KR102245531B1 - 표시 장치 제조용 포토마스크 및 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

[과제] 피전사체 상에 미세한 홀 패턴을 안정적으로 형성할 수 있는 표시 장치 제조용 포토마스크를 제공한다.
[해결 수단] 투명 기판 상에 전사용 패턴을 갖는 표시 장치 제조용 포토마스크로서, 전사용 패턴은 사각형의 투광부로 이루어지는 주패턴, 주패턴의 주변에 배치된 위상 시프트부로 이루어지는 보조 패턴, 및 그 이외의 영역에 형성된 저투광부를 포함하며, 주패턴의 주변에서 주패턴을 둘러싸는 소정 폭의 정팔각형 띠를 정의할 때, 보조 패턴은 정팔각형 띠의 적어도 일부를 구성하고, 전사용 패턴이 포함한 복수의 주패턴 중 하나를 제1 주패턴으로 하며, 제1 주패턴과 상이한 제2 주패턴이 제1 주패턴에 접근한 위치에 배치되어 이루어지며, 제1 주패턴을 둘러싸는 정팔각형 띠를 구성하는 8 구획 중, 제2 주패턴 측에 면하는 적어도 1 구획에 결락이 있는 보조 패턴이 제1 주패턴의 주변에 배치되어 있다.

Description

표시 장치 제조용 포토마스크 및 표시 장치의 제조 방법{PHOTOMASK FOR USE IN MANUFACTURING A DISPLAY DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING A DISPLAY DEVICE}

본 발명은 전자 디바이스를 제조하기 위한 포토마스크로서, 특히 표시 장치(플랫 패널 디스플레이： FPD)를 제조할 때 이용하기에 적합한 포토마스크에 관한 것이다.

특허 문헌 1에는 표시 장치 제조용 마스크의 노광 환경에 적합하고 미세한 패턴을 안정적으로 전사할 수 있는 포토마스크가 기재되어 있다.

또한, 특허 문헌 2에는 반도체 집적 회로 장치의 제조에 이용되는 미세 패턴 형성용 포토마스크에 관하여, 고립 패턴과 밀집 패턴을 동시에 미세화하기 위한 방법이 기재되어 있다.

(특허 문헌 1) 일본 특개 2016－024264호 공보 (특허 문헌 2) 일본 특개 2006－338057호 공보

액정 표시 장치(liquid crystal display)나 유기 EL(Organic Electroluminescence) 표시 장치 등을 포함하는 표시 장치에는 더 밝고, 또한 저전력임과 함께, 고정밀, 고속 표시, 광시야각과 같은 표시 성능의 향상이 요구되고 있다.

예를 들면, 상기 표시 장치에 이용되는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor： TFT)로 말하면, TFT를 구성하는 복수의 패턴 중, 층간 절연막에 형성된 컨택트 홀이 확실하게 상층과 하층의 패턴을 접속시키는 작용을 갖지 않으면 올바른 동작이 보증되지 않는다. 한편, 예를 들면, 액정 표시 장치의 개구율을 최대한 크게 하여, 밝고, 저전력인 표시 장치로 하기 위해서는, 컨택트 홀의 직경이 충분히 작은 것이 요구되는 등, 표시 장치의 고밀도화의 요구에 수반하여, 홀 패턴의 직경도 미세화(예를 들면, 3μm 미만)가 요구되고 있다. 예를 들면, 직경이 0.8μm 이상 2.5μm 이하, 나아가서는, 직경이 2.0μm 이하의 홀 패턴이 필요하며, 구체적으로는, 0.8 내지 1.8μm의 직경을 가지는 패턴의 형성도 요구될 것이라고 생각할 수 있다.

그런데, 표시 장치에 비해 집적도가 높고, 패턴의 미세화가 현저하게 진행된 반도체 장치(LSI) 제조용 포토마스크의 분야에서는, 높은 해상도를 얻기 위해, 노광 장치에는 높은 개구수 NA(예를 들면, 0.2를 초과함)의 광학계를 적용하고, 노광 광의 단파장화가 진행된 경위가 있다. 그 결과, 이 분야에서는 KrF나 ArF의 엑시머 레이저(excimer laser)(각각, 248nm, 193nm의 단일 파장)가 널리 사용되게 되었다.

한편, 표시 장치 제조용 리소그래피 분야에서는, 해상도 향상을 위해, 상기와 같은 수법이 적용되는 것은 일반적이지 않다. 예를 들면, 이 분야에서 사용되는 노광 장치가 갖는 광학계의 NA(개구수)는, 0.08 내지 0.12 정도이며, 향후를 전망하더라도, 0.20 이하, 예를 들면 0.08 내지 0.15 정도가 적용되는 환경에 있다. 또한, 노광 광원도 i선, h선, 또는 g선이 널리 사용되어, 주로 이들을 포함한 브로드 파장 광원을 사용함으로써, 큰 면적을 조사하기 위한 광량을 얻고, 생산 효율이나 비용을 중시하는 경향이 강하다.

또한, 표시 장치의 제조에 있어서도, 상기와 같이 패턴의 미세화 요청이 높아지고 있다. 여기서, 반도체 장치 제조용 기술을 표시 장치의 제조에 그대로 적용하는 것에는 몇 가지 문제가 있다. 예를 들면, 높은 NA(개구수)를 갖는 고해상도의 노광 장치로의 전환에는 큰 설비 투자가 필요하게 되어, 표시 장치의 가격과의 정합성을 얻을 수 없다. 또한, 노광 파장의 변경(ArF 엑시머 레이저와 같은 단파장을 단일 파장으로 이용함)에 대해서는, 큰 면적을 갖는 표시 장치에 적용하면, 생산 효율이 저하될 뿐 아니라, 역시 상당한 설비 투자를 필요로 하는 점에서 부적합하다. 즉, 종래에 없는 패턴의 미세화를 추구하는 한편, 기존의 메리트인 비용이나 효율을 잃을 수는 없다고 하는 점이 표시 장치 제조용 포토마스크의 문제점으로 되고 있다.

본 발명자는 투광부로 이루어지는 주패턴과, 그 근방에 배치된 소정 파장의 광을 위상 시프트하는 위상 시프트부로 이루어지는 보조 패턴과, 그 이외의 영역에 형성된 저투광부를 갖는 포토마스크를 제안하고 있다(특허 문헌 1). 이 포토마스크는 표시 패널 기판 등의 피전사체 상에 안정적으로 미세한 고립 홀을 형성하는 데 유리하게 사용될 수 있다.

한편, 표시 장치의 구성이 더욱 복잡하게 됨에 따라 전사용 패턴의 디자인도 복잡하게 되어, 특허 문헌 1에 기재된 포토마스크를 사용해도 충분히 해소할 수 없는 새로운 과제가 본 발명자에 의해 발견되었다. 예를 들면, 피전사체 상에 복수의 홀 패턴을 서로 소정의 가까운 거리로 배치하여 밀집 패턴을 형성하고자 하는 경우, 포토마스크 상의 전사용 패턴에 있어서는, 각각의 주패턴이 갖는 보조 패턴끼리 접근한다. 이 경우, 본래 전사를 목적으로 하지 않는 보조 패턴의 투과광이 피전사체 상에서 레지스트 두께를 손실시켜, 목적으로 하는 전사 이미지의 형성을 방해하는 리스크가 생긴다. 여기서, 밀집 패턴이란, 피전사체 상에 있어서는, 2 이상의 홀 패턴이 접근하여 배치된 패턴을 말하며, 이에 따라, 포토마스크 상에 있어서는, 2 이상의 주패턴이 접근하여 배치된 패턴을 말한다. 접근하여 배치된 패턴이란, 노광 환경 하에서 포토마스크 상의 홀 형성용 패턴이 서로 광학적인 영향을 미치는 정도의 거리에 있는 패턴을 말한다. 본원 명세서에서는, 주패턴끼리 접근한 위치에 있는 경우 외에, 주패턴에 부수하는 보조 패턴끼리 접근한 위치에 있는 경우를 포함해서 접근하여 배치된 패턴이라고 하는 경우가 있다.

특허 문헌 2에는, 고리 띠 조명을 이용한 축소 투영 노광 시스템에서 노광하여, 반도체 집적 회로 장치의 제조에 사용하는 포토마스크가 기재되어 있다. 이 가운데, 개구부를 둘러싸는 윤곽 시프터를 갖는 패턴에 있어서는, 서로 이웃하는 패턴의 각각과 대응하는 윤곽 시프터끼리의 간격이 작아지는 경우, 그 각 윤곽 시프터끼리를 결합하는 것에 의해, 하나의 위상 시프터로 하는 것이 기재되어 있다. 구체적으로는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 개구 패턴(721, 722, 723)의 주위를 각각 4개의 윤곽 시프터(711, 712, 713)로 둘러싸는 경우로서, 개구 패턴(722)과 개구 패턴(723)의 간격이 작은 경우, 윤곽 시프터(714)가, 개구 패턴(722)과 개구 패턴(723)의 양쪽 모두에 공유되는 윤곽 시프터가 되고 있다. 그리고, 특허 문헌 2에 기재된 포토마스크는 고립 스페이스 패턴과 고립 라인 패턴 또는 밀집 패턴을 동시에 미세화할 수 있어 유용하다고 하고 있다.

단, 본 발명자의 검토에 의하면, 표시 장치 제조용 포토마스크에 있어서, 특허 문헌 2에 기재된 수법을 사용하면 반드시 유용하지 않다는 것이 확인되었다.

이에, 본 발명은 표시 장치를 제조하는 경우, 피전사체 상에 미세한 홀 패턴을 안정적으로 형성할 수 있는 표시 장치 제조용 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(제1의 양태)

본 발명의 제1의 양태는,

투명 기판 상에 전사용 패턴을 갖는 표시 장치 제조용 포토마스크로서,

상기 전사용 패턴은,

사각형의 투광부로 이루어지는 주패턴,

상기 주패턴의 주변에 배치된 위상 시프트부로 이루어지는 보조 패턴, 및

상기 주패턴과 상기 보조 패턴 이외의 영역에 형성된 저투광부를 포함하며,

상기 주패턴의 주변에서 상기 주패턴을 둘러싸는 소정 폭의 정팔각형 띠를 정의할 때, 상기 보조 패턴은 상기 정팔각형 띠의 적어도 일부를 구성하고,

상기 전사용 패턴이 포함하는 복수의 상기 주패턴 중 하나를 제1 주패턴으로 할 때, 상기 제1 주패턴과 상이한 제2 주패턴이 상기 제1 주패턴에 접근한 위치에 배치되며,

상기 제1 주패턴을 둘러싸는 상기 정팔각형 띠를 구성하는 8 구획 중 상기 제2 주패턴 측에 면하는 1 구획에 결락(欠落)이 있는 보조 패턴이 상기 제1 주패턴의 주변에 배치되는 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조용 포토마스크이다.

(제2의 양태)

본 발명의 제2의 양태는,

상기 주패턴의 직경을 W1로 할 때, 상기 전사용 패턴은 피전사체 상에 상기 주패턴의 전사 이미지로서 직경 W2(단, W1≥W2)의 홀 패턴을 형성하는 것인 것을 특징으로 하는 상기 제 1의 양태에 기재된 표시 장치 제조용 포토마스크이다.

(제3의 양태)

본 발명의 제3의 양태는,

상기 제1 주패턴과 상기 제2 주패턴의 배열 방향을 X 방향으로 할 때, 상기 제1 주패턴의 X 방향의 치수는 상기 X 방향과 수직인 Y 방향의 치수보다 작은 것을 특징으로 하는 상기 제1 또는 제2의 양태에 기재된 표시 장치 제조용 포토마스크이다.

(제4의 양태)

본 발명의 제4의 양태는,

상기 전사용 패턴은 3 이상의 상기 주패턴이 X 방향, 상기 X 방향과 수직인 Y 방향, 또는 상기 X 방향 및 상기 Y 방향으로 규칙적으로 배열된 밀집 패턴을 포함하고, 상기 밀집 패턴을 구성하는 주패턴의 각각이, 상기 8 구획 중 다른 주패턴 측에 면하는 적어도 1 구획을 결락한 상기 보조 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 제1 내지 제3의 양태 중 어느 하나에 기재된 표시 장치 제조용 포토마스크이다.

(제5의 양태)

본 발명의 제5의 양태는,

상기 위상 시프트부는 상기 투명 기판 상에 노광 광의 대표 파장에 대한 투과율이 20 내지 80%인 것과 함께, 상기 노광 광의 위상을 대략 180도 시프트하는 위상 시프트막이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 제1 내지 제4의 양태 중 어느 하나에 기재된 표시 장치 제조용 포토마스크이다.

(제6의 양태)

본 발명의 제6의 양태는,

상기 저투광부는 노광 광에 대한 광학 농도 OD가 2 이상의 차광부인 것을 특징으로 하는 상기 제1 내지 제5의 양태 중 어느 하나에 기재된 표시 장치 제조용 포토마스크이다.

(제7의 양태)

본 발명의 제7의 양태는,

상기 제1 내지 제6의 양태 중 어느 하나에 기재된 포토마스크를 준비하는 공정과,

개구수(NA)가 0.08 내지 0.15이며, i선, h선, 및 g선 중 적어도 어느 하나를 포함하는 노광 광원을 갖는 노광 장치를 이용하여, 상기 전사용 패턴을 노광하고, 피전사체 상에 직경 W2가 0.8 내지 3.0(μm)인 홀 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 표시 장치의 제조 방법이다.

본 발명에 따르면, 표시 장치를 제조하는 경우, 피전사체 상에 미세한 홀 패턴을 안정적으로 형성할 수 있다.

도 1은 특허 문헌 1에 기재된 포토마스크의 전사용 패턴의 주요부를 나타내는 도면이며, (a)는 평면 모식도, (b)는 (a)의 A－A 위치의 단면 모식도이다.
도 2의 (a) 내지 (c)는 참고예 1 내지 3의 포토마스크의 패턴을 나타내는 평면도이다.
도 3은 참고예 1 내지 3의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 참고예 3의 주패턴을 서로 접근시켜 배치하는 경우를 나타내는 평면도이다.
도 5의 (a)는 제1 주패턴과 제2 주패턴이 충분히 이격되어 있는 경우를 예시하는 평면도이며, (b)는 그 경우에 피전사체 상에 형성되는 레지스트 패턴의 구조를 예시하는 단면도이다.
도 6의 (a)는 제1 주패턴에 대하여 제2 주패턴이 접근해 있는 경우를 예시하는 평면도이며, (b)는 그 경우에 피전사체 상에 형성되는 레지스트 패턴의 구조를 예시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태와 관련된 표시 장치 제조용 포토마스크가 구비하는 전사용 패턴의 주요부를 예시하는 것으로, (a)는 평면 모식도, (b)는 (a)의 B－B위치의 단면 모식도이다.
도 8은 주패턴의 주위에 배치되는 보조 패턴을 8 구획으로 구분한 예를 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 관한 포토마스크의 전사용 패턴을 적용했을 경우에 피전사체 상에 형성되는 레지스트 패턴의 구조를 예시하는 단면도이다.
도 10의 (a) 내지 (e)는 참고예 4 내지 8의 포토마스크의 패턴을 나타내는 평면도이다.
도 11의 (f) 내지 (i)는 실시예 1 내지 4의 포토마스크의 패턴을 나타내는 평면도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 참고예와 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 13은 마스크 바이어스 β2를 부여한 주패턴을 포함하는 포토마스크의 전사용 패턴의 예를 나타내는 평면도이다.
도 14의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 실시 형태에 적용 가능한 포토마스크의 제조 방법의 일례를 설명하는 공정도이다.
도 15는 특허 문헌 2에 기재된 포토마스크의 패턴을 나타내는 평면도이다.

［보조 패턴을 갖는 홀 패턴 형성용 포토마스크의 설계］

도 1은 특허 문헌 1에 기재된 포토마스크의 전사용 패턴의 주요부를 나타내는 것으로서, (a)는 평면 모식도, (b)는 (a)의 A－A 위치의 단면 모식도이다.

도시한 포토마스크의 전사용 패턴은 투광부로 이루어지는 주패턴(1)과 그 주변에서 주패턴(1)을 둘러싸서 배치된 보조 패턴(2)을 갖는다. 보조 패턴(2)은 주패턴(1)에 부수하여 주패턴(1)의 주위에 배치되어 있다.

또한, 투명 기판(10) 상에는 위상 시프트막(11)과 저투광막(12)이 형성되어 있다. 주패턴(1)은 투명 기판(10)이 노출된 투광부(4)로 이루어지고, 보조 패턴(2)은 투명 기판(10) 상의 위상 시프트막(11)이 노출된 위상 시프트부(5)로 이루어진다. 또한, 주패턴(1) 및 보조 패턴(2)을 각각 저투광부(3)가 둘러싸고 있다.

저투광부(3)는 투명 기판(10) 상에 형성된 위상 시프트막(11)과 저투광막(12)의 적층막에 의해 구성되어 있다. 저투광부(3)는 투명 기판(10) 상에 형성되는 저투광막(12)의 단층막에 의해 구성될 수도 있다 .즉, 저투광부(3)는 적어도 저투광막(12)이 형성된 부분으로 구성된다. 도시한 전사용 패턴에서는 주패턴(1) 및 보조 패턴(2)이 형성된 영역 이외의 영역이 저투광부(3)로 되어 있다.

위상 시프트막(11)은 i선 내지 g선의 파장 범위에 있는 대표 파장의 노광 광을 대략 180도 시프트하는 위상 시프트량을 갖는다. 즉, 보조 패턴(2)은 이 위상 시프트막(11)에 의해, 투과광의 위상을 반전하는 작용을 갖는다. 또한, 상기 대표 파장의 노광 광에 대하여, 위상 시프트막(11)은 T1(%)의 투과율을 갖는다.

특허 문헌 1에 의하면, 상기 전사용 패턴을 구비하는 포토마스크를 이용하여, 피전사체 상에 홀 패턴을 형성하는 광학 시뮬레이션을 실시했는데, 바이너리(binary) 마스크나 보조 패턴을 갖지 않는 위상 시프트 마스크와 비교하여, Eop(목표 치수의 패턴을 피전사체 상에 형성하기 위해 필요한 노광 광량)나 DOF(Depth of Focus： 초점 심도) 등에서 뛰어난 성능이 발휘되는 것으로 밝혀졌다.

본 발명자는 더욱 미세한 패턴을 피전사체 상에 형성하기 위해, 도 2의 (a) 내지 (c)에 나타낸 포토마스크에 대해 광학 시뮬레이션을 실시하였다. 여기에서는, 도 2의 (a)의 포토마스크를 참고예 1, 도 2의 (b)에 나타낸 포토마스크를 참고예 2, 도 2의 (c)에 나타낸 포토마스크를 참고예 3으로 하였다. 그리고, 직경 W1이 2.0μm의 홀 패턴으로 이루어지는 주패턴을 갖는 참고예 1 내지 3의 각 포토마스크를 이용하여, 피전사체(표시 패널 기판 등) 상의 포지티브형 포토 레지스트에, 직경 W2(여기에서는 1.5μm)의 홀 패턴에 상당하는 전사 이미지를 형성하는 시뮬레이션을 실시하였다.

또한, 상기와 같이, 포토마스크 상의 직경 W1을 피전사체 상의 목표 직경 W2에 대해 W1≥W2 (바람직하게는 W1＞W2)로 하고 있다. 여기서, 마스크 바이어스 β1(μm)을 β1=W1－W2로 하면, 여기에서는 β1을 0.5(μm)로 하고 있다.

시뮬레이션의 조건은 이하와 같다.

(참고예 1)

참고예 1에서는 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 바이너리 마스크로 이루어지는 포토마스크를 사용하여, 저투광부(차광부)(3)에 둘러싸인 직경 W1=2μm의 정사각형의 투광부로 이루어지는 홀 패턴을 주패턴(1)으로 하였다.

(참고예 2)

참고예 2에서는 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 하프톤형 위상 시프트 마스크로 이루어지는 포토마스크를 사용하여, 노광 광의 투과율이 5.2%, 위상 시프트량이 180도인 위상 시프트부(5)에 둘러싸인, 직경 W1=2μm의 정사각형의 투광부로 이루어지는 홀 패턴을 주패턴(1)으로 하였다.

(참고예 3)

참고예 3에서는 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이, 보조 패턴이 포함된 위상 시프트 마스크로 이루어지는 포토마스크를 사용하여, 직경 W1=2μm의 정사각형의 투광부로 이루어지는 홀 패턴을 주패턴(1)으로 하고, 그 주변을 정팔각형 띠(帶)의 보조 패턴(2)이 둘러싸는 구성으로 하였다. 또한, 보조 패턴(2)은 노광 광의 투과율이 45%, 위상 시프트량이 180도인 위상 시프트부로 구성하고, 주패턴(1)과 보조 패턴(2) 이외의 영역은 광학 농도가 OD≥2인 저투광부(차광부)(3)로 구성하였다. 주패턴(1)의 중심과 보조 패턴(2)의 폭 방향 중심 위치의 거리(L)는 3.25μm로 하고, 보조 패턴(2)의 폭(d)은 1.3μm로 하였다. 참고예 3의 포토마스크는 특허 문헌 1에 기재된 구성을 기초로 디자인된 것이다.

상기 참고예 1 내지 3에 대응하는 각각의 포토마스크를 이용하여, 피전사체 상에 폭 W2=1.5μm의 홀 패턴을 형성하는 것으로 하였다.

시뮬레이션의 노광 조건은, 이하와 같다.

노광 장치의 광학계는, 개구수 NA가 0.1이며, 코히런스 팩터(coherence factor) σ가 0.5이다. 또한, 노광 광원에는 i선, h선, g선의 모두를 포함하는 광원(브로드 파장 광원)을 이용하고 강도비는 g：h：i=1：1：1로 하였다.

포토마스크의 광학적인 평가 항목은 이하와 같다.

(1) 초점 심도(DOF)

노광 시에 디포커스(defocus)가 생겼을 경우, 피전사체 상에 있어서, 목표 CD에 대한 CD 변동이 소정 범위(예를 들면, ±10%) 이내가 되기 위한 초점 심도이며, 그 수치는 큰 것이 바람직하다. DOF의 수치가 높으면, 피전사체(예를 들면, 표시 장치용 패널 기판)의 평탄도의 영향을 받기 어려우며, 확실하게 미세한 패턴을 형성할 수 있어, 그 CD 편차가 억제된다. 본원의 시뮬레이션에서는 DOF의 값으로서 목표 CD ±10%를 기준으로 하고 있다. 여기서 CD란, Critical Dimension의 약자이며, 패턴 폭의 의미로 사용된다. 표시 장치 제조용 포토마스크는 반도체 장치 제조용 포토마스크와 비교하여, 사이즈가 크고, 또한, 피전사체(디스플레이 패널 기판 등)도 큰 사이즈여서, 어느 쪽이든 평탄성을 완전한 것으로 하는 것이 곤란하기 때문에, DOF의 수치를 높일 수 있는 포토마스크의 의의가 크다.

(2) 마스크 오차 개선 팩터(MEEF：Mask Error Enhancement Factor)

포토마스크상의 CD 오차에 대한, 피전사체 상에 형성되는 패턴의 CD 오차의 비율을 나타내는 수치이며, MEEF가 낮을수록 피전사체 상에 형성되는 패턴의 CD 오차를 저감할 수 있다. 표시 장치의 사양이 진화하고 패턴의 미세화가 요구되는 것과 동시에, 노광 장치의 해상도 한계에 가까운 치수의 패턴을 갖는 포토마스크가 필요한 것으로부터, 표시 장치 제조용 포토마스크에 있어서도 향후 MEEF가 중요시 될 가능성이 높다.

(3) Eop

표시 장치 제조용 포토마스크에 있어서, 특히 중요한 평가 항목에 Eop(이하, 「Eop Dose」라고도 한다)가 있다. Eop는 얻으려고 하는 패턴 사이즈를 피전사체 상에 형성하기 위해 필요한 노광 광량이다. 표시 장치의 제조에 사용되는 포토마스크는 사이즈가 매우 크다(예를 들면, 주 표면의 한 변이 300 내지 2000mm 정도의 정사각형 또는 직사각형). 따라서, Eop의 수치가 낮은 포토마스크를 사용하면, 스캔 노광의 속도를 올리는 것이 가능하고, 생산 효율이 향상된다.

상기 평가 항목에 대한 구체적인 평가 결과를 도 3에 나타낸다.

우선, Eop에 주목하면, 참고예 3의 포토마스크는 참고예 1 및 참고예 2의 포토마스크와 비교하여, 목표 치수의 홀 패턴을 얻기 위한 노광량(Eop 수치)이 30% 이상 작아져 있다. 이 때문에, 참고예 3의 포토마스크를 사용하면, 높은 생산 효율을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 참고예 3의 포토마스크는 참고예 1 및 참고예 2의 포토마스크와 비교하여, DOF의 수치는 높고, MEEF의 수치는 낮아져 있다. 이 때문에, 참고예 3의 포토마스크는 DOF나 MEEF에 대해도 매우 유리한 것을 알 수 있다.

［서로 접근한 위치에 있는 홀 패턴의 설계］

한편, 표시 장치에 요구되는 해상도가 높아지면, 단위 면적당 화소 수의 증가에 의해 집적도가 높아진다. 이 때문에, 표시 장치 제조용 포토마스크의 전사용 패턴으로서 복수의 주패턴(홀 패턴)을 서로 접근시켜 배치할 필요가 생긴다. 이하, 복수의 주패턴을 포함하는 밀집 패턴의 형성에 상기 참고예 3의 포토마스크를 적용한 경우에 대해 검토한다.

도 4는 상기 참고예 3에 적용한 패턴(주패턴과 그 주변에 형성된 보조 패턴을 합하여 본원 명세서에서는 홀 형성용 패턴이라고도 한다)을 서로 접근시켜 배치하는 경우를 나타내고 있다. 여기에서는, 두 개의 주패턴 중 한 쪽을 제1 주패턴(1a), 다른 쪽을 제2 주패턴(1b)으로 한다. 그리고, 제1 주패턴(1a)에 대해 제2 주패턴(1b)의 위치를 화살표 방향에서 접근시켰을 때, 두 개의 주패턴(1a, 1b)의 중심간 거리인 홀 피치 P와 피전사체 상에 형성되는 레지스트 패턴의 단면 형상을 고찰한다.

우선, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 제1 주패턴(1a)과 제2 주패턴(1b)이 충분히 이격되어 있는 경우(P=12μm)는 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 피전사체 상의 레지스트 패턴(여기에서는, 포지티브형의 포토레지스트로 이루어지는 패턴)(20)에는 각각의 주패턴(1a, 1b)에 대응하는 홀 패턴(21a, 21b)이 형성된다.

한편, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 제1 주패턴(1a)에 대해 제2 주패턴(1b)이 접근했을 경우(P=8μm)는 각각의 주패턴(1a, 1b)의 주위에 배치되는 보조 패턴(2a, 2b)끼리의 거리가 매우 가깝게 된다. 이 때, 피전사체 상에 형성되는 레지스트 패턴(20)의 단면을 보면, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 주패턴(1a, 1b)에 대응하는 홀 패턴(21a, 21b) 외에, 그들의 중간부에 요부(凹部)(22)가 형성되어, 여기서 레지스트막 두께의 큰 손실이 생겨 버린다. 이러한 레지스트 잔막(殘膜)의 국소적인 감소는 레지스트 패턴을 에칭 마스크로서 실시하는, 표시 장치 기판의 가공 안정성에 악영향을 미칠 우려가 있다.

여기서, 본 발명자는, Eop나 DOF에 있어서 유리한 특성을 가지면서, 상기와 같은 레지스트 잔막의 국소적인 감소라는 단점이 생기는 참고예 3의 홀 형성용 패턴에 대해, 이러한 단점을 해소하는 것이 가능한 포토마스크를 검토하였다.

＜포토마스크의 구성＞

다음으로, 본 발명의 실시 형태에 따른 표시 장치 제조용 포토마스크의 구성에 대해 설명한다.

본 발명의 실시 형태에 관한 표시 장치 제조용 포토마스크는,

투명 기판 상에 전사용 패턴을 갖는 표시 장치 제조용 포토마스크로서,

상기 전사용 패턴은,

사각형의 투광부로 이루어지는 주패턴,

상기 주패턴의 주변에 배치된 위상 시프트부로 이루어지는 보조 패턴, 및

상기 주패턴과 상기 보조 패턴 이외의 영역에 형성된 저투광부를 포함하며,

상기 주패턴의 주변에서 상기 주패턴을 둘러싸는 소정 폭의 정팔각형 띠를 정의할 때, 상기 보조 패턴은 상기 정팔각형 띠의 적어도 일부를 구성하고,

상기 전사용 패턴이 포함하는 복수의 상기 주패턴 중 하나를 제1 주패턴으로 할 때, 상기 제1 주패턴과 상이한 제2 주패턴이 상기 제1 주패턴에 접근한 위치에 배치되며,

상기 제1 주패턴을 둘러싸는 상기 정팔각형 띠를 구성하는 8 구획 중 상기 제2 주패턴 측에 면하는 1 구획에 결락이 있는 보조 패턴이 상기 제1 주패턴의 주변에 배치된다.

이하, 도 7을 이용하여 구체적으로 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 표시 장치 제조용 포토마스크가 구비하는 전사용 패턴의 주요부를 나타내는 것으로서, (a)는 평면 모식도, (b)는 (a)의 B－B위치의 단면 모식도이다.

상기 표시 장치 제조용 포토마스크(이하, 간단하게 「포토마스크」라고도 말한다)는, 예를 들면, 투명 기판(10) 상에 성막된 위상 시프트막(11) 및 저투광막(12)을 각각 패터닝 하는 것에 의해 형성되는 전사용 패턴을 구비한다. 이 전사용 패턴은 주패턴(1)(1a, 1b)과 주패턴(1)의 주변에 배치된 보조 패턴(2)(2a, 2b)을 포함한다. 보조 패턴(2)은 주패턴(1)을 둘러싸는 소정 폭의 정팔각형 띠를 정의할 때, 그 적어도 일부를 구성하는 형상을 갖는다.

주패턴(1)은 X 방향으로 2개 나란히 있으며, 그 중 한 쪽이 제1 주패턴(1a), 다른 쪽이 제2 주패턴(1b)으로 되어 있다. 제1 주패턴(1a)의 주변에는 보조 패턴(2a)이 배치되고, 제2 주패턴(1b)의 주변에는 보조 패턴(2b)이 배치되어 있다. 또한, 도 7의 (a)에 있어서는, 좌측의 주패턴을 제1 주패턴, 우측의 주패턴을 제2 주패턴으로 하고 있지만, 어느 쪽을 제1 주패턴이라고 해도 상관없다.

본 실시 형태에서, 주패턴(1)은 투명 기판(10)이 노출된 투광부(4)로 이루어지며, 보조 패턴(2)은 투명 기판(10) 상의 위상 시프트막(11)이 노출된 위상 시프트부(5)로 이루어진다. 또한, 주패턴(1) 및 보조 패턴(2) 이외의 영역은 투명 기판(10) 상에 적어도 저투광막(12)이 형성된 저투광부(3)로 되어 있다.

본 실시 형태에서, 저투광부(3)는 투명 기판(10) 상에 위상 시프트막(11)과 저투광막(12)을 적층하여 이루어진다. 위상 시프트막(11)은, i선 내지 g선의 파장 범위에 있는 대표 파장의 노광 광을 대략 180도 시프트하는 위상 시프트량을 갖는다. 또한, 상기 대표 파장의 노광 광에 대한 위상 시프트막(11)의 투과율은 T1(%)이다.

저투광막(12)은 노광 광의 대표 파장에 대해 소정의 낮은 투과율을 갖는 것으로 할 수 있다. 본 실시 형태에서, 저투광막(12)은 i선 내지 g선의 파장 범위에 있는 대표 파장의 노광 광에 대해, 위상 시프트막(11)의 투과율 T1(%)보다 낮은 투과율 T2(%)를 가질 수 있다. 또는, 저투광막(12)은 실질적으로 노광 광을 투과하지 않는, 차광막으로 할 수도 있다.

여기서, 포토마스크를 이용한 노광에 의해, 포토마스크의 주패턴(1)에 대응하는 미세한 패턴(홀 패턴)을 피전사체 상에 형성하는 경우, 주패턴(1)의 직경 W1를 4μm이하로 하면, 피전사체 상에는, 직경 W2(μm)(단 W1≥W2, 보다 바람직하게는 W1＞W2)의 미세한 패턴을 형성할 수 있다.

구체적으로는, 주패턴(1)의 직경 W1(μm)은, 바람직하게는, 0.8≤W1≤4.0이며, 더욱 바람직하게는, 1.0≤W1≤3.5이다. 추가적으로는, 1.2＜W1≤3.0으로 할 수 있으며, 더 많은 미세화를 필요로 하는 경우에는, 1.2＜W1＜2.5로 할 수 있다.

또한, 주패턴(1)의 전사 이미지로서 피전사체 상에 형성되는 홀 패턴의 직경 W2(μm)는 바람직하게는, 0.8≤W2≤3.0이고, 보다 바람직하게는, 0.8≤W2≤2.5이며, 더욱 바람직하게는, 0.8≤W2≤2.0 또는 0.8≤W2≤1.8이다. 또는, 0.8＜W2＜2.0, 또는 0.8＜W2＜1.8으로 할 수도 있다. 더 많은 미세화를 필요로 하는 경우에는, 0.8＜W2＜1.5로 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 관한 포토마스크는 표시 장치의 제조에 유용한 미세 사이즈의 패턴을 형성하는 목적으로 사용할 수 있다. 예를 들면, 주패턴(1)의 직경 W1이 3.0(μm) 이하일 때, 더욱 현저한 효과를 얻을 수 있다.

그런데, 피전사체 상에 홀 패턴을 형성하려고 하는 포토마스크(예를 들면, 상기 참고예 1 내지 3)에 있어서는, 위에서 설명한 바와 같이, 마스크 바이어스 β1을 부여하는 것이 유리하다. 즉, 포토마스크상의 홀 패턴의 직경을 W1, 피전사체 상에 형성되는 홀 패턴의 직경을 W2로 하면, W1=W2로 할 수도 있지만, 바람직하게는, W1＞W2이다. 예를 들면, β1(μm)을 바이어스값 (W1－W2)로 하고, β1＞0(μm)라고 하면, 바이어스값 β1(μm)은 바람직하게는, 0.2≤β1≤1.0이며, 더욱 바람직하게는, 0.2≤β1≤0.8이다. 이와 같이, 직경 W1과 직경 W2와의 관계를 바이어스값 β1로서 규정함으로써, 피전사체 상에 있어서, 레지스트 패턴의 막 두께의 손실을 저감할 수 있는 등의 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 주패턴(1)은 사각형의 패턴으로 이루어지며, 주패턴(1)의 직경 W1은 사각형의 한 변의 치수이다. 예를 들면, 주패턴(1)이 정사각형의 패턴이면, 주패턴(1)의 직경 W1은 그 한 변의 치수를 말하며, 주패턴(1)이 직사각형의 패턴이면, 직경 W1은 장변의 치수를 말한다. 또한, 주패턴(1)의 형상은 주패턴(1)을 평면에서 볼 때의 형상을 말한다. 또한, 피전사체 상에 형성되는 홀 패턴의 직경 W2는 대향하는 두 변 사이의 거리 중 가장 큰 부분의 길이를 말한다.

상기와 같은 마스크 바이어스 β1은 본 실시 양태에 관한 포토마스크에도 부여할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 2 개의 홀 형성용 패턴이 소정 거리에 접근하여 형성되어 있는 것에 기인하여, 마스크 바이어스 β1로 부여하는 치수는 고립 패턴(상기 참고예 1 내지 3 등) 보다도 커지는 경우가 있다.

또한, 본 실시 양태에 관한 포토마스크는 접근하여 배치된 2개의 홀 형성용 패턴의 위치 관계에 따라, X 방향 및 그에 수직인 Y 방향에 대해, 불균등한 치수의 마스크 바이어스를 부여하는 것이 바람직한 경우가 생긴다. 이에, 이러한 마스크 바이어스를 β2로 하여, X 방향 및 그와 수직인 Y 방향에 대해 부여하는 바이어스량을 각각 β2(x), β2(y)로 한다. 마스크 바이어스 β2에 대한 상세한 내용은 후술한다.

상기 전사용 패턴을 갖는 본 실시 형태의 포토마스크의 노광에 이용하는 노광 광의 대표 파장에 대해, 주패턴(1)과 보조 패턴(2)의 위상차 φ는 대략 180도이다. 즉, 주패턴(1)을 투과하는 상기 대표 파장의 광과 보조 패턴(2)을 투과하는 상기 대표 파장의 광의 위상차 φ1은 대략 180도가 된다. 대략 180도란, 120 내지 240도를 의미하는 것으로 한다. 상기 위상차 φ1은, 바람직하게는, 150 내지 210도이다.

또한, 본 실시 형태의 포토마스크는 i선, h선, 및 g선 중 적어도 하나를 포함하는 노광 광을 이용할 때 효과가 현저하고, 특히, i선, h선, 및 g선을 포함하는 브로드 파장 광을 노광 광으로서 적용하는 것이 바람직하다. 이 경우, i선 내지 g선의 파장 범위에 있는 어느 파장을 대표 파장으로 할 수 있다. 예를 들면, h선을 대표 파장으로 하여 본 실시 형태의 포토마스크를 구성할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 대표 파장에 대한 위상차 φ1은 φ1=180도이다.

본 실시 형태의 포토마스크에 있어서, 상기 위상차를 실현하기 위해서는, 주패턴(1)은 투명 기판(10)의 주표면이 노출되어 이루어지는 투광부(4)로 하고, 보조 패턴(2)은 투명 기판(10) 상에 형성된 위상 시프트막(11)이 노출되어 이루어지는 위상 시프트부(5)로 하며, 이 위상시프트막(11)의 상기 대표 파장에 대한 위상 시프트량을 대략 180도로 하면 된다.

위상 시프트부(5)가 갖는 투과율 T1은 이하와 같이 할 수 있다. 즉, 위상 시프트부(5)에 형성된 위상 시프트막(11)의 상기 대표 파장에 대한 투과율을 T1(%)로 하면, 바람직하게는, 20≤T1≤80이며, 보다 바람직하게는, 30≤T1≤75, 더욱 바람직하게는, 40≤T1≤75이다. 보조 패턴(2)의 투과율이 높으면, 소정량의 투과 광량을 얻기 위해, 보조 패턴의 폭(d)을 작게 할 수 있기 때문에, 밀집 패턴에서 서로의 물리적인 간섭을 피해 배치할 수 있는 자유도를 얻을 수 있는 이점이 있다. 한편, 투과율 T1을 약간 낮추고, 보조 패턴폭(d)을 넓히면, 패턴 형성의 제조 상의 난이도가 완화되는 메리트가 있다. 그러한 경우, 투과율 T1은 40 내지 60(%)이 바람직하다. 또한, 여기서의 투과율 T1(%)은 투명 기판(10)의 투과율을 기준(100%)으로 했을 때의 상기 대표 파장의 투과율로 한다.

본 실시 형태의 포토마스크에 있어서, 주패턴(1) 및 보조 패턴(2)이 형성된 영역 이외의 영역에는 저투광부(3)가 형성되어 있다. 여기서, 주패턴(1)과 보조 패턴(2)은 저투광부(3)를 통해 떨어져 있다. 저투광부(3)는 이하와 같은 구성으로 할 수 있다.

저투광부(3)는 노광 광(i선 내지 g선의 파장 범위에 있는 대표 파장의 광)이 실질적으로 투과 하지 않는 저투광막(즉, 차광막)(12)으로서, 광학 농도 OD≥2(바람직하게는, OD≥3)의 막을 투명 기판(10) 상에 형성하여 이루어지는 것으로 할 수 있다.

또, 저투광부(3)는 소정 범위의 투과율로 노광 광을 투과하는 저투광막(12)을 형성하여 이루어지는 것이라고 해도 좋다. 단, 소정 범위의 투과율로 노광 광을 투과하는 경우, 상기 대표 파장에 대한 저투광부(3)의 투과율 T3(%)은 상기 위상 시프트부(5)의 투과율 T1(%)과 비교하여, 0＜T3＜T1을 충족하는 것으로 하며, 바람직하게는, 0＜T3≤20을 충족하는 것으로 한다. 여기서, 위상 시프트부(5)가 위상 시프트막(11)의 단층막이 아니라, 위상 시프트막(11)과 저투광막(12)의 적층막으로 구성되는 경우, 그 적층막으로의 투과율을 T3(%)으로 한다. 여기서의 투과율 T3(%)도 상기와 같이 투명 기판(10)의 투과율을 기준으로 했을 때의 상기 대표 파장의 투과율로 한다.

또한, 이와 같이 저투광막(12)이 소정 범위의 투과율로 노광 광을 투과 하는 경우에는, 위상 시프트막(11)과 저투광막(12)의 적층 상태에서의 위상 시프트량 φ3은, 바람직하게는, 90(도) 이하이며, 보다 바람직하게는, 60(도) 이하이다. 「90도 이하」란, 라디안 표기로 하면, 상기 위상차가 「(2n－1/2)π 내지 (2n＋1/2)π (여기서, n는 정수)」인 것을 의미한다. 위상차에 대해서도 상기와 같이, 노광 광에 포함되는 대표 파장에 대한 것으로 한다.

또한, 본 실시 형태의 포토마스크에 사용되는 저투광막(12)의 단독 성질로서는, 실질적으로 상기 대표 파장의 광을 투과 하지 않는(OD≥2, 보다 바람직하게는 OD＞3) 것이거나, 또는, 30(%) 미만의 투과율(T2(%))을 가지며(즉, 0＜T2＜30), 위상 시프트량(φ2)이 대략 180도인 것이 바람직하다. 대략 180도란, 120 내지 240도를 의미하는 것으로 한다. 바람직하게는, 위상 시프트량 φ2는 150 내지 210도이다.

여기서의 투과율 T2(%)도, 상기와 같이 투명 기판(10)의 투과율을 기준으로 했을 때의 상기 대표 파장의 투과율로 한다.

본 실시 형태에 따른 전사용 패턴에 있어서, 보조 패턴(2)의 폭을 d(μm)로 하면, 하기의 식(1)의 관계가 성립될 때, 현저한 효과를 얻을 수 있다.

0.5≤√(T1/100)×d≤1.5…(1)

이 때, 주패턴(1)의 중심과 보조 패턴(2)의 폭 방향의 중심의 거리를 슬릿 피치 L(μm)이라고 하면, 바람직하게는, 1.0＜L≤5.0이며, 보다 바람직하게는, 1.5＜L≤4.5이다. 단, 보조 패턴(2)은 저투광부(3)를 개재하여 주패턴(1)을 둘러싸는 정팔각형 띠의 영역의 적어도 일부를 구성한다. 따라서, 주패턴(1)과 보조 패턴(2)이 접촉하지 않도록, 즉, 주패턴(1)의 주위로서 보조 패턴(2)과의 사이에, 저투광부(3)가 개재되는 것을 조건으로 슬릿 피치 L, 및 주패턴의 직경 W1을 결정할 수 있다.

보조 패턴(2)의 폭 d(μm)는 본 실시 형태의 포토마스크에 적용하는 노광 조건(사용하는 노광 장치)에 있어서, 투과율 T1을 갖는 보조 패턴이 해상되지 않도록 설정한다. 구체적인 예를 들면, 보조 패턴(2)의 폭 d(μm)는, 바람직하게는, d≥0.7이며, 보다 바람직하게는, d≥0.8이다. 또한, 주패턴(1)의 폭 W1(μm)과 비교하면, 바람직하게는, d≤W1이며, 보다 바람직하게는, d＜W1이다.

또한, 보조 패턴(2)의 폭 d(μm)에 관하여, 상기 식(1)으로 나타낸 관계식은, 보다 바람직하게는, 하기의 식(1)－1이며, 더욱 바람직하게는, 하기의 식(1)－2이다.

0.7≤√(T1/100)×d≤1.2…(1)－1

0.75≤√(T1/100)×d≤1.0…(1)－2

본 실시 형태의 전사용 패턴이 구비하는 주패턴(1)의 형상은 사각형이다. 구체적으로는, 주패턴(1)의 형상은, 예를 들면, 정사각형 또는 직사각형으로 하는 것이 바람직하다. 주패턴(1)의 형상이 사각형인 경우, 이 사각형의 중심 위치와 보조 패턴(2)의 폭 방향의 중심의 거리가 슬릿 피치 L이 된다.

본 실시 형태에서는, 주패턴(1)의 주변에 있어 주패턴(1)을 둘러싸는, 소정 폭의 정팔각형 띠를 정의할 때, 보조 패턴(2)은 이 정팔각형 띠의 적어도 일부를 구성하는 패턴이 된다. 정팔각형 띠란, 외주와 내주가 함께 있는 팔각형이며, 거의 일정한 폭의 형상을 말한다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 보조 패턴(2)은 모서리부 이외에는 일정한 폭이다. 보조 패턴(2)이 정의된 정팔각형 띠는 주패턴(1)의 주변에 이것을 둘러싸도록 배치된다. 그리고, 보조 패턴(2)의 정팔각형 띠의 내곽, 외곽이 되는 정팔각형의 중심은 주패턴(1)의 중심과 같은 위치에 있다. 본 실시 형태에서는, 설명의 편의상, 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 정팔각형 띠를 외주(또는 내주)의 팔각형의 각 변에 대응하는 8개의 구획으로 구분한다. 여기에서는, 8개로 구분된 구획 중, 도 8의 우측 단의 구획을 구획 A, 이것에 인접하는 상측의 구획을 구획 H, 하측의 구획을 구획 B로 한다. 즉, 구획 A부터 시계 방향 순으로 구획 B, C, D, E, F, G, H로 한다.

상기 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 주패턴(1a)에 대하여, 제2 주패턴(1b)을 접근한 위치에 배치하는 경우, 본 실시 형태에서는 제1 주패턴(1a)의 주변에 상기 정팔각형 띠를 구성하는 8개의 구획 A 내지 H 중, 제2 주패턴(1b) 측에 면하는 1 구획에 결락이 있는 형상의 보조 패턴(2a)을 배치한다. 구체적으로는, 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, 제1 보조 패턴(1a)의 주변에 팔각형 띠의 일부 구획이 결락된 보조 패턴(2a)을 배치한다. 도시된 바와 같이, 제1 주패턴(1a)에 부수하는 보조 패턴(2a)은 제2 주패턴(1b)에 면하는 측, 즉, 우측 단의 구획(상기 구획 A에 대응)에 결락을 갖는 형상으로 되어 있다. 또한, 제2 주패턴(1b)에 부수하는 보조 패턴(2b)도, 제1 주패턴(1a) 측에 면하는 1 구획(상기 구획 E에 대응)에 결락을 갖는 형상으로 되어 있다. 즉, 2개의 주패턴이 서로 면하는 측에 있는 1 구획에 각각 결락을 갖는 팔각형 띠 형상의 보조 패턴을 갖는다.

즉, 2개의 홀 형성용 패턴이 소정 거리 이하의 접근 거리로 배치된 경우, 각각의 주패턴이 구비하는 보조 패턴은 상기 2개의 주패턴의 사이에서 결락되어 있다. 따라서, 2개의 주패턴의 중심을 직선으로 연결하면(도시하지 않음), 이 직선은 보조 패턴을 전혀 횡단하지 않는다.

또한, 2개의 주패턴의 서로 면하는 변에 끼워진 영역 S(도 7의 (a)에 점선으로 나타냄) 내에, 보조 패턴이 실질적으로 배치되지 않는 것이 바람직하다. 단, 영역 S에 보조 패턴의 일부가 들어가는 경우에는, 그 부분은 2개의 주패턴의 서로 면하는 변과 평행한 변을 갖지 않는 것이 바람직하다. 도 7에 나타낸 양태에서는, 영역 S 내에 보조 패턴의 단부가 들어가 있는데, 이 단부에는 2개의 주패턴의 서로 면하는 변에 대해 경사진 변 밖에 가지고 있지 않다.

또한, 영역 S 내에는 섬 형상(닫힌 직선이나 곡선에 둘러싸인 형상)의 보조 패턴이 없는 것이 바람직하다.

더욱 바람직하게는, 상기의 영역 S 내의 면적의 90% 이상은 저투광부에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 피전사체 상에 형성되는 2개의 홀 패턴의 레지스트 패턴 형상이 양호하게 되어, 레지스트 잔막 두께의 손실을 억제할 수 있다.

이와 같이, 일부 구획이 결락된 보조 패턴(2a, 2b)을 배치하면, 상기 도 6의 (b)에 나타낸 요부(22)에 의한 레지스트막 두께의 손실은 도 9에 나타낸 바와 같이 해소하고, 양호한 프로파일을 갖는 레지스트 패턴 형상이 되었다. 또한, 도 6의 (b)와 도 9는 모두 홀 피치 P가 8μm인 경우이다.

도 6의 (b)에서 볼 수 있는 레지스트막 두께의 손실의 허용 범위는 포토마스크를 이용하여 얻고자 하는 표시 장치의 제조 조건 등에 의해 결정할 수 있다. 레지스트막의 초기 막 두께(도포 막 두께)를 100%로 하면, 그 손실의 허용 범위는 초기 막 두께의 10% 이하, 보다 바람직하게는 5% 이하로 하는 것이 양호한 조건이라고 할 수 있다.

따라서, 본 실시 형태에 있어서, 서로 접근하는 주패턴(1a, 1b)에 부수하는 보조 패턴(2a, 2b)을 일부 결락시키는지 아닌지는, 레지스트막 두께의 손실량을 미리 실험이나 시뮬레이션 등으로 파악하고, 그 결과에 근거하여 판단하면 된다. 구체적으로는, 레지스트막 두께의 손실량이, 예를 들면 10%를 넘는 경우에는 보조 패턴(2a, 2b)을 일부 결락시키고, 10% 이하가 되는 경우에는 보조 패턴(2a, 2b)을 결락시키지 않게 판단하는 것이 유용하다.

또한, 제1 주패턴(1a)에 대해 제2 주패턴(1b)을 접근한 위치에 배치하는 경우, 보조 패턴(2a, 2b)끼리의 거리 D(도 4 참조)가 1.0μm 이하가 되는 경우에는, 제1 주패턴(1a)의 주변에 배치되는 보조 패턴(2a)의 제2 주패턴(1b) 측에 면하는 구획(위에서 말하는 구획 A)을 결락시키는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 제2 주패턴(1b)에 있어서도, 제1 주패턴(1a) 측에 면하는 구획(위에서 말하는 구획 E)을 결락시킨 보조 패턴(2b)을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 구획의 결락은 보조 패턴(2a, 2b)끼리의 거리 D가 1.5μm 이하가 되었을 때 적용하는 것이 보다 바람직하다.

상기는, 표시 장치용 노광 장치가 갖는 해상 성능을 감안하여 예시하는 것이다.

또한, 보조 패턴끼리의 거리란, 도 4에 나타낸 바와 같이, 대향하는 구획끼리의 거리(수직선의 길이)를 말한다. 따라서, 도시한 바와 같이, 2개의 주패턴(1a, 1b)이 있는 방향으로 서로 이웃하게 배열되어, 각각의 주패턴(1a, 1b)이 각각에 대응(부수)하는 보조 패턴(2a, 2b)으로 둘러싸여 있는 경우, 2개의 주패턴(1a, 1b)의 배열 방향에 있어서, 보조 패턴(2a, 2b)의 서로 대향하는(서로 면하는) 변끼리의 거리가 보조 패턴끼리의 거리 D가 된다.

또한, 본 실시 형태의 포토마스크는 주패턴(1a, 1b)의 중심 간 거리인 홀 피치 P가 1.6μm 이상, 바람직하게는, 3μm 이상 있는 경우, 본 발명의 현저한 효과를 얻을 수 있다. 홀 피치 P의 값이 너무 작으면, 양 주패턴 간에 대응하는 위치에 형성되는 레지스트 패턴의 잔막량을 충분히 얻을 수 없는 경우가 생기거나, 후술하는 마스크 바이어스 β2의 수치가 너무 커져서 패턴 디자인이 곤란하게 되는 등의 불편이 발생할 위험이 있다.

이하에서, 본 발명의 실시예와 참고예에 따른 광학 시뮬레이션에 대해 설명한다.

도 10은 참고예의 포토마스크가 구비하는 전사용 패턴의 주요부를 나타내는 평면 모식도로서, (a)는 참고예 4, (b)는 참고예 5, (c)는 참고예 6, (d)는 참고예 7, (e)는 참고예 8을 나타내고 있다. 도 11은 본 발명의 실시예의 포토마스크가 구비하는 전사용 패턴의 주요부를 나타내는 평면 모식도로서, (f)는 실시예 1, (g)는 실시예 2, (h)는 실시예 3, (i)는 실시예 4를 나타내고 있다.

또한, 도 10의 (a)는 주패턴(1a, 1b)의 홀 피치 P(도 5 내지 도 7을 참조)가 16μm로, 정팔각형 띠의 보조 패턴(2a, 2b)에 구획의 결락이 없는 경우를 나타내며, 도 10의 (b)는 주패턴(1a, 1b)의 홀 피치 P가 12μm로, 보조 패턴(2a, 2b)에 구획의 결락이 없는 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 10의 (c)는 주패턴(1a, 1b)의 홀 피치 P가 9μm로, 보조 패턴(2a, 2b)에 구획의 결락이 없는 경우를 나타내며, 도 10의 (d)는 주패턴(1a, 1b)의 홀 피치 P가 8.75μm로, 보조 패턴(2a, 2b)에 구획의 결락이 없는 경우를 나타내고 있다. 도 10의 (e)는 2개의 주패턴(1a, 1b)의 홀 피치 P가 8.75μm로, 각각의 보조 패턴(2a, 2b)의 1 구획을 결합하여, 공유시킨 경우를 나타내고 있다.

한편, 도 11의 (f)는 주패턴(1a, 1b)의 홀 피치 P가 8.75μm로, 보조 패턴(2a, 2b)을 1 구획 결락시킨 경우를 나타내며, 도 11의 (g)는 주패턴(1a, 1b)의 홀 피치 P가 8μm로, 보조 패턴(2a, 2b)을 1 구획 결락시킨 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 11의 (h)는 주패턴(1a, 1b)의 홀 피치 P가 7.5μm로, 보조 패턴(2a, 2b)을 1 구획 결락시킨 경우를 나타내며, 도 11의 (i)는 주패턴(1a, 1b)의 홀 피치 P가 7μm로, 보조 패턴(2a, 2b)을 3 구획 결락시킨 경우를 나타내고 있다.

또한, 이 시뮬레이션에서는, 상기 도 2의 (a)에 나타낸 포토마스크(바이너리 마스크)를 사용하는 경우를 참고예 1로 하고, 상기 도 2의 (b)에 나타낸 포토마스크(하프톤형 위상 시프트 마스크)를 사용하는 경우를 참고예 2로 하였다. 참고예 1 및 참고예 2에 적용되는 주패턴은, 모두 보조 패턴이 없는 고립 패턴이다.

상기 각각의 포토마스크의 패턴에 대하여, 광학적인 시뮬레이션을 실시한 결과, 도 12에 나타낸 바와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 이 시뮬레이션에서는, 참고예 1 및 참고예 2를 제외하고, 상기 도 2의 (c)에 나타낸 주패턴(고립 패턴)의 전사에 이용한 노광 에너지인 80mJ/cm2의 Dose(Eop Dose)를 기준으로 하여, 이 Dose를 적용했을 때, 피전사체 상에 형성되는 레지스트 패턴에 대해 평가하였다. 또한, 「panel X－CD」및 「panel Y－CD」는 포토마스크의 주패턴에 대응하여 피전사체 상에 형성되는 홀 패턴의 X 방향 및 Y 방향의 치수이다. 또한, 각 참고예 및 각 실시예에 있어서는, X－CD 및 Y－CD의 목표 치수를 1.5μm로 설정하였다.

우선, 도 10의 (a)의 참고예 4에 있어서는, 2개의 주패턴(1a, 1b)이 충분히 이격되어 있기 때문에, 각각의 주패턴(1a, 1b)은 실질적으로 고립 패턴으로서의 광학 성능을 발휘한다. 이러한 점은, 도 10의 (b)의 참고예 5나, 도 10의 (c)의 참고예 6에서도 마찬가지이다. 한편, 도 10의 (d)의 참고예 7과 같이, 2개의 주패턴(1a, 1b)이 접근하여, 홀 피치 P가 8.75μm으로 좁아지면, 보조 패턴(2a, 2b)끼리의 거리 D는 0.95μm가 된다. 이 때, 레지스트막 두께의 손실은 12%를 넘어 버린다.

여기서, 도 10의 (e)의 참고예 8과 같이, 서로 접근하는 주패턴(1a, 1b)의 보조 패턴(2a, 2b)끼리를 부분적으로 결합하여 하나(1 구획)로 하여 공유시킨 경우에서도, 레지스트막 두께의 손실은 12%에 가까우며, 별로 개선되지 않는다.

이 문제는, 본 발명자의 검토에 의하면, 표시 장치 제조에 적용하는 포토 레지스트에 관련된다고 생각할 수 있다. 구체적으로는, 표시 장치의 제조에 이용되는 레지스트(포지티브형 포토레지스트)는 반도체 장치 제조용의 그것과 달리, 높은 감도를 갖도록 설계된다. 따라서, 비교적 낮은 Dose량에서도 상응하는 감막(減膜)이 불가피하여, 의도하지 않는 부분에 국소적인 막 두께의 손실이 생기기 쉽다.

또한, 참고예 3의 포토마스크에서 생긴 주패턴(1)과 보조 패턴(2)의 상호 작용은 보조 패턴(2)을 투과한 반전 위상의 광이 형성하는 광학 이미지가 주패턴(1)의 투과 광에 의한 광의 강도 피크를 높이는 현상을 이용하고 있다. 그리고, 도 3에 나타낸, 뛰어난 전사 성능(DOF, MEEF)을 얻을 수 있었다. 그 한편, 보조 패턴을 투과하는 광에 의한 광의 강도도 주패턴(1)과의 상호 작용에 의해 약간 증가한다. 표시 장치 제조용으로 사용되는 포토 레지스트는 고감도이기 때문에 보조 패턴(2)끼리 접근하는 경우 외에, 보조 패턴(2)이 복수의 주패턴(1)에 의해 공유되면, 보조 패턴(2)의 투과 광이 피전사체 상의 레지스트 두께를 저감시켜 버릴 위험이 발생할 것으로 생각할 수 있다.

한편, 도 11의 (f)의 실시예 1에서는, 제1 주패턴(1a)을 둘러싸는 정팔각형 띠를 구성하는 8 구획 중, 제2 주패턴(1b) 측에 면하는 1 구획을 결락시키고, 나머지 7 구획을 갖는 보조 패턴(2a)을 제1 주패턴(1a)의 주변에 배치하고 있다. 즉, 제1 주패턴(1a)의 주변을 둘러싸는 정팔각형 띠 중, 제2 주패턴(1b)의 주변을 둘러싸는 정팔각형 띠와 가장 접근하고, 서로 마주보는 부분의 구획을 결락시킨 보조 패턴(2a)의 형상으로 하고 있다. 또한, 제2 주패턴(1b)에 대해서도 마찬가지로 제1 주패턴(1a) 측에 면하는 1 구획을 결락시키고, 나머지의 7구획을 갖는 보조 패턴(2b)을 제2 주패턴(1b)의 주변에 배치하고 있다.

또한, 보조 패턴의 구획을 결락시킬 시에는, 반드시 도 8에 나타낸 구획의 경계선대로 잘라낼 필요는 없고, 예를 들면 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, 적어도 해당 구획의 주요 부분을 결락시키면 된다. 결락 부분의 면적은, 예를 들면 8 구획 중 1 구획을 결락시키는 경우라면, 1 구획 분의 면적의 80% 이상과 같은 정도로, 결락시키는 구획 개수 분의 면적의 80% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 때, 2개의 주패턴 사이에는 저투광부(3)만이 개재되는 부분이 생겨 양 주패턴(1a, 1b)의 중심을 묶는 직선은 보조 패턴을 횡단하지 않는다.

이와 같이, 접근된 양 주패턴의 보조 패턴 중, 서로 면하는 구획을 결락시킨 경우에는, 형성되는 레지스트 패턴에 있어서 레지스트막 두께의 손실이 제로가 되는 등 손실을 크게 저감하여, 현저한 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 이와 같은 효과는, 도 11의 (g)의 실시예 2나, 도 11의 (h)의 실시예 3과 같이, 양 주패턴(1a, 1b)을 더욱 접근시킨 경우(홀 피치 P=8μm, P=7.5μm인 경우)에도 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 그 경우의 레지스트 패턴의 단면 구조는 도 9와 동일하게 된다.

그런데, 도 11의 (f) 내지 (i)의 실시예에서는, 상기 참고예 4 내지 8과 같은 노광 Dose를 적용하고 있음에도 불구하고, 레지스트막에 전사되는 홀 패턴의 직경이 당초의 목표 치수보다 약간 작아져 있다. 구체적으로는, 실시예 1에 대해 말하면, 당초의 목표 치수인 1.5(μm)에 대해, X－CD(X 방향의 직경)는 1.39(μm), Y－CD(Y 방향의 직경)는 1.37(μm)로 되어 있다. 이 때문에, 피전사체 상의 X－CD, Y－CD를 함께 목표 치수(1.5μm)에 근접시키기에는 홀 패턴을 형성하기 위해 상기 마스크 바이어스 β1을 0.5μm보다 크게 하는 것이 요구된다.

또한, 피전사체 상의 X－CD 및 Y－CD를 동일 목표 치수(1.5μm)로 하기 위해서는, X 방향과 Y 방향으로, 각각 적절한 마스크 바이어스 β2를 부여하는 것이 바람직하다.

여기서, 도 12에 나타낸 바와 같이, 도 11의 (f) 내지 (h)의 실시예에서, 마스크 상의 CD에 대하여, 적절한 마스크 바이어스 β2(x), β2(y)를 부여함으로써, 피전사체 상에, X－CD, 및 Y－CD가 함께 목표 치수인 1.5μm를 얻고 있다.

또한, 그 결과, 도 11의 (f) 내지 (h)의 실시예의 포토마스크의 경우, DOF(초점 심도)의 수치(24)가, 참고예 1의 바이너리 마스크(도 2의 (a))나, 참고예 2의 하프톤형 위상 시프트 마스크(도 2의 (b))보다 크고, 피전사체 상에 원하는 직경의 홀 패턴을 안정적으로 형성할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 노광에 필요한 Eop Dose는 참고예 1의 바이너리 마스크나 참고예 2의 하프톤형 위상 시프트 마스크의 경우에 비해 작기 때문에, 노광 공정을 효율적으로 실시할 수 있다.

또한, 도 11의 (f) 내지 (h)의 실시예에서는, 제1 주패턴(1a)에 부수하는 보조 패턴(2a)의 8 구획과 제2 주패턴(1b)에 부수하는 보조 패턴(2b)의 8 구획 중, 서로 면하는 1 구획을 결락시키고 있다. 즉, 1개의 주패턴(1)에 대해, 보조 패턴(2)의 구획 수를 7로 하고 있다. 한편, 양 주패턴(1a, 1b)을 더욱 접근시켜 배치하는 경우, 이미 결락시킨 구획을 중심으로 하여, 그 양 사이드에 위치하는 구획을 더욱 결락시켜도 괜찮다. 예를 들면, 도 11의 (i)의 실시예 4에서는, 제1 주패턴(1a)에 부수하는 보조 패턴(2a)의 8 구획 중, 구획 A와 그 양 사이드에 위치하는 구획 B, H를 결락시키는 것과 함께, 제2 주패턴(1b)에 부수하는 보조 패턴(2b)의 8 구획 중, 구획 E와 그 양 사이드에 위치하는 구획 D, F를 결락시키는 것에 의해, 레지스트막 두께의 손실을 제로로 하고 있다. 결과적으로, 여기에서는 1개의 주패턴(1)에 대해, 3개의 구획을 결락시킴으로써 보조 패턴(2)의 구획수를 5로 하고 있다. 또한, 서로 접근시켜 배치한 주패턴의 수는 2로 한정되지 않고, 보다 다수의 홀 형성 패턴을 접근한 거리에 배치할 수 있어 그 경우에도 상기와 같이 구획의 결락을 디자인할 수 있다.

접근하여 배치된 복수의 주패턴(각각, 적어도 다른 어느 하나와 접근하고 있음)을 포함한 패턴 군에서, 포함되는 주패턴의 수를 N으로 하고, 보조 패턴의 구획 총수를 K로 할 때,

K≤(8－1) N

으로 할 수 있다.

또한, 도 11의 (f) 내지 (i)에서는, 제1 주패턴(1a)에 대해 제2 주패턴(1b)이 X 방향(도면의 좌우 방향)에서 접근하는 경우만을 예시했지만, Y 방향에서 접근하는 경우에도 위와 같이 8 구획 중 어느 하나를 결락시킨 보조 패턴(2)를 배치할 수 있다.

또한, 제1 주패턴(1a)에 대해 제2 주패턴(1b)이 주패턴(1)의 대각선 방향에서 접근하는 경우 등, 비스듬히 접근하는 경우에도, 본 발명을 유효하게 적용 가능하다. 그 경우에도, 제1 주패턴(1a)에 부수하는 보조 패턴(2a)의 8 구획 중, 제2 주패턴(1b) 측에 면하는 적어도 1 구획을 결락시키면 된다.

또한, 제1 주패턴에 대해, 제3 주패턴, 나아가 제4 주패턴을 접근시켜 배치하는 경우에도, 위와 같이 각각의 주패턴에 부수하는 보조 패턴의 8 구획 중, 서로 면하는 측의 구획을 결락시킬 수 있다. 그 경우, 복수의 주패턴의 상대적인 배치에 의해, 7 구획의 보조 패턴을 갖는 주패턴, 5 구획의 보조 패턴을 갖는 주패턴 외에, 6 구획, 4 구획, 3 구획, 2 구획, 나아가 1 구획의 보조 패턴을 갖는 주패턴이 존재해도 괜찮다.

예를 들면, 2개의 주패턴이, 서로 1 구획씩 결락된 보조 패턴을 갖는 패턴 군, 또는 서로 3 구획씩 결락된 보조 패턴을 갖는 패턴 군으로 할 수 있다.

또는, 3개의 주패턴이, 그 배열(X 방향, Y 방향, 또는 X 및 Y 방향, 이하 마찬가지)에 의해, 각각 1 또는 2 구획 결락된 보조 패턴을 갖는 패턴 군으로 할 수 있다. 또한, 4개의 주패턴이, 그 배열에 의해, 각각 1 내지 5구획 결락된 보조 패턴을 갖는 패턴 군으로 할 수도 있다.

이하, 5, 또는 6, 또는 7개의 주패턴이, 그 배열에 의해, 각각 1 내지 6 구획 결락된 보조 패턴 군으로 하고, 또는 8개의 주패턴이, 그 배열에 의해, 각각 1 내지 7 구획 결락된 보조 패턴을 갖는 패턴 군으로 할 수도 있다.

한편, 1개의 주패턴이 갖는 보조 패턴은 다른 주패턴에 면한 측의 구획, 또는 그 양 사이드의 구획 이외에는 결락이 없는 것으로 할 수 있다.

또한, 복수의 홀 형성용 패턴의 접근 방향에 따라, 피전사체 상에 형성되는 홀 패턴의 직경이 X 방향 및 Y 방향에서 다른 수치가 되는 경우가 있다. 이것은 보조 패턴의 일부 구획의 결락에 의해 생기는 광학 이미지의 변화가 X 방향과 Y 방향에 대해 불균등하게 생긴 것에 의한다. 여기서, X 방향과 Y 방향의 불균등한 광학 이미지로의 영향을 보상하기 위해, 패턴의 묘화 데이터에 X 방향과 Y 방향에서 다른 치수의 마스크 바이어스 β2를 부여하는 것이 유용하다.

예를 들면, 상기 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, 제1 주패턴(1a)과 제2 주패턴(1b)이 X 방향으로 배열하고, 양 주패턴(1a, 1b)에 부수하는 보조 패턴(2a, 2b) 중, 서로 접하는 구획(즉, Y방향으로 연장되는 구획)을 결락시키는 경우, 제1 주패턴(1a) 및 제2 주패턴(1b)의 치수에 부여하는 마스크 바이어스 β2(μm)에 대해, X 방향의 부여량을 β2(x), Y 방향의 부여량을 β2(y)로 할 때, β2(y)＞β2(x)로 할 수 있다.

구체적으로는, 주패턴으로 보아, 보조 패턴의 결락 부분이 있는 방향(도 7의 (a)에서는 X 방향)과 수직인 방향(도 7의 (a)에서는 Y 방향)에 양의 값의 바이어스 β2(y)를 부여한다. 또한, 필요에 따라 보조 패턴의 결락 부분이 있는 방향(도 7의 (a)에서는 X 방향)에 음의 값의 바이어스 β2(x)를 부여할 수 있다.

이와 같이, 마스크 바이어스 β2를 부여한 주패턴(1a, 1b)을 포함한 포토마스크의 전사용 패턴을 도 13에 예시한다. 여기에서는, 상기 마스크 바이어스 β2를 부가한 결과, 주패턴(1a, 1b)의 X 방향의 치수가 Y 방향의 치수보다 작고, 주패턴(1a, 1b)의 형상이 세로로 긴(從長) 직사각형으로 되어 있다.

도 11의 (g)의 실시예에서는, 정사각형의 주패턴(1a, 1b)의 전사 이미지로서, 피전사체 상에 형성되는 홀 패턴이 가로로 긴(橫長) 직사각형(X－CD=1.40μm, Y－CD=1.37μm)으로 되어 있다. 이 때문에, 마스크 바이어스의 부여에 의해, 주패턴(1a, 1b)의 형상을 세로로 긴 직사각형으로 하면, 보조 패턴(2a, 2b)의 일부 구획의 결락에 기인하는 패턴 치수의 오차를 해소할 수 있다. 그 결과, 피전사체 상에, X 방향의 치수와 Y 방향의 치수가 동일한 홀 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.

따라서, 광학 시뮬레이션에 의해, 피전사체 상에 X 방향과 Y 방향의 치수가 동등하게 되기 위한, 바이어스량 β2를 X 방향, Y 방향의 각각에 대해 구하고, 이를 패턴 묘화 데이터에 반영시키면 된다.

이 때문에, 포토마스크가 갖는 전사용 패턴에 있어서, 바이어스 β2를 부여한 주패턴은 직사각형이 된다. 즉, 제1 주패턴은 접근한 위치에 있는 제2 주패턴에 면한 측에 장변을 갖는 직사각형으로 되어 있다.

상기 도 13과 같은 배열예로 말하면, 주패턴의 장변 W3(y)는 W3(y)=W1＋β2(y)가 되며, 단변 W3(x)는 W3(x)=W1＋β2(x)가 된다. 그리고, W3(x) 및 W3(y)는, 바람직하게는, 이하의 식을 충족한다.

장변에 대해서는,

0.8≤W3(y)≤4.0, 보다 바람직하게는, 1.0≤W3(y)＜3.5

단변에 대해서는,

0.8≤W3(x)≤4.0, 보다 바람직하게는, 1.0≤W3(x)≤3.0

상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 포토마스크를 표시 장치 제조용 포토마스크로서 이용하는 경우, 즉, 본 실시 형태의 포토마스크를 표시 장치 제조용 포토 레지스트와 조합하여 이용하는 경우에는, 피전사체 상에 있어 보조 패턴에 대응하는 부분의 레지스트막 두께의 손실을 큰 폭으로 저감하는 것이 가능해진다.

＜포토마스크의 제조 방법＞

다음으로, 본 발명의 실시 형태에 적용 가능한 포토마스크의 제조 방법의 일례에 대해, 도 14의 (a) 내지 (f)를 참조하여 이하에서 설명한다. 또한, 도 14의 (a) 내지 (f)에서는, 좌측에 단면도, 우측에 평면도를 나타내는 것과 함께, 간편화를 위해, 포토마스크 패턴 형상은 제1 주패턴과 그에 부수하는 보조 패턴만을 나타내고 있다.

우선, 도 14의 (a)에 나타낸 바와 같이, 포토마스크 블랭크(30)를 준비한다. 이 포토마스크 블랭크(30)에서는, 유리 등으로 이루어지는 투명 기판(10) 상에 위상 시프트막(11)과 저투광막(12)이 이 순서로 형성되어 있고, 또한 제1 포토 레지스트막(13)이 도포되어 있다.

위상 시프트막(11)은 투명 기판(10)의 주표면 상에 형성되어 있다. 위상 시프트막(11)은 i선, h선, g선 중 어느 것을 노광 광의 대표 파장으로 할 때, 그 대표 파장에 대한 투과율 T1(%)을, 바람직하게는, 20 내지 80(%), 보다 바람직하게는, 30 내지 75(%), 더욱 바람직하게는, 40 내지 75(%)로 한다. 또한, 상기 대표 파장에 대한 위상 시프트막(11)의 위상 시프트량은 대략 180도이다. 이러한 위상 시프트막(11)에 의해, 투광부로 이루어지는 주패턴과 위상 시프트부로 이루어지는 보조 패턴 사이의 투과 광의 위상차를 대략 180도로 할 수 있다. 이러한 위상 시프트막(11)은 i선 내지 g선의 파장 범위에 있는 대표 파장의 광의 위상을 대략 180도 시프트 한다. 위상 시프트막(11)의 성막 방법으로는 스패터 법 등 공지의 방법을 적용할 수 있다.

위상 시프트막(11)은 상기 투과율과 위상차를 충족하고, 또한, 이하에서 말하는대로, 습식 에칭(wet etching) 가능한 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 단, 습식 에칭 시에 생기는 사이드 에칭의 양이 너무 커지면, CD 정밀도의 열화나 언더컷에 의한 상층 막의 파괴 등의 결함이 생긴다. 이 때문에, 위상 시프트막(11)의 막 두께는 2000Å 이하로 하는 것이 좋고, 바람직하게는 300 내지 2000Å, 보다 바람직하게는 300 내지 1800Å이다.

또한, 이들 조건을 충족하기 위해서는, 위상 시프트막(11)의 재료는 노광 광에 포함되는 대표 파장(예를 들면, h선)의 굴절률이, 바람직하게는 1.5 내지 2.9이며, 보다 바람직하게는 1.8 내지 2.4이다.

또한, 위상 시프트 효과를 충분히 발휘하기 위해서는, 습식 에칭에 의한 패턴 단면(피에칭면)이 투명 기판(10)의 주표면에 대해 수직에 가까운 것이 바람직하다.

상기 성질을 고려할 때, 위상 시프트막(11)의 재료로는, Zr, Nb, Hf, Ta, Mo, Ti 중 어느 것과 Si를 포함한 재료, 또는 이들 재료의 산화물, 질화물, 산화 질화물, 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물을 포함하는 재료를 이용할 수 있다.

위상 시프트막(11) 상에는 저투광막(12)이 형성된다. 저투광막(12)의 성막 방법으로는 위상 시프트막(11)의 경우와 같이, 스패터 법 등 공지의 수단을 적용할 수 있다. 또한, 위상 시프트막(11)이 갖는, 위상 시프트량의 파장 의존성은 i선, h선, 및 g선에 대해 변동 폭이 40도 이내인 것이 바람직하다.

저투광막(12)은 실질적으로 노광 광을 투과하지 않는 차광막으로 구성할 수 있다. 또한, 이외에도, 노광 광의 대표 파장에 대해, 소정이 낮은 투과율을 갖는 막으로 저투광막(12)을 구성할 수도 있다. 본 실시 형태의 포토마스크의 제조에 이용하는 저투광막(12)은 i선 내지 g선의 파장 범위에 있는 대표 파장의 광에 대해, 위상 시프트막(11)의 투과율 T1(%)보다 낮은 투과율 T2(%)를 갖는다.

저투광막(12)이 낮은 투과율로 노광 광을 투과하는 경우에는, 노광 광에 대한 저투광막(12)의 투과율 및 위상 시프트량은 본 실시 형태의 포토마스크의 저투광부의 투과율 및 위상 시프트량을 달성할 수 있는 것인 요구된다. 바람직하게는, 위상 시프트막(11)과 저투광막(12)의 적층 상태에서, 노광 광의 대표 파장의 광에 대한 투과율 T3(%)이 T3≤20이며, 한편, 위상 시프트량 φ3이, 바람직하게는 90(도) 이하, 보다 바람직하게는 60(도) 이하이다.

저투광막(12)의 단독 성질로서는, 실질적으로 상기 대표 파장의 광을 투과하지 않는 것이거나, 또는 30(%) 미만의 투과율(T2(%))를 갖고(즉, 0＜T2＜30), 위상 시프트량(φ2)이 대략 180도인 것이 바람직하다. 대략 180도란, 120 내지 240도를 의미하는 것으로 한다. 바람직하게는, 위상 시프트량 φ2는 150 내지 210(도)이다.

저투광막(12)의 재료는 Cr 또는 그 화합물(산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 또는 산화 질화 탄화물)이어도 좋고, 또는 Mo, W, Ta, Ti를 포함한 금속의 실리사이드, 또는 그 실리사이드의 상기 화합물도 좋다. 단, 저투광막(12)의 재료는 위상 시프트막(11)과 같이 습식 에칭이 가능하고, 또한, 위상 시프트막(11)의 재료에 대해 에칭 선택성을 갖는 재료가 바람직하다. 즉, 저투광막(12)은 위상 시프트막(11)의 에칭제에 대해 내성을 갖고, 위상 시프트막(11)은 저투광막(12)의 에칭제에 대해 내성을 갖는 것이 바람직하다.

저투광막(12) 상에는 제1 포토 레지스트막(13)이 도포된다. 본 실시 형태의 포토마스크는, 바람직하게는 레이저 묘화 장치에 의해 묘화되기 때문에, 거기에 적합한 포토 레지스트로 한다. 제1 포토 레지스트막(13)을 구성하는 포토 레지스트는 포지티브형이어도 네거티브형이어도 좋지만, 이하에서는 포지티브형의 포토 레지스트로서 설명한다.

다음으로, 도 14의 (b)에 나타낸 바와 같이, 제1 포토 레지스트막(13)에 대해, 묘화 장치를 이용하여 전사용 패턴에 기초하여 묘화 데이터에 의한 묘화를 실시한다(제1 묘화). 그리고, 현상에 의해 얻어진 제1 레지스트 패턴(13p)을 마스크로 저투광막(12)을 습식 에칭함으로써, 저투광막 패턴(12p)을 형성한다. 이 단계에서, 저투광부가 되는 영역을 획정하는 것과 함께, 저투광부에 의해 둘러싸이는 보조 패턴(저투광막 패턴(12p))의 영역을 획정한다. 습식 에칭하기 위한 에칭액(웨트 에천트(wet etchant))은 사용하는 저투광막(12)의 조성에 적합한 공지의 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 저투광막(12)이 Cr을 함유하는 막이면, 웨트 에천트로서 질산제2세륨암모늄 등을 사용할 수 있다.

다음으로, 도 14의 (c)에 나타낸 바와 같이, 제1 레지스트 패턴(13p)을 박리한다. 이에 의해, 저투광막 패턴(12p)과 위상 시프트막(11)의 일부가 노출된다.

다음으로, 도 14의 (d)에 나타낸 바와 같이, 저투광막 패턴(12p)을 포함하는 전면에 제2 포토 레지스트막(14)을 도포한다.

다음으로, 도 14의 (e)에 나타낸 바와 같이, 제2 포토 레지스트막(14)에 대해 제2 묘화를 실시한 후, 현상에 의해 제2 레지스트 패턴(14p)을 형성한다. 다음으로, 제2 레지스트 패턴(14p)과 저투광막 패턴(12p)을 마스크로 하여 위상 시프트막(11)을 습식 에칭한다. 이 에칭(현상)에 의해, 투명 기판(10)의 주표면이 투광부로 노출되고, 이에 의해, 투광부로 이루어지는 주패턴의 영역을 획정한다.

또한, 제2 레지스트 패턴(14p)은 보조 패턴이 되는 영역을 덮고, 투광부로 이루어지는 주패턴의 영역에 개구를 갖는 것이다. 이 경우, 제2 레지스트 패턴(14p)의 개구 가장자리 보다 안쪽에서 저투광막 패턴(12p)의 엣지 부분이 노출되도록, 제2 묘화의 묘화 데이터에 대해 사이징(sizing)을 실시해 두는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 제1 묘화와 제2 묘화 사이에 생기는 얼라이먼트 어긋남을 흡수하고, 전사용 패턴의 CD 정밀도의 열화를 방지할 수 있다.

즉, 제2 묘화 시에 제2 레지스트 패턴(14p)의 사이징을 실시하면, 피전사체 상에 고립된 홀 패턴을 형성하고자 하는 경우, 위상 시프트막(11)과 저투광막(12)의 패터닝에 위치 어긋남이 생기지 않게 된다. 이 때문에, 도 1에 예시하는 전사용 패턴에서, 주패턴(1) 및 보조 패턴(2)의 중심을 정밀하게 일치시킬 수 있다.

위상 시프트막(11)의 에칭에 이용하는 웨트 에천트는 위상 시프트막(11)의 조성에 따라 적절하게 선택한다.

다음으로, 도 14의 (f)에 나타낸 바와 같이, 제2 레지스트 패턴(14p)을 박리한다. 이에 의해, 전사용 패턴을 구비하는 포토마스크가 완성된다. 또한, 도 14에서는 구획의 결락이 없는 정팔각형의 보조 패턴을 형성하는 경우를 나타내고 있지만, 8구획 중 어느 것을 결락시키는 경우, 도 14의 (b)에 있어서 보조 패턴의 영역을 획정할 때, 결락시키는 구획의 위치 및 크기에 따라 묘화 데이터를 변경하면 된다.

상기 포토마스크의 제조에 있어서, 위상 시프트막(11)이나 저투광막(12) 등의 광학 막을 패터닝할 때 적용 가능한 에칭에는, 드라이 에칭 또는 습식 에칭이 있다. 이들 중 어느 것을 채용해도 좋지만, 본 발명에 있어서는 습식 에칭이 특히 유리하다. 이는, 표시 장치 제조용 포토마스크는 사이즈가 비교적 크고, 더욱이 다양한 종류의 사이즈가 존재하기 때문이다. 이러한 포토마스크를 제조할 때, 진공 챔버(chamber)를 필요로 하는 드라이 에칭을 적용하면, 드라이 에칭 장치의 대형화나 제조 공정의 효율 저하를 초래하게 된다.

단, 이러한 포토마스크를 제조할 때 습식 에칭을 적용하는 것에 따른 과제도 있다. 습식 에칭은 등방성 에칭의 성질을 갖기 때문에, 소정의 막을 깊이 방향으로 에칭하여 용출시킬 때, 깊이 방향에 대해 수직인 방향에도 에칭이 진행된다. 예를 들면, 막 두께 F(nm)의 위상 시프트막(11)을 에칭하여 슬릿을 형성할 때, 에칭 마스크가 되는 레지스트 패턴의 개구는 원하는 슬릿 폭보다 2F(nm)(즉, 한쪽 F(nm))만큼 작게 하지만, 미세 폭의 슬릿이 될수록, 레지스트 패턴 개구의 치수 정밀도를 유지하기 어렵다. 이 때문에, 보조 패턴의 폭 d는 1μm 이상, 바람직하게는 1.3μm 이상으로 하는 것이 유용하다.

또한, 상기 막 두께 F(nm)가 큰 경우에는 사이드 에칭량도 커지기 때문에, 막 두께가 작더라도 대략 180도의 위상 시프트량을 갖는 막 재료를 이용하는 것이 유리하다. 이 때문에, 노광 광의 대표 파장에 대해 위상 시프트막(11)의 굴절률이 높은 것이 요구된다. 구체적으로는, 상기 대표 파장에 대한 굴절률이, 바람직하게는 1.5 내지 2.9, 보다 바람직하게는 1.8 내지 2.4인 재료를 이용하여, 위상 시프트막(11)을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명은 본 실시 형태의 포토마스크를 이용하고, 노광 장치에 의해 노광하여, 피전사체 상에 상기 전사용 패턴을 전사하는 공정을 포함하는 표시 장치의 제조 방법을 포함한다.

본 발명의 표시 장치의 제조 방법은, 우선, 본 실시 형태의 포토마스크를 준비한다. 다음으로, 개구 수(NA)가 0.08 내지 0.15이며, i선, h선, g선을 포함하는 노광 광원을 갖는 노광 장치를 사용하여 상기 전사용 패턴을 노광하고, 피전사체 상에 직경 W2가 0.8 내지 3.0(μm)인 홀 패턴을 형성한다. 노광에는 등배(等倍) 노광을 적용하는 것이 일반적이고, 유리하다.

본 실시 형태의 포토마스크를 사용하여 전사용 패턴을 전사할 때, 축소 노광을 이용해도 좋지만, 표시 장치 제조용 포토마스크에 이용하는 노광기로는 등배의 프로젝션 노광을 실시하는 방식으로서, 이하의 것이 바람직하다.

예를 들면, 광학계의 개구 수(NA)는, 0.08≤NA＜0.20, 보다 바람직하게는 0.08≤NA≤0.15, 나아가, 0.08＜NA＜0.15인 것이 바람직하다. 또한, 코히런스 팩터 σ는 0.4≤σ≤0.9, 보다 바람직하게는 0.4＜σ＜0.7, 더욱 바람직하게는 0.4＜σ＜0.6이다.

노광 광원은 i선, h선 및 g선 중 적어도 하나를 노광 광에 포함하는 광원을 이용한다. 단일 파장의 노광 광을 적용하는 경우에는, i선을 이용하는 것이 바람직하다. 한편, i선, h선, g선의 모두를 포함하는 광원(브로드 파장 광원이라고도 함)을 이용하는 것은 충분한 광량 확보라는 점에서 유용하다.

또한, 사용하는 노광 장치의 광원은 사광(斜光) 조명(윤대(輪帶) 조명 등)을 사용해도 좋지만, 사광 조명을 적용하지 않는 통상 조명을 이용하여 본 발명이 뛰어난 효과를 충분히 얻을 수 있다.

본 발명에 따른, 표시 장치 제조용 마스크를 이용한 표시 장치의 제조 방법에 있어서는, 미세한 밀집 패턴이어도 피전사체 상에 전사를 안정적으로 수행할 수 있다. 구체적으로는, DOF나 MEEF 등 제조시의 프로세스의 여유도(Process Margin)를 확보하면서, 정밀하게 홀 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 밀집 패턴을 형성함에 있어, 피전사체 상에 형성되는 레지스트 패턴의 두께를 충분히 확보할 수 있다. 이것은 표시 장치 생산에 있어서, CD 정밀도를 높이고, 안정적인 생산, 고수율 등의 산업상의 이익을 제공한다.

1(1a, 1b)…주패턴
2(2a, 2b)…보조 패턴
3…저투광부
4…투광부
5…위상 시프트부
10…투명 기판
11…위상 시프트막
12…저투광막

Claims (14)

1. 투명 기판 상에 전사용 패턴을 갖는 표시 장치 제조용 포토마스크로서,
   상기 전사용 패턴은,
   투광부로 이루어지는 주패턴,
   상기 주패턴의 주변에 배치된, 위상 시프트부로 이루어지는 보조 패턴, 및
   상기 주패턴과 상기 보조 패턴 이외의 영역에 형성된 저투광부를 포함하며,
   상기 보조 패턴은 상기 주패턴에 부수하여 상기 주패턴의 주위에 배치되고,
   상기 전사용 패턴이 포함하는 복수의 상기 주패턴 중 하나를 제1 주패턴으로 할 때, 상기 제1 주패턴과 상이한 제2 주패턴이 상기 제1 주패턴에 접근한 위치에 배치되며,
   상기 제1 주패턴에 부수하는 보조 패턴은 상기 제2 주패턴에 면하는 측에 결락을 가지고,
   상기 위상 시프트부는 상기 투명 기판 상에 위상 시프트막이 형성되어 있으며,
   상기 위상 시프트막의 굴절률은 노광 광에 포함되는 대표 파장에 있어서 1.5 내지 2.9인 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조용 포토마스크.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 주패턴의 직경을 W1로 할 때, 상기 전사용 패턴은 피전사체 상에 상기 주패턴의 전사 이미지로서 직경 W2(단, W1≥W2)의 홀 패턴을 형성하는 것인 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조용 포토마스크.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 주패턴과 상기 제2 주패턴의 배열 방향을 X 방향으로 할 때, 상기 제1 주패턴의 X 방향의 치수는 상기 X 방향과 수직인 Y 방향의 치수보다 작은 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조용 포토마스크.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전사용 패턴은, 3 이상의 상기 주패턴이 X 방향, 상기 X 방향과 수직인 Y 방향, 또는 상기 X 방향 및 상기 Y 방향으로 규칙적으로 배열된 밀집 패턴을 포함하며, 상기 밀집 패턴을 구성하는 주패턴의 각각이, 적어도 다른 주패턴에 면하는 측에 결락을 가지는 상기 보조 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조용 포토마스크.
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 위상 시프트막은 상기 노광 광의 상기 대표 파장에 대한 투과율이 20 내지 80%인 것과 함께, 상기 노광 광의 위상을 120 내지 240도 시프트시키는 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조용 포토마스크.
6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 저투광부는 상기 노광 광에 대한 광학 농도 OD가 2 이상인 차광부인 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조용 포토마스크.
7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전사용 패턴은 상기 투명 기판의 주표면상에 형성된 광학막을 패터닝하여 이루어지는 것이고, 상기 투광부는 상기 주표면이 노출되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조용 포토마스크.
8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 주패턴에 부수하는 보조 패턴은 상기 제1 주패턴에 면하는 측에 결락을 가지는 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조용 포토마스크.
9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 주패턴의 중심과 상기 제2 주패턴의 중심을 연결하는 직선은, 상기 보조 패턴을 횡단하지 않는 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조용 포토마스크.
10. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주패턴은 홀 패턴인 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조용 포토마스크.
11. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 시프트막의 막 두께는 300 내지 2000Å인 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조용 포토마스크.
12. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 주패턴과 상기 제2 주패턴의 중심 간 거리는 1.6μm 이상인 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조용 포토마스크.
13. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 주패턴과 상기 제2 주패턴의 중심 간 거리는 8.75μm 이하인 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조용 포토마스크.
14. 표시 장치의 제조 방법으로서,
    청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 포토마스크를 준비하는 공정과,
    노광 장치를 이용하여, 상기 전사용 패턴을 노광하고, 피전사체 상에 홀 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
    
    
    

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