JP2011027878A - 多階調フォトマスク、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

多階調フォトマスク、多階調フォトマスクの製造方法、及びパターン転写方法 Download PDF

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Abstract

【課題】半透光部の透過率を微調整でき、露光光に対する半透光部の透過率の波長依存性を選択できる。
【解決手段】遮光部、透光部、及び半透光部を含む所定の転写パターンが透明基板上に形成された多階調フォトマスクであって、遮光部は、透明基板上に半透光膜及び遮光膜が積層されてなり、透光部は透明基板が露出してなり、半透光部は、透明基板上に形成された半透光膜が露出してなり、半透光膜は、第１半透光層と第１半透光層上に積層された第２半透光層を備え、半透光部を構成する第２半透光層の膜厚が、遮光部を構成する第２半透光層の膜厚より小さくなるように減膜されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば液晶表示装置等のフラットパネルディスプレイ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：以下ＦＰＤと呼ぶ）等の製造に用いられる多階調フォトマスク、該多階調フォトマスクの製造方法、及びパターン転写方法に関する。
例えば液晶表示装置に使用されるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板は、遮光部及び透光部からなる転写パターンが透明基板上に形成されたフォトマスクを用い、例えば５回〜６回のフォトリソグラフィ工程を経て製造されてきた。近年、フォトリソグラフィ工程数を削減するため、遮光部、半透光部、透光部を含む転写パターンが透明基板上に形成された多階調フォトマスクが用いられるようになってきた。
特開２００７−２４９１９８号公報
上記の多階調フォトマスクには、その半透光部に、所望の露光光透過率を有する半透光膜を形成したものが知られている。通常、さまざまなＦＰＤ用マスクを製造するに際し、半透光部の透過率（中心値及び分布の許容範囲）が仕様として決定され、例えば、ｉ線の透過率を代表波長として、この波長に対する透過率が仕様として指定されることなどがある。こうした仕様は、マスクユーザが行おうとする薄膜加工の条件に基づいて決定される。殊に、マスクユーザにとっては、確立された薄膜加工条件の範囲内で再現性よく正確な加工を行うためには、マスクの透過率が精緻に制御されていることが非常に重要となる。一方、様々な透過率仕様のフォトマスクを用意する際、目標透過率を得るためには、用いる半透光膜の材料組成と膜厚とをそれぞれ選択する必要がある。ここで、半透光膜の透過率を微調整するために、新規の材料組成を選択することは効率的でないとの観点から、材料組成を決定したのち、膜厚によって半透光膜の透過率を調整することが考えられる。しかしながら、この調整によって、各マスクに定められる透過率仕様（中心値、分布）を確実に充足することは、必ずしも容易ではない。
ところで、発明者らの検討によれば、ＦＰＤ用多階調フォトマスクの製造においては、ある波長における半透光部の透過率制御のみでなく、その透過率波長依存性もまた考慮し、最適なものを選択することが、マスクユーザにとって極めて重要であることが見出された。
マスクユーザが使用する露光機が備える光源は、一般にｉ線〜ｇ線の範囲の光を照射するが、装置による個体差があり、ｉ線の強度が相対的に大きいものや、ｇ線の強度が相対的に大きいものなどがあり、さらには光源の経時による変化もある。このため、使用する露光機によって多階調フォトマスクに照射される露光光の波長分布は異なり、それらによって被転写体上に設けられたレジスト膜の受ける光の強度（露光光量）が変化する。つまり、露光光の波長分布により、被転写体上に得られるレジストパターンの形状や残膜量が変わってしまう。
この点のみからすれば、多階調フォトマスクに用いる半透光膜は、透過率の波長依存性
が小さい（つまり露光波長範囲における透過率の波長依存性のカーブがフラットである）ことが好ましいとも考え得る。しかし、発明者らによると、そのような半透光膜が有利とは限らない。
例えば、多階調フォトマスクの形成された転写パターンを、露光機を用いて被転写体上のレジスト膜に転写しようとするとき、転写パターンに含まれるパターンの線幅によって、実際にレジストに届く露光光の強度は異なる。これは、前記パターンの線幅が微小になり、露光光の波長に近づくほど、露光光が解像しなくなるためである。すなわち、例えば１０μｍ未満の線幅を含む転写パターンであるとき、露光光の波長範囲のうち長波長側（ｇ線側）の光ほど、このパターンを解像しにくく、レジスト膜にとどく光強度は小さい。
したがって、代表波長（たとえばｉ線）における透過率を精緻に制御した半透光膜を使用するだけでは、マスクを使用したパターン転写によって得られるレジストパターン形状を決定することにはならないし、透過率の波長依存性が小さい膜材を使用したとしても、実際のレジストパターン形状は安定しない。
一方で、多階調フォトマスクの半透光部に用いる半透光膜は、その素材に由来する分光透過特性を有する。そのことから、露光光波長（ｉ線〜ｇ線を含む）の範囲で、所望の透過率の波長依存性をもつ半透光膜とその膜厚を選択すれば、得ようとする透過率が得られるばかりでなく、上記したパターン線幅に起因する波長依存性や、露光条件の分光特性を相殺し、または緩和し、被転写体上に所望のレジスト残膜をもつレジストパターンが安定して形成できる。換言すれば、所定のパターン線幅をもち、所定の透過率（膜固有の透過率）を有する半透光膜を用いて形成した半透光部の、実効的な露光光透過率の波長依存性を小さくすることは有用であるが、このためには、使用する膜の透過率と波長依存性をそれぞれ、所望値の範囲に制御する自由度が必要なのである。
更には、いったん確立した被転写体（薄膜など）の加工条件をそのままにして、新たな多階調フォトマスクを求める際には、従来のフォトマスクと等しい分光特性をもつ多階調フォトマスクを得る必要がある。この場合にも、単に多階調フォトマスクのもつ透過率波長依存性を小さくするのではなく、所望値の範囲に制御することが有用である。
すなわち、半透光部における透過率の絶対値とともに、その波長依存性を、所望範囲に制御することが有利であることが見出された。
但し、従来の多階調フォトマスクにおいては、露光光に対する半透光部の透過率の波長依存性を任意に選択することは困難であった。半透光部に用いる膜材を決定すれば、その透過率は膜厚によって制御できるが、透過率波長依存性を所望のカーブに制御することは容易ではない。そこで、発明者らは、透過率の絶対値とともに、透過率波長依存性傾向も所望範囲内のものを得ることができるフォトマスクの製造方法について検討した。そして、発明者らは、実際のＦＰＤ生産工程において、好ましく使用される多階調フォトマスクの分光特性を検討した結果、本発明をなした。
すなわち本発明は、半透光部の透過率を微調整でき、露光光に対する半透光部の透過率の波長依存性を任意に選択できる多階調フォトマスク、及び該多階調フォトマスクの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、前記多階調フォトマスクを用いることで、ＦＰＤの製造歩留りを改善し、製造コストを低減させることができるパターン転写方法を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様は、遮光部、透光部、及び半透光部を含む所定の転写パターンが透
明基板上に形成された多階調フォトマスクであって、前記遮光部は、前記透明基板上に半透光膜及び遮光膜が積層されてなり、前記透光部は、前記透明基板が露出してなり、前記半透光部は、前記透明基板上に形成された前記半透光膜が露出してなり、前記半透光膜は、第１半透光層と、前記第１半透光層上に積層された第２半透光層とを備え、前記半透光部を構成する前記第２半透光層の膜厚が、前記遮光部を構成する前記第２半透光層の膜厚より小さくなるように減膜されている多階調フォトマスクである。
本発明の第２の態様は、前記半透光部を構成する前記第１半透光層と減膜された前記第２半透光層により、波長が３６５ｎｍから４３６ｎｍの範囲の光に対する前記半透光部の透過率が、１％以上１０％以下の波長依存性を有する第１の態様に記載の多階調フォトマスクである。
本発明の第３の態様は、波長が３６５ｎｍから４３６ｎｍの範囲の光に対して、前記半透光部を構成する前記第２半透光層の透過率の波長依存性と、前記半透光部を構成する前記第１半透光層の透過率の波長依存性と、が互いに異なる第１又は第２の態様に記載の多階調フォトマスクの製造方法である。
本発明の第４の態様は、前記半透光部を構成する前記第２半透光層の膜厚が、前記遮光部を構成する前記第２半透光層の膜厚の９７％未満になるように減膜されている第１から第３のいずれかの態様に記載の多階調フォトマスクである。
本発明の第５の態様は、波長が３６５ｎｍ以上４３６ｎｍ以下の光に対して、前記半透光部を構成する前記第１半透光層と第２半透光層の積層としての透過率が３％以上６０％以下である第１又は第２の態様に記載の多階調フォトマスクである。
本発明の第６の態様は、前記透明基板上に形成された前記第１半透光層が露出してなる高透過率半透光部を更に備える第１〜第５のいずれかの態様に記載の多階調フォトマスクである。
本発明の第７の態様は、前記第２半透光層はモリブデンシリサイド又はその化合物を含む第１〜第６のいずれかの態様に記載の多階調フォトマスクである。
本発明の第８の態様は、前記第１半透光層及び前記第２半透光層が互いのエッチング条件に対して耐性を有する第１〜第７のいずれかの態様に記載の多階調フォトマスクである。
本発明の第９の態様は、透明基板上に形成した半透光膜及び遮光膜をそれぞれパターニングすることにより、遮光部、透光部、および所定の透過率を有する半透光部を含む転写パターンが形成された多階調フォトマスクを製造する方法において、透明基板上に、第１半透光層、第２半透光層を含む半透光膜が形成され、さらに、遮光膜が積層されたフォトマスクブランクを用意し、前記半透光膜および遮光膜をそれぞれパターニングすることにより、遮光部、透光部、半透光部を形成する工程を含み、前記半透光部を形成する際に、第１半透光層の上に形成された、第２半透光層を所定量減膜することにより、前記第１半透光層と減膜された第２半透光層の積層によって、前記所定の透過率を有する半透光部とする多階調フォトマスクの製造方法である。
本発明の第１０の態様は、前記第２半透光層膜を減膜する工程では、前記遮光膜がエッチングされることで露出した前記第２半透光層に薬液を接触させる第９の態様に記載の多階調フォトマスクの製造方法である。
本発明の第１１の態様は、第１〜第１０のいずれかに記載の多階調フォトマスクを介して被転写体に露光光を照射し、前記被転写体上に形成されているレジスト膜に前記転写パターンを転写する工程を有するパターン転写方法である。
本発明によれば、半透光部の透過率を微調整でき、露光光に対する半透光部の透過率の波長依存性を選択できる多階調フォトマスク、及び該多階調フォトマスクの製造方法を提供することが可能となる。また、本発明によれば、前記多階調フォトマスクを用いることで、ＦＰＤの製造歩留りを改善し、製造コストを低減させることができるパターン転写方法を提供することが可能となる。
（ａ）は本発明の一実施形態に係る多階調フォトマスクの部分断面図（模式図）であり、（ｂ）は該多階調フォトマスクを用いたパターン転写工程によって被転写体上に形成されるレジストパターンの部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る多階調フォトマスクの製造工程のフローを例示する概略図である。 （ａ）は本発明の他の実施形態に係る多階調フォトマスクの部分断面図（模式図）であり、（ｂ）は該多階調フォトマスクを用いたパターン転写工程によって被転写体上に形成されるレジストパターンの部分断面図である。 本発明の他の実施形態に係る多階調フォトマスクの製造工程のフローを例示する概略図である。 クロムを含む材料からなる薄膜の透過率の波長依存性と、モリブデンシリサイド系材料からなる薄膜の透過率の波長依存性と、をそれぞれ例示するグラフ図である。
＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は本実施形態に係る多階調フォトマスク１００の部分断面図（模式図）であり、図１（ｂ）は該多階調フォトマスク１００を用いたパターン転写工程によって被転写体１上に形成されるレジストパターン４ｐの部分断面図である。図２は、本実施形態に係る多階調フォトマスク１００の製造工程のフローを例示する概略図である。図３は、クロムを含む材料からなる薄膜の透過率の波長依存性と、モリブデンシリサイド又はその化合物からなる薄膜の透過率の波長依存性と、をそれぞれ例示するグラフ図である。
（１）多階調フォトマスクの構成
図１（ａ）に示す多階調フォトマスク１００は、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、カラーフィルタ、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。ただし、図１、図２はフォトマスクの積層構造を例示するものであり、実際のパターンは、これと同一とは限らない。
多階調フォトマスク１００は、該多階調フォトマスク１００の使用時に露光光を遮光（光透過率が略０％）させる遮光部１２１と、露光光の透過率を３〜６０％（十分に広い透光部の透過率を１００％としたとき。以下同様）、好ましくは５〜５０％程度に低減させる半透光部１２２と、露光光を１００％透過させる透光部１２４と、を含む転写パターンを備えている。上記で、十分に広いとは、露光光学系の解像度に対して十分に広い、すなわちパターンの線幅の変化が透過率に影響しない広さをいい、例えば２０μｍ四方以上の広さをいう。
遮光部１２１は、ガラス基板等の透明基板１１０上に半透光膜１１１及び遮光膜１１２が順に積層されてなる。また、半透光部１２２は、透明基板１１０上に形成された半透光膜１１１の上面が露出してなる。なお、半透光膜１１１は、順に積層された第１半透光層１１１ａ及び第２半透光層１１１ｂを備えている。すなわち、遮光部１２１は、ガラス基板等の透明基板１１０上に第１半透光層１１１ａ、第２半透光層１１１ｂ、及び遮光膜１１２が順に積層されてなる。また、半透光部１２２は、透明基板１１０上に第１半透光層１１１ａ及び第２半透光層１１１ｂが順に積層されると共に、第２半透光層１１１ｂの上面が露出してなる。そして、透光部１２４は、ガラス基板等の透明基板１１０の上面が露出してなる。なお、第１半透光層１１１ａ、第２半透光層１１１ｂ、及び遮光膜１１２がパターニングされる様子については後述する。
透明基板１１０は、例えば石英（ＳｉＯ２）ガラスや、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｂ２Ｏ３，ＲＯ，Ｒ２Ｏ等を含む低膨張ガラス等からなる平板として構成されている。透明基板１１０の主面（表面及び裏面）は、研磨されるなどして平坦且つ平滑に構成されている。透明基板１１０は、例えば一辺が３００ｍｍ以上の方形とすることができ、例えば一辺が２０００〜２４００ｍｍの矩形とすることができる。透明基板１１０の厚さは例えば３ｍｍ〜２０ｍｍとすることができる。
遮光膜１１２は、クロム（Ｃｒ）を主成分とする。なお、遮光膜１１２の表面にＣｒ化合物（ＣｒＯ、ＣｒＣ，ＣｒＮ等）の層を設ければ、その表面に反射抑制機能を持たせることが出来る。遮光膜１１２は、例えば硝酸第２セリウムアンモニウム（（ＮＨ４）２Ｃｅ（ＮＯ３）６）及び過塩素酸（ＨＣｌＯ４）を含む純水からなるクロム用エッチング液を用いてエッチング可能なように構成されている。
第１半透光層１１１ａは、例えばクロム（Ｃｒ）を含む材料からなり、例えば窒化クロム（ＣｒＮ）、酸化クロム（ＣｒＯ）、酸窒化クロム（ＣｒＯＮ）、炭化クロム（ＣｒＣ）、フッ化クロム（ＣｒＦ）等からなる。第１半透光層１１１ａは、上述のクロム用エッチング液を用いてエッチング可能なように構成されている。また、第１半透光層１１１ａは、フッ素（Ｆ）系のエッチング液（又はエッチングガス）に対するエッチング耐性を有し、後述するようにフッ素（Ｆ）系のエッチング液（又はエッチングガス）を用いて第２半透光層１１１ｂをエッチングする際のエッチングストッパ層として機能することができる。
第２半透光層１１１ｂは、モリブデンシリサイド又はその化合物からなり、例えばＭｏＳｉ、ＭｏＳｉ２、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯＮ、ＭｏＳｉＣＯＮ等からなることができる。第２半透光層１１１ｂは、フッ素（Ｆ）系のエッチング液（又はエッチングガス）を用いてエッチング可能なように構成されている。また、第２半透光層１１１ｂは、クロム用エッチング液（又はエッチングガス）に対するエッチング耐性を有することが好ましい。
多階調フォトマスク（３階調フォトマスク）１００を用いたパターン転写工程によって被転写体１に形成されるレジストパターン４ｐの部分断面図を図１（ｂ）に例示する。レジストパターン４ｐは、被転写体１に形成されたポジ型レジスト膜４に多階調フォトマスク１００を介して露光光を照射し、現像することにより形成される。被転写体１は、基板２と、基板２上に順に積層された金属薄膜や絶縁層、半導体層など任意の被加工層３ａ〜３ｃとを備えており、ポジ型レジスト膜４は被加工層３ｃ上に均一な厚さで予め形成されているものとする。なお、被加工層３ｂは被加工層３ｃのエッチングに対して耐性を有し、被加工層３ａは被加工層３ｂのエッチングに対して耐性を有するように構成されることができる。
多階調フォトマスク１００を介してポジ型レジスト膜４に露光光を照射すると、遮光部
１２１では露光光が透過せず、また、半透光部１２２、透光部１２４の順に露光光の光量が段階的に増加する。そして、ポジ型レジスト膜４は、遮光部１２１、半透光部１２２、のそれぞれに対応する領域で膜厚が順に薄くなり、透光部１２４に対応する領域で除去される。このようにして、被転写体１上に膜厚が段階的に異なるレジストパターン４ｐが形成される。
レジストパターン４ｐが形成されたら、レジストパターン４ｐに覆われていない領域（透光部１２４に対応する領域）にて露出している被加工層３ｃ〜３ａを表面側から順次エッチングして除去する（第１エッチング）ことができる。そして、レジストパターン４ｐをアッシング（減膜）して膜厚が薄い領域（半透光部１２２に対応する領域）を除去し、新たに露出した被加工層３ｃ，３ｂを順次エッチングして除去する（第２エッチング）ことができる。このように、膜厚が段階的に異なるレジストパターン４ｐを用いることで、従来のフォトマスク２枚分の工程を実施することができ、マスク枚数を削減でき、フォトリソグラフィ工程を簡略化できる。
（２）半透光部の透過率、及びその波長依存性
上述したように、本実施形態に係る半透光部１２２は、透過率の波長依存性が互いに異なる第１半透光層１１１ａと第２半透光層１１１ｂとが順に積層されることで構成されている。そして、減膜により第２半透光層１１１ｂの厚さを調整することで、露光光に対する半透光部１２２の透過率を微調整したり、該透過率の波長依存性を任意に選択したりできるように構成されている。すなわち、本実施形態に係る第２半透光層１１１ｂは、減膜されることで半透光部１２２の透過率を微調整したり、該透過率の波長依存性を任意に選択したりする調整層として機能するように構成されている。
まず、半透光部１２２の透過率の微調整について説明する。
モリブデンシリサイド又はその化合物からなる第２半透光層１１１ｂは、その表面に例えば、フッ素（Ｆ）系のエッチング液等の薬液を作用させて減膜することができる。更に、第２半透光層１１１ｂの表面にアルカリ又は酸等の薬液を接触させることにより同様な調整が行える。本実施形態では、後述するように半透光部１２２を構成する第２半透光層１１１ｂに薬液を供給することにより、係る第２半透光層１１１ｂの膜厚Ｔｂを、遮光部１２１を構成する第２半透光層１１１ｂの膜厚（すなわち、後述するフォトマスクブランク１００ｂが備える第２半透光層１１１ｂの膜厚）Ｔａよりも減膜して、半透光部１２２の透過率を容易に微調整している。
具体的には、半透光部１２２を構成する第２半透光層１１１ｂの減膜量を、例えば、遮光部１２１を構成する第２半透光層１１１ａの膜厚Ｔａの３％以上９５％以下とする。すなわち、半透光部１２２を構成する第２半透光層１１１ｂの膜厚Ｔｂを、遮光部１２１を構成する第２半透光層１１１ａの膜厚Ｔａの５％超９７％未満になるように減膜する。そして、波長が３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの光に対して、半透光部１２２を構成する第２半透光層１１１ｂ単独での透過率を５％以上８０％以下、より好ましくは７％以上７０％以下とする。なお、遮光部１２１を構成する第２半透光層１１１ａの膜厚Ｔａとは、後述する加工前のフォトマスクブランク１００ｂが備える第２半透光層１１１ｂの膜厚と同じである。この結果、第１、第２半透光層の積層としての上記波長光に対する透過率は、３％以上６０％以下、より好ましくは５％以上５０％以下となる。このとき、第１半透光層の単独での透過率は、５〜８０％とすることができ、好ましくは７〜７０％とすることができる。
次いで、半透光部１２２の透過率の波長依存性の選択について説明する。
図３は、クロム（Ｃｒ）を含む材料（第１半透光層１１１ａを構成する材料）からなる薄膜の透過率の波長依存性と、モリブデンシリサイド又はその化合物（第２半透光層１１１ｂを構成する材料）からなる薄膜の透過率の波長依存性と、をそれぞれ例示するグラフ図である。図３の横軸は露光光（薄膜に照射される光）の波長（ｎｍ）を示し、縦軸は露光光が照射された薄膜の光透過率（％）を示している。図３の×印は、クロム（Ｃｒ）を含む材料（ここではＣｒＮ）からなる薄膜の透過率を例示しており、図３の◆印は、モリブデンシリサイド又はその化合物からなる薄膜の透過率を例示している。
図３によれば、波長が３６５ｎｍ〜４３６ｎｍを含む露光光（例えば、ｉ線、ｈ線、ｇ線を含む水銀灯からの露光光）に対して、半透光部１２２を構成する第２半透光層（モリブデンシリサイド又はその化合物からなる薄膜）１１１ｂの透過率の波長依存性と、半透光部１２２を構成する第１半透光層（クロム（Ｃｒ）を含む材料からなる薄膜）１１１ａの透過率の波長依存性と、は互いに異なることが分かる。すなわち、いずれの材料であっても、波長が長くなるほど透過率が上昇する波長依存性を有するが、第２半透光層１１１ｂを構成するモリブデンシリサイド又はその化合物の透過率の波長依存性は比較的大きく、第１半透光層１１１ａを構成するクロム（ここではＣｒＮ）を含む材料の透過率は波長依存性が比較的小さいことが分かる。尚、他の素材を選択すれば、波長依存性が更に大きいものを使用することも可能である。
上述したように、被転写体上に常に同量の露光量を与えるには、半透光部の透過率の波長依存性は単に小さければ良いとは限らず、積極的に変化させることが有効な場合がある。すなわち、同じ線幅の半透光部１２２を有する転写パターンを用いた場合であっても、露光光の波長分布によって、被転写体上に解像しうる露光光の強度が増大したり低下したりする（転写パターンに起因する波長依存性）。発明者らの知見によれば、半透光部１２２の実効的な透過率は、露光光に対する半透光部１２２に用いた半透光膜の透過率波長依存性だけでなく、転写パターンに起因する透過率波長依存性を同時に考慮する必要がある。そして、被転写体上に常に同量の露光量を与えるには、露光光の波長分布を考慮して、半透光部の透過率の波長依存性を積極的に変化させることが必要な場合がある。しかしながら、従来の多階調フォトマスクにおいては、露光光に対する半透光部の透過率の波長依存性を任意に選択することは困難であった。
これに対し、本実施形態によれば、半透光部１２２を、クロム（Ｃｒ）を含む材料からなる第１半透光層１１１ａ、及びモリブデンシリサイド又はその化合物からなる第２半透光層１１１ｂを順に積層することで構成している。また、図３に示すように、波長が３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの波長を含む露光光に対して、半透光部１２２を構成する第２半透光層１１１ｂの透過率の波長依存性と、第１半透光層１１１ａの透過率の波長依存性と、は互いに異なっている。そのため、半透光部１２２を構成する第２半透光層１１１ｂの厚さと、第１半透光層１１１ａの厚さと、の比率を調整することで、半透光部１２２の透過率とともにその波長依存性を選択する自由度をもつことができる。例えば、半透光部１２２を構成する第２半透光層１１１ｂの厚さを、第１半透光層１１１ａの厚さに対して相対的に薄く構成することで、半透光部１２２の透過率の波長依存性を比較的フラットに操作することが可能となる。また、逆に半透光部１２２を構成する第２半透光層１１１ｂの厚さを、第１半透光層１１１ａの厚さに比べて厚く構成することで、半透光部１２２の透過率の波長依存性を増大させる（モリブデンシリサイド又はその化合物からなる薄膜の透過率の波長依存性に近づける）ことが可能となる。
なお、波長が３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの波長光に対して、半透光部１２２を構成する第２半透光層１１１ｂの透過率の波長依存性と、第１半透光層１１１ａの透過率の波長依存性とは、図３のようにこれらを直線に近似して描いた際に、傾きが例えば１．５％以上異なることが好ましい。そして、半透光部１２２を構成する第２半透光層１１１ｂの厚さと
、第１半透光層１１１ａの厚さと、の比率を調整することで、上記波長光に対する半透光部１２２の透過率を、１％以上１０％以下の所望の波長依存性を有するように構成する。すなわち、上記波長光に対する半透光部１２２の透過率の変動を、１％以上であって１０％以下の所望の数値に制御することができる。実際の転写パターンを形成した多階調フォトマスク１００においては、転写パターンに依存する半透光部１２２の波長依存性が生じるが、これを相殺し、または緩和し、安定性の高い転写条件とするためには、半透光部１２２の波長依存成が１％以上１０％以下の範囲内であること望ましい。
（３）多階調フォトマスクの製造方法
続いて、本実施形態に係る多階調フォトマスク１００の製造方法について、図２を参照しながら説明する。
（フォトマスクブランク準備工程）
まず、図２（ａ）に例示するように、透明基板１１０上に第１半透光層１１１ａ、第２半透光層１１１ｂ、遮光膜１１２がこの順に形成され、最上層に第１のレジスト膜１３１が形成されたフォトマスクブランク１００ｂを準備する。なお、第１のレジスト膜１３１は、ポジ型フォトレジスト材料或いはネガ型フォトレジスト材料により構成することが可能である。以下の説明では、第１のレジスト膜１３１がポジ型フォトレジスト材料より形成されているものとする。第１のレジスト膜１３１は、例えばスピン塗布やスリットコータ等の手法を用いて形成することが出来る。
（第１パターニング工程）
次に、レーザ描画機等により描画露光を行い、第１のレジスト膜１３１の一部を感光させ、スプレー方式等の手法により第１のレジスト膜１３１に現像液を供給して現像し、遮光部１２１の形成予定領域を覆う第１のレジストパターン１３１ｐを形成する。第１のレジストパターン１３１ｐが形成された状態を図２（ｂ）に例示する。
次に、形成した第１のレジストパターン１３１ｐをマスクとして遮光膜１１２をエッチングし、第２半透光層１１１ｂの上面を部分的に露出させる。そして、第１のレジストパターン１３１ｐを剥離して除去した後、残留している遮光膜１１２及び露出した第２半透光層１１１ｂの上面をそれぞれ覆う第２のレジスト膜１３２を形成する。第２のレジスト膜１３２は、ポジ型フォトレジスト材料或いはネガ型フォトレジスト材料により構成することが可能である。以下の説明では、第２のレジスト膜１３２がポジ型フォトレジスト材料より形成されているものとする。第２のレジスト膜１３２は、例えばスピン塗布やスリットコータ等の手法を用いて形成することが出来る。第２のレジスト膜１３２が形成された状態を図２（ｃ）に例示する。
（第２パターニング工程）
次に、レーザ描画機等により描画露光を行い、第２のレジスト膜１３２の一部を感光させ、上記手法により第２のレジスト膜１３２に現像液を供給して現像し、遮光部１２１、半透光部１２２の形成予定領域をそれぞれ覆う第２のレジストパターン１３２ｐを形成する。第２のレジストパターン１３２ｐが形成された状態を図２（ｄ）に例示する。
次に、形成した第２のレジストパターン１３２ｐをマスクとして第１半透光層１１１ａと第２半透光層とを順にエッチングし、透明基板１１０の上面を部分的に露出させる。そして、第２のレジストパターン１３２ｐを除去する。
（第２半透光層の減膜工程）
次に、第２半透光層１１１ｂの上面に薬液（ここでは、酸またはアルカリを使用）を供給して、第２半透光層１１１ｂの膜厚を減膜し、半透光部１２２の透過率を微調整して、
本実施形態に係る多階調フォトマスク１００の製造方法を終了する。なお、本工程では、半透光部１２２を構成する第２半透光層１１１ｂの膜厚Ｔｂが、遮光部１２１を構成する第２半透光層１１１ａの膜厚Ｔａ（すなわち、図２（ａ）に示す加工前のフォトマスクブランク１００ｂが備える第２半透光層１１１ｂの膜厚）の９７％未満になるように減膜する。好ましくは、半透光部１２２を構成する第２半透光層１１１ｂの減膜量を、遮光部１２１を構成する第２半透光層１１１ａの膜厚Ｔａ（すなわち、図２（ａ）に示す加工前のフォトマスクブランク１００ｂが備える第２半透光層１１１ｂの膜厚）の３％以上９５％以下とする。尚、上記の態様においては、第２半透光層の減膜工程を、フォトマスク製造工程の最終段階としたが、前記第１のレジストパターン１３１ｐをマスクとした遮光膜１１２のエッチング後に行ってもよい。第２半透光層１１１ｂを減膜させるための薬液としては、フッ素（Ｆ）系のエッチング液、酸、アルカリなどを使用することができる。
（４）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。
（ａ）本実施形態によれば、半透光部１２２を、クロム（Ｃｒ）を含む材料からなる第１半透光層１１１ａ、及びモリブデンシリサイド又はその化合物からなる第２半透光層１１１ｂを順に積層することで構成している。そして、モリブデンシリサイド又はその化合物からなる第２半透光層１１１ｂを、減膜することにより目標の膜厚に調整している。ここでは薬液との接触により減膜することが可能である。
これにより、半透光部１２２の透過率を容易に微調整することが可能となる。更に、第１半透光層１１１ａと第２半透光層１１１ｂの積層によって、半透光部１２２の透過率の絶対値のみでなく、その波長依存性を調整することができる。これにより、ＦＰＤ等の製造に用いる多階調フォトマスク１００の転写パターンに応じ、および/又は露光条件に応
じて、半透光部１２２の透過率波長依存性を整えることが可能となる。そのため、ＦＰＤ等の製造歩留りを改善することが可能となる。また、各多階調フォトマスク１００に併せた種々の条件（露光条件、被転写体のレジスト現像条件、エッチング条件）出し作業に要する時間を短縮でき、ＦＰＤ等の製造コストを抑えることが可能となる。
（ｂ）上述したように、発明者らの知見によれば、半透光部１２２に使用する半透光膜の透過率波長依存性は、単に小さければ良いとは限らず、実効的な透過率の波長依存性を制御するためには、これらを所望値に積極的に変化させることが有効な場合がある。
これに対し、本実施形態によれば、第１半透光部１２２を、クロム（Ｃｒ）を含む材料からなる第１半透光層１１１ａ、及びモリブデンシリサイド又はその化合物からなる第２半透光層１１１ｂを順に積層することで構成している。すなわち、波長依存性の異なる膜を、それぞれ膜厚を選択して積層することで、得られる半透光部１２２の波長依存性を制御することができる。
また、複数枚の多階調フォトマスク１００の半透光部１２２の透過率を揃える（例えば、図３に例示するような透過率直線の傾きを１％以内に揃える）ことができ、各多階調フォトマスク１００に併せた、被転写体の加工条件（露光条件、被転写体のレジスト現像条件、エッチング条件）を共通化し、または条件出し作業に要する時間を短縮でき、ＦＰＤ等の製造コストを抑えることが可能となる。
また、既に使用している多階調フォトマスク１００の寿命に伴って多階調フォトマスク１００の代替品を用意したり、ＦＰＤの増産に伴って該多階調フォトマスク１００の追加品を用意したりする場合、既に使用している多階調フォトマスク１００の透過率の波長依存性と、代替品や追加品に係る多階調フォトマスク１００の透過率の波長依存性と、を揃
える必要がある。本実施形態によれば、透過率の波長依存性を容易に揃えることができる。そのため、ＦＰＤの製造歩留りを改善させることが出来る。
＜本発明の他の実施形態＞
本実施形態に係る多階調フォトマスク１００’は、４階調フォトマスクとして構成されている点が上述の実施形態と異なる。
図３（ａ）は本実施形態に係る多階調フォトマスク２００の部分断面図（模式図）であり、図３（ｂ）は該多階調フォトマスク１００’を用いたパターン転写工程によって被転写体上に形成されるレジストパターンの部分断面図である。図４は本実施形態に係る多階調フォトマスクの製造工程のフローを例示する概略図である。
（１）多階調フォトマスクの構成
本実施形態に係る多階調フォトマスク１００’は、該多階調フォトマスク１００’の使用時に露光光を遮光（光透過率が略０％）させる遮光部１２１と、露光光の透過率を２０〜８０％（十分に広い透光部の透過率を１００％としたとき。以下同様）、好ましくは２０〜４０％程度に低減させる第１半透光部１２２と、露光光の透過率を２０〜８０％、好ましくは３０〜６０％程度に低減させる第２半透光部１２３と、露光光を１００％透過させる透光部１２４と、を含む転写パターンを備えている。このように、露光光に対する第１半透光部１２２の透過率は、露光光に対する第２半透光部１２３の透過率よりも小さく構成されている。すなわち、第１半透光部１２２は低透過率半透光部として構成され、第２半透光部１２３は高透過率半透光部として構成されている。上記で、十分に広いとは、露光光学系の解像度に対して十分に広い、すなわちパターンの線幅の変化が透過率に影響しない広さをいい、例えば２０μｍ四方以上の広さをいう。
遮光部１２１は、上述の実施形態と同様に、ガラス基板等の透明基板１１０上に半透光膜１１１及び遮光膜１１２が順に積層されてなる。また、第１半透光部１２２は、上述の実施形態の半透光部１２２と同様に、透明基板１１０上に形成された半透光膜１１１の上面が露出してなる。なお、半透光膜１１１は、順に積層された第１半透光層１１１ａ及び第２半透光層１１１ｂを備えている。すなわち、遮光部１２１は、ガラス基板等の透明基板１１０上に第１半透光層１１１ａ、第２半透光層１１１ｂ、及び遮光膜１１２が順に積層されてなる。また、第１半透光部１２２は、ガラス基板等の透明基板１１０上に第１半透光層１１１ａ及び第２半透光層１１１ｂが順に積層されると共に、第２半透光層１１１ｂの上面が部分的に露出してなる。また、第２半透光部１２３は、透明基板１１０上に形成された第１半透光層１１１ａの上面が部分的に露出してなる。そして、透光部１２４は、上述の実施形態と同様に、ガラス基板等の透明基板１１０の上面が部分的に露出してなる。なお、第１半透光層１１１ａ、第２半透光層１１１ｂ、及び遮光膜１１２がパターニングされる様子については後述する。
透明基板１１０、遮光膜１１２、第１半透光層１１１ａ、及び第２半透光層１１１ｂの構成は、上述の実施形態と同じである。
多階調フォトマスク（４階調フォトマスク）１００’を用いたパターン転写工程によって被転写体１に形成されるレジストパターン４ｐ’の部分断面図を図３（ｂ）に例示する。レジストパターン４ｐは、被転写体１に形成されたポジ型レジスト膜４に多階調フォトマスク１００を介して露光光を照射し、現像することにより形成される。被転写体１は、基板２と、基板２上に順に積層された金属薄膜や絶縁層、半導体層など任意の被加工層３ａ〜３ｃとを備えており、ポジ型レジスト膜４は被加工層３ｃ上に均一な厚さで予め形成されているものとする。なお、被加工層３ｂは被加工層３ｃのエッチングに対して耐性を有し、被加工層３ａは被加工層３ｂのエッチングに対して耐性を有するように構成される
ことができる。
多階調フォトマスク１００’を介してポジ型レジスト膜４に露光光を照射すると、遮光部１２１では露光光が透過せず、また、第１半透光部１２２、第２半透光部１２３、透光部１２４の順に露光光の光量が段階的に増加する。そして、ポジ型レジスト膜４は、遮光部１２１、第１半透光部１２２、第２半透光部１２３のそれぞれに対応する領域で膜厚が順に薄くなり、透光部１２４に対応する領域で除去される。このようにして、被転写体１上に膜厚が段階的に異なるレジストパターン４ｐ’が形成される。
レジストパターン４ｐ’が形成されたら、レジストパターン４ｐ’に覆われていない領域（透光部１２４に対応する領域）にて露出している被加工層３ｃ〜３ａを表面側から順次エッチングして除去する（第１エッチング）ことができる。そして、レジストパターン４ｐ’をアッシング（減膜）して最も膜厚が薄い領域（第２半透光部１２３に対応する領域）を除去し、新たに露出した被加工層３ｃ，３ｂを順次エッチングして除去する（第２エッチング）。そして、レジストパターン４ｐ’を更にアッシング（減膜）して次に膜厚が薄い領域（第１半透光部１２２に対応する領域）を除去し、新たに露出した被加工層３ｃをエッチングして除去する（第３エッチング）。このように、膜厚が段階的に異なるレジストパターン４ｐ’を用いることで、従来のフォトマスク３枚分の工程を実施することができ、マスク枚数を削減でき、フォトリソグラフィ工程を簡略化できる。
（２）多階調フォトマスクの製造方法
続いて、本実施形態に係る多階調フォトマスク１００’の製造方法について、図４を参照しながら説明する。
（フォトマスクブランク準備工程）
まず、図４（ａ）に例示するように、透明基板１１０上に第１半透光層１１１ａ、第２半透光層１１１ｂ、遮光膜１１２がこの順に形成され、最上層に第１のレジスト膜１３１が形成されたフォトマスクブランク１００ｂを準備する。
（第１パターニング工程）
次に、レーザ描画機等により描画露光を行い、第１のレジスト膜１３１の一部を感光させ、スプレー方式等の手法により第１のレジスト膜１３１に現像液を供給して現像し、遮光部１２１の形成予定領域を覆う第１のレジストパターン１３１ｐを形成する。第１のレジストパターン１３１ｐが形成された状態を図４（ｂ）に例示する。
次に、形成した第１のレジストパターン１３１ｐをマスクとして遮光膜１１２をエッチングし、第２半透光層１１１ｂの上面を部分的に露出させる。そして、第１のレジストパターン１３１ｐを剥離などして除去した後、残留している遮光膜１１２及び露出した第２半透光層１１１ｂの上面をそれぞれ覆う第２のレジスト膜１３２を形成する。第２のレジスト膜１３２が形成された状態を図４（ｃ）に例示する。
（第２パターニング工程）
次に、レーザ描画機等により描画露光を行い、第２のレジスト膜１３２の一部を感光させ、スプレー方式等の手法により第２のレジスト膜１３２に現像液を供給して現像し、遮光部１２１及び第１半透光部１２２の形成予定領域をそれぞれ覆う第２のレジストパターン１３２ｐを形成する。第２のレジストパターン１３２ｐが形成された状態を図４（ｄ）に例示する。
次に、形成した第２のレジストパターン１３２ｐをマスクとして第２半透光層１１１ｂをエッチングし、第１半透光層１１１ａの上面を部分的に露出させる。そして、第２のレ
ジストパターン１３２ｐを剥離などして除去した後、残留している遮光膜１１２、第２半透光層１１１ｂ、及び露出した第１半透光層１１１ａの上面をそれぞれ覆う第３のレジスト膜１３３を形成する。第３のレジスト膜１３３の構成は、第１のレジスト膜１３１や第２のレジスト膜１３２と同じである。第３のレジスト膜１３３が形成された状態を図４（ｅ）に例示する。
（第３パターニング工程）
次に、レーザ描画機等により描画露光を行い、第３のレジスト膜１３３の一部を感光させ、スプレー方式等の手法により第３のレジスト膜１３３に現像液を供給して現像し、遮光部１２１、第１半透光部１２２、及び第２半透光部１２３の形成予定領域をそれぞれ覆う第３のレジストパターン１３３ｐを形成する。第３のレジストパターン１３３ｐが形成された状態を図４（ｆ）に例示する。
次に、形成した第３のレジストパターン１３３ｐをマスクとして第１半透光層１１１ａをエッチングし、透明基板１１０の上面を部分的に露出させる。そして、第３のレジストパターン１３３ｐを剥離などして除去する。
（第２半透光層の減膜工程）
次に、第２半透光層１１１ｂの上面に薬液（ここでは、酸またはアルカリを使用）を供給して、第２半透光層１１１ｂの膜厚を減膜し、半透光部１２２の透過率を微調整して、本実施形態に係る多階調フォトマスク１００の製造方法を終了する。なお、本工程では、半透光部１２２を構成する第２半透光層１１１ｂの膜厚Ｔｂが、遮光部１２１を構成する第２半透光層１１１ａの膜厚Ｔａ（すなわち、図２（ａ）に示す加工前のフォトマスクブランク１００ｂが備える第２半透光層１１１ｂの膜厚）の９７％未満になるように減膜する。好ましくは、半透光部１２２を構成する第２半透光層１１１ｂの減膜量を、遮光部１２１を構成する第２半透光層１１１ａの膜厚Ｔａ（すなわち、図２（ａ）に示す加工前のフォトマスクブランク１００ｂが備える第２半透光層１１１ｂの膜厚）の３％以上９５％以下とする。尚、上記の態様においては、第２半透光層の減膜工程を、フォトマスク製造工程の最終段階としたが、前記第１のレジストパターン１３１ｐをマスクとした遮光膜１１２のエッチング後に行ってもよい。第２半透光層１１１ｂを減膜させるための薬液としては、フッ素（Ｆ）系のエッチング液、酸、アルカリなどを使用することができる。
本実施形態に係る多階調フォトマスク１００’によっても、上述の実施形態と同様の効果を奏することが可能である。すなわち、第１半透光部１２２の透過率を容易に微調整することが可能であり、第１半透光部１２２の透過率の波長依存性を制御することが可能である。
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば、上述の実施形態では、第１、第２半透光層を有する半透光膜について説明したが、この他に他の半透光層を形成してもよく、または他の機能膜が多階調フォトマスクの構成部分として、上記膜とともに積層されていてもよく、上記膜の間に介在してもよい。
１００ 多階調フォトマスク
１００’ 多階調フォトマスク
１００ｂ フォトマスクブランク
１１０ 透明基板
１１１ 半透光膜
１１１ａ 第１半透光層
１１１ｂ 第２半透光層
１１３ 遮光膜
１２１ 遮光部
１２２ 半透光部、第１半透光部
１２３ 第２半透光部
１２４ 透光部

Claims (11)

  1. 遮光部、透光部、及び半透光部を含む所定の転写パターンが透明基板上に形成された多階調フォトマスクであって、
    前記遮光部は、前記透明基板上に半透光膜及び遮光膜が積層されてなり、
    前記透光部は、前記透明基板が露出してなり、
    前記半透光部は、前記透明基板上に形成された前記半透光膜が露出してなり、
    前記半透光膜は、第１半透光層と、前記第１半透光層上に積層された第２半透光層とを備え、前記半透光部を構成する前記第２半透光層の膜厚が、前記遮光部を構成する前記第２半透光層の膜厚より小さくなるように減膜されている
    ことを特徴とする多階調フォトマスク。
  2. 前記半透光部を構成する前記第１半透光層と減膜された前記第２半透光層により、波長が３６５ｎｍから４３６ｎｍの範囲の光に対する前記半透光部の透過率が、１％以上１０％以下の波長依存性を有する
    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。
  3. 波長が３６５ｎｍから４３６ｎｍの範囲の光に対して、前記半透光部を構成する前記第２半透光層の透過率の波長依存性と、前記半透光部を構成する前記第１半透光層の透過率の波長依存性と、が互いに異なる
    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。
  4. 前記半透光部を構成する前記第２半透光層の減膜量を、前記遮光部を構成する前記第２半透光層の膜厚の３％以上９５％以下とする
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多階調フォトマスク。
  5. 波長が３６５ｎｍ以上４３６ｎｍ以下の光に対して、前記半透光部を構成する前記第１半透光層と第２半透光層の積層としての透過率が３％以上６０％以下である
    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。
  6. 前記透明基板上に形成された前記第１半透光層が露出してなる高透過率半透光部を更に備える
    ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多階調フォトマスク。
  7. 前記第２半透光層はモリブデンシリサイド又はその化合物を含む
    ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の多階調フォトマスク。
  8. 前記第１半透光層及び前記第２半透光層が互いのエッチング条件に対して耐性を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の多階調フォトマスク。
  9. 透明基板上に形成した半透光膜及び遮光膜をそれぞれパターニングすることにより、遮光部、透光部、および所定の透過率を有する半透光部を含む転写パターンが形成された多階調フォトマスクを製造する方法において、
    透明基板上に、第１半透光層、第２半透光層を含む半透光膜が形成され、さらに、遮光膜が積層されたフォトマスクブランクを用意し、
    前記半透光膜および遮光膜をそれぞれパターニングすることにより、遮光部、透光部、半透光部を形成する工程を含み、
    前記半透光部を形成する際に、第１半透光層の上に形成された第２半透光層を所定量減膜することにより、前記第１半透光層と減膜された第２半透光層の積層によって前記所定の透過率を有する半透光部とする
    ことを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法。
  10. 前記第２半透光層膜を減膜する工程では、前記遮光膜がエッチングされることにより露出した前記第２半透光層に薬液を接触させる
    ことを特徴とする請求項９に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
  11. 請求項１〜８に記載の多階調フォトマスク、または請求項９または１０の製造方法による多階調フォトマスクを介し、i線〜g線の光を含む露光光を照射することにより、被転写体上に形成されているレジスト膜に前記転写パターンを転写する工程を有する
    ことを特徴とするパターン転写方法。
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