JP2009258693A - 多階調フォトマスク及びそれを用いたパターン転写方法 - Google Patents

Abstract

【課題】狭い幅のパターンを有する場合においても、常に安定して所望の残膜値のレジストパターンを得ることができる多階調フォトマスク及びこれを用いたパターン転写方法を提供する。
【解決手段】透明基板２１上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜２３と、前記露光光を一部透過させる半透過膜２２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、前記多階調フォトマスクを通過した、ｇ線、ｈ線、ｉ線のそれぞれの強度が１：１：１である露光光を、開口数が０．０８であり、コヒレンシーが０．８である光学系で受光して前記半透光領域における実効透過率を求めたとき、前記半透光領域の実効透過率のマスク面内分布レンジが２．０％以下である。
【選択図】図４

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及びそれを用いたパターン転写方法に関する。

従来より、液晶装置等電子デバイスの製造においては、フォトリソグラフィー工程を利用し、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パターンを転写し、該レジスト膜を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、露光光の光量を領域により異ならせることができるので、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つの厚さのレジスト残膜値（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レジスト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、使用するフォトマスクの枚数を減少させることにより、液晶装置等の電子デバイスを製造するにあたり、フォトリソグラフィー工程を効率化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光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２００５−２５７７１２号公報

現在、半透光膜を用いた多階調フォトマスクにおける半透光領域の透過率の設定（膜質、膜厚の選択）は、該フォトマスクを使用して薄膜を加工するプロセスに基づいて決定される。すなわち、マスクユーザは、露光によって、フォトマスクの転写パターンを被転写体上に転写したときに、得られるレジストパターンの形状を予測し、得ようとするレジストパターン中の、所定部分のレジスト残膜値、及びその許容変動レンジに基づいて、フォトマスクの半透光領域の透過率を決定し、これがフォトマスク製造に際しての管理値となる。

例えば、多くの場合、ある波長（例えばｇ線）に対して、使用する半透光膜の透過率を指定し、さらにその面内分布として「２％以下」を管理値とすることが行われている。この管理値は本来、半透光部における露光量の分布を２％以下に抑えれば、それによって決定されるレジストパターンの残膜値（形状）の分布もそれに見合ったものを得ることができ、それによって被加工層の適切な加工条件を設定し、安定的に製造できることを想定しているからである。

本発明者は、この管理値による製品管理が必ずしも十分でないため、場合によっては、フォトマスクユーザによる加工条件の決定に大きな困難を与える可能性があることを見出した。上記多階調フォトマスクを実際に露光するとき、被加工層上に形成されるレジストパターンの残膜値、及びその面内分布を決定する要素は、所定波長における半透光領域の膜透過率（仮に膜透過率を厳格に均一に制御できたとしても）のみでなく、転写パターンのパターンデザイン、さらには露光時に採用する光学条件にもよるからである。

例えば、図５に示すように、２つの遮光領域Ａに隣接して挟まれた半透光領域Ｂの透過光の光強度分布は、その半透光領域の線幅が小さくなると、全体に下がり、ピークが低くなる傾向がある。したがって、転写パターンのデザイン如何によって、半透光領域の透過率は異なる。特に、半透光領域の線幅一定以上の場合には問題は小さいが、線幅が微細になるとともに、露光光の回折の影響で、上記した透過率低下傾向が大きい。ここで、マスクパターンの線幅に対しても、通常は所定線幅に対する面内分布が、レンジとして２００ｎｍ以内といった管理値を用いる場合が多いが、この面内分布が、上記透過率分布と重畳すると、形成されるレジストパターンの残膜値は、許容範囲を超えて変動する懸念がある。

したがって、半透光膜の膜透過率を２％以下に管理しても、実際の露光によって、被転写体上のレジストパターン形成に寄与する光量は、２％より大きく変動している可能性が大きい。

さらに、上述のように通常は、透過率を代表波長（例えばｇ線）によって表現するが、これも場合によっては不十分である。半透光領域の線幅が微小になると、露光光の回折の影響が無視できない点は上述のとおりだが、露光機の光源による分光特性に応じて、露光時に実際に生じる露光量が変動するため、代表波長のみをもって、その透過率を定義しても不十分である。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、転写パターンのパターンデザイン、半透光領域の膜透過率や、露光光学条件を考慮し、狭い幅のパターンを有する場合においても、常に安定して所望の残膜値のレジストパターンを得ることができる多階調フォトマスク及びこれを用いたパターン転写方法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、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光膜が形成され、それぞれがパターン加工を施されることによって、透光領域、遮光領域、及び半透光領域をもつ転写パターンが形成された多階調フォトマスクであって、前記多階調フォトマスクを通過に、ｇ線、ｈ線、ｉ線のそれぞれの強度が１：１：１である照射光を用い、開口数（ＮＡ）が０．０８であり、コヒレンシー（σ）が０．８である光学系を用いて、前記フォトマスクに露光し、その透過光を受光して前記半透光領域における実効透過率を求めたとき、前記半透光領域の実効透過率のマスク面内分布レンジが２．０％以下であることを特徴とする。好ましくは、マスク面内分布レンジは１．０％以下である。

この構成によれば、実際の露光時に用いる露光条件を合理的に近似して実効透過率を評価し、実効透過率のレンジとレジストパターンの残膜値のレンジとの間の関係に基づいて、レジストパターンの残膜値を所定のレンジ内で管理することが可能となる。これにより、狭い幅のパターンを有する場合においても、常に安定して所望の残膜値のレジストパターンを得ることができる。

更に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フォトマスクであって、前記半透光領域は、実効透過率の異なる第１半透光領域と第２半透光領域を有し、前記多階調フォトマスクに、ｇ線、ｈ線、ｉ線のそれぞれの強度が１：１：１である照射光を用い、開口数が０．０８であり、コヒレンシーが０．８である光学系を用いて、前記フォトマスクに露光し、その透過光を受光して前記半透光領域における実効透過率を求めたとき、前記第１半透光領域と第２半透光領域の実効透過率のマスク面内分布レンジが、それぞれ２．０％以下であることを特徴とする多階調フォトマスクを含む。

これにより、４階調以上の多階調フォトマスクにおいても、パターンの寸法によらず、レジストパターンの残膜値を所定のレンジ内で、客観的に管理することが可能となる。

また、本発明の多階調フォトマスクは、透明基板上に露光光を遮光する遮光膜が少なくとも設けられ、パターニングされることにより、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備えたフォトマスクであって、前記多階調フォトマスクに、ｇ線、ｈ線、ｉ線のそれぞれの強度が１：１：１である照射光を用い、開口数が０．０８であり、コヒレンシーが０．８である光学系を用いて、前記フォトマスクに露光し、その透過光を受光して前記半透光領域における実効透過率を求めたとき、前記半透光領域の実効透過率のマスク面内分布レンジが２．０％以下であることを特徴とする多階調フォトマスクをも含む。

これにより、半透光領域の半透光膜の膜透過率が透光領域と等しく（つまり、半透光膜を要しない）、そのパターン幅が非常に小さいために、半透光領域として機能する場合に、その半透光領域の面内分布が２．０％に制御されるため、上記と同様の作用が得られる。半透光膜を有するかわりに、露光機の解像限界寸法以下の微細遮光パターンによって、半透光領域を形成する場合も同様である。

本発明の多階調フォトマスクにおいては、前記半透光領域は、前記遮光領域に隣接して挟まれた半透光部であるときに本発明が特に有利である。また、前記転写パターンは、単位パターンが配列された繰り返しパターンを含み、前記単位パターンには、前記遮光領域に隣接して挟まれた半透光部が含まれる場合に、本発明の効果が顕著である。この場合において、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、前記半透光領域が、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が好ましい。この場合において、前記チャネル領域の幅が５μｍ以下であるときに、本発明の効果が顕著である。

本発明のパターン転写方法は、上記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前記多階調フォトマスクの転写パターンを被加工層に転写することを特徴とする。この場合、転写パターンを被加工層に転写することによって形成されるレジストパターンにおいて、前記半透領域に対応する部分の膜厚面内分布が例えば１００ｎｍ以内、より好ましくは８０ｎｍ程度以内とすることができる。

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の製造方法は、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光膜とにより、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の製造方法において、ｇ線、ｈ線、ｉ線のそれぞれの強度が１：１：１である照射光を用い、開口数が０．０８であり、コヒレンシーが０．８である光学系を用いて、前記フォトマスクに露光し、前記露光光に対する前記半透光領域の実効透過率と、前記半透光領域に対応する被加工層上のレジスト残膜値との間の関係を把握し、前記把握した関係により、前記多階調フォトマスクを評価する工程を有することを特徴とする。

本発明の多階調フォトマスクの製造方法は、透明基板上に露光光を遮光する遮光膜が少なくとも設けられ、パターニングされることによって、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の製造方法において、ｇ線、ｈ線、ｉ線のそれぞれの強度が１：１：１である照射光を用い、開口数が０．０８であり、コヒレンシーが０．８である光学系を用いて、前記フォトマスクに露光し、前記露光光に対する前記半透光領域の実効透過率と、前記半透光領域に対応する被加工層上のレジスト残膜値との間の関係を把握し、前記把握した関係により、前記多階調フォトマスクを評価する工程を有することを特徴とする。

本発明の多階調フォトマスクの製造方法においては、前記多階調フォトマスクを評価する工程は、前記把握した関係から、前記実効透過率の変化量に対する、前記レジスト残膜値の変化量を把握し、前記把握した変化量が、所定の許容範囲内となるか否かを判断することを含むことが好ましい。

本発明の多階調フォトマスクの製造方法においては、前記把握した関係に基づいて、前記多階調フォトマスクの実効透過率の許容範囲基準を決定することが好ましい。

本発明の多階調フォトマスクは、透明基板上に、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光膜が形成され、それぞれがパターン加工を施されることによって、透光領域、遮光領域、及び半透光領域をもつ転写パターンが形成された多階調フォトマスクであって、前記多階調フォトマスクに、ｇ線、ｈ線、ｉ線のそれぞれの強度が１：１：１である照射光を用い、開口数（ＮＡ）が０．０８であり、コヒレンシー（σ）が０．８である光学系を用いて、前記フォトマスクに露光し、その透過光を受光して前記半透光領域における実効透過率を求めたとき、前記半透光領域の実効透過率のマスク面内分布レンジが、上記管理値の２．０％以下となるように調整されているので、狭い幅のパターンを有する場合においても、常に安定して所望の残膜値のレジストパターンを得ることができる。

遮光領域に隣接して挟まれた半透光領域であるトランジスタのチャネル領域を示す図である。 （ａ）は、実効透過率と残膜値との間の関係を示す図であり、（ｂ）は、実効透過率のレンジと残膜値のレンジとの間の関係を示す図である。 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。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る多階調フォトマスクの構造を示す図である。 （ａ），（ｂ）は、遮光膜と半透光膜のパターン及びそれに対応する光強度分布を示す図である。

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、多階調フォトマスクの管理にあたり、半透光領域を構成する半透光膜の透過率は、パターン形状によらず、その膜と代表波長（例えばｇ線）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光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、露光光の波長が代表波長に等しいときには特に問題は生じない。しかしながら、露光機の解像度に対して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光膜固有の透過率とは異なる値となることがある。これはパターン形状及び露光機の光学条件による露光光の回折と関係がある。

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することができる。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光膜の透過率よりも低くなる。ここで、半透光膜の透過率とは、透明基板上の該膜を形成した、十分に広い領域において、代表波長の光を照射した際に当該領域を透過した光量の、透光領域における透過光量に対する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。

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、ＴＦＴ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、半透光膜固有の透過率のみではなく、パターン形状の違いなどの要因を含む透過率を考慮しなければ、該パターンを被転写体（被加工層）上に転写したとき、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。特に、上記ＴＦＴ製造用マスクにおいては、チャネル部を形成する同一形状の単位パターンが配列して形成されており、これらのパターン寸法にわずかな変動が生じることは完全には阻止できない。このような変動が、膜透過率の変動と重畳すると、両者が規格内の数値であったとしても、該マスクによって得られるレジストパターンの残膜値は、予測を超えて変動してしまう。

もちろん、線幅や膜透過率の分布レンジをさらに小さなものにすることによっても転写結果の分布を小さくすることはできるが、技術的に難易度が高い上、過剰品質となり製品歩留まりを下げてしまう懸念がある。一方で膜透過率の変動に対してパターンの線幅変動が相殺するように働けば、結果的に実効透過率の変動は小さくなることも考えられる。結局、実際の露光時にマスクを透過してくる光量を示す、実効透過率をもってマスク品質を管理することが最も合理的であるといえる。

そこで本発明者は、露光機の露光条件を近似した条件下で実際にフォトマスクに照射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光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。そして、この知見に基づいて、半透光領域における実効透過率を管理することにより、半透光領域のレジスト膜の残膜値を所望の値にすることができることを見出した。これは、狭い幅のパターンを有する場合に特に有効である。

ここで、本発明では、従来の膜透過率を管理値とする方法に代えて、実効透過率を用いた管理を行う。これは、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、実際の露光環境を反映した透過率である。ただし、マスク使用時に実際に使用する露光機の露光条件は厳密には必ずしも一致していない。したがって、個々の露光機ごとの露光条件を以って実効透過率を把握することは効率的でない。一方、液晶装置製造用などのフォトマスクにおいては、ｉ線〜ｇ線というブロードな波長域をもった露光光を用いてフォトマスク上の転写パターンを被加工層上に転写する。このため、ｉ線（３
６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）を実質的に１：１：１の強度で含む露光光を、実効透過率把握のための露光光として標準とすることができる。さらに、露光機の光学系として、開口数（ＮＡ）が０．０８であり、コヒレンシー（σ）が０．８のものを、標準とすることができる。すなわち、このような光学的条件下で、半透光領域における実効透過率の面内分布が２．０％であれば、このようなフォトマスクを用いて、実際の露光機を用いて所望のレジスト残膜値をもつレジストパターンを容易に得ることができるのである。

本発明者は、図１に示すように、遮光膜２３で構成された遮光領域に隣接して挟まれた半透光領域であるトランジスタのチャネル領域（幅Ｄ：ここでは、Ｄ＝５μｍを用いたが異なる幅Ｄを用いても結果は変動しない）で、半透光膜２２の透過率を変えたときの実効透過率Ｔ_Ａとこの多階調フォトマスクでレジストパターンを形成した際の残膜値との間の関係を調べた。なお、用いた露光光には、ｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）を実質的に１：１：１の強度で含む露光光を用い、光学系には、開口数（ＮＡ）が０．０８であり、コヒレンシー（σ）が０．８の光学系を用いた。その結果を図２（ａ）に示す。

ここで、図２（ａ）を用いれば、実マスクにおける実効透過率の変動量（すなわちマスク面内分布レンジに対しての残膜値の変動量）を、上記直線関係の近似式より求めることができる。例えば、△Ｔ_Ａ＝１％に対応する残膜変動量は約３６．６ｎｍ（スロープの絶対値）となる。すなわち、Ｔ_Ａの管理レンジに対する転写結果としての残膜値のレンジは、図２（ｂ）に示すような関係となる。図２（ｂ）から分かるように、Ｔ_Ａの分布が２．０％以下であれば、残膜値の分布は８０ｎｍを下回り、精緻なレジスト残膜値管理が可能となることがわかる。

本発明者は、このような実効透過率のレンジが、実際に形成されるレジストパターンの残膜値のレンジを直接的に支配するものであることに着目し、この関係を用いることにより、残膜値の管理を実効透過率の管理で行って、狭い幅のパターンを有する場合においても、常に安定して所望の残膜値のレジストパターンが得られることを見出し本発明をするに至った。

例えば、上記のように、半透光領域の実効透過率と、それに対応する、被加工層上のレジスト膜の残膜値の関係を求め、それによって、実効透過率の変化量に対する、レジスト膜の残膜値変化を得ることができる。上記関係によって、被加工層上に得ようとする、レジストパターンの残膜値を通じて、フォトマスクの良否を評価することもできる。又は、残膜値を所定範囲内におさめたいと考えるマスクユーザは、上記変化量の相互関係を参照することにより、フォトマスクの良否を評価することができる。

すなわち、本発明の多階調フォトマスクの製造方法においては、露光光に対する前記半透光領域の実効透過率と、前記半透光領域に対応する被加工層上のレジスト残膜値との間の関係を把握し、前記把握した関係により、前記多階調フォトマスクを評価する工程を有することが好ましい。このような評価工程を含むことにより、被転写体上に得ようとするレジストパターンの残膜値の値に基づき、フォトマスクの良否を評価することができる。

この評価工程は、前記把握した関係から、前記実効透過率の変化量に対する前記残膜値の変化量を把握し、前記把握した変化量が所定の許容範囲内となるか否かを判断することを含むことが好ましい。これにより、さらに高いレベルでフォトマスクの良否を評価することができる。

または、上記の関係に基づいて、半透光領域の実効透過率の許容範囲基準を決定することもできる。すなわち、本発明の多階調フォトマスクの製造方法においては、前記把握した関係に基づいて、前記多階調フォトマスクの実効透過率の許容範囲基準を決定することが好ましい。これにより、さらに現実性の高いレベルでフォトマスクを評価することができる。例えば、フォトマスクの半透光領域の許容変動幅が２％以上の所定値であっても、得ようとする電子デバイスによっては、十分な品質で製造できると評価されることも生じる。

ここで、半透光領域の実効透過率とは、所定の露光光を照射したときに、半透光膜固有の膜透過率のみに依存せず、フォトマスクのパターンデザインなどによって、実際に半透光領域において生じる透過率をいう。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、被加工層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。ここでマスク面内分布レンジとは、マスクに形成された転写パターン領域全体における面内分布レンジをいう。このようなレンジ管理については、例えば、薄膜トランジスタのチャネル領域の幅が５μｍ以下であるときに特に有効である。

上記のように実効透過率を測定するための装置としては、例えば図３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）などを使用し、適宜必要に応じて光学フィルタを用いることができる。

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。この照射光学系２は、開口数（ＮＡ）を所望値に設定するため、絞り機構（開口絞り７）を備えている。この照射光学系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６を備えていることが好ましい。この照射光学系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３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、照射光学系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、照射光学系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：コヒレンシー）を可変することができる。上記条件を適宜選択することによって、露光時の光学条件を再現、又は近似することができる。

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。

本発明において半透光部の実効透過率を把握するに際して用いる光学系としては、開口数が０．０８であり、コヒレンシーが０．８の光学系を採用し、露光光としては、ｇ線、ｈ線、ｉ線のそれぞれの照射光強度を１：１：１とした露光光を採用する。光学系のパラメータについては、露光機により多少の変化があるが、上記数値はその標準的な数値であり、個々の露光機にフォトマスクを搭載する前に、フォトマスクの性能を確認するのに極めて適切である。また照射光の波長分布は、ｉ線〜ｇ線の範囲で露光機により、又は経時により多少の変化があるが、これらの波長を１：１：１の強度分布としたものが、フォトマスクの評価には最も標準的に使用できる。換言すれば、これらの条件下で、管理値を満たすフォトマスクであれば、実際の露光条件下における実用に供する場合の性能を十分な確度で推定できる。

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、少なくとも露光光を遮光する遮光膜がパターニングされることによりにより、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。転写パターンとしては、透明基板上に半透光膜及び遮光膜を形成し、それぞれをパターニングすることにより形成された転写パターンや、透明基板上に遮光膜を形成し、露光機解像度以下の微細パターンを形成して光の回折効果により中間調（半透光領域）を出す転写パターンなどが挙げられる。

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、該遮光膜は表面に反射防止膜をもつことが好ましく、該反射防止膜の材料としては、クロムの酸化物、窒化物、炭化物、弗化物などを挙げることができる。露光光を一部透過させる半透光膜としては、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や、その酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物などが好ましい。

上述した多階調フォトマスクは、図４（ａ）に示すように、透明基板２１の遮光領域Ａ及び半透光領域Ｂ上に半透光膜２２を形成し、半透光膜２２の遮光領域Ａ上に遮光膜２３を形成してなる構造と、図４（ｂ）に示すように、透明基板２１の遮光領域Ａ上に遮光膜２３及び半透光膜２２が積層され、透明基板２１の半透光領域Ｂ上に半透光膜２２を形成してなる構造のいずれを採用することもできる。又は、更に実効透過率の異なる半透過領域を形成することによって、４階調以上の多階調マスクとすることもできる。

図４（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２１上に半透光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２３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２３をマスクとして、露出している半透光膜２２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２３をエッチングする。

図４（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２１上に遮光膜２３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２３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２１の全面に半透光膜２２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光膜２２をエッチングする。

本発明の多階調フォトマスクの製造にあたっては、以下のような方法を採用することができる。すなわち、半透光膜の成膜条件の制御と、転写パターンの描画、現像、エッチング工程の制御とにより、半透光領域の実効透過率の分布を小さくすることが可能である。ただし、本発明でいう半透光領域の実効透過率の分布を２．０％以内に制御できる範囲で行えばよいのであり、従来のように、膜固有の透過率のみの分布で２．０％以下とする必要はない。また、代表波長を用いて膜透過率の分布を２．０％以下としても、必ずしも本発明の効果は得られない。

本発明の管理値を充足するフォトマスクを製造するにあたっては、半透光膜の膜透過率精度や、転写パターンの形成精度といった要因を、個々にではなく、実効透過率を考慮して管理すれば良い。例えば、半透光膜の成膜精度に限界があり、膜厚分布が生じてしまうような場合には、この膜厚分布に起因して生じる透過率分布を相殺するように、転写パターンの線幅を操作することができる。具体的には、膜厚が小さくなりやすい領域には、その傾向を予め把握した上で、その領域に形成する、チャネル部の幅を小さくすることができる。

本発明では、以上のような方法、又は公知の方法によって、製造されたフォトマスクに対して、図３のような装置を用いて、その実効透過率レンジを把握し、本発明の効果を奏するものを識別することができる。マスクに形成された転写パターン全域にわたって、半透光領域の面内分布レンジが２．０％以下であれば、本発明の効果を十分に奏するものである。また、レンジが２．０％を超えた場合には、マスクパターンの修正、又は、膜厚の修正、膜質の改変等といった修正工程を経ることによって、本発明のマスクとすることも可能である。マスクパターンの修正においては、公知の修正手法（ＣＶＤ及びレーザーを用いた方法、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）法など）によるものなどが適用できる。膜厚の修正、膜質の改善によって、膜透過率を変化させるに際しては、膜表面に薬液や、エネルギー照射を与えることによる表面処理によることもできる。

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光膜とを、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。特に、こ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が好ましい。

上述したように、本発明に係る多階調フォトマスク、すなわち、半透光領域の実効透過率のレンジが２％以下である多階調フォトマスクによれば、実効透過率のレンジとレジストパターンの残膜値のレンジとの間の関係に基づいて、レジストパターンの残膜値を所定のレンジ内で管理することが可能となる。これにより、狭い幅のパターンを有する場合においても、常に安定して所望の残膜値のレジストパターンを得ることができる。

なお、互いに実効透過率の異なる半透光領域を複数備えるフォトマスクを用いて、被転写体上のレジスト膜に複数の段差を設ける場合のフォトマスクにおいては、それぞれの所望の実効透過率をもつ半透光領域に対して、上記の管理値を用いた評価を行うことができることは言うまでもない。

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。例えば、上記実施の形態においては、実効透過率のレンジが２％以下である場合について説明しているが、本発明の技術的思想は、実効透過率のレンジと残膜値のレンジとの間に比例関係があり、これに基づいて、すなわち実効透過率を管理指標とすることにより、より正確にレジストパターンの残膜値を管理することであるので、要求するレジストパターンの残膜値のレンジに応じて実効透過率のレンジは適宜変更することができる。また、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。

例えば、４階調以上の多階調フォトマスクにおいては、実効透過率の異なる第１、第２半透光領域を含むような場合がある。このような多階調フォトマスクにも本発明を適用することができる。そのような場合には、第１、第２半透光領域のそれぞれにおいて、実効透過率が２％以下となるように管理することにより、本発明の効果が得られる。

１ 光源
２ 照射光学系
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 視野絞り
７ 開口絞り
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
２１ 透明基板
２２ 半透光膜
２３ 遮光膜

Claims (13)

1. 透明基板上に、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光膜が形成され、それぞれがパターン加工を施されることによって、透光領域、遮光領域、及び半透光領域をもつ転写パターンが形成された多階調フォトマスクであって、前記多階調フォトマスクに、ｇ線、ｈ線、ｉ線のそれぞれの強度が１：１：１である照射光を用い、開口数が０．０８であり、コヒレンシーが０．８である光学系を用いて、前記フォトマスクに露光し、その透過光を受光して前記半透光領域における実効透過率を求めたとき、前記半透光領域の実効透過率のマスク面内分布レンジが２．０％以下であることを特徴とする多階調フォトマスク。
2. 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光膜とにより、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フォトマスクであって、前記半透光領域は、実効透過率の異なる第１半透光領域と第２半透光領域を有し、前記多階調フォトマスクに、ｇ線、ｈ線、ｉ線のそれぞれの強度が１：１：１である照射光を用い、開口数が０．０８であり、コヒレンシーが０．８である光学系を用いて、前記フォトマスクに露光し、その透過光を受光して前記半透光領域における実効透過率を求めたとき、前記第１半透光領域と第２半透光領域の実効透過率のマスク面内分布レンジが、それぞれ２．０％以下であることを特徴とする多階調フォトマスク。
3. 透明基板上に露光光を遮光する遮光膜が少なくとも設けられ、パターニングされることにより、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備えたフォトマスクであって、前記多階調フォトマスクに、ｇ線、ｈ線、ｉ線のそれぞれの強度が１：１：１である照射光を用い、開口数が０．０８であり、コヒレンシーが０．８である光学系を用いて、前記フォトマスクに露光し、その透過光を受光して前記半透光領域における実効透過率を求めたとき、前記半透光領域の実効透過率のマスク面内分布レンジが２．０％以下であることを特徴とする多階調フォトマスク。
4. 前記半透光領域は、前記遮光領域に隣接して挟まれた半透光部であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載の多階調フォトマスク。
5. 前記転写パターンは、単位パターンが配列された繰り返しパターンを含み、前記単位パターンには、前記遮光領域に隣接して挟まれた半透光部が含まれることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか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、前記半透光領域が、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５記載の多階調フォトマスク。
7. 前記チャネル領域の幅が５μｍ以下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. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の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前記多階調フォトマスクの転写パターンを被加工層に転写することを特徴とするパターン転写方法。
9. 請求項８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。
10. 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光膜とにより、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の製造方法において、ｇ線、ｈ線、ｉ線のそれぞれの強度が１：１：１である照射光を用い、開口数が０．０８であり、コヒレンシーが０．８である光学系を用いて、前記フォトマスクに露光し、前記露光光に対する前記半透光領域の実効透過率と、前記半透光領域に対応する被加工層上のレジスト残膜値との間の関係を把握し、前記把握した関係により、前記多階調フォトマスクを評価する工程を有することを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法。
11. 透明基板上に露光光を遮光する遮光膜が少なくとも設けられ、パターニングされることによって、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の製造方法において、ｇ線、ｈ線、ｉ線のそれぞれの強度が１：１：１である照射光を用い、開口数が０．０８であり、コヒレンシーが０．８である光学系を用いて、前記フォトマスクに露光し、前記露光光に対する前記半透光領域の実効透過率と、前記半透光領域に対応する被加工層上のレジスト残膜値との間の関係を把握し、前記把握した関係により、前記多階調フォトマスクを評価する工程を有することを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法。
12. 前記多階調フォトマスクを評価する工程は、前記把握した関係から、前記実効透過率の変化量に対する、前記レジスト残膜値の変化量を把握し、前記把握した変化量が、所定の許容範囲内となるか否かを判断することを含むことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
13. 前記把握した関係に基づいて、前記多階調フォトマスクの実効透過率の許容範囲基準を決定することを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。

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