KR20100036998A - 다계조 포토마스크 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

다계조 포토마스크는, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 갖는 전사 패턴을 구비한다. 상기 전사 패턴에서의 반투광 영역은, 제1 실효 투과율을 갖는 제1 반투광부와, 상기 제1 실효 투과율과 상이한 제2 실효 투과율을 갖는 제2 반투광부를 갖는다. 상기 전사 패턴은, 상기 포토마스크를 이용하여 피전사체 위의 레지스트막에 노광하여 상기 전사 패턴을 전사한 후, 상기 레지스트막을 현상하여 형성되는 레지스트 패턴의, 상기 제1 반투광부와 상기 제2 반투광부에 대응하는 부분에, 실질적으로 동일한 레지스트 잔막치를 갖도록, 상기 제1 실효 투과율 및 제2 실효 투과율이 설정되어 있다.

실효 투과율, 반투광부, 레지스트 잔막치, 전사 패턴, 레지스트 패턴

Description

다계조 포토마스크 및 그 제조 방법{MULTI-GRAY SCALE PHOTOMASK AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은, 포토리소그래피 공정에서 사용되는 다계조 포토마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 액정 표시 장치 등의 전자 디바이스의 제조에서는, 포토리소그래피 공정을 이용하여, 에칭되는 피가공층 위에 형성된 레지스트막에 대하여, 소정의 패턴을 갖는 포토마스크를 이용하여 소정의 노광 조건 하에서 노광을 행하여 패턴을 전사하고, 그 레지스트막을 현상함으로써 레지스트 패턴을 형성한다. 그리고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 피가공층을 에칭한다.

포토마스크에는, 노광광을 차광하는 차광 영역과, 노광광을 투과하는 투광 영역과, 노광광의 일부를 투과하는 반투광 영역을 갖는 다계조 포토마스크가 있다. 이와 같은 차광 영역, 반투광 영역 및 투광 영역을 포함하는 다계조 포토마스크를 이용하여 피전사체인 레지스트막(포지티브형 포토레지스트)에 원하는 패턴을 전사하는 경우, 다계조 포토마스크의 투광 영역 및 반투광 영역을 통하여 노광광이 조사된다. 이 때, 반투광 영역을 통하여 조사되는 광량은, 투광 영역을 통하여 조사 되는 광량보다도 적다. 이 때문에, 이와 같이 노광광이 조사된 레지스트막을 현상 하면, 조사된 광량에 따라서 레지스트막의 잔막치가 상이하다. 즉, 다계조 포토마스크의 반투광 영역을 통하여 노광광이 조사된 영역의 레지스트 잔막치는, 차광 영역에 대응하는 레지스트 잔막치보다도 적어진다. 이와 같이, 다계조 포토마스크를 이용하여 노광·현상을 행함으로써, 적어도 3개의 두께의 레지스트 잔막치(잔막치 제로를 포함함)를 갖는 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.

이와 같이 레지스트 잔막치가 서로 다른 영역을 포함하는 레지스트막을 이용하여, 레지스트막이 형성된 피처리체를 에칭하는 경우에서는, 우선, 잔막치 제로의 영역(피처리체가 노출된 영역 : 다계조 포토마스크의 투광 영역에 대응하는 영역)을 에칭하고, 그 후, 애싱에 의해 레지스트막을 삭감한다. 이에 의해, 상대적으로 두께가 얇은 레지스트막의 영역(다계조 포토마스크의 반투광 영역에 대응하는 영역)이 제거되어, 그 부분의 피처리체가 노출된다. 그리고, 이 노출된 피처리체를 에칭한다. 따라서, 복수의 서로 다른 레지스트 잔막치를 갖는 레지스트 패턴을 실현하는 다계조 포토마스크는, 사용하는 포토마스크의 매수를 감소시킴으로써, 포토리소그래피 공정을 효율화시키는 것이 가능하게 되므로 대단히 유용하다.

이와 같은 다계조 포토마스크를 이용하여 패터닝을 행하는 예로서, 특허 문헌 1(일본 특허 공개 2000-111958호 공보)에 개시되어 있는 방법이 있다. 이 방법은, 종래 5매 또는 6매의 포토마스크를 이용한 에칭 공정에 의해 제조하였던 박막 트랜지스터를, 4매의 포토마스크를 이용한 에칭 공정에 의해 제조하는 것이다. 이 방법에서, 3개 이상의 투과율을 갖는 포토마스크를 사용하는 것이 기재되어 있다.

다계조 포토마스크를 이용한 피처리체의 가공에서는, 전술한 바와 같이 도 중에 레지스트막을 소정량 삭감하기 위해서, 레지스트 잔막치가 정치하게 제어되어 있는 것이 중요하다. 이와 같이 레지스트 잔막치가 정치하게 제어되어 있지 않으면, 가공 공정은 현저하게 번잡하게 되어, 생산 효율을 떨어뜨리게 된다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 다계조 포토마스크를 이용한 피처리체의 가공에서, 레지스트 잔막치를 정치하게 제어하는 것이 가능하게 되는 다계조 포토마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다계조 포토마스크는, 투명 기판 위에 형성된, 노광광을 차광하는 차광막과, 상기 노광광을 일부 투과시키는 반투광막에 의해, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 갖는 전사 패턴을 구비한 다계조 포토마스크로서, 상기 전사 패턴에서의 반투광 영역은, 제1 실효 투과율을 갖는 제1 반투광부와, 상기 제1 실효 투과율과 상이한 제2 실효 투과율을 갖는 제2 반투광부를 갖고, 상기 전사 패턴은, 상기 포토마스크를 이용하여 피전사체 위의 레지스트막에 노광하여 상기 전사 패턴을 전사한 후, 상기 레지스트막을 현상하여 형성되는 레지스트 패턴의, 상기 제1 반투광부와 상기 제2 반투광부에 대응하는 부분이, 실질적으로 동일한 레지스트 잔막치를 갖도록, 상기 제1 실효 투과율 및 제2 실효 투과율이 설정되어 있는 것인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다계조 포토마스크에서는, 상기 제1 실효 투과율 및 상기 제2 실효 투과율은, 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부의 선폭, 형상, 및 반투광막의 막 투과율 중 적어도 하나를 이용하여 결정된 것인 것이 바람직하다. 이 경우에, 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부는, 각각 서로 다른 막 투과율의 반투광막으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부는, 각각의 반투광막의 적층 구성의 상위에 의해 막 투과율이 상이한 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부는, 각각의 반투광막의 막 두께의 상위에 의해 막 투과율이 서로 다른 것이 바람직하다.

본 발명의 다계조 포토마스크에서는, 상기 제1 반투광부는, 단위 패턴이 반복하여 배열된 부분을 갖고, 상기 제2 반투광부는, 상기 제1 반투광부와는 상이한 단위 패턴이 반복하여 배열된 부분을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 전자의 부분은, 액정 표시 장치의 화소 패턴에 대응하고, 후자의 부분은, 액정 표시 장치의 주변 회로 패턴에 대응하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다계조 포토마스크에서는, 상기 반투광 영역은, 인접하는 복수의 차광막 사이에 끼워진 영역인 것이 바람직하다.

본 발명의 다계조 포토마스크에서는, 상기 다계조 포토마스크는, 상기 반투광 영역이 해상 한계 이하의 미세 패턴으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 다계조 포토마스크의 제조 방법은, 투명 기판 위에 형성된, 노광광을 차광하는 차광막과, 상기 노광광을 일부 투과시키는 반투광막을 패터닝하여, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 갖는 전사 패턴을 형성하여 이루어지는 다계조 포토마스크의 제조 방법으로서, 상기 전사 패턴이, 상기 포토마스크를 이용하여 피전사체 위의 레지스트막에 노광하여 상기 전사 패턴을 전사한 후, 상기 레지스트막을 현상하여 형성되는 레지스트 패턴의, 제1 실효 투과율을 갖는 제1 반투광부와, 상기 제1 실효 투과율과 상이한 제2 실효 투과율을 갖는 제2 반투광부에 각각 대응하는 부분이, 실질적으로 동일한 레지스트 잔막치를 갖도록, 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다계조 포토마스크의 제조 방법에서는, 상기 제1 실효 투과율 및 상기 제2 실효 투과율은, 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부의 선폭, 형상, 및 반투광막의 막 투과율 중 적어도 하나를 이용하여 결정하는 것이 바람직하다. 이 경우에서는, 각각 서로 다른 막 투과율의 반투광막을 이용하여 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 각각 서로 다른 적층 구성의 반투광막을 이용하여, 막 투과율이 서로 다른 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 각각 서로 다른 막 두께의 반투광막을 이용하여, 막 투과율이 서로 다른 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부를 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다계조 포토마스크의 제조 방법에서는, 상기 다계조 포토마스크는, 상기 반투광 영역이 해상 한계 이하의 미세 패턴으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 패턴 전사 방법은, 상기 다계조 포토마스크 이용하여, 피처리체 위에 형성된 레지스트막에 상기 전사 패턴을 전사하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다계조 포토마스크는, 투명 기판 위에 형성된, 노광광을 차광하는 차광막과, 상기 노광광을 일부 투과시키는 반투광막에 의해, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 갖는 전사 패턴을 구비한 포토마스크로서, 상기 전사 패턴에서의 반투광 영역은, 제1 실효 투과율을 갖는 제1 반투광부와, 상기 제1 실효 투과율과 상이한 제2 실효 투과율을 갖는 제2 반투광부를 갖고, 상기 전사 패턴은, 상기 포토마스크를 이용하여 피전사체 위의 레지스트막에 노광하여 상기 전사 패턴을 전사한 후, 상기 레지스트막을 현상하여 형성되는 레지스트 패턴의, 상기 제1 반투광부와 상기 제2 반투광부에 대응하는 부분에, 실질적으로 동일한 레지스트 잔막치를 형성하도록, 상기 제1 실효 투과율 및 제2 실효 투과율이 설정되어 있는 것이므로, 다계조 포토마스크를 이용한 피처리체의 가공에서, 레지스트 잔막치를 정치하게 제어하는 것이 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명자는, 이미, 피전사체 위에 원하는 레지스트 잔막치를 얻기 위해서는, 다계조 마스크의 반투광부에 이용하는, 반투광막의 막 투과율을 제어하는 것만으로는 불충분한 것에 주목하고, 피전사체 위에 원하는 레지스트 잔막치의 부분을 얻을 때에, 그 레지스트 잔막치를 결정하기 위해서는, 마스크에 이용하는 반투광막의 막으로서의 노광광 투과율뿐만 아니라, 마스크에 형성된 패턴의 형상이나, 노광에 이용하는 광원의 광학 특성 등에 의해, 생기는 광의 회절 현상을 고려해야만 하 는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명자는, 반투광막의 막 투과율 T_f 대신에, 마스크를 투과하는 실효적인 광 투과율(실효 투과율) T_A를 규정하고, 이 실효 투과율을 제어하는 것에 대하여 앞서 제안하였다.

본 발명자는, 더욱 고도의 제어를 행함으로써, 보다 마스크 유저에게 있어서, 가공하기 쉬운 우수한 포토마스크를 제작할 수 있는 방법을 검토하였다. 이하에 설명한다.

상기한 바와 같이, 종래, 다계조 포토마스크를 이용하여, 피처리체의 가공을 행할 때, 피처리체 위의 레지스트막에, 원하는 잔막치를 갖는 레지스트 잔막을 형성할 목적으로, 특정한 노광광 투과율을 가진 반투광 영역을 갖는 포토마스크를 이용한다. 예를 들면, 투광 영역, 차광 영역 외에, 반투광 영역을 갖는 3계조의 포토마스크를 생각한다. 이 때, 반투광 영역에 의해 형성되는, 피처리체 위의 레지스트 잔막치는, 면내에서 균일한 것이 요망된다. 적어도, 이 레지스트 잔막치가 면 내의 어느 위치에서도 소정의 허용 범위 내에 없으면, 이 레지스트 잔막을 포토마스크로서 에칭 가공할 때에 부적합하다. 따라서, 포토마스크에 형성된 전사 패턴에서의 반투광 영역의 실효 투과율 T_A를 관리하여, 모든 반투광 영역에서, 실효적으로 동일한 노광광 투과율이 얻어지도록 하는 것이 바람직하다. 또한，이 실효 투과율 T_A는, 실제로 이용하는 노광 조건 하에서, 그 포토마스크의, 예를 들면 반투광 영역이 노광광을 투과하는 투과율로 생각할 수 있다. 실제로는, 도 1에 도시한 바와 같이, 반투광 영역의 광 투과 곡선의 피크치를 실효 투과율로 할 수 있다.

그런데, 이와 같은 다계조 포토마스크를 이용하여, 피전사체인 레지스트막을 노광하여, 피처리체 위에 레지스트 패턴을 형성하였을 때, 상기 반투광 영역에 대응하는 영역의 레지스트 잔막치가 반드시 일정하게 되는 것은 아니라고 하는 현상이 발견되었다.

예를 들면, 포토마스크가 액정 표시 장치 제조용의 포토마스크이고, 전사 패턴에는, 화소에 대응하는 화소 패턴과, 전사 패턴의 외주 부근의 회로에 대응하는, 주변 회로용 패턴이 공존하는 경우가 있다. 이 경우, 화소 패턴에도, 주변 회로용 패턴에도 반투광 영역이 포함된다. 각각의 실효 투과율이 동일하게 되도록 미리 포토마스크를 설계하여도, 그 포토마스크를 이용하여, 피처리체 위의 레지스트막을 노광하면, 화소 패턴에서의 반투광 영역과, 주변 회로 패턴에서의 반투광 영역에서, 각각에 대응하는 레지스트 잔막치가 상이한 경우가 있다.

화소 패턴과 주변 회로 패턴의 패턴 형상은 서로 달라, 반투광 영역에 대응하는 부분의, 선폭(CD(Critical Dimension))이나, 주위 패턴을 포함시킨 투광 영역/차광 영역/반투광 영역의 면적비 등도 서로 다르다. 따라서, 포토마스크의 실효 투과율을 일정하게 하여도, 포토마스크 이외의 요인에 의해, 반투광 영역에 대응하는 레지스트 잔막치는 영향을 받게 된다. 한편, 이와 같은 포토마스크 이외의 요인에는, 어떤 종류의 규칙성, 재현성이 보이는 것이 발견되었다. 또한, 다른 요인으로서, 예를 들면, 노광기의 개체차에 의해, 노광량에 면내 분포가 있다고 하는 등의 가능성도 생각된다.

마스크 유저에게 있어서는, 피전사체의 가공의 편의라고 하는 관점에서 보 면, 잔막치가 원하는 수치이며, 또한 잔막치에 변동이 작은 것이 가장 요망된다. 즉, 소정의 레지스트 잔막치(R_T)를 얻기 위해서, 실제의 노광 조건, 현상 조건 등의 레지스트 가공 프로세스를 반영시킨 후에, 적절한 포토마스크가 설계되어 있으면 되는 것이다. 따라서, 임의의 포토마스크의 반투광 영역에 대한 T_A가 일정한 것은 반드시 필요한 것은 아니고, R_T를 일정하게 하기 위해서, T_A가 제어되어 있으면 되는 것이다. 그 관점에서는, R_T를 불균일하게 하는 원인을 반드시 분리하여 검토할 필요는 없고, 결과적으로 우수한 레지스트 패턴을 얻기 위해서, 포토마스크의 디자인이 이루어져 있으면 된다.

또한, 여기서는, 투광 영역, 차광 영역, 반투광 영역을 구비한 3계조의 포토마스크를 예로서 설명을 행하지만, 투광 영역, 차광 영역 외에，2개 이상의 서로 다른 실효 투과율을 갖는 반투광 영역을 구비한 4계조 이상의 포토마스크에서도, 임의의 소정의 실효 투과율을 갖게 한 반투광 영역에서 마찬가지의 과제가 생길 수 있다. 따라서, 마찬가지로 과제를 해결하는 것이 요구된다.

즉, 본 발명의 다계조 포토마스크는, 전사 패턴에서의 반투광 영역은, 레지스트 잔막치 R_T를 일정하게 하도록 하는, 제1 실효 투과율을 갖는 제1 반투광부와, 상기 제1 실효 투과율과 상이한 제2 실효 투과율을 갖고, 상기 제1 반투광부와 상이한 형상인 제2 반투광부를 갖고, 전사 패턴은, 상기 포토마스크를 이용하여 피전사체 위의 레지스트막에 노광하여 상기 전사 패턴을 전사한 후, 상기 레지스트막을 현상하여 형성되는 레지스트 패턴의, 상기 제1 반투광부와 상기 제2 반투광부에 대응하는 부분에, 실질적으로 동일한 레지스트 잔막치를 형성하도록, 상기 제1 실효 투과율 및 제2 실효 투과율이 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성에 의하면, 다계조 포토마스크를 이용한 피처리체의 가공에서, 레지스트 잔막치를 정치하게 제어할 수 있고, 그에 의해, 액정 표시 장치 등의 제조 프로세스의 생산성 및 수율을 높게 할 수 있다.

본 발명에서의 다계조 포토마스크는, 차광 영역, 투광 영역, 반투광 영역을 포함하는 3계조 이상의 포토마스크를 말한다. 즉, 이 다계조 포토마스크에서는, 차광 영역, 투광 영역 이외에 반투광 영역을 가짐으로써, 피처리체 위에 형성되는 레지스트 패턴에, 복수의 막 두께를 갖는 영역을 형성하고 있다. 차광 영역은 실질적으로 노광광을 차광하고, 투광 영역은 투명 기판과 같은 투명 영역이 노출되어 이루어질 수 있다. 반투광 영역은, 투광 영역보다 투과율이 상대적으로 작은 부분이며, 피처리체 위에 원하는 레지스트 잔막을 형성하는 영역이다. 이 반투광 영역은, 예를 들면, 투명 기판 위에 소정의 막 투과율을 가진 반투광막을 성막하여 형성할 수 있다. 반투광막의 막 투과율은, 투광 영역을 100％로 할 때, 10％∼70％, 보다 유용한 것으로서는 20％∼60％이다. 또한, 투명 기판 위에 형성된 차광막에, 노광기의 해상 한계 이하의 선폭의 패턴을 형성함으로써, 반투광 영역으로 하여도 된다. 또한, 본 발명은, 3개 이상의 레지스트 잔막치를 갖는 레지스트 패턴을 갖는 4계조 이상의 포토마스크에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

막 투과율 T_f란, 투명 기판 위에 반투광막을 형성하여 반투광 영역으로 하였을 때, 노광 조건에서의 해상 한계에 대하여 충분히 큰 면적에서의 그 반투광 영역의 투과율을 말한다. 한편, 실제의 투과율은, 패턴의 선폭 등의 영향을 받으므로, 실제의 패턴에서의 반투광 영역의 노광광 투과율은, 실효 투과율 T_A에 의해 정의하는 것이 유용하게 된다.

실효 투과율은, 막 고유의 투과율 외에 광학 조건이나 패턴 디자인을 고려한 지표이므로, 잔막치의 상황을 정확하게 반영한 지표이고, 잔막치의 관리를 위한 지표로서 적절한 것이다. 또한, 실효 투과율로서는, 투광 영역의 노광광 투과율을 100％로 하였을 때의, 반투광 영역을 투과하는 광 강도 분포에서 최대값을 갖는 부분의 투과율로 할 수 있다. 이것은, 예를 들면 이 포토마스크를 사용하여, 피전사체 위에 포지티브 레지스트의 레지스트 패턴을 형성하였을 때, 반투광 영역에 생기는 레지스트 잔막치의 최소값과 상관을 갖기 때문이다. 이와 같은 레인지 관리에 대해서는, 예를 들면, 박막 트랜지스터의 채널 영역의 폭이 5㎛ 이하일 때에 특히 유효하다.

상기한 바와 같이 실효 투과율을 측정하기 위한 장치로서는, 예를 들면 도 2에 도시하는 장치를 들 수 있다. 이 장치는, 광원(1)과, 광원(1)으로부터의 광을 포토마스크(3)에 조사하는 조사 광학계(2)와, 포토마스크(3)를 투과한 광을 결상 시키는 대물 렌즈계(4)와, 대물 렌즈계(4)를 거쳐 얻어진 상을 촬상하는 촬상 수단(5)으로 주로 구성되어 있다.

광원(1)은, 소정 파장의 광속을 발하는 것으로, 예를 들면, 할로겐 램프, 메탈할라이드 램프, UHP 램프(초고압 수은 램프) 등을 사용할 수 있다.

조사 광학계(2)는, 광원(1)으로부터의 광을 유도하여 포토마스크(3)에 광을 조사한다. 이 조사 광학계(2)는, 개구수(NA)를 가변으로 하기 위해서, 조리개 기구(개구 조리개(7))를 구비하고 있다. 이 조사 광학계(2)는, 포토마스크(3)에서의 광의 조사 범위를 조정하기 위한 시야 조리개(6)를 구비하는 것이 바람직하다. 이 조사 광학계(2)를 거친 광은, 마스크 유지구(3a)에 의해 유지된 포토마스크(3)에 조사된다. 이 조사 광학계(2)는 케이스(13) 내에 배설된다.

포토마스크(3)는 마스크 유지구(3a)에 의해 유지된다. 이 마스크 유지구(3a)는, 포토마스크(3)의 주평면을 대략 연직으로 한 상태에서, 이 포토마스크(3)의 하단부 및 측연부 근방을 지지하고, 이 포토마스크(3)를 경사시켜 고정하여 유지하도록 되어 있다. 이 마스크 유지구(3a)는, 포토마스크(3)로서, 대형(예를 들면, 주평면이 1220㎜×1400mm, 두께 13㎜의 것), 또한, 다양한 크기의 포토마스크(3)를 유지할 수 있도록 되어 있다. 또한, 대략 연직이란, 도 2 중 θ로 나타내는 연직으로부터의 각도가 약 10도 이내를 의미한다. 포토마스크(3)에 조사된 광은, 이 포토마스크(3)를 투과하여, 대물 렌즈계(4)에 입사된다.

대물 렌즈계(4)는, 예를 들면, 포토마스크(3)를 투과한 광이 입사되어, 이 광속에 무한원 보정을 가하여 평행광으로 하는 제1 군(시뮬레이터 렌즈)(4a)과, 이 제1 군을 거친 광속을 결상시키는 제2 군(결상 렌즈)(4b)으로 구성된다. 시뮬레이터 렌즈(4a)는, 조리개 기구(개구 조리개(7))가 구비되어 있고, 개구수(NA)가 가변 으로 되어 있다. 대물 렌즈계(4)를 거친 광속은, 촬상 수단(5)에 의해 수광된다. 이 대물 렌즈계(4)는 케이스(13) 내에 배설된다.

이 촬상 수단(5)은, 포토마스크(3)의 상을 촬상한다. 이 촬상 수단(5)으로서는, 예를 들면, CCD 등의 촬상 소자를 이용할 수 있다.

이 장치에서는, 조사 광학계(2)의 개구수와 대물 렌즈계(4)의 개구수가 각각 가변으로 되어 있으므로, 조사 광학계(2)의 개구수의 대물 렌즈계(4)의 개구수에 대한 비, 즉, 시그마값(σ:코히어런시)을 가변할 수 있다. 상기 조건을 적절히 선택함으로써, 노광 시의 광학 조건을 재현, 또는 근사할 수 있다.

또한，이 장치에서는, 촬상 수단(5)에 의해 얻어진 촬상 화상에 대한 화상 처리, 연산, 소정의 임계값과의 비교 및 표시 등을 행하는 연산 수단(11), 표시 수단(12)을 갖는 제어 수단(14) 및 케이스(13)의 위치를 변화시키는 이동 조작 수단(15)이 설치되어 있다. 이 때문에, 얻어진 촬상 화상, 또는, 이것에 기초하여 얻어진 광 강도 분포를 이용하여, 제어 수단에 의해 소정의 연산을 행하여, 다른 노광광을 이용한 조건 하에서의 촬상 화상, 또는 광 강도 분포나 투과율을 구할 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 도 2에 도시한 장치는, NA와 σ값이 가변으로 되어 있고, 광원의 선원도 변화시킬 수 있으므로, 다양한 노광기의 노광 조건을 재현할 수 있다.

또한, 실효 투과율 T_A로서, 여기서는, 반투광 영역에서의 광 강도 분포 곡선 의 최대값(이것이 레지스트 잔막의 보텀에 상당함)에서의 투과율로 한다. 즉, 실효 투과율 T_A는, 인접하는 차광막 사이에 끼워진 반투광 영역의 경우에, 투과광의 광 강도 분포 곡선은, 조종형의 커브로 되며, 그 피크에 대응하는 투과율을 말하는 것으로 한다. 이 실효 투과율은, 실제의 노광 조건(광학적 파라미터, 조사광의 분광 특성)과, 현실의 포토마스크 패턴에 의해 정해지는 것이다. 단, 간편화하기 위해서, 노광 조건으로서는 모델 조건에 의해 대체시킬 수 있다. 이 조건은, 예를 들면, 개구수가 0.08이고, 코히어런시가 0.8인 광학계를 이용하여, g선, h선, i선의 각각의 강도가 1 : 1 : 1인 조사광을 이용한 노광 조건으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 다계조 포토마스크는, 투명 기판 위에 형성된, 노광광을 차광하는 차광막과, 상기 노광광을 일부 투과시키는 반투광막에 의해, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 구성하는 전사 패턴을 구비한다.

투명 기판으로서는, 글래스 기판 등을 들 수 있다. 또한, 노광광을 차광하는 차광막으로서는, 크롬막 등의 금속막, 실리콘막, 금속 산화막, 몰리브덴 실리사이드막과 같은 금속 실리사이드막 등을 들 수 있다. 또한, 그 차광막은 표면에 반사 방지막을 갖는 것이 바람직하고, 그 반사 방지막의 재료로서는, 크롬의 산화물, 질화물, 탄화물, 불화물 등을 들 수 있다. 노광광을 일부 투과시키는 반투광막으로서는, 크롬의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화질화물, 산화질화탄화물, 또는, 금속 실리사이드 등을 이용할 수 있다. 특히, 산화크롬막, 질화크롬막, 몰리브덴 실리사이드막과 같은 금속 실리사이드막이나, 그 산화물, 질화물, 산질화물, 탄화물 등 이 바람직하다.

본 발명의 다계조 포토마스크에서는, 제1 실효 투과율 및 제2 실효 투과율은, 상기 포토마스크를 이용하여 피처리체 위의 레지스트막에 노광·현상을 행하였을 때에, 실질적으로 동일한 레지스트 잔막치를 갖도록 설정되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 실질적으로 동일한 레지스트 잔막치란, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 피처리체(예를 들면 박막)를 에칭할 때에, 면내에 걸쳐, 일정한 조건에서, 가공 조건을 결정할 수 있는 정도의 것이다. 예를 들면, 포토마스크의, 인접하는 차광 영역 사이에 끼워진 반투광 영역에 의해, 소정의 레지스트 잔막을 형성하는 경우, 레지스트막 위에는, 그 반투광 영역의 광 투과 곡선(도 1에서의 사각 내와 같은 형상)과 상관을 갖는, 소위 도 1에서의 사각 내의 형상을 상하 반전한 바와 같은 레지스트 패턴이 형성된다. 예를 들면, 광 투과 곡선에서의 피크 부분(즉, 레지스트 잔막에서의 보텀 부분)의 막 두께가, 20㎚ 이내, 보다 바람직하게는 10㎚ 이내이면, 실질적으로 동일한 레지스트 잔막치로 하는 것이 가능하다.

본 발명의 다계조 포토마스크에서는, 전사 패턴에서의 반투광 영역은, 레지스트 잔막치 R_T를 일정하게 하도록 하는, 제1 실효 투과율을 갖는 제1 반투광부와, 상기 제1 실효 투과율과 상이한 제2 실효 투과율을 갖고, 상기 제1 반투광부와 상이한 형상(예를 들면, 패턴)인 제2 반투광부를 갖는다. 이 경우의 제1 반투광부와 제2 반투광부에 대하여 설명한다.

실제의 포토마스크(예를 들면, 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 제조용 마 스크)에는, 화소에 대응하는 반복 패턴이 배열되어 있다. 개개의 단위 패턴에는, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같은 TFT 패턴이 형성되어 있는 것이 많다. 따라서, 도 3의 (a)에 도시한 디자인의 패턴을 이용하여, 실효 투과율 T_A를 고려한 마스크 설계에 대하여 설명한다. 도 3의 (a) 중의 Ab는 TFT의 소스/드레인 영역에 대응하고, 도 3의 (a) 중의 Aa는 채널 영역에 대응한다. 이와 같은 패턴을 전사 패턴 내에 포함하는 3계조의 포토마스크에서, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, Aa 영역은 차광막(23)으로 구성하고, Ab 영역은 반투광막(22)으로 구성한다. 또한, 도면 중의 참조 부호 21은 투명 기판을 나타낸다.

단, 실제의 TFT 제조용 포토마스크에서는, 도 3의 (a)와 같은 단위 패턴을 다수 배열하여 구비한 화소 패턴 영역이 있음과 함께, 상기 화소 패턴 영역의 외주에, 도 3의 (a)와 마찬가지의 형상의 단위 패턴, 또는 상이한 형상의 단위 패턴이 다수 배열된 주변 회로 패턴 영역이 형성되어 있는 것이 많다. 즉, 단위 패턴이 반복하여 배열된 부분을 갖는 액정 표시 장치의 화소 패턴에 대응하는 패턴과, 이 패턴과는 상이한 단위 패턴이 반복하여 배열된 부분을 갖는 액정 표시 장치의 주변 회로 패턴에 대응하는 패턴을 갖는 패턴이다. 이 2개의 영역에서는, 패턴의 배열 밀도도 상이하고, 패턴의 치수도 상이한 경우가 많을 뿐만 아니라, 패턴의 배치에 의해, 차광 영역, 투광 영역, 반투광 영역의 면적비도 상이한 경우가 적지 않다. 또는, 화소 내에, 서로 다른 복수의 채널 패턴이 존재하거나, 외주부 등에 상이한 주변 회로 패턴이 존재하거나 하는 경우가 있다. 이 경우, 복수의 채널 패턴 사 이, 혹은 복수의 주변 회로 패턴의 치수나 형상, 배열 밀도 등이 상이한 경우가 있다.

그런데, 도 3의 (a)에 도시한 마스크 패턴을 실제의 노광기를 이용한 노광 조건에서 노광하였을 때, 피전사체 위에 생기는 전사상의 도 3의 (a)의 ⅢB-ⅢB선을 따르는 부분에 대응한 광 강도 분포는 도 1에 도시한 바와 같이 된다. 여기서, 노광 조건은 다음과 같다.

노광기의 NA(개구수) : 0.085

σ(코히어런시) : 0.9

노광 파장 : i선∼g선

강도비 : g/h/i=1.0/0.8/0.95

또한, 반투광 영역은, 투명 기판 위에 MoSi막을 성막하여 형성하고, 그 반투광 영역의 광 투과율이 g선에서 44％로 되도록, 조성과 막 두께가 조정되어 있다. 또한, 그 반투광 영역의 투과광과 투명 기판에서의 투광 영역의 투과광 사이의 위상차는 30도 미만으로 하고 있다. 상기 반투광 영역의 투과광과 상기 투명 기판에서의 투광 영역의 투과광 사이의 위상차가 30도 미만일 때, 상기 피전사체 위에 바람직한 레지스트 패턴을 형성하기 위한 광 강도 분포가 실현된다. 또한, 상기 패턴의 채널 폭(채널 길이라고도 함)(반투광 영역의 폭)의 표준 치수를 3.7㎛로 하였다. 이 채널 폭을 0.1㎛ 단위로 증가, 감소시켰을 때의 투과율 곡선이 도 1에 도시한 곡선이다. 또한, 도 4는 도 1에서 사각으로 둘러싼 부분의 확대도이다. 도 1, 도 4에서, 종축은 실효 투과율 T_A이다.

도 1, 도 4로부터 명백해지는 바와 같이, 반투광 영역의 폭을 변화시킴으로써, 광 강도 분포 곡선의 극대값은 상하로 변화한다. 즉, 이 포토마스크에 의해 노광되어, 형성되는 레지스트 패턴의 극소값(잔막 형상의 보텀)도 변화한다. 노광광 투과율이 g선 44％라고 하는 동일한 반투광막을 이용하여도, 패턴 형상(선폭)에 의해 잔막치가 변화하는 것을 알 수 있다. 광 강도 분포의 극대값(피크)은 하기 표 1에 나타내는 바와 같다.

상기 광 강도 분포 곡선은, 실제로 작성한 모델 마스크에, 실제로 사용하는 노광기를 이용하여 노광하고, 피전사체면에 촬상 수단을 배치하여 촬상함으로써 얻을 수도 있다(하드웨어 시뮬레이션). 혹은, 광학 조건을 지정하여, 소프트웨어에 의해 시뮤레이션할 수도 있다(소프트웨어 시뮬레이션).

상기 결과로부터 채널 폭과 실효 투과율 T_A의 상관을 보면 도 5에 도시하는 바와 같다.

이 곡선은, 채널 폭 3.0㎛∼4.4㎛의 범위에서는, 대략 이하의 2차식(수학식 1)으로 근사할 수 있다.

이 수학식 1을 이용함으로써, 소정의 실효 투과율을 얻고자 하는 경우에, 상기의 반투광막을 이용하면, 어떠한 채널 폭(반투광 영역의 선폭)으로 하면 되는 것인지를 구할 수 있다. 예를 들면, 현행 설계(CD=3.7㎛)보다 실효 투과율 T_A에서 2％ 낮게 하고자 하는(즉 잔막을 두껍게 하고자 하는) 경우에는, 실효 투과율 T_A를 37.2％로부터 35.2％로 하면 된다. 이에 의해, 도 5 및 수학식 1로부터, T_A=35.2％에 가까운 CD로서, 3.4㎛를 두껍게 하고자 하는 잔막 부분의 설계치로 하면 된다. 반대로 현행 설계보다 실효 투과율 T_A에서 2％ 높게 하고자 하는(즉 잔막을 얇게 하고자 하는) 경우에는, T_A=39.2％로 하면 되므로, 마찬가지로 생각하여, CD=4.1㎛를 설계치로 하면 된다. 이와 같이 생각함으로써, 막 투과율 T_f만으로 다계조 포토마스크의 투과율을 규정하는 것보다도, 실효 투과율 T_A로 규정하는 것이, 얻어지는 레지스트 잔막치의 제어성을 생각하면 매우 유리하다. 실효 투과율 T_A를 조정하기 위한 수단으로서는, CD 조정 외에 후술하는 다른 방법도 있다.

그런데, 실제의 포토마스크에는, 상기에서 언급한 바와 같이, 상이한 패턴 영역이 존재한다. 패턴 영역이 상이하여도, 레지스트 잔막량은 일정한 것이 바람직하다. 따라서, 상기에서 얻어진 실효 투과율과 선폭 사이의 관계를 이용하여, 각 패턴 영역에서, 동일한 실효 투과율로 되도록 하는 패턴 선폭을 채용하여 노광하였다. 그런데, 상이한 패턴 영역 사이에서, 형성된 레지스트 잔막치는 일정하게 되지 않았다. 검토에 의하면, 마스크 이외의 요인에 의해, 피전사체 위에 형성되는 레지스트 잔막치에 영향을 준다고 하는 요인에는 이하의 것이 있다.

1) 노광기의 광학 특성, 및 조명의 광학 특성

2) 노광광 조사량의 면내 불균일

3) 패턴의 상위에 의한, 레지스트 가공 특성(특히 현상 특성)의 상위

이 중, 1)에 대해서는, 실효 투과율에 반영시킬 수 있다. 단，2), 3)에 대해서는, 실제로 포토마스크를 이용하여 레지스트 패턴을 형성한 후에 현재화하는 경우가 많기 때문에, 이들 인자를 마스크의 설계에 반영시킨 것은 종래에 없었다. 예를 들면, 화소 패턴 영역과 주변 회로 패턴 영역에서는, 패턴의 배열 밀도도 상이하고, 패턴의 치수도 상이한 경우가 많을 뿐만 아니라, 패턴의 배치에 의해, 차광 영역, 투광 영역, 반투광 영역의 면적비도 상이한 경우가 많이 보인다. 이 때문에, 양 영역에서는, 상기의 상위에 의존하여, 현상 거동, 현상 효율이 상이하여, 얻어지는 레지스트 패턴의 잔막치도 이 영향에 의해 서로 달라진 것으로 생각된다.

만약, 도 3의 (a)에 도시한 패턴이, 포토마스크의 화소 패턴 영역과, 주변 회로 패턴 영역에 각각 배치되어 있었던 것으로 한다(채널 폭, 즉 반투광 영역의 기준 설계 선폭 3.7㎛). 단, 양 영역에서는, 패턴의 배열 밀도, 및 그에 의해, 차광 영역, 투광 영역, 반투광 영역의 면적비가 상이한 것으로 한다. 여기서, 이 조건 하에서 양 영역의 레지스트 잔막치가 동등하게 되기 위해서는, 어떻게 마스크 설계를 개량하면 좋은지를 검토한다. 즉, 양자의 영역에서는, 각각 어떠한 실효 투과율 T_A를 가지면, 레지스트 잔막치 R_T가 일정하게 되는지를 생각한다(여기서 레지스트 잔막치 R_T는, 반투광 영역의 레지스트 패턴 형상 중, 극소값(보텀)의 두께를 말한다).

본 발명자는, 실제로 소정의 노광 장치를 이용하여, 레지스트막을 도포한 피처리체 위에, 테스트 마스크를 이용하여 노광 시험을 행하였다. 이 레지스트막을 현상하여 형상을 측정한 바, 도 6 및 표 2에 나타내는 결과가 얻어졌다. 또한, 실험의 목적은 실효 투과율 T_A와 레지스트 잔막치 R_T 사이의 상관을 구하는 것이지만, 실효 투과율 T_A를 변화시켰을 때의 레지스트 잔막치 R_T를 구하기 위한 수단으로서, 노광기 광량(이하, 도우즈량이라고도 함)을 변화시키고, 그것에 수반되는 레지스트 잔막치 R_T의 변화를 측정하였다. 이에 의해, 화소 패턴 영역과, 주변 회로 패턴 영역 사이의 잔막 거동이 명확하게 상위한 것을 알 수 있다.

여기서, 레지스트가 실제로 받는 노광량 D_A는, 도우즈량×실효 투과율(T_A)이기 때문에, 횡축을 실효 노광량(D_A)으로 변환한다. 그 결과를 도 7 및 표 3에 나타낸다. 여기서 선폭 3.7㎛이므로, 실효 투과율 T_A는 37.2％(표 1 참조)로 된다.

도 7에 도시한 바와 같이, 화소 패턴 영역, 및 주변 회로 패턴 영역에서의 레지스트 잔막치 R_T는, 이하의 수학식 2, 수학식 3으로 근사할 수 있다.

이 근사식을 이용하여, 얻고자 하는 레지스트 잔막치에 대한 실효 노광량 D_A는 표 4에 나타내는 바와 같다.

여기서, 도우즈량을 80mJ/㎠로 고정하면, 표 5에 나타내는 바와 같이, 레지스트 잔막치 R_T와 실효 투과율 T_A의 관계가 얻어진다. 즉, 얻고자 하는 레지스트 잔막치가 동일하여도, 상기한 예에서는, 화소 패턴 영역의 반투광 영역과, 주변 회로 패턴 영역의 반투광 영역에서는, 실효 투과율 T_A에서 2％ 전후의 차가 있는 마스크 설계를 해야만 한다. 물론, 이 조정량은, 얻고자 하는 레지스트 잔막치에 의해 변하고, 또한, 패턴의 디자인에 의해서도, 그 패턴의 배열에 의해서도 변화한다. 단, 임의의 노광 조건이나, 패턴 디자인이 결정되면, 재현성 좋게 출현하는 현상이기 때문에, 상기 방법의 적용은 확실하게 유리한 것이다. 즉, 피처리체의 가공 프로세스에서 생기는 로딩 효과 등, 패턴이나 그 배치의 상위에 기인하는 현상 속도의 변화나, 노광기에 기인하는 노광 광량의 면내 분포 등을 감안하여, 그들의 영향을 캔슬하여, 피처리체의 에칭 가공을 소정 조건에서 확실하게 행할 수 있도록 하는, 포토마스크의 설계를 행할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 테스트 마스크를 이용한 포토리소그래피 프로세스와, 얻고자 하는 포토마스크를 이용한 포토리소그래피 프로세스에서, 노광 조건이나 프로세스 조건을 마찬가지로 하는 것이 전제이다.

이상의 검토에 의해, 원하는 레지스트 잔막치를 얻기 위한 실효 투과율 T_A의 조정이 가능한 것을 알 수 있다. 다음으로, 그 실효 투과율 T_A를 갖는 마스크 패턴을 어떻게 작성할지에 대하여 설명한다. 예를 들면, 화소 패턴 영역과 주변 회로 패턴 영역에 각각 대응하는 제1 반투광부와 제2 반투광부는, 레지스트 잔막치를 동일하게 하고자 하는 것이며, 그를 위해서 실효 투과율 T_A는 상이한 것으로 한다.

제1 반투광부와 제2 반투광부의 실효 투과율 T_A를 서로 다른 것으로 하는 경우, 제1 반투광부와 제2 반투광부의 선폭, 패턴 형상, 및 반투광막의 막 투과율 중 적어도 하나를 이용하여 결정할 수 있다. 제1 반투광부와 제2 반투광부의 실효 투과율 T_A의 차는, 레지스트막을 노광·현상하였을 때의 잔막 프로파일에서 보텀 부분이 동일하게 되는, 즉 제1 반투광부와 제2 반투광부의 잔막치가 동일하게 되도록 설정된다.

우선, 도 8의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 제1 반투광부와 제2 반투광부에서, 각각 서로 다른 반투광막의 적층 구성에 의해 막 투과율을 서로 다르게 할 수 있다. 예를 들면, 한쪽을 적층 구성으로 하고, 다른 쪽을 단층으로 한다. 도 8의 (a)에 도시한 구성에서는, 제1 반투광부 B(어두운 반투광 영역)에 제1 반투광막(34) 및 제2 반투광막(35)을 이용하고, 제2 반투광부 C(밝은 반투광 영역)에 제2 반투광막(35)을 이용한다. 제2 반투광막(35)의 재료로서는, 몰리브덴 실리사이드(MoSi)를 주성분으로 하는, MoSi(MoSi₂), MoSiN, MoSiON, MoSiCON 등, 또는 크롬을 주성분으로 하는, 질화크롬, 산화크롬, 산질화크롬, 불화크롬 등을 들 수 있다.

도 8의 (b)에 도시한 구성에서는, 제1 반투광부 B(어두운 반투광 영역)에 제1 반투광막(34) 및 제2 반투광막(35)을 이용하고, 제2 반투광부 C(밝은 반투광 영역)에 제2 반투광막(35)을 이용한다. 제2 반투광막(35)의 재료로서는, 몰리브덴 실리사이드(MoSi)를 주성분으로 하는, MoSi(MoSi₂), MoSiN, MoSiON, MoSiCON 등을 들 수 있다. 또한, 제1 반투광막(34)의 재료로서는, 질화크롬, 산화크롬, 산질화크롬, 불화크롬 등이 바람직하다.

도 8의 (a), (b)에 도시한 구성에서, 제1 반투광막(34)의 재료로서는, 상기 제2 반투광막(35)과 마찬가지의 재료로부터 선택된 것을 사용할 수 있다. 제1 반투광부 B의 투과율은, 제1 반투광막(34) 및 제2 반투광막(35)의 각각의 막 재질과 막 두께의 선정에 의해 설정되고, 제2 반투광부 C의 투과율은, 제1 반투광막(34)의 막 재질과 막 두께의 선정에 의해 설정된다. 또한, 도 8의 (a)∼(d)에서, 참조 부호 31은 투명 기판을 나타내고, 참조 부호 32는 차광막을 나타내고, 참조 부호 33은 반사 방지막을 나타낸다.

다음으로, 도 8의 (c)에 도시한 바와 같이, 제1 반투광부 B와 제2 반투광부 C를, 각각 서로 다른 막 투과율의 반투광막으로 구성하여도 된다. 도 8의 (c)에 도시한 구성에서는, 제1 반투광부 B(어두운 반투광 영역)에 제1 반투광막(34)을 이용하고, 제2 반투광부 C(밝은 반투광 영역)에 제2 반투광막(35)을 이용하여, 각각의 반투광 영역이 단층으로 구성되어 있다. 제1 반투광막(34)의 재료로서는, 예를 들면, 몰리브덴 실리사이드(MoSi)를 주성분으로 하는, MoSi(MoSi₂), MoSiN, MoSiON, MoSiCON 등을 들 수 있다. 또한, 제2 반투광막(35)의 재료로서는, 질화크롬, 산화크롬, 산질화크롬, 불화크롬 등이 바람직하다.

다음으로, 도 8의 (d)에 도시한 바와 같이, 제1 반투광부 B와 제2 반투광부 C에서, 각각 서로 다른 반투광막의 막 두께에 의해 막 투과율을 서로 다르게 하여도 된다. 도 8의 (d)에 도시한 구성에서는, 제1 반투광부 B 및 제2 반투광부 C 위에 반투광막(34)이 형성되고, 제1 반투광부 B의 반투광막(34)의 두께를 두껍게, 제2 반투광부 C의 반투광막(34)의 두께를 얇게 한다. 이와 같은 구성은, 예를 들면, 포토레지스트를 이용한 2회의 포토리소그래피 프로세스에 의해, 반투광막에 부분적인 약액에 의한 에칭을 행하여, 막 두께가 서로 다른 부분을 형성할 수 있다. 또한, 반투광막으로서는, 크롬의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화질화물, 산화질화탄화물, 또는, 금속 실리사이드 등을 이용할 수 있다. 특히, 몰리브덴 실리사이드(MoSix)막과 같은 금속 실리사이드막 등이 바람직하다.

도 9의 (a)∼(d)에 도시한 바와 같이, 제1 반투광부와 제2 반투광부에서, 각각 서로 다른 선폭(CD)에 의해 실효 투과율 T_A를 서로 다르게 할 수 있다. 도 9의 (a)에 도시한 구성에서는, 차광막(32) 및 반사 방지막(33)의 패턴의 선폭을 서로 다르게 함으로써(선폭 소 : Wc, 선폭 대 : Wd), 반투광 영역의 실효 투과율 T_A를 서로 다르게 하고 있다. 또한, 도 9의 (b)에 도시한 구성에서는, 반투광막(34)의 패턴을 변화시킴으로써(단층막 : Pc, 해상 한계 이하의 패턴 : Pd) 반투광 영역의 실효 투과율 T_A를 서로 다르게 하고 있다.

또한, 도 9의 (c), (d)에 도시한 바와 같이, 반투광막(34)을 사용하지 않고, 차광막(32)(및 반사 방지막(33))에 의해, 실효 투과율 T_A가 각각 서로 다른, 제1 반투광부 c와 제2 반투광부 d를 형성하여도 된다. 이 경우에, 도 9의 (c)에 도시한 바와 같이, 모든 패턴을 해상 한계 이하의 미세 패턴(예를 들면, 미세한 라인이나 도트)으로 하여도 되고, 도 9의 (d)에 도시한 바와 같이, 해상 한계 이하의 미세 패턴과, 해상 가능한 선폭의 패턴을 혼재시켜도 된다.

따라서, 전술한 수단에 의해, 레지스트 잔막치의 변화를 파악하고, 이 결과를 근거로 하여, 제1 반투광부와 제2 반투광부(결과적으로 양자의 실효 투과율 T_A는 서로 다른 것으로 됨)를 갖는 마스크 설계를 행할 수 있다.

이와 같은 다계조 포토마스크, 즉, 피전사체 위의 레지스트막에 노광하여 상기 전사 패턴을 전사한 후, 상기 레지스트막을 현상하여 형성되는 레지스트 패턴의, 상기 제1 반투광부와 상기 제2 반투광부에 대응하는 부분에, 실질적으로 동일한 레지스트 잔막치를 형성하는 다계조 포토마스크를 제조하는 경우에서는, 반투광 영역을 갖는 테스트 전사 패턴을 형성한 테스트 마스크를 이용하여, 테스트용 피처리체 위에 형성된 레지스트막을 노광·현상하여 형성되는 테스트 레지스트 패턴의 레지스트 잔막치를 측정함으로써, 반투광 영역의 실효 투과율과, 잔막치 사이의 상관에 기초하여, 제1 실효 투과율을 갖는 제1 반투광부와, 제1 실효 투과율과 상이한 제2 실효 투과율을 갖는 제2 반투광부를 갖는 전사 패턴을 형성하여도 된다.

즉, 반투광부를 갖는 테스트 전사 패턴을 구비한 테스트 마스크를 이용하여, 테스트용 피전사체 위에 노광하여, 상기 테스트용 피전사체 위의 레지스트막에 상기 테스트 패턴을 전사한 후, 현상하여 형성되는 테스트 레지스트 패턴의 레지스트 잔막치를 측정함으로써, 반투광부의 선폭, 반투광부의 형상, 및 반투광부에 이용하는 반투광막의 막 투과율 중 적어도 어느 하나와, 형성되는 레지스트 잔막치와의 상관을 파악하고, 상기 상관에 기초하여, 각각 서로 다른 제1 실효 투과율 및 제2 실효 투과율을 갖도록 제1 반투광부 및 제2 반투광부를 형성한다. 이와 같이 하여, 별도로 취득한 파라미터를 이용하여 각각 서로 다른 제1 실효 투과율 및 제2 실효 투과율을 갖도록 상기 제1 반투광부 및 제2 반투광부를 형성할 수도 있다.

혹은, 반투광부를 갖는 테스트 전사 패턴을 형성한 테스트 마스크를 이용하여, 테스트용 피전사체 위에 노광하여, 상기 테스트용 피전사체 위의 레지스트막에 상기 테스트 패턴을 전사한 후, 현상하여 형성되는 테스트 레지스트 패턴의 레지스트 잔막치를 측정함으로써, 반투광부가 갖는 실효 투과율과, 그에 의해 형성되는 레지스트 잔막치와의 상관을 파악하고, 상기 상관에 기초하여, 각각 서로 다른 제1 실효 투과율 및 제2 실효 투과율을 갖는 제1 반투광부 및 제2 반투광부를 형성한다. 이와 같이, 실효 투과율을 통하여 상기 상관을 취득하여도 된다. 이 경우에서, 상기 상관에 기초하여, 제1 반투광부 및 제2 반투광부의 선폭, 반투광부의 패턴 형상, 및 반투광부에 이용하는 반투광막의 막 투과율 중 적어도 어느 하나를 결정함으로써, 제1 실효 투과율 및 제2 실효 투과율을 갖는 제1 반투광부 및 제2 반투광부를 형성하는 것이 바람직하다.

이와 같은 기술 사항에 기초하여, 소정의 노광 조건에서의, 실효 투과율, 또는 실효 노광량과, 그에 의해 피전사체 위에 형성되는 레지스트 패턴의 레지스트 잔막치의 상관을 파악하고, 상기 상관에 기초하여, 원하는 레지스트 잔막치를 얻기 위한, 실효 투과율 또는 실효 노광량을 구하고, 상기 실효 투과율, 또는 실효 노광량을 제공하기 위한, 포토마스크 패턴을 결정함으로써, 노광에 의해 피전사체 위의 레지스트막에, 레지스트 잔막치가 제어된 레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토마스크 패턴을 갖는 포토마스크를 설계할 수 있다. 이 경우에서는, 미리, 실효 투과율또는 실효 노광량과, 포토마스크 패턴의 소정 부분의 선폭, 막 투과율, 및 패턴 형상 중 적어도 하나와의 상관을 구해 두고, 상기 원하는 레지스트 잔막치를 얻기 위한, 실효 투과율 또는 실효 노광량을 구한 후, 상기 실효 투과율 또는 실효 노광량을 제공하는, 포토마스크 패턴의 소정 부분의 선폭, 막 투과율, 및 패턴 형상 중 적어도 하나를 결정하는 것이 바람직하다.

여기서, 테스트 마스크란, 얻고자 하는 실제 마스크의 설계를 정치하게 행하기 위한 예비 마스크이다. 바람직하게는, 설계상의 미세 조정을 전제로 한, 실제 마스크 근사의 패턴(테스트 전사 패턴)을 형성한 것이다. 이것을, 실제 마스크에 적용하고자 하는 노광 조건에서 노광한다. 또한, 테스트 마스크를 이용하여, 피처리체 위에 형성하는 레지스트 패턴을 측정하는 경우, 실제 마스크를 사용하여, 피처리체 위에 형성하는 레지스트 패턴의 처리 공정과 마찬가지의 것을 적용한다.

다음으로, 본 발명의 효과를 명확하게 하기 위해서 행한 실시예에 대하여 설명한다.

우선, 도 10에 도시한 바와 같은 액정 표시 장치용 TFT 제조용 전사 패턴(42)을 형성한 다계조 포토마스크(41)를 준비하였다. 이 패턴은, 중앙에 화소 패턴 영역(42a), 그 외주에 주변 회로 패턴 영역(42b)을 갖는다.

이 다계조 포토마스크(41)는, 도 11의 (a)∼(e)에 도시한 공정에 의해 제조한다. 우선, 도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, 글래스 기판(51) 위에, 반투광막(52) 및 차광막(53)이 순차적으로 형성되어 이루어지는 마스크 블랭크를 준비한다. 이 마스크 블랭크 위에, 레이저 묘화용의 포지티브형 레지스트를 도포하고, 베이킹을 행하여, 레지스트막(54)을 형성한다. 또한, 묘화 데이터는, 도 3의 (a)에 도시한 소스/드레인의 패턴에 대응하는 패턴 데이터이다.

여기서, 차광막(53)의 재질로서는, 박막이며 높은 차광성이 얻어지는 것이 바람직하고, 예를 들면 Cr, Si, W, Al 등을 들 수 있다. 여기서는, 크롬을 이용하였다. 또한, 반투광막(52)의 재질로서는, 투광 영역의 투과율을 100％로 한 경우에 투과율 20％∼70％ 정도의 반투광성이 얻어지는 것이 바람직하고, 예를 들면 Cr 화합물(Cr의 산화물, 질화물, 산질화물, 불화물 등), MoSi, Si, W, Al 등을 들 수 있다. 여기서는 몰리브덴 실리사이드를 이용하였다. 또한, 반투광막(52)의 막 두께는, 막 투과율 T_f가 g선에서 44％로 되도록 조정하였다.

다음으로, 레이저 묘화 후, 이것을 현상하여, 도 11의 (b)에 도시한 바와 같이, 마스크 블랭크 위에 차광 영역에 대응하는 레지스트 패턴(54a)을 형성한다. 다음으로, 형성된 레지스트 패턴(54a)을 마스크로 하여, 차광막(53)을 드라이 에칭 하여, 도 11의 (c)에 도시한 바와 같이, 차광 영역에 대응하는 패턴(53a)을 형성한다. 이 때, 차광 영역에 대응하는 영역 이외는, 차광막(53)의 에칭에 의해 기초의 반투광막(52)이 노출된 상태로 된다. 잔존하는 레지스트 패턴(54a)은, 산소에 의한 애싱 혹은 농황산 등을 이용하여 제거한다.

다음으로, 다시 전체면에 상기 레지스트를 도포하여 레지스트막(54)을 형성하고，2회째의 묘화를 행한다. 이 때의 묘화 데이터는, 도 3의 (a)에 도시한 소스와 드레인 사이의 채널부에 대응하는 반투광 영역을 적어도 포함하는 패턴 데이터이다. 묘화 후, 레지스트막(54)을 현상하여, 도 11의 (d)에 도시한 바와 같이, 적어도 반투광 영역에 대응하는 레지스트 패턴을 형성한다. 또한，이 전사 패턴에서는, 화소 패턴 및 주변 회로 패턴에서 채널 폭이 3.7㎛이었다.

다음으로, 형성된 레지스트 패턴(54)을 마스크로 하여, 투광 영역으로 되는 영역의 반투광막(52)을 웨트 에칭에 의해 제거한다. 이에 의해, 도 11의 (e)에 도시한 바와 같이, 반투광 영역은 투광 영역으로 구획되어, 반투광 영역 및 투광 영역이 형성된다. 여기서, 차광막의 패턴(53a) 위에는 레지스트 패턴을 형성하지 않고 있지만, 본 실시 형태에서는, 사용하는 마스크 블랭크의 차광막(53)과 반투광막(52)은 서로 에칭 특성이 다른 재질로 형성되어 있기 때문에, 반투광막(52)을 에칭하는 환경에서는 차광막(53)은 거의 에칭되지 않는다. 이 때, 차광막의 패턴(53a)이 에칭 마스크(레지스트)로 되어 반투광막(52)이 에칭되게 된다. 단, 차광막(53)의 데미지를 확실하게 방지하기 위해서, 상기 레지스트 패턴을 차광막(53)의 패턴(53a)을 포함하는 영역에 형성하여도 된다. 또한, 잔존하는 레지스트 패턴은 산소 애싱 등에 의해 제거한다.

이와 같이 하여 얻어진 다계조 포토마스크는, 도 3의 (a)에 도시한 TFT 기판용 패턴의 소스 및 드레인에 대응하는 차광막의 패턴과, 채널부에 대응하는 반투광막의 패턴을 구비하고, 그 주변은 투명 기판이 노출되어 투광 영역을 형성하고 있다.

또한, 미리 화소 패턴 영역의 반투광 영역(제1 패턴부)과, 주변 회로 패턴 영역의 반투광 영역(제2 패턴부)은, 실효 투과율이 37.2％로서 동등하게 되도록 패턴 설계를 행하였다. 상기한 다계조 포토마스크를 이용하여, 실제로, 레지스트막을 도포한 피처리체를, 대형 마스크용 노광기를 이용하여 노광하고, 그 후, 레지스트막을 현상하여, 레지스트 패턴을 얻었다. 노광 조건은, 전술한 해석 설명에서 이용한 것과 마찬가지로, 노광기의 NA(개구수)를 0.085로 하고, σ(코히어런시)를 0.9로 하고, 노광 파장을 i∼g선으로 하고, 그 강도비를 g/h/i=1.0/0.8/0.95로 하였다. 또한, 반투광 영역을 구성하는 반투광막으로서 MoSi막을 이용하고, 그 막의 광 투과율은, g선에서 44％로 되도록 조성과 막 두께를 조정하였다.

이 레지스트 패턴의 채널부에 상당하는 부분의 레지스트 잔막치를, 화소 패턴 영역과, 주변 회로 패턴 영역의 각각에 대하여 측정한 바, 각각의 평균값의 사이에 70㎚ 이상의 차가 있었다. 따라서, 노광기의 노광 광량을 변화시켰을 때의, 레지스트 잔막치의 변화를 조사하여 플롯하여, 도 6에 도시한 상관을 얻었다. 이 후, 이것을 환산하여, 표 5에 나타내는 실효 투과율 T_A와 레지스트 잔막치 사이의 상관 관계를 얻었다. 얻어진 상관 관계를 이용하여, 원하는 레지스트 잔막치 : 600㎚에 대응하는, 화소 패턴 및 주변 회로 패턴의 각각의 실효 투과율 T_A 40.6％(화소 패턴), 38.6％(주변 회로 패턴)를 구하였다.

다음으로, 그와 같은 실효 투과율 T_A를 달성하기 위해서, 화소 패턴과 주변 회로 패턴의 설계 조정을 행하였다. 구체적으로는, 각각의 선폭(채널 폭)을 변경하였다. 채널 폭과 실효 투과율 T_A 사이의 상관은, 미리 표 1에서 파악되어 있었으므로, 이에 기초하여 마스크의 패턴 데이터를 변경하였다. 즉, 화소 패턴 영역의 채널부는, 주변 회로 패턴 영역의 채널부보다도 크게 하였다.

이와 같이 설계 변경한 후의 다계조 포토마스크를 사용하여, 상기와 동일한 노광기를 이용하여, 피처리체에 대해서는 동일한 현상 공정을 거친 바, 화소 패턴 영역, 주변 회로 패턴 영역 모두, 반투광 영역에 대응하는 부분의 레지스트 잔막치는, 거의 600㎚로 되어, 그 평균값의 차는 20㎚ 미만이었다.

이와 같이, 본 발명에 따른 다계조 포토마스크는, 전사 패턴에서의 반투광 영역이, 제1 실효 투과율을 갖는 제1 반투광부와, 상기 제1 실효 투과율과 상이한 제2 실효 투과율을 갖는 제2 반투광부를 가짐으로써, 다계조 포토마스크를 이용한 피처리체의 가공에서, 레지스트 잔막치를 정치하게 제어하는 것이 가능하게 된다.

본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 적절히 변경하여 실시할 수 있다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서의 재질, 막 구성, 패턴 구성, 부재의 개수, 사이즈, 처리 수순 등은 일례이며, 본 발명의 효과를 발휘하는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다. 그 밖에, 본 발명의 목적의 범위를 일탈하지 않는 한에 있어서 적절히 변경하여 실시하는 것이 가능하다.

도 1은 포토마스크에서의 반투광 영역의 광 투과 곡선을 도시하는 도면.

도 2는 노광기의 노광 조건을 재현하는 장치의 일례를 도시하는 도면.

도 3의 (a)는 TFT 패턴을 도시하는 평면도이고, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)에서의 ⅢB-ⅢB선을 따른 단면도.

도 4는 도 1에 도시하는 광 투과 곡선의 확대도.

도 5는 채널 폭과 실효 투과율 사이의 관계를 도시하는 도면.

도 6은 노광량과 레지스트 잔막치 사이의 관계를 도시하는 도면.

도 7은 실효 노광량과 레지스트 잔막치 사이의 관계를 도시하는 도면.

도 8의 (a)∼(d)는 본 발명의 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 막 구성을 도시하는 도면.

도 9의 (a)∼(d)는 본 발명의 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 패턴 구성을 도시하는 도면.

도 10은 액정 표시 장치용 TFT 제조용 전사 패턴을 도시하는 도면.

도 11의 (a)∼(e)는 도 10에 도시하는 패턴을 형성할 때의 공정을 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 광원

2 : 조사 광학계

3 : 포토마스크

3a : 마스크 유지구

4 : 대물 렌즈계

7 : 개구 조리개

Claims (15)

1. 투명 기판 위에 형성된, 노광광을 차광하는 차광막과, 상기 노광광을 일부 투과시키는 반투광막에 의해, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 갖는 전사 패턴을 구비한 다계조 포토마스크로서,

   상기 전사 패턴에서의 반투광 영역은, 제1 실효 투과율을 갖는 제1 반투광부와, 상기 제1 실효 투과율과 상이한 제2 실효 투과율을 갖는 제2 반투광부를 갖고,

   상기 전사 패턴은, 상기 포토마스크를 이용하여 피전사체 위의 레지스트막에 노광하여 상기 전사 패턴을 전사한 후, 상기 레지스트막을 현상하여 형성되는 레지스트 패턴의, 상기 제1 반투광부와 상기 제2 반투광부에 대응하는 부분이, 실질적으로 동일한 레지스트 잔막치를 갖도록, 상기 제1 실효 투과율 및 제2 실효 투과율이 설정되어 있는 것인 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 실효 투과율 및 상기 제2 실효 투과율은, 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부의 선폭, 형상, 및 반투광막의 막 투과율 중 적어도 하나를 이용하여 결정된 것인 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부는, 각각 서로 다른 막 투과율의 반 투광막으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
4. 제2항에 있어서,

   상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부는, 각각 반투광막의 적층 구성의 상위에 의해 막 투과율이 서로 다른 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
5. 제2항에 있어서,

   상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부는, 각각 반투광막의 막 두께의 상위에 의해 막 투과율이 서로 다른 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 반투광부는, 단위 패턴이 반복하여 배열된 부분을 갖고, 상기 제2 반투광부는, 상기 제1 반투광부와는 상이한 단위 패턴이 반복하여 배열된 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 반투광 영역은, 2개의 차광 영역 사이에 끼워지고, 또한 상기 차광 영역과 인접한 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 다계조 포토마스크는, 상기 반투광 영역이 해상 한계 이하의 미세 패턴으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크.
9. 투명 기판 위에 형성된, 노광광을 차광하는 차광막과, 상기 노광광을 일부 투과시키는 반투광막을 패터닝하여, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 갖는 전사 패턴을 형성하여 이루어지는 다계조 포토마스크의 제조 방법으로서,

   상기 전사 패턴이, 상기 포토마스크를 이용하여 피전사체 위의 레지스트막에 노광하여 상기 전사 패턴을 전사한 후, 상기 레지스트막을 현상하여 형성되는 레지스트 패턴의, 제1 실효 투과율을 갖는 제1 반투광부와, 상기 제1 실효 투과율과 상이한 제2 실효 투과율을 갖는 제2 반투광부에 각각 대응하는 부분이, 실질적으로 동일한 레지스트 잔막치를 갖도록, 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부를 형성하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 제조 방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 제1 실효 투과율 및 상기 제2 실효 투과율은, 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부의 선폭, 형상, 및 반투광막의 막 투과율 중 적어도 하나를 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 제조 방법.
11. 제10항에 있어서,

    각각 서로 다른 막 투과율의 반투광막을 이용하여 상기 제1 반투광부 및 상 기 제2 반투광부를 형성하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 제조 방법.
12. 제10항에 있어서,

    각각 서로 다른 적층 구성의 반투광막을 이용하여, 막 투과율이 서로 다른 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부를 형성하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 제조 방법.
13. 제10항에 있어서,

    각각 서로 다른 막 두께의 반투광막을 이용하여, 막 투과율이 서로 다른 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부를 형성하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 제조 방법.
14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 다계조 포토마스크는, 상기 반투광 영역이 해상 한계 이하의 미세 패턴으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 제조 방법.
15. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 다계조 포토마스크를 이용하여, 피처리체 위에 형성된 레지스트막에 상기 전사 패턴을 전사하는 것을 특징으로 하는 패턴 전사 방법.

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