JP2010237704A - 多階調フォトマスクの製造方法及びパターン転写方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２種類の半透光膜と遮光膜の任意の組み合わせが可能な多階調フォトマスクの製造方法を提供する。
【解決手段】フォトマスクブランクの遮光膜上に第１レジストパターンを形成する工程と、遮光膜をエッチングして第１のパターニングを行う工程と、第１レジストパターンを除去後、基板全面に第１半透光膜を形成し第２のレジストパターンを形成する工程と、少なくとも第１半透光膜をエッチングして第２のパターニングを行う工程と、第２レジストパターンを除去後、基板全面に第２半透光膜を形成し第３レジストパターンを形成する工程と、少なくとも第２半透光膜をエッチングして第３のパターニングを行う工程とを有する、多階調フォトマスクの製造方法で、第１レジストパターン形成は遮光部にレジストパターンを残存させ、遮光部のレジストパターンの寸法を、遮光部と隣接する透光部及び第１半透光部との境界において所定のマージン領域分広く形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置（Liquid CrystalDisplay：以下、ＬＣＤと称する）製造等に好適に用いられる多階調フォトマスクの製造方法及び多階調フォトマスク、並びに当該フォトマスクを用いたパターン転写方法に関するものである。

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ている。

この方法は、遮光部と透光部の他に半透光部（グレートーン部）を有するグレートーンマスクと称されるフォトマスク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、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で形成されている構造のものが知られている。
また、半透光部に、露光光の一部のみを透過する半透過性の半透光膜によって形成する構造のものも従来知られている。何れの構造のものであっても、この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、被転写体上に、レジスト残膜値の異なる２つの転写パターンを転写することができることから、１枚のグレートーンマスク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より、TFT-ＬＣＤなどを製造する際に、必要なマスク枚数が削減される。

従来、レジストパターンの形成と金属化合物等の膜のエッチングとを所望回数繰り返すことにより得られる、光透過率が３段階以上の多段階に変化する多階調フォトマスクが下記特許文献１に開示されている。また、遮光部と透光部の他にそれぞれ異なる光透過率の第１半透光部と第２半透光部を有する４階調フォトマスクをリソグラフィ工程により少ない描画回数で製造できる４階調フォトマスクの製造方法が下記特許文献２に開示されている。

特開平９−１４６２５９号公報 特開２００７−２４９１９８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された多階調フォトマスクの製造方法の場合、金属化合物等の膜をエッチングするごとに、マスクのパターン形状を順次変えていくことが必要であるため、工程が非常に煩雑である上、得ようとする金属化合物の形状（グラデーション）にも制約があり、TFT製造工程に適用することは困難である。

また、上記特許文献２に開示された４階調フォトマスクの製造方法によれば、フォトリソグラフィ工程によって４階調のフォトマスクを製造することができるが、ここで使用する２種類の第１半透光膜及び第２半透光膜と遮光膜の材料の選択には多少の制約がある。すなわち、第１半透光膜と第２半透光膜は、互いのエッチング環境に対してエッチングされないような耐性を有する、つまりエッチング選択性を有することが必要であるか、又は、第１半透光膜と第２半透光膜のいずれかと、遮光膜の間にエッチング選択性があることが必要となる。

したがって、材料選択の幅が制約されるという不都合がある。また、上記特許文献２に開示された４階調フォトマスクの製造方法によれば、複数回の描画工程を実施する場合のアライメントずれによる影響を出来るだけ無くすためのマージンを設けられないという不都合がある。すなわち、複数回の描画工程の位置ずれに起因する弊害として、膜が除去されるべき領域の周縁に、膜が残存してしまう。例えば、半透光部と透光部の境界に遮光膜が残存したり、遮光部と透光部の境界の透光部側に半透光膜が残存するなどが生じ得る。
特に、アライメントずれに起因する深刻な問題は、不要なところに、Crなどの遮光膜の線が残り、これが、最終製品において回路の短絡を発生させることであり、これを予め阻止することが望まれる。

そこで、マスク製造のパターニングに際し、予めパターンデータを加工して、マージン領域を設け、結果的にアライメントずれに起因する影響を最小にしておく方法が考えられる。但し、パターンのデータ加工したあと、結果としてアライメントずれが生じなかった場合には設計どおりのフォトマスクが得られるようにすることが肝要である。
本発明者の検討により、従来技術によるフォトマスクの製造方法に比べ、本発明の方法は、４階調のフォトマスクが製造できるにもかかわらず、上記目的に沿った、アライメントずれ対策を行いつつフォトマスク製造が行えることを見出された。

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであり、使用する２種類の半透光膜と遮光膜の各膜種は任意の組み合わせが可能であり、またアライメントずれ対策用のマージンが設けられる多階調フォト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、微細パターンが高精度に形成された多階調フォトマスクを提供することを第２の目的とする。さらに、上記多階調フォト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、透光部、及びそれぞれ露光光透過率の異なる第１半透光部と第２半透光部からなるマスクパターンを有する多階調フォトマスクの製造方法であって、透明基板上に遮光膜を有するフォトマスクブランクを準備する工程と、前記フォトマスクブランクの前記遮光膜上に形成したレジスト膜を描画、現像して第１レジストパターンを形成する工程と、前記第１レジストパターンをマスクとして前記遮光膜をエッチングして第１のパターニングを行う工程と、前記第１レジストパターンを除去した後、パターニングされた前記遮光膜を有する基板面に第１半透光膜を形成する工程と、前記第１半透光膜上に形成したレジスト膜を描画、現像して第２レジストパターンを形成する工程と、前記第２レジストパターンをマスクとして少なくとも前記第１半透光膜をエッチングして第２のパターニングを行う工程と、前記第２レジストパターンを除去した後、パターニングされた前記遮光膜及び前記第１半透光膜を有する基板面に第２半透光膜を形成する工程と、前記第２半透光膜上に形成したレジスト膜を描画、現像して第３レジストパターンを形成する工程と、前記第３レジストパターンをマスクとして少なくとも前記第２半透光膜をエッチングして第３のパターニングを行う工程と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。

（構成２）前記第１半透光部は、透明基板上に第２半透光膜を有してなり、前記第２半透光部は、透明基板上に第１半透光膜と第２半透光膜を有してなることを特徴とする、構成１に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
（構成３）前記第1レジストパターン形成工程は、第２半透光部を除いた領域にレジストパターンを残存させ、かつ、前記第２半透光部と隣接する第１半透光部、及び前記第２半透光部と隣接する透光部のレジストパターンの寸法を、前記第２半透光部との境界において、得ようとする前記第１半透光部及び透光部の寸法より、所定のマージン領域分狭く形成することを特徴とする構成２に記載の多階調フォトマスクの製造方法。

（構成４）前記第２レジストパターン形成工程では、前記第１半透光部を除いた領域にレジストパターンを残存させ、かつ、前記第１半透光部と隣接する透光部のレジストパターンの寸法を、前記第１半透光部との境界において、得ようとする前期透光部の寸法より、所定のマージン領域分狭く形成することを特徴とする構成３に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
（構成５）前記第１レジストパターン形成工程は、遮光部にレジストパターンを残存させ、かつ、前記遮光部のレジストパターンの寸法を、前記遮光部と隣接する透光部及び第１半透光部との境界において、所定のマージン領域分広く形成することを特徴とする構成２に記載の多階調フォトマスクの製造方法。

（構成６）前記第２レジストパターン形成工程は、前記遮光部と第２半透光部にレジストパターンを残存させ、かつ、前記透光部と隣接する第２半透光部、及び透光部と隣接する遮光部のレジストパターンの寸法を、所定のマージン領域分広く形成することを特徴とする構成５に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
（構成７）前記第３レジストパターン形成工程は、得ようとするマスクパターンの寸法に基づき、マージン領域を設けずに決定した寸法に基づいて行うことを特徴とする構成１乃至６のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。

（構成８）前記第１半透光膜及び前記第２半透光膜はいずれも同一のエッチャントによりエッチングが可能な材料からなることを特徴とする構成１乃至７のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
（構成９）前記遮光膜、前記第１半透光膜及び前記第２半透光膜はいずれも同一のエッチャントによりエッチングが可能な材料からなることを特徴とする構成１乃至８のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
（構成１０）前記第１半透光膜及び前記第２半透光膜はいずれもクロムを主成分とした材料または金属シリサイドを主成分とした材料からなることを特徴とする構成１乃至９のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。

（構成１１）透明基板上に、遮光部、透光部、及びそれぞれ露光光透過率の異なる第１半透光部と第２半透光部からなるマスクパターンを有し、前記遮光部は、前記透明基板上に形成された遮光膜上に少なくとも第１又は第２半透光膜が積層されて形成され、前記透光部は、露出した前記透明基板により形成され、前記第1半透光部は、透明基板上に第１半透光膜を有してなり、前記第２半透光部は、透明基板上に第1半透光膜と第２半透光膜を有してなることを特徴とする多階調フォトマスク。
（構成１２）構成１乃至１０のいずれかに記載の製造方法による多階調フォトマスク、あるいは、構成１１に記載の多階調フォトマスクを用いて、被転写体に露光光を照射する露光工程を有し、被転写体上に多階調の転写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。

本発明の多階調フォトマスクの製造方法によれば、遮光膜の他に第１半透光膜と第２半透光膜の組み合わせを用いてフォトリソグラフィ法によって簡便に製造でき、しかも使用する２種類の半透光膜と遮光膜の各膜種は任意の組み合わせが可能であり、またアライメントずれ対策用のマージンを設けることができ、微細パターンであっても高精度に形成された露光光透過率が多段階に異なる多階調のフォトマスクを製造することができる。
また、上述のように製造できることにより、微細パターンが高精度に形成された多階調のフォトマスクが得られる。
また、本発明に係る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、精度の高い多階調の転写パターンを被転写体に転写することができ、またその結果、例えばＴＦＴ基板の製造等においてマスク枚数の大幅な削減が可能になる。

本発明に係る多階調フォトマスクの第１の実施の形態と、当該多階調フォト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の実施の形態に係る多階調フォトマスクの製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る多階調フォトマスクの製造方法を工程順に示す断面図であって、図２の続きである。 本発明の第２の実施の形態に係る多階調フォトマスクの製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る多階調フォトマスクの製造方法を工程順に示す断面図であって、図４の続きである。 本発明の第３の実施の形態に係る多階調フォトマスクの製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る多階調フォトマスクの製造方法を工程順に示す断面図であって、図６の続きである。 遮光部Ａに挟まれた半透光部Ｂのパターン（同図（１））と、該半透光部Ｂの透過光の光強度分布（同図（２））を示し、同図（ａ）は半透光領域の幅が４μｍ、同図（ｂ）は２μｍの場合を示す。 チャネル幅と該チャネル幅に対応した幅の半透光部における露光光の透過率との関係を示す図である。

本発明のフォトマスクは、透明基板上に、遮光部、透光部、及びそれぞれ露光光透過率の異なる第１半透光部と第２半透光部からなるマスクパターンを有する多階調フォトマスクである。ここで、「それぞれ露光光透過率の異なる第1半透光部と第２半透光部」とは、露光光の代表波長（例えばｇ線）に対する光透過率が異なるように形成されていて、例えば、それぞれに形成された膜の膜構成、膜素材、又は膜厚が異なることを意味する。必ずしも、それぞれに所定のパターニングを施し、実際のマスクとした後に露光を行うときに透過率が異なるとの意味ではない。この点については後述する。

また、上記フォトマスクにおいて、遮光部は、前記透明基板上に形成された遮光膜上に少なくとも第１又は第２半透光膜が積層されて形成されてなる。遮光膜上に、第１及び第２半透光膜がともに積層されていてもよい。
なお、遮光膜は、遮光層と反射防止層を有することが好ましく、遮光膜、第１、第２半透光膜のうち、もっとも透明基板表面側に遮光膜が形成されている。好ましい態様としては、透明基板上に直接、遮光膜が形成されている。
また、前記透光部は、露出した前記透明基板により形成され、前記第1半透光部は、透明基板上に第１半透光膜を有してなり、前記第２半透光部は、透明基板上に第1半透光膜と第２半透光膜を有してなる。
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１は、本発明に係る多階調フォトマスクの第１の実施の形態と、当該多階調フォト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に示す多階調フォトマスク１０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の多階調フォトマスク（又はグレートーンマスク）として用いることができ、図１に示す被転写体２０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２３を形成する。なお、図１中において符号２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃは、被転写体２０において基板２１上に積層された膜を示す。

上記本実施の形態のフォトマスク１０は、具体的には、当該フォトマスク１０の使用時に露光光を遮光（透過率が略０％）させる遮光部１１と、ガラス基板等の透明基板１４の表面が露出して露光光を透過させる透光部１２と、透光部１２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、２０〜７０％程度の範囲内に低減させ、この範囲内において露光光透過率が２段階に異なる第1半透光部１３Ａと第２半透光部１３Ｂを有して構成されている。上記半透光部は、透明基板１４上に光半透過性の半透光膜が形成されて構成され、本実施の形態では、そのうちの第２半透光部１３Ｂは、第１半透光膜１６と第２半透光膜１７の積層膜により形成され、第１半透光部１３Ａは上記第２半透光膜１７により形成されている。また、上記遮光部１１は、透明基板１４上に、遮光層１５ａ及び反射防止層１５ｂの積層からなる遮光膜１５、上記第１半透光膜１６及び上記第２半透光膜１７が順に設けられて形成されている。したがって、上記フォトマスク１０は、露光光透過率が４段階に異なる４階調のフォトマスクとなっている。なお、図１に示す遮光部１１、透光部１２、及び半透光部１３Ａ、１３Ｂのパターン形状はあくまでも一例である。

上述のような４階調フォトマスク１０を使用して、被転写体２０へのパターン転写を行ったときに、遮光部１１では露光光が実質的に透過せず、透光部１２では露光光が透過し、第１及び第２半透光部１３Ａ、１３Ｂでは各々の光透過率に応じて露光光が低減され、本実施の形態では第１半透光部１３Ａは第２半透光部１３Ｂよりも光透過率が高い。そのため、被転写体２０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、パターン転写後、現像を経たとき、上記遮光部１１に対応する部分で膜厚が最も厚くなる。また、上記第１及び第２半透光部１３Ａ、１３Ｂに対応する部分ではいずれも遮光部１１に対応する部分の膜厚よりも薄くなるが、上記第２半透光部１３Ｂに対応する部分の膜厚がその次に厚くなり、上記第１半透光部１３Ａに対応する部分の膜厚が最も薄くなる。また、透光部１２に対応する部分では膜がない。その結果、膜厚が４段階に異なる（そのうちの１段階は膜がない）レジストパターン２３を形成する。例えば、第１及び第２半透光部１３Ａ，１３Ｂの透過率は、透光部を１００％としたとき、それぞれ、６０％、４０％程度とすることができる。なお、ネガ型フォトレジストを用いた場合には、レジスト膜厚が上記と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２３の膜のない部分（上記透光部１２に対応する部分）で、被転写体２０における例えば膜２２Ａ〜２２Ｃに第１エッチングを実施する。続いて、レジストパターン２３の膜のうち膜厚が最も薄い部分（上記第１半透光部１３Ａに対応する部分）をアッシング等によって除去しこの部分で、被転写体２０における例えば膜２２Ｂ、２２Ｃに第２エッチングを実施する。続いて、レジストパターン２３のうち次に膜厚が薄い部分（上記第２半透光部１３Ｂに対応する部分）をアッシング等によって除去しこの部分で、被転写体２０における例えば膜２２Ｃに第３エッチングを実施する。このようにして、１枚の４階調フォトマスク１０を用いて、例えばＴＦＴ基板の製造における従来のフォトマスク３枚分の工程が実施されることになり、従来よりもマスク枚数を大幅に削減することが可能になる。

次に、上記４階調に係る多階調フォトマスクの製造方法について説明する。図２及び図３（図３は図２の続きである）は、本発明の第１の実施の形態に係る多階調フォトマスクの製造方法を工程順に示す断面図である。
使用するフォトマスクブランクは、図２（ａ）に示すように、ガラス基板等の透明基板１４上に、遮光層１５ａ及び反射防止層１５ｂの積層からなる遮光膜１５が形成されている。上記遮光層１５ａとしては、例えばクロム又はその化合物（例えばＣｒＮ，ＣｒＯ，ＣｒＣ等）が好ましく挙げられ、上記反射防止層１５ｂとしては、クロム系化合物（例えばＣｒＮ，ＣｒＯ，ＣｒＣ等）などが挙げられる。

まず、上記フォト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、本実施の形態では例えばレーザー光を用いる。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。そして、レジスト膜に対し、所定のデバイスパターンを描画し、描画後に現像を行うことにより、例えば製造されるフォトマスクの第２半透光部１３Ｂを除く領域に第１レジストパターン３０を形成する（図２（ｂ）参照）。

次に、上記第１レジストパターン３０をエッチングマスクとして遮光層１５ａ及び反射防止層１５ｂの積層からなる遮光膜１５をエッチングして遮光膜パターンを形成する（図２（ｃ）参照）。クロムを主成分とする遮光膜１５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、たとえば大型サイズのフォトマスク製造に好適なウェットエッチングでは、エッチング液として例えば硝酸第二セリウムアンモニウムを用いる。

残存する第１レジストパターン３０を除去した後（図２（ｄ）参照）、パターニングされた遮光膜１５を含む基板全面に、第１半透光膜１６を成膜する（図２（ｅ）参照）。
上記第１半透光膜１６としては、例えば、クロム又はクロム系化合物、金属シリサイド化合物などが好ましく挙げられる。クロム系化合物には、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。また、金属シリサイド化合物としては特にモリブデンシリサイド化合物（MoSixのほか、MoSiの窒化物、酸化物、酸化窒化物、炭化物など）等が好ましく挙げられる。

本発明の製造方法においては、上記第１半透光膜１６は、後述の第２半透光膜１７及び上述の遮光膜１５とのエッチング選択性、つまり互いのエッチング環境において耐性を有することはとくに要求されないため、本発明に使用する遮光膜と２種類の半透光膜の膜材料に関しては任意の組み合わせが可能であり、膜材料の選択の幅が大きいという優れた利点がある。したがって、上記第１半透光膜１６と後述の第２半透光膜１７は、異なる膜種を用いてもよいし、同じ膜種を用いることも出来、さらに同一の材料を用いることも可能である。また、遮光膜１５と同様の膜種、例えばクロム又はクロム系化合物を用いることもできる。上記第１半透光膜１６と第２半透光膜１７に同一、又は主成分が同一であるような素材を用いた場合、膜の分光透過率特性が同一、又は類似となる利点がある。すなわち、このマスクを使用する際に用いる露光機は、i線〜ｇ線の波長帯をもつ光源を用いるが、その分光特性は、露光機によって必ずしも一定ではない。更に、半透光膜にはその透過率に、波長依存性があることが多い。従って、照射される露光光の分光特性に応じて、透過率が変化する場合があり、膜素材が異なれば、この変化挙動も異なる。代表波長（例えばg線）で、第１、第２半透光部の透過率を予め規定して、パターンを転写しようとする被転写体上のレジスト残膜として所定値のものを期待しても、露光機の特性によって、得られるレジスト残膜値が異なってしまうのでは不都合である。結果として、所望のレジストパターンを得るための条件出しが困難になる。一方、上記のように本発明のフォトマスクにおいて、半透光膜１と半透光膜２の間にエッチング選択性が必要でなく、素材選択の自由があるということは、両者のi線〜ｇ線における、透過率波長依存性をほぼ同一とすることができるため、マスクユーザによる加工条件の条件出しが容易であるというメリットがある。また、同一の材料を用いる場合、主に膜厚を変化させることにより光透過率を変えることが可能である。
上記第１半透光膜１６は、透明基板１４（透光部）の露光光の透過量に対し１０〜８０％程度、好ましくは２０〜７０％程度の透過量を有するものが好ましい。

次に、再び全面に上記と同じレジスト膜を形成し、２度目の描画を行う。すなわち、このレジスト膜に対し、所定のパターンを描画し、描画後に現像を行うことにより、例えば製造されるフォトマスクの遮光部１１と第２半透光部１３Ｂに対応する領域に第２レジストパターン３１を形成する（図２（ｆ）参照）。

次に、上記第２レジストパターン３１をエッチングマスクとして、露出した第１半透光部１３Ａ及び透光部１２領域上の第１半透光膜１６及びその下の遮光膜１５をエッチングする（図３（ｇ）参照）。ここで、第１半透光膜１６と遮光膜１５とが同一エッチャントに対してエッチング可能な材料からなる場合には、同じエッチング条件で一度に行うことができる。

残存する第２レジストパターン３１を除去した後（図３（ｈ）参照）、パターニングされた遮光膜１５及び第１半透光膜１６を含む基板全面に、第２半透光膜１７を成膜する（図３（ｉ）参照）。上記第２半透光膜１７としては、例えばクロム又はクロム系化合物、あるいはモリブデンシリサイド等の金属シリサイド化合物などが好ましく挙げられる。前述したように、上記第２半透光膜１７は、前記第１半透光膜１６と同じ膜種の材料を用いてもよい。また、上記第２半透光膜１７についても、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２０〜７０％程度の透過量を有することが望ましい。
なお、TFT製造用のフォトマスクとしては、第１半透光部、及び第２半透光部の露光光透過率を、透光部に対して、２０〜６０％程度にすることが好ましい。第１、第２半透光膜の透過率は、これらを考慮して決定することができる。

次に、上記第２半透光膜１７上の全面に再度前記と同じレジスト膜を形成し、３度目の描画を行う。すなわち、このレジスト膜に対し、所定のパターンを描画し、描画後、現像を行うことにより、例えば製造されるフォトマスクの透光部１２を除く領域に第３レジストパターン３２を形成する（図３（ｊ）参照）。

次いで、上記第３レジストパターン３２をエッチングマスクとして、露出した透光部１２領域上の第２半透光膜１７をエッチングする（図３（ｋ）参照）。第２半透光膜１７の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。

そして、残存する第３レジストパターン３２を除去する。
こうして、透明基板１４上に、遮光層１５ａ及び反射防止層１５ｂからなる遮光膜１５と、第１半透光膜１６と第２半透光膜１７との積層によりなる遮光部１１、透明基板１４が露出する透光部１２、及び、第２半透光膜１７によりなる第１半透光部１３Ａと、第１半透光膜１６と第２半透光膜１７の積層によりなる第２半透光部１３Ｂを有するマスクパターンが形成された、露光光透過率が４段階に異なる４階調に係る多階調フォトマスク１０が出来上がる（図３（ｌ）参照）。

以上説明した本実施の形態による多階調フォトマスクの製造方法によれば、遮光膜の他に第１半透光膜と第２半透光膜の組み合わせを用いてフォトリソグラフィ法によって簡便に製造でき、しかも使用する２種類の半透光膜と遮光膜の各膜種は任意の組み合わせが可能であり、効率的で、かつ欠陥発生の確率の低い工程によって、作製することができる点で、量産上のメリットが大きい。
また、上述のように製造できることにより、微細パターンが高精度に形成された多階調のフォトマスクが得られる。

また、前述の図１に示すような本実施の形態に係る多階調フォトマスクを用いたパターン転写を実施すると、被転写体には精度の高い多階調の転写パターンを転写することができる。またその結果、例えばＴＦＴ基板の製造等においてマスク枚数の大幅な削減が可能になる。なお、図１には、図３（ｌ）のフォトマスク１０の一部分のパターンを代表例として示している。

［第２の実施の形態］
次に、図４及び図５（図５は図４の続きである）は、本発明の第２の実施の形態に係る多階調フォトマスクの製造方法を工程順に示す断面図である。本実施の形態は、アライメントずれ対策用のマージンを設ける場合を示す。
ここでアライメントずれとは、複数回の描画工程の相互の位置を完全に一致させることはほぼ不可能であるために生じる、描画パターン同士の位置ずれである。アライメントずれとして最も深刻であるのは、半透光部と透光部の相互の境界などに、遮光膜が残存してしまうことである。このようなパターニングがなされたフォトマスクを使用すると、転写パターンに不要な線が生じ、回路の短絡などの動作不良が生じる懸念がある。そこで、本発明ではこのような可能性を抑止するためパターンのデータ加工を行うことができる。
使用するフォトマスクブランクは、図４（ａ）に示すように、第１の実施の形態と同様、ガラス基板等の透明基板１４上に、遮光層１５ａ及び反射防止層１５ｂの積層からなる遮光膜１５が形成されている。

まず、上記フォト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、レジスト膜に対し所定のデバイスパターンを描画し、描画後に現像を行うことにより、第１レジストパターン３３を形成する（図４（ｂ）参照）。
なお、ここでは、上記第１レジストパターン３３は、製造されるフォトマスクの第２半透光部１３Ｂを除く領域に形成するとともに、第２半透光部と隣接する第１半透光部、及び第２半透光領域と隣接する透光部のレジストパターンの寸法を、第２半透光部との境界において、描画時のアライメントずれを考慮した所定幅のマージン３３ａとして、得ようとする前記第１半透光部及び透光部の寸法より、透光部側又は第1半透光部側に削る（所定の領域幅よりも幅狭に形成する）ようにマスクパターンデータを加工する。遮光部の境界部分はデータ加工しない。

次に、上記第１レジストパターン３３をエッチングマスクとして遮光層１５ａ及び反射防止層１５ｂの積層からなる遮光膜１５をエッチングして遮光膜パターンを形成する（図４（ｃ）参照）。

残存する第１レジストパターン３３を除去した後（図４（ｄ）参照）、基板全面に、第１半透光膜１６を成膜する（図４（ｅ）参照）。なお、上記第１半透光膜１６及び後述の第２半透光膜１７の膜材料に関しては、前述の第１の実施の形態で挙げたものと同様のものを使用する。

次に、再び全面に上記と同じレジスト膜を形成し、２度目の描画を行い、描画後に現像を行うことにより、第２レジストパターン３４を形成する（図４（ｆ）参照）。
なお、上記第２レジストパターン３４は、製造されるフォトマスクの第１半透光部１３Ａを除く領域に形成するとともに、第１半透光部と隣接する透光部のレジストパターンの寸法を、第１半透光部との境界において、得ようとする前記透光部の寸法より、描画時のアライメントずれを考慮した所定幅のマージン３４ａとして削る（所定の領域幅よりも幅狭に形成する）ようにする。

次に、上記第２レジストパターン３４をエッチングマスクとして、露出した第１半透光膜１６及びその下の遮光膜１５をエッチングする（図５（ｇ）参照）。

残存する第２レジストパターン３４を除去した後（図５（ｈ）参照）、基板全面に、第２半透光膜１７を成膜する（図５（ｉ）参照）。

次に、上記第２半透光膜１７上の全面に再度前記と同じレジスト膜を形成し、３度目の描画を行い、描画後、現像を行うことにより、第３レジストパターン３５を形成する（図５（ｊ）参照）。
なお、上記第３レジストパターン３５は、製造されるフォトマスクの透光部１２を除く領域に形成し、特に前記のようなマージンは設けない。

次いで、上記第３レジストパターン３５をエッチングマスクとして、露出した透光部１２領域上の第２半透光膜１７、第１半透光膜１６及び遮光膜１５をすべてエッチングする（図５（ｋ）参照）。

そして、最後に残存する第３レジストパターン３５を除去する。
こうして、透明基板１４上に、遮光層１５ａ及び反射防止層１５ｂからなる遮光膜１５と、第１半透光膜１６と第２半透光膜１７との積層によりなる遮光部１１、透明基板１４が露出する透光部１２、及び、第２半透光膜１７によりなる第１半透光部１３Ａと、第１半透光膜１６と第２半透光膜１７の積層によりなる第２半透光部１３Ｂを有するマスクパターンが形成された、露光光透過率が４段階に異なる４階調に係る多階調フォトマスク１０が出来上がる（図５（ｌ）参照）。

以上説明した本実施の形態による多階調フォトマスクの製造方法によれば、遮光膜の他に第１半透光膜と第２半透光膜の組み合わせを用いてフォトリソグラフィ法によって簡便に製造でき、しかも使用する２種類の半透光膜と遮光膜の各膜種は任意の組み合わせが可能であるとともに、複数回実施する描画時におけるアライメントずれを考慮したマージンを設けることが可能であり、その結果、アライメントずれの影響を抑えることができ、微細パターンが高精度に形成された多階調のフォトマスクが得られる。

［第３の実施の形態］
次に、図６及び図７（図７は図６の続きである）は、本発明の第３の実施の形態に係る多階調フォトマスクの製造方法を工程順に示す断面図である。本実施の形態においても、アライメントずれ対策用のマージンを設ける場合を示す。
使用するフォトマスクブランクは、図６（ａ）に示すように、第１の実施の形態と同様、ガラス基板等の透明基板１４上に、遮光層１５ａ及び反射防止層１５ｂの積層からなる遮光膜１５が形成されている。

まず、上記フォト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、レジスト膜に対し所定のデバイスパターンを描画し、描画後に現像を行うことにより、第１レジストパターン３６を形成する（図６（ｂ）参照）。
なお、上記第１レジストパターン３６は、製造されるフォトマスクの遮光部１１に対応する領域に形成するとともに、遮光部１１のレジストパターンの寸法を、前記遮光部１１と隣接する透光部１２及び第１半透光部１３Ａとの境界において、透光部１２又は第１半透光部１３Ａ側に描画時のアライメントずれを考慮した所定幅のマージン３６ａとして残す（所定の領域幅よりも幅広に形成する）ようにする。

次に、上記第１レジストパターン３６をエッチングマスクとして遮光層１５ａ及び反射防止層１５ｂの積層からなる遮光膜１５をエッチングして遮光膜パターンを形成する（図６（ｃ）参照）。

残存する第１レジストパターン３６を除去した後（図６（ｄ）参照）、基板全面に、第１半透光膜１６を成膜する（図６（ｅ）参照）。なお、上記第１半透光膜１６及び後述の第２半透光膜１７の膜材料に関しては、前述の第１の実施の形態で挙げたものと同様のものを使用する。

次に、再び全面に上記と同じレジスト膜を形成し、２度目の描画を行い、描画後に現像を行うことにより、第２レジストパターン３７を形成する（図６（ｆ）参照）。
なお、上記第２レジストパターン３７は、製造されるフォトマスクの遮光部１１と第２半透光部１３Ｂに対応する領域に形成するとともに、透光部１２と隣接する遮光部１１及び透光部１２と隣接する第２半透光部１３Ｂのレジストパターンの寸法を、描画時のアライメントずれを考慮した所定幅のマージン３７ａとして残す（所定の領域幅よりも幅広に形成する）ようにする。

次に、上記第２レジストパターン３７をエッチングマスクとして、露出した第１半透光膜１６及びその下の遮光膜１５をエッチングする（図７（ｇ）参照）。

残存する第２レジストパターン３７を除去した後（図７（ｈ）参照）、基板全面に、第２半透光膜１７を成膜する（図７（ｉ）参照）。

次に、上記第２半透光膜１７上の全面に再度前記と同じレジスト膜を形成し、３度目の描画を行い、描画後、現像を行うことにより、第３レジストパターン３８を形成する（図７（ｊ）参照）。
なお、上記第３レジストパターン３８は、製造されるフォトマスクの透光部１２を除く領域に形成し、特に前記のようなマージンは設けない。

次いで、上記第３レジストパターン３８をエッチングマスクとして、露出した透光部１２領域上の第２半透光膜１７、第１半透光膜１６及び遮光膜１５をすべてエッチングする（図７（ｋ）参照）。

そして、最後に残存する第３レジストパターン３８を除去する。
こうして、透明基板１４上に、遮光層１５ａ及び反射防止層１５ｂからなる遮光膜１５と、第１半透光膜１６と第２半透光膜１７との積層によりなる遮光部１１、透明基板１４が露出する透光部１２、及び、第２半透光膜１７によりなる第１半透光部１３Ａと、第１半透光膜１６と第２半透光膜１７の積層によりなる第２半透光部１３Ｂを有するマスクパターンが形成された、露光光透過率が４段階に異なる４階調に係る多階調フォトマスク１０が出来上がる（図７（ｌ）参照）。

以上説明した本実施の形態による多階調フォトマスクの製造方法においても、遮光膜の他に第１半透光膜と第２半透光膜の組み合わせを用いてフォトリソグラフィ法によって簡便に製造でき、しかも使用する２種類の半透光膜と遮光膜の各膜種は任意の組み合わせが可能であるとともに、複数回実施する描画時におけるアライメントずれを考慮したマージンを設けることが可能であり、その結果、アライメントずれによる転写不良の影響を抑えることができる。本発明におけるマージン設定は、アライメントずれが生じなかったときには、設計どおりの転写パターンが形成できる利点があり、微細パターンが高精度に形成された多階調のフォトマスクが得られる。

なお、本発明による多階調のフォトマスクは、以下に述べるように、純粋に４階調フォトマスクとして使用する場合に限定されず、例えば３階調のフォトマスクとしても使用可能である利点がある。
一般に、本発明の属する多階調フォトマスク（遮光部、透光部のほかに半透光部を有する３階調以上のフォトマスク）においては、被転写体上に所望の残膜値をもつレジストパターンを得るために、半透光部の露光光透過率を選択し、決定する。この透過率としては、透光部（すなわち透明基板が露出している部分）の透過率を１００％としたときの、半透過膜の透過率を用いて規定する。これは、一定以上の広い領域のパターンについて、その透過率を特定する場合には問題がないが、ある程度以下の寸法のパターンに対しては、厳密にいうと、実際のパターン転写に寄与する露光光量を正確に反映していないこととなる。これは露光光の回折が原因であるため、この傾向は微小なパターンになるほど、露光光波長が長いほど顕著になる。しかし、多階調マスクの半透光部に設定する透過率を決定するにあたり、パターンの寸法や、分光特性の異なる光源に対する透過率の変化については正確に考慮されていないのが現状である。

具体的には、半透光部に、非常に狭い幅を含むパターン形状と、相対的に広い領域のパターン形状とが存在すると、半透光部には、被転写体上のレジスト膜に、常に一定の残膜値を与えるものであるべきところ、パターン形状に起因して異なる残膜値のレジストパターンが形成されてしまい、所望の許容範囲を超えた残膜値のばらつきを生じると、電子デバイス製造上の不安定要素となるという問題がある。

例えば、薄膜トランジスタ用の多階調フォトマスクとしては、チャネル部に相当する領域を半透光部とし、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たものが多用される。このフォトマスクは、通常i線〜ｇ線の波長帯の露光光を用いて露光されるが、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。図８は、遮光部Ａに挟まれた半透光部Ｂのパターン（同図（１））と、該半透光部Ｂの透過光の光強度分布（同図（２））を示したもので、同図（ａ）は一例として半透光領域の幅が４μｍ、同図（ｂ）は２μｍの場合をそれぞれ示している。すなわち、図８（ａ），（ｂ）に示すように、遮光部Ａに挟まれた半透光部Ｂの透過光の光強度分布は、その半透光部Ｂの線幅が小さくなると、全体に下がり、ピークが低くなる。つまり、幅が狭い領域を有するパターンについては、実際に露光に寄与する透過率が相対的に低い一方、相対的に線幅が広い領域を有するパターンについては、実際の露光に寄与する透過率が相対的に高い。例えば、図９に示すように、チャネル幅が５μｍ以下では、該チャネル幅に対応した幅の半透光部における、実際の露光に寄与する光の透過率が低下する。

そこで、一定の寸法をもつ半透光部の透過率を、その膜固有の透過率と区別し、実際の露光光の透過量を、透光部の透過量との比において、実効透過率として把握する必要が生じる。
一方で、膜固有の透過率とは、透明基板上の該膜を形成した、十分に広い領域において、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、実効透過率が実質的に変化しないような領域をいう。なお、図９においては、半透光部Ｂの透過光の光強度分布のピーク値によって、該領域の透過率を代表させている。この部分の透過率は、この多階調マスクを使用して露光したときの、被転写体上のレジスト残膜値と相関をもつ。

そこで、半透光部のパターン形状に応じて、その部分の膜透過膜を変えることにより、パターン形状に拘わらず、半透光部のレジスト膜の残膜値をほぼ同一にできることとなる。
例えば、本発明の方法によれば、マスク構成として、４つの階調を有する多階調フォトマスクを得ることができる。すなわち、透光部、遮光部のほかに、２つの異なる膜透過率を有する半透光部を得ることができるのである。この２種類の半透光部によって、被転写体上に、それぞれ異なるレジスト残膜値をもつレジストパターンを形成してもよい。しかしながら、他方、この２種類の半透光部によって、被転写体上に、パターンの寸法が異なる（従って、同一の膜透過率を有する半透光部を使用すると、形成されるレジスト残膜値が異なってしまう）にもかかわらず、実質的に一定のレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成してもよい。換言すれば、膜構成として２種類の膜透過率を有し、ほぼ同一の実効透過率を有する半透光部を形成しても良い。この場合、本発明に係るフォトマスクを３階調のフォトマスクとして用いることができる。

この場合、実質的に同一の実効透過率を有する半透光部は、マスク面内で、実際の露光条件下での実効透過率のばらつきが所定値以下（例えば２％以下）であることが好ましい。換言すれば、被転写体上に形成されるレジストパターンの残膜値をほぼ一定にするためには、従来の多階調マスクでは必ずしも十分でなく、本発明による、マスク構成として４階調以上の階調数をもつものを使用することによって、上記した、レジスト残膜値の制御が可能となる。
また、実質的に同一の実効透過率を有する半透光部を得ようとするとき、該半透光部１と半透光部２に用いる各々の半透光膜の固有の透過率の透過率差を１〜１０％の範囲内とすることが好ましい。ここでいう膜固有の透過率とは、露光機の解像度に対して十分に広い領域の半透光部を形成したときの光透過率である。

本発明は、このような優れた効果をもたらす多階調フォトマスクを、前述したように効率的で、かつ欠陥発生の確率の低い工程によって、作製することができる点で、量産上のメリットが大きい。

１０ 多階調フォトマスク
１１ 遮光部
１２ 透光部
１３Ａ 第１半透光部
１３Ｂ 第２半透光部
１４ 透明基板
１５ 遮光膜
１６ 第１半透光膜
１７ 第２半透光膜
３０〜３８ 第１〜第３レジストパターン
２０ 被転写体
２３ レジストパターン

Claims (8)

1. 透明基板上に、遮光部、透光部、及びそれぞれ露光光透過率の異なる第１半透光部と第２半透光部からなるマスクパターンを有する多階調フォトマスクの製造方法であり、
   前記第１半透光部は、透明基板上に第２半透光膜を有してなり、前記第２半透光部は、透明基板上に第１半透光膜と第２半透光膜を有してなる多階調フォトマスクであって、
   透明基板上に遮光膜を有するフォトマスクブランクを準備する工程と、
   前記フォトマスクブランクの前記遮光膜上に形成したレジスト膜を描画、現像して第１レジストパターンを形成する工程と、
   前記第１レジストパターンをマスクとして前記遮光膜をエッチングして第１のパターニングを行う工程と、
   前記第１レジストパターンを除去した後、パターニングされた前記遮光膜を有する基板面に第１半透光膜を形成する工程と、
   前記第１半透光膜上に形成したレジスト膜を描画、現像して第２レジストパターンを形成する工程と、
   前記第２レジストパターンをマスクとして少なくとも前記第１半透光膜をエッチングして第２のパターニングを行う工程と、
   前記第２レジストパターンを除去した後、パターニングされた前記遮光膜及び前記第１半透光膜を有する基板面に第２半透光膜を形成する工程と、
   前記第２半透光膜上に形成したレジスト膜を描画、現像して第３レジストパターンを形成する工程と、
   前記第３レジストパターンをマスクとして少なくとも前記第２半透光膜をエッチングして第３のパターニングを行う工程と、
   を有し、
   前記第１レジストパターン形成工程は、遮光部にレジストパターンを残存させ、かつ、前記遮光部のレジストパターンの寸法を、前記遮光部と隣接する透光部及び第１半透光部との境界において、所定のマージン領域分広く形成することを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法。
2. 前記第２レジストパターン形成工程は、前記遮光部と第２半透光部にレジストパターンを残存させ、かつ、前記透光部と隣接する第２半透光部、及び透光部と隣接する遮光部のレジストパターンの寸法を、所定のマージン領域分広く形成することを特徴とする請求項１に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
3. 前記第３レジストパターン形成工程は、得ようとするマスクパターンの寸法に基づき、マージン領域を設けずに決定した寸法に基づいて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
4. 前記第３レジストパターンをマスクとして第３のパターニングを行う際、前記透光部領域上の、前記第２半透光膜、前記第１半透光膜及び前記遮光膜をエッチングする工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
5. 前記第１半透光膜及び前記第２半透光膜はいずれも同一のエッチャントによりエッチングが可能な材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
6. 前記遮光膜、前記第１半透光膜及び前記第２半透光膜はいずれも同一のエッチャントによりエッチングが可能な材料からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
7. 前記第１半透光膜及び前記第２半透光膜はいずれもクロムを主成分とした材料または金属シリサイドを主成分とした材料からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の製造方法による多階調フォトマスクを用いて、被転写体に露光光を照射する露光工程を有し、被転写体上に多階調の転写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。
   

Images