마스크에 양호한 수직에 가까운 형상으로 할 수 있다.

상기 효과를 확인하기 위해, 다음의 실험을 실시하였다. 즉, 유리기판(S) 상에, 스퍼터링 법에 의해, 위상 시프트층(11)인 크롬의 산화 질화 탄화막을 120 nm의 두께로 증착하고, 에칭 스토퍼층(12)인 Ni-Ti-Nb-Mo 막을 30 nm의 두께로 증착한 후, 차광층(13)인 크롬 주성분 층과 산화 크롬 주성분 층의 2층으로 구성된 막을 100 nm의 합계 두께로 증착하여 위상 시프트 마스크 블랭크(MB)를 얻었다.

이 위상 시프트 마스크 블랭크(MB)에 레지스터 패턴(RP1)을 형성하고, 상기 레지스터 패턴(RP1) 너머로 질산 세륨 제 2 암모늄과 과염소산의 혼합 에칭액을 사용하여 차광층(13)을 에칭하여 차광 패턴(13a)를 형성한 후, 질산 및 과염소산의 혼합 에칭액을 사용하여 에칭 스토퍼층(12)을 에칭하여 에칭 스토퍼 패턴(12a)를 형성했다. 이어서, 질산 세륨 제 2 암모늄과 과염소산의 혼합 에칭액을 사용하여 위상 시프트층(11)을 에칭하여 위상 시프트 패턴(11a)를 형성했다.

이어서, 레지스터 패턴(RP2)를 형성하고, 이 레지스터 패턴(RP2) 너머로 질산 세륨 제 2 암모늄과 과염소산의 혼합 에칭액을 사용하여 위상 시프트 패턴(11a)를 사이드 에칭하여 위상 시프트 패턴(11b)를 형성했다. 다음으로, 레지스터 패턴(RP2)를 제거하고, 그 후, 질산 및 과염소산의 혼합 에칭액을 사용하여 에칭 스토퍼 패턴(12a)을 에칭함으로써 에칭 스토퍼 패턴(12b)를 형성하여 엣지 강조형의 위상 시프트 마스크(M)을 얻었다.

이로부터 얻은 위상 시프트 마스크(M)을 사용해, g 선, h 선 및 i 선의 복합 파장의 노광 빛을 이용하여 노광하고, 노광된 패턴의 선폭을 측정한 후, 목표 선폭(2.5 ㎛)에 대한 차이를 구한 결과, 10 % 정도로 억제될 수 있음을 확인하였다. 동시에, 정렬 마크(AM)의 윤곽 시인성이 양호환 것을 확인하였다. 이를 통해, 높은 양산성으로 제조 가능한 위상 시프트 마스크(M)을 FPD용으로 사용 가능하다는 것을 알 수 있었다.

이상, 본 발명의 실시예에 대해 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절하게 변경이 가능하다.

MB: 위상 시프트 마스크 블랭크
S: 유리기판 (투명기판)
11: 위상 시프트층
11a: 위상 시프트 패턴
12: 에칭 스토퍼층
12a, 12b: 에칭 스토퍼 패턴
13: 차광층
13a, 13b: 차광 패턴

Claims (3)

1. 삭제
2. 투명 기판;
   상기 투명기판의 표면에 형성되어 있고 Cr를 주성분으로 하는 위상 시프트층;
   상기 투명기판으로부터 이격된 쪽의 상기 위상 시프트층 표면에 형성되어 있고 Ni, Co, Fe, Ti, Si, Al, Nb, Mo, W 및 Hf로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 포함하는 에칭 스토퍼층; 및
   상기 위상 시프트층으로부터 이격된 쪽의 상기 에칭 스토퍼층 상에 형성되어 있고 Cr를 주성분으로 하는 차광층;
   을 포함하고
   상기 위상 시프트층에 형성된 위상 시프트 패턴의 개구 폭보다 상기 차광층에 형성된 차광 패턴의 개구 폭이 넓게 설정된 위상 시프트 영역과 상기 위상 시프트층에 형성된 상기 위상 시프트 패턴의 상기 개구 폭과 상기 차광층에 형성된 상기 차광 패턴의 상기 개구 폭이 동일하게 설정된 차광 영역을 포함하는 위상 시프트 마스크를 제조하는 방법으로서,
   상기 투명기판에, 상기 위상 시프트층, 상기 에칭 스토퍼층, 및 상기 차광층을 형성하는 공정;
   상기 차광층 상에 소정의 개구 패턴을 가진 제 1 마스크를 형성하는 공정;
   상기 형성한 제 1 마스크 너머로 상기 차광층과 상기 에칭 스토퍼층을 차례대로 에칭하여 차광 패턴과 에칭 스토퍼 패턴을 형성하는 공정;
   상기 제 1 마스크 너머로 상기 위상 시프트층을 에칭하여 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정;
   상기 차광 패턴 표면 및 패턴 개구에 노출된 차광층을 덮는 것과 동시에, 상기 패턴 개구에 노출된 상기 에칭 스토퍼 패턴과 상기 위상 시프트 패턴이, 상기 차광 영역에서는 덮이지 않고 상기 위상 시프트 영역에서는 덮이도록, 소정의 개구 패턴을 가진 제 2 마스크를 형성하는 공정;
   상기 형성한 제 2 마스크 너머로 상기 위상 시프트 패턴을 에칭하는 공정; 및
   상기 제 2 마스크를 제거한 후, 상기 에칭 스토퍼 패턴을 재차 에칭 하는 공정;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 에칭 스토퍼층의 에칭에, 질산을 함유한 에칭액을 사용하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.

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