JP4413414B2 - 露光用マスク、露光装置、露光方法及び液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
露光用マスク、露光装置、露光方法及び液晶表示装置の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露用光マスク、露光装置、露光方法及び液晶表示装置の製造方法に関し、より詳しくは、液晶表示装置、半導体装置等の製造に使用される露光用マスク、露光装置及び露光方法と液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置や半導体装置を製造工程においては、導電膜、誘電体膜、半導体膜又は絶縁膜をパターニングする工程を含んでいる。そのようなパターニング方法として、膜の上にフォトレジストのパターンを形成し、そのフォトレジストをマスクに使用して膜をエッチングするといったフォトリソグラフィー法がある。フォトレジストのパターンは、フォトレジストの塗布、露光、現像、ベーク等といった工程を経て形成される。
【０００３】
ところで、フォトレジストの露光は、例えば図１に示すような構成を有する露光装置を用いて行われる。
図１において、光源である超高圧水銀ランプ101 から出射された光は、第１及び第２の反射ミラー102,103 により進行方向が変更されて、基板ステージ104 に向けて照射される。第２の反射ミラー103 と基板ステージ104 の間には、レチクル105 と投影レンズ106 が順に配置されている。また、超高圧水銀ランプ101 の後方にはランプミラー107 が配置されている。
【０００４】
超高圧水銀ランプ101 は、ｉ線と呼ばれる波長３６５ｎｍの光と、ｈ線と呼ばれる波長４０５ｎｍの光と、ｇ線と呼ばれる波長４３６ｎｍの光にピークを有する紫外線を発生させる。
基板110 上のフォトレジスト111 の露光には、一般に、ｈ線とｇ線の混合波長光か又はｇ線の単一波長光のいずれかを使用する。そのような混合波長光を露光に使用する露光装置では、図１に示すように、超高圧水銀ランプと第１の反射ミラーの間の光路にｉ線を吸収するｉ線カットフィルタ108 が配置される。これに対して、単一波長光を露光に使用する露光装置では、超高圧水銀ランプ101 と第１の反射ミラー102 の間にｉ線カットフィルタ108 及びｈ線カットフィルタ109 が配置される。ｈ線カットフィルタ109 はｈ線を吸収するフィルタである。
【０００５】
レジスト111 を露光する場合には、レジスト111 が塗布された基板110 を基板ステージ104 に載置した状態で、超高圧水銀ランプ101 を発光させると、水銀ランプ101 から出た光は、ｉ線カットフィルタ108 を通ってｇ線とｈ線の混合波長光になり、さらに第１の反射ミラー102 によって反射されて第２の反射ミラー103 へと進行する。さらに、第２の反射ミラー103 で反射した光はレチクル105 、投影レンズ106 を通ってレジスト111 に照射され、これによりレチクル105 のパターンがレジスト111 に転写されることになる。
【０００６】
なお、単一波長光を露光に使用する場合には、ｉ線及びｈ線カットフィルター108,109 を透過した光が第１及び第２の反射ミラー102,103 に反射されてレチクル105 、投影レンズ106 内を進むことになる。
ところで、ｈ線とｇ線の混合波長光でレジスト111 を露光する場合には、単一波長光を用いる場合に比べて、レジスト111 への露光時間は短くて済むが解像度が低くなる。即ち、ｇ線とｈ線の混合波長光は、波長の異なる２つの波が重なった状態となって波長がｇ線よりも長くなる成分を有するために、露光光の性質としては、長い波長の性質に引っ張られて解像度を低下させる一方、露光光の振幅（即ち紫外線量）が増加するので露光時間を短くする。
【０００７】
これに対して、単一波長光でレジストを露光する場合には、混合波長光を使用する場合に比べて解像度は上がるが露光時間が増加する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の露光装置ではｈ線カットフィルター109 の取り付け取り外しは容易でない。しかも、液晶表示装置、半導体装置等の製造工程においては、スループットを向上するために解像度向上よりも露光時間短縮を重要とする場合があったり、あるいは、歩留まりを高くするために露光時間短縮よりも解像度向上を重要とする場合がある。
【０００９】
したがって、液晶表示装置、半導体装置等の製造では、単一波長光を使用する露光装置と、混合波長光を使用する露光装置の双方が必要となり、露光装置の台数が増加する。これにより、露光装置の配置面積が増え、しかも露光装置の使用効率の低下は避けられず、さらに液晶表示装置や半導体装置のコスト高を招く。
本発明の目的は、混合波長、単一波長の選択を容易にして露光装置の使用頻度を高くするとともに、設備の増加を抑制できる露光用マスク、露光装置、露光方法及び液晶表示装置の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、光源から放射された第１、第２及び第３の波長の光を有する混合波長の光のうち該第１の波長の光をフィルタで吸収させた後に、該フィルタからの透過光について前記第２の波長の光を吸収し、前記第３の波長の光を透過させてレジストに照射し、露光する露光用マスクであって、前記第２の波長の光を吸収するフィルム又は基板が全面にわたって形成されていることを特徴とする露光用マスクによって解決される。
【００１１】
また、光源から出た第１、第２及び第３の波長の光を有する混合波長の光を、該第１の波長の光を吸収するフィルタに透過し、前記第２の波長の光を選択的に吸収し、残りの前記第３の波長の光を透過するフィルム又は基板が全面にわたって形成されている第１の露光用マスクと、前記第２及び第３の波長の光を透過する第２の露光用マスクとを必要に応じて使い分けて、前記第１の露光用マスク及び第２の露光用マスクのいずれかに、前記フィルタからの透過光を照射し、前記第１又は第２の露光用マスクを透過した光を基板上又は膜上のレジストに照射することを特徴とする露光方法によって解決される。この露光方法は例えば液晶表示装置の製造方法の少なくとも１工程で用いられる。
【００１２】
次に、本発明の作用について説明する。
本発明によれば、波長の異なる第１、第２、第３の波長をピークに持つ光、即ち混合波長の光を露光光源から放射させる場合に、露光光源から露光マスクまでの光路中に例えば第１の波長の光をフィルタによって吸収した後に、フィルタから透過した光のうちの第２の波長の光を露光マスクにより選択的に吸収して残りの第３の波長の光をレジストに照射して露光するか、或いはフィルタにより吸収されなかった第２、第３の波長の光の双方を露光マスクに透過させてレジストに照射して露光するようにしている。
【００１３】
従って、１台の露光装置を使用し、通常行われているような露光マスクの交換作業によって、レジストに照射される露光光を単一波長にするか混合波長にするかの使い分けを容易にでき、露光装置の使用頻度を高くし、且つ設備の増加を抑制することにより、液晶表示装置や半導体装置の製造コストが低減される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図２は、本発明の実施形態であって液晶表示装置や半導体装置を構成するパターンの形成に使用される露光装置の構成図である。
図２において、基板５を載置する基板ステージ１の側方には、露光光源２として超高圧水銀ランプが配置されている。露光光源２により生じた光の進行経路は、第１の反射ミラー３と第２の反射ミラー４によって変更されて基板ステージ１上に向けられている。超高圧水銀ランプは、ｉ線（３６５ｎｍ）とｈ線（４０５ｎｍ）とｇ線（４３６ｎｍ）にピークを有する混合波長の紫外線を発光する。
【００１５】
また、露光光源２のうち第１の反射ミラー３に対して反対側には、露光光源２から出た光を第１の反射ミラー３に向けて反射させるランプミラー４が配置されている。
露光光源２と第１のミラー３の間の光路中には、ｉ線の光を吸収するｉ線カットフィルター６が配置されている。また、第２のミラー４と基板ステージ１の間の光路中には、光進行方向に向かって順にレチクル７（７Ａ、７Ｂ）と投影レンズ８が配置されている。露光装置では、レチクル７の取り付け、取り外しが容易な構造になっている。レチクル７は、図３(a) と図３(b) に示すような２つの種類がある。
【００１６】
図３(a) に示したレチクル７は、露光のパターン精度を高くするよりも露光時間を短くすることを重視する場合に用いられるものであって、ガラス、石英等の透明基板７ａの上に遮光パターン７ｂを形成した構造を有している。
これに対して、図３(b) に示したレチクル７Ｂは、露光時間の短縮よりも露光のパターン精度を高くすることを重視する場合に用いられるものであって、透明基板７ｃの上に遮光パターン７ｂが形成され、さらに透明基板７ｃ上には遮光パターン７ｂを覆う樹脂フィルム７ｄがｈ線遮光フィルタとして形成されている。その樹脂フィルム７ｄは、例えば図４に示すような波長と透過率の関係を有し、３６５ｎｍ、４０５ｎｍに吸収を持ち、４３６ｎｍに吸収を持たない特性を有している。
【００１７】
図３(a),(b) に示した透明基板７ａ, ７ｃは、ｈ線とｇ線の双方を透過させる材料から形成しているが、図３(b) の透明基板７ｃについては４０５ｎｍに光吸収をもつ材料、例えば石英、ガラスの組成を調整した材料を用いると、その上の樹脂フィルム７ｄは不要になる。
次に、上記した露光装置を用いてレジストを露光することについて説明する。
【００１８】
まず、ポジ型のフォトレジストＲが塗布された基板５を基板ステージ１の上に載せる。そして、露光光源２を発光させると、露光光源２から出たｉ線、ｈ線及びｇ線の混合波長光は、ｉ線カットフィルター６を通ることによってｈ線とｇ線の混合波長光になり、さらに、第１及び第２の反射ミラー３，４によって光路を変更されてレチクル７Ａ又は７Ｂ、投影レンズ８を透過してフォトレジストＲに照射される。これにより、レチクル７Ａ、７Ｂに形成された遮光パターン７ｂのパターンは、フォトレジストＲに結像されるので、現像によりフォトレジストＲはパターニングされる。
【００１９】
図３(a) に示したレチクル７Ａを使用してフォトレジストＲを露光したところフォトレジストＲのパターンは、例えば図５に示す平面図となり、線幅が１．９μｍ付近で光照射部分に不要なレジストＲ1 が残っており、解像限界となっていた。尚、図５は、顕微鏡写真に基づいて描いた図である。
図３(b) に示したレチクル７Ｂを用いて樹脂フィルム７ｄによりｈ線をカットオフした光でフォトレジストＲを露光し、その後フォトレジストＲを現像したところ、図６に示したような斜視断面図になり、線幅１．０μｍ以下まで解像度が上がっており、ｇ線の単一波長で露光した効果が現れている。なお、図６は、ＳＥＭ写真に基づいて描いた図である。
【００２０】
以上のように、露光の解像度を高くするよりも露光時間を短縮化したい場合には図３(a) に示したレチクル７Ａを用い、また、露光時間を短縮化するよりも露光の解像度を高くしたい場合には図３(b) に示したレチクル７Ｂを用いることにより、露光光源２と第１の反射ミラー３の間にｉ線カットフィルタを配置した露光装置を１台で、混合波長と単一波長を使い分けることができることになり、露光装置の使用頻度を上げたり、露光装置の配置面積を減らすことができる。従って、液晶表示装置や半導体装置の製造に用いられる露光装置を少なくしてコスト低減が図れる。
【００２１】
次に、上記した露光装置を使用して液晶表示装置の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成することについて説明する。
まず、図７(a) に示すように、ガラス、石英等からなる透明絶縁基板１１の上に金属膜１２としてスパッタ法によりアルミニウムとチタンを順に形成する。
続いて、金属膜１２の上に第１のレジスト１３を塗布した後に、図３(a) と同じ層構造であって第１のレジスト１３上で配線幅５μｍのゲート配線形状の像を結像する遮光パターンを有するレチクル７Ａを用いて第１のレジスト１３を露光すると、第１のレジスト１３は４０５ｎｍと４３６ｎｍの混合波長光によって露光される。ついで、第１のレジスト１３を現像すると、図７(b) に示すようなレジストパターン１３ａが形成される。
【００２２】
この後に、レジストパターン１３ａに覆われない部分の金属膜１２を塩素系ガスを用いて反応性イオンエッチング法によりエッチングすることにより金属膜１２をパターニングすると、図７(c) に示すように、透明絶縁基板１１上には、金属膜１２からなるゲート電極１２ｇが形成される。続いて、レジストパターン１３ａを除去する。
【００２３】
次に、図８(a) に示すように, 透明絶縁基板１１とゲート電極１２ｇの上に窒化シリコン（Si3N4 ）よりなるゲート絶縁膜１４とアモルファスシリコン（a-Si）よりなる動作半導体層１５と窒化シリコンよりなるチャネル保護膜１６とを順にＣＶＤ法により連続して形成する。
この後に、チャネル保護膜１６の上に第２のレジスト１７を塗布した後に、図３(a) と同じ層構造であって第２のレジスト１７上のＴＦＴ領域でゲート電極１２ｇに重なる形状の像を結像する遮光パターンを有するレチクル７Ａを用いて第２のレジスト１７を露光すると、第２のレジスト１７は４０５ｎｍと４３６ｎｍの混合波長光によって露光される。ついで、第２のレジスト１７を現像すると、図８(b) に示すようなレジストパターン１７ａが形成される。
【００２４】
さらに、レジストパターン１７ａに覆われない部分のチャネル保護膜１６をエッチングし、さらにレジストターン１７ａを除去すると、チャネル保護膜１６は図８(c) に示すようにゲート電極１２ｇの上に残される。
次に、図９(a) に示すように、ｎ+ 型アモルファスシリコン（n + -a-Si ）膜１８をＣＶＤ法によりチャネル保護膜１６及び動作半導体層１５の上に形成し、ついでn + -a-Si 膜１８の上に第２の金属膜１９としてチタン、アルミニウム、チタンを順にスパッタ法により順に形成する。この後に、第２の金属膜１９の上に第３のレジスト２０を塗布した後に、図３(b) と同じ層構造であってチャネル保護膜１６の上面の両側寄り領域からその外側に延びた配線形状の像を形成する遮光パターンを有するレチクル７Ｂを用いて第３のレジスト２０を露光すると、４０５ｎｍの光はそのレチクル７Ｂによって吸収されるので、第３のレジスト２０は４３６ｎｍの単一波長光によって露光される。レチクル７Ｂの遮光パターンの配線形状は、第２の金属膜１９の上で１μｍの配線間隔となる形状となっている。
【００２５】
ついで、第３のレジスト２０を現像すると、図９(b) に示すようなレジストパターン２０ａが形成される。
さらに、図９(c) に示すように、レジストパターン２０ａに覆われない部分の第２の金属膜１９をエッチングし、続いてn + -a-Si 膜１８と動作半導体層１５をエッチングすると、第２の金属膜１９は、チャネル保護膜１６から引き出されるソース電極１９ｓとドレイン電極１９ｄにパターニングされ、さらにn + -a-Si 膜１８はソース電極１９ｓとドレイン電極１９ｄと同じ形状でそられの下に残される。また、動作半導体層１５は、ソース電極１９ｓとドレイン電極１９ｄの下とチャネル保護膜１６の下に選択的に残される。この状態では、ゲート絶縁膜１４はパターニングされない状態となっている。レジストパターン２０ａを除去した後には図１０(a) に示すような形状となる。
【００２６】
次に、図１０(b) に示すように、ソース電極１９ｓ、ドレイン電極１９ｄ、ゲート絶縁膜１４等を覆う窒化シリコンよりなる保護絶縁膜２１をＣＶＤ法により透明絶縁基板１１の上に形成する。
さらに、保護絶縁膜２１の上に第４のレジスト（不図示）を塗布し、これを図３(a) 又は図３(b) に示すようなレチクル７Ａ，７Ｂのいずれかを用いて露光し、ついで第４のレジストを現像してソース電極１９ｓの上に窓を形成する。その後に、窓を通して保護絶縁膜２１をエッチングしてソース電極１９ｓの一部を露出するホール２１ａを形成する。
【００２７】
第４のレジストを除去した後に、保護絶縁膜２１の上とホール２１ａの中にＩＴＯ膜をスパッタ法により形成する。この後に、図示しない第５のレジストを塗布し、これを露光、現像して各画素領域を覆う。そして、第５のレジストに覆われない部分のＩＴＯ膜をエッチングすることにより、図１０(c) に示すようにＩＴＯ膜よりなる画素電極２２を形成する。なお、第５のレジストの露光は、図３(a) に示したように波長４０５ｎｍの光を吸収しないレチクルを使用する。
【００２８】
なお、反射型液晶表示装置の場合には透明絶縁基板１１ではなく不透明基板を用いてもよい。
以上のように、図３(b) と同様な層構造のレチクル７Ｂを選択することによって、ソース電極１９ｓとドレイン電極１９ｄの間隔、即ちチャネル長を１μｍと従来よりも短くし、また、図３(a) と同様な層構造のレチクル７Ａを選択することによりその他の２μｍ以上のパターンを露光時間を短くして形成することができる。これにより、同じ露光装置を用いて、パターン精度を高くするための露光と、処理時間を短くする露光を選択して行うことが可能になる。
【００２９】
従って、本実施形態によれば、ＴＦＴーＬＣＤ用の製造工程において、薄膜トランジスタ動作半導体層１５上のソース電極１９ｓとドレイン電極１９ｄの間隔を１μｍ以下にすることが可能になるので、ソース電極１９ｓ及びドレイン電極１０ｄとの２μｍの重なりを考慮すると、ゲート電極１２ｇの幅を５μｍ以下にすることが可能になった。
【００３０】
これに対して、従来のＴＦＴーＬＣＤ用の薄膜トランジスタを形成するために解像度が２μｍ以上の露光装置を使用する場合には、動作半導体層上のソース電極とドレイン電極の間隔は２μｍ以上となり、ソース電極、ドレイン電極との２μｍの重なりを考慮すると、ゲート電極の幅は６μｍ以上必要になっていた。また、ソース電極とドレイン電極の間隔を１μｍ以下にする場合には、別の露光装置を用意する必要があった。
【００３１】
なお、上記したレチクルは、レジスト露光用の露光用マスクとして使用されるものであって、本実施形態では露光用マスクはレチクルを含む概念である。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、露光光源から波長の異なる第１、第２、第３の波長を含む光、即ち混合波長の光を放射させる場合に、露光マスクまでの光路中に例えば第１の波長の光をフィルタによって吸収した後に、フィルタにより吸収されなかった光のうちの第２の波長の光を露光マスクにより吸収して残りの第３の波長をレジストに照射して露光するか、或いはフィルタにより吸収されなかった第２、第３の波長の双方を露光マスクに透過させてレジストに照射して露光するようにしたので、１台の露光装置を使用し、通常行われているような露光マスクの交換作業によって、レジストに照射される露光光を単一波長にするか混合波長にするかの使い分けることが可能になり、露光装置の使用頻度を高くし、且つ設備の増加を抑制して、液晶表示装置や半導体装置の製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来の露光装置を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る露光装置の構成図である。
【図３】図３(a) は、本発明の実施形態に使用する第１のレチクル、図３(b) はその第２のレチクルを示す断面図である。
【図４】図４は、第２のレチクルに使用される樹脂フィルムの光吸収率と波長との関係を示す図である。
【図５】図５は、図３(a) のレチクルを使用した場合の露光限界の一例を示す平面図である。
【図６】図６は、図３(b) のレチクルを使用した場合の露光限界の一例を示す斜視断面図である。
【図７】図７(a) 〜(c) は、図２に示した露光装置と、図３(a),(b) に示したレチクルを液晶表示装置のＴＦＴの形成に使用する場合を示す断面図（その１）である。
【図８】図８(a) 〜(c) は、図２に示した露光装置と、図３(a),(b) に示したレチクルを液晶表示装置のＴＦＴの形成に使用する場合を示す断面図（その２）である。
【図９】図９(a) 〜(c) は、図２に示した露光装置と、図３(a),(b) に示したレチクルを液晶表示装置のＴＦＴの形成に使用する場合を示す断面図（その３）である。
【図１０】図１０(a) 〜(c) は、図２に示した露光装置と、図３(a),(b) に示したレチクルを液晶表示装置のＴＦＴの形成に使用する場合を示す断面図（その４）である。
【符号の説明】
１…基板ステージ、２…光源、３，４…ミラー、５…基板、６…ｉ線フィルタ、７，７Ａ，７Ｂ…レチクル、７ａ，７ｃ…透明基板、７ｂ…遮光パターン、７ｄ…樹脂フィルム、８…投影レンズ、１１…基板、１２…金属膜、１２ｇ…ゲート電極、１３…レジスト、１４…ゲート絶縁膜、１５…活性半導体層、、１６…チャネル保護膜、１７…レジスト、１８…アモルファスシリコン膜（不導入導入半導体層）、１９…金属膜、１９ｓ…ソース電極、１９ｄ…ドレイン電極、２０…レジスト、２１…画素電極。
【発明の属する技術分野】
本発明は、露用光マスク、露光装置、露光方法及び液晶表示装置の製造方法に関し、より詳しくは、液晶表示装置、半導体装置等の製造に使用される露光用マスク、露光装置及び露光方法と液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置や半導体装置を製造工程においては、導電膜、誘電体膜、半導体膜又は絶縁膜をパターニングする工程を含んでいる。そのようなパターニング方法として、膜の上にフォトレジストのパターンを形成し、そのフォトレジストをマスクに使用して膜をエッチングするといったフォトリソグラフィー法がある。フォトレジストのパターンは、フォトレジストの塗布、露光、現像、ベーク等といった工程を経て形成される。
【０００３】
ところで、フォトレジストの露光は、例えば図１に示すような構成を有する露光装置を用いて行われる。
図１において、光源である超高圧水銀ランプ101 から出射された光は、第１及び第２の反射ミラー102,103 により進行方向が変更されて、基板ステージ104 に向けて照射される。第２の反射ミラー103 と基板ステージ104 の間には、レチクル105 と投影レンズ106 が順に配置されている。また、超高圧水銀ランプ101 の後方にはランプミラー107 が配置されている。
【０００４】
超高圧水銀ランプ101 は、ｉ線と呼ばれる波長３６５ｎｍの光と、ｈ線と呼ばれる波長４０５ｎｍの光と、ｇ線と呼ばれる波長４３６ｎｍの光にピークを有する紫外線を発生させる。
基板110 上のフォトレジスト111 の露光には、一般に、ｈ線とｇ線の混合波長光か又はｇ線の単一波長光のいずれかを使用する。そのような混合波長光を露光に使用する露光装置では、図１に示すように、超高圧水銀ランプと第１の反射ミラーの間の光路にｉ線を吸収するｉ線カットフィルタ108 が配置される。これに対して、単一波長光を露光に使用する露光装置では、超高圧水銀ランプ101 と第１の反射ミラー102 の間にｉ線カットフィルタ108 及びｈ線カットフィルタ109 が配置される。ｈ線カットフィルタ109 はｈ線を吸収するフィルタである。
【０００５】
レジスト111 を露光する場合には、レジスト111 が塗布された基板110 を基板ステージ104 に載置した状態で、超高圧水銀ランプ101 を発光させると、水銀ランプ101 から出た光は、ｉ線カットフィルタ108 を通ってｇ線とｈ線の混合波長光になり、さらに第１の反射ミラー102 によって反射されて第２の反射ミラー103 へと進行する。さらに、第２の反射ミラー103 で反射した光はレチクル105 、投影レンズ106 を通ってレジスト111 に照射され、これによりレチクル105 のパターンがレジスト111 に転写されることになる。
【０００６】
なお、単一波長光を露光に使用する場合には、ｉ線及びｈ線カットフィルター108,109 を透過した光が第１及び第２の反射ミラー102,103 に反射されてレチクル105 、投影レンズ106 内を進むことになる。
ところで、ｈ線とｇ線の混合波長光でレジスト111 を露光する場合には、単一波長光を用いる場合に比べて、レジスト111 への露光時間は短くて済むが解像度が低くなる。即ち、ｇ線とｈ線の混合波長光は、波長の異なる２つの波が重なった状態となって波長がｇ線よりも長くなる成分を有するために、露光光の性質としては、長い波長の性質に引っ張られて解像度を低下させる一方、露光光の振幅（即ち紫外線量）が増加するので露光時間を短くする。
【０００７】
これに対して、単一波長光でレジストを露光する場合には、混合波長光を使用する場合に比べて解像度は上がるが露光時間が増加する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の露光装置ではｈ線カットフィルター109 の取り付け取り外しは容易でない。しかも、液晶表示装置、半導体装置等の製造工程においては、スループットを向上するために解像度向上よりも露光時間短縮を重要とする場合があったり、あるいは、歩留まりを高くするために露光時間短縮よりも解像度向上を重要とする場合がある。
【０００９】
したがって、液晶表示装置、半導体装置等の製造では、単一波長光を使用する露光装置と、混合波長光を使用する露光装置の双方が必要となり、露光装置の台数が増加する。これにより、露光装置の配置面積が増え、しかも露光装置の使用効率の低下は避けられず、さらに液晶表示装置や半導体装置のコスト高を招く。
本発明の目的は、混合波長、単一波長の選択を容易にして露光装置の使用頻度を高くするとともに、設備の増加を抑制できる露光用マスク、露光装置、露光方法及び液晶表示装置の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、光源から放射された第１、第２及び第３の波長の光を有する混合波長の光のうち該第１の波長の光をフィルタで吸収させた後に、該フィルタからの透過光について前記第２の波長の光を吸収し、前記第３の波長の光を透過させてレジストに照射し、露光する露光用マスクであって、前記第２の波長の光を吸収するフィルム又は基板が全面にわたって形成されていることを特徴とする露光用マスクによって解決される。
【００１１】
また、光源から出た第１、第２及び第３の波長の光を有する混合波長の光を、該第１の波長の光を吸収するフィルタに透過し、前記第２の波長の光を選択的に吸収し、残りの前記第３の波長の光を透過するフィルム又は基板が全面にわたって形成されている第１の露光用マスクと、前記第２及び第３の波長の光を透過する第２の露光用マスクとを必要に応じて使い分けて、前記第１の露光用マスク及び第２の露光用マスクのいずれかに、前記フィルタからの透過光を照射し、前記第１又は第２の露光用マスクを透過した光を基板上又は膜上のレジストに照射することを特徴とする露光方法によって解決される。この露光方法は例えば液晶表示装置の製造方法の少なくとも１工程で用いられる。
【００１２】
次に、本発明の作用について説明する。
本発明によれば、波長の異なる第１、第２、第３の波長をピークに持つ光、即ち混合波長の光を露光光源から放射させる場合に、露光光源から露光マスクまでの光路中に例えば第１の波長の光をフィルタによって吸収した後に、フィルタから透過した光のうちの第２の波長の光を露光マスクにより選択的に吸収して残りの第３の波長の光をレジストに照射して露光するか、或いはフィルタにより吸収されなかった第２、第３の波長の光の双方を露光マスクに透過させてレジストに照射して露光するようにしている。
【００１３】
従って、１台の露光装置を使用し、通常行われているような露光マスクの交換作業によって、レジストに照射される露光光を単一波長にするか混合波長にするかの使い分けを容易にでき、露光装置の使用頻度を高くし、且つ設備の増加を抑制することにより、液晶表示装置や半導体装置の製造コストが低減される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図２は、本発明の実施形態であって液晶表示装置や半導体装置を構成するパターンの形成に使用される露光装置の構成図である。
図２において、基板５を載置する基板ステージ１の側方には、露光光源２として超高圧水銀ランプが配置されている。露光光源２により生じた光の進行経路は、第１の反射ミラー３と第２の反射ミラー４によって変更されて基板ステージ１上に向けられている。超高圧水銀ランプは、ｉ線（３６５ｎｍ）とｈ線（４０５ｎｍ）とｇ線（４３６ｎｍ）にピークを有する混合波長の紫外線を発光する。
【００１５】
また、露光光源２のうち第１の反射ミラー３に対して反対側には、露光光源２から出た光を第１の反射ミラー３に向けて反射させるランプミラー４が配置されている。
露光光源２と第１のミラー３の間の光路中には、ｉ線の光を吸収するｉ線カットフィルター６が配置されている。また、第２のミラー４と基板ステージ１の間の光路中には、光進行方向に向かって順にレチクル７（７Ａ、７Ｂ）と投影レンズ８が配置されている。露光装置では、レチクル７の取り付け、取り外しが容易な構造になっている。レチクル７は、図３(a) と図３(b) に示すような２つの種類がある。
【００１６】
図３(a) に示したレチクル７は、露光のパターン精度を高くするよりも露光時間を短くすることを重視する場合に用いられるものであって、ガラス、石英等の透明基板７ａの上に遮光パターン７ｂを形成した構造を有している。
これに対して、図３(b) に示したレチクル７Ｂは、露光時間の短縮よりも露光のパターン精度を高くすることを重視する場合に用いられるものであって、透明基板７ｃの上に遮光パターン７ｂが形成され、さらに透明基板７ｃ上には遮光パターン７ｂを覆う樹脂フィルム７ｄがｈ線遮光フィルタとして形成されている。その樹脂フィルム７ｄは、例えば図４に示すような波長と透過率の関係を有し、３６５ｎｍ、４０５ｎｍに吸収を持ち、４３６ｎｍに吸収を持たない特性を有している。
【００１７】
図３(a),(b) に示した透明基板７ａ, ７ｃは、ｈ線とｇ線の双方を透過させる材料から形成しているが、図３(b) の透明基板７ｃについては４０５ｎｍに光吸収をもつ材料、例えば石英、ガラスの組成を調整した材料を用いると、その上の樹脂フィルム７ｄは不要になる。
次に、上記した露光装置を用いてレジストを露光することについて説明する。
【００１８】
まず、ポジ型のフォトレジストＲが塗布された基板５を基板ステージ１の上に載せる。そして、露光光源２を発光させると、露光光源２から出たｉ線、ｈ線及びｇ線の混合波長光は、ｉ線カットフィルター６を通ることによってｈ線とｇ線の混合波長光になり、さらに、第１及び第２の反射ミラー３，４によって光路を変更されてレチクル７Ａ又は７Ｂ、投影レンズ８を透過してフォトレジストＲに照射される。これにより、レチクル７Ａ、７Ｂに形成された遮光パターン７ｂのパターンは、フォトレジストＲに結像されるので、現像によりフォトレジストＲはパターニングされる。
【００１９】
図３(a) に示したレチクル７Ａを使用してフォトレジストＲを露光したところフォトレジストＲのパターンは、例えば図５に示す平面図となり、線幅が１．９μｍ付近で光照射部分に不要なレジストＲ1 が残っており、解像限界となっていた。尚、図５は、顕微鏡写真に基づいて描いた図である。
図３(b) に示したレチクル７Ｂを用いて樹脂フィルム７ｄによりｈ線をカットオフした光でフォトレジストＲを露光し、その後フォトレジストＲを現像したところ、図６に示したような斜視断面図になり、線幅１．０μｍ以下まで解像度が上がっており、ｇ線の単一波長で露光した効果が現れている。なお、図６は、ＳＥＭ写真に基づいて描いた図である。
【００２０】
以上のように、露光の解像度を高くするよりも露光時間を短縮化したい場合には図３(a) に示したレチクル７Ａを用い、また、露光時間を短縮化するよりも露光の解像度を高くしたい場合には図３(b) に示したレチクル７Ｂを用いることにより、露光光源２と第１の反射ミラー３の間にｉ線カットフィルタを配置した露光装置を１台で、混合波長と単一波長を使い分けることができることになり、露光装置の使用頻度を上げたり、露光装置の配置面積を減らすことができる。従って、液晶表示装置や半導体装置の製造に用いられる露光装置を少なくしてコスト低減が図れる。
【００２１】
次に、上記した露光装置を使用して液晶表示装置の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成することについて説明する。
まず、図７(a) に示すように、ガラス、石英等からなる透明絶縁基板１１の上に金属膜１２としてスパッタ法によりアルミニウムとチタンを順に形成する。
続いて、金属膜１２の上に第１のレジスト１３を塗布した後に、図３(a) と同じ層構造であって第１のレジスト１３上で配線幅５μｍのゲート配線形状の像を結像する遮光パターンを有するレチクル７Ａを用いて第１のレジスト１３を露光すると、第１のレジスト１３は４０５ｎｍと４３６ｎｍの混合波長光によって露光される。ついで、第１のレジスト１３を現像すると、図７(b) に示すようなレジストパターン１３ａが形成される。
【００２２】
この後に、レジストパターン１３ａに覆われない部分の金属膜１２を塩素系ガスを用いて反応性イオンエッチング法によりエッチングすることにより金属膜１２をパターニングすると、図７(c) に示すように、透明絶縁基板１１上には、金属膜１２からなるゲート電極１２ｇが形成される。続いて、レジストパターン１３ａを除去する。
【００２３】
次に、図８(a) に示すように, 透明絶縁基板１１とゲート電極１２ｇの上に窒化シリコン（Si3N4 ）よりなるゲート絶縁膜１４とアモルファスシリコン（a-Si）よりなる動作半導体層１５と窒化シリコンよりなるチャネル保護膜１６とを順にＣＶＤ法により連続して形成する。
この後に、チャネル保護膜１６の上に第２のレジスト１７を塗布した後に、図３(a) と同じ層構造であって第２のレジスト１７上のＴＦＴ領域でゲート電極１２ｇに重なる形状の像を結像する遮光パターンを有するレチクル７Ａを用いて第２のレジスト１７を露光すると、第２のレジスト１７は４０５ｎｍと４３６ｎｍの混合波長光によって露光される。ついで、第２のレジスト１７を現像すると、図８(b) に示すようなレジストパターン１７ａが形成される。
【００２４】
さらに、レジストパターン１７ａに覆われない部分のチャネル保護膜１６をエッチングし、さらにレジストターン１７ａを除去すると、チャネル保護膜１６は図８(c) に示すようにゲート電極１２ｇの上に残される。
次に、図９(a) に示すように、ｎ+ 型アモルファスシリコン（n + -a-Si ）膜１８をＣＶＤ法によりチャネル保護膜１６及び動作半導体層１５の上に形成し、ついでn + -a-Si 膜１８の上に第２の金属膜１９としてチタン、アルミニウム、チタンを順にスパッタ法により順に形成する。この後に、第２の金属膜１９の上に第３のレジスト２０を塗布した後に、図３(b) と同じ層構造であってチャネル保護膜１６の上面の両側寄り領域からその外側に延びた配線形状の像を形成する遮光パターンを有するレチクル７Ｂを用いて第３のレジスト２０を露光すると、４０５ｎｍの光はそのレチクル７Ｂによって吸収されるので、第３のレジスト２０は４３６ｎｍの単一波長光によって露光される。レチクル７Ｂの遮光パターンの配線形状は、第２の金属膜１９の上で１μｍの配線間隔となる形状となっている。
【００２５】
ついで、第３のレジスト２０を現像すると、図９(b) に示すようなレジストパターン２０ａが形成される。
さらに、図９(c) に示すように、レジストパターン２０ａに覆われない部分の第２の金属膜１９をエッチングし、続いてn + -a-Si 膜１８と動作半導体層１５をエッチングすると、第２の金属膜１９は、チャネル保護膜１６から引き出されるソース電極１９ｓとドレイン電極１９ｄにパターニングされ、さらにn + -a-Si 膜１８はソース電極１９ｓとドレイン電極１９ｄと同じ形状でそられの下に残される。また、動作半導体層１５は、ソース電極１９ｓとドレイン電極１９ｄの下とチャネル保護膜１６の下に選択的に残される。この状態では、ゲート絶縁膜１４はパターニングされない状態となっている。レジストパターン２０ａを除去した後には図１０(a) に示すような形状となる。
【００２６】
次に、図１０(b) に示すように、ソース電極１９ｓ、ドレイン電極１９ｄ、ゲート絶縁膜１４等を覆う窒化シリコンよりなる保護絶縁膜２１をＣＶＤ法により透明絶縁基板１１の上に形成する。
さらに、保護絶縁膜２１の上に第４のレジスト（不図示）を塗布し、これを図３(a) 又は図３(b) に示すようなレチクル７Ａ，７Ｂのいずれかを用いて露光し、ついで第４のレジストを現像してソース電極１９ｓの上に窓を形成する。その後に、窓を通して保護絶縁膜２１をエッチングしてソース電極１９ｓの一部を露出するホール２１ａを形成する。
【００２７】
第４のレジストを除去した後に、保護絶縁膜２１の上とホール２１ａの中にＩＴＯ膜をスパッタ法により形成する。この後に、図示しない第５のレジストを塗布し、これを露光、現像して各画素領域を覆う。そして、第５のレジストに覆われない部分のＩＴＯ膜をエッチングすることにより、図１０(c) に示すようにＩＴＯ膜よりなる画素電極２２を形成する。なお、第５のレジストの露光は、図３(a) に示したように波長４０５ｎｍの光を吸収しないレチクルを使用する。
【００２８】
なお、反射型液晶表示装置の場合には透明絶縁基板１１ではなく不透明基板を用いてもよい。
以上のように、図３(b) と同様な層構造のレチクル７Ｂを選択することによって、ソース電極１９ｓとドレイン電極１９ｄの間隔、即ちチャネル長を１μｍと従来よりも短くし、また、図３(a) と同様な層構造のレチクル７Ａを選択することによりその他の２μｍ以上のパターンを露光時間を短くして形成することができる。これにより、同じ露光装置を用いて、パターン精度を高くするための露光と、処理時間を短くする露光を選択して行うことが可能になる。
【００２９】
従って、本実施形態によれば、ＴＦＴーＬＣＤ用の製造工程において、薄膜トランジスタ動作半導体層１５上のソース電極１９ｓとドレイン電極１９ｄの間隔を１μｍ以下にすることが可能になるので、ソース電極１９ｓ及びドレイン電極１０ｄとの２μｍの重なりを考慮すると、ゲート電極１２ｇの幅を５μｍ以下にすることが可能になった。
【００３０】
これに対して、従来のＴＦＴーＬＣＤ用の薄膜トランジスタを形成するために解像度が２μｍ以上の露光装置を使用する場合には、動作半導体層上のソース電極とドレイン電極の間隔は２μｍ以上となり、ソース電極、ドレイン電極との２μｍの重なりを考慮すると、ゲート電極の幅は６μｍ以上必要になっていた。また、ソース電極とドレイン電極の間隔を１μｍ以下にする場合には、別の露光装置を用意する必要があった。
【００３１】
なお、上記したレチクルは、レジスト露光用の露光用マスクとして使用されるものであって、本実施形態では露光用マスクはレチクルを含む概念である。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、露光光源から波長の異なる第１、第２、第３の波長を含む光、即ち混合波長の光を放射させる場合に、露光マスクまでの光路中に例えば第１の波長の光をフィルタによって吸収した後に、フィルタにより吸収されなかった光のうちの第２の波長の光を露光マスクにより吸収して残りの第３の波長をレジストに照射して露光するか、或いはフィルタにより吸収されなかった第２、第３の波長の双方を露光マスクに透過させてレジストに照射して露光するようにしたので、１台の露光装置を使用し、通常行われているような露光マスクの交換作業によって、レジストに照射される露光光を単一波長にするか混合波長にするかの使い分けることが可能になり、露光装置の使用頻度を高くし、且つ設備の増加を抑制して、液晶表示装置や半導体装置の製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来の露光装置を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る露光装置の構成図である。
【図３】図３(a) は、本発明の実施形態に使用する第１のレチクル、図３(b) はその第２のレチクルを示す断面図である。
【図４】図４は、第２のレチクルに使用される樹脂フィルムの光吸収率と波長との関係を示す図である。
【図５】図５は、図３(a) のレチクルを使用した場合の露光限界の一例を示す平面図である。
【図６】図６は、図３(b) のレチクルを使用した場合の露光限界の一例を示す斜視断面図である。
【図７】図７(a) 〜(c) は、図２に示した露光装置と、図３(a),(b) に示したレチクルを液晶表示装置のＴＦＴの形成に使用する場合を示す断面図（その１）である。
【図８】図８(a) 〜(c) は、図２に示した露光装置と、図３(a),(b) に示したレチクルを液晶表示装置のＴＦＴの形成に使用する場合を示す断面図（その２）である。
【図９】図９(a) 〜(c) は、図２に示した露光装置と、図３(a),(b) に示したレチクルを液晶表示装置のＴＦＴの形成に使用する場合を示す断面図（その３）である。
【図１０】図１０(a) 〜(c) は、図２に示した露光装置と、図３(a),(b) に示したレチクルを液晶表示装置のＴＦＴの形成に使用する場合を示す断面図（その４）である。
【符号の説明】
１…基板ステージ、２…光源、３，４…ミラー、５…基板、６…ｉ線フィルタ、７，７Ａ，７Ｂ…レチクル、７ａ，７ｃ…透明基板、７ｂ…遮光パターン、７ｄ…樹脂フィルム、８…投影レンズ、１１…基板、１２…金属膜、１２ｇ…ゲート電極、１３…レジスト、１４…ゲート絶縁膜、１５…活性半導体層、、１６…チャネル保護膜、１７…レジスト、１８…アモルファスシリコン膜（不導入導入半導体層）、１９…金属膜、１９ｓ…ソース電極、１９ｄ…ドレイン電極、２０…レジスト、２１…画素電極。
Claims (5)
- 光源から放射された第１、第２及び第３の波長の光を有する混合波長の光のうち前記第１の波長の光をフィルタで吸収させた後に、該フィルタからの透過光について前記第２の波長の光を吸収し、前記第３の波長の光を透過させてレジストに照射し、露光する露光用マスクであって、前記第２の波長の光を吸収するフィルム又は基板が全面にわたって形成されていることを特徴とする露光用マスク。
- 前記光源は超高圧水銀ランプであることを特徴とする請求項1に記載の露光用マスク。
- 光源から出た第１、第２及び第３の波長の光を有する混合波長の光を、該第１の波長の光を吸収するフィルタに透過し、
前記第２の波長の光を選択的に吸収し、残りの前記第３の波長の光を透過するフィルム又は基板が全面にわたって形成されている第１の露光用マスクと、前記第２及び第３の波長の光を透過する第２の露光用マスクとを必要に応じて使い分けて、前記第１の露光用マスク及び第２の露光用マスクのいずれかに、前記フィルタからの透過光を照射し、
前記第１又は第２の露光用マスクを透過した光を基板上又は膜上のレジストに照射することを特徴とする露光方法。 - 前記混合波長の光は波長４３６ｎｍを含む紫外線であり、前記第１の波長は３６５ｎｍであり、前記第２の波長は４０５ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
- 光源から出た第１、第２及び第３の波長の光を有する混合波長の光を該第１の波長の光の吸収用のフィルタに透過させ、前記第２の波長の光を選択的に吸収し、残りの前記第３の波長の光を透過するフィルム又は基板が全面にわたって形成されている第１の露光用マスクと、前記第２及び第３の波長の光を透過する第２の露光用マスクとを必要に応じて使い分けて、前記第１の露光用マスク及び第２の露光用マスクのいずれかに前記フィルタからの透過光を照射し、前記第１又は第２の露光用マスクを透過した光を基板上又は膜上のレジストに照射する工程を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
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