JP6139826B2 - フォトマスク、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 - Google Patents

Description

本発明は、高精度に転写用パターンを転写するためのフォトマスク、それを用いたパターン転写方法、フラットパネルディスプレイの製造方法に関する。

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。

例えば、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。

特開２００９−４２７５３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ない。

フォトマスクに形成される転写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、パターニングされた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、透過光の光強度カーブを示す（図１（ｂ））。ピッチ幅Ｐが８μｍ（ライン幅ＭＬ＝４．８μｍ、スペース幅ＭＳ＝３．２μｍ）から、ピッチ幅Ｐが４μｍ（ライン幅ＭＬ＝２．８μｍ、スペース幅ＭＳ＝１．２μｍ）まで次第に微細化したときは、光強度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側面形状を、図２（ａ）〜（ｄ）に示す。この場合、図２（ｄ）に示すように、ピッチＰが５μｍ（ライン幅ＭＬ＝３．３μｍ、スペース幅ＭＳ＝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。尚、図１、及び図２は、図１に記したシミュレーション条件を用いて得たものである。「g/h/i＝1/1/1」は、露光光に含まれるｇ線、ｈ線、i線の各波長の強度比が１：１：１であることを表わす。また、これらの照射光量（Ｅｏｐ）は、１００ｍＪに規格化した。

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。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、図２（ｅ）には、照射光量を増加させることによって、レジストパターンを良好に分離させた場合を示す。ここでは、図２（ａ）〜（ｄ）に用いた照射量に対し、１．５倍の照射光量が必要であった。

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）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、更に異なるパターンへの適用性、及び、パターニング安定性や精度を高めるニーズが生じた。

例えば、コンタクトホールを形成するためのホールパターンをもつフォトマスクにおいては、更に厳しいニーズがある。フラットパネルディスプレイ分野においては、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のパッシベーション層に形成するコンタクトホールなど、様々な電子デバイスに必要なホールパターンなどに、微細なホールを確実に形成することが望まれる場面が多い。こうしたホールの形成においては、確実にホールが形成されることが、最終製品の動作不良防止のためには必須である。しかしながら、径が微細化される動向とともに、フォトマスクによる転写時に、被転写体上に到達する光量不足が生じて、不完全なホールの形成が生じやすい。

ところで、上記用途におけるホールの形成は、フォトマスクを用いて、露光装置により、被転写体上に形成したレジスト膜にフォトマスクのもつ転写用パターンを転写し、該レジスト膜を現像することによって得たレジストパターンをマスクとしてエッチング加工を行う。このエッチングにおいては、ウェットエッチングによるほか、パターンの微細化とエッチング精度へのニーズに応じて、ドライエッチングを用いることも多い。

しかしながら、ドライエッチングを適用する際には、レジストパターン自体もエッチングされるため、減膜し、かつ、線幅精度に狂いが生じにくいように、レジストパターンの断面の傾斜角を大きくしたい場合がある（傾斜角については図９（ｄ）を参照）。更に、ホールパターンにおいては、線幅のわずかなずれが、ホール面積に対して二乗の差異となって影響するため、線幅精度に対する制御の要求は高い。

また、ホールパターンの形成にあたっては、その断面の傾斜角を所望値に制御したいとのニーズもある。例えば、層間絶縁膜中に配線形状の溝を形成し、金属を埋め込むことを想定したとき、埋め込みの容易さを考慮すると、溝には所定の傾斜角（例えば２０°〜６０°）を精度高く形成したい場合などが考えられる。このような場合には、ホールを形成するためのレジストパターンの傾斜角を上記にように制御することが有用であり、また、所定の形状に形成されたレジストパターンをそのまま最終製品の一部とすることも可能である。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、微細かつ高精度なホールパターンの形成が可能なフォトマスク、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を提案しようとするものである。

本発明の形態１によれば、
透明基板上に形成された、少なくとも半透光膜がパターニングされることにより形成された、透光部と半透光部を含む転写用パターンをもつフォトマスクであって、前記透光部は、５μｍ以下の幅で透明基板が露出してなり、
前記半透光部は、前記透光部を囲んで、前記透明基板上に形成された半透光膜によってなり、
前記半透光膜は、露光光の代表波長に対する透過率が２〜６０％、位相シフト量が９０°以下であることを特徴とする、フォトマスクが提供される。

本発明の形態２によれば、
透明基板上に形成した半透光膜と遮光膜がパターニングされることにより形成された、透光部と半透光部と遮光部を含む転写パターンをもつフォトマスクであって、
前記透光部は、５μｍ以下の幅で透明基板が露出してなり、
前記半透光部は、前記透光部を囲んで、前記透明基板上に形成された半透光膜によってなり、
前記遮光部は、前記半透光部を囲んで、前記透明基板上に形成された少なくとも遮光膜によってなり、
前記半透光膜は、露光光の代表波長に対する透過率が２〜６０％、位相シフト量が９０°以下であることを特徴とする、フォトマスクが提供される。

本発明の形態３によれば、
前記半透光部は、前記透光部を囲んで前記透光部のエッジに沿って一定幅に形成され、かつ、前記幅は、露光装置の解像限界以下であることを特徴とする、形態２に記載のフォトマスクが提供される。

本発明の形態４によれば、
前記転写用パターンは、被転写体上に３μｍ未満の径をもつホールを形成するためのホールパターンであることを特徴とする、形態１〜３のいずれかに記載のフォトマスクが提供される。

本発明の形態５によれば、
形態１〜４のいずれかに記載のフォトマスクを用い、露光装置によって、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、パターン転写方法が提供される。

本発明の形態６によれば、
形態１〜４のいずれかに記載のフォトマスクを用い、露光装置によって、前記転写用パターンを被転写体上のレジスト膜に転写する、パターン転写方法であって、
前記レジスト膜が現像後に形成するレジストパターンの側面形状を、傾斜角４０°以上とすることを特徴とする、パターン転写方法が提供される。

本発明の形態７によれば、
形態５又は６に記載のパターン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が提供される。

本発明のフォトマスク、パターン転写方法によれば、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優れた形状のレジストパターンを形成することができる。

また、本発明のフラットパネルディスプレイの製造方法によれば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造等において、微細なホールを確実に形成し、歩留や最終製品の精度を向上することができる。

（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カーブを示すグラフである。 （ａ）〜（ｄ）は、図１（ｂ）の光強度カーブのうち、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、本発明の実施の形態１に係るホールパターンのフォトマスクの模式図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態２に係るホールパターンのフォトマスクの模式図、（ｂ）、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図３（ｂ）に示すフォトマスクの製造工程を示すフロー図である。 （ａ）〜（ｇ）は、図４（ｂ）に示すフォトマスクの製造工程を示すフロー図である。 （ａ）〜（ｇ）は、図４（ｃ）に示すフォトマスクの製造工程を示すフロー図である。 （ａ）〜（ｆ）は、図４（ｂ）に示すフォトマスクの他の製造工程を示すフロー図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ホールパターンのフォトマスクの比較例、実施例１、実施例２のマスクイメージを示すものである。（ｄ）は、シミュレーション評価項目とその説明図である。 図９の比較例、実施例１、実施例２のシミュレーション結果を比較するものであり、（ａ）は照射光量、（ｂ）はレジスト傾斜角、（ｃ）はレジスト膜減りを示すグラフである。

本発明のフォトマスクは、
透明基板上に形成された、少なくとも半透光膜がパターニングされることにより形成された、透光部と半透光部を含む転写用パターンをもつフォトマスクであって、
前記透光部は、５μｍ以下の幅で透明基板が露出してなり、
前記半透光部は、前記透光部を囲んで、前記透明基板上に形成された半透光膜によってなり、
前記半透光膜は、露光光の代表波長に対する透過率が２〜６０％、位相シフト量が９０°以下であることを特徴とする（形態１）。

更に本発明の他のフォトマスクは、
透明基板上に形成した半透光膜と遮光膜がパターニングされることにより形成された、透光部と半透光部と遮光部を含む転写パターンをもつフォトマスクであって、
前記透光部は、５μｍ以下の幅で透明基板が露出してなり、
前記半透光部は、前記透光部を囲んで、前記透明基板上に形成された半透光膜によってなり、
前記遮光部は、前記半透光部を囲んで、前記透明基板上に形成された少なくとも遮光膜によってなり、
前記半透光膜は、露光光の代表波長に対する透過率が２〜６０％、位相シフト量が９０°以下であることを特徴とする（形態２）。

上記構成からなる本発明はいずれも、ホールパターン等の、囲まれた（閉じた）形状のパターンを転写し、被転写体にコンタクトホールなどを形成するために用いるフォトマスクであり、その実施の形態１に係る構成を図３、及びその実施の形態２に係る構成を図４に例示する。

本発明のフォトマスクにおける前記転写用パターンは、被転写体上に３μｍ以下の径をもつホールを形成するためのホールパターンであるときに特に有用である。ここでホールの径とは、円形であればその直径、矩形であればその最短の一辺の長さをいう。また、本発明のフォトマスクにおける「透明基板上に形成された」とは、透明基板上に直接又は間接に形成されたことを意味する。

＜形態１について＞
図３（ａ）、（ｂ）において、本形態１のフォトマスク１の透明基板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１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）に応じて適宜選定される。例えば一辺３００ｍｍ以上の矩形基板が用いられる。

本形態１のフォトマスクは、透光部１１と半透光部２１を有する。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。半透光部２１は、透明基板１０上に半透光膜２０が形成されてなり、この半透光膜２０は単層でもよく、複数層の積層により成るものであっても良い。この半透光膜２０は、露光光に含まれる代表波長の光に対して、２〜６０％の透過率をもち、かつ、前記代表波長に対して、９０°以下の位相シフト作用を有する。

この９０°以下の位相シフト作用とは、好ましくは、前記露光光の代表波長に対する位相シフト量が、０°を越え９０°以下である。この場合の半透光部２１は、いわゆる位相シフト作用を発揮させてコントラストを向上する機能を発揮するよりも、むしろ透光部１１の透過光量を補助する機能をもつ。従って、半透光膜２０は、透過補助膜と考えることができ、半透光部２１は、透過補助部と考えることができる。

尚、仮に半透光膜２０の位相シフト量が１８０°に近いものであると、透光部１１と半透光部２１の境界において位相反転した回折光が互いに干渉し、本発明でいう透過補助の機能がむしろ阻害されることが、発明者らの検討により見出されている。

また、位相シフト量が過度に小さい場合には、半透光膜２０を構成する素材の選択が容易でないこと、位相シフト量が過度に大きい場合には、逆位相の光の干渉が生じて透過光量の補助効果が損なわれることを考慮して、該膜２０の素材と膜厚とを選択することが望ましい。半透光膜２０の位相シフト量の範囲は、０°を超え、９０°以下（これは、ラジアン表記すると、（２ｎ−１/２）π〜（２ｎ＋１/２）π（ｎは整数）との意味である）とし、好ましくは５〜６０°、更に好ましくは５〜４５°である。

半透光膜２０の透過率とは、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、半透光膜２０の透過率である。

半透光膜２０の透過率があまりにも小さいと、本発明の透過補助の機能を十分に発揮できず、透過率が大きすぎると、半透光膜の膜厚制御等、マスク製造の難度が高くなるため、半透光膜２０の透過率は上記の２〜６０％の範囲とする。なお、半透光膜２０の好ましい透過率範囲は３〜４５％、より好ましくは３〜３０％、更に好ましくは５〜２０％である。

ここで、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。これら波長のいずれに対しても、上記数値範囲を充足することがより好ましい。

本発明において被転写体とは、本発明のフォトマスクを使用して得ようとするデバイス、又はその中間体であって、例えばＴＦＴ基板、又はその中の特定レイヤ（層）などであることができる。一般に、被転写体は薄膜、又はその積層構造を有し、これをエッチングにより加工するために、レジスト膜が塗布される。

このようなフォトマスクを利用し、レジスト膜を塗布した被転写体上に露光する結果、被転写体上には、図９（ｄ）に示すレジストパターンとして形成される。

ここでは透光部１１によるレジストの抜きパターンと、半透光部２１によるレジスト残膜がなだらかに連結している。そして、ここでの半透光部２１の機能は、透光部１１による光の透過量を補助する役割を果たしており、いわば透過補助パターンとして機能している。

半透光部２１に用いる半透光膜２０の透過率により、上記レジストパターンの形状を制御することが可能である。例えば、レジストパターンの側面の傾斜角を２０〜６０°、より好ましくは４０〜６０°、或いは、より倒れの顕著なパターンを得ようとする場合は、２０〜４０°とすることができる。

＜形態２について＞
図４（ａ）〜（ｃ）において、本形態２のフォトマスク２の透明基板１０については形態１と同様である。本形態２のフォトマスク２は、透光部１１と半透光部２１に加えて遮光部３１を有する。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。半透光部２１は、透明基板１０上に半透光膜２０が形成されてなり、この半透光膜２０は単層でもよく、複数層の積層により成るものであっても良い。この半透光膜２０は、露光光に含まれる代表波長の光に対して、２〜６０％の透過率をもち、かつ、前記代表波長に対して、９０°以下の位相シフト作用を有する点は上記と同じである。

上記形態１と同様に、この９０°以下の位相シフト作用とは、好ましくは、前記露光光の代表波長に対する位相シフト量が、０°を越え９０°以下である。ここでも半透光部２１は、いわゆる位相シフト作用を発揮させてコントラストを向上する機能を発揮するよりも、透光部１１の透過光量を補助する透過補助部と考えることができる。

また、仮に半透光膜２０の位相シフト量が１８０°に近いものであると、透光部１１と半透光部２１の境界において位相反転した回折光が互いに干渉し、本発明でいう透過補助の機能がむしろ阻害されることも、上記形態１と同様に確認されている。

ここでも、半透光膜２０の位相シフト量の範囲は、０°を超え、９０°以下（これは、ラジアン表記すると、（２ｎ−１/２）π〜（２ｎ＋１/２）π（ｎは整数）との意味である）とし、好ましくは５〜６０°、更に好ましくは５〜４５°である。
尚、半透光膜２０の透過率とは、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、半透光膜２０の透過率である。

本形態２の半透光膜２０の露光光透過率は、上記形態１と同様２〜６０％の範囲とする。尚、半透光膜２０の好ましい透過率範囲は１０〜６０％、より好ましくは２０〜６０％、更に好ましくは３０〜５０％である。

本形態２においても、代表波長とは、上記形態１と同様である。すなわち、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、例えば、ｉ線を代表波長とすることができる。これら波長のいずれに対しても、上記数値範囲を充足することがより好ましい。

本形態２において、遮光膜３０は、必ずしも露光光に対する完全な遮光性を持たなくても良い。遮光部３１を（単層で又は半透光膜２０との積層で）形成したときに、この部分の露光光透過率が、半透光部２１より小さければよい。積層とする場合の遮光部３１の好ましい露光光透過率についていえば、半透光膜２０と積層したときに、露光光に対する光学濃度ＯＤが３以上であることが好ましく、より好ましくは、遮光膜単独でＯＤが３以上である。

また、遮光部３１は、遮光膜３０単独で形成されることもできるが、図４（ｂ）、（ｃ）に示されるように、半透光膜２０と遮光膜３０の積層で構成されることが好ましい。この場合、積層順には制約は無い。

本形態２によると、半透光部２１は、透光部１１を囲み、かつ、透光部１１のエッジに沿って所定幅で形成されている。その幅は、露光装置に解像されない幅に形成されている。この様子は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すとおりである。ここで、半透光部２１は遮光部３１のエッジに隣接しており、かつ、透光部１１にも隣接している。すなわち、半透光部は、遮光部３１と透光部１１の間に位置している。そして好ましくは一定幅に形成されている。

半透光部２１の幅は、露光装置によって解像されない。一般にＬＣＤ用露光装置(後述)においては、解像限界が３μｍとしている。本形態２の半透光部２１の幅は、この寸法以下である。また、本形態２の半透光部２１は、露光時に被転写体上に解像しない程度の微細な幅である。すなわち、露光条件によって、転写用パターンに露光光を照射したとき、被転写体が受ける透過光の光強度曲線には、半透光部２１に相当する部分において、独立のパターン形状が観測されず、透光部１１による光強度のピークと、遮光部３１による光強度のボトムをなだらかに連続するカーブを描く。

この結果、被転写体上のレジスト膜は、図９（ｄ）に示すレジストパターンとして形成される。

ここで、図９（ｄ）に示すレジストパターンの側面形状には、一定幅の半透光部２１による独立した転写形状としては現われず、ここでは透光部１１によるレジストの抜きパターンと、遮光部３１によるレジスト残膜をなだらかに連結させている。ここでは、レジストパターンの一側面において、残膜量は単調増加、または単調減少している。そして、ここでの半透光部２１の機能は、透光部１１の周囲において、透光部１１による光の透過量を補助する役割を果たしており、いわば透過補助パターンとして機能している。

また、本形態２のフォトマスク２の断面は図４（ｂ）、（ｃ）のような構成とすることができる。これらの相違は、遮光膜３０と半透光膜２０の積層順が逆であることである。

半透光部２１の幅が大きすぎると、形成されるレジストパターンの側面形状の倒れが顕著になりやすい（傾斜角が小さくなりやすい）。従って、側面形状の倒れを防ぎたい場合には、この幅を、１μｍ以下とすることが好ましい。好ましい範囲としては、０．１〜１μｍである。遮光部３１の対向するエッジに隣接して、それぞれ第１半透光部２１Ａ、第２半透光部２１Ｂが形成される場合には、第１半透光部２１Ａと第２半透光部２１Ｂの幅が、いずれも１μｍ以下（０．１〜１μｍ）であることが好ましい。

ここで、半透光部２１の幅が一定とは、例えば、図４（ｂ）、（ｃ）において、透光部１１を囲む半透光部２１（第１半透光部２１Ａと第２半透光部２１Ｂ）の幅の相違（角部を除く）が０．１μｍ以内であることが好ましい。より好ましくは、０．０５μｍ以内である。また、当該フォトマスク２が備える転写用パターンの全体において、半透光部２１の線幅精度を、上記範囲内とすることが好ましい。このようにすることにより、透光部１１に与える透過光量の補助作用が対称になり、被転写体上に形成されるパターンの線幅精度を精緻に制御することができる。

半透光部２１に用いる半透光膜２０の透過率や、半透光部２１の幅の調整により、被転写体上に形成されるレジストパターンの形状を制御することが可能である。例えば、レジストパターンの側面の傾斜角を２０〜６０°としたり、より好ましくは、４０〜６０°とすることができる。

本形態２においても、被転写体とは、上記形態１におけるものと同様である。

上記形態１、２のいずれにおいても、フォトマスク１、２は、５μｍ以下の幅をもつ透光部１１を有する。例えば、正方形のパターンであれば１辺が５μｍ以下、長方形であれば短辺が５μｍ以下、円であれば直径５μｍ以下である。従来はこのような微細寸法のホールパターンを転写しようとすると、透光部１１を透過する光に生じる回折の影響が無視できないほどに大きくなり、被転写体上のレジスト膜を感光させる光量に至らない場合や、形成されるレジストパターン形状にばらつきが生じるなどの不都合があった。しかしながら、本発明によれば、このような微細幅のホールパターンも、確実に転写し、被転写体の加工が行いやすい、優れた形状のレジストパターンを形成できる。透光部１１の寸法は、３μｍ以下のときに本発明の効果が顕著であり、２．５μｍ以下である場合に更に顕著である。

そして、このような転写パターンをもつフォトマスク１、２によって、被転写体上に、径３μｍ以下のホールＨを形成する際に、本発明は有利である。ホールＨの寸法は、径２μｍ以下のときに、本発明の効果はより顕著である。

上記形態１、２のいずれにおいても、フォトマスク１、２は、被転写体の受ける光強度分布、及びそれによって形成されるレジストパターン形状を、光学シミュレーションによって得ている。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する。ここで、転写に用いる露光装置は、標準的なＬＣＤ（LCD：Liquid Crystal Display）用露光装置とすることができる。この場合、例えば、開口数ＮＡを０．０６〜０．１０、コヒーレンスファクター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。

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。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、また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。
尚、本発明のフォトマスクは、被転写体上に形成される転写像が２階調となる用途に有利に用いられる。すなわち、いわゆる多段階のレジスト残膜値を得ようとする、３階調以上の多階調フォトマスクとは異なる機能をもつ。
また、本発明のフォトマスクにおいては、半透光部は、該半透光部が遮光部であった場合（形態２においては、遮光部の一部であった場合）に比較して、透光部を透過する光強度曲線のピークを上昇させる機能をもつ。このため、本発明のフォトマスクは、被転写体上に３μｍ未満のホールパターンを形成するときに、特に有利である。

＜フォトマスクの製造方法の実施形態＞
次に、本発明のフォトマスクの製造方法の実施形態について、図５〜図８を参照しつつ説明する。

［製造方法１］
図３（ｂ）に示すフォトマスク１の製造方法１について、図５（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ説明する。

まず、図５（ａ）に示すフォトマスクブランクを準備する。図３（ｂ）に示すフォトマスク１を製造するためのフォトマスクブランクは、透明基板１０上に半透光膜２０を形成し、この半透光膜２０上にフォトレジスト膜４０を形成する。

次に、図５（ａ）に示すように、図示しない描画機を用い、図３（ｂ）に示す半透光部２１を形成するためのパターンをフォトレジスト膜４０に描画する。

そして、図５（ｂ）に示すように、上記の描画工程を経たフォトレジスト膜４０を現像し、レジストパターン４１を形成する。

次いで、図５（ｃ）に示すように、上記の現像工程を経て形成されたレジストパターン４１をマスクにして、半透光膜用エッチャントで半透光膜２０をエッチングする。これにより、所定幅の半透光部２１及び透光部１１が形成される。尚、遮光膜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。

その後、図５（ｃ）に示すレジストパターン４１を剥離することにより、図５（ｄ）に示す構成のフォトマスク１が完成する。

［製造方法２］
次に、図４（ｂ）に示すフォトマスク２の製造方法２について、図６（ａ）〜（ｇ）を参照しつつ説明する。

まず、図６（ａ）に示すフォトマスクブランクを準備する。図４（ｂ）に示すフォトマスク２を製造するためのフォトマスクブランクは、透明基板１０上に半透光膜２０と遮光膜３０とをこの順に形成し、更に遮光膜３０上にフォトレジスト膜５０を形成する。

そして、図６（ａ）に示すように、図示しない描画機を用い、図４（ｂ）に示す遮光部３１を形成するためのパターンをフォトレジスト膜５０に描画する。

更に、図６（ｂ）に示すように、上記の１回目の描画工程を経たフォトレジスト膜５０を現像し、レジストパターン５１を形成する。

次に、図６（ｃ）に示すように、上記の１回目の現像工程を経て形成されたレジストパターン５１をマスクにして、遮光膜３０をエッチングする。これにより、半透光膜２０上に遮光部３１が形成される。尚、遮光膜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。

図６（ｃ）に示すレジストパターン５１を剥離した後、図６（ｄ）に示すように、遮光部３１が形成された半透光膜２０の全面に、再度、フォトレジスト膜６０を形成する。その後、図示しない描画機を用い、図４（ｂ）に示す半透光部２１を形成するためのパターンをフォトレジスト膜６０に描画する。

そして、図６（ｅ）に示すように、上記の２回目の描画工程を経たフォトレジスト膜６０を現像し、レジストパターン６１を形成する。

次いで、図６（ｆ）に示すように、上記の２回目の現像工程を経て形成されたレジストパターン６１をマスクにして、半透光膜２０をエッチングする。これにより、半透光部２１が形成される。上記の遮光膜３０のエッチング工程と同様に、半透光膜２０のエッチングも、ドライ又はウェットエッチングを、公知のエッチャントを用いて行うことができる。

その後、図６（ｆ）に示すレジストパターン６１を剥離することにより、図６（ｇ）に示す構成のフォトマスク２が完成する。

上述した製造方法２において、図６（ａ）〜（ｆ）の工程を、下記ｉ）〜vi）のように変更してもよい。

ｉ）上記製造方法２と同様のフォトマスクブランクを用意する。そして、描画機を用い、半透光部２１を形成するためのパターンをフォトレジスト膜に描画する。

ii）そして、上記ｉ）のフォトレジスト膜を現像し、レジストパターンを形成する。

iii）上記ii）のレジストパターンをマスクにして、遮光膜をエッチングし、続けて半透光膜をエッチングする。

iv）上記iii）を経たレジストパターンを剥離した後、再度、全面にフォトレジスト膜を形成して、遮光部３１を形成するためのパターンをフォトレジスト膜に描画する。

ｖ）上記iv）のフォトレジスト膜を現像し、レジストパターンを形成する。

vi）上記ｖ）のレジストパターンをマスクにして、遮光膜をエッチングする。これにより、所定の幅の遮光部３１が形成され、図６（ｇ）に示す構成のフォトマスク２が完成する。

尚、本発明のフォトマスクの機能を失わない限りにおいて、半透光膜、遮光膜の他に他の膜が形成される場合を排除しない。例えば、半透光膜と遮光膜のエッチング選択性が十分でない場合、すなわち、上層膜のエッチャントに対して、下層膜が十分な耐性をもたない場合には、下層膜と上層膜の間にエッチングストッパ層を設けてもかまわない。好ましくは、遮光膜と半透光膜はそれぞれのエッチング選択性をもつ膜材料からなることが好ましい。

［製造方法３］
次に、図４（ｃ）に示すフォトマスク２の製造方法３について、図７（ａ）〜（ｇ）を参照しつつ説明する。

まず、図７（ａ）に示すフォトマスクブランクを準備する。これは、透明基板１０上に遮光膜３０を成膜し、更に遮光膜３０上にフォトレジスト膜５０を形成する。

次に、図７（ａ）に示すように、図示しない描画機を用い、図４（ｃ）に示す遮光部３１を形成するためのパターンをフォトレジスト膜５０に描画する。

そして、図７（ｂ）に示すように、上記の１回目の描画工程を経たフォトレジスト膜５０を現像し、レジストパターン５１を形成する。

次いで、図７（ｃ）に示すように、上記の１回目の現像工程を経て形成されたレジストパターン５１をマスクにして、遮光膜３０をエッチングする。これにより、透明基板１０上に遮光部３１が形成される。

更に、図７（ｃ）に示すレジストパターン５１を剥離した後、図７（ｄ）に示すように、上記の遮光膜のエッチング工程を経て形成された遮光部３１を含む透明基板１０の全面に、半透光膜２０を成膜する。

そして、図７（ｅ）に示すように、半透光膜２０上に再度フォトレジスト膜６０を形成した後、図示しない描画機を用い、図４（ｃ）に示す半透光部２１を形成するためのパターンをフォトレジスト膜６０に描画する。

次いで、図７（ｆ）に示すように、上記の２回目の描画工程を経たフォトレジスト膜４０を現像し、レジストパターン６１を形成する。その後、このレジストパターン６１をマスクにして、半透光膜２０をエッチングする。これにより、半透光部２１が形成される（図７（ｇ）を参照）。

その後、図７（ｆ）に示すレジストパターン６１を剥離することにより、図７（ｇ）に示す構成のフォトマスク２が完成する。

上述した製造方法３の場合には、半透光膜２０と遮光膜３０の間に、特にエッチング選択性は必要ないため、材料選択の自由度が広いという利点がある。

［製造方法４］
次に、図４（ｂ）に示すフォトマスク２の製造方法４について、図８（ａ）〜（ｆ）を参照しつつ説明する。

まず、図８（ａ）に示すフォトマスクブランクを準備する。これは、透明基板１０上に半透光膜２０と遮光膜３０とをこの順に形成し、更に遮光膜３０上にフォトレジスト膜７０を形成する。

そして、図８（ａ）に示すように、図示しない描画機を用い、図４（ｂ）に示す半透光部２１を形成するためのパターンをフォトレジスト膜７０に描画する。

次に、図８（ｂ）に示すように、上記の描画工程を経たフォトレジスト膜７０を現像し、レジストパターン７１を形成する。

そして、図８（ｃ）に示すように、上記の現像工程を経て形成されたレジストパターン７１をマスクにして、遮光膜用エッチャントで遮光膜３０をエッチングする。

更に、図８（ｄ）に示すように、引き続き、半透光膜用エッチャントで半透光膜２０をエッチングする。これにより、所定幅の半透光部２１及び透光部１１が形成される。

次いで、図８（ｅ）に示すように、レジストパターン７１をマスクにして、遮光膜用ウェットエッチャントで遮光膜３０をサイドエッチングする。これにより、所定幅の遮光部３１が形成される。

その後、図８（ｅ）に示すレジストパターン７１を剥離することにより、図８（ｆ）に示す構成のフォトマスク２が完成する。

上述した製造方法４の場合には、半透光膜２０と遮光膜３０とは、互いにエッチング選択性のある材料を用いる。また、図８（ｅ）に示す２回目の遮光膜のエッチング工程においては、等方性エッチングによるサイドエッチングを利用するため、ウェットエッチングを適用することが適切である。

この製造方法４によると、描画工程が１回で良いため、２回の描画を必要とする製造方法１及び２に比べて、アライメントによるパターン精度の劣化を避けることができる。

＜フォトマスクを用いた転写方法＞
本発明は更に、当該フォトマスクを用いた転写方法を含む。本発明のフォトマスクを用いた転写は、露光装置の照射光量を増加させずに（或いは減少させつつ）、微細パターンの転写が可能となる作用効果をもち、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。

本発明のフォトマスクにおいて、半透光膜の材料としては、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）、金属シリサイド化合物（ＴａＳｉ、ＭｏＳｉ、ＷＳｉ又はそれらの窒化物、酸窒化物など）等を挙げることができる。

遮光膜の材料としては、Ｃｒ又は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）の他、Ｔａ、Ｗ又はそれらの化合物（上記金属シリサイドを含む）等を挙げることができる。

遮光膜と半透光膜の間にエッチング選択性が必要な場合には、遮光膜にＣｒ又はＣｒ化合物を用い、半透光膜にＳｉ化合物又は金属シリサイド化合物を用いれば良い。或いは、逆に半透光膜にＣｒ化合物を用い、遮光膜に金属シリサイド化合物を用いても良い。

尚、本発明は、転写時に使用するレジストの種類による制限は特に無いが、本実施の形態においては、すべてポジ型のフォトレジスト（Ｐ／Ｒ）を用いて説明している。

以下、転写用パターンをホールパターンとしたフォトマスクの比較例、実施例１、実施例２について、図９及び図１０を参照しつつ説明する。

ホールパターンを転写用パターンとしてもつ、本発明の実施例１、実施例２に係るフォトマスクについて光学シミュレーションを行い、そのシミュレーション結果を比較例と比較した。

＜比較例、実施例１、実施例２の各フォトマスクの構成＞
まず、比較例、実施例１、実施例２の各フォトマスクの構成について、図９（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ説明する。図９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ転写用パターンをホールパターンとしたフォトマスクの比較例（バイナリマスク３）、実施例１（透過補助マスク１）、実施例２（透過補助マスク２）のマスクイメージを示すものである。

図９（ａ）において、比較例のフォトマスク３は、図示しない透明基板上に遮光膜（ＯＤ３以上）からなる遮光部３１を形成し、この遮光部３１の中央に、透光部１１である正方形のホールＨを形成したバイナリマスクである。

図９（ｂ）において、本発明の実施例１のフォトマスク１は、上記比較例と同一デザインの転写用パターンであって、上記比較例の遮光部３１を、半透光膜からなる半透光部２１に置き換えた透過補助マスク１である。この透過補助マスク１の半透光膜は、代表波長ｉ線に対する露光光透過率が７％、位相シフト量が４５°となっている。

図９（ｃ）において、本発明の実施例２に係るフォトマスク２は、遮光膜パターンの中央に、一定幅の半透光膜パターンを有し、この半透光膜パターンによって、透光部１１である正方形のホールＨが囲まれている。すなわち、連続する遮光部３１によって囲まれた領域において、当該遮光部３１のエッジに隣接して一定幅の半透光部２１を形成した透過補助マスク２である。実施例２における半透光部２１の露光光透過率については、次に述べる。

上述した比較例、実施例１、実施例２の各フォトマスクの構成で、ホールＨの寸法を一辺４．０μｍ、２．５μｍ、２．０μｍの正方形として製作した、３種類のサンプルを用意した。また、本発明の実施例２においては、３種類のサンプルの半透光部２１の幅をいずれも０．５μｍとした。更に、実施例２において、ホールＨの寸法が一辺４．０μｍ及び２．５μｍのサンプルについては、その半透光部２１の代表波長ｉ線に対する露光光透過率を３０％とし、ホールＨの寸法が一辺２．０μｍのサンプルについては、用いた半透光膜の代表波長ｉ線に対する露光光透過率を３５％とした。この条件のとき、後述する図１０に示されるように実施例１と実施例２の照射光量Ｅｏｐがほぼ一致する。

ここで、実施例１、実施例２の各フォトマスクに用いた半透光膜は、いずれも、代表波長i線に対する位相シフト量が４５°である。

尚、本光学シミュレーション結果を示す図１０のグラフ中には、比較例、実施例１、実施例２のそれぞれの評価に３つのプロットが示されているが、この３つのプロットは、上記３種類のサンプルにそれぞれ対応するものである。

＜シミュレーション条件、評価項目＞
比較例、実施例１、実施例２のホールパターンをもつフォトマスクをそれぞれ、露光装置により露光したときの光学シミュレーションを行った。光学シミュレーション条件は、露光装置のＮＡを０．０８５、σを０．９、照射光源の強度がｉ線、ｈ線、ｇ線を含むブロード光であり、強度比をｇ線：ｈ線：ｉ線＝1：０．８：０．９５とした。本光学シミュレーションでは、図９（ｄ）に示す評価項目Ａ〜Ｃを評価した。以下、評価項目Ａ〜Ｃについて説明する。

＜＜Ａ：照射光量（ＤＯＳＥ量（Ｅｏｐ））＞＞
図９（ｄ）の説明図は、ホールパターンをもつフォトマスク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。図中の黒塗りの部分がエッチングマスクとなるレジストパターンであり、その間の白抜きの部分がホールＨに対応するレジストパターン上の抜きパターンである。

本光学シミュレーションにおける照射光量（ＤＯＳＥ量（Ｅｏｐ））は、フォトマスクのホールＨの透光部幅（ＣＤ）と、ホールＨを透過した露光光によって形成されるレジストパターン上の抜きパターン幅とが等しくなるために必要な照射光量である。

照射光量Ｅｏｐの数値が小さいほど、生産効率が高い、又は省エネルギーとなる。

＜＜Ｂ：レジスト傾斜角＞＞
本光学シミュレーションにおけるレジスト傾斜角は、図９（ｄ）の説明図に示す黒塗りのレジストパターンのうち、白抜きの部分（抜きパターン）との境界部の傾斜角である。このレジスト傾斜角は、被転写体を水平に載置したとき、被転写体の面に対して垂直である場合の傾斜角（９０°）を最大として表現する。製造工程における安定性を重視すれば、レジスト傾斜角は大きいほど好ましい。レジスト傾斜角が大きいほど、このレジストパターンをエッチングマスクとして使用する場合の径や幅の変動を小さく抑えられるからである。また、用途に応じた所望の傾斜角を形成したい場合には、目標傾斜角が正確に得られることが望ましい。

＜＜Ｃ：レジスト膜減り＞＞
レジスト膜の初期膜厚（１．５μｍ）に対する減膜量を示す。図９（ｄ）の説明図に示す黒塗りのレジストパターンのレジスト膜減りは、小さいほど好ましい。レジスト膜減りが大きい場合は、このレジストパターンを用いてドライエッチングを行うときに、特に深刻となりうる。

＜シミュレーション結果＞
比較例、実施例１、実施例２の各フォトマスクについて、上記評価項目Ａ〜Ｃのシミュレーション結果を図１０に示す。図１０は、比較例、実施例１、実施例２のシミュレーション結果を比較するものであり、図１０（ａ）は照射光量、図１０（ｂ）はレジスト傾斜角、図１０（ｃ）はレジスト膜減りを示すグラフである。

図１０（ａ）に示すように、実施例１及び２は、比較例に比べて、必要な照射光量を大幅に少なくすることができる。すなわち、走査露光に必要な時間が短縮でき、生産効率の向上に寄与することが明らかである。

図１０（ｂ）に示すように、レジスト傾斜角は、実施例１において、比較例より小さくなっているが、実施例２においては、比較例とほぼ同等の大きさを示す。実施例１においては、３５°以上、実施例２においては４５°以上を示している。また、透光部の幅を２．５μｍ以上とすれば、５０°以上の傾斜角を得られる。

図１０（ｃ）に示すように、レジスト膜減りについては、実施例１において生じているが、実施例２においては生じていない。このため、実施例２のフォトマスクによって形成したレジストパターンは、ドライエッチングプロセスにも非常に適していることがわかる。

以上の評価項目Ａ〜Ｃを総合評価として、本発明のフォトマスクは、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優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。更に、上記形態１及び２の適切な選択により、上記傾斜角を所望値に調整できる自由度があるため、得ようとする電子デバイスの特性、或いはその製造上の便宜に応じて、ホールパターンのテーパ角を自由に選択できる点において、優位性がある。

１、２、３ フォトマスク
１０ 透明基板
１１ 透光部
２０ 半透光膜
２１ 半透光部
２１Ａ 第１半透光部
２１Ｂ 第２半透光部
３０ 遮光膜
３１ 遮光部
４０、５０、６０、７０ レジスト膜
４１、５１、６１、７１ レジストパターン
Ｈ ホール（透光部）

Claims (10)

1. 透明基板上に形成した半透光膜と遮光膜がパターニングされることにより形成された、透光部と半透光部と遮光部を含む転写用パターンをもつ、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、
   前記透光部は、５μｍ以下の幅で透明基板が露出してなり、
   前記半透光部は、前記透明基板上に半透光膜が形成されてなり、かつ、前記透光部のエッジに沿って前記透光部を囲み、露光装置の解像限界以下の一定幅に形成されるとともに、対向する位置に形成された前記半透光部は、互いに対称に、同一幅に形成され、
   前記遮光部は、露光光に対する光学濃度ＯＤが３以上であって、前記透明基板上に前記半透光膜と前記遮光膜が積層されてなり、前記半透光部を囲んで形成され、
   前記半透光膜は、露光光の代表波長に対する透過率が３０〜５０％、位相シフト量が９０°以下であることを特徴とする、フォトマスク。
2. 前記半透光部の幅は、０．１〜１μｍ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. 対向する位置に形成された前記半透光部は、互いの幅の差が、０．１μｍ以内であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のフォトマスク。
4. 対向する位置に形成された前記半透光部は、互いの幅の差が、０．０５μｍ以内であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のフォトマスク。
5. 前記転写用パターンは、被転写体上に３μｍ以下の径をもつホールを形成するためのホールパターン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. 被転写体上に２階調の転写像を形成するための、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、露光装置によって、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. 前記露光装置は、ｉ線、ｈ線、及びｇ線を含む光源、及び開口数ＮＡが、０．０６〜０．１４の光学条件を有するものである、請求項７に記載のパターン転写方法。
9. 前記露光装置によって、前記転写用パターンを被転写体上のレジスト膜に転写するパターン転写方法であって、前記レジスト膜が現像後に形成するレジストパターンの側面形状を、傾斜角４０°以上とすることを特徴とする、請求項７又は８に記載のパターン転写方法。
10. 請求項７〜９のいずれか１項に記載のパターン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。