KR20120009526A - 포토마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명 기판 위에 형성한 반투광막을 패터닝함으로써 소정의 패턴을 형성한, 투광부와 반투광부를 갖는 포토마스크로서, 그 포토마스크를 투과한 노광 광에 의해, 피전사체 위에 선폭 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성하는 포토마스크에서, 그 포토마스크는, 상기 투광부 또는 반투광부 중 적어도 한쪽이 3㎛ 미만의 선폭의 부분을 갖는, 투광부와 반투광부로 이루어지는 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

포토마스크{PHOTOMASK}

본 발명은, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: 이하, 'LCD'라 함) 제조 등에 이용되는 포토마스크에 관한 것으로，특히 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 제조에 이용되는 박막 트랜지스터 기판의 제조에 바람직하게 사용되는 대형 포토마스크(예를 들면 1변이 300㎜ 이상) 및 그 제조 방법과 그 포토마스크를 이용한 패턴 전사 방법에 관한 것이다.

현재, LCD의 분야에서, 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: 이하, 'TFT'라 함)를 구비한 액정 표시 장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display: 이하, 'TFT-LCD'라 함)는, CRT(음극 선관)에 비교하여, 박형으로 하기 용이하며 소비 전력이 낮다고 하는 이점 때문에, 상품화가 급속히 진행되고 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 액정층의 개재 하에 서로 겹쳐진 개략 구조를 갖는다. TFT-LCD는, 제조 공정수가 많고, TFT 기판만으로도 5～6매의 포토마스크를 이용하여 제조되고 있었다. 이러한 상황 아래, TFT 기판의 제조를 4매의 포토마스크를 이용하여 행하는 방법이 제안되어 있다.

이 방법은, 차광부와 투광부와 반투광부(그레이톤부)를 갖는 포토마스크(이하, '그레이톤 마스크'라 함)를 이용함으로써, 사용하는 마스크 매수를 저감한다고 하는 것이다. 여기에서, 반투광부란, 마스크를 사용하여 패턴을 피전사체에 전사 할 때, 투과하는 노광 광의 투과량을 소정량 저감시켜서, 피전사체 위의 포토레지스트막의 현상 후의 잔막량을 제어하는 부분을 말한다. 그와 같은 반투광부를, 차광부, 투광부와 함께 구비하고 있는 포토마스크를 그레이톤 마스크라고 한다.

도 3 및 도 4에, 그레이톤 마스크를 이용한 TFT 기판의 제조 공정의 일례를 나타낸다. 도 4는 도 3의 제조 공정에 후속되는 제조 공정을 나타낸다.

글래스 기판(1) 위에, 게이트 전극용 금속막이 형성되며, 포토마스크를 이용한 포토리소 프로세스에 의해 게이트 전극(2)이 형성된다. 그 후, 게이트 절연막(3), 제1 반도체막(4)(a-Si: 아몰퍼스 실리콘), 제2 반도체막(5)(N+a-Si), 소스/드레인용 금속막(6) 및 포지티브형 포토레지스트막(7)이 형성된다(도 3의 (a)). 다음으로，차광부(11)와 투광부(12)와 반투광부(13)를 갖는 그레이톤 마스크(10)를 이용하여, 포지티브형 포토레지스트막(7)을 노광하고, 현상한다. 이것에 의해，TFT 채널부 형성 영역 및 소스/드레인 형성 영역과, 데이터 라인 형성 영역을 덮고, 또한 채널부 형성 영역이 소스/드레인 형성 영역보다도 얇아지도록 제1 레지스트 패턴(7a)이 형성된다(도 3의 (b)). 다음으로，제1 레지스트 패턴(7a)을 마스크로 하여, 소스/드레인 금속막(6) 및 제2, 제1 반도체막(5, 4)을 에칭한다(도 3의 (c)). 다음으로，채널부 형성 영역의 얇은 레지스트막을 산소에 의한 애싱에 의해제거하여, 제2 레지스트 패턴(7b)을 형성한다(도 4의 (a)). 그 후, 제2 레지스트 패턴(7b)을 마스크로 하여, 소스/드레인용 금속막(6)이 에칭되어, 소스/드레인(6a, 6b)이 형성되고, 이어서 제2 반도체막(5)을 에칭하고(도 4의 (b)), 마지막으로 잔존한 제2 레지스트 패턴(7b)을 박리한다(도 4의 (c)).

여기에서 이용되는 그레이톤 마스크(10)로서는, 반투광부가 미세 패턴으로 형성되어 있는 구조의 것이 알려져 있다. 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이, 그레이톤 마스크는, 소스/드레인에 대응하는 차광부(11a, 11b)와, 투광부(12)와, TFT채널부에 대응하는 반투광부(그레이톤부; 13)를 갖는다. 반투광부(13)는, 그레이톤 마스크(10)를 사용하는 LCD용 노광기의 해상 한계 이하의 미세 패턴으로 이루어지는 차광 패턴(13a)을 형성한 영역이다. 통상적으로 차광부(11a, 11b)와 차광 패턴(13a)은 모두 크롬이나 크롬 화합물 등의 동일한 재료로 이루어지는 동일한 두께인 막으로 형성되어 있다. 그레이톤 마스크를 사용하는 LCD용 노광기의 해상 한계는, 대부분의 경우, 스테퍼 방식의 노광기로 약 3㎛, 미러 프로젝션 방식의 노광기로 약 4㎛이다. 이 때문에, 예를 들면, 도 5에서 반투광부(13)에서의 투과부(13b)의 스페이스 폭을 3㎛ 미만, 차광 패턴(13a)의 라인 폭을 노광기의 해상 한계 이하의 3㎛ 미만으로 할 수 있다.

전술한 미세 패턴 타입의 반투광부는, 그레이톤 부분의 설계, 구체적으로는 차광부와 투광부의 중간적인 하프톤 효과를 갖게 하기 위한 미세 패턴을 라인 앤드 스페이스 타입으로 할지, 도트(망점) 타입으로 할지, 또는 그 밖의 패턴으로 할지의 선택이 있다. 또한，예를 들면 라인 앤드 스페이스에 의해 미세 패턴을 설계 하는 경우에는, 그 선폭이나, 광 투광 부분과 차광 부분의 면적 비율 등을 적절히 선택함으로써, 전체 투과율을 제어하는 것이 가능하다.

한편，반투과성(예를 들면, 노광 광의 투과율 40～60％ 등)의 반투광막을 이용하여 상기 반투광부를 실현하는 방법이 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 1: 특허 공개 2002-189280호 공보). 이 반투광막을 이용함으로써, 반투광부의 노광량을 적게 하여 하프톤 노광을 실시할 수 있다. 반투광막을 이용하는 경우, 설계에서는전체 투과율이 어느 정도 필요한지를 검토하는 것만으로 충분하고, 반투광막의 막종(막 재질)이나 막 두께를 선택하는 것만으로 그레이톤 마스크의 생산이 가능하다고 하는 이점이 있다. 따라서, 그레이톤 마스크의 제조에서는, 반투광막의 막 두께 제어를 행하는 것만으로도 충분하여, 비교적 관리가 용이하다. 또한，TFT 채널부를 그레이톤 마스크의 반투광부로 형성하는 경우, 반투광막이면 포토리소그래피 공정에 의해 용이하게 패터닝할 수 있으므로, TFT 채널부의 형상이 복잡한 패턴 형상이어도 가능하다고 하는 이점이 있다.

표시 장치, 특히 액정 표시 장치 제조용 포토마스크는, 그 액정 표시 장치의 패턴의 치수에 따른 해상도의 노광기에서 사용되는 것을 전제로 하여, 거기에 적당한 치수 정밀도를 달성하고, 결함 검사 등이 행해진다. 여기에서, 전술한 미세 패턴을 이용하여 반투광부를 실현하는 방법에서는，노광기의 해상 한계를 이용하여, 반투광부의 미세 패턴을 설계하고, 이 부분의 노광 광의 투과량에 따라서, 피전사체 위의 레지스트막의 잔막량을 소망량만큼 저감하여, 그 결과, 사용하는 마스크의 매수를 저감하는 것이다.

즉, 통상적으로 이용되는 노광기의 노광 조건에서는，해상 한계가 3㎛ 정도인 것을 전제로 한 것이며, 필요에 따라서, 미해상의 전사상을 더욱 균일한 그레이톤 상으로 하기 위해서, 노광 조건을 조절하는 것도 가능하지만, 그렇다고 하여도 이와 같은 노광기의 해상 한계를 이용한 것이다. 종래 이 분야에서는，포토마스크를 이용하여 소정 패턴을 전사하여 제조하는 표시 디바이스로서도, 이 정도의 해상도로 충분하였다고 하는 배경이 있다.

그런데, 최근，보다 정밀한 패턴을 전사하는 것이 요구되고 있다. 예를 들면 채널부의 치수를 종래 이상으로 작게 함으로써, 박막 트랜지스터의 동작 속도를 높이는 등의 가능성이 검토고 있다.

그러나, 노광 조건에 따른 해상도를 높이기 위해서, 노광기의 광원을 변경한다(즉 광원의 파장 영역을 단파장 측의 것으로 한다)고 하면, 큰 설비상의 변경임과 동시에, 포토레지스트의 분광 감도 등의 조건도 변경할 필요가 생긴다. 실제상, 대면적의 노광을 실현하기 위한 대광량을 얻기 위하여, 통상적으로 365～436㎚ 정도의 파장 영역의 광원을 이용할 필요가 있는 액정 표시 장치 제조용의 노광기에서는，전술한 바와 같이 단파장 영역의 광원을 사용함으로써 해상도를 높이는 방법은 적용 불가능하며, 노광 광원에 의존하는 한, 노광기의 해상도와 대광량의 양립은 곤란하다. 또한，노광기의 광학계의 설계만에 의해 해상도를 높이는(예를 들면 고 NA(개구수)의 광학계를 적용하는) 것도, 구조상, 코스트상의 장해가 있다.

본 발명은, 상기 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 종래 액정 표시 장치 제조에 이용되고 있는 노광기의 노광 조건에서는 해상할 수 없었던 수 ㎛이하, 예를 들면 3㎛ 이하의 패턴을 해상하고, 보다 정밀한 전사상을 얻기 위한 포토마스크를 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.

또한，본 발명은, 이와 같은 포토마스크의 바람직한 제조 방법을 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 상기 포토마스크를 이용한 정밀한 패턴 전사 방법을 제공하는 것을 제3 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.

<구성 1>

투명 기판 위에 형성한 반투광막을 패터닝함으로써 소정의 패턴을 형성한, 투광부와 반투광부를 갖는 포토마스크로서, 그 포토마스크를 투과한 노광 광에 의해, 피전사체 위에 선폭 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성하는 포토마스크에서, 상기 투광부 또는 상기 반투광부 중 적어도 한쪽이 3㎛ 미만의 선폭 부분을 갖는, 상기투광부와 상기 반투광부로 이루어지는 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크이다.

<구성 2>

상기 패턴은, 상기 투광부의 선폭이 3㎛ 미만의 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 포토마스크이다.

<구성 3>

상기 투명 기판의 노광 광 투과율을 100％로 할 때, 상기 반투광막의 노광 광 투과율은, 20％～60％의 범위인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 포토마스크이다.

<구성 4>

상기 노광 광의 파장 영역은, 365㎚～436㎚의 범위 내의 파장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 포토마스크이다.

<구성 5>

상기 반투광부는, 상기 투광부에 대한, 상기 노광 광의 위상차가 60도 이하인 것을 특징으로 하는, 구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 포토마스크이다.

<구성 6>

상기 포토마스크는, 액정 표시 장치 제조용 포토마스크인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 포토마스크이다.

<구성 7>

투명 기판 위에 형성한 반투광막을 패터닝함으로써 소정의 패턴을 형성한, 투광부와 반투광부를 갖는 포토마스크로서, 그 포토마스크를 투과한 노광 광에 의해, 피전사체 위에 선폭 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성하는 포토마스크의 제조 방법으로서，상기 투광부 또는 상기 반투광부 중 적어도 한쪽에 3㎛ 미만의 선폭 부분을 포함하는，상기 투광부와 상기 반투광부로 이루어지는 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법이다.

<구성 8>

소정의 노광 조건 하에서의, 포토마스크 위의 3㎛ 미만의 선폭 부분을 갖는 투광부 또는 반투광부의 선폭과, 거기에 대응하는 피전사체 위에 형성된 레지스트 패턴의 선폭과의 상관 관계를 미리 구해 놓고, 그 상관 관계에 기초하여, 상기 포토마스크에 형성하는 투광부 또는 반투광부의 선폭을 결정하고, 그 결정된 선폭 치수에 기초하여, 포토마스크 위에 상기 투광부와 상기 반투광부로 이루어지는 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 구성 7에 기재된 포토마스크의 제조 방법이다.

<구성 9>

구성 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 포토마스크, 또는, 구성 7 또는 8에 기재된 제조 방법에 의한 포토마스크를 사용하여, 365㎚～436㎚의 파장 범위의 노광 광에 의해, 피전사체에 노광하고, 선폭 3㎛ 미만의 패턴을 전사하는 것을 특징으로 하는 패턴 전사 방법이다.

본 발명의 포토마스크에 의하면, 예를 들면 액정 제조 장치의 제조 과정에서 그 포토마스크를 이용하여 소정의 패턴을 피전사체에 전사하고, 그 패턴에 기초하는 레지스트 패턴을 형성할 때에, 3㎛ 미만의 선폭의 미세한 패턴을 형성하는 것이 가능하게 된다. 그리고，본 발명의 포토마스크를 이용한 패턴 전사 방법에 의하면, 피전사체 위에 이와 같은 정밀 패턴을 형성할 때에, 종래 액정 표시 장치 제조에 이용되고 있는 통상의 노광기의 광학계나 광원 파장 영역을 변경하는 것을 필요로 하지 않고 본 발명에서도 그대로 사용하여, 실제상의 해상도를 높이는 것이 가능하게 된다. 따라서，본 발명에 의하면, 종래 이상으로 정밀한 패턴을 갖는 액정 표시 장치의 제조를 간이하게 행할 수 있다.

도 1의 (a), (b)는, 본 발명에 따른 포토마스크를 이용한 패턴 전사 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 2의 (a), (b)는 본 발명의 실시예에 따른 패턴 전사에 의해 얻어지는 피전사체 위의 레지스트 패턴의 사진이며, 도 2의 (c), (d)는 비교예의 패턴 전사에 의해 얻어지는 피전사체 위의 레지스트 패턴의 사진.
도 3의 (a)～(c)는, 그레이톤 마스크를 이용한 TFT 기판의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도.
도 4의 (a)～(c)는, 도 3의 (a)～(c)의 제조 공정에 후속되는, 그레이톤 마스크를 이용한 TFT 기판의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도.
도 5는, 종래의 미세 패턴 타입의 그레이톤 마스크의 일례를 나타내는 평면도.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태를 설명한다.

본 발명은, 상기 구성 1에 기재한 바와 같이, 투명 기판 위에 형성한 반투광막을 패터닝함으로써 소정의 패턴을 형성한, 투광부와 반투광부를 갖는 포토마스크로서, 그 포토마스크를 투과한 노광 광에 의해, 피전사체 위에 선폭 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성하는 포토마스크에서, 상기 투광부 또는 상기 반투광부 중 적어도 한쪽이 3㎛ 미만의 선폭 부분을 갖는, 상기 투광부와 상기 반투광부로 이루어지는 패턴을 포함하는 포토마스크에 관한 것이다.

즉, 본 발명은, 실제로 3㎛ 미만의 미세 패턴을 피전사체 위에 전사하는 것을 목적으로 하는 것으로, 그것을 위해 사용하는 포토마스크의 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 포토마스크에서는，상기 투광부 또는 상기 반투광부 중 적어도 한 쪽에 3㎛ 미만의 선폭 부분을 갖지만, 투광부 또는 반투광부에 2㎛ 이하의 선폭 부분을 가질 때에 있어서도, 피전사체 위에 미세 패턴을 전사하는 것이 가능하여, 본 발명의 효과가 현저하다.

예를 들면, 라인부(반투광막 형성 부분)의 선폭 A㎛(예를 들면 2㎛), 스페이스부(투명 기판이 노출)의 선폭 A㎛(예를 들면 2㎛)의 라인 앤드 스페이스 패턴을 포토마스크 위에 형성하고，피전사체 위의 포지티브형 레지스트에 전사한 경우, A㎛ 미만의 선폭(예를 들면 1.8㎛)을 갖는 라인 패턴을 피전사체 위에 레지스트 패턴으로 하여 형성할 수 있다. 이 경우, 스페이스의 선폭은 A㎛를 초과한 값으로 된다.

라인부의 선폭 B㎛(B≤A), 스페이스부의 선폭 A㎛의 경우에도, 상기 마찬가지의 패턴을 피전사체 위에 형성할 수 있다.

또한，라인부의 선폭 C㎛(C>A), 스페이스부의 선폭 A㎛의 라인 앤드 스페이스 패턴을 포토마스크 위에 형성하고，피전사체 위의 포지티브형 레지스트에 전사한 경우, A㎛ 미만의 선폭을 갖는 스페이스 패턴을, 피전사체 위에 형성할 수 있다. 이 경우, 라인부의 선폭은 C㎛를 초과한 것으로 된다.

또한，상기에서, 라인부 또는 스페이스부 중 어느 하나는, 선폭 3㎛ 미만으로 할 때에 본 발명의 현저한 효과가 얻어진다.

또한，물론 피전사체에는, 포지티브형 레지스트뿐만 아니라, 네가티브형 레지스트를 이용하는 것도 가능하다. 그 경우에는, 상기 포토마스크에서 투광부(투명 기판이 노출하는 부분)를, 차광부(실질적으로 투과율이 제로로 되는 막을 이용함)로 치환한 포토마스크를 이용함으로써, 상기와 마찬가지로, 원하는 전사 패턴을, 피전사체 위에 형성할 수 있다.

또한，본 발명에 의하면, 상기한 바와 같이 포토마스크에서의 투광부 또는 반투광부의 선폭을 적절하게 선택함으로써, 피전사체 위에서 1.5㎛ 이하의 선폭을 갖는 패턴을 형성할 수 있다.

본 발명의 포토마스크에서는，3㎛ 미만의 선폭 부분은, 투광부에 있어도, 반투광부에 있어도 되며, 또한 투광부와 반투광부의 양쪽에 있어도 된다. 본 발명에서는，투광부 또는 반투광부에 3㎛ 미만의 선폭 부분을 갖는 패턴은, 예를 들면 후술하는 실시예에서 이용한, 라인부(반투광부)와 스페이스부(투광부)에 의해 이루어지는 라인 앤드 스페이스 패턴으로 할 수 있지만, 본 발명에서는 물론, 이것에는 한정되지 않고, 예를 들면 액정 표시 장치의 패턴에 따른 임의의 패턴 형상으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 포토마스크는, 특히, 반투광부에 끼워진, 선폭 3㎛ 미만의 투광부가 형성되어 있는 패턴을 포함하는 경우가 바람직하다. 이와 같은 패턴을 포함하는 포토마스크는, 예를 들면 액정 표시 장치에서의 TFT 기판의 채널부 형성용 포토마스크로서 바람직하게 이용할 수 있다.

본 발명의 포토마스크에서의 상기 반투광막으로서는, 투명 기판(투광부)의 노광 광투과율을 100％로 할 때, 반투광막의 노광 광에 대한 투과율은, 예를 들면 20～60％의 범위의 것을 적용할 수 있다. 보다 바람직하게는 40～60％의 범위 내의 것이다. 반투광막의 소재로서는, 상기한 노광 광투과율이 얻어지는 것으로 공지의 것을 임의로 이용할 수 있지만, 예를 들면, Cr 화합물(크롬 산화물, 크롬 질화물, 크롬 산질화물, 크롬 불화물 등), 몰리브덴 실리사이드 화합물, Si, W, Al 등을 이용할 수 있다. 특히, 몰리브덴 실리사이드 화합물이 바람직하다. 이것은, 상기한 투과율을 얻기 위한 막 두께를 작게 할 수 있어, 패턴의 어스펙트비를 작게 할 수 있으며, 패턴 정밀도를 유지하는 것이 비교적 용이하기 때문이다. 또한，상기 반투광막을, Cr 또는 Cr 화합물에 의한 차광막과 함께 이용하는 경우, Cr 또는 Cr 화합물은 에칭 선택성이 있기 때문에, 가공 정밀도를 높게 할 수 있다.

상기 반투광막의 막 두께로서는, 상기 투과율을 얻기 위해서는, 예를 들면, 크롬 산화물(CrO)의 경우에는, 100～600Å(angstrom), MoSi 화합물의 경우에는, 30Å～120Å으로 할 수 있다. 또한，상기 반투광막은, 상기 반투광부를 투과하는 노광 광의, 상기 투광부를 투과하는 노광 광에 대한 위상차가 60도 이하로 되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 5～40도이다.

본 발명의 포토마스크를 이용함으로써, 후술하는 실시예에서 나타내는 바와 같이, 실제로 3㎛ 미만의 치수가 미세한 패턴을 전사상 패턴으로서 형성하는 것이 가능하다.

본 발명의 포토마스크를 이용한 노광 공정에서는，공지의 대형 마스크용 노광기(얼라이너)를 사용할 수 있다. 광원 파장은, i선～g선의 파장 영역의 것을 사용할 수 있다. 또한，본 발명의 미세 패턴의 선폭에 의해, 광원 파장의 파장 영역을 선택하거나, 광학계(개구수 NA 등)를 조정하는 것도 가능하다. 즉, 미세 패턴의 선폭이 작을 때에는, i선측(단파장측)의 강도가 높은 경우, 광학계의 개구수 NA가 큰 경우에, 보다 해상되기 쉽다.

본 발명의 포토마스크는, 상기 반투광막에 의한 미세 패턴 이외의 패턴 또는 영역을, 동일한 기판 위에 가질 수 있다. 포토마스크는, 예를 들면, 미세 패턴을 갖지 않는 반투광막 부분을 가져도 된다. 이 미세 패턴을 갖지 않는 반투광막 부분은, 노광 광의 투과량을, 투명 기판 부분(투광부)에 비하여 소정량 저감함으로써, 피전사체 위에 형성되는 레지스트 패턴의 현상 후의 잔막 두께값을 제어할 수 있다. 이 경우에 이용하는 반투광막의 소재는, 상기 미세 패턴을 갖는 반투광막과 동일하게 하는 것이 제조상 간편하며, 유리하다. 또한，동일 기판 위에 예를 들면 선폭 3㎛ 미만의 미세 패턴을 갖는 차광막 패턴을 가져도 된다. 이와 같은 미세 패턴을 갖는 차광막 패턴은, 통상의 액정 표시 장치용 노광 장치에 의한 노광 조건 하에서는, 노광 광의 투과량을, 투명 기판 부분에 비하여 소정량 저감하고, 피전사체 위에 형성되는 레지스트 패턴의 현상 후의 잔막 두께값을 제어할 수 있다. 즉, 상기 반투광막의 미세 패턴이 해상하는 광학 조건에서, 차광막에 의한 미세 패턴을 해상하지 않는 것으로 할 수 있다.

또한，동일 기판 위에 미세 패턴을 갖지 않는 차광막 패턴을 가져도 된다. 이와 같이, 반투광막에 의한 미세 패턴을 포함하는 복수종의 패턴을 갖는 포토마스크를 이용하여, 포토레지스트막을 갖는 피전사체에의 노광을 행하면，복수의 레지스트 잔막 두께값에 의한 레지스트 단차를 형성할 수가 있어，소위 멀티 톤 마스크로 하여 사용할 수 있다.

예를 들면 도 1의 (a)에 예시한 바와 같이, 본 발명에 따른 포토마스크(20)는, 투명 기판(21) 위에, 미세 패턴을 갖지 않는 차광막(22)에 의한 차광부(24), 미세 패턴을 갖지 않는 반투광막(23)에 의한 반투광부(25), 반투광막(23)에 의한 미세 패턴부(26)(투광부와 반투광막(23)에 의한 반투광부에 의해 이루어짐), 투광부(27)(투명 기판(21)이 노출)의 4개 또는 그 이상의 영역을 형성할 수 있다.

본 발명은, 상기 포토마스크의 제조 방법도 제공한다. 즉, 본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은, 투명 기판 위에 형성한 반투광막을 패터닝함으로써 소정의 패턴을 형성한, 투광부와 반투광부를 갖는 포토마스크로서, 그 포토마스크를 투과한 노광 광에 의해, 피전사체 위에 선폭 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성하는 포토마스크의 제조 방법이며, 상기 투광부 또는 상기 반투광부 중 적어도 한쪽에 3㎛미만의 선폭 부분을 포함하는，상기 투광부와 상기 반투광부로 이루어지는 패턴을 형성하는 것에 의해 얻어진다.

전술한 바와 같이, 상기 제조 방법에 의해 얻어지는 포토마스크에 의하면, 실제로 3㎛ 미만의 치수의 미세 패턴을 피전사체 위에 전사할 수가 있으며，또한，피전사체 위에 2㎛ 이하의 선폭을 갖는 패턴의 형성도 가능하다.

여기에서 예를 들면, 반투광막과, 차광막을 투명 기판 위에 갖는 본 발명의 포토마스크의 경우, 이하와 같은 공정에 의해 얻을 수 있다.

(1) 투명 기판 위에 반투광막, 및 차광막이 이 순서대로 적층된 포토마스크 블랭크를 준비하고, 그 포토마스크 블랭크 위에, 차광부와 반투광부에 대응하는 영역의 레지스트 패턴을 형성하고，그 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 에칭한다. 그 레지스트 패턴 또는 그 레지스트 패턴을 마스크로 하여 형성한 차광막 패턴을 마스크로 하여, 노출되어 있는 반투광막을 에칭함으로써 투광부를 형성한다. 그 다음에 적어도 차광부로 하고자 하는 개소를 포함하는 영역에 레지스트 패턴을 형성하고，그 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 에칭함으로써, 반투광부 및 차광부를 형성한다. 이렇게 하여, 투명 기판 위에, 미세 패턴을 포함하는 반투광막에 의한 반투광부, 차광막과 반투광막의 적층막에 의한 차광부, 투광부를 각각 형성한 포토마스크를 얻을 수 있다.

또한，반투광부에 미세 패턴을 형성하기 위해서, 상기 공정 중, 1번째의 레지스트 패터닝 프로세스에서, 반투광부에 3㎛ 미만의 미세 패턴을 묘화한다.

(2) 투명 기판 위에 차광막이 형성된 포토마스크 블랭크를 준비하고, 그 포토마스크 블랭크 위에, 차광부에 대응하는 영역의 레지스트 패턴을 형성하고，그 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 에칭함으로써 차광막 패턴을 형성한다. 다음으로，레지스트 패턴을 제거 후, 전면에 반투광막을 성막한다. 그리고，차광부 및 반투광부에 대응하는 영역에 레지스트 패턴을 형성하고，그 레지스트 패턴을 마스크로 하여 노출된 반투광막을 에칭함으로써, 투광부 및 반투광부를 형성한다. 이렇게 하여, 투명 기판 위에, 미세 패턴을 포함하는 반투광막에 의한 반투광부, 차광막과 반투광막의 적층막에 의한 차광부, 투광부를 각각 형성한 포토마스크를 얻을 수 있다.

또한，반투광부에 미세 패턴을 형성하기 위해서, 상기 공정 중, 2번째의 레지스트 패터닝 프로세스에서, 반투광부에 3㎛ 미만의 미세 패턴을 묘화한다.

(3) 또한，상기 (2)와 동일한 포토마스크 블랭크 위에, 차광부 및 투광부에 대응하는 영역의 레지스트 패턴을 형성하고，그 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 에칭함으로써, 반투광부에 대응하는 영역의 투명 기판을 노출시킨다. 다음으로，레지스트 패턴을 제거 후, 전면에 반투광막을 성막하여, 차광부 및 반투광부에 대응하는 영역에 레지스트 패턴을 형성하고，그 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 반투광막(및 반투광막 및 차광막)을 에칭한다. 이렇게 하여, 투명 기판 위에, 투광부 및 차광부와 미세 패턴을 포함하는 반투광부를 각각 형성할 수도 있다.

이 경우에도, 반투광부에 미세 패턴을 형성하기 위해서, 상기 공정 중, 2번째의 레지스트 패터닝 프로세스에서, 반투광부에 3㎛ 미만의 미세 패턴을 묘화한다.

물론, 본 발명의 포토마스크의 제조 공정은, 전술한 (1)～(3)에 한정될 필요는 없다.

또한，후술하는 실시예의 결과를 나타내는 도 2의 (a), (b)의 사진을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 예를 들면 포토마스크 위의 반투광부의 폭이 2㎛ 또는 10㎛, 투광부의 폭이 2㎛인 라인 앤드 스페이스를 포함하는 마스터 패턴을 이용한 경우의 전사상(레지스트 패턴)에서, 투광부와 반투광부의 전사상의 선폭이 마스크 패턴과는 동일하지 않은 경우가 있다. 이와 같이, 마스크 패턴 형상에 따라서는, 전사상의 치수가 상이한 경우가 있다. 따라서, 마스크 패턴의 설계 시에는 이 요소를 미리 고려하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 소정의 노광 조건 하에서의, 포토마스크 위의 3㎛ 미만의 선폭 부분을 갖는 투광부 또는 반투광부의 선폭과, 거기에 대응하는 피전사체 위에 형성된 레지스트 패턴의 선폭과의 상관 관계를 미리 구해 놓고, 구해진 상관 관계에 기초하여, 포토마스크에 형성하는 투광부 또는 반투광부의 선폭을 결정한다. 그리고, 결정된 선폭 치수에 기초하여, 포토마스크 위에 투광부와 반투광부로 이루어지는 마스크 패턴을 형성하는 것이 바람직하다.

또한，본 발명은, 상기 포토마스크를 사용한 패턴 전사 방법도 제공한다. 즉, 상기 포토마스크를 사용하여, 365㎚～436㎚의 파장 범위의 노광 광에 의해, 피전사체에 대한 노광을 행할 수 있다. 이것에 의해，3㎛ 미만의 선폭을 갖는 패턴을, 현상의 액정 표시 장치용의 노광 조건하에서도, 충분한 해상도를 갖고 전사하는 것이 가능하다. 또한, 전술한 바와 같이, 파장 영역 내의 강도 분포나, 광학계의 NA 등을 적당히 조정하여도 된다.

전술한 도 1의 (a)에 예시한, 투명 기판(21) 위에, 차광부(24), 미세 패턴을 갖지 않는 반투광부(25), 반투광막(23)에 의한 미세 패턴부(26) 및 투광부(27)를 형성한 본 발명에 따른 포토마스크(20)를 노광 광(40)으로 노광하고, 피전사체(30) 위의 포토레지스트막(포지티브형)(33)에 패턴을 전사하면，도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 피전사체(30) 위에, 현상 후의 후막의 잔막 영역(33a), 박막의 잔막 영역(33b), 상기 포토마스크 위의 미세 패턴부(26)에 대응한 미세 패턴 영역(33c), 및 실질적으로 잔막이 없는 영역(33d)으로 이루어지는 전사 패턴(레지스트 패턴)이 형성된다. 또한，도 1의 (a), (b)에서, 참조 부호 32a, 32b는, 피전사체(30)에서, 기판(31) 위에 적층된 막을 나타낸다.

종래는, 액정 표시 장치 제조용의 대형 포토마스크로서는, 노광에 의해 해상 하고, 전사하는 패턴으로서 통상적으로 3㎛를 초과하는 선폭을 적용하고 있었다. 이것은, 표시 장치의 화소 수에 의해 대체로 결정되는 패턴의 피치에 대하여, 상기치수 정밀도로 충족할 수 있었던 것에 의한다. 또한，포토마스크를 사용한 노광 과정에서는, 대면적을 노광할 필요로부터, 효율적인 노광을 위해서는 대광량이 필요하게 되고, 통상적으로 i선으로부터 g선에 걸치는 영역의 파장을 이용하고 있지만, 반도체 제조용의 스테퍼(레이저 단일 파장을 적용) 등과 달리，단일 파장에 비하여 해상도는 낮아지게 되고, 이것도 해상도의 제약의 한 원인으로 되어 있었다. 그러나, 본 발명에 따르면, 이와 같은 노광 조건을 적용하여도, 종래 이상의 실질적인 해상도가 얻어져서, 보다 정밀한 패턴을 전사하는 것을 가능하게 하고 있다.

그런데，본 발명에 따른 반투광막의 미세 패턴을 노광에 의해 전사할 때, 노광 광의 투과량은, 일반적인 바이너리 마스크의 차광막에 의한 차광 패턴부의 노광 광 투과량보다 커진다. 이 때문에, 반투광막에 의한 미세 패턴부를 전사한 경우의 피전사체 위의 레지스트 잔막값이, 통상적인 차광막 패턴을 전사한 경우의 레지스트 잔막값보다 작아지는(이것은 포지티브형 포토레지스트의 경우이며, 네가티브형 포토레지스트의 경우에는 반대로 되는) 경우가 있다. 이 경우, 노광 후의 포토레지스트의 현상 프로세스에서, 조건을 적절히 조정함으로써, 레지스트 잔막값을 바람직하게 조절하고, 그 후의 피전사체의 에칭 프로세스를 적절하게 행하는 것은 가능하다.

또한，본 발명에 따른 포토마스크를 이용하여, 피전사체에 패턴을 전사한 후, 피전사체의 에칭 프로세스에 대하여 레지스트막 두께가 부족한 경우에는, 미리 피전사체 위에 포토레지스트막을 도포하기 전에, 피전사체를 구성하는 막과는 에칭 선택성을 갖는 재질(예를 들면 금속, 또는 SiO₂ 등을 함유하는 재료)의 극히 얇은 막을 형성해 둔다. 그리고，상기 패턴 전사에서 형성된 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기한 극히 얇은 막을 에칭하고, 이 막을 마스크로 하여 더욱 하층 측의 막을 에칭하는 방법을 채용하는 것도 가능하다.

[실시예]

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

투명 기판으로서 합성 석영 기판을 사용하고, 그 투명 기판 위에, 스퍼터법에 의해, MoSi 화합물로 이루어지는 반투광막을 소정의 막 두께로 성막하였다. 그 반투광막은, 후술하는 패턴 전사에 사용하는 노광기의 노광 광(365㎚～436㎚의 파장범위) 내의 g선에서 투과율이 50％(투명 기판의 노광 광의 투과율을 100％로 하였을 때)로 되도록 막 두께를 설정하였다. 이 때, 반투광막을 형성한 부분을 투과한 노광 광의, 투명 기판을 투과한 노광 광에 대한 위상차는, 60도 미만이었다. 그리고，그 반투광막 위에 포지티브형 포토레지스트를 도포하고, 포토마스크 블랭크를 준비하였다.

이 포토마스크 블랭크에, 라인부와 스페이스부가 모두 폭 2㎛인 라인 앤드 스페이스 패턴을 묘화하고, 현상하여 레지스트 패턴으로 하고, 그 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 반투광막을 에칭하여 포토마스크를 얻었다. 얻어진 포토마스크에서도, 라인부(반투광부)와 스페이스부(투광부)가 모두 폭 2㎛인 라인 앤드 스페이스 패턴이 형성되어 있었다.

이렇게 하여 얻어진 포토마스크를 이용하여, 포지티브형 포토레지스트막을 형성한 피전사체 위에 상기 노광기를 이용하여 노광하고, 현상하여 얻어진 피전사체 위의 레지스트 패턴의 사진을 도 2의 (a)에 나타낸다. 또한，이 레지스트 패턴에 있어서의 라인 폭은 1.84㎛, 스페이스 폭은 2.30㎛이었다.

또한，상기 투명 기판 위에, 라인부의 폭 10㎛, 스페이스부의 폭 2㎛의 라인 앤드 스페이스 패턴을 상기 반투광막으로 마찬가지로 형성한 포토마스크를 제작하고, 이 포토마스크를 이용하여 피전사체 위에 상기 노광기를 이용하여 노광하고, 현상하여 얻어진 피전사체 위의 레지스트 패턴의 사진을 도 2의 (b)에 나타낸다. 또한，이 레지스트 패턴에서의 라인 폭은 10.38㎛, 스페이스 폭은 1.56㎛이었다.

도 2의 (a), (b)의 사진을 보아도 명백한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 3㎛미만의 선폭의 부분을 갖는 패턴을 해상하고, 피전사체 위에 선폭 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 실시예에 대한 비교예를 설명한다.

상기 실시예와 동일한 투명 기판 위에, 스퍼터법에 의해, Cr으로 이루어지는 차광막을 소정의 막 두께로 성막하여, 그 차광막 위에 상기 실시예와 동일한 포지티브형 포토레지스트를 도포하고, 포토마스크 블랭크를 준비하였다.

이 포토마스크 블랭크에, 라인부와 스페이스부가 모두 폭 2㎛인 라인 앤드 스페이스 패턴을 묘화하고, 현상하여 레지스트 패턴으로 하고, 그 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 차광막을 에칭하여 포토마스크를 얻었다. 얻어진 포토마스크에서도, 라인부(차광부)와 스페이스부(투광부)가 모두 폭 2㎛인 라인 앤드 스페이스 패턴이 형성되어 있었다.

이렇게 하여 얻어진 포토마스크를 이용하여, 포지티브형 포토레지스트막을 형성한 피전사체 위에, 실시예에 사용한 노광기를 이용하여 노광하고, 현상하여 얻어진 피전사체 위의 레지스트 패턴의 사진을 도 2의 (c)에 나타낸다.

또한，상기 투명 기판 위에, 라인부의 폭 10㎛, 스페이스부의 폭 2㎛의 라인 앤드 스페이스 패턴을 상기 차광막으로 마찬가지로 형성한 포토마스크를 제작하고, 이 포토마스크를 이용하여 피전사체 위에 상기 노광기를 이용하여 노광하고, 현상하여 얻어진 피전사체 위의 레지스트 패턴의 사진을 도 2의 (d)에 나타낸다.

도 2의 (c), (d)의 사진을 보아도 명백한 바와 같이, Cr 차광막으로 미세 패턴을 형성한 포토마스크를 이용한 본 비교예에 따르면, 3㎛ 미만의 선폭 부분을 갖는 패턴을 해상할 수 없어, 피전사체 위에 선폭 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성할 수 없다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 형태에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은, 상기 실시 형태에만 한정되는 것이 아닌 것은 물론이다.

20: 포토마스크
21: 투명 기판
22: 차광막
23: 반투광막
24: 차광부
25: 반투광부
26: 미세 패턴부
27: 투광부

Claims (1)

1. 투명 기판 위에 형성한 반투광막을 패터닝함으로써 소정의 패턴을 형성한, 투광부와 반투광부를 갖는 포토마스크로서,
   그 포토마스크를 투과한 노광광에 의해, 피전사체 위에 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성하는 포토마스크에서, 상기 투광부 또는 상기 반투광부 중 적어도 한쪽이 3㎛ 미만의 선폭 부분을 갖는, 상기 투광부와 상기 반투광부로 이루어지는 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.

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