JP7475209B2

JP7475209B2 - プロキシミティー露光用フォトマスク

Info

Publication number: JP7475209B2
Application number: JP2020103242A
Authority: JP
Inventors: 隆史齊藤
Original assignee: SK Electronics Co Ltd
Current assignee: SK Electronics Co Ltd
Priority date: 2020-06-15
Filing date: 2020-06-15
Publication date: 2024-04-26
Anticipated expiration: 2040-06-15
Also published as: TW202201119A; JP2021196515A; KR102618940B1; KR20210155361A; TWI787852B; CN113805428A

Description

本発明は、プロキシミティー露光用フォトマスクに関する。

ブラックマトリクス用のパターンを製造するためのフォトマスクは、パターンの微細化に伴い、線幅及びピッチ幅の狭いパターンが求められ、これに対応する種々の技術が開発されている。例えば、大型フラットパネルディスプレイのカラーフィルター等の用途に用いられる場合、露光波長としてはｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、などの利用が前提となるため、解像限界以下の線幅をいかに精度良く形成するかが重要となる。

特許文献１には、ネガ型フォトレジスト（露光光が照射された領域が硬化するレジスト）を用いたプロキシミティ露光により、微細なライン・アンド・スペースのパターンを形成するフォトマスクが開示されている。特許文献１では、線幅の微細化に対応するため、遮光膜に形成された透過部のパターンの両端部に低位相差の解像しない補助パターンが形成されたフォトマスクが開示されている。このように、低位相の半透過膜を補助パターンとして用いることでラインパターン部のコントラストが高められ、線幅及びピッチ幅の狭いパターンを製造することが可能となる。

特許文献２には、ネガ型フォトレジストを用いたプロジェクション露光により、微細なライン・アンド・スペースや微細なホールパターンを確実に転写するため、遮光部３１のパターンのエッジに隣接して、露光装置によって解像されない「一定幅の半透光部２１（第１半透光部２１Ａ及び第２半透光部２１Ｂ）」を形成する手法が開示されている。

特開２０１６－００４１７４号公報特開２０１３－２３５０３６号公報特開２０１０－１２８４４０号公報

ネガ型フォトレジストを用いたブラックマトリクス形成用のプロキシミティ露光用のフォトマスクにおいて、線幅の細い「細線パターン」と、細線パターンよりも線幅の太い「太線パターン」とが混在する場合、太線パターンは良好に解像するが、細線パターンについては解像不良となる場合がある。特に、細線パターンが露光波長の解像限界以下の線幅である場合に顕著となる。

図７は、細線パターン１と太線パターン２とが混在するネガ型パターンのフォトマスク５０を示している。フォトマスク５０は、透明基板上に遮光膜のパターンＢが形成されてなる。回折効果を無視すれば、露光光は遮光膜のパターンＢを通過できず、透光部Ｗのみを通過する。線幅が狭くなるほど回折効果が大きくなる。また、回折効果はプロキシミティギャップやコリメーション半角を調整することによっても増減する。

図６は、細線パターン１と太線パターン２の露光強度を示すグラフである。細線パターン１が示すように、細線パターンが露光波長の解像限界以下の線幅である場合でも、予めターゲットとなる線幅よりも広い開口幅のパターンを用いつつ、プロキシミティギャップを調整することにより、回折効果を高めることで、設計値通りの細線パターンを解像させることができる。

ところが、同じ露光条件において太線パターン２に着目すると、太線パターン２の両端部（エッジ部）で露光強度が強くなる一方、パターン中央部付近で露光強度が低下してしまうことが分かる。これは、太線パターンの場合、線幅の中央部まで回折光が届かないために生じる現象であると考えられる。その結果、ネガ型フォトレジスト膜の場合、パターン中央部ではレジストの硬化が不十分となり、条件によってはパターンが形成できないという問題が発生する。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、線幅の異なる２種類のラインパターン（スペースパターン）を同時に形成する際に、回折光の強度差によって生じるパターンの不均一さを解消することを可能にするフォトマスクを提供することを技術的課題とする。
なお、「ラインパターン（スペースパターン）」としたのは、ブラックマトリクスを形成するパターンをマスク側からみると「ラインパターン」ではなく「スペースパターン」となるためである。本明細書では、ブラックマトリクスを形成するパターンであることに鑑み、以下、「スペースパターン」と表記する。

本発明に係るフォトマスクは、ブラックマトリクス形成用のプロキシミティ露光用フォトマスクであって、遮光膜のパターンからなる遮光部と半透過膜のパターンからなる半透過部のいずれかのみが形成されたパターン形成領域を含むと共に、
前記パターン形成領域における前記遮光部と透過部との境界部には、露光光によって解像しない大きさの第１及び第２の補助パターンを具備し、
前記遮光膜のパターンは、露光後に線幅の異なる少なくとも２種類のスペースパターンを規定するパターン形状であり、
前記２種類の補助パターンは、いずれも露光後に前記補助パターンを具備しない場合よりも前記境界部における露光時の露光強度の均一性を相対的に高めるための一定線幅のパターン形状であると共に、
前記第１の補助パターンは、第１の線幅のスペースパターンの端部に形成され、
前記第２の補助パターンは、前記第１の線幅よりも太い第２の線幅のスペースパターンの端部に形成され、
前記第２の補助パターンは、前記第１の補助パターンよりも線幅が太い
ことを特徴とする。

なお、「半透過膜」及び「遮光膜」は、相対的に大きな透過率の大小関係があることを意味し、露光光に対して必ずしも遮光膜の遮光率が１００％である必要はない。また、半透過膜と遮光膜の位置関係は、半透過膜が遮光膜の上層に形成される「トップハーフ型」であっても、その逆の「ボトムハーフ型」であっても、本発明の効果という点では相違しない。但し、製造方法の相違に起因する相違点、例えば、トップハーフ型の場合は２回目の露光時に位置合わせ（アライメント）精度が求められる等の一長一短は生じると考えられる。

ここで、「第１の線幅」とは、露光波長に対して光強度分布が向上する効果が表れる程度に細い線幅であり、第２の線幅とは、そのような効果が現れない、すなわち第１の線幅よりも太い線幅であることを意味する。すなわち、本発明の技術的意義は、ブラックマトリクス層で想定されるプロキシミティ露光機用フォトマスク用の格子状パターン（ネガ型パターン）の形成に際して、露光波長に対して光強度分布が向上する効果が顕著に表れる細線パターンとそうでない太線パターンとが混在している場合に生じる露光強度の差を平均化する点にある。

上記構成において、前記第１及び第２の補助パターンは、透過率が等しくてもよい。第１の補助パターンと第２の補助パターンとは、遮光膜の上層又は下層の同一層で同時に形成可能だからである。

上記構成において、前記第１及び第２の補助パターンは、透過率が３０％～５０％であってもよい。補助パターンの透過率は、遮光膜よりも小さいことが必要であるが、シミュレーションの結果、透過率がこの程度の範囲であれば、露光強度を均一化することができることが示されたためである。

上記構成において、前記第１及び第２の補助パターンは、線幅が１．０μｍ～６．０μｍであってもよい。細線パターンは露光波長に対して露光波長に対して光強度分布が向上する効果が顕著に表れる線幅であり、例えばｇ線であれば線幅５～１５μｍ程度であるとした場合、第１の補助パターンの線幅は１．０μｍ前後となる。透明基板が露出した部分に形成されたスペースパターンであり、遮光膜との境界部は両サイドに存在するため、スペースパターンの両端部（両サイド）に第１の補助パターンが形成される。第２の補助パターンの幅に特に制限はないが、例えば２０μｍ～６０μｍ程度であるとした場合、第２の補助パターンの線幅は両端部それぞれ３μｍ～６μｍ程度となる。

上記構成において、前記第１及び第２の補助パターンは、位相差が５°以下であってもよい。上記構成において、前記第１及び第２の補助パターンは、クロムの酸化物で構成されていてもよい。上記構成において、前記第１及び第２の補助パターンは、透過率に対する露光波長の依存性が比較的小さい半透過膜、例えば、少なくともｇ線、ｈ線及びｉ線間において１％未満であるような半透過膜で構成されていてもよい。なお、このような特徴を有する半透過膜に言及した文献として、特許文献３などがある。

本発明によれば、線幅の異なる２種類のスペースパターンを同時に形成する際に、回折光の強度差によって生じるパターンの不均一さを解消することが可能なフォトマスクを提供することができる。

図１は、線幅９μｍの細線パターンと線幅４０μｍの太線パターンを含むプロキシミティ露光用のネガ型フォトマスク４０のパターンの一部を示している。図２（Ａ）は、図１における領域（ｉ）の拡大図を、図２（Ｂ）は、図１における領域（ｉｉ）の拡大図をそれぞれ示している。図３は、２種類の補助パターンを設けたフォトマスク４０にｇ線を照射した露光強度を示すグラフである。図４は、ｇ線に対する透過率と膜厚の関係を調べた結果を示している。図５（Ａ）は、補助パターンを一切使用しないバイナリマスク（フォトマスク５０）の露光強度を色相で分析して表したものである。図５（Ｂ）は、補助パターン１０と補助パターン２０を設けたフォトマスク４０の露光強度を色で表したものである。図６は、細線パターン１と太線パターン２の露光強度を示すグラフである。図７は、細線パターン１と太線パターン２とが混在するネガ型パターンのフォトマスク５０を示している。

（課題解決の原理）
本発明の基本的な考え方は、露光機側で回折光の増幅を行った際に、細線パターンに集中する露光光の強度を抑える一方、太線パターンに対しては両端部と中央部とで均一な露光光が得られるようにするために、補助パターンを設けることにある。この補助パターンは、線幅に応じたサイズに設定し、いずれも露光装置に対して解像されない一定幅の半透光膜により構成される。

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）
図１は、一例として、線幅９μｍの細線パターンと線幅４０μｍの太線パターンを含むプロキシミティ露光用のネガ型フォトマスク４０のパターンの一部を示している。細線パターン１及び太線パターン２のそれぞれの端部には、線幅の異なる補助パターン１０、２０がそれぞれ形成されている。細線パターン１の端部に形成される補助パターン１０は、太線パターン２０の端部に形成される補助パターン２０よりも線幅が細くなるように構成されている。

図２（Ａ）は、図１における領域（ｉ）の拡大図を、図２（Ｂ）は、図１における領域（ｉｉ）の拡大図をそれぞれ示している。補助パターン１０の線幅は１．０μｍ、補助パターン２０の線幅は４．０μｍとなるように構成されている。この数値例は、ｇ線の露光機において、細線パターンの最終ターゲット寸法が５．０μｍ程度の線幅のパターンが得られるように構成された例である。補助パターンはｇ線に対して透過率４０％程度の半透過膜が用いられる。

図３は、２種類の補助パターンを設けたフォトマスク４０にｇ線を照射した露光強度を示すグラフである。このグラフより、細線パターン１の中央部付近のピークと太線パターン２の両端部付近のピークが抑えられる一方、太線パターンの中央部付近の露光強度が強められ、全体として、ほぼ均一な露光強度が得られたことが分かる。但し、露光波長に対して光強度分布が向上する効果は維持できる程度にしなければならない。強度曲線が細く切り立っていれば『細線』を形成できるが、強度曲線が垂れて裾広がりであれば細線を形成できない。

以上のように、本実施形態によれば、スペースパターンの両端部（エッジ部）に線幅に応じた所定の幅の半透過膜を設けることで、露光波長に対して光強度分布が向上する効果を維持しつつ、露光強度を均一化することができる。

＜半透過膜について＞
半透過膜としては、クロムＣｒの酸化物（Ｃｒ_２Ｏ_３）を用いることができる。
図４は、ｇ線に対する透過率と膜厚の関係を調べた結果を示している。膜厚と透過率の関係を対数近似式で表すと、ｇ線に対する透過率Ｔｒは、
Ｔｒ＝－１８．８３ｌｎ＋７８．９６６
という結果となった。

半透過膜は、クロムＣｒの酸化物の膜（Ｃｒ_２Ｏ_３）に変えて、クロム、窒化クロム膜、モリブデンシリサイド、タンタル、アルミニウム、ケイ素、ニッケル等の金属、あるいは、クロム、モリブデンシリサイド、タンタル、アルミニウム、ケイ素、ニッケル等の金属窒化物、金属炭化物等であってもよい。特に、クロムおよび窒化クロムは、波長３００ｎｍ～４５０ｎｍの範囲内において透過率分布がフラットなフラット半透明膜を形成することを可能とする点で好ましい。

＜実施形態の効果＞
図５（Ａ）は、補助パターンを一切使用しないバイナリマスク（フォトマスク５０）の露光強度を色相で分析して表したものである。白黒のため分かりにくいが太線パターンの露光強度は中央部が低いことを表しており、図６に示すグラフと照らして参照すると、その様子が理解される結果となった。
一方、図５（Ｂ）は、補助パターン１０と補助パターン２０を設けたフォトマスク４０の露光強度を色相で分析して表したものである。細線パターン１と太線パターン２のいずれにおいても十分な露光強度で露光されている。これは色相で分析すると色相に別れず、均一な露光強度になっていることが分かる。図３に示すグラフと照らして参照すると、その様子が理解される結果となった。

＜製造方法について＞
補助パターンを構成する半透過膜は、遮光膜の上層に形成されていても、遮光膜の下層に形成されていてもよいが、寸法精度を確保する観点からは、遮光膜の上層に形成されている方がよいと考えられる。すなわち、通常のバイナリマスクの製造方法に、補助パターンを形成する工程を追加することで、上記のようなフォトマスク４０が得られる。製造方法の詳細については実施形態２において説明する。この場合、２回露光が必要なため、２回目の露光の際にアライメントが必要となる。例えば、遮光膜のパターン形成時に、パターンエリア外にアライメントマークを設けておき、２回目のパターニングの際にはアライメントマークによって位置合わせを行い、第１及び第２の補助パターンを形成すれば良い。この工程は、遮光膜のパターン上に半透過膜が形成されたトップ型ハーフトーン多階調マスクの製造工程と同様である。アライメントの方法については上記の方法に限られない。

遮光膜の下層に半透過膜が形成された膜構成を採用する場合、透明基板上に下層の半透過膜を形成し、パターニングを行った後、所定の箇所に遮光膜のパターンを形成するか、遮光膜と半透過膜の間にエッチングストッパー膜を形成し若しくは遮光膜と半透過膜にエッチング選択性を有する材料を採用してパターンを形成する。

本発明によれば、ネガ型フォトレジストを用いたブラックマトリクス形成用のプロキシミティ露光用のフォトマスクにおいて、露光波長に対して光強度分布が向上する効果が顕著に表れる線幅の細線パターンと太線パターンとが混在する場合であっても、均一な仕上がりを得ることが可能となる。結果として、強度差により発生するレジストの硬化が不十分になることを防止でき、歩留まりを高めることができるため、産業上の利用可能性は大きい。

１細線パターン
２太線パターン
１０第１の補助パターン
２０第２の補助パターン
４０、５０フォトマスク
Ｂ遮光膜のパターン
Ｗ透光部
ｉ、ｉｉ領域

Claims

ブラックマトリクス形成用のプロキシミティ露光用フォトマスクであって、
遮光膜のパターンからなる遮光部と半透過膜のパターンからなる半透過部のいずれかのみが形成されたパターン形成領域を含むと共に、
前記パターン形成領域における前記遮光部と透過部との境界部には、露光光によって解像しない大きさの第１及び第２の補助パターンを具備し、
前記遮光膜のパターンは、露光後に線幅の異なる少なくとも２種類のスペースパターンを規定するパターン形状であり、
前記２種類の補助パターンは、いずれも露光後に前記補助パターンを具備しない場合よりも前記境界部における露光時の露光強度の均一性を相対的に高めるための一定線幅のパターン形状であると共に、
前記第１の補助パターンは、第１の線幅のスペースパターンの端部に形成され、
前記第２の補助パターンは、前記第１の線幅よりも太い第２の線幅のスペースパターンの端部に形成され、
前記第２の補助パターンは、前記第１の補助パターンよりも線幅が太い
ことを特徴とするフォトマスク。
前記第１及び第２の補助パターンは、透過率が等しい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及び第２の補助パターンは、透過率が３０％～５０％であることを特徴とする請求項１又は２記載のフォトマスク。
前記第１及び第２の補助パターンは、線幅が１．０μｍ～６．０μｍであ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及び第２の補助パターンは、位相差が５°以下であ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。
前記第１及び第２の補助パターンは、クロムの酸化物で構成され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。
前記第１及び第２の補助パターンは、透過率に対する露光波長の依存性が少なくともｇ線、ｈ線及びｉ線間においては小さい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。