JP6186719B2 - 大型位相シフトマスクおよび大型位相シフトマスクの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1の手段は、透明基板と、前記透明基板上に形成された半透明な半透明位相シフト膜(以下、単に位相シフト膜と称して説明する場合がある。)を有し、前記透明基板が露出した透過領域と、前記透明基板上に前記位相シフト膜のみが設けられた半透明位相シフト領域(以下、単に位相シフト領域と称して説明する場合がある。)とを有し、前記透過領域と前記半透明位相シフト領域が隣接して配置されたマスクパターンを有し、前記半透明位相シフト領域を透過した露光光は、前記透過領域を透過した露光光に対し位相が反転し、前記透過領域の露光光の透過率を100%としたとき、前記半透明位相シフト領域の露光光での透過率は4%から30%の範囲の値である、大型位相シフトマスク(以下、単に位相シフトマスクと称して説明する場合がある。)である。
本発明の第2の手段は、前記半透明位相シフト領域の両側に前記透過領域が隣接して配置されたパターンを有し、前記半透明位相シフト領域の幅は、1μmから5μmの範囲の幅である、第1の手段に記載の大型位相シフトマスクである。
本発明の第3の手段は、前記半透明位相シフト膜はクロムおよびクロム化合物からなる単層もしくは2層の構成である、第1の手段ないし第2の手段のいずれかに記載の大型位相シフトマスクである。
本発明の第4の手段は、前記半透明位相シフト膜の厚さは、0.1μmから0.14μmの範囲の厚さである、第1の手段ないし第3の手段のいずれかに記載の大型位相シフトマスクである。
本発明の第5の手段は、前記透明基板上に形成された遮光膜、および前記遮光膜を覆うように形成された半透明な第2半透明位相シフト膜を有し、前記遮光膜および前記第2半透明位相シフト膜が積層されて設けられた遮光領域、ならびに前記遮光領域および前記透過領域の間に設けられ、前記第2半透明位相シフト膜のみが設けられた第2半透明位相シフト領域が配置されたマスクパターンを有し、前記第2半透明位相シフト領域を透過した露光光は、前記透過領域を透過した露光光に対し位相が反転する、第1の手段ないし第4の手段のいずれかに記載の大型位相シフトマスクである。
本発明の第6の手段は、透明基板の一方の面に、クロムおよびクロム化合物を材料とする半透明位相シフト膜が積層されたブランクスに感光性レジストを塗布した、感光性レジスト付のブランクスを準備する工程と、
前記感光性レジスト付のブランクスに、描画装置で所望のパターンを露光し、現像した後、ウェットエッチングし、感光性レジストを除去して前記半透明位相シフト膜をパターン形成する工程とからなる、大型位相シフトマスクの製造方法である。
本発明の大型位相シフトマスク10の構成は、図1(a)に示すように、透明基板1と、前記透明基板1上に形成された半透明位相シフト膜2とを有し、前記透明基板1が露出した透過領域3と、前記透明基板1上に前記半透明位相シフト膜2のみが設けられた半透明位相シフト領域4とを有し、前記透過領域3および前記半透明位相シフト領域4が隣接するパターンを有し、前記半透明位相シフト領域4を透過した露光光は、前記透過領域3を透過した露光光に対し位相が反転している大型位相シフトマスクである。ここで、大型位相シフトマスクとは、少なくともその一辺の長さが350mm以上のマスクである。
次に大型位相シフトマスクを透過した露光光の結像面での光強度分布(単に「露光強度分布」とも言う)のモデルを説明する。図1(b)は大型位相シフトマスクの結像面(具体的には感光性レジスト面)での光振幅分布を示しており、図1(c)は大型位相シフトマスクの結像面での露光強度分布を示している。光の強度は光の振幅を二乗して得られ、光の振幅がその位相に伴って正負の値となるのに対し、光の強度(エネルギと同じ)は正の値のみを示す。又、露光光5は図1(a)に示すように透明基板1側から半透明位相シフト膜2の方向に照射される。露光光5としては超高圧水銀灯のg線(波長436nm)、h線(波長405nm)、i線(波長365nm)、KrFエキシマレーザー(波長248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)から選択して用いることができる。実用的には、TFTアレイ基板のパターン形成は大面積であり、露光光に大光量が要求されることから、i線単独、h線、i線の2波長、もしくはg線、h線、i線の3波長を含んだ露光光が使用される。
図1(c)に示した結像面での光強度分布16は、光振幅15を2乗して求まる。このため光振幅に負の部分があっても光強度は常に正となる。光強度分布17は半透明位相シフト領域4を遮光領域に置き換えた場合の結像面での光強度分布を示している。半透明位相シフト領域4の光振幅は位相が反転して負の値となるので、結像面での光強度分布16は光透過領域の境界部近傍のサイドローブが打ち消され、半透明位相シフト領域4が無い場合の光強度分布17より暗部が強調されてパターンのコントラストが向上する。パターンの幅Wが狭まるとサイドローブの光振幅が強まるため、これを打ち消す位相の反転した光振幅を強くする必要があり、半透明位相シフト部4は透過率Tを高く設定する必要がある。前記の、半透明位相シフト領域4の効果により、光強度分布の暗部が強調された効果を図1(c)の斜線部18に示す。
次に、半透明位相シフト領域4の幅Wとサイドローブのピークの結像面の光振幅分布15および光強度分布16への影響について説明する。サイドローブは露光装置の露光波長と結像レンズによって発生し、サイドローブのピーク(13a、13b)は光透過領域(3a、3b)の境界部から一定の距離の位置に発生する。このサイドローブのピークの光振幅は位相が反転しており、半透明位相シフト領域4を透過し、位相が反転した露光光11cと結像面で光振幅を強め合い、露光強度の強いスポット状もしくはライン状の領域を発生させる(サイドピークという)。このようなサイドピークは結像面でフォトレジストにパターンを形成するほどの光強度ではないが、ある程度感光させ、ポジレジストの場合は現像時にレジスト表面の一部が溶けて凹部を形成したり、ネガレジストの場合は除去されるべきレジストが加工基板の表面にスポット状もしくはライン状に薄く残ったりする。このようなレジスト表面の凹部やレジスト残りは、半導体生産工程のレジストパターン検査で欠陥と判定され、半導体生産工程の障害となる。
本発明の大型位相シフトマスク10の個々の構成要素の具体的な材料、について図1(a)の断面図を参照しながら説明する。図1(a)に示した大型位相シフトマスク10の構成は、透明基板1と、前記透明基板1上に形成された半透明な位相シフト膜2を有する構造のフォトマスクである。
半透明位相シフト膜2の構成は、露光光の位相を反転する膜厚で所望の光透過率が得られる材質を選択して単層膜で構成する形態と、主に位相を反転させる透過率の高い材質からなる位相調整層と、主に透過率を決める透過率の低い材質からなる透過率調整層の2層の構成とする形態の2つの形態がある。
本発明の大型位相シフトマスクが後述する第2半透明位相シフト膜を有する場合は、半透明位相シフト膜の光透過率が4%以上、15%以下であることがより好ましい。第2半透明位相シフト膜の光透過率については上述した範囲とすることが好ましいことから、半透明位相シフト膜および第2半透明位相シフト膜を同時に形成することができ、生産性の高い大型位相シフト膜とすることができるからである。
L&Sパターン形状は、例えば、ゲート電極、ソースドレイン電極等の信号電極、配線電極や、対向基材上に形成される細線の透明電極等を形成するためのパターン形状として、好適に用いることができる。
ドットパターン形状は、例えば、TFTアレイ基板におけるコンタクトホール等を形成する際にホール用パターン形状として、好適に用いることができる。
本発明においては、半透明位相シフト領域のパターン形状としては、なかでも、ホール用パターン形状、細線の透明電極用パターン形状であることが好ましい。
なお、図9は、本発明の大型位相シフトマスクにおける半透明位相シフト領域のパターンの例について説明する説明図である。
上記幅が上記範囲内であることにより、本発明の大型位相シフトマスクにおいて顕著なサイドピークの発生を防ぐことができる。
本発明における半透明位相シフト領域の幅とは、図1(a)、図5(a)、図6(a)、図9においてWで示される距離をいう。
そのため、レジストとして例えばポジレジストを用いた場合、半透明位相シフト領域内に生じたサイドピークでは、レジストの露光が進むことから、露光後のレジスト表面に凹みが生じるという問題がある。上記凹みを有するレジストは、下層を保護する機能については、発揮することができるものの、レジストの現像工程後に行われる検査においては、欠陥として検出されてしまう場合がある。よって、本来保護機能を有するレジストについても検査により欠陥品と判別されて用いることができないため、TFTアレイ基板等の生産性が低下してしまうという問題がある。
これに対して、半透明位相シフト領域の幅を上述した範囲内とした場合は、サイドピークの発生を抑制することができるため、露光後のレジスト表面に凹みが生じることを抑制することができる。よって、本発明の大型位相シフトマスクを用いることにより、TFT基板等を生産性の高いものとすることができる。
これに対して、半透明位相シフト領域の幅を上述した範囲内とした場合には、サイドピークの発生を防止することができるため、露光後のレジストの残存を抑制することができる。
このような構成としては、例えば、図10(a)、(b)に示すように、透明基板1上に形成された遮光膜101、および遮光膜101を覆うように形成された半透明な第2半透明位相シフト膜102を有し、遮光膜101および第2半透明位相シフト膜102が積層されて設けられた遮光領域103、ならびに遮光領域103および透過領域3の間に設けられ、第2半透明位相シフト膜102のみが設けられた第2半透明位相シフト領域104が配置されたマスクパターン(以下、このマスクパターンをエッジ位相シフト領域と称して説明する場合がある。)が挙げられる。エッジ位相シフト領域における第2位相シフト領域104においては、第2半透明位相シフト領域104を透過した露光光は、透過領域3を透過した露光光に対し位相が反転する。
図10(a)は本発明の大型位相シフトマスクの他の例を示す概略平面図であり、図10(b)は図10(a)のAA線断面図である。また、図10(a)においては説明の容易のため、遮光領域については、破線で囲まれる領域で示している。
一方で、通常、TFT基板等は、種々の幅を有する構成を備えるものであり、製造時には、レジスト膜を同時に露光して、種々の幅を有するレジストをパターニングすることが好ましい。そのため、位相シフトマスクが、透過領域と、種々の幅を有する半透明位相シフト領域との2つの領域のみをマスクパターンとして有する場合は、露光条件や、用いられるレジストの種類等がより制限されることが懸念される。
上記懸念に対して、本発明の位相シフトマスクにおいては、透明基板上に形成された遮光膜のみで構成される遮光領域をさらに設けることが考えられる。
しかしながら、近年のパターンの高精細化の要請が高まってきており、露光光の回折によるレジストへの影響が無視できない場合がある。上記レジストへの影響としては、具体的には、露光光の回折によって透過領域と遮光領域との境界においてはサイドローブが生じるため、レジストの端面が所望の急崚さを有さず、マスクパターンのコントラストを十分なものとすることが困難となることが挙げられる。
図11は、本発明におけるエッジ位相シフト領域について説明する説明図であり、大型位相シフトマスク1の透過領域3を露光光5が透過し、レジスト上の結像面に結像したときの光振幅分布を図11(b)の破線110に示し、光強度分布を図11(c)の破線113に示す。露光光の回折が無ければ、光振幅分布は結像面で矩形状となるべきであるが、露光装置(図示せず)の回折などにより釣鐘状の広がりを持った光振幅分布となっている。これに対し図11(a)の第2半透明位相シフト領域104を透過した露光光5は位相が反転し、図11(b)の破線111に示すように負の光振幅分布となる。このような負の光振幅分布111を、透過領域3の光振幅分布110の広がり部分の光振幅を相殺するような位置に第2半透明位相シフト領域104を配置し、位相シフト光を加えて露光光の振幅分布が広がるのを防いだ光の振幅分布を図11(b)の実線112に示す。又、位相シフト光を加えた光の振幅分布112に対応する位相シフト光を含む光の強度分布を図11(c)の実線114に示す。透過領域のみの光強度分布113と、位相シフト光を含む光の強度分布114を比較すると、第2半透明位相シフト領域104の位置に対応して光強度が低下し光強度の広がりが抑えられている。この光強度が低下した部分を斜線部115で示す。一方、光強度の低下した外側には、サイドピーク(以下、エッジ位相シフト領域におけるサイドピークと称する場合がある。)と呼ばれる新たに光強度が強まった部分が見られる(図11(c)116)。上記サイドピークは第2半透明位相シフト領域の透過率を上げると強くなるが、レジストが感光しないレベルに抑える必要がある。
上記エッジ位相シフト領域のパターン形状としては、大型位相シフトマスクの用途等に応じて適宜選択される。本発明においては、上述した半透明位相シフト領域のパターン形状よりも大きな幅、すなわち5μmよりも大きい幅を有するパターン形状であることが好ましい。上記エッジ位相シフト領域のパターン形状について具体的には、ラインパターン形状、L&Sパターン形状、ドット形状等を挙げることができる。
このような第2半透明位相シフト領域の幅としては、3.5μm以下、なかでも2.5μm以下、特に2.0μm以下であることが好ましい。上記第2半透明位相シフト領域の幅が上記値を超える場合は、位相シフトの効果の及ぶ範囲から外れ、露光パターンのコントラストを強める効果が頭打ちになる可能性があるからである。また、透過領域および遮光領域の間に位置する第2半透明位相シフト領域において、透過領域の光振幅と相殺されずに残る光振幅分布による光強度分布のピーク(エッジ位相シフト領域におけるサイドピーク)の影響が大きくなり、第2半透明位相シフト領域を透過する透過光にレジストが反応してレジストのパターン形状に凹み等を生じ、レジストのパターン形状を所望の形状とすることが困難となる可能性があるからである。
また、本発明においては第2半透明位相シフト領域を有することにより、透過領域における光強度の広がりを抑制することができることから、第2半透明位相シフト領域の幅の下限については半透明位相シフト膜を形成可能な程度であれば特に限定されないが、0.25μm以上、なかでも0.5μm以上、特に0.8μm以上であることが好ましい。第2半透明位相シフト領域を良好なアライメント精度で設けることができるからである。また、上記値に満たない場合は、位相が反転した光量が減り、効果が少ない可能性があるからである。
また、上記第2半透明位相シフト領域の幅bは、0.5μm以上、2μm以下の範囲で、位相シフトの効果が最も顕著である。
ここで、第2半透明位相シフト領域の幅bは、透過領域と第2半透明位相シフト領域の境界から第2半透明位相シフト領域と遮光領域の境界までの距離を透明基板表面に平行に測った最短距離である。また、図11(a)中、bで示される距離である。
上記透過領域3の幅aが6μmより広い場合は露光装置の解像限界による影響は少ないので、本発明の大型位相シフトマスクの効果は顕著でない。又、上記透過領域3の幅aが1μmより狭い場合は本発明の位相シフトの効果を加えても露光パターンを解像することが出来ない。ここで、透過領域3の幅aは、透明基板平面上の対象となる透過領域形状の最大の内接円の直径であり、対象透過領域の形状が矩形であれば、短辺の長さが透過領域の幅である。
本発明の位相シフトマスクは、大型の投影型露光装置とともに用いた場合に、上述したバイナリマスクの解像限界の幅以下の描画パターンを解像することができる。
本発明の位相シフトマスクの描画パターンの幅としては、大型の投影型露光装置におけるバイナリマスクの解像限界の幅に対して100%以下、なかでも85%以下であることが好ましく、30%以上、なかでも40%以上であることが好ましい。上記描画パターンの幅が上記範囲に満たない場合は、描画パターン自体を解像することが困難となる可能性があるからである。また、上記描画パターンの幅が上記範囲を超える場合は、位相シフトによる効果を十分に発揮することが困難となる可能性があるからである。上記位相シフトマスクにおける描画パターンの幅が解像限界の幅と同等である場合は、バイナリマスクを用いて露光を行った場合に比べ、レジストの形状を良好なものとすることができる。
上記描画パターンの幅については、大型の投影型露光装置に固有の解像限界の幅およびレジストの感度に基づいて、本発明の位相シフトマスクの透過領域の幅、および第2半透明位相シフト領域の幅、半透明位相シフト膜の透過率等を調整することにより決定することができる。
ここで、バイナリマスクの透過領域の幅は、図12(b)に示すように、一の透過領域に隣合う遮光領域の一方の境界から他方の境界までの距離を透明基板表面に平行に測った最短距離であり、dで示される距離である。
また、位相シフトマスクの描画パターンの幅とは、透過領域および第2半透明位相シフト領域によりレジストに描画されるパターンの幅をいう。
遮光領域に用いられる遮光膜としては、露光波長において透過率が0.1%以下であり、パターン加工が容易な材質であることが求められる。このような遮光膜の材料としてはクロム、クロム化合物、モリブデンシリサイド化合物、タンタル化合物を用いることができるが、ウェットエッチングで良好なパターン形成が可能で、使用実績も多いクロムまたはクロム化合物を主成分とした遮光膜が好ましい。クロム化合物としては、遮光性が高く、遮光膜の膜厚が薄くてすむ窒化クロムが用いられる。クロムの遮光膜と窒化クロムの遮光膜を比較すると、成膜が容易で汎用性の高いクロム遮光膜を用いたマスクブランクスが入手しやすく好ましい。具体的には、金属クロムの薄膜を遮光膜とした場合、露光光の透過率を0.1%以下とするため、膜厚は70nm以上で用いられる。一方、膜厚を厚くするとエッチング時間が増し、加工性が低下するため通常150nm以下の膜厚で用いられる。
第2半透明位相シフト膜は、上述した遮光膜の側面および上面を覆うように、透明基板上に形成されるものである。
第2半透明位相シフト膜の透過率としては、位相シフトの効果によるエッジ位相シフト領域におけるサイドピークが発生しない範囲で、露光されたパターンのコントラストが高くなるような値に設定する。具体的には、第2半透明位相シフト膜の露光光での光透過率は、4%以上、15%以下が好適である。第2半透明位相シフト膜の透過率が4%以下であると位相シフトによるコントラストを高める効果が少なく、位相シフト膜の透過率が15%以上であると位相シフトの効果が強すぎて遮光領域にサブピーク(エッジ位相シフト領域におけるサイドピーク)が高くなり、欠陥となる可能性が生じる。
第2半透明位相シフト膜の厚み、材料については、上述した半透明位相シフト膜の厚み、材料と同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。本発明においては、上述した半透明位相シフト膜と第2半透明位相シフト膜との厚み、材料が同一であることが好ましい。半透明位相シフト膜と第2半透明位相シフト膜とを同時に形成することができるからである。
また、本発明においては、遮光領域は、透明基板上に遮光膜が積層され、遮光膜上に第2半透明位相シフト膜が積層された構成を有するものである。また、第2半透明位相シフト膜は位相差πの厚さDを有するものである。したがって、例えば、本発明の位相シフトマスクを用いて、TFTアレイ基板等を作製するためのレジストをパターニングする場合、上述した迷光は以下の挙動を示すことが考えられる。まず、大型の投影型露光装置から照射された迷光は、位相シフトマスクの透明基板を透過し、TFTアレイ基板の金属電極等に反射されて反射光となる。次に、上記迷光の反射光は遮光領域の第2半透明位相シフト膜に入射し、遮光膜に反射されて第2反射光となり、再度、第2半透明位相シフト膜から出射する。よって、上記遮光領域の第2半透明位相シフト膜に入射する迷光の反射光と、遮光膜に反射されて第2半透明位相シフト膜から出射する迷光の第2反射光との位相差は2πとなる。そのため、第2半透明位相シフト膜の表面においては上述の反射光と上述の第2反射光とが強め合うことから、迷光によるレジストへの影響がより顕著なものとなることが懸念される。
上記の問題は、本発明における遮光領域の層構成に起因する問題である。
上記反射防止膜の材質としては、酸化クロム(CrO)、酸化窒化クロム(CrON)、窒化クロム(CrN)、酸化チタン(TiO)酸化タンタル(TaO)、酸化ニッケルアルミニウム(NiAlO)等を挙げることができ、なかでも酸化クロム(CrO)、酸化窒化クロム(CrON)を好適に使用できる。
このような反射防止膜の厚みとしては、遮光膜を反射した光が反射防止膜を透過することにより、遮光膜を反射した光と反射防止膜を反射した光との位相差が、π±10の範囲内となる厚みであることが好ましく、なかでもπ±5の範囲内となる厚みであることが好ましく、特にπとなる厚みであることが好ましい。
遮光膜を反射した光と反射防止膜を反射した光を好適に弱めることができ、迷光による不具合を好適に防止することができるからである。
また、上記エッジ位相シフト領域を有する場合の大型位相シフトマスクの用途としては、特に限定されないが、半透明位相シフト領域を用いて小さい幅のレジストを、エッジ位相シフト領域を用いて大きな幅のレジストをパターニングするために用いることが好ましい。例えば、上述した図10(a)、(b)に示すように、半透明位相シフト領域4を用いて細線の透明電極用のレジストを、エッジ位相シフト領域を用いてゲート電極またはソースドレイン電極用のレジストをパターニングするための大型位相シフトマスクや、図示はしないが、半透明位相シフト領域を用いてコンタクトホール用のレジストを、エッジ位相シフトを用いて上述したゲート電極またはソースドレイン電極用のレジストをパターニングするための大型位相シフトマスク等が挙げられるが、これらに限定されない。
図3は本発明の大型位相シフトマスクの製造工程を示す断面図である。
される。
また、半透明位相シフト膜のエッチング時において、半透明位相シフト領域、および第2半透明位相シフト領域のパターンにエッチングする。
遮光膜および反射防止膜の形成方法、およびエッチング方法については半透明位相シフト膜と同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。
本発明の位相シフトマスクは、上記TFTアレイ基板等のパターン形成のためのレジストをパターニングするために用いられる。
本発明の位相シフトマスクとともに用いられるレジストについては、TFT基板の電極材料、現像液、投影型露光機等により適宜選択することができ、特に限定されない。
例えば、露光機としてNikon社製露光機を用い、レジストとしてAZ1500、現像液としてAZ300MIFを使用した際に、位相シフトマスクの透過率5%以下の部分における露光光の影響を少なくすることができる、すなわち露光強度が5%以下の光によりレジストが描画されにくいものとすることができるため、露光強度分布におけるサイドピークに反応しにくく、レジストのパターニングを良好に行うことができる。
(実施例1)
図4(a)は位相シフト領域の幅Wを変化させた場合の露光強度分布の変化を露光シミュレーションで求めた結果のグラフである。図4(b)は図4(a)の光強度分布の中央部を拡大して示したグラフである。図4(c)は図4(a)位相シフト領域の幅Wの変化に対する各露光強度分布中央部の光強度とサイドピークの高さを示すグラフである。
図4(a)、(b)に示した露光シミュレーションによる露光強度分布と、図1、図2で説明した露光強度分布モデルとの関係を説明する。図2(b)の、サイドローブのピークが十分離れている場合の露光強度分布を説明する模式的なグラフ26の形状は、透過領域から半透明位相シフト領域へ進むに従って露光強度が減少し、露光強度がゼロとなった後、極大値であるサイドピーク29a、29bを形成している。これに対し、図4(b)で、半透明位相シフト領域の幅Wが10μmの露光強度分布は、透過領域から半透明位相シフト領域へ進むに従って露光強度が減少し、露光強度が極小値を取った後、サイドピーク54a、54bを持っており、露光強度分布を説明する模式的なグラフ26と、露光シミュレーションによるグラフの特徴が良く一致し、図1、図2での露光強度分布の説明モデルに矛盾がなく、良好であると言える。なお、露光シミュレーションでの露光強度の極小値が、露光強度分布の模式図のようにゼロとならないのは、結像レンズの理想性能から
のズレ(すなわち収差)によるものである。
図5は、サイドピークの無い良好な露光強度分布となる幅Wが4μmでの半透明位相シフトマスクのコントラストの改善を、バイナリマスクと露光シミュレーションで比較した結果である。図5(a)に示した一辺が4μmの正方形の半透明位相シフト領域を有する位相シフトマスクのCC断面に沿った、結像面での露光強度分布を図5(b)の実線に示す。同じサイズの正方形の遮光領域を有するバイナリマスクの結像面での露光強度分布を図5(b)の破線に示す。グラフから判るようにバイナリマスクの露光強度分布は位相シフトマスクの露光強度分布より幅が狭く、パターンが細っている。具体的には、感光レベルを露光強度30%とすると、大型位相シフトマスクの露光パターンの幅は4.1μmであるのに対し、バイナリマスクの同じ感光レベルでの露光パターンの幅は3.7μmである。すなわち、本発明の半透明位相シフトマスクは、パターン境界での露光強度分布の立ち下がりを急峻にし(即ちコントラストを高め)、露光によって転写されるパターン幅の変動を防ぐ効果がある。
図6は、本発明による大型位相シフトマスクの露光強度分布のコントラスト向上の効果を、従来のバイナリマスクと比較した説明図である。図6(a)は、本発明による大型位相シフトマスクのラインアンドスペース(L/S)パターンを示す平面図、(b)は、従来技術である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平面図、(c)は(a)と(b)に示したマスクの結像面での露光強度分布を比較する図である。
(露光強度分布のコントラストについて)
図12は、本発明による大型位相シフトマスクにおけるエッジ位相シフト領域(参考例1)の露光強度分布のコントラスト向上の効果を、従来のバイナリマスク(比較例2)と比較した説明図である。図12(a)は、エッジ位相シフト領域を有するマスク(参考例1)のラインアンドスペースパターンを示す平面図、図12(b)は、従来技術であるバイナリマスク(比較例2)のラインアンドスペースパターンを示す平面図、図12(c)は図12(a)と図12(b)に示したマスクの結像面での露光強度分布を比較する図である。
<位相シフトマスクの作製>
厚み10mmの合成石英(透明基板)、厚み100nmのクロム膜(遮光膜)、および厚み25nmの酸化クロム膜(反射防止膜)がこの順に積層された市販のフォトマスクブランクスを準備し、反射防止膜上に適応した感光性レジストを塗布し、塗布後に所定時間ベークし、均一な厚さの遮光膜用レジスト膜を形成した。次にレーザー描画装置により、上記遮光膜用レジスト膜に遮光領域のパターンを描画し、現像して遮光膜用レジストを形成した。
次に、遮光膜用レジストから露出している反射防止膜および遮光膜を硝酸第2セリウムアンモニウムに過塩素酸を加えたウェットエッチャントを用いてエッチングして除去し、残存しているレジストを剥離除去して、遮光領域の形状にパターン形成された遮光膜および反射防止膜付の基板を得た。
次に、パターン形成された遮光膜および反射防止膜付基板の全面に酸化窒化クロム膜(第2半透明位相シフト膜)をスパッタリング法により成膜した。
上述の位相シフトマスクを用い、解像限界が3μmのNikon製露光機を用いて、ガラス基材上に形成された厚み1.6μmのレジスト(AZ1500)をパターン露光し、現像処理を行ったところ、1.9μmのレジストパターンを形成することができた。
図13は、エッジ位相シフト領域を有する大型位相シフトマスクのパターンを示す平面図、図14は、図13に示した大型位相シフトマスクの結像面での露光強度分布を示す図であり、図15は図14のC部分の拡大図、図16は図14のD部分の拡大図である。
大型位相シフトマスクとしては透過領域の幅を5μmとし、第2半透明位相シフト領域の幅bを、0.25μm(参考例3)、0.5μm(参考例4)、0.75μm(参考例5)、1.0μm(参考例6)、1.5μm(参考例7)、2.0μm(参考例8)、2.5μm(参考例9)、3.0μm(参考例10)、3.5μm(参考例11)、および4.0μm(参考例12)とした場合のNikon社製露光機による露光強度分布(光強度)についてシミュレーションを行った。なお、上記大型位相シフトマスクのパターン以外のシミュレーション条件については参考例1と同様とした。結果を図14〜図16に示す。
図15に示される露光強度が小さいほど、図14に示される波形がシャープになっていることを表わすが、大型位相シフトマスクのパターンエッジの位置での位相シフト効果については、第2半透明位相シフト領域の幅が2.0μmを超えるとその以上の効果は見られなかった(位相シフト効果が頭打ちとなった)。
また、図16に示されるように、第2半透明位相シフト領域の幅が大きくなるにしたがって、サイドピークの値が大きくなった。
本発明においては、レジストの感度に応じてサイドピークがレジストに影響を与えないように第2半透明位相シフト領域の幅を設定することができる。
このような位相シフトの幅については、TFTアレイ基板を形成する際に用いられるレジストの実績からサイドピークの露光強度が5%以下となる幅、すなわち0.25μm〜3.5μmの範囲内とすることが好ましい。
2・・・半透明位相シフト膜
3、3a、3b・・・透過領域
4・・・半透明位相シフト領域
5・・・露光光
10、40、50、60・・・大型位相シフトマスク
11a、11b・・・透過領域を透過した光の光振幅分布
11c・・・半透明位相シフト領域を透過した光の光振幅分布
12a、12b・・・透過領域を透過した光の結像面での光振幅分布
13a、13b・・・光振幅分布のサイドローブのピーク
14、24、34・・・半透明位相シフト領域を透過した光の結像面での光振幅分布
15、25、35・・・大型位相シフトマスクを透過した光の結像面での光振幅分布
16、26、36、56、66・・・大型位相シフトマスクを透過した光の結像面での光
強度分布
17、27、37、57、67・・・バイナリマスクを透過した光の結像面での光強度分
布
18、28、38・・・大型位相シフトマスクのコントラスト向上効果
21a、21b、31・・・結像面での光振幅分布のピーク
29a、29b、39・・・結像面での光強度分布のピーク(サイドピーク)
41・・・フォトマスクブランクス
42・・・レジスト
Claims (5)
- 透明基板と、前記透明基板上に形成された半透明な半透明位相シフト膜を有し、前記透明基板が露出した透過領域と、前記透明基板上に前記位相シフト膜のみが設けられた半透明位相シフト領域とを有し、前記透過領域と前記半透明位相シフト領域が隣接して配置されたマスクパターンを有し、前記半透明位相シフト領域を透過した露光光は、前記透過領域を透過した露光光に対し位相が反転し、前記透過領域の露光光の透過率を100%としたとき、前記半透明位相シフト領域の露光光での透過率は4%から30%の範囲の値であり、
前記透明基板上に形成された遮光膜、および前記遮光膜を覆うように形成された半透明な第2半透明位相シフト膜を有し、前記遮光膜および前記第2半透明位相シフト膜が積層されて設けられた遮光領域、ならびに前記遮光領域および前記透過領域の間に設けられ、前記第2半透明位相シフト膜のみが設けられた第2半透明位相シフト領域が配置されたマスクパターンを有し、前記第2半透明位相シフト領域を透過した露光光は、前記透過領域を透過した露光光に対し位相が反転し、
前記遮光領域の前記遮光膜および前記第2半透明位相シフト膜の間に形成された反射防止膜を有し、
前記第2半透明位相シフト領域の幅は、0.25μm以上、3.5μm以下の範囲の幅である大型位相シフトマスク。 - 前記半透明位相シフト領域の両側に前記透過領域が隣接して配置されたパターンを有し、前記半透明位相シフト領域の幅は、1μmから5μmの範囲の幅である、請求項1に記載の大型位相シフトマスク。
- 前記半透明位相シフト膜はクロムおよびクロム化合物からなる単層もしくは2層の構成である、請求項1ないし請求項2のいずれか1項に記載の大型位相シフトマスク。
- 前記半透明位相シフト膜の厚さは、0.1μmから0.14μmの範囲の厚さである、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の大型位相シフトマスク。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の大型位相シフトマスクの製造方法であって、
透明基板の一方の面に、クロムおよびクロム化合物を材料とする半透明位相シフト膜が積層されたブランクスに感光性レジストを塗布した、感光性レジスト付のブランクスを準備する工程と、
前記感光性レジスト付のブランクスに、描画装置で所望のパターンを露光し、現像した後、ウェットエッチングし、感光性レジストを除去して前記半透明位相シフト膜をパターン形成する工程とからなる、大型位相シフトマスクの製造方法。
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