JP2011081326A - Method for manufacturing multilevel gradation photomask, multilevel gradation photomask blank, and method for manufacturing electronic device - Google Patents

Method for manufacturing multilevel gradation photomask, multilevel gradation photomask blank, and method for manufacturing electronic device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a multilevel gradation photomask, by which a resist level difference structure having different resist residual film values within the film plane can be formed with high accuracy, and thereby, a mask pattern with high accuracy can be formed. <P>SOLUTION: The method includes steps of: preparing a photomask blank having a translucent film, a light-shielding film, and a resist film including a first resist layer and a second resist layer having different spectral sensitivity characteristics from each other, layered on a transparent substrate; drawing a pattern on the resist film by using first exposure light having prescribed spectral characteristics; then drawing a pattern by using second exposure light having spectral characteristics different from those of the first exposure light and developing the resist film to form a first resist pattern having different resist residual film values within the plane; etching the light-shielding film and the translucent film by using the first resist pattern as a mask; forming a second resist pattern by reducing the film thickness of the first resist pattern by a prescribed amount; and etching the light-shielding film by using the second resist pattern as a mask. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、液晶表示装置（Liquid Crystal Display：以下、ＬＣＤと呼ぶ）等の電子デバイス製造等に用いられる多階調フォトマスクの製造方法及び多階調フォトマスク用ブランク、並びに電子デバイスの製造方法に関するものであり、特に薄膜トランジスタ液晶表示装置の製造に用いられる薄膜トランジスタ基板（ＴＦＴ基板）の製造に好適に使用される多階調フォトマスクの製造方法及び多階調フォトマスク用ブランク、並びに電子デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a multi-tone photomask, a multi-tone photomask blank, and a method for manufacturing an electronic device used for manufacturing an electronic device such as a liquid crystal display (LCD). In particular, a multi-tone photomask manufacturing method, multi-tone photomask blank, and electronic device suitable for use in manufacturing a thin film transistor substrate (TFT substrate) used in manufacturing a thin film transistor liquid crystal display device It relates to a manufacturing method.

現在、ＬＣＤの分野において、薄膜トランジスタ液晶表示装置（Thin Film TransistorLiquid Crystal Display：以下、ＴＦＴ−ＬＣＤと呼ぶ）は、ＣＲＴ（陰極線管）に比較して、薄型にしやすく消費電力が低いという利点から、現在商品化が急速に進んでいる。ＴＦＴ−ＬＣＤは、マトリックス状に配列された各画素にＴＦＴが配列された構造のＴＦＴ基板と、各画素に対応して、レッド、グリーン、及びブルーの画素パターンが配列されたカラーフィルターが液晶相の介在の下に重ね合わされた概略構造を有する。ＴＦＴ−ＬＣＤでは、製造工程数が多く、ＴＦＴ基板だけでも５〜６枚のフォトマスクを用いて製造されていた。このような状況の下、ＴＦＴ基板の製造を４枚のフォトマスクを用いて行う方法が提案されている。   Currently, in the field of LCDs, thin film transistor liquid crystal displays (hereinafter referred to as TFT-LCDs) are easier to make thinner and have lower power consumption than CRTs (cathode ray tubes). Commercialization is progressing rapidly. A TFT-LCD includes a TFT substrate having a structure in which TFTs are arranged in pixels arranged in a matrix, and a color filter in which red, green, and blue pixel patterns are arranged corresponding to each pixel. It has a schematic structure superimposed under the intervention of. In TFT-LCD, the number of manufacturing processes is large, and the TFT substrate alone is manufactured using 5 to 6 photomasks. Under such circumstances, a method of manufacturing a TFT substrate using four photomasks has been proposed.

この方法は、遮光部と透光部と半透光部（グレートーン部）を有するフォトマスク（３階調等の多階調フォトマスク）を用いることにより、使用するマスク枚数を低減するというものである。ここで、半透光部とは、マスクを使用してパターンを被転写体に転写する際、透過する露光光の透過量を所定量低減させ、被転写体上のフォトレジスト膜の現像後の残膜量を制御する部分をいい、そのような半透光部を、遮光部、透光部とともに備えているフォトマスクを多階調フォトマスク（グレートーンマスクとも呼ばれる。）という。   This method reduces the number of masks to be used by using a photomask (a multi-tone photomask having three gradations, etc.) having a light-shielding portion, a light-transmitting portion, and a semi-transparent portion (gray-tone portion) It is. Here, the semi-transparent portion means that when a pattern is transferred to a transfer object using a mask, the amount of exposure light transmitted therethrough is reduced by a predetermined amount, and the photoresist film on the transfer object after development is developed. A portion that controls the amount of remaining film is referred to. A photomask including such a semi-transparent portion together with a light-shielding portion and the light-transmitting portion is called a multi-tone photomask (also called a gray-tone mask).

ここで用いられる多階調フォトマスクとしては、上記半透光部が、パターン転写に使用するＬＣＤ用露光機の解像限界以下の微細パターンで形成されている構造のものが従来知られている。このような微細パターンタイプの半透光部は、遮光部と透光部の中間的なハーフトーン効果を持たせるための微細パターンをライン・アンド・スペースタイプにするのかドット（網点）タイプにするのか、或いはその他のパターンにするのかの選択があり、さらにライン・アンド・スペースタイプの場合、線幅をどのくらいにするのか、光が透過する部分と遮光される部分の比率をどうするか、全体の透過率をどの程度に設計するかなど、非常に多くのことを考慮して設計がなされなければならない。また、マスクの製造においても、線幅の中心値の管理、マスク内の線幅のばらつき管理など、非常に難しい生産技術が要求されていた。   As the multi-tone photomask used here, one having a structure in which the semi-translucent portion is formed with a fine pattern less than the resolution limit of an LCD exposure machine used for pattern transfer is conventionally known. . Such a fine pattern type semi-transparent portion is a line-and-space type or a dot (halftone dot) type of fine pattern for providing an intermediate halftone effect between the light-shielding portion and the light-transmitting portion. Or for other patterns, and in the case of the line and space type, what is the line width, what is the ratio between the light transmitting part and the light shielding part, and the entire transmission The design must take into account a great many things, such as how much the rate is designed. Also in the mask manufacturing, extremely difficult production techniques such as management of the center value of the line width and management of variation in the line width within the mask have been required.

そこで、半透光部を半透過性の半透光膜とすることが従来提案されている。この半透光膜を用いることで半透光部分の露光量を少なくしてハーフトーン露光することができる。半透光膜を用いる場合、設計においては全体の透過率がどのくらい必要かを検討し、マスクにおいては半透光膜の膜種（素材）であるとか膜厚を選択することでマスクの生産が可能となる。従って、マスクの製造では半透光膜の膜厚制御を行うだけで足り、比較的管理が容易である。また、例えばＴＦＴ基板のチャネル部を多階調フォトマスクの半透光部で形成する場合、半透光膜であればフォトリソグラフィー工程により容易にパターニングできるので、ＴＦＴチャネル部の形状が複雑なパターン形状であっても可能であるという利点がある。   Therefore, it has been conventionally proposed to use a semi-transmissive part as a semi-transmissive semi-transmissive film. By using this semi-transparent film, the half-tone exposure can be performed while reducing the exposure amount of the semi-translucent portion. When using a semi-transparent film, consider how much the overall transmittance is necessary in the design, and in the mask, the mask can be produced by selecting the film type (material) of the semi-transparent film or the film thickness. It becomes possible. Therefore, in the manufacture of the mask, it is sufficient to control the film thickness of the semi-translucent film, and management is relatively easy. For example, when the channel portion of the TFT substrate is formed by a semi-transparent portion of a multi-tone photomask, the pattern of the TFT channel portion is complicated because it can be easily patterned by a photolithography process if it is a semi-transparent film. There is an advantage that even a shape is possible.

このような半透光部を半透光膜で形成したハーフトーンマスクの製造方法が下記特許文献１に開示されている。
すなわち、透明基板上に半透明膜と遮光膜を有するブランクマスクに電子ビームレジストを塗布し、電子ビームの電荷量を制御することにより、上記レジストの一部が現像によっても所定の膜厚だけ残存する描画領域と、上記レジストが現像により完全に除去される描画領域とを形成し、現像により、上記レジストが２階調の膜厚になるようにパターニングを行い、この２階調の膜厚を有するレジストパターンとこれをアッシングにより減膜させたレジストパターンとをそれぞれ用いて上記遮光膜と半透明膜をそれぞれパターニングすることによりハーフトーンマスクを製造する方法である。 A method for manufacturing a halftone mask in which such a semi-transparent portion is formed of a semi-transparent film is disclosed in Patent Document 1 below.
That is, by applying an electron beam resist to a blank mask having a translucent film and a light-shielding film on a transparent substrate and controlling the charge amount of the electron beam, a part of the resist remains by a predetermined thickness even after development. Forming a drawing area and a drawing area where the resist is completely removed by development, and patterning is performed so that the resist has a film thickness of two gradations by development. In this method, a halftone mask is manufactured by patterning the light-shielding film and the semitransparent film, respectively, using a resist pattern having a resist pattern and a resist pattern obtained by reducing the resist pattern by ashing.

なお、例えば透明基板上に半透光膜と遮光膜を形成したマスクブランクを用いて、フォトリソグラフィー工程によるパターニングを少なくとも２回繰り返して遮光膜と半透光膜をそれぞれパターニングすることにより多階調（３階調）フォトマスクを製造する方法も知られているが、この特許文献１に開示されたハーフトーンマスクの製造方法によれば、描画工程が１度で済むため、フォトリソグラフィー工程によるパターニングを２回繰り返し行う場合における２度の描画工程のアライメントずれの問題がなく、さらにレジストパターンを形成するための現像工程も１度で済むといったメリットがある。   For example, by using a mask blank in which a semi-transparent film and a light-shielding film are formed on a transparent substrate, patterning by a photolithography process is repeated at least twice, thereby patterning the light-shielding film and the semi-transparent film, respectively. A method of manufacturing a (three gradations) photomask is also known, but according to the method of manufacturing a halftone mask disclosed in Patent Document 1, since a drawing process is only required once, patterning by a photolithography process is performed. There are advantages that there is no problem of misalignment in the two drawing processes when the process is repeated twice, and that the development process for forming the resist pattern only needs to be performed once.

特開２０００−７５４６６号公報JP 2000-75466 A

しかしながら、特許文献１に開示されたハーフトーンマスクの製造方法では、単層のレジスト層に対して、電子ビームの電荷量、つまり露光エネルギーを面内で増減することで、現像時の現像液にレジストが溶解する量を変化させ、レジストの残膜厚のコントロールを行うため、単に露光エネルギーだけでなくレジストの現像特性にも影響されるので、レジスト段差形成部分のレジストの膜厚を精密にコントロールすることが容易ではなかった。また、レジストの薄い部分（段差の低い部分）と、レジストの厚い部分（段差の高い部分）との高さを、それぞれ個別に所望の高さに正確に仕上げることが難しく、これらの問題が、最終的に形成されるフォトマスクのパターンの線幅精度にも影響するという不都合があった。 However, in the halftone mask manufacturing method disclosed in Patent Document 1, the amount of charge of an electron beam, that is, the exposure energy, is increased or decreased in a plane with respect to a single-layer resist layer, so that a developer at the time of development can be obtained. Since the amount of resist dissolved is changed to control the remaining resist film thickness, it is affected not only by the exposure energy but also by the resist development characteristics. It was not easy to do. In addition, it is difficult to accurately finish the height of the thin portion of the resist (low step portion) and the thick portion of the resist (high step portion) individually to the desired height. There is a disadvantage that it also affects the line width accuracy of the pattern of the photomask that is finally formed.

本発明は、以上説明した従来の問題点に鑑み、多階調フォトマスク等を製造するための、面内でレジスト残膜値の異なるレジスト段差構造を精度良く形成することができ、これによって精度の高いマスクパターンを形成できる多階調フォトマスクの製造方法、及び多階調フォトマスク用ブランク、並びに電子デバイスの製造方法を提供することを目的とする。 In view of the conventional problems described above, the present invention can accurately form resist step structures having different resist residual film values in a plane for manufacturing a multi-tone photomask and the like. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a multi-tone photomask capable of forming a high-mask pattern, a multi-tone photomask blank, and a method for manufacturing an electronic device.

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
（構成１）
透明基板上に、遮光部、透光部、及び露光光透過率を所定量低減させる半透光部からなるマスクパターンを有する多階調フォトマスクの製造方法であって、透明基板上に、半透光膜と遮光膜、及びそれぞれ異なる分光感度特性を有する第１レジスト層と第２レジスト層を含むレジスト膜が積層されたフォトマスクブランクを準備する工程と、前記レジスト膜に対して、所定の分光特性を持つ第１の露光光を用いて第１のパターンを描画し、次いで前記第１の露光光とは異なる分光特性を持つ第２の露光光を用いて第２のパターンを描画した後、前記レジスト膜を現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なる第１レジストパターンを形成する工程と、前記第１レジストパターンをマスクとして前記遮光膜及び半透光膜をエッチングする工程と、前記第１レジストパターンを所定量減膜させることによって第２レジストパターンを形成する工程と、前記第２レジストパターンをマスクとして少なくとも前記遮光膜をエッチングする工程と、を有することを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
(Configuration 1)
A method for manufacturing a multi-tone photomask having a mask pattern comprising a light-shielding portion, a light-transmitting portion, and a semi-transparent portion that reduces exposure light transmittance by a predetermined amount on a transparent substrate, the method comprising: A step of preparing a photomask blank in which a light-transmitting film, a light-shielding film, and a resist film including a first resist layer and a second resist layer having different spectral sensitivity characteristics are laminated; After drawing the first pattern using the first exposure light having the spectral characteristics and then drawing the second pattern using the second exposure light having the spectral characteristics different from the first exposure light And developing the resist film to form a first resist pattern having a different resist residual film value in a plane, and etching the light-shielding film and the semi-transparent film using the first resist pattern as a mask. And a step of forming a second resist pattern by reducing the film thickness of the first resist pattern by a predetermined amount, and a step of etching at least the light-shielding film using the second resist pattern as a mask. A method for manufacturing a multi-tone photomask.

（構成２）
前記第１レジスト層と第２レジスト層のいずれにもポジ型レジストを用い、前記第１の露光光を用いた描画により前記マスクパターンの透光部と半透光部に対応する領域を露光し、前記第２の露光光を用いた描画により前記マスクパターンの透光部に対応する領域を露光することを特徴とする構成１に記載の多階調フォトマスクの製造方法。 (Configuration 2)
A positive resist is used for both the first resist layer and the second resist layer, and regions corresponding to the light-transmitting portion and the semi-light-transmitting portion of the mask pattern are exposed by drawing using the first exposure light. The method for producing a multi-tone photomask according to Configuration 1, wherein a region corresponding to a light transmitting portion of the mask pattern is exposed by drawing using the second exposure light.

（構成３）
前記第１レジストパターンは、少なくとも前記レジスト膜のレジスト層の数と同じ数の段差を形成した段差構造を有することを特徴とする構成１又は２に記載の多階調フォトマスクの製造方法。 (Configuration 3)
The method for manufacturing a multi-tone photomask according to Configuration 1 or 2, wherein the first resist pattern has a step structure in which at least the same number of steps as the number of resist layers of the resist film are formed.

（構成４）
透明基板上に、遮光部、透光部、及び露光光透過率を所定量低減させる半透光部からなるマスクパターンを有する多階調フォトマスクの製造に用いる多階調フォトマスク用ブランクであって、透明基板上に、半透光膜と遮光膜とレジスト膜がこの順に積層され、前記レジスト膜は、互いに異なる分光感度特性を有する第２レジスト層と第１レジスト層がこの順に積層されてなり、前記レジスト膜に対して、所定の分光特性を持つ第１の露光光を用いて第１のパターンを描画し、次いで前記第１の露光光とは異なる分光特性を持つ第２の露光光を用いて第２のパターンを描画した後、前記レジスト膜を現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なるレジストパターンを形成するにあたって、描画及び現像後のレジスト残膜率で感度を比較した場合、前記第１レジスト層は、前記第２の露光光に対する感度が、前記第１の露光光に対する感度よりも低く、かつ、前記第２レジスト層は、前記第１の露光光に対する感度が、前記第２の露光光に対する感度よりも低いことを特徴とする多階調フォトマスク用ブランク。 (Configuration 4)
A blank for a multi-tone photomask used for manufacturing a multi-tone photomask having a mask pattern comprising a light-shielding portion, a light-transmitting portion, and a semi-light-transmitting portion that reduces the exposure light transmittance by a predetermined amount on a transparent substrate. A semi-transparent film, a light-shielding film, and a resist film are laminated in this order on a transparent substrate, and the resist film has a second resist layer and a first resist layer having different spectral sensitivity characteristics laminated in this order. The first pattern is drawn on the resist film using the first exposure light having a predetermined spectral characteristic, and then the second exposure light having a spectral characteristic different from that of the first exposure light. After the second pattern is drawn using, the resist film is developed to form a resist pattern having a different resist residual value within the surface. In this case, the first resist layer is less sensitive to the second exposure light than the first exposure light, and the second resist layer is less sensitive to the first exposure light. A multi-tone photomask blank, wherein the sensitivity is lower than the sensitivity to the second exposure light.

（構成５）
前記第１レジスト層の分光感度の最大値を与える波長と、前記第２レジスト層の分光感度の最大値を与える波長との差が、５０〜７００ｎｍの範囲であることを特徴とする構成４に記載の多階調フォトマスク用ブランク。 (Configuration 5)
The configuration 4 is characterized in that a difference between a wavelength giving the maximum spectral sensitivity of the first resist layer and a wavelength giving the maximum spectral sensitivity of the second resist layer is in the range of 50 to 700 nm. The blank for multi-tone photomasks described.

（構成６）
前記第１レジスト層は、前記第１の露光光の照射後に、前記第２の露光光に対する透過率が、６０％以上、１００％未満の範囲であることを特徴とする構成４又は５に記載の多階調フォトマスク用ブランク。 (Configuration 6)
6. The configuration 4 or 5, wherein the first resist layer has a transmittance with respect to the second exposure light of 60% or more and less than 100% after the irradiation with the first exposure light. Blank for multi-tone photomask.

（構成７）
前記第１レジスト層は、ｇ線（波長４３６ｎｍ）用ポジ型レジストを含有し、前記第２レジスト層は、ｉ線（波長３６５ｎｍ）用ポジ型レジストを含有することを特徴とする構成４乃至６のいずれか一項に記載の多階調フォトマスク用ブランク。 (Configuration 7)
The first resist layer contains a positive resist for g-line (wavelength 436 nm), and the second resist layer contains a positive resist for i-line (wavelength 365 nm). The multi-tone photomask blank according to any one of the above.

（構成８）
前記第１レジスト層と前記第２レジスト層の膜厚はそれぞれ１０μｍ以下であることを特徴とする構成４乃至７のいずれか一項に記載の多階調フォトマスク用ブランク。 (Configuration 8)
The multi-tone photomask blank according to any one of Structures 4 to 7, wherein the film thicknesses of the first resist layer and the second resist layer are each 10 μm or less.

（構成９）
基板上に、電子デバイスを構成する複数の薄膜層が積層され、その上に、それぞれ異なる分光感度特性を有する複数のレジスト層を含むレジスト膜が積層された被加工体を用意し、前記レジスト膜に対して、それぞれ異なる分光特性を持つ複数の露光光を順番に用いて各々所定のパターンを描画した後、前記レジスト膜を現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なる第１レジストパターンを形成し、前記第１レジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングし、次に、前記第１レジストパターンを所定量減膜させることによって第２レジストパターンを形成し、次いで、前記第２レジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングし、さらに前記第２レジストパターンを所定量減膜させ、この減膜させたレジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングする工程を必要な回数繰り返すことにより、前記複数の薄膜層をパターニングすることを特徴とする電子デバイスの製造方法。 (Configuration 9)
A workpiece is prepared by laminating a plurality of thin film layers constituting an electronic device on a substrate and laminating a resist film including a plurality of resist layers each having different spectral sensitivity characteristics. In contrast, a plurality of exposure light beams having different spectral characteristics are sequentially used to draw a predetermined pattern, and then the resist film is developed, whereby a first resist pattern having different resist residual film values in the plane is obtained. And etching at least a part of the plurality of thin film layers using the first resist pattern as a mask, and then forming a second resist pattern by reducing the thickness of the first resist pattern by a predetermined amount. Then, at least a part of the plurality of thin film layers is etched using the second resist pattern as a mask, and the second resist is further etched. Patterning the plurality of thin film layers by repeating a process of etching at least a part of the plurality of thin film layers as many times as necessary by reducing the pattern by a predetermined amount and using the reduced resist pattern as a mask. An electronic device manufacturing method characterized by the above.

本発明によれば、それぞれ異なる分光感度特性を有する例えば２層のレジスト層を含むレジスト膜に対して、それぞれ異なる分光特性を持つ例えば２つの露光光を順番に用いて各々所定のパターンを描画した後、現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なるレジストパターンを形成することにより、多階調フォトマスク等を製造するための、面内でレジスト残膜値の異なるレジスト段差構造を精度良く形成することができ、これによって精度の高いマスクパターンを形成できる多階調フォトマスクを得ることができる。また、本発明によれば、このような多階調フォトマスクを製造するために好適に用いられる多階調フォトマスク用ブランクを提供することができる。
さらに、本発明によれば、多階調フォトマスクと同様、精度の高いパターン加工ができる電子デバイスの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a predetermined pattern is drawn using, for example, two exposure lights having different spectral characteristics in order with respect to a resist film including, for example, two resist layers having different spectral sensitivity characteristics. Later, by developing, by forming resist patterns with different resist residual film values in the plane, it is possible to accurately produce resist step structures with different resist residual film values in the plane for manufacturing multi-tone photomasks, etc. A multi-tone photomask that can be formed well and can form a highly accurate mask pattern can be obtained. Moreover, according to this invention, the blank for multi-tone photomasks used suitably for manufacturing such a multi-tone photomask can be provided.
Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing an electronic device that can perform pattern processing with high accuracy, like a multi-tone photomask.

本発明の多階調フォトマスクの製造方法を工程順に説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the multi-tone photomask of this invention to process order. 本発明による電子デバイスの製造方法を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the electronic device by this invention.

以下、本発明を実施の形態に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の多階調フォトマスクの製造方法を工程順に説明するための概略断面図である。ここでは、３階調のフォトマスクの製造例を示す。
本発明によって得られる多階調フォトマスク２０（図１（ｈ）参照）は、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やカラーフィルター、またはプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）などを製造するために用いられるものである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the multi-tone photomask of the present invention in the order of steps. Here, an example of manufacturing a three-tone photomask is shown.
The multi-tone photomask 20 (see FIG. 1 (h)) obtained by the present invention is used for manufacturing a thin film transistor (TFT), a color filter, a plasma display panel (PDP), etc. of a liquid crystal display (LCD), for example. It is used.

上記多階調フォトマスク２０は、具体的には、当該フォトマスク２０の使用時に露光光を遮光（透過率が略０％）させる遮光部２１と、透明基板１の表面が露出した露光光を透過させる透光部２２と、透光部２２の露光光透過率を１００％としたとき透過率を２０〜８０％、好ましくは、４０〜６０％程度に低減させる半透光部２３とを有して構成される。半透光部２３は、ガラス基板等の透明基板１上に光半透過性の半透光膜２が形成されて構成される。また、遮光部２１は、透明基板１上に、上記半透光膜２と遮光性の遮光膜３との積層膜により構成される。なお、図１に示す遮光部２１、透光部２２、及び半透光部２３のパターン形状はあくまでも代表的な一例であって、本発明をこれに限定する趣旨ではないことは勿論である。 Specifically, the multi-tone photomask 20 includes a light shielding portion 21 that shields exposure light (transmittance is approximately 0%) when the photomask 20 is used, and exposure light with the surface of the transparent substrate 1 exposed. A translucent portion 22 that transmits light and a semi-translucent portion 23 that reduces the transmittance to 20 to 80%, preferably about 40 to 60% when the exposure light transmittance of the translucent portion 22 is 100%. Configured. The translucent part 23 is configured by forming a translucent semi-transparent film 2 on a transparent substrate 1 such as a glass substrate. The light shielding portion 21 is formed of a laminated film of the semi-transparent film 2 and the light shielding film 3 on the transparent substrate 1. Note that the pattern shapes of the light shielding portion 21, the light transmitting portion 22, and the semi-light transmitting portion 23 shown in FIG. 1 are merely representative examples, and it is needless to say that the present invention is not limited thereto.

本発明による多階調フォトマスクの製造方法に好ましく用いられる多階調フォトマスク用ブランク（以下、「フォトマスクブランク」と呼ぶ。）を図１（ａ）に示す。
図１（ａ）に示すフォトマスクブランク１０は、透明基板１上に、半透光膜２と遮光膜３とレジスト膜４がこの順に積層されてなり、このレジスト膜４は、互いに異なる分光感度特性を有する上層の第１レジスト層４ａと下層の第２レジスト層４ｂとの積層構成からなる。 FIG. 1A shows a multi-tone photomask blank (hereinafter referred to as “photomask blank”) preferably used in the method for producing a multi-tone photomask according to the present invention.
A photomask blank 10 shown in FIG. 1A is formed by laminating a semi-transparent film 2, a light-shielding film 3, and a resist film 4 in this order on a transparent substrate 1, and the resist film 4 has different spectral sensitivities. It has a laminated structure of an upper first resist layer 4a having characteristics and a lower second resist layer 4b.

上記透明基板１としては例えばガラス基板が用いられ、特に石英ガラス基板が好適である。
上記半透光膜２の材質としては、例えばクロム化合物、モリブデンシリサイド化合物、Ｓｉ、Ｗ、Ａｌ等が挙げられる。このうち、クロム化合物には、酸化クロム(ＣｒＯｘ)、窒化クロム(ＣｒＮｘ)、酸窒化クロム(ＣｒＯｘＮ)、フッ化クロム(ＣｒＦｘ)や、これらに炭素や水素を含むものがある。また、モリブデンシリサイド化合物としては、ＭｏＳｉｘのほか、ＭｏＳｉの窒化物、酸化物、酸化窒化物、炭化物などが含まれる。また、たとえば露光光透過率の異なる複数の半透光部を形成する場合に、半透光膜を材質の異なる複数の積層膜構成とすることもできる。上記半透光部２３の透過率は、半透光膜２の膜材質と膜厚との選定によって設定される。 As the transparent substrate 1, for example, a glass substrate is used, and a quartz glass substrate is particularly preferable.
Examples of the material of the semi-transparent film 2 include a chromium compound, a molybdenum silicide compound, Si, W, and Al. Among these, chromium compounds include chromium oxide (CrOx), chromium nitride (CrNx), chromium oxynitride (CrOxN), chromium fluoride (CrFx), and those containing carbon and hydrogen. In addition to MoSix, molybdenum silicide compounds include MoSi nitrides, oxides, oxynitrides, carbides, and the like. For example, when a plurality of semi-transparent portions having different exposure light transmittances are formed, the semi-transparent film may be formed of a plurality of laminated films made of different materials. The transmittance of the semi-translucent portion 23 is set by selecting the film material and the film thickness of the semi-transparent film 2.

また、上記遮光膜３の材質としては、例えばＣｒ、Ｓｉ、Ｗ、Ａｌなどが挙げられる。遮光膜３は単層としても積層構成としてもよい。例えば、クロム等を主成分とする遮光層と酸化クロム等を主成分とする反射防止層の積層構成とすることができる。なお、上記遮光部２１は、上記半透光膜２と遮光膜３との積層によって、光学濃度が３．０以上であることが好適である。 Examples of the material of the light shielding film 3 include Cr, Si, W, and Al. The light shielding film 3 may be a single layer or a laminated structure. For example, a laminated structure of a light shielding layer mainly composed of chromium or the like and an antireflection layer mainly composed of chromium oxide or the like can be employed. The light-shielding portion 21 preferably has an optical density of 3.0 or more due to the lamination of the semi-translucent film 2 and the light-shielding film 3.

また、上記レジスト膜４を構成する第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂは、互いに異なる分光感度特性を有し、それぞれ異なる分光特性を持つ露光光を用いて描画することにより、それぞれのレジスト層ごとに所望のパターンを形成することが可能である。   In addition, the first resist layer 4a and the second resist layer 4b constituting the resist film 4 have different spectral sensitivity characteristics, and are drawn using exposure light having different spectral characteristics, whereby each resist It is possible to form a desired pattern for each layer.

それぞれのレジストの分光感度特性の違いは、それぞれのレジストの分光感度曲線などから、最大感度を与える光の波長の値や、最大感度の強度、感度を有する波長域の幅などを比較することで把握できる。本発明は、特にレジスト感度の波長依存性を利用して、分光感度特性の異なる複数のレジスト層を積層し、波長の異なる複数の露光光をもちいて、それぞれのレジスト層を個々に感光させ、それぞれのレジスト残膜値を制御しようとするものである。従って、本発明では、レジスト感度の波長依存性を示すパラメーターの一つである、分光感度の最大値を与える光の波長の値を比較することで、レジストの分光感度特性の違いを判断することが好適である。 The difference in spectral sensitivity characteristics of each resist can be found by comparing the wavelength value of light giving maximum sensitivity, the intensity of maximum sensitivity, the width of the wavelength range with sensitivity, etc. from the spectral sensitivity curves of each resist. I can grasp. The present invention, in particular, utilizing the wavelength dependence of resist sensitivity, laminating a plurality of resist layers having different spectral sensitivity characteristics, using a plurality of exposure light having different wavelengths, and individually exposing each resist layer, The resist residual film value is to be controlled. Therefore, in the present invention, the difference in the spectral sensitivity characteristics of the resist is determined by comparing the wavelength value of the light that gives the maximum value of the spectral sensitivity, which is one of the parameters indicating the wavelength dependence of the resist sensitivity. Is preferred.

例えば本実施の形態においては、上記第１レジスト層４ａの分光感度の最大値を与える波長と、上記第２レジスト層４ｂの分光感度の最大値を与える波長との差が、５０〜７００ｎｍの範囲であることが好ましい。通常の光学レンズなどを利用して扱える光としては、大気中で扱えない真空紫外線を含む短波長の光と、通常の光学レンズで扱えない１０００ｎｍ以上の長波長の光との間に存在する３００〜１０００ｎｍの波長の範囲となる。従ってこの範囲の中で最大の波長差は７００ｎｍとなる。本発明者の検討によれば、その範囲の中で、レジストの分光感度を比較したときに、本発明を実施するためには最大感度に対応する波長の差が５０ｎｍ以上有ったほうが好ましい。さらには、それぞれのレジストの最大感度に対応する波長の差は、１００ｎｍ以上であることより好適である。
本実施の形態においては、例えば、上層の第１レジスト層４ａは、ｇ線（波長４３６ｎｍ）用ポジ型レジストを含有し、下層の第２レジスト層４ｂは、ｉ線（波長３６５ｎｍ）用ポジ型レジストを含有することができる。 For example, in the present embodiment, the difference between the wavelength giving the maximum spectral sensitivity of the first resist layer 4a and the wavelength giving the maximum spectral sensitivity of the second resist layer 4b is in the range of 50 to 700 nm. It is preferable that The light that can be handled using a normal optical lens or the like is present between short-wavelength light including vacuum ultraviolet rays that cannot be handled in the atmosphere and long-wavelength light of 1000 nm or more that cannot be handled by a normal optical lens. The wavelength range is ˜1000 nm. Therefore, the maximum wavelength difference in this range is 700 nm. According to the study of the present inventor, when the spectral sensitivity of the resist is compared within the range, it is preferable that the wavelength difference corresponding to the maximum sensitivity is 50 nm or more in order to carry out the present invention. Furthermore, the difference in wavelength corresponding to the maximum sensitivity of each resist is more preferably 100 nm or more.
In the present embodiment, for example, the upper first resist layer 4a contains a g-line (wavelength 436 nm) positive resist, and the lower second resist layer 4b is an i-line (wavelength 365 nm) positive type. A resist can be contained.

なお、上記レジスト膜４を構成する各レジスト層には、ポジ型レジスト、ネガ型レジストのいずれも使用できる。場合によっては、例えば第１レジスト層をポジ型、第２レジスト層をネガ型として本発明を実施することが出来る。あるいは、第１レジスト層をネガ型、第２レジスト層をポジ型とすることも出来る。本発明では特に微細パターンの形成に有利なポジ型レジストの使用が好適である。   For each resist layer constituting the resist film 4, either a positive resist or a negative resist can be used. In some cases, for example, the first resist layer can be a positive type and the second resist layer can be a negative type. Alternatively, the first resist layer can be a negative type and the second resist layer can be a positive type. In the present invention, it is particularly preferable to use a positive resist which is advantageous for forming a fine pattern.

レジストの塗布方法としては、レジスト塗布の膜厚精度を高めるために、必要な精度を実現できる塗布方法を選択することが出来る。例えば、スピンコーター、ＣＡＰコーター、ダイコーター、スプレーコーターなどが適用できる。それぞれのレジスト塗布の後は、加熱によるベークや真空乾燥など、必要に応じた後処理を行うことが出来る。 As a resist coating method, a coating method capable of realizing necessary accuracy can be selected in order to increase the film thickness accuracy of resist coating. For example, a spin coater, a CAP coater, a die coater, a spray coater, etc. can be applied. After each resist application, post-processing as required, such as baking by heating or vacuum drying, can be performed.

本発明では、レジスト膜は少なくとも２層のレジスト層の積層からなるため、レジスト塗布の際、先に塗布したレジスト層が次に塗布したレジスト液に含まれる溶媒の影響で剥がれてしまったり、次に塗布したレジストと混合してしまったりすることを防ぐことが必要である。例えば、それぞれが混合しない溶媒を使ったレジストを選択したり、レジスト塗布毎に適切なベークを行ったりすることが好適である。また、露光や現像、エッチングなどのプロセスに支障を与えず、所望のレジスト段差を形成でき、かつレジスト段差の減膜を妨げない条件を満たすような中間層をレジスト層間に設けることで、レジスト同士の混合を防ぐことも可能である。 In the present invention, since the resist film is composed of a laminate of at least two resist layers, the resist layer previously applied may be peeled off due to the influence of the solvent contained in the resist solution applied next, It is necessary to prevent the resist from being mixed with the resist applied to the substrate. For example, it is preferable to select a resist that uses a solvent that does not mix with each other, or to perform appropriate baking for each resist application. In addition, by providing an intermediate layer between resist layers that does not interfere with processes such as exposure, development, and etching, can form a desired resist level difference, and does not prevent film reduction of the resist level difference. It is also possible to prevent mixing.

また、それぞれのレジスト層の厚さは、レジスト層を透過する際の露光光の減衰による影響やパターン形成精度などを考慮して最大１０μｍ程度とすることが好ましい。各レジスト層の膜厚がこれよりも厚い場合は、精度の高い塗布が難しくなってくること、現像による残膜量のコントロールが難しくなってくること、露光光がレジスト層を透過する際の露光光の減衰により、レジスト層中にレジスト膜面に対して垂直な方向に感光度の勾配が生じ、レジスト層中において深さによってレジストの感光度合いが異なってしまう現象が顕著になる等、これらの諸原因により、高精度なレジストパターンを形成することが難しくなる。一方、レジストとしての機能を持たせるためには、最小膜厚は０．３μｍ程度とすることが必要である。 The thickness of each resist layer is preferably about 10 μm at maximum considering the influence of attenuation of exposure light when passing through the resist layer, pattern formation accuracy, and the like. If the thickness of each resist layer is thicker than this, it will be difficult to apply with high accuracy, it will be difficult to control the amount of the remaining film by development, and exposure when exposure light passes through the resist layer. Due to the attenuation of light, the photosensitivity gradient occurs in the resist layer in a direction perpendicular to the resist film surface, and the phenomenon that the photosensitivity of the resist varies depending on the depth in the resist layer becomes significant. Due to various causes, it becomes difficult to form a highly accurate resist pattern. On the other hand, in order to provide a function as a resist, the minimum film thickness is required to be about 0.3 μm.

次に、本発明により、上記フォトマスクブランク１０を用いて多階調フォトマスクを製造する方法を、図１（ｂ）乃至（ｈ）に示した工程に従って説明する。
まず、上記フォトマスクブランク１０のレジスト膜４に対して、所定の分光特性を持つ第１の露光光５を用いて第１のパターンを描画し（図１（ｂ）参照）、次いで第１の露光光５とは異なる分光特性を持つ第２の露光光６を用いて第２のパターンを描画する（同図（ｃ）参照）。図１に示した本実施の形態においては、第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂのいずれにもポジ型レジストを用い、上層の第１レジスト層４ａに対して、第１の露光光５を用いたパターン描画により、最終的に形成されるマスクパターンの透光部と半透光部に対応する領域を露光し、次いで下層の第２レジスト層４ｂに対して、第２の露光光６を用いたパターン描画によりマスクパターンの透光部に対応する領域を露光している。 Next, a method of manufacturing a multi-tone photomask using the photomask blank 10 according to the present invention will be described according to the steps shown in FIGS.
First, a first pattern is drawn on the resist film 4 of the photomask blank 10 using the first exposure light 5 having a predetermined spectral characteristic (see FIG. 1B), and then the first pattern is drawn. A second pattern is drawn using the second exposure light 6 having a spectral characteristic different from that of the exposure light 5 (see FIG. 5C). In the present embodiment shown in FIG. 1, a positive resist is used for both the first resist layer 4a and the second resist layer 4b, and the first exposure light 5 is applied to the upper first resist layer 4a. By exposing the region corresponding to the translucent part and semi-translucent part of the mask pattern to be finally formed by pattern drawing using, the second exposure light 6 is then applied to the lower second resist layer 4b. An area corresponding to the light-transmitting portion of the mask pattern is exposed by pattern drawing using the.

描画後の現像によって形成されるレジストパターンにおいては、上記第２レジスト層４ｂによって、レジスト段差の膜厚の薄い領域からなる部分を形成し、上記第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂの積層によって、レジスト段差の膜厚の厚い領域からなる部分を形成する。露光直前のレジスト膜厚を最大の膜厚として、露光量を変化させることにより、レジストの重合度や溶媒への溶解度などの特性を変化させ、現像後の第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂのそれぞれの膜厚（レジスト段差）をコントロールできる。第１レジスト層４ａ及び第２レジスト層４ｂのそれぞれの分光感度分布や分光透過率、第１の露光光５及び第２の露光光６の分光スペクトル特性や単色性などを考慮して、使いやすいレジストと露光光の組み合わせを選択することが出来る。 In the resist pattern formed by development after drawing, the second resist layer 4b is used to form a portion consisting of a region having a thin resist step, and the first resist layer 4a and the second resist layer 4b are laminated. Thus, a portion composed of a region having a thick resist step is formed. The first resist layer 4a and the second resist layer after development are changed by changing the exposure amount by changing the exposure amount with the resist film thickness just before the exposure being the maximum film thickness. Each film thickness (resist step) of 4b can be controlled. It is easy to use in consideration of the spectral sensitivity distribution and spectral transmittance of the first resist layer 4a and the second resist layer 4b, the spectral characteristics of the first exposure light 5 and the second exposure light 6, the monochromaticity, etc. A combination of resist and exposure light can be selected.

本実施の形態においては、上層の第１レジスト層４ａを感光させるために第１の露光光５を用い、下層の第２レジスト層４ｂを感光させるために第２の露光光６を用いている。従って、描画及び現像後のレジスト残膜率で感度を比較した場合、第１レジスト層４ａは、第２の露光光６に対する感度が、第１の露光光５に対する感度よりも低く、かつ、第２レジスト層４ｂは、第１の露光光５に対する感度が、第２の露光光６に対する感度よりも低いことが望ましい。
ここで、レジスト残膜率とは、露光前のレジスト層の厚さを１００％として、露光・現像後に残存するレジスト層の厚さを百分率で示したものである。例えば膜厚１０００ｎｍのレジスト層に露光、現像を行い、残ったレジスト膜厚が６５０ｎｍだったとすると、レジスト残膜率は６５．０％となる。 In the present embodiment, the first exposure light 5 is used to sensitize the upper first resist layer 4a, and the second exposure light 6 is used to sensitize the lower second resist layer 4b. . Therefore, when the sensitivity is compared based on the resist remaining film ratio after drawing and development, the first resist layer 4a has lower sensitivity to the second exposure light 6 than the sensitivity to the first exposure light 5, and The sensitivity of the two resist layers 4b to the first exposure light 5 is desirably lower than the sensitivity to the second exposure light 6.
Here, the resist residual film ratio is the percentage of the resist layer remaining after exposure / development with the thickness of the resist layer before exposure being 100%. For example, if exposure and development are performed on a resist layer having a thickness of 1000 nm and the remaining resist thickness is 650 nm, the resist remaining film ratio is 65.0%.

上記の感度が低いとは、例えば、第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂに同じ条件の露光と現像を行ったときに、残膜率の数値が大きいほうの感度が低いといえる。第１レジストの残膜率が８０％で、第２レジストの残膜率が７０％であれば、該露光光に対して、第１レジストの感度が低いということが出来る。 When the sensitivity is low, for example, it can be said that when the first resist layer 4a and the second resist layer 4b are exposed and developed under the same conditions, the sensitivity with the larger value of the remaining film ratio is lower. If the remaining film ratio of the first resist is 80% and the remaining film ratio of the second resist is 70%, it can be said that the sensitivity of the first resist is low with respect to the exposure light.

ここで、第１レジスト層と第２レジスト層のいずれもポジ型レジストの場合、第２の露光光６を用いて露光後に現像した第１レジスト層４ａの残膜率が７０％以上で、第２レジストの残膜率が実質上０％であり、第１の露光光５を用いて露光後に現像した第２レジスト層４ｂの残膜率が７０％以上で、第１レジストの残膜率が実質上０％であれば、本発明を良好に実施することが出来る。この残膜率が５０％以下となると、第１レジスト層と第２レジスト層の段差の差が小さくなる。 Here, when both the first resist layer and the second resist layer are positive resists, the residual film ratio of the first resist layer 4a developed after the exposure using the second exposure light 6 is 70% or more, The residual film ratio of the two resists is substantially 0%, the residual film ratio of the second resist layer 4b developed after exposure using the first exposure light 5 is 70% or more, and the residual film ratio of the first resist is If it is substantially 0%, this invention can be implemented favorably. When the remaining film ratio is 50% or less, the difference in level difference between the first resist layer and the second resist layer is reduced.

本実施の形態においては、最初に第１の露光光５を用いて上層の第１レジスト層４ａを露光し、次いで第２の露光光６を用いて下層の第２レジスト層４ｂの露光を実施することが好適である。その理由は、レジストには、露光光を照射されることにより光反応し、レジストのパターン形成に寄与する材料が含まれている。これらの光反応を行う材料は、露光光などの特定の光を吸収して反応を終えた後は別の特性を持った材料へと変化していることが多く、このため光反応前の材料は減少し、その結果、特定の波長を含む光に対して透過率等の光学特性が変化することがある。従って、先に下層の第２レジスト層４ｂを第２の露光光６を用いて露光した場合、この第２の露光光６は上層の第１レジスト層４ａを通過してくるため、この時、第２の露光光６によって露光された第１レジスト層４ａの透過率などの光学特性が変化する場合があり、その後で第１の露光光５を用いて上層の第１レジスト層４ａを露光する場合のパターン精度等に不具合を生じる場合があるからである。これに対し、最初に第１の露光光５を用いて上層の第１レジスト層４ａを露光した際に第１レジスト層４ａの光学特性が変化したとしても、第１レジスト層４ａでのパターン形成は完了しているため、続く下層の第２レジスト層４ｂに対する第２の露光光６の透過を妨げない限り、不都合は生じない。 In the present embodiment, first, the upper first resist layer 4 a is exposed using the first exposure light 5, and then the lower second resist layer 4 b is exposed using the second exposure light 6. It is preferable to do. The reason is that the resist contains a material that reacts when exposed to exposure light and contributes to the formation of the resist pattern. These photoreactive materials often change to materials with different characteristics after the reaction has been completed by absorbing specific light such as exposure light. As a result, optical characteristics such as transmittance may change for light including a specific wavelength. Accordingly, when the lower second resist layer 4b is first exposed using the second exposure light 6, the second exposure light 6 passes through the upper first resist layer 4a. Optical characteristics such as the transmittance of the first resist layer 4a exposed by the second exposure light 6 may change, and the first exposure light 5 is then used to expose the upper first resist layer 4a. This is because a problem may occur in the pattern accuracy and the like. On the other hand, even when the optical characteristics of the first resist layer 4a are changed when the first resist layer 4a is first exposed using the first exposure light 5, the pattern formation in the first resist layer 4a is performed. Is completed, no inconvenience arises unless the second exposure light 6 is prevented from passing through the subsequent second resist layer 4b.

ただし、下層の第２レジスト層４ｂを先に露光しても、上層の第１レジスト層４ａにおいて生じる光学特性の変化が、続く当該第１レジスト層４ａの露光時にパターン精度等に影響を与えない程度のものであればこの限りではない。 However, even if the lower second resist layer 4b is exposed first, the change in optical characteristics generated in the upper first resist layer 4a does not affect the pattern accuracy or the like during the subsequent exposure of the first resist layer 4a. This is not the case as long as it is about the same level.

なお、本実施の形態においては、上層の第１レジスト層４ａに対して、第１の露光光５を用いたパターン描画により、最終的に形成されるマスクパターンの透光部と半透光部に対応する領域が露光され、次いで下層の第２レジスト層４ｂに対して、第２の露光光６を用いたパターン描画によりマスクパターンの透光部に対応する領域が露光されるため、上層の第１レジスト層４ａにおいては、第１の露光光５の照射後に、その透光部領域が第２の露光光６によっても露光されることになる。従って、第２の露光光６が第２レジスト層４ｂの光反応に対して効率的に使用されるためには、第１レジスト層４ａは、第１の露光光５の照射後に、第２の露光光６に対する透過率が、６０％以上、１００％未満の範囲であることが望ましく、特に８０％以上、１００％未満であることが望ましい。
なお、光の透過率とは、ある物質を透過する際の透過直前と直後の光強度の割合から求めることとする。例えば、ある膜厚をもったレジスト層に入射する直前の光強度を１００％とした場合、該レジスト層を通過した直後の光強度が６５％にまで減衰していれば、このレジスト層の光の透過率は６５％である。 In the present embodiment, the light-transmitting portion and the semi-light-transmitting portion of the mask pattern that is finally formed by pattern drawing using the first exposure light 5 with respect to the upper first resist layer 4a. Then, the region corresponding to the translucent part of the mask pattern is exposed to the lower second resist layer 4b by pattern drawing using the second exposure light 6, so that the upper layer is exposed. In the first resist layer 4a, after the first exposure light 5 is irradiated, the translucent region is also exposed by the second exposure light 6. Therefore, in order for the second exposure light 6 to be efficiently used for the photoreaction of the second resist layer 4b, the first resist layer 4a is formed after the first exposure light 5 is irradiated with the second exposure light 5. The transmittance with respect to the exposure light 6 is desirably in the range of 60% or more and less than 100%, and particularly desirably 80% or more and less than 100%.
Note that the light transmittance is obtained from the ratio of the light intensity immediately before and after transmission through a certain substance. For example, assuming that the light intensity immediately before entering a resist layer having a certain film thickness is 100%, if the light intensity immediately after passing through the resist layer attenuates to 65%, the light of this resist layer The transmittance is 65%.

また、上記各露光光の露光量を面内で変化させることによって、各露光光により感光するレジスト層におけるレジスト残膜値を面内で異ならせるようにしてもよい。各露光光の露光量を面内で変化させると、レジスト層の層数による段差に加えて、それぞれのレジスト層の対しても、現像後、面内でレジスト膜厚の異なる構造とすることが出来る。したがって、２層のレジスト層を用い、各レジスト層においても２種類の厚さを持つ構造となるように露光光の露光量と照射エリアを調整すれば、全部で４種類の高さの異なる膜厚からなるレジスト段差構造を形成することが可能である。   Further, by changing the exposure amount of each exposure light in the plane, the resist residual film value in the resist layer exposed by each exposure light may be varied in the plane. When the exposure amount of each exposure light is changed in the plane, in addition to the step depending on the number of resist layers, each resist layer may have a structure in which the resist film thickness differs within the plane after development. I can do it. Therefore, if two resist layers are used, and the exposure amount and irradiation area of the exposure light are adjusted so that each resist layer has a structure having two types of thicknesses, a total of four types of films having different heights can be obtained. It is possible to form a resist step structure having a thickness.

また、レジスト層を２層だけでなく３層以上の複数層とした場合でも、それぞれのレジスト層によって段差を形成でき、少なくともレジスト層の数と同じ数の段差を形成することが出来る。さらには、この複数層レジストに対しても、各レジスト層の面内で露光量を変化させた場合、それぞれのレジスト層によって形成される段差構造に加えて、さらに段差構造を増やすことが出来る。 Even when the resist layer is not only two layers but also a plurality of layers of three or more layers, a step can be formed by each resist layer, and at least as many steps as the number of resist layers can be formed. Furthermore, for this multi-layer resist, when the exposure amount is changed in the plane of each resist layer, the step structure can be further increased in addition to the step structure formed by each resist layer.

ところで、露光光としては、水銀等やキセノンランプなどのブロードな波長領域を持つ光源に、透過光の一部を吸収又は反射させて分光特性を変えるカラーフィルターや干渉フィルターなどを用いて、分光特性を変えた２種類以上の光を使用することも出来る。また、単色光を使用できるレーザーやＬＥＤ光などを使用した場合は、第１の露光光と第２の露光光との分光強度分布にオーバーラップ部分をなくすることが出来、第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂを効果的に選択露光することが出来、本発明には好適である。例えば上層の第１レジスト層４ａはｇ線（波長４３６ｎｍ）用ポジ型レジスト、下層の第２レジスト層４ｂはｉ線（波長３６５ｎｍ）用ポジ型レジストである場合、第１レジスト層４ａに対する露光光として、Ｋｒイオンレーザー（波長４１３ｎｍ）、第２レジスト層４ｂに対する露光光として、ＹＡＧレーザーのＳＨＧ（波長３５５ｎｍ）等を使用することが可能である。 By the way, as exposure light, a light source having a broad wavelength region, such as mercury or a xenon lamp, is used with a color filter or an interference filter that changes a spectral characteristic by absorbing or reflecting a part of the transmitted light, and spectral characteristics. It is also possible to use two or more types of light that have changed. In addition, when a laser capable of using monochromatic light, LED light, or the like is used, an overlap portion can be eliminated from the spectral intensity distribution of the first exposure light and the second exposure light, and the first resist layer 4a. And the second resist layer 4b can be selectively exposed effectively, which is suitable for the present invention. For example, when the upper first resist layer 4a is a g-line (wavelength 436 nm) positive resist and the lower second resist layer 4b is an i-line (wavelength 365 nm) positive resist, exposure light to the first resist layer 4a is obtained. As the exposure light for the Kr ion laser (wavelength 413 nm) and the second resist layer 4b, YAG laser SHG (wavelength 355 nm) or the like can be used.

本発明では、第１の露光光を用いるパターン描画と第２の露光光を用いるパターン描画とを２回に分けて行うことも出来るが、レーザー光などを用いて描画する場合は、第１の露光光と第２の露光光に対応する２色のレーザー光を同時にスキャンしながらほぼ同一箇所を露光描画していくことができるため、描画時間の短縮や、２色のレーザーで描画したそれぞれの描画パターンの重ね合わせ精度の向上に効果的であり、本発明に好適な方法である。この場合は、２色のレーザー光のそれぞれが交差して、干渉などの悪影響が生じないようにレーザー光の配置等を考慮することが出来る。 In the present invention, the pattern drawing using the first exposure light and the pattern drawing using the second exposure light can be performed in two steps. However, when the drawing is performed using a laser beam or the like, Since it is possible to draw and draw almost the same part while simultaneously scanning the two colors of laser light corresponding to the exposure light and the second exposure light, the drawing time can be shortened and each of the two colors of laser light drawn can be drawn. This is effective in improving the overlay accuracy of the drawing pattern, and is a method suitable for the present invention. In this case, the arrangement of the laser light and the like can be taken into consideration so that the two color laser lights cross each other and no adverse effects such as interference occur.

次に、描画後の上記レジスト膜４の現像を行うことにより、上記第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂのそれぞれに形成した描画パターンによる段差構造を有する第１レジストパターン７を形成する（図１（ｄ）参照）。
描画後のレジスト膜４は、基本的にはそれぞれのレジストに適合した現像液によって現像されるが、第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂに、露光部と未露光部のアルカリに対する溶解度差によってパターン形成を行うポジ型レジストを用いた場合、第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂを一度に（同時に）現像することが出来るので、現像工程負荷が少なくなり好適である。勿論、それぞれのレジスト現像液が、他方のレジストに対して別段不都合を与えない場合は、上層のレジスト層から順に、異なる現像液（各レジスト層に適合した現像液）を順次使用して現像することも可能である。なお、レジスト膜４にネガ型レジストを使用した場合に関しても同様に現像液と現像方法を上記条件の範囲で選択することにより現像を好適に行うことができる。 Next, by developing the resist film 4 after drawing, a first resist pattern 7 having a step structure based on the drawing pattern formed on each of the first resist layer 4a and the second resist layer 4b is formed ( (Refer FIG.1 (d)).
The resist film 4 after drawing is basically developed with a developer suitable for each resist, but the first resist layer 4a and the second resist layer 4b are different in solubility between the exposed portion and the unexposed portion with respect to alkali. When a positive resist for pattern formation is used, the first resist layer 4a and the second resist layer 4b can be developed at the same time (simultaneously), which is preferable because the development process load is reduced. Of course, when each resist developer does not give any other inconvenience to the other resist, development is performed sequentially using different developers (developers suitable for each resist layer) in order from the upper resist layer. It is also possible. In the case where a negative resist is used for the resist film 4, development can be suitably performed by selecting a developer and a development method within the range of the above conditions.

このように、本発明によれば、それぞれ分光感度特性の異なる例えば２層のレジスト層からなるレジスト膜のそれぞれのレジスト層を露光するために、それぞれ分光特性（波長）の異なる複数の露光光を順番に利用して描画を行い、現像することによって、それぞれのレジスト層ごとに所望のパターンを形成することにより、面内でレジスト残膜値の異なるレジスト段差構造を精度良く形成することが出来る。
上記第１レジストパターン７は、少なくとも前記レジスト膜４のレジスト層の数と同じ数の段差を形成した段差構造を有する。 Thus, according to the present invention, in order to expose each resist layer of a resist film made of, for example, two resist layers having different spectral sensitivity characteristics, a plurality of exposure lights having different spectral characteristics (wavelengths) are used. By drawing and developing sequentially in order to form a desired pattern for each resist layer, it is possible to accurately form resist step structures having different resist residual film values within the plane.
The first resist pattern 7 has a step structure in which at least the same number of steps as the number of resist layers of the resist film 4 are formed.

次に、上記第１レジストパターン７をマスクとして、レジストパターンの無い例えば透光部形成領域の遮光膜３及び半透光膜２をウェットエッチングにより除去する（図１（ｅ）参照）。この場合、例えばクロム系の遮光膜のエッチング液としては、例えば、硝酸第２セリウムアンモニウム、モリブデンシリサイド系の半透光膜のエッチング液としては、例えば、フッ酸、ケイフッ酸、フッ化水素アンモニウム 等に過酸化水素、硫酸、硝酸等の酸化剤を加えたもの等をそれぞれ使用することができる。 Next, using the first resist pattern 7 as a mask, for example, the light shielding film 3 and the semi-transparent film 2 in the translucent part forming region without the resist pattern are removed by wet etching (see FIG. 1E). In this case, for example, as an etching solution for a chromium-based light shielding film, for example, ceric ammonium nitrate, and as an etching solution for a molybdenum silicide-based semi-transparent film, for example, hydrofluoric acid, silicofluoric acid, ammonium hydrogen fluoride, etc. Those obtained by adding an oxidizing agent such as hydrogen peroxide, sulfuric acid, nitric acid, etc. can be used.

次に、上記第１レジストパターン７をアッシング等により所定量減膜させて、上層の第１レジスト層４ａ部分と例えば半透光部形成領域上の薄いレジスト層（第２レジスト層４ｂ）部分を除去した第２レジストパターン８を形成する（図１（ｆ）参照）。 Next, the first resist pattern 7 is reduced by a predetermined amount by ashing or the like, so that the upper first resist layer 4a portion and, for example, the thin resist layer (second resist layer 4b) portion on the semi-translucent portion forming region are formed. The removed second resist pattern 8 is formed (see FIG. 1F).

そして、次にこの第２レジストパターン８をマスクとして、例えば半透光部領域上の露出している遮光膜３をウェットエッチングにより除去し、下層の半透光膜２を露出させる（図１（ｇ）参照）。
なお、遮光膜と半透光膜の各膜材料の組み合わせによって両者のエッチング選択性が低い場合、予め（マスクブランク製造段階で）遮光膜と半透光膜の間などにエッチングストッパー機能を有する膜を形成しておき、例えば上層の遮光膜のみをエッチングにより除去する場合、下層の半透光膜を保護するようにしてもよい。 Then, using the second resist pattern 8 as a mask, for example, the exposed light-shielding film 3 on the semi-transparent portion region is removed by wet etching to expose the lower semi-transparent film 2 (FIG. 1 ( g)).
When the etching selectivity between the light shielding film and the semi-transparent film is low due to the combination of the film materials, the film having an etching stopper function between the light shielding film and the semi-transparent film in advance (at the mask blank manufacturing stage). For example, when only the upper light shielding film is removed by etching, the lower semi-transparent film may be protected.

最後に残存した第２レジストパターン８を除去することにより、図１（ｈ）に示すような透明基板１上に、半透光膜２と遮光膜３の積層膜よりなる遮光部２１、透明基板１の露出している透光部２２、及び半透光膜２よりなる半透光部２３からなるマスクパターンを備える多階調（３階調）フォトマスク２０が出来上がる。 Finally, the remaining second resist pattern 8 is removed so that a light shielding portion 21 made of a laminated film of a semi-transparent film 2 and a light shielding film 3 is formed on the transparent substrate 1 as shown in FIG. A multi-gradation (three-gradation) photomask 20 having a mask pattern composed of the exposed translucent portion 22 and the semi-transparent portion 23 made of the semi-transparent film 2 is completed.

本発明によれば、上述のように、面内でレジスト残膜値の異なるレジスト段差構造を有するレジストパターンを精度良く形成することが出来るため、このレジストパターンを用いて、高精度パターン、特に線幅の高精度に制御されたパターンが形成された多階調フォトマスクの製造が可能となった。 According to the present invention, as described above, a resist pattern having a resist step structure having different resist residual film values within a plane can be formed with high accuracy. A multi-tone photomask in which a pattern with a highly accurate width is formed can be manufactured.

上述の実施の形態では、レジスト膜を２層構造としたが、レジスト層をさらに複数層とし、それぞれの露光光の露光量と照射エリアの調整などを実施してそれぞれのレジスト層毎に段差を形成することで、多段のレジスト段差構造をもったレジストパターンを形成出来る。このレジストパターンを用いて複数回のエッチングと、複数回のレジストパターンの減膜プロセスを組み合わせることで、透過率の異なる複数の半透光部と、遮光部、透光部を有する例えば４階調以上の多階調フォトマスクの作製にも本発明を利用できる。 In the above-described embodiment, the resist film has a two-layer structure. However, the resist layer is further formed into a plurality of layers, and the exposure amount of each exposure light and the adjustment of the irradiation area are carried out to provide a step difference for each resist layer. By forming the resist pattern, a resist pattern having a multi-step resist step structure can be formed. By using this resist pattern in combination with a plurality of etching steps and a plurality of resist pattern thinning processes, for example, four gradations having a plurality of semi-transparent portions, light-shielding portions, and light-transmitting portions having different transmittances. The present invention can also be used to fabricate the above multi-tone photomask.

また、本発明は、上述の多階調マスクと同様、本発明に従ってレジスト段差構造を持ったレジストパターンを形成し、このレジストパターンを用いる電子デバイスの製造方法についても提供するものである。
すなわち、本発明に係る電子デバイスの製造方法は、基板上に、電子デバイスを構成する複数の薄膜層が積層され、その上に、それぞれ異なる分光感度特性を有する複数のレジスト層を含むレジスト膜が積層された被加工体を用意し、前記レジスト膜に対して、それぞれ異なる分光特性を持つ複数の露光光を順番に用いて各々所定のパターンを描画した後、前記レジスト膜を現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なる第１レジストパターンを形成し、前記第１レジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングし、次に、前記第１レジストパターンを所定量減膜させることによって第２レジストパターンを形成し、次いで、前記第２レジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングし、さらに前記第２レジストパターンを所定量減膜させ、この減膜させたレジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングする工程を必要な回数繰り返すことにより、前記複数の薄膜層をパターニングすることを特徴とする。 The present invention also provides a method of manufacturing an electronic device using a resist pattern having a resist step structure according to the present invention, as in the case of the multi-tone mask described above.
That is, in the method for manufacturing an electronic device according to the present invention, a resist film including a plurality of thin film layers constituting an electronic device on a substrate and a plurality of resist layers each having different spectral sensitivity characteristics is formed on the substrate. By preparing a laminated workpiece and drawing a predetermined pattern on each of the resist films using a plurality of exposure lights having different spectral characteristics in order, and then developing the resist film, A first resist pattern having a different resist residual film value in a plane is formed, at least a part of the plurality of thin film layers is etched using the first resist pattern as a mask, and then the first resist pattern is defined. A second resist pattern is formed by quantitative film reduction, and then the plurality of thin film layers are reduced using the second resist pattern as a mask. A step of etching a part of the layer, further reducing the thickness of the second resist pattern by a predetermined amount, and etching at least a part of the plurality of thin film layers by using the reduced resist pattern as a mask. The plurality of thin film layers are patterned by repeating a number of times.

図２は、本発明による電子デバイスの製造方法を説明するための工程順の断面図である。ここでは、電子デバイスの例としてＴＦＴ基板の製造工程を説明する。
ガラス基板３０上に、ゲート電極用金属膜を形成し、フォトリソグラフィープロセスによりゲート電極３１を形成する。その後、ゲート絶縁膜３２、第１半導体膜３３（例えばａ−Ｓｉ）、第２半導体膜３４（例えばＮ＋ａ−Ｓｉ）、ソース／ドレイン用金属膜３５を積層し、さらにその上にそれぞれ異なる分光感度特性を有する第１レジスト層３６ａと第２レジスト層３６ｂを含むレジスト膜３６を積層する（図２（ａ）参照）。 FIG. 2 is a cross-sectional view in order of steps for explaining a method of manufacturing an electronic device according to the present invention. Here, a manufacturing process of a TFT substrate will be described as an example of an electronic device.
A metal film for a gate electrode is formed on the glass substrate 30, and a gate electrode 31 is formed by a photolithography process. Thereafter, a gate insulating film 32, a first semiconductor film 33 (for example, a-Si), a second semiconductor film 34 (for example, N + a-Si), and a source / drain metal film 35 are stacked, and further different spectral sensitivities are formed thereon. A resist film 36 including a first resist layer 36a and a second resist layer 36b having characteristics is stacked (see FIG. 2A).

次に、上記レジスト膜３６に対して、所定の分光特性を持つ第１の露光光と、第１の露光光とは異なる分光特性を持つ第２の露光光を順番に用いてそれぞれ所定のパターンを描画した後、レジスト膜３６を現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なる段差構造の第１レジストパターン３７を形成する（同図（ｂ）参照）。これによって、ＴＦＴチャネル部及びソース／ドレイン形成領域と、データライン形成領域を覆い、かつチャネル部形成領域がソース／ドレイン形成領域よりも薄くなった第１レジストパターン３７が形成される。 Next, with respect to the resist film 36, first exposure light having predetermined spectral characteristics and second exposure light having spectral characteristics different from the first exposure light are sequentially used to form predetermined patterns. Then, the resist film 36 is developed to form a first resist pattern 37 having a step structure having different resist residual film values in the plane (see FIG. 5B). As a result, a first resist pattern 37 is formed which covers the TFT channel portion and the source / drain formation region, the data line formation region, and the channel portion formation region is thinner than the source / drain formation region.

次に、上記第１レジストパターン３７をマスクとして、レジストパターンの無い領域のソース／ドレイン金属膜３５及び第２、第１半導体膜３４，３３をエッチングする（同図（ｃ）参照）。次いで、第１レジストパターン３７をアッシングにより減膜させることにより、チャネル部形成領域の薄いレジスト膜を除去した第２レジストパターン３８を形成する（同図（ｄ）参照）。しかる後、第２レジストパターン３８をマスクとして、ソース／ドレイン用金属膜３５をエッチングし、ソース／ドレイン３５ａ、３５ｂが形成され、次いで第２半導体膜３４をエッチングし、最後に残存した第２レジストパターン３８を除去する（同図（ｅ）、（ｆ）参照）。 Next, using the first resist pattern 37 as a mask, the source / drain metal film 35 and the second and first semiconductor films 34 and 33 in the region without the resist pattern are etched (see FIG. 5C). Next, the first resist pattern 37 is reduced by ashing to form a second resist pattern 38 from which the thin resist film in the channel portion formation region is removed (see FIG. 4D). Thereafter, using the second resist pattern 38 as a mask, the source / drain metal film 35 is etched to form the source / drains 35a and 35b, then the second semiconductor film 34 is etched, and finally the remaining second resist The pattern 38 is removed (see FIGS. 9E and 9F).

このようにして、線幅の高度に制御されたＴＦＴ基板を製造することが出来る。この場合でも、多階調マスクと同様に、レジスト層をさらに複層化し、それぞれの露光光の露光量と照射エリアの調整などを実施してそれぞれのレジスト層毎に段差を形成することで、多段のレジスト段差構造をもったレジストパターンを形成出来る。このレジストパターンを用いて複数回のエッチングと、複数回のレジストパターンの減膜プロセスを組み合わせることで、積層された薄膜（半導体膜、金属膜等）の精度の高い加工を実現することも可能となる。 In this way, a TFT substrate with a highly controlled line width can be manufactured. Even in this case, similarly to the multi-tone mask, the resist layer is further multi-layered, and the exposure amount of each exposure light and the adjustment of the irradiation area are performed to form a step for each resist layer. A resist pattern having a multi-step resist step structure can be formed. Using this resist pattern, it is possible to achieve high-precision processing of stacked thin films (semiconductor films, metal films, etc.) by combining multiple etchings and multiple resist pattern reduction processes. Become.

以下、本発明を具体的な実施例により説明する。
石英基板上に、モリブデンシリサイドを含む半透光膜（露光光透過率５０％）と、クロムを主成分とする遮光層及び酸化クロムを主成分とする反射防止層の積層からなる遮光膜を成膜する。その上に、ｉ線（波長３６５ｎｍ）用ポジ型レジストを１０００ｎｍの膜厚に塗布し、所定のベークを行う。更にその上に、ｇ線（波長４３６ｎｍ）用ポジ型レジストを１０００ｎｍの膜厚に塗布し、所定のベークを行い、２層の分光感度特性の異なるレジスト層からなるレジスト膜を形成する。こうして、フォトマスクブランクを作製した。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples.
On the quartz substrate, a light-shielding film comprising a semi-transparent film containing molybdenum silicide (exposure light transmittance of 50%), a light-shielding layer containing chromium as a main component, and an antireflection layer containing chromium oxide as a main component is formed. Film. On top of that, a positive resist for i-line (wavelength 365 nm) is applied to a thickness of 1000 nm, and predetermined baking is performed. Further thereon, a positive resist for g-line (wavelength 436 nm) is applied to a thickness of 1000 nm, and a predetermined baking is performed to form a resist film composed of two resist layers having different spectral sensitivity characteristics. Thus, a photomask blank was produced.

次に、このフォトマスクブランクを用いて、前述の図１に示した工程にしたがい、３階調フォトマスクを作製した。
上記フォトマスクブランクのレジスト膜に対して、まず、Ｋｒイオンレーザー（波長４１３ｎｍ）を使用して、所定のパターン（例えば最終的に形成される３階調フォトマスクにおける透光部と半透光部に対応する領域を露光）を描画する。この際、上層のｇ線用レジスト層が露光されるが、下層のｉ線用レジスト層も波長４１３ｎｍに対して感光領域を持つため露光される。但し、ｉ線用レジストは波長４１３ｎｍに対しての感度が低いため（現像後のレジスト残膜率は７０％以上である）、特に支障はない。また、ｇ線用レジストは、上記露光により、４８０ｎｍ以下の吸収帯を持つ感光基が反応する。そして、露光された領域のｇ線用レジストは、この後に行う露光光（波長３５５ｎｍ）に対して、透過率が３０%程度であったものが８０%程度まで増加する。 Next, using this photomask blank, a three-tone photomask was manufactured in accordance with the process shown in FIG.
First, a Kr ion laser (wavelength 413 nm) is used for the resist film of the photomask blank to form a predetermined pattern (for example, a translucent portion and a semitransparent portion in a finally formed three-tone photomask). The area corresponding to is exposed). At this time, the upper g-line resist layer is exposed, but the lower i-line resist layer is also exposed because it has a photosensitive region with respect to a wavelength of 413 nm. However, since the i-line resist has low sensitivity to a wavelength of 413 nm (resist remaining film ratio after development is 70% or more), there is no particular problem. In the g-ray resist, a photosensitive group having an absorption band of 480 nm or less reacts by the exposure. Then, the g-line resist in the exposed region increases from about 30% transmittance to about 80% with respect to the exposure light (wavelength 355 nm) to be performed later.

続いて、上記レジスト膜に対して、ＹＡＧレーザーのＳＨＧ（波長３５５ｎｍ）を使用して、所定のパターン（例えば最終的に形成される３階調フォトマスクにおける透光部に対応する領域を露光）を描画する。この際、下層のｉ線用レジスト層が露光されるが、露光される領域に対応する上層のｇ線用レジスト層は、すでに最初の波長４１３ｎｍのレーザーで露光されており、波長３５５ｎｍの露光光に対しては、透過率が８０%程度まで増加しているため、下層のｉ線用レジスト層への露光は効率的に行われる。 Subsequently, a YAG laser SHG (wavelength 355 nm) is used for the resist film, and a predetermined pattern (for example, an area corresponding to a light transmitting portion in a finally formed three-tone photomask) is exposed. Draw. At this time, the lower i-line resist layer is exposed, but the upper g-line resist layer corresponding to the exposed region has already been exposed by the first laser having a wavelength of 413 nm, and the exposure light having a wavelength of 355 nm is exposed. On the other hand, since the transmittance is increased to about 80%, the exposure to the underlying i-line resist layer is performed efficiently.

次に、アルカリ現像液を用いて上記レジスト膜の現像を一度に行うことにより、上記ｇ線用レジスト層とｉ線用レジスト層のそれぞれに形成したパターンによる段差構造を有する第１レジストパターンを形成する。そして、この第１レジストパターンをマスクとして、レジストパターンの無い例えば透光部形成領域の遮光膜及び半透光膜をウェットエッチングにより除去する。 Next, by developing the resist film at once with an alkali developer, a first resist pattern having a step structure by the pattern formed on each of the g-line resist layer and the i-line resist layer is formed. To do. Then, using this first resist pattern as a mask, for example, the light shielding film and the semi-transparent film in the translucent portion forming region without the resist pattern are removed by wet etching.

次いで、上記第１レジストパターンをアッシングにより減膜させて、例えば半透光部形成領域の薄いレジスト層を除去した第２レジストパターンを形成する。そして、この第２レジストパターンをマスクとして、例えば半透光部領域の露出している遮光膜をウェットエッチングにより除去し、下層の半透光膜を露出させる。最後に残存した第２レジストパターンを除去する。
こうして、図１（ｈ）に示すような透明基板上に遮光部、透光部、及び半透光部からなるマスクパターンを備える３階調フォトマスクが出来上がる。 Next, the first resist pattern is reduced by ashing to form a second resist pattern in which, for example, a thin resist layer in a semi-translucent portion forming region is removed. Then, using the second resist pattern as a mask, for example, the exposed light shielding film in the semi-transparent portion region is removed by wet etching to expose the lower semi-transparent film. Finally, the remaining second resist pattern is removed.
Thus, a three-tone photomask having a mask pattern including a light shielding portion, a light transmitting portion, and a semi-light transmitting portion on a transparent substrate as shown in FIG.

このように、本発明によれば、それぞれ分光感度特性の異なる例えば２層のレジスト層からなるレジスト膜のそれぞれのレジスト層を露光するために、それぞれ分光特性（波長）の異なる２種類の露光光を順番に利用して描画を行い、それぞれのレジスト層にパターンを形成することにより、面内でレジスト残膜値の異なるレジスト段差構造を有するレジストパターンを精度良く形成することが出来る。これによって、パターン線幅の高度に制御された多階調フォトマスクの製造が可能となった。また、本発明において形成される段差構造を有するレジストパターンは、多階調フォトマスクだけではなく、例えばＴＦＴ基板等の電子デバイスの製造にも利用できる。この多段の段差構造を持つレジストパターンを用いた複数回のエッチングと、複数回のレジストパターンの減膜プロセスを組み合わせることで、パターン線幅が高度に制御され、なお且つ従来のパターニングを少なくとも２度繰り返して多階調フォトマスクを作製する方法におけるようなアライメントずれの発生が抑えられた微細パターン形成が可能となる。 Thus, according to the present invention, two types of exposure light having different spectral characteristics (wavelengths) are used in order to expose each resist layer of a resist film made of, for example, two resist layers having different spectral sensitivity characteristics. By sequentially drawing and forming a pattern on each resist layer, it is possible to accurately form a resist pattern having a resist step structure having different resist residual film values within the surface. As a result, it is possible to manufacture a multi-tone photomask whose pattern line width is highly controlled. Moreover, the resist pattern having a step structure formed in the present invention can be used not only for manufacturing a multi-tone photomask but also for manufacturing an electronic device such as a TFT substrate. The pattern line width is highly controlled by combining a plurality of etchings using a resist pattern having a multi-step structure and a plurality of resist pattern thinning processes, and the conventional patterning is performed at least twice. It is possible to form a fine pattern in which occurrence of misalignment is suppressed as in the method of repeatedly manufacturing a multi-tone photomask.

１ 透明基板
２ 半透光膜
３ 遮光膜
４ レジスト膜
５ 第１の露光光
６ 第２の露光光
７ 第１レジストパターン
８ 第２レジストパターン
１０ フォトマスクブランク
２０ 多階調フォトマスク
２１ 遮光部
２２ 透光部
２３ 半透光部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent substrate 2 Semi-transparent film 3 Light-shielding film 4 Resist film 5 1st exposure light 6 2nd exposure light 7 1st resist pattern 8 2nd resist pattern 10 Photomask blank 20 Multi-tone photomask 21 Light-shielding part 22 Translucent part 23 Semi-translucent part

Claims (9)

透明基板上に、遮光部、透光部、及び露光光透過率を所定量低減させる半透光部からなるマスクパターンを有する多階調フォトマスクの製造方法であって、
透明基板上に、半透光膜と遮光膜、及びそれぞれ異なる分光感度特性を有する第１レジスト層と第２レジスト層を含むレジスト膜が積層されたフォトマスクブランクを準備する工程と、
前記レジスト膜に対して、所定の分光特性を持つ第１の露光光を用いて第１のパターンを描画し、次いで前記第１の露光光とは異なる分光特性を持つ第２の露光光を用いて第２のパターンを描画した後、前記レジスト膜を現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なる第１レジストパターンを形成する工程と、
前記第１レジストパターンをマスクとして前記遮光膜及び半透光膜をエッチングする工程と、
前記第１レジストパターンを所定量減膜させることによって第２レジストパターンを形成する工程と、
前記第２レジストパターンをマスクとして少なくとも前記遮光膜をエッチングする工程と、
を有することを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法。 A method for producing a multi-tone photomask having a mask pattern comprising a light-shielding portion, a light-transmitting portion, and a semi-light-transmitting portion that reduces exposure light transmittance by a predetermined amount on a transparent substrate,
Preparing a photomask blank in which a semitranslucent film and a light-shielding film, and a resist film including a first resist layer and a second resist layer having different spectral sensitivity characteristics are laminated on a transparent substrate;
A first pattern is drawn on the resist film using first exposure light having a predetermined spectral characteristic, and then second exposure light having a spectral characteristic different from that of the first exposure light is used. Forming a first resist pattern with different resist residual film values in-plane by developing the resist film after drawing the second pattern
Etching the light-shielding film and the translucent film using the first resist pattern as a mask;
Forming a second resist pattern by reducing the first resist pattern by a predetermined amount;
Etching at least the light-shielding film using the second resist pattern as a mask;
A method for producing a multi-tone photomask, comprising: 前記第１レジスト層と第２レジスト層のいずれにもポジ型レジストを用い、前記第１の露光光を用いた描画により前記マスクパターンの透光部と半透光部に対応する領域を露光し、前記第２の露光光を用いた描画により前記マスクパターンの透光部に対応する領域を露光することを特徴とする請求項１に記載の多階調フォトマスクの製造方法。   A positive resist is used for both the first resist layer and the second resist layer, and regions corresponding to the light-transmitting portion and the semi-light-transmitting portion of the mask pattern are exposed by drawing using the first exposure light. 2. The method of manufacturing a multi-tone photomask according to claim 1, wherein a region corresponding to a light-transmitting portion of the mask pattern is exposed by drawing using the second exposure light. 前記第１レジストパターンは、少なくとも前記レジスト膜のレジスト層の数と同じ数の段差を形成した段差構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の多階調フォトマスクの製造方法。   3. The method of manufacturing a multi-tone photomask according to claim 1, wherein the first resist pattern has a step structure having at least the same number of steps as the number of resist layers of the resist film. 透明基板上に、遮光部、透光部、及び露光光透過率を所定量低減させる半透光部からなるマスクパターンを有する多階調フォトマスクの製造に用いる多階調フォトマスク用ブランクであって、
透明基板上に、半透光膜と遮光膜とレジスト膜がこの順に積層され、前記レジスト膜は、互いに異なる分光感度特性を有する第２レジスト層と第１レジスト層がこの順に積層されてなり、
前記レジスト膜に対して、所定の分光特性を持つ第１の露光光を用いて第１のパターンを描画し、次いで前記第１の露光光とは異なる分光特性を持つ第２の露光光を用いて第２のパターンを描画した後、前記レジスト膜を現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なるレジストパターンを形成するにあたって、
描画及び現像後のレジスト残膜率で感度を比較した場合、前記第１レジスト層は、前記第２の露光光に対する感度が、前記第１の露光光に対する感度よりも低く、かつ、前記第２レジスト層は、前記第１の露光光に対する感度が、前記第２の露光光に対する感度よりも低いことを特徴とする多階調フォトマスク用ブランク。 A blank for a multi-tone photomask used for manufacturing a multi-tone photomask having a mask pattern comprising a light-shielding portion, a light-transmitting portion, and a semi-light-transmitting portion that reduces the exposure light transmittance by a predetermined amount on a transparent substrate. And
On the transparent substrate, a semi-transparent film, a light shielding film, and a resist film are laminated in this order, and the resist film is formed by laminating a second resist layer and a first resist layer having different spectral sensitivity characteristics in this order,
A first pattern is drawn on the resist film using first exposure light having a predetermined spectral characteristic, and then second exposure light having a spectral characteristic different from that of the first exposure light is used. After forming the second pattern, the resist film is developed to form a resist pattern having different resist residual film values in the plane.
When the sensitivity is compared based on the resist remaining film ratio after drawing and development, the first resist layer has lower sensitivity to the second exposure light than sensitivity to the first exposure light, and the second The multi-tone photomask blank, wherein the resist layer has lower sensitivity to the first exposure light than sensitivity to the second exposure light. 前記第１レジスト層の分光感度の最大値を与える波長と、前記第２レジスト層の分光感度の最大値を与える波長との差が、５０〜７００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項４に記載の多階調フォトマスク用ブランク。   The difference between the wavelength that gives the maximum spectral sensitivity of the first resist layer and the wavelength that gives the maximum spectral sensitivity of the second resist layer is in the range of 50 to 700 nm. The blank for multi-tone photomasks described in 1. 前記第１レジスト層は、前記第１の露光光の照射後に、前記第２の露光光に対する透過率が、６０％以上、１００％未満の範囲であることを特徴とする請求項４又は５に記載の多階調フォトマスク用ブランク。   6. The first resist layer according to claim 4 or 5, wherein after the irradiation with the first exposure light, the transmittance with respect to the second exposure light is in a range of 60% or more and less than 100%. The blank for multi-tone photomasks described. 前記第１レジスト層は、ｇ線（波長４３６ｎｍ）用ポジ型レジストを含有し、前記第２レジスト層は、ｉ線（波長３６５ｎｍ）用ポジ型レジストを含有することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の多階調フォトマスク用ブランク。   5. The first resist layer contains a positive resist for g-line (wavelength 436 nm), and the second resist layer contains a positive resist for i-line (wavelength 365 nm). The blank for a multi-tone photomask according to any one of 6. 前記第１レジスト層と前記第２レジスト層の膜厚はそれぞれ１０μｍ以下であることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載の多階調フォトマスク用ブランク。   8. The multi-tone photomask blank according to claim 4, wherein each of the first resist layer and the second resist layer has a thickness of 10 μm or less. 9. 基板上に、電子デバイスを構成する複数の薄膜層が積層され、その上に、それぞれ異なる分光感度特性を有する複数のレジスト層を含むレジスト膜が積層された被加工体を用意し、
前記レジスト膜に対して、それぞれ異なる分光特性を持つ複数の露光光を順番に用いて各々所定のパターンを描画した後、
前記レジスト膜を現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なる第１レジストパターンを形成し、
前記第１レジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングし、
次に、前記第１レジストパターンを所定量減膜させることによって第２レジストパターンを形成し、
次いで、前記第２レジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングし、
さらに前記第２レジストパターンを所定量減膜させ、この減膜させたレジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングする工程を必要な回数繰り返すことにより、前記複数の薄膜層をパターニングすることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
A plurality of thin film layers constituting an electronic device are stacked on a substrate, and a workpiece to be processed on which a resist film including a plurality of resist layers each having different spectral sensitivity characteristics is prepared,
After drawing a predetermined pattern for each of the resist films using a plurality of exposure lights having different spectral characteristics in order,
By developing the resist film, to form a first resist pattern having different resist film values in the plane,
Etching at least some of the plurality of thin film layers using the first resist pattern as a mask,
Next, a second resist pattern is formed by reducing the first resist pattern by a predetermined amount,
Next, at least a part of the plurality of thin film layers is etched using the second resist pattern as a mask,
Further, by reducing the thickness of the second resist pattern by a predetermined amount and repeating the step of etching at least a part of the plurality of thin film layers using the reduced resist pattern as a mask, the plurality of thin films A method of manufacturing an electronic device, comprising patterning a layer.
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