JP5123349B2 - 多階調マスクの製造方法 - Google Patents
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Description
このような基板表面に発生したダメージを完全に除去して基板を再生するには、再研磨し、しかも研磨取代を多く取る必要がある。成膜前のガラス基板の表面研磨は、通常、粗研磨から精密研磨に至る複数段階の研磨工程を経て行われている。再研磨する場合、上記のように研磨取代を多く取る必要があるため、複数段階の研磨工程のうちの初期段階へ戻す必要が生じ、再研磨加工に長時間を要するので、再研磨の工程負荷が大きく、コストが高くなる。つまり、上記のタンタルを主成分とする材料からなる半透光膜に対してアルカリ水溶液を用いてウェットエッチングする工程を含む製造方法によって多階調マスクを製造する場合、得られたマスクにおいて修正が困難なパターン欠陥が発見された該マスクを不良品としてそのまま廃棄せずに、基板上から遮光膜および半透光膜を前記のエッチング液で剥離除去して基板を再生する場合にコストがかかってしまう。
すなわち、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)
透光性基板上に、遮光部、透光部、および露光光の一部を透過する半透光部からなる転写パターンを有する多階調マスクの製造方法において、透光性基板上に、金属およびケイ素を含有する材料、またはタンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)から選ばれる1以上の金属を含有する材料からなる半透光膜と、クロム(Cr)を含有する材料からなる遮光膜とをこの順に積層したマスクブランクを用意する工程と、前記遮光膜に透光部のパターンを形成する工程と、前記遮光膜に形成された透光部のパターンをマスクとして、前記半透光膜を、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)、およびキセノン(Xe)のうちのいずれかの元素とフッ素(F)との化合物を含む非励起状態の物質によってエッチングする工程と、前記遮光膜に遮光部のパターンを形成する工程とを有することを特徴とする多階調マスクの製造方法である。
(構成2)
前記遮光膜に透光部のパターンを形成する工程は、前記遮光膜上に形成された透光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとしたウェットエッチングによって行うことを特徴とする構成1に記載の多階調マスクの製造方法である。
透光性基板上に、遮光部、透光部、および露光光の一部を透過する半透光部からなる転写パターンを有する多階調マスクの製造方法において、透光性基板上に、金属およびケイ素を含有する材料、またはタンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)から選ばれる1以上の金属を含有する材料からなる半透光膜と、クロム(Cr)を含有する材料からなる遮光膜とをこの順に積層したマスクブランクを用意する工程と、前記遮光膜に遮光部のパターンを形成する工程と、前記遮光膜および半透光膜上に透光部のパターンを有するレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜に形成された透光部のパターンをマスクとして、前記半透光膜を、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)、およびキセノン(Xe)のうちのいずれかの元素とフッ素(F)との化合物を含む非励起状態の物質によって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マスクの製造方法である。
前記遮光膜に遮光部のパターンを形成する工程は、前記遮光膜上に形成された遮光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとしたウェットエッチングによって行うことを特徴とする構成1乃至3のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法である。
前記非励起状態の物質は、ClF3ガスであることを特徴とする構成1乃至4のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法である。
(構成6)
前記半透光膜中の金属は、モリブデン(Mo)であることを特徴とする構成1乃至5のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法である。
前記遮光膜は、さらに窒素を含有する材料からなることを特徴とする構成1乃至6のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法である。
(構成8)
前記透光性基板は合成石英ガラスからなることを特徴とする構成1乃至7のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法である。
(構成9)
構成1乃至8のいずれかに記載の多階調マスクの製造方法で用いられるエッチング装置であって、前記マスクブランクを設置するステージを有するチャンバーと、前記チャンバー内に非励起状態の物質を供給する非励起物質供給機と、前記チャンバー内から気体を排出する気体排出機とからなることを特徴とするエッチング装置である。
特に、タンタルを含有する材料からなる半透光膜の場合においては、半透光膜をエッチング除去後、基板表面に発生するピット状の凹欠陥を抑制することができる。これにより、透光部の露光光透過率の面内均一性を高くすることができ、この多階調マスクを用いて被転写体のフォトレジスト膜にパターンを露光転写した場合におけるフォトレジスト膜現像後の残膜量も高い精度で制御することができる。
本発明によれば、フッ素系化合物を含む非励起状態の物質によるエッチングを適用しているため、エッチングを行うチャンバー内はある程度の低圧にできれば十分機能する。このため、ドライエッチング装置のような高真空用の大型チャンバーや、基板主表面全面にプラズマを発生させるための大掛かりなプラズマ発生装置が不要となり、大幅な生産コスト低減を図ることができる。また、高品質の基板を低コストで再生することができるので、特に高付加価値を備えた高価な基材を用いた多階調マスクの基板再生に好適である。
さらに、本発明のエッチング装置を用いることにより、上記の多階調マスクの製造方法を容易に実現できる。
図1は、多階調マスクを用いたパターン転写方法を説明するための概略断面図である。図1に示す本発明の多階調マスク20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)などのFPDデバイスを製造するために用いられるものであり、この多階調マスク20を用いて、図1に示す被転写体30上へパターン転写を行うことにより、膜厚が段階的または連続的に異なるレジストパターン33を形成するものである。なお、図1中において符号32A、32Bは、被転写体30において基板31上に積層された膜を示す。
上記遮光部21は、遮光膜3および半透光膜2のそれぞれの膜材質と膜厚との選定によって、好ましくは遮光膜3と半透光膜2の積層構造での光学濃度(OD)を2.8以上(露光光に対する透過率が約0.16%以下)に設定される。また、遮光膜3と半透光膜2の積層構造での光学濃度(OD)を3.0以上(露光光に対する透過率が0.1%以下)に設定すると最適である。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。
図2は、多階調マスクの製造工程を工程順に示す概略断面図である。
本実施の形態では、上述の図1に示すような遮光部、透光部および半透光部を備えた3階調マスクを例として説明する。
本実施の形態に使用するマスクブランク10は、透光性基板1上に、金属およびケイ素(Si)を含有する材料、またはタンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)から選ばれる1以上の金属を含有する材料からなる半透光膜2と、クロム(Cr)を含有する材料からなる遮光膜3がこの順に積層され、その上にレジストを塗布してレジスト膜4が形成されている(図2(a)参照)。本実施の形態においては、製造される3階調マスクにおける遮光部の透過率は、上記遮光膜3と半透光膜2の積層によって決定され、それぞれの膜材質と膜厚との選定によって、総和として光学濃度2.8以上に設定されるのが好ましく、3.0以上に設定すると最適である。また、3階調マスクにおける半透光部の透過率は、上記半透光膜2の膜材質と膜厚との選定によって設定され、要求される設計値にもよるが、通常、透光部の露光光透過率を100%としたとき、透過率は例えば10〜80%、好ましくは20〜60%程度に設定されるのが好適である。
まず、1度目の描画を行う。描画には、本実施の形態ではレーザー光(例えば400〜450nmの範囲内の所定波長光)を用いる。レジストとしてはポジ型レジストを使用する。遮光膜3上のレジスト膜4に対し、所定のデバイスパターン(透光部のパターン、すなわち遮光部および半透光部に対応する領域にレジストパターンを形成するような描画パターン)を描画し、描画後に現像を行うことにより、透光部のパターンを有するレジストパターン4aを形成する(図2(b)参照)。
かかる半透光膜2のエッチング工程においては、上記遮光膜3に形成された透光部のパターンをエッチングマスクとして用いるため、半透光膜2のエッチングに用いるエッチャントに対する遮光膜3と半透光膜2との間のエッチング選択性が必要であり、なお且つ、半透光膜2が除去された後の基板(ガラス基板)表面のダメージを少なくするためには、半透光膜2のエッチングに用いるエッチャントに対する半透光膜2と透光性基板1との間のエッチング選択性も必要になってくる。
非励起状態の本発明のフッ素系化合物の物質に対しては、クロムを含有する材料からなる上記遮光膜3と金属およびケイ素を含有する材料、またはタンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)から選ばれる1以上の金属を含有する材料からなる上記半透光膜2との間で高いエッチング選択性を得ることができる。
また、透光性基板1として用いるガラス基板は、ドライエッチングで用いられる励起状態であるフッ素系ガスのプラズマにはエッチングされやすいが、非励起状態の本発明のフッ素系化合物の物質に対してはエッチングされにくい特性を有している。従って、非励起状態の本発明のフッ素系化合物の物質に対しては、ガラス基板と上記半透光膜2との間で高いエッチング選択性を得ることができる。
この非励起状態のフッ素系化合物の物質は、流体の状態で接触させるとよく、特にガス状態で接触させることが好ましい。
処理基板の半透光膜2を、本発明のフッ素系化合物を含む非励起のガス状態の物質に接触させる場合の処理条件、例えばガス流量、ガス圧力、温度、処理時間については特に制約する必要はないが、本発明の作用を好ましく得る観点からは、半透光膜および遮光膜の材料や膜厚によって適宜選定するのが望ましい。
このエッチング装置では、ガス充填容器43,44、流量制御器45,46、噴出ノズル47およびこれらの接続配管で、非励起ガス供給機が構成されている。処理基板(マスクブランク)41は、処理装置のチャンバー40内のステージ42上に設置される。そして、例えば2種類のガス充填容器43,44内のガスがそれぞれ流量制御器45,46で流量が調節された後、混合され、噴出ノズル47から噴出されチャンバー40内に導入される。また、チャンバー40内のガスは、排気管48を通って排気ポンプ(気体排出機)49で適宜排気される。
上記2種類のガスは、本発明のフッ素系化合物を含む物質をガス状態で使用する場合、本発明のフッ素系化合物と窒素ガス、あるいはアルゴン(Ar)等の希ガスである。
こうして、透光性基板1上に、半透光膜2と遮光膜3との積層膜によりなる遮光部21、透光性基板1が露出する透光部22、及び半透光膜2によりなる半透光部23を有する3階調マスク20が出来上がる(図2(h)参照)。
特に、タンタルを含有する材料からなる半透光膜の場合においては、半透光膜をエッチング除去後、基板表面に発生するピット状の凹欠陥を抑制することができる。これにより、透光部の露光光透過率の面内均一性を高くすることができ、この多階調マスクを用いて被転写体のフォトレジスト膜にパターンを露光転写した場合におけるフォトレジスト膜現像後の残膜量も高い精度で制御することができる。
さらに、半透光膜がエッチングにより除去された後の基板のダメージを少なくすることができる。そのため、もし基板を再生する場合にも、再研磨の工程負荷が少なくなることで、基板の再生コストを低減することができる。本発明によれば、高品質の基板を低コストで再生することができるので、特に高付加価値を備えた高価な基材を用いた多階調マスクの基板を再生するのに好適である。
また、前述の本発明のエッチング装置を用いることにより、上記の多階調マスクの製造方法を容易に実現できる。
図3は、図2で示したものとは異なる工程である多階調マスクの製造工程について、工程順に示している概略断面図である。図2(h)の3階調マスクと図3(f)の3階調マスクとは基本的に同じ構成となっているが、製造プロセスが一部異なっている。
図2の多階調マスクの製造方法と異なる点は、1度目のレジスト膜4への描画および現像で、遮光部のパターンを有するレジストパターン4bを形成すること(図3(b)参照)、そのレジストパターン4bをマスクとして、遮光膜3をエッチングすることによって、遮光部のパターンを形成すること(図3(c)参照)、さらに遮光膜3に遮光部のパターンを形成後、遮光膜3および半透光膜2上にレジスト膜を形成し、2度目の描画および現像で透光部のパターンを有するレジストパターン4aを形成すること(図3(d)参照)、そして、そのレジストパターン4aをマスクとして、半透光膜2をエッチングすることによって、透光部のパターンを形成すること(図3(e)参照)である。
(実施例1)
合成石英ガラスからなる透光性基板(1220mm×1400mm×13mm)上に、スパッタ装置を用いて、スパッタターゲットにモリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合焼結ターゲット(Mo:Si=20:80,原子%比)を用い、アルゴン(Ar)ガス雰囲気で、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、MoSi4半透光膜を成膜した。なお、i線(365nm)の波長において透過率が40%となるように膜厚は5nmとした。
以上のようにして、透光性基板上にモリブデンシリサイド系半透光膜とクロム系遮光膜をこの順に積層したマスクブランクを作製した。
まず、レーザー光(波長412nm)を用いて1度目の描画を行った。レジストとしてはポジ型レジストを使用した。遮光膜上に塗布したレジスト膜に対し、所定のデバイスパターンを描画し、描画後に現像を行うことにより、透光部のパターンを有するレジストパターンを形成した(図2(b)参照)。
この半透光膜のエッチングは、前述の図4に示すエッチング装置を用いて行った。すなわち、チャンバー内に上記遮光膜に透光部のパターンを形成した状態の基板を設置し、該チャンバー内に、ClF3とArの混合ガス(流量比 ClF3:Ar=0.2:1.8(SLM))を導入してチャンバー内を該ガスで置換することにより、上記透光部領域上に露出した半透光膜を非励起状態の上記混合ガスに接触させるようにした。この時のガス圧力は488〜502Torr、温度は195〜202℃に調節し、処理時間(エッチング時間)は36秒とした。
こうして、ガラス基板上に、半透光膜と遮光膜との積層膜によりなる遮光部、ガラス基板が露出する透光部、及び半透光膜によりなる半透光部を有する3階調マスクを作製した(図2(h)参照)。
また、作製した3階調マスクを用いて被転写体のフォトレジスト膜に超高圧水銀ランプを露光光源とし、パターンの露光転写を行ったところ、フォトレジスト膜現像後の残膜量も高い精度で制御することができていることが確認できた。
また、作製した3階調マスクの透光部における基板主表面の表面粗さは、この3階調マスクの基板を再生する場合、基板表面を再精密研磨(通常の研磨工程のうちの最終段階)することによって容易に表面粗さを回復することができるレベルであった。
合成石英ガラスからなる透光性基板(1220mm×1400mm×13mm)上に、スパッタ装置を用いて、スパッタターゲットにタンタル(Ta)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)ガス雰囲気で、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、Ta半透光膜を成膜した。なお、i線(365nm)の波長において透過率が40%となるように膜厚は4nmとした。
以上のようにして、透光性基板上にタンタル系半透光膜とクロム系遮光膜をこの順に積層したマスクブランクを作製した。
まず、レーザー光(波長412nm)を用いて1度目の描画を行った。レジストとしてはポジ型レジストを使用した。遮光膜上に塗布したレジスト膜に対し、所定のデバイスパターンを描画し、描画後に現像を行うことにより、透光部のパターンを有するレジストパターンを形成した(図2(b)参照)。
この半透光膜のエッチングは、前述の図4に示すエッチング装置を用いて行った。すなわち、チャンバー内に上記遮光膜に透光部のパターンを形成した状態の基板を設置し、該チャンバー内に、ClF3とArの混合ガス(流量比 ClF3:Ar=0.2:1.8(SLM))を導入してチャンバー内を該ガスで置換することにより、上記透光部領域上に露出した半透光膜を非励起状態の上記混合ガスに接触させるようにした。この時のガス圧力は488〜502Torr、温度は110〜120℃に調節し、処理時間(エッチング時間)は32秒とした。
こうして、ガラス基板上に、半透光膜と遮光膜との積層膜によりなる遮光部、ガラス基板が露出する透光部、及び半透光膜によりなる半透光部を有する3階調マスクを作製した(図2(h)参照)。
また、作製した3階調マスクを用いて被転写体のフォトレジスト膜に超高圧水銀ランプを露光光源とし、パターンの露光転写を行ったところ、フォトレジスト膜現像後の残膜量も高い精度で制御することができていることが確認できた。
また、作製した3階調マスクの透光部における基板主表面の表面粗さは、この3階調マスクの基板を再生する場合、基板表面を再精密研磨(通常の研磨工程のうちの最終段階)することによって容易に表面粗さを回復することができるレベルであった。
実施例2と同じマスクブランクを用いて3階調マスクを作製した。但し、前述の遮光膜に形成された透光部のパターンをマスクとして、露出した透光部領域上の半透光膜をエッチングする工程においては、水酸化ナトリウム溶液(濃度40wt%、温度70℃)をエッチング液として用いた。処理時間(エッチング時間)は10分であった。
これ以外の工程は実施例1と同様にして行い、3階調マスクを作製した。
また、この3階調マスクの透光部における基板主表面の表面粗さは、この3階調マスクの基板を再生する場合、基板表面を再研磨によりピット状の凹部を除去し、良好な表面粗さを回復させるためには、通常の成膜前の基板研磨工程のうちの最初の段階から再研磨を行う必要があり、再研磨の工程負荷が大きくなる。
2 半透光膜
3 遮光膜
4 レジスト膜
10 マスクブランク
20 多階調マスク
21 遮光部
22 透光部
23 半透光部
30 被転写体
31 基板
32A,32B 膜
33 レジストパターン
40 チャンバー
41 処理基板
42 ステージ
43,44 ガス充填容器
45,46 流量制御器
47 噴出ノズル
48 排気管
49 排気ポンプ
Claims (8)
- ガラス基板上に、遮光部、透光部、および露光光の一部を透過する半透光部からなる転写パターンを有する多階調マスクの製造方法において、
ガラス基板上に、金属およびケイ素を含有する材料、またはタンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)から選ばれる1以上の金属を含有する材料からなる半透光膜と、クロム(Cr)を含有する材料からなる遮光膜とをこの順に積層したマスクブランクを用意する工程と、
前記遮光膜に透光部のパターンを形成する工程と、
前記遮光膜に形成された透光部のパターンをマスクとして、前記半透光膜を、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)、およびキセノン(Xe)のうちのいずれかの元素とフッ素(F)との化合物を含む非励起状態の物質によってエッチングする工程と、
前記遮光膜に遮光部のパターンを形成する工程と
を有することを特徴とする多階調マスクの製造方法。 - 前記遮光膜に透光部のパターンを形成する工程は、前記遮光膜上に形成された透光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとしたウェットエッチングによって行うことを特徴とする請求項1に記載の多階調マスクの製造方法。
- 前記遮光膜に遮光部のパターンを形成する工程は、前記遮光膜上に形成された遮光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとしたウェットエッチングによって行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の多階調マスクの製造方法。
- 前記非励起状態の物質は、ClF3ガスであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法。
- 前記半透光膜は、タンタル(Ta)を含有する材料からなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法。
- 前記半透光膜中の金属は、モリブデン(Mo)であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法。
- 前記遮光膜は、さらに窒素を含有する材料からなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法。
- 前記ガラス基板は合成石英ガラスからなることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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