KR101357324B1 - Photomask for manufacturing display device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투명 기판 위에 형성한 반투광막을 패터닝함으로써 소정의 패턴을 형성한, 투광부와 반투광부를 갖는 포토마스크로서, 그 포토마스크를 투과한 노광 광에 의해, 피전사체 위에 선폭 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성하는 포토마스크에서, 그 포토마스크는, 상기 투광부 또는 반투광부 중 적어도 한쪽이 3㎛ 미만의 선폭의 부분을 갖는, 투광부와 반투광부로 이루어지는 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a photomask having a transmissive portion and a translucent portion formed by patterning a semitransmissive film formed on a transparent substrate, and having a line width of less than 3 μm on a transfer object by exposure light having passed through the photomask. In a photomask for forming a transfer pattern, the photomask includes a pattern comprising a light transmitting portion and a semi-transmissive portion, wherein at least one of the light transmitting portion or the semi-transmissive portion has a portion having a line width of less than 3 μm.
Description
본 발명은, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: 이하, 'LCD'라 함) 제조 등에 이용되는 포토마스크에 관한 것으로,특히 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 제조에 이용되는 박막 트랜지스터 기판의 제조에 바람직하게 사용되는 대형 포토마스크(예를 들면 1변이 300㎜ 이상) 및 그 제조 방법과 그 포토마스크를 이용한 패턴 전사 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
현재, LCD의 분야에서, 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: 이하, 'TFT'라 함)를 구비한 액정 표시 장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display: 이하, 'TFT-LCD'라 함)는, CRT(음극 선관)에 비교하여, 박형으로 하기 용이하며 소비 전력이 낮다고 하는 이점 때문에, 상품화가 급속히 진행되고 있다. TFT-LCD는, 매트릭스 형상으로 배열된 각 화소에 TFT가 배열된 구조의 TFT 기판과, 각 화소에 대응하여, 레드, 그린 및 블루의 화소 패턴이 배열된 컬러 필터가 액정층의 개재 하에 서로 겹쳐진 개략 구조를 갖는다. TFT-LCD는, 제조 공정수가 많고, TFT 기판만으로도 5∼6매의 포토마스크를 이용하여 제조되고 있었다. 이러한 상황 아래, TFT 기판의 제조를 4매의 포토마스크를 이용하여 행하는 방법이 제안되어 있다.Currently, in the field of LCD, a thin film transistor (Thin Film Transistor Liquid Crystal Display: hereinafter referred to as 'TFT') with a thin film transistor (hereinafter referred to as 'TFT'), CRT ( Compared with the cathode ray tube), commercialization is rapidly progressing because of the advantages of being thin and having low power consumption. The TFT-LCD includes a TFT substrate having a structure in which TFTs are arranged in each pixel arranged in a matrix form, and a color filter in which red, green, and blue pixel patterns are arranged in correspondence with each pixel under the interposition of the liquid crystal layer. It has a schematic structure. TFT-LCD has many manufacturing processes, and was produced using only 5-6 photomasks only by a TFT substrate. Under these circumstances, a method of manufacturing a TFT substrate using four photomasks has been proposed.
이 방법은, 차광부와 투광부와 반투광부(그레이톤부)를 갖는 포토마스크(이하, '그레이톤 마스크'라 함)를 이용함으로써, 사용하는 마스크 매수를 저감한다고 하는 것이다. 여기에서, 반투광부란, 마스크를 사용하여 패턴을 피전사체에 전사 할 때, 투과하는 노광 광의 투과량을 소정량 저감시켜서, 피전사체 위의 포토레지스트막의 현상 후의 잔막량을 제어하는 부분을 말한다. 그와 같은 반투광부를, 차광부, 투광부와 함께 구비하고 있는 포토마스크를 그레이톤 마스크라고 한다.This method is to reduce the number of masks used by using a photomask (hereinafter referred to as a "gray tone mask") having a light shielding portion, a light transmitting portion, and a semi-transmissive portion (gray tone portion). Here, the semi-transmissive portion refers to a portion for controlling the amount of remaining film after development of the photoresist film on the transfer object by reducing a predetermined amount of the transmissive exposure light when the pattern is transferred to the transfer body using a mask. The photomask which has such a translucent part with a light shielding part and a light transmitting part is called a gray tone mask.
도 3 및 도 4에, 그레이톤 마스크를 이용한 TFT 기판의 제조 공정의 일례를 나타낸다. 도 4는 도 3의 제조 공정에 후속되는 제조 공정을 나타낸다.3 and 4 show an example of a manufacturing process of a TFT substrate using a gray tone mask. 4 shows a manufacturing process following the manufacturing process of FIG. 3.
글래스 기판(1) 위에, 게이트 전극용 금속막이 형성되며, 포토마스크를 이용한 포토리소 프로세스에 의해 게이트 전극(2)이 형성된다. 그 후, 게이트 절연막(3), 제1 반도체막(4)(a-Si: 아몰퍼스 실리콘), 제2 반도체막(5)(N+a-Si), 소스/드레인용 금속막(6) 및 포지티브형 포토레지스트막(7)이 형성된다(도 3의 (a)). 다음으로,차광부(11)와 투광부(12)와 반투광부(13)를 갖는 그레이톤 마스크(10)를 이용하여, 포지티브형 포토레지스트막(7)을 노광하고, 현상한다. 이것에 의해,TFT 채널부 형성 영역 및 소스/드레인 형성 영역과, 데이터 라인 형성 영역을 덮고, 또한 채널부 형성 영역이 소스/드레인 형성 영역보다도 얇아지도록 제1 레지스트 패턴(7a)이 형성된다(도 3의 (b)). 다음으로,제1 레지스트 패턴(7a)을 마스크로 하여, 소스/드레인 금속막(6) 및 제2, 제1 반도체막(5, 4)을 에칭한다(도 3의 (c)). 다음으로,채널부 형성 영역의 얇은 레지스트막을 산소에 의한 애싱에 의해제거하여, 제2 레지스트 패턴(7b)을 형성한다(도 4의 (a)). 그 후, 제2 레지스트 패턴(7b)을 마스크로 하여, 소스/드레인용 금속막(6)이 에칭되어, 소스/드레인(6a, 6b)이 형성되고, 이어서 제2 반도체막(5)을 에칭하고(도 4의 (b)), 마지막으로 잔존한 제2 레지스트 패턴(7b)을 박리한다(도 4의 (c)).On the
여기에서 이용되는 그레이톤 마스크(10)로서는, 반투광부가 미세 패턴으로 형성되어 있는 구조의 것이 알려져 있다. 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이, 그레이톤 마스크는, 소스/드레인에 대응하는 차광부(11a, 11b)와, 투광부(12)와, TFT채널부에 대응하는 반투광부(그레이톤부; 13)를 갖는다. 반투광부(13)는, 그레이톤 마스크(10)를 사용하는 LCD용 노광기의 해상 한계 이하의 미세 패턴으로 이루어지는 차광 패턴(13a)을 형성한 영역이다. 통상적으로 차광부(11a, 11b)와 차광 패턴(13a)은 모두 크롬이나 크롬 화합물 등의 동일한 재료로 이루어지는 동일한 두께인 막으로 형성되어 있다. 그레이톤 마스크를 사용하는 LCD용 노광기의 해상 한계는, 대부분의 경우, 스테퍼 방식의 노광기로 약 3㎛, 미러 프로젝션 방식의 노광기로 약 4㎛이다. 이 때문에, 예를 들면, 도 5에서 반투광부(13)에서의 투과부(13b)의 스페이스 폭을 3㎛ 미만, 차광 패턴(13a)의 라인 폭을 노광기의 해상 한계 이하의 3㎛ 미만으로 할 수 있다.As the
전술한 미세 패턴 타입의 반투광부는, 그레이톤 부분의 설계, 구체적으로는 차광부와 투광부의 중간적인 하프톤 효과를 갖게 하기 위한 미세 패턴을 라인 앤드 스페이스 타입으로 할지, 도트(망점) 타입으로 할지, 또는 그 밖의 패턴으로 할지의 선택이 있다. 또한,예를 들면 라인 앤드 스페이스에 의해 미세 패턴을 설계 하는 경우에는, 그 선폭이나, 광 투광 부분과 차광 부분의 면적 비율 등을 적절히 선택함으로써, 전체 투과율을 제어하는 것이 가능하다.The semi-transmissive portion of the above-described fine pattern type may be a line-and-space type or dot (dotted dot) type fine pattern for designing the gray tone portion, specifically, the halftone effect between the light shielding portion and the light transmitting portion. There is a choice of whether to use, or any other pattern. For example, when designing a fine pattern by line and space, it is possible to control the total transmittance by appropriately selecting the line width, the area ratio between the light transmitting portion and the light blocking portion.
한편,반투과성(예를 들면, 노광 광의 투과율 40∼60% 등)의 반투광막을 이용하여 상기 반투광부를 실현하는 방법이 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 1: 특허 공개 2002-189280호 공보). 이 반투광막을 이용함으로써, 반투광부의 노광량을 적게 하여 하프톤 노광을 실시할 수 있다. 반투광막을 이용하는 경우, 설계에서는전체 투과율이 어느 정도 필요한지를 검토하는 것만으로 충분하고, 반투광막의 막종(막 재질)이나 막 두께를 선택하는 것만으로 그레이톤 마스크의 생산이 가능하다고 하는 이점이 있다. 따라서, 그레이톤 마스크의 제조에서는, 반투광막의 막 두께 제어를 행하는 것만으로도 충분하여, 비교적 관리가 용이하다. 또한,TFT 채널부를 그레이톤 마스크의 반투광부로 형성하는 경우, 반투광막이면 포토리소그래피 공정에 의해 용이하게 패터닝할 수 있으므로, TFT 채널부의 형상이 복잡한 패턴 형상이어도 가능하다고 하는 이점이 있다.On the other hand, the method of realizing the said transflective part using the transflective film of semi-transmittance (for example, 40-60% of exposure light etc.) is known (for example, patent document 1: Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-189280). By using this semi-transmissive film, halftone exposure can be performed by reducing the exposure amount of a semi-transmissive part. In the case of using a semi-transmissive membrane, it is sufficient to design only how much the total transmittance is necessary in the design, and there is an advantage that the gray tone mask can be produced only by selecting the film type (film material) or the thickness of the translucent membrane. . Therefore, in manufacture of a gray tone mask, it is enough only to control the film thickness of a translucent film, and it is comparatively easy to manage. In addition, in the case where the TFT channel portion is formed by the semi-transmissive portion of the gray tone mask, the semi-transmissive film can be easily patterned by a photolithography process, and therefore, there is an advantage that the shape of the TFT channel portion can be a complicated pattern.
표시 장치, 특히 액정 표시 장치 제조용 포토마스크는, 그 액정 표시 장치의 패턴의 치수에 따른 해상도의 노광기에서 사용되는 것을 전제로 하여, 거기에 적당한 치수 정밀도를 달성하고, 결함 검사 등이 행해진다. 여기에서, 전술한 미세 패턴을 이용하여 반투광부를 실현하는 방법에서는,노광기의 해상 한계를 이용하여, 반투광부의 미세 패턴을 설계하고, 이 부분의 노광 광의 투과량에 따라서, 피전사체 위의 레지스트막의 잔막량을 소망량만큼 저감하여, 그 결과, 사용하는 마스크의 매수를 저감하는 것이다.A display device, especially the photomask for liquid crystal display device manufacture, is based on the assumption that it is used by the exposure machine of the resolution according to the dimension of the pattern of the liquid crystal display device, achieves the appropriate dimensional precision there, and defect inspection etc. are performed. Here, in the method for realizing the semi-transmissive portion by using the above-described fine pattern, the fine pattern of the semi-transmissive portion is designed using the resolution limit of the exposure machine, and according to the amount of exposure light of this portion, The remaining film amount is reduced by a desired amount, and as a result, the number of masks to be used is reduced.
즉, 통상적으로 이용되는 노광기의 노광 조건에서는,해상 한계가 3㎛ 정도인 것을 전제로 한 것이며, 필요에 따라서, 미해상의 전사상을 더욱 균일한 그레이톤 상으로 하기 위해서, 노광 조건을 조절하는 것도 가능하지만, 그렇다고 하여도 이와 같은 노광기의 해상 한계를 이용한 것이다. 종래 이 분야에서는,포토마스크를 이용하여 소정 패턴을 전사하여 제조하는 표시 디바이스로서도, 이 정도의 해상도로 충분하였다고 하는 배경이 있다.That is, under the exposure conditions of an exposure machine which is usually used, it is assumed that the resolution limit is about 3 µm, and if necessary, the exposure conditions are adjusted to make the unresolution transfer image more uniform. It is also possible, but even so, the resolution limit of such an exposure machine is used. Conventionally, in this field, there is a background that a resolution of this level is sufficient even as a display device for transferring a predetermined pattern using a photomask to manufacture it.
그런데, 최근,보다 정밀한 패턴을 전사하는 것이 요구되고 있다. 예를 들면 채널부의 치수를 종래 이상으로 작게 함으로써, 박막 트랜지스터의 동작 속도를 높이는 등의 가능성이 검토고 있다.By the way, in recent years, it is required to transfer a more precise pattern. For example, the possibility of increasing the operation speed of a thin film transistor is examined by making the dimension of a channel part small more than before.
그러나, 노광 조건에 따른 해상도를 높이기 위해서, 노광기의 광원을 변경한다(즉 광원의 파장 영역을 단파장 측의 것으로 한다)고 하면, 큰 설비상의 변경임과 동시에, 포토레지스트의 분광 감도 등의 조건도 변경할 필요가 생긴다. 실제상, 대면적의 노광을 실현하기 위한 대광량을 얻기 위하여, 통상적으로 365∼436㎚ 정도의 파장 영역의 광원을 이용할 필요가 있는 액정 표시 장치 제조용의 노광기에서는,전술한 바와 같이 단파장 영역의 광원을 사용함으로써 해상도를 높이는 방법은 적용 불가능하며, 노광 광원에 의존하는 한, 노광기의 해상도와 대광량의 양립은 곤란하다. 또한,노광기의 광학계의 설계만에 의해 해상도를 높이는(예를 들면 고 NA(개구수)의 광학계를 적용하는) 것도, 구조상, 코스트상의 장해가 있다.However, in order to increase the resolution according to the exposure conditions, changing the light source of the exposure machine (that is, making the wavelength region of the light source to the short wavelength side) is not only a large change in equipment but also conditions such as spectral sensitivity of the photoresist. You need to change it. In fact, in the exposure apparatus for manufacturing a liquid crystal display device in which it is usually necessary to use a light source in a wavelength region of about 365 to 436 nm in order to obtain a large light quantity for realizing a large area exposure, as described above, the light source in the short wavelength region It is not applicable to increase the resolution by using A, and as long as it depends on the exposure light source, it is difficult to achieve both the resolution of the exposure machine and the large amount of light. In addition, there is a cost-related obstacle in terms of increasing the resolution only by designing the optical system of the exposure machine (for example, applying a high NA (opening number) optical system).
본 발명은, 상기 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 종래 액정 표시 장치 제조에 이용되고 있는 노광기의 노광 조건에서는 해상할 수 없었던 수 ㎛이하, 예를 들면 3㎛ 이하의 패턴을 해상하고, 보다 정밀한 전사상을 얻기 위한 포토마스크를 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.This invention is made | formed in view of the said conventional problem, and resolves the pattern of several micrometers or less, for example, 3 micrometers or less which could not be resolved under the exposure conditions of the exposure machine conventionally used for liquid crystal display device manufacture, and is more precise. It is a first object to provide a photomask for obtaining a transfer image.
또한,본 발명은, 이와 같은 포토마스크의 바람직한 제조 방법을 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.Moreover, this invention makes it a 2nd object to provide the preferable manufacturing method of such a photomask.
또한, 본 발명은, 상기 포토마스크를 이용한 정밀한 패턴 전사 방법을 제공하는 것을 제3 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a precise pattern transfer method using the photomask.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
<구성 1><
투명 기판 위에 형성한 반투광막을 패터닝함으로써 소정의 패턴을 형성한, 투광부와 반투광부를 갖는 포토마스크로서, 그 포토마스크를 투과한 노광 광에 의해, 피전사체 위에 선폭 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성하는 포토마스크에서, 상기 투광부 또는 상기 반투광부 중 적어도 한쪽이 3㎛ 미만의 선폭 부분을 갖는, 상기투광부와 상기 반투광부로 이루어지는 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크이다.A photomask having a transmissive portion and a semi-transmissive portion formed by patterning a semi-transmissive film formed on a transparent substrate, wherein a transfer pattern having a line width of less than 3 μm is formed on the transfer object by exposure light transmitted through the photomask. In the photomask to be formed, at least one of the light transmitting portion or the semi-transmissive portion includes a pattern comprising the light transmitting portion and the semi-transmissive portion having a line width portion of less than 3 μm.
<구성 2><
상기 패턴은, 상기 투광부의 선폭이 3㎛ 미만의 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 포토마스크이다.The said pattern is a photomask as described in the
<구성 3><
상기 투명 기판의 노광 광 투과율을 100%로 할 때, 상기 반투광막의 노광 광 투과율은, 20%∼60%의 범위인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 포토마스크이다.When the exposure light transmittance of the said transparent substrate is 100%, the exposure light transmittance of the said semi-transmissive film is the range of 20%-60%, It is a photomask as described in the
<구성 4><
상기 노광 광의 파장 영역은, 365㎚∼436㎚의 범위 내의 파장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 포토마스크이다.The wavelength region of the said exposure light includes the wavelength region in the range of 365 nm-436 nm, The photomask in any one of the structures 1-3 characterized by the above-mentioned.
<구성 5><
상기 반투광부는, 상기 투광부에 대한, 상기 노광 광의 위상차가 60도 이하인 것을 특징으로 하는, 구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 포토마스크이다.The said transflective part is the photomask in any one of the structures 1-4 characterized by the phase difference of the said exposure light with respect to the said transmissive part being 60 degrees or less.
<구성 6><
상기 포토마스크는, 액정 표시 장치 제조용 포토마스크인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 포토마스크이다.Said photomask is a photomask for liquid crystal display device manufacture, The photomask in any one of the structures 1-4 characterized by the above-mentioned.
<구성 7><
투명 기판 위에 형성한 반투광막을 패터닝함으로써 소정의 패턴을 형성한, 투광부와 반투광부를 갖는 포토마스크로서, 그 포토마스크를 투과한 노광 광에 의해, 피전사체 위에 선폭 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성하는 포토마스크의 제조 방법으로서,상기 투광부 또는 상기 반투광부 중 적어도 한쪽에 3㎛ 미만의 선폭 부분을 포함하는,상기 투광부와 상기 반투광부로 이루어지는 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법이다.A photomask having a transmissive portion and a semi-transmissive portion formed by patterning a semi-transmissive film formed on a transparent substrate, wherein a transfer pattern having a line width of less than 3 μm is formed on the transfer object by exposure light transmitted through the photomask. A method of manufacturing a photomask to be formed, comprising a pattern comprising a line width portion of less than 3 μm on at least one of the light transmissive portion and the transflective portion, wherein the pattern comprising the light transmissive portion and the translucent portion is formed. It is a manufacturing method.
<구성 8><Configuration 8>
소정의 노광 조건 하에서의, 포토마스크 위의 3㎛ 미만의 선폭 부분을 갖는 투광부 또는 반투광부의 선폭과, 거기에 대응하는 피전사체 위에 형성된 레지스트 패턴의 선폭과의 상관 관계를 미리 구해 놓고, 그 상관 관계에 기초하여, 상기 포토마스크에 형성하는 투광부 또는 반투광부의 선폭을 결정하고, 그 결정된 선폭 치수에 기초하여, 포토마스크 위에 상기 투광부와 상기 반투광부로 이루어지는 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 구성 7에 기재된 포토마스크의 제조 방법이다.Under predetermined exposure conditions, the correlation between the line width of the transmissive portion or semi-transmissive portion having a line width portion of less than 3 μm on the photomask and the line width of the resist pattern formed on the corresponding transfer member is determined in advance, and the correlation Based on the relationship, the line width of the light transmitting portion or the semi-transmissive portion formed in the photomask is determined, and a pattern comprising the light transmitting portion and the semi-transmissive portion is formed on the photomask based on the determined line width dimension. It is a manufacturing method of the photomask of the
<구성 9><Configuration 9>
구성 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 포토마스크, 또는, 구성 7 또는 8에 기재된 제조 방법에 의한 포토마스크를 사용하여, 365㎚∼436㎚의 파장 범위의 노광 광에 의해, 피전사체에 노광하고, 선폭 3㎛ 미만의 패턴을 전사하는 것을 특징으로 하는 패턴 전사 방법이다.Using the photomask in any one of the structures 1-5, or the photomask by the manufacturing method of the
본 발명의 포토마스크에 의하면, 예를 들면 액정 제조 장치의 제조 과정에서 그 포토마스크를 이용하여 소정의 패턴을 피전사체에 전사하고, 그 패턴에 기초하는 레지스트 패턴을 형성할 때에, 3㎛ 미만의 선폭의 미세한 패턴을 형성하는 것이 가능하게 된다. 그리고,본 발명의 포토마스크를 이용한 패턴 전사 방법에 의하면, 피전사체 위에 이와 같은 정밀 패턴을 형성할 때에, 종래 액정 표시 장치 제조에 이용되고 있는 통상의 노광기의 광학계나 광원 파장 영역을 변경하는 것을 필요로 하지 않고 본 발명에서도 그대로 사용하여, 실제상의 해상도를 높이는 것이 가능하게 된다. 따라서,본 발명에 의하면, 종래 이상으로 정밀한 패턴을 갖는 액정 표시 장치의 제조를 간이하게 행할 수 있다.According to the photomask of this invention, when a predetermined pattern is transferred to a to-be-transferred body using the photomask in the manufacturing process of a liquid crystal manufacturing apparatus, for example, it is less than 3 micrometers. It is possible to form a fine pattern of line width. And according to the pattern transfer method using the photomask of this invention, when forming such a precision pattern on a to-be-transferred body, it is necessary to change the optical system and light source wavelength range of the conventional exposure machine conventionally used for manufacture of a liquid crystal display device. The present invention can be used as it is, without increasing the actual resolution. Therefore, according to this invention, manufacture of the liquid crystal display device which has a precision pattern more than before can be performed simply.
도 1의 (a), (b)는, 본 발명에 따른 포토마스크를 이용한 패턴 전사 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 2의 (a), (b)는 본 발명의 실시예에 따른 패턴 전사에 의해 얻어지는 피전사체 위의 레지스트 패턴의 사진이며, 도 2의 (c), (d)는 비교예의 패턴 전사에 의해 얻어지는 피전사체 위의 레지스트 패턴의 사진.
도 3의 (a)∼(c)는, 그레이톤 마스크를 이용한 TFT 기판의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도.
도 4의 (a)∼(c)는, 도 3의 (a)∼(c)의 제조 공정에 후속되는, 그레이톤 마스크를 이용한 TFT 기판의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도.
도 5는, 종래의 미세 패턴 타입의 그레이톤 마스크의 일례를 나타내는 평면도.1 (a) and 1 (b) are cross-sectional views for explaining a pattern transfer method using a photomask according to the present invention.
2 (a) and 2 (b) are photographs of the resist pattern on the transfer body obtained by the pattern transfer according to the embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (c) and 2 (d) show the pattern transfer of the comparative example. The photograph of the resist pattern on the to-be-transferred body obtained.
3 (a) to 3 (c) are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process of a TFT substrate using a gray tone mask.
4 (a) to 4 (c) are schematic cross-sectional views illustrating a process for manufacturing a TFT substrate using a gray tone mask subsequent to the manufacturing process of FIGS. 3 (a) to 3 (c).
5 is a plan view showing an example of a conventional gray pattern mask of a gray tone.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태를 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out the present invention will be described below.
본 발명은, 상기 구성 1에 기재한 바와 같이, 투명 기판 위에 형성한 반투광막을 패터닝함으로써 소정의 패턴을 형성한, 투광부와 반투광부를 갖는 포토마스크로서, 그 포토마스크를 투과한 노광 광에 의해, 피전사체 위에 선폭 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성하는 포토마스크에서, 상기 투광부 또는 상기 반투광부 중 적어도 한쪽이 3㎛ 미만의 선폭 부분을 갖는, 상기 투광부와 상기 반투광부로 이루어지는 패턴을 포함하는 포토마스크에 관한 것이다.The present invention is a photomask having a transmissive portion and a semi-transmissive portion formed by patterning a semi-transmissive film formed on a transparent substrate as described in the
즉, 본 발명은, 실제로 3㎛ 미만의 미세 패턴을 피전사체 위에 전사하는 것을 목적으로 하는 것으로, 그것을 위해 사용하는 포토마스크의 구조를 제공하는 것이다.That is, the present invention aims at actually transferring a fine pattern of less than 3 µm onto a transfer object, and provides a structure of a photomask used therefor.
본 발명의 포토마스크에서는,상기 투광부 또는 상기 반투광부 중 적어도 한 쪽에 3㎛ 미만의 선폭 부분을 갖지만, 투광부 또는 반투광부에 2㎛ 이하의 선폭 부분을 가질 때에 있어서도, 피전사체 위에 미세 패턴을 전사하는 것이 가능하여, 본 발명의 효과가 현저하다.In the photomask of the present invention, at least one of the light transmitting portion or the semi-transmissive portion has a line width portion of less than 3 μm, and even when the light transmitting portion or the semi-transmissive portion has a line width portion of 2 μm or less, a fine pattern is formed on the transfer object. It is possible to transfer, and the effect of the present invention is remarkable.
예를 들면, 라인부(반투광막 형성 부분)의 선폭 A㎛(예를 들면 2㎛), 스페이스부(투명 기판이 노출)의 선폭 A㎛(예를 들면 2㎛)의 라인 앤드 스페이스 패턴을 포토마스크 위에 형성하고,피전사체 위의 포지티브형 레지스트에 전사한 경우, A㎛ 미만의 선폭(예를 들면 1.8㎛)을 갖는 라인 패턴을 피전사체 위에 레지스트 패턴으로 하여 형성할 수 있다. 이 경우, 스페이스의 선폭은 A㎛를 초과한 값으로 된다.For example, the line-and-space pattern of the line width A micrometer (for example, 2 micrometers) of a line part (translucent film formation part), and the line width A micrometer (for example, 2 micrometers) of a space part (exposed transparent substrate) When formed on the photomask and transferred to the positive resist on the transfer object, a line pattern having a line width of less than A μm (for example, 1.8 μm) can be formed on the transfer body as a resist pattern. In this case, the line width of the space becomes a value exceeding A µm.
라인부의 선폭 B㎛(B≤A), 스페이스부의 선폭 A㎛의 경우에도, 상기 마찬가지의 패턴을 피전사체 위에 형성할 수 있다.Also in the case of the line width B mu m (B≤A) of the line portion and the line width A mu m of the space portion, the same pattern can be formed on the transfer object.
또한,라인부의 선폭 C㎛(C>A), 스페이스부의 선폭 A㎛의 라인 앤드 스페이스 패턴을 포토마스크 위에 형성하고,피전사체 위의 포지티브형 레지스트에 전사한 경우, A㎛ 미만의 선폭을 갖는 스페이스 패턴을, 피전사체 위에 형성할 수 있다. 이 경우, 라인부의 선폭은 C㎛를 초과한 것으로 된다.In addition, when a line-and-space pattern having a line width C mu m (C> A) of the line portion and a line width A mu m of the space portion is formed on the photomask, and transferred to a positive resist on the transfer member, a space having a line width of less than A mu m A pattern can be formed on a to-be-transferred body. In this case, the line width of the line portion exceeds C µm.
또한,상기에서, 라인부 또는 스페이스부 중 어느 하나는, 선폭 3㎛ 미만으로 할 때에 본 발명의 현저한 효과가 얻어진다.In addition, in the above, when any one of a line part or a space part is made into less than 3 micrometers in line width, the remarkable effect of this invention is acquired.
또한,물론 피전사체에는, 포지티브형 레지스트뿐만 아니라, 네가티브형 레지스트를 이용하는 것도 가능하다. 그 경우에는, 상기 포토마스크에서 투광부(투명 기판이 노출하는 부분)를, 차광부(실질적으로 투과율이 제로로 되는 막을 이용함)로 치환한 포토마스크를 이용함으로써, 상기와 마찬가지로, 원하는 전사 패턴을, 피전사체 위에 형성할 수 있다.Of course, it is also possible to use not only positive resist but also negative resist for a to-be-transferred body. In that case, by using a photomask in which the light-transmitting portion (the portion exposed by the transparent substrate) is replaced with the light-shielding portion (using a film whose transmittance is substantially zero) in the photomask, a desired transfer pattern is obtained in the same manner as described above. It can form on a to-be-transferred body.
또한,본 발명에 의하면, 상기한 바와 같이 포토마스크에서의 투광부 또는 반투광부의 선폭을 적절하게 선택함으로써, 피전사체 위에서 1.5㎛ 이하의 선폭을 갖는 패턴을 형성할 수 있다.According to the present invention, as described above, by appropriately selecting the line width of the light transmitting portion or the semi-light transmitting portion in the photomask, a pattern having a line width of 1.5 μm or less can be formed on the transfer object.
본 발명의 포토마스크에서는,3㎛ 미만의 선폭 부분은, 투광부에 있어도, 반투광부에 있어도 되며, 또한 투광부와 반투광부의 양쪽에 있어도 된다. 본 발명에서는,투광부 또는 반투광부에 3㎛ 미만의 선폭 부분을 갖는 패턴은, 예를 들면 후술하는 실시예에서 이용한, 라인부(반투광부)와 스페이스부(투광부)에 의해 이루어지는 라인 앤드 스페이스 패턴으로 할 수 있지만, 본 발명에서는 물론, 이것에는 한정되지 않고, 예를 들면 액정 표시 장치의 패턴에 따른 임의의 패턴 형상으로 할 수 있다.In the photomask of this invention, the line | wire width part of less than 3 micrometers may exist in a translucent part, or may exist in a transflective part, and may be in both a translucent part and a translucent part. In the present invention, a pattern having a line width portion of less than 3 μm in the light transmitting portion or the semi-transmissive portion is, for example, a line and space formed by a line portion (semi-transmissive portion) and a space portion (transmissive portion) used in Examples described later. Although it can be set as a pattern, of course in this invention, it is not limited to this, For example, it can be set as the arbitrary pattern shape according to the pattern of a liquid crystal display device.
본 발명에 따른 포토마스크는, 특히, 반투광부에 끼워진, 선폭 3㎛ 미만의 투광부가 형성되어 있는 패턴을 포함하는 경우가 바람직하다. 이와 같은 패턴을 포함하는 포토마스크는, 예를 들면 액정 표시 장치에서의 TFT 기판의 채널부 형성용 포토마스크로서 바람직하게 이용할 수 있다.It is preferable that the photomask which concerns on this invention especially contains the pattern in which the transmissive part of less than 3 micrometers of line widths fitted in the translucent part is formed. The photomask containing such a pattern can be used suitably as a photomask for channel part formation of a TFT substrate in a liquid crystal display device, for example.
본 발명의 포토마스크에서의 상기 반투광막으로서는, 투명 기판(투광부)의 노광 광투과율을 100%로 할 때, 반투광막의 노광 광에 대한 투과율은, 예를 들면 20∼60%의 범위의 것을 적용할 수 있다. 보다 바람직하게는 40∼60%의 범위 내의 것이다. 반투광막의 소재로서는, 상기한 노광 광투과율이 얻어지는 것으로 공지의 것을 임의로 이용할 수 있지만, 예를 들면, Cr 화합물(크롬 산화물, 크롬 질화물, 크롬 산질화물, 크롬 불화물 등), 몰리브덴 실리사이드 화합물, Si, W, Al 등을 이용할 수 있다. 특히, 몰리브덴 실리사이드 화합물이 바람직하다. 이것은, 상기한 투과율을 얻기 위한 막 두께를 작게 할 수 있어, 패턴의 어스펙트비를 작게 할 수 있으며, 패턴 정밀도를 유지하는 것이 비교적 용이하기 때문이다. 또한,상기 반투광막을, Cr 또는 Cr 화합물에 의한 차광막과 함께 이용하는 경우, Cr 또는 Cr 화합물은 에칭 선택성이 있기 때문에, 가공 정밀도를 높게 할 수 있다.As said semi-transmissive film in the photomask of this invention, when making the exposure light transmittance of a transparent substrate (transmission part) 100%, the transmittance | permeability with respect to the exposure light of a semi-transmissive film is 20-60% of range, for example. Can be applied. More preferably, it exists in 40 to 60% of range. As the material of the semi-transmissive film, a known one can be used arbitrarily as the above-mentioned exposure light transmittance can be obtained. W, Al, etc. can be used. In particular, molybdenum silicide compounds are preferred. This is because the film thickness for obtaining the above transmittance can be made small, the aspect ratio of the pattern can be made small, and it is relatively easy to maintain the pattern precision. Moreover, when using the said translucent film with the light shielding film by Cr or Cr compound, since Cr or Cr compound has etching selectivity, processing precision can be made high.
상기 반투광막의 막 두께로서는, 상기 투과율을 얻기 위해서는, 예를 들면, 크롬 산화물(CrO)의 경우에는, 100∼600Å(angstrom), MoSi 화합물의 경우에는, 30Å∼120Å으로 할 수 있다. 또한,상기 반투광막은, 상기 반투광부를 투과하는 노광 광의, 상기 투광부를 투과하는 노광 광에 대한 위상차가 60도 이하로 되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 5∼40도이다.As a film thickness of the said translucent film, in order to obtain the said transmittance | permeability, it can be 100-600 Pa (angstrom) in the case of chromium oxide (CrO), and 30 Pa-120 Pa in the case of MoSi compound. Moreover, it is preferable that the phase difference with respect to the exposure light which permeate | transmits the said translucent part of the exposure light which permeate | transmits the said semi-transmissive part becomes 60 degrees or less in the said semi-transmissive film. More preferably, it is 5-40 degrees.
본 발명의 포토마스크를 이용함으로써, 후술하는 실시예에서 나타내는 바와 같이, 실제로 3㎛ 미만의 치수가 미세한 패턴을 전사상 패턴으로서 형성하는 것이 가능하다.By using the photomask of this invention, as shown in the below-mentioned Example, it is possible to form a pattern with a dimension substantially smaller than 3 micrometers as a transfer image pattern.
본 발명의 포토마스크를 이용한 노광 공정에서는,공지의 대형 마스크용 노광기(얼라이너)를 사용할 수 있다. 광원 파장은, i선∼g선의 파장 영역의 것을 사용할 수 있다. 또한,본 발명의 미세 패턴의 선폭에 의해, 광원 파장의 파장 영역을 선택하거나, 광학계(개구수 NA 등)를 조정하는 것도 가능하다. 즉, 미세 패턴의 선폭이 작을 때에는, i선측(단파장측)의 강도가 높은 경우, 광학계의 개구수 NA가 큰 경우에, 보다 해상되기 쉽다.In the exposure process using the photomask of this invention, a well-known large size mask exposure machine (aligner) can be used. The light source wavelength can use the wavelength range of i line | wire-g line | wire. In addition, it is also possible to select the wavelength region of the light source wavelength or to adjust the optical system (aperture NA, etc.) by the line width of the fine pattern of the present invention. That is, when the line width of a fine pattern is small, when the intensity | strength of i line side (short wavelength side) is high, when the numerical aperture NA of an optical system is large, it is easy to resolve more.
본 발명의 포토마스크는, 상기 반투광막에 의한 미세 패턴 이외의 패턴 또는 영역을, 동일한 기판 위에 가질 수 있다. 포토마스크는, 예를 들면, 미세 패턴을 갖지 않는 반투광막 부분을 가져도 된다. 이 미세 패턴을 갖지 않는 반투광막 부분은, 노광 광의 투과량을, 투명 기판 부분(투광부)에 비하여 소정량 저감함으로써, 피전사체 위에 형성되는 레지스트 패턴의 현상 후의 잔막 두께값을 제어할 수 있다. 이 경우에 이용하는 반투광막의 소재는, 상기 미세 패턴을 갖는 반투광막과 동일하게 하는 것이 제조상 간편하며, 유리하다. 또한,동일 기판 위에 예를 들면 선폭 3㎛ 미만의 미세 패턴을 갖는 차광막 패턴을 가져도 된다. 이와 같은 미세 패턴을 갖는 차광막 패턴은, 통상의 액정 표시 장치용 노광 장치에 의한 노광 조건 하에서는, 노광 광의 투과량을, 투명 기판 부분에 비하여 소정량 저감하고, 피전사체 위에 형성되는 레지스트 패턴의 현상 후의 잔막 두께값을 제어할 수 있다. 즉, 상기 반투광막의 미세 패턴이 해상하는 광학 조건에서, 차광막에 의한 미세 패턴을 해상하지 않는 것으로 할 수 있다.The photomask of this invention can have a pattern or area | region other than the fine pattern by the said translucent film on the same board | substrate. The photomask may have a semi-transmissive film portion which does not have a fine pattern, for example. The semi-transmissive film portion not having this fine pattern can control the remaining film thickness value after development of the resist pattern formed on the transfer object by reducing the amount of exposure light transmitted by a predetermined amount as compared with the transparent substrate portion (transmission portion). The material of the translucent film used in this case is simple in manufacturing, and it is advantageous to make it the same as the translucent film which has the said fine pattern. Moreover, you may have a light shielding film pattern which has a fine pattern with a line width of less than 3 micrometers, for example on the same substrate. In the light shielding film pattern having such a fine pattern, under the exposure conditions by a normal exposure apparatus for a liquid crystal display device, the amount of exposure light is reduced by a predetermined amount as compared with the transparent substrate portion, and the remaining film after development of the resist pattern formed on the transfer member The thickness value can be controlled. That is, in the optical conditions in which the fine pattern of the translucent film resolves, the fine pattern formed by the light shielding film may not be resolved.
또한,동일 기판 위에 미세 패턴을 갖지 않는 차광막 패턴을 가져도 된다. 이와 같이, 반투광막에 의한 미세 패턴을 포함하는 복수종의 패턴을 갖는 포토마스크를 이용하여, 포토레지스트막을 갖는 피전사체에의 노광을 행하면,복수의 레지스트 잔막 두께값에 의한 레지스트 단차를 형성할 수가 있어,소위 멀티 톤 마스크로 하여 사용할 수 있다.Moreover, you may have the light shielding film pattern which does not have a fine pattern on the same board | substrate. As described above, when a photomask having a plurality of types of patterns including a fine pattern by a semi-transmissive film is used for exposure to a transfer member having a photoresist film, a resist step due to a plurality of resist residual film thickness values can be formed. It can be used as a so-called multi-tone mask.
예를 들면 도 1의 (a)에 예시한 바와 같이, 본 발명에 따른 포토마스크(20)는, 투명 기판(21) 위에, 미세 패턴을 갖지 않는 차광막(22)에 의한 차광부(24), 미세 패턴을 갖지 않는 반투광막(23)에 의한 반투광부(25), 반투광막(23)에 의한 미세 패턴부(26)(투광부와 반투광막(23)에 의한 반투광부에 의해 이루어짐), 투광부(27)(투명 기판(21)이 노출)의 4개 또는 그 이상의 영역을 형성할 수 있다.For example, as illustrated in FIG. 1A, the
본 발명은, 상기 포토마스크의 제조 방법도 제공한다. 즉, 본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은, 투명 기판 위에 형성한 반투광막을 패터닝함으로써 소정의 패턴을 형성한, 투광부와 반투광부를 갖는 포토마스크로서, 그 포토마스크를 투과한 노광 광에 의해, 피전사체 위에 선폭 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성하는 포토마스크의 제조 방법이며, 상기 투광부 또는 상기 반투광부 중 적어도 한쪽에 3㎛미만의 선폭 부분을 포함하는,상기 투광부와 상기 반투광부로 이루어지는 패턴을 형성하는 것에 의해 얻어진다.The present invention also provides a method for producing the photomask. That is, the manufacturing method of the photomask which concerns on this invention is a photomask which has a transmissive part and a semi-transmissive part which formed the predetermined pattern by patterning the semi-transmissive film formed on the transparent substrate, The exposure mask which permeate | transmitted the photomask is provided. A method of manufacturing a photomask, which forms a transfer pattern having a line width of less than 3 μm on a transfer object, comprising a line width portion of less than 3 μm in at least one of the light transmitting portion or the semi-transmissive portion. It is obtained by forming the pattern which consists of negative parts.
전술한 바와 같이, 상기 제조 방법에 의해 얻어지는 포토마스크에 의하면, 실제로 3㎛ 미만의 치수의 미세 패턴을 피전사체 위에 전사할 수가 있으며,또한,피전사체 위에 2㎛ 이하의 선폭을 갖는 패턴의 형성도 가능하다.As described above, according to the photomask obtained by the manufacturing method, it is possible to actually transfer a fine pattern having a dimension of less than 3 μm on the transfer target, and also to form a pattern having a line width of 2 μm or less on the transfer target. It is possible.
여기에서 예를 들면, 반투광막과, 차광막을 투명 기판 위에 갖는 본 발명의 포토마스크의 경우, 이하와 같은 공정에 의해 얻을 수 있다.Here, for example, in the case of the photomask of this invention which has a translucent film and a light shielding film on a transparent substrate, it can obtain by the following processes.
(1) 투명 기판 위에 반투광막, 및 차광막이 이 순서대로 적층된 포토마스크 블랭크를 준비하고, 그 포토마스크 블랭크 위에, 차광부와 반투광부에 대응하는 영역의 레지스트 패턴을 형성하고,그 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 에칭한다. 그 레지스트 패턴 또는 그 레지스트 패턴을 마스크로 하여 형성한 차광막 패턴을 마스크로 하여, 노출되어 있는 반투광막을 에칭함으로써 투광부를 형성한다. 그 다음에 적어도 차광부로 하고자 하는 개소를 포함하는 영역에 레지스트 패턴을 형성하고,그 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 에칭함으로써, 반투광부 및 차광부를 형성한다. 이렇게 하여, 투명 기판 위에, 미세 패턴을 포함하는 반투광막에 의한 반투광부, 차광막과 반투광막의 적층막에 의한 차광부, 투광부를 각각 형성한 포토마스크를 얻을 수 있다.(1) A photomask blank in which a semitransmissive film and a light shielding film are laminated in this order on a transparent substrate is prepared, and a resist pattern of a region corresponding to the light shielding portion and the semitransmissive portion is formed on the photomask blank. Using this as a mask, the exposed light shielding film is etched. Using the resist pattern or the light shielding film pattern formed by using the resist pattern as a mask, the light-transmitting portion is formed by etching the exposed semi-transmissive film. Then, a resist pattern is formed in a region including at least a portion to be a light shielding portion, and the exposed light shielding film is etched using the resist pattern as a mask to form a translucent portion and a light shielding portion. In this way, the photomask in which the semi-transmissive part by the semi-transmissive film containing a fine pattern, the light-shielding part by the laminated film of a light-shielding film and a semi-transmissive film, and a light-transmitting part was formed on the transparent substrate, respectively.
또한,반투광부에 미세 패턴을 형성하기 위해서, 상기 공정 중, 1번째의 레지스트 패터닝 프로세스에서, 반투광부에 3㎛ 미만의 미세 패턴을 묘화한다.In addition, in order to form a fine pattern in a semi-transmissive part, in a 1st resist patterning process, the fine pattern of less than 3 micrometers is drawn in a semi-transmissive part in the said process.
(2) 투명 기판 위에 차광막이 형성된 포토마스크 블랭크를 준비하고, 그 포토마스크 블랭크 위에, 차광부에 대응하는 영역의 레지스트 패턴을 형성하고,그 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 에칭함으로써 차광막 패턴을 형성한다. 다음으로,레지스트 패턴을 제거 후, 전면에 반투광막을 성막한다. 그리고,차광부 및 반투광부에 대응하는 영역에 레지스트 패턴을 형성하고,그 레지스트 패턴을 마스크로 하여 노출된 반투광막을 에칭함으로써, 투광부 및 반투광부를 형성한다. 이렇게 하여, 투명 기판 위에, 미세 패턴을 포함하는 반투광막에 의한 반투광부, 차광막과 반투광막의 적층막에 의한 차광부, 투광부를 각각 형성한 포토마스크를 얻을 수 있다.(2) Preparing a photomask blank having a light shielding film formed on a transparent substrate, forming a resist pattern of a region corresponding to the light shielding portion on the photomask blank, and etching the exposed light shielding film using the resist pattern as a mask. Form a pattern. Next, after removing the resist pattern, a translucent film is formed on the entire surface. Then, a resist pattern is formed in regions corresponding to the light shielding portion and the semi-transmissive portion, and the light-transmissive portion and the semi-transmissive portion are formed by etching the exposed semi-transmissive film using the resist pattern as a mask. In this way, the photomask in which the semi-transmissive part by the semi-transmissive film containing a fine pattern, the light-shielding part by the laminated film of a light-shielding film and a semi-transmissive film, and a light-transmitting part was formed on the transparent substrate, respectively.
또한,반투광부에 미세 패턴을 형성하기 위해서, 상기 공정 중, 2번째의 레지스트 패터닝 프로세스에서, 반투광부에 3㎛ 미만의 미세 패턴을 묘화한다.In addition, in order to form a fine pattern in a transflective part, in a 2nd resist patterning process, the micropattern of less than 3 micrometers is drawn in a semi-transmissive part in the said process.
(3) 또한,상기 (2)와 동일한 포토마스크 블랭크 위에, 차광부 및 투광부에 대응하는 영역의 레지스트 패턴을 형성하고,그 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 에칭함으로써, 반투광부에 대응하는 영역의 투명 기판을 노출시킨다. 다음으로,레지스트 패턴을 제거 후, 전면에 반투광막을 성막하여, 차광부 및 반투광부에 대응하는 영역에 레지스트 패턴을 형성하고,그 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 반투광막(및 반투광막 및 차광막)을 에칭한다. 이렇게 하여, 투명 기판 위에, 투광부 및 차광부와 미세 패턴을 포함하는 반투광부를 각각 형성할 수도 있다.(3) Furthermore, a resist pattern of a region corresponding to the light shielding portion and the light transmitting portion is formed on the same photomask blank as in (2) above, and the exposed light shielding film is etched using the resist pattern as a mask to thereby form the semi-transmissive portion. The transparent substrate in the corresponding area is exposed. Next, after removing the resist pattern, a semi-transmissive film is formed on the entire surface, and a resist pattern is formed in a region corresponding to the light shielding portion and the semi-transmissive portion, and the exposed semi-transmissive film (and semi-transmissive) is used as the resist pattern as a mask. Film and light shielding film) are etched. In this way, the light transmissive portion and the light transmissive portion and the semi-transmissive portion including the fine pattern may be formed on the transparent substrate, respectively.
이 경우에도, 반투광부에 미세 패턴을 형성하기 위해서, 상기 공정 중, 2번째의 레지스트 패터닝 프로세스에서, 반투광부에 3㎛ 미만의 미세 패턴을 묘화한다.Also in this case, in order to form a fine pattern in a semi-transmissive part, in a 2nd resist patterning process, the fine pattern of less than 3 micrometers is drawn in a semi-transmissive part in the said process.
물론, 본 발명의 포토마스크의 제조 공정은, 전술한 (1)∼(3)에 한정될 필요는 없다.Of course, the manufacturing process of the photomask of this invention does not need to be limited to above-mentioned (1)-(3).
또한,후술하는 실시예의 결과를 나타내는 도 2의 (a), (b)의 사진을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 예를 들면 포토마스크 위의 반투광부의 폭이 2㎛ 또는 10㎛, 투광부의 폭이 2㎛인 라인 앤드 스페이스를 포함하는 마스터 패턴을 이용한 경우의 전사상(레지스트 패턴)에서, 투광부와 반투광부의 전사상의 선폭이 마스크 패턴과는 동일하지 않은 경우가 있다. 이와 같이, 마스크 패턴 형상에 따라서는, 전사상의 치수가 상이한 경우가 있다. 따라서, 마스크 패턴의 설계 시에는 이 요소를 미리 고려하는 것이 바람직하다.Also, as can be seen by referring to the photographs of Figs. 2A and 2B, which show the results of the examples described later, for example, the width of the semi-transmissive portion on the photomask is 2 μm or 10 μm, In the transfer image (resist pattern) when the master pattern including the line and space having a width of 2 μm is used, the line widths of the transfer images and the transflective portions of the translucent portion may not be the same as the mask pattern. Thus, the size of a transfer image may differ depending on a mask pattern shape. Therefore, when designing the mask pattern, it is desirable to consider this element in advance.
예를 들면, 소정의 노광 조건 하에서의, 포토마스크 위의 3㎛ 미만의 선폭 부분을 갖는 투광부 또는 반투광부의 선폭과, 거기에 대응하는 피전사체 위에 형성된 레지스트 패턴의 선폭과의 상관 관계를 미리 구해 놓고, 구해진 상관 관계에 기초하여, 포토마스크에 형성하는 투광부 또는 반투광부의 선폭을 결정한다. 그리고, 결정된 선폭 치수에 기초하여, 포토마스크 위에 투광부와 반투광부로 이루어지는 마스크 패턴을 형성하는 것이 바람직하다.For example, the correlation between the line width of the transmissive portion or semi-transmissive portion having a line width portion of less than 3 μm on the photomask under predetermined exposure conditions and the line width of the resist pattern formed on the corresponding transfer member is obtained in advance. Based on the obtained correlation, the line width of the light transmitting portion or the semi-light transmitting portion formed in the photomask is determined. And based on the determined line width dimension, it is preferable to form the mask pattern which consists of a translucent part and a translucent part on a photomask.
또한,본 발명은, 상기 포토마스크를 사용한 패턴 전사 방법도 제공한다. 즉, 상기 포토마스크를 사용하여, 365㎚∼436㎚의 파장 범위의 노광 광에 의해, 피전사체에 대한 노광을 행할 수 있다. 이것에 의해,3㎛ 미만의 선폭을 갖는 패턴을, 현상의 액정 표시 장치용의 노광 조건하에서도, 충분한 해상도를 갖고 전사하는 것이 가능하다. 또한, 전술한 바와 같이, 파장 영역 내의 강도 분포나, 광학계의 NA 등을 적당히 조정하여도 된다.The present invention also provides a pattern transfer method using the photomask. That is, using the said photomask, exposure to a to-be-transferred body can be performed with exposure light of the wavelength range of 365 nm-436 nm. Thereby, the pattern which has a line width of less than 3 micrometers can be transferred with sufficient resolution, even under the exposure conditions for liquid crystal display devices of image development. As described above, the intensity distribution in the wavelength region, the NA of the optical system, and the like may be appropriately adjusted.
전술한 도 1의 (a)에 예시한, 투명 기판(21) 위에, 차광부(24), 미세 패턴을 갖지 않는 반투광부(25), 반투광막(23)에 의한 미세 패턴부(26) 및 투광부(27)를 형성한 본 발명에 따른 포토마스크(20)를 노광 광(40)으로 노광하고, 피전사체(30) 위의 포토레지스트막(포지티브형)(33)에 패턴을 전사하면,도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 피전사체(30) 위에, 현상 후의 후막의 잔막 영역(33a), 박막의 잔막 영역(33b), 상기 포토마스크 위의 미세 패턴부(26)에 대응한 미세 패턴 영역(33c), 및 실질적으로 잔막이 없는 영역(33d)으로 이루어지는 전사 패턴(레지스트 패턴)이 형성된다. 또한,도 1의 (a), (b)에서, 참조 부호 32a, 32b는, 피전사체(30)에서, 기판(31) 위에 적층된 막을 나타낸다.On the
종래는, 액정 표시 장치 제조용의 대형 포토마스크로서는, 노광에 의해 해상 하고, 전사하는 패턴으로서 통상적으로 3㎛를 초과하는 선폭을 적용하고 있었다. 이것은, 표시 장치의 화소 수에 의해 대체로 결정되는 패턴의 피치에 대하여, 상기치수 정밀도로 충족할 수 있었던 것에 의한다. 또한,포토마스크를 사용한 노광 과정에서는, 대면적을 노광할 필요로부터, 효율적인 노광을 위해서는 대광량이 필요하게 되고, 통상적으로 i선으로부터 g선에 걸치는 영역의 파장을 이용하고 있지만, 반도체 제조용의 스테퍼(레이저 단일 파장을 적용) 등과 달리,단일 파장에 비하여 해상도는 낮아지게 되고, 이것도 해상도의 제약의 한 원인으로 되어 있었다. 그러나, 본 발명에 따르면, 이와 같은 노광 조건을 적용하여도, 종래 이상의 실질적인 해상도가 얻어져서, 보다 정밀한 패턴을 전사하는 것을 가능하게 하고 있다.Conventionally, as a large size photomask for liquid crystal display device manufacture, the line | wire width exceeding 3 micrometers is normally applied as a pattern which resolves by exposure and transfers. This is because the above-described dimensional accuracy can be satisfied with respect to the pitch of the pattern largely determined by the number of pixels of the display device. In addition, in the exposure process using a photomask, since a large area needs to be exposed, a large amount of light is needed for efficient exposure, and although the wavelength of the area | region from i line | wire to g line | wire is normally used, it is a stepper for semiconductor manufacture. Unlike a single wavelength, the resolution is lower than that of a single wavelength, which is also a cause of the limitation of resolution. However, according to the present invention, even when such exposure conditions are applied, a substantial resolution higher than that of the conventional one is obtained, which makes it possible to transfer a more precise pattern.
그런데,본 발명에 따른 반투광막의 미세 패턴을 노광에 의해 전사할 때, 노광 광의 투과량은, 일반적인 바이너리 마스크의 차광막에 의한 차광 패턴부의 노광 광 투과량보다 커진다. 이 때문에, 반투광막에 의한 미세 패턴부를 전사한 경우의 피전사체 위의 레지스트 잔막값이, 통상적인 차광막 패턴을 전사한 경우의 레지스트 잔막값보다 작아지는(이것은 포지티브형 포토레지스트의 경우이며, 네가티브형 포토레지스트의 경우에는 반대로 되는) 경우가 있다. 이 경우, 노광 후의 포토레지스트의 현상 프로세스에서, 조건을 적절히 조정함으로써, 레지스트 잔막값을 바람직하게 조절하고, 그 후의 피전사체의 에칭 프로세스를 적절하게 행하는 것은 가능하다.By the way, when transferring the fine pattern of the translucent film which concerns on this invention by exposure, the transmission amount of exposure light becomes larger than the exposure light transmission amount of the light shielding pattern part by the light shielding film of a general binary mask. For this reason, the resist residual film value on the to-be-transmitted body when transferring the fine pattern part by a translucent film becomes smaller than the resist residual film value when transferring a normal light shielding film pattern (this is the case of positive type photoresist, and it is negative In the case of a type photoresist, the reverse) may occur. In this case, in the developing process of the photoresist after exposure, it is possible to suitably adjust the resist residual film value by appropriately adjusting the conditions, and to perform the etching process of the subsequent transfer object appropriately.
또한,본 발명에 따른 포토마스크를 이용하여, 피전사체에 패턴을 전사한 후, 피전사체의 에칭 프로세스에 대하여 레지스트막 두께가 부족한 경우에는, 미리 피전사체 위에 포토레지스트막을 도포하기 전에, 피전사체를 구성하는 막과는 에칭 선택성을 갖는 재질(예를 들면 금속, 또는 SiO2 등을 함유하는 재료)의 극히 얇은 막을 형성해 둔다. 그리고,상기 패턴 전사에서 형성된 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기한 극히 얇은 막을 에칭하고, 이 막을 마스크로 하여 더욱 하층 측의 막을 에칭하는 방법을 채용하는 것도 가능하다.In addition, if the resist film thickness is insufficient for the etching process of the transfer target after transferring the pattern to the transfer target by using the photomask according to the present invention, before applying the photoresist film onto the transfer target beforehand, An extremely thin film of a material having an etching selectivity (for example, a metal or a material containing SiO 2 or the like) is formed with the film to be formed. It is also possible to employ a method of etching the above extremely thin film using the resist pattern formed in the pattern transfer as a mask and etching the film on the lower layer side using the film as a mask.
[실시예][Example]
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
투명 기판으로서 합성 석영 기판을 사용하고, 그 투명 기판 위에, 스퍼터법에 의해, MoSi 화합물로 이루어지는 반투광막을 소정의 막 두께로 성막하였다. 그 반투광막은, 후술하는 패턴 전사에 사용하는 노광기의 노광 광(365㎚∼436㎚의 파장범위) 내의 g선에서 투과율이 50%(투명 기판의 노광 광의 투과율을 100%로 하였을 때)로 되도록 막 두께를 설정하였다. 이 때, 반투광막을 형성한 부분을 투과한 노광 광의, 투명 기판을 투과한 노광 광에 대한 위상차는, 60도 미만이었다. 그리고,그 반투광막 위에 포지티브형 포토레지스트를 도포하고, 포토마스크 블랭크를 준비하였다.A synthetic quartz substrate was used as the transparent substrate, and a semi-transmissive film made of a MoSi compound was formed into a film by a sputtering method on the transparent substrate. The translucent film has a transmittance of 50% (when the transmittance of the exposure light of the transparent substrate is 100%) at g line in the exposure light (wavelength range of 365 nm to 436 nm) of the exposure machine used for pattern transfer described later. The film thickness was set. At this time, the phase difference with respect to the exposure light which permeate | transmitted through the transparent substrate of the exposure light which permeate | transmitted the part which formed the translucent film was less than 60 degree | times. And a positive photoresist was apply | coated on this translucent film, and the photomask blank was prepared.
이 포토마스크 블랭크에, 라인부와 스페이스부가 모두 폭 2㎛인 라인 앤드 스페이스 패턴을 묘화하고, 현상하여 레지스트 패턴으로 하고, 그 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 반투광막을 에칭하여 포토마스크를 얻었다. 얻어진 포토마스크에서도, 라인부(반투광부)와 스페이스부(투광부)가 모두 폭 2㎛인 라인 앤드 스페이스 패턴이 형성되어 있었다.In this photomask blank, a line-and-space pattern having a width of 2 µm in both the line portion and the space portion was drawn, developed to form a resist pattern, and the semi-transmissive film was etched using the resist pattern as a mask to obtain a photomask. Also in the obtained photomask, the line part (semi-transmissive part) and the space part (transmission part) were formed with the line and space pattern of 2 micrometers in width.
이렇게 하여 얻어진 포토마스크를 이용하여, 포지티브형 포토레지스트막을 형성한 피전사체 위에 상기 노광기를 이용하여 노광하고, 현상하여 얻어진 피전사체 위의 레지스트 패턴의 사진을 도 2의 (a)에 나타낸다. 또한,이 레지스트 패턴에 있어서의 라인 폭은 1.84㎛, 스페이스 폭은 2.30㎛이었다.The photograph of the resist pattern on the to-be-transferred body obtained by exposing and developing on the to-be-transferred body on which the positive type photoresist film | membrane was formed using the photomask obtained in this way is shown to FIG. 2 (a). Moreover, the line width in this resist pattern was 1.84 micrometers, and the space width was 2.30 micrometers.
또한,상기 투명 기판 위에, 라인부의 폭 10㎛, 스페이스부의 폭 2㎛의 라인 앤드 스페이스 패턴을 상기 반투광막으로 마찬가지로 형성한 포토마스크를 제작하고, 이 포토마스크를 이용하여 피전사체 위에 상기 노광기를 이용하여 노광하고, 현상하여 얻어진 피전사체 위의 레지스트 패턴의 사진을 도 2의 (b)에 나타낸다. 또한,이 레지스트 패턴에서의 라인 폭은 10.38㎛, 스페이스 폭은 1.56㎛이었다.Further, a photomask in which a line and space pattern having a width of 10 μm in a line portion and a width of 2 μm in a space portion is formed on the transparent substrate in the same manner as the semi-transmissive film is fabricated. The photo of the resist pattern on the to-be-transferred body obtained by exposing and developing using is shown to FIG. 2 (b). Moreover, the line width in this resist pattern was 10.38 micrometers, and the space width was 1.56 micrometers.
도 2의 (a), (b)의 사진을 보아도 명백한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 3㎛미만의 선폭의 부분을 갖는 패턴을 해상하고, 피전사체 위에 선폭 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하다.As apparent from the photographs of FIGS. 2A and 2B, according to the present invention, a pattern having a portion having a line width of less than 3 μm is resolved, and a transfer pattern having a line width of less than 3 μm is formed on a transfer object. It is possible.
이하, 본 발명의 실시예에 대한 비교예를 설명한다.Hereinafter, a comparative example with respect to the Example of this invention is demonstrated.
상기 실시예와 동일한 투명 기판 위에, 스퍼터법에 의해, Cr으로 이루어지는 차광막을 소정의 막 두께로 성막하여, 그 차광막 위에 상기 실시예와 동일한 포지티브형 포토레지스트를 도포하고, 포토마스크 블랭크를 준비하였다.On the same transparent substrate as in the above-mentioned embodiment, a light-shielding film made of Cr was formed by a sputtering method to a predetermined film thickness, and the same positive photoresist as in the above-described embodiment was applied on the light-shielding film to prepare a photomask blank.
이 포토마스크 블랭크에, 라인부와 스페이스부가 모두 폭 2㎛인 라인 앤드 스페이스 패턴을 묘화하고, 현상하여 레지스트 패턴으로 하고, 그 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 차광막을 에칭하여 포토마스크를 얻었다. 얻어진 포토마스크에서도, 라인부(차광부)와 스페이스부(투광부)가 모두 폭 2㎛인 라인 앤드 스페이스 패턴이 형성되어 있었다.In this photomask blank, a line-and-space pattern having a width of 2 μm in both the line portion and the space portion was drawn, developed to form a resist pattern, and the light shielding film was etched using the resist pattern as a mask to obtain a photomask. Also in the obtained photomask, the line-and-space pattern in which both the line part (light shielding part) and the space part (light transmitting part) was 2 micrometers in width was formed.
이렇게 하여 얻어진 포토마스크를 이용하여, 포지티브형 포토레지스트막을 형성한 피전사체 위에, 실시예에 사용한 노광기를 이용하여 노광하고, 현상하여 얻어진 피전사체 위의 레지스트 패턴의 사진을 도 2의 (c)에 나타낸다.The photograph of the resist pattern on the to-be-transferred body obtained by exposing and developing using the exposure machine used in the Example on the to-be-transferred body in which the positive type photoresist film was formed using the photomask obtained in this way is shown in FIG.2 (c). Indicates.
또한,상기 투명 기판 위에, 라인부의 폭 10㎛, 스페이스부의 폭 2㎛의 라인 앤드 스페이스 패턴을 상기 차광막으로 마찬가지로 형성한 포토마스크를 제작하고, 이 포토마스크를 이용하여 피전사체 위에 상기 노광기를 이용하여 노광하고, 현상하여 얻어진 피전사체 위의 레지스트 패턴의 사진을 도 2의 (d)에 나타낸다.Furthermore, a photomask in which a line and space pattern having a width of 10 μm in a line portion and a width of 2 μm in a space portion is formed on the transparent substrate in the same manner as that of the light shielding film is fabricated. The photograph of the resist pattern on the to-be-transferred body obtained by exposing and developing is shown in FIG.2 (d).
도 2의 (c), (d)의 사진을 보아도 명백한 바와 같이, Cr 차광막으로 미세 패턴을 형성한 포토마스크를 이용한 본 비교예에 따르면, 3㎛ 미만의 선폭 부분을 갖는 패턴을 해상할 수 없어, 피전사체 위에 선폭 3㎛ 미만의 전사 패턴을 형성할 수 없다.As apparent from the photographs of Figs. 2 (c) and 2 (d), according to this comparative example using a photomask in which a fine pattern was formed with a Cr light shielding film, a pattern having a line width portion of less than 3 μm cannot be resolved. It is not possible to form a transfer pattern having a line width of less than 3 μm on the transfer object.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 형태에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은, 상기 실시 형태에만 한정되는 것이 아닌 것은 물론이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated based on preferable embodiment, it cannot be overemphasized that this invention is not limited only to the said embodiment.
20: 포토마스크
21: 투명 기판
22: 차광막
23: 반투광막
24: 차광부
25: 반투광부
26: 미세 패턴부
27: 투광부20: Photomask
21: transparent substrate
22: shading film
23: translucent film
24: shading part
25: translucent part
26: fine pattern portion
27: floodlight
Claims (7)
상기 반투광부를 투과하는 노광 광의, 상기 투광부를 투과하는 노광 광에 대한 위상차가 60도 이하이고,
상기 소정 패턴은, 상기 반투광부를 포함하는 라인부와, 상기 투광부를 포함하는 스페이스부로서, 적어도 어느 일방이 선폭 0㎛를 초과하고, 3㎛ 미만인 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하고,
상기 소정 패턴을 노광함으로써, 피전사체 위에, 상기 소정 패턴의 라인부보다 선폭이 작은 라인부와, 상기 소정 패턴의 스페이스부보다 선폭이 큰 스페이스부가 형성되는 것을 특징으로 하는, 표시 장치 제조용 포토마스크.As a photomask which has a transmissive part and a semi-transmissive part by which the predetermined pattern was formed by patterning the semi-transmissive film formed on the transparent substrate, light which has several wavelength in the wavelength range of 365 nm-436 nm is used as exposure light. In the photomask,
The phase difference of the exposure light which permeate | transmits the said translucent part with respect to the exposure light which permeate | transmits the said translucent part is 60 degrees or less,
The predetermined pattern includes a line portion including the translucent portion and a space portion including the translucent portion, at least one of which includes a line-and-space pattern having a line width greater than 0 µm and less than 3 µm.
The photomask for display device manufacture by exposing the said predetermined pattern, the line part whose line width is smaller than the line part of the said predetermined pattern, and the space part whose line width is larger than the space part of the said predetermined pattern are formed on a to-be-transferred body.
상기 소정의 패턴에 있어서, 상기 스페이스부의 선폭이 0㎛를 초과하고 3㎛ 미만인 것을 특징으로 하는, 표시 장치 제조용 포토마스크.The method of claim 1,
In the predetermined pattern, a line width of the space portion exceeds 0 µm and less than 3 µm, wherein the photomask for manufacturing a display device is used.
상기 반투광막은, 상기 반투광부를 투과하는 노광 광의, 상기 투광부를 투과하는 노광 광에 대한 위상차가 50∼60도인 것을 특징으로 하는, 표시 장치 제조용 포토마스크.The method of claim 1,
The said semi-transmissive film is 50-60 degree phase difference of the exposure light which permeate | transmits the said translucent part with the exposure light which permeate | transmits the said transmissive part, The photomask for display device manufacture.
상기 반투광막의 노광 광 투과율은, 20%∼60%의 범위인 것을 특징으로 하는, 표시 장치 제조용 포토마스크.The method of claim 1,
The exposure light transmittance of the said semi-transmissive film is 20%-60% of the range, The photomask for display device manufacture characterized by the above-mentioned.
상기 반투광막이, 크롬 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 표시 장치 제조용 포토마스크.The method of claim 1,
The semi-transmissive film contains a chromium compound, The photomask for manufacturing a display device.
상기 포토마스크를 노광기에 의해 노광함으로써, 피전사체 위에, 라인부와 스페이스부를 갖는 라인 앤드 스페이스 패턴을 형성하는 공정을 포함하는, 표시 장치의 제조 방법에 있어서,
상기 포토마스크는, 투명 기판 위에 형성한 반투광막을 패터닝함으로써 형성한 소정 패턴을 갖고, 상기 소정 패턴은, 반투광부를 포함하는 라인부와 투광부를 포함하는 스페이스부로서, 적어도 어느 일방의 선폭은 0㎛를 초과하고, 3㎛ 미만인 라인 앤드 스페이스 패턴을 포함하고,
상기 반투광부를 투과하는 노광 광의, 상기 투광부를 투과하는 노광 광에 대한 위상차가 60도 이하이고,
상기 노광기로서, 365㎚∼436㎚의 파장 영역에 있는 복수의 파장을 갖는 광을, 노광 광으로서 사용하는 LCD용 노광기를 사용하고,
상기 피전사체 위에, 라인 앤드 스페이스 패턴을 형성하는 공정에 있어서는, 상기 소정 패턴의 라인부보다 선폭이 작은 라인부와, 상기 소정 패턴의 스페이스부보다 선폭이 큰 스페이스부를 형성하는 것을 특징으로 하는, 표시 장치의 제조 방법.Preparing a photomask,
In the manufacturing method of the display apparatus including the process of forming the line and space pattern which has a line part and a space part on a to-be-transmitted body by exposing the said photomask with an exposure machine,
The photomask has a predetermined pattern formed by patterning a semi-transmissive film formed on a transparent substrate, and the predetermined pattern is a space part including a line part including a translucent part and a light transmitting part, and at least one line width is 0. A line-and-space pattern that is greater than one micrometer and less than three micrometers,
The phase difference of the exposure light which permeate | transmits the said translucent part with respect to the exposure light which permeate | transmits the said translucent part is 60 degrees or less,
As the exposure machine, an LCD exposure machine using light having a plurality of wavelengths in the wavelength range of 365 nm to 436 nm is used as exposure light,
In the step of forming a line and space pattern on the transfer object, a line portion having a smaller line width than the line portion of the predetermined pattern and a space portion having a line width larger than the space portion of the predetermined pattern are formed. Method of manufacturing the device.
상기 LCD용 노광기는, 해상 한계가 3㎛ 이상인 것을 특징으로 하는, 표시 장치의 제조 방법.The method according to claim 6,
The said exposure machine for LCDs has a resolution limit of 3 micrometers or more, The manufacturing method of the display apparatus characterized by the above-mentioned.
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