WO2000045222A1

WO2000045222A1 - Masque photolithographique et procede de fabrication de celui-ci

Info

Publication number: WO2000045222A1
Application number: PCT/JP2000/000408
Authority: WO
Inventors: Kozo Miyoshi
Original assignee: Citizen Watch Co., Ltd.
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2000-08-03

Description

明細書

フォトリソグラフィ一マスクおよびその製造方法技術分野

本発明は、フォトリソグラフィ一マスクおよびその製造方法に関する。

背景技術

半導体製造プロセスや液晶表示素子製造プロセスでは、素子形成のためにいろいろな膜のパターニング工程が必要である。このパターニング工程では、膜上に感光性樹脂（レジスト）のパターンを形成して、これをエッチングマスクとしてドライエツチング法ゃゥェットエツチング法により各膜をパターニングする方法がとられる。

そして、このレジストのパターニングをするためには、ガラス基板上に透光部と遮光部を設けたマスクを用い、このマスクを介してレジストに紫外線照射を行い、現像液によって現像を行う。

これによつて、ポジ型のレジストの場合、透光部に位置していたのレジストは除去され、遮光部に位置していたレジストが残る。また、ネガ型のレジストの場合、遮光部に位置していたレジストが除去され、透光部に位置していたレジストが残る。こうして、所要のパターンのレジストが得られる。

上記のような従来のマスクは、透光部と遮光部のみで構成されているため、このマスクを用いて形成されるレジストのパターンはレジストのある部分とない部分という 2種類に限られる。

つまり、 1回のフォトリソグラフィー（以下、フォトリソ）工程では、 1種類の膜厚のレジストパターンのみが形成されることとなる。

当然このレジストを用いて、エッチングを行った場合、形成される膜のパターンは 1種類に限定される。

1度のフォトリソ工程で、膜厚の異なる複数のレジストパターンを形成することができれば、レジストとパターニングする膜の選択比の制御やアツシング処理を用いることによって、複数の膜を互いに異なるパターンで同一の処理工程内で形成することが可能である。

従って、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改良し、複数の膜を互いに異なるパターンで同一の処理工程内で形成する事が可能で、それによつて半導体装置を効率的に製造出来る、フォトリソグラフィ一マスクの構成及びフォトリソグラフィ一マスクの製造方法を提供するものである。

又、本発明の他の目的は、太陽電池を製造するに適した、フォトリソグラフィ一マスクの構成及びフォトリソグラフィ一マスクの製造方法を提供するものである。

発明の開示

本発明は上記した目的を達成する為、以下に示す様な基本的な技術構成を採用するものである。即ち、本発明に係る第 1の態様は、感光性樹脂パターンを形成するためのフォトリソグラフィ一マスクであって、半透光部を持つフォトリソグラフィーマスクであり、より詳細には、感光性樹脂パターンを形成するためのフォトリソグラフィ一マスクであって、透光部と遮光部と半透光部とを持つフォトリソグラフィ一マスクである。

又、本発明に係る第 2の態様としては、リソグラフィー技術により作成するフォトリソグラフィマスクの製造方法であって、透明基板上に 2層以上の膜を成膜し、これらの膜をそれぞれ異なるパターンでパターニングする様に構成されたフオトリソグラフィ一マスクの製造方法であって、より具体的には、透明基板上に光の透過率の異なる 2種類以上の膜を成膜し、これらの膜をそれぞれ異なるパ夕ーンでパターニングする様に構成されたフォトリソグラフィ一マスクの製造方法である。

図面の簡単な説明

第 1図は、本発明によるフォトリソグラフィーマスクを示す平面図である。第 2図は、本発明のフォトリソグラフィーマスクを用いて製造した、ァモルファスシリコン太陽電池を示す平面図である。

第 3図は、従来のフォトリソグラフィ一マスクを示す平面図である。

第 4図は、従来のフォトリソグラフィ一マスクを示す平面図である。

第 5図は、本発明によるフォトリソグラフィ一マスクの製造方法を示す断面図である。第 6図は、本発明によるフォトリソグラフィ一マスクの製造方法を示す断面図である。

第 7図は、本発明によるフォトリソグラフィ一マスクの製造方法を示す断面図である。

第 8図は、本発明によるフォトリソグラフィ一マスクの製造方法を示す断面図である。

第 9図は、本発明によるフォトリソグラフィ一マスクの製造方法を示す断面図である。

第 1 0図は、本発明によるフォトリソグラフィ一マスクの製造方法を示す断面図である。

第 1 1図は、本発明によるフォトリソグラフィ一マスクの製造方法を示す断面図である。

第 1 2図は、本発明のフォトリソグラフィーマスクを用いたアモルファスシリコン太陽電池の製造方法を示す断面図である。

第 1 3図は、本発明のフォトリソグラフィ一マスクを用いたアモルファスシリコン太陽電池の製造方法を示す断面図である。

第 1 4図は、本発明のフォトリソグラフィ一マスクを用いたアモルファスシリコン太陽電池の製造方法を示す断面図である。

第 1 5図は、本発明のフォトリソグラフィーマスクを用いたアモルファスシリコン太陽電池の製造方法を示す断面図である。

第 1 6図は、本発明のフォトリソグラフィ一マスクを用いたアモルファスシリコン太陽電池の製造方法を示す断面図である。

第 1 7図は、各透過率のマスクにおける露光量と膜減り量の関係を示した図である。

第 1 8図は、チタンの膜厚と光の透過率の関係を示した図である。

発明を実施する為の最良の形態

以下に、本発明に係るフォトリソグラフィ一マスク及びフォトリソグラフィ一マスクの製造方法の一具体例の構成を図面を参照しながら詳細に説明する。第 1図及び第 1 2図は、本発明にかかる当該フォトリソグラフィーマスクの一具体例の構成を示す平面図及び断面図（図 1の A— A線断面図）であり、図中、感光性樹脂パターンを形成するためのフォトリソグラフィーマスク 3 0であって、半透光部 3 1を有するフォトリソグラフィ一マスク 3 0が示されており、より具体的には、透光部 3 2と遮光部 3 3と半透光部 3 1とが所定のパターンに従って配置形成されているフォトリソグラフィ一マスク 3 0が示されている。

本発明に係るフォトリソグラフィーマスク（以下、フォトリソマスク） 3 0に於いては、透光部 3 2と遮光部 3 3以外に半透光部 3 1を設けるものである。係る構成によって、半透光部 3 1では透光部 3 2に比べて露光量が減少する。したがって、後述のレジストパターニング工程（例えば第 1 2図に示す工程）に於いては、半透光部 3 1に対向するレジスト 1 1 aの膜厚は、塗布したレジストの膜厚 1 1 bよりも薄くなる。

こうして、膜厚の異なった複数の種類のマスクパターン 3、 4を形成することができる。係る構成を有するパターンからなるマスクを用いれば、被処理半導体装置上に後述のエッチング処理に於て使用されるレジストをパターンによって、そのレジストの厚みを変更することが可能となる。

その結果、所望の半導体をパターニングする膜の選択比の制御やアツシング処理の条件を適宜選択することによって、 1回のエッチング工程で、一つの半導体膜を複数の異なるパターンにエッチングする事が可能となる。

つまり、本発明に係る当該フォトリソグラフィ一マスク 3 0の具体例に於いては、透明基板 1上に遮光膜 3と半透光膜 4とを有している。

そして、このマスクを用いて、例えば、ポジ型のレジストを用いて、後工程である第 1 2図に示す様なフォトリソを行った場合、遮光膜 3の部分に対応するレジスト 1 1 bは露光されないため、現像後には完全に残る。しかし、半透光膜 4 の部分に対応するレジスト 1 1 aが若干露光され、現像後には塗布後のレジストより薄いレジストが残る。

そして、遮光膜 3と半透光膜 4以外の透光部 3 2では、その部分に対応するレジストは完全に露光が行われ、現像後にはレジストが完全に除去される。これによって、 2種類の膜厚の異なったレジストパターンを形成することができる。本発明に於ける当該半透光部 3 1に対向する後述の第 1 2図に示す様な、レジ Hz) 電力を印加して生成したプラズマによって行う。

また、チタン膜 3のエッチングは、ドライエッチング装置内に 30 s c cm~ 300 s c ( 111の8じ 13ガスと 30 s c cm〜300 s cじのじ 12ガスを導入し、装置内の圧力を 10mTo r r〜100mTo r rとして、これに 30 0W〜2000Wの高周波（13. 56MHz) 電力を印加して生成したプラズマによって行う。

つぎに、第 7図に示すようにレジスト 10を剥離する。

さらに、この上に半透光膜 4であるチタン膜を再度スパッタリング法にて形成する。

本具体例に於いては、当該半透光膜 4は、遮光膜 3と同様のチタンで構成されるが、当該半透光膜 4の膜厚を当該遮光膜 3の膜厚よりも薄くなる様に構成する事によって、所定の光透過率を得る事が出来る。

即ち、第 18図にチタンの膜厚と光の透過率との関係のグラフを示す。これからわかるように、例えば、半透光膜 4の透過率を 30%にしたい場合にはチタンの膜厚を 13 nmとすればよい。

ここで、チタンの成膜は前述と同様な方法にて行い、成膜時のトレイの搬送速度をコントロールすることにより膜厚を制御する。つまり、膜厚を半分にするためには搬送速度を 2倍にすればよい。

この半透光膜 4であるチタン膜上にレジスト 10をスピンコート法にて塗布し、さらに第 4図の従来のフォトリソマスクを用いて、フォトリソを行いレジスト 1 0パターンを形成したものが第 8図である。

そして、このレジスト 10をエッチングマスクとしてエッチングをおこない、第 9図に示すように半透光膜 4であるチタン膜をパターン形成する。

ここで、チタンのエッチングは前述と同様な方法で行う。ここでは、半透光膜 4であるチタンの膜厚が、遮光膜 3であるチタンの膜厚に対して十分薄いので、半透光膜 4をエッチングしても、遮光膜 3であるチタンはほとんどがエッチングされずに残り、遮光膜としての役割を十分果たせる。

また、第 1図と第 2図に示したマスクのパターンが重なっている部分は、遮光膜 3と半透光膜 4がともに残り、第 1 1図に示すような断面形状となる。従ってスト処理工程に於けるレジスト 1 1 aの膜厚は、露光量と半透光膜 4の透光率によって制御可能である。

一方、ポジ型のレジストの場合、露光量を増やすほど半透光部に位置するレジスト 1 1 aは薄くなり、また、半透光膜 4の透光率が高いほど半透光部に位置するレジスト 1 1 aは薄くなる。

次に、本発明に係る当該フォトリソグラフィーマスクの製造方法の具体例を図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明に係る当該フォトリソグラフィマスクの製造方法は、基本的には、透明基板 1上に 2曆以上の膜 3、 4を成膜し、これらの膜をそれぞれ異なるパターンでパターニングするフォトリソグラフィーマスクの製造方法であり、より具体的には、透明基板 1上に光の透過率の異なる 2種類以上の膜 3、 4を成膜し、これらの膜 3、 4をそれぞれ異なるパターンでパターニングする様に構成されているものである。

第 1 0図は第 1図の A— A線における断面図を示したものである。半透光膜 4 と遮光膜 3がそれぞれ別々のパターンで形成されている。第 5図〜第 1 0図は、 A— A線における、本発明によるフォトリソマスクの製造方法を説明した断面図である。

ここでは、フォトリソマスクパターン 3 0としてチタン膜を用いた場合について説明する。

まず、第 5図に示すように、透明基板 1に 1 0 0 n m〜5 0 0 n mの厚みのチタン膜 3をスパッタリング法により形成する。そして、このチタン膜 3上にレジスト 1 0をスピンコート法にて塗布し、さらに第 3図に示す従来のフォトリソマスクを用いて、フォトリソを行いレジスト 1 0パターンを形成する。

そして、このレジスト 1 0パターンをエッチングマスクとしてチタン膜 3のェツチングをおこない、第 6図に示すように遮光部 3 3を構成する遮光膜 3であるチタンをパターン形成する。

ここで、チタン膜 3の成膜には、ターゲット材としてチタンを用い、スパッタリング装置内に 1 0 0 s c c mのアルゴンガスを導入し、装置内の圧力を 5 mT o r r〜3 0 mT o r rとして、これに 1 KW〜3 KWの高周波（1 3. 5 6 M この部分は遮光膜 3としての役割を担うこととなる。

このあと、レジスト 1 0を剥離し、第 1 0図に示すように遮光部 3 3と透光部 3 2と半透光部 3 1とを有するフォトリソマスク 3 0をつくることができる。ここでは、半透光膜 4と遮光膜 3が同種の材料である場合を説明したが、半透光膜 4と遮光膜 3を異なる材料にして半透光膜 4のみをエッチングすることも可能である。

例えば半透光膜 4として窒化シリコン膜を用い、遮光膜 3としてチタン膜を用いた場合、半透光膜 4である窒化シリコン膜のエッチングの際に、 C F 4ガスを用いれば、窒化シリコン膜のみがエッチングされ、チタン膜はエッチングされずに残ることとなる。

上記の実施形態では、本発明のフオトリソマスクとしてチタン膜を用いた場合を説明したが、当然クロム、タンタル、アルミのような他の金属膜を用いても良い。また、ここでは、遮光膜 3と半透光膜 4が同じ材料である場合について説明したが、各金属材料の組み合わせ、例えば遮光膜 3としてアルミ膜を用い半透光膜 4としてチタン膜を用いても良い。

さらに、金属膜以外の材料、例えば窒化シリコンやアモルファスシリコン膜のような無機材料を用いてもよいし、エポキシやポリイミドなどの有機材料を用いてもよい。

また、上記の実施形態では、本発明のフォトリソマスクを作成するためにフォトリソ法を用いたが、かわりに電子描画法や X線リソグラフィ法などの他のリソグラフィ技術を用いてもよい。

さらにいえば、上記の実施形態では、 1種類の半透光部を持つフォトリソマスクの製造法について説明したが、当然、異なる透過率をもつ複数の膜を用いて上記のプロセスを複数回行えば、透過率の異なる 2種類以上の半透光部を持つフォトリソマスクを作成することが出来る。このフォトリソマスクを用いれば、異なる膜厚を持つ 3種類以上のレジストパターンを形成することができる。

上記した説明から明らかな様に、本発明に係る当該フォトリソグラフィ一マスクの製造方法は、リソグラフィー技術により作成するフォトリソグラフィマスクの製造方法であって、透明基板上に遮光性膜を形成する第 1の工程、当該遮光性膜上に適宜の第 1のレジスト膜を形成する第 2の工程、適宜のフォトリソマスクを用いて当該第 1のレジスト膜を所定のパターンに形成する第 3の工程、当該第

1のレジスト膜をマスクとして使用して、当該遮光性膜をエッチング処理し、所定のパターンに形成する第 4の工程、当該パターン化された当該遮光性膜上に残留している当該レジスト膜を除去する第 5の工程、当該透明基板の全面に、当該遮光性膜に対して透過性のある半透光膜を形成する第 6の工程、当該半透光膜の表面全面に適宜の第 2のレジスト膜を形成する第 7の工程、当該第 2のレジスト膜を当該第 1のレジスト膜が有するを所定のパターンとは異なるパターンに形成する第 8の工程、当該第 2のレジスト膜をマスクとして使用して、当該半透光膜をエッチング処理し、所定のパターンに形成する第 9の工程、及び

当該パターン化された当該半透光膜上に残留している当該第 1のレジスト膜を除去する第 1 0の工程、とから構成されている事が望ましい。

つぎに、本発明によるフォトリソマスクを実際の製造方法に応用する具体例として、本発明によるフォトリソマスクをアモルファスシリコン太陽電池のパターン形成に用いる場合について説明する。

第 2図にアモルファスシリコン太陽電池のパターン形成後の構造を模式的に示す。第 2図に示すように、アモルファスシリコン太陽電池の製造においては、その起電力を取り出すために、正極および負極の電極膜のパターニングが必要である。

ここでは、基板としてガラス基板 8を用い、ガラス基板 8上に最初に形成する下部電極膜 5として透明電極膜である I T O (酸化インジウム錫）を用い、上部電極膜 7にアルミ膜を用いている。

第 1 6図に示すようなアモルファスシリコン太陽電池を得るためには、従来に於いては、まず、ガラス基板上に I T O膜を成膜し、この I T O膜を第 4図のフオトリソマスクを用いて、パターン形成する。そして、この I T O膜パターン上にアモルファスシリコン膜とアルミ膜を成膜し、このアモルファスシリコン膜とアルミ膜を第 3図のフォトリソマスクを用いてパターン形成し、第 1 6図の構造を得る。

このように従来の方法では 2回のパターニング工程が必要である。これに対し、本発明によるフォトリソマスクを用いて、アモルファスシリコン太陽電池のパターン形成を行う場合を第 2図の B—B線断面図を参照しながら説明する。

まず、第 1 2図に示すようにガラス基板 8上に I T 0 5とアモルファスシリコン膜 6とアルミ膜 7を連続して成膜し、この上に断面が第 1 0図に示す様なマスク 3 0を用いてレジストパターンを形成する。

前述のように半透光部 3 1に位置するレジスト 1 1 aは、少し露光されることにより膜減りをおこし、遮光部に位置するレジスト 1 1 bよりも薄い膜厚となる。このときの膜減り量 1 1 cの露光量とマスクの透過率との関係を示したグラフが第 1 7図である。ここでは東京応化社製のポジレジスト T F R— hを用いた。ここで、例えば、 2ミクロンの膜厚のレジストを塗布し、 1 l bの膜厚を 0. 5ミクロンの膜厚にしたい場合には、膜減り量 1 1 cを 1 . 5ミクロンとすればよいことから、透過率 1 5 %のマスクを用い、露光量 1 2 O m Jで露光すれば良いこととなる。

つぎに、この半透光部 3 1に位置するレジスト 1 1 aと遮光部 3 3に位置するレジスト 1 1 bとをエッチングマスクとしてアルミ膜 7とアモルファスシリコン膜 6と I T O膜 5を連続的にエッチングし、第 1 3図の構成を得る。

さらに、半透光部 3 1に位置するレジスト 1 1 aをアツシング処理によって除去する。このとき、遮光部 3 3に位置するレジスト 1 1 bもアツシングされる力半透光部 3 1に位置するレジスト 1 1 aよりも膜厚が厚いため完全に除去されずに残る。この状態を示したものが第 1 4図である。

ドライプロセスでエッチングを行う場合には、エッチング時にレジストも徐々にエッチングされていくことから、半透光部 3 1に位置するレジスト 1 1 aの膜厚を調整すれば、アルミ膜 7とアモルファスシリコン膜 6と I T O膜 5をエッチングし終わった際にちようど 1 1 aの膜厚分のレジストを除去するように出来る。この場合、アツシング処理は不要となる。

この後、遮光部 3 3に位置するレジスト 1 1 bをエッチングマスクとしてアルミ膜 7とアモルファスシリコン膜 6のエッチングを行い、第 1 5図のような構造を得る。

さらに、 1 1 bのレジストを剥離することで、第 1 6図に示すように起電力を取り出すための下部電極パターンと上部電極パターンが形成された太陽電池が製造出来る。

尚、本発明に係る当該フォトリソグラフィーマスク 3 0を使用して太陽電池を製造する他の具体例としては、本願出願人が、既に国際特許出願している P C T / J P 9 9 / 0 1 1 3 0の特許明細書に記載されている第 4図に示された様な構成を有するフォトリソグラフィーマスク 3 0を使用して、同図に関する同特許明細書に記載されている説明にそってエッチング処理を行い太陽電池を形成する事も可能である。

以上述べたごとく、本発明は感光性樹脂パターンを形成するためのフォトリソグラフィ一マスク 3 0において、透光部 3 2と遮光部 3 3以外に半透光部 3 1を設けることにより、膜厚の異なった複数のレジストパターンを形成することが可能となる。このフォトリソマスクを用いることで、レジストとパターニングする膜の選択比の制御やアツシング処理を用いることによって、 1回のエッチングェ程で、複数の膜を異なるパターンでエッチングすることが可能となる。

Claims

請求の範囲

1 . 感光性樹脂パターンを形成するためのフオトリソグラフィ一マスクであつて、半透光部を持つ事を特徴とするフォトリソグラフィ一マスク。

2. 感光性樹脂パターンを形成するためのフォトリソグラフィ一マスクであつて、透光部と遮光部と半透光部とを持つ事を特徴とするフォトリソグラフィーマスク。

3. 上記請求範囲第 1項及び第 2項に記載された構成を有する事を特徴とする太陽電池形成用のフォトリソグラフィ一マスク。

4. リソグラフィー技術により作成するフォトリソグラフィマスクの製造方法であって、透明基板上に 2層以上の膜を成膜し、これらの膜をそれぞれ異なるパターンでパターニングすることを特徴とするフォトリソグラフィ一マスクの製造方法。

5. リソグラフィー技術により作成するフォトリソグラフィマスクの製造方法であって、透明基板上に光の透過率の異なる 2種類以上の膜を成膜し、これらの膜をそれぞれ異なるパターンでパターニングすることを特徴とするフォトリソグラフィ一マスクの製造方法。

6. リソグラフィー技術により作成するフォトリソグラフィマスクの製造方法であって、透明基板上に遮光性の膜と 1種類以上の半透光性の膜を成膜し、これらの膜をそれぞれ異なるパターンでパターニングすることを特徴とするフォトリソグラフィ一マスクの製造方法。

7. リソグラフィ一技術により作成するフォトリソグラフィマスクの製造方法であって、当該フォトリソグラフィーマスク力、太陽電池の形成に使用されるものである事を特徴とする請求項 4乃至 6の何れかに記載のフォトリソグラフィ一マスクの製造方法。

8. リソグラフィー技術により作成するフォトリソグラフィマスクの製造方法であって、当該フォトリソグラフィーマスクの製造方法は、透明基板上に遮光性膜を形成する第 1の工程、当該遮光性膜上に適宜の第 1のレジスト膜を形成する第 2の工程、適宜のフォトリソマスクを用いて当該第 1のレジスト膜を所定のパターンに形成する第 3の工程、当該第 1のレジスト膜をマスクとして使用して、当該遮光性膜をェッチング処理し、所定のパターンに形成する第 4の工程、当該パターン化された当該遮光性膜上に残留している当該レジスト膜を除去する第 5の工程、

当該透明基板の全面に、当該遮光性膜に対して透過性のある半透光膜を形成する第 6の工程、

当該半透光膜の表面全面に適宜の第 2のレジスト膜を形成する第 7の工程、当該第 2のレジスト膜を当該第 1のレジスト膜が有するを所定のパターンとは異なるパターンに形成する第 8の工程、

当該第 2のレジスト膜をマスクとして使用して、当該半透光膜をエッチング処理し、所定のパターンに形成する第 9の工程、及び

当該パターン化された当該半透光膜上に残留している当該第 1のレジスト膜を除去する第 1 0の工程、

とから構成されている事を特徴とするフォトリソグラフィ一マスクの製造方法。

9. 当該フォトリソグラフィーマスクが、太陽電池の製造に使用されるものである事を特徴とする請求範囲第 4項乃至第 8項の何れかに記載のフォトリソグラフィ一マスクの製造方法。

1 0. 当該遮光性膜若しくは当該半透光膜は、チタン、クロム、タンタル、ァルミニゥム等の金属材料、若しくは窒化シリコン、アモルファスシリコン等の無機材料、又は、エポキシ、ポリイミド等の有機材料から選択された一つの材料で構成されている事を特徴とする請求範囲第 4項乃至第 9項の何れかに記載のフォトリソグラフィ一マスクの製造方法。

1 1 . 当該半透光膜は、当該遮光性膜よりもその厚みが薄くなる様に形成される事を特徴とする請求範囲第 4項乃至第 1 0項の何れかに記載のフォトリソダラフィ一マスクの製造方法。

1 2. 当該フォトリソグラフィーマスクは、太陽電池の製造に使用されるものである事を特徴とする請求範囲第 4項乃至第 1 1項の何れかに記載のフォトリソグラフィ一マスクの製造方法。