JP5283441B2 - 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。なお、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。

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１０４ｂ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１０４ｂ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。なお、ザッピング痕が問題となるのは、透光部と半透光部とが隣接している部分、例えば、薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極などのように、透光部上に孤立して形成される部分の半透光膜のパターンである。仮に、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小さいためである。

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新た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、前記透光部との境界領域の少なくとも一部に、前記透光部との境界に近いほど透過率が高くなるように構成されたグラデーション部を有し、前記グラデーション部における前記半透光膜の膜厚は、端部に向かうほど薄いことを特徴とする。

この構成により、グラデーション部では透過率が段階的に変化するため、パターン転写後のフォトレジスト膜はレジスト膜厚も透光部との境界に近いほど薄く形成され、半透光部から透光部にかけての透過率の変化が緩やかになる。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、前記半透光部における半透光膜は、第1の半透光膜と、前記第1の半透光膜とは異なる成膜方法で形成された第2の半透光膜とを含み、前記第2の半透光膜は、前記グラデーション部を除く他の領域において前記第1の半透光膜の透過率と実質的に等しく調整されていることが好ましい。

このように、本発明に係る多階調フォトマスクは半透光膜が異なる成膜方法で形成されている場合であっても、両者の透過率が同程度に調整され、かつ、パターンエッジ部にグラデーション部が設けられることで、半透光部の透過率がパターンエッジ部以外の部分でほぼ均一になり、透過率の異常部の形成を防止することができる。

この場合、前記グラデーション部における前記半透光膜の膜厚は、端部に向かうほど薄く構成することが好ましい。透過率を調整するための最も有効な方法の一つとして、膜厚を調節する方法が挙げられる。なお、膜厚と透過率の関係は式（１）及び式（２）により表されるが、定性的には、膜厚が薄いほど透過率が高く、膜厚が厚いほど透過率が低くなる。

単位膜厚Ｌ_０の時の透過率をＴ_０、透過率Ｔ_０の時の濃度をＤ_０、膜厚Ｌの時の濃度をＤとして、
Ｄ_０＝−ｌｏｇ Ｔ_０ ・・・・・（１）
Ｄ ＝（Ｌ／Ｌ_０）・Ｄ_０ ・・・・・（２）

本発明に係る多階調フォトマスクにおいて、前記第２の半透光膜は、前記第１の半透光膜の一部が除去された後、除去された領域を包含するように局所的に形成された膜であることが好ましい。この構成では、第１の半透光膜がすなわち初期半透光膜を意味し、第２の半透光膜がすなわち修正半透光膜を意味する。

本発明に係る多階調フォトマスクにおいて、第２の半透光膜は、気相成長法により形成された膜であることが好ましい。また、前記グラデーション部は、前記気相成長の成膜範囲を段階的に変化させて得られるように構成することができる。

なお、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成膜方法が好ましい。光ＣＶＤ装置では、他の成膜法と比較して、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であり、このため修正半透光膜を局所的に成膜したり、範囲を変化させることで修正半透光膜を階段状乃至テーパー状に成膜できる利点があるからである。

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を包含するように修正半透光膜を形成し、その後前記修正半透光膜を端部を半透光部と透光部との境界から半透光部側の方向にずらしながら形成する工程とを含むことを特徴とする。

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。

なお、必要により、例えばレーザーザッピング等の方法により修正半透光膜の一部を選択的に除去する工程を更に含んでいてもよい。レーザーザッピング等により修正半透光膜の除去を行うと、パターンエッジ部の膜厚が厚くなるが、グラデーション部を設けることで不良レジストパターンの発生は回避されるためである。この意味において、不良レジストパターンが形成されない範囲で修正半透光膜の一部を選択的に除去する工程を含んでいることは差し支えないからである。

また、前記修正半透光膜の端部は、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が好ましい。

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（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態に係る修正半透光膜４の形成工程について説明する概略図であり、図3（ａ）は、平坦なガラス基板上に修正半透光膜４を形成した様子を示す平面図、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。

この図に示すように、修正半透光膜４を形成するときは、はじめに最も広い範囲で堆積を行い、次に、中心をほぼ一致させつつ、やや狭い範囲で堆積し、堆積範囲を段階的に変化させて堆積していく。気相成長法を実施するにあたり、光ＣＶＤ装置を用いる場合、堆積範囲を徐々に狭くしていくことは、比較的容易である。

このようにすると、図３（ａ）乃至図３（ｃ）に示されるように、修正半透光膜の周縁部全体にグラデーション部Ｇが形成される。グラデーション部Ｇでは、透光部との境界に近いほど透過率が高くなるように構成される。グラデーション部Ｇは、成膜時の走査回数によって階段の粗さが異なるが、必ずしも滑らかなテーパー状である必要はなく、比較的粗い階段状であっても構わない。一方、グラデーション部Ｇの内側に形成される中央部Ｃでは、露光装置の露光光の波長に対する透過率が初期半透光膜と同一になるように、膜厚等の条件を調整しておく。

図２（ｃ）に示すように、遮光膜のパターン２ａ上に、グラデーション部Ｇを有する修正半透光膜４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））。

なお、修正半透光膜にレーザーザッピングを行った部位には、レーザーザッピング痕５が形成されるが、レーザーザッピングを行わず、グラデーション部Ｇを残した部位には、レーザーザッピング痕５が形成されることはない。

欠陥Ｄを除去するために透明基板の一部を露出させた後、修正半透光膜を堆積する場合には、初期半透光膜の領域よりもやや広い領域で、すなわち露出部をオーバーラップするようにして、堆積してもよい。このようにすれば冗長性を確保しやすく、また、グラデーション部Ｇの領域を確保し易いためである。

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。上述のように、グラデーション部Ｇは、修正半透光膜４の成膜直後には周縁部全体に形成されているが、必要に応じて、レーザー光により不要な部分をレーザーザッピングする。図２（ｄ）には、修正半透光膜のパターン４ａの一部にグラデーション部Ｇが残置されていることが示されている。但し、修正半透光膜４の形成の際に冗長領域を形成せず、必要十分な成膜範囲を規定した上で、レーザーザッピング工程を省略しても良い。

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との境界領域の少なくとも一部にグラデーション部Ｇ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グラデーション部Ｇに対応するレジストパターンエッジ部１４ｂでは膜厚が階段状乃至テーパー状に変化している。

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ほど透過率が高くなるように構成されたグラデーション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（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。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態に係る修正半透光膜４の形成工程について説明する概略図であり、図3（ａ）は、平坦なガラス基板上に修正半透光膜４を形成した様子を示す平面図、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
Ｇ グラデーション部

Claims (8)

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、前記透光部との境界領域の少なくとも一部に、前記透光部との境界に近いほど透過率が高くなるように構成されたグラデーション部を有し、前記グラデーション部における前記半透光膜の膜厚は、端部に向かうほど薄い多階調フォトマスク。
2. 前記半透光部における半透光膜は、第1の半透光膜と、前記第1の半透光膜とは異なる成膜方法で形成された第2の半透光膜とを含み、前記第2の半透光膜は、前記グラデーション部を除く他の領域において前記第1の半透光膜の透過率と実質的に等しく調整されている請求項１記載の多階調フォトマスク。
3. 前記第２の半透光膜は、前記第１の半透光膜の一部が除去された後、除去された領域を包含するように局所的に形成された膜である請求項２記載の多階調フォトマスク。
4. 前記第２の半透光膜は、気相成長法により形成された膜である請求項２乃至３のいずれか1項に記載の多階調フォトマスク。
5. 前記グラデーション部は、前記気相成長の成膜範囲を段階的に変化させて得られる請求項４記載の多階調フォトマスク。
6. 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を包含するように修正半透光膜を形成し、その後前記修正半透光膜の端部を半透光部と透光部との境界から半透光部側の方向にずらしながら形成する工程とを含む多階調フォトマスクの修正方法。
7. 前記修正半透光膜の一部を選択的に除去する工程を更に含む請求項６記載の多階調フォトマスクの修正方法。
8. 前記修正半透光膜の端部は、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請求項６又は７記載の多階調マスクの修正方法。

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