JP5108551B2 - 多階調フォトマスク及びそれを用いたパターン転写方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォトリソグラフィー工程において使用される多階調のフォトマスク及びそれを用いたパターン転写方法に関する。

従来より、液晶装置等電子デバイスの製造においては、フォトリソグラフィー工程を利用し、エッチングされる被加工層上に形成されたレジスト膜に対して、所定のパターンを有するフォトマスクを用いて所定の露光条件下で露光を行ってパターンを転写し、該レジスト膜を現像することによりレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとして被加工層をエッチングする。

フォトマスクにおいては、露光光を遮光する遮光領域と、露光光を透過する透光領域と、露光光の一部を透過する半透光領域とを持つ多階調フォトマスクがある。この多階調フォトマスクは、露光光の光量が領域により異ならせることができるので、この多階調フォトマスクを用いて露光・現像を行うことにより、少なくとも３つの厚さの残膜値（残膜値ゼロを含む）を有するレジストパターンを形成することができる。このように複数の異なる残膜値を有するレジストパターンを実現する多階調フォトマスクは、使用するフォトマスクの枚数を減少させることにより、フォトリソグラフィー工程を効率化させることが可能となるので大変有用である。

多階調フォトマスクにおける半透光領域は、例えば、露光光の一部を透過するような所望の透過率を有する半透過膜を形成することにより設けることができる（特許文献１）。
特開２００５−２５７７１２号公報

しかしながら、半透光領域を構成する半透過膜の透過率は、その半透過膜固有の透過率を用いて規定されており、多くの場合、露光光に含まれる代表波長の光に対して、透光部（すなわち透明基板のみ）の透過率を１００％としたときの、半透過膜の透過率を用いてきた。これは、一定以上の広い領域のパターンについて、その透過率を特定する場合には問題が無いが、ある程度以下の寸法のパターンに対しては、厳密にいうと、実際のパターン転写の際の露光光の透過率を正確に反映していないこととなる。これは露光光の回折が原因であるため、この傾向は微小なパターンになるほど、露光光の波長が長いほど顕著になる。しかし、パターンの寸法や、分光特性の異なる光源に対する透過率の変化については正確に考慮されていないのが現状である。このため、所望の数、例えば残膜の無い領域に加えて２つの残膜値を有するレジストパターンを作成するための３階調マスク（遮光領域、半透光領域、透光領域を有する）を形成しようとしたとき、半透光領域に、非常に狭い幅を含むパターン形状と、相対的に広い領域のパターン形状とが存在するマスクでは、半透光領域は、被転写体上のレジスト膜に、常に一定の残膜値を与えるものであるべきところ、パターン形状に起因して異なる残膜値のレジストパターンを形成してしまう。そのため所望の許容範囲を越えた残膜値のばらつきを生じやすくなり、電子デバイス製造上の不安定要素となる問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、半透光領域においてパターン形状によらず、所望の厚さの残膜値のレジストパターンを得ることができる多階調フォトマスク及びこれを用いたパターン転写方法を提供することを目的とする。

本発明の多階調フォトマスクは、透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透過膜とにそれぞれ所定のパターン加工を施すことにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を持つ転写パターンを形成し、ｉ線〜ｇ線を含む波長帯の露光光で露光することによって、被転写体上に、複数のレジスト残膜値をもつレジストパターンを形成するための多階調フォトマスクであって、前記半透光領域は、特定のパターン形状に対する第１半透光部と、前記パターン形状と異なるパターン形状に対する第２半透光部とを有し、前記第１半透光部と前記第２半透光部は、膜構成が異なって形成され、前記多階調フォトマスクを露光する露光機の開口数、σ値及び露光波長条件下で、前記第１半透光部及び前記第２半透光部に露光光を照射したときに、被転写体が受ける光強度分布のピーク値がほぼ等しいことにより、前記第１半透光部及び前記第２半透光部に対する前記レジスト残膜値を等しくすることを特徴とする。

この構成によれば、形状が異なるパターンにおける半透光領域の露光光の透過率や、波長の異なる光源に対する透過率について正確に考慮した多階調フォトマスクを実現するので、該マスクを用いた露光により、被転写体上のレジスト膜には、半透光領域に対応する部位においてパターン形状によらず、所望の厚さの残膜値のレジストパターンを得ることができる。

本発明の多階調フォトマスクにおいては、前記半透過膜は、それぞれ異なる透過率を持つ第１半透過膜及び第２半透過膜を有して構成されており、前記第１半透光部は前記第１半透過膜を有して構成され、前記第２半透光部は前記第２半透過膜を有して構成されていることが好ましい。なお、ここで、「第１半透光部が第１半透過膜を有して構成され」とは、前記透明基板上に少なくとも第１半透過膜が形成されて第１半透光部が構成されることを意味する。また、ここでいう「それぞれ異なる透過率」とは、膜固有の透過率がそれぞれ異なることを意味し、また、この透過率は該マスク使用時に用いる露光光に対する透過率を意味する。

本発明の多階調フォトマスクにおいては、前記半透過膜は、それぞれ所定の透過率を持つ第１半透過膜及び第２半透過膜を有して構成されており、前記第１半透光部は前記第１半透過膜を有して構成され、前記第２半透光部は前記第１半透過膜及び第２半透過膜を有して構成されていることが好ましい。ここで、第１半透過膜と第２半透過膜の透過率は等しくても異なっていても構わない。

本発明の多階調フォトマスクにおいては、前記第１半透光部及び前記第２半透光部における実効透過率が１５％〜７０％であることが好ましい。

本発明の多階調フォトマスクにおいては、前記第１半透光部と前記第２半透光部は、前記遮光領域に隣接して挟まれた半透光部を持つパターンを有し、前記第１半透光部と前記第２半透光部のうち、前記パターンの幅が相対的に小さい半透過部を有する半透光部は、透過率が相対的に高い半透過膜の膜構成を有し、前記パターンの幅が相対的に大きい半透光部を有する半透光部は、透過率が相対的に低い半透過膜の膜構成を有することが好ましい。

本発明のパターン転写方法は、上記多階調フォトマスクを用い、露光機による露光光を照射することによって前記多階調フォトマスクの転写パターンを被加工層に転写することを特徴とする。また、上記多階調フォトマスクは、薄膜トランジスタ製造用フォトマスクであることを特徴とする。

本発明の多階調フォトマスクは、透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透過膜とにそれぞれ所定のパターニングを施すことにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を持つ転写パターンを形成した多階調フォトマスクであって、前記半透光領域は、特定のパターン形状に対する第１半透光部と、前記パターン形状と異なるパターン形状に対する第２半透光部とを有し、前記第１半透光部及び前記第２半透光部は、前記露光光に対する実効透過率がほぼ等しいので、半透光領域においてパターン形状によらず、所望の厚さの残膜値のレジストパターンを得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
今までは、半透光領域を構成する半透過膜の透過率は、パターン形状によらず、その膜と露光光によって決定する膜固有の透過率で規定していた。このように規定された透過率に基づいて半透過膜の膜材や厚さを設定する場合において、半透光領域の面積が露光機の解像度に対して十分に大きいときには特に問題は生じない。しかしながら、半透光領域の面積や幅が微小になった場合には、パターンの端部において生じる露光光の回折が無視できないため、半透光領域に隣接する遮光部や透光部の影響により、実際の露光時には半透過膜固有の透過率とは異なる値となることがある。

例えば、薄膜トランジスタ用の多階調フォトマスクとしては、チャネル部に相当する領域を半透光領域とし、これを挟む形で隣接するソース及びドレインに相当する領域を遮光部で構成したものがある。このフォトマスクは、通常ｉ線〜ｇ線の波長帯の露光光を用いて露光されるが、チャネル部の寸法（幅）が小さくなるにしたがい、隣接する遮光部との境界が、実際の露光条件下においてぼかされ、チャネル部の露光光に対する実効的な透過率（露光に実際に寄与する透過率。以下、実効透過率ともいう）は半透過膜の膜透過率よりも低くなる。すなわち、図１（ａ），（ｂ）に示すように、遮光部Ａに挟まれた半透光領域Ｂの透過光の光強度分布は、その半透光領域Ｂの線幅が小さくなると、全体に下がり、ピークが低くなる。例えば、図２に示すように、５μｍ以下のチャネル幅に対応する半透光領域では、チャネル幅の減少とともに、実効透過率が顕著に低下する。ここで、半透過膜の膜透過率（又は膜固有の透過率）とは、透明基板上の該膜を形成した、十分に広い領域において、露光光の照射量と透過量の比によって規定されるものであり、該膜の組成や膜厚によって決定されるものである。十分に広い領域とは、露光装置の解像度に対して十分広いという意味であり、該領域の広さの変化によって、透過率が実質的に変化しないような領域をいう。なお、図２においては、半透光領域Ｂの透過光の光強度分布のピーク値によって、該領域の透過率を代表させた。この部分の透過率は、この多階調マスクを使用して露光したときの、被転写体上のレジスト残膜値と相関をもつ。

最近の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）においては、従来に比してチャネル部の幅を小さくすることによって液晶の動作速度を上げ、又は、チャネル部の大きさを小さくすることによって液晶の明るさを増すなどの技術が提案されている。これらから、パターンは微細化する傾向にあり、一方で得ようとするレジストパターン形状への要求精度がさらに高くなることが予想される。本発明者らは、このような状況においては、フォトマスクの面積や幅の小さい領域について、半透過膜固有の透過率ではなく、パターン形状の違いなどの要因を含む透過率を考慮しなければ、所望のレジストパターンを形成することができないと考えた。

そこで本発明者らは、露光機の露光条件下で実際にフォトマスクに露光光を照射した際の被転写体が受ける光強度分布を撮像手段によって撮像することにより、パターン形状の違いなどの要因を含む転写パターン像が解析できることに着目し、この光強度データにより得られた転写パターン像に基づいて半透光領域における半透過膜の膜材や厚さなどを決めることができることを見出した。そして、この知見に基づいて、半透光領域において、パターン形状に応じて半透過膜の構成を変えることにより、パターン形状に拘わらず、半透光領域のレジスト膜の残膜値を同じにできることを見出した。

したがって、本発明においては、半透光領域が、特定のパターン形状に対する第１半透光部と、前記パターン形状と異なるパターン形状に対する第２半透光部とを有するように膜構成する。この場合において、例えば、幅が狭い領域を有するパターンについては、図２に示すように実際に露光に寄与する実効透過率が相対的に低い一方、相対的に幅が広い領域を有するパターンについては、図２に示すように実際に露光に寄与する透過率が相対的に高い。これらを考慮して、双方が所望の透過率（実際に露光に寄与する透過率）を得るために、前者と後者の膜構成をそれぞれ設計する。具体的には、前者の膜透過率が後者の膜透過率より大きくなるような膜構成を採ることにより、第１半透光部及び第２半透光部における露光光に対する実効透過率がほぼ等しくなる。すなわち、パターン形状に起因する第１半透光部と第２半透光部との間の実効透過率の差異を膜構成により解消し、これにより第１半透光部と第２半透光部との間の実効透過率をほぼ同じとする。このような多階調フォトマスクを用いてパターン転写を行うことにより、半透光領域におけるレジスト膜の残膜値をパターン形状に関係なく所定範囲内とすることができる。なお、ここで実効透過率は、露光光透光部の透過率を１００％としたときの、図１（ａ），（ｂ）に示す光強度分布曲線のピークにおける透過率とすることができる。図１（ａ），（ｂ）に示す光強度分布は、例えば後述の手法により得ることができる。

第１半透過膜と第２半透過膜の膜透過率は、それぞれ１５％〜７０％程度であることが好ましい。より好ましくは２０％〜６０％である。また、第１、第２半透過膜の膜透過率差は、用途によって適宜設定することができ、例えば１％〜１０％とすることができる。より好ましくは１％〜５％である。

半透光領域における第１半透光部及び第２半透光部は、例えば、パターンにおける形状や寸法に応じて膜構成を設計しても良く、所定の膜を形成してパターニングしたテストマスクの実効透過率を測定し、膜固有の透過率と実効透過率との間の差に応じて膜構成を設計しても良い。例えば、パターンにおける幅で振り分ける場合には、例えば、幅が５μｍ以下のパターンを有する領域について相対的に明るい半透光部となるような膜構成とし、５μｍを超えるパターンを有する領域について相対的に暗い半透光部となるような膜構成とする。これにより、それぞれの半透光部における実効透過率を揃える。

ここで、実効透過率は、膜固有の透過率に加えて、パターンにおける形状（寸法、又は線幅（ＣＤ（Critical Dimension））や露光機の光学条件（光源波長、開口数、σ値など）の要因が含まれた透過率であり、実際の露光環境を反映した透過率である。このため、パターンにおける幅が特定されており、その幅の実効透過率が指定され、光学条件が固定されると、その実効透過率に基づいて半透過膜の設計（組成、及び/又は厚さ）を決定することが可能となる。

上記のように露光機の露光条件を再現する装置としては、例えば図３に示す装置が挙げられる。この装置は、光源１と、光源１からの光をフォトマスク３に照射する照射光学系２と、フォトマスク３を透過した光を結像させる対物レンズ系４と、対物レンズ系４を経て得られた像を撮像する撮像手段５とから主に構成されている。

光源１は、所定波長の光束を発するものであり、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、ＵＨＰランプ（超高圧水銀ランプ）などを使用することができる。例えば、マスクを使用する露光機を近似する分光特性をもつ光源と使用することができる。

照射光学系２は、光源１からの光を導きフォトマスク３に光を照射する。この照射光学系２は、開口数（ＮＡ）を可変とするため、絞り機構（開口絞り７）を備えている。この照射光学系２は、フォトマスク３における光の照射範囲を調整するための視野絞り６を備えていることが好ましい。この照射光学系２を経た光は、マスク保持具３ａにより保持されたフォトマスク３に照射される。この照射光学系２は筐体１３内に配設される。

フォトマスク３はマスク保持具３ａによって保持される。このマスク保持具３ａは、フォトマスク３の主平面を略鉛直とした状態で、このフォトマスク３の下端部及び側縁部近傍を支持し、このフォトマスク３を傾斜させて固定して保持するようになっている。このマスク保持具３ａは、フォトマスク３として、大型（例えば、主平面が１２２０ｍｍ×１４００ｍｍ、厚さ１３ｍｍのものやそれ以上のもの）、かつ、種々の大きさのフォトマスク３を保持できるようになっている。なお、略鉛直とは、図３中θで示す鉛直からの角度が約１０度以内を意味する。フォトマスク３に照射された光は、このフォトマスク３を透過して、対物レンズ系４に入射される。

対物レンズ系４は、例えば、フォトマスク３を透過した光が入射され、この光束に無限遠補正を加えて平行光とする第１群（シミュレータレンズ）４ａと、この第１群を経た光束を結像させる第２群（結像レンズ）４ｂとから構成される。シュミレータレンズ４ａは、絞り機構（開口絞り７）が備えられており、開口数（ＮＡ）が可変となっている。対物レンズ系４を経た光束は、撮像手段５により受光される。この対物レンズ系４は筐体１３内に配設される。

この撮像手段５は、フォトマスク３の像を撮像する。この撮像手段５としては、例えば、ＣＣＤなどの撮像素子を用いることができる。

この装置においては、照射光学系２の開口数と対物レンズ系４の開口数とがそれぞれ可変となっているので、照射光学系２の開口数の対物レンズ系４の開口数に対する比、すなわち、シグマ値（σ：コヒレンシ）を可変することができる。

また、この装置においては、撮像手段５によって得られた撮像画像についての画像処理、演算、所定の閾値との比較及び表示などを行う演算手段１１、表示手段１２を有する制御手段１４及び筐体１３の位置を変える移動操作手段１５が設けられている。このため、得られた撮像画像、又は、これに基づいて得られた光強度分布を用いて、制御手段によって所定の演算を行い、他の露光光を用いた条件下での撮像画像、又は光強度分布や透過率を求めることができる。

このような構成を有する図３に示す装置は、ＮＡとσ値が可変となっており、光源の線源も変えることができるので、種々の露光機の露光条件を再現することができる。

本発明に係る多階調フォトマスクは、透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透過膜とにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を構成する転写パターンを備える。そして、半透光領域は、特定のパターン形状を有する第１半透光部と、このパターン形状と異なるパターン形状を有する第２半透光部とを有する。それぞれの半透光部については、膜構成を変えて実効透過率を合わせている。

半透過膜は、例えば、それぞれ異なる膜透過率を持つ第１半透過膜及び第２半透過膜で構成されており、第１半透過膜で第１半透光部が構成され、第２半透過膜で第２半透光部が構成される。また、半透過膜は、それぞれ所定の膜透過率を持つ第１半透過膜及び第２半透過膜で構成されており、第１半透過膜で第１半透光部が構成され、第１半透過膜及び第２半透過膜で第２半透光部が構成される。この場合、第１、第２半透過膜のそれぞれの膜透過率は同一でも異なっても良い。

透明基板としては、ガラス基板などを挙げることができる。また、露光光を遮光する遮光膜としては、クロム膜などの金属膜、シリコン膜、金属酸化膜、モリブデンシリサイド膜のような金属シリサイド膜などを挙げることができる。また、該遮光膜は表面に反射防止膜をもつことが好ましく、該反射防止膜の材料としては、クロムの酸化物、窒化物、炭化物、弗化物などを挙げることができる。露光光を一部透過させる半透過膜としては、クロムの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物、又は、金属シリサイドなどを用いることができる。特に、酸化クロム膜、窒化クロム膜、モリブデンシリサイド膜のような金属シリサイド膜や、その酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物などが好ましい。なお、半透過膜において、第１半透過膜及び第２半透過膜にどの材料を用いるかについては後述する膜構成により適宜選択することができる。

上述した多階調フォトマスクは、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、透明基板２１上に遮光領域Ａ、第１半透光領域Ｂ（暗い半透光領域）、第２半透光領域Ｃ（明るい半透光領域）及び透光領域Ｄを設ける。なお、図４は膜構成を模式的に示したものであり、実際のパターンとは異なる。ここで、第１半透光領域Ｂは広い領域のパターンに相当し、第２半透光領域Ｃは狭い幅を含むパターンに相当するものとする。このような多階調フォトマスクは、４つの領域Ａ〜領域Ｄで実際の露光に供したときに３階調を出すものである。

図４（ａ）に示す構成は、例えば、図５（ａ）〜（ｊ）、図６（ａ）〜（ｊ）、図７（ａ）〜（ｊ）に示す工程により作製することができる。なお、図４（ａ）に示す構造の製造方法は、これらの方法に限定されるものではない。また、以下の説明において、レジスト層を構成するレジスト材料、エッチングの際に用いるエッチャント、現像の際に用いる現像液などは、従来のフォトリソグラフィー及びエッチング工程において使用できるものを適宜選択する。例えば、エッチャントに関しては、被エッチング膜を構成する材料に応じて適宜選択し、現像液に関しては、使用するレジスト材料に応じて適宜選択する。

図４（ａ）に示す構成においては、第１半透光領域Ｂ（暗い半透光領域）に第１半透過膜２４及び第２半透過膜２５を用い、第２半透光領域Ｃ（明るい半透光領域）に第２半透過膜２５を用いる。第２半透過膜２５の材料としては、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）を主成分とする、ＭｏＳｉ（ＭｏＳｉ２）、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯＮ、ＭｏＳｉＣＯＮなど、又はクロムを主成分とする、窒化クロム、酸化クロム、酸窒化クロム、フッ化クロムなどが挙げられる。また、第１半透過膜２４の材料としては、上記第２半透過膜２５と同様の材料から選ばれたものを使用することができる。第１半透光部Ｂの透過率は、第１半透過膜２４及び第２半透過膜２５のそれぞれの膜材質と膜厚との選定によって設定され、第２半透光部Ｃの透過率は、第１半透過膜２４の膜材質と膜厚との選定によって設定される。なお、後述する図７に示す方法を用いれば、両者の間にはエッチング選択性が特に必要ないため、第１半透過膜と第２半透過膜の素材は、同一でも異なっても良い。同一のものとすれば、透過率の波長依存性が同一であるため、制御がし易い利点がある。

第１の方法においては、図５（ａ）に示すように、透明基板２１上に遮光膜２２及び反射防止膜２３が形成されたフォトマスクブランクを用意し、このフォトマスクブランク上にレジスト層（ポジ型フォトレジスト膜）２６を形成し、図５（ｂ）に示すように、第１半透光領域Ｂのみが露出するようにレジスト層２６を露光・現像して開口部２６ａを形成する。次いで、図５（ｃ）に示すように、このレジストパターンをマスクとして、露出した反射防止膜２３及び遮光膜２２をエッチングし、その後、図５（ｄ）に示すように、レジスト層２６を除去する。

次いで、図５（ｅ）に示すように、透明基板２１の全面に第１半透過膜２４を成膜する。そして、図５（ｆ）に示すように、遮光領域Ａ及び第１半透光領域Ｂ上にレジスト層２６を形成し、このレジストパターンをマスクとして露出した遮光膜２２、反射防止膜２３及び第１半透過膜２４をエッチングし、その後、図５（ｇ）に示すように、レジスト層２６を除去する。

次いで、図５（ｈ）に示すように、透明基板２１の全面に第２半透過膜２５を成膜する。そして、図５（ｉ）に示すように、遮光領域Ａ、第１半透光領域Ｂ及び第２半透光領域Ｃ上にレジスト層２６を形成し、このレジストパターンをマスクとして露出した第２半透過膜２５をエッチングし、その後、図５（ｊ）に示すように、レジスト層２６を除去する。このようにして図４（ａ）に示すような構成を作製することができる。

第２の方法においては、図６（ａ）に示すように、透明基板２１上に遮光膜２２及び反射防止膜２３が形成されたフォトマスクブランクを用意し、このフォトマスクブランク上にレジスト層（ポジ型フォトレジスト膜）２６を形成し、図６（ｂ）に示すように、第１半透光領域Ｂ、第２半透光領域Ｃ及び透光領域Ｄが露出するようにレジスト層２６を露光・現像する。次いで、図６（ｃ）に示すように、このレジストパターンをマスクとして、露出した反射防止膜２３及び遮光膜２２をエッチングし、その後、図６（ｄ）に示すように、レジスト層２６を除去する。

次いで、図６（ｅ）に示すように、透明基板２１の全面に第１半透過膜２４を成膜する。そして、図６（ｆ）に示すように、遮光領域Ａ及び第１半透光領域Ｂ上にレジスト層２６を形成し、このレジストパターンをマスクとして露出した第１半透過膜２４をエッチングし、その後、図６（ｇ）に示すように、レジスト層２６を除去する。

次いで、図６（ｈ）に示すように、透明基板２１の全面に第２半透過膜２５を成膜する。そして、図６（ｉ）に示すように、遮光領域Ａ、第１半透光領域Ｂ及び第２半透光領域Ｃ上にレジスト層２６を形成し、このレジストパターンをマスクとして露出した第２半透過膜２５をエッチングし、その後、図６（ｊ）に示すように、レジスト層２６を除去する。このようにして図４（ａ）に示すような構成を作製することができる。

第３の方法においては、図７（ａ）に示すように、透明基板２１上に遮光膜２２及び反射防止膜２３が形成されたフォトマスクブランクを用意し、このフォトマスクブランク上にレジスト層（ポジ型フォトレジスト膜）２６を形成し、図７（ｂ）に示すように、第１半透光領域Ｂのみが露出するようにレジスト層２６を露光・現像して開口部２６ａを形成する。次いで、図７（ｃ）に示すように、このレジストパターンをマスクとして、露出した反射防止膜２３及び遮光膜２２をエッチングし、その後、図７（ｄ）に示すように、レジスト層２６を除去する。

次いで、図７（ｅ）に示すように、透明基板２１の全面に第１半透過膜２４を成膜する。そして、図７（ｆ）に示すように、遮光領域Ａ、第１半透光領域Ｂ及び透光領域Ｄ上にレジスト層２６を形成し、このレジストパターンをマスクとして露出した遮光膜２２、反射防止膜２３及び第１半透過膜２４をエッチングし、その後、図７（ｇ）に示すように、レジスト層２６を除去する。

次いで、図７（ｈ）に示すように、透明基板２１の全面に第２半透過膜２５を成膜する。そして、図７（ｉ）に示すように、遮光領域Ａ、第１半透光領域Ｂ及び第２半透光領域Ｃ上にレジスト層２６を形成し、このレジストパターンをマスクとして露出した第２半透過膜２５をエッチングし、その後、図７（ｊ）に示すように、レジスト層２６を除去する。このようにして図４（ａ）に示すような構成を作製することができる。

図４（ｂ）に示す構成は、例えば、図８（ａ）〜（ｉ）に示す工程により作製することができる。なお、図４（ｂ）に示す構造の製造方法は、これらの方法に限定されるものではない。また、以下の説明において、レジスト層を構成するレジスト材料、エッチングの際に用いるエッチャント、現像の際に用いる現像液などは、従来のフォトリソグラフィー及びエッチング工程において使用できるものを適宜選択する。例えば、エッチャントに関しては、被エッチング膜を構成する材料に応じて適宜選択し、現像液に関しては、使用するレジスト材料に応じて適宜選択する。

図４（ｂ）に示す構成においては、第１半透光領域Ｂ（暗い半透光領域）に第１半透過膜２７を用い、第２半透光領域Ｃ（明るい半透光領域）に第２半透過膜２８を用い、それぞれの半透光領域が単層で構成されている。第１半透過膜２７の材料としては、例えば、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）を主成分とすることが好ましく、ＭｏＳｉ（ＭｏＳｉ２）、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯＮ、ＭｏＳｉＣＯＮなどが挙げられる。また、第２半透過膜２８の材料としては、窒化クロム、酸化クロム、酸窒化クロム、フッ化クロムなどが好ましい。

図８（ａ）に示すように、透明基板２１上に第１半透過膜２７、遮光膜２２及び反射防止膜２３が形成されたフォトマスクブランクを用意する。この第１半透過膜２７及び遮光膜２２は、互いのエッチングに対して耐性を有する膜である。例えば、第１半透過膜２７は、クロム用エッチングガス又はエッチング液に対して耐性を有し、遮光膜２２は、ＭｏＳｉ用エッチングガス又はエッチング液に対して耐性を有する。

このフォトマスクブランク上にレジスト層２６を形成し、図８（ｂ）に示すように、第２半透光領域Ｃ及び透光領域Ｄが露出するようにレジスト層（ポジ型フォトレジスト膜）２６を露光・現像して開口部を形成する。次いで、図８（ｃ）に示すように、このレジストパターンをマスクとして、露出した反射防止膜２３及び遮光膜２２をクロム用エッチング液などでエッチングし、その後、図８（ｄ）に示すように、レジスト層２６を除去する。

次いで、図８（ｅ）に示すように、遮光膜２２をマスクにして、第１半透過膜２７をエッチングする。あるいは、図８（ｃ）に示す状態でレジスト層２６及び遮光膜２２をマスクにして第１半透過膜２７をエッチングした後にレジスト層２６を剥離しても良い。これらのウェットエッチング又はドライエッチングにおいて、遮光膜２２は、ＭｏＳｉ用エッチャントに対して耐性を有するため、この第１半透過膜２７のエッチング時にエッチングされることがない。また、上記ＭｏＳｉ用エッチング液としては、例えば、弗化水素酸、珪弗化水素酸、弗化水素アンモニウムから選ばれる少なくとも一つの弗素化合物と、過酸化水素、硝酸、硫酸から選ばれる少なくとも一つの酸化剤とを含むものが使用される。

次いで、図８（ｆ）に示すように、全面に第２半透過膜２８を形成する。なお、第２半透過膜２８と遮光膜２２とは、互いのエッチングに対して耐性が小さい膜である。すなわち、第２半透過膜２８と遮光膜２２とは、同種のエッチャントによってエッチングが可能な材料で構成される。次いで、図８（ｇ）に示すように、遮光領域Ａ及び第２半透光領域Ｃ上にレジスト層２６を形成し、このレジストパターンをマスクとして露出した遮光膜２２、反射防止膜２３及び第２半透過膜２８を、クロム用エッチャントを用いてエッチングする。その後、図８（ｉ）に示すように、レジスト層２６を除去する。このようにして図４（ｂ）に示すような構成を作製することができる。

図４（ｃ）に示す構成は、例えば、図９（ａ）〜（ｇ）に示す工程により作製することができる。なお、図４（ｃ）に示す構造の製造方法は、これらの方法に限定されるものではない。また、以下の説明において、レジスト層を構成するレジスト材料、エッチングの際に用いるエッチャント、現像の際に用いる現像液などは、従来のフォトリソグラフィー及びエッチング工程において使用できるものを適宜選択する。例えば、エッチャントに関しては、被エッチング膜を構成する材料に応じて適宜選択し、現像液に関しては、使用するレジスト材料に応じて適宜選択する。

図４（ｃ）に示す構成においては、第１半透光領域Ｂ（暗い半透光領域）に第１半透過膜２４及び第２半透過膜２５を用い、第２半透光領域Ｃ（明るい半透光領域）に第２半透過膜２５を用いる。第２半透過膜２５の材料としては、金属とシリコンを含む材料、例えば、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）を主成分とすることが好ましく、例えばＭｏＳｉ（ＭｏＳｉ２）、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯＮ、ＭｏＳｉＣＯＮなどが挙げられる。また、第１半透過膜２４の材料としては、窒化クロム、酸化クロム、酸窒化クロム、フッ化クロムなどが好ましい。第１半透光部Ｂの透過率は、第１半透過膜２４及び第２半透過膜２５のそれぞれの膜材質と膜厚との選定によって設定され、第２半透光部Ｃの透過率は、第１半透過膜２４の膜材質と膜厚との選定によって設定される。

図９（ａ）に示すように、透明基板２１上に第２半透過膜２５、第１半透過膜２４、遮光膜２２及び反射防止膜２３が形成されたフォトマスクブランクを用意する。ここで、第１半透過膜２４と遮光膜２２とは、互いのエッチングに対して耐性を有する膜になっている。例えば、第１半透過膜２４は、クロム用エッチャントに対して耐性を有し、遮光膜２２は、ＭｏＳｉ用エッチャントに対して耐性を有する。また、第２半透過膜２５は、遮光膜２２と同様なエッチングが可能な材料で構成されており、第２半透過膜２５と遮光膜２２とは、互いのエッチングに対して耐性の小さい膜である。すなわち、第２半透過膜２５と遮光膜２２とは、同種のエッチングガス又はエッチング液によってエッチングが可能である。

次いで、このフォトマスクブランク上にレジスト層２６を形成し、図９（ｂ）に示すように、第２半透光領域Ｃ及び透光領域Ｄが露出するようにレジスト層（ポジ型フォトレジスト膜）２６を露光・現像して開口部を形成する。次いで、図９（ｃ）に示すように、このレジストパターンをマスクとして、露出した反射防止膜２３及び遮光膜２２をクロム用エッチング液などでエッチングし、その後、レジスト層２６を除去し、図９（ｄ）に示すように、遮光膜２２をマスクにして、第１半透過膜２４をエッチングする。あるいは、図９（ｃ）に示す状態でレジスト層２６及び遮光膜２２をマスクにして第１半透過膜２４をエッチングした後にレジスト層２６を剥離しても良い。これらのエッチングにおいて、遮光膜２２及び第２半透過膜２５は、ＭｏＳｉ用エッチャントに対して耐性を有するため、この第１半透過膜２４のエッチング時にはエッチングされにくい。

このフォトマスクブランク上にレジスト層２６を形成し、図９（ｅ）に示すように、第１半透光領域Ｂ及び透光領域Ｄが露出するようにレジスト層（ポジ型フォトレジスト膜）２６を露光・現像して開口部を形成する。次いで、図９（ｆ）にレジスト層２６をマスクにして、クロム用エッチャントを用いて、反射防止膜２３、遮光膜２２及び第２半透過膜２５をエッチングする。その後、図９（ｇ）に示すように、残存するレジスト層２６を除去する。このようにして図４（ｃ）に示すような構成を作製することができる。

次に、本発明に係る多階調フォトマスクの具体例について説明する。図１０（ａ）は、アクティブマトリクス型液晶表示装置のＴＦＴ（Thin Film Transistor）パネル用の多階調フォトマスクの一部を示す図であり、図１０（ｂ）は、ＴＦＴパネル上のＴＦＴ部を示す図である。

図１０（ａ）に示す多階調フォトマスクにおいては、図１０（ｂ）に示すＴＦＴのチャネル領域４１上の第１フォトスペーサ領域３１（大）と、図１０（ｂ）に示す配線部４２上の第２フォトスペーサ領域３２（中）と、図１０（ｃ）に示す画素電極４３上の第３フォトスペーサ領域３３（小）とを有する。第１〜第３フォトスペーサ領域３１〜３３は、それぞれレジスト膜の残膜値を同じにするため、パターン形状（フォトスペーサの大きさ）の違いに起因して膜固有の透過率を変えている。すなわち、第１フォトスペーサ領域３１で透過率が最も高く、第２フォトスペーサ領域３２で透過率が次に高く、第３フォトスペーサ領域３３で透過率が最も低くなる。このため、第１フォトスペーサ領域３１を図３（ａ），（ｂ）に示す透光領域Ｄとし、第２フォトスペーサ領域３２を図３（ａ），（ｂ）に示す第２半透光領域Ｃとし、第３フォトスペーサ領域３３を図３（ａ），（ｂ）に示す第１半透光領域Ｂとするように膜構成を行う。これにより、第１〜第３フォトスペーサ領域３１〜３３で、露光光に対する実効透過率がほぼ等しくなり、レジスト膜の残膜値を同じにすることができる。なお、第１及び第２半透光領域Ｂ，Ｃにおける第１及び第２半透過膜の厚さや材料は、図２に示す装置に前記のように膜構成したテストマスクを装着して実効透過率を求め、この実効透過率に基づいて求めることができる。上記説明においては、ポジレジストを用いる場合について説明しているが、ネガレジストを用いる場合はこれらの逆の順に透過率を変化させれば良い。

なお、ここでは、１つの画素内でのフォトスペーサの大きさ（パターン形状）の違いに応じて半透光領域の膜構成を変えた場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、パターンの粗密、例えば画素内と表示領域周辺との間のパターンの粗密に応じて半透光領域の膜構成を変える場合や、加工プロセスに応じて半透光領域の膜構成を変える場合についても同様に適用することができる。

なお、上記説明においては、遮光部に隣接して挟まれた半透光領域の透過率について、本発明を適用することの利点を述べた。しかしながら、透光部に挟まれた半透光部においても、同様の考察を行うことにより、本発明のマスクを用いて電子デバイスを製造する際、被転写体上に形成されるレジストパターンの残膜値を制御することができる。この場合は、半透光領域の実効透過率は、半透光領域に用いた半透過膜の固有の透過率より高くなる傾向にある。このような場合でも、形状の異なる、第１、第２半透光部に対して、その実効透過率がほぼ等しくなるように、上記で説明した手段によって、実際に露光に寄与する透過率を調整できる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、適宜変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態においては、半透過膜において実効透過率を揃える半透光領域が２つである場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、半透過膜において実効透過率を揃える半透光領域が３つ以上である場合にも同様の技術的思想により膜構成を変えることで同様に適用することができる。また、上記実施の形態における部材の個数、サイズ、処理手順などは一例であり、本発明の効果を発揮する範囲内において種々変更して実施することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

（ａ），（ｂ）は、遮光膜と半透過膜のパターン及びそれに対応する光強度分布を示す図である。 チャネル幅と透過率との間の関係を示す特性図である。 露光機の露光条件を再現する装置の一例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る多階調フォトマスクの構造を示す図である。 （ａ）〜（ｊ）は、図４（ａ）に示す多階調フォトマスクの構造の製造方法を説明するための図である。 （ａ）〜（ｊ）は、図４（ａ）に示す多階調フォトマスクの構造の製造方法の他の例を説明するための図である。 （ａ）〜（ｊ）は、図４（ａ）に示す多階調フォトマスクの構造の製造方法の他の例を説明するための図である。 （ａ）〜（ｉ）は、図４（ｂ）に示す多階調フォトマスクの構造の製造方法を説明するための図である。 （ａ）〜（ｇ）は、図４（ｃ）に示す多階調フォトマスクの構造の製造方法を説明するための図である。 （ａ）は、アクティブマトリクス型液晶表示装置のＴＦＴパネル用の多階調フォトマスクの一部を示す図であり、（ｂ）は、ＴＦＴパネル上のＴＦＴ部を示す図である。

符号の説明

１ 光源
２ 照射光学系
３ フォトマスク
４ 対物レンズ系
４ａ シミュレータレンズ
４ｂ 結像レンズ
５ 撮像手段
６ 視野絞り
７ 開口絞り
１１ 演算手段
１２ 表示手段
１３ 筐体
１４ 制御手段
１５ 移動操作手段
２１ 透明基板
２２ 遮光膜
２３ 反射防止膜
２４，２７ 第１半透過膜
２５，２８ 第２半透過膜
２６ レジスト層
３１〜３３ フォトスペーサ領域

Claims (7)

1. 透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透過膜とにそれぞれ所定のパターン加工を施すことにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を持つ転写パターンを形成し、ｉ線〜ｇ線を含む波長帯の露光光で露光することによって、被転写体上に、複数のレジスト残膜値をもつレジストパターンを形成するための多階調フォトマスクであって、
   前記半透光領域は、特定のパターン形状に対する第１半透光部と、前記パターン形状と異なるパターン形状に対する第２半透光部とを有し、
   前記第１半透光部と前記第２半透光部は、膜構成が異なって形成され、
   前記多階調フォトマスクを露光する露光機の開口数、σ値及び露光波長条件下で、前記第１半透光部及び前記第２半透光部に露光光を照射したときに、被転写体が受ける光強度分布のピーク値がほぼ等しいことにより、前記第１半透光部及び前記第２半透光部に対する前記レジスト残膜値を等しくすることを特徴とする多階調フォトマスク。
2. 前記半透過膜は、それぞれ異なる透過率を持つ第１半透過膜及び第２半透過膜を有して構成されており、前記第１半透光部は前記第１半透過膜を有して構成され、前記第２半透光部は前記第２半透過膜を有して構成されていることを特徴とする請求項１記載の多階調フォトマスク。
3. 前記半透過膜は、それぞれ所定の透過率を持つ第１半透過膜及び第２半透過膜を有して構成されており、前記第１半透光部は前記第１半透過膜を有して構成され、前記第２半透光部は前記第１半透過膜及び第２半透過膜を有して構成されていることを特徴とする請求項１記載の多階調フォトマスク。
4. 前記第１半透光部及び前記第２半透光部における実効透過率が１５％〜７０％であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の多階調フォトマスク。
5. 前記第１半透光部と前記第２半透光部は、前記遮光領域に隣接して挟まれた半透光部を持つパターンを有し、前記第１半透光部と前記第２半透光部のうち、前記パターンの幅が相対的に小さい半透過部を有する半透光部は、透過率が相対的に高い半透過膜の膜構成を有し、前記パターンの幅が相対的に大きい半透光部を有する半透光部は、透過率が相対的に低い半透過膜の膜構成を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の多階調フォトマスク。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の多階調フォトマスクを用い、露光機による露光光を照射することによって前記多階調フォトマスクの転写パターンを被加工層に転写することを特徴とするパターン転写方法。
7. 薄膜トランジスタ製造用フォトマスクであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の多階調フォトマスク。

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