JP2006018001A - 階調フォトマスクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リソグラフィ工程を減少するためのグレートーンマスクにおいて、専用のフォトマスクブランク材料を必要とせず、また、エッチング設備やエッチング工程数を複数準備する必要が無く、製造コストが低減された高品質なグレートーンマスクおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】透明基板上に所望のパターンを有するフォトマスクにおいて、前記パターンを形成する膜が、実質的に露光光を透過しない遮光膜と、露光光を所望の透過率で透過する半透明膜とからなり、前記透明基板上に、前記遮光膜と前記半透明膜とがこの順に積層されて存在する遮光領域、前記遮光膜のみが存在する遮光領域、前記半透明膜のみが存在する半透明領域、および前記遮光膜と前記半透明膜のいずれも存在しない透過領域、とが混在することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子や画像表示素子などのパターン形成に用いられるフォトリソグラフィ技術において、複数のフォトマスクを用いて複数のリソグラフィ工程を行う代わりに、階調をもった１枚のフォトマスクを用い、その透過光量に応じた段差をもつレジストプロファイルを形成することにより、リソグラフィ工程数を減らす製造技術に用いられる階調フォトマスクおよびその製造方法に関する。

上記の半導体素子や液晶ディスプレイ装置（ＬＣＤ）に代表される画像表示素子などのリソグラフィ工程数を減らすパターン形成方法に関しては、例えば、リフロー法によるリソグラフィ回数を削減する方法、あるいは、アッシング法によるリソグラフィ回数を削減する方法が開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
また、上記の特許文献には、このために用いる露光光の解像限界以下の微小スリットを有するフォトマスク（以下、スリットマスクと記す。）、および、露光光に対して階調を有するフォトマスク（以下、グレートーンマスクと記す。）とが説明されている。

しかしながら、上記のスリットマスクおよび従来のグレートーンマスク（以下、従来型グレートーンマスクと記す。）は、ともにマスク製造上に大きな難点があった。
スリットマスクでは、露光光を実質的に遮光するクロム膜などの一般的な遮光膜を用い、マスク上で半透明としたい領域に解像限界以下の微小スリットを配置する（例えば、特許文献３参照。特許文献３のマスクは、グレートーンマスクと書かれているが、いわゆるスリットマスクである。）。このマスクのスリットは、解像限界以下のサイズであるため、それ自身はレジスト上に結像せずに、周囲の非開口部領域も含めたエリアに、サイズに応じた露光光を透過する。このため、スリットマスクは、スリットが形成された領域と、その周囲を含めたエリアに、あたかも半透明膜があるかのように機能するマスクでなる。
しかしながら、このスリットは解像限界以下である必要があるため、当然のことながら、マスクの本体パターンよりも小さな寸法に仕上げる必要があり、マスク製造に対して大きな負荷となってしまうという問題があった。
さらに、広い領域を半透明にするためには、多くのスリットを配置する必要があるため、パターンデータ容量が増え、パターン形成工程や、パターンの欠陥検査工程に対する負荷の増大という問題も生じ、製造・検査時間の増大、マスク製造コストの上昇につながってしまうという問題があった。

一方、従来型グレートーンマスクは、露光光を実質的に遮光する膜に加え、露光光に対して半透明な第二の膜を用いて階調を出すマスクである（例えば、特許文献４参照。）。このマスクを作製するためには、透明基板上に半透明膜と遮光膜とが予めこの順に積層された専用のフォトマスクブランクを使用し、２回のマスクパターン製版を繰り返す。この場合、１回目の製版では、遮光膜と半透明膜とを一気にエッチングし、２回目の製版では、遮光膜だけをエッチングすることで、所望のマスクを作製できる。また、１回目の製版で、遮光膜だけをエッチングし、２回目の製版で遮光膜と半透明膜とを一気にエッチングすることでも可能である。この従来型グレートーンマスクは、スリットマスクのように微小スリットを配置する必要は無い点では有利である。

しかしながら、上記の通り、遮光膜だけを除去し、半透明膜を残すような、エッチング技術が必要となるが、エッチングの選択比がとれないという問題があった。このため、従来型グレートーンマスクにおいては、遮光膜・半透明膜の材料選定が限られ、専用のフォトマスクブランク材料が必要であった。あるいは、半透明膜上にエッチングストッパー膜を設けてから遮光膜を形成した構成とせざるを得なかった。またさらに、エッチングの選択性を持たせるために、複数のエッチング技術（複数の装置・薬液・ガスなど）を準備する必要があり、製造設備、工程が増え、マスク製造コストの上昇原因となるという問題があった。
特許第３４１５６０２号公報 特開２００２−６６２４０号公報 特開２００２−１９６４７４号公報 特開２００２−１８９２８０号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、リソグラフィ工程を減少するためのグレートーンマスクにおいて、専用のフォトマスクブランク材料を必要とせず、また、エッチング設備やエッチング工程数を複数準備する必要が無く、従って、製造コストが低減された高品質なグレートーンマスクおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係るフォトマスクは、透明基板上に所望のパターンを有するフォトマスクにおいて、前記パターンを形成する膜が、実質的に露光光を透過しない遮光膜と、露光光を所望の透過率で透過する半透明膜とからなり、前記透明基板上に、前記遮光膜と前記半透明膜とがこの順に積層されて存在する遮光領域、前記遮光膜のみが存在する遮光領域、前記半透明膜のみが存在する半透明領域、および前記遮光膜と前記半透明膜のいずれも存在しない透過領域、とが混在することを特徴とするものである。本発明のマスク構成にすることにより、高品質のグレートーンマスクが得られる。

本発明の請求項２に係るフォトマスクは、前記遮光膜と前記半透明膜とが、いずれもクロムを主成分とすることを特徴とするものである。

本発明の請求項３に係るフォトマスクは、前記遮光膜上に低反射層を設けたことを特徴とするものである。

本発明の請求項４に係るフォトマスクの製造方法は、透明基板上に所望のパターンを有し、前記パターンを形成する膜が、実質的に露光光を透過しない遮光膜と、露光光を所望の透過率で透過する半透明膜とからなるフォトマスクの製造方法において、順に、前記透明基板上に第一の膜を成膜したマスクブランクを準備する工程と、前記第一の膜をパターニングする工程と、前記パターニングした第一の膜を設けた透明基板上に、第二の膜を全面に成膜する工程と、前記第二の膜をパターニングする工程と、を含むことを特徴とするものである。本発明の製造方法により、高品質のグレートーンマスクを低コストで製造することが可能となる。

本発明の請求項５に係るフォトマスクの製造方法は、透明基板上に所望のパターンを有し、前記パターンを形成する膜が、実質的に露光光を透過しない遮光膜と、露光光を所望の透過率で透過する半透明膜とからなるフォトマスクの製造方法において、順に、前記透明基板上に第一の膜を成膜したマスクブランクを準備する工程と、前記第一の膜の一部をパターニングする工程と、前記パターニングした第一の膜を設けた透明基板上に、第二の膜を全面に成膜する工程と、前記第二の膜および前記第一の膜をパターニングする工程と、を含むことを特徴とするものである。

本発明の請求項６に係るフォトマスクの製造方法は、前記第一の膜が遮光膜であり、前記第二の膜が半透明膜であることを特徴とするものである。本発明の製造方法により、グレートーンマスク専用のマスクブランクを用意することなく、従来のマスクブランクの使用が可能となる。

本発明の請求項７に係るフォトマスクの製造方法は、前記第一の膜が半透明膜であり、前記第二の膜が遮光膜であることを特徴とするものである。

本発明の請求項８に係るフォトマスクの製造方法は、前記第一の膜をパターニングする工程の後に、前記第一の膜のマスクパターン検査工程、および必要に応じて修正工程とを行なうことを特徴とするものである。

本発明の請求項９に係るフォトマスクの製造方法は、前記第一の膜と前記第二の膜とが、いずれもクロムを主成分とすることを特徴とするものである。本発明によれば、遮光膜として最も使用実績のあるクロム膜を用いるので、蓄積されたマスク技術が利用できる。

本発明によれば、専用のフォトマスクブランクを用意することなく、従来のフォトマスクブランクを用いることが可能となり、エッチング設備、工程を複数持つ必要性が無いため、高品質のグレートーンマスクを低コストで得ることが可能となる。また、遮光膜と半透明膜のパターニングを同一技術にて行うこともできる。さらに、製造工程の中間でマスクパターンの検査、必要に応じて修正を行なうことにより、高品質のマスクを高良品率で得ることが可能となる。
本発明のグレートーンマスクを用いることにより、半導体素子や画像表示素子のリソグラフィ工程を効率的に減らすことが出来、低コストの半導体素子や画像表示素子が実現できる。

本発明は、微小なスリットを配置する必要が無いグレートーンマスクである。
以下、図面を参照して、本発明のフォトマスクおよびその製造方法の実施形態について説明する。
図１は本発明のグレートーンマスクの一実施形態を示す断面模式図であり、図２は本発明のグレートーンマスクの他の実施形態を示す断面模式図である。
図３は図１に示す本発明のグレートーンマスクの製造工程を示す断面模式図であり、図４は図３に続く本発明のグレートーンマスクの製造工程を示す断面模式図である。図５は図２に示す本発明のグレートーンマスクの製造工程を示す断面模式図であり、図６は図５に続く本発明のグレートーンマスクの製造工程を示す断面模式図である。図７はグレートーンマスクの本発明の製造方法の他の実施形態を示す工程断面図である。図８は図７に続く本発明のグレートーンマスクの製造工程を示す断面模式図である。

（グレートーンマスク）
本発明のグレートーンマスクの構成は、図１および図２に示すように、透明基板１０１、２０１上に所望のパターンを有するグレートーンマスク１１２、２１２において、パターンを形成する膜が、実質的に露光光を透過しない遮光膜パターン１０６、２０６と、露光光を所望の透過率で透過する半透明膜パターン１１１、２１１とからなり、透明基板１０１、２０１上に、遮光膜パターン１０６、２０６と半透明膜パターン１１１、２１１とがこの順に積層されて存在する遮光領域、遮光膜パターン１０６、２０６のみが存在する遮光領域、半透明膜パターン１１１、２１１のみが存在する半透明領域、および、遮光膜パターン１０６、２０６と記半透明膜パターン１１１、２１１のいずれも存在しない透過領域、とが混在しているものである。
本発明において、実質的に露光光を透過しない遮光膜パターンとは、露光波長において、１回の露光により露光光を透過して感光性レジストを感光させない遮光膜パターンを意味するものであり、通常は透過率０．１％以下が望ましいとされている。

図１は、遮光膜パターン１０６と半透明膜パターン１１１がこの順に積層されて存在する遮光領域のパターンエッチングされた積層側において、遮光膜パターン１０６の端部と半透明膜パターン１１１の端部の位置が異なっている構造をなすものである。
図２は、遮光膜パターン２０６と半透明膜パターン２１１がこの順に積層されて存在する遮光領域のパターンエッチングされた積層側において、遮光膜パターン２０６の端部と半透明膜パターン２１１の端部の位置が略同一となっている構造をなすものであり、他の構造は上記の図１と同じである。

本発明のグレートーンマスク１１２、２１２において、透明基板１０１、２０１としては、通常、フォトマスクに用いられるホウ珪酸ガラスやアルミノホウ珪酸ガラスなどの光学研磨された低膨張ガラス、合成石英ガラスが用いられる。

遮光膜パターン１０６、２０６を形成する遮光膜としては、クロム系膜、モリブデンシリサイド、タンタル、アルミニウム、珪素、酸化ケイ素、酸化窒化珪素など、通常のマスク材料として使用できる薄膜であれば、いずれを使用しても可能であるが、最も使用実績のあるクロムを主成分としたクロム系膜がマスクブランクのコスト、品質上からより好ましい。クロム系膜は、通常、クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロムの中から選ばれる材料の単層、または、２層以上の積層構造が用いられる。例えば、クロムを遮光膜とした場合には、５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度の範囲の膜厚で用いられる。
また、本発明においては、遮光膜パターン１０６、２０６上に低反射層が設けられていてもよい。例えば、クロム膜上に設けられた酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム膜の層は低反射層としての機能を有するものであり、これらの低反射層はクロム膜のパターンエッチング時に同時にエッチングすることが可能である。低反射層を設けることにより、マスク使用時のレジストの解像度を上げることができる。

半透明膜パターン１１１、２１１を形成する半透明膜としては、前記遮光膜パターン１０６、２０６を形成する遮光膜の酸化膜、窒化膜、炭化膜などが用いられるが、半透明膜と遮光膜を同一エッチング設備、工程でパターニングし得るという利点から、半透明膜は遮光膜と同系の材料からなることが好ましい。遮光膜が前述の通りクロム系材料によるものであれば、半透明膜は、クロム膜を厚さ５〜５０ｎｍ程度の薄膜にして用いるか、クロムに酸素・窒素・炭素などを含む、透過率が比較的高い膜を用いればよい。例えば、クロム酸化膜を半透明膜とする場合には、５ｎｍ〜１５０ｎｍ程度の範囲の膜厚で用いられる。酸素・窒素・炭素などを含む半透明膜の場合は、その吸光度は組成により変わるので、膜と組成とを同時にコントロールすることで所望の透過率を実現できる。
本発明においては、半透明膜パターン１１１、２１１を形成する半透明膜の透過率は２０％〜５０％の範囲で形成するのが好ましい。透過率２０％未満では、本発明のグレートーンマスクを用いたレジストパターン形成において、遮光領域との差を出しにくく、一方、透過率５０％を越えると、レジストパターン形成において透過領域との差を出しにくくなるからである。

（グレートーンマスクの製造方法）
次に、本発明のグレートーンマスクの製造方法の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図３は、図１に示す本発明のグレートーンマスクの製造工程を示す断面模式図であり、図４は、図３に続く本発明のグレートーンマスクの製造工程を示す断面模式図である。
本実施形態のグレートーンマスクを作製するには、まず第一の膜である遮光膜１０２を透明基板１０１上に成膜したフォトマスクブランク１０３を準備する（図３（ａ））。フォトマスクブランク１０３の遮光膜１０２がクロム膜であれば、クロム膜はスパッタリング法で形成され、通常、フォトマスクブランクとして用いられており、容易に入手可能である。

次に、上記のフォトマスクブランク１０３を常法に従って１回目のマスクパターン製版を行い、第一の膜である遮光膜１０２をパターニングする。すなわち、遮光膜１０２上にレーザ露光装置などの露光装置に対応した感光性レジストなどのレジストを塗布し、塗布後に所定時間ベークし、均一な厚さの遮光膜用レジスト膜１０４を形成する（図３（ｂ））。
なお、マスク用の露光装置としては、ＥＢ露光装置、レーザ露光装置があり、本発明ではいずれも使用可能であるが、ＬＣＤやＰＤＰなどのディスプレイ装置の大型化、製造時の多面付化に伴い、フォトマスクも大型化し、画像表示素子用のフォトマスクには主にレーザ露光装置が使われている。

次に、レーザ光などのエネルギー線で遮光膜のパターン描画を行なう。この描画時に、２層目の半透明膜のパターニング時に位置合せに使用する描画用アライメントマークを、マスクの非転写領域に複数個描画配置しておく（図示せず）。
続いて、使用するレジストの特性上、必要ならば露光後ベーク工程を入れて、レジスト所定の現像液で現像し、リンスして、遮光膜用レジストパターン１０５を形成する（図３（ｃ））。

次に、遮光膜用レジストパターン１０５より露出している遮光膜１０２をエッチングして、遮光膜パターン１０６を形成し、残存しているレジストを剥離除去し、遮光膜パターン付き基板１０７を得る（図３（ｄ））。
遮光膜１０２のエッチングは、ウェットエツチングもしくはドライエッチング方法が適用できるが、上記のように、画像表示素子用のフォトマスクの大型化に伴い、ドライエッチングでは装置、材料コストが高くなりすぎ、しかも大面積のドライエッチングはエッチング均一性が悪くなるので、ウェットエツチングが好ましい。遮光膜１０２がクロム系膜の場合には、硝酸セリウム系ウェットエッチャントが好適である。

本実施形態においては、第一の膜のパターニング工程の後に、遮光膜パターン付き基板１０７の検査を行い、必要ならば欠陥修正をする工程を行なうことができる。遮光膜にクロム膜を用いる場合には、従来のクロム膜のフォトマスクの検査技術、修正技術が適用できる。遮光膜パターン寸法検査、パターン欠陥検査の検査工程、必要ならば修正工程を行なうことにより、次工程に欠陥を有する基板が渡るのを防ぎ、良品率が高まり、マスクコスト低減に寄与する。

次に、遮光膜パターン付き基板１０７の全面に、半透明膜１０８を成膜する（図３（ｅ））。
ここで、半透明膜１０８は、前記遮光膜１０２と同系の材料からなることが好ましい。遮光膜１０２が前述のようにクロム系材料によるものであれば、半透明膜１０８は、クロム膜を厚さ５〜５０ｎｍ程度の薄膜にして用いるか、あるいは、クロムに酸素、窒素、炭素などの１種または２種以上を含み、透過率が比較的高い膜を用いればよい。例えば、クロム酸化膜を半透明膜１１１、２１１とする場合には、５ｎｍ〜１５０ｎｍ程度の範囲の膜厚で用いられる。酸素、窒素、炭素などを含む半透明膜の場合は、その吸光度は組成により変わるので、膜と組成とを同時にコントロールすることで所望の透過率を実現できる。
半透明膜１０８の成膜は、クロム遮光膜を形成した方法と同じく、スパッタリング法などの真空成膜方法が用いられる。

次に、２回目のマスクパターン製版工程により、第二の膜である半透明膜１０８をパターニングし、下層の遮光膜パター１０６との位置合せをした半透明膜パターンを形成する。すなわち、半透明膜１０８上にレーザ露光装置等の露光装置に対応した感光性レジストなどのレジストを塗布し、塗布後に所定時間ベークし、半透明膜用レジスト膜１０９を形成する（図４（ｆ））。

続いて、レーザ光などのエネルギー線で半透明膜１０８のパターン描画を行なう。この描画時に、１層目の遮光膜のアライメントマークを検出し位置合せを行なう。
次に、使用するレジストの特性上、必要ならば露光後ベーク工程を入れて、レジスト所定の現像液で現像し、リンスして、半透明膜用レジストパターン１１０を形成する（図４（ｇ））。

次に、半透明膜用レジストパターン１１０より露出している半透明膜１０８をエッチングして、半透明膜パターン１１１を形成する（図４（ｈ））。
ここで、遮光膜と同系の材料からなる半透明膜を用いる場合には、半透明膜エッチングを行なう際、遮光膜と半透明膜とで材料系を大きく変えた場合や、エッチング技術を変える場合に比べて、半透明膜の遮光膜に対するエッチング選択性は著しく落ちるが、上記のように、クロム膜を５〜５０ｎｍ程度の膜厚にして半透明膜とした場合には、半透明膜の膜厚が非常に薄いので、エッチング時間を短くすることができ、半透明膜エッチング処理時、および、オーバーエッチング時の遮光膜のダメージを極力薄くすることが可能である。

さらに、必要に応じて、例えば、1回目の遮光膜のパターニングが終了した後に、パターン表面を酸素または窒素ガスの反応性雰囲気にてアニーリングをすることにより、遮光膜表面の保護を行なうことも可能である。あるいは、透明な酸化ケイ素などの中間層を遮光膜上に設けて遮光膜表面の保護を行なうことも可能である。

次いで、残存している半透明膜用レジストパターン１１０を剥離除去し、グレートーンマスク１１２を得る（図４（ｉ））。この後、マスクの検査、必要ならば修正を行なう。
図４（ｉ）において、遮光膜パターン１０６と半透明膜パターン１１１が積層されて存在する遮光領域のパターンエッチングされた積層側において、遮光膜パターン１０６と半透明膜パターン１１１は別々にエッチングされているので、アライメントの位置精度のずれにより、遮光膜パターン１０６の端部と半透明膜パターン１１１の端部の位置が異なっている場合を示すものである。もとより、上記の位置ずれがあっても、遮光領域は遮光膜パターン１０６により規定されるので、グレートーンマスクとしての品質、機能には何の支障も無い。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態について説明する。
図５は、図２に示す本発明のグレートーンマスクの製造工程を示す断面模式図であり、図６は、図５に続く本発明のグレートーンマスクの製造工程を示す断面模式図である。
本実施形態のグレートーンマスクを作製するには、まずは第一の膜である遮光膜２０２を透明基板２０１上に成膜したフォトマスクブランク２０３を準備する（図５（ａ））。フォトマスクブランク２０３の遮光膜２０２がクロム膜であれば、クロム膜はスパッタリング法で形成され、通常、フォトマスクブランクとして用いられているものを使用できる。

次に、上記のフォトマスクブランク２０３を常法に従って１回目のマスクパターン製版を行い、第一の膜である遮光膜２０２の一部をパターニングする。すなわち、遮光膜２０２上にレーザ露光装置などの露光装置に対応した感光性レジストなどのレジストを塗布し、塗布後に所定時間ベークし、均一な厚さの遮光膜用レジスト膜２０４を形成する（図５（ｂ））。

次に、レーザ光等のエネルギー線で遮光膜のパターン描画を行なう。本実施形態においては、パターン描画は、遮光膜領域と後工程で形成する半透明膜領域が直接に接する境界のみを形成するように描画し、遮光膜２０２の一部をパターニングするものである。遮光膜と半透明膜の同じ箇所を一括してエッチングするためのパターン描画は、２回目のマスクパターン製版時に行なう。
また、上記の描画時に、２層目の半透明膜のパターニング時に位置合せに使用する描画用アライメントマークをマスクの非転写領域に複数個描画配置しておく（図示せず）。
続いて、使用するレジストの特性上、必要ならば露光後ベーク工程を入れて、レジスト所定の現像液で現像し、リンスして、遮光膜用レジストパターン２０５を形成する（図５（ｃ））。

次に、遮光膜用レジストパターン２０５より露出している遮光膜２０２をエッチングして、遮光膜中間パターン２０６ａを形成し、残存しているレジストを剥離除去し、遮光膜中間パターン付き基板２０７を得る（図５（ｄ））。前述したように、遮光膜中間パターン２０６ａは、遮光膜領域と半透明膜領域が直接に接する境界のみが形成されており、この段階では、半透明膜と同じ箇所をエッチングする遮光膜部分はエッチングされずに残存している。
第１の実施形態で述べたように、遮光膜２０２のエッチングは、ウェットエツチングもしくはドライエッチング方法が適用できるが、ウエットエツチングが好ましい。遮光膜２０２がクロム系膜の場合には、硝酸セリウム系ウェットエッチャントが好適である。

本実施形態においては、第一の膜のパターニング工程の後に、遮光膜中間パターン付き基板２０７の検査を行い、必要ならば欠陥修正をする工程を行なうことができる。遮光膜２０２にクロム膜を用いる場合には、従来のクロム膜のフォトマスクの検査技術、修正技術が適用できる。この検査工程、必要ならば修正工程を行なうことにより、次工程に欠陥を有する基板が渡るのを防ぐことができる。

次に、遮光膜中間パターン付き基板２０７の全面に、半透明膜２０８を成膜する（図５（ｅ））。第２の実施形態においても、半透明膜の材料、成膜方法、特性は、第１の実施形態と同じである。

次に、２回目のマスクパターン製版工程により、第二の膜である半透明膜２０８および第一の膜をパターニングし、下層の遮光膜パターンと位置合せをした半透明膜パターンを形成する。すなわち、半透明膜２０８上にレーザ露光装置等の露光装置に対応した感光性レジストなどのレジストを塗布し、塗布後に所定時間ベークし、半透明膜用レジスト膜２０９を形成する（図６（ｆ））。

続いて、レーザ光などのエネルギー線で半透明膜のパターン描画を行なう。この描画時に、１層目の遮光膜のアライメントマークを検出し位置合せを行なう。
次に、使用するレジストの特性上、必要ならば露光後ベーク工程を入れて、レジスト所定の現像液で現像し、リンスして、半透明膜用レジストパターン２１０を形成する（図６（ｇ））。

次に、半透明膜用レジストパターン２１０より露出している半透明膜２０８をエッチングし、続いて、下層の遮光膜中間パターン２０６ａが露出している箇所はさらにエッチングすることにより、半透明膜パターン２１１および遮光膜パターン２０６を形成する（図６（ｈ））。本実施形態においては、遮光膜と半透明膜とに同系の材料を用いることにより、遮光膜と半透明膜のパターニングを同一技術にて一括して行なうことができるものである。

また、本実施形態においては、1層目の遮光膜および２層目の半透明膜でエッチングするパターンを工夫して、例えば、１回目の製版で、遮光領域と半透明領域とが直接に接する境界のみを形成し、２回目の製版で、遮光領域と透過領域との境界、および半透明領域と透明領域との境界とを形成すれば、エッチング時における遮光膜のダメージを抑えることができる。

次いで、残存している半透明膜用レジストパターン２１０を剥離除去し、グレートーンマスク２１２を得る（図６（ｉ））。この後、マスクの検査、必要ならば修正を行なう。
図６（ｉ）において、遮光膜パターン２０６と半透明膜パターン２１１が積層されて存在する遮光領域のパターンエッチングされた積層側において、遮光膜パターン２０６と半透明膜パターン２１１は同一技術にて一括してエッチングされているので、遮光膜パターン２０６の端部と半透明膜パターン２１１の端部の位置が略同一となっている構造をなすものである。

（第３の実施形態）
次に、本発明のグレートーンマスクの製造方法を、従来のグレートーンマスクに適用した場合について述べる。
図７は、本発明のグレートーンマスクの製造方法を従来のグレートーンマスクに適用した場合の製造工程を示す断面模式図であり、図８は、図７に続く本発明のグレートーンマスクの製造工程を示す断面模式図である。

本実施形態のグレートーンマスクの製造法においては、まずは第一の膜である半透明膜３０８を透明基板３０１上に成膜したフォトマスクブランク３０３を準備する（図７（ａ））。半透明膜３０８は、通常、スパッタリング法で形成することができ、例えば、半透明膜３０８がクロム系材料の場合には、クロム膜を薄膜にして用いることができ、あるいは、クロムに酸素・窒素・炭素などを含ませることにより作製できる。
なお、半透明膜３０８もマスクパターン形成の機能を有するので、本発明においては、半透明膜３０８を透明基板３０１上に成膜したものもフォトマスクブランク３０３と称する。

次に、上記のフォトマスクブランク３０３を常法に従って１回目のマスクパターン製版を行い、第一の膜である半透明膜３０８をパターニングする。すなわち、半透明膜３０８上にレーザ露光装置などの露光装置に対応した感光性レジストなどのレジストを塗布し、塗布後に所定時間ベークし、均一な厚さの半透明膜用レジスト膜３０９を形成する（図７（ｂ））。

次に、レーザ光などのエネルギー線で半透明膜のパターン描画を行なう。この描画時に、２層目の遮光膜のパターニング時に位置合せに使用する描画用アライメントマークを、マスクの非転写領域に複数個描画配置しておく（図示せず）。
続いて、使用するレジストの特性上、必要ならば露光後ベーク工程を入れて、レジスト所定の現像液で現像し、リンスして、半透明膜用レジストパターン３１０を形成する（図７（ｃ））。

次に、半透明膜用レジストパターン３１０より露出している半透明膜３０８をエッチングして、半透明膜パターン３１１を形成し、残存しているレジストを剥離除去し、半透明膜パターン付き基板３０７を得る（図７（ｄ））。
半透明膜３０８のエッチングは、ウェットエツチングもしくはドライエッチング方法が適用できるが、上記のように、画像表示素子用のフォトマスクの大型化に伴い、ドライエッチングでは装置、材料コストが高くなりすぎ、しかも大面積のドライエッチングはエッチング均一性が悪くなるので、ウェットエツチングが好ましい。半透明膜３０８がクロム系膜の場合には、硝酸セリウム系ウェットエッチャントが好適である。

本実施形態においては、第一の膜のパターニング工程の後に、半透明膜パターン付き基板３０７の検査を行い、必要ならば欠陥修正をする工程を行なうことができる。半透明膜にクロム系膜を用いる場合には、従来のクロム系膜のフォトマスクの検査技術、修正技術が適用できる。この検査工程、必要ならば修正工程を行なうことにより、次工程に欠陥を有する基板が渡るのを防ぎ、良品率が高まり、マスクコスト低減に寄与する。
また、本実施形態においては、半透明膜パターン３１１の形成後に、基板全面に酸化シリコンなどの透明膜を設け、次工程の遮光膜エッチング時のエッチング停止層とすることもできる。

次に、半透明膜パターン付き基板３０７の全面に、遮光膜３０２を成膜する（図７（ｅ））。
ここで、遮光膜３０２は、前記半透明膜３０８と同系の材料からなることが好ましい。半透明膜３０８が前述のようにクロム系材料によるものであれば、遮光膜３０２は、クロム膜をスパッタリングなどにより成膜して形成される。
次に、２回目のマスクパターン製版工程により、第二の膜である遮光膜３０２をパターニングし、下層の半透明膜パターン３１１との位置合せをした遮光膜パターンを形成する。すなわち、遮光膜３０２上にレーザ露光装置等の露光装置に対応した感光性レジストなどのレジストを塗布し、塗布後に所定時間ベークし、遮光膜用レジスト膜３０４を形成する（図８（ｆ））。

続いて、レーザ光などのエネルギー線で遮光膜３０２のパターン描画を行なう。この描画時に、１層目の半透明膜のアライメントマークを検出し位置合せを行なう。
次に、使用するレジストの特性上、必要ならば露光後ベーク工程を入れて、レジスト所定の現像液で現像し、リンスして、遮光膜用レジストパターン３０５を形成する（図８（ｇ））。

次に、遮光膜用レジストパターン３０５より露出している遮光膜３０２をエッチングして、遮光膜パターン３０６を形成する（図８（ｈ））。
次いで、残存している遮光膜用レジストパターン３０５を剥離除去し、グレートーンマスク３１２を得る（図８（ｉ））。この後、マスクの検査、必要ならば修正を行なう。

また、本実施形態に示したように、本発明のグレートーンマスクの製造方法を従来のグレートーンマスクに適用し、遮光膜と半透明膜のエッチングを分けることにより、専用のフォトマスクブランク材料を用いずに高品質のグレートーンマスクの製造が可能となる。

上記の第１〜第３の実施形態に説明したように、本発明のグレートーンマスクの製造方法は、１回目と２回目のマスクパターン製版工程の間に半透明膜または遮光膜の成膜工程を入れたことにより、遮光膜と半透明膜が予め積層された専用のフォトマスクブランクを用意することなく、また、複数のエッチング技術を用いることなく、グレートーンマスクを作製することができる。また、第２の成膜工程の前に、第１のパターンの検査工程、修正工程を入れることにより、欠陥の無い遮光膜パターンまたは半透明膜パターン付き基板を次工程に渡すことにより、高品質のグレートーンマスクが可能となり、良品率の高いマスク製造が可能となり、製造コスト低減に寄与する。

上記の説明では、クロム系膜を材料として使用したが、このほかに、モリブデンシリサイド、タンタル、アルミニウム、珪素、酸化ケイ素、酸化窒化珪素など、通常のマスク材料として使用できる薄膜であれば、いずれを使用しても可能である。
また、上記の本発明の階調フォトマスクについては２階調のマスクについて説明してきたが、製版・成膜・再製版を繰り返すことにより、２階調以上の多階調のフォトマスクも実現可能である。

（実施例１）
光学研磨された３３０×４５０ｍｍの合成石英基板上にクロム遮光膜が約１００ｎｍ成膜されている常用のフォトマスクブランク上に、市販のフォトレジスト（東京応化工業社製ｉｐ−３５００）を約３８０ｎｍ塗布し、１２０度に加熱されたホットプレートで１５分ベークした後、フォトマスク用レーザ描画装置マイクロニック社製ＬＲＳ１１０００−ＴＦＴ３で、所望の遮光膜パターンを描画した。ここで描画したパターンは、最終的に完全に遮光するためのパターンである。
次に、専用のデベロッパー（東京応化工業社製ＮＭＤ３）で現像し、遮光膜用レジストパターンを得た。
次にレジストパターンをエッチング用マスクとし、クロム膜をエッチングし、さらに残ったレジストパターンを剥膜することで、所望の遮光膜パターンを得た。なお、クロム膜のエッチングには、市販の硝酸セリウム系ウェットエッチャント（ザ・インクテック社製ＭＲ−ＥＳ）を用いた。クロム膜のエッチング時間は、約６０秒であった。

次いで、こうして得られた遮光膜パターン付き基板について、遮光膜パターン寸法検査、パターン欠陥検査、必要に応じてパターン修正を行ない、よく洗浄した後、半透明膜である酸化クロム膜をスパッタ法にて成膜した。酸化クロム膜の膜厚はおよそ３０ｎｍとし、透過率は約４０％（波長：４３６ｎｍ）とした。
次に、この上に市販のフォトレジスト（東京応化製ｉｐ−３５００）を再度、約３８０ｎｍ塗布し、１２０℃に加熱されたホットプレート上で１５分ベークした。
続いて半透明膜パターンとなる像を再度レーザ描画装置マイクロニック社製ＬＲＳ１１０００−ＴＦＴ３で描画し、専用デベロッパー（東京応化社製ＮＭＤ３）で現像し、半透明膜用レジストパターンを得た。なお、描画装置ＬＲＳ１１０００は、アライメント描画機能を有しており、形成済みの遮光膜パターンに位置を合わせて、半透明膜パターンを形成した。
次に、レジストパターンをマスクとして、市販の硝酸セリウム系ウェットエッチャント（ザ・インクテック社製ＭＲ−ＥＳ）で半透明膜をエッチングし、半透明膜パターンを得た。ここで、エッチングは半透明膜のみに対して行い、遮光膜パターンは極力エッチングしないようにエッチング時間をコントロールした。酸化クロム膜のエッチング時間は、約１５秒であった。
最後に残ったレジストを剥膜し、パターン寸法検査、欠陥検査などの検査工程を経て、必要に応じて、パターン修正を行い、所望の２階調のグレートーンマスクを得た。

（実施例２）
本実施例においては、１回目の製版で、遮光膜領域と後工程で形成する半透明膜領域とが直接に接する境界のみを形成し、２回目の製版で、半透明膜および遮光膜と半透明膜の同じ箇所を一括してエッチングするためのパターン描画を行ない、２回目のエッチング工程では、半透明膜および半透明膜と下層の遮光膜をエッチングした。他は、実施例１と同じであるが、実施例１のようにエッチング時間を精密にコントロールする必要は無かった。

（実施例３）
光学研磨された３３０×４５０ｍｍの合成石英基板上に、半透明膜である酸化クロム膜をスパッタ法にて成膜した。酸化クロム膜の膜厚はおよそ３０ｎｍとし、透過率は約４０％（波長：４３６ｎｍ）とした。
上記のフォトマスクブランク上に、市販のフォトレジスト（東京応化工業社製ｉｐ−３５００）を約３８０ｎｍ塗布し、１２０度に加熱されたホットプレートで１５分ベークした後、フォトマスク用レーザ描画装置マイクロニック社製ＬＲＳ１１０００−ＴＦＴ３で、所望の半透明膜パターンを描画した。
次に、専用のデベロッパー（東京応化工業社製ＮＭＤ３）で現像し、半透明膜用レジストパターンを得た。

次に、半透明膜用レジストパターンをエッチング用マスクとし、市販の硝酸セリウム系ウェットエッチャント（ザ・インクテック社製ＭＲ−ＥＳ）で半透明膜をエッチングして、半透明膜パターンを形成し、残存しているレジストを剥離除去し、半透明膜パターン付き基板を得た。
さらに、上記の半透明膜パターン付き基板のパターン寸法検査、パターン欠陥検査、必要に応じてパターン修正を行ない、よく洗浄した後、遮光膜であるクロム膜をスパッタ法にて成膜した。クロム膜の膜厚はおよそ１２０ｎｍとした。
次に、この上に市販のフォトレジスト（東京応化製ｉｐ−３５００）を再度、約３８０ｎｍ塗布し、１２０℃に加熱されたホットプレート上で１５分ベークした。

次に、市販のフォトレジスト（東京応化工業社製ｉｐ−３５００）を再度、約３８０ｎｍ塗布し、１２０度に加熱されたホットプレートで１５分ベークした後、フォトマスク用レーザ描画装置マイクロニック社製ＬＲＳ１１０００−ＴＦＴ３で、所望の遮光膜パターンを描画した。
次に、専用のデベロッパー（東京応化工業社製ＮＭＤ３）で現像し、遮光膜用レジストパターンを形成した。
次にレジストパターンをエッチング用マスクとし、市販の硝酸セリウム系ウェットエッチャント（ザ・インクテック社製ＭＲ−ＥＳ）を用いてクロム膜をエッチングし、さらに残ったレジスト像を剥膜することで、所望の遮光膜パターンを得た。ここで、エッチングは遮光膜のみに対して行なうようにし、半透明膜パターンは極力エッチングしないようにエッチング時間をコントロールした。
最後に残ったレジストを剥膜し、パターン寸法検査、欠陥検査などの検査工程を経て、必要に応じて、パターン修正を行い所望のグレートーンマスクを得た。

本発明のグレートーンマスクの一実施形態を示す断面模式図である。 本発明のグレートーンマスクの他の実施形態を示す断面模式図である。 図１に示す本発明のグレートーンマスクの製造工程を示す断面模式図である。 図３に続く本発明のグレートーンマスクの製造工程を示す断面模式図である。 図２に示す本発明のグレートーンマスクの製造工程を示す断面模式図である。 図５に続く本発明のグレートーンマスクの製造工程を示す断面模式図である。 本発明のグレートーンマスクの製造方法を従来のグレートーンマスクに適用した場合の製造工程を示す断面模式図である。 図７に続く本発明のグレートーンマスクの製造工程を示す断面模式図である。

符号の説明

１０１、２０１ 透明基板
１０２、２０２ 遮光膜
１０３、２０３ フォトマスクブランク
１０４、２０４ 遮光膜用レジスト膜
１０５、２０５ 遮光膜用レジストパターン
１０６、２０６ 遮光膜パターン
１０７ 遮光膜パターン付き基板
１０８、２０８ 半透明膜
１０９、２０９ 半透明膜用レジスト膜
１１０、２１０ 半透明膜用レジストパターン
１１１、２１１ 半透明膜パターン
１１２、２１２ グレートーンマスク
２０６ａ 遮光膜中間パターン
２０７ 遮光膜中間パターン付き基板
３０１ 透明基板
３０２ 遮光膜
３０３ フォトマスクブランク
３０４ 遮光膜用レジスト膜
３０５ 遮光膜用レジストパターン
３０６ 遮光膜パターン
３０７ 半透明膜パターン付き基板
３０８ 半透明膜
３０９ 半透明膜用レジスト膜
３１０ 半透明膜用レジストパターン
３１１ 半透明膜パターン
３１２ グレートーンマスク

Claims (9)

1. 透明基板上に所望のパターンを有するフォトマスクにおいて、
   前記パターンを形成する膜が、実質的に露光光を透過しない遮光膜と、露光光を所望の透過率で透過する半透明膜とからなり、
   前記透明基板上に、前記遮光膜と前記半透明膜とがこの順に積層されて存在する遮光領域、前記遮光膜のみが存在する遮光領域、前記半透明膜のみが存在する半透明領域、および前記遮光膜と前記半透明膜のいずれも存在しない透過領域、とが混在することを特徴とするフォトマスク。
2. 前記遮光膜と前記半透明膜とが、いずれもクロムを主成分とすることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
3. 前記遮光膜上に低反射層を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフォトマスク。
4. 透明基板上に所望のパターンを有し、前記パターンを形成する膜が、実質的に露光光を透過しない遮光膜と、露光光を所望の透過率で透過する半透明膜とからなるフォトマスクの製造方法において、順に、
   前記透明基板上に第一の膜を成膜したマスクブランクを準備する工程と、
   前記第一の膜をパターニングする工程と、
   前記パターニングした第一の膜を設けた透明基板上に、第二の膜を全面に成膜する工程と、
   前記第二の膜をパターニングする工程と、を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
5. 透明基板上に所望のパターンを有し、前記パターンを形成する膜が、実質的に露光光を透過しない遮光膜と、露光光を所望の透過率で透過する半透明膜とからなるフォトマスクの製造方法において、順に、
   前記透明基板上に第一の膜を成膜したマスクブランクを準備する工程と、
   前記第一の膜の一部をパターニングする工程と、
   前記パターニングした第一の膜を設けた透明基板上に、第二の膜を全面に成膜する工程と、
   前記第二の膜および前記第一の膜をパターニングする工程と、を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
6. 前記第一の膜が遮光膜であり、前記第二の膜が半透明膜であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のフォトマスクの製造方法。
7. 前記第一の膜が半透明膜であり、前記第二の膜が遮光膜であることを特徴とする請求項４に記載のフォトマスクの製造方法。
8. 前記第一の膜をパターニングする工程の後に、前記第一の膜のマスクパターン検査工程、および必要に応じて修正工程とを行なうことを特徴とする請求項４〜請求項７に記載のフォトマスクの製造方法。
9. 前記第一の膜と前記第二の膜とが、いずれもクロムを主成分とすることを特徴とする請求項４〜請求項８のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
   
   
   
   

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