JP2011048353A - 多階調フォトマスク、フォトマスクブランク、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、フォトマスクブランク、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 PDFInfo
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Abstract
【課題】 転写パターンの形状によらず遮光膜の面内におけるエッチングレートを均一化させ、多階調フォトマスクの品質を向上させ、製造歩留まりを向上させる。
【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、導電性を有するエッチングバランサ膜、半透光膜、及び遮光膜が透明基板上にこの順に積層されてなり、半透光部は、エッチングバランサ膜及び半透光膜が透明基板上にこの順に積層されてなり、透光部は、透明基板が露出してなる。
【選択図】図１
【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、導電性を有するエッチングバランサ膜、半透光膜、及び遮光膜が透明基板上にこの順に積層されてなり、半透光部は、エッチングバランサ膜及び半透光膜が透明基板上にこの順に積層されてなり、透光部は、透明基板が露出してなる。
【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に用いられるフォトマスクブランク、該多階調フォトマスクの製造方法、及び該多階調フォトマスクを用いた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。
多階調フォトマスクのユーザであるＦＰＤメーカにとって、多階調フォトマスクに形成された転写パターンの線幅（ＣＤ）の面内分布を小さくすることは、優れたＦＰＤ性能を達成するうえで、極めて重要である。したがって、多階調フォトマスクの製造にあたっては、例えば設計値に対して、線幅ばらつきを厳しく制御する必要がある。例えば、設計線幅に対して、中心値が±０．１μｍ以内、より好ましくは±０．０５μｍ以内の範囲にあること、面内分布が±０．１μｍ以内、より好ましくは±０．０５μｍ以内の範囲にするといった仕様を達成させる必要がある。
上述の多階調フォトマスクを製造するには、例えば、透明基板上に半透光膜及び遮光膜がこの順に積層されたフォトマスクブランクを準備する工程と、遮光部の形成予定領域を覆う第１のレジストパターンを前記フォトマスクブランク上に形成し、前記第１の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遮光膜パターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンを除去し、少なくとも半透光部の形成予定領域を覆う第２のレジストパターンを前記フォトマスクブランク上に形成し、前記遮光膜パターン及び前記第２のレジストパターンをマスクとして前記半透光膜をエッチングして半透光膜パターンを形成する工程と、を適用することができる。
ＦＰＤ製造用のフォトマスクはサイズが大きく、例えば１辺が３００ｍｍ以上の方形であったり、パネル製造効率を上げることを企図した最近のものでは、一辺が１０００ｍｍ以上の方形であったりする。このため、遮光膜のエッチング方法としては、真空エッチングチャンバーを必要としないウェットエッチングが有利である。ところが、上述の多階調フォトマスクの製造方法において、遮光膜のウェットエッチングを行うと、面内の一部においてはエッチングが完了しても、他の一部においては所定の線幅（ＣＤ）になるまでエッチングが完了しておらず、線幅の面内ばらつきが生じてしまう場合があることを、発明者らは見出した。こうした場合、エッチングの終点を決定することが困難となってしまう。すなわち、エッチング速度が速い部分のエッチング完了時点でエッチングを終了させると、他の部分では、遮光パターンの線幅が設計値より大きいという不都合が生じてしまう。また、エッチング速度の遅い部分に合わせてエッチング時間を延長すれば、エッチング速度の速い部分に更にサイドエッチングが進行してしまい、ＣＤが設計値より小さくなってしまう。
換言すれば、上述の多階調フォトマスクの製造方法においては、フォトマスクブランクの面内におけるエッチングレートの局所的な変化を抑制することは困難であることを、発明者らは見出した。詳細に検討すると、形成しようとする転写パターンの形状に応じて、遮光膜のエッチングレートの変化が大きい側に変化したり、小さい側に変化したりしてしまう傾向がみられた。その結果、遮光膜パターンの線幅と設計値との差異（ＣＤ Ｓｈｉｆｔ）が増加してしまったり、遮光膜のエッチング不良（遮光膜の抜け不良）が局所的に生じてしまったりして、多階調フォトマスクの品質が低下し、製造歩留まりが悪化してしまう場合があった。
本発明は、転写パターンの形状によらず遮光膜の面内におけるエッチングレートを均一化させ、多階調フォトマスクの品質を向上させ、製造歩留まりを向上させることが可能な多階調フォトマスク、該多階調フォトマスクの製造に用いられるフォトマスクブランク、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等の製造歩留りを改善させることが可能な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、導電性を有するエッチングバランサ膜、半透光膜、及び遮光膜が前記透明基板上にこの順に積層されてなり、前記半透光部は、前記エッチングバランサ膜及び前記半透光膜が前記透明基板上にこの順に積層されてなり、前記透光部は、前記透明基板が露出してなる多階調フォトマスクである。
本発明の第２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、導電性を有するエッチングバランサ膜、半透光膜、及び遮光膜が前記透明基板上にこの順に積層されてなり、前記半透光部は、前記エッチングバランサ膜及び前記半透光膜が前記透明基板上にこの順に積層されてなり、前記透光部は、前記透明基板上に形成された前記エッチングバランサ膜の少なくとも一部が露出してなる多階調フォトマスクである。
本発明の第３の態様は、前記エッチングバランサ膜は、シート抵抗値が１０ｋΩ／□以下となる導電性を有する第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４の態様は、前記エッチングバランサ膜が金属又は金属化合物からなる第１〜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、露光光に対する前記エッチングバランサ膜の膜透過率が、６０％以上である第１〜第４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６の態様は、前記転写パターンに含まれる前記遮光部のパターン線幅と、前記遮光部の設計値と、の差が５０ｎｍ以下である第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、前記半透光部が備える前記半透光膜の膜厚が、前記遮光部が備える前記半透光膜の膜厚よりも小さい第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、前記半透光部が、前記エッチングバランサ膜及び前記半透光膜が前記透明基板上に順に積層されてなる第１半透光部と、前記透明基板上に形成された前記エッチングバランサ膜が露出してなる第２半透光部と、を備える第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、透明基板上に半透光膜及び遮光膜がこの順に積層され、前記半透光膜と前記遮光膜とにそれぞれパターニングが施されることにより、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前記基板上に形成されるフォトマスクブランクであって、前記半透光膜と前記透明基板の間に、導電性を有するエッチングバランサ膜が形成されているフォトマスクブランクである。
本発明の第１０の態様は、前記エッチングバランサ膜は、シート抵抗値が１０ｋΩ／□以下となる導電性を有する第９の態様に記載のフォトマスクブランクである。
本発明の第１１の態様は、前記エッチングバランサ膜が金属又は金属化合物からなる第９又は第１０の態様に記載のフォトマスクブランクである。
本発明の第１２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を透明基板上に形成する多階調フォトマスクの製造方法であって、導電性を有するエッチングバランサ膜、半透光膜、及び遮光膜が透明基板上にこの順に積層されたフォトマスクブランクを用意する工程と、前記フォトマスクブランク上に形成した第１レジストパターンをマスクとして、少なくとも前記遮光膜をエッチングする、第１エッチングと工程と、
前記第１レジストパターンを除去したのち、前記第１エッチングの行われたフォトマスクブランク上に第２のレジストパターンを形成し、少なくとも前記第２のレジストパターンをマスクとして前記遮光膜又は半透光膜をエッチングする、第２エッチング工程と、
を有し、前記第１エッチング工程において、形成される前記遮光膜パターンの面内電位分布を、前記エッチングバランサ膜により均一化させる多階調フォトマスクの製造方法である。
前記第１レジストパターンを除去したのち、前記第１エッチングの行われたフォトマスクブランク上に第２のレジストパターンを形成し、少なくとも前記第２のレジストパターンをマスクとして前記遮光膜又は半透光膜をエッチングする、第２エッチング工程と、
を有し、前記第１エッチング工程において、形成される前記遮光膜パターンの面内電位分布を、前記エッチングバランサ膜により均一化させる多階調フォトマスクの製造方法である。
本発明の第１３の態様は、前記第１２の態様において、前記遮光部の形成予定領域を覆う第１のレジストパターンを前記フォトマスクブランク上に形成し、前記第１の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遮光膜パターンを形成する第１エッチング工程と、前記第１のレジストパターンを除去したのち、少なくとも前記半透光部の形成予定領域を覆う第２のレジストパターンを前記第１エッチングの行われたフォトマスクブランク上に形成し、少なくとも前記第２のレジストパターンをマスクとして前記半透光膜をエッチングして半透光膜パターンを形成する第２エッチング工程と、を有する多階調フォトマスクの製造方法である。
本発明の第１４の態様は、第１〜第８のいずれかの態様に記載の多階調フォトマスクまたは第９〜第１１のいずれかの態様に記載のフォトマスクブランクを用いて製造した多階調フォトマスク、または第１２〜第１３のいずれかの態様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。
本発明に係る多階調フォトマスク、フォトマスクブランク、多階調フォトマスクの製造方法によれば、転写パターンの形状によらず遮光膜のエッチングレートを面内において均一化させ、多階調フォトマスクの線幅精度等における品質を向上させ、製造歩留まりを向上させることが可能となる。また、本発明に係るパターン転写方法によれば、前記多階調フォトマスクを用いることでＦＰＤ等の製造歩留りを改善させることが可能となる。
＜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主に図１，２，６を参照しながら説明する。
以下に、本発明の一実施形態について主に図１，２，６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２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。図６は、本実施形態に係る多階調フォトマスクの製造工程において、遮光膜のエッチングレートがエッチングバランサ膜により均一化される様子を示す概略図である。
（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）などを製造する際に用いられる。ただし、図１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。
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）などを製造する際に用いられる。ただし、図１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、露光光の透過率を例えば５〜６０％（十分に広い透光部の透過率を１００％としたとき。）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１２３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、導電性を有するエッチングバランサ膜１１１、半透光膜１１２及び遮光膜１１３が透明基板１１０上にこの順に積層されてなる。また、半透光部１２２は、エッチングバランサ膜１１１及び半透光膜１１２が透明基板１１０上にこの順に積層されてなり、半透光膜１１２の上面が露出してなる。また、透光部１２３は、透明基板１１０が露出してなる。ここで、上記膜の間や上下には、本発明の効果を損なわない範囲で、他の膜が存在していても良い。遮光部１２１を構成する遮光膜１１３の上面は露出している場合に限らず、遮光膜１１３上に他の膜が形成されていても構わない。また、後述するように、透光部１２３には、透明基板１１０の上面が露出するかわりに、透過率の高いエッチングバランサ膜１１１が残留していてもよい。なお、エッチングバランサ膜１１１、半透光膜１１２及び遮光膜１１３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１０００〜２４００ｍｍ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。
エッチングバランサ膜１１１は、シート抵抗値で例えば１０ｋΩ／□以下、好ましくは５ｋΩ／□以下、更に好ましくは２ｋΩ／□以下となるような導電性を有する膜として構成されている。エッチングバランサ膜１１１の膜厚は例えば２０Å〜５００Å、好ましくは５０Å〜３００Åとすることが出来る。エッチングバランサ膜１１１は、金属又は金属化合物からなる膜として構成することが出来る。金属としてはＣｒ、Ａｌ，ＣｏＷ，Ｎｉ，Ｍｏなどを用いることができ、金属化合物としては前記金属の酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、炭化窒化物、酸化窒化炭化物などを用いることができる。但し、金属含有量を過度に小さくすると上述の導電性を確保することが困難となるため、所定の金属含有量を確保した組成とすることが好ましい。また、半透光膜１１２のエッチングに用いるエッチング液（又はエッチングガス）に対してエッチング耐性を有することが好ましい。係る場合、エッチングバランサ膜１１１は、後述するように半透光膜１１２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。
エッチングバランサ膜１１１に用いる膜の露光光透過率に特に制約はない。尚、エッチングバランサ膜１１１は、遮光膜１１３及び半透光膜１１２をそれぞれパターニングし、エッチングバランサとしての機能を終えたのち、透光部１２３に残留する部分を除去することができる。一方、透光部１２３に残留するエッチングバランサ膜１１１の少なくとも一部を残し、多階調フォトマスク１００の一部として使用することも可能である。そのような場合、エッチングバランサ膜１１１に用いる膜の露光光透過率は例えば６０％以上とすることが好ましい。例えば、エッチングバランサ膜１１１をそのまま残留させ、または減膜された一部を残留させたままで、多階調フォトマスク１００の透光部１２３として使用することができる。この場合、エッチングバランサ膜１１１には透明基板１１０に対して例えば８０％以上の露光光透過率をもつ膜を用いることがこのましい。このとき用いることのできる透過率の高い膜素材としては、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＡＳ（アンチモン含有酸化錫）、酸化亜鉛、アンチモン錫、水酸化マグネシウム、酸化錫などとすることができる。係る場合、露光光に対するエッチングバランサ膜１１１の透過率を、透明基板に対して、例えば８５％以上とすることがより好ましい。
尚、本実施形態においては、透明基板１１０上にエッチングバランサ膜１１１と半透光膜１１２、および遮光膜１１３が積層した遮光部１２１、エッチングバランサ膜１１１及び半透光膜１１２が積層した半透光部１２２、透明基板１１０が露出した透光部１２３を備えるが、それに加えて、透明基板１１０上にエッチングバランサ膜１１１の少なくとも一部が残留した第２半透光部を備えていてもよい。すなわち、後述するように、エッチングバランサ膜１１１の露光光透過率を適宜選択すれば、４階調フォトマスクとして使用できることになり、その膜厚の選択により、透過率の調整も可能である。この場合のエッチングバランサ膜１１１の透過率は、該多階調フォトマスク１００を用いて製造しようとするデバイスの加工条件によって決定されるが、例えば５〜８０％の範囲で選択することができる。
半透光膜１１２は、クロム化合物、モリブデンシリサイド又はその化合物からなり、例えばＣｒＯ，ＣｒＮ，ＣｒＣ、ＭｏＳｉｘ、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯＮ、ＭｏＳｉＣＯＮ等から構成することができる。半透光膜１１２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、半透光膜１１２は、上述の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。係る場合、半透光膜１１２は、後述するようにクロム用エッチング液を用いて遮光膜１１３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。なお、半透光部１２２を構成する半透光膜１１２の厚さは、遮光部１２１を構成する半透光膜１１２の厚さよりも小さくなるように減膜されていてもよい。これにより、半透光部１２２の透過率を所望の値に精緻に調整することが可能となる。
半透光膜１１２の露光光に対する膜透過率は、例えば５〜８０％であることが好ましい。より好ましくは、７〜７０％である。このような透過率によって、ＦＰＤ等表示装置を形成する際の加工歩留りを高くすることができる。この膜透過率は、上記した素材の選択及び膜厚の選択により得ることができる。
遮光膜１１３は、実質的にクロム（Ｃｒ）を主成分とする。なお、遮光膜１１３の表面にＣｒ化合物（ＣｒＯ、ＣｒＣ，ＣｒＮ等）の層を設ければ、表面に反射抑制機能を持たせることが出来る。遮光膜１１３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。
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上にこの順に積層された金属薄膜、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１２３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１２３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１２３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（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）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。
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、導電性を有するエッチングバランサ膜１１１、半透光膜１１２、及び遮光膜１１３が透明基板１１０上にこの順に積層されてなるフォトマスクブランク１００ｂを準備する。このように、本実施形態に係るフォトマスクブランク１００ｂは、ある程度の導電性をもつ素材同士の導通部分（ここではモリブデンシリサイド又はその化合物からなる半透光膜１１２と、Ｃｒを主成分とする遮光膜１１３との接触面）を備えている。
まず、図２（ａ）に例示するように、導電性を有するエッチングバランサ膜１１１、半透光膜１１２、及び遮光膜１１３が透明基板１１０上にこの順に積層されてなるフォトマスクブランク１００ｂを準備する。このように、本実施形態に係るフォトマスクブランク１００ｂは、ある程度の導電性をもつ素材同士の導通部分（ここではモリブデンシリサイド又はその化合物からなる半透光膜１１２と、Ｃｒを主成分とする遮光膜１１３との接触面）を備えている。
遮光膜１１３上には第１のレジスト膜１３１が形成されている。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エッチング工程）
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、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１１３をエッチングして遮光膜パターン１１３ｐを形成すると共に、半透光膜１１２の上面を部分的に露出させる。遮光膜パターン１１３ｐが形成された状態を図２（ｃ）に例示する。エッチングは、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）を含む上述のクロム用エッチング液により行う。このエッチング液は、電気伝導性を有し、電解液として作用する。
なお、遮光膜１１３のエッチングの進行に伴い、半透光膜１１２が露出すると、異種金属（遮光膜１１３と半透光膜１１２の各々に含まれる金属）が互いに接合部分をもった状態で電解液（エッチング液）中に浸漬した状態となる。
尚、上述したように、従来のフォトマスクブランク（透明基板上に半透光膜と遮光膜とがこの順に積層され、エッチングバランサ膜を有さないフォトマスクブランク）を用いた場合には、遮光膜のエッチングレートが、面内で一致しない場合があった。特に、転写パターンの形状に関係して局所的にエッチングレートが低下する、または上昇するといった現象が見られた。発明者らの検討の結果によると、エッチング開始から半透光膜１１２が露出するまでの遮光膜１１３のウェットエッチング挙動は、その後エッチングが進行し、半透光膜１１２が露出した時点から、変化することが認められた。すなわち、半透光膜１１２が露出した時点から生じる、電池形成による新たな要因の影響（電子の供給状態の変化）を受け、エッチング挙動が異なる状態に移行すると考えた。この新たな状態とは、面内のパターン形状の相違、密度の相違、或いは、遮光部と半透光部の面積比の相違の少なくともいずれかと関係があるとみられた。そして、上記の影響により、遮光膜パターンの線幅が局所的に設計値と異なってしまったり、遮光膜のエッチング不良（遮光膜の抜け不良）が局所的に生じてしまったりして、多階調フォトマスクの品質が低下し、製造歩留まりが悪化してしまう場合があったと発明者らは考えた。
これに対し、本実施形態に係るフォトマスクブランク１００ｂでは、半透光膜１１２の下層側に、導電性を有するエッチングバランサ膜１１１を備えている。これにより、遮光膜１１３のエッチングレートを転写パターンの形状によらず終始安定させ、均一化させる（遮光膜１１３のエッチングレートの局所的な変化を抑制させる）ようにしている。これにより、適切にエッチング終点を選択しさえすれば、遮光膜パターン１１３ｐの線幅が局所的に設計値と異なってしまったり、遮光膜１１３のエッチング不良（遮光膜１１３の抜け不良）が局所的に生じてしまったりすることを防ぐようにしている。なお、エッチングバランサ膜１１１によるエッチングレートの均一化効果については後述する。
遮光膜パターン１１３ｐの形成が完了したら、第１のレジストパターン１３１ｐを剥離除去する。そして、残留している遮光膜１１３（遮光膜パターン１１３ｐ）及び露出した半透光膜１１２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（ｄ）に例示する。
（第２エッチング工程）
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、少なくとも半透光部１２２の形成予定領域を覆う第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（ｅ）に例示する。なお、図２（ｅ）に例示するように、第２のレジストパターン１３２ｐは、半透光部１２２の形成予定領域だけでなく、遮光膜パターン１１３ｐの一部或いは全部を覆うように形成することができる。
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、少なくとも半透光部１２２の形成予定領域を覆う第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（ｅ）に例示する。なお、図２（ｅ）に例示するように、第２のレジストパターン１３２ｐは、半透光部１２２の形成予定領域だけでなく、遮光膜パターン１１３ｐの一部或いは全部を覆うように形成することができる。
次に、形成した遮光膜パターン１１３ｐ及び第２のレジストパターン１３２ｐをマスクとして半透光膜１１２及びエッチングバランサ膜１１１を順にエッチングし、半透光膜パターン１１２ｐ及びエッチングバランサ膜パターン１１１ｐを形成すると共に、透光基板１１０を部分的に露出させる。なお、半透光膜１１２のエッチングは、上述のフッ素（Ｆ）系のエッチング液（又はエッチングガス）を用いて行うことができる。また、エッチングバランサ膜１１１のエッチングは、エッチングバランサ膜１１１を構成する材料に応じて適宜選択したエッチング液（又はエッチングガス）により行うことができる。
そして、第２のレジストパターン１３２ｐを剥離して除去し、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。
（３）エッチングバランサ膜による効果
上述したように、第１エッチング工程を実施する際に、エッチングが進行すると遮光膜１１３が部分的に除去されることにより半透光膜１１２が部分的に露出し、遮光膜１１３と半透光膜１１２が互いに接合部分を持った状態で、それぞれが電解液（エッチング液）中に浸漬した状態となる。ここで、遮光膜１１３と半透光膜１１２は、それぞれ異なる金属を含む材料であり、ある程度の導電性を有することから、電解液中に浸漬した遮光膜と半透光膜は、例えばガルバノ電池等に類似した化学電池を構成し、この時点から、遮光膜１１３のエッチング挙動は、形成された電池による電子移動に支配されることとなる。そしてこの結果、エッチングレートが低下、または上昇する場合がある。電解液中に浸漬した互いに接合部分をもつ異種金属のエッチングレートに及ぼす効果（これを電池効果とも呼ぶ）について、図１１を用いて説明する。
上述したように、第１エッチング工程を実施する際に、エッチングが進行すると遮光膜１１３が部分的に除去されることにより半透光膜１１２が部分的に露出し、遮光膜１１３と半透光膜１１２が互いに接合部分を持った状態で、それぞれが電解液（エッチング液）中に浸漬した状態となる。ここで、遮光膜１１３と半透光膜１１２は、それぞれ異なる金属を含む材料であり、ある程度の導電性を有することから、電解液中に浸漬した遮光膜と半透光膜は、例えばガルバノ電池等に類似した化学電池を構成し、この時点から、遮光膜１１３のエッチング挙動は、形成された電池による電子移動に支配されることとなる。そしてこの結果、エッチングレートが低下、または上昇する場合がある。電解液中に浸漬した互いに接合部分をもつ異種金属のエッチングレートに及ぼす効果（これを電池効果とも呼ぶ）について、図１１を用いて説明する。
図１１（ａ）は、エッチングレートの測定系を示し、ＣｒからなるＣｒ単体板、ＭｏからなるＭｏ単体板、Ｃｒ板とＭｏ板とを重ね合わせたＣｒ−Ｍｏ重ね板（異種金属が接触し、導通している）を、上述のクロム用エッチング液中にそれぞれ浸漬させた様子を示している。
図１１（ｂ）は、Ｃｒ単体板、Ｃｒ−Ｍｏ重ね板、Ｍｏ単体板の各エッチングレートの測定結果を示すグラフ図である。図１１（ｂ）によれば、Ｃｒ−Ｍｏ重ね板におけるＣｒのエッチングレートが、Ｃｒ単体板のＣｒのエッチングレートの半分以下に減少することが分かる。また、Ｃｒ−Ｍｏ重ね板におけるＭｏのエッチングレートが、Ｍｏ単体板のＭｏのエッチングレートよりも増加していることが分かる。すなわち、互いに導通した異種金属を電解液中に浸漬させると、エッチングレートに影響が及び、イオン化傾向の小さい方の金属（ここではＣｒ）のエッチングレートを低下させると共に、イオン化傾向の大きい方の金属（ここではモリブデン）のエッチングレートを増加させることが分かる。以上の結果から、多階調フォトマスク１００のウェットエッチングの際に、互いに異なる金属を含む遮光膜１１３と半透光膜１１２が、それぞれ所定の導電性を有し、かつ両者が導通した状態で、エッチング液に接触する際、遮光膜１１３のみがエッチング液に浸漬されているときとは異なったエッチング挙動が生じ、エッチングレートが変化することが理解できる。
図１１（ｂ）は、Ｃｒ単体板、Ｃｒ−Ｍｏ重ね板、Ｍｏ単体板の各エッチングレートの測定結果を示すグラフ図である。図１１（ｂ）によれば、Ｃｒ−Ｍｏ重ね板におけるＣｒのエッチングレートが、Ｃｒ単体板のＣｒのエッチングレートの半分以下に減少することが分かる。また、Ｃｒ−Ｍｏ重ね板におけるＭｏのエッチングレートが、Ｍｏ単体板のＭｏのエッチングレートよりも増加していることが分かる。すなわち、互いに導通した異種金属を電解液中に浸漬させると、エッチングレートに影響が及び、イオン化傾向の小さい方の金属（ここではＣｒ）のエッチングレートを低下させると共に、イオン化傾向の大きい方の金属（ここではモリブデン）のエッチングレートを増加させることが分かる。以上の結果から、多階調フォトマスク１００のウェットエッチングの際に、互いに異なる金属を含む遮光膜１１３と半透光膜１１２が、それぞれ所定の導電性を有し、かつ両者が導通した状態で、エッチング液に接触する際、遮光膜１１３のみがエッチング液に浸漬されているときとは異なったエッチング挙動が生じ、エッチングレートが変化することが理解できる。
ここで、上記の第１エッチング工程を実施することによる半透光膜１１２の露出面積は、転写パターンの形状に応じて局所的に異なる。すなわち、転写パターンの形状によっては、露出する半透光膜１１２の面積が大きいところもあれば、小さいところもある。発明者等の知見によれば、従来の多階調フォトマスクの製造工程においては、半透光膜１１２の露出面積、エッチング途中にある遮光膜１１３パターンとの面積比、相互の距離、それぞれの形状の相違が上述の電池効果の強弱を引き起こしており、これにより遮光膜１１３のエッチングレートが面内で均一にならないという問題が生じていた。すなわち、転写パターンの形状によって、遮光膜１１３のエッチングレートの変化が大きい箇所もあれば、遮光膜１１３のエッチングレートの変化が小さい箇所もあり、エッチングの終点が面内で一定にならなかった。係る現象について、発明者らが考察したモデルを図７に示す。
図７は、従来の多階調フォトマスクの製造工程において、遮光膜１１３のエッチングレートが転写パターンの形状に応じて局所的に変化する様子を示す概略図である。図７では、ＭｏＳｉからなる半透光膜１１２とＣｒからなる遮光膜１１３とが、エッチングバランサ膜１１１を介さずに透明基板１１０上にこの順に積層されている。そして、遮光膜１１３上に形成されたレジストパターン１３１ｐをマスクとして、上述のクロム用エッチング液（電解液）を用い、遮光膜１１３をエッチングして遮光膜パターン１１３ｐを形成すると共に、半透光膜１１２の上面を部分的に露出させている。なお、図中右側では半透光膜１１２の露出面積が大きく構成され、図中左側では半透光膜１１２の露出面積が小さく構成されている。
図７に示すように、半透光膜１１２が露出してエッチング液（電解液）に接触することで、半透光膜１１２を形成するＭｏがイオン化し、例えばＭｏ⇒Ｍｏ３＋＋３ｅ−といった反応が生じる。露出面積が大きい図中右側の半透光膜１１２においては、露出面積が小さい図中左側の半透光膜１１２に比べて、より多くの電子が発生することになる。Ｍｏのイオン化により発生した電子（ｅ−）は、半透光膜１１２から遮光膜１１３に供給される。すなわち、図中右側の遮光膜１１３（遮光膜パターン１１３ｐ）には、図中左側の遮光膜１１３（遮光膜パターン１１３ｐ）に比べて、より多くの電子が供給されることになる。その結果、Ｃｒのイオン化反応が進行しにくい状況が生じる。このとき形成される各遮光膜パターン１１３ｐへの上記Ｍｏからの電子供給状態が異なることから、各遮光パターン１１３Ｐの電位が不均一になり、遮光膜１１３のエッチングレートが局所的に不均一になる。例えば、図中右側では遮光膜１１３のエッチングレートの低下が、図中左側の遮光膜１１３のエッチングレートの低下より顕著になる。
そこで発明者等は、転写パターンの形状に応じて生じる電池効果の強弱、すなわちエッチング対象である遮光膜１１３の面積に対する、近傍の半透光膜１１２の露出面積の大小に応じて生じる遮光膜パターン１１３ｐの電位差を減少させる方法について、鋭意研究を行った。その結果、導電性を有するエッチングバランサ膜１１１を半透光膜１１２の下層側に設けることで、形成される各遮光膜パターン１１３ｐの電位を均一化させ、遮光膜１１３のエッチングレートの局所的な変化を抑制させることが可能となることを見出した。すなわち、エッチングバランサ膜１１１を設けることで、遮光膜１１３面内のいずれの部分も電位が実質的に等しくなり、Ｃｒのエッチングに際するイオン化の傾向を均一化できることを見出した。
図６に、本実施形態に係る多階調フォトマスク１００の製造工程において、遮光膜１１３のエッチングレートがエッチングバランサ膜１１１により均一化されるモデル（遮光膜パターン１１３ｐの電位がエッチングバランサ膜１１１により均一化される様子）を示す。図６では、所定の導電性をもつ、金属又は金属化合物からなるエッチングバランサ膜１１１、ＭｏＳｉからなる半透光膜１１２、Ｃｒを主成分とする遮光膜１１３が、透明基板１１０上にこの順に積層されている。そして、図７と同様に、遮光膜１１３上に形成されたレジストパターン１３１ｐをマスクとして、上述のクロム用エッチング液（電解液）を用い、遮光膜１１３をエッチングして遮光膜パターン１１３ｐを形成する。そしてエッチングの進行に伴って、半透光膜１１２の上面が部分的に露出している。また、図７と同様に、図中右側では半透光膜１１２の露出面積が大きく構成され、図中左側では半透光膜１１２の露出面積が小さく構成されている。
図６に示すように、半透光膜１１２が露出してエッチング液（電解液）に接触することで、半透光膜１１２を形成するＭｏがイオン化し、例えばＭｏ⇒Ｍｏ３＋＋３ｅ−といった反応が生じる。露出面積が大きい図中右側の半透光膜１１２においては、露出面積が小さい図中左側の半透光膜１１２に比べて、より多くの電子が発生することになる。Ｍｏのイオン化により発生した電子（ｅ−）は、半透光膜１１２から遮光膜１１３へと流れる。ここで、エッチングバランサ膜１１１は導電性を有することから、図中右側で発生した電子は、図中右側の遮光膜１１３（遮光膜パターン１１３ｐ）に流れ込むだけではなく、エッチングバランサ膜１１１、図中左側の半透光膜１１２を介して、図中左側の遮光膜１１３（遮光膜パターン１１３ｐ）にも流れ込むことになる。これにより、形成される各遮光膜パターン１１３ｐの電位が均一化され、遮光膜１１３のエッチングレートが局所的に均一化される。
上述の効果を裏付ける測定結果について、図８〜１０を用いて説明する。
図８は、遮光膜１１３をエッチングする際、エッチング対象となる遮光膜面積に対して、エッチング中に生じる半透光膜１１２の露出面積が小さい場合を示す模式図であり、（ａ）は透明基板１１０上にエッチングバランサ膜１１１、半透光膜１１２、及び遮光膜１１３がこの順に積層されたサンプル１（本実施形態にかかるフォトマスクブランク１００ｂと同様の積層構造を備えたサンプル）をエッチングする場合を、（ｂ）は透明基板１１０上に半透光膜１１２及び遮光膜１１３がこの順に積層されたサンプル２（従来の多階調用フォトマスクブランクと同様の積層構造を備えたサンプル）をエッチングする場合を、（ｃ）は透明基板１１０上に遮光膜１１３が形成されたサンプル３（従来のバイナリフォトマスクブランクと同様の積層構造を備えたサンプル）をエッチングする場合をそれぞれ示している。なお、エッチングは、各サンプルの表面にレジスト膜を塗布し、エッチング部のみレジストが除去されたレジストパターンを形成したのち、露出した遮光膜１１３にＣｒエッチング液を供給することにより行う。
また、図９は、遮光膜１１３をエッチングする際、エッチング部の近傍に、該エッチング部の面積に対して面積の大きい半透光膜１１２（図中の符号２０１で示す箇所）が露出する場合を示す模式図であり、（ａ）は透明基板１１０上にエッチングバランサ膜１１１、半透光膜１１２、及び遮光膜１１３がこの順に積層されたサンプル４（本実施形態にかかるフォトマスクブランク１００ｂと同様の積層構造を備えたサンプル）をエッチングする場合を、（ｂ）は透明基板１１０上に半透光膜１１２及び遮光膜１１３がこの順に積層されたサンプル５（従来の多階調用フォトマスクブランクと同様の積層構造を備えたサンプル）をエッチングする場合を、（ｃ）は透明基板１１０上に遮光膜１１３が形成されたサンプル６（従来のバイナリフォトマスクブランクと同様の積層構造を備えたサンプル）をエッチングする場合を、それぞれ示している。なお、エッチングは、図８と同様に、各サンプルの表面にレジスト膜を塗布し、エッチング部のみレジストが除去されたレジストパターンを形成したのち、露出した遮光膜１１３にＣｒエッチング液を供給することにより行う。
尚、本測定にあたっては、エッチングバランサ膜１１１の作用を明確に把握するため、エッチング条件とパターンを工夫している。すなわち、エッチング時間を実際のエッチング時間より長くし、さらに、パターンの配置を図８，９に示すようなものとすることにより、エッチングバランサ膜１１１の有無による後述するＣＤ Ｓｈｉｆｔの差異が顕著に把握できる条件を選択した。
尚、本測定にあたっては、エッチングバランサ膜１１１の作用を明確に把握するため、エッチング条件とパターンを工夫している。すなわち、エッチング時間を実際のエッチング時間より長くし、さらに、パターンの配置を図８，９に示すようなものとすることにより、エッチングバランサ膜１１１の有無による後述するＣＤ Ｓｈｉｆｔの差異が顕著に把握できる条件を選択した。
図１０は、上述のサンプル１〜６について、遮光膜パターン１１３ｐの測定部２００における線幅（図８，９におけるエッチング部の線幅）と設計値との差異（ＣＤ ｓｈｉｆｔと呼ぶ）を示すグラフ図である。図１０中の◇印、△印、□印は、図８のサンプル１，２，３におけるＣＤ ｓｈｉｆｔ（μｍ）をそれぞれ示している。また、図１１中の◆印、▲印、■印は、図９のサンプル４，５，６におけるＣＤ ｓｈｉｆｔ（μｍ）をそれぞれ示している。
図１０に示すように、上述のサンプル１〜６に対して遮光膜１１３のエッチングに関する検証を３回ずつ実施し、検証毎にＣＤ ｓｈｉｆｔ（μｍ）をそれぞれ測定した。その結果、本実施形態にかかるフォトマスクブランク１００ｂと同様の積層構造を備えたサンプル１（◇印）、サンプル４（◆印）においては、半透光膜１１２の露出面積によらず、ＣＤ ｓｈｉｆｔが常に０．１００（μｍ）以下に収まっていることが分かる。これに対し、エッチングバランサ膜１１１をもたない従来の多階調用フォトマスクブランクと同様の積層構造を備えたサンプル２（△印）、サンプル５（▲印）においては、半透光膜１１２の露出面積が大きくなると、ＣＤ ｓｈｉｆｔが０．０５００（μｍ）から０．３００（μｍ）にまで増大していることが分かる。なお、従来のバイナリフォトマスクブランクと同様の積層構造を備えたサンプル３（□印）、サンプル６（■印）においては、電池効果を生じないため、ＣＤ ｓｈｉｆｔが常に０．１０００（μｍ）以下に収まっていることが分かる。尚、上記したとおり、本測定においてＣＤ ｓｈｉｆｔが０．１μｍ以下に制御できることが確認されたが、実際のＴＦＴ製造用フォトマスクにおいては、ＣＤ Ｓｈｉｆｔは、０．０５μｍ以下とすることが可能であり、更にはＣＤ Ｓｈｉｆｔ ０．０３μｍ以下の仕様をもつフォトマスクを製造することもできることがわかった。
以上述べた通り、本実施形態によれば、エッチングバランサ膜１１１を設けることで、転写パターンの形状によらず遮光膜１１３のエッチングレートの変化を均一化させ、多階調フォトマスク１００の品質を向上させ、製造歩留まりを向上させることが可能となる。また、本実施形態に係る多階調フォトマスク１００を用いたパターン転写方法によれば、ＦＰＤ等の製造歩留りを改善させることが可能となる。
尚、本実施形態による効果が顕著にみられるのは、半透光膜１１２と遮光膜１１３とがいずれもある程度の導電性を有している場合である。このような場合に、第１エッチング工程（ウェットエッチング）工程で電池が構成されてしまうからである。例えば、半透光膜１１２と遮光膜１１３とがいずれも１０ｋΩ／□以下、更には、５ｋΩ／□以下となるような導電性材料からなるときに、本実施形態に係る効果が顕著に得られる。
また、本実施形態に係るエッチングバランサ膜１１１は、面内のエッチング挙動を均一化させるための電子運搬作用、供給作用を奏する程度の導電性があるものであれば良い。尚、半透光膜１１２や遮光膜１１３の有する導電性よりも高い導電性（低いシート抵抗値）ともつことがより好ましい。更には、半透光膜１１２や遮光膜１１３がそれぞれ有するシート抵抗の値の１／５以下のシート抵抗値をもつことが好ましい。これにより、転写パターンが面内で様々な形状分布や密度分布をもっていても、電子供給が円滑に行われる効果が十分に達成され、転写パターン全体における面内の電位差を縮小することができる。
＜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。
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１００’の部分断面図（模式図）であり、（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１００’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、露光光の透過率を例えば５％以上７０％以下（十分に広い透光部１２３の透過率を１００％としたとき。以下同様）、好ましくは５％以上５０％以下程度に低減させる第１半透光部１２２ａと、露光光の透過率を例えば５％以上８０％以下、好ましくは７％以上７０％以下程度に低減させる第２半透光部１２２ｂと、露光光を１００％透過させる透光部１２３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。
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、露光光の透過率を例えば５％以上７０％以下（十分に広い透光部１２３の透過率を１００％としたとき。以下同様）、好ましくは５％以上５０％以下程度に低減させる第１半透光部１２２ａと、露光光の透過率を例えば５％以上８０％以下、好ましくは７％以上７０％以下程度に低減させる第２半透光部１２２ｂと、露光光を１００％透過させる透光部１２３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、上述の実施形態と同様に、導電性を有するエッチングバランサ膜１１１、半透光膜１１２及び遮光膜１１３が透明基板１１０上にこの順に積層されてなる。また、第１半透光部１２２ａは、上述の実施形態の半透光部１２２と同様に、エッチングバランサ膜１１１及び半透光膜１１２が透明基板１１０上にこの順に積層されてなる。第２半透光部１２２ｂは、透明基板１１０上に形成されたエッチングバランサ膜１１１が露出してなる。また、透光部１２３は、上述の実施形態と同様に、透明基板１１０が部分的に露出してなる。ここで、遮光部１２１を構成する遮光膜１１３の上面は露出している場合に限らず、遮光膜１１３上に他の膜が形成されていても構わない。なお、エッチングバランサ膜１１１、半透光膜１１２及び遮光膜１１３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、エッチングバランサ膜１１１、半透光膜１１２、遮光膜１１３の構成は、上述の実施形態と同じである。なお、第２半透光部１２２ｂを構成するエッチングバランサ膜１１１の厚さは、遮光部１２１や第１半透光部１２２ａを構成するエッチングバランサ膜１１１の厚さよりも小さくなるように減膜されていてもよい。これにより、第２半透光部１２２ｂの透過率を所望の値に精緻に調整することが可能となる。
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上にこの順に積層された金属薄膜、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することができる。
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１２２ａ、第２半透光部１２２ｂ、透光部１２３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１２２ａ、第２半透光部１２２ｂ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１２３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１２３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１２２ｂ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１２２ａ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。
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、導電性を有するエッチングバランサ膜１１１、半透光膜１１２、及び遮光膜１１３が透明基板１１０上にこの順に積層されてなるフォトマスクブランク１００ｂを準備する。遮光膜１１３上には第１のレジスト膜１３１が形成されている。
まず、図４（ａ）に例示するように、導電性を有するエッチングバランサ膜１１１、半透光膜１１２、及び遮光膜１１３が透明基板１１０上にこの順に積層されてなるフォトマスクブランク１００ｂを準備する。遮光膜１１３上には第１のレジスト膜１３１が形成されている。
（第１エッチング工程）
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、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１１３をエッチングして遮光膜パターン１１３ｐを形成すると共に、半透光膜１１２の上面を部分的に露出させる。遮光膜パターン１１３ｐが形成された状態を図４（ｃ）に例示する。エッチングは、上述のクロム用エッチング液により行う。このエッチング液は、電気伝導性を有し、電解液として作用する。
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１１３及び露出した半透光膜１１２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（ｄ）に例示する。
（第２エッチング工程）
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、少なくとも第１半透光部１２２ａの形成予定領域を覆う第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（ｅ）に例示する。なお、図４（ｅ）に例示するように、第２のレジストパターン１３２ｐは、第１半透光部１２２ａの形成予定領域だけでなく、遮光膜パターン１１３ｐの一部或いは全部を覆うように形成することができる。
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、少なくとも第１半透光部１２２ａの形成予定領域を覆う第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（ｅ）に例示する。なお、図４（ｅ）に例示するように、第２のレジストパターン１３２ｐは、第１半透光部１２２ａの形成予定領域だけでなく、遮光膜パターン１１３ｐの一部或いは全部を覆うように形成することができる。
次に、形成した遮光膜パターン１１３ｐ及び第２のレジストパターン１３２ｐをマスクとして半透光膜１１２をエッチングして半透光膜パターン１１２ｐを形成すると共に、エッチングバランサ膜１１１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１１３、半透光膜１１２、及び露出させたエッチングバランサ膜１１１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が形成された状態を図４（ｆ）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、少なくとも第２半透光部１２２ｂの形成予定領域を覆う第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（ｇ）に例示する。なお、図４（ｇ）に例示するように、第３のレジストパターン１３３ｐは、第２半透光部１２２ｂの形成予定領域だけでなく、遮光膜パターン１１３ｐ及び半透光膜パターン１１２ｐの一部或いは全部を覆うように形成する。
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、少なくとも第２半透光部１２２ｂの形成予定領域を覆う第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（ｇ）に例示する。なお、図４（ｇ）に例示するように、第３のレジストパターン１３３ｐは、第２半透光部１２２ｂの形成予定領域だけでなく、遮光膜パターン１１３ｐ及び半透光膜パターン１１２ｐの一部或いは全部を覆うように形成する。
次に、形成した第３のレジストパターン１３３ｐをマスクとしてエッチングバランサ膜１１１をエッチングしてエッチングバランサ膜パターン１１２ｐを形成すると共に、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し、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。
本実施形態によっても、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、エッチングバランサ膜１１１を設けることで、転写パターンの形状によらず遮光膜１１３のエッチングレートの変化を均一化させ、多階調フォトマスク１００’の品質を向上させ、製造歩留まりを向上させることが可能となる。また、本実施形態に係る多階調フォトマスク１００’を用いたパターン転写方法によれば、ＦＰＤ等の製造歩留りを改善させることが可能となる。
＜本発明の更に他の実施形態＞
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。
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、図５に例示するように、上述の多階調フォトマスク１００が備える透光部１２３は、透明基板１１０上に形成されたエッチングバランサ膜１１１が露出してなるように構成されていてもよい。
１００、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 エッチングバランサ膜
１１２ 半透光膜
１１３ 遮光膜
１２１ 遮光部
１２２ 半透光部
１２２ａ 第１半透光部
１２２ｂ 第２半透光部
１２３ 透光部
１００ｂ フォトマスクブランク
１１０ 透明基板
１１１ エッチングバランサ膜
１１２ 半透光膜
１１３ 遮光膜
１２１ 遮光部
１２２ 半透光部
１２２ａ 第１半透光部
１２２ｂ 第２半透光部
１２３ 透光部
Claims (14)
- 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、導電性を有するエッチングバランサ膜、半透光膜、及び遮光膜が前記透明基板上にこの順に積層されてなり、
前記半透光部は、前記エッチングバランサ膜及び前記半透光膜が前記透明基板上にこの順に積層されてなり、
前記透光部は、前記透明基板が露出してなる
ことを特徴とする多階調フォトマスク。 - 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、導電性を有するエッチングバランサ膜、半透光膜、及び遮光膜が前記透明基板上にこの順に積層されてなり、
前記半透光部は、前記エッチングバランサ膜及び前記半透光膜が前記透明基板上にこの順に積層されてなり、
前記透光部は、前記透明基板上に形成された前記エッチングバランサ膜の少なくとも一部が露出してなる
ことを特徴とする多階調フォトマスク。 - 前記エッチングバランサ膜は、シート抵抗値が１０ｋΩ／□以下となる導電性を有する
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。 - 前記エッチングバランサ膜が金属又は金属化合物からなる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の多階調フォトマスク。 - 露光光に対する前記エッチングバランサ膜の透過率が、６０％以上である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の多階調フォトマスク。 - 前記転写パターンに含まれる前記遮光部のパターン線幅と、前記遮光部の設計値による線幅と、の差が５０ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の多階調フォトマスク。 - 前記半透光部が備える前記半透光膜の膜厚が、前記遮光部が備える前記半透光膜の膜厚よりも小さい
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の多階調フォトマスク。 - 前記半透光部が、
前記エッチングバランサ膜及び前記半透光膜が前記透明基板上にこの順に積層されてなる第１半透光部と、
前記透明基板上に形成された前記エッチングバランサ膜が露出してなる第２半透光部と、を備える
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。 - 透明基板上に半透光膜及び遮光膜がこの順に積層され、前記半透光膜と前記遮光膜とにそれぞれパターニングが施されることにより、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前記基板上に形成されるフォトマスクブランクであって、
前記半透光膜と前記透明基板の間に、導電性を有するエッチングバランサ膜が形成されている
ことを特徴とするフォトマスクブランク。 - 前記エッチングバランサ膜は、シート抵抗値が１０ｋΩ／□以下となる導電性を有する
ことを特徴とする請求項９に記載のフォトマスクブランク。 - 前記エッチングバランサ膜が金属又は金属化合物からなる
ことを特徴とする請求項９又は１０のいずれかに記載のフォトマスクブランク。 - 遮光部、透光部、及び半透光部を含む所定の転写パターンを透明基板上に形成する多階調フォトマスクの製造方法であって、
導電性を有するエッチングバランサ膜、半透光膜、及び遮光膜が透明基板上にこの順に積層されたフォトマスクブランクを用意する工程と、
前記フォトマスクブランク上に形成した第１レジストパターンをマスクとして、少なくとも前記遮光膜をエッチングする第１エッチングと工程と、
前記第１レジストパターンを除去したのち、前記第１エッチングの行われたフォトマスクブランク上に第２のレジストパターンを形成し、少なくとも前記第２のレジストパターンをマスクとして前記遮光膜又は半透光膜をエッチングする第２エッチング工程と、
を有し、
前記第１エッチング工程において、形成される前記遮光膜パターンの面内電位分布を、前記エッチングバランサ膜により均一化させる
ことを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法。 - 前記遮光部の形成予定領域を覆う第１のレジストパターンを前記フォトマスクブランク上に形成し、前記第１の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遮光膜パターンを形成する第１エッチング工程と、
前記第１のレジストパターンを除去したのち、少なくとも前記半透光部の形成予定領域を覆う第２のレジストパターンを前記第１エッチングの行われたフォトマスクブランク上に形成し、少なくとも前記第２のレジストパターンをマスクとして前記半透光膜をエッチングして半透光膜パターンを形成する第２エッチング工程と、
を有する
ことを特徴とする請求項１２に記載の多階調フォトマスクの製造方法。 - 請求項１〜８のいずれかに記載の多階調フォトマスク、または請求項９〜１１のいずれかに記載のフォトマスクブランクを用いて製造した多階調フォトマスク、または請求項１２〜１３のいずれか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
ことを特徴とするパターン転写方法。
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