JP7080070B2 - フォトマスク、及び表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子デバイスを製造するためのフォトマスクであって、特にフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用に好適なフォトマスクと、それを用いた表示装置の製造方法に関する。

半導体装置を製造するためのフォトマスクとして、ハーフトーン型位相シフトマスクが知られている。図１１は、従来型のハーフトーン型位相シフトマスクの構成例を示すもので、（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ位置の断面模式図である。

図示したハーフトーン型位相シフトマスクでは、透明基板１００上に位相シフト膜１０１が形成されるとともに、この位相シフト膜１０１がパターニングされてホールパターンが形成されている。ホールパターンは、透明基板１００が露出した透光部１０３からなる。ホールパターンの周囲は位相シフト部１０４が取り囲んでいる。位相シフト部１０４は、透明基板１００上に形成された位相シフト膜１０１からなる。

位相シフト部１０４の露光光の透過率は、例えば６％程度とし、位相シフト量は、１８０度程度とする。このとき、透光部１０３を透過した光と、位相シフト部１０４を透過した光とが互いに逆位相となる。これら逆位相の光は、透光部１０３と位相シフト部１０４の境界付近で干渉し、解像性能を向上させる効果を奏する。このようなハーフトーン型位相シフトマスクは、いわゆるバイナリマスクと比較して、解像性能だけでなく焦点深度（ＤＯＦ）についても改善効果を奏することが知られている。

田邊功、法元盛久、竹花洋一、「入門フォトマスク技術」、株式会社工業調査会、２００６年１２月１５日、ｐ．２４５

液晶表示装置（liquid crystal display）や有機ＥＬ（Organic ElectroLuminescence）表示装置などを含む表示装置においては、より明るく、かつ省電力であるとともに、高精細、高速表示、広視野角といった表示性能の向上が望まれている。

例えば、上記表示装置に用いられる薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、「ＴＦＴ」）で言えば、ＴＦＴを構成する複数のパターンのうち、層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールが、確実に上層及び下層のパターンを接続させる作用をもたなければ正しい動作が保証されない。その一方、例えば液晶表示装置の開口率を極力大きくして、明るく、省電力の表示装置とするためには、コンタクトホールの径が十分に小さいことが求められるなど、表示装置の高密度化の要求に伴い、ホールパターンの径も微細化（例えば３μｍ未満）が望まれている。例えば、径が０．８μｍ以上２．５μｍ以下、更には、径が２．０μｍ以下のホールパターンが必要となり、具体的には０．８～１．８μｍの径をもつパターンの形成も望まれると考えられる。

ところで、表示装置に比べて、集積度が高く、パターンの微細化が顕著に進んだ半導体装置（ＬＳＩ）製造用のフォトマスクの分野では、高い解像性を得るために、露光装置には高い開口数ＮＡ（例えば０．２を越える）の光学系を適用し、露光光の短波長化がすすめられた経緯がある。その結果、この分野では、ＫｒＦやＡｒＦのエキシマレーザー（それぞれ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍの単一波長）が多用されるようになった。

その一方、表示装置製造用のリソグラフィ分野では、解像性向上のために、上記のような手法が適用されることは、一般的ではない。例えばこの分野で用いられる露光装置がもつ光学系のＮＡ（開口数）は、０．０８～０．１２程度であり、今後を展望しても、０．０８～０．２０程度が適用される環境にある。また、露光光源もｉ線、ｈ線、又はｇ線が多用され、主にこれらを含んだブロード波長光源を使用することで、大面積を照射するための光量を得て、生産効率やコストを重視する傾向が強い。

また、表示装置の製造においても、上記のようにパターンの微細化要請が高くなっている。ここで、半導体装置製造用の技術を、表示装置の製造にそのまま適用することには、いくつかの問題がある。例えば、高ＮＡ（開口数）をもつ高解像度の露光装置への転換には、大きな投資が必要になり、表示装置の価格との整合性が得られない。また、露光波長の変更（ＡｒＦエキシマレーザーのような短波長を用いる）については、やはり相当の投資を必要とする点で不都合である。つまり、従来にないパターンの微細化を追求する一方、既存のメリットであるコストや効率を失うことはできないという点が、表示装置製造用のフォトマスクの問題点となっている。

本発明者の検討によると、上記図１１に示すハーフトーン型位相シフトマスクを表示装置製造用のフォトマスクとして使用する際に、後述する課題があり、更なる改善の余地があることが明らかになった。

フォトマスクに対して望まれる性能には、以下の（１）～（３）の要素がある。

（１）焦点深度（ＤＯＦ）
露光時に、デフォーカスが生じた場合に、目標ＣＤに対し、ＣＤの変動が所定範囲内（例えば±１０％以内）となるための焦点深度の大きさをいう。ＤＯＦの数値が高ければ、被転写体の平坦度の影響を受けにくく、安定してパターン転写が行える。ここでＣＤとは、Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎの略であり、パターン幅の意味で用いる。表示装置製造用のフォトマスクは、半導体装置製造用のフォトマスクと比較して、サイズが大きく、また、被転写体（ディスプレイパネル基板等）も大サイズであり、いずれも平坦性を完璧なものとすることが困難であるため、ＤＯＦの数値を高められるフォトマスクの意義が大きい。

（２）マスク誤差増大係数（ＭＥＥＦ：Mask Error Enhancement Factor）
フォトマスク上のＣＤ誤差と被転写体上に形成されるパターンのＣＤ誤差の比率を示す数値である。一般に、パターンが微細化するほど、フォトマスク上のＣＤ誤差が被転写体上で拡大されやすいが、極力これを抑えてＭＥＥＦを低くすることにより、被転写体上に形成されるパターンのＣＤ精度を高めることができる。表示装置の仕様が進化し、パターンの微細化が要求されるとともに、露光装置の解像限界に近い寸法のパターンをもつフォトマスクが必要となったことから、表示装置製造用フォトマスクにおいても、今後ＭＥＥＦが重要視される可能性が高い。

（３）Ｅｏｐ
目標寸法のパターンを被転写体上に形成するために必要な露光光量である。表示装置の製造においては、フォトマスク基板のサイズが大きい（例えば主表面が一辺３００～２０００ｍｍの四角形）。このため、Ｅｏｐの数値が高いフォトマスクを用いると、スキャン露光の速度を下げる必要が生じ、生産効率が阻害される。故に、表示装置を製造する際には、Ｅｏｐの数値を低減できるフォトマスクを使用することが望まれる。

本発明者の検討によると、上記図１１に示すハーフトーン型位相シフトマスクでは、ＤＯＦの改善効果が得られる一方、ＥｏｐやＭＥＥＦの点では、更に改善が望まれることが分かった。具体的には、上記ハーフトーン型位相シフトマスクを用いると、光強度の損失によって必要光量（Ｄｏｓｅ）が増えるため、Ｅｏｐが大幅に増加し、これに伴ってＭＥＥＦも大きくなってしまう傾向があり、表示装置製造用のフォトマスクとしては課題が残ることがわかった。

そこで本発明は、表示装置の製造に適用される露光条件において、優れた解像性と生産効率を両立できるフォトマスクを提供することを目的とする。

（第１の態様）
本発明の第１の態様は、
透明基板上に転写用パターンを備えた、表示装置製造用のフォトマスクであって、
前記転写用パターンは、被転写体上にホールを形成するためのホールパターンであって、
前記透明基板が露出した、径Ｗ１（μｍ）の透光部と、
前記透光部を囲む、幅Ｒ（μｍ）の遮光リム部と、
前記遮光リム部を囲む、位相シフト部からなり、
前記位相シフト部と前記透光部の、露光光の代表波長の光に対する位相差が略１８０度であり、
前記透光部の片側に位置する前記位相シフト部を透過する露光光が被転写体上に形成する光強度分布において、前記位相シフト部と前記遮光リム部の境界位置から前記遮光リム部側に向かって、第１の谷の極小値点Ｂ１までの距離をｄ１（μｍ）とし、第２の谷の極小値点Ｂ２までの距離をｄ２（μｍ）とするとき、
（ｄ１－０．５×Ｗ１）≦Ｒ≦（ｄ２－０．５×Ｗ１）
であることを特徴とする、フォトマスクである。
（第２の態様）
本発明の第２の態様は、
透明基板上に転写用パターンを備えた、表示装置製造用のフォトマスクであって、
前記転写用パターンは、被転写体上にホールを形成するためのホールパターンであって、
前記透明基板が露出した、径Ｗ１（μｍ）の透光部と、
前記透光部を囲む、幅Ｒ（μｍ）の遮光リム部と、
前記遮光リム部を囲む、位相シフト部からなり、
前記位相シフト部と前記透光部の、露光光の代表波長の光に対する位相差が略１８０度であり、
前記透光部の片側に位置する前記位相シフト部を透過する露光光が被転写体上に形成する光強度分布において、前記位相シフト部と前記遮光リム部の境界位置から前記遮光リム部側に向かって、第１の山の極大値点Ｐにおける光強度の１／２を示す２つの点のうち、前記山の前記遮光リム部に近い側の傾斜部にある点をＱ１、遠い側の傾斜部にある点をＱ２とし、前記境界位置からＱ１までの距離をｄ３とし、Ｑ２までの距離をｄ４とするとき、
（ｄ３－０．５×Ｗ１）≦Ｒ≦（ｄ４－０．５×Ｗ１）
であることを特徴とする、フォトマスクである。
（第３の態様）
本発明の第３の態様は、
前記転写用パターンは、前記被転写体上に、径Ｗ２（但しＷ２≦Ｗ１）のホールを形成するためのホールパターンであることを特徴とする、上記第１の態様又は第２の態様に記載のフォトマスクである。
（第４の態様）
本発明の第４の態様は、
前記位相シフト部は、前記代表波長の光に対して、２～１０％の透過率をもつことを特徴とする、上記第１～第３の態様のいずれか１つに記載のフォトマスクである。
（第５の態様）
本発明の第５の態様は、
開口数（ＮＡ）が０．０８以上、０．２０未満であり、ｉ線、ｈ線、又はｇ線を含む露光光源をもつ等倍の投影露光装置を用いて、前記転写用パターンを露光し、被転写体上に、径Ｗ２が０．８～３．０（μｍ）のホールを形成することに用いる、上記第１～第４の態様のいずれか１つに記載のフォトマスクである。
（第６の態様）
上記第１～第４の態様のいずれか１つに記載のフォトマスクを用意する工程と、
開口数（ＮＡ）が０．０８～０．１５であり、ｉ線、ｈ線、又はｇ線を含む露光光源をもつ等倍の投影露光装置を用いて、前記転写用パターンを露光し、被転写体上に、径Ｗ２が０．８～３．０（μｍ）のホールを形成する工程とを含む、表示装置の製造方法である。

本発明によれば、表示装置の製造に適用される露光条件において、優れた解像性と生産効率を両立できるフォトマスクを提供することが可能となる。

（ａ）は、従来型のハーフトーン型位相シフトマスクの断面を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）において透光部の左側の位相シフト部を透過した光の振幅を示す図である。 図１（ｂ）において、光の位相が（＋）側に転じた山の部分を、透光部から通過させて被転写体上に到達させるための手段についての考察を説明する図である。 本発明の実施形態に係るフォトマスクの構成例を示すもので、（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ位置の断面模式図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係るフォトマスクにおいて遮光リム部の幅を狭く設定した場合の転写用パターンの一部を示す平面図であり、（ｂ）は、その場合にフォトマスクの左側の位相シフト部を透過する透過光が被転写体上に形成する光強度分布を示す図（その１）である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係るフォトマスクにおいて遮光リム部の幅を広く設定した場合の転写用パターンの一部を示す平面図であり、（ｂ）は、その場合にフォトマスクの左側の位相シフト部を透過する透過光が被転写体上に形成する光強度分布を示す図（その１）である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係るフォトマスクにおいて遮光リム部の幅を狭く設定した場合の転写用パターンの一部を示す平面図であり、（ｂ）は、その場合にフォトマスクの左側の位相シフト部を透過する透過光が被転写体上に形成する光強度分布を示す図（その２）である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係るフォトマスクにおいて遮光リム部の幅を広く設定した場合の転写用パターンの一部を示す平面図であり、（ｂ）は、その場合にフォトマスクの左側の位相シフト部を透過する透過光が被転写体上に形成する光強度分布を示す図（その２）である。 遮光リム部の幅の変化によるＭＥＥＦの値についてのシミュレーション結果を示す図である。 遮光リム部の幅の変化によるＥｏｐの値についてのシミュレーション結果を示す図である。 本実施形態のフォトマスク（リム幅Ｒ＝１．０μｍ）を、露光装置によって露光したときに、被転写体上に形成される光学像（すなわち、透過光の光強度分布）を、同じ径のホールパターンをもつバイナリマスク（Ｂｉｎａｒｙ）、及び、従来型のハーフトーン型位相シフトマスク（Ａｔｔ．ＰＳＭ）と比較した図である。 従来型のハーフトーン型位相シフトマスクの構成例を示すもので、（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ位置の断面模式図である。

図１（ａ）は、従来型のハーフトーン型位相シフトマスクの断面を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）において透光部の片側の位相シフト部を透過した光の振幅を示す図である。尚、図１（ｂ）は透光部１０３の左側に位置する位相シフト部１０４を透過した光の振幅を示している。透光部１０３の右側に位置する位相シフト部１０４を透過した光は、透光部１０３の中心に対して図１（ｂ）の透過光振幅とは左右対称な透過光振幅を示すが、ここでは図示を省略している。

ここで、透光部１０３を透過する光（不図示）の位相を（＋）位相とするとき、位相シフト部１０４を透過して、被転写体上の、透光部１０３の左側境界から中心付近に対応する領域に到達する光は、（－）位相となる。そしてこの光は、透光部１０３を透過する（＋）位相の光と干渉する。このため、透光部１０３を透過する光の強度は相対的に弱められる。つまり、（＋）位相の光と（－）位相の光の干渉によって、透光部１０３を透過して被転写体上に到達する光の強度が減少する。この現象は、透光部１０３の寸法が微細化すると顕著になる。

但し、位相シフト部１０４を透過する光の振幅カーブは、上記境界位置から更に透光部１０３側（図中、右側）において、その位相が（＋）側に転じ、光振幅の極大値点をもつ山を形成する。そこで本発明者は、この山の部分を形成する（＋）位相の透過光を利用することにより、上記した光強度減少の作用を抑え、むしろ光強度を増大させて、ＥｏｐやＭＥＥＦの改善効果を得る可能性を検討した。

図２は、上記図１（ｂ）において、光の位相が（＋）側に転じた山の部分を、被転写体上における透光部に対応する位置に位置させるための手段について行った考察を説明する図である。ここでは、位相シフト部１０４の透光部１０３側のエッジ付近に、遮光膜１０６によって遮光リム部１０５を形成している。このように遮光リム部１０５を形成すると、遮光膜１０６で覆われた位相シフト膜１０１の部分は、位相シフト部１０４として機能しない。このため、位相シフト部１０４の透光部１０３側のエッジは、遮光リム部１０５を形成しない場合に比べて、より左側にシフトする。これは、位相シフト部１０４による光の振幅カーブを、左側にシフトさせることを意味する。

これにより、位相シフト部１０４を透過した光の振幅カーブのうち、その位相が（＋）側に転じた山の部分が左側にシフトする。このため、その山を形成する振幅カーブの極大値点付近を、透光部１０３の幅寸法内（好ましくは、透光部１０３の中心位置又はその近傍）に位置させることできる。このようにすれば、露光光をより効率的に利用することが可能となる。本発明は、このような本発明者の知見に基づいてなされたものである。

＜実施形態のフォトマスクの構成＞
図３は、本発明の実施形態に係るフォトマスクの構成例を示すもので、（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ位置の断面模式図である。

図示したフォトマスクは、透明基板１０上に転写用パターンを備えた、表示装置製造用のフォトマスクである。この転写用パターンは、被転写体上にホールを形成するためのホールパターンであって、透明基板１０が露出した、径Ｗ１（μｍ）の透光部１１と、透光部１１を囲む、幅Ｒ（μｍ）の遮光リム部１２と、遮光リム部１２を囲む位相シフト部１３とを有する。透明基板１０は、透明なガラス等によって構成されている。

遮光リム部１２には、透明基板１０上に遮光膜１５が形成されている。遮光膜１５の光学濃度（ＯＤ）は、好ましくは、ＯＤ≧２であり、より好ましくは、ＯＤ≧３である。遮光リム部１２は、遮光膜１５の単層でもよく、位相シフト膜１４と遮光膜１５の積層膜でもよい。位相シフト膜１４と遮光膜１５の積層順（透明基板１０の厚さ方向の位置関係）に特に制限はない。遮光膜１５の材料は、Ｃｒ又はその化合物（酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、又は酸化窒化炭化物）であっても良く、又は、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉを含む金属化合物であってもよい。金属化合物としては、金属シリサイド、又は、該シリサイドの上記化合物であっても良い。また、遮光膜１５の材料は、ウェットエッチングが可能であり、かつ、位相シフト膜１４の材料（後述）に対してエッチング選択性をもつ材料が好ましい。また、遮光膜１５や位相シフト膜１４は、その表面側、及び／又は裏面側に、光の反射を制御する反射制御層を設けたものであってもよい。

位相シフト部１３は、透明基板１０上に位相シフト膜１４を形成してなるものである。位相シフト膜１４は、Ｃｒ又はその化合物（酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、又は酸化窒化炭化物）であっても良く、又は、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉを含む金属化合物であってもよい。金属化合物としては、金属のシリサイド、又は、該シリサイドの上記化合物であっても良い。位相シフト膜１４の材料としては、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、ＴｉのいずれかとＳｉを含む材料、又は、これらの材料の酸化物、窒化物、酸化窒化物、炭化物、又は酸化窒化炭化物を含む材料からなるとすることができ、更にＳｉの上記化合物であってもよい。また、位相シフト膜１４の材料は、ウェットエッチングが可能な材料が好ましい。

ここで、位相シフト部１３と透光部１１の、露光光の代表波長の光に対する位相差φ１は、略１８０度である。略１８０度とは、１２０～２４０度を意味する。上記位相差φ１は、好ましくは、１５０～２１０度である。
また、位相シフト膜のもつ、位相シフト量の波長依存性は、ｉ線、ｈ線、及びｇ線に対し、変動幅が４０度以内であることが好ましい。

遮光リム部１２は、露光光の代表波長の光を実質的に透過しない遮光膜１５であって、光学濃度ＯＤ≧２（好ましくはＯＤ≧３）の膜を、透明基板１０上に形成してなるものである。また、位相シフト部１３は、露光光の代表波長の光に対して、２～１０％の透過率Ｔ１（％）をもつことが好ましい。より好ましくは３～８％、更に好ましくは、３＜Ｔ１＜６である。透過率が過度に高い場合には、被転写体上に形成されるレジストパターンにおいて、残膜厚が損なわれる不都合が生じやすく、また、透過率が低すぎると、以下に説明する反転位相の透過光強度カーブの寄与が得にくくなる。
尚、ここでの透過率は、透明基板１０の透過率を基準（１００％）としたときの、上記代表波長の光の透過率とする。また、露光光には、ｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれかを含む光、又はｉ線、ｈ線、ｇ線のすべてを含むブロード波長光を用いることができる。代表波長とは、露光に用いる光に含まれる波長のうち、いずれかの波長（例えばｉ線）とする。

本実施形態のフォトマスクにおいて、透光部１１の径Ｗ１（μｍ）は、好ましくは、０．８≦Ｗ１≦４．０である。図３に例示する転写用パターンにおいては、透光部１１の平面視形状が正方形であり、この場合径Ｗ１は、正方形の一辺の寸法である。透光部１１の平面視形状が長方形の場合には、長辺の寸法を径Ｗ１とする。透光部１１の形状は四角形が好ましく、特に正方形が好ましい。
Ｗ１が大きすぎると、表示装置用露光装置の解像限界寸法を十分に上回るために、従来のフォトマスクによって十分な解像性が得られ、本発明による向上効果は顕著には生じない。一方、Ｗ１が小さすぎると、フォトマスク製造時に安定して正確なＣＤを得にくい。 より好ましくは、０．８≦Ｗ１≦３．５である。また、更なる微細化が望まれる場合には、１．０＜Ｗ１＜３．０、更には、１．２＜Ｗ１＜２．５としてもよい。

本実施形態のフォトマスクが備える転写用パターンによって、被転写体上に径Ｗ２（μｍ）のホールを形成する場合、好ましくは、０．８≦Ｗ２≦３．０である。被転写体上に形成されるホールの径Ｗ２は、対向する２つの辺の間の距離の、最も大きい部分の長さをいう。

すなわち、フォトマスクの透光部１１の径Ｗ１と被転写体のホールの径Ｗ２との関係は、好ましくは、Ｗ１≧Ｗ２であり、より好ましくは、Ｗ１＞Ｗ２である。また、β（μｍ）をマスクバイアス値（Ｗ１－Ｗ２）とし、β＞０（μｍ）とすると、バイアス値β（μｍ）は、好ましくは、０．２≦β≦１．０であり、より好ましくは、０．２≦β≦０．８である。

図４（ａ）は、本発明の実施形態に係るフォトマスクにおいて遮光リム部の幅を相対的に狭く設定した場合の転写用パターンの一部（図３の点線で囲まれた部分）を示す平面図であり、（ｂ）は、その場合にフォトマスクの左側の位相シフト部を透過する透過光が被転写体上に形成する光強度分布を示す図である。また、図５（ａ）は、本発明の実施形態に係るフォトマスクにおいて遮光リム部の幅を相対的に広く設定した場合の転写用パターンの一部（図３の点線で囲まれた部分）を示す平面図であり、（ｂ）は、その場合にフォトマスクの左側の位相シフト部を透過する透過光が被転写体上に形成する光強度分布を示す図である。

図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、透光部１１の片側（図中、左側）に位置する位相シフト部１３を透過する露光光が被転写体上に形成する光強度分布を曲線で描くと、位相シフト部１３と遮光リム部１２の境界位置から遮光リム部１２側（図中、右側）に向かって、第１の谷、第１の山、第２の谷が出現する。第１の山は、上記図１に示した光の振幅カーブにおいて、その位相が（＋）側に転じた部分の山に対応する。

ここで、上記境界位置から、第１の谷の極小値点Ｂ１（図４）までの距離をｄ１（μｍ）とし、第２の谷の極小値点Ｂ２（図５）までの距離をｄ２（μｍ）とするとき、遮光リム部１２の幅Ｒ（μｍ）は、下記の（１）式を満たすように設定することが好ましい。
（ｄ１－０．５×Ｗ１）≦Ｒ≦（ｄ２－０．５×Ｗ１） ・・・（１）
尚、図４は上記（１）式における遮光リム部１２の幅Ｒの下限について示し、図５は上限について示している。

上記（１）式を満たすように遮光リム部１２の幅Ｒを設定すると、位相シフト部１３の透過光のうち、（＋）位相の透過光を、透光部１１の中央に位置させることができる。すなわち、位相シフト部１３を透過する透過光のうち、（＋）位相の部分の少なくとも一部によって、透光部１１を透過する（＋）位相の透過光とともに、被転写体上に到達させ、その光強度のピークを高める作用を得ることが可能となる。

次に、位相シフト部１３を透過する透過光のうち、（＋）位相のより多くの部分を、被転写体上に到達させるためのパターン構成について、図６及び図７を用いて考察する。

図６（ａ）は、本発明の実施形態に係るフォトマスクにおいて遮光リム部の幅を相対的に狭く設定した場合の転写用パターンの一部（図３の点線で囲まれた部分）を示す平面図であり、（ｂ）は、その場合にフォトマスクの左側の位相シフト部を透過する透過光が被転写体上に形成する光強度分布を示す図である。また、図７（ａ）は、本発明の実施形態に係るフォトマスクにおいて遮光リム部の幅を相対的に広く設定した場合の転写用パターンの一部（図３の点線で囲まれた部分）を示す平面図であり、（ｂ）は、その場合にフォトマスクの左側の位相シフト部を透過する透過光が被転写体上に形成する光強度分布を示す図である。

図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように、透光部１１の片側（図中、左側）に位置する位相シフト部１３を透過する露光光が被転写体上に形成する光強度分布を曲線で描くと、上記同様に、位相シフト部１３と遮光リム部１２の境界位置から遮光リム部１２側（図中、右側）に向かって、第１の谷、第１の山、第２の谷が出現する。
この場合、第１の山の極大値点Ｐにおける光強度の１／２を示す２つの点のうち、第１の山の遮光リム部１２に近い側（図中、左側）の傾斜部にある点をＱ１、遠い側（図中、右側）の傾斜部にある点をＱ２とし、上記境界位置からＱ１までの距離をｄ３（図６）とし、Ｑ２までの距離をｄ４（図７）とするとき、遮光リム部１２の幅Ｒ（μｍ）は、下記の（２）式を満たすように設定することが好ましい。
（ｄ３－０．５×Ｗ１）≦Ｒ≦（ｄ４－０．５×Ｗ１） ・・・（２）
尚、図６は上記（２）式における遮光リム部１２の幅Ｒの下限について示し、図７は上限について示している。

上記（２）式を満たすように遮光リム部１２の幅Ｒを設定すると、位相シフト部１３の透過光のうち、（＋）位相であって、その光強度が大きい部分（上方の約半分）を、透光部１１の中央に位置させることができる。すなわち、位相シフト部１３を透過する透過光のうち、（＋）位相の山のピーク（極大値点Ｐ）に近い部分を確実に透光部１１の寸法内中央付近に位置させて、被転写体上に到達させ、その光強度のピークを、より効率的に高める作用を得ることができる。

本実施形態のフォトマスクによれば、位相シフト部１３を透過した光の振幅カーブのうち、（＋）位相に転じた山の部分の位置をシフトさせ、（＋）位相の山のより多くの部分を、透光部１１の寸法内に位置させることができる。これにより、露光光をより効率的に利用することが可能となる。その結果、表示装置の製造に適用される露光条件において、優れた解像性と生産効率を両立することができる。具体的には、例えば、開口数（ＮＡ）が０．０８≦ＮＡ≦０．２０、コヒーレンスファクタ（σ）が０．４≦σ≦０．９の露光条件において、ＭＥＥＦ及びＥｏｐに優れたフォトマスクを実現することができる。
より好ましくは、０．０８＜ＮＡ ＜０．２０
更には、０．１０＜ＮＡ＜０．１５
であることが望ましい。
また、より好ましくは、
０．４＜σ＜０．７
更に好ましくは、
０．４＜σ＜０．６
である。
本実施形態のフォトマスクが有する転写用パターンは、被転写体上にホールを形成するためのものであり、透明基板が露出した、径Ｗ１（μｍ）の透光部と、透光部を囲む、幅Ｒ（μｍ）の遮光リム部と、遮光リム部を囲む、位相シフト部からなる。換言すれば、このホールを形成するための他の構成（転写性を補助するための補助パターンなど）を含むことなく、ＭＥＥＦやＥｏｐの改善効果が得られる。
本実施形態のフォトマスクは、被転写体上に孤立ホールを形成するためのフォトマスクとして好適に用いられる。又は、被転写体上に密集ホールを形成するためのフォトマスクとすることもできる。密集ホールとは、複数のホールパターンが規則的に配列し、互いに光学的な作用を及ぼすものをいう。

本発明は、本実施形態のフォトマスクを用いて、露光装置により露光し、被転写体上に、上記転写用パターンを転写する、表示装置の製造方法を含む。

本発明の表示装置の製造方法では、まず、本実施形態のフォトマスクを用意する。次に、露光装置を用いて、前記転写用パターンを露光し、被転写体上に、径Ｗ２が０．８～３．０（μｍ）のホールを形成する。露光には、開口数（ＮＡ）が０．０８～０．２０であり、ｉ線、ｈ線、又はｇ線を含む露光光源をもつ露光装置を用いる。また、露光には、等倍のプロジェクション露光を行う投影露光装置であって、光学系の開口数（ＮＡ）が０．０８～０．１５（コヒーレンスファクタ（σ）が０．４～０．９）であり、ｉ線、ｈ線及びｇ線の少なくとも一つを露光光に含む露光光源をもつ露光装置を用いることが好ましい。露光光として単一波長を適用する場合には、ｉ線を用いることが好ましい。また、露光光には、ｉ線、ｈ線、ｇ線のすべてを含むブロード波長光を用いてもよい。使用する露光装置の光源は、垂直入射成分を除いた斜光照明（輪帯照明など）を使用しても良いが、斜光照明を適用せず、垂直入射成分を含む通常照明を用いても本発明の優れた効果が十分に得られる。

本発明の実施形態に係るフォトマスクは、例えば、透明基板１０上に位相シフト膜１４と遮光膜１５を順に積層した構成のフォトマスクブランクを用意した後、両膜をそれぞれパターニングして製造することができる。位相シフト膜１４及び遮光膜１５の成膜には、スパッタ法等の公知の成膜法を適用すれば良い。また、フォトマスクの製造に際して、フォトリソグラフィー工程においては、公知のフォトレジストを用い、レーザー描画装置等を使用することができる。図３のフォトマスクを製造する際には、遮光リム部１２の幅Ｒが精緻に制御されることが望まれる。これによって、露光時に被転写体上に形成される空間像のプロファイルが影響されるからである。
好ましくは、図３のフォトマスクを製造する際には、レジスト膜を形成した上記フォトマスクブランクに対して描画を行ない、まず遮光膜１５をエッチングして遮光リム部１２を形成し（遮光リム部が画定される）、次に、再度レジスト膜を形成するとともに、描画を行なって位相シフト膜１４をエッチングし、透光部１２を形成する事が好ましい。

次に、本発明の実施形態に係るフォトマスクを用いて実施した光学シミュレーションについて説明する。
光学シミュレーションでは、上記図３に示すものと同様の転写用パターン（ホールパターン）を有するフォトマスクを用いた。この場合、透光部１１の径Ｗ１を２μｍとし、被転写体上にＷ２が１．５μｍのホールを転写（バイアスβ＝０．５μｍ）する際に、遮光リム部１２の幅Ｒの寸法によって、ＭＥＥＦ及びＥｏｐの光学性能がどのように変化するかを検証した。尚、位相シフト部１３の露光光の透過率は、対ｉ線で、５．２％とした。

シミュレーションに用いた光学条件は、以下のとおりである。
露光装置の光学系は、開口数ＮＡが０．１であり、コヒーレンスファクタσが０．５である。また、露光光源には、ｉ線、ｈ線、ｇ線のすべてを含む光源（ブロード波長光源）を用い、強度比は、ｇ：ｈ：ｉ＝１：１：１とした。

図８は、遮光リム部の幅の変化によるＭＥＥＦの値についてのシミュレーション結果を示す図であり、図９は、遮光リム部の幅の変化によるＥｏｐの値についてのシミュレーション結果を示す図である。図８及び図９においては、横軸のＲｉｍ Ｓｉｚｅ（μｍ）が、遮光リム部１２の幅Ｒを表す。そして、遮光リム部１２の幅Ｒが０の場合は、上記図１１と同様の従来型のハーフトーン型位相シフトマスクを用いた場合に相当する。

図８によると、遮光リム部１２の幅Ｒの変化によって、ＭＥＥＦの値が変動し、特に、幅Ｒが０．５～１．５μｍのときに、ＭＥＥＦの値は６未満となり、また、幅Ｒが０．５～１．０μｍのときに、ＭＥＥＦの値が更に低く抑えられることがわかる。このときのＭＥＥＦの値は、５．２５を下回り、同じ径Ｗ１の透光部（ホールパターン）を有する従来型のハーフトーン位相シフトマスクに比較して、半分以下の低い値となっている。

また、図９によると、本実施形態のフォトマスクは、従来型のハーフトーン型位相シフトマスクより大幅にＥｏｐが低減され、特に、遮光リム部１２の幅Ｒが０．５～２．０μｍ、の範囲にわたって、露光に必要なＤｏｓｅ量が２５％以上削減されることがわかる。特に、遮光リム部１２の幅が０．７５～１．５のときに、３５％以上削減される。

図１０は、上記シミュレーションに用いた本実施形態のフォトマスク（リム幅Ｒ＝１．０μｍとしたもの）を、露光装置によって露光したときに、被転写体上に形成される光学像（すなわち、透過光の光強度分布）を、同じ径のホールパターンをもつバイナリマスク（Ｂｉｎａｒｙ）、及び、従来型のハーフトーン型位相シフトマスク（Ａｔｔ．ＰＳＭ）と比較した図である。

上記図１０によると、本実施形態のフォトマスクが形成する空間像は、他のフォトマスクが形成する空間像にくらべてピークが高く、更に傾斜が急峻であり（垂直に近く）、微細なホールを形成するために有利な、優れたプロファイルであることがわかる。

１０…透明基板
１１…透光部
１２…遮光リム部
１３…位相シフト部
１４…位相シフト膜
１５…遮光膜

Claims (6)

1. 透明基板上に転写用パターンを備えた、表示装置製造用のフォトマスクであって、
   前記転写用パターンは、開口数（ＮＡ）が０．０８～０．２０であり、ｉ線、ｈ線、又はｇ線を露光光に含む露光光源をもつ等倍の投影露光装置を用いた露光によって、被転写体上に径Ｗ２が０．８～３．０（μｍ）のホールを形成するためのホールパターンであって、
   前記透明基板が露出した、径Ｗ１（μｍ）の透光部と、
   前記透光部を囲む、幅Ｒ（μｍ）の遮光リム部と、
   前記遮光リム部を囲む、位相シフト部を有し、
   前記遮光リム部は、前記露光光に対する光学濃度が３．０以上であり、
   前記位相シフト部と前記透光部の、前記露光光の代表波長の光に対する位相差が略１８０度であり、
   前記透光部の片側に位置する前記位相シフト部を透過する前記露光光が被転写体上に形成する光強度分布において、前記位相シフト部と前記遮光リム部の境界位置から前記遮光リム部側に向かって、第１の谷の極小値点Ｂ１までの距離をｄ１（μｍ）とし、第２の谷の極小値点Ｂ２までの距離をｄ２（μｍ）とするとき、
   （ｄ１－０．５×Ｗ１）≦Ｒ≦（ｄ２－０．５×Ｗ１）
   であることを特徴とする、フォトマスク。
2. 透明基板上に転写用パターンを備えた、表示装置製造用のフォトマスクであって、
   前記転写用パターンは、開口数（ＮＡ）が０．０８～０．２０であり、ｉ線、ｈ線、又はｇ線を露光光に含む露光光源をもつ等倍の投影露光装置を用いた露光によって、被転写体上に径Ｗ２が０．８～３．０（μｍ）のホールを形成するためのホールパターンであって、
   前記透明基板が露出した、径Ｗ１（μｍ）の透光部と、
   前記透光部を囲む、幅Ｒ（μｍ）の遮光リム部と、
   前記遮光リム部を囲む、位相シフト部を有し、
   前記遮光リム部は、前記露光光に対する光学濃度が３．０以上であり、
   前記位相シフト部と前記透光部の、前記露光光の代表波長の光に対する位相差が略１８０度であり、
   前記透光部の片側に位置する前記位相シフト部を透過する前記露光光が被転写体上に形成する光強度分布において、前記位相シフト部と前記遮光リム部の境界位置から前記遮光リム部側に向かって、第１の山の極大値点Ｐにおける光強度の１／２を示す２つの点のうち、前記山の前記遮光リム部に近い側の傾斜部にある点をＱ１、遠い側の傾斜部にある点をＱ２とし、前記境界位置からＱ１までの距離をｄ３とし、Ｑ２までの距離をｄ４とするとき、
   （ｄ３－０．５×Ｗ１）≦Ｒ≦（ｄ４－０．５×Ｗ１）
   であることを特徴とする、フォトマスク。
3. 前記転写用パターンは、前記被転写体上に、径Ｗ２（但しＷ２≦Ｗ１）のホールを形成するためのホールパターンであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のフォトマスク。
4. 前記位相シフト部は、前記代表波長の光に対して、２～１０％の透過率をもつことを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載のフォトマスク。
5. 前記位相シフト部が有する位相シフト量の波長依存性は、ｉ線、ｈ線、及びｇ線に対する変動幅が４０度以下であることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載のフォトマスク。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載のフォトマスクを用意する工程と、
   開口数（ＮＡ）が０．０８～０．２０であり、ｉ線、ｈ線、又はｇ線を含む露光光源をもつ等倍の投影露光装置を用いて、前記転写用パターンを露光し、被転写体上に、径Ｗ２が０．８～３．０（μｍ）のホールを形成する工程とを含む、表示装置の製造方法。

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