JP2007052187A - フォトマスク及びレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】内部に気泡その他の異物を含むフォトマスク用ガラス基板であっても露光後にパターン欠陥が発生しないようなフォトマスクを提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】本発明に係るフォトマスクは、気泡その他の異物（１１）を内包するフォトマスク用ガラス基板（１０）からなり、前記気泡が存在する位置に対応する入射面（１２）近傍に、レンズ（１４）を具備することを特徴とする。これにより、気泡がガラス基板の表面のごく近傍に存在する場合を除き、光線が気泡を通過しないようにすることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、フォトリソグラフィー法に用いられるフォトマスクに関する。

フォトリソグラフィー法は、遮光パターンを形成したフォトマスクを感光性溶液を塗布した基板上に露光して基板上に所定のパターンを転写する技術であり、従来から半導体素子、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の部材を製造する際に用いられている。

現在、フォトマスク用ガラス基板の材料としては、石英とソーダガラスが用いられている。これまで小型の液晶テレビ等に用いられるフォトマスクにはソーダガラスが広く用いられていたが、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）用のマスクなど、より高い寸法精度が要求されるマスクには、石英ガラスが用いられている。

しかし、近年はフォトマスクが大型化しており、一例をあげると、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）用のフォトマスクは一辺の長さが２ｍを超えるものもある。このような大型の石英ガラス製基板を製造することは非常に難しくしかもコストがかかるため、超大型ディスプレイパネル用のフォトマスクにはソーダガラスを用いなければならないという事情が生じている。

ソーダガラスの欠点は、ガラス中に気泡が混入しやすいという点にある。ガラス基板中に含まれる気泡は露光のための光線をその部分で屈折或いは乱反射して部分的にパターンが形成されない領域（黒欠陥）を発生させる点で問題がある。

必要とされるフォトマスクの基板サイズが小さければ、あらかじめ面積の大きいソーダガラスを形成し、気泡の混入が少ない領域を切り出して使用することができた。
しかし、基板サイズが大きくなるにつれて、気泡を含まないフォトマスクを得ることが事実上不可能となってきている。

例えば、畳２帖ほどもあるフォトマスク用ソーダガラス製のガラス基板は、板厚が数ミリメートル（例えば５ｍｍ）であるのに対し、気泡は直径１００μｍ〜５００μｍ程度しかなく、かつ、気泡はいたるところに分散して分布する。このため、基板内部の深い位置に形成された気泡を取り除くために基板表面から気泡まで達するアスペクト比（縦横比）の大きい孔を形成して内部を透明材料で充填することで気泡を埋めるといった手段は極めて非現実的である。

なお、フォトマスクに用いられるガラス基板の内部に気泡が存在しても露光・現像後形成されたパターンの断線発生を抑制する技術的思想としては、透光部のヘイズ（曇り具合、拡散度合い）を２０〜８５％とし、さらに、パターンが形成された面の反対側に、光散乱性のフォルム又はシートを配置するという技術が知られている（特許文献１、第１６段落等）。

特開２００３−２８０１７５号公報

本発明は上記に鑑みなされたものであり、内部に気泡その他の異物を含むフォトマスク用ガラス基板であっても露光後にパターン欠陥が発生しないようにすることを技術的課題とする。

上記課題を解決するため本発明に係るフォトマスクは、気泡１１又はその他の異物を内包するフォトマスク用ガラス基板１０からなり、前記気泡が存在する位置に対応する露光光の入射面１２近傍に、レンズ１４（１４ａ乃至１４ｄ）を具備することを特徴とする。なお、このレンズ１４は前記ガラス基板とは別体のレンズでも、又は、ガラス基板の一部を加工した一体のレンズでもよい。

なお、本明細書において「レンズ」とは、特に断らない限り、片面が凸レンズ形状となった光学レンズ（片面凸レンズ、別名「メニスカスレンズ」）と、両面が凸レンズ形状となった光学レンズ（両面凸レンズ）の両方を含むものとする。

この場合、前記レンズの凸面形状は、前記レンズの凸面部に入射した光が露光面２３において前記レンズと同じ平面位置で同じ大きさの光束となるように調整されていることが好ましい。

上述のように調整すれば、等価的に、レンズと異物が存在しないと仮定した場合に相当する光束を露光面に到達させることができる。なお、このように調整することは本発明における必須の構成ではなく、レンズを設けることにより、一定量以上の光束（光量）を、本来であれば気泡等によって影（或いは露光量が必要量よりも不足すること）になっていたであろう領域に到達させることができれば、一定の効果を得ることはできる。

また、前記レンズは、露光光源側からみて、気泡１１がレンズの内側にあると共に前記基板の端部がレンズの外周端とほぼ一致するように貼付け又は形成されていることが好ましい。このようにすると、光線Ｌが気泡１１を通過しない部分を最も有効に使えるためである。

また、前記レンズは、入射面１２の表面に形成された前記レンズの直径とほぼ同一の大きさの孔の内部に貼付け又は形成されてメニスカスレンズ１４ｂ、１４ｃを構成することが好ましい。

また、前記レンズは、前記ガラス基板の材料よりも高い屈折率を有する材料であって、前記ガラス基板１０の表面に形成された凹部に埋め込まれると共に、その上面は基板表面と同一平面であって、その下面は凸状のメニスカスレンズ１４ｄを構成することが好ましい。

以上のレンズ１４（１４ａ乃至１４ｄ）は、球面レンズ又は非球面レンズのいずれを用いてもよい。球面レンズは製造コストを抑えることができる利点があり、非球面レンズは露光面での照度の均一性を向上させることができる利点がある。

本発明に係るレンズ１４ａ，１４ｂは、フォトマスク用透明基板に貼付けてパターン欠陥の形成を防止するために用いられるレンズであって、前記ガラス基板内部に形成された気泡その他の異物の直径よりも大きい径を有すると共に透明なガラス若しくは透明な樹脂により形成されていることを特徴とする。

本発明に係るフォトマスクによると、気泡がガラス基板の表面のごく近傍に存在する場合を除き、光線が気泡を通過しないようにすることができる。
また、凸面形状の形成位置、曲率半径及び材質を調整すれば、露光面においては入射光がほぼ均一に投影されるようにすることができ、黒欠陥が発生しなくなる。

（パターン欠陥発生のメカニズムについて）
ソーダガラス製基板中に含まれる気泡がパターン欠陥（いわゆる「黒欠陥」）を発生させるメカニズムについて説明する。

図１は、フォトマスク用ソーダガラス製基板（異物を含む透明基板の一例である）の拡大断面図を示している。この図に示すように、ソーダガラス製基板１０（以下、単に「基板１０」という。）の内部には大小様々な大きさの気泡１１（例えば、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）が形成されている。気泡の形状は概ね球状であり、そのサイズ（直径）は０．５ｍｍ以下であることが通常である。また、気泡は基板中のあらゆる場所に分布して存在している。なお、気泡のサイズ（直径）が０．５ｍｍよりも大きい場合は、不良品として製品として利用されないことが通常であるが、スペックは用途その他の条件により変動する。このような意味で上限が例えば０．３ｍｍとなることもありうる。

露光光（光線Ｌ）の入射面１２の反対側はパターン形成面１３であり、ここに遮光パターン１５が設けられ、パターン形成面１３に対向して、パターンを転写される基板２０（フォトレジスト溶液等が塗布された面、この面を「露光面２３」という）が、設置される。

パターン形成面１３に光線Ｌが入射すると、遮光パターン１５によりフォトレジスト膜等の感光性樹脂に露光パターン２４が形成される。このとき、気泡１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）が存在すると、気泡によって光線が屈折或いは乱反射することにより（Ｌ’）、部分的にその領域（イ、ロ、ハ）はいずれも露光量が不足する。

しかし、図１に示す気泡１１ａのように、遮光パターン１５がすぐ真下に存在する位置に気泡が存在しても、この露光領域（イ）はもともと遮光パターンによって遮光される部分であるので、乱反射等により露光量が不足しても、パターン欠陥が発生するという問題はおこらない。

一方、図１に示す気泡１１ｂのように、遮光パターンのない位置（ロ）に気泡１１ｂが存在すると光線が気泡１１ｂによって屈折或いは乱反射することにより（Ｌ’’）、部分的に露光量が不足してパターン欠陥２５が形成され黒欠陥の原因となる。或いは、パターンのエッジ部分（ハ）に気泡１１ｃが存在するとエッジ部分で光線の一部が乱反射することにより（Ｌ’’’）、露光量が不足するためにパターンの形状が変化しパターン欠陥の原因となる。

以上がパターン欠陥発生のメカニズムである。なお、パターン欠陥が発生する気泡の大きさは、解像度に依存するが、概ね０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍ程度であり、０．１ｍｍ以下ではパターンの解像に影響を及ぼさないと考えられる。もちろん、将来さらに高解像度が要求されるようになれば、これ以下の大きさでもパターン欠陥の発生原因となりうることは十分考えられるであろう。

−実施形態−
以下、図面を参照して本発明に係るフォトマスクについて説明する。

（実施例１）
図２は、本発明に係るフォトマスクの一実施形態を示すもので、フォトマスク用のソーダガラス製基板の拡大断面図を示している。この図に示すように、基板１０の内部には大小様々な大きさの気泡１１が形成されている。なお、気泡の密度はソーダガラス製基板の製造条件により異なるので同図に示すように多数の気泡が存在するとは限らない。以下の実施例についても同様である。

気泡１１が存在するとその部分でパターン欠陥が発生するので、気泡が存在する位置に対応する基板１０の露光光の入射面１２近傍に、気泡の直径よりも大きい径を有するメニスカスレンズ（片面凸レンズ）１４ａを形成して貼付ける。

この例では、基板１０の厚さは４．８ｍｍ、ガラス基板のパターン形成面１３と露光面２３との距離は０．２ｍｍである。メニスカスレンズ１４ａはガラス基板と同じ材質であるソーダガラスにより形成された直径２ｍｍのメニスカスレンズである。凸面の曲率半径は１．３１８６ｍｍ、中心部の厚さが０．９５９１ｍｍ（外周の円筒部の高さが０．５ｍｍ）とした。

このように構成すると、メニスカスレンズ１４ａに入射した光線Ｌは、基板１０の内部の焦点に向かって収束したのち、今度は発散に転じ、露光面２３において、メニスカスレンズ１４ａと同じ平面位置で、かつ同じ大きさの光束（光量）となる。すなわち、図２における斜線部に気泡その他の異物が存在していたとしても、気泡１１（気泡に限らず、その他の異物の場合も同様。以下の実施例でも同様）を避けるように光が通過してしかも凸レンズの効果により光量（光の強度）は全く変化しない。

この条件を満たすように、メニスカスレンズの材質・曲率半径・厚さを調整して加工や貼付けに都合がよくなるように設計すればよい。その結果、気泡１１によって本来必要な光量が得られない領域（本来気泡１１によって影になる領域）にも、気泡１１がないときと同一の光量が照射される。

気泡のサイズ（直径）が０．５ｍｍの場合、基板１０の表面に垂直な方向（光線到来方向）からみて、メニスカスレンズ１４ａと気泡１１とを中心距離で約０．７５ｍｍ離れた位置に貼付けることが好ましい。

図３は、メニスカスレンズ１４と気泡１１の位置関係を説明するための図である。図３（ａ）に示すように、気泡１１がメニスカスレンズ１４の内側にあると共に基板の端部がメニスカスレンズ１４の外周端とほぼ一致するように貼付けることが最も好ましい。このようにすると、光線Ｌが気泡１１を通過しない部分（避けて通る部分）を最も有効に使えるためである。なお、気泡等の位置は検査機により正確にｘ−ｙ座標で特定できるため、このデータを用いて所定の位置にメニスカスレンズを形成し貼付けることができる。これらは、後述する実施例２及び３でも同様である。

但し、上述したように、０．１ｍｍ以下の気泡は解像度に殆ど問題とならないことから、図３（ｂ）或いは（ｃ）に示すように、多少位置関係が最適位置からずれても、効果にさほど変わりはない。

なお、メニスカスレンズの材質は、基板と同じソーダガラスを用いた例を示したが、これに変えて透明な樹脂等により形成してもよい。これは後述する実施例２でも同様である。

（実施例２）
実施例１では、平坦な基板の入射面にメニスカスレンズ１４ａを形成して貼付ける実施態様を示したが、図４に示すように、一定深さの孔を形成し、次いでこの孔の内部に実施例１とほぼ同様の凸面形状を有するメニスカスレンズ１４ｂを貼付けてもよい。この孔の直径はメニスカスレンズとほぼ同一の大きさ（同一の直径）であり、厳密にはメニスカスレンズがぴったりと収まる程度の大きさであることが好ましい。また、本明細書では、図４に示すように、凸面部が基板表面から盛り上がっている場合も、「孔の内部にメニスカスレンズを貼付け」した場合に含まれる。

この例では、基板１０の厚さは４．８ｍｍ、孔の深さ０．５ｍｍ、ガラス基板のパターン形成面１３と露光面２３との距離は０．２ｍｍである。メニスカスレンズ１４ａはガラス基板と同じ材質であるソーダガラスにより形成された直径２ｍｍのメニスカスレンズである。凸面の曲率半径は１．２５８７ｍｍ、中心部の厚さが０．９９４３ｍｍ（外周の円筒部の高さが０．５ｍｍ）とした。

このように構成しても、実施例１と同様に、メニスカスレンズ１４ｂに入射した光線Ｌは、基板１０の内部の焦点に向かって収束したのち、今度は発散に転じ、露光面２３において、メニスカスレンズ１４ａと同じ平面位置で、かつ同じ大きさの光束（光量）となる。すなわち、図４における斜線部に気泡その他の異物が存在していたとしても、気泡１１を避けるように光が通過してしかも凸レンズの効果により光量（光の強度）は全く変化しない。

この条件を満たすように、メニスカスレンズの材質・曲率半径・厚さを調整して加工や貼付けに都合がよくなるように設計すればよい。その結果、気泡１１によって本来必要な光量が得られない領域にも、気泡１１がないときと同一の光量が照射される。

以上のように、本実施例に示す態様によっても、気泡によるパターン欠陥の形成が抑えられる。また、実施例２では、メニスカスレンズ１４ｂが基板１０に形成された孔の中にしっかりと固定されるため、メニスカスレンズが剥がれ落ちたり、位置ずれを起こすといった危険が少ない。

なお、孔の形成方法は、ドリルやレーザーなど物理的又は機械的に形成しても或いはエッチングなど化学的に形成してもいずれでもよい。

（実施例３）
実施例１及び２では、あらかじめ基板とは別体のメニスカスレンズ１４ａ，１４ｂを形成し、これを基板１０に貼付けるという手法について説明したが、ガラス基板自体を特殊な形状のドリル等を用いて切削面が凸面形状となるように加工してもよい。

図５は、断面形状が内側に凸のドリル刃を用いて気泡の真上を切削した基板断面の形状を示す図である。この断面はメニスカスレンズの形状となるように曲率半径等が調整され、ドリルの切削面によってメニスカスレンズ１４ｃが形成されている様子を示している。

このように構成しても、実施例１，２と同様に、メニスカスレンズ１４ｃに入射した光線Ｌは、基板１０の内部の焦点に向かって収束したのち、今度は発散に転じ、露光面２３において、メニスカスレンズ１４ｃと同じ平面位置で、かつ同じ大きさの光束（光量）となる。すなわち、図５における斜線部に気泡その他の異物が存在していたとしても、気泡１１を避けるように光が通過してしかも凸レンズの効果により光量（光の強度）は全く変化しない。

この例では、凸面形状の外周端が基板表面から０．６ｍｍの深さになるように切削し、曲率半径は１．１９１８ｍｍとした。実施例１，２においてはメニスカスレンズ１４ａ，１４ｂと基板１０とが別体であり、両者の貼り合わせにより形成されているのに対し、実施例３では、メニスカスレンズ自体が基板の一部として一体に形成されている点が異なっている。

気泡の位置は所定の検査機により特定されるが、検査機によって得た気泡位置をもとにドリルの位置及び動きを精密に制御すれば、短時間にメニスカスレンズ１４ｃを形成することができる。また、実施例１，２のように、メニスカスレンズ１４ａ，ｂを基板に貼付けるという作業が不要となる点では、作業効率が高い。

また、実施例３に示す実施態様によれば、メニスカスレンズが基板表面に形成された孔の中に埋め込まれるため、基板表面からメニスカスレンズの凸状部分が基板表面から飛び出さない（盛り上がらない）という特徴がある。

（実施例４）
図６は、本発明に係るフォトマスクの他の実施形態を示すもので、メニスカスレンズの形状が実施例１乃至３とやや異なっている。すなわち、図６に示すように、基板１０の表面に凹部を形成し、そこに上面は基板表面と同一平面（いわゆる面一）であって、下面は凸状となるようなメニスカスレンズ１４ｄが埋め込まれた様子を示している。

このメニスカスレンズ１４ｄは、フォトマスク用ガラス基板の材料よりも高い屈折率を有する材料で構成されることが必要である。すなわち、この凹部に高屈折率の材料を埋め込むことで、これがメニスカスレンズとして機能する。

以上のように構成しても、メニスカスレンズに入射した光線は基板内部で収束したのち発散し、露光面で同じ程度の大きさの光束にすることができ、実施例１乃至３と同様の効果が得られる。

この実施例によると、マスク基板の表面が平坦になるため、マスク基板の取扱いや洗浄に有利である。上述した実施例１，２の場合、メニスカスレンズが基板表面よりも飛び出しているため、突起部分が接触・破損する可能性もあるが、本実施例ではその心配がない。また、実施例３の場合、基板表面から窪んだ部分が存在するので、その部分に微小な異物（ゴミ）がたまる可能性もあるが、本実施例ではその心配がない。

なお、本実施例に係るメニスカスレンズ１４ｄの屈折率はガラス基板よりも大きいこと（具体的には、例えば２程度或いはそれ以上）が好ましい。

（その他の実施例）
上述した実施例１乃至４では、製造コスト或いは設計のしやすさから、メニスカスレンズとして機能する部分の凸面形状として球面レンズを用いて説明したが、非球面レンズであってもよい。非球面レンズによると、露光面での照度の均一性を向上させることができるなどの利点がある。

さらに、以上の実施例はすべてガラス内部方向（図における下向き）に凸状のメニスカスレンズ（片面凸レンズ）として説明してきたが、原理的には両面が凸レンズであることを妨げるものではない。

本発明によると、超大型（例えば１辺の長さが２ｍを超えるような）のガラス基板のパターン形成に用いられる大型フォトマスクを（石英ガラスと比較して）安価なソーダガラスによって形成することができ、パターン欠陥を発生させる気泡その他の異物を事後的に除去することが可能となるなど、本発明の産業上の利用可能性は極めて大きい。

図１は、フォトマスク用のソーダガラス製基板の拡大断面図を示している。 図２は、本発明の実施例１に係るフォトマスクの一実施形態を示すもので、フォトマスク用のソーダガラス製基板の拡大断面図を示している。 図３は、メニスカスレンズと気泡の位置関係を説明するための図である。 図４は、本発明の実施例２に係るフォトマスクの一実施形態を示すもので、フォトマスク用のソーダガラス製基板の拡大断面図を示している。 図５は、本発明の実施例３に係るフォトマスクの一実施形態を示すもので、フォトマスク用のソーダガラス製基板の拡大断面図を示している。 図６は、本発明の実施例４に係るフォトマスクの一実施形態を示すもので、フォトマスク用のソーダガラス製基板の拡大断面図を示している。

符号の説明

１０ ガラス基板
１１（１１ａ乃至１１ｃ） 気泡
１２ 入射面
１３ パターン形成面
１４（１４ａ乃至１４ｄ） メニスカスレンズ
１５ 遮光パターン
２０ パターンを転写される基板
２３ 露光面
２４ 露光パターン
２５ パターン欠陥

Claims (7)

1. 気泡（１１）又はその他の異物を内包するフォトマスク用ガラス基板（１０）からなり、前記気泡が存在する位置に対応する露光光の入射面（１２）近傍に、レンズ（１４）を具備することを特徴とするフォトマスク。
2. 前記レンズの凸面形状は、前記レンズの凸面部に入射した光が露光面（２３）において前記レンズと同じ平面位置で同じ大きさの光束となるように調整されていることを特徴とする請求項１記載のフォトマスク。
3. 前記レンズは、露光光源側からみて、気泡（１１）がレンズの内側にあると共に前記基板の端部がレンズの外周端とほぼ一致するように貼付け又は形成されていることを特徴とする請求項１記載のフォトマスク。
4. 前記レンズは、入射面（１２）の表面に形成された前記レンズの直径とほぼ同一の大きさの孔の内部に貼付け又は形成されてメニスカスレンズ（１４ｂ、１４ｃ）を構成することを特徴とする請求項１記載のフォトマスク。
5. 前記レンズは、前記ガラス基板の材料よりも高い屈折率を有する材料であって、前記ガラス基板（１０）の表面に形成された凹部に埋め込まれると共に、その上面は基板表面と同一平面であって、その下面は凸状のメニスカスレンズ（１４ｄ）を構成することを特徴とする請求項１記載のフォトマスク。
6. 前記レンズは球面レンズ又は非球面レンズよりなることを特徴とする請求項１記載のフォトマスク。
7. フォトマスク用透明基板に貼付けてパターン欠陥の形成を防止するために用いられるレンズであって、前記ガラス基板内部に形成された気泡その他の異物の直径よりも大きい径を有すると共に透明なガラス若しくは透明な樹脂により形成されていることを特徴とするレンズ（１４ａ，１４ｂ）。

Images