JP5283440B2 - 多階調フォトマスク及びその修正方法 - Google Patents

Description

本発明は、多階調フォトマスク及びその修正方法に関し、特に、従来の修正工程によって生じる修正膜の端部の異常を回避することに関するものである。

「多階調フォトマスク」は、一般に、半透光膜の透過率に応じた量の光を透過させる半透光部と、遮光膜によって光を全く透過させない遮光部と、透明基板が露出した透光部とで構成される。

多階調フォトマスクの検査工程で半透光部に異常パターンやパターン欠損などの欠陥が見つかると、半透光部のうち欠陥を含む領域を部分的に除去することにより透明基板の一部の領域を露出させ、露出した一部の領域に修正用の半透光膜を形成し、さらに、不要な修正半透光膜を除去することで、「欠陥の修正」が行われていた。以下、本明細書では、フォトマスクの形成工程において形成される半透光膜を「初期半透光膜」と、欠陥を修正するために初期半透光膜の一部を除去した後に形成される半透光膜を「修正半透光膜」とよび、必要により両者を区別するものとする。

図６（ａ）〜（ｂ）及び図７（ｃ）〜（ｄ）は、従来の多階調フォトマスクの修正工程を説明する概略図である。図６（ａ）は、従来の多階調フォトマスク１００のパターンの一部を示している。この図に示すように、多階調フォトマスク１００は、透光部１０１と遮光膜のパターン１０２ａと半透光膜のパターン１０３ａ（初期半透光膜）とで構成される。ここで、多階調フォトマスク１００の初期半透光膜のパターン１０３ａ内に、欠陥Ｄが存在している。

図６（ｂ）は、欠陥Ｄを含む半透光部の一部を除去した様子を示す多階調フォトマスクのパターンの拡大図である。すなわち、欠陥Ｄを除去するために、図６（ａ）の状態から、欠陥Ｄを含む修正領域Ｒ１（図中の破線部の内部）を部分的に除去する（図６（ｂ））。この工程により、欠陥Ｄを除去すると共に、透明基板の一部を露出させる。

次に、図７（ｃ）に示すように、除去した部分を包含するように修正半透光膜１０４を形成し、更に、レーザー光を照射することにより、修正半透光膜１０４の不要な部分を除去することで修正半透光膜のパターン１０４ａを形成する（図７（ｄ））。なお、レーザー光を照射することにより修正半透光膜を選択的に除去する方法を、レーザーザッピング法という。

図７（ｄ）は、修正半透光膜のパターン１０４ａの形成が終了した状態を示している。この図に示すように、半透光部における欠陥Ｄは完全に除去されている。

ところで、パターンの微細化に伴い、近年は半透光部における透過率の均一性が一層重要視されるようになっている。これは、多階調フォトマスクの場合、遮光部と透光部のみからなる従来のフォトマスクと比べて、透過率の僅かの違いがパターン形成後のレジスト膜厚に直接影響を及ぼすからである。

このため、従来は初期半透光膜と修正半透光膜の露光光に対する透過率を等しく調整することに最も注意を払っていた（例えば、特許文献１、２参照）。すなわち、透過率さえ等しく調整して修正できれば、特にその他の問題は生じないと考えられていた。
特開２００８−０５８９４３号公報 特開２００７−２３３３５０号公報

しかしながら、一部の多階調フォトマスクにおいて、初期半透光膜と修正半透光膜の透過率が等しくなるように正しく修正されているかかわらず、修正された多階調フォトマスクを用いて階調露光を実施し、現像したところ、不良レジストパターンが発生する現象が確認された。この不良レジストパターンは、パターンによっては、放置すると回路のショートを誘発するなどの問題が懸念されるものであった。

この問題について詳しく調査するために、従来の修正方法（図６、図７）により得られた修正された多階調フォトマスク（図７（ｄ）参照）の断面構造の解析が行われた。

図５（ａ）は、従来の修正方法により得られた修正された多階調フォトマスク（図７（ｄ）参照）のＸ１−Ｘ１線断面図を、図５（ｂ）は、図５（ａ）の多階調フォトマスクを用いて露光及び現像工程後に得られるレジストパターン１１１ａの断面図を示している。図５（ａ）に示すように、パターンエッジ部における修正半透光膜の膜厚が周囲と比較して厚いことが分かる。

このような膜厚の異常部が修正半透光膜のパターンエッジ部に形成される要因は明らかでないが、レーザーザッピングによって修正半透光膜を除去した際に、修正半透光膜のエッジ部がレーザー光のエネルギーにより加熱され、めくれ上がるためと考えられる。このようなレーザーザッピングによる痕跡を、本明細書では便宜上「レーザーザッピング痕」と呼ぶ。図５（ａ）及び図７（ｃ）及び（ｄ）では、レーザーザッピングを行った軌跡に沿ってレーザーザッピング痕が形成されたことを示している。

図５（ｂ）は、この多階調フォトマスクを用いて露光及び現像を行って得られるレジストパターンを示している。図５（ｂ）のレジストパターンの例では、透過率が最も低い遮光膜のパターン１０２ａに対応する部分でレジスト膜厚が最も厚く、修正半透光膜のパターン１０４ａに対応する部分では、膜厚が遮光膜よりも薄くなり、透過率が最も高い透明部１０１に対応する部分で膜厚はレジストが全て除去されているが、修正半透光膜のパターンエッジ部に対応するレジストパターンエッジ部１１４ｂでは膜厚が局所的に厚く形成されていることが分かる。この部分では透過率が周囲の透過率よりも小さい「透過率の異常部」となるため、このようなパターンは、不良レジストパターンと判定される。なお、遮光膜上にレーザーザッピング痕が形成されても、レジストパターンの形状に影響を及ぼすことはない。すなわち、レーザーザッピング痕の影響が現れるのは、透光部と半透光部の境界領域に、レーザーザッピング痕という局所的な厚膜部が形成される場合であると考えられる。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、多階調フォトマスクの修正工程において、修正半透光膜の形成時に生じうる透過率の異常部の発生を必要な範囲で回避することを技術的課題とする。

本発明に係る多階調フォトマスクは、透明基板上に透光部と遮光部と半透光部とが設けられ、前記半透光部は半透光膜のパターンにより形成され、前記半透光膜は、相対的にエネルギー密度の異なる少なくとも２以上の条件でレーザーザッピングが行われており、相対的に低エネルギー照射部を有する多階調フォトマスクであって、前記低エネルギー照射部は、前記透光部上に孤立した修正半透光膜パターンのエッジ部である特徴とする。

この構成により、低エネルギー照射部ではレーザーザッピング痕が小さく形成される。このため、修正半透光膜の有効領域周縁部に発生していた修正半透光膜の形成時に起因する透過率異常を回避することが可能となり、転写露光時のレジスト膜厚の異常を回避することができる。なお、「低エネルギー照射部」とは、レーザーザッピングにおいて、エネルギー密度が相対的に小さい条件で照射された照射範囲を意味する。

なお、前記低エネルギー照射部は、前記透光部上に孤立した修正半透光膜のパターンのエッジ部であることが好ましい。これは、透光部上に孤立した修正半透光膜のパターンのエッジ部では、レーザーザッピングに起因した異常膜厚が形成されやすいためである。 このような例として、薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極のパターンなどが挙げられる。

また、前記半透光膜は、気相成長法により形成された膜であることが好ましい。特に、気相成長法は、化学気相成長法や物理気相成長法など、種々の方法が考えられる。化学気相成長法の場合は光ＣＶＤ（化学気相成長）法など、特定の領域に局所的に堆積することができる装置が好ましい。光ＣＶＤ装置では、他の成膜装置と比較して、光の照射回数（パルス周波数）や光の照射強度等の条件を変更することが容易だからである。

本発明に係る多階調フォトマスクの修正方法は、透明基板上に透光部と遮光部と半透光部とが設けられ、前記半透光部のうち欠陥を含む領域を除去することにより透明基板の一部の領域を露出させる工程と、前記露出した一部の領域に修正用の半透光膜を形成し、さらに、不要な修正半透光膜を除去するために、第１の領域に対して相対的にエネルギー密度の高い第１の条件でレーザーザッピングする工程と、第２の領域に対して相対的にエネルギー密度の低い第２の条件でレーザーザッピングする工程とを含む多階調フォトマスクの修正方法であって、
前記第２の領域は、ソース及びドレインを有する薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極形成領域その他透光部上に孤立した修正半透光膜のパターンのエッジ部であることを特徴とする。

上記方法により、半透光部と透光部との境界に新たに発生しうる半透光部の異常パターンが形成されることを防止することができる。

本発明に係る多階調フォトマスク及び欠陥の修正方法によると、修正半透光膜のパターンエッジ部に新たに発生しうる不良レジストパターンの原因となる異常パターンが形成されないため、透過率の異常部の形成を未然に防止することができる。

（実施形態）
図１（ａ）〜（ｂ）及び図２（ｃ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る多階調フォトマスクの修正工程を説明する概略図である。図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る多階調フォトマスク１０のパターンの一部を示している。この図に示すように、多階調フォトマスク１０は、透光部１と遮光膜のパターン２ａと初期半透光膜のパターン３ａとで構成される。ここで、多階調フォトマスク１０の初期半透光膜のパターン３ａ内に欠陥Ｄが存在している。

なお、この欠陥Ｄは、本来半透光膜が形成されるべき部分に半透光膜が形成されないか又は膜厚が局所的に薄くなっている欠陥（これを「白欠陥」）と、逆に、透過率が局所的に高くなっている欠陥（これを「黒欠陥」という）に大別されるが、本発明に係る修正方法では、欠陥を含む領域を除去して新たに成膜を行うため、欠陥の種類は問わない。

図１（ｂ）は、欠陥Ｄを含む半透光部の一部（初期半透光膜の一部）を除去した様子を示す多階調フォトマスクのパターンの拡大図である。すなわち、欠陥Ｄを除去するために、図１（ａ）の状態から、欠陥Ｄを含む修正領域Ｒ２（図中の破線部の内部）を部分的に除去する（図１（ｂ））。この工程により、欠陥Ｄを除去すると共に、透明基板の一部を露出させる。

次に、除去した部分を包含するように修正半透光膜４を形成するが、その前に、本発明に係る修正半透光膜の形成方法について、図３を参照して説明する。

図３は、本発明の実施形態に係る修正半透光膜４のレーザーザッピング工程について説明する概略図であり、図３（ａ）は、異なる２つの条件で、修正半透光膜にレーザーザッピングを行うためのレーザー光を照射した様子を表している。また、図３（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ図3（ａ）のＸ２−Ｘ２線及びＹ１−Ｙ１線断面図である。

図３（ａ）は、大小異なる大きさのエネルギー密度Ｉ_１、Ｉ_２［Ｊ／ｃｍ^２］のレーザー光を修正半透光膜上に照射しながら照射範囲を順次移動させた様子を表している。なお、同図のように、レーザー光の照射領域は通常矩形であり、レーザー光をパルス照射しながら順次移動させていくことが通常であるが、このような方法に限定されない。

本発明の実施形態に係る修正半透光膜のレーザーザッピング工程では、少なくともパターン異常の原因となりうる重要な領域については従来のレーザー光で用いられてきたエネルギー密度よりも小さいエネルギー密度でレーザーザッピングを行っている。すなわち、従来のレーザーザッピングの照射エネルギーをＩ_０［Ｊ／ｃｍ^２］とすると、式（３）のように表される。

Ｉ_０ ≧ Ｉ_１ > Ｉ_２ ・・・・・（３）

図３（ａ）〜（ｃ）の結果は、比較的小さいエネルギー密度でレーザーザッピングを行うと、レーザーザッピング痕の大きさが従来よりも小さくすることができることを示している。

すなわち、従来のレーザーザッピングでは、図７（ｄ）及び図５（ａ）に示すように、レーザーザッピングを行った軌跡に沿って大きなレーザーザッピング痕１０５が形成されていたが、本発明の実施形態に係る修正半透光膜の形成工程では、従来と同等か又はそれよりも低いエネルギー密度でレーザー光を照射するため、大きなレーザーザッピング痕１０５が形成されないか又は形成されるとしても異常パターンの原因となるほど大きなものは形成されない。換言すると、少なくともパターン異常が問題となる部位に対してはレジストパターン異常の原因となるほど大きなレーザーザッピング痕が形成されないように、相対的に低いエネルギー密度でレーザーザッピングを行うことによって、問題を解決している。

以上のような原理により、必要な領域については相対的に小さいエネルギー密度で修正半透光膜のレーザーザッピングを行っていく。

図２（ｃ）に示すように、遮光膜のパターン２ａ上に、修正半透光膜４を形成し、更に、従来よりも低いエネルギー密度Ｉ_１［Ｊ／ｃｍ^２］、Ｉ_２［Ｊ／ｃｍ^２］（但し、Ｉ_１ > Ｉ_２）のレーザー光を照射することにより、修正半透光膜４の不要な部分を除去することで修正半透光膜のパターン４ａを形成する（図２（ｄ））。

図２（ｄ）は、修正半透光膜のパターン４ａの形成が終了した状態を示している。この図に示すように、半透光部における欠陥Ｄは完全に除去されている。

以上をまとめると、本発明の実施形態に係るレーザーザッピングの条件は、次の表１のようになる。

但し、領域Iは、修正半透光膜が孤立しておらず、異常パターンの形成が深刻な問題とならない領域を、領域IIは、薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極形成部など、透光部上に孤立した修正半透光膜のパターンのエッジ部など、異常パターンが形成された場合に問題が発生しうる領域を指す（図２（ｄ）参照）。

すなわち、図２（ｃ）の例で、エネルギー密度を異なる２つの大きさに切り換えているのは、パターンの状態によって許容されるレーザーザッピング痕の大きさが異なるためである。例えば、半透光部と遮光部との境界にレーザーザッピング痕が形成されても、遮光部では文字通り露光光が遮光されるため、その近傍にレーザーザッピング痕による厚膜部が形成されても露光パターンに及ぼす影響は極めて小さい。これに対し、透光部上に孤立して形成される半透光膜のパターンを修正半透光膜に置き換えてレーザーザッピングを施す場合、レーザーザッピング痕により局所的な厚膜部が形成されると露光パターンに深刻な影響を与えると考えられる。

このような理由で図２（ｃ）では、パターン形成後の将来行われる配線形成工程等でショートが起こりうるような重要な部分（低エネルギーレーザー照射部Ｋ）を、一層微弱なエネルギー密度でレーザーザッピングを行うように、修正すべきパターンを考慮して２種類のエネルギー密度を切り換えたが、必要がなければ全て同じエネルギー密度（但し、従来よりも相当低いエネルギー密度で照射）でレーザーザッピングを行っても構わない。

図４（ａ）は、図２（ｄ）に示したＸ３−Ｘ３線の拡大断面図である。ガラス基板が露出した透明部１上に、遮光膜のパターン２ａと、修正半透光膜のパターン４ａが形成され、透光部１との境界領域の一部に低エネルギーレーザー照射部Ｋが形成されていることが図示されている。また、この図に示すようにガラス基板の裏面側から露光光が照射される。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した多階調フォトマスクを用いて露光及び現像を行った後のレジストパターンの断面図を示している。図４（ｂ）のレジストパターンの例では、透過率が最も低い遮光膜のパターン２ａに対応する部分でレジスト膜厚が最も厚く、修正半透光膜のパターン４ａに対応する部分では、膜厚が遮光膜よりも薄くなり、透過率が最も高い透明部１に対応する部分で膜厚はレジストが全て除去されているが、半透光膜のパターンエッジ部に形成された低エネルギーレーザー照射部に対応するレジストパターンエッジ部１４ｂでは膜厚がなめらかに減少している。

以上のように、本発明の実施形態に係る多階調フォトマスクの修正方法では、修正半透光膜の形成工程において、透明部との境界に近い部分に低エネルギーレーザー照射部を設けたことによって、レジストパターンエッジ部に「透過率の異常部（ｃｆ 図５（ｂ）１１４ｂ）」が形成されることを回避することができる。

本発明は、多階調フォトマスクの製造に関して、特に、欠陥の修正精度を高める技術を提供することができる点で、産業上の利用可能性は極めて大きい。

（ａ）〜（ｂ）は、本発明の実施形態に係る多階調フォトマスクの修正工程を説明する概略図である。 （ｃ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る多階調フォトマスクの修正工程を説明する概略図である。 本発明の実施形態に係る修正半透光膜４のレーザーザッピング工程について説明する概略図であり、図３（ａ）は、異なる２つの条件で、修正半透光膜にレーザーザッピングを行うためのレーザー光を照射した様子を表している。また、図３（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ図3（ａ）のＸ２−Ｘ２線及びＹ１−Ｙ１線断面図である。 （ａ）は、図２（ｄ）に示したＸ３−Ｘ３線の拡大断面図である。（ｂ）は、図４（ａ）に示した多階調フォトマスクを用いて露光及び現像を行った後のレジストパターンの断面図である。 （ａ）は、従来の修正方法（図６、図７）により得られた修正された多階調フォトマスク（図７（ｄ）参照）のＸ１−Ｘ１線断面図、（ｂ）は、（ａ）の多階調フォトマスクを用いて露光及び現像工程後に得られるレジストパターン１１１ａの断面図である。 （ａ）〜（ｂ）は、従来の多階調フォトマスクの修正工程を説明する概略図である。 （ｃ）〜（ｄ）は、従来の多階調フォトマスクの修正工程を説明する概略図である。

符号の説明

１、１０１ 透明部
２ａ、１０２ａ 遮光膜のパターン
３ａ、１０３ａ 初期半透光膜のパターン
４、１０４ 修正半透光膜
４ａ、１０４ａ 修正半透光膜のパターン
５、１０５ レーザーザッピング痕
１１ａ、１１１ａ レジストパターン
１４ｂ 階段状乃至テーパー状のレジストパターンエッジ部（修正パターン）
１１４ｂ レジストパターンエッジ部（異常パターン）
Ｒ１、Ｒ２ 修正領域

Claims (3)

1. 透明基板上に透光部と遮光部と半透光部とが設けられ、前記半透光部は半透光膜のパターンにより形成され、前記半透光膜は、相対的にエネルギー密度の異なる少なくとも２以上の条件でレーザーザッピングが行われており、低エネルギー照射部を有する多階調フォトマスクであって、
   前記低エネルギー照射部は、前記透光部上に孤立した修正半透光膜パターンのエッジ部である多階調フォトマスク。
2. 前記半透光膜は、気相成長法により形成された膜である請求項１に記載の多階調フォトマスク。
3. 透明基板上に透光部と遮光部と半透光部とが設けられた多階調フォトマスクの修正方法であって、前記半透光部のうち欠陥を含む領域を除去することにより透明基板の一部の領域を露出させる工程と、前記露出した一部の領域に修正用の半透光膜を形成し、さらに、不要な修正半透光膜を除去するために、第１の領域に対して相対的にエネルギー密度の高い第１の条件でレーザーザッピングする工程と、第２の領域に対して相対的にエネルギー密度の低い第２の条件でレーザーザッピングする工程とを含む多階調フォトマスクの修正方法であって、
   前記第２の領域は、ソース及びドレインを有する薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極形成領域その他透光部上に孤立した修正半透光膜のパターンのエッジ部である多階調フォトマスクの修正方法。

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