JPH09258426A

JPH09258426A - パターン形成方法

Info

Publication number: JPH09258426A
Application number: JP6113796A
Authority: JP
Inventors: Iwao Tokawa; 巌東川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】微細なパターンを精度良く形成すること。【解決手段】透明基板１上に微細パターンを有する遮光
膜３を形成し、次に透明基板１上に遮光膜３の一部に自
己整合したレジストパターン４ａを形成し、次にこのレ
ジストパターン４ａをマスクに用いて透明基板１の表面
をエッチングし、次にこのようにして作成された位相シ
フトマスクを用いて微細パターンを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透明基板にパター
ンを形成するパターン形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】フォトマスクや液晶表示素子などにおい
ては、透明基板上に微細パターンを高精度に形成する技
術が求められている。さらに、近年は、位相情報を導入
したマスクを用いて、より情報量の多いパターン形成が
試みられている。この種のパターン形成においては、選
択されたパターン開孔部に位相情報を付加する加工を行
なうなど、特定の開孔部を選択的に加工する技術が不可
欠である。

【０００３】特定の開孔部を選択的に加工するために
は、その特定の開孔部が露出するレジストパターンを形
成し、このレジストパターンをマスクにエッチングする
方法が採用されている。しかし、特定の開孔部のみが露
出するレジストパターンの形成は困難である。

【０００４】そこで、例えば、特願昭５２−４８５７
３、特願昭５５−１３６４８３、特願昭６１−３０８３
３、特願平２−１６７１８８などに示されているレベン
ソン型位相シフトマスクの製造工程においては以下のよ
うな手法が採用されている。

【０００５】まず、図４（ａ）に示すように、透明基板
７１上に複数の微細な開孔部を有する遮光膜７２を形成
する。次に同図（ａ）に示すように、全面にフォトレジ
スト７３を塗布した後、遮光膜７２の特定の開孔部上の
フォトレジストに光７４を照射して、フォトレジスト７
３を露光する。

【０００６】このとき、寸法および位置合わせ精度余裕
が必要になるため、開孔部よりも光７４のほうを広くす
るので、開孔部周辺上のフォトレジスト７３も露光され
る。図中、７５は露光された部分を示している。

【０００７】次に図４（ｂ）に示すように、上記フォト
レジスト７３を現像してフォトレジストパターン７３ａ
を形成した後、図４（ｃ）に示すように、フォトレジス
トパターン７３ａおよび遮光膜７２をマスクとして、透
明基板７１の表面をエッチングする。

【０００８】最後に、フォトレジストパターン７３ａを
剥離して、レベンソン型位相シフトマスクが完成する。
図５は、他のレベンソン型位相シフトマスクの形成方法
を示す工程断面図である。

【０００９】まず、図５（ａ）に示すように、透明基板
７１上に複数の微細な開孔部を有する遮光膜７２を形成
した後、全面に位相シフト膜７６を形成する。次に同図
（ａ）に示すように、全面にフォトレジスト７３を塗布
した後、遮光膜７２の特定の開孔部上のフォトレジスト
７３に光７４を照射して、フォトレジスト７３を露光す
る。

【００１０】このとき、開孔部よりも光のほうが広いの
で、図４の場合と同様に、開孔部周辺上のフォトレジス
ト７３も露光される。次に図５（ｂ）に示すように、上
記フォトレジスト７３を現像してフォトレジストパター
ン７３ａを形成した後、図５（ｃ）に示すように、フォ
トレジストパターン７３ａをマスクとして、位相シフト
膜７４をエッチングする。

【００１１】最後に、フォトレジストパターン７３を剥
離して、レベンソン型位相シフトマスクが完成する。以
上述べた２つの方法では、開孔部のみが露出したレジス
トパターン７３は形成してはいないが、これら方法によ
り得られた位相シフトマスクを用いることにより、微細
パターンの形成が可能となる。

【００１２】しかしながら、これら位相シフトマスクを
用いた微細パターンの形成方法には以下のような問題が
ある。まず、図４（ｃ）、図５（ｃ）のエッチング工程
で、遮光膜７２の露出面がエッチング種に晒されるの
で、図４（ｃ）、図５（ｃ）の拡大図に示すように、遮
光膜７２の露出面がエッチングされたり、形状が劣化す
る。

【００１３】これにより、遮光膜７２の光学特性、特に
反射率が劣化し、微細パターンを精度良く形成できなく
なる。また、遮光膜７２の開孔部に対するフォトレジス
トパターン７３ａの位置が重ね合わさ露光精度に依存す
るため、開孔部に対して対称性に欠けるフォトレジスト
パターン７３ａが形成される。

【００１４】これにより、遮光膜７２の開孔部にエッチ
ング種が不均一に供給され、図４（ｃ）の拡大図に示す
ように、透明基板７１のエッチング形状（溝形状）は対
称性を失い、微細パターンを精度良く形成できなくな
る。

【００１５】これらの問題を解決するために、遮光膜７
２と反対側の透明基板７１側から光を照射して、遮光膜
７２の特定の開孔部およびその周辺上のフォトレジスト
７３を露光することにより、パターン形成を行なうこと
が知られている。

【００１６】しかし、この場合、透明基板７１の厚みが
大きく、また、透明基板７１の膜厚の一様性も不十分で
あるため、十分な位置合わせ、解像性を有する露光を行
なうことは極めて困難である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の微
細パターンの作成に用いる位相シフトマスクの形成方法
においては、フォトレジストパターンをマスクに透明基
板をエッチングする際に、遮光膜の表面がエッチングさ
れ、形状が劣化したり、遮光膜の光学特性が劣化するの
で、微細パターンを精度良く形成できないという問題が
あった。

【００１８】また、遮光膜の開孔部に対するフォトレジ
ストパターンの位置が重ね合わさ露光精度に依存するた
め、開孔部に対して対称性に欠けるフォトレジストパタ
ーンが形成され、透明基板のエッチング形状が対称性を
失い、微細パターンを精度良く形成できないという問題
があった。

【００１９】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、微細なパターンを従来
よりも精度良く形成できるパターン形成方法を提供する
ことにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】

［概要］上記目的を達成するために、本発明に係るパタ
ーン形成方法（請求項１）は、透明基板上に遮光パター
ンを形成する工程と、前記透明基板上に前記遮光パター
ンの一部に自己整合したレジストパターンを形成する工
程と、前記レジストパターンをマスクに用いて前記透明
基板を加工して、パターンを形成する工程とを有するこ
とを特徴とする。

【００２１】また、本発明に係る他のパターン形成方法
（請求項２）は、透明基板上に遮光パターンを形成する
工程と、前記透明基板上に前記遮光パターンを覆うレジ
スト膜を形成する工程と、前記透明基板の前記レジスト
膜および遮光パターン側から、前記遮光パターンが形成
された領域の一部領域に光、Ｘ線または荷電粒子を照射
して、前記レジスト膜を露光するとともに、前記遮光パ
ターン膜が形成された領域の全領域あるいは一部領域に
前記レジスト膜の遮光パターンの開孔部を介して前記透
明基板側から露光処理する工程と、前記レジストを現像
して、前記２つの露光が重複した部分の前記レジストを
選択的に除去し、前記透明基板上の前記遮光パターンの
一部に自己整合したレジストパターンを形成する工程
と、前記レジストパターンをマスクに用いて前記透明基
板を加工して、パターンを形成する工程とを有すること
を特徴とする。

【００２２】上記パターン形成方法と同様な効果が得ら
れるパターン形成方法としては、透明基板上に遮光パタ
ーンを形成する工程と、前記透明基板上に前記遮光パタ
ーン膜を覆うレジスト膜を形成する工程と、前記透明基
板の前記レジスト膜および遮光パターン側から、前記遮
光パターンが形成された領域の一部領域に光、Ｘ線また
は荷電粒子を照射して、前記レジスト膜の上層を選択的
にパターン状に露光するとともに、前記遮光パターン膜
が形成された領域の全領域あるいは一部領域に前記レジ
スト膜の遮光パターンの開孔部を介して前記透明基板側
から、前記レジスト膜の透明基板側を選択的に露光処理
する工程と、前記レジストを現像して、前記２つの露光
が重複した前記遮光パターンの開孔領域の前記レジスト
を選択的に除去し、前記透明基板上に前記遮光パターン
の一部に自己整合したレジストパターンを形成する工程
と、前記レジストパターンをマスクに用いて前記透明基
板を加工して、パターンを形成する工程とを有する方法
があげられる。

【００２３】なお、本発明を露光用のマスクに適用する
場合には、上記レジストパターンをマスクに透明基板を
エッチングして彫り込み、最接近する開孔と位相差の情
報を有する構成を実現して、位相シフトマスクを作成す
ることが好ましい。

【００２４】［作用］本発明によれば、遮光パターンに
自己整合的にレジストパターンが形成されるため、レジ
ストパターンをマスクにエッチングする際に、遮光パタ
ーンがエッチングされることはない。したがって、遮光
パターンの光学特性の劣化を防止できるので、微細パタ
ーンを従来よりも精度良く形成できるようになる。

【００２５】また、レジストパターンが自己整合的に形
成されることにより、レジストパターンの位置合わさは
高精度になるので、遮光パターンの開孔部に対して対称
性の高いレジストパターンを形成できる。したがって、
開孔部にエッチング種が均一に供給され、基板表面が所
定通りの形状に加工されるので、微細パターンを従来よ
りも精度良く、対称性に優れた立体構造に形成できるよ
うになる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（実施形態）を説明する。（第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係るレベンソン型位相シフトマスクの形成方法を示す工
程断面図である。

【００２７】まず、図１（ａ）に示すように、石英から
なる透明基板１上に例えばクロムおよびクロム酸化物か
らなる薄膜を加工し、複数の微細な開孔部２（微細パタ
ーン）を有する遮光膜３を形成する。

【００２８】次に同図（ａ）に示すように、全面に厚さ
０．５μｍのｉ線レジスト４を塗布した後、このｉ線レ
ジスト４に所定のベーキング処理を行なう。次に図１
（ｂ）に示すように、レーザ描画装置を用いて、遮光膜
３が形成された透明基板１側から、遮光膜３の選択した
開孔部およびその周辺５上のｉ線レジスト４にレーザ光
６を選択的に照射して、露光量３５ｍＪ／ｃｍ² の条件
でｉ線レジスト４を露光する。ｉ線レジスト４のう
ち、図中、縦線で示された領域は、レーザ光６の照射領
域を示している。

【００２９】次に同図１（ｂ）に示すように、遮光膜３
と反対側の透明基板１側からｉ線７を全面照射して、つ
まり、全ての開孔部２上のｉ線レジスト４にｉ線７を照
射して露光量４０ｍＪ／ｃｍ² の条件でｉ線レジスト４
を露光する。

【００３０】ｉ線レジスト４のうち、図中、横線で示さ
れた領域は、ｉ線７の照射領域を示している。そして、
横線と縦線が交わっている領域が２つの露光の重複部分
を示している。

【００３１】なお、ここでの全面照射は、透明基板１の
裏面全体である必要はなく、少なくとも選択した開孔部
を含んだ領域全面であれば良い。次いで現像前ベーキン
グを１０５℃で１０分間を行なった後、透明基板１を室
温まで冷却する。

【００３２】次に図１（ｃ）に示すように、現像液を用
いて、４５秒のパドル現像処理を行なって、レジストパ
ターン４ａを形成する。このレジストパターン４ａは、
遮光膜３が形成された透明基板１側からの露光と、遮光
膜３と反対側の透明基板１側からの露光との重複した部
分のｉ線レジスト４が選択的に除去され、選択した開孔
部に自己整合した開孔部を有するパターンである。

【００３３】これは、遮光膜３と反対側の透明基板１側
からの露光量４０ｍＪ／ｃｍ² の露光単独、または遮光
膜３が形成された透明基板１側からの露光量３５ｍＪ／
ｃｍ² の露光単独では、ｉ線レジスト４の現像は始まら
ず、上記２つの露光が重複した部分のｉ線レジスト４の
みが現像されからである。

【００３４】したがって、遮光膜３の上面はレジストパ
ターン４ａにより被覆された状態となり、また、レジス
トパターン４ａは遮光膜３の開孔部２に対して対称性の
高いパターンとなる。

【００３５】次に図１（ｄ）に示すように、ＲＩＥ装置
を用いて、レジストパターン４ａをマスクとして、透明
基板１の表面を異方性エッチングして溝を形成する。具
体的には、エッチングガスとしてＣＦ₄ とＨ₂の混合ガ
スを使用し、投入電力１５０Ｗ、エッチング時間４９５
秒の条件で行なって、透明基板１の表面を２４５ｎｍエ
ッチングする。

【００３６】このとき、遮光膜３の上面はレジストパタ
ーン４ａにより被覆され保護されているので、エッチン
グされない。また、レジストパターン４ａは遮光膜３の
開孔部に対して対称性が高いので、開孔部にエッチング
種が均一に供給され、基板表面を所定通りの形状にエッ
チングできるようになる。

【００３７】最後に、レジストパターン３を剥離して、
レベンソン型位相シフトマスクが完成する。このように
して作成された位相シフトマスクを用いて、ＫｒＦエキ
シマステッパーで転写されたパターンを調べたところ、
解像度が向上し、従来得られなかった露光領域内の均一
性も向上していた。

【００３８】このような結果が得られた理由は、遮光膜
３の上面がレジストパターン４ａにより保護されエッチ
ングされなかったので、遮光膜３の反射率等の光学特性
の劣化を防止できたからである。

【００３９】他の理由は、遮光膜３の開孔部にエッチン
グ種が均一に供給され、基板表面を所定通りの形状にエ
ッチングできたからである。以上述べたように、本実施
形態によれば、遮光膜３の光学特性の劣化を防止でき、
また、遮光膜３の開孔部にエッチング種を均一に供給で
きるので、従来よりも高品質の位相シフトマスクを形成
でき、この高品質の位相シフトマスクを用いることで、
微細パターンを従来よりも精度良く形成できるようにな
る。（第２の実施形態）図２は、本発明の第２の実施形態に
係るレベンソン型位相シフトマスクの形成方法を示す工
程断面図である。

【００４０】まず、図２（ａ）に示すように、石英から
なる透明基板１１上に例えばクロムおよびクロム酸化物
からなる薄膜を通常法により加工し、複数の微細な開孔
部１２（微細パターン）を有する遮光膜１３を形成す
る。

【００４１】ここまでの工程は第１の実施形態と同じで
ある。この後、同図（ａ）に示すように、全面に例えば
厚さ０．５μｍの塗料添加レジスト１４を塗布する。次
に図２（ｂ）に示すように、塗料添加レジスト１４に対
して露光光侵入深さが小さい短波長光として、キセノン
水銀ランプから発せられる光のうち波長３００ｎｍ以下
の光１５を選び、この光１５を遮光膜１３と反対側の透
明基板１１側から照射して、露光量３５ｍＪ／ｃｍ² の
条件で塗料添加レジスト１４を露光する。

【００４２】塗料添加レジスト１４のうち、図中、横線
で示された領域は、光１５の照射領域を示している。次
に同図（ｂ）に示すように、遮光膜１３が形成された透
明基板１１側から、遮光膜１３の選択した開孔部１２お
よびその周辺上の塗料添加レジスト１４に、塗料添加レ
ジスト１４に対して露光光侵入深さが小さい光１６を選
択的に照射して、露光量３５ｍＪ／ｃｍ² の条件で塗料
添加レジスト１４を露光する。

【００４３】塗料添加レジスト１４のうち、図中、縦線
で示された領域は、光１６の照射領域を示している。そ
して、縦線と横線が交わっている部分は２つの露光の重
複部分を示している。

【００４４】次に図２（ｃ）に示すように、上記塗料添
加レジスト１４を現像して、レジストパターン１４ａを
形成する。このレジストパターン１４ａは、遮光膜１３
が形成された透明基板１１側からの露光と、遮光膜１３
と反対側の透明基板１１側からの露光との重複した部分
の塗料添加レジスト１４が選択的に除去され、選択した
開孔部に自己整合した開孔部を有するパターンである。

【００４５】これは、レジストに塗料が添加され、露光
量が小さく制御されていた結果、塗料添加レジスト１４
と反対側の透明基板１１側からの露光単独、または塗料
添加レジスト１３が形成された透明基板１１側からの露
光単独では、露光量が不十分で、現像液による溶解が進
まないからである。

【００４６】次に図２（ｄ）に示すように、ＲＩＥ装置
を用いて、レジストパターン１４ａをマスクとして、透
明基板１１の表面を異方性エッチングして溝を形成す
る。具体的には、エッチングガスとしてＣＦ₄ とＨ₂の
混合ガスを使用し、投入電力１５０Ｗ、エッチング時間
４９５秒の条件で行なって、位相差が１８０度となる溝
を透明基板１１の表面に形成する。

【００４７】最後に、レジストパターン１４ａを剥離し
て、レベンソン型位相シフトマスクが完成する。本実施
形態のレベンソン型位相シフトマスクの形成方法でも先
の実施形態と同様の作用効果が得られる。

【００４８】さらに、本実施形態の場合、露光光侵入深
さが小さい光１６を使用しているので、図２（ｃ）に示
すように、選択した開孔部１２の下部側壁部分の塗料添
加レジスト１４ｂは露光されていない。

【００４９】したがって、選択した開孔部１２の下部側
壁部分の塗料添加レジスト１４ｂは全く現像されないの
で、この塗料添加レジスト１４ｂ下の遮光膜１３が露出
することを確実に防止できるようになる。

【００５０】また、本実施形態のレベンソン型位相シフ
トマスクを用いて微細パターンを形成方法することでも
先の実施形態と同様な効果が得られる。ただし、本実施
形態のレベンソン型位相シフトマスクは、選択した開孔
部１２の下部側壁部分の塗料添加レジスト１４ｂ下の遮
光膜１３の露出を確実に防止できるので、より微細なパ
ターンの形成が可能となる。（第３の実施形態）図３は、本発明の第３の実施形態に
係る偏光基板の形成方法を示す工程断面図である。この
偏光基板は透明基板上に２種類の偏光板がパターン形成
されたものである。

【００５１】まず、図３（ａ）に示すように、透明基板
２１上に遮光膜２２を形成する。この遮光膜２２には複
数の微細な開孔部２３が配列形成されている。次に同図
（ａ）に示すように、遮光膜２２上に偏光板２４を形成
した後、この偏光板２４上にレジスト２５を塗布する。

【００５２】次に図３（ｂ）に示すように、偏光板２４
が形成された透明基板２１側から光２６を所定の開孔部
２３上のレジスト２５に照射し、偏光板２４と反対側の
透明基板２１側から光２７を全面照射した後、レジスト
２５を現像して、レジストパターン２５ａを自己整合的
に形成する。

【００５３】このレジストパターン２５ａの作成工程で
は、第１の実施形態、第２の実施形態のどちらの手法を
用いても良い。次に図３（ｃ）に示すように、レジスト
パターン２５ａをマスクとして、偏光板２４をエッチン
グして、偏光板２４をパターン加工する。なお、偏光板
２４のパターン形状は仕様に応じて適宜決定する。

【００５４】この後、パターン加工した偏光板２４を絶
縁膜等の保護膜により覆って、他の種類の偏光板のパタ
ーン加工を偏光板２４の場合と同様に行なった後、レジ
ストパターン２４ａ、上記保護膜を除去して偏光基板が
完成する。

【００５５】なお、本実施形態では２種類の偏光板を用
いる場合にはついて説明したが、３種類の偏光板を用い
る場合には、既にパターン加工した偏光板を保護膜で覆
って次の偏光板のパターン加工するという手順を繰り返
せば良い。

【００５６】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。例えば、上記実施形態では、位相シ
フトマスク、偏光基板を作成する場合について説明した
が、本発明は微細パターンの作成を要する他のものにも
適用できる。

【００５７】例えば、色フィルタ板にも適用できる。こ
の場合の形成方法は、偏光基板の形成方法において、偏
光板を色フィルタに置き換えたものとなる。本実施形態
では、パターン膜として遮光膜を用いた場合について説
明したが、本発明はパターン膜として半透明膜を用いた
場合にも適用できる。その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で、種々変形して実施できる。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、遮
光パターンの一部に自己整合したレジストパターンを形
成し、このレジストパターンをエッチングマスクに用い
ることにより、微細なパターンを精度良く形成できるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るレベンソン型位
相シフトマスクの形成方法を示す工程断面図

【図２】本発明の第２の実施形態に係るレベンソン型位
相シフトマスクの形成方法を示す工程断面図

【図３】本発明の第３の実施形態に係る偏光基板の形成
方法を示す工程断面図

【図４】従来の位相シフトマスクの形成方法を示す工程
断面図

【図５】従来の他の位相シフトマスクの形成方法を示す
工程断面図

【符号の説明】

１…透明基板２…開孔部３…遮光膜４…ｉ線レジスト４ａ…レジストパターン６…レーザ光７…ｉ線１１…透明基板１２…開孔部１３…遮光膜１４…塗料添加レジスト１４ａ…レジストパターン１５，１６…光２１…透明基板２２…遮光膜２３…開孔部２４…偏向板２５…レジスト２５ａ…レジストパターン２６，２７…光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に遮光パターンを形成する工程
と、前記透明基板上に前記遮光パターンの一部に自己整合し
たレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクに用いて前記透明基板を
加工して、パターンを形成する工程とを有することを特
徴とするパターン形成方法。
【請求項２】透明基板上に遮光パターンを形成する工程
と、前記透明基板上に前記遮光パターンを覆うレジスト膜を
形成する工程と、前記透明基板の前記レジスト膜および遮光パターン側か
ら、前記遮光パターンが形成された領域の一部領域に
光、Ｘ線または荷電粒子を照射して、前記レジスト膜を
露光するとともに、前記遮光パターン膜が形成された領
域の全領域あるいは一部領域に前記レジスト膜の遮光パ
ターンの開孔部を介して前記透明基板側から露光処理す
る工程と、前記レジストを現像して、前記２つの露光が重複した部
分の前記レジストを選択的に除去し、前記透明基板上の
前記遮光パターンの一部に自己整合したレジストパター
ンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクに用いて前記透明基板を
加工して、パターンを形成する工程とを有することを特
徴とするパターン形成方法。