JP5296432B2 - 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７（ａ）〜（ｂ）及び図８（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７（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７（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７（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７（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８（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Ｌ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８（ｄ））。なお、レーザー光Ｌ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８（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７、図８）により得られた修正された多階調フォトマスク（図８（ｄ）参照）の断面構造の解析が行われた。

図６（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８（ｄ）参照）のＸ１−Ｘ１線断面図を、図６（ｂ）は、図６（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６（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６（ａ）及び図８（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１０５が形成されたことを示している。

図６（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、ガラス等の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及び欠陥を修正するために前記半透光膜の一部を除去した後に形成された修正半透光膜のパターンにより形成され、前記修正半透光膜は、レーザーザッピングにより不要な部分が除去されており、前記レーザーザッピングにより形成され、かつ、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に、スリット部を有することを特徴とする。

この構成により、スリット部では透過率が局所的に上がるため、パターン転写後のフォトレジスト膜は、透光部との境界付近では薄く形成され、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。

また、前記半透光部は、第１の成膜方法で形成された第１の半透光膜と、第２の成膜方法で形成された第２の半透光膜とで構成され、前記スリット部は、前記第２の半透光膜の端部に形成されていることが好ましい。スリット部は、修正半透光膜のうち不要な部分を除去するためにレーザーザッピングを行った際に形成されたパターンエッジ部に設けられるもので、透過率を局所的に上げる作用を備える。したがって、この構成により、異常パターンの形成が抑えられる。

また、前記第2の半透光膜は、前記スリット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スリット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。

また、前記スリット部は、前記多階調フォトマスクを露光する際の露光光の波長の解像度限界以下の間隔を有することが好ましい。

また、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、レーザーザッピングにより前記修正半透光膜の不要な部分を除去し、その後前記レーザーザッピングにより形成され、かつ、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に１つ又は複数のスリットを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。

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、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、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、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。

この工程が終了すると、修正半透光膜のうち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（図２（ｄ））。

図３（ｅ）は、修正半透光膜のパターン４ａの形成を行っている様子を示している。この図に示すように、レーザーザッピング痕５のうち、異常パターンが形成され易い部分を特定し、その部分に微細なレーザー光Ｌを照射することで、レーザーザッピング痕５の一部に一つ又は複数のスリット６からなるスリット部Ｓを形成する。

修正された多階調フォトマスクは、半透光部における欠陥Ｄは完全に除去され、また、上述のように、スリット部Ｓは、必要な箇所にのみ設けられていることが分かる。

図４は、スリット部Ｓの拡大図を示している。レーザーザッピング痕５は、膜厚が局所的に厚くなったもので、透過率が周囲と比較して局所的に低くなっている点で、遮光膜と近似した性質を有するものである。一方、スリット部Ｓは、露光光が通過できる解像度限界以下の間隔を有するものであり、レーザーザッピング痕５の透過率を局所的に上げる作用を有する。レーザーザッピング痕５にスリット部Ｓが設けられることでそのため異常パターンの形成が抑えられる。

なお、このスリット部Ｓは、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のように、透明基板上に孤立した半透過膜のパターンが設けられているような孤立パターン部など、レーザーザッピング痕５が発生すると透過率が局所的に下るような部位に設けられることが好ましい。孤立パターン部では、レーザーザッピング痕５により異常パターンが生成されやすいためである。逆に、遮光膜上或いは遮光膜との近傍にレーザーザッピング痕が形成されたとしても、孤立パターン部にレーザーザッピング痕５が形成された場合と比較して、異常パターンの形成が起こりにくいため、スリットを設ける必要性の判断は異常パターンが形成されうるか否かにより判断する。

なお、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、堆積することが好ましい。このようにすれば冗長性を確保しやすいためである。

図５（ａ）は、図３（ｅ）に示したＸ２−Ｘ２線の拡大断面図である。透明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スリット部Ｓ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透明基板の裏面側から露光光が照射される。

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、修正半透光膜のパターンエッジ部に形成されたスリット部Ｓ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、修正半透光膜の端部にスリット部Ｓ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６（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。 （ｅ）は、修正半透光膜のパターン４ａの形成を行っている様子を示す工程図である。 スリット部Ｓの拡大図である。 （ａ）は、図２（ｄ）に示したＸ２−Ｘ２線の拡大断面図である。（ｂ）は、図５（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７、図８）により得られた修正された多階調フォトマスク（図８（ｄ）参照）のＸ−Ｘ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
Ｓ スリット部
Ｌ レーザー光

Claims (7)

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及び欠陥を修正するために前記半透光膜の一部を除去した後に形成された修正半透光膜のパターンにより形成され、前記修正半透光膜は、レーザーザッピングにより不要な部分が除去されており、前記レーザーザッピングにより形成され、かつ、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に、スリット部を有する多階調フォトマスク。
2. 前記半透光部は、第１の成膜方法で形成された第１の半透光膜と、第２の成膜方法で形成された第２の半透光膜とで構成され、前記スリット部は、前記第２の半透光膜の端部に形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. 前記第２の半透光膜は、前記スリット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。
4. 前記スリット部は、前記多階調フォトマスクを露光する際の露光光の波長の解像度限界以下の間隔を有す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。
5. 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乃至４のいずれか１項に記載の多階調フォトマスク。
6. 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５のいずれか1項に記載の多階調フォトマスク。
7. 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、レーザーザッピングにより前記修正半透光膜の不要な部分を除去し、その後前記レーザーザッピングにより形成され、かつ、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に１つ又は複数のスリットを形成する工程とを含む多階調フォトマスクの修正方法。

Images