JP6259509B1 - ハーフトーンマスク、フォトマスクブランクス及びハーフトーンマスクの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ハーフトーンマスクは、透明基板と遮光膜と、それらの中間の透過率を有する半透過膜とにより、3階調又はそれ以上の多階調のフォトマスクを実現することができる。
透明基板上に、
第1の半透過膜からなる第1の半透過領域と、
前記第1の半透過膜と第2の半透過膜とが積層された第2の半透過領域と、
前記第1の半透過膜及び前記第2の半透過膜のいずれも存在しない透明領域と、
前記第1の半透過領域と前記第2の半透過領域とが隣接する領域とを有し、
前記第1の半透過領域は、露光光に対する透過率が10〜70[%]であり、
前記第2の半透過領域は、露光光に対する透過率が1〜8[%]であり、露光光の位相を反転する
ことを特徴とする。
前記積層膜は、前記第1の半透過領域に対して露光光の位相を反転、若しくは前記透明領域に対して露光光の位相を反転する
ことを特徴とする。
前記積層膜は、第1の半透過膜の位相シフト角をα[度]、第2の半透過膜の位相シフト角をβ[度]としたとき、180−α≦β≦180の関係を満たす
ことを特徴とする。
前記第1の半透過膜及び前記第2の半透過膜は、それぞれ互いのウェットエッチング液に対する選択性を有することを特徴とする。
前記第1の半透過膜として、Ti(チタン)、酸化Ti、窒化Ti、酸窒化Ti、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択し、かつ第2の半透過膜は、酸化Cr(クロム)、窒化Cr、酸窒化Cr、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択するか、
又は、前記第1の半透過膜として、Cr、酸化Cr、窒化Cr、酸窒化Cr、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択し、かつ第2の半透過膜は、酸化Ti(チタン)、窒化Ti、酸窒化Ti、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択する
ことを特徴とする。
前記積層膜は、前記第2の半透過膜のエッジが、前記第1の半透過膜のエッジより所定の寸法突出しており、
前記寸法は、露光光の波長をλ、投影露光光学系の開口数をNAとすると、λ/(8NA)以上λ/(3NA)以下であることを特徴とする。
透明基板上に第3の半透過膜、第4の半透過膜並びに前記第3の半透過膜及び前記第4の半透過膜とがこの順で積層されている積層膜を有し、
前記積層膜は、前記第4の半透過膜のエッジが、前記第3の半透過膜のエッジより突出しており、
前記第3の半透過膜は、露光光に対する透過率が10〜70[%]であり、
前記第4の半透過膜は、露光光に対する透過率が2〜9[%]であり、露光光の位相を反転することを特徴とする。
前記第4の半透過膜は、位相シフト角を略180[度]とすることで、前記第3の半透過膜に対して露光光の位相を反転し、かつ前記透明基板に対して露光光の位相を反転する
ことを特徴とする。
前記第3の半透過膜及び前記第4の半透過膜とがこの順で積層されている積層膜からなる領域と、前記第4の半透過膜のみからなる領域とを有することを特徴とする。
前記第3の半透過膜及び前記第4の半透過膜は、それぞれ互いのウェットエッチング液に対する選択性を有することを特徴とする。
前記第3の半透過膜は、Ti(チタン)、酸化Ti、窒化Ti、酸窒化Ti、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択し、かつ第4の半透過膜は、酸化Cr(クロム)、窒化Cr、酸窒化Cr、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択するか、
又は、前記第3の半透過膜は、Cr、酸化Cr、窒化Cr、酸窒化Cr、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択し、かつ第4の半透過膜は、酸化Ti(チタン)、窒化Ti、酸窒化Ti、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択する
ことを特徴とする。
透明基板上に、第1の半透過膜を形成する工程と、
前記第1の半透過膜上に第2の半透過膜を形成する工程と、
前記第2の半透過膜上に第1のフォトレジストを形成する工程と、
前記第1のフォトレジストをパターニングする工程と、
前記第1のフォトレジストをマスクに前記第2の半透過膜をエッチングする工程と、
前記第1のフォトレジストを除去する工程と、
第2のフォトレジストを形成する工程と、
前記第2のフォトレジストをパターニングする工程と、
前記第2のフォトレジストをマスクに前記第1の半透過膜をエッチングする工程と、
前記第2のフォトレジストを除去する工程と
を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
透明基板上に、第1の半透過膜を形成する工程と、
前記第1の半透過膜上に第2の半透過膜を形成する工程と、
前記第2の半透過膜上に第1のフォトレジストを形成する工程と、
前記第1のフォトレジストをパターニングする工程と、
前記第1のフォトレジストをマスクに前記第2の半透過膜をエッチングする工程と、
前記第1のフォトレジストを除去する工程と、
第2のフォトレジストを形成する工程と、
前記第2のフォトレジストをパターニングする工程と、
前記第2のフォトレジストをマスクに、前記第1の半透過膜をサイドエッチングし、
前記第2の半透過膜の端部が前記第1の半透過膜の端部より所定範囲の寸法だけ突出させる工程と、
前記第2のフォトレジストを除去する工程と
を含むことを特徴とする。
透明基板上に第3の半透過膜を形成する工程と、
前記第3の半透過膜上に第3のフォトレジストを形成する工程と、
前記第3のフォトレジストをパターニングする工程と、
前記第3のフォトレジストをマスクに前記第3の半透過膜をエッチングする工程と、
前記第3のフォトレジストを除去する工程と、
第4の半透過膜を形成する工程と、
第4のフォトレジストを形成する工程と、
前記第4のフォトレジストをパターニングする工程と、
前記第4のフォトレジストをマスクに前記第4の半透過膜をエッチングする工程と、
前記第4のフォトレジストを除去する工程と
を含むことを特徴とする。
透明基板上に第1の半透過膜及び第2の半透過膜がこの順に積層され、
前記第1の半透過膜の露光光に対する透過率は10〜70[%]であり、
前記第1の半透過膜と前記第2の半透過膜との積層膜の露光光に対する透過率が1〜8[%]であり、前記積層膜により露光光の位相が反転する
ことを特徴とする。
以下、本発明に係るフォトマスクの実施形態1の製造工程を詳細に説明する。
第1の半透過膜12と第2の半透過膜13とが、それぞれ異なる材質であるため、異なるエッチング液によりエッチングされ、互いのエッチング液に対して耐性があるため、それぞれ選択的にエッチングすることが可能である。
又は、第1の半透過膜12として、Cr、酸化Cr、窒化Cr、酸窒化Cr、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択し、第2の半透過膜13として、酸化Ti(チタン)、窒化Ti、酸窒化Ti、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択することができる。
また、上記酸化物、窒化物、酸窒化物の組成は膜厚方向に対して変化してもよい。
一般には、Cr系材料により位相シフトの調整が比較的容易であるため、以下では、第1の半透過膜12として上記のTi系材料、第2の半透過膜13として上記Cr系材料の例について説明するが、上記膜構成を入れ替えてもよい。
第1の半透過膜12と第2の半透過膜13との積層膜は、位相シフターとして機能するため、露光光の位相が反転するように、第2の半透過膜13の膜厚を調整し位相シフト角を決定する。
露光光の位相が反転するとは、露光光の位相シフト角が略180[度]であることを意味するが、略180[度]とは、具体的には、180±10[度]の範囲であり、この範囲であれば位相反転の効果を十分に得ることができる。
このような位相シフトの状態を、以下では便宜上第1の位相シフト条件と称す。
第2の半透過膜13としてCr系材料を使用した場合、セリウム系のエッチング液である例えば硝酸第二セリウムアンモニア水溶液を好適に使用することができるが、これに限定するものではない。
第1の半透過膜12のエッチングはウェットエッチング法でもドライエッチング法でもよいが、高い選択比が得られるウェットエッチング法が好適に使用できる。
第1の半透過膜12として、第2の半透過膜13と材質が異なる材料として、例えばTi系材料を使用した場合、水酸化カリウム(KOH)と過酸化水素水との混合溶液を好適に使用することができるが、これに限定するものではない。
以下、第1の半透過膜12の単層膜の領域を第1の半透過領域、第1の半透過膜12と第2の半透過膜13とが積層された領域を第2の半透過領域と称することがある。
一方、第1の半透過領域(領域C)においては、露光光の透過率は10〜70[%]である。
第1の半透過領域及び第2の半透過領域以外の領域は、透明基板11が露出する領域E、F、G(透明領域と称することがある)であり、透過率は100%である。
第1の半透過領域は、透明領域の透過率と第2の半透過領域の透過率との中間の透過率であり、多階調のフォトマスクとなる。
例えば、フラットパネルディスプレイ等の周辺回路部において配線の微細化を優先する場合、第2の位相シフト条件を採用すればよい。
位相シフトによる解像度向上の効果は、略180[度]を中心として±10[度]の範囲であれば十分である。第一の位相シフト条件はβ=180、第二の位相シフト条件はα+β=180であるが、第一の半透過膜の位相シフト角αが概ね20[度]以下の場合(材料にCr系フラットハーフトーン膜を選択して透過率が15%以上の場合やCr系ノーマルハーフトーン膜を選択して透過率が45%以上の場合)には、第二の半透過膜の位相シフト角βを第一の位相シフト条件と第二の位相シフト条件の中間である
180−α≦β≦180
より好ましくは
β=180−α/2
とすることで、両方の効果を得ることも可能である。
例えばα=20[度]の場合、β=170とすればα+β=190となるため、β及びα+βは、共に180±10の範囲に収まる。
このような位相シフト条件では、すべての境界で、露光光の強度分布が急峻になり、露光されたフォトレジストの断面形状は、いずれの境界においても急峻な形状となる。
なお、位相シフト角α、βは、空気に対する位相差であるため、通常マイナスの数値となることは無く、また現実のαは(透過率が下限の10%の場合でも)、高々82[度]であるため上記条件式を満たすβがマイナスの数値となることはない。
図3(b)は、特許文献1に開示される従来のフォトマスクの断面の一部であり、透明基板41上に遮光膜のパターン42が形成され、遮光膜のパターン42上にハーフトーン膜のパターン43が形成されている。
図3(c)において、黒丸で示す点Pは、ハーフトーン膜と位相シフト膜との境界に相当する箇所を示す。
位相シフト膜である第2の半透過膜の位相シフト角は180[度]、透過率は5[%]、ハーフトーン膜である第1の半透過膜の位相シフト角は2[度]、透過率は54[%]であり、第1の位相シフト条件と第2の位相シフト条件との両方を満足する。なお、図3(b)に示す従来のフォトマスクの遮光膜の透過率は0[%]であり、位相シフトの効果はない。
実施形態1で使用するフォトマスクブランクス10を用い、第1の半透過膜12と第2の半透過膜13との積層領域の周囲に第2の半透過膜13の単層膜を形成することが可能である。
第2の半透過膜13による露光光の反転効果により、第1の半透過膜12及び第2の半透過膜13の積層領域と透明基板11が露出している領域との境界部での露光光の強度分布が急峻に変化し、対応するフォトレジストの断面形状が急峻となる。
このとき、第1の半透過膜12の側面が露出した段階から更にサイドエッチングすることにより、第2のフォトレジストパターン15a、15b及び、第2の半透過膜のパターン13a、13b、13cに対して後退した第1の半透過膜のパターン12c、12dを形成する。このようなエッチングは等方性エッチングにより可能であり、ウェットエッチング法又はドライエッチング法が可能であるが、選択比の高いウェットエッチング法が好適に使用できる。
図4(B)に示すように、第2の半透過膜のパターン13a、13bは第1の半透過膜のパターン12cに対して、透明基板11が露出する領域側に距離Z突出しており、第2の半透過膜のパターン13cは第1の半透過膜のパターン12dに対して、透明基板11が露出する領域側に距離Z突出する。Zの寸法はサイドエッチング量、例えばウェットエッチング時間、により制御することができる。
Zの寸法は、フォトマスクを使用する投影露光装置の光学系の開口数をNA、露光光の波長(代表波長)をλとすると、λ/(8NA)以上λ/(3NA)以下となるように設定する。
実施例1、2では、ハーフトーン膜としての第1の半透過膜12と位相シフターとしての第2の半透過膜13の積層膜を形成後にパターニングを行ったが、ハーフトーン膜のパターンを形成後に位相シフター膜のパターンを形成することでフォトマスクを製造してもよい。本実施形態により、ハーフトーン膜のエッジ部に位相シフターの単層膜を形成することもでき、位相シフト角の制御が容易になる。
第3の半透過膜22は、ハーフトーン膜としての機能を有し、露光光に対する透過率が10〜70[%]である。
例えば、第3の半透過膜22として、Ti、酸化Ti、窒化Ti、酸窒化Ti、若しくはこれらの2つ以上の積層膜、又はCr、酸化Cr、窒化Cr、酸窒化Cr、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択することができる。
第4の半透過膜24は、位相シフターとしての機能を有し、露光光に対する透過率は2〜9[%]である。
例えば、第3の半透過膜22として、Ti、酸化Ti、窒化Ti、酸窒化Ti、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択し、第4の半透過膜24として、酸化Cr、窒化Cr、酸窒化Cr、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択することができる。又は、例えば第3の半透過膜22として、Cr、酸化Cr、窒化Cr、酸窒化Cr、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択し、第4の半透過膜24として、酸化Ti、窒化Ti、酸窒化Ti、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択することができる。
例えば、領域KをTFTのチャネル領域、領域J、Lをソースドレイン電極領域に採用することができる。
例えば、透明基板に対する第3の半透過膜22の位相シフト角を、小さい角、例えば0.4〜10[度]に設定することにより、いずれの境界においても急峻な露光光の強度分布を得ることができる。
このような第3の半透過膜22と第4の半透過膜24との積層領域と隣接しない孤立した領域Oは、周辺回路等の配線のパターンに採用することができ、TFTと配線の微細化が容易に両立できる。
具体的には、フォトマスク描画装置のアライメント精度(第3、第4のフォトレジストパターンの位置ずれ)を考慮して領域J、Lの幅として0.5[mm]程度とすることが望ましい。この程度の寸法であれば投影露光装置の解像限界よりも十分に小さく、露光光によりフォトレジストに解像することなく、これらの領域の悪影響は抑制できる。
図7に示すように、領域Oの膜構成を、第4の半透過膜24の単層構造としてもよい。
第4の半透過膜24の単層構造は、図5(B)工程において、第3のフォトレジスト23bを形成せずに、第3の半透過膜22をパターニングすることにより形成できる。
第3の半透過膜22がなく、単独の第4の半透過膜24の位相シフト角により、領域Oにおいて、透明基板11との位相シフト角を略180[度](180±10[度])に設定でき、パターンの微細化が可能となる。
このような第4の半透過膜24の単層膜は、例えば周辺回路の配線パターンに使用することができる。
11 透明基板
12 第1の半透過膜
12a、12b、12c、12d 第1の半透過膜のパターン
13 第2の半透過膜
13a、13b、13c 第2の半透過膜のパターン
14 第1のフォトレジスト
14a、14b、14c 第1のフォトレジストパターン
15 第2のフォトレジスト
15a、15b 第2のフォトレジストパターン
20 フォトマスクブランクス
22 第3の半透過膜
22a、22b 第3の半透過膜のパターン
23 第3のフォトレジスト
23a、23b 第3のフォトレジストパターン
24 第4の半透過膜
24a、24b、24c第4の半透過膜のパターン
25 第4のフォトレジスト
25a、25b、25c 第4のフォトレジストパターン
30 フォトレジスト
40 フォトレジスト
41 基板
42 遮光膜のパターン
43 ハーフトーン膜のパターン
Claims (15)
- 透明基板上に、
第1の半透過膜からなる第1の半透過領域と、
前記第1の半透過膜と第2の半透過膜とが積層された第2の半透過領域と、
前記第1の半透過膜及び前記第2の半透過膜のいずれも存在しない透明領域と、
前記第1の半透過領域と前記第2の半透過領域とが隣接する領域とを有し、
前記第1の半透過領域は、露光光に対する透過率が10〜70[%]であり、
前記第2の半透過領域は、露光光に対する透過率が1〜8[%]であり、露光光の位相を反転する
ことを特徴とするフォトマスクであって、
前記第1の半透過膜と前記第2の半透過膜との積層膜は、前記第1の半透過膜の位相シフト角をα[度]、前記第2の半透過膜の位相シフト角をβ[度]としたとき、180−α≦β≦180の関係を満たす
ことを特徴とするフォトマスク。 - 前記積層膜は、前記第1の半透過領域に対して露光光の位相を反転、若しくは前記透明領域に対して露光光の位相を反転する、
ことを特徴とする請求項1記載のフォトマスク。 - 前記第1の半透過膜の位相シフト角をα[度]と前記第2の半透過膜の位相シフト角β[度]が、さらに、β=180−α/2の関係を満たすことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のフォトマスク。
- 前記第1の半透過膜及び前記第2の半透過膜は、それぞれ互いのウェットエッチング液に対する選択性を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のフォトマスク。
- 前記第1の半透過膜として、Ti(チタン)、酸化Ti、窒化Ti、酸窒化Ti、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択され、かつ第2の半透過膜は、酸化Cr(クロム)、窒化Cr、酸窒化Cr、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択されるか、
又は、前記第1の半透過膜として、Cr、酸化Cr、窒化Cr、酸窒化Cr、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択され、かつ第2の半透過膜は、酸化Ti(チタン)、窒化Ti、酸窒化Ti、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のフォトマスク。 - 前記積層膜は、前記第2の半透過膜のエッジが、前記第1の半透過膜のエッジより所定の寸法突出しており、
前記寸法は、露光光の波長をλ、前記露光光を投影する投影露光装置の光学系の開口数をNAとすると、λ/(8NA)以上λ/(3NA)以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のフォトマスク。 - 透明基板上に第3の半透過膜、第4の半透過膜並びに前記第3の半透過膜及び前記第4の半透過膜とがこの順で積層されている積層膜を有し、
前記積層膜は、前記第4の半透過膜のエッジが、前記第3の半透過膜のエッジより突出しており、
前記第3の半透過膜は、露光光に対する透過率が10〜70[%]であり、
前記第4の半透過膜は、露光光に対する透過率が2〜9[%]であり、露光光の位相を反転する
ことを特徴とするフォトマスク。 - 前記第4の半透過膜は、位相シフト角を略180[度]とすることで、前記第3の半透過膜に対して露光光の位相を反転し、かつ前記透明基板に対して露光光の位相を反転する
ことを特徴とする請求項7記載のフォトマスク。 - 前記第3の半透過膜及び前記第4の半透過膜とがこの順で積層されている積層膜からなる領域と、前記第4の半透過膜のみからなる領域とを有することを特徴とする請求項7又は請求項8記載のフォトマスク。
- 前記第3の半透過膜及び前記第4の半透過膜は、それぞれ互いのウェットエッチング液に対する選択性を有することを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項記載のフォトマスク。
- 前記第3の半透過膜は、Ti(チタン)、酸化Ti、窒化Ti、酸窒化Ti、若しくは
これらの2つ以上の積層膜から選択され、かつ第4の半透過膜は、酸化Cr(クロム)、窒化Cr、酸窒化Cr、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択されるか、
又は、前記第3の半透過膜は、Cr、酸化Cr、窒化Cr、酸窒化Cr、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択され、かつ第4の半透過膜は、酸化Ti(チタン)、窒化Ti、酸窒化Ti、若しくはこれらの2つ以上の積層膜から選択される
ことを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項記載のフォトマスク。 - 請求項1記載のフォトマスクの製造方法であって、
透明基板上に、第1の半透過膜を形成する工程と、
前記第1の半透過膜上に第2の半透過膜を形成する工程と、
前記第2の半透過膜上に第1のフォトレジストを形成する工程と、
前記第1のフォトレジストをパターニングする工程と、
前記第1のフォトレジストをマスクに前記第2の半透過膜をエッチングする工程と、
前記第1のフォトレジストを除去する工程と、
第2のフォトレジストを形成する工程と、
前記第2のフォトレジストをパターニングする工程と、
前記第2のフォトレジストをマスクに前記第1の半透過膜をエッチングする工程と、
前記第2のフォトレジストを除去する工程と
を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。 - 透明基板上に、第1の半透過膜を形成する工程と、
前記第1の半透過膜上に第2の半透過膜を形成する工程と、
前記第2の半透過膜上に第1のフォトレジストを形成する工程と、
前記第1のフォトレジストをパターニングする工程と、
前記第1のフォトレジストをマスクに前記第2の半透過膜をエッチングする工程と、
前記第1のフォトレジストを除去する工程と、
第2のフォトレジストを形成する工程と、
前記第2のフォトレジストをパターニングする工程と、
前記第2のフォトレジストをマスクに、前記第1の半透過膜をサイドエッチングし、
前記第2の半透過膜の端部が前記第1の半透過膜の端部より所定範囲の寸法だけ突出させる工程と、
前記第2のフォトレジストを除去する工程と
を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。 - 透明基板上に第3の半透過膜を形成する工程と、
前記第3の半透過膜上に第3のフォトレジストを形成する工程と、
前記第3のフォトレジストをパターニングする工程と、
前記第3のフォトレジストをマスクに前記第3の半透過膜をエッチングする工程と、
前記第3のフォトレジストを除去する工程と、
第4の半透過膜を形成する工程と、
第4のフォトレジストを形成する工程と、
前記第4のフォトレジストをパターニングする工程と、
前記第4のフォトレジストをマスクに前記第4の半透過膜をエッチングする工程と、
前記第4のフォトレジストを除去する工程と
を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。 - 透明基板上に第1の半透過膜及び第2の半透過膜がこの順に積層され、
前記第1の半透過膜の露光光に対する透過率は10〜70[%]であり、
前記第1の半透過膜と前記第2の半透過膜との積層膜の露光光に対する透過率が1〜8[%]であり、前記積層膜により露光光の位相が反転し、
前記積層膜は、前記第1の半透過膜の位相シフト角をα[度]、前記第2の半透過膜の位相シフト角をβ[度]としたとき、180−α≦β≦180の関係を満たすことを特徴とするフォトマスクブランクス。
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