6259508 ハーフトーンマスク、フォトマスクブランクス及びハーフトーンマスクの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6259508

(24)【登録日】2017年12月15日

(45)【発行日】2018年1月10日

(54)【発明の名称】ハーフトーンマスク、フォトマスクブランクス及びハーフトーンマスクの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 1/32 20120101AFI20171227BHJP

   G03F 7/40 20060101ALI20171227BHJP

   G03F 1/00 20120101ALI20171227BHJP

【ＦＩ】

   G03F1/32

   G03F7/40 511

   G03F1/00 Z

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-256534(P2016-256534)

(22)【出願日】2016年12月28日

【審査請求日】2017年5月15日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】302003244

【氏名又は名称】株式会社エスケーエレクトロニクス

(74)【代理人】

【識別番号】110002295

【氏名又は名称】特許業務法人森脇特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 慎吾

(72)【発明者】

【氏名】森山 久美子

(72)【発明者】

【氏名】美作 昌宏

【審査官】 田口 孝明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０２１０７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０６８９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０６２４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１６５３５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｆ １／００−１／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

透明基板上に半透過部、位相シフト部、境界部及び透光部を有し、
前記透光部は、前記透明基板が露出した部分からなり、
前記半透過部は、前記透明基板上に設けられた半透過膜で形成され、
前記位相シフト部は前記透明基板上に設けられた位相シフト膜で形成され、
前記境界部は、前記半透過部と前記位相シフト部とが隣接する領域に形成され、
前記境界部の幅が一定幅以下であり、
前記境界部は、前記位相シフト膜、エッチングストッパ膜、前記半透過膜がこの順に形成された積層構造膜で形成される一方、前記境界部を除く前記半透過部、前記位相シ
フト部及び前記透光部の前記エッチングストッパ膜は除去され、
前記境界部の幅は、前記フォトマスクが用いられる投影露光装置の解像限界以下である
ことを特徴とするフォトマスク。

【請求項2】

透明基板に半透過部、位相シフト部、境界部及び透光部を有し、
前記透光部は前記透明基板が露出した部分からなり、
前記半透過部は前記透明基板上に設けられた半透過膜で形成され、
前記位相シフト部は前記透明基板上に設けられた位相シフト膜で形成され、
前記境界部は、前記半透過部と前記位相シフト部とが隣接する領域に形成され、
前記境界部の幅が一定幅以下であり、
前記境界部は、前記半透過膜、エッチングストッパ膜、前記位相シフト膜がこの順に形成される一方、前記境界部を除く前記半透過部、前記位相シフト部及び前記透光部の前記エッチングストッパ膜は除去され、
前記境界部の幅は、前記フォトマスクが用いられる投影露光装置の解像限界以下である
ことを特徴とするフォトマスク。

【請求項3】

前記位相シフト膜は、露光光に対する透過率が１〜１０［％］であり、かつ露光光の
位相が反転することを特徴とする請求項１又は２記載のフォトマスク。

【請求項4】

前記半透過膜の露光光に対する透過率は１０〜６０［％］であることを特徴とする請
求項１乃至３のいずれか１項記載のフォトマスク。

【請求項5】

前記位相シフト膜と前記半透過膜とは、同じエッチング液によりエッチング可能であ
り、
前記エッチングストッパ膜は、前記エッチング液に対してエッチング選択性を有する ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のフォトマスク。

【請求項6】

前記エッチングストッパ膜はＴｉ系膜で構成され、前記位相シフト膜はＣｒ酸化膜で構成される
ことを特徴とする請求項５記載のフォトマスク。

【請求項7】

請求項１記載のフォトマスクを製造するためのフォトマスクブランクスであって、
前記透明基板上に前記位相シフト膜及び前記エッチングストッパ膜が、この順に積層されたことを特徴とするフォトマスクブランクス。

【請求項8】

透明基板上に位相シフト膜及びエッチングストッパ膜をこの順に積層する工程と、
第１のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト膜をパターニングする工程と、
前記第１のフォトレジスト膜をマスクに前記エッチングストッパ膜をエッチングする工程と、
前記エッチングストッパ膜をマスクに前記位相シフト膜をエッチングする工程と、
前記第１のフォトレジスト膜を除去する工程と、
半透過膜を形成する工程と、
第２のフォトレジスト膜を形成する工程と、
エッチングされた前記エッチングストッパ膜と前記投影露光装置の解像限界以下の幅の重なりを有するよう前記第２のフォトレジスト膜をパターニングする工程と、
前記第２のフォトレジスト膜をマスクに前記半透過膜をエッチングする工程と、
前記第２のフォトレジスト膜を除去する工程と、
前記半透過膜をマスクに前記位相シフト膜上の前記エッチングストッパ膜をエッチングし、前記境界部を除く前記エッチングストッパ膜を除去する工程と
を含むことを特徴とする請求項１記載のフォトマスクの製造方法。

【請求項9】

透明基板上に半透過膜及びエッチングストッパ膜をこの順に積層する工程と、
第３のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第３のフォトレジスト膜をパターニングする工程と、
前記第３のフォトレジスト膜をマスクに前記エッチングストッパ膜をエッチングする
工程と、
前記エッチングストッパ膜をマスクに前記半透過膜をエッチングする工程と、
前記第３のフォトレジスト膜を除去する工程と、
位相シフト膜を形成する工程と、
第４のフォトレジスト膜を形成する工程と、
エッチングされた前記エッチングストッパ膜と前記投影露光装置の解像限界以下の幅の重なりを有するよう前記第４のフォトレジスト膜をパターニングする工程と、
前記第４のフォトレジスト膜をマスクに前記位相シフト膜をエッチングする工程と、
前記第４のフォトレジスト膜を除去する工程と、
前記位相シフト膜をマスクに前記半透過膜上の前記エッチングストッパ膜をエッチングし、前記境界部を除く前記エッチングストッパ膜を除去する工程と
を含むことを特徴とする請求項２記載のフォトマスクの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フラットパネルディスプレイ等に使用される多階調のフォトマスクであるハーフトーンマスク、フォトマスクブランクス及びハーフトーンマスクの製造方法に関する。

【0002】

フラットパネルディスプレイなどの技術分野においては、半透過膜の透過率で露光量を制限するという機能を備えた、ハーフトーンマスクと呼ばれる多階調のフォトマスクが使用されている。
ハーフトーンマスクは、透明基板と遮光膜との中間の透過率を有する半透過膜を利用し、透明基板、半透過膜、遮光膜により、３階調又はそれ以上の多階調のフォトマスクを実現することができる。

【0003】

特許文献１に開示されるようなハーフトーンマスクを使用することにより、１回の露光で膜厚の異なるフォトレジストパターンを形成することができ、フラットパネルディスプレイの製造工程におけるリソグラフィーの工程数を削減し、製造コストを低減することが可能となる。
例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた液晶表示装置においては、ＴＦＴのチャネル領域及びソース／ドレイン電極形成領域で、それぞれ膜厚の異なるフォトレジストパターンを１回の露光工程で形成することで、リソグラフィー工程を削減し、それにより製造コストを削減する技術がとして用いられる。

【0004】

一方で、フラットパネルディスプレイの高画質化のため、配線パターンの微細化の要望が、ますます強くなってきている。プロジェクション露光機で、解像限界に近いパターンを露光しようとする場合、露光マージンを確保するため、特許文献２に開示されるように、遮光領域のエッジ部に位相を反転させる位相シフタを設けた位相シフトマスクが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−２２７３９１

【特許文献2】特開２０１１−１３２８３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ハーフトーンマスクは、リソグラフィー工程の削減に寄与することはできるものの、半透過膜と遮光膜との境界における露光光の強度分布の変化が比較的緩やかであり、そのためハーフトーンマスクを用いて露光したフォトレジスト膜は、境界に相当する部分での断面形状が緩やかな傾斜を示し、プロセスマージンが低下し、微細なパターンを形成することが困難であるという問題がある。

【0007】

位相シフトマスクを使用することにより解像度が向上し、パターンの更なる微細化が可能となる。しかし、位相シフトマスクはバイナリマスクを対象とする技術であるため、ハーフトーンマスクの様なリソグラフィー工程の削減は不可能である。そのため、フラットパネルディスプレイの製造に使用した場合、リソグラフィー工程の削減に寄与することができない。

【0008】

このように従来のフォトマスクでは、フラットパネルディスプレイ製造コストの低減と解像度の問題を両立させることは不可能であった。

【0009】

上記課題を鑑み、本発明は、リソグラフィー工程の削減とパターンの更なる微細化を両立することができるフォトマスク及びその製造に使用するフォトマスクブランクス、ならびにフォトマスクの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明にかかるフォトマスクは、
透明基板上に半透過部、位相シフト部、境界部及び透光部を有し、
前記透光部は、前記透明基板が露出した部分からなり、
前記半透過部は、前記透明基板上に設けられた半透過膜で形成され、
前記位相シフト部は前記透明基板上に設けられた位相シフト膜で形成され、
前記境界部は、前記半透過部と前記位相シフト部とが隣接する領域に形成され、
前記境界部の幅が一定幅以下であり、
前記境界部は、前記位相シフト膜、エッチングストッパー膜、前記半透過膜がこの順に形成された積層構造膜で形成された
ことを特徴とする。

【0011】

また、本発明にかかるフォトマスクは、
透明基板に半透過部、位相シフト部、境界部及び透光部を有し、
前記透光部は前記透明基板が露出した部分からなり、
前記半透過部は前記透明基板上に設けられた半透過膜で形成され、
前記位相シフト部は前記透明基板上に設けられた位相シフト膜で形成され、
前記境界部は、前記半透過部と前記位相シフト部とが隣接する領域に形成され、
前記境界部の幅が一定幅以下であり、
前記境界部は、前記半透過膜、エッチングストッパー膜、前記位相シフト膜がこの順に形成された積層構造膜で形成された
ことを特徴とする。

【0012】

本発明にかかるフォトマスクは、
前記位相シフト膜は、露光光に対する透過率が１〜１０［％］であり、かつ露光光の位相が反転することを特徴とする。

【0013】

本発明にかかるフォトマスクは、
前記半透過膜の露光光に対する透過率は１０〜６０［％］であることを特徴とする。

【0014】

このような構成とすることで、半透過部は、位相シフト部及び透光部の中間の光透過率であり、半透過部、位相シフト部及び透光部によって多階調のフォトマスクを得ることができる。さらに半透過部と位相シフト部とを隣接させることで、半透過部と位相シフト部との境界部での露光光のプロファイルを急峻に変化させることができ、露光されたフォトレジストの形状を改善し、パターンの微細化を実現することができる。その結果、ハーフトーン効果と位相シフトの効果の両方を有するフォトマスクを得ることができる。

【0015】

本発明にかかるフォトマスクは、
前記位相シフト膜と前記半透過膜とは、同じエッチング液によりエッチング可能であり、前記エッチングストッパ膜は、前記エッチング液に対してエッチング選択性を有することを特徴とする。

【0016】

このような構成とすることで、フォトマスクの製造工程において、ウェットエッチングを用いて、フォトマスクの製造が容易になる。

【0017】

本発明にかかるフォトマスクは、
前記境界部の幅は、フォトマスク描画装置の位置合わせ誤差に設定され、前記フォトマスクが用いられる投影露光装置の解像限界以下であることを特徴とする。

【0018】

このような構成とすることで、境界部分のエッチングストッパ膜がフォトレジストの露光に対して悪影響を与えること無く、半透過部と位相シフト部とを隣接させることが可能となる。

【0019】

本発明にかかるフォトマスクブランクスは、
透明基板上に位相シフト膜及びエッチングストッパ膜が、この順に積層されたことを特徴とする。

【0020】

このような構成のフォトマスクブランクスとすることにより、フォトマスクブランクス上に顧客の仕様や用途に合わせた半透過膜を成膜し、多階調マスクを形成することができる。その結果、ハーフトーン効果と位相シフトの効果の両方を備えた、所望の特性を有するフォトマスクの製造工期を短縮することができる。

【0021】

本発明にかかるフォトマスクの製造方法は、
透明基板上に位相シフト膜及びエッチングストッパ膜をこの順に積層する工程と、
第１のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト膜をパターニングする工程と、
前記第１のフォトレジスト膜をマスクに前記エッチングストッパ膜をエッチングする工程と、
前記エッチングストッパ膜をマスクに前記位相シフト膜をエッチングする工程と、
前記第１のフォトレジスト膜を除去する工程と、
半透過膜を形成する工程と、
第２のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第２のフォトレジスト膜をパターニングする工程と、
前記第２のフォトレジスト膜をマスクに前記半透過膜をエッチングする工程と、
前記第２のフォトレジスト膜を除去する工程と、
前記半透過膜をマスクに前記エッチングストッパ膜をエッチングする工程とを
含むことを特徴とする。

【0022】

また、本発明にかかるフォトマスクの製造方法は、
透明基板上に半透過膜及びエッチングストッパ膜をこの順に積層する工程と、
第３のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第３のフォトレジスト膜をパターニングする工程と、
前記第３のフォトレジスト膜をマスクに前記エッチングストッパ膜をエッチングする工程と、
前記エッチングストッパ膜をマスクに前記半透過膜をエッチングする工程と、
前記第３のフォトレジスト膜を除去する工程と、
位相シフト膜を形成する工程と、
第４のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第４のフォトレジスト膜をパターニングする工程と、
前記第４のフォトレジスト膜をマスクに前記位相シフト膜をエッチングする工程と、
前記第４のフォトレジスト膜を除去する工程と、
前記位相シフト膜をマスクに前記エッチングストッパ膜をエッチングする工程とを
含むことを特徴とする。

【0023】

このようなフォトマスクの製造方法により、半透過膜と位相シフト膜のパターニングが可能となる。さらに半透過膜のパターンと位相シフト膜のパターンとを隣接して配置することも可能となる。その結果、ハーフトーンの効果と位相シフトの効果の両方を有するフォトマスクを製造することができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、パターンの更なる微細化とリソグラフィー工程の削減が可能な多階調のハーフトーンマスクを実現することができる。その結果、例えば高画質なフラットパネルディスプレの製造コストの低減に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の第１の実施形態によるフォトマスクの主要工程を示す断面図。

【図2】本発明の第１の実施形態によるフォトマスクの主要工程を示す断面図。

【図3】本発明の第１の実施形態によるフォトマスクの主要工程を示す断面図。

【図4】本発明の第１の実施形態によるフォトマスクと従来のフォトマスクにより露光されたフォトレジスト膜の境界部における傾斜角度の比較図。

【図5】本発明の第２の実施形態によるフォトマスクの主要工程を示す断面図。

【図6】本発明の第２の実施形態によるフォトマスクの主要工程を示す断面図。

【図7】本発明の第２の実施形態によるフォトマスクの主要工程を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は、いずれも本発明の要旨の認定において限定的な解釈を与えるものではない。また、同一又は同種の部材については同じ参照符号を付して、説明を省略することがある。

【0027】

（実施形態１）
以下、本発明に係るハーフトーンマスクの実施形態１の製造工程を詳細に説明する。

【0028】

図１（Ａ）に示すように、合成石英ガラス等の透明基板１１上に、位相シフト膜１２をスパッタ法等により成膜し、その上にエッチングストッパ膜１３をスパッタ法等により成膜することにより、フォトマスクブランクス１０を準備する。

【0029】

位相シフト膜１２は、その位相シフト角は略１８０［度］であり、露光光の位相を反転し、露光光に対する位相シフト膜１２の光透過率は１％〜１０％である。
位相シフト膜１２の光透過率が低すぎると位相シフトの効果が小さくなるため、典型的な光透過率は５〜７［％］である。具体的には、例えば膜厚８０〜２００［ｎｍ］のＣｒ（クロム）酸化膜、Ｃｒ酸窒化膜等を使用し、必要な特性に合わせて膜厚や組成を調整する。また、必ずしも単層膜である必要はなく、例えば膜厚方向に対して組成が変化する膜や、組成が異なる膜を積層した膜であってもよい。
なお、露光光として、ｇ線、ｈ線、ｉ線やこれらの２つ以上の混合光を用いることができる。
ここで略１８０［度］とは、具体的には、１８０±１０［度］の範囲であり、この範囲であれば位相反転の効果を十分に得ることができる。

【0030】

エッチングストッパ膜１３は、位相シフト膜１２とは材質が異なり、エッチング特性の異なる膜を使用する。具体的には、エッチングストッパ膜１３として、例えば膜厚４〜３０［ｎｍ］のＴｉ（チタン）系膜（Ｔｉ、Ｔｉ酸化膜、Ｔｉ酸窒化膜、若しくはこれらの積層膜）、Ｎｉ（ニッケル）系膜（Ｎｉ、Ｎｉ酸化膜、Ｎｉ酸窒化膜、若しくはこれらの積層膜）、ＭｏＳｉ（モリブデンシリサイド）膜等を使用する。

【0031】

次に、エッチングストッパ膜１３上に第１のフォトレジスト膜１４を塗布法により形成する。

【0032】

次に図１（Ｂ）に示すように、第１のフォトレジスト膜１４を、例えばフォトマスク描画装置により露光し、その後現像することにより、第１のフォトレジストパターン１４ａ、１４ｂ、１４ｃを形成する。

【0033】

次に図１（Ｃ）に示すように、第１のフォトレジストパターン１４ａ、１４ｂ、１４ｃをマスクにエッチングストッパ膜１３をエッチングし、エッチングストッパ膜のパターン１３ａ、１３ｂ、１３ｃを形成する。
エッチングはウェットエッチング法又はドライエッチング法により行うことができる。位相シフト膜１２に対して選択的にエッチングストッパ膜１３をエッチングする場合、好適には高い選択比を有するウェットエッチングが使用できる。エッチング液は、位相シフト膜１２に対して選択性を有し（エッチング耐性があり）、エッチングストッパ膜１３の材質に合わせて、エッチングストッパ膜１３をエッチングできる薬液を選択すればよい。例えばＴｉ系膜を使用する場合、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と過酸化水素水の混合液を好適に使用できるが、これに限るものではない。

【0034】

次に図２（Ａ）に示すように、第１のフォトレジストパターン１４ａ、１４ｂ、１４ｃをアッシング等により除去し、その後、エッチングストッパ膜のパターン１３ａ、１３ｂ、１３ｃをマスクに位相シフト膜１２をエッチングし、位相シフト膜のパターン１２ａ、１２ｂ、１２ｃを形成する。
位相シフト膜１２のエッチング法として、ウェットエッチング法又はドライエッチング法が用いられる。ただし、エッチングストッパ膜に対して位相シフト膜１２を選択的にエッチングするため、高いエッチング選択比が得られるウェットエッチング法が好適に使用できる。
例えば、上記のようにエッチングストッパ膜１３をＴｉ系膜、位相シフト膜１２をＣｒ酸化膜、Ｃｒ酸窒化膜とすると、位相シフト膜１２のエッチング液として、セリウム系のエッチング液である例えば硝酸第二セリウムアンモニウム水溶液を好適に使用することができるが、これに限定するものではない。

【0035】

また、位相シフト膜１２をエッチングし、位相シフト膜のパターン１２ａ、１２ｂ、１２ｃを形成した後に、アッシング法等により第１のフォトレジストパターン１４ａを除去してもよい。
この場合、エッチングストッパ膜１３のエッチング工程と位相シフト膜１２のエッチング工程を連続して行うこともできる。

【0036】

次に、図２（Ｂ）に示すように、ハーフトーン膜として、例えば膜厚１〜４０［ｎｍ］のＣｒ、Ｃｒ酸化膜、Ｃｒ酸窒化膜等の半透過膜１５、をスパッタ法等により形成し、その後、半透過膜１５上に第２のフォトレジスト膜１６を塗布法により形成する。
ここで、上記半透過膜１５の光透過率は、１０〜６０％、典型的には２０％〜５５％に設定する。半透過膜１５は露光光の位相を反転せず、位相シフト角は、例えば０．４〜１５度である。半透過膜の上記光学的特性は、膜厚や組成によって調整することができる。

【0037】

ここでハーフトーン膜である半透過膜の光透過率は、使用目的や顧客の仕様等により決定されるものである。従って、位相シフト膜とエッチングストッパ膜を積層したフォトマスクブランクスを予め準備しておき、顧客等の仕様に合わせてハーフトーン膜を形成することにより、フォトマスクの仕様確定からフォトマスク完成までの製造工期を短縮することができる。

【0038】

次に、図２（Ｃ）に示すように、第２のフォトレジスト膜１６を露光及び現像することにより、第２のフォトレジストパターン１６ａを形成する。

【0039】

次に、図２（Ｄ）に示すように、第２のフォトレジストパターン１６ａをマスクに、半透過膜１５をエッチングし、半透過膜のパターン１５ａを形成し、その後アッシング等により第２のフォトレジストパターン１６ａを除去する。
半透過膜１５のエッチング法として、ウェットエッチング法又はドライエッチング法が使用できるが、高いエッチング選択比が得られるウェットエッチング法が好適に使用できる。
位相シフト膜１２と同様に半透過膜１５としてＣｒ系の膜を使用する場合、エッチング液として、例えば硝酸第二セリウムアンモニウム水溶液を使用することができる。

【0040】

次に、図３に示すように、半透過膜のパターン１５ａをマスクに、位相シフト膜のパターン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ上のエッチングストッパ膜のパターン１３ａ、１３ｂ、１３ｃをエッチングする。半透過膜のパターン１５ａの下部には、一部のエッチングストッパ膜のパターン１３ｄ、１３ｅが残存する。
エッチング法として、ウェットエッチング法又はドライエッチング法が使用できるが、高いエッチング選択比が得られるウェットエッチング法が好適に使用できる。エッチング液として、上記のとおりＫＯＨと過酸化水素水の混合液を好適に使用できる。

【0041】

なお、図２（Ｃ）の工程後、第２のフォトレジストパターン１６ａをマスクに、半透過膜１５をエッチングし、半透過膜のパターン１５ａを形成し、位相シフト膜のパターン１２ａ上のエッチングストッパ膜のパターン１３ａをエッチングした後に、第２のフォトレジストパターン１６ａをアッシング等により除去してもよい。

【0042】

図３に示される様に、フォトマスク上には、位相シフト膜のパターン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、半透過膜のパターン１５ａが形成され、それ以外の領域では透明な基板１１が露出している。

【0043】

図３において、位相シフト膜のパターン１２ｂ、１２ｃで形成される位相シフト部と半透過膜のパターン１５ａで形成される半透過部との位相差は略１８０［度］となるため、これらの境界部分での位相シフト部と半透過部のパターン１５ａで形成される半透過部との位相差は、半透過膜の位相シフト角をα[度]とすると１８０−αであるが、半透過膜の透過率が高い場合、例えば透過率５４％であればα＝１．１［度］と極めて小さく、位相差は略１８０［度］とみなせる。或いは、必要ならば位相シフト膜１２の膜厚等の微調整により位相差は、１８０±１０［度］の範囲に容易に留めることができる。このためこれらの境界部分でも露光光分布は急峻に変化し、その結果、本フォトマスクを用いて例えばフラットパネル基板上に形成されるフォトレジストのプロファイルは、この境界部分で急峻に変化する。

【0044】

また、基板が露出した透明部と位相シフト膜で形成される位相シフト部との位相シフト角も略１８０度であるため、これらの境界においても、露光により形成されたフォトレジストのプロファイルも急峻となる。
その結果、ハーフトーンの効果と位相シフトの効果を両立できるフォトマスクを実現することができる。

【0045】

なお上述のように、位相シフト部と半透過部とが隣接する境界部には、エッチングストッパ膜のパターン１３ｄ、１３ｅが残存する。境界部分において残存するエッチングストッパ膜のパターン１３ｄ、１３ｅの幅は、第２のフォトレジストパターン１６ａを露光するためのフォトマスク描画装置（レーザー描画装置）の位置合わせ誤差（アライメントずれ）に相当する量である。その結果、半透過部と位相シフト部とが重ね合わせズレで、間隙が生ずること無く隣接させることが可能となる。

【0046】

また、エッチングストッパ膜のパターン１３ｄ、１３ｅの幅は、フォトマスクパターンによってフォトレジストを露光する場合、露光結果に影響を与えない範囲の寸法に設定する。すなわち、エッチングストッパ膜のパターン１３ｄ、１３ｅの幅は、フォトマスクを用いてフォトレジストを露光する投影（プロジェクション）露光装置の解像限界以下に設定する。
上記投影露光装置の解像限界の値については、経験則として以下の式
λ／（２ＮＡ）
を用いることができる。ここで、λは投影露光装置の波長（代表波長）であり、ＮＡは投影露光装置の開口数である。エッチングストッパ膜のパターン１３ｄ、１３ｅの幅を、この解像限界以下とすることで、フォトレジストの露光結果に影響を与えることは無い。

【0047】

具体的には、境界部分の１３ｄ、１３ｅの幅（設定値）をフォトマスク描画装置の位置合わせ誤差ｄ［μｍ］と設定することによって、作製されるフォトマスクでの１３ｄ、１３ｅの実際の幅（実測値）は０から２ｄの範囲に収まる。レーザー描画装置のｄの典型的な値は、例えば０．５［μｍ］であり、フォトマスクでの境界部の実際の幅は０〜１［μｍ］となる。
また、現在、広く用いられているフラットパネルディスプレイ用途の投影露光装置では、ＮＡは０．０９程度、代表波長λは３６５［ｎｍ］である。これらの値を上式にあてはめると解像限界の値は２．０［μｍ］となる。この解像限界の値と比較し、上記レーザー描画装置の位置合わせ誤差は十分に小さい。従って、上記エッチングストッパ膜のパターン１３ｄ、１３ｅの幅をフォトマスク描画装置の位置合わせ誤差に設定することにより、実使用上、フォトレジストの投影露光装置の解像限界以下となり、上記２つの条件は両立させることが可能である。

【0048】

本実施形態のフォトマスクについて、例えば、位相シフト膜のパターン１２ｂ、１２ｃをＴＦＴのソースドレイン電極、半透過膜のパターン１５ａをＴＦＴのチャネル領域のパターン形成に使用できる。ソースドレイン領域とチャネル領域の境界部分のフォトレジスト膜のプロファイルが急峻となり、またソースドレイン電極のエッジ部分も急峻となるため、ＴＦＴの微細化が実現できる。

【0049】

図４は、ハーフトーン膜と位相シフト膜とを組み合わせた本実施形態により露光したフォトレジストの形状と、ハーフトーン膜と露光光を透過しない遮光膜とを組み合わせた従来のフォトマスクにより露光したフォトレジストの形状とを比較して示す。

【0050】

図４（ａ）は、本実施形態のフォトマスクの断面であり、図４（ａ）は図３の一部を拡大した図である。図４（ｂ）は、特許文献１に開示される従来のフォトマスクの断面の一部であり、透明基板４２上にハーフトーン膜のパターン４３が形成され、ハーフトーン膜のパターン４３上にバリア膜（エッチングストッパ膜）のパターン４４及び遮光膜のパターン４５が形成されている。

【0051】

図４（ｃ）は、図４（ａ）に示すフォトマスクにより露光されたフォトレジスト３０の断面形状を模式的に示す。ハーフトーン膜である半透過膜に相当する箇所のフォトレジスト膜厚は、位相シフト膜に相当する箇所のフォトレジスト膜厚より薄く、１つのフォトマスクにより、１回の露光で異なるフォトレジスト膜厚を有する領域を形成することができる。
図４（ｃ）において、黒丸で示す点Ｐは、ハーフトーン膜である半透過膜と位相シフト膜との境界に相当する箇所を示す。

【0052】

同様に、従来のフォトマスクを用いて、異なる膜厚を有するフォトレジスト４０を１回の露光で形成することができ、図４（ｄ）は、図４（ｂ）に示すフォトマスクにより露光されたフォトレジスト４０の断面形状を模式的に示す。図４（ｄ）中の黒丸で示す点Ｑは、ハーフトーン膜と遮光膜との境界に相当する箇所を示す。

【0053】

図４（ｅ）は各フォトレジスト３０、４０の点Ｐ及びＱでの傾斜角を比較して示すグラフである。図４（ｅ）より明らかなように、従来のフォトマスクの点Ｑの傾斜角と比較し、本実施形態によるフォトマスクの点Ｐの傾斜角は大きく、フォトレジスト３０の境界部分の断面形状が急峻になることが理解できる。
すなわち、従来のフォトマスクによりフォトレジストを露光した場合と比較し、本実施形態によるフォトマスクによりフォトレジストを露光することにより、フォトレジスト膜の形状が改善され、レジスト膜厚が変化する境界領域において、急峻な断面形状を得ることができる。

【0054】

（実施形態２）
上記実施形態１においては、透明基板上に位相シフト膜を形成後に半透過膜を形成したが、透明基板上に半透過膜を形成し、その後位相シフト膜を形成することによりフォトマスクを製造してもよい。
以下、図を参照し、フォトマスクの製造方法について説明するが、透明基板、位相シフト膜、半透過膜、エッチングストッパ膜としては、実施形態１と同様の膜を使用することができる。

【0055】

図５（Ａ）に示すように、合成石英ガラス等の透明基板２１上に、ハーフトーン膜として、半透過膜２２をスパッタ法等により形成し、その上に、エッチングストッパ膜２３をスパッタ法等により成膜することにより、フォトマスクブランクス２０を準備する。

【0056】

次に、エッチングストッパ膜２３上に第３のフォトレジスト膜２４を塗布法により形成する。

【0057】

次に図５（Ｂ）に示すように、第３のフォトレジスト膜２４を露光及び現像することにより、第３のフォトレジストパターン２４ａを形成する。

【0058】

次に図５（Ｃ）に示すように、第３のフォトレジストパターン２４ａをマスクにエッチングストッパ膜２３をエッチングし、エッチングストッパ膜のパターン２３ａを形成する。

【0059】

次に図６（Ａ）に示すように、第３のフォトレジストパターン２４ａをアッシング等により除去し、その後にエッチングストッパ膜のパターン２３ａをマスクに半透過膜２２をエッチングし、半透過膜のパターン２２ａを形成する。

【0060】

また、図５（Ｃ）の工程後、半透過膜２２をエッチングし、半透過膜のパターン２２ａを形成した後に、アッシング法等により第３のフォトレジストパターン２４ａを除去してもよい。この場合、エッチングストッパ膜２３のエッチング工程と半透過膜２２のエッチング工程を連続して行うこともでき、エッチングストッパ膜２３のエッチング工程において半透過膜２２に対して高いエッチング選択比を必ずしも確保する必要が無い。
ただし、図２（Ａ）の工程と同様に、エッチングストッパ膜のパターン２３ａをマスクに半透過膜２２をエッチングすることにより、両膜のサイドエッチングの抑制に効果的である。

【0061】

次に、図６（Ｂ）に示すように、位相シフト膜２５、をスパッタ法等により形成し、その後、位相シフト膜２５上に第４のフォトレジスト膜２６を塗布法により形成する。

【0062】

次に、図６（Ｃ）に示すように、第４のフォトレジスト膜２６を露光及び現像することにより、第４のフォトレジストパターン２６ａ、２６ｂ、２６ｃを形成する。

【0063】

次に、図６（Ｄ）に示すように、第４のフォトレジストパターン２６ａ、２６ｂ、２６ｃをマスクに、位相シフト膜２５をエッチングし、位相シフト膜のパターン２５ａ、２５ｂ、２５ｃを形成し、その後アッシング等により第４のフォトレジストパターン２６ａ、２６ｂ、２６ｃを除去する。

【0064】

次に、図７に示すように、位相シフト膜のパターン２５ａ、２５ｂをマスクに、半透過膜のパターン２２ａ上のエッチングストッパ膜のパターン２３ａをエッチングする。

【0065】

なお、図６（Ｃ）の工程後、第４のフォトレジストパターン２６ａをマスクに、位相シフト膜２５をエッチングし、位相シフト膜のパターン２５ａ、２５ｂ、２５ｃを形成し、半透過膜のパターン２２ａ上のエッチングストッパ膜のパターン２３ａをエッチングした後に、第４のフォトレジストパターン２６ａをアッシング等により除去してもよい。

【0066】

図７において、位相シフト膜のパターン２５ａ、２５ｂにより形成される位相シフト部と半透過膜のパターン２２ａの半透過部との位相差は半透過膜の位相シフト角をα[度]とすると１８０−αであるが、半透過膜の透過率が高い場合、例えば透過率５４％であればα＝１．１度と極めて小さく、位相差は略１８０［度］とみなせる。或いは、必要ならば位相シフト膜１２の膜厚等の微調整により位相差は、１８０±１０［度］の範囲に容易に留めることができる。このためこの境界部分でも露光光分布は急峻に変化し、その結果、本フォトマスクを用いて例えばフラットパネル基板上に形成されるフォトレジストのプロファイルは、対応する境界部分で急峻に変化する。
また、位相シフト部と基板が露出した透光部との位相差も略１８０度であるため、その境界部分での露光光分布は急峻に変化し、本フォトマスクを用いて形成されるフォトレジストのプロファイルは、対応する境界部分で急峻な形状とすることができる。

【産業上の利用可能性】

【0067】

本発明は、フォトリソグラフィー工程の削減と、パターンの微細化を実現することができるフォトマスクを提供することができ、産業上の利用可能性は極めて大きい。

【符号の説明】

【0068】

１０ フォトマスクブランクス
１１ 透明基板
１２ 位相シフト膜
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 位相シフト膜のパターン
１３ エッチングストッパ膜
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ エッチングストッパ膜のパターン
１４ 第１のフォトレジスト膜
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 第１のフォトレジストパターン
１５ 半透過膜
１５ａ 半透過膜のパターン
１６ 第２のフォトレジスト膜
１６ａ 第２のフォトレジストパターン
２０ フォトマスクブランクス
２１ 透明基板
２２ 半透過膜
２２ａ 半透過膜のパターン
２３ エッチングストッパ膜
２３ａ エッチングストッパ膜のパターン
２４ 第３のフォトレジスト膜
２５ 位相シフト膜
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 位相シフト膜のパターン
２６ 第４のフォトレジスト膜
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 第４のフォトレジストパターン
３０ フォトレジスト
４０ フォトレジスト
４２ 透明基板
４３ ハーフトーン膜のパターン
４４ バリア膜のパターン
４５ 遮光膜のパターン

【要約】

【課題】微細なフォトレジストパターンを露光することが可能な多階調のハーフトーンマスクを提供する。
【解決手段】透明基板上に、半透過膜のパターンからなる半透過部と位相シフト膜のパターンからなる位相シフト部とが形成されており、位相シフト膜は、露光光の位相を反転し、位相シフト膜の透過率は、半透過膜の透過率より低い。また、半透過部と位相シフト部とが隣接する境界部において、半透過膜と位相シフト膜とエッチングストッパ膜との積層膜とが形成され、エッチングストッパ膜は、半透過膜と位相シフト膜とのエッチング液によりエッチングされない材質からなる。その結果、ハーフトーンの効果と位相シフトの効果の両方を有するフォトマスクを実現する。

【選択図】 図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】