JP2009150937A - 多階調フォトマスク - Google Patents

Abstract

【課題】露光機の露光波長特性によらず、フォトマスクを最適な状態で使用することが容易になり、安定して、正確に被加工層上にパターン形成すること。
【解決手段】本発明の多階調フォトマスクは、透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透過膜とにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を持つ転写パターンを備えた多階調フォトマスクであって、前記半透過膜は、前記露光光の波長域において波長依存性を持つ透過率を有しており、かつ、前記半透光領域は、前記転写パターンの転写の際に用いる露光機の露光光学条件下において前記波長依存性が実質的に生じない透過率を示す寸法を持つ領域を含むことを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、フォトリソグラフィー工程において使用される多階調のフォトマスクに関する。

従来より、フォトリソグラフィー工程においては、エッチングされる被加工層上に形成されたレジスト膜に対して、所定のパターンを有するフォトマスクを用いて所定の露光条件下で露光を行って現像することによりレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとして被加工層をエッチングする。

フォトマスクにおいては、露光光を遮光する遮光領域と、露光光を透過する透光領域と、露光光の一部を透過する半透光領域とを持つ多階調フォトマスクがある。この多階調フォトマスクは、露光光の光量が各領域により異なるので、この多階調フォトマスクを用いて露光・現像を行うことにより、少なくとも３つの厚さの残膜値(残膜値ゼロを含む)を有するレジストパターンを形成することができる。このように複数の異なる残膜値を有するレジストパターンを実現する多階調フォトマスクは、フォトリソグラフィー工程を減少させることが可能となるので大変有用である。

多階調フォトマスクにおける半透光領域は、例えば、露光光の一部を透過するような所望の透過率を有する半透過膜を形成することにより設けることができる（特許文献１）。
特開２００６−２６８０３５号公報

しかしながら、半透光領域を構成する半透過膜の透過率は、通常広い領域全面に膜を形成した場合の透過率であり、厳密にいうと、実際のパターン転写の際の露光光の透過率とは異なる。特に、非常に狭いパターンにおける露光光の透過率や、波長の異なる光源に対する透過率については正確に考慮されていないのが現状である。今後、パターン設計における精度がさらに向上された場合、これらの要因（パターン形状や光源の波長の違い）を正確に考慮しないと、所望のレジストパターンを形成することができず、その結果、正確に被加工層上にパターン形成することができなくなるという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、露光機の露光波長特性によらず、フォトマスクを最適な状態で使用することが容易になり、安定して、正確に被加工層上にパターン形成することができる多階調フォトマスクを提供することを目的とする。

本発明の多階調フォトマスクは、透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透過膜とにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を持つ転写パターンを備えた多階調フォトマスクであって、前記半透過膜は、露光光の波長域において波長依存性を持つ透過率を有しており、かつ、前記半透光領域は、前記転写パターンの転写の際に用いる露光機の露光光学条件下において前記波長依存性が実質的に生じない透過率を示す寸法を持つ領域を含むことを特徴とする。

この構成によれば、非常に狭いパターンにおける半透光領域の露光光の透過率や、波長の異なる光源に対する透過率について正確に考慮した多階調フォトマスクを実現するので、パターン設計における精度がさらに向上され、又はパターンが更に微細化しても所望の残膜値をもつパターンを正確に被加工層上にパターン形成することができる。

本発明の多階調フォトマスクにおいては、前記露光光学条件は、少なくとも前記露光機の光源の波長、開口数、及びコヒレンシを含むことが好ましい。ここで、コヒレンシとは、露光機の、照明光学系の開口数の投影光学系の開口数に対する比、を意味する。

本発明の多階調フォトマスクにおいては、前記半透過膜の透過率は、露光光源i線からg線の波長域において２０％〜８０％であることが好ましい。この構成によれば、本マスクを使用した電子デバイス製造工程における加工制御が容易に行い易くなる。

本発明の多階調フォトマスクにおいては、前記波長依存性は、波長が長くなるにしたがって透過率が上昇する依存性であり、露光光源i線からg線の波長域において１％以上の透過率差のある特性線で示されることが好ましい。なお、ここでは、フォトマスクの透光領域の透過率を１００％とする。

本発明の多階調フォトマスクにおいては、前記半透過膜は、酸化クロム膜、窒化クロム膜、又は金属シリサイド膜であることが好ましい。

本発明の多階調フォトマスクにおいては、薄膜トランジスタ製造用であり、前記波長依存性が実質的に生じない透過率を示す寸法を持つ領域が、薄膜トランジスタのチャネル領域に対応するものであることが好ましい。この場合において、前記チャネル領域の幅が１．０μｍ〜５．０μｍであることが好ましい。

本発明の多階調フォトマスクは、透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透過膜とにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を持つ転写パターンを備えた多階調フォトマスクであって、前記半透過膜は、i線〜g線の波長域において波長依存性を持つ透過率を有しており、かつ、前記半透光領域は、０．０７５〜０．０８５の範囲内の開口数、０．５〜１．０のコヒレンシ、i線〜g線の波長域をもつ露光光学系により露光したとき、該i線〜g線の波長域において、前記波長依存性を実質的に生じない透過率を示す寸法の領域を含むことを特徴とする。

本発明のパターン転写方法は、透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透過膜とを、それぞれパターニングすることにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を持つ転写パターンが形成された多階調フォトマスクを用い、露光機による露光光を照射することによって、該転写パターンを被加工層に転写する、パターン転写方法において、前記半透過膜は、前記露光光の波長域において波長依存性を持つ透過率を有しており、かつ、前記露光機の露光光学条件は、所定の寸法を有する前記半透光領域において、前記透過率の波長依存性が実質的に生じないような条件とすることを特徴とする。

本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、上記パターン転写方法により薄膜トランジスタのパターニングを行うことを特徴とする。

本発明の多階調フォトマスクは、透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透過膜とにより、少なくとも透光領域、遮光領域、及び半透光領域を構成する転写パターンを備えた多階調フォトマスクであって、前記半透過膜は、露光光の波長域において波長依存性を持つ透過率を有しており、かつ、前記半透光領域は、前記転写パターンの転写の際に用いる露光機の露光光学条件下において前記波長依存性が実質的に生じない透過率を示す寸法を持つ領域を含むので、パターン設計がより微細になり、又は、該マスクによって得られるレジストパターンの要求精度がさらに高くなっても露光機に対して最適化された条件下でマスクを使用することを容易に行うことができる。また、本発明の多階調フォトマスクを用いたパターン転写方法によれば、常に安定したレジストパターン形成をすることができ、正確なパターニングを行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
今までは、半透光領域を構成する半透過膜の透過率は、パターン形状によらず、その膜と露光光によって決定する膜固有の透過率で規定していた。このように規定された透過率に基づいて半透過膜の膜材や厚さを設定する場合において、半透光領域の面積が露光機の解像度に対して十分に大きく、露光光の波長が一定であるときには特に問題は生じない。しかしながら、半透光領域の面積や幅が微小になった場合には、半透光領域に隣接する遮光部や透光部の影響により、実際の露光時には半透過膜固有の透過率とは異なる値となることがある。

例えば、薄膜トランジスタ用の多階調フォトマスクにおいては、チャネル部に相当する領域を半透光領域とし、これを挟む形で隣接するソース及びドレインに相当する領域を遮光部で構成している。このフォトマスクにおいては、チャネル部の寸法（幅）が小さくなるにしたがい、隣接する遮光部との境界が、実際の露光条件下においてぼかされ、チャネル部の露光光透過率は半透過膜の透過率よりも低くなる。ここで、半透過膜の透過率とは、透明基板上の該膜を形成した、十分に広い領域において、露光光の照射量と透過量の比によって規定されるものであり、該膜の組成や膜厚によって決定されるものである。十分に広い領域とは、該領域の広さの変化によって、透過率が実質的に変化しないような領域をいう。

また、一般の露光機の波長はi線〜g線にわたるものとされているが、実際の露光条件も画一的なものではなく、露光機ごとに、又は同一露光機であっても経時によって、その分光特性には変化がある。分光特性が異なる、すなわち、露光光に含まれる波長が異なれば、解像度が異なるため、同一のパターン形状であっても、実際の露光条件下での半透光部の透過率が異なってくる。

最近の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）においては、従来に比してチャネル部の幅を小さくすることによって液晶の動作速度を上げ、又は、チャネル部の大きさを小さくすることによって液晶の明るさを増すなどの技術が提案されており、パターンが微細化したり、得ようとするレジストパターンへの要求精度がさらに高くなることが予想される。本発明者らは、このような状況においては、フォトマスクの面積や幅の小さい領域について、半透過膜固有の透過率ではなく、パターン形状や光源の波長の違いなどの要因を含む透過率を考慮しなければ、所望のレジストパターンを形成することができないと考えた。

そこで本発明者らは、露光機の露光条件下で実際にフォトマスクに露光光を照射した際のパターンを撮像手段によって撮像することにより、パターン形状や光源の波長の違いなどの要因を含む転写パターン像が得られることに着目し、この転写パターン像に基づいて半透光領域における半透過膜の膜材や厚さなどを決めることができることを見出した。

上記のように露光機の露光条件を再現する装置としては、例えば図１に示す装置が挙げられる。この装置は、光源１と、光源１からの光をフォトマスク３に照射する照射光学系２と、フォトマスク３を透過した光を結像させる対物レンズ系４と、対物レンズ系４を経て得られた像を撮像する撮像手段５とから主に構成されている。

光源１は、所定波長の光束を発するものであり、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、ＵＨＰランプ（超高圧水銀ランプ）などを使用することができる。

照射光学系２は、光源１からの光を導きフォトマスク３に光を照射する。この照明光学系２は、開口数（ＮＡ）を可変とするため、絞り機構（開口絞り７）を備えている。この照明光学系２は、フォトマスク３における光の照射範囲を調整するための視野絞り８を備えていることが好ましい。この照明光学系２を経た光は、マスク保持具３ａにより保持されたフォトマスク３に照射される。この照射光学系２は筐体１３内に配設される。

フォトマスク３はマスク保持具３ａによって保持される。このマスク保持具３ａは、フォトマスク３の主平面を略鉛直とした状態で、このフォトマスク３の下端部及び側縁部近傍を支持し、このフォトマスク３を傾斜させて固定して保持するようになっている。このマスク保持具３ａは、フォトマスク３として、大型（例えば、主平面が１２２０ｍｍ×１４００ｍｍ、厚さ１３ｍｍのもの）、かつ、種々の大きさのフォトマスク３を保持できるようになっている。なお、略鉛直とは、図１中θで示す鉛直からの角度が約１０度以内を意味する。フォトマスク３に照射された光は、このフォトマスク３を透過して、対物レンズ系４に入射される。

対物レンズ系４は、例えば、フォトマスク３を透過した光が入射され、この光束に無限遠補正を加えて平行光とする第１群（シミュレータレンズ）４ａと、この第１群を経た光束を結像させる第２群（結像レンズ）４ｂとから構成される。シュミレータレンズ４ａは、絞り機構（開口絞り７）が備えられており、開口数（ＮＡ）が可変となっている。対物レンズ系４を経た光束は、撮像手段５により受光される。この対物レンズ系４は筐体１３内に配設される。

この撮像手段５は、フォトマスク３の像を撮像する。この撮像手段５としては、例えば、ＣＣＤなどの撮像素子を用いることができる。

この装置においては、照明光学系２の開口数と対物レンズ系４の開口数とがそれぞれ可変となっているので、照明光学系２の開口数の対物レンズ系４の開口数に対する比、すなわち、シグマ値（σ：コヒレンシ）を可変することができる。

また、この装置においては、撮像手段５によって得られた撮像画像についての画像処理、演算、所定の閾値との比較及び表示などを行う演算手段１１、表示手段１２を有する制御手段１４及び筐体１３の位置を変える移動操作手段１５が設けられている。このため、得られた撮像画像、又は、これに基づいて得られた光強度分布を用いて、制御手段によって所定の演算を行い、他の露光光を用いた条件下での撮像画像、又は光強度分布や透過率を求めることができる。

このような構成を有する図１に示す装置は、ＮＡとσ値が可変となっており、光源の線源も変えることができるので、種々の露光機の露光条件を再現することができる。

本発明者らは、図１に示す装置を用いて露光機の露光条件を種々変更しながら再現して透過率を検討したところ次の知見を得た。なお、ここでは、半透過膜としてＭｏＳi膜（g線による透過率５２％の膜）を用い、幅の狭い領域として図２に示すチャネルパターンを用いた。図２に示すパターンは、中央の部分に半透過領域２１が位置し、半透過領域２１の両側にクロム膜で構成された遮光領域２２が位置するパターンである。ＴＦＴのチャネル領域（幅が約５μｍ）を用い、線源としてg線、ｈ線、i線を用いた。その結果を図３に示す。図３において、実線は膜固有の透過率を示し、破線はチャネル領域における透過率を示す。なお、チャネル領域における透過率は、図１に示す装置において、ＮＡを０．０８０とし、σ値を０．９として露光機の露光条件を再現した際の透過率である。なお、図３は透過率の波長依存性の傾向を示す図であり、図３における数値は一例であり、これに限定されるものではない。

図３から分かるように、膜固有の透過率には、波長依存性（g線からi線で約４％）がある。すなわち、波長が長くなるにしたがって透過率が高くなる。一方、また、チャネル領域における透過率（実際の露光機における露光条件下において得られる透過率：実効透過率）については、ほぼ波長依存性がなく、フラットになっている。このようにチャネル領域における透過率に波長依存性がないのは、次のように考えることができる。

レイリーの式ｄ＝ｋ・（λ／ＮＡ）（ｄ：解像線幅、ｋ：係数、λ：波長、ＮＡ：開口度）によれば、波長が短いほど解像線幅が小さくなる（解像度が高くなる）。図４（ａ），（ｂ）は、図２に示すパターンのチャネルプロファイルを示す図である。図４（ａ）は、ＮＡ＝０．０８でσ＝０．９のときのチャネルプロファイル（低解像度）を示し、図４（ｂ）は、ＮＡ＝０．１５でσ＝１．０のときのチャネルプロファイル（高解像度）を示す。ここでは、図４（ａ）から分かるように、低解像度においては、g線、ｈ線、i線について実効透過率がほぼ同じ（約０．４５）である。一方、高解像度においては、g線の実効透過率が最も高く（約０．５３）、次にｈ線の実効透過率が高く（約０．５０）、その次にi線の実効透過率が高い（約０．４８）。図４（ａ），（ｂ）から分るように、解像度の違いによる実効透過率の低下量は、g線が最も大きく（０．５３−０．４５＝０．０８）、次にｈ線が大きく（０．５０−０．４５＝０．０５）、その次にi線が大きい（０．４８−０．４５＝０．０３）。

チャネル領域における実際の透過率は、図１に示す装置で撮像した画像に基づいて求められた透過率（実効透過率）であり、幅及び光学条件（ＮＡ、σ値）が考慮された透過率である。チャネル領域（半透光部）における実効透過率は、その寸法、及びＮＡ、σといった光学条件により変化する。上述したように、幅が狭い領域においては、実効透過率は低下する傾向にある。この実効透過率の低下量は、長波長側ほど大きい。なお、実効透過率としては、半透光領域を透過する光強度分布において最大値をもつ部分の透過率とすることができる。これは、例えばこのフォトマスクを使用して、被転写体上にポジレジストのレジストパターンを形成したとき、半透光領域に生じるレジスト残膜値の最小値と相関をもつ。

このように、実効透過率の低下量は図３の破線に示すように波長が長くなるにしたがって大きくなる傾向がある。パターン寸法と光学条件が考慮された実効透過率については、結果的に、露光波長にわたって透過率はほぼフラットになる。

本発明者らは、上述したような知見に基づいて、特定の光学条件において特定の寸法の半透光領域において、実効透過率がある範囲の波長の線源で一定となることを見出し本発明をするに至った。これにより、露光機の露光波長特性によらず、フォトマスクを最適な状態で使用することが容易になり、安定して、正確に被加工層上にパターン形成することができる。特に、複数の線源を露光光源として用いるフラットパネルディスプレイのパターン転写用の多階調フォトマスクにおいては、実効透過率がある範囲の波長の線源で一定となることが非常に有効である。

すなわち、本発明の骨子は、透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透過膜とにより、少なくとも透光領域、遮光領域、及び半透光領域を構成する転写パターンを備え、前記半透過膜は、前記露光光の波長域において波長依存性を持つ透過率を有しており、かつ、前記半透光領域は、前記転写パターンの転写の際に用いる露光機の露光光学条件下において前記波長依存性が実質的に生じない透過率を示す幅を持つ領域を含む多階調フォトマスクにより、露光機の露光波長特性によらず、フォトマスクを最適な状態で使用することが容易になり、安定して、正確に被加工層上にパターン形成することである。

本発明に係る多階調フォトマスクは、透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透過膜とにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を構成する転写パターンを備える。

透明基板としては、ガラス基板などを挙げることができる。また、露光光を遮光する遮光膜としては、クロム膜などの金属膜、シリコン膜、金属酸化膜、モリブデンシリサイド膜のような金属シリサイド膜などを挙げることができる。また、露光光を一部透過させる半透過膜としては、クロムの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物、又は、金属シリサイドなどを用いることができる。特に、酸化クロム膜、窒化クロム膜、モリブデンシリサイド膜のような金属シリサイド膜などが好ましい。これは、上述した、半透過膜の透過率の適切な波長依存性（特性の傾き）が、その組成や膜厚の調整によって得易いからである。透明基板上に遮光膜及び半透過膜を形成することにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を持つ転写パターンを設けることができる。

半透過膜は、露光光の波長域において波長依存性を持つ透過率を有する。この波長依存性は、波長が長くなるにしたがって透過率が上昇する依存性であり、露光光源i線からg線の波長域において１％以上の透過率差のある特性線で示されることが好ましい。より好ましくは、透過率差（傾き）は１％〜１５％であり、さらに好ましくは１％〜１０％である。半透過膜の透過率がこのような透過率差（傾き）にあるとき、本発明の「波長依存性が実質的に生じない透過率を持つ」パターン領域が、より容易に得られる。また、半透過膜の透過率は、露光光源i線からg線の波長域において２０％〜８０％であることが好ましい。より好ましくは、半透過膜の透過率は２０％〜６０％である。これは、このような範囲の透過率を有する半透光膜を用いると、被加工層に得られるレジストパターンの残膜値が、被加工層の加工プロセスにより適切なものとなるからである。

半透過膜で構成される半透光領域は、転写パターンの転写の際に用いる露光機の露光光学条件下において半透過膜の波長依存性が実質的に生じない透過率を示す寸法を持つ領域を含む。ここで、露光光学条件は、少なくとも露光機の光源の波長、開口数（ＮＡ）、好ましくは、さらに露光機のコヒレンシ（σ：露光機の照明光学系の開口数の、投影光学系の開口数に対する比）を含む。

また、半透過膜の波長依存性が実質的に生じない透過率とは、膜固有の透過率の波長依存性が実際の露光時には実質的に生じないような実効透過率をいい、例えば、i線〜g線の波長域において、透過率の変化レンジが１％以下、より好ましくは０．５％以下であることが好ましい。これは、上述した実効透過率が図２に示すように実質的にフラットとなることを意味する。半透過膜の波長依存性が実質的に生じない透過率を示す寸法とは、露光機により、又はそれをもとに露光条件を設定した図１に示す装置により、露光した際に求められる実効透過率が図３に示すように実質的にフラットとなるパターン寸法をいう。このようなとき、被加工層上に形成されるレジストパターンは、露光機の光源の個体差や経時変化による影響を受けずに、一定の形状に形成されるため、被加工層の加工プロセスの安定化に寄与する。

また、半透過膜は、i線〜g線の波長域において波長依存性を持つ透過率を有しており、かつ、半透光領域は、０．０７５〜０．０８５の範囲内の開口数、０．５〜１．０のコヒレンシ、i線〜g線の波長域をもつ露光光学系により露光したとき、該i線〜g線の波長域において、前記波長依存性を実質的に生じない透過率を示す寸法の領域を含む。例えば、半透過膜の波長依存性が実質的に生じない透過率を示す幅を持つ領域として、トランジスタのチャネル領域を挙げることができる。このチャネル領域の幅が１．０μｍ〜５．０μｍであることが好ましい。特に、チャネル領域の幅が２．０μｍ〜４．０μｍであることが好ましい。液晶の速度や明るさをより向上するため、チャネル幅は微細化の方向にあり、このような微細なチャネルを製造する多階調フォトマスクにおいて、本発明が特に有用である。

本発明における実効透過率は、膜固有の透過率に加えて、パターンにおける寸法、又は線幅（ＣＤ（Critical Dimension））や光学条件（光源波長、開口度、σ値など）の要因が含まれた透過率であり、狭い領域においても実際の露光環境を反映した透過率である。このため、パターンにおける幅が特定されており、その幅の実効透過率が求められると、その実効透過率に基づいて半透過膜の厚さを決定することが可能となる。また、ある領域の実効透過率が特定されると、その実効透過率を達成するように、半透過膜の膜材や透過率を決定することができる。

上述した多階調フォトマスクは、図５（ａ）に示すように、透明基板３１の遮光領域Ａ及び半透光領域Ｂ上に半透過膜３２を形成し、半透過膜３２の遮光領域Ａ上に遮光膜３３を形成してなる構造と、図５（ｂ）に示すように、透明基板３１の遮光領域Ａ上に遮光膜３３及び半透過膜３２が積層され、透明基板３１の半透光領域Ｂ上に半透過膜３２を形成してなる構造とがある。

図５（ａ）に示す構造は、例えば、次のように作製することができる。すなわち、透明基板３１上に半透過膜及び遮光膜をこの順に積層してなるフォトマスクブランクを用意し、このフォトマスクブランク上に、遮光領域Ａ及び半透光領域Ｂに対応する領域のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、露出した遮光膜３３をエッチングする。次いで、レジストパターン若しくは遮光膜３３をマスクとして、露出している半透過膜３２をエッチングして透光領域を形成する。次いで、少なくとも遮光領域Ａを含む領域にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、露出した遮光膜３３をエッチングする。

図５（ｂ）に示す構造は、例えば、次のように作製することができる。すなわち、透明基板３１上に遮光膜３３が形成されたフォトマスクブランクを用意し、このフォトマスクブランク上に、遮光領域Ａに対応する領域のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、露出した遮光膜３３をエッチングする。次いで、レジストパターンを除去した後、透明基板３１の全面に半透過膜３２を成膜する。そして、半透光領域Ｂ（又は半透光領域Ｂ及び遮光領域Ａ）に対応する領域にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして露出した半透過膜３２をエッチングする。

このような多階調フォトマスクを用いたパターン転写においては、透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透過膜とを、それぞれパターニングすることにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を持つ転写パターンが形成された多階調フォトマスクを用い、露光機による露光光を照射することによって、該転写パターンを被加工層に転写する際に、半透過膜が、露光光の波長域において波長依存性を持つ透過率を有しており、かつ、この露光機の露光光学条件は、所定の寸法を有する前記半透光領域において、前記透過率の波長依存性が実質的に生じないような条件とする。

以下、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
（実施例）
ガラス基板上に線源g線に対する透過率５０％の半透過膜であるＭｏＳi膜及び遮光膜であるクロム膜をこの順に積層してなるフォトマスクブランクを用意し、このフォトマスクブランク上に、遮光領域及び半透光領域に対応する領域のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとし、硝酸第二セリウムアンモニウムを主成分とするエッチング液をエッチャンントとして用いて、露出したクロム膜をウェットエッチングした。次いで、クロム膜をマスクとし、弗化水素酸と酸化剤エッチング液をエッチャンントとして用いて、露出しているＭｏＳi膜をウェットエッチングして透光領域を形成した。なお、該エッチング液は、弗化水素酸、珪弗化水素酸、弗化水素アンモニウムから選ばれる少なくとも一つの弗素化合物と、過酸化水素、硝酸、硫酸から選ばれる少なくとも一つの酸化剤とを含むいずれを用いても構わない。次いで、少なくとも遮光領域を含む領域にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとし、硝酸第二セリウムアンモニウムを主成分とするエッチング液をエッチャントとして用いて、露出したクロム膜をウェットエッチングした。

このようにして、図６（ｂ）に示すような透光領域１０２、遮光領域１０１及び半透光領域１０３を有する実施例の多階調フォトマスク１００を作製した。なお、この多階調フォトマスクは、チャネル幅が５．０μｍであるＴＦＴのパターンを含むものである。また、半透過膜の厚さは、図１に示す装置に前記のようにして作製したテストマスクを装着して実効透過率を求め、この実効透過率に基づいて求めた。

次いで、図６（ｂ）に示すように、作製された多階調フォトマスクを用いてレジストパターンを露光した。被露光物としては、図６（ａ）に示す積層体を用いた。すなわち、積層体は、ゲート電極２０２を有するガラス基板２０１上に、ゲート絶縁膜２０３、第１半導体膜（ａ−Ｓi）２０４、第２半導体膜（Ｎ+ａ−Ｓi）２０５、ソースドレイン用金属膜２０６及びポジ型フォトレジスト膜２０７が順次形成されてなるものである。

ポジ型フォトレジスト膜２０７を露光し、現像することにより、第１レジストパターン２０７Ａが形成された。この第１レジストパターン２０７Ａは、ＴＦＴのチャネル部、ソースドレイン形成領域及びデータライン形成領域を覆い、かつ、ＴＦＴ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っていた。

次いで、図６（ｃ）に示すように、第１レジストパターン２０７Ａをマスクとして、ソースドレイン金属膜２０６、第２及び第１半導体膜２０５、２０４をエッチングした。次いで、図６（ｄ）に示すように、酸素によるアッシングによってレジスト膜２０７を全体的に減少させて、チャネル部形成領域の薄いレジスト膜を除去し、第２レジストパターン２０７Ｂを形成した。その後、図６（ｅ）に示すように、第２レジストパターン２０７Ｂをマスクとして、ソースドレイン用金属膜２０６をエッチングしてソース／ドレイン２０６Ａ、２０６Ｂを形成し、次いで第２半導体膜２０５をエッチングした。その後、図６（ｆ）に示すように、残存した第２レジストパターン２０７Ｂを剥離した。

得られたＴＦＴチャネル部のパターンをＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により観察したところ、設計通りのパターンになっていた。また、このパターン形状は、露光機の光源特性によらず、安定して形成できるため、露光機に対して、常に最適のマスクとして安定して使用できた。これは、図１に示す装置を用いて実効透過率を求め、その実効透過率に基づいて多階調フォトマスクが作製されているので、ＴＦＴチャネル部のような狭い領域においても所望のレジストパターンが形成されたためであると考えられる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、適宜変更して実施することができる。上記実施の形態における部材の個数、サイズ、処理手順などは一例であり、本発明の効果を発揮する範囲内において種々変更して実施することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

露光機の露光条件を再現する装置の一例を示す図である。 幅の狭い領域のパターンを示す図である。 透過率の波長依存性を示す特性図である。 （ａ），（ｂ）は、実効透過率についてのチャネルプロファイルを示す図である。 （ａ），（ｂ）は、多階調フォトマスクの構造を示す図である。 （ａ）〜（ｆ）は、ＴＦＴのマスク露光を説明するための図である。

符号の説明

１ 光源
２ 照明光学系
３ フォトマスク
４ 対物レンズ系
４ａ シミュレータレンズ
４ｂ 結像レンズ
５ 撮像手段
６ 波長選択フィルタ
７ 開口絞り
８ 視野絞り
１１ 演算手段
１２ 表示手段
１３ 筐体
１４ 制御手段
１５ 移動操作手段
３１ 透明基板
３２ 半透過膜
３３ 遮光膜

Claims (10)

1. 透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透過膜とにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を持つ転写パターンを備えた多階調フォトマスクであって、前記半透過膜は、前記露光光の波長域において波長依存性を持つ透過率を有しており、かつ、前記半透光領域は、前記転写パターンの転写の際に用いる露光機の露光光学条件下において前記波長依存性が実質的に生じない透過率を示す寸法を持つ領域を含むことを特徴とする多階調フォトマスク。
2. 前記露光光学条件は、少なくとも前記露光機の光源の波長、開口数、及びコヒレンシを含むことを特徴とする請求項１記載の多階調フォトマスク。
3. 前記半透過膜の透過率は、露光光源i線からg線の波長域において２０％〜８０％であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の多階調フォトマスク。
4. 前記波長依存性は、波長が長くなるにしたがって透過率が上昇する依存性であり、露光光源i線からg線の波長域において１％以上の透過率差のある特性線で示されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の多階調フォトマスク。
5. 前記半透過膜は、酸化クロム膜、窒化クロム膜、又は金属シリサイド膜であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の多階調フォトマスク。
6. 前記多階調フォトマスクは、薄膜トランジスタ製造用であり、前記波長依存性が実質的に生じない透過率を示す寸法を持つ領域が、該トランジスタのチャネル領域に対応するものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の多階調フォトマスク。
7. 前記チャネル領域の幅が１．０μｍ〜５．０μｍであることを特徴とする請求項６記載の多階調フォトマスク。
8. 透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透過膜とにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を持つ転写パターンを備えた多階調フォトマスクであって、前記半透過膜は、i線〜g線の波長域において波長依存性を持つ透過率を有しており、かつ、前記半透光領域は、０．０７５〜０．０８５の範囲内の開口数、０．５〜１．０のコヒレンシ、i線〜g線の波長域をもつ露光光学系により露光したとき、該i線〜g線の波長域において、前記波長依存性を実質的に生じない透過率を示す寸法の領域を含むことを特徴とする多階調フォトマスク。
9. 透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透過膜とを、それぞれパターニングすることにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を持つ転写パターンが形成された多階調フォトマスクを用い、露光機による露光光を照射することによって、該転写パターンを被加工層に転写する、パターン転写方法において、前記半透過膜は、前記露光光の波長域において波長依存性を持つ透過率を有しており、かつ、前記露光機の露光光学条件は、所定の寸法を有する前記半透光領域において、前記透過率の波長依存性が実質的に生じないような条件とすることを特徴とするパターン転写方法。
10. 請求項９記載のパターン転写方法により薄膜トランジスタのパターニングを行うことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。

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