KR101898796B1 - 포토마스크의 제조 방법 및 포토마스크 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는, 치수 정밀도가 높은 전사용 패턴을 형성할 수 있는 포토마스크의 제조 방법을 얻는 것이다.
투명 기판 상에, 광학막과, 반사성 박막과, 레지스트막이 적층된, 레지스트 부착 포토마스크 기판을 준비하는 공정과, 레지스트 패턴 형성 공정과, 반사성 박막 패턴을 형성하는, 박막 에칭 공정과, 상기 레지스트 패턴을 제거하는 공정과, 상기 반사성 박막 패턴의 치수를 측정하는, 치수 측정 공정과, 측정된 상기 치수에 기초하여 결정된, 상기 광학막의 에칭 시간에 기초하여, 상기 반사성 박막 패턴을 마스크로 하여, 상기 광학막의 습식 에칭을 행하는, 광학막 에칭 공정과, 상기 반사성 박막을 제거하는 공정을 갖고, 상기 치수 측정 공정에 있어서는, 상기 반사성 박막 패턴의 측정부에 검사광을 조사하고, 상기 검사광의 반사광을 검출함으로써, 상기 치수 측정을 행하는, 포토마스크의 제조 방법이다.

Description

포토마스크의 제조 방법 및 포토마스크 기판 {METHOD OF MANUFACTURING PHOTOMASK AND PHOTOMASK SUBSTRATE}

본 발명은, 투명 기판 상에 형성된 광학막을 패터닝함으로써, 전사용 패턴이 형성된 포토마스크의 제조 방법 및 상기 제조 방법에 사용되는 포토마스크 기판에 관한 것이다. 본 발명은, 특히 표시 장치 제조용으로 유리하게 사용되는 포토마스크의 제조 방법 및 그것에 사용되는 포토마스크 기판에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 그 포토마스크의 제조 방법에 의해 제조한 포토마스크를 사용하는 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

표시 장치 등의 전자 디바이스 제품의 고정세화 등에 수반하여, 그들의 제조에 사용하는 포토마스크가 구비하는 전사용 패턴에 대해, 보다 엄밀한 치수 제어에 대한 요구가 높아지고 있다.

이것에 관련하여, 특허문헌 1에는, 차광막의 패턴에 대해, 치수 제어를 보다 정확하게 행하는 방법이 기재되어 있다. 즉, 특허문헌 1에는, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막의 에칭을 행하고, 레지스트 패턴에 덮여 있지 않은 차광막이 제거되어 에칭을 정지한 후, 기판의 이면으로부터 광을 조사하여, 차광막에 의해 차광되지 않는 레지스트를 감광시키고, 현상함으로써, 차광막의 에지 위치를 파악하고, 추가 에칭 시간을 결정하는 방법이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 제2010-169750호 공보

현재, 표시 장치(예를 들어, 스마트폰, 태블릿 등의 휴대 단말기)에 요구되는 화질[선예성(鮮銳性), 밝기], 동작 속도, 전력 절약성은, 종래에 없이 높아지고 있다. 이러한 요구에 따르기 위해, 표시 장치의 제조에 사용되는 포토마스크의 전사용 패턴의 미세화, 고밀도화가 강하게 요망되고 있다.

표시 장치의 제조에 있어서는, 원하는 전사용 패턴을 구비하는 포토마스크를, 포토리소그래피 공정을 이용하여 제조하는 것이 행해진다. 즉, 투명 기판 상에 성막한 광학막 상에 레지스트막을 형성하고, 이 레지스트막에, 에너지선(레이저광 등)으로 묘화하고, 현상함으로써 얻은 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 광학막에 에칭을 실시한다. 필요에 따라서, 또 다른 광학막을 성막하여, 상기 포토리소그래피 공정을 반복하고, 최종적인 전사용 패턴을 형성한다. 여기서의 광학막은, 예를 들어 포토마스크에의 노광광을 차광하는 차광막, 노광광을 일부 투과하는 반투광막, 혹은 위상 시프트막이나 에칭 스토퍼막 등의 기능막 등을 포함한다.

표시 장치 제조용 포토마스크는, 반도체 제조용 포토마스크(일반적으로 5∼6인치)에 비해 사이즈가 큰(예를 들어, 한 변은 300㎜ 이상) 데다가, 다종의 사이즈가 존재한다. 그로 인해 표시 장치 제조용 포토마스크를 제조할 때의 광학막의 에칭에 있어서는, 진공 챔버를 필수로 하는 건식 에칭보다도, 습식 에칭을 적용하는 쪽이, 에칭 장치나 에칭 공정의 부담이 작고, 또한 제어를 하기 쉽다고 하는 이점이 있다.

단, 이들 공정을 거쳐서, 최종적으로 얻어지는 전사용 패턴의 치수 정밀도를 정교하고 치밀하게 제어하는 것은, 반드시 용이한 것은 아니다. 예를 들어, 목표 치수에 대한 허용 범위에 관하여, 목표값에 대해 ±100㎚ 정도의 허용 범위가 있으면, 묘화, 현상, 에칭 등 각 공정의 엄중한 관리에 의해, 큰 곤란 없이 이것을 달성 가능하다고 해도, 목표값에 대해 ±50㎚ 정도의 허용 범위 내, 나아가서는, 목표값에 대해 ±20㎚ 정도의 허용 범위 내로 하기 위해서는, 새로운 기술 과제가 발생하게 된다.

예를 들어, 도 1a∼도 1e와 같은 플로우에서, 투광부와 차광부를 갖는 전사용 패턴을 구비한 바이너리 마스크를 제조하는 공정을 설명한다.

우선, 도 1a에 도시하는 바와 같이, 투명 기판 상에, 스퍼터법 등의 성막 수단으로 광학막을 성막하고, 그 표면에 포토레지스트막을 도포한, 레지스트 부착 포토마스크 블랭크(레지스트 부착 포토마스크 기판)를 준비한다. 또한, 여기서는 광학막은, 크롬을 주성분으로 하는 차광막으로 한다.

다음으로, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 레이저 묘화 장치를 사용하여, 포토레지스트막에 소정의 패턴을 묘화한다. 여기서는, 묘화광으로서, FPD(Flat Panel Display)용 묘화 장치에 탑재된 광원이 발하는, 파장 413㎚의 레이저광을 사용한다.

다음으로, 도 1c에 도시하는 바와 같이, 패턴 묘화 후의 레지스트막을 현상하고, 레지스트 패턴을 형성한다.

다음으로, 도 1d에 도시하는 바와 같이, 형성한 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 광학막의 습식 에칭을 행하여, 광학막 패턴을 형성한다. 투광부로 되는 부분의 광학막이 충분히 에칭 제거되도록 에칭 시간을 설정하는데, 이에 의해 습식 에칭의 성질에 의해 사이드 에칭이 진행된다. 따라서, 도 1d에 도시하는 바와 같이, 에칭 후의 광학막 패턴의 에지(피 에칭 단면)는, 레지스트 패턴의 아래에 가려진 상태로 된다. 이로 인해, 상기 도 1b에 도시하는 공정에서 묘화를 행할 때의 묘화 데이터에 있어서는, 사이드 에칭에 의한 치수 변화를 미리 반영시킨 치수로 해 둘(사이징을 해 둠) 필요가 있다.

다음으로, 도 1e에 도시하는 바와 같이, 레지스트 패턴을 제거, 세정하여, 광학막 패턴을 포함하는, 전사용 패턴을 구비한 바이너리 마스크가 완성된다.

최종적으로 목표 치수에 일치한 광학막 패턴을 얻기 위해서는, 에칭 시간을 정교하고 치밀하게 결정할 필요가 있다. 이로 인해, 원하는 패턴 치수에 도달하기 위해, 소정의 광학막의 에칭 레이트(단위 시간당 에칭량)를, 정량적으로 파악해 둘 필요가 있다. 단, 에칭 레이트를 파악할 수 있어도, 에칭 종점을 정확하게 결정하는 것은 반드시 용이한 것은 아니다.

에칭 마스크로 되는 레지스트 패턴의 일례를 도 2에 나타낸다. 도 2는, 광학막(여기서는, 차광막) 상에 형성한 레지스트막에 패턴을 묘화하고, 현상하여 형성된 레지스트 패턴 단면의 SEM 사진을 나타낸다. 이것은, 상기 도 1c의 시점에서의 레지스트 패턴의 형상에 상당한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 형성되는 레지스트 패턴은, 300∼1000㎚ 정도의 두께가 있고, 광학막보다도 상당히 두껍다. 또한, 레지스트 패턴의 측면은, 기판에 대해 수직이 아닌, 약간의 경사가 있는 데다가, 광학막과의 접촉 부분의 에지에는 헤밍 보텀도 보인다. 이러한 레지스트 패턴의 입체 형상은, 묘화시나 현상시의 다양한 조건 변동의 영향을 받아, 반드시 완전한 재현성을 갖는다고 할 수는 없다. 따라서, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 미리 설정된 시간의 에칭을 행한 후에, 광학막 패턴의 치수가 확실하게 목표 치수에 도달한다고는 할 수 없다.

따라서, 광학막에 대한 에칭 개시 전에, 우선 레지스트 패턴의 치수를 측정하고, 이것을 기준으로 하여, 광학막에 대한 에칭 시간을 결정하는 것이 생각된다. 레지스트 패턴의 치수 측정에 있어서는, 검사광을 조사하여, 반사광 또는 투과광을 검출함으로써, 레지스트 패턴의 에지 위치를 판단하는 것이, 이론적으로는 가능하다. 그러나, 상술한 바와 같이, 레지스트 패턴의 두께, 헤밍 보텀이 있는 경사 단면 형상 등으로부터 보아, 레지스트 패턴의 광학적인 치수 측정은 곤란하고, 검출한 검사광이, 광학막 상의 어느 위치를 나타내는지는 불명료하며, 측정 정밀도의 신뢰성은 충분하지 않다.

다음으로, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 광학막의 습식 에칭을 행하여, 도중까지 에칭이 진행된 시점에서의 광학막 패턴의 치수를 파악하고, 파악한 치수와, 광학막의 에칭 레이트로부터, 광학막에 대한 추가 에칭 시간을 결정하고, 광학막에 대해 추가 에칭하는 것을 생각한다.

일반적으로, 건식 에칭이 이방성 에칭의 성질을 갖는 것에 반해, 습식 에칭은 에칭이 등방적으로 진행되는 성질을 갖는다. 그로 인해, 상기한 바와 같이, 에칭 대상인 광학막이 두께 방향으로 에칭되는 데에 수반하여, 광학막의 측면으로부터 기판 표면과 평행한 방향으로도 에칭이 진행된다. 이로 인해, 에칭 종료시가 가까워진 시점에서, 광학막 패턴의 치수는, 에칭 마스크로 되어 있는 레지스트 패턴의 치수와는 일치하지 않고, 보다 작아진다. 즉, 광학막 패턴의 에지는, 레지스트 패턴의 에지보다 레지스트 패턴측으로 들어가 레지스트 패턴의 아래에 가려진 상태로 된다. 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 한 습식 에칭 후의 광학막 패턴(도 3에 나타내는 차광막의 패턴)의 단면 형상의 SEM 사진을 도 3에 나타낸다. 또한, 이 SEM 사진은, 도 1d의 단면 형상에 대응한다.

이때, 도 3에 나타내는 바와 같은 광학막 패턴의 치수를 측정하고자 하는 경우, 기판의 표면측(기판의 주면 중, 패턴 형성을 행하는 측을 표면, 또는 제1 주면이라 함)으로부터 검사광을 조사하여, 반사광 또는 투과광을 검출하려고 해도, 레지스트 패턴이 방해로 되어, 광학막 패턴의 치수의 충분한 판독 정밀도가 얻어지지 않는다. 따라서, 이면측(기판의 표면측과는 반대측의 기판 주면)으로부터 검사광을 조사하여, 표면측에서 투과광을 검출하려고 하는 경우에도, 역시 레지스트 패턴이 방해로 된다. 또한, 이면측으로부터 검사광을 조사하여, 반사광의 검출에 의해 광학막 패턴의 치수를 측정하는 경우에는, 투명 기판이 방해로 된다.

그런데, 특허문헌 1에는, 도 3에 나타내는 바와 같은 상태에서, 기판의 이면측으로부터 노광하고, 이면측으로부터 보았을 때에 광학막의 단부로부터 노출된 부분의 레지스트를 감광하고, 현상에 의해 용출시켜, 레지스트 패턴과 광학막의 에지 위치를 일치시킨 후, 선 폭 측정을 행하는 방법이 기재되어 있다.

이 경우, 이론적으로는 레지스트 패턴 형상과 동일 형상의 광학막 패턴 형상이 형성되는 것이므로, 레지스트 패턴측으로부터 치수를 측정하고, 그 치수 측정 결과를 기초로, 추가 에칭 시간을 산정하면, 목표 치수의 광학막 패턴이 얻어지게 된다.

그러나, 이 방법에 의해서도, 요즘의 표시 장치에 요구되는, 극히 엄격한 치수 정밀도를 만족시키는 것은 용이하지 않다. 왜냐하면, 특허문헌 1의 방법에 의한 광학막 패턴의 치수 측정에서는, 직접, 광학막의 치수를 측정하고 있는 것이 아니라, 광학막의 치수를, 레지스트 패턴 치수로부터 간접적으로 얻고 있으므로, 반드시 충분한 측정 정밀도는 아닌 것이다. 또한, 이 광학막 패턴의 치수 측정을, 하방(기판 이면측)으로부터 검사광을 조사하여 반사광을 검출하는 반사 측정에 의해 행할 때에는, 역시 투명 기판의 두께가 측정의 방해로 된다.

레지스트 패턴의 형상은, 레지스트의 현상 온도나 현상제 농도 등에도 영향을 받는 것인 바, 이들을 항상 일정하게 하는 것은 용이하지 않다. 상기한 현 상황을 고려하면, 치수 정밀도가 높은 패터닝을 행하기 위해서는, 상기 변동 요인의 영향을 받기 어렵고, 에칭 종점까지의, 정확한 에칭 시간(즉, 광학막에 대해 필요한 에칭량에 적합한 에칭 시간)을 파악하는 방법을 얻는 것이 유용하다.

상기에서 언급한 바와 같이, 액정이나 유기 EL로 대표되는 표시 장치에는, 종래 이상으로 미세한 구조를 갖는 것이 증가하는 경향이 있다. 이 경향은, 박막 트랜지스터(TFT) 기판, 컬러 필터(포토스페이서, 색판) 등의 표시 장치의 부품의 각각에 공통되는 경향이지만, 이들 표시 장치에 있어서의, 화상의 정세화, 동작의 속도, 밝기, 전력 절약 등의 요구와 관계되어 있다.

상기에 수반하여, 표시 장치 제조용 포토마스크가 갖는 전사용 패턴의 CD(Critical Dimension: 이하, 패턴 선폭의 의미로 사용함)의 정밀도 요구가 엄격해지고 있다. 이것은, 라인 앤드 스페이스 패턴이라도, 홀 패턴이라도, 혹은 TFT 기판용 채널 구조여도 마찬가지이다. 예를 들어, 전사용 패턴의 CD 정밀도를 목표값±50㎚ 이하, 나아가서는 사양에 따라서는 목표값±20㎚ 이하, 결과적으로, 패턴 치수의 면 내 분포가 100㎚ 이하, 보다 바람직하게는 40㎚ 이하로 하는 것 등이 요구되도록 되어 있다.

이러한 요구를 만족시키기 위해서는, 전사용 패턴 형성에 있어서의, 면 내의 CD 편차가 억제됨과 함께, 그 절대값이, 한없이 설계대로의 치수로 마무리되어 있는 것이 요구되고 있다. 바꾸어 말하면, 형성된 전사용 패턴의 CD의 중심값이 고정밀도로 목표값에 일치할 필요가 있다. 따라서, 본 발명은 치수 정밀도가 높은 전사용 패턴을 형성할 수 있는 포토마스크의 제조 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서는, 등방성 에칭에 있어서, 패터닝되는 광학막 치수의 CD 중심값이 목표값에 도달하는 동시에, 에칭을 정지함으로써 달성할 수 있다. 따라서, 에칭을 정지하는 타이밍의 검출(종점 검출)을 정확하게 행하는 것이 긴요해진다.

따라서, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다. 본 발명은, 하기의 구성 1∼5 및 9∼12인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법, 하기의 구성 7, 8, 13 및 14인 것을 특징으로 하는 포토마스크 기판, 하기의 구성 6, 15인 것을 특징으로 하는 표시 장치의 제조 방법이다.

(구성 1)

본 발명의 구성 1은, 투명 기판 상에, 전사용 패턴을 형성하기 위한 광학막과, 상기 광학막에 대해 에칭 선택성을 갖는 반사성 박막이 적층되고, 또한 최표면에 레지스트막이 형성된, 레지스트 부착 포토마스크 기판을 준비하는 공정과, 묘화 장치를 사용하여, 상기 레지스트막에 소정 패턴을 묘화하고, 현상함으로써, 레지스트 패턴을 형성하는 레지스트 패턴 형성 공정과, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 반사성 박막을 에칭하여 반사성 박막 패턴을 형성하는 박막 에칭 공정과, 상기 레지스트 패턴을 제거하는 공정과, 상기 반사성 박막 패턴의 치수를 측정하는 치수 측정 공정과, 측정된 상기 치수에 기초하여 결정된, 상기 광학막의 에칭 시간에 기초하여, 상기 반사성 박막 패턴을 마스크로 하여, 상기 광학막의 습식 에칭을 행하는 광학막 에칭 공정과, 상기 반사성 박막을 제거하는 공정을 갖고, 상기 치수 측정 공정에 있어서는, 상기 반사성 박막 패턴의 측정부에 검사광을 조사하고, 상기 검사광의 반사광을 검출함으로써, 상기 치수 측정을 행하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법이다.

(구성 2)

본 발명의 구성 2는, 상기 반사성 박막의 막 두께는, 상기 광학막의 막 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 포토마스크의 제조 방법이다.

(구성 3)

본 발명의 구성 3은, 상기 검사광에 대한 상기 반사성 박막의 표면 반사율 Rt(％)는, 상기 광학막의 표면 반사율 Ro(％)보다 높고, 그 차(Rt-Ro)가 5(％) 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 포토마스크의 제조 방법이다.

(구성 4)

본 발명의 구성 4는, 상기 검사광에 대한, 상기 반사성 박막의 상기 표면 반사율 Rt는, 20(％) 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 포토마스크의 제조 방법이다.

(구성 5)

본 발명의 구성 5는, 상기 검사광으로서는, 파장이 300∼1000㎚의 범위 내인 광을 사용하는 것을 특징으로 하는, 구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 포토마스크의 제조 방법이다.

(구성 6)

본 발명의 구성 6은, 구성 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 제조 방법에 의해 제조한 포토마스크를 준비하는 공정과, 노광 장치를 사용하여, 상기 포토마스크에 노광하고, 상기 전사용 패턴을, 피전사체에 전사하는 공정을 갖는 표시 장치의 제조 방법이다.

(구성 7)

본 발명의 구성 7은, 표시 장치 제조용의 전사용 패턴을 구비한 포토마스크로 하기 위한 포토마스크 기판에 있어서, 투명 기판 상에, 전사용 패턴을 형성하기 위한 광학막과, 상기 광학막에 대해 에칭 선택성을 갖는 재료를 포함하는 반사성 박막이 적층되고, 상기 반사성 박막의 막 두께는, 상기 광학막의 막 두께보다 작고, 500㎚의 파장광에 대한 상기 반사성 박막의 표면 반사율 Rt는 20(％) 이상이고, 또한 상기 광학막의 표면 반사율 Ro(％)보다 높은 것을 특징으로 하는 포토마스크 기판이다.

(구성 8)

본 발명의 구성 8은, 상기 500㎚의 파장광에 대한 상기 반사성 박막의 상기 표면 반사율 Rt(％)는, 상기 광학막의 상기 표면 반사율 Ro(％)보다 높고, 그 차(Rt-Ro)가 5(％) 이상인 것을 특징으로 하는 구성 7에 기재된 포토마스크 기판이다.

(구성 9)

본 발명의 구성 9는, 투명 기판 상에, 전사용 패턴을 형성하기 위한 광학막과, 상기 광학막에 대해 에칭 선택성을 갖는 투과성 박막이 적층되고, 또한 최표면에 레지스트막이 형성된 레지스트 부착 포토마스크 기판을 준비하는 공정과, 묘화 장치를 사용하여, 상기 레지스트막에 소정 패턴을 묘화하고, 현상함으로써, 레지스트 패턴을 형성하는 레지스트 패턴 형성 공정과, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 투과성 박막을 에칭하여 투과성 박막 패턴을 형성하는 박막 에칭 공정과, 적어도 상기 투과성 박막 패턴을 마스크로 하여, 상기 광학막을 습식 에칭하여 광학막 예비 패턴을 형성하는 광학막 예비 에칭 공정과, 상기 광학막 예비 패턴의 치수를 측정하는 치수 측정 공정과, 측정된 상기 치수에 기초하여 결정된, 상기 광학막의 추가 에칭 시간에 기초하여, 상기 광학막을 추가 에칭하는 광학막 추가 에칭 공정과, 상기 투과성 박막을 제거하는 공정을 갖고, 상기 치수 측정 공정에 있어서는, 상기 광학막 예비 패턴의 측정부에, 상기 투과성 박막을 투과한 검사광을 조사함으로써, 상기 치수 측정을 행하는 것을 특징으로 하는, 포토마스크의 제조 방법이다.

(구성 10)

본 발명의 구성 10은, 상기 투과성 박막의 막 두께는, 상기 광학막의 막 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 구성 9에 기재된 포토마스크의 제조 방법이다.

(구성 11)

본 발명의 구성 11은, 상기 검사광에 대한 상기 투과성 박막의 투과율 Tt는, 50(％) 이상인 것을 특징으로 하는 구성 9 또는 10에 기재된 포토마스크의 제조 방법이다.

(구성 12)

본 발명의 구성 12는, 상기 광학막 예비 에칭 공정 종료시에는, 상기 포토마스크의 표면측으로부터 보았을 때, 상기 광학막의 에지가, 상기 투과성 박막 패턴의 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 구성 9 내지 11 중 어느 하나에 기재된 포토마스크의 제조 방법이다.

(구성 13)

본 발명의 구성 13은, 표시 장치 제조용의 전사용 패턴을 구비한 포토마스크로 하기 위한 포토마스크 기판에 있어서, 투명 기판 상에, 전사용 패턴을 형성하기 위한 광학막과, 상기 광학막에 대해 에칭 선택성을 갖는 재료를 포함하는 투과성 박막이 적층되고, 상기 투과성 박막의 막 두께는, 상기 광학막의 막 두께보다 작고, 500㎚의 파장광에 대한 상기 투과성 박막의 광 투과율 Tt가, 50(％) 이상인 것을 특징으로 하는 포토마스크 기판이다.

(구성 14)

본 발명의 구성 14는, 500㎚의 파장광에 대한, 상기 광학막의 광 투과율 To는, 50(％) 이하인 것을 특징으로 하는 구성 13에 기재된 포토마스크 기판이다.

(구성 15)

본 발명의 구성 15는, 구성 9 내지 12 중 어느 하나에 기재된 제조 방법에 의해 제조한 포토마스크를 준비하는 공정과, 노광 장치를 사용하여, 상기 포토마스크에 노광하고, 상기 전사용 패턴을, 피전사체에 전사하는 공정을 갖는 표시 장치의 제조 방법이다.

본 발명의 포토마스크의 제조 방법에 의해, 포토마스크의 제조에 있어서의 정교하고 치밀한 패턴 치수 정밀도의 제어가 가능해진다.

도 1a는 포토마스크의 제조 공정 (a)의 일례를 도시하는 단면 모식도.
도 1b는 포토마스크의 제조 공정 (b)의 일례를 도시하는 단면 모식도.
도 1c는 포토마스크의 제조 공정 (c)의 일례를 도시하는 단면 모식도.
도 1d는 포토마스크의 제조 공정 (d)의 일례를 도시하는 단면 모식도.
도 1e는 포토마스크의 제조 공정 (e)의 일례를 도시하는 단면 모식도.
도 2는 도 1c에 도시하는 공정에 대응하는, 레지스트 패턴의 단면 형상의 SEM 사진의 일례.
도 3은 도 1d에 도시하는 공정에 대응하는, 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 한 습식 에칭 후의 광학막 패턴(차광막 패턴)의 단면 형상의 SEM 사진의 일례.
도 4a는 본 발명의 제1 형태의 제조 공정 (a)를 도시하는 단면 모식도.
도 4b는 제1 형태의 제조 공정 (b)를 도시하는 단면 모식도.
도 4c는 제1 형태의 제조 공정 (c)를 도시하는 단면 모식도.
도 4d는 제1 형태의 제조 공정 (d)를 도시하는 단면 모식도.
도 4e는 제1 형태의 제조 공정 (e)를 도시하는 단면 모식도.
도 4f는 제1 형태의 제조 공정 (f)를 도시하는 단면 모식도.
도 4g는 제1 형태의 제조 공정 (g)를 도시하는 단면 모식도.
도 4h는 제1 형태의 제조 공정 (h)를 도시하는 단면 모식도.
도 5a는 본 발명의 포토마스크의 제조 방법의 제2 형태의 제조 공정 (a)를 도시하는 단면 모식도.
도 5b는 제2 형태의 제조 공정 (b)를 도시하는 단면 모식도.
도 5c는 제2 형태의 제조 공정 (c)를 도시하는 단면 모식도.
도 5d는 제2 형태의 제조 공정 (d)를 도시하는 단면 모식도.
도 5e는 제2 형태의 제조 공정 (e)를 도시하는 단면 모식도.
도 5f는 제2 형태의 제조 공정 (f)를 도시하는 단면 모식도.
도 5g는 제2 형태의 제조 공정 (g)를 도시하는 단면 모식도.
도 5h는 제2 형태의 제조 공정 (h)를 도시하는 단면 모식도.
도 5i는 제2 형태의 제조 공정 (i)를 도시하는 단면 모식도.
도 6은 반사성 박막 패턴의 치수 측정 방법을 도시하는 설명도.
도 7은 도 5g에 도시하는 치수 측정 공정에 있어서의, 광학막 패턴의 치수 측정 방법을 도시하는 설명도.
도 8은 에칭 시간과 CD 변화량의 상관의 일례를 나타내는 도면.

(제1 형태)

본 발명의 제1 형태에 의한 포토마스크의 제조 방법은, 레지스트 부착 포토마스크 기판의 광학막에 대해 소정의 방법으로 패턴을 형성하는 것에 적용되는 포토마스크의 제조 방법이다. 구체적으로는, 본 발명의 포토마스크의 제조 방법은, 레지스트 부착 포토마스크 기판을 준비하는 공정과, 레지스트 패턴 형성 공정과, 박막 에칭 공정과, 레지스트 패턴을 제거하는 공정과, 치수 측정 공정과, 광학막 에칭 공정과, 반사성 박막을 제거하는 공정을 갖는다.

레지스트 부착 포토마스크 기판을 준비하는 공정에서는, 투명 기판 상에, 전사용 패턴을 형성하기 위한 광학막과, 상기 광학막에 대해 에칭 선택성을 갖는 반사성 박막이 적층되고, 또한 최표면에 레지스트막이 형성된다. 레지스트 패턴 형성 공정에서는, 묘화 장치를 사용하여, 상기 레지스트막에 소정 패턴을 묘화하고, 현상함으로써, 레지스트 패턴을 형성한다. 박막 에칭 공정에서는, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 반사성 박막을 에칭하여 반사성 박막 패턴을 형성한다. 레지스트 패턴을 제거하는 공정에서는, 레지스트 패턴을 제거한다. 치수 측정 공정에서는, 상기 반사성 박막 패턴의 치수를 측정한다. 또한, 이 치수 측정 공정에 있어서는, 상기 반사성 박막 패턴의 측정부에 검사광을 조사하고, 상기 검사광의 반사광을 검출함으로써, 상기 치수 측정을 행한다. 광학막 에칭 공정에서는, 측정된 상기 치수에 기초하여 결정된, 상기 광학막의 에칭 시간에 기초하여, 상기 반사성 박막 패턴을 마스크로 하여, 상기 광학막의 습식 에칭을 행한다.

도 4를 참조하여, 본 발명의 포토마스크의 제조 방법의 제1 형태를, 구체적으로 설명한다.

도 4a에 도시하는 바와 같이, 포토마스크 기판을 준비한다(레지스트 부착 포토마스크 기판을 준비하는 공정).

포토마스크 기판으로서는, 이하의 구성을 갖는 포토마스크 블랭크로 할 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 본 발명의 포토마스크 기판은, 반드시 포토마스크 블랭크일 필요는 없지만, 본 형태에서는, 도 4a에 도시하는 포토마스크 블랭크로 하고, 이하에 설명한다.

또한, 도 4a 중, 「Resist」라 함은 포토레지스트를 말하고, 「Qz」라 함은 합성 석영 등의 투명 기판을 말한다. 이들 용어는, 다른 도면에 있어서도 마찬가지이다.

포토마스크 기판의 제조에 사용되는 투명 기판으로서는, 합성 석영 등을 포함하는 것을, 평탄, 평활하게 연마한 것을 사용한다. 투명 기판의 제1 주면은, 한 변이 300㎜∼1400㎜인 사각형이고, 두께는 5∼13㎜ 정도이다.

스퍼터법 등의 공지의 성막법에 의해, 투명 기판의 제1 주면 상에 광학막을 형성한다.

광학막으로서는, 예를 들어 차광막(포토마스크를 사용할 때의 노광광에 대한 광학 농도(OD)가 3 이상)으로 할 수 있다. 또한, 광학막은, 일부 노광광을 투과하는, 반투광막으로 해도 된다. 반투광막의 노광광 투과율은, 3∼60％인 것이 예시된다.

광학막은, 예를 들어 노광광에 대한 투과율이 3∼30％임과 함께, 노광광에 포함되는 대표 파장의 광의 위상을 약 180도 시프트하는, 위상 시프트막일 수 있다. 약 180도라 함은, 150∼210도의 범위 내의 각도를 의미한다.

나아가서는, 광학막은, 노광광에 대한 광 투과율이 3∼60％임과 함께, 노광광에 포함되는 대표 파장의 광의 위상을, 5∼90도의 범위에서 시프트시키는, 반투광막일 수 있다. 이러한 반투광막은, 미세한 스페이스 패턴이나 홀 패턴을 형성하는 경우, 차광막 대신에, 또는 차광막과 함께 사용하여, 포토마스크를 투과하는 광량을 보조하고, 피전사체 상의 레지스트의 감광 역치에 도달시킬 목적으로 사용되는 광량 보조 패턴으로 될 수 있다.

광학막의 막 두께는, 그 기능에 따라 결정되지만, 10∼300㎚일 수 있고, 100∼150㎚ 정도일 때, 본 발명의 효과가 현저하다. 예를 들어, 광학막이 차광막일 때, 이 막 두께 범위로 하는 것을 적합하게 행할 수 있다.

광학막은, 습식 에칭이 가능한 것으로 한다. 광학막의 재료로서는, 예를 들어 크롬(Cr)을 포함하는 막을 들 수 있다. 광학막은, 예를 들어 크롬의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 산화 질화 탄화물 중 어느 하나를 포함하는 막일 수 있다.

또한, 크롬 이외의 금속, 예를 들어 Mo, Ta, W, Zr, Nb, Ti, 또는 그들 화합물을 포함하는 광학막도 적용할 수 있다. 이 경우의 광학막은, 예를 들어 금속 실리사이드나 그 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 산화 질화 탄화물을 포함하는 재료로 할 수도 있다. 금속 실리사이드의 예로서는, 몰리브덴 실리사이드 및 탄탈륨 실리사이드 등이 있다.

광학막은, 후술하는, 반사광에 의한 치수 측정에 사용하는 검사광에 대해, 그 표면 반사율 Ro가 15(％) 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, 검사광으로서, 파장 500㎚의 광을 사용하는 경우, 이 파장에 대한 광학막의 표면 반사율 Ro500이, 15(％) 이하인 것이 바람직하다. 표면 반사율 Ro500은, 보다 바람직하게는, 10(％) 이하, 더욱 바람직하게는 8％ 이하이다.

상기 광학막은, 그 표면 부분에, 광 반사율을 억제하기 위한 반사 방지층을 구비하는 것인 것이 바람직하다. 그 경우, 예를 들어 크롬을 주성분으로 하는 광학막에 있어서, 반사 방지층은, 그 크롬 화합물(산화물, 질화물, 탄화물 등)의 표면층이, 광학막의 두께 방향에 있어서, 조성 변화되어 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 조성 변화는, 단계적인 변화여도 되고, 연속적인 변화여도 된다. 이 반사 방지층은, 포토마스크를 사용할 때에 사용하는 노광광에 대해 반사를 억제하는 기능을 갖지만, 후술하는 치수 측정에 있어서도, 표면 반사를 억제하는 작용을 갖는다.

또한, 본 발명의 포토마스크 기판은, 포토마스크 블랭크에 한정되지 않고, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 투명 기판 상에, 본 발명의 광학막이나 본 발명의 반사성 박막 이외의 막, 혹은 그 막의 패턴이 형성된 것이며, 또한 본 발명의 광학막, 반사성 박막을 구비한, 포토마스크 중간체여도 된다. 반사성 박막 이외의 막 또는 그 막의 패턴이라 함은, 기능막(도전성이나 절연성 등 전기적 성질을 부여하는 것이나, 에칭 스토퍼 기능을 갖는 것) 등을 들 수 있지만, 본 발명의 반사율 측정(제2 형태에 있어서는 투과율 측정)에 영향을 미치지 않는 것으로 한다.

다음으로, 광학막 상에, 반사성 박막을, 역시 스퍼터법 등의 공지의 성막법에 의해 형성한다. 반사성 박막은, 치수 측정 공정에 있어서, 치수 측정을 위해 검사 장치가 발하는 파장의 광을 반사하는 성질을 갖는 박막이다.

반사성 박막의 재료는, 광학막과의 사이에서, 서로 에칭 선택성을 갖는 것을 사용한다. 에칭 선택성이라 함은, 서로 다른 쪽의 막을 에칭하는 에칭제에 대해 내성을 갖는 것을 말한다. 바람직하게는, 다른 쪽의 막의 에칭제에 대한 에칭 레이트가, 상기 에칭제에 대한 다른 쪽의 막의 에칭 레이트에 대해 1/10 이하, 바람직하게는 1/50 이하, 더욱 바람직하게는 1/100 이하이다.

반사성 박막은, 후술하는 치수 측정시에 사용하는 검사광에 대한 표면 반사율 Rt가 20(％) 이상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 검사광으로서 파장 500㎚의 광을 사용하는 경우, 반사성 박막의 검사광에 대한 반사율 Rt500이, 20(％) 이상인 것이 바람직하고, 50(％)인 것이 보다 바람직하다.

또한, 반사성 박막은, 묘화 공정에 있어서, 묘화광에 대한 반사율이 과대하지 않은 것이 요망된다. 이로 인해, 반사성 박막의 묘화광 파장(예를 들어, 413㎚)에 대한 표면 반사율 Rw는, 10(％) 이하인 것이 바람직하다.

또한, 반사성 박막의 검사광에 대한 표면 반사율 Rt는, 반사성 박막의 묘화광에 대한 표면 반사율 Rw보다 높은 것이 바람직하다. 예를 들어, 반사성 박막의, 500㎚의 파장에 대한 표면 반사율 Rt500과, 413㎚의 파장에 대한 표면 반사율 Rw413의 차가, 5(％) 정도 있는 것이 바람직하다.

또한, 반사성 박막의 검사광에 대한 반사성 박막의 표면 반사율 Rt(％)는, 상기 광학막의 표면 반사율 Ro(％)보다 높고, 그 차(Rt-Ro)가 5(％) 이상인 것이 바람직하다. 검사광으로서 500㎚의 파장을 사용하는 경우에는, 반사성 박막과, 상기 광학막의, 500㎚의 파장광에 대한 반사율의 차(Rt500-Ro500)가 5(％) 이상, 바람직하게는 10(％) 이상, 나아가서는 20％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

반사성 박막의 재료의 예로서는, Mo, Ti, W, Ta, 또는 Zr을 포함하는 금속, 또는 그 화합물을 들 수 있다. 화합물이라 함은, 예를 들어 산화물, 질화물, 탄화물 및 산화 질화물이 예시된다. 반사성 박막의 재료는, 이들 금속의 실리사이드나, 그 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 또는 산화 질화 탄화물 등을 사용해도 된다. 또한, 광학막이 Cr 이외의 소재이면, 반사성 박막에 Cr을 포함하는 재료를 사용해도 된다. 단, 상기 중 Si를 포함하지 않는 소재는, 레지스트막과의 밀착성이 높기 때문에, 보다 바람직한 소재라고 할 수 있다.

반사성 박막의 재료는, 상기한 바와 같이 광학막과의 에칭 선택성이 얻어지는 재료로 한다.

반사성 박막의 막 두께는, 광학막의 막 두께보다도 작은 것이 바람직하다. 반사성 박막의 막 두께는 5∼100㎚이고, 보다 바람직하게는 5∼20㎚이다.

반사성 박막이 지나치게 두꺼우면, 에칭 시간이 과대해지고, 또한 후술하는 치수 측정 정밀도가 불충분해지기 쉽다. 반사성 박막이 지나치게 얇으면, 면 내의 막 두께 변동이 커지기 쉽다. 또한, 반사성 박막의 사이드 에칭이, 후술하는 측정에 영향을 미치지 않도록 하기 위해서는, 반사성 박막의 막 두께는, 광학막의 막 두께보다도 작은 것이 바람직하다. 반사성 박막의 막 두께는, 예를 들어 광학막의 막 두께에 대해 1/10 이하, 보다 바람직하게는 1/20 이하의 막 두께로 한다. 반사성 박막의 막 두께가 이 정도로 작아지면, 반사성 박막의 사이드 에칭분을 미리 묘화 데이터에 반영시킬 때(사이징할 때)의, 사이징량을 작게 할 수 있어, 유리하다. 또한, 사이징량이 크면, 보이드 패턴(홀 패턴이나 스페이스 패턴 등) 등에 있어서, 최소 해상 치수에 가까워져 버린다(혹은 도달해 버린다)고 하는 문제가 발생한다. 즉, 반사성 박막의 막 두께가 작은 것은, 미세한 보이드 패턴(예를 들어 CD가 0.5∼2㎛ 이하 등)을 형성할 때에는, 특히 중요하다.

본 발명의 제1 형태에 의한 포토마스크의 제조 방법에 사용할 수 있는 포토마스크 기판으로서는, 투명 기판 상에, 전사용 패턴을 형성하기 위한 광학막과, 광학막에 대해 에칭 선택성을 갖는 재료를 포함하는 반사성 박막이, 이 순서로 적층된 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 상술한 바와 같이, 반사성 박막의 막 두께는, 광학막의 막 두께보다 작고, 500㎚의 파장광에 대한 반사성 박막의 표면 반사율 Rt는 20(％) 이상이고, 또한 광학막의 표면 반사율 Ro(％)보다 높은 것이 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같이, 검사광에 대한 반사성 박막의 표면 반사율 Rt(％)는 광학막의 표면 반사율 Ro(％)보다 높고, 그 차(Rt-Ro)가 5(％) 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 포토마스크의 제조 방법에 사용하는 포토마스크 기판으로서는, 반사성 박막 상에, 레지스트막을 더 형성한 레지스트 부착 포토마스크 기판을 사용할 수 있다. 레지스트막의 형성을 위해, 슬릿 코터나 스핀 코터 등의 공지의 도포 장치를 사용할 수 있고, 레지스트막의 원료로 되는 레지스트를, 반사성 박막 상에 도포할 수 있다. 레지스트막의 막 두께는, 300∼1000㎚가 바람직하다.

또한, 레지스트막은, 여기서는, 레이저 묘화용의 포지티브형 포토레지스트로서 설명한다. 단, 레지스트막으로서, 네가티브형 포토레지스트를 사용해도 되고, 또한 묘화를 전자선으로 행하는 경우에는, 전자선용 레지스트를 사용하는 것도 가능하다.

다음으로, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 상기 레지스트막에 대해, 원하는 패턴의 묘화를 행한다(레지스트 패턴 형성 공정의 묘화). 패턴의 묘화를 위해 사용하는 묘화 장치는 FPD용 레이저 묘화 장치를 사용할 수 있다. 묘화광은, 일반적으로 파장 413㎚의 레이저광이 사용된다. 도 4b중, 묘화를 위한 레이저광의 조사를 복수의 화살표로 모식적으로 나타내고 있다.

여기서 사용하는 묘화 데이터로서는, 목표로 하는 광학막 패턴의 스페이스 폭의 치수(도 4g의 CD2)에 대해 약간 작게(언더 방향) 설정하는 사이징을 해 둔다.

다음으로, 도 4c에 도시하는 바와 같이, 현상제에 의해, 레지스트막을 현상하여, 레지스트 패턴을 형성한다(레지스트 패턴 형성 공정의 현상).

다음으로, 도 4d에 도시하는 바와 같이, 형성한 레지스트막을 마스크로 하여, 반사성 박막을 에칭하여 반사성 박막 패턴을 형성한다(박막 에칭 공정). 또한, 이 에칭은 습식 에칭인 것이 바람직하지만, 건식 에칭이어도 상관없다.

일반적으로, 표시 장치용 포토마스크는, 반도체 제조용 포토마스크(5∼6인치)와 비교하여, 사이즈(예를 들어, 한 변이 300㎜∼1400㎜)가 크고, 또한 다양한 사이즈가 있다. 그로 인해, 진공 챔버 등을 필수로 하여, 장치 제어의 부담이 큰 건식 에칭을 행하는 것보다도, 습식 에칭을 행하는 쪽이 유리하다. 여기서는, 반사성 박막 패턴을 형성하기 위한 방법으로서, 습식 에칭을 예로 들어 설명한다.

습식 에칭을 행하기 위한 에칭액(에칭제)으로서는, 반사성 박막의 소재에 따라서 공지의 것으로부터 선택할 수 있다. 예를 들어, Cr을 포함하는 반사성 박막에 대해서는, 질산제2세륨암모늄 등을 사용할 수 있다. 반사성 박막이 금속 실리사이드계 등의 소재인 경우에는, 버퍼드불산 등을 적절하게 사용한다.

반사성 박막의 에칭에 의해, 에칭된 반사성 박막에 대응하는 부분의 광학막 표면이 노출된다.

다음으로, 도 4e에 도시하는 바와 같이, 반사성 박막 패턴 상에 잔존하는 레지스트 패턴을 제거하고, 세정한다(레지스트 패턴을 제거하는 공정).

다음으로, 도 4f에 도시하는 바와 같이, 반사성 박막 패턴의 치수 측정을 행한다(치수 측정 공정). 치수 측정은, 반사성 박막 패턴의 어느 부분에서 행해도 된다. 예를 들어, 라인 앤드 스페이스 패턴이라면, 라인부의 폭을 측정해도 되고, 스페이스부를 측정해도 된다. 도 4f에서는, 스페이스부의 CD1을 측정하는 경우를 예시한다. 최종적으로 얻고자 하는 전사용 패턴에 있어서, 특히 높은 정밀도가 요구되는 부분을, 측정부로 하고, 이 부분의 폭을 측정한다. 측정 대상은, 반사성 박막 패턴의 폭(예를 들어, 차광부의 폭), 반사성 박막 패턴의 간극(홀, 슬릿 등 투광부의 폭)의 어느 것이든 좋다.

반사성 박막 패턴의 치수 측정 방법을, 반사법의 경우에 대해 도 6에 예시한다. 이 방법은, 반사성 박막 패턴에 검사광을 조사하고, 반사성 박막 패턴의 에지 위치에 있어서의 반사광의 변화를 검지함으로써, 상기 치수를 파악한다. 검사광으로서는, 파장이 300∼1000㎚의 범위 내인 광을 사용할 수 있다. 예를 들어, 치수 측정에 400∼600㎚의 파장의 검사광을 사용하는 경우에는, 측정 감도가 높고 또한 300∼500㎚의 검사광을 사용하는 경우이면, 해상성이 높기 때문에 고정밀도가 얻어진다. 여기서는 검사광으로서 500㎚ 정도의 검사광을 예시한다. 또한, 상기한 바와 같이, 반사성 박막의 검사광에 대한 반사율과, 광학막의 검사광에 대한 반사율 사이에, 검출 가능한 콘트라스트를 가지므로, 치수 측정의 정밀도가 확보된다.

또한, 검사광의 파장은, 묘화광의 파장과 다른 것이 바람직하고, 양 파장의 사이에 일정한 파장차가 있는 것이 보다 바람직하다. 검사광과 묘화광의 파장차는, 50㎚ 이상, 보다 바람직하게는 80㎚ 이상 있는 것이 바람직하다.

여기서, 측정한 CD1의 값과, 미리 파악되어 있는 광학막의 에칭 레이트를 이용하여, 광학막의 에칭에 적용하는 에칭 시간을 설정한다.

또한, 상기한 바와 같이 광학막의 에칭 레이트는, 도 8에 예시하는 에칭 시간과 CD 변화량의 상관을 얻어 둠으로써 구할 수 있다. 즉, 얻고자 하는 광학막 패턴과 동일한, 막 재료, 막 두께의 광학막에 대해, 사용하는 에칭액을 사용하였을 때의, 단위 시간당 에칭량을 데이터로서 얻어 둔다.

다음으로, 도 4g에 도시하는 바와 같이, 이 반사성 박막 패턴을 마스크로 하여, 설정한 에칭 시간의 습식 에칭을 실시한다(광학막 에칭 공정). 이 에칭이 종료되었을 때에는, 광학막의 사이드 에칭이 진행되어, 포토마스크의 제1 주면(패턴 형성면)측으로부터 보았을 때, 상기 광학막 패턴의 에지(피 에칭 단면)가 상기 반사성 박막 패턴의 아래에 가려진 상태로 된다.

그러나, 에칭 후의 광학막 패턴의 에지 위치는 정확하게 제어되어, 목표 치수 CD2가 얻어진다.

다음으로, 도 4h에 도시하는 바와 같이, 반사성 박막을 제거한다(반사성 박막을 제거하는 공정).

상기 방법에 의하면, 반사성 박막을 사용한 치수 측정을 행하여, 에칭 시간을 결정하고 있으므로, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 광학막을 에칭하는 경우와 비교하여, 광학막의 CD 정밀도를 높게 하는 것이 가능해진다. 치수 측정의 대상으로 하는 반사성 박막의 막 두께는, 레지스트 패턴의 두께에 비해 1/50 이하이고, 반사법에 의한 측정에 적합한 물성을 갖는 것도, CD 정밀도 향상에 기여하고 있다.

물론 본 발명의 제조 방법은, 상기한 바와 같은 광학막 패턴이 형성된 후에, 또한 성막과 패터닝을 행하여, 보다 복잡한 구조의 포토마스크로 하는 경우를 포함한다.

(제2 형태)

본 발명의 제2 형태에 의한 포토마스크의 제조 방법은, 레지스트 부착 포토마스크 기판의 광학막에 대해 소정의 방법으로 패턴을 형성하는 것에 적용되는 포토마스크의 제조 방법이다. 구체적으로는, 본 발명의 포토마스크의 제조 방법은, 레지스트 부착 포토마스크 기판을 준비하는 공정과, 레지스트 패턴 형성 공정과, 박막 에칭 공정과, 광학막 예비 에칭 공정과, 치수 측정 공정과, 광학막 추가 에칭 공정과, 투과성 박막을 제거하는 공정을 갖는다.

레지스트 부착 포토마스크 기판을 준비하는 공정에서는, 투명 기판 상에, 전사용 패턴을 형성하기 위한 광학막과, 상기 광학막에 대해 에칭 선택성을 갖는 투과성 박막이 적층되고, 또한 최표면에 레지스트막이 형성된다. 레지스트 패턴 형성 공정에서는, 묘화 장치를 사용하여, 상기 레지스트막에 소정 패턴을 묘화하고, 현상함으로써, 레지스트 패턴을 형성한다. 박막 에칭 공정에서는, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 투과성 박막을 에칭하여 투과성 박막 패턴을 형성한다. 광학막 예비 에칭 공정에서는, 적어도 상기 투과성 박막 패턴을 마스크로 하여, 상기 광학막을 습식 에칭하여 광학막 예비 패턴을 형성한다. 치수 측정 공정에서는, 상기 광학막 예비 패턴의 치수를 측정한다. 또한, 이 치수 측정 공정에 있어서는, 상기 광학막 예비 패턴의 측정부에, 상기 투과성 박막을 투과한 검사광을 조사함으로써, 상기 치수 측정을 행한다. 광학막 추가 에칭 공정에서는, 측정된 상기 치수에 기초하여 결정된, 상기 광학막의 추가 에칭 시간에 기초하여, 상기 광학막을 추가 에칭한다. 투과성 박막을 제거하는 공정에서는, 상기 투과성 박막을 제거한다.

도 5를 사용하여, 본 발명의 포토마스크의 제조 방법의 제2 형태를, 구체적으로 설명한다.

도 5a에 도시하는 바와 같이, 여기서는, 상기 제1 형태에서 사용한 반사성 박막 대신 투과성 박막을 사용한, 포토마스크 기판을 준비한다.

제2 형태에 의한 포토마스크의 제조 방법에서는, 예를 들어 우선 도 5a에 도시하는 포토마스크 블랭크를 준비한다(레지스트 부착 포토마스크 기판을 준비하는 공정). 또한, 본 형태의 포토마스크 기판은, 반사성 박막 대신 투과성 박막을 형성한 것 이외에는, 제1 형태의 포토마스크 블랭크와 마찬가지이다.

제2 형태의 투명 기판으로서는, 제1 형태와 마찬가지의 투명 기판을 사용할 수 있다.

제2 형태의 광학막으로서는, 제1 형태와 마찬가지의 광학막을 사용할 수 있다. 단, 제2 형태의 광학막은, 후술하는 바와 같이, 투과광에 의한 치수 측정에 사용하는 검사광에 대해 그 투과율 To가 50(％) 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, 검사광으로서, 파장 500㎚의 광을 사용하는 경우, 이 파장에 대한 광학막의 투과율 To500이, 상기 범위인 것이 바람직하다. 또한, 검사광에 대한 광학막의 반사율 Ro는 15％ 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 광학막의 반사율 Ro는 8％ 이하이다.

제2 형태에 의한 포토마스크의 제조 방법에서는, 상기 광학막 상에, 투과성 박막이 스퍼터법 등 공지의 성막법으로 형성된다. 투과성이라 함은, 광 투과성을 의미하고, 이 투과성 박막은, 치수 측정 공정에 있어서, 치수 측정을 위해 검사 장치가 발하는 파장의 광을 투과하는 성질을 갖는 박막이다.

투과성 박막의 재료는, 광학막의 재료와의 사이에서, 서로 에칭 선택성을 갖는 것으로 하는 점에 대해서는, 제1 형태와 마찬가지이다. 또한, 제1 형태의 반사성 박막의 경우와 마찬가지로, 투과성 박막의 막 두께는, 광학막의 막 두께보다 작은 것이 바람직하다.

투과성 박막은, 후술하는 치수 측정시에 사용하는 검사광에 대한 투과율 Tt가 50(％) 이상인 것이 바람직하다. 투과성 박막의 검사광에 대한 투과율 Tt는, 보다 바람직하게는 70(％) 이상, 더욱 바람직하게는 80(％) 이상이다. 예를 들어, 검사광으로서 파장 500㎚의 광을 사용하는 경우, 투과성 박막의 검사광에 대한 투과율 Tt500이, 상기 범위인 것이 바람직하다. 여기서 투과율 Tt500은, 공기 중의 검사광의 투과율을 100(％)로 하였을 때의 값으로 나타낸다.

상기 검사광에 대한 상기 광학막의 투과율 To(％)는, 상기 검사광에 대한 투과성 박막의 투과율 Tt(％)보다 낮은 것이 바람직하다. 상기 검사광에 대한 투과성 박막의 투과율 Tt(％)와, 상기 광학막의 투과율 To(％)의 차(Tt-To)가 20(％) 이상, 보다 바람직하게는 30％ 이상 있는 것이 보다 바람직하다.

또한, 묘화 공정에 있어서, 투과성 박막의 묘화광에 대한 반사율이 과대하지 않은 것이 요망된다. 이로 인해, 투과성 박막의 묘화광 파장(예를 들어, 413㎚)에 대한 표면 반사율 Rw는, 10(％) 이하인 것이 바람직하다.

투과성 박막의 재료로서는, Mo, Ti, W, Ta, 또는 Zr을 포함하는 금속이나, 그들의 화합물을 들 수 있다. 화합물이라 함은, 예를 들어 산화물, 질화물, 탄화물 및 산화 질화물이 예시된다. 투과성 박막의 재료는, 이들 금속의 실리사이드 또는 상기 실리사이드의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 또는 산화 질화 탄화물 등을 사용해도 된다. 또한, 투과성 박막의 재료는, Si의 산화물, 질화물, 산화 질화물일 수도 있다. 단, 상기 중 Si를 포함하지 않는 소재는, 레지스트막과의 밀착성이 높으므로, 보다 바람직한 소재라고 할 수 있다. 이들을 고려하여, 투과성 박막의 재료는, Ta, Ti, 또는 Zr의 산화물, 질화물, 산화 질화물, 탄화 질화 산화물 등이 특히 바람직하다. 이러한 소재로, 상기한 광 투과성을 갖는 것을 선택하여 사용할 수 있다.

단, 투과성 박막은, 상기한 바와 같이 광학막과의 에칭 선택성이 얻어지는 재료로 한다.

투과성 박막의 막 두께는, 광학막의 막 두께보다도 작고, 그 막 두께는 5∼100㎚, 보다 바람직하게는 5∼50㎚, 더욱 바람직하게는 5∼20㎚로 하는 것이 요망된다.

투과성 박막의 막 두께는, 사이드 에칭의 영향을 작게 하기 위해, 상기 제1 형태와 마찬가지로, 광학막의 막 두께 1/10 이하, 보다 바람직하게는 1/20 이하가 바람직하다.

본 발명의 제2 형태에 의한 포토마스크의 제조 방법에 사용할 수 있는 포토마스크 기판으로서는, 투명 기판 상에, 전사용 패턴을 형성하기 위한 광학막과, 상기 광학막에 대해 에칭 선택성을 갖는 재료를 포함하는 투과성 박막이 적층된 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 상술한 바와 같이, 투과성 박막의 막 두께는, 상기 광학막의 막 두께보다 작고, 500㎚의 파장광에 대한 상기 투과성 박막의 광 투과율 Tt가, 50(％) 이상인 것이 바람직하다. 또한, 500㎚의 파장광에 대한, 광학막의 광 투과율 To는, 50(％) 이하인 것이 바람직하다.

제2 형태에서 사용하는 레지스트막으로서는, 제1 형태의 레지스트막과 마찬가지의 것을 사용할 수 있다.

다음으로, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 상기 레지스트막에 대해 원하는 패턴의 묘화를 행한다(레지스트 패턴 형성 공정의 묘화). 제2 형태의 패턴 묘화는, 제1 형태와 마찬가지이다. 단, 사용하는 묘화 데이터로서는, 목표로 하는 광학막 패턴의 스페이스 부분의 치수(도 5h의 CD5)에 대해 약간 작게(언더 방향) 설정하는 사이징을 해 두는 것이 바람직하다. 도 5b 중, 묘화를 위한 레이저광 조사를 복수의 화살표로 모식적으로 나타내고 있다.

다음으로, 도 5c에 도시하는 바와 같이, 현상제에 의해, 레지스트막을 현상하고, 레지스트 패턴을 형성한다(레지스트 패턴 형성 공정의 현상).

다음으로, 도 5d에 도시하는 바와 같이, 형성한 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 투과성 박막을 에칭하여 투과성 박막 패턴을 형성한다(박막 에칭 공정). 또한, 이 에칭은 습식 에칭인 것이 바람직하지만, 건식 에칭이어도 상관없다. 여기서는 습식 에칭을 채용한다. 제2 형태에 있어서 투과성 박막 패턴을 형성하기 위해 적용 가능한 에칭액은, 제1 형태의 반사성 박막 패턴을 형성하기 위한 에칭의 경우와 마찬가지이다.

투과성 박막의 에칭에 의해, 에칭된 투과성 박막에 대응하는 부분의 광학막 표면이 노출된다. 그 부분의 치수(CD)를 CD3으로 한다.

다음으로, 도 5e에 도시하는 바와 같이, 투과성 박막 패턴을 마스크로 하여, 노출된 광학막을 습식 에칭한다(광학막 예비 에칭 공정). 여기서, 에칭 시간은, 광학막 패턴의 최종 치수(CD5)를 얻기 위해 필요하다고 예측되는 에칭 시간보다 짧은 시간, 즉, 에칭이 언더에서 멈추는 에칭 시간으로 한다. 본 명세서에 있어서, 이 에칭을 「예비 에칭」이라 한다. 예비 에칭에 의해, 광학막이 에칭 제거됨과 함께, 사이드 에칭이 진행되므로, 사이드 에칭되는 부분의 치수는, CD3보다 큰 CD4로 된다. 그리고, 이때의 광학막 패턴의 에지(피 에칭 단면)는 투과성 박막 패턴의 아래에 위치한다. 즉, 광학막 예비 에칭 공정 종료시에는, 상기 포토마스크의 표면측으로부터 보았을 때, 광학막 패턴의 에지는, 투과성 박막 패턴(투과성 박막의 영역)의 내측에 위치하는 상태로 된다.

다음으로, 도 5f에 도시하는 바와 같이, 레지스트를 제거하고, 세정한다.

다음으로, 도 5g에 도시하는 바와 같이, 광학막의 에지 위치를 검출하고, CD4를 측정한다(치수 측정 공정). 투과법에 의한 치수 측정 방법을, 도 7에 도시한다.

도 7에 있어서, 투과성 박막은, 검사광(예를 들어, 500㎚ 정도의 파장을 갖는 광)에 대해 충분한 투과성을 갖는다. 그로 인해, 투명 기판의 이면(제2 주면)측으로부터 검사광을 입사시켜, 표면(제1 주면)측에서 투과광을 검지하면, 투과성 박막과 투명 기판의 사이에 있는, 광학막의 에지가 검출 가능하다. 이 결과, 광학막의 에지의 부분의 치수(CD4)를 충분한 정밀도로 측정할 수 있다.

상기한 바와 같이, 광학막의 에지의 부분의 치수(CD4)는, 목표 치수(CD5)에 대해, 약간 에칭 부족(언더 방향)인 것으로 되어 있으므로, 이후의 추가 에칭에 의해 목표 치수 CD5에 도달할 수 있다. 추가 에칭을 위해, 측정된 CD4의 치수와, 미리 파악된, 투과성 박막의 에칭 레이트에 의해 목표 치수 CD5에 도달할 때까지의 추가 에칭 시간을 산정한다.

다음으로, 도 5h에 도시하는 바와 같이, 산정된 시간만큼의 추가 에칭을 행한다(광학막 추가 에칭 공정).

다음으로, 도 5i에 도시하는 바와 같이, 투과성 박막을 제거한다(투과성 박막을 제거하는 공정).

이상에 의해, 포토마스크가 완성된다. 물론, 제1 형태와 마찬가지로, 이후, 성막이나 패터닝을 더 행하여, 보다 복잡한 구조의 포토마스크를 제조해도 된다.

이 포토마스크는, 상기 목표 치수(CD5)에 대해 CD 정밀도가 우수하고, 목표값에 대해 에칭 종점의 결정이 정확하게 행해져 있으므로, CD의 면내 중심값의 일치성이 높다.

또한, 상기한 제2 형태의 제조 방법에 있어서, 도 5f에 도시하는 레지스트 패턴의 제거는, 도 5e에 있어서, 광학막의 에칭을 행하기 전에 행해도 된다.

본 발명의 제조 방법에 의한 포토마스크의 용도에는 특별히 제약이 없다. 본 발명의 제조 방법에 의한 포토마스크는, 표시 장치 제조용의 포토마스크로서, 특히 유리하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 제조 방법에 의한 포토마스크는, 표시 장치에 사용하는 각 레이어(예를 들어, TFT 어레이의, 소스·드레인·레이어, 화소 레이어나, 컬러 필터의 포토 스페이서 레이어 등, CD 정밀도가 특히 긴요한 레이어)의 형성에 유리하게 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 본 발명의 제조 방법에 의해 제조한 포토마스크를 사용한 표시 장치의 제조 방법이다. 구체적으로는, 본 발명에 의한 표시 장치의 제조 방법은, 상술한 본 발명의 제1 형태 또는 제2 형태의 제조 방법에 의해 제조한 포토마스크를 준비하는 공정과, 노광 장치를 사용하여, 상기 포토마스크에 노광하고, 상기 전사용 패턴을, 피전사체에 전사하는 공정을 갖는다. 본 발명의 표시 장치의 제조 방법에 의해, 정교하고 치밀한 패턴 치수 정밀도의 제어가 가능해진 포토마스크를 사용하여 표시 장치를 제조할 수 있으므로, 제조되는 표시 장치에 있어서도 정교하고 치밀한 패턴 치수 정밀도의 제어가 가능해진다.

예를 들어 표시 장치를 제조하는 경우, 전사용 패턴이 갖는 선 폭은 1∼100㎛ 정도이고, 2∼30㎛의 부분(측정부)을 치수 측정의 대상으로 하는 포토마스크의 경우에, 특히 본 발명의 포토마스크의 제조 방법의 효과가 현저하다.

따라서, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 포토마스크가 구비하는 전사용 패턴을, 피전사체에 전사할 때에 사용하는 노광 장치로서는, 이른바 FPD용 노광 장치(혹은 액정용 노광 장치)로 되는, 등배의 프로젝션 노광 장치, 또는 프록시미티 노광 장치로 할 수 있다.

이때, 노광광이라 함은, 포토마스크 사용시에 노광 장치에 의해 노광될 때 사용하는 광이며, 표시 장치의 제조에 있어서는, i선, h선, g선을 포함하는, 파장 영역의 광원이 사용된다. 또한, 본 명세서에 있어서 상기 대표 파장이라 함은, 여기에 포함되는 어느 하나의 파장광, 예를 들어 h선으로 할 수 있다.

상기 노광 장치의 광학계로서는, 프로젝션 노광 장치의 경우, NA(개구수)가 0.08∼0.10, 코히어런스 팩터(σ)의 값이, 0.5∼1.0의 범위 것을 적합하게 사용할 수 있다. 단, 보다 고해상도의 노광 장치의 요구도 발생하고 있어, 예를 들어 NA가 0.08∼0.14인 것을 사용하는 것도 물론 가능하다.

본 발명의 포토마스크 제조 방법은, 적어도 1층의 광학막을 투명 기판 상에 갖는, 다양한 종류의 포토마스크의 제조에 적용할 수 있다.

본 발명의 포토마스크 제조 방법은, 예를 들어 광학막을 차광막으로 하여, 바이너리 마스크를 제조할 때에 바람직하게 적용할 수 있다. 본 발명은 또한, 광학막을 위상 시프트막으로 한, 위상 시프트 마스크(이른바 레벤슨 마스크, 또는 하프톤형 위상 시프트 마스크)의 제조 방법에도 물론 적용할 수 있다.

본 발명은 또한, 전사용 패턴에, 투광부, 차광부와 함께, 본 발명의 광학막을 사용한 반투광부를 포함하는, 다계조 포토마스크를 형성하는 것에 적용할 수도 있다. 이 경우, 광학막으로서, 노광광을 위상 반전하지 않고(위상 시프트량이 90도 이하) 일부 투과하는(투과율이 예를 들어, 20∼60％) 막을 사용함으로써, 반투광부로 한다. 형성된 전사용 패턴은, 피전사체 상에, 단차를 갖는 입체 형상의 레지스트 패턴을 형성할 수 있어, 표시 장치 등의 제조의 효율화를 도모할 수 있다.

본 발명은 또한, 광학막으로서, 노광광을 위상 반전하지 않고 일부 투과하는(투과율이 예를 들어, 2∼50％) 막을 사용하고, 이것에 의한 반투광부를 투광부에 인접시킴으로써, 미세 슬릿의 투과 광량 부족을 보충하는, 광량 보조 마스크에 적용하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명은 상기 제조 방법에 사용하기 위한, 광학막과 반사성 박막, 또는 투과성 박막이 형성된 포토마스크 기판, 예를 들어 포토마스크 블랭크를 포함한다.

제1 형태, 제2 형태의 어느 경우도, 치수 측정 공정에 있어서 치수 측정의 대상으로 하는 부분(측정부)은, 포토마스크 기판의 주 표면 전체의 경향을 파악할 수 있도록, 복수 위치로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 측정부는, 적어도 사각형의 주 표면을 갖는 기판의, 4변 각각의 근방, 및/또는 4개의 코너의 각각의 근방에 설치하는 것이 바람직하다. 나아가서는, 주 표면을 일정 면적으로 등분하는 격자를 그렸을 때, 상기 격자로 등분된 구획의 각각에 측정부가 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 현상이나 에칭시에 발생하는, 면 내의 선 폭 변동 경향을 정확하게 파악할 수 있다. 혹은, 이들 복수 점에서 얻어진 치수는, 평균값을 취하는 등, 적절한 연산을 행하여 정량적 분석을 할 수 있다.

Claims (12)

1. 표시 장치 제조용의 전사용 패턴을 구비한 포토마스크로 하기 위한 포토마스크 기판에 있어서,
   투명 기판 상에, 전사용 패턴을 형성하기 위한 광학막으로서 패턴이 미형성된 광학막과,
   상기 광학막에 대해 에칭 선택성을 갖는 재료를 포함하는 투과성 박막이 이 순서대로 적층되고,
   상기 투과성 박막의 막 두께는, 상기 광학막의 막 두께보다 작고,
   500㎚의 파장광에 대한 상기 투과성 박막의 광 투과율 Tt가, 50(％) 이상이며,
   상기 500nm의 파장광에 대한 상기 광학막의 광 투과율 To(%)은, 상기 Tt(%)보다 낮고,
   상기 광학막은, 그 표면에 반사 방지층을 구비하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 기판.
2. 제1항에 있어서,
   500㎚의 파장광에 대한, 상기 광학막의 광 투과율 To은, 50(％) 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크 기판.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 투과성 박막의 413nm의 파장광에 대한 표면 반사율 Rw은, 10(%) 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크 기판.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   500㎚의 파장광에 대한 상기 광학막의 반사율 Ro는 15% 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크 기판.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   500㎚의 파장광에 대한 상기 광학막의 반사율 Ro는 8% 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크 기판.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   500㎚의 파장광에 대한 상기 투과성 박막의 광 투과율 Tt는, 70(%) 이상인 것을 특징으로 하는 포토마스크 기판.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 광학막 및 상기 투과성 박막은 습식 에칭 가능한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토마스크 기판.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   500㎚의 파장광에 대한 상기 투과성 박막의 광 투과율 Tt(%)와, 상기 광학막의 광 투과율 To(%)와의 차이(Tt-To)가 20(%) 이상인 것을 특징으로 하는 포토마스크 기판.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    500㎚의 파장광에 대한 상기 투과성 박막의 광 투과율 Tt(%)와, 상기 광학막의 광 투과율 To(%)와의 차이(Tt-To)가 30(%) 이상인 것을 특징으로 하는 포토마스크 기판.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 투과성 박막의 두께는 5∼100㎚인 것을 특징으로 하는 포토마스크 기판.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 포토마스크 기판은, 표시 장치 제조용의 포토마스크 기판인 것을 특징으로 하는 포토마스크 기판.
    

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