JP6731441B2 - フォトマスク及び表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶や有機ＥＬに代表される、表示装置の製造に有利に用いられるフォトマスク及びそれを用いた表示装置の製造方法に関する。

特許文献１には、半導体装置の製造に用いられるフォトマスクとして、主透光部（ホールパターン）の各辺に平行に、４つの補助透光部が配置され、主透光部と補助透光部の光の位相が反転するようにした位相シフトマスクが記載されている。

特許文献２には、透明基板と、前記透明基板上に形成された半透明な位相シフト膜を有する大型位相シフトマスクが記載されている。

特開平３−１５８４５号公報 特開２０１３−１４８８９２号公報

現在、液晶表示装置やＥＬ表示装置などを含む表示装置においては、より明るく、かつ省電力であるとともに、高精細、高速表示、広視野角といった表示性能の向上が望まれている。

例えば、上記表示装置に用いられる薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、「ＴＦＴ」）で言えば、ＴＦＴを構成する複数のパターンのうち、層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールが、確実に上層及び下層のパターンを接続させる作用をもたなければ正しい動作が保証されない。その一方、表示装置の開口率を極力大きくして、明るく、省電力の表示装置とするためには、コンタクトホールの径が十分に小さいことが求められる。これに伴い、このようなコンタクトホールを形成するためのフォトマスクが備えるホールパターンの径も微細化（例えば３μｍ未満）が望まれている。例えば、径が２．５μｍ以下、更には、径が２．０μｍ以下のホールパターンが必要となり、近い将来、これを下回る１．５μｍ以下の径をもつパターンの形成も望まれると考えられる。こうした背景により、微小なコンタクトホールを確実に転写可能とする、表示装置の製造技術が必要とされている。

ところで、表示装置に比べて、集積度が高く、パターンの微細化が顕著に進んだ半導体装置（ＬＳＩ）製造用フォトマスクの分野では、高い解像性を得るために、露光装置には高ＮＡ（例えば０．２以上）の光学系を適用し、露光光の短波長化がすすめられた経緯があり、ＫｒＦやＡｒＦのエキシマレーザー（それぞれ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍの単一波長）が多用されるようになった。

その一方、表示装置製造用のリソグラフィ分野では、解像性向上のために、上記のような手法が適用されることは、一般的では無かった。むしろ、ＬＣＤ（liquid crystal display、液晶表示装置）用などとして知られる露光装置のＮＡは、０．０８〜０．１０程度であり、露光光源もｉ線、ｈ線、ｇ線を含む、ブロード波長域を用いることで、解像性や焦点深度よりはむしろ、生産効率、コストを重視してきた傾向がある。

しかし、上記のように表示装置製造においても、パターンの微細化要請が従来になく高くなっている。ここで、半導体装置製造用の技術を、表示装置製造にそのまま適用することには、いくつかの問題がある。例えば、高ＮＡ（開口数）をもつ高解像度の露光装置への転換には、大きな投資が必要になり、表示装置の価格との整合性が得られない。あるいは、露光波長の変更（ＡｒＦエキシマレーザーのような短波長を、単一波長で用いる）については、大面積をもつ表示装置への適用自体が困難である上、仮に適用すれば、生産効率が低下するほか、やはり相当の投資を必要とする点で不都合である。

更に、表示装置用のフォトマスクには、後述するように、半導体装置製造用のフォトマスクと異なる、製造上の制約や特有の各種課題がある。

上記事情から、特許文献１のフォトマスクをそのまま表示装置製造用に転用することには現実的には困難がある。また、特許文献２に記載のハーフトーン型位相シフトマスクは、バイナリマスクに比べて光強度分布が向上するとの記載があるが、更に性能向上の余地がある。

従って、表示装置製造用マスクを用いた表示装置の製造方法において、上記課題を克服し、微細なパターンであって、被転写体上への転写を安定して行うことが望まれていた。そこで本発明は、表示装置製造用マスクの露光環境に有利に適合し、微細なパターンが安定して転写できる優れたフォトマスク及びその製造方法を得ることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の構成を有する。本発明は、下記の構成１〜１４であることを特徴とするフォトマスク、下記の構成１５であることを特徴とする表示装置の製造方法である。

（構成１）
本発明の構成１は、透明基板上に形成された転写用パターンを備えるフォトマスクであって、前記転写用パターンは、径Ｗ１（μｍ）の主パターンと、前記主パターンの近傍に配置された、幅ｄ（μｍ）の補助パターンと、前記主パターン及び前記補助パターンが形成される以外の領域に配置された低透光部と、を有し、前記主パターンを透過するｉ線〜ｇ線の波長範囲にある代表波長と、前記補助パターンを透過する前記代表波長との位相差が略１８０度であって、前記補助パターンを透過する前記代表波長の光の透過率をＴ１（％）とし、前記低透光部を透過する前記代表波長の光の透過率をＴ３（％）とし、前記主パターンの中心と、前記補助パターンの幅方向の中心との距離をＰ（μｍ）とするとき、下記の式（１）〜（４）を満たすことを特徴とする、フォトマスクである。
０．８ ≦ Ｗ１ ≦ ４．０ ・・・・・・・・・・・・・・（１）

１．０ ＜ Ｐ ≦ ５．０ ・・・・・・・・・・・・・・・（３）
Ｔ３ ＜ Ｔ１ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）

（構成２）
本発明の構成２は、前記補助パターンは、前記透明基板上に、前記代表波長の光に対する透過率がＴ１（％）の半透光膜が形成されてなることを特徴とする、構成１に記載のフォトマスクである。

（構成３）
本発明の構成３は、前記半透光膜の前記透過率Ｔ１（％）が、下記の式（５）を満たすことを特徴とする、構成２に記載のフォトマスクである。
３０ ≦ Ｔ１ ≦ ８０ ・・・（５）

（構成４）
本発明の構成４は、前記補助パターンの幅ｄが１（μｍ）以上であることを特徴とする、構成２又は３に記載のフォトマスクである。

（構成５）
本発明の構成５は、前記主パターンは、前記透明基板の主表面の一部が露出してなり、前記補助パターンは、前記透明基板上に、前記半透光膜が形成されてなり、前記低透光部は、前記透明基板上に、前記半透光膜と、前記代表波長の光の透過率がＴ２（％）である低透光膜とが、この順で、または、この逆の順で積層されてなることを特徴とする、構成２〜４のいずれかに記載のフォトマスクである。

（構成６）
本発明の構成６は、前記主パターンは、前記透明基板の主表面に掘り込みが形成されてなり、前記補助パターンは、前記透明基板上に、前記半透光膜が形成されてなり、前記低透光部は、前記透明基板上に、前記半透光膜と、前記代表波長の光の透過率がＴ２（％）である低透光膜とが、この順で、または、この逆の順で積層されてなることを特徴とする、構成２〜４のいずれかに記載に記載のフォトマスクである。

（構成７）
本発明の構成７は、前記半透光膜は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ及びＴｉの少なくとも一つと、Ｓｉとを含む材料、又は、これらの材料の酸化物、窒化物、酸化窒化物、炭化物、又は酸化窒化炭化物を含む材料からなることを特徴とする、構成２〜６のいずれかに記載のフォトマスクである。

（構成８）
本発明の構成８は、前記補助パターンは、前記透明基板が露出してなることを特徴とする、構成１に記載のフォトマスクである。

（構成９）
本発明の構成９は、前記主パターンは、前記透明基板の主表面に掘り込みが形成されてなり、前記補助パターンは、前記透明基板の主表面の一部が露出してなり、前記低透光部は、前記透明基板上に、前記代表波長の光の透過率がＴ３（％）である低透光膜が、形成されてなることを特徴とする、構成８に記載に記載のフォトマスクである。

（構成１０）
本発明の構成１０は、前記主パターンは、前記透明基板の主表面の一部が露出してなり、前記補助パターンは、前記透明基板の主表面に掘り込みが形成されてなり、前記低透光部は、前記透明基板上に、前記代表波長の光の透過率がＴ３（％）である低透光膜が、形成されてなることを特徴とする、構成８に記載に記載のフォトマスクである。

（構成１１）
本発明の構成１１は、前記主パターンに対応して、被転写体上に、転写径Ｗ２が３．０（μｍ）以下（但しＷ１＞Ｗ２）のホールパターンを形成するものであることを特徴とする、構成１〜１０のいずれかに記載のフォトマスクである。

（構成１２）
本発明の構成１２は、前記主パターンの前記径Ｗ１と、前記被転写体上の前記転写径Ｗ２との差Ｗ１−Ｗ２をバイアスβ（μｍ）とするとき、
０．２≦β≦１．０・・・（６）
であることを特徴とする構成１１に記載のフォトマスクである。

（構成１３）
本発明の構成１３は、前記低透光部の、前記代表波長の光に対する前記透過率Ｔ３（％）が、
Ｔ３＜３０・・・（７）
を満たすことを特徴とする、構成１〜１２いずれかに記載のフォトマスクである。

（構成１４）
本発明の構成１４は、前記低透光部は、前記代表波長の光を実質的に透過しないものであることを特徴とする、構成１〜１２いずれかに記載のフォトマスクである。

（構成１５）
本発明の構成１５は、構成１〜１４のいずれかに記載のフォトマスクを用意する工程と、開口数（ＮＡ）が０．０８〜０．２０であり、ｉ線、ｈ線及びｇ線の少なくとも一つを含む露光光源をもつ露光装置を用いて、前記転写用パターンを露光し、被転写体上に、径Ｗ２が０．６〜３．０（μｍ）のホールパターンを形成する工程とを含む、表示装置の製造方法である。

本発明によれば、表示装置製造用マスクの露光環境に有利に適合し、微細なパターンが安定して転写できる優れたフォトマスク及びその製造方法を提供することができる。

本発明のフォトマスクの一例の、平面模式図である。 本発明のフォトマスクの他の例の、平面模式図（ａ）〜（ｆ）である。 本発明のフォトマスクの層構成の例（ａ）〜（ｆ）である。 本発明のフォトマスクの製造工程の一例を示す断面模式図及び平面模式図である。 比較例１−１及び１−２並びに実施例１のフォトマスクの平面模式図、寸法及び光学シミュレーションによる転写性能を示す図である。 比較例１−１及び１−２並びに実施例１のフォトマスクを用いた場合の（ａ）被転写体上に形成される光強度の空間像、及び（ｂ）それ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図である。 比較例２−１及び２−２並びに実施例２のフォトマスクの平面模式図、寸法及び光学シミュレーションによる転写性能を示す図である。 比較例２−１及び２−２並びに実施例２のフォトマスクを用いた場合の（ａ）被転写体上に形成される光強度の空間像、及び（ｂ）それ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図である。

フォトマスクのもつ転写用パターンのＣＤ（Critical Dimension、以下パターン線幅の意味で使う）が微細化すると、これを正確に被転写体（エッチング加工しようとする薄膜等、被加工体とも言う。）に転写する工程の実施はより困難になる。表示装置用の露光装置に仕様として示された解像限界は、多くの場合２〜３μｍ程度である。これに対し、形成しようとする転写用パターンの中には、既にこれに近づくか、あるいはこれを下回る寸法のものが出現している。更に、表示装置製造用マスクは、半導体装置製造用マスクに比べて面積が大きいため、実生産上、３μｍ未満のＣＤをもつ転写用パターンを面内均一に転写することには大きな困難がある。

従って、純粋な解像度（露光波長、露光光学系の開口数による）以外の要素を工夫することにより、実効的な転写性能を引き出すことが必要となる。

更に、被転写体（フラットパネルディスプレイ基板）の面積が大きいため、露光によるパターン転写の工程では、被転写体の表面平坦度に起因するデフォーカスが生じやすい環境とも言える。この環境下で、露光時の焦点の裕度（ＤＯＦ）を十分に確保することは、極めて有意義である。

尚、表示装置製造用のフォトマスクは、周知のとおりサイズが大きく、フォトマスク製造工程におけるウェット処理（現像やウェットエッチング）においては、面内のあらゆる位置で、ＣＤ（線幅）の均一性を確保することは容易では無い。最終的なＣＤ精度を、規定された許容範囲内に収めるためにも、露光工程における充分な焦点深度（ＤＯＦ）の確保が肝要であり、またこれに伴って他の性能が劣化しないことが望ましい。

本発明は、透明基板上に成膜された、半透光膜及び低透光膜をそれぞれパターニングすることによって形成された転写用パターンを備えるフォトマスクである。本発明のフォトマスクがもつ転写用パターンの平面模式図を、図１に例示する。

図１に示すとおり、透明基板上に形成された転写用パターンは、径Ｗ１（μｍ）の主パターンと、主パターンの近傍に配置された幅ｄ（μｍ）の補助パターンとを含む。また、前記主パターン及び前記補助パターンが形成される以外の領域には、低透光部が形成されている。

ここで、補助パターンを透過する、ｉ線〜ｇ線の波長域内の代表波長の光に対する透過率をＴ１、低透光部を透過する、該代表波長の光に対する透過率をＴ３とする。また、主パターンの中心と、前記補助パターンの幅方向の中心との距離をＰ（μｍ）とする。このとき、本発明のフォトマスクは、以下の関係を満足する。
０．８ ≦ Ｗ１ ≦ ４．０ ・・・・・・・・・・・・・・（１）

１．０ ＜ Ｐ ≦ ５．０ ・・・・・・・・・・・・・・・（３）
Ｔ３ ＜ Ｔ１ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）

上記の式中、Ｔ１は、好ましくは、Ｔ１≧３０である。

尚、ここでいう光透過率Ｔ１及びＴ３は、透明基板の透過率を基準としたときのものであり、該当する部分の層構成によって決まるものである。

このような転写用パターンの断面模式図は、例えば、図３（ａ）に示すものとすることできる。これを、本発明のフォトマスクの第１の態様とし、図３（ａ）を参照して説明する。

本態様では、主パターンは、透明基板が露出した透光部からなる。尚、主パターンに、透過率の高い膜が形成されても良い。しかしながら、最大の透過率を得られる点で、主パターンには、透過率の高い膜を形成せず、透明基板が露出した構成とすることが好ましい。

また、本態様の補助パターンは、透明基板上に半透光膜が形成された、半透光部からなる。この半透光膜は、ｉ線〜ｇ線の波長範囲にある代表波長の光を略１８０度シフトする位相シフト量を有し、代表波長に対する透過率Ｔ１（％）を有する。また、主パターン及び補助パターンを囲む部分は、透明基板上に、少なくとも低透光膜が形成された、低透光部となっている。すなわち、図１に示す転写用パターンにおいて、主パターン及び補助パターンが形成された領域以外の領域が、低透光部となっている。図３（ａ）に示すように、本態様では、低透光部は、半透光膜と低透光膜とが、透明基板上に積層している。なお、低透光部は、透明基板上に、半透光膜と、代表波長の光の透過率がＴ２（％）である低透光膜とが、この順で、または、この逆の順で積層されることができる。

本発明のフォトマスクの低透光部は、露光光の代表波長に対して、所定の低い透過率をもつ。すなわち、ｉ線〜ｇ線の波長範囲にある代表波長の光に対して、低透光部は、半透光部からなる補助パターンの透過率Ｔ１（％）より低い透過率Ｔ３（％）をもつ。従って、半透光部と低透光部の積層によって、低透光部を形成している本態様（図３（ａ））においては、該積層によって、
Ｔ３ ＜ Ｔ１
となるように、低透光膜の透過率Ｔ２（％）を選択することによって、低透光部の透過率Ｔ３（％）を調節すればよい。

ここで、主パターンの径（Ｗ１）を、４μｍ以下とするとき、この主パターンに対応して、被転写体上に、径Ｗ２（μｍ）（但しＷ１＞Ｗ２）をもつ微細な主パターン（ホールパターン）を形成できる。

具体的には、Ｗ１（μｍ）を、下記式（１）
０．８ ≦ Ｗ１ ≦ ４．０ ・・・（１）
の関係となるようにすることが好ましい。このとき被転写体上に形成される主パターン（ホールパターン）の径Ｗ２（μｍ）は、３．０（μｍ）以下、具体的には、
０．６≦Ｗ２≦３．０
とすることができる。

また、本発明のフォトマスクは、表示装置製造に有用な微細サイズのパターンを形成する目的で使用することができる。例えば、主パターンの径Ｗ１が、３．０（μｍ）以下であるとき、本発明の効果がより顕著に得られる。好ましくは、主パターンの径Ｗ１（μｍ）を、
１．０≦Ｗ１≦３．０
とすることができる。尚、径Ｗ１と径Ｗ２との関係を、Ｗ１＝Ｗ２とすることもできるが、好ましくは、Ｗ１＞Ｗ２とする。すなわち、β（μｍ）をバイアス値とするとき、
β＝Ｗ１−Ｗ２＞０（μｍ）
であるとき、
０．２≦β≦１．０、
より好ましくは、
０．２≦β≦０．８
とすることができる。このようにするとき、後述するように、被転写体上における、レジストパターンの損失を低減するなどの、有利な効果が得られる。

上記において、主パターンの径Ｗ１は、円の直径、又はそれに近似される数値を意味する。例えば、主パターンの形状が正多角形であるときは、主パターンの径Ｗ１は、内接円の直径とする。主パターンの形状が、図１に示すように正方形であれば、主パターンの径Ｗ１は一辺の長さである。転写された主パターンの径Ｗ２においても、円の直径又はそれに近似される数値とする点で同様である。

もちろん、より微細化したパターンを形成しようとするとき、Ｗ１が２．５（μｍ）以下、又は２．０（μｍ）以下とすることも可能であり、更には、Ｗ１を１．５（μｍ）以下として本発明を適用することもできる。

尚、本発明のフォトマスクにおける主パターンの径Ｗ１、被転写体上の主パターンの径Ｗ２、及びバイアスの設定に関する上記の好ましい範囲は、以下の第２から第６の態様にかかる本発明のフォトマスクにおいても、同様に適用できる。

このような転写用パターンをもつ、本発明のフォトマスクの露光に用いる露光光の代表波長に対して、主パターンと補助パターンとの位相差φが、略１８０度である。すなわち、主パターンを透過する、上記代表波長の光と、補助パターンを透過する、上記代表波長との位相差φ１が略１８０度となる。略１８０度とは、１２０〜２４０度を意味する。好ましくは、位相差φ１は１５０〜２１０度である。

尚、本発明のフォトマスクは、ｉ線、ｈ線、又はｇ線を含む露光光を用いるときに効果が顕著であるので、ｉ線、ｈ線及びｇ線の少なくとも一つを含む露光光を用いることができる。特にｉ線、ｈ線、及びｇ線を含むブロード波長光を露光光として適用することが好ましい。この場合、代表波長としては、ｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれかとすることができる。例えばｈ線を代表波長として、本発明のフォトマスクを構成することができる。

このような位相差を形成するためには、主パターンは、透明基板主表面が露出してなる透光部とし、補助パターンは、透明基板上に半透光膜を形成してなる半透光部とし、この半透光膜の、上記代表波長に対する位相シフト量を、略１８０度とすれば良い。

尚、主パターンと補助パターンとの位相差の好ましい範囲、及び、本発明のフォトマスクに適用する露光光の波長については、以下の第２から第６の態様にかかる本発明のフォトマスクにおいても、同様である。

第１の態様のフォトマスク、すなわち、図３（ａ）に示すフォトマスクにおいて、半透光部のもつ光透過率Ｔ１は、以下のようにすることができる。すなわち、半透光部に形成された半透光膜の、上記代表波長に対する透過率が、Ｔ１（％）であるとき、
３０ ≦ Ｔ１ ≦ ８０
とする。より好ましくは、
４０ ≦ Ｔ１ ≦ ７５
である。尚、透過率Ｔ１（％）は、透明基板の透過率を基準としたときの、上記代表波長の透過率とする。

本発明のフォトマスクにおいて、主パターン及び補助パターンが形成された以外の領域に配置され、主パターン及び補助パターンの周囲に形成された低透光部は、以下のような構成とすることができる。

低透光部は、露光光（ｉ線〜ｇ線の波長範囲にある代表波長の光）を実質的に透過しないものであってもよい。この場合低透光膜単体で、上記代表波長を実質的に透過しないもの（すなわち遮光膜）であって、Ｔ３≦０．０１すなわち光学濃度ＯＤ≧２である低透光膜を適用してもよく、又は、低透光膜と半透光膜の積層膜で、実質的な遮光膜としてもよい。

或いは、低透光部は、所定範囲で露光光を透過するものとしても良い。但し、所定範囲で露光光を透過する場合であって、低透光部の透過率Ｔ３（％）（ここで、半透光膜と低透光膜の積層の場合には、その積層としての透過率）が、
Ｔ３ ＜ Ｔ１
を満たすものである。好ましくは、
０ ≦ Ｔ３ ＜ ３０
より好ましくは、
０ ＜ Ｔ３ ≦ ２０
を満たす。透過率Ｔ３（％）についても、透明基板の透過率を基準としたときの、上記代表波長の透過率とする。

また、このように低透光部が所定の透過率で露光光を透過する場合には、低透光部の透過光と、透光部の透過光との位相差φ３は、９０度以下とすることが好ましく、より好ましくは６０度以下である。「９０度以下」とは、ラジアン表記すれば、上記位相差が「（２ｎ−１／２）π〜（２ｎ＋１／２）π（ここでｎは整数）」であることを意味する。上記と同様に、露光光に含まれる代表波長に対する位相差として計算する。

従って、この場合には本態様のフォトマスクに用いられる低透光膜の単独の性質としては、３０（％）未満の透過率（Ｔ２（％））をもち（すなわち、０＜Ｔ２＜３０）、位相シフト量（φ２）が略１８０度であることが好ましい。略１８０度とは、１２０〜２４０度を意味する。好ましくは、位相差φ１は１５０〜２１０度である。これによって、積層からなる低透光部の位相シフト特性については、φ３を上述の範囲とすることができる。

ここでの透過率も、上記と同様、透明基板の透過率を基準としたときの、上記代表波長の透過率とする。

上記転写用パターンにおいて、補助パターンの幅をｄ（μｍ）とするとき、

が成り立つときに、発明の優れた効果が得られる。このとき、主パターンの中心と、補助パターンの幅方向の中心の距離をピッチＰ（μｍ）とし、ピッチＰは、
１．０ ＜ Ｐ ≦ ５．０
の関係が成り立つことが好ましい。

より好ましくは、ピッチＰは、
１．５ ＜ Ｐ ≦ ４．５
とすることができる。

本発明において、補助パターンは、設計上孤立した主パターンに対して、疑似的に密集パターン（Dense Pattern）のような光学的作用を及ぼす効果があるが、上記の関係式が充足するとき、主パターンと補助パターンとを透過した露光光が、互いに良好な相互作用を奏し、後述の実施例に示すとおりの、優れた転写性を示すことができる。

補助パターンの幅ｄ（μｍ）は、本発明のフォトマスクに適用する露光条件（使用する露光装置）において、解像限界以下の寸法であり、具体的な例としては、
ｄ ≧ ０．７
より好ましくは、
ｄ ≧ ０．８
さらに好ましくは、補助パターンの幅ｄ（μｍ）は１（μｍ）以上である。

また、ｄ≦Ｗ１であることが好ましく、ｄ＜Ｗ１であることがより好ましい。

また、より好ましくは、上記（２）の関係式は、下記の式（２）−１であり、更に好ましくは、下記の式（２）−２である。

上述のとおり、図１に示すフォトマスクの主パターンは正方形であるが、本発明はこれに限定されない。例えば、図２に例示されるように、フォトマスクの主パターンは、八角形や円を含む、回転対称な形状であることができる。そして回転対称の中心を、上記Ｐの基準となる中心とすることができる。

また、図１に示すフォトマスクの補助パターンの形状は、八角形帯であるが、本発明はこれに限定されない。補助パターンの形状は、ホールパターンの中心に対して、３回対称以上の回転対象の形状に一定の幅を与えたものであることが好ましい。好ましい主パターン及び補助パターンの形状は、図２（ａ）〜（ｆ）に例示された形状であって、主パターンのデザインと補助パターンのデザインとは、互いに図２（ａ）〜（ｆ）の異なるものを組み合わせても良い。

例えば、補助パターンの外周が、正方形、正６角形、正８角形、正１０角形等の正多角形（好ましくは正２ｎ角形、ここでｎは２以上の整数）又は円形である場合が例示される。そして、補助パターンの形状としては、補助パターンの外周と内周とがほぼ平行である形状、すなわち、ほぼ一定幅をもつ正多角形又は円形の帯のような形状であることが好ましい。この帯状の形状を、多角形帯又は円形帯ともよぶ。補助パターンの形状としては、このような正多角形帯又は円形帯が、主パターンの周囲を囲む形状であることが好ましい。このとき、主パターンの透過光と、補助パターンの透過光との光量のバランスをほぼ同等とすることができるので、本発明の作用効果を得るための、光の相互作用が得やすい。

特に、本発明のフォトマスクを表示装置製造用のフォトマスクとして用いる場合、すなわち、本発明のフォトマスクを表示装置製造用のフォトレジストと組み合わせて用いる場合には、被転写体上において補助パターンに対応する部分のレジスト損失を低減することが可能である。

あるいは、補助パターンの形状は、主パターンの周囲を完全に囲まずに、上記多角形帯又は円形帯の一部が欠落した形状であっても良い。補助パターンの形状は、例えば、図２（ｆ）のように、四角形帯の角部が欠落した形状であっても良い。

尚、本発明の効果を妨げない限り、本発明の主パターン、補助パターンに加えて、付加的に他のパターンを用いてもかまわない。

本態様のフォトマスクの製造方法の一例について、図４を参照して以下に説明する。

図４（ａ）に示すように、フォトマスクブランクを用意する。

このフォトマスクブランクは、ガラス等からなる透明基板上に、半透光膜と低透光膜とがこの順に形成されており、更に第１フォトレジスト膜が塗布されている。

半透光膜は、透明基板の主表面上に、ｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれかを代表波長とするとき、その透過率が３０〜８０（％）（Ｔ１（％）を透過率とするとき、３０≦Ｔ１≦８０）、より好ましくは、４０〜７５（％）であり、かつ、この代表波長に対する位相シフト量が、略１８０度であるような膜である。このようは半透光膜により、透光部からなる主パターンと、半透光部からなる補助パターンとの間の透過光位相差を略１８０度とすることができる。そのような半透光膜は、ｉ線〜ｇ線の波長範囲にある代表波長の光の位相を略１８０度シフトする。半透光膜の成膜方法としては、スパッタ法等公知の方法を適用することができる。

半透光膜は、上記の透過率と位相差を充足し、かつ、以下に述べるとおり、ウェットエッチング可能な材料からなることが望ましい。但し、ウェットエッチングに際して生じる、サイドエッチングの量が大きくなりすぎると、ＣＤ精度の劣化や、アンダーカットによる上層膜の破壊など不都合が生じるため、膜厚の範囲は、２０００Å以下であることが好ましい。例えば、３００〜２０００Åの範囲、より好ましくは、３００〜１８００Åである。ここでＣＤとは、Critical Dimensionであり、本明細書ではパターン線幅の意味で用いる。

また、これらの条件を充足するためには、半透光膜材料は、露光光に含まれる代表波長（例えばｈ線）の屈折率が１．５〜２．９であることが好ましい。より好ましくは、１．８〜２．４である。

更に、位相シフト効果を十分に発揮するためには、ウェットエッチングによるパターン断面（被エッチング面）が、透明基板主表面に対して垂直に近いことが好ましい。

上記性質を考慮するとき、半透光膜の膜材料としては、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｉの少なくとも一つと、Ｓｉとを含む材料、又は、これらの材料の酸化物、窒化物、酸化窒化物、炭化物、又は酸化窒化炭化物を含む材料からなるとすることができる。

フォトマスクブランクの半透光膜上には、低透光膜が形成される。成膜方法としては、半透光膜の場合と同様に、スパッタ法等公知の手段が適用できる。

フォトマスクブランクの低透光膜は、実質的に露光光を透過しない遮光膜であることができる。又は、露光光の代表波長に対して、所定の低い透過率をもつものとすることができる。本発明のフォトマスクの製造に用いる低透光膜は、ｉ線〜ｇ線の波長範囲にある代表波長の光に対して、半透光膜の透過率Ｔ１（％）より低い透過率Ｔ２（％）をもつ。

低透光膜が露光光を透過することができる場合には、露光光に対する低透光膜の透過率及び位相シフト量は、本発明のフォトマスクの低透光部の透過率及び位相シフト量を達成できるものであることが求められる。好ましくは、低透光膜と上記半透光膜との積層状態で、露光光代表波長の光に対する透過率Ｔ３（％）が、Ｔ３＜３０、好ましくはＴ３≦２０であり、更に、位相シフト量φ３が、９０（度）以下、より好ましくは６０（度）以下とする。

低透光膜の単独の性質としては、実質的に前記代表波長の光を透過しないものであるか、又は、３０（％）未満の透過率（Ｔ２（％））をもち（すなわち、０＜Ｔ２＜３０）、位相シフト量（φ２）が略１８０度であることが好ましい。略１８０度とは、１２０〜２４０度を意味する。好ましくは、位相差φ１は１５０〜２１０（度）である。

フォトマスクブランクの低透光膜の材料は、Ｃｒ又はその化合物（酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、又は酸化窒化炭化物）であっても良く、又は、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉを含む金属のシリサイド、又は、該シリサイドの上記化合物であっても良い。但し、フォトマスクブランクの低透光膜の材料は、半透光膜と同様にウェットエッチングが可能であり、かつ、半透光膜の材料に対してエッチング選択性をもつ材料が好ましい。すなわち、半透光膜のエッチング剤に対して低透光膜は耐性をもち、また、低透光膜のエッチング剤に対して、半透光膜は耐性をもつことが望ましい。

フォトマスクブランクの低透光膜上には、更に第１フォトレジスト膜が塗布される。本発明のフォトマスクは、好ましくはレーザー描画装置によって描画されるので、それに適したフォトレジストとする。第１フォトレジスト膜はポジ型でもネガ型でも良いが、以下ではポジ型として説明する。

次に、図４（ｂ）に示すように、第１フォトレジスト膜に対して、描画装置を用い、転写用パターンに基づいた描画データによる描画を行う（第１描画）。そして、現像によって得られた第１レジストパターンをマスクとして、低透光膜をウェットエッチングする。これによって、低透光部となる領域が画定し、また低透光部によって囲まれた補助パターン（低透光膜パターン）の領域が画定する。ウェットエッチングするためのエッチング液（ウェットエッチャント）は、使用する低透光膜の組成に適合した公知のものを使用できる。例えば、Ｃｒを含有する膜であれば、ウェットエッチャントとして硝酸第２セリウムアンモニウム等を使用できる。

次に、図４（ｃ）に示すように、第１レジストパターンを剥離する。

次に、図４（ｄ）に示すように、形成された低透光膜パターンを含む全面に、第２フォトレジスト膜を塗布する。

次に、図４（ｅ）に示すように、第２フォトレジスト膜に対し、第２描画を行い、現像によって形成された第２レジストパターンを形成する。この第２レジストパターンと、上記低透光膜パターンとをマスクとして、半透光膜のウェットエッチングを行う。このエッチング（現像）によって、透明基板が露出する透光部からなる、主パターンの領域が形成される。尚、第２レジストパターンは、補助パターンとなる領域を覆い、透光部からなる主パターンとなる領域に開口をもつものであるともに、該開口から、低透光膜のエッジが露出するよう、第２描画の描画データに対してサイジングを行っておくことが好ましい。このようにすることで、第１描画と第２描画との間に相互に生じるアライメントずれを吸収し、転写用パターンのＣＤ精度の劣化を防止できる。これは、低透光膜と半透光膜の素材がもつ、互いの膜に対するエッチング選択性を利用した効果である。

尚、本態様のフォトマスクにおいて、半透光膜と低透光膜とをエッチング選択性のない、共通のエッチング特性をもつ素材によって構成し、両膜の間に、エッチングストッパ膜を設けても良い。

すなわち、このように第２描画の際の第２レジストパターンのサイジングを行うことにより、被転写体上に孤立ホールパターンを形成しようとする際、遮光膜と半透光膜とのパターニングに位置ずれが生じないので、図１に例示するような転写用パターンにおいて、主パターン及び補助パターンの重心を精緻に一致させることができる。

半透光膜用のウェットエッチャントは、半透光膜の組成に応じて適宜選択する。

次に、図４（ｆ）に示すように、第２レジストパターンを剥離して、図１に示す本発明のフォトマスクが完成する。

表示装置用フォトマスクの製造において、透明基板上に形成された遮光膜などの光学膜をパターニングする際、適用されるエッチングとしては、ドライエッチング、及びウェットエッチングがある。いずれを採用しても良いが、本発明においてはウェットエッチングが特に有利である。これは、表示装置用のフォトマスクは、サイズが比較的大きく、更に多種類のサイズが存在するからである。このようなフォトマスクの製造の際に、真空チャンバーを用いるドライエッチングを適用すると、ドライエッチング装置の大きさや製造工程に不効率が生じることになる。

但し、このようなフォトマスクの製造の際にウェットエッチングを適用することに伴う課題もある。ウェットエッチングは等方エッチングの性質をもつため、所定の膜を深さ方向にエッチングして溶出させようとする際には、深さ方向に対して垂直な方向にもエッチングが進行する。例えば、膜厚Ｆ（ｎｍ）の半透光膜をエッチングしてスリットを形成するとき、エッチングマスクとなるレジストパターンの開口は、所望のスリット幅より２Ｆ（ｎｍ）（すなわち、片側Ｆ（ｎｍ））だけ小さくするが、微細幅のスリットになるほど、レジストパターン開口の寸法精度を維持しにくい。このため、補助パターンの幅ｄは１（μｍ）以上、好ましくは１．３（μｍ）以上とすることが有用である。

また、上記膜厚Ｆ（ｎｍ）が大きい場合には、サイドエッチング量も大きくなるため、膜厚が小さくても略１８０度の位相シフト量をもつ膜材料を用いることが有利であり、この結果、該波長に対して半透光膜の屈折率が高いことが望まれる。このため、上記代表波長に対する１．５〜２．９、好ましくは、１．８〜２．４であるような材料を用いて、半透光膜とすることが好ましい。

ところで、図１に示す本発明のフォトマスクとして、上記態様の他にも、異なる層構成によって同様の光学的な作用効果を奏するものがある。

本発明の第２の態様は、図３（ｂ）に断面を示す層構成を有する。このフォトマスクの平面模式図は、上記第１の態様と同様に、図１に示すとおりであるが、断面視したときの積層構造が異なる。すなわち、図３（ｂ）に示す低透光部においては、低透光膜と半透光膜の積層順が上下逆転しており、低透光膜が基板側に配置されている。

この場合、本発明のフォトマスクとしての、パターンの設計やその各パラメータ、それらによる光学的な作用効果は、第１の態様のフォトマスクと同様であり、設計デザインとして、図２に示された変形例が適用可能であることも同じである。また、用いる膜素材の物性も同じとすることができる。

但し、第２の態様のフォトマスクにおいては、製造方法上、以下の点で第１の態様との若干の相違があり、このために、使用する膜素材においても、必ずしも第１の態様と同様である必要はない。

例えば、第１の態様においては、図４（ａ）に示すとおり、半透光膜と低透光膜を積層したフォトマスクブランクを用意し、これに対してフォトリソグラフィ工程を２回適用し、フォトマスクを製造したが、第２の態様においては、透明基板上に低透光膜のみが成膜されたフォトマスクブランクを用意する必要がある。

そして、この低透光膜をまずエッチングし、低透光膜パターンを形成する。次いで、この低透光膜パターンが形成された基板上の全面に、半透光膜を成膜し、これをパターニングする。この場合、第１の態様と同様にウェットエッチングでパターニングが行える素材を選択することが好ましい。但し、本態様では、低透光膜と半透光膜とが互いのエッチャントに対する耐性をもつことが必須ではない。すなわち、両膜に、互いにエッチング選択性が無くてもエッチングが可能である。従って、素材の選択に関しては、第１の態様より自由度が高い。

次に、本発明のフォトマスクの第３の態様について、図３（ｃ）を参照して説明する。この態様においても、平面模式図は、図１と同様であり、また、パターンの設計やその各パラメータ、それらによる光学的な作用効果は、以下の点を除いて第１の態様のフォトマスクと同様であり、設計デザインとして、図２に示された変形例が適用可能であることも同じである。

図３（ｃ）に示す第３の態様のフォトマスクが、第１及び第２の態様のフォトマスクと異なる点は、半透光膜がもつ、前記代表波長の光に対する位相シフト量が、略１８０度に制約されない点であり、これと関連して、主パターン部分において、透明基板が所定量掘り込まれている点である。すなわち、この態様の主パターンは、材料となった透明基板の主表面の一部が露出するかわりに、該主表面に対してエッチングにより所定量の掘り込みを形成した掘り込み面が露出している。そして、上記半透光膜が形成された補助パターンと、掘り込みが形成された主パターンとの間で、互いを透過するｉ線〜ｇ線の波長範囲にある代表波長の位相差が略１８０度に調整されている。第１及び第２の態様のフォトマスクと同様に、低透光部は、透明基板上に、半透光膜と、代表波長の光の透過率がＴ２（％）である低透光膜とが、この順で、または、この逆の順で積層される構造であることができる。

第１の態様又は第２の態様においては、半透光膜の素材と膜厚とによって、透過率Ｔ１の条件と、主パターンと補助パターンとを透過する代表波長の位相差が略１８０度という条件とを、共に充足する必要があったが、第３の態様のフォトマスクにおいては、透過率Ｔ１の条件を優先して半透光膜の組成や膜厚を決定し、位相差の調整は、主パターンの掘り込み量によって行える利点がある。

この点から、本態様のフォトマスクは、半透光膜がもつ上記代表波長の光に対する位相シフト量は、９０度以下、又は、６０度以下でも良い。主パターンの掘り込み量と、半透光膜がもつ位相シフト量との和によって、主パターンと補助パターンとを透過する代表波長の位相差が略１８０度となるように調整されればよい。

また、第３の態様のフォトマスクにおいて、透明基板の掘り込み形成には、ウェット又はドライエッチングが用いられるが、より好ましくはドライエッチングを適用する。また、本態様のフォトマスクにおいても、半透光膜と低透光膜の間に、エッチングストッパ膜を設けても良い。

例えば、透明基板上に半透光膜と低透光膜が積層されたフォトマスクブランクを用意し、まず、主パターン部分の両膜をエッチング除去し、次いで、透明基板を掘り込みエッチングする工程が適用できる。次に、第２のフォトリソグラフィ工程によって、補助パターン部分の低透光膜をエッチング除去することによって、第３の態様のフォトマスクを製造できる。この場合、膜素材としては、第１の態様と同様とすることができる。

尚、上記第１の態様と第２の態様との関係と同様に、第３の態様のフォトマスクにおいても、半透光膜と低透光膜の積層順を上下逆転させても良い。

次に、図３（ｄ）を参照して、本発明のフォトマスクの第４の態様について説明する。この態様でも平面模式図は図１に示すとおりである。第４の態様は、第３の態様と同様に、主パターン部分の透明基板に掘り込みを形成するが、第３の態様と異なり、半透光膜を使用せず、補助パターン部分の透明基板（主表面の一部）は露出している。そして、主パターン部分の掘り込み深さの選択によって、第１〜第３の態様と同様に、主パターンと補助パターンとをそれぞれ透過する代表波長の光の位相差が、略１８０度となっている。

この第４の態様においては、補助パターン部分に半透光膜が存在しないので、透過率（Ｔ１）は、１００（％）となる。この場合、成膜回数が減少でき、それによって、第３の態様より生産効率の向上、及び欠陥発生確率の低下といったメリットが得られる。

この場合、Ｔ１＝１００（％）を、式（２）に適用し、

すなわち、
０．５ ≦ ｄ ≦ １．５ ・・・（２）
となる。好ましくは、ｄ ＜ Ｗ１ である。

また、第４の態様のフォトマスクに使用する低透光膜がもつ、上記代表波長の光に対する位相シフト量は略１８０度である必要はなく、９０度以下であることが好ましい。より好ましくは６０度以下である。

第４の態様のフォトマスクにおいても、図１に示すパターンの設計や、特記した以外の各パラメータ、それらによる光学的な作用効果は、第１の態様のフォトマスクと同様であり、設計デザインとして、図２に示された変形例が適用可能であることも同じである。また、低透光膜に用いる膜素材やその物性も第１の態様と同じとすることができる。すなわち、低透光部は、透明基板上に、前記代表波長の光の透過率がＴ２（％）（＝Ｔ３（％））である低透光膜が、形成される構造とすることができる。

ところで、第４の態様における、主パターンと補助パターンの断面構造を逆にしたものが、第５の態様（図３（ｅ））である。第５の態様の主パターンは、透明基板の主表面の一部が露出しており、補助パターンは、透明基板の主表面に掘り込みが形成されている。すなわち、主パターン部分の透明基板掘り込み形成の変わりに、補助パターン部分の透明基板を掘り込むことによって、主パターンと補助パターンとを透過する、上記代表波長の光の位相差を略１８０度としている。この場合でも、平面視のデザインやその光学的な作用効果が第４の態様と同じであることは言うまでもない。また、その製造方法や適用する膜材などについても、特に相違はない。したがって、第５の態様の低透光部は、透明基板上に、代表波長の光の透過率がＴ２（％）（＝Ｔ３（％））である低透光膜が、形成されている。

図３（ｆ）に示す、本発明の第６の態様は、第１〜第５の態様において採用した構成に対し（図３（ｆ）では代表して、第１の態様のフォトマスク断面模式図を使用）、遮光膜パターンを付加する可能性を示すものである。これは、低透光膜が実質的な透過率をもつ場合に、考慮に値する。

すなわち、主パターン及び補助パターンの近傍においては、逆位相の光の干渉作用を利用するが、上記から離間した低透光部の領域においては、低透光膜を透過する光の存在は不要であったり、むしろ、被転写体上に形成するレジストパターンの残膜量を減少させるデメリットをもたらすリスクがある。このリスクを排除したい場合には、主パターン及び補助パターンから離間した低透光部の領域において、遮光膜パターンを付加し完全に遮光を行うことも有用である。

従って、本発明においては、その作用効果を損なわない限り、このような遮光膜パターンの使用を妨げない。尚、遮光膜とは、実質的に露光光（上記ｉ線〜ｇ線範囲の代表波長の光）を透過しない、ＯＤ（光学濃度）２以上の膜をいう。その素材は、クロム（Ｃｒ）を主成分としたものが挙げられる。

本発明は、上記した本発明のフォトマスクに、露光装置により露光して、被転写体上に、上記転写用パターンを転写し、ホールパターンを形成する工程を含む、表示装置の製造方法を含む。

本発明の表示装置の製造方法は、まず、上述の本発明のフォトマスクを用意する。次に、開口数（ＮＡ）が０．０８〜０．２０であり、ｉ線、ｈ線及びｇ線の少なくとも一つを含む露光光源をもつ露光装置を用いて、前記転写用パターンを露光し、被転写体上に、径Ｗ２が３．０μｍ以下、好ましくは０．６〜３．０μｍのホールパターンを形成する。なお、露光装置の露光光源は、ｉ線、ｈ線及びｇ線を含むことが好ましい。露光には、等倍露光を適用することが一般的であり、有利である。

本発明のフォトマスクを用いて、転写用パターンを転写する際に用いる露光機としては、等倍のプロジェクション露光を行う方式であって、以下のものが挙げられる。すなわち、ＬＣＤ（液晶表示装置）用（或いはＦＰＤ用、液晶用）として使用される露光機であり、その構成は、光学系の開口数（ＮＡ）が０．０８〜０．１５（コヒレンスファクタ（σ）が０．４〜０．９）であり、ｉ線、ｈ線及びｇ線の少なくとも一つを露光光に含む光源（ブロード波長光源ともいう）をもつものである。但し、開口数ＮＡが０．１０〜０．２０となるような露光装置においても、本発明を適用して発明の効果を得ることがもちろん可能である。

また、使用する露光装置の光源は、変形照明（輪帯照明など）を使用しても良いが、非変形照明でも、発明の優れた効果が得られる。

本発明は、第１〜３の態様（及びこれを適用した第６の態様）のフォトマスクの原料として、透明基板上に半透光膜と低透光膜（及び必要に応じて更に遮光膜）を積層したフォトマスクブランクを使用する。そして、更に表面にレジスト膜を塗布形成して、フォトマスクの製造を行う。

半透光膜及び低透光膜の物理的性質、膜質、及び組成については、上記に記したとおりである。

すなわち、上記フォトマスクブランクの半透光膜は、ｉ線〜ｇ線の波長範囲にある代表波長に対する透過率Ｔ１が３０〜８０（％）であることが好ましい。また、前記半透光膜は、前記代表波長に対して、屈折率が１．５〜２．９であり、略１８０度の位相シフト量をもつような膜厚とされている。このような屈折率を有する半透光膜の膜厚は、十分に薄くても所望の位相シフト量を有するため、半透光膜のウェットエッチング時間を短くすることができる。この結果、半透光膜のサイドエッチングを抑制することができる。

また、本発明のフォトマスクのすべての態様において、低透光膜が成膜されたフォトマスクブランクを用いて製造できる。

この低透光膜は、実質的に前記代表波長の光を透過しないものであるか、又は、３０％未満の透過率をもつものが使用できる。また、低透光膜のもつｉ線〜ｇ線範囲内の代表波長に対する位相シフト量は、第１及び第２の態様によるフォトマスクでは略１８０度とし、第３、第４及び第５の態様によるフォトマスクでは、９０度以下、より好ましくは６０度以下とすればよい。

図５に示す、３種類（比較例１−１及び１−２並びに実施例１）のフォトマスクについて、光学シミュレーションにより、その転写性能を比較し、評価した。すなわち、被転写体上に、径が２．０μｍのホールパターンを形成するための転写用パターンを有する３つのフォトマスクについて、露光条件を共通に設定したときに、どのような転写性能を示すかについて、光学シミュレーションを行った。

（比較例１−１）
図５に示すように、比較例１−１のフォトマスクは、透明基板上に形成した遮光膜パターンからなる、いわゆるバイナリマスクのパターンを有する。比較例１−１のフォトマスクでは、透明基板が露出する透光部からなる主パターンが、遮光部に囲まれている。主パターンの径Ｗ１（正方形の一辺）は２．０（μｍ）である。

（比較例１−２）
図５に示すように、比較例１−２のフォトマスクは、露光光透過率（対ｈ線）が５％であって位相シフト量が１８０度の半透光膜をパターニングすることにより形成された、一辺（径）（すなわちＷ１）が２．０（μｍ）の四角形の透光部からなる主パターンをもつ、ハーフトーン型位相シフトマスクである。

（実施例１）
図５に示すように、実施例１のフォトマスクは、本発明の転写用パターンを有す。ここで主パターンは、一辺（径）（すなわちＷ１）が２．０（μｍ）の正方形とし、補助パターンは幅ｄが１．３（μｍ）の八角形帯とし、主パターン中心と、補助パターンの幅中心との距離であるピッチＰは、４（μｍ）とした。

補助パターンは、透明基板上に半透光膜が形成されてなる、上記第１の態様のフォトマスクを想定したものである。この半透光膜の露光光（対ｈ線）透過率Ｔ１は、７０（％）、位相シフト量は１８０度である。また、主パターン及び補助パターンを囲む低透光部は、実質的に露光光を透過しない遮光膜（ＯＤ＞２）よりなる。

比較例１−１及び１−２並びに実施例１のフォトマスクのいずれについても、被転写体上に、径Ｗ２が２．０μｍ（Ｗ１＝Ｗ２である。すなわち、被転写体上に形成される径Ｗ２は、フォトマスクの転写用パターンがもつ主パターンの径Ｗ１と同一である。）のホールパターンを形成するものとする。シミュレーションで適用した露光条件は、以下のとおりである。すなわち、露光光はｉ線、ｈ線、ｇ線を含むブロード波長とし、強度比は、ｇ線：ｈ線：ｉ線＝１：０．８：１とした。

露光装置の光学系は、ＮＡが０．１であり、コヒレンスファクタσが０．５である。被転写体上に形成される、レジストパターンの断面形状を得るための、ポジ型フォトレジストの膜厚は、１．５μｍとした。

上記条件下、各転写用パターンの性能評価を図５に示す。また、被転写体上に形成される、光強度の空間像と及びそれによって形成されるレジストパターンの断面形状を図６に示す。

（フォトマスクの光学的評価）
例えば、径の小さい微細な透光パターンを転写するには、フォトマスク透過後の露光光が、被転写体上に形成する空間像、すなわち、透過光強度曲線のプロファイルが良くなければならない。具体的には、透過光強度のピークを形成する傾斜が鋭く、垂直に近い立ち上がり方をしていること、及び、ピークの光強度の絶対値が高いこと（周囲にサブピークが形成される場合には、その強度に対し相対的に、十分に高いこと）などが肝要である。

より定量的に、フォトマスクを、光学的な性能から評価するとき、以下のような指標を用いることができる。

（１）焦点深度（ＤＯＦ）
目標ＣＤに対し、±１０％以の範囲内となるための焦点深度の大きさ。ＤＯＦの数値が高ければ、被転写体（例えば表示装置用のパネル基板）の平坦度の影響を受けにくく、確実に微細なパターンが形成でき、そのＣＤ（線幅）ばらつきが抑えられる。

（２）ＭＥＥＦ（Mask Error Enhancement Factor）
Ｍａｓｋ ＣＤ誤差と被転写体上に形成されたパターンのＣＤ誤差の比率を示す数値であり、ＭＥＥＦが低いほど被転写体上に形成されたパターンのＣＤ誤差が低減できる。

（３）Ｅｏｐ
表示装置製造用のフォトマスクにおいて、特に重要な評価項目に、Ｅｏｐがある。これは、得ようとするパターンサイズを被転写体上に形成するために必要な露光光量である。表示装置製造においてはフォトマスクサイズが大きい（例えば、主表面の一辺が３００〜１４００ｍｍ程度の正方形又は長方形）ため、Ｅｏｐ数値が低いフォトマスクを用いると、スキャン露光の速度を上げることが可能であり、生産効率が向上する。

以上をふまえ、シミュレーション対象の各サンプルの性能を評価すると、図５に示すとおり、実施例１のフォトマスクは、焦点深度（ＤＯＦ）が、５５μｍ以上に拡大するなど、比較例に比べて非常に優れている点で、パターンの安定した転写性を示す。これは、ＭＥＥＦの値が小さいこととともに、微細なパターンのＣＤ精度の高さをも意味する。

更に、実施例１のフォトマスクのＥｏｐの値が非常に小さい。このことは、実施例１のフォトマスクの場合には、大面積の表示装置製造にあっても、露光時間が増大しない、又は短縮できるメリットを示している。

また、図６に示す透過光強度の空間像を参照すると、実施例１のフォトマスクの場合には、レジストが感光する閾値となるレベル（Ｅｔｈ）に対して、主パターン部のピークを高くすることが可能であり、そのピークの傾斜も、十分に立たせる（被転写体の表面に対して垂直に近づく）ことが可能であることがわかる。この点は、比較例１−１及び１−２と比較して優位である。ここでは、補助パターンを透過する光を、主パターン位置の光強度増強に利用することを通じて、Ｅｏｐの増加とＭＥＥＦの低減を達成している。尚、実施例１のフォトマスクでは、主パターンの転写像位置の両側にサイドピークが生じているが、Ｅｔｈ以下であるため、主パターンの転写には影響が無い。

尚、このサイドピークに由来するレジスト残膜の損失を低減する方法について、以下に説明する。

フォトマスクに形成する転写用パターンのデザインを変更し、図７に示す（比較例２−１、比較例２−２及び実施例２のサンプルを用いて、シミュレーションを行った。ここでは、各サンプルともに、主パターンの径Ｗ１を２．５（μｍ）としている点で、上記サンプル（比較例１−１、比較例１−２及び実施例１）と異なる。

（比較例２−１）
図７に示すように、比較例２−１のフォトマスクは、透明基板上に形成した遮光膜パターンからなる、いわゆるバイナリマスクのパターンである。比較例２−１のフォトマスクでは、透明基板が露出する透光部からなる主パターンが、遮光部に囲まれている。この主パターンの径Ｗ１（正方形の一辺）は２．５（μｍ）である。

（比較例２−２）
図７に示すように、比較例２−１のフォトマスクは、露光光透過率（対ｈ線）が５％であって位相シフト量が１８０度の半透光膜をパターニングすることにより形成された、主パターンの径Ｗ１（正方形の一辺）が２．５（μｍ）の四角形の透光部からなる主パターンをもつ、ハーフトーン型位相シフトマスクである。

（実施例２）
図７に示すように、実施例２のフォトマスクは、本発明の転写用パターンである。実施例２のフォトマスクの主パターンは、主パターンの径Ｗ１（正方形の一辺）が２．５（μｍ）の正方形であり、補助パターンは幅ｄが１．３（μｍ）の八角形帯であり、主パターン中心と、補助パターンの幅中心の距離であるピッチＰは、４（μｍ）とした。ここでも、実施例２のフォトマスクは、第１の態様のフォトマスクを想定している。

比較例２−１、比較例２−２及び実施例２のフォトマスクを用いて、被転写体上に、径が２．０μｍのホールパターンを形成するものとする。すなわち、これらのフォトマスクのマスクバイアス（β＝Ｗ１−Ｗ２）を０．５（μｍ）とした。ミュレーションで適用した露光条件は、上述の比較例１−１及び１−２並びに実施例１のフォトマスクの場合と同じである。

図７に示されたデータから明らかなとおり、実施例２のフォトマスクを用いた場合には、優れたＤＯＦ、ＭＥＥＦとともに、比較例２−１及び２−２に対して有利な性能を示した。実施例２のフォトマスクでは、特にＤＯＦが、３５μｍを超える数値となっている。

また、図８に示す、透過光強度の空間像と、被転写体上のレジストパターン断面形状とを参照すると、更に、実施例２のサンプルのもつ優れた特性が明らかになる。図８に示すように、実施例２のフォトマスクを用いた場合には、主パターンに対応するピークが、両サイドに形成されるサイドピークより格段に高く、レジストダメージが殆ど生じない。

以上の結果から、本発明のフォトマスクを用いたパターン転写の場合には、マスクバイアスβが０．５（μｍ）程度、具体的には、０．２〜１．０（μｍ）の範囲である転写用パターンにおいて、より実用に供しやすい、優れた転写像を得られることが明らかになった。

以上により、本発明のフォトマスクの優れた性能が確認された。特に、本発明のフォトマスクを用いるならば、２μｍ以下の微細なパターンにおいて、ＭＥＥＦが２．５以下の数値を得ることができることは、将来の表示装置製造における意義が大きい。

本発明のフォトマスクの用途に特に制限は無い。本発明のフォトマスクは、液晶表示装置やＥＬ表示装置などを含む表示装置の製造の際に、好ましく用いることができる。

本発明のフォトマスクによれば、主パターンと補助パターンの双方を透過する露光光の相互干渉を制御し、露光時にゼロ次光を低減させ、±１次光の割合を相対的に増大させることができる。このため、透過光の空間像を大幅に改善することができる。

このような作用効果を有利に得られる用途として、液晶やＥＬ装置に多用されるコンタクトホールなど、孤立したホールパターンの形成のために本発明のフォトマスクを用いることが有利である。パターンの種類としては、一定の規則性をもって多数のパターンが配列することにより、これらが相互に光学的な影響を及ぼしあう密集（Ｄｅｎｓｅ）パターンと、こうした規則的配列のパターンが周囲に存在しない孤立パターンとを区別して呼称することが多い。本発明のフォトマスクは、被転写体上に孤立パターンを形成しようとするとき好適に適用される。

本発明の効果を損ねない範囲で、本発明のフォトマスクには付加的な光学膜や機能膜を使用しても良い。例えば、低透光膜のもつ光透過率が、検査やフォトマスクの位置検知に支障を与える不都合を防ぐために、転写用パターン以外の領域に遮光膜が形成される構成としても良い。また、半透光膜においては、その表面に描画光や露光光の反射を低減させるための反射防止層を設けても良い。

Claims (21)

1. 透明基板上に形成された転写用パターンを備える表示装置製造用のフォトマスクであって、
   開口数（ＮＡ）が０．０８〜０．２０の光学系を有するプロジェクション露光方式の露光装置を用い、ｉ線、ｈ線及びｇ線のうち少なくとも一つを含む露光光によって露光することにより、被転写体上に径Ｗ２（μｍ）（但しＷ２≦３．０）のホールパターンを形成するためのフォトマスクにおいて、
   前記転写用パターンは、
   径Ｗ１（μｍ）の主パターンと、
   前記主パターンの近傍に配置された、幅ｄ（μｍ）の補助パターンと、
   前記主パターン及び前記補助パターンが形成される以外の領域を構成する、遮光部と、を有し、
   前記補助パターンは、前記透明基板上に半透光膜が形成されてなるとともに、前記遮光部を介して前記主パターンの周囲を囲む、正多角形帯又は円形帯の形状をもち、
   前記主パターンを透過するｉ線〜ｇ線の波長範囲にある代表波長の光と、前記補助パターンを透過する前記代表波長の光との位相差が略１８０度であり、
   主パターンの径Ｗ１は、（１）式を満たし、前記補助パターンを透過する前記代表波長の光の透過率をＴ１（％）（但し、３０ ≦ Ｔ１ ≦ ８０）とするとき、（２）式を満たすことを特徴とする、フォトマスク。
   ０．８ ≦ Ｗ１ ≦ ４．０ ・・・・・・・・・・・・・・（１）
   
2. Ｗ１＞Ｗ２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. Ｗ２（μｍ）は、０．６〜３．０の範囲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. 前記転写用パターンは、前記補助パターンを透過する露光光によって、前記主パターン位置の光強度が、前記補助パターンを有しない場合と比較して増強されるものであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフォトマスク。
5. 前記転写用パターンは、前記補助パターンを有しない場合と比較して、被転写体上に形成されるホールパターンのＭＥＥＦを低減するもの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. 前記転写用パターンは、前記主パターンと前記補助パターンを透過する光の干渉が制御されることによって、前記補助パターンを有しない場合と比較して、ＤＯＦが増大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１項に記載のフォトマスク。
7. 前記転写用パターンは、前記補助パターンを有しない場合と比較して、被転写体上に形成されるホールパターンのＥｏｐを低減するものであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のフォトマスク。
8. 前記露光装置は、等倍のプロジェクション露光装置であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のフォトマスク。
9. 前記露光装置は、等倍のプロジェクション露光装置であり、前記主パターンの中心と、前記補助パターンの幅方向の中心との距離をＰ（μｍ）とするとき、（３）式を満たすことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のフォトマスク。
   １．０ ＜ Ｐ ≦ ５．０ ・・・・・・・・・・・・・・・（３）
10. 前記半透光膜の前記透過率Ｔ１（％）が、４０ ≦ Ｔ１ ≦ ７５を満たすことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のフォトマスク。
11. 前記補助パターンの幅ｄが１（μｍ）以上であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のフォトマスク。
12. 前記主パターンは、前記透明基板の主表面の一部が露出してなり、
    前記補助パターンは、前記透明基板上に、前記半透光膜が形成されてなり、
    前記遮光部は、前記透明基板上に、前記半透光膜と、遮光膜とが、この順で、または、この逆の順で積層されてなることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のフォトマスク。
13. 前記主パターンは、前記透明基板の主表面に掘り込みが形成されてなり、
    前記補助パターンは、前記透明基板上に、前記半透光膜が形成されてなり、
    前記遮光部は、前記透明基板上に、前記半透光膜と、遮光膜とが、この順で、または、この逆の順で積層されてなることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のフォトマスク。
14. 前記半透光膜は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ及びＴｉの少なくとも一つと、Ｓｉとを含む材料、又は、これらの材料の酸化物、窒化物、酸化窒化物、炭化物、又は酸化窒化炭化物を含む材料からなることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のフォトマスク。
15. 前記主パターンの前記径Ｗ１と、前記被転写体上の前記転写径Ｗ２との差Ｗ１−Ｗ２をバイアスβ（μｍ）とするとき、
    ０．２ ≦ β ≦１．０ ・・・（６）
    であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のフォトマスク。
16. 前記補助パターンは、正多角形帯の形状を有することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のフォトマスク。
17. 前記正多角形帯が、正八角形帯であることを特徴とする請求項１６に記載のフォトマスク。
18. 前記転写用パターンは、被転写体上に、孤立ホールパターンを形成するものであることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のフォトマスク。
19. 前記主パターンは、正方形であることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか１項に記載のフォトマスク。
20. 請求項１〜１９のいずれか１項に記載のフォトマスクを用意する工程と、
    開口数（ＮＡ）が０．０８〜０．２０であり、ｉ線、ｈ線及びｇ線の少なくとも一つを含む露光光源をもつ露光装置を用いて、前記転写用パターンを露光し、被転写体上に、径Ｗ２が０．６〜３．０（μｍ）のホールパターンを形成する工程と、
    を含む、表示装置の製造方法。
21. 前記露光装置は、非変形照明を適用するものである、請求項２０に記載の、表示装置の製造方法。