KR101999412B1 - 포토마스크, 포토마스크의 제조 방법 및 패턴 전사 방법 - Google Patents

포토마스크, 포토마스크의 제조 방법 및 패턴 전사 방법 Download PDF

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Abstract

미세 패턴을 확실하고 정밀하게 전사 가능한 포토마스크, 전사 방법 및 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법을 얻는다. 투명 기판 위에, 적어도 노광광의 일부를 차광하는 차광부와, 상기 투명 기판이 노출된 투광부를 포함하는 전사용 패턴이 형성된 포토마스크로서, 상기 차광부가, 상기 차광부의 외주를 따라서 소정 폭으로 형성된 엣지 영역과, 상기 차광부에 있어서 상기 엣지 영역 이외의 부분에 형성된 중앙 영역을 갖고, 상기 중앙 영역은, 상기 투광부를 투과하는 상기 노광광에 포함되는 대표 파장의 광에 대하여 대략 180도의 위상 시프트량을 갖도록 형성되고, 상기 엣지 영역은, 상기 대표 파장의 광에 대한 위상 시프트량이, 상기 중앙 영역보다 작아지도록 형성되고, 또한, 상기 엣지 영역에는, 상기 대표 파장의 광에 대하여 50％ 이하의 투과율을 갖는 광학막이 형성되는 것을 특징으로 하는 포토마스크이다.

Description

포토마스크, 포토마스크의 제조 방법 및 패턴 전사 방법{PHOTOMASK, METHOD FOR MANUFACTURING THE PHOTOMASK AND PATTERN TRANSFER METHOD}
본 발명은, 고정밀도로 미세한 전사용 패턴을 전사 가능한 포토마스크, 그것을 사용한 패턴 전사 방법 및 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 플랫 패널 디스플레이의 제조에 사용하는 포토마스크로 행하기 위한, 포토마스크 블랭크에 관한 것이다.
액정 표시 장치에 대표되는 플랫 패널 디스플레이의 제조에 있어서는, 보다 미세한 패턴을 형성함으로써, 화질의 향상을 도모하는 요구가 있다.
특허문헌 1에는, 액정 표시 장치 제조에 사용되고 있는 노광 조건에 있어서, 종래 해상할 수 없었던 미세한 패턴을 해상하고, 보다 세밀한 전사상을 얻기 위한 포토마스크가 기재되어 있다.
특허문헌 2에는, 차광막을 패터닝하고, i선에 대하여 180도의 위상차를 갖게 하는 막 두께의 위상 시프트층을, 차광막을 피복하도록 형성한 위상 시프트 마스크가 기재되어 있다. 특허문헌 2에는, 이 위상 시프트 마스크에 의해, 미세하고 또한 고정밀도인 패턴 형성이 가능하게 되는 것이 기재되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2009-42753호 공보 일본 특허 출원 공개 제2011-13283호 공보
최근, 플랫 패널 디스플레이의 배선 패턴의 미세화가 요망되고 있다. 그리고 이러한 미세화는 플랫 패널 디스플레이의 밝기의 향상, 반응 속도의 향상 등의 화상 품질의 고도화뿐만 아니라, 에너지 절약의 관점으로부터도, 유리한 점이 있는 것에 관계된다. 이에 수반하여, 플랫 패널 디스플레이의 제조에 사용되는 포토마스크에도 미세한 선 폭 정밀도의 요구가 높아지고 있다. 그러나, 포토마스크의 전사용 패턴을 단순히 미세화함으로써, 플랫 패널 디스플레이의 배선 패턴을 미세화하고자 하는 것은 용이하지는 않다.
포토마스크에 형성되는 전사용 패턴을 미세화해 가면, 이하의 문제가 있는 것이 본 발명자들에 의해 발견되었다. 예를 들어, 투광부와 차광부를 구비한, 소위 바이너리 마스크의 패턴을 미세화함과 함께, 차광부 및 투광부의 치수(선 폭)가 작아지면, 투광부를 통하여 피전사체 위에 형성된 레지스트막에 조사되는 투과광의 광량이 저하되어 버린다. 이 상태를, 도 1에 도시한다.
여기서는 도 1의 (a)에 도시하는, 차광막에 의해 형성되는 라인 앤드 스페이스 패턴을 예로 들어 설명한다. 도 1의 (a)에 도시하는 라인 앤드 스페이스 패턴에 있어서, 피치 폭(P)을 점차 작게[이에 따라서, 라인 폭(ML)과 스페이스 폭(MS)이 점차 작게] 해 갈 때에, 피전사체 위에 형성한 레지스트막 위에 생기는, 투과광의 광 강도 분포를 도 1의 (b)에 도시한다. 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 피치 폭(P)을 8㎛(라인 폭 4.8㎛, 스페이스 폭 3.2㎛)로부터, 4㎛(라인 폭 2.8㎛, 스페이스 폭 1.2㎛)까지 점차 미세화하였을 때는, 광 강도 분포의 파형 곡선의 피크 위치가, 현저하게 저하되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 여기서는, 라인 폭(ML)과 스페이스 폭(MS)을, 각각 피치 폭(P)에 대하여, P/2+0.8㎛, P/2-0.8㎛로 설정하였다.
피치(P)를 미세하게 하였을 때의, 피전사체 위의 레지스트막이 형성하는 레지스트 패턴의 단면 형상을, 도 2에 도시한다. 이 경우, 피치(P)가 5㎛(라인 폭 3.3㎛, 스페이스 폭 1.7㎛)에 도달한 시점에서, 레지스트 패턴에 라인 앤드 스페이스 패턴 형상을 형성하기 위한 광량이 부족하고, 후공정에 있어서의 에칭 마스크로 하기 위한 레지스트 패턴을 형성할 수 없게 된 것을 이해할 수 있다[도 2의 (d) 참조].
따라서, 전사시의 해상도를 올려, 보다 미세한 패터닝을 행하는 방법으로서는, 종래 LSI 제조용의 기술로서 개발되어 온, 노광 장치의 개구수 확대, 단일 파장, 또한 단파장을 사용한 노광이 생각된다. 그러나, 이들의 기술을 적용하는 경우에는, 막대한 투자와 기술 개발을 필요로 하고, 시장에 제공되는 액정 표시 장치의 가격과의 정합성을 취할 수 없게 된다.
그런데, 도 1의 (b)에 도시되는 바와 같이, 광 강도 분포의 파형 곡선의 피크 위치가, 현저하게 저하되어 있는 현상에 대하여, 이 광량 부족을 보충하기 위한 방법으로서, 노광 장치의 조사광량을 증가시키는 것이 생각된다. 조사광량이 증가하면, 스페이스부를 투과하는 광량이 증대하므로, 레지스트 패턴의 형상을 양호화하는, 즉, 라인 앤드 스페이스 패턴의 형상으로 분리시킬 수 있다고 생각된다[도 2의 (e) 참조]. 단, 이로 인해, 노광 장치의 광원을 대광량으로 변경하는 것은 현실적이지 않으므로, 노광시의 주사 노광 시간을 대폭으로 증가시키지 않으면 안된다. 실제로는, 도 2의 (e)에 도시하는 바와 같이 레지스트 패턴을 분리시키기 위해, 도 2의 (d)의 경우와 비교하여 1.5배의 조사광량이 필요한 것을 알 수 있다.
그런데 상기 특허문헌 1에는, 투명 기판 위에 형성한 반투광막을 패터닝함으로써 소정의 패턴을 형성한, 투광부와 반투광부를 갖는 포토마스크로서, 그 포토마스크를 투과한 노광광에 의해, 피전사체 위에 선 폭 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성하는 포토마스크에 있어서, 상기 투광부 또는 상기 반투광부의 적어도 한쪽이 3㎛ 미만의 선 폭의 부분을 갖는 상기 투광부와 상기 반투광부로 이루어지는 패턴을 포함하는 포토마스크가 기재되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 포토마스크에 따르면, 도 1의 (b)에 있어서 현저하게 발생하고 있었던 투광부의 피크 위치의 저하가 억지되고, 라인 앤드 스페이스 패턴 형상의 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이것은, 투명 기판 위에 형성한 반투광막의 패턴이, 투광부를 포함하는, 전사용 패턴 전체의 투과광량을 보조함으로써, 레지스트(여기서는 포지티브형 레지스트 P/R)가 패터닝될 수 있는 필요광량에 도달시킬 수 있었던 것을 의미한다.
이와 같이, 상기 특허문헌 1에 기재된 포토마스크에 따르면, 종래의 LCD(Liquid Crystal Display)용 노광 장치에 있어서 해상할 수 없었던 3㎛ 미만의 패턴을 형성할 수 있게 되었다. 그러나, 또한 이 패터닝 안정성 및 정밀도를 높이는 요구가 생겼다.
특허문헌 2에 기재된 포토마스크에 따르면, 위상의 반전 작용에 의해 광 강도가 최소가 되는 영역을 형성하여, 노광 패턴을 보다 선명하게 할 수 있는 것이 기재되어 있다. 단, 본 발명자들의 검토에 따르면, LCD용 노광 장치에 의해 피전사체 위에 얻어지는 광 강도 분포에 따르면, 레지스트막을 감광시키기 위한 충분한 노광광량의 확보 및 콘트라스트의 향상의 점에 있어서, 개선의 여지가 있고, 이 점은 패턴이 미세화될수록 중요한 것이 발견되었다.
이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은 미세 패턴을 확실하고 정밀하게 전사 가능한 포토마스크, 전사 방법 및 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법을 제안하고자 하는 것이다.
본 발명은, 하기의 구성 1 내지 8인 것을 특징으로 하는 포토마스크, 하기의 구성 9인 것을 특징으로 하는 패턴 전사 방법, 하기의 구성 10인 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법 및 하기의 구성 11인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크이다.
(구성 1)
본 발명은, 투명 기판 위에, 적어도 노광광의 일부를 차광하는 차광부와, 상기 투명 기판이 노출된 투광부를 포함하는 전사용 패턴이 형성된 포토마스크로서, 상기 차광부가, 상기 차광부의 외주를 따라서 소정 폭으로 형성된 엣지 영역과, 상기 차광부에 있어서 상기 엣지 영역 이외의 부분에 형성된 중앙 영역을 갖고, 상기 중앙 영역은, 상기 투광부를 투과하는 상기 노광광에 포함되는 대표 파장의 광에 대하여 대략 180도의 위상 시프트량을 갖도록 형성되고, 상기 엣지 영역은, 상기 대표 파장의 광에 대한 위상 시프트량이, 상기 중앙 영역보다 작아지도록 형성되고, 또한, 상기 엣지 영역에는, 상기 대표 파장의 광에 대하여 50％ 이하의 투과율을 갖는 광학막이 형성되는 것을 특징으로 하는 포토마스크이다.
본 발명의 포토마스크는, 상기의 구성 1에, 하기의 구성 2 내지 8을 적절히 조합할 수 있다.
(구성 2)
본 발명의 포토마스크에서는, 상기 중앙 영역에도 광학막이 형성되고, 상기 중앙 영역의 광학막이, 상기 대표 파장의 광에 대하여 대략 180도의 위상 시프트량을 갖는 위상 시프트막인 것을 특징으로 할 수 있다.
(구성 3)
본 발명의 포토마스크에서는, 상기 엣지 영역의 광학막이, 상기 대표 파장의 광에 대하여 대략 180도의 위상 시프트량을 갖는 위상 시프트막과, 상기 대표 파장의 광에 대하여 80％ 이하의 투과율을 갖는 투과 조정막이 적층된 광학막인 것을 특징으로 할 수 있다.
(구성 4)
본 발명의 포토마스크에서는, 상기 투과 조정막의 상기 대표 파장의 광에 대한 투과율이, 0.1％ 이상이고, 또한, 상기 대표 파장의 광에 대하여 90 내지 270도의 위상 시프트량을 가질 수 있다.
(구성 5)
본 발명의 포토마스크에서는, 상기 투과 조정막의 상기 대표 파장의 광에 대한 투과율이 0.1％ 미만일 수 있다.
(구성 6)
본 발명의 포토마스크에서는, 상기 위상 시프트막의 상기 대표 파장의 광에 대한 투과율이, 20％ 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
(구성 7)
본 발명의 포토마스크에서는, 상기 차광부 또는 상기 투광부의 폭이, 3㎛ 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
(구성 8)
본 발명의 포토마스크에서는, 상기 전사용 패턴이, 라인 앤드 스페이스 패턴인 것을 특징으로 할 수 있다.
(구성 9)
본 발명은, 상기 구성 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 포토마스크를 사용하고, 노광 장치를 사용하고 상기 전사용 패턴을 피전사체 위에 전사하는 것을 특징으로 하는 패턴 전사 방법이다.
(구성 10)
본 발명은, 구성 9에 기재된 전사 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법이다.
(구성 11)
본 발명은, 플랫 패널 디스플레이의 제조에 사용하는 포토마스크로 행하기 위한, 포토마스크 블랭크로서, 투명 기판 위에, 상기 포토마스크를 노광할 때의 노광광에 포함되는 대표 파장의 광에 대하여, 20％ 이상의 투과율 및 대략 180도의 위상 시프트량을 갖는 위상 시프트막과, 상기 대표 파장의 광에 대하여, 80％ 이하의 투과율 및 90 내지 270도의 위상 시프트량을 갖는 투과 조정막이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크이다.
(구성 12)
본 발명은, 플랫 패널 디스플레이의 제조에 사용하는 포토마스크로 행하기 위한, 포토마스크 블랭크로서, 투명 기판 위에, 위상 시프트막과, 투과 조정막이 적층된 적층막을 갖고, 상기 위상 시프트막은, 상기 포토마스크를 노광할 때의 노광광에 포함되는 대표 파장의 광에 대하여, 20％ 이상의 투과율 및 대략 180도의 위상 시프트량을 갖고, 상기 적층막은, 상기 대표 파장의 광에 대하여, 50％ 이하의 투과율 및 ±90도 이내의 위상 시프트량을 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크이다.
본 발명에 의해, 미세 패턴을 확실하고 정밀하게 전사 가능한 포토마스크, 전사 방법 및 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법을 얻을 수 있다. 구체적으로는, 미세 패턴화에 의한, 투과광의 광량 부족을 해소하거나, 혹은 또한, 노광에 필요한 조사광량을 절감하고, 또한 에칭 마스크로서 우수한 형상의 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
도 1의 (a)는 바이너리 마스크의 라인 앤드 스페이스 패턴을 도시하는 모식도이고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 피치(P)를 8㎛로부터 4㎛까지 점차 작게 한 경우에, 피전사체 위에 형성한 레지스트막 위에 조사되는 투과광의 광 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 2의 (a) 내지 (d)는 도 1의 (b)의 광 강도 분포 중, 피치 폭(P)=8 내지 5㎛의 라인 앤드 스페이스 패턴의 투과광에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 단면 형상을 도시하는 것이다. 도 2의 (e)는 도 2의 (d)와 동일 피치 폭(P)=5㎛이고, 노광 장치의 조사광량을 1.5배로 증가시켰을 때의 레지스트 패턴의 단면 형상을 도시하는 것이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 포토마스크의 구성의 일례를 나타내는 단면 모식도이다. 도 3의 (b)는 <1> 투광부, <2> 엣지 영역 및 <3> 중앙 영역을 투과한 투과광의 광 강도 분포 성분의 설명도이다. 도 3의 (c)는 본 발명의 포토마스크의 광 강도 분포 조정에 의해, 광 강도 분포가 개선되는 것을 도시하는 설명도이다.
도 4는 광학 시뮬레이션에 사용한 4종류의 전사용 패턴의 포토마스크의 단면 모식도이다.
도 5는 도 4에 도시하는 4종류의 전사용 패턴의 포토마스크에 의한, 투과광의 광 강도 분포 곡선의 광학 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 피전사체 위의 레지스트 패턴의 측면 형상의 경사각을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 7은 본 발명의 포토마스크의 제조 방법의 일례를 나타내는 단면 모식도 및 평면 모식도이다.
본 발명의 포토마스크는 이하의 특징을 갖는다. 즉, 본 발명은, 투명 기판(10) 위에 적어도 노광광의 일부를 차광하는 차광부(12)와, 상기 투명 기판(10)이 노출된 투광부(11)를 포함하는 전사용 패턴이 형성된 포토마스크로서, 상기 차광부(12)가, 상기 차광부(12)의 외주를 따라서 소정 폭으로 형성된 엣지 영역(14)과, 상기 차광부(12)에 있어서 상기 엣지 영역(14) 이외의 부분에 형성된 중앙 영역(16)을 갖고, 상기 중앙 영역(16)은, 상기 투광부(11)를 투과하는 상기 노광광에 포함되는 대표 파장의 광에 대하여 대략 180도의 위상 시프트량을 갖도록 형성되고, 상기 엣지 영역(14)은, 상기 대표 파장의 광에 대한 위상 시프트량이, 상기 중앙 영역(16)보다 작아지도록 형성되고, 또한, 상기 엣지 영역(14)에는, 상기 대표 파장의 광에 대하여 50％ 이하의 투과율을 갖는 광학막이 형성되는 것을 특징으로 하는 포토마스크이다.
상기와 같이, 본 발명의 포토마스크는, 원하는 디바이스를 제조하기 위한 전사용 패턴을 갖는다. 이 전사용 패턴은 차광부(12) 및 투광부(11)를 갖는다. 이 차광부(12) 및 투광부(11)가 갖는 노광광 투과율의 상위에 의해, 피전사체(액정 패널 등) 위의 레지스트막에, 전사용 패턴에 기초한 광 강도 분포를 형성한다. 그리고, 이 광 강도 분포에 따라서 감광한 레지스트막을 현상함으로써, 피전사체를 에칭 가공할 때의 에칭 마스크가 되는, 레지스트 패턴의 입체 형상이 얻어진다.
여기서 상기 레지스트 패턴은, 피전사체 위에 소정의 레지스트 잔여막을 갖는 부분과, 갖지 않는 부분(현상 후에 잔류하는 부분과, 용출되어 버리는 부분)의, 말하자면 2단계의 계조에 의해, 에칭 마스크가 되는 것이다. 바꿔 말하면, 본 발명의 포토마스크는, 적어도 상기 전사용 패턴 부분에서는, 2계조(레지스트 잔여막이 있음과 없음)라고 말할 수 있다. 또한, 레지스트막이 포지티브형이어도 네거티브형이어도 제약은 없지만, 본 명세서에 있어서는 포지티브형 레지스트를 이용하여 설명한다.
또한, 본 발명의 투광부(11)와 차광부(12)는, 양자를 투과하는 노광광이 형성하는, 광 강도의 분포에 의해, 2단계의 계조 기능을 발휘한다. 따라서, 차광부(12)를 구성하는 기판 및 광학막이 노광광을 완전히 차광하는 것에 한정되지 않는 것은, 이하의 설명에 의해 이해되는 바이다. 즉, 차광부(12)는 노광광의 강도를 저하시키기 위한 기능을 갖는 부분이고, 예를 들어, 소정의 위상의 복수의 광이 회절에 의한 서로 겹침을 발생시킴으로써, 레지스트막에 도달하는 노광광의 강도를 저하하도록 구성할 수 있다. 따라서, 차광부(12)에는, 소정의 위상 시프트막 패턴(21) 및 소정의 투과 조정막 패턴(31) 등의 광학막의 패턴을 배치할 수 있는 것은 물론이며, 차광부(12)에, 기판의 홈파기 등의 위상 시프트 작용을 발생시키는 구조를 배치하여, 노광광의 강도를 저하시키도록 구성할 수도 있다.
본 발명의 포토마스크의 구성을, 도 3의 (a)에 예시한다. 도 3의 (a)는, 피전사체 위에 라인 앤드 스페이스 패턴을 전사하기 위한 포토마스크가 갖는 전사용 패턴의 단면 모식도이다.
여기서, 투명 기판(10)으로서는, 표면을 연마한 석영 글래스 기판 등이 사용된다. 크기는 특별히 제한되지 않고, 당해 마스크를 사용하여 노광하는 기판의 종류(예를 들어 플랫 패널 디스플레이용 기판 등) 및 노광 1회당의 해당 면수에 따라서 적절히 선정된다. 예를 들어 투명 기판(10)으로서는, 1변 300 내지 1800㎜ 정도의 직사각형 기판이 사용된다.
본 발명의 포토마스크는, 투명 기판(10) 위에, 적어도 노광광의 일부를 차광하는 차광부(12)와, 상기 투명 기판(10)이 노출된 투광부(11)를 포함하는 전사용 패턴을 갖는 것이다. 도 3의 (a)에 도시하는 형태에서는, 광학막으로서, 노광광의 대표 파장에 대하여 대략 180도의 위상 시프트량을 갖는 막[이하, 위상 시프트막(20)]과, 상기 대표 파장에 대하여 투과율이 80％ 이하인 막[이하, 투과 조정막(30)]을 사용하고, 이들에 대하여 각각 적절한 패터닝을 행함으로써 위상 시프트막 패턴(21) 및 투과 조정막 패턴(31)을 형성함으로써, 투광부(11)와 차광부(12)가 형성되어 있다. 여기서는, 차광부(12)가 라인부, 투광부(11)가 스페이스부에 대응한다.
본 형태에서는, 노광광을 투과하는 투광부(11)에 있어서는, 투명 기판(10)이 노출되어 있다. 한편, 차광부(12)에 있어서는, 투명 기판(10) 위에 광학막의 하나로서 위상 시프트막(20)의 위상 시프트막 패턴(21)이 형성되어 있다. 그리고, 이 차광부(12) 내에 있어서, 외주를 따른 소정 폭의 엣지 영역(14)에는, 또 다른 광학막으로서, 투과 조정막(30)의 투과 조정막 패턴(31)이 형성되어 있다. 이 결과, 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 차광부(12)는, 그 차광부(12)의 외주를 따라서 소정 폭으로 형성된 엣지 영역(14)과, 그 엣지 영역(14) 이외의 부분인, 중앙 영역(16)[도 3의 (a)에서는 차광부(12)의 외주로부터 이격되어 형성된 영역]을 갖는 것으로 되어 있다. 엣지 영역(14)에는 상기한 바와 같이, 위상 시프트막 패턴(21)과 투과 조정막 패턴(31)이 적층되어 있고, 차광부(12)의 엣지 영역(14) 이외[차광부(12)의 중앙을 포함하는 부분]에는, 위상 시프트막 패턴(21)만이 형성되어 있다. 이 위상 시프트막 패턴(21)과 투과 조정막 패턴(31)의 적층순은, 임의로 선택할 수 있고, 도 3의 (a)에 도시하는 적층순과는 상하 역이어도 상관없다.
이와 같은 구성에 의해, 도 3의 (a)에 도시하는 포토마스크의 차광부(12)는, 투광부(11)를 투과하는 상기 노광광에 포함되는 상기 대표 파장에 대하여 대략 180도의 위상 시프트량을 갖도록 형성된 중앙 영역(16)과, 상기 대표 파장에 대한 위상 시프트량이 상기 중앙 영역(16)보다 작고, 또한, 상기 대표 파장에 대하여 50％ 이하의 투과율을 갖는 광학막에 의해 형성된 엣지 영역(14)을 구비하는 것으로 되어 있다.
본 발명의 포토마스크의 투광부(11) 및 차광부(12)의 치수에는 특별히 제약은 없다. 단, 차광부(12)와 투광부(11)의 폭의 합[라인 앤드 스페이스 패턴에 있어서의 피치 폭(P)]이 5㎛ 이하가 되었을 때에, 본 발명의 효과가 현저하게 얻어진다. 또한, 투광부(11)의 폭이 3㎛ 이하가 되었을 때에, 발명의 효과가 보다 현저하다. 피치 폭이 작아지고, 이에 수반하여 투광부(11)의 치수가 작아지면, 회절의 영향이 커짐과 함께, 투광부(11)에 의해 투과하는 광 투과 강도 분포 곡선의 피크가 내려가므로, 피전사체의 레지스트막에 도달하여 레지스트를 감광시키기 위해서는, 광량 부족이 되기 쉽다. 이와 같은 현상에 대하여, 본 발명의 포토마스크는 문제점을 해소시키기 때문이다. 투광부(11)의 폭이 2㎛ 이하인 경우에, 상기 효과가 더 크다.
또한, 투광부(11) 및 차광부(12)의 폭이, 3㎛ 이하인 경우에, 본 발명의 효과가 높다. 또한, 투광부(11) 또는 차광부(12) 중 어느 하나가, 또는 양쪽의 폭이, 2.5㎛ 이하인 경우, 나아가서는, 2.0㎛ 이하인 경우에 발명의 효과가 현저하다.
또한, 이와 같은 전사용 패턴을 사용하고, 피전사체 위에 라인 앤드 스페이스 패턴을 형성할 때, 피전사체 위에 피치 폭(P)이 5㎛ 이하인 패턴을 형성하는 경우, 또는, 폭 3㎛ 이하인 라인 패턴 및/또는 폭 3㎛ 이하인 스페이스 패턴을 형성하는 경우에, 본 발명의 효과가 현저하게 얻어진다.
또한, 본 발명의 엣지 영역(14)은 소정 폭으로 형성되고, 일정 폭인 것이 바람직하다. 이 소정 폭이란, 제로를 초과하는 임의의 값의 폭이고, 피전사체 위에 얻고자 하는 레지스트 패턴의 형상을 기초로 결정할 수 있다. 도 3의 (a)의 형태에서는, 엣지 영역(14)은 차광부(12)의 양쪽 엣지에, 대향하여, 서로 동등한 폭으로 형성되어 있다. 엣지 영역(14)의 폭은, 사용하는 노광 장치의 해상 한계 이하의 치수로 한다. 또한, 구체적인 엣지 영역(14)의 폭 치수로서는, 0.1 내지 2㎛, 바람직하게는, 0.1 내지 1㎛로 할 수 있다.
상기와 같은 폭을 갖는 엣지 영역(14)을 설정하면, 피전사체 위에 도달하는 투과광의 광 강도 분포 곡선이, 엣지 영역(14)을 독립적으로 해상하지 않고(독립한 패턴 형상을 형성하지 않고), 투광부(11)에 대응하는 광 강도의 피크와, 차광부(12)에 대응하는 광 강도의 보톰을, 완만하게 연결하는 곡선을 그리도록 설계할 수 있다.
본 형태에 있어서, 위상 시프트막(20)은 포토마스크의 노광에 사용하는 노광광에 포함되는 대표 파장에 대해, 투과율을 20％ 이상으로 할 수 있다. 보다 바람직하게는, 위상 시프트막(20)의 대표 파장에 대한 투과율을 20 내지 80％, 보다 바람직하게는, 30 내지 70％, 더욱 바람직하게는, 40 내지 70％로 할 수 있다.
여기서, 노광광에 포함되는 대표 파장으로서는, 노광광이 복수 파장을 포함하는 경우(예를 들어, i선, h선 및 g선을 포함하는 광원을 사용하는 경우)에는, 이들의 파장 중 어느 하나로 할 수 있다. 예를 들어, i선을 대표 파장으로 할 수 있다. 또한, i선, h선 및 g선 중 어느 것에 대해서도, 본 발명의 투과율 및 위상 시프트량을 충족하는 형태가, 보다 바람직하다.
또한, 여기서 말하는 투과율은, 투명 기판(10)의, 상기 대표 파장에 의한 투과율을 100％로 한 경우의, 위상 시프트막(20)의 투과율이다.
또한, 위상 시프트막(20)은, 상기 대표 파장에 대한 위상 시프트량이, 대략 180도인 것이 바람직하다. 여기서, 대략 180도란, 위상 시프트막(20)에 입사하는 노광광에 대한 위상 반전 작용을 갖고, 입사광과 동일 위상의 광이 간섭함으로써, 차광부(12)에 돌아 들어간 투과광의 광 강도를 저감시키는 것이다. 구체적으로는, 위상 시프트막(20)의 상기 대표 파장에 대한 위상 시프트량은, 180±60도의 범위일 수 있다. 라디안 표기하면,
(2n+2/3)π 내지 (2n+4/3)π(n:정수)
이다. 보다 바람직하게는, 위상 시프트막(20)의 상기 대표 파장에 대한 위상 시프트량은,
180±30도[라디안 표기에서는, (2n+5/6π 내지 (2n+7/6)π(n:정수)]
이다.
또한, 후술하는 바와 같이, 위상 시프트막(20)의 소재는, 투과 조정막(30)과의 사이에, 에칭 선택성을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에 사용되는 투과 조정막(30)은, 상기 대표 파장에 대한 투과율이, 80％ 이하(즉, 0 내지 80％)인 것이 바람직하다. 여기서, 투과 조정막(30)에는, 실질적으로 광을 투과하지 않는(광학 농도 OD>3, 즉 투과율 0.1％ 미만) 것도 포함된다. 이와 같은 실질적으로 광을 투과하지 않는 막을, 본 명세서에서는 차광막이라고도 한다.
또한, 투과 조정막(30)은, 일부의 광을 투과하는 것이어도 좋다. 그 경우(투과율이 0.1％ 이상의 경우)에는, 투과율은 80％ 이하이고, 바람직한 범위는, 10 내지 80％, 보다 바람직하게는 40 내지 70％이다.
또한, 투과 조정막(30)의 투과율이 0.1％ 이상인 경우, 투과 조정막(30)은 상기 대표 파장에 대한 위상 시프트량이 90 내지 270도인 것이 바람직하다. 이것은, 라디안 표기하면,
(2n+1/2)π 내지 (2n+3/2)π(n:정수)
이다. 보다 바람직하게는, 투과 조정막(30)의 상기 대표 파장에 대한 위상 시프트량은,
120 내지 240도[라디안 표기에서는, (2n+2/3π 내지 (2n+4/3)π(n:정수)]
이다.
본 형태에 있어서, 엣지 영역(14)은, 상기한 바와 같이, 위상 시프트막(20)과 투과 조정막(30)의 적층이고, 이 적층에 의해 노광광에 포함되는 대표 파장에 대한 투과율이 50％ 이하가 되도록 형성된다. 상기 적층의 대표 파장에 대한 투과율은, 바람직하게는, 30 내지 50％, 보다 바람직하게는 35 내지 45％이다. 상기 적층에 의한 위상 시프트량은, 상기 대표 파장에 대하여 ±90도, 보다 바람직하게는, ±60도 이내, 더욱 바람직하게는 ±45도의 범위인 것이 바람직하다.
도 3의 (a)에 도시하는, 본 발명의 위상 시프트막(20) 및 투과 조정막(30)[위상 시프트막 패턴(21) 및 투과 조정막 패턴(31)]은 각각 단층으로 구성되어 있지만, 어느 쪽, 또는 양쪽이, 복수층의 적층에 의해 이루어지는 것이어도 좋다. 도 3의 (b)에, 본 발명의 포토마스크가 갖는 각 막의 기능을 도시한다.
도 3의 (a)에 도시하는 바와 같은 전사용 패턴(예를 들어 라인 앤드 스페이스 패턴)을 갖는 포토마스크를 사용하고, 노광 장치에 의해, 광 조사할 때, 피전사체 위의 레지스트막(40)이 받는, 투과광의 광 강도 분포 성분을, 도 3의 (b)의 <1>, <2> 및 <3>에 의해 나타냈다. <1>은, 투광부(11)의 패턴을 투과하는 광의 강도 분포이다. 투광부(11)의 패턴을 투과한 광은, 회절의 영향에 의해, 차광부(12)에 대응하는 부분에도 어느 정도의 돌아 들어가는 것을 발생시키므로, <1>의 곡선에 나타내는 바와 같이, 일정 넓이를 갖는 파형의 분포를 그린다. 단, 패턴이 미세해지고, 패턴의 피치가 작아지면[예를 들어 차광부(12)의 패턴 및/또는 투광부(11)의 패턴의 폭이 3㎛ 이하가 되면], 도 2의 (d)에 도시하는 상태에 근접하고, 라인 앤드 스페이스 패턴의 에칭을 행하기 위한 레지스트 패턴을 형성할 수 없게 된다.
따라서, 차광부(12)에 상당하는 부분의 광 강도를 유효하게 저하시키기 위해, 본 형태에서는 위상 시프트막(20)을 사용하고, 중앙 영역(16)을 형성한다. 위상 시프트막(20)에 의한, 중앙 영역(16)의 투과광의 강도 분포 성분을 도 3의 (b)의 <3>에 나타낸다. 이 위상 시프트막(20)은 소정의 위상 시프트량을 갖고 있으므로, 위상 시프트막(20)을 투과한 광은, 투광부(11)를 투과하는 노광광 중, 회절에 의해 차광부(12)에 돌아 들어가는 성분에 대하여, 간섭에 의해 이것을 상쇄하고, 이 부분의 광 강도가 내려가게 된다. 또한, 위상 시프트막(20)의 투과광은 위상 시프트를 함으로써, 투광부(11)를 투과하는 노광광에 대하여 간섭에 의해 이를 상쇄하게 되므로, 도 3의 (b)에서는, <3>의 광의 강도를, 마이너스측의 강도로서 도시하고 있다.
또한, 본 발명의 포토마스크에서는, 위상 시프트막(20)을 형성하는 대신에, 마찬가지의 작용을 초래하도록, 투명 기판(10)의 표면에 홈파기를 형성해도 좋다. 이 경우에는, 도 3의 (a)의 차광부(12)에 상당하는 영역의 투명 기판(10)을, 얻고자 하는 위상 시프트량분의 두께만큼, 표면으로부터 홈파기 제거할 수 있다.
상술한 위상 시프트막(20) 등에 의한 광 강도 저감의 효과는, 역시 회절의 영향에 의해 투광부(11)에 미치므로, 투광부(11)의 광 강도 분포의 피크가 내려가게 될 우려가 있다. 따라서 본 발명에서는, 엣지 영역(14)에 있어서, 차광부(12)로부터 투광부(11)에 돌아 들어가는 반전 위상의 광을 또한 반전시키고, 투광부(11)의 투과광과 동일 위상의 성분을 증가시켜, 투광부(11)의 광 강도 피크를 높인다. 이로 인해, 본 형태에서는 투과 조정막(30)을, 차광부(12)의 엣지 부근에 배치하고 있다. 투과 조정막(30)에 의한, 엣지 영역(14)에서의 투과광의 광 강도 분포 성분을 도 3의 (b)의 <2>에 나타낸다.
상기와 같은 광 강도 분포 조정을 행한 결과, 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, 바이너리 마스크의 투과광 강도 분포에 대하여, 투광부(11)의 광 강도 피크를 올리고, 차광부(12)의 광 강도 보톰을 보다 내릴 수 있다. 이에 의해, 광 강도 분포 곡선은 콘트라스트가 높게 되어, 피전사체 위에 형성되는 레지스트 패턴 형상은 양호해진다. 즉, 레지스트 패턴의 측면 형상이 개선되므로(경사각이 커지므로), 에칭 마스크로서, 가공 정밀도의 향상에 기여한다.
또한, 엣지 영역은, 상기의 양태에서는 위상 시프트막(20)과 투과 조정막(30)의 적층이지만, 이 이외의 구성을 취하는 경우라도, 엣지 영역으로서의 투과율은 상기와 마찬가지로, 노광광의 대표 파장에 대한 투과율이 50％ 이하, 바람직하게는, 30 내지 50％, 보다 바람직하게는 35 내지 45％로 할 수 있다. 그 경우의 엣지 영역의 위상 시프트량은, ±90도 이내로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기에서는 위상 시프트막(20)이 투명 기판에 형성되는 중앙 영역에 대해서 설명하였지만, 그 이외의 구성을 취하는 경우에서도, 투과율을 20％ 이상(보다 바람직하게는, 20 내지 80％, 보다 바람직하게는, 30 내지 70％, 더욱 바람직하게는, 40 내지 70％), 위상 시프트량은 180±60도, 보다 바람직하게는, 180±30도로 할 수 있다.
다음에, 본 발명의 포토마스크의 제조 방법의 예에 대해서, 도 7을 참조하여, 이하에 설명한다.
(1) 투명 기판(10) 위에 위상 시프트막(20)과 투과 조정막(30)이 이 순서대로 형성되고, 또한 포토레지스트막(40)이 형성된 포토마스크 블랭크를 준비한다[도 7의 (a)].
(2) 묘화기를 사용하고, 엣지 영역(14) 형성용 패턴을 묘화한다.
(3) 현상하고, 형성된 레지스트 패턴(41)을 마스크로 하여, 투과 조정막(30)을 에칭한다[도 7의 (b)].
(4) 레지스트를 박리하고, 다시, 전체면에 레지스트막(40)을 형성한 후, 차광부(12) 형성용 패턴을 묘화한다[도 7의 (c) 및 (d)].
(5) 현상하고, 형성된 레지스트 패턴(51)을 마스크로 하여, 위상 시프트막(20)을 에칭한다[도 7의 (e)].
(6) 레지스트를 박리한다[도 7의 (f)].
또한, 위상 시프트막(20) 및 투과 조정막(30)의 에칭은 드라이 에칭이어도 웨트 에칭이어도 좋다. 에천트는 공지의 것을 사용할 수 있다.
위상 시프트막(20)의 재료로서는, 예를 들어, 금속 실리사이드 화합물(TaxSiy, MoxSiy, WxSiy 또는 그들의 질화물, 산질화물 등), Si 화합물(SiO2, SOG), Zr 합금(ZrSixOy 등), ITO(산화 인듐 주석), ZrO2(산화지르코늄), Al2O3(산화알루미늄), WO3(산화텅스텐) 및 TiO2(산화티탄) 등을 들 수 있다.
투과 조정막(30)의 재료로서는, Cr 화합물(Cr의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화질화물, 산화질화탄화물 등), Si 화합물(SiO2, SOG), Zr 합금(ZrSixOy 등) 및 금속 실리사이드 화합물(TaxSiy, MoxSiy, WxSiy 또는 그들의 질화물, 산질화물 등) 등 외에, 상기 위상 시프트막(20)의 재료로서 예로 든, ITO(산화 인듐 주석), ZrO2(산화지르코늄), Al2O3(산화알루미늄), WO3(산화텅스텐) 및 TiO2(산화티탄) 등을 들 수 있다. 단, 위상 시프트막(20)과 투과 조정막(30)의 재료가 동일하면, 서로 에칭 선택성이 없으므로, 다른 재료로 하는 것이 바람직하다.
양쪽 막의 조합의 예로서는, 서로 에칭 선택성이 있으면 특별히 제약은 없다. 예를 들어 위상 시프트막(20)에 ITO를 사용하고, 투과 조정막(30)에 Cr 화합물, 혹은, 위상 시프트막(20)에 ZrO2를 사용하고, 투과 조정막(30)에 Cr 화합물을 사용하는, 등이 바람직한 예로 들 수 있다.
본 발명의 포토마스크의 용도에 특별히 한정은 없다. 본 발명의 포토마스크는, 예를 들어, 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display)의 투명 전극 패턴 등, 플랫 패널 디스플레이의 영역에서, 다양한 용도로 사용된다. 이와 같은 용도의 라인 앤드 스페이스 패턴의 형성은, 선 폭이 3㎛ 이하가 되면 난이도가 높으므로, 본 발명의 효과가 현저하다.
상세하게는, 전사용 패턴이 라인 앤드 스페이스 패턴일 때, 피치 폭(P)[전사용 패턴의 라인 폭(ML), 스페이스 폭(MS)의 합계]이 6㎛ 이하, 보다 바람직하게는 5㎛ 이하일 때에 발명 효과가 현저하고, 이때, ML은 2.8㎛ 이하, 보다 바람직하게는 2.5㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 2㎛ 이하일 때에, 발명의 효과가 보다 현저하다. MS에 대해서도, 2.8㎛ 이하, 보다 바람직하게는 2.5㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 2㎛ 이하일 때에, 발명의 효과가 더욱 현저하다. 또한, 투광부의 투과광량이 작아지는, ML>MS일 때, 보다 본 발명의 효과가 현저하다.
또한, 도 3의 (a)에서는, 라인 앤드 스페이스 패턴을 전사용 패턴으로 한 경우의 예를 들었지만, 본 발명의 포토마스크에 있어서의 전사용 패턴의 형상에도 제약은 없다. 본 발명의 포토마스크를 홀 패턴에 적용해도 좋다.
본 발명은 또한, 당해 포토마스크를 사용한 패턴 전사 방법을 포함한다. 본 발명의 포토마스크를 사용한 패턴 전사 방법은, 노광 장치의 조사광량을 증가시키지 않고, 미세한 패턴을 전사시키는 것을 가능하게 한다. 이로 인해, 에너지 절약, 혹은 노광 시간의 단축, 생산 효율의 향상에 현저한 장점을 초래한다.
본 발명의 전사 방법에서는, 표준적인 LCD용 노광 장치를 사용할 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 개구수 NA를 0.06 내지 0.10, 코히어런스 인자 σ를 0.5 내지 1.0의 범위로 할 수 있다. 이러한 노광 장치는, 일반적으로, 3㎛ 정도를 해상 한계로 하고 있다. 노광 광원으로서는, 365 내지 436㎚(i선 내지 g선)를 포함하는 광원을 사용하는 것이 바람직하다.
물론, 본 발명은, 보다 넓은 범위의 노광 장치를 사용한 전사시에 적용하는 것도 가능하다. 예를 들어, NA가 0.06 내지 0.14, 또는 0.06 내지 0.15의 범위로 할 수 있다. NA가 0.08을 초과하는, 고해상도의 노광 장치에도 요구가 생기고 있고, 이들에도 적용할 수 있다.
이러한 노광 장치는, 광원으로서 i선, h선 또는 g선을 포함하고, 이들을 모두 포함한 조사광(단일 광원에 대해, 브로드한 광원이므로, 이하 브로드광이라고도 함)을 사용할 수 있다. 이 경우, 대표 파장이란, i선, h선 및 g선 중 어느 것으로 해도 좋은 것은, 전술한 바와 같다.
또한, 본 발명은, 본 발명의 포토마스크를 사용한, 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법도 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 포토마스크를 사용하고, TFT의 전극 패턴 형성을 행하거나, 혹은, TFT의 콘택트 홀 패턴의 형성을 행하는, 등, 그 용도에는 제한은 없다.
또한, 본 발명은, 패터닝을 거쳐서 상기 포토마스크로 할 수 있는, 포토마스크 블랭크를 포함한다. 이 포토마스크 블랭크는, 투명 기판(10) 위에, 상기 포토마스크를 노광할 때의 노광광에 포함되는 대표 파장의 광에 대하여, 20％ 이상의 투과율 및 대략 180도의 위상 시프트량을 갖는 위상 시프트막(20)과, 상기 대표 파장의 광에 대하여, 80％ 이하의 투과율 및 90 내지 270도의 위상 시프트량을 갖는 투과 조정막(30)이 적층되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 포토마스크 블랭크로서는, 이하의 것도 적절히 이용할 수 있다. 즉, 투명 기판 위에, 위상 시프트막과, 투과 조정막이 적층된 적층막을 갖고, 상기 위상 시프트막은, 상기 포토마스크를 노광할 때의 노광광에 포함되는 대표 파장의 광에 대하여, 20％ 이상의 투과율 및 90 내지 270도의 위상 시프트량을 갖고, 상기 적층막은, 상기 대표 파장의 광에 대하여, 50％ 이하의 투과율 및 ±90도 이내의 위상 시프트량을 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크이다.
상기 각 막의 바람직한 양태는, 상술한 바와 같다. 또한, 이들의 막은, 투명 기판(10) 위에, 스퍼터법 등 공지의 성막법에 의해, 형성할 수 있다.
이상으로부터 명백해진 바와 같이, 본 발명의 포토마스크는, 미세 패턴화에 의한, 투과광의 광량 부족을 해소하거나, 혹은, 노광에 필요한 조사광량을 절감하고, 게다가, 에칭 마스크로서 우수한 형상의 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이와 같은 레지스트 패턴을, 종래 패터닝이 곤란하였던 미세 패턴에 있어서 실현하는 의의는 크다. 본 발명의 포토마스크는, 특히, 액정 표시 장치에 대표되는, 플랫 패널 디스플레이의 제조 분야에서 유리하게 사용된다. 본 발명의 포토마스크를 사용하면, 종래의 LCD용 노광 장치를 사용한 경우라도, 조사광량을 증가하는 일 없이, 피전사체 위의 레지스트막을 감광시키기 위한 충분한 노광광량이 확보되어, 콘트라스트를 향상시킬 수 있으므로, 저코스트로, 전사 패턴의 미세화를 행할 수 있다.
<실시예>
도 4에 도시하는, 4종류의 전사용 패턴을 갖는 포토마스크에 대해서, 광 강도 분포 곡선 및 그에 의한 전사체의 레지스트 패턴 형상에 대한 광학 시뮬레이션을 행하였다. 시뮬레이션 조건으로서는, 전사에 사용하는 노광 장치의 광학 조건을 고려하여, 다음과 같이 설정하였다.
피치 폭 4.0㎛(1:1의 라인 앤드 스페이스 패턴)
개구수 NA 0.083
코히어런스 인자 σ 0.8
각 파장의 강도비 g:h:i=1:1:1
위상 시프트막(20)의 위상 시프트량 180도
도 5에, 도 4에 도시하는, 4종류의 전사용 패턴의 포토마스크에 의한, 상술한 광학 시뮬레이션에 의해 얻어진 투과광의 광 강도 분포 곡선을 나타낸다. 도 5는, 도 4에 도시하는, 4종류의 전사용 패턴을 갖는 포토마스크를, 노광 장치에 의해 노광한 경우에, 레지스트막(40)이 받는 광 강도 분포를 나타낸 것이다. 도 4에 도시하는 각 샘플에 있어서, 투과율 및 위상 시프트량은, 대표 파장을 h선으로 한 것이다.
도 4에 도시하는 각각의 샘플 A, B, C 및 D는, 피치 폭(P)=4㎛[라인 폭(ML)=스페이스 폭(MS)=2㎛]의 라인 앤드 스페이스 패턴을 전사용 패턴으로서 갖는 마스크이다.
샘플 A(비교예, 바이너리 마스크)
표준 샘플로서의 바이너리 마스크[OD3 이상의 차광막에서 전사용 패턴(라인 앤드 스페이스 패턴)]를 형성하였다. 피치 폭(P)=4㎛[라인 폭(ML)=스페이스 폭(MS)=2㎛]으로 하였다.
샘플 B(참고예 1)
투과율 4％, 위상 시프트량 45도인 반투광막을 패터닝함으로써, 상기 샘플 A와 마찬가지의 전사용 패턴을 작성하였다.
샘플 C(실시예)
위상 시프트막(20)을 패터닝함으로써 피치 폭(P)=4㎛[라인 폭(ML)=스페이스 폭(MS)=2㎛]의 라인 앤드 스페이스 패턴을 형성하고, 또한, 그 라인 패턴[차광부(12)]의 양쪽 엣지를 따라서, 각각 0.5㎛ 폭의 투과 조정막(30)을 적층하였다. 따라서, 중앙에 1㎛의 폭으로, 위상 시프트막(20)만의 부분이 있다. 위상 시프트막(20)은 위상 시프트량이 180도, 투과율이 70％로 하고, 투과 조정막(30)은 위상 시프트량이 180도, 투과율 57％의 것을 사용하였다.
샘플 D(참고예 2)
차광막을 패터닝함으로써, 피치 폭 4㎛[라인 폭(ML)=1㎛, 스페이스 폭(MS)=3㎛]의 라인 앤드 스페이스 패턴을 형성하고, 또한, 동일 피치 폭[라인 폭(ML)=2㎛, 스페이스 폭(MS)=2㎛]의 위상 시프트막(투과율 5％, 위상 시프트량 180도)에 의한 패턴을 적층하여 형성하였다. 2㎛ 폭의 라인 패턴의 중앙부만이, 차광막 패턴과 위상 시프트막 패턴의 적층 구조로 되어 있다.
도 5를 참조하면, 샘플 A에 대하여, 샘플 B는, 광 강도가 전체적으로 높게 되어 있다. 따라서, 상기 도 1에서 설명한 광량 부족의 문제를 어느 정도 해결할 수 있는 것을 알 수 있다. 단, 샘플 A의 곡선과 비교하여, 곡선의 피크에 이르는 기울기는 거의 동일하며, 콘트라스트는 높게 되어 있지 않다. 이 경우, 피전사체 위에 형성되는 레지스트 패턴의 측면 형상에서도, 경사각을 크게 하는 방향에 의한 개선은 거의 없다.
샘플 D에서는, 위상 시프트막의 작용에 의해 투과광량이 전체적으로 내려가게 되고, 레지스트막에 대한 광량 부족은, 샘플 A의 바이너리 마스크보다도 심각해진다. 또한, 커브의 경사도, 샘플 A의 바이너리 마스크와 거의 동등하고, 콘트라스트의 개선은 보이지 않는다.
이에 대하여, 샘플 C(본 발명의 포토마스크)에서는, 샘플 A에 대하여 피크의 광 강도가 높게 되어 있으므로, 레지스트막(40)에 도달하는 광의 강도 부족을 해소할 수 있다. 혹은, 이에 덧붙여 노광 장치에 의한 조사광량을 저감시키는 것도 가능해진다. 이 경우, 노광 조사광량은 주사 노광에 필요한 시간과 상관되므로, 조사광량의 저감에 의해, 노광 시간의 단축, 즉 생산 효율의 향상이 가능해진다. 또한, 도 5로부터 명백해진 바와 같이, 광 강도 분포 곡선의 기울기도 커져, 피전사체 위의 레지스트 패턴의 측면 형상이 개선되는 것을 알 수 있다.
여기서, 경사각이란, 도 6에 도시하는 바와 같이, 피전사체 위의 레지스트 패턴의 측면 형상이 피전사체면에 수직인 경우를 90도(최대)로서, 표현한다. 피전사체 위의 레지스트 패턴을 에칭 마스크로서 피가공체를 에칭할 때, 경사각이 클수록(90도에 가까울수록), 노광광량의 변동 등 공정의 변동에 대한 선 폭 변동이 작다. 그 때문에, 경사각이 클수록(90도에 가까울수록), 양호한 상태로 평가된다.
또한, 본 명세서에 있어서의 광 강도 분포 곡선 및 그에 의한 레지스트 패턴 형상에 대해서는, 광학 시뮬레이션에 의해 얻은 것이다. 시뮬레이션 조건으로서는, 전사에 사용하는 노광 장치의 광학 조건을 고려하여 설정한 것이다.
또한, 대표 파장은, i선, h선 및 g선 중 어느 것으로 해도 좋다. 시뮬레이션에 있어서는, 단순화를 위해 이들의 강도비를 1:1:1로 해도 좋고, 또는 실제의 노광 장치의 강도비를 고려한 비율로 해도 좋다.
상기로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명의 포토마스크는 위상 시프트막(20)에 의한 노광광 위상의 반전 작용을, 투광부(11)로부터 투과하여 돌아 들어가는 회절광에 의한 광 강도 저감을 위해 이용하고 있다. 차광부(12)에 대응하는 피전사체 위의 위치이며, 원래 차광되어야 할 부분에, 투광부(11)로부터의 회절광의 돌아 들어가는 것이 존재하므로, 광의 간섭에 의한 상쇄 작용이 유효하게 작용한다. 그 한편, 차광부(12)의 엣지 부근[엣지 영역(14)]에 있어서는, 위상 시프트막(20)의 작용은 실질적으로 발현되지 않는다. 투과 조정막(30)에 의해, 이 부분의 위상 시프트 작용이 저감되어 있기(반전되어 있지 않기) 때문이다.
공지의 소위 위상 시프트 마스크는, 패턴 엣지에 있어서 위상을 반전시켜, 투과광의 콘트라스트를 올리고 있지만, 본 발명은, 패턴 엣지에서는 오히려 위상 반전 작용을 저감시키고 있는 점에서, 대조적이다.
본 발명자들에 따르면, 이 엣지 영역(14)이 존재함으로써, 차광부(12)에 대응하는 영역에서 유효하게 광 강도가 내려감에도 불구하고, 투광부(11)에 대응하는 영역의 광 강도 피크가 내려가지 않는다. 오히려, 이 엣지 영역(14)이 존재함으로써, 투광부(11)에 대응하는 영역의 광 강도 피크를 향상시킬 수 있다. 이 의미에서, 엣지 영역(14)은 투광부(11)에 의한 광의 투과를 보조하는, 투과 보조 패턴으로서도 기능한다.
또한, 본 발명은, 상술한 위상 시프트막, 투과 보조막 외에, 본 발명의 작용을 방해하지 않는 한에 있어서, 다른 막 및/또는 기판 구조가 병용되는 것을 배제하지 않는다.
10 : 투명 기판
11 : 투광부
12 : 차광부
14 : 엣지 영역
16 : 중앙 영역
20 : 위상 시프트막
21 : 위상 시프트막 패턴
30 : 투과 조정막
31 : 투과 조정막 패턴
40, 50 : 레지스트막
41, 51 : 레지스트 패턴

Claims (16)

  1. 플랫 패널 디스플레이의 제조에 사용하는 포토마스크로 하기 위한, 포토마스크 블랭크로서,
    투명 기판 위에, 위상 시프트막과 투과 조정막이 이 순서로 적층된 적층막을 갖고,
    상기 위상 시프트막은, 상기 포토마스크를 노광할 때의 노광광에 포함되는 대표 파장의 광에 대하여, 20 내지 80％의 투과율 및 180±30도 이내의 위상 시프트량을 갖고,
    상기 투과 조정막은, 상기 대표 파장의 광에 대하여, 0.1％ 내지 80％의 투과율 및 120 내지 240도의 위상 시프트량을 갖는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이 제조용 포토마스크 블랭크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은, 상기 대표 파장의 광에 대하여, 40 내지 70％의 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이 제조용 포토마스크 블랭크.
  3. 플랫 패널 디스플레이의 제조에 사용하는 포토마스크로 하기 위한, 포토마스크 블랭크로서,
    투명 기판 위에, 위상 시프트막과 투과 조정막이 이 순서로 적층된 적층막을 갖고,
    상기 위상 시프트막은, 상기 포토마스크를 노광할 때의 노광광에 포함되는 대표 파장의 광에 대하여, 20 내지 80％의 투과율 및 180±30도 이내의 위상 시프트량을 갖고,
    상기 적층막은, 상기 대표 파장의 광에 대하여, 30 내지 50％의 투과율 및 -90도 내지 +90도의 범위의 위상 시프트량을 갖는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이 제조용 포토마스크 블랭크.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적층막은, 상기 대표 파장의 광에 대하여, -45도 내지 +45도의 범위의 위상 시프트량을 갖는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이 제조용 포토마스크 블랭크.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은, 상기 대표 파장의 광에 대하여, 40 내지 70％의 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이 제조용 포토마스크 블랭크.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대표 파장은, i선, h선, g선 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이 제조용 포토마스크 블랭크.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포토마스크는, i선, h선, g선을 포함하는 광원에 의해 노광하는 것인 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이 제조용 포토마스크 블랭크.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포토마스크는, 개구수 NA가 0.06 내지 0.15의 범위인 노광 장치를 사용하여 노광하기 위한 포토마스크인 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이 제조용 포토마스크 블랭크.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명 기판은, 한 변이 300 내지 1800mm인 직사각형 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이 제조용 포토마스크 블랭크.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 시프트막과 상기 투과 조정막은, 서로 에칭 선택성을 갖는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이 제조용 포토마스크 블랭크.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은, 웨트 에칭 가능한 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이 제조용 포토마스크 블랭크.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은, 금속 실리사이드 화합물을 포함하는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이 제조용 포토마스크 블랭크.
  13. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투과 조정막은 Cr 화합물을 포함하는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이 제조용 포토마스크 블랭크.
  14. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 시프트막과 상기 투과 조정막이 적층되고, 또한 포지티브형 포토레지스트막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이 제조용 포토마스크 블랭크.
  15. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투과 조정막은, 상기 대표 파장의 광에 대하여, 10 내지 80%의 투과율을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이 제조용 포토 마스크 블랭크.
  16. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    플랫 패널 디스플레이용의 라인 앤드 스페이스 패턴을 갖는 포토 마스크로 하기 위한 플랫 패널 디스플레이 제조용 포토 마스크 블랭크.
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JP2004309958A (ja) * 2003-04-10 2004-11-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd フォトマスク、そのフォトマスクを用いたパターン形成方法及びマスクデータ作成方法

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