JP2012008546A - 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の製造方法、及びパターン転写方法 Download PDF

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Abstract

【課題】レジストパターンの減膜を利用することで描画及び現像の回数を削減させつつ、疎密間でのレジストパターンの減膜速度の面内均一性を向上させる。
【解決手段】遮光部の形成領域及び半透光部の形成領域を覆い、半透光部の形成領域におけるレジスト膜の厚さが遮光部の形成領域におけるレジスト膜の厚さよりも薄い第１レジストパターンを形成する工程と、第１レジストパターンに活性酸素を供給して第１レジストパターンを減膜する工程とを有し、第１レジストパターンに供給した活性酸素の一部を、露出した半透光膜により消費させる。
【選択図】図４

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の製造方法、及び前記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ＦＰＤ用の薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下ＴＦＴと呼ぶ）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、及び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２００２−１８９２８０号公報 特開２００５−０２４７３０号公報
上述の多階調フォトマスクにおいて、例えば、遮光部は、透明基板上に半透光膜と遮光膜とがこの順に形成されてなり、半透光部は、半透光膜が透明基板上に形成されてなり、透光部は、透明基板が露出してなるものとすることができる。なお、ここで「この順に」とは、エッチングを妨げないものであれば、膜間に他の膜が介在していてもよい。このような多階調フォトマスクは、半透光膜と遮光膜とにそれぞれ所定のパターニングを施す必要があることから、描画及び現像を少なくとも２回ずつ行うことで製造されてきた。具体的には、例えば、まず、半透光膜、遮光膜、及び第１レジスト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。そして、一回目の描画および現像を第１レジスト膜に施し、遮光部の形成領域及び半透光部の形成領域を覆う第１レジストパターンを形成し、第１レジストパターンをマスクとして遮光膜及び半透光膜をエッチングする。次に、第１レジストパターンを除去して第２レジスト膜を形成し、二回目の描画および現像を第２レジスト膜に施して遮光部の形成領域を覆う第２レジストパターンを形成する。さらに、第２レジストパターンをマスクとして遮光膜をエッチングし、第２レジストパターンを除去する。
しかしながら、例えばＦＰＤ用のＴＦＴ基板の製造等に用いられるフォトマスクは、半導体製造用のフォトマスクに比べて大型であり、例えば一辺が５００ｍｍ以上の方形、更には１辺が１０００ｍｍを超える方形のものも最近は少なくないため、描画に長時間を要する。一方で、こうしたＦＰＤ製品の生産効率を向上させて、価格を下げようとする要請も強い。
このため、描画及び現像を少なくとも２回ずつ行う上述の方法に対して、生産性を向上させる要望があることに発明者は着目した。また、上述の方法では、１回目の描画と２回目の描画との間で、現像、パターニング（エッチング）工程が行われるため、描画機からとり外し、上記工程にて処理されたフォトマスク中間体を、再度描画機にセットする必要がある。このような場合、１回目と２回目に描画されたパターン間のズレをなくして描画するには、描画機にてマスク上に形成されたアライメントマークを読み込み、そのアライメントマークを基準として描画機による適切な補正を施して描画を行う（これをアライメント描画という）がそれでも位置ズレを完全に防止することは困難である。こうしたアライメント描画の際に生じる位置ズレは、例えば、発明者の検討によると０．１μｍ〜０．５μｍ程度生じることがあり、この場合、転写パターンの形成精度が低下する。例えば、こうした多階調フォトマスクで液晶表示装置用のＴＦＴを作製しようとするとき、設計値としては本来同一の線幅をもつ遮光パターンが、上記位置ズレに起因して異なる線幅となり、面内では、上記位置ズレ量の生じた分、線幅に分布が生じてしまう。
更に、発明者の知見によれば、位置によってレジスト残膜値の異なるレジストパターンを形成し、かつ、このレジストパターンの減膜を利用することで描画及び現像の回数を削減することが可能である。具体的には、まず、半透光膜、遮光膜、及び第１レジスト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。そして、第１レジスト膜に描画および現像を施し、遮光部の形成領域及び半透光部の形成領域を覆い、半透光部の形成領域におけるレジスト膜の厚さが遮光部の形成領域におけるレジスト膜の厚さよりも薄い第１レジストパターンを形成する。この第１レジストパターンをマスクとして遮光膜及び半透光膜をエッチングする。次に、第１レジストパターンを減膜して半透光部の形成領域におけるレジストパターンを除去することにより遮光膜を露出させ、遮光部の形成領域を覆う第２レジストパターンを形成する。さらに、第２レジストパターンをマスクとして遮光膜をエッチングし、その後、第２レジストパターンを除去する。このような方法を用いれば、透光部、半透光部、遮光部を有する（つまり３階調の）多階調フォトマスクを製造するに際して、描画工程を１回のみとすることができる。
しかし、これを現実の生産工程に適用するには、いくつかの困難が存在する。その一つは、大型フォトマスクブランクへの描画工程において、位置によって露光量を変化させる技術に関するものである。フォトマスク用の描画露光装置は、一般的には中間調を含んだパターンを描画する必要がないため、描画のためのビーム走査を行いつつ露光量を変化させることは容易ではない。
上記に対する解決方法としては、以下のものがある。特許文献１には、フォトマスクブランクに対し、透光部を形成する部分に対してレジストが完全に感光される露光量で、また半透光部を形成する部分に対してレジストが完全に感光される露光量より少ない露光量でレジスト膜を露光する工程が記載されている。また、特許文献２には、半透光部を形成する部分に対しては、電子線描画機又はレーザ描画機を用いて、前記描画機の解像限界以下のパターンの描画データを利用して描画することを含むレジスト膜露光工程が記載されている。
しかしながら、発明者の検討によると、描画工程のみでなく、描画、現像によって形成されるレジストパターンの減膜を行う工程にも困難があり、技術課題が存在することが見出された。例えば、レジスト膜を減膜する工程では、フォトマスクブランクのレジスト膜が形成された面内全体に均一な減膜が行われなければならない。面内位置によって不均一な減膜が生じると、レジストの残膜量が不均一となり、次工程のエッチングによって形成される遮光部、又は半透光部の線幅が、設計値に対して変動してしまう。大型マスクは大面積であるから、面内の均一性を維持することは容易ではない。減膜の面内均一性を阻害する要因のひとつとしては、減膜の面内均一性に影響を与える、レジストの減膜量が転写用パターンの形状に依存するということが挙げられる。具体的には、得ようとする転写用パターンには、最終製品であるデバイスに応じて、遮光部と半透光部の疎密の分布があり、又は、遮光部と半透光部の面積比率に分布があることが多い。係る場合、例えば、第１レジストパターンの疎らな領域（単位面積あたりの開口面積の割合が大きい領域）では減膜速度が比較的増大し、第１レジストパターンの密な領域（単位面積あたりの開口面積の割合が小さい領域）では減膜速度が比較的減少する場合がある。その結果、減膜による形状制御を正確に行うことが困難となり、転写パターンの形成精度が低下してしまう場合がある。特に、ＦＰＤ用フォトマスクではレジストパターンの疎密差が比較的大きいことから、減膜速度の不均一性が現れやすい傾向がある。
そこで本発明は、レジストパターンの減膜を利用することで描画及び現像の回数を削減させつつ、レジストパターンの減膜速度の面内均一性を向上させ、転写パターンの形成精度を向上させることを目的とする。
本発明の第１の態様は、遮光部、半透光部、及び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、半透光膜、遮光膜、及びレジスト膜が前記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レジスト膜に描画および現像を施し、前記遮光部の形成領域及び前記半透光部の形成領域を覆い、前記半透光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さが前記遮光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さよりも薄い第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エッチングを行う第１エッチング工程と、前記第１レジストパターンを減膜して形成された第２レジストパターンを用いてエッチングを行う第２エッチング工程と、によって、前記透光部、前記半透光部、及び前記遮光部を形成し、かつ、前記第１レジストパターンの減膜は、前記透光部の形成領域に前記半透光膜又は前記レジスト膜が露出した状態で行う多階調フォトマスクの製造方法である。
本発明の第２の態様は、遮光部、半透光部、及び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、半透光膜、遮光膜、及びレジスト膜が前記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、前記レジスト膜に描画および現像を施し、前記遮光部の形成領域及び前記半透光部の形成領域を覆い、前記半透光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さが前記遮光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さよりも薄い第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前記半透光膜を一部露出させる第１エッチング工程と、前記第１レジストパターンを減膜し、前記半透光部の形成領域における前記遮光膜を露出させ、前記遮光部の形成領域を覆う第２レジストパターンを形成する工程と、前記第２レジストパターン及び露出した前記遮光膜をマスクとして前記半透光膜をエッチングして前記透明基板を一部露出させる第２エッチング工程と、前記第２レジストパターンをマスクとして、露出した前記遮光膜をエッチングして前記半透光膜を一部露出させる第３エッチング工程と、前記第２レジストパターンを除去する工程と、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３の態様は、遮光部、半透光部、及び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、半透光膜、遮光膜、及びレジスト膜が前記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レジスト膜に描画および現像を施し、前記遮光部の形成領域及び前記半透光部の形成領域を覆い、前記半透光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さが前記遮光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さよりも薄い第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エッチングを行う第１エッチング工程と、前記第１レジストパターンを減膜して形成された第２レジストパターンを用いてエッチングを行う第２エッチング工程と、によって、前記透光部、前記半透光部、及び前記遮光部を形成し、かつ、前記第１レジストパターンを形成する工程では、前記転写パターンに含まれない暫定レジストパターンを前記透光部の形成領域に形成し、前記第１エッチング工程では、前記暫定レジストパターンをマスクとして、暫定遮光膜パターンを形成し、前記第２エッチング工程において、前記暫定レジストパターンと前記暫定遮光膜パターンとを除去する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、遮光部、半透光部、及び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、半透光膜、遮光膜、及びレジスト膜が前記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、前記レジスト膜に描画および現像を施し、前記透光部の形成領域に暫定レジストパターンを形成し、前記遮光部の形成領域及び前記半透光部の形成領域を覆い、前記半透光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さが前記遮光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さよりも薄い第１レジストパターンを形成する工程と、前記第１レジストパターンと前記暫定レジストパターンとをマスクとして前記遮光膜をエッチングして前記半透光膜を一部露出させる第１エッチング工程と、前記第１レジストパターンを減膜し、前記半透光部の形成領域における前記遮光膜を露出させ、前記遮光部の形成領域を覆う第２レジストパターンを形成する工程と、前記第２レジストパターン及び露出した前記遮光膜をマスクとして前記半透光膜をエッチングして前記暫定レジストパターンを除去するとともに前記透光部の形成領域の前記透明基板を露出させる第２エッチング工程と、前記第２レジストパターンをマスクとして、露出した前記遮光膜をエッチングして前記半透光膜を一部露出させる第３エッチング工程と、前記第２レジストパターンを除去する工程と、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５の態様は、前記暫定レジストパターンの除去は、前記半透光膜のエッチングに伴うリフトオフによる第４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６の態様は、前記暫定レジストパターンの寸法は、線幅が１μｍ以下である第５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７の態様は、前記暫定レジストパターンの膜厚は、前記遮光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さと等しい第４〜第６の態様のいずれか一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８の態様は、前記暫定レジストパターンの膜厚は、前記半透光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さと等しい第４〜第６の態様のいずれか一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９の態様は、前記半透光膜は、シリコンを含む材料からなる第１〜第８の態様のいずれか一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１０の態様は、第１〜第９の態様のいずれか一態様に記載の製造方法による多階調フォトマスクを介し、被転写体上に形成されている被転写レジスト膜に前記露光光を照射することにより、前記被転写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、レジストパターンの減膜を利用することで描画及び現像の回数を削減させつつ、レジストパターンの減膜速度の面内均一性を向上させ、転写パターンの形成精度を向上させることが可能となる。
本発明の第１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図である。 本発明の第１実施形態に係る多階調フォトマスクを用いたパターン転写方法を示す断面図である。 本発明の第２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図である。 本発明の第１実施形態に係るレジストパターン減膜工程におけるメカニズムを示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るレジストパターン減膜工程におけるメカニズムを示す断面図である。 参考例に係るレジストパターン減膜工程におけるメカニズムを示す断面図である。 参考例に係る多階調フォトマスクの製造方法を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係るフォトマスクブランクへの一の描画方法を示す図であって、（ａ）は、遮光部データ、透光部データ、及び半透光部データで構成される合成データを示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す合成データから分離された遮光部データ及び透光部データを示す平面図であり、（ｃ）は、（ａ）に示す合成データから分離された半透光部データを示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係るフォトマスクブランクのレジスト膜上に図８（ａ）の描画パターンを描画するときの露光量の分布を示す平面図である。 図９のＩ−Ｉ断面図であって、（ａ）は、描画パターンをレジスト膜上に描画したフォトマスクブランクの断面図であり、（ｂ）は、レジスト膜が現像されたフォトマスクブランクの断面図である。 本発明の第１実施形態に係るフォトマスクブランクへの他の描画方法を示すフロー図である。 本発明の第１実施形態に係るフォトマスクブランクへの他の描画方法に用いる描画パターンを示す図である。
先述のように、多階調フォトマスクの製法方法においては、例えば、３階調（透光部、遮光部、半透光部）を実現するために、透明基板上に形成した２つの膜にパターニングを施す必要があり、従来の製造方法では少なくとも２回の描画及び現像工程が必要である。更に、４階調以上の多階調フォトマスクにおいては、少なくとも２回、或いはそれより多い回数の描画・現像工程が必要となる。従って、生産効率、製造コストの改良が望まれていた。更に、複数回の描画によるパターンの相互の位置ズレによって転写パターンの形成精度の低下を招いていた。そこで発明者は、上述の課題を解決すべく描画及び現像工程の回数の削減に取り組んだ。
まず、図７（ａ）に例示するように、透明基板１００’上に半透光膜１０１’、遮光膜１０２’がこの順に形成され、最上層にレジスト膜１０３’が形成されたフォトマスクブランク１０ｂ’を用意する。そして、図７（ｂ）の１０３ｐ’に実線で例示するように、フォトマスクブランク１０ｂ’が有するレジスト膜１０３’に対して露光・現像を施し、例えば２段階の厚さを有する第１レジストパターン１０３ｐ’を形成する。第１レジストパターン１０３ｐ’は、遮光部１１０’の形成領域及び半透光部１１５’の形成領域を覆い、半透光部１１５’の形成領域におけるレジスト膜１０３’の厚さが、遮光部１１０’の形成領域におけるレジスト膜１０３’の厚さよりも薄くなるように形成されている。なお、遮光部１１０’や半透光部１１５’の形成領域とは、得ようとする多階調フォトマスクにおいて、遮光部１１０’や半透光部１１５’を形成しようとする領域をいう。
そして、第１レジストパターン１０３ｐ’をマスクとして遮光膜１０２’及び半透光膜１０１’をエッチングする。次に、図７（ｂ）の１０４ｐ’に点線と一部実線で例示するように、第１レジストパターン１０３ｐ’を減膜し、遮光部１１０’の形成領域を覆う第２レジストパターン１０４ｐ’を形成する。そして、図７（ｃ）には、第２レジストパターン１０４ｐ’をマスクとして半透光膜１０１’をエッチングした後、第２レジストパターン１０４ｐ’を除去し終えたときの態様を例示する。この方法によれば、描画及び現像工程の回数をそれぞれ１回に削減でき、上述の課題を解決できる。ここで減膜とは、例えばレジスト膜１０３’の露出している上部（表面）から垂直方向に所望量のレジスト膜１０３’を消失させ、膜厚を減少させることをいう。
上記において、第１レジストパターン１０３ｐ’の減膜は、例えば、プラズマアッシング法を用いて、プラズマによって発生させた活性物質、例えば活性酸素を第１レジストパターン１０３ｐ’に供給し、レジスト膜１０３’を構成する有機物を分解して灰化（アッシング）することで行うことができる。しかしながら、発明者の検討によれば、係る方法では第１レジストパターン１０３ｐ’の減膜速度の面内均一性が十分でないことが分かった。その結果、減膜によるレジストパターンの形状制御を正確に行うことが困難となり、例えば、図７（ｃ）の符号１２５に示すように、一部の転写パターンの寸法が予定領域より小さく形成される場合があることが分かった。
そこで発明者は、減膜速度の面内均一性を低下させる理由について鋭意検討を行った。以下に、図を参照してその理由を説明する。
図６（ｂ１）〜（ｂ３）は、第１レジストパターン１０３ｐ’の減膜メカニズムを例示する断面図である。図６の（ｂ１）は減膜前の第１レジストパターン１０３ｐ’の構成を、（ｂ２）は活性酸素により第１レジストパターン１０３ｐ’が減膜される様子を、（ｂ３）は減膜により得られた第２レジストパターン１０４ｐ’をマスクとして転写パターンを形成した様子をそれぞれ示している。
図６の（ｂ１）に示すように、第１レジストパターン１０３ｐ’は、疎らな領域（例えば、単位面積あたりの開口面積の割合が大きい領域）と密な領域（例えば、単位面積あたりの開口面積の割合が小さい領域）と、を有している。具体的には、例えば透光部１２０’の形成領域は疎らな領域に相当し、遮光部１１０’や半透光部１１５’の形成領域が密な領域に相当する。
ここで、疎らな領域では、減膜対象となるレジスト材料（第１レジストパターン１０３ｐ’）が比較的少ないため、活性酸素の消費はそれほど多くない。したがって、疎らな領域においては、第１レジストパターン１０３ｐ’に供給される単位面積あたりの活性酸素の供給量が、第１レジストパターン１０３ｐ’を減膜することで消費される単位面積あたりの活性酸素の消費量よりも多い状態になり易い。すなわち、疎らな領域においては第１レジストパターン１０３ｐ’の減膜速度が比較的増大し易い。
これに対し、密な領域では、減膜対象となるレジスト材料（第１レジストパターン１０３ｐ’）が比較的豊富に存在するため、活性酸素の消費量は多くなる。したがって、密な領域においては、第１レジストパターン１０３ｐ’に供給される単位面積あたりの活性酸素の供給量が、第１レジストパターン１０３ｐ’を減膜することで消費される単位面積あたりの活性酸素の消費量よりも不十分な状態になり易い。すなわち、密な領域においては第１レジストパターン１０３ｐ’の減膜速度が比較的減少し易い。
このように、減膜対象となる第１レジストパターン１０３ｐ’の形状に影響を受け、減膜速度の面内均一性が低下する場合があることが分かった。この場合、減膜速度の面内均一性が低下することによって、減膜による形状制御を正確に行うことが困難となり、図６の（ｂ３）に例示するように転写パターンの形成精度が低下してしまう。特に、ＦＰＤ用フォトマスクではレジストパターンの疎密差が比較的大きいことから、減膜速度の不均一性が顕著に現れやすい傾向がある。なお、減膜速度の面内均一性の低下は、レジストパターンの疎密差が大きい場合のみでなく、レジストパターンの開口面積自体の差が大きい場合にも顕著に現れる。
そこで発明者は、減膜速度の面内均一性を向上させる方法について、更に鋭意研究を行った。その結果、減膜処理工程中において、活性酸素の消費量を、面内で均一化する方法を見出した。すなわち、活性酸素が相対的に過剰になりやすい領域（レジスト膜の露出が少ない領域）に、活性酸素と反応する材料を露出させておくことで、第１レジストパターン１０３ｐ’に供給した活性酸素の一部を消費させ、減膜速度の面内均一性を向上できるとの知見を得るに至った。
発明者の検討によれば、このような方法を採用することで、多階調フォトマスクに形成される、半透光部と遮光部のパターン線幅（すなわち、半透光膜パターンと遮光膜パターンの線幅）を、マスクの設計データで与えられる設計値に近づけることができる。また、設計値と実際の線幅とに所定の差異が生じても、その生じた差異を面内で均一にすることができる。
本発明は、発明者が見出した上記知見に基づくものである。
＜本発明の第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る多階調フォトマスク１０の製造工程のフロー図である。図２は、多階調フォトマスク１０を用いたパターン転写方法を示す断面図である。
（１）多階調フォトマスクの製造方法
（フォトマスクブランク準備工程）
まず、図１（ａ）に例示するように、透明基板１００上に半透光膜１０１、遮光膜１０２がこの順に形成され、最上層にレジスト膜１０３が形成されたフォトマスクブランク１０ｂを準備する。
透明基板１００は、例えば石英（ＳｉＯ２）ガラスや、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｂ２Ｏ３，ＲＯ（Ｒはアルカリ土類金属），Ｒ２Ｏ（Ｒ２はアルカリ金属）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１００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１００は、例えば一辺が２０００ｍｍ〜２４００ｍｍ程度の方形とすることができる。透明基板１００の厚さは例えば３ｍｍ〜２０ｍｍ程度とすることができる。
半透光膜１０１は、モリブデン（Ｍｏ）やタンタル（Ｔａ）等の金属材料とシリコン（Ｓｉ）とを含む材料からなり、例えばＭｏＳｉ、ＭｏＳｉｘ、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯＮ、ＭｏＳｉＣＯＮ、ＴａＳｉｘ等からなる。半透光膜１０１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１０１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）を含む純水からなるクロム用エッチング液に対するエッチング耐性を有し、後述するようにクロム用エッチング液を用いて遮光膜１０２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。
遮光膜１０２は、実質的にクロム（Ｃｒ）からなる。なお、遮光膜１０２の表面にＣｒ化合物（ＣｒＯ、ＣｒＣ，ＣｒＮ等）を積層すれば（図示せず）、遮光膜１０２の表面に反射抑制機能を持たせることが出来る。遮光膜１０２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。
レジスト膜１０３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、レジスト膜１０３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。レジスト膜１０３は、例えばスリットコータやスピンコータ等を用いて形成することができる。
（第１レジストパターン形成工程）
次に、フォトマスクブランク１０ｂに対してレーザ描画機等により描画露光を行い、レジスト膜１０３を感光させ、レジスト膜１０３に現像液を供給して現像を施し、遮光部１１０の形成領域及び半透光部１１５の形成領域を覆う第１レジストパターン１０３ｐを形成する。第１レジストパターン１０３ｐが形成された状態を、図１（ｂ）に例示する。図１（ｂ）に示すように第１レジストパターン１０３ｐは、半透光部１１５の形成領域におけるレジスト膜１０３の厚さが遮光部１１０の形成領域におけるレジスト膜１０３の厚さよりも薄くなるよう形成されている。なお、遮光部１１０や半透光部１１５の形成領域とは、得ようとする多階調フォトマスク１０において、遮光部１１０や半透光部１１５を形成しようとする領域をいう。
このように厚さの異なる第１レジストパターン１０３ｐを形成するには、例えば以下の方法を用いることができる。以下の方法によれば、２つ以上の残膜量を有する第１レジストパターン１０３ｐを、１回の描画と現像処理によって形成することができる。具体的には、上記のフォトマスクブランク１０ｂを用意し、描画を行うとき、透光部１２０を形成する領域には、レジスト膜１０３を完全に感光させる露光量を適用し、また半透光部１１５を形成する領域には、レジスト膜１０３を完全に感光させるより少ない露光量を適用する。係る描画方法の詳細について、以下に２つの例を挙げて詳述する。
（ａ）ハーフドーズ描画による方法
遮光部１１０、透光部１２０及び半透光部１１５の全てのパターンデータを組み込んだ、マスクパターンの合成データが、図８（ａ）に示すように、遮光部データ１１０ｄ、透光部データ１２０ｄ、及び半透光部データ１１５ｄで構成された場合を例にとる。この場合、マスクパターンの合成データを、図８（ｂ）に示す遮光部データ１１０ｄ及び透光部データ１２０ｄと、図８（ｃ）に示す半透光部データ１１５ｄとに分離する。ここで、上記データの分離時に遮光部データ１１０ｄは図６（ｃ）の半透光部データ側に含むこともできる。ポジ型レジストを使用する場合、遮光部データ１１０ｄは描画が行われない部分であるので、どちらのデータ分離方法によっても以降の描画工程では同じ結果を示すため問題は生じない。そして、透光部１２０の形成領域をレジスト膜１０３が完全に除去できる露光量（１００％）で描画した後、半透光部１１５の形成領域をレジスト膜１０３が完全に感光される露光量の約半分の露光量で描画することにより図８（ａ）に示すパターンの描画を行うことができる。なお、透光部１２０の形成領域と半透光部１１５の形成領域との描画の順序については順不同であり、どちらが先でも構わない。上記図８（ａ）に示す描画パターンを、レジスト膜１０３上（ポジレジストでの描画例）に描画した際の露光量の分布は、図９に示すようになる。つまり、エリアＣ（透光部１２０の形成領域）の露光量は１００％、エリアＡ（半透光部１１５の形成領域）の露光量は５０％、エリアＢ（遮光部１１０の形成領域）の露光量は０％（露光されない）となる。半透光部の露光量は、上記の値に限定されず、例えば３０％以上７０％以下とすることができる。この範囲であれば、レジスト残膜量がエッチング時のマスクとして不具合が生じず、レジスト膜の厚い部分と薄い部分の境界を明確に保ったまま精度の高い減膜を行うことができる。
続いて、図９のＩ−Ｉ断面図である図１０（ａ）に示すとおり、図９に示す露光分布で描画を行った場合、エリアＢは未露光となり、エリアＡは露光・現像後の膜厚がエリアＢの残膜値の約半分になるように描画の際の露光量を調節する。エリアＣにはレジストパターニングしたとき、レジストが完全に除去されるのに不足しないだけの露光量を与える。例えば、この際の描画方法としては、レーザ描画機で、露光量１００％の光量にてエリアＣの描画を行った後、露光量５０％程度の光量でエリアＡの描画を行なう。エリアＡ、Ｃの描画順序についてはどちらが先でも構わない。
次に、図１０（ｂ）に示すように、膜厚差を有するようにレジスト膜１０３を現像する。この際、レジスト膜１０３の膜厚は、エリアＡで工リアＢの約半分程度となり、エリアＣでは完全に除去された状態となる。なお、ここでは半透光部１１５の形成領域（エリアＡ）の露光量を５０％としたが、所望の残膜値に基づいて、例えば２０％〜８０％程度の範囲で変更することが可能である。このように露光量を変更することで、エリアＡを現像後に所望の残膜値になるよう形成することができる。本実施形態では、このように一工程で連続的に描画を行うことができる。
（ｂ）未解像パターン描画による方法
次に、他のレジストパターン形成方法を説明する。この方法においても、上記のフォトマスクブランク１０ｂを用い、レーザ描画機などを用いて描画を行う。描画パターンは、一例としては図１２に示されるように、遮光部パターン１１０ａ、１１０ｂと、透光部パターン１２０ｐと、半透光部パターン１１５ｐとを有する。ここで、半透光部パターン１１５ｐは、使用する描画機の解像限界以下の微細パターン（ライン・アンド・スペース）からなる遮光パターン１１５ａ、及び透過パターン１１５ｂを形成した領域である。例えば使用するレーザ描画機の解像限界が、２．０μｍであれば、図１２で半透光部パターン１１５ｐにおける透過パターン１１５ｂのスペース幅を２．０μｍ未満、遮光パターン１１５ａのライン幅を描画機の解像限界以下の２．０μｍ未満とすることができる。なお、ライン・アンド・スペースパターンの場合、ライン幅をどのくらいにするかによって、このパターンを介して露光したときの露光量を調節することが出来、最終的には半透光部１１５を形成する部分でのレジスト膜１０３の残膜値を制御することができる。例えば、ライン幅は、描画機の解像最小線幅の１／２未満、例えば１／８〜１／３とすることができる。
このような遮光部パターン１１０ａ、１１０ｂと、透光部パターン１２０ｐと、半透光部パターン１１５ｐとを有するパターンの描画データ（図１２のパターンの場合、例えば透光部パターン１２０ｐのデータと半透光部パターン１１５ｐのデータを合成した１種類のデータを利用するのが好適である）を用いて一度に描画を行う。この際の露光量は、透光部１２０を形成する領域のレジスト膜１０３が十分に感光される露光量とする。すると、透光部１２０を形成する領域（図１１に図示するＣの領域）では、レジスト膜１０３が十分に感光され、遮光部１１０を形成する領域（図１１に図示するＢの領域）では、レジスト膜１０３は未露光（露光されない）状態である。さらに、半透光部１１５を形成する領域（図１１に図示するＡの領域）では、前記遮光パターン１１５ａを描画機では解像できないため、その線幅を描画できないが、全体として露光量が足りなくなる。すなわち、半透光部１１５の形成領域ではこの形成領域全体の露光量を減らしてレジスト膜１０３を露光したのと同じような効果が得られる。描画後、これを所定の現像液で現像すると、マスクブランク１０ｂ上に、遮光部１１０（Ｂ領域）と半透光部１１５（Ａ領域）とでレジスト膜１０３の残膜値が異なるような第１レジストパターン１０３ｐが形成される（図１１（ｂ）参照）。半透光部１１５の形成領域ではレジスト膜１０３が完全に感光される露光量よりも実際の露光量が少ないため、レジスト膜１０３を現像すると完全には溶解せず、未露光の遮光部１１０のレジスト膜１０３よりも薄い膜厚で残存する。なお、透光部１２０ではレジスト膜１０３は完全に除去された状態となる。
尚、２つ以上の残膜量を有するレジストパターンの形成方法は、上記に限定されない。描画機のビーム走査を行いつつ、走査領域によってその強度を変更する方法など、上記以外の手法により、レジスト膜１０３の位置によって異なる露光量の描画を施してもよい。
（第１エッチング工程）
次に、図１（ｃ）に示すように形成した第１レジストパターン１０３ｐをマスクとして、遮光膜１０２をエッチングして遮光膜パターン１０２ｐを形成する。遮光膜１０２のエッチングは、上述のクロム用エッチング液を、スプレー方式等の手法により遮光膜１０２に供給してウェットエッチングすることが可能である。このとき、下地の半透光膜１０１がエッチングストッパ層として機能する。このように、遮光膜パターン１０２ｐが形成された状態を、図１（ｃ）に例示する。
（第２レジストパターン形成工程）
次に、第１レジストパターン１０３ｐを減膜し、半透光部１１５の形成領域における遮光膜１０２を露出させる。このとき、レジスト膜１０３の厚い遮光部１１０の形成領域ではレジスト膜１０３が残る。これにより、遮光部１１０の形成領域を覆う第２レジストパターン１０４ｐが形成される。その状態を図１（ｄ）に例示する。
第１レジストパターン１０３ｐの減膜は、第１レジストパターン１０３ｐをアッシングさせて行うことができる。例えば、酸素（Ｏ２）ガスなどの反応性ガスのプラズマを発生させ、生じる活性酸素により有機物であるレジストをＣＯｘやＨ２Ｏなどに分解し、除去することによって減膜することが可能である。このようにして第１レジストパターン１０３ｐに活性酸素を供給すると、レジスト膜１０３を構成する有機物を分解して減膜することができる。反応性ガスとしては、例えばＯ３ガスやＯ２ガスを用いることができる。Ｏ３ガスは、例えば公知の真空紫外線（Ｖａｃｕｕｍ Ｕｌｔｒａ−Ｖｉｏｌｅｔ：以下ＶＵＶと呼ぶ）照射装置や、エキシマＵＶランプ、低圧水銀ランプ等による光照射や、プラズマ照射により空気中の酸素（Ｏ２）をオゾン（Ｏ３）化させて発生させることができる。
ここで活性酸素とは、例えばＯ３自身のほか、プラズマ化したＯ３ガスやＯ２ガスに含まれるヒドロキシラジカル（ＨＯ・）や、反応性ガス中に存在する、レジスト膜１０３と反応するのに充分な活性を持った酸素原子（Ｏ）を含む化学種全般を指すものとする。
但し、上述したように、活性酸素を供給することで第１レジストパターン１０３ｐを減膜する場合、第１レジストパターン１０３ｐの形状によっては、活性酸素の供給量と消費量のバランスが面内で不均一になり減膜速度の面内均一性が低下してしまう場合がある。すなわち、第１レジストパターン１０３ｐが疎らな領域において、減膜速度が相対的に増大してしまう場合がある。
これに対して本実施形態では、レジスト膜１０３の露出が少ない領域において、活性酸素を消費する効果を有する半透光膜１０１が露出した状態で第１レジストパターン１０３ｐを減膜している。これにより第１レジストパターン１０３ｐに供給した活性酸素の一部を消費させ、レジストパターンの粗密にかかわらず、活性酸素の供給量と消費量のバランスが面内で均一となり、減膜速度の面内均一性を向上させることができる。図４は、本実施形態に係る第１レジストパターン１０３ｐの減膜メカニズムを示す断面図である。図４の（ｂ１）は減膜前の第１レジストパターン１０３ｐの構成を、（ｂ２）は活性酸素により第１レジストパターン１０３ｐが減膜される様子を、（ｂ３）は減膜により得られた第２レジストパターン１０４ｐをマスクとして転写パターンを形成した様子をそれぞれ示している。図４に示すように、本実施形態によれば、疎らな領域に半透光膜１０１を露出して配置することで、疎らな領域及び密な領域のそれぞれにおいて消費される単位面積あたりの活性酸素の消費量の差を抑制することができる。すなわち、第１レジストパターン１０３ｐに供給した活性酸素の一部を、露出した半透光膜１０１により消費させる。そして、第１レジストパターン１０３ｐを減膜することで消費される、単位面積あたりの活性酸素の消費量の面内の差を、半透光膜１０１により消費される単位面積あたりの活性酸素の消費量分で補うことができる。その結果、減膜速度の面内均一性を向上させ、減膜によって形成される第２レジストパターン１０４ｐの形状制御をより正確に行うことができる。なお、半透光膜１０１が有する活性酸素の消費効果は、半透光膜１０１に含まれるＳｉが活性酸素と反応し、活性酸素がＳｉに捕捉されること、あるいは活性酸素と半透光膜１０１表面との間に生じる相互作用によって活性酸素が失活することにより生じる。
（第２エッチング工程）
次に、第２レジストパターン１０４ｐ及び露出した遮光膜１０２をマスクとして、半透光膜１０１をエッチングして半透光膜パターン１０１ｐを形成し、透明基板１００を部分的に露出させる。半透光膜１０１のエッチングは、フッ素（Ｆ）系のエッチング液（又はエッチングガス）を半透光膜１０１に供給して行うことが可能である。このように、半透光膜パターン１０１ｐが形成された状態を、図１（ｅ）に例示する。
（第３エッチング工程）
続いて第２レジストパターン１０４ｐをマスクとして、遮光膜１０２をさらにエッチングして半透光膜１０１を新たに露出させる。遮光膜１０２のエッチングは、先述のクロム用エッチング液を、遮光膜１０２に供給して行うことが可能である。このとき、下地の半透光膜１０１がエッチングストッパ層として機能する。第３エッチング工程が実施された状態を図１（ｆ）に例示する。
（第２レジストパターン除去工程）
そして、第２レジストパターン１０４ｐを除去し、本実施形態に係る多階調フォトマスク１０の製造を完了する。第２レジストパターン１０４ｐは、第２レジストパターン１０４ｐに剥離液等を接触させることで除去できる。第２レジストパターン１０４ｐを除去した状態を図１（ｇ）に例示する。
以上により、図１（ｇ）に例示するような多階調フォトマスク１０の製造工程を終了する。図１（ｇ）に示す多階調フォトマスク１０は、例えばフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板の製造等に用いられる。ただし図１（ｇ）は多階調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１０が備える遮光部１１０、半透光部１１５、及び透光部１２０は、例えばｉ線〜ｇ線の範囲内の代表波長を有する露光光に対し、それぞれ所定の範囲内の透過率を有するように構成されている。すなわち、遮光部１１０は露光光を遮光（光透過率が略０％）させ、透光部１２０は露光光を略１００％透過させるように構成されている。そして、半透光部１１５は、例えば露光光の透過率を２０％〜８０％（十分に広い透光部１２０の透過率を１００％としたとき。以下同様）、好ましくは３０％〜６０％程度に低減させるように構成されている。なお、ｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）とは、水銀（Ｈｇ）の主な発光スペクトルであり、ここでいう代表波長とは、ｉ線、ｈ線、ｇ線のうちいずれかの任意の波長のことである。なお、ｉ線〜ｇ線のいずれの波長に対しても上記透過率であることがより好ましい。
（２）被転写体へのパターン転写方法
図２に、多階調フォトマスク１０を用いたパターン転写工程によって被転写体３０に形成されるレジストパターン３０２ｐ（実線部）の部分断面図を例示する。レジストパターン３０２ｐは、被転写体３０に形成された被転写レジスト膜としてのポジ型レジスト膜３０２（点線部と一部実線部）に多階調フォトマスク１０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３０は、基板３００と、基板３００上に順に積層された金属薄膜や絶縁層、半導体層などの任意の被加工層３０１とを備えており、ポジ型レジスト膜３０２は被加工層３０１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３０１を構成する各層は、各層の上層のエッチング液（又はエッチングガス）に対して耐性を有するように構成されていてもよい。
多階調フォトマスク１０を介してポジ型レジスト膜３０２に露光光を照射すると、遮光部１１０では露光光が透過せず、また、半透光部１１５、透光部１２０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３０２は、遮光部１１０、半透光部１１５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１２０に対応する領域で除去される。このようにして、被転写体３０上に膜厚が段階的に異なるレジストパターン３０２ｐが形成される。
レジストパターン３０２ｐが形成されたら、レジストパターン３０２ｐに覆われていない領域（透光部１２０に対応する領域）に露出している被加工層３０１を表面側から順次エッチングして除去する。そして、レジストパターン３０２ｐをアッシング（減膜）して膜厚が薄い領域（半透光部１１５に対応する領域）を除去し、新たに露出した被加工層３０１を順次エッチングして除去する。このように、膜厚が段階的に異なるレジストパターン３０２ｐを用いることで、従来のフォトマスク２枚分の工程を実施したこととなり、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。
（３）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。
本実施形態によれば、第１レジストパターン１０３ｐの減膜を利用することで、描画及び現像工程の回数を削減できる。これにより、多階調フォトマスク１０の生産性を向上させ、製造コストを低減させることができる。また、３階調の転写パターンを形成するに際して、２種類（遮光膜パターニングと半透光膜パターニング）のパターン間の位置ズレを防止できるので、転写パターンの形成精度の低下を抑制することができる。
また本実施形態によれば、レジスト減膜工程の際、面内にわたって活性酸素と反応する物質又は媒体を配置している。すなわち、レジスト膜１０３の露出が比較的少ない透光部１２０においては、半透膜１０１を露出させているため、この半透光膜１０１にＳｉなど、活性酸素と反応できるものを含有させれば、面内において消費される活性酸素の多寡に大きな不均一が生じない。換言すれば、第１レジストパターン１０３ｐにかわり、発生した活性酸素の一部を、露出した半透光膜１０１に消費させている。また、半透光膜１０１は、好ましくはＭｏ等の金属材料とＳｉとを含む材料からなる。これにより、第１レジストパターン１０３ｐを減膜することで消費される単位面積あたりの活性酸素の消費量の面内の差を半透光膜１０１により消費される単位面積あたりの活性酸素の消費量で補いつつ第１レジストパターン１０３ｐを減膜することができる。また、第１レジストパターン１０３ｐに供給した活性酸素の一部を消費させるには、活性酸素を半透光膜１０１に接触させることで行うことができる。これは、半透光膜１０１に含まれるＳｉによって活性酸素を捕捉又は失活させることで行うことができるからである。よって、疎らな領域の減膜速度を局所的に抑制して密な領域の減膜速度に近づけることができ、減膜速度の面内均一性を向上させることができる。そして、第２レジストパターン１０４ｐの形成精度を向上させ、転写パターンの形成精度を向上させることができる。
また本実施形態によれば、上記のパターン間の位置ズレ防止と、転写パターンの形成精度向上との二つの効果が同時に得られることにより、更にパターンの線幅制御が有効に行える。具体的には、パターン線幅が設計値からかい離しないとともに、設計値と実際の線幅の差異（ゼロでない場合）の面内偏差ができない。換言すれば、設計値に対して、実際の線幅がプラス側にずれたりマイナス側にずれたりすることがなく、さらには差異の傾向が面内で一定である。すなわち、半透光部と遮光部の重ね合わせ精度が向上し、かつ線幅の面内均一性も向上することができる。このため、ＴＦＴ基板のパターンなど、対称性のあるパターン（例えば、透光部、遮光部、半透光部、遮光部、透光部がこの順に一方向に配列し、半透光部に対して、両側にある遮光部の線幅が同一である場合など）において、従来の方法では２回の描画による位置ズレによってこの対称性が維持できなかったという問題を解消した。また、パターン疎密差起因や開口率起因による面内の線幅変動の偏差も抑制することができるため、目標線幅に対する製造プロセスにおける制御も容易になった。
＜本発明の第２実施形態＞
続いて、本発明の第２実施形態について図３を用いて説明する。第１の実施形態では、前記第１レジストパターン１０３ｐの減膜は、透光部１２０の形成領域に半透光膜１０１が残存し、この半透光膜１０１が露出した状態で行われたが、本実施形態では、第１レジストパターン１０３ｐの減膜を、透光部１２０の形成領域に、暫定的なレジストパターンを配置し、このレジストパターンを露出させておくことにより行う。すなわち、本実施形態では、第１レジストパターン１０３ｐが形成されるとき、同時に透光部１２０の形成領域に暫定パターン（暫定レジストパターン）１０３ｄが形成され、暫定パターン１０３ｄを構成するレジスト膜１０３によって活性酸素の一部を消費させつつ第１レジストパターン１０３ｐを減膜する点が、上記の実施形態とは異なる。以下、上記の実施形態と異なる点について、図３を参照して詳述する。
（１）多階調フォトマスクの製造方法
（フォトマスク用ブランク準備工程）
本実施形態に係る多階調フォトマスク１０の製造工程においても、図３（ａ）に例示するように、上述の実施形態と同様のフォトマスクブランク１０ｂを用いる。
（第１レジストパターン形成工程）
上述の実施形態と同様の手法で、遮光部１１０の形成領域及び半透光部１１５の形成領域を覆う第１レジストパターンを形成する。このとき、透光部１２０の形成領域には暫定パターン１０３ｄを形成する。暫定パターン１０３ｄは、最終的な構造体、つまり転写パターンとして残るものではない（得ようとする多階調フォトマスク１０の転写パターンには含まれない）が、多階調フォトマスク１０の製造工程において、パターン形成精度を高めるために機能するものである。例えば第２レジストパターン形成工程における第１レジストパターン１０３ｐの減膜時の減膜速度の面内均一性を向上させるなど、補助的なパターンとしての役割を持つ。
尚、暫定パターン１０３ｄの線幅は、後述する暫定パターン１０３ｄの除去工程において、下層側にある半透光膜１０１の溶出と同時に、迅速にリフトオフされるように、大きすぎないことが好ましい。すなわち、暫定パターン１０３ｄは、例えばレジストパターンの線幅として１μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以下であることが望ましく、隣接するパターンとパターンの隙間の部分としては１μｍ以上、好ましくは２μｍ〜４μｍ程度であることが望ましい。すなわち、暫定パターン１０３ｄをラインアンドスペースで形成するならば、ライン部線幅を０．０１μｍから１．０μｍ、さらには０．０１μｍ〜０．５μｍ、よりさらには０．０１μｍ〜０．１μｍとすることが好適である。また、スペース部分を１μｍ〜４μｍ程度とすることができる。但し、暫定パターン１０３ｄはラインアンドスペースに制限されず、同様の大きさをもつパターン（ドットパターンなど）を透光部１２０の形成領域に配置する。
なお、本願では、積層された膜のうちの少なくともひとつの膜の除去により、この膜を含みこの膜の上層に形成された膜を除去する態様をリフトオフとすることができる。例えば、透明基板上に、半透光膜、遮光膜、レジスト膜がこの順に形成されていたときに、半透光膜をエッチング除去することで、半透光膜と共に遮光膜とレジスト膜をリフトオフにより除去することができる。
また、暫定パターン１０３ｄを構成するレジスト膜１０３は、第１レジストパターン１０３ｐを減膜する際の、活性酸素の需給調整を目的とするため、第１レジストパターン１０３ｐの減膜の際に、透光部１２０の形成領域に存在し、表面を露出させている状態であることが必要であるが、膜厚には特に制約が無い。したがって、後述するように、遮光部１１０の形成領域と同じ（相対的に厚い）膜厚であってもよいし、半透光部１１５の形成領域と同じ（相対的に薄い）膜厚であってもよい。ここでは、例えば遮光部１１０の形成領域におけるレジスト膜１０３と同程度の厚さを有しているものとする。暫定パターン１０３ｄを備える第１レジストパターン１０３ｐが形成された状態を、図３（ｂ）に例示する。
（第１エッチング工程）
次に上述の実施形態と同様の手法で、形成した第１レジストパターン１０３ｐをマスクとして遮光膜１０２をエッチングし、遮光膜パターン１０２ｐを形成する。このとき、暫定パターン１０３ｄをマスクとして、暫定遮光膜パターンも形成される。遮光膜パターン１０２ｐが形成された状態を、図３（ｃ）に例示する。
（第２レジストパターン形成工程）
次に、第１レジストパターン１０３ｐを減膜し、半透光部１１５の形成領域における遮光膜１０２を露出させて遮光部１１０の形成領域を覆う第２レジストパターン１０４ｐを形成する。このとき、暫定パターン１０３ｄにおいてもレジスト膜１０３が減膜される。その状態を図３（ｄ）に例示する。
第１レジストパターン１０３ｐの減膜は、上述の実施形態と同様、第１レジストパターン１０３ｐにいずれかの方法で活性酸素を供給して行う。本実施形態においては、活性酸素と反応して消費する効果を有する半透光膜１０１が露出しているとともに、透光部１２０の形成領域に暫定パターン１０３ｄを配置した状態で第１レジストパターン１０３ｐを減膜している。これにより第１レジストパターン１０３ｐに供給した活性酸素の一部を消費させ、減膜速度の面内均一性をさらに向上させることができる。
図５（ｂ１〜ｂ３）は、本実施形態に係る第１レジストパターン１０３ｐの減膜メカニズムを示す断面図である。図５の（ｂ１）は減膜前の第１レジストパターン１０３ｐの構成を、（ｂ２）は活性酸素により第１レジストパターン１０３ｐが減膜される様子を、（ｂ３）は減膜により得られた第２レジストパターン１０４ｐをマスクとして転写パターンを形成した様子をそれぞれ示している。図５に示すように、本実施形態によれば、本来第１レジストパターン１０３ｐが疎らな領域に暫定パターン１０３ｄを配置することで、疎らな領域及び密な領域のそれぞれにおいて消費される単位面積あたりの活性酸素の消費量を均一化することができる。すなわち、発生させた活性酸素の一部を、暫定パターン１０３ｄを構成するレジスト膜１０３により消費させる。そして、第１レジストパターン１０３ｐを減膜することで消費される、単位面積あたりの活性酸素の消費量の面内の差を、暫定パターン１０３ｄのレジスト膜１０３により消費される、単位面積あたりの活性酸素の消費量で補うことができる。その結果、減膜速度の面内均一性をさらに向上させ、減膜によって形成される第２レジストパターン１０４ｐの形状制御をより正確に行うことができる。なお、レジスト膜１０３による活性酸素の消費とは、レジスト膜１０３を構成する材料が活性酸素と反応して分解されるとともに、この活性酸素が材料に反応しなくなることを意味する。
（第２エッチング工程）
次に上述の実施形態と同様の手法で、第２レジストパターン１０４ｐ及び露出した遮光膜１０２をマスクとして、半透光膜１０１をウェットエッチングして半透光膜パターン１０１ｐを形成する。このとき暫定パターン１０３ｄは、線幅が小さいパターンであるため、その下層側にある半透光膜１０１がウェットエッチングされる際にリフトオフにより、半透光膜から上層の膜が基板上から除去される。このとき、暫定パターン１０３ｄの下層の暫定遮光膜パターンも含めて除去される。これにより、透明基板１００が露出した透光部１２０が形成される。この状態を、図３（ｅ）に例示する。上述のように、第２エッチング工程において暫定パターン１０３ｄを消失させることができるので、暫定パターン１０３ｄを除去するための工程が別途必要となることがない。また、所定の透過率を有する透光部１１０を形成することができる。
（第３エッチング工程）
続いて上述の実施形態と同様、第２レジストパターン１０４ｐをマスクとして、遮光膜１０２をさらにエッチングして半透光膜１０１を新たに露出させる。第３エッチング工程が実施された状態を図３（ｆ）に例示する。
（第２レジストパターン除去工程）
そして上述の実施形態と同様、第２レジストパターン１０４ｐを除去し、本実施形態に係る多階調フォトマスク１０の製造を完了する。第２レジストパターン１０４ｐを除去した状態を図３（ｇ）に例示する。
以上、図３（ｇ）に例示される多階調フォトマスク１０も、上述の実施形態と同様の形状、光学特性等を有する。
（２）本実施形態に係る効果
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、パターン形状（粗密差、周辺開口率）によらず、極めて面内均一性の高い減膜挙動が得られた。
また本実施形態によれば、第１レジストパターン１０３ｐに供給された活性酸素の一部を、暫定パターン１０３ｄを構成するレジスト膜１０３により消費させている。これにより、第１レジストパターン１０３ｐを減膜することで消費される単位面積あたりの活性酸素の消費量の面内の差を暫定パターン１０３ｄを構成するレジスト膜１０３により消費される単位面積あたりの活性酸素の消費量で補いつつ第１レジストパターン１０３ｐを減膜することができる。よって、減膜速度の面内均一性をさらに向上させることができ、第２レジストパターン１０４ｐの形成精度を向上させることができる。
また本実施形態によれば、第２エッチング工程では、暫定パターン１０３ｄを、その下層側にある半透光膜１０１のウェットエッチングにより、リフトオフさせている。これにより、暫定パターン１０３ｄを除去するための工程が別途必要となることがない。
また本実施形態によれば、上述のように暫定パターン１０３ｄを消失させているので、所定の透光部１２０の透過率に何ら影響を残さず、得ようとする転写パターンを形成することができる。
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に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。
上述の実施形態では、半透光膜１０１は例えばＭｏＳｉ等のモリブデン（Ｍｏ）より構成されるものとしたが、例えばタングステンシリサイド（ＷＳｉ）やニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）等、他の金属材料とシリコン（Ｓｉ）とを含む材料からなっていてもよい。その他、シリコン合金、シリコンの窒化物、酸化物、炭化物等、またはこれらと前述の材料を複合したものによっても構成されることができる。
上述の実施形態では、暫定パターン１０３ｄを複数の細線からなるものとしたが、暫定パターン１０３ｄの形状はこれに限られるものではない。例えば、ドット状の暫定パターン１０３ｄを、透光部１２０の形成領域に複数点在させてもよい。この場合、ドットは、第２エッチング工程における暫定パターン１０３ｄの除去に支障をきたさないサイズであることが望ましい。
上述の実施形態では、暫定パターン１０３ｄが有するレジスト膜１０３は遮光部１１０の形成領域におけるレジスト膜１０３と同程度の厚さを有するものとしたが、暫定パターン１０３ｄが有するレジスト膜１０３の厚さはこれより薄くてもよく、例えば半透光部１１５の形成領域におけるレジスト膜１０３と同程度の厚さとしてもよい。この場合、暫定パターン１０３ｄのレジスト膜１０３は第１レジストパターン１０３ｐを減膜する間に除去され、その後の第２エッチング工程において暫定パターン１０３ｄを消失させる際、例えばフォトマスクブランク１０ｂ上へのレジスト材料の再付着等が起きる懸念を低減することができる。
本発明は、活性酸素等の活性物質によりレジストパターンの減膜を行う際に、レジストパターンの粗密差によって消費される活性物質の量が異なるために、減膜速度の面内不均一が生じることを妨げるものである。したがって、プラズマアッシングだけではなく、上記課題を有するレジストアッシング方法に対して適用することができる。例えば、オゾンや活性酸素を用いた、レジストパターンにオゾン水を供給するアッシング方法、レジストパターンにオゾンガスを供給するアッシング方法、レジストパターンに紫外線や真空紫外を照射するアッシング方法、またはこれらを組み合わせたアッシング方法にも適用することができる。
例えば、オゾン水を用いたアッシング方法では、オゾン水の濃度を２ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍの範囲で調整することができ、減膜量の調整が可能となる。より、減膜量を精密に制御するためには２ｐｐｍ〜５０ｐｐｍの範囲とすることが望ましく、さらには２ｐｐｍ〜３０ｐｐｍであることが望ましい。オゾンをこのような濃度とすることで、減膜量を制御し易く、線幅が制御されたより精密なレジストパターンの減膜が可能となる。このときのオゾン水供給量を、フォトマスクの単位面積当たりに換算すると、２０．０ｍｌ／ｃｍ２・ｍｉｎ〜０．１０ｍｌ／ｃｍ２・ｍｉｎ程度となる。より好適には、２０．０ｍｌ／ｃｍ２・ｍｉｎ〜０．５０ｍｌ／ｃｍ２・ｍｉｎとすることができる。これの範囲の供給量であれば、オゾン濃度が低い場合でも、活性酸素の供給量を過剰な状態とすることができ好適である。またこの供給量は、例えば供給されるオゾン水量を、処理を行うフォトマスクブランクス基板の面積で除して求めることができる。また、オゾン濃度はオゾン吸光度などを利用した公知の測定装置で測定することができ、レジストパターンに供給される直前の濃度を測定することができる。
１０ 多階調フォトマスク
１０ｂ フォトマスクブランク
１００ 透明基板
１０１ 半透光膜
１０２ 遮光膜
１０３ レジスト膜
１０３ｐ 第１レジストパターン
１０４ｐ 第２レジストパターン
１１０ 遮光部
１１５ 半透光部
１２０ 透光部

Claims (10)

  1. 遮光部、半透光部、及び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、
    半透光膜、遮光膜、及びレジスト膜が前記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
    前記レジスト膜に描画および現像を施し、前記遮光部の形成領域及び前記半透光部の形成領域を覆い、前記半透光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さが前記遮光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さよりも薄い第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エッチングを行う第１エッチング工程と、
    前記第１レジストパターンを減膜して形成された第２レジストパターンを用いてエッチングを行う第２エッチング工程と、
    によって、前記透光部、前記半透光部、及び前記遮光部を形成し、かつ、
    前記第１レジストパターンの減膜は、前記透光部の形成領域に前記半透光膜又は前記レジスト膜が露出した状態で行う
    ことを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法。
  2. 遮光部、半透光部、及び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、
    半透光膜、遮光膜、及びレジスト膜が前記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、
    前記レジスト膜に描画および現像を施し、前記遮光部の形成領域及び前記半透光部の形成領域を覆い、前記半透光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さが前記遮光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さよりも薄い第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前記半透光膜を一部露出させる第１エッチング工程と、
    前記第１レジストパターンを減膜し、前記半透光部の形成領域における前記遮光膜を露出させ、前記遮光部の形成領域を覆う第２レジストパターンを形成する工程と、
    前記第２レジストパターン及び露出した前記遮光膜をマスクとして前記半透光膜をエッチングして前記透明基板を一部露出させる第２エッチング工程と、
    前記第２レジストパターンをマスクとして、露出した前記遮光膜をエッチングして前記半透光膜を一部露出させる第３エッチング工程と、
    前記第２レジストパターンを除去する工程と、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。
  3. 遮光部、半透光部、及び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、
    半透光膜、遮光膜、及びレジスト膜が前記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、
    前記レジスト膜に描画および現像を施し、前記遮光部の形成領域及び前記半透光部の形成領域を覆い、前記半透光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さが前記遮光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さよりも薄い第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エッチングを行う第１エッチング工程と、
    前記第１レジストパターンを減膜して形成された第２レジストパターンを用いてエッチングを行う第２エッチング工程と、
    によって、前記透光部、前記半透光部、及び前記遮光部を形成し、かつ、
    前記第１レジストパターンを形成する工程では、前記転写パターンに含まれない暫定レジストパターンを前記透光部の形成領域に形成し、
    前記第１エッチング工程では、前記暫定レジストパターンをマスクとして、暫定遮光膜パターンを形成し、
    前記第２エッチング工程において、前記暫定レジストパターンと前記暫定遮光膜パターンとを除去する
    ことを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法。
  4. 遮光部、半透光部、及び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、
    半透光膜、遮光膜、及びレジスト膜が前記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、
    前記レジスト膜に描画および現像を施し、前記透光部の形成領域に暫定レジストパターンを形成し、前記遮光部の形成領域及び前記半透光部の形成領域を覆い、前記半透光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さが前記遮光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さよりも薄い第１レジストパターンを形成する工程と、
    前記第１レジストパターンと前記暫定レジストパターンとをマスクとして前記遮光膜をエッチングして前記半透光膜を一部露出させる第１エッチング工程と、
    前記第１レジストパターンを減膜し、前記半透光部の形成領域における前記遮光膜を露出させ、前記遮光部の形成領域を覆う第２レジストパターンを形成する工程と、
    前記第２レジストパターン及び露出した前記遮光膜をマスクとして前記半透光膜をエッチングして前記暫定レジストパターンを除去するとともに前記透光部の形成領域の前記透明基板を露出させる第２エッチング工程と、
    前記第２レジストパターンをマスクとして、露出した前記遮光膜をエッチングして前記半透光膜を一部露出させる第３エッチング工程と、
    前記第２レジストパターンを除去する工程と、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。
  5. 前記暫定レジストパターンの除去は、前記半透光膜のエッチングに伴うリフトオフによる
    ことを特徴とする請求項４に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
  6. 前記暫定レジストパターンの寸法は、線幅が１μｍ以下である
    ことを特徴とする請求項５に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
  7. 前記暫定レジストパターンの膜厚は、前記遮光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さと等しい
    ことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
  8. 前記暫定レジストパターンの膜厚は、前記半透光部の形成領域における前記レジスト膜の厚さと等しい
    ことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
  9. 前記半透光膜は、シリコンを含む材料からなる
    ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
  10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の製造方法による多階調フォトマスクを介し、被転写体上に形成されている被転写レジスト膜に前記露光光を照射することにより、前記被転写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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