KR102471802B1 - 포토마스크, 포토마스크 제조 방법, 및 포토마스크를 사용한 컬러 필터의 제조 방법 - Google Patents

포토마스크, 포토마스크 제조 방법, 및 포토마스크를 사용한 컬러 필터의 제조 방법 Download PDF

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KR102471802B1
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다케히로 야마다
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Abstract

이 포토마스크는, 멀티 렌즈로 이루어지는 투영 렌즈를 구비한 스캔 방식의 투영 노광에 사용하는 포토마스크로서, 상기 멀티 렌즈의 접속부 (36a) 를 포함하는 스캔 노광에 의해 전사되는 영역 (SA2) 에 존재하는 상기 포토마스크의 복수의 패턴 (Cnn) 의 선폭이, 상기 접속부 (36a) 를 포함하지 않는 스캔 노광에 의해 전사되는 영역 (SA1) 에 존재하는 상기 포토마스크의 상기 패턴 (Cnn) 과 동형의 패턴의 선폭에 대하여 보정된 선폭이다.

Description

포토마스크, 포토마스크 제조 방법, 및 포토마스크를 사용한 컬러 필터의 제조 방법
본 발명은, 포토마스크, 포토마스크 제조 방법, 및 포토마스크를 사용한 컬러 필터의 제조 방법에 관한 것이다.
본원은, 2016년 7월 21일에 일본에 출원된 특원 2016-143333호 및 2016년 12월 9일에 일본에 출원된 특원 2016-238997호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
최근, 대형 컬러 텔레비전, 노트북 PC, 휴대용 전자 기기의 증가에 수반하여, 액정 디스플레이, 특히, 컬러 액정 디스플레이 패널의 수요의 증가는 눈부신 것이 있다. 컬러 액정 디스플레이 패널에 사용되는 컬러 필터 기판은, 유리 기판 등으로 이루어지는 투명 기판 상에, 블랙 매트릭스, 적색 필터, 녹색 필터, 청색 필터 등과 같은 착색 화소, 스페이서 등이 포토마스크를 사용한 패턴 노광, 현상 등의 패터닝 처리를 실시하는 포토리소그래피 프로세스를 거쳐 형성된다.
최근에는, 컬러 액정 디스플레이 패널 자체의 대형화가 요청됨과 함께, 생산 효율의 향상도 요구되기 때문에, 사용되는 컬러 필터 기판에 관해서는, 예를 들어, 마더 유리의 사이즈를 대형화하여, 대형 디스플레이 패널용의 패턴을 다수 포함하는, 다면 부착된 대형의 컬러 필터 기판을 효율적으로 제조하는 것이 특히 중요하다.
또한, 컬러 액정 디스플레이 패널에서는, 표시 디바이스를 형성한 어레이 기판 (실리콘 기판) 상에, 착색 화소, 블랙 매트릭스, 평탄화층, 스페이서 등의 구성 요소를 형성한 어레이 기판을 사용하는 반사형 컬러 액정 표시 장치도 제안되어 있다.
이들 컬러 액정 표시 장치용의 컬러 필터 기판의 제조에 있어서는, 종래, 높은 생산성을 얻기 위해서 일괄 노광 타입의 포토마스크를 사용하여 일괄 노광 처리 방식을 채용하는 경우가 많았지만, 기판 사이즈의 추가적인 대형화에 수반하는 포토마스크의 대형화가 진행되면, 일괄 노광 타입의 포토마스크의 제조 기술 상의 곤란이 증가함과 함께 고가가 되기도 하여, 일괄 노광 처리 방식의 이와 같은 문제점이 커지고 있다. 이 때문에, 저렴하고 제조가 용이한 소사이즈의 포토마스크를 사용하여, 레지스트 (감광성 수지액) 를 도포한 유리 기판이나 실리콘 기판 상을 스캔하면서 노광하는 방식 (스캔 노광 방식) 의 개발이 진행되고 있다.
한편, 디지털 카메라 등에 내장되는 고체 촬상 소자는, 직경이 30 ㎝ 정도인 실리콘 웨이퍼의 표면에 복수의 이미지 센서를 면 부착 배치하고, 이미지 센서를 구성하는 다수의 광전 변환 소자 (CCD 혹은 CMOS) 나 배선을 웨이퍼 프로세스로 형성한다. 그리고 컬러 화상을 촬상 가능하게 하기 위해서, 상기 광전 변환 소자 상에 색 분해용의 착색 화소와 마이크로 렌즈로 이루어지는 OCF (On Chip Filter) 층을 포토리소그래피 프로세스에 의해 만들어 넣은 후, 다이싱 공정으로 웨이퍼를 재단하여 칩 (개편) 상의 고체 촬상 소자로 하는데, 상기의 스캔 노광 방식을, OCF 층을 형성하기 위한 포토리소그래피 프로세스에도 이용하기 위하여 개발이 진행되고 있다.
도 1 은 스캔 노광 방식의 투영 노광 장치의 구성을 나타내는 개념도이다 (특허문헌 1). 본 장치에서는 포토마스크 (32) 의 상부에 설치된 광원 유닛 (도시 생략) 으로부터 노광 광 (31) 을 조사하고, 패터닝된 포토마스크 (32) 를 개재하여 기판 (34) 상에 도포된 레지스트를 감광하여 블랙 매트릭스나 착색 화소, 스페이서, 마이크로 렌즈의 패턴을 형성한다. 투영 렌즈 (33) 는 기둥 형상 렌즈를 지그재그 배열시킨 멀티 렌즈로 되어 있고, 투영 렌즈 (33) 의 중심은 포토마스크 (32) 의 스캔 방향의 중심선 상에 있다. 스테이지 (35) 는 기판 (34) 을 지지하고, 포토마스크 (32) 와 동기하여 그 스캔 방향으로 이동 가능하다. 포토마스크 (32) 의 스캔 방향을 Y 방향, 이 Y 방향에 직교하고 기판 (34) 의 표면을 따르는 방향을 X 방향이라고 칭한다. 투영 렌즈 (33) 의 기둥 형상 렌즈는 Y 방향을 향하여 지그재그 배열되어 있다. 기판 (34) 의 표면에는 레지스트가 도포된다.
예를 들어 포토마스크 (32) 가 기판 (34) 의 1/4 의 크기이고, X 방향으로 2 개, Y 방향으로 2 개의 4 면 부착 스캔 노광을 실시한다고 하면, 먼저 포토마스크 (32) 의 중심은, 기판 (34) 의 표면을 4 분할한 영역 중 1 개 (1/4 의 영역) 의 중심에 일치하도록 이동하여 초기 위치를 정한다. 그 후, 포토마스크 (32) 와 기판 (34) 은 고정된 투영 렌즈 (33) 에 대하여 Y 방향으로 동시에 스캔 동작을 실시하고, 포토마스크 (32) 에 형성된 패턴을 기판 (34) 의 1/4 의 영역의 레지스트에 전사한다. 이 동작을 나머지 3 개 지점의 초기 위치에 포토마스크 (32) 가 이동하여 반복되고, 기판 (34) 전체의 레지스트에 대한 전사가 이루어진다.
상기 투영 노광 장치에서는, 투영 렌즈 (33) 를 투과하는 광의 광로에는 각 기둥 형상 렌즈의 노광 영역을 접속하기 위한 시야 조리개가 삽입되기 때문에, 투영 렌즈 (33) 의 노광 영역 (36) 은, 평면에서 보아, 도 2(a) 에서 부분적으로 나타내는 바와 같은 사다리꼴 형상의 영역이 지그재그 배열된 구성으로 되어 있다. 이웃하는 사다리꼴 형상의 영역은 서로 반대 방향으로 배치되어 있다. 따라서, 이웃하는 2 개의 기둥 형상 렌즈의 접속부 부근을 확대 도시하면, 도 2(b) 와 같이 된다. 즉, 접속부의 노광 영역은 각 기둥 형상 렌즈의 단부 (즉 사다리꼴 형상의 영역의 단부) 에서는 삼각형이 Y 방향으로 마주보는 형상이 되고, Y 방향으로 스캔함으로써, 접속부의 2 개의 렌즈를 투과한 광의 합계 광량이, X 방향의 어느 위치에 있어서도 접속부를 포함하지 않는 사각형 영역에 동등해지도록 설정되어 있다. 즉, 접속부를 포함하지 않는 사각형 영역을 투과하는 광의 광량을 100 (상대치, 도 2(b) 참조) 으로 한 경우, 접속부의 2 개의 렌즈를 투과한 광의 합계 광량도 100 이 되도록 되어 있다.
일본 공개특허공보 평11-160887호 그러나, 현실의 전사된 기판 (34) 상의 레지스트 패턴 선폭에 있어서, 광량 100 의 1 회 노광으로 형성한 선폭과, 2 회 노광으로 합계 광량 100 으로 하여 형성한 선폭에는 차이가 발생한다. 예를 들어, 네거티브 레지스트로 형성하는 경우, 도 2(c) 에 나타내는 바와 같이, 2 회 노광으로 형성되는 선폭은, 1 회 노광으로 형성되는 선폭보다 가늘어지고, 접속부의 중심 위치 (광량 50 ＋ 50 의 2 회 노광부) 에서 가장 가늘어진다. 이것은 2 회 노광에서는 2 회의 노광 사이에 시간차가 있기 때문에, 1 회 노광과 비교하여 레지스트의 광에 대한 반응성이 저하하기 때문인 것으로 생각된다. 이 문제에 대한 대책으로서, 레지스트의 고감도화 등을 실시해도 현상은 동일하고, 상기 선폭의 차이가 컬러 필터 기판 상에서 불균일이 되어 나타나, 해결하는 데에는 이르지 않았다. 또한, 네거티브 레지스트란, 노광된 부분의 현상액에 대한 용해성이 저하하여, 현상 후에 노광 부분이 남는 레지스트를 말하고, 포지티브 레지스트란, 노광된 부분의 현상액에 대한 용해성이 향상되어, 현상 후에 노광 부분이 제거되는 레지스트를 말한다. 구체적으로 상기 노광 장치로 컬러 필터 기판용의 착색 화소를 형성한 경우를 도 3 에 의해 설명한다. 즉, 레지스트의 반응성은, 도 3(a) 에 있어서 2 개의 기둥 형상 렌즈의 접속부 (36a) 의 X 방향의 중심을 향함에 따라 L1, L2, L3, ···, Ln 으로 점차 작아진다. 이 때문에, 네거티브 레지스트로 형성하는 경우, 도 3(b) 와 같이, 착색 화소의 X 방향 선폭은 C1kx, C2kx, ···Cnkx (k = 1, 2, ···n) 의 레지스트 패턴의 순서로 가늘어진다. 동일하게, Y 방향 선폭은 Ck1y, Ck2y, ···Ckny (k = 1, 2, ···n) 의 레지스트 패턴의 순서로 가늘어진다. 포지티브 레지스트로, 네거티브 레지스트의 경우의 반전 마스크로 형성하는 경우에는 상기의 순서로 선폭이 굵어진다. 또한, 도 3 의 부호 38 은, 착색 화소 패턴을 갖는 포토마스크를 나타내고, 여기서는 네거티브 레지스트용의 포토마스크이다. 즉, 각 영역 (Cnn) 이, 광 투과 영역 (개구) 이 되어 있다. 도 3 (및 후술하는 도 4) 의 부호 SA1 은, 접속부를 포함하지 않는 스캔 영역 (상기 사각형 영역만을 포함하는 스캔 영역) 을 나타내고, 부호 SA2 는, 접속부를 포함하는 스캔 영역을 나타낸다. 또한, 상기 노광 장치로 컬러 필터 기판용의 블랙 매트릭스를 형성하면 도 4 와 같이 된다. 즉, 네거티브 레지스트로 형성하는 경우, 도 4(b) 와 같이, 블랙 매트릭스의 X 방향 선폭은 bx1, bx2 ··· bxn 의 순서로 가늘어진다. 동일하게, Y 방향 선폭은 by1, by2 ··· byn 의 순서로 가늘어진다. 포지티브 레지스트로, 네거티브 레지스트인 경우의 반전 마스크로 형성하는 경우에는 상기의 순서로 선폭이 굵어진다. 또한, 도 4 의 부호 39 는, 블랙 매트릭스 패턴을 갖는 포토마스크를 나타내고, 이것은 네거티브 레지스트용의 포토마스크이다. 즉, 각 영역 (Bxn) 이, Y 방향으로 연장되는 광 투과 영역 (개구) 이고, 각 영역 (Byn) 이, X 방향으로 연장되는 광 투과 영역 (개구) 이다. 영역 (Bxn) 의 선폭이 bxn 으로 나타나고, 영역 (Byn) 의 선폭이 byn 으로 나타난다.
본 발명은, 상기의 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 스캔 노광 방식의 투영 노광에 있어서, 투영 렌즈의 접속부에서 기인하여 발생하는 선폭 이상의 문제 (네거티브 레지스트로 착색 화소나 블랙 매트릭스나 스페이서, 마이크로 렌즈를 형성하는 경우에는 선폭이 가늘어지고, 포지티브 레지스트로 형성하는 경우에는 선폭이 두꺼워진다) 를 해소하는 포토마스크, 포토마스크 제조 방법, 및 포토마스크를 사용한 컬러 필터의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 양태의 포토마스크는, 멀티 렌즈로 이루어지는 투영 렌즈를 구비한 스캔 방식의 투영 노광에 사용하는 포토마스크로서, 상기 멀티 렌즈의 접속부를 포함하는 스캔 노광에 의해 전사되는 영역에 존재하는 상기 포토마스크의 복수의 패턴의 선폭이, 상기 접속부를 포함하지 않는 스캔 노광에 의해 전사되는 영역에 존재하는 상기 포토마스크의 상기 패턴과 동형의 패턴의 선폭에 대하여 보정된 선폭이다.
본 발명의 제 2 양태의 포토마스크는, 상기 제 1 양태의 포토마스크에 있어서, 상기 복수의 패턴의 상기 보정된 선폭이, 스캔 방향과 직교하는 방향으로 상기 패턴 별로 단계적으로 변화하는 선폭이다.
본 발명의 제 3 양태의 포토마스크는, 상기 제 2 양태의 포토마스크에 있어서, 상기 복수의 패턴의 상기 보정된 선폭이, 추가로 스캔 방향으로 상기 패턴 별로 단계적으로 변화하는 선폭이다.
본 발명의 제 4 양태의 포토마스크는, 상기 제 2 또는 제 3 양태의 포토마스크에 있어서, 상기 단계적으로 변화하는 선폭이, 난수에 기초하는 보정 성분을 포함한다.
본 발명의 제 5 양태의 포토마스크는, 평면에서 보았을 때에 있어서 제 1 좌표축을 따르는 방향으로 선상으로 연장되는 제 1 광 투과부와, 상기 평면에서 보았을 때에 있어서 상기 제 1 좌표축에 교차하는 제 2 좌표축을 따르는 방향으로 선상으로 연장되는 제 2 광 투과부가 형성된 포토마스크로서, 상기 제 1 광 투과부가 일정한 제 1 선폭을 갖고, 상기 제 2 광 투과부가 일정한 제 2 선폭을 갖는, 상기 제 1 좌표축을 따르는 방향에 있어서의 제 1 영역과, 상기 제 1 광 투과부가 상기 제 1 선폭보다 넓은 제 3 선폭을 갖고, 상기 제 2 광 투과부가 상기 제 2 선폭보다 넓은 제 4 선폭을 갖는, 상기 제 1 좌표축을 따르는 방향에 있어서의 제 2 영역을 구비하고, 상기 제 1 좌표축을 따르는 방향에 있어서, 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역이 교대로 배열되어 있다.
본 발명의 제 6 양태의 포토마스크 제조 방법은, 평면에서 보았을 때에 있어서 제 1 축선을 따라 지그재그 배열된 복수의 투영 광학계에 의한 광 이미지를 사용하여, 상기 제 1 축선과 교차하는 제 2 축선을 따르는 방향으로 피노광체가 주사됨으로써 상기 피노광체가 노광되는 노광 장치에 사용하는 상기 광 이미지의 형성용의 포토마스크를 제조하는 포토마스크 제조 방법으로서, 포토마스크 형성체 상에 있어서 상기 제 1 축선에 대응하는 제 1 좌표축과 상기 제 2 축선에 대응하는 제 2 좌표축을 설정하고, 상기 피노광체 상의 노광 패턴의 형상에 맞추어, 상기 포토마스크 형성체 상에서 주사 빔을 온 오프하기 위한 묘화 데이터를 작성하는 것과, 상기 포토마스크 형성체의 표면을, 상기 노광 장치에 있어서 상기 복수의 투영 광학계 중 단독의 제 1 투영 광학계에 의한 제 1 광 이미지 또는 단독의 제 2 투영 광학계에 의한 제 2 광 이미지에 의해 상기 제 2 축선을 따르는 방향의 주사가 실시되는 단독 노광용 영역과, 상기 제 1 및 제 2 투영 광학계에 의한 상기 제 1 및 제 2 광 이미지에 의해 상기 제 2 축선을 따르는 방향의 주사가 실시되는 복합 노광용 영역으로, 구분하는 것과, 상기 주사 빔의 빔 강도 데이터를, 상기 단독 노광용 영역과 상기 복합 노광용 영역으로 나누어 설정하는 것과, 상기 포토마스크 형성체 상에 레지스트를 도포하는 것과, 상기 레지스트 상에, 상기 묘화 데이터 및 상기 빔 강도 데이터에 기초하여 구동된 상기 주사 빔을 주사하는 것을 포함한다. 또한, 상기 빔 강도 데이터는, 상기 단독 노광용 영역에서는, 제 1 빔 강도치로 설정되고, 상기 복합 노광용 영역에 있어서 상기 주사 빔을 오프하는 주사 위치에 인접하여 상기 주사 빔을 온하는 에지 주사 위치에서는, 상기 제 1 빔 강도치와 상이한 제 2 빔 강도치로 설정된다.
본 발명의 제 7 양태의 포토마스크 제조 방법은, 상기 제 6 양태의 포토마스크 제조 방법에 있어서, 상기 제 2 빔 강도치가, 상기 제 1 빔 강도치보다 높다.
본 발명의 제 8 양태의 포토마스크 제조 방법은, 상기 제 7 양태의 포토마스크 제조 방법에 있어서, 상기 빔 강도 데이터가, 상기 복합 노광용 영역에 있어서 상기 에지 주사 위치 이외의 주사 위치에서는, 상기 제 1 빔 강도치 이상 상기 제 2 빔 강도치의 최대치 이하의 제 3 빔 강도치로 설정된다.
본 발명의 제 9 양태의 포토마스크 제조 방법은, 상기 제 8 양태의 포토마스크 제조 방법에 있어서, 상기 제 3 빔 강도치가, 상기 제 1 빔 강도치와 동등하다.
본 발명의 제 10 양태의 포토마스크 제조 방법은, 상기 제 6 내지 제 9 의 어느 하나의 양태의 포토마스크 제조 방법에 있어서, 상기 제 2 빔 강도치가, 상기 에지 주사 위치에 있어서의, 상기 제 1 광 이미지에 의한 노광률을 E1 이라고 하고, 상기 제 2 광 이미지에 의한 노광률을 E2 라고 할 때, 하기 식 (1) 로 나타내는 λ 의 함수로서 설정된다.
Figure 112019003684982-pct00001
본 발명의 제 11 양태의 포토마스크 제조 방법은, 상기 제 10 양태의 포토마스크 제조 방법에 있어서, 상기 제 2 빔 강도치가, λ = 0 에서 최대치를 취하고, λ 가 0 으로부터 1 을 향함에 따라 상기 제 1 빔 강도치에 가까워진다.
본 발명의 제 12 양태의 포토마스크 제조 방법은, 상기 제 6 양태의 포토마스크 제조 방법에 있어서, 상기 제 2 빔 강도치가, 상기 제 1 빔 강도치보다 낮다.
본 발명의 제 13 양태의 포토마스크 제조 방법은, 상기 제 6 내지 제 12 의 어느 하나의 양태의 포토마스크 제조 방법에 있어서, 상기 묘화 데이터가, 상기 제 1 좌표축 및 상기 제 2 좌표축을 따라 연장되는 격자상의 영역으로 상기 주사 빔을 온하도록 설정되어 있다.
본 발명의 제 14 양태의 컬러 필터의 제조 방법은, 멀티 렌즈로 이루어지는 투영 렌즈를 구비한 스캔 방식의 투영 노광에 의한 컬러 필터의 제조 방법으로서, 상기 제 1 내지 제 4 의 어느 하나의 양태의 포토마스크를 사용하여 유리 기판 또는 실리콘 기판 상에 형성한 레지스트를 패턴 노광한다.
본 발명의 포토마스크에 의하면, 멀티 렌즈의 접속부를 포함하는 스캔 노광에 의해 전사되는 영역에 존재하는 포토마스크의 복수의 패턴의 선폭이, 접속부를 포함하지 않는 스캔 노광에 의해 전사되는 영역에 존재하는 포토마스크의 동형의 패턴의 선폭에 대하여 보정된 선폭이 되어 있기 때문에, 스캔 노광에 있어서, 투영 렌즈의 접속부에서 기인하여 발생하는 선폭 이상의 문제를 해소할 수 있다. 또한, 본 발명의 포토마스크를 사용한 제조 방법에 의해, 선폭 (치수) 균일성이 양호한 착색 화소나 블랙 매트릭스나 스페이서, 마이크로 렌즈를 제작할 수 있고, 컬러 필터 기판이나 실리콘 기판 상에서 불균일이 시인되는 경우가 없어진다.
도 1 은 스캔 노광 방식의 투영 노광 장치의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 2 는 도 1 의 투영 노광 장치에 의한 노광 상태를 나타내는 개략도이고, (a) 는 투영 렌즈를 투과한 광의 형상을 부분적으로 나타내는 평면도이고, (b) 는 상기 (a) 의 부분 확대도이고, (c) 는 스캔 노광에 의해 상기 (b) 의 영역에서 형성되는 네거티브 레지스트 패턴의 선폭의 X 방향 위치에 의한 변화를 설명하기 위한 특성도이다.
도 3 은 도 1 의 투영 노광 장치로 착색 화소를 형성했을 때의 상황을 설명하기 위해서 사용하는 평면도이고, (a) 는 투영 렌즈를 투과한 광의 형상의 부분 확대도이고, (b) 는 네거티브 레지스트용 포토마스크의 부분 확대도이다.
도 4 는 도 1 의 투영 노광 장치로 블랙 매트릭스를 형성했을 때의 상황을 설명하기 위해서 사용하는 평면도이고, (a) 는 투영 렌즈를 투과한 광의 형상의 부분 확대도이고, (b) 는 네거티브 레지스트용 포토마스크의 부분 확대도이다.
도 5 는 본 발명의 제 1 실시형태의 포토마스크로 착색 화소를 형성하기 위한 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 은 본 발명의 제 1 실시형태의 포토마스크로 블랙 매트릭스를 형성하기 위한 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은 본 발명의 제 1 실시형태의 포토마스크로 착색 화소를 형성하기 위한 마스크 패턴을 분할하여 선폭을 보정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 은 X 방향 및 Y 방향으로 각각 분할된 착색 화소의 예를 나타내는 평면도이다.
도 9 는 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 10 은 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크에 있어서의 단독 노광용 영역의 구성을 나타내는 모식적인 확대도이다.
도 11 은 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크에 있어서의 복합 노광용 영역의 구성을 나타내는 모식적인 확대도이다.
도 12 는 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크를 사용하는 노광 장치의 일례를 나타내는 모식적인 정면도이다.
도 13 은 도 12 에 있어서의 A 로부터 보았을 때의 평면도이다.
도 14 는 노광 장치에 사용되는 시야 조리개의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 15 는 노광 장치에 사용되는 시야 조리개의 다른 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 16 은 노광 장치에 의한 노광 동작에 대하여 설명하는 모식도이다.
도 17 은 노광 장치에 있어서의 실효적인 노광량에 대하여 설명하는 모식도이다.
도 18 은 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크 제조 방법에 사용되는 주사 빔의 빔 강도의 예에 대하여 설명하는 모식적인 그래프이다.
도 19 는 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크 제조 방법에 있어서의 빔 강도 데이터의 설정 방법에 대하여 설명하는 모식도이다.
도 20 은 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크 제조 방법의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 21 은 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크 제조 방법에 있어서의 빔 강도 데이터의 설정예에 대하여 설명하는 모식도이다.
도 22 는 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크 제조 방법에 있어서의 공정 설명도이다.
(제 1 실시형태)
이하, 본 발명의 포토마스크의 제 1 실시형태에 대하여, 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경을 가하는 것은 가능하다. 또한, 동일한 구성 요소에 대해서는 편의상의 이유가 없는 한 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용하는 도면은, 특징을 알기 쉽게 하기 위해서, 특징이 되는 부분을 확대하여 나타내고 있고, 각 구성 요소의 치수 비율 등은 실제와 동일하지는 않다.
또한, 본 발명의 포토마스크는, 착색 화소나 블랙 매트릭스가 형성된 컬러 필터 기판이나 실리콘 기판의 제조 방법, 및 마이크로 렌즈가 형성된 OCF 층의 제조 방법에 적용할 수 있는데, 이하, 간략화를 위하여 이들 제조 방법을 일괄하여, 컬러 필터의 제조 방법이라고 호칭한다.
이하, 특별히 언급하지 않는 한 네거티브 레지스트로 착색 화소, 및 블랙 매트릭스를 형성하는 경우에 대하여 설명한다. 네거티브 레지스트로 형성하는 경우와 포지티브 레지스트로 형성하는 경우의 차이는, 포토마스크의 개구부 (광 투과부) 와 차광부가 반전되는 것, 및 개구부의 선폭의 보정하는 내용 (네거티브 레지스트에서는 굵게 하고, 포지티브 레지스트에서는 가늘게 한다) 이다.
도 5 는, 본 발명의 포토마스크로 착색 화소를 형성하기 위한 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5(a) 는 도 3(a) 와 동등한 영역을 나타내고, 투영 렌즈를 투과한 광에 의한 노광 영역 (36) 과 차광 영역 (37) 의 평면에서 본 형상을 나타내고 있고, 레지스트의 반응성은 2 개의 기둥 형상 렌즈의 접속부의 중심에 X 방향을 향함에 따라 L1, L2, L3, ···, Ln 으로 점차 저하한다.
도 5(b) 는, 착색 화소 패턴을 갖는 본 발명의 포토마스크 (38a) 의 평면도이지만, 설명의 간략화를 위하여 도 3(b) 의 패턴 배열 중, X 방향으로 나열된 C1n, C2n, C3n, ···, Cnn 만을 나타내고 있다. C1n, C2n, ···, Cnn 은 모두 개구 패턴이고, C1n 에서는 기술한 바와 같이 상대 광량 100 의 1 회 노광으로 노광되는데, C2n, C3n, ···, Cnn 의 순서로 투과 광에 의한 레지스트의 반응성이 저하하고, X 방향 및 Y 방향의 착색 화소의 선폭이 가늘어진다. 즉, 개구 패턴 (Cnn) 이, 2 개의 기둥 형상 렌즈의 접속부의 X 방향의 중심에 대응하는 위치에 있다.
그래서 본 발명의 포토마스크에서는, C2n, C3n, ···, Cnn 의 선폭 (개구 패턴 폭) 을 이 순서로 점차 크게 보정하여 제작하여, 상기의 선폭 가늘어짐의 문제를 개선한다. 본 방법이 유효한 것은, 본 발명의 포토마스크를 사용하는 노광 장치에서는, 투영 렌즈 (33) 의 중심은, 포토마스크 (32) 의 스캔 방향의 중심선 상에 있기 때문에, 선폭 이상이 발생하는 포토마스크 상의 위치는 정해져 있기 때문이다.
즉, 멀티 렌즈 (33) 의 접속부를 포함하는 스캔 노광에 의해 전사되는 영역에 존재하는 포토마스크의 복수의 패턴의 선폭이, 상기 접속부를 포함하지 않는 스캔 노광에 의해 전사되는 영역에 존재하는 당해 포토마스크의 상기 패턴과 동형의 패턴의 선폭에 대하여 보정된 선폭이 되어 있다.
구체적으로는, C1n 의 선폭에 대하여 보정 계수를 곱한 값을 C2n 이후의 선폭으로 한다. 보정 계수의 값은, 설계 선폭에 동등한 레지스트 패턴이 얻어질 때의 C1n 의 선폭을 기준으로 한다. 즉, 이 때의 특성 곡선 (CL1) (도 2(c) 참조) 을 평활화하여 설계 선폭의 패턴을 얻기 위한 보정 곡선 (CL2) (도 5(c)) 을 작성한다. 도 5(c) 의 세로축은 C1n 의 측정 선폭을, 모든 개구 패턴이 동등할 때의 각 개구 패턴으로 형성한 레지스트 패턴의 측정 선폭으로 나눈 값을 나타낸다.
다음으로, C2n, C3n, ···, Cnn 의 X 방향의 양변의 위치로부터 상기 보정 곡선 (CL2) 에 수선 (지면 상하 방향의 선) 을 긋고, 보정 곡선 (CL2) 과의 2 개의 교점 (예를 들어 C3n 에 대해서는 δ31 과 δ32) 을 구하고, 2 교점에 있어서의 보정 계수의 평균치 (C3n 에 대해서는 δ3a. 보정 곡선 (CL2) 의 변화는 소영역에서는 직선적이기 때문에, 대략 δ31 과 δ32 의 중간치) 를 C2n, C3n, ···, Cnn 의 보정 계수로 한다 (도 5(d)). 이상에 의해, C1n 의 보정 계수는 1.0 (보정 없음) 이고, C2n, C3n, ···, Cnn 의 보정 계수는 측정 선폭의 비의 대략 역수가 되고, 보정된 개구 패턴의 선폭은 스캔 방향과 직교하는 방향 (X 방향) 으로 패턴 별로 단계적으로 변화하는 선폭이 된다. 따라서, 본 발명의 포토마스크를 사용하여 스캔 노광을 실시하면, 노광 후의 착색 화소의 선폭이 정렬되게 된다.
상기의 보정 곡선 (CL2) 은 도시의 형편 상, C2n, C3n, ···, Cnn 의 X 방향의 선폭 C2nx, C3nx, ···, Cnnx 의 보정에 대한 것이지만, Y 방향의 선폭 C2ny, C3ny, ···, Cnny 의 보정에 대해서도 유효하다. 왜냐하면, 각 화소에서의 레지스트 반응성의 비는 X 방향, Y 방향 모두 동일하기 때문에, Y 방향의 C1ny, C2ny, C3ny, ···, Cnny 의 레지스트 패턴 선폭을 측정하면 도 2(c) 의 특성 곡선 (CL1) 과 닮은꼴이 된다. 따라서, Y 방향으로 보정을 실시하기 위한 보정 곡선 (CL2) 은 X 방향의 선폭에 대한 것과 동일해지고, 각 화소의 Y 방향의 보정 계수의 값은, C2n, C3n, ···, Cnn 의 Y 방향의 위치에만 의존한다. 이와 같이 하여, 본 발명의 포토마스크에서는, 보정된 선폭은 스캔 방향으로 화소 별로 단계적으로 변화하는 선폭이 되고, 스캔 방향으로도 노광 후의 착색 화소의 선폭이 정렬되게 된다.
이상, 착색 화소를 형성하기 위한 본 발명의 포토마스크에 대하여 설명했지만, 블랙 매트릭스를 형성하기 위한 포토마스크에 대해서도 동일하다. 도 6 은, 본 발명의 포토마스크로 블랙 매트릭스를 형성하기 위한 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 착색 화소의 경우와의 차이는, 착색 화소의 경우에는 개개의 화소에 대하여 X 방향, Y 방향의 선폭 보정을 실시하지만, 블랙 매트릭스의 경우에는, X 방향으로 나열된 Bx2, Bx3, ··· Bxn 에 대해서는 X 방향의 선폭 bx2, bx3, ··· bxn 에 대하여 보정을 실시하고, Y 방향으로 나열된 By2, By3, ··· Byn (도 4(b) 참조) 에 대해서는 Y 방향의 선폭 by2, by3, ··· byn 에 대하여 보정을 실시하면 된다는 것이다.
X 방향의 Bx2, Bx3, ··· Bxn 의 경우, 양변의 위치로부터 상기 보정 곡선 (CL2) 에 수선 (지면 상하 방향의 선) 을 긋고, 보정 곡선 (CL2) 과의 2 개의 교점 (Bx3 에 대해서는δ31 과 δ32) 을 구하고, 2 교점에 있어서의 보정 계수의 평균치 (Bx3 에 대해서는 δ3a) 를 Bx2, Bx3, ··· Bxn 의 보정 계수로 한다 (도 6(d)). 이상에 의해, Bx1 의 보정 계수는 1.0 (보정 없음) 이 되고, Bx2, Bx3, ··· Bxn 의 보정 계수는 측정 선폭의 비의 대략 역수가 되기 때문에, 본 발명의 포토마스크를 사용하여 스캔 노광을 실시하면, 노광 후의 블랙 매트릭스의 선폭이 정렬되게 된다. Y 방향의 By1, By2, ··· Byn 에 대해서도 동일하다.
본 발명의 포토마스크에 있어서의 선폭의 보정 방법에서는, 1 개의 마스크 패턴을 분할하여 보정을 실시해도 된다. 도 7 은, 본 발명의 포토마스크로 착색 화소를 형성하기 위한 마스크 패턴을 분할하여 선폭을 보정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 여기서는, 도 5(b) 에 있어서의 C3n 화소를 X 방향으로 분할하는 경우를 대표적으로 나타내고 있다. 이와 같이, 1 개의 화소에 상당하는 1 개의 마스크 패턴을 n 개의 부분으로 분할하여, 각각의 영역에 대하여 보정 곡선 (CL2) 에 의해, 도 5 의 경우와 동일하게 보정 계수 δ3a1, δ3a2, ··· δ3an 을 구한다. 이에 의해, 보정에 의한 선폭의 단계적인 변화가 조금씩 이루어져 곡선에 가까워지고, 선폭 이상에 대한 대응이 보다 실제에 맞는 것이 되기 때문에, 노광 후의 착색 화소의 선폭 균일성이 더욱 개선된다.
상기의 패턴을 분할하여 보정을 실시하는 방법은, 동일하게 하여 착색 화소의 Y 방향, 및 블랙 매트릭스의 X 방향, Y 방향에 대해서도 실시할 수 있고, 선폭 균일성의 개선에 유효하다. 또한, 통상적으로 블랙 매트릭스의 치수는, 폭 방향으로는 착색 화소의 선폭보다 작고, 길이 방향으로는 착색 화소의 선폭보다 크기 때문에, 폭 방향의 분할 수에 대해서는 착색 화소보다 적고, 길이 방향의 분할 수에 대해서는 많게 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에 있어서는, 이상의 선폭 보정의 도입에 의해 투영 렌즈의 접속부에서 기인하여 발생하는 선폭 이상을 개선할 수 있다. 그러나, 투영 렌즈의 접속부에서 기인하는 선폭 이상은, 도 2(c) 의 선폭 측정치의 변동 (진동) 으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 반드시 안정적인 것은 아니다. 그래서 본 발명의 포토마스크에서는, 더욱 선폭 균일성을 향상시키기 위해서, 보정에 의해 단계적으로 변화하는 선폭에 난수에 기초하는 보정 성분을 포함하도록 할 수 있다.
그런데, 포토마스크의 제작에는 통상적으로 전자선 묘화 장치가 사용되고, 화소 패턴의 작성은 전자선 묘화 데이터의 작성에 의해 실시된다. 따라서, 상기의 보정 선폭에 대한 난수에 기초하는 보정 성분의 도입도 묘화 데이터의 변경에 의해 실시할 수 있다.
보정 선폭에 대한 난수에 기초하는 보정 성분의 도입은, 일본 공개특허공보 2011-187869호에 기재된 방법에 의해 실시할 수 있다. 일본 공개특허공보 2011-187869호에는 묘화 데이터에 대한 난수의 도입에 의한 리사이즈 (선폭 조정) 에 대하여 기재되어 있는데, 그 목적은, 묘화기 고유의 묘화 방식에 의해 발생하는 마스크 패턴의 선폭이나 위치 정밀도의 변동을 완화하는 것이다. 이에 반하여, 본 발명의 포토마스크에서는, 상기 서술한 바와 같은 투영 렌즈의 접속부에서 기인하는 선폭 이상의 불안정성에 대한 것인 점이 상이하다.
본 발명의 포토마스크에 있어서의 보정 선폭에 대한 난수에 기초하는 보정 성분의 도입은, 구체적으로는, 이미 서술한 선폭을 단계적으로 변화시키기 위해서 사용한 보정 계수를 기준으로 하여, 난수에 의해 발생시킨 제 2 보정 계수를 가감 (플러스 마이너스) 함으로써 도입할 수 있다. 일본 공개특허공보 2011-187869호에 기재된 메시 단위로는, 본 발명의 포토마스크에서는, 착색 화소의 경우, 분할이 없는 도 3(b) 의 개개의 화소로 해도 되고, 도 7 과 같이 X 방향으로, 혹은 도 8 과 같이 X 방향 및 Y 방향으로 분할한 후의 화소를 단위로 해도 된다. 블랙 매트릭스의 경우에 대해서도 동일한데, 특히 길이 방향에 대해서는 분할 후의 화소를 메시 단위로 하는 것이 유효하다.
난수에 의해 발생시키는 제 2 보정 계수의 진폭의 범위는, 실험 결과에 의해 바람직한 범위를 구하면 된다. 단, 선폭을 단계적으로 변화시키기 위해서 사용한 보정 계수를 기준으로 하여 플러스 마이너스측에 동일한 크기만큼 진폭의 범위를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 플러스 또는 마이너스가 연속된 경우에 재차 난수를 할당하는 처리를 비롯하여, 그 밖의 데이터 처리도 일본 공개특허공보 2011-187869호에 의한 방법과 동일하게 실시하면 된다.
이상과 같이 본 발명의 포토마스크에서는, 보정 계수의 도입에 의해 선폭을 단계적으로 변화시킴으로써 투영 렌즈의 접속부에서 기인하는 선폭 이상의 정상적인 성분을 개선하고, 또한 난수에 의해 발생시킨 제 2 보정 계수를 도입함으로써, 투영 렌즈의 접속부에서 기인하는 선폭 이상의 불안정한 성분을 완화할 수 있기 때문에, 투영 렌즈의 접속부에서 기인하여 발생하는 선폭 이상의 문제를 해소할 수 있다.
본 발명의 컬러 필터의 제조 방법은, 본 발명의 포토마스크를 사용하는 것 이외에는 종래의 방법에 의해 컬러 필터를 제조할 수 있다. 이에 의해, 선폭 (치수) 균일성이 양호한 착색 화소, 블랙 매트릭스, 스페이서, 마이크로 렌즈를 제작할 수 있다. 이렇게 함으로써, 컬러 필터 기판, 어레이 기판 상의 컬러 필터층이나 실리콘 기판 상에서 문제가 되고 있던 불균일이 시인되는 경우가 없어진다.
(제 2 실시형태)
본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크에 대하여 설명한다.
도 9 는, 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다. 도 10 은, 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크에 있어서의 단독 노광용 영역의 구성을 나타내는 모식적인 확대도이다. 도 11 은, 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크에 있어서의 복합 노광용 영역의 구성을 나타내는 모식적인 확대도이다.
또한, 각 도면은 모식도이기 때문에, 형상 및 치수는 확대되어 있는 경우가 있다 (이하의 도면도 동일).
도 9 에 나타내는 본 실시형태의 포토마스크 (1) 는, 복수의 투영 광학계를 사용한 등배 노광에 의한 노광 장치에 사용되는 노광용 마스크이다. 포토마스크 (1) 는, 광 투과성 기판 (2) 과, 마스크부 (3) 를 구비한다.
광 투과성 기판 (2) 은, 후술하는 노광 장치의 조명광을 투과할 수 있는 광 투과성을 갖는 적절한 기판의 사용이 가능하다. 예를 들어, 광 투과성 기판 (2) 은, 유리 기판에 의해 구성되어도 된다. 광 투과성 기판 (2) 의 외형은 특별히 한정되지 않는다. 도 9 에 나타내는 예에서는, 광 투과성 기판 (2) 의 외형은 평면에서 보아 사각형상이다.
마스크부 (3) 는, 노광 장치가 노광하는 피노광체 (예를 들어 컬러 필터를 제조하기 위한 기판) 에 투영하는 노광용 패턴이 되는 마스크 패턴 (P) 을 구비한다. 마스크 패턴 (P) 은, 예를 들어, 광 투과성 기판 (2) 상에 적층된 금속 등의 차광층이 패터닝되어 구성된다.
일반적으로는, 등배 노광의 노광 장치에 사용하는 마스크 패턴은, 피노광체에 형성하는 노광 패턴과 동일한 형상 및 크기로 하면 된다. 그러나, 본 실시형태에 있어서의 마스크 패턴 (P) 은, 장소에 따라서는, 노광 패턴의 형상 또는 크기와는 상이하다.
마스크 패턴 (P) 은, 광 투과성 기판 (2) 의 표면에 있어서, 광 투과성 기판 (2) 의 장변을 따른 y 방향과, 광 투과성 기판 (2) 의 단변을 따른 x 방향에 있어서, 2 차원적으로 형성되어 있다. 광 투과성 기판 (2) 이 평면에서 보아 정방형인 경우에는, x 방향은 광 투과성 기판 (2) 의 서로 접속된 2 변 중 일방을 따르고, y 방향은 당해 2 변 중 타방을 따르고 있다.
광 투과성 기판 (2) 상에 있어서의 마스크 패턴 (P) 의 위치를 기술하기 위해서, x 방향에는 x 좌표축 (제 1 좌표축) 이, y 방향에는 y 좌표축 (제 2 좌표축) 이 각각 설정되어 있다. 도 9 에서는, 일례로서, 광 투과성 기판 (2) 의 외형의 1 정상점을 원점 (O) 으로 하는 x 좌표축과 y 좌표축이 설정되어 있다. 단, xy 좌표계의 원점 (O) 은, 광 투과성 기판 (2) 에 있어서의 적절한 위치에 설정되어 있어도 된다.
마스크 패턴 (P) 은, 피노광체에 형성하는 노광 패턴과 동일한 형상으로 형성되는 패턴 (P1) 과, 당해 노광 패턴에 보정이 가해진 형상으로 형성되는 패턴 (P2) 으로 이루어진다.
패턴 (P1) 은, x 방향의 폭이 WS 가 되고 y 방향으로 띠상으로 연장되어 있는 단독 노광용 영역 (RS) (제 1 영역) 에 형성되어 있다.
패턴 (P2) 은, x 방향의 폭이 WC 가 되고 y 방향으로 띠상으로 연장되어 있는 복합 노광용 영역 (RC) (제 2 영역) 에 형성되어 있다.
단독 노광용 영역 (RS) 과 복합 노광용 영역 (RC) 은, x 방향에 있어서 교대로 배열되어 있다. 단독 노광용 영역 (RS) 및 복합 노광용 영역 (RC) 의 크기, 배열 피치는, 후술하는 노광 장치에 있어서의 투영 광학계의 구성에 따라 적절히 설정된다.
이하에서는, WS, WC (단, WC ＜ WS) 는, 각각 일정치인 경우의 예로 설명한다. 이 때문에, x 방향에 있어서의 단독 노광용 영역 (RS) 및 복합 노광용 영역 (RC) 의 배열 피치는, 모두 WS ＋ WC 이다.
마스크 패턴 (P) 의 구체적인 형상은, 노광 패턴에 필요한 적절한 형상이다.
이하에서는, 마스크 패턴 (P) 의 일례로서, 노광 장치의 조명광이 투과하는 광 투과부의 평면에서 본 형상이 사각형 격자인 경우의 예로 설명한다. 이와 같은 사각형 격자상의 노광 패턴은, 예를 들어, 액정 장치에 있어서의 컬러 필터에 사용되는 블랙 매트릭스 (BM) 를 형성하기 위해서 이용되어도 된다.
도 10 에 단독 노광용 영역 (RS) 에 있어서의 패턴 (P1) 의 확대도를 나타낸다.
패턴 (P1) 은, 평면에서 보아 사각형상의 차광부 (3b) 가, x 방향 및 y 방향에 있어서 사각형 격자상으로 배열되어 있다. 예를 들어, 차광부 (3b) 의 배열 피치는, x 방향에서는 Px, y 방향에서는 Py 이다. 예를 들어, 포토마스크 (1) 가 BM 형성용인 경우에는, 피치 (Px (Py)) 는, x 방향 (y 방향) 에 있어서의 서브 화소의 배열 피치에 일치하고 있다.
각 차광부 (3b) 의 사이에는, 광 투과성 기판 (2) 의 표면이 노출된 광 투과부 (3a) 가 형성되어 있다. 광 투과부 (3a) 는, x 방향으로 연장되는 제 1 선상부 (3ax) (제 1 광 투과부) 와, y 방향으로 연장되는 제 2 선상부 (3ay) (제 2 광 투과부) 로 나뉜다. 즉, 광 투과부 (3a) 는, 제 1 선상부 (3ax) 와 제 2 선상부 (3ay) 를 가지고 있다.
본 실시형태에 있어서의 단독 노광용 영역 (RS) 에 있어서는, 제 1 선상부 (3ax) 는, 일정한 선폭 (L1y) (제 1 선폭, y 방향의 선폭) 을 갖는다. 제 2 선상부 (3ay) 는, 일정한 선폭 (L1x) (제 2 선폭, x 방향의 선폭) 이다. 예를 들어, 포토마스크 (1) 가 BM 형성용인 경우에는, 선폭 (L1y, L1x) 은, 각각, y 방향, x 방향에 있어서의 BM 의 선폭과 동등하다.
도 11 에 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서의 패턴 (P2) 의 확대도를 나타낸다.
패턴 (P2) 은, 패턴 (P1) 과 동일하게, 평면에서 보아 사각형상의 차광부 (3b) 가, x 방향 및 y 방향에 있어서 사각형 격자상으로 배열되어 있다. 예를 들어, 차광부 (3b) 의 배열 피치는, x 방향에서는 Px, y 방향에서는 Py 이다. 단, 패턴 (P2) 에서는, 차광부 (3b) 의 크기는 패턴 (P1) 에 있어서의 크기와는 상이하다. 도 11 에서는, 대비를 위하여 단독 노광용 영역 (RS) (패턴 (P1)) 에 있어서의 차광부 (3b) 의 형상이 2 점 쇄선으로 나타나 있다.
이 때문에, 패턴 (P2) 에서는, 광 투과부 (3a) 에 있어서의 제 1 선상부 (3ax), 제 2 선상부 (3ay) 의 선폭이, 패턴 (P1) 에 있어서의 선폭과는 상이하다.
복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서는, 제 1 선상부 (3ax) 는, x 방향으로 변화하는 선폭 (L2y (x)) (제 3 선폭) 을 갖는다. 제 2 선상부 (3ay) 는, x 방향으로 변화하는 선폭 (L2x (x)) (제 4 선폭) 을 갖는다. 여기서, (x) 는, 선폭이 위치 (x) 의 함수인 것을 나타내고 있다.
본 실시형태에서는, 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서의 노광량의 저하를 보정하기 위해서, L2y (x) ＞ L1y, L2x (x) ＞ L1x 의 관계가 있다.
L2y (x), L2x (x) 의 구체적인 변화에 대해서는, 포토마스크 (1) 를 사용하는 노광 장치에 대하여 설명한 후에 설명한다.
다음으로, 포토마스크 (1) 를 노광용 마스크로서 사용하는 노광 장치에 대하여 설명한다.
도 12 는, 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크를 사용하는 노광 장치의 일례를 나타내는 모식적인 정면도이다. 도 13 은, 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크를 사용하는 노광 장치의 일례를 나타내는 모식적인 평면도로서, 도 12 에 있어서의 A 로부터 보았을 때의 평면도이다. 도 14 는, 노광 장치에 사용되는 시야 조리개의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다. 도 15 는, 노광 장치에 사용되는 시야 조리개의 다른 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 12 및 도 13 에 나타내는 바와 같이, 노광 장치 (50) 는, 베이스 (51), 상기 서술한 본 실시형태의 포토마스크 (1), 조명 광원 (52), 시야 조리개 (53), 및 투영 광학 유닛 (55) 을 구비한다.
베이스 (51) 는, 피노광체 (60) 를 재치 (載置) 하기 위해서, 수평면에 평행 그리고 평탄한 상면 (51a) 을 가지고 있다. 베이스 (51) 는, 구동 장치 (도시 생략. 이하도 동일) 에 의해 수평 방향 중 도시 Y 방향 (도시 왼쪽으로부터 오른쪽을 향하는 방향) 으로 연장되는 축선 (O51) (제 2 축선) 을 따르는 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 구동 장치는, 도시 2 점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 베이스 (51) 를 Y 방향에 있어서의 이동 한도까지 이동한 후, 베이스 (51) 를 Y 방향과 반대로 이동하여 이동 개시 위치로 되돌릴 수도 있다.
베이스 (51) 는, 도시 생략의 구동 장치에 의해, 수평면에 있어서 Y 방향에 직교하는 X 방향 (도 12 에 있어서의 지면 안쪽으로부터 앞쪽을 향하는 방향) 으로 이동할 수 있도록 구성되어도 된다.
피노광체 (60) 에는, 노광 장치 (50) 에 의해, 포토마스크 (1) 의 마스크 패턴 (P) 의 광 이미지에 기초한 노광 패턴이 노광된다. 도 13 에 나타내는 바와 같이, 피노광체 (60) 는, 상면 (51a) 보다 평면에서 보아 작고, 포토마스크 (1) 이하의 크기의 사각형 판상으로 형성되어 있다. 피노광체 (60) 는, 그 길이 방향이 Y 방향을 따르도록, 상면 (51a) 상에 재치된다.
피노광체 (60) 는, 적절한 기판 상에, 포토리소그래피를 실시하기 위한 감광성의 레지스트가 도포되어 구성된다. 이 레지스트는, 네거티브 레지스트여도 되고, 포지티브 레지스트여도 된다.
노광 장치 (50) 에 있어서, 포토마스크 (1) 는, 베이스 (51) 에 재치된 피노광체 (60) 와 대향하는 위치에 배치된다. 포토마스크 (1) 의 지지부 (도시 생략) 는, 베이스 (51) 의 상면 (51a) 과 일정한 간격을 유지하고, 베이스 (51) 와 동기한 이동이 가능하다.
노광 장치 (50) 에 있어서의 포토마스크 (1) 는, y 좌표축의 정 (正) 방향이 Y 방향과 반대 방향이 되고, x 좌표축이 X 방향을 따르도록 배치된다.
조명 광원 (52) 은, 피노광체 (60) 를 노광하기 위해서, 피노광체 (60) 상의 레지스트를 감광시키는 파장을 갖는 조명광을 발생한다. 조명 광원 (52) 은, 포토마스크 (1) 의 이동 영역의 상방에 있어서 도시 생략의 지지 부재에 의해 고정 지지되어 있다. 조명 광원 (52) 은, 연직 하방으로 조명광을 조사한다.
시야 조리개 (53) 는, 조명 광원 (52) 과, 포토마스크 (1) 의 이동 영역 사이에 배치된다. 시야 조리개 (53) 는, 도시 생략의 지지 부재에 의해 고정 지지되어 있다. 시야 조리개 (53) 는, 조명 광원 (52) 이 조사하는 조명 광을 정형하면서, 조명 광을 복수의 조명 영역으로 분할한다.
도 14 에 나타내는 바와 같이, 시야 조리개 (53) 는, X 방향으로 w1 ＋ w2 (단, w1 ＜ w2) 의 피치로 배열된 복수의 제 1 개구부 (53A) 와, Y 방향으로 거리 (Δ) (단 Δ ＞ h/2, h 의 내용은 후술한다) 만큼 평행하게 어긋난 축선 상에서 X 방향으로 w1 ＋ w2 의 피치로 배열된 복수의 제 2 개구부 (53B) 를 갖는다.
제 1 개구부 (53A) 의 평면에서 본 형상은, 꼭지각이 직각이 아닌 등각 사다리꼴이다. 제 1 개구부 (53A) 는, 제 1 변 (53a), 제 2 변 (53b), 제 3 변 (53c), 및 제 4 변 (53d) 으로 구성된다.
제 1 변 (53a) 은 등각 사다리꼴의 상바닥이고, 제 2 변 (53b) 은 등각 사다리꼴의 하바닥이다. 제 1 변 (53a), 제 2 변 (53b) 의 길이는 각각 w1, w2 이다. 제 1 변 (53a), 제 2 변 (53b) 은, Y 방향에 있어서 거리 (h) 만큼 떨어져 있는 평행선이다 (이하, 거리 (h) 를 개구 폭 (h) 이라고 칭하는 경우가 있다). 제 3 변 (53c), 제 4 변 (53d) 은, X 방향에 있어서 이 순서로 배치된 등각 사다리꼴의 레그이다. 제 1 개구부 (53A) 에 있어서의 제 3 변 (53c) 과 제 4 변 (53d) 의 간격은, Y 방향을 향함에 따라 점차 감소하고 있다.
제 2 개구부 (53B) 의 평면에서 본 형상은, 평면에서 보았을 때에 있어서 제 1 개구부 (53A) 를 180°회전한 형상이다. 즉, 제 2 개구부 (53B) 도, 제 1 변 (53a), 제 2 변 (53b), 제 3 변 (53c), 및 제 4 변 (53d) 으로 구성되고, 제 2 개구부 (53B) 에 있어서의 제 3 변 (53c) 과 제 4 변 (53d) 의 간격은, Y 방향을 향함에 따라 점차 확대하고 있다. X 방향에 있어서의 제 2 개구부 (53B) 의 위치는, 제 1 개구부 (53A) 에 대하여 (w1 ＋ w2)/2 만큼 어긋나 있다. 이 때문에, 제 2 개구부 (53B) 는, 2 개의 제 1 개구부 (53A) 사이의 중간점에 Y 방향으로 대향하는 위치에 배치되어 있다.
이와 같은 배치에 의해, 제 1 개구부 (53A) 및 제 2 개구부 (53B) 는, X 방향을 따른 축선 (O53) (제 1 축선, X 방향) 을 따라 지그재그 배열되어 있다.
Y 방향으로부터 보면, 제 1 개구부 (53A) 및 제 2 개구부 (53B) 에 있어서의 제 3 변 (53c) 끼리와, 제 4 변 (53d) 끼리는 서로 겹쳐 있다. Y 방향으로부터 보면, 제 1 개구부 (53A) 의 제 1 변 (53a) (또는 제 2 변 (53b)) 과 제 2 개구부 (53B) 의 제 2 변 (53b) (또는 제 1 변 (53a)) 에 있어서의 단부는 동일한 위치에 있다.
시야 조리개 (53) 에 있어서의 제 1 개구부 (53A) 및 제 2 개구부 (53B) 의 형상, 크기 및 배치는, 후술하는 투영 광학 유닛 (55) 의 배열 등에 따라, 적절히 조정하면 된다. 이하에, 제 1 개구부 (53A) 및 제 2 개구부 (53B) 에 관한 구체적인 치수예를 나타낸다.
(w2 - w1)/2 는, 예를 들어, 14 ㎜ 이상 18 ㎜ 이하가 되어도 된다. h 는, 예를 들어, 25 ㎜ 이상 45 ㎜ 이하가 되어도 된다. (w1 ＋ w2)/2 는, 예를 들어, 95 ㎜ 이상 100 ㎜ 이하가 되어도 된다. 거리 (Δ) 는, 예를 들어, 200 ㎜ 이상 300 ㎜ 이하가 되어도 된다.
노광 장치 (50) 에 있어서의 시야 조리개 (53) 는, 예를 들어, 도 15 에 나타내는 시야 조리개 (54) 로 치환되어도 된다.
시야 조리개 (54) 는, X 방향으로 2w3 의 피치로 배열된 복수의 제 1 개구부 (54A) 와, Y 방향으로 거리 (Δ) 만큼 평행하게 어긋난 축선 상에서 X 방향으로 2w2 의 피치로 배열된 복수의 제 2 개구부 (54B) 를 갖는다.
제 1 개구부 (54A) 의 평면에서 본 형상은, 꼭지각이 직각이 아닌 평행 사변형이다. 제 1 개구부 (54A) 는, 제 1 변 (54a), 제 2 변 (54b), 제 3 변 (54c), 및 제 4 변 (54d) 으로 구성된다. 제 1 변 (54a) 및 제 2 변 (54b) 은, Y 방향에 있어서의 대변이다. 제 3 변 (54c) 및 제 4 변 (54d) 은, X 방향에 있어서의 대변이다. 제 1 변 (53a) 및 제 2 변 (53b) 의 길이는 각각 w3 이다. 제 2 변 (54b) 과 제 3 변 (54c) 사이의 각도 (즉, 제 1 변 (54a) 과 제 4 변 (54d) 사이의 각도) 는 예각이고, 이 각도를 θ 라고 하면, 제 3 변 (53c) 및 제 4 변 (53d) 의 각 길이에 cosθ 를 곱한 값이, w4 (단, w4 ＜ w3) 이다.
제 2 개구부 (54B) 의 평면에서 본 형상은, 제 1 개구부 (54A) 와 동일하다. X 방향에 있어서의 제 2 개구부 (54B) 의 위치는, 제 1 개구부 (54A) 에 대하여 w3 만큼 어긋나 있다. 이 때문에, 제 2 개구부 (54B) 는, 2 개의 제 1 개구부 (54A) 사이의 중간점에 Y 방향으로 대향하는 위치에 배치되어 있다.
이와 같은 배치에 의해, 제 1 개구부 (54A) 및 제 2 개구부 (54B) 는, X 방향을 따른 축선 (O54) (제 1 축선) 을 따라 지그재그 배열되어 있다.
Y 방향으로부터 보면, 제 1 개구부 (54A) 에 있어서의 제 3 변 (54c) 과 제 2 개구부 (54B) 에 있어서의 제 4 변 (54d) 은 서로 겹쳐 있고, 제 1 개구부 (54A) 에 있어서의 제 4 변 (54d) 과 제 2 개구부 (54B) 에 있어서의 제 3 변 (54c) 은 서로 겹쳐 있다. Y 방향으로부터 보면, 제 1 개구부 (54A) 의 제 1 변 (54a) (또는 제 2 변 (54b)) 과 제 2 개구부 (54B) 의 제 1 변 (54a) (또는 제 2 변 (54b)) 에 있어서의 단부는 동일한 위치에 있다.
도 12 에 나타내는 바와 같이, 투영 광학 유닛 (55) 은, 베이스 (51) 상의 피노광체 (60) 보다 상방이고, 또한 시야 조리개 (53 (54)) 와의 사이에 포토마스크 (1) 의 이동 영역을 사이에 두고 대향하도록 배치되어 있다. 투영 광학 유닛 (55) 은, 도시 생략의 지지 부재에 의해 고정 지지되어 있다.
도 13 에 나타내는 바와 같이, 투영 광학 유닛 (55) 은, 축선 (O53) 을 따라 지그재그 배열된 복수의 제 1 투영 광학계 (55A) (투영 광학계) 와, 복수의 제 2 투영 광학계 (55B) (투영 광학계) 를 구비한다.
제 1 투영 광학계 (55A) 및 제 2 투영 광학계 (55B) 는, 모두 물체 이미지를 이미지면 (像面) 에 정립 등배 이미지로서 결상하는 결상 광학계이다. 제 1 투영 광학계 (55A) 및 제 2 투영 광학계 (55B) 의 각각은, 포토마스크 (1) 의 마스크 패턴 (P) 과 레지스트가 도포된 피노광체 (60) 의 상면을 서로 공액의 위치 관계로 하는 위치에 배치된다.
도 14 에 나타내는 바와 같이, 제 1 투영 광학계 (55A) 는, 제 1 개구부 (53A) 의 이미지를 피노광체 (60) 에 투영할 수 있도록, 제 1 개구부 (53A) 의 하방에 배치되어 있다. 제 2 투영 광학계 (55B) 는, 제 2 개구부 (53B) 의 이미지를 피노광체 (60) 에 투영할 수 있도록, 제 2 개구부 (53B) 의 하방에 배치되어 있다.
이와 같은 위치 관계에 제 1 투영 광학계 (55A) 및 제 2 투영 광학계 (55B) 가 배치되는 것으로부터, 제 1 개구부 (53A) 및 제 2 개구부 (53B) 사이의 간격은, 제 1 투영 광학계 (55A) 및 제 2 투영 광학계 (55B) 가 서로 간섭하지 않도록, 양자 사이에 어느 정도의 거리를 확보할 필요가 있다. 이 때문에, 제 1 개구부 (53A) 와 제 2 개구부 (53B) 의 y 방향에 있어서의 거리 (Δ) 는, 예를 들어, Y 방향의 개구 폭 (h) 의 6 배 내지 8 배 정도와 같은 큰 값이 된다.
도 15 에 나타내는 바와 같이, 시야 조리개 (53) 대신에 시야 조리개 (54) 가 사용되는 경우에는, 제 1 투영 광학계 (55A) 는, 제 1 개구부 (54A) 의 이미지를 피노광체 (60) 에 투영할 수 있도록, 제 1 개구부 (54A) 의 하방에 배치되어 있다. 제 2 투영 광학계 (55B) 는, 제 2 개구부 (54B) 의 이미지를 피노광체 (60) 에 투영할 수 있도록, 제 2 개구부 (54B) 의 하방에 배치되어 있다.
여기서, 노광 장치 (50) 에 의한 노광 동작에 대하여 설명한다.
도 16 은, 노광 장치에 의한 노광 동작에 대하여 설명하는 모식도이다. 도 17(a), 17(b) 는, 노광 장치에 있어서의 실효적인 노광량에 대하여 설명하는 모식도이다. 도 17(b) 의 그래프의 가로축은 x 방향의 위치, 세로축은 후술하는 실효적인 노광량을 나타낸다.
도 16 에는, 투영 광학 유닛 (55) 의 하방에 배치된 피노광체 (60) 의 선단부의 일부를 확대하여 나타내고 있다. 이 때, 도 16 의 도시에는 나타나지 않지만, 시야 조리개 (53) 와 투영 광학 유닛 (55) 사이에는, 피노광체 (60) 와 대향하도록, 포토마스크 (1) 가 이동되어 있다.
조명 광원 (52) 이 점등되면, 시야 조리개 (53) 의 각 제 1 개구부 (53A), 각 제 2 개구부 (53B) 를 투과한 조명광이, 포토마스크 (1) 에 조사된다.
포토마스크 (1) 에 있어서의 광 투과부 (3a) 를 투과한 광 중, 제 1 개구부 (53A) 를 통과한 광은 제 1 투영 광학계 (55A) 에 의해, 제 2 개구부 (53B) 를 통과한 광은 제 2 투영 광학계 (55B) 에 의해, 각각 피노광체 (60) 에 등배 투영된다.
이 결과, 도 16 에 나타내는 바와 같이, 피노광체 (60) 상에는, 제 1 개구부 (53A) 를 통과한 광의 광 이미지인 제 1 광 이미지 (63A) 와, 제 2 개구부 (53B) 를 통과한 광의 광 이미지인 제 2 광 이미지 (63B) 가 투영된다. 제 1 광 이미지 (63A) 및 제 2 광 이미지 (63B) 에는, 마스크 패턴 (P) 등의 물체 이미지에 대응하는 휘도 분포가 형성된다. 단, 도 16 에서는 간단함을 위하여 휘도 분포의 도시는 생략되어 있다.
제 1 광 이미지 (63A) 및 제 2 광 이미지 (63B) 는, 제 1 개구부 (53A) 및 제 2 개구부 (53B) 와 동일하게, 피노광체 (60) 상에 있어서, x 좌표축에 평행한 축선 (O63) 을 따라 지그재그 배열된다.
베이스 (51) 가 Y 방향으로 이동하면, 도시 사선으로 나타내는 바와 같이, 각 제 1 광 이미지 (63A) 및 각 제 2 광 이미지 (63B) 는, 폭 (w2) 의 띠상의 영역을 쓰게 된다. 이 때문에, 각 제 1 광 이미지 (63A) 및 각 제 2 광 이미지 (63B) 는, 피노광체 (60) 상을 y 방향으로 주사한다.
단, 제 1 개구부 (53A) 및 제 2 개구부 (53B) 는 Y 방향에 있어서 거리 (Δ) 만큼 어긋나 있다. 이 때문에, 제 1 광 이미지 (63A) 와 제 2 광 이미지 (63B) 가 동시에 쓰는 영역은, x 방향에 있어서 거리 (w1 ＋ w2)/2 만큼 어긋남과 함께, y 방향에 있어서 거리 (Δ) 만큼 어긋나 있다.
베이스 (51) 의 이동 속도를 v 라고 하면, 제 2 광 이미지 (63B) 는, 시간차 (T) = Δ／v 만큼 늦어져, 선행하여 제 1 광 이미지 (63A) 가 주사한 영역과 y 방향으로 동일한 위치의 다른 영역에 도달한다.
예를 들어, 주사가 개시된 시각 (t0) 이라고 하면, 제 2 광 이미지 (63B) 는, 시각 (t0) 에 있어서의 제 1 광 이미지 (63A) 와 y 방향으로 동일한 위치에, 시각 (t1) = t0 ＋ T 에 있어서 도달한다. 이 때, 제 2 광 이미지 (63B) 는, 시각 (t0) 에 있어서 결상된 서로 x 방향으로 이웃하는 제 1 광 이미지 (63A) 사이에 정확하게 끼워넣는다.
즉, 시각 (t0) 에서는, 제 1 광 이미지 (63A) 가 나열되는 x 방향의 영역은, 제 1 광 이미지 (63A) 에 의해, 간격을 두고 노광될 뿐이지만, 시각 (t1) 에 있어서는, 동영역의 비노광부가, 제 2 광 이미지 (63B) 에 의해 노광된다. 이에 의해, x 방향으로 연장되는 상기 영역은, 시간차 (T) 를 두고, 간극 없이 띠상으로 노광된다. 제 1 광 이미지 (63A) 에 있어서의 등각 사다리꼴의 레그와 제 2 광 이미지 (63B) 에 있어서의 등각 사다리꼴의 레그는, 각각에 의한 노광 영역의 이음매의 경계를 구성하고 있다.
평면에서 보았을 때에 있어서 포토마스크 (1) 에 있어서의 마스크부 (3) 는, 시각 (t0) 에 있어서의 제 1 개구부 (53A) 의 제 2 변 (53b) 보다 Y 방향의 반대 방향측에 위치한다. 도 16 에서는, 일례로서, 시각 (t0) 에 있어서, 마스크부 (3) 의 y 방향에 있어서의 선단이 제 1 개구부 (53A) 의 제 2 변 (53b) 과 동위치에 있는 경우가 도시되어 있다. 이 때문에, 시각 (t0) 에 있어서, 제 1 광 이미지 (63A) 에 있어서의 등각 사다리꼴의 하바닥이, 마스크부 (3) 의 끝에 위치하고 있다.
주사에 의해 제 1 광 이미지 (63A) 가 쓰는 영역에서는, 시각 (t0) 이후의 주사에 의해, 포토마스크 (1) 의 마스크 패턴 (P) 이 피노광체 (60) 상에 결상되어 간다. 마스크 패턴 (P) 의 노광 시간은, 제 1 개구부 (53A) 에 있어서의 Y 방향의 개구 폭 (h) 을 속도 (v) 로 나눈 시간이다. 제 1 개구부 (53A) 의 제 1 변 (53a) 과 제 2 변 (53b) 으로 끼워진 사각 형상 영역에서는, 노광 시간 (tf) 은 h/v 이다. 이하에서는, 노광 시간 (tf) 을 풀 노광 시간이라고 한다.
그런데, 제 1 개구부 (53A) 의, 제 3 변 (53c) 과 제 2 변 (53b) 으로 끼워진 삼각형 영역 및 제 4 변 (53d) 과 제 2 변 (53b) 으로 끼워진 삼각형 영역에서는, x 방향에 있어서의 노광 시간이 0 내지 풀 노광 시간의 사이에서 선형으로 변화한다.
동일하게, 주사에 의해 제 2 광 이미지 (63B) 가 쓰는 영역에서는, 시간차 (T) 만큼 늦어져, 제 1 광 이미지 (63A) 에 의한 것과 동일한 노광이 실시된다. 이 때문에, 제 2 광 이미지 (63B) 가 쓰는 영역은, 풀 노광 시간 (tf) 으로 노광되는 영역과, 풀 노광 시간 (tf) 미만으로 노광되는 영역으로 나뉜다.
풀 노광 시간 (tf) 미만으로 노광되는 영역은, 시각 (t0) 에 있어서의 제 1 광 이미지 (63A) 와 시각 (t1) 에 있어서의 제 2 광 이미지 (63B) 의 이음매에 관련되는 노광 영역이다.
본 실시형태에 있어서는, 제 1 광 이미지 (63A) 및 제 2 광 이미지 (63B) 에 의해 풀 노광 시간 (tf) 으로 노광되는 영역은 서로 떨어져 있고, 각각 폭 (w1) 으로 y 방향으로 연장되는 띠상의 단독 노광 영역 (AS) 을 구성한다.
이에 반하여, 이웃하는 단독 노광 영역 (AS) 사이의 영역의 폭 (x 방향의 폭) 은 (w2 - w1)/2 로 나타내고, 이 영역은, 제 1 광 이미지 (63A) 에 의해 풀 노광 시간 (tf) 미만으로 노광됨과 함께, 제 2 광 이미지 (63B) 에 의해 풀 노광 시간 (tf) 미만으로 노광되는 복합 노광 영역 (AC) 을 구성한다.
복합 노광 영역 (AC) 에 있어서의 x 방향의 각 위치에 있어서의 노광 시간은, 제 1 광 이미지 (63A) 와 제 2 광 이미지 (63B) 의 노광 비율이 상이할 뿐이고, 양자의 합계의 노광 시간은 모두 동등하다.
이 때문에, 단독 노광 영역 (AS) 에 있어서의 노광량과, 복합 노광 영역 (AC) 에 있어서의 노광량은, 제 1 광 이미지 (63A) 및 제 2 광 이미지 (63B) 에 있어서의 조명광 강도가 동일하면, 서로 동등해진다.
그러나, 본 발명자의 관찰에 의하면, 예를 들어 피노광체 (60) 상에 포지티브 레지스트가 도포되는 경우, 피노광체 (60) 상에 있어서 단독 노광 영역 (AS) 에 형성되는 노광 패턴에 비하면, 복합 노광 영역 (AC) 에 형성되는 노광 패턴은, 현상 및 에칭 후의 광 투과부 (피노광체 (60) 의 표면이 노출되는 부분) 의 선폭이 약간 좁아지는 경향이 있다.
복합 노광 영역 (AC) 은, 일정폭으로 y 방향으로 연장되고, 또한 x 방향으로 등피치로 형성되기 때문에, 선폭의 변화가 노광 패턴에 있어서의 띠상의 농도 불균일로서 시인되기 쉬워져 있다.
예를 들어, 노광 장치 (50) 에 의해 BM 형성용의 포토마스크를 형성하면, 서브 화소의 개구의 크기의 불균일이 되기 때문에, 규칙적인 색 불균일이 시인되기 쉬운 액정 장치가 형성되게 될 가능성이 있다.
노광 시간이 동일해도 선폭이 상이한 이유는, 반드시 명확하지 않지만, 시간차 (T) 의 영향을 생각할 수 있다.
레지스트 (포지티브 레지스트) 는, 노광되면 광 화학 반응이 진행되는 결과, 현상액에 의해 제거 가능해진다. 그런데, 레지스트의 광 화학 반응은, 반응의 상승에는 어느 정도 시간을 필요로 한다. 한편, 노광이 중단되면 급속히 반응이 정지하고, 시작된 광 반응이 초기 상태로 돌아가게 된다.
이 결과, 연속 노광보다 단속적인 노광이, 실효적인 노광 시간이 짧아지기 때문에, 노광량이 저하한 것과 동일한 효과가 발생하는 것으로 생각된다.
이 때문에, 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서 레지스트의 정미 (正味) 의 감광에 사용되는 실효적인 노광량은, 동일한 광량이면, 제 1 광 이미지 (63A) 와 제 2 광 이미지 (63B) 에 의한 노광 시간의 비율로 정해지는 것으로 생각된다.
도 17(a) 에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 예를 들어, 제 1 광 이미지 (63A) 가 주사하는 단독 노광 영역 (AS1) 과, 제 2 광 이미지 (63B) 가 주사하는 단독 노광 영역 (AS2) 에 끼워진 복합 노광 영역 (AC) 에서는, 제 1 광 이미지 (63A) 에 의한 노광 시간과, 제 2 광 이미지 (63B) 에 의한 노광 시간이 x 방향을 따라 선형으로 변화한다.
예를 들어, 점 (p1) 로 나타내는 위치는, 단독 노광 영역 (AS1) 과의 경계 위치이기 때문에, 이 위치에서의 전체 노광 시간에 대한, 제 1 광 이미지 (63A) 에 의한 노광 시간의 비율이 100 ％, 제 2 광 이미지 (63B) 에 의한 노광 시간의 비율이 0 ％ 이다.
도 17(a) 에 나타낸 각 점에 있어서의 노광 시간의 비율 (％) 을, pn [tA, tB] 와 같이 나타내면, 예를 들어, p1 [100, 0], p2 [90, 10], p3 [80, 20], p4 [70, 30], p5 [60, 40], p6 [50, 50], p7 [40, 60], p8 [30, 70], p9 [20, 80], p10 [20, 80], p11 [0, 100] 이다. 이하에서는, 이들 점 (pn) 의 x 방향에 있어서의 위치 좌표를 xn 으로 나타낸다 (단, n = 1, …, 11).
이 때, 선폭 등에 영향을 주는 실효적인 노광량 (이하, 간단히 노광량이라고 칭하는 경우가 있다) 은, 도 17(b) 에 나타내는 바와 같이, 복합 노광 영역 (AC) 에서는, 아래로 볼록한 대략 V 자 형상의 그래프로 나타난다. 위치 (x1, x11) 에 있어서의 노광량 (q1, q11) 은, 각각 단독 노광 영역 (AS) 에 있어서의 노광량 (q0) 과 동등하다. 예를 들어, 위치 (x6) 에 있어서의 노광량 (q6) 은, 노광량 (q0) 보다 낮고, 복합 노광 영역 (AC) 에 있어서의 노광량의 최소치이다. 위치 (x1, x11) 의 근방 및 위치 (x6) 의 근방에 있어서의 노광량의 변화율은 매끄럽게 변화하고 있다. 이 그래프는, 위치 (x6) 를 통과하는 세로축에 관해서 좌우 대칭이다.
이와 같이, 복합 노광 영역 (AC) 에 있어서의 노광량은, x 방향의 위치 좌표를 독립 변수로 하는 연속 함수로 나타내지만, 간이적으로는, 계단상의 변화로 근사되어도 된다.
예를 들어, 구간 (An) 을 위치 x2n - 1 과 위치 x2n ＋1 사이로 하여, 구간 (An) 의 평균 노광량에 의해, 구간 (An) 내의 각 노광량이 근사되어도 된다.
본 실시형태의 포토마스크 (1) 는, 이와 같은 실효적인 노광량의 차에 대응하여, 단독 노광 영역 (AS) 에 노광하기 위한 단독 노광용 영역 (RS) 에 있어서의 패턴 (P1) 과, 복합 노광 영역 (AC) 에 노광하기 위한 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서의 패턴 (P2) 을 바꾸었다. 이 때문에, x 방향에 있어서, 단독 노광용 영역 (RS) 의 폭 (WS) 은, 단독 노광 영역 (AS) 의 폭 (w1) 과 동등하다. 복합 노광용 영역 (RC) 의 폭 (WC) 은, 복합 노광 영역 (AC) 의 폭 (w2 - w1)/2 과 동등하다.
포토마스크 (1) 의 패턴 (P1) 은, 피노광체 (60) 에 있어서의 노광 패턴과 동일한 형상으로 형성되어 있다.
포토마스크 (1) 의 패턴 (P2) 은, 복합 노광 영역 (AC) 에 있어서의 노광량이 단독 노광 영역 (AS) 의 노광량과 실효적으로 동등하게 보정되는 형상으로 보정되어 있다. 구체적으로는, 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서의 광 투과부 (3a) 의 선폭이, L2y (x), L2x (x) 와 같이, 좌표 (x) 에 의해 변경되어 있다.
예를 들어, 상기 서술한 점 (p1, p11) 에 대응하는 x = x1, x11 에서는, L2y (x) = L1y, L2x (x) = L1x 이다. 예를 들어, 상기 서술한 점 (p6) 에 대응하는 x = x6 에서는, L2y (x) = Lymin, L2x (x) = Lxmin 이다. 여기서, Lymin (또는 Lxmin) 은, y 방향 (또는 x 방향) 의 선폭의 최소치이고, L1y (또는 L1x) 보다 작다.
다음으로, 본 실시형태의 포토마스크 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 포토마스크 제조 방법에서는, 주사 빔을 노광 수단으로서 사용한 포토리소그래피법에 의해, 포토마스크 (1) 가 제조된다.
주사 빔에 의해 광 투과부 (3a) 의 형상을 변경하기 위해서, 포토마스크 (1) 의 묘화 패턴 자체를 바꾸는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 이 수법에서는, 광 투과부 (3a) 의 형상의 변경량이 미소하기 때문에, 고해상도의 묘화가 가능한 주사 빔을 사용할 필요가 있다. 이와 같은 주사 빔을 형성하는 빔 주사 장치는, 광학 성능을 높이는 것이 필요하게 되어 대형화함과 함께 주사 범위도 좁아지는 경우가 있다.
특히 포토마스크 (1) 의 외형이 큰 경우에는, 필요한 주사 폭을 확보하기 위해서 대형의 빔 주사 장치가 필요하기 때문에, 설비비나 제조 비용이 증대할 가능성이 있다.
광학 성능이 높고 소형인 빔 주사 장치로 복수 영역으로 나누어 빔 주사를 실시하는 것도 생각할 수 있지만, 주사 영역의 접속부에 패턴의 접속 오차가 발생하기 쉬워질 가능성도 있다.
본 실시형태에서는, 묘화 패턴을 바꾸지 않고 주사 빔의 강도 변조를 실시하는 것에 의해, 복합 노광용 영역 (RC) 에만, 보정 형상을 형성한다.
먼저, 이 주사 빔의 강도 변조에 대하여 설명한다.
도 18 은, 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크 제조 방법에 사용되는 주사 빔의 빔 강도의 예에 대하여 설명하는 모식적인 그래프이다. 도 18 의 가로축은 x 방향의 위치, 세로축은 빔 강도를 나타낸다. 도 19 는, 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크 제조 방법에 있어서의 빔 강도 데이터의 설정 방법에 대하여 설명하는 모식도이다.
본 실시형태에서는, 도 17(b) 의 그래프로 나타내는 실효적인 노광량의 변화를 보정하기 위해서, 도 18 에 나타내는 그래프에 기초하여, 포토마스크 (1) 를 제조할 때의 주사 빔의 빔 강도가 제어된다. 또한, 본 실시형태에서는, 포토마스크 (1) 를 제조하기 위해서, 광 투과성 기판 (2) 의 표면에는 포지티브 레지스트가 도포된다. 따라서, 도 18 에 나타나는 빔 강도도, 광 투과성 기판 (2) 에 도포된 포지티브 레지스트의 노광에 적합하도록 설정되어 있다.
도 18 의 가로축에 있어서의 위치 (x1) 내지 위치 (x11) 는, 도 17(b) 에 있어서의 복합 노광 영역 (AC) 에 대응하는 복합 노광용 영역 (RC) 내에 있어서의 위치를 나타낸다. 위치 (x1) 보다 도시 좌측, 위치 (x11) 보다 도시 우측은, 각각 도 17(a) 에 있어서의 단독 노광 영역 (AS1, AS2) 에 대응하는 단독 노광용 영역 (RS1, RS2) 을 각각 나타낸다.
도 18 에 나타내는 바와 같이, 주사 빔의 빔 강도는, 복합 노광용 영역 (RC) 에서는, 위를 향하여 볼록 형상 (역 V 자 형상) 의 그래프로 나타난다. 위치 (x1) (또는 x11) 는, 단독 노광용 영역 (RS1) (또는 RS2) 와 복합 노광용 영역 (RC) 의 경계점이기 때문에, 각각의 빔 강도치 I1 = I (x1), I11 = I (x1) 는, 단독 노광용 영역 (RS) 에 있어서의 빔 강도치 (I0) 와 동등하다.
예를 들어, 위치 (x6) 에 있어서의 빔 강도치 I6 = I (x6) 은, 빔 강도치 (I0) 보다 높고, 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서의 빔 강도의 최대치이다. 위치 (x1, x11) 의 근방 및 위치 (x6) 의 근방에 있어서의 빔 강도치 I (x) 의 변화율은 매끄럽게 변화하고 있다.
이 그래프는, 위치 (x6) 를 통과하는 세로축에 관해서 좌우 대칭이다.
이와 같이, 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서의 빔 강도치 I (x) 는, x 방향의 위치 좌표를 독립 변수로 하는 곡선상의 연속 함수로 나타낸다. I (x) 의 구체적인 함수형은, 예를 들어, 복합 노광 영역 (AC) 에 있어서 필요한 선폭 보정량을 실험 등에 의해 구함으로써, 결정된다. 선폭 보정량을 실현하기 위한 빔 강도치는, 포토마스크 (1) 의 제조 공정의 조건에 있어서의 빔 강도치와 선폭의 관계에 의해 수치 시뮬레이션 혹은 실험을 실시하는 것에 의해 구해진다.
또한, 빔 강도치 I (x) 는, 간이적으로는, 계단상의 함수로 근사되어도 된다.
예를 들어, 구간 (An) 의 평균 빔 강도에 의해, 구간 (An) 내의 각 빔 강도가 근사되어도 된다 (도시의 파선 참조).
빔 강도치 I (x) 는, 다음 식 (1) 에 기초하는 파라미터 (λ) 의 함수로서, I = f (λ) 와 같이 나타낼 수도 있다.
Figure 112019003684982-pct00002
여기서, E1 은, 제 1 광 이미지 (63A) 에 의한 노광률, E2 는, 제 2 광 이미지 (63B) 에 의한 노광률을 나타낸다. 노광률이란, 특정한 위치에 있어서의 전체 노광량에 있어서의 특정한 광원 (예를 들어, 제 1 개구부 (53A) 를 통과한 조명광이나, 제 2 개구부 (53B) 를 통과한 조명광) 의 노광량의 비율이다.
이와 같은 노광률은, x 의 함수이기 때문에, 파라미터 (λ) 도 x 의 함수이다. 예를 들어, 위치 (x1) (또는 x11) 에서는, E1 = 1, E2 = 0 (또는 E1 = 0, E2 = 1) 이기 때문에, λ = 1 이고, 위치 (x6) 에서는, E1 = 0.5, E2 = 0.5 이기 때문에, λ = 0 이다.
f (λ) 는, λ = 0 에서 최대치를 취하고, λ 가 0 으로부터 1 을 향함에 따라 I0 에 가까워지는 변화를 한다. f (λ) 는, 광의의 단조 감소 함수이다.
구체적인 빔 강도의 설정 방법으로는, 복합 노광용 영역 (RC) 을 주사하는 모든 주사 빔의 빔 강도가, 도 18 의 그래프에 기초하여 설정되어도 된다 (이하, 일률 설정법이라고 칭한다). 이 경우, 예를 들어, 광 투과부 (3a) 의 선폭의 중심부와 같이, 빔 강도를 바꾸어도, 광 투과부 (3a) 의 선폭에는 영향을 주지 않는 부위에 있어서도 그 부위가 복합 노광용 영역 (RC) 내에 위치하고 있으면 빔 강도가 증대된다.
이에 반하여, 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서 광 투과부 (3a) 의 선폭에 영향을 주는 부위를 선택하여, 도 18 의 그래프에 기초하여 빔 강도가 설정되어도 된다 (이하, 선택 설정법이라고 칭한다). 구체적으로는, 적어도, 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서 주사 빔을 오프하는 주사 위치에 인접하여 주사 빔을 온하는 위치 (이하, 에지 주사 위치라고 칭한다) 에 있어서의 빔 강도를, 도 18 에 기초하여 설정한다.
도 19 는, 선택 설정법에 의한 빔 강도 설정의 일례를 모식적으로 나타내고 있다.
주사 빔 (B) 은, x 방향을 주주사 방향으로 하여, 광 투과성 기판 (2) 을 래스터 주사한다. 단독 노광용 영역 (RS) 에 있어서는, 주사 빔 (B) 으로서, 빔 강도치 (I0) (제 1 빔 강도치) 로 설정된 주사 빔 (B0) 이 사용된다.
차광부 (3b) 는, 단독 노광용 영역 (RS) 에 있어서는, 피노광체 (60) 의 노광 패턴에 일치하는 크기의 사각형상으로 형성되어 있다. 이에 반하여, 본 실시형태에서는, 복합 노광용 영역 (RC) 에는, 복합 노광용 영역 (RC) 의 x 방향의 중심부를 향하여 점차 크기가 축소되는 차광부 (3bF, 3bS) 를 형성한다. 이 때문에, 차광부 (3bF, 3bS) 의 에지 주사 위치에 있어서의 주사 빔 (B1, B2) 은, 빔 강도치 (I0) 보다 큰 빔 강도치 (IF, IS) (제 2 빔 강도치) 로 각각 설정된다. 단, IF ＜ IS 이다.
예를 들어, 주사선 (a) 상에서는, 차광부 (3b, 3b') 의 사이에서는, 주사 빔 (B) 은, B0, B0, B0, B1 로서 이 순서로 주사한다. 차광부 (3b') 상에서는, 주사 빔 (B) 은, 오프된다. 차광부 (3bF, 3bS) 의 사이에서는, 주사 빔 (B) 은, B1, B0, B0, B2 로서 이 순서로 주사한다.
차광부 (3b, 3bF, 3bS) 의 에지 주사 위치를 통과하는 주사선 (b, e) 을 따라 주사하는 주사 빔 (B) 은, 차광부 (3bF, 3bS) 의 에지 주사 위치를 통과하는 위치에서, 각각 주사 빔 (B1, B2) 이 되고, 그 이외에는, 주사 빔 (B0) 이 된다.
차광부 (3bF, 3bS) 의 에지 주사 위치를 통과하지 않는 주사선 (c, d) 에서는, 주사 빔 (B) 은, 모두 주사 빔 (B0) 이 된다.
복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서, 에지 주사 위치 이외를 주사하는 주사 빔 (B0) 의 빔 강도치는 I0 이다. 또한, 이 빔 강도치가 제 3 빔 강도치 (IT) 로 설정되어 있어도 된다. 빔 강도치 (IT) 는, I0 이상 또한 IS 이하의 값으로 설정되어 있다. 즉, 빔 강도치 (IT) 는, 복합 노광용 영역 (RC) 에서의 제 2 빔 강도치의 최대치 이하로 설정되어 있다.
다음으로, 본 실시형태의 포토마스크 제조 방법의 각 공정에 대하여 설명한다.
도 20 은, 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크 제조 방법의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 도 21(a), (b), (c), (d) 는, 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크 제조 방법에 있어서의 빔 강도 데이터의 설정예에 대하여 설명하는 모식도이다. 도 22(a), (b), (c), (d), (e) 는, 본 발명의 제 2 실시형태의 포토마스크 제조 방법에 있어서의 공정 설명도이다.
본 실시형태의 포토마스크 제조 방법에서는, 포토마스크 (1) 를 제조하기 위해서, 도 20 에 나타내는 스텝 S1 ∼ S4 가 도 20 에 나타내는 플로우에 따라 실행된다.
이하의 스텝 S1 ∼ S3 은, 이하의 동작을 실시하기 위한 연산 처리 프로그램이 내장된 데이터 처리 장치에 의해, 자동적으로 혹은 조작자의 조작 입력에 기초하여 대화 처리적으로 실행된다. 스텝 S4 는, 예를 들어, 빔 주사 장치, 현상 장치, 에칭 장치를 포함하는 포토마스크 제조 시스템에 의해 실행된다.
스텝 S1 에서는, 포토마스크 (1) 를 제조하기 위한 마스크 패턴 (P) 의 묘화 데이터가 작성된다. 묘화 데이터란, 마스크 패턴 (P) 을 형성하기 위해서, 주사 빔을 온 오프하기 위해서 사용되는 데이터이다. 묘화 데이터는, 예를 들어, 마스크 패턴 (P) 의 CAD 설계 데이터에 있어서의 광 투과부 (3a), 차광부 (3b) 의 위치 좌표를, 주사 빔을 출사하는 빔 주사 장치에 대응한 구동용의 데이터로 변환하는 것에 의해 생성된다.
이상으로, 스텝 S1 이 종료된다.
스텝 S1 후, 스텝 S2 가 실시된다. 스텝 S2 에서는, 포토마스크 형성체의 표면이 단독 노광용 영역 (RS) 과, 복합 노광용 영역 (RC) 으로 구분된다.
데이터 처리 장치에는, 노광 장치 (50) 에 배치하는 포토마스크 (1) 의 형상 및 시야 조리개 (53) 와의 위치 관계, 및 시야 조리개 (53) 에 있어서의 제 1 개구부 (53A), 제 2 개구부 (53B) 의 형상과 위치 정보가, 미리 또는 스텝 S2 의 실행 중에 입력된다.
데이터 처리 장치는, 이들 입력 정보에 기초하여, 포토마스크 (1) 를 형성하기 위한 포토마스크 형성체의 표면의 좌표계에 기초하여, 단독 노광용 영역 (RS) 과 복합 노광용 영역 (RC) 을 구분하는 정보를 생성한다.
이상으로, 스텝 S2 가 종료된다.
스텝 S2 후, 스텝 S3 이 실시된다. 스텝 S3 에서는, 주사 빔의 빔 강도 데이터가 단독 노광용 영역 (RS) 과 복합 노광용 영역 (RC) 으로 나누어 설정된다. 이하에서는, 상기 서술한 선택 설정법에 의한 동작을 설명한다.
데이터 처리 장치에는, 단독 노광용 영역 (RS) 의 패턴 (P1) 을 형성하기 위한 빔 강도치와, 복합 노광용 영역 (RC) 의 패턴 (P2) 을 형성하기 위한 에지 주사 위치에 있어서의 빔 강도치가, 미리 또는 스텝 S3 의 실행 중에 입력된다.
데이터 처리 장치는, 이들 입력 정보에 기초하여, 예를 들어, 단독 노광용 영역 (RS) 에 있어서의 빔 강도치로는, 상기 서술한 I0 를 설정한다.
데이터 처리 장치는, 복합 노광용 영역 (RC) 의 묘화 데이터를 해석하여, 에지 주사 위치를 추출한다. 데이터 처리 장치는, 에지 주사 위치에 있어서의 x 좌표에 대응하는 빔 강도치 I (x) (제 2 빔 강도치) 를 에지 주사 위치에 있어서의 빔 강도치로서 설정한다. 빔 강도치 I (x) 는, 데이터 처리 장치에 있어서, 예를 들어, 맵 데이터하여 유지되어 있어도 되고, 함수로서 유지되어 있어도 된다. 함수로는, 예를 들어, 상기 서술한 I = f (λ) 와 같은 함수로서 유지되어 있어도 된다.
데이터 처리 장치는, 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서, 에지 주사 위치 이외의 빔 강도 데이터에 있어서의 빔 강도치로는, 상기 서술한 I0 를 설정한다.
예를 들어, 도 21(a) 에 나타내는 마스크 패턴 (P) 에 있어서의 빔 강도 데이터의 예에 대하여, 도 21(b), (c), (d) 에 나타낸다. 단, 도 21(b), (c), (d) 에 있어서의 세로축은, 묘화 데이터와 빔 강도 데이터가 합성되어 있고 실제로 주사되는 주사 빔의 빔 강도를 나타낸다.
예를 들어, 도 21(a) 에 있어서의 주사선 (y1) 과 같이, 차광부 (3b) 의 형성 위치를 x 방향으로 횡단하는 경우, 도 21(b) 에 접음선 (100) 으로 나타내는 바와 같이, 차광부 (3b) 상에서는, 주사 빔이 오프된다. 광 투과부 (3a) 상에서는, 단독 노광용 영역 (RS) 과, 에지 주사 위치를 제외한 복합 노광용 영역 (RC) 에서는, 빔 강도치는 I0 가 된다. 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서의 에지 주사 위치에서는, 크기가 변화하는 빔 강도치 I (x) 가 설정된다. 빔 강도치 I (x) 의 포락선 (101) 은, 도시 상측을 향한 볼록 형상을 나타내도록 변화하고 있다.
예를 들어, 도 21(a) 에 있어서의 주사선 (y2) 과 같이, y 방향으로 이웃하는 광 투과부 (3a) 의 형성 위치 사이를 횡단하는 경우, 도 21(c) 에 직선 (102) 으로 나타내는 바와 같이, 빔 강도치는 I0 가 된다.
예를 들어, 도 21(a) 에 있어서의 주사선 (y3) 과 같이, 차광부 (3b) 의 x 방향으로 연장되는 에지 주사 위치를 통과하는 경우, 도 21(d) 에 곡선 (103) 으로 나타내는 바와 같이, 단독 노광용 영역 (RS) 과, 에지 주사 위치를 제외한 복합 노광용 영역 (RC) 에서는, 빔 강도치는 I0 가 된다. 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서의 에지 주사 위치에서는, 빔 강도치 I (x) 가 설정된다. 단, 주사선 (y3) 에서는, 에지 주사 위치는 x 방향으로 연장되어 있기 때문에, 곡선 (103) 은, 도시 상측으로 볼록한 산 (山) 형의 빗살 형상으로 변화하고 있다.
모든 빔 강도 데이터가 설정되면, 스텝 S3 이 종료된다.
스텝 S3 후, 스텝 S4 가 실시된다. 스텝 S4 에서는, 묘화 데이터 및 빔 강도 데이터에 기초하는 주사 빔을 사용한 리소그래피에 의해 마스크 형성체의 표면이 패터닝된다.
도 22(a) 에 나타내는 바와 같이, 포토마스크 형성체 (11) 는, 광 투과성 기판 (2) 의 표면에 마스크부 (3) 를 구성하는 재료로 형성되는 차광층 (13) 이 적층되어 구성된다. 차광층 (13) 의 적층 방법으로는, 예를 들어, 증착, 스퍼터링 등이 이용되어도 된다.
포토마스크 형성체 (11) 가 형성된 후, 차광층 (13) 을 패터닝하기 위하여, 차광층 (13) 상에 레지스트 (14) 가 도포된다.
레지스트 (14) 는, 후술하는 주사 빔 (B) 에 의해 감광하는 적절한 레지스트용 재료 (포지티브 레지스트) 가 사용된다.
이 후, 레지스트 (14) 가 도포된 포토마스크 형성체 (11) 가, 포토마스크 제조 시스템에 반입된다.
도 22(c) 에 나타내는 바와 같이, 포토마스크 제조 시스템의 빔 주사 장치 (15) 로부터 출사되는 주사 빔 (B) 에 의해, 레지스트 (14) 가 2 차원적으로 주사된다.
주사 빔 (B) 으로는, 레지스트 (14) 를 감광시키는 적절한 에너지 빔이 사용된다. 예를 들어, 주사 빔 (B) 은, 레이저 빔, 전자 빔 등의 에너지 빔이 이용되어도 된다.
주사 빔 (B) 의 온 오프 및 온시의 빔 강도치는, 빔 주사 장치 (15) 에 입력된 묘화 데이터 및 빔 강도 데이터에 기초하여, 빔 주사 장치 (15) 에 의해 제어된다.
레지스트 (14) 는, 주사 빔 (B) 의 조사 범위가 감광한다. 주사 빔 (B) 에 의한 감광 범위는, 빔 강도치가 커지면 보다 커진다. 이 때문에, 빔 강도치가 I0 보다 큰 값으로 설정된 에지 주사 위치에서는, 빔 강도치의 크기에 따라, 감광 범위가 확대된다.
포토마스크 형성체 (11) 의 전체의 주사가 종료되면, 현상 장치에 의해 현상이 실시된다. 이 결과, 도 22(d) 에 나타내는 바와 같이, 감광한 레지스트 (14) 가, 차광층 (13) 상으로부터 제거된다. 레지스트 (14) 는, 주사 빔 (B) 이 조사되지 않는 영역에 잔존 레지스트 (14A) 로서 남는다.
이 후, 에칭 장치에 의해, 잔존 레지스트 (14A) 와, 잔존 레지스트 (14A) 사이에 노출된 차광층 (13) 이 제거된다.
도 22(e) 에 나타내는 바와 같이, 이와 같은 에칭에 의해, 차광층 (13) 은, 잔존 레지스트 (14A) 와 동형상으로 패터닝된다. 이 결과, 광 투과성 기판 (2) 상에 마스크부 (3) 가 형성된 포토마스크 (1) 가 제조된다.
이와 같이 하여 제조된 포토마스크 (1) 에 의하면, 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서의 마스크부 (3) 의 형상이 노광 패턴보다 광 투과부 (3a) 가 넓어지도록 보정되어 있다. 이 때문에, 포토마스크 (1) 가 노광 장치 (50) 에 사용되면, 노광 장치 (50) 의 제 1 광 이미지 (63A) 및 제 2 광 이미지 (63B) 에 의한 노광 영역의 이음매에서 기인하는 실효적인 노광량 부족이 보정된다. 이 결과, 포토마스크 (1) 를 사용하여 노광 장치 (50) 로 노광된 피노광체 (60) 상에서는, 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서의 노광량 부족이 보정되기 때문에, 노광 패턴의 형상 정밀도가 향상된다.
본 실시형태의 포토마스크 제조 방법에 의하면, 노광 장치의 노광 영역의 이음매에서 기인하는 제조 오차를 보정하는 포토마스크 (1) 를 제조하기 위해서, 주사 빔을 강도 변조한다. 이 때문에, 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서의 마스크부 (3) 의 미소한 형상 보정을 용이하게 또한 저가로 실시할 수 있다.
예를 들어, 본 실시형태와는 달리, 주사 빔의 빔 강도를 일정하게 하여, 보정 형상의 범위에 주사 빔을 온 오프하는 제조 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 이와 같은 제조 방법에서는, 미소량의 보정을 실시하기 위해서, 보정 범위를 충분히 세세하게 분할할 수 있도록, 고해상도의 빔 주사 장치가 필요하게 된다. 이 때문에, 설비 비용과 제조 시간이 증대하는 경우가 있다.
이에 반하여, 주사 빔의 강도 변조에 의하면, 빔 강도 데이터를 적절히 설정하는 것만으로, 노광 범위의 크기를 세세하게 바꿀 수 있다. 묘화 데이터는, 보정량의 크기에 상관없이 설계 상의 노광 패턴에 대응하는 묘화 데이터를 사용할 수 있다.
이 때문에, 본 실시형태에서는, 보정을 실시하지 않는 경우와 대략 동일한 주사를 실시하는 동안에, 강도 변조에 의해, 신속하고 또한 고정밀도로 보정 형상을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 2 실시형태의 설명에서는, 마스크부 (3) 의 광 투과부 (3a) 가 사각형 격자상의 선상 패턴으로 이루어지는 경우의 예로 설명하였다. 그러나, 마스크부 (3) 의 마스크 패턴 (P) 은, 이와 같은 주사 방향 및 주사 방향에 직교하는 선상 패턴의 조합에는 한정되지 않는다.
마스크 패턴 (P) 의 형상은, 피노광체 (60) 의 노광 패턴의 필요에 따라 변경할 수 있다. 그 때, 상기 서술한 선폭은, 노광 패턴에 있어서, 주사 방향 및 주사 방향에 직교하는 방향 성분의 간격으로 치환하여, 빔 강도 데이터가 설정되면 된다.
상기 제 2 실시형태의 설명에서는, 투영 광학 유닛 (55) 이, X 방향에 있어서의 피노광체 (60) 의 전체 폭을 노광하는 경우의 예로 설명하였다. 그러나, 단일의 포토마스크 (1) 에 의해, 피노광체 (60) 의 노광 패턴을 노광할 수 있으면, 투영 광학 유닛 (55) 은, X 방향의 일부를 덮는 크기여도 된다. 이 경우, 노광 장치 (50) 에 있어서의 Y 방향의 주사 노광을, X 방향으로 어긋나게 하여 복수 회 실시하는 것에 의해, 피노광체 (60) 의 전체가 노광된다.
상기 제 2 실시형태에서는, 포토마스크 (1) 의 제조 과정에서 광 투과성 기판 (2) 에 도포되는 레지스트는 포지티브 레지스트이다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않고, 광 투과성 기판 (2) 에 네거티브 레지스트를 도포해도 된다. 이 경우, 도 9 내지 도 11 에 나타내는 포토마스크 (1) 를 제조하기 위해서는, 차광부 (3b) 에 상당하는 부분에 빔을 조사하고, 광 투과부 (3a) 에 상당하는 부분에는 빔을 조사하지 않는다. 네거티브 레지스트를 사용하여 도 11 에 나타내는 마스크 패턴을 작성하려면, 복합 노광용 영역 (RC) 내의 에지 주사 위치에 있어서의 빔 강도치를, 단독 노광용 영역 (RS) 에서의 빔 강도치 (I0) 보다 저하시키는 것을 생각할 수 있다. 빔 강도치가 I0 보다 작은 값으로 설정된 에지 주사 위치에서는, 빔 강도치의 크기에 따라, 감광 범위가 작아진다. 또한, 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서, 에지 주사 위치 이외를 주사하는 주사 빔의 빔 강도치는 I0 로 하면 된다.
또한, 이 경우의 에지 주사 위치에서의 빔 강도치 I (x) 를, 상기 식 (1) 에 기초하는 파라미터 (λ) 의 함수 f2 (λ) 로서 나타내면, f2 (λ) 는, λ = 0 에서 최소치를 취하고, λ 가 0 으로부터 1 을 향함에 따라 I0 에 가까워지는 변화를 하는, 광의의 단조 증가 함수가 된다.
즉, 본 발명에 있어서는, 복합 노광용 영역 (RC) 에 있어서의 에지 주사 위치의 빔 강도치가, 단독 노광용 영역 (RS) 에 있어서의 빔 강도치와 상이하면 된다.
상기 제 2 실시형태에서는, 포토마스크 (1) 의 광 투과부 (3a) 가 x 방향 또는 y 방향으로 연장된 형상으로 되어 있고, 차광부 (3b) 가 광 투과부 (3a) 로 둘러싸인 평면에서 보아 사각형상으로 되어 있다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않고, 피노광체 (60) 의 노광 패턴이나 피노광체 (60) 에 도포되는 레지스트의 종류 (포지티브 레지스트, 네거티브 레지스트) 에 따라, 포토마스크의 마스크 패턴이, 예를 들어 도 9 의 포토마스크 (1) 의 광 투과부 및 차광부를 반전시킨 구성이어도 된다. 즉, 차광부가 x 방향 또는 y 방향으로 연장된 형상으로 되어 있고, 광 투과부가 당해 차광부에 둘러싸인 평면에서 보아 사각형상으로 되어 있어도 된다. 이와 같은 구성에 있어서도, 포토마스크의 광 투과성 기판에 도포되는 레지스트가 포지티브 레지스트이면, 상기 광 투과부에 상당하는 부분에 빔이 조사된다. 포토마스크의 광 투과성 기판에 도포되는 레지스트가 네거티브 레지스트이면, 상기 차광부에 상당하는 부분에 빔이 조사된다.
상기 제 2 실시형태에서는, 복합 노광용 영역 (RC) 내에 있어서의 에지 주사 위치의 빔 강도치를, 단독 노광용 영역 (RS) 에 있어서의 빔 강도치보다 높게 함으로써, 광 투과부 (3a) 의 형상을 변경하고 있다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않고, 예를 들어 포토마스크 (1) 의 묘화 패턴을 변경함으로써, 광 투과부 (3a) 의 형상을 변경해도 된다.
또한, 복합 노광용 영역 (RC) 내의 마스크 패턴의 선폭을 단독 노광용 영역 (RS) 내의 마스크 패턴의 선폭에 비하여 크게 하는 경우에는, 복합 노광용 영역 (RC) 의 x 방향의 중심부에 가까워짐에 따라 점차 선폭이 커지도록 설정해도 된다. 한편, 복합 노광용 영역 (RC) 내의 마스크 패턴의 선폭을 단독 노광용 영역 (RS) 내의 마스크 패턴의 선폭에 비하여 작게 하는 경우에는, 복합 노광용 영역 (RC) 의 x 방향의 중심부에 가까워짐에 따라 점차 선폭이 작아지도록 설정해도 된다. 즉, 복합 노광용 영역 (RC) 과 단독 노광용 영역 (RS) 사이의 마스크 패턴의 선폭의 차가, 복합 노광용 영역 (RC) 의 x 방향의 중심부에 가까워짐에 따라 점차 커지도록 설정해도 된다.
상기 제 2 실시형태에서는, x 방향과 y 방향은 평면에서 보아 서로 직교하고 있지만, 양방향이 평면에서 보아 직교하지 않고 교차하고 있어도 된다. 이 경우에도, y 방향과 Y 방향이 서로 평행하고 있으면 된다.
상기 제 1 및 제 2 실시형태에 있어서의 각 구성을, 함께 포토마스크나 포토마스크의 제조 방법에 적용해도 된다. 예를 들어, 제 2 실시형태에서 설명한 포토마스크의 제조 방법을 사용하여, 도 5 나 도 6 에 나타내는 제 1 실시형태의 포토마스크를 제조해도 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 부가, 생략, 치환, 및 그 밖의 변경이 가능하다.
또한, 본 발명은 전술한 설명에 의해 한정되는 것은 아니고, 첨부한 특허 청구의 범위에 의해서만 한정된다.
본 발명의 포토마스크 및 그것을 사용한 컬러 필터의 제조 방법은, 높은 표시 품질이 요구되는 컬러 액정 디스플레이 패널 및 그것을 사용한 고정세 액정 표시 장치의 제조에 대하여 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 최근에는 고체 촬상 소자의 제조에 있어서도, 스캔 노광 장치가 사용되는 경향이 있고, 본 발명의 포토마스크는, 이와 같은 고체 촬상 소자용의 컬러 필터나 마이크로 렌즈의 제조에 대해서도 바람직하게 사용할 수 있다.
31 노광 광
32 포토마스크
33 투영 렌즈
34 기판
35 스테이지
36 노광 영역
36a 접속부
37 차광 영역
38 착색 화소 패턴을 갖는 포토마스크
38a, 38b 착색 화소 패턴을 갖는 포토마스크의 일부
39 블랙 매트릭스 패턴을 갖는 포토마스크
39a 블랙 매트릭스 패턴을 갖는 포토마스크의 일부
CL1 측정치에 의한 특성 곡선
CL2 보정 곡선
SA1 접속부를 포함하지 않는 스캔 영역
SA2 접속부를 포함하는 스캔 영역
C3n 1 개의 착색 화소 패턴

Claims (14)

  1. 멀티 렌즈로 이루어지는 투영 렌즈를 구비한 스캔 방식의 투영 노광에 사용하는 포토마스크로서, 상기 멀티 렌즈는 스캔 방향과 직교하는 방향에 있어서 서로 상이한 상기 투영 렌즈로부터의 노광광이 상기 스캔 방향에 있어서 중복하는 접속부를 갖도록 형성되어 있고, 상기 접속부에 있어서의 스캔 노광에 의해 전사되는 복합 노광 영역에 존재하는 상기 포토마스크의 복수의 패턴의 선폭이, 상기 접속부를 포함하지 않는 스캔 노광에 의해 전사되는 단독 노광 영역에 존재하는 상기 포토마스크의 상기 패턴과 동형의 패턴의 선폭에 대하여 보정 계수를 곱한 값으로 보정된 선폭이고,
    상기 복합 노광 영역에 존재하는 상기 포토마스크의 복수의 패턴의 선폭은, 상기 서로 상이한 상기 투영 렌즈로부터의 노광광에 의한, 단속적인 노광 시간의 비율에 따른 실효적인 노광량에 기초하여 보정되고,
    상기 보정 계수는, 모든 패턴의 선폭이 상기 동형의 패턴의 선폭과 동일한 포토마스크를 사용하여, 기판 상에 형성한 노광 패턴의 선폭의 역수에 대응하는 포토마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 패턴의 상기 보정된 선폭은, 스캔 방향과 직교하는 방향으로 상기 패턴 별로 단계적으로 변화하는 선폭인 포토마스크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 패턴의 상기 보정된 선폭은, 추가로 스캔 방향으로 상기 패턴 별로 단계적으로 변화하는 선폭인 포토마스크.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 단계적으로 변화하는 선폭은, 난수에 기초하는 보정 성분을 포함하는 포토마스크.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    평면에서 보았을 때에 있어서 상기 스캔 방향과 직교하는 상기 방향으로 연장된 제 1 좌표축을 따르는 방향으로 선상으로 연장되는 제 1 광 투과부와,
    상기 평면에서 보았을 때에 있어서 상기 제 1 좌표축에 교차하는 제 2 좌표축을 따르는 방향으로 선상으로 연장되는 제 2 광 투과부와,
    상기 제 1 광 투과부가 일정한 제 1 선폭을 갖고, 상기 제 2 광 투과부가 일정한 제 2 선폭을 갖는, 상기 제 1 좌표축을 따르는 방향에 있어서의 제 1 영역과,
    상기 제 1 광 투과부가 상기 제 1 선폭보다 넓은 제 3 선폭을 갖고, 상기 제 2 광 투과부가 상기 제 2 선폭보다 넓은 제 4 선폭을 갖는, 상기 제 1 좌표축을 따르는 방향에 있어서의 제 2 영역
    을 추가로 구비하고,
    상기 제 1 좌표축을 따르는 방향에 있어서, 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역이 교대로 배열되어 있는, 포토마스크.
  6. 평면에서 보았을 때에 있어서 제 1 축선을 따라 지그재그 배열된 복수의 투영 광학계에 의한 광 이미지를 사용하여, 상기 제 1 축선과 교차하는 제 2 축선을 따르는 방향으로 피노광체가 주사됨으로써 상기 피노광체가 노광되는 노광 장치에 사용하는 상기 광 이미지의 형성용의 포토마스크를 제조하는 포토마스크 제조 방법으로서,
    포토마스크 형성체 상에 있어서 상기 제 1 축선에 대응하는 제 1 좌표축과 상기 제 2 축선에 대응하는 제 2 좌표축을 설정하고, 상기 피노광체 상의 노광 패턴의 형상에 맞추어, 상기 포토마스크 형성체 상에서 주사 빔을 온 오프하기 위한 묘화 데이터를 작성하는 것과,
    상기 포토마스크 형성체의 표면을, 상기 노광 장치에 있어서 상기 복수의 투영 광학계 중 단독의 제 1 투영 광학계에 의한 제 1 광 이미지 또는 단독의 제 2 투영 광학계에 의한 제 2 광 이미지에 의해 상기 제 2 축선을 따르는 방향의 주사가 실시되는 단독 노광용 영역과, 상기 제 1 및 제 2 투영 광학계에 의한 상기 제 1 및 제 2 광 이미지에 의해 상기 제 2 축선을 따르는 방향의 주사가 실시되는 복합 노광용 영역으로, 구분하는 것과,
    상기 주사 빔의 빔 강도 데이터를, 상기 단독 노광용 영역과 상기 복합 노광용 영역으로 나누어 설정하고, 상기 복합 노광용 영역에서는, 상기 제 1 광 이미지에 의한 노광과 상기 제 2 광 이미지에 의한 노광에 의한, 단속적인 노광 시간의 비율에 따른 실효적인 노광량에 기초하여 보정된 빔 강도 데이터로 설정하는 것과,
    상기 포토마스크 형성체 상에 레지스트를 도포하는 것과,
    상기 레지스트 상에, 상기 묘화 데이터 및 상기 빔 강도 데이터에 기초하여 구동된 상기 주사 빔을 주사하는 것
    을 포함하고,
    상기 빔 강도 데이터는,
    상기 단독 노광용 영역에서는, 제 1 빔 강도치로 설정되고,
    상기 복합 노광용 영역에 있어서 상기 주사 빔을 오프하는 주사 위치에 인접하여 상기 주사 빔을 온하는 에지 주사 위치에서는, 상기 제 1 빔 강도치와 상이한 제 2 빔 강도치로 설정되는, 포토마스크 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 빔 강도치는, 상기 제 1 빔 강도치보다 높은, 포토마스크 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 빔 강도 데이터는, 상기 복합 노광용 영역에 있어서 상기 에지 주사 위치 이외의 주사 위치에서는, 상기 제 1 빔 강도치 이상 상기 제 2 빔 강도치의 최대치 이하의 제 3 빔 강도치로 설정되는, 포토마스크 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 빔 강도치는, 상기 제 1 빔 강도치와 동등한, 포토마스크 제조 방법.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 빔 강도치는,
    상기 에지 주사 위치에 있어서의, 상기 제 1 광 이미지에 의한 노광률을 E1 이라고 하고, 상기 제 2 광 이미지에 의한 노광률을 E2 라고 할 때, 하기 식 (1) 로 나타내는 λ 의 함수로서 설정되는, 포토마스크 제조 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112019003684982-pct00003
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 빔 강도치는,
    λ = 0 에서 최대치를 취하고, λ 가 0 으로부터 1 을 향함에 따라 상기 제 1 빔 강도치에 가까워지는, 포토마스크 제조 방법.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 빔 강도치는, 상기 제 1 빔 강도치보다 낮은, 포토마스크 제조 방법.
  13. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 묘화 데이터는,
    상기 제 1 좌표축 및 상기 제 2 좌표축을 따라 연장되는 격자상의 영역으로 상기 주사 빔을 온하도록 설정되어 있는, 포토마스크 제조 방법.
  14. 멀티 렌즈로 이루어지는 투영 렌즈를 구비한 스캔 방식의 투영 노광에 의한 컬러 필터의 제조 방법으로서, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 포토마스크를 사용하여 유리 기판 또는 실리콘 기판 상에 형성한 레지스트를 패턴 노광하는 컬러 필터의 제조 방법.
KR1020197001060A 2016-07-21 2017-07-18 포토마스크, 포토마스크 제조 방법, 및 포토마스크를 사용한 컬러 필터의 제조 방법 KR102471802B1 (ko)

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