JP5005370B2 - ハーフトーンマスク及びそれを用いたパターニング方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハーフトーンマスク及びそれを用いたパターニング方法に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）は、薄型・軽量・低消費電力の特徴を活かして、情報通信時代に必須のフラットパネルディスプレイとして、ＯＡ用、民生用、産業用と幅広く活用されている。このような液晶表示装置の製造工程において、基板上にパターンを転写するために光リソグラフィー技術が用いられている。

光リソグラフィー技術では、まずパターンが形成されたフォトマスクを介して、感光性樹脂（以下、レジストと呼ぶ）が塗布された基板を露光する。これにより、フォトマスク上に形成されたパターンが基板上に投影露光される。レジストは光によって反応する化学物質を溶媒に溶かしたもので、感光した部分が溶解するポジ型と、感光した部分が残るネガ型とがある。そして、露光されたレジストに対して、アルカリ現像液により現像処理を施し、余分な部分のレジストを除去する。これにより、レジストにフォトマスクのパターン像が転写され、レジストパターンが形成される。

通常、フォトマスクでは、透明基板上にクロムなどの遮光膜によってパターンが形成されている。これにより、パターンがない部分は、透明基板を光が通過し、露光領域となる。そして、パターンがある部分は、パターンによって光が遮光され、未露光領域となる。このようにして、レジストにフォトマスク上のパターンが転写される。一般的に、このようなフォトマスクは、ノーマルマスク又はバイナリマスクとも呼ばれている。

液晶表示装置のＴＦＴアレイ基板製造工程では、少なくとも異なる５回のエッチング工程が必要である。このため、従来、それぞれのエッチング工程に対応したレジストパターンを形成するために、５回の光リソグラフィー工程が必要であった。つまり、５回の光リソグラフィー工程を行うために、５枚のフォトマスクが必要であった。そこで、近年、このようなＴＦＴアレイ基板製造工程において、４枚マスク技術の開発が進んでいる。４枚マスク技術では、異なるエッチングを連続／選択エッチングを行うことで、光リソグラフィー工程の削減、すなわちマスク枚数削減を可能としている。このように、異なるエッチングを簡便に行うために、故意的にレジストに膜厚差をつくる。そして、膜厚差を有する最初のレジストマスク上からエッチングを行う。その後、レジスト膜厚の薄い部分が除去され、レジスト膜厚の厚い部分が残るように、アッシングを行う。そして、残ったレジストマスク上から２度目のエッチングを行う。このように、レジストに膜厚差を形成することにより、１枚のレジストパターンで、異なるエッチングを行うことができる。

レジストに膜厚差を形成するためには、フォトマスク上で透明基板を通過する光量よりも少ない光量が通過する中間階調を形成する必要がある。この中間階調の形成方法については、すでに公知されているグレイトーンマスクを用いる方法が一般的である。グレイトーンマスクとは、光リソグラフィー工程時に未解像となるような微小パターンをスリットや格子状に配置させ、その部分の透過光量を制御するものである。このことから、グレイトーンマスクは、スリットマスクとも呼ばれる。

しかし、グレイトーンマスク、スリットマスクは、微小パターンの隙間の間隔によって透過光量を制御することから、微小パターンの寸法に非常に高い制御が要求される。さらに、これらの微小パターンの配置は、光学シミュレーションや実際の露光テストを繰り返すことで決定される。さらに、解像度は波長／ＮＡ（開口数）に比例するため、波長３６５ｎｍの光源を用いる露光装置を使用する場合、未解像にするためにより微小パターンでなければならない。このため、マスクパターンを形成する際の描画装置の解像度を上回る問題がある。

また、最近では、半透明膜を使って中間階調領域のパターンが形成されたハーフトーンマスクについても発表されている。ハーフトーンマスクは、中間階調領域を半透明膜で形成することから、半透明膜の透過率を制御すればよく中間階調制御が容易である。ここで、ハーフトーンマスクについて図７を用いて説明する。図７は、第１の半透明膜１３を用いたハーフトーンマスク５の構成を示す断面模式図である。

図７（ａ）に示されたハーフトーンマスク５の場合、まず透明基板１１上に遮光膜１２を成膜し、遮光膜１２のパターン形成を行う。その後、第１の半透明膜１３を成膜し、第１の半透明膜１３のパターン形成を行う。この製造方法については、特に目新しい技術ではない。なお、遮光膜１２のパターン形成後に欠陥検査を行ってもよい。図７（ｂ）に示されたハーフトーンマスク５の場合、まず透明基板１１上に第１の半透明膜１３と遮光膜１２を順に成膜する。そして、遮光膜１２のパターン形成を行い、次に第１の半透明膜１３のパターンを形成する。この場合も、遮光膜１２のパターン形成後に欠陥検査を行ってもよい。ハーフトーンマスク５等のフォトマスクの検査方法は、特許文献１、特許文献２などですでに公知にされている。フォトマスクの検査方法には、隣接する同一パターンを比較するｄｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ比較検査法、フォトマスクのパターンを設計パターンと比較するｄｉｅ−ｔｏ−ｄａｔａｂａｓｅ（ＤＢ）比較検査法がある。

上記のようなハーフトーンマスク５を用いた場合、図８に示されるような膜厚差を有するレジストを形成することができる。図８は、ハーフトーンマスク５とレジストパターン１４との関係を示す断面模式図である。なお、ここではポジ型のレジストを用いている。図８（ａ）では、図７（ａ）に示されるハーフトーンマスク５を用いており、図８（ｂ）では、図７（ｂ）に示されるハーフトーンマスク５を用いている。まず、ガラス基板８にレジストを塗布して、ハーフトーンマスク５上からレジストを露光する。次に、露光されたレジストに対して、現像処理を施すことにより、膜厚差を有するレジストパターン１４となる。具体的には、遮光膜１２が形成されている未露光領域Ｐ１では、レジストが残る。そして、第１の半透明膜１３のみが形成されている中間階調領域Ｐ２では、レジストの一部が残る。また、遮光膜１２、第１の半透明膜１３いずれも形成されていない露光領域Ｐ３では、レジストがほとんど除去される。つまり、中間階調領域Ｐ２に対応するレジストは、未露光領域Ｐ１に対応するレジストよりも薄く形成される。このように、ハーフトーンマスク５によって膜厚差を有するレジストパターン１４を形成することができる。

上記のような透明基板１１の一方の面に遮光膜１２及び半透明膜１３が形成されたハーフトーンマスク５の場合、欠陥検査時に以下のような問題が生じる。例えば、透明基板１１上に遮光膜１２パターンしかない場合、検査対象となる材料は遮光膜１２であることから透過光検査によって現在ではサブμｍの欠陥検出が比較的容易である。しかし、透明基板１１上に第１の半透明膜１３がある場合、膜の透過率によってコントラストや光量の調整が必要である。このため、ハーフトーンマスク５は、遮光膜１２パターンの検査は容易であるが、第１の半透明膜１３パターンの検査では必ず遮光膜１２パターンの影響を受けることになる。遮光膜１２パターンの影響を回避しようとして検出感度を落とした場合、本来検出すべき欠陥を見逃すことになる。その場合、製品歩留低下に成り得る。

上記のような問題を解決するために、特許文献３では、透明基板の片面に半透明膜、他方の面に遮光膜を形成したフォトマスク、詳しくはハーフトーン型位相シフトマスクが提案されている。そして、半透明膜を透過する露光光の位相を制御したハーフトーンマスク位相シフト効果を用いて、微小パターンを光リソグラフィーにより転写してレジストパターンを形成する。ここでは、ハーフトーン位相シフト効果を持たせた半透明膜に転写したい微小パターンを形成している。つまり、レジストには、半透明膜パターンが転写される。すなわち、透明基板の半透明膜が形成された面がパターン形成面となる。なお、パターン形成面の反対面にある遮光膜パターンは、ハーフトーン位相シフト効果によって生じる不具合（所望以外のパターンが生じる）が出ないように行った補助的なものである。特許文献３に記載の技術によれば、互いの面、すなわち遮光膜と半透明膜のそれぞれに対して検査することで擬似欠陥のない検査が可能となる。なお、露光装置では、フォトマスクのパターン形成面と投影光学系を介して投影結像される面とは共役関係を持つように配置されている。一般的に、転写したいパターン面が下向きになるように、フォトマスクは露光装置に保持されている。これは、パターンが不鮮明に転写されないようにするためである。すなわち、特許文献３のフォトマスクの場合、半透明膜がある面が下向きになるように配置されることになる。
特開２００２−２４４２７５号公報 特開２００３−２９４６５１号公報 特開２００６−１７７９８号公報

以上のように、特許文献３に記載のフォトマスクでは、透明基板の半透明膜が形成された面がパターン形成面となり、遮光膜より半透明膜のほうをより精密に形成しなければならない。しかし、半透明膜は遮光膜と比較すると、欠陥検査の際の感度が劣る。これは、遮光膜ではほとんど光を透過しないのに対して、半透明膜では透過率に応じた光を透過してしまうためである。このため、透明基板での透過率を１００％、遮光膜での透過率を０％とした場合、半透明膜での透過率は遮光膜の透過率よりも高く、透明基板の透過率よりも低い値、例えば５０％となる。つまり、透明基板と遮光膜との透過光のコントラストより透明基板と半透明膜との透過光のコントラストが劣り、結果として検査の際の感度が劣る。このため、半透明膜パターンを精密に形成するのが困難となる場合がある。

本発明は、上記の問題を鑑みるためになされたものであり、欠陥検出感度の低下が生じにくいハーフトーンマスクを提供することを目的とする。さらに、欠陥の発生を抑制することができるパターニング方法を提供することを目的とする。

本発明にかかるハーフトーンマスクは、感光性樹脂にパターンを転写するハーフトーンマスクであって、一方の面にパターン形成面を有する透明基板と、前記パターン形成面にパターン形成され、当該パターンが感光性樹脂に転写される遮光膜と、前記透明基板の前記パターン形成面と反対面に形成された第１の半透明膜とを備え、前記透明基板の前記第１の半透明膜パターンの端部において、前記第１の半透明膜が形成された面と反対面に前記遮光膜が形成されているものである。

また、本発明にかかるパターニング方法は、透明基板の片面に第１の半透明膜が形成され、前記透明基板の前記第１の半透明膜パターンの端部において、前記第１の半透明膜が形成された面と反対面に遮光膜が形成されたハーフトーンマスクを用いるパターニング方法であって、基板上に感光性樹脂を塗布する工程と、前記感光性樹脂が塗布された前記基板表面付近と、前記ハーフトーンマスクの前記遮光膜が形成された面とが共役関係となるように、前記基板と前記ハーフトーンマスクを配置させ、前記ハーフトーンマスクの前記第１の半透明膜が形成された面上から光を照射し、前記基板上の前記感光性樹脂を感光する工程と、感光された前記感光性樹脂を現像する工程とを有する方法である。

本発明によれば、欠陥検出感度の低下が生じにくいハーフトーンマスクを得ることができる。さらに、欠陥の発生を抑制することができるパターニング方法を得ることができる。

実施の形態．
まず、図１を用いて本実施の形態にかかるハーフトーンマスクについて説明する。図１は、ハーフトーンマスク５の構成を示す断面模式図である。ハーフトーンマスク５によって、感光性樹脂（レジスト）にパターンを転写することができる。

ハーフトーンマスク５は、透明基板１１に遮光膜１２及び第１の半透明膜１３がパターン形成されている。具体的には、透明基板１１の一方の面に遮光膜１２、他方の面に第１の半透明膜１３が形成されている。ここでは、遮光膜１２として矩形状の４つのパターンが平行して配置され、左端の隣接する遮光膜１２のパターン間に亘って第１の半透明膜１３が配置される。すなわち、遮光膜１２は、平面視において、第１の半透明膜１３の端部に形成されている。つまり、透明基板１１の第１の半透明膜１３パターンの端部において、第１の半透明膜１３が形成された面と反対面には遮光膜１２が形成されている。そして、遮光膜１２により、レジストパターンの境界が形成される。つまり、このレジストパターンの境界の内側、つまり隣接する遮光膜１２パターン間に第１の半透明膜１３が形成される。もちろん、遮光膜１２及び第１の半透明膜１３のパターンは、このような形状に限られない。例えば、遮光膜１２が第１の半透明膜１３の端部を囲むように枠状に形成されていてもよい。

遮光膜１２としては、遮光性が高い薄膜材料（例えばクロム、タングステン、アルミニウム）を用いることができる。そして、これらの材料を透明基板１１上に、蒸着、スパッタ、ＣＶＤ（Chemical-Vapor-Deposition）法で成膜し、成膜された遮光膜１２上にレジストを塗布する。そして、レーザ描画機等を使ったリソグラフィーによって、設計パターンを遮光膜１２上のレジストに転写し、レジストをパターン形成する。このレジストパターン上から遮光膜１２をエッチングした後レジストパターンを除去して、遮光膜１２をパターン形成する。遮光膜１２の設計パターンとは、基板（例えば、ガラス基板）に塗布されたレジストに転写したいパターン及びアライメントマーク類を含んでいる。つまり、透明基板１１の遮光膜１２が形成された面が、パターン形成面となる。そして、このパターン形成面に形成されたパターン、つまり遮光膜１２パターンがレジストに転写される。すなわち、パターン形成面に形成された遮光膜１２パターンが、レジスト上に投影露光される。また、パターン形成面と、レジストにパターンが転写される投影結像面とは、共役関係となっている。

なお、透明基板１１に遮光膜１２のみを形成した段階で、欠陥検査を行ってもよい。ハーフトーンマスク５等のフォトマスクの検査方法は、隣接する同一パターンを比較するｄｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ比較検査法、フォトマスクのパターンを設計パターンと比較するｄｉｅ−ｔｏ−ｄａｔａｂａｓｅ（ＤＢ）比較検査法がある。また、検出方法としては、検査光を出射する光源とＣＣＤセンサーとをフォトマスクを介して対向配置させ、検査光をフォトマスク上から照射し、フォトマスクを通過した透過光をＣＣＤセンサーで検出する方法がある。あるいは、フォトマスクのパターン形成面での反射光を検出する方法もある。いずれの場合においても、これらは所望のパターンと異なる異常なものの検出や欠陥を検出するものであって、高感度に検出することが要求される。フォトマスクの欠陥は、大きく図２のように分類される。図２は、フォトマスクのパターンにおける欠陥モードを示す平面模式図である。なお、ここでは、平行に形成された２つの矩形状のパターンを正常パターン２０とする。図２（ａ）では、２つの正常パターン２０の間にパターン（残り２１）が残っている。図２（ｂ）では、正常パターン２０の一部に欠け２２が生じている。図２（ｃ）では、正常パターン２０に突起２３が形成されている。図２（ｄ）では、正常パターン２０の一部が細くなり、細り２４が生じている。図２（ｅ）では、正常パターン２０の一部が太くなり、太り２５が生じている。これらは、いずれも好ましくないものである。このような欠陥を検出し、修正することにより正常なフォトマスクが製造される。

上記のように、透明基板１１に遮光膜１２のみを形成した段階で欠陥検査を行う場合、検査対象が遮光膜１２であることから欠陥検出感度の高い透過光検査が可能である。また、最小となるパターンは、露光装置の解像度で決まるが量産時の製造マージン等を考慮して概ね線幅２〜３μｍである。これに対して、図２に示されるような欠陥はさらに微小なものであり、欠陥がレジストパターンに転写されない程度のものは１μｍ程度となっている。すなわち、マスク検査での欠陥検査では、せいぜい１μｍか、それ以下のサブμｍ程度でよい。

透明基板１１の遮光膜１２が形成された面の反対面に形成される第１の半透明膜１３は、使用する露光装置の露光波長に対して所望の透過率を有する。第１の半透明膜１３としては、半透過性を有する材料であればよく、ここでは成膜、加工の取り扱い易いＭｏＳｉ膜としている。薄膜でのＭｏＳｉ膜は、膜厚、膜質、露光波長によって透過率が変化してくるので所望の透過率になるように条件を決める必要がある。そして、これらの材料を透明基板１１上に、蒸着、スパッタ、ＣＶＤ（Chemical-Vapor-Deposition）法で成膜し、成膜された第１の半透明膜１３上にレジストを塗布する。そして、レーザ描画機等を使ったリソグラフィーによって、設計パターンを第１の半透明膜１３上のレジストに転写し、レジストをパターン形成する。このレジストパターン上から第１の半透明膜１３をエッチングした後レジストパターンを除去して、第１の半透明膜１３をパターン形成する。このように、第１の半透明膜１３が形成された領域によって多階調表現を行うことができる。なお、第１の半透明膜１３に対してはそれによってレジストパターンを形成することがないため微小パターンにする必要がない。多階調露光を目的としたハーフトーンマスク５での第１の半透明膜１３の透過率は、露光波長に対して、概ね２０〜４０％が望ましいがリソグラフィー条件によって変わってくる。現存している波長３６５ｎｍのリソグラフィーで使用される露光装置や材料（レジスト）では、２０〜３０％程度にしておくほうがプロセス安定性という点において得策である。

そして、透明基板１１に遮光膜１２及び第１の半透明膜１３のパターンを形成した後、欠陥検査を行う。ここでは、透明基板１１の第１の半透明膜１３が形成された面に光を照射し、これらからの反射光によって欠陥検出を行う。これにより、遮光膜１２パターンとの干渉を抑制することができる。反射光検査は透過光検査ほど検出感度が高くないが、第１の半透明膜１３パターン像が形成される結像面はパターンが転写される投影結像面から十分離れているため、ほとんど問題にならない。つまり、第１の半透明膜１３が形成された面側の欠陥の結像面は、遮光膜１２パターンの結像面から十分離れている。さらに、上記のように、透明基板１１の第１の半透明膜１３の端部に対応するパターン形成面には、遮光膜１２が形成されている。すなわち、第１の半透明膜１３の端部に例えば図２（ｂ）〜（ｅ）に示されるような欠陥があったとしても、遮光膜１２によって遮光され、対応する遮光膜１２パターンがレジストに転写される。このため、第１の半透明膜１３に欠陥が生じたとしても、レジストへの転写の影響は、数μｍの欠陥であっても、レジストパターンにはほとんど無関係なものになる。そして、図示しないが、透明基板１１両面に遮光膜１２及び第１の半透明膜１３のパターンを保護するペリクル膜を貼ることにより、異物の再付着を抑制することができる。

本実施の形態にかかるハーフトーンマスク５は、レジストにパターンを転写する遮光膜１２パターンに対して欠陥検出感度の高い透過光検査を行うことが可能となる。また、第１の半透明膜１３パターンの欠陥は、上記のようにほとんど問題にならない。このため、ハーフトーンマスク５の製造が容易かつ欠陥検出感度の低下が生じにくい。これにより、歩留を向上させることができる。また、ここでは遮光膜１２パターンに対して透過光検査、第１の半透明膜１３パターンに対して反射光検査を行ったがこれに限られない。例えば、遮光膜１２パターンに対して反射光検査を行ってもよい。

次に、図３を用いて露光装置について説明する。図３は、露光装置の構成を示す側面模式図であり、本実施の形態にかかるハーフトーンマスク５との関係を示したものである。なお、図３においてハーフトーンマスク５には、図１に示されるハーフトーンマスク５を用いる。この露光装置によって、ハーフトーンマスク５のパターンをガラス基板８表面に塗布されたレジスト１６に投影露光させる。すなわち、ハーフトーンマスク５のパターン形成面とガラス基板８表面付近の投影結像面とが共役関係となる。

光源１は、ハーフトーンマスク５のパターンをガラス基板８に塗布されたレジスト１６に投影露光するための光を出射する。光源１としては、水銀灯を用いることができる。光源１から出射した光は照明光源系２を通過して、ミラー３に入射する。照明光源系２は例えば波長可変フィルタであり、使用する波長以外の波長の光を遮光することができる。すなわち、照明光源系２は、露光に好適な波長の光を出射させることができる。ミラー３に入射した光はハーフトーンマスク５の方向に反射する。ミラー３によって反射された光は、コンデンサーレンズ４に入射する。そして、コンデンサーレンズ４によって光が集光され、照度の均一な光に形成される。このコンデンサーレンズ４によって形成された照度の均一な光はハーフトーンマスク５の表面に入射する。また、コンデンサーレンズ４によって光が集光されることにより、ハーフトーンマスク５のパターン形成面、つまり遮光膜１２が形成された面に共役点（投影焦点位置）ができる。ハーフトーンマスク５には、上記のように遮光膜１２及び第１の半透明膜１３のパターンが形成されている。ここで、遮光膜１２パターンが形成された領域に入射した光は、遮光もしくは回折される。また、第１の半透明膜１３のみが形成された領域に入射した光は、透過率にあった照度となり、透明基板１１を通過する。そして、遮光膜１２及び第１の半透明膜１３のパターンが形成されていない領域に入射した光は、その他の領域よりも高い照度で透明基板１１を通過する。

これらの光は、投影光学系７を通過し、ステージホルダー９上で保持されたガラス基板８表面付近に投影結像される。つまり、ガラス基板８表面付近に、もう一方の共役点（投影焦点位置）ができる。このとき、ガラス基板８表面付近の投影結像面とフォトマスク５のパターン形成面とは、共役関係になるように、遮光膜１２が形成された面を下向きにしてマスクステージ６に保持している。つまり、透明基板１１において、光源１からの光の入射側に第１の半透明膜１３、光源１からの光の出射側に遮光膜１２が形成されている。ここで、遮光膜１２が形成された面を上向きにしてハーフトーンマスク５を保持した場合、透明基板１１に入射した光は屈折等するため、遮光膜１２が正常にパターン形成されていたとしても、レジスト１６への転写が正常に行われない場合がある。このため、遮光膜１２パターンを鮮明に転写するため、遮光膜１２が形成された面、すなわちパターン形成面を下向きにする。そして、ガラス基板８上の投影結像面には遮光膜１２で形成されたパターン像が形成されることになり、レジスト１６へ転写される。ここで、遮光膜１２パターンに対応するレジスト１６の部分は、未露光となる。また、第１の半透明膜１３のみのパターンに対応するレジスト１６の部分は、結像とは無関係に光強度のみが変化する。これにより、多階調露光となる。ガラス基板８については、発光部１０ａと受光部１０ｂからなるＡＦセンサー１０によってフォーカス合せを行っている。発光部１０ａと受光部１０ｂとは、投影光学系７を介在させて対向配置されている。そして、発光部１０ａからガラス基板８に向けて光を出射させ、ガラス基板８によって反射された光を受光部１０ｂによって検出する。レジスト１６の位置によって受光部１０ｂが検出する受光量が変化する。この受光量に応じて、ガラス基板８の位置を変化させ、レジスト１６の位置を所定の基準面から一定の距離になるように保つ。露光装置は、以上のように構成されている。

次に、図４を用いて本実施の形態にかかるレジスト１６のパターニング方法について説明する。ここでは、上記のハーフトーンマスク５及び露光装置を用いる。図３は、ハーフトーンマスク５とレジストパターン１４との関係を示す断面模式図である。つまり、ハーフトーンマスク５上から投影露光してパターニングを行った場合のレジスト１６のパターン形状を示す。

まず、基板（ここでは、ガラス基板８）の略全面にレジスト１６を塗布する。そして、ハーフトーンマスク５が備えられた露光装置の光源１によって、ハーフトーンマスク５上から光を照射する。なお、ハーフトーンマスク５は、共役点がハーフトーンマスク５のパターン形成面となるように配置されている。つまり、第１の半透明膜１３を形成した面は、共役点より少なくとも透明基板１１の厚さだけ光の入射側にずれている。そして、もう一方の共役点がガラス基板８表面付近、つまりレジスト１６付近になるようにガラス基板８を配置する。これにより、ガラス基板８表面付近が投影結像面となる。そして、ハーフトーンマスク５のパターン形成面と投影結像面とが共役関係となる。

次に、このように配置された状態でハーフトーンマスク５の第１の半透明膜１３が形成された面上から光を照射して、レジスト１６を露光する。これにより、レジスト１６が感光される。ここでは、遮光膜１２が形成された領域、及び対応するレジスト１６の領域を、未露光領域Ｐ１とする。また、第１の半透明膜１３のみが形成された領域、及び対応するレジスト１６の領域を、中間階調領域Ｐ２とする。そして、遮光膜１２及び第１の半透明膜１３が形成されていない領域、及び対応するレジスト１６の領域を、露光領域Ｐ３とする。未露光領域Ｐ１では、光源１からの光が遮光もしくは回折し、レジスト１６は感光されない。中間階調領域Ｐ２では、光源１からの光が透過率にあった照度となり透明基板１１を通過し、レジスト１６が透過率にあった照度で感光される。露光領域Ｐ３では、光源１からの光が透明基板１１を通過し、レジスト１６が感光される。レジスト１６感光後、レジスト１６をアルカリ現像すると、未露光領域Ｐ１ではレジスト１６が溶解せず、略完全に残る。また、中間階調領域Ｐ２では、透過した光分だけ現像して溶解し、レジスト膜厚方向に階調、すなわち膜厚差が生じる。そして、露光領域Ｐ３では、現像によってすべてのレジスト１６が溶解する。つまり、光源１からの光の照度は、露光領域Ｐ３において、現像時にレジスト１６が全て溶解する照度となっている。そして、未露光領域Ｐ１のレジスト１６の膜厚が中間階調領域Ｐ２の膜厚より厚くなり、膜厚差を有するレジストパターン１４が形成される。

本実施の形態にかかるレジスト１６のパターニング方法によれば、レジストパターン１４の欠陥の発生を抑制することができる。これは、ハーフトーンマスク５の欠陥検出感度の低下が生じにくいためである。これにより、歩留を向上させることができる。

次に、本実施の形態にかかるハーフトーンマスク５の変形例を図５を用いて説明する。図５は、ハーフトーンマスク５の変形例の構成を示す断面模式図である。ここでは、図１に示されたハーフトーンマスク５同様、透明基板１１の一方の面に遮光膜１２、他方の面に第１の半透明膜１３が形成されている。さらに、図５においては、透明基板１１の遮光膜１２が形成された面（パターン形成面）に、第１の半透明膜１３と異なる透過率を有する第２の半透明膜１５が形成されている。ここでは、第１の半透明膜１３の透過率より第２の半透明膜１５の透過率のほうが高くなっている。

図５（ａ）では、矩形状の４つのパターンの遮光膜１２において、中央付近の隣接するパターン間に亘って遮光膜１２の下側に第２の半透明膜１５が配置される。まず、透明基板１１上に遮光膜１２を成膜し、遮光膜１２のパターン形成を行う。その後、第２の半透明膜１５を成膜し、第２の半透明膜１５のパターン形成を行う。そして、透明基板１１の遮光膜１２及び第２の半透明膜１５を形成した面と反対面に第１の半透明膜１３をパターン形成する。もちろん、これらの工程の間に欠陥検査を行ってもよい。図５（ｂ）では、遮光膜１２パターンと透明基板１１との間に第２の半透明膜１５が形成されている。また、遮光膜１２の両端のパターンにおいて、第２の半透明膜１５は遮光膜１２と略同じ形状となっている。そして、中央付近の隣接する遮光膜１２パターンにおいて、遮光膜１２のパターン間に亘って第２の半透明膜１５が配置される。まず、透明基板１１上に第２の半透明膜１５と遮光膜１２を順に成膜する。そして、遮光膜１２のパターン形成を行い、次に第２の半透明膜１５をパターン形成する。そして、透明基板１１の遮光膜１２及び第２の半透明膜１５を形成した面と反対面に第１の半透明膜１３をパターン形成する。もちろん、これらの工程の間に欠陥検査を行ってもよい。

次に、上記のハーフトーンマスク５の変形例において、露光装置によって投影露光されるハーフトーンマスク５及びレジストの関係を図６を用いて説明する。図６は、ハーフトーンマスク５とレジストパターン１４との関係を示す断面模式図である。つまり、ハーフトーンマスク５上から投影露光してパターニングを行った場合のレジスト１６のパターン形状を示す。図６（ａ）では、図５（ａ）に示されるハーフトーンマスク５を用い、図６（ｂ）では、図５（ｂ）に示されるハーフトーンマスク５を用いている。

図６（ａ）及び図６（ｂ）において、遮光膜１２の中央付近の隣接するパターン間の領域以外は図３と略同じレジストパターン１４が形成される。また、遮光膜１２の中央付近の隣接するパターン間の領域では、第２の半透明膜１５のみが形成されている。このため、この領域が中間階調領域Ｐ２'となり、第２の半透明膜１５の透過率にあった照度となり、透明基板１１を通過する。ここでは、中間階調領域Ｐ２よりも中間階調領域Ｐ２'を透過する光の照度が強くなる。このため、レジストの膜厚は、中間階調領域Ｐ２'、中間階調領域Ｐ２、未露光領域Ｐ１の順に厚くなる。つまり、３段階の膜厚を持つレジストパターン１４が形成でき、レジスト膜厚の段階数を増やすことが可能である。そして、これを利用することで、側壁形成、つまりレジストパターン１４の側端面の傾斜などの制御がやり易くなるといった効果が見込める。

なお、本実施の形態では、ポジ型のレジスト１６を用いてレジストパターン１４を形成したが、ネガ型のレジスト１６を用いてもよい。この場合、レジスト１６感光後に現像処理を行うと、レジスト１６の感光した部分が残り、感光しない部分が除去される。

実施の形態にかかるハーフトーンマスクの構成を示す断面模式図である。 実施の形態にかかるフォトマスクのパターンにおける欠陥モードを示す平面模式図である。 実施の形態にかかる露光装置の構成を示す側面模式図である。 実施の形態にかかるハーフトーンマスクとレジストパターンとの関係を示す断面模式図である。 実施の形態にかかるハーフトーンマスクの変形例の構成を示す断面模式図である。 実施の形態にかかるハーフトーンマスクとレジストパターンとの関係を示す断面模式図である。 従来のハーフトーンマスクの構成を示す断面模式図である。 従来のハーフトーンマスクとレジストパターンとの関係を示す断面模式図である。

符号の説明

１ 光源、２ 照明光学系、３ ミラー、４ コンデンサーレンズ、
５ ハーフトーンマスク、６ マスクステージ、７ 投影光学系、８ ガラス基板、
９ ステージホルダー、１０ａ 発光部、１０ｂ 受光部、１０ ＡＦセンサー、
１１ 透明基板、１２ 遮光膜、１３ 第１の半透明膜、１４ レジストパターン、
１５ 第２の半透明膜、１６ レジスト、
２０ 正常パターン、２１ 残り、２２ 欠け、２３ 突起、２４ 細り、２５ 太り

Claims (4)

1. 感光性樹脂にパターンを転写するハーフトーンマスクであって、
   一方の面にパターン形成面を有する透明基板と、
   前記パターン形成面にパターン形成され、当該パターンが感光性樹脂に転写される遮光膜と、
   前記透明基板の前記パターン形成面と反対面に形成された第１の半透明膜とを備え、
   前記透明基板の前記第１の半透明膜パターンの端部において、前記第１の半透明膜が形成された面と反対面に前記遮光膜が形成されているハーフトーンマスク。
2. 前記パターン形成面に前記第１の半透明膜と異なる透過率を有する第２の半透明膜をさらに形成する請求項１に記載のハーフトーンマスク。
3. 前記第１の半透明膜の透過率は露光波長に対して２０〜４０％である請求項１または２に記載のハーフトーンマスク。
4. 透明基板の片面に第１の半透明膜が形成され、前記透明基板の前記第１の半透明膜が形成された面と反対面に遮光膜が形成され、前記透明基板の前記第１の半透明膜パターンの端部において、前記第１の半透明膜が形成された面と反対面に遮光膜が形成されたハーフトーンマスクを用いるパターニング方法であって、
   基板上に感光性樹脂を塗布する工程と、
   前記感光性樹脂が塗布された前記基板表面付近と、前記ハーフトーンマスクの前記遮光膜が形成された面とが共役関係となるように、前記基板と前記ハーフトーンマスクを配置させ、前記ハーフトーンマスクの前記第１の半透明膜が形成された面上から光を照射し、前記基板上の前記感光性樹脂を感光する工程と、
   感光された前記感光性樹脂を現像する工程とを有するパターニング方法。

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