KR20200105477A - 포토마스크 - Google Patents

Abstract

멀티 렌즈의 접속부(J1 내지 J4)에 의한 스캔 노광에 의해 전사되는 포토마스크의 패턴 선폭과, 멀티 렌즈의 비접속부(L1 내지 L3)에 의한 스캔 노광에 의해 전사되는 포토마스크의 패턴 선폭의, 적어도 한쪽은 설계 선폭에 대해 보정된 선폭이며, 보정된 선폭은, 스캔 방향과, 스캔 방향과 직교하는 방향의, 적어도 한 방향으로 단계적으로 변화하는 선폭이며, 단계적으로 변화하는 선폭은, 난수에 기초하는 보정 성분(R)을 포함하고, 난수는, 사인파를 주파수 변조한 파형이나, 혹은 화이트 노이즈에 기초하는 포토마스크로 한다.

Description

포토마스크

본 발명은 멀티 렌즈를 포함하는 투영 렌즈를 구비한 스캔 방식의 투영 노광에 사용되는 포토마스크에 관한 것이다. 본 출원은, 2018년 1월 10일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2018-001938호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

근년, 대형 컬러 TV, 노트북 컴퓨터, 휴대용 전자 기기의 증가에 수반하여, 액정 디스플레이, 특히 컬러 액정 디스플레이 패널의 수요의 증가가 눈부시다. 컬러 액정 디스플레이 패널에 사용되는 컬러 필터 기판은, 유리 기판 등을 포함하는 투명 기판 상에, 적색 필터, 녹색 필터, 청색 필터 등을 포함하는 착색 화소, 블랙 매트릭스 및 스페이서 등이, 포토마스크를 사용한 패턴 노광, 현상 등의 패터닝 처리를 행하는 포토리소그래피 프로세스를 거쳐 형성된다.

최근에는, 컬러 액정 디스플레이 패널 자체의 대형화가 요청됨과 함께, 생산 효율의 향상도 요구되고 있다. 이 때문에, 컬러 액정 디스플레이 패널에 사용되는 컬러 필터 기판에 관해서는, 예를 들어 마더 글래스의 사이즈를 대형화하여 디스플레이 패널용 패턴을 많이 포함하는, 다면취된 대형 컬러 필터 기판을 효율적으로 제조하는 것이 특히 중요하다.

이밖에, 컬러 액정 디스플레이 패널에서는, 표시 디바이스를 형성한 어레이 기판(실리콘 기판) 상에 착색 화소, 블랙 매트릭스, 평탄화층, 스페이서 등의 구성 요소를 형성한 반사형 컬러 액정 표시 장치도 제안되어 있다.

이들 컬러 액정 표시 장치용 컬러 필터 기판의 제조에 있어서는, 종래, 높은 생산성을 얻기 위해 일괄 노광 타입의 포토마스크를 사용하여 일괄 노광 처리 방식을 채용하는 일이 많았다. 그러나, 기판 사이즈의 더 한층의 대형화에 수반하는 포토마스크의 대형화가 진행되면, 일괄 노광 타입의 포토마스크의 제조 기술상의 곤란이 증가됨과 함께 고가가 되어, 일괄 노광 처리 방식의 문제점이 커져 왔다. 이 때문에, 저렴하고 제조가 용이한 소사이즈의 포토마스크를 사용하여 레지스트(감광성 수지액)를 기판 상에 도포하고, 기판 상을 스캔하면서 노광하는 방식(스캔 노광 방식)의 개발이 진행되고 있다.

한편, 디지털 카메라 등에 내장되는 고체 촬상 소자는, 직경이 30㎝ 정도인 실리콘 웨이퍼 기판의 표면에 복수의 이미지 센서를 면취 배치하고, 이미지 센서를 구성하는 다수의 광전 변환 소자(CCD 혹은 CMOS)나 배선을 웨이퍼 프로세스에 의해 형성한다. 그리고 컬러 화상을 촬상 가능하게 하기 위해, 상기 광전 변환 소자 상에 색 분해용 착색 화소와 마이크로 렌즈를 포함하는 OCF(On Chip Filter)층을 포토리소그래피 프로세스에 의해 형성한 후, 다이싱 공정에 의해 재단하여 칩(개편)형 고체 촬상 소자로 하되, 상기 스캔 노광 방식을, OCF층을 형성하기 위한 포토리소그래피 프로세스에도 이용하기 위해 개발이 진행되고 있다.

도 13은, 종래의 스캔 노광 방식의 투영 노광 장치의 구성을 도시하는 개념도이다(예를 들어, 특허문헌 1). 종래의 투영 노광 장치에서는, 포토마스크(200)의 상부에 설치된 광원 유닛(도시되지 않음)으로부터 출사한 노광광(110)을 포토마스크(200)에 조사하여, 패터닝된 포토마스크(200)를 사이에 두고 기판(400) 상에 도포된 레지스트를 감광함으로써, 블랙 매트릭스나 착색 화소나 스페이서, 마이크로 렌즈의 패턴을 형성한다. 투영 렌즈(300)는, 지그재그 배열된 복수의 기둥형 렌즈를 포함하는 멀티 렌즈로 구성되어 있고, 투영 렌즈(300)의 전체의 중심은 포토마스크(200)의 스캔 방향의 중심선 상에 위치한다.

예를 들어 포토마스크(200)의 크기가 기판(400)의 1/4 크기이고, (X, Y) 방향에 (2, 2)의 4면취 스캔 노광을 행하는 경우, 먼저 포토마스크(200)의 중심은, 기판(400)의 1/4 영역에서의 중심과 일치하도록 이동하여 초기 위치를 정한다. 그 후, 포토마스크(200) 및 기판(400)은, 고정된 투영 렌즈(300)에 대해 Y 방향으로 동시에 스캔 동작을 행하여, 포토마스크(200)에 형성된 패턴을 기판(400)의 1/4 영역의 레지스트에 전사한다. 이 동작을 나머지 3군데의 초기 위치로 이동하여 반복하여, 기판(400) 전체의 레지스트에 대한 전사가 행해진다.

종래의 투영 노광 장치에 있어서, 투영 렌즈(300)를 투과하는 광의 광로 상에는 각 기둥형 렌즈의 노광 영역을 접속하기 위한 시야 조리개가 삽입된다. 이 때문에, 투영 렌즈(300)의 노광 영역(600)은, 도 14의 (a)에 도시하는 바와 같이, 평면으로 보아 사다리꼴 형상을 갖고, 복수의 노광 영역(600)이 지그재그 배열되어 있다. 인접하는 1쌍의 기둥형 렌즈의 접속부 부근을 도 14의 (b)에 확대 도시한다. 인접하는 접속부의 노광 영역은 각 기둥형 렌즈의 단부에서는 삼각형 부분이 마주 보는 형상이 되어, Y 방향으로 스캔함으로써, 1쌍의 렌즈를 투과한 광의 합계 광량이, 어느 위치에 있어서도 접속부(600a)를 포함하지 않는 노광 영역(600)의 사각형 영역(비접속부)과 동등한 100(상대값, 도 14의 (b) 참조)이 되도록 구성되어 있다.

일본 특허 공개 평11-160887호 공보

그러나, 현실의 전사된 레지스트 패턴 선폭은, 광량(100)의 1회 노광으로 형성된 선폭과, 2회 노광으로 합계 광량(100)으로 하여 형성된 선폭에는 차이가 생긴다. 예를 들어, 네거티브 레지스트로 형성하는 경우, 도 14의 (c)에 도시하는 바와 같이, 2회 노광으로 형성되는 선폭은, 1회 노광으로 형성되는 선폭보다 가늘어지고, 접속부의 중심 위치(광량 50+50의 2회 노광부)에서 가장 가늘어진다. 이것은 2회 노광에서는 1회째 노광의 종료로부터 2회째 노광이 시작될 때까지의 동안에 레지스트의 반응성이 낮아져, 2회째 노광시까지 지속할 수 없음이 원인이라고 생각된다. 또한, 이 1회 노광으로 형성되는 선폭과 2회 노광으로 형성되는 선폭의 차이는 눈으로 봐서는 인식할 수 없는 크기이다. 그러나, 선폭의 차이가 주기적으로 나타나면 컬러 필터 기판 상에 흐릿한 농담 패턴(이하, 얼룩)이 되어 보이므로 표시 장치로 하였을 때 결함으로 되어 보인다. 이 문제에 대한 대책으로서, 레지스트의 고감도화 등을 행해도, 상기 문제를 해결하기에는 이르지 못한다.

구체적으로, 도 15를 사용하여, 종래의 노광 장치에서 컬러 필터 기판용 착색 화소를 형성한 경우에 대해 설명한다. 즉, 레지스트의 반응성은, 도 15의 (a)에 있어서 2쌍의 기둥형 렌즈의 접속부(600a)의 중심을 향함에 따라 L1, J11, J12, …로 점차 작아진다. 이 때문에, 네거티브 레지스트로 형성하는 경우, 착색 화소의 X 방향 선폭은, 도 15의 (b)에 도시하는 C1kx, C2kx, …, Cnkx(k=1, 2, …, n)의 레지스트 패턴의 순으로 가늘어진다. 마찬가지로, Y 방향 선폭은 Ck1y, Ck2y, …Ckny(k=1, 2, …, n)의 레지스트 패턴의 순으로 가늘어진다. 포지티브 레지스트에서, 네거티브 레지스트의 경우 반전 마스크로 형성하는 경우에는, 상술한 순으로 선폭이 굵어진다.

또한, 도 16에, 종래의 노광 장치에서 컬러 필터 기판용 블랙 매트릭스를 형성하는 예를 나타낸다. 즉, 네거티브 레지스트로 형성하는 경우, 도 16의 (b)에 도시하는 바와 같이, 블랙 매트릭스의 X 방향 선폭 bx1, bx2, …, bxn은 레지스트 패턴 Bx1, Bx2, …, Bxn의 순으로 가늘어진다. 마찬가지로, Y 방향 선폭 by1, by2, …, byn은 레지스트 패턴 By1, By2, …, Byn의 순으로 가늘어진다. 포지티브 레지스트에서, 네거티브 레지스트의 경우 반전 마스크로 형성하는 경우에는, 상술한 순으로 선폭이 굵어진다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 스캔 노광 방식의 투영 노광에 있어서, 투영 렌즈의 노광 영역의 접속부에 발생되는 주기적인 선폭 변동에 기인하는 얼룩을 해소하는 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 양태에 관한 포토마스크는, 멀티 렌즈를 포함하는 투영 렌즈를 구비한 스캔 방식의 투영 노광에 사용되는 포토마스크이며, 상기 멀티 렌즈의 접속부에 의한 스캔 노광에 의해 전사되는 상기 포토마스크의 패턴 선폭과, 상기 멀티 렌즈의 비접속부에 의한 스캔 노광에 의해 전사되는 상기 포토마스크의 패턴 선폭의, 적어도 한쪽은 설계 선폭에 대해 보정된 선폭이며, 상기 보정된 선폭은, 스캔 방향과, 상기 스캔 방향과 직교하는 방향의, 적어도 한 방향으로 단계적으로 변화하는 선폭이며, 상기 단계적으로 변화하는 선폭은, 난수에 기초하는 보정 성분을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 양태는, 제1 양태에 관한 포토마스크에 있어서, 상기 멀티 렌즈의 접속부에 의한 스캔 노광에 의해 전사되는 영역과, 상기 멀티 렌즈의 비접속부에 의한 스캔 노광에 의해 전사되는 영역의, 적어도 한쪽은 복수로 분할된 소영역으로 되어 있고, 상기 난수에 기초하는 보정 성분은, 상기 복수로 분할된 소영역의 각각에 대한 난수에 기초하는 보정 성분이어도 된다.

본 발명의 제3 양태는, 제1 형태 또는 제2 형태에 관한 포토마스크에 있어서, 상기 난수는 사인파를 주파수 변조한 파형에 기초하고 있어도 된다.

본 발명의 제4 양태는, 제1 형태 또는 제2 형태에 관한 포토마스크에 있어서, 상기 난수는 화이트 노이즈에 기초하고 있어도 된다.

본 발명에 관한 포토마스크에 의하면, 스캔 노광에 있어서, 투영 렌즈의 노광 영역의 접속부에 발생되는 선폭 변동에 기인하는 얼룩의 문제를 해소할 수 있다. 본 발명에 관한 포토마스크를 사용하여 착색 화소나 블랙 매트릭스나 스페이서, 마이크로 렌즈를 제조함으로써, 컬러 필터 기판이나 OCF층 상에서 얼룩이 시인되는 경우가 없다.

도 1은 스캔 노광 방식의 투영 노광 장치의 구성을 도시하는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 투영 노광 장치에서 투영 렌즈를 투과한 광의 형상을 부분적으로 도시하는 평면도 (a)와, (a)의 부분 확대도 (b)와, 스캔 노광에 의해 형성되는 네거티브 레지스트 패턴의 선폭의 X 방향의 위치에 의한 변화를 설명하기 위한 특성을 도시하는 도면 (c)이다.
도 3은 도 1에 도시하는 투영 노광 장치에서 착색 화소를 형성하였을 때의 상황을 설명하는 도면이며, (a) 투영 렌즈를 투과한 광의 형상의 부분 확대도 및 (b) 네거티브 레지스트용 포토마스크의 부분 확대도이다.
도 4는 도 1의 투영 노광 장치에서 블랙 매트릭스를 형성하였을 때의 상황을 설명하기 위해 사용하는 도면이며, (a) 투영 렌즈를 투과한 광의 형상의 부분 확대도 및 (b) 네거티브 레지스트용 포토마스크의 부분 확대도이다.
도 5는 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서 착색 화소를 형성하기 위한 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방법 중, 특히 측정 선폭에 기초하는 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서 블랙 매트릭스를 형성하기 위한 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방법 중, 특히 측정 선폭에 기초하는 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서 착색 화소를 형성하기 위한 마스크 패턴을 분할하여 선폭을 보정하는 방법 중, 특히 측정 선폭에 기초하는 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 X 방향, Y 방향으로 분할된 착색 화소의 예를 도시하는 평면도이다.
도 9는 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서 착색 화소를 형성하기 위한 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방법 중, 난수에 기초하는 보정의 제1 양태를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서 착색 화소를 형성하기 위한 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방법 중, 난수에 기초하는 보정의 제2 양태이며, 제1 양태로 또한 전사 영역을 소영역으로 분할하여 행하는 난수에 기초하는 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서 착색 화소를 형성하기 위한 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방법 중, 난수에 기초하는 보정의 제3 양태를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서 착색 화소를 형성하기 위한 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방법 중, 난수에 기초하는 보정의 제4 양태를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 종래의 스캔 노광 방식의 투영 노광 장치의 구성을 도시하는 개념도이다.
도 14는 도 13의 투영 노광 장치에서 투영 렌즈를 투과한 광의 형상을 부분적으로 도시하는 평면도 (a)와, (a)의 부분 확대도 (b)와, 스캔 노광에 의해 형성되는 네거티브 레지스트 패턴의 선폭의 X 방향의 위치에 의한 변화를 설명하기 위한 특성을 도시하는 도면 (c)이다.
도 15는 도 13의 투영 노광 장치에서 착색 화소를 형성하였을 때의 상황을 설명하기 위한 도면이며, 투영 렌즈를 투과한 광의 형상 (a)와 네거티브 레지스트용 포토마스크 (b)를 나타내는 부분 확대도이다.
도 16은 도 13의 투영 노광 장치에서 블랙 매트릭스를 형성하였을 때의 상황을 설명하기 위한 도면이며, 투영 렌즈를 투과한 광의 형상 (a)와 네거티브 레지스트용 포토마스크 (b)를 나타내는 부분 확대도이다.

이하, 본 발명에 관한 포토마스크의 실시 형태에 대해, 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 본 발명은 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 동일한 구성 요소에 대해서는 편의상의 이유가 없는 한 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.

이하, 특별히 명기하지 않는 한, 네거티브 레지스트에서 착색 화소 및 블랙 매트릭스를 형성하는 경우에 대해 설명한다. 네거티브 레지스트에서 형성하는 경우와 포지티브 레지스트에서 형성하는 경우의 차이는, 포토마스크의 개구부(광 투과부)와 차광부의 반전과, 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방향, 즉 네거티브 레지스트에서는 선폭을 굵게 보정하고, 포지티브 레지스트에서는 선폭을 가늘게 보정하는 것뿐이다.

도 1은, 스캔 노광 방식의 투영 노광 장치의 구성을 도시하는 개념도이다. 투영 노광 장치에서는, 포토마스크(2)의 상부에 설치된 광원 유닛(도시되지 않음)으로부터 출사한 노광광(1)을 포토마스크(2)에 조사하고, 패터닝된 포토마스크(2)를 사이에 두고 기판(4) 상에 도포된 레지스트를 감광함으로써, 블랙 매트릭스나 착색 화소나 스페이서, 마이크로 렌즈의 패턴을 형성한다. 투영 렌즈(3)는, 지그재그 배열된 복수의 기둥형 렌즈를 포함하는 멀티 렌즈로 구성되어 있고, 투영 렌즈(3)의 전체의 중심은 포토마스크(2)의 스캔 방향의 중심선 상에 위치한다.

예를 들어 포토마스크(2)의 크기가 기판(4)의 1/4 크기이고, (X, Y) 방향에 (2, 2)의 4면취 스캔 노광을 행하는 경우, 먼저 포토마스크(2)의 중심은, 기판(4)의 1/4 영역에서의 중심과 일치하도록 이동하여 초기 위치를 정한다. 그 후, 포토마스크(2) 및 기판(4)은, 고정된 투영 렌즈(3)에 대해 Y 방향으로 동시에 스캔 동작을 행하고, 포토마스크(2)에 형성된 패턴을 기판(4)의 1/4 영역의 레지스트에 전사한다. 이 동작을 나머지 3군데의 초기 위치로 이동하여 반복하고, 기판(4) 전체의 레지스트에 대한 전사가 행해진다.

투영 노광 장치에 있어서, 투영 렌즈(3)를 투과하는 광의 광로 상에는 각 기둥형 렌즈의 노광 영역을 접속하기 위한 시야 조리개가 삽입된다. 이 때문에, 투영 렌즈(3)의 노광 영역(6)은, 도 2의 (a)에 평면으로 보아 부분적으로 도시하는 바와 같이, 사다리꼴 형상을 갖고, 복수의 노광 영역(600)이 지그재그 배열되어 있다. 인접하는 1쌍의 기둥형 렌즈의 접속부 부근의 노광 영역을 도 2의 (b)에 확대 도시한다. 인접하는 접속부의 노광 영역은 각 기둥형 렌즈의 단부에서는 삼각형 부분이 마주 보는 형상이 되어, Y 방향으로 스캔함으로써, 1쌍의 렌즈를 투과한 광의 합계 광량이, 어느 위치에 있어서도 접속부(6a)를 포함하지 않는 노광 영역(6)의 사각형 영역(비접속부)과 동등한 100(상대값)이 되도록 구성되어 있다.

도 5는, 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서 착색 화소를 형성하기 위한 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방법 중, 특히 측정 선폭에 기초하는 마스크 패턴 선폭의 보정을 설명하기 위한 도면이다. 도 5의 (a)는, 투영 렌즈를 투과한 광에 의한 노광 영역(6)과 차광 영역(7)의 평면으로 본 형상을 나타내고 있다. 레지스트의 반응성은 2쌍의 기둥형 렌즈의 접속부 중심을 향함에 따라 L1, J11, J12, …로 점차 저하된다.

도 5의 (b)는 착색 화소 패턴을 갖는 본 실시 형태에 관한 포토마스크(8a)의 평면도이다. 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 착색 화소 패턴을 갖는 포토마스크는, X 방향 및 Y 방향에 복수의 패턴 배열이 나열되어 있지만, 도 5의 (b)에서는, 설명의 간략화를 위해 복수의 패턴 배열 중, X 방향으로 나열한 개구 패턴 C1n, C2n, C3n, …, Cnn만을 나타내고 있다. C1n, C2n, …, Cnn은 모두 개구 패턴이며, 개구 패턴 C1n에서는 이미 설명한 바와 같이 상대 광량(100)의 1회 노광으로 노광되지만, 개구 패턴 C2n, C3n, …, Cnn의 순으로 투과광에 의한 레지스트의 반응성이 저하되어, X 방향 및 Y 방향의 선폭이 가늘어진다.

그래서 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서는, 개구 패턴 C2n, C3n, …, Cnn의 선폭(개구 패턴 폭)을 점차 크게 보정하여 제작하고, 상술한 선폭 가늘어지기의 문제를 개선한다. 본 실시 형태에 관한 포토마스크를 사용하는 노광 장치에서는, 투영 렌즈(3)의 중심은 포토마스크(2)의 스캔 방향의 중심선 상에 있다. 그 결과, 렌즈의 접속부에 기인하는 노광 영역의 선폭 변동이 발생되는 포토마스크 상의 위치가 정해지고, 선폭 가늘어지기의 문제의 개선에 유효하다.

구체적으로는, 설계 선폭에 대해 보정 계수 K를 곱한 값을 개구 패턴 C2n 이후의 선폭으로 설정한다. 보다 구체적으로는, 먼저 미리 측정한 특성 곡선 A(도 2의 (c) 참조)를 평활화한 곡선을 작성하고, 종축은 설계 선폭을 C2n 이후의 평활화한 곡선으로부터 구해진 측정 선폭으로 나눈 값으로 하여, 도 5의 (c)와 같은 보정 곡선 B를 작성한다.

다음에, 개구 패턴 C2n, C3n, …, Cnn의 X 방향의 양변의 위치로부터 보정 곡선 B에 수선을 내리고, 보정 곡선 B와의 두 교점(예를 들어, C3n에 대해서는 교점δ31과 교점δ32)을 구하여, 두 교점에 있어서의 평균값을 개구 패턴 C2n, C3n, …, Cnn의 보정 계수 K로 한다(도 5의 (d) 참조). 예를 들어 개구 패턴 C3n에 대해서는 교점δ3a이다. 보정 곡선 B의 변화는 소영역에서는 직선적이기 때문에, 거의 교점δ31과 교점δ32의 중간값이 된다. 따라서, 개구 패턴 C2n, C3n, …, Cnn의 보정 계수 K는 설계 선폭을 기준(1.0)으로 하는 측정 선폭의 역수가 되고, 보정된 포토마스크의 개구 패턴의 선폭은 스캔 방향과 직교하는 방향으로 패턴별로 단계적으로 변화하는 선폭이 된다.

비접속부의 개구 패턴 C1n에 대해서는, 거의 설계 선폭에 가까운 선폭이 얻어지기 때문에, 보정 계수 K는 1.0(보정 없음)으로 해도 된다. 그러나, 설계 선폭에 가까운 선폭이 얻어지지 않는 경우에는, 상술한 접속부의 경우와 마찬가지의 수순에 의해, 1.0 이외의 보정 계수 K를 사용해도 된다. 이상에 의해, 본 실시 형태에 관한 포토마스크를 사용하여 스캔 노광을 행하면, 비접속부의 선폭이 접속부의 선폭의 변동에 가까워지므로, 노광 후의 착색 화소의 선폭 변동이 적어진다.

도 5의 보정 곡선 B는 도시된 사정상, 개구 패턴 C2n, C3n, …, Cnn의 X 방향의 선폭 C2nx, C3nx, …, Cnnx의 보정에 관한 보정 곡선이지만, 스캔 방향인 Y 방향의 선폭 C2ny, C3ny, …, Cnny의 보정에 대해서도 유효하다. 왜냐하면, 각 화소에서의 레지스트 반응성의 비는 X 방향, Y 방향 모두 동일하기 때문에, Y 방향의 선폭 C1ny, C2ny, C3ny, …, Cnny의 레지스트 패턴 선폭을 측정하면 도 2의 (c)의 특성 곡선 A와 상사형이 된다. 따라서, 보정 곡선 B는 X 방향의 선폭에 대한 곡선과 동일하게 되고, 각 화소의 Y 방향의 보정 계수 K의 값은, 개구 패턴 C2n, C3n, …, Cnn의 Y 방향의 위치에만 의존한다. 이와 같이 하여, 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서는, 보정된 선폭은 스캔 방향에 화소마다 단계적으로 변화하는 선폭이 되고, 스캔 방향으로도 노광 후의 착색 화소의 선폭 변동이 적어진다.

이상, 착색 화소를 형성하기 위한 본 실시 형태에 관한 포토마스크에 대해 설명하였지만, 도 4의 (b)에 도시하는 블랙 매트릭스를 형성하기 위한 포토마스크에 대해서도 마찬가지이다. 도 6은, 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서 블랙 매트릭스를 형성하기 위한 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방법 중, 특히 측정 선폭에 기초하는 보정을 설명하기 위한 도면이다. 착색 화소의 경우와의 차이는, 착색 화소의 경우에는 각각의 화소에 대해 X 방향, Y 방향의 선폭 보정을 행하지만, 블랙 매트릭스의 경우에는, X 방향으로 나열한 레지스트 패턴 Bx2, Bx3, …, Bxn에 대해서는 X 방향의 선폭 bx2, bx3, …, bxn에 대해 보정을 행하고, Y 방향으로 나열한 By2, By3, …, Byn에 대해서는 Y 방향의 선폭 by2, by3, …, byn에 대해 보정을 행하면 된다고 하는 것이다.

X 방향의 레지스트 패턴 Bx2, Bx3, …, Bxn의 경우, 양변의 위치로부터 보정 곡선 B에 수선을 내리고, 보정 곡선 B와의 두 교점(예를 들어, 레지스트 패턴 Bx3에 대해서는 교점δ31과 교점δ32)을 구하여, 두 교점에 있어서의 평균값(Bx3에 대해서는 교점δ3a)을 레지스트 패턴 Bx2, Bx3, …, Bxn의 보정 계수 K라 한다(도 6의 (d) 참조). 이상에 의해, 레지스트 패턴 Bx2, Bx3, …, Bxn의 보정 계수 K는 설계 선폭/측정 선폭, 즉 설계 선폭을 측정 선폭으로 나눈 값이 된다. 이 결과, 본 실시 형태에 관한 포토마스크를 사용하여 스캔 노광을 행하면, 노광 후의 블랙 매트릭스 선폭이 정렬된다. Y 방향의 레지스트 패턴 By1, By2, …, Byn에 대해서도 마찬가지이다.

이상의 본 실시 형태에 관한 포토마스크에 있어서의 선폭의 보정 방법에서는, 마스크 패턴을 분할하여 보정을 행해도 된다. 도 7은, 본 발명의 포토마스크에서 착색 화소를 형성하기 위한 마스크 패턴을 분할하여 선폭을 보정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 여기서는, 도 5의 (b)에 있어서의 C3n 화소를 X 방향으로 분할하는 경우를 대표적으로 나타내고 있다. 이와 같이, n개의 부분으로 분할하고, 각각의 영역에 대해 보정 곡선에 의해, 도 5의 경우와 마찬가지로 보정 계수 δ3a1, δ3a2, …, δ3an을 구할 수 있다. 이에 의해, 보정에 의한 선폭의 단계적인 변화가 도 5의 경우보다 잘게 나뉘어서 곡선에 가까워지고, 접속부에 기인하는 선폭 변동에 대한 대책이 보다 실제에 입각한 것이 된다. 이 결과, 상술한 선폭 변동의 문제가 더욱 개선된다.

상술한 개구 패턴을 분할하여 보정을 행하는 방법은, 마찬가지의 방법에 의해 착색 화소의 Y 방향 및 블랙 매트릭스의 X 방향, Y 방향에 대해서도 행할 수 있어, 선폭 변동의 개선에 유효하다. 여기서, 통상 블랙 매트릭스의 치수는, 폭 방향으로는 착색 화소의 선폭보다 작고, 길이 방향으로는 착색 화소의 선폭보다 크다. 그 때문에, 폭 방향의 분할 수에 대해서는 착색 화소보다 적고, 길이 방향의 분할 수에 대해서는 많게 하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 포토마스크에 있어서는, 이상의 선폭 보정의 도입에 의해 투영 렌즈의 노광 영역의 접속부에 발생되는 선폭 변동을 개선할 수 있다. 그러나, 스캔 노광에 의한 선폭은, 도 2의 (c)의 측정값에 의한 특성 곡선 A로부터도 알 수 있도록 변동이 보인다. 그러한 변동은 묘화 장치 고유의 묘화 방식이나 레지스트 특성을 포함하는 레지스트 프로세스에 기인하는 것이며, 이것이 반복하여 형성되면 얼룩으로서 시인된다.

그래서 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서는, 또한 선폭 변동의 규칙성을 해소하기 위해, 선폭의 보정은 난수에 기초하는 보정 성분을 포함한다. 통상 포토마스크의 제작에는 전자선 묘화 장치가 사용되고, 원래 패턴의 제작은 전자선 묘화 데이터의 작성에 의해 행해진다. 보정 선폭에 대한 난수에 기초하는 보정 성분의 도입도 상기 측정 선폭에 기초하는 보정과 마찬가지로, 묘화 데이터의 변경에 의해 행할 수 있다. 보정 선폭에 대한 난수에 기초하는 보정 성분의 도입은, 일본 특허 공개 제2011-187869호 공보에 기재되어 있는 방법을 참조할 수 있다.

본 실시 형태에 관한 포토마스크에 있어서의 보정 선폭에 대한 난수에 기초하는 보정 성분의 도입은, 구체적으로는 상술한 측정 선폭에 기초하는 보정 계수 K에, 난수에 의해 발생시킨 제2 보정 계수 R을 곱함으로써 도입한다. 일본 특허 공개 제2011-187869호 공보에 기재된 메쉬 단위로서는, 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서는, 착색 화소의 경우, 분할이 없는 각각의 화소(도 3의 (b) 참조)로 해도 되고, 도 7과 같이 X 방향으로, 혹은 도 8과 같이 X 방향 및 Y 방향으로 분할한 후의 화소를 단위로 해도 된다. 블랙 매트릭스의 경우에 대해서도 마찬가지이지만, 특히 길이 방향에 대해서는 분할한 후의 화소를 메쉬 단위로 하는 것이 유효하다.

도 9는, 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서 착색 화소를 형성하기 위한 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방법 중, 난수에 기초하는 보정의 제1 실시 형태를 설명하기 위한 도면이다. 도 9에서, (a) 내지 (d)는, 보다 많은 투영 렌즈를 포함하는 범위를 도시 범위로 하고, (b)에 레지스트 선폭을 가한 것 이외는, 도 5에 도시하는 (a) 내지 (d)와 같다. 또한, 여기서는 개구의 수는 렌즈 접속부, 비접속부 모두 1 영역당 4개인 예를 나타내고 있다.

도 9의 (d)의 KL1, KL2, KL3은 비접속부의 각 개구에 대응하는 보정 계수 K의 군이므로, 도 5의 C1n의 보정 계수와 마찬가지로 1.0(보정 없음)으로 해도 되고, 선폭 변동이 있는 경우에는 설계 선폭/측정 선폭으로 해도 된다. KJ1, KJ2, KJ3, KJ4는 접속부의 각 개구에 대응하는 보정 계수 K의 군이며, 도 5의 개구 패턴 C2n, C3n, …, Cnn의 보정 계수와 마찬가지로, 설계 선폭/측정 선폭으로 한다.

도 9의 (e)의 RL1, RL2, RL3은 비접속부의 난수에 의해 발생시킨 제2 보정 계수 R이다. 도 9의 (e)의 RJ1, RJ2, RJ3, RJ4는 접속부의 난수에 의해 발생시킨 제2 보정 계수 R이다. 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서는, 이들 모두 비접속부 및 접속부에 적용하는 보정 계수는 난수를 사용한 제2 보정 계수로 할 필요는 없으며, 비접속부의 RL1, RL2, RL3, 혹은 접속부의 RJ1, RJ2, RJ3, RJ4 중 어느 하나를 제2 보정 계수로 해도 된다. 난수에 의해 발생시킨 제2 보정 계수를 사용하지 않는 경우에는, 제2 보정 계수를 사용하지 않는 영역의 난수에 기초하는 보정 계수 R을 1.0(보정 없음)으로 하면 된다.

설계 선폭에 보정 계수 K와 보정 계수 R을 곱한 선폭을 사용하여 실제로 제작한 선폭이, 제품으로서의 사양 선폭을 초과하는 일이 없도록, 보정 계수 R의 범위는 1.0을 포함하고, 1.0 근방의, 1.0을 중심으로 하여 플러스 마이너스측으로 동일한 크기만큼의 진폭으로 하는 것이 바람직하다.

제2 보정 계수 R의 도출은, 미리 설정된 함수에 의해 난수를 발생시키고, 발생된 난수를 비접속부(L1, L2, L3), 혹은 접속부(J1, J2, J3, J4) 중 적어도 어느 한쪽에 순차적으로 할당하고, 할당된 난수에 기초하여, 미리 난수와 대응시켜 둔 제2 보정 계수 R(RL1, RL2, RL3 및/또는 RJ1, RJ2, RJ3, RJ4)을 결정한다. 그 후, 설계 선폭에 보정 계수 K와 보정 계수 R을 곱하고, 각 영역의 리사이즈 후의 선폭을 결정한다. 또한, 플러스측의 리사이즈 또는 마이너스측의 리사이즈가 연속된 경우에 다시 난수를 할당하는 처리를 비롯하여, 그 밖의 데이터 처리는 일본 특허 공개 제2011-187869호 공보에 의한 방법과 마찬가지로 행하면 된다.

도 10의 (e)는, 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서 착색 화소를 형성하기 위한 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방법 중, 난수에 기초하는 보정의 제2 실시 형태이다. 도 10은, 도 9에 도시한 마스크 패턴 선폭의 보정에서 또한 전사 영역을 분할하여 행하는 난수에 기초하는 보정을 설명하기 위한 도면이다. 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서는, 이와 같이 비접속부(L1, L2, L3)의 영역, 혹은 접속부(J1, J2, J3, J4)의 영역 중 적어도 어느 하나를 분할하고, 각각 분할 후의 소영역에 대해 난수에 기초하는 보정 성분을 도입하고, 비접속부의 소영역에 대해 제2 보정 계수 RL11, …, RL1n, …, 및/또는 접속부의 소영역에 대해 제2 보정 계수 RJ11, …, RJ1n, …을 사용한다. 이에 의해, 난수에 기초하는 보정의 범위가 넓어지므로 선폭의 주기적인 변화가 보다 적어지므로, 얼룩 발생의 리스크가 더욱 완화된다.

도 11은, 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서 착색 화소를 형성하기 위한 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방법 중, 특히 (e) 난수에 기초하는 보정의 제3 실시 형태를 설명하기 위한 도면이다. 도 11에 있어서의 (a) 내지 (d)까지는, 보다 많은 투영 렌즈를 포함하는 범위를 도시 범위로 하고, 도 11의 (b)에 레지스트 선폭을 가한 것 이외는, 도 5에 있어서의 (a) 내지 (d)와 같다. 또한, 도 11에서는 개구의 수는 렌즈 접속부, 비접속부 모두 1 영역당 4개를 나타내고 있다.

도 11의 (d)에 도시하는 KL1, KL2, KL3은 비접속부의 각 개구에 대응하는 보정 계수 K의 군이므로, 도 5의 C1n의 보정 계수와 마찬가지로 1.0(보정 없음)으로 해도 되고, 선폭 변동이 있는 경우에는 설계 선폭/측정 선폭으로 해도 된다. KJ1, KJ2, KJ3, KJ4는 접속부의 각 개구에 대응하는 보정 계수 K의 군이며, 도 5의 개구 패턴 C2n, C3n, …, Cnn의 보정 계수와 마찬가지로, 설계 선폭/측정 선폭으로 한다.

도 11의 (e)에 도시하는 RL1, RL2, RL3은 비접속부의 각 개구에 대응하는 난수에 의해 발생시킨 제2 보정 계수 R의 군이다. 도 11의 (e)에 도시하는 RJ1, RJ2, RJ3, RJ4는 접속부의 각 개구에 대응하는 난수에 의해 발생시킨 제2 보정 계수 R의 군이다. 난수에 기초하는 보정의 제3 실시 형태에서는, 보정 계수를 도출하는 난수를 사인파를 주파수 변조한 파형에 기초하여 생성한다. 도 11의 (e)에 도시하는 RF는, 사인파를 주파수 변조한 파형의 일례이다.

일반적으로, 반송파 Vc를 (1)식, 반송파를 변조하는 변조파 Vs를 (2)식의, 모두 사인파로 하면, 시간을 횡축으로 한 피변조파 Vm은, 이하와 같은 (3)식으로 표시된다.

여기서, V㎝: 반송파 진폭, ωc: 반송파 각 주파수, t: 시간,

Vsm: 변조파 진폭, ωs: 변조파 각 주파수,

mf(=△ω/ωs): 변조 지수, △ω: 각 주파수 편이

여기서, △ω는 반송파 주파수의, 주파수 변조에 의한 변화의 폭을 의미하고 있다.

이제, 사인파를 주파수 변조한 파형이, 공간을 횡축으로 한 RF일 때, 도 11의 (d)에 도시하는 보정 계수 K를 구할 때와 마찬가지로, 각 개구의 양변의 위치로부터 주파수 변조한 파형 RF에 수선을 내리고, 파형 RF와의 두 교점을 구하여, 2 교점에 있어서의 평균값을, 해당 개구에 대응하는 제2 보정 계수 R이라 한다(도 11의 (e) 참조).

설계 선폭에 보정 계수 K와 보정 계수 R을 곱한 선폭을 사용하여 실제로 제작한 선폭이, 제품으로서의 사양 선폭을 초과하는 일이 없도록, 보정 계수 R의 범위(도 11의 (e)에 있어서의 1.0-V㎝ 내지 1.0+V㎝)는, 1.0을 중심으로 하여, 1.0 근방에, 플러스 마이너스측으로 동일한 크기만큼의 범위로 하는 것이 바람직하다.

(3)식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 피 변조파 Vm은 주기성을 갖지만, ωc: 반송파 각 주파수, ωs: 변조파 각 주파수, △ω: 각 주파수 편이는 임의로 설정할 수 있으므로, 주파수 변조한 파형은 데이터 처리에 의해 임의로 작성할 수 있다. 최종 제품의 사양 선폭, 묘화 장치의 특성, 레지스트종을 포함하는 레지스트 프로세스에 따라, 주기적인 얼룩이 발생되지 않도록 ωc, ωs, △ω를 적합하게 선택하여, 주파수 변조한 파형을 결정하면 된다.

도 12는, 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서 착색 화소를 형성하기 위한 마스크 패턴 선폭을 보정하는 방법 중, 특히 난수에 기초하는 보정의 제4 실시 형태를 설명하기 위한 도면이다. 도 12에 있어서 (a) 내지 (d)는, 도 11에 있어서의 (a) 내지 (d)와 동일하므로, 설명을 생략한다.

도 12의 (e)에 나타내는 RL1, RL2, RL3은 비접속부의, RJ1, RJ2, RJ3, RJ4는 접속부의, 각 개구에 대응하는, 모두 난수에 의해 발생시킨 제2 보정 계수 R의 군이다. 난수에 기초하는 보정의 제4 실시 형태에서는, 난수를, 화이트 노이즈에 기초하여 생성한다. 도 12의 (e)에 도시하는 RW는, 화이트 노이즈에 기초하는 파형의 일례이다.

화이트 노이즈는 전자 회로 중의 트랜지스터, 다이오드 등의 능동 소자나, 저항, 콘덴서 등의 수동 소자로부터 발생하고, 광범위한 주파수를 포함하고, 어느 특정 수치 내의 진폭으로 랜덤하게 변동해, 전체의 평균과 분산은 제로가 되는, 매우 불규칙한 노이즈이며, 특정의 주기성을 갖지 않는다.

이제, 화이트 노이즈에 기초하는 파형이 RW일 때, 도 12의 (d)에 도시하는 보정 계수 K를 구할 때와 마찬가지로, 각 개구의 양변 위치로부터 화이트 노이즈에 기초하는 파형 RW에 수선을 내리고, 파형 RW와의 두 교점을 구하여, 두 교점에 있어서의 평균값을, 해당 개구에 대응하는 제2 보정 계수 R이라 한다(도 12의 (e) 참조).

설계 선폭에 보정 계수 K와 보정 계수 R을 곱한 선폭을 사용하여 실제로 제작한 선폭이, 제품으로서의 사양 선폭을 초과하는 일이 없도록, 보정 계수 R의 범위는, 1.0을 중심으로 하고, 1.0 근방에서, 플러스 마이너스측으로 동일한 크기의 범위(도 12의 (e)에 도시하는 1.0-W 내지 1.0+W, W는 파형 RW의 최대 진폭)로 하는 것이 바람직하다.

화이트 노이즈는 특정의 주기성을 가지지 않지만, 파형 RW가 진동하는 평균적인 주기는, 개구와의 위치 관계를 고려하여, 적절하게 선택할 필요가 있다. 평균적인 주기를 바꾼 파형 RW는, 화이트 노이즈를 아날로그 디지털 변환해 데이터 처리함으로써 임의로 작성할 수 있다. 최종 제품의 사양 선폭, 묘화 장치의 특성, 레지스트종을 포함하는 레지스트 프로세스에 따라, 주기적인 얼룩이 발생되지 않도록 평균적인 주기를 적합하게 선택하여, 파형 RW를 결정하면 된다.

도 11 및 도 12에서는, 제1 실시 형태에서 사용하는 난수에, 각각 사인파를 주파수 변조한 파형에 기초하는 난수 및 화이트 노이즈에 기초하는 난수를 적용하는 경우에 대해 설명하였지만, 전사 영역을 소영역으로 분할하여 보정을 행하는, 제2 실시 형태에서 사용하는 난수에 적용해도 된다.

이상의 난수에 기초하는 보정을 접속부와 비접속부의 어느 한쪽, 혹은 양쪽의 어느 것으로 행할지는, 최종 제품의 사양 선폭, 묘화 장치의 특성, 레지스트종을 포함하는 레지스트 프로세스에 따라, 적절하게 선택하면 된다. 적용할 대상을 적게 하는 쪽이 묘화 데이터 볼륨은 작아져 유리하다. 또한, 이상의 난수에 기초하는 보정은 X 방향의 선폭 보정에 대해 설명하였지만, Y 방향의 보정에 대해서도 유효한 것은, 측정 선폭에 기초하는 보정의 경우와 마찬가지이다.

이상과 같이 본 실시 형태에 관한 포토마스크에서는, 측정 선폭에 기초하는 보정 계수 K의 도입에 의해 선폭을 단계적으로 변화시킴으로써 투영 렌즈의 노광 영역의 접속부에 기인하는 선폭 변동을 개선하고, 또한 난수에 의해 발생시킨 제2 보정 계수 R을 도입함으로써, 묘화 장치나 레지스트 프로세스에 기인하는 선폭 변동을 완화하므로, 주기성을 수반하는 얼룩 발생의 문제를 해소할 수 있다.

본 발명의 포토마스크를 사용함으로써, 선폭의 이상이나 변동이 없는 착색 화소, 블랙 매트릭스, 스페이서, 마이크로 렌즈를 제작할 수 있다. 이에 의해, 컬러 필터 기판, 어레이 기판 상의 컬러 필터층이나 OCF층 상에서 문제가 되고 있던 얼룩이 시인되는 경우가 없어진다. 따라서, 본 발명에 관한 포토마스크는 높은 표시 품질이 요구되는 컬러 액정 디스플레이 패널이나 그것을 사용한 고정밀 액정 표시 장치 및 고체 촬상 소자용 컬러 필터나 마이크로 렌즈의 제조에 대해 적합하게 사용할 수 있다.

1: 노광광
2: 포토마스크
3: 투영 렌즈
4: 기판
5: 스테이지
6: 노광 영역
6a: 접속부
7: 차광 영역
8: 착색 화소 패턴을 갖는 포토마스크
8a, 8b: 착색 화소 패턴을 갖는 포토마스크의 일부
9: 블랙 매트릭스 패턴을 갖는 포토마스크
9a: 블랙 매트릭스 패턴을 갖는 포토마스크의 일부
A: 측정값에 의한 특성 곡선
B: 보정 곡선
S1: 비접속부를 포함하는 스캔 영역
S2: 접속부를 포함하는 스캔 영역
L1, L2, L3: 비접속부
J1, J2, J3, J4: 접속부
C3n: 1개의 착색 화소 패턴
RF: 사인파를 주파수 변조한 파형
RW: 화이트 노이즈에 기초하는 파형

Claims (6)

1. 멀티 렌즈를 포함하는 투영 렌즈를 구비한 스캔 방식의 투영 노광에 사용되는 포토마스크이며,
   상기 멀티 렌즈의 접속부에 의한 스캔 노광에 의해 전사되는 상기 포토마스크의 패턴 선폭과, 상기 멀티 렌즈의 비접속부에 의한 스캔 노광에 의해 전사되는 상기 포토마스크의 패턴 선폭의, 적어도 한쪽은 설계 선폭에 대해 보정된 선폭이며,
   상기 보정된 선폭은, 스캔 방향과, 상기 스캔 방향과 직교하는 방향의, 적어도 한 방향으로 단계적으로 변화하는 선폭이며,
   상기 단계적으로 변화하는 선폭은, 난수에 기초하는 보정 성분을 포함하는, 포토마스크.
2. 제1항에 있어서,
   상기 멀티 렌즈의 접속부에 의한 스캔 노광에 의해 전사되는 영역과, 상기 멀티 렌즈의 비접속부에 의한 스캔 노광에 의해 전사되는 영역의, 적어도 한쪽은 복수로 분할된 소영역으로 되어 있고,
   상기 난수에 기초하는 보정 성분은, 상기 복수로 분할된 소영역의 각각에 대한 난수에 기초하는 보정 성분인, 포토마스크.
3. 제1항에 있어서,
   상기 난수는, 사인파를 주파수 변조한 파형에 기초하여 생성하는, 포토마스크.
4. 제2항에 있어서,
   상기 난수는, 사인파를 주파수 변조한 파형에 기초하여 생성하는, 포토마스크.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 난수는, 화이트 노이즈에 기초하여 생성하는, 포토마스크.
6. 제2항에 있어서,
   상기 난수는, 화이트 노이즈에 기초하여 생성하는, 포토마스크.

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