JP4615032B2 - 多階調フォトマスクの製造方法及びパターン転写方法 - Google Patents
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特に、アライメントずれに起因する深刻な問題は、不要なところに、Crなどの遮光膜の線が残り、これが、最終製品において回路の短絡を発生させることであり、これを予め阻止することが望まれる。
本発明者の検討により、従来技術によるフォトマスクの製造方法に比べ、本発明の方法は、4階調のフォトマスクが製造できるにもかかわらず、上記目的に沿った、アライメントずれ対策を行いつつフォトマスク製造が行えることを見出された。
(構成1)透明基板上に、遮光部、透光部、及びそれぞれ露光光透過率の異なる第1半透光部と第2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、透明基板上に遮光膜を有するフォトマスクブランクを準備する工程と、前記フォトマスクブランクの前記遮光膜上に形成したレジスト膜を描画、現像して第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をエッチングして第1のパターニングを行う工程と、前記第1レジストパターンを除去した後、パターニングされた前記遮光膜を有する基板面に第1半透光膜を形成する工程と、前記第1半透光膜上に形成したレジスト膜を描画、現像して第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第1半透光膜をエッチングして第2のパターニングを行う工程と、前記第2レジストパターンを除去した後、パターニングされた前記遮光膜及び前記第1半透光膜を有する基板面に第2半透光膜を形成する工程と、前記第2半透光膜上に形成したレジスト膜を描画、現像して第3レジストパターンを形成する工程と、前記第3レジストパターンをマスクとして少なくとも前記第2半透光膜をエッチングして第3のパターニングを行う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。
(構成3)前記第1レジストパターン形成工程は、第2半透光部を除いた領域にレジストパターンを残存させ、かつ、前記第2半透光部と隣接する第1半透光部、及び前記第2半透光部と隣接する透光部のレジストパターンの寸法を、前記第2半透光部との境界において、得ようとする前記第1半透光部及び透光部の寸法より、所定のマージン領域分狭く形成することを特徴とする構成2に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
(構成5)前記第1レジストパターン形成工程は、遮光部にレジストパターンを残存させ、かつ、前記遮光部のレジストパターンの寸法を、前記遮光部と隣接する透光部及び第1半透光部との境界において、所定のマージン領域分広く形成することを特徴とする構成2に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
(構成7)前記第3レジストパターン形成工程は、得ようとするマスクパターンの寸法に基づき、マージン領域を設けずに決定した寸法に基づいて行うことを特徴とする構成1乃至6のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
(構成9)前記遮光膜、前記第1半透光膜及び前記第2半透光膜はいずれも同一のエッチャントによりエッチングが可能な材料からなることを特徴とする構成1乃至8のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
(構成10)前記第1半透光膜及び前記第2半透光膜はいずれもクロムを主成分とした材料または金属シリサイドを主成分とした材料からなることを特徴とする構成1乃至9のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
(構成12)構成1乃至10のいずれかに記載の製造方法による多階調フォトマスク、あるいは、構成11に記載の多階調フォトマスクを用いて、被転写体に露光光を照射する露光工程を有し、被転写体上に多階調の転写パターンを形成することを特徴とするパターン転写方法。
また、上述のように製造できることにより、微細パターンが高精度に形成された多階調のフォトマスクが得られる。
なお、遮光膜は、遮光層と反射防止層を有することが好ましく、遮光膜、第1、第2半透光膜のうち、もっとも透明基板表面側に遮光膜が形成されている。好ましい態様としては、透明基板上に直接、遮光膜が形成されている。
また、前記透光部は、露出した前記透明基板により形成され、前記第1半透光部は、透明基板上に第1半透光膜を有してなり、前記第2半透光部は、透明基板上に第1半透光膜と第2半透光膜を有してなる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき説明する。
図1は、本発明に係る多階調フォトマスクの第1の実施の形態と、当該多階調フォトマスクを用いたパターン転写方法を説明するための断面図である。
図1に示す多階調フォトマスク10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、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の多階調フォトマスク(又はグレートーンマスク)として用いることができ、図1に示す被転写体20上に、膜厚が段階的または連続的に異なるレジストパターン23を形成する。なお、図1中において符号22A、22B、22Cは、被転写体20において基板21上に積層された膜を示す。
使用するフォトマスクブランクは、図2(a)に示すように、ガラス基板等の透明基板14上に、遮光層15a及び反射防止層15bの積層からなる遮光膜15が形成されている。上記遮光層15aとしては、例えばクロム又はその化合物(例えばCrN,CrO,CrC等)が好ましく挙げられ、上記反射防止層15bとしては、クロム系化合物(例えばCrN,CrO,CrC等)などが挙げられる。
上記第1半透光膜16としては、例えば、クロム又はクロム系化合物、金属シリサイド化合物などが好ましく挙げられる。クロム系化合物には、酸化クロム(CrOx)、窒化クロム(CrNx)、炭化クロム(CrCx)、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、金属シリサイド化合物としては特にモリブデンシリサイド化合物(MoSixのほか、MoSiの窒化物、酸化物、酸化窒化物、炭化物など)等が好ましく挙げられる。
上記第1半透光膜16は、透明基板14(透光部)の露光光の透過量に対し10〜80%程度、好ましくは20〜70%程度の透過量を有するものが好ましい。
なお、TFT製造用のフォトマスクとしては、第1半透光部、及び第2半透光部の露光光透過率を、透光部に対して、20〜60%程度にすることが好ましい。第1、第2半透光膜の透過率は、これらを考慮して決定することができる。
こうして、透明基板14上に、遮光層15a及び反射防止層15bからなる遮光膜15と、第1半透光膜16と第2半透光膜17との積層によりなる遮光部11、透明基板14が露出する透光部12、及び、第2半透光膜17によりなる第1半透光部13Aと、第1半透光膜16と第2半透光膜17の積層によりなる第2半透光部13Bを有するマスクパターンが形成された、露光光透過率が4段階に異なる4階調に係る多階調フォトマスク10が出来上がる(図3(l)参照)。
また、上述のように製造できることにより、微細パターンが高精度に形成された多階調のフォトマスクが得られる。
次に、図4及び図5(図5は図4の続きである)は、本発明の第2の実施の形態に係る多階調フォトマスクの製造方法を工程順に示す断面図である。本実施の形態は、アライメントずれ対策用のマージンを設ける場合を示す。
ここでアライメントずれとは、複数回の描画工程の相互の位置を完全に一致させることはほぼ不可能であるために生じる、描画パターン同士の位置ずれである。アライメントずれとして最も深刻であるのは、半透光部と透光部の相互の境界などに、遮光膜が残存してしまうことである。このようなパターニングがなされたフォトマスクを使用すると、転写パターンに不要な線が生じ、回路の短絡などの動作不良が生じる懸念がある。そこで、本発明ではこのような可能性を抑止するためパターンのデータ加工を行うことができる。
使用するフォトマスクブランクは、図4(a)に示すように、第1の実施の形態と同様、ガラス基板等の透明基板14上に、遮光層15a及び反射防止層15bの積層からなる遮光膜15が形成されている。
なお、ここでは、上記第1レジストパターン33は、製造されるフォトマスクの第2半透光部13Bを除く領域に形成するとともに、第2半透光部と隣接する第1半透光部、及び第2半透光領域と隣接する透光部のレジストパターンの寸法を、第2半透光部との境界において、描画時のアライメントずれを考慮した所定幅のマージン33aとして、得ようとする前記第1半透光部及び透光部の寸法より、透光部側又は第1半透光部側に削る(所定の領域幅よりも幅狭に形成する)ようにマスクパターンデータを加工する。遮光部の境界部分はデータ加工しない。
なお、上記第2レジストパターン34は、製造されるフォトマスクの第1半透光部13Aを除く領域に形成するとともに、第1半透光部と隣接する透光部のレジストパターンの寸法を、第1半透光部との境界において、得ようとする前記透光部の寸法より、描画時のアライメントずれを考慮した所定幅のマージン34aとして削る(所定の領域幅よりも幅狭に形成する)ようにする。
なお、上記第3レジストパターン35は、製造されるフォトマスクの透光部12を除く領域に形成し、特に前記のようなマージンは設けない。
こうして、透明基板14上に、遮光層15a及び反射防止層15bからなる遮光膜15と、第1半透光膜16と第2半透光膜17との積層によりなる遮光部11、透明基板14が露出する透光部12、及び、第2半透光膜17によりなる第1半透光部13Aと、第1半透光膜16と第2半透光膜17の積層によりなる第2半透光部13Bを有するマスクパターンが形成された、露光光透過率が4段階に異なる4階調に係る多階調フォトマスク10が出来上がる(図5(l)参照)。
次に、図6及び図7(図7は図6の続きである)は、本発明の第3の実施の形態に係る多階調フォトマスクの製造方法を工程順に示す断面図である。本実施の形態においても、アライメントずれ対策用のマージンを設ける場合を示す。
使用するフォトマスクブランクは、図6(a)に示すように、第1の実施の形態と同様、ガラス基板等の透明基板14上に、遮光層15a及び反射防止層15bの積層からなる遮光膜15が形成されている。
なお、上記第1レジストパターン36は、製造されるフォトマスクの遮光部11に対応する領域に形成するとともに、遮光部11のレジストパターンの寸法を、前記遮光部11と隣接する透光部12及び第1半透光部13Aとの境界において、透光部12又は第1半透光部13A側に描画時のアライメントずれを考慮した所定幅のマージン36aとして残す(所定の領域幅よりも幅広に形成する)ようにする。
なお、上記第2レジストパターン37は、製造されるフォトマスクの遮光部11と第2半透光部13Bに対応する領域に形成するとともに、透光部12と隣接する遮光部11及び透光部12と隣接する第2半透光部13Bのレジストパターンの寸法を、描画時のアライメントずれを考慮した所定幅のマージン37aとして残す(所定の領域幅よりも幅広に形成する)ようにする。
なお、上記第3レジストパターン38は、製造されるフォトマスクの透光部12を除く領域に形成し、特に前記のようなマージンは設けない。
こうして、透明基板14上に、遮光層15a及び反射防止層15bからなる遮光膜15と、第1半透光膜16と第2半透光膜17との積層によりなる遮光部11、透明基板14が露出する透光部12、及び、第2半透光膜17によりなる第1半透光部13Aと、第1半透光膜16と第2半透光膜17の積層によりなる第2半透光部13Bを有するマスクパターンが形成された、露光光透過率が4段階に異なる4階調に係る多階調フォトマスク10が出来上がる(図7(l)参照)。
一般に、本発明の属する多階調フォトマスク(遮光部、透光部のほかに半透光部を有する3階調以上のフォトマスク)においては、被転写体上に所望の残膜値をもつレジストパターンを得るために、半透光部の露光光透過率を選択し、決定する。この透過率としては、透光部(すなわち透明基板が露出している部分)の透過率を100%としたときの、半透過膜の透過率を用いて規定する。これは、一定以上の広い領域のパターンについて、その透過率を特定する場合には問題がないが、ある程度以下の寸法のパターンに対しては、厳密にいうと、実際のパターン転写に寄与する露光光量を正確に反映していないこととなる。これは露光光の回折が原因であるため、この傾向は微小なパターンになるほど、露光光波長が長いほど顕著になる。しかし、多階調マスクの半透光部に設定する透過率を決定するにあたり、パターンの寸法や、分光特性の異なる光源に対する透過率の変化については正確に考慮されていないのが現状である。
一方で、膜固有の透過率とは、透明基板上の該膜を形成した、十分に広い領域において、該膜の組成や膜厚によって決定されるものである。十分に広い領域とは、該領域の広さの変化によって、実効透過率が実質的に変化しないような領域をいう。なお、図9においては、半透光部Bの透過光の光強度分布のピーク値によって、該領域の透過率を代表させている。この部分の透過率は、この多階調マスクを使用して露光したときの、被転写体上のレジスト残膜値と相関をもつ。
例えば、本発明の方法によれば、マスク構成として、4つの階調を有する多階調フォトマスクを得ることができる。すなわち、透光部、遮光部のほかに、2つの異なる膜透過率を有する半透光部を得ることができるのである。この2種類の半透光部によって、被転写体上に、それぞれ異なるレジスト残膜値をもつレジストパターンを形成してもよい。しかしながら、他方、この2種類の半透光部によって、被転写体上に、パターンの寸法が異なる(従って、同一の膜透過率を有する半透光部を使用すると、形成されるレジスト残膜値が異なってしまう)にもかかわらず、実質的に一定のレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成してもよい。換言すれば、膜構成として2種類の膜透過率を有し、ほぼ同一の実効透過率を有する半透光部を形成しても良い。この場合、本発明に係るフォトマスクを3階調のフォトマスクとして用いることができる。
また、実質的に同一の実効透過率を有する半透光部を得ようとするとき、該半透光部1と半透光部2に用いる各々の半透光膜の固有の透過率の透過率差を1〜10%の範囲内とすることが好ましい。ここでいう膜固有の透過率とは、露光機の解像度に対して十分に広い領域の半透光部を形成したときの光透過率である。
11 遮光部
12 透光部
13A 第1半透光部
13B 第2半透光部
14 透明基板
15 遮光膜
16 第1半透光膜
17 第2半透光膜
30〜38 第1〜第3レジストパターン
20 被転写体
23 レジストパターン
Claims (8)
- 透明基板上に、遮光部、透光部、及びそれぞれ露光光透過率の異なる第1半透光部と第2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であり、
前記第1半透光部は、透明基板上に第2半透光膜を有してなり、前記第2半透光部は、透明基板上に第1半透光膜と第2半透光膜を有してなる多階調フォトマスクの製造方法であって、
透明基板上に遮光膜を有するフォトマスクブランクを準備する工程と、
前記フォトマスクブランクの前記遮光膜上に形成したレジスト膜を描画、現像して第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をエッチングして第1のパターニングを行う工程と、
前記第1レジストパターンを除去した後、パターニングされた前記遮光膜を有する基板面に第1半透光膜を形成する工程と、
前記第1半透光膜上に形成したレジスト膜を描画、現像して第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第1半透光膜をエッチングして第2のパターニングを行う工程と、
前記第2レジストパターンを除去した後、パターニングされた前記遮光膜及び前記第1半透光膜を有する基板面に第2半透光膜を形成する工程と、
前記第2半透光膜上に形成したレジスト膜を描画、現像して第3レジストパターンを形成する工程と、
前記第3レジストパターンをマスクとして少なくとも前記第2半透光膜をエッチングして第3のパターニングを行う工程と、
を有し、
前記第1レジストパターン形成工程は、第2半透光部を除いた領域にレジストパターンを残存させ、かつ、前記第2半透光部と隣接する第1半透光部、及び前記第2半透光部と隣接する透光部のレジストパターンの寸法を、前記第2半透光部との境界において、得ようとする前記第1半透光部及び透光部の寸法より、所定のマージン領域分狭く形成することを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法。 - 前記第2レジストパターン形成工程では、前記第1半透光部を除いた領域にレジストパターンを残存させ、かつ、前記第1半透光部と隣接する透光部のレジストパターンの寸法を、前記第1半透光部との境界において、得ようとする前記透光部の寸法より、所定のマージン領域分狭く形成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。
- 前記第3レジストパターン形成工程は、得ようとするマスクパターンの寸法に基づき、マージン領域を設けずに決定した寸法に基づいて行う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。
- 前記第3レジストパターンをマスクとして第3のパターニングを行う際、前記透光部領域上の、前記第2半透光膜、前記第1半透光膜及び前記遮光膜をエッチングする工程を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
- 前記第1半透光膜及び前記第2半透光膜はいずれも同一のエッチャントによりエッチングが可能な材料からなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
- 前記遮光膜、前記第1半透光膜及び前記第2半透光膜はいずれも同一のエッチャントによりエッチングが可能な材料からなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
- 前記第1半透光膜及び前記第2半透光膜はいずれもクロムを主成分とした材料または金属シリサイドを主成分とした材料からなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
- 請求項1乃至7のいずれかに記載の製造方法による多階調フォトマスクを用いて、被転写体に露光光を照射する露光工程を有し、被転写体上に多階調の転写パターンを形成することを特徴とするパターン転写方法。
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