KR20130123330A

KR20130123330A - 포토 마스크, 패턴 전사 방법 및 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20130123330A
Application number: KR1020130049337A
Authority: KR
Inventors: 유따까 요시까와
Original assignee: 호야 가부시키가이샤
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2013-11-12
Also published as: CN103383522A; JP6081716B2; TWI550336B; TW201351028A; JP2013235036A; CN103383522B; KR101364286B1

Abstract

미세 패턴을 확실히 정교하고 치밀하게 전사하는 것이 가능한 포토 마스크를 제공한다. 투명 기판 위에, 투광부와, 노광광의 일부를 투과하는 반투광막이 형성된 반투광부와, 차광성의 막이 형성된 차광부를 갖는 전사용 패턴을 구비한 포토 마스크로서, 반투광막은, 전사용 패턴의 전사에 이용하는 노광광의 대표 파장에 대해서, 2 내지 60％의 투과율과, 90° 이하의 위상 시프트 작용을 갖고, 반투광부는 차광부의 엣지에 인접하여, 노광 장치에 의해 해상되지 않는 폭으로 형성된 것인 것을 특징으로 하는 포토 마스크이다.

Description

포토 마스크, 패턴 전사 방법 및 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법{PHOTO MASK, PATTERN TRANSFER METHOD AND FLAT PANNEL DISPLAY MANUFACTURING METHOD}

본 발명은, 전사용 패턴을 전사함으로써, 피전사체 상에, 미세한 패턴을 전사 가능한 포토 마스크, 패턴 전사 방법 및 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법에 관한 것이다.

액정 표시 장치로 대표되는 플랫 패널 디스플레이의 제조에 있어서는, 보다 미세한 패턴을 형성함으로써, 화상 품질의 향상을 도모하는 요구가 있다. 특허문헌 1에는, 라인 앤드 스페이스에 대응하는 반투광부와 투광부로 이루어지는 전사용 패턴을 형성한 포토 마스크가 기재되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2009-42753호 공보

플랫 패널 디스플레이의 배선 패턴의 미세화는, 플랫 패널 디스플레이의 밝기 및 반응 속도 등의 화상 품질의 향상뿐만 아니라, 에너지 절약의 관점으로부터도 유리한 점이 있는 것이 주목받게 되어 왔다. 이로 인해, 최근, 플랫 패널 디스플레이의 배선 패턴의 새로운 미세화가 요망되고 있다. 이에 수반하여, 플랫 패널 디스플레이의 제조에 사용되는 포토 마스크에도, 미세한 선 폭 정밀도가 기대되는 경향이 있다.

그러나, 차광부와 투광부로 이루어지는 전사용 패턴을 구비한, 소위 바이너리 마스크의 패턴 선 폭을 단순하게 미세화해도, 플랫 패널 디스플레이의 배선 패턴을 미세화할 수는 없다. 이하, 이 경우의 문제점에 대해서, 도 1의 (a), (b) 및 도 2의 (a) 내지 (e)를 참조하여 상술한다.

도 1의 (a)는, 바이너리 마스크의 전사용 패턴으로서의, 라인 앤드 스페이스 패턴을 구성하는 차광부와 투광부를 도시하는 모식도이다. 여기서는, 차광부로 이루어지고, 라인 폭(ML)을 갖는 라인부와, 투광부로 이루어지고, 스페이스 폭(MS)을 갖는 스페이스부를 구비한, 라인 앤드 스페이스 패턴이 도시되어 있다. 1조의 차광부와 투광부의 반복 단위의 폭이, 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭(P)이다.

도 1의 (b)는, 도 1의 (a)의 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭(P)을 변화시킨 경우에, 피전사체 상에 형성한 레지스트막 위에 조사되는 투과광의 광 강도 커브를 나타내는 그래프이다. 종축은 투과율(％), 횡축은 마스크 상의 위치(㎛)를 나타낸다.

도 1의 (a)에 도시하는 바이너리 마스크의 전사용 패턴에 있어서, 라인 앤드 스페이스 패턴의 차광부 및 투광부의 각 폭(ML, MS)을 점차 작게 하면[즉, 피치 폭(P)을 작게 하면], 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 투광부를 통해서 레지스트막에 조사되는 투과광의 광 강도가 저하된다고 하는 문제가 생긴다.

본 발명자들은, 도 1의 (b)에 도시하는 조건 설정으로, 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭(P)=8㎛[라인 폭(ML)=4.8㎛, 스페이스 폭(MS)=3.2㎛]로부터, 피치 폭(P)=4㎛[라인 폭(ML)=2.8㎛, 스페이스 폭(MS)=1.2㎛]까지, 라인 폭(ML)과 스페이스 폭(MS)을, 각각 피치 폭(P)에 대해서 P/2+0.8(㎛), P/2-0.8(㎛)로 설정하고, 점차 미세화하였을 때의 투과광의 광 강도 변화를 시뮬레이션하였다. 그 결과, 도 1의 (b)의 광 강도 커브로 나타내는 바와 같이, 라인 앤드 스페이스 패턴의 선 폭이 미세하게 될수록, 광 강도의 파형 곡선의 피크 위치가, 현저하게 저하되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 조건 설정은, 개구수 NA:0.08, 코히어런스 팩터σ:0.8, 노광광 파장:g/h/i=1/1/1, 기판:석영 글래스 기판, 포지티브 레지스트(P/R)막 두께:1.5㎛, 포지티브 레지스트:노볼락계 포지티브형 레지스트이고, 여기서 「g/h/i」는, 노광광에 포함되는 g선, h선, i선의 각 파장의 강도비를 나타낸다.

또한, 도 1의 (b)의 광 강도 커브 중, 피치 폭(P)=8㎛, 7㎛, 6㎛, 5㎛의 라인 앤드 스페이스 패턴의 투과광을, 피전사체 상의 포지티브 레지스트(P/R)막에 조사한 경우에 형성되는 레지스트 패턴의 단면 형상을, 도 2의 (a), (b), (c), (d)에 각각 도시한다. 또한, 이들의 조사광량(Eop)은, 100mJ로 규격화되어 있다.

이들의 도면에 도시하는 바와 같이, 라인 앤드 스페이스 패턴의 선 폭이 작아질수록, 스페이스 폭(MS)을 투과하는 광의 강도가 부족하고, 도 2의 (d)의 피치 폭(P)=5㎛에서는, 레지스트막의 라인간이 분리되지 않아, 라인 앤드 스페이스 형상의 레지스트 패턴을 형성할 수 없다. 이것으로는, 후공정에서 미세한 배선 패턴을 형성하기 위한 에칭 마스크로서 사용할 수 없다.

따라서, 패턴 전사시의 해상도를 올려, 보다 미세한 패터닝을 행하는 방법으로서는, 종래 LSI 제조용의 기술로서 개발되어 온, 노광기의 개구수 확대, 단일 파장, 또한 단파장을 사용한 노광이 생각된다. 그러나, 이들의 기술을 적용하는 경우에는, 막대한 투자와 기술 개발을 필요로 하고, 시장에 제공되는 액정 표시 장치의 가격과의 정합성을 취할 수 없게 된다.

그런데, 도 2의 (d)에 도시되는 바와 같이, 패턴의 미세화에 수반하여, 광 강도의 파형 곡선의 피크 위치가 현저하게 저하되어 있는 현상에 대해서, 이 광량 부족을 보충하기 위한 방법으로서, 노광 장치의 조사광량을 증가시키는 것이 생각된다. 조사광량이 증가하면, 스페이스부를 투과하는 광량이 증대하므로, 레지스트 패턴의 형상을 양호화하는, 즉, 라인 앤드 스페이스 패턴의 형상으로 분리시킬 수 있다고 생각된다. 단, 이로 인해, 노광 장치의 광원을 대광량으로 변경하는 것은 현실적이지 않아, 노광시의 주사 노광 시간을 대폭으로 증가시키지 않으면 안 된다.

실제로, 도 2의 (e)에는, 조사광량을 증가시킴으로써, 레지스트 패턴을 양호하게 분리시킨 경우를 도시한다. 여기서는, 도 2의 (a) 내지 (d)에 사용한 조사량에 대해서, 1.5배의 조사광량이 필요하였다.

그런데 상기 특허문헌 1에는, 투명 기판 위에 형성한 반투광막을 패터닝함으로써 소정의 패턴을 형성한, 투광부와 반투광부를 갖는 포토 마스크로서, 그 포토 마스크를 투과한 노광광에 의해, 피전사체 상에 선 폭 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성하는 포토 마스크에 있어서, 상기 투광부 또는 상기 반투광부 중 적어도 한쪽이 3㎛ 미만인 선 폭의 부분을 갖는 상기 투광부와 상기 반투광부로 이루어지는 패턴을 포함하는 포토 마스크가 기재되어 있다.

상기 특허문헌 1의 포토 마스크에 따르면, 도 1의 (b)에 있어서 패턴을 미세화한 경우에 발생하였던, 투광부의 광 강도 피크 위치의 저하가 억지되어, 라인 앤드 스페이스 패턴 형상의 레지스트 패턴을 형성할 수 있다고 생각된다. 이것은, 투명 기판 위에 형성한 반투광막의 패턴이, 투광부를 포함하는, 전사용 패턴 전체의 투과광량을 보조하고, 레지스트가 패터닝될 수 있는(즉 포지티브 레지스트가 현상에 의해 제거될 수 있는) 필요광량에 도달시킬 수 있었던 것을 의미한다.

그 한편, 최근에서의 플랫 패널 디스플레이의 배선 패턴의 새로운 미세화가 요망되고, 또한, 패터닝의 안정성이나 정밀도를 보다 높이는 요구가 생기고 있다.

본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 미세 패턴을 확실히 정교하고 치밀하게 전사하는 것이 가능한 포토 마스크, 패턴 전사 방법 및 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.

(1) 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 포토 마스크는, 투명 기판 위에, 투광부와, 노광광의 일부를 투과하는 반투광막이 형성된 반투광부와, 차광성의 막이 형성된 차광부를 갖는 전사용 패턴을 구비한 포토 마스크로서, 상기 반투광막은, 상기 전사용 패턴의 전사에 이용하는 노광광의 대표 파장에 대해서, 2 내지 60％의 투과율과, 90° 이하의 위상 시프트 작용을 갖고, 상기 반투광부는, 상기 차광부의 엣지에 인접하여, 노광 장치에 의해 해상되지 않는 폭으로 형성된 것인 것을 특징으로 한다.

(2) 바람직하게는, 상기 (1)의 포토 마스크에 있어서, 상기 반투광부는, 상기 차광부의 대향하는 엣지에 각각 인접하여 형성된 제1 반투광부, 제2 반투광부를 갖고, 상기 제1 반투광부와 제2 반투광부의 폭은, 각각 노광 장치에 의해 해상되지 않는 일정 폭이며, 서로 동등한 폭인 구성으로 할 수 있다.

(3) 바람직하게는, 상기 (1) 또는 (2)의 포토 마스크에 있어서, 상기 전사용 패턴은, 라인 앤드 스페이스 패턴이고, 피전사체 상에, 라인 폭 또는 스페이스 폭이 3㎛ 미만인 라인 앤드 스페이스를 형성하는 구성으로 할 수 있다.

(4) 바람직하게는, 상기 (1)의 포토 마스크에 있어서, 상기 반투광부는, 연속되는 상기 차광부에 의해 둘러싸인 영역에 있어서, 상기 차광부의 엣지에 인접하여, 노광 장치에 의해 해상되지 않는 일정 폭으로 형성된 것인 구성으로 할 수 있다.

(5) 바람직하게는, 상기 (1) 또는 (4)의 포토 마스크에 있어서, 상기 전사용 패턴은 홀 패턴이고, 피전사체 상에, 3㎛ 미만의 직경을 갖는 홀을 형성하는 것인 구성으로 한다.

(6) 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 패턴 전사 방법은, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재한 포토 마스크를 이용하고, 노광 장치를 이용하여 상기 전사용 패턴을 피전사체 상에 전사하는 것을 특징으로 한다.

(7) 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법은, 상기 (6)의 패턴 전사 방법을 이용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 포토 마스크, 패턴 전사 방법 및 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법에 따르면, 피전사체 상에, 미세 패턴을 확실히 정교하고 치밀하게 전사하는 것을 가능하게 하는 포토 마스크가 얻어진다.

도 1의 (a)는 바이너리 마스크의 라인 앤드 스페이스 패턴을 도시하는 모식도이고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 바이너리 마스크에 의한, 피전사체 상의 광 강도 커브를 나타내는 그래프이다.
도 2의 (a) 내지 (d)는 도 1의 (b)의 광 강도 커브 중, 피치 폭(P)=8 내지 5㎛의 라인 앤드 스페이스 패턴의 투과광에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 단면 형상을 각각 나타낸다. 도 2의 (e)는 도 2의 (d)와 동일 피치 폭으로, 노광 장치의 조사광량을 1.5배로 증가시켰을 때의 레지스트 패턴의 단면 형상을 나타낸다.
도 3의 (a)는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 라인 앤드 스페이스 패턴의 포토 마스크의 단면 모식도, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 부분 확대도이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 라인 앤드 스페이스 패턴의 포토 마스크의 단면 모식도, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 부분 확대도이다.
도 5의 (a) 내지 (g)는, 도 3에 도시하는 포토 마스크의 제조 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 6의 (a) 내지 (g)는, 도 4에 도시하는 포토 마스크의 제조 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 7의 (a) 내지 (f)는, 도 3에 도시하는 포토 마스크의 다른 제조 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 전사용 패턴을 라인 앤드 스페이스 패턴으로 한 포토 마스크의 비교예 1(바이너리 마스크)를 도시한다. 도 8의 (a)는 마스크 이미지를 도시한다. 도 8의 (b)는 피전사체 상에 조사되는 투과광의 광 강도 분포를 나타낸다. 도 8의 (c)는 시뮬레이션 결과인 광 강도 분포의 피크 강도, 콘트라스트, 조사광량(기준), 레지스트막 감소(기준)를 도시한다. 도 8의 (d)는 비교예 1의 바이너리 마스크에 의해 형성되는 레지스트 패턴 형상을 나타낸다.
도 9는 전사용 패턴을 라인 앤드 스페이스 패턴으로 한 포토 마스크의 참고예 1(투과 보조 마스크 1)을 도시한다. 도 9의 (a)는 마스크 이미지를 도시한다. 도 9의 (b)는 피전사체 상에 형성한 레지스트막 위에 조사되는 투과광의 광 강도 분포를 나타낸다. 도 9의 (c)는 시뮬레이션 결과인 광 강도 분포의 피크 강도, 콘트라스트, 조사광량, 레지스트막 감소를 나타낸다. 도 9의 (d)는 참고예 1의 투과 보조 마스크 1에 의해 형성되는 레지스트 패턴 형상을 나타낸다.
도 10은 전사용 패턴을 라인 앤드 스페이스 패턴으로 한 포토 마스크의 실시예 1(투과 보조 마스크 2)를 도시한다. 도 10의 (a)는 마스크 이미지를 도시한다. 도 10의 (b)는 피전사체 상에 형성한 레지스트막 위에 조사되는 투과광의 광 강도 분포를 나타낸다. 도 10의 (c)는 시뮬레이션 결과인 광 강도 분포의 피크 강도, 콘트라스트, 조사광량, 레지스트막 감소를 나타낸다. 도 10의 (d)는 실시예 1의 투과 보조 마스크 2에 의해 형성되는 레지스트 패턴 형상을 나타낸다.
도 11의 (a) 내지 (c)는 각각 전사용 패턴을 홀 패턴으로 한 포토 마스크의 비교예 2(바이너리 마스크), 참고예 2(투과 보조 마스크 3), 실시예 2(투과 보조 마스크 4)의 마스크 이미지를 도시한다. 도 11의 (d)는 시뮬레이션 평가 항목과 그 설명도이다.
도 12는 도 11의 비교예 2, 참고예 2, 실시예 2의 시뮬레이션 결과를 비교하는 것이고, 도 12의 (a)는 조사광량, 도 12의 (b)는 레지스트 경사각, 도 12의 (c)는 레지스트막 감소를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 포토 마스크는, 투명 기판 위에, 투광부와, 노광광의 일부를 투과하는 반투광막이 형성된 반투광부와, 차광성의 막이 형성된 차광부를 갖는 전사용 패턴을 구비하고 있다. 그리고, 반투광막이, 전사용 패턴의 전사에 이용하는 노광광의 대표 파장에 대해서, 2 내지 60％의 투과율과, 90° 이하의 위상 시프트 작용을 갖고, 반투광부가, 차광부의 엣지에 인접하여, 노광 장치에 의해 해상되지 않는 폭으로 형성된 것인 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명의 포토 마스크의 실시 형태를, 도 3 내지 도 7의 (단면), 도 10의 (a) 및 도 11의 (c)(평면에서 보아)에 예시한다.

<포토 마스크의 실시 형태>

도 3의 (a) 및 (b)는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 라인 앤드 스페이스 패턴 형성용의 포토 마스크(1)가 갖는 전사용 패턴에 대해, 단면 모식도 및 부분 확대도를 도시한다. 또한, 도 4의 (a) 및 (b)는, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 라인 앤드 스페이스 패턴 형성용의 포토 마스크(2)가 갖는 전사용 패턴에 대해, 단면 모식도 및 부분 확대도이다. 이들 포토 마스크(1, 2)를 평면에서 본 마스크 이미지를 도 10의 (a)에 도시한다. 또한, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 홀 패턴 형성용의 포토 마스크(3)를 평면에서 본 마스크 이미지를 도 11의 (c)에 도시한다.

또한, 본 명세서에서는, 피전사체 상에, 라인 앤드 스페이스 패턴을 형성하므로 포토 마스크가 갖는 전사 패턴에 대해서도, 라인 앤드 스페이스 패턴이라고 칭하고, 또한, 피전사체 상에 홀 패턴을 형성하므로 포토 마스크가 갖는 전사 패턴에 대해서도, 홀 패턴이라고 칭하는 것으로 한다. 여기서, 전사 패턴으로서의 라인 앤드 스페이스 패턴에서의 라인 패턴은 투광부 이외의 부분(차광부 및 반투광부)으로 하고, 스페이스 패턴은 투광부를 가리키는 것으로 한다. 또한, 전사 패턴에서의 홀 패턴은 투광부라고 한다.

이하에 설명하는 실시 형태에서는, 주로 라인 앤드 스페이스 패턴의 포토 마스크(1, 2)를 구체예로 들어 설명한다.

본 실시 형태에 따른 라인 앤드 스페이스 패턴을 갖는 포토 마스크(1, 2)는, 투명 기판(10) 위에 형성된 반투광막(20)과 차광성의 막(이하, 차광막이라고 함)(30)이 패터닝되어 형성되어 있다. 포토 마스크(1, 2)의 차이는, 반투광막(20)과 차광막(30)의 적층순이 서로 반대로 되어 있는 것이다.

우선, 본 실시 형태의 포토 마스크(1, 2)를 구성하는 투명 기판(10), 반투광막(20), 차광막(30)에 대해서 설명한다.

본 실시 형태의 포토 마스크(1, 2)를 구성하는 투명 기판(10)으로서는, 표면을 연마한 석영 글래스 기판 등이 사용된다. 투명 기판(10)의 크기는, 특별히 제한되는 것이 아니라, 포토 마스크(1, 2)를 사용하여 노광하는 기판(예를 들어, 플랫 패널 디스플레이용 기판 등)에 따라서 적절하게 선정된다. 이와 같은 투명 기판(10)으로서는, 예를 들어, 1변이 300㎜ 이상의 직사각형의 기판이 이용된다.

본 실시 형태의 포토 마스크(1, 2)는, 도 3의 (a) 및 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 반투광부(21)와 차광부(31)로 이루어지는 라인(L)과, 투광부로 이루어지는 스페이스(S)를 갖는다.

노광광을 투과하는 투광부에 있어서는, 투명 기판(10)이 노출되어 있는 것이 바람직하다. 반투광부(21)는 투명 기판(10) 위에 반투광막(20)이 형성되어 이루어지고, 이 반투광막(20)은 단층이어도 좋고, 복수층의 적층에 의해 이루어지는 것이어도 좋다. 이 반투광막(20)은, 노광광에 포함되는 대표 파장의 광에 대해서, 2 내지 60％의 투과율을 갖고, 또한, 상기 대표 파장에 대해서, 90° 이하의 위상 시프트 작용을 갖는다. 도 3의 (a)에서의 차광부는 반투광막 위에 차광막이 적층되어 이루어지고, 도 4의 (a)에서의 차광부는 차광막 위에 반투광막이 적층되어 이루어진다.

반투광막이 구비하는 광학 특성 중, 90° 이하의 위상 시프트 작용이란, 바람직하게는, 상기 노광광의 대표 파장에 대한 위상 시프트량이, 0°를 초과하고 90° 이하이다. 이 경우의 반투광부(21)는, 소위 위상 시프트 작용을 발휘시켜 콘트라스트를 향상시키는 기능을 발휘하는 것보다도, 오히려 투광부의 투과광량을 보조하는 기능을 갖는다. 따라서, 반투광막(20)은 투과 보조막이라고 생각할 수 있고, 반투광부(21)는 투과 보조부라고 생각할 수 있다.

또한, 가령 반투광막(20)의 위상 시프트량이 180°에 근접한 것이면, 반투광부(21)[즉, 도면 중의 제1 및 제2 반투광부(21A, 21B)]와 투광부의 경계에 있어서 위상 반전한 회절광이 서로 간섭하고, 본 발명의 특징 중 하나인 투과광량의 보조 기능이 오히려 저해되는 것이, 본 발명자들의 검토에 의해 발견되어 있다.

또한, 위상 시프트량이 과도하게 작은 경우에는, 반투광막(20)을 구성하는 소재의 선택이 용이하지 않는 것, 위상 시프트량이 과도하게 큰 경우는, 상기한 바와 같이 역위상의 광의 간섭이 생겨 투과광량의 보조 효과가 손상되는 것을 고려해서 반투광막(20)의 소재와 막 두께를 선택하는 것이 바람직하다. 반투광막(20)의 위상 시프트량의 범위는, 0°를 초과하고, 90° 이하[이것은 라디안 표기하면, (2n-1/2)π 내지 (2n+1/2)π(n은 정수)의 범위의 의미임]로 하고, 바람직하게는 5 내지 60°, 더욱 바람직하게는 5 내지 45°이다.

반투광막(20)의 투과율이란, 투명 기판(10)의, 상기 대표 파장에 의한 투과율을 100％로 한 경우의, 반투광막(20)의 투과율이다. 반투광막(20)의 투과율이 지나치게 작으면, 본 발명의 투과광량의 보조 기능을 충분히 발휘할 수 없고, 투과율이 지나치게 크면, 반투광막의 막 두께 제어 등, 마스크 제조의 난이도가 높게 되므로, 반투광막(20)의 투과율은 상기의 2 내지 60％의 범위로 한다. 또한, 반투광막(20)의 바람직한 투과율 범위는 10 내지 50％, 보다 바람직하게는 10 내지 35％, 더욱 바람직하게는 15 내지 30％이다.

여기서, 상기의 노광광의 대표 파장으로서는, 노광광이 복수 파장을 포함하는 경우(예를 들어, i선, h선, g선을 포함하는 광원을 사용하는 경우)에는, 이들의 파장 중 어느 하나로 할 수 있다. 예를 들어, i선을 대표 파장으로 할 수 있다. 이들의 파장 중 어느 것에 대해서도, 상기 수치 범위를 충족하는 것이 보다 바람직하다.

차광막(30)은, 반드시 노광광에 대한 완전한 차광성을 갖지 않아도 좋다. 차광부(31)를[차광막(30)만의 단층으로 또는 차광막(30)과 반투광막(20)의 적층으로] 형성하였을 때에, 이 부분의 노광광 투과율이, 반투광부(21)의 노광광 투과율보다 작으면 좋다. 적층으로 하는 경우의 차광부(31)의 바람직한 노광광 투과율에 대해서 말하면, 차광막(30)을 반투광막(20)과 적층하였을 때에, 노광광에 대한 광학 농도 OD(Optical Density)가 3 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 차광막 단독으로 OD가 3 이상이다.

또한, 차광부(31)는 차광막(30) 단독으로 형성될 수도 있지만, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 반투광막(20)과 차광막(30)의 적층으로 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 적층순에 제약은 없다.

본 실시 형태에서의 반투광부(21)가, 차광부(31)의 엣지에 인접하여 형성되어 있는 모습에 대해서, 라인 앤드 스페이스 패턴의 경우를, 도 10의 (a), 홀 패턴의 경우를 도 11의 (c)에 도시한다. 이들 도면에 도시하는 바와 같이, 어떠한 경우도, 반투광부(21)는 차광부(31)의 엣지에 인접하고 있고, 또한, 투광부에도 인접하고 있다. 즉, 반투광부(21)는 차광부(31)와 투광부 사이에 위치하고 있다. 본 실시 형태에서는, 반투광부(21)는 일정 폭으로 형성되어 있다.

이하, 라인 앤드 스페이스 패턴의 경우를 구체예로 들어, 제1 및 제2 반투광부(21A, 21B)에 대해서, 도 3, 도 4 및 도 10을 참조하면서 상술한다.

도 10의 (a)에 도시하는 제1 및 제2 반투광부(21A, 21B)는, 차광부(31)의 양측의 엣지에 각각 인접하여, 노광 장치에 의해 해상되지 않는 폭으로 형성되어 있다.

일반적으로, LCD용 노광 장치(후술)에 있어서는, 해상 한계를 3㎛ 정도로 하고 있다. 본 실시 형태의 제1 및 제2 반투광부(21A, 21B)의 폭은, 이 3㎛ 미만의 치수이다. 따라서, 노광시에 피전사체 상에 해상되지 않을 정도의 폭으로 되어 있다. 즉, 소정의 노광 조건에 의해, 전사용 패턴에 노광광을 조사하였을 때, 피전사체가 받는 투과광의 광 강도 곡선에는, 제1 및 제2 반투광부(21A, 21B)에 상당하는 부분에 있어서, 독립된(비연속인) 패턴 형상이 관측되지 않고, 투광부에 의한 광 강도의 피크와, 차광부(31)에 의한 광 강도의 보톰을 완만하게 연속되는 커브를 나타낸다. 이 상태를 도 10의 (b)에 도시한다.

여기서, 도 10의 (a)에 도시하는, 차광부(31)의 라인의 양쪽 엣지에 인접하여 형성된, 일정 폭의 제1 및 제2 반투광부(21A, 21B)는, 상기 광 강도 곡선 중에, 독립된(비연속인) 패턴으로서는 나타나지 않고, 여기서는 투광부의 피크 부분에의 광량을 보조하는 역할을 하고 있다. 이에 의해, 형성되는 레지스트 패턴의 일측면에 있어서, 잔여막량은 단조 증가, 또는 단조 감소하고 있다.

또한, 도 8 내지 도 10에 도시하는 광 강도 곡선 및 그에 의한 레지스트 패턴 형상에 대해서는, 모두 광학 시뮬레이션에 의해 얻은 것이다. 시뮬레이션 조건으로서는, 패턴 전사에 이용하는 노광 장치의 광학 조건을 고려해서 설정한다. 여기서, 패턴 전사에 이용하는 노광 장치는, 표준적인 LCD(LCD:Liquid Crystal Display)용 노광 장치라고 할 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 개구수 NA를 0.06 내지 0.10, 코히어런스 팩터σ를 0.5 내지 1.0의 범위로 할 수 있다. 이러한 노광 장치는, 일반적으로, 3㎛ 정도를 해상 한계로 하고 있다.

물론, 본 발명은, 보다 넓은 범위의 노광 장치를 이용한 패턴 전사시에 적용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 개구수 NA를 0.06 내지 0.14, 또는 0.06 내지 0.15의 범위로 할 수 있다. 개구수 NA가 0.08을 초과하는, 고해상도의 노광 장치에도 요구가 생기고 있고, 이들에도 적용할 수 있다.

이러한 노광 장치는, 광원으로서 i선, h선, g선을 포함하고, 이들을 모두 포함한 조사광(단일 광원에 대해, 브로드한 광원이므로, 이하 「브로드광」이라고도 함)을 사용할 수 있다. 이 경우, 대표 파장이란, i선, h선, g선 중 어느 것으로 해도 좋은 것은, 전술한 바와 같다. 시뮬레이션에 있어서는, 단순화를 위해 이들의 강도비를 1:1:1로 해도 좋고, 또는 실제로 사용하는 노광 장치의 강도비를 고려한 비율로 해도 좋다.

도 10으로 되돌아가, 본 발명의 포토 마스크의 바람직한 실시 형태로서는, 반투광부(21)는 차광부(31)의 대향하는 엣지에 각각 인접하여 형성된 제1 반투광부(21A) 및 제2 반투광부(21B)를 갖는다. 그리고, 제1 반투광부(21A)와 제2 반투광부(21B)의 폭은, 각각 노광 장치에 의해 해상되지 않는 일정 폭이며, 서로 동등한 폭으로 할 수 있다.

이와 같은 포토 마스크는, 예를 들어, 도 3의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이,

투명 기판(10) 위에 적층된 반투광막(20)과 차광막(30)이 각각 패터닝되어 형성된, 투광부(도면 중의 부호 S를 참조), 반투광부(20), 차광부(30)를 포함하는 전사용 패턴을 구비하고 있고,

투광부는 투명 기판(10)이 노출되고,

차광부(31)는 투명 기판(10) 위에 있어서, 반투광막(20) 위에 차광막(30)이 적층되어 형성되고,

반투광부(21)는 투명 기판(10) 위에, 반투광막(20)이 형성되어 이루어지고,

반투광부(21)는 차광부(31)의 제1 엣지에 인접하여 형성된 제1 반투광부(21A)와, 차광부(31)의 제1 엣지에 대향하는 제2 엣지에 인접하여 형성된 제2 반투광부(21B)를 포함하고,

제1 및 제2 반투광부(21A, 21B)는 각각 노광 장치에 의해 해상되지 않는 일정 폭이며, 서로 동등한 폭을 갖고 있다.

상기의 포토 마스크(1)는, 이하와 같이 표현할 수도 있다.

투명 기판(10) 위의 반투광막(20) 및 차광막(30)이 각각 패터닝되어 형성된, 투광부, 반투광부(20), 차광부(30)를 포함하는 전사용 패턴을 구비한 포토 마스크(1)로서,

투광부는 투명 기판(10)이 노출되고,

반투광부(21)는 투명 기판(10) 위에 반투광막(20)이 형성되어 이루어지고,

반투광부(21)는 투광부의 제1 엣지에 인접하여 형성된 제1 반투광부(21A)와, 투광부의 제1 엣지에 대향하는 제2 엣지에 인접하여 형성된 제2 반투광부(21B)를 포함하고,

즉, 제1 및 제2 반투광부(21A, 21B)는 차광부(31)의 엣지에 인접함과 함께, 투광부의 엣지에 인접하고 있다.

제1 반투광부(21A), 제2 반투광부(21B)는 차광부(31)를 중심에 대칭으로 대향하여 형성되고, 서로 동등한 폭이다. 여기서, 서로 동등한 폭이란, 제1 반투광부(21A)의 선 폭에 대한, 제2 반투광부(21B)의 선 폭의 차이가 0.1㎛ 이내인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.05㎛ 이내이다. 또한, 당해 포토 마스크(1)가 구비하는 전사용 패턴의 전체에 있어서, 반투광부(21)의 선 폭 정밀도를, 상기 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 투광부에 부여하는 투과광량의 보조 작용이 대칭으로 되고, 피전사체 상에 형성되는 패턴의 선 폭 정밀도를 정교하고 치밀하게 제어할 수 있다.

여기서, 본 발명의 포토 마스크에 있어서는, 투광부의 폭이 3㎛ 이하로 되었을 때에, 하기의 이유에 의해 본 발명의 투과광량의 보조 효과가 현저하다. 투광부의 치수(폭)가 작아지면, 회절의 영향이 커짐과 함께, 투광부를 투과하는 광 강도 곡선의 피크가 내려가므로, 레지스트막에 도달하여 레지스트를 감광시키기 위해서는, 광량 부족이 되기 쉽다. 이와 같은 현상에 대해서, 본 발명의 포토 마스크는 문제점을 해소시키기 때문이다. 투광부의 폭이 2㎛ 이하인 경우에, 상기 투과광량의 보조 효과가 더 크다.

후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 반투광부는, 그 반투광부가 차광부의 일부이었던 경우(바이너리 마스크이었던 경우)에 비교하여, 투광부를 투과하는 광 강도 곡선의 피크를 상승시키는 기능을 갖는다. 이로 인해, 본 발명의 포토 마스크는 피전사체 상에, 3㎛ 미만의 스페이스 패턴을 형성할 때에, 특히 유리하다.

또한, 상기와 같은 투광부에 대해서, 투과광량의 보조 기능을 갖는 반투광부의 폭이 지나치게 크면, 형성되는 레지스트 패턴의 측면 형상의 쓰러짐이 현저해지기 쉬우므로, 1㎛ 이하인 것이 바람직하다. 반투광부의 폭의 바람직한 범위로서는, 0.1 내지 1㎛이다. 본 실시 형태와 같이 차광부(31)의 대향하는 엣지에 인접하여, 각각 제1 반투광부(21A), 제2 반투광부(21B)가 형성되는 경우에는, 제1 반투광부(21A)와 상기 제2 반투광부(21B)의 폭이, 모두 1㎛ 이하(O.1 내지 1㎛)인 것이 바람직하다.

도 3 및 도 4는, 모두 라인 앤드 스페이스 패턴을 전사용 패턴으로 한 경우의 예이지만, 본 발명의 포토 마스크에서의 전사용 패턴의 형상이나 용도에 제약은 없다. 라인 앤드 스페이스 패턴으로 해도 좋고, 또는 도 11의 (c)에 도시하는 바와 같은 홀 패턴에 적용해도 좋다. 홀 패턴의 경우에서도, 반투광부의 폭은, 상기와 마찬가지로 설정할 수 있다. 또한, 본 발명은, 본 명세서 및 도면에 예시한 패턴 이외의 전사용 패턴에 이용해도 좋다.

또한, 본 발명의 포토 마스크는, 그 적층 구조에도 자유도가 있고, 도 3에 도시하는 바와 같이, 반투광막(20) 위에 차광막(30)을 적층시킨 차광부(31)를 가져도 좋고, 또는 도 4에 도시하는 바와 같이, 차광막(30) 위에 반투광막(20)을 적층시킨 차광부(31)를 가져도 좋다. 이들은, 이하에 설명하는 본 실시 형태의 포토 마스크의 제조 방법에 관계된다.

또한, 본 발명의 포토 마스크는, 피전사체 상에 형성되는 전사상이 2계조가 되는 용도로 유리하게 사용된다. 즉, 소위 다단계의 레지스트 잔여막값을 얻고자 하는, 3계조 이상의 다계조 포토 마스크와는 다른 기능을 갖는다.

<포토 마스크의 제조 방법의 실시 형태>

다음에, 본 발명의 포토 마스크의 제조 방법의 실시 형태에 대해서, 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하면서 설명한다.

[제조 방법 1]

도 5의 (a) 내지 (g)를 따라서, 상술한 도 3에 도시하는 포토 마스크(1)의 제조 공정(제조 방법 1)을 설명한다.

우선, 도 5의 (a)에 도시하는 포토 마스크 블랭크를 준비한다. 이 포토 마스크 블랭크는 투명 기판(10) 위에 반투광막(20)과 차광막(30)을 이 순서대로 형성하고, 또한 차광막(30) 위에 포지티브형 포토 레지스트막(40)을 형성한 것이다.

그리고, 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 도시하지 않은 묘화기를 사용하고, 도 3에 도시하는 차광부(31)를 형성하기 위한 패턴을 포토 레지스트막(40)에 묘화한다.

계속해서, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 포토 레지스트막(40)을 현상하고, 레지스트 패턴(41)을 형성한다.

또한, 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이, 상기의 1회째의 현상 공정을 거쳐서 형성된 레지스트 패턴(41)을 마스크로 하여, 차광막(30)을 에칭한다. 이에 의해, 차광부(31)가 형성된다. 또한, 차광막(30)의 에칭은 드라이 에칭이어도 웨트 에칭이어도 좋다. 에천트는 공지의 것을 사용할 수 있다.

계속해서, 도 5의 (c)에 도시하는 레지스트 패턴(41)을 박리한 후, 도 5의 (d)에 도시하는 바와 같이, 차광부(31)가 형성된 반투광막(20)의 전체면에, 다시, 포토 레지스트막(50)을 형성하고, 묘화기에 의해서 도 3에 도시하는 반투광부(21)를 형성하기 위한 패턴을 묘화한다.

그리고, 도 5의 (e)에 도시하는 바와 같이, 포토 레지스트막(50)을 현상하여 레지스트 패턴(51)을 형성한다.

다음에, 도 5의 (f)에 도시하는 바와 같이, 상기의 2회째의 현상 공정을 거쳐서 형성된 레지스트 패턴(51)을 마스크로 하여, 반투광막(20)을 에칭하고, 반투광부(21)를 형성한다. 상기와 마찬가지로, 반투광막(20)의 에칭도, 드라이 또는 웨트 에칭을, 공지의 에천트를 사용하여 행할 수 있다.

그 후, 도 5의 (f)에 도시하는 레지스트 패턴(51)을 박리함으로써, 도 5의 (g)에 도시하는 구성의 포토 마스크(1)가 완성된다.

[제조 방법 1의 변경예]

상술한 제조 방법 1에 있어서, 하기 i) 내지 vi)과 같이 변경해도 좋다.

i) 상기 도 5의 (a)에서 설명한 것과 마찬가지인 포토 마스크 블랭크를 준비하고, 반투광부(21)를 형성하기 위한 패턴을 포토 레지스트막에 묘화한다.

ii) 상기 i)의 포토 레지스트막을 현상하고, 레지스트 패턴을 형성한다.

iii) 상기 ii)에서 형성된 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 차광막을 에칭하고, 계속해서 반투광막을 에칭한다.

iv) 레지스트 패턴을 박리하고, 다시, 전체면에 포토 레지스트막을 형성하고, 차광부를 형성하기 위한 패턴을 묘화한다.

v) 상기 iv)의 포토 레지스트막을 현상하고, 레지스트 패턴을 형성한다.

vi) 상기 v)의 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 차광막을 에칭한다. 이에 의해, 소정의 폭의 차광부가 형성되고, 도 5의 (g)에 도시하는 구성의 포토 마스크(1)가 완성된다.

또한, 본 발명의 포토 마스크의 기능을 상실하지 않는 한에 있어서, 반투광막, 차광막 외에 다른 막이 형성되는 경우를 배제하지 않는다. 예를 들어, 반투광막과 차광막의 에칭 선택성이 충분하지 않은 경우, 즉, 상층막의 에천트에 대해서, 하층막이 충분한 내성을 갖지 않는 경우에는, 하층막과 상층막 사이에 에칭 스토퍼층을 형성해도 상관없다. 바람직하게는, 차광막과 반투광막은 각각의 에칭 선택성을 갖는 막 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

[제조 방법 2]

도 6의 (a) 내지 (g)를 따라서, 상술한 도 4에 도시하는 포토 마스크(2)의 제조 공정(제조 방법 2)을 설명한다.

우선, 도 6의 (a)에 도시하는 포토 마스크 블랭크를 준비한다. 이것은, 투명 기판(10) 위에 차광막(30)을 성막하고, 또한 차광막(30) 위에 포토 레지스트막(40)을 형성한 것이다.

그리고, 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 도시하지 않은 묘화기를 사용하고, 도 4에 도시하는 차광부(31)를 형성하기 위한 패턴을 포토 레지스트막(40)에 묘화한다.

이어서, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 상기의 1회째의 묘화 공정을 거친 포토 레지스트막(40)을 현상하고, 레지스트 패턴(41)을 형성한다.

계속해서, 도 6의 (c)에 도시하는 바와 같이, 레지스트 패턴(41)을 마스크로 하여, 차광막(30)을 에칭한다. 이에 의해, 투명 기판(10) 위에 차광부(31)가 형성된다.

그 후, 도 6의 (c)에 도시하는 레지스트 패턴(41)을 박리한 후, 도 6의 (d)에 도시하는 바와 같이, 상기의 차광막의 에칭 공정을 거쳐서 형성된 차광부(31)를 포함하는 투명 기판(10)의 전체면에, 반투광막(20)을 성막한다.

다음에, 도 6의 (e)에 도시하는 바와 같이, 반투광막(20) 위에 다시 포토 레지스트막(50)을 형성한 후, 도 4에 도시하는 반투광부(21)를 형성하기 위한 패턴을 포토 레지스트막(50)에 묘화한다.

그리고, 도 6의 (f)에 도시하는 바와 같이, 상기의 2회째의 묘화 공정을 거친 포토 레지스트막(50)을 현상하고, 레지스트 패턴(51)을 형성한다. 그 후, 이 레지스트 패턴(51)을 마스크로 하여, 반투광막(20)을 에칭한다. 이에 의해, 반투광부(21)[도 6의 (g)]가 형성된다.

그 후, 도 6의 (f)에 도시하는 레지스트 패턴(51)을 박리함으로써, 도 6의 (g)에 도시하는 구성의 포토 마스크(2)가 완성된다.

상술한 제조 방법 2의 경우에는, 반투광막(20)과 차광막(30) 사이에, 특히 에칭 선택성은 필요가 없으므로, 재료 선택의 자유도가 넓다고 하는 이점이 있다.

[제조 방법 3]

도 7의 (a) 내지 (f)를 따라서, 도 3에 도시하는 포토 마스크(1)의 다른 제조 공정 3을 설명한다.

우선, 도 7의 (a)에 도시하는 포토 마스크 블랭크를 준비한다. 여기서는, 투명 기판(10) 위에 반투광막(20)과 차광막(30)을 이 순서대로 형성하고, 또한 차광막(30) 위에 포토 레지스트막(60)을 형성한 것으로 한다.

그리고, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 도시하지 않은 묘화기를 사용하고, 도 3에 도시하는 반투광부(21)를 형성하기 위한 패턴을 포토 레지스트막(60)에 묘화한다.

다음에, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 상기의 묘화 공정을 거친 포토 레지스트막(60)을 현상하고, 레지스트 패턴(61)을 형성한다.

그리고, 도 7의 (c)에 도시하는 바와 같이, 상기 레지스트 패턴(61)을 마스크로 하여, 차광막용 에천트로 차광막(30)을 에칭한다.

도 7의 (d)에 도시하는 바와 같이, 계속해서, 반투광막용 에천트로 반투광막(20)을 에칭한다. 이에 의해, 소정 폭의 반투광부(21)가 형성된다.

다음에, 도 7의 (e)에 도시하는 바와 같이, 상기 레지스트 패턴(61)을 마스크로 하여, 차광막용 웨트 에천트로 차광막(30)을 사이드 에칭한다. 이에 의해, 소정 폭의 차광부(31)가 형성된다.

그 후, 도 7의 (e)에 도시하는 레지스트 패턴(61)을 박리함으로써, 도 7의 (f)에 도시하는 구성의 포토 마스크(1)가 완성된다.

상술한 제조 방법 3의 경우에는, 반투광막(20)과 차광막(30)은, 서로 에칭 선택성이 있는 재료를 사용한다. 또한, 도 7의 (e)에 도시하는 2회째의 차광막의 에칭 공정에서는, 등방성 에칭에 의한 사이드 에칭을 이용하므로, 웨트 에칭을 적용하는 것이 적절하다.

상술한 제조 방법 1 내지 3에서는, 제조 방법 3을 사용할 때에, 반투광부(21)의 선 폭 정밀도가 가장 높게 얻어지므로, 바람직한 방법이다. 이 제조 방법 3에 따르면, 묘화 공정을 1회로 할 수 있으므로, 2회의 묘화를 필요로 하는 제조 방법 1 및 2에 비해, 얼라인먼트 어긋남에 의한 패턴 정밀도의 열화를 피할 수 있다.

<포토 마스크를 이용한 패턴 전사 방법>

본 발명은 또한, 상술한 본 발명의 포토 마스크를 이용한 패턴 전사 방법을 포함한다. 즉, 상술한 바와 같이 본 발명의 포토 마스크는, 투과광량의 보조 효과를 갖는다. 따라서, 본 발명의 포토 마스크를 이용하여 전사용 패턴을 피전사체 상에 전사하면, 노광 장치의 조사광량을 증가시키지 않고(혹은 감소시키면서) 미세 패턴을 전사하는 것이 가능하고, 에너지 절약, 혹은 노광 시간의 단축, 생산 효율의 향상에 현저한 장점을 초래한다.

예를 들어, 본 발명의 포토 마스크는, 피전사체 상에, 라인 폭 및/또는 스페이스 폭이 3㎛ 미만인 라인 앤드 스페이스를 형성하는 것에 사용하면 유용하다. 예를 들어, 액정 표시 장치의 투명 전극 패턴 등, 플랫 패널 디스플레이의 영역에서, 다양한 용도로 사용된다. 이와 같은 라인 앤드 스페이스 패턴의 형성은, 선 폭이 3㎛ 미만으로 되면 난이도가 높으므로, 본 발명의 효과가 현저하다.

또한, 본 발명의 포토 마스크는, 홀 형성용의 전사용 패턴을 갖는 것으로 할 수 있다. 이 경우에는, 직경이 3㎛ 미만인 홀을 형성하는 패턴으로서 유용하다. 예를 들어, 박막 트랜지스터(TFT:Thin Film Transistor)의 콘택트 홀 등에 이용될 수 있다.

본 발명의 포토 마스크에 있어서, 반투광막의 재료로서는, Cr 화합물(Cr의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화질화물, 산화질화탄화물 등), Si 화합물(SiO₂, SOG), 금속 실리사이드 화합물(TaSi, MoSi, WSi 또는 그들의 질화물, 산질화물 등) 등을 예로 들 수 있다.

차광막의 재료로서는, Cr 또는 Cr 화합물(Cr의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화질화물, 산화질화탄화물 등) 외에, Ta, W 또는 그들의 화합물(상기 금속 실리사이드를 포함함) 등을 예로 들 수 있다.

차광막과 반투광막 사이에 에칭 선택성이 필요한 경우에는, 차광막에 Cr 또는 Cr 화합물을 이용하고, 반투광막에 Si 화합물 또는 금속 실리사이드 화합물을 이용하면 된다. 혹은, 반대로 반투광막에 Cr 화합물을 이용하고, 차광막에 금속 실리사이드 화합물을 이용해도 좋다.

<실시예 1>

이하, 전사용 패턴을 라인 앤드 스페이스 패턴으로 한 포토 마스크의 비교예 1, 참고예 1, 실시예 1에 대해서, 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한다.

[비교예 1]

도 8은, 차광막(OD3 이상)을 패터닝하여 형성한 라인 앤드 스페이스 패턴을 전사 패턴으로 한 포토 마스크(바이너리 마스크)의 비교예 1을 도시한다. 여기서, 도 8의 (a)는, 본 비교예 1에 이용한 전사용 패턴을 도시한다. 도 8의 (b)는, 이 전사용 패턴에 노광하였을 때, 피전사체 상에 형성한 레지스트막 위에 조사되는 투과광의 광 강도 분포를 나타낸다. 도 8의 (c)는, 본 시뮬레이션에 의해 얻어진, 각 평가 항목값을 나타낸다. 도 8의 (d)는, 비교예 1의 바이너리 마스크에 의해 형성되는 레지스트 패턴 형상을 나타낸다.

도 8의 (a)에 있어서, 비교예 1의 바이너리 마스크는, 도시하지 않은 투명 기판 위에 투광부와 차광부(31)로 이루어지는 라인 앤드 스페이스 패턴을, 전사용 패턴으로 하는 포토 마스크이다. 비교예 1에서는, 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭(P)를 7㎛[라인 폭(ML)=3.5㎛, 스페이스 폭(MS)=3.5㎛]로 설정하고 있다.

여기서 적용한 시뮬레이션 광학 조건은, 노광 장치의 개구수 NA는 0.085, 코히어런스 팩터σ는 0.9, 조사광원의 강도는 i선, h선, g선을 포함하는 브로드광이고, 강도비는 g선:h선:i선=1:0.8:0.95로 하였다. 레지스트로서는 노볼락계의 포지티브형을 사용하고, 초기 막 두께를 1.5㎛로 하였다.

또한, 평가 항목으로서의 콘트라스트(Contrast)는, 도 8의 (b)에 있어서, 극대값을 Imax, 극소값을 Imin으로 하였을 때,

Contrast=(Imax-Imin)/(Imax+Imin)

으로 하였다.

또한, 이들은 이하에 서술하는 투과 보조 마스크 1(참고예 1, 도 9) 및 투과 보조 마스크 2(실시예 1, 도 10)에 있어서도, 공통적으로 적용하였다.

여기서는, 피전사체 상에, 라인 폭 2.9㎛[피치 폭(P)은 7㎛]의 라인 앤드 스페이스 패턴을 형성하기 위해 필요한 조사광량을 조사광량(Eop)으로서, 비교예 1(바이너리 마스크)에서의 조사광량을 기준으로 하고, 참고예 1, 실시예 1를 평가하였다. 또한 레지스트막 감소의 항목에 대해서는, 피전사체 상에 형성한 레지스트막 두께(초기 막 두께 1.5㎛)에 대한 감막량을 의미하고, 상기한 바와 마찬가지로 비교예 1을 기준으로 하여, 참고예 1, 실시예 1를 평가하고 있다.

우선, 비교예 1(바이너리 마스크)의 시뮬레이션 결과를, 도 8의 (b), (c) 및 (d)에 의해 설명한다. 비교예 1의 바이너리 마스크의 전사용 패턴을 투과한 투과광은, 피전사체 상에 형성한 레지스트막 위에 조사되고, 이 레지스트막 위에서 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같은 광 강도 분포가 형성된다. 이와 같은 광 강도 분포에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 형상은, 도 8의 (d)에 도시하게 된다.

또한, 도 8의 (c)에 도시하는 바와 같이, 비교예 1의 광 강도 분포의 피크 강도(Peak Intensity)는 0.82, 콘트라스트는 0.92이었다.

[참고예 1]

도 9는, 반투광막을 패터닝하여 형성한, 라인 앤드 스페이스 패턴을 전사용 패턴으로 한 포토 마스크의 참고예 1(투과 보조 마스크 1)을 도시하는 것이다. 상기 비교예 1과 마찬가지로, 도 9의 (a)는, 전사용 패턴을 도시하고, 도 9의 (b)는, 피전사체 상에 형성한 레지스트막 위에 조사되는 투과광의 광 강도 분포를 나타내고, 도 9의 (c)는, 본 시뮬레이션에 의한, 각 평가 항목값을 나타낸다. 도 9의 (d)는, 참고예 1의 투과 보조 마스크 1에 의해 형성되는 레지스트 패턴 형상을 나타낸다.

도 9의 (a)에 있어서, 참고예 1의 투과 보조 마스크 1은, 도시하지 않은 투명 기판 위에 투광부와 반투광부(21)로 이루어지는 라인 앤드 스페이스 패턴을, 전사용 패턴으로 하는 포토 마스크이다. 참고예 1의 반투광부(21)를 형성하는 반투광막은, 대표 파장 i선에 대한 노광광 투과율이 8％이고, 위상 시프트량이 45°로 되어 있다. 참고예 1의 라인 앤드 스페이스 패턴의 피치 폭(P)은, 상기 비교예 1과 동일하다. 참고예 1의 시뮬레이션 광학 조건도, 상기 비교예 1과 동일하다.

참고예 1의 시뮬레이션 결과를, 도 9의 (b), (c) 및 (d)에 도시한다. 참고예 1의 투과 보조 마스크 1의 전사용 패턴을 투과한 투과광은 피전사체 상에 형성한 레지스트막 위에 조사되고, 이 레지스트막 위에서 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같은 광 강도 분포가 형성된다. 이와 같은 광 강도 분포에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 형상은, 도 9의 (d)에 도시하게 된다.

도 9의 (c)에 도시하는 바와 같이, 참고예 1의 투과 보조 마스크 1에서는, 상기 비교예 1에 비해 조사광량(DOSE량 Eop)을 약 25％ 줄일 수 있었다. 즉, 노광 장치에 의한 주사 노광의 시간을 25％ 단축하는 것이 가능해졌다.

그 한편, 피전사체가 받는 노광광의 광 강도 분포에 있어서는, 콘트라스트가 0.74이고, 상기 비교예 1에 비해 약간 작아졌다. 이에 수반하여, 형성되는 레지스트 패턴의 형상[도 9의 (d)를 참조]은, 그 측면의 경사각(수평면에 대해서 90°를 최대로 하였을 때의 경사각)이, 상기 비교예 1에 비해 작아졌다. 이것은, 피전사체의 가공 프로세스에 있어서, 공정 변동에 유래하는, 선 폭의 변동이 커지는 것을 의미한다.

[실시예 1]

도 10은, 본 발명에 따른 전사용 패턴을 갖는 포토 마스크의 실시예 1(투과 보조 마스크 2)을 도시한다. 상기 비교예 1과 마찬가지로, 도 10의 (a)는, 전사용 패턴을 도시하고, 도 10의 (b)는, 피전사체 상에 형성한 레지스트막 위에 조사되는 투과광의 광 강도 분포를 나타내고, 도 10의 (c)는, 본 시뮬레이션에 의한, 각 평가 항목을 도시한다. 도 10의 (d)는, 실시예 1의 투과 보조 마스크 2에 의해 형성되는 레지스트 패턴 형상을 나타낸다.

도 10의 (a)에 있어서, 실시예 1의 투과 보조 마스크 2는, 상술한 본 발명에 따른 라인 앤드 스페이스 패턴을 전사용 패턴으로서 갖는 포토 마스크이다. 이 투과 보조 마스크 2는, 상기 비교예 1과 동일한 피치 폭(P)이지만, 그 라인 패턴은, 차광부(31)의 양측 엣지에 인접하여 제1 및 제2 반투광부(21A, 21B)(투과율 20％, 위상차 45°의 반투광막에 의한)를 형성한 구성으로 하고 있다. 투과 보조 마스크 2의 라인 패턴은, 1.5㎛의 차광부(31)의 양측 엣지에 인접하여, 각각 1.0㎛의 제1 및 제2 반투광부(21A, 21B)를 형성한 구성으로 되어 있다. 이와 같은 실시예 1의 시뮬레이션 광학 조건은, 상기 비교예 1과 동일하다.

실시예 1의 시뮬레이션 결과를, 도 10의 (b), (c) 및 (d)에 도시한다. 실시예 1의 투과 보조 마스크 2의 전사용 패턴을 투과한 투과광은, 피전사체 상에 형성한 레지스트막 위에 조사되고, 이 레지스트막 위에서 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같은 광 강도 분포가 형성된다. 이와 같은 광 강도 분포에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 형상은, 도 10의 (d)에 도시하게 된다.

도 10의 (c)에 도시하는 바와 같이, 실시예 1의 투과 보조 마스크 2에서는, 상기 참고예 1과 마찬가지로, 레지스트 패턴을 형성하는 데 필요한 조사광량(DOSE량 Eop)을, 상기 비교예 1과 비교하여 약 26％ 삭감할 수 있었다. 또한, 실시예 1의 투과 보조 마스크 2에서는, 상기 비교예 1에 비해, 광 강도 분포에서의 콘트라스트의 저하는 거의 보이지 않는다.

여기서, 도 10의 (d)에 도시하는 바와 같이, 실시예 1의 투과 보조 마스크 2에서는, 상기 참고예 1과 비교하여, 레지스트 패턴 측면의 경사각이 보다 커져 향상되어 있다. 레지스트 패턴의 측면의 경사각이 개선되는 것은, 이 레지스트 패턴을 마스크로서 행해지는, 피전사체의 에칭 공정의 안정성에 크게 기여한다. 이것은, 에칭 시간이나 에칭 속도의 변동에 기인하고, 에칭에 의해 형성되는 패턴 선 폭의 변동이 작아지기 때문이다.

또한, 실시예 1의 포토 마스크와 동일 디자인의 전사용 패턴을 갖는 포토 마스크로서 투과 보조 패턴이 없는, 상기 비교예 1의 바이너리 마스크에 비해, 실시예 1에서는, 약 26％의 조사광량의 삭감 효과가 나타나 있다. 이와 같은 조사광량의 삭감 효과에 의해, 본 발명의 포토 마스크는, 그 반투광막에 의한 투과 보조 패턴 부분을 차광막으로 치환하여 차광부와 일체로 형성한 경우의 포토 마스크(종래의 바이너리 마스크)와 비교하여, 10％ 이상 적은 조사광량으로 노광하는 포토 마스크로 할 수 있다. 보다 바람직하게는, 20％ 이상 적은 조사광량으로 노광하는 포토 마스크로 할 수 있다.

상술한 실시예 1의 시뮬레이션 결과에 의해, 본 발명의 포토 마스크의 작용 효과는, 이하와 같이 설명할 수 있다. 즉, 본 발명의 포토 마스크는 차광부의 엣지 부근에, 투광부의 투과광량을 보조하기 위한 기능을 갖는, 투과 보조 패턴을 형성하고 있다. 이 구성에 의해, 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같은, 포토 마스크를 투과한 투과광의 광 강도 곡선에 있어서, 투광부의 중심에 대응하는 곡선의 피크 위치의 투과량을 충분히 높은 값으로 할 수 있고, 게다가, 차광부의 중심에 대응하는 곡선의 보톰 위치가 올라가는 것을 억제하고 있다. 이로 인해, 광 강도 곡선의 경사가 커지고, 결과적으로, 도 10의 (d)에 도시하는 바와 같은, 피전사체 상에 형성되는 레지스트 패턴의 측면 형상의 경사각을 크게 할 수 있다(포토 마스크면에 대해서, 보다 수직에 근접함). 이와 같은 레지스트 패턴 형상의 양호화는, 패턴 프로파일의 향상으로서, 인식되는 것인 것은 물론이다.

<실시예 2>

이하, 전사용 패턴을 홀 패턴으로 한 포토 마스크의 비교예 2, 참고예 2, 실시예 2에 대해서, 행한 시뮬레이션에 대해, 도 11 및 도 12를 참조하면서 설명한다.

<비교예 2, 참고예 2, 실시예 2의 각 포토 마스크의 구성>

우선, 비교예 2, 참고예 2, 실시예 2의 각 포토 마스크의 구성에 대해서, 도 11의 (a) 내지 (c)를 참조하면서 설명한다. 도 11의 (a) 내지 (c)는, 각각 전사용 패턴을 홀 패턴으로 한 포토 마스크의 비교예 2(바이너리 마스크), 참고예 2(투과 보조 마스크 3), 실시예 2(투과 보조 마스크 4)의 마스크 이미지를 나타내는 것이다.

도 11의 (a)에 있어서, 비교예 2의 포토 마스크는, 도시하지 않은 투명 기판 위에 차광막(OD3 이상)으로 이루어지는 차광부(31)를 형성하고, 이 차광부(31)의 중앙에, 투광부인 정사각형의 홀(H)을 형성한 바이너리 마스크(도면 중의 부호 3)이다.

도 11의 (b)에 있어서, 참고예 2의 포토 마스크는, 상기 비교예 2와 동일 디자인의 전사용 패턴이고, 상기 비교예 2의 차광부(31)를, 반투광막으로 이루어지는 반투광부(21)로 치환한 투과 보조 마스크 3(도면 중의 부호 4)이다. 이 반투광막은, 대표 파장 i선에 대한 노광광 투과율이 7％, 위상 시프트량이 45°로 되어 있다.

도 11의 (c)에 있어서, 본 발명의 실시예 2에 따른 포토 마스크는, 차광막 패턴의 중앙에, 일정 폭의 반투광막 패턴을 갖고, 이 반투광막 패턴에 의해 투광부가 둘러싸여 있는 홀 패턴을 갖는다. 즉, 연속되는 차광부(31)에 의해 둘러싸인 영역에 있어서, 당해 차광부(31)의 엣지에 인접하여 일정 폭의 반투광부(21)를 형성한 투과 보조 마스크 4(도면 중의 부호 5)이다. 실시예 2에서의 반투광부(21)의 노광광 투과율에 대해서는, 다음에 서술한다.

상술한 비교예 2, 참고예 2, 실시예 2의 각 포토 마스크의 구성으로, 홀(H)의 치수를 1변 4.0㎛, 2.5㎛, 2.0㎛의 정사각형으로 제작한, 3종류의 샘플을 준비하였다. 또한, 본 발명의 실시예 2에서는, 3종류의 샘플의 반투광부(21)의 폭을 모두 0.5㎛로 하였다.

또한, 실시예 2에 있어서, 홀(H)의 치수가 1변 4.0㎛ 및 2.5㎛의 샘플에 대해서는, 그 반투광부(21)에 사용한 반투광막의 대표 파장 i선에 대한 노광광 투과율을 30％로 하고, 홀(H)의 치수가 1변 2.0㎛의 샘플에 대해서는, 그 반투광막의 대표 파장 i선에 대한 노광광 투과율을 35％로 하였다. 이 조건일 때, 후술하는 도 12에 도시되는 바와 같이 참고예 2와 실시예 2의 조사광량(Eop)이 거의 일치한다.

또한, 참고예 2, 실시예 2에 있어서 사용한 반투광막의 위상 시프트량은, 대표 파장 i선에 대해서 45°이다.

또한, 본 광학 시뮬레이션 결과를 나타내는 도 12의 그래프 중에는, 비교예 2, 참고예 2, 실시예 2의 각각의 평가에 3개의 플롯이 도시되어 있지만, 이 3개의 플롯은, 상기 3종류의 샘플에 각각 대응하는 것이다.

<시뮬레이션 조건, 평가 항목>

비교예 2, 참고예 2, 실시예 2의 홀 패턴을 갖는 포토 마스크를 각각, 노광 장치에 의해 노광하였을 때의 광학 시뮬레이션을 행하였다. 광학 시뮬레이션 조건은, 노광 장치의 개구수 NA를 0.085, 코히어런스 팩터σ를 0.9로 하고, 조사광원의 강도는 i선, h선, g선을 포함하는 브로드광으로 하고, 그 강도비가 g선:h선:i선=1:1:1로 하였다. 본 광학 시뮬레이션에서는, 도 11의 (d)에 도시하는 평가 항목 A 내지 C를 평가하였다. 이하, 평가 항목 A 내지 C에 대해서 설명한다.

<<A:조사광량[DOSE량(Eop)]>>

도 11의 (d)의 설명도는, 홀 패턴을 갖는 포토 마스크에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 단면 형상을 나타낸다. 도면 중의 흑색 부분이 에칭 마스크가 되는 레지스트 패턴이고, 그 사이의 백색 부분이 홀(H)에 대응하는 레지스트 패턴상의 제거 패턴이다.

또한, 여기서는, 조사광량[DOSE량(Eop)]은 포토 마스크의 홀(H)의 투광부 폭(CD)과, 홀(H)을 투과한 노광광에 의해 형성되는 레지스트 패턴상의 제거 패턴 폭이 동등하게 되기 위해 필요한 조사광량으로서, 평가하였다.

조사광량(Eop)의 수치가 작을수록, 생산 효율이 높거나, 또는 에너지 절약이 된다.

<<B:레지스트 경사각>>

본 광학 시뮬레이션에서의 레지스트 경사각은, 도 11의 (d)의 설명도에 도시하는 흑색의 레지스트 패턴의, 홀 부분(제거 패턴)과의 경계부의 경사각이다. 이 레지스트 경사각은, 피전사체를 수평으로 재치하였을 때, 피전사체의 면에 대해서 수직인 경우의 경사각(90°)을 최대로서 표현한다. 레지스트 경사각은 클수록 바람직하다. 레지스트 경사각이 클수록, 이 레지스트 패턴을 에칭 마스크로서 사용하는 경우의 직경이나 폭의 변동을 작게 억제된다.

<<C:레지스트막 감소>>

레지스트막의 초기 막 두께(1.5㎛)에 대한 감막량을 나타낸다. 도 11의 (d)의 설명도에 도시하는 흑색의 레지스트 패턴의 레지스트막 감소는, 작을수록 바람직하다. 레지스트막 감소는, 특히 드라이 에칭에 있어서 심각하게 될 수 있다.

<시뮬레이션 결과>

비교예 2, 참고예 2, 실시예 2의 각 포토 마스크에 대해서, 상기 평가 항목 A 내지 C의 시뮬레이션 결과를 도 12에 나타낸다. 도 12의 (a)는 조사광량, 도 12의 (b)는 레지스트 경사각, 도 12의 (c)는 레지스트막 감소를 나타낸다.

도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이, 조사광량은, 비교예 2가 가장 크고, 참고예 2와 실시예 2가 동등 레벨이다. 상술한 실시예 1의 시뮬레이션 결과와 마찬가지로, 본 발명의 포토 마스크는 홀 패턴의 형태를 채용한 경우라도, 비교예 2의 바이너리 마스크에 비해 조사광량의 삭감 효과가 현저하게 인정된다.

도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이, 레지스트 경사각은, 비교예 2의 바이너리 마스크가 가장 크지만, 실시예 2의 레지스트 경사각은, 이 바이너리 마스크에 비해 거의 열화되어 있지 않다.

도 12의 (c)에 나타내는 바와 같이, 실시예 2는, 비교예 2의 바이너리 마스크와 동등하게, 레지스트막 감소가 거의 생기지 않는다(실시예 2의 값과 비교예 2의 값이 거의 겹쳐서 플롯되어 있다).

이상의 평가 항목 A 내지 C를 종합 평가로서, 본 발명의 포토 마스크는 노광에 필요한 조사광량을 절감하고, 게다가, 에칭 마스크로서 우수한 형상의 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이것은, 차광부의 엣지에 인접하여 형성한 반투광부가, 투광부의 투과광량을 보조하는 기능을 발휘하고, 노광 장치의 조사광량의 삭감 효과를 발휘하기 위해서이다. 이와 같은 레지스트 패턴을, 종래 패터닝이 곤란하였던 미세 패턴에 있어서 실현 가능하게 하는 의의는 크다.

또한, 콘택트 홀을 형성하기 위한 홀 패턴을 갖는 포토 마스크에 있어서는, 미세한 홀을 확실히 형성할 뿐만 아니라, 홀 단면의 경사각을 원하는 값으로 제어하고자 한다는 요구도 있다. 예를 들어, 층간 절연막 중에 배선 형상의 홈을 형성하고, 금속을 매립하는 것을 상정하였을 때, 매립의 용이함을 고려하면, 홈에는 소정의 경사각(예를 들어 20° 내지 60°)을 정밀도 높게 형성하고자 하는 경우 등이 생각된다. 이와 같은 경우에는, 본 발명의 실시예 2의 포토 마스크에 있어서, 반투광부의 치수나 투과율을 선택함으로써, 에칭 마스크가 되는 레지스트 패턴의 경사각을 제어하는 것이 유용하고, 또한, 소정의 형상으로 형성된 레지스트 패턴을 그대로 최종 제품의 일부로 하는 것도 가능하다.

이상, 본 발명을, 복수의 실시 형태 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태 및 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 구성이나 상세하게는, 청구항에 기재된 본 발명의 정신이나 범위 내에서 당업자가 이해할 수 있는 다양한 변경을 할 수 있다.

Claims

투명 기판 위에, 투광부와, 노광광의 일부를 투과하는 반투광막이 형성된 반투광부와, 차광성의 막이 형성된 차광부를 갖는 전사용 패턴을 구비한 포토 마스크로서,
상기 반투광막은, 상기 전사용 패턴의 전사에 이용하는 노광광의 대표 파장에 대해서, 2 내지 60％의 투과율과, 90° 이하의 위상 시프트 작용을 갖고,
상기 반투광부는, 상기 차광부의 엣지에 인접하여, 노광 장치에 의해 해상되지 않는 폭으로 형성된 것인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
제1항에 있어서,
상기 반투광부는, 상기 차광부의 대향하는 엣지에 각각 인접하여 형성된 제1 반투광부, 제2 반투광부를 갖고, 상기 제1 반투광부와 제2 반투광부의 폭은, 각각 노광 장치에 의해 해상되지 않는 일정 폭이며, 서로 동등한 폭인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
제1항에 있어서,
상기 전사용 패턴은, 라인 앤드 스페이스 패턴이고, 피전사체 상에, 라인 폭 또는 스페이스 폭이 3㎛ 미만인 라인 앤드 스페이스를 형성하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
제1항에 있어서,
상기 반투광부는, 연속되는 상기 차광부에 의해 둘러싸인 영역에 있어서, 상기 차광부의 엣지에 인접하여, 노광 장치에 의해 해상되지 않는 일정 폭으로 형성된 것인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
제1항에 있어서,
상기 전사용 패턴은, 홀 패턴이고, 피전사체 상에, 3㎛ 미만의 직경을 갖는 홀을 형성하는 것인 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
패턴 전사 방법으로서,
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 포토 마스크를 이용하고, 노광 장치를 이용하여 상기 전사용 패턴을 피전사체 상에 전사하는 것을 특징으로 하는 패턴 전사 방법.
플랫 패널 디스플레이의 제조 방법으로서,
제6항에 기재된 패턴 전사 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 플랫 패널 디스플레이의 제조 방법.