JP2013068967A - 多階調フォトマスク、パターン転写方法及び薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】急峻なプロファイルを持つレジストパターンを得ることができる多階調フォトマスク及びパターン転写方法を提供すること。
【解決手段】本発明の多階調フォトマスクは、透明基板１１上に設けられた、露光光を一部透過させる半透光膜を各々パターン加工することにより、透光部及び半透光部を持つ転写パターンを備えた多階調フォトマスクであって、前記半透光部は、前記透明基板に対して相対的に低い位相シフト量を持つ第１半透光膜１２と、前記第１半透光膜１２に対して相対的に高い位相シフト量を持つ第２半透光膜１３と、から構成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォトリソグラフィ工程において使用される多階調のフォトマスクに関する。

従来より、液晶装置等の電子デバイスの製造においては、フォトリソグラフィ工程を利用し、エッチングされる被加工層上に形成されたレジスト膜に対して、所定のパターンを有するフォトマスクを用いて所定の露光条件下で露光を行ってパターンを転写し、該レジスト膜を現像することによりレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとして被加工層をエッチングする。

フォトマスクにおいては、例えば、図１０に示すように、露光光を遮光する遮光部７１と、露光光を透過する透光部７３と、露光光の一部を透過する半透光部７２とを持つ転写パターンを形成した多階調フォトマスクがある。この多階調フォトマスクは、露光光の光量が領域により異ならせることができるので、この多階調フォトマスクを用いて露光・現像を行うことにより、少なくとも３つの厚さの残膜値（残膜値ゼロを含む）を有するレジストパターンを形成することができる。このように複数の異なる残膜値を有するレジストパターンを実現する多階調フォトマスクは、液晶装置などの電子デバイスの製造にあたり、使用するフォトマスクの枚数を減少させることにより、フォトリソグラフィ工程を効率化させることが可能となるので大変有用である。

図１０においては、転写パターンは、遮光部、半透光部、遮光部がこの順に、基板面上に隣接して配置されており、このような転写パターンは、薄膜トランジスタの製造に有用に使用することができる。

上述した多階調フォトマスクにおける遮光部７１は、Ｃｒ膜のような遮光膜で構成されており、半透光部７２は、例えば、露光光の一部を透過するような所望の透過率を有する半透光膜により構成されている（特許文献１）。

特開２００６−２６８０３５号公報

しかしながら、上記のような多階調フォトマスクを用いて、転写パターンを被転写体上のレジスト膜に転写すると、半透光部と遮光部の境界などのパターン境界において、露光光の回折が生じるため、透過光の強度分布はある程度なだらかな曲線になる。例えば、図１０のように２つの隣接する遮光部に挟まれた半透光部においては、透過光の強度分布は、なだらかな山型となり、この傾向は、線幅が小さいほど顕著になる（図８参照）。すなわち、図８から分かるように、光強度分布曲線の立上り、立下りが急峻でなくなる。このような多階調フォトマスクを用いてレジストパターン転写を行うと、被転写体上のレジスト膜に形成される、レジストパターンのプロファイルがなだらかになり、パターンの側面がテーパー形状となる。その結果、該レジストパターンをマスクとして、薄膜の加工を行う際に、加工線幅の制御が困難になり、換言すれば、パネルなどの製造における加工プロセスにおいて、加工条件のマージンが著しく狭くなり、量産上の不都合をもたらす。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、急峻な立ち上がりのプロファイルを持つレジストパターンを得ることができる多階調フォトマスク及びパターン転写方法を提供することを目的とする。

本発明の多階調フォトマスクは、透明基板上に、それぞれ所定の光透過率をもつ第１半透光膜及び第２半透光膜と、遮光膜とをそれぞれ形成し、それぞれ所定のパターニングを施すことにより、透光部、第１半透光部、第２半透光部及び遮光部を含む転写パターンを形成してなる多階調フォトマスクにおいて、前記転写パターンは、２〜６μｍの距離で離間した２つの第１半透光部の間に隣接して挟まれた第２半透光部を有し、前記第１半透光部は、前記透明基板上に第２半透光膜と第１半透光膜が積層して構成され、前記第２半透光部は、前記透明基板上に第２半透光膜を形成して構成され、ｉ線〜ｇ線の範囲内の代表波長に対して、前記第２半透光部と透光部との間の位相差が６０度未満であり、前記代表波長に対して、前記第１半透光部と第２半透光部との間の位相差が１８０度±３０度であり、前記代表波長に対して、前記第１半透光部の透過率が３％〜７％であり、前記第２半透光部の透過率が２０％以上であることを特徴とする。

上記構成によれば、第１半透光部と第２半透光部の境界で、露光光強度が相殺し、コントラスト強調され、さらに、透光部と第２半透光膜との間でコントラスト強調されない。このため、この多階調フォトマスクは、第２半透光部との透光部との間の境界部分で暗線が現れることを防止しつつ、第１、第２半透光部の境界によって、被転写体上に形成されるレジストパターンの側壁に急峻なプロファイルを持つ形状を得ることができる。

本発明の多階調フォトマスクにおいては、前記代表波長に対して、前記第２半透光部の透過率が２０％〜８０％であることが好ましい。

本発明の多階調フォトマスクは、前記遮光部、前記第１半透光部、前記第２半透光部、前記第１半透光部及び前記遮光部をこの順で配列した転写パターンを有することを特徴とする。また、前記配列の方向における、前記第１半透光部の幅が、１〜８μｍであることが好ましい。

このような多階調フォトマスクの構造は、第１半透光部と第２半透光部との間の境界において、形成されるレジストパターンのエッジを立たせるとともに、第２半透光部側において、レジスト（ここではポジレジスト）が感光することによる膜減りを抑止することができる。なお、ここで使用する遮光膜に、反射防止膜を積層したり、あるいは反射防止層を含ませたりすることは、好ましい態様である。

本発明の多階調フォトマスクにおいては、前記第１半透光部と前記第２半透光部との透過率の差が、４０％以上であることが好ましい。両半透光部の間に４０％以上の差があると、形成されるレジストパターンに、明確な段差が生じることから、マスク使用時の薄膜加工の安定性が顕著に高くなるので好ましい。このような転写パターンを有するフォトマスクは、薄膜トランジスタの製造に有用であり、その場合、レジストパターンの端面を垂直に立たせる本発明の効果が特に顕著となる。

本発明のパターン転写方法は、上記多階調フォトマスクを用い、ｉ線〜ｇ線の波長域の照射光を照射する露光機によって、被転写体上のレジスト膜に、前記転写パターンを転写することを特徴とする。

本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、上記パターン転写方法を用いて薄膜トランジスタを製造することを特徴とする。この方法は、薄膜トランジスタの量産において、その歩留、生産効率、安定性において非常に有利である。

本発明の多階調フォトマスクは、透明基板上に、それぞれ所定の光透過率をもつ第２半透光膜、第１半透光膜をそれぞれ形成し、それぞれ所定のパターニングを施すことにより、透光部、第１半透光部、前記第１半透光部と隣接する部分をもつ第２半透光部を含む転写パターンを形成してなる多階調フォトマスクにおいて、ｉ線〜ｇ線の範囲内の代表波長に対して、前記第２半透光部と透光部との間の位相差が９０度未満であり、前記代表波長に対して、前記第１半透光部と第２半透光部との間の位相差が９０度を越えており、前記代表波長に対して、前記第１半透光部の透過率が１０％未満であり、前記第２半透光部の透過率が２０％以上であるので、エッジ部分で急峻な立ち上がり形状をもつプロファイルを持つレジストパターンを得ることができる。

本発明の実施の形態に係る多階調フォトマスクの一部のパターンを示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る多階調フォトマスクの構造を示す図である。 （ａ）〜（ｈ）は、図２（ａ）に示す多階調フォトマスクの構造の製造方法を説明するための図である。 （ａ）〜（ｈ）は、図２（ｂ）に示す多階調フォトマスクの構造の製造方法を説明するための図である。 （ａ）〜（ｈ）は、図２（ｃ）に示す多階調フォトマスクの構造の製造方法を説明するための図である。 （ａ）〜（ｈ）は、図２（ｄ）に示す多階調フォトマスクの構造の製造方法を説明するための図である。 （ａ），（ｃ），（ｅ）は、多階調フォトマスクを示す平面図であり、（ｂ），（ｄ），（ｆ）は、（ａ），（ｃ），（ｅ）に示す多階調フォトマスクを用いて形成されたレジストパターンを示す図である。 （ａ），（ｂ）は、遮光膜と半透光膜のパターン及びそれに対応する光強度分布を示す図である。 露光機の露光条件を再現する装置の一例を示す図である。 従来の多階調フォトマスクの一部のパターンを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
最近の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）においては、従来に比してチャネル部の幅を小さくすることによって液晶の動作速度を上げ、又は、チャネル部の大きさを小さくすることによって液晶の明るさを増すなどの技術が提案されている。これらから、パターンは微細化する傾向にあり、一方で得ようとするレジストパターン形状への要求精度がさらに高くなることが予想される。

本発明者らは、上記の要求に対して、半透光膜の位相シフト効果を用いることに着目し、ＴＦＴのチャネル部のような微細パターン領域において、半透光膜の位相シフト効果を発揮させることにより、エッジ部分が急峻なプロファイルを持つレジストパターンを得ることによって、ＴＦＴなどの製造安定性を向上し、歩留を向上できると考えた。

一方、多階調フォトマスクにおいては従来、チャネル部に相当する部分に半透光膜を用いることが知られていたが、この半透光膜を位相シフターとして使用すると、半透光部と透光部との境界において、光強度が相殺され、暗線が生じてしまう。このため、半透光部と透明基板との間での露光光の位相反転を抑える必要がある。

そこで、本発明者らは、微細パターン領域（例えばチャネル部）のエッジにおいて位相シフト効果が発揮されて解像度が増加し、しかも透光部との間で位相シフト反転による不都合が実質的に生じないようにすることにより、半透光部（チャネル部）と透光部の間の境界部分で暗線が現れることを防止しつつ、チャネル部にはエッジの急峻なプロファイルを持つレジストパターンが得られる多階調フォトマスクを提供できることを見出し本発明に至った。

すなわち、本発明の骨子は、透明基板上に、それぞれ所定の光透過率をもつ第２半透光膜、第１半透光膜をそれぞれ形成し、それぞれ所定のパターニングを施すことにより、透光部、第１半透光部、前記第１半透光部と隣接する部分をもつ第２半透光部を含む転写パターンを形成してなる多階調フォトマスクにおいて、ｉ線〜ｇ線の範囲内の代表波長に対して、前記第２半透光部と透光部との間の位相差が９０度未満であり、前記代表波長に対して、前記第１半透光部と第２半透光部との間の位相差が９０度を越えており、前記代表波長に対して、前記第１半透光部の透過率が１０％未満であり、前記第２半透光部の透過率が２０％以上である多階調フォトマスクにより、エッジ部分に急峻なプロファイルを持つレジストパターンを得ることである。

ここで、代表波長とは、ｉ線、ｈ線、ｇ線のうち、任意のいずれかの波長を意味する。本発明の多階調フォトマスクにおいては、好ましくは、ｉ線〜ｇ線の範囲のいずれの波長に対しても、上記に規定した位相差条件を充足することが好ましい。

また、第１半透光部の透過率とは、透明基板上に単層又は積層からなる膜が形成されて、第１半透光部を構成している場合に、この第１半透光部の光透過率を意味する。すなわち、透明基板が露出した透光部（線幅が微細であると、後述するように、透過光量が変化してしまうので、十分な広さをもった透光部とする）の、透過率を１００％としたとき、第１半透光部の上記光透過率（ここでも、十分な広さをもった第１半透光部とする）の透過率とする。

この透過率は、透明基板と、膜の組成、膜厚によって決定される透過率（以下、膜透過率という）をもって、上記に規定するフォトマスクの設計を行っても良い。ただし、より精細なパターンをもつフォトマスクにおいては、パターン形状によって、実際の露光光下における実効的な透過率が変動するので、後述する実効透過率をもって、上記フォトマスクを設計することが好ましい。

図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る多階調フォトマスクの一部のパターンを示す図である。図１に示すパターンは、透明基板１１上に、第１半透光部１２及び第２半透光部１３を形成してなるパターンであり、好ましくは第１半透光部１２間の距離Ｄが、２μｍ〜６μｍである。第１半透光部は、透明基板上に第２半透光膜と第１半透光膜が積層されて構成され、第２半透光部は、透明基板上に第２半透光膜が形成されて構成される。あるいは、第１半透光部は、透明基板上に第１半透光膜が形成されて構成され、第２半透光部は、透明基板上に第２半透光膜が形成されて構成されても良い。なお、図１（ｂ）は、この多階調フォトマスクにおいては、遮光膜により遮光部１４も形成されている。

この多階調フォトマスクにおいては、透光部１１と第２半透光部１３との間の露光光（ここでは代表波長としてｇ線）に対する位相差が９０度未満、好ましくは６０度未満であり、かつ、第１半透光部１２と第２半透光部１３との間の位相差が９０度を越え、好ましくは１８０±３０度である。

このように、透光部と第２半透光部との間の露光光に対する位相差、第１半透光部１２と第２半透光部１３との間の位相差を上記にように設定することにより、第１半透光部１２と第２半透光部１３との間で位相シフト効果が得られ、透光部と第２半透光部の間で位相シフト効果を実質的に発生させない。このため、この多階調フォトマスクは、第２半透光部と透光部の間の境界部分で暗線が現れることを防止しつつ、エッジに急峻なプロファイルを持つレジストパターンを得ることができる。

透明基板１１としては、ガラス基板などを挙げることができる。露光光を一部透過させる第１半透光膜、第２半透光膜１２，１３としては、クロムの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物、又は、金属シリサイドなどを用いることができる。特に、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉｘ、ＭｏＳｉの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物）膜のような金属シリサイド膜などが好ましい。なお、前記第１半透光部は、透明基板上に第２半透光膜と第１半透光膜が積層して構成され、前記第２半透光部は、透明基板上に第２半透光膜が形成されて構成されるような、本発明のフォトマスクにおいては、第１半透光膜と第２半透光膜には、エッチング選択性のある素材を選択することが好ましい。例えば、第１半透光膜として、クロムの酸化物、窒化物などを用い、第２半透光膜として、金属シリサイド系の膜を使用することが好適である。

また、露光光を遮光する遮光膜としては、クロム膜などの金属膜、シリコン膜、金属酸化膜、モリブデンシリサイド膜のような金属シリサイド膜などを挙げることができる。また、遮光膜としては反射防止膜を積層したものを用いることが好ましく、反射防止膜としては、クロムの酸化物、窒化物、炭化物、弗化物などを挙げることができる。

本発明の多階調フォトマスクにおいて、第１半透光膜１２の透過率は、透明基板１１の透過率を１００％としたときに、１０％未満であり、３％〜７％、特に４％〜７％であることが好ましく、第２半透光膜１３の透過率は、透明基板１１の透過率を１００％としたときに、２０％以上であり、２０％〜８０％であることが好ましい。特に好ましくは、３０％〜６０％である。

遮光膜を構成する材料としては、実質的に、露光光を透過しないものを用いることが好ましい。ただし、第１半透光部において、第２半透光膜及び／又は第１半透光膜と積層させる場合には、これらの膜とあわせて、光学濃度３．０程度となる膜を用いても良い。

上述した多階調フォトマスクは、図２（ａ）に示すように、第１半透光部Ｂ、第２半透光部Ｃ、及び透光部Ｄを設ける。このような多階調フォトマスクは、例えば、図２（ａ）に示すように、透明基板２１の第１半透光部Ｂ上及び第２半透光部Ｃ上に第２半透光膜２２が形成され、第２半透光膜２２の第１半透光部Ｂ上に第１半透光膜２３が形成された構造である。

あるいは、多階調フォトマスクは、図２（ｂ）に示すように、透明基板２１の第１半透光部Ｂ上に第１半透光膜２３が形成され、第２半透光部Ｃ上に、第２半透光膜２２が形成された構造である。図２（ｂ）に示す場合においては、第１半透光膜と第２半透光膜は、透過率が異なる。

あるいは、多階調フォトマスクは、図２（ｃ）に示すように、透明基板２１上に遮光部Ａ、第１半透光部Ｂ、第２半透光部Ｃ、及び透光部Ｄを設ける。このような多階調フォトマスクは、透明基板２１の遮光部Ａ及び第１半透光部Ｂ上に第１半透光膜２３を形成し、第１半透光膜２３の遮光部Ａ上に遮光膜２４、反射防止膜２５及び第２半透光膜２２が形成され、透明基板２１の第２半透光部Ｃ上に第２半透光膜２２が形成された構造である。

あるいは、多階調フォトマスクは、図２（ｄ）に示すように、透明基板２１の遮光部Ａ、第１半透光部Ｂ及び第２半透光部Ｃ上に第２半透光膜２２を形成し、第２半透光膜２２の遮光部Ａ及び第１半透光部Ｂ上に第１半透光膜２３を形成し、第１半透光膜２３の遮光部Ａ上に遮光膜２４及び反射防止膜２５が形成された構造である。

なお、図２においてパターン形状は積層構成を模式的に示すための一例であり、これに限定されない。

本発明のフォトマスクを製造する工程を図３〜図６に示す。
次に、図２（ａ）に示す構造は、例えば、図３（ａ）〜（ｈ）に示す工程により製造することができる。なお、図２（ａ）に示す構造の製造方法は、これらの方法に限定されるものではない。ここでは、第２半透光膜２２の材料をモリブデンシリサイドとし、第１半透光膜２３の材料を酸化クロムとする。また、以下の説明において、レジスト層を構成するレジスト材料、エッチングの際に用いるエッチャント、現像の際に用いる現像液などは、従来のフォトリソグラフィ及びエッチング工程において使用できるものを適宜選択する。例えば、エッチャントに関しては、被エッチング膜を構成する材料に応じて適宜選択し、現像液に関しては、使用するレジスト材料に応じて適宜選択する。

図３（ａ）に示すように、透明基板２１上に第２半透光膜２２、第１半透光膜２３が形成されたフォトマスクブランクを用意し、このフォトマスクブランク上にレジスト層２６を形成し、図３（ｂ）に示すように、透光部Ｄが露出するようにレジスト層２６を露光・現像して開口部を形成する。次いで、図３（ｃ）に示すように、このレジストパターンをマスクにして、露出した第１半透光膜２３をエッチングし、図３（ｄ）に示すようにレジスト層２６を除去する。

次いで、図３（ｅ）に示すように、第１半透光膜２３をマスクにして、露出した第２半透光膜２２をエッチングする。なお、図３（ｃ）におけるレジストパターンをマスクにして、第２半透光膜をエッチングしても良い。

次いで、全面にレジストを塗布し、描画、現像することにより、図３（ｆ）に示すように、第１半透光膜２３の第２半透光部Ｃ上を除く領域にレジスト層２６を形成し、図３（ｇ）に示すように、このレジストパターンをマスクにして露出した第１半透光膜２３をエッチングする。次いで、図３（ｈ）に示すように、レジスト層２６を除去する。このようにして図２（ａ）に示すような構成を作製することができる。

次に、図２（ｂ）に示す構造は、例えば、図４（ａ）〜（ｈ）に示す工程により製造することができる。なお、図２（ｂ）に示す構造の製造方法は、これらの方法に限定されるものではない。ここでは、第２半透光膜２２の材料をモリブデンシリサイドとし、第１半透光膜２３の材料を酸化クロムとする。また、以下の説明において、レジスト層を構成するレジスト材料、エッチングの際に用いるエッチャント、現像の際に用いる現像液などは、従来のフォトリソグラフィ及びエッチング工程において使用できるものを適宜選択する。例えば、エッチャントに関しては、被エッチング膜を構成する材料に応じて適宜選択し、現像液に関しては、使用するレジスト材料に応じて適宜選択する。

図４（ａ）に示すように、透明基板２１上に第１半透光膜２３が形成されたフォトマスクブランクを用意し、このフォトマスクブランク上にレジスト層２６を形成し、図４（ｂ）に示すように、第２半透光部Ｃ及び透光部Ｄが露出するようにレジスト層２６を露光・現像して開口部を形成する。次いで、図４（ｃ）に示すように、このレジストパターンをマスクにして、露出した第１半透光膜２３をエッチングし、図４（ｄ）に示すようにレジスト層２６を除去する。

次いで、図４（ｅ）に示すように、全面に第２半透光膜２２を形成し、その全面にレジストを塗布し、描画、現像することにより、図４（ｆ）に示すように、第２半透光膜２２の第２半透光部Ｃの領域にレジスト層２６を形成し、図４（ｇ）に示すように、このレジストパターンをマスクにして露出した第２半透光膜２２をエッチングする。次いで、図４（ｈ）に示すように、レジスト層２６を除去する。このようにして図２（ｂ）に示すような構成を作製することができる。

次に、図２（ｃ）に示す構造は、例えば、図５（ａ）〜（ｈ）に示す工程により製造することができる。なお、図２（ｃ）に示す構造の製造方法は、これらの方法に限定されるものではない。ここでは、第２半透光膜２２の材料をモリブデンシリサイドとし、第１半透光膜２３の材料を酸化クロムとする。また、以下の説明において、レジスト層を構成するレジスト材料、エッチングの際に用いるエッチャント、現像の際に用いる現像液などは、従来のフォトリソグラフィ及びエッチング工程において使用できるものを適宜選択する。例えば、エッチャントに関しては、被エッチング膜を構成する材料に応じて適宜選択し、現像液に関しては、使用するレジスト材料に応じて適宜選択する。

図５（ａ）に示すように、透明基板２１上に第１半透光膜２３、遮光膜２４（表面部に反射防止膜２５が形成されている）が形成されたフォトマスクブランクを用意し、このフォトマスクブランク上にレジスト層２６を形成し、図５（ｂ）に示すように、第２半透光部Ｃ及び透光部Ｄが露出するようにレジスト層２６を描画・現像して開口部を形成する。次いで、図５（ｃ）に示すように、このレジストパターンをマスクにして、露出した反射防止膜２５及び遮光膜２４をエッチングし、その後、図５（ｄ）に示すように、レジスト層２６を除去する。

次いで、図５（ｅ）に示すように、全面に第２半透光膜２２を形成し、次いで、図５（ｆ）に示すように、全面にレジストを塗布した後、描画、現像を行って反射防止膜２５の遮光部Ａ及び第２半透光部Ｃ上にレジスト層２６を形成し、図５（ｇ）に示すように、このレジストパターンをマスクにして露出した第２半透光膜２２、反射防止膜２５、及び遮光膜２４をエッチングし、その後、図５（ｈ）に示すように、レジスト層２６を除去する。このようにして図２（ｃ）に示すような構成を作製することができる。

次に、図２（ｄ）に示す構造は、例えば、図６（ａ）〜（ｈ）に示す工程により製造することができる。なお、図２（ｄ）に示す構造の製造方法は、これらの方法に限定されるものではない。ここでは、第２半透光膜２２の材料をモリブデンシリサイドとし、第１半透光膜２３の材料を酸化クロムとする。また、以下の説明において、レジスト層を構成するレジスト材料、エッチングの際に用いるエッチャント、現像の際に用いる現像液などは、従来のフォトリソグラフィ及びエッチング工程において使用できるものを適宜選択する。例えば、エッチャントに関しては、被エッチング膜を構成する材料に応じて適宜選択し、現像液に関しては、使用するレジスト材料に応じて適宜選択する。

図６（ａ）に示すように、透明基板２１上に第２半透光膜２２、第１半透光膜２３、遮光膜２４（表面部に反射防止膜２５が形成されている）が形成されたフォトマスクブランクを用意し、このフォトマスクブランク上にレジスト層２６を形成し、図６（ｂ）に示すように、第２半透光部Ｃ及び透光部Ｄが露出するようにレジスト層２６を露光・現像して開口部を形成する。次いで、図６（ｃ）に示すように、このレジストパターンをマスクにして、露出した反射防止膜２５及び遮光膜２４をエッチングし、その後、図６（ｄ）に示すように、さらに露出した第１半透光膜２３をエッチングし、レジスト層２６を除去する。

次いで、全面にレジストを塗布し、描画、現像することにより、図６（ｅ）に示すように、反射防止膜２５の遮光部Ａ及び第２半透光膜２２の第２半透光部Ｃ上にレジスト層２６を形成し、図６（ｆ）に示すように、このレジストパターンをマスクにして露出した反射防止膜２５及び遮光膜２４をエッチングする。次いで、図６（ｇ）に示すように、レジストパターンをマスクにして第２半透光膜２２をエッチングし、その後、図６（ｈ）に示すように、レジスト層２６を除去する。このようにして図２（ｄ）に示すような構成を作製することができる。

上述した多階調フォトマスクを用いて、露光機による露光光を照射することによって多階調フォトマスクの転写パターンを被加工層に転写する。これにより、半透光部において断面形状が良好であり、所望の厚さの残膜値のレジストパターンを得ることができる。

ここで、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
図７（ａ），（ｃ），（ｅ）は、多階調フォトマスクを示す平面図であり、図７（ｂ），（ｄ），（ｆ）は、（ａ），（ｃ），（ｅ）に示す多階調フォトマスクを用いて露光し、被転写体上のレジスト膜に形成されたレジストパターンの断面を示す図である。

図７（ａ）に示す多階調フォトマスク（実施例）は、透明基板３１上に第２半透光膜３３が形成され、このうち、第１半透光部を形成する部分のみに、第１半透光膜３２が積層されて構成されている。ここで第１半透光部の積層膜と、第２半透光膜からなる第２半透光部は、露光光（ここでは代表波長ｇ線）での位相差がほぼ１８０度になるように、それぞれの膜の屈折率と膜厚を調整されている。尚、膜厚と屈折率の関係は、下記（１）式によって求めることができる。ここで、φは、位相シフト量、ｎは屈折率、ｄは膜厚を表す。
ｄ＝（φ／３６０）×［λ／（ｎ−１）］ （１）式

さらに、第２半透光膜３３と透光部３１との間の位相差は３０度未満であった。更に、第２半透光膜の透過率は５０％とし、第１半透光膜の透過率は５％とした。このような多階調フォトマスクを用いてパターン転写してなるレジストパターンは、図７（ｂ）に示すような断面形状となる。すなわち、基板４１上に形成されたレジスト層４２の凹部４２ａ〜４２ｃでは、位相の効果により、エッジが際立っており、線幅が一番小さい４２ａであってもその側面と水平面との間のなす角（テーパ角）が後述する比較例に比べて大きくなっている。

図７（ｃ）に示す多階調フォトマスク（実施例）は、上記と同様の構成のフォトマスクの第１半透光部上に、さらに遮光膜３４をパターニングにより積層した。ここで、遮光膜は、第１半透光部の、第２半透光部側の周縁部を５μｍ程度残して、第１半透光膜上に形成されている。膜素材と膜厚は、上記と同様の位相差をもつように調整した。このような多階調フォトマスクを用いてパターン転写してなるレジストパターンは、図７（ｄ）に示すような断面形状となる。すなわち、基板４１上に形成されたレジスト層４２の凹部４２ａ〜４２ｃでは、位相の効果により、エッジが際立っており、線幅が一番小さい４２ａであってもその側面と水平面との間のなす角（テーパ角）が大きくなっている。この場合においては、レジスト層を残したい部分に遮光膜３４を形成しているので、レジスト層４２の減膜が無い。

図７（ｅ）に示す多階調フォトマスク（比較例）は、透明基板３１上に半透光膜（透過率５０％）３２を形成し、さらに、遮光部とする部分のみに遮光膜３４を形成した、従来の多階調フォトマスクである。このような多階調フォトマスクを用いてパターン転写してなるレジストパターンは、図７（ｆ）に示すような断面形状となる。すなわち、基板４１上に形成されたレジスト層４２の凹部４２ａ〜４２ｃでその側面と水平面との間のなす角（テーパ角）が小さく、特に線幅の小さい４２ａや凹部４２ｂにおいては、断面が湾曲形状となっている。

このように、第１半透光部と第２半透光部との間で位相シフト効果が得られ、透光部と第２半透光膜との間で位相シフト効果が抑えられている半透光膜ので、第２半透光部と透光部との間の境界部分で暗線が現れることを防止しつつ、エッジが急峻なプロファイルを持つレジストパターンを得ることができる。その結果、パネル製造におけるプロセスにおいて、所望の線幅のレジストパターンを得るにあたり、加工条件のマージンを大きくとることができる。

なお、図８に示すように、同一の半透光膜を用いて半透光部を形成しても、パターニングの線幅が異なると、該フォトマスクを露光して得られるレジストパターンの残膜値が同一にならないことがある。すなわち、半透光部の線幅が所定の寸法（例えば５μｍ）を越えて小さくなると、露光機の光学系がもつ解像度の制約を受け、回折が生じるために、該半透光部のパターンを透過する露光光の強度分布が変化する。

例えば、液晶表示装置製造用フォトマスクにおいて、チャネル部に対応する部分を半透光部で形成し、ソース、ドレインに相当する部分を遮光部で形成することができる。このようなパターンにおいて、遮光部と隣接する部分を有する半透光部は、露光機の光学条件下（露光機の有する解像度において）、回折の影響により、隣接部付近においては透過率が低下する。例えば、図８（ａ），（ｂ）に示すように、遮光部Ａに挟まれた半透光領域Ｂの透過光の光強度分布は、全体に下がり、ピークが低くなる。この傾向は、半透光領域Ｂの線幅が小さくなるほど顕著であるから、特に、ソース、ドレインに囲まれた線幅の小さいチャネル部においては、その露光光透過率は、用いた半透光膜固有の透過率より低いものとなる。要するに、実際にパターン中で用いられる半透光部の透過率は、十分に広い面積で把握された半透光膜の固有の透過率とは異なったものとなる。したがって、上記パターニング後の透過率の検査については、半透光膜の固有の透過率ではなく、実効透過率に基づいて行うことが望ましい。

もちろん、透光部と隣接した半透光部においては、該半透光部の線幅が小さくなるほど、露光光の回折の影響により、実効的には、半透光膜固有の光透過率よりも高い透過率をもってしまう。

上記の実効透過率を測定する手段としては、露光機による露光条件を再現、又は近似させることが好ましい。そのような装置としては、例えば図９に示す装置が挙げられる。この装置は、光源５１と、光源５１からの光をフォトマスク５３に照射する照射光学系５２と、フォトマスク５３を透過した光を結像させる対物レンズ系５４と、対物レンズ系５４を経て得られた像を撮像する撮像手段５５とから主に構成されている。

光源５１は、所定波長の光束を発するものであり、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、ＵＨＰランプ（超高圧水銀ランプ）などを使用することができる。例えば、マスクを使用する露光機を近似する分光特性をもつ光源と使用することができる。

照射光学系５２は、光源５１からの光を導きフォトマスク５３に光を照射する。この照射光学系５２は、開口数（ＮＡ）を可変とするため、絞り機構（開口絞り５７）を備えている。この照射光学系５２は、フォトマスク５３における光の照射範囲を調整するための視野絞り５６を備えていることが好ましい。この照射光学系５２を経た光は、マスク保持具５３ａにより保持されたフォトマスク５３に照射される。この照射光学系５２は筐体６３内に配設される。

フォトマスク５３はマスク保持具５３ａによって保持される。このマスク保持具５３ａは、フォトマスク５３の主平面を略鉛直とした状態で、このフォトマスク５３の下端部及び側縁部近傍を支持し、このフォトマスク５３を傾斜させて固定して保持するようになっている。このマスク保持具５３ａは、フォトマスク５３として、大型（例えば、主平面が１２２０ｍｍ×１４００ｍｍ、厚さ１３ｍｍのもの、又はそれ以上のもの）、かつ、種々の大きさのフォトマスク５３を保持できるようになっている。なお、略鉛直とは、図９中θで示す鉛直からの角度が約１０度以内を意味する。フォトマスク５３に照射された光は、このフォトマスク５３を透過して、対物レンズ系５４に入射される。

対物レンズ系５４は、例えば、フォトマスク５３を透過した光が入射され、この光束に無限遠補正を加えて平行光とする第１群（シミュレータレンズ）５４ａと、この第１群を経た光束を結像させる第２群（結像レンズ）５４ｂとから構成される。シュミレータレンズ５４ａは、絞り機構（開口絞り５７）が備えられており、開口数（ＮＡ）が可変となっている。対物レンズ系５４を経た光束は、撮像手段５５により受光される。この対物レンズ系５４は筐体６３内に配設される。

この撮像手段５５は、フォトマスク５３の像を撮像する。この撮像手段５５としては、例えば、ＣＣＤなどの撮像素子を用いることができる。

この装置においては、照射光学系５２の開口数と対物レンズ系５４の開口数とがそれぞれ可変となっているので、照射光学系５２の開口数の対物レンズ系５４の開口数に対する比、すなわち、シグマ値（σ：コヒレンシ）を可変することができる。

また、この装置においては、撮像手段５５によって得られた撮像画像についての画像処理、演算、所定の閾値との比較及び表示などを行う演算手段６１、表示手段６２を有する制御手段６４及び筐体６３の位置を変える移動操作手段６５が設けられている。このため、得られた撮像画像、又は、これに基づいて得られた光強度分布を用いて、制御手段によって所定の演算を行い、他の露光光を用いた条件下での撮像画像、又は光強度分布や透過率を求めることができる。

このような構成を有する図９に示す装置は、ＮＡとσ値が可変となっており、光源の線源も変えることができるので、種々の露光機の露光条件を再現することができる。一般に液晶装置製造用などの大型フォトマスクの露光装置を簡易的に近似させる場合には、ｉ線、ｈ線、ｇ線による光強度を同等とした照射光を用い、露光光学系としてＮＡが０．０８程度、照射系と対物系のＮＡ比であるコヒレンシーσが０．８程度の条件を適用すれば良い。

上記を考慮し、本発明においては、パターン形状と用いる半透光膜に基づき、（好ましくは露光機の光源波長分布、光学系の条件も考慮し）、実際に得ようとするフォトマスクの透過率（実効透過率）から、使用する半透光膜の透過率（十分に広い面積における透過率）を算定し、フォトマスクの設計を行うことが好ましい。

さらに、本発明の管理値として用いる、第１、第２半透光部の透過率は、上記実効透過率によることが好ましい。なお、ここで用いる実効透過率値としては、図８における、光強度分布のピーク値をもって充てることができる。これが、マスク使用時の被転写体上におけるレジスト残膜値と相関する。

また、本発明のフォトマスクは、図９に示すような装置を用いて、光透過特性を確認し、評価することが好ましい。位相反転による透過光の相殺、回折による光強度分布の変化などを総合的に、マスク使用時に被転写体の受ける光強度分布として評価可能となり、形成されるレジストパターンのプロファイルを、最も現実に即した方法で評価できる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、適宜変更して実施することができる。また、上記実施の形態における部材の個数、サイズ、処理手順などは一例であり、本発明の効果を発揮する範囲内において種々変更して実施することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

１１，２１，３１ 透明基板
１２，２２，３２ 第１半透光膜
１３，２３，３３ 第２半透光膜
１４ 遮光部
２４ 遮光膜
２５ 反射防止膜
２６，４２ レジスト層
４１ 基板
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ 凹部

Claims (6)

1. 透明基板上に、それぞれ所定の光透過率をもつ第１半透光膜及び第２半透光膜をそれぞれ形成し、それぞれ所定のパターニングを施すことにより、透光部、第１半透光部及び第２半透光部を含む転写パターンを形成してなる多階調フォトマスクにおいて、
   前記転写パターンは、２〜６μｍの距離で離間した２つの第１半透光部の間に隣接して挟まれた第２半透光部を有し、
   前記第１半透光部は、前記透明基板上に第２半透光膜と第１半透光膜とを積層して構成され、
   前記第２半透光部は、前記透明基板上に第２半透光膜を形成して構成され、
   ｉ線〜ｇ線の範囲内の代表波長に対して、前記第２半透光部と前記透光部との間の位相差が６０度未満であり、
   前記代表波長に対して、前記第１半透光部と前記第２半透光部との間の位相差が１８０度±３０度であり、
   前記代表波長に対して、前記第１半透光部の透過率が１０％未満であるとともに、前記第２半透光部の透過率が２０％以上であり、
   前記第１半透光部と前記第２半透光部との透過率の差が４０％以上であることを特徴とする多階調フォトマスク。
2. 前記第１半透光部、前記第２半透光部及び前記第１半透光部をこの順で配列した転写パターンを有し、前記第１半透光部は前記透光部と隣接する部分を有し、前記代表波長に対して、前記第１半透光部の透過率が３％〜７％であり、前記第２半透光部の透過率が２０％〜８０％であ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. 遮光部、前記第１半透光部、前記第２半透光部、前記第１半透光部及び前記遮光部をこの順で配列した転写パターンを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多階調フォトマスク。
4. 前記転写パターンは、遮光部を有しないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多階調フォトマスク。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の多階調フォトマスクを用いて、ｉ線〜ｇ線の波長域の照射光を照射する露光機によって、被転写体上のレジスト膜に前記転写パターンを転写することを特徴とするパターン転写方法。
6. 請求項５に記載のパターン転写方法を用いて薄膜トランジスタを製造することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。

Images