KR102193360B1 - 하프톤 마스크, 포토마스크 블랭크스 및 하프톤 마스크의 제조방법 - Google Patents

하프톤 마스크, 포토마스크 블랭크스 및 하프톤 마스크의 제조방법 Download PDF

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Abstract

[과제] 미세한 포토레지스트 패턴을 노광하는 것이 가능한 다계조 하프톤 마스크를 제공한다.
[해결수단] 투명 기판 상에 반투과막 패턴으로 이루어지는 반투과부와 위상 시프트 막의 패턴으로 이루어지는 위상 시프트부가 형성되어 있으며, 위상 시프트 막은, 노광광의 위상을 반전하여, 위상 시프트 막의 투과율은, 반투과막의 투과율보다 낮다. 또한, 반투과부와 위상 시프트부가 인접하는 경계부에 있어서, 반투과막과 위상 시프트 막과 에칭 스토퍼 막과의 적층막이 형성되고, 에칭 스토퍼 막은, 반투과막과 위상 시프트 막과의 에칭액에 의하여 에칭되지 않는 재질로 이루어진다. 그 결과, 하프톤 효과와 위상 시프트 효과 모두를 가지는 포토마스크를 실현한다.

Description

하프톤 마스크, 포토마스크 블랭크스 및 하프톤 마스크의 제조방법
본 발명은 플랫 패널 디스플레이 등에 사용되는 다계조의 포토마스크인 하프톤 마스크, 포토마스크 블랭크스 및 하프톤 마스크의 제조방법에 관한 것이다.
플랫 패널 디스플레이 등의 기술분야에서는, 반투과막의 투과율로 노광량을 제한하는 기능을 갖춘, 하프톤 마스크로 불리는 다계조의 포토마스크가 사용되고 있다.
하프톤 마스크는, 투명 기판과 차광막과의 중간 투과율을 가지는 반투과막을 사용하여, 투명 기판, 반투과막, 차광막에 의하여, 3계조 또는 그 이상인 다계조의 포토마스크를 실현할 수 있다.
특허문헌 1에 개시된 하프톤 마스크를 사용함으로써, 1 회의 노광으로 막두께 가 다른 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있고, 플랫 패널 디스플레이의 제조 공정에 있어서 리소그래피(lithography)의 공정수를 삭감하여, 제조비용을 저감하는 것이 가능하게 된다.
예를 들면, 박막 트랜지스터(TFT)를 사용한 액정 표시 장치에 있어서는, TFT의 채널 영역 및 소스/드레인 전극 형성 영역에서, 각각 막두께가 다른 포토레지스트 패턴을 1회의 노광 공정으로 형성함으로써, 리소그래피의 공정을 삭감하고, 그에 따라 제조비용을 삭감하는 기술로서 사용되고 있다.
한편, 플랫 패널 디스플레이의 고화질화 때문에 배선 패턴의 미세화가 점점 더 강하게 요구되고 있다. 프로젝션 노광기로 해상(解像) 한계에 가까운 패턴을 노광하려고 하는 경우, 노광 마진을 확보하기 위해, 특허문헌 2에 개시된 바와 같이, 차광 영역의 에지부(edge part)에 위상을 반전시키는 위상 시프터를 구비한 위상 시프트 마스크가 제안되고 있다.
일본국 공개특허공보 특개 2011-227391호 일본국 공개특허공보 특개 2011-13283호
하프톤 마스크는, 리소그래피 공정의 삭감에 기여할 수는 있으나, 반투과막과 차광막과의 경계에서 노광광 강도 분포의 변화가 비교적 완만하여, 그 때문에 하프톤 마스크를 사용해서 노광한 포토레지스트 막은, 경계에 해당되는 부분에서 단면 형상이 완만한 경사를 나타내고, 프로세스 마진이 저하되고, 미세한 패턴을 형성하는 것이 곤란하다는 문제가 있다.
위상 시프트 마스크를 사용함으로써 해상도가 향상되고, 패턴을 한층 더 미세화할 수 있게 된다. 그러나, 위상 시프트 마스크는 바이너리 마스크(Binary Mask)를 대상으로 한 기술이므로, 하프톤 마스크와 같은 리소그래피 공정의 삭감은 불가능하다. 그러므로, 플랫 패널 디스플레이의 제조에 사용했을 경우, 리소그래피 공정의 삭감에 기여할 수 없다.
이와 같이 종래의 포토마스크로는, 플랫 패널 디스플레이 제조비용의 저감과 해상도의 문제를 양립시키는 것이 불가능했다.
상기 과제를 감안하여, 본 발명은, 리소그래피 공정의 삭감과 패턴을 한층 더 미세화하는 것을 양립시킬 수 있는 포토마스크 및 그 제조에 사용되는 포토마스크 블랭크스, 및 포토마스크의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시형태에 따른 포토마스크는,
투명 기판 상에 반투과부, 위상 시프트부, 경계부 및 투광부를 구비하여,
상기 투광부는, 상기 투명 기판이 노출된 부분으로 이루어지고,
상기 반투과부는, 상기 투명 기판 상에 구비된 반투과막으로 형성되고,
상기 위상 시프트부는 상기 투명 기판 상에 구비된 위상 시프트 막으로 형성되고,
상기 경계부는, 상기 반투과부와 상기 위상 시프트부가 인접하는 영역에 형성되고,
상기 경계부의 폭이 일정 폭 이하이며,
상기 경계부는, 상기 위상 시프트 막, 에칭 스토퍼 막, 상기 반투과막이 이 순서대로 형성된 적층 구조막으로 형성되는 한편, 상기 경계부를 제외한 상기 반투과부, 상기 위상 시프트부 및 상기 투광부의 상기 에칭 스토퍼 막은 제거되고,
상기 경계부의 폭은, 상기 포토마스크가 사용되는 투명 노광 장치의 해상 한계 이하인 것
을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시형태에 따른 포토마스크는,
투명 기판에 반투과부, 위상 시프트부, 경계부 및 투광부를 구비하여,
상기 투광부는 상기 투명 기판이 노출된 부분으로 이루어지고,
상기 반투과부는 상기 투명 기판 상에 구비된 반투과막으로 형성되고,
상기 위상 시프트부는 상기 투명 기판 상에 구비된 위상 시프트 막으로 형성되고,
상기 경계부는, 상기 반투과부와 상기 위상 시프트부가 인접하는 영역에 형성되고,
상기 경계부의 폭이 일정 폭 이하이며,
상기 경계부는, 상기 반투과막, 에칭 스토퍼 막, 상기 위상 시프트 막이 이 순서대로 형성되는 한편, 상기 경계부를 제외한 상기 반투과부, 상기 위상 시프트부 및 상기 투광부의 상기 에칭 스토퍼 막은 제거되고,
상기 경계부의 폭은, 상기 포토마스크가 사용되는 투영 노광 장치의 해상 한계 이하인 것
을 특징으로 한다.
본 발명의 실시형태에 따른 포토마스크는,
상기 위상 시프트 막은, 노광광에 대한 투과율이 1 ~ 10[%]이며, 또한 노광광의 위상이 번전되는 것을 특징으로 하는 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 포토마스크.
본 발명의 실시형태에 따른 포토마스크는,
상기 반투과막의 노광광에 대한 투과율은 10 ~ 60[%]인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성으로 함으로써, 반투과부는, 위상 시프트부 및 투광부의 중간 광투과율을 가지며, 반투과부, 위상 시프트부 및 투광부에 의하여 다계조의 포토마스크를 얻을 수 있다. 게다가 반투과부와 위상 시프트부를 인접시킴으로써, 반투과부와 위상 시프트부와의 경계부에서 노광광의 프로파일을 급격히 변화시킬 수 있으며, 노광된 포토레지스트의 형상을 개선하여, 패턴의 미세화를 실현할 수 있다. 그 결과, 하프톤 효과와 위상 시프트 효과 모두를 가지는 포토마스크를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 포토마스크는,
상기 위상 시프트 막과 상기 반투과막은, 같은 에칭액에 의하여 에칭이 가능하며, 상기 에칭 스토퍼 막은, 상기 에칭액에 대한 에칭 선택성을 가지는 것을 특징으로 한다.
구체적으로는, 예를 들면, 상기 에칭 스토퍼 막은 Ti계 막으로 구성되어, 상기 위상 시프트 막은 Cr 산화막으로 구성된다.
이러한 구성으로 함으로써, 포토마스크의 제조 공정에 있어서, 습식 에칭을 사용하여, 포토마스크의 제조가 용이하게 된다.
본 발명의 실시형태에 따른 포토마스크는,
상기 경계부의 ?은, 포토마스크 묘화 장치의 위치 맞춤 오차로 설정되고, 상기 포토마스크가 사용되는 투영 노광 장치의 해상 한계 이하인 것을 특징으로 한다.
이러한 구성으로 함으로써, 경계 부분의 에칭 스토퍼 막이 포토레지스트의 노광에 대하여 악영향을 주는 일이 없이, 반투과부와 위상 시프트부를 인접시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 실시형태에 따른 포토마스크 블랭크스는,
상기 포토마스크를 제조하기 위한 포토마스크 블랭크스이며,
상기 투명 기판 상에 상기 위상 시프트 막 및 상기 에칭 스토퍼 막이, 이 순서대로 적층된 것을 특징으로 한다.
이러한 구성인 포토마스크 블랭크스로 함으로써, 포토마스크 블랭크스 상에 고객의 사양이나 용도에 맞춘 반투과막을 성막하여, 다계조 마스크를 형성할 수 있다. 그 결과, 하프톤 효과와 위상 시프트 효과 모두를 갖춘, 소망의 특성을 가지는 포토마스크의 제조 기간을 단축할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 포토마스크의 제조방법은,
투명 기판 상에 위상 시프트 막 및 에칭 스토퍼 막을 이 순서대로 적층하는 공정과,
제 1의 포토레지스트 막을 형성하는 공정과,
상기 제 1의 포토레지스트 막을 패터닝하는 공정과,
상기 제 1의 포토레지스트 막을 마스크로 상기 에칭 스토퍼 막을 에칭하는 공정과,
상기 에칭 스토퍼 막을 마스크로 상기 위상 시프트 막을 에칭하는 공정과,
상기 제 1의 포토레지스트 막을 제거하는 공정과,
반투과막을 형성하는 공정과,
제 2의 포토레지스트 막을 형성하는 공정과,
에칭된 상기 에칭 스토퍼 막과 상기 투영 노광 장치의 해상 한계 이하의 폭이 겹치도록 상기 제 2의 포토레지스트 막을 패터닝하는 공정과,
상기 제 2의 포토레지스트 막을 마스크로 상기 반투과막을 에칭하는 공정과,
상기 제 2의 포토레지스트 막을 제거하는 공정과,
상기 반투과막을 마스크로 상기 위상 시프트 막 상의 상기 에칭 스토퍼 막을 에칭하여, 상기 경계부를 제외한 상기 에칭 스토퍼 막을 제거하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시형태에 따른 포토마스크의 제조방법은,
투명 기판 상에 반투과막 및 에칭 스토퍼 막을 이 순서대로 적층하는 공정과,
제 3의 포토레지스트 막을 형성하는 공정과,
상기 제 3의 포토레지스트 막을 패터닝하는 공정과,
상기 제 3의 포토레지스트 막을 마스크로 상기 에칭 스토퍼 막을 에칭하는 공정과,
상기 에칭 스토퍼 막을 마스크로 상기 반투과막을 에칭하는 공정과,
상기 제 3의 포토레지스트 막을 제거하는 공정과,
위상 시프트 막을 형성하는 공정과,
제 4의 포토레지스트 막을 형성하는 공정과,
에칭된 상기 에칭 스토퍼 막과 상기 투영 노광 장치의 해상 한계 이하의 폭이 겹치도록 상기 제 4의 포토레지스트 막을 패터닝하는 공정과,
상기 제 4의 포토레지스트 막을 마스크로 상기 위상 시프트 막을 에칭하는 공정과,
상기 제 4의 포토레지스트 막을 제거하는 공정과,
상기 위상 시프트 막을 마스크로 상기 반투과막 상의 상기 에칭 스토퍼 막을 에칭하여, 상기 경계부를 제외한 상기 에칭 스토퍼 막을 제거하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 포토마스크의 제조방법에 의하여, 반투과막과 위상 시프트 막의 패터닝이 가능하게 된다. 게다가 반투과막의 패턴과 위상 시프트 막의 패턴을 인접하여 배치하는 것도 가능하게 된다. 그 결과, 하프톤 효과와 위상 시프트 효과 모두를 가기는 포토마스크를 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 패턴을 한층 더 미세화시키고 리소그래피 공정의 삭감이 가능한 다계조 하프톤 마스크를 실현할 수 있다. 그 결과, 예를 들면, 고화질 플랫 패널 디스플레이의 제조비용 저감에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1의 실시형태에 따른 포토마스크의 주요 공정을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1의 실시형태에 따른 포토마스크의 주요 공정을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1의 실시형태에 따른 포토마스크의 주요 공정을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1의 실시형태에 따른 포토마스크와 종전 포토마스크에 의하여 노광된 포토레지스트 막의 경계부에 있어서의 경사각도의 비교도이다.
도 5는 본 발명의 제 2의 실시형태에 따른 포토마스크의 주요 공정을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2의 실시형태에 따른 포토마스크의 주요 공정을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 2의 실시형태에 따른 포토마스크의 주요 공정을 나타낸 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 다만, 이하의 실시형태는, 모두 본 발명의 요지 인정에 있어서 한정적인 해석을 주는 것은 아니다. 또한, 동일 또는 동종의 부재에 대해서는 같은 참조 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다.
(실시형태 1)
이하, 본 발명의 하프톤 마스크의 실시형태 1의 제조 공정을 상세히 설명한다.
도 1(A)에 나타내듯이, 합성 석영 유리 등의 투명 기판(11) 상에 위상 시프트 막(12)을 스패터 법 등에 의하여 성막하고, 그 위에 에칭 스토퍼 막(13)을 스패터 법 등에 의하여 성막함으로써 포토마스크 블랭크스(10)를 마련한다.
위상 시프트 막(12)은, 그 위상 시프트 각이 대략 180[도]이며, 노광광의 위상을 반전하고, 노광광에 대한 위상 시프트 막(12)의 광투과율은 1% ~ 10%이다.
위상 시프트 막(12)의 광투과율이 과도하게 낮으면 위상 시프트 효과가 줄기 때문에, 전형적인 광투과율은 5 ~ 7[%]이다. 구체적으로는, 예를 들면, 막두께 80 ~ 200[㎚]인 Cr(크롬) 산화막, Cr 산질화막 등을 사용하여, 필요한 특성에 맞추어서 막두께나 조성을 조정한다. 또한, 반드시 단층막이어야 할 필요는 없고, 예를 들면, 막두께 방향에 대하여 조성이 변화하는 막이나, 조성이 다른 막을 적층한 막이어도 좋다.
또한, 노광광으로서, g 선, h 선, i 선이나 이들 2개 이상의 혼합광을 사용할 수 있다.
여기서 대략 180[도]란, 구체적으로는, 180±10[도]의 범위이며, 이 범위이면 위상 반전 효과를 충분히 얻을 수 있다.
에칭 스토퍼 막(13)은, 위상 시프트 막(12)과는 재질이 다르며, 에칭 특성이 다른 막을 사용한다. 구체적으로는, 에칭 스토퍼 막(13)으로서, 예를 들면, 막두께 4 ~ 30[㎚]인 Ti(티타늄)계 막(Ti, Ti 산화막, Ti 산질화막, 혹은 이들의 적층막), Ni(니켈)계 막(Ni, Ni 산화막, Ni 산질화막, 혹은 이들의 적층막), MoSi(몰리브덴 실리사이드)막 등을 사용한다.
다음으로, 에칭 스토퍼 막(13) 상에 제 1의 포토레지스트 막(14)을 도포법에 의하여 형성한다.
다음으로 도 1(B)에 나타내듯이, 제 1의 포토레지스트 막(14)을, 예를 들면, 포토마스크 묘화 장치에 의하여 노광하고, 그 후 현상함으로써, 제 1의 포토레지스트 패턴(14a, 14b, 14c)을 형성한다.
다음으로 도 1(C)에 나타내듯이, 제 1의 포토레지스트 패턴(14a, 14b, 14c)을 마스크로 에칭 스토퍼 막(13)을 에칭하여, 에칭 스토퍼 막의 패턴(13a, 13b, 13c)을 형성한다.
에칭은 습식 에칭법 또는 드라이 에칭법에 의하여 실시할 수 있다. 위상 시프트 막(12)에 대하여 선택적으로 에칭 스토퍼 막(13)을 에칭하는 경우, 바람직하게는 높은 선택 비율을 가지는 습직 에칭을 사용할 수 있다. 에칭액은, 위상 시프트 막(12)에 대한 선택성을 가지며(에칭 내성이 있어), 에칭 스토퍼 막(13)의 재질에 맞추어서, 에칭 스토퍼 막(13)을 에칭할 수 있는 약액을 선택하면 된다. 예를 들면, Ti계 막을 사용하는 경우, 수산화 칼륨(KOH)과 과산화수소수의 혼합액을 바람직하게 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 도 2(A)에 나타내듯이, 제 1의 포토레지스트 패턴(14a, 14b, 14c)을 애싱(ashing) 등에 의하여 제거하고, 그 후, 에칭 스토퍼 막의 패턴(13a, 13b, 13c)을 마스크로 위상 시프트 막(12)을 에칭하여, 위상 시프트 막의 패턴(12a, 12b, 12c)을 형성한다.
위상 시프트 막(12)의 에칭법으로써, 습식 에칭법 또는 드라이 에칭법이 사용된다. 다만, 에칭 스토퍼 막에 대하여 위상 시프트 막(12)을 선택적으로 에칭하기 때문에, 높은 에칭 선택 비율이 얻어지는 습식 에칭법을 바람직하게 사용할 수 있다.
예를 들면, 상기와 같이 에칭 스토퍼 막(13)을 Ti계 막, 위상 시프트 막(12)을 Cr 산화막, Cr 산질화막으로 하면, 위상 시프트 막(12)의 에칭액으로서, 세륨(Cerium)계 에칭액인 예를 들면, 질산 제2 세륨 암모늄 수용액을 바람직하게 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 위상 시프트 막(12)을 에칭하고, 위상 시프트 막의 패턴(12a, 12b, 12c)을 형성한 후에, 애싱법 등에 의하여 제 1의 포토레지스트 패턴(14a)을 제거해도 좋다.
이 경우, 에칭 스토퍼 막(13)의 에칭 공정과 위상 시프트 막(12)의 에칭 공정을 연속하여 실시할 수도 있다.
다음으로, 도 2(B)에 나타내듯이, 하프톤 막으로서, 예를 들면, 막두께 1 ~ 40[㎚]의 Cr, Cr 산화막, Cr 산질화막 등 반투과막(15)을 스패터 법 등에 의하여 형성하고, 그 후, 반투과막(15) 상에 제 2의 포토레지스트 막(16)을 도포법에 의하여 형성한다.
여기서, 상기 반투과막(15)의 광투과율은, 10 ~ 60%, 전형적으로는 20% ~ 55%로 설정한다. 반투과막(15)은 노광광의 위상을 반전하지 않고, 위상 시프트 각은, 예를 들면, 0.4 ~ 15도이다. 반투과막의 상기 광학적 특성은, 막두께나 조성에 의해서 조정할 수 있다.
여기서 하프톤 막인 반투과막의 광투과율은, 사용 목적이나 고객의 사양 등에 따라 결정되는 것이다. 따라서, 위상 시프트 막과 에칭 스토퍼 막을 적층한 포토마스크 블랭크스를 미리 마련해 두고, 고객 등의 사양에 맞추어서 하프톤 막을 형성함으로써, 포토마스크의 사양 확정부터 포토마스크 완성까지의 제조기간을 단축할 수 있다.
다음으로, 도 2(C)에 나타내듯이, 제 2의 포토레지스트 막(16)을 노광 및 현상함으로써, 제 2의 포토레지스트 패턴(16a)을 형성한다.
다음으로, 도 2(D)에 나타내듯이, 제 2의 포토레지스트 패턴(16a)을 마스크로, 반투과막(15)을 에칭하여, 반투과막의 패턴(15a)을 형성하고, 그 후, 애싱 등에 의하여 제 2의 포토레지스트 패턴(16a)을 제거한다.
반투과막(15)의 에칭법으로서, 습식 에칭법 또는 드라이 에칭법을 사용할 수 있으나, 높은 에칭 선택 비율이 얻어지는 습식 에칭법을 바람직하게 사용할 수 있다.
위상 시프트 막(12)과 마찬가지로 반투과막(15)으로서 Cr계인 막을 사용하는 경우, 에칭액으로, 예를 들면, 질산 제2 세륨 암모늄 수용액을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 3에 나타내듯이, 반투과막의 패턴(15a)을 마스크로, 위상 시프트 막의 패턴(12a, 12b, 12c) 상의 에칭 스토퍼 막의 패턴(13a, 13b, 13c)을 에칭한다. 반투과막의 패턴(15a)의 하부에는, 일부 에칭 스토퍼 막의 패턴(13d, 13e)이 잔존하다.
에칭법으로서, 습식 에칭법 또는 드라이 에칭법을 사용할 수 있으나, 높은 에칭 선택 비율이 얻어지는 습식 에칭법을 바람직하게 사용할 수 있다. 에칭액으로서, 상기와 같이 KOH와 과산화수소수의 혼합액을 바람직하게 사용할 수 있다.
한편, 도 2(C)의 공정 후, 제 2의 포토레지스트 패턴(16a)을 마스크로, 반투과막(15)을 에칭하여, 반투과막의 패턴(15a)을 형성하여, 위상 시프트 막의 패턴(12a) 상의 에칭 스토퍼 막의 패턴(13a)을 에칭한 후에, 제 2의 포토레지스트 패턴(16a)을 애싱 등으로 제거해도 좋다.
도 3에 나타내듯이, 포토마스크 상에는, 위상 시프트 막의 패턴(12a, 12b, 12c)과 반투과막의 패턴(15a)이 형성되고, 그 외의 영역에서는 투명한 기판(11)이 노출되어 있다.
도 3에 있어서, 위상 시프트 막의 패턴(12b, 12c)으로 형성되는 위상 시프트부와 반투과막의 패턴(15a)으로 형성되는 반투과부와의 위상차는 대략 180[도]가 되기 때문에, 이들 경계부분에서의 위상 시프트부와 반투과부의 패턴(15a)으로 형성되는 반투과부와의 위상차는, 반투과막의 위상 시프트 각을 α[도]로 하면 180-α이지만, 반투과막의 투과율이 높은 경우, 예를 들면, 투과율 54%이면 α=1.1[도]로 극히 낮으며, 위상차는 대략 180[도]로 간주할 수 있다. 혹은, 필요하다면 위상 시프트 막(12)의 막두께 등을 미세 조정함으로써 위상차를 180±10[도] 범위에 용이하게 머물게 할 수 있다. 이 때문에 이들 경계부분에서도 노광광 분포는 급격히 변화하고, 그 결과, 본 포토마스크를 사용하여 예를 들면, 플랫 패널 기판 상에 형성되는 포토레지스트의 프로파일은, 이 경계부분에서 급격히 변화한다.
또한, 기판이 노출된 투명부와 위상 시프트 막으로 형성되는 위상 시프트부와의 위상 시프트 각도 대략 180도이므로, 이들 경계에 있어서도, 노광에 의하여 형성된 포토레지스트의 프로파일도 급격하게 된다.
그 결과, 하프톤 효과와 위상 시프트 효과를 양립시킬 수 있는 포토마스크를 실현할 수 있다.
한편 상술한 바와 같이, 위상 시프트부와 반투과부가 인접하는 경계부에는, 에칭 스토퍼 막의 패턴(13d, 13e)이 잔존한다. 경계부분에 잔존하는 에칭 스토퍼 막의 패턴(13d, 13e)의 폭은, 제 2의 포토레지스트 패턴(16a)을 노광하기 위한 포토마스크 묘화 장치(레이저 묘화 장치)의 위치 맞춤 오차(얼라인먼트(alignment) 어긋남)에 상당되는 양이다. 그 결과, 반투과부와 위상 시프트부가 중첩 맞춤 어긋남으로, 간극이 발생하는 일이 없이 인접시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 에칭 스토퍼 막의 패턴(13d, 13e)의 폭은, 포토마스크 패턴에 의하여 포토레지스트를 노광하는 경우, 노광 결과에 영향을 주지 않는 범위의 치수로 설정한다. 즉, 에칭 스토퍼 막의 패턴(13d, 13e)의 폭은, 포토마스크를 사용하여 포토레지스트를 노광하는 투영(프로젝션(projection)) 노광 장치의 해상 한계 이하로 설정한다.
상기 투영 노광 장치의 해상 한계 값에 대해서는, 경험칙으로서 이하의 수식
λ/(2NA)를 이용할 수 있다. 여기서, λ는 투영 노광 장치의 파장(대표 파장)이며, NA는 투영 노광 장치의 개구수이다. 에칭 스토퍼 막의 패턴(13d, 13e)의 폭을, 이 해상 한계 이하로 함으로써, 포토레지스트의 노광 결과에 영향을 주는 일은 없다.
구체적으로는, 경계부분인 에칭 스토퍼 막의 패턴(13d, 13e)의 폭(설정치)을 포토마스크 묘화 장치의 위치 맞춤 오차 d[㎛]으로 설정함으로써, 제작되는 포토마스크에서의 에칭 스토퍼 막의 패턴(13d, 13e)의 실제 폭(실측치)은 0부터 2d의 범위에 들어간다. 레이저 묘화 장치의 d의 전형적인 값은, 예를 들면, 0.5[㎛]이며, 포토마스크에서의 경계부의 실제 폭은 0 ~ 1[㎛]이 된다.
또한, 현재, 널리 사용되고 있는 플랫 패널 디스플레이 용도의 투영 노광 장치에서는, NA는 0.09 정도, 대표 파장 λ는 365[㎚]이다. 이들 값을 상기 수식에 적용시키면 해상 한계 값은 2.0[㎛]이 된다. 이 해상 한계 값과 비교하여, 상기 레이저 묘화 장칭의 위치 맞춤 오차는 충분히 작다. 따라서, 상기 에칭 스토퍼 막의 패턴(13d, 13e)의 폭을 포토마스크 묘화 장치의 위치 맞춤 오차로 설정함으로써, 실제 사용상, 포토레지스트의 투영 노광 장치의 해상 한계 이하가 되고, 상기 2개의 조건은 양립시키는 것이 가능하다.
본 실시형태의 포토마스크는, 예를 들면, 위상 시프트 막의 패턴(12b, 12c)을 TFT의 소스 드레인(Source Drain) 전극에, 반투과막의 패턴(15a)을 TFT의 채널 영역의 패턴 형성에 사용할 수 있다. 소스 드레인 영역과 채널 영역의 경계부분의 포토레지스트 막의 프로파일이 급격하게 되고, 또한 소스 드레인 전극의 에지(edge) 부분도 급격하게 되기 때문에, TFT의 미세화를 실현 할 수 있다.
도 4는, 하프톤 막과 위상 시프트 막을 조합한 본 실시형태에 따라 노광된 포토레지스트 형상과, 하프톤 막과 노광광을 투과하지 않는 차광막을 조합한 종래의 포토마스크에 의하여 노광된 포토레지스트 형상을 비고하여 나타낸다.
도 4(a)는, 본 실시형태의 포토마스크의 단면이며, 도 4(a)는 도 3의 일부를 확대한 도면이다. 도 4(b)는, 특허문헌 1에 개시된 종래의 포토마스크의 단면 일부이며, 투명 기판(42) 상에 하프톤 막의 패턴(43)이 형성되고, 하프톤 막의 패턴(43) 상에 베리어막(에칭 스토퍼 막)의 패턴(44) 및 차광막의 패턴(45)이 형성되어 있다.
도 4(c)는, 도 4(a)에 나타낸 포토마스크에 의하여 노광된 포토레지스트(30)의 단면 형상을 모식적으로 나타낸다. 하프톤 막인 반투과막에 상당되는 위치의 포토레지스트 막두께는, 위상 시프트 막에 상당되는 위치의 포토레지스트 막두께보다 얇고, 1 개의 포토마스크에 의하여, 1 회의 노광으로 다른 포토레지스트 막두께를 가지는 영역을 형성할 수 있다.
도 4(c)에 있어서, 검은 점으로 표시한 점(P)은, 하프톤 막인 반투과막과 위상 시프트 막의 경계에 상당되는 위치를 나타낸다.
마찬가지로, 종래의 포토마스크를 사용하여, 다른 막두께를 가지는 포토레지스트(40)를 1 회의 노광으로 형성할 수 있으며, 도 4(d)는, 도 4(b)에 나타낸 포토마스크에 의하여 노광된 포토레지스트(40)의 단면 형상을 모식적으로 나타낸다. 도 4(d) 중 검은 점으로 나타낸 점(Q)은, 하프톤 막과 차광막과의 경계에 상당되는 위치를 나타낸다.
도 4(e)는 각 포토레지스트(30, 40)의 점(P) 및 (Q)에서의 경사각을 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 4(e)에서 분명하듯이, 종래의 포토마스크의 점(Q)의 경사각과 비교하여, 본 실시형태에 따른 포토마스크의 점(P)의 경사각은 크고, 포토레지스트(30)의 경계부분의 단면 형상이 급격하게 되는 것을 알 수 있다.
즉, 종래의 포토마스크에 의하여 포토레지스트를 노광한 경우와 비교하여, 본 실시형태에 따른 포토마스크에 의하여 포토레지스트를 노광함으로써, 포토레지스트 막의 형상이 개선되고, 리지스트 막두께가 변화하는 경계 영역에 있어서, 급격한 단면 형상을 얻을 수 있다.
(실시형태 2)
상기 실시형태 1에 있어서는, 투명 기판 상에 위상 시프트 막을 형성 후에 반투과막을 형성하였으나, 투명 기판 상에 반투과막을 형성하고, 그 후 위상 시프트 막을 형성함으로써 포토마스크를 제조해도 좋다.
이하, 도면을 참조하여, 포토마스크의 제조 항법에 대하여 설명을 하나, 투명 기판, 위상 시프트 막, 반투과막, 에칭 스토퍼 막으로서는, 실시형태 1과 동일한 막을 사용할 수 있다.
도 5(A)에 나타내듯이, 합성 석영 유리 등의 투명 기판(21) 상에, 하프톤 막으로서, 반투과막(22)을 스패터 법 등에 의하여 형성하고, 그 위에, 에칭 스토퍼 막(23)을 스패터 법 등에 의하여 성막함으로써, 포토마스크 블랭크스(20)를 마련한다.
다음으로, 에칭 스토퍼 막(23) 상에 제 3의 포토레지스트막(24)을 도포법에 의하여 형성한다.
다음으로 도 5(B)에 나타내듯이, 제 3의 포토레지스트 막(24)을 노광 및 현상함으로써, 제 3의 포토레지스트 패턴(24a)을 형성한다.
다음으로 도 5(C)에 나타내듯이, 제 3의 포토레지스트 패턴(24a)을 마스크로 에칭 스토퍼 막(23)을 에칭하여, 에칭 스토퍼 막의 패턴(23a)을 형성한다.
다음으로 도 6(A)에 나타내듯이, 제 3의 포토레지스트 패턴(24a)을 애싱 등에 의하여 제거하고, 그 후에 에칭 스토퍼 막의 패턴(23a)을 마스크로 반투과막(22)을 에칭하여, 반투과막의 패턴(22a)을 형성한다.
또한, 도 5(C)의 공정 후, 반투과막(22)을 에칭하여, 반투과막의 패턴(22a)을 형성한 후에, 애싱법 등에 의하여 제 3의 포토레지스트 패턴(24a)를 제거해도 좋다. 이 경우, 에칭 스토퍼 막(23)의 에칭 공정과 반투과막(22)의 에칭 공정을 연속해서 실시할 수도 있고, 에칭 스토퍼 막(23)의 에칭 공정에 있어서 반투과막(22)에 대하여 높은 에칭 선택 비율을 반드시 확보할 필요가 없다.
다만, 도 2(A)의 공정과 마찬가지로, 에칭 스토퍼 막의 패턴(23a)을 마스크로 반투과막(22)을 에칭함으로써, 두 막의 사이드 에칭 억제에 효과적이다.
다음으로, 도 6(B)에 나타내듯이, 위상 시프트 막(25)을 스패터 법 등에 의하여 형성하고, 그 후, 위상 시프트 막(25) 상에 제 4의 포토레지스트 막(26)을 도포법에 의하여 형성한다.
다음으로, 도 6(C)에 나타내듯이, 제 4의 포토레지스트 막(26)을 노광 및 현상함으로써, 제 4의 포토레지스트 패턴(26a, 26b, 26c)을 형성한다.
다음으로, 도 6(D)에 나타내듯이, 제 4의 포토레지스트 패턴(26a, 26b, 26c)을 마스크로, 위상 시프트 막(25)을 에칭하고, 위상 시프트 막의 패턴(25a, 25b, 25c)을 형성하고, 그 후 애싱 등에 의하여 제 4의 포토레지스트 패턴(26a, 26b, 26c)을 제거한다.
다음으로, 도 7에 나타내듯이, 위상 시프트 막의 패턴(25a, 25b)을 마스크로, 반투과막의 패턴(22a) 상의 에칭 스토퍼 막의 패턴(23a)을 에칭한다.
또한, 도 6(C)의 공정 후, 제 4의 포토레지스트 패턴(26a)을 마스크로, 위상 시프트 막(25)을 에칭하여, 위상 시프트 막의 패턴(25a, 25b, 25c)을 형성하고, 반투과막의 패턴(22a) 상의 에칭 스토퍼 막의 패턴(23a)을 에칭한 후에, 제 4의 포토레지스트 패턴(26a)을 애싱 등에 의하여 제거해도 좋다.
도 7에 있어서, 위상 시프트 막의 패턴(25a, 25b)에 의하여 형성되는 위상 시프트부와 반투과막의 패턴(22a)의 반투과부의 위상차는 반투과막의 위상 시프트 각을 α[도]로 하면 180-α이지만, 반투과막의 투과율이 높은 경우, 예를 들면, 투과율 54%이면 α=1.1도로 극히 작고, 위상차는 대략 180[도]로 간주될 수 있다. 혹은, 필요하다면 위상 시프트 막(12)의 막두께 등을 미세 조정함으로써 위상차는, 180±10[도]의 범위에 용이하게 머물게 할 수 있다. 이 때문에 이 경계부분에서도 노광광 분포는 급격히 변화하고, 그 결과, 본 포토마스크를 사용하여 예를 들면, 플랫 패널 기판 상에 형성되는 포토레지스트의 프로파일은, 대응되는 경계부분에서 급격히 변화한다.
또한, 위상 시프트부와 기판이 노출된 투광부와의 위상차도 대략 180도이므로, 그 경계부분에서의 노광광 분포는 급격히 변화하고, 본 포토마스크를 사용하여 형성되는 포토레지스트의 프로파일은, 대응되는 경계부분에서 급격한 형상으로 할 수 있다.
본 발명은, 포토리소그래피 공정의 삭감과, 패턴의 미세화를 실현할 수 있는 포토마스크를 제공할 수 있으며, 산업상의 이용 가능성은 매우 크다.
10 포토마스크 블랭크스
11 투명 기판
12 위상 시프트 막
12a, 12b, 12c 위상 시프트 막의 패턴
13 에칭 스토퍼 막
13a, 13b, 13c, 13d, 13e 에칭 스토퍼 막의 패턴
14 제 1의 포토레지스트 막
14a, 14b, 14c 제 1의 포토레지스트 패턴
15 반투과막
15a 반투과막의 패턴
16 제 2의 포토레지스트 막
16a 제 2의 포토레지스트 패턴
20 포토마스크 블랭크스
21 투명 기판
22 반투과막
22a 반투과막의 패턴
23 에칭 스토퍼 막
23a 에칭 스토퍼 막의 패턴
24 제 3의 포토레지스트 막
25 위상 시프트 막
25a, 25b, 25c 위상 시프트 막의 패턴
26 제 4의 포토레지스트 막
26a, 26b, 26c 제 4의 포토레지스트 패턴
30 포토레지스트
40 포토레지스트
42 투명 기판
43 하프톤 막의 패턴
44 베리어막의 패턴
45 차광막의 패턴

Claims (9)

  1. 투명 기판 상에 반투과부, 위상 시프트부, 경계부 및 투광부를 구비하여,
    상기 투광부는, 상기 투명 기판이 노출된 부분으로 이루어지고,
    상기 반투과부는, 상기 투명 기판 상에 구비된 반투과막으로 형성되고,
    상기 위상 시프트부는 상기 투명 기판 상에 구비된 위상 시프트 막으로 형성되고,
    상기 경계부는, 상기 반투과부와 상기 위상 시프트부가 인접하는 영역에 형성되고,
    상기 경계부의 폭이 포토마스크 묘화 장치의 위치 맞춤 오차로 설정되며,
    상기 경계부는, 상기 위상 시프트 막, 에칭 스토퍼 막, 상기 반투과막이 이 순서대로 형성된 적층 구조막으로 형성되는 한편, 상기 경계부를 제외한 상기 반투과부, 상기 위상 시프트부 및 상기 투광부의 상기 에칭 스토퍼 막은 제거되고,
    상기 경계부의 폭은, 포토마스크가 사용되는 투영 노광 장치의 해상(解像) 한계 이하인 것
    을 특징으로 하는 포토마스크.
  2. 투명 기판에 반투과부, 위상 시프트부, 경계부 및 투광부를 구비하여,
    상기 투광부는 상기 투명 기판이 노출된 부분으로 이루어지며,
    상기 반투과부는 상기 투명 기판 상에 구비된 반투과막으로 형성되고,
    상기 위상 시프트부는 상기 투명 기판 상에 구비된 위상 시프트 막으로 형성되고,
    상기 경계부는, 상기 반투과부와 상기 위상 시프트부가 인접하는 영역에 형성되고,
    상기 경계부의 폭이 포토마스크 묘화 장치의 위치 맞춤 오차로 설정되며,
    상기 경계부는, 상기 반투과막, 에칭 스토퍼 막, 상기 위상 시프트 막이 이 순서대로 형성되는 한편, 상기 경계부를 제외한 상기 반투과부, 상기 위상 시프트부 및 상기 투광부의 상기 에칭 스토퍼 막은 제거되고,
    상기 경계부의 폭은, 포토마스크가 사용되는 투영 노광 장치의 해상 한계 이하인 것
    을 특징으로 하는 포토마스크.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 위상 시프트 막은, 노광광에 대한 투과율이 1 ~ 10[%]이며, 또한 노광광의 위상이 반전되는 것
    을 특징으로 하는 포토마스크.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반투과막의 노광광에 대한 투과율은 10 ~ 60[%]인 것
    을 특징으로 하는 포토마스크.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 위상 시프트 막과 상기 반투과막은, 같은 에칭액에 의하여 에칭이 가능하며,
    상기 에칭 스토퍼 막은, 상기 에칭액에 대한 에칭 선택성을 가지는 것
    을 특징으로 하는 포토마스크.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 에칭 스토퍼 막은 Ti계 막으로 구성되고, 상기 위상 시프트 막은 Cr 산화막으로 구성되는 것
    을 특징으로 하는 포토마스크.
  7. 제 1 항에 기재된 포토마스크를 제조하기 위한 포토마스크 블랭크스로서,
    상기 투명 기판 상에 상기 위상 시프트 막 및 상기 에칭 스토퍼 막이, 이 순서대로 적층된 것
    을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크스.
  8. 투명 기판 상에 위상 시프트 막 및 에칭 스토퍼 막을 이 순서대로 적층하는 공정과,
    제 1의 포토레지스트 막을 형성하는 공정과,
    상기 제 1의 포토레지스트 막을 패터닝하는 공정과,
    상기 제 1의 포토레지스트 막을 마스크로 상기 에칭 스토퍼 막을 에칭하는 공정과,
    상기 에칭 스토퍼 막을 마스크로 상기 위상 시프트 막을 에칭하는 공정과,
    상기 제 1의 포토레지스트 막을 제거하는 공정과,
    반투과막을 형성하는 공정과,
    제 2의 포토레지스트 막을 형성하는 공정과,
    에칭된 상기 에칭 스토퍼 막과 투영 노광 장치의 해상 한계 이하의 폭이 겹치도록 상기 제 2의 포토레지스트 막을 패터닝하는 공정과,
    상기 제 2의 포토레지스트 막을 마스크로 상기 반투과막을 에칭하는 공정과,
    상기 제 2의 포토레지스트 막을 제거하는 공정과,
    상기 반투과막을 마스크로 상기 위상 시프트 막 상의 상기 에칭 스토퍼 막을 에칭하여, 상기 경계부를 제외한 상기 에칭 스토퍼 막을 제거하는 공정,
    을 포함하며,
    상기 경계부의 폭이 포토마스크 묘화 장치의 위치 맞춤 오차로 설정되는 것을 특징으로 하는, 제 1 항에 기재된 포토마스크의 제조방법.
  9. 투명 기판 상에 반투과막 및 에칭 스토퍼 막을 이 순서대로 적층하는 공정과,
    제 3의 포토레지스트 막을 형성하는 공정과,
    상기 제 3의 포토레지스트 막을 패터닝하는 공정과,
    상기 제 3의 포토레지스트 막을 마스크로 상기 에칭 스토퍼 막을 에칭하는 공정과,
    상기 에칭 스토퍼 막을 마스크로 상기 반투과막을 에칭하는 공정과,
    상기 제 3의 포토레지스트 막을 제거하는 공정과,
    위상 시프트 막을 형성하는 공정과,
    제 4의 포토레지스트 막을 형성하는 공정과,
    에칭된 상기 에칭 스토퍼 막과 투영 노광 장치의 해상 한계 이하의 폭이 겹치도록 상기 제 4의 포토레지스트 막을 패터닝하는 공정과,
    상기 제 4의 포토레지스트 막을 마스크로 상기 위상 시프트 막을 에칭하는 공정과,
    상기 제 4의 포토레지스트 막을 제거하는 공정과,
    상기 위상 시프트 막을 마스크로 상기 반투과막 상의 상기 에칭 스토퍼 막을 에칭하여, 상기 경계부를 제외한 상기 에칭 스토퍼 막을 제거하는 공정
    을 포함하며,
    상기 경계부의 폭이 포토마스크 묘화 장치의 위치 맞춤 오차로 설정되는 것을 특징으로 하는, 제 2 항에 기재된 포토마스크의 제조방법.
KR1020197010544A 2016-12-28 2017-12-25 하프톤 마스크, 포토마스크 블랭크스 및 하프톤 마스크의 제조방법 KR102193360B1 (ko)

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