JP2009086381A - グレートーンマスクの製造方法及びグレートーンマスク、並びにパターン転写方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】グレートーンマスク作製時にＣＤ（線幅）変動を低減できるグレートーンマスクの製造方法及びグレートーンマスクを提供する。
【解決手段】透明基板上に、半透光膜と遮光膜とをこの順に有するグレートーンマスクブランクを用意し、該マスクブランクに第１のパターニングを施し、パターニングされた遮光膜及び露出した半透光膜を含む基板全面にレジスト膜を形成した後に第２のパターニングを施すことによって、該半透光膜と該遮光膜にそれぞれ所定のパターニングを施してグレートーンマスクとする。ここで、前記第1のパターニングの際の描画光に対する前記遮光膜の表面反射率と、前記第２のパターニングの際の描画光に対する前記半透光膜の表面反射率との差が、35％以下に調整されている。
【選択図】図２
【解決手段】透明基板上に、半透光膜と遮光膜とをこの順に有するグレートーンマスクブランクを用意し、該マスクブランクに第１のパターニングを施し、パターニングされた遮光膜及び露出した半透光膜を含む基板全面にレジスト膜を形成した後に第２のパターニングを施すことによって、該半透光膜と該遮光膜にそれぞれ所定のパターニングを施してグレートーンマスクとする。ここで、前記第1のパターニングの際の描画光に対する前記遮光膜の表面反射率と、前記第２のパターニングの際の描画光に対する前記半透光膜の表面反射率との差が、35％以下に調整されている。
【選択図】図２
Description
本発明は、マスクを用いて被転写体上のフォトレジストに、異なるレジスト膜厚部分を設けた転写パターンを形成するパターン転写方法、このパターン転写方法に使用するグレートーンマスク及びその製造方法に関するものである。
現在、液晶表示装置（Liquid Crystal Display：以下、ＬＣＤと呼ぶ）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、遮光部と透光部と半透光部を有するフォトマスク（グレートーンマスクと呼ぶ）を用いることにより、ＴＦＴ基板の製造に利用するマスク枚数を削減する方法が提案されている（例えば特許文献１）。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う。
ここで、グレートーンマスクとは、透明基板が露出した透光部、透明基板上に露光光を遮光する遮光膜が形成された遮光部、透明基板上に遮光膜、または、半透光膜が形成され透明基板の光透過率を１００％としたときにそれより透過光量を低減させて所定量の光を透過する半透光部（以下、グレートーン部ともいう）を有するものをいう。このようなグレートーンマスクとしては、半透光部として、所定の光透過率をもつ、半透光膜を形成したもの、或いは、遮光膜又は半透光膜に、露光条件下で解像限界以下の微細パターンを形成したもの、或いは、所定の光透過率をもつ半透光膜を形成したものがある。
図１は、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が、図１に示すグレートーンマスク２０は、被転写体３０上に、膜厚が段階的に異なるレジストパターン３３を形成するためものである。なお、図１中において符号３２Ａ、３２Ｂは、被転写体３０において基板３１上に積層された膜を示す。
図１に示すグレートーンマスク２０は、当該グレートーンマスク２０の使用時に露光光を遮光（透過率が略０％）させる遮光部２１と、透明基板２４の表面が露出した露光光を透過させる透光部２２と、透光部の露光光透過率を１００％としたとき透過率を１０〜８０％程度に低減させる半透光部２３とを有する。図１に示す半透光部２３は、透明基板２４上に形成された光半透過性の半透光膜で構成されているが、マスク使用時の露光条件下で解像限界を超える微細パターンが形成されて構成されてもよい。
図１に示すグレートーンマスク２０は、当該グレートーンマスク２０の使用時に露光光を遮光（透過率が略０％）させる遮光部２１と、透明基板２４の表面が露出した露光光を透過させる透光部２２と、透光部の露光光透過率を１００％としたとき透過率を１０〜８０％程度に低減させる半透光部２３とを有する。図１に示す半透光部２３は、透明基板２４上に形成された光半透過性の半透光膜で構成されているが、マスク使用時の露光条件下で解像限界を超える微細パターンが形成されて構成されてもよい。
上述のようなグレートーンマスク２０を使用したときに、遮光部２１では露光光が実質的に透過せず、半透光部２３では露光光が低減されるため、被転写体３０上に塗布したレジスト膜（ポジ型フォトレジスト膜）は、転写後、現像を経たとき遮光部２１に対応する部分で膜厚が厚くなり、半透光部２３に対応する部分で膜厚が薄くなり、透光部２２に対応する部分では膜がない（残膜が実質的に生じない）、膜厚が段階的に異なる（つまり段差のある）レジストパターン３３を形成することができる。
そして、図１に示すレジストパターン３３の膜のない部分で、被転写体３０における例えば膜３２Ａ及び３２Ｂに第１エッチングを実施し、レジストパターン３３の膜厚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３０における例えば膜３２Ｂ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２０を用いて被転写体３０上に膜厚の段階的に異なるレジストパターン３３を形成することにより、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。
このようなフォトマスクは、表示装置、特に液晶表示装置の薄膜トランジスタの製造に、極めて有効に適用される。例えば、遮光部２１により、ソース、ドレイン部を形成し、半透光部２３によって、チャネル部を形成することができる。
そして、図１に示すレジストパターン３３の膜のない部分で、被転写体３０における例えば膜３２Ａ及び３２Ｂに第１エッチングを実施し、レジストパターン３３の膜厚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３０における例えば膜３２Ｂ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２０を用いて被転写体３０上に膜厚の段階的に異なるレジストパターン３３を形成することにより、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。
このようなフォトマスクは、表示装置、特に液晶表示装置の薄膜トランジスタの製造に、極めて有効に適用される。例えば、遮光部２１により、ソース、ドレイン部を形成し、半透光部２３によって、チャネル部を形成することができる。
ところで、一般に、フォトマスクを用いて、被転写体に露光する際には、露光光の反射による悪影響に配慮する必要がある。たとえば、露光光がマスク透過後に被転写体表面で反射し、マスク表面（パターン形成面）又は裏面で反射して再度被転写体に照射したり、あるいは露光光が露光機内のいずれかの部位において反射し、これがフォトマスク表面で反射して、被転写体上に照射されるなどの迷光が生じると、被転写体には、不本意な写りこみが生じ、正確なパターン転写を阻害する。このため、露光機の光学系には一般に、露光時の迷光対策が施されている。更に、露光機には、例えば、露光光に対するマスクの表面反射率が１０±５％であれば迷光の影響がなく、転写が行えるといった基準が設けられている。また、バイナリマスク等のフォトマスクにおいても、最上層となる遮光膜に反射防止膜を設けるなどの反射防止措置を施すことにより、上記反射率１５％以下といった基準を十分充足するようなマスクを使用することが可能である。
一方、被転写体上に、膜厚が段階的に又は連続的に異なる部分をもつレジストパターンを形成する目的で、露光光の透過率をパターン上の特定の部位を選択的に低減し、露光光の透過を制御可能なフォトマスクであるグレートーンマスクが知られていることは上述のとおりであり、こうしたグレートーンマスクでは、露光光の一部を透過する半透光部に半透光膜を用いたものが知られている。この半透光部に半透光膜を用いたグレートーンマスクでは、マスクに形成されたパターン構成によりこの半透光膜がマスクの最上層に露出する。この半透光膜は、露光光を所望の透過率範囲で透過する必要性から、上記のバイナリマスクのような反射防止膜をそのまま積層して適用することはできない。また、半透光膜を用いたグレートーンマスクにおいては、半透光部の露光光に対する表面反射率は、その組成及び膜厚により、１０％を越える場合が避けられないこともある。
その一方で、このようなグレートーンマスクを用いて、被転写体にパターン転写を行う場合には、被転写体上のレジストとしては、通常のバイナリマスク（つまり半透光部の存在しない）等のフォトマスクよりも、感度の露光光量依存性が小さい、又は現像特性の露光光量依存性が低いものを用いることによって、レジストの残膜量を所望の範囲に制御することを容易としている。このようなレジストにおいては、その光量に対する光感度の変化が小さいため、露光時の迷光によるパターンへの写りこみの影響は比較的小さいと考えられる。このため、こうしたグレートーンマスクにおける反射特性は、上記バイナリマスクとは異なった観点で検討する必要があることが発明者により見出された。
上記のように半透光膜の露光光反射率による迷光の影響は小さいが、グレートーンマスクを製造する段階において、パターニングに用いる描画光に対する表面反射率は、重要である。なぜならば、半透光膜上に形成したレジスト膜に、描画光によってパターンを描画する際、半透光膜表面における表面反射率が過度に高いと、パターンの寸法が正確に描画できない。
特に、グレートーンマスクの製造工程においては、通常２回以上の描画工程が必要となる。例えば、透光部と遮光部と半透光部（ここでは１種類の半透光部とする）を形成するためには、遮光膜と半透光膜にそれぞれ所定のパターニングを施す必要があるため、フォトレジストを用いた、二回のフォトリソ工程が必要になる。２種類以上の透過率をもつ半透光膜を用いた、マルチトーンマスクの場合には、更に描画回数が増える場合もある。
特に、グレートーンマスクの製造工程においては、通常２回以上の描画工程が必要となる。例えば、透光部と遮光部と半透光部（ここでは１種類の半透光部とする）を形成するためには、遮光膜と半透光膜にそれぞれ所定のパターニングを施す必要があるため、フォトレジストを用いた、二回のフォトリソ工程が必要になる。２種類以上の透過率をもつ半透光膜を用いた、マルチトーンマスクの場合には、更に描画回数が増える場合もある。
複数回の描画における、描画のエネルギー(ドーズ量)が同一でも、描画の対象となる膜面の反射率が異なれば、線幅（CD）には不均一が生じる懸念がある。例えば、描画光に対する半透光膜の表面反射率が大きいと、半透光膜上に形成したレジスト膜に対するパターン描画時に、グレートーンマスクブランクのレジスト膜内で、描画光に起因する定在波が生じやすく、従って、反射率の異なる膜に対する描画は、定在波の生じやすさに差が生じ、パターンの断面形状に差が生じる。また、グレートーンマスクブランクへのパターン描画時に、レジスト膜とその下層にある半透光膜の界面において描画光の反射光量が大きいと、その部位近傍のレジストの露光量が大きくなり、結果的に線幅が大きくなる。反射率の異なる膜に対する描画では、このような影響の現れ方の度合いも異なる。
従って、膜の反射率に応じて、描画時のエネルギーを変更することが考えられる。しかしながら、グレートーンマスクにおいては、その用途に応じて、様々な透過率のものが求められるため、その膜組成は多岐にわたり、それらに対して最適な描画条件を求め、描画条件を設定することは、著しく煩雑であり、不効率である。
従って、膜の反射率に応じて、描画時のエネルギーを変更することが考えられる。しかしながら、グレートーンマスクにおいては、その用途に応じて、様々な透過率のものが求められるため、その膜組成は多岐にわたり、それらに対して最適な描画条件を求め、描画条件を設定することは、著しく煩雑であり、不効率である。
例えば、液晶表示装置製造用のグレートーンマスクにおいては、パターン線幅（以下、ＣＤと略称する）変動が±0.35μｍ以下であることが標準規格とされることが多かったが、特に、薄膜トランジスタのチャネル部等の部位においては、そのパターンの微細化に応じて、ＣＤ変動は±0.20μｍ程度を達成していることが実質上求められる。特に、薄膜トランジスタ製造用のグレートーンマスクにおいて、チャネル部の線幅が2μm未満であるような場合には、このような厳しい仕様が求められる。
本発明は、上記従来の事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、第１に、グレートーンマスク作製時に上記ＣＤ変動を低減できるグレートーンマスクの製造方法及びグレートーンマスクを提供することであり、更に、このようなグレートーンマスクを用いて、被転写体上に高精度の転写パターンを形成できるパターン転写方法を提供することである。
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）被転写体に対する露光光の照射量を部位によって選択的に低減し、被転写体上のフォトレジストに、残膜値の異なる部分を含む所望の転写パターンを形成するグレートーンマスクであって、透光部、遮光部、および露光光の一部を透過する半透光部を有するグレートーンマスクの製造方法において、透明基板上に、半透光膜と遮光膜とをこの順に有するグレートーンマスクブランクを用意し、該マスクブランクに第１のパターニングを施し、パターニングされた遮光膜及び露出した半透光膜を含む基板全面にレジスト膜を形成した後に第２のパターニングを施すことによって、該半透光膜と該遮光膜にそれぞれ所定のパターニングを施してグレートーンマスクとし、前記第1のパターニングの際の描画光に対する前記遮光膜の表面反射率と、前記第２のパターニングの際の描画光に対する前記半透光膜の表面反射率との差が、35％以下に調整されていることを特徴とするグレートーンマスクの製造方法。
（構成１）被転写体に対する露光光の照射量を部位によって選択的に低減し、被転写体上のフォトレジストに、残膜値の異なる部分を含む所望の転写パターンを形成するグレートーンマスクであって、透光部、遮光部、および露光光の一部を透過する半透光部を有するグレートーンマスクの製造方法において、透明基板上に、半透光膜と遮光膜とをこの順に有するグレートーンマスクブランクを用意し、該マスクブランクに第１のパターニングを施し、パターニングされた遮光膜及び露出した半透光膜を含む基板全面にレジスト膜を形成した後に第２のパターニングを施すことによって、該半透光膜と該遮光膜にそれぞれ所定のパターニングを施してグレートーンマスクとし、前記第1のパターニングの際の描画光に対する前記遮光膜の表面反射率と、前記第２のパターニングの際の描画光に対する前記半透光膜の表面反射率との差が、35％以下に調整されていることを特徴とするグレートーンマスクの製造方法。
（構成２）被転写体に対する露光光の照射量を部位によって選択的に低減し、被転写体上のフォトレジストに、残膜値の異なる部分を含む所望の転写パターンを形成するグレートーンマスクであって、透光部、遮光部、および露光光の一部を透過する半透光部を有するグレートーンマスクの製造方法において、
透明基板上に、遮光膜を形成したグレートーンマスクブランクに、第1のパターニングを施し、パターニングされた遮光膜を含む基板全面に半透光膜を形成し、該半透光膜形成後に第２のパターニングを施すことによって、該半透光膜と該遮光膜にそれぞれ所定のパターニングを施してグレートーンマスクとし、
前記第1のパターニングの際の描画光に対する前記遮光膜の表面反射率と、前記第２のパターニングの際の描画光に対する前記半透光膜の表面反射率との差が、35％以下に調整されていることを特徴とするグレートーンマスクの製造方法。
透明基板上に、遮光膜を形成したグレートーンマスクブランクに、第1のパターニングを施し、パターニングされた遮光膜を含む基板全面に半透光膜を形成し、該半透光膜形成後に第２のパターニングを施すことによって、該半透光膜と該遮光膜にそれぞれ所定のパターニングを施してグレートーンマスクとし、
前記第1のパターニングの際の描画光に対する前記遮光膜の表面反射率と、前記第２のパターニングの際の描画光に対する前記半透光膜の表面反射率との差が、35％以下に調整されていることを特徴とするグレートーンマスクの製造方法。
（構成３）前記第1のパターニングの際の描画光に対する前記遮光膜の表面反射率と、前記第２のパターニングの際の描画光に対する前記半透光膜の表面反射率の差が、20％以下に調整されていることを特徴とする構成１又は２に記載のグレートーンマスクの製造方法。
（構成４）前記半透光膜は、前記グレートーンマスクを使用する際に適用する露光光に対する表面反射率が10％以上となるように調整されていることを特徴とする構成１乃至３のいずれか一に記載のグレートーンマスクの製造方法。
（構成４）前記半透光膜は、前記グレートーンマスクを使用する際に適用する露光光に対する表面反射率が10％以上となるように調整されていることを特徴とする構成１乃至３のいずれか一に記載のグレートーンマスクの製造方法。
（構成５）前記半透光膜の、前記第２のパターニングの際の描画光に対する表面反射率は、45％以下となるように調整されていることを特徴とする構成１乃至４のいずれか一に記載のグレートーンマスクの製造方法。
（構成６）前記半透光膜の、前記第２のパターニングの際の描画光に対する表面反射率は、30％以下となるように調整されていることを特徴とする構成５に記載のグレートーンマスクの製造方法。
（構成６）前記半透光膜の、前記第２のパターニングの際の描画光に対する表面反射率は、30％以下となるように調整されていることを特徴とする構成５に記載のグレートーンマスクの製造方法。
（構成７）前記半透光膜と前記遮光膜のそれぞれのパターニングの際に、レジスト膜に対して用いる描画光は、いずれも４００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内の所定波長の光であることを特徴とする構成１乃至６のいずれか一に記載のグレートーンマスクの製造方法。
（構成８）前記遮光膜は、組成の異なる膜の積層によってなるもの、又は、膜厚方向に組成傾斜したものであることを特徴とする構成１乃至７のいずれか一に記載のグレートーンマスクの製造方法。
（構成９）前記グレートーンマスクは、365nm〜436nmの範囲の所定域を含む露光光に対して用いるものであることを特徴とする構成１乃至８のいずれか一に記載のグレートーンマスクの製造方法。
（構成８）前記遮光膜は、組成の異なる膜の積層によってなるもの、又は、膜厚方向に組成傾斜したものであることを特徴とする構成１乃至７のいずれか一に記載のグレートーンマスクの製造方法。
（構成９）前記グレートーンマスクは、365nm〜436nmの範囲の所定域を含む露光光に対して用いるものであることを特徴とする構成１乃至８のいずれか一に記載のグレートーンマスクの製造方法。
（構成１０）構成１乃至９のいずれか一項に記載のグレートーンマスクの製造方法によって製造されたことを特徴とするグレートーンマスク。
（構成１１）所定線幅に対する線幅ばらつきが、±0.35μm以内であることを特徴とする構成１０に記載のグレートーンマスク。
（構成１２）所定線幅に対する線幅ばらつきが、±0.20μm以内であることを特徴とする構成１１に記載のグレートーンマスク。
（構成１１）所定線幅に対する線幅ばらつきが、±0.35μm以内であることを特徴とする構成１０に記載のグレートーンマスク。
（構成１２）所定線幅に対する線幅ばらつきが、±0.20μm以内であることを特徴とする構成１１に記載のグレートーンマスク。
（構成１３）構成１乃至９のいずれかに記載の製造方法により得られるグレートーンマスク、又は、構成１０乃至１２のいずれかに記載のグレートーンマスクを用いて、被転写体に露光光を照射する露光工程を有し、被転写体上に残膜値の異なる部分を含む所定の転写レジストパターンを形成することを特徴とするパターン転写方法。
本発明によるグレートーンマスクの製造方法では、透明基板上に、半透光膜と遮光膜とをこの順に有するグレートーンマスクブランクを用意し、該マスクブランクに第１のパターニングを施し、パターニングされた遮光膜及び露出した半透光膜を含む基板全面にレジスト膜を形成した後に第２のパターニングを施すことによって、該半透光膜と該遮光膜にそれぞれ所定のパターニングを施してグレートーンマスクとし、前記第1のパターニングの際の描画光に対する前記遮光膜の表面反射率と、前記第２のパターニングの際の描画光に対する前記半透光膜の表面反射率との差が、35％以下に調整されている。
また、本発明によるグレートーンマスクの製造方法では、透明基板上に、遮光膜を形成したグレートーンマスクブランクに、第1のパターニングを施し、パターニングされた遮光膜を含む基板全面に半透光膜を形成し、該半透光膜形成後に第２のパターニングを施すことによって、該半透光膜と該遮光膜にそれぞれ所定のパターニングを施してグレートーンマスクとし、前記第1のパターニングの際の描画光に対する前記遮光膜の表面反射率と、前記第２のパターニングの際の描画光に対する前記半透光膜の表面反射率との差が、35％以下に調整されている。
また、本発明によるグレートーンマスクの製造方法では、透明基板上に、遮光膜を形成したグレートーンマスクブランクに、第1のパターニングを施し、パターニングされた遮光膜を含む基板全面に半透光膜を形成し、該半透光膜形成後に第２のパターニングを施すことによって、該半透光膜と該遮光膜にそれぞれ所定のパターニングを施してグレートーンマスクとし、前記第1のパターニングの際の描画光に対する前記遮光膜の表面反射率と、前記第２のパターニングの際の描画光に対する前記半透光膜の表面反射率との差が、35％以下に調整されている。
これにより、マスク作製時の第1と第２のパターニングによる線幅精度を高め、厳しいCD仕様を充足することができる。
また、得られた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することにより、線幅精度の高い、電子デバイスを提供することができる。
また、得られた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することにより、線幅精度の高い、電子デバイスを提供することができる。
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。
［第１の実施の形態］
図２は、本実施の形態によるグレートーンマスクの製造工程を示す断面図である。本実施の形態においては、遮光部、透光部、及び半透光部を備えた、ＴＦＴ基板製造用のグレートーンマスクを用いる。
本実施の形態に使用するグレートーンマスクブランクは、透明基板２４上に、例えばモリブデンシリサイドを含む半透光膜２６と、例えばクロムを主成分とする遮光膜２５がこの順に形成され、その上にレジストを塗布してレジスト膜２７が形成されている（図２（ａ）参照）。遮光膜２５の材質としては、上記Ｃｒを主成分とする材料の他、Ｓｉ、Ｗ、Ａｌなどが挙げられる。本実施の形態においては、遮光部の透過率は、上記遮光膜２５と後述の半透光膜２６の積層によって決定され、それぞれの膜材質と膜厚との選定によって、総和として光学濃度３．０以上に設定される。
［第１の実施の形態］
図２は、本実施の形態によるグレートーンマスクの製造工程を示す断面図である。本実施の形態においては、遮光部、透光部、及び半透光部を備えた、ＴＦＴ基板製造用のグレートーンマスクを用いる。
本実施の形態に使用するグレートーンマスクブランクは、透明基板２４上に、例えばモリブデンシリサイドを含む半透光膜２６と、例えばクロムを主成分とする遮光膜２５がこの順に形成され、その上にレジストを塗布してレジスト膜２７が形成されている（図２（ａ）参照）。遮光膜２５の材質としては、上記Ｃｒを主成分とする材料の他、Ｓｉ、Ｗ、Ａｌなどが挙げられる。本実施の形態においては、遮光部の透過率は、上記遮光膜２５と後述の半透光膜２６の積層によって決定され、それぞれの膜材質と膜厚との選定によって、総和として光学濃度３．０以上に設定される。
まず、１度目の描画を行う。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、本実施の形態ではレーザー光（４００〜４５０nmの範囲内の所定波長光、例えば４１２nm）を用いる。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。遮光膜２５上のレジスト膜２７に対し、所定のデバイスパターン（遮光部に対応する領域に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、遮光部の領域に対応するレジストパターン２７を形成する（図２（ｂ）参照）。
次に、上記レジストパターン２７をエッチングマスクとして遮光膜２５をエッチングして遮光膜パターンを形成し、半透光部及び透光部領域上の半透光膜を露出させる。クロムを主成分とする遮光膜２５を用いた場合、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が、本実施の形態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は除去する（図２（ｃ）参照）。
次に、上記遮光膜パターン及び露出した半透光膜を含む基板上の全面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、遮光部及び半透光部上にレジストパターンが形成され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、遮光部及び半透光部に対応する領域上にレジストパターン２８を形成する（図２（ｄ）参照）。
次いで、上記レジストパターン２８をエッチングマスクとして露出した透光部領域上の半透光膜２６をエッチングして、透光部を形成する（図２（ｅ）参照）。そして、残存するレジストパターンを除去して、透明基板２４上に、半透光膜２６と遮光膜２５の積層膜によりなる遮光部２１、透明基板２４が露出する透光部２２、及び半透光膜２６によりなる半透光部２３を有するグレートーンマスクが出来上がる（図２（ｆ）参照）。
以上の本実施の形態により得られる、マスクパターンのＣＤが精度良く形成され、またパターン転写時の迷光の影響を低減できる上記グレートーンマスクを用いて、図１のような被転写体３０へのパターン転写を行うことにより、被転写体上に高精度の転写パターン（レジストパターン３３）を形成できる。
なお、図１及び図２に示す遮光部２１、透光部２２、及び半透光部２３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。
以上の本実施の形態により得られる、マスクパターンのＣＤが精度良く形成され、またパターン転写時の迷光の影響を低減できる上記グレートーンマスクを用いて、図１のような被転写体３０へのパターン転写を行うことにより、被転写体上に高精度の転写パターン（レジストパターン３３）を形成できる。
なお、図１及び図２に示す遮光部２１、透光部２２、及び半透光部２３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。
上述したように、本実施の形態では、透明基板２４上に、半透光膜２６と遮光膜２５をこの順に有するグレートーンマスクブランク（図２（ａ））を用いる。上記グレートーンマスクブランク（図２（ａ））における半透光膜２６は、透明基板２４の露光光の透過量に対し１０〜８０％程度の透過量を有するものであり、好ましくは２０〜６０％の透過量とする。
上記半透光膜２６の材質としては、クロム化合物、Ｍｏ化合物、Ｓｉ、Ｗ、Ａｌ等が挙げられ、クロム化合物としては、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り、Ｍｏ化合物としては、MoSixのほか、MoSiの窒化物、酸化物、酸化窒化物、炭化物などが含まれる。また、形成されるマスク上の半透光部の透過率は、上記半透光膜２６の膜材質と膜厚との選定によって設定される。ここでは、図２（ｃ）において、半透光膜２６上の遮光膜２５をエッチングするため、好ましくは、半透光膜と遮光膜に、エッチャントに対するエッチング選択性があることが有利であるため、半透光膜の素材には、Mo化合物が好ましく、MoSix（透過率50％）を用いた。
上記半透光膜２６の材質としては、クロム化合物、Ｍｏ化合物、Ｓｉ、Ｗ、Ａｌ等が挙げられ、クロム化合物としては、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り、Ｍｏ化合物としては、MoSixのほか、MoSiの窒化物、酸化物、酸化窒化物、炭化物などが含まれる。また、形成されるマスク上の半透光部の透過率は、上記半透光膜２６の膜材質と膜厚との選定によって設定される。ここでは、図２（ｃ）において、半透光膜２６上の遮光膜２５をエッチングするため、好ましくは、半透光膜と遮光膜に、エッチャントに対するエッチング選択性があることが有利であるため、半透光膜の素材には、Mo化合物が好ましく、MoSix（透過率50％）を用いた。
また、遮光膜素材は、Crを主成分とするものを採用した。ここで、遮光膜２５は、膜厚方向に組成が異なるものとすることが好ましい。例えば、金属クロムからなる層上に、酸化クロム（CrOx）を積層したもの、又は、金属クロムからなる層に酸窒化クロム（CrOxNy）を積層したもの、或いは窒化クロム（CrNx）からなる層に金属クロム、酸化クロム（CrOx）を積層したものなどが適用可能である。ここで、積層は、明確な境界をもつ積層でもよく、或いは、明確な境界をもたない組成傾斜によるものも含まれる。この組成及び膜厚を調整することによって、描画光に対する表面反射率を低減することができる。遮光膜の描画光に対する表面反射率は、１０〜１５％程度とすることができる。なお、このような遮光膜として、露光光に対する反射防止機能を施した公知の遮光膜を適用してもよい。
本発明の実施の形態において、上記半透光膜２６は、描画光に対する表面反射率が、上記遮光膜の描画光に対する表面反射率に対して、35％よりも高くないものとする。なお、ここで適用する描画光は、400〜450nmの所定波長を適用することができ、これに適したフォトレジストを使用することが好適である。
また、ここで上記半透光膜２６の描画光に対する表面反射率は、面内において45％以下となるように調整されていることが好ましく、30％以下となるように調整されていることが特に好ましい。
また、ここで上記半透光膜２６の描画光に対する表面反射率は、面内において45％以下となるように調整されていることが好ましく、30％以下となるように調整されていることが特に好ましい。
このようなグレートーンマスクブランクを用いて上述の図２の工程にしたがってグレートーンマスクを製造することにより、マスク上のパターンのＣＤが、二度の描画によって過度に不均一になることなく、許容範囲内とすることができる。とくに微細パターニングを含むTFTチャネル部製造用のマスクにおいては、描画光に対する遮光膜と半透光膜の表面反射率の差が20％以下とすることが好ましい。
これにより、描画光に対する膜の反射率の相違によるCD変動の影響を低減することが可能になるため、結果としてマスクパターンのＣＤを所望値に正確に再現でき、パターンの微細化の要求に応じた所定の標準規格を達成することが容易になる。また、得られた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する際、露光光の反射による迷光の影響をも低減することが可能である。
これにより、描画光に対する膜の反射率の相違によるCD変動の影響を低減することが可能になるため、結果としてマスクパターンのＣＤを所望値に正確に再現でき、パターンの微細化の要求に応じた所定の標準規格を達成することが容易になる。また、得られた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する際、露光光の反射による迷光の影響をも低減することが可能である。
［第２の実施の形態］
図３は、本実施の形態によるグレートーンマスクの製造工程を示す断面図である。本実施の形態でも、遮光部、透光部、及び半透光部を備えた、ＴＦＴ基板製造用のグレートーンマスクを用いる。
使用するマスクブランクは、透明基板２４上に、例えばクロムを主成分とする遮光膜２５が形成され、その上にレジストを塗布してレジスト膜２７が形成されている（図３（ａ）参照）。遮光膜２５の材質としては、上記Ｃｒを主成分とする材料の他、Ｓｉ、Ｗ、Ａｌなどが挙げられる。本実施の形態においては、遮光部の透過率は、上記遮光膜２５と後述の半透光膜２６の積層によって決定され、それぞれの膜材質と膜厚との選定によって、総和として光学濃度３．０以上に設定される。
なお、本実施の形態においては、以下に説明するように、上記遮光膜２５のパターンを形成した後に、該遮光膜パターンを含む基板全面に半透光膜を形成する。
図３は、本実施の形態によるグレートーンマスクの製造工程を示す断面図である。本実施の形態でも、遮光部、透光部、及び半透光部を備えた、ＴＦＴ基板製造用のグレートーンマスクを用いる。
使用するマスクブランクは、透明基板２４上に、例えばクロムを主成分とする遮光膜２５が形成され、その上にレジストを塗布してレジスト膜２７が形成されている（図３（ａ）参照）。遮光膜２５の材質としては、上記Ｃｒを主成分とする材料の他、Ｓｉ、Ｗ、Ａｌなどが挙げられる。本実施の形態においては、遮光部の透過率は、上記遮光膜２５と後述の半透光膜２６の積層によって決定され、それぞれの膜材質と膜厚との選定によって、総和として光学濃度３．０以上に設定される。
なお、本実施の形態においては、以下に説明するように、上記遮光膜２５のパターンを形成した後に、該遮光膜パターンを含む基板全面に半透光膜を形成する。
まず、１度目の描画を行う。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２７に対し、所定のデバイスパターン（遮光部及び透光部の領域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）を描画する。
描画後に現像を行うことにより、遮光部及び透光部に対応するレジストパターン２７を形成する（図３（ｂ）参照）。
描画後に現像を行うことにより、遮光部及び透光部に対応するレジストパターン２７を形成する（図３（ｂ）参照）。
次に、上記レジストパターン２７をエッチングマスクとして遮光膜２５をエッチングして遮光膜パターンを形成する。クロムを主成分とする遮光膜２５を用いた場合、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が、本実施の形態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を除去した後（図３（ｃ）参照）、基板２４上の遮光膜パターンを含む全面に半透光膜２６を成膜する（図３（ｄ）参照）。
半透光膜２６は、透明基板２４の露光光の透過量に対し10〜80％程度の透過量、より好ましくは20〜60％の透過率を有するものである。
本実施の形態ではスパッタ成膜による酸化クロムを含む半透光膜（露光光透過率４０％）を採用した。
半透光膜２６は、透明基板２４の露光光の透過量に対し10〜80％程度の透過量、より好ましくは20〜60％の透過率を有するものである。
本実施の形態ではスパッタ成膜による酸化クロムを含む半透光膜（露光光透過率４０％）を採用した。
ここで、上記遮光膜２５は、第１の実施の形態と同様、表面反射率を低減する措置を施したものを適用できる。また、上記半透光膜２６は、描画光に対する表面反射率が、上記遮光膜の描画光に対する表面反射率に対して、その差異が35％以下となるように調整されている。
また、上記半透光膜２６の描画光に対する表面反射率は、面内において45％以下となるように調整されている。
また、上記半透光膜２６の描画光に対する表面反射率は、面内において45％以下となるように調整されている。
次に、上記グレートーンマスクブランクの半透光膜２６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、遮光部及び半透光部上にレジストパターンが形成され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、遮光部及び半透光部に対応する領域にレジストパターン２８を形成する（図３（ｅ）参照）。なお、ここで描画光としては、上記１度目の描画と同一のものを用いることができる。
なお、本発明では、上記１度目の描画と２度目の描画とで波長の異なる描画光を用いる場合、１度目の描画に用いる描画光に対する前記遮光膜の表面反射率と、２度目の描画に用いる描画光に対する前記半透光膜の表面反射率との差が、35％以下に調整されていればよい。
なお、本発明では、上記１度目の描画と２度目の描画とで波長の異なる描画光を用いる場合、１度目の描画に用いる描画光に対する前記遮光膜の表面反射率と、２度目の描画に用いる描画光に対する前記半透光膜の表面反射率との差が、35％以下に調整されていればよい。
次いで、上記レジストパターン２８をエッチングマスクとして露出した半透光膜２６及び遮光膜２５の積層膜をエッチングして透光部を形成する。この場合のエッチング手段として、本実施の形態ではウェット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を除去して、透明基板２４上に、遮光膜２５と半透光膜２６の積層膜によりなる遮光部２１、透明基板２４が露出する透光部２２、及び半透光膜２６によりなる半透光部２３を有するグレートーンマスクが出来上がる（図２（ｆ）参照）。
ところで、上記第１及び第２の実施の形態において、本発明者らの検討によると、通常用いられるフォトマスクにおいて、描画光に対する表面反射率が線幅CDに与える影響は、以下のとおりである。図４に、表面反射率に対する線幅CDの変動傾向を示す。上記パターニングに用いる描画光としては400〜450nmのレーザーを用い、例えば412nmの波長が適用される。図４ではこれを近似して436nmの波長を用いた。これを用いて、反射率の許容範囲につき、反射率と線幅の関係で検証した。
図４は、描画の対象となるフォトマスクブランクの表面反射と、それに対するパターンのCDの関係を示したものである。ここでは、Cr遮光膜上にレジストを塗布し、レーザー描画によって実験を行ったが、他の材料の膜としてもよい。反射率が増加するとともに、形成されるパターンのCDが太くなる傾向がある。図４から換算すると、反射率１％の変動で、線幅は10nm変動することがわかる。
図４は、描画の対象となるフォトマスクブランクの表面反射と、それに対するパターンのCDの関係を示したものである。ここでは、Cr遮光膜上にレジストを塗布し、レーザー描画によって実験を行ったが、他の材料の膜としてもよい。反射率が増加するとともに、形成されるパターンのCDが太くなる傾向がある。図４から換算すると、反射率１％の変動で、線幅は10nm変動することがわかる。
薄膜トランジスタ製造用のマスクでは、±0.35μmのCD精度が求められる。従って、露光光に対する反射率変動は、複数回の露光工程を通じて、±35％以内でなければならない。より厳しい微細パターンを有するTFT製造用のチャネル部では、±0.20μmのCD精度が求められることから、反射率変動は±20％を越えないものとするべきである。
このような要件が満たされないグレートーンマスクを使用すると、一回目と二回目のフォトリソ工程によるCDに変動が生じ、二回目（半透光膜上のレジストに対する描画）時に、描画エネルギーが大きくなりすぎる傾向を生じる。
このような要件が満たされないグレートーンマスクを使用すると、一回目と二回目のフォトリソ工程によるCDに変動が生じ、二回目（半透光膜上のレジストに対する描画）時に、描画エネルギーが大きくなりすぎる傾向を生じる。
また、既存のバイナリマスクでは、Cr遮光膜の表面反射率は10〜12％程度であったことから、上記変動によって許容される最大反射率は45％以内、より厳しい規格では30％以内となる。従って、半透光膜についても、その反射率変動によって最大となる表面反射率は、45％以内、より厳しくは、30％以内としなければならない。換言すればこのように調整された半透光部となるような半透光膜を使用すれば、転写パターンの精度が、市場の要求を充足するものとなる。
上記遮光膜及び半透光膜は、スパッタ法など公知の手段により形成することができる。本発明のグレートーンマスクブランクにおいては、上記表面反射率を満足する膜を成膜し、更に成膜されたものを検査し、選択することによって、充分な転写精度をもつフォトマスクブランクのみを使用することができる。描画光に対する半透光膜の表面反射率は、45％を越えないように設計する。
なお、膜の表面反射率の下限は、好ましくは、露光光に対して10％以上である。これは、露光機(マスクアライナ)上にマスクを投入した際、その存在や、その位置を検知するために、主表面に照射した光の反射光を用いることがあるためである。このようにすれば、半透光膜が露出した部分を用いて、マスクの確認、位置確認を行うことが可能である。
なお、膜の表面反射率の下限は、好ましくは、露光光に対して10％以上である。これは、露光機(マスクアライナ)上にマスクを投入した際、その存在や、その位置を検知するために、主表面に照射した光の反射光を用いることがあるためである。このようにすれば、半透光膜が露出した部分を用いて、マスクの確認、位置確認を行うことが可能である。
表面反射率を上記範囲内とするためには、半透光膜の組成に起因する屈折率ｎと、膜厚によって設計することが可能である。更に、半透光部は露光光の透過率が10〜８０％、好ましくは20〜60％の範囲内とすることが必要であるので、これらパラメータを勘案し、公知の膜設計方法により、設計することが可能である。
更に、本発明の半透光膜は、その表面反射率に多少の変動（ただし上記変動範囲を越えない）があったとしても、45％を越えないものとするのが好ましい。このため、フォトマスクブランクの検査が必要である。表面反射率の検査には、反射率測定器を使用し、面内の複数箇所において、描画光に相当する光を照射したときの表面反射率を測定し、上記基準を充足することを確認したものを使用する。
更に、本発明の半透光膜は、その表面反射率に多少の変動（ただし上記変動範囲を越えない）があったとしても、45％を越えないものとするのが好ましい。このため、フォトマスクブランクの検査が必要である。表面反射率の検査には、反射率測定器を使用し、面内の複数箇所において、描画光に相当する光を照射したときの表面反射率を測定し、上記基準を充足することを確認したものを使用する。
図５に、第２の実施の形態に記載した、半透光部の露光光透過率40％、描画光表面反射率21.4％（面内最大表面反射率45％未満）のフォトマスクブランクの実施例を示す。図５は、スパッタによる成膜時間と、オージェ電子分光法による半透光膜の断面組成（膜厚方向の組成）を示すものである。半透光膜としては、酸化クロムを用いた。ここで、遮光部の描画光の反射率は、13％であったため、遮光部と半透光部の対描画光反射率差は、10％未満となっており、良好なCD安定性を提供できる。
以上の本実施の形態により得られる、マスクパターンのＣＤが精度良く形成され、またパターン転写時の迷光の影響を低減できる上記グレートーンマスクを用いて、図１のような被転写体３０へのパターン転写を行うことにより、被転写体上に高精度の転写パターン（レジストパターン３３）を形成できる。
上述したとおり、本発明のグレートーンマスクは、薄膜トランジスタ（TFT）製造用のフォトマスクに、極めて有効に適用される。特にチャネル部の線幅は、TFTの動作高速化、小型化に伴い、益々小さくなる傾向があり、このような場合に、描画パターンの正確な転写が必須となるからである。従って、本発明の効果が顕著に発現する。
なお、本発明のグレートーンマスクは、一種類の半透光部を有するもののみでなく、複数の露光光透過率を有するマルチトーンマスクである場合も含み、更に、そのようなマスクを製造するために用いるグレートーンブランクをも含む。
上述したとおり、本発明のグレートーンマスクは、薄膜トランジスタ（TFT）製造用のフォトマスクに、極めて有効に適用される。特にチャネル部の線幅は、TFTの動作高速化、小型化に伴い、益々小さくなる傾向があり、このような場合に、描画パターンの正確な転写が必須となるからである。従って、本発明の効果が顕著に発現する。
なお、本発明のグレートーンマスクは、一種類の半透光部を有するもののみでなく、複数の露光光透過率を有するマルチトーンマスクである場合も含み、更に、そのようなマスクを製造するために用いるグレートーンブランクをも含む。
２０ グレートーンマスク
２１ 遮光部
２２ 透光部
２３ 半透光部
２４ 透明基板
２５ 遮光膜
２６ 半透光膜
２７，２８ レジストパターン
３０ 被転写体
３３ 被転写体上のレジストパターン
２１ 遮光部
２２ 透光部
２３ 半透光部
２４ 透明基板
２５ 遮光膜
２６ 半透光膜
２７，２８ レジストパターン
３０ 被転写体
３３ 被転写体上のレジストパターン
Claims (13)
- 被転写体に対する露光光の照射量を部位によって選択的に低減し、被転写体上のフォトレジストに、残膜値の異なる部分を含む所望の転写パターンを形成するグレートーンマスクであって、透光部、遮光部、および露光光の一部を透過する半透光部を有するグレートーンマスクの製造方法において、
透明基板上に、半透光膜と遮光膜とをこの順に有するグレートーンマスクブランクを用意し、該マスクブランクに第１のパターニングを施し、パターニングされた遮光膜及び露出した半透光膜を含む基板全面にレジスト膜を形成した後に第２のパターニングを施すことによって、該半透光膜と該遮光膜にそれぞれ所定のパターニングを施してグレートーンマスクとし、
前記第1のパターニングの際の描画光に対する前記遮光膜の表面反射率と、前記第２のパターニングの際の描画光に対する前記半透光膜の表面反射率との差が、35％以下に調整されていることを特徴とするグレートーンマスクの製造方法。 - 被転写体に対する露光光の照射量を部位によって選択的に低減し、被転写体上のフォトレジストに、残膜値の異なる部分を含む所望の転写パターンを形成するグレートーンマスクであって、透光部、遮光部、および露光光の一部を透過する半透光部を有するグレートーンマスクの製造方法において、
透明基板上に、遮光膜を形成したグレートーンマスクブランクに、第1のパターニングを施し、パターニングされた遮光膜を含む基板全面に半透光膜を形成し、該半透光膜形成後に第２のパターニングを施すことによって、該半透光膜と該遮光膜にそれぞれ所定のパターニングを施してグレートーンマスクとし、
前記第1のパターニングの際の描画光に対する前記遮光膜の表面反射率と、前記第２のパターニングの際の描画光に対する前記半透光膜の表面反射率との差が、35％以下に調整されていることを特徴とするグレートーンマスクの製造方法。 - 前記第1のパターニングの際の描画光に対する前記遮光膜の表面反射率と、前記第２のパターニングの際の描画光に対する前記半透光膜の表面反射率の差が、20％以下に調整されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のグレートーンマスクの製造方法。
- 前記半透光膜は、前記グレートーンマスクを使用する際に適用する露光光に対する表面反射率が10％以上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乃至３のいずれか一に記載のグレートーンマスクの製造方法。
- 前記半透光膜の、前記第２のパターニングの際の描画光に対する表面反射率は、45％以下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乃至４のいずれか一に記載のグレートーンマスクの製造方法。
- 前記半透光膜の、前記第２のパターニングの際の描画光に対する表面反射率は、30％以下となるように調整されていることを特徴とする請求項５に記載のグレートーンマスクの製造方法。
- 前記半透光膜と前記遮光膜のそれぞれのパターニングの際に、レジスト膜に対して用いる描画光は、いずれも４００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内の所定波長の光であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載のグレートーンマスクの製造方法。
- 前記遮光膜は、組成の異なる膜の積層によってなるもの、又は、膜厚方向に組成傾斜したものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載のグレートーンマスクの製造方法。
- 前記グレートーンマスクは、365nm〜436nmの範囲の所定域を含む露光光に対して用いるものであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載のグレートーンマスクの製造方法。
- 請求項１乃至９のいずれか一項に記載のグレートーンマスクの製造方法によって製造されたことを特徴とするグレートーンマスク。
- 所定線幅に対する線幅ばらつきが、±0.35μm以内であることを特徴とする請求項１０に記載のグレートーンマスク。
- 所定線幅に対する線幅ばらつきが、±0.20μm以内であることを特徴とする請求項１１に記載のグレートーンマスク。
- 請求項１乃至９のいずれかに記載の製造方法により得られるグレートーンマスク、又は、請求項１０乃至１２のいずれかに記載のグレートーンマスクを用いて、被転写体に露光光を照射する露光工程を有し、被転写体上に残膜値の異なる部分を含む所定の転写レジストパターンを形成することを特徴とするパターン転写方法。
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