KR20060049634A - 그레이톤 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

고정밀도인 그레이톤부의 패턴을 갖는 그레이톤 마스크의 제조방법을 제공한다. 그레이톤 마스크의 제조방법에 있어서, 투명 기판 상에 차광막을 갖는 마스크 블랭크상에 형성된 감광성 재료층에 패턴 묘화를 실시하는 묘화 공정을 포함하며, 이 묘화 공정은 표시 장치용 기판의 화소 패턴에 대응하는 반복 패턴에 대하여, 거의 동일한 묘화 조건으로 에너지 빔 조사를 수행하여 묘화함과 동시에, 반복 패턴 중의 그레이톤부 영역에 있어서 최적의 묘화 조건이 되도록 묘화 위치를 선정하여 묘화한다. 그레이톤부는, 그레이톤 마스크를 사용하여 노광을 수행하기 위해 이용하는 노광기의 해상 한계 이하의 차광 패턴이 형성된 영역이다.

그레이톤 마스크

Description

그레이톤 마스크 및 그 제조방법{Gray-tone mask and method for manufacturing the same}

도 1은 그레이톤 마스크를 이용한 TFT 기판의 제조공정을 나타내는 개략단면도.

도 2는 그레이톤 마스크를 이용한 TFT 기판의 제조공정(도 1의 제조공정에 이어짐)을 나타내는 개략단면도.

도 3은 미세 패턴 타입의 그레이톤 마스크의 일예를 나타내는 평면도.

도 4는 래스터 스캔법에 의한 레이저 묘화 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도.

도 5는 레이저 묘화 장치에서의 해상 제어방법을 나타내는 모식도.

도 6은 레이저 묘화 장치에서의 빔 전송 방향의 해상 제어방법을 나타내는 모식도.

도 7은 종래의 레이저 묘화 장치를 이용한 묘화방법을 설명하기 위한 모식도.

도 8은 본 발명에서의 레이저 묘화 장치를 이용한 묘화방법을 설명하기 위한 모식도.

도 9는 본 발명의 그레이톤 마스크의 제조공정을 나타내는 개략단면도.

도 10은 본 발명의 레이저 묘화 장치를 이용한 묘화방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 모식도.

도 11은 다른 실시예에서의 묘화 데이터 구조를 나타내는 도면.

도 12는 본 발명의 레이저 묘화 장치를 이용한 묘화방법의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 모식도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

10 그레이톤 마스크

11 차광부

12 투광부

13 그레이톤부

13a, 22a 그레이톤부에서의 차광 패턴

13b, 21a 그레이톤부에서의 투과부

20 레지스트막 부착 마스크 블랭크

30 가동식 테이블

40 레이저 빔원

50 그레이톤 마스크

[특허문헌 1] 일본 특허공개 2000-111958호 공보

[특허문헌 2] 일본 특허공개 2002-244272호 공보

[비특허문헌 1] 「월간 에프피티 인텔리전스(FPD Intelligence)」, 1999년 5월, p.31~35

본 발명은 액정표시 장치(Liquid Crystal Display : 이하, LCD라 한다) 등의 제조에 사용되는 그레이톤 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

박막 트랜지스터 액정표시 장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display : 이하 TFT-LCD라 한다)는 CRT(음극선관)와 비교하여 박형으로 하기 쉽고 소비전력이 낮다는 이점에서 현재 상품화가 급속하게 이루어지고 있다. TFT-LCD는 매트릭스 형상으로 배열된 각 화소에 TFT가 배열된 구조의 TFT 기판과, 각 화소에 대응하여 레드, 그린, 및 블루의 화소 패턴이 배열된 컬러 필터가 액정상의 개재하에 중첩된 개략 구조를 갖는다. TFT-LCD는 제조공정수가 많으며, TFT 기판만도 5~6장의 포토 마스크를 이용하여 제조되고 있었다. 이러한 상황하에서, TFT 기판의 제조를 4장의 포토 마스크를 이용하여 수행하는 방법이 제안되었다(예를 들면 상기 비특허문헌 1, 특허문헌 1).

이 방법은 차광부와 투광부와 그레이톤부로 이루어지는 패턴을 갖는 포토 마스크(이하 '그레이톤 마스크'라 한다)를 이용함으로써, 사용하는 마스크 매수를 저감하는 것이다.

도 1 및 도 2(도 2는 도 1의 제조공정에 이어짐)에 그레이톤 마스크를 이용한 TFT 기판의 제조공정의 일예를 나타낸다.

유리기판(1)상에 게이트 전극용 금속막이 형성되고, 포토 마스크를 이용한 포토리소 프로세스에 의해 게이트 전극(2)이 형성된다. 그 후, 게이트 절연막(3), 제 1 반도체막(4)(a-Si), 제 2 반도체막(5)(N⁺a-Si), 소스 드레인용 금속막(6), 및 포지티브형 포토레지스트막(7)이 형성된다(도 1(1)). 다음으로, 차광부(11)와 투광부(12)와 그레이톤부(13)를 갖는 그레이톤 마스크(10)를 이용하여, 포지티브형 포토레지스트막(7)을 노광하고 현상함으로써, TFT 채널부 및 소스 드레인 형성영역과 데이터 라인 형성영역을 덮는 동시에 채널부 형성영역이 소스 드레인 형성영역보다도 얇아지도록 제 1 레지스트 패턴(7a)이 형성된다(도 1(2)). 다음으로, 제 1 레지스트 패턴(7a)을 마스크로 하여, 소스 드레인 금속막(6) 및 제 2, 제 1 반도체막(5, 4)을 에칭한다(도 1(3)). 다음으로, 채널부 형성영역이 얇은 레지스트막을 산소에 의한 애싱으로 제거하고, 제 2 레지스트 패턴(7b)을 형성한다(도 2(1)). 이렇게 한 후, 제 2 레지스트 패턴(7b)을 마스크로 하여, 소스 드레인용 금속막(6)이 에칭되고, 소스/드레인(6a, 6b)이 형성되며, 이어서 제 2 반도체막(5)을 에칭하고(도 2(2)), 마지막으로 잔존한 제 2 레지스트 패턴(7b)을 박리한다(도 2(3)).

여기에서 이용되는 그레이톤 마스크(10)로는 상기 그레이톤부가 미세 패턴으로 형성되어 있는 구조의 것이 알려져 있다. 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같이, 소스/드레인에 대응하는 차광부(11a, 11b)와, 투광부(12)와, 채널부에 대응하는 그레이톤부(13)를 가지며, 그레이톤부(13)는 그레이톤 마스크를 사용하는 LCD용 노광기의 해상 한계 이하의 미세 패턴으로 이루어지는 차광 패턴(13a)을 형성한 영 역이다. 차광부(11a, 11b)와 차광 패턴(13a)은 통상 모두 크롬이나 크롬 화합물 등의 동일한 재료로 이루어지는 같은 두께의 막으로 형성되어 있다. 그레이톤 마스크를 사용하는 LCD용 노광기의 해상 한계는 스테퍼 방식의 노광기에서 약 3㎛, 미러 프로젝션 방식의 노광기에서 약 4㎛이다. 이 때문에 예를 들면, 도 3에서 그레이톤부(13)에서의 투과부(13b)의 스페이스폭을 3㎛ 미만, 차광 패턴(13a)의 라인폭을 노광기의 해상 한계 이하인 3㎛ 미만으로 한다.

한편, 상기와 같은 그레이톤 마스크의 제조방법으로는 다음과 같은 방법을 들 수 있다.

즉, 투명 기판상에 차광막이 형성된 마스크 블랭크상에 레지스트막을 형성하고, 이 레지스트막에 레이저 묘화 또는 전자선 묘화로 패턴 묘화를 수행한다. 다음으로, 이 레지스트막의 현상 처리를 수행함으로써, 마스크 블랭크상에 소정의 레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 차광막을 에칭하고, 마지막으로 잔존한 레지스트 패턴을 박리 제거함으로써, 투명 기판상에 소정의 차광막의 패턴을 형성한 그레이톤 마스크가 완성된다.

그리고, 종래 상기 제조방법에 있어서 레지스트막상에 패턴을 묘화하는 방법으로서, 예를 들면 래스터 스캔법을 이용한 묘화방법이 있다. 이 방법은 묘화 영역 전면을 빔(레이저 혹은 전자선)이 주사하여, 패턴 부분에 도달하면 빔이 ON(온)으로 되어 묘화를 수행하는 방식이다. 여기에서, 빔의 주사는 일정한 스캔폭으로 Y방향으로 주사되고, Y방향으로의 주사가 종료하면 X방향으로 빔이 전송되어, 그것이 반복됨으로써 묘화 영역 전면이 주사된다. 또한, 이 래스터 스캔법을 이용한 묘화 방법에 있어서, 상기 특허문헌 2에 개시되어 있는 방법이 있었다. 즉, 화소 패턴과 같은 반복 패턴을 묘화할 때에, 동일한 반복 패턴을 포함하는 패턴 단위에 대하여, 각 패턴 단위를 동일한 전송 조건 또는 동일한 주사 조건으로 묘화하는 방법이다.

그런데, TFT 기판에 있어서 발생하는 결함의 하나로서, 예를 들면 소스와 드레인의 쇼트를 들 수 있다. 따라서, TFT 기판의 제조에 이용되는 그레이톤 마스크에 있어서, 소스와 드레인 사이에 개재하는 채널부에 대응하는 그레이톤부의 가공 정밀도는 상당히 중요한 요소가 된다.

그러나, 예를 들면 레이저 묘화 장치를 사용하여, 상술한 바와 같은 래스터 스캔법에 의한 묘화방법을 이용하여 패턴 묘화를 수행한 경우, 빔 출력의 편차 등에 의해 반드시 그레이톤부에서 최적의 패턴 묘화가 수행되지는 않는 경우가 있었다.

일반적으로, 레이저 묘화 장치에서는 전자 빔을 사용한 전자선(EB) 묘화 장치와 달리 빔 지름을 용이하게 변경할 수 없기 때문에, 빔의 스캔 방향(Y방향)에 있어서는 빔 셔터의 개폐 기능을 이용하여 해상 선폭을 제어하고, 빔 전송방향(X방향)에 있어서는 레이저 파워의 강약으로 해상 선폭을 제어하고 있다.

도 5, 도 6을 참조하여, 레이저 묘화 장치에서의 해상 선폭의 제어방법에 대하여 설명한다. 도 5(A)에 나타내는 바와 같이, 레이저 빔은 예를 들면 스캔폭 453㎛의 범위로 Y방향으로 진폭하고 있으며, 셔터의 개폐 기능에 의해 Y방향(스캔 방향)의 해상 선폭을 0.05㎛까지 제어하고 있다. 도 5(B)는 Y방향에 있어서 빔의 온, 오프의 패턴의 일예를 나타내는 다이어그램이다. 한편, 빔의 전송 방향(X방향)에 있어서는 레이저 파워의 강약으로 제어하고 있으며, 예를 들면 15단계로 레이저 파워를 제어할 수 있으며, 파워 100%의 강도('계조 15'라 한다)로 빔 지름에 상당하는, 예를 들어 0.75㎛가 해상되는 경우, 0.25㎛를 해상하고자 할 때는 계조 5를 이용하고, 0.50㎛을 해상하고자 할 때는 계조 10을 이용한다. 또한, 0.75㎛보다도 큰 선폭을 해상하고자 할 때에는 도 5(C)에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 계조 15와 그 이하의 계조와 같이, 서로 다른 계조를 조합시킴으로써 해상할 수 있다.

도 6(1)은 묘화 데이터 구조의 일예를 나타내는 것으로, 도 6(1) 중에 나타내는 수치는 상술한 계조를 나타내고 있다. 즉, 계조 15와 계조 10, 계조 15와 계조 0(파워 0%), 계조 15와 계조 5, 이렇게 세가지 조합을 나타내고 있다. 이와 같은 묘화 데이터 구조에 기초하여 묘화를 수행한 경우 얻을 수 있는 마스터 패턴이 도 6(2)이다. 즉, 투명 기판(21)상에 크롬 등의 차광막(22)의 패턴이 형성되고, 계조 15와 계조 10의 조합에 의해 1.25㎛(0.75㎛+0.50㎛), 계조 15와 계조 0의 조합에 의해 0.75㎛, 계조 15와 계조 5의 조합에 의해 1㎛(0.75㎛+0.25㎛)를 각각 해상할 수 있게 된다.

그러나, 이론적으로는 상기과 같이 하여 소정의 선폭의 패턴이 소정의 위치에 해상되어야 하겠지만, 본 발명자의 검토에 따르면, 실제로는 각 단계의 빔 강도에 편차가 발생하기 때문에, 이상대로 패턴을 형성할 수 없는 경우가 있다는 것이 판명되었다. 예를 들면, 상술한 바와 같이 1㎛의 선폭의 패턴을 해상하고자 할 때, 계조 15와 계조 5의 조합과 같이 패턴의 양단에서 서로 다른 계조를 조합한 경우, 레이저 출력의 편차 등에 의해, 결과적으로 그 패턴이 치수 어긋남을 일으켜 원하는 선폭을 해상할 수 없다는 것이 판명되었다.

즉, 도 7은 상술한 그레이톤 마스크에 있어서의 그레이톤부의 패턴을 나타낸 것이지만(도면에서, 상하 방향이 빔의 전송방향(X방향), 좌우방향이 빔의 스캔 방향(Y방향)이다), 예를 들어 이 그레이톤부에서의 차광 패턴(22a)간의 투과부(21a)를 1㎛의 선폭으로 하고자 할 때, 도 7(1)의 묘화 데이터 구조에 나타내는 바와 같이 계조 15와 계조 5를 조합하여 묘화를 수행함으로써, 이론상으로는 도 7(2)에 나타내는 바와 같이 1㎛ 선폭의 패턴을 소정 위치에 해상할 수 있어야 하겠지만, 실제로는 이와 같이 패턴의 양단에서 전혀 다른 계조를 조합한 경우, 레이저 출력의 편차 등에 기인하여 도 7(3)과 같이 패턴이 치수 어긋남을 일으켜, 이상대로의 선폭의 패턴을 형성하지 못한다는 것이 본 발명자의 검토 결과 판명되었다. 또한 이 경우, 묘화 후의 패턴 선폭이 이상대로 되지 않았다 하여도, 그 후의 에칭 공정에 의해 조절하는 것도 생각할 수 있지만, 전혀 다른 계조를 조합하고 있기 때문에 패턴의 양단에서 레이저 출력의 편차 정도(이상치에서 벗어나는 정도)가 다르므로, 에칭 공정에서 일률적으로 조절하고자 하면 오히려 패턴의 어긋남이 커지는 경우가 있어, 에칭 공정에 의해 패턴의 어긋남을 조절하는 것은 곤란하다.

이러한 패턴의 치수 어긋남은 결과적으로 그레이톤부의 투과율의 편차로 이어지게 된다. 따라서, 그러한 그레이톤부를 갖는 그레이톤 마스크를 이용하여 TFT 기판을 제조한 경우, 그레이톤부에 대응하는 채널부에서 결함이 발생하여 소스와 드레인 사이의 쇼트로 이어지기 때문에, TFT로서 치명적인 문제가 된다.

그런 점에서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 고정밀도인 그레이톤부의 패턴을 갖는 그레이톤 마스크의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 구성을 갖는다.

(구성 1)

표시 장치용 기판상에 원하는 화소 패턴을 형성하기 위한 그레이톤 마스크로서, 차광부, 투광부 및 그레이톤부로 이루어지는 패턴을 갖는 그레이톤 마스크의 제조방법에 있어서, 투명 기판상에 차광막을 갖는 마스크 블랭크상에 형성된 감광성 재료층에 패턴 묘화를 실시하는 묘화 공정을 포함하며, 상기 묘화 공정은 화소 패턴에 대응하는 반복 패턴에 대하여, 거의 동일한 묘화 조건으로 에너지 빔 조사를 수행하여 묘화함과 동시에, 상기 반복 패턴 중의 그레이톤부 영역에 있어서 최적의 묘화 조건이 되도록 묘화 위치를 선정하여 묘화하는 것을 특징으로 하는 그레이톤 마스크의 제조방법.

(구성 2)

상기 그레이톤부는, 그레이톤 마스크를 사용하여 노광을 수행하기 위해 이용하는 노광기의 해상 한계 이하의 차광 패턴이 형성된 영역인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 그레이톤 마스크의 제조방법.

(구성 3)

에너지 빔의 전송 방향에 있어서, 묘화하는 패턴의 선폭이 에너지 빔 지름 사이즈의 정수배가 되지 않는 경우, 단계적으로 서로 다른 복수의 빔 강도 중에서 복수의 빔 강도를 조합하여 선정하여 원하는 패턴의 선폭을 묘화하는 묘화 장치를 이용함과 동시에, 상기 그레이톤부의 최적인 묘화 조건이, 묘화하는 패턴의 적어도 양단에서는 동등한 빔 강도가 되도록 복수의 빔 강도를 조합하여 선정되는 조건인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 그레이톤 마스크의 제조방법.

(구성 4)

묘화하는 패턴의 적어도 양단에서는 동등한 빔 강도를 조합하여 선정할 수 있도록, 설계 데이터에 대하여 예비 사이징 등의 데이터 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 구성 3에 기재된 그레이톤 마스크의 제조방법.

(구성 5)

상기 그레이톤부는 박막 트랜지스터 기판의 채널부에 대응하는 패턴이 형성된 영역인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 그레이톤 마스크의 제조방법.

구성 1에 따르면, 그레이톤 마스크 제조에 있어, 투명 기판상에 차광막을 갖는 마스크 블랭크상에 형성된 감광성 재료층에 패턴 묘화를 실시하는 묘화 공정에 있어서, 화소 패턴에 대응하는 반복 패턴에 대하여 거의 동일한 묘화 조건으로 에너지 빔 조사를 수행하여 묘화함과 동시에, 상기 반복 패턴 중의 그레이톤부 영역에서 최적의 묘화 조건이 되도록 묘화 위치를 선정하여 묘화하기 때문에, 반복 패턴의 모든 패턴에 대하여 같은 묘화 조건으로 묘화할 수 있음과 동시에, 그레이톤부에서의 치수 정밀도가 양호한 패턴을 해상할 수 있으며, 그 결과 고정밀도인 그 레이톤부의 패턴을 갖는 그레이톤 마스크를 얻을 수 있다.

이러한 그레이톤 마스크는 예를 들어 TFT 기판의 제조공정에서 사용되며, 이 경우의 상기 화소 패턴은 TFT 기판상에서 매트릭스 형상으로 배열된 화소 패턴이다.

구성 2에 따르면, 상기 그레이톤부는 그레이톤 마스크를 사용하여 노광을 수행하기 위해 이용하는 노광기의 해상 한계 이하의 차광 패턴이 형성된 영역이기 때문에, 본 발명에 의해 그레이톤부에서 고정밀도인 미세 패턴을 형성할 수 있어, 그레이톤부에서 투과율의 편차를 없앨 수 있다. 이와 같이 그레이톤부에서 투과율의 편차를 없앰으로써, 이러한 그레이톤 마스크를 사용하여 제조되는 표시 장치용 기판의 품질을 향상시킬 수 있다.

구성 3에 따르면, 에너지 빔의 전송 방향에 있어서, 묘화하는 패턴의 선폭이 에너지 빔 지름 사이즈의 정수배가 되지 않는 경우에, 단계적으로 서로 다른 복수의 빔 강도 중에서 복수의 빔 강도를 조합하여 선정하여, 원하는 패턴 선폭을 묘화하는 묘화 장치를 이용함과 동시에, 상기 그레이톤부의 최적의 묘화조건을, 묘화하는 패턴의 적어도 양단에서는 동등한 빔 강도가 되도록 복수의 빔 강도를 조합하여 선정하는 조건으로 하고 있다. 이러한 묘화 조건에 따라 상기 묘화 장치를 이용하여 패턴 묘화를 실시함으로써, 그레이톤부에서의 치수 어긋남을 발생시키는 일 없이 고정밀도의 패턴을 해상할 수 있기 때문에, 고정밀도인 그레이톤부의 패턴을 얻을 수 있다.

구성 4에 따르면, 묘화하는 패턴의 적어도 양단에서는 동등한 빔 강도를 조 합하여 선정할 수 있도록 설계 데이터에 대하여 예비 사이징 등의 데이터 처리를 실시한다. 이로 인해, 사용하는 레이저 묘화 장치의 빔 지름이나 해상 선폭과의 관계에서, 원래의 패턴 설계치에 대하여, 패턴의 양단에서 같은 계조를 조합시키는 것이 곤란한 경우에도 본 발명의 묘화방법을 바람직하게 적용할 수 있다.

구성 5에 따르면, 상기 그레이톤부는 TFT 기판의 채널부에 대응하는 패턴이 형성된 영역이기 때문에, 본 발명에 의해 그레이톤부에서의 투과율의 편차가 없는 고정밀도인 그레이톤부의 패턴을 형성할 수 있으므로, 이러한 그레이톤 마스크를 사용하여 제조되는 TFT 기판의, 예를 들어 채널부에서의 결함의 발생을 방지할 수 있어 TFT 기판으로서의 높은 신뢰성을 보장하는 것이 가능해진다.

(실시예)

이하, 본 발명을 실시예에 따라 상세하게 설명한다.

도 9는 본 발명의 그레이톤 마스크의 제조공정을 나타내는 개략단면도이다.

본 실시예에서 사용하는 마스크 블랭크(20)는 도 9(1)에 나타내는 바와 같이, 석영 등의 투명 기판(21)상에 차광막(22)을 형성한 것이다. 또한, 마스크 블랭크(20)의 차광막(22)상에는 후술하는 바와 같이 하여 포지티브형의 레지스트막(23)을 형성하고 있다.

상기 마스크 블랭크(20)를 이용하여 얻어지는 본 실시예의 그레이톤 마스크(50)는 도 9(3)에 나타낸 바와 같이, 투명 기판(21)상에 소정의 차광막의 패턴(22a)이 형성되어 이루어진다. 본 실시예의 그레이톤 마스크(50)는 예를 들어 TFT 기판의 제조공정에서 사용되는 그레이톤 마스크로서, 그레이톤부가 미세 패턴으로 형성되어 있다. 즉, TFT 기판의 소스와 드레인에 대응하는 차광부와, 투광부와, 소스와 드레인 사이에 개재하는 채널부에 대응하는 그레이톤부를 가지며, 이 그레이톤부는 그레이톤 마스크를 사용하는 LCD용 노광기의 해상 한계 이하의 미세 패턴으로 이루어지는 차광 패턴을 형성한 영역이다(예를 들면 상술한 도 3 참조). 따라서, 본 실시예의 그레이톤 마스크(50)에 있어서 투명 기판(21)상의 차광막의 패턴(22a)은 상기 차광부의 패턴과 그레이톤부의 미세한 차광 패턴을 포함하는 것이다.

여기에서 차광막(22)의 재질로는 박막이며 높은 차광성을 얻을 수 있는 것이 바람직하며, 예를 들면 Cr, Si, W, Al 등을 들 수 있다. 또한, 여기에서 차광성이라 함은 그레이톤 마스크를 사용하는 LCD용 노광기의 노광광의 파장에 대한 차광성을 말한다. 또한, 그레이톤부는 그레이톤 마스크를 사용하는 LCD용 노광기의 해상 한계 이하의 미세 패턴으로 이루어지는 차광 패턴을 형성하고 있기 때문에, 투광부의 투과율을 100%로 한 경우에 예를 들면 투과율 50% 정도의 반투과성을 얻을 수 있다.

상기 마스크 블랭크(20)는 투명 기판(21)상에 차광막(22)을 형성함으로써 얻을 수 있는데, 그 성막 방법은 증착법, 스퍼터법, CVD(화학적 기상 성장)법 등, 막종류에 적합한 방법을 적절하게 선택하면 된다. 또한, 막두께에 관해서는 특별히 제약은 없으며, 양호한 차광성을 얻을 수 있도록 최적화된 막 두께로 형성하면 된다.

다음으로, 이 마스크 블랭크(20)를 사용한 그레이톤 마스크의 제조공정을 설명한다.

먼저, 이 마스크 블랭크(20)상에 예를 들면 레이저·전자선용의 포지티브형 레지스트를 도포하고 베이킹을 수행하여 레지스트막(23)을 형성한다(도 9(1) 참조). 다음으로 레이저 묘화 장치를 이용하여 패턴 묘화를 수행한다.

도 4는 래스터 스캔법에 따른 레이저 묘화 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도이다. 상기 레지스트막(23)을 형성한 마스크 블랭크(20)는 도시하는 X방향 및 Y방향으로 가동식의 테이블(30)상에 올려져 있다. 도 중, 부호 40은 레이저 빔원(광원)으로서, 이러한 레이저 빔원(40)에서 발사된 레이저 빔은 소정의 광학계를 통하여 수속(收束) 레이저 빔(44)이 되어 마스크 블랭크(20)상에 조사된다. 상기 광학계는 예를 들면 도시하는 굴절 렌즈(42)와 초점 렌즈(43)로 구성된다. 또한, 도 중 부호 41은 변조장치로서, 강도에 관하여 변조를 수행함으로써 레이저 파워를 복수 단계로 제어하고 있다. 또한 변조장치(41)에는 도시하지 않은 변조 구동수단으로부터 변조 구동신호가 공급되고, 이 변조 구동신호에 의해 변조장치(41)는 구동된다.

한편, 묘화영역 전면을 레이저 빔으로 스캔하는 방법으로는, 본 실시예에서는 래스터 스캔법에 의한 묘화방법을 이용하기 때문에, 빔의 주사는 일정한 스캔 폭으로 Y방향으로 주사되고, Y방향으로의 주사가 종료하면 X방향으로 빔이 보내져, 그것이 반복됨으로써 묘화영역 전면이 주사된다.

본 실시예에서는 일예로서, 빔 지름이 0.75㎛, 어드레스 그리드가 0.05㎛의 값을 갖는 레이저 묘화 장치를 사용한다. 레이저 빔은 예를 들면 소정의 스캔 폭의 범위로 Y방향으로 진폭하고 있으며, 셔터의 개폐 기능에 의해, Y방향(스캔 방향)의 해상 선폭을 0.05㎛까지 제어하고 있다. 또한, 빔의 전송 방향(X방향)에 있어서는, 레이저 파워의 강약으로 제어하고 있으며, 예를 들면 15단계로 레이저 파워를 제어할 수 있으며, 파워 100%의 강도(계조 15라 한다)로 빔 지름에 상당하는 0.75㎛의 선폭이 해상되는 경우, 15단계의 파워 제어에 의해 0.05㎛(=0.75㎛÷15)의 제어를 수행하고 있다. 따라서, 이 경우 예를 들면 0.25㎛의 선폭을 해상하고자 할 때는 계조 5를 이용하고, 0.50㎛의 선폭을 해상하고자 할 때는 계조 10을 이용한다. 또한, 0.75㎛보다도 큰 선폭을 해상하고자 할 때는, 예를 들면 계조 15와 그 이하의 계조와 같이 서로 다른 계조를 조합함으로써 해상할 수 있다. 또한, 레이저 파워의 제어는 상술한 변조장치(41)에 의해 수행하고 있다.

이론적으로는 이상과 같이 하여 소정 선폭의 패턴이 소정의 위치에 해상되어야 하겠지만, 상술한 바와 같이 본 발명자의 검토에 따르면, 실제로는 각 단계의 빔 강도에 편차가 발생하기 때문에, 이상대로 패턴을 형성할 수 없다는 것이 판명되었다. 예를 들면, 1㎛의 선폭의 패턴을 해상하고자 할 때, 계조 15와 계조 5를 조합하여 묘화를 수행함으로써, 이론상으로는 1㎛(0.75㎛+0.25㎛) 선폭의 패턴을 소정위치에 해상할 수 있어야 하겠지만, 실제로는 계조 15와 계조 5의 조합과 같이 패턴의 양단에서 서로 다른 계조를 조합한 경우, 레이저 출력의 편차 등에 의해, 결과적으로 그 패턴이 치수 어긋남을 일으켜 원하는 선폭을 해상할 수 없다.

그런 점에서 본 발명에서는 에너지 빔의 전송 방향에 있어서, 묘화하는 패턴의 선폭이 에너지 빔 지름 사이즈의 정수배가 되지 않는 경우에, 단계적으로 서로 다른 복수의 빔 강도 중에서 복수의 빔 강도를 조합하여 선정하여, 원하는 패턴 선 폭을 묘화하는 묘화 장치를 이용하여 묘화를 수행함에 있어서, 묘화하는 패턴의 적어도 양단에서는 동등한 빔 강도가 되도록 복수의 빔 강도를 조합시킨다.

도 8은 본 발명의 레이저 묘화 장치를 이용한 묘화방법을 설명하기 위한 도면으로서, (1)은 묘화 데이터 구조, (2)는 TFT 기판의 제조공정에서 사용하는 그레이톤 마스크에 있어서 그레이톤부의 라인 앤드 스페이스로 이루어지는 미세 패턴을 나타낸 것이다(도 중, 상하 방향이 빔의 전송 방향(X방향), 좌우 방향이 빔의 스캔 방향(Y방향))이다.

예를 들면 이 그레이톤부에서의 차광 패턴(22a)간의 투과부(21a)를 1㎛의 선폭으로 하고자 할 때, 도 8(1)의 묘화 데이터 구조(도 중에 나타내는 수치는 상술한 계조를 나타낸다)에 나타내는 바와 같이 계조 14와 계조 3을 조합하여, 패턴의 양단이 각각 계조 3, 중앙이 계조 14가 되도록 배치한다. 패턴 양단의 계조 3에 의해 각각 0.15㎛를 해상하고, 패턴 중앙의 계조 14에 의해 0.70㎛를 해상함으로써, 상기 차광 패턴(22a)간의 투과부(21a)를 패턴의 치수 어긋남을 발생시키는 일 없이 1㎛의 선폭으로 해상할 수 있다.

앞에서도 설명한 바와 같이, TFT 기판에 있어서, 예를 들면 소스와 드레인의 쇼트는 치명적인 결함이 된다. 따라서, TFT 기판의 제조에 이용되는 그레이톤 마스크에 있어서, TFT 기판의 소스와 드레인 사이에 개재하는 채널부를 형성하는 영역에 대응하는 그레이톤부의 패턴 정밀도가 나쁘면, 그레이톤부의 투과율의 편차로 이어져 결과적으로 쇼트를 일으키는 요인이 되기 때문에, 그레이톤부의 가공 정밀도는 상당히 중요한 요소가 된다.

본 발명에 따르면, 묘화하는 패턴의 적어도 양단에서는 동등한 빔 강도가 되도록 복수의 빔 강도(계조)를 조합시켜 선정되는 묘화 조건에 따라 패턴 묘화를 실시함으로써, 그레이톤부에 있어서의 패턴의 치수 어긋남을 일으키는 일 없이 고정밀도의 패턴을 해상할 수 있기 때문에, 고정밀도인 그레이톤부의 패턴을 얻을 수 있다.

이와 같이 소정 패턴의 계조를 조정하기 위해서는, 묘화 개시점을 컨트롤하는 방법을 들 수 있다. 즉, 묘화 데이터를 작성할 때에 계조도 포맷되기 때문에, 묘화 개시점을 미세 조정한 상태에서 묘화 데이터를 작성함으로써, 소정 패턴에서의 계조를 조정할 수 있다.

이상과 같이 묘화 공정은, 화소 패턴에 대응하는 반복 패턴에 대하여, 거의 동일한 묘화 조건으로 에너지 빔 조사를 수행하여 묘화함과 동시에, 상기 반복 패턴 중의 그레이톤부 영역에서 최적의 묘화 조건이 되도록 묘화 위치(개시점)를 선정하여 묘화한다. 여기에서, 에너지 빔의 전송 방향에 있어서, 묘화하는 패턴의 선폭이 에너지 빔 지름 사이즈의 정수배가 되지 않는 경우에, 단계적으로 서로 다른 복수의 빔 강도 중에서 복수의 빔 강도를 조합하여 선정하여, 원하는 패턴 선폭을 묘화하는 경우, 상기 그레이톤부 영역의 최적의 묘화 조건은, 묘화하는 패턴의 적어도 양단에서는 동등한 빔 강도가 되도록 복수의 빔 강도를 조합시켜 선정되는 조건이다.

또한, 상기 반복 패턴의 패턴 단위마다 같은 전송 조건으로 함으로써 모든 패턴에 대하여 같은 계조의 조건으로 묘화하는 것이 가능해진다.

또한, 묘화하는 패턴의 계조의 조합은 본 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 묘화하는 패턴의 양단의 계조는 반드시 같은 계조가 아니라도 좋으며, 동등한 빔 강도로 레이저 출력의 편차의 정도(이상치에서 벗어나는 정도)가 동등하게 되는 계조이면 좋다.

이상의 묘화 공정 후, 이를 현상하여 마스크 블랭크(20)상에 레지스트 패턴(23a)을 형성한다(도 9(2) 참조).

다음으로, 형성된 레지스트 패턴(23a)을 마스크로 하여, 차광막(22)을 드라이에칭하고 차광막 패턴(22a)을 형성한다(도 9(3) 참조). 차광막(22)이 Cr계 재료로 이루어지는 경우, 염소 가스를 이용한 드라이에칭을 이용할 수 있다.

잔존하는 레지스트 패턴(23a)은 산소에 의한 애싱 혹은 진한 황산 등을 이용하여 제거한다(도 9(3) 참조).

또한, 본 실시예에서는 패턴의 양단에서 같은 계조를 조합시키고 있기 때문에, 패턴의 양단에서 레이저 출력의 편차의 정도(이상치에서 벗어나는 정도)가 동등하게 되기 때문에, 가령 상술한 묘화 후의 패턴 선폭이 이상대로 되지 않았다 하더라도, 그 후의 현상, 에칭 공정에서 조절하는 것도 가능하다.

이상과 같이 하여 본 실시예의 그레이톤 마스크(50)가 완성된다.

또한, 본 실시예에서는 포지티브형 레지스트를 이용한 경우를 예시하였으나, 네거티브형 레지스트를 이용하여도 좋다. 이 경우, 묘화 데이터가 반전할 뿐, 공정은 상술한 것과 완전히 동일하게 하여 실시할 수 있다.

도 10은 본 발명의 레이저 묘화 장치를 이용한 묘화방법의 다른 실시예를 설 명하기 위한 모식도이다.

상술한 실시예와 마찬가지로 도 10(1)에 나타낸 바와 같이 그레이톤부에 있어서의 차광 패턴(22a)간의 투과부(21a)를 예를 들면 1㎛의 선폭(설계값)으로 해상하고자 할 때, 미리 묘화 데이터상에서 차광 패턴(22a) 간의 투과부(21a)의 선폭을 예를 들어 1.05㎛로 하는 사이징 처리를 실시하고(도 10(2) 참조), 도 11의 묘화 데이터 구조(도 중에 나타내는 수치는 상술한 계조를 나타낸다)에 나타내는 바와 같이 계조 15와 계조 3을 조합하여, 패턴의 양단이 각각 계조 3, 중앙이 계조 15가 되도록 배치한다. 이렇게 하여, 도 10(3)에 나타내는 바와 같이, 패턴 양단의 계조 3에 의해 각각 0.15㎛를 해상하고, 패턴 중앙의 계조 15에 의해 0.75㎛를 해상함으로써, 상기 차광 패턴(22a) 간의 투과부(21a)를 1.05㎛의 선폭으로 해상할 수 있다. 또한, 이로 인해 원래의 설계치로부터 치수 어긋남(중심값 어긋남 : 상술한 예에서는 0.05㎛분)이 생기지만, 패턴의 양단에서 같은 계조를 조합하여 묘화하고 있기 때문에 패턴의 양단에서 치수 어긋남의 정도가 동등하게 되므로, 그 후의 현상, 에칭 공정의 조건을 적절하게 변경함으로써, 상기 치수 어긋남은 보정하는 것이 가능하다.

본 실시예는, 예를 들어 사용하는 레이저 묘화 장치의 1빔 지름이나 해상 선폭과의 관계로, 원래의 설계 치수를, 패턴의 양단에서 같은 계조를 조합하여 해상시키는 것이 곤란한 경우에 매우 적합하다.

또한 도 12는 본 발명의 레이저 묘화 장치를 이용한 묘화방법의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 모식도이다.

본 실시예는 도 12(1)에 나타내는 바와 같이 그레이톤부에서의 차광 패턴(22a) 간의 투과부(21a)를 예를 들어 1㎛의 선폭(설계치)으로 해상하고자 할 때, 미리 묘화 데이터상에서 상기 설계치를 예를 들면 0.50㎛와 0.50㎛로 균등하게 2분할하여(도 12(2) 참조) 각각의 선폭을 계조(10)에 의해 해상함으로써, 상기 차광 패턴(22a)간의 투과부(21a)를 1.0㎛의 선폭으로 해상할 수 있다.

이와 같이, 설계치 그 자체를 데이터상에서 분할(본 실시예에서는 균등하게 2분할)해 둠으로써, 타겟으로 하는 패턴 선폭에 대하여 빔의 계조를 패턴의 양단에서 같은 계조가 되도록 할당할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 그레이톤부에 있어서 패턴의 치수 어긋남이 없어 치수 정밀도가 양호한 패턴을 해상할 수 있으며, 그 결과, 고정밀도인 그레이톤부의 패턴을 갖는 그레이톤 마스크를 얻을 수 있다.

본 발명에 의해 그레이톤부에 있어서 투과율의 편차가 없는 고정밀도의 그레이톤부의 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 이러한 그레이톤 마스크를 사용하여 제조되는 TFT 기판의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 그레이톤 마스크를 사용하여 제조되는 TFT 기판의, 예를 들면 채널부에서의 결함의 발생을 방지할 수 있기 때문에, TFT 기판의 높은 신뢰성을 부여할 수 있다.

본 발명에 따르면 고정밀도인 그레이톤부의 패턴을 갖는 그레이톤 마스크를 제조할 수 있다. 따라서, 이러한 그레이톤 마스크를 사용하여 제조되는 표시 장치용 기판의 품질을 향상시킬 수 있어 높은 신뢰성을 부여할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 표시 장치용 기판상에 원하는 화소 패턴을 형성하기 위한 그레이톤 마스크로서, 차광부, 투광부 및 그레이톤부로 이루어지는 패턴을 갖는 그레이톤 마스크의 제조방법에 있어서,

   투명 기판상에 차광막을 갖는 마스크 블랭크상에 형성된 감광성 재료층에 패턴 묘화를 실시하는 묘화 공정을 포함하며,

   상기 묘화 공정은 화소 패턴에 대응하는 반복 패턴에 대하여, 동일한 묘화 조건으로 에너지 빔 조사를 수행하여 묘화함과 동시에, 상기 반복 패턴 중의 그레이톤부 영역에 있어서 최적의 묘화 조건이 되도록 묘화 위치를 선정하여 묘화하는 것을 특징으로 하는 그레이톤 마스크의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 그레이톤부는, 그레이톤 마스크를 사용하여 노광을 수행하기 위해 이용하는 노광기의 해상 한계 이하의 차광 패턴이 형성된 영역인 것을 특징으로 하는 그레이톤 마스크의 제조방법.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   에너지 빔의 전송 방향에 있어서, 묘화하는 패턴의 선폭이 에너지 빔 지름 사이즈의 정수배가 되지 않는 경우, 단계적으로 서로 다른 복수의 빔 강도 중에서 복수의 빔 강도를 조합하여 선정하여 원하는 패턴의 선폭을 묘화하는 묘화 장치를 이용함과 동시에, 상기 그레이톤부의 최적인 묘화 조건이, 묘화하는 패턴의 적어도 양단에서는 동등한 빔 강도가 되도록 복수의 빔 강도를 조합하여 선정되는 조건인 것을 특징으로 하는 그레이톤 마스크의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서,

   묘화하는 패턴의 적어도 양단에서는 동등한 빔 강도를 조합하여 선정할 수 있도록, 설계 데이터에 대하여 예비 사이징 등의 데이터 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 그레이톤 마스크의 제조방법.
5. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   상기 그레이톤부는 박막 트랜지스터 기판의 채널부에 대응하는 패턴이 형성된 영역인 것을 특징으로 하는 그레이톤 마스크의 제조방법.

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