KR20220125182A - 다계조 포토마스크의 제조 방법 및 다계조 포토마스크 - Google Patents

다계조 포토마스크의 제조 방법 및 다계조 포토마스크 Download PDF

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KR20220125182A
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신고 야마다
료타 우에미나미
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가부시키가이샤 에스케이 일렉트로닉스
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Abstract

[과제] 얼라인먼트를 필요로 하지 않는 다계조 포토마스크의 제조 방법 및 다계조 포토마스크를 제공한다.
[해결수단] 다계조 포토마스크의 제조 방법은, 투명 기판(2) 위에 적층되는 반투과막(3)과, 반투과막(3)과 상이한 에칭 특성을 가지며 반투과막(3) 위에 겹치도록 적층되는 중간막(4)과, 반투과막(3)과 동일한 에칭 특성을 갖고, 중간막(4)의 주변 영역의 적어도 일부가 노출되도록 중간막(4) 위에 적층되는 차광막(5)을 구비하고, 중간막(4)의 노출된 부분의 적어도 일부가 투명 기판(2)에 가까울수록 에지(4a)가 외측으로 퍼지는 형상을 가지는, 이들 적층막 구조로 이루어지는 중간체를 준비하는 공정과, 중간막(4)의 노출된 부분을 복수회로 나누어 에칭하여 최종적으로 제거하는 공정과, 최종회를 제외하거나 또는 최종회를 포함하는 각 회의 에칭 후에, 반투과막(3)의 노출된 부분을 플라즈마 처리하여, 해당 부분의 투과율을 변경하는 공정을 구비한다.

Description

다계조 포토마스크의 제조 방법 및 다계조 포토마스크{METHOD FOR MANUFACTURING MULTI-TONE PHOTOMASK, AND MULTI-TONE PHOTOMASK}
본 발명은 그라데이션(gradation)부를 갖는 다계조(多階調) 포토마스크의 제조 방법 및 다계조 포토마스크에 관한 것이다.
다계조 포토마스크는 투과부의 투과율과 차광부의 투과율 사이의 투과율을 갖는 반투과부를 구비(포함)함으로써, 투과부에 의한 백색 계조 및 차광부에 의한 흑색 계조의 2계조와, 반투과부에 의한 백색과 흑색의 중간(그레이톤)의 계조를 합한 다계조(3계조 이상)를 실현한다. 다계조 포토마스크를 사용함으로써, 1회의 노광(露光)으로 노광량이 상이한 패턴을 포토레지스트(photoresist)에 형성할 수 있다. 이 때문에, 포토마스크의 사용 매수의 삭감, 제조 공정의 삭감, 나아가서는 제조 비용의 삭감을 도모할 수 있다.
다계조 포토마스크의 일종으로서, 그라데이션 마스크가 있다. 그라데이션 마스크는 그라데이션부를 구비하는 포토마스크이다(특허문헌 1). 그라데이션부는 투과율이 상이한 복수의 영역으로 구성된다. 보다 상세하게는, 그라데이션부는 반투과부에서의 반투과부와 투과부의 경계 영역에 마련(설치 또는 형성)되고, 투과율이 반투과부와 투과부의 경계를 향해 단계적으로 높아지는 복수의 영역으로 구성된다.
[특허문헌 1] 일본특허공개 2011-209759호 공보
종래의 그라데이션 마스크의 제조 방법은, 차광부를 구성하는 패턴의 묘화(描畵) 공정(노광 공정) 및 반투과부를 구성하는 패턴의 묘화 공정이라는 적어도 2회의 묘화 공정을 필요로 한다. 그리고, 묘화 공정이 복수회(여러 번)가 되면, 각 공정에서 형성되는 패턴의 위치 벗어남(얼라인먼트 어긋남)이 발생하기 쉬워진다.
이에 대한 대책으로서 얼라인먼트 마크의 이용이 있다. 2회째 이후의 묘화 공정에 있어서, 얼라인먼트 마크를 판독함으로써, 얼라인먼트(위치 맞춤)를 행한다는 것이다. 그러나, 얼라인먼트 마크를 이용해도 얼라인먼트 어긋남을 완전히 없애는 것은 불가능하고, 최대 500nm의 얼라인먼트 어긋남이 발생해버린다. 이 때문에, 다계조 포토마스크의 고정밀화가 곤란한 상황이 되어 있다.
이에 본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 얼라인먼트 어긋남이 없고, 다계조 포토마스크의 고정밀화를 실현할 수 있는 다계조 포토마스크의 제조 방법 및 다계조 포토마스크를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명에 따른 다계조 포토마스크의 제조 방법은,
투과부, 반투과부 및 차광부를 구비하고, 반투과부에, 투과율이 반투과부와 투과부의 경계를 향해 단계적으로 높아지는 복수의 영역으로 구성되는 그라데이션부를 구비하는, 다계조 포토마스크의 제조 방법으로서
소정의 패턴 형상을 갖고 투명 기판 위에 적층되는 반투과막과, 반투과막과 상이한 에칭 특성을 갖고 반투과막 위에 겹치도록 적층되는 중간막과, 소정의 패턴 형상 및 반투과막과 동일한 에칭 특성을 갖고 중간막의 주변 영역의 적어도 일부가 노출되도록 중간막 위에 적층되는 차광막을 구비하고, 중간막의 노출된 부분의 적어도 일부가 투명 기판에 접근할수록 에지가 외측으로 퍼지는 형상을 갖는, 이들 적층막 구조로 이루어지는 중간체를 준비하는 중간체 준비 공정과,
중간막의 노출된 부분을 복수회로 나누어 에칭하여 최종적으로 제거하는 중간막 분할 에칭 공정과,
최종회를 제외하거나 최종회를 포함하는 각회의 에칭 후에, 반투과막의 노출된 부분을 플라즈마 처리하고, 해당 부분의 투과율을 변경하는 플라즈마 처리 공정을 구비하는
다계조 포토마스크의 제조 방법이다.
또한, 본 발명에 따른 다계조 포토마스크는,
투과부, 반투과부 및 차광부를 구비한 다계조 포토마스크로서,
소정의 패턴 형상을 갖고, 투명 기판 위에 적층되는 반투과막과,
반투과막과 상이한 에칭 특성을 가지며, 반투과막의 주변 영역의 적어도 일부가 노출되도록 반투과막 위에 적층되는 중간막과,
소정의 패턴 형상 및 반투과막과 동일한 에칭 특성을 갖고, 중간막 위에 겹치도록 적층되는 차광막을 구비하고,
반투과막의 노출된 부분의 적어도 일부는 투과율이 반투과막의 에지를 향해 단계적으로 높아지는 복수의 영역으로 구성되는 그라데이션부를 구비하는
다계조 포토마스크이다.
여기서, 본 발명에 따른 다계조 포토마스크의 제조 방법의 일 태양으로서,
중간체 준비 공정은 중간체를 제조하는 중간체 제조 공정을 포함하고,
중간체 제조 공정은,
포토마스크 블랭크(photo mask blanks)의 표면에 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성 공정과,
소정의 레지스트 패턴을 형성하는 레지스트 패턴 형성 공정과,
레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막의 노출된 부분을 에칭하여 제거하는 차광막 에칭 공정과,
차광막을 마스크로 하여, 중간막의 노출된 부분 중에서, 막두께 방향에 있어서의 소정의 깊이의 부분을 에칭하여 제거하는 중간막 표면 에칭과, 차광막 중에서, 노출된 에지의 단면에서 내측 방향에 있어서의 소정의 깊이의 부분을 에칭하여 제거하는 차광막 사이드 에칭을 복수회 교대로 반복함으로써, 중간막의 해당 부분을 투명 기판에 가까울수록 에지가 외측으로 퍼지는(넓어지는) 형상으로 정형(整形)하는 정형 공정과,
중간막을 마스크로 하여 반투과막의 노출된 부분을 에칭하여 제거하는 반투과막 에칭 공정과,
레지스트막을 제거하는 레지스트막 제거 공정을 구비하는
구성을 채용할 수 있다.
또한, 이 경우,
정형 공정은 중간막의 해당 부분을 계단 모양으로 정형하는
구성을 채용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다계조 포토마스크의 제조 방법의 다른 태양으로서,
중간막 표면 에칭 및 차광막 사이드 에칭의 횟수는 그라데이션부의 계조수에 기초하여 설정되는
구성을 채용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다계조 포토마스크의 제조 방법의 다른 태양로서,
각 회의 중간막 표면 에칭의 에칭량은, 각 회의 중간막 표면 에칭의 에칭량의 합계가 중간막의 막두께와 같거나 또는 중간막의 막두께보다 소정의 크기만큼 커지도록 설정되는
구성을 채용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다계조 포토마스크의 제조 방법의 또 다른 태양으로서,
각 회의 차광막 사이드 에칭의 에칭량은, 그라데이션부의 투과율 구배(勾配, 경사)에 기초하여 설정되는
구성을 채용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다계조 포토마스크의 제조 방법의 또 다른 태양으로서,
레지스트 패턴의 그라데이션부에 대응하는 부분의 에지의 위치는 반투과막 에칭 공정 후의 반투과막의 에지의 위치에 대해 반투과막, 중간막 및 차광막의 막두께의 합계값 또는 이 합계값보다도 소정의 크기만큼 큰 값으로 바깥쪽으로 오프셋한 위치인
구성을 채용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다계조 포토마스크의 제조 방법의 또 다른 태양으로서,
중간막으로서, 반투과막 및 차광막보다도 에칭 레이트가 낮은 막이 선택되는
구성을 채용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다계조 포토마스크의 제조 방법의 또 다른 태양으로서,
중간막 분할 에칭 및 플라즈마 처리의 횟수는 그라데이션부의 계조수에 기초하여 설정되는
구성을 채용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다계조 포토마스크의 제조 방법의 또 다른 태양으로서,
각 회의 플라즈마 처리의 처리 시간은 그라데이션부의 투과율 구배에 기초하여 설정되는
구성을 채용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다계조 포토마스크의 일 태양으로서,
중간막의 에지가 차광막의 에지보다도 내측으로 들어가는 것에 의해, 차광막의 에지의 하방에 중간막이 존재하지 않는 언더컷이 형성되고, 이에 더불어, 차광막의 단부가 오버행(overhang)하여 돌출단부가 되는
구성을 채용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다계조 포토마스크의 다른 태양으로서,
중간막의 막두께는 90nm 이상 200nm 이하인
구성을 채용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 묘화 공정은 1회면 된다. 이에 따라, 다계조 포토마스크의 제조 과정에서 얼라인먼트를 요하지 않게 된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 얼라인먼트 어긋남이 없고, 다계조 포토마스크의 고정밀화를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 요부 확대 단면도이다.
도 2(a) 내지 (d)는 다계조 포토마스크의 제조 방법의 설명도이다.
도 3(a) 내지 (d)는 도 2에 이어지는 설명도이다.
도 4(a) 내지 (d)는 도 3에 이어지는 설명도이다.
도 5(a) 내지 (d)는 도 4에 이어지는 설명도이다.
도 6(a) 내지 (c)는 도 5에 이어지는 설명도이다.
도 7(a) 내지 (c)는 플라즈마 처리 공정에서의 플라즈마 조사(照射) 시간의 설명도이다.
도 8은 반투과막의 에지의 위치와 레지스트막의 에지의 위치의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 9는 차광막의 에지의 위치와 레지스트막의 에지의 위치의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 10은 차광막의 단계적인 에지의 위치와 그라데이션부의 경계의 위치의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 11(a) 및 도 11(b)는 그라데이션부에서의 투과율 구배에 관한 설명도이다.
도 12(a) 및 12b는 차광막의 에지의 위치와 중간막의 에지의 위치의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 13(a)는 아일랜드형(볼록형)의 다계조 포토마스크의 요부 확대 단면도이다. 도 13(b)는 홀형(오목형)의 다계조 포토마스크의 요부 확대 단면도이다.
도 14(a) 내지 14(d)는 다계조 포토마스크의 다른 제조 방법의 설명도이다.
도 15(a) 내지 15(d)는 도 14에 이어지는 설명도이다.
도 16(a) 내지 16(d)는 다계조 포토마스크의 또 다른 제조 방법의 설명도이다.
도 17(a) 내지 17(d)는 도 16에 이어지는 설명도이다.
우선, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 구성에 대하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 다계조 포토마스크(1)는 투과부(20), 반투과부(30) 및 차광부(50)를 구비하고, 반투과부(30)에 그라데이션부(31)를 구비하는 그라데이션 마스크이다. 그라데이션부(31)는 투과율이 반투과부(30)와 투과부(20)의 경계를 향하여(반투과막(3)의 에지(3a)를 향하여) 단계적으로 높아지는 복수의 영역으로 구성된다. 본 실시 형태에서는, 그라데이션부(31)는 차광부(50)로부터 투과부(20)를 향하여 최내(最內)부(31C), 하나의 중간부(31B), 최외부(31A)의 3개의 영역(3계조)으로 구성된다. 따라서, 본 실시 형태에서는 다계조 포토마스크(1)가 5계조이다.
다계조 포토마스크(1)는, 투명 기판(2) 위에 반투과막(3), 중간막(에칭 스토퍼 막)(4) 및 차광막(5)이 이 순서로 적층된 포토마스크 블랭크에서 제조된다. 반투과막(3)이 최하층에 있는 것으로 인해, 이 포토마스크 블랭크는, 바닥(bottom)형이라고 불린다.
포토마스크 블랭크에서, 반투과막(3)은 스퍼터링법, 증착법 등에 의해 투명 기판(2) 위에 성막(成膜)된다. 반투과막(3)의 막두께는, 예를 들면 10nm 내지 50nm의 범위이다. 중간막(4)은 스퍼터링법, 증착법 등에 의해 반투과막(3) 위에 성막된다. 중간막(4)의 막두께는, 예를 들면 90nm 내지 200nm의 범위이다. 이 이유에 대해서는 후술한다. 차광막(5)은 스퍼터링법, 증착법 등에 의해 중간막(4) 위에 성막된다. 차광막(5)의 막두께는, 예를 들면 50nm 내지 120nm의 범위이다.
투명 기판(2)은 합성 석영 유리 등의 기판이다. 투명 기판(2)은, 다계조 포토마스크(1)를 이용한 묘화 공정에서 사용되는 노광광에 포함되는 대표 파장(예를 들면, i선, h선 또는 g 선)에 대하여 95% 이상의 투과율을 가진다. 또한, 노광광은, 예를 들면, i선, h선 또는 g선이어도 되고, 또는 이들 중 적어도 2개의 광을 포함하는 혼합광이어도 된다. 단, 노광광이 이들에 한정되는 것은 아니다.
반투과막(3)은, Cr 또는 Cr계 화합물, Ni 또는 Ni계 화합물, Ti 또는 Ti계 화합물, Si계 화합물, 금속 실리사이드 화합물 등의 공지된 재질 중, Cr계의 재질이 사용된다. 본 실시 형태에서는, 반투과막(3)은 Cr계 화합물이 사용된다. 반투과막(3)은 하프톤(halftone)막이다. 또는, 반투과막(3)은 위상 시프트막이어도 된다. 반투과막(3)은, 노광광에 포함되는 대표 파장에 대하여, 투명 기판(2)의 투과율보다도 낮고, 차광막(5)의 투과율보다도 높은 투과율을 갖고, 대표 파장에 대하여 10% 내지 70%의 투과율이 되도록 설정된다.
중간막(4)은 비 Cr계 재료가 사용된다. 본 실시 형태에서는, 중간막(4)은 Ni, Ti 또는 몰리브덴 실리사이드 화합물이 사용된다.
차광막(5)은 반투과막(3)과 동일한 재질이 사용된다. 본 실시 형태에서는, 차광막(5)은 Cr계 화합물이 사용된다. 차광막(5)은 노광광에 포함되는 대표 파장에 대하여 1% 이하의 투과율을 갖는다. 또는, 차광막(5)의 투과율이 1%보다 높아도, 차광부(50)에서의 적층 투과율이 1% 이하이면 된다. 또는 차광부(50)에서의 광학 농도(OD값)가 2.7 이상을 만족하면 된다.
반투과막(3) 및 차광막(5)은 동일한 재질이 사용됨으로써 에칭 특성이 동일하다. 그러나, 반투과막(3) 및 차광막(5)과, 중간막(4)은, 재질이 다르기 때문에, 에칭 특성이 상이하다. 즉, 반투과막(3) 및 차광막(5)은 중간막(4)에 대하여 에칭 선택성을 갖고, 중간막(4)은 반투과막(3) 및 차광막(5)에 대하여 에칭 선택성을 갖는다.
차광부(50)는 반투과막(3), 중간막(4) 및 차광막(5)이 제거되지 않고 잔존한 영역, 즉 차광막(5)의 에지(5a)까지의 차광막(5)이 존재하는 영역에 상당한다. 반투과부(30)는 차광부(50)와 투과부(20) 사이에 마련된다. 반투과부(30)는 포토마스크 블랭크로부터 중간막(4) 및 차광막(5)이 제거되어 반투과막(3)이 노출된 영역, 즉 차광막(5)의 에지(5a)로부터 반투과막(3)의 에지(3a)까지의 반투과막(3)이 노출된 영역에 상당(대응)한다. 투과부(20)는 포토마스크 블랭크로부터 반투과막(3), 중간막(4) 및 차광막(5)이 제거되어 투명 기판(2)이 노출된 영역, 즉 반투과막(3)의 에지(3a)로부터 투명 기판(2)이 노출된 영역에 상당한다.
그라데이션부(31)는 반투과부(30) 전역에 마련된다. 그라데이션부(31)의 최내부(31C)는, 가장 내측에 위치하고 차광부(50)와 접하는 영역, 즉 차광막(5)의 에지(5a)로부터 반투과막(3) 내의 경계(3c)까지의 영역에 상당한다. 그라데이션부(31)의 중간부(31B)는 그라데이션부(31)의 최내부(31C)와 최외부(31A) 사이의 영역, 즉 반투과막(3) 내의 경계(3c)로부터 경계(3b)까지의 영역에 상당한다. 그라데이션부(31)의 최외부(31A)는 가장 외측에 위치하여 투과부(20)와 접하는 영역, 즉 반투과막(3) 내의 경계(3b)로부터 반투과막(3)의 에지(3a)까지의 영역에 상당한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 그라데이션부(31)는 3계조이기 때문에 중간부(31B)가 하나이다. 그러나, 그라데이션부(31)가 4계조인 경우, 중간부(31B)가 2개 마련되는 등, 그라데이션부(31)의 계조 수가 n이라고 하면, 중간부(31B)의 수는 n-2가 된다.
중간막(4)의 에지(4a)는 차광막(5)의 에지(5a)보다도 내측으로 들어가고, 차광막(5)의 에지(5a)의 하방은 중간막(4)이 존재하지 않는 언더컷(4b)이 되어 있다. 그리고 이에 더불어, 차광막(5)의 단부는 오버행하여 돌출 단부(5b)가 되어 있다.
도시하지는 않았지만, 도 1에 도시되는 적층막 구조는 차광막(5)이 소정의 폭을 갖는 상태에서 반대측에도 선 대칭으로 마련된다. 그리고, 차광부(50) 및 양측의 반투과부(30, 30)(그라데이션부(31, 31))에 의해 하나의 패턴(1A)이 구성된다.
다음으로, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
다계조 포토마스크(1)의 제조 방법은, i) 레지스트막 형성 공정(공정 1), ii) 묘화 공정(공정 2), iii) 현상(現像) 공정(공정 3), iv) 차광막 에칭 공정(공정 4), v) 중간막 표면 에칭 공정(공정 5), vi) 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6), vii) 반투과막 에칭 공정(공정 7), viii) 레지스트막 제거 공정(공정 8), ix) 중간막 분할 에칭 공정(공정 9), x) 플라즈마 처리 공정(공정 10)을 구비한다. 또한, 묘화 공정(공정 2) 및 현상 공정(공정 3)을 합쳐서, 레지스트 패턴 형성 공정이라고 하며, 중간막 표면 에칭 공정(공정 5) 및 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)을 합쳐서, 정형 공정이라고 한다.
레지스트막 형성 공정(공정 1)에서는, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 포토마스크 블랭크의 표면에 레지스트가 균일하게 도포되어 레지스트막(6)이 형성된다. 레지스트는 도포법이나 스프레이법에 의해 도포된다.
묘화 공정(공정 2)에서는, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 묘화 장치(노광 장치)의 전자빔 또는 레이저를 이용하여 레지스트막(6)의 표면에 노광광이 조사되고, 소정의 레지스트 패턴이 묘화된다. 레지스트 패턴의 설계(레지스트막(6)의 에지(6a)의 설계상의 위치)의 상세에 대해서는 후술한다. 현상 공정(공정 3)에서는, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이, 레지스트막(6)의 잉여부(6b)가 제거되어, 레지스트 패턴이 형성된다. 현상은 현상액에 침지함으로써 수행된다.
차광막 에칭 공정(공정 4)에서는, 도 2(d)에 나타내는 바와 같이, 레지스트 패턴을 에칭 처리용 마스크로서 차광막(5)의 노출된 부분(5c)이 에칭되어 제거된다. 에칭은 건식(dry) 에칭 또는 습식(wet) 에칭 중 어느 것이어도 상관없지만, 대형 사이즈의 포토마스크이면 습식 에칭이 바람직하다. 에천트(etchant)로는 에칭액이나 에칭 가스가 사용된다. 어느 에천트든, 차광막(5)에 대한 에칭 선택성을 갖는 에천트(중간막(4)를 에칭하지 않는 에천트)가 사용되기 때문에, 차광막(5)만이 선택적으로 에칭된다.
또한, 차광막 에칭 공정(공정 4)에서는, 중간막(4)의 표면에 에칭하지 못한 차광막(5)이 잔존하지 않도록, 차광막(5)의 막두께에 상당하는 에칭량에 대해, 에칭량을 여분으로 증가하도록 하는, 소위 과에칭(overetching)이 수행된다.
중간막 표면 에칭 공정(공정 5)에서는, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 차광막(5)을 에칭 처리용 마스크로서, 중간막(4)의 노출된 부분 중, 막두께 방향에서의 소정의 깊이의 부분(표면부)(4c)이 표면 에칭되어 제거된다. 에칭은 건식 에칭 또는 습식 에칭 중 어느 것이어도 상관없지만, 대형 사이즈의 포토마스크라면 습식 에칭이 바람직하다. 에천트로는 에칭액이나 에칭 가스가 사용된다. 어느 에천트든 중간막(4)에 대한 에칭 선택성을 갖는 에천트(차광막(5)를 에칭하지 않는 에천트)가 사용되기 때문에, 중간막(4)만이 선택적으로 에칭된다.
중간막(4)의 재질 및/또는 중간막(4)의 에천트는 중간막(4)의 에칭 레이트가 낮은 것이 선택된다. 이에 의해, 중간막(4)의 표면부(4c)만을 에칭할 수 있다. 또한, 적절한 에칭 속도를 선택함으로써, 에칭량(중간막(4)의 막 감소량)을 적절히 제어할 수 있다.
중간막 표면 에칭 공정(공정 5)은, 도 3(a), 도 3(c), 도 4(a) 및 도 4(c)에 나타내는 바와 같이, 복수회 행해진다(공정 5-1, 5-2, 5-3, 5-4). 중간막 표면 에칭 공정(공정 5)의 횟수는 (그라데이션부(31)의 계조 수 + 1) 회이다. 본 실시 형태에서는, 그라데이션부(31)가 3계조이기 때문에, 중간막 표면 에칭 공정(공정 5)의 횟수는 4회이다.
차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)에서는, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 차광막(5) 중, 노출된 에지(5a)의 단면으로부터 내측 방향에 있어서의 소정의 깊이(소정의 폭)의 부분(5d)이 사이드 에칭되어 제거된다. 사이드 에칭은 차광막 에칭 공정(공정 4)과 마찬가지의 방법 및 마찬가지의 에천트에 의해 행해진다.
차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)은, 도 3(b), 도 3(d) 및 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 복수회 행해진다(공정 6-1, 6-2, 6-3). 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)의 횟수는 그라데이션부(31)의 계조수와 동일한 횟수이다. 다르게 표현하면, 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)의 횟수는, (중간막 표면 에칭 공정(공정 5)의 횟수-1)회이다. 본 실시 형태에서는, 그라데이션부(31)는 3계조이고, 중간막 표면 에칭 공정(공정 5)의 횟수는 4회이기 때문에, 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)의 횟수는 3회이다. 또한, 도 3(b), 도 3(d) 및 도 4(b)에서는, 지면의 폭 사이즈 관계로, 사이드 에칭의 에칭량을 짧게 기재하고 있다. 실제 이미지는 도 9에 기술된 것이 가깝다.
중간막 표면 에칭 공정(공정 5) 및 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)은, 중간막 표면 에칭 공정(공정 5)을 시작 및 끝으로 하여, 복수회 교대로 반복된다. 본 실시 형태에서는, 공정 5-1, 공정 6-1, 공정 5-2, 공정 6-2, 공정 5-3, 공정 6-3, 공정 5-4의 순서로 행해진다. 중간막(4)의 표면 에칭 및 차광막(5)의 사이드 에칭이 복수회 교대로 반복됨으로써, 중간막(4)의 노출된 부분은 투명 기판(2)에 가까울수록 외측으로 퍼지는 형상을 가진다. 보다 상세하게는, 중간막(4)의 노출된 부분은 계단 형상을 갖는다.
중간막 표면 에칭 공정(공정 5)의 각 공정 5-1, 5-2, 5-3, 5-4는, 각 공정의 에칭량의 합계가 중간막(4)의 막두께가 되도록 분할한 에칭량으로 수행된다. 바람직하게는, 각 공정은 중간막(4)의 막두께를 중간막 표면 에칭 공정(공정 5)의 횟수로 나눈 에칭량으로 행한다. 예를 들어, 중간막(4)의 막두께가 100nm이고, 중간막 표면 에칭 공정(공정 5)의 횟수가 4회라고 하면, 1회당 에칭량은 25nm가 된다. 단, 각 공정의 에칭량이 동일한 것은 필수는 아니다. 각 공정의 에칭량은 달라도 된다. 어떻게 되든, 전술한 바와 같이, 중간막(4)의 에칭 속도가 낮기 때문에, 이러한 미세한 표면 에칭이 가능해진다. 단, 총 에칭량이 막두께와 동일한 경우, 반투과막(3)의 표면에 에칭하지 못한 중간막(4)이 잔존할 우려가 있다. 따라서, 마지막 중간막 표면 에칭 공정(공정 5-4)에서는 과에칭이 행해진다. 도 4(c)에 기재된 에칭량이 도 3(a), 도 3(c), 도 4(a)에 기재된 에칭량보다 많은 것은 이 이유에 의한 것이다.
차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)의 각 공정 6-1, 6-2, 6-3은 그라데이션부(31)의 투과율 구배에 대응하고 차광막(5)의 에지(5a)의 설계상의 위치로 향하도록 분할한 에칭량으로 수행된다.
반투과막 에칭 공정(공정 7)에서는, 도 4(d)에 나타내는 바와 같이, 중간막(4)을 에칭 처리용 마스크로서, 반투과막(3)의 노출된 부분(3d)이 에칭되어 제거된다. 에칭은 차광막 에칭 공정(공정 4)이나 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)과 마찬가지의 방법 및 마찬가지의 에천트에 의해 행해진다. 또한, 사용되는 에천트는 차광막(5) 및 반투과막(3)에 대한 에칭 선택성을 갖기 때문에, 반투과막(3)의 노출된 부분(3d)이 에칭될 뿐만 아니라, 차광막(5) 중에서 노출된 에지(5a)의 단면으로부터 내측 방향에서의 동일한 양의 깊이의 부분(5d)이 사이드 에칭된다.
또한, 반투과막 에칭 공정(공정 7)에서는, 투명 기판(2)의 표면에 에칭하지 못한 반투과막(3)이 잔존하지 않도록, 반투과막(3)의 막두께에 상당하는 에칭량에 대하여, 에칭량을 여분으로 늘리도록 하는 과에칭이 수행된다.
레지스트막 제거 공정(공정 8)에서는, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 레지스트막(6)이 제거된다. 레지스트막(6)의 제거는, 애싱법이나 레지스트 박리액에 침지함으로써 행해진다.
이상의 공정 1 내지 공정 8을 거쳐서, 다계조 포토마스크(1)의 중간체가 완성된다. 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 중간체는 투명 기판(2) 위에 적층되는 소정의 패턴 형상의 반투과막(3)과, 반투과막(3) 위에 겹치도록 적층되는 중간막(4)과, 중간막(4)의 주변 영역의 적어도 일부가 노출되도록 중간막(4) 위에 적층되는 소정의 패턴 형상의 차광막(5)을 구비하고, 중간막(4)의 노출된 부분의 적어도 일부가, 투명 기판(2)에 가까울수록 에지(4a)가 외측(면 방향 중에서 차광막(5)으로부터 멀어지는 방향)으로 퍼지는 형상을 갖는, 이들 적층막 구조로 이루어진다. 보다 상세하게는, 중간막(4)의 노출된 부분의 적어도 일부는 투명 기판(2)에 가까울수록 에지(4a)가 외측으로 퍼지는 계단 형상을 갖는다. 계단의 단수는 그라데이션부(31)의 계조 수와 동일한 단수이다. 본 실시 형태에서는, 그라데이션부 (31)가 3계조이기 때문에, 단수는 3단(하단부(下段部)(4d), 중단부(中段部)(4e), 상단부(上段部)(4f))이다. 이후의 공정 9 및 공정 10은, 준비된 중간체에 대한 공정이 된다.
중간막 분할 에칭 공정(공정 9)에서는, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 차광막(5)을 에칭 처리용 마스크로 하여, 중간막(4)의 노출된 부분 중에서 막두께 방향에서의 소정의 깊이의 부분(표면부)(4c)이 표면 에칭되어 제거된다. 표면 에칭은 중간막 표면 에칭 공정(공정 5)과 마찬가지의 방법 및 마찬가지의 에천트로 행해진다. 에천트는 중간막(4)에 대한 에칭 선택성을 갖는 에천트(반투과막(3) 및 차광막(5)를 에칭하지 않는 에천트)가 사용되기 때문에, 중간막(4)만이 선택적으로 에칭된다.
또한, 중간막 분할 에칭 공정(공정 9)에서는, 중간막 표면 에칭 공정(공정 5)과 마찬가지로, 중간막(4)의 에칭 레이트가 낮다. 이에 의해, 중간막(4)의 표면부(4c)만을 에칭할 수 있다. 또한, 적절한 에칭 속도를 선택함으로써, 에칭량(중간막(4)의 막 감소량)을 적절히 제어할 수 있다.
중간막 분할 에칭 공정(공정 9)은, 도 5(b), 도 5(d) 및 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 복수회 수행된다(공정 9-1, 9-2, 9-3). 중간막 분할 에칭 공정(공정 9)의 횟수는, 중간막(4)의 단수(즉, 그라데이션부(31)의 계조수)와 동일한 횟수이다. 본 실시형태에 있어서는, 중간막(4)의 단수가 3단이기 때문에, 중간막 분할 에칭 공정(공정 9)의 횟수는 3회이다.
플라즈마 처리 공정(공정 10)에서는, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치에 의해, 반투과막(3)의 노출된 부분의 표면에 플라즈마가 조사된다. 플라즈마 처리 장치는, 대기압 하에서 플라즈마를 발생시켜 표면 처리를 행하는 장치(대기압 플라즈마 처리 장치), 밀폐된 챔버 내의 감압 하에서 플라즈마를 발생시켜 표면 처리를 행하는 장치(감압 플라즈마 처리장치) 중 어느 것이어도 상관없지만, 대형 사이즈의 포토마스크라면, 대기압 플라즈마 처리 장치가 바람직하다.
플라즈마가 조사된 반투과막(3)은 조사 시간에 따라 투과율이 변화(증대)한다. 한편, 반투과막(3)의 중간막(4)으로 덮인 부분은 플라즈마 처리의 영향을 받지 않기 때문에, 투과율은 변화하지 않는다. 따라서, 중간막(4)은 플라즈마 처리용 마스크로서 기능한다.
플라즈마 처리 공정(공정 10)은, 도 5(c) 및 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 복수회 수행된다(공정 10-1, 10-2). 플라즈마 처리 공정(공정 10)의 횟수는 (그라데이션부(31)의 계조 수 - 1) 회이다. 다르게 표현하면, 플라즈마 처리 공정(공정 10)의 횟수는, (중간막 분할 에칭 공정(공정 9)의 횟수 - 1) 회이다. 본 실시 형태에서, 그라데이션부(31)는 3계조이고, 중간막 분할 에칭 공정(공정 9)의 횟수는 3회이기 때문에, 플라즈마 처리 공정(공정 10)의 횟수는 2회이다.
중간막 분할 에칭 공정(공정 9) 및 플라즈마 처리 공정(공정 10)은, 중간막 분할 에칭 공정(공정 9)을 시작 및 끝으로 하여, 복수회 교대로 반복된다. 본 실시 형태에서는, 공정 9-1, 공정 10-1, 공정 9-2, 공정 10-2, 공정 9-3의 순서로 행해진다.
1회째의 중간막 분할 에칭 공정(공정 9-1)은, 중간막(4)의 하단부(4d)의 막두께에 대응하는 에칭량으로 행해진다. 이에 따라, 1회째의 중간막 분할 에칭 공정(공정 9-1)에서는, 중간막(4)의 하단부(4d)가 제거된다. 이 때문에, 1회째의 플라즈마 처리 공정(공정 10-1)에서는, 중간막(4)의 하단부(4d)가 제거됨으로써 반투과막(3)의 노출된 부분의 표면에 플라즈마가 조사되어, 해당 부분의 투과 비율이 높아진다.
2회째의 중간막 분할 에칭 공정(공정 9-2)은, 1회째의 중간막 분할 에칭 공정(공정 9-1)에 의해 높이가 내려간 중간막(4)의 중단부(4e)의 막두께에 대응하는 에칭량으로 수행된다. 이에 의해, 2회째 중간막 분할 에칭 공정(공정 9-2)에서는 중간막(4)의 중단부(4e)가 제거된다. 이 때문에, 2회째의 플라즈마 처리 공정(공정 10-2)에서는, 중간막(4)의 하단부(4d)가 제거됨으로써 반투과막(3)의 노출된 부분의 표면에 추가로 플라즈마가 조사되어, 해당 부분의 투과율이 더욱 높아짐과 더불어, 중간막(4)의 중단부(4e)가 제거됨으로써 반투과막(3)의 노출된 부분의 표면에 플라즈마가 조사되어, 해당 부분의 투과율이 높아진다. 이들에 의해, 그라데이션부(31) 중에서 가장 투과율이 높은 최외부(31A)와, 최외부(31A) 다음으로 투과율이 높은 중간부(31B)가 형성된다.
3회째의 중간막 분할 에칭 공정(공정 9-3)은, 2회째의 중간막 분할 에칭 공정(공정 9-2)에 의해 높이가 내려간 중간막(4)의 상단부(4f)의 막두께에 대응하는 에칭량으로 수행된다. 이에 의해, 3회째의 중간막 분할 에칭 공정(공정 9-3)에서는, 중간막(4)의 상단부(4f)가 제거된다. 그라데이션부(31)의 최내부(31C)는 중간막(4)의 상단부(4f)가 제거됨에 의해 반투과막(3)의 노출된 부분이다. 최내부(31C)는 플라즈마 처리를 받지 않는다. 이 때문에, 최내부(31C)의 투과율은, 반투과막(3)의 투과율과 동일하고, 그라데이션부(31) 중에서 가장 낮은 투과율이다.
상술한 바와 같이, 그라데이션부(31)의 각부(31A, 31B, 31C)의 투과율은, 플라즈마의 조사 시간의 적산값과 상관성을 갖는다. 도 7(a)에 도시한 바와 같이, 최외부(31A)의 투과율을 T3으로 하기 위해서 조사 시간(S2)이 필요하고, 중간부(31B)의 투과율을 T2로 하기 위해서 조사 시간(S1)이 필요하다고 하면, 1회째의 플라즈마 처리 공정(공정 10-1)에서는 조사 시간이 (S2-S1)가 되도록 플라즈마가 조사되고, 2회째의 플라즈마 처리 공정(공정 10-2)에서는 조사 시간이 S1이 되도록 플라즈마가 조사된다. 이와 같이, 플라즈마 처리 공정(공정 10)의 각 공정 10-1, 10-2에서의 조사 시간은, 그라데이션부(31)의 각부(31A, 31B, 31C)의 투과율에 기초하여 구해진다.
그리고, 플라즈마 처리 공정(공정 10)의 각 공정 10-1, 10-2에서의 조사 시간을 적절히 설정함으로써, 그라데이션부(31)의 투과율 구배를 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어 도 7(a)에 도시된 예는, 각 공정(10-1, 10-2)에서의 조사 시간을 균등하게 함으로써 그라데이션부(31)의 투과율 구배가 선형이 되는 예이다. 또한, 도 7(b)에 나타내는 예는, 공정 10-2에서의 조사 시간이 공정 10-1에서의 조사 시간보다도 길어지고, 그라데이션부(31)의 투과율 구배가 곡선이 되는 예이다. 또한, 도 7(c)에 나타내는 예는, 공정 10-2에서의 조사 시간이 공정 10-1에서의 조사 시간보다도 짧아지고, 그라데이션부(31)의 투과율 구배가 곡선이 되는 예이다.
또한, 중간막 분할 에칭 공정(공정 9)의 각 공정 9-1, 9-2, 9-3에서는, 반투과막(3)의 표면에 에칭하지 못한 중간막(4)이 잔존하지 않도록, 과에칭이 수행된다. 도 5(b)에 기재된 에칭량이, 중간막(4)의 하단부(4d)의 막두께보다도 많고, 도 5(d)에 기재된 에칭량이, 막두께가 감소한 중간막(4)의 중단부(4e)의 막두께보다도 많고, 도 6(b)에 기재된 에칭량이, 막두께가 감소한 중간막(4)의 상단부(4f)의 막두께보다도 많은 것은 이러한 이유에 의한다.
이상의 공정 1 내지 공정 9-3을 거쳐서, 도 6(c) (및 도 1)에 도시된 바와 같이, 다계조 포토마스크(1)가 완성된다. 본 실시형태에 따른 다계조 포토마스크(1)의 제조 방법에 의하면, 묘화 공정은 한번이면 된다. 따라서, 다계조 포토마스크의 제조 과정에서 얼라인먼트가 불필요해진다. 따라서, 본 실시형태에 따른 다계조 포토마스크(1)의 제조 방법 및 다계조 포토마스크(1)에 의하면, 얼라인먼트 어긋남이 없고, 이 때문에, 리드 타임을 단축할 수 있음과 함께, 고정밀의 다계조 포토마스크를 제조할 수 있다.
또한, 다계조 포토마스크(1)의 제조 방법의 제(諸) 조건은 대략적으로 다음과 같다.
·각 에칭 공정(공정 4 내지 공정 7, 공정 9)의 프로세스 온도: 20℃ 내지 24℃(예를 들면 23℃)
·차광막 에칭 공정(공정 4)의 프로세스 시간: 60초 내지 200초
·중간막(4)의 각 에칭 공정(공정 5, 공정 9)의 1 공정당 프로세스 시간: 5분 내지 10분
·차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)의 1 공정당 프로세스 시간: 500초 내지 2000초
·반투과막 에칭 공정(공정 7)의 프로세스 시간: 20초 내지 100초
·덧붙여서, 반투과막(3) 및 차광막(5)의 각 에칭 레이트는, 일례로서 1nm/sec 정도이고, 중간막(4)의 에칭 레이트는, 일례로서 4nm/min 정도이다.
다음으로, 묘화 공정(공정 2)의 설명 부분에서 다루었던, 레지스트 패턴의 설계(레지스트막(6)의 에지(6a)의 설계상의 위치)의 상세에 대하여 설명한다.
반투과막(3)의 에지(3a)의 위치가 설계상의 위치에서 마무리되는 것은, 반투과막 에칭 공정(공정 7)에 있어서이다. 여기서, 레지스트막(6)의 에지(6a)의 설계상의 위치와 반투과막(3)의 에지(3a)의 설계상의 위치의 관계를 도 8에 나타낸다. 도 8에서 알 수 있듯이, 양자의 차이 A는 다음 식으로 나타난다. 또한, 상기 각 에칭 공정에 있어서, 반투과막(3), 중간막(4) 및 차광막(5)의 각각은, 막두께 방향 및 내측 방향으로 동일한 속도(에칭 레이트)로 에칭되어 간다고 가정한다(이하, 마찬가지).
차이 A = 반투과막(3)의 막두께 FT3 + 공정 7에서의 과에칭량 OE3
+ 중간막(4)의 막두께 FT4 + 공정 5에서의 과에칭량 OE4
+ 차광막(5)의 막두께 FT5 + 공정 4에 있어서의 과에칭량 OE5
따라서, 레지스트막(6)의 에지(6a)의 설계상의 위치, 즉 레지스트 패턴의 묘화 데이터는, 반투과막(3)의 에지(3a)의 설계상의 위치에 대하여, 차이 A만큼 외측으로 오프셋된 데이터가 된다.
또한, 차광막(5)의 에지(5a)의 위치가 설계상의 위치에서 마무리되는 것도, 반투과막 에칭 공정(공정 7)에 있어서이다. 여기서, 레지스트막(6)의 에지(6a)의 설계상의 위치와 차광막(5)의 에지(5a)의 설계상의 위치의 관계를 도 9에 나타낸다. 도 9로부터 알 수 있듯이, 양자의 차이 B는 다음 식으로 표현된다.
차이 B = 반투과막(3)의 막두께 FT3 + 공정 7에서의 과에칭량 OE3
+ 공정 6에서의 총 사이드 에칭량(SE5-1~3)
+ 차광막(5)의 막두께 FT5 + 공정 4에서의 과에칭량 OE5
따라서, 이 식을 기반으로, 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)의 각 공정 6-1, 6-2, 6-3에서의 사이드 에칭량을 적절히 설정함으로써, 차광막(5)의 에지(5a)의 위치를 설계상의 위치에서 마무리할 수 있다.
다음으로, 그라데이션부(31)의 투과율 구배에 대하여 설명한다.
도 10의 상부도면은 중간막 표면 에칭 공정(공정 5)및 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)에 의한 포토마스크 블랭크의 적층막 구조의 변화를 나타낸 것이고, 도 10의 하부도면은 다계조 포토마스크(1)를 나타낸 것으로서, 양 도면은, 면 방향의 위치가 상하 방향에서 합쳐진 상태로 기재되어 있다. 이것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)에 의한 차광막(5)의 단계적인 에지(5a)의 위치와, 중간막(4)의 에지(4a)및 각 단부(4d, 4e, 4f)의 경계의 위치는, 중간막(4)의 각 단부(4d, 4e, 4f)의 사이드 에칭이 발생함으로써 다소 어긋나지만, 상관성이 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 중간막(4)의 에지(4a)및 각 단부(4d, 4e, 4f)의 경계의 위치, 그라데이션부(31)의 에지(3a)및 그라데이션부(31)의 경계(3b, 3c)의 위치는, 중간 막(4)의 각 단부(4d, 4e, 4f)의 사이드 에칭이 발생함으로써 다소 어긋나지만, 상관성이 있다는 것을 알 수 있다. 그리고, 이들로부터, 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)에 의한 차광막(5)의 단계적인 에지(5a)의 위치와, 그라데이션부(31)의 에지(3a) 및 그라데이션부(31)의 경계(3b, 3c)의 위치는, 중간막(4)의 각 단부(4d, 4e, 4f)의 사이드 에칭이 발생함으로써 다소 어긋나지만, 상관성이 있다는 것을 알 수 있다.
따라서, 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)의 각 공정 6-1, 6-2, 6-3에서의 사이드 에칭량을 적절히 설정함으로써, 그라데이션부(31)의 투과율 구배를 적절히 설정할 수 있다. 예를 들면, 도 10의 하부도면 (및 도 1)에 나타낸 예는, 사이드 에칭량을 균등하게 함으로써 그라데이션부(31)의 투과율 구배가 선형이 되는 예이다. 또한, 도 11(a)에 나타내는 예는, 영역의 폭이 반투과막(3)의 에지(3a)를 향해 점점 넓어지고, 그라데이션부(31)의 투과율 구배가 곡선이 되는 예이다. 또한, 도 11(b)에 나타난 예는, 영역의 폭이 반투과막(3)의 에지(3a)를 향해 점점 좁아지고, 그라데이션부(31)의 투과율 구배가 곡선이 되는 예이다.
다음으로, 포토마스크 블랭크의 설명 부분에서 다룬 중간막(4)의 막두께에 대하여 설명한다.
도 12로부터 알 수 있듯이, 차광막(5)의 돌출 단부(5b)의 오버행량은 다음 식으로 표시된다.
오버행량 = 중간막(4)의 막두께 FT4
- {막두께 FT4/(그라데이션부(31)의 계조수 + 1)
＋ 공정 5에서의 과에칭량 OE4}
+ 공정 9-3에서의 과에칭량 OE4
이 식으로부터, 중간막(4)의 막두께(FT4)는, 다음 식으로 표현된다.
막두께 FT4 = (오버행량 + 공정 5에서의 과에칭량 OE4
- 공정 9-3에서의 과에칭량 OE4)
/ {1 - 1/(그라데이션부(31)의 계조수 + 1)}
여기서, 오버행량은 돌출단부(5b)의 늘어짐에 의한 변형을 방지하기 위해 150nm 이하로 되는 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 각 과에칭량 OE4가 15nm, 그라데이션부(31)가 3계조로 했을 경우, 중간막(4)의 막두께는 200nm 이하가 된다.
다음으로, 중간막(4)의 막두께의 하한에 있어서, 적절한 그라데이션부(31)를 형성하기 위해서는, 중간막 표면 에칭 공정(공정 5)및 중간막 분할 에칭 공정(공정 9)에 있어서의 중간막 4의 막두께 제어가 중요해진다. 에칭 레이트가 너무 높으면 중간막(4)의 막두께 제어가 어려워진다. 반대로, 에칭 레이트가 너무 낮으면, 프로세스 시간이 걸려, 생산성이 저하된다. 그래서, 에칭 레이트는 4nm/min 정도이며, 중간막 표면 에칭 공정(공정 5)및 중간막 분할 에칭 공정(공정 9)의 1 공정당 프로세스 시간은 7.5분 정도가 바람직하다.
그렇게 하면, 중간막(4)의 막두께 FT4는 다음 식으로 표현된다.
막두께 FT4=(그라데이션부(31)의 계조수 + 1) Х 30nm
이상으로부터, 중간막(4)의 막두께를 90nm 내지 200nm의 범위로 설정함으로써, 2계조 내지 5계조의 그라데이션부(31)(즉, 4계조 내지 7계조의 고정밀 다계조 포토마스크)를 제조할 수 있다.
다음으로, 다계조 포토마스크(1)의 전체 패턴에 대하여 설명한다.
다계조 포토마스크(1)의 단위 패턴(1A)은, 일례로서, 차광부(50)의 주변 영역 전역에 반투과부(30)(그라데이션부(31))를 구비하는 형태이다. 도 13(a)는 복수의 단위 패턴(1A), …을 서로 간격을 크게 벌려(투과부(20)의 영역을 충분히 넓게 하여) 2차원적으로 일정한 피치(pitch, 간격)로 배치한 아일랜드(island)형(볼록형)의 다계조 포토마스크(1)이다. 도 13(b)는 차광부(50)의 영역을 충분히 넓게 한 복수의 단위 패턴(1A), …을 서로 접근시켜서(투과부(20)의 영역을 충분히 좁게 하여) 정피치에 배치한 홀형(오목형)의 다계조 포토마스크(1)이다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다.
상기 실시 형태에서는, 다계조 포토마스크가 5계조이다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 중간막의 계단의 단수를 4단 이상(중단부를 2단 이상)으로 하고, 그라데이션부의 중간부를 2개 이상 형성하는 것에 의해, 6계조 이상의 다계조 포토마스크를 제조할 수 있다. 혹은, 중간막의 계단의 단수를 2단(중단부를 마련하지 않음)으로 하고, 그라데이션부의 중간부를 형성하지 않음으로써, 4계조의 다계조 포토마스크를 제조할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 그라데이션부(31)가 반투과부(30) 전역에 마련되어 반투과부(30)와 일치하는 것이다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 그라데이션부는 반투과부의 일부에 마련되는 것이어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 중간막 표면 에칭 공정(공정 5)및 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)은, 중간막 표면 에칭 공정(공정 5)을 시작으로 하여, 복수회 교대로 반복된다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 14 및 도 15에 도시한 바와 같이, 중간막 표면 에칭 공정(공정 5) 및 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)은, 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)을 시작으로 하여, 복수회 교대로 반복되도록 해도 된다. 또한, 도 14 및 도 15의 예에서는, 중간막 표면 에칭 공정(공정 5)의 횟수는 그라데이션부(31)의 계조 수와 동일한 횟수이다. 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)의 횟수는 (그라데이션부(31)의 계조 수 + 1)회이다. 다르게 표현하면, 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)의 횟수는(중간막 표면 에칭 공정(공정 5)의 횟수 +1)회이다.
또한, 상기 실시 형태 및 도 14 및 도 15의 예에서는 중간막 표면 에칭 공정(공정 5) 및 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6) 중 어느 하나가 1 공정 많다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 16 및 도 17에 도시한 바와 같이, 중간막 표면 에칭 공정(공정 5) 및 차광막 사이드 에칭 공정(공정 6)은, 어느 것이 시작인지를 불문하고, 동일한 공정수이어도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 플라즈마 처리 공정(공정 10)은, 1회째의 중간막 분할 에칭 공정(공정 9-1) 및 2회째의 중간막 분할 에칭 공정(공정 9-2)후에 수행된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 플라즈마 처리 공정(공정 10)은 마지막의 중간막 분할 에칭 공정 후에도 수행되도록 해도 된다.
또한, 본 발명에서는 차광막 대신에 위상 시프트 막이어도 된다. 하층의 반투과막과의 적층에 의해 광학 농도(OD값)가 2.7 이상이면 된다.
1…다계조 포토마스크, 1A…패턴, 2…투명 기판, 20…투과부, 3…반투과막, 3a…에지, 3b…경계, 3c…경계, 3d… 부분, 30…반투과부, 31…그라데이션부, 31A… 최외부, 31B… 중간부, 31C… 최내부, 4… 중간막(에칭 스토퍼막), 4a… 에지, 4b… 언더컷, 4c… 부분(표면부), 4d… 하단부, 4e… 중단부, 4f… 상단부, 5… 차광막, 5a… 에지, 5b… 돌출단부, 5c… 부분, 5d… 부분, 50… 차광부, 6… 레지스트막, 6a… 에지, 6b …잉여부

Claims (13)

  1. 투과부, 반투과부 및 차광부를 구비하고, 반투과부에서, 투과율이 반투과부와 투과부의 경계를 향해 단계적으로 높아지는 복수의 영역으로 구성되는 그라데이션부를 구비하는, 다계조 포토마스크의 제조 방법으로서,
    소정의 패턴 형상을 갖고, 투명 기판 위에 적층되는 반투과막과, 반투과막과 상이한 에칭 특성을 갖고, 반투과막 위에 겹치도록 적층되는 중간막과, 소정의 패턴 형상 및 반투과막과 동일한 에칭 특성을 갖고, 중간막의 주변 영역의 적어도 일부가 노출되도록 중간막 위에 적층되는 차광막을 구비하고, 중간막의 노출된 부분의 적어도 일부가 투명 기판에 가까울수록 에지가 외측으로 넓어지는 형상을 갖는, 이들 적층막 구조로 이루어지는 중간체를 준비하는 중간체 준비 공정과,
    중간막의 노출된 부분을 복수회로 나누어 에칭하여 최종적으로 제거하는 중간막 분할 에칭 공정과,
    최종회를 제외하거나 또는 최종회를 포함하는 각회의 에칭 후에, 반투과막의 노출된 부분을 플라즈마 처리하여 해당 부분의 투과율을 변경하는 플라즈마 처리 공정을 구비하는,
    다계조 포토마스크의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    중간체 준비 공정은 중간체를 제조하는 중간체 제조 공정을 포함하고,
    중간체 제조 공정은,
    포토마스크 블랭크의 표면에 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성 공정과,
    소정의 레지스트 패턴을 형성하는 레지스트 패턴 형성 공정과,
    레지스트 패턴을 마스크로 하여, 차광막의 노출된 부분을 에칭하여 제거하는 차광막 에칭 공정과,
    차광막을 마스크로 하여, 중간막의 노출된 부분 중, 막두께 방향에 있어서의 소정의 깊이의 부분을 에칭하여 제거하는 중간막 표면 에칭과, 차광막 중에서 노출된 에지의 단면으로부터 내측 방향에 있어서의 소정의 깊이의 부분을 에칭하여 제거하는 차광막 사이드 에칭을 복수회 교대로 반복함으로써, 중간막의 해당 부분을 투명 기판에 가까울수록 에지가 외측으로 넓어지는 형상으로 정형하는 정형 공정과,
    중간막을 마스크로 하여, 반투과막의 노출된 부분을 에칭하여 제거하는 반투과막 에칭 공정과,
    레지스트막을 제거하는 레지스트막 제거 공정을 구비하는,
    다계조 포토마스크의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    정형 공정은 중간막의 해당 부분을 계단 모양으로 정형하는,
    다계조 포토마스크의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    중간막 표면 에칭 및 차광막 사이드 에칭의 횟수는 그라데이션부의 계조수에 기초하여 설정되는,
    다계조 포토마스크의 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    각 회의 중간막 표면 에칭의 에칭량은, 각 회의 중간막 표면 에칭의 에칭량의 합계가 중간막의 막두께와 같거나 또는 중간막의 막두께보다 커지도록 설정되는,
    다계조 포토마스크의 제조 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    각 회의 차광막 사이드 에칭의 에칭량은 그라데이션부의 투과율 구배에 기초하여 설정되는,
    다계조 포토마스크의 제조 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    레지스트 패턴의 그라데이션부에 대응하는 부분의 에지의 위치는, 반투과막 에칭 공정 후의 반투과막의 에지의 위치에 대해 반투과막, 중간막 및 차광막의 막두께의 합계값 또는 이 합계값보다 큰 값으로 바깥쪽으로 오프셋한 위치인,
    다계조 포토마스크의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    중간막으로서, 반투과막 및 차광막보다도 에칭 레이트가 낮은 막이 선택되는,
    다계조 포토마스크의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    중간막 분할 에칭 및 플라즈마 처리의 횟수는, 그라데이션부의 계조수에 기초하여 설정되는,
    다계조 포토마스크의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    각 회의 플라즈마 처리의 처리 시간은 그라데이션부의 투과율 구배에 기초하여 설정되는,
    다계조 포토마스크의 제조 방법.
  11. 투과부, 반투과부 및 차광부를 구비한 다계조 포토마스크로서,
    소정의 패턴 형상을 갖고, 투명 기판 위에 적층되는 반투과막과,
    반투과막과 상이한 에칭 특성을 가지며, 반투과막의 주변 영역의 적어도 일부가 노출되도록 반투과막 위에 적층되는 중간막과,
    소정의 패턴 형상 및 반투과막과 동일한 에칭 특성을 갖고 중간막 위에 겹치도록 적층되는 차광막을 구비하고,
    　반투과막의 노출된 부분의 적어도 일부는, 투과율이 반투과막의 에지를 향해 단계적으로 높아지는 복수의 영역으로 구성되는 그라데이션부를 구비하는,
    다계조 포토마스크.
  12. 제11항에 있어서,
    중간막의 에지가 차광막의 에지보다도 내측으로 들어가는 것에 의해, 차광막의 에지의 하방에, 중간막이 존재하지 않는 언더컷이 형성되고, 이에 더불어 차광막의 단부가 오버행하여 돌출단부가 되는,
    다계조 포토마스크.
  13. 제11항에 있어서,
    중간막의 막두께는 90nm 이상 200nm 이하인,
    다계조 포토마스크.
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