JP6767735B2

JP6767735B2 - フォトマスク、フォトマスクの設計方法、フォトマスクブランク、および表示装置の製造方法

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Publication number: JP6767735B2
Application number: JP2015130976A
Authority: JP
Inventors: 周平小林
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: TWI613508B; CN106324977B; TW201704846A; CN110262182A; CN106324977A; CN110262182B; JP2017015863A; KR20170003412A; KR101898327B1; CN112987484A

Description

本発明は、透明基板上に転写用パターンを有するフォトマスクに関する。特に、表示装置を製造することに有利なフォトマスク、該フォトマスクの設計方法、該フォトマスクを製造するためのフォトマスクブランク、該フォトマスクを使用して表示装置を製造する方法に関する。

特許文献１によると、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）デバイスの製造用に、位相反転膜及び遮光膜パターンが順次エッチングされてなるフォトマスクを用いることが提案されている。

ここでは、ＦＰＤデバイスの製造に用いるフォトマスクで、パターンの解像度を上げるために、光源の波長を短くしてレンズを大型化すると、レンズの焦点深度が低くて実用的なパターンの解像度を得るには限界があるという問題に関係し、位相反転膜をもつフォトマスクが記載されている。そして、位相反転膜のｉ線、ｈ線、ｇ線に対する位相差偏差が１０゜以下であることが望ましいとしている。

特開２０１２−２３０３７９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基板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４μｍ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。

表示装置製造用のリソグラフィ分野では、ＬＣＤ用（又はＦＰＤ用）などとして知られる露光装置のＮＡ（開口数）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が多く、高い生産効率、有利なコストを実現している。

しかし、上記のように表示装置製造用のリソグラフィ分野においても、パターンの微細化要請が従来になく高くなっている。生産性やコストを悪化させずに、より微細な表示装置の製造を安定して行う課題を、本発明者は解決することを企図した。

上記特許文献１では、フォトマスクパターンに位相反転膜を用いると、位相反転膜の境界で露光光の相殺干渉により解像度が高められることを利用している。位相反転膜は、ｉ線、ｈ線、ｇ線に対する位相差が１８０゜に近くなるように形成されることが望ましいが、位相差は波長によって異なることは避けられないため、露光光に対する位相差偏差をできる限り小さくするのが望ましいとしている。そして、この場合、どの波長の露光光に対して位相反転膜の位相差を１８０゜としても良いとしている。

しかしながら、位相差偏差をできる限り小さくするためには、そのような物性をもつ膜素材を開発する必要があり、その材料の探索は容易でない。

そこで、本発明は、パターンの転写に際して、有利な形状のレジストパターンを形成でき、優れた転写性を示すフォトマスクを得ることを目的とし、当該目的を達成するために、本発明者は、位相差偏差を有する膜素材を使用しても、解像性が優れた転写が可能となるフォトマスクを見出すことを課題として、鋭意検討し、本発明を完成した。

本発明の構成１は、透明基板上に、パターニングされた位相シフト膜を含む転写用パターンを備えたフォトマスクであって、
前記転写用パターンは、前記透明基板上に位相シフト膜が形成された位相シフト部と、前記透明基板が露出した透光部とを含み、
前記位相シフト膜の有する、ｇ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｇとし、
前記位相シフト膜の有する、ｈ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｈとし、
前記位相シフト膜の有する、ｉ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｉとするとき、
φ_ｉ＞φ_ｇ
を満たし、かつ、これらφ_ｇ、φ_ｈ、φ_ｉの中で、１８０度に最も近い値となるものがφ_ｇであることを特徴とするフォトマスクである。

本発明の構成２は、前記位相シフト膜が有する、ｇ線に対する透過率をＴ_ｇ（％）とするとき、３＜Ｔ_ｇ＜１５であることを特徴とする、構成１のフォトマスクである。

本発明の構成３は、前記位相シフト膜が有する、ｇ線に対する透過率をＴ_ｇ（％）とし、ｉ線に対する透過率をＴ_ｉ（％）とするとき、
Ｔ_ｉ＜Ｔ_ｇ
であることを特徴とする構成１又は２のフォトマスクである。

本発明の構成４は、前記転写用パターンは、径が４μｍ以下の孤立ホールパターンを含むことを特徴とする、構成１〜３のうちいずれか１つのフォトマスクである。

本発明の構成５は、前記フォトマスクは、ｉ線〜ｇ線の波長域を含む光を露光光として適用するフォトマスクである、構成１〜４のうちいずれか１つのフォトマスクである。

本発明の構成６は、前記透明基板上に、パターニングされた遮光膜を更に備えた、構成１〜５のうちいずれか１つのフォトマスクである。

本発明の構成７は、前記フォトマスクが表示装置製造用の転写用パターンを備える、構成１〜６のうちいずれか１つのフォトマスクである。

本発明の構成８は、透明基板上に、位相シフト膜が形成されたフォトマスクブランクであって、前記位相シフト膜をパターニングすることにより転写用パターンを形成してフォトマスクとするためのフォトマスクブランクにおいて、
前記位相シフト膜の有する、ｇ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｇとし、
前記位相シフト膜の有する、ｈ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｈとし、
前記位相シフト膜の有する、ｉ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｉとするとき、
φ_ｉ＞φ_ｇ
を満たし、かつ、これらφ_ｇ、φ_ｈ、φ_ｉの中で、１８０度に最も近い値となるものがφ_ｇであることを特徴とするフォトマスクブランクである。

本発明の構成９は、前記位相シフト膜が有する、ｇ線に対する透過率をＴ_ｇ（％）とするとき、３＜Ｔ_ｇ＜１５である、構成８のフォトマスクブランクである。

本発明の構成１０は、前記位相シフト膜が有する、ｇ線に対する透過率をＴ_ｇ（％）とし、ｉ線に対する透過率をＴ_ｉ（％）とするとき、
Ｔ_ｉ＜Ｔ_ｇ
であることを特徴とする、構成８または９のフォトマスクブランクである。

本発明の構成１１は、ｉ線〜ｇ線の波長域を含む光を露光光として適用するフォトマスクを製造するためのフォトマスクブランクであることを特徴とする、構成８〜１０のうちいずれか１つのフォトマスクブランクである。

本発明の構成１２は、前記位相シフト膜上に、更に遮光膜が形成された、構成８〜１１のうちいずれか１つのフォトマスクブランクである。

本発明の構成１３は、構成８〜１２のうちいずれか１項に記載の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の有する前記位相シフト膜をパターニングすることにより転写用パターンを形成する工程とを有する、フォトマスクの製造方法である。

本発明の構成１４は、透明基板上に、パターニングされた位相シフト膜を含む転写用パターンを備えた、フォトマスクの設計方法であって、
前記フォトマスクは、複数の波長に強度ピークをもつ露光光により、前記転写用パターンを被転写体に転写するためのものであり、
前記転写用パターンは、前記透明基板上に位相シフト膜が形成された位相シフト部と、前記透明基板が露出した透光部とを含み、
前記位相シフト膜のもつ、ｇ線に対する透過率をＴ_ｇ（％）とするとき、
３＜Ｔ_ｇ＜１５
であり、かつ、
前記複数の波長のうち、最も長波長側にある光の波長をαとし、前記複数波長のうち、αより短波長側にある任意の波長をβとし、
該波長αにおける前記位相シフト膜の位相シフト量をφ_αとし、前記波長βにおける前記位相シフト膜の位相シフト量をφ_βとするとき、
φ_β＞φ_α
を満たし、かつ、前記φ_αは、前記任意のβにおけるφ_βよりも、１８０度との差が小さくなるように、前記位相シフト膜の物性及び膜厚を選択することを特徴とする、フォトマスクの設計方法である。

本発明の構成１５は、フォトマスクの有する転写用パターンを、露光装置を用いて、被転写体上に転写する工程を含む、表示装置の製造方法であって、前記転写の工程は、複数の波長に強度ピークを含む露光光を、前記転写用パターンに照射することを含む、表示装置の製造方法において、
前記フォトマスクは、透明基板上に、位相シフト膜がパターニングされてなる転写用パターンを備え、
前記転写用パターンは、前記透明基板上に位相シフト膜が形成された位相シフト部と、前記透明基板が露出した透光部とを含み、
前記位相シフト膜のもつ、ｇ線に対する透過率をＴ_ｇ（％）とするとき、
３＜Ｔ_ｇ＜１５
であり、かつ、
前記複数の波長のうち、最も長波長側にある光の波長をαとし、前記複数波長のうち、αより短波長側にある任意の波長をβとし、
該波長αにおける前記位相シフト膜の位相シフト量をφ_αとし、前記波長βにおける前記位相シフト膜の位相シフト量をφ_βとするとき、
φ_β＞φ_α
を満たし、かつ、前記φ_αは、前記任意のβにおけるφ_βよりも、１８０度との差が小さくなるような物性及び膜厚を有する位相シフト膜を用いて、前記転写用パターンは形成されることを特徴とする、表示装置の製造方法である。

本発明によれば、パターンの転写に際して、有利な形状のレジストパターンを形成でき、優れた転写性を示すフォトマスクが得られる。

ホールパターンが転写されたレジスト膜の断面及び当該ホールパターンの転写に用いたフォトマスクを示す図である。図１に示すフォトマスクのホールパターンに露光した場合の光強度曲線である。位相シフト膜の厚さ及びその厚さにおける位相シフト量に応じたＩＬＳとコントラストの変化を示すグラフである。位相シフト膜の厚さ及びその厚さにおける透過率に応じたＩＬＳとコントラストの変化を示すグラフである。

本発明のフォトマスクは、透明基板上に、パターニングされた位相シフト膜を含む転写用パターンを備えたフォトマスクである。そして、この前記転写用パターンは、前記透明基板上に位相シフト膜が形成された位相シフト部と、前記透明基板が露出した透光部とを含む。

更に、
前記位相シフト膜の有する、ｇ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｇとし、
前記位相シフト膜の有する、ｈ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｈとし、
前記位相シフト膜の有する、ｉ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｉとするとき、
φ_ｉ＞φ_ｇ
を満たし、かつ、これらφ_ｇ、φ_ｈ、φ_ｉの中で、１８０度に最も近い値となるものがφ_ｇである。尚、本願では、「１８０度に最も近い値となる」とは、１８０度に等しい場合を含む。

本発明のフォトマスクに用いる透明基板としては、ガラス等の透明材料を平坦、平滑に研磨したものを用いることができる。表示装置製造用のフォトマスクとしては、主表面が一辺３００ｍｍ以上の四角形であること好ましい。

本発明のフォトマスクが備える転写用パターンは、透明基板上に位相シフト膜が形成された位相シフト部と、透明基板表面が露出した透光部とを備える。

このようなフォトマスク（位相シフトマスクともいう）は、位相シフト部を透過する光の位相を反転（１８０度シフト）させ、逆位相となった光の干渉作用によって、位相シフト部と透光部の境界付近での光強度を下げる。そして、被転写体が受ける光強度分布に影響を与えることで、解像性を上げようとするものである。位相シフト部のもつ露光光の透過率Ｔ（％）は、低すぎると、位相シフト部による解像性の向上効果が低減し、高すぎると、後述のレジスト厚みの損失が顕著になる傾向がある。こうした点を考慮し、３＜Ｔ＜１５であることが好ましい。例えば、ｇ線に対する透過率がＴ_ｇ（％）である位相シフト膜を用いるとき、３＜Ｔ_ｇ＜１５とすることができる。

一方、表示装置製造用に用いられる露光装置では、複数波長を含む露光光（ブロード波長光ともいう）が用いられる。例えばｉ線（波長３６５ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）、ｇ線（波長４３６ｎｍ）にピークをもつ、超高圧水銀ランプを光源とする露光光を用いており、これによって面積の大きいフォトマスクへの露光を効率的に行うことができる。

但し、露光光に複数の波長が含まれている状況下、これらのいずれの波長に対しても、位相を正確に反転させる（つまり、１８０度位相シフトさせる）ことは、単一の位相シフト膜をもつ位相シフトマスクにおいて困難である。従って、位相シフト膜において、光の波長によって位相シフト量が変化することを考慮しても（具体的には、上記のようにφ_ｉ＞φ_ｇであったとしても）、優れた転写性をもつフォトマスクを得ることが有利である。

尚、本発明においては、位相シフト膜が有する、ｇに対する透過率をＴ_ｇ（％）とし、ｉ線に対する透過率をＴ_ｉ（％）とするとき、
Ｔ_ｉ＜Ｔ_ｇ
であることが好ましい。このような条件を満たす、優れた位相シフト膜材料が存在する。

より好ましくは、更に、位相シフト膜が有する、ｈ線に対する透過率をＴ_ｈ（％）とするとき、
Ｔ_ｉ＜Ｔ_ｈ＜Ｔ_ｇ
である。

本発明者は、このような素材を用いて、微細パターンを十分なＣＤ精度と安定性をもって転写できるための方法を検討した。

本発明のフォトマスクにおいては、
前記位相シフト膜の有する、ｇ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｇとし、
前記位相シフト膜の有する、ｈ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｈとし、
前記位相シフト膜の有する、ｉ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｉとするとき、
これらφ_ｇ、φ_ｈ、φ_ｉの中で、１８０度に最も近い値となるものがφ_ｇである。尚、「１８０度に最も近い値となる」とは、１８０度に等しい場合を含むことは、上述のとおりである。

すなわち、本発明のフォトマスクは、ｉ線、ｈ線、ｇ線のうち、もっとも長波長側であるｇ線に対し、ｉ線やｈ線よりも、１８０度、又はそれに近い位相シフト効果をもつ位相シフト膜をもつ。換言すれば、ブロード波長光を用いて露光するためのフォトマスクにおいては、長波長側の波長（ここでは露光光がもつピークの中で最も長波長側であるｇ線）を基準として、１８０度、又はそれに最も近い位相シフト量をもつようにフォトマスクの設計を行うことが有利であることが見出された。

以下、ブロード波長光として、ｉ線、ｈ線、ｇ線の波長にピークをもつ露光光を用いた場合を例として説明する。

ｉ線は、これら３波長の中で最も短波長である。転写用パターンがもつ、微細寸法部分に対して、波長が十分に短ければ、より高い解像性が期待されることを考慮し、上記３波長のうちｉ線を基準にフォトマスクの膜設計を行うことが考えられる。すなわち、ｉ線波長（３６５ｎｍ）に対して、１８０度に最も近い位相シフトを示す位相シフト膜を用いて位相シフトマスクを製造する方法である。この場合、ｉ線から最も遠いｇ線においては、位相シフト量が１８０度から相当に離れる（例えば、１５０〜１６０度となる）ため、ｇ線に対する位相シフト効果が低下すると予想される。これを避ける目的で、これら３波長の中で、ほぼ中央に位置するｈ線に対して、位相シフト量を１８０度に最も近くする設計も考えられる。但し、上記を含むマスク設計が、実際にどのように転写性に影響をもつかについて、検証されたことはなかった。

表示装置の製造工程においては、被転写体上（例えばディスプレイ基板）に塗布形成されたレジスト膜（例えば、ポジ型のフォトレジスト膜）に、フォトマスクのもつ転写用パターンを転写し、現像後、レジストパターンを得る。そして、この被転写体が有する薄膜をエッチング加工する。この際、このレジストパターンの形状の良否が、エッチング精度を大きく左右することは明らかである。

例えば、この被転写体上に形成されたレジスト膜に、小さなホールパターンを転写しようとすると、ホール径が小さくなるに従って解像困難となる。そこで、これを転写させるために位相シフトマスクを用いると、照射する光量の増加に伴い、形成されるレジストパターンにおいて、ホール周囲のレジスト膜の厚みが失われるレジストダメージが発生する。参考例として、図１（ａ）、（ｂ）にこの状況を示すシミュレーション結果を示す。ここで、図１（ａ）は、図１（ｃ）に示す位相シフトマスクをＦＰＤ用露光装置で露光した場合に、レジスト膜３０に形成されるレジストパターン断面を示し、図１（ｂ）は、図１（ｄ）に示す位相シフトマスクをＦＰＤ用露光装置で露光した場合に、レジスト膜３０に形成されるレジストパターン断面を示している。

また、図１（ｃ）、（ｄ）に示す位相シフトマスクは、ｉ線に対する透過率Ｔ_ｉが５％の位相シフト膜１０に正方形の孤立ホールパターン２０を形成したものであり、図１（ｃ）に示すフォトマスクにおける孤立ホールパターンの径（ここでは孤立ホールパターン２０の一片の長さ）は３．０μｍ、図１（ｄ）に示すフォトマスクにおける孤立ホールパターンの径は２．５μｍである。

エッチングマスクとして機能するために優れたレジストパターンの形状は、エッジの傾きが立っていること（図１（ｂ）に示す角度θがなるべく垂直に近いこと）が有利であり、このような時、安定したエッチング精度が得られ、結果として優れた寸法精度が得られる。しかしながら、図１（ｂ）に示すとおり、パターン径が小さくなるとθが小さくなり、傾斜（倒れ）が顕著になる傾向が見られる。

また、レジスト残膜部分においては、十分な厚みのレジストが残存していることが有利であるところ、径の小さい図１（ｂ）においては、（ａ）に比べて、厚みが小さい。位相シフト膜は、所定の光透過率をもっていることから、エッジ付近では光の干渉によって光強度が下がるが、エッジから少し離れたところに、いわゆるサイドローブが生じる。結果として、レジスト残膜の厚みを損なわせるデメリットが生じる。特に、透過光強度分布において、サイドローブの生じる位置付近では、レジストにくぼみが生じ、残膜量が極小値をとる（図１（ｂ）のＢ点）。

そこで、レジストの残膜厚の最小部分、すなわち、レジストパターン端部（図１（ｂ）のＡ点、以下エッジ位置ともいう）と、上記レジストくぼみ位置（図１（ｂ）のＢ点、以下サイドローブ位置ともいう）の高さの差（図１（ｂ）のＨ）が大きいことが望まれる。

以上から、レジストパターン形状の良否は、レジストパターン端部の傾きθと、レジスト残膜最小部分の厚みＨによって評価することが有意義であることがわかる。これを評価する指標は、フォトマスクを透過する光が形成する光学像で考えると、ＩＬＳ（Image Log-Slope）とコントラスト（Michelson Contrast）とすることができ、これらの数値を十分に高くできる条件を採用することが有利と考えられる。これは、図２に示す透過光強度曲線を参照し、以下のパラメータで表現することができる。図２は、図１（ｃ）、（ｄ）のようなパターンに露光したときに形成される光学像としての、光強度曲線であり、図中、Ａ’がエッジ位置、Ｂ’がサイドローブ位置に、それぞれ対応する。

ここで、
Ｉ（Ｘ_edge）は、光強度分布において、パターンのエッジ位置に対応する位置Ｘ_edgeでの光強度、
Ｉ（Ｘ_sidelobe）は、光強度分布において、サイドローブ位置に対応する位置Ｘ_sidelobeでの光強度である。

図３は、径３μｍの孤立ホールパターンをもつ位相シフトマスクを用い、図１と同様の露光条件で、被転写体上に塗布されたポジ型のフォトレジストに転写した場合に、位相シフト膜の厚さの変化（上側横軸）及びそれと連動する位相シフト量（下側横軸）に応じて、ＩＬＳ（左側縦軸）とコントラスト（右側縦軸）がどのように変化するかを示すシミュレーション結果を示す。

本シミュレーションで適用した条件は、露光装置の光学系のＮＡ（開口数）が０．０８３、σ（コヒレンスファクタ）が０．７であって、位相シフト膜はＭｏＳｉを含むものとした。この位相シフト膜は、露光光の波長域内で、透過率が波長に対して正の相関をもつものである。

下側横軸には、用いた位相シフト膜が、ｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）に対して、ちょうど１８０度位相シフトする膜厚を、それぞれＬ、Ｍ、Ｎとして表記した。すなわち、膜厚Ｌとしてこの位相シフト膜を用いれば、ｉ線基準の位相シフト膜であり、膜厚Ｍとして用いれば、ｈ線基準の位相シフト膜、膜厚Ｎとして用いれば、ｇ線基準の位相シフト膜である。

図３から理解されるとおり、ＩＬＳにおいては、ｈ線基準のときに最大値を示し、ｉ線、ｇ線基準において、緩やかに下がる。その一方、コントラストにおいては、この波長域では単調増加するため、最大波長側において、最も高い数値を示す。すなわち、波長が短くなると、急激に低下する。

ＩＬＳ、すなわち形成されるレジストパターンのエッジ傾き形状のみを考慮すれば、ｈ線に対して１８０度位相シフトする膜（以下ｈ線基準シフト膜）を適用することが最良と考えられる。しかしながら、コントラスト、すなわち、目的とするパターン周辺のレジスト損失の影響を共に考慮すると、ｇ線で１８０度とする膜厚を選択する（ｇ線基準シフト膜とする）場合の方がむしろより有利であることが明らかになった。これは、ｇ線基準シフト膜は、ｈ線基準のシフト膜に対して、ＩＬＳで若干劣るが、コントラストにおいてそれに勝るメリットを享受できるためである。実際、図３に例示するｇ線基準位相シフト膜を使用したマスクでは、ＩＬＳが１．５０以上の値をもちつつ、コントラストが０．６以上という、優れた転写性を示した。

位相シフトマスクの透過率について検討するため、横軸に位相シフト膜の透過率を示したものが図４である。

これによると、ｇ線に対する透過率Ｔ_ｇが、３〜１５％の領域において、ＩＬＳとコントラストのバランスが好適であることが理解できる。より好ましい透過率Ｔ_ｇは、３〜１０％である。

本発明においては、波長に対して透過率が正の相関をもつ位相シフト膜が適用できるとしたが、ｇ線に対する透過率Ｔ_ｇ（％）と、ｉ線に対する透過率Ｔ_ｉ（％）との間で、
３≦Ｔ_ｇ−Ｔ_ｉ≦１０
が成り立つ場合とすることができる。

より好ましくは、
４≦Ｔ_ｇ−Ｔ_ｉ≦９

また、本発明に適用できる位相シフト膜の位相シフト特性として、ｇ線に対する位相シフト量φ_ｇ（deg）と、ｉ線に対する位相シフト量φ_ｉ（deg）との間で、
１５≦φ_ｉ−φ_ｇ≦４０
が成り立つ場合は好適な例である。

より具体的には、
２０≦φ_ｉ−φ_ｇ≦３５
である。

尚、本発明において、位相シフト量を度（deg）で表記しているが、例えば、位相シフト量φが１５０度である場合とは、光の位相をプラス側に、又はマイナス側に、［１５０＋３６０×（ｎ−１）］度シフトする場合を示す。ここで、ｎは自然数を表す。

本発明の位相シフト膜において、φ_ｇは、φ_ｉやφ_ｈよりも１８０度に近い。φ_ｇは１８０度に等しくてもよく、等しくない場合であって所定の差の範囲内であってもよい。好ましくは、φ_ｇと１８０度との差は、３０度以下、より好ましくは、２０度以下、更に好ましくは１０度以下とするのがよい。

各波長に対する位相シフト量としては、
１５０＜φ_ｇ＜２１０
かつ、
１８０＜φ_ｉ＜２４０
である場合が好ましい。

また、ｈ線に対する位相シフト量をφ_ｈ（deg）とするとき、
１６０＜φ_ｈ＜２２０
が成り立つ場合が例示される。

更に、好ましくは
１９０＜φ_ｉ＜２３０
１７５＜φ_ｈ＜２１５
１６０＜φ_ｇ＜２００

また、上記から理解されるとおり、本発明のフォトマスクは、露光光として、ｉ線、ｈ線、ｇ線を含む波長域を使用するフォトマスクとして顕著な効果を奏する。

本発明の位相シフト膜の材料は、例えば、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｚｒなどを含有する膜とすることができ、これらの酸化物、窒化物、炭化物などから適切なものを選択することができる。Ｓｉ含有膜としては、Ｓｉの化合物（ＳｉＯＮなど）、又は遷移金属シリサイド（ＭｏＳｉなど）や、その化合物を用いることができる。ＭｏＳｉの化合物としては、ＭｏＳｉの酸化物、窒化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物などが例示される。

位相シフト膜をＣｒ含有膜とする場合、Ｃｒの化合物（酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、炭化窒化物、酸化窒化炭化物）を使用することができる。

もちろん、本発明のフォトマスクは、本発明の効果を損なわない限り、位相シフト膜以外の膜や、膜パターンを有していても良い。例えば、遮光膜、エッチングストッパ膜、反射防止膜、電荷調整膜などが挙げられる。その場合は、本発明の位相シフト膜と接する、上記膜においては、位相シフト膜と相互にエッチング選択性がある材料とすることが好ましい。素材候補としては、位相シフト膜について挙げた素材から選択することが可能である。

本発明のフォトマスクの用途には特に制限は無い。但し、転写用パターンとして、微細な寸法をもつものにおいて、特に有利である。

例えば、転写用パターンに、径が４μｍ以下の孤立ホールパターンが含まれる場合が挙げられる。好ましくは３．５μｍ未満、より好ましくは３μｍ未満、更に好ましくは２．５μｍ未満の孤立ホールパターンの場合、発明の効果が顕著である。上記図１からも理解されるとおり、径が２μｍ、またはそれ以下のパターンも、今後の表示装置には利用される動向があり、そのようなパターンにも本発明が適用できる。

ここで、パターンの径とは、パターンの形状が円であれば直径、正方形であれば一辺の長さ、他の正多角形であれば外接円の直径、長方形であれば短辺の長さとすることができる。

ここで、孤立（iso）パターンとは以下のものをいう。すなわち、複数のパターンが規則的に配列し、透過光の干渉により互いに光学的な作用を及ぼし合って転写像を形成するものを密集（dense）パターンとするとき、それ以外のものを言う。

より好ましくは、１つの孤立パターンは、その径がＤμｍであるとき、該パターンの外縁から、少なくとも２Ｄの距離の範囲に他のパターンが存在しない。例えば、Ｄμｍの透光部が、位相シフト部に囲まれた形状の孤立パターンであるときは、この透光部の外縁から少なくとも２Ｄの距離の範囲には、位相シフト部のみ存在する場合が例示される。好ましくは３Ｄの範囲に他のパターンが存在しないものをいう。

尚、ホールパターンとは、前記位相シフト膜に形成された「抜き」（開口）パターンとすることができる。

上記のようなホールパターンは、得ようとする表示装置において、コンタクトホールを形成するためのパターンであることができるが、この用途に限らない。

本発明のフォトマスクが備える転写用パターンは、被転写体上のレジスト膜に転写され、良好な形状のレジストパターンを形成しえるものであるが、このレジスト膜は、フォトレジスト膜とすることができる。ポジ型、ネガ型の制限は無いが、ポジ型である場合が好ましい。一般に、表示装置製造に用いられるフォトレジストは、高圧水銀ランプを光源とする露光に適しており、ｉ線、h線、g線の波長域に感度をもち、これより高波長側、低波長側に至ると、感度が低下する。

上記においては、ｇ線基準の位相シフト膜の優位性について説明した。尚、マスクを請求項する際には、露光光に含まれる、長波長側の波長に対して、それ以外の波長に対するよりも、位相シフト量が１８０度に近いものとすることが有利であり、この場合に本発明の効果が得られる。本発明はこのようなフォトマスクの設計方法を含む。

本発明のフォトマスクは、更に遮光膜をパターンすることにより得られた遮光膜パターンを有してもよい。この場合、この遮光膜パターンは、転写用パターンの一部であっても良いし、転写用パターンの領域外にあってもよい。前者の場合、転写用パターンとして、透光部、位相シフト部に加えて、位相シフト膜と遮光膜が形成されてなる遮光部が含まれるものとすることができる。後者の場合、製品識別用のマークパターンや、フォトマスク製造時や使用時に使われるアライメントパターンであってもよい。

本発明のフォトマスクの用途は上述のとおり制限は無いが、表示装置（ＬＣＤ、ＯＬＥＤとして知られるものを含む）において、優れた効果が得られる。

本発明は、上記フォトマスクを得るために利用可能なフォトマスクブランクを含む。このフォトマスクブランクは、
透明基板上に、位相シフト膜が形成されたフォトマスクブランクであって、前記位相シフト膜をパターニングすることにより転写用パターンを形成してフォトマスクとするためのフォトマスクブランクにおいて、
前記位相シフト膜の有する、ｇ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｇとし、
前記位相シフト膜の有する、ｈ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｈとし、
前記位相シフト膜の有する、ｉ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｉとするとき、
φ_ｉ＞φ_ｇ
を満たし、かつ、これらφ_ｇ、φ_ｈ、φ_ｉの中で、１８０度に最も近い値となるものがφ_ｇである。尚、「１８０度に最も近い値となる」とは、１８０度に等しい場合を含む。

前記位相シフト膜が有する、ｇ線に対する透過率をＴ_ｇ（％）とし、ｉ線に対する透過率をＴ_ｉ（％）とするとき、
Ｔ_ｉ＜Ｔ_ｇ
であることが好ましい。

位相シフト膜の特徴については、上記に述べたとおりである。

そして、本発明は、上記フォトマスクブランクを用意し、このフォトマスクブランクの備える位相シフト膜をパターンして転写用パターンを形成する、フォトマスクの製造方法を含む。

また、本発明は、フォトマスクの設計方法を含む。すなわち、
透明基板上に、パターニングされた位相シフト膜を含む転写用パターンを備えた、フォトマスクの設計方法であって、
前記フォトマスクは、複数の波長に強度ピークをもつ露光光により、前記転写用パターンを被転写体に転写するためのものであり、
前記転写用パターンは、前記透明基板上に位相シフト膜が形成された位相シフト部と、前記透明基板が露出した透光部とを含み、
前記位相シフト膜のｇ線に対する透過率をＴ_ｇ（％）とするとき、
３＜Ｔ_ｇ＜１５
であり、かつ、
前記複数の波長のうち、最も長波長側にある光の波長をαとして、
該波長αにおける前記位相シフト膜の位相シフト量をφ_αとするとき、
前記φ_αが、前記複数波長のうちα以外の波長における位相シフト量よりも、１８０度との差が小さくなるように、前記位相シフト膜の物性及び膜厚を決定することを特徴とする、
フォトマスクの設計方法である。

ここで、複数の波長とは、フォトマスクの露光時に用いるレジストが有する感度領域に含まれるものである。また、ここでも位相シフト膜の特徴などは、上述のものと同じである。
たとえば、前記位相シフト膜は、前記複数波長の領域で、波長と光透過率の値が正の相関をもつことができる。

本発明の設計方法で設計されたフォトマスクは、公知の工程を適用して、製造することができる。すなわち、スパッタ等の成膜方法によって、位相シフト膜を透明基板上に成膜し、表面上にレジスト膜を形成することで、レジスト付フォトマスクブランクを用意する。レジストは、ポジ又はネガ型のフォトレジストとすることができ、例えばポジ型とすることができる。このフォトマスクブランクに対して、描画装置を用いて所望のパターンを描画する。ここで用いる描画装置としては、レーザー描画装置などを使用できる。次いで、公知の現像剤によってレジストを現像し、形成されたレジストパターンをマスクとして、位相シフト膜をエッチングする。エッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでも良いが、表示装置製造用フォトマスクとしては、ウェットエッチングがより好ましい。大サイズであって、多様なサイズをもつ基板を対象としてエッチングが比較的容易であるためである。エッチング後、レジストパターンが除去され、位相シフト膜の転写用パターンが形成されたフォトマスクが完成する。フォトマスクの用途に応じ、上記工程に加えて、遮光膜、又はその他の膜の成膜、描画、パターニング工程を、公知の方法により付加し、得ようとする転写用パターンを形成してもよい。

更に、本発明は、上記フォトマスクを用いた、表示装置の製造方法を含む。
すなわち、
フォトマスクの有する転写用パターンを、露光装置を用いて、被転写体上に転写する工程を含む、表示装置の製造方法であって、前記転写の工程は、複数の波長に強度ピークを含む露光光を、前記転写用パターンに照射することを含む、表示装置の製造方法において、
前記フォトマスクは、透明基板上に、位相シフト膜がパターニングされてなる転写用パターンを備え、
前記転写用パターンは、前記透明基板上に位相シフト膜が形成された位相シフト部と、前記透明基板が露出した透光部とを含み、
前記位相シフト膜のもつ、ｇ線に対する透過率をＴ_ｇ（％）とするとき、
３＜Ｔ_ｇ＜１５
であり、かつ、
前記複数の波長のうち、最も長波長側にある光の波長をαとして、
該波長αにおける前記位相シフト膜の位相シフト量をφ_αとするとき、
前記φ_αが、前記複数波長のうちα以外の波長における位相シフト量よりも、１８０度との差が小さくなるような物性及び膜厚を有する位相シフト膜を用いて、前記転写用パターンは形成されることを特徴とする、表示装置の製造方法。

ここでも、複数の波長とは、フォトマスクの露光時に用いるレジストが有する感度領域に含まれるものである。また、ここで用いる露光装置としては、開口数（ＮＡ）が０．０８〜０．１５、コヒレンスファクタ（σ）が、０．５〜１．０程度の光学系を備えた、等倍露光の装置が好適に使用される。

ｉ線〜ｇ線のようなブロード波長域の光を用いて露光するフォトマスクの転写性については、もっとも長波長側の波長を基準として、１８０度位相シフトを設定することが有利であることは、予測を越えた作用効果であった。

尚、ｉ線とｈ線のみを用いて露光を行うフォトマスクにおいては、位相シフト量φ_ｉとφ_ｈのうちφ_ｈがより１８０度に近いことが好ましい。

１０位相シフト膜
２０孤立ホールパターン
３０レジスト膜

Claims

透明基板上に、パターニングされた位相シフト膜を含む転写用パターンを備えたフォトマスクであって、ｉ線〜ｇ線の波長域を含む光を露光光として用い、被転写体上にホールパターンを形成するための、表示装置製造用のフォトマスクにおいて、
前記転写用パターンは、前記透明基板上に位相シフト膜が形成された位相シフト部と、前記透明基板が露出した透光部とからなる、径が４μｍ以下の孤立ホールパターンを含み、
前記位相シフト膜の有する、ｇ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｇとし、
前記位相シフト膜の有する、ｈ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｈとし、
前記位相シフト膜の有する、ｉ線に対する位相シフト量（度）をφ_ｉとするとき、
φ_ｉ＞φ_ｇ
を満たし、かつ、これらφ_ｇ、φ_ｈ、φ_ｉの中で、１８０度に最も近い値となるものがφ_ｇであることを特徴とするフォトマスク。
前記位相シフト膜が有する、ｇ線に対する透過率をＴ_ｇ（％）とするとき、３＜Ｔ_ｇ＜１５であることを特徴とする、請求項１のフォトマスク。
前記位相シフト膜が有する、ｇ線に対する透過率をＴ_ｇ（％）とし、ｉ線に対する透過率をＴ_ｉ（％）とするとき、
Ｔ_ｉ＜Ｔ_ｇ
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。
前記孤立ホールパターンは、径が２．５μｍ未満の孤立ホールパターン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。
前記透明基板上に、パターニングされた遮光膜を更に備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフォトマスク。
前記フォトマスクが、ポジ型フォトレジストへの転写用のフォトマスクであることを特徴とする、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のフォトマスク。
前記孤立ホールパターンの径をＤ（μｍ）とするとき、前記孤立ホールパターンの外縁から２Ｄ（μｍ）の範囲に、他のパターンが存在しないことを特徴とする、請求項１〜６に記載のフォトマスク。
ｉ線〜ｇ線の波長域を含む光を露光光として用い、被転写体上にホールパターンを形成するための、表示装置製造用のフォトマスクの製造方法において、
透明基板上に、位相シフト膜が形成され、
前記位相シフト膜の有する、ｇ線に対する位相シフト量（度）をφｇとし、
前記位相シフト膜の有する、ｈ線に対する位相シフト量（度）をφｈとし、
前記位相シフト膜の有する、ｉ線に対する位相シフト量（度）をφｉとするとき、
φｉ＞φｇ
を満たし、かつ、これらφｇ、φｈ、φｉの中で、１８０度に最も近い値となるものがφｇとなる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の有する前記位相シフト膜をパターニングすることにより、前記透明基板上に前記位相シフト膜が形成された位相シフト部と、前記透明基板が露出した透光部とからなる、径が４μｍ以下の孤立ホールパターンを含む転写用パターンを形成する工程とを有する、フォトマスクの製造方法。