KR20100131404A - 4계조 포토마스크 및 그 사용 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 기재된 제조 방법에 따르면, 투광성 기판상에, 서로의 에칭에 대하여 각각 에칭 내성(耐性)을 가지는 재료로 이루어지는 제1 반투광막과 차광막이 순차 성막되고, 상기 차광막 상에 상기 차광막과 동일한 에칭에 의해 에칭될 수 있는 재료로 바람직하게 만들어진 제2 반투광막이 형성된다. 따라서, 서로의 에칭에 대한 에칭 내성이 있는 각각의 막과 에칭 내성이 없는 각각의 막의 조합에 의해, 4계조 포토마스크가 포토리소그래피에 의한 감소된 묘화 회수를 가지고 제조될 수 있다.

Description

4계조 포토마스크 및 그 사용 방법{FOUR-GRADATION PHOTOMASK AND USING METHOD THEREOF}
본 발명은, 액정표시장치(이하, LCD라고 함)의 박막 트랜지스터(이하, TFT라고 함) 등의 제조에 사용되는 4 계조(階調) 포토마스크의 제조방법 및 이 4계조 포토마스크의 제조방법에 이용되는 포토마스크 블랭크에 관한 것이다.
광투과율(light transmittance)이 3단계 이상인 다단계(multi-gradation)로 변화하는 다계조 포토마스크가, 예컨대 일본 특개평 9-14625호 공보(이하, 특허문헌 1이라함)에 개시되어 있다. 이 다계조 포토마스크는 광학소자의 굴절면이나 반사면을 형성할 때 사용된다.
특허문헌 1 기재의 다계조 포토마스크는, 이하와 같이 제조된다. 우선, 투광성 기판상에 형성된 금속화합물 등의 막 상에 레지스트막을 형성하고, 이 레지스트막을 노광/묘화(exposure/writing)하고 현상하여, 제1 레지스트 패턴을 형성한다. 그리고, 이 제1 레지스트패턴을 마스크로 하여 상기 금속화합물 등의 막을 에칭한다. 다음으로, 상기 금속화합물 등의 막 상에 재차 레지스트막을 형성하고, 이 레지스트막을 노광/묘화하고 현상하여, 제2 레지스트 패턴을 형성한다. 그리고, 이 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 금속화합물 등의 막을 재차 에칭한다. 상술한 레지스트 패턴의 형성과 금속화합물 등의 막의 에칭을 소정 회수 반복하는 것으로, 다계조의 포토마스크가 얻어진다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 다계조 포토마스크의 제조방법에서는, 금속화합물 등의 막을 에칭하는 회수와, 이러한 에칭 가공용의 레지스트 패턴을 형성하기 위한 노광/묘화의 회수가 동일 회수이기 때문에, 노광/묘화 회수가 증대한다. 예컨대, 광투과율을 4단계로 변화시키는 4계조의 포토마스크를 제조하기 위해서는, 노광/묘화를 3회 실시해야 한다.
본 발명의 목적은, 4계조 포토마스크를 포토리소그래피 공정으로 보다 적은 묘화회수로 제조할 수 있는 4계조 포토마스크의 제조방법, 및 그 제조방법에 이용되는 포토마스크 블랭크를 제공하는 것에 있다.
(제1 양태(樣態))
4계조 포토마스크의 제조방법으로서,
*차광(遮光)부, 투광(透光)부 및 서로 다른 광투과율을 갖는 제1 및 제2 반투광(半透光)부를 포함한다. 상기 방법은, 투광성 기판상에 서로의 에칭에 대하여 각각 에칭 내성(耐性)을 가지는 재료로 이루어지는 제1 반투광막과 차광막이 순차 성막된 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 이 포토마스크 블랭크의 상기 차광막 상에 제1 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 포함한다. 상기 제1 레지스트 패턴은 상기 투광부 및 상기 제2 반투광부에 대응하는 개구영역을 가진다. 상기 방법은, 상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 차광막을 에칭한 후, 상기 제1 반투광막을 에칭하고, 또 상기 제1 레지스트 패턴을 박리(剝離)하는 공정을 더 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 투광성 기판 및 상기 차광막 상에 제2 반투광막을 성막하는 공정과, 상기 제2 반투광막 상에 제2 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 더 포함한다. 상기 제2 레지스트 패턴은 상기 투광부 및 상기 제1 반투광부에 대응하는 개구영역을 가진다. 상기 방법은, 상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 상기 제2 반투광막 및 상기 차광막을 에칭한 후, 상기 제2 레지스트 패턴을 제거하여, 상기 투광부, 상기 차광부, 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부를 형성하는 공정을 더 포함한다.
(제2 양태)
4계조 포토마스크의 제조방법으로서,
차광부, 투광부 및 서로 다른 광투과율의 제1 반투광부와 제2 반투광부를 포함한다. 상기 방법은, 투광성 기판상에 서로의 에칭에 대하여 각각 에칭 내성을 가지는 재료로 이루어지는 제1 반투광막와 차광막이 순차 성막된 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 이 포토마스크 블랭크의 상기 차광막 상에, 제1 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 포함한다. 상기 제1 레지스트 패턴은 상기 투광부 및 상기 제2 반투광부에 대응하는 개구영역을 가진다. 상기 방법은, 상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 상기 차광막을 에칭한 후, 상기 제1 레지스트 패턴을 박리하고, 이어서 상기 차광막을 마스크로 상기 제1 반투광막을 에칭하는 공정을 더 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 투광성 기판 및 상기 차광막 상에 제2 반투광막을 성막하는 공정과, 상기 제2 반투광막 상에, 제2 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 더 포함한다. 상기 제2 레지스트 패턴은 상기 투광부 및 상기 제1 반투광부에 대응하는 개구영역을 가진다. 또, 상기 방법은 상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 상기 제2 반투광막 및 상기 차광막을 에칭한 후, 상기 제2 레지스트 패턴을 제거하여, 상기 투광부, 상기 차광부, 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부를 형성하는 공정을 더 포함한다.
(제3 양태)
제1 양태 또는 제2 양태에 따르는 방법에 있어서, 상기 제2 반투광막은, 차광막과 동일한 에칭에 의해 에칭 가능한 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
(제4 양태)
제1 양태 또는 제2 양태에 따르는 방법에 있어서, 상기 제1 반투광막이, 몰리브덴 실리사이드를 주성분으로 포함하는 재료로 이루어지며, 상기 차광막 및 상기 제2 반투광막이 각각 크롬을 주성분으로 포함하는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
(제5 양태)
제1 양태 또는 제2 양태에 따르는 방법에 이용하기 위한 포토마스크 블랭크로서, 차광성 기판상에 함께 적층된 제1 반투광막과 차광막을 포함하는 패터닝된 막(patterned film)과, 상기 패턴닝된 막 상에 성막된 제2 반투광막을 가지는 것이다.
(제6 양태)
4계조 포토마스크의 제조방법으로서,
차광부, 투광부 및 서로 다른 광투과율의 제1 반투광부와 제2 반투광부를 포함한다. 상기 방법은, 투광성 기판상에, 제1 반투광막, 제2 반투광막 및 차광막이 순차 성막된, 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정을 포함한다. 상기 제1 반투광막 및 차광막은, 상기 제2 반투광막의 재료의 에칭에 대하여 양자 모두 에칭 내성을 가지는 재료로 이루어진다. 상기 방법은, 이 포토마스크 블랭크의 상기 차광막 상에, 제1 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 더 포함한다. 상기 제1 레지스트 패턴은, 상기 투광부 및 상기 제1 반투광부에 대응하는 개구영역을 가진다. 상기 방법은 또한, 상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 상기 차광막을 에칭한 후에, 상기 제2 반투광막을 에칭하고, 이어서 상기 제1 레지스트 패턴을 박리하는 공정을 더 포함한다. 또, 상기 방법은 상기 투광부 및 상기 제2 반투광부에 대응하는 개구영역을 가지는 제2 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 상기 차광막 및 상기 제1 반투광막을 에칭한 후, 상기 제2 레지스트 패턴을 제거하여, 상기 투광부, 상기 차광부, 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부를 형성하는 공정을 더 포함한다.
(제7 양태)
4계조 포토마스크의 제조방법으로서,
차광부, 투광부, 및 서로 다른 광투과율을 가지는 제1 반투광부와 제2 반투광부를 포함한다. 상기 방법은, 투광성 기판상에, 제1 반투광막, 제2 반투광막 및 차광막이 순차 성막된 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정을 포함한다. 상기 제1 반투광막 및 차광막은, 상기 제2 반투광막의 재료의 에칭에 대하여 양자 모두 에칭 내성을 가지는 재료로 이루어진다. 상기 방법은, 이 포토마스크 블랭크의 상기 차광막 상에, 제1 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 더 포함한다. 상기 제1 레지스트 패턴은, 상기 투광부 및 상기 제1 반투광부에 대응하는 개구영역을 가진다. 상기 방법은 또한, 상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 상기 차광막을 에칭한 후, 상기 제1 레지스트 패턴을 박리하고, 이어서, 상기 차광막을 마스크로 상기 제2 반투광막을 에칭하는 공정을 더 포함한다. 또한, 상기 방법은 상기 투광부 및 상기 제2 반투광부에 대응하는 개구영역을 가지는 제2 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 상기 차광막 및 상기 제1 반투광막을 에칭한 후, 상기 제2 레지스트 패턴을 제거하여, 상기 투광부, 상기 차광부, 상기 제1 반투광부 및 상기 제2 반투광부를 형성하는 공정을 더 포함한다.
(제8 양태)
제6 양태 또는 제7 양태에 따르는 방법에 있어서, 상기 제1 반투광막과 상기 차광막이 동일한 에칭제에 의해 에칭 가능한 것이 바람직하다.
(제9 양태)
제8 양태에 따르는 방법에 있어서, 상기 제2 반투광막이 몰리브덴 실리사이드를 주성분으로 포함하는 재료로 이루어지고, 상기 제1 반투광막 및 상기 차광막이 각각 크롬을 주성분으로 포함하는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
(제10 양태)
제6, 제7 또는 제9 양태 중 어느 하나에 따르는 방법에 이용하기 위한 포토마스크 블랭크로서, 투광성 기판상에, 제1 반투광막, 제2 반투광막 및 차광막이 순차 적층되어 있다.
본 발명의 제1 내지 제4 양태에 따르면, 투광성 기판상에 서로의 에칭에 대하여 각각 에칭 내성을 가지는 재료로 이루어지는 제1 반투광막과 차광막이 순차 성막되고, 이 차광막 상에 바람직하게는 차광막과 동일한 에칭에 의해 에칭 가능한 재료로 이루어지는 제2 반투광막이 성막된다. 따라서, 서로 에칭 내성이 있는 막과 에칭 내성이 없는 막의 조합에 의해 포토리소그래피 공정에 의해 묘화 회수를 저감하여 4계조 포토마스크를 제조할 수 있다.
본 발명의 제6 내지 제9 양태에 따르면, 투광성 기판상에, 제1 반투광막, 제2 반투광막 및 차광막이 순차 성막된다. 상기 제1 반투광막과 차광막이 동일한 에칭에 의해 에칭 가능한 한편, 상기 제1 반투광막 및 차광막의 재료의 에칭에 대하여 에칭 내성을 가지는 재료로 제2 반투광막이 이루어진다. 따라서, 서로 에칭 내성이 있는 막과 에칭 내성이 없는 막과의 조합에 의해, 포토리소그래피 공정에 의해 묘화 회수를 저감하여 4계조 포토마스크를 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 4계조 포토마스크를 포토리소그래피 공정으로 보다 적은 묘화회수로 제조할 수 있는 4계조 포토마스크의 제조방법, 및 그 제조방법에 이용되는 포토마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
도 1A ~ 도 1I는, 본 발명에 관한 4계조 포토마스크의 제조방법 중, 특히 제1 실시예에 의한 4계조 그레이톤(gray-tone) 마스크의 제조공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2A, 도 2B는, 각각 도 1A ~ 도 1I의 제조공정에 의해 제조된 4계조 그레이톤 마스크의 평면도, 측단면도로서, 특히 도 2B는 4계조 그레이톤 마스크를 피전사체와 함께 나타낸다.
도 3A ~ 도 3G는, 본 발명에 관한 4계조 포토마스크의 제조방법 중, 특히 제2 실시예에 의한 4계조 포토마스크의 제조공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4A, 도 4B는 각각 도 3A ~ 도 3G의 제조공정에 의해 제조된 4계조 그레이톤 마스크의 평면도, 측단면도로서, 특히 도 4B는 4계조 그레이톤 마스크를 피전사체와 함께 나타내고 있다.
본 발명의 몇몇 실시예를, 도면에 기초하여 설명한다.
(제1 실시예)
도 1A 내지 도 1I는, 본 발명에 관한 4계조 포토마스크의 제조 방법 중, 특히 제1 실시예에 의한 4계조 그레이톤 마스크의 제조공정을 나타내는 도면이다. 도 2A, 도 2B는 각각 도 1A 내지 도 1I의 제조공정에 의해 제조된 4계조 그레이톤 마스크의 평면도, 측단면도이다.
도 2A, 도 2B에 나타내는 그레이톤 마스크(10)는, 예컨대 액정표시장치(LCD)의 박막 트랜지스터(TFT)나 컬러필터, 또는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등을 제조하기 위해 이용되며, 피전사체(11)상에, 막두께가 단계적 또는 연속적으로 다른 레지스트 패턴(12)을 형성하기 위한 것이다. 도 2B에 있어서, 부호 19A, 19B, 19C는 각각 피전사체(11)에서의 적층막을 나타낸다. 즉, 본 실시예에서는 피전사체(11)는 기판(19)상에 막(19A, 19B, 19C)가 순서대로 적층되어 형성된다.
그레이톤 마스크(10)는, 상기 그레이톤 마스크(10)의 사용시에 노광광을 차광(광투과율이 약 0%)하는 차광부(13)와, 노광광을 약 100% 투과시키는 투광부(14)와, 노광광의 투과율을 20 ~ 50% 정도로 각각 저감시키는 제1 반투광부(15A) 및 제2 반투광부(15B)를 포함한다. 이와 같이, 차광부(13) 및 투광부(14) 외에 하나 이상의 반투광부를 가지는 포토마스크를 그레이톤 마스크(gray-tone mask)라고 한다. 제1 반투광부(15A)와 제2 반투광부(15B)는 투과율이 다르며, 본 실시예에서는 제1 반투광부(15A)의 광투과율이 제2 반투광부(15B)의 광투과율보다도 낮게 설정되어 있다. 따라서, 그레이톤 마스크(10)는, 노광광의 투과율이 4단계로 다른 4계조의 그레이톤 마스크로 되어 있다.
제1 반투광부(15A)는, 유리 기판 등의 투광성 기판(transparent substrate, 16)의 표면에 광반투과성(light-semitransmissive)의 제1 반투광막(17A)을 형성함으로써 실현된다. 제2 반투광부(15B)는, 투광성 기판(16)의 표면에 광반투과성인 제2 반투광막(17B)을 형성함으로써 실현된다. 차광부(13)는, 투광성 기판(16)의 표면에 제1 반투광막(17A), 차광막(18) 및 제2 반투광막(17B)이 순서대로 적층되어 형성된다.
제1 반투광막(17A)은, 금속과 실리콘을 포함하는 박막이며, 몰리브덴 실리사이드(MoSi)를 주성분으로 포함하는 막이 바람직하다. 예컨대, MoSi(MoSi2), MoSiN, MoSiON, MoSiCON 등을 들 수 있다. 제2 반투광막(17B) 및 차광막(18)은 크롬을 주성분으로 포함하는 막이며, 차광막(18)에는 크롬이 바람직하며, 제2 반투광막(17B)에는 질화크롬(chromium nitride), 산화크롬(chromium oxide), 산질화크롬(chromium oxynitride), 플루오르화크롬(chromium fluoride) 등이 바람직하다. 제1 반투광부(15A)의 광투과율은, 제1 반투광막(17A)의 막재료와 막두께의 선정에 기초하여 설정된다. 제2 반투광부(15B)의 광투과율은 제2 반투광막(17B)의 막재료와 막두께의 선정에 기초하여 설정된다. 차광부(13)의 광투과율은, 제1 반투광막(17A), 제2 반투광막(17B) 및 차광막(18)의 막재료와 막두께의 선정에 의해 설정된다.
상술한 바와 같은, 4계조의 그레이톤 마스크(10)를 사용하였을 때, 차광부(13)에서는 노광광이 투과하지 않고, 제2 반투광부(15B)에서는 노광광이 저감되어, 제1 반투광부(15A)에서는 제2 반투광부(15B)보다도 노광광이 더 저감된다. 그 결과, 피전사체(transfer target, 11) 상에 도포된 레지스트막(포지티브형(positive- type) 포토레지스트막)은, 이하와 같은 레지스트 패턴(12)을 형성한다. 레지스트 패턴(12)은, 차광부(13)에 대응하는 부분에서 레지스트막 두께(T1)가 가장 크며, 제1 반투광부(15A)에 대응하는 부분에서는 레지스트막 두께(T2)가 레지스트막 두께(T1)보다 작지만, 제2 반투광부(15B)에 대응하는 부분의 레지스트막 두께(T3)보다 크게 구성된다. 레지스트 패턴(12)은, 투광부(14)에 대응하는 부분에서는 레지스트막이 없다.
상기한 바와 같은 레지스트 패턴(10)을 가지는 피전사체(11)에 대하여 이하와 같은 처리를 행한다. 우선, 레지스트 패턴(12)의 레지스트막이 없는 부분(투광부(14)에 대응하는 부분)에서, 피전사체(11)에서의 예컨대 막(19A, 19B, 19C)에 제1 에칭을 실시한다. 이어서, 레지스트 패턴(12)의 레지스트막 두께(T3)의 부분(제2 반투광부(15B)에 대응하는 부분)을 애싱(ashing) 등에 의해 제거하고, 이 부분에서 피전사체(11)에서의 예컨대 막(19B, 19C)에 제2 에칭을 실시한다. 다음으로, 레지스트 패턴(12)의 레지스트막 두께(T2)의 부분(제1 반투광부(15A)에 대응하는 부분)을 애싱 등에 의해 제거하고, 이 부분에서 피전사체(11)에서의 예컨대 막(19C)에 제3 에칭을 실시한다. 이와 같이 하여, 1장의 그레이톤 마스크(10)만을 사용하여, 종래의 포토마스크 3장 분에 의해 달성되는 동일한 공정이 실행됨으로써, 마스크 장수(枚數)가 삭감된다.
다음으로, 상술한 바와 같은 4계조 그레이톤 마스크(10)를 제조하는 제조공정을, 도 1A 내지도 1I를 참조하여 설명한다.
우선, 투광성 기판(16)의 표면에, 제1 반투광막(17A), 차광막(18)을 차례로 성막하여, 포토마스크 블랭크(20)를 형성하여 준비한다(도 1A). 제1 반투광막(17A)과 차광막(18)은, 그레이톤 마스크(10)의 제조공정에 있어서 서로의 에칭에 대하여 에칭 내성을 가진다. 예컨대, 제1 반투광막(17A)은 크롬-에칭가스 또는 액에 대하여 에칭 내성을 가지는 재료로 이루어지는 한편, 차광막(18)은 MoSi-에칭가스 또는 액에 대하여 에칭 내성을 가지는 재료로 이루어진다.
다음으로, 상기의 포토마스크 블랭크(20)의 차광막(18) 상에 레지스트막(포지티브형 포토레지스트막)을 형성하고, 이 레지스트막을 전자선 또는 레이저를 이용한 묘화장치에 의해 노광/묘화하고 현상하여, 제1 레지스트 패턴(21)을 형성한다(도 1B). 제1 레지스트 패턴(21)은, 제조될 그레이톤 마스크(10)의 투광부(14) 및 제2 반투광부(15B)에 대응하는 개구영역을 가지는 형상으로 형성된다.
다음으로, 제1 레지스트 패턴(21)이 형성된 포토마스크 블랭크(20)의 차광막(18)을, 크롬-에칭가스 또는 액을 이용하며, 제1 레지스트 패턴(21)을 마스크로 하여 드라이에칭 또는 웨트에칭을 실시한다(도 1C). 이러한 에칭에 의해, 차광막(18)에 차광막 패턴(22)이 형성된다. 제1 반투광막(17A)은, 크롬-에칭가스 또는 액에 대하여 에칭 내성을 가지므로, 차광막(18)의 에칭 시에는 에칭되기 어렵다.
차광막 패턴(22)의 형성 후, 제1 레지스트 패턴(21)을 박리한다(stripping)(도 1D). 그 후, MoSi-에칭 가스 또는 액을 이용하고, 차광막 패턴(22)을 마스크로 하여, 제1 반투광막(17A)을 드라이 또는 웨트 에칭함으로써, 제1 반투광막 패턴(23)을 형성한다(도 1E). 또한, 도 1D의 제1 레지스트 패턴(21)의 박리는 후에 행해져도 좋다. 즉, 상기 차광막 패턴(22)의 형성 후, 제1 레지스트 패턴(21) 및 차광막 패턴(22)을 마스크로 하여 제1 반투광막(17A)에 대한 드라이 또는 웨트 에칭을 실시함으로써 제1 반투광막 패턴(23)을 형성하고, 그 후에 제1 레지스트 패턴(21)을 박리하여도 좋다. 차광막(18)은 MoSi-에칭가스 또는 액에 대하여 에칭 내성을 가지므로, 제1 반투광막(17A)의 에칭 시에 에칭되지 않는다. 또한, MoSi-에칭액으로서는, 예컨대 불화수소산(hydrofluoric acid), 규불화수소산(hydrosilicofluoric acid), 불화수소암모늄(ammonium hydrogen fluoride)으로부터 선택되는 적어도 하나의 불소화합물 및 과산화수소(hydrogen peroxide), 초산(nitric acid), 황산(sulfuric acid)으로부터 선택되는 적어도 하나의 산화제(oxidant)를 포함하는 에칭액이 사용된다.
상술한 바와 같이 하여 제1 반투광막 패턴(23)을 형성후, 차광막(18) 위 및 노출된 투광성 기판(16) 위에 제2 반투광막(17B)을 성막하여, 다른 포토마스크 블랭크(24)를 형성한다(도 1F). 제2 반투광막(17B)은 차광막(18)과 동일한 에칭에 의해 에칭 가능한 재료로 이루어진다. 따라서, 제2 반투광막(17B)과 차광막(18)은, 각각 서로의 에칭에 대하여 단지 작은 에칭 내성을 가진다. 이와 같이, 포토마스크 블랭크(24)는, 도 1E, 도 1F에 나타내는 바와 같이, 차광성 기판(16)에 적층된 제1 반투광막(17A) 및 차광막(18)에 제1 반투광막 패턴(23) 및 차광막 패턴(22)이 각각 형성되며, 이들의 패터닝된 막 상에 제2 반투광막(17B)이 성막되도록 구성된다.
다음으로, 포토마스크 블랭크(24)의 제2 반투광막(17B) 상에 레지스트막을 성막하고, 이 레지스트막을 상술한 바와 마찬가지로 노광/묘화하고 현상하여, 제2 레지스트 패턴(25)을 형성한다(도 1G). 제2 레지스트 패턴(25)은, 투광부(14) 및 제1 반투광부(15A)에 대응하는 개구영역을 갖는 형상으로 형성된다.
다음으로, 제2 레지스트 패턴(25)을 마스크로 하여, 상기 크롬-에칭가스 또는 액을 이용하여 제2 반투광막(17B) 및 차광막(18)을 드라이 또는 웨트 에칭한다(도 1H). 그 후, 잔존하는 제2 레지스트 패턴(25)을 제거(박리)함으로써, 투광부(14)와, 제1 반투광막(17A)으로 형성된 제1 반투광부(15A)와, 제2 반투광막(17B)으로 형성된 제2 반투광부(15B)와, 제1 반투광막(17A), 차광막(18) 및 제2 반투광막(17B)이 함께 적층되어 이루어지는 차광부(13)를 가지는 4계조의 그레이톤 마스크(10)가 얻어진다(도 1I).
상기 실시예에 의하면, 다음의 효과가 얻어진다. 그레이톤 마스크(10)의 제조공정에 따르면, 투광성 기판(16) 상에 서로의 에칭에 대하여 각각 에칭 내성을 가지는 재료로 이루어지는 제1 반투광막(17A)과 차광막(18)이 차례로 성막되며, 이 차광막(18)상에 상기 차광막(18)과 동일한 에칭에 의해 에칭 가능한 재료로 이루어지는 제2 반투광막(17B)이 성막된다. 따라서, 서로에 대하여 에칭 내성이 큰 막과 서로에 대하여 상대적으로 에칭 내성이 작은 막과의 조합에 의해, 포토리소그래피 공정에 의해 묘화 회수를 2회로 저감하여, 4계조의 포토마스크(10)를 제조할 수 있다.
(제2 실시예)
도 3A 내지 도 3G는, 본 발명에 관한 4계조 포토마스크의 제조방법 중, 제2 실시예에 의한 4계조 그레이톤 마스크의 제조공정을 나타내는 도면이다. 도 4A, 도 4B는 각각 도 3A 내지 도 3G의 제조공정에 의해 제조된 4계조 그레이톤 마스크의 평면도, 측단면도이다. 제2 실시예에 있어서, 상기 제1 실시예와 동일한 부분은 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.
도 4A, 도 4B에 나타내는 그레이톤 마스크(30)도, 예컨대 액정표시장치(LCD)의 박막 트랜지스터(TFT)나 컬러필터, 또는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등을 제조하기 위해 이용되며, 피전사체(31) 상에 막두께가 단계적 또는 연속적으로 다른 레지스트 패턴(32)을 형성하기 위한 것이다.
그레이톤 마스크(30)는, 상기 그레이톤 마스크(30)의 사용 시에 노광광을 차광(광투과율이 대략 0%)하는 차광부(33)와, 노광광을 대략 100% 투과시키는 투광부(34)와, 노광광의 투과율을 20 ~ 50% 정도로 저감시키는 제1 반투광부(35A) 및 제2 반투광부(35B)를 포함한다. 제1 반투광부(35A)와 제2 반투광부(35B)는 광투과율이 다르며, 본 실시예에서는 제1 반광투광부(35A)의 광투과율이 제2 반투광부(35B)의 광투과율보다도 크게 설정되어 있다. 따라서, 그레이톤 마스크(30)도, 제1 실시예의 그레이톤 마스크(10)와 마찬가지로, 노광광의 투과율이 4단계로 다른 4계조의 그레이톤 마스크이다.
제1 반투광부(35A)는, 유리 기판 등의 투광성 기판(16)의 표면에 광반투과성의 제1 반투광막(37A)을 형성하는 것으로 실현된다. 제2 반투광부(35B)는 투광성 기판(16)의 표면에, 제1 반투광막(37A)과 광반투과성의 제2 반투광막(37B)을 적층하는 것으로 실현된다. 차광막(33)은, 투광성 기판(16)의 표면에 제1 반투광막(37A), 제2 반투광막(37B) 및 차광막(38)을 차례로 적층하는 것으로 실현된다.
제2 반투광막(37B)은, 금속과 실리콘을 포함하는 박막이며, 몰리브덴 실리사이드(MoSi)를 주성분으로 포함하는 막이 바람직하다. 예컨대 MoSi(MoSi2), MoSiN, MoSiON, MoSiCON 등을 들 수 있다. 제1 반투광막(37A) 및 차광막(38)은, 각각 크롬을 주성분으로 포함하는 막이며, 차광막(38)은 크롬이 바람직하고, 제1 반투광막(37A)은 질화크롬, 산화크롬, 산질화크롬, 플루오르화크롬 등이 바람직하다. 제1 반투광부(35A)의 광투과율은 제1 반투광막(37A)의 막재료와 막두께의 선정에 의해 설정된다. 제2 반투광부(35B)의 광투과율은, 제1 반투광막(37A) 및 제2 반투광막(37B)의 막재료와 막두께의 선정에 의해 설정된다.
상술한 바와 같은 4계조의 그레이톤 마스크(30)를 사용하였을 때, 차광부(33)에서는 노광광이 투과되지 않으며, 제1 반투광부(35A)에서는 노광광이 저감되고, 제2 반투광부(35B)에서는 제1 반투광부(35A)보다도 노광광이 더 저감된다. 그 결과, 피전사체(31) 상에 도포된 레지스트막(포지티브형 포토레지스트막)은 이하와 같은 레지스트 패턴(32)을 형성한다. 레지스트 패턴(32)은, 차광부(33)에 대응하는 부분에서 레지스트막 두께(T11)가 가장 크며, 제2 반투광부(35B)에 대응하는 부분에서는 레지스트막 두께(T12)는 레지스트막 두께(T11)보다 작지만, 제1 반투광부(35A)에 대응하는 부분의 레지스트막 두께(T13)보다 크다. 레지스트 패턴(32)은 투광부(34)에 대응하는 부분에서 레지스트막이 없다.
상기한 바와 같이, 레지스트 패턴(32)을 갖는 피전사체(31)에 대하여 이하와 같은 처리를 행한다. 우선, 레지스트 패턴(32)의 레지스트막이 없는 부분(투광부(34)에 대응하는 부분)에서, 피전사체(31)에서의 예컨대 막(19A, 19B, 19C)에 제1 에칭을 실시한다. 이어서, 레지스트 패턴(32)의 레지스트막 두께(T13)의 부분(제1 반투광부(35A)에 대응하는 부분)을 애싱 등에 의해 제거하고, 이 부분에서 피전사체(31)에서의 예컨대 막(19B, 19C)에 제2 에칭을 실시한다. 다음으로, 레지스트 패턴(32)의 레지스트막 두께(T12)의 부분(제2 반투광부(35B)에 대응하는 부분)을 애싱 등에 의해 제거하고, 이 부분에서 피전사체(31)에서의 예컨대 막(19C)에 제3 에칭을 실시한다. 이와 같이 하여, 1장의 그레이톤 마스크(30)만을 사용하여, 종래의 포토마스크 3장분의 공정에 의해 달성되는 것과 동일한 공정이 실행되므로, 마스크 장수가 삭감된다.
이제, 상술한 바와 같은 4계조 그레이톤 마스크(30)를 제조하는 제조공정을, 도 3A 내지 도 3G를 참조하여 설명한다.
우선, 투광성 기판(16)의 표면에, 제1 반투광막(37A), 제2 반투광막(37B) 및 차광막(38)을 차례로 성막하여 포토마스크 블랭크(40)를 형성하여 준비한다(도 3A). 제2 반투광막(37B)과 차광막(38)은, 그레이톤 마스크(30)의 제조공정에 있어서 서로의 에칭에 대하여 에칭 내성을 가진다. 예컨대, 제2 반투광막(37B)은, 크롬-에칭 가스 또는 액에 대하여 에칭 내성을 가지는 재료로 이루어지는 한편, 차광막(38)은, MoSi-에칭가스 또는 액에 대하여 에칭 내성을 가지는 소재로 이루어진다. 제1 반투광막(37A)은 차광막(38)과 동일한 에칭에 의해 에칭 가능한 재료로 이루어진다. 따라서, 제1 반투광막(37A)과 차광막(38)은 각각 서로의 에칭에 대하여 단지 작은 에칭 내성을 가진다.
다음으로, 상기의 포토마스크 블랭크(40)의 차광막(38) 상에 레지스트막(포지티브형 포토레지스트막)을 형성하고, 이 레지스트막을 전자선 또는 레이저를 이용한 묘화장치에 의해 노광/묘화하고 현상하여, 제1 레지스트 패턴(41)을 형성한다(도 3B). 제1 레지스트 패턴(41)은 제조될 그레이톤 마스크(30)의 투광부(34) 및 제1 반투광부(35A)에 대응하는 개구영역을 가지는 형상으로 형성된다.
다음으로, 제1 레지스트 패턴(41)이 형성된 포토마스크 블랭크(40)의 차광막(38)을, 크롬-에칭가스 또는 액을 이용하고, 제1 레지스트 패턴(41)을 마스크로 하여 드라이 에칭 또는 웨트 에칭을 실시한다(도 3C). 이러한 에칭에 의해, 차광막(38)에 차광막 패턴(42)이 형성된다. 제2 반투광막(37B)은, 크롬-에칭 가스 또는 액에 대하여 에칭 내성을 가지므로, 차광막(38)의 에칭시에 에칭되는 것이 방지된다.
차광막 패턴(42)의 형성후, 제1 레지스트 패턴(41)을 박리하고, 그 후, MoSi-에칭 가스 또는 액을 이용하고 차광막 패턴(42)을 마스크로 하여, 제2 반투광막(37B)을 드라이 또는 웨트 에칭함으로써, 제2 반투광막 패턴(43)을 형성한다(도 3D). 본 실시예에서도 제1 레지스트 패턴(41)의 박리는 후에 행해져도 좋다. 즉, 상기 차광막 패턴(42)의 형성 후, 제1 레지스트 패턴(41) 및 차광막 패턴(42)을 마스크로 하여 제2 반투광막(37B)에 대한 드라이 또는 웨트 에칭을 실시함으로써 제2 반투광막 패턴(43)을 형성하고, 그 후에 제1 레지스트 패턴(41)을 박리하여도 좋다. 차광막(38) 및 제1 반투광막(37A)은, MoSi용 에칭 가스 또는 액에 대하여 에칭 내성을 가지므로, 제2 반투광막(37B)의 에칭 시에 이들 막이 에칭되는 것이 방지된다.
상술한 바와 같이 하여 제2 반투광막 패턴(43)을 형성후, 차광막(38) 상 및 노출한 제1 반투광막(37A) 상에 레지스트막을 성막하고, 이어서 이 레지스트막을 상술한 바와 마찬가지로 노광/묘화하고 현상하여, 제2 레지스트 패턴(44)을 형성한다(도 3E). 제2 레지스트 패턴(44)은, 차광부(34) 및 제2 반투광부(35B)에 대응하는 개구영역을 갖는 형상으로 형성된다.
다음으로, 제2 레지스트 패턴(44)을 마스크로 하거나, 상기 크롬-에칭 가스 또는 액을 이용하여, 차광막(38) 및 제1 반투광막(37A)을 드라이 또는 웨트 에칭한다(도 3F). 그 후, 잔존하는 제2 레지스트 패턴(44)을 제거(박리)함으로써, 투광부(34)와, 제1 반투광막(37A)으로 이루어지는 제1 반투광부(35A)와, 제1 반투광막(37A) 및 제2 반투광막(37B)이 적층되어 이루어지는 제2 반투광부(35B)와, 제1 반투광막(37A), 제2 반투광막(37B) 및 차광막(38)이 적층되어 이루어지는 차광부(33)를 가지는 4계조의 그레이톤 마스크(30)가 얻어진다(도 3G).
상기 제2 실시예에 의하면, 다음의 효과가 얻어진다. 그레이톤 마스크(30)의 제조공정에 의하면, 투광성 기판(16)상에, 제1 반투광막(37A), 제2 반투광막(37B) 및 차광막(38)이 차례로 성막되고, 제1 반투광막(37A)과 차광막(38)이 동일한 에칭에 의해 에칭 가능한 재료로 만들어지는 한편, 제2 반투광막(37B)은 제1 반투광막(37A) 및 차광막(38)의 재료의 에칭에 대하여 에칭 내성을 가지는 재료로 이루어진다. 따라서, 서로 에칭 내성이 있는 막과 서로 에칭 내성이 없는 막의 조합에 의해, 포토리소그래피 공정에 의해 묘화회수를 2회로 저감하여, 4계조 포토마스크(30)를 제조할 수 있다.
본 발명을 2개의 실시예에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
10: 그레이톤 마스크
13: 차광부
14: 투광부
15A: 제1 반투광부
15B: 제2 반투광부
16: 투광성 기판
17A: 제1 반투광막
17B: 제2 반투광막
18: 차광막
21: 제1 레지스트 패턴
25: 제2 레지스트 패턴

Claims (11)

  1. 차광(遮光)부, 투광(透光)부, 및 서로 다른 광투과율의 제1 반투광부 및 제2 반투광부를 갖고, 피전사체 상에 막두께가 단계적 또는 연속적으로 다른 레지스트 패턴을 형성하는 4계조 포토마스크로서,
    상기 제1 반투광부는, 투광성 기판의 표면에, 광반투과성의 제1 반투광막이 형성되어 구성되고,
    상기 제2 반투광부는, 상기 투광성 기판의 표면에, 광반투과성의 제2 반투광막이 형성되어 구성되며,
    상기 제2 반투광부와 제1 반투광부는 노광광의 광투과율이 상이하고,
    상기 차광부는, 상기 투광성 기판의 표면에, 상기 제1 반투광막, 차광막, 및 상기 제2 반투광막이 적층되어 구성되며, 또한,
    상기 제1 반투광막과 상기 차광막은, 상호 에칭에 대해 내성을 갖는 막이고,
    상기 제2 반투광막과 상기 차광막은, 동종의 에칭 가스 또는 에칭 액에 의해, 에칭이 가능한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 4계조 포토마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    피전사체 상에, 상기 차광부에 대응하는 부분의 막 두께가 가장 두껍고, 상기 제1 반투광부에 대응하는 부분의 막 두께가 다음으로 두껍고, 상기 제2 반투광부에 대응하는 부분의 막 두께는 상기 제1 반투광부에 대응하는 부분의 막 두께보다 얇으며, 상기 투광부에 대응하는 부분에서 막이 없는 레지스트 패턴을 형성하는 것인 것을 특징으로 하는 4계조 포토마스크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 반투광부와 제2 반투광부의, 노광광의 광투과율이 20~50%인 것을 특징으로 하는 4계조 포토마스크.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 반투광막은, 몰리브덴 실리사이드를 포함하고, 상기 제2 반투광막 및 상기 차광막은 크롬을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 4계조 포토마스크.
  5. 제1항에 기재된 4계조 포토마스크를 이용하여 노광하고, 피전사체 상에 레지스트 패턴을 형성하며,
    상기 투광부에 대응하는 부분에서, 상기 피전사체에 제1 에칭을 실시하고,
    상기 레지스트 패턴 중 상기 제2 반투광부에 대응하는 부분을 제거하고, 상기 피전사체에 제2 에칭을 실시하며,
    나아가, 상기 레지스트 패턴 중 상기 제1 반투광부에 대응하는 부분을 제거하고, 상기 피전사체에 제3 에칭을 실시하는 것을 포함하는 4계조 포토마스크의 사용 방법.
  6. 차광부, 투광부, 및 각각 서로 다른 광투과율의 제1 반투광부와 제2 반투광부를 갖고, 피전사체 상에 막 두께가 단계적 또는 연속적으로 다른 레지스트 패턴을 형성하는 4계조 포토마스크로서,
    상기 제1 반투광부는, 투광성 기판의 표면에, 광반투과성의 제1 반투광막이 형성되어 구성되고,
    상기 제2 반투광부는, 상기 투광성 기판의 표면에, 광반투과성의 제1 반투광막과 광반투과성의 제2 반투광막이 적층되어 구성되며,
    상기 차광부는, 상기 투광성 기판의 표면에, 상기 제1 반투광막, 상기 제2 반투광막 및 차광막이 적층되어 구성되고, 또한,
    상기 제2 반투광막과 상기 차광막은, 상호 에칭에 대해 내성을 갖는 막이며,
    상기 제1 반투광막과 상기 차광막은, 동종의 에칭 가스 또는 에칭 액에 의해 에칭 가능한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 4계조 포토마스크.
  7. 제6항에 있어서,
    피전사체 상에, 상기 차광부에 대응하는 부분의 막 두께가 가장 두껍고, 상기 제2 반투광부에 대응하는 부분의 막 두께가 다음으로 두껍고, 상기 제1 반투광부에 대응하는 부분의 막 두께는 상기 제2 반투광부에 대응하는 부분의 막 두께보다 얇고, 투광부에 대응하는 부분에서 막이 없는 레지스트 패턴을 형성하는 것인 것을 특징으로 하는 4계조 포토마스크.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제1 반투광부와 제2 반투광부는, 노광광의 광투과율이 20~50%인 것을 특징으로 하는 4계조 포토마스크.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 반투광막은, 몰리브덴 실리사이드를 포함하고, 상기 제1 반투광막 및 상기 차광막은 크롬을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 4계조 포토마스크.
  10. 제6항에 기재된 4계조 포토마스크를 이용하여 노광하고, 피전사체 상에 레지스트 패턴을 형성하며,
    상기 투광부에 대응하는 부분에서, 피전사체에 제1 에칭을 실시하고,
    상기 레지스트 패턴 중 상기 제1 반투광부에 대응하는 부분을 제거하고, 상기 피전사체에 제2 에칭을 실시하며,
    나아가, 상기 레지스트 패턴 중 상기 제2 반투광부에 대응하는 부분을 제거하고, 상기 피전사체에 제3 에칭을 실시하는 것을 포함하는 4계조 포토마스크의 사용 방법.
  11. 제5항 또는 제10항에 기재된 사용 방법을 포함하는, 액정 표시 장치의 제조 방법.
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