KR20210133152A - 포토마스크의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

다른 광학 특성을 가지는 패턴을, 노광시의 중첩 오차의 발생을 억제하여 형성할 수 있는 포토마스크의 제조 방법을 제공한다.
투과성 기판 상에 반투과막, 중간막, 상층막을 가지는 포토마스크 블랭크를 준비하고, 상층막 상에 형성된 포토레지스트막을 노광하여 노광량이 다른 제 1의 영역, 제 2의 영역 및 제 3의 영역을 형성한다. 그 후, 제 1의 영역을 선택적으로 제거하여 상층막을 에칭한다. 그 후, 제 2의 영역을 선택적으로 제거하고, 반투과막을 에칭하며 또한 상층막 및 중간막을 에칭한다. 그 후, 제 3의 영역을 제거한다.

Description

포토마스크의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING PHOTOMASK}

본 발명은 포토마스크의 제조 방법에 관한 것이다.

플랫 패널 디스플레이 등의 전자 디바이스를 제조하는 공정에서 포토마스크가 사용되고 있다. 종래부터, 포토마스크로서 투과부와 차광부를 갖는 바이너리 마스크가 이용되고 있다. 그러나 최근에는, 예를 들어 미세한 패턴을 형성하기 위해 차광막과 위상 시프트막을 구비한 위상 시프트 마스크나, 전자 디바이스의 제조 공정수의 저감을 위해 다계조 포토마스크가 이용되는 경우가 있다. 이러한 포토마스크는 투명 기판 상에 광학적 특성이 다른 복수의 패턴을 구비하고 있으며, 이러한 패턴을 형성하기 위해서는 복수회의 패턴 묘화(노광) 공정이 필요하다.

특허문헌 1: 일본 특개 2017-76146 호 공보 특허문헌 2: 일본 특개 2013-134435 호 공보

다른 광학 특성을 가지는 반투과 영역과 차광 영역을 형성하는 경우, 각각의 패턴 형성에 대해 포토 레지스트의 노광(묘화) 처리가 필요하고 제조 공정수가 증대한다. 또한, 각각의 패턴을 묘화할 때마다 포토마스크 기판을 노광(묘화) 장치에 세팅하여 노광 처리를 실시하기 때문에, 중첩 오차(얼라인먼트 어긋남)가 발생할 수 있다. 따라서, 중첩 여유를 고려한 패턴 배치로 할 필요가 있어 정세한 패턴을 얻을 수 없게 된다.

중첩 오차의 발생을 회피하는 방법이 특허문헌 1에 개시되어 있다. 특허문헌 1에는 예비 현상으로 형성된 제 1 레지스트 패턴을 마스크로 제 1의 에칭을 실시하고, 그 후에 추가 현상을 실시하여 제 1 레지스트 패턴의 에지부를 후퇴시킨 후에 제 2의 에칭을 실시하고, 차광부의 양측에 대칭적으로 위상 시프트막을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 제 2의 에칭에서 노광 장치에서의 중첩 오차의 발생을 방지할 수 있지만, 노광시의 불필요한 광량을 이용하기 때문에 불안정하고 스스로 패턴 크기가 한정된다. 또한, 형성할 수 있는 패턴도 한정되어 버린다.

특허문헌 2는 다른 재료로 이루어지는 패턴을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는 다른 재료로 이루어지는 하층막과 상층막과의 적층 상에 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 상층막 및 하층막을 각각 선택적으로 습식 에칭(wet etching)한 후, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 상층막을 사이드 에칭하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 2는 1회의 묘화 공정으로 형성된 레지스트 패턴을 이용하여 중첩 오차의 발생을 방지할 수 있지만, 노광시의 불필요한 광량을 이용하기 때문에 불안정하고 스스로 패턴 크기가 한정된다.

상기 과제를 감안하여, 본 발명은 노광시의 중첩 오차의 발생을 억제하여 다른 광학 특성을 가지는 패턴을 형성할 수 있는 포토마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

A. 제 1의 태양

본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은,

투과성 기판 상에 반투과막을 가지며, 상기 반투과막 상에 중간막을 가지며, 상기 중간막 상에 상층막을 가지는 포토마스크 블랭크(photomask blank)를 준비하는 공정과,

상기 상층막 상에 포토레지스트막을 형성하는 공정과,

상기 포토레지스트막을 노광하여 노광량이 다른 제 1의 영역, 제 2의 영역 및 제 3의 영역을 형성하는 노광 공정과,

상기 제 1의 영역을 선택적으로 제거하는 제 1의 레지스트 제거 공정과,

상기 상층막을 에칭하는 제 1의 에칭 공정과,

상기 제 2의 영역을 선택적으로 제거하는 제 2의 레지스트 제거 공정과,

상기 반투과막, 상기 상층막 및 상기 중간막을 에칭하는 제 2의 에칭 공정과,

상기 제 3의 영역을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은,

상기 반투과막과 상기 상층막이 동일한 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은,

상기 노광 공정에서, 상기 제 1의 영역의 노광량은 상기 제 2의 영역의 노광량보다 많고, 상기 제 3의 영역의 노광량이 0인 것을 특징으로 한다.

이러한 포토마스크의 제조 방법으로써, 반투과막으로 이루어지는 패턴과, 반투과막, 중간막 및 상층막으로 이루어지는 패턴을, 노광시의 중첩 오차의 발생을 억제하여 형성할 수 있으며, 포토마스크의 제조 공정 기간의 단축에 기여할 수 있다.

또한, 중첩 여유를 고려하지 않고 패턴 설계가 가능해 정세한 패턴 형성이 가능하며, 또한 설계자의 작업 부담을 저감시킬 수 있다.

또한, 제조 공정에서의 비용 삭감에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은,

상기 반투과막이 하프톤막인 것을 특징으로 한다.

이러한 포토마스크의 제조 방법으로써, 다계조 마스크인 하프톤 마스크를 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은,

상기 반투과막이 위상 시프트막인 것을 특징으로 한다.

이러한 포토마스크의 제조 방법으로써, 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있다.

B. 제 2의 태양

본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은,

투과성 기판 상에 하층막을 가지며, 상기 하층막 상에 상층막을 가지는 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과,

상기 상층막 상에 레지스트막을 형성하는 공정과,

상기 레지스트막을 노광하여 노광량이 다른 제 1의 영역, 제 2의 영역 및 제 3의 영역을 형성하는 노광 공정과,

상기 제 1의 영역을 선택적으로 제거하는 제 1의 레지스트 제거 공정과,

상기 상층막 및 상기 하층막을 에칭하는 제 1의 에칭 공정과,

상기 제 2의 영역을 선택적으로 제거하는 제 2의 레지스트 제거 공정과,

상기 상층막을 에칭하는 제 2의 에칭 공정과,

상기 제 3의 영역을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은,

상기 하층막과 상기 상층막이 다른 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은,

상기 노광 공정에서, 상기 제 1의 영역의 노광량은 상기 제 2의 영역의 노광량보다 많고, 상기 제 3의 영역의 노광량이 0인 것을 특징으로 한다.

이러한 포토마스크의 제조 방법으로써, 하층막으로 이루어지는 패턴과, 하층막과 상층막으로 이루어지는 패턴을, 노광시의 중첩 오차의 발생을 억제하여 형성할 수 있다. 중첩 여유를 고려하지 않고 패턴 설계가 가능하며, 정세한 패턴 형성이 가능하며, 또한 설계자의 작업 부담을 저감시킬 수 있다.

또한, 제조 공정에서의 비용 삭감에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은,

상기 하층막이 하프톤막인 것을 특징으로 한다.

이러한 포토마스크의 제조 방법으로써, 다계조 마스크인 하프톤 마스크를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은,

상기 하층막이 위상 시프트막인 것을 특징으로 한다.

이러한 포토마스크의 제조 방법으로써, 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있다.

상기 제 1 및 제 2의 태양에 따르면, 어느 경우라도, 노광시의 중첩 오차의 발생을 억제하여 다른 광학 특성을 가지는 패턴을 형성할 수 있는 포토마스크의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 포토마스크의 주요 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 2는 포토마스크의 주요 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 3은 포토레지스트막의 단면을 나타낸 SEM 사진이다.
도 4는 포토마스크의 주요 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 5는 실시형태 2에서의 포토마스크의 주요 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 6은 실시형태 2에서의 포토마스크의 주요 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 7은 실시형태 1에서의 포토마스크의 주요 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 8은 실시형태 1에서의 포토마스크의 주요 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 9는 포토레지스트막의 단면을 나타낸 SEM 사진이다.
도 10은 실시형태 1에서의 포토마스크의 주요 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 11은 실시형태 2에서의 포토마스크의 주요 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 12는 실시형태 2에서의 포토마스크의 주요 제조 공정을 나타낸 단면도이다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 단, 이하의 실시형태는 모두 본 발명의 요지 인정에 있어서 한정적인 해석을 주는 것은 아니다. 또한, 동일 또는 동종의 부재에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여하고 설명을 생략할 수 있다.

(실시형태 1)

도 1, 2는 실시형태 1에 의한 포토마스크(100)의 주요 제조 공정을 나타낸 단면도이다.

이하에서는, 도면을 참조하여 포토마스크(100)의 제조 방법을 설명한다.

(성막 공정: 포토마스크 블랭크 준비 공정)

도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 합성 석영 유리 등의 투과성 기판(1)을 준비하고 투과성 기판(1) 상에, 예를 들면 Cr계 금속 화합물, Si계 화합물, 금속 실리사이드 화합물 등의 공지의 재료로 이루어지는 반투과성의 기능성 막(2)(반투과막)을 스퍼터링법, 증착법 등으로 성막한다.

여기서, 투과성 기판(1)은 포토마스크(100)를 이용한 리소그래피 공정에서 사용되는 노광광에 포함되는 대표 파장(예를 들면 i선, h선, g선)에 대해 90 ~ 100%(90%

투과율

100%)인 투과율을 갖는다.

또한, 반투과성이란 노광광에 포함되는 대표 파장에 대해 투과율이 투과성 기판(1)의 투과율보다 낮고, 후술하는 적층 구조막의 투과율보다 높은 것을 의미한다.

또한, 노광광은 예를 들면 i선, h선 혹은 g선이어도 좋고, 또는 이들의 적어도 2개의 광을 포함하는 혼합광이어도 좋다. 또한, 노광광은 이들에 한정되는 것은 아니다.

기능성 막(2)은 하프톤막 또는 위상 시프트막으로서 이용할 수 있다.

예를 들어, 기능성 막(2)을 하프톤막으로서 이용하는 경우, 대표 파장에 대해 기능성 막(2)의 투과율이 10 ~ 70%(10%

투과율

70%)가 되도록 설정한다. 또한, 위상 시프트량은 작게(대략 0°, 예를 들어 0 ~ 20°) 설정하면 된다.

또한, 예를 들어, 기능성 막(2)을 위상 시프트막으로서 이용하는 경우, 노광광에 포함되는 대표 파장에 대해 기능성 막(2)의 투과율이 3 ~ 15%(3%

투과율

15%), 위상 시프트량이 대략 180°(160°

위상 시프트량

200°), 더욱 호적하게는 170°

위상 시프트량

190°가 되도록 설정한다.

기능성 막(2)의 하프톤막 및 위상 시프트막으로서의 광학적 성질은 예를 들어, 조성 및 막두께를 조정함으로써 실현이 가능하다.

다음으로, 에칭 스토퍼막(3)(중간막(3))을 스퍼터링법, 증착법 등으로(예를 들어 막두께 1nm ~ 20nm) 성막한다.

다음으로, 차광막(4)(상층막)을 스퍼터링법, 증착법 등으로(예를 들어 막두께 50nm ~ 100nm) 성막한다.

에칭 스토퍼막(3)은 후술하는 바와 같이 차광막(4)(상층막) 및 기능성 막(2)과 에칭 특성이 다른(내성을 갖는) 재료로 구성된다.

또한, 기능성 막(2), 에칭 스토퍼막(3) 및 차광막(4)으로 이루어지는 적층막이 차광성을 가지면, 차광막(4)(상층막)이 단층으로 차광성을 가지는 차광막일 필요는 없고, 이러한 관점에서, 차광막(4)의 재료(조성) 및 막두께를 조정하면 된다. 본 적층막의 대표 파장에 대한 투과율은 예를 들어 1% 이하이다. 환언하면, 기능성 막(2), 에칭 스토퍼막(3) 및 차광막(4)의 적층 영역에서 차광막(4)의 재질(조성) 및 막두께를 조정하여 광학 농도 OD값이 3.0 이상을 충족하면 된다.

이하에서는, 투과성 기판(1) 상에 기능성 막(2), 에칭 스토퍼막(3) 및 차광막(4)이 형성된 적층 구조체를 포토마스크 블랭크라고 칭한다.

미리 상기 구성의 포토마스크 블랭크를 복수매 준비하여 보관해 두어도 좋다. 고객 등으로부터 발주되었을 때, 미리 준비되어 있던 상기 구성의 포토마스크 블랭크를 이용하여 공정 기간 단축에 기여할 수 있다.

(포토 레지스트 형성 공정)

다음으로, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 차광막(4) 상에 (포토)레지스트막(5)을 도포법, 스프레이법 등으로 형성한다.

(노광 공정)

다음으로, 도 1(c)에 나타낸 바와 같이, 노광(묘화) 장치, 예를 들어 레이저 묘화 등에, 포토마스크 블랭크를 로드(노광 장치 내의 노광용 스테이지 상에 올려 놓음)하여 레지스트막(5)을 노광한다.

이 때, 레지스트막(5)에는 노광량이 다른 3개의 영역, 즉, 고 도즈 영역(high-dose region)(5c)(제 1의 영역), 저 도즈 영역(low-dose region)(5b)(제 2의 영역), 미노광 영역(5a)(제 3의 영역)이 형성된다.

여기에서 미노광 영역(5a)은 노광되지 않는 영역, 즉, 노광량이 0인 영역이며, 저 도즈 영역(5b)은 고 도즈 영역에 대해 상대적으로 낮은 노광량으로 노광된 영역이며, 고 도즈 영역(5c)은 저 도즈 영역에 대해 상대적으로 높은 노광량으로 노광된 영역이다.

노광 장치에 의한 묘화 방법은 레이저 묘화에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 전자선을 이용하여 노광해도 좋다.

더 구체적으로는, 상기 고 도즈 영역의 고 도즈는 후술하는 제 1의 현상 공정에서 레지스트가 제거될 때, 레지스트를 용해시키기 위해 필요한 노광량 이상의 노광량을 의미한다. 반면에, 저 도즈 영역의 저 도즈는 후술하는 제 1의 현상 공정으로 레지스트가 제거되지 않아 남겨져서 제 2의 현상 공정으로 제거되는 정도의 노광량이라는 의미이다. 예를 들어, 제 1의 현상 공정에 필요한 고 도즈량을 기준으로 한 경우, 그 고 도즈량에 대해 5% ~ 90%인 노광량 범위의 노광량을 의미한다.

저 도즈량의 설정은 상기 범위 내에서 적절히 설정이 가능하지만, 제 2의 현상 공정의 프로세스 공정 시간을 고려할 필요가 있음은 물론이다.

또한, 편의상 레지스트막(5)의 고 도즈 영역(5c)을 "고 도즈 영역(5c)", 레지스트막(5)의 저 도즈 영역(5b)을 "저 도즈 영역(5b)", 레지스트막(5)의 미노광 영역(5a)을 "미노광 영역(5a)"이라고 칭하는 경우가 있다.

저 도즈 영역(5b) 및 고 도즈 영역(5c)은 노광 장치로부터 투과성 기판(1)을 언로드(unload)(꺼냄)하지 않고 형성할 수 있다. 예를 들어, 저 도즈 영역(5b)에 상당하는 영역 및 고 도즈 영역(5c)에 상당하는 영역을, 각각 제 1의 노광량 및 제 2의 노광량이 되도록 레이저를 스캔하여 노광하여, 이들의 영역을 형성할 수 있다.

또한, 저 도즈 영역(5b) 및 고 도즈 영역(5c)에 상당하는 영역을, 제 1의 노광량이 되도록 레이저를 스캔하여 노광하고, 그 후, 고 도즈 영역(5c)이 제 2의 노광량이 되도록 고 도즈 영역(5c)에 상당하는 영역만을 추가적으로 레이저를 스캔하여 노광해도 좋다. 복수의 레이저 조사로 노광량이 평균화되어 고 도즈 영역(5c) 노광량의 균일성이 향상된다. 또한, 저 도즈 영역(5b)과 고 도즈 영역(5c)이 접하는 경우, 경계 영역에서의 노광량의 균일성도 향상된다.

포토마스크 블랭크를 노광 장치로부터 언로드하지 않고 저 도즈 영역(5b) 및 고 도즈 영역(5c)의 노광 처리를 실시하기 때문에, 이러한 영역(패턴) 사이에서 중첩 오차(어긋남)의 발생은 억제된다.

(제 1의 현상(레지스트 제거) 공정)

다음으로, 도 1(d)에 나타낸 바와 같이, 제 1의 현상 공정에서 현상액으로 고 도즈 영역(5c)의 레지스트막(5)만을 선택적으로 제거하여 레지스트막(5)을 패터닝한다.

후술하는 바와 같이, 레지스트막(5)의 현상액에 의한 용해 특성이 노광량(도즈량)에 의존하기 때문에, 노광량에 따라 노광된 레지스트막(5)을 선택적으로 순차제거하는 것이 가능하게 된다. 제 1의 현상 공정에서는 고 도즈 영역(5c)의 용해 속도가 미노광 영역(5a) 및 저 도즈 영역(5b)의 용해 속도에 대해 충분히(예를 들어, 수 배에서 약 10배 이상) 높아지는 현상 조건에서 현상(현상액으로 용해)을 실시함으로써 선택적으로 고 도즈 영역(5c)만을 제거할 수 있다.

또한, 도 1(d)에 나타낸 바와 같이, 저 도즈 영역(5b)의 레지스트 막두께는 미노광 영역(5a)의 레지스트 막두께와 비교하여 얇아진다.

(제 1의 에칭 공정)

다음으로, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 패터닝된 레지스트막(5), 즉, 미노광 영역(5a) 및 저 도즈 영역(5b)의 레지스트막(5)을 에칭 마스크로 하여 차광막(4)을 습식 에칭법 또는 건식 에칭법으로 에칭한다. 차광막(4)과 에칭 스토퍼막(3)은, 서로 다른 재료를 채용하여 에칭 스토퍼막(3)이 에칭되지 않은 에천트(etchant)(약액 또는 가스)를 이용하여 에칭 스토퍼막(3) 상의 차광막(4)을 선택적으로 에칭할 수 있다. 그 결과, 에칭 스토퍼막(3) 및 그 하층의 기능성 막(2)은 에칭되지 않고, 투과성 기판(1) 상에 남겨진다.

본 공정에서 에칭 스토퍼막(3)으로 표면이 덮인 기능성 막(2)은 에칭되지 않기 때문에, 기능성 막(2)과 차광막(4)을 동일한 재료를 이용하여 구성할 수 있다.

이 경우, 기능성 막(2)과 차광막(4)의 성막 공정에서 동일한 성막 장치, 또는 동일한 성막 재료(스퍼터링 타겟, 증착 재료)를 사용할 수 있으며, 또한 기능성 막(2)과 차광막(4)의 에칭 공정에서 동일한 에칭 장치, 또는 동일한 에천트를 사용할 수 있기 때문에,생산 관리가 용이하고 제조 비용의 저감에 기여한다.

다음으로, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 미노광 영역(5a) 및 저 도즈 영역(5b)의 레지스트막(5)을 에칭 마스크로 하여 에칭 스토퍼막(3)을 습식 에칭법 또는 건식 에칭법으로 에칭한다. 기능성 막(2)과 에칭 스토퍼막(3)은, 서로 다른 재료를 채용하여 기능성 막(2)이 에칭되지 않는 에천트(약액 또는 가스)를 이용하여 기능성 막(2) 상의 에칭 스토퍼막(3)을 선택적으로 에칭할 수 있다. 그 결과, 기능성 막(2)은 에칭되지 않고, 투과성 기판(1) 상에 남겨진다.

(제 2의 현상(레지스트 제거) 공정)

다음으로, 도 2(c)에 나타낸 바와 같이, 제 2의 현상 공정에서 현상액으로 저 도즈 영역(5b)의 레지스트막(5)만을 선택적으로 제거하여 레지스트막(5)을 패터닝한다. 이 공정에서 미노광 영역(5a)만이 차광막(4) 상에 남겨진다.

제 1의 현상 공정 및 제 2의 현상 공정에 나타낸 바와 같이 노광량이 다른 레지스트막(5)을 노광량에 의존하여 순차제거할 수 있는 것은, 용해 속도가 현상 조건(시간 등)에 비선형으로 의존하기 때문이다. 용해 속도가 변화(증대)하는 변화점이 노광량에 의존하여 변화하는 특성을 이용하여 노광량이 다른 영역을 선택적으로 순차제거할 수 있다.

제 2의 현상 공정에서는 저 도즈 영역(5b)의 용해 속도가 미노광 영역(5a)의 용해 속도에 대해 충분히 높아지는 현상 조건에서 현상(용해)을 실시하여 선택적으로 저 도즈 영역(5b)만을 제거할 수 있다.

또한, 이 방법을 이용함으로써, 3종 이상의 다른 레지스트막(5)의 패턴을 얻는 것도 가능하다.

(제 2의 에칭 공정)

다음으로, 도 2(d)에 나타낸 바와 같이, 기능성 막(2)을 습식 에칭법 또는 건식 에칭법으로 에칭하여 제거함과 함께 미노광 영역(5a)의 레지스트막(5)을 에칭 마스크로 하여 차광막(4)을 습식 에칭법 또는 건식 에칭법으로 에칭하여 제거한다. 기능성 막(2)이 에칭된 영역에서는 투과성 기판(1)이 노출된다.

기능성 막(2)과 차광막(4)을 동일한 재료로 구성함으로써, 기능성 막(2)과 차광막(4)을 동일한 에천트를 이용하여 동시에 에칭할 수 있다.

그 후, 에칭 스토퍼막(3)을 습식 에칭법 또는 건식 에칭법으로 에칭하여 제거한다.

그 후, 회화(ashing)법 또는 레지스트 박리액에 침지시켜 미노광 영역(5a)의 레지스트막(5)을 제거한다(제 3의 레지스트 제거 공정).

이상으로, 기능성 막(2)으로 구성된 반투과 영역(6), 하층막인 기능성 막(2)과 중간막인 에칭 스토퍼막(3)과 상층막인 차광막(4)을 포함하는 적층으로 구성된 차광 영역(7), 및 투과성 기판(1)이 노출된 투과 영역(8)을 구비한 포토마스크(100)를 얻을 수 있다.

포토마스크(100)는 기능성 막(2)으로서 상기 하프톤막의 조건을 채용하는 것으로 다계조의 하프톤 마스크로서 기능하고, 기능성 막(2)으로서 상기 위상 시프트막의 조건을 채용하는 것으로 위상 시프트 마스크로서 기능한다.

또한, 도 2(b)에 나타낸 공정에서 기능성 막(2) 상의 에칭 스토퍼막(3)을 선택적으로 에칭한 후에, 기능성 막(2)을 더 에칭해도 좋다.

그러나 이 경우, 도 2(d)에 나타낸 제 2의 에칭 공정에서 예를 들어 습식 에칭과 같은 등방성 에칭을 채용하여 차광막(4)을 에칭하면, 기능성 막(2)도 에칭되어 버려, 기능성 막(2)의 사이드 에칭량이 증대된다.

도 2(b)에 나타낸 공정에서 차광막(4) 및 에칭 스토퍼막(3)만을 에칭하여 기능성 막(2)을 남겨 둠으로써, 도 2(d)에 나타낸 공정에서의 기능성 막(2)의 사이드 에칭량을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 기능성 막(2)의 패터닝 제어성이 향상된다.

도 3은 포토 레지스트의 단면 형상을 나타낸 SEM 사진이다. 도 3(a)는 제 1의 현상 공정 후의 레지스트막(5)의 단면 형상을 나타내고, 도 3(b)는 제 2의 현상 공정 후의 레지스트막(5)의 단면 형상을 나타낸다.

도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 미노광 영역(5a) 및 저 도즈 영역(5b)이 접하는 경계 부분에서는 레지스트막(5)의 단면은 완만한 테이퍼 형상을 가질 수 있다.

그러나, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 제 2의 현상 공정 후에는, 미노광 영역(5a)의 레지스트막(5)의 단면은 매우 가파른 형상을 나타낸다. 즉, 도 1(c)에 나타낸 노광 공정에서 확정된 저 도즈 영역(5b)의 레지스트막(5)이 제 2의 현상 공정에서 선택적으로 제거된 것을 나타낸다.

만약 제 2의 현상 공정에서 일률로 레지스트막(5)을 용해시킨 경우, 미노광 영역(5a)의 레지스트막(5)의 단면이 도 3(b)에 나타낸 바와 같은 매우 가파른 형상을 얻을 수는 없다.

막두께가 두꺼운 미노광 영역(5a)의 레지스트막(5)의 측벽이 테이퍼 형상인 경우, 패턴 폭이 변동되어 정세한 패턴을 형성하는 것이 곤란하게 된다.

특히 미노광 영역(5a)의 레지스트막(5)의 막두께는 저 도즈 영역(5b)과 비교하여 두꺼워지기 때문에, 미노광 영역(5a)의 단면의 테이퍼 각도는 포토마스크(100) 상에 형성되는 패턴 정밀도에 대한 영향이 커지게 된다. 그러나, 노광량을 제어하여 광학적으로 저 도즈 영역(5b)과 미노광 영역(5a)과의 경계를 확정함으로써, 제 2의 현상 공정 후의 미노광 영역(5a)의 레지스트막(5)의 측면 형상이 도 3(b)에 나타낸 바와 같이 매우 가파르게 된다. 그 결과, 본 포토마스크(100)를 이용한 리소그래피로 정세한 패턴 형성이 가능하게 된다.

또한, 도 1, 2에서는 반투과 영역(6)과 차광 영역(7)이 서로 접하고 있는 예를 나타냈지만, 포토레지스트막(5)의 형상은 노광 공정에서 광학적으로 결정할 수 있기 때문에 포토레지스트막(5)을 소망하는 형상으로 패터닝할 수 있다.

예를 들어, 도 4(c)에 나타낸 바와 같이, 반투과 영역(6)과 차광 영역(7)을 서로 이격되게 형성하는 것도 가능하다. 도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 노광(묘화) 장치로 레지스트막(5)에 대해 미노광 영역(5a) 및 저 도즈 영역(5b)을 서로 이격되게 노광하고, 그 후, 도 4 (b)에 나타낸 바와 같이, 제 1의 현상 공정으로 서로 이격된 미노광 영역(5a)의 레지스트막(5) 및 저 도즈 영역(5b)의 레지스트막(5)을 얻을 수 있다.

그 후, 도 2에 나타낸 공정으로, 반투과 영역(6)과 차광 영역(7)을 서로 이격되게 형성하는 것도 가능하다. 따라서, 포토마스크(100)의 패턴 설계의 자유도가 특허문헌 1에 개시된 방법과 비교하여 크게 향상된다.

또한, 반투과 영역(6)과 차광 영역(7)이 서로 이격된 패턴과, 반투과 영역(6)과 차광 영역(7)이 서로 인접한 패턴이 혼재하는 패턴 배치로 하는 것도 가능하다.

(실시형태 2)

포토마스크(100)는 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하는 이하의 제조 공정으로 제조하는 것도 가능하다.

도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 투과성 기판(1) 상에, 금속 화합물, 예를 들어 Cr 화합물로 이루어지는 반투과성의 기능성 막(2)(반투과막)을 스퍼터링법, 증착법 등으로 성막한다.

상기와 같이, 기능성 막(2)은 하프톤막 또는 위상 시프트막으로서 이용할 수 있다.

다음으로, 기능성 막(2) 상에, 차광막(41)을 스퍼터링법, 증착법 등으로 성막한다.

차광막(41)은 기능성 막(2)을 구성하는 금속 화합물의 금속과는 다른 종류의 금속(또는 그 화합물)으로 구성된다. 예를 들어, 기능성 막(2)을 Cr 화합물로 하고, 차광막(41)을 Ni 막으로 할 수 있다.

형성하는 차광막(41)의 막두께는 광학 농도(OD값)가 3 이상이 되도록 설정한다. 예를 들어, 차광막(41)으로서 Ni를 채용하는 경우, 막두께를 예를 들어 100nm로 할 수 있다.

다음으로, 차광막(41) 상에 금속 화합물로 이루어시는 반사 방지막(9)을 스퍼터링법, 증착법 등으로 성막한다. 반사 방지막(9)의 막두께는 예를 들어 막두께 2 ~ 5nm로 할 수 있다. 반사 방지막(9)은 금속 화합물, 예를 들어 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물로 구성된다. 반사 방지막(9)을 구성하는 금속 화합물의 금속과 기능성 막(2)을 구성하는 금속 화합물의 금속은, 동일한 종류의 금속으로 한다. 즉, 기능성 막(2)을 구성하는 금속 성분과 반사 방지막(9)을 구성하는 금속 성분은, 동일한 금속 원소로 구성된다. 예를 들어, 기능성 막(2)이 Cr을 포함하는 화합물로 구성되는 경우, 반사 방지막(9)도 Cr을 포함하는 화합물로 구성되도록 한다.

또한, Cr 화합물로서, 예를 들어 Cr 산화물, Cr 질화물, Cr 질소산화물을 채용할 수 있다.

다음으로, 반사 방지막(9) 상에 (포토)레지스트막(5)을 도포법, 스프레이법 등으로 형성한다.

따라서, 투과성 기판(1) 상에, 기능성 막(2), 차광막(41), 반사 방지막(9) 및 레지스트막(5)이 이 순으로 형성된다.

다음으로, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 도 1(c), (d)에 나타낸 공정과 동일한 공정으로 레지스트막(5)을 패터닝하여 노광량이 다른 2개의 영역, 즉, 저 도즈 영역(5b)(제 2의 영역), 미노광 영역(5a)(제 3의 영역)을 형성한다.

반사 방지막(9)은 레지스트막(5)의 노광시의 노광광의 불필요한 반사(할레이션(halation) 등)을 저감시켜 레지스트막(5)의 패터닝 정밀도를 향상시킬 수 있다.

다음으로, 도 5(c)에 나타낸 바와 같이, 레지스트막(5)의 저 도즈 영역(5b)(제 2의 영역) 및 미노광 영역(5a)(제 3의 영역)을 마스크로, 습식 에칭법 또는 건식 에칭법으로 반사 방지막(9)을 차광막(41)에 대해 선택적으로 에칭한다.

전술한 바와 같이, 차광막(41)은 반사 방지막(9)을 구성하는 금속 화합물의 금속과 다른 종류의 금속으로 구성되어 있기 때문에, 차광막(41)의 에칭률이 낮고 차광막(41)의 에칭에 대한 반사 방지막(9)의 에칭 선택비가 높은 에천트(약액 또는 가스)를 채용함으로써, 차광막(41)은 에칭되지 않고, 반사 방지막(9)만을 선택적으로 에칭하는 것이 가능하다.

또한, 본 공정에서는 기능성 막(2)은 그 표면이 차광막(41)으로 덮여 있기 때문에 에칭되지 않는다.

또한, 에칭 장치 및 에천트는 선택 에칭이 가능한 공지의 에칭 장치 및 에천트를 적절히 이용할 수 있다. 이하 동일하다.

다음으로, 도 5(d)에 나타낸 바와 같이, 레지스트막(5)의 저 도즈 영역(5b)(제 2의 영역) 및 미노광 영역(5a)(제 3의 영역)을 마스크로, 습식 에칭법 또는 건식 에칭법으로 차광막(41)을 반사 방지막(9) 및 기능성 막(2)에 대해 선택적으로 에칭한다. 반사 방지막(9) 및 기능성 막(2)은 차광막(41)을 구성하는 금속과는 다른 금속의 화합물로 구성되어 있기 때문에, 반사 방지막(9) 및 기능성 막(2)의 에칭률이 낮고 반사 방지막(9) 및 기능성 막(2)의 에칭에 대한 차광막(41)의 에칭 선택비가 높은 에천트(약액 또는 가스)를 채용함으로써, 반사 방지막(9) 및 기능성 막(2)의 에칭률을 낮게 억제하면서, 차광막(41)만을 선택적으로 에칭할 수 있다.

일반적으로는, 습식 에칭의 경우, 상층의 차광막(41)을 선택적으로 에칭할 때, 하층의 기능성 막(2)에의 손상(막 감소나 건식 에칭에 의한 이온 충격 등)이 작아지는 경향이 있다. 따라서, 기능성 막(2)에의 손상을 회피한다는 점에서 습식 에칭법이 호적하게 사용될 수 있다.

다음으로, 도 5(e)에 나타낸 바와 같이, 레지스트막(5)의 저 도즈 영역(5b)(제 2의 영역) 및 미노광 영역(5a)(제 3의 영역)을 마스크로, 습식 에칭법 또는 건식 에칭법으로 기능성 막(2)을 차광막(41)에 대해 선택적으로 에칭한다. 전술한 반사 방지막(9)의 선택적 에칭과 마찬가지로, 차광막(41)은 기능성 막(2)을 구성하는 금속 화합물의 금속과 다른 금속으로 구성되어 있으며, 차광막(41)의 에칭에 대한 기능성 막(2)의 에칭 선택비가 높은 에천트(약액 또는 가스)를 채용할 수 있기 때문에, 차광막(41)이 에칭되지 않은 에천트를 이용하여 기능성 막(2)만을 선택적으로 에칭할 수 있다.

단, 반사 방지막(9) 및 기능성 막(2)은 동일한 종류의 금속을 구성 요소로 하는 금속 화합물이며, 등방성 에칭, 특히 습식 에칭의 경우, 기능성 막(2)을 에칭하는 에천트로 반사 방지막(9)이 사이드 에칭될 수 있다.

그러나, 반사 방지막(9)의 막두께는 기능성 막(2)의 막두께보다 얇다. 예를 들어, 반사 방지막(9)의 막두께는(이에 한정되는 것은 아니지만,) 기능성 막(2)의 막두께의 5분의 1 ~ 기능성 막(2)의 막두께의 약 10분의 1 정도의 막두께로 설정할 수 있다. 따라서, 기능성 막(2)과 비교하여 반사 방지막(9)이 노출되어 있는 측벽면의 높이가 낮고 노출 면적이 작고, 반사 방지막(9)의 사이드 에칭량은 적어진다.

따라서, 도 5(c)에서의 반사 방지막(9)의 에칭 공정에서 사용되는 에천트와, 본 공정에서의 기능성 막(2)의 에천트가 동일하여도, 반사 방지막(9)의 사이드 에칭량(사이드 에칭에 의한 후퇴량)은 적어진다.

따라서. 동일한 에칭 장치(습식 에칭 장치)로 동일한 에천트(약액)를 이용하는 것도 가능하게 된다.

본 공정에서는 반사 방지막(9)이 에칭되지 않는 에천트(약액 또는 가스)를 이용하여 기능성 막(2)을 에칭하는 것을 방해하는 것은 아니다. 그러나, 상기와 같이, 반사 방지막(9)의 에칭 처리 공정 및 기능성 막(2)의 에칭 처리 공정에서 동일한 에칭 장치로 동일한 에천트를 이용하여 에칭 장치 및/또는 에천트의 운영 비용을 저감시키는 효과를 얻을 수 있다.

다음으로, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 도 2(c)에 나타낸 공정과 동일하게, 저 도즈 영역(5b)의 레지스트막(5)만을 선택적으로 제거하여 미노광 영역(5a)만을 반사 방지막(9) 상에 남겨둔다.

다음으로, 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 레지스트막(5)의 미노광 영역(5a)을 마스크로, 도 5(c)에 나타낸 공정과 동일하게, 반사 방지막(9)을 차광막(41)에 대해 선택적으로 에칭한다.

반사 방지막(9)을 에칭할 때, 기능성 막(2)이 사이드 에칭될 수 있다. 그러나, 반사 방지막(9)의 막두께는 기능성 막(2)과 비교하여 충분히 얇기 때문에, 반사 방지막(9)의 에칭량은 적다. 따라서, 반사 방지막(9)을 에칭하는 본 공정에서, 반사 방지막(9) 및 기능성 막(2)의 양쪽을 에칭하는 에천트를 이용한 경우에도, 기능성 막(2)의 사이드 에칭량은 적고, 기능성 막(2)의 패턴 폭의 축소는 저감된다.

또한, 본 공정에서 차광막(41) 및 기능성 막(2)의 양쪽이 에칭되지 않는 에천트(약액 또는 가스)를 이용하여 반사 방지막(9)을 에칭하는 것을 방해하는 것은 아니다. 그러나, 상기와 같이 반사 방지막(9)을 에칭할 때의 기능성 막(2)의 사이드 에칭에 의한 패턴 치수에의 영향은 경미하며, 치수 정밀도의 열화를 방지할 수 있다. 따라서, 반사 방지막(9)의 에칭 처리 공정(도 5(c) 및 도 6(b)에 나타낸 공정) 및 기능성 막(2)의 에칭 처리 공정(도 5(e)에 나타낸 공정)에서 동일한 에천트를 이용하여 에칭 처리의 운영 비용(예를 들어 에천트의 관리 비용을 포함한다)의 저감에 기여할 수 있다.

또한, 에칭법으로서 건식 에칭법을 이용하는 것을 방해하는 것은 아니다. 그러나, 건식 에칭 장치와 비교하여 습식 에칭 장치는 진공 챔버, 배기 설비 등이 불필요하고, 대면적의 포토마스크(100)의 제조에 대응하기 쉽고, 또한, 일반적으로 저렴하다. 본 실시형태에 따르면, 등방성이 강한 에칭법인 습식 에칭법을 채용해도 기능성 막(2)의 패턴 치수 정밀도를 용이하게 확보할 수 있기 때문에, 에칭 장치로서 습식 에칭 장치를 이용함으로써, 제조 비용을 경감시키는 효과가 크다.

다음으로, 도 6(c)에 나타낸 바와 같이, 도 5(d)에 나타낸 공정과 동일하게, 레지스트막(5)의 미노광 영역(5a)을 마스크로, 차광막(41)을 반사 방지막(9) 및 기능성 막(2)에 대해 선택적으로 에칭한다.

다음으로, 도 6(d)에 나타낸 바와 같이, 회화법 또는 레지스트 박리액에 침지시켜 미노광 영역(5a)의 레지스트막(5)을 제거하여 포토마스크(100)를 얻는다.

본 실시형태에서는 차광막(41)을 기능성 막(2) 및 반사 방지막(9)과 다른 에칭 특성을 갖는 막으로 구성하고, 또한, 반사 방지막(9)의 막두께를 기능성 막(2)의 막두께와 비교하여 얇게 설정하고 있기 때문에, 기능성 막(2)의 사이드 에칭을 저감시키고 기능성 막(2)의 치수 정밀도의 확보가 용이하게 된다.

따라서, 본 포토마스크(100)를 리소그래피 공정에 이용하여 제조되는 최종 제품에 대해 요구되는 치수 정밀도를 용이하게 확보할 수 있다.

또한, 동일한 에칭 장치를 이용하여 반사 방지막(9) 및 기능성 막(2)의 에칭 처리를 실시해도, 양호한 가공 정밀도를 실현할 수 있다. 그 결과, 제조 비용의 저감에 기여하는 효과를 얻을 수 있다. 특히 에칭 장치로서 습식 에칭 장치를 이용한 경우, 그 효과가 크다.

또한, 상기 실시형태는 레지스트막(5)으로서 포지티브형 레지스트를 이용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 네가티브형 레지스트를 이용한 경우도 마찬가지이다. 네가티브형 레지스트의 경우, 노광량의 관계가 포지티브형 레지스트와 반대가 된다. 포지티브형 레지스트의 미노광 영역이 네가티브형 레지스트의 고 도즈 영역에, 포지티브형 레지스트의 고 도즈 영역이 네가티브형 레지스트의 미노광 영역에 대응한다.

(실시형태 3)

도 7, 도 8은 실시형태 3에 따른 포토마스크(100)의 주요 제조 공정을 나타낸 단면도이다. 이하에서는, 도면을 참조하여 포토마스크(100)의 제조 방법을 설명한다.

(성막 공정: 포토마스크 블랭크 준비 공정)

도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 합성 석영 유리 등의 투과성 기판(11)을 준비하고 투과성 기판(11) 상에, 예를 들어 Cr계 금속 화합물, Si계 화합물, 금속 실리사이드 화합물 등의 공지의 재료로 이루어지는 반투과성의 하층막(12)을 스퍼터링 법, 증착법 등으로(예를 들어 막두께 5nm ~ 20nm) 성막한다.

여기에서 투과성 기판(11)은 포토마스크(100)를 이용한 리소그래피 공정에서 사용되는 노광광에 포함되는 대표 파장(예를 들어 i선, h선, g선)에 대해 90 ~ 100%(90%

투과율

100%)인 투과율을 갖는다.

또한, 반투과성은 노광광에 포함되는 대표 파장에 대해 투과율이 투과성 기판(11)의 투과율보다 낮고, 후술하는 적층 구조막의 투과율보다 높은 것을 의미한다.

또한, 노광광은 예를 들어 i선, h선 혹은 g선이어도 좋고, 또는 이들의 적어도 2개의 광을 포함하는 혼합광이어도 좋다. 또한, 노광광은 이들에 한정되는 것은 아니다.

하층막(12)은 하프톤막 또는 위상 시프트막으로서 이용할 수 있다.

예를 들어, 하층막(12)을 하프톤막으로서 이용하는 경우, 대표 파장에 대해 하층막(12)의 투과율이 10 ~ 70%(10%

투과율

70%)가 되도록 설정한다. 또한, 위상 시프트량은 작게(대략 0°, 예를 들어 0 ~ 20°) 설정하면 된다.

또한, 예를 들어, 하층막(12)을 위상 시프트막으로서 이용하는 경우, 노광광에 포함되는 대표 파장에 대해 하층막(12)의 투과율이 3 ~ 15%(3%

투과율

15%), 위상 시프트량이 대략 180°(160°

위상 시프트량

200°), 더욱 호적하게는 170°

위상 시프트량

190°가 되도록 설정한다.

하층막(12)의 하프톤막 및 위상 시프트막으로서의 광학적 성질은 예를 들어, 조성 및 막두께를 조정하여 실현이 가능하다.

다음으로, 하층막(12) 상에, 예를 들어 Cr계 금속 화합물, Si계 화합물, 금속 실리사이드 화합물 등의 공지의 재료로 이루어지는 상층막(13)을 스퍼터링법, 증착법 등으로(예를 들어 막두께 50nm ~ 100nm) 성막한다. 단, 상층막(13)은 하층막(12)과 에칭 특성이 다른 재료로 구성된다. 예를 들어 하층막(12)으로서 Cr계 화합물, 상층막(13)으로서 Cr 이외의 금속계 화합물, 예를 들어 Ti계 화합물이나 Ni계 화합물로 하는 조합을 선택한다. 또한, Cr계 화합물 등의 금속계 화합물은 금속만으로 구성되어도 좋다.

상층막(13)의 대표 파장에 대한 투과율은 상층막(13)과 하층막(12)과의 적층막이 차광성을 갖도록 상층막(13)의 재료(조성) 및 막두께를 조정하면 된다. 본 적층막의 대표 파장에 대한 투과율은 예를 들어 1% 이하(0%

투과율

1%)이다. 환언하면, 기능성 막(2), 에칭 스토퍼막(3) 및 차광막(4)의 적층 영역에서 차광막(4)의 재질(조성) 및 막두께를 조정하여 광학 농도(OD값)이 3.0 이상을 충족하면 된다.

이하에서는, 투과성 기판(11) 상에 하층막(12) 및 상층막(13)이 형성된 적층 구조를 포토마스크 블랭크라고 칭한다.

미리 상기 구성의 포토마스크 블랭크를 복수매 준비하고 보관해 두어도 좋다. 고객 등으로부터 발주되었을 때, 미리 준비되어 있던 상기 구성의 포토마스크 블랭크를 이용하여 공정 기간의 단축에 기여할 수 있다.

(포토 레지스트 형성 공정)

다음으로, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 상층막(13) 상에, (포토)레지스트막(14)을 도포법, 스프레이법 등으로 형성한다.

(노광 공정)

다음으로, 도 7(c)에 나타낸 바와 같이, 노광(묘화) 장치(예를 들어 레이저 묘화 장치)에 포토마스크 블랭크를 로드(노광 장치 내의 노광용 스테이지 상에 올려 놓음)하여 레지스트막(14)을 노광한다.

이 때, 레지스트막(14)에는 노광량이 다른 3개의 영역, 즉, 고 도즈 영역(14c)(제 1의 영역), 저 도즈 영역(14b)(제 2의 영역), 미노광 영역(14a)(제 3의 영역)이 형성된다.

여기에서 미노광 영역(14a)은 노광되지 않는 영역, 즉, 노광량이 0인 영역이며, 저 도즈 영역(14b)은 상대적으로 낮은 노광량으로 노광된 영역이며, 고 도즈 영역(14c)은 상대적으로 높은 노광량으로 노광된 영역이다.

노광 장치에 의한 묘화 방법은 레이저 묘화에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 전자선을 이용해도 좋다.

더 구체적으로는, 상기 고 도즈 영역의 고 도즈는 후술하는 제 1의 현상 공정에서 레지스트가 제거될 때, 레지스트를 용해시키기 위해 필요한 노광량 이상의 노광량을 의미한다. 반면에 저 도즈 영역의 저 도즈는 후술하는 제 1의 현상 공정으로 레지스트가 제거되지 않고 남겨져 제 2의 현상 공정으로 제거될 정도의 노광량이라는 의미이다. 예를 들어, 제 1의 현상 공정에 필요한 고 도즈량을 기준으로 한 경우, 그 고 도즈량에 대해 5% ~ 90%인 노광량 범위의 노광량을 의미한다.

저 도즈량의 설정은 상기 범위 내에서 적절히 설정이 가능하지만, 제 2의 현상 공정의 프로세스 공정 시간을 고려할 필요가 있음은 물론이다.

또한, 편의상 레지스트막(14)의 고 도즈 영역(14c)을 "고 도즈 영역(14c)", 레지스트막(14)의 저 도즈 영역(14b)을 "저 도즈 영역(14b)", 레지스트막(14)의 미노광 영역(14a)을 "미노광 영역(14a)"으로 칭하는 경우가 있다.

저 도즈 영역(14b) 및 고 도즈 영역(14c)은 노광 장치로부터 투과성 기판(11)을 언로드(꺼냄)하지 않고 형성할 수 있다. 예를 들어, 저 도즈 영역(14b)에 상당하는 영역 및 고 도즈 영역(14c)에 상당하는 영역을, 각각 제 1의 노광량 및 제 2의 노광량이 되도록 레이저를 스캔하여 노광하여, 이들의 영역을 형성할 수 있다.

또한, 저 도즈 영역(14b) 및 고 도즈 영역(14c)에 상당하는 영역을, 제 1의 노광량이 되도록 레이저를 스캔하여 노광하고, 그 후, 고 도즈 영역(14c)이 제 2의 노광량이 되도록 고 도즈 영역(14c)에 상당하는 영역만을 추가적으로 레이저를 스캔하여 노광해도 좋다. 복수의 레이저 조사로 노광량이 평균화되고, 고 도즈 영역(14c) 노광량의 균일성이 향상된다. 또한, 저 도즈 영역(14b)과 고 도즈 영역(14c)이 접하는 경우, 경계 영역에서의 노광량의 균일성도 향상된다.

상기와 같이, 포토마스크 블랭크를 노광 장치로부터 언로드하지 않고 저 도즈 영역(14b) 및 고 도즈 영역(14c)의 노광 처리를 실시하기 때문에, 이러한 영역(패턴) 사이에서 중첩 오차(어긋남)의 발생은 억제된다.

(제 1의 현상(레지스트 제거) 공정)

다음으로, 도 7(d)에 나타낸 바와 같이, 제 1의 현상 공정에서 현상액으로 고 도즈 영역(14c)의 레지스트막(14)만을 선택적으로 제거하여 레지스트막(14)을 패터닝한다.

후술하는 바와 같이, 레지스트막(14)의 현상액에 의한 용해 특성이 노광량(도즈)에 의존하기 때문에, 노광량에 따라 노광된 레지스트막(14)을 선택적으로 순차제거하는 것이 가능하게 된다. 제 1의 현상 공정에서는 고 도즈 영역(14c)의 용해 속도가 미노광 영역(14a) 및 저 도즈 영역(14b)의 용해 속도에 대해 충분히(예를 들어, 수 배에서 약 10배) 높아지는 현상 조건에서 현상(현상액에 의한 용해)을 실시하여 선택적으로 고 도즈 영역(14c)만을 제거할 수 있다.

또한, 도 7(d)에 나타낸 바와 같이, 저 도즈 영역(14b)의 레지스트 막두께는 미노광 영역(14a)의 레지스트 막두께와 비교하여 얇아진다.

(제 1의 에칭 공정)

다음으로, 도 8(a)에 나타낸 바와 같이, 패터닝된 레지스트막(14), 즉, 미노광 영역(14a) 및 저 도즈 영역(14b)의 레지스트막(14)을 에칭 마스크로 하여, 상층막(13)을 습식 에칭법 또는 건식 에칭법으로 에칭하고, 그 후, 하층막(12)을 습식 에칭법 또는 건식 에칭법으로 에칭하여 투과성 기판(11)의 표면을 노출시킨다.

상층막(13)과 하층막(12)은 서로 다른 재료를 채용함으로써, 하층막(12)이 에칭되지 않는 에천트(약액 또는 가스)를 사용하여 상층막(13)을 선택적으로 에칭할 수 있다. 그 후, 상층막(13)이 에칭되지 않는 에천트(약액 또는 가스)를 사용하여 하층막(12)을 선택적으로 에칭할 수 있다.

(제 2의 현상(레지스트 제거) 공정)

다음으로, 도 8(b)에 나타낸 바와 같이, 제 2의 현상 공정에서 현상액으로 저 도즈 영역(14b)의 레지스트막(14)만을 선택적으로 제거하여 레지스트막(14)을 패터닝한다. 이 공정에서 미노광 영역(14a)만이 상층막(13) 상에 남겨진다.

제 1의 현상 공정 및 제 2의 현상 공정에 나타낸 바와 같이 노광량이 다른 레지스트막(14)을 노광량에 의존하여 순차제거할 수 있는 것은, 용해 속도가 현상 조건(시간 등)에 비선형으로 의존하는 현상이 있기 때문이다. 용해 속도가 변화(증대)하는 변화점이 노광량에 의존하여 변화하는 특성을 이용하여 노광량이 다른 영역을 선택적으로 순차제거할 수 있다.

제 2의 현상 공정에서는 저 도즈 영역(14b)의 용해 속도가 미노광 영역(14a)의 용해 속도에 대해 충분히 높아지는 현상 조건에서 현상(용해)을 실시하여 선택적으로 저 도즈 영역(14b)만을 제거할 수 있다.

또한, 이 방법을 이용함으로써, 3종 이상의 다른 레지스트막(14)의 패턴을 얻는 것도 가능하다.

(제 2의 에칭 공정)

다음으로, 도 8(c)에 나타낸 바와 같이, 미노광 영역(14a)을 에칭 마스크로 하여, 하층막(12)이 에칭되지 않는 에천트(약액 또는 가스)를 이용하여 상층막(13)을 습식 에칭법 또는 건식 에칭법으로 선택적으로 에칭한다.

도 8(c)에서는 하층막(12)과 상층막(13)의 적층으로 구성되어 있는 패턴의 양측에 하층막(12)만으로 구성되어 있는 패턴이 형성되어 있다.

하층막(12)만으로 구성되어 있는 패턴은 저 도즈 영역(14b)에 의해 확정되기 때문에, 도 7(c)에 나타낸 노광 공정에서 광학적으로 설정할 수 있다.

(제 3의 레지스트 제거 공정)

다음으로, 도 8(d)에 나타낸 바와 같이, 회화법 또는 레지스트 박리액에 침지시켜 미노광 영역(14a)의 레지스트막(14)을 제거한다.

이상으로, 하층막(12) 및 상층막(13)을 포함하는 적층으로 구성된 차광 영역(15)과, 하층막(12)으로 구성된 반투과 영역(16)과, 투과성 기판(11)이 노출된 투과 영역(17)을 구비한 포토마스크(100)를 얻을 수 있다.

포토마스크(100)는 하층막(12)으로서 상기 하프톤막으로서의 조건을 채용하여 다계조의 하프톤 마스크로서 기능한다. 또한, 포토마스크(100)는 하층막(12)으로서 상기 위상 시프트막으로서의 조건을 채용하여 위상 시프트 마스크로서 기능할 수 있다. 특히 이 경우, 노광 공정에서의 중첩 오차의 발생이 억제되므로, 차광 영역(15)의 양측에 대칭적으로 반투과 영역(16)의 림(rim)부를 마련할 수 있으며, 정세한 패턴 형성을 가능하게 하는 위상 시프트 마스크를 얻을 수 있다.

도 9는 포토 레지스트의 단면 형상을 나타낸 SEM 사진이다. 도 9(a)는 제 1의 현상 공정 후의 레지스트막(14)의 단면 형상을 나타내고, 도 9(b)는 제 2의 현상 공정 후의 레지스트막(14)의 단면 형상을 나타낸다.

도 9(a)에 나타낸 바와 같이, 미노광 영역(14a) 및 저 도즈 영역(14b)이 접하는 경계 부분에서는 레지스트막(14)의 단면은 완만한 테이퍼 형상을 가질 수 있다.

그러나, 도 9(b)에 나타낸 바와 같이, 제 2의 현상 공정 후에는 미노광 영역(14a)의 레지스트막(14)의 단면은 매우 가파른 형상을 나타낸다. 즉, 도 7(c)에 나타낸 노광 공정에서 확정된 저 도즈 영역(14b)의 레지스트막(14)이 제 2의 현상 공정에서 선택적으로 제거되고 미노광 영역(14a)은 광학적으로 정확하게 확정되는 것을 보여준다.

또한, 도 10(c)에 나타낸 바와 같이, 반투과 영역(16)과 차광 영역(15)을 서로 이격되게 형성하는 것도 가능하다. 도 10(a)에 나타낸 바와 같이, 노광(묘화) 장치로 레지스트막(14)에 대해 미노광 영역(14a) 및 저 도즈 영역(14b)을 서로 이격되게 노광하고, 그 후, 도 10(b)에 나타낸 바와 같이, 제 1의 현상 공정으로 서로 이격된 미노광 영역(14a) 및 저 도즈 영역(14b)을 얻을 수 있다.

그 후, 도 8에 나타낸 공정으로, 반투과 영역(16)과 차광 영역(15)을 서로 이격되게 형성할 수 있다.

따라서, 차광 영역(15) 및 반투과 영역(16)은 광학적으로 소망하는 패턴으로 설정할 수 있고, 포토마스크(100)의 패턴 설계의 자유도가 특허문헌 1, 2에 개시된 방법과 비교하여 크게 향상된다.

또한, 반투과 영역(16)과 차광 영역(15)이 서로 이격된 패턴과, 반투과 영역(16)과 차광 영역(15)이 서로 인접한 패턴이 혼재하는 패턴 배치로 하는 것도 가능하다.

반투과 영역(16)과 차광 영역(15)과의 패턴 배치에 대해 상기와 같이 다양한 배치가 가능하다는 것은, 다른 실시형태에 대해서도 마찬가지이다.

(실시형태 4)

실시형태 3에서는 1회의 노광 처리로 레지스트막(14)에, 미노광 영역(14a), 저 도즈 영역(14b) 및 고 도즈 영역(14c)의 3종의 영역을 형성하고, 투과 영역, 반투과 영역, 차광 영역의 3계조의 포토마스크를 제조할 수 있음을 보여 주었다.

실시형태 4에 의하면, 더욱 다계조의 포토마스크(100)를 제공하는 것도 가능하게 된다.

도 11(a)에 나타낸 바와 같이, 1회의 노광 공정에서 레지스트막(14)을 노광하여 노광량이 높은 순으로 제 1의 영역(14d), 제 2의 영역(14e), 제 3의 영역(14f), 제 4의 영역(14g)(노광량 0)을 형성한다.

다음으로, 도 11(b)에 나타낸 바와 같이, 노광량이 가장 많은 제 1의 영역(14d)을 선택적으로 제거 후, 제 2의 영역(14e), 제 3의 영역(14f), 제 4의 영역(14g)의 레지스트막(14)을 마스크로 상층막(13)과 하층막(12)을 에칭하여 투과성 기판(11)을 노출시킨다.

다음으로, 도 11(c)에 나타낸 바와 같이, 노광량이 두 번째로 많은 제 2의 영역(14e)을 선택적으로 제거 후, 제 3의 영역(14f), 제 4의 영역(14g)의 레지스트막(14)을 마스크로 상층막(13)을 에칭하여 제거하고, 하층막(12)을 부분적으로 더 에칭하여, 상대적으로 막두께가 얇은 제 1의 하층막(12a)(박막 하층막(12a))과 상대적으로 막두께가 두꺼운 제 2의 하층막(12b)(후막 하층막(12b))을 형성한다.

다음으로, 도 11(d)에 나타낸 바와 같이, 노광량이 세 번째로 많은 제 3의 영역(14f)을 선택적으로 제거 후, 제 4의 영역(14g)의 레지스트막(14)을 마스크로 상층막(13)을 에칭하여 제거하고 제 2의 하층막(12b)의 표면을 노출시킨다.

다음으로, 도 11(e)에 나타낸 바와 같이, 제 4의 영역(14g)의 레지스트막(14)을 회화법 또는 레지스트 박리액에 침지시켜 제거한다.

하층막(12)과 상층막(13)과의 적층인 차광 영역(15), 투과성 기판(11)이 노출된 투과 영역(17), 막두께가 상대적으로 얇은 제 1의 하층막(12a)으로 구성되는 제 1의 반투과 영역(161) 및 막두께가 상대적으로 두꺼운 제 2의 하층막(12b)으로 구성되는 제 2의 반투과 영역(162)이 형성된다.

따라서, 투과 영역(17) 및 차광 영역(15), 및 투과율이 다른 제 1의 반투과 영역(161) 및 제 2의 반투과 영역(162)의 4계조의 포토마스크(100)를 얻을 수 있다.

또한, 상층막(13)의 일부의 영역을 부분적으로 에칭하여 막두께를 감소시킴으로써, 반투과 영역을 형성해도 좋다.

도 11(c)에 나타낸 공정에서 노광량이 두 번째로 많은 제 2의 영역(14e)을 선택적으로 제거 후, 제 3의 영역(14f), 제 4의 영역(14g)의 레지스트막(14)을 마스크로 하여 도 8(c)에 나타낸 공정과 동일하게, 상층막(13)만을 선택적으로 에칭하여 제거하고 하층막(12)의 표면을 노출시킨다(도 12(a) 참조).

다음으로, 도 12(b)에 나타낸 바와 같이, 노광량이 세 번째로 많은 제 3의 영역(14f)을 선택적으로 제거 후, 제 4의 영역(14g)의 레지스트막(14)을 마스크로 상층막(13)을 부분적으로 에칭하여, 상대적으로 막두께가 얇은 제 1의 상층막(13a)(박막 상층막)과 상대적으로 막두께가 두꺼운 제 2의 상층막(13b)(후막 상층막(13b))을 형성한다.

상층막(13)의 막두께를 감소시켜 얻어진 박막 상층막(13a)은 대표 파장에 대한 투과율이 증대되고, 반투과막이 된다.

다음으로, 도 12(c)에 나타낸 바와 같이, 제 4의 영역(14g)의 레지스트막(14)을 회화법 또는 레지스트 박리액에 침지시켜 제거한다.

투과성 기판(11)이 노출된 투과 영역(17), 하층막(12)으로 구성되는 제 1의 반투과 영역(161), 하층막(12)과 상대적으로 막두께가 얇은 제 1의 상층막(13a)과의 적층으로 구성되는 제 2의 반투과 영역(162) 및 하층막(12)과 상대적으로 막두께가 두꺼운 제 2의 상층막(13b)과의 적층인 차광 영역(15)이 형성된다. 제 2의 반투과 영역(162)은 하층막(12)의 상층에 제 1의 상층막(13a)(박막 상층막)을 구비하기 때문에, 제 1의 반투과 영역(161)과 비교하여 투과율이 낮게 된다. 또한, 제 1의 상층막(13a)은 상층막(13)보다 막두께가 얇고 투과율이 증대되기 때문에, 제 2의 반투과 영역(162)은 차광 영역(15)(하층막(12)과 후막 상층막(13b)과의 적층)보다 투과율이 높은 반투과 영역이 된다.

따라서, 각각 투과율이 다른 투과 영역(17), 제 1의 반투과 영역(161), 제 2의 반투과 영역(162) 및 차광 영역(15)을 구비한 4계조의 포토마스크 (100)를 얻을 수 있다.

이와 같이, 하층막(12) 또는 상층막(13)의 일부의 영역에서 막두께를 감소시켜서 투과율을 변화시켜, 더욱 다계조의 포토마스크(100)를 얻을 수 있다. 또한, 도 11에 나타낸 제조 공정과 도 12에 나타낸 제조 공정을 조합하여, 하층막(12) 및 상층막(13)의 일부의 영역에서 막두께를 감소시켜서 투과율을 변화시켜, 다계조 포토마스크(100)를 얻을 수도 있다.

또한, 상기 각 실시형태는 레지스트막(14)으로서 포지티브형 레지스트를 이용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 네가티브형 레지스트를 이용한 경우도 마찬가지이다. 네가티브형 레지스트의 경우, 노광량의 관계가 포지티브형 레지스트와 반대가 된다. 예를 들어, 포지티브형 레지스트의 미노광 영역이 네가티브형 레지스트의 고 도즈 영역에, 포지티브형 레지스트의 고 도즈 영역이 네가티브형 레지스트의 미노광 영역에 대응한다.

본 발명에 따르면, 1회의 노광 처리 공정으로 다른 광학 특성을 갖는 패턴을 구비한 포토마스크를 얻을 수 있다. 그 결과, 포토마스크의 제조 공정수의 증대를 방지하면서 정세한 패턴을 실현할 수 있다.

본 포토마스크를 표시 장치 등의 제품의 생산 공정에 이용하는 것으로 제품의 성능 향상 등에 기여할 수 있으며, 산업상의 이용 가능성은 크다.

100 포토마스크
1 투과성 기판
2 기능성 막(반투과막)
3 에칭 스토퍼막(중간막)
4 차광막(상층막)
5 (포토)레지스트막
5a 미노광 영역
5b 저 도즈 영역(low-dose region)
5c 고 도즈 영역(high-dose region)
6 반투과 영역
7 차광 영역
8 투과 영역
9 반사 방지막
41 차광막
11 투과성 기판
12 하층막
12a 제 1의 하층막(박막 하층막)
12b 제 2의 하층막(후막 하층막)
13 상층막
13a 제 1의 상층막(박막 상층막)
13b 제 2의 상층막(후막 상층막)
14 (포토)레지스트막
14a 미노광 영역(제 3의 영역)
14b 저 도즈 영역(제 2의 영역)
14c 고 도즈 영역(제 1의 영역)
14d 제 1의 영역
14e 제 2의 영역
14f 제 3의 영역
14g 제 4의 영역
15 차광 영역
16 반투과 영역
161 제 1의 반투과 영역
162 제 2의 반투과 영역
17 투과 영역

Claims (10)

1. 투과성 기판 상에 반투과막을 가지며, 상기 반투과막 상에 중간막을 가지며, 상기 중간막 상에 상층막을 가지는 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과,
   상기 상층막 상에 레지스트막을 형성하는 공정과,
   상기 레지스트막을 노광하여 노광량이 다른 제 1의 영역, 제 2의 영역 및 제 3의 영역을 형성하는 노광 공정과,
   상기 제 1의 영역을 선택적으로 제거하는 제 1의 레지스트 제거 공정과,
   상기 상층막을 에칭하는 제 1의 에칭 공정과,
   상기 제 2의 영역을 선택적으로 제거하는 제 2의 레지스트 제거 공정과,
   상기 반투과막, 상기 상층막 및 상기 중간막을 에칭하는 제 2의 에칭 공정과,
   상기 제 3의 영역을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 반투과막과 상기 상층막이 동일한 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 노광 공정에 있어서, 상기 제 1의 영역의 노광량은 상기 제 2의 영역의 노광량보다 많고, 상기 제 3의 영역의 노광량이 0인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 반투과막이 하프톤막인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 반투과막이 위상 시프트막인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
6. 투과성 기판 상에 하층막을 가지며, 상기 하층막 상에 상층막을 가지는 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과,
   상기 상층막 상에 레지스트막을 형성하는 공정과,
   상기 레지스트막을 노광하여 노광량이 다른 제 1의 영역, 제 2의 영역 및 제 3의 영역을 형성하는 노광 공정과,
   상기 제 1의 영역을 선택적으로 제거하는 제 1의 레지스트 제거 공정과,
   상기 상층막 및 상기 하층막을 에칭하는 제 1의 에칭 공정과,
   상기 제 2의 영역을 선택적으로 제거하는 제 2의 레지스트 제거 공정과,
   상기 상층막을 에칭하는 제 2의 에칭 공정과,
   상기 제 3의 영역을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 하층막과 상기 상층막이 다른 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 노광 공정에 있어서, 상기 제 1의 영역의 노광량은 상기 제 2의 영역의 노광량보다 많고, 상기 제 3의 영역의 노광량이 0인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 하층막이 하프톤막인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
10. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 하층막이 위상 시프트막인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.

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