JP4654144B2 - 薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ、集積回路、および液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板に薄膜トランジスタを形成するための製造方法に関する。

液晶表示パネルのような表示パネル用のガラス基板に形成される結晶性薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という。）においては、作動性能を上げるために、ＴＦＴを微細化することが検討されている。

ＴＦＴが形成されるガラス基板は、面内においてその板厚偏差が半導体ウエーハのそれに比べて著しく大きい。このガラス基板は、一辺が１００ｍｍの正方形の面積当たりにおいて９μｍ程度（９μｍ程度／１００ｍｍ□）という大きな板厚偏差（表面粗さや基板自体の板厚分布に起因する。）が存在する。

上記のようなガラス基板にＴＦＴを形成する際、該ガラス基板上のフォトレジストの露光においては、半導体ウエーハ基板上への半導体デバイス製造用の露光に比べ、深い焦点深度を必要とする。すなわち、ＴＦＴを微細化して、製造するには、その際に使用する露光装置の解像度を上げると同時に焦点深度が浅くならないようにする必要がある。ＴＦＴ用の露光装置の解像度は、現在１．５μｍや３μｍ程度である。この露光装置は、解像度を上記値より上げようとすると、焦点深度が浅くなる。

解像度が例えば、０．８μｍ程度を越える高解像度になると、その焦点深度は、ＴＦＴを形成する基板であるガラスの板厚偏差である９μｍ程度／１００ｍｍ□より浅くなり、ガラス基板上のフォトレジストで所望のレジストパターンを形成できなくなる。大きな板厚偏差を有するガラス基板上のフォトレジストを露光する場合、該フォトレジスト面の高低差が大きいため露光装置の光学系に、より深い焦点が要求される。ＴＦＴを製造する露光工程には、深い焦点深度を必要とするコンタクトホールの形成工程がある。この場合のフォトレジストの膜厚では、通常、露光の際の焦点深度がライン系パターンの場合より浅くなるので、浅くならないような工夫が必要である。

例えば、０．５μｍ□のコンタクトホールを形成する場合の焦点深度は、±０．９μｍと非常に浅い。露光装置によりガラス基板上に形成されるＴＦＴの製造のために、このようなコンタクトホールを形成すると、焦点深度をはずれた領域が広いので、コンタクトホールの底にフォトレジストが残り、フォトレジストには、貫通した穴が開かない。この結果、例えばソース領域やドレイン領域とのコンタクトを取ることができない。

また、ＴＦＴを形成する際の露光用マスクのコンタクトホールは、一般に、正方形の形状を有している。このようなマスクを介してフォトレジストを露光することによりフォトレジストに形成されたＴＦＴのためのコンタクトホールは、角が丸まり、ほぼ円形になる。この結果、上記露光方法では、フォトレジストを貫通する穴を形成しにくい。

露光技術において、ハーフトーン型位相シフトマスク（本明細書においては、単に「ハーフトーンマスク」という。）が解像度と焦点深度を向上させることは、非特許文献１の３９頁から４０頁に記載されている。

また、ハーフトーンマスクを用いて、半導体デバイス用の半導体ウエーハや、表示パネル用のガラス基板上に形成される半導体薄膜等の加工工程に使用されるレジストを露光する技術が特許文献１に記載されている。

平成９年２月２５日オーム社発行「超微細加工技術」

特開２００３−２３４２８５号公報

非特許文献１の４０頁に記載されている露光装置の開口数ＮＡは０．５であり、コヒーレンス・ファクタσは０．２である。これらの値は、非特許文献１に記載されているように、集積回路（ＬＳＩ）用の値である。

表示基板用のガラス基板にＴＦＴを形成する場合、スループットを考慮してガラス基板上のフォトレジストへの1回当たりの露光面積が決定され、この露光面積が大きいため、解像度も重要であるが、焦点深度の方がより重要視される。これは、前記のようにガラス基板の板厚偏差がＬＳＩ用Ｓｉウエーハのそれより非常に大きいからである。

しかし、非特許文献１には、ＴＦＴを表示基板用のガラス基板に形成する際の露光において焦点深度をより大きくするための、露光光学系の種類、開口数ＮＡ、コヒーレンス・ファクタσ等の具体的な値が記載されていない。

特許文献１も、主としてＬＳＩ用のＳｉウエーハについての記載はあるが、表示基板用のガラス基板にＴＦＴを形成する際の露光において必要な焦点深度を得るための、開口数ＮＡやコヒーレンス・ファクタσの具体的な値は記載されていない。

上記のように、表示パネル用のガラス基板上に形成されたレジストの露光のために、特に結晶性ＴＦＴのためのコンタクトホールの製造のために、より深い焦点深度が得られるような、露光用光源の種類、コヒーレンス・ファクタσ、用いる露光光学系の種類、及び開口数ＮＡ等は未だ知られていない。

本発明の目的は、レジストを完全に貫通するコンタクトホールを形成可能にした薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。

本発明に係る、薄膜トランジスタの第１乃至第３の製造方法は、いずれも、光源からの光線をマスクを介してガラス基板上に形成された未完成のＴＦＴ上の感光材膜すなわちフォトレジストに照射し、該フォトレジストにコンタクトホールを形成することを含み、前記光線としてｉ線を用いる。また、前記第１乃至第３の製造方法及びそれにより形成される薄膜トランジスタは、基本的に、前記マスクに形成される複数のコンタクトホールのためのパターン又は該パターンに対応して薄膜トランジスタに形成される複数のコンタクトホールの平面形状が長方形状であり、該各長方形状の長辺の長さは０．７μｍ以上であり、前記長方形状の長辺方向のピッチは長辺の長さの寸法と短辺の長さ寸法との和以上であり、且つ短辺方向のピッチが短辺の長さ寸法の３倍以上であることを特徴とする。

本発明に係る第１の製造方法において、前記マスクは、前記ガラス基板に形成された薄膜トランジスタのための、長方形（長円形及び楕円形を含む。）の複数の透明領域及び不透明領域のいずれか一方を含むコンタクトホール・パターンを有し、前記光透過領域及び光遮蔽領域のいずれか一方は、長辺方向の長さ寸法が短辺方向の長さ寸法の１．４倍以上となる形状を有する。

本発明に係る第２の製造方法において、前記マスクは、遮光性のクロムマスクであり、また前記ガラス基板に形成された薄膜トランジスタのための長方形（長円形及び楕円形を含む。）の複数の光透過領域及び光遮蔽領域のいずれか一方を含むコンタクトホール・パターンを有する。前記光学系は、等倍投影光学系であり、またｋ1を０．４０から０．４３の値を有する係数とし、Ｒを前記長方形の短辺方向の長さ寸法としたとき、次式（１）により得られる開口数ＮＡを有する。
ＮＡ２＝ｋ１×０．３６５／Ｒ・・・（１）

本発明に係る第３の製造方法において、前記マスクは、ハーフトーンマスクであり、また前記ガラス基板に形成された薄膜トランジスタのための長方形（長円形及び楕円形を含む。）の複数の光透過領域及び光遮蔽領域のいずれか一方を含むコンタクトホール・パターンを有する。前記光学系は、等倍投影光学系であり、またｋ1を０．３４から０．４１の値を有する係数とし、Ｒを前記長方形の短辺方向の長さ寸法としたとき、前記式（１）により得られる開口数ＮＡを有する。

本発明に係る第１の製造方法において、前記感光材膜すなわちフォトレジストに形成されるコンタクトホールは、少なくとも各隅角部が弧状にされた長方形の平面形状を有していてもよい。

本発明に係る第２の製造方法において、前記コンタクトホール・パターンは、前記長方形の長辺方向のピッチが長辺の長さの寸法と短辺の長さ寸法との和以上となりかつ短辺方向のピッチが短辺の長さ寸法の３倍以上となる周期的なパターンであり、前記光透過領域及び光遮蔽領域のいずれか一方に配置していてもよい。

本発明に係る第３の製造方法において、前記コンタクトホール・パターンは、前記長方形の長辺方向のピッチが長辺の長さの寸法と短辺の長さ寸法との和以上となりかつ短辺方向のピッチが短辺の長さ寸法の３倍以上となる周期的なパターンであり、前記光透過領域及び光遮蔽領域のいずれか一方に配置していてもよい。

本発明に係る第１乃至第３の製造方法も、さらに、前記レジストを処理して前記レジストにコンタクトホールを形成することを含むことができる。

感光材膜の前記レジストに形成されるコンタクトホールは、少なくとも各隅角部を弧状にされた長方形の平面形状を有していてもよい。

前記レジストに形成されるコンタクトホールは、長辺方向の長さ寸法が短辺方向の長さ寸法の１．４倍以上となる長方形の平面形状を有することができる。

本発明に係る第１乃至第３の製造方法によれば、板厚偏差が大きい基板上に形成された感光材膜でも、露光工程において実施可能な焦点深度を得ることができ、感光材膜にこれを完全に貫通する微細なコンタクトホールを形成することできる。

[用語の定義]
本発明において、「長方形」とは、長円形及び楕円形を含む。コンタクトホールとは、絶縁層を介在して表裏面に設けられる導電体層間、導電体とソース領域またはドレイン領域との間、あるいはゲート電極間を電気的に接続する導電体を線状に埋設するために上記絶縁層に設けられる孔である。この明細書では、この孔をエッチング加工により形成するための感光材膜に設けられる孔もコンタクトホールと定義する。
先ず、本発明の薄膜トランジスタの製造方法に用いられる露光装置およびそれに続いて本発明の薄膜トランジスタの製造方法について述べる。
［露光装置の実施例］

図１を参照するに、露光装置１０は、露光用の光源１２のほかに、それぞれが光源１２からの光路に配置された、光源１２から出射された光線を反射させる反射鏡１４と、反射鏡１４により反射された光線を集束させる２種類の中間レンズ１６及び１８と、中間レンズ１８からの光線をこれがハーフトーンマスク２４に向かうように反射させる反射鏡２０と、反射鏡２０により反射された光線を集束してハーフトーンマスク２４を照射する集束レンズ２２と、ハーフトーンマスク２４を通過した光線を例えばガラス基板２８のような被処理基板上に形成された感光材層、例えばレジスト膜３０を照射する投影光学系２６とからなる。

光源１２は、例えば３６５ｎｍの波長を有するｉ線を発生する水銀ランプである。

反射鏡１４、中間レンズ１６及び１８、反射鏡２０並びに集束レンズ２２は、一般的な光学部材であり、また照明光学系２３を形成している。光源１２からの光線は、そのような照明光学系２３により集束されてハーフトーンマスク２４に入射される。ハーフトーンマスク２４は、その光遮蔽領域が６〜８％の透過率を有するマスクである。

ガラス基板２８は、例えば液晶表示パネルのような表示パネルの製作に用いるガラス基板２８であり、該ガラス基板２８上に設けられる半導体薄膜には、後述するように表示パネルを駆動するための薄膜トランジスタが形成される。

投影光学系２６は、マスク２４の像を例えば等倍でレジスト膜３０に投影する等倍投影光学系であり、図示の例では、ＮＡ絞り３２、瞳面３４、複数のレンズ３６等を備えている。ハーフトーンマスク２４を経た光線は、投影光学系２６を経て等倍でレジスト膜３０に入射する。

レジスト膜３０は、例えばｉ線用化学増幅型のフォトレジスト材からなる。例えばスピンコーティングのような適宜な手法でフォトレジスト材がガラス基板２８の表面に塗布され、その後、乾燥されてレジスト膜３０が形成される。

集束レンズ２２を含む照明光学系２３の開口数、ひいては集束レンズ２２からハーフトーンマスク２４に入射する光の開口数であるＮＡ１は、入射光の開き角を２φとしたとき、次式（２）から得ることができる。

ＮＡ１＝ｓｉｎφ・・・（２）

同様に、投影光学系２６の開口数、ひいては投影光学系２６からレジスト膜３０に照射される光の開口数であるＮＡ２は、入射光の開き角を２θとしたとき、次式（３）から得ることができる。

ＮＡ２＝ｓｉｎθ・・・（３）

［マスクの実施例］

ハーフトーンマスク２４は、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、長方形の平面形状を有する複数の例えば透光性領域４０と、光通過特性が領域４０のそれと異なる例えば半透過性領域４２とを備える。ハーフトーンマスク２４は、領域４２内に領域４０が存在することにより、透光性基板例えばマスク用ガラス基板４４の一方の面にマトリクス状に形成した領域４０のコンタクトホール・パターンを有している。

図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すハーフトーンマスク２４において、レジスト膜３０の感光特性がポジティブであると、領域４０は光透過領域を形成し、領域４２はある透過率を有する半透過性光遮蔽領域を形成する。これに対し、レジスト膜３０の感光特性がネガティブであると、逆に領域４０はある透過率を有する光遮蔽領域を形成し、領域４２は光透過領域を形成する。

ハーフトーンマスク２４に代えて、上記のようなコンタクトホール・パターンを有する通常の遮光マスクであるクロムマスク１２４を用いることができ、該クロムマスク及びハーフトーン型位相シフトマスク（ハーフトーンマスク）２４のいずれであってもよい。

ハーフトーンマスク２４が後者のハーフトーンマスクの場合、そのようなマスク２４として、６〜８％の透過率を有する半光遮蔽領域と、光の位相を１８０°回転させると共に、ほぼ１００％の透過率を有する光透過領域とからなるもの、あるいは６〜８％の透過率を有すると同時に光の位相を１８０°回転させる半光遮蔽領域と、ほぼ１００％の透過率を有する光透過領域とからなるもの、のいずれを用いてもよい。

光遮蔽領域４２用の材料は、上記いずれのタイプのマスクであるかにより異なるが、市販されている公知の材料、例えばＭｏＳｉＯ，ＭｏＳｉＯＮ，Ｃｒを用いることができる。上記のいずれのハーフトーンマスク２４を用いる場合も、そのようなコンタクトホール・パターンを有するマスク２４は、レジスト膜３０の露光に先立って製造される。

［ＴＦＴの実施例］

図８及び図９は、液晶表示パネルのような表示パネル用のガラス基板５０に形成された結晶性の半導体からなるＴＦＴ５２の一実施例を示す。

図８及び図９を参照するに、形状が例えば長方形状を有するガラス基板５０の一方の面には、透明な電気絶縁性の下地層５４が成膜されており、この下地層５４の上には、一ＴＦＴ素子毎に島状に分離された長方形の結晶性のシリコン層５６が成膜されている。シリコン層５６には、離隔して予め定められた位置にソース領域Sおよびドレイン領域Dが形成されている。ソース領域Sおよびドレイン領域D間には、チャネル領域Cが形成されている。さらに、このシリコン層５６上には、ゲート絶縁層５８が成膜されている。ゲート絶縁層５８上には、ゲート電極用層が成膜されている。このゲート電極用層は、ゲート電極６０のマスクパターンを用いてエッチングされ、これによりゲート電極６０が形成される。このゲート電極６０、ゲート絶縁層５８、下地層５４などの表面には、層間絶縁膜６６が成膜される。この層間絶縁膜６６上には、レジスト膜３０が、成膜される。レジスト膜３０が成膜されたガラス基板２８は、図１に示す露光装置１０のＸ−Ｙ−Ｚ−θステージ（図示せず）の予め定められた位置に位置決めして搬入される。レジスト膜３０には、図２に示されたコンタクトホールのハーフトーンマスク２４の透過光が入射し、露光される。露光されたレジスト膜３０は、現像処理され、レジスト膜３０にはコンタクトホールのマスクパターンが形成される。このコンタクトホールのマスクパターンが形成されたレジスト膜３０をマスクとして図９に示す層間絶縁膜６６のエッチングを行うことによりコンタクトホール６８が形成される。と同時に、シリコン層５６のチャネル領域となる表面上には、ゲート絶縁層５８が形成される。

ゲート電極６０は、シリコン層５６の長手方向中央部をシリコン層５６の幅方向に横切って伸びるように、ゲート絶縁層５８上に形成される。

層間絶縁膜６６に形成されたコンタクトホール６８を介して底部に露出しているシリコン層５６内に予め定められた不純物をイオン注入することにより、シリコン層５６内には、ソース領域Ｓおよびドレイン領域Ｄが形成される。次に、底部に露出しているシリコン層５６上にソース電極およびドレイン電極を形成するための材料層を例えばスパッタリングすることにより成膜し、これによりコンタクトホール６８内には、ソース電極６２およびドレイン電極６４が形成される。
ソース電極６２及びドレイン電極６４は、ゲート電極６０をマスクとして不純物がシリコン層５６内にイオン注入されて形成されるソース領域S、ドレイン領域D上にそれぞれコンタクトホール６８を経て電気的に接続される状態に形成されている。

ゲート電極６０、ソース電極６２及びドレイン電極６４は、夫々層間絶縁膜６６により電気的に絶縁されている。

図１に示す露光装置１０を製造工程の一部で使用する図８及び図９に示すＴＦＴ５２において、ソース電極６２及びドレイン電極６４を形成するための複数のコンタクトホール６８は、それらの底部が上記ソース領域S及びドレイン領域Dの表面となるように、層間絶縁膜６６を貫通して形成されている。

層間絶縁膜６６に形成されるコンタクトホール６８は、層間絶縁膜６６上にレジスト膜３０を成膜し、このレジスト膜３０を露光装置１０により露光・現像して形成される。この露光工程において図２に示されたハーフトーンマスク２４が使用される。この露光工程によりレジスト膜３０には、層間絶縁膜６６にコンタクトホール６８を形成するためのマスクが形成される。このマスクを用いて層間絶縁膜６６を選択エッチング例えばプラズマエッチングすることによりコンタクトホール６８が、層間絶縁膜６６に形成される。図２（Ａ）に示す長方形状のパターンを有するハーフトーンマスク２４を用いて、図１に示された露光装置１０においてレジスト膜３０を選択露光し、そのレジスト膜３０を現像処理すると、図８に示すように、レジスト膜３０には、少なくとも隅角部が弧状とされた長方形状のコンタクトホール６８を形成するためのマスクが形成される。
このような長方形のコンタクトホールの場合の焦点深度は、図３に示されるように長辺が長くなるに従って深くなる。焦点深度が深いので、板厚偏差が大きいガラス基板上に被覆されたレジストを露光するのに好適である。
このマスクを用いて層間絶縁膜６６を選択エッチングすることにより層間絶縁膜６６にコンタクトホール６８が形成される。多数のコンタクトホール６８が等間隔および等ピッチで配列されることにより、レジスト膜３０には、ホールアンドスペース・パターンが形成される。

図２に示すハーフトーンマスク２４において、レジスト膜３０にコンタクトホール６８を形成するための例えば投光領域となる長方形の領域４０の短辺を例えば０．５μｍに固定し、光透過性領域４０の長辺を変えた複数のハーフトーンマスク２４を作成し、それらのハーフトーンマスク２４を用いて、長方形状のコンタクトホールをレジスト膜３０に形成するために、レジスト膜３０を図１に示す露光装置１０により露光した。それらのハーフトーンマスク２４の他に、またそれらと同一形状を有する複数の遮光性のクロムマスクがそれぞれ用いられた。

等倍投影光学系２６のコヒーレンス・ファクタσ（Ｓｉｎφ／Ｓｉｎα）は、たとえば０．８に固定した。また、露光用光線として波長が３６５ｎｍのｉ線を、レジスト膜３０としてｉ線用化学増幅型レジスト材をそれぞれ用いた。さらに、図２における領域４０のＸ方向のホール中心間ピッチＸＰは長辺と短辺（０．５μｍ）との和とし、Ｙ方向のホール中心間ピッチＹＰは短辺（０．５μｍ）の４倍（２μｍ）とした。

クロムマスクを用いた場合、光透過性領域４０の各一辺が０．５μｍの長さを有する正方形の場合の開口数ＮＡ２は０．３７とし、０．５μｍ×０．７μｍの長方形の場合の開口数ＮＡ２は０．３３とし、０．５μｍ×１μｍの長方形の場合の開口数ＮＡ２は０．２９とし、０．５μｍ×１．５μｍ及び０．５μｍ×２μｍの両長方形の場合の開口数ＮＡ２は０．２８とした。

ハーフトーンマスク２４を用いた場合、光透過性領域４０の各一辺が０．５μｍの長さを有する正方形の場合の開口数ＮＡ２は０．３５とし、０．５μｍ×０．７μｍ及び０．５μｍ×１μｍの両長方形の場合の開口数ＮＡ２は０．２５とし、０．５μｍ×１．５μｍ及び０．５μｍ×２μｍの両長方形の場合の開口数ＮＡ２は０．２６とした。

上記実施例１の結果として得られた投影光学系２６の焦点深度と、図２に示すハーフトーンマスク２４における領域４０の長辺の長さ寸法との関係を図３に示す。図３において、印◆を付した曲線７０はクロムマスクを用いた場合の結果（露光装置１０の投影光学系２６の焦点深度特性）を示し、印■を付した曲線７２はハーフトーンマスク２４を用いた場合の結果（露光装置１０の焦点深度特性）を示す。図３の横軸は、図２に示す領域４０の長辺の長さであり、縦軸は露光装置１０の投影光学系２６の焦点深度を示す。領域４０の長辺の長さが、０．７μｍ以上で深い焦点深度特性が得られている。換言すれば、図３の横軸において、長辺と短辺との比は、長辺が０．７μｍのとき１．４倍であり、長辺が１μｍのとき２倍であり、長辺が１．５μｍのとき３倍であり、長辺が２μｍのとき４倍であり、長辺が２．５μｍのとき５倍である。図２に示すハーフトーンマスク２４において、コンタクトホールを形成するための長方形状のパターンは、長辺方向の長さ寸法が短辺方向の長さ寸法の１．４倍以上となる形状のパターンで深い焦点深度特性が得られている。

いずれのハーフトーンマスク２４を用いた場合も、レジスト膜３０にこれを完全に貫通するコンタクトホールが形成され、それらのコンタクトホールは図２（Ａ）に示す矩形光透過性領域（４０）に対応した長円形の形状を有していた。

図３から明らかなように、領域４０の長辺が短辺（０．５μｍ）より長いと、長辺が１μｍまでの範囲において投影光学系２６の焦点深度が深くなり、それより長辺が長いと、焦点深度はほぼ一定になる。この結果、図３では、領域４０を長方形にすることにより、露光装置１０の焦点深度が深くなる。

上記図３から明らかなように、領域４０は、長辺の長さを短辺の長さ０．５μｍの１．４倍（０．７μｍ）以上にすると、光透過領域及び光遮蔽領域のいずれか一方が正方形の場合より投影光学系２６の焦点深度が深くなる。コンタクトホール・パターンは、前記長方形の長辺方向のピッチが長辺の長さの寸法と短辺の長さ寸法との和以上となりかつ短辺方向のピッチが短辺の長さ寸法の３倍以上となる周期的なパターンで深い焦点深度を安定に得ることができる。コンタクトホールは、光透過領域及び光遮蔽領域のいずれでもよい。
図３の特性曲線７０は、光透過性の領域４０を有するクロムマスクを用いた場合の特性である。この場合もコンタクトホールを長方形状にすることによって焦点深度が深くなっていることが分かる。これにより、本発明が通常のＣｒマスクにも有効であることが理解できる。
ハーフトーンマスク２４を用いた場合には、顕著に焦点深度が深くなることが判る。このようにして、深い投影光学系２６の焦点深度が得られる、板厚偏差が大きいガラス基板上でも、レジスト膜３０にこれを完全に貫通するコンタクトホール６８を確実に貫通して形成することでき、ＴＦＴ製造の歩留まりが向上する。

図２に示すハーフトーンマスク２４と同様な形状において、長方形状の光透過領域又は光遮蔽領域４０の短辺を０．５μｍに、また長辺を１μｍにそれぞれ固定したクロムマスクを作成し、そのクロムマスクを用いて、高密度で配置された複数のコンタクトホールすなわちデンスコンタクトホールをレジスト膜３０に形成すべく、レジスト膜３０を図１に示す露光装置１０により等倍投影光学系２６の開口数ＮＡ２を変化させて露光した。

この実施例もコヒーレンス・ファクタσは０．８に固定した。また、露光用光線として波長が３６５ｎｍのｉ線を、レジスト膜３０としてｉ線用化学増幅型レジストをそれぞれ用いた。さらに、図２における領域４０のＸ方向ピッチＸＰを１．５μｍとし、Ｙ方向ピッチＹＰを２μｍとした。

上記実施例２の結果として得られた等倍投影光学系２６の焦点深度と等倍投影光学系２６の開口数ＮＡ２との関係を図４に示す。いずれの場合も、レジスト膜３０にこれを完全に貫通するコンタクトホール６８が形成され、それらのコンタクトホール６８は図２（Ａ）に示すように長方形の形状を有していた。

図４から明らかなように、等倍投影光学系２６の開口数ＮＡ２が０．２９において、焦点深度は最も深くなる。開口数ＮＡ２が０．２８７乃至０．３１５において深い焦点深度が得られている。また、図３から光透過領域又は光遮蔽領域４０が長方形であると、正方形の領域に比べ、全体的に焦点深度が±１．７μｍ以上に深くなっている。

実施例２に関する図４においては、等倍投影光学系２６の開口数ＮＡ２が０．２８のときと０．３ときとでは、ほぼ同じ焦点深度になる。しかし、レンズ収差を考慮すると、等倍投影光学系２６の開口数ＮＡ２が０．２８のときの焦点深度はより浅くなるので、開口数ＮＡ２の範囲は０．２９〜０．３１５が最適である。

上記のような等倍投影光学系２６の開口数ＮＡ２の範囲から、これに対応するｋ1の範囲０．４０〜０．４３が求められる。このｋ１の範囲は次のようにして求められる。
前記式（１）において、Ｒを０．５、ＮＡ２を０．２９とすると、ｋ１は０．４０になる。同様に、Ｒを０．５、ＮＡ２を０．３１５とすると、ｋ１は０．４３になる。

図２に示すマスク２４と同様な形状で、長方形の光透過領域又は光遮蔽領域４０の短辺を０．５μｍに、また長辺を１μｍにそれぞれ固定したクロムマスクを作成した。作成されたクロムマスクを用いて、デンスコンタクトホールをレジスト膜３０に形成すべく、レジスト膜３０を図１に示す露光装置１０により等倍投影光学系２６のコヒーレンス・ファクタσを変化させて露光した。

このとき等倍投影光学系２６の開口数ＮＡ２は０．２９に固定した。また、露光用光線として波長が３６５ｎｍのｉ線を、レジスト膜３０としてｉ線用化学増幅型レジストをそれぞれ用いた。さらに、図２における光透過領域又は光遮蔽領域４０のＸ方向ピッチＸＰを１．５μｍとし、Ｙ方向ピッチＹＰを２μｍとした。

上記実施例３の結果として得られた等倍投影光学系２６の焦点深度と等倍投影光学系２６のコヒーレンス・ファクタσとの関係を図５に示す。いずれの場合も、レジスト膜３０にこれを完全に貫通する穴（コンタクトホール）が形成され、それらのコンタクトホールは図２（Ａ）に示す矩形（４０）に対応した長円形の形状を有していた。

図５から明らかなように、コヒーレンス・ファクタσが０．５において、焦点深度が極小となる傾向を示している。図５には、コヒーレンス・ファクタσが０．５以上および０．５以下で焦点深度が深くなっていることが示されている。
また、光透過領域又は光遮蔽領域４０が長方形の場合は、光透過領域又は光遮蔽領域４０が正方形の場合より、全領域において焦点深度が深くなっており、クロムマスクにおいてはコヒーレンス・ファクタσを限定する必要がないことは明らかである。

図２に示すハーフトーンマスク２４において、長方形の光透過領域又は光遮蔽領域４０の短辺を０．５μｍに、また長辺を１μｍにそれぞれ固定したハーフトーンマスク２４を作成する。そのハーフトーンマスク２４を用いて露光し、デンスコンタクトホールをレジスト膜３０に形成すべく、レジスト膜３０を図１に示す露光装置１０により等倍投影光学系２６の開口数ＮＡ２を変化させて露光した。

コヒーレンス・ファクタσは０．８に固定した。また、露光用光線として波長が３６５ｎｍのｉ線を、レジスト膜３０としてｉ線用化学増幅型レジストをそれぞれ用いた。さらに、図２における光透過領域又は光遮蔽領域４０のＸ方向ピッチＸＰを１．５μｍとし、Ｙ方向ピッチＹＰを２μｍとした。

上記実施例４の結果として得られた等倍投影光学系２６の焦点深度と開口数ＮＡ２との関係を図６に示す。いずれの場合も、レジスト膜３０にこれを完全に貫通する穴、例えばコンタクトホールが形成され、それらのコンタクトホールは図２（Ａ）に示す矩形状マスク領域（４０）に対応した長方形状の形状を有していた。

図６から明らかなように、等倍投影光学系２６の開口数ＮＡ２が０．２５において等倍投影光学系２６の焦点深度が最も深くなる。等倍投影光学系２６の開口数ＮＡ２が０．２４のときと、０．２６５のときとではほぼ同じ焦点深度になるが、レンズ収差を考慮すると、開口数ＮＡが０．２４のときの焦点深度はより浅くなるので、開口数ＮＡ２の範囲は０．２５〜０．２６５にすることが望ましい。
図４は通常クロムマスクについての特性を示し、図６はハーフトーンマスクについての特性を示す。図４と図６とを比較すると、ハーフトーンマスクの場合のほうがより焦点深度は深くなり、ガラス基板上にＴＦＴを露光形成する場合に非常により有効である。

図２に示すハーフトーンマスク２４において、長方形の領域４０の短辺を０．５μｍに、また長辺を１μｍにそれぞれ固定したハーフトーンマスク２４を作成し、そのハーフトーンマスク２４を用いて、デンスコンタクトホールをレジスト膜３０に形成すべく、レジスト膜３０を図１に示す露光装置１０によりコヒーレンス・ファクタσを変化させて露光した。

開口数ＮＡ２は０．２５に固定した。また、露光用光線として波長が３６５ｎｍのｉ線を、レジスト膜３０としてｉ線用化学増幅型レジストをそれぞれ用いた。さらに、図２における領域４０のＸ方向ピッチＸＰを１．５μｍとし、Ｙ方向ピッチＹＰを２μｍとした。

上記実施例５の結果として得られた等倍投影光学系２６の焦点深度とコヒーレンス・ファクタσとの関係を図７に示す。いずれの場合も、レジスト膜３０にこれを完全に貫通する穴（即ちコンタクトホール）が形成され、それらのコンタクトホールは、図２（Ａ）に示す矩形（４０）に対応した長円形の形状を有していた。
図５は通常クロムマスクについての特性を示し、図７はハーフトーンマスクについての特性を示す。図５と図７とを比較すると、ハーフトーンマスクの場合のほうがより焦点深度は深くなり、ガラス基板上にＴＦＴを露光形成する場合に非常により有効である。

コヒーレンス・ファクタσが０．３以上において、領域４０が長方形の場合は、領域４０が正方形（マスクでの形状）の場合より、等倍投影光学系２６の焦点深度が深くなっているので、ハーフトーンマスク２４の場合も、コヒーレンス・ファクタσを限定する必要がないことは明らかである。ここで領域４０が正方形の場合とは、図３の長辺が０．５μｍの場合に該当する。このときの焦点深度１．２μｍと、図７のコヒーレンス・ファクタσが０．３以上の場合の焦点深度とを比較した。

上記のような場合、開口数ＮＡ２を０．３迄変更させても所定の解像度である０．５μｍを得ることができる。このような開口数ＮＡ２の範囲０．２５〜０．３から、対応するｋ１の範囲を求めることができる。すなわち、前記式（１）において、Ｒを前記長方形の短辺方向の長さ寸法（０．５μｍ）としたとき、開口数ＮＡ２の範囲０．２５〜０．３の各臨界値を前記式（１）に代入することにより、ｋ1の範囲０．３４〜０．４１が求められる。

上記実施例２乃至５から明らかなように、同じ解像度ならば、領域４０が長方形の場合は、領域４０が正方形の場合に比べ、小さい開口数ＮＡ２で露光することができる。そのように開口数ＮＡ２が小さくなると、レンズの製作難易度が下がる。

さらに、上記実施形態では、薄膜トランジスタ５２のソース及びドレイン領域ＳＤの電極６２、６４を形成するためのコンタクトホール６８について説明したが、これらのコンタクトホール６８に限らず、ゲート電極６０の配線のためのコンタクトホール６８の形成に実施してもよい。さらに、薄膜トランジスタ５２間や、電源端子間などを接続する配線に設けられるコンタクトホールも層間絶縁膜６６上に形成されるため同様に形成でき、同様な効果が得られることは、説明するまでもないことである。

上記実施形態では、コンタクトホールを形成するためのマスクパターンの形状は、長方形状に形成した例について説明したが、楕円形状のマスクパターンでも同様に実用可能な等倍投影光学系２６の焦点深度を得ることができる。

本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。

本発明に係る製造方法および露光方法の実施に用いて好適な露光装置の一実施例を示す構成図である。 本発明に係る製造方法を説明するための露光工程で用いられるハーフトーンマスクの一実施例を示す図であって、（Ａ）はハーフトーンマスクの平面図、（Ｂ）は（Ａ）における２Ｂ−２Ｂ線に沿って得たハーフトーンマスクの断面図である。 本発明の第１の実施例により得られた方形状マスクパターンの長辺の長さを変えたときの該長辺と、投影光学系の焦点深度との関係を示すクロムマスクとハーフトーンマスクの特性曲線図である。 本発明の第２の実施例により得られた図１の露光装置の等倍投影光学系２６の開口数と焦点深度との関係を示す特性曲線図である。 本発明の第３の実施例により得られた図１の露光装置の等倍投影光学系２６のコヒーレンス・ファクタと焦点深度との関係を示す特性曲線図である。 本発明の第４の実施例により得られた図１の露光装置の等倍投影光学系２６の開口数と焦点深度との関係を示す特性曲線図である。 本発明の第５の実施例により得られた図１の露光装置の等倍投影光学系２６のコヒーレンス・ファクタと焦点深度との関係を示す特性曲線図である。 図１の露光装置を用いた露光工程を経て製造されたＴＦＴの平面図である。 図８のおける９−９線に沿って得た断面図である。

符号の説明

１０ 露光装置
１２ 光源
１４，２０ 反射鏡
１６，１８ 中間レンズ
２２ 集光レンズ
２４ ハーフトーンマスク
２６ 投影光学系
２８ ガラス基板
３０ レジスト膜
４０，４４ マスクの光透過領域
４２，４６ マスクの光遮蔽領域

Claims (11)

1. 薄膜トランジスタを製造する方法であって、
   ガラス基板上に設けられた感光材膜に光源からの光線をマスクを介して照射した後、前記感光材膜を現像することにより、前記感光材膜に複数のコンタクトホールを形成する工程を含み、
   前記光線はｉ線であり、
   前記マスクの、コンタクトホールを露光するためのマスクパターンは、平面形状が長方形状の光透過領域及び光遮蔽領域のいずれか一方を含むコンタクトホール・パターンであり、
   前記長方形状のパターンは、これの前記長辺方向の長さ寸法が短辺方向の長さ寸法の１．４倍以上となる形状のパターンであり、
   前記複数のコンタクトホールの前記長方形状の長辺の長さは０．７μｍ以上であり、前記複数のコンタクトホールの前記長方形状の長辺方向のピッチは長辺の長さの寸法と短辺の長さ寸法との和以上であり、且つ短辺方向のピッチが短辺の長さ寸法の３倍以上であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
2. 前記感光材膜に形成されるコンタクトホールは、少なくとも各隅角部を弧状にされた長方形の平面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
3. 光源からの光線をマスクを介して光学系に入射し、前記光学系を経た光線をガラス基板の表面に設けられた感光材膜に照射して該感光材膜を露光する工程を含む、薄膜トランジスタの製造方法であって、
   前記光線はｉ線であり、
   前記マスクは、遮光性のクロムマスクであり、また前記ガラス基板に形成された薄膜トランジスタのコンタクトホールを複数形成するための、前記クロムマスクで形成されるマスクパターンは平面形状が長方形状の光透過領域及び光遮蔽領域のいずれか一方であり、
   前記光学系は、等倍投影光学系であり、またｋ1を０．４０から０．４３の値を有する係数とし、Ｒを前記長方形の短辺方向の長さ寸法としたとき、次式により得られる開口数ＮＡを有し、
   ＮＡ２＝ｋ1×０．３６５／Ｒ
   前記長方形状のパターンは、これの前記長辺方向の長さ寸法が短辺方向の長さ寸法の１．４倍以上となる形状のパターンであり、前記複数のコンタクトホールの前記長方形状の長辺の長さは０．７μｍ以上であり、前記複数のコンタクトホールの前記長方形状の長辺方向のピッチは長辺の長さの寸法と短辺の長さ寸法との和以上であり、且つ短辺方向のピッチが短辺の長さ寸法の３倍以上であることを特徴とする、薄膜トランジスタの製造方法。
4. 光源からの光線をマスクを介して光学系に入射し、前記光学系を経た光線をガラス基板に設けられた感光材膜に照射して該感光材膜を露光する工程を含む、薄膜トランジスタの製造方法であって、
   前記光線はｉ線であり、
   前記マスクは、ハーフトーンマスクであり、また前記ガラス基板に形成された薄膜トランジスタのコンタクトホールを複数形成するための、前記ハーフトーンマスクのマスクパターンは平面形状が長方形状の光透過領域及び光遮蔽領域のいずれか一方であり、
   前記光学系は、等倍投影光学系であり、またｋ1を０．３４から０．４１の値を有する係数とし、Ｒを前記長方形の短辺方向の長さ寸法としたとき、次式により得られる開口数ＮＡを有し、
   ＮＡ２＝ｋ1×０．３６５／Ｒ
   前記長方形状のパターンは、これの前記長辺方向の長さ寸法が短辺方向の長さ寸法の１．４倍以上となる形状のパターンであり、前記複数のコンタクトホールの前記長方形状の長辺の長さは０．７μｍ以上であり、前記複数のコンタクトホールの前記長方形状の長辺方向のピッチは長辺の長さの寸法と短辺の長さ寸法との和以上であり、且つ短辺方向のピッチが短辺の長さ寸法の３倍以上であることを特徴とする、薄膜トランジスタの製造方法。
5. 前記コンタクトホールを形成するための前記マスクパターンは、周期的なパターンで前記光透過領域及び光遮蔽領域のいずれか一方を配置して成る、請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
6. 前記コンタクトホールを形成するための前記マスクパターンは、周期的なパターンで前記光透過領域及び光遮蔽領域のいずれか一方を配置して成る、請求項３に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
7. 前記コンタクトホールを形成するための前記マスクパターンは、周期的なパターンで前記光透過領域及び光遮蔽領域のいずれか一方を配置して成る、請求項４に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
8. 前記感光材膜の露光後の現像によって該感光材膜で形成されたレジスト膜に、前記マスクパターンに対応して形成されるコンタクトホールは、少なくとも各隅角部を弧状にされた長方形の平面形状を有する、請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
9. 前記感光材膜の露光後の現像によって該感光材膜で形成されたレジスト膜に、前記マスクパターンに対応して形成されるコンタクトホールは、少なくとも各隅角部を弧状にされた長方形の平面形状を有する、請求項３に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
10. 前記感光材膜の露光後の現像によって該感光材膜で形成されたレジスト膜に、前記マスクパターンに対応して形成されるコンタクトホールは、少なくとも各隅角部を弧状にされた長方形の平面形状を有する、請求項４に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
11. ガラス基板上の結晶化された半導体薄膜に設けられたソース領域及びドレイン領域と、前記半導体薄膜上で前記ソース領域及びドレイン領域間に設けられたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極、前記ソース領域及びドレイン領域上に設けられた第２の絶縁膜と、この第２の絶縁膜に設けられ、前記ゲート電極、前記ソース領域及びドレイン領域の少なくとも一つに電気的コンタクトをとるための導電体層が設けられた複数のコンタクトホールとを含む薄膜トランジスタであって、前記各コンタクトホールの平面形状は長方形状であり、該コンタクトホールの前記長方形状の長辺方向の長さ寸法がその短辺方向の長さ寸法の１．４倍以上であり、
    前記複数のコンタクトホールの前記長方形状の長辺の長さは０．７μｍ以上であり、前記複数のコンタクトホールの前記長方形状の長辺方向のピッチは長辺の長さの寸法と短辺の長さ寸法との和以上であり、且つ短辺方向のピッチが短辺の長さ寸法の３倍以上であることを特徴とする、薄膜トランジスタ。

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