JP6322607B2 - 表示デバイス製造用多階調フォトマスク、表示デバイス製造用多階調フォトマスクの製造方法、及び薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子デバイス用の回路パターン等を被転写体に転写するための転写用フォトマスクに関し、特に、液晶表示装置等の表示デバイスを効率よく製造するための多階調フォトマスク、その製造方法、及び前記多階調フォトマスクを用いたパターン転写方法並びに薄膜トランジスタの製造方法に関する。

特許文献１には、遮光膜を透過する光の位相と、半透明膜を透過する光の位相とを１５０度〜２１０度の範囲内で異ならせるように構成された階調マスクが開示されている。

特開２００８−６５１３８号公報

特許文献１に記載の階調フォトマスクでは、遮光膜を透過する露光光の位相と、半透明膜を透過する露光光の位相とを上記範囲内で異ならせることで、遮光部と半透光部との境界領域における露光光（回折光）を相殺する効果（位相の反転効果。以下、位相シフト効果とも呼ぶ）を生じさせ、遮光部と半透光部との境界部分において、透過光強度を急激に変化させることができる。そのため、係る階調フォトマスクを用いてレジスト膜を露光すると、遮光部と半透光部との境界部分に対応する領域で光解像性を向上させ、被加工体上に形成されるレジストパターンの端部を切り立った形状とすることができる。

被加工体上に形成されるレジストパターンの端部を切り立った形状とすることにより、レジストパターンをエッチングマスクとして用いて被加工体に回路パターン等を形成する際に、該パターンの線幅や形状の制御を容易に行えるようになる。特に、被加工体上に形成したレジストパターンをアッシング等して減膜することにより、被加工体に対して２段階のエッチングを行う際には、特に有利な効果が得られる。すなわち、レジストパターンの端部を被加工体の表面に対して垂直に近い（勾配が大きい）形状とすれば、このレジストパターンを１度目のエッチングを行った後、このレジストパターンを減膜することで新たなレジストパターンを形成する際に、減膜量の差異によるレジストパターンの線幅変動を抑制することができる。その結果、新たなレジストパターンを用いて２度目のエッチングを行う際に、被加工体の加工精度を向上させることができる。これに対し、レジストパターンの端部が被加工体の表面に対して水平に近い（勾配が小さい）形状となった場合には、減膜量のわずかな差異によってレジストパターンの線幅が大きく変化してしまい、被加工体の加工精度が低下してしまうこととなる。換言すれば、所望の線幅を得るためのレジストパターンの減膜量のマージンが極めて狭くなってしまい、調整が困難な好ましくない条件となる。

上記を考慮すると、多階調フォトマスクに位相シフト効果を利用することには一定の利点がある。

しかしながら、位相シフト効果を有する多階調フォトマスクには、以下の課題がある。つまり、多階調フォトマスクが上述の位相シフト効果を得るには、遮光部に用いる光学膜にある程度の透過率を与える必要がある。これは、遮光部が露光光を完全に遮光してしまうと、遮光部と、これに隣接する透光部や半透光部との境界部分において、位相反転による透過光の相殺効果が得られなくなってしまうためである。このため、遮光部は、レジストを感光させない範囲内で、所定の透過率（例えば特許文献１の記載によると、０．１％〜１０％の透過率）を有している必要がある。遮光部に所定の透過率を与えることにより、遮光部と、これに隣接する透光部や半透光部との境界部分において、位相反転による露光光の相殺効果を得ることができ、上記境界付近において露光光の強度を急激に変化させることができるようになる。しかしながら、遮光部に透過率を持たせた場合には、遮光部内における上記境界付近以外の領域（すなわち、隣接する透光部や半透光部との境界から離れた領域）において、遮光性が不十分になってしまう場合があることが、発明者の鋭意研究によって見出された。すなわち、遮光部内における上記境界から離れた領域においては、隣接する透光部や半透光部を透過した光が届かないため、位相反転による透過光の相殺効果は得られず、さらには、遮光部を透過した透過光が、却って被加工体のレジスト膜を感光させてしまうことがある。

そこで本発明は、位相シフト効果を生じさせるために遮光部に所定の光透過性を持たせた多階調フォトマスクにおいて、遮光部内での透光部や半透光部との境界から離れた領域にて、被加工体上のレジスト膜の感光を抑制させることが可能な多階調フォトマスク、その製造方法、及び前記多階調フォトマスクを用いたパターン転写方法並びに薄膜トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、
透明基板上に成膜された光学膜をパターニングすることにより形成された透光部、遮光部、及び半透光部を含む転写用パターンを備え、被加工体上に、複数の異なる残膜値をもつレジストパターンを形成する多階調フォトマスクにおいて、
前記光学膜は、前記多階調フォトマスクの露光光に含まれる代表波長の光の位相を略１８０度シフトさせる作用をもつとともに、前記代表波長の光に対して３％〜５０％の透過率を有し、
前記透光部と前記半透光部とにおいては、前記透明基板表面の一部が露出し、
前記遮光部は、前記多階調フォトマスクの露光条件において解像しない線幅の微細透過パターンを有する多階調フォトマスクが提供される。

本発明の第２の態様によれば、
前記微細透過パターンは、前記遮光部における露光光の透過強度分布を平坦化するものである第１の態様に記載の多階調フォトマスクが提供される。

本発明の第３の態様によれば、
前記転写用パターンは、薄膜トランジスタ製造用パターンであり、前記半透光部はチャネルを形成するものである第１又は第２の態様に記載の多階調フォトマスクが提供される。

本発明の第４の態様によれば、
透明基板上に成膜された光学膜をパターニングすることにより形成された透光部、遮光部、及び半透光部を含む転写用パターンを備え、被加工体上に、複数の異なる残膜値をもつレジストパターンを形成する多階調フォトマスクの製造方法において、
前記透明基板上に前記光学膜が成膜されたフォトマスクブランクを用意する工程と、
前記フォトマスクブランクに対してフォトリソグラフィ工程を施すことにより、前記光学膜をパターニングして前記転写用パターンを形成するパターニング工程と、を有し、
前記光学膜は、前記多階調フォトマスクの露光光に含まれる代表波長の光の位相を略１８０度シフトさせる作用をもつとともに、前記代表波長の光に対して３％〜５０％の透過率を有し、
前記パターニング工程においては、
前記透明基板表面の一部を露出させることで前記透光部と前記半透光部を形成し、
前記遮光部に、前記多階調フォトマスクの露光条件において解像しない線幅の微細透過パターンを形成する多階調フォトマスクの製造方法が提供される。

本発明の第５の態様によれば、
第１から第３のいずれかの態様に記載の多階調フォトマスク、又は第４の態様に記載の多階調フォトマスクの製造方法により製造される多階調フォトマスクを介して、ｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれかの光を含む露光光を、ＬＣＤ用露光機により前記被加工体上のレジスト膜に照射して、複数の異なる残膜値をもつ前記レジストパターンを前記被加工体上に形成するパターン転写方法が提供される。

本発明の第６の態様によれば、
第１から第３のいずれかの態様に記載の多階調フォトマスク、又は第４の態様に記載の多階調フォトマスクの製造方法により製造される多階調フォトマスクを介して、ｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれかの光を含む露光光を、ＬＣＤ用露光機により前記被加工体上のレジスト膜に照射して、複数の異なる残膜値をもつ前記レジストパターンを前記被加工体上に形成する薄膜トランジスタの製造方法が提供される。

本発明によれば、位相シフト効果を生じさせるために遮光部に所定の光透過性を持たせた多階調フォトマスクにおいて、遮光部内での透光部や半透光部との境界から離れた領域にて、被加工体上のレジスト膜の感光を抑制させることが可能な多階調フォトマスク、その製造方法、及び前記多階調フォトマスクを用いたパターン転写方法並びに薄膜トランジスタの製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る多階調フォトマスクの製造工程を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係る多階調フォトマスクの上面構成図である。 従来の多階調フォトマスクの上面構成図である。 本発明の実施例及び参考例を示す図である。 本発明の更なる参考例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る多階調フォトマスクを用いた薄膜トランジスタ基板の製造工程の示す図である。 本発明の一実施形態に係る多階調フォトマスクを用いた薄膜トランジスタ基板の製造工程を示す図であり、図６の続きを示す図である。

液晶表示装置に代表される表示デバイスには、従来以上に微細な構造をもつものが増加する傾向にある。これは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板、カラーフィルタ（フォトスペーサ、色版）などに共通する傾向であるが、これら表示デバイスにおいて、動作の速さ、明るさ、そして消費電力が小さいこと等が、益々重視される性能として注目されていることと深い関係がある。

例えば、液晶の動作をつかさどる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）においては、従来以上にパターンを微細化し、これによって、動作速度を上げたり、消費電力を抑えることが可能である。特に、ＴＦＴのチャネル部分の幅（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｌｅｎｇｔｈ）の寸法を微細化することで、上記性能向上が期待できる。ところが、フォトマスクに形成する転写用パターンの線幅やピッチが微細化することに連動し、転写に用いる露光条件を大幅に変更することは、現実には多くの投資と開発が必要である。例えば、現在、露光光としてはｉ線、ｈ線、ｇ線の波長域含む光源（水銀ランプなど）が用いられることが多いが、微細パターンの解像性を上げるために、より短波長の光源を用いる場合には、用いるレジストの素材の選択を含む、パターニング条件の構築を行う必要が生じる。或いは、単一波長によって解像性を高めようとする場合には、照度の低下により、露光時間の増大、生産効率の低下をもたらす。

しかしながら、上記の手段の代わりに、或いは、上記手段と共に用いて、フォトマスクの構成上の工夫により、従来以上に微細なパターンを被加工体上に安定して形成することができれば、非常に有利である。本発明はこうした課題を解決する。

＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態を図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係る多階調フォトマスク１００の製造工程を示すフロー図であり、図２は本実施形態に係る多階調フォトマスク１００の上面構成図である。

（１）多階調フォトマスクの構成
図１の（ｄ）や図２に示すように、多階調フォトマスク１００は、透明基板１０と、透明基板１０上に形成された光学膜３０（本実施形態では所定の透過率をもつ遮光性の強い膜）をパターニングすることによって形成された遮光部１０１、半透光部１０３、及び透光部１０２を含む所定の転写用パターンと、を備えている。

透明基板１０は、例えば石英（ＳｉＯ_２）ガラスや、ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｂ_２Ｏ_３，ＲＯ（Ｒはアルカリ土類金属），Ｒ_２Ｏ（Ｒ_２はアルカリ金属）等を含む低膨張ガラス等からなる平板として構成されている。透明基板１０の主面（表面及び裏面）は、研磨されるなどして平坦且つ平滑に構成されている。透明基板１０は、例えば一辺が３００ｍｍ〜１８００ｍｍ程度の方形とすることができる。透明基板１０の厚さは例えば５ｍｍ〜２０ｍｍ程度とすることができる。

転写用パターンは、被加工体上に、複数の異なる残膜値をもつレジストパターンを形成するように構成されている。なお、複数の異なる残膜値をもつレジストパターンとは、第１の残膜値をもつレジスト残膜の部分と、第１の残膜値より小さい第２の残膜値をもつレジスト残膜の部分と、を有するレジストパターンをいう。ここで、残膜値とは、露光、現像後に形成されるレジストパターンの高さ（厚み）をいう。被加工体上に形成されたレジスト膜がポジレジストからなる場合には、後述する遮光部１０１によって、被加工体上に第１の残膜値をもつレジスト残膜を形成し、後述する半透光部１０３によって、第２の残膜値をもつレジスト残膜を形成し（第１の残膜値＞第２の残膜値）、後述する透光部１０２によって、レジスト残膜が無い部分を形成する。複数の異なる残膜値をもつレジストパターンの利用方法については、後述する薄膜トランジスタの製造方法と併せて説明する。

転写用パターンは、光学膜３０を一回のフォトリソグラフィ工程により加工して形成されたものであることが好ましい。なお、転写用パターンは、図２に示すように、遮光部１０１、透光部１０２及び半透光部１０３を備える。半透光部は、線幅１．５μｍ〜３．０μｍ、好ましくは１．８μｍ〜２．５μｍの透明基板１０が露出したものとすることが好ましい。なお、被加工体（薄膜）上には、これに対応して、上記半透光部１０３の線幅より大きい線幅（例えば、２μｍ〜４μｍ）のパターン（抜きパターン）を形成することができる。この場合に生じるバイアス値（例えば多階調フォトマスク１００上の半透光部１０３の線幅と、被加工体上に形成されるチャネルの線幅との差）は、例えば０．２μｍ〜１．５μｍ（片側０．１〜０．７５μｍ）とすることができる。

多階調フォトマスク１００の露光光としては、ｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）又はｇ線（４３６ｎｍ）を含む光を用いることが出来る。露光光としては、ｉ線、ｈ線、ｇ線をそれぞれ単独で用いてもよく、又はこれらを組み合わせて用いてもよい。ｉ線、ｈ線、ｇ線を含むブロードバンド光を用い、十分な照射エネルギーを得ることが、生産効率上好ましい。なお、上記波長の露光光を用いる際には、露光装置の光学系としては、例えばＮＡ（開口数）が０．０７〜０．１、コヒーレンス（σ）が０．４〜１．０であるような光学系を用いることが好ましく、露光時の照度は３０〜１００ｍＪ／ｃｍ^２とすることができる。

光学膜３０は、上述の露光光に対して完全な遮光性を有する膜ではなく、所定の光透過性を有する膜として構成されている。すなわち、光学膜３０は、上述の多階調フォトマスク１００の露光光の代表波長の光に対して、例えば３％〜５０％、好ましくは３％〜３０％、より好ましくは４％〜１５％の透過率を有する膜として構成されている。例えば、露光光の代表波長をｉ線（３６５ｎｍ）としたときに、光学膜３０は、ｈ線に対して４％〜１５％の透過率を有する膜として構成されている。

また、光学膜３０は、上述の多階調フォトマスク１００の露光光の位相を、略１８０度シフトさせる作用を有する膜として構成されている。すなわち、光学膜３０は、光学膜３０を透過する露光光（後述する遮光部１０１を透過する露光光）と、光学膜３０を透過しない露光光（後述する透光部１０２、半透光部１０３、遮光部１０１内に形成された微細透過パターン３０ａを透過する露光光）との位相差を、略１８０度シフトさせる作用を有する膜として構成されている。なお、ここで「略１８０度」とは、１８０±３０度である。例えば、露光光の代表波長をｉ線（３６５ｎｍ）としたときに、ｉ線に対する位相シフト量が１８０±３０度とすることができる。

光学膜３０が、上述の透過率及び上述の位相シフト作用を有することにより、遮光部１０１と、それに隣接する透光部１０２や半透光部１０３との境界領域において、回折光を相殺し、透過光強度を急激に変化させる位相シフト効果を生じさせることが出来る。また、後述する微細透過パターン３０ａが形成された領域において、同様の露光光の相殺効果を生じさせ、露光光の透過を抑制し、透過強度分布が平坦化させる効果を生じさせることができる。これらの効果については後述する。

光学膜３０は、例えばクロム（Ｃｒ）またはＣｒ化合物からなる膜として構成することができる。好ましくは、ＣｒＯ、ＣｒＣ、ＣｒＮ、ＣｒＯＮなどを用いることができる。なお、光学膜３０の表面に更にＣｒ化合物（ＣｒＯ、ＣｒＣ、ＣｒＮ、ＣｒＯＮ等）を積層すれば（図示せず）、光学膜３０の表面に反射抑制機能を持たせることが出来る。このような材料で形成した場合、光学膜３０は、例えば硝酸第２セリウムアンモニウム（（ＮＨ_４）_２Ｃｅ（ＮＯ_３）_６）及び過塩素酸（ＨＣｌＯ_４）を含む水溶液からなるクロム用エッチング液を用いてエッチングすることができる。又は、金属シリサイドを用いることができる。例えば、ＭｏＳｉ化合物（ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯＮ、ＭｏＳｉＯＣＮ等）を用いても良い。この場合はフッ酸など、フッ素系のエッチャントを用いることができる。なお、光学膜３０は、上述の透過率及び上述の位相シフト作用を備えるものであれば、単層であっても積層であってもよいが、いずれの場合も一度のフォトリソグラフィ工程で加工できる膜として構成されていることが好ましい。光学膜３０が複数の層が積層されることで形成されている場合には、各々の層が、同一のエッチャント（エッチング液又はエッチングガス）によってエッチング可能な材料で構成されていることが好ましい。

遮光部１０１とは、多階調フォトマスク１００を用いて露光し、被加工体上に形成されたポジレジスト膜からレジストパターンを形成する際、残膜値が最も大きく形成される部分、すなわち、後述する半透光部１０３による残膜値（第２の残膜値）よりも大きい残膜値（第１の残膜値）を形成する部分をいう。

遮光部１０１は、上述の光学膜３０が所定の形状の光学膜パターン３０ｐに形成されてなる。すなわち、透明基板１０上に光学膜パターン３０ｐが形成されてなる。従って、遮光部１０１は、光学膜３０が有する上述の透過率及び上述の位相シフト作用を備えることになる。すなわち、遮光部１０１は、上述の多階調フォトマスク１００の露光光の代表波長の光に対して、例えば３％〜５０％、好ましくは３％〜３０％、より好ましくは４％〜１５％の透過率を有すると共に、遮光部１０１を透過する多階調フォトマスク１００の露光光の位相を、略１８０度シフトさせる作用を有する。このように、遮光部１０１は、必ずしも完全な遮光性をもつ部分という意味ではない。但し、遮光部１０１が有する透過率は、被加工体上に形成されたポジレジスト膜を実質的に感光させない透過率とすることが好ましい。

遮光部１０１が上述の透過率及び上述の位相シフト作用を有することにより、遮光部１０１と、それに隣接する透光部１０２や半透光部１０３との境界領域において、露光光強度を急激に変化させる位相シフト効果を生じさせることが出来る。その結果、被加工体上に形成されたレジスト膜を露光した際に、レジストパターンの端部の立ち上がり形状を、より垂直に近い（勾配が大きい）形状とすることができるようになる。

また、遮光部１０１には、遮光部１０１に隣接する透光部１０２や半透光部１０３との境界から所定距離離れた領域（ここでは遮光部１０１の幅のほぼ１／２の位置）に、微細透過パターン３０ａが設けられている。微細透過パターン３０ａは、多階調フォトマスク１００の露光条件において解像しない線幅を有している。また、微細透過パターン３０ａは、遮光部１０１を構成する光学膜パターン３０ｐが部分的にエッチングされて除去されることで形成されている。従って、微細透過パターン３０ａを透過する露光光は、光学膜パターン３０ｐ（光学膜３０）自体を透過しないため、位相シフトは生じない。これに対し、遮光部１０１内における微細透過パターン３０ａ以外の部分を透過する露光光は、光学膜パターン３０ｐ（光学膜３０）自体を透過するため、位相が略１８０度シフトすることになる。この位相差により、遮光部１０１内であって、遮光部１０１に隣接する透光部１０２や半透光部１０３との境界から所定距離離れた領域（すなわち微細透過パターン３０ａが設けられた領域）において、遮光部１０１内における露光光の透過強度に変化が生じ、露光光の透過強度分布が平坦化されることとなる。すなわち、遮光部１０１内においては、微細透過パターン３０ａを透過する露光光と、微細透過パターン３０ａ以外の部分を透過する露光光とが互いに相殺し合うことになり、露光光の透過強度が、被加工体上に形成されたポジレジスト膜を感光させないレベルにまで低下することとなる。

なお、微細透過パターン３０ａは、被加工体上に解像しない線幅（大きさ）であれば、ライン状（直線、曲線）のスペースパターン（以下、ライン状パターン）であってもよく、又はドット状のホールパターンであってもよく、その形状や個数（本数）に制約は無い。図２（ａ）には、遮光部１０１内に、その幅の略１／２の位置にライン状の微細透過パターン３０ａが１本設けられた構成例を、図２（ｂ）には、遮光部１０１内にライン状の微細透過パターン３０ａが、遮光部１０１の幅の略１／３の間隔で２本設けられた構成例をそれぞれ示している。なお、一般のＬＣＤ露光装置においては、解像限界の線幅が３μｍ程度であるから、微細透過パターン３０ａの線幅（大きさ）は、例えば０．２μｍ〜１．０μｍとするのが好ましく、０．３μｍ〜０．７μｍとするのがより好ましい。また、上記微細透過パターンは、遮光部１０１と半透光部１０３との境界から例えば２〜８μｍの位置に設けることが好ましく、遮光部１０１の幅がより大きい場合には、図２（ｂ）のように、複数設けることができる。図２（ａ）の例では、光学膜パターン３０ｐの幅が３μｍ〜８μｍとした時に、微細透過パターン３０ａを１つ設けている。

半透光部１０３とは、多階調フォトマスク１００を用いて露光し、被加工体上に形成されたポジレジスト膜からレジストパターンを形成する際、遮光部１０１による残膜値（第１の残膜値）よりも小さい残膜値（第２の残膜値）を形成する部分をいう。

半透光部１０３は、透明基板１０上に形成された光学膜３０がエッチングにより除去され、透明基板１０の表面が部分的に露出している。このように構成すると、透光部１０２を透過した露光光と半透光部１０３を透過した露光光との間で位相差が無いため、被加工体上に形成されたポジレジスト膜を露光する際、半透光部１０３と透光部１０２との境界部分に対応する位置で暗部が形成されることが無い。この点で、半透光部１０３に半透光性の膜を設ける多階調フォトマスクに対して有利である。

なお、半透光部１０３は、その幅の設定により、光の干渉の影響を受け、半透光部１０３を透過する露光光の強度（光量）を、透光部１０２に比べて所定量減少させることができ、半透光性（半遮光性）の領域として機能することになる。半透光部１０３の透過率（転写時の実効的な透過率）は、例えば１０％〜８０％（透光部１０２の透過率を１００％としたとき。以下同様）、より好ましくは２０〜６０％に構成されている。なお、半透光部１０３を複数設ける場合には、その幅は異なっても良く、その幅の相異により、透過率の異なる複数の半透光性の領域（第１、第２）を含んでいても良い。その場合には、それぞれの半透光性の領域が、透過率に応じて異なるレジスト残膜値を形成する部分となる。

透光部１０２とは、多階調フォトマスク１００を用いて露光し、被加工体上に形成されたポジレジスト膜からレジストパターンを形成する際、レジスト残膜を生じさせない部分をいう。透光部１０２は、後述するように透明基板１０上に形成された光学膜３０がエッチングにより除去されて、透明基板１０の表面が部分的に露出することで構成されている。

（２）多階調フォトマスクの製造方法
次に、上述の多階調フォトマスク１００の製造方法について、図１を用いて説明する。

（マスクブランクの用意）
まず、図１（ａ）に示すように、透明基板１０上に光学膜３０が形成され、光学膜３０上にレジスト膜４０が形成されたフォトマスクブランク１００ｂを準備する。透明基板１０や光学膜３０の構成は上述の通りである。レジスト膜４０は、ポジ型フォトレジスト材料或いはネガ型フォトレジスト材料により構成することが可能である。以下の説明では、レジスト膜４０がポジ型フォトレジスト材料より形成されているものとする。レジスト膜４０は、例えばスリットコータやスピンコータ等を用いて形成することができる。

（レジストパターンの形成）
続いて、図１（ｂ）に示すように、電子線或いはレーザ描画装置を用いてレジスト膜４０に描画露光を行い、レジスト膜４０を感光させ、レジスト膜４０に現像液を供給して現像を施し、遮光部１０１の形成予定領域を覆う（すなわち、透光部１０２及び半透光部１０３の形成予定領域が開口した）レジストパターン４０ｐを形成する。なお、レジストパターン４０ｐを形成する際には、微細透過パターン３０ａの形成予定領域も併せて開口させるようにする。

（光学膜のエッチング）
続いて、図１（ｃ）に示すように、レジストパターン４０ｐをマスクとして光学膜３０をエッチングし、光学膜パターン３０ｐを形成する。光学膜３０のエッチングは、例えばウェットエッチングにより行う。エッチャントとしては、上述のクロム用エッチング液を用いることができる。その結果、透光部１０２、半透光部１０３、微細透過パターン３０ａの形成予定領域を覆っていた光学膜３０がエッチングによりそれぞれ除去され、下地の透明基板１０の表面が部分的に露出することとなる。

（レジストパターンの剥離）
光学膜３０のエッチングが完了したら、図１（ｄ）に示すように、光学膜パターン３０ｐ上に形成されているレジストパターン４０ｐを剥離する。以上の工程を実施することにより、本実施形態に係る多階調フォトマスク１００が製造される。

（３）薄膜トランジスタの製造方法
次に、上述の多階調フォトマスク１００を介して、ｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれかの光を含む露光光をＬＣＤ用露光機により被加工体上のレジスト膜に照射して、複数の異なる残膜値をもつレジストパターンを被加工体上に形成し、ガラス基板７１上にＴＦＴ部７８と配線部７９とを形成する薄膜トランジスタ基板（以後、ＴＦＴ基板と呼ぶ）の製造工程の一工程について、図６、図７を用いて説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、ガラス基板７１上に、パターニングされたゲート電極７２が形成され、その後に、ゲート絶縁膜７３、第１半導体膜（ａ−Ｓｉ膜）７４、第２半導体膜（ｎ＋ａ−Ｓｉ膜）７５、ソース／ドレイン用金属膜７６、及びポジ型フォトレジスト膜７７が順次積層された被加工体を用意する。

次に、図６（ｂ）に示すように、遮光部１０１、透光部１０２及び半透光部１０３を有する上述の多階調フォトマスク１００を用いてポジ型フォトレジスト膜７７を露光し、その後現像する。ＴＦＴのソース／ドレイン形成予定領域には、多階調フォトマスク１００の遮光部１０１が対応し、ＴＦＴのチャネル形成予定領域には、多階調フォトマスク１００の半透光部１０３が対応する。露光光としてはｉ線、ｈ線、ｇ線を含む光を用いる。また、露光装置の光学系としては、例えばＮＡ（開口数）が０．０７〜０．１、コヒーレンス（σ）が０．７〜１．０であるような光学系を用いることができる。

これにより、ＴＦＴ部７８においては、チャネル形成予定領域及びソース／ドレイン形成予定領域をそれぞれ覆うレジストパターン７７ａが形成される。また、配線部７９においては、配線形成予定領域を覆うレジストパターン７７ｂが形成される。なお、多階調フォトマスク１００の半透光部１０３は、ＴＦＴ部７８のチャネル形成予定領域に対応する部分に形成されているため、ＴＦＴ部７８においては、チャネル形成予定領域におけるレジストパターン７７ａの厚さが、ソース／ドレイン形成予定領域におけるレジストパターン７７ａよりも薄くなっている。すなわち、上述の多階調フォトマスク１００を用いて露光を行うことで、複数の異なる残膜値をもつレジストパターンが形成される。

なお、遮光部１０１は、上述したように所定の透過率及び所定の位相シフト作用を有することから、遮光部１０１と、それに隣接する透光部１０２や半透光部１０３との境界領域において、ポジ型フォトレジスト膜７７に照射される露光光強度を急激に変化させる位相シフト効果を生じさせることが出来る。これにより、レジストパターン７７ａ，７７ｂの端部の立ち上がり形状を、それぞれ垂直に近い（勾配が大きい）形状とすることができる。

また、遮光部１０１には、上述したように、遮光部１０１に隣接する透光部１０２や半透光部１０３との境界から離れた領域に、微細透過パターン３０ａが形成されている。微細透過パターン３０ａは、多階調フォトマスク１００の露光条件において解像しない線幅を有しており、光学膜パターン３０ｐの下地である透明基板１０の表面が部分的に露出することで形成されている。従って、微細透過パターン３０ａを透過する、露光光が、ポジ型フォトレジスト膜７７上に解像せず、その一方、遮光部１０１に生じる、位相が反転した透過光を相殺する作用をもつ。その結果、遮光部１０１に対応する領域で、ポジ型フォトレジスト膜７７に照射される露光光強度を弱めることができ、レジストパターン７７ａ，７７ｂの残膜形状を良好にし、厚さを確実に確保することができるようになる。

次に、図６（ｃ）に示すように、レジストパターン７７ａ，７７ｂをマスクとして、ソース／ドレイン用金属膜７６、第２半導体膜７５及び第１半導体膜７４をエッチングする。

次に、図７（ａ）に示すように、チャネル形成予定領域を覆う薄いレジスト膜が完全に除去されるまで酸素アッシング等を実施し、レジストパターン７７ａ，７７ｂをそれぞれ減膜する。その結果、ＴＦＴ部７８においてはソース／ドレイン形成予定領域を覆い、チャネル形成予定領域が開口されたレジストパターン７７ｃが形成され、配線部７９においては、配線形成予定領域を覆うレジストパターン７７ｂが残存する。この段階におけるレジストパターン７７ｃ，７７ｂは、それぞれ酸素アッシングされているので、上記図６（ｂ）に示す工程で形成されたレジストパターン７７ａ，７７ｂよりも全体的に膜厚が薄くなっている。

その後、図７（ｂ）に示すように、レジストパターン７７ｂをマスクとして、ＴＦＴ部７８におけるソース／ドレイン用金属膜７６及び第２半導体膜７５をエッチングし、次いで第２半導体膜７５をエッチングする。

最後に、図７（ｃ）に示すように、残存したレジストパターン７７ｂ，７７ｃをそれぞれ除去する。この工程により、ＴＦＴ部７８にはソース電極／ドレイン電極７６ａ，７６ｂが形成され、その間にチャネル部が形成される。

（４）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す一つまたは複数の効果を奏する。

（ａ）本実施形態に係る遮光部１０１は、上述したように所定の透過率及び所定の位相シフト作用を有する膜として構成されている。これにより、遮光部１０１と、それに隣接する透光部１０２や半透光部１０３との境界において、それぞれを透過した露光光を相殺させる位相シフト効果を生じさせることができ、上述の境界領域における露光光強度を急激に変化させることができるようになる。これにより、レジストパターン７７ａ，７７ｂの端部の立ち上がり形状を、より垂直に近い（勾配が大きい）形状とすることができる。その結果、レジストパターン７７ａ，７７ｂをそれぞれ減膜して新たなレジストパターンを形成する際の寸法変動を抑制することができ、同時に、減膜量のマージンを増やすことができる。すなわち、被加工体の加工精度を容易に向上させることができるようになる。

（ｂ）本実施形態に係る遮光部１０１には、遮光部１０１に隣接する透光部１０２や半透光部１０３との境界から離れた領域に、微細透過パターン３０ａが形成されている。微細透過パターン３０ａは、多階調フォトマスク１００の露光条件において解像しない線幅を有している。また、微細透過パターン３０ａは、光学膜パターン３０ｐの下地である透明基板１０の表面が部分的に露出することで形成されている。従って、微細透過パターン３０ａを透過する露光光は、被加工体のレジスト膜上には解像せず、その一方で、遮光部１０１に生じる、位相が反転した透過光を相殺する作用をもつ。その結果、ポジ型フォトレジスト膜７７の不要な感光を回避することができ、レジストパターン７７ａ，７７ｂの立体形状と残膜厚さを確実に確保することができるようになる。そして、レジストパターン７７ａ，７７ｂを減膜した際に、目標線幅が得やすく、また下地が不要に露出してしまうこと等を確実に回避できるようになる。

（ｃ）本実施形態に係る半透光部１０３は、透明基板１０上に形成された光学膜３０がエッチングにより除去されて、透明基板１０の表面が部分的に露出することで構成されている。そのため、透光部１０２を透過した露光光と半透光部１０３を透過した露光光との間で位相差を無くすることができ、ポジ型フォトレジスト膜７７を露光する際に、半透光部１０３と透光部１０２との境界部分に対応する位置での暗部が形成されない。これにより、半透光部１０３と透光部１０２との境界部分におけるレジスト残りを回避することができ、被加工体の加工精度を向上させることができるようになる。

（ｄ）光学膜３０を単層又は同様のエッチング特性をもつ素材による積層とすれば、フォトリソグラフィ工程を１回として製造することできる。また、単層であれば成膜工程１回とすることができる。また、その場合、フォトリソグラフィ工程を繰り返して製造する多階調フォトマスクに比べ、パターンのアライメントずれによる転写性の劣化が生じない。

＜本発明のさらに他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

本発明の実施例として、図２（ａ）に例示する転写パターンを備えた多階調フォトマスク１００、すなわち遮光部１０１内の幅の略中央に、微細透過パターン３０ａが形成された多階調フォトマスク１００を用い、被加工体上に形成されたポジレジスト膜を感光させ、現像することでレジストパターンを形成した場合の形状を、光学シミュレーションによって求めた。

ここで用いた多階調フォトマスク１００は、光学膜３０の透過率が５％（代表波長をｉ線に対して）のものを使用した。また、位相シフト量は、ｉ線に対して１８０度（ｇ線１５７．３度、ｈ線１６７．４度）の膜を用いた。適用した露光条件としては、ＬＣＤ用露光機の条件を適用し、ｉ線、ｈ線、ｇ線を含むブロードバンド光を露光光として用いた。露光機の光学系は、ＮＡ（開口数０．０８５）、σ（コヒーレンス）０．９、光源の光強度はｇ：ｈ：ｉ＝１：０．８：０．９５である。

上記条件下で、図２（ａ）に示す転写パターンの、Ａ線の位置に対応するレジストパターンの断面形状（現像後、減膜前）を、図４（ａ）に示す。ここでは、チャネル部分のレジスト残膜値を７０００Åとし、レジストパターンの減膜時の変動マージン（以下、減膜マージン）を１４４００μｍ±３６００とし、この部分でのレジスト断面の傾斜に起因する線幅変動を評価する。

本実施例では、多階調フォトマスク１００上の半透光部１０３（チャネル部分に対応）の幅を２．３５μｍとした。このとき、上記減膜マージンによって、レジストパターン断面の傾きに起因する、線幅変動量が１．１μｍであった。また、上記半透光部１０３に対応する、減膜マージンの中央値（１４４００Å）における幅は、２．４μｍであった。更に、ソース、ドレインに対応するレジストパターンの頂部が、後述する図４（ｂ）に比べて平坦化されており、被加工体をエッチングする際のエッチングマスクとしての、立体形状が良好であることがわかる。

図４（ｂ）に参考例を示す。ここでは、図３に示す転写パターン、すなわち、微細透過パターンを持たない遮光部１０１’を用いて、同様に露光した場合に形成されるレジストパターンの断面形状を示している。

ここでは、ソース、ドレインに対応するレジストパターンの頂部に凹みがある。この凹みは、フォトマスク上の遮光部に使用した光学膜がもつ透過率に起因するものである。言うまでもなく、レジストパターンの形状としては、頂点がフラットであることが好ましい。特に、透過率の異なる複数の半透光部をもつ多階調フォトマスクを設計する際には、レジスト残膜値は更に厳密に設計値どおりの値を安定してもつ必要がある。

尚、図４（ｂ）と図４（ａ）を比較すると、上記レジストパターンの線幅変動においても、前者が１．２μｍであり、後者が１．１μｍであることから、図４（ａ）に示す本発明のフォトマスクが有利であることがわかる。

次に、更なる参考例として、光学膜として露光光を透過しない（ＯＤ３以上）の膜を使用し、図３に示すパターンを用いて、同様に露光した場合に形成されるレジストパターンの断面形状を図５（ａ）に示す。

ここでは、ソース、ドレインに相当する、フォトマスクの遮光部において、露光光が透過しないので、レジストパターンの頂部に凹みは無い。しかしながら、現像後、減膜前のレジストパターンにおいてチャネル部に対応する部分のレジスト残膜値を、図４と同様に７０００Åとし、減膜マージンを上記実施例と同様に１４４００±３６００Åとしたとき、上記減膜マージンによって、レジストパターン断面の傾きに起因する線幅変動量は、１．２μｍであった。

また、半透光部１０３’に対応する、減膜マージンの中央値（１４４００Å）における幅は２．６μｍとなり、上記実施例に対して大きくなってしまった。そこで、チャネル部に対応する部分をより微細化する目的で、実施例と同様に２．４μｍとするため、減膜マージンを１３２００±３６００Åに下げたところ、図５（ｂ）に示すように、減膜マージン中央値（１３２００Å）における線幅変動量が、１．３μｍに増加してしまった。

以上により、本発明の多階調フォトマスクによると、透過光のプロファイルが改善され、被加工体上に形成されるレジストパターンが極めて良好になることが明らかになる。

１０ 透明基板
３０ 光学膜
３０ｐ 光学膜パターン
１００ 多階調フォトマスク
１０１ 遮光部
１０１’ 遮光部
１０２ 透光部
１０３ 半透光部

Claims (11)

1. 透明基板上に成膜された光学膜をパターニングすることにより形成された透光部、遮光部、及び半透光部を含む転写用パターンを備え、ｉ線、ｈ線、およびｇ線のいずれかを含む光を露光光として照射することにより、被加工体上に、複数の異なる残膜値をもつレジストパターンを形成する、表示デバイス製造用多階調フォトマスクであって、
   前記光学膜は、前記多階調フォトマスクの露光光に含まれる代表波長の位相を略１８０度シフトさせる作用をもつとともに、前記代表波長の光に対して３％〜５０％の透過率を有し、
   前記透光部は、前記透明基板表面の一部が露出してなり、
   前記半透光部は、前記透明基板表面が１．５μｍ〜３．０μｍの幅で露出する単一のスリットからなることにより、前記露光光の透過強度が前記透光部より低くなるように構成されてなり、
   前記遮光部は、前記透明基板上に前記光学膜が形成されてなることを特徴とする、表示デバイス製造用多階調フォトマスク。
2. 前記半透光部の、前記代表波長に対する実効的な透過率は、１０〜８０％であることを特徴とする、請求項１に記載の表示デバイス製造用多階調フォトマスク。
3. 前記半透光部は、１．８μｍ〜２．５μｍの幅の透明基板が露出してなる単一のスリットからなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の表示デバイス製造用多階調フォトマスク。
4. 前記光学膜は単層で構成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の表示デバイス製造用多階調フォトマスク。
5. 前記光学膜は同じエッチング特性をもつ複数層の積層であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の表示デバイス製造用多階調フォトマスク。
6. 前記転写用パターンは、薄膜トランジスタ製造用パターンであり、前記半透光部はチャネルを形成するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表示デバイス製造用多階調フォトマスク。
7. 前記光学膜は、前記代表波長の光に対して３％〜３０％の透過率を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の表示デバイス製造用多階調フォトマスク。
8. 前記光学膜は、前記代表波長の光に対して４％〜１５％の透過率を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の表示デバイス製造用多階調フォトマスク。
9. 透明基板上に成膜された光学膜をパターニングすることにより形成された透光部、遮光部、及び半透光部を含む転写用パターンを備え、ｉ線、ｈ線、およびｇ線のいずれかを含む光を露光光として照射することにより、被加工体上に、複数の異なる残膜値をもつレジストパターンを形成する、表示デバイス製造用多階調フォトマスクの製造方法において、
   前記透明基板上に前記光学膜が成膜されたフォトマスクブランクを用意する工程と、
   前記フォトマスクブランクに対してフォトリソグラフィ工程を施すことにより、前記光学膜をパターニングして前記転写用パターンを形成するパターニング工程と、を有し、
   前記光学膜は、前記多階調フォトマスクの露光光に含まれる代表波長の光の位相を略１８０度シフトさせる作用をもつとともに、前記代表波長の光に対して３％〜５０％の透過率を有し、
   前記パターニング工程においては、
   前記透明基板表面の一部を露出させることで前記透光部を形成し、
   前記透明基板表面を１．５μｍ〜３．０μｍの幅で露出させることにより、前記露光光の透過強度が前記透光部より低くなるようにして、単一のスリットからなる前記半透光部を形成し、
   前記遮光部は、前記透明基板上に前記光学膜が形成されてなる
   ことを特徴とする表示デバイス製造用多階調フォトマスクの製造方法。
10. 前記パターニング工程は、１回のみのフォトリソグラフィ工程を含むことを特徴とする、請求項９に記載の表示デバイス製造用多階調フォトマスクの製造方法。
11. 請求項１〜８のいずれかに記載の表示デバイス製造用多階調フォトマスク、又は請求項９又は１０に記載の表示デバイス製造用多階調フォトマスクの製造方法により製造される表示デバイス製造用多階調フォトマスクを用い、
    ｉ線、ｈ線、およびｇ線の光を含む光源をもつＬＣＤ用露光機により、前記被加工体上のレジスト膜に露光し、複数の異なる残膜値をもつ前記レジストパターンを前記被加工体上に形成する、ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。