KR102618940B1 - 프록시미티 노광용 포토마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세한 홀 패턴을 안정하게 해상할 수 있는 포토마스크를 제공한다. 본 포토마스크는, 투과성 기판을 노출하는 투과부와, 투과부를 둘러싸도록, 노광광의 위상을 반전시키는 제1 위상 시프트부와 제2 위상 시프트부를 구비하고 있다. 제2 위상 시프트부는, 제1 위상 시프트부와 투과부 사이에 개재하여, 제2 위상 시프트부의 노광광에 대한 투과율은, 제1 위상 시프트부의 투과율에 비해 낮다. 또한, 제2 위상 시프트부는, 제1 위상 시프트부의 위상 시프트막과 반투과막과의 적층 구조에 의해 구성하는 것이 가능하다.

Description

프록시미티 노광용 포토마스크{Photomask for proximity exposure}

본 발명은 프록시미티 노광용 포토마스크에 관한 것이다.

블랙 매트릭스용의 패턴을 제조하기 위한 포토마스크는, 패턴의 미세화에 따라, 선폭 및 피치폭이 좁은 패턴이 요구되어, 이것에 대응하는 여러가지 기술이 개발되고 있다. 예를 들면, 대형 플랫 패널 디스플레이의 컬러 필더 등의 용도에 이용되는 경우, 노광 파장으로서는 g선(파장 436nm), h선(파장 405nm), i선(파장 365nm), 등의 이용이 전제로 되기 때문에, 해상 한계 이하의 선폭을 얼마나 정밀도 높게 형성하느냐가 중요하다.

특허문헌 1에는, 네거티브형 포토 레지스트(노광광이 조사된 영역이 경화되는 레지스트)를 이용한 프록시미티 노광에 의해, 미세한 라인·앤드·스페이스의 패턴을 형성하는 포토마스크가 개시되어 있다. 특허문헌 1에서는, 선폭의 미세화에 대응하기 위하여, 차광막에 형성된 투과부의 패턴의 양 단부에 저위상차의, 해상되지 않는 보조 패턴이 형성된 포토 마스크가 개시되어 있다. 이렇게, 저위상인 반투과막을 보조 패턴으로 이용함으로써 라인 패턴부의 대조가 높아져, 선폭 및 피치폭이 좁은 패턴을 제조하는 것이 가능해진다.

특허문헌 2에는, 네거티브형 포토 레지스트를 이용한 프로젝션 노광에 의해, 미세한 라인·앤드·스페이스나 미세한 홀 패턴을 확실하게 전사하기 위하여, 차광부(31)의 패턴의 에지에 인접하여, 노광 장치에 의해 해상되지 않는 "일정한 폭의 반투광막(21)(제1 반투광부(21A) 및 제2 반투광부(21B))"을 형성하는 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허공개 2016-004174호 공보 특허문헌 2: 일본 특허공개 2013-235036호 공보 특허문헌 3: 일본 특허공개 2010-128440호 공보

네거티브형 포토 레지스트를 이용한 블랙 매트릭스 형성용의 프록시미티 노광용의 포토마스크에 있어서, 선폭이 가는 "가는 선 패턴"과, 가는 선 패턴보다도 선폭이 굵은 "굵은 선 패턴"이 혼재하는 경우, 굵은 선 패턴은 양호하게 해상되지만, 가는 선 패턴에 대해서는 해상 불량이 되는 경우가 있다. 특히, 가는 선 패턴이 노광 파장의 해상 한계 이하의 선폭인 경우에 현저하다.

도 7은, 가는 선 패턴(1)과 굵은 선 패턴(2)이 혼재하는 네거티브형 패턴의 포토마스크(50)를 도시한 것이다. 포토마스크(50)는, 투명 기판 상에 차광막의 패턴(B)이 형성되어 이루어진다. 회절 효과를 무시하면, 노광광은 차광막의 패턴(B)을 통과할 수 없으며, 투광부(W)만을 통과한다. 선폭이 좁아질 수록 회절 효과가 커진다. 또한, 회절 효과는 프록시미티 갭이나 콜리메이션(collimation, 시준) 반각을 조정하는 것에 의해서도 증감한다.

도 6은, 가는 선 패턴(1)과 굵은 선 패턴(2)의 노광 강도를 도시한 그래프이다. 가는 선 패턴(1)이 도시된 바와 같이, 가는 선 패턴이 노광 파장의 해상 한계 이하의 선폭인 경우에서도, 미리 타겟으로 되는 선폭보다도 넓은 개구폭의 패턴을 이용하면서, 프록시미티 갭을 조정함에 의해, 회절 효과를 높임으로써, 설계치대로 가는 선 패턴을 해상시킬 수 있다.

하지만, 같은 노광 조건에 있어서 굵은 선 패턴(2)에 주목하면, 굵은 선 패턴(2)의 양 단부(에지부)에서 노광 강도가 강해지는 한편, 패턴 중앙부 부근에서 노광 강도가 저하되고 만다는 것을 알 수 있다. 이것은, 굵은 선 패턴인 경우, 선폭의 중앙부까지 회절광이 닿지 않기 때문에 생긴 현상이라고 생각할 수 있다. 그 결과, 네거티브형 포토 레지스트막인 경우, 패턴 중앙부에서는 레지스트의 경화가 불충분하여, 조건에 따라서는 패턴이 형성될 수 없는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것이며, 선폭이 다른 2종류의 라인 패턴(스페이스 패턴)을 동시에 형성할 시에, 회절광의 강도차에 의해 생긴 패턴의 불균일함을 해소하는 것을 가능하게 하는 포토마스크를 제공하는 것을 기술적 과제로 하는 바이다.

또한, "라인 패턴(스페이스 패턴)"으로 한 것은, 블랙 매트릭스를 형성하는 패턴을 마스크측에서 보면 "라인 패턴"이 아니라 "스페이스 패턴"이기 때문이다. 본 명세서에서는, 블랙 매트릭스를 형성하는 패턴임에 비추어, 이하, "스페이스 패턴"으로 표기한다.

본 발명에 따른 포토마스크는, 블랙 매트릭스 형성용의 프록시미티 노광용 포토마스크이며, 차광막의 패턴으로 이루어진 차광부와 반투과막의 패턴으로 이루어진 반투과부 중 어느 하나만이 형성된 패턴 형성 영역을 포함하는 동시에,

상기 패턴 형성 영역에 있어서의 상기 차광부와 상기 반투과부의 경계부에는, 노광광에 의해 해상되지 않는 크기의 제1 및 제2의 보조 패턴을 구비하고,

상기 차광막의 패턴은, 노광 후에 선폭이 다른 적어도 2종류의 스페이스 패턴을 규정하는 패턴 형상이며,

상기 2종류의 보조 패턴은 어느 것도, 노광 후에 상기 보조 패턴을 구비하지 않는 경우보다도 상기 경계부에 있어서의 노광 시의 노광 강도의 균일성을 상대적으로 높이기 위한 일정 선폭의 패턴 형상인 동시에,

상기 제1 보조 패턴은, 제1 선폭의 스페이스 패턴의 단부에 형성되고,

상기 제2 보조 패턴은, 상기 제1 선폭보다도 굵은 제2 선폭의 스페이스 패턴의 단부에 형성되며,

상기 제2 보조 패턴은, 상기 제1 보조 패턴보다도 선폭이 굵음을 특징으로 한다.

또한, "반투과막" 및 "차광막"은, 상대적으로 큰 투과율의 대소관계가 있다는 것을 의미하며, 노광광에 대해 꼭 차광막의 차광율이 100%여야 하는 것은 아니다. 또한, 반투과막과 차광막의 위치관계는, 반투과막이 차광막의 상층에 형성되는 "탑 하프(top half)형"이어도, 그 반대인 "보텀 하프(bottom half)형"이어도, 본 발명의 효과는 다르지 않다. 단, 제조방법의 차이로 인한 차이점, 예를 들면, 탑 하프형인 경우는 두 번째 노광 시에 위치 조정(얼라인먼트) 정밀도가 요구되는 등 일장일단은 생긴다고 생각된다.

여기서, "제1 선폭"이란, 노광 파장에 대해 광 강도 분포를 향상시키는 효과가 나타날 정도로 가는 선폭이며, "제2 선폭"이란, 그런 효과가 나타나지 않는, 즉, 제1 선폭보다도 굵은 선폭이라는 것을 의미한다. 즉, 본 발명의 기술적 의의는, 블랙 매트릭스층에서 상정되는 프록시미티 노광기용 포토마스크용의 격자상 패턴(네거티브형 패턴)의 형성 시에, 노광 파장에 대해 광 강도 분포를 향상시키는 효과가 현저하게 나타나는 가는 선 패턴과 그렇지 않은 굵은 선 패턴이 혼재하고 있는 경우에 생기는 노광 강도의 차이를 평균화하는 점에 있다.

상기 구성에 있어서, 상기 제1 및 제2의 보조 패턴은, 투과율이 같아도 된다. 제1의 보조 패턴과 제2의 보조 패턴은, 차광막의 상층 또는 하층의 동일층에서 동시에 형성 가능하기 때문이다.

상기 구성에 있어서, 상기 제1 및 제2의 보조 패턴은, 투과율이 30% ~ 50%여도 된다. 보조 패턴의 투과율은, 차광막보다도 작아야 하지만, 시뮬레이션의 결과, 투과율이 이 정도의 범위이면, 노광 강도를 균일화할 수 있는 것으로 나타났기 때문이다.

상기 구성에 있어서, 상기 제1 및 제2의 보조 패턴은, 선폭이 1.0μm ~ 6.0μm여도 된다. 선폭 패턴은 노광 파장에 대해 광 강도 분포를 향상시키는 효과가 현저하게 나타나는 선폭이며, 예를 들면 g선이면 선폭 5 ~ 15μm정도로 했을 경우, 제1 보조 패턴의 선폭은 1.0μm 전후가 된다. 투명기판이 노출된 부분에 형성된 스페이스 패턴이며, 차광막과의 경계부는 양쪽에 존재하기 때문에, 스페이스 패턴의 양 단부(양쪽)에 제1 보조 패턴이 형성된다. 제2 보조 패턴의 폭에 특히 제한은 없지만, 예를 들면 20μm ~ 60μm 정도일 경우, 제2 보조 패턴의 선폭은 양 단부 각각 3μm ~ 6μm 정도가 된다.

상기 구성에 있어서, 상기 제1 및 제2 보조 패턴은, 위상차가 5° 이하여도 된다. 상기 구성에 있어서, 상기 제1 및 제2 보조 패턴은, 크롬의 산화물로 구성되어도 된다. 상기 구성에 있어서, 상기 제1 및 제2 보조 패턴은, 투과율에 대한 노광 파장의 의존성이 비교적 작은 반투과막, 예를 들면, 적어도 g선, h선 및 i선 사이에 있어서 1% 미만인 반투과막으로 구성되어도 된다. 또한, 이러한 특징을 가진 반투과막을 언급한 문헌으로서, 특허문헌 3 등이 있다.

본 발명에 의하면, 선폭이 다른 2종류의 스페이스 패턴을 동시에 형성할 시에, 회절광의 강도차에 의해 생기는 패턴의 불균일함을 해소하는 것이 가능한 포토마스크를 제공할 수 있다.

도 1은, 선폭 9μm인 가는 선 패턴과 선폭 40μm인 굵은 선 패턴을 포함하는 프록시미티 노광용의 네거티브형 포토마스크(40)의 패턴의 일부를 도시한 것이다.
도 2의 (A)는, 도1에 있어서의 영역 (i)의 확대도를, 도 2의 (B)는, 도 1에 있어서의 영역 (ii)의 확대도를 각각 도시한 것이다.
도 3은, 2종류의 보조 패턴을 마련한 포토마스크(40)에 g선을 조사한 노광 강도를 도시한 그래프이다.
도 4는, g선에 대한 투과율과 막두께의 관계를 조사한 결과를 도시한 것이다.
도 5의 (A)는, 보조 패턴을 전혀 사용하지 않은 바이너리 마스크(포토마스크(50))의 노광 강도를 색상으로 분석하여 나타낸 것이다. 도 5의 (B)는, 보조 패턴(10)과 보조 패턴(20)을 마련한 포토마스크(40)의 노광 강도를 색으로 나타낸 것이다.
도 6은, 가는 선 패턴(1)과 굵은 선 패턴(2)의 노광 강도를 도시한 그래프이다.
도 7은, 가는 선 패턴(1)과 굵은 선 패턴(2)이 혼재하는 네거티브형 패턴의 포토 마스크(50)를 도시한 것이다.

(과제 해결의 원리)

본 발명의 기본적인 생각은, 노광기측에서 회절광의 증폭을 수행할 시에, 가는 선 패턴에 집중되는 노광광의 강도를 억제하는 한편, 굵은 선 패턴에 대해서는 양 단부와 중앙부에서 균일한 노광광을 얻을 수 있도록 하기 위해, 보조 패턴을 마련한다는 것에 있다. 이 보조 패턴은, 선폭에 따른 사이즈로 설정하며, 어느 것도 노광 장치에 대해 해상되지 않는 일정 폭의 반투과막에 의해 구성된다.

이하, 도면을 참조해 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 하지만, 이하의 실시형태는 어느 것도 본 발명의 요지의 인정에 있어서 한정적인 해석을 주는 것은 아니다. 또한, 동일 또는 동종의 부재에 대해서는 같은 참조 부호를 붙여, 설명을 생략하는 경우가 있다.

(실시형태 1)

도 1은, 일례로서, 선폭 9μm인 가는 선 패턴과 선폭 40μm인 굵은 선 패턴을 포함하는 프록시미티 노광용의 네거티브형 포토마스크(40)의 패턴의 일부를 도시한 것이다. 가는 선 패턴(1) 및 굵은 선 패턴(2)의 각자 단부에는, 선폭이 다른 보조 패턴(10, 20)이 각기 형성되어 있다. 가는 선 패턴(1)의 단부에 형성되는 보조 패턴(10)은, 굵은 선 패턴(20)의 단부에 형성되는 보조 패턴(20)보다도 선폭이 가늘게 구성되어 있다.

도 2의 (A)는, 도 1에 있어서의 영역 (i)의 확대도를, 도 2의 (B)는, 도 1에 있어서의 영역 (ii)의 확대도를 각각 도시한 것이다. 보조 패턴(10)의 선폭은 1.0μm, 보조 패턴(20)의 선폭은 4.0μm이 되도록 구성되어 있다. 이 수치 예는, g선의 노광기에 있어서, 가는 선 패턴의 최종 타겟 치수가 5.0μm 정도인 선폭의 패턴을 얻을 수 있도록 구성된 예이다. 보조 패턴은 g선에 대해 투과율 40% 정도인 반투과막이 이용된다.

도 3은, 2종류의 보조 패턴을 마련한 포토마스크(40)에 g선을 조사한 노광 강도를 도시한 그래프이다. 이 그래프로부터, 가는 선 패턴(1)의 중앙부 부근의 피크(peak)과 굵은 선 패턴(2)의 양 단부 부근의 피크를 억제할 수 있는 한편, 굵은 선 패턴의 중앙부 부근의 노광 강도가 강해져, 전체적으로, 거의 균일한 노광 강도를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 하지만, 노광 파장에 대해 광 강도 분포를 향상시키는 효과는 유지할 수 있을 정도로 해야 한다. 강도 곡선이 가늘게 우뚝 솟아 있으면 "가는 선"을 형성할 수 있지만, 강도 곡선이 늘어져서 퍼져 있으면 가는 선을 형성할 수 없다.

상기와 같이, 본 실시형태에 따르면, 스페이스 패턴의 양 단부(에지부)에 선폭에 따른 소정의 폭인 반투과막을 마련함으로써, 노광 파장에 대해 광 강도 분포를 향상시키는 효과를 유지하면서, 노광 강도를 균일화할 수 있다.

<반투과막에 대해>

반투과막으로서는, 크롬 Cr의 산화물(Cr₂O₃)을 이용할 수 있다.

도 4는, g선에 대한 투과율과 막두께의 관계를 조사한 결과를 도시한 것이다. 막두께와 투과율의 관계를 로그 근사식으로 나타내면, g선에 대한 투과율 Tr은,

Tr = -18.83ln + 78.966

라는 결과가 된다.

반투과막은, 크롬 Cr의 산화물의 막(Cr₂O₃) 대신에, 크롬, 질화 크롬막, 몰리브덴 실리사이드, 탄탈, 알루미늄, 규소, 니켈 등의 금속, 또는, 크롬, 몰리브덴 실리사이드, 탄탈, 알루미늄, 규소, 니켈 등의 금속 질화물, 금속 탄화물 등이어도 된다. 특히, 크롬 및 질화 크롬은, 파장 300nm ~ 450nm의 범위 내에 있어서 투과율 분포가 평평한 플랫 반투과막을 형성하는 것이 가능하다는 점에서 바람직하다.

<실시형태의 효과>

도 5의 (A)는, 보조 패턴을 전혀 사용하지 않은 바이너리 마스크(포토마스크(50))의 노광 강도를 색상으로 분석해서 나타낸 것이다. 도 5의 (A)를 참조하면, 굵은 선 패턴의 노광 강도는 중앙부가 낮음을 나타내고 있고, 도 6에 도시한 그래프와 비교하여 참조하면, 그 모습을 이해할 수 있는 결과로 되어 있다.

한편, 도 5의 (B)는, 보조 패턴(10)과 보조 패턴(20)을 마련한 포토마스크(40)의 노광 강도를 색상으로 분석해서 나타낸 것이다. 가는 선 패턴(1)과 굵은 선 패턴(2) 중 어느 것에 있어서도 충분한 노광 강도로 노광되어 있다. 이것은 색상으로 분석하면 색상으로 갈라지지 않고, 균일한 노광 강도로 되어 있음을 알 수 있다. 도 3에 도시한 그래프와 비교하여 참조하면, 그 모습을 이해할 수 있는 결과로 되어 있다.

<제조방법에 대해>

보조 패턴을 구성하는 반투과막은, 차광막의 상층에 형성되어 있어도, 차광막의 하층에 형성되어 있어도 되지만, 치수 정밀도를 확보하는 관점에서는, 차광막의 상층에 형성되어 있는 편이 좋다고 생각된다. 즉, 일반적인 바이너리 마스크의 제조방법에, 보조 패턴을 형성하는 공정을 추가함으로써, 상기와 같은 포토마스크(40)를 얻을 수 있다. 제조방법의 상세한 내용에 대해서는 실시형태 2에 있어서 설명한다. 이런 경우, 두 번의 노광이 필요하기 때문에, 두 번째 노광 시에 얼라인먼트가 필요하게 된다. 예를 들면, 차광막의 패턴 형성 시에, 패턴 영역 밖에 얼라인먼트 마크를 마련해 두고, 두 번째 패터닝 시에는 얼라인먼트 마크에 따라 위치 조정을 수행하여, 제1 및 제2 보조 패턴을 형성하면 된다. 이 공정은, 차광막의 패턴 상에 반투과막이 형성된 탑형 하프톤 다계조 마스크의 제조공정과 같은 것이다. 얼라인먼트의 방법에 대해서는 상기의 방법에 한정하지 않는다.

차광막의 하층에 반투과막이 형성된 막 구성을 채용하는 경우, 투명 기판 상에 하층의 반투과막을 형성하여, 패터닝을 수행한 후, 소정의 개소에 차광막의 패턴을 형성하거나, 차광막과 반투과막 사이에 에칭 스토퍼막을 형성하거나 또는 차광막과 반투과막에 에칭 선택성을 가진 재료를 채용하여 패턴을 형성한다.

본 발명에 의하면, 네거티브형 포토 레지스트를 이용한 블랙 매트릭스 형성용의 프록시미티 노광용의 포토마스크에 있어서, 노광 파장에 대해 광 강도 분포를 향상시키는 효과를 현저하게 나타내는 선폭의 가는 선 패턴과 굵은 선 패턴이 혼재하는 경우에도, 균일한 결과물을 얻는 것이 가능해진다. 결과적으로, 강도차에 의해 발생하는 레지스트의 경화가 불충분하게 되는 것을 방지할 수 있고, 수율을 높일 수 있기 때문에, 산업상의 이용 가능성이 크다.

1 가는 선 패턴
2 굵은 선 패턴
20 제1 보조 패턴
30 제2 보조 패턴
40, 50 포토마스크
B 차광막의 패턴
W 투광부
i, ii 영역

Claims (7)

1. 블랙 매트릭스 형성용의 프록시미티 노광용 포토마스크로,
   차광막의 패턴으로 이루어진 차광부와 반투과막의 패턴으로 이루어진 반투과부를 포함하며,
   상기 차광막의 패턴과 상기 차광막의 패턴에 의해 규정되는 스페이스 패턴의 경계부에는, g선, h선 및 i선의 노광광에 의해 해상되지 않는 크기의 상기 반투과막의 패턴으로 이루어지는 제1 및 제2의 보조 패턴을 구비하고,
   상기 차광막의 패턴은, 노광 후에 선폭이 다른 적어도 2종류의 스페이스 패턴을 규정하는 패턴 형상이며,
   상기 2종류의 보조 패턴은 어느 것도, 노광 후에 상기 보조 패턴을 구비하지 않는 경우보다도 상기 경계부에 있어서의 노광 시의 노광 강도의 균일성을 상대적으로 높이기 위한 일정 선폭의 패턴 형상인 동시에,
   상기 제1 보조 패턴은, 제1 선폭의 스페이스 패턴을 규정하는 차광막의 패턴의 단부에 형성되고,
   상기 제2 보조 패턴은, 상기 제1 선폭보다도 굵은 제2 선폭의 스페이스 패턴을 규정하는 차광막의 패턴의 단부에 형성되며,
   상기 제2 보조 패턴은, 상기 제1 보조 패턴보다도 선폭이 굵음을 특징으로 하는 포토마스크.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 보조 패턴은, g선, h선 및 i선의 노광 파장에 대한 투과율이 같음을 특징으로 하는 포토마스크.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2의 보조 패턴은, g선, h선 및 i선의 노광 파장에 대한 투과율이 30% ~ 50%임을 특징으로 하는 포토마스크.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2의 보조 패턴은, 선폭이 1.0μm ~ 6.0μm임을 특징으로 하는 포토마스크.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 보조 패턴은, 위상차가 5° 이하임을 특징으로 하는 포토마스크.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 보조 패턴은, 크롬의 산화물로 구성됨을 특징으로 하는 포토마스크.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 보조 패턴은, 투과율에 대한 노광 파장의 의존성이 적어도 g선, h선 및 i선 사이에 있어서 1% 미만인 반투과막으로 구성됨을 특징으로 하는 포토마스크.