JP2018005072A - Halftone mask and halftone mask blank - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that since in a conventional multi-gradation halftone mask, a pinhole defect formed in a semi-transmitting film is detected by a defect detection device and corrected, it is difficult to repair a fine pinhole defect such as a defect equal to or smaller than a detection limit.SOLUTION: A halftone mask is provided, in which a semi-transmitting film of the halftone mask is configured to have a phase difference of 60 to 90 degrees with respect to a transparent substrate and a transmittance of 20 to 50%. Thereby, the halftone mask prevents exposure of a photoresist as a transfer target through a pinhole in a specific size or smaller in the semi-transmitting film and reduces the risk of generating a pattern defect in a product.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイ等に使用される多階調のハーフトーンマスクおよびハーフトーンマスクブランクスに関する。   The present invention relates to a multi-tone halftone mask and a halftone mask blank used for a flat panel display or the like.

フラットパネルディスプレイなどの技術分野においては、半透過膜が位相シフタではなく、その透過率で露光量を制限するという機能を備えた、ハーフトーンマスク(或いはグレートーンマスク)と呼ばれる多階調のフォトマスクが使用されている。ハーフトーンマスクを使用することにより、1回の露光で膜厚の異なるフォトレジストパターンを形成することができ、フラットパネルディスプレイの製造工程におけるリソグラフィーの工程数を削減し、製造コストを低減することが可能となる。
このような半透過膜は、微細パターンの解像度を向上させる目的で半透過膜を遮光膜によるパターンの補助パターンとして、実質的にバイナリマスクに用いる「位相シフタ」とは全く異なる機能を有する。
In a technical field such as a flat panel display, a semi-transparent film is not a phase shifter, and a multi-tone photo called a half-tone mask (or gray-tone mask) having a function of limiting an exposure amount by its transmittance. A mask is being used. By using a halftone mask, photoresist patterns with different film thicknesses can be formed by a single exposure, reducing the number of lithography steps in the manufacturing process of flat panel displays and reducing manufacturing costs. It becomes possible.
Such a semi-transmissive film has a function that is completely different from a “phase shifter” that is substantially used for a binary mask, with the semi-transmissive film serving as an auxiliary pattern for the pattern of the light-shielding film for the purpose of improving the resolution of the fine pattern.

このような用途のハーフトーンマスクは、透明基板と遮光膜との中間の透過率を有する半透過膜を利用し、透明基板、半透過膜、遮光膜により、例えば3階調を実現することができる。また、複数の透過率の半透過膜を用いた4階調以上のハーフトーンマスクを実現することもできる。   The halftone mask for such applications uses a semi-transmissive film having an intermediate transmittance between the transparent substrate and the light-shielding film, and can realize, for example, three gradations by using the transparent substrate, the semi-transmissive film, and the light-shielding film. it can. It is also possible to realize a halftone mask having four or more gradations using a plurality of transflective films.

一般にフォトマスクの製造過程において、例えば成膜時の異物、フォトマスクのパターン形成時の現像液ミスト等により、ピンホール等の偶発的な欠陥が発生すると、その欠陥は、フォトマスクを用いたリソグラフィー工程で被転写体であるフォトレジストに感光される。そのため、フォトマスクは、完成後に欠陥検査がなされ、必要な場合はその修復を行っている。   In general, in the photomask manufacturing process, if an accidental defect such as a pinhole occurs due to, for example, a foreign substance during film formation or a developer mist during pattern formation of the photomask, the defect is caused by lithography using the photomask. In the process, it is exposed to a photoresist which is a transfer target. Therefore, the photomask is inspected for defects after completion, and repaired if necessary.

ハーフトーンマスクの場合、欠陥検査工程において半透過膜のピンホール欠陥が検出された場合、その欠陥をFIB装置(収束イオンビーム装置)を用いて、カーボン膜をピンホール部分に形成することにより修復する技術が公知である。
特許文献1には、欠陥検査装置にて、ピンホール欠陥の座標を認識し、FIB装置を用いてカーボンをピンホール部分に形成する技術が開示されている。
In the case of a halftone mask, if a pinhole defect in a semi-transmissive film is detected in the defect inspection process, the defect is repaired by forming a carbon film in the pinhole portion using an FIB apparatus (focused ion beam apparatus). Techniques for doing this are well known.
Patent Document 1 discloses a technique for recognizing the coordinates of a pinhole defect with a defect inspection apparatus and forming carbon in the pinhole portion using an FIB apparatus.

特開2008−256759JP 2008-256759 A

フラットパネルディスプレイの高画質化にともない、パターンの微細化が進むと、微細なピンホールによる露光不良の対策がますます重要になる。
しかし、ハーフトーンマスクの欠陥検出は、バイナリーマスクと比較し、一般に困難である。すなわち、欠陥検査は、光学的に欠陥を検出するものであり、遮光膜については光のコントラストにより欠陥の検出が可能であるが、半透過膜においては、光の透過があるため、ピンホールのように半透過膜の一部が欠落している「白欠陥」の検出は困難である。
As the image quality of flat panel displays increases, the miniaturization of patterns advances, and countermeasures against exposure failures due to minute pinholes become increasingly important.
However, it is generally difficult to detect a defect of a halftone mask as compared with a binary mask. In other words, the defect inspection optically detects a defect, and the light shielding film can detect the defect by the light contrast. However, since the semi-transmissive film has light transmission, Thus, it is difficult to detect a “white defect” in which a part of the semipermeable membrane is missing.

そのため、欠陥検査装置で検出されなかった微少なピンホール(白欠陥)が残存すると、ハーフトーンマスクでフォトレジストを感光した結果、ピンホール部でフォトレジストを感光し、フォトレジスト膜厚が、局所的に所望の膜厚より薄く仕上がる危険性がある。   Therefore, if minute pinholes (white defects) that have not been detected by the defect inspection apparatus remain, the photoresist is exposed with a halftone mask. As a result, the photoresist is exposed at the pinhole portion, and the photoresist film thickness is locally increased. Therefore, there is a risk of finishing thinner than a desired film thickness.

文献1は、ピンホール部分に、半透過膜の透過率に合わせたカーボン膜をFIB装置により形成する修復技術が開示されているが、修復工程が複雑であり、欠陥サイズが小さくなると修復が困難であるという課題がある。
また、FIB装置によりカーボン膜を形成する修復技術は、欠陥検査装置によって検出された欠陥を修復するものであるため、欠陥検査装置の感度限界以下の欠陥を修復することができず、特に半透過膜の白欠陥については、微細な欠陥を検出すること自体が困難であるという課題がある。従って、ハーフトーンマスクにより露光したフォトレジストの欠陥の有無を再度検査する必要がある。
Reference 1 discloses a repair technique in which a carbon film matching the transmittance of the semi-permeable film is formed in the pinhole portion by using an FIB apparatus. However, the repair process is complicated, and repair is difficult when the defect size is small. There is a problem of being.
In addition, the repair technique for forming the carbon film by the FIB apparatus repairs defects detected by the defect inspection apparatus, and therefore cannot repair defects below the sensitivity limit of the defect inspection apparatus. As for the white defect of the film, there is a problem that it is difficult to detect a fine defect itself. Therefore, it is necessary to inspect again for the presence or absence of defects in the photoresist exposed by the halftone mask.

上記課題を鑑み、本発明は、特定のサイズ以下、例えば検出が困難な微細な半透過膜のピンホール(白欠陥)による、フォトレジスト膜の露光不良を防止することができるハーフトーンマスク、およびそれを製造するためのハーフトーンマスクブランクスを提供するものである。   In view of the above-described problems, the present invention provides a halftone mask capable of preventing exposure failure of a photoresist film due to pinholes (white defects) of a fine semi-transmissive film that is smaller than a specific size, for example, difficult to detect, and A halftone mask blank for manufacturing the same is provided.

本発明に係るハーフトーンマスクは、
透明基板上に、遮光膜のパターンと半透過膜のパターンとを備え、
前記半透過膜は、前記透明基板に対して、透過率は20〜50%であり、位相差は60〜90度であることを特徴とする。
The halftone mask according to the present invention is
On the transparent substrate, with a light shielding film pattern and a semi-transmissive film pattern,
The semi-transmissive film has a transmittance of 20 to 50% and a phase difference of 60 to 90 degrees with respect to the transparent substrate.

また、前記半透過膜の前記透明基板に対する透過率は30%であり、位相差は80〜90度であることを特徴とする。   Further, the transmissivity of the semi-transmissive film with respect to the transparent substrate is 30%, and the phase difference is 80 to 90 degrees.

ハーフトーンマスクにおける半透過膜に特定の位相差を持たせることで、透明領域と半透過膜領域との特定の幅の境界における干渉効果により、ハーフトーンマスクの半透過膜上の特定のサイズ以下のピンホールが、フォトレジストに解像しない、またはフォトレジスト膜厚が、露光余裕度の許容範囲に収まる程度の変動しか生じさせないことが可能となる。   By giving a specific phase difference to the transflective film in the halftone mask, the interference effect at the boundary of a specific width between the transparent area and the transflective film area causes a specific size or less on the transflective film of the halftone mask. This pinhole does not resolve to the photoresist, or it is possible to cause only a variation that the photoresist film thickness falls within the allowable range of the exposure margin.

前記遮光膜はクロム膜であり、前記半透過膜はクロムの酸化膜、窒化膜または酸窒化膜であることを特徴とする。   The light shielding film is a chromium film, and the semi-transmissive film is a chromium oxide film, a nitride film, or an oxynitride film.

クロムの酸化膜、窒化膜または酸窒化膜の組成と膜厚を制御し、調整することにより、所望の透過率と位相差を有する半透過膜のパターンをハーフトーンマスクに形成することができる。   By controlling and adjusting the composition and thickness of the chromium oxide film, nitride film, or oxynitride film, a pattern of a semi-transmissive film having a desired transmittance and phase difference can be formed on the halftone mask.

本発明にかかるハーフトーンマスクブランクスは
透明基板上に半透過膜と遮光膜とを備え、
前記半透過膜は、前記透明基板に対して、透過率は20〜50%であり、位相差は60〜90度であることを特徴とする。
The halftone mask blank according to the present invention comprises a transflective film and a light shielding film on a transparent substrate,
The semi-transmissive film has a transmittance of 20 to 50% and a phase difference of 60 to 90 degrees with respect to the transparent substrate.

また、前記半透過膜は、前記透明基板に対して、透過率が30%であり、位相差は80〜90度であることを特徴とする。   The transflective film has a transmittance of 30% and a phase difference of 80 to 90 degrees with respect to the transparent substrate.

このようなハーフトーンマスクブランクスを用い、仕様に合わせた半透過膜を選択し、ハーフトーンマスクを製造することにより、半透過膜の特定のサイズ以下の微細なピンホールの解像を回避できるハーフトーンマスクを低コストで製造することができる。   By using such halftone mask blanks, selecting a semi-transmissive film according to the specifications and manufacturing a half-tone mask, it is possible to avoid resolving fine pinholes below a specific size of the semi-transmissive film. A tone mask can be manufactured at low cost.

本発明に係るハーフトーンマスクは、
前記半透過膜のパターンの寸法が、設計値に対して所定の補正量だけ縮小している
ことを特徴とする。
The halftone mask according to the present invention is
The size of the semi-permeable membrane pattern is reduced by a predetermined correction amount with respect to a design value.

このような半透過膜のパターンとすることにより、特定のサイズ以下の微細なピンホールによる、フォトレジストの欠陥を排除するとともに、設計値通りのフォトレジストパターンを形成することができる。   By using such a semi-transmissive film pattern, it is possible to eliminate a defect in the photoresist due to a fine pinhole having a specific size or less, and to form a photoresist pattern as designed.

本発明によれば、特定のサイズ以下、特に従来は修復が困難であった検出限界以下のピンホールに対しても、転写によるパターン異常を防止することができるハーフトーンマスクブランクスおよびハーフトンマスクを低コストで提供することができる。
その結果、本発明にかかるハーフトーンマスクを用いたリソグラフィー工程において、製品のパターン欠陥の発生リスクを低減できるハーフトーンマスクを提供することができる。
According to the present invention, halftone mask blanks and halftone masks that can prevent pattern abnormalities due to transfer even for pinholes of a specific size or less, especially for pinholes that have been difficult to repair in the past, are below detection limits. It can be provided at low cost.
As a result, it is possible to provide a halftone mask capable of reducing the risk of product pattern defects in a lithography process using the halftone mask according to the present invention.

3階調のハーフトーンマスクの断面図。Sectional drawing of a halftone mask of 3 gradations. ピンホール部の露光光強度の位相差依存性。Phase difference dependence of exposure light intensity at the pinhole. フォトレジストの表面形状のピンホール径依存性。Pinhole diameter dependence of photoresist surface shape. フォトレジストの断面形状の位相差依存性。Phase difference dependence of photoresist cross-sectional shape. ハーフトーンマスクを用いた露光光強度およびフォトレジスト膜厚分布の位相差依存性。Phase dependence of exposure light intensity and photoresist film thickness distribution using a halftone mask. 透明基板と半透過膜境界近傍のフォトレジスト膜厚分布の位相差依存性。Phase difference dependence of photoresist film thickness distribution near the boundary between transparent substrate and translucent film. ハーフトーンマスクの半透過膜の寸法補正を示す平面図。The top view which shows the dimension correction | amendment of the semi-permeable membrane of a halftone mask. 半透過膜の寸法補正量の透過率およびNA依存性。The transmittance and NA dependence of the dimensional correction amount of the semipermeable membrane.

(課題解決の原理)
本発明にかかるハーフトーンマスクによれば、露光光に対して所定の透過率を有する半透過膜について、透明基板との位相差を特定の領域に設定することにより、特定のサイズ以下のピンホールが、フォトレジスト上において解像されることを回避し、それにより、半透過膜のピンホールを修復することなく、フォトレジストにおけるピンホール起因の欠陥の発生を防止することができる。
(Principle of problem solving)
According to the halftone mask of the present invention, a pinhole having a specific size or less is set by setting a phase difference with a transparent substrate in a specific region for a semi-transmissive film having a predetermined transmittance with respect to exposure light. However, it is possible to prevent the occurrence of defects due to pinholes in the photoresist without repairing the pinholes in the semi-transmissive film.

すなわち、透明領域と半透過膜領域との露光光の干渉効果により、透明領域と半透過領域との境界近傍の露光光の透過強度を減少させ、それにより半透過膜のホール形状に対する解像下限値を、対象としている特定のピンホールサイズ以上に設定することにより、特定のピンホールサイズ以下のピンホールがフォトレジスト上において解像し、フォトレジストが開口する(膜厚がゼロもしくは許容下限以下となる)ことを防止する。   That is, due to the interference effect of the exposure light between the transparent area and the semi-transmissive film area, the exposure light transmission intensity near the boundary between the transparent area and the semi-transmissive area is reduced, and thereby the lower resolution limit for the hole shape of the semi-transmissive film By setting the value above the specific pinhole size of interest, pinholes below the specific pinhole size are resolved on the photoresist and the photoresist opens (thickness is zero or below the allowable lower limit) ).

また、その一方で、ピンホール近傍領域において、特にピンホールを囲む半透過膜領域においては、露光光強度が減少することにより、レジスト膜厚が厚くなることがある。
そのため、半透過膜の透過率に対して、リソグラフィー工程によりパターニングされるフォトレジストに対して、半透過膜のピンホール近傍に相当する箇所のフォトレジスト膜厚が許容範囲となるように、半透過膜の位相シフトの範囲を最適な範囲に設定することにより、半透過膜のピンホール欠陥の対策を行うものである。
On the other hand, in the region near the pinhole, particularly in the semi-transmissive film region surrounding the pinhole, the resist film thickness may be increased due to a decrease in exposure light intensity.
Therefore, the transmittance of the semi-transmissive film is semi-transmissive so that the thickness of the photoresist corresponding to the vicinity of the pin hole of the semi-transmissive film is within an allowable range with respect to the photoresist patterned by the lithography process. By setting the phase shift range of the film to an optimum range, countermeasures against pinhole defects in the semi-transmissive film are taken.

従って、従来のようにフォトマスクの半透過膜のピンホールを検出し、そのピンホールを検出する方法とは全く異なる発想により、フォトレジストの欠陥の発生を防止するものである。   Therefore, the conventional method for detecting pinholes in a semi-transmissive film of a photomask and detecting the pinholes is used to prevent the occurrence of photoresist defects.

このように、本発明の課題解決方法は、ピンホール近傍の解像度を調整することにより、フォトレジストの欠陥を防止するものであるため、半透過膜の位相シフトの最適な範囲は、対象としている半透過膜のピンホールサイズにも依存する。
一例として、半透過膜の透過率は、必要とされるフォトレジストの膜厚により確定されるものであり、ハーフトーンマスクの半透過膜の透過率は、通常30%程度の値に設定されるため、透過率30%の場合を例として、以下詳細に説明する。
また、ピンホールサイズとしては、従来の欠陥検査装置の下限値に対応するサイズに着目し、それにより、従来の技術では、原理的に修復が不可能であった半透過膜のピンホールに対しても、ピンホールによるフォトレジストの欠陥を回避できることを説明する。
Thus, since the problem-solving method of the present invention is to prevent defects in the photoresist by adjusting the resolution in the vicinity of the pinhole, the optimum range of the phase shift of the semi-transmissive film is the target. It also depends on the pinhole size of the semipermeable membrane.
As an example, the transmittance of the semi-transmissive film is determined by the required film thickness of the photoresist, and the transmittance of the semi-transmissive film of the halftone mask is normally set to a value of about 30%. Therefore, the case where the transmittance is 30% will be described in detail below as an example.
In addition, as the pinhole size, we focused on the size corresponding to the lower limit value of the conventional defect inspection apparatus, and as a result, compared with the pinhole of the semi-permeable membrane that could not be repaired in principle by the conventional technology. However, it will be explained that the defect of the photoresist due to the pinhole can be avoided.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。但し、各実施形態及び各実施例は、いずれも本発明の要旨の認定において限定的な解釈を与えるものではない。また、同一又は同種の部材については同じ参照符号を付し、説明を省略することがある。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, each embodiment and each example do not give a limited interpretation in the recognition of the gist of the present invention. The same or similar members are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.

図1は、3階調のハーフトーンマスクの断面形状を示す。公知の製造技術により、透明基板1上に、例えばクロム膜等からなる遮光膜2のパターンおよび、例えば酸化クロム等の半透過膜3のパターンが形成されている。   FIG. 1 shows a cross-sectional shape of a three-tone halftone mask. A pattern of the light-shielding film 2 made of, for example, a chromium film and a pattern of the semi-transmissive film 3 made of, for example, chromium oxide are formed on the transparent substrate 1 by a known manufacturing technique.

3階調のハーフトーンマスクの製造過程は、例えば以下の通りである。
(1)まず、透明基板1のほぼ表面全体に遮光膜2が覆われたフォトマスクブランクスを準備し、この遮光膜2上に第1のレジストパターンを形成し、これをマスクとして、露出した遮光膜2をエッチングすることにより遮光パターンを形成する。
(2)次に、残存した第1のレジストパターンを除去した後、透明基板1および遮光膜2を覆う半透過膜3を形成する。
(3)次に、この半透過膜3上に第2のレジストパターンを形成し、これをマスクとして露出した半透過膜3をエッチングすることにより、半透過パターンを形成する。
For example, the manufacturing process of the halftone mask of three gradations is as follows.
(1) First, a photomask blank in which the light shielding film 2 is covered on almost the entire surface of the transparent substrate 1 is prepared, a first resist pattern is formed on the light shielding film 2, and the exposed light shielding is performed using this as a mask. A light shielding pattern is formed by etching the film 2.
(2) Next, after removing the remaining first resist pattern, a semi-transmissive film 3 covering the transparent substrate 1 and the light shielding film 2 is formed.
(3) Next, a second resist pattern is formed on the semi-transmissive film 3 and the exposed semi-transmissive film 3 is etched using the second resist pattern as a mask to form a semi-transmissive pattern.

また、透明基板1上に半透過膜3、遮光膜2の順に形成し、遮光膜2、半透過膜3の順にレジストパターンを用いてエッチングすることにより、ハーフトーンマスクを形成しても良いし、半透過膜と、遮光膜の間にエッチングストッパー膜を入れて、少なくとも同種系の膜材料で構成してもよい。また遮光膜は単層に限定されるものではなく、光学濃度が3.0以上を満たす構成であれば良い。   Alternatively, a half-tone mask may be formed by forming the semi-transmissive film 3 and the light-shielding film 2 in this order on the transparent substrate 1 and etching using the resist pattern in the order of the light-shielding film 2 and the semi-transmissive film 3. Alternatively, an etching stopper film may be inserted between the semi-transmissive film and the light shielding film, and at least the same kind of film material may be used. Further, the light shielding film is not limited to a single layer, and may be any structure as long as the optical density satisfies 3.0 or more.

半透過膜3の透過率が30%の時の、半透過膜3中のピンホール(白欠陥)径0.5〜2μmを透過する露光光(透過光)強度の位相差依存性を図2に示す。図中、記号◇、□、△および○は、それぞれピンホール径(欠陥サイズ)が、2.0、1.5、1.0および0.5μmの露光光強度を示す。
なお、透過率は、露光光に対して、透明基板1の透過率を100%とした時の半透過膜3の透過率であり、位相差は透明基板1に対する半透過膜3の位相差である。また、露光光の波長は、iからg線までの混合波長である。
FIG. 2 shows the phase difference dependence of the intensity of exposure light (transmitted light) transmitted through a pinhole (white defect) diameter of 0.5 to 2 μm in the semi-transmissive film 3 when the transmittance of the semi-transmissive film 3 is 30%. Shown in In the figure, symbols ◇, □, Δ, and ○ indicate exposure light intensities with pinhole diameters (defect sizes) of 2.0, 1.5, 1.0, and 0.5 μm, respectively.
The transmittance is the transmittance of the semi-transmissive film 3 when the transmittance of the transparent substrate 1 is 100% with respect to the exposure light, and the phase difference is the phase difference of the semi-transmissive film 3 with respect to the transparent substrate 1. is there. The wavelength of the exposure light is a mixed wavelength from i to g line.

図2において、点線Aおよび点線Bは、露光光強度の許容範囲の上限および下限を示す。上限を超えると、フォトレジストが感光し、膜厚が大きく減少し(開口し)白欠陥となり、下限を下回ると露光量が不足しフォトレジスト膜厚が増大し、黒欠陥となる。   In FIG. 2, dotted lines A and B indicate the upper and lower limits of the allowable range of exposure light intensity. When the upper limit is exceeded, the photoresist is exposed and the film thickness is greatly reduced (opened), resulting in a white defect, and when below the lower limit, the exposure amount is insufficient and the photoresist film thickness increases, resulting in a black defect.

図2より、フォトレジストの膜厚の変動が、露光余裕度の許容範囲に収まる条件は、ピンホールの径が0.5μmの場合、少なくとも位相差30〜120度の範囲、1.0μmの場合、位相差30〜90度の範囲、1.5μmの場合、位相差60〜90度の範囲、2.0μmの場合、位相差80〜110度の範囲である。   As shown in FIG. 2, the conditions for the variation of the photoresist film thickness to be within the allowable range of the exposure margin are when the pinhole diameter is 0.5 μm, at least in the range of phase difference 30 to 120 degrees, and 1.0 μm. The phase difference is in the range of 30 to 90 degrees, in the case of 1.5 μm, the phase difference is in the range of 60 to 90 degrees, and in the case of 2.0 μm, the phase difference is in the range of 80 to 110 degrees.

例えば欠陥検出装置の検出感度が1.5μmであり、検出感度以下のピンホールの修復が困難であっても、半透過膜の透過膜に対する位相差を60〜90度(図2中、一点鎖線で示される範囲)とすれば、このようなピンホールがフォトレジストを感光することは無い。
或いは、たとえ1.5μmのピンホールが、欠陥検出装置において検出されても、被転写体であるフォトレジストにおいて欠陥とならないため、修復の必要はない。
For example, even if the detection sensitivity of the defect detection device is 1.5 μm and it is difficult to repair pinholes below the detection sensitivity, the phase difference of the semi-permeable membrane with respect to the permeable membrane is 60 to 90 degrees (in FIG. In this case, such pinholes do not expose the photoresist.
Alternatively, even if a pin hole of 1.5 μm is detected by the defect detection device, it does not need to be repaired because it does not become a defect in the photoresist that is a transfer target.

また、半透過膜3に対して、さらに径の大きい2.0μmのピンホールまで許容するには、位相差として80〜90度とすれば良い。従って、欠陥検査装置の検出感度に関わらず、修復の対象とする最小サイズに合わせて適宜ピンホールのサイズを特定し、それに合わせて透過率および位相差を設定してもよい。   Further, in order to allow a pinhole of 2.0 μm having a larger diameter with respect to the semipermeable membrane 3, the phase difference may be set to 80 to 90 degrees. Therefore, regardless of the detection sensitivity of the defect inspection apparatus, the pinhole size may be appropriately specified according to the minimum size to be repaired, and the transmittance and the phase difference may be set accordingly.

図3は、透過率30%、位相差30度および80度の半透過膜3に各径のピンホールが存在するハーフトーンマスクにより露光した場合のフォトレジストの表面形状を示す。
位相差30度の場合、2.0μm径のピンホールが被転写体のフォトレジストを感光し、フォトレジスト膜にホールが開口されているが、位相差80度の場合、被転写体のフォトレジスト上でピンホールが解像せず、フォトレジストの開口を防止することが理解できる。
FIG. 3 shows the surface shape of the photoresist when the semi-transmissive film 3 having a transmittance of 30% and a phase difference of 30 degrees and 80 degrees is exposed with a halftone mask having pinholes of various diameters.
When the phase difference is 30 degrees, a pin hole having a diameter of 2.0 μm exposes the photoresist of the transferred object, and a hole is opened in the photoresist film. When the phase difference is 80 degrees, the photoresist of the transferred object is exposed. It can be seen that pinholes do not resolve above and prevent photoresist opening.

図4は、半透過膜に2μm径のピンホールが存在するハーフトーンマスクを用いて露光したフォトレジストのピンホール部分に相当する箇所の断面形状を示し、実線は透過率30%、位相差80度の半透過膜の場合、点線は透過率30%、位相差30度の半透過膜の場合のフォトレジスト膜厚の断面形状を示す。   FIG. 4 shows a cross-sectional shape of a portion corresponding to a pinhole portion of a photoresist exposed using a halftone mask having a 2 μm-diameter pinhole in a semi-transmissive film, and a solid line indicates a transmittance of 30% and a phase difference of 80. In the case of a semi-transparent film, the dotted line shows the cross-sectional shape of the photoresist film thickness in the case of a semi-transmissive film having a transmittance of 30% and a phase difference of 30 degrees.

位相差30度の半透過膜の場合、フォトレジスト膜厚が0(ゼロ)の開口部が存在するが、位相差80度の半透過膜の場合、開口部がなく、十分な膜厚を有しており白欠陥を回避でき、膜厚変動も露光余裕度の許容範囲内である。   In the case of a semi-transmissive film having a phase difference of 30 degrees, an opening having a photoresist film thickness of 0 (zero) exists, but in the case of a semi-transmissive film having a phase difference of 80 degrees, there is no opening and the film thickness is sufficient. Therefore, white defects can be avoided, and the film thickness variation is within the allowable range of the exposure margin.

上述のように、許容すべき白欠陥サイズが大きい程、より厳密な位相差の制御が必要となるが、半透過膜3の透過率が変わると、最適な位相差の値も変化する。
例えば、ピンホールサイズ1.5μmまでを許容したい場合、透過率30%の半透過膜に対して露光余裕度を満たす位相差の範囲は、60〜80度であるが、さらにサイズの大きい2.0μmまで許容したい場合は、位相差を80度に制御する必要がある。一方、透過率50%の半透過膜3については、ピンホールサイズ1.5μmまでを許容したい場合は、位相差の範囲は50〜70度、ピンホールサイズ2.0μmまで許容したい場合は、最適位相差は60度となる。
As described above, the larger the white defect size to be allowed, the more strictly the phase difference needs to be controlled. However, when the transmissivity of the semi-transmissive film 3 changes, the optimum phase difference value also changes.
For example, when it is desired to allow a pinhole size of up to 1.5 μm, the range of the phase difference satisfying the exposure margin for a semi-transmissive film with a transmittance of 30% is 60 to 80 degrees, but the size is larger. When it is desired to allow 0 μm, it is necessary to control the phase difference to 80 degrees. On the other hand, the semi-transparent film 3 having a transmittance of 50% is optimal when it is desired to allow a pinhole size of up to 1.5 μm, a phase difference range of 50 to 70 degrees, and a pinhole size of up to 2.0 μm. The phase difference is 60 degrees.

このように、透過率と許容したいピンホールサイズにより制御すべき位相の範囲と最適値が変化し、ピンホールサイズ2.0μmまでを許容する場合、最適位相差は、半透過膜の透過率が10、20、30、40、50%の場合、最適位相差は100、90、80、70、60度となる。半透過膜の透過率は、顧客の要望等に合わせて選択することができ、その透過率に対して、位相差を決定することができる。   Thus, when the range of the phase to be controlled and the optimum value change depending on the transmittance and the pinhole size to be allowed and the pinhole size is allowed up to 2.0 μm, the optimum phase difference is the transmittance of the semi-transmissive film. In the case of 10, 20, 30, 40, 50%, the optimum phase difference is 100, 90, 80, 70, 60 degrees. The transmissivity of the semi-permeable membrane can be selected according to the customer's request and the like, and the phase difference can be determined with respect to the transmissivity.

以上のように、半透過膜3に対して、位相差を調整することにより、検査装置の検出限界以下の径のピンホールが存在したとしても、フォトレジストの膜厚不良の発生を防止することができる。     As described above, by adjusting the phase difference with respect to the semi-transmissive film 3, even if a pinhole having a diameter smaller than the detection limit of the inspection apparatus exists, it is possible to prevent the occurrence of a defective film thickness of the photoresist. Can do.

従って、透明基板1上に、透明基板1に対する位相差および透過率が、それぞれ60〜90度および透過率が20〜50%である半透過膜3と、遮光膜2を形成したハーフトーンマスクブランクスから、マスクの仕様(または顧客の要求)に合わせた透過率を選択し、ハーフトーンマスクを製造することにより、検出限界以下の微細なピンホールによるフォトレジストの欠陥を回避することができる。
その結果、ハーフトーンマスクの修正工程のコストを大幅に低減しつつ、製品歩留まりを向上することができる。
Therefore, the halftone mask blanks in which the semi-transmissive film 3 having the phase difference and the transmittance of 60 to 90 degrees and the transmittance of 20 to 50% and the light-shielding film 2 are formed on the transparent substrate 1, respectively. From the above, by selecting the transmittance according to the mask specifications (or customer requirements) and manufacturing the halftone mask, it is possible to avoid the defect of the photoresist due to the fine pinhole below the detection limit.
As a result, it is possible to improve the product yield while significantly reducing the cost of the halftone mask correction process.

なお、透過率と位相差は、半透過膜の膜厚および組成で制御することができ、それぞれを制御することで、所望の半透過膜を得ることが可能である。例えば、膜厚と組成を変化させた膜の位相差と透過率を予め測定し、データ化することで、ハーフトーンマスクの仕様に合わせた半透過膜を形成することができる。   Note that the transmittance and the phase difference can be controlled by the film thickness and composition of the semipermeable membrane, and by controlling each, it is possible to obtain a desired semipermeable membrane. For example, by measuring the phase difference and transmittance of a film whose thickness and composition are changed in advance and converting it into data, it is possible to form a semi-transmissive film that meets the specifications of the halftone mask.

このような半透過膜として、例えばクロム(Cr)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)等の酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、酸炭化膜を用いることができ、酸素、窒素、炭素の組成および膜厚を調整すれば良い。   As such a semi-permeable film, for example, an oxide film such as chromium (Cr), titanium (Ti), nickel (Ni), molybdenum (Mo), a nitride film, an oxynitride film, and an oxycarbide film can be used. The composition and film thickness of nitrogen and carbon may be adjusted.

これらの膜は、反応性スパッタ法により形成することができる。例えばクロムの酸窒化膜の組成の調整においては、クロムをターゲットとし、アルゴンに酸素、窒素、または亜酸化窒素を混合させたガスを用いてスパッタ法により成膜することができ、ガスの混合比(分圧)を変えることで、組成を制御することができる。また、例えば、クロムの酸化膜の場合は、アルゴンと酸素との混合ガス、クロムの窒化膜の場合には、アルゴンと窒素との混合ガス、クロムの酸炭化膜の場合、アルゴンと酸素、二酸化炭素との混合ガスを用いれば良い。また、他の金属についても同様である。   These films can be formed by reactive sputtering. For example, in adjusting the composition of a chromium oxynitride film, it can be formed by sputtering using a gas in which oxygen, nitrogen, or nitrous oxide is mixed with argon as a target, and the gas mixing ratio. The composition can be controlled by changing (partial pressure). For example, in the case of a chromium oxide film, a mixed gas of argon and oxygen; in the case of a chromium nitride film, a mixed gas of argon and nitrogen; in the case of a chromium oxycarbide film, argon and oxygen; A mixed gas with carbon may be used. The same applies to other metals.

反応性スパッタ法の他に、反応性蒸着法や有機金属ソースを原材料とするCVD法を用いて半透過膜を成膜し、その組成を制御してもよい。   In addition to the reactive sputtering method, a semi-transmissive film may be formed using a reactive vapor deposition method or a CVD method using an organic metal source as a raw material, and the composition may be controlled.

以下では、半透過膜のピンホールによるフォトレジストの欠陥を回避するメカニズムについて詳細に説明する。   Hereinafter, a mechanism for avoiding a defect in the photoresist due to pinholes in the semi-transmissive film will be described in detail.

図5は、(a)透明基板上に遮光膜および半透過膜のパターンを有するハーフトーンマスクおよび、それを用いて露光した場合の(b)露光光強度分布と(c)露光後に現像されたフォトレジストの膜厚分布を示す。図5(b)、(c)において、実線は半透過膜の透明基板に対する位相差が80度の場合、点線は半透過膜の透明基板に対する位相差が30度の場合の、それぞれ露光光強度およびフォトレジスト膜の膜厚分布を示す。
なお、半透過膜の透過率は30%であり、露光光の波長は、i線〜g線の混合波長であり、NA=0.1である。
FIG. 5 shows (a) a halftone mask having a pattern of a light-shielding film and a semi-transmissive film on a transparent substrate, and (b) exposure light intensity distribution and (c) developed after exposure when exposed using the same. The film thickness distribution of a photoresist is shown. 5B and 5C, the solid line indicates the exposure light intensity when the phase difference of the semi-transmissive film with respect to the transparent substrate is 80 degrees, and the dotted line indicates the exposure light intensity when the phase difference of the semi-transmissive film with respect to the transparent substrate is 30 degrees. And shows the film thickness distribution of the photoresist film.
The transmissivity of the semi-transmissive film is 30%, and the wavelength of the exposure light is a mixed wavelength of i-line to g-line, and NA = 0.1.

図5(b)に示すように、いずれの場合においても、ハーフトーンマスクの遮光膜の領域においては、露光光強度は0であり、半透過膜の領域においては、露光光強度は約30%である。   As shown in FIG. 5B, in any case, the exposure light intensity is 0 in the light shielding film region of the halftone mask, and the exposure light intensity is about 30% in the semi-transmissive film region. It is.

しかし、半透過膜と透明基板との境界近傍の半透過膜の領域においては、位相差が30度の半透過膜と比較し、位相差が80度の半透過膜の場合は、干渉効果により、露光光強度が減少する。   However, in the region of the semi-transmissive film near the boundary between the semi-transmissive film and the transparent substrate, the semi-transmissive film having a phase difference of 80 degrees is compared with the semi-transmissive film having a phase difference of 80 degrees. , Exposure light intensity decreases.

一方、図5(c)に示すように、透明基板の領域のフォトレジストの膜厚は0[μm]であり、半透過膜の領域のフォトレジストの膜厚は、遮光膜の領域のフォトレジストの膜厚の間の膜厚であり、いずれの場合も一度の露光で3種類の膜厚の領域が形成されていることが判る。   On the other hand, as shown in FIG. 5C, the thickness of the photoresist in the transparent substrate region is 0 [μm], and the thickness of the photoresist in the semi-transmissive film region is the same as that in the light shielding film region. It can be seen that three types of film thickness regions are formed by one exposure in any case.

半透過膜と透明基板との境界近傍の透明基板側の領域においては、位相差が30度の半透過膜と比較し、位相差が80度の半透過膜は、フォトレジスト膜厚が増大し、半透過膜のフォトレジスト膜厚よりも厚いことが理解できる。
すなわち、位相差が80度の半透過膜の周縁の透明基板側の特定のサイズの領域では、露光光強度が半透過膜の領域よりも減少する。そのためこの領域では、フォトレジスト膜厚は、半透過膜の領域のフォトレジスト膜厚と比較しても厚く形成され、さらに半透過膜から遠ざかるに従い、フォトレジスト膜厚が減少する傾向がある。
In the transparent substrate side region near the boundary between the semi-transmissive film and the transparent substrate, the semi-transmissive film having a phase difference of 80 degrees has a greater photoresist film thickness than the semi-transmissive film having a phase difference of 30 degrees. It can be understood that it is thicker than the film thickness of the semi-transmissive film.
That is, in the region of a specific size on the transparent substrate side at the periphery of the semi-transmissive film having a phase difference of 80 degrees, the exposure light intensity is reduced as compared with the region of the semi-transmissive film. Therefore, in this region, the photoresist film thickness is formed thicker than that of the semi-transmissive film region, and the photoresist film thickness tends to decrease as the distance from the semi-transmissive film increases.

従って、半透過膜に微細な特定のサイズ、例えば2μm以下の、ピンホール欠陥が存在する場合は、ハーフトーンマスクにおいては半透過膜に囲まれたピンホール部の透明基板が露出する。しかし、位相差を80度とすることにより、半透過膜と透明基板の境界近傍の領域に相当するフォトレジスト膜厚は十分な膜厚を有し、ピンホール部の周囲からのフォトレジストにより、図4の断面図に示すとおり、フォトレジスト膜にピンホールが形成されることを防止する。   Accordingly, when a pinhole defect having a fine specific size, for example, 2 μm or less, exists in the semi-transmissive film, the transparent substrate in the pinhole portion surrounded by the semi-transmissive film is exposed in the halftone mask. However, by setting the phase difference to 80 degrees, the photoresist film thickness corresponding to the region in the vicinity of the boundary between the semi-transmissive film and the transparent substrate has a sufficient film thickness, and by the photoresist from the periphery of the pinhole portion, As shown in the cross-sectional view of FIG. 4, pinholes are prevented from being formed in the photoresist film.

図6は、図5(c)のフォトレジスト膜厚分布における、半透過膜と透明基板との境界近傍の拡大図を示す。図6において、実線は半透過膜の透明基板に対する位相差が80度の場合、点線は半透過膜の透明基板に対する位相差が30度の場合の、それぞれフォトレジスト膜の形状を示し、一点鎖線αは、半透過膜3と透明基板1との境界位置を示す。   FIG. 6 shows an enlarged view of the vicinity of the boundary between the semi-transmissive film and the transparent substrate in the photoresist film thickness distribution of FIG. In FIG. 6, the solid line indicates the shape of the photoresist film when the phase difference of the semi-transmissive film with respect to the transparent substrate is 80 degrees, and the dotted line indicates the shape of the photoresist film when the phase difference of the semi-transmissive film with respect to the transparent substrate is 30 degrees. α indicates a boundary position between the semi-transmissive film 3 and the transparent substrate 1.

図6に示すように、位相差30度と比較し位相差80度の場合、半透過膜と透過領域の境界で回折した露光光と半透過膜を透過した露光光が干渉をする際に、境界近傍の露光強度を抑制するように働くため、フォトレジストの側面は、透過領域側へ未解像領域が拡がるようになる。
そのため、半透過膜3のパターン幅の寸法を、予め設計値に対してサイジングすることで半透過膜パターン幅を確定することができる。
As shown in FIG. 6, when the phase difference is 80 degrees compared to the phase difference of 30 degrees, the exposure light diffracted at the boundary between the semi-transmissive film and the transmissive region interferes with the exposure light transmitted through the semi-transmissive film. Since it works to suppress the exposure intensity in the vicinity of the boundary, the unresolved area of the side surface of the photoresist extends toward the transmissive area.
Therefore, the semi-permeable membrane pattern width can be determined by sizing the pattern width dimension of the semi-permeable membrane 3 in advance with respect to the design value.

従って、例えば電子回路の特性により確定する設計値のパターン寸法(簡単のため設計寸法と呼ぶ)のフォトレジストパターンを実現するためには、ピンホール欠陥回避のための位相差を有する半透過膜、例えば位相差80度の半透過膜のパターン幅寸法と、露光され形成されたフォトレジストパターン幅寸法との差分量を、予めハーフトーンマスクの半透過膜3に対して縮小させればよい。   Therefore, for example, in order to realize a photoresist pattern having a design dimension determined by the characteristics of an electronic circuit (referred to as a design dimension for simplicity), a transflective film having a phase difference for avoiding pinhole defects, For example, the difference amount between the pattern width dimension of the semi-transmissive film having a phase difference of 80 degrees and the photoresist pattern width dimension formed by exposure may be reduced in advance with respect to the semi-transmissive film 3 of the halftone mask.

図7は、半透過膜の寸法補正を示すハーフトーンマスクの平面図である。図7において、点線Dは、設計寸法のパターン(またはフォトレジストパターン)を示す。点線Dに対して、ピンホール欠陥回避のための位相差を有する半透過膜3のパターン寸法は、各辺において差分量sだけ縮小している。すなわち点線Dに対して、補正量−s(片側)だけパターン寸法が縮小している。このように寸法補正(またはサイズ変更)された半透過膜3を用いることにより、フォトレジストは所望のパターン(設計寸法通りのパターン)を実現できるとともに、半透過膜のピンホールによる開口を防止することができる。   FIG. 7 is a plan view of a halftone mask showing dimensional correction of the semi-transmissive film. In FIG. 7, a dotted line D indicates a pattern (or a photoresist pattern) having a design dimension. The pattern dimension of the semi-transmissive film 3 having a phase difference for avoiding pinhole defects with respect to the dotted line D is reduced by a difference amount s on each side. That is, with respect to the dotted line D, the pattern dimension is reduced by the correction amount −s (one side). By using the semi-transmissive film 3 whose dimensions have been corrected (or changed in size) in this way, the photoresist can realize a desired pattern (pattern as designed) and prevent the semi-permeable film from being opened by pinholes. be able to.

なお、半透過膜3のピンホールによるフォトレジストの欠陥を防止するには、半透過膜のみの寸法補正を行えばよい。   In order to prevent photoresist defects due to pinholes in the semi-transmissive film 3, only the semi-transmissive film needs to be corrected.

上記補正量(差分量)は、半透過膜の透過率、露光装置のNA値に依存する。図8は、位相差80度の場合の補正量の透過率およびNA値依存性を、シミュレーションにより解析した結果を示す。補正量は、半透過率、露光機のNAに依存し、透過率が増加するに従い補正量の絶対値は増加し、露光機のNAが増加するに従い補正量は減少する傾向がある。   The correction amount (difference amount) depends on the transmittance of the semi-transmissive film and the NA value of the exposure apparatus. FIG. 8 shows the result of analyzing the transmittance and NA value dependence of the correction amount in the case of the phase difference of 80 degrees by simulation. The correction amount depends on the semi-transmittance and the NA of the exposure device. The absolute value of the correction amount increases as the transmittance increases, and the correction amount tends to decrease as the NA of the exposure device increases.

補正量(差分量)は半透過膜の透過率、位相差および露光機のNA値を用いシミュレーションにより算出することができるため、半透過膜の設計寸法とこの差分量とから、ハーフトーンマスク上での半透過膜3のパターンを確定することができる。   Since the correction amount (difference amount) can be calculated by simulation using the transmissivity of the translucent film, the phase difference, and the NA value of the exposure apparatus, the halftone mask is designed based on the design size of the transflective film and the difference amount. The pattern of the semipermeable membrane 3 can be determined.

なお、シミュレーションによらず、事前にフォトレジストパターン形状の半透過率、露光装置のNA値依存性についての基礎データを取得しておき、基礎データに基づいて差分を決定してもよい。   Instead of using simulation, basic data on the semi-transmissivity of the photoresist pattern shape and the NA value dependency of the exposure apparatus may be acquired in advance, and the difference may be determined based on the basic data.

また、縮小露光を適用する場合、ハーフトーンマスクの各パターン寸法に縮小倍率を乗じればよい。   When applying reduced exposure, each pattern size of the halftone mask may be multiplied by a reduction magnification.

また、上記実施形態では、3階調のハーフトーンマスクについて説明したが、異なる透過率を有する半透過膜を備えた、更に4階調以上の多階調ハーフトーンマスクにおいても、本発明を適用できることは言うまでも無い。   In the above embodiment, the halftone mask of three gradations has been described. However, the present invention is also applied to a multi-tone halftone mask of four gradations or more provided with a semi-transmissive film having different transmittances. Needless to say, you can.

このようにサイズ補正を行うことにより、設計通りのパターンのフォトレジスト形状を実現できるとともに、半透過膜のピンホールによるフォトレジストの欠陥の発生を防止することができるハーフトーンマスクを得ることができ、マスクの製造コストを低減するとともに、フラットパネルディスプレイ等の製品歩留まりを向上させることができる。   By performing size correction in this way, it is possible to obtain a halftone mask capable of realizing a photoresist shape with a designed pattern and preventing the occurrence of photoresist defects due to pinholes in the semi-transmissive film. In addition to reducing the manufacturing cost of the mask, it is possible to improve the yield of products such as flat panel displays.

1 透明基板
2 遮光膜
3 半透過膜
1 Transparent substrate 2 Light-shielding film 3 Semi-transmissive film

Claims (6)

透明基板上に、遮光膜のパターンと半透過膜のパターンとを備え、
前記半透過膜は、前記透明基板に対して、透過率は20〜50%であり、位相差は60〜90度である
ことを特徴とするハーフトーンマスク。
On the transparent substrate, with a light shielding film pattern and a semi-transmissive film pattern,
The transflective film has a transmittance of 20 to 50% and a phase difference of 60 to 90 degrees with respect to the transparent substrate.
前記半透過膜の前記透明基板に対する透過率は30%であり、位相差は80〜90度である
ことを特徴とする請求項1に記載のハーフトーンマスク。
2. The halftone mask according to claim 1, wherein a transmittance of the semi-transmissive film with respect to the transparent substrate is 30%, and a phase difference is 80 to 90 degrees.
前記遮光膜はクロム膜であり、前記半透過膜はクロムの酸化膜、窒化膜または酸窒化膜であることを特徴とする請求項1または2に記載のハーフトーンマスク。   The halftone mask according to claim 1, wherein the light shielding film is a chromium film, and the semi-transmissive film is a chromium oxide film, a nitride film, or an oxynitride film. 透明基板上に半透過膜と遮光膜とを備え、
前記半透過膜は、前記透明基板に対して、透過率は20〜50%であり、位相差は60〜90度である
ことを特徴とするハーフトーンマスクブランクス。
A translucent film and a light shielding film are provided on a transparent substrate,
The half-tone mask blank is characterized in that the transflective film has a transmittance of 20 to 50% and a phase difference of 60 to 90 degrees with respect to the transparent substrate.
前記半透過膜の前記透明基板に対する透過率は30%であり、位相差は80〜90度である
ことを特徴とする請求項4に記載のハーフトーンマスクブランクス。
5. The halftone mask blank according to claim 4, wherein a transmittance of the semi-transmissive film with respect to the transparent substrate is 30% and a phase difference is 80 to 90 degrees.
前記半透過膜のパターンの寸法は、設計値に対して所定の補正量だけ縮小している
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のハーフトーンマスク。
4. The halftone mask according to claim 1, wherein the dimension of the pattern of the semi-transmissive film is reduced by a predetermined correction amount with respect to a design value. 5.
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