JP2008180897A - グレートーンマスク及びパターン転写方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半透光部において透過光の光強度分布が平坦な部分を有し、なお且つ所定の光強度が得られる半透光部を備えたグレートーンマスクを提供する。また、半透光部を被転写体のレジスト膜に転写したときに、略一定膜厚の平坦部を有し、かつ所望の膜厚範囲のレジストパターンが形成される、精度の高いグレートーンマスクを提供する。
【解決手段】透明基板３４上に遮光部３１、透光部３２、及び半透光部３３が形成されたグレートーンマスク３０であって、前記遮光部３１に隣接して挟まれた半透光部３３を有し、該半透光部３３は、半透光膜３６が形成された半透光膜形成部３３ａと、前記半透光部３３が隣接する遮光部３１との境界に設けられた、透明基板３４が露出している透光スリット部３３ｂ、３３ｃとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子、液晶表示装置（LiquidCrystal Display：以下、ＬＣＤと呼ぶ）、半導体装置製造等に用いられるグレートーンマスク、このマスクを使用するパターン転写方法に関するものであり、特に薄膜トランジスタ液晶表示装置の製造に用いられる薄膜トランジスタ基板（ＴＦＴ基板）の製造に好適に使用されるグレートーンマスク及びパターン転写方法に関する。

現在、ＬＣＤの分野において、薄膜トランジスタ液晶表示装置（Thin FilmTransistor Liquid Crystal Display：以下、ＴＦＴ−ＬＣＤと呼ぶ）は、ＣＲＴ（陰極線管）に比較して、薄型にしやすく消費電力が低いという利点から、現在商品化が急速に進んでいる。ＴＦＴ−ＬＣＤは、マトリックス状に配列された各画素にＴＦＴが配列された構造のＴＦＴ基板と、各画素に対応して、レッド、グリーン、及びブルーの画素パターンが配列されたカラーフィルターが液晶相の介在の下に重ね合わされた概略構造を有する。ＴＦＴ−ＬＣＤでは、製造工程数が多く、ＴＦＴ基板だけでも５〜６枚のフォトマスクを用いて製造されていた。このような状況の下、ＴＦＴ基板の製造を４枚のフォトマスクを用いて行う方法が提案された（例えば下記非特許文献１）。

この方法は、遮光部と透光部と半透光部（グレートーン部）を有するフォトマスク（以下、グレートーンマスクという）を用いることにより、使用するマスク枚数を低減するというものである。ここで、半透光部とは、マスクを使用してパターンを被転写体に転写する際、透過する露光光の透過量を所定量低減させ、被転写体上のフォトレジスト膜の現像後の残膜量を制御する部分をいい、そのような半透光部を、遮光部、透光部とともに備えているフォトマスクをグレートーンマスクという。

図８及び図９（図９は図８の製造工程の続き）に、グレートーンマスクを用いたＴＦＴ基板の製造工程の一例を示す。
ガラス基板１上に、ゲート電極用金属膜が形成され、フォトマスクを用いたフォトリソプロセスによりゲート電極２が形成される。その後、ゲート絶縁膜３、第１半導体膜４（ａ−Ｓｉ）、第２半導体膜５（Ｎ＋ａ−Ｓｉ）、ソースドレイン用金属膜６、及びポジ型フォトレジスト膜７が形成される（図８（１））。次に、遮光部１１と透光部１２と半透光部１３を有するグレートーンマスク１０を用いて、ポジ型フォトレジスト膜７を露光し、現像することにより、ＴＦＴチャネル部及びソースドレイン形成領域と、データライン形成領域を覆い、かつチャネル部形成領域がソースドレイン形成領域よりも薄くなるように第１レジストパターン７ａが形成される（図８（２））。次に、第１レジストパターン７ａをマスクとして、ソースドレイン金属膜６及び第２、第１半導体膜５，４をエッチングする（図８（３））。次に、チャネル部形成領域の薄いレジスト膜を酸素によるアッシングにより除去し、第２レジストパターン７ｂを形成する（図９（１））。しかる後、第２レジストパターン７ｂをマスクとして、ソースドレイン用金属膜６がエッチングされ、ソース／ドレイン６ａ、６ｂが形成され、次いで第２半導体膜５をエッチングし（図９（２））、最後に残存した第２レジストパターン７ｂを剥離する（図９（３））。

ここで用いられるグレートーンマスクとしては、半透光部が微細パターンで形成されている構造のものが知られている。例えば図１０に示されるように、ソース／ドレインに対応する遮光部１１ａ、１１ｂと、透光部１２と、チャネル部に対応する半透光部（グレートーン部）１３とを有し、半透光部１３は、グレートーンマスクを使用するＬＣＤ用露光機の解像限界以下の微細パターンからなる遮光パターン１３ａを形成した領域である。遮光部１１ａ、１１ｂと遮光パターン１３ａはともにクロムやクロム化合物等の同じ材料からなる同じ厚さの膜から通常形成されている。グレートーンマスクを使用するＬＣＤ用露光機の解像限界は、多くの場合、ステッパ方式の露光機で約３μｍ、ミラープロジェクション方式の露光機で約４μｍである。このため、例えば、図１０で半透光部１３における透過部１３ｂのスペース幅を３μｍ未満、遮光パターン１３ａのライン幅を露光機の解像限界以下の３μｍ未満とすることができる。

上述の微細パターンタイプの半透光部は、グレートーン部分の設計、具体的には遮光部と透光部の中間的なハーフトーン効果を持たせるための微細パターンをライン・アンド・スペースタイプにするのかドット（網点）タイプにするのか、或いはその他のパターンにするのかの選択があり、さらにライン・アンド・スペースタイプの場合、線幅をどのくらいにするのか、光が透過する部分と遮光される部分の比率をどうするか、全体の透過率をどの程度に設計するかなどを考慮し設計することができる。

一方、ハーフトーン露光したい部分を半透過性のハーフトーン膜（半透光膜）とすることが従来提案されている（例えば下記特許文献１）。このハーフトーン膜を用いることでハーフトーン部分の露光量を少なくしてハーフトーン露光することが出来る。ハーフトーン膜を用いる場合、設計においては全体の透過率がどのくらい必要かを検討し、マスクにおいてはハーフトーン膜の膜種（素材）であるとか膜厚を選択することでマスクの生産が可能となる。マスク製造ではハーフトーン膜の膜厚制御を行う。ＴＦＴチャンネル部をグレートーンマスクのグレートーン部で形成する場合、ハーフトーン膜であればフォトリソグラフィー工程により容易にパターニングできるので、ＴＦＴチャンネル部の形状が複雑なパターン形状であっても可能であるという利点がある。

特開２００２−１８９２８０号公報 「月刊エフピーディ・インテリジェンス（ＦＰＤ Intelligence）」、１９９９年５月、ｐ．３１−３５

上記の半透光部をハーフトーン膜（半透光膜）とする上記グレートーンマスクは、前述の微細パターンタイプのグレートーンマスクと比較して、一定以上の面積の半透光部を形成する場合に非常に有用である。微細パターンタイプの半透光部の場合、その面積が大きくなるとパターンデータが膨大になってしまうという問題があるが、ハーフトーン膜を用いる半透光部においてはそのような問題が生じないからである。

図１１（ａ）は、このような半透光部をハーフトーン膜（半透光膜）とするグレートーンマスクの一例を示すものである。すなわち、グレートーンマスク２０は、所定のパターン状に形成された遮光部２１と透光部２２と半透光部２３を備えており、同図（ｂ）（（ａ）におけるＬ−Ｌ線に沿った断面図）に示すように、遮光部２１は、透明基板２４上に遮光膜２５を有して構成され、透光部２２は、透明基板２４が露出した部分で構成され、さらに半透光部２３は、透明基板２４上に半透光膜２６を有して構成されている。

ところで、近年、特にＴＦＴチャネル部のパターンの微細化に伴い、グレートーンマスクにおいてもますます微細なパターンが必要とされてきており、本発明者らは、上述の半透光部に半透光膜を用いたグレートーンマスクにおいても新たな課題が生じることを見出した。すなわち、例えば、上述の図１１に示すように、遮光膜２５による２つの遮光部２１，２１に挟まれた幅Ａが７μｍ程度の半透光部２３を半透光膜２６により形成したグレートーンマスクの場合、このマスク使用時の露光機における、該半透光部の透過光の光強度分布は、図１２のようになる。なお、露光機の露光光源としては、例えばｇ線（波長４３６ｎｍ）やｉ線（波長３６５ｎｍ）を含む３５０ｎｍ〜４５０nmの波長領域の光源が用いられる。この光強度分布に従って、被転写体上のレジスト膜が露光され、この後レジストの現像工程を経てレジストパターンが形成される。従って、このグレートーンマスクの半透光部における光強度分布は、形成されるレジストパターンの形状に反映することになる。この際、レジスト自身の光感度特性や現像特性などを適切に選択し、上記光強度分布が充分な精度でレジストパターンに反映される条件を用いることは勿論のことである。
ここで、本発明のグレートーンマスクに適用する露光機としては、開口数NAが0.1〜0.07程度の光学系を有するものとしている。

一方、半透光部２３のパターンの形状が更に微細化し、幅Ａが例えば３．６μｍとなった場合における該半透光部の透過光の光強度分布を図１３に示す。図１３によると、光強度分布曲線の形状は、図１２の場合と異なり、ピーク付近に平坦部が殆ど無い。一般に、遮光部との境界近傍の半透光部では、露光機の解像度に応じ、光の回折により所定の傾斜を描くが、半透光部の寸法（幅）が例えば６μｍ以下と小さくなると、露光光波長や露光機の解像度に対して回折の影響が無視できない程度に大きくなるため、図１３に示すような殆ど平坦部のない光強度分布形状になるものと考えられる。このため、被転写体上のレジスト膜が露光され、現像工程を経て形成されるレジストパターンには、殆ど平坦部が無い正規分布型の形状が転写される。このように、テーパー状の角度をもち、殆ど平坦部が無い正規分布型の形状のレジストパターンを用いて、被転写体においてエッチングを行うと、エッチングにより形成されるパターン寸法の変化が大きく、パターンの寸法制御が非常に困難であり、線幅精度が劣化することを、本発明者らは見い出した。さらにこのような問題は、半透光部の幅が６μｍ以下の時に生じ、特に半透光部の幅が１〜４μｍにおいて顕著であることも本発明者らは見い出した。

そこで、本発明者らは、従来の、遮光膜による微細パターンによる半透光部とするグレートーンマスクにおいて、上記問題を回避することを検討した。すなわち、上記図１３のような光強度分布の傾斜を、よりシャープな立ち上がりとする可能性を検討した。この場合、微細パターンと露光条件を選択すれば、半透光部において、平坦な光強度部分を得ることはある程度可能である。但しこの場合、半透光部のパターンを微細化すると、透過光の光強度が低下してしまい、被転写体のレジスト膜への露光量を適切な範囲とすることが困難であった。ここで、適切な露光量とは、透過部を100％としたとき、10〜70％の範囲内で、該マスクユーザの所望の露光量である。好ましくは、20〜60％、より好ましくは30〜60％の範囲である。そこで、光強度を得るために、半透光部のパターン寸法を大きくすると、露光の際に解像してしまい、やはり平坦な光強度分布が得られなくなる。そこで解像度を落とした露光条件が必要になるが、これはパターンの転写精度を劣化させる。つまり、従来の微細パターンタイプのグレートーンマスクでは、半透光部のパターンの微細化と平坦な光強度分布の両方を得ることは困難であった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、半透光部において透過光の光強度分布が平坦な部分を有し、なお且つ所定の光強度が得られる半透光部を備えたグレートーンマスクを提供することを目的とする。また、本発明は、半透光部を被転写体のレジスト膜に転写したときに、略一定膜厚の平坦部を有し、かつ所望の膜厚範囲のレジストパターンが形成される、精度の高いグレートーンマスクを提供することを目的とする。さらには、本発明のグレートーンマスクを用いて、半透光部の形状が微細化しても、高精度のパターン転写を行えるパターン転写方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
（構成１）透明基板上に半透光膜及び遮光膜を有し、前記半透光膜及び前記遮光膜にそれぞれ所定のパターンをエッチングにより施すことによって遮光部、透光部、及び半透光部が形成されたグレートーンマスクであって、前記グレートーンマスクは、前記遮光部に隣接して挟まれた半透光部を有し、前記半透光部は、半透光膜が形成された半透光膜形成部と、前記半透光部が隣接する遮光部との境界に設けられた、透明基板が露出している透光スリット部とを有することを特徴とするグレートーンマスクである。

（構成２）前記透光スリット部の幅は、前記グレートーンマスクに対する露光条件における解像限界以下の寸法であることを特徴とする構成１記載のグレートーンマスクである。
（構成３）前記半透光膜形成部には、パターンを有しない半透光膜が形成されていることを特徴とする構成１又は２記載のグレートーンマスクである。
（構成４）前記半透光膜形成部には、微細な透光パターンを有していることを特徴とする構成１又は２記載のグレートーンマスクである。

（構成５）前記グレートーンマスクは、露光光源波長３５０ｎｍ〜４５０nmの範囲の波長域用のグレートーンマスクであって、前記半透光部の幅が、６μｍ以下であることを特徴とする構成１乃至４の何れか一に記載のグレートーンマスクである。
（構成６）前記半透光部の幅が、１μｍ〜４μｍであることを特徴とする構成５記載のグレートーンマスクである。

（構成７）透明基板上に半透光膜及び遮光膜を有し、前記半透光膜及び前記遮光膜にそれぞれ所定のパターンをエッチングにより施すことによって遮光部、透光部、及び半透光部が形成されたグレートーンマスクであって、前記グレートーンマスクは、前記遮光部に隣接して挟まれた幅Ａの半透光部を有し、該半透光部の幅Ａが６μｍ以下であり、該半透光部に対する、波長３５０ｎｍ〜４５０nmの範囲の所定波長域の光光透過強度分布曲線において、前記透光部の露光光透過率を１００％とし、前記半透光部の幅方向の中央を含み、透過率変動が１％以下の領域を、グレートーン平坦部とするとき、前記グレートーン平坦部の幅が、幅Aの５０％を超えることを特徴とするグレートーンマスクである。

（構成８）前記半透光部は、隣接する遮光部との境界部分に、透明基板が露出している透光スリット部を有することを特徴とする構成７記載のグレートーンマスクである。
（構成９）前記透光スリット部の幅は、前記グレートーンマスクに対する露光条件における解像限界以下の寸法であることを特徴とする構成８記載のグレートーンマスクである。

（構成１０）構成１乃至９の何れか一に記載のグレートーンマスクを用いて、被転写体に設けられたレジスト膜にパターンを転写し、前記半透光部に対応する部分に、前記遮光部又は透光部と異なるレジスト膜厚部分を有するレジストパターンを形成する工程を有することを特徴とするパターン転写方法である。

（構成１１）構成１乃至９の何れか一に記載のグレートーンマスクを用いて、波長３５０ｎｍ〜４５０nmの範囲内の波長を含む波長域の露光光によって露光し、被転写体に設けられたレジスト膜にパターンを転写し、前記半透光部に対応する部分に、前記遮光部又は透光部と異なるレジスト膜厚部分を有するレジストパターンを形成する工程を有し、前記レジストパターンは、前記グレートーンマスクにおける幅Ａの前記半透光部に対応する部分において、前記透光部又は遮光部に対応する、現像後のレジスト膜厚を１００％とし、前記半透光部に対応する現像後のレジスト膜の幅方向の中央を含み、膜厚変動が１％以下の領域を、グレートーン平坦部とするとき、前記グレートーン平坦部の幅が、幅Aの５０％を超えることを特徴とするパターン転写方法である。

本発明のグレートーンマスクによれば、半透光部は、半透光膜が形成された半透光膜形成部と、前記半透光部が隣接する遮光部との境界に設けられた、透明基板が露出している透光スリット部とを有することにより、半透光部において透過光の光強度分布が平坦な部分を有し、なお且つ所定の光強度が得られる半透光部を備えたグレートーンマスクを提供することができる。また、本発明のグレートーンマスクによれば、半透光部を被転写体のレジスト膜に転写したときに、略一定膜厚の平坦部を有し、かつ所望の膜厚範囲のレジストパターンが形成される、精度の高いグレートーンマスクを提供することができる。
さらに、本発明のグレートーンマスクを用いて被転写体へのパターン転写を行うことにより、半透光部の形状が微細化しても、高精度のパターン転写を行なうことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明のグレートーンマスクの一実施の形態を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＬ−Ｌ線に沿った側断面図である。図２は、本発明のグレートーンマスクを用いたパターン転写方法を説明するための断面図である。
図１に示す本発明のグレートーンマスク３０は、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やカラーフィルタ、またはプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）などを製造するために用いられるものであり、図２に示す被転写体４０上に、膜厚が段階的または連続的に異なるレジストパターン４３を形成するものである。なお、図２中において符号４２Ａ、４２Ｂは、被転写体４０において基板４１上に積層された膜を示す。

上記グレートーンマスク３０は、具体的には、当該グレートーンマスク３０の使用時に露光光を遮光（透過率が略０％）させる遮光部３１と、露光光を略１００％透過させる透光部３２と、露光光の透過率を２０〜６０％程度に低減させる半透光部３３とを有して構成される。半透光部３３は、ガラス基板等の透明基板３４上に光半透過性の半透光膜３６が形成された半透光膜形成部３３ａと、半透光部３３が隣接する遮光部３１との境界に設けられた、透明基板３４が露出している透光スリット部３３ｂ、３３ｃとを有して構成される。また、遮光部３１は、透明基板３４上に、遮光性の遮光膜３５が設けられて構成される。なお、図１に示す上記遮光部３１、透光部３２、及び半透光部３３のパターン形状はあくまでも代表的な一例であって、本発明をこれに限定する趣旨ではないことは勿論である。

上記半透光膜３６としては、クロム化合物、ＭｏSｉ、Sｉ、Ｗ、Ａｌが挙げられる。このうち、クロム化合物には、酸化クロム(ＣｒＯｘ)、窒化クロム(ＣｒＮｘ)、酸窒化クロム(ＣｒＯｘＮ)、フッ化クロム(ＣｒＦｘ)や、これらに炭素や水素を含むものがある。また、遮光膜３５としては、Ｃｒ、Sｉ、Ｗ、Ａｌなどが挙げられる。上記遮光部３１の透過率は、遮光膜３５の膜材質と膜厚との選定によって設定される。また、上記半透光部３３の透過率は、半透光膜３６の膜材質と膜厚との選定によって設定される。

上述のようなグレートーンマスク３０を使用したときに、遮光部３１では露光光が実質的に透過せず、半透光部３３では露光光が低減されるため、被転写体４０上に塗布したレジスト膜（ポジ型フォトレジスト膜）は、遮光部３１に対応する部分で膜厚が厚くなり、半透光部３３に対応する部分で膜厚が薄くなり、透光部３２に対応する部分では膜がないレジストパターン４３を形成する（図２を参照）。このレジストパターン４３において、半透光部３３に対応する部分で膜厚が薄くなる効果をグレートーン効果という。尚、ネガ型フォトレジストを用いた場合には、遮光部と透光部に対応するレジスト膜厚が逆転することを考慮した設計を行う必要があるが、このような場合にも、本発明の効果は充分に得られる。

そして、図２に示すレジストパターン４３の膜のない部分で、被転写体４０における例えば膜４２Ａ及び４２Ｂに第１エッチングを実施し、レジストパターン４３の膜の薄い部分をアッシング等によって除去しこの部分で、被転写体４０における例えば膜４２Ｂに第２エッチングを実施する。このようにして、１枚のグレートーンマスク３０を用いて従来のフォトマスク２枚分の工程が実施されることになり、マスク枚数が削減される。

ここで、本発明の上記グレートーンマスク３０における前記半透光部３３の構成をさらに詳しく説明すると、本実施の形態では、前記半透光部３３は、２つの遮光部３１，３１に隣接して挟まれた半透光部であって、該半透光部３３は、半透光膜３６が形成された半透光膜形成部３３ａと、該半透光膜形成部３３ａの両側、つまり半透光部３３が隣接する両側の遮光部３１，３１との境界に設けられた、透明基板３４が露出している透光スリット部３３ｂ、３３ｃとを有する。

この透光スリット部の幅は、グレートーンマスク３０に対する露光条件における解像限界以下の寸法であり、半透光部の設計寸法に応じて決定されるが、一般に大きすぎると半透光部としての機能が得にくくなり、小さすぎると、光強度分布の平坦部が得られない。具体的には、６μm以下の幅の半透光部に対し、２μｍ以下、好ましくは１μｍ以下０．１μｍ以上である。この場合の露光条件とは、露光光源波長、使用する露光機の解像度などである。本発明のグレートーンマスクは、露光波長が３５０ｎｍ〜４５０nm（ｉ線乃至ｇ線）用のものとして好適である。
尚、本発明のグレートーンマスクに適用する露光機としては、開口数NAが0.1〜0.07程度の光学系を有する場合に、本発明の効果が顕著に得られる。

更に、半透光部において透過光の光強度分布が平坦な部分を有するように、半透光部３３の幅（設計値幅）Ａ（図１（ｂ）参照）に対する透光スリット幅についても考慮することが好ましい。すなわち、半透光部の幅に対して、透光スリット幅が大きすぎると、半透光部としての機能が得にくくなり、小さすぎると、光強度分布の平坦部が得にくくなる。透光スリット部の幅は、片側（３３ｂまたは３３ｃ）が（２/５）Ａ以下（両側を足すと（４/５）Ａ以下）とすることが好ましい。透光スリット部（片側）の幅が大きすぎると、透光スリット部を設けることで半透光部において透過光の光強度分布が適切な範囲内とならずにグレートーン効果が得にくい。より好ましくは、透光スリット部の幅は、片側（３３ｂまたは３３ｃ）が（１/４）Ａ以下である。スリット部の幅が小さすぎると、平坦な部分が得にくいため、片側（1/10）A（両側（1/5）A）以上が好ましい。なお、両側の透光スリット部３３ｂと３３ｃの幅は略同じであることが望ましいが、本発明の効果を損わない限りにおいては異なっていてもよい。

また、上記半透光膜形成部３３ａは、略均一の膜厚を有する単一の半透光膜３６で形成されている。すなわち、半透光膜形成部３３ａの半透光膜３６は、膜厚の分布が実質的に無く、また微細パターン加工は施されていない。この半透光膜３６は、半透光部３３に求められる透過率（半透過性）によって決定される膜材質及び膜厚を有する。
半透光膜の露光光透過率は、透光部の透過率を100％としたとき、10〜70％、好ましくは20〜60％程度とすることができる。
一方、上記半透光膜形成部３３ａには、露光光の解像限界以下の微細な透光パターンが施されていてもよい。すなわち、半透光膜形成部には、複数の半透光膜が配列されており、それぞれが半透光部に求められる透過率によって決定される寸法及び膜材質、膜厚を有していてもよい。

ここで、第１の具体例として、上記半透光部３３の幅Ａが３．６μｍであり、透光スリット部３３ｂと３３ｃの幅をそれぞれ０．８μｍ（従って、半透光膜形成部３３ａの幅は２．０μｍ）とした半透光部３３を有するグレートーンマスクにおける、半透光部３３に対する波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの光透過強度分布曲線を図３に示す。なお、半透光膜形成部３３ａの半透光膜３６の材質はCr酸化物とし、透過率４０％となるように膜厚を調整した。

図３に示すように、本発明のグレートーンマスクは、半透光部において透過光の光強度分布が平坦な部分を有している。ここで、半透光部において透過光の光強度分布が平坦な部分を有するとは、幅Ａの半透光部に対する、波長３５０ｎｍ〜４５０nmの範囲内の所定波長域を含む光の光透過強度分布曲線において、前記透光部の露光光透過率を１００％とし、前記半透光部の幅方向の中央を含み、透過率変動が１％以下の領域を、グレートーン平坦部とするとき、前記グレートーン平坦部の幅が、幅Aの５０％を超えることをいうものとする。比較対照として、遮光部に挟まれた半透光部の全体（全幅）に亘って半透光膜を形成し、この半透光部の幅を３．６μｍとした半透光部を備えるグレートーンマスクにおける光透過強度分布曲線を示す前述の図１３と対比すると分かるように、本発明によるグレートーンマスクによれば、半透光部の幅が６μｍ以下の微細パターンにおいて、半透光部において透過光の光強度分布が平坦な部分を有し、なお且つ所定の光強度が得られ、本発明の目的とする半透光部を備えたグレートーンマスクが得られる。

つまり、本発明のグレートーンマスクは、前記遮光部に隣接して挟まれた幅Ａの半透光部を有し、該半透光部の幅Ａが６μｍ以下であって、該半透光部に対する、波長３５０ｎｍ〜４５０nmの光透過強度分布曲線において、前記半透光部の幅方向の中央を含むＡ／２の幅において、光透過強度の中央値に対するばらつきが光透過強度ピーク値の５％以内である半透光部を備えたグレートーンマスクである。
好ましくは、半透光部の幅は１μｍ〜４μｍである。特に、本発明の効果が顕著に得られるのは、半透光部の幅が２μm〜４μmの場合である。

このような本発明のグレートーンマスクの半透光部における光強度分布は、本発明のグレートーンマスクを用いて、被転写体のレジスト膜を露光し、現像工程を経て形成されるレジストパターンの形状にも反映される。すなわち、本発明のグレートーンマスクを用いて、３５０ｎｍ〜４５０nmの範囲内の所定波長域を含む露光光によって露光し、被転写体に設けられたレジスト膜にパターンを転写し、前記半透光部に対応する部分に、前記遮光部又は透光部と異なるレジスト膜厚部分を有するレジストパターンを形成する工程を有するパターン転写方法において、本発明のグレートーンマスクにおける幅Ａの前記半透光部に対応する部分において、前記透光部又は遮光部に対応する、現像後のレジスト膜厚を１００％とし、前記半透光部に対応する現像後のレジスト膜の幅方向の中央を含み、膜厚変動が１％以下の領域を、グレートーン平坦部とするとき、前記グレートーン平坦部の幅が、幅Aの５０％を超えるレジストパターンを形成することができる。

従って、本発明のグレートーンマスクを用いて、半透光部を被転写体のレジスト膜に転写したときに、略一定膜厚の平坦部を有し、かつ所望の膜厚範囲のレジストパターンを形成することができ、被転写体に形成するパターンの寸法制御がしやすくなり、パターンの線幅精度が向上する。

また次に、第２の具体例として、上記半透光部３３の幅Ａが５．４μｍであり、透光スリット部３３ｂと３３ｃの幅をそれぞれ０．３μｍ（従って、半透光膜形成部３３ａの幅は４．８μｍ）とした半透光部３３を有するグレートーンマスクにおける、半透光部３３に対する波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの光透過強度分布曲線を図４に示す。なお、半透光膜形成部３３ａの半透光膜３６の材質は第１の具体例の場合と同じであり、透過率４０％となるように膜厚を調整した。また、従来の遮光部に挟まれた半透光部の全体（全幅）に亘って半透光膜を形成し、この半透光部の幅を５．４μｍとした半透光部を備えるグレートーンマスクにおける光透過強度分布曲線を図５に示した。
図４（本発明）と図５（比較例）とを対比すると、本発明によれば、半透光部における透過光の光強度分布がより広い範囲（幅）において平坦な部分を有することがわかる。

前述の図３と図１３との対比、及び、上述の図４と図５との対比から、露光波長３５０ｎｍ〜４５０nmの範囲内の所定波長域を含む露光光用のグレートーンマスクにおける、遮光部に隣接して挟まれた半透光部の幅が６μｍ以下の微細パターンである場合に本発明の効果が得られ、特に上記半透光部の幅が１〜４μｍである場合に本発明の効果が顕著に得られることがわかる。

次に、図６及び図７を参照して、上述のグレートーンマスクの製造方法の一実施例を説明する。
図６及び図７はそれぞれ本発明のグレートーンマスクの製造工程を説明するための断面図及び平面図である。
使用するマスクブランクは、透明基板３４上に、遮光膜３５が形成されている（図６（ａ）参照）。遮光膜３５の材質はＣｒとその化合物の複合膜を用いた。

まず、このマスクブランクの遮光膜３５上にレジストを塗布してレジスト膜を形成する。描画には、通常電子線又は光（短波長光）が用いられることが多いが、本実施例ではレーザー光を用いる。従って、上記レジストとしてはポジ型フォトレジストを使用する。そして、レジスト膜に対し、所定のパターン（遮光部に対応するレジストパターンを形成するようなパターン）を描画し、描画後に現像を行うことにより、遮光部に対応するレジストパターン３７ａを形成する（図６（ｂ）参照）。この状態を平面図で示したものが図７（ａ）である。

次に、上記レジストパターン３７ａをエッチングマスクとして遮光膜３５をエッチングして遮光膜パターン３５ａを形成する。本実施例では遮光膜にＣｒとその化合物の複合膜を用いたので、エッチング手段としては、ドライエッチングもしくはウェットエッチングのどちらでも可能である。本実施例ではウェットエッチングを利用した。
残存するレジストパターン３７ａを除去した後（図６（ｃ）参照）に、基板の全面に半透光膜３６を成膜する（図６（ｄ）参照）。半透光膜３６は、透明基板３４の露光光の透過量に対し５０〜２０％程度の透過量を有するもので、本実施例ではスパッタ成膜によるCr酸化物（透過率４０％）を半透光膜３６として採用した。

次に、上記半透光膜３６上に前記と同じレジスト膜を形成し、２度目の描画を行う。２度目の描画では、半透光部３３における半透光膜形成部３３ａに対応するレジストパターンを形成するように所定のパターンを描画する。描画後、現像を行うことにより、半透光膜形成部３３ａに対応するレジストパターン３７ｂを形成する（図６（ｅ）参照）。
次いで、上記レジストパターン３７ｂをエッチングマスクとして半透光膜３６をエッチングして半透光膜形成部３３ａを構成する半透光膜パターン３６ａを形成する。本実施例ではこの場合のエッチング手段として、半透光膜３６と遮光膜３５との間に高いエッチング選択性が得られるドライエッチングを利用した。
そして、残存するレジストパターン３７ｂを除去して、グレートーンマスク３０が出来上がる（図６（ｆ）参照）。この状態を平面図で示したものが図７（ｂ）である。

なお、本発明のグレートーンマスクの製造方法は上記実施例には限定されない。上記実施例では、透明基板上に遮光膜を形成したマスクブランクを使用し、製造工程の途中で半透光膜の成膜を行ったが、たとえば、透明基板上に半透光膜と遮光膜を順に形成したマスクブランクを用いて製造することもできる。この場合の遮光部は、半透光膜と遮光膜の積層膜で構成される。

本発明によると、上記にて説明した効果に加え、従来の遮光膜による微細パターンを形成した半透光部（微細パターンタイプのグレートーンマスク）と比べて、本発明では、半透光部のパターン（半透光膜で形成される半透光膜形成部）の許容される線幅範囲が広く、マスク製作時の線幅管理が容易であることがわかる。従って、量産上の利点が大きい。
また、本発明によれば、デバイス製造に極端に高解像度（光ＮＡ）の露光機を用意する必要がなく、現行の露光機を使用しても、ＴＦＴチャネル部の微細化に十分対応できるので、デバイス製造において大きな利点である。

本発明のグレートーンマスクの一実施の形態を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 本発明のグレートーンマスクを用いたパターン転写方法を説明するための断面図である。 本発明のグレートーンマスクにおける半透光部の波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍに対する光透過強度分布曲線である。 本発明のグレートーンマスクにおける半透光部の波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍに対する光透過強度分布曲線である。 従来のハーフトーン膜タイプのグレートーンマスクにおける半透光部の波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍに対する光透過強度分布曲線である。 本発明のグレートーンマスクの製造工程の一例を示す断面図である。 本発明のグレートーンマスクの製造工程を説明するための平面図である。 グレートーンマスクを用いたＴＦＴ基板の製造工程を示す概略断面図である。 グレートーンマスクを用いたＴＦＴ基板の製造工程（図８の製造工程の続き）を示す概略断面図である。 従来の微細パターンタイプのグレートーンマスクの一例を示す平面図である。 従来のハーフトーン膜タイプのグレートーンマスクを示す（ａ）平面図、（ｂ）断面図である。 従来のハーフトーン膜タイプのグレートーンマスクにおける半透光部の波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍに対する光透過強度分布曲線である。 従来のハーフトーン膜タイプのグレートーンマスクにおける半透光部の波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍに対する光透過強度分布曲線である。

符号の説明

１０，２０，３０ グレートーンマスク
２１，３１ 遮光部
２２，３２ 透光部
２３，３３ 半透光部
３３ａ 半透光膜形成部
３３ｂ、３３ｃ 透光スリット部
２４，３４ 透明基板
２５，３５ 遮光膜
２６，３６ 半透光膜
４０ 被転写体
４３ レジストパターン

Claims (11)

1. 透明基板上に半透光膜及び遮光膜を有し、前記半透光膜及び前記遮光膜にそれぞれ所定のパターンをエッチングにより施すことによって遮光部、透光部、及び半透光部が形成されたグレートーンマスクであって、
   前記グレートーンマスクは、前記遮光部に隣接して挟まれた半透光部を有し、
   前記半透光部は、半透光膜が形成された半透光膜形成部と、前記半透光部が隣接する遮光部との境界に設けられた、透明基板が露出している透光スリット部とを有することを特徴とするグレートーンマスク。
2. 前記透光スリット部の幅は、前記グレートーンマスクに対する露光条件における解像限界以下の寸法であることを特徴とする請求項１記載のグレートーンマスク。
3. 前記半透光膜形成部には、パターンを有しない半透光膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のグレートーンマスク。
4. 前記半透光膜形成部には、微細な透光パターンを有していることを特徴とする請求項１又は２記載のグレートーンマスク。
5. 前記グレートーンマスクは、露光光源波長が３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲の波長域用のグレートーンマスクであって、前記半透光部の幅が、６μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載のグレートーンマスク。
6. 前記半透光部の幅が、１μｍ〜４μｍであることを特徴とする請求項５記載のグレートーンマスク。
7. 透明基板上に半透光膜及び遮光膜を有し、前記半透光膜及び前記遮光膜にそれぞれ所定のパターンをエッチングにより施すことによって遮光部、透光部、及び半透光部が形成されたグレートーンマスクであって、
   前記グレートーンマスクは、前記遮光部に隣接して挟まれた幅Ａの半透光部を有し、
   該半透光部の幅Ａが６μｍ以下であり、
   該半透光部に対する、波長３５０ｎｍ〜４５０nmの範囲内の所定波長域を含む光の光透過強度分布曲線において、
   前記透光部の露光光透過率を１００％とし、前記半透光部の幅方向の中央を含み、透過率変動が１％以下の領域を、グレートーン平坦部とするとき、前記グレートーン平坦部の幅が、幅Aの５０％を超えることを特徴とするグレートーンマスク。
8. 前記半透光部は、隣接する遮光部との境界部分に、透明基板が露出している透光スリット部を有することを特徴とする請求項７記載のグレートーンマスク。
9. 前記透光スリット部の幅は、前記グレートーンマスクに対する露光条件における解像限界以下の寸法であることを特徴とする請求項８記載のグレートーンマスク。
10. 請求項１乃至９の何れか一に記載のグレートーンマスクを用いて、被転写体に設けられたレジスト膜にパターンを転写し、前記半透光部に対応する部分に、前記遮光部又は透光部と異なるレジスト膜厚部分を有するレジストパターンを形成する工程を有することを特徴とするパターン転写方法。
11. 請求項１乃至９の何れか一に記載のグレートーンマスクを用いて、波長３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内の波長を含む波長域の露光光によって露光し、被転写体に設けられたレジスト膜にパターンを転写し、前記半透光部に対応する部分に、前記遮光部又は透光部と異なるレジスト膜厚部分を有するレジストパターンを形成する工程を有し、
    前記レジストパターンは、前記グレートーンマスクにおける幅Ａの前記半透光部に対応する部分において、
    前記透光部又は遮光部に対応する、現像後のレジスト膜厚を１００％とし、前記半透光部に対応する現像後のレジスト膜の幅方向の中央を含み、膜厚変動が１％以下の領域を、グレートーン平坦部とするとき、前記グレートーン平坦部の幅が、幅Aの５０％を超えることを特徴とするパターン転写方法。
    

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