JP4816349B2

JP4816349B2 - 階調マスク

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Publication number: JP4816349B2
Application number: JP2006244181A
Authority: JP
Inventors: 亜弥鈴木; 正泰高橋; 昌人牛草
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2026-09-08
Also published as: JP2008065138A

Description

本発明は、表示装置等の製造過程において、ハーフトーン露光に好適に用いられる階調マスクに関するものである。

階調マスクは、例えば図７に示すように、透明基板１と、透明基板１上に形成された露光光を所望の透過率で透過する半透明膜３と、上記半透明膜３上に形成され、上記露光光を実質的に遮光する遮光膜２とを有するものとすること等ができる。この階調マスクは、透明基板１が露出した、光を透過する透過領域ｃと、遮光膜２によって実質的に光を透過しない遮光領域ａと、半透明膜３によって透過する光の量が調整された半透明領域ｂとを有し、これらの透過率差によって階調を出すことができる（特許文献１参照）。このような階調マスクは例えばＴＦＴアレイ等のプロセスで使われている２段階エッチングに用いることができる。また、例えばカラーフィルタのスペーサと配向制御用突起とを一括して形成する場合等、複数の高さの部材を一括して形成する際にも用いることができる。

階調マスクを用いた２段階エッチングの一例を図７を用いて説明する。まず、基板１１、その基板１１上に形成された第１被エッチング層１２、上記第１被エッチング層１２上に形成された第２被エッチング層１３、および第２被エッチング層１３上に形成された感光性レジスト層１４を有するエッチング用基板１５と、上記階調マスク１０とを対向させた状態で露光を行い（図７（ａ））、感光性レジスト層１４を現像して階調マスク１０の透過領域ｃに対応する領域の感光性レジスト層１４を除去する（図７（ｂ））。続いて感光性レジスト層１４が除去された領域の第１被エッチング層１２および第２被エッチング層１３をエッチングする（図７（ｃ））。その後、感光性レジスト層１４をアッシングし、上記階調マスク１０の半透明領域ｂに対応する領域の感光性レジスト層１４を除去する（図７（ｄ））。次に感光性レジスト層１４が除去された領域の第２被エッチング層１３をエッチングし（図７（ｅ））、最後に全ての感光性レジスト層１４を除去する。これにより、第１被エッチング層１２および第２被エッチング層１３が異なるパターン状にパターニングされたパターン形成体が得られる。

ここで、例えば図７（ａ）に示すような、遮光領域ａと半透明領域ｂとが隣接しているパターンを有する階調マスク１０では、遮光領域ａと半透明領域ｂとの境界部分での平均透過率の差が小さく、また光の回りこみ等の影響から、対応する領域での平均照度の変化が緩やかとなる。これにより、例えば図７（ｂ）に示すように、遮光領域ａと半透明領域ｂとの境界に対応する領域の感光性レジスト層１４の膜厚の変化が緩やかになり、傾きの緩いテーパー形状になってしまう。そのため、例えば図８に示すように、過度に感光性レジスト層１４がアッシングされて第２被エッチング層１３が露出する幅（図８（ｂ）のｘ´で示される幅）と、適度に感光性レジスト層１４がアッシングされて第２被エッチング層１３が露出する幅（図８（ａ）のｘで示される幅）とが大幅に異なってしまい、第２被エッチング層１３の幅を制御することが難しいという問題があった。

また、上記階調マスクを用いて複数の高さの部材を一括して形成する場合には、例えば図９に示すように、基板２１、およびその基板２１上に形成された感光性レジスト層２４を有するパターニング用基板２５と、上記階調マスク１０とを対向させた状態で露光を行う（図９（ａ））。続いて、上記感光性レジスト層２４を現像することにより遮光領域ａおよび半透明領域ｂに対応する領域に、それぞれ高さの異なる部材（２６および２６´）を形成する（図９（ｂ））。しかしながらこの場合においても、上述したように遮光領域ａと半透明領域ｂとの境界部分での平均透過率の差が小さく、また光の回りこみ等の影響から、対応する領域での平均照度の変化が緩やかとなる。これにより、例えば図９（ｂ）に示すように、遮光領域ａと半透明領域ｂとの境界に対応する領域の感光性レジスト層１４の膜厚の変化が緩やかになってしまう。したがって、各部材を階調マスクの遮光領域ａと半透明領域ｂとに対応するパターン状に形成することが難しく、パターンの幅等の制御が難しいという問題があった。

特開２００２−１８９２８０公報

そこで、感光性レジストを露光および現像をした際、遮光領域と半透明領域との境界に対応する領域で、感光性レジストの膜厚が急激に変化するような階調マスクの提供が望まれている。

本発明は、透明基板と、上記透明基板上に形成された遮光膜と、上記透明基板上に形成された半透明膜とを有し、上記透明基板が露出した透過領域、上記透明基板上に上記遮光膜が設けられた遮光領域、および上記透明基板上に上記半透明膜のみが設けられた半透明領域を有し、かつ上記遮光領域と上記半透明領域とが少なくとも一部で隣接するパターンを有する階調マスクであって、上記遮光領域および上記半透明領域の境界の光プロファイルを向上させるために隣接している上記遮光領域と上記半透明領域との間に、上記透明基板が露出した透過率調整領域が形成されていることを特徴とする階調マスクを提供する。

本発明によれば、隣接している上記遮光領域と半透明領域との間に、上記透過率調整領域が形成されていることから、本発明の階調マスクを用いて感光性レジストを露光した際、遮光領域と半透明領域との境界に対応する領域で光解像性が向上し、平均照度が急激に変化するものとすることができる。これにより、現像された感光性レジストが、遮光領域および半透明領域の境界に対応する部分で切り立った形状となるようにすることができる。以上のことから、本発明の階調マスクを用いることにより、目的とするパターンや線幅に感光性レジストをパターニングすることが可能となる。

上記発明においては、上記透過率調整領域がライン状に上記透明基板が１μｍ幅で露出した領域としてもよく、また透過率調整領域がドット状に上記透明基板が露出した領域としてもよい。いずれの場合においても、遮光領域と半透明領域との境界に対応する領域で平均照度が急激に変化するものとすることができるからである。

また本発明は、透明基板と、上記透明基板上に形成され、パターン形成に寄与しない強度の光を透過させる遮光膜と、上記透明基板上に形成された半透明膜とを有し、上記透明基板が露出した透過領域、上記透明基板上に上記遮光膜が設けられた遮光領域、および上記透明基板上に上記半透明膜のみが設けられた半透明領域を有し、かつ上記遮光領域と上記半透明領域とが少なくとも一部で隣接するパターンを有する階調マスクであって、上記遮光領域および上記半透明領域の境界の光プロファイルを向上させるために上記遮光膜を透過する光の位相と、上記半透明膜を透過する光の位相とが１５０°〜２１０°の範囲内異なるものとすることを特徴とする階調マスクを提供する。

本発明によれば、上記遮光膜を透過する光の位相と、上記半透明膜を透過する光の位相とが上記範囲内異なるものとされていることから、本発明の階調マスクを用いて感光性レジストを露光した際、遮光領域と半透明領域との境界に対応する領域で光解像性が向上し、平均照度が急激に変化するものとすることができる。これにより、現像された感光性レジストが、遮光領域および半透明領域の境界に対応する部分で切り立った形状となるようにすることができる。以上のことから、本発明の階調マスクを用いることにより、目的とするパターンや線幅に感光性レジストをパターニングすることが可能となる。

本発明によれば、階調マスクを用いて感光性レジストを露光および現像した際、遮光領域と半透明領域との境界に対応する領域で感光性レジストが切り立った形状にパターニングされるものとすることができる。

本発明は、表示装置等の製造過程において、ハーフトーン露光に好適に用いられる階調マスクに関するものであり、本発明の階調マスクを用いることにより、感光性レジストを露光および現像した際、遮光領域および半透明領域の境界に対応する領域で、感光性レジストの端部が切り立った形状となるようにパターニングすることが可能となる。本発明の階調マスクは、構成により２つの実施態様がある。以下、それぞれの実施態様ごとに説明する。

Ａ．第１実施態様
まず、本発明の階調マスクの第１実施態様について説明する。本発明の階調マスクの第１実施態様は、透明基板と、上記透明基板上に形成された遮光膜と、上記透明基板上に形成された半透明膜とを有し、上記透明基板が露出した透過領域、上記透明基板上に上記遮光膜が設けられた遮光領域、および上記透明基板上に上記半透明膜のみが設けられた半透明領域を有し、かつ上記遮光領域と上記半透明領域とが少なくとも一部で隣接するパターンを有する階調マスクであって、上記遮光領域および上記半透明領域の境界の光プロファイルを向上させるために隣接している上記遮光領域と上記半透明領域との間に、透明基板が露出した透過率調整領域が形成されていることを特徴とするものである。

本実施態様の階調マスクは、例えば図１（ａ）の断面図に示すように、透明基板１と、透明基板１上に形成された遮光膜２と、上記透明基板１上に形成された半透明膜３とを有する階調マスクである。また例えば図１（ｂ）の平面図に示すように、上記遮光膜２が形成された遮光領域ａと、半透明膜３が形成された半透明領域ｂと、上記透明基板１が露出した透過領域ｃとを有しており、上記遮光領域ａと半透明領域ｂとが少なくとも一部隣接するパターンを有している。ここで本実施態様においては、隣接している遮光領域ａと半透明領域ｂとの間に、透明基板１が露出した透過率調整領域ｄが形成される。なお、遮光領域ａと半透明領域ｂとが隣接しているとは、本実施態様の階調マスクを用いて露光を行った際、遮光領域に対応するパターンと、半透明領域に対応するパターンとが、隣接して形成されることをいい、上記透過率調整領域ｄは解像されないものとされる。

一般的に、遮光領域と半透明領域とが隣接しているパターンを有する階調マスクを用いて感光性レジストの露光を行った場合、上述したように、遮光領域と半透明領域との境界に対応する領域の感光性レジストの膜厚の変化が緩やかとなり、形成されるパターンの線幅や形状等の制御が難しいという問題があった。これは、階調マスクにおける遮光領域の平均透過率と半透明領域の平均透過率との差が比較的小さいことや、遮光領域および半透明領域の境界で光の回り込みの影響が生じること等によるものである。

一方、本実施態様においては、上記遮光領域と半透明領域との間に上記透明基板が露出した上記透過率調整領域が形成されていることから、遮光領域と透過率調整領域との平均透過率差を大きくすることができ、光解像性を高くすることができる。これにより、感光性レジストを現像した際、遮光領域および半透明領域の境界に対応する領域で感光性レジストの端部が切り立った形状となるようにパターニングすることが可能となる。したがって、例えば複数の高さの部材を一括して形成する場合、目的とする線幅やパターン状にそれぞれの部材を形成することが可能となる。また階調マスクを用いて２段階エッチングをする際には、例えば図２に示すように、過度に感光性レジスト層１４がアッシングされて被エッチング層１３が露出する幅（図２（ｂ）のｘ´で示される幅）と、適度に感光性レジスト層１４がアッシングされて被エッチング層１３が露出する幅（図２（ａ）のｘで示される幅）とを均一にすることができる。したがって、上記感光性レジストを利用して形成されるパターンの線幅の制御を容易に行うこと等ができ、本実施態様の階調マスクを用いれば高精細なパターン形成体を製造することが可能となる。
以下、本実施態様の階調マスクについて、各構成ごとに詳しく説明する。

１．透過率調整領域
まず、本実施態様の階調マスクに形成される透過率調整領域について説明する。本実施態様の階調マスクに形成される透過率調整領域は、隣接している遮光領域と半透明領域との間に形成される領域であり、透明基板が露出している領域である。

本実施態様において形成される上記透過率調整領域の形状としては、半透明領域や遮光領域の形状や大きさ等によって適宜選択され、例えば図１（ｂ）に示すように、半透明領域ｂおよび遮光領域ａが隣接している領域の、半透明領域ｂおよび遮光領域ａの間全てに直線状に形成されてもよく、また例えば図３に示すように、半透明領域ｂおよび遮光領域ａが隣接している領域の、半透明領域ｂおよび遮光領域ａの間に、ドット状や破線状等に形成されてもよい。

また、上記透過率調整領域の幅については、現像時に解像されない程度の幅とされればよく、シミュレーションにより決定することができる。また上記シミュレーションに用いられるシミュレータとしては、市販の光学シミュレータ、例えば、ＳＯＬＩＤ（商品名：シグマＣ社製）等が挙げられる。

なお、通常透過率調整領域の幅は１μｍ以下とされることが好ましく、通常０．５μｍ〜２μｍ程度、中でも０．５μｍ〜１μｍ程度の幅で形成されることが好ましい。

２．遮光領域
次に、本実施態様の階調マスクに形成される遮光領域について説明する。本実施態様の階調マスクおける遮光領域は、透明基板上に、実質的に露光光を透過しない遮光膜が形成された領域であればよく、例えば透明基板上に遮光膜のみが形成された領域であってもよく、また半透明膜および遮光膜が積層された領域であってもよい。なお、半透明膜および遮光膜が積層されている場合、遮光膜は、透明基板と半透明膜との間に形成されていてもよく、また例えば図１（ａ）に示すように透明基板１上に形成された半透明膜２上に形成されたものであってもよく、積層順序は特に限定されるものではない。また遮光領域の形状は、階調マスクの用途等に応じて適宜選択される。

ここで、本実施態様においては上記遮光膜の平均透過率は通常０．１％以下であることが好ましい。なお、平均透過率は、階調マスクに使用する透明基板の平均透過率をリファレンス（１００％）として、遮光領域の平均透過率を測定し、得られた値を平均することにより算出することができる。平均透過率を測定する装置としては、紫外・可視分光光度計（例えば日立Ｕ-４０００等）、またはフォトダイオードアレイを検出器としている装置（例えば大塚電子ＭＣＰＤ等）を用いることができる。

遮光膜としては、一般にフォトマスクに用いられる遮光膜を用いることができる。例えばクロム、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム、モリブデンシリサイド、タンタル、アルミニウム、ケイ素、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素、チタンなどの膜が挙げられる。また、ニッケル合金、コバルト合金、ニッケル−コバルト合金、およびこれらの酸化物、窒化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物などの膜も用いることができる。

中でも、クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム等のクロム系膜；ニッケルを主成分とするＮｉ−Ｃｕ−ＴｉおよびＮｉ−Ｔａ−Ｃｕ−Ｔｉ、ならびにこれらの酸化物、窒化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物等のニッケル合金系膜；コバルトを主成分とするＣｏ−Ｃｕ−ＴｉおよびＣｏ−Ｔａ−Ｃｕ−Ｔｉ、ならびにこれらの酸化物、窒化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物等のコバルト合金系膜；ニッケルおよびコバルトを主成分とするＮｉ−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｔｉ、およびその酸化物、窒化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物等のニッケル−コバルト合金系膜が好適に用いられる。上記クロム系膜は、単層であってもよく、２層以上が積層されたものであってもよい。

遮光膜の膜厚としては、特に限定されるものではなく、遮光膜の種類等によって適宜選択されるものであるが、例えばクロム膜の場合には５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度であることが好ましい。

また遮光膜の成膜方法としては、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法などの物理蒸着法（ＰＶＤ）が用いられる。

３．半透明領域
次に、本実施態様の階調マスクにおける半透明領域について説明する。本実施態様の階調マスクにおける半透明領域は、透明基板上に半透明膜が形成された領域である。半透明領域の形状は、階調マスクの用途等に応じて適宜選択される。

本実施態様に用いられる半透明膜は、階調マスクの種類等によって適宜選択され、特に限定されるものではないが、遮光膜に対してエッチング選択性を有していることが好ましい。これにより階調マスクを製造する際、半透膜のみを選択的にエッチングすることができ、製造効率等の面で好ましいものとすることができるからである。またアライメントずれ、あるいは、半透明膜の成膜時におけるパーティクル（塵など）、あるいは、半透明膜のパターニング時における剥がれ、汚れ付着、パターニングむら等に起因して、半透明膜のパターンに不具合が生じたとしても、半透明膜が遮光膜に対してエッチング選択性を有していれば、半透明膜のみを除去することができるため、半透明膜のみを除去して、リサイクルすることが可能である。

このような半透明膜としては、例えばクロム、モリブデンシリサイド、タンタル、アルミニウム、チタン、ケイ素、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、あるいは、これらの酸化物、窒化物、炭化物の膜などが挙げられる。

中でも、クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム、酸化窒化炭化クロム等のクロム系膜；ニッケルを主成分とするＮｉ−Ｃｕ−ＴｉおよびＮｉ−Ｔａ−Ｃｕ−Ｔｉ、ならびにこれらの酸化物、窒化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物等のニッケル合金系膜；コバルトを主成分とするＣｏ−Ｃｕ−ＴｉおよびＣｏ−Ｔａ−Ｃｕ−Ｔｉ、ならびにこれらの酸化物、窒化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物等のコバルト合金系膜；ニッケルおよびコバルトを主成分とするＮｉ−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｔｉ、およびその酸化物、窒化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物等のニッケル−コバルト合金系膜であることが好ましい。

ニッケル合金系膜、コバルト合金系膜、ニッケル−コバルト合金系膜では、主成分であるニッケルおよびコバルト以外の元素の含有量を調整することにより、エッチング速度を制御することができる。例えば、ニッケルおよびコバルト以外の元素の含有量が多くなると、エッチング速度が遅くなる。また、酸化窒化炭化物の膜では、炭素の含有量を調整することにより、エッチング速度を制御することができる。具体的には、炭素の含有量が多くなるにつれて、エッチング速度が遅くなる。

半透明膜および遮光膜の好ましい組み合わせとしては、例えば、半透明膜にニッケル合金系膜を用い、遮光膜にクロム系膜を用いた場合、あるいは、半透明膜にクロム系膜を用い、遮光膜にニッケル合金系膜を用いた場合などが挙げられる。この組み合わせの場合には、高いエッチング選択比を実現することができる。

半透明膜の膜厚としては、目的とする平均透過率を実現可能な膜厚であればよく、半透明膜の種類によって適宜選択される。例えばクロム膜の場合は５〜５０ｎｍ程度であることが好ましく、また酸化クロム膜の場合は５ｎｍ〜１５０ｎｍ程度であることが好ましく、さらにニッケル合金系膜、コバルト合金系膜の場合は２０ｎｍ〜１２０ｎｍ程度であることが好ましい。

半透明膜の平均透過率はその膜厚により変わるので、膜厚を制御することで所望の平均透過率を得ることができる。また、半透明膜が酸素、窒素、炭素などを含む場合は、その平均透過率は組成により変わるので、膜厚と組成とを同時にコントロールすることで所望の平均透過率を実現できる。例えば、酸素の含有量が多くなるにつれて平均透過率が高くなり、同様に、窒素の含有量が多くなるにつれて平均透過率が高くなる。窒素は、酸素と比較すると平均透過率が高くなる効果が小さいので、平均透過率をより微妙に調整する場合には、窒素の含有量を調整するとよい。

半透明膜の成膜方法としては、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法などの物理蒸着法（ＰＶＤ）が用いられる。例えばスパッタリング法を用いて酸化窒化炭化クロム膜を成膜する場合は、Ａｒガス等のキャリアガス、酸素（炭酸）ガス、窒素ガスを反応装置内に導入し、Ｃｒターゲットを用いた反応性スパッタリング法にて酸化窒化炭化クロム膜を成膜することができる。この際、酸化窒化炭化クロム膜の組成の制御は、Ａｒガス、酸素（炭酸）ガス、窒素ガスの流量の割合を制御することにより行うことができる。

４．透過領域
次に、本実施態様の階調マスクにおける透過領域について説明する。本実施態様の階調マスクにおける透過領域は、透明基板が露出した領域である。透過領域の形状は、階調マスクの用途等に応じて適宜選択される。

本実施態様に用いられる透明基板としては、一般にフォトマスクに用いられる基板を使用することができる。透明基板としては、例えばホウ珪酸ガラス、アルミノホウ珪酸ガラス等の光学研磨された低膨張ガラス、石英ガラス、合成石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、ソーダライムガラス、ホワイトサファイアなどの可撓性のない透明なリジット材、あるいは、透明樹脂フィルム、光学用樹脂フィルムなどの可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。中でも、石英ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり、寸法安定性および高温加熱処理における特性に優れている。

５．階調マスク
本実施態様の階調マスクは、上述した遮光領域、半透明領域、透過領域、および透過率調整領域が形成されているものであれば特に限定されるものではなく、必要に応じて例えばアライメント用の領域等が形成されていてもよい。

また本実施態様の階調マスクはリソグラフィー法などのように、露光工程を経て製造される様々な製品の製造に用いることができる。中でも、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、プラズマディスプレイパネル等の表示装置の製造、特に大型の表示装置の製造に用いることにより、本実施態様の効果を最大限に利用することができる。

具体的には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）におけるドレイン電極およびチャンネルの同時形成、液晶表示装置または液晶表示装置用カラーフィルタにおけるスペーサおよび配向制御用突起の同時形成、液晶表示装置または液晶表示装置用カラーフィルタにおけるスペーサおよびオーバーコート層の同時形成、液晶表示装置または液晶表示装置用カラーフィルタにおける高さの異なるスペーサの同時形成、半透明型液晶表示装置または半透明型液晶表示装置用カラーフィルタにおける透過部用着色層および反射部用着色層の同時形成、有機ＥＬ表示装置または有機ＥＬ表示装置用カラーフィルタにおける白色パターン用オーバーコート層および赤色・緑色・青色パターン用オーバーコート層の同時形成などを挙げることができる。

また、階調マスクの大きさとしては、用途に応じて適宜調整されるが、例えば液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等の表示装置の製造に用いられる場合には、３００ｍｍ×４００ｍｍ〜１，６００ｍｍ×１，８００ｍｍ程度とすることができる。

Ｂ．第２実施態様
次に、本発明の階調マスクの第２実施態様について説明する。本実施態様の階調マスクは、透明基板と、上記透明基板上に形成され、パターン形成に寄与しない強度の光を透過させる遮光膜と、上記透明基板上に形成された半透明膜とを有し、上記透明基板が露出した透過領域、上記透明基板上に上記遮光膜が設けられた遮光領域、および上記透明基板上に上記半透明膜のみが設けられた半透明領域を有し、かつ上記遮光領域と上記半透明領域とが少なくとも一部で隣接するパターンを有する階調マスクであって、上記遮光領域および前記半透明領域の境界の光プロファイルを向上させるために上記遮光膜を透過する光の位相と、上記半透明膜を透過する光の位相とが１５０°〜２１０°の範囲内異なるものとすることを特徴とするものである。

本実施態様の階調マスクは、例えば図４（ａ）の断面図に示すように、透明基板１と、透明基板１上に形成された遮光膜２と、上記透明基板１上に形成された半透明膜３とを有する階調マスクである。また例えば図４（ｂ）の平面図に示すように、上記遮光膜２が形成された遮光領域ａと、半透明膜３が形成された半透明領域ｂと、上記透明基板１が露出した透過領域ｃとを有しており、上記遮光領域ａと半透明領域ｂとが少なくとも一部隣接するパターンを有している。ここで本実施態様においては、遮光膜２を透過する光の位相と、半透明膜３を透過する光の位相とが所定の範囲内異なるものとされる。

上述したように一般的に、遮光領域と半透明領域とが隣接しているパターンを有する階調マスクを用いて感光性レジストの露光を行った場合、遮光領域と半透明領域との境界に対応する領域の感光性レジストの膜厚の変化が緩やかとなり、形成されるパターンの線幅や形状等の制御が難しいという問題があった。

一方、本実施態様においては、位相差が上記範囲内とされていることから、本実施態様の階調マスクを用いて感光性レジストを露光する際、遮光領域と半透明領域との境界で生じる光の回り込みの影響を打ち消すこと等ができ、光解像性を高いものとすることができる。これにより、感光性レジストを現像した際、遮光領域および半透明領域の境界に対応する領域で感光性レジストの端部が切り立った形状となるようにパターニングすることが可能となる。したがって、例えば複数の高さの部材を一括して形成する場合、目的とする線幅やパターン状にそれぞれの部材を形成することが可能となる。また階調マスクを用いて２段階エッチングをする際には、例えば図２に示すように、過度に感光性レジスト層１４がアッシングされて被エッチング層１３が露出する幅（図２（ｂ）のｘ´で示される幅）と、適度に感光性レジスト層１４がアッシングされて被エッチング層１３が露出する幅（図２（ａ）のｘで示される幅）とを均一にすることができる。したがって、上記感光性レジストを利用して形成されるパターンの線幅の制御を容易に行うこと等ができ、本実施態様の階調マスクを用いれば高精細なパターン形成体を製造することが可能となる。以下、本実施態様の階調マスクにおける遮光領域および半透明領域について説明する。なお透過領域については、上述した第１実施態様と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。

１．遮光領域
本実施態様の階調マスクにおける遮光領域は、透明基板上に遮光膜が形成された領域であり、後述する半透明領域と少なくとも一部で隣接するように形成される領域である。例えば透明基板上に遮光膜のみが形成された領域であってもよく、また半透明膜および遮光膜が積層された領域であってもよい。なお、半透明膜および遮光膜が積層されている場合、遮光膜は、透明基板と半透明膜との間に形成されていてもよく、また例えば図４（ａ）に示すように透明基板１上に形成された半透明膜２上に形成されたものであってもよく、積層順序は特に限定されるものではない。また遮光領域の形状は、階調マスクの用途等に応じて適宜選択される。
また本実施態様においては、上記遮光領域に形成される遮光膜を透過する光の位相と、上記半透明膜を透過する光の位相とが、１５０°〜２１０°の範囲内、中でも１６０°〜２００°の範囲内、特に１８０°異なるものとされる。これにより、半透明領域と遮光領域との境界で光解像性を高いものとすることができ、半透明領域と遮光領域との境界に対応する領域の感光性レジストの形状を切り立ったものとすることができるからである。なお上記各膜の位相は、位相差測定機（レーザーテック社製、商品名：ＭＰＭ−１００）により測定される値である。

上記遮光層としては、Ｃｒなどの遮光材料を含有する層と、位相を制御するＳｉＯ₂等の位相シフト機能を有する材料を含有する層とを積層した層や、Ｃｒ系（ＣｒＯ、ＣｒＯＮ）、ＭｏＳｉ系、ＴａＳｉ系、Ｎｉ系などの単一の材料系で構成された層が挙げられる。このような遮光膜の形成方法としては、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法などの物理蒸着法（ＰＶＤ）が用いられる。

またこの際、上記遮光膜の平均透過率は０．１％〜１０％程度とされることが好ましい。これにより、実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させることができるからである。なお上記平均透過率の測定方法としては、上述した方法と同様とすることができる。

２．半透明領域
次に、本実施態様の階調マスクにおける半透明領域について説明する。本実施態様の階調マスクにおける半透明領域は、透明基板上に半透明膜が形成された領域である。半透明領域の形状は、階調マスクの用途等に応じて適宜選択される。

このような半透明膜としては、通常上述した第１実施態様の半透明領域に形成される半透明膜と同様とすることができる。

３．階調マスク
本実施態様の階調マスクは、上記遮光領域、半透明領域、および透過領域が形成されているものであれば特に限定されるものではなく、必要に応じて例えばアライメント用の領域等が形成されていてもよい。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明する。
[実施例１]
（遮光膜のパターニング）
光学研磨された５インチの合成石英基板（透明基板）上に、クロム膜（遮光膜）が厚み１００ｎｍで成膜されている常用のマスクブランクを用意した。上記マスクブランク上に、市販のフォトレジスト（東京応化工業社製ｉｐ−３５００）を厚み６００ｎｍで塗布し、１２０℃に加熱されたホットプレートで１５分ベークした後、フォトマスク用レーザ描画装置で、遮光膜中間パターン（半透明領域を除くパターン）を描画した。次に、専用のデベロッパー（東京応化工業社製ＮＭＤ３）で現像し、遮光膜用レジストパターンを得た。次に、上記遮光膜用レジストパターンをエッチング用マスクとし、クロム膜（遮光膜）をエッチングし、さらに残ったレジストパターンを剥膜することで、遮光膜中間パターン状に遮光膜をパターニングした。クロム膜のエッチングには、市販の硝酸セリウム系ウェットエッチャント（ザ・インクテック社製ＭＲ−ＥＳ）を用いた。

（半透明膜の形成）
次いで、遮光膜がパターニングされた基板について、パターン寸法検査、パターン欠陥検査、必要に応じてパターン修正を行い、よく洗浄した後、酸化窒化炭化クロム膜（半透明膜）を下記の条件でスパッタリング法にて成膜した。なお、上記酸化窒化炭化クロム膜（半透明膜）の膜厚は３５ｎｍとした。また透過率は３０％であった。
＜成膜条件＞
・ガス流量比Ａｒ：ＣＯ_２：Ｎ_２＝１：０．５：０．５
・パワー：１．５ｋＷ
・ガス圧：３ｍＴｏｒｒ

（遮光膜および半透明膜のパターニング）
次に、酸化窒化炭化クロム膜上に市販のフォトレジスト（東京応化製ｉｐ−３５００）を上記半透明膜上に厚み６００ｎｍで塗布し、１２０℃に加熱されたホットプレート上で１５分ベークした。続いて半透明膜領域のパターンをレーザ描画装置で描画し、専用デベロッパー（東京応化社製ＮＭＤ３）で現像し、レジストパターンを得た。次に、レジストパターンをマスクとして、市販の硝酸セリウム系ウェットエッチャント（ザ・インクテック社製ＭＲ−ＥＳ）で半透明膜および遮光膜をエッチングし、透過率調整領域、半透明領域および遮光領域を形成した。エッチングは半透明膜および遮光膜に対して行った。最後に残ったレジストを剥膜し、パターン寸法検査、パターン欠陥検査などの検査工程を経て、必要に応じてパターン修正を行い、階調マスクを得た。
上記各領域の各パターンは、図３右図に示すようなパターンであり、１０μｍ×１０μｍの矩形状の半透明領域ｂ、１０μｍ×１０μｍの矩形状の遮光領域ａ、および半透明領域ｂと遮光領域ａとの間に１μｍ角で透明基板が４箇所露出した透過率調整領域ｄを有する階調マスクを形成した。

[評価]
大きさが１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚みが０．７ｍｍのガラス基板を準備し、このガラス基板上に市販のフォトレジスト（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ製ＡＺＰ１３５０）を厚み２μｍで塗布し、１１０℃に加熱されたホットプレート上で９０秒ベークした。その後、階調マスクを介して下記条件にて露光した。
＜露光条件＞
・露光量：２００ｍＪ／ｃｍ^２
次いで、専用デベロッパー（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ製ＡＺデベロッパー）で現像し、レジストパターンを得た。形成されたパターンの断面形状をそれぞれ走査型電子顕微鏡にて観察した。形成された感光性レジストの形状を示すグラフを図５（ａ）に示す。なお、図５（ｂ）は半透明領域および遮光領域の境界に対応する部分の感光性レジストの膜厚変化を拡大した図である。

[比較例１]
上記階調マスクに透過率調整領域を設けないこと以外は、実施例１と同様に感光性樹脂を露光および現像した。形成された感光性レジストの形状を示すグラフを図５（ａ）に示す。図５（ｂ）は半透明領域および遮光領域の境界に対応する部分の感光性レジストの膜厚変化を拡大した図である。

[評価]
図５（ｂ）から明らかなように、本発明の階調マスクを用いることにより、遮光領域と半透明領域との境界に対応する部分の感光性樹脂の形状が、急激に変化するものとすることができた。また、図５（ａ）から明らかなように、透過率調整領域は解像されておらず、目的とするパターン状に感光性樹脂を現像することが可能であった。

[実施例２]
光学研磨された５インチの合成石英基板（透明基板）上に、酸化窒化クロム（ＣｒＯＮ）膜（遮光膜）が厚み９０ｎｍで成膜されている常用のマスクブランクを用いた以外は、実施例１と同様に、透明基板上に、透過率が３０％、位相が５０°の半透明膜、および透過率が１０％、位相が２３０°の遮光膜を形成し、図４（ｂ）に示すような、１０μｍ×１０μｍの矩形状の半透明領域ｂ、および１０μｍ×１０μｍの矩形状の遮光領域ａを有する階調マスクを形成した。この際、半透明膜を透過する光の位相と、遮光膜を透過する光の位相との差は１８０°であった。
上記階調マスクを用いて実施例１と同条件で感光性樹脂を露光および現像した。形成された感光性レジストの形状を示すグラフを図６（ａ）に示す。なお、図６（ｂ）は半透明領域および遮光領域の境界に対応する部分の感光性レジストの膜厚変化を拡大した図である。

[比較例２]
比較例１と同様に階調マスクを形成し、感光性樹脂を露光および現像した。形成された感光性レジストの形状を示すグラフを図６（ａ）に示す。図６（ｂ）は半透明領域および遮光領域の境界に対応する部分の感光性レジストの膜厚変化を拡大した図である。

[評価]
図６（ｂ）から明らかなように、本発明の階調マスクを用いることにより、遮光領域と半透明領域との境界に対応する部分の感光性樹脂の形状が、急激に変化するものとすることができた。また、図６（ａ）から明らかなように、透過率調整領域は解像されておらず、目的とするパターン状に感光性樹脂を現像することが可能であった。

本発明の階調マスクを説明するための図である。本発明の階調マスクを説明するための図である。本発明の階調マスクを説明するための図である。本発明の階調マスクを説明するための図である。本発明の階調マスクにより露光された感光性樹脂の膜厚変化を示すグラフである。本発明の階調マスクにより露光された感光性樹脂の膜厚変化を示すグラフである。従来の階調マスクを説明するための図である。従来の階調マスクを説明するための図である。従来の階調マスクを説明するための図である。

符号の説明

１ … 透明基板
２ … 遮光膜
３ … 半透明膜
ａ … 遮光領域
ｂ … 半透明領域
ｃ … 透過領域
ｄ … 透過率調整領域

Claims

透明基板と、前記透明基板上に形成された遮光膜と、前記透明基板上に形成された半透明膜とを有し、前記透明基板が露出した透過領域、前記透明基板上に前記遮光膜が設けられた遮光領域、および前記透明基板上に前記半透明膜のみが設けられた半透明領域を有し、かつ前記遮光領域と前記半透明領域とが少なくとも一部で隣接するパターンを有する階調マスクであって、
前記遮光領域および前記半透明領域の境界の光プロファイルを向上させるために隣接している前記遮光領域と前記半透明領域との間に、前記透明基板が露出した透過率調整領域が形成されていることを特徴とする階調マスク。
前記透過率調整領域がライン状に前記透明基板が１μｍ幅で露出している領域であることを特徴とする請求項１に記載の階調マスク。
前記透過率調整領域がドット状に前記透明基板が露出している領域であることを特徴とする請求項１に記載の階調マスク。
透明基板と、前記透明基板上に形成され、パターン形成に寄与しない強度の光を透過させる遮光膜と、前記透明基板上に形成された半透明膜とを有し、前記透明基板が露出した透過領域、前記透明基板上に前記遮光膜が設けられた遮光領域、および前記透明基板上に前記半透明膜のみが設けられた半透明領域を有し、かつ前記遮光領域と前記半透明領域とが少なくとも一部で隣接するパターンを有する階調マスクであって、前記遮光領域および前記半透明領域の境界の光プロファイルを向上させるために前記遮光膜を透過する光の位相と、前記半透明膜を透過する光の位相とが１５０°〜２１０°の範囲内異なるものとすることを特徴とする階調マスク。