JP6063650B2 - フォトマスクの製造方法 - Google Patents
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Description
下記の特許文献1には、遮光膜をパターニングし、i線に対して180°の位相差をもたせる膜厚の位相シフト層を、遮光膜を被覆するように形成した位相シフトマスクが記載されており、これによって微細かつ高精度なパターン形成が可能になるとしている。また、下記の特許文献2には、遮光部、透光部、及び位相シフタ部の各領域を正確に画定する、光学素子の製造方法が記載されている。
図1において、まず、透明基板10上に遮光層11が形成され(図1(a)の(A)参照)、次に、遮光層11の上にフォトレジスト層12が形成される(図1(a)の(B)参照)。続いて、フォトレジスト層12を露光及び現像することで、遮光層11の上にレジストパターン12P1が形成される(図1(a)の(C)参照)。このレジストパターン12P1を、遮光層11のエッチングマスクとして、遮光層11が所定のパターン形状にエッチングされる。これにより、透明基板10上に所定形状にパターニングされた遮光層11P1が形成される(図1(a)の(D)参照)。レジストパターンを除去した後(図1(a)の(E)参照)、位相シフト層13が形成される。位相シフト層13は、透明基板10の上に遮光層11P1を被覆するように形成される(図1(a)の(F)参照)。
位相シフト層13P1のパターニング後、レジストパターン14P1は除去される(図1(a)の(J)参照)。以上のようにして遮光層パターン11P1の周囲に、位相シフト層13P1が形成され、位相シフトマスク1が製造されている。
尚、本実施態様では、上層膜及び下層膜に加えて、本発明の作用効果を妨げない範囲で、他の膜が更に形成される場合も含まれる。
従って、複数回の描画を必要とするフォトマスクにおいて、転写用パターンが備える各領域のアライメントが正確に行われ、更に、フォトリソグラフィ工程の実施回数を抑制可能な、転写用パターンを備えるフォトマスクの製造方法を提供できる。
尚、本実施態様においても、上記同様、遮光膜及び半透光膜に加えて、更に他の膜が形成される場合も含まれる。
そこで、例えば、透明基板上に形成された半透光膜及び遮光膜に対し、それぞれパターニングを施して、転写用パターンを形成する場合について、図2を参照して説明する。図2において、上段(A)〜(D)が得ようとする設計パターンであるとき、現実には、下段(a)〜(d)に示すようなアライメントずれが生じ得る。
多階調フォトマスクは、一般的に、露光光の透過率が異なる、透光部、半透光部、遮光部を含む転写用パターンを備える。そしてこれにより、被転写体上に、階段状あるいは傾斜状などの、立体構造を有するレジストパターンを形成する。すなわち、フォトマスクがもつ、転写用パターン上の位置によって、露光光の透過率が異なることを利用し、被転写体上のレジスト膜が、位置によって異なる残膜値をもつことを利用する。ここで、互いに透過率の異なる複数の半透光部を備える多階調フォトマスク(4階調以上の多階調フォトマスク)とすることも可能である。用途としては、フラットパネルディスプレイ(FPD)に用いられるTFT(薄膜トランジスタ)の製造用フォトマスク、或いはカラーフィルタ(CF)製造用フォトマスクなどがある。TFT製造用においては、従来5種類のフォトマスクを用いたものを、多階調フォトマスクを含む4種類、或いは3種類のフォトマスクで製造できる、有利なプロセスに適用されている。更に、FPDのマトリクス配線において、層間絶縁膜の開孔形成用のフォトマスクなどにも有効に用いられる。もちろん、位相シフトマスクに本発明を適用してもよい。
このとき、D1とD2との差、或いはD1’とD2’との差が所定値を越えた場合、転写用パターンの対称性に問題が生じるので、多階調フォトマスクや位相シフトマスクとして適用する場合には、精度の高い回路パターンを形成することが困難となる。よって、D1とD2との差、或いはD1’とD2’との差を所定値に以内に抑えることが重要となる。
次に、図4及び図5は、従来のフォトマスクの製造方法において、アライメントずれの生じる原因について説明するものである。ここでは、下層膜パターン上に上層膜パターンが積層され、かつ、下層膜パターンの露出部分が上層膜パターンを取り囲んで形成され、更に透光部(透明基板が露出した部分)がそれを取り囲んで配置された転写用パターンを形成しようとうする場合を示す。特に、以下においては、上層膜が遮光膜であり、下層膜が半透光膜である場合を例にとって説明する。
尚、図4及び5においては、上側に平面図を示し、下側にその断面図を示す。また、レジスト膜が最上層にある場合、模式的に、下層側に隠れた遮光膜が透けて見えているように描かれている。
はじめに、透明基板上に、半透光膜と遮光膜がこの順に積層され、更にその上に第1レジスト膜(ここではポジ型レジストからなる)が形成された、フォトマスクブランクを用意する(図4(a)参照)。尚、ここで用いる半透光膜と遮光膜とは、互いにエッチング選択性をもつ素材とする。すなわち、遮光膜をエッチングするエッチャントに対し、半透光膜は耐性を有する。
次に、第1レジスト膜に対して第1描画を行い、現像することにより、第1レジストパターンを形成する(図4(b)参照)。この第1レジストパターンをエッチングマスクとして、遮光膜用エッチャントを用い、遮光膜をエッチングする(図4(c)参照)。その後、図5に進み、レジストパターンを除去する(図5(d)参照)。この段階で、第1フォトリソグラフィ工程は完了したことになり、遮光部の領域は画定している。
まず、遮光膜パターンが形成された基板上の全面に再びレジスト(第2レジスト膜)を塗布する(図5(e)参照)。これもポジレジストを使用する。そして、第2描画、現像を施し、第2レジストパターンを形成する(図5(f)参照)。このレジストパターンは、上記で既に形成された遮光部を中央にして、所定の面積でこれを被覆する設計データに基づく。しかしながら、第1レジストパターンのアライメントとの間に、アライメントずれが生じることを、完全には阻止できないため、第2レジストパターンに対して、中央に位置するべき遮光部が中央に配置されない。図では、アライメントずれが左側(X方向)に0.5μm生じ、上側(Y方向)に0.5μm生じた場合を示す。
このようにして得られた転写用パターンは、遮光部をその中心に配置すべき半透光部が、左上方向にずれた位置に来てしまう。これは、上記のとおり、第1レジストパターンと第2レジストパターンが、それぞれ異なる描画工程によって形成されており、相互の位置ずれが完全にゼロにはできないからである。このため、対称性をもっているべき転写用パターンが非対称になっている。
次に、図6及び7を用いて、本発明のフォトマスクの製造方法の1つの実施形態を説明する。ここで、図6(A)〜(C)の各工程は、それぞれ図4(a)〜(c)の各工程に対応し、図7(D)〜(G)の各工程は、それぞれ図5(d)〜(g)の各工程に対応し、図7(I)の工程は、図5(h)の工程に対応する。尚、図7(H)の遮光膜エッチング工程(暫定パターン除去工程)は、本発明固有の工程であり、図7(G)の半透光膜エッチング工程では、暫定パターンを用いて、半透光部の外縁を画定するようになっている。
図6及び7においても、上層膜パターンとして遮光部が形成され、下層膜パターンとして半透光部が形成される場合を例にとって説明する。また、図6、7においても、上側に平面図を示し、下側にその断面図を示す。更に、レジスト膜が最上層にある場合、模式的に、下に隠れた遮光膜が透けて見えているように描かれている。
図6において、まず、図4(a)と同様のフォトマスクブランクを用意する(図6(A)参照)。
ここで、半透光膜と遮光膜とは、互いにエッチング選択性をもつものとする。すなわち、半透光膜のエッチャントに対して遮光膜は耐性をもち、遮光膜のエッチャントに対して半透光膜は耐性をもつ。尚、具体的素材については、後述する。
次に、第1描画を行い、現像することにより、第1レジストパターンを形成する。この第1レジストパターンは、遮光部の領域を画定する点は、上記図4と同様である。但し、本発明においては、半透光部となる領域内において、半透光部の外縁を画定するための、遮光膜からなる暫定パターンを形成するための部分も、第1レジストパターンに含まれる(図6(B)参照)。
そして、第1レジストパターンは、上記のように遮光部を形成する部分と、暫定パターンを形成する部分をと含むことから、第1描画の際の描画データを、これに基づいて決定する。
引き続いて、図7に進み、第1レジストパターンを剥離する。(図7(D)参照)以上により、遮光膜をパターニングする第1フォトリソグラフィ工程が終了する。
この第2レジストパターンは、上述のとおり、上記第1レジストパターンの位置に対して、位置ずれをゼロとして形成することは実質的に不可能である。しかしながら、本発明によれば、このアライメント変動にもかかわらず、形成される最終的な転写用パターンにおいて、設計値からのずれをゼロとすることができる。
ここで、暫定パターンは遮光膜によって形成されているから、半透光膜のエッチャントに接触しても、消失することは無い。
次に、第2レジストパターンを残存させたままで、遮光膜のエッチャントを用いて、暫定パターンを除去する(第3エッチング工程)。尚、既に形成された遮光部は、第2レジストパターンにより保護されているので、暫定パターン除去時に損傷することはない。ここでは、暫定パターンの側面からサイドエッチングすることが効果的であるので、ドライエッチングではなく、等方性エッチングの作用が優れているウェットエッチングを用いることが好ましい。そして、暫定パターンを消失させる。この時、半透光膜は、遮光膜のエッチャントに対して耐性をもつので、消失することは無い(図7(H)参照)。そして、最後に第2レジストパターンを剥離する(図7(I)参照)。
第2描画の際に、第1描画との相対的な位置ズレが生じたとしても、暫定パターンの一部が、第2レジストパターンのエッジから、少なくとも一部露出した状態となる。換言すれば、上記相対的な位置ズレが生じた場合でも、暫定パターンの側面が第2レジストパターンのエッジから露出した状態となるように、暫定パターンの寸法が選択されている。よって、暫定パターンにより、確実に半透光部の外縁を画定することができるので、第1レジストパターンで形成された設計通りの配置が実現できる。また、第2レジストパターンにより遮光部が保護され、エッチング選択性により半透光部に影響を与えることなく、暫定パターンをエッチング除去(第3エッチング工程)できるので、暫定パターンを除去するための更なるフォトリソグラフィ工程を必要としない。
また、暫定パターンの一部分が第2レジストパターンのエッジから露出するように形成され、一部分が露出した暫定パターンに対して、ウェットエッチングが有する等方性エッチングの作用によって、暫定パターンの全体を除去することができる。よって、フォトリソグラフィ工程の実施回数を確実に抑制することができる。
更に、図3(C)、(D)に示すような、ラインアンドスペースのホールパターンについても、同様な製造方法で形成できる。
本発明の製造方法が適用されるフォトマスクの用途やパターン形状に、特に制約は無い。転写用パターンとしては、対称性をもつデザインに対して、本発明の効果が顕著である。例えば、所定のパターンに対して、その両端や周縁に、位相シフタなどの機能性のパターンを配置する場合である。対称性とは、回転対称、点対称、又は鏡像対称が含まれる。
また、微細幅を含むパターンにおいては、アライメント精度が大きな問題となることから、幅8μm下、特には5μm以下の部分を有する転写用パターンに対して有利である。
用途においては、例えば、複数のレイヤを重ねて製造する電子デバイスにおいて、相互の重ね合わせ精度を高くすることに寄与する。例えば、 フラットパネルディスプ(FPD)用のTFT(薄膜トランジスタ)製造用、カラーフィルタ(CF)製造用などに有利である。
図8(a)に、本発明の製造方法が適用されるフォトマスクを用いて、感光性樹脂に、傾斜のある側面をもつ構造物を形成する場合を模式的に示す。例えば、液晶表示装置のカラーフィルタ(CF)に用いられるスペーサの形成などに利用できる。ここでは、下側の図に示すようなマスクパターンを適用し、ネガレジストを用いることによって、上側の図に示すようなスペーサを形成することができる。ここでは、マスクパターンの透光部と遮光部との間の半透光部に対応し、露光機の解像度に応じてテーパ形状が形成される。これにより、遮光部及び透光部だけから構成されるバイナリマスクでは実現できなかった、所望の傾斜角をもつテーパ形状を形成することができる。
また、多階調フォトマスクに用いる半透光膜としては、露光光透過率が20〜80%、より好ましくは、30〜60%であり、位相シフト作用が90°以下、より好ましくは60°以下であるものが好ましく用いられる。透過率、位相シフト量はいずれも、露光光代表波長をg線としたとき、この代表波長に対するものとすることができる。
転写に使用する露光光波長としては、i線、h線、g線を含む、ブロード波長域を用いることが好ましい。
もちろん、他の膜であっても、2回以上の描画を必要とするフォトマスクに対して、優れた作用効果が得られる。尚、膜種は他のものでも適用可能であり、第1の膜、第2の膜が積層され、互いにエッチング選択性をもつ材料からなるものであれば良い。
本発明は、複数のパターニング工程によって形成されたパターンの重ね合わせ精度が高く、このため、他のフォトマスクを更に用いて、多数のレイヤを形成する電子デバイスの製造工程における歩留まりを向上させることができる。また、本発明は、描画工程が増えない点で、生産性が高い。
ここで、フォトマスクを構成する透明基板としては、表面を研磨した石英ガラス基板などが用いられる。大きさは特に制限されず、当該マスクを用いて露光する基板(例えばフラットパネルディスプレイ用基板など)に応じて適宜選定される。例えば一辺300mm以上の矩形基板が用いられる。
本発明では、この透明基板上に、半透光膜、遮光膜などが形成されたフォトマスクブランクを用意する。
遮光膜と半透光膜は、互いのエッチャント(エッチング液、又はエッチングガス)に対して耐性をもつ素材である。尚、後述するように、遮光膜は、遮光膜パターニング工程においてサイドエッチングを行うため、等方性エッチングの傾向が大きいウェットエッチングに適した素材であることが好ましい。
具体的な半透光膜の素材を例示すると、Cr化合物(Crの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物など)、Si化合物(SiO2、SOG)、金属シリサイド化合物(TaSi、MoSi、WSi又はそれらの窒化物、酸化窒化物など)のほか、TiONなどのTi化合物を使用することができる。
遮光膜素材は、Cr又はCr化合物(Crの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物など)の他、Ta、Mo、W又はそれらの化合物(上記金属シリサイドを含む)などを使用することができる。
従って、それぞれのエッチング選択性を考慮すると、例えば、半透光膜にSi化合物、金属シリサイド化合物又は、Ti化合物を用いた場合には、遮光膜素材は、Cr又はCr化合物とする組み合わせが好ましい。
尚、本発明の製造方法を適用できる層構成であれば、上記遮光膜、半透光膜加えて、更に他の膜が形成される場合を排除しない。
半透光膜、遮光膜が形成されたフォトマスクブランクは、更にレジスト膜を塗布して、レジスト付フォトマスクブランクとする。レジスト膜はポジ型でもネガ型でも良い(上記実施形態ではポジ型で説明した)。
更に、MoSi又はその化合物の膜に対しては、弗化水素酸、珪弗化水素酸、弗化水素アンモニウムなどのフッ素化合物に、過酸化水素、硝酸、硫酸などの酸化剤を添加したエッチング液を使用することができる。又は、フッ素系のエッチングガスを用いてもよい。
尚、これら膜素材を用いて暫定パターンを形成した場合には、暫定パターンをエッチング除去する工程においては、ウェットエッチングを用いることが好ましい。更に、すべてのエッチング工程でウェットエッチングを用いることがより好ましい。
本発明は、図6及び7に示すような製造方法によって製造されるフォトマスクを含む。
このフォトマスクは、対称性のあるパターンを有する場合、特に有利に製造できる。例えば、図3の(A)〜(D))に例示したパターン配列をもつフォトマスクが挙げられる。この場合、第1描画と第2描画とによってそれぞれ形成されるパターン同士の間にずれが生じ、対称性が失われる弊害が防止できる。
例えば、図3の(A)または(D)に示すように、転写用パターンが、透光部、半透光部、遮光部、半透光部、透光部の順に一方向に配列した部分を有する場合、この配列方向において、透光部及び半透光部間の境界と、半透光部及び遮光部間の境界との距離をD1とし、この配列方向において、遮光部及び半透光部間の境界と、半透光部及び透光部間の境界との距離をD2とするとき、上記の暫定パターンにより、設計通りの配置が実現できるので、D1とD2との差を0.1μm以下にすることができる。
本発明は、上記製造方法によるフォトマスクを用いたパターン転写方法も含む。更に、このパターン転写方法を用いる、フラットパネルディスプレイ(FPD)製造方法も含む。この場合、パターン転写に用いる露光装置は、公知のものを用いることができる。本発明のフォトマスクを用いて、被転写体上にパターン転写を行う際に用いる露光装置に、特に制限は無い。但しi線、h線、g線を含む光源をもつ、いわゆるLCD(液晶ディスプレイ)用露光装置に好適に適用することができる。例えば、位相シフト膜パターンを用いた本発明のフォトマスクにおいては、上記の波長のうち、単一波長(例えばi線)のみを使用して露光しても良い。
また、被転写体上に用いるレジストは、ポジ型でもネガ型でも良く、用途に応じて選択できる。
上記の実施形態の説明においては、半透光膜、遮光膜を形成する場合を示しているが、他の膜であっても同様の作用効果が得られる。従って、既に述べたように、上記の半透光膜、遮光膜を、下層膜、上層膜と読み替えることができ、この下層膜や上層膜は、任意の露光光透過率をとることができる。
更に、本発明は、上述の実施形態には限られず、その他様々な実施形態が含まれる。
Claims (6)
- 露光光透過率が互いに異なる下層膜と上層膜とがそれぞれパターニングされてなる下層膜パターンと上層膜パターンとが積層されて透明基板上に設けられた転写用パターンを備えるフォトマスクの製造方法であって、
前記透明基板上に、互いにエッチング選択性のある材料からなる前記下層膜と前記上層膜とを積層し、更に第1レジスト膜を形成したフォトマスクブランクを用意する工程と、
前記第1レジスト膜に対して第1描画を行うことにより、
前記上層膜パターンと、
前記下層膜パターンの領域を画定する暫定パターンと
を形成するための第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、前記上層膜をエッチングする第1エッチング工程と、
形成された前記上層膜パターンと前記暫定パターンとを含む全面に第2レジスト膜を形成する工程と、
前記第2レジスト膜に対して第2描画を行うことにより、前記下層膜パターンを形成するための第2レジストパターンを形成する工程と、
前記暫定パターンと前記第2レジストパターンとをマスクとして、前記下層膜をエッチングする、第2エッチング工程と、
前記第2レジストパターンをマスクとして、前記暫定パターンをエッチング除去する第3エッチング工程と
を有する、ことを特徴とするフォトマスクの製造方法。 - 遮光部、半透光部、及び透光部を含む転写用パターンを備えるフォトマスクの製造方法であって、
透明基板上に、互いにエッチング選択性のある材料からなる半透光膜と遮光膜とを積層し、更に第1レジスト膜を形成したフォトマスクブランクを用意する工程と、
前記第1レジスト膜に対して第1描画を行うことにより、
前記遮光部と、
前記半透光部を画定する暫定パターンと
を形成するための第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する第1エッチング工程と、
形成された前記遮光部と前記暫定パターンとを含む全面に第2レジスト膜を形成する工程と、
前記第2レジスト膜に対して第2描画を行うことにより、前記半透光部を形成するための第2レジストパターンを形成する工程と、
前記暫定パターンと前記第2レジストパターンとをマスクとして、前記半透光膜をエッチングする、第2エッチング工程と、
前記第2レジストパターンをマスクとして、前記暫定パターンをエッチング除去する第3エッチング工程と
を有する、ことを特徴とする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において、前記暫定パターンの一部分が、前記第2レジストパターンのエッジから露出するように、前記第2描画を行い、
前記暫定パターンのエッチング除去工程においては、前記第2レジストパターンのエッジから一部分露出した状態の前記暫定パターンに対して、ウェットエッチングを施すことを特徴とする、請求項1又は2に記載のフォトマスクの製造方法。 - 前記暫定パターンの幅が、2μm以下であることを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載のフォトマスクの製造方法。
- 前記転写用パターンが、ホールパターン又はドットパターンであることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のフォトマスクの製造方法。
- 前記転写用パターンが、ラインアンドスペースパターンであることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のフォトマスクの製造方法。
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