JP6093117B2 - フォトマスク、フォトマスクの製造方法及びパターンの転写方法 - Google Patents

Description

本発明は、高精度に微細な転写用パターンを転写可能なフォトマスク、それを用いたパターン転写方法、及びフラットパネルディスプレイの製造方法に関する。また、本発明は、フラットパネルディスプレイの製造に用いるフォトマスクとなすための、フォトマスクブランクに関する。

液晶表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイの製造においては、より微細なパターンを形成することで、画質の向上を図るニーズがある。

特許文献１には、液晶表示装置製造に用いられている露光条件において、従来解像できなかった微細なパターンを解像し、より精細な転写像を得るためのフォトマスクが記載されている。

特許文献２には、遮光膜をパターニングし、ｉ線に対して１８０度の位相差をもたせる膜厚の位相シフト層を、遮光膜を被覆するように形成した位相シフトマスクが記載されており、これによって微細かつ高精度なパターン形成が可能になるとしている。

特開２００９−４２７５３号公報 特開２０１１−１３２８３号公報

近年、フラットパネルディスプレイの配線パターンの微細化が望まれている。そしてこうした微細化は、フラットパネルディスプレイの明るさの向上、反応速度の向上といった画像品質の高度化のみならず、省エネルギーの観点からも、有利な点があることに関係する。これに伴い、フラットパネルディスプレイの製造に用いられるフォトマスクにも微細な線幅精度の要求が高まることとなる。しかし、フォトマスクの転写用パターンを単純に微細化することによって、フラットパネルディスプレイの配線パターンを微細化しようとすることは容易では無い。

フォトマスクに形成される転写用パターンを微細化していくと、以下の問題があることが本発明者らにより見出された。例えば、透光部と遮光部とを備えた、いわゆるバイナリマスクのパターンを微細化するとともに、遮光部、透光部の寸法（線幅）が小さくなると、透光部を介して被転写体上に形成されたレジスト膜に照射される透過光の光量が低下してしまう。この状態を、図１に示す。

ここでは図１（ａ）に示す、遮光膜によってなるラインアンドスペースパターンを例とし、ピッチ幅Ｐを次第に小さく（これに応じて、ライン幅ＭＬとスペース幅ＭＳが次第に小さく）していく際に、被転写体上に形成したレジスト膜上に生じる、透過光の光強度分布を示す（図１（ｂ））。ピッチ幅８μｍ（ライン幅４．８μｍ、スペース幅３．２μｍ）から、ピッチ幅 ４μｍ（ライン幅２．８μｍ、スペース幅１．２μｍ）まで次第に微細化したときは、光強度分布の波型曲線のピーク位置が、著しく低下していることがわかる。尚、ここでは、ライン幅ＭＬとスペース幅ＭＳを、それぞれピッチ幅Ｐに対して、Ｐ／２＋０．８μｍ、Ｐ／２−０．８μｍに設定した。

このとき、被転写体上のレジスト膜が形成するレジストパターンの断面形状を、図２に示す。この場合、ピッチＰが５μｍ（ライン幅３．３μｍ、スペース幅１．７μｍ）に達した時点で、レジストパターンにラインアンドスペースパターン形状を形成するための光量が不足し、後工程におけるエッチングマスクとするためのレジストパターンが形成できなくなったことが理解できる（図２（ｄ）参照）。

そこで、転写時の解像度を上げ、より微細なパターニングを行う方法としては、従来ＬＳＩ製造用の技術として開発されてきた、露光機の開口数拡大、単一波長、かつ短波長を使用した露光が考えられる。しかし、これらの技術を適用する場合には、莫大な投資と技術開発を必要とし、市場に提供される液晶表示装置の価格との整合性が取れなくなる。

ところで、図１（ｂ）に示されるように、光強度分布の波型曲線のピーク位置が、著しく低下している現象に対して、この光量不足を補うための方法として、露光装置の照射光量を増加させることが考えられる。照射光量が増加すれば、スペース部を透過する光量が増大するため、レジストパターンの形状を良化する、すなわち、ラインアンドスペースパターンの形状に分離させることができると考えられる（図２（ｅ）参照）。但し、このために、露光装置の光源を大光量に変更することは現実的でなく、露光時の走査露光時間を大幅に増加させなければならない。実際には、図２（ｅ）に示すようにレジストパターンを分離させるために、１．５倍の照射光量が必要であることがわかる。

ところで上記特許文献１には、透明基板上に形成した半透光膜をパターニングすることによって所定のパターンを形成した、透光部と半透光部とを有するフォトマスクであって、該フォトマスクを透過した露光光によって、被転写体上に線幅３μｍ未満の転写パターンを形成するフォトマスクにおいて、前記透光部又は前記半透光部の少なくとも一方が３μｍ未満の線幅の部分を有する、前記透光部と前記半透光部とからなるパターンを含むフォトマスクが記載されている。

上記フォトマスクによれば、図１（ｂ）において顕著に生じていた透光部のピーク位置の低下が抑止され、ラインアンドスペースパターン形状のレジストパターンが形成できる。これは、透明基板上に形成した半透光膜のパターンが、透光部を含む、転写用パターン全体の透過光量を補助し、レジスト（ここではポジレジストＰ／Ｒ）がパターニングされうる必要光量に到達させることができたことを意味する。

このように、上記特許文献１のフォトマスクによると、従来のＬＣＤ（Liquid Crystal Display）用露光機において解像できなかった３μｍ未満のパターンが形成できるようになったが、更にこのパターニング安定性や精度を高めるニーズが生じた。

特許文献２に記載のフォトマスクによれば、位相の反転作用により光強度が最小となる領域を形成して、露光パターンをより鮮明にすることができると記載されている。但し、発明者らの検討によると、ＬＣＤ用露光装置によって被転写体上に得られる光強度分布によると、レジスト膜を感光させるための十分な露光光量の確保や、コントラストの向上の点において、改善の余地があり、この点はパターンが微細化するほど重要であることが見出された。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、微細パターンを確実に精緻に転写可能なフォトマスク、転写方法、及びフラットパネルディスプレイの製造方法を提案しようとするものである。

本発明は、下記の構成１〜８であることを特徴とするフォトマスク、下記の構成９であることを特徴とするパターン転写方法、下記の構成１０であることを特徴とするフラットパネルディスプレイの製造方法、及び下記の構成１１であることを特徴とするフォトマスクブランクである。

（構成１）
本発明は、透明基板上に、少なくとも露光光の一部を遮光する遮光部と、前記透明基板が露出した透光部とを含む転写用パターンが形成されたフォトマスクであって、前記遮光部が、前記遮光部の外周に沿って所定幅に形成されたエッジ領域と、前記遮光部において前記エッジ領域以外の部分に形成された中央領域とを有し、前記中央領域は、前記透光部を透過する前記露光光に含まれる代表波長の光に対して略１８０度の位相シフト量を有するように形成され、前記エッジ領域は、前記代表波長の光に対する位相シフト量が、前記中央領域より小さくなるように形成され、かつ、前記エッジ領域には、前記代表波長の光に対して５０％以下の透過率を有する光学膜が形成されることを特徴とするフォトマスクである。

本発明のフォトマスクは、上記の構成１に、下記の構成２〜８を適宜組み合わせることができる。

（構成２）
本発明のフォトマスクでは、前記中央領域にも光学膜が形成され、前記中央領域の光学膜が、前記代表波長の光に対して略１８０度の位相シフト量を有する位相シフト膜であることを特徴とすることができる。

（構成３）
本発明のフォトマスクでは、前記エッジ領域の光学膜が、前記代表波長の光に対して略１８０度の位相シフト量を有する位相シフト膜と、前記代表波長の光に対して８０％以下の透過率を有する透過調整膜とが積層された光学膜であることを特徴とすることができる。

（構成４）
本発明のフォトマスクでは、前記透過調整膜の前記代表波長の光に対する透過率が、０．１％以上であり、かつ、前記代表波長の光に対して９０〜２７０度の位相シフト量をもつことができる。

（構成５）
本発明のフォトマスクでは、前記透過調整膜の前記代表波長の光に対する透過率が０．１％未満であることができる。

（構成６）
本発明のフォトマスクでは、前記位相シフト膜の前記代表波長の光に対する透過率が、２０％以上であることを特徴とすることができる。

（構成７）
本発明のフォトマスクでは、前記遮光部又は前記透光部の幅が、３μｍ以下であることを特徴とすることができる。

（構成８）
本発明のフォトマスクでは、前記転写用パターンが、ラインアンドスペースパターンであることを特徴とすることができる。

（構成９）
本発明は、上記構成１〜８のいずれか１つに記載のフォトマスクを用い、露光装置を用いて前記転写用パターンを被転写体上に転写することを特徴とする、パターン転写方法である。

（構成１０）
本発明は、本発明は、構成９に記載の転写方法を用いることを特徴とする、フラットパネルディスプレイの製造方法である。

（構成１１）
本発明は、フラットパネルディスプレイの製造に用いるフォトマスクとなすための、フォトマスクブランクであって、透明基板上に、前記フォトマスクを露光する際の露光光に含まれる代表波長の光に対して、２０％以上の透過率及び略１８０度の位相シフト量を有する位相シフト膜と、前記代表波長の光に対して、８０％以下の透過率及び９０〜２７０度の位相シフト量を有する透過調整膜とが積層されていることを特徴とする、フォトマスクブランクである。
（構成１２）
本発明は、フラットパネルディスプレイの製造に用いるフォトマスクとなすための、フォトマスクブランクであって、透明基板上に、位相シフト膜と、透過調整膜とが積層された積層膜を有し、前記位相シフト膜は、前記フォトマスクを露光する際の露光光に含まれる代表波長の光に対して、２０％以上の透過率及び略１８０度の位相シフト量を有し、前記積層膜は、前記代表波長の光に対して、５０％以下の透過率及び±９０度以内の位相シフト量を有することを特徴とする、フォトマスクブランクである。

本発明により、微細パターンを確実に精緻に転写可能なフォトマスク、転写方法、及びフラットパネルディスプレイの製造方法を得ることができる。具体的には、微細パターン化による、透過光の光量不足を解消し、或いは更に、露光に必要な照射光量を節減し、かつエッチングマスクとしてすぐれた形状のレジストパターンを形成することができる。

（ａ）はバイナリマスクのラインアンドスペースパターンを示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のピッチＰを８μｍから４μｍまで次第に小さくした場合に、被転写体上に形成したレジスト膜上に照射される透過光の光強度分布を示すグラフである。 （ａ）〜（ｄ）は、図１（ｂ）の光強度分布のうち、ピッチ幅Ｐ＝８〜５μｍのラインアンドスペースパターンの透過光によって形成されるレジストパターンの断面形状を示すものである。（ｅ）は、（ｄ）と同じピッチ幅Ｐ＝５μｍで、露光装置の照射光量を１．５倍に増加させたときのレジストパターンの断面形状を示すものである。 （ａ）は、本発明のフォトマスクの構成の一例を示す断面模式図である。（ｂ）は、＜１＞透光部、＜２＞エッジ領域及び＜３＞中央領域を透過した透過光の光強度分布成分の説明図である。（ｃ）は、本発明のフォトマスクの光強度分布調整により、光強度分布が改善することを示す説明図である。 光学シミュレーションに用いた４種類の転写用パターンのフォトマスクの断面模式図である。 図４に示す、４種類の転写用パターンのフォトマスクによる、透過光の光強度分布曲線の光学シミュレーション結果を示す図である。 被転写体上のレジストパターンの側面形状の傾斜角を説明するための断面模式図である。 本発明のフォトマスクの製造方法の一例を示す断面模式図及び平面模式図である。

本発明のフォトマスクは以下の特徴をもつ。すなわち、本発明は、透明基板１０上に、少なくとも露光光の一部を遮光する遮光部１２と、前記透明基板１０が露出した透光部１１とを含む転写用パターンが形成されたフォトマスクであって、前記遮光部１２が、前記遮光部１２の外周に沿って所定幅に形成されたエッジ領域１４と、前記遮光部１２において前記エッジ領域１４以外の部分に形成された中央領域１６とを有し、前記中央領域１６は、前記透光部１１を透過する前記露光光に含まれる代表波長の光に対して略１８０度の位相シフト量を有するように形成され、前記エッジ領域１４は、前記代表波長の光に対する位相シフト量が、前記中央領域１６より小さくなるように形成され、かつ、前記エッジ領域１４には、前記代表波長の光に対して５０％以下の透過率を有する光学膜が形成されることを特徴とするフォトマスクである。

上記のように、本発明のフォトマスクは、所望のデバイスを製造するための転写用パターンをもち、この転写用パターンは、遮光部１２及び透光部１１を有する。この遮光部１２及び透光部１１のもつ露光光透過率の相違により、被転写体（液晶パネルなど）上のレジスト膜に、転写用パターンに基づいた光強度分布を形成する。そして、この光強度分布に応じて感光したレジスト膜を現像することにより、被転写体をエッチング加工する際のエッチングマスクとなる、レジストパターンの立体形状が得られる。

ここで上記レジストパターンは、被転写体上に所定のレジスト残膜を有する部分と有しない部分（現像後に残留する部分と、溶出してしまう部分）とのいわば２段階の階調によって、エッチングマスクとなるものである。換言すれば、本発明のフォトマスクは、少なくとも上記転写用パターン部分においては、２階調（レジスト残膜が有と無）であるといえる。尚、レジスト膜がポジ型でもネガ型でも制約は無いが、本明細書においてはポジ型レジストを用いて説明する。

尚、本発明の透光部１１と遮光部１２とは、両者を透過する露光光が形成する、光強度の分布によって、２段階の階調機能を奏するのであって、遮光部１２を構成する基板や光学膜が露光光を完全に遮光するものに限定されないことは、以下の説明により理解されるとおりである。すなわち、遮光部１２は、露光光の強度を低下させるための機能を有する部分であり、例えば、所定の位相の複数の光が回折による重ね合わせを生じことによって、レジスト膜に到達する露光光の強度を低下するように構成することができる。従って、遮光部１２には、所定の位相シフト膜パターン２１及び所定の透過調整膜パターン３１等の光学膜のパターンを配置することができることはもちろんのこと、遮光部１２に、基板の掘り込みなどの位相シフト作用を生じる構造を配置して、露光光の強度を低下させるように構成することもできる。

本発明のフォトマスクの構成を、図３（ａ）に例示する。図３（ａ）は、被転写体上に、ラインアンドスペースパターンを転写するためのフォトマスクが有する転写用パターンの断面模式図である。

ここで、透明基板１０としては、表面を研磨した石英ガラス基板などが用いられる。大きさは特に制限されず、当該マスクを用いて露光する基板（例えばフラットパネルディスプレイ用基板など）や露光１回あたりの面付数に応じて適宜選定される。例えば一辺３００〜１８００ｍｍ程度の矩形基板が用いられる。

本発明のフォトマスクは、透明基板１０上に、少なくとも露光光の一部を遮光する遮光部１２と、前記透明基板１０が露出した透光部１１とを含む転写用パターンを有するものである。図３（ａ）に示す形態では、光学膜として、露光光の代表波長に対して略１８０度の位相シフト量を有する膜（以下、位相シフト膜２０）と、前記代表波長に対して透過率が８０％以下であるような膜（以下、透過調整膜３０）を用い、これらに対してそれぞれ適切なパターニングを行うことで位相シフト膜パターン２１及び透過調整膜パターン３１を形成することによって、透光部１１と遮光部１２とが形成されている。ここでは、遮光部１２がライン部、透光部１１がスペース部に対応する。

本形態では、露光光を透過する透光部１１においては、透明基板１０が露出している。他方、遮光部１２においては、透明基板１０上に光学膜のひとつとして位相シフト膜２０の位相シフト膜パターン２１が形成されている。そして、この遮光部１２内において、外周に沿った所定幅のエッジ領域１４には、更に他の光学膜として、透過調整膜３０の透過調整膜パターン３１が形成されている。この結果、図３（ａ）に示すとおり、遮光部１２は、該遮光部１２の外周に沿って所定幅に形成されたエッジ領域１４と、該エッジ領域１４以外の部分である、中央領域１６（図３（ａ）では遮光部１２の外周から離れて形成された領域）とを有するものとなっている。エッジ領域１４には上記のとおり、位相シフト膜パターン２１と透過調整膜パターン３１とが積層しており、遮光部１２のエッジ領域１４以外（遮光部１２の中央を含む部分）には、位相シフト膜パターン２１のみが形成されている。この位相シフト膜パターン２１と透過調整膜パターン３１との積層順は、任意に選択することができ、図３（ａ）に示す積層順とは上下逆でもかまわない。

このような構成により、図３（ａ）に示すフォトマスクの遮光部１２は、透光部１１を透過する前記露光光に含まれる前記代表波長に対して略１８０度の位相シフト量を有するように形成された中央領域１６と、前記代表波長に対する位相シフト量が前記中央領域１６より小さく、かつ、前記代表波長に対して５０％以下の透過率を有する光学膜により形成されたエッジ領域１４を備えるものとなっている。

本発明のフォトマスクの透光部１１及び遮光部１２の寸法には特に制約は無い。但し、遮光部１２と透光部１１との幅の和（ラインアンドスペースパターンにおけるピッチ幅Ｐ）が５μｍ以下になったときに、本発明の効果が顕著に得られる。また、透光部１１の幅が３μｍ以下となったときに、発明の効果がより顕著である。ピッチ幅が小さくなり、これに伴って透光部１１の寸法が小さくなると、回折の影響が大きくなるとともに、透光部１１よって透過する光透過強度分布曲線のピークが下がるため、被転写体のレジスト膜に到達してレジストを感光させるには、光量不足となりやすい。このような現象に対して、本発明のフォトマスクは不都合を解消させるからである。透光部１１の幅が２μｍ以下の場合に、上記効果が更に大きい。

更に、透光部１１及び遮光部１２の幅が、３μｍ以下である場合に、本発明の効果が高い。更には、透光部１１、又は遮光部１２のいずれか、又は両方の幅が、２．５μｍ以下のとき、更には、２．０μｍ以下の場合に発明の効果が顕著である。

更に、このような転写用パターンを用いて、被転写体上にラインアンドスペースパターンを形成する際、被転写体上に、ピッチ幅Ｐが５μｍ以下のパターンを形成する場合、又は、幅３μｍ以下のラインパターン、及び／又は幅３μｍ以下のスペースパターンを形成する場合に、本発明の効果が顕著に得られる。

また、本発明のエッジ領域１４は、所定幅に形成され、一定幅であることが好ましい。この所定幅とは、ゼロを超える任意の値の幅であって、被転写体上に得ようとするレジストパターンの形状を基に決定することができる。図３（ａ）の形態では、エッジ領域１４は、遮光部１２の両エッジに、対向して、互いに等しい幅で形成されている。エッジ領域１４の幅は、用いる露光装置の解像限界以下の寸法とする。また、具体的なエッジ領域１４の幅寸法としては、０．１〜２μｍ、好ましくは、０．１〜１μｍとすることができる。

上記のような幅をもつエッジ領域１４を設定すると、被転写体上に届く透過光の光強度分布曲線が、エッジ領域１４を独立に解像せず（独立したパターン形状を形成せず）、透光部１１に対応する光強度のピークと、遮光部１２に対応する光強度のボトムとを、なだらかに連結する曲線を描くように設計することができる。

本形態において、位相シフト膜２０は、フォトマスクの露光に用いる露光光に含まれる代表波長に対し、透過率を２０％以上とすることができる。より好ましくは、位相シフト膜２０の代表波長に対する透過率を２０〜８０％、より好ましくは、３０〜７０％、更に好ましくは、４０〜７０％とすることができる。

ここで、露光光に含まれる代表波長としては、露光光が複数波長を含む場合（例えば、ｉ線、ｈ線、ｇ線を含む光源を使用する場合）には、これらの波長のいずれかとすることができる。例えば、ｉ線を代表波長とすることができる。尚、ｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれに対しても、本発明の透過率、位相シフト量を充足する形態が、より好ましい。

また、ここでいう透過率は、透明基板１０の、前記代表波長による透過率を１００％とした場合の、位相シフト膜２０の透過率である。

また、位相シフト膜２０は、上記代表波長に対する位相シフト量が、略１８０度であることが好ましい。ここで、略１８０度とは、位相シフト膜２０に入射する露光光に対する位相反転作用をもち、入射光と同位相の光との干渉することによって、遮光部１２に回り込んだ透過光の光強度を低減させるものである。具体的には、位相シフト膜２０の上記代表波長に対する位相シフト量は、１８０±６０度の範囲であることができる。ラジアン表記すると、
（２ｎ＋２／３）π〜（２ｎ＋４／３）π （ｎ：整数）
である。より好ましくは、１８０±３０度（（２ｎ＋５／６）π〜（２ｎ＋７／６）π） （ｎ：整数）である。

尚、後述するように、位相シフト膜２０の素材は、透過調整膜３０との間に、エッチング選択性を有することが好ましい。

本発明のフォトマスクに用いられる透過調整膜３０は、上記代表波長に対する透過率が、８０％以下（即ち、０〜８０％）であることが好ましい。ここで、透過調整膜３０には、実質的に光を透過しない（光学濃度ＯＤ＞３、つまり透過率０．１％未満）ものも含まれる。このような実質的に光を透過しない膜を、本明細書では遮光膜ともいう。

また、透過調整膜３０は、一部の光を透過するものであってもよい。その場合（透過率が０．１％以上の場合）には、透過率は８０％以下であり、好ましい範囲は、１０〜８０％、より好ましくは４０〜７０％である。

また、透過調整膜３０の透過率が０．１％以上の場合、透過調整膜３０は上記代表波長に対する位相シフト量が９０〜２７０度であることが好ましい。これは、ラジアン表記すると、
（２ｎ＋１／２）π〜（２ｎ＋３／２）π （ｎ：整数）
である。より好ましくは、１２０〜２４０度（（２ｎ＋２／３）π〜（２ｎ＋４／３）π） （ｎ：整数）である。

本形態において、エッジ領域１４は、上記のとおり、位相シフト膜２０と透過調整膜３０との積層であり、この積層によって露光光に含まれる代表波長に対する透過率が５０％以下となるように形成される。好ましくは、３０〜５０％、より好ましくは３５〜４５％である。
上記積層による位相シフト量は、上記代表波長に対して±９０度、より好ましくは、±６０度以内、更に好ましくは±４５度の範囲であることが好ましい。

図３（ａ）に示す、本発明の位相シフト膜２０、透過調整膜３０はそれぞれ単層で構成されているが、いずれか、又は両方が、複数層の積層により成るものであってもよい。図３（ｂ）に、本発明のフォトマスクが有する各膜の機能を図示する。

図３（ａ）に示すような転写用パターン（例えばラインアンドスペースパターン）をもつフォトマスクを用い、露光装置により、光照射するとき、被転写体上のレジスト膜４０が受ける、透過光の光強度分布成分を、図３（ｂ）の＜１＞、＜２＞及び＜３＞により表した。＜１＞は、透光部１１のパターンを透過する光の強度分布である。透光部１１のパターンを透過した光は、回折の影響によって、遮光部１２に対応する部分にもある程度の回り込みを生じるため、＜１＞の曲線に示されるように、ある広がりをもつ波型の分布を描く。但し、パターンが微細になり、パターンのピッチが小さくなる（例えば遮光部１２のパターン及び／又は透光部１１のパターンの幅が３μｍ以下になる）と、図２（ｄ）に示す状態に近づき、ラインアンドスペースパターンのエッチングを行うためのレジストパターンが形成できなくなる。

そこで、遮光部１２に相当する部分の光強度を有効に低下させるため、本形態では位相シフト膜２０を用い、中央領域１６を形成する。位相シフト膜２０による、中央領域１６の透過光の強度分布成分を図３（ｂ）の＜３＞に示す。この位相シフト膜２０は所定の位相シフト量を有しているため、位相シフト膜２０を透過した光は、透光部１１を透過する露光光のうち、回折によって遮光部１２に回り込む成分に対して、干渉によりこれを相殺し、この部分の光強度を下げることになる。尚、位相シフト膜２０の透過光は、位相シフトをすることにより、透光部１１を透過する露光光に対して干渉によりこれを相殺することになるため、図３（ｂ）では、＜３＞の光の強度を、マイナス側の強度として図示している。

尚、本発明のフォトマスクでは、位相シフト膜２０を形成する代わりに、同様の作用をもたらすように、透明基板１０表面に掘り込みを形成しても良い。この場合は、図３（ａ）の遮光部１２に相当する領域の透明基板１０を、得ようとする位相シフト量分の厚みだけ、表面から掘り込み除去することができる。

上述の位相シフト膜２０等による光強度低減の効果は、やはり回折の影響によって透光部１１に及ぶことから、透光部１１の光強度分布のピークを下げてしまう懸念がある。そこで本発明では、エッジ領域１４において、遮光部１２から透光部１１に回り込む反転位相の光を更に反転させ、透光部１１の透過光と同位相の成分を増加させ、透光部１１の光強度ピークを高める。このため、本形態では透過調整膜３０を、遮光部１２のエッジ付近に配置している。透過調整膜３０による、エッジ領域１４での透過光の光強度分布成分を図３（ｂ）の＜２＞に示す。

上記のような光強度分布調整を行った結果、図３（ｃ）に示すとおり、バイナリマスクの透過光強度分布に対して、透光部１１の光強度ピークを上げ、遮光部１２の光強度ボトムをより下げることができる。これにより、光強度分布曲線はコントラストが高くなり、被転写体上に形成されるレジストパターン形状は良好になる。すなわち、その側面形状が改善される（傾斜角が大きくなる）ため、エッチングマスクとして、加工精度の向上に寄与する。

尚、エッジ領域は、上記の態様では位相シフト膜２０と透過調整膜３０との積層であるが、これ以外の構成を採る場合でも、エッジ領域としての透過率は上記と同様に、露光光の代表波長に対する透過率が５０％以下、好ましくは、３０〜５０％、より好ましくは３５〜４５％とすることができる。その場合のエッジ領域の位相シフト量は、±９０度以内とすることが望ましい。

また、上記では位相シフト膜２０が透明基板に形成されてなる中央領域について説明したが、それ以外の構成を採る場合においても、透過率を２０％以上（より好ましくは、２０〜８０％、より好ましくは、３０〜７０％、更に好ましくは、４０〜７０％）、位相シフト量は、１８０±６０度、より好ましくは、１８０±３０度とすることができる。

次に、本発明のフォトマスクの製造方法の例について、図７を参照して、以下に説明する。
（１）透明基板１０上に位相シフト膜２０と透過調整膜３０がこの順に形成され、更にフォトレジスト膜４０が形成されたフォトマスクブランクを用意する。（図７（ａ））
（２）描画機を用い、エッジ領域１４形成用パターンを描画する。
（３）現像し、形成されたレジストパターン４１をマスクにして、透過調整膜３０をエッチングする。（図７（ｂ））
（４）レジストを剥離し、再度、全面にレジスト膜４０を形成したのち、遮光部１２形成用パターンを描画する。（図７（ｃ）及び（ｄ））
（５）現像し、形成されたレジストパターン５１をマスクにして、位相シフト膜２０をエッチングする。（図７（ｅ））
（６）レジストを剥離する。（図７（ｆ））

尚、位相シフト膜２０及び透過調整膜３０のエッチングはドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。エッチャントは公知のものを使用できる。

位相シフト膜２０の材料としては、例えば、金属シリサイド化合物（Ｔａ_ｘＳｉ_ｙ、Ｍｏ_ｘＳｉ_ｙ、Ｗ_ｘＳｉ_ｙ又はそれらの窒化物、酸窒化物など）、Ｓｉ化合物（ＳｉＯ_２、ＳＯＧ）、Ｚｒ合金(ＺｒＳｉ_ｘＯ_ｙなど)、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＺｒＯ_２（酸化ジルコニウム）、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）、ＷＯ_３（酸化タングステン）、ＴｉＯ_２（酸化チタン）等が挙げられる。

透過調整膜３０の材料としては、Ｃｒ化合物（Ｃｒの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物など）、Ｓｉ化合物（ＳｉＯ_２、ＳＯＧ）、Ｚｒ合金(ＺｒＳｉ_ｘＯ_ｙなど)、金属シリサイド化合物（Ｔａ_ｘＳｉ_ｙ、Ｍｏ_ｘＳｉ_ｙ、Ｗ_ｘＳｉ_ｙ又はそれらの窒化物、酸窒化物など）等のほか、上記位相シフト膜２０の材料として挙げた、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＺｒＯ_２（酸化ジルコニウム）、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）、ＷＯ_３（酸化タングステン）、ＴｉＯ_２（酸化チタン）等を挙げることができる。但し、位相シフト膜２０と透過調整膜３０の材料が同一だと、相互にエッチング選択性が無いため、異なる材料とすることが好ましい。

両膜の組み合わせの例としては、互いにエッチング選択性があれば特に制約は無いが、例えば位相シフト膜２０にＩＴＯを使用し、透過調整膜３０にＣｒ化合物、或いは、位相シフト膜２０にＺｒＯ_２を使用し、透過調整膜３０にＣｒ化合物を使用する、などが好適な例として挙げられる。

本発明の用途に特に限定は無い。例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）の透明電極パターンなど、フラットパネルディスプレイの領域で、多様な用途に用いられる。このようなラインアンドスペースパターンの形成は、線幅が３μｍ以下になると難度が高いため、本発明の効果が顕著である。

詳細には、転写用パターンがラインアンドスペースパターンであるとき、ピッチ幅Ｐ（転写用パターンのライン幅ＭＬ、スペース幅ＭＳの合計）が６μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下のときに発明効果が顕著であり、このとき、ＭＬは、２．８μｍ以下、より好ましくは２．５μｍ以下、更に好ましくは２μｍ以下であるときに、発明の効果がより顕著である。ＭＳについても、２．８μｍ以下、より好ましくは２．５μｍ以下、更に好ましくは２μｍ以下であるときに、発明の効果がさらに顕著である。

また、図３（ａ）では、ラインアンドスペースパターンを転写用パターンとした場合の例を挙げたが、本発明のフォトマスクにおける転写用パターンの形状にも制約は無い。本発明のフォトマスクをホールパターンに適用してもよい。

本発明は更に、当該フォトマスクを用いたパターン転写方法を含む。本発明のフォトマスクを用いたパターン転写は、露光装置の照射光量を増加させずに、微細なパターンを転写させることを可能にする。このため、省エネルギー、或いは露光時間の短縮、生産効率の向上に著しいメリットをもたらす。

本発明の転写方法においては、標準的なＬＣＤ用露光装置を用いることができる。この場合、例えば、開口数ＮＡを０．０６〜０．１０、コヒレンスσを０．５〜１．０の範囲とすることができる。こうした露光装置は、一般に、３μm程度を解像限界としている。露光光源としては、３６５〜４３６nm（ｉ線〜ｇ線）を含む光源を用いることが好ましい。

もちろん、本発明は、より広い範囲の露光機を用いた転写に際して適用することも可能である。例えば、ＮＡが０．０６〜０．１４、又は０．０６〜０．１５の範囲とすることができる。ＮＡが０．０８を超える、高解像度の露光機にもニーズが生じており、これらにも適用できる。

こうした露光装置は、光源としてｉ線、ｈ線、ｇ線を含み、これらをすべて含んだ照射光（単一光源に対し、ブロードな光源であるため、以下ブロード光ともいう）を用いることができる。この場合、代表波長とは、ｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれとしても良いことは、前述のとおりである。

また、本発明は、上記フォトマスクを用いた、フラットパネルディスプレイの製造方法も含む。例えば、本発明のフォトマスクを用いて、ＴＦＴの電極パターン形成を行う、或いは、ＴＦＴのコンタクトホールパターンの形成を行う、など、その用途には制限は無い。

更に、本発明は、パターニングを経て上記フォトマスクとすることができる、フォトマスクブランクを含む。このフォトマスクブランクは、透明基板１０上に、前記フォトマスクを露光する際の露光光に含まれる代表波長の光に対して、２０％以上の透過率及び略１８０度の位相シフト量を有する位相シフト膜２０と、前記代表波長の光に対して、８０％以下の透過率及び９０〜２７０度の位相シフト量を有する透過調整膜３０とが積層されていることを特徴とする。

また、本発明のフォトマスクブランクとしては、以下のものも好適に利用できる。すなわち、透明基板上に、位相シフト膜と、透過調整膜とが積層された積層膜を有し、前記位相シフト膜は、前記フォトマスクを露光する際の露光光に含まれる代表波長の光に対して、２０％以上の透過率及び９０〜２７０度の位相シフト量を有し、前記積層膜は、前記代表波長の光に対して、５０％以下の透過率及び±９０度以内の位相シフト量を有することを特徴とする、フォトマスクブランクである。

上記各膜の好ましい態様は、上述のとおりである。また、これらの膜は、透明基板１０上に、スパッタ法など公知の成膜法によって、形成することができる。

以上から明らかなとおり、本発明のフォトマスクは、微細パターン化による、透過光の光量不足を解消し、或いは更に、露光に必要な照射光量を節減し、しかも、エッチングマスクとしてすぐれた形状のレジストパターンを形成することができる。このようなレジストパターンを、従来パターニングが困難であった微細パターンにおいて実現する意義は大きい。特に、液晶表示装置に代表される、フラットパネルディスプレイの製造分野で有利に使用される。本発明のフォトマスクを用いれば、従来のＬＣＤ用露光機を用いた場合でも、照射光量を増加することなく、被転写体上のレジスト膜を感光させるための十分な露光光量の確保し、コントラストを向上することができるので、低コストで、転写パターンの微細化を行うことができる。

図４に示す、４種類の転写用パターンをもつフォトマスクについて、光強度分布曲線及びそれによる転写体のレジストパターン形状についての光学シミュレーションを行った。シミュレーション条件としては、転写に用いる露光装置の光学条件を考慮して、次のように設定した。
ピッチ幅 ４．０μｍ（１：１のラインアンドスペースパターン）
開口数ＮＡ ０．０８３
コヒレンス σ ０．８
各波長の強度比 ｇ：ｈ：ｉ＝１：１：１
位相シフト膜２０の位相シフト量 １８０度（ここではｇ＝ｈ＝ｉとして設定)

図５に、図４に示す、４種類の転写用パターンのフォトマスクによる、上述の光学シミュレーションによって得られた透過光の光強度分布曲線を示す。図５は、図４に示す、４種類の転写用パターンをもつフォトマスクを、露光装置により露光した場合に、レジスト膜４０が受ける光強度分布を示したものである。図４に示す各サンプルにおいて、透過率及び位相シフト量は、代表波長をｈ線としたものである。

図４に示すそれぞれのサンプルＡ、Ｂ、Ｃ及びＤは、ピッチ幅Ｐ＝４μｍ（ライン幅ＭＬ＝スペース幅ＭＳ＝２μｍ）のラインアンドスペースパターンを転写用パターンとしてもつマスクである。

サンプルＡ（比較例、バイナリマスク）
標準サンプルとしてのバイナリマスク（ＯＤ３以上の遮光膜で転写用パターン（ラインアンドスペースパターン）を形成した。ピッチ幅Ｐ＝４μｍ（ライン幅ＭＬ＝スペース幅ＭＳ＝２μｍ）

サンプルＢ（参考例１）
透過率４％、位相シフト量４５度である半透光膜をパターニングすることにより、上記サンプルＡと同様の転写用パターンを作成した。

サンプルＣ（実施例）
位相シフト膜２０をパターニングすることによってピッチ幅Ｐ＝４μｍ（ライン幅ＭＬ＝スペース幅ＭＳ＝２μｍ）のラインアンドスペースパターンを形成し、更に、そのラインパターン（遮光部１２）の両エッジに沿って、それぞれ０．５μｍ幅の透過調整膜３０を積層した。従って、中央に１μｍの幅で、位相シフト膜２０のみの部分がある。位相シフト膜２０は、位相シフト量が１８０度、透過率が７０％とし、透過調整膜３０は、位相シフト量が１８０度、透過率５７％のものを用いた。

サンプルＤ（参考例２）
遮光膜をパターニングすることによって、ピッチ幅４μｍ（ライン幅ＭＬ＝１μｍ、スペース幅ＭＳ＝３μｍ）のラインアンドスペースパターンを形成し、更に、同ピッチ幅（ライン幅ＭＬ＝２μｍ、スペース幅ＭＳ＝２μｍ）の位相シフト膜（透過率５％、位相シフト量１８０度）によるパターンを積層して形成した。２μｍ幅のラインパターンの中央部のみが、遮光膜パターンと位相シフト膜パターンの積層構造になっている。

図５を参照すると、サンプルＡに対して、サンプルＢは、光強度が全体に高くなっている。従って、上記図１で説明した光量不足の問題をある程度解決できることがわかる。但し、サンプルＡの曲線と比べて、曲線のピークに至る傾きはほぼ同じであって、コントラストは高くなっていない。この場合、被転写体上に形成されるレジストパターンの側面形状においても、傾斜角を大きくする方向での改善はほとんど無い。

サンプルＤにおいては、位相シフト膜の作用によって透過光量が全体に下がってしまい、レジスト膜に対する光量不足は、サンプルＡのバイナリマスクよりも深刻となる。また、カーブの傾斜も、サンプルＡのバイナリマスクとほぼ同等であり、コントラストの改善はみられない。

これに対して、サンプルＣ（本発明のフォトマスク）においては、サンプルＡに対してピークの光強度が高くなっているため、レジスト膜４０に到達する光の強度不足が解消できる。或いは、これに加えて露光装置による照射光量を低減させることも可能となる。この場合、露光照射光量は走査露光に必要な時間と相関するため、照射光量の低減により、露光時間の短縮、つまり生産効率の向上が可能となる。また、図５から明らかなとおり、光強度分布曲線の傾きも大きくなり、被転写体上のレジストパターンの側面形状が改善することがわかる。

ここで、傾斜角とは、図６に示すように、被転写体上のレジストパターンの側面形状が被転写体面に垂直である場合を９０度（最大）として、表現する。被転写体上のレジストパターンをエッチングマスクとして被加工体をエッチングする際、傾斜角が大きい（９０度に近い）ほど、露光光量のばらつき等工程の変動に対する線幅変動が小さい。そのため、傾斜角が大きい（９０度に近い）ほど、良好な状態と評価される。

尚、本明細書における光強度分布曲線、及びそれによるレジストパターン形状については、光学シミュレーションにより得たものである。シミュレーション条件としては、転写に用いる露光装置の光学条件を考慮して設定したものである。

尚、代表波長は、ｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれとしても良い。シミュレーションにおいては、単純化のためにこれらの強度比を１：１：１としても良く、又は実際の露光装置の強度比を考慮した比率にしても良い。

上記から理解されるとおり、本発明のフォトマスクは、位相シフト膜２０による露光光位相の反転作用を、透光部１１から透過して回り込む回折光による光強度低減のために用いている。遮光部１２に対応する被転写体上の位置であって、本来遮光されるべきところに、透光部１１からの回折光の回り込みが存在するので、光の干渉による相殺作用が有効に作用する。その一方、遮光部１２のエッジ付近（エッジ領域１４）においては、位相シフト膜２０の作用は実質的に発現しない。透過調整膜３０によって、この部分の位相シフト作用が低減されている（反転していない）からである。

公知のいわゆる位相シフトマスクは、パターンエッジにおいて位相を反転させ、透過光のコントラストを上げているが、本発明は、パターンエッジではむしろ位相反転作用を低減させている点で、対照的である。

本発明者らによると、このエッジ領域１４が存在することにより、遮光部１２に対応する領域で有効に光強度を下げるにも関わらず、透光部１１に対応する領域の光強度ピークを下げない。むしろ、このエッジ領域１４が存在することにより、透光部１１に対応する領域の光強度ピークを高めることができる。この意味で、エッジ領域１４は、透光部１１による光の透過を補助する、透過補助パターンとしても機能する。

尚、本発明は、上述の位相シフト膜、透過補助膜に加えて、本発明の作用を妨げない限りにおいて、他の膜や基板構造が併用されることを排除しない。

１０ 透明基板
１１ 透光部
１２ 遮光部
１４ エッジ領域
１６ 中央領域
２０ 位相シフト膜
２１ 位相シフト膜パターン
３０ 透過調整膜
３１ 透過調整膜パターン
４０、５０ レジスト膜
４１、５１ レジストパターン

Claims (8)

1. 一辺が３００〜１８００ｍｍの透明基板上に、少なくとも露光光の一部を遮光する遮光部と、前記透明基板が露出した透光部とを含む、ラインアンドスペースパターンからなる転写用パターンが形成されたフラットパネルディスプレイ製造用のフォトマスクであって、
   前記遮光部が、前記遮光部の外周に沿って所定幅に形成されたエッジ領域と、前記遮光部において前記エッジ領域以外の部分に形成された中央領域とを有し、
   前記中央領域は、前記透光部を透過する前記露光光に含まれる代表波長の光に対して略１８０度の位相シフト量を有するとともに、前記代表波長に対する透過率が４０〜８０％となる位相シフト膜が形成されてなり、
   前記エッジ領域は、前記代表波長の光に対する位相シフト量が、前記中央領域より小さく、かつ、±９０度以内となるとともに、前記代表波長の光に対して３０〜５０％の透過率であって、前記中央領域の透過率より低い透過率を有する光学膜が形成されてなり、
   前記光学膜は、前記位相シフト膜と、前記代表波長の光に対して８０％以下の透過率を有する透過調整膜とが積層されたものであることを特徴とするフォトマスク。
2. 前記位相シフト膜の前記代表波長の光に対する透過率が、４０〜７０％であることを特徴とする、請求項１に記載のフォトマスク。
3. 前記透過調整膜は、前記代表波長の光に対して９０〜２７０度の位相シフト量をもつ、請求項１〜２のいずれか１項に記載のフォトマスク。
4. 前記遮光部又は前記透光部の幅が、３μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフォトマスク。
5. 開口数ＮＡが０．０６〜０．１５の範囲の露光装置を用いて露光するためのフォトマスクであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフォトマスク。
6. ｉ線、ｈ線、及びｇ線を含む光源で露光するためのフォトマスクであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフォトマスク。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のフォトマスクを用い、ｉ線、ｈ線、及びｇ線を含む光源、及び開口数ＮＡとして０．０６〜０．１５をもつ露光装置を用いて前記転写用パターンを被転写体上に転写することを特徴とする、パターン転写方法。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のフォトマスクを用い、ｉ線、ｈ線、及びｇ線を含む光源、及び開口数ＮＡとして０．０６〜０．１５をもつ露光装置を用いて前記転写用パターンを被転写体上に転写する工程を含む、フラットパネルディスプレイの製造方法。