WO2011027647A1

WO2011027647A1 - ハーフトーンマスクの製造方法及びハーフトーンマスク

Info

Publication number: WO2011027647A1
Application number: PCT/JP2010/063270
Authority: WO
Inventors: 亮山川
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2011-03-10
Also published as: US20120141929A1

Abstract

　ハーフトーンマスクの製造方法において、成膜工程を減らす。　本発明のハーフトーンマスクの製造方法は、光源から照射された光を透過させる透過部２１を表面に有する透明基板２と、光を遮る遮光膜７からなり透明基板２の表面に形成される遮光部３４と、光を減らして透過させる半遮光膜３からなり透明基板２の表面に形成される半遮光部３３とを備え、光源と感光層との間に介在され、露光量が異なる複数種の露光パターンを感光層に形成するハーフトーンマスクの製造方法であり、透明基板２の表面に半遮光膜３を形成する半遮光膜形成工程と、半遮光膜３にオゾン雰囲気下で他の光源からレーザ光６を照射し、照射された部分の半遮光膜３を遮光膜７に化学変化させて、透明基板２の表面に遮光部３４を形成する遮光部形成工程と、を有する。

Description

ハーフトーンマスクの製造方法及びハーフトーンマスク

　本発明は、ハーフトーンマスクの製造方法及びハーフトーンマスクに関する。

　フラットパネルディスプレイ等の製造工程では、フォトマスクを介して感光性樹脂等からなるフォトレジストを露光し、そのフォトレジストに前記フォトマスクが有するパターンを転写するフォトリソグラフィ技術が利用されている。この技術で利用される前記フォトマスクは、一般的に、光を透過させる透過部（透光部）と、光を遮る遮光部とを有し、前記透過部の形状に対応したパターンがフォトレジストに形成される。また、遮光部の形状に対応したパターンも、非露光パターンとしてフォトレジストに形成される。

　近年、フォトリソグラフィ技術の中でも、前記透過部及び遮光部の他に、更に光透過率が、前記透過部の光透過率と遮光部の透過率との間にある半透過部（半遮光部）を備えたフォトマスクを利用する技術が、特に注目されている。このフォトマスクは、一般的にハーフトーンマスク等と呼ばれており、１回の露光で露光量が異なる複数のパターンをフォトレジストに形成できるという利点を有する。このハーフトーンマスクを利用すれば、フォトマスクの使用枚数の削減、製造工程の削減、ひいては製造コストの削減を図ることができる。

　従来のハーフトーンマスクは、例えば、特許文献１に示されるように、石英等からなる透明基板と、この透明基板の表面に形成されるモリブデンシリサイド等からなる半透明膜（以下、半遮光膜）と、この半遮光膜上に積層されるクロム等からなる遮光膜とからなる。このハーフトーンマスクは、前記透明基板の表面の一部が前記半遮光膜から露出した透過部と、前記半遮光膜からなり前記遮光膜で覆われていない部分からなる半遮光部と、前記遮光膜からなる遮光部とを有する。

　従来のハーフトーンマスクの製造方法では、一般的に、特許文献１等に示されるように、先ず透明基板の表面に半遮光膜をスパッタリング処理等によって全体的に形成し、その形成された半遮光膜の上に、更に遮光膜をスパッタリング処理等によって全体的に形成することが行われる。つまり、従来のハーフトーンマスクの製造方法では、半遮光部及び遮光部を得るために、少なくとも２回のスパッタリング処理等を行って、それぞれの元となる膜（半遮光膜及び遮光膜）からなる積層物を透明基板上に形成する必要があった。

　なお、前記積層物を形成した後、更に、その上に電子ビームレジスト（フォトレジスト）層が形成される。次いで、その電子ビームレジスト層に電子ビームを照射して該電子ビームレジスト層を露光し、その電子ビームレジスト層にパターンを描画する。その後、パターンが描画された電子ビームレジスト層を現像し、その現像後の電子ビームレジスト層をマスク（保護膜）として利用し、前記透明基板上の積層物をエッチング等することによって、ハーフトーンマスクが得られる。

特開２０００－７５４６６号公報

　従来のハーフトーンマスクの製造方法では、特許文献１等に示されるように、スパッタリング処理等によって、透明基板上に、半遮光部及び遮光部の元となる半遮光膜及び遮光膜をそれぞれ別々に形成する必要があった。このスパッタリング処理等の成膜処理は、設備費等が非常に掛かり、ハーフトーンマスクのコストを高くする原因となっていた。そのため、ハーフトーンマスクの製造方法では、成膜工程を減らすことが求められていた。

　本発明のハーフトーンマスクの製造方法は、透明基板上に成膜された半遮光膜から半遮光部を得ると共に、その半遮光膜を利用して更に遮光部を得ることで、成膜工程を少なくすることを目的とする。

　本発明のハーフトーンマスクの製造方法は、以下の通りである。
　＜１＞　光源から照射された光を透過させる透過部を表面に有する透明基板と、前記光を遮る遮光膜からなり前記透明基板の表面に形成される遮光部と、前記光を減らして透過させる半遮光膜からなり前記透明基板の表面に形成される半遮光部とを備え、前記光源と感光層との間に介在され、露光量が異なる複数種の露光パターンを前記感光層に形成するハーフトーンマスクの製造方法であって、
　前記透明基板の表面に前記半遮光膜を形成する半遮光膜形成工程と、
　前記半遮光膜にオゾン雰囲気下で他の光源からレーザ光を照射し、照射された部分の半遮光膜を前記遮光膜に化学変化させて、前記透明基板の表面に前記遮光部を形成する遮光部形成工程と、を有することを特徴とするハーフトーンマスクの製造方法。
　＜２＞　前記半遮光膜形成工程において、前記透明基板の表面に前記遮光部及び前記半遮光部のそれぞれに対応させた半遮光膜を形成する前記＜１＞に記載のハーフトーンマスクの製造方法。
　＜３＞　前記半遮光膜がＣｒ２Ｏ３を含み、前記遮光膜がＣｒＯ２を含む前記＜１＞又は＜２＞に記載のハーフトーンマスクの製造方法。

本発明のハーフトーンマスクは、以下の通りである。
　＜４＞　光源から照射された光を透過させる透過部を表面に有する透明基板と、
　前記光を遮る遮光膜からなり前記透明基板の表面に形成される遮光部と、
　前記光を減らして透過させる半遮光膜からなり前記透明基板の表面に形成される半遮光部と、を備え、
　前記光源と感光層との間に介在され、露光量が異なる複数種の露光パターンを前記感光層に形成するハーフトーンマスクであって、
　前記遮光膜が、前記半遮光膜を化学変化させたものからなることを特徴とするハーフトーンマスク。
　＜５＞　前記遮光膜が、前記半遮光膜をオゾン雰囲気下におけるレーザ光照射により化学変化させたものからなる前記＜４＞に記載のハーフトーンマスク。
　＜６＞　前記半遮光膜がＣｒ２Ｏ３を含み、前記遮光膜がＣｒＯ２を含む前記＜４＞又は＜５＞に記載のハーフトーンマスク。

　本発明のハーフトーンマスクの製造方法によれば、透明基板上に成膜された半遮光膜から半遮光部を得ると共に、その半遮光膜を利用して更に遮光部を得ることで、成膜工程を少なくできる。

一実施形態に係るハーフトーンマスクの製造方法を模式的に表した説明図である。他の実施形態に係るハーフトーンマスクの製造方法を模式的に表した説明図である。ハーフトーンマスクを用いて感光層を露光する内容を模式的に表した説明図である。

　以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るハーフトーンマスクの製造方法を説明する。

〔ハーフトーンマスクの製造方法〕
　図１は、一実施形態に係るハーフトーンマスクの製造方法を模式的に表した説明図である。図１（Ａ）に示されるように、先ず透明基板２を用意する。この透明基板２は、石英からなり、光透過性に優れる。なお、他の実施形態においては、ガラス等の他の透明材料からなる基板を用いてもよい。透明基板２の厚み、光透過率、形状等の諸条件は目的に応じて適宜選択される。

＜半遮光膜形成工程＞
　次いで、図１（Ｂ）に示されるように、透明基板２の一方の表面上に、Ｃｒ２Ｏ３からなる膜（以下、Ｃｒ２Ｏ３膜）３を形成する。このＣｒ２Ｏ３膜３は、スパッタリング処理（反応性スパッタリング処理）によって形成される。この処理では、ターゲットとしてＣｒを使用し、そのターゲットから所定距離をおいた所に前記透明基板２が配置される。そのターゲットと透明基板２との間に、Ｏ２ガス及びＡｒガスの雰囲気下で電圧を印加することによって、前記透明基板２の表面に酸化クロム膜（Ｃｒ２Ｏ３膜）３が形成される。例えば、ターゲット（Ｃｒ）と透明基板２との距離を１００ｍｍ、印加電圧を４０ｋＷ、真空度を１０－６ｔｏｒｒ（スパッタリング中は５×１０－３ｔｏｒｒ）に設定して、スパッタリング処理を行うと、透明基板２の表面に９２０ÅのＣｒ２Ｏ３膜３を形成できる。なお、スパッタリング処理の諸条件は、目的に応じて適宜選択される。

　前記Ｃｒ２Ｏ３膜３は、半遮光膜であり、照射された光を一部、吸収して光を遮る性質を有する。つまり、半遮光膜３は、照射された光を一部減らした状態で透過させる。本明細書における「半遮光」には、照射された光のうち半分の光を遮るという文字通りの意味の場合だけでなく、半分よりも多くの光を遮る場合、及び半分よりも少ない光を遮る場合も含まれる。この半遮光膜３は、後述する遮光膜よりも遮光率は低い。つまり、半遮光膜３は、遮光膜よりも光透過率が高い。半遮光膜３の遮光率（又は光透過率）は、材質、膜厚、密度等を種々の条件を適宜選択することによって設定される。

　なお、他の実施形態においては、透明基板２の表面上に、真空蒸着、化学蒸着等の他の公知の成膜方法を用いて、半遮光膜３を形成してもよい。

　次いで、図１（Ｃ）に示されるように、半遮光膜３の表面上に、電子ビーム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ）レジスト（ＥＢレジスト）からなる層（以下、ＥＢレジスト層）４を形成する。このＥＢレジスト層４は、透明基板２上に形成された半遮光膜３の表面に、スピン・オン法によってＥＢレジストを塗布することによって形成される。本実施形態では、厚みが約４５０ｎｍ～約５５０ｎｍのＥＢレジスト層４が形成される。ＥＢレジストはポジ型であり、電子ビームが照射された個所が現像で除去される。なお、他の実施形態においては、電子ビームが照射された個所が現像で残るネガ型のＥＢレジストを使用してもよい。また、スピン・オン法以外の公知の塗布方法を利用して、半遮光膜３上にＥＢレジスト層４を形成してもよい。

　次いで、図１（Ｄ）に示されるように、ＥＢレジスト層４に向けて電子ビーム５を照射し、ＥＢレジスト層４にパターン４１を描画する。このパターン４１は、ハーフトーンマスクに形成される透過部からなるパターン（透過パターン）に対応している。なお、電子ビーム５が照射されない残りの個所からなるパターン４２は、ハーフトーンマスクの半遮光部及び遮光部のそれぞれからなるパターン（半遮光パターン及び遮光パターン）に対応している。ＥＢレジスト層４にパターン４１を形成した後、ＥＢレジスト層４は現像液に浸され、現像される。

　ＥＢレジスト層４が現像されると、図１（Ｅ）に示されるように、パターン４１に相当する部分のＥＢレジスト層４が除去され、半遮光膜３の一部分３１が露出する。残りの半遮光膜３の部分３２は、現像後に残存したＥＢレジスト層４（パターン４２）で覆われている。
　このようにして得られたＥＢレジスト層４（パターン４２）をマスク（保護膜）として利用し、前記半遮光膜３の露出した部分３１を、平行平板式反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）でエッチングする。例えば、エッチングガスとしては、流量１００ｓｃｃｍに制御したＯ２を使用する。例えば、ＲＦパワーは１５０Ｗ（５００Ｗ以内）、圧力は１０Ｐａ、電極間距離は６０ｍｍ、放電周波数は１３．５６ＭＨｚ、磁場強度は１００Ｇに設定する。　

　上記のような条件でエッチング処理を行うと、図１（Ｆ）に示されるように、ＥＢレジスト層４（パターン４２）で覆われていない半遮光膜３の部分３１が除去され、透明基板２の一部分２１が露出する。これに対し、半遮光膜３の残りの部分３２は、ＥＢレジスト層４（パターン４２）で保護されそのまま残る。なお、エッチング後に残った、半遮光膜３の部分３２を覆うＥＢレジスト層４（パターン４２）は、アッシング処理により除去される。アッシング処理の諸条件は、ＥＢレジスト層４（パターン４２）が除去できるように適宜、選択される。

＜遮光部形成工程＞
　図１（Ｆ）に示されるように、透明基板２上に残存する半遮光膜３の部分３２のうち、ハーフトーンマスクの遮光部とする部分に、レーザ光６を照射する。このレーザ光６の照射は、Ｏ３（オゾン）雰囲気下で行う。オゾン雰囲気下で、Ｃｒ２Ｏ３膜からなる半遮光膜３をレーザ光６で照射し、加熱すると、半遮光膜３中のＣｒ２Ｏ３が化学変化（酸化）して遮光性のＣｒＯ２になる。つまり、一定の条件の下、レーザ光６を半遮光膜３に照射することで、図１（Ｇ）に示されるように、半遮光膜３を遮光膜７に変えられる。

　前記レーザ光６としては、例えば、イットリウム（Ｙｉｔｔｒｉｕｍ）・アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）・ガーネット（Ｇａｒｎｅｔ）レーザ（ＹＡＧレーザ）を使用できる。ＹＡＧレーザは、例えば、レーザ出力が６０ｍＷ、レーザ径が２０μｍ、レーザ波長が２６６ｎｍの条件で使用される。前記レーザ光の照射は、例えば、圧力が１０－５Ｐａ（オゾン投入中は０．１Ｐａ）となる雰囲気下で行われる。レーザ光６によって前記半遮光膜３は、局所的に、例えば、４００℃～６００℃に加熱される。

　レーザ光６の照射により、半遮光膜３から遮光膜７に変えられた部分は、図１（Ｇ）に示されるように、遮光部３４となる。また、レーザ光６が照射されなかった部分の半遮光膜３は、図１（Ｇ）に示されるように、半遮光部３３となる。なお、透明基板２の表面が、半遮光膜３及び遮光膜７から露出した部分が、透過部２１となる。このようにして、透過部２１、半遮光部３３及び遮光部３４を有するハーフトーンマスク１が得られる。

　本実施形態のハーフトーンマスクの製造方法であれば、１回のスパッタリング処理（図１（Ｂ）参照）で得た膜（半遮光膜３）から、半遮光部３３及び遮光部３４の両方を形成できる。本実施形態の製造方法は、遮光部３４を、半遮光膜３から形成できるため、従来の製造方法のように、遮光膜７そのものをスパッタリング処理で形成する必要がない。

　図２は、他の実施形態に係るハーフトーンマスクの製造方法を模式的に表した説明図である。以下、図２を参照しつつ、他の実施形態に係るハーフトーンマスクの製造方法について説明する。図２（Ａ）に示されるように、先ず透明基板２を用意し、次いで、図２（Ｂ）に示されるように、その透明基板２の表面に、半遮光膜３を形成する。つまり、半遮光膜３を透明基板２の表面に形成するまでは、図１に示される方法と同じである。

　次いで、図２（Ｂ）に示されるように、本実施形態のハーフトーンマスクの製造方法では、半遮光膜３にレーザ光６を照射する。レーザ光６を照射して、図２（Ｃ）に示されるように、半遮光膜３の一部分を、遮光膜７に化学変化させる。つまり、本実施形態では、半遮光膜３をエッチング処理する前に、半遮光膜３にレーザ光６を照射して遮光膜７を得る。なお、レーザ光６を照射して半遮光膜３から遮光膜７を得る方法は、図１に示される方法と同じである。

　その後、図２（Ｄ）に示されるように、半遮光膜３及び遮光膜７の表面に、ＥＢレジスト層４を形成し、次いで、図２（Ｅ）に示されるように、そのＥＢレジスト層４の一部分に、電子ビーム５を照射し、ＥＢレジスト層４にパターン４１を描画する。その後、ＥＢレジスト層４を現像して、図２（Ｆ）に示されるように、パターン４１部分のＥＢレジスト層４を除去して、半遮光膜３の一部分３１を露出させる。その後、残ったＥＢレジスト層４の部分４２をマスク（保護膜）として利用し、半遮光膜３をエッチング処理する。すると、ＥＢレジスト層４（４２）で覆われていない部分の半遮光膜３（３１）が除去され、図２（Ｇ）に示されるように、透明基板２の表面の一部分２１が露出する。なお、エッチング処理後に残存したＥＢレジスト層４（４２）は、アッシング処理によって除去される。このような手順で、図２（Ｇ）に示されるような、透過部２１、半遮光部３３及び遮光部３４を有するハーフトーンマスク１を製造してもよい。

〔ハーフトーンマスク〕
　以下、図３を参照しつつ、一実施形態に係るハーフトーンマスクの説明を行う。図３は、ハーフトーンマスク１を用いて感光層を露光する内容を模式的に表した説明図である。図３に示されるように、ハーフトーンマスク１は、光源８と、感光性樹脂等の感光性材料からなる感光層９との間に、介在される。感光層９は、加工基板１０の表面に形成されている。ハーフトーンマスク１は、感光層９と略平行に配置され、光源８から照射された光の量を調節して透過させる。ハーフトーンマスク１は、一方の表面に、透明基板２の表面の一部が露出してなる透過部２１と、半遮光膜３からなる半遮光部３３と、遮光膜７からなる遮光部３４とを備える。本実施形態では、半遮光膜３及び遮光膜７が、感光層９と面するように、配置している。

　透過部２１は、光源８から照射された光１１をそのまま通過させる。透過部２１を通過した光１１は、透過部２１の真下に配置する感光層９に達し、その部分の感光層９を露光し、感光する。すると、透過部２１のパターン（透過パターン）が感光層９に転写されて、感光層９に露光パターン９１が形成される。

　半遮光部３３は、光源８から照射された光１１を一部、吸収し、遮る。そのため半遮光部３３は、光源８から照射された光１１を減らして通過させる。半遮光部３３を通過した光１１は、半遮光部３３の真下に配置する感光層９に達し、その部分の感光層９を露光し、感光する。すると、半遮光部３３のパターン（半遮光パターン）が感光層９に転写されて、感光層９に露光パターン９２が形成される。

　遮光部３４は、光源８から照射された光１１を吸収し、遮る。そのため遮光部３４は、光源８から照射された光１１を通過させない。つまり、遮光部３４の真下に配置する感光層９は、光源８から照射された光１１によって露光されない。そのため、遮光部３４で覆われた部分の感光層９には、遮光部３４のパターン（遮光パターン）が転写された、非露光パターン９３が形成される。

　このように光源８から照射された光１１を、ハーフトーンマスク１を介して、感光層９に照射すると、露光量が異なる各パターン９１、９２及び９３を感光層９に形成できる。感光層９がポジ型であると、露光量が最も多いパターン９１の感光層９が、現像によって除去される。また、露光量が最も少ない（露光されない）パターン９３の感光層９は、現像後もそのまま残存する。パターン９２の感光層９の露光量は、パターン９３の露光量と、パターン９１の露光量との間にある。そのため、このパターン９３の感光層９は、現像後、半分程度の厚みとなる。

　以上のように、ハーフトーンマスクの製造方法及びハーフトーンマスクの説明を行ったが、本発明の内容は、これらに限定されるものではない。上記各実施形態において、透過部、半遮光部及び遮光部を有する３階調のハーフトーンマスクを例示したが、本発明は、３階調のハーフトーンマスクに限定されるものではない。例えば、透過部及び遮光部と共に、光透過率（遮光率）が異なる２種類以上の半遮光部を有するハーフトーンマスク（所謂、マルチトーンマスク）であってもよい。この場合、レーザ光の照射条件等を適宜、選択することにより、半透過膜から遮光膜へ化学変化させる程度を調節して、各半遮光部を得ればよい。

Claims

　光源から照射された光を透過させる透過部を表面に有する透明基板と、前記光を遮る遮光膜からなり前記透明基板の表面に形成される遮光部と、前記光を減らして透過させる半遮光膜からなり前記透明基板の表面に形成される半遮光部とを備え、前記光源と感光層との間に介在され、露光量が異なる複数種の露光パターンを前記感光層に形成するハーフトーンマスクの製造方法であって、
　前記透明基板の表面に前記半遮光膜を形成する半遮光膜形成工程と、
　前記半遮光膜にオゾン雰囲気下で他の光源からレーザ光を照射し、照射された部分の半遮光膜を前記遮光膜に化学変化させて、前記透明基板の表面に前記遮光部を形成する遮光部形成工程と、を有することを特徴とするハーフトーンマスクの製造方法。
　前記半遮光膜形成工程において、前記透明基板の表面に前記遮光部及び前記半遮光部のそれぞれに対応させた半遮光膜を形成する請求項１に記載のハーフトーンマスクの製造方法。
　前記半遮光膜がＣｒ２Ｏ３を含み、前記遮光膜がＣｒＯ２を含む請求項１又は２に記載のハーフトーンマスクの製造方法。
　光源から照射された光を透過させる透過部を表面に有する透明基板と、
　前記光を遮る遮光膜からなり前記透明基板の表面に形成される遮光部と、
　前記光を減らして透過させる半遮光膜からなり前記透明基板の表面に形成される半遮光部と、を備え、
　前記光源と感光層との間に介在され、露光量が異なる複数種の露光パターンを前記感光層に形成するハーフトーンマスクであって、
　前記遮光膜が、前記半遮光膜を化学変化させたものからなることを特徴とするハーフトーンマスク。
　前記遮光膜が、前記半遮光膜をオゾン雰囲気下におけるレーザ光照射により化学変化させたものからなる請求項４に記載のハーフトーンマスク。
　前記半遮光膜がＣｒ２Ｏ３を含み、前記遮光膜がＣｒＯ２を含む請求項４又は５に記載のハーフトーンマスク。