JP6271803B1 - フォトマスク及びフォトマスクブランクス並びにフォトマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンの微細化と多階調とを両立できる多階調フォトマスクを提供する。【解決手段】透明基板上に、位相シフト膜及び半透過膜の積層領域と、上記積層領域より露光光の光透過率が高い半透過膜からなる半透過領域とを備え、上記積層領域は、上記半透過領域及び／又は透明基板が露出する透明領域と接する境界部を有し、上記位相シフト膜は露光光の位相をシフトさせ、また、上記積層領域の露光光に対する光透過率は、１〜８％である。上記境界部において、露光光の強度分布が急峻に変化し、露光されたフォトレジストパターンの断面形状を改善することができる。【選択図】 図３

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイ等に使用される多階調のハーフトーンマスクの機能を有するフォトマスク及びフォトマスクブランクス並びにフォトマスクの製造方法に関する。

フラットパネルディスプレイ等の技術分野においては、半透過膜の光透過率で露光量を制限するという機能を備えた、ハーフトーンマスクと呼ばれる多階調のフォトマスクが使用されている。
ハーフトーンマスクは、透明基板と遮光膜と、それらの中間の光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。

特許文献１には、透明基板に遮光膜を形成したフォトマスクブランクスを加工し、遮光膜のパターンを形成後、半透過膜を形成し、遮光膜と半透過膜とをパターニングすることにより、ハーフトーンマスクを形成する方法が開示されている。

このようなハーフトーンマスクは、例えばフラットパネルディスプレイの製造工程において、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）のチャネル領域及びソース／ドレイン電極形成領域で、それぞれ膜厚の異なるフォトレジストパターンを１回の露光工程で形成することによりリソグラフィー工程を削減するために用いられることがある。

その一方で、フラットパネルディスプレイの高画質化のため、配線パターンの微細化の要望が、ますます強くなってきている。プロジェクション露光機で、解像限界に近いパターンを露光しようとする場合、露光マージンを確保するため、遮光領域のエッジ部に位相を反転させる位相シフタを設けた位相シフトマスクが特許文献２に開示されている。

特開２００５−２５７７１２ 特開２０１１−１３２８３

ハーフトーンマスクにおいては、半透過膜と遮光膜との境界部分での露光光強度の変化が比較的緩やかであり、ハーフトーンマスクを用いて露光したフォトレジストは、このような境界部分での断面形状が緩やかな傾斜を示し、プロセスマージンが低下し、その結果、微細なパターンを形成することが困難である。

位相シフトマスクを使用することにより解像度を向上させ、パターンの更なる微細化は可能となるが、ハーフトーンマスクの様なリソグラフィー工程の削減は不可能である。そのため、フラットパネルディスプレイの製造に使用した場合、製造コストの低減に寄与することができない。

ハーフトーンマスクと異なる方式である微細パターンタイプのグレートーンマスクは、遮光部と半透過部との間で比較的急峻な露光光強度分布を得ることができるものの、焦点深度が浅くなるという問題がある。

このように従来の多階調フォトマスクでは、フラットパネルディスプレイ等の製造コストの低減と解像度の問題を両立させることは不可能であった。

上記課題を鑑み、本発明は、リソグラフィー工程の削減とパターンの更なる微細化を両立することができる多階調フォトマスク及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る多階調フォトマスクの製造方法は、
透明基板上に露光光の位相を反転する位相シフト膜を形成する工程と、
前記位相シフト膜上に第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描画装置により露光し、パターニングすることにより、第１のフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のフォトレジストパターンをマスクに前記位相シフト膜をエッチング除去し、前記透明基板を露出させ前記位相シフト膜のパターンを形成する工程と、
前記第１のフォトレジストを除去する工程と、
前記位相シフト膜のパターンを覆うように半透過膜を形成する工程と、
前記半透過膜上に第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描画装置により露光し、パターニングすることにより、第２のフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記第２のフォトレジストパターンをマスクに前記半透過膜及び前記位相シフト膜をエッチング除去し、前記透明基板を露出させた透明領域、前記透明基板上に直接前記半透過膜が形成された半透過領域、及び前記位相シフト膜と前記半透過膜とが積層された積層領域を形成する工程と、
前記第２のフォトレジストを除去する工程とを含み、
前記半透過膜の位相シフト角は、０．１度以上２０度以下であり、
前記半透過膜の光透過率の、ｇ線、ｈ線及びｉ線の露光光に対する変化が２％以内であり、
前記第２のフォトレジストパターンの端部は、前記積層領域となる部分と前記透明領域となる部分が隣接する領域において、前記第２のエッチング工程前における前記位相シフト膜のパターンの端部から前記積層領域となる側に所定の距離だけ後退している
ことを特徴とする。

このような多階調フォトマスクの製造方法により、
半透過膜からなる半透過領域と半透過膜及び位相シフト膜が積層した領域（積層領域）との境界部、及び透明基板が露出した透明領域と積層領域との境界部において、ともに露光光の位相差が略１８０度となり、急峻に変化する露光光の強度分布を実現することができる多階調フォトマスクを提供することができる。その結果、製造された多階調フォトマスクを用いた１回の露光により得られたフォトレジストは、光透過率の異なるそれぞれの領域に対応して、膜厚が異なるフォトレジストを同時に形成できるとともに、異なる膜厚のフォトレジストの境界部において、膜厚変化が急峻になり、断面形状の矩形性を向上させることができる。

本発明に係る多階調フォトマスクの製造方法は、
透明基板上に露光光の位相を反転させる位相シフト膜を形成する工程と、
前記位相シフト膜上に第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描画装置により露光し、パターニングすることにより、
第３のフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記第３のフォトレジストパターンをマスクに前記位相シフト膜をエッチング除去し、前記透明基板を露出させ前記位相シフト膜のパターンを形成する工程と、
前記第３のフォトレジストを除去する工程と、
前記位相シフト膜のパターンを覆うように半透過膜を形成する工程と、
前記半透過膜上に第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描画装置により露光し、パターニングすることにより、第４のフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記第４のフォトレジストパターンをマスクに前記半透過膜及び前記位相シフト膜をエッチング除去し、前記透明基板を露出させた透明領域、前記透明基板上に直接前記半透過膜が形成された半透過領域、及び前記位相シフト膜と前記半透過膜とが積層された積層領域を形成する工程と、
前記第４のフォトレジストを除去する工程とを含み、
前記半透過膜の位相シフト角は、０．１度以上２０度以下であり、
前記半透過膜の光透過率の、ｇ線、ｈ線及びｉ線の露光光に対する変化が２％以内であり、
前記第３のフォトレジストパターンは、前記半透過領域となる部分に開口部を有することを特徴とする。

このような多階調フォトマスクの製造方法により、積層パターンと半透過膜のパターンとが境界部で接するパターンを形成するための、第３のフォトレジストパターンの設計上の制約が緩和され、フォトマスクの製造が容易になる。

また、本発明に係る多階調フォトマスクの製造方法は、
透明基板上に露光光の位相を反転させる位相シフト膜を形成する工程と、
前記位相シフト膜上に第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描画装置により露光し、パターニングすることにより、
第１のフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のフォトレジストパターンをマスクに前記位相シフト膜をエッチング除去し、前
記透明基板を露出させ前記位相シフト膜のパターンを形成する工程と、
前記第１のフォトレジストを除去する工程と、
前記位相シフト膜のパターンを覆うように半透過膜を形成する工程と、
前記半透過膜上に第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描画装置により露光し、パターニングすることにより、
第２のフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記第２のフォトレジストパターンをマスクに前記半透過膜をエッチング除去し、前記
透明基板を露出させた透明領域、前記透明基板上に直接前記半透過膜が形成された半透過領域、及び前記位相シフト膜と前記半透過膜とが積層された積層領域を形成する工程と、
前記第２のフォトレジストを除去する工程とを含み、
前記半透過膜の位相シフト角は、０．１度以上２０度以下であり、
前記半透過膜の光透過率の、ｇ線、ｈ線及びｉ線の露光光に対する変化が２％以内であり、
前記第２のフォトレジストパターンの端部は、前記積層領域となる部分と前記透明領域となる部分が隣接する領域において、前記第２のエッチング工程前における前記位相シフト膜のパターンの端部から前記透明領域となる部分側に所定の距離だけ突出している
ことを特徴とする。

このような多階調フォトマスクの製造方法により、
ウェットエッチングのような等方エッチングを用いてパターニングを行った場合でも、半透過膜のサイドエッチング量を制御し、微細なパターンを形成することができる。

また、本発明に係る多階調フォトマスクの製造方法は、
前記所定の距離は、前記第２のフォトレジストを露光する描画装置の重ね合わせ誤差以上であることを特徴とする。

このような多階調フォトマスクの製造方法により、
積層パターンの透明領域側の端部において、半透過膜の端部が位相シフト膜の端部に対して突出又は後退することを防止することができ、位相シフト膜の端部と半透過膜の端部の位置を一致させることができる。
そのため、積層パターンは、透明領域と接する端部においても、位相シフト膜と半透過膜とが積層された構造を維持し、積層された膜としての光学特性を有する。

本発明によれば、ハーフトーン効果と位相シフト効果を両立し得る多階調フォトマスクを実現することができ、パターンの微細化とリソグラフィーの工数削減に寄与することができる。（以下簡単のため、多階調フォトマスクをフォトマスクと略することがある。）

本発明の実施形態１によるフォトマスクの主要製造工程を示す断面図。 本発明の実施形態１によるフォトマスクの主要製造工程を示す断面図。 本発明の実施形態１によるフォトマスクの主要製造工程を示す断面図。 本発明の実施形態２によるフォトマスクの主要製造工程を示す断面図。 本発明の実施形態２によるフォトマスクの主要製造工程を示す断面図。 本発明の実施形態３によるフォトマスクの主要製造工程を示す断面図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は、いずれも本発明の要旨の認定において限定的な解釈を与えるものではない。また、同一又は同種の部材については同じ参照符号を付して、説明を省略することがある。

（実施形態１）
以下、本発明に係るフォトマスクの実施形態１の主要な製造工程を説明する。

図１（ａ）に示すように、合成石英ガラス等の透明基板１１上に位相シフト膜１２、例えば、膜厚が１２０ｎｍのクロム（Ｃｒ）酸化膜を、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等により形成したフォトマスクブランクス１０を準備する。
なお、予め上記フォトマスクブランクス１０を準備しておくことで、フォトマスクの製造工期を短縮することもできる。

位相シフト膜１２は、露光光の位相をシフトする機能を有し、単独膜により露光光の位相が反転する（すなわち位相シフト角が略１８０度）である性質を有する。位相シフト膜１２の光透過率は、後述する半透過膜１４との積層領域の露光光に対する光透過率が１〜８％、より好ましくは４〜７％となるような光学的特性を有するものがよい。

他方、半透過膜の光透過率は、このフォトマスクを用いて投影露光装置によりＦＰＤパネル上のフォトレジスト膜等に転写露光したときに、半透過領域パターンが転写された部分における現像後の残膜厚が所望の値となるように設定される。具体的には、半透過膜の光透過率は２０〜６０％の範囲内で設定されることが多い。このため、例えば、半透過膜の光透過率が約５０％である場合には、位相シフト膜単独膜としての光透過率は例えば７〜１５％程度に設定する。こうすることによって、積層領域の光透過率を１〜８％の範囲（好ましくは４〜７％）にすることができる。

積層領域の光透過率を上記のような範囲に設定する主な理由は、位相シフト部を通過した露光光と、位相シフト部に隣接するその他の部分（すなわち半透過領域又は透明領域）を透過した露光光との相互作用である位相シフト効果を十分に発揮させることにより、境界部のレジスト形状の矩形性を向上させるという目的と、位相シフト部の隣接部でない部分（すなわち図３におけるＮやＬやＫの中央部）を透過する露光光の光量を抑えて、現像後のレジスト膜等の膜厚を確保してエッチング工程に耐える目的とを、両立させるためである。光透過率が低すぎると位相シフト効果が十分に発揮されず、逆に光透過率が高すぎると露光光の光量を抑えることができず現像後のレジスト膜等の膜厚を確保できない。

例えば、クロム酸化膜を使用し、その組成及び膜厚を調整することで所定の光学特性を有する位相シフト膜１２を得ることができる。なお、位相シフト膜にクロム酸化膜を用いた場合、露光光の位相が反転する条件のもとで光透過率を調整できる範囲には限りがある。上述のとおり半透過膜の光透過率が約２０％である場合、位相シフト膜の光透過率を約２０〜４０％に設定する必要があるが、クロム酸化膜でこれを実現することは非現実的である。

このような場合、クロム酸化膜よりも高い光透過率を有する膜を位相シフト膜として使用することもできる。例えば、二酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、アルミナ（酸化アルミニウム）、チタニア（酸化チタン）、ジルコニア（酸化ジルコニア）、酸化タンタルなどが一例として挙げられる。これらは高い光透過率であることに加えて耐久性にも優れており、反射防止膜などにしばしば用いられる。また、代表的な透明導電膜の材料として、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＩ）、ニオブドープ酸化チタン（ＮＴＯ）などが挙げられる。

位相シフト膜のその他の可能性としては、クロム酸窒化膜、膜厚方向に対して組成が変化する膜、組成が異なる膜を積層した膜を使用することができるが、これらに限定するものではない。

なお、光透過率、位相シフト角の値を決定する露光光とは、製品を製造するリソグラフィー工程で、フォトマスクを用いてフォトレジストを露光するための露光光を意味する。

その後、図１（ｂ）に示すように、位相シフト膜１２上に第１のフォトレジスト１３を塗布法等により形成する。

その後、図１（ｃ）に示すように、第１のフォトレジスト１３を、例えばフォトマスク描画装置により露光し、その後現像することによりパターニングし、第１のフォトレジストパターン１３ａ、１３ｂ、１３ｃを形成する。

その後、図１（ｄ）に示すように、第１のフォトレジストパターン１３ａ、１３ｂ、１３ｃをマスクに、位相シフト膜１２をエッチング除去することで、位相シフト膜のパターン１２ａ、１２ｂ、１２ｃを形成し、その後、アッシング等により第１のフォトレジストパターン１３ａ、１３ｂ、１３ｃを除去する。
位相シフト膜１２のエッチング法は、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、製造コストの観点においてウェットエッチング法が好適に使用できる。
位相シフト膜１２としてクロム酸化膜等のクロム系膜を用いた場合、セリウム系のエッチング液、例えば硝酸第二セリウムアンモニウム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。

その後、図２（ａ）に示すように、半透過膜１４を、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等により形成し、さらに半透過膜１４上に第２のフォトレジスト１５を塗布法等により形成する。
半透過膜１４の光透過率は、露光光に対して１０〜７０％になるよう設定する。また、半透過膜１４の位相シフト角は、例えば０．１度から８０度であるが、好適には１８０度と比較して十分に小さい値、例えば０．１度から２０度に設定する。

半透過膜１４として、例えば膜厚４ｎｍのＣｒ（クロム）膜とすることで、光透過率が５０％で、位相シフト角が１．５度と小さい値を得ることができる。この場合、光透過率の露光光に対する変化を、ｇ線、ｈ線、ｉ線の露光光に対して２％以内に収めることができる。すなわち、露光光の波長依存性を小さくすることができるため、本実施形態で得られるフォトマスクを使用し、露光光としてｇ線、ｈ線、ｉ線の混合波長を採用した場合においても、安定した広範囲の露光条件を得ることができる。
さらに位相シフト角が、１８０度に比較して非常に小さいため、後述する位相シフト膜１２及び半透過膜１４が積層する領域の位相シフト角は、実質的に位相シフト膜１２のみの位相シフト角で決定される。その結果、半透過膜１４の位相シフト角を考慮することなく、位相シフト膜１２の材料及び膜厚を容易に設定することができる。

このように、半透過膜１４として、Ｃｒ薄膜（膜厚０．５〜５０ｎｍ）を採用することで、光透過率の露光光に対する変化を、ｇ線、ｈ線、ｉ線の露光光に対して２％以内に収めることができ、さらに位相シフト角を０．１〜２０度と、非常に小さい値に収めることができるため、特に半透過膜１４として好適に採用できる。
また、半透過膜１４の位相シフト角の影響が小さいため、透明基板１１上に位相シフト膜１２が成膜されているフォトマスクブランクスを予め準備しておき、様々な顧客の要望に合わせて半透過膜１４の光透過率を設定することができる。何故なら、上記のとおりｇ線、ｈ線、ｉ線の露光光の波長の範囲において、光透過率の露光光の波長に対する変化が２％以内と小さく、さらに位相シフト角も小さいため、半透過膜１４の膜厚を調整することで、フォトレジストを露光する露光光の波長分布の異なる様々な顧客に対して、要求仕様を満足することができるためである。
そのため、フォトマスクの納期の短縮、製造コストの低減に寄与することも可能である。

また、半透過膜１４としてＣｒ酸化膜（膜厚１〜１５ｎｍ）を採用することもできる。このとき、ｇ、ｈ、ｉ線に対し光透過率の差が４〜８％程度生じるが位相シフト角は１〜２０度の範囲に収めることができる。半透過膜１４としてＣｒ酸化膜を用いた場合、位相シフト膜１２と組成が近いため、半透過膜１４と位相シフト膜１２とを同一工程でエッチングする場合、両方のエッチングレートを合わせ易いという利点がある。

なお、光透過率は、半透過膜１４の膜厚により調整することができ、所望の光透過率になる膜厚を選択すればよい。
また、半透過膜１４の材料はクロム膜が好適に採用できるが、これに限定するものではなく、上記光学的特性が得られれば、他の材料を用いてもよい。

その後、図２（ｂ）に示すように、第２のフォトレジスト１５を、例えばフォトマスク描画装置により露光し、その後現像することによりパターニングし、第２のフォトレジストパターン１５ａ、１５ｂを形成する。
このとき、図２（ｂ）中に示すように、第２のフォトレジストパターン１５ａの端部位置が、位相シフト膜のパターン１２ｂ、１２ｃの端部位置に対して、所定の距離ｄだけ位相シフト膜のパターン１２ｂ、１２ｃ側、すなわち透明基板を露出させる領域（以下、透明領域と称す）の反対側方向に移動している。同様に第２のフォトレジストパターン１５ｂの端部位置が、位相シフト膜のパターン１２ａの端部位置に対して、距離ｄだけ位相シフト膜のパターン１２ａ側、すなわち透明領域の反対側方向に移動している。

このような第１、第２のフォトレジストパターンの配置は、第１のフォトレジストパターン１３ａ、１３ｂ、１３ｃが形成される領域と第２のフォトレジストパターン１５ａ、１５ｂが形成される領域とが重なる領域（後述する位相シフト膜及び半透過膜の積層領域）において、第１のフォトレジストパターン１３ａ、１３ｂ、１３ｃの端部が、第２のフォトレジストパターン１５ａ、１５ｂの端部より、透明領域側に突出するよう、第１のフォトレジストパターン１３ａ、１３ｂ、１３ｃのパターン幅を調整することにより可能となる。

ここで、上記距離ｄの値は、第２のフォトレジストパターン１５ａ、１５ｂを形成するためのフォトマスク描画装置の重ね合わせ誤差以上の値に設定する。
その結果、第２のフォトレジスト１５を露光する場合に、フォトマスク描画装置による位相シフト膜のパターン１２ａ、１２ｂ、１２ｃに対する重ね合わせズレが発生しても、第２のフォトレジストパターン１５ａ、１５ｂの端部が位相シフト膜のパターン１２ａ、１２ｂ、１２ｃより透明領域側に突出することはない。

なお、位相シフト膜１２を、特にウェットエッチング法のような等方エッチングによりエッチングする場合、位相シフト膜１２のサイドエッチング量が重ね合わせ誤差に対し無視できない大きさであれば、距離ｄの値は、フォトマスク描画装置の重ね合わせ誤差に位相シフト膜１２のサイドエッチング量を加えた値に設定することができる。ただし、位相シフト膜１２と半透過膜１４のエッチングレートを合わせることで、サイドエッチ量の補正は不要となる。例えば、エッチングレートの合わせ方として、膜厚方向において、表層のエッチング速度を遅く、下層に行くに従ってエッチング速度を早くするように成膜条件を調整する方法などが挙げられる。

次に図３に示すように、第２のフォトレジストパターン１５ａ、１５ｂをマスクにドライエッチング法又はウェットエッチング法により、半透過膜１４及び位相シフト膜のパターン１２ａ、１２ｂ、１２ｃをエッチング除去することで、半透過膜のパターン１４ａ、１４ｂ及び位相シフト膜のパターン１２ｄ、１２ｅ、１２ｆを形成する。
半透過膜１４及び位相シフト膜のパターン１２ａ、１２ｂ、１２ｃのエッチングは同一工程で行ってもよく、異なる工程で行ってもよい。
その後、アッシング法等により第２のフォトレジストパターン１５ａ、１５ｂを除去する。

このように、同一の第２のフォトレジストパターン１５ａ、１５ｂにより、半透過膜１４及び位相シフト膜のパターン１２ａ、１２ｂ、１２ｃをエッチングする。そのため、位相シフト膜１２及び半透過膜１４が積層した領域（積層領域）が透明領域と接する境界部において、位相シフト膜１２の端部の位置と半透過膜１４の端部の位置とが一致する。
そのため、このような端部においても、位相シフト膜及び半透過膜が積層された構造を維持し、積層された膜としての光学特性を有する。

なお、半透過膜１４のエッチング法は、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、製造コストの観点においてウェットエッチング法が好適に使用できる。
半透過膜１４としてクロム膜を用いた場合、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ウム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。
ただし、ウェットエッチング法を用いた場合、積層領域において、上層部ほどウェットエッチング量が多くなる。そのため、積層領域のパターンの断面は、厳密には上層が狭いテーパー形状となり、位相シフト膜１２の端部に対して半透過膜１４の端部が、積層領域となる側に後退する傾向となる。従って、ドライエッチング法は、製造コストは増大するが、一層微細なパターンを形成できるという利点がある。

また、半透過膜１４のエッチングと位相シフト膜のパターン１２ａ、１２ｂ、１２ｃのエッチングとを同じエッチング液又はエッチングガスによりエッチング処理する場合、同一工程でエッチング処理が可能となり、製造コストの低減、工期の短縮が可能になる。例えば、半透過膜１４と位相シフト膜とをクロム系の膜を採用し、硝酸第二セリウムアンモニウム水溶液等をエッチング液として使用し、同一のエッチング工程でエッチング処理が可能になる。
なお、添加剤、エッチング温度等の調整により半透過膜１４と位相シフト膜のエッチング速度を合わせることが可能であり、市販のエッチング液を使用することができる。

上述した位相シフト膜１２の光学特性により、半透過膜１４及び位相シフト膜１２が積層された膜と半透過膜１４の単独膜との位相差は、位相シフト膜１２の光学特性により略１８０度となる。
さらに、半透過膜１４の位相シフト角が、例えば２０度以下（０．１〜２０度）の（１８０度に対して）十分小さい値である場合、半透過膜１４及び位相シフト膜１２の積層された膜の位相シフト角は、実質的に位相シフト膜１２の位相シフト角によりほぼ決定される。そのため半透過膜１４及び位相シフト膜１２の積層領域と透明領域との位相差も略１８０度とすることができる。すなわち、半透過膜１４及び位相シフト膜１２の積層領域と半透過膜１４単独膜の領域との位相差と、半透過膜１４及び位相シフト膜１２の積層領域と透明領域との位相差とを、共に略１８０度と両立させることが可能になる。このとき、前述の２つの位相差を略１８０度にするため、必要に応じて位相シフト膜１２の位相シフト角を膜厚等により微調整してもよい。
なお、本明細書において略１８０度とは、１８０±２０度を意味し、露光光の干渉効果が十分に得られる露光光の位相差をいう。

図３において、半透過膜１４及び位相シフト膜１２の積層領域は、位相シフト膜のパターン１２ｄ及び半透過膜のパターン１４ｂの積層領域（領域Ｋ）、位相シフト膜のパターン１２ｅ及び半透過膜のパターン１４ａの積層領域（領域Ｌ）並びに位相シフト膜のパターン１２ｆ及び半透過膜のパターン１４ａの積層領域（領域Ｎ）により示される。
透明基板が露出した部分における露光光の光透過率を１００％とした場合に、上記各積層領域の露光光の光透過率は１〜８％であり、半透過膜１４からなる領域の露光光の光透過率は１０〜７０％であり、透明基板１１の露光光の光透過率は１００％であるため、３階調のフォトマスクを得ることができる。

本実施形態のフォトマスクを用いてフォトレジストを露光する場合、１回の露光プロセスにより、上記積層領域、半透過膜からなる領域及び透明領域に対応して、それぞれフォトレジストの膜厚が相対的に厚い領域、薄い領域及びフォトレジストが無い領域を形成することができる。

本実施形態により製造されたフォトマスクを用いて、フォトレジストを露光すると、領域Ｌと半透過膜１４ａの領域（領域Ｍで示され、半透過領域と称する）とが接する境界部、及び領域Ｎと領域Ｍとが接する境界部において、露光光の位相差が略１８０度となる。
上記領域Ｌ及び領域Ｎは、ゼロより大きい光透過率を有するため、露光光の一部は領域Ｌ及び領域Ｎを透過する。領域Ｌ及び領域Ｎを透過した露光光と領域Ｍを透過した露光光との位相差は略１８０度であり、光の干渉効果により、上記境界部分で露光光強度が急峻に変化する。

また、半透過膜１４の位相シフト角が十分に小さければ、例えば位相シフト膜のパターン１２ｄ及び半透過膜のパターン１４ｂの積層領域（領域Ｋ）と透明領域（領域Ｐ、領域Ｑ）とが接する境界部、領域Ｎと透明領域（領域Ｒ）とが接する境界部及び領域Ｌと透明領域（領域Ｑ）とが接する境界部においても、露光光の位相差が略１８０度となる。そのため、この境界部での露光光の強度が急峻に変化し、この境界部に対応する箇所のフォトレジストの膜厚が急峻に変化し、矩形性が向上する。さらに、領域Ｋの光透過率は１〜８％に設定されているため、位相シフト効果が得られないＮ、Ｌ、Ｋ領域の中央部（透明領域若しくは半透過膜の領域との境界部以外の部分）において、フォトレジストの感光が抑制され、現像後のフォトレジストの膜厚が十分確保できる。

上記のように、半透過膜１４の位相シフト角を０．１〜２０度とすることで、領域Ｍと領域Ｎ（領域Ｌ）とが接する境界部において露光光の位相差が略１８０度とするとともに、さらに領域Ｎ（領域Ｌ）と領域Ｒ（領域Ｑ）とが接する境界部において露光光の位相差が略１８０度とすることができることは、両方の境界を有する回路パターン（ＴＦＴ等）において特に好適な微細化の効果を実現できることを意味する。

本実施形態によるフォトマスクを用いて、例えば、フラットパネルディスプレイのＴＦＴを加工するためのフォトレジストの露光工程に適用する場合、１回の露光により、領域Ｍによりチャネル領域のフォトレジストパターンを形成し、領域Ｌ及び領域Ｎによりソース／ドレイン電極形成領域のフォトレジストパターンを形成することができる。この場合、チャネル領域のフォトレジストパターンと比較しソース／ドレイン電極形成領域のフォトレジストパターンの膜厚を厚くすることができる。
さらに、チャネル領域とソース／ドレイン電極形成領域の境界部におけるフォトレジストの断面形状が急峻なため、精確にチャネル長を制御でき、更にソース／ドレイン電極形成領域を精確に制御できるため、従来の遮光膜と半透過膜を用いたフォトマスクと比較し、微細なＴＦＴを製造することができる。

（実施形態２）
以下、図４、５を参照し、他の実施形態によるフォトマスクの製造方法について説明する。
本実施形態においては、位相シフト膜のパターンにおいて、フォトマスクの描画装置の重ね合わせ誤差を考慮したパターンの拡大が不要になる。その結果、パターン設計の制約が緩和され、設計の労力が低減される効果がある。

図４（ａ）に示すように、透明基板１１上に位相シフト膜１２を蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等により成膜することで、フォトマスクブランクス１０を準備する。
その後、位相シフト膜１２上に第３のフォトレジスト１６を塗布法等により形成する。
なお、本実施形態２の位相シフト膜１２は、実施形態１と同じ位相シフト膜を使用することができる。

その後、図４（ｂ）に示すように、半透過膜の単独膜からなるパターンを形成する領域（領域Ｍ）に開口部を有するように、第３のフォトレジスト１７を、例えばフォトマスク描画装置により露光し、その後現像することによりパターニングし、第３のフォトレジストパターン１６ａ、１６ｂを形成する。
実施形態１の図１（ｃ）により示される工程においては、隣接する位相シフト膜１２及び半透過膜１４の積層領域（図３中領域Ｌと領域Ｋ）に挟まれた透明領域（図３中領域Ｑ）を形成する領域において、第１のフォトレジスト１３に開口部を設けた。しかし、図４（ｂ）の第３のフォトレジスト１７においては、領域Ｑに相当する領域Ｑ’（図５（ｃ）参照）を開口する必要はない。

なお、第３のフォトレジスト１７の開口部には、図５（ｃ）の領域Ｍ’で示すような半透過領域のみを形成する場合だけでなく、例えば、複数の半透過領域が隣接し、それらの領域間に透明領域が存在する場合（半透過膜の単独膜からなるラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パターン等）や半透過領域と積層領域の間に透明領域が存在する場合のように、半透過領域と透明領域とが存在するパターンを形成してもよい。
また、例えば、エッチング後の膜厚検査用のモニター部の形成や、ドライエッチングのエッチングレートを制御するために開口面積を調整する等の特別な目的において、第３のフォトレジスト１７に対して、透明領域となる領域に開口部を設けることを妨げるものではない。

その後、図４（ｃ）に示すように、第３のフォトレジストパターン１７ａ、１７ｂをマスクにして、ドライエッチング法又はウェットエッチング法により位相シフト膜１２をエッチング除去することで、位相シフト膜のパターン１２ｇ、１２ｈを形成する。
その後、アッシング法等により、第３のフォトレジストパターン１６ａ、１６ｂを除去する。

その後、図５（ａ）に示すように、半透過膜１４を、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等により形成し、さらに半透過膜１４上に第４のフォトレジスト１７を塗布法等により形成する。
なお、本実施形態２の半透過膜１４は、実施形態１と同じ半透過膜を使用することができる。

その後、図５（ｂ）に示すように、第４のフォトレジスト１７を、例えばフォトマスク描画装置により露光し、その後現像することによりパターニングし、第４のフォトレジストパターン１７ａ、１７ｂを形成する。
この場合、第４のフォトレジストパターン１７ａ、１７ｂは、第２のフォトレジストパターン１５ａ、１５ｂと同様のパターンを使用することが可能である。

その後、図５（ｃ）に示すように、第４のフォトレジストパターン１７ａ、１７ｂをマスクにドライエッチング法又はウェットエッチング法により、半透過膜１４及び位相シフト膜のパターン１２ｇ、１２ｈをエッチング除去することで、半透過膜のパターン１４ａ、１４ｂ及び位相シフト膜のパターン１２ｉ、１２ｊ、１２ｋを形成する。
半透過膜１４及び位相シフト膜のパターン１２ｇ、１２ｈのエッチング処理は、同一工程で行ってもよく、異なる工程で行ってもよい。
その後、アッシング法等により第４のフォトレジストパターン１７ａ、１７ｂを除去する。
図５（ｃ）において、半透過膜１４及び位相シフト膜１２が同じウェットエッチング液又はエッチングガスによりエッチングが可能な場合、同一工程でエッチングが可能であり、製造工程の削減が可能になる。

本実施形態２のフォトマスクを用いてフォトレジストを露光した場合、実施形態１と同様に、急峻な断面形状を有するフォトレジストパターンを得ることができる。

本実施形態２においては、位相シフト膜１２上に形成する第３のフォトレジストパターン１６ａ、１６ｂは、フォトマスク描画装置の重ね合わせ誤差を考慮して拡大させる必要がなく、第３のフォトレジストパターン設計の制約が緩和され、第３のフォトレジストパターン設計が容易になる。

さらに、実施形態１においては、第１のフォトレジストパターン１３ａ及び第１のフォトレジストパターン１３ｂ間のスペースが、所定の距離ｄの２倍（２ｄ）だけ、第２のフォトレジストパターン１５ａ及び第２のフォトレジストパターン１５ｂより狭くなる。
そのため、電子回路が高集積化され位相シフト膜１２上に形成する第１のフォトレジストパターン１３ａ、１３ｂ、１３ｃが密に配置されると、第１のフォトレジストパターン１３ａ及び第１のフォトレジストパターン１３ｂ間のスペースが、フォトマスク描画装置の解像限界により律速される。
本実施形態２においては、上記解像限界によるパターン設計の制約が解除されるため、パターンの微細化が可能になる。特に位相シフト膜１２及び半透過膜１４の積層パターンが隣接し、高集積化等のために、例えばラインアンドスペースのパターンが峡ピッチで並ぶ場合や位相シフト膜１２及び半透過膜１４の積層パターン間のスペースが狭い場合、これらの積層パターンにより挟まれた透明領域（スペース部）となる箇所に開口部を設ける必要がなく、微細化に寄与する効果は大きい。

（実施形態３）
以下、図６を参照し、他の実施形態によるフォトマスクの製造方法について説明する。
本実施形態では、位相シフト膜１２及び半透過膜１４をウェットエッチングのように等方エッチングする場合のサイドエッチングによる半透過膜１４の後退を防止することができる。

例えば、半透過膜１４としてＣｒ薄膜を用い、位相シフト膜１２としてＣｒ酸化膜を用いる場合、半透過膜１４は、位相シフト膜１２の上層にあるため、位相シフト膜１２を例えばウェットエッチングのように等方にエッチングする際に、Ｃｒ薄膜のサイドエッチング量が大きくなる。特に半透過膜１４の膜厚が位相シフト膜１２の膜厚より薄い場合には、このサイドエッチング量が顕著になる。

このようなサイドエッチングはパターンの微細化を妨げるという問題がある。
この問題は、ドライエッチング法により解決するものの、製造コストの観点からはウェットエッチング法の使用が有利である。以下ではウェットエッチングを用いても、上記のようなサイドエッチングの問題を防止する方法について説明する。

図２（ｂ）の工程では、第２のフォトレジストパターン１５ａ、１５ｂの端部の位置は、位相シフト膜のパターン１２ｂ、１２ｃ、１２ａの端部位置に対して、透明領域の反対側方向に移動している。
これに対して、本実施形態においては、図２（ａ）の工程後に、例えばフォトマスク描画装置により露光し、その後現像することによりパターニングし、図６（ａ）で示すように第２のフォトレジストパターン１５ｃ、１５ｄを形成する。

図６（ａ）で示す第２のフォトレジストパターン１５ｃ、１５ｄの端部の位置は、位相シフト膜のパターン１２ｂ、１２ｃ、１２ａの端部位置に対して、透明領域側方向に距離ｅだけ移動している。
このｅの値は、サイドエッチング量及び第２のフォトレジストを露光する描画装置の重ね合わせ誤差のいずれよりも大きい距離に設定する。ｅの値は、ウェットエッチング処理時間や描画装置に依存するが、具体的には、例えば０．１〜０．９［μｍ］の値になる。

なお、実施形態１においては、第１のフォトレジストパターン１３ａ、１３ｂ、１３ｃの端部が、第２のフォトレジストパターン１５ａ、１５ｂの端部より、透明領域側に突出するよう、第１のフォトレジストパターン１３ａ、１３ｂ、１３ｃのパターン幅を調整した。しかし、本実施形態においては、第１のフォトレジストパターン１３ａ、１３ｂ、１３ｃのパターン幅を広げるというような調整をする必要はない。

次に図６（ｂ）に示すように、第２のフォトレジストパターン１５ｃ、１５ｄをマスクにウェットエッチング法により、半透過膜１４をエッチング除去することで、半透過膜のパターン１４ｃ、１４ｄを形成し、その後アッシング等により、第２のフォトレジストパターン１５ｃ、１５ｄを除去する。

エッチング処理時間は半透過膜１４の膜厚ばらつきを考慮し、最大の膜厚がエッチングできる時間に設定する。エッチング処理時間は、半透過膜１４のみをエッチングする時間に設定されているため、位相シフト膜１２及び半透過膜１４をエッチングする場合と比較し、ウェットエッチング時間は短縮される。その結果、半透過膜１４に対するオーバーエッチング量は低減する。

このとき、好適には、半透過膜１４のエッチング速度に対して位相シフト膜１２ｂ、１２ｃ、１２ａのエッチング速度が十分低い（例えば１０分の１以下）エッチング液を使用する。このようなエッチング液は、硝酸第二セリウムアンモニウム水溶液を使用し、添加剤、エッチング温度等の調整により可能であり、市販のエッチング液を使用することができる。

図６（ｂ）は、位相シフト膜のパターン１２ｂ、１２ｃ、１２ａの側壁面は、半透過膜１４との境界部近傍においては半透過膜１４に覆われ、透明基板１１側では位相シフト膜のパターン１２ｂ、１２ｃ、１２ａの側壁面が露出する状態を示している。
この場合でも、位相シフト膜１２ｂ、１２ｃ、１２ａのエッチング速度が十分低いため、露出した位相シフト膜のパターン１２ｂ、１２ｃ、１２ａの側壁部分は、サイドエッチングを抑制することができる。

以上のように、位相シフト膜のパターン１２ｂ、１２ｃ、１２ａ上において、半透過膜のパターン１４ｃ、１４ｄのサイドエッチングの進行を防止することができる。

なお、図６（ｂ）において、半透過膜のパターン１４ｃ、１４ｄは、位相シフト膜のパターン１２ｂ、１２ｃ、１２ａから一部が突出する形状となるが、半透過膜１４は、薄いクロム膜であり、透明領域側に突出する量は、その膜厚以下程度である。さらに一般的に蒸着やスパッタ膜のサイドカバレッジは低いため、突出量は形成する半透過膜１４よりも小さくなる。そのため半透過膜のパターン１４ｃ、１４ｄの突出した部分が、本マスクを用いてフォトレジストを露光する場合において悪影響を与えることは無い。

本発明によれば、製品製造時のフォトリソグラフィー工程の削減と、パターンの微細化を実現することができるフォトマスクを提供することができ、産業上の利用可能性は極めて大きい。

１０ フォトマスクブランクス
１１ 透明基板
１２ 位相シフト膜
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ、１２ｊ、１２ｋ 位相シフト膜のパターン
１３ 第１のフォトレジスト
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 第１のフォトレジストパターン
１４ 半透過膜
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 半透過膜のパターン
１５ 第２のフォトレジスト
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ 第２のフォトレジストパターン
１６ 第３のフォトレジスト
１６ａ、１６ｂ 第３のフォトレジストパターン
１７ 第４のフォトレジスト
１７ａ、１７ｂ 第４のフォトレジストパターン

Claims (4)

1. 透明基板上に露光光の位相を反転する位相シフト膜を形成する工程と、
   前記位相シフト膜上に第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描画装置により露光し、パターニングすることにより、第１のフォトレジストパターンを形成する工程と、
   前記第１のフォトレジストパターンをマスクに前記位相シフト膜をエッチング除去し、前記透明基板を露出させ前記位相シフト膜のパターンを形成する工程と、
   前記第１のフォトレジストを除去する工程と、
   前記位相シフト膜のパターンを覆うように半透過膜を形成する工程と、
   前記半透過膜上に第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描画装置により露光し、パターニングすることにより、第２のフォトレジストパターンを形成する工程と、
   前記第２のフォトレジストパターンをマスクに前記半透過膜及び前記位相シフト膜をエッチング除去し、前記透明基板を露出させた透明領域、前記透明基板上に直接前記半透過膜が形成された半透過領域、及び前記位相シフト膜と前記半透過膜とが積層された積層領域を形成する工程と、
   前記第２のフォトレジストを除去する工程とを含み、
   前記半透過膜の位相シフト角は、０．１度以上２０度以下であり、
   前記半透過膜の光透過率の、ｇ線、ｈ線及びｉ線の露光光に対する変化が２％以内であり、
   前記第２のフォトレジストパターンの端部は、前記積層領域となる部分と前記透明領域となる部分が隣接する領域において、前記第２のエッチング工程前における前記位相シフト膜のパターンの端部から前記積層領域となる側に所定の距離だけ後退している
   ことを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法。
2. 透明基板上に露光光の位相を反転させる位相シフト膜を形成する工程と、
   前記位相シフト膜上に第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描画装置により露光し、パターニングすることにより、
   第３のフォトレジストパターンを形成する工程と、
   前記第３のフォトレジストパターンをマスクに前記位相シフト膜をエッチング除去し、前記透明基板を露出させ前記位相シフト膜のパターンを形成する工程と、
   前記第３のフォトレジストを除去する工程と、
   前記位相シフト膜のパターンを覆うように半透過膜を形成する工程と、
   前記半透過膜上に第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描画装置により露光し、パターニングすることにより、第４のフォトレジストパターンを形成する工程と、
   前記第４のフォトレジストパターンをマスクに前記半透過膜及び前記位相シフト膜をエッチング除去し、前記透明基板を露出させた透明領域、前記透明基板上に直接前記半透過膜が形成された半透過領域、及び前記位相シフト膜と前記半透過膜とが積層された積層領域を形成する工程と、
   前記第４のフォトレジストを除去する工程とを含み、
   前記半透過膜の位相シフト角は、０．１度以上２０度以下であり、
   前記半透過膜の光透過率の、ｇ線、ｈ線及びｉ線の露光光に対する変化が２％以内であり、
   前記第３のフォトレジストパターンは、前記半透過領域となる部分に開口部を有することを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法。
3. 透明基板上に露光光の位相を反転させる位相シフト膜を形成する工程と、
   前記位相シフト膜上に第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描画装置により露光し、パターニングすることにより、
   第１のフォトレジストパターンを形成する工程と、
   前記第１のフォトレジストパターンをマスクに前記位相シフト膜をエッチング除去し、前
   記透明基板を露出させ前記位相シフト膜のパターンを形成する工程と、
   前記第１のフォトレジストを除去する工程と、
   前記位相シフト膜のパターンを覆うように半透過膜を形成する工程と、
   前記半透過膜上に第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描画装置により露光し、パターニングすることにより、
   第２のフォトレジストパターンを形成する工程と、
   前記第２のフォトレジストパターンをマスクに前記半透過膜をエッチング除去し、前記
   透明基板を露出させた透明領域、前記透明基板上に直接前記半透過膜が形成された半透過領域、及び前記位相シフト膜と前記半透過膜とが積層された積層領域を形成する工程と、
   前記第２のフォトレジストを除去する工程とを含み、
   前記半透過膜の位相シフト角は、０．１度以上２０度以下であり、
   前記半透過膜の光透過率の、ｇ線、ｈ線及びｉ線の露光光に対する変化が２％以内であり、
   前記第２のフォトレジストパターンの端部は、前記積層領域となる部分と前記透明領域となる部分が隣接する領域において、前記第２のエッチング工程前における前記位相シフト膜のパターンの端部から前記透明領域となる部分側に所定の距離だけ突出している
   ことを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法。
4. 前記所定の距離は、前記第２のフォトレジストを露光する描画装置の重ね合わせ誤差以上であることを特徴とする請求項１又は３記載の多階調フォトマスクの製造方法。

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