JP2013134435A - フォトマスクの製造方法、フォトマスク、パターン転写方法及びフラットパネルディスプレイの製造方法 - Google Patents

フォトマスクの製造方法、フォトマスク、パターン転写方法及びフラットパネルディスプレイの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】微細かつ高精度な転写用パターンを備えるフォトマスクを提供する。
【解決手段】透明基板上に形成された下層膜及び上層膜がそれぞれパターニングされた転写用パターンを備えたフォトマスクの製造方法であって、透明基板上に、下層膜、上層膜が積層して形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、上層膜の上に形成されたレジストパターンをマスクとして上層膜をエッチングする上層膜予備エッチング工程と、少なくともエッチングされた上層膜をマスクとして下層膜をエッチングし、下層膜パターンを形成する下層膜パターニング工程と、少なくともレジストパターンをマスクとして上層膜をサイドエッチングし、上層膜パターンを形成する上層膜パターニング工程と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、被転写体へのパターン転写に用いるフォトマスクの製造方法、フォトマスク、それを用いたパターン転写方法及びフラットパネルディスプレイの製造方法に関する。
液晶表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイの製造においては、より微細なパターンを形成することで、画質の向上を図るニーズがある。先行文献１には、遮光膜をパターニングし、ｉ線に対して１８０°の位相差をもたせる膜厚の位相シフト層を、遮光膜を被覆するように形成した位相シフトマスクが記載されており、これによって微細かつ高精度なパターン形成が可能になるとしている。
特開２０１１−１３２８３号公報
近年、フラットパネルディスプレイの配線パターンの微細化が望まれている。そしてこうした微細化は、フラットパネルディスプレイの明るさの向上、反応速度の向上といった画像品質の高度化のみならず、省エネルギーの観点からも、有利な点があることに関係する。これに伴い、フラットパネルディスプレイの製造に用いられるフォトマスクにも、微細な線幅精度の要求が高まることとなる。しかし、フォトマスクの転写用パターンを単純に微細化することによって、フラットパネルディスプレイの配線パターンを微細化しようとすることは容易ではない。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、微細かつ高精度な転写用パターンを備えるフォトマスク、その製造方法、係るフォトマスクを用いたパターン転写方法、及びフラットパネルディスプレイの製造方法を提案しようとするものである。
本発明の第１の態様によれば、
透明基板上に形成された下層膜及び上層膜がそれぞれパターニングされた転写用パターンを備えたフォトマスクの製造方法であって、
透明基板上に、下層膜、上層膜が積層して形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、
前記上層膜の上に形成されたレジストパターンをマスクとして前記上層膜をエッチングする上層膜予備エッチング工程と、
少なくともエッチングされた前記上層膜をマスクとして前記下層膜をエッチングし、下層膜パターンを形成する下層膜パターニング工程と、
少なくとも前記レジストパターンをマスクとして前記上層膜をサイドエッチングし、上層膜パターンを形成する上層膜パターニング工程と、
を有するフォトマスクの製造方法が提供される。
本発明の第２の態様によれば、
前記下層膜は、前記転写用パターンを被転写体に転写するときに用いる露光光を一部透過する半透光膜であり、前記上層膜は、前記露光光を実質的に遮光する遮光膜である第１の態様に記載のフォトマスクの製造方法が提供される。
本発明の第３の態様によれば、
前記転写用パターンは、前記透明基板が露出した透光部と、前記透明基板上に下層膜と上層膜が積層して形成された遮光部と、前記透明基板上に下層膜が形成され、上層膜が無い半透光部と、を備える第１又は第２の態様に記載のフォトマスクの製造方法が提供される。
本発明の第４の態様によれば、
前記転写用パターンは、前記遮光部のエッジに隣接して形成された線幅０．１μｍ〜１．０μｍの前記半透光部を有する第１〜第３のいずれかの態様に記載のフォトマスクの製造方法が提供される。
本発明の第５の態様によれば、
前記下層膜は、露光光に含まれる代表波長に対し２〜９０％の透過率をもち、かつ、前記代表波長に対する位相シフト量が略１８０°である第１〜第４のいずれかの態様に記載のフォトマスクの製造方法が提供される。
本発明の第６の態様によれば、
前記下層膜は、露光光に含まれる代表波長に対し２〜６０％の透過率をもち、かつ、前記代表波長に対する位相シフト量が０°を越え９０°以下である第１〜第４のいずれかの態様に記載のフォトマスクの製造方法が提供される。
本発明の第７の態様によれば、
前記上層膜パターニング工程と、前記上層膜予備エッチング工程とにおいて、同一のエッチャントを用いたウェットエッチングを実施する第１〜第５のいずれかの態様に記載のフォトマスクの製造方法が提供される。
本発明の第８の態様によれば、
透明基板上の下層膜及び上層膜がそれぞれパターニングされて形成された透光部、遮光部、半透光部を含む転写用パターンを備えたフォトマスクであって、
前記透光部は、前記透明基板が露出してなり、
前記遮光部は、前記透明基板上において、前記下層膜上に上層膜が積層して形成されてなり、
前記半透光部は、前記透明基板上に前記下層膜が形成されてなり、かつ、前記遮光部のエッジに隣接して形成された１．０μｍ以下の一定線幅の部分を有するフォトマスクが提供される。
本発明の第９の態様によれば、
透明基板上の下層膜及び上層膜がそれぞれパターニングされて形成された透光部、遮光部、半透光部を含む転写用パターンを備えたフォトマスクであって、
前記透光部は、前記透明基板が露出してなり、
前記遮光部は、前記透明基板上において、前記下層膜上に上層膜が積層して形成されてなり、
前記半透光部は、前記透明基板上に前記下層膜が形成されてなり、かつ、前記遮光部の第１のエッジに隣接して形成された第１半透光部と、前記遮光部の前記第１のエッジに対向する第２のエッジに隣接して形成された第２半透光部と、をそれぞれ有し、
前記第１半透光部の線幅と前記第２半透光部の線幅との差が０．１μｍ以下であるフォトマスクが提供される。
本発明の第１０の態様によれば、
前記下層膜は、露光光に含まれる代表波長に対し２〜９０％の透過率をもち、かつ、前記代表波長に対する位相シフト量が略１８０°である第８又は第９に記載のフォトマスクが提供される。
本発明の第１１の態様によれば、
前記下層膜は、露光光に含まれる代表波長に対し２〜６０％の透過率をもち、かつ、前記代表波長に対する位相シフト量が０°を越え９０°以下である第８又は第９に記載のフォトマスクが提供される。
本発明の第１２の態様によれば、
第１〜７のいずれかの態様に記載の製造方法によるフォトマスク、又は第８〜１０のいずれかの態様に記載のフォトマスクを用い、ｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれかを含む露光光源を有する露光装置により、被転写体上に前記転写用パターンを転写するパターン転写方法が提供される。
本発明の第１３の態様によれば、
第１〜７のいずれかの態様に記載の製造方法によるフォトマスク、又は第８〜１０のいずれかの態様に記載のフォトマスクを用い、ｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれかを含む露光光源を有する露光装置により、被転写体上に前記転写用パターンを転写する工程を有するフラットパネルディスプレイの製造方法が提供される。
本発明によれば、微細かつ高精度な転写用パターンを備えるフォトマスク、その製造方法、係るフォトマスクを用いたパターン転写方法、及びフラットパネルディスプレイの製造方法を提供することができる。
従来の位相シフトマスクの製造方法を示すフロー図である。 従来の手法で製造した位相シフトマスクの部分拡大図である。 本発明の一実施形態に係るフォトマスクの製造方法を示すフロー図である。 （Ａ）は本発明の一実施形態に係るフォトマスクの断面拡大図を、（Ｂ）はその上面ＳＥＭ画像をそれぞれ示す。 本発明の一実施形態に係るフォトマスクの転写用パターンの構成例を示す上面図である。 本発明の一実施形態に係るフォトマスクの転写用パターンの他の構成例を示す上面図である。 従来の手法により製造されたフォトマスクの転写用パターンの構成例を示す上面図である。 従来の手法により製造されたフォトマスクの転写用パターンの他の構成例を示す上面図である。 バイナリ型フォトマスク（比較例）の転写用パターンの上面図である。 位相シフトマスクとして構成されたフォトマスク（実施例）の転写用パターンの上面図である。 図９及び図１０に示すフォトマスクを透過した透過光の強度分布を示す図である。 透過補助型フォトマスクとして構成されたフォトマスク（実施例）の転写用パターンの上面図である。 バイナリ型フォトマスク（比較例）の転写用パターンの上面図である。 図１１及び図１２に示すフォトマスクを透過した透過光の強度分布をそれぞれ示す図である。 アライメントずれ量と透過光の強度分布との関係を示すグラフ図である。
先行文献１に記載の位相シフトマスクの製造方法は、透明基板上の遮光層をパターニングし、この遮光層を被覆するように透明基板上に位相シフト層を形成し、この位相シフト層をパターニングするというものである。先行文献１に開示された製造工程を図１に示す。
まず、透明基板１０上に遮光層１１が形成され（図１（Ａ））、次に、遮光層１１の上にフォトレジスト層１２が形成される（図１（Ｂ））。続いて、フォトレジスト層１２を露光及び現像することで、遮光層１１の上にレジストパターン１２Ｐ１が形成される（図１（Ｃ））。レジストパターン１２Ｐ１をエッチングマスクとして用い、遮光層１１が所定のパターン形状にエッチングされる。これにより、透明基板１０上に所定形状にパターニングされた遮光層パターン１１Ｐ１が形成される（図１（Ｄ））。レジストパターン１２Ｐ１を除去した後（図１（Ｅ））、位相シフト層１３が形成される。位相シフト層１３は、透明基板１０の上に遮光層パターン１１Ｐ１を被覆するように形成される（図１（Ｆ））。
続いて、位相シフト層１３の上にフォトレジスト層１４が形成される（図１（Ｇ））。次に、フォトレジスト層１４を露光及び現像することで、位相シフト層１３の上にレジストパターン１４Ｐ１が形成される（図１（Ｈ））。レジストパターン１４Ｐ１をエッチングマスクとして用い、位相シフト層１３が所定のパターン形状にエッチングされる。これにより、透明基板１０上に所定形状にパターニングされた位相シフト層パターン１３Ｐ１が形成される（図１（Ｉ））。
位相シフト層パターン１３Ｐ１の形成後、レジストパターン１４Ｐ１は除去される（図１（Ｊ））。以上のようにして、遮光層パターン１１Ｐ１の周囲に位相シフト層パターン１３Ｐ１が形成された位相シフトマスク１が製造される。
しかしながら、本発明者らの検討によると、この方法で高精度のフォトマスクを製造しようとするとき、以下のような課題が生じることがある。すなわち、フォトレジスト層１２の露光（つまり第１の描画工程（図１（Ｃ））と、フォトレジスト層１４の露光（つまり第２の描画工程（図１（Ｈ））との間において、相互のアライメントずれをゼロとすることは不可能である。このため、遮光層パターン１１Ｐ１と位相シフト層パターン１３Ｐ１との間にアライメントずれが発生してしまうことがある。
図２は、図１（Ｊ）に記載した位相シフトマスク１の部分拡大図（破線部分の拡大図）である。上記のアライメントずれが発生した場合、図２に示す寸法Ａと寸法Ｂとが異なってしまう。すなわち、線幅方向において、位相シフト層の機能が非対称となってしまう。場合によっては、このパターンにおいて、線幅方向の一方には位相シフト効果が強く現われ、他方には位相シフト効果が殆ど現れない転写像（フォトマスクを透過した光による光強度分布）が生じてしまうことがある。このような転写用パターンを持つフォトマスクを用いてフラットパネルディスプレイを製造すると、線幅の制御が失われ、精度の高い回路パターンが得られなくなってしまう。
複数回のフォトリソグラフィ工程を経て製造されるフォトマスクにおいて、複数回のパターニングを共通のアライメントマーク等を参照しながら行うことにより、極力ずれを排除する努力を行うことができる。しかしながら、アライメントずれを０．５μｍ以下とすることは容易ではない。このようなアライメントずれによる線幅ばらつきは、微細線幅（例えば１．０μｍ以下）のパターンにおいては極めて深刻であるし、０．５μｍ以下の線幅をもつパターンは安定して形成することができない状況となる。
そこで、本発明者らは、微細線幅であっても、線幅制御が精緻に行えるフォトマスクの製造方法について検討した。以下に、本発明の一実施形態について説明する。
（フォトマスクの製造方法）
まず、本発明の一実施形態に係るフォトマスク１００の製造方法を説明する。
本実施形態に係るフォトマスク１００の製造方法は、図３に例示するように、
透明基板１０上に形成された下層膜２０及び上層膜３０がそれぞれパターニングされた転写用パターンを備えたフォトマスク１００の製造方法であって、
透明基板１０上に、下層膜２０、上層膜３０が形成されたフォトマスクブランク１００ｂを用意する工程と、
上層膜３０の上に形成されたレジストパターン４０ｐをマスクとして上層膜３０をエッチングする上層膜予備エッチング工程と、
レジストパターン４０ｐ又はエッチングされた上層膜３０ａをマスクとして、下層膜２０をエッチングし、下層膜パターン２０ｐを形成する下層膜パターニング工程と、
レジストパターン４０ｐをマスクとして上層膜３０ａをサイドエッチングし、上層膜パターン３０ｐを形成する上層膜パターニング工程と、を有する。
ここで、透明基板１０としては、表面を研磨した石英ガラス基板などが用いられる。大きさは特に制限されず、当該マスクを用いて露光する基板（例えばフラットパネルディスプレイ用基板など）や、用途に応じて適宜選定される。例えば一辺３００ｍｍ以上の矩形基板が用いられる。
本実施形態では、この透明基板１０上に、下層膜２０、上層膜３０がこの順に積層されたフォトマスクブランク１００ｂを用意する。
上層膜３０と下層膜２０とは、それぞれのエッチャント（エッチング液、又はエッチングガス）に対して耐性をもつ素材であることが好ましい。なお、上層膜３０に対しては後述する上層膜パターニング工程にてサイドエッチングを行うことから、上層膜３０の素材としては、等方性エッチングの傾向が大きいウェットエッチングに適した素材を用いることが好ましい。
また、下層膜２０は、本実施形態のフォトマスク１００を露光機に搭載して露光する際に、その露光光を一部透過する半透光膜であることが好ましい。下層膜２０の具体的な素材を例示すると、Ｃｒ化合物（Ｃｒの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物など）、Ｓｉ化合物（ＳｉＯ２、ＳＯＧ）、金属シリサイド化合物（ＴａＳｉ、ＭｏＳｉ、ＷＳｉ又はそれらの窒化物、酸窒化物など）等を挙げることができる。
上層膜３０の具体的な素材を例示すると、Ｃｒ又はＣｒ化合物（Ｃｒの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物など）の他、Ｔａ、Ｗ又はそれらの化合物（上記金属シリサイドを含む）等を挙げることができる。
上層膜３０と下層膜２０とは、積層した状態で、露光光を実質的に透過しない（光学濃度ＯＤが３以上）ものとすることが好ましいが、フォトマスク１００の用途によっては、露光光の一部を透過する（例えば透過率≦２０％）ものとすることもできる。本実施形態においては、一例として、上層膜３０は光学濃度（ＯＤ）３以上の遮光膜であり、下層膜２０は露光光を一部透過する半透光膜であるものとして説明する。なお、下層膜２０の好ましい透過率範囲、及び位相シフト特性については後述する。
なお、本発明の製造方法を適用できる層構成であれば、上記の上層膜３０、下層膜２０の他に、透明基板１０上に他の膜が形成される場合を排除しない。例えば、上層膜３０と下層膜２０との界面にエッチングストッパ膜等の他の膜が形成されていてもよく、上層膜３０の上面に他の膜が形成されていてもよく、下層膜２０の下面に他の膜が形成されていてもよい。
下層膜２０、上層膜３０が形成されたフォトマスクブランク１００ｂは、上層膜３０の上に更にレジスト膜４０を塗布し、レジスト付きのフォトマスクブランクとして用いる。そして、このブランクのレジスト膜４０に対し、描画機を用いて所定のパターンを描画する（図３（Ａ））。レジスト膜はポジ型でもネガ型でも良いが、本態様ではポジ型で説明する。
次いで、レジスト膜４０を現像し、レジストパターン４０ｐを形成する（図３（Ｂ））。
そして、このレジストパターン４０ｐをマスクとして、上層膜３０を予備的にエッチングする工程（上層膜予備エッチング工程）を実施する（図３（Ｃ））。この予備的にエッチングされた上層膜３０を、図３では上層膜３０ａとしている。上層膜３０がＣｒ系遮光膜である場合には、クロム用エッチャントとして知られる硝酸第２セリウムアンモニウムを含むエッチング液を使用できる。なお、塩素系ガスのエッチングガスを用いたドライエッチングを適用しても構わない。このＣｒ系遮光膜は表面にＣｒ化合物による反射防止層をもつ構成でもよい。
この後、レジストパターン４０ｐを除去せずに、レジストパターン４０ｐと、予備的にエッチングされた上層膜３０ａをマスクとして用い、下層膜２０を続けてエッチングする工程（下層膜パターニング工程）を実施する（図３（Ｄ））。下層膜２０がＭｏＳｉ系の材料である場合には、弗化水素酸、珪弗化水素酸、弗化水素アンモニウムなどのフッ素化合物に、過酸化水素、硝酸、硫酸などの酸化剤を添加したエッチング液を使用することができる。なお、フッ素系のエッチングガスを用いたドライエッチングを適用しても構わない。
次に、レジストパターン４０ｐを除去せずに、再度、上層膜３０ａをサイドエッチングする工程（上層膜パターニング工程）を行う。ここでは、上述のクロム用ウェットエッチャントを使用することができる。ウェットエッチングは、等方的に対象の膜をエッチングする傾向があるので、上層膜３０ａは、レジストパターン４０ｐの下で水平方向にエッジ部分が溶出する（図３（Ｅ））。
なお、このサイドエッチング工程（上層膜パターニング工程）にはウェットエッチングを適用し、それ以外のエッチング工程に、ドライエッチングを適用しても構わない。好ましくは、エッチング工程では、すべてウェットエッチングを適用することが、設備上便宜的である。
上層膜パターニング工程の後、レジストパターン４０ｐを除去することで、本実施形態に係るフォトマスク１００の製造が完了する（図３（Ｆ））。
（フォトマスクの構成）
続いて、上述の手法により製造されたフォトマスク１００の構成を説明する。図４（Ａ）は本実施形態に係るフォトマスク１００の断面拡大図を、図４（Ｂ）はその上面ＳＥＭ画像（部分拡大図）をそれぞれ示す。
図４に示すように、本実施形態に係るフォトマスク１００は、透明基板１０上の下層膜２０及び上層膜３０がそれぞれパターニングされて形成された透光部１０３、遮光部１０２、半透光部１０１ａ，１０１ｂを含む転写用パターンを備えたフォトマスク１００であって、
透光部１０３は、透明基板１０が露出してなり、
遮光部１０２は、透明基板１０上において、下層膜２０（下層膜パターン２０ｐ）上に上層膜３０（上層膜パターン３０ｐ）が積層して形成されてなり、
半透光部１０１ａ，１０１ｂは、透明基板１０上に下層膜２０（下層膜パターン２０ｐ）が形成されてなり、かつ、遮光部１０２のエッジに隣接して形成された１．０μｍ以下の一定線幅の部分を有することを特徴とする。
なお、上記一定幅に特に制約は無いが、例えば０．１〜１．０μｍ程度の微細線幅であることが有利である。
また、図４に示すように、本実施形態に係るフォトマスク１００は、上層膜パターン３０ｐが下層膜パターン２０ｐの水平方向中央に位置している。そして、上層膜パターン３０ｐのエッジに隣接して、下層膜パターン２０ｐの一部が一定の幅で露出している。
本発明のフォトマスク１００は以下の態様を含む。つまり、
「透明基板１０上の下層膜２０及び上層膜３０がそれぞれパターニングされて形成された透光部１０３、遮光部１０２、半透光部１０１ａ，１０１ｂを含む転写用パターンを備えたフォトマスク１００であって、
透光部１０３は、透明基板１０が露出してなり、
遮光部１０２は、透明基板１０上において、下層膜２０（下層膜パターン２０ｐ）上に上層膜３０（上層膜パターン３０ｐ）が積層して形成されてなり、
半透光部１０１ａ，１０１ｂは、透明基板１０上に上層膜３０（上層膜パターン３０ｐ）が形成されてなり、かつ、遮光部１０２の第１のエッジに隣接して形成された第１半透光部１０１ａと、遮光部１０２の第１のエッジに対向する第２のエッジに隣接して形成された第２半透光部１０１ｂと、をそれぞれ有し、
第１半透光部１０１ａの線幅と第２半透光部１０１ｂの線幅との差が０．１μｍ以下であることを特徴とするフォトマスク１００」。
より好ましくは、第１半透光部１０１ａの線幅と第２半透光部１０１ｂの線幅との差が、０．０１μｍ以上、０．１μｍ以下である。
或いは、以下の態様も含む。つまり、
「透明基板１０上の下層膜２０及び上層膜３０がそれぞれパターニングされて形成された透光部１０３、遮光部１０２、半透光部１０１ａ，１０１ｂを含む転写用パターンを備えたフォトマスク１００であって、
透光部１０３は、透明基板１０が露出してなり、
遮光部１０２は、透明基板１０上において、下層膜２０（下層膜パターン２０ｐ）上に上層膜３０（上層膜パターン３０ｐ）が積層して形成されてなり、
半透光部１０１ａ，１０１ｂは、透明基板１０上に上層膜３０（上層膜パターン３０ｐ）が形成されてなり、かつ、透光部１０３の第１のエッジに隣接して形成された第１半透光部１０１ａと、透光部１０３の第１のエッジに対向する第２のエッジに隣接して形成された第２半透光部１０１ｂと、をそれぞれ有し、
第１半透光部１０１ａの線幅と第２半透光部１０１ｂの線幅との差が０．１μｍ以下であることを特徴とするフォトマスク１００」と表現することもできる。
つまり、半透光部１０１ａ，１０１ｂは、遮光部１０２のエッジに隣接するとともに、透光部１０３のエッジに隣接している。この場合も、上記と同様に、第１半透光部１０１ａの線幅と第２半透光部１０１ｂの線幅の差が、例えば０．０１μｍ以上、０．１μｍ以下であることが好ましい。
図４（Ａ）に、所定の遮光部１０２における対向する２つのエッジのそれぞれに隣接して、半透光部１０１ａ，１０１ｂが形成されている様子を示す。これらを第１半透光部１０１ａ、第２半透光部１０１ｂとすると、これらは遮光部１０２を中心に対称に形成され、線幅の不一致が実質的に防止されている。すなわち、第１半透光部１０１ａの線幅に対して、第２半透光部１０１ｂの線幅のずれは０．１μｍ以内とすることができる。より好ましくは、０．０５μｍ以内とすることができる。また、フォトマスク１００が備える転写用パターンの全体において、半透光部１０１ａ，１０１ｂの線幅精度を、上記範囲内とすることが可能である。従って、第１半透光部１０１ａの線幅と第２半透光部１０１ｂの線幅とが、いずれも１．０μｍ以下（０．１〜１．０μｍ）であるときに、本実施形態の効果が顕著となる。
ここで、転写用パターンの形状、すなわち上層膜パターン３０ｐと下層膜パターン２０ｐの形状は、フォトマスク１００の用途に応じて決定すれば良い。例えば、図５のようなラインアンドスペースパターンや、図６のようなホールパターンを転写用パターンとして備えるフォトマスク１００を製造する際に、本実施形態は有利に適用できる。図５に示すように、ラインアンドスペースパターンの場合は、ラインパターンの中央に遮光部１０２が配置され、ラインパターンのエッジ部分、つまりスペースパターンとの境界部分に、細い一定幅の半透光部１０１ａ，１０１ｂが形成されている。図６に示すように、ホールパターンの場合には、遮光部１０２に開口したホールのエッジに一定幅の半透光部１０１ａ，１０１ｂが形成されている。
下層膜パターン２０ｐの一部が露出している部分の幅は、上層膜パターン３０ｐの線幅の１／２以下であれば良い。但し、上述のようにこの部分の幅が０．１μｍから１．０μｍであるときに、本実施形態の効果が顕著となる。特に、下層膜パターン２０ｐの露出部分の幅（下層膜２０を半透光膜とするとき、この部分がフォトマスク１００における半透光部１０１ａ，１０１ｂの線幅となる）が１．０μｍ以下の時に、本実施形態の効果が顕著となる。このような寸法は、上述した先行文献の方法などの従来方法では、均一に得ることが難しい寸法だからである。また、この部分の幅が０．１μｍ以上であるときに、フォトマスク１００の転写用パターンとしての光学的な機能が有利に発揮される。
（位相シフト型マスクとして用いる場合）
下層膜２０を位相シフト膜、上層膜３０を遮光膜として構成した場合、本実施形態に係るフォトマスク１００は位相シフトマスクとして用いることができる。このとき、下層膜２０は、露光光に含まれる代表波長に対して例えば２〜９０％の透過率を有する膜とし、好ましくは２〜６０％、更に好ましくは２〜３０％の透過率を有する膜とする。また、前記代表波長に対する位相シフト量が略１８０°となるような膜とするのが好ましい。略１８０°とは、１８０±３０°であることをいう。より好ましくは、１８０°±１０°とする。
上記の位相シフトマスクにおいては、透光部１０３を透過する光（上記代表波長の光）の位相と、透明基板１０上に下層膜２０（下層膜パターン２０ｐ）が形成されてなる半透光部１０１ａ，１０１ｂを透過する光（上記代表波長の光）の位相とを、略１８０°ずらすことで、半透光部１０１ａ，１０１ｂと透光部１０３との境界において、光の相互干渉を起こさせることができ、転写像のコントラストを向上させることができる。上記半透光部１０１ａ，１０１ｂを通る光の位相シフト量φ（ｒａｄ）は、そこに使用された下層膜２０の屈折率（複素屈折率実部）ｎと膜厚ｄとに依存し、下記式（１）の関係が成り立つ。
φ ＝ ２πｄ（ｎ−１）／λ ・・・（１）
ここでλは露光光の波長である。
したがって、位相を１８０°ずらすためには、半透光膜の膜厚ｄを
ｄ ＝ λ／｛２（ｎ−１）｝ ・・・（２）
とすればよい。そして、この位相シフトマスクにより、必要な解像度を得るための焦点深度の増大が達成され、露光波長を変えずに解像度とプロセス適用性とを改善させることができる。
図９に、バイナリマスク（透明基板上に遮光膜パターンのみが形成されたマスク）のラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パターンを示す。また、図１０には、図９と同じピッチのＬ／Ｓパターンであって、ライン部のエッジに一定幅の位相シフト部分を形成したものを示す。なお、図１０の転写用パターンは、本実施形態の製造方法により製造することができる。
図９及び図１０の転写用パターンを、ＬＣＤ用露光装置を用いて被転写体上にそれぞれ転写するとき、被転写体が受ける光強度曲線を図１１に示す。図１１の縦軸は光透過強度を、横軸は被転写体上の転写位置を示している。図１１の点線は図１０に記載の位相シフトマスク（実施例）透過した光の光透過強度を示し、実線は図９に記載のバイナリマスク（比較例）を透過した光の光透過高強度を示している。図１１によれば、図１０の位相シフトマスクにおいては、スペース部とライン部との境界において、逆位相の回折光が干渉することから、コントラストが向上し、優れたパターニング精度が得られることが分かる。
なお、図１０のパターンが、仮に図７に示すようなパターンずれを持っている場合、ラインパターンの両エッジにおいて得られる干渉作用が非対称になることから、被転写体上に得られるパターンの精度が劣化する。
図１０の位相シフトマスクは、本実施形態の下層膜２０を位相シフト膜で構成し、本実施形態の上層膜３０を遮光膜で構成することで得られることは、既に述べた通りである。ここで、好適な位相シフト膜としては、露光光を略１８０°シフトするものであるが、露光光が複数波長を含む場合（例えば、ｉ線、ｈ線、ｇ線を含む光源を使用する場合）には、代表波長として、これらの波長のいずれかに対して、略１８０°の位相シフト作用のあるものとする。
ここで、例えば位相シフト量１８０°とは、透明基板１０のみを透過する光と、透明基板１０及び下層膜２０を透過する光と、の間の位相差が１８０°となる意味である。ラジアン表記すれば（２ｎ＋１）π（ここでｎ＝０，１，２，・・）となる。
（透過補助型マスクとして用いる場合）
更に、本実施形態のフォトマスク１００の別の態様として、下層膜２０は、露光光に含まれる代表波長に対し２〜６０％の透過率をもち、かつ、前記代表波長に対する位相シフト量が０°を越え９０°以下であるような膜として構成されていてもよい。この場合の下層膜２０は、上記の位相シフト作用を発揮させてコントラストを向上させる機能というよりも、透光部１０３の透過光量を補助する機能をもつ（以下、係る膜を透過補助膜ともいう）。例えば、図４に示す本実施形態に係るフォトマスク１００において、下層膜パターン２０ｐをこの透過補助膜パターンとすることにより、透光部１０３の透過光量を補助することができる。詳細は実施例にて説明する。
このようなフォトマスク１００は、露光装置の照射光量を増加させるのと同様な作用効果をもち、省エネルギー、或いは露光時間の短縮、生産効率の向上に著しいメリットをもたらす。
上記光量補助の機能は、透過率があまりにも小さいと十分に発揮できず、透過率が大きすぎると転写像のコントラストを劣化させるため、下層膜２０の透過率は上記の２〜６０％の範囲とする。なお、下層膜２０の透過率の好ましい範囲は１０〜４５％、より好ましくは１０〜３０％、更に好ましくは１０〜２０％である。
また、位相シフト量が過度に小さい場合には、下層膜２０（半透光膜）を構成する素材の選択が容易でないこと、位相シフト量が過度に大きい場合には、逆位相の光の干渉が生じて透過光量の補助効果が損なわれることを考慮して、該膜の素材と膜厚とを選択することが望ましい。下層膜２０の位相シフト量の範囲は、０°を越え、９０°以下（これは、ラジアン表記すると、（２ｎ−１／２）π〜（２ｎ＋１／２）π（ｎは整数）との意味である）とし、好ましくは５〜６０°、更に好ましくは５〜４５°である。
上記光量補助機能をもつフォトマスクの構成例について、図１２に上面構成を示す。ここでは、ピッチ６μｍ（ライン部３μｍ、スペース部３μｍ）のラインアンドスペースパターンを例示する。ライン部の中央は幅２μｍの遮光部からなり、その両サイドのエッジに隣接してそれぞれ幅０．５μｍ（合計１．０μｍ）の半透光部（ＨＴ部）が形成されている。このような転写用パターンをＬＣＤ用露光機によって露光したときの透過光の強度分布カーブ（シミュレーション結果）を、図１４に示す。図１４の縦軸は光透過強度を、横軸は被転写体上の転写位置を示している。図１４の実線は図１２に記載の透過補助型のフォトマスク（実施例）透過した光の光透過強度を示し、点線は図１３に記載の同寸法のバイナリマスク（比較例）を透過した光の光透過高強度を示している。図１４によれば、図１２の透過補助型のフォトマスクにおいては、図１３のバイナリマスクに比べてスペース部に対応する透光部の透過光量が増加していることが分かる。
このような機能を有するフォトマスクは、特に、パターンの微細化に伴って有利である。透光部の線幅が狭くなるに従い、該部分の透過光量が減少し（図１４でいうピーク部が下がり）、被転写体上に形成されたレジスト膜の感光閾値に達しなくなると、エッチングマスクとなるレジストパターンの機能を奏しにくくなるからである。
仮に、上層膜パターンと下層膜パターンとの間に、図７に例示したようなアライメントずれが発生した場合、被転写体上での転写位置（パターン位置）がずれてしまうと共に、透光部のピーク光量が低下して転写精度が損なわれてしまう。係る様子を図１５に示す。図１５の縦軸は、被転写体上での透過光強度を、横軸は被転写体上での転写位置を示している。図１５においては、アライメントずれがない場合の透過光強度分布を“曲線ＡＬ＿Ｅ０”で示し、０．１〜０．５μｍのアライメントずれが発生した場合の透過光強度分布をそれぞれ“曲線ＡＬ＿Ｅ０．１〜０．５”で示している。図１５によれば、本実施形態に係るフォトマスク１００は、こうした不都合を生じさせない、転写性能に優れたフォトマスクであることがわかる。
なお、こうした効果は、ラインアンドスペースパターンに限らず、ホールパターンでも同様に得られることが確認された。
すなわち、上層膜３０の両サイドに露出した下層膜２０による光学的な効果は、それが位相シフト効果であっても、光量補助効果であっても、或いは他の光学的な挙動による効果であっても、設計値に基づき、線幅方向において対称に発生させることが求められる。ここで、先行文献１に開示された手法のように、複数回のフォトリソグラフィ工程を利用してフォトマスクを製造する場合には、相互パターン（上層膜パターンと下層膜パターン）の相互アライメントずれをゼロにすることは不可能であり、０．３μｍ程度、或いはそれ以上のアライメントずれが生じてしまう。
これに対して、本実施形態においては、１回の描画工程で描画したレジストパターン４０ｐを用いて、２つの膜パターンを形成する。これにより、上層膜パターン３０ｐと下層膜パターン２０ｐとの間のアライメントずれの発生を防止することができる。その結果、位相シフト効果や光量補助効果等の光学的効果を、設計値に基づき、線幅方向において対称に発生させることが可能となる。更に、フォトリソグラフィ工程の回数を１回に減らすことで、生産工程の効率化を図ることもできる。すなわち、上記したような高度な光学的機能を有するフォトマスクを生産性良く得ることができる。
なお、本実施形態に係るフォトマスク１００を用いて被転写体上にパターン転写を行う際、使用する露光装置に特に制限は無い。但し、本実施形態に係るフォトマスク１００は、例えばｉ線、ｈ線、ｇ線を含む光源をもつＬＣＤ用露光装置を用いて露光を行う際に、特に好適に用いることができる。
なお、位相シフト膜パターンを用いた本実施形態に係るフォトマスク１００においては、上記の波長のうち、単一波長（例えばｉ線）のみを使用して露光しても良い。また、露光装置の露光解像限界が３μｍ以上であるときに、本実施形態のフォトマスク１００を用いる効果が特に顕著となる。
また、透過補助膜を用いた本実施形態に係るフォトマスク１００においては、被転写体へパターンを転写する際の走査露光の所要時間を短縮させることも可能である。これは、係るフォトマスク１００が、露光装置の照射光量を増加させるのと同様な作用効果を有するためである。特に、被転写体の面積が比較的大きい（例えば１０００ｍｍ〜３１００ｍｍなど）な、表示装置（フラットパネルディスプレイ等）を製造する際のフォトマスクとして用いる場合に、特に有利な効果が得られる。
１０ 透明基板
２０ 下層膜
２０ｐ 下層膜パターン
３０ 上層膜
３０ａ 予備エッチングされた上層膜
３０ｐ 上層膜パターン
４０ レジスト膜
４０ｐ レジストパターン
１００ フォトマスク
１００ｂ フォトマスクブランク
１０１ａ 第１半透光部
１０１ｂ 第２半透光部
１０２ 遮光部
１０３ 透光部

Claims (13)

  1. 透明基板上に形成された下層膜及び上層膜がそれぞれパターニングされた転写用パターンを備えたフォトマスクの製造方法であって、
    透明基板上に、下層膜、上層膜が積層して形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、
    前記上層膜の上に形成されたレジストパターンをマスクとして前記上層膜をエッチングする上層膜予備エッチング工程と、
    少なくともエッチングされた前記上層膜をマスクとして前記下層膜をエッチングし、下層膜パターンを形成する下層膜パターニング工程と、
    少なくとも前記レジストパターンをマスクとして前記上層膜をサイドエッチングし、上層膜パターンを形成する上層膜パターニング工程と、
    を有することを特徴とするフォトマスクの製造方法。
  2. 前記下層膜は、前記転写用パターンを被転写体に転写するときに用いる露光光を一部透過する半透光膜であり、前記上層膜は、前記露光光を実質的に遮光する遮光膜であることを特徴とする請求項１のフォトマスクの製造方法。
  3. 前記転写用パターンは、前記透明基板が露出した透光部と、前記透明基板上に下層膜と上層膜が積層して形成された遮光部と、前記透明基板上に下層膜が形成され、上層膜が無い半透光部と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォトマスクの製造方法。
  4. 前記転写用パターンは、前記遮光部のエッジに隣接して形成された線幅０．１μｍ〜１．０μｍの前記半透光部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
  5. 前記下層膜は、露光光に含まれる代表波長に対し２〜９０％の透過率をもち、かつ、前記代表波長に対する位相シフト量が略１８０°であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
  6. 前記下層膜は、露光光に含まれる代表波長に対し２〜６０％の透過率をもち、かつ、前記代表波長に対する位相シフト量が０°を越え９０°以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
  7. 前記上層膜パターニング工程と、前記上層膜予備エッチング工程とにおいて、同一のエッチャントを用いたウェットエッチングを実施することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
  8. 透明基板上の下層膜及び上層膜がそれぞれパターニングされて形成された透光部、遮光部、半透光部を含む転写用パターンを備えたフォトマスクであって、
    前記透光部は、前記透明基板が露出してなり、
    前記遮光部は、前記透明基板上において、前記下層膜上に上層膜が積層して形成されてなり、
    前記半透光部は、前記透明基板上に前記下層膜が形成されてなり、かつ、前記遮光部のエッジに隣接して形成された１．０μｍ以下の一定線幅の部分を有することを特徴とするフォトマスク。
  9. 透明基板上の下層膜及び上層膜がそれぞれパターニングされて形成された透光部、遮光部、半透光部を含む転写用パターンを備えたフォトマスクであって、
    前記透光部は、前記透明基板が露出してなり、
    前記遮光部は、前記透明基板上において、前記下層膜上に上層膜が積層して形成されてなり、
    前記半透光部は、前記透明基板上に前記下層膜が形成されてなり、かつ、前記遮光部の第１のエッジに隣接して形成された第１半透光部と、前記遮光部の前記第１のエッジに対向する第２のエッジに隣接して形成された第２半透光部と、をそれぞれ有し、
    前記第１半透光部の線幅と前記第２半透光部の線幅との差が０．１μｍ以下であることを特徴とするフォトマスク。
  10. 前記下層膜は、露光光に含まれる代表波長に対し２〜９０％の透過率をもち、かつ、前記代表波長に対する位相シフト量が略１８０°であることを特徴とする請求項８又は９に記載のフォトマスク。
  11. 前記下層膜は、露光光に含まれる代表波長に対し２〜６０％の透過率をもち、かつ、前記代表波長に対する位相シフト量が０°を越え９０°以下であることを特徴とする請求項８又は９に記載のフォトマスク。
  12. 請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法によるフォトマスク、又は請求項８〜１０のいずれかに記載のフォトマスクを用い、ｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれかを含む露光光源を有する露光装置により、被転写体上に前記転写用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。
  13. 請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法によるフォトマスク、又は請求項８〜１０のいずれかに記載のフォトマスクを用い、ｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれかを含む露光光源を有する露光装置により、被転写体上に前記転写用パターンを転写する工程を有することを特徴とするフラットパネルディスプレイの製造方法。
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