KR20110083583A - 다계조 포토마스크, 다계조 포토마스크의 제조 방법, 패턴 전사 방법, 및 박막 트랜지스터의 제조 방법 - Google Patents

다계조 포토마스크, 다계조 포토마스크의 제조 방법, 패턴 전사 방법, 및 박막 트랜지스터의 제조 방법 Download PDF

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KR20110083583A
KR20110083583A KR1020110064332A KR20110064332A KR20110083583A KR 20110083583 A KR20110083583 A KR 20110083583A KR 1020110064332 A KR1020110064332 A KR 1020110064332A KR 20110064332 A KR20110064332 A KR 20110064332A KR 20110083583 A KR20110083583 A KR 20110083583A
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미찌아끼 사노
가쯔히꼬 나까니시
고이찌로 요시다
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호야 가부시키가이샤
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Abstract

투명 기판 위에, 각각 소정의 광 투과율을 갖는 제1 반투광막 및 제2 반투광막을 각각 형성하고, 각각 소정의 패터닝을 실시함으로써, 투광부, 제1 반투광부, 및 상기 제1 반투광부와 인접하는 부분을 갖는 제2 반투광부를 포함하는 전사 패턴을 형성하여 이루어지는 다계조 포토마스크에서, i선∼g선의 범위 내의 대표 파장에 대하여, 상기 제2 반투광부와 투광부와의 사이의 위상차가 90도 미만이고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부와 제2 반투광부와의 사이의 위상차가 90도를 초과하고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부의 투과율이 10% 미만이고, 상기 제2 반투광부의 투과율이 20% 이상이다.

Description

다계조 포토마스크, 다계조 포토마스크의 제조 방법, 패턴 전사 방법, 및 박막 트랜지스터의 제조 방법 {MULTI-GRAY SCALE PHOTOMASK, MANUFACTURING METHOD OF MULTI-GRAY SCALE PHOTOMASK, PATTERN TRANSFER METHOD, AND MANUFACTURING METHOD OF THIN FILM TRANSISTOR}
본 발명은, 포토리소그래피 공정에서 사용되는 다계조의 포토마스크에 관한 것이다.
종래부터, 액정 장치 등의 전자 디바이스의 제조에서는, 그 하나의 공정으로서, 포토리소그래피 공정을 이용하여 레지스트 패턴을 형성하는 것이 행해지고 있다. 즉, 에칭되는 피가공층 위에 형성된 레지스트막에 대하여, 소정의 패턴을 갖는 포토마스크를 이용하여 소정의 노광 조건하에서 노광을 행하여 패턴을 전사하고, 그 레지스트막을 현상함으로써 레지스트 패턴을 형성한다. 그리고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 피가공층을 에칭한다.
포토마스크에서는, 예를 들면, 도 10에 도시한 바와 같이, 노광광을 차광하는 차광부(71)와, 노광광을 투과하는 투광부(73)와, 노광광의 일부를 투과하는 반투광부(72)를 갖는 전사 패턴을 형성한 다계조 포토마스크가 있다. 이 다계조 포토마스크는, 노광광의 광량을 영역에 따라 서로 다르게 할 수 있다. 따라서, 이 다계조 포토마스크를 이용하여 노광ㆍ현상을 행함으로써, 적어도 3개의 두께의 잔막값(잔막값 제로를 포함함)을 갖는 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이와 같이 복수의 서로 다른 잔막값을 갖는 레지스트 패턴을 실현하는 다계조 포토마스크는, 액정 장치 등의 전자 디바이스의 제조시에, 사용하는 포토마스크의 매수를 감소시킴으로써, 포토리소그래피 공정을 효율화시키는 것이 가능하게 되므로 대단히 유용하다.
도 10에서는, 전사 패턴은, 차광부, 반투광부, 차광부가 이 순서대로, 기판면 위에 인접하여 배치되어 있고, 이러한 전사 패턴은, 박막 트랜지스터의 제조에 유용하게 사용할 수 있다.
전술한 다계조 포토마스크에서의 차광부(71)는, Cr막과 같은 차광막으로 구성되어 있고, 반투광부(72)는, 예를 들면, 노광광의 일부를 투과하는 원하는 투과율을 갖는 반투광막으로 구성되어 있다(일본 특허 공개 2006-268035호 공보 참조).
그러나, 상기한 바와 같은 다계조 포토마스크를 이용하여, 전사 패턴을 피전사체 위의 레지스트막에 전사하면, 반투광부와 차광부의 경계 등의 패턴 경계에서, 노광광의 회절이 생기기 때문에, 투과광의 강도 분포는 어느 정도 완만한 곡선으로 된다. 예를 들면, 도 10과 같이 2개의 인접하는 차광부에 끼워진 반투광부에서는, 투과광의 강도 분포는, 완만한 산형으로 되며, 이 경향은, 선폭이 작을 수록 현저하게 된다(도 8 참조). 즉, 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 광 강도 분포 곡선의 상승, 하강이 급격하지 않게 된다. 이러한 다계조 포토마스크를 이용하여 레지스트 패턴 전사를 행하면, 피전사체 위의 레지스트막에 형성되는, 레지스트 패턴의 프로파일(profile)이 완만해져, 패턴의 측면이 테이퍼 형상으로 된다. 그 결과, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 박막의 가공을 행할 때에, 가공 선폭의 제어가 곤란해져, 바꾸어 말하면, 패널 등의 제조에서의 가공 프로세스에서, 가공 조건의 마진이 현저하게 좁아져, 양산 상의 문제점을 초래한다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 급격한 상승의 프로파일을 갖는 레지스트 패턴을 얻을 수 있는 다계조 포토마스크 및 패턴 전사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다계조 포토마스크는, 투명 기판 위에, 각각 소정의 광 투과율을 갖는 제1 반투광막 및 제2 반투광막을 각각 형성하고, 각각 소정의 패터닝을 실시함으로써, 투광부, 제1 반투광부, 및 상기 제1 반투광부와 인접하는 부분을 갖는 제2 반투광부를 포함하는 전사 패턴을 형성하여 이루어지는 다계조 포토마스크에서, i선∼g선의 범위 내의 대표 파장에 대하여, 상기 제2 반투광부와 투광부와의 사이의 위상차가 90도 미만이고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부와 제2 반투광부와의 사이의 위상차가 90도를 초과하고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부의 투과율이 10% 미만이고, 상기 제2 반투광부의 투과율이 20% 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따르면, 제1 반투광부와 제2 반투광부의 경계에서, 노광광 강도가 상쇄되어, 콘트라스트 강조(contrast enhancement)되고, 또한, 투광부와 제2 반투광막과의 사이에서 콘트라스트 강조되지 않는다. 이 때문에, 이 다계조 포토마스크는, 제2 반투광부와 투광부와의 사이의 경계 부분에서 노광광이 상쇄되어, 피전사체 위에 암선이 나타나는 것을 방지하면서, 제1, 제2 반투광부의 경계에 의해, 피전사체 위에 형성되는 레지스트 패턴의 측벽에 급격한 프로파일을 갖는 형상을 얻을 수 있다.
본 발명의 다계조 포토마스크에서는, 상기 대표 파장에 대하여, 제1 반투광부와 제2 반투광부와의 사이의 위상차가 180도±30도인 것이 바람직하다.
본 발명의 다계조 포토마스크에서는, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제2 반투광부와 상기 투광부와의 사이의 위상차가 60도 미만인 것이 바람직하다. 이에 의해, 제2 반투광부와 투광부와의 사이에서, 노광광이 상쇄되어 암선이 생기고, 형성되는 레지스트 패턴에, 불필요한 줄무늬(稜部)가 형성되게 되는 것을 방지할 수 있다. 보다 바람직하게는, 5도 이상, 30도 미만이다.
본 발명의 다계조 포토마스크에서는, 상기 제1 반투광부는, 상기 투명 기판 위에 제2 반투광막과 제1 반투광막이 적층되어 구성되고, 상기 제2 반투광부는, 상기 투명 기판 위에 제2 반투광막을 형성하여 구성되어 있을 수 있다. 물론, 제1 및/또는 제2 반투광막에, 반사 방지막 등을 적층하여도 되지만(또는 반사 방지층 등을 포함시킴), 그 경우에는, 그 부분의 층 구성 전체로서, 위상차 조건이나 투과율 조건을 만족하도록 설계할 필요가 있다.
본 발명의 다계조 포토마스크에서는, 상기 제1 반투광부는, 상기 투명 기판 위에 제1 반투광막을 형성하여 구성되고, 상기 제2 반투광부는, 상기 투명 기판 위에 제2 반투광막을 형성하여 구성될 수 있다. 이 경우에도, 상기와 마찬가지로, 반사 방지층 등을 사용하여도 된다.
본 발명의 다계조 포토마스크에서는, 제1 반투광부, 제2 반투광부, 및 제1 반투광부를 이 순서대로 배열한 전사 패턴을 갖고, 상기 제1 반투광부는 상기 투광부와 인접하는 부분을 갖고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부의 투과율이 3%∼7%이며, 상기 제2 반투광부의 투과율이 20%∼80%인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 제1 반투광부의 투과율은 4%∼7%이며, 제2 반투광부의 투과율은 30%∼60%이다. 양쪽 반투광부의 사이에 40% 이상의 차가 있으면, 형성되는 레지스트 패턴에, 명확한 단차가 생기기 때문에, 마스크 사용시의 박막 가공의 안정성이 현저하게 높아지므로 바람직하다. 이러한 전사 패턴을 갖는 포토마스크는, 박막 트랜지스터의 제조에 유용하며, 그 경우, 레지스트 패턴의 끝면을 수직으로 세우게 하는 본 발명의 효과가 특히 현저해진다.
본 발명의 다계조 포토마스크는, 투명 기판 위에, 각각 소정의 광 투과율을 갖는 제2 반투광막 및 제1 반투광막과, 차광막을 형성하고, 각각 소정의 패터닝을 실시함으로써, 투광부, 제1 반투광부, 상기 제1 반투광부와 인접하는 부분을 갖는 제2 반투광부 및 차광부를 포함하는 전사 패턴을 형성하여 이루어지는 다계조 포토마스크에서, i선∼g선의 범위 내의 대표 파장에 대하여, 상기 제2 반투광부와 투광부와의 사이의 위상차가 90도 미만이고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부와 제2 반투광부와의 사이의 위상차가 90도를 초과하고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부의 투과율이 10% 미만이고, 상기 제2 반투광부의 투과율이 20% 이상이고, 차광부, 제1 반투광부, 제2 반투광부, 제1 반투광부 및 차광부를 이 순서대로 배열한 전사 패턴을 갖는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 배열 방향에서의, 제1 반투광부의 폭(후술하는 도 1의 (b)의 반투광부(12)에서의 가로 방향의 폭)은, 노광광의 위상의 반전에 필요한 폭 이상으로 할 수 있고, 예를 들면 1㎛ 이상, 바람직하게는, 1㎛∼8㎛로 할 수 있다. 이러한 다계조 포토마스크의 구조는, 제1 반투광부와 제2 반투광부와의 사이의 경계에서, 형성되는 레지스트 패턴의 엣지를 세우게 할 수 있게 함과 함께, 제2 반투광부측에서, 레지스트(여기에서는 포지티브 레지스트)가 감광함에 의한 막 감소를 억지할 수 있다. 또한, 여기에서 사용하는 차광막에, 반사 방지막을 적층하거나, 혹은 반사 방지층을 포함시키거나 하는 것은, 바람직한 양태이다.
본 발명의 다계조 포토마스크의 제조 방법은, 투명 기판 위에, 제2 반투광막, 제1 반투광막 및 차광막을 이 순서대로 적층한 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 상기 포토마스크 블랭크 위에 제1 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 상기 제1 레지스트 패턴, 또는 상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭에 의해 패턴 가공한 차광막을 마스크로 하여, 상기 제1 반투광막을 에칭에 의해 패턴 가공하는 공정과, 상기 패턴 가공한, 차광막 및 제1 반투광막을 포함하는 기판면 위에 제2 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 적어도 상기 제2 반투광막을 에칭에 의해 패턴 가공하는 공정을 구비하는 다계조 포토마스크의 제조 방법으로서, i선∼g선의 범위 내의 대표 파장에 대하여, 상기 제2 반투광부와 투광부와의 사이의 위상차가 90도 미만이고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부와 제2 반투광부와의 사이의 위상차가 90도를 초과하고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부의 투과율이 10% 미만이고, 상기 제2 반투광부의 투과율이 20% 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다계조 포토마스크의 제조 방법은, 투명 기판 위에, 제1 반투광막 및 차광막을 이 순서대로 적층한 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 상기 포토마스크 블랭크 위에 제1 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 상기 제1 레지스트 패턴, 또는 상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭에 의해 패턴 가공한 차광막을 마스크로 하여, 상기 제1 반투광막을 에칭에 의해 패턴 가공하는 공정과, 상기 패턴 가공한, 차광막, 및 제1 반투광막을 포함하는 기판면 위에 제2 반투광막을 형성하는 공정과, 상기 제2 반투광막 위에 제2 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 적어도 상기 제2 반투광막을 에칭에 의해 패턴 가공하는 공정을 구비하는 다계조 포토마스크의 제조 방법으로서, i선∼g선의 범위 내의 대표 파장에 대하여, 상기 제2 반투광부와 투광부와의 사이의 위상차가 90도 미만이고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부와 제2 반투광부와의 사이의 위상차가 90도를 초과하고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부의 투과율이 10% 미만이고, 상기 제2 반투광부의 투과율이 20% 이상인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 포토마스크의 제조 프로세스에서, 제1 반투광막과 제2 반투광막의 형성 순서를 교체하여도 상관없다.
본 발명의 패턴 전사 방법은, 상기 다계조 포토마스크를 이용하여, i선∼g선의 파장 영역의 조사광을 조사하는 노광기에 의해, 피전사체 위의 레지스트막에, 상기 전사 패턴을 전사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 패턴 전사 방법에서는, 상기 피전사체 위의 레지스트막은, 상기 제1 반투광부에 대응하는 부분의 노광량에 대하여, 실질적으로 감도를 갖지 않는 것이 바람직하다. 이 방법에 의하면, 제1 반투광부에 대응하는 부분의 레지스트막이 감광하여 막 감소하는 것을 방지할 수 있다.
혹은, 본 발명의 패턴 전사 방법에서는, 상기 피전사체 위의 레지스트막은, 상기 제2 반투광부에 대응하는 부분의 노광량에 대응하여, 현상 후에 막 감소하고, 또한 그 막 감소량에 기초하여, 미리 상기 피전사체 위의 레지스트 막 두께가 결정되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 가공 공정의 편의와, 제조하고자 하는 전자 디바이스의 용도, 필요 정밀도에 기초하여 레지스트막 두께가 적절하게 결정된다.
본 발명의 박막 트랜지스터의 제조 방법은, 상기 패턴 전사 방법을 이용하여 박막 트랜지스터를 제조하는 것을 특징으로 한다. 이 방법은, 박막 트랜지스터의 양산에서, 그 수율, 생산 효율, 안정성에서 매우 유리하다.
본 발명의 다계조 포토마스크는, 투명 기판 위에, 각각 소정의 광 투과율을 갖는 제2 반투광막, 제1 반투광막을 각각 형성하고, 각각 소정의 패터닝을 실시함으로써, 투광부, 제1 반투광부, 상기 제1 반투광부와 인접하는 부분을 갖는 제2 반투광부를 포함하는 전사 패턴을 형성하여 이루어지는 다계조 포토마스크에서, i선∼g선의 범위 내의 대표 파장에 대하여, 상기 제2 반투광부와 투광부와의 사이의 위상차가 90도 미만이고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부와 제2 반투광부와의 사이의 위상차가 90도를 초과하고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부의 투과율이 10% 미만이고, 상기 제2 반투광부의 투과율이 20% 이상이므로, 엣지 부분에서 급격한 상승 형상을 갖는 프로파일을 갖는 레지스트 패턴을 얻을 수 있다.
도 1의 (a), (b)는, 본 발명의 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 일부의 패턴을 도시하는 도면.
도 2의 (a)∼(d)는, 본 발명의 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 구조를 도시하는 도면.
도 3의 (a)∼(h)는, 도 2의 (a)에 도시하는 다계조 포토마스크의 구조의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4의 (a)∼(h)는, 도 2의 (b)에 도시하는 다계조 포토마스크의 구조의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5의 (a)∼(h)는, 도 2의 (c)에 도시하는 다계조 포토마스크의 구조의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6의 (a)∼(h)는, 도 2의 (d)에 도시하는 다계조 포토마스크의 구조의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7의 (a), (c), (e)는, 다계조 포토마스크를 도시하는 평면도이고, (b), (d), (f)는, (a), (c), (e)에 도시하는 다계조 포토마스크를 이용하여 형성된 레지스트 패턴을 도시하는 도면.
도 8의 (a), (b)는, 차광막과 반투광막의 패턴 및 그것에 대응하는 광 강도 분포를 나타내는 도면.
도 9는, 노광기의 노광 조건을 재현하는 장치의 일례를 나타내는 도면.
도 10은, 종래의 다계조 포토마스크의 일부의 패턴을 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
최근의 박막 트랜지스터(TFT)에서는, 종래에 비하여 채널부의 폭을 작게 함으로써 액정의 동작 속도를 높이거나, 또는, TFT의 크기를 작게 함으로써 액정의 밝기를 향상시키는 등의 기술이 제안되어 있다. 이들로부터, 패턴은 미세화하는 경향에 있으며, 한편으로, 얻고자 하는 레지스트 패턴 형상에의 요구 정밀도가 더 높아지는 것이 예상된다.
본 발명자들은, 상기의 요구에 대하여, 반투광막의 위상 시프트 효과를 이용하는 것에 주목하고, TFT의 채널부와 같은 미세 패턴 영역에서, 반투광막의 위상 시프트 효과를 발휘시킴으로써, 엣지 부분이 급격한 프로파일을 갖는 레지스트 패턴을 얻음으로써, TFT 등의 제조 안정성을 향상시켜, 수율을 향상시킬 수 있다고 생각하였다.
한편, 다계조 포토마스크에서는 종래, 채널부에 상당하는 부분에 반투광막을 이용하는 것이 알려져 있었지만, 이 반투광막을 위상 시프터로서 사용하면, 반투광부와 투광부와의 경계에서, 쌍방을 투과하는 노광광의 광 강도가 상쇄되어, 암선이 생기게 된다. 이 때문에, 반투광부와 투명 기판과의 사이에서의 노광광의 위상 반전을 억제할 필요가 있다.
따라서, 본 발명자들은, 미세 패턴 영역(예를 들면 채널부)의 엣지에서 위상 시프트 효과가 발휘되어 해상도가 증가하고, 나아가, 투광부와의 사이에서 위상 시프트 반전에 의한 문제점이 실질적으로 생기지 않도록 함으로써, 반투광부(채널부)와 투광부와의 사이의 경계 부분에서 암선이 나타나는 것을 방지하면서, 채널부에는 엣지의 급격한 프로파일을 갖는 레지스트 패턴이 얻어지는 다계조 포토마스크를 제공할 수 있는 것을 발견하고 본 발명에 이르렀다.
즉, 본 발명의 골자는, 투명 기판 위에, 각각 소정의 광 투과율을 갖는 제2 반투광막, 제1 반투광막을 각각 형성하고, 각각 소정의 패터닝을 실시함으로써, 투광부, 제1 반투광부, 상기 제1 반투광부와 인접하는 부분을 갖는 제2 반투광부를 포함하는 전사 패턴을 형성하여 이루어지는 다계조 포토마스크에서, i선∼g선의 범위 내의 대표 파장에 대하여, 상기 제2 반투광부와 투광부와의 사이의 위상차가 90도 미만이고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부와 제2 반투광부와의 사이의 위상차가 90도를 초과하고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부의 투과율이 10% 미만이고, 상기 제2 반투광부의 투과율이 20% 이상인 다계조 포토마스크에 의해, 엣지 부분에 급격한 프로파일을 갖는 레지스트 패턴을 얻는 것이다.
여기에서, 대표 파장이란, i선, h선, g선 중, 임의의 어느 하나의 파장을 의미한다. 본 발명의 다계조 포토마스크에서는, 바람직하게는, i선∼g선의 범위 중 어느 파장에 대해서도, 상기에 규정한 위상차 조건을 충족하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 반투광부의 투과율이란, 투명 기판 위에 단층 또는 적층으로 이루어지는 막이 형성되어, 제1 반투광부를 구성하고 있는 경우에, 이 제1 반투광부의 광 투과율을 의미한다. 즉, 투명 기판이 노출된 투광부(선폭이 미세하면, 후술하는 바와 같이, 투과광량이 변화하게 되므로, 충분한 넓이를 가진 투광부로 함)의 투과율을 100%로 하였을 때의, 제1 반투광부(여기에서도, 충분한 넓이를 가진 제1 반투광부로 함)의 투과율로 한다.
이 투과율로서, 투명 기판과, 막의 조성, 막 두께에 의해 결정되는 투과율(이하, 막 투과율이라고 함)을 갖고, 상기에 규정하는 포토마스크의 설계를 행하여도 된다. 단, 보다 정밀한 패턴을 갖는 포토마스크에서는, 패턴 형상에 의해, 실제의 노광광하에서의 실효적인 투과율이 변동하므로, 후술하는 실효 투과율로서, 상기 포토마스크를 설계하는 것이 바람직하다.
도 1의 (a)는, 본 발명의 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 일부의 패턴을 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 패턴은, 투명 기판(11) 위에, 제1 반투광부(12) 및 제2 반투광부(13)를 형성하여 이루어지는 패턴으로서, 바람직하게는 2개의 제1 반투광부(12)간의 거리 D가, 2㎛∼6㎛이다. 제1 반투광부는, 투명 기판 위에 제2 반투광막과 제1 반투광막이 적층되어 구성되고, 제2 반투광부는, 투명 기판 위에 제2 반투광막이 형성되어 구성된다. 혹은, 제1 반투광부는, 투명 기판 위에 제1 반투광막이 형성되어 구성되고, 제2 반투광부는, 투명 기판 위에 제2 반투광막이 형성되어 구성되어도 된다. 또한, 도 1의 (b)는, 이 다계조 포토마스크에서는, 차광막에 의해 차광부(14)도 형성되어 있다.
이 다계조 포토마스크에서는, 투광부(11)와 제2 반투광부(13)와의 사이의 노광광(여기에서는 대표 파장으로서 g선)에 대한 위상차가 90도 미만, 바람직하게는 60도 미만이며, 또한, 제1 반투광부(12)와 제2 반투광부(13)와의 사이의 위상차가 90도를 초과하고, 바람직하게는 180±30도이다.
이와 같이, 투광부와 제2 반투광부와의 사이의 노광광에 대한 위상차, 제1 반투광부(12)와 제2 반투광부(13)와의 사이의 위상차를 상기한 바와 같이 설정함으로써, 제1 반투광부(12)와 제2 반투광부(13)와의 사이에서 위상 시프트 효과가 얻어지고, 투광부와 제2 반투광부의 사이에서 위상 시프트 효과를 실질적으로 발생시키지 않는다. 이 때문에, 이 다계조 포토마스크는, 제2 반투광부와 투광부의 사이의 경계 부분에서 암선이 나타나는 것을 방지하면서, 엣지에 급격한 프로파일을 갖는 레지스트 패턴을 얻을 수 있다.
투명 기판(11)으로서는, 글래스 기판 등을 들 수 있다. 노광광을 일부 투과시키는 제1 반투광막, 제2 반투광막(12, 13)으로서는, 크롬의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 산화 질화 탄화물, 또는, 금속 실리사이드 등을 이용할 수 있다. 특히, 몰리브덴 실리사이드(MoSix, MoSi의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 산화 질화 탄화물)막과 같은 금속 실리사이드막 등이 바람직하다. 또한, 상기 제1 반투광부는, 투명 기판 위에 제2 반투광막과 제1 반투광막이 적층되어 구성되고, 상기 제2 반투광부는, 투명 기판 위에 제2 반투광막이 형성되어 구성되는 바와 같은, 본 발명의 포토마스크에서는, 제1 반투광막과 제2 반투광막에는, 에칭 선택성이 있는 소재를 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제1 반투광막으로서, 크롬의 산화물, 질화물 등을 이용하고, 제2 반투광막으로서, 금속 실리사이드계의 막을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 노광광을 차광하는 차광막으로서는, 크롬막 등의 금속막, 실리콘막, 금속 산화막, 몰리브덴 실리사이드막과 같은 금속 실리사이드막 등을 들 수 있다. 또한, 차광막으로서는 반사 방지막을 적층한 것을 이용하는 것이 바람직하며, 반사 방지막으로서는, 크롬의 산화물, 질화물, 탄화물, 불화물 등을 들 수 있다.
본 발명의 다계조 포토마스크에서, 제1 반투광막(12)의 투과율은, 투명 기판(11)의 투과율을 100%로 하였을 때에, 10% 미만이며, 3%∼7%, 특히 4%∼7%인 것이 바람직하고, 제2 반투광막(13)의 투과율은, 투명 기판(11)의 투과율을 100%로 하였을 때에, 20% 이상이며, 20%∼80%인 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 30%∼60%이다.
차광막을 구성하는 재료로서는, 실질적으로, 노광광을 투과하지 못하는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 단, 제1 반투광부에서, 차광막을, 제2 반투광막 및/또는 제1 반투광막과 적층시키는 경우에는, 이들의 막과 맞추어, 광학 농도 3.0 정도로 되는 막을 이용하여도 된다.
전술한 다계조 포토마스크는, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 반투광부 B, 제2 반투광부 C, 및 투광부 D를 설치한다. 이러한 다계조 포토마스크는, 예를 들면, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(21)의 제1 반투광부 B 위 및 제2 반투광부 C 위에 제2 반투광막(22)이 형성되고, 제2 반투광막(22)의 제1 반투광부 B 위에 제1 반투광막(23)이 형성된 구조이다.
혹은, 다계조 포토마스크는, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(21)의 제1 반투광부 B 위에 제1 반투광막(23)이 형성되고, 제2 반투광부 C 위에, 제2 반투광막(22)이 형성된 구조이다. 도 2의 (b)에 도시하는 경우에서는, 제1 반투광막과 제2 반투광막은, 투과율이 서로 다르다.
혹은, 다계조 포토마스크는, 도 2의 (c)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(21) 위에 차광부 A, 제1 반투광부 B, 제2 반투광부 C, 및 투광부 D를 설치한다. 이러한 다계조 포토마스크는, 투명 기판(21)의 차광부 A 및 제1 반투광부 B 위에 제1 반투광막(23)을 형성하고, 제1 반투광막(23)의 차광부 A 위에 차광막(24), 반사 방지막(25) 및 제2 반투광막(22)이 형성되고, 투명 기판(21)의 제2 반투광부 C 위에 제2 반투광막(22)이 형성된 구조이다.
혹은, 다계조 포토마스크는, 도 2의 (d)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(21)의 차광부 A, 제1 반투광부 B 및 제2 반투광부 C 위에 제2 반투광막(22)을 형성하고, 제2 반투광막(22)의 차광부 A 및 제1 반투광부 B 위에 제1 반투광막(23)을 형성하고, 제1 반투광막(23)의 차광부 A 위에 차광막(24) 및 반사 방지막(25)이 형성된 구조이다.
또한, 도 2에서 패턴 형상은 적층 구성을 모식적으로 나타내기 위한 일례로서, 이것에 한정되지 않는다.
본 발명의 포토마스크를 제조하는 공정을 도 3∼도 6에 도시한다.
다음으로, 도 2의 (a)에 도시하는 구조는, 예를 들면, 도 3의 (a)∼(h)에 도시하는 공정에 의해 제조할 수 있다. 또한, 도 2의 (a)에 도시하는 구조의 제조 방법은, 이들 방법에 한정되는 것은 아니다. 여기에서는, 제2 반투광막(22)의 재료를 몰리브덴 실리사이드로 하고, 제1 반투광막(23)의 재료를 산화 크롬으로 한다. 또한, 이하의 설명에서, 레지스트층을 구성하는 레지스트 재료, 에칭시에 이용하는 에천트, 현상시에 이용하는 현상액 등은, 종래의 포토리소그래피 및 에칭 공정에서 사용할 수 있는 것을 적절하게 선택한다. 예를 들면, 에천트에 관해서는, 피에칭막을 구성하는 재료에 따라서 적절하게 선택하고, 현상액에 관해서는, 사용하는 레지스트 재료에 따라서 적절하게 선택한다.
도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(21) 위에 제2 반투광막(22), 제1 반투광막(23)이 형성된 포토마스크 블랭크를 준비하고, 이 포토마스크 블랭크 위에 레지스트층(26)을 형성하고, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 투광부 D가 노출되도록 레지스트층(26)을 노광ㆍ현상하여 개구부를 형성한다. 다음으로, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 이 레지스트층(26)(레지스트 패턴)을 마스크로 하여, 노출된 제1 반투광막(23)을 에칭하고, 도 3의 (d)에 도시한 바와 같이 레지스트층(26)을 제거한다.
다음으로, 도 3의 (e)에 도시한 바와 같이, 제1 반투광막(23)을 마스크로 하여, 노출된 제2 반투광막(22)을 에칭한다. 또한, 도 3의 (c)에서의 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 제2 반투광막을 에칭하여도 된다.
다음으로, 전체면에 레지스트를 도포하고, 묘화, 현상함으로써, 도 3의 (f)에 도시한 바와 같이, 제1 반투광막(23)의 제2 반투광부 C 위를 제외한 영역에 레지스트층(26)을 형성하고, 도 3의 (g)에 도시한 바와 같이, 이 레지스트층(26)(레지스트 패턴)을 마스크로 하여 노출된 제1 반투광막(23)을 에칭한다. 다음으로, 도 3의 (h)에 도시한 바와 같이, 레지스트층(26)을 제거한다. 이와 같이 하여 도 2의 (a)에 도시한 바와 같은 구성을 제작할 수 있다.
다음으로, 도 2의 (b)에 도시하는 구조는, 예를 들면, 도 4의 (a)∼(h)에 도시하는 공정에 의해 제조할 수 있다. 또한, 도 2의 (b)에 도시하는 구조의 제조 방법은, 이들 방법에 한정되는 것은 아니다. 여기에서는, 제2 반투광막(22)의 재료를 몰리브덴 실리사이드로 하고, 제1 반투광막(23)의 재료를 산화 크롬으로 한다. 또한, 이하의 설명에서, 레지스트층을 구성하는 레지스트 재료, 에칭시에 이용하는 에천트, 현상시에 이용하는 현상액 등은, 종래의 포토리소그래피 및 에칭 공정에서 사용할 수 있는 것을 적절하게 선택한다. 예를 들면, 에천트에 관해서는, 피에칭막을 구성하는 재료에 따라서 적절하게 선택하고, 현상액에 관해서는, 사용하는 레지스트 재료에 따라서 적절하게 선택한다.
도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(21) 위에 제1 반투광막(23)이 형성된 포토마스크 블랭크를 준비하고, 이 포토마스크 블랭크 위에 레지스트층(26)을 형성하고, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 반투광부 C 및 투광부 D가 노출되도록 레지스트층(26)을 노광ㆍ현상하여 개구부를 형성한다. 다음으로, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 이 레지스트층(26)(레지스트 패턴)을 마스크로 하여, 노출된 제1 반투광막(23)을 에칭하여, 도 4의 (d)에 도시한 바와 같이 레지스트층(26)을 제거한다.
다음으로, 도 4의 (e)에 도시한 바와 같이, 전체면에 제2 반투광막(22)을 형성하고, 그 전체면에 레지스트를 도포하고, 묘화, 현상함으로써, 도 4의 (f)에 도시한 바와 같이, 제2 반투광막(22)의 제2 반투광부 C의 영역에 레지스트층(26)을 형성하고, 도 4의 (g)에 도시한 바와 같이, 이 레지스트층(26)(레지스트 패턴)을 마스크로 하여 노출된 제2 반투광막(22)을 에칭한다. 다음으로, 도 4의 (h)에 도시한 바와 같이, 레지스트층(26)을 제거한다. 이와 같이 하여 도 2의 (b)에 도시한 바와 같은 구성을 제작할 수 있다.
다음으로, 도 2의 (c)에 도시하는 구조는, 예를 들면, 도 5의 (a)∼(h)에 도시하는 공정에 의해 제조할 수 있다. 또한, 도 2의 (c)에 도시하는 구조의 제조 방법은, 이들 방법에 한정되는 것은 아니다. 여기에서는, 제2 반투광막(22)의 재료를 몰리브덴 실리사이드로 하고, 제1 반투광막(23)의 재료를 산화 크롬으로 한다. 또한, 이하의 설명에서, 레지스트층을 구성하는 레지스트 재료, 에칭시에 이용하는 에천트, 현상시에 이용하는 현상액 등은, 종래의 포토리소그래피 및 에칭 공정에서 사용할 수 있는 것을 적절하게 선택한다. 예를 들면, 에천트에 관해서는, 피에칭막을 구성하는 재료에 따라서 적절하게 선택하고, 현상액에 관해서는, 사용하는 레지스트 재료에 따라서 적절하게 선택한다.
도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(21) 위에 제1 반투광막(23), 차광막(24)(표면부에 반사 방지막(25)이 형성되어 있음)이 형성된 포토마스크 블랭크를 준비하고, 이 포토마스크 블랭크 위에 레지스트층(26)을 형성하고, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 반투광부 C 및 투광부 D가 노출되도록 레지스트층(26)을 묘화ㆍ현상하여 개구부를 형성한다. 다음으로, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이, 이 레지스트층(26)(레지스트 패턴)을 마스크로 하여, 노출된 반사 방지막(25) 및 차광막(24)을 에칭하고, 그 후, 도 5의 (d)에 도시한 바와 같이, 레지스트층(26)을 제거한다.
다음으로, 도 5의 (e)에 도시한 바와 같이, 전체면에 제2 반투광막(22)을 형성하고, 다음으로, 도 5의 (f)에 도시한 바와 같이, 전체면에 레지스트를 도포한 후, 묘화, 현상을 행하여 반사 방지막(25)의 차광부 A 및 제2 반투광부 C 위에 레지스트층(26)을 형성하고, 도 5의 (g)에 도시한 바와 같이, 이 레지스트층(26)(레지스트 패턴)을 마스크로 하여 노출된 제2 반투광막(22), 반사 방지막(25), 및 차광막(24)을 에칭하고, 그 후, 도 5의 (h)에 도시한 바와 같이, 레지스트층(26)을 제거한다. 이와 같이 하여 도 2의 (c)에 도시한 바와 같은 구성을 제작할 수 있다.
다음으로, 도 2의 (d)에 도시하는 구조는, 예를 들면, 도 6의 (a)∼(h)에 도시하는 공정에 의해 제조할 수 있다. 또한, 도 2의 (d)에 도시하는 구조의 제조 방법은, 이들 방법에 한정되는 것은 아니다. 여기에서는, 제2 반투광막(22)의 재료를 몰리브덴 실리사이드로 하고, 제1 반투광막(23)의 재료를 산화 크롬으로 한다. 또한, 이하의 설명에서, 레지스트층을 구성하는 레지스트 재료, 에칭시에 이용하는 에천트, 현상시에 이용하는 현상액 등은, 종래의 포토리소그래피 및 에칭 공정에서 사용할 수 있는 것을 적절하게 선택한다. 예를 들면, 에천트에 관해서는, 피에칭막을 구성하는 재료에 따라서 적절하게 선택하고, 현상액에 관해서는, 사용하는 레지스트 재료에 따라서 적절하게 선택한다.
도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(21) 위에 제2 반투광막(22), 제1 반투광막(23), 차광막(24)(표면부에 반사 방지막(25)이 형성되어 있음)이 형성된 포토마스크 블랭크를 준비하고, 이 포토마스크 블랭크 위에 레지스트층(26)을 형성하고, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 반투광부 C 및 투광부 D가 노출되도록 레지스트층(26)을 노광ㆍ현상하여 개구부를 형성한다. 다음으로, 도 6의 (c)에 도시한 바와 같이, 이 레지스트층(26)(레지스트 패턴)을 마스크로 하여, 노출된 반사 방지막(25) 및 차광막(24)을 에칭하고, 그 후, 도 6의 (d)에 도시한 바와 같이, 노출된 제1 반투광막(23)을 더 에칭하여, 레지스트층(26)을 제거한다.
다음으로, 전체면에 레지스트를 도포하고, 묘화, 현상함으로써, 도 6의 (e)에 도시한 바와 같이, 반사 방지막(25)의 차광부 A 및 제2 반투광막(22)의 제2 반투광부 C 위에 레지스트층(26)을 형성하고, 도 6의 (f)에 도시한 바와 같이, 이 레지스트층(26)(레지스트 패턴)을 마스크로 하여 노출된 반사 방지막(25) 및 차광막(24)을 에칭한다. 다음으로, 도 6의 (g)에 도시한 바와 같이, 레지스트층(26)(레지스트 패턴)을 마스크로 하여 제2 반투광막(22)을 에칭하고, 그 후, 도 6의 (h)에 도시한 바와 같이, 레지스트층(26)을 제거한다. 이와 같이 하여 도 2의 (d)에 도시한 바와 같은 구성을 제작할 수 있다.
전술한 다계조 포토마스크를 이용하여, 노광기에 의한 노광광을 조사함으로써 다계조 포토마스크의 전사 패턴을 피가공층에 전사한다. 이에 의해, 반투광부에서 단면 형상이 양호하고, 원하는 두께의 잔막값의 레지스트 패턴을 얻을 수 있다.
여기에서, 본 발명의 효과를 명확히 하기 위하여 행한 실시예에 대하여 설명한다.
도 7의 (a), (c), (e)는, 다계조 포토마스크를 도시하는 평면도이며, 도 7의 (b), (d), (f)는, (a), (c), (e)에 도시하는 다계조 포토마스크를 이용하여 노광하여, 피전사체 위의 레지스트막에 형성된 레지스트 패턴의 단면을 도시하는 도면이다.
도 7의 (a)에 도시하는 다계조 포토마스크(실시예)는, 투명 기판(31) 위에 제2 반투광막(33)이 형성되고, 이 중, 제1 반투광부를 형성하는 부분에만, 제1 반투광막(32)이 적층되어 구성되어 있다. 여기에서 제1 반투광부의 적층막과, 제2 반투광부의 제2 반투광막은, 노광광(여기에서는 대표 파장 g선)에서의 위상차가 거의 180도로 되도록, 각각의 막의 굴절률과 막 두께를 조정받고 있다. 또한, 막 두께와 굴절률의 관계는, 하기 수학식 1에 의해 구할 수 있다. 여기에서, φ는, 위상 시프트량, n은 굴절률, d는 막 두께를 나타낸다.
[수학식 1]
d=(φ/360)×[λ/(n-1)]
또한, 제2 반투광막(33)과 투광부(31)와의 사이의 위상차는 30도 미만이었다. 또한, 제2 반투광막의 투과율은 50%로 하고, 제1 반투광막의 투과율은 5%로 하였다. 이러한 다계조 포토마스크를 이용하여 패턴 전사하여 이루어지는 레지스트 패턴은, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같은 단면 형상으로 된다. 즉, 기판(41) 위에 형성된 레지스트층(42)의 오목부(42a∼42c)에서는, 위상의 효과에 의해, 엣지가 두드러져 있고, 선폭이 가장 작아도(참조 부호 42a) 그 측면과 수평면과의 사이가 이루는 각(테이퍼각)이 후술하는 비교예에 비하여 커져 있다.
도 7의 (c)에 도시하는 다계조 포토마스크(실시예)는, 상기와 마찬가지의 구성의 포토마스크의 제1 반투광부 위에, 차광막(34)을 패터닝에 의해 더 적층하였다. 여기에서, 차광막은, 제1 반투광부의, 제2 반투광부측의 주연부를 5㎛ 정도 남기고, 제1 반투광막 위에 형성되어 있다. 막 소재와 막 두께는, 상기와 마찬가지의 위상차를 갖도록 조정하였다. 이러한 다계조 포토마스크를 이용하여 패턴 전사하여 이루어지는 레지스트 패턴은, 도 7의 (d)에 도시한 바와 같은 단면 형상으로 된다. 즉, 기판(41) 위에 형성된 레지스트층(42)의 오목부(42a∼42c)에서는, 위상의 효과에 의해, 엣지가 두드러져 있고, 선폭이 가장 작아도(참조 부호 42a) 그 측면과 수평면과의 사이가 이루는 각(테이퍼각)이 커져 있다. 이 경우에서는, 레지스트층을 남기고자 하는 부분에 차광막(34)을 형성하고 있으므로, 레지스트층(42)의 막 감소가 없다.
도 7의 (e)에 도시하는 다계조 포토마스크(비교예)는, 투명 기판(31) 위에 반투광막(투과율 50%)(32)을 형성하고, 또한, 차광부로 하는 부분에만 차광막(34)을 형성한, 종래의 다계조 포토마스크이다. 이러한 다계조 포토마스크를 이용하여 패턴 전사하여 이루어지는 레지스트 패턴은, 도 7의 (f)에 도시한 바와 같은 단면 형상으로 된다. 즉, 기판(41) 위에 형성된 레지스트층(42)의 오목부(42a∼42c)에서 그 측면과 수평면과의 사이가 이루는 각(테이퍼각)이 작고, 특히 선폭이 작거나(참조 부호 42a) 오목부(42b)에서는, 단면이 만곡 형상으로 되어 있다.
이와 같이, 제1 반투광부와 제2 반투광부와의 사이에서 위상 시프트 효과가 얻어지고, 투광부와 제2 반투광막과의 사이에서 위상 시프트 효과가 억제되어 있는 반투광막이기 때문에, 제2 반투광부와 투광부와의 사이의 경계 부분에서 암선이 나타나는 것을 방지하면서, 엣지가 급격한 프로파일을 갖는 레지스트 패턴을 얻을 수 있다. 그 결과, 패널 제조에서의 프로세스에서, 원하는 선폭의 레지스트 패턴을 얻는 데 있어서, 가공 조건의 마진을 크게 취할 수 있다.
또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 동일한 반투광막을 이용하여 반투광부를 형성하여도, 패터닝의 선폭이 서로 다르면, 해당 포토마스크를 노광하여 얻어지는 레지스트 패턴의 잔막값이 동일하게 되지 않는 경우가 있다. 즉, 반투광부의 선폭이 소정의 치수(예를 들면 5㎛)를 초과하여 작아지면, 노광기의 광학계가 갖는 해상도의 제약을 받아, 회절이 생기기 때문에, 해당 반투광부의 패턴을 투과하는 노광광의 강도 분포가 변화한다.
예를 들면, 액정 표시 장치 제조용 포토마스크에서, 채널부에 대응하는 부분을 반투광부에서 형성하고, 소스, 드레인에 상당하는 부분을 차광부에서 형성할 수 있다. 이러한 패턴에서, 차광부와 인접하는 부분을 갖는 반투광부는, 노광기의 광학 조건하(노광기가 갖는 해상도에서)에서의, 회절의 영향에 의해, 인접부 부근에서는 투과율이 저하한다. 예를 들면, 도 8의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 차광부 A에 끼워진 반투광 영역 B의 투과광의 광 강도 분포는, 전체적으로 내려가고, 피크가 낮아진다. 이 경향은, 반투광 영역 B의 선폭이 작아질수록 현저하기 때문에, 특히, 소스, 드레인에 둘러싸여진 선폭이 작은 채널부에서는, 그 노광광 투과율은, 이용한 반투광막 고유의 투과율보다 낮은 것으로 된다. 요컨대, 실제로 패턴 중에서 이용되는 반투광부의 투과율은, 충분히 넓은 면적에서 파악된 반투광막의 고유한 투과율과는 다른 것으로 된다. 따라서, 상기 패터닝 후의 투과율의 검사에 대해서는, 반투광막의 고유한 투과율이 아니라, 실효 투과율에 기초하여 행하는 것이 바람직하다.
물론, 투광부와 인접한 반투광부에서는, 그 반투광부의 선폭이 작아질수록, 노광광의 회절의 영향에 의해, 실효적으로는, 반투광막 고유의 광 투과율보다도 높은 투과율을 갖게 된다.
상기의 실효 투과율을 측정하는 수단으로서는, 노광기에 의한 노광 조건을 재현, 또는 근사시키는 것이 바람직하다. 그러한 장치로서는, 예를 들면 도 9에 도시하는 장치를 들 수 있다. 이 장치는, 광원(51)과, 광원(51)으로부터의 광을 포토마스크(53)에 조사하는 조사 광학계(52)와, 포토마스크(53)를 투과한 광을 결상시키는 대물 렌즈계(54)와, 대물 렌즈계(54)를 거쳐 얻어진 상을 촬상하는 촬상 수단(55)으로 주로 구성되어 있다.
광원(51)은, 소정 파장의 광속을 발하는 것이며, 예를 들면, 할로겐 램프, 메탈 할라이드 램프, UHP 램프(초고압 수은 램프) 등을 사용할 수 있다. 예를 들면, 마스크를 사용하는 노광기를 근사하는 분광 특성을 갖는 광원으로 사용할 수 있다.
조사 광학계(52)는, 광원(51)으로부터의 광을 유도하여 포토마스크(53)에 광을 조사한다. 이 조사 광학계(52)는, 개구수(NA)를 가변으로 하기 위해, 조리개 기구(개구 조리개(57))를 구비하고 있다. 이 조사 광학계(52)는, 포토마스크(53)에서의 광의 조사 범위를 조정하기 위한 시야 조리개(56)를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이 조사 광학계(52)를 거친 광은, 마스크 유지구(53a)에 의해 유지된 포토마스크(53)에 조사된다. 이 조사 광학계(52)는 케이스(63) 내에 배설된다.
포토마스크(53)는 마스크 유지구(53a)에 의해 유지된다. 이 마스크 유지구(53a)는, 포토마스크(53)의 주 평면을 대략 연직으로 한 상태에서, 이 포토마스크(53)의 하단부 및 측연부 근방을 지지하고, 이 포토마스크(53)를 경사시켜 고정하여 유지하도록 되어 있다. 이 마스크 유지구(53a)는, 포토마스크(53)로서, 대형(예를 들면, 주 평면이 1220mm×1400mm, 두께 13mm인 것, 또는 그 이상의 것), 또한, 여러가지의 크기의 포토마스크(53)를 유지할 수 있도록 되어 있다. 또한, 대략 연직이란, 도 9 중 θ로 나타내는 연직으로부터의 각도가 약 10도 이내를 의미한다. 포토마스크(53)에 조사된 광은, 이 포토마스크(53)를 투과하여, 대물 렌즈계(54)에 입사된다.
대물 렌즈계(54)는, 예를 들면, 포토마스크(53)를 투과한 광이 입사되고, 이 광속에 무한원 보정을 가하여 평행광으로 하는 제1군(시뮬레이터 렌즈)(54a)과, 이 제1군을 거친 광속을 결상시키는 제2군(결상 렌즈)(54b)으로 구성된다. 시뮬레이터 렌즈(54a)는, 조리개 기구(개구 조리개(57))가 구비되어 있어, 개구수(NA)가 가변으로 되어 있다. 대물 렌즈계(54)를 거친 광속은, 촬상 수단(55)에 의해 수광된다. 이 대물 렌즈계(54)는 케이스(63) 내에 배설된다.
이 촬상 수단(55)은, 포토마스크(53)의 상을 촬상한다. 이 촬상 수단(55)으로서는, 예를 들면, CCD 등의 촬상 소자를 이용할 수 있다.
이 장치에서는, 조사 광학계(52)의 개구수와 대물 렌즈계(54)의 개구수가 각각 가변으로 되어 있으므로, 조사 광학계(52)의 개구수의 대물 렌즈계(54)의 개구수에 대한 비, 즉, 시그마값(σ: 코히런시(coherency))을 가변할 수 있다.
또한, 이 장치에서는, 촬상 수단(55)에 의해 얻어진 촬상 화상에 대한 화상 처리, 연산, 소정의 임계값과의 비교 및 표시 등을 행하는 연산 수단(61), 표시 수단(62)을 갖는 제어 수단(64) 및 케이스(63)의 위치를 바꾸는 이동 조작 수단(65)이 설치되어 있다. 이 때문에, 얻어진 촬상 화상, 또는 이것에 기초하여 얻어진 광 강도 분포를 이용하여, 제어 수단에 의해 소정의 연산을 행하고, 다른 노광광을 이용한 조건하에서의 촬상 화상, 또는 광 강도 분포나 투과율을 구할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 도 9에 도시하는 장치는, NA와 σ값이 가변으로 되어 있고, 광원의 선원도 바꿀 수 있으므로, 여러가지의 노광기의 노광 조건을 재현할 수 있다. 일반적으로 액정 장치 제조용 등의 대형 포토마스크의 노광 장치를 간이적으로 근사시키는 경우에는, i선, h선, g선에 의한 광 강도를 동등하게 한 조사광을 이용하여, 노광 광학계로서 NA가 0.08 정도, 조사계와 대물계의 NA비인 코히런시 σ가 0.8 정도인 조건을 적용하면 된다.
상기를 고려하여, 본 발명에서는, 패턴 형상과 이용하는 반투광막에 기초하여(바람직하게는 노광기의 광원 파장 분포, 광학계의 조건도 고려하여), 실제로 얻고자 하는 포토마스크의 투과율(실효 투과율)로부터, 사용하는 반투광막의 투과율(충분히 넓은 면적에서의 투과율)을 산정하고, 포토마스크의 설계를 행하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 관리값으로서 이용하는, 제1, 제2 반투광부의 투과율은, 상기 실효 투과율에 의한 것이 바람직하다. 또한, 여기에서 이용하는 실효 투과율값으로서는, 도 8에서의, 광 강도 분포의 피크값으로서 충당할 수 있다. 이것이, 마스크 사용시의 피전사체 위에서의 레지스트 잔막값과 상관한다.
또한, 본 발명의 포토마스크는, 도 9에 도시한 바와 같은 장치를 이용하여, 광 투과 특성을 확인하고, 평가하는 것이 바람직하다. 위상 반전에 의한 투과광의 상쇄, 회절에 의한 광 강도 분포의 변화 등을 종합적으로, 마스크 사용시에 피전사체가 받는 광 강도 분포로서 평가 가능해져, 형성되는 레지스트 패턴의 프로파일을, 가장 현실에 의거한 방법에 의해 평가할 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고 다양한 변형이 가능하다. 특히, 상기 실시 형태에서의 부재의 개수, 사이즈, 처리 수순 등을 여러가지 변경하여 실시할 수 있는 것은 물론이다.
11: 투명 기판
12: 제1 반투광부
13: 제2 반투광부
14: 차광부
61 연산 수단
62 표시 수단
64 제어 수단
65 이동 조작 수단

Claims (16)

  1. 투명 기판 위에, 각각 소정의 광 투과율을 갖는 제1 반투광막 및 제2 반투광막과 차광막을 각각 형성하고, 각각 소정의 패터닝을 실시함으로써, 차광부, 투광부, 제1 반투광부, 및 상기 제1 반투광부와 인접하는 부분을 갖는 제2 반투광부를 포함하는 전사 패턴을 형성하여 이루어지는 다계조 포토마스크로서,
    i선∼g선의 범위 내의 대표 파장에 대하여, 상기 제2 반투광부와 투광부와의 사이의 위상차가 60도 미만이고,
    상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부와 제2 반투광부와의 사이의 위상차가 90도를 초과하고,
    상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부의 투과율이 10% 미만이고,
    상기 제2 반투광부의 투과율이 20% 이상이며, 또한,
    차광부, 제1 반투광부, 제2 반투광부, 제1 반투광부 및 차광부를 이 순서대로 배열한 부분을 가지며, 상기 배열 방향에 있어서의, 제1 반투광부의 폭이 각각 1㎛∼8㎛인 것을 특징으로 하는, 다계조 포토마스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배열에 있어서의, 2개의 제1 반투광부의 사이의 거리 D가 2㎛∼6㎛인 것을 특징으로 하는, 다계조 포토마스크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 반투광부의 투과율은 3~7%인 것을 특징으로 하는, 다계조 포토마스크.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 반투광부와 상기 투광부와의 사이의, 상기 대표 파장에 대한 위상차가 5도 이상 30도 미만인 것을 특징으로 하는, 다계조 포토마스크.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 반투광부와 상기 제2 반투광부의 투과율 차이가 40% 이상인 것을 특징으로 하는, 다계조 포토마스크.
  6. 제1항에 있어서, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부와 제2 반투광부와의 사이의 위상차가 180도±30도인 것을 특징으로 하는, 다계조 포토마스크.
  7. 제1항에 있어서, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제2 반투광부의 투과율이 20~80%인 것을 특징으로 하는, 다계조 포토마스크.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 반투광부는, 상기 투명 기판 위에 상기 제2 반투광막과 상기 제1 반투광막이 적층되어 구성되고, 상기 제2 반투광부는, 상기 투명 기판 위에 상기 제2 반투광막이 형성되어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 다계조 포토마스크.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 반투광부는, 상기 투명 기판 위에 상기 제1 반투광막을 형성하여 구성되고, 상기 제2 반투광부는, 상기 투명 기판 위에 상기 제2 반투광막을 형성하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 다계조 포토마스크.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전사 패턴은, 박막 트랜지스터용 패턴인 것을 특징으로 하는, 다계조 포토마스크.
  11. 투명 기판 위에, 제2 반투광막, 제1 반투광막 및 차광막을 이 순서대로 적층한 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과,
    상기 포토마스크 블랭크 위에 제1 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 제1 레지스트 패턴, 또는 상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭에 의해 패턴 가공한 차광막을 마스크로 하여, 상기 제1 반투광막을 에칭에 의해 패턴 가공하는 공정과,
    상기 패턴 가공한, 차광막 및 제1 반투광막을 포함한 기판면 위에 제2 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 적어도 상기 제2 반투광막을 에칭에 의해 패턴 가공하는 공정
    을 구비하고,
    i선∼g선의 범위 내의 대표 파장에 대하여, 상기 제2 반투광부와 투광부와의 사이의 위상차가 60도 미만이고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부와 제2 반투광부와의 사이의 위상차가 90도를 초과하고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부의 투과율이 10% 미만이고, 상기 제2 반투광부의 투과율이 20% 이상이며, 또한,
    차광부, 제1 반투광부, 제2 반투광부, 제1 반투광부 및 차광부를 이 순서대로 배열한 부분을 가지며, 상기 배열 방향에 있어서의, 제1 반투광부의 폭이 각각 1㎛∼8㎛인 것을 특징으로 하는, 다계조 포토마스크의 제조 방법.
  12. 투명 기판 위에, 제1 반투광막 및 차광막을 이 순서대로 적층한 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과,
    상기 포토마스크 블랭크 위에 제1 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 제1 레지스트 패턴, 또는 상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭에 의해 패턴 가공한 차광막을 마스크로 하여, 상기 제1 반투광막을 에칭에 의해 패턴 가공하는 공정과,
    상기 패턴 가공한, 차광막 및 제1 반투광막을 포함한 기판면 위에 제2 반투광막을 형성하는 공정과,
    상기 제2 반투광막 위에 제2 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 적어도 상기 제2 반투광막을 에칭에 의해 패턴 가공하는 공정
    을 구비하고,
    i선∼g선의 범위 내의 대표 파장에 대하여, 상기 제2 반투광부와 투광부와의 사이의 위상차가 60도 미만이고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부와 제2 반투광부와의 사이의 위상차가 90도를 초과하고, 상기 대표 파장에 대하여, 상기 제1 반투광부의 투과율이 10% 미만이고, 상기 제2 반투광부의 투과율이 20% 이상이며, 또한,
    차광부, 제1 반투광부, 제2 반투광부, 제1 반투광부 및 차광부를 이 순서대로 배열한 부분을 가지며, 상기 배열 방향에 있어서의, 제1 반투광부의 폭이 각각 1㎛∼8㎛인 것을 특징으로 하는, 다계조 포토마스크의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 다계조 포토마스크를 이용하여, i선∼g선의 파장 영역의 조사광을 조사하는 노광기에 의해서, 피전사체 위의 레지스트막에, 상기 전사 패턴을 전사하는 것을 특징으로 하는, 패턴 전사 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 피전사체 위의 레지스트막은, 상기 제1 반투광부에 대응하는 부분의 노광량에 대하여, 실질적으로 감도를 갖지 않는 것을 특징으로 하는, 패턴 전사 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 피전사체 위의 레지스트막은, 상기 제2 반투광부에 대응하는 부분의 노광량에 대응하여, 현상 후에 막 감소하고, 또한 그 막 감소량에 기초하여, 미리 상기 피전사체 위의 레지스트 막 두께가 결정되어 있는 것을 특징으로 하는, 패턴 전사 방법.
  16. 제13항에 기재된 패턴 전사 방법을 이용하여 박막 트랜지스터를 제조하는 것을 특징으로 하는, 박막 트랜지스터의 제조 방법.
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