JP2009229868A - 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

Abstract

【課題】白縁の発生を抑えるようにしたグレートーンマスクの製造方法を提供する。
【解決手段】透明基板上に第一の膜を形成し、その上に第一レジストパターンを形成し、該第一レジストパターンをマスクとして第一の膜をエッチングし、第一の膜パターンを形成する第一パターニング工程と、第一の膜パターンを含む面上に第二の膜を形成する工程と、第二の膜上に第二レジストパターンを形成し、該第二レジストパターンをマスクとして少なくとも第二の膜をエッチングし、第二の膜パターンを形成する第二パターニング工程とを有し、第一の膜は遮光膜及び反射防止機能膜の積層膜、第二の膜は半透光膜であり、エッチング工程に用いるエッチャントに対するエッチング速度が、半透光膜は反射防止機能膜とほぼ同一もしくはこれよりも速くなるように第一の膜及び第二の膜の材質を選択する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置（Liquid Crystal Display：以下、ＬＣＤと呼ぶ）製造等に用いられ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、並びに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 Film Transistor 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ている。

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。

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、ＴＦＴのソース／ドレインに対応する遮光部と、透光部と、チャネル部に対応する半透光部（グレートーン部）とを有し、この半透光部は、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を形成した領域である。遮光部と半透光部の微細パターン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。

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等の選択をする必要があり、さらに線幅や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しなければならない。設計データの容量も大きくなる。

一方、被転写体上に膜厚の異なる（多諧調）レジストパターンを形成する目的で、半透光部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）。この半透光膜を用いることで半透光部での露光量を所定量少なくして露光することが出来る。半透光膜を用いる場合、必要な露光光透過率に応じて半透光膜の膜種（素材）及び膜厚を選択することでマスクの生産が可能となる。例えば、ＴＦＴチャネル部をグレートーンマスクの半透光部で形成する場合、半透光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チャネル部の形状が複雑なパターン形状であっても設計データの容量を過大にせず、安定して作製可能であるという利点がある。

特開２００２−１８９２８０号公報

図１は、上述の半透光部に半透光膜を使用する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に示すグレートーンマスク２０は、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やカラーフィルター、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１に示す被転写体３０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３３を形成するものである。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。

上記グレートーンマスク２０は、具体的には、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、好ましくは、４０〜６０％程度に低減させる半透光部２３とを有して構成される。半透光部２３は、ガラス基板等の透明基板２４上に光半透過性の半透光膜２６が形成されて構成される。また、遮光部２１は、透明基板２４上に、遮光性の遮光膜２５及び反射防止機能膜２７と半透光膜２６とが順に設けられて構成される。また、製造方法によっては遮光部２１は、透明基板２４上に上記半透光膜２６と遮光膜２５及び反射防止機能膜２７との順に設けられて構成される場合もある。なお、図１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る。

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（ここでは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レジストパターン３３を形成する。このレジストパターン３３において、半透光部２３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。なお、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。

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。

次に、図４に従って上記グレートーンマスク２０の製造工程を説明する。
使用するマスクブランクは、透明基板２４上に、クロムを主成分とする遮光膜２５及び反射防止機能膜２７が形成されている（図４（ａ）参照）。
まず、上記マスクブランク上にポジ型フォトレジスト膜を形成し、このレジスト膜に対し、所定のデバイスパターン（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を形成する。このレジストパターンをエッチングマスクとして遮光膜２５及び反射防止機能膜２７をエッチングして遮光部に対応する遮光パターンを形成する（同図（ｂ）参照）。クロムを主成分とする遮光膜２５及び反射防止機能膜２７を用いた場合、エッチング手段としては、例えばウェットエッチングを利用する。

残存するレジストパターンを除去した後、基板２４上の遮光パターンを含む全面に半透光膜２６を成膜する（同図（ｃ）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％程度の透過量を有するもので、例えば酸化クロムを含む半透光膜（透光部を100％としたときのi線透過率30%）を採用する。該半透光膜の素材は、クロムの酸化物以外にも、窒化物、酸窒化物、炭化物等を用いることができる。

次に、上記半透光膜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（同図（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の半透光膜２６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も前記と同様にウェットエッチングを利用する（同図（ｅ）、（ｆ）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、遮光膜２５及び反射防止機能膜２７と半透光膜２６の積層膜によりなる遮光部、透明基板２４が露出する透光部、及び半透光膜２６によりなる半透光部を有するグレートーンマスクが出来上がる（同図（ｇ）参照）。

本発明者の検討によると、上述の製造工程により得られたグレートーンマスクにおいて、遮光部のパターンの側面に凹部が生じることが見出された。特に、遮光膜が金属を主成分とする（例えば金属クロムからなる場合、または金属クロムの化合物であってCr含有率が高い）場合、該遮光膜強い反射によって外観上白く見える現象（以下、白縁と称する。）が発生する場合があることを見い出した。この白縁の発生は、たんに外観上の問題だけではなく、このような遮光部パターンに白縁が発生し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行った場合、反射による迷光を生じるために転写パターンの精度に影響を及ぼす。またこの凹部は、遮光部の線幅（CD）にばらつきを生じさせるという問題が生じる。

本発明者は、さらに白縁が発生する原因についても検討したところ、エッチング工程に用いるエッチャントに対するエッチング速度が、たとえば前記反射防止機能膜の方が前記半透光膜よりも速い場合に、上述の（ｅ）のエッチング（透光部領域の半透光膜２６のエッチング）工程において、該透光部と隣接する遮光部領域の遮光パターンにおいても、反射防止機能膜２７のサイドエッチングが半透光膜２６のエッチングよりも進行が速いため、反射防止機能膜２７のパターン幅が狭くなりやすいことを見出した。（図４（ｅ）中のＡ部参照）。そして、さらにオーバーエッチングしていくと、上記反射防止機能膜２７のサイドエッチングがさらに進行すると同時に、該反射防止機能膜２７上の半透光膜２６においてもエッチング液が横からだけでなく下からも浸透するため、該半透光膜２６のエッチングも進行する（図４（ｆ）中のＢ部参照）。またそのため、遮光部領域の遮光パターンのエッジラフネスが悪くなり、ぎざつき（パターンのエッジが不規則に変形している状態）が発生する。そして、結果的に、マスクパターンの遮光部における反射防止機能膜２７のパターン幅が遮光膜２５のパターン幅よりも狭くなり、遮光部の縁部では、露出した遮光膜２５からの反射が強く、白縁となることが判明した（図４（ｇ）中のＣ部参照）。

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、上述の白縁の発生を抑えるようにしたグレートーンマスクの製造方法を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、上述の白縁の発生が抑えられたグレートーンマスクを提供することを第２の目的とする。さらに、上記グレートーンマスクを用いたパターン転写方法を提供することを第３の目的とする。

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）透明基板上に遮光部と、透光部と、マスク使用時に用いられる露光光の透過量を所定量低減する半透光部からなるマスクパターンを有し、マスクを用いて被転写体に露光光を照射する際、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ためのグレートーンマスクの製造方法であって、透明基板上に第一の膜を形成する工程と、前記第一の膜上に形成したレジスト膜をパターニングして第一レジストパターンを形成する工程と、前記第一レジストパターンをマスクとして前記第一の膜をエッチングし、第一の膜パターンを形成する第一のパターニング工程と、前記第一レジストパターンが除去された前記透明基板上において、前記第一の膜パターンを含む面上に第二の膜を形成する工程と、前記第二の膜上に形成したレジスト膜をパターニングして第二レジストパターンを形成する工程と、前記第二レジストパターンをマスクとして少なくとも前記第二の膜をエッチングし、第二の膜パターンを形成する第二のパターニング工程と、を有し、前記第一の膜は、金属からなる又は金属を主成分とする遮光膜、及び反射防止機能膜の積層膜であり、前記第二の膜は、露光光の一部を透過する半透光膜であり、前記半透光膜のエッチング工程に用いるエッチャントに対するエッチング速度が、前記半透光膜は、前記反射防止機能膜とほぼ同一もしくはこれよりも速くなるように、前記第一の膜及び前記第二の膜の材質が選択され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）透明基板上に遮光部と、透光部と、マスク使用時に用いられる露光光の透過量を所定量低減する半透光部からなるマスクパターンを有し、マスクを用いて被転写体に露光光を照射する際、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ためのグレートーンマスクの製造方法であって、透明基板上に第一の膜を形成する工程と、前記第一の膜上に形成したレジスト膜をパターニングして第一レジストパターンを形成する工程と、前記第一レジストパターンをマスクとして前記第一の膜をエッチングし、第一の膜パターンを形成する第一のパターニング工程と、前記第一レジストパターンが除去された前記透明基板上において、前記第一の膜パターンを含む面上に第二の膜を形成する工程と、前記第二の膜上に形成したレジスト膜をパターニングして第二レジストパターンを形成する工程と、前記第二レジストパターンをマスクとして少なくとも前記第二の膜をエッチングし、第二の膜パターンを形成する第二のパターニング工程と、を有し、前記第一の膜は、金属からなる又は金属を主成分とする遮光膜、及び反射防止機能膜の積層膜であり、前記第二の膜は、露光光の一部を透過する半透光膜であり、前記第二の膜のエッチングにより、前記マスクパターンの遮光部における前記反射防止機能膜のパターン幅が前記遮光膜のパターン幅を下回らないマスクパターンが形成されるように、前記第一の膜及び前記第二の膜の材質が選択され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）前記マスクパターンの遮光部は、前記第二のパターニング工程において、前記第二レジストパターンをマスクとして前記第二の膜及び第一の膜をエッチングすることによって形成される前記透光部に隣接す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）前記マスクパターンの遮光部は、前記第二のパターニング工程において、前記第二レジストパターンをマスクとして前記第二の膜をエッチングすることによって形成される前記透光部に隣接す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５）エッチング工程に用いるエッチャントに対する前記半透光膜のエッチング速度をａ、前記反射防止機能膜のエッチング速度をｂとすると、ａ／ｂは、０．９６以上であ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）前記半透光膜及び前記反射防止機能膜の材質は、窒素、酸素、又は炭素を含有するＣｒ化合物から選択されることを特徴とする構成１乃至５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７）前記半透光膜と前記反射防止機能膜は、同一の材質を用い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）透明基板上に遮光部と、透光部と、マスク使用時に用いられる露光光の透過量を所定量低減する半透光部からなるマスクパターンを有し、マスクを用いて被転写体に露光光を照射する際、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ためのグレートーンマスクであって、前記半透光部は、透明基板上に設けられた露光光の一部を透過する半透光膜により形成され、前記遮光部は、透明基板上に遮光膜及び半透光膜をこの順に有し、前記遮光膜はその上に反射防止機能膜を有し、前記マスクパターンの遮光部における前記反射防止機能膜のパターン幅が前記遮光膜のパターン幅を下回らないマスクパターンが形成されていることを特徴とするグレートーンマスク。
（構成９）前記半透光膜は、前記半透光膜のエッチング工程に用いるエッチャントに対するエッチング速度が、前記反射防止機能膜とほぼ同一もしくはこれよりも速い材質からなることを特徴とする請求項８に記載のグレートーンマスク。

（構成１０）構成１乃至７のいずれかに記載の製造方法によるグレートーンマスク、または、構成８又は９に記載のグレートーンマスクを用いて、前記グレートーンマスクに形成されたパターンを被転写体に転写することを特徴とするパターン転写方法。

本発明のグレートーンマスクの製造方法によれば、透明基板上に第一の膜を形成する工程と、前記第一の膜上に形成したレジスト膜をパターニングして第一レジストパターンを形成する工程と、前記第一レジストパターンをマスクとして前記第一の膜をエッチングし、第一の膜パターンを形成する第一のパターニング工程と、前記第一レジストパターンが除去された前記透明基板上において、前記第一の膜パターンを含む面上に第二の膜を形成する工程と、前記第二の膜上に形成したレジスト膜をパターニングして第二レジストパターンを形成する工程と、前記第二レジストパターンをマスクとして少なくとも前記第二の膜をエッチングし、第二の膜パターンを形成する第二のパターニング工程とを有し、前記第一の膜は、金属からなる又は金属を主成分とする遮光膜、及び反射防止機能膜の積層膜であり、前記第二の膜は、露光光の一部を透過する半透光膜であり、前記第二の膜のエッチング工程に用いるエッチャントに対するエッチング速度が、前記半透光膜は、前記反射防止機能膜とほぼ同一もしくはこれよりも速くなるように、前記第一の膜及び前記第二の膜の材質が選択される。

したがって、たとえば上記第二のパターニング工程において、上記第一のパターニング工程により形成された遮光部領域の遮光パターンにおける反射防止機能膜上の半透光膜のサイドエッチングの進行が反射防止機能膜と同等あるいは速いと、オーバーエッチングしても上記反射防止機能膜のサイドエッチングの進行をおさえられる。そのため、反射防止機能膜のサイドエッチングが実質的に上記白縁を生じないうちに上記半透過膜、遮光膜のエッチング工程を完了するエッチング条件を選択することができる。結果的に、マスクパターンの遮光部における反射防止機能膜のパターン幅が遮光膜のパターン幅よりも狭くなることによって生じる、上記白縁問題を抑止することができる。

また、本発明のグレートーンマスクは、マスクパターンの半透光部は、露光光の一部を透過する半透光膜により形成され、遮光部は、透明基板上に遮光膜及び半透光膜をこの順に有し、前記遮光膜はその上に反射防止機能膜を有し、前記半透光膜は、マスク製造におけるエッチング工程に用いるエッチャントに対するエッチング速度が、前記反射防止機能膜とほぼ同一もしくはこれよりも速いことにより、前記マスクパターンの遮光部における前記反射防止機能膜のパターン幅が前記遮光膜のパターン幅を下回らないマスクパターンを形成できるため、遮光部領域のパターンにおける白縁の発生を抑えられる。
また、本発明にかかるグレートーンマスクを用いたパターン転写方法によれば、遮光部領域のパターンにおける白縁の発生が抑えられているため、マスク使用時に迷光の発生が抑止された、精度の高いパターン転写を実施することができる。

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、本発明の第１の実施の形態を説明するため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。
本実施の形態では、遮光部２１、透光部２２、及び半透光部２３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、クロムを主成分とする遮光膜２５及び反射防止機能膜２７が順に形成されている（図２（ａ）参照）。上記遮光膜２５としては、クロム又はその化合物が好ましく挙げられるが、その他の材質として、Ｓｉ，Ｗ，Ａｌなどが挙げられる。また、上記反射防止機能膜２７としては、クロム系化合物（ＣｒＮ，ＣｒＯ，ＣｒＣ等）のほか、TiNなどが挙げられる。本実施の形態ではスパッタ成膜によるクロムよりなる遮光膜、酸化クロムを含む反射防止機能膜を採用した。
なお、上記遮光部２１の透過率は、遮光膜２５及び反射防止機能膜２７と後述の半透光膜２６の膜材質と膜厚との選定によって設定される。

まず、上記マスクブランク上にレジストを塗布してレジスト膜を形成し、１度目の描画を行う。描画には、本実施の形態ではレーザー光を用い、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、所定のデバイスパターン（遮光部２１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）を描画し、描画後に現像を行うことにより、遮光部２１領域に対応するレジストパターンを形成する。

次に、上記レジストパターンをエッチングマスクとして遮光膜２５及び反射防止機能膜２７をエッチングして遮光パターンを形成する。クロムを主成分とする遮光膜２５及び反射防止機能膜２７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が、本実施の形態では、エッチング液として硝酸第二セリウムアンモニウムを用いる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２（ｂ）参照）、基板２４上の遮光パターンを含む全面に半透光膜２６を成膜する（図２（ｃ）参照）。半透光膜２６は、透明基板２４（透光部）の露光光の透過量に対し１０〜８０％程度、好ましくは３０〜６０％程度の透過量を有するものである。
上記半透光膜２６としては、クロム化合物、Ｍｏ化合物、Ｓｉ、Ｗ、Ａｌ等が挙げられる。このうち、クロム化合物には、酸化クロム(ＣｒＯｘ)、窒化クロム(ＣｒＮｘ)、炭化クロム(ＣｒＣｘ)、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。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。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（光透過率ｉ線30%）を採用した。
なお、上記半透光部２３の透過率は、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。

次に、上記半透光膜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２１及び半透光部２３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２１及び半透光部２３に対応する領域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の半透光膜２６をエッチングして透光部２２を形成する（図２（ｅ）、（ｆ）参照）。この場合のエッチング手段として、エッチング液として硝酸第二セリウムアンモニウムを用いる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及び反射防止機能膜２７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を有するマスクパターンが形成されたグレートーンマスク４０が出来上がる（図２（ｇ）参照）。

本実施の形態では、上記半透光膜２６、反射防止機能膜２７のいずれにも酸化クロムを用いているが、酸化クロム中の酸素含有量の相違により、エッチング工程に用いるエッチャント（本実施の形態では硝酸第二セリウムアンモニウム）に対するエッチング速度が、上記半透光膜２６は、反射防止機能膜２７よりも速くなるように夫々の材質が選択されている。

したがって、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の半透光膜２６をエッチングする工程において、当該透光部と隣接する、すでに形成された遮光部領域の遮光パターンにおける反射防止機能膜２７上の半透光膜２６のサイドエッチングが反射防止機能膜２７よりも進行が速いため、オーバーエッチングしても上記反射防止機能膜２７のサイドエッチングの進行は少なく（図２（ｆ）中のＤ部参照）、結果的に、マスクパターンの遮光部における反射防止機能膜２７のパターン幅が遮光膜２５のパターン幅よりも狭くなることがなくなり、遮光部領域のパターンにおける白縁の発生を抑えることが可能になる（図２（ｇ）中のＥ部参照）。

本発明では、エッチング工程に用いるエッチャントに対するエッチング速度が、前記半透光膜は、前記反射防止機能膜とほぼ同一もしくはこれよりも速くなるように、前記半透光膜及び前記反射防止機能膜の各材質が選択される。前記半透光膜と前記反射防止機能膜は、同一の材質を用いることもできる。同一の材質を用いることで、両者のエッチング速度が同じになる。材質によるエッチング速度の大小の判別は、同一膜厚に成膜した膜に対してエッチングを行い、エッチング時間（ジャストエッチング）を測定することにより求められる膜のエッチング速度をもって行うことが好ましい。

ただし、上記半透光膜や反射防止機能膜として好ましく使用されるＣｒＮ，ＣｒＯ，ＣｒＣ等のクロム系化合物の場合、例えば硝酸第二セリウムアンモニウムをエッチング液とするウェットエッチングに対しては、一般的に、ＣｒＮでは、Ｎ量が増加するとエッチング速度が上がる、ＣｒＯでは、Ｏ量が増加するとエッチング速度が下がる、ＣｒＣでは、Ｃ量が増加するとエッチング速度が下がる、という傾向があるため、これを考慮して、あらかじめクロム系化合物の材質による大凡のエッチング速度の大小関係を決定することが可能である。

［第２の実施の形態］
次に、図３に従って本発明の第２の実施の形態を説明する。図３は本発明の第２の実施の形態を説明するためのグレートーンマスクの製造工程の他例を示す断面図である。本実施の形態においても、遮光部２１、透光部２２、及び半透光部２３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、前述の第１の実施の形態の場合と同様、透明基板２４上に、クロムを主成分とする遮光膜２５及び反射防止機能膜２７が形成されている（図３（ａ）参照）。遮光膜２５及び反射防止機能膜２７は、前述の実施の形態で用いたスパッタ成膜によるクロムよりなる遮光膜、酸化クロムを含む反射防止機能膜を採用した。

まず、上記マスクブランク上にポジ型フォトレジストを塗布して形成したレジスト膜に対し、所定のデバイスパターン（遮光部２１及び透光部２２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）を描画し、描画後に現像を行うことにより、遮光部２１及び透光部２２の領域に対応するレジストパターンを形成する。そして、上記レジストパターンをエッチングマスクとして遮光膜２５及び反射防止機能膜２７をエッチングして遮光パターンを形成する。この場合のエッチング手段として、本実施の形態では、エッチング液として硝酸第二セリウムアンモニウムを用いる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（ｂ）参照）、基板２４上の遮光パターンを含む全面に半透光膜２６を成膜する（図３（ｃ）参照）。半透光膜２６は、前述の実施の形態で用いたスパッタ成膜による窒化クロムを含む半透光膜（光透過率ｉ線30%）を採用した。

次に、上記半透光膜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２１及び半透光部２３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２１及び半透光部２３に対応する領域上にレジストパターン２８を形成する（図３（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の半透光膜２６と反射防止機能膜２７及び遮光膜２５をエッチングして透光部２２を形成する（図３（ｅ）、（ｆ）参照）。この場合のエッチング手段として、エッチング液として硝酸第二セリウムアンモニウムを用いる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及び反射防止機能膜２７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５０が出来上がる（図３（ｇ）参照）。

本実施の形態では、上記半透光膜２６として窒化クロム、上記反射防止機能膜２７として酸化クロムを用いているが、窒化クロム中の窒素含有量、酸化クロム中の酸素含有量のそれぞれの調節により、エッチング工程に用いるエッチャント（本実施の形態では硝酸第二セリウムアンモニウム）に対するエッチング速度が、上記半透光膜２６は、反射防止機能膜２７よりも速くなるように夫々の材質が選択されている。

したがって、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の半透光膜２６と反射防止機能膜２７及び遮光膜２５をエッチングする工程において、当該透光部と隣接する、すでに形成されている遮光部領域の遮光パターンにおける反射防止機能膜２７上の半透光膜２６のサイドエッチングが反射防止機能膜２７よりも進行が速いため、オーバーエッチングしても上記反射防止機能膜２７のサイドエッチングの進行は少なく（図３（ｆ）中のＦ部参照）、結果的に、マスクパターンの遮光部における反射防止機能膜２７のパターン幅が遮光膜２５のパターン幅よりも狭くなることがなくなり、遮光部領域のパターンにおける白縁の発生を抑えることが可能になる（図３（ｇ）中のＧ部参照）。

本実施の形態において、半透光膜と反射防止機能膜のエッチング速度の大小関係が白縁の発生に与える影響は、本発明者らの検討によると、以下のとおりである。
半透光膜の膜厚をＡ、反射防止機能膜の膜厚をＢ、遮光膜の膜厚をＣとし、また半透光膜のエッチング速度をａ、反射防止機能膜のエッチング速度をｂ、遮光膜のエッチング速度をｃとする。

反射防止機能膜のサイドエッチングにより白縁となりうる幅をＷとした場合、該反射防止機能膜がサイドエッチングにより幅Ｗ除去されてしまうためには、単純な横からのエッチング液浸透と、斜めからの浸透を考慮すると、その時間Ｔｗは、
Ｔｗ＝（Ｗ／ｂ）×（１／２^1/2）
である。

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の半透光膜２６と反射防止機能膜２７及び遮光膜２５をエッチングするトータルのエッチング時間Ｔtotalは、
Ｔtotal＝｛（Ｃ／ｃ）＋（Ｂ／ｂ）＋（Ａ／ａ）｝×（１＋O/E）
である。ここで、O/Eはオーバーエッチング比である。

この際、上記透光部と隣接する、遮光部領域の遮光パターンにおける反射防止機能膜がエッチング液に曝され、遮光膜との界面で横方向にエッチング液が浸透している時間Ｔ_ＡＲは、
Ｔ_ＡＲ＝Ｔtotal−｛（Ｂ／ｂ）＋（Ａ／ａ）｝
＝（Ｃ／ｃ）×（１＋O/E）＋（Ｂ／ｂ）×（O/E）＋（Ａ／ａ）×（O/E）
となる。
したがって、上記Ｔ_ＡＲが、上記反射防止機能膜がサイドエッチングにより幅Ｗ除去されてしまうまでの時間Ｔｗよりも小さい、つまりＴ_ＡＲ＜Ｔｗであれば、白縁の発生を抑えられることになる。

そこで、さらに具体例を挙げて説明する。
半透光膜（例えばＣｒＮ）の膜厚を５０ｎｍ、反射防止機能膜（例えばＣｒＯ）の膜厚を１２ｎｍ、遮光膜（例えばＣｒ）の膜厚を１００ｎｍとし、また上記半透光膜のエッチング速度をａ、上記反射防止機能膜のエッチング速度を３００nm/min、上記遮光膜のエッチング速度を２００nm/minとする。また、反射防止機能膜のサイドエッチングにより白縁となりうる幅Ｗを０．３μｍ（３００ｎｍ）とした場合、該反射防止機能膜がサイドエッチングにより幅Ｗ除去されてしまうまでの時間Ｔｗは、０．７１minとなる。

したがって、オーバーエッチング（O/E）を通常膜厚の３０％（３０〜５０％程度が一般的）とすると、Ｔ_ＡＲ＜Ｔｗが成立するためには、上記半透光膜のエッチング速度ａ＞２８７nm/minとなり、半透光膜のエッチング速度は２８７nm/min以上であることが必要となる。これは、反射防止機能膜のエッチング速度（３００nm/min）に対する比では、９５．６％であるが、通常、エッチング液の濃度などによりエッチング速度は若干変動するため、このような変動分を考慮すると、半透光膜のエッチング速度は、反射防止機能膜のエッチング速度に対して約９６％以上であることを要する。つまり、エッチング工程に用いるエッチャントに対する半透光膜のエッチング速度が、反射防止機能膜のエッチング速度とほぼ同一もしくはこれよりも速くなるようにそれぞれの膜の材質を選択することにより、白縁の発生を効果的に抑えられることがわかる。

以上は、本発明の第２の実施の形態における検討結果であるが、前述の第１の実施の形態においては、前述のレジストパターン２８をエッチングマスクとして露出した透光部領域の半透光膜２６をエッチングする工程において、当該透光部と隣接する、遮光部領域の遮光パターンにおける反射防止機能膜がエッチング液に曝され、遮光膜との界面で横方向にエッチング液が浸透している時間Ｔ_ＡＲは、
Ｔ_ＡＲ＝（Ａ／ａ）×（１＋O/E）
であり、該Ｔ_ＡＲが、上記反射防止機能膜がサイドエッチングにより幅Ｗ除去されてしまうまでの時間Ｔｗよりも小さい、つまりＴ_ＡＲ＜Ｔｗであれば、白縁の発生を抑えられることになる。

半透光部に半透光膜を採用した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。 本発明の第１の実施の形態を説明するためのグレートーンマスクの製造工程を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態を説明するためのグレートーンマスクの製造工程を示す断面図である。 従来技術を説明するためのグレートーンマスクの製造工程を示す断面図である。

符号の説明

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 反射防止機能膜
２８ レジストパターン
３０ 被転写体
３３ レジストパターン

Claims (10)

1. 透明基板上に遮光部と、透光部と、マスク使用時に用いられる露光光の透過量を所定量低減する半透光部からなるマスクパターンを有し、マスクを用いて被転写体に露光光を照射する際、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ためのグレートーンマスクの製造方法であって、
   透明基板上に第一の膜を形成する工程と、
   前記第一の膜上に形成したレジスト膜をパターニングして第一レジストパターンを形成する工程と、
   前記第一レジストパターンをマスクとして前記第一の膜をエッチングし、第一の膜パターンを形成する第一のパターニング工程と、
   前記第一レジストパターンが除去された前記透明基板上において、前記第一の膜パターンを含む面上に第二の膜を形成する工程と、
   前記第二の膜上に形成したレジスト膜をパターニングして第二レジストパターンを形成する工程と、
   前記第二レジストパターンをマスクとして少なくとも前記第二の膜をエッチングし、第二の膜パターンを形成する第二のパターニング工程と、を有し、
   前記第一の膜は、金属からなる又は金属を主成分とする遮光膜、及び反射防止機能膜の積層膜であり、
   前記第二の膜は、露光光の一部を透過する半透光膜であり、
   前記半透光膜のエッチング工程に用いるエッチャントに対するエッチング速度が、前記半透光膜は、前記反射防止機能膜とほぼ同一もしくはこれよりも速くなるように、前記第一の膜及び前記第二の膜の材質が選択されることを特徴とするグレートーンマスクの製造方法。
2. 透明基板上に遮光部と、透光部と、マスク使用時に用いられる露光光の透過量を所定量低減する半透光部からなるマスクパターンを有し、マスクを用いて被転写体に露光光を照射する際、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ためのグレートーンマスクの製造方法であって、
   透明基板上に第一の膜を形成する工程と、
   前記第一の膜上に形成したレジスト膜をパターニングして第一レジストパターンを形成する工程と、
   前記第一レジストパターンをマスクとして前記第一の膜をエッチングし、第一の膜パターンを形成する第一のパターニング工程と、
   前記第一レジストパターンが除去された前記透明基板上において、前記第一の膜パターンを含む面上に第二の膜を形成する工程と、
   前記第二の膜上に形成したレジスト膜をパターニングして第二レジストパターンを形成する工程と、
   前記第二レジストパターンをマスクとして少なくとも前記第二の膜をエッチングし、第二の膜パターンを形成する第二のパターニング工程と、を有し、
   前記第一の膜は、金属からなる又は金属を主成分とする遮光膜、及び反射防止機能膜の積層膜であり、
   前記第二の膜は、露光光の一部を透過する半透光膜であり、
   前記第二の膜のエッチングにより、前記マスクパターンの遮光部における前記反射防止機能膜のパターン幅が前記遮光膜のパターン幅を下回らないマスクパターンが形成されるように、前記第一の膜及び前記第二の膜の材質が選択されることを特徴とするグレートーンマスクの製造方法。
3. 前記マスクパターンの遮光部は、前記第二のパターニング工程において、前記第二レジストパターンをマスクとして前記第二の膜及び第一の膜をエッチングすることによって形成される前記透光部に隣接す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。
4. 前記マスクパターンの遮光部は、前記第二のパターニング工程において、前記第二レジストパターンをマスクとして前記第二の膜をエッチングすることによって形成される前記透光部に隣接す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。
5. エッチング工程に用いるエッチャントに対する前記半透光膜のエッチング速度をａ、前記反射防止機能膜のエッチング速度をｂとすると、ａ／ｂは、０．９６以上であ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。
6. 前記半透光膜及び前記反射防止機能膜の材質は、窒素、酸素、又は炭素を含有するＣｒ化合物から選択されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のグレートーンマスクの製造方法。
7. 前記半透光膜と前記反射防止機能膜は、同一の材質を用い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。
8. 透明基板上に遮光部と、透光部と、マスク使用時に用いられる露光光の透過量を所定量低減する半透光部からなるマスクパターンを有し、マスクを用いて被転写体に露光光を照射する際、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ためのグレートーンマスクであって、
   前記半透光部は、透明基板上に設けられた露光光の一部を透過する半透光膜により形成され、
   前記遮光部は、透明基板上に遮光膜及び半透光膜をこの順に有し、前記遮光膜はその上に反射防止機能膜を有し、
   前記マスクパターンの遮光部における前記反射防止機能膜のパターン幅が前記遮光膜のパターン幅を下回らないマスクパターンが形成されていることを特徴とするグレートーンマスク。
9. 前記半透光膜は、前記半透光膜のエッチング工程に用いるエッチャントに対するエッチング速度が、前記反射防止機能膜とほぼ同一もしくはこれよりも速い材質からなることを特徴とする請求項８に記載のグレートーンマスク。
10. 請求項１乃至７のいずれかに記載の製造方法によるグレートーンマスク、または、請求項８又は９に記載のグレートーンマスクを用いて、前記グレートーンマスクに形成されたパターンを被転写体に転写することを特徴とするパターン転写方法。
    

Images