KR20220071910A - 위상 시프트 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

위상 시프트 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 표시 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR20220071910A
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마사루 다나베
게이시 아사까와
준이찌 야스모리
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호야 가부시키가이샤
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Abstract

위상 시프트막에 막 두께 변동이 생긴 경우라도, 노광광의 대표 파장에 대한 투과율의 변동을 억제하여 원하는 높은 투과율을 가짐과 함께 양호한 패턴 전사를 행할 수 있는 위상 시프트 마스크 블랭크를 제공한다.
투명 기판 상에 위상 시프트막을 갖는 위상 시프트 마스크 블랭크이며, 위상 시프트막은, 노광 파장의 대표 파장에 있어서, 투과율이 30 이상 80％ 이하이고, 소쇠 계수 k가 0.10 이상 0.25 이하이고, 굴절률 n이 2.20 이상 2.57 이하이고, 노광 파장의 대표 파장은 313 내지 436nm의 범위 내에 있고, 대표 파장은, 위상 시프트막의 표면 반사율과 파장의 관계에 있어서, 인접하는 단파장측의 표면 반사율의 골과 인접하는 장파장측의 표면 반사율의 산 사이에 위치하고 있고, 위상 시프트막은 전이 금속 및 규소를 함유한다.

Description

위상 시프트 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 표시 장치의 제조 방법 {PHASE SHIFT MASK BLANK, METHOD FOR MANUFACTURING PHASE SHIFT MASK, AND METHOD FOR MANUFACTURING DISPLAY DEVICE}
본 발명은 위상 시프트 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
근년, OLED(Organic Light Emitting Diode)를 대표로 하는 FPD(Flat Panel Display) 등의 표시 장치에서는, 대화면화, 광시야각화와 함께 고정밀화, 고속 표시화가 급속하게 진행되고 있다. 이 고정밀화, 고속 표시화를 위해 필요한 요소의 하나가, 미세하고 치수 정밀도가 높은 소자나 배선 등의 전자 회로 패턴의 제작이다. 이 표시 장치용 전자 회로의 패터닝에는 포토리소그래피가 사용되는 경우가 많다. 이 때문에, 미세하고 고정밀도의 패턴이 형성된 표시 장치 제조용 위상 시프트 마스크나 바이너리 마스크와 같은 포토마스크가 필요해지고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 투명 기판 상에 형성하는 마스크 패턴을, 실질적으로 노광에 기여하는 강도의 광을 투과시키는 광투과부와 실질적으로 노광에 기여하지 않는 강도의 광을 투과시키는 광반투과부로 구성하고, 또한 이 광반투과부를 통과하는 광의 위상을 시프트시켜 해당 광반투과부를 통과한 광의 위상과 광투과부를 통과한 광의 위상을 다르게 함으로써, 광투과부와 광반투과부의 경계부 근방을 통과한 광이 서로 상쇄되도록 하여 경계부의 콘트라스트를 양호하게 유지할 수 있도록 한 위상 시프트 마스크가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 평6-332152호
근년의 고정밀(600ppi 이상)의 패널 제작에 사용되는 위상 시프트 마스크로서는, 고해상의 패턴 전사를 가능하게 하기 위해, 위상 시프트 마스크이며, 또한 홀 직경으로 6㎛ 이하, 라인 폭으로 4㎛ 이하의 미세한 위상 시프트막 패턴이 형성된 위상 시프트 마스크가 요구되고 있다. 구체적으로는, 홀 직경으로 1.5㎛의 미세한 위상 시프트막 패턴이 형성된 위상 시프트 마스크가 요구되고 있다.
또한, 보다 고해상의 패턴 전사를 실현하기 위해, 노광광에 대한 투과율이 30％ 이상이라고 하는 고투과의 위상 시프트막을 갖는 위상 시프트 마스크 블랭크, 및 노광광에 대한 투과율이 30％ 이상인 위상 시프트막 패턴이 형성된 위상 시프트 마스크가 요구되고 있다.
그리고, 이러한 위상 시프트막의 성막 조건을 일정하게 하는 것은 용이하지 않으며, 성막된 위상 시프트막의 막 두께에 변동(불균일)이 생길 수 있다.
또한, 이러한 위상 시프트막을 구비한 위상 시프트 마스크 블랭크에 미세한 패턴을 형성하여 위상 시프트 마스크를 제조함에 있어서, 세정 처리나 에칭 처리를 거치게 된다. 또한, 제조된 위상 시프트 마스크에 있어서도, 사용 시에 세정 처리가 적절하게 행해진다. 이들 요인에 의해, 위상 시프트 마스크에 있어서, 패터닝된 위상 시프트막의 막 두께가 감소하는 경우가 있다.
그리고, 이러한 위상 시프트막(패터닝된 위상 시프트막도 포함함. 이하에 있어서도 마찬가지.)의 막 두께의 변동에 의해, 위상 시프트막의 투과율이 크게 변동되는 경우가 있어, 원하는 전사 특성에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
그래서 본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은, 위상 시프트막에 막 두께 변동이 생긴 경우라도, 노광광의 대표 파장에 대한 투과율의 변동을 억제하여 원하는 높은 투과율을 가짐과 함께, 양호한 패턴 전사를 행할 수 있는 위상 시프트 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1) 투명 기판 상에 위상 시프트막을 갖는 위상 시프트 마스크 블랭크이며,
상기 위상 시프트막은, 노광 파장의 대표 파장에 있어서, 투과율이 30％ 이상 80％ 이하이고, 소쇠 계수 k가 0.10 이상 0.25 이하이고, 굴절률 n이 2.20 이상 2.57 이하이고,
상기 노광 파장의 대표 파장은 313 내지 436nm의 범위 내에 있고,
상기 대표 파장은, 상기 위상 시프트막의 표면 반사율과 파장의 관계에 있어서, 인접하는 단파장측의 표면 반사율의 골과 인접하는 장파장측의 표면 반사율의 산 사이에 위치하고 있고,
상기 위상 시프트막은, 전이 금속 및 규소를 함유하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크 블랭크.
(구성 2) 상기 위상 시프트막은 경원소를 함유하고, 상기 경원소의 함유율이 50원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 기재의 위상 시프트 마스크 블랭크.
(구성 3) 상기 위상 시프트막은 단층막 또는 동일 조성으로 이루어지는 적층막인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2 기재의 위상 시프트 마스크 블랭크.
(구성 4) 상기 위상 시프트막의 막 두께는 180nm 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 위상 시프트 마스크 블랭크.
(구성 5) 상기 위상 시프트막은, 30nm 이하의 범위에 있어서 막 두께가 변동된 경우의 상기 대표 파장에 있어서의 이면 반사율의 최댓값과 최솟값의 차가 10％ 이상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 위상 시프트 마스크 블랭크.
(구성 6) 상기 위상 시프트막은, 30nm 이하의 범위에 있어서 막 두께가 변동된 경우의 상기 대표 파장에 있어서의 투과율의 최댓값과 최솟값의 차를 투과율 변동값이라고 하였을 때, 막 두께가 변동되기 전의 상기 대표 파장에 있어서의 투과율에 대한 상기 투과율 변동값의 비율이 20％ 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 위상 시프트 마스크 블랭크.
(구성 7) 상기 대표 파장은 405nm인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 위상 시프트 마스크 블랭크.
(구성 8) 상기 위상 시프트막 상에, 해당 위상 시프트막에 대하여 에칭 선택성이 다른 에칭 마스크막을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 위상 시프트 마스크 블랭크.
(구성 9) 구성 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 위상 시프트 마스크 블랭크를 준비하는 공정과,
상기 위상 시프트막 상에 레지스트막을 형성하고, 상기 레지스트막으로 형성한 레지스트막 패턴을 마스크로 하여 상기 위상 시프트막을 습식 에칭하여, 상기 투명 기판 상에 위상 시프트막 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
(구성 10) 구성 8 기재의 위상 시프트 마스크 블랭크를 준비하는 공정과,
상기 에칭 마스크막 상에 레지스트막을 형성하고, 상기 레지스트막으로 형성한 레지스트막 패턴을 마스크로 하여 상기 에칭 마스크막을 습식 에칭하여, 상기 위상 시프트막 상에 에칭 마스크막 패턴을 형성하는 공정과,
상기 에칭 마스크막 패턴을 마스크로 하여, 상기 위상 시프트막을 습식 에칭하여, 상기 투명 기판 상에 위상 시프트막 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
(구성 11) 구성 9 또는 10 기재의 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 의해 얻어진 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 적재하고, 상기 위상 시프트 마스크 상에 형성된 전사 패턴을, 표시 장치 기판 상에 형성된 레지스트에 노광 전사하는 노광 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 제조 방법.
본 발명에 관한 위상 시프트 마스크 블랭크에 따르면, 위상 시프트막에 막 두께 변동이 생긴 경우라도, 노광광의 대표 파장에 대한 투과율의 변동을 억제하여 원하는 높은 투과율을 가짐과 함께, 양호한 패턴 전사를 행할 수 있는 위상 시프트 마스크 블랭크를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 따르면, 상기 위상 시프트 마스크 블랭크를 사용하여 위상 시프트 마스크를 제조한다. 이 때문에, 위상 시프트막 패턴이 포함하는 위상 시프트막에 막 두께 변동이 생긴 경우라도, 노광광의 대표 파장에 대한 투과율의 변동을 억제하여 원하는 높은 투과율을 가짐과 함께, 양호한 패턴 전사를 행할 수 있는 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있다. 이 위상 시프트 마스크는, 예를 들어 라인 앤 스페이스 패턴이나 홀 패턴, 도트 패턴의 미세화에 대응할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 표시 장치의 제조 방법에 따르면, 상기 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 의해 얻어진 위상 시프트 마스크를 사용하여 표시 장치를 제조한다. 이 때문에, 예를 들어 미세한 라인 앤 스페이스 패턴이나 콘택트 홀을 갖는 표시 장치를 제조할 수 있다.
도 1은 실시 형태 1에 관한 위상 시프트 마스크 블랭크의 막 구성(투명 기판/위상 시프트막/에칭 마스크막)을 도시하는 모식도이다.
도 2는 실시 형태 2에 관한 위상 시프트 마스크 블랭크의 막 구성(투명 기판/위상 시프트막)을 도시하는 모식도이다.
도 3은 실시 형태 3에 관한 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 도시하는 모식도이다.
도 4는 실시 형태 4에 관한 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 도시하는 모식도이다.
도 5는 시뮬레이션 결과로부터 도출된, 실시예 1에 대응하는 위상 시프트막에 있어서의, 노광광의 파장에 대한 반사율 및 투과율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 시뮬레이션 결과로부터 도출된, 실시예 1에 대응하는 위상 시프트막에 있어서의, 막 두께에 대한, 이면 반사율, 투과율, 위상의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 시뮬레이션 결과로부터 도출된, 종래의 위상 시프트막에 있어서의, 막 두께에 대한, 이면 반사율, 투과율, 위상의 관계를 나타내는 그래프이다.
우선, 본 발명에 이른 경위에 대하여 설명한다. 본 발명자는 상술한 과제를 해결하기 위한 방책을 예의 검토하였다. 또한, 이 검토 내용은 발명자의 추측이나 지견에 기초하는 것이지만, 본 발명의 내용을 제한하는 것은 아니다. 본 발명에 있어서의 위상 시프트막은, 노광광의 위상을 시프트시키는 막이고, 위상 시프트 마스크 블랭크 및 위상 시프트 마스크는, 이 위상 시프트막을 사용하여 얻어지는 것이다. 상기 위상 시프트막의 위상 시프트양(본 명세서에서는 위상 시프트양의 절댓값을 기재)은, 노광광의 대표 파장에 있어서, 0°보다 크면 특별히 제한은 없지만, 바람직하게는 대략 180°로 할 수 있다. 대략 180°란, 160°이상 200°이하(160≤φ≤200)이며, 바람직하게는 170°이상 190°이하(170≤φ≤190)이다. 본 명세서에 있어서, 위상 시프트양은 위상차라고도 칭하는 경우가 있다.
상술한 바와 같이, 고투과의 위상 시프트막에 있어서, 예를 들어 성막 시 혹은 위상 시프트 마스크의 제조 시에 있어서, 막 두께의 변동이 생기는 경우가 있다. 그래서, 본 발명자는 위상 시프트막에 막 두께 변동이 생긴 경우라도, 노광광의 대표 파장에 대한 투과율의 변동을 억제하여 높은 투과율을 확보할 수 있는 위상 시프트막의 구성에 대하여 검토하였다. 또한, 본 명세서에 있어서는, 특기하지 않는 한, 투과율(％)의 값은, 투명 기판이 노출된 영역에 있어서의 투과율을 100％로 하여 기재한다.
우선, 도 6 및 도 7을 사용하여 설명한다. 도 6은, 시뮬레이션 결과로부터 도출된, 실시예 1(상세는 후술)에 대응하는 위상 시프트막에 있어서의, 막 두께에 대한, 이면 반사율, 투과율, 위상 시프트양의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 실시예 1에 대응하는 위상 시프트막은, 원하는 광학 특성(위상 시프트양, 투과율 등)을 갖도록 굴절률 및 소쇠 계수를 설정하고, 막 두께를 변화시킨 것이다. 또한, 도 7은, 시뮬레이션 결과로부터 도출된, 종래의 위상 시프트막에 있어서의, 막 두께에 대한, 이면 반사율, 투과율, 위상 시프트양의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 7에 도시되는 위상 시프트막에 있어서는, 이면 반사율의 증감이 그다지 보이지 않는 것에 비해, 투과율은, 위상 시프트막의 막 두께 감소에 수반하여 증가하였으며, 변동이 억제되어 있지 않은 것이었다. 한편, 도 6에 도시되는 바와 같이, 실시예 1에 대응하는 위상 시프트막의 이면 반사율은, 그 막 두께의 증감에 수반하여 크게 변동되는 것에 비해, 투과율은, 위상 시프트막의 막 두께가 감소 혹은 증가해도, 거의 일정한 범위 내에 있는 것을 알 수 있었다. 즉, 실시예 1에 관한 위상 시프트막에 따르면, 막 두께가 변동되어도 투과율의 변동이 억제되는 것을 알 수 있었다.
그래서, 본 발명자는 실시예 1에 대응하는 위상 시프트막의 광학 특성에 관한 상세한 정보를 얻기 위해, 반사율 및 투과율의 파장 의존성을 시뮬레이션에 의해 얻었다. 그 결과를 도 5에 도시한다. 도 5는, 실시예 1에 대응하는 위상 시프트막에 있어서의, 노광광의 파장에 대한 반사율 및 투과율의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기서의 반사율은, 위상 시프트막의 표면의 반사율(표면 반사율)로 하였다. 이 위상 시프트막은, 원하는 광학 특성(위상 시프트양, 투과율 등)을 발휘하도록 굴절률, 소쇠 계수, 막 두께를 설정한 것이며, 도 5에서는 막 두께 153nm의 것을 예시하고 있다. 또한, 여기서의 투과율은, 대기에 있어서의 투과율을 레퍼런스(100％)로 하여 산출한 것이다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 막 두께 153nm에서는, 대표 파장의 일례로서의 405nm의 파장광에 있어서의 표면 반사율에 착안하면, 그 값은 16％이며, 투과율은 약 45％였다. 또한, 도 5의 표면 반사율의 곡선에 있어서, 반사율의 극솟값(골이라고도 칭함)에 대응하는 파장은 370nm였다. 한편, 도시하지 않았지만, 막 두께를 153nm로부터 149nm로 감소시킨 바, 405nm의 파장광에 있어서의 표면 반사율은 19％이며, 투과율은 약 45％인 채였다. 또한, 막 두께 149nm에서는, 표면 반사율의 골에 대응하는 파장이 362nm로 되어, 막 두께 153nm의 위상 시프트막의 표면 반사율의 곡선(도 5)과 비교하여, 표면 반사율의 골이 단파장측으로 시프트하는 것을 알 수 있었다. 또한, 도시하지 않았지만, 상기 위상 시프트막의 막 두께를 153nm로부터 157nm로 증가시켜 시뮬레이션을 행한 바, 405nm의 파장광에 있어서의 표면 반사율은 14％이며, 투과율은 46％였다. 또한, 막 두께 157nm에서는, 표면 반사율의 골에 대응하는 파장이 378nm로 되어, 막 두께 153nm의 위상 시프트막의 표면 반사율의 곡선(도 5)과 비교하여, 표면 반사율의 극솟값(골)은 장파장측으로 시프트하는 것도 알 수 있었다.
즉, 본 발명자의 검토에 따르면, 본 실시예와 같은 위상 시프트막이라면, 그 막 두께가 변동된 경우, 표면 반사율의 곡선에 있어서 표면 반사율의 골이 좌우로 시프트되고, 대표 파장에 있어서의 표면 반사율이 증감함으로써 투과율의 변동이 상쇄되어, 결과적으로 투과율의 변동이 억제된다고 생각되었다. 그리고, 대표 파장에 있어서의 표면 반사율이, 위상 시프트막의 막 두께의 변동에 따라 증감하는 데에는, 노광광의 파장과 표면 반사율의 관계를 나타내는 곡선에 있어서, 대표 파장이 표면 반사율의 골과 산(극댓값을 가리킴) 사이에 위치하는 특성을 갖는 위상 시프트막으로 하는 것이 유효한 것을 알 수 있었다.
본 발명자는 더 예의 검토를 행하여, 노광 파장의 대표 파장에 있어서, 투과율이 30％ 이상 80％ 이하이고, 소쇠 계수 k가 0.10 이상 0.25 이하이고, 굴절률 n이 2.20 이상 2.57 이하이고, 노광 파장의 대표 파장은 313 내지 436nm의 범위 내에 있고, 대표 파장은, 상기 위상 시프트막의 표면 반사율과 파장의 관계에 있어서, 인접하는 단파장측의 표면 반사율의 골(극솟값)과 인접하는 장파장측의 표면 반사율의 산(극댓값) 사이에 위치하고 있고, 전이 금속 및 규소를 함유한다고 하는 요건을 충족시키는 위상 시프트막으로 하였을 때, 위상 시프트막에 막 두께 변동이 생긴 경우라도, 노광광의 대표 파장에 대한 투과율의 변동을 억제하여 원하는 높은 투과율을 가짐과 함께, 양호한 패턴 전사를 행하기 위한 원하는 광학 특성이 얻어지는 것을 발견하였다.
본 발명은 이상과 같은 예의 검토 결과 이루어진 것이며, 이하의 구성을 요한다.
실시 형태 1, 2.
실시 형태 1, 2에서는, 위상 시프트 마스크 블랭크에 대하여 설명한다. 실시 형태 1의 위상 시프트 마스크 블랭크는, 위상 시프트 마스크를 형성하기 위한 원판이며, 이 위상 시프트 마스크는, 에칭 마스크막에 원하는 패턴이 형성된 에칭 마스크막 패턴을 마스크로 하여, 위상 시프트막을 에칭함으로써 얻어지는 위상 시프트막 패턴을 투명 기판 상에 갖는 위상 시프트 마스크이다. 또한, 실시 형태 2의 위상 시프트 마스크 블랭크는, 위상 시프트 마스크를 형성하기 위한 원판이며, 이 위상 시프트 마스크는, 레지스트막에 원하는 패턴이 형성된 레지스트막 패턴을 마스크로 하여, 위상 시프트막을 에칭함으로써 얻어지는 위상 시프트막 패턴을 투명 기판 상에 갖는 위상 시프트 마스크이다. 이 에칭은 건식 에칭 또는 습식 에칭 중 어느 것이어도 상관없지만, 습식 에칭인 것이 바람직하다.
도 1은 실시 형태 1에 관한 위상 시프트 마스크 블랭크(10)의 막 구성을 도시하는 모식도이다.
도 1에 도시하는 위상 시프트 마스크 블랭크(10)는, 투명 기판(20)과, 투명 기판(20) 상에 형성된 위상 시프트막(30)과, 위상 시프트막(30) 상에 형성된 에칭 마스크막(40)을 구비한다.
도 2는 실시 형태 2에 관한 위상 시프트 마스크 블랭크(10)의 막 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2에 도시하는 위상 시프트 마스크 블랭크(10)는, 투명 기판(20)과, 투명 기판(20) 상에 형성된 위상 시프트막(30)을 구비한다.
이하, 실시 형태 1 및 실시 형태 2의 위상 시프트 마스크 블랭크(10)를 구성하는 투명 기판(20), 위상 시프트막(30) 및 에칭 마스크막(40)에 대하여 설명한다.
투명 기판(20)은, 노광광에 대하여 투명하다. 투명 기판(20)은, 표면 반사 손실이 없다고 하였을 때, 노광광에 대하여 85％ 이상의 투과율, 바람직하게는 90％ 이상의 투과율을 갖는 것이다. 투명 기판(20)은, 규소와 산소를 함유하는 재료로 이루어지며, 합성 석영 유리, 석영 유리, 알루미노실리케이트 유리, 소다석회 유리, 저열팽창 유리(SiO2-TiO2 유리 등) 등의 유리 재료로 구성할 수 있다. 투명 기판(20)이 저열팽창 유리로 구성되는 경우, 투명 기판(20)의 열변형에 기인하는 위상 시프트막 패턴의 위치 변화를 억제할 수 있다. 또한, 표시 장치 용도로 사용되는 투명 기판(20)은, 일반적으로 직사각 형상의 기판이며, 해당 투명 기판의 짧은 변의 길이는 300mm 이상인 것이 사용된다. 예를 들어, 투명 기판의 주표면(위상 시프트막 패턴이 형성되는 면)의 한 변의 길이는 300 내지 2000mm이다. 본 발명은 투명 기판의 짧은 변의 길이가 300mm 이상의 큰 사이즈라도, 투명 기판 상에 형성되는 예를 들어 2.0㎛ 미만의 미세한 위상 시프트막 패턴을 안정적으로 전사할 수 있는 위상 시프트 마스크를 제공 가능한 위상 시프트 마스크 블랭크이다.
노광광에 대한 위상 시프트막(30)의 투과율은, 위상 시프트막(30)으로서 필요한 값을 충족한다. 위상 시프트막(30)의 투과율은, 노광광에 포함되는 소정 파장의 광(대표 파장)에 대하여, 바람직하게는 30％ 이상 80％ 이하이고, 보다 바람직하게는 35％ 이상 75％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 40％ 이상 70％ 이하이다. 즉, 노광광이 313nm 이상 436nm 이하의 파장 범위의 광을 포함하는 복합광인 경우, 위상 시프트막(30)은, 그 파장 범위에 포함되는 대표 파장의 광에 대하여, 상술한 투과율을 갖는다. 예를 들어, 노광광이 i선, h선 및 g선을 포함하는 복합광인 경우, 위상 시프트막(30)은, i선, h선 및 g선 중 어느 것에 대하여, 상술한 투과율을 갖는다. 대표 파장은 313 내지 436nm의 범위 내라면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 위상 시프트막의 표면 반사율과 파장의 관계에 있어서 인접하는 단파장측의 표면 반사율의 골과 인접하는 장파장측의 표면 반사율의 산 사이에 위치하도록 설정하는 관점에서, 405nm(h선)인 것이 바람직하다. h선에 대하여 이러한 특성을 가짐으로써, i선, h선 및 g선을 포함하는 복합광을 노광광으로서 사용한 경우에, i선 및 g선의 파장에서의 투과율에 대해서도 유사한 효과를 기대할 수 있다.
투과율은, 위상 시프트양 측정 장치 등을 사용하여 측정할 수 있다.
노광광에 대한 위상 시프트막(30)의 위상차는, 위상 시프트막(30)으로서 원하는 값을 충족한다. 위상 시프트막(30)의 위상차는, 노광광에 포함되는 대표 파장의 광에 대하여, 바람직하게는 160°이상 200°이하이고, 보다 바람직하게는 170°이상 190°이하이다. 이 성질에 의해, 노광광에 포함되는 대표 파장의 광의 위상을 160°이상 200°이하로 바꿀 수 있다. 이 때문에, 위상 시프트막(30)을 투과한 대표 파장의 광과 투명 기판(20)만을 투과한 대표 파장의 광 사이에 160°이상 200°이하의 위상차가 생긴다. 즉, 노광광이 313nm 이상 436nm 이하인 파장 범위의 광을 포함하는 복합광인 경우, 위상 시프트막(30)은, 그 파장 범위에 포함되는 대표 파장의 광에 대하여 상술한 위상차를 갖는다. 예를 들어, 노광광이 i선, h선 및 g선을 포함하는 복합광인 경우, 위상 시프트막(30)은 i선, h선 및 g선 중 어느 것에 대하여 상술한 위상차를 갖는다.
위상차는, 위상 시프트양 측정 장치 등을 사용하여 측정할 수 있다.
대표 파장에 대한 위상 시프트막(30)의 굴절률 n은, 필요한 위상차를 얻기 위해 필요한 막 두께의 박막화와, 에칭 레이트를 향상시키는 등의 관점에서, 2.20 이상 2.57 이하이면 바람직하고, 2.21 이상 2.50 이하이면 보다 바람직하다.
또한, 대표 파장에 대한 위상 시프트막(30)의 소쇠 계수 k는, 위상 시프트막(30)의 막 두께의 변동에 대한 투과율의 변동을 억제시키는 관점에서, 0.10 이상 0.25 이하이면 바람직하고, 0.11 이상 0.20 이하이면 보다 바람직하다.
또한, 위상 시프트막(30)의 막 두께는, 성막 시에 있어서의 파워 증대 억제나 결함 품질 향상, 에칭 타임 단축, 패턴의 미세화, 막 응력에 의한 변형 등의 관점에서, 180nm 이하이면 바람직하고, 130nm 이상 180nm 이하이면 보다 바람직하다.
또한, 위상 시프트막(30)은, 위상 시프트막(30)의 막 두께의 변동에 대한 투과율의 변동을 억제시키는 관점에서, 표면 반사율과 파장의 관계에 있어서, 표면 반사율의 산과 표면 반사율의 골의 차가 10％ 이상인 것이 바람직하고, 15％ 이상이면 보다 바람직하다.
또한, 위상 시프트막(30)은, 표면 반사율에 기인하는 투과율의 변동을 억제하는 관점에서, 표면 반사율의 산과 표면 반사율의 골의 차가 20％ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 위상 시프트막(30)은, 위상 시프트막(30)의 막 두께의 변동에 대한 투과율의 변동을 더 억제시키는 관점에서, 30nm 이하의 범위에 있어서 막 두께가 변동된 경우의 대표 파장에 있어서의 이면 반사율의 최댓값과 최솟값의 차가, 10％ 이상으로 되어 있는 것이 바람직하고, 15％ 이상으로 되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 표면 반사율 및 이면 반사율을 통합하여 반사율이라고 한 경우, 본 명세서에 있어서는, 반사율 A(％)와 반사율 B(％)의 차 X(％)는, X=|A-B|(A와 B의 차의 절댓값)를 의미하며, X(포인트)라고 기재할 수도 있다.
또한, 위상 시프트막(30)은, 막 두께가 변동되어도 양호한 전사 특성을 발휘하도록, 30nm 이하의 범위에 있어서 막 두께가 변동된 경우의 대표 파장에 있어서의 투과율의 최댓값과 최솟값의 차를 투과율 변동값이라고 하였을 때, 막 두께가 변동되기 전의 대표 파장에 있어서의 투과율에 대한 투과율 변동값의 비율이 20％ 이하로 되어 있는 것이 바람직하고, 15％ 이하로 되어 있는 것이 보다 바람직하고, 10％ 이하로 되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 본 명세서에 있어서, 투과율 C(％)와 투과율 D(％)의 차 Y(％)는, Y=|C-D|(C와 D의 차의 절댓값)를 의미하며, Y(포인트)라고 기재할 수도 있다. 또한, 막 두께가 변동되기 전의 대표 파장에 있어서의 투과율에 대한 투과율 변동값의 비율이란, 투과율 변동값을 막 두께가 변동하기 전의 대표 파장에 있어서의 투과율로 나눈 값을 백분율로 나타낸 것을 의미한다.
반사율은, 분광 광도계 등을 사용하여 측정할 수 있다.
위상 시프트막(30)의 재료는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 위상 시프트막(30)은, 예를 들어 전이 금속과 규소를 함유하는 것이 바람직하며, 예를 들어 전이 금속 실리사이드계 재료로 구성될 수 있다. 이 전이 금속으로서 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 등이 적합하다. 특히, 몰리브덴(Mo)과 지르코늄(Zr)과 규소(Si)와 질소를 포함하는 재료로 이루어지는 ZrMoSi계 재료로 구성되는 것이 바람직하다. ZrMoSi계 재료이면, 습식 에칭에 의한 우수한 패턴 단면 형상을 얻기 쉽다고 하는 점에서 바람직하다.
또한, 위상 시프트막(30)은 경원소를 함유하며, 경원소의 함유율이 50원자％ 이상인 것이 바람직하다. 본 명세서에 있어서, 경원소란, 스칸듐(Sc)보다 작은 원소 번호를 갖는 원소를 의미한다. 경원소로서는, 질소 또는 산소 중 적어도 한쪽을 함유하고 있는 것이 바람직하다. 상기 전이 금속 실리사이드계 재료에 있어서, 경원소 성분인 산소는, 동일하게 경원소 성분인 질소와 비교하여, 굴절률 및 소쇠 계수를 낮추는 효과가 있기 때문에, 원하는 투과율을 얻기 위한 다른 경원소 성분(질소 등)의 함유율을 적게 할 수 있음과 함께, 위상 시프트막(30)의 표면 및 이면의 반사율도 효과적으로 저감할 수 있다. 또한, 상기 전이 금속 실리사이드계 재료에 있어서, 경원소 성분인 질소는, 동일하게 경원소 성분인 산소와 비교하여, 굴절률을 낮추지 않는 효과가 있기 때문에, 원하는 위상차를 얻기 위한 막 두께를 얇게 할 수 있다. 또한, 위상 시프트막(30)에 포함되는 산소와 질소를 포함하는 경원소 성분의 합계 함유율은, 50원자％ 이상 65원자％ 이하가 바람직하다. 또한, 위상 시프트막(30)에 산소가 포함되는 경우에는, 산소의 함유율은 0원자％ 초과 40원자％ 이하인 것이 결함 품질, 내약성에 있어서 바람직하다.
또한, 위상 시프트막(30)에는, 상술한 산소, 질소 외에, 막 응력의 저감이나 습식 에칭 레이트를 제어할 목적으로, 탄소나 헬륨 등의 다른 경원소 성분을 함유해도 된다.
이 위상 시프트막(30)은 주상 구조를 가져도 된다. 특히, 몰리브덴 실리사이드계 재료로 위상 시프트막(30)을 구성하는 경우에는, 에칭 레이트가 작은 경향이 있기 때문에, 위상 시프트막(30)의 에칭 레이트를 향상시킬 수 있어 바람직하다. 이 주상 구조는, 위상 시프트막(30)을 단면 SEM 관찰하여 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서의 주상 구조는, 위상 시프트막(30)을 구성하는 전이 금속과 규소를 함유하는 전이 금속 실리사이드 화합물의 입자가, 위상 시프트막(30)의 막 두께 방향(상기 입자가 퇴적되는 방향)을 향하여 신장하는 주상 입자 구조를 갖는 상태를 말한다. 또한, 본원에 있어서는, 막 두께 방향의 길이가 막 두께 방향에 수직인 방향의 길이보다 긴 것을 주상 입자로 하고 있다. 즉, 위상 시프트막(30)은, 막 두께 방향을 향하여 신장하는 주상 입자가, 투명 기판(20)의 면 내에 걸쳐 형성되어 있다. 또한, 위상 시프트막(30)은, 성막 조건(스퍼터링 압력 등)을 조정함으로써, 주상 입자보다 상대적으로 밀도가 낮은 소(疎)한 부분(이하, 간단히 「소한 부분」이라고 하는 경우도 있음)도 형성되어 있다. 또한, 위상 시프트막(30)은, 습식 에칭 시의 사이드 에칭을 효과적으로 억제하고, 패턴 단면 형상을 더 양호화하기 위해, 위상 시프트막(30)의 주상 구조의 바람직한 형태로서는, 막 두께 방향으로 신장하는 주상 입자가, 막 두께 방향으로 불규칙하게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 위상 시프트막(30)의 주상 입자는, 막 두께 방향의 길이가 가지런하지 않은 상태인 것이 바람직하다. 그리고, 위상 시프트막(30)의 소한 부분은, 막 두께 방향에 있어서 연속적으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
위상 시프트막(30)은, 단층막 또는 동일 조성으로 이루어지는 적층막인 것이 바람직하다. 이러한 위상 시프트막(30)이라면, 위상 시프트막(30) 내에 있어서의 계면 반사나 내부 반사를 억제할 수 있고, 습식 에칭에 의한 패턴 단면의 제어가 용이하기 때문이다. 또한, 성막 조건의 복잡한 변경이 필요로 되지 않으므로, 성막 공정을 간결하게 할 수 있다.
이 위상 시프트막(30)은 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다.
에칭 마스크막(40)은, 위상 시프트막(30)의 상측에 배치되고, 위상 시프트막(30)을 에칭하는 에칭액에 대하여 에칭 내성을 갖는(위상 시프트막(30)과 에칭 선택성이 다른) 재료로 이루어진다. 또한, 에칭 마스크막(40)은, 노광광의 투과를 차단하는 기능을 가져도 되고, 또한 위상 시프트막(30)측으로부터 입사되는 광에 대한 위상 시프트막(30)의 막면 반사율이 313nm 내지 436nm의 파장 영역에 있어서 15％ 이하로 되도록 막면 반사율을 저감하는 기능을 가져도 된다. 에칭 마스크막(40)은, 크롬(Cr)을 함유하는 크롬계 재료로 구성될 수 있다. 크롬계 재료로서, 보다 구체적으로는 크롬(Cr), 또는 크롬(Cr)과, 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 어느 하나를 함유하는 재료를 들 수 있다. 또는 크롬(Cr)과, 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 또한 불소(F)를 포함하는 재료를 들 수 있다. 예를 들어, 에칭 마스크막(40)을 구성하는 재료로서, Cr, CrO, CrN, CrF, CrCO, CrCN, CrON, CrCON, CrCONF를 들 수 있다. 크롬계 재료는, 내약성 및 레지스트막과의 밀착성이 높아 바람직하다.
에칭 마스크막(40)은 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다.
에칭 마스크막(40)이 노광광의 투과를 차단하는 기능을 갖는 경우, 위상 시프트막(30)과 에칭 마스크막(40)이 적층되는 부분에 있어서, 노광광에 대한 광학 농도는, 바람직하게는 3 이상이고, 보다 바람직하게는 3.5 이상, 더욱 바람직하게는 4 이상이다.
광학 농도는, 분광 광도계 또는 OD 미터 등을 사용하여 측정할 수 있다.
에칭 마스크막(40)은, 기능에 따라 조성이 균일한 단일의 막으로 이루어지는 경우여도 되고, 조성이 다른 복수의 막으로 이루어지는 경우여도 되고, 두께 방향으로 조성이 연속적으로 변화하는 단일의 막으로 이루어지는 경우여도 된다.
또한, 도 1에 도시하는 위상 시프트 마스크 블랭크(10)는, 위상 시프트막(30) 상에 에칭 마스크막(40)을 구비하고 있지만, 위상 시프트막(30) 상에 에칭 마스크막(40)을 구비하고, 에칭 마스크막(40) 상에 레지스트막을 구비하는 위상 시프트 마스크 블랭크에 대해서도, 본 발명을 적용할 수 있다.
다음에, 이 실시 형태 1 및 2의 위상 시프트 마스크 블랭크(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 1에 도시하는 위상 시프트 마스크 블랭크(10)는, 이하의 위상 시프트막 형성 공정과 에칭 마스크막 형성 공정을 행함으로써 제조된다. 도 2에 도시하는 위상 시프트 마스크 블랭크(10)는, 위상 시프트막 형성 공정에 의해 제조된다.
이하, 각 공정을 상세하게 설명한다.
1. 위상 시프트막 형성 공정
우선, 투명 기판(20)을 준비한다. 투명 기판(20)은, 노광광에 대하여 투명하면, 합성 석영 유리, 석영 유리, 알루미노실리케이트 유리, 소다석회 유리, 저열팽창 유리(SiO2-TiO2 유리 등) 등의 어느 유리 재료로 구성되는 것이어도 된다.
다음에, 투명 기판(20) 상에 스퍼터링법에 의해 위상 시프트막(30)을 형성한다.
위상 시프트막(30)의 성막은, 예를 들어 위상 시프트막(30)을 구성하는 재료의 주성분이 ZrMoSi계인 경우에는, 몰리브덴(Mo)과 지르코늄(Zr)과 규소(Si)를 포함하는 ZrMoSi계 타깃, 또는 몰리브덴(Mo)과 지르코늄(Zr)과 규소(Si)와 산소(O) 및/또는 질소(N)를 포함하는 ZrMoSiO계 타깃, ZrMoSiN계 타깃, ZrMoSiON계 타깃을 스퍼터링 타깃에 사용할 수 있다. 스퍼터링은, 예를 들어 헬륨 가스, 네온 가스, 아르곤 가스, 크립톤 가스 및 크세논 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 불활성 가스로 이루어지는 스퍼터링 가스 분위기, 또는 상기 불활성 가스와, 산소 가스, 질소 가스, 이산화탄소 가스, 일산화질소 가스, 이산화질소 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되고 질소를 적어도 포함하는 활성 가스의 혼합 가스로 이루어지는 스퍼터링 가스 분위기에서 행해진다.
위상 시프트막(30)의 조성 및 두께는, 위상 시프트막(30)이 상기 위상차, 투과율, 반사율과 같은 광학 특성을 갖도록 조정된다. 위상 시프트막(30)의 조성은, 스퍼터링 타깃을 구성하는 원소의 함유 비율(예를 들어, Mo, Zr, Si의 함유율), 스퍼터링 가스의 조성 및 유량 등에 의해 제어할 수 있다. 위상 시프트막(30)의 두께는, 스퍼터링 파워, 스퍼터링 시간 등에 의해 제어할 수 있다. 또한, 위상 시프트막(30)은, 인라인형 스퍼터링 장치를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 스퍼터링 장치가 인라인형 스퍼터링 장치인 경우, 기판의 반송 속도에 의해서도 위상 시프트막(30)의 두께를 제어할 수 있다.
위상 시프트막(30)에 대하여, 성막 프로세스를 복수회 행하는 경우, 스퍼터링 타깃에 인가하는 스퍼터링 파워를 작게 할 수 있다.
이와 같이 하여 실시 형태 2의 위상 시프트 마스크 블랭크(10)가 얻어진다. 실시 형태 1의 위상 시프트 마스크 블랭크(10)의 제조에는, 이하의 에칭 마스크막 형성 공정을 더 행한다.
2. 에칭 마스크막 형성 공정
위상 시프트막(30)의 표면의 산화 상태를 조정하는 표면 처리를 필요에 따라 행한 후, 스퍼터링법에 의해, 위상 시프트막(30) 상에 에칭 마스크막(40)을 형성한다. 에칭 마스크막(40)은, 인라인형 스퍼터링 장치를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 스퍼터링 장치가 인라인형 스퍼터링 장치인 경우, 투명 기판(20)의 반송 속도에 의해서도, 에칭 마스크막(40)의 두께를 제어할 수 있다.
에칭 마스크막(40)의 성막은, 예를 들어 에칭 마스크막(40)이 크롬계 재료로 구성되는 경우에는, 크롬 또는 크롬 화합물(산화크롬, 질화크롬, 탄화크롬, 산화질화크롬, 산화질화탄화크롬 등)을 포함하는 스퍼터링 타깃을 사용할 수 있다. 스퍼터링은, 예를 들어 헬륨 가스, 네온 가스, 아르곤 가스, 크립톤 가스 및 크세논 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 불활성 가스로 이루어지는 스퍼터링 가스 분위기, 또는 헬륨 가스, 네온 가스, 아르곤 가스, 크립톤 가스 및 크세논 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 불활성 가스와, 산소 가스, 질소 가스, 일산화질소 가스, 이산화질소 가스, 이산화탄소 가스, 탄화수소계 가스, 불소계 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 활성 가스의 혼합 가스로 이루어지는 스퍼터링 가스 분위기에서 행해진다. 탄화수소계 가스로서는, 예를 들어 메탄 가스, 부탄 가스, 프로판 가스, 스티렌 가스 등을 들 수 있다.
에칭 마스크막(40)이, 조성이 균일한 단일의 막으로 이루어지는 경우, 상술한 성막 프로세스를 스퍼터링 가스의 조성 및 유량을 바꾸지 않고 1회만 행한다. 에칭 마스크막(40)이, 조성이 다른 복수의 막으로 이루어지는 경우, 상술한 성막 프로세스를, 성막 프로세스마다 스퍼터링 가스의 조성 및 유량을 바꾸어 복수회 행한다. 에칭 마스크막(40)이, 두께 방향으로 조성이 연속적으로 변화하는 단일의 막으로 이루어지는 경우, 상술한 성막 프로세스를, 스퍼터링 가스의 조성 및 유량을 성막 프로세스의 경과 시간과 함께 변화시키면서 1회만 행한다.
이와 같이 하여, 실시 형태 1의 위상 시프트 마스크 블랭크(10)가 얻어진다.
또한, 도 1에 도시하는 위상 시프트 마스크 블랭크(10)는, 위상 시프트막(30) 상에 에칭 마스크막(40)을 구비하고 있기 때문에, 위상 시프트 마스크 블랭크(10)를 제조할 때, 에칭 마스크막 형성 공정을 행한다. 또한, 위상 시프트막(30) 상에 에칭 마스크막(40)을 구비하고, 에칭 마스크막(40) 상에 레지스트막을 구비하는 위상 시프트 마스크 블랭크를 제조할 때에는, 에칭 마스크막 형성 공정 후에, 에칭 마스크막(40) 상에 레지스트막을 형성한다. 또한, 도 2에 도시하는 위상 시프트 마스크 블랭크(10)에 있어서, 위상 시프트막(30) 상에 레지스트막을 구비하는 위상 시프트 마스크 블랭크를 제조할 때에는, 위상 시프트막 형성 공정 후에 레지스트막을 형성한다.
이 실시 형태 1 및 2의 위상 시프트 마스크 블랭크(10)는, 위상 시프트막에 막 두께 변동이 생긴 경우라도, 노광광의 대표 파장에 대한 투과율의 변동을 억제하여 원하는 높은 투과율을 가짐과 함께, 양호한 패턴 전사를 행할 수 있는 것이다.
실시 형태 3, 4.
실시 형태 3, 4에서는, 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 실시 형태 3에 관한 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 도시하는 모식도이다. 도 4는 실시 형태 4에 관한 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 도시하는 모식도이다.
도 3에 도시하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법은, 도 1에 도시하는 위상 시프트 마스크 블랭크(10)를 사용하여 위상 시프트 마스크를 제조하는 방법이며, 이하의 위상 시프트 마스크 블랭크(10)의 에칭 마스크막(40) 상에 레지스트막을 형성하는 공정과, 레지스트막에 원하는 패턴을 묘화ㆍ현상을 행함으로써, 레지스트막 패턴(50)을 형성하고(제1 레지스트막 패턴 형성 공정), 해당 레지스트막 패턴(50)을 마스크로 하여 에칭 마스크막(40)을 습식 에칭하여, 위상 시프트막(30) 상에 에칭 마스크막 패턴(40a)을 형성하는 공정(제1 에칭 마스크막 패턴 형성 공정)과, 에칭 마스크막 패턴(40a)을 마스크로 하여, 위상 시프트막(30)을 습식 에칭하여 투명 기판(20) 상에 위상 시프트막 패턴(패터닝된 위상 시프트막)(30a)을 형성하는 공정(위상 시프트막 패턴 형성 공정)을 포함한다. 그리고, 제2 레지스트막 패턴 형성 공정과, 제2 에칭 마스크막 패턴 형성 공정을 더 포함한다.
도 4에 도시하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법은, 도 2에 도시하는 위상 시프트 마스크 블랭크(10)를 사용하여 위상 시프트 마스크를 제조하는 방법이며, 이하의 위상 시프트 마스크 블랭크(10) 상에 레지스트막을 형성하는 공정과, 레지스트막에 원하는 패턴을 묘화ㆍ현상을 행함으로써, 레지스트막 패턴(50)을 형성하고(제1 레지스트막 패턴 형성 공정), 해당 레지스트막 패턴(50)을 마스크로 하여 위상 시프트막(30)을 습식 에칭하여, 투명 기판(20) 상에 위상 시프트막 패턴(30a)을 형성하는 공정(위상 시프트막 패턴 형성 공정)을 포함한다.
이하, 실시 형태 3 및 4에 관한 위상 시프트 마스크의 제조 공정의 각 공정을 상세하게 설명한다.
실시 형태 3에 관한 위상 시프트 마스크의 제조 공정
1. 제1 레지스트막 패턴 형성 공정
제1 레지스트막 패턴 형성 공정에서는, 우선, 실시 형태 1의 위상 시프트 마스크 블랭크(10)의 에칭 마스크막(40) 상에 레지스트막을 형성한다. 사용하는 레지스트막 재료는, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 후술하는 350nm 내지 436nm의 파장 영역으로부터 선택되는 어느 파장을 갖는 레이저광에 대하여 감광하는 것이면 된다. 또한, 레지스트막은 포지티브형, 네가티브형 중 어느 것이라도 상관없다.
그 후, 350nm 내지 436nm의 파장 영역으로부터 선택되는 어느 파장을 갖는 레이저광을 사용하여, 레지스트막에 원하는 패턴을 묘화한다. 레지스트막에 묘화하는 패턴은, 위상 시프트막(30)에 형성하는 패턴일 수 있다. 레지스트막에 묘화하는 패턴으로서, 라인 앤 스페이스 패턴이나 홀 패턴을 들 수 있다.
그 후, 레지스트막을 소정의 현상액으로 현상하여 도 3의 (a)에 도시되는 바와 같이, 에칭 마스크막(40) 상에 제1 레지스트막 패턴(50)을 형성한다.
2. 제1 에칭 마스크막 패턴 형성 공정
제1 에칭 마스크막 패턴 형성 공정에서는, 우선, 제1 레지스트막 패턴(50)을 마스크로 하여 에칭 마스크막(40)을 에칭하여, 제1 에칭 마스크막 패턴(40a)을 형성한다. 에칭 마스크막(40)은, 크롬(Cr)을 포함하는 크롬계 재료로 형성될 수 있다. 에칭 마스크막(40)을 에칭하는 에칭액은, 에칭 마스크막(40)을 선택적으로 에칭할 수 있는 것이면, 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로는, 질산제2세륨암모늄과 과염소산을 포함하는 에칭액을 들 수 있다.
그 후, 레지스트 박리액을 사용하여, 또는 애싱에 의해, 도 3의 (b)에 도시되는 바와 같이, 제1 레지스트막 패턴(50)을 박리한다. 경우에 따라서는, 제1 레지스트막 패턴(50)을 박리하지 않고, 다음 위상 시프트막 패턴 형성 공정을 행해도 된다.
3. 위상 시프트막 패턴 형성 공정
제1 위상 시프트막 패턴 형성 공정에서는, 제1 에칭 마스크막 패턴(40a)을 마스크로 하여 위상 시프트막(30)을 습식 에칭하여, 도 3의 (c)에 도시되는 바와 같이, 위상 시프트막 패턴(30a)을 형성한다. 위상 시프트막 패턴(30a)으로서, 라인 앤 스페이스 패턴이나 홀 패턴을 들 수 있다. 위상 시프트막(30)을 에칭하는 에칭액은, 위상 시프트막(30)을 선택적으로 에칭할 수 있는 것이면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 불화암모늄과 인산과 과산화수소를 포함하는 에칭액, 불화수소암모늄과 과산화수소를 포함하는 에칭액을 들 수 있다.
습식 에칭은, 위상 시프트막 패턴(30a)의 단면 형상을 양호하게 하기 위해, 위상 시프트막 패턴(30a)에 있어서 투명 기판(20)이 노출될 때까지의 시간(저스트 에칭 시간)보다 긴 시간(오버 에칭 시간) 행하는 것이 바람직하다. 오버 에칭 시간으로서는, 투명 기판(20)에 대한 영향 등을 고려하면, 저스트 에칭 시간에, 그 저스트 에칭 시간의 10 내지 20％의 시간을 더한 시간 내로 하는 것이 바람직하다.
4. 제2 레지스트막 패턴 형성 공정
제2 레지스트막 패턴 형성 공정에서는, 우선, 제1 에칭 마스크막 패턴(40a)을 덮는 레지스트막을 형성한다. 사용하는 레지스트막 재료는, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 후술하는 350nm 내지 436nm의 파장 영역으로부터 선택되는 어느 파장을 갖는 레이저광에 대하여 감광하는 것이면 된다. 또한, 레지스트막은 포지티브형, 네가티브형 중 어느 것이어도 상관없다.
그 후, 350nm 내지 436nm의 파장 영역으로부터 선택되는 어느 파장을 갖는 레이저광을 사용하여, 레지스트막에 원하는 패턴을 묘화한다. 레지스트막에 묘화하는 패턴은, 위상 시프트막(30)에 패턴이 형성되어 있는 영역의 외주 영역을 차광하는 차광대 패턴이나, 위상 시프트막 패턴의 중앙부를 차광하는 차광대 패턴 등이다. 또한, 레지스트막에 묘화하는 패턴은, 노광광에 대한 위상 시프트막(30)의 투과율에 따라서는, 위상 시프트막 패턴(30a)의 중앙부를 차광하는 차광대 패턴이 없는 패턴인 경우도 있다.
그 후, 레지스트막을 소정의 현상액으로 현상하여, 도 3의 (d)에 도시되는 바와 같이, 제1 에칭 마스크막 패턴(40a) 상에 제2 레지스트막 패턴(60)을 형성한다.
5. 제2 에칭 마스크막 패턴 형성 공정
제2 에칭 마스크막 패턴 형성 공정에서는, 제2 레지스트막 패턴(60)을 마스크로 하여 제1 에칭 마스크막 패턴(40a)을 에칭하여, 도 3의 (e)에 도시되는 바와 같이, 제2 에칭 마스크막 패턴(40b)을 형성한다. 제1 에칭 마스크막 패턴(40a)은, 크롬(Cr)을 포함하는 크롬계 재료로 형성될 수 있다. 제1 에칭 마스크막 패턴(40a)을 에칭하는 에칭액은, 제1 에칭 마스크막 패턴(40a)을 선택적으로 에칭할 수 있는 것이면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 질산제2세륨암모늄과 과염소산을 포함하는 에칭액을 들 수 있다.
그 후, 레지스트 박리액을 사용하여, 또는 애싱에 의해, 제2 레지스트막 패턴(60)을 박리한다.
이와 같이 하여, 위상 시프트 마스크(100)가 얻어진다.
또한, 상기 설명에서는 에칭 마스크막(40)이 노광광의 투과를 차단하는 기능을 갖는 경우에 대하여 설명하였지만, 에칭 마스크막(40)이 단순히, 위상 시프트막(30)을 에칭할 때의 하드마스크의 기능만을 갖는 경우에 있어서는, 상기 설명에 있어서, 제2 레지스트막 패턴 형성 공정과, 제2 에칭 마스크막 패턴 형성 공정은 행해지지 않고, 위상 시프트막 패턴 형성 공정 후, 제1 에칭 마스크막 패턴(40a)을 박리하여, 위상 시프트 마스크(100)를 제작한다.
이 실시 형태 3의 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 따르면, 실시 형태 1의 위상 시프트 마스크 블랭크를 사용하기 때문에, 에칭 시간을 단축할 수 있고, 단면 형상, 내약성이 양호한 위상 시프트막 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 고정밀의 위상 시프트막 패턴을 고정밀도로 전사할 수 있는 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있다. 이와 같이 제조된 위상 시프트 마스크는, 라인 앤 스페이스 패턴이나 홀 패턴, 도트 패턴의 미세화에 대응할 수 있다.
실시 형태 4에 관한 위상 시프트 마스크의 제조 공정
1. 레지스트막 패턴 형성 공정
레지스트막 패턴 형성 공정에서는, 우선, 실시 형태 2의 위상 시프트 마스크 블랭크(10)의 위상 시프트막(30) 상에 레지스트막을 형성한다. 사용하는 레지스트막 재료는, 실시 형태 3에서 설명한 것과 마찬가지이다. 또한, 필요에 따라 레지스트막을 형성하기 전에, 위상 시프트막(30)과 밀착성을 양호하게 하기 위해, 위상 시프트막(30)에 표면 개질 처리를 행하도록 해도 상관없다. 상술과 마찬가지로 레지스트막을 형성한 후, 350nm 내지 436nm의 파장 영역으로부터 선택되는 어느 파장을 갖는 레이저광을 사용하여, 레지스트막에 원하는 패턴을 묘화한다. 그 후, 레지스트막을 소정의 현상액으로 현상하여, 도 4의 (a)에 도시되는 바와 같이, 위상 시프트막(30) 상에 레지스트막 패턴(50)을 형성한다.
2. 위상 시프트막 패턴 형성 공정
위상 시프트막 패턴 형성 공정에서는, 레지스트막 패턴(50)을 마스크로 하여 위상 시프트막(30)을 에칭하여, 도 4의 (b)에 도시되는 바와 같이, 위상 시프트막 패턴(30a)을 형성한다. 위상 시프트막 패턴(30a)이나 위상 시프트막(30)을 에칭하는 에칭액이나 오버 에칭 시간은, 실시 형태 3에서 설명한 것과 마찬가지이다.
그 후, 레지스트 박리액을 사용하여, 또는 애싱에 의해, 레지스트막 패턴(50)을 박리한다(도 4의 (c)).
이와 같이 하여 위상 시프트 마스크(100)가 얻어진다.
이 실시 형태 4의 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 따르면, 실시 형태 2의 위상 시프트 마스크 블랭크를 사용하기 때문에, 습식 에칭액에 의한 기판으로의 손상을 기인으로 한 투명 기판의 투과율의 저하가 없고, 에칭 시간을 짧게 할 수 있고, 단면 형상, 내약성이 양호하고 이면 반사율이 억제된 위상 시프트막 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 고정밀의 위상 시프트막 패턴을 고정밀도로 전사할 수 있는 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있다. 이와 같이 제조된 위상 시프트 마스크는, 라인 앤 스페이스 패턴이나 홀 패턴, 도트 패턴의 미세화에 대응할 수 있다.
실시 형태 5.
실시 형태 5에서는, 표시 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다. 표시 장치는, 상술한 위상 시프트 마스크 블랭크(10)를 사용하여 제조된 위상 시프트 마스크(100) 또는 상술한 위상 시프트 마스크(100)의 제조 방법에 의해 제조된 위상 시프트 마스크(100)를 노광 장치의 마스크 스테이지에 적재하는 공정(마스크 적재 공정)과, 표시 장치 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정(노광 공정)을 행함으로써 제조된다. 이 전사 패턴에는, 위상 시프트막 패턴만이 포함되어 있어도 되고, 다른 광학막을 패터닝하여 이루어지는 패턴(광학막 패턴)이 더 포함되어 있어도 된다. 다른 광학막 패턴으로서는, 예를 들어 상술한 제2 에칭 마스크막 패턴을 들 수 있다. 이 경우, 위상 시프트막 패턴과 에칭 마스크막 패턴의 적층 영역을 차광대로 할 수 있다.
이하, 각 공정을 상세하게 설명한다.
1. 적재 공정
적재 공정에서는, 실시 형태 3에서 제조된 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 적재한다. 여기서, 위상 시프트 마스크는, 노광 장치의 투영 광학계를 통하여 표시 장치 기판 상에 형성된 레지스트막에 대향하도록 배치된다.
2. 패턴 전사 공정
패턴 전사 공정에서는, 위상 시프트 마스크(100)에 노광광을 조사하여, 표시 장치 기판 상에 형성된 레지스트막에 위상 시프트막 패턴을 전사한다. 노광광은 313nm 내지 436nm의 파장 영역으로부터 선택되는 복수의 파장의 광을 포함하는 복합광이나, 313nm 내지 436nm의 파장 영역으로부터 어떤 파장 영역을 필터 등으로 커트하여 선택된 단색광이다. 예를 들어, 노광광은 i선, h선 및 g선을 포함하는 복합광이나, i선의 단색광이다. 노광광으로서 복합광을 사용하면, 노광광 강도를 높게 하여 스루풋을 높일 수 있기 때문에, 표시 장치의 제조 비용을 낮출 수 있다.
이 실시 형태 3의 표시 장치의 제조 방법에 따르면, 고해상도, 미세한 라인 앤 스페이스 패턴이나 홀 패턴, 도트 패턴을 갖는, 고정밀의 표시 장치를 제조할 수 있다.
[실시예]
실시예 1.
A. 위상 시프트 마스크 블랭크
실시예 1의 위상 시프트 마스크 블랭크를 제조하기 위해, 우선, 투명 기판(20)으로서 합성 석영 유리 기판을 준비하였다.
그 후, 합성 석영 유리 기판을, 주표면을 하측을 향하여 트레이(도시하지 않음)에 탑재하고, 인라인형 스퍼터링 장치의 챔버 내에 반입하였다.
투명 기판(20)의 주표면 상에 위상 시프트막(30)을 형성하기 위해, 우선, 제1 챔버 내에 아르곤(Ar) 가스와, 질소(N2) 가스로 구성되는 혼합 가스를 도입하였다. 그리고, Mo와 Zr과 Si의 비율이 Mo:Zr:Si=4:16:80으로 이루어지는 ZrMoSi 타깃을 사용하여, 반응성 스퍼터링에 의해, 투명 기판(20)의 주표면 상에 몰리브덴과 지르코늄과 규소와 질소를 함유하는 ZrMoSiN의 위상 시프트막(30)을 막 두께 153nm로 성막하였다.
다음에, 위상 시프트막(30) 구비 투명 기판(20)을 제3 챔버 내에 반입하고, 제3 챔버 내에 아르곤(Ar) 가스와 질소(N2) 가스의 혼합 가스를 도입하고, 반응성 스퍼터링에 의해, 위상 시프트막(30) 상에 크롬과 질소를 함유하는 크롬질화물(CrN)을 형성하였다.
다음에, 제4 챔버 내를 소정의 진공도로 한 상태에서, 아르곤(Ar) 가스와 메탄 가스의 혼합 가스를 도입하고, 반응성 스퍼터링에 의해 CrN 상에 크롬과 탄소를 함유하는 크롬탄화물(CrC)을 형성하였다.
마지막으로, 제5 챔버 내를 소정의 진공도로 한 상태에서, 아르곤(Ar) 가스와 메탄 가스의 혼합 가스와 질소(N2) 가스와 산소(O2) 가스의 혼합 가스를 도입하고, 반응성 스퍼터링에 의해 CrC 상에 크롬과 탄소와 산소와 질소를 함유하는 크롬탄화산화질화물(CrCON)을 형성하였다.
이상과 같이, 위상 시프트막(30) 상에, CrN층과 CrC층과 CrCON층의 적층 구조의 에칭 마스크막(40)을 형성하였다.
이와 같이 하여, 투명 기판(20) 상에, 위상 시프트막(30)과 에칭 마스크막(40)이 형성된 위상 시프트 마스크 블랭크(10)를 얻었다.
얻어진 위상 시프트 마스크 블랭크(10)의 위상 시프트막(30)의 굴절률과 소쇠 계수에 대하여, 동일한 트레이에 세팅하여 제작된, 합성 석영 유리 기판의 주표면 상에 위상 시프트막(30)이 성막된 위상 시프트막 구비 기판(더미 기판)을 사용하여, 분광 엘립소미터(J. A. Woollam사제 M-2000D)로 측정하였다.
그 결과, ZrMoSiN의 위상 시프트막의 굴절률 n은 2.35(파장 405nm)이며, 2.20 이상 2.57 이하의 조건을 충족하고 있었다. 또한, 소쇠 계수 k는 0.11(파장 405nm)이며, 0.10 이상 0.25 이하의 조건을 충족하고 있었다.
또한, 얻어진 위상 시프트 마스크 블랭크(10)의 위상 시프트막(30)에 대하여, 레이저텍사제의 MPM-100에 의해 투과율, 위상차를 측정하였다. 위상 시프트막(30)의 투과율, 위상차의 측정은, 상술과 마찬가지로, 동일한 트레이에 세팅하여 제작된, 합성 석영 유리 기판의 주표면 상에 위상 시프트막(30)이 성막된 위상 시프트막 구비 기판(더미 기판)을 사용하였다. 위상 시프트막(30)의 투과율, 위상차는, 에칭 마스크막(40)을 형성하기 전에 위상 시프트막 구비 기판(더미 기판)을 챔버로부터 취출하여 측정하였다. 그 결과, 투과율은 50％(파장: 405nm), 위상차는 180°(파장: 405nm)였다.
또한, 이 위상 시프트막의 막 두께를 변동시킨 경우의 이면 반사율을 시뮬레이션에 의해 분석한 바, 30nm 이하의 범위에 있어서 막 두께가 변동된 경우의 대표 파장에 있어서의 반사율의 최댓값과 최솟값의 차가 18％(18포인트)이며, 10％ 이상으로 되어 있었다. 또한, 마찬가지로 하여 투과율을 시뮬레이션에 의해 분석한 바, 30nm 이하의 범위에 있어서 막 두께가 변동된 경우의 대표 파장에 있어서의 투과율의 최댓값과 최솟값의 차(투과율 변동값)가 4％(4포인트)로, 막 두께 153nm(막 두께가 변동되기 전)의 405nm의 파장광에 있어서의 투과율(50％)에 대하여 8％이며, 20％ 이하로 되어 있었다.
이와 같이, 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크 블랭크(10)는, 위상 시프트막에 막 두께 변동이 생긴 경우라도, 노광광의 대표 파장에 대한 투과율의 변동을 억제하여 원하는 높은 투과율을 가짐과 함께, 양호한 패턴 전사를 행할 수 있는 것이라고 할 수 있다. 또한, 실시예 1의 위상 시프트막은, 막 두께 180nm보다 작은 막 두께 153nm에서, 상기 광학 특성을 가질 수 있고, 미세한 패턴의 형성에 적합하게 사용할 수 있다.
B. 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법
상술한 바와 같이 하여 제조된 위상 시프트 마스크 블랭크(10)를 사용하여 위상 시프트 마스크(100)를 제조하기 위해, 우선, 위상 시프트 마스크 블랭크(10)의 에칭 마스크막(40) 상에, 레지스트 도포 장치를 사용하여 포토레지스트막을 도포하였다.
그 후, 가열ㆍ냉각 공정을 거쳐 포토레지스트막을 형성하였다.
그 후, 레이저 묘화 장치를 사용하여 포토레지스트막을 묘화하고, 현상ㆍ린스 공정을 거쳐, 에칭 마스크막 상에 홀 직경이 1.5㎛인 홀 패턴의 레지스트막 패턴을 형성하였다.
그 후, 레지스트막 패턴을 마스크로 하여, 질산제2세륨암모늄과 과염소산을 포함하는 크롬 에칭액에 의해 에칭 마스크막을 습식 에칭하여, 제1 에칭 마스크막 패턴(40a)을 형성하였다.
그 후, 제1 에칭 마스크막 패턴(40a)을 마스크로 하여, 불화수소암모늄과 과산화수소의 혼합 용액을 순수로 희석한 에칭액에 의해 위상 시프트막(30)을 습식 에칭하여, 위상 시프트막 패턴(30a)을 형성하였다. 이 습식 에칭은, 단면 형상을 수직화하기 위해, 또한 요구되는 미세한 패턴을 형성하기 위해, 10％의 오버 에칭 시간에 행하였다.
그 후, 레지스트막 패턴을 박리하였다.
그 후, 레지스트 도포 장치를 사용하여, 제1 에칭 마스크막 패턴(40a)을 덮도록 포토레지스트막을 도포하였다.
그 후, 가열ㆍ냉각 공정을 거쳐 포토레지스트막을 형성하였다.
그 후, 레이저 묘화 장치를 사용하여 포토레지스트막을 묘화하고, 현상ㆍ린스 공정을 거쳐, 제1 에칭 마스크막 패턴(40a) 상에, 차광대를 형성하기 위한 제2 레지스트막 패턴(60)을 형성하였다.
그 후, 제2 레지스트막 패턴(60)을 마스크로 하여, 질산제2세륨암모늄과 과염소산을 포함하는 크롬 에칭액에 의해, 전사 패턴 형성 영역에 형성된 제1 에칭 마스크막 패턴(40a)을 습식 에칭하였다.
그 후, 제2 레지스트막 패턴(60)을 박리하였다.
이와 같이 하여, 투명 기판(20) 상에, 전사 패턴 형성 영역에 홀 직경이 1.5㎛인 위상 시프트막 패턴(30a)과, 위상 시프트막 패턴(30a)과 에칭 마스크막 패턴(40b)의 적층 구조로 이루어지는 차광대가 형성된 위상 시프트 마스크(100)를 얻었다.
얻어진 위상 시프트 마스크의 단면을 주사형 전자 현미경에 의해 관찰하였다. 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크의 단면에 있어서는, 위상 시프트막 패턴(30a)의 에지와 투명 기판(20)의 주표면이 이루는 각도는 75°이상이며, 수직에 가까운 단면 형상을 갖고 있었다. 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크에 형성된 위상 시프트막 패턴(30a)은, 위상 시프트 효과를 충분히 발휘할 수 있는 단면 형상을 갖고 있었다. 또한, 위상 시프트막(30)을 제거한 후의 노출된 투명 기판(20)의 표면은 부드러우며, 투명 기판(20)의 표면 거칠음에 의한 투과율 저하는 확인할 수 없었다. 그 때문에, 313nm 이상 500nm 이하의 파장 범위의 광을 포함하는 노광광, 보다 구체적으로는 i선, h선 및 g선 중 적어도 어느 1개를 포함하는 복합광의 노광광에 있어서, 우수한 위상 시프트 효과를 갖는 위상 시프트 마스크가 얻어졌다.
이 때문에, 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세팅하고, 표시 장치 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우, 2.0㎛ 미만의 미세 패턴을 고정밀도로 전사할 수 있다고 할 수 있다.
실시예 2.
A. 위상 시프트 마스크 블랭크
실시예 2에서는, 위상 시프트막(30)을 제외하고, 실시예 1과 마찬가지의 구조와 방법으로, 위상 시프트 마스크 블랭크(10), 위상 시프트 마스크(100)를 제조한 경우의 시뮬레이션을 행하였다. 실시예 2에 있어서는, ZrMoSiN계 재료로 이루어지는 위상 시프트막으로 하였다.
이 ZrMoSiN의 위상 시프트막의 광학 특성에 관하여, 굴절률 n은 2.45(파장 405nm)로 하여, 2.20 이상 2.57 이하의 조건을 충족하는 것으로 하였다. 또한, 소쇠 계수 k는 0.11(파장 405nm)로 하여, 0.10 이상 0.25 이하의 조건을 충족하는 것으로 하였다. 또한, 이 위상 시프트막(30)은, 시뮬레이션의 결과, 막 두께 143nm에 있어서, 투과율은 49％(파장: 405nm), 위상차는 180°(파장: 405nm)였다.
또한, 이 위상 시프트막의 막 두께를 변동시킨 경우의 이면 반사율을 시뮬레이션에 의해 분석한 바, 30nm 이하의 범위에 있어서 막 두께가 변동된 경우의 대표 파장에 있어서의 이면 반사율의 최댓값과 최솟값의 차가 20％이며, 10％ 이상으로 되어 있었다. 또한, 마찬가지로 하여 투과율을 시뮬레이션에 의해 분석한 바, 30nm 이하의 범위에 있어서 막 두께가 변동된 경우의 대표 파장에 있어서의 투과율의 최댓값과 최솟값의 차(투과율 변동값)가 6％로, 막 두께 143nm(막 두께가 변동되기 전)의 405nm의 파장광에 있어서의 투과율(49％)에 대하여 12％이며, 20％ 이하로 되어 있었다.
이와 같이, 실시예 2에 있어서의 위상 시프트 마스크 블랭크(10)는, 위상 시프트막에 막 두께 변동이 생긴 경우라도, 노광광의 대표 파장에 대한 투과율의 변동을 억제하여 원하는 높은 투과율을 가짐과 함께, 양호한 패턴 전사를 행할 수 있는 것이라고 할 수 있다. 또한, 실시예 2의 위상 시프트막은, 막 두께 180nm보다 작은 막 두께 143nm에서, 상기 광학 특성을 가질 수 있고, 미세한 패턴의 형성에 적합하게 사용할 수 있다. 즉, 실시예 2의 위상 시프트막을 패터닝함으로써 얻어지는 위상 시프트 마스크에 형성되는 위상 시프트막 패턴(30a)은, 위상 시프트 효과를 충분히 발휘할 수 있는 미세한 치수(폭)를 가질 수 있다. 그 때문에, 실시예 2에 있어서도, 313nm 이상 500nm 이하의 파장 범위의 광을 포함하는 노광광, 보다 구체적으로는 i선, h선 및 g선 중 적어도 어느 1개를 포함하는 복합광의 노광광에 있어서, 우수한 위상 시프트 효과를 갖는 위상 시프트 마스크가 얻어진다.
이 때문에, 실시예 2의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세팅하고, 표시 장치 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우, 2.0㎛ 미만의 미세 패턴을 고정밀도로 전사할 수 있다고 할 수 있다.
비교예 1.
비교예 1에서는, 위상 시프트막(30)을 제외하고, 실시예 1과 마찬가지의 구조와 방법으로, 위상 시프트 마스크 블랭크(10), 위상 시프트 마스크(100)를 제조한 경우의 시뮬레이션을 행하였다. 비교예 1에 있어서는, ZrSiN계 재료로 이루어지는 위상 시프트막으로 하였다. 이 ZrSiN계 재료로 이루어지는 위상 시프트막은, 예를 들어 상술한 실시예 1에 있어서 위상 시프트막을 성막할 때의 스퍼터링 타깃으로서, 원하는 굴절률 n과 소쇠 계수 k가 얻어지도록 Zr과 Si의 비율을 조정한 ZrSi 타깃을 사용하여, 반응성 스퍼터링에 의해, 투명 기판(20)의 주표면 상에 지르코늄과 규소와 질소를 함유하는 ZrSiN의 위상 시프트막(30)을 성막함으로써 얻어진다.
비교예 1에 있어서의 ZrSiN의 위상 시프트막의 광학 특성에 관하여, 굴절률 n은 2.65(파장 405nm)로 하여, 2.20 이상 2.57 이하의 조건을 충족하지 않는 것으로 하였다. 또한, 소쇠 계수 k는 0.09(파장 405nm)로 하여, 0.10 이상 0.25 이하의 조건도 충족하지 않는 것으로 하였다.
또한, 이 위상 시프트 마스크 블랭크(10)의 위상 시프트막(30)은, 시뮬레이션의 결과, 막 두께 130nm에 있어서, 투과율은 50％(파장: 405nm), 위상차는 180°(파장: 405nm)였다.
또한, 이 위상 시프트막의 막 두께를 변동시킨 경우의 이면 반사율을 시뮬레이션에 의해 분석한 바, 30nm 이하의 범위에 있어서 막 두께가 변동된 경우의 대표 파장에 있어서의 이면 반사율의 최댓값과 최솟값의 차가 23％이며, 10％ 이상으로 되어 있었다. 그러나, 마찬가지로 하여 투과율을 시뮬레이션에 의해 분석한 바, 30nm 이하의 범위에 있어서 막 두께가 변동된 경우의 대표 파장에 있어서의 투과율의 최댓값과 최솟값의 차(투과율 변동값)가 11％로, 막 두께 130nm(막 두께가 변동되기 전)의 405nm의 파장광에 있어서의 투과율(50％)에 대하여 22％이며, 20％ 이하로 되어 있지 않았다.
이와 같이, 비교예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크 블랭크(10) 및 이 마스크 블랭크를 사용하여 제조된 위상 시프트 마스크(100)는, 위상 시프트막에 막 두께 변동이 생긴 경우에 있어서, 노광광의 대표 파장에 대한 투과율의 변동을 억제할 수 없어, 원하는 투과율로부터 어긋나 버린다. 또한, 비교예 1에 있어서의 위상 시프트막은, 고투과의 특성은 갖지만, 막 두께 130nm에 있어서의 이면 반사율이 24％로 높은 것이었다. 이 때문에, 비교예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크 블랭크(10) 및 위상 시프트 마스크(100)는, 원하는 위상 시프트 기능을 발휘할 수 없어, 양호한 패턴 전사를 행할 수 있는 것이라고는 할 수 없다.
비교예 2.
비교예 2에서는, 위상 시프트막(30)을 제외하고, 실시예 1과 마찬가지의 구조와 방법으로, 위상 시프트 마스크 블랭크(10), 위상 시프트 마스크(100)를 제조한 경우의 시뮬레이션을 행하였다. 비교예 2에 있어서는, MoSiN계 재료로 이루어지는 위상 시프트막으로 하였다. 이 MoSiN계 재료로 이루어지는 위상 시프트막은, 예를 들어 상술한 실시예 1에 있어서 위상 시프트막을 성막할 때의 스퍼터링 타깃으로서, 원하는 굴절률 n과 소쇠 계수 k가 얻어지도록 Mo와 Si의 비율을 조정한 MoSi 타깃을 사용하여, 반응성 스퍼터링에 의해, 투명 기판(20)의 주표면 상에 몰리브덴과 규소와 질소를 함유하는 MoSiN의 위상 시프트막(30)을 성막함으로써 얻어진다.
비교예 2에 있어서의 MoSiN의 위상 시프트막의 광학 특성에 관하여, 굴절률 n은 2.30(파장 405nm)으로 하여, 2.20 이상 2.57 이하의 조건을 충족하는 것으로 하였다. 한편, 소쇠 계수 k는 0.28(파장 405nm)로 하여, 0.10 이상 0.25 이하의 조건을 충족하지 않는 것으로 하였다.
또한, 이 위상 시프트 마스크 블랭크(10)의 위상 시프트막(30)은, 시뮬레이션의 결과, 막 두께 159nm에 있어서, 투과율은 22％(파장: 405nm), 위상차는 180°(파장: 405nm)였다.
또한, 이 위상 시프트막의 막 두께를 변동시킨 경우의 이면 반사율을 시뮬레이션에 의해 분석한 바, 30nm 이하의 범위에 있어서 막 두께가 변동된 경우의 대표 파장에 있어서의 이면 반사율의 최댓값과 최솟값의 차가 9％이며, 10％ 이상으로 되어 있지 않았다. 또한, 마찬가지로 하여 투과율을 시뮬레이션에 의해 분석한 바, 30nm 이하의 범위에 있어서 막 두께가 변동된 경우의 대표 파장에 있어서의 투과율의 최댓값과 최솟값의 차(투과율 변동값)가 5％로, 막 두께 159nm(막 두께가 변동되기 전)의 405nm에 있어서의 투과율(22％)에 대하여 23％이며, 20％ 이하로 되어 있지 않았다.
이와 같이, 비교예 2에 있어서의 위상 시프트 마스크 블랭크(10) 및 이 마스크 블랭크를 사용하여 제조된 위상 시프트 마스크(100)는, 위상 시프트막에 막 두께 변동이 생긴 경우에 있어서, 노광광의 대표 파장에 대한 투과율의 변동을 억제할 수 없어, 원하는 투과율로부터 어긋나 버린다. 이 때문에, 비교예 2에 있어서의 위상 시프트 마스크 블랭크(10) 및 위상 시프트 마스크(100)는, 원하는 위상 시프트 기능을 발휘할 수 없어, 양호한 패턴 전사를 행할 수 있는 것이라고는 할 수 없다.
참고예 1.
참고예 1에서는, 위상 시프트막(30)을 제외하고, 실시예 1과 마찬가지의 구조와 방법으로, 위상 시프트 마스크 블랭크(10), 위상 시프트 마스크(100)를 제조한 경우의 시뮬레이션을 행하였다. 참고예 1에 있어서는, MoSiN계 재료로 이루어지는 위상 시프트막으로 하였다. 이 MoSiN계 재료로 이루어지는 위상 시프트막은, 예를 들어 상술한 실시예 1에 있어서 위상 시프트막을 성막할 때의 스퍼터링 타깃으로서, 원하는 굴절률 n과 소쇠 계수 k가 얻어지도록 Mo와 Si의 비율을 조정한 MoSi 타깃을 사용하여, 반응성 스퍼터링에 의해, 투명 기판(20)의 주표면 상에 몰리브덴과 규소와 질소를 함유하는 MoSiN의 위상 시프트막(30)을 성막함으로써 얻어진다.
참고예 1에 있어서의 MoSiN계 재료로 이루어지는 위상 시프트막의 광학 특성에 관하여, 굴절률 n은 2.12(파장 405nm)로 하여, 2.20 이상 2.57 이하의 조건을 충족하지 않는 것으로 하였다. 또한, 소쇠 계수 k는 0.11(파장 405nm)로 하여, 0.10 이상 0.25 이하의 조건을 충족하는 것으로 하였다.
또한, 이 위상 시프트 마스크 블랭크(10)의 위상 시프트막(30)은, 시뮬레이션의 결과, 막 두께 182nm에 있어서, 투과율은 50％(파장: 405nm), 위상차는 180°(파장: 405nm)였다.
또한, 이 위상 시프트막의 막 두께를 변동시킨 경우의 이면 반사율을 시뮬레이션에 의해 분석한 바, 30nm 이하의 범위에 있어서 막 두께가 변동된 경우의 대표 파장에 있어서의 이면 반사율의 최댓값과 최솟값의 차가 9％이며, 10％ 이상으로 되어 있지 않았다. 또한, 마찬가지로 하여 투과율을 시뮬레이션에 의해 분석한 바, 30nm 이하의 범위에 있어서 막 두께가 변동된 경우의 대표 파장에 있어서의 투과율의 최댓값과 최솟값의 차(투과율 변동값)가 3％로, 막 두께 182nm(막 두께가 변동되기 전)의 405nm에 있어서의 투과율(50％)에 대하여 6％이며, 20％ 이하로 되어 있었다. 그러나, 참고예 1의 위상 시프트막은 굴절률이 작기 때문에, 405nm의 파장광에 대하여 대략 180°의 위상 시프트 기능을 발휘하기 위해서는, 막 두께를 크게 하지 않을 수 없어, 막 두께 182nm로 되어 있었다. 즉, 참고예 1의 위상 시프트막의 막 두께는 180nm보다 커서, 실시예에 비하여 에칭 시간이 길어질 가능성이 있다. 이 경우, 투명 기판이 손상되기 쉬워져, 투명 기판의 주표면이 노출된 영역에 있어서의 노광광의 투과율이 원하는 값을 충족하지 않게 될 가능성이 높아진다. 또한, 등방성 에칭인 습식 에칭을 적용하여 스페이스 패턴이나 홀 패턴을 형성하는 경우, 투명 기판의 주표면이 노출될 때까지의 동안에, 막 두께 방향에 수직인 방향으로도 에칭이 진행되기 때문에, 막 두께가 크면, 미세한 패턴을 형성하기 어려워진다고 하는 것도 생각된다. 참고예 1의 위상 시프트막은, 미세한 패턴을 형성하는 데에는 충분하다고는 할 수 없다.
이상의 실시예, 비교예 및 참고예에 있어서 사용한 위상 시프트막의 재료는 일례에 지나지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위로부터 일탈하지 않는 범위에 있어서, 위상 시프트막의 재료는, 상기 실시예에 있어서 사용한 재료로 한정되는 일은 없다. 또한, 본 발명은 비교예 및 참고예에 있어서 사용한 재료를 제외하는 것은 아니다. 어떠한 재료라도 본 발명의 구성을 충족한다면, 상기 실시예와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
10: 위상 시프트 마스크 블랭크
20: 투명 기판
30: 위상 시프트막
30a: 위상 시프트막 패턴(패터닝된 위상 시프트막)
40: 에칭 마스크막
40a: 제1 에칭 마스크막 패턴
40b: 제2 에칭 마스크막 패턴
50: 제1 레지스트막 패턴
60: 제2 레지스트막 패턴
100: 위상 시프트 마스크

Claims (11)

  1. 투명 기판 상에 위상 시프트막을 갖는 위상 시프트 마스크 블랭크이며,
    상기 위상 시프트막은, 노광 파장의 대표 파장에 있어서, 투과율이 30％ 이상 80％ 이하이고, 소쇠 계수 k가 0.10 이상 0.25 이하이고, 굴절률 n이 2.20 이상 2.57 이하이고,
    상기 노광 파장의 대표 파장은 313 내지 436nm의 범위 내에 있고,
    상기 대표 파장은, 상기 위상 시프트막의 표면 반사율과 파장의 관계에 있어서, 인접하는 단파장측의 표면 반사율의 골과 인접하는 장파장측의 표면 반사율의 산 사이에 위치하고 있고,
    상기 위상 시프트막은, 전이 금속 및 규소를 함유하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크 블랭크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위상 시프트막은 경원소를 함유하고, 상기 경원소의 함유율이 50원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크 블랭크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 위상 시프트막은 단층막 또는 동일 조성으로 이루어지는 적층막인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크 블랭크.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 위상 시프트막의 막 두께는 180nm 이하인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크 블랭크.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 위상 시프트막은, 30nm 이하의 범위에 있어서 막 두께가 변동된 경우의 상기 대표 파장에 있어서의 이면 반사율의 최댓값과 최솟값의 차가 10％ 이상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크 블랭크.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 위상 시프트막은, 30nm 이하의 범위에 있어서 막 두께가 변동된 경우의 상기 대표 파장에 있어서의 투과율의 최댓값과 최솟값의 차를 투과율 변동값이라고 하였을 때, 막 두께가 변동되기 전의 상기 대표 파장에 있어서의 투과율에 대한 상기 투과율 변동값의 비율이 20％ 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크 블랭크.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 대표 파장은 405nm인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크 블랭크.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 위상 시프트막 상에, 해당 위상 시프트막에 대하여 에칭 선택성이 다른 에칭 마스크막을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크 블랭크.
  9. 제1항에 기재된 위상 시프트 마스크 블랭크를 준비하는 공정과,
    상기 위상 시프트막 상에 레지스트막을 형성하고, 상기 레지스트막으로 형성한 레지스트막 패턴을 마스크로 하여 상기 위상 시프트막을 습식 에칭하여, 상기 투명 기판 상에 위상 시프트막 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
  10. 제8항에 기재된 위상 시프트 마스크 블랭크를 준비하는 공정과,
    상기 에칭 마스크막 상에 레지스트막을 형성하고, 상기 레지스트막으로 형성한 레지스트막 패턴을 마스크로 하여 상기 에칭 마스크막을 습식 에칭하여, 상기 위상 시프트막 상에 에칭 마스크막 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 에칭 마스크막 패턴을 마스크로 하여, 상기 위상 시프트막을 습식 에칭하여, 상기 투명 기판 상에 위상 시프트막 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 기재된 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 의해 얻어진 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 적재하고, 상기 위상 시프트 마스크 상에 형성된 전사 패턴을, 표시 장치 기판 상에 형성된 레지스트에 노광 전사하는 노광 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 제조 방법.
KR1020210156513A 2020-11-24 2021-11-15 위상 시프트 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 표시 장치의 제조 방법 KR20220071910A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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