JP5036328B2 - Gray tone mask and pattern transfer method - Google Patents

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Description

本発明は、撮像素子、液晶表示装置（LiquidCrystal Display：以下、ＬＣＤと呼ぶ）、半導体装置製造等に用いられるグレートーンマスク、このマスクを使用するパターン転写方法に関するものであり、特に薄膜トランジスタ液晶表示装置の製造に用いられる薄膜トランジスタ基板（ＴＦＴ基板）の製造に好適に使用されるグレートーンマスク及びパターン転写方法に関する。    The present invention relates to an image sensor, a liquid crystal display (hereinafter referred to as LCD), a gray-tone mask used for manufacturing a semiconductor device, and a pattern transfer method using the mask, and more particularly, a thin film transistor liquid crystal display. The present invention relates to a gray-tone mask and a pattern transfer method which are preferably used for manufacturing a thin film transistor substrate (TFT substrate) used for manufacturing a thin film transistor.

現在、ＬＣＤの分野において、薄膜トランジスタ液晶表示装置（Thin FilmTransistor Liquid Crystal Display：以下、ＴＦＴ−ＬＣＤと呼ぶ）は、ＣＲＴ（陰極線管）に比較して、薄型にしやすく消費電力が低いという利点から、現在商品化が急速に進んでいる。ＴＦＴ−ＬＣＤは、マトリックス状に配列された各画素にＴＦＴが配列された構造のＴＦＴ基板と、各画素に対応して、レッド、グリーン、及びブルーの画素パターンが配列されたカラーフィルターが液晶相の介在の下に重ね合わされた概略構造を有する。ＴＦＴ−ＬＣＤでは、製造工程数が多く、ＴＦＴ基板だけでも５〜６枚のフォトマスクを用いて製造されていた。このような状況の下、ＴＦＴ基板の製造を４枚のフォトマスクを用いて行う方法が提案された（例えば下記非特許文献１）。   Currently, in the field of LCDs, thin film transistor liquid crystal displays (hereinafter referred to as TFT-LCDs) are easy to make thinner and have lower power consumption than CRTs (cathode ray tubes). Commercialization is progressing rapidly. A TFT-LCD includes a TFT substrate having a structure in which TFTs are arranged in pixels arranged in a matrix, and a color filter in which red, green, and blue pixel patterns are arranged corresponding to each pixel. It has a schematic structure superimposed under the intervention of. In TFT-LCD, the number of manufacturing processes is large, and the TFT substrate alone is manufactured using 5 to 6 photomasks. Under such circumstances, a method of manufacturing a TFT substrate using four photomasks has been proposed (for example, Non-Patent Document 1 below).

この方法は、遮光部と透光部と半透光部（グレートーン部）を有するフォトマスク（以下、グレートーンマスクという）を用いることにより、使用するマスク枚数を低減するというものである。ここで、半透光部とは、マスクを使用してパターンを被転写体に転写する際、透過する露光光の透過量を所定量低減させ、被転写体上のフォトレジスト膜の現像後の残膜量を制御する部分をいい、そのような半透光部を、遮光部、透光部とともに備えているフォトマスクをグレートーンマスクという。   In this method, the number of masks to be used is reduced by using a photomask (hereinafter referred to as a gray tone mask) having a light shielding portion, a light transmitting portion, and a semi-light transmitting portion (gray tone portion). Here, the semi-transparent portion means that when a pattern is transferred to a transfer object using a mask, the amount of exposure light transmitted therethrough is reduced by a predetermined amount, and the photoresist film on the transfer object after development is developed. A portion that controls the amount of the remaining film is referred to, and a photomask including such a semi-translucent portion together with a light-shielding portion and the translucent portion is referred to as a gray tone mask.

図８及び図９（図９は図８の製造工程の続き）に、グレートーンマスクを用いたＴＦＴ基板の製造工程の一例を示す。
ガラス基板１上に、ゲート電極用金属膜が形成され、フォトマスクを用いたフォトリソプロセスによりゲート電極２が形成される。その後、ゲート絶縁膜３、第１半導体膜４（ａ−Ｓｉ）、第２半導体膜５（Ｎ＋ａ−Ｓｉ）、ソースドレイン用金属膜６、及びポジ型フォトレジスト膜７が形成される（図８（１））。次に、遮光部１１と透光部１２と半透光部１３を有するグレートーンマスク１０を用いて、ポジ型フォトレジスト膜７を露光し、現像することにより、ＴＦＴチャネル部及びソースドレイン形成領域と、データライン形成領域を覆い、かつチャネル部形成領域がソースドレイン形成領域よりも薄くなるように第１レジストパターン７ａが形成される（図８（２））。次に、第１レジストパターン７ａをマスクとして、ソースドレイン金属膜６及び第２、第１半導体膜５，４をエッチングする（図８（３））。次に、チャネル部形成領域の薄いレジスト膜を酸素によるアッシングにより除去し、第２レジストパターン７ｂを形成する（図９（１））。しかる後、第２レジストパターン７ｂをマスクとして、ソースドレイン用金属膜６がエッチングされ、ソース／ドレイン６ａ、６ｂが形成され、次いで第２半導体膜５をエッチングし（図９（２））、最後に残存した第２レジストパターン７ｂを剥離する（図９（３））。 8 and 9 (FIG. 9 is a continuation of the manufacturing process of FIG. 8) show an example of a manufacturing process of a TFT substrate using a gray-tone mask.
A metal film for a gate electrode is formed on the glass substrate 1, and the gate electrode 2 is formed by a photolithography process using a photomask. Thereafter, a gate insulating film 3, a first semiconductor film 4 (a-Si), a second semiconductor film 5 (N + a-Si), a source / drain metal film 6, and a positive photoresist film 7 are formed (FIG. 8). (1)). Next, the positive photoresist film 7 is exposed and developed using the gray tone mask 10 having the light shielding portion 11, the light transmitting portion 12, and the semi-light transmitting portion 13, thereby developing the TFT channel portion and the source / drain forming region. Then, the first resist pattern 7a is formed so as to cover the data line formation region and to make the channel portion formation region thinner than the source / drain formation region (FIG. 8B). Next, the source / drain metal film 6 and the second and first semiconductor films 5 and 4 are etched using the first resist pattern 7a as a mask (FIG. 8 (3)). Next, the thin resist film in the channel portion formation region is removed by ashing with oxygen to form a second resist pattern 7b (FIG. 9A). Thereafter, using the second resist pattern 7b as a mask, the source / drain metal film 6 is etched to form the source / drains 6a and 6b, and then the second semiconductor film 5 is etched (FIG. 9 (2)). The remaining second resist pattern 7b is peeled off (FIG. 9 (3)).

ここで用いられるグレートーンマスクとしては、半透光部が微細パターンで形成されている構造のものが知られている。例えば図１０に示されるように、ソース／ドレインに対応する遮光部１１ａ、１１ｂと、透光部１２と、チャネル部に対応する半透光部（グレートーン部）１３とを有し、半透光部１３は、グレートーンマスクを使用するＬＣＤ用露光機の解像限界以下の微細パターンからなる遮光パターン１３ａを形成した領域である。遮光部１１ａ、１１ｂと遮光パターン１３ａはともにクロムやクロム化合物等の同じ材料からなる同じ厚さの膜から通常形成されている。グレートーンマスクを使用するＬＣＤ用露光機の解像限界は、多くの場合、ステッパ方式の露光機で約３μｍ、ミラープロジェクション方式の露光機で約４μｍである。このため、例えば、図１０で半透光部１３における透過部１３ｂのスペース幅を３μｍ未満、遮光パターン１３ａのライン幅を露光機の解像限界以下の３μｍ未満とすることができる。   As a gray-tone mask used here, one having a structure in which a semi-translucent portion is formed in a fine pattern is known. For example, as shown in FIG. 10, the light-shielding portions 11a and 11b corresponding to the source / drain, the light-transmitting portion 12, and the semi-transparent portion (gray tone portion) 13 corresponding to the channel portion are provided. The light part 13 is an area where a light shielding pattern 13a composed of a fine pattern below the resolution limit of an LCD exposure machine using a gray tone mask is formed. Both the light shielding portions 11a and 11b and the light shielding pattern 13a are usually formed from films of the same thickness made of the same material such as chromium or a chromium compound. In many cases, the resolution limit of an exposure apparatus for LCD using a gray-tone mask is about 3 μm for a stepper type exposure machine and about 4 μm for a mirror projection type exposure machine. For this reason, for example, in FIG. 10, the space width of the transmission part 13b in the semi-transmission part 13 can be less than 3 μm, and the line width of the light shielding pattern 13a can be less than 3 μm which is less than the resolution limit of the exposure machine.

上述の微細パターンタイプの半透光部は、グレートーン部分の設計、具体的には遮光部と透光部の中間的なハーフトーン効果を持たせるための微細パターンをライン・アンド・スペースタイプにするのかドット（網点）タイプにするのか、或いはその他のパターンにするのかの選択があり、さらにライン・アンド・スペースタイプの場合、線幅をどのくらいにするのか、光が透過する部分と遮光される部分の比率をどうするか、全体の透過率をどの程度に設計するかなどを考慮し設計することができる。   The above-described fine pattern type semi-transmission part is a line-and-space type of fine pattern for gray tone design, specifically, to provide a halftone effect intermediate between the light-shielding part and the light-transmission part. There is a choice of whether it is a dot (halftone dot) type or other pattern, and in the case of the line and space type, what is the line width, the part where light is transmitted and the part where light is blocked The ratio can be designed in consideration of what should be done and how much the overall transmittance is designed.

一方、ハーフトーン露光したい部分を半透過性のハーフトーン膜（半透光膜）とすることが従来提案されている（例えば下記特許文献１）。このハーフトーン膜を用いることでハーフトーン部分の露光量を少なくしてハーフトーン露光することが出来る。ハーフトーン膜を用いる場合、設計においては全体の透過率がどのくらい必要かを検討し、マスクにおいてはハーフトーン膜の膜種（素材）であるとか膜厚を選択することでマスクの生産が可能となる。マスク製造ではハーフトーン膜の膜厚制御を行う。ＴＦＴチャンネル部をグレートーンマスクのグレートーン部で形成する場合、ハーフトーン膜であればフォトリソグラフィー工程により容易にパターニングできるので、ＴＦＴチャンネル部の形状が複雑なパターン形状であっても可能であるという利点がある。   On the other hand, it has been conventionally proposed to use a semi-transparent half-tone film (semi-transparent film) for a portion where half-tone exposure is desired (for example, Patent Document 1 below). By using this halftone film, halftone exposure can be performed while reducing the exposure amount of the halftone portion. When using a halftone film, consider how much the overall transmittance is required in the design, and in the mask, it is possible to produce a mask by selecting the film type (material) of the halftone film or the film thickness. Become. In mask manufacturing, the film thickness of the halftone film is controlled. When the TFT channel part is formed with the gray tone part of the gray tone mask, if it is a halftone film, it can be easily patterned by a photolithography process, so that it is possible even if the TFT channel part has a complicated pattern shape. There are advantages.

特開２００２−１８９２８０号公報JP 2002-189280 A 「月刊エフピーディ・インテリジェンス（ＦＰＤ Intelligence）」、１９９９年５月、ｐ．３１−３５“Monthly FP Intelligence”, May 1999, p. 31-35

上記の半透光部をハーフトーン膜（半透光膜）とする上記グレートーンマスクは、前述の微細パターンタイプのグレートーンマスクと比較して、一定以上の面積の半透光部を形成する場合に非常に有用である。微細パターンタイプの半透光部の場合、その面積が大きくなるとパターンデータが膨大になってしまうという問題があるが、ハーフトーン膜を用いる半透光部においてはそのような問題が生じないからである。   The gray tone mask having the semi-transmission part as a halftone film (semi-transmission film) forms a semi-transmission part having a certain area or more compared to the above-described fine pattern type gray tone mask. Very useful in cases. In the case of a semi-transparent portion of a fine pattern type, there is a problem that the pattern data becomes enormous when the area becomes large, but such a problem does not occur in a semi-transparent portion using a halftone film. is there.

図１１（ａ）は、このような半透光部をハーフトーン膜（半透光膜）とするグレートーンマスクの一例を示すものである。すなわち、グレートーンマスク２０は、所定のパターン状に形成された遮光部２１と透光部２２と半透光部２３を備えており、同図（ｂ）（（ａ）におけるＬ−Ｌ線に沿った断面図）に示すように、遮光部２１は、透明基板２４上に遮光膜２５を有して構成され、透光部２２は、透明基板２４が露出した部分で構成され、さらに半透光部２３は、透明基板２４上に半透光膜２６を有して構成されている。   FIG. 11A shows an example of a gray tone mask using such a semi-transparent portion as a half-tone film (semi-transparent film). In other words, the gray tone mask 20 includes a light shielding portion 21, a light transmitting portion 22, and a semi-light transmitting portion 23 formed in a predetermined pattern, and the line LL in FIG. As shown in FIG. 4, the light-shielding portion 21 includes a light-shielding film 25 on a transparent substrate 24, and the light-transmitting portion 22 includes a portion where the transparent substrate 24 is exposed. The optical part 23 is configured to have a semi-transparent film 26 on a transparent substrate 24.

ところで、近年、特にＴＦＴチャネル部のパターンの微細化に伴い、グレートーンマスクにおいてもますます微細なパターンが必要とされてきており、本発明者らは、上述の半透光部に半透光膜を用いたグレートーンマスクにおいても新たな課題が生じることを見出した。すなわち、例えば、上述の図１１に示すように、遮光膜２５による２つの遮光部２１，２１に挟まれた幅Ａが７μｍ程度の半透光部２３を半透光膜２６により形成したグレートーンマスクの場合、このマスク使用時の露光機における、該半透光部の透過光の光強度分布は、図１２のようになる。なお、露光機の露光光源としては、例えばｇ線（波長４３６ｎｍ）やｉ線（波長３６５ｎｍ）を含む３５０ｎｍ〜４５０nmの波長領域の光源が用いられる。この光強度分布に従って、被転写体上のレジスト膜が露光され、この後レジストの現像工程を経てレジストパターンが形成される。従って、このグレートーンマスクの半透光部における光強度分布は、形成されるレジストパターンの形状に反映することになる。この際、レジスト自身の光感度特性や現像特性などを適切に選択し、上記光強度分布が充分な精度でレジストパターンに反映される条件を用いることは勿論のことである。
ここで、本発明のグレートーンマスクに適用する露光機としては、開口数NAが0.1〜0.07程度の光学系を有するものとしている。 By the way, in recent years, with the miniaturization of the pattern of the TFT channel part in particular, a finer pattern is required also in the gray-tone mask. It has been found that a new problem arises even in a gray-tone mask using a film. That is, for example, as shown in FIG. 11 described above, a gray tone in which a semi-transparent portion 23 having a width A of about 7 μm sandwiched between two light-shielding portions 21 and 21 by a light-shielding film 25 is formed by a semi-transparent film 26. In the case of a mask, the light intensity distribution of the transmitted light of the semi-transparent portion in the exposure machine when using the mask is as shown in FIG. As an exposure light source of the exposure machine, for example, a light source having a wavelength region of 350 nm to 450 nm including g-line (wavelength 436 nm) and i-line (wavelength 365 nm) is used. In accordance with this light intensity distribution, the resist film on the transfer object is exposed, and then a resist pattern is formed through a resist development process. Therefore, the light intensity distribution in the semi-transparent portion of the gray tone mask is reflected in the shape of the resist pattern to be formed. At this time, it is a matter of course that the photosensitivity characteristics and development characteristics of the resist itself are appropriately selected, and the conditions in which the light intensity distribution is reflected in the resist pattern with sufficient accuracy are used.
Here, the exposure apparatus applied to the gray-tone mask of the present invention has an optical system having a numerical aperture NA of about 0.1 to 0.07.

一方、半透光部２３のパターンの形状が更に微細化し、幅Ａが例えば３．６μｍとなった場合における該半透光部の透過光の光強度分布を図１３に示す。図１３によると、光強度分布曲線の形状は、図１２の場合と異なり、ピーク付近に平坦部が殆ど無い。一般に、遮光部との境界近傍の半透光部では、露光機の解像度に応じ、光の回折により所定の傾斜を描くが、半透光部の寸法（幅）が例えば６μｍ以下と小さくなると、露光光波長や露光機の解像度に対して回折の影響が無視できない程度に大きくなるため、図１３に示すような殆ど平坦部のない光強度分布形状になるものと考えられる。このため、被転写体上のレジスト膜が露光され、現像工程を経て形成されるレジストパターンには、殆ど平坦部が無い正規分布型の形状が転写される。このように、テーパー状の角度をもち、殆ど平坦部が無い正規分布型の形状のレジストパターンを用いて、被転写体においてエッチングを行うと、エッチングにより形成されるパターン寸法の変化が大きく、パターンの寸法制御が非常に困難であり、線幅精度が劣化することを、本発明者らは見い出した。さらにこのような問題は、半透光部の幅が６μｍ以下の時に生じ、特に半透光部の幅が１〜４μｍにおいて顕著であることも本発明者らは見い出した。   On the other hand, FIG. 13 shows the light intensity distribution of the transmitted light of the semi-transparent portion when the pattern shape of the semi-transparent portion 23 is further miniaturized and the width A is, for example, 3.6 μm. According to FIG. 13, the shape of the light intensity distribution curve has almost no flat portion near the peak, unlike the case of FIG. In general, in the semi-transparent part near the boundary with the light-shielding part, a predetermined inclination is drawn by light diffraction according to the resolution of the exposure machine, but when the dimension (width) of the semi-transparent part is reduced to, for example, 6 μm or less, Since the influence of diffraction becomes so large that the exposure light wavelength and the resolution of the exposure machine cannot be ignored, it is considered that the light intensity distribution shape having almost no flat portion as shown in FIG. For this reason, the resist film on the transfer target is exposed, and a normally distributed shape having almost no flat portion is transferred to the resist pattern formed through the development process. As described above, when etching is performed on a transfer object using a resist pattern having a tapered distribution and a normal distribution type shape with almost no flat portion, the pattern size formed by etching is greatly changed. The present inventors have found that it is very difficult to control the size of the wire and the line width accuracy deteriorates. Furthermore, the present inventors have found that such a problem occurs when the width of the semi-translucent portion is 6 μm or less, and is particularly remarkable when the width of the semi-translucent portion is 1 to 4 μm.

そこで、本発明者らは、従来の、遮光膜による微細パターンによる半透光部とするグレートーンマスクにおいて、上記問題を回避することを検討した。すなわち、上記図１３のような光強度分布の傾斜を、よりシャープな立ち上がりとする可能性を検討した。この場合、微細パターンと露光条件を選択すれば、半透光部において、平坦な光強度部分を得ることはある程度可能である。但しこの場合、半透光部のパターンを微細化すると、透過光の光強度が低下してしまい、被転写体のレジスト膜への露光量を適切な範囲とすることが困難であった。ここで、適切な露光量とは、透過部を100％としたとき、10〜70％の範囲内で、該マスクユーザの所望の露光量である。好ましくは、20〜60％、より好ましくは30〜60％の範囲である。そこで、光強度を得るために、半透光部のパターン寸法を大きくすると、露光の際に解像してしまい、やはり平坦な光強度分布が得られなくなる。そこで解像度を落とした露光条件が必要になるが、これはパターンの転写精度を劣化させる。つまり、従来の微細パターンタイプのグレートーンマスクでは、半透光部のパターンの微細化と平坦な光強度分布の両方を得ることは困難であった。   In view of this, the present inventors have studied to avoid the above-described problem in a conventional gray-tone mask having a semi-transparent portion with a fine pattern of a light shielding film. That is, the possibility of making the slope of the light intensity distribution as shown in FIG. In this case, if a fine pattern and exposure conditions are selected, it is possible to obtain a flat light intensity portion in the semi-transparent portion to some extent. However, in this case, if the pattern of the semi-translucent portion is miniaturized, the light intensity of the transmitted light is lowered, and it is difficult to set the exposure amount of the transferred material to the resist film within an appropriate range. Here, the appropriate exposure amount is a desired exposure amount of the mask user within a range of 10 to 70% when the transmission portion is 100%. Preferably, it is 20 to 60%, more preferably 30 to 60%. Therefore, if the pattern size of the semi-translucent portion is increased in order to obtain the light intensity, it is resolved at the time of exposure, and a flat light intensity distribution cannot be obtained. Therefore, exposure conditions with reduced resolution are required, but this degrades the pattern transfer accuracy. That is, with the conventional fine pattern type gray-tone mask, it is difficult to obtain both a fine pattern of the semi-translucent portion and a flat light intensity distribution.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、半透光部において透過光の光強度分布が平坦な部分を有し、なお且つ所定の光強度が得られる半透光部を備えたグレートーンマスクを提供することを目的とする。また、本発明は、半透光部を被転写体のレジスト膜に転写したときに、略一定膜厚の平坦部を有し、かつ所望の膜厚範囲のレジストパターンが形成される、精度の高いグレートーンマスクを提供することを目的とする。さらには、本発明のグレートーンマスクを用いて、半透光部の形状が微細化しても、高精度のパターン転写を行えるパターン転写方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and a semi-transparent portion having a flat light intensity distribution of transmitted light in the semi-transparent portion and capable of obtaining a predetermined light intensity. An object of the present invention is to provide a gray-tone mask provided with In addition, the present invention has a precision in which a resist pattern having a flat portion with a substantially constant film thickness and a desired film thickness range is formed when the semi-translucent portion is transferred to the resist film of the transfer object. The object is to provide a high gray tone mask. It is another object of the present invention to provide a pattern transfer method that can perform high-precision pattern transfer using the gray-tone mask of the present invention even when the shape of the semi-translucent portion is miniaturized.

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
（構成１）透明基板上に半透光膜及び遮光膜を有し、前記半透光膜及び前記遮光膜にそれぞれ所定のパターンをエッチングにより施すことによって遮光部、透光部、及び半透光部が形成されたグレートーンマスクであって、前記グレートーンマスクは、前記遮光部に隣接して挟まれた半透光部を有し、前記半透光部は、半透光膜が形成された半透光膜形成部と、前記半透光部が隣接する遮光部との境界に設けられた、透明基板が露出している透光スリット部とを有することを特徴とするグレートーンマスクである。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
(Configuration 1) A semi-transparent film and a light-shielding film are provided on a transparent substrate, and a predetermined pattern is applied to each of the semi-translucent film and the light-shielding film by etching, whereby the light-shielding part, the translucent part, and the semi-transparent The gray tone mask has a semi-transparent portion sandwiched adjacent to the light-shielding portion, and the semi-transparent portion is formed with a semi-transparent film. A gray-tone mask, comprising: a semi-transparent film forming portion; and a translucent slit portion, which is provided at a boundary between the semi-transparent portion and the adjacent light-shielding portion, and from which the transparent substrate is exposed. is there.

（構成２）前記透光スリット部の幅は、前記グレートーンマスクに対する露光条件における解像限界以下の寸法であることを特徴とする構成１記載のグレートーンマスクである。
（構成３）前記半透光膜形成部には、パターンを有しない半透光膜が形成されていることを特徴とする構成１又は２記載のグレートーンマスクである。
（構成４）前記半透光膜形成部には、微細な透光パターンを有していることを特徴とする構成１又は２記載のグレートーンマスクである。 (Structure 2) The gray tone mask according to structure 1, wherein a width of the light transmitting slit portion is a dimension equal to or smaller than a resolution limit in an exposure condition for the gray tone mask.
(Structure 3) The gray-tone mask according to Structure 1 or 2, wherein a semi-transparent film having no pattern is formed in the semi-transparent film forming portion.
(Structure 4) The gray-tone mask according to Structure 1 or 2, wherein the semi-light-transmitting film forming portion has a fine light-transmitting pattern.

（構成５）前記グレートーンマスクは、露光光源波長３５０ｎｍ〜４５０nmの範囲の波長域用のグレートーンマスクであって、前記半透光部の幅が、６μｍ以下であることを特徴とする構成１乃至４の何れか一に記載のグレートーンマスクである。
（構成６）前記半透光部の幅が、１μｍ〜４μｍであることを特徴とする構成５記載のグレートーンマスクである。 (Configuration 5) The gray tone mask is a gray tone mask for a wavelength range of an exposure light source wavelength range of 350 nm to 450 nm, and the width of the semi-translucent portion is 6 μm or less. 5. The gray tone mask according to any one of 1 to 4.
(Structure 6) The gray tone mask according to Structure 5, wherein the width of the semi-translucent portion is 1 μm to 4 μm.

（構成７）透明基板上に半透光膜及び遮光膜を有し、前記半透光膜及び前記遮光膜にそれぞれ所定のパターンをエッチングにより施すことによって遮光部、透光部、及び半透光部が形成されたグレートーンマスクであって、前記グレートーンマスクは、前記遮光部に隣接して挟まれた幅Ａの半透光部を有し、該半透光部の幅Ａが６μｍ以下であり、該半透光部に対する、波長３５０ｎｍ〜４５０nmの範囲の所定波長域の光光透過強度分布曲線において、前記透光部の露光光透過率を１００％とし、前記半透光部の幅方向の中央を含み、透過率変動が１％以下の領域を、グレートーン平坦部とするとき、前記グレートーン平坦部の幅が、幅Aの５０％を超えることを特徴とするグレートーンマスクである。 (Configuration 7) A semi-transparent film and a light-shielding film are provided on a transparent substrate, and a predetermined pattern is applied to each of the semi-translucent film and the light-shielding film by etching, whereby the light-shielding part, the translucent part, and the semi-transmissive The gray tone mask has a semi-transparent portion with a width A sandwiched adjacent to the light-shielding portion, and the width A of the semi-transparent portion is 6 μm or less. In the light transmission intensity distribution curve in a predetermined wavelength range of a wavelength of 350 nm to 450 nm with respect to the semi-translucent part, the exposure light transmittance of the translucent part is 100%, and the width of the semi-translucent part A gray tone mask characterized in that, when a gray tone flat portion is defined as a gray tone flat portion including a center in the direction and having a transmittance variation of 1% or less, the width of the gray tone flat portion exceeds 50% of the width A. is there.

（構成８）前記半透光部は、隣接する遮光部との境界部分に、透明基板が露出している透光スリット部を有することを特徴とする構成７記載のグレートーンマスクである。
（構成９）前記透光スリット部の幅は、前記グレートーンマスクに対する露光条件における解像限界以下の寸法であることを特徴とする構成８記載のグレートーンマスクである。 (Structure 8) The gray-tone mask according to Structure 7, wherein the semi-transparent portion has a light-transmitting slit portion where a transparent substrate is exposed at a boundary portion between adjacent light-shielding portions.
(Structure 9) The graytone mask according to Structure 8, wherein the width of the translucent slit portion is a dimension that is not more than a resolution limit in an exposure condition for the graytone mask.

（構成１０）構成１乃至９の何れか一に記載のグレートーンマスクを用いて、被転写体に設けられたレジスト膜にパターンを転写し、前記半透光部に対応する部分に、前記遮光部又は透光部と異なるレジスト膜厚部分を有するレジストパターンを形成する工程を有することを特徴とするパターン転写方法である。 (Configuration 10) Using the gray tone mask according to any one of Configurations 1 to 9, a pattern is transferred to a resist film provided on a transfer target, and the light shielding is applied to a portion corresponding to the semi-translucent portion. A pattern transfer method comprising a step of forming a resist pattern having a resist film thickness portion different from the portion or the light transmitting portion.

（構成１１）構成１乃至９の何れか一に記載のグレートーンマスクを用いて、波長３５０ｎｍ〜４５０nmの範囲内の波長を含む波長域の露光光によって露光し、被転写体に設けられたレジスト膜にパターンを転写し、前記半透光部に対応する部分に、前記遮光部又は透光部と異なるレジスト膜厚部分を有するレジストパターンを形成する工程を有し、前記レジストパターンは、前記グレートーンマスクにおける幅Ａの前記半透光部に対応する部分において、前記透光部又は遮光部に対応する、現像後のレジスト膜厚を１００％とし、前記半透光部に対応する現像後のレジスト膜の幅方向の中央を含み、膜厚変動が１％以下の領域を、グレートーン平坦部とするとき、前記グレートーン平坦部の幅が、幅Aの５０％を超えることを特徴とするパターン転写方法である。 (Structure 11) A resist provided on a transfer object, which is exposed to exposure light in a wavelength region including a wavelength in the range of 350 nm to 450 nm using the gray tone mask according to any one of Structures 1 to 9. Transferring a pattern to the film, and forming a resist pattern having a resist film thickness portion different from the light-shielding portion or the light-transmitting portion in a portion corresponding to the semi-light-transmitting portion; In a portion of the tone mask corresponding to the semi-transparent portion with the width A, the resist film thickness after development corresponding to the translucent portion or the light-shielding portion is set to 100%, and the post-development corresponding to the semi-transparent portion is performed. When the gray tone flat portion is defined as a region including the center in the width direction of the resist film and the film thickness variation is 1% or less, the width of the gray tone flat portion exceeds 50% of the width A. Patter It is a down transfer method.

本発明のグレートーンマスクによれば、半透光部は、半透光膜が形成された半透光膜形成部と、前記半透光部が隣接する遮光部との境界に設けられた、透明基板が露出している透光スリット部とを有することにより、半透光部において透過光の光強度分布が平坦な部分を有し、なお且つ所定の光強度が得られる半透光部を備えたグレートーンマスクを提供することができる。また、本発明のグレートーンマスクによれば、半透光部を被転写体のレジスト膜に転写したときに、略一定膜厚の平坦部を有し、かつ所望の膜厚範囲のレジストパターンが形成される、精度の高いグレートーンマスクを提供することができる。
さらに、本発明のグレートーンマスクを用いて被転写体へのパターン転写を行うことにより、半透光部の形状が微細化しても、高精度のパターン転写を行なうことができる。 According to the gray tone mask of the present invention, the semi-transparent part is provided at the boundary between the semi-transparent film forming part in which the semi-transparent film is formed and the light-shielding part adjacent to the semi-transparent part. By having a translucent slit part in which the transparent substrate is exposed, a semi-translucent part having a flat light intensity distribution of the transmitted light in the semi-translucent part and obtaining a predetermined light intensity. A gray tone mask can be provided. Further, according to the gray tone mask of the present invention, when the semi-transparent portion is transferred to the resist film of the transfer target, the resist pattern having a flat portion having a substantially constant film thickness and having a desired film thickness range is obtained. It is possible to provide a highly accurate gray-tone mask that is formed.
Furthermore, by performing pattern transfer onto the transfer object using the gray tone mask of the present invention, highly accurate pattern transfer can be performed even if the shape of the semi-translucent portion is miniaturized.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明のグレートーンマスクの一実施の形態を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＬ−Ｌ線に沿った側断面図である。図２は、本発明のグレートーンマスクを用いたパターン転写方法を説明するための断面図である。
図１に示す本発明のグレートーンマスク３０は、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やカラーフィルタ、またはプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）などを製造するために用いられるものであり、図２に示す被転写体４０上に、膜厚が段階的または連続的に異なるレジストパターン４３を形成するものである。なお、図２中において符号４２Ａ、４２Ｂは、被転写体４０において基板４１上に積層された膜を示す。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
1A and 1B show an embodiment of a gray-tone mask according to the present invention. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a side sectional view taken along line LL in FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a pattern transfer method using the gray tone mask of the present invention.
The gray tone mask 30 of the present invention shown in FIG. 1 is used for manufacturing, for example, a thin film transistor (TFT), a color filter, a plasma display panel (PDP) or the like of a liquid crystal display (LCD). A resist pattern 43 having different film thicknesses stepwise or continuously is formed on the transfer target 40 shown in FIG. In FIG. 2, reference numerals 42 </ b> A and 42 </ b> B indicate films stacked on the substrate 41 in the transfer target 40.

上記グレートーンマスク３０は、具体的には、当該グレートーンマスク３０の使用時に露光光を遮光（透過率が略０％）させる遮光部３１と、露光光を略１００％透過させる透光部３２と、露光光の透過率を２０〜６０％程度に低減させる半透光部３３とを有して構成される。半透光部３３は、ガラス基板等の透明基板３４上に光半透過性の半透光膜３６が形成された半透光膜形成部３３ａと、半透光部３３が隣接する遮光部３１との境界に設けられた、透明基板３４が露出している透光スリット部３３ｂ、３３ｃとを有して構成される。また、遮光部３１は、透明基板３４上に、遮光性の遮光膜３５が設けられて構成される。なお、図１に示す上記遮光部３１、透光部３２、及び半透光部３３のパターン形状はあくまでも代表的な一例であって、本発明をこれに限定する趣旨ではないことは勿論である。   Specifically, the gray tone mask 30 includes a light shielding portion 31 that shields exposure light (transmittance is approximately 0%) when the gray tone mask 30 is used, and a light transmitting portion 32 that transmits approximately 100% of the exposure light. And a semi-translucent portion 33 that reduces the transmittance of exposure light to about 20 to 60%. The semi-transparent portion 33 includes a semi-transparent film forming portion 33a in which a semi-transparent film 36 having a light semi-transmission property is formed on a transparent substrate 34 such as a glass substrate, and a light-shielding portion 31 adjacent to the semi-transparent portion 33. The light transmitting slit portions 33b and 33c that are exposed at the transparent substrate 34 are provided. The light shielding unit 31 is configured by providing a light shielding film 35 on a transparent substrate 34. Note that the pattern shapes of the light shielding portion 31, the light transmitting portion 32, and the semi-light transmitting portion 33 shown in FIG. 1 are merely representative examples, and it is needless to say that the present invention is not limited thereto. .

上記半透光膜３６としては、クロム化合物、ＭｏSｉ、Sｉ、Ｗ、Ａｌが挙げられる。このうち、クロム化合物には、酸化クロム(ＣｒＯｘ)、窒化クロム(ＣｒＮｘ)、酸窒化クロム(ＣｒＯｘＮ)、フッ化クロム(ＣｒＦｘ)や、これらに炭素や水素を含むものがある。また、遮光膜３５としては、Ｃｒ、Sｉ、Ｗ、Ａｌなどが挙げられる。上記遮光部３１の透過率は、遮光膜３５の膜材質と膜厚との選定によって設定される。また、上記半透光部３３の透過率は、半透光膜３６の膜材質と膜厚との選定によって設定される。   Examples of the translucent film 36 include chromium compounds, MoSi, Si, W, and Al. Among these, chromium compounds include chromium oxide (CrOx), chromium nitride (CrNx), chromium oxynitride (CrOxN), chromium fluoride (CrFx), and those containing carbon and hydrogen. Examples of the light shielding film 35 include Cr, Si, W, and Al. The transmittance of the light shielding part 31 is set by selecting the film material and the film thickness of the light shielding film 35. Further, the transmittance of the semi-translucent portion 33 is set by selecting the film material and the film thickness of the semi-transparent film 36.

上述のようなグレートーンマスク３０を使用したときに、遮光部３１では露光光が実質的に透過せず、半透光部３３では露光光が低減されるため、被転写体４０上に塗布したレジスト膜（ポジ型フォトレジスト膜）は、遮光部３１に対応する部分で膜厚が厚くなり、半透光部３３に対応する部分で膜厚が薄くなり、透光部３２に対応する部分では膜がないレジストパターン４３を形成する（図２を参照）。このレジストパターン４３において、半透光部３３に対応する部分で膜厚が薄くなる効果をグレートーン効果という。尚、ネガ型フォトレジストを用いた場合には、遮光部と透光部に対応するレジスト膜厚が逆転することを考慮した設計を行う必要があるが、このような場合にも、本発明の効果は充分に得られる。   When the gray tone mask 30 as described above is used, the exposure light is not substantially transmitted through the light shielding portion 31 and the exposure light is reduced at the semi-transparent portion 33. The resist film (positive photoresist film) is thicker at the portion corresponding to the light shielding portion 31, thinner at the portion corresponding to the semi-transparent portion 33, and at the portion corresponding to the translucent portion 32. A resist pattern 43 having no film is formed (see FIG. 2). In the resist pattern 43, the effect of reducing the film thickness at a portion corresponding to the semi-translucent portion 33 is called a gray tone effect. In the case of using a negative photoresist, it is necessary to design in consideration of reversal of the resist film thickness corresponding to the light-shielding portion and the light-transmitting portion. The effect is sufficiently obtained.

そして、図２に示すレジストパターン４３の膜のない部分で、被転写体４０における例えば膜４２Ａ及び４２Ｂに第１エッチングを実施し、レジストパターン４３の膜の薄い部分をアッシング等によって除去しこの部分で、被転写体４０における例えば膜４２Ｂに第２エッチングを実施する。このようにして、１枚のグレートーンマスク３０を用いて従来のフォトマスク２枚分の工程が実施されることになり、マスク枚数が削減される。   Then, first etching is performed on, for example, the films 42A and 42B in the transferred body 40 at a portion where the resist pattern 43 shown in FIG. 2 is not provided, and the thin portion of the resist pattern 43 is removed by ashing or the like. Then, the second etching is performed on, for example, the film 42B in the transfer target 40. In this way, a process for two conventional photomasks is performed using one gray-tone mask 30, and the number of masks is reduced.

ここで、本発明の上記グレートーンマスク３０における前記半透光部３３の構成をさらに詳しく説明すると、本実施の形態では、前記半透光部３３は、２つの遮光部３１，３１に隣接して挟まれた半透光部であって、該半透光部３３は、半透光膜３６が形成された半透光膜形成部３３ａと、該半透光膜形成部３３ａの両側、つまり半透光部３３が隣接する両側の遮光部３１，３１との境界に設けられた、透明基板３４が露出している透光スリット部３３ｂ、３３ｃとを有する。   Here, the configuration of the semi-transparent portion 33 in the gray tone mask 30 of the present invention will be described in more detail. In the present embodiment, the semi-transparent portion 33 is adjacent to the two light shielding portions 31 and 31. The semi-transparent portion 33 is sandwiched between the semi-transparent film forming portion 33a on which the semi-transparent film 36 is formed and both sides of the semi-transparent film forming portion 33a. The translucent part 33 has translucent slit parts 33b and 33c, which are provided at the boundary between the light shielding parts 31 and 31 on both sides adjacent to each other and from which the transparent substrate 34 is exposed.

この透光スリット部の幅は、グレートーンマスク３０に対する露光条件における解像限界以下の寸法であり、半透光部の設計寸法に応じて決定されるが、一般に大きすぎると半透光部としての機能が得にくくなり、小さすぎると、光強度分布の平坦部が得られない。具体的には、６μm以下の幅の半透光部に対し、２μｍ以下、好ましくは１μｍ以下０．１μｍ以上である。この場合の露光条件とは、露光光源波長、使用する露光機の解像度などである。本発明のグレートーンマスクは、露光波長が３５０ｎｍ〜４５０nm（ｉ線乃至ｇ線）用のものとして好適である。
尚、本発明のグレートーンマスクに適用する露光機としては、開口数NAが0.1〜0.07程度の光学系を有する場合に、本発明の効果が顕著に得られる。 The width of the light-transmitting slit portion is a dimension that is not more than the resolution limit in the exposure conditions for the gray tone mask 30 and is determined according to the design dimension of the semi-transparent portion. This function is difficult to obtain, and if it is too small, a flat portion of the light intensity distribution cannot be obtained. Specifically, it is 2 μm or less, preferably 1 μm or less and 0.1 μm or more, for a semi-translucent portion having a width of 6 μm or less. The exposure conditions in this case are the exposure light source wavelength, the resolution of the exposure machine to be used, and the like. The gray tone mask of the present invention is suitable for an exposure wavelength of 350 nm to 450 nm (i line to g line).
As an exposure apparatus applied to the gray tone mask of the present invention, the effects of the present invention are remarkably obtained when the optical system has a numerical aperture NA of about 0.1 to 0.07.

更に、半透光部において透過光の光強度分布が平坦な部分を有するように、半透光部３３の幅（設計値幅）Ａ（図１（ｂ）参照）に対する透光スリット幅についても考慮することが好ましい。すなわち、半透光部の幅に対して、透光スリット幅が大きすぎると、半透光部としての機能が得にくくなり、小さすぎると、光強度分布の平坦部が得にくくなる。透光スリット部の幅は、片側（３３ｂまたは３３ｃ）が（２/５）Ａ以下（両側を足すと（４/５）Ａ以下）とすることが好ましい。透光スリット部（片側）の幅が大きすぎると、透光スリット部を設けることで半透光部において透過光の光強度分布が適切な範囲内とならずにグレートーン効果が得にくい。より好ましくは、透光スリット部の幅は、片側（３３ｂまたは３３ｃ）が（１/４）Ａ以下である。スリット部の幅が小さすぎると、平坦な部分が得にくいため、片側（1/10）A（両側（1/5）A）以上が好ましい。なお、両側の透光スリット部３３ｂと３３ｃの幅は略同じであることが望ましいが、本発明の効果を損わない限りにおいては異なっていてもよい。   Furthermore, the translucent slit width with respect to the width (design value width) A (see FIG. 1B) of the semi-transparent portion 33 is also considered so that the light intensity distribution of the transmitted light has a flat portion in the semi-transparent portion. It is preferable to do. That is, if the width of the translucent slit is too large relative to the width of the semi-translucent portion, it becomes difficult to obtain the function as the semi-translucent portion, and if it is too small, it becomes difficult to obtain a flat portion of the light intensity distribution. The width of the light-transmitting slit is preferably (2/5) A or less on one side (33b or 33c) ((4/5) A or less when both sides are added). If the width of the light transmitting slit part (one side) is too large, the light intensity distribution of the transmitted light does not fall within an appropriate range in the semi-light transmitting part by providing the light transmitting slit part, and it is difficult to obtain the gray tone effect. More preferably, the width | variety of a translucent slit part is (1/4) A or less on one side (33b or 33c). When the width of the slit portion is too small, it is difficult to obtain a flat portion. Therefore, one side (1/10) A (both sides (1/5) A) or more is preferable. Note that the widths of the translucent slit portions 33b and 33c on both sides are preferably substantially the same, but may be different as long as the effects of the present invention are not impaired.

また、上記半透光膜形成部３３ａは、略均一の膜厚を有する単一の半透光膜３６で形成されている。すなわち、半透光膜形成部３３ａの半透光膜３６は、膜厚の分布が実質的に無く、また微細パターン加工は施されていない。この半透光膜３６は、半透光部３３に求められる透過率（半透過性）によって決定される膜材質及び膜厚を有する。
半透光膜の露光光透過率は、透光部の透過率を100％としたとき、10〜70％、好ましくは20〜60％程度とすることができる。
一方、上記半透光膜形成部３３ａには、露光光の解像限界以下の微細な透光パターンが施されていてもよい。すなわち、半透光膜形成部には、複数の半透光膜が配列されており、それぞれが半透光部に求められる透過率によって決定される寸法及び膜材質、膜厚を有していてもよい。 The semi-transparent film forming portion 33a is formed of a single semi-transparent film 36 having a substantially uniform film thickness. That is, the semi-transparent film 36 of the semi-transparent film forming part 33a has substantially no film thickness distribution and is not subjected to fine pattern processing. The semi-transparent film 36 has a film material and a film thickness determined by the transmittance (semi-transmissibility) required for the semi-transparent portion 33.
The exposure light transmittance of the semi-transparent film can be about 10 to 70%, preferably about 20 to 60%, where the transmittance of the light transmitting portion is 100%.
On the other hand, the semi-translucent film forming portion 33a may be provided with a fine translucent pattern that is less than or equal to the resolution limit of exposure light. That is, a plurality of semi-transparent films are arranged in the semi-transparent film forming part, and each has dimensions, film material, and film thickness determined by the transmittance required for the semi-transparent part. Also good.

ここで、第１の具体例として、上記半透光部３３の幅Ａが３．６μｍであり、透光スリット部３３ｂと３３ｃの幅をそれぞれ０．８μｍ（従って、半透光膜形成部３３ａの幅は２．０μｍ）とした半透光部３３を有するグレートーンマスクにおける、半透光部３３に対する波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの光透過強度分布曲線を図３に示す。なお、半透光膜形成部３３ａの半透光膜３６の材質はCr酸化物とし、透過率４０％となるように膜厚を調整した。   Here, as a first specific example, the width A of the translucent portion 33 is 3.6 μm, and the widths of the translucent slit portions 33b and 33c are each 0.8 μm (accordingly, the translucent film forming portion 33a). FIG. 3 shows a light transmission intensity distribution curve having a wavelength of 365 nm to 436 nm with respect to the semi-transparent portion 33 in the gray tone mask having the semi-transparent portion 33 having a width of 2.0 μm. The material of the semi-transparent film 36 of the semi-transparent film forming part 33a was Cr oxide, and the film thickness was adjusted so that the transmittance was 40%.

図３に示すように、本発明のグレートーンマスクは、半透光部において透過光の光強度分布が平坦な部分を有している。ここで、半透光部において透過光の光強度分布が平坦な部分を有するとは、幅Ａの半透光部に対する、波長３５０ｎｍ〜４５０nmの範囲内の所定波長域を含む光の光透過強度分布曲線において、前記透光部の露光光透過率を１００％とし、前記半透光部の幅方向の中央を含み、透過率変動が１％以下の領域を、グレートーン平坦部とするとき、前記グレートーン平坦部の幅が、幅Aの５０％を超えることをいうものとする。比較対照として、遮光部に挟まれた半透光部の全体（全幅）に亘って半透光膜を形成し、この半透光部の幅を３．６μｍとした半透光部を備えるグレートーンマスクにおける光透過強度分布曲線を示す前述の図１３と対比すると分かるように、本発明によるグレートーンマスクによれば、半透光部の幅が６μｍ以下の微細パターンにおいて、半透光部において透過光の光強度分布が平坦な部分を有し、なお且つ所定の光強度が得られ、本発明の目的とする半透光部を備えたグレートーンマスクが得られる。   As shown in FIG. 3, the gray tone mask of the present invention has a portion where the light intensity distribution of the transmitted light is flat in the semi-transparent portion. Here, in the semi-transparent portion, the light intensity distribution of the transmitted light has a flat portion means that the light transmission intensity of light including a predetermined wavelength region within a wavelength range of 350 nm to 450 nm with respect to the semi-transparent portion having the width A. In the distribution curve, when the exposure light transmittance of the light-transmitting portion is 100%, the region including the center in the width direction of the semi-light-transmitting portion and having a transmittance variation of 1% or less is a gray tone flat portion, The width of the gray-tone flat portion exceeds 50% of the width A. As a comparison, a gray is provided with a semi-transparent film in which a semi-transparent film is formed over the entire semi-transparent part (full width) sandwiched between light-shielding parts, and the width of the semi-transparent part is 3.6 μm. As can be seen from comparison with FIG. 13 that shows the light transmission intensity distribution curve in the tone mask, according to the gray tone mask of the present invention, in the fine pattern in which the width of the semi-translucent portion is 6 μm or less, in the semi-transparent portion. The light intensity distribution of the transmitted light has a flat portion, and a predetermined light intensity can be obtained, and a gray-tone mask provided with a semi-transparent portion that is an object of the present invention can be obtained.

つまり、本発明のグレートーンマスクは、前記遮光部に隣接して挟まれた幅Ａの半透光部を有し、該半透光部の幅Ａが６μｍ以下であって、該半透光部に対する、波長３５０ｎｍ〜４５０nmの光透過強度分布曲線において、前記半透光部の幅方向の中央を含むＡ／２の幅において、光透過強度の中央値に対するばらつきが光透過強度ピーク値の５％以内である半透光部を備えたグレートーンマスクである。
好ましくは、半透光部の幅は１μｍ〜４μｍである。特に、本発明の効果が顕著に得られるのは、半透光部の幅が２μm〜４μmの場合である。 That is, the gray tone mask of the present invention has a semi-transparent portion with a width A sandwiched adjacent to the light-shielding portion, and the width A of the semi-transparent portion is 6 μm or less, and the semi-transparent portion In the light transmission intensity distribution curve with a wavelength of 350 nm to 450 nm with respect to the part, in the A / 2 width including the center in the width direction of the semi-translucent part, the variation of the light transmission intensity with respect to the median value is 5 of the light transmission intensity peak value. It is a gray tone mask provided with a semi-translucent portion that is within%.
Preferably, the width of the semi-translucent portion is 1 μm to 4 μm. In particular, the effect of the present invention is remarkably obtained when the width of the semi-translucent portion is 2 μm to 4 μm.

このような本発明のグレートーンマスクの半透光部における光強度分布は、本発明のグレートーンマスクを用いて、被転写体のレジスト膜を露光し、現像工程を経て形成されるレジストパターンの形状にも反映される。すなわち、本発明のグレートーンマスクを用いて、３５０ｎｍ〜４５０nmの範囲内の所定波長域を含む露光光によって露光し、被転写体に設けられたレジスト膜にパターンを転写し、前記半透光部に対応する部分に、前記遮光部又は透光部と異なるレジスト膜厚部分を有するレジストパターンを形成する工程を有するパターン転写方法において、本発明のグレートーンマスクにおける幅Ａの前記半透光部に対応する部分において、前記透光部又は遮光部に対応する、現像後のレジスト膜厚を１００％とし、前記半透光部に対応する現像後のレジスト膜の幅方向の中央を含み、膜厚変動が１％以下の領域を、グレートーン平坦部とするとき、前記グレートーン平坦部の幅が、幅Aの５０％を超えるレジストパターンを形成することができる。   The light intensity distribution in the semi-transparent portion of the gray tone mask of the present invention is such that the resist film formed by exposing the resist film of the transfer object using the gray tone mask of the present invention and developing the resist pattern. It is also reflected in the shape. That is, using the gray tone mask of the present invention, exposure is performed with exposure light including a predetermined wavelength range within a range of 350 nm to 450 nm, a pattern is transferred to a resist film provided on a transfer target, and the semi-translucent portion In the pattern transfer method including a step of forming a resist pattern having a resist film thickness portion different from that of the light shielding portion or the light transmitting portion in a portion corresponding to the light shielding portion or the light transmitting portion, the translucent portion having the width A in the gray tone mask of the present invention is provided. In the corresponding part, the resist film thickness after development corresponding to the light-transmitting part or the light-shielding part is 100%, including the center in the width direction of the resist film after development corresponding to the semi-light-transmitting part, When an area having a variation of 1% or less is a gray tone flat portion, a resist pattern in which the width of the gray tone flat portion exceeds 50% of the width A can be formed.

従って、本発明のグレートーンマスクを用いて、半透光部を被転写体のレジスト膜に転写したときに、略一定膜厚の平坦部を有し、かつ所望の膜厚範囲のレジストパターンを形成することができ、被転写体に形成するパターンの寸法制御がしやすくなり、パターンの線幅精度が向上する。   Therefore, when the semi-translucent portion is transferred to the resist film of the transfer object using the gray tone mask of the present invention, the resist pattern having a flat portion having a substantially constant film thickness and a desired film thickness range is formed. Therefore, it is easy to control the dimension of the pattern formed on the transfer body, and the line width accuracy of the pattern is improved.

また次に、第２の具体例として、上記半透光部３３の幅Ａが５．４μｍであり、透光スリット部３３ｂと３３ｃの幅をそれぞれ０．３μｍ（従って、半透光膜形成部３３ａの幅は４．８μｍ）とした半透光部３３を有するグレートーンマスクにおける、半透光部３３に対する波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの光透過強度分布曲線を図４に示す。なお、半透光膜形成部３３ａの半透光膜３６の材質は第１の具体例の場合と同じであり、透過率４０％となるように膜厚を調整した。また、従来の遮光部に挟まれた半透光部の全体（全幅）に亘って半透光膜を形成し、この半透光部の幅を５．４μｍとした半透光部を備えるグレートーンマスクにおける光透過強度分布曲線を図５に示した。
図４（本発明）と図５（比較例）とを対比すると、本発明によれば、半透光部における透過光の光強度分布がより広い範囲（幅）において平坦な部分を有することがわかる。 Next, as a second specific example, the width A of the semi-translucent portion 33 is 5.4 μm, and the widths of the translucent slit portions 33b and 33c are each 0.3 μm (accordingly, the semi-transparent film forming portion). FIG. 4 shows a light transmission intensity distribution curve having a wavelength of 365 nm to 436 nm with respect to the semi-transparent portion 33 in a gray-tone mask having the semi-transparent portion 33 having a width 33a of 4.8 μm. The material of the semi-transparent film 36 of the semi-transparent film forming portion 33a is the same as that in the first specific example, and the film thickness is adjusted so that the transmittance is 40%. Further, a gray is provided with a semi-transparent film in which a semi-transparent film is formed over the entire semi-transparent part (full width) sandwiched between conventional light-shielding parts, and the width of the semi-transparent part is 5.4 μm. The light transmission intensity distribution curve in the tone mask is shown in FIG.
Comparing FIG. 4 (the present invention) with FIG. 5 (comparative example), according to the present invention, the light intensity distribution of the transmitted light in the semi-transparent portion has a flat portion in a wider range (width). Recognize.

前述の図３と図１３との対比、及び、上述の図４と図５との対比から、露光波長３５０ｎｍ〜４５０nmの範囲内の所定波長域を含む露光光用のグレートーンマスクにおける、遮光部に隣接して挟まれた半透光部の幅が６μｍ以下の微細パターンである場合に本発明の効果が得られ、特に上記半透光部の幅が１〜４μｍである場合に本発明の効果が顕著に得られることがわかる。   From the comparison between FIG. 3 and FIG. 13 and the comparison between FIG. 4 and FIG. 5 described above, the light-shielding portion in the gray-tone mask for exposure light including a predetermined wavelength range within the exposure wavelength range of 350 nm to 450 nm. The effect of the present invention can be obtained when the width of the semi-translucent portion sandwiched adjacent to each other is 6 μm or less, and particularly when the width of the semi-transparent portion is 1 to 4 μm. It turns out that an effect is acquired notably.

次に、図６及び図７を参照して、上述のグレートーンマスクの製造方法の一実施例を説明する。
図６及び図７はそれぞれ本発明のグレートーンマスクの製造工程を説明するための断面図及び平面図である。
使用するマスクブランクは、透明基板３４上に、遮光膜３５が形成されている（図６（ａ）参照）。遮光膜３５の材質はＣｒとその化合物の複合膜を用いた。 Next, with reference to FIGS. 6 and 7, an embodiment of the method for manufacturing the gray tone mask described above will be described.
6 and 7 are a cross-sectional view and a plan view, respectively, for explaining the manufacturing process of the gray tone mask of the present invention.
In the mask blank to be used, a light shielding film 35 is formed on a transparent substrate 34 (see FIG. 6A). The material of the light shielding film 35 is a composite film of Cr and its compound.

まず、このマスクブランクの遮光膜３５上にレジストを塗布してレジスト膜を形成する。描画には、通常電子線又は光（短波長光）が用いられることが多いが、本実施例ではレーザー光を用いる。従って、上記レジストとしてはポジ型フォトレジストを使用する。そして、レジスト膜に対し、所定のパターン（遮光部に対応するレジストパターンを形成するようなパターン）を描画し、描画後に現像を行うことにより、遮光部に対応するレジストパターン３７ａを形成する（図６（ｂ）参照）。この状態を平面図で示したものが図７（ａ）である。   First, a resist film is formed by applying a resist on the light shielding film 35 of the mask blank. For drawing, an electron beam or light (short wavelength light) is usually used in many cases, but in this embodiment, laser light is used. Therefore, a positive photoresist is used as the resist. Then, a predetermined pattern (a pattern that forms a resist pattern corresponding to the light shielding portion) is drawn on the resist film, and development is performed after the drawing, thereby forming a resist pattern 37a corresponding to the light shielding portion (FIG. 6 (b)). FIG. 7A shows this state in plan view.

次に、上記レジストパターン３７ａをエッチングマスクとして遮光膜３５をエッチングして遮光膜パターン３５ａを形成する。本実施例では遮光膜にＣｒとその化合物の複合膜を用いたので、エッチング手段としては、ドライエッチングもしくはウェットエッチングのどちらでも可能である。本実施例ではウェットエッチングを利用した。
残存するレジストパターン３７ａを除去した後（図６（ｃ）参照）に、基板の全面に半透光膜３６を成膜する（図６（ｄ）参照）。半透光膜３６は、透明基板３４の露光光の透過量に対し５０〜２０％程度の透過量を有するもので、本実施例ではスパッタ成膜によるCr酸化物（透過率４０％）を半透光膜３６として採用した。 Next, the light shielding film 35 is etched using the resist pattern 37a as an etching mask to form the light shielding film pattern 35a. In this embodiment, since a composite film of Cr and its compound is used for the light shielding film, the etching means can be either dry etching or wet etching. In this embodiment, wet etching was used.
After the remaining resist pattern 37a is removed (see FIG. 6C), a semi-transparent film 36 is formed on the entire surface of the substrate (see FIG. 6D). The semi-transparent film 36 has a transmission amount of about 50 to 20% with respect to the transmission amount of the exposure light of the transparent substrate 34. The light-transmitting film 36 was used.

次に、上記半透光膜３６上に前記と同じレジスト膜を形成し、２度目の描画を行う。２度目の描画では、半透光部３３における半透光膜形成部３３ａに対応するレジストパターンを形成するように所定のパターンを描画する。描画後、現像を行うことにより、半透光膜形成部３３ａに対応するレジストパターン３７ｂを形成する（図６（ｅ）参照）。
次いで、上記レジストパターン３７ｂをエッチングマスクとして半透光膜３６をエッチングして半透光膜形成部３３ａを構成する半透光膜パターン３６ａを形成する。本実施例ではこの場合のエッチング手段として、半透光膜３６と遮光膜３５との間に高いエッチング選択性が得られるドライエッチングを利用した。
そして、残存するレジストパターン３７ｂを除去して、グレートーンマスク３０が出来上がる（図６（ｆ）参照）。この状態を平面図で示したものが図７（ｂ）である。 Next, the same resist film as described above is formed on the semi-transparent film 36, and a second drawing is performed. In the second drawing, a predetermined pattern is drawn so as to form a resist pattern corresponding to the semi-transparent film forming portion 33 a in the semi-transparent portion 33. After the drawing, development is performed to form a resist pattern 37b corresponding to the semi-transparent film forming portion 33a (see FIG. 6E).
Next, the semi-transparent film 36 is formed by etching the semi-transparent film 36 using the resist pattern 37b as an etching mask to form the semi-transparent film forming portion 33a. In this embodiment, dry etching that provides high etching selectivity between the semi-transparent film 36 and the light shielding film 35 is used as the etching means in this case.
Then, the remaining resist pattern 37b is removed, and the gray tone mask 30 is completed (see FIG. 6F). FIG. 7B shows this state in plan view.

なお、本発明のグレートーンマスクの製造方法は上記実施例には限定されない。上記実施例では、透明基板上に遮光膜を形成したマスクブランクを使用し、製造工程の途中で半透光膜の成膜を行ったが、たとえば、透明基板上に半透光膜と遮光膜を順に形成したマスクブランクを用いて製造することもできる。この場合の遮光部は、半透光膜と遮光膜の積層膜で構成される。   In addition, the manufacturing method of the gray tone mask of this invention is not limited to the said Example. In the above embodiment, a mask blank having a light shielding film formed on a transparent substrate was used, and a semi-transparent film was formed in the middle of the manufacturing process. For example, the semi-transparent film and the light shielding film were formed on the transparent substrate. It is also possible to manufacture using a mask blank formed in order. In this case, the light shielding portion is formed of a laminated film of a semi-transparent film and a light shielding film.

本発明によると、上記にて説明した効果に加え、従来の遮光膜による微細パターンを形成した半透光部（微細パターンタイプのグレートーンマスク）と比べて、本発明では、半透光部のパターン（半透光膜で形成される半透光膜形成部）の許容される線幅範囲が広く、マスク製作時の線幅管理が容易であることがわかる。従って、量産上の利点が大きい。
また、本発明によれば、デバイス製造に極端に高解像度（光ＮＡ）の露光機を用意する必要がなく、現行の露光機を使用しても、ＴＦＴチャネル部の微細化に十分対応できるので、デバイス製造において大きな利点である。 According to the present invention, in addition to the effects described above, in the present invention, compared to the semi-translucent portion (fine pattern type gray-tone mask) in which a fine pattern is formed by a conventional light-shielding film, It can be seen that the allowable line width range of the pattern (semi-transparent film forming portion formed of a semi-transparent film) is wide, and the line width management during mask fabrication is easy. Therefore, there are great advantages in mass production.
Further, according to the present invention, it is not necessary to prepare an extremely high resolution (optical NA) exposure device for device manufacturing, and even with the use of the current exposure device, it can sufficiently cope with the miniaturization of the TFT channel portion. This is a great advantage in device manufacturing.

本発明のグレートーンマスクの一実施の形態を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows an embodiment of a gray tone mask of the present invention, where (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view. 本発明のグレートーンマスクを用いたパターン転写方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the pattern transfer method using the gray tone mask of this invention. 本発明のグレートーンマスクにおける半透光部の波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍに対する光透過強度分布曲線である。It is a light transmission intensity distribution curve with respect to the wavelength 365nm -436nm of the semi-transparent part in the gray tone mask of this invention. 本発明のグレートーンマスクにおける半透光部の波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍに対する光透過強度分布曲線である。It is a light transmission intensity distribution curve with respect to the wavelength 365nm -436nm of the semi-transparent part in the gray tone mask of this invention. 従来のハーフトーン膜タイプのグレートーンマスクにおける半透光部の波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍに対する光透過強度分布曲線である。It is a light transmission intensity distribution curve with respect to wavelengths of 365 nm to 436 nm of a semi-transparent portion in a conventional halftone film type gray tone mask. 本発明のグレートーンマスクの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the gray tone mask of this invention. 本発明のグレートーンマスクの製造工程を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing process of the gray tone mask of this invention. グレートーンマスクを用いたＴＦＴ基板の製造工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing process of the TFT substrate using a gray tone mask. グレートーンマスクを用いたＴＦＴ基板の製造工程（図８の製造工程の続き）を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing process (continuation of the manufacturing process of FIG. 8) of the TFT substrate using a gray tone mask. 従来の微細パターンタイプのグレートーンマスクの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the conventional fine pattern type gray tone mask. 従来のハーフトーン膜タイプのグレートーンマスクを示す（ａ）平面図、（ｂ）断面図である。It is (a) top view and (b) sectional view showing a conventional halftone film type gray tone mask. 従来のハーフトーン膜タイプのグレートーンマスクにおける半透光部の波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍに対する光透過強度分布曲線である。It is a light transmission intensity distribution curve with respect to wavelengths of 365 nm to 436 nm of a semi-transparent portion in a conventional halftone film type gray tone mask. 従来のハーフトーン膜タイプのグレートーンマスクにおける半透光部の波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍに対する光透過強度分布曲線である。It is a light transmission intensity distribution curve with respect to wavelengths of 365 nm to 436 nm of a semi-transparent portion in a conventional halftone film type gray tone mask.

符号の説明Explanation of symbols

１０，２０，３０ グレートーンマスク
２１，３１ 遮光部
２２，３２ 透光部
２３，３３ 半透光部
３３ａ 半透光膜形成部
３３ｂ、３３ｃ 透光スリット部
２４，３４ 透明基板
２５，３５ 遮光膜
２６，３６ 半透光膜
４０ 被転写体
４３ レジストパターン
10, 20, 30 Gray tone masks 21, 31 Light-shielding portions 22, 32 Light-transmitting portions 23, 33 Semi-light-transmitting portions 33a Semi-light-transmitting film forming portions 33b, 33c Light-transmitting slit portions 24, 34 Transparent substrates 25, 35 Light-shielding films 26, 36 Translucent film 40 Transfer object 43 Resist pattern

Claims (12)

透明基板上に半透光膜及び遮光膜を有し、前記半透光膜及び前記遮光膜にそれぞれ所定のパターンをエッチングにより施すことによって遮光部、透光部、及び半透光部が形成されたグレートーンマスクであって、
前記グレートーンマスクは、前記遮光部に隣接して挟まれた幅Ａの半透光部を有し、
該半透光部の幅Ａが６μｍ以下であり、
該半透光部に対する、波長３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内の所定波長域を含む光の光透過強度分布曲線において、
前記透光部の露光光透過率を１００％とし、前記半透光部の幅方向の中央を含み、透過率変動が１％以下の領域を、グレートーン平坦部とするとき、前記グレートーン平坦部の幅が、幅Ａの５０％を超えることを特徴とするグレートーンマスク。 A semi-transparent film and a light-shielding film are provided on a transparent substrate, and a light-shielding part, a translucent part, and a semi-translucent part are formed by applying a predetermined pattern to each of the semi-transparent film and the light-shielding film by etching. Gray tone mask,
The gray tone mask has a semi-transparent portion with a width A sandwiched adjacent to the light shielding portion,
The width A of the semi-translucent portion is 6 μm or less,
In the light transmission intensity distribution curve of light including a predetermined wavelength region within a wavelength range of 350 nm to 450 nm with respect to the semi-translucent portion,
When the exposure light transmittance of the light-transmitting portion is 100%, and the region including the center in the width direction of the semi-light-transmitting portion and having a transmittance variation of 1% or less is a gray-tone flat portion, the gray-tone flat portion The gray-tone mask, wherein the width of the portion exceeds 50% of the width A. 前記半透光部は、隣接する遮光部との境界部分に、透明基板が露出している透光スリット部を有することを特徴とする請求項１記載のグレートーンマスク。 The semi-light transmitting portion, the boundary between the light shielding part adjacent gray-tone mask according to claim 1, wherein a light-transmitting slit portion transparent substrate is exposed. 前記透光スリット部の幅は、前記グレートーンマスクに対する露光条件における解像限界以下の寸法であることを特徴とする請求項２記載のグレートーンマスク。 3. The gray tone mask according to claim 2 , wherein the width of the translucent slit portion is a dimension not larger than a resolution limit in an exposure condition for the gray tone mask. 前記半透光部は、半透光膜が形成された半透光膜形成部と、前記半透光部が隣接する遮光部との境界に設けられた、透明基板が露出している透光スリット部とを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載のグレートーンマスク。The semi-translucent portion is a translucent light that exposes a transparent substrate provided at a boundary between a semi-transparent film forming portion on which a semi-transparent film is formed and a light-shielding portion adjacent to the semi-translucent portion. The gray-tone mask according to claim 1, further comprising a slit portion. 前記半透光膜形成部には、パターンを有しない半透光膜が形成されていることを特徴とする請求項４記載のグレートーンマスク。The gray-tone mask according to claim 4, wherein a semi-transparent film having no pattern is formed in the semi-transparent film forming portion. 前記半透光膜形成部には、微細な透光パターンを有していることを特徴とする請求項４記載のグレートーンマスク。5. The gray tone mask according to claim 4, wherein the semi-transparent film forming portion has a fine translucent pattern. 前記グレートーンマスクは、露光光源波長が３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲の波長域用のグレートーンマスクであることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一に記載のグレートーンマスク。7. The gray tone mask according to claim 1, wherein the gray tone mask is a gray tone mask for a wavelength range in which an exposure light source wavelength is in a range of 350 nm to 450 nm. 前記半透光部の幅が、１μｍ〜４μｍであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一に記載のグレートーンマスク。The gray-tone mask according to claim 1, wherein a width of the semi-translucent portion is 1 μm to 4 μm. 前記透光スリット部の幅が、前記半透光部の幅の1/10以上1/4以下であることを特徴とする請求項２乃至６の何れか一に記載のグレートーンマスク。The gray tone mask according to any one of claims 2 to 6, wherein a width of the translucent slit part is 1/10 or more and 1/4 or less of a width of the semi-translucent part. 請求項１乃至９の何れか一に記載のグレートーンマスクを用いて、被転写体に設けられたレジスト膜にパターンを転写し、前記半透光部に対応する部分に、前記遮光部又は透光部と異なるレジスト膜厚部分を有するレジストパターンを形成する工程を有することを特徴とするパターン転写方法。   A pattern is transferred to a resist film provided on a transfer object using the gray tone mask according to any one of claims 1 to 9, and the light shielding portion or the transparent portion is formed on a portion corresponding to the semi-transparent portion. A pattern transfer method comprising a step of forming a resist pattern having a resist film thickness portion different from the optical portion. 開口数ＮＡが０．１〜０．０７の光学系を有する露光機を用いて、前記被転写体に設けられたレジスト膜にパターンを転写することを特徴とする請求項１０記載のパターン転写方法。The pattern transfer method according to claim 10, wherein the pattern is transferred to a resist film provided on the transfer object using an exposure machine having an optical system having a numerical aperture NA of 0.1 to 0.07. . ｉ線乃至ｇ線の露光波長を使用して、前記被転写体に設けられたレジスト膜にパターンを転写することを特徴とする請求項１０又は１１記載のパターン転写方法。The pattern transfer method according to claim 10 or 11, wherein a pattern is transferred to a resist film provided on the transfer object using an exposure wavelength of i-line to g-line.
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