JP2008102465A - ハーフトーンマスク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】透明基板上に遮光膜と半透過膜とが積層した構造を備えるハーフトーンマスクにおいて、アライメント装置によって第１層目と第２層目とのアライメントを行った際に発生する、第１層目と第２層目との間にアライメント誤差により必要なパターンが得られなくなるという問題を解決する。
【課題を解決するための手段】
最終的に得られるマスクパターンの形状において、高い精度が要求される重要な箇所と、比較的誤差が許容できる箇所とを区別し、前者を優先するようにマスクパターンの描画データを設計する。具体的には、
（１）透明基板の表面全体を第１の膜が覆うフォトマスクブランクスを必須パターンデータで描画して第１層目の膜をパターニングする工程と、
（２）パターニングされた前記第１の膜を覆う第２の膜を形成する工程と、
（３）前記第２の膜を冗長パターンデータで描画して第２層目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。
【選択図】 図４

Description

本発明は、主としてフラットパネルディスプレイに適用されるハーフトーンマスク及びその製造方法に関するものである。

フラットパネルディスプレイなどの技術分野では、半透過膜の透過率で露光量を制限することでグレートーンの階調を持つパターンが転写されるようにする「中間調フォトマスク（グレートーンマスク）」が用いられている。

中間調フォトマスクは一つのマスクに透過部、遮光部、半透過部で構成されており、１回の露光で露光量の異なるパターニングが可能となる。その結果、露光工程を削減することができる。このような用途のハーフトーンマスクの一般的な製造方法は、概ね次の通りである。一例として３階調（遮光、半透過、透過）の例を説明する。

（１）まず、透明基板のほぼ表面全体を遮光膜が覆うフォトマスクブランクスを準備して、この遮光膜上に第１のレジストパターンを形成し、これをマスクとして、露出した遮光膜をエッチングすることにより遮光パターンを形成する。
（２）次に、残存した第１のレジストパターンを除去した後、基板上の遮光膜を覆う半透過膜を形成する。
（３）次に、工程（１）において周辺部に形成したアライメントマークを利用して、この半透過膜上に第２のレジストパターンを形成し、これをマスクとして露出した半透過膜をエッチングすることにより、半透過パターンを形成する。

上記工程（１）〜（３）により、遮光部、半透過部、透過部の３階調のハーフトーンマスク（グレートーンマスク）が得られる（例えば、特許文献１〜３参照）。

なお、上述した従来の方法では、レジストパターンを形成するためのパターン描画を２回行うことが必要である。このため、遮光パターン形成時に基板の周辺部に位置合わせ用のマーク（アライメントマーク）を形成しておき、そのマークを元に位置合わせを行って、２回目の描画を行っている。

特開２００２−１８９２８１号公報 特開２００５−２５７７１２号公報 特開２００６−２２７３６５号公報

しかし、アライメントの精度を上げても実際には第１層目（遮光膜）と第２層目（半透過膜）との間にアライメント誤差が発生することは避けられない。

また、第１層目及び第２層目が積層している箇所と、第２層目の下に第１層目が存在しない箇所（２層目のみの箇所）とでは、組成及び膜厚が異なるため、一般的な等方性エッチングによってこれらの箇所を一括してエッチングすると、膜厚の薄い箇所がオーバーエッチングとなり、サイドエッチングが発生する。その為、同じ線幅にエッチングしたり、設計通りのパターン形状を得ることができなくなる。なお、サイドエッチングに起因する誤差を、本明細書では、「サイドエッチング誤差」ということにする。

アライメント誤差やサイドエッチング誤差が発生するとエッチング後のパターンが設計値と異なるため、デバイスの特性が変わったり短絡（ショート）による不良が発生するといった不具合が生じる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、必要とされるパターンに応じてアライメント誤差及びサイドエッチング誤差に起因するパターン異常の発生を最小限にすることをその技術的課題とする。

本件の発明者たちは、最終的に得られるマスクパターンと、そのパターンの描画データとが完全には一致していなくても、高い精度が要求される重要な箇所と、比較的誤差が許容できる箇所とを区別し、前者を優先するようにパターンデータの設計を行えば、少なくとも重要な箇所についてはアライメント誤差やサイドエッチング誤差に起因するパターン異常の発生を抑えることができることに気が付いた。

本発明に係る第１のハーフトーンマスクの製造方法は、
高い精度が要求される重要な箇所と、比較的誤差が許容できる箇所とを区別し、前者を優先するようにマスクパターンの描画データを設計するハーフトーンマスクの製造方法であって、
（１）透明基板の表面全体を第１の膜が覆うフォトマスクブランクスを必須パターンデータで描画して第１層目の膜をパターニングする工程と、
（２）パターニングされた前記第１の膜を覆う第２の膜を形成する工程と、
（３）前記第２の膜を冗長パターンデータで描画して第２層目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。

上記第１のハーフトーンマスクの製造方法は、特に、透明基板上に第１及び第２の層が積層されたパターンを備え、前記第１層目のパターン１１と第２層目のパターン１２Aとが、それぞれ独立に規定されるハーフトーンマスクの製造方法に適用することが好適である。この方法は、特に、第１層目の形状を重視する場合に適用される（第１のケース）。なぜなら、第２層目のパターンは冗長設計され予め誤差を含んでいるため、仮に、第２層のパターニングの際にアライメントの誤差が発生しても、重要な第１層目の形状は影響を受けにくいからである。

なお、この方法により得られるハーフトーンマスクは、その製造方法の反射的効果として、透明基板上に遮光膜１１と半透過膜１２Aとが積層された構造を備え、前記第２層目となる半透過膜１２Aがアライメント誤差δ１を見込んで第１層目となる遮光部を全て覆うように冗長設計されることにより、第１層目となる遮光膜パターンの側面が第２層目となる半透過膜によって覆われるという構造的な特徴を有することになる（図４参照）。

本発明に係る第２のハーフトーンマスクの製造方法は、特に、透明基板上に第１及び第２の層が積層されたパターンを備え、前記第２層目のパターン２２Aが、前記第１層目のパターン２１によって規定されるハーフトーンマスクの製造方法に適用することが好適である。この方法は、特に、第２層目の形状を重視する場合に適用される（第２のケース）。しかし、第２層目のパターンが、第１層目のパターンによって規定されるため、第１層目の精度がより重要である。この意味において、結果として、第１のケースと同様の方法を適用することができ、第１層目のパターンを必須パターンデータで描画する一方、第２層目は冗長パターンデータで描画する。このようにすると、仮に２層目のパターニングの際にアライメント誤差が発生しても、第２層目のパターンは影響を受けず、さらに、第２層目の半透過膜のパターン２２Ａが冗長設計されているため、仮に２層目のパターニングの際にアライメント誤差δ０が発生しても誤差が誤差余裕δ２以下であれば、第１層目のパターンの影響も緩和される。

なお、本明細書において、「第２層目のパターン２２Aが、前記第１層目のパターン２１によって規定される」とは、具体的には、第１層目の遮光パターンで規定される開口部（例えば図７（ａ）におけるＷ１×Ｗ２で規定される開口部）が第２層目の半透過パターン２２Ａで覆われることによって、第２層目のパターンにおける重要な開口部の形状が規定されることを意味する。

なお、本発明に係るハーフトーンマスクの製造方法にいう第１層目とは遮光膜を指し、第２層目とは半透過膜を指す。また、「第２層目のパターンが、前記第１層目のパターンによって規定される」とは、例えば、第１層目の遮光膜に設けられた開口部を第２層目の半透過膜が覆うような場合をいう。この場合、半透過膜の形状は遮光膜のパターン（ここでは開口部）によって規定されるからである。

本発明に係る第３のハーフトーンマスクの製造方法は、
高い精度が要求される重要な箇所と、比較的誤差が許容できる箇所とを区別し、前者を優先するようにマスクパターンの描画データを設計するハーフトーンマスクの製造方法であって、
（１）透明基板の表面全体を第１の膜が覆うフォトマスクブランクスを第１の冗長パターンデータ１３１Ｂで描画して第１層目の膜をパターニングする工程と、
（２）パターニングされた前記第１の膜を覆う第２の膜３２Ａを形成する工程と、
（３）前記第２の膜を第２の冗長パターンデータ１３２Ｂで描画して第２層目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。

本発明に係る第３のハーフトーンマスクの製造方法は、特に、透明基板上に第１及び第２の層が積層されたパターンを備え、前記第１層目のパターンと第２層目のパターンの境界面が同一平面として露出するハーフトーンマスクの製造方法に好適である（第３のケース）。この場合において、特に、第２の冗長パターンデータ１３２Ｂは、予め遮光膜と半透過膜の積層膜をエッチングするのに必要な処理時間で、半透過膜の単層膜のサイドエッチングによる線幅変化量を調べておき、その結果に基づいてサイドエッチング誤差として見込んだ補正形状を冗長設計における誤差余裕とすることが好ましい。

このようにすると、アライメント誤差及びエッチング誤差が発生しても、最終的には半透過膜と遮光部の境界面を同一平面として露出させることができる。

本発明に係るハーフトーンマスクの製造方法は、目標とするパターン形状に合わせて適宜第１乃至第３の方法を組み合わせて用いることで、最終的なマスクパターン上で重要な箇所を優先した第１層目と第２層目の設計を行うことができる。

（本発明の基本的な考え方）
本発明の基本的な考え方は、最終的に得られるマスクパターンの形状において、高い精度が要求される重要な箇所と、比較的誤差が許容できる箇所とを区別し、前者を優先するようにマスクパターンの描画データを設計するという点にある。具体的には、以下に説明する少なくとも第１〜第３のケースに分類し、それらを適宜組み合わせて実施する。

（定義）
ここで、本発明において重要な用語を次のように定義しておく：
（i）「パターニング」とは、一般的なフォトレジスト工程を用いて所定のパターンを形成することを意味する。具体的には、パターニングすべき層の上にフォトレジスト材を塗布した後、描画パターンデータを用いて所定の形状に描画し、露光工程、現像工程、エッチング工程、レジスト除去工程等を経ることにより行う。
（ii）「描画パターンデータ」とは、目標とするパターンを描画するための二次元データを意味する。
（iii）「必須パターンデータ」とは、誤差が相対的に小さい描画パターンデータを意味する。なお、誤差が相対的に小さいとは、意図的な誤差を含まない設計データどおり或いはこれに限りなく近いという意味である。
（iv）「冗長パターンデータ」とは、誤差が相対的に大きい描画パターンデータ、すなわち、必須パターンデータに一定の誤差を許容するように設計された描画パターンデータを意味する。冗長パターンデータで描画すると万一アライメント誤差やサイドエッチング誤差が発生しても一定の許容範囲内であれば下層のパターンデータの形状が変形することを防止することができる。

［第１のケース：最終的なマスクパターンが、第１層目のパターン形状を重視する場合］
図１（ａ）及び（ｂ）は、第１のケースの適用対象となるマスクパターンの一例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。透明基板１０の上に、第１層目の遮光パターン１１と、第２層目の半透過パターン１２が形成されている様子が示されている。この遮光パターン１１及び半透過パターン１２は、いずれも必須パターンデータを用いて描画され、パターニングされたもの（従来のケース）である。

このような積層構造のマスクパターンを製造するためには１層目の遮光膜と２層目の半透過膜との間に高いアライメント精度が要求される。しかし、実際にはいかに高精度のアライメントを行ってもアライメント誤差が発生することは避けられない。例えば、図１（ｂ）において破線で示すように、第２層目のアライメントの際にアライメント誤差δ０が発生して右へずれた場合、第２層目と第１層目とを一括してエッチングすると第１層目の形状は設計値よりもδ０小さくなる。

しかし、もし、最終的なマスクパターンが、透過部、遮光部、半透過部で構成されており、かつ、第１層目（遮光膜）のパターンを重視する場合（第１のケース）には、第１層目は必須パターンデータを用いてパターニングし、２層目は重ね合わせの誤差を見込んだ冗長パターンデータを用いてパターニングすることで、アライメント誤差に対する許容性を高めることができる。

以下、図２乃至図５を用いて具体例を説明する。なお、図２乃至図４は第１のケースに適用されるハーフトーンマスクの製造工程を示すものであり、各図の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ平面図及び平面図におけるＸ−Ｘ線断面図を示している。また、図５（ａ）及び（ｂ）は、いずれも第２層目（半透過膜）の描画パターンデータを示している。このうち（ａ）は必須パターンデータ１１２Ａを、（ｂ）は誤差余裕δ１を含む冗長パターンデータ１１２Ｂを示している。
図５（ｂ）に示すように、冗長パターンデータ１１２Ｂは、アライメントの際の重ね合わせの誤差を見込んで必須パターンデータ（図５（ａ））よりも、誤差余裕δ１だけ大きめの形状として構成されている。

第１のケースにおいて重視されるのは１層目（遮光膜）のパターンであり、２層目（半透過膜）のパターンは多少誤差があってもよい（むしろ、第２層目の誤差が第１層目の形状に深刻な影響を与える）。このため、第１層目は必須パターンデータ（図示は省略するが図２（ａ）における遮光パターン１１と同一の形状である。）を用いて設計し、第２層目に冗長パターンデータ（図５（ｂ））を用いて設計すると、最終的には図４に示すように第２層目の膜が誤差余裕δ１を備えた構造となる。その製造方法は概ね次の通りである。

（１）まず、透明基板１０のほぼ表面全体を遮光膜が覆うフォトマスクブランクスを出発材料として、この遮光膜を第１層目に対応する必須パターンデータで描画してパターニングする。この工程により、透明基板１０の表面に相対的に誤差の小さい遮光パターン１１が形成される（図２）。なお、このとき、基板の周辺部にアライメントマーク（図示を省略する）を形成しておく。
（２）次に、パターニングされた第１層目の遮光膜を覆う第２層目の半透過膜１２を形成する（図３）。
（３）次に、工程（１）で形成したアライメントマークを利用して位置合わせを行い、第２層目の半透過膜１２をパターニングする。このとき、第２層目のエッチングパターンは、図５（ｂ）に示す冗長パターンデータで描画してパターニングする。この結果、図４に示す構造が完成する。この構造は、第２層目の半透過膜のパターン１２Ａが冗長設計されているため、第２層目のパターニングの際にアライメント誤差δ０が発生してもその誤差が誤差余裕δ１以下であれば、第１層目のパターンは影響を受けない。

［第２のケース：最終的なマスクパターンが、第１層目のパターンで規定される第２層目のパターン形状を重視する場合］
図６（ａ）及び（ｂ）は、第２のケースの適用対象となるマスクパターンの一例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。
透明基板２０の上に、第１層目の遮光パターン２１と、第２層目の半透過パターン２２が形成されている様子が示されている。この遮光パターン２１及び半透過パターン２２は、いずれも必須パターンデータを用いて描画され、パターニングされたもの（従来のケース）である。

このような積層構造のマスクパターンを製造するためには１層目の遮光膜と２層目の半透過膜との間に高いアライメント精度が要求される。しかし、実際にはいかに高精度のアライメントを行ってもアライメント誤差が発生することは避けられない。例えば、図６（ｂ）において破線で示すように、第２層目のアライメントの際にアライメント誤差δ０が発生して左へずれた場合、第２層目と第１層目とを一括してエッチングすると第２層目の形状は第１層目によって規定されているため影響を受けないが、第１層目の形状は設計値よりも小さくなる。

しかし、もし、最終的なマスクパターンが、透過部、遮光部、半透過部で構成されており、かつ、遮光部のパターン精度を重視する場合（第２のケース）には、第１層目（遮光膜）を必須パターンデータを用いてパターニングする一方、第２層目（半透過膜）を冗長パターンデータを用いてパターニングすることで、アライメント誤差に対する許容性を高めることができる。

以下、図７乃至図１０を用いて具体例を説明する。なお、図７乃至図９は第２のケースに適用されるハーフトーンマスクの製造工程を示すものであり、各図の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ平面図及び平面図におけるＹ−Ｙ線断面図を示している。また、図１０（ａ）及び（ｂ）は、いずれも第２層目（半透過膜）の描画パターンデータを示している。このうち（ａ）は必須パターンデータ１２２Ａを、（ｂ）は誤差余裕δ２を含む冗長パターンデータ１２２Ｂを示している。
図１０（ｂ）に示すように、冗長パターンデータ１２２Ｂは、アライメントの際の重ね合わせの誤差を見込んで必須パターンデータ（図１０（ａ））よりも、誤差余裕δ２だけ大きめの形状として構成されている（但し、第２のパターンの周囲の必要部分のみ）。

第２のケースにおいて重視されるのは第２層目（半透過膜）のパターンであるが、精度が要求される第２層目の形状は１層目の遮光膜によって周囲が囲われた幅Ｗ１×Ｗ２で規定される開口部によって決定される点が第１のケースとは異なる。

この場合も、第１のケース同様に、第１層目は必須パターンデータ（図示は省略するが図７（ａ）における遮光パターン２１Ａと同一の形状である。）を用いて設計し、第２層目は冗長パターンデータを用いて設計すると、最終的には図９に示すように第２層目の膜が誤差余裕δ２を備えた構造となる。このように誤差余裕δ２を備えていると、第２層目のパターニングの際にアライメント誤差が発生した場合でも、重要な第２層目の形状は第１層目で規定されているため、影響を受けないことが分かる。その製造方法は概ね次の通りである。

（１）まず、透明基板２０のほぼ表面全体を遮光膜が覆うフォトマスクブランクスを出発材料として、この遮光膜を第１層目に対応する必須パターンデータで描画してパターニングする。この工程により、透明基板２０の表面に相対的に誤差の小さい遮光パターン２１Ａが形成される（図７）。なお、このとき、基板の周辺部にアライメントマーク（図示を省略する）を形成しておく。
（２）次に、パターニングされた第１層目の遮光膜を覆う第２層目の半透過膜２２を形成する（図８）。
（３）次に、工程（１）で形成したアライメントマークを利用して位置合わせを行い、第２層目の半透過膜２２をパターニングする。このとき、第２層目のエッチングパターンは、図１０（ｂ）に示す冗長パターンデータで描画してパターニングする。この結果、図９に示す構造が完成する。

第２のケースでは、万一第２層目のパターニングの際にアライメント誤差が発生しても、重要な半透過膜のパターンの形状は第１層目の遮光部で規定されているのでその形状に影響を及ぼさないが、第２層目の半透過膜のパターン２２Ａが冗長設計されているため、仮に２層目のパターニングの際にアライメント誤差δ０が発生しても誤差が誤差余裕δ２以下であれば、第１層目のパターンの影響も緩和される。

この場合、誤差余裕δ２に相当する部分は本来透過部となるべき領域が一部遮光膜で覆われることになるため、従来（図９（ａ）における二点鎖線）と比べて遮光部が上下左右に誤差余裕δ２分だけ大きくなるが、これはやむを得ない。従って、必要がなければ第２のケースにおける第２層目のエッチングパターンは冗長パターンデータを適用せず、従来通り、第２層目も必須パターンデータでパターニングしてもよい。この意味において、第２のケースはアライメント誤差が発生してもそれほど深刻な問題とはなりにくいケースであるといえる。

［第３のケース：最終的なマスクパターンが、半透過部及び遮光部と透過部との境界の形状を重視する場合］
次に、第３のケースについて説明するが、始めに、第２のケースで起こりうるエッチングの問題点を指摘する。
第２のケースで問題となることは、第２層目のパターニングにおけるエッチング工程（図８〜図９）において、遮光部とハーフトーン部とが積層した状態で、積層膜を一括に、しかも、広範囲にわたりエッチングしなければならないことである。

例えば、図８（ｂ）において、遮光膜と半透過膜が積層した領域（α）と半透過膜のみの領域（β）とを比較すると、両者は組成も膜厚も異なるため、サイドエッチングの影響により、要求される線幅やパターン形状の精度を達成することが困難である。この問題は、特にエッチング工程に等方性エッチングを適用した場合に顕著に発生する。

この問題を解決するため、第３のケースでは、２種類の冗長パターンデータを用いる。すなわち、第１の冗長パターンデータは、第１層目と第２層目のアライメント誤差を見込んだパターンで描画し、第２の冗長パターンデータは、第２層目のエッチング時に発生するサイドエッチングによる誤差を見込んだパターンで描画する。

このうち、第１の冗長パターンデータは、２層目のパターニングの際に生じるアライメントの誤差に対する冗長設計であるという意味において、第１或いは第２のケースと同様の設計手法を適用することができる。
他方、第２層目の冗長パターンデータは、予め、遮光膜と半透過膜のエッチング時間内に発生する単独の半透過膜のサイドエッチングによる線幅変化量を調べておき、その結果をもとに、２層目のエッチングはサイドエッチングによる誤差を見込んだ補正形状を描画データとする。以下、図を参照して具体的に説明する。

図１１（ａ）及び（ｂ）は、第３のケースの適用対象となるマスクパターンの一例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＺ−Ｚ線断面図である。透明基板３０の上に、遮光パターン３１と、半透過パターン３２が形成されている様子が示されている。図１１（ａ）において、二点鎖線で示す境界線Ｌ１は、アライメントの誤差とサイドエッチングの影響が共に無視できる場合の仮想境界線である。この遮光パターン３１及び半透過パターン３２は、必須パターンデータのみを用いて描画したケース（従来のケース）であるが、第２層目のエッチング工程の際に生じるサイドエッチングの影響により、理想的な仮想境界線Ｌ１と一致させることは難しく、第２層目が境界線Ｌ１よりもδ３だけ後退（減少）した様子が示されている。

なお、説明の便宜上、図１１は第２層目のパターニングの際にアライメントの誤差がゼロであった場合を仮定しているが、実際には上述したサイドエッチングの影響に加えてアライメントの誤差の影響も問題となる。

そこで、これらの点を考慮して、もし最終的なマスクパターンが、透過部、遮光部、半透過部で構成されており、かつ、２層目（半透過膜）及び１層目（遮光膜）の積層膜と、透過部との境界の形状を重視する場合（第３のケース）には、１層目（遮光膜）及び２層目（半透過膜）の両方を、以下に詳述するルールに従って作成した冗長パターンデータを用いてパターニングすることで、アライメント誤差とサイドエッチングの誤差の両方を大幅に小さくすることができる。

なお、この第３のケースは、第２層目の冗長パターンデータを得るために、予め冗長パターンデータは遮光膜と半透過膜の積層膜をエッチングするのに必要な処理時間で発生する半透過膜の単層膜のサイドエッチングによる線幅変化量を調べておくことが必要である。

以下、図１１乃至図１６を用いて具体例を説明する。なお、図１１乃至図１４は第２のケースに適用されるハーフトーンマスクの製造工程を示すものであり、各図の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ平面図及び平面図におけるＺ−Ｚ線断面図を示している。また、図１５（ａ）及び（ｂ）は、いずれも第１層目（遮光膜）の描画パターンデータを示している。このうち、（ａ）は必須パターンデータ１３１Ａを、（ｂ）はアライメント誤差に対する誤差余裕δ４を含む冗長パターンデータ１３１Ｂを示している。また、図１６（ａ）及び（ｂ）は、いずれも第２層目（半透過膜）の描画パターンデータを示している。このうち（ａ）は必須パターンデータ１３２Ａを、（ｂ）はサイドエッチング誤差に対する誤差余裕δ３を含む冗長パターンデータ１３２Ｂを示している。すなわち、図１６（ｂ）に示すように、冗長パターンデータ１３２Ｂは、サイドエッチングの線幅変化量（サイドエッチング誤差）を見込んで必須パターンデータ（図１６（ａ））よりも、δ３だけ大きめの形状として構成されている。

第３のケースにおいて重視されるのは２層目（半透過膜）及び１層目（遮光膜）の積層膜と、透過部との境界の形状であるが、精度が要求される２層目が、１層目の遮光膜と２層目の半透過膜の積層膜を一括してエッチングする際に、サイドエッチングによって線幅が変化してしまうため、サイドエッチングによる線幅の変化量を考慮して、２層目のエッチングパターンを決定する点が第１及び第２のケースとは異なる。

必須パターンデータのみで設計する従来の方法では最終的には図１１に示すように、サイドエッチングによって第２層目が境界線Ｌ１よりもδ３だけ後退（減少）した構造となるが、第１層目及び第２層目に所定の冗長パターンデータを用いて設計すると最終的には設計通りの構造となる。その製造方法は概ね次の通りである。

（１）まず、透明基板３０のほぼ表面全体を遮光膜が覆うフォトマスクブランクスを出発材料として、この遮光膜を図１５（ｂ）に示す冗長パターンデータで描画してパターニングする。この工程により、透明基板３０の表面に相対的に誤差の小さい遮光パターン３１Ａが形成される（図１２）。なお、このとき、基板の周辺部にアライメントマーク（図示を省略する）を形成しておく。
（２）次に、第１層目の遮光膜を覆う第２層目の半透過膜３２Ａを形成する（図１３）。
（３）次に、工程（１）で形成したアライメントマークを利用して第２層目の半透過膜３２Ａをパターニングする。このとき、第２層目のエッチングパターンは、図１６（ｂ）に示す冗長パターンデータで描画してパターニングする。この結果、図１４に示す構造が完成する。第３のケースでは、第２層目のパターニングの際に発生するサイドエッチングを見込んで半透過膜の形状を決定しているため、エッチング後は設計通りの境界面が得られる。なお、この冗長設計部はエッチング後に消滅し、万一エッチング誤差やアライメント誤差が発生しても、重要な半透過膜及び遮光膜の積層部分と透過部との境界は、その形状に影響を受けない。すなわち、境界面が同一平面として、いわゆる面一に露出する。

（まとめ）
このように、本発明では、重視するマスクパターンの形状に応じて場合分けを行い、アライメントの誤差或いはサイドエッチングの効果を考慮して第１層目と第２層目の最適な設計を行うことにより、誤差の小さいハーフトーンマスクを製造することができる。
なお、上記の通り本明細書では、３階調（遮光、半透過、透過）の例を説明したが、半透過膜の透過率を多段階にすれば理論上は３階調以上も可能である。また、通常のフォトマスクブランクスは透明基板のほぼ全面を遮光膜で覆うタイプが一般的であるため、第１層目が遮光膜、第２層目が半透過膜の場合について説明したが、逆に、第１層目が半透過膜、第２層目が遮光膜の場合に適用することは容易に設計変更可能であると考えられる。

本発明は、フラットパネルディスプレイなどの技術分野に好適な半透過膜を利用した中間調フォトマスク（グレートーンマスク）の製造方法に係るものであり、特に、パターン精度が要求される微細な形状を得ることができる点で、産業上の利用可能性は極めて大きい。

図１（ａ）及び（ｂ）は、第１のケースの適用対象となるマスクパターンの一例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。 図２は、第１のケースに適用されるハーフトーンマスクの製造工程を示すものであり、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ平面図及び平面図におけるＸ−Ｘ線断面図を示している。 図３は、第１のケースに適用されるハーフトーンマスクの製造工程を示すものであり、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ平面図及び平面図におけるＸ−Ｘ線断面図を示している。 図４は、第１のケースに適用されるハーフトーンマスクの製造工程を示すものであり、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ平面図及び平面図におけるＸ−Ｘ線断面図を示している。 図５（ａ）及び（ｂ）は、いずれも第２層目（半透過膜）の描画パターンデータを示している。 図６（ａ）及び（ｂ）は、第２のケースの適用対象となるマスクパターンの一例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。 図７は、第２のケースに適用されるハーフトーンマスクの製造工程を示すものであり、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ平面図及び平面図におけるＹ−Ｙ線断面図を示している。 図８は、第２のケースに適用されるハーフトーンマスクの製造工程を示すものであり、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ平面図及び平面図におけるＹ−Ｙ線断面図を示している。 図９は、第２のケースに適用されるハーフトーンマスクの製造工程を示すものであり、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ平面図及び平面図におけるＹ−Ｙ線断面図を示している。 図１０（ａ）及び（ｂ）は、いずれも第２層目（半透過膜）の描画パターンデータを示している。このうち（ａ）は必須パターンデータ１２２Ａを、（ｂ）は誤差余裕δ２を含む冗長パターンデータ１２２Ｂを示している。 図１１（ａ）及び（ｂ）は、第３のケースの適用対象となるマスクパターンの一例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＺ−Ｚ線断面図である。 図１２（ａ）及び（ｂ）は、第３のケースに適用されるハーフトーンマスクの製造工程を示すものであり、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ平面図及び平面図におけるＺ−Ｚ線断面図を示している。 図１３（ａ）及び（ｂ）は、第３のケースに適用されるハーフトーンマスクの製造工程を示すものであり、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ平面図及び平面図におけるＺ−Ｚ線断面図を示している。 図１４（ａ）及び（ｂ）は、第３のケースに適用されるハーフトーンマスクの製造工程を示すものであり、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ平面図及び平面図におけるＺ−Ｚ線断面図を示している。 図１５（ａ）及び（ｂ）は、いずれも第１層目（遮光膜）の描画パターンデータを示している。 図１６（ａ）及び（ｂ）は、いずれも第２層目（半透過膜）の描画パターンデータを示している。

符号の説明

１０、２０、３０ 透明基板
１１、２１、３１ 遮光パターン
１２、２２、３２ 半透過パターン
１１２Ａ、１２２Ａ、１３１Ａ、１３２Ａ 必須パターンデータ
１１２Ｂ 誤差余裕δ１を含む冗長パターンデータ
１２２Ｂ 誤差余裕δ２を含む冗長パターンデータ
１３１Ｂ 誤差余裕δ４を含む冗長パターンデータ
１３２Ｂ 誤差余裕δ３を含む冗長パターンデータ

Claims (7)

1. マスクパターンの描画データを設計するハーフトーンマスクの製造方法であって、
   （１）透明基板の表面全体を第１の膜が覆うフォトマスクブランクスを必須パターンデータで描画して第１層目の膜をパターニングする工程と、
   （２）パターニングされた前記第１の膜を覆う第２の膜を形成する工程と、
   （３）前記第２の膜を冗長パターンデータで描画して第２層目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ハーフトーンマスクの製造方法。
2. 透明基板上に第１及び第２の層が積層されたパターンを備え、前記第１層目のパターンと第２層目のパターンとが、それぞれ独立に規定されるハーフトーンマスクに適用されることを特徴とする請求項１記載のハーフトーンマスクの製造方法。
3. 透明基板上に第１及び第２の層が積層されたパターンを備え、前記第２層目のパターンが、前記第１層目のパターンによって規定されるハーフトーンマスクに適用されることを特徴とする請求項１記載のハーフトーンマスクの製造方法。
4. 高い精度が要求される重要な箇所と、比較的誤差が許容できる箇所とを区別し、前者を優先するようにマスクパターンの描画データを設計するハーフトーンマスクの製造方法であって、
   （１）透明基板の表面全体を第１の膜が覆うフォトマスクブランクスを第１の冗長パターンデータで描画して第１層目の膜をパターニングする工程と、
   （２）パターニングされた前記第１の膜を覆う第２の膜を形成する工程と、
   （３）前記第２の膜を第２の冗長パターンデータで描画して第２層目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ハーフトーンマスクの製造方法。
5. 透明基板上に第１及び第２の層が積層されたパターンを備え、前記第１層目のパターンと第２層目のパターンの境界面が同一平面として露出するハーフトーンマスクに適用されることを特徴とする請求項４記載のハーフトーンマスクの製造方法。
6. 前記第２の冗長パターンデータは、予め遮光膜と半透過膜の積層膜をエッチングするのに必要な処理時間で、半透過膜の単層膜のサイドエッチングによる線幅変化量を調べておき、その結果に基づいてサイドエッチング誤差として見込んだ補正形状を冗長設計における誤差余裕とすることを特徴とする請求項４記載のハーフトーンマスクの製造方法。
7. 透明基板上に遮光膜と半透過膜とが積層された構造を備え、前記第２層目となる半透過膜がアライメント誤差を見込んで第１層目となる遮光部を覆うように冗長設計されることにより、前記冗長設計された部分において、第１層目となる遮光膜パターンの側面が第２層目となる半透過膜によって覆われることを特徴とするハーフトーンマスク。

Images