JP2006317737A

JP2006317737A - 露光用マスク

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Publication number: JP2006317737A
Application number: JP2005140674A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Yano; 哲朗矢野; Masahiro Tatezawa; 雅博立沢; Tomonobu Sumino; 友信角野
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】２種以上のパターンを１回のフォトリソグラフィー工程で同時形成するための露光用マスクを提供する。
【解決手段】透明基板と、この透明基板の少なくとも一方の面に所望の透光部を設けるように形成された遮光層と、透光部の所望の部位に配設された短波長カット膜とを備え、短波長カット膜は高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された多層膜とし、露光マスクの短波長カット膜を備えた透光部を透過した光を、短波長側（紫外光域側）がカットされたものとし、短波長カット膜を備えていない透光部を透過した光との分光スペクトルの相違が生じるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、１回のフォトリソグラフィー工程で２種以上のパターンを同時に形成するための露光用マスクに関する。

通常のフォトマスクを介したフォトリソグラフィー工程では、２回以上の工程を経ないと形成できないような２種以上のパターン（例えば、形状は同じでも、厚みが異なるパターン）を同時に形成するための露光用マスクとして、半導体素子のパターン形成等に使用するグレイトーンマスクが知られている（特許文献１、２）。このグレイトーンマスクは、透明基板上に、半透過膜あるいは露光機の解像限界以下の微細スリットからなるグレイトーン部と、透光部と、遮光部とを形成したものであり、感光性物質に対するグレイトーン部と透光部との露光量の違いを生じさせ、その後の現像によって２種のパターンを同時形成するものである。
特開平１０−１６３１７４号公報特開２００２−１８９２８０号公報

従来のグレイトーンマスクは、半透過膜あるいは微細スリットにより透過光の光量を変え露光量を制御するものであり、製造工程では、半透過膜を高い膜厚精度で制御して形成すること、微細スリットを高精細に形成することが要求され、製造管理が難しく、製造コストの低減に限界があり、また、形成するパターンの厚み精度にも限界があった。このため、２種以上のパターンを所望の高い厚み精度で確実に形成できる新たな露光マスクが要望されていた。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、２種以上のパターンを１回のフォトリソグラフィー工程で同時形成するための露光用マスクを提供することを目的とする。

上記のような目的を達成するために、本発明は、透明基板と、該透明基板の少なくとも一方の面に所望の透光部を設けるように形成された遮光層と、前記透光部の所望の部位に配設された短波長カット膜とを備え、該短波長カット膜は高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された多層膜であるような構成とした。
本発明の他の態様として、カット対象波長域の中心波長が異なる２種以上の前記短波長カット膜を備えるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記短波長カット膜は、所望の前記透光部の一部を被覆するように配設されているような構成とした。
本発明の他の態様として、前記短波長カット膜は、両最外層が高屈折率層である多層膜、あるいは、両最外層が低屈折率層である多層膜であり、カット対象波長域の中心波長をλ（ｎｍ）としたときに、高屈折率層の厚みはλ／４ｎ₁（ｎ₁は高屈折率層の屈折率）であり、低屈折率層の厚みはλ／４ｎ₂（ｎ₂は低屈折率層の屈折率）であるような構成とした。

本発明では、露光マスクの短波長カット膜を備えた透光部を透過した光は、短波長側（紫外光域側）がカットされたものとなり、短波長カット膜を備えていない透光部を透過した光とは分光スペクトルが異なるものであり、本発明の露光マスクを介して露光することにより、使用する感光性物質の感光波長域における分光スペクトルが異なる光を、感光性物質の所望の部位にそれぞれ照射することができ、分光スペクトルの相違に応じた反応を感光性物質に生じさせることができ、その後の現像によって、厚みや端部の断面形状が異なるパターンが形成され、従来の半透過膜あるいは微細スリットにより露光量を変えてパターン厚みを制御するグレイトーンマスクに比べて、本発明の露光マスクは製造管理が容易であり、形成するパターンの厚み制御がより容易である。

以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の露光マスクの一実施形態を示す斜視図であり、図２は図１に示される露光マスクのＡ−Ａ矢示断面図である。図１および図２において、露光マスク１は、透明基板２と、この透明基板２上に配設された遮光層３とを備え、遮光層３は透光部４を有しており、透光部４の所望の部位には短波長カット膜５（斜線を付した部位）を備えている。この露光マスク１では、複数の透光部４のうち、所望の透光部４のみが短波長カット膜５により被覆されている。
透明基板２としては、石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。この中で特に石英ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れている。

遮光層３は、例えば、クロム等の金属薄膜（厚み２００〜５０００Å程度）、クロム等からなる遮光膜と酸窒化クロム等からなる反射防止膜との積層膜、等であってよく、スパッタリング法、真空蒸着法等により形成した薄膜をパターニングして透光部４を形成することができる。また、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有させたポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングして透光部４を有する遮光層３としてもよい。さらに、カーボン微粒子、金属酸化物等の遮光性粒子を含有させた感光性樹脂層を形成し、この感光性樹脂層をパターニングして透光部４を有する遮光層３を形成してもよい。

露光マスク１を構成する短波長カット膜５は、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された多層膜である。具体的には、両最外層が高屈折率層である多層膜、あるいは、両最外層が低屈折率層である多層膜であり、カット対象波長域の中心波長をλ（ｎｍ）としたときに、高屈折率層の厚みｄＨはλ／４ｎ₁（ｎ₁は高屈折率層の屈折率）であり、低屈折率層の厚みｄＬはλ／４ｎ₂（ｎ₂は低屈折率層の屈折率）として設定することができる。このような高屈折率層としては、例えば、ＴｉＯ₂（ｎ₁＝２．４）、Ｔａ₂Ｏ₅（ｎ₁＝２．１）、Ｎｂ₂Ｏ₅（ｎ₁＝２．２）等を挙げることができ、低屈折率層としては、例えば、ＳｉＯ₂（ｎ₂＝１．４６）、ＭｇＦ₂（ｎ₂＝１．３８）等を挙げることができる。
また、高屈折率層の光学的膜厚をＨ（Ｈ＝ｎ₁×ｄＨ）とし、低屈折率層の光学的膜厚をＬ（Ｌ＝ｎ₂×ｄＬ）としたときに、Ｈ／Ｌが０．７〜１．３の範囲となるように高屈折率層の厚みｄＨと低屈折率層の厚みｄＬを設定することができる。

このような短波長カット層５は、例えば、マスクを介したスパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理蒸着法により、所望の透光部４を被覆するように高屈折率層と低屈折率層を交互に積層して形成することができる。
このような露光マスク１では、短波長カット膜５を備えた透光部４を透過した光の短波長側（紫外光域側）がカットされ、短波長カット膜５を備えていない透光部４を透過した光との間に分光スペクトルの相違が生じる。例えば、露光光源から照射され、短波長カット膜５を備えていない透光部４を透過した光Ｌ１の分光スペクトルが図３（Ａ）に示すような場合、短波長カット膜５を備えた透光部４を透過した光Ｌ２は、図３（Ｂ）に示されるように、短波長側（紫外光域側）がカットされた光となる。そして、感光性物質の感光波長域が図３（Ｃ）で示されるものである場合、短波長カット膜５を備えた透光部４を透過した光Ｌ２は、感光性物質の感光波長域の一部である短波長域がカットされた光となる。したがって、露光マスク１を介して感光性物質を露光した場合、上記の光Ｌ１が照射される部位と、光Ｌ２が照射される部位との間に、分光スペクトルの相違に応じた感光反応の差を生じさせることができる。そして、その後の現像によって、厚みの異なるパターンが形成されるが、上記の感光反応の差は、短波長カット膜５の設計により確実に制御することができるので、形成されたパターンの厚み制御の精度が高いものとなる。

図４は、本発明の露光マスクの他の実施形態を示す斜視図である。図４において、露光マスク１１は、透明基板１２と、この透明基板１２上に配設された遮光層１３とを備え、遮光層１３は複数の透光部１４を有しており、各透光部１４の一部には短波長カット膜１５（斜線を付した部位）を備えている。この露光マスク１１では、各透光部１４の約半分が短波長カット膜１５で被覆されている。
この露光マスク１１を構成する透明基板１２は、上述の露光マスク１の透明基板２と同様のものを使用することができる。また、露光マスク１１を構成する遮光層１３、短波長カット膜１５は、上述の露光マスク１の遮光層３、短波長カット膜５と同様に形成することができる。

このような露光マスク１１では、各透光部１４のうち、短波長カット膜１５で被覆された部位を透過した光の短波長側（紫外光域側）がカットされ、各透光部１４の短波長カット膜１５が存在しない部位を透過した光との間に分光スペクトルの相違が生じる。したがって、露光マスク１１を介して感光性物質を露光した場合、上記の分光スペクトルの相違に応じた反応を感光性物質に生じさせることができ、その後の現像によって、領域の半分が厚みや端部の断面形状が異なるパターンが形成される。

図５は、本発明の露光マスクの他の実施形態を示す斜視図である。図５において、露光マスク２１は、透明基板２２と、この透明基板２２上に配設された遮光層２３とを備え、遮光層２３は複数の透光部２４を有しており、各透光部２４内には十字形状のパターンを有する短波長カット膜２５（斜線を付した部位）を備えている。
この露光マスク２１を構成する透明基板２２は、上述の露光マスク１の透明基板２と同様のものを使用することができる。また、露光マスク２１を構成する遮光層２３、短波長カット膜２５は、上述の露光マスク１の遮光層３、短波長カット膜５と同様に形成することができる。

このような露光マスク２１では、各透光部２４のうち、短波長カット膜２５で被覆された部位を透過した光の短波長側（紫外光域側）がカットされ、各透光部２４の短波長カット膜２５が存在しない部位を透過した光との間に分光スペクトルの相違が生じる。したがって、露光マスク２１を介して感光性物質を露光した場合、上記の分光スペクトルの相違に応じた反応を感光性物質に生じさせることができ、その後の現像によって、厚みの異なる十字形状の領域を有するパターンが形成される。

図６は、本発明の露光マスクの他の実施形態を示す斜視図である。図６において、露光マスク３１は、透明基板３２と、この透明基板３２上に配設された遮光層３３とを備え、遮光層３３は透光部３４を有しており、透光部３４の所望の部位には短波長カット膜３５（斜線を付した部位）を備えている。この露光マスク３１では、透光部３４内に複数のライン形状パターンで短波長カット膜３５が配設されている。
この露光マスク３１を構成する透明基板３２は、上述の露光マスク１の透明基板２と同様のものを使用することができる。また、露光マスク３１を構成する遮光層３３、短波長カット膜３５は、上述の露光マスク１の遮光層３、短波長カット膜５と同様に形成することができる。

このような露光マスク３１では、透光部３４のうち、短波長カット膜３５で被覆された部位を透過した光の短波長側（紫外光域側）がカットされ、透光部３４の短波長カット膜３５が存在しない部位を透過した光との間に分光スペクトルの相違が生じる。したがって、露光マスク３１を介して感光性物質を露光した場合、上記の分光スペクトルの相違に応じた反応を感光性物質に生じさせることができ、その後の現像によって、厚みの異なるライン形状の領域を有するパターンが形成される。

図７は、本発明の露光マスクの他の実施形態を示す斜視図である。図７において、露光マスク４１は、透明基板４２と、この透明基板４２上に配設された遮光層４３とを備え、遮光層４３は複数の透光部４４を有しており、複数の透光部４４のうち、所望の透光部４４には短波長カット膜４５（斜線を付した部位）を備えている。この露光マスク４１では、短波長カット膜４５が２種の短波長カット膜からなる。すなわち、カット対象波長域の中心波長が異なる第１の短波長カット膜４５ａと第２の短波長カット膜４５ｂからなる。
上記の第１の短波長カット膜４５ａと第２の短波長カット膜４５ｂは、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された多層膜であり、基本的に、上述の短波長カット膜５と同様に形成することができる。但し、第２の短波長カット膜４５ｂの短波長カット領域は、第１の短波長カット膜４５ａの短波長カット領域よりも、感光性物質の感光波長域を広く含むように設定する。

このような露光マスク４１を使用することにより、例えば、露光光源から照射され短波長カット膜４５が存在しない透光部４４を透過した光Ｌ１の分光スペクトルが図８（Ａ）に示すような場合、第１の短波長カット膜４５ａで被覆された透光部４４を透過した光Ｌ２は、図８（Ｂ）に示されるように、短波長域がカットされた光となる。また、第２の短波長カット膜４５ｂで被覆された透光部４４を透過した光Ｌ３は、図８（Ｃ）に示されるように、短波長域がカットされた光であり、かつ、短波長域が光Ｌ２に比べ更に狭い光となる。すなわち、露光マスク４１を透過した光Ｌ１、光Ｌ２、光Ｌ３の各分光スペクトルが異なるものとなる。そして、感光性物質の感光波長域が図８（Ｄ）で示されるものである場合、第１の短波長カット膜４５ａで被覆された透光部４４を透過した光Ｌ２は、感光性物質の感光波長域の一部である短波長域がカットされた光となる。また、第２の短波長カット膜４５ｂで被覆された透光部４４を透過した光Ｌ３は、感光性物質の感光波長域の一部である短波長域が、光Ｌ２に比べて大きくカットされた光となる。

したがって、露光マスク４１を介して感光性物質を露光した場合、上記の光Ｌ１が照射される部位と、光Ｌ２が照射される部位と、光Ｌ３が照射される部位との間に、分光スペクトルの相違に応じた感光反応の差を生じさせることができる。そして、その後の現像によって、厚みや断面形状の異なるパターンが形成される。
尚、この露光マスク４１を構成する透明基板４２は、上述の露光マスク１の透明基板２と同様のものを使用することができる。また、露光マスク４１を構成する遮光層４３は、上述の露光マスク１の遮光層３と同様に形成することができる。

上述のような本発明の露光マスクを適用してパターン形成を行う際に使用する感光性物質としては特に制限はなく、公知のネガ型感光性物質、ポジ型感光性物質を挙げることができる。また、本発明の露光マスクを用いて１回のフォトリソグラフィー工程で２種以上のパターンを同時形成する用途としては、例えば、液晶表示装置における高低２種の柱状凸部の同時形成、複数配向分割型垂直配向モードの液晶表示装置における柱状凸部と液晶配向制御用の突起の同時形成、複数配向分割型垂直配向モードの液晶表示装置における高低２種の柱状凸部と液晶配向制御用の突起の同時形成、半導体素子作製時の厚みの異なるレジストパターンの形成等挙げることができる。
尚、上述の実施形態は一例であり、本発明の露光マスクはこれらの限定されるものではない。例えば、透明基板の両面に遮光層、短波長カット膜を備えるものであってもよい。

次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１］
露光用マスクに使用する透明基板として、５００ｍｍ×６００ｍｍ、厚さ５ｍｍの石英基板を準備した。この透明基板を定法にしたがって洗浄した後、片側全面にスパッタリング法によりクロム薄膜（厚み１０００Å）を形成した。このクロム薄膜上にポジ型感光性レジスト（東京応化工業（株）製ＯＦＰＲ−８００）を塗布し、所定のマスクを介して露光、現像してレジストパターンを形成した。次いで、このレジストパターンをマスクとして、クロム薄膜をエッチングして遮光層を形成した。この遮光層は、直径９μｍの円形透光部がピッチ３００μｍで６００個配列したラインを、ピッチ５０μｍで４８００本備えるものであった。

次いで、上記のガラス板の遮光層形成面側に、円形透光部の配列ラインを１本おきに遮蔽するマスクを配置し、この状態でスパッタリング法により、高屈折率層（屈折率：２．４、厚み：３２．６ｎｍのＴｉＯ₂）と、低屈折率層（屈折率：１．５、厚み：５２．２ｎｍのＳｉＯ₂）を交互に計７層（１層目と最外層が高屈折率層）形成した。これにより、円形透光部の配列ライン１本おきに、波長３３０ｎｍ以下の短波長をカットすることができる短波長カット膜を形成して、図１、図２に示されるような露光用マスクを得た。

次に、３００ｍｍ×４００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製１７３７ガラス）を準備し、このガラス基板上に下記組成のネガ型感光性樹脂組成物をスピンコート法により塗布し、上記の露光用マスクを介して下記の条件で露光した。このネガ型感光性樹脂組成物の感光波長域は２５０〜３８０ｎｍ（ピーク：３１０ｎｍ）であった。
（突起形成用のネガ型感光性樹脂組成物）
・メタクリル酸メチル−スチレン−アクリル酸共重合体 … ４２重量部
・エピコート１８０Ｓ７０（三菱油化シェル（株）製） … １８重量部
・ジペンタエリスリトールペンタアクリレート … ３２重量部
・開始剤 … ８重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製イルガキュア９０７）
・溶剤 … ３００重量部
（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）

（露光条件）
・露光波長域：２５０〜５００ｎｍ
・露光量：１００ｍＪ／ｃｍ²（ａｔ３６５ｎｍ）
・露光ギャップ：１５０μｍ

次いで、水酸化カリウム水溶液を用いてネガ型感光性樹脂組成物を現像し、その後、２３０℃、３０分間の加熱処理を施して、凸形状の２種のパターンを形成した。形成されたパターンの形状を走査型電子顕微鏡により観察した結果、露光マスクの短波長カット膜が存在しない円形透光部に対応する凸形状パターンは、基部の直径が１８．６μｍ、頂部の直径が８．７μｍ、高さが３．５μｍの截頭円錐形状であった。また、露光マスクの短波長カット膜が存在する円形透光部に対応する凸形状パターンは、基部の直径が１１．４μｍ、高さが１．６μｍのドーム形状であった。

［実施例２］
実施例１で使用した石英基板と同じ石英基板を準備し、実施例１と同様に遮光層を形成した。
次に、上記のガラス板の遮光層形成面側に、円形透光部の配列ラインを２本おきに露出させる遮蔽マスクを配置し、この状態でスパッタリング法により、高屈折率層（屈折率：２．４、厚み：２７．４ｎｍのＴｉＯ₂）と、低屈折率層（屈折率：１．５、厚み：４５．０ｎｍのＳｉＯ₂）を交互に計１５層（１層目と最外層が高屈折率層）形成した。これにより、波長３１３ｎｍ以下の短波長をカットすることができる第１の短波長カット膜を形成した。

次いで、上記の遮蔽マスクを、円形透光部の配列ラインのピッチ方向に沿って５０μｍ移動して配置し、この状態でスパッタリング法により、高屈折率層（屈折率：２．４、厚み：２９．２ｎｍのＴｉＯ₂）と、低屈折率層（屈折率：１．５、厚み：４７．９ｎｍのＳｉＯ₂）を交互に計１５層（１層目と最外層が高屈折率層）形成した。これにより、波長３３０ｎｍ以下の短波長をカットすることができる第２の短波長カット膜を形成した。これにより、図７に示されるような露光用マスクを得た。
次に、実施例１と同様に、ガラス基板上にネガ型感光性樹脂組成物をスピンコート法により塗布し、上記の露光用マスクを介して実施例１と同様の条件で露光した。

次いで、水酸化カリウム水溶液を用いてネガ型感光性樹脂組成物を現像し、その後、２３０℃、３０分間の加熱処理を施して、凸形状の３種のパターンを形成した。形成されたパターンの形状を実施例１と同様に観察した結果、露光マスクの短波長カット膜が存在しない円形透光部に対応する凸形状パターンは、基部の直径が１８．６μｍ、頂部の直径が８．７μｍ、高さが３．５μｍの截頭円錐形状であった。また、露光マスクの第１の短波長カット膜が存在する円形透光部に対応する凸形状パターンは、基部の直径が１９．３μｍ、高さが３．２μｍで頂部に丸みのある截頭円錐形状であった。また、露光マスクの第２の短波長カット膜が存在する円形透光部に対応する凸形状パターンは、基部の直径が１１．４μｍ、高さが１．６μｍのドーム形状であった。

高さの異なる２種以上のパターンを１回のフォトリソグラフィー工程で形成する必要がある種々のパターン形成に利用することができる。

本発明の露光マスクの一実施形態を示す斜視図である。図１に示される露光マスクのＡ−Ａ矢示断面図である。本発明の露光用マスクを透過した光の分光スペクトルと感光性物質の感光波長域とを説明するための図である。本発明の露光マスクの他の実施形態を示す斜視図である。本発明の露光マスクの他の実施形態を示す斜視図である。本発明の露光マスクの他の実施形態を示す斜視図である。本発明の露光マスクの他の実施形態を示す斜視図である。本発明の露光用マスクを透過した光の分光スペクトルと感光性物質の感光波長域とを説明するための図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１，４１…露光マスク
２，１２，２２，３２，４２…透明基板
３，１３，２３，３３，４３…遮光層
４，１４，２４，３４，４４…透光部
５，１５，２５，３５，４５（４５ａ，４５ｂ）…短波長カット膜

Claims

透明基板と、該透明基板の少なくとも一方の面に所望の透光部を設けるように形成された遮光層と、前記透光部の所望の部位に配設された短波長カット膜とを備え、該短波長カット膜は高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された多層膜であることを特徴とする露光用マスク。
カット対象波長域の中心波長が異なる２種以上の前記短波長カット膜を備えることを特徴とする請求項１に記載の露光用マスク。
前記短波長カット膜は、所望の前記透光部の一部を被覆するように配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光用マスク。
前記短波長カット膜は、両最外層が高屈折率層である多層膜、あるいは、両最外層が低屈折率層である多層膜であり、カット対象波長域の中心波長をλ（ｎｍ）としたときに、高屈折率層の厚みはλ／４ｎ₁（ｎ₁は高屈折率層の屈折率）であり、低屈折率層の厚みはλ／４ｎ₂（ｎ₂は低屈折率層の屈折率）であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の露光用マスク。