特許 7355598 フォトマスク、電子デバイスの製造方法、および、フォトマスクの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-25

(45)【発行日】2023-10-03

(54)【発明の名称】フォトマスク、電子デバイスの製造方法、および、フォトマスクの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 1/32 20120101AFI20230926BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20230926BHJP

【ＦＩ】

G03F1/32

G03F7/20 521

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2019192029

(22)【出願日】2019-10-21

(65)【公開番号】P2020067661

(43)【公開日】2020-04-30

【審査請求日】2022-08-17

(31)【優先権主張番号】P 2018198733

(32)【優先日】2018-10-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000113263

【氏名又は名称】ＨＯＹＡ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】小林 周平

【審査官】今井 彰

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０６２４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７７２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１１１９８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－１２２６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９１３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１６０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５３０８７４１（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開平１１－２７１９５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｆ １／２０－１／８６、７／２０－７／２４、９／００－９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

透明基板上に形成された透過制御膜がパターニングされてなる転写用パターンを備えた、近接露光用のフォトマスクであって、
前記転写用パターンは、前記透明基板上に透過制御膜が形成されてなる透過制御部と、前記透明基板が露出する透光部とを有し、
前記透過制御部は、前記フォトマスクを露光する露光光に対し、２５５度以上３６０度未満の位相シフト量を有する、フォトマスク。

【請求項2】

前記透過制御部は、露光光に対して、３００度以上３６０度未満の位相シフト量を有する、請求項１に記載のフォトマスク。

【請求項3】

前記転写用パターンが転写される被転写体上の感光性材料がネガ型である場合、前記透過制御部は、前記フォトマスクを用いた露光、及び現像によって前記感光性材料が溶出する領域に対応するものであり、
前記透過制御部の透過率をＴ、前記被転写体上のレジスト膜が現像によって不溶となる光強度の閾値をＩｔｈとしたとき、（Ｉｔｈ－Ｔ）／（Ｉｔｈ＋Ｔ）として定義されるコントラストは、０．６６７以上である、請求項１または請求項２に記載のフォトマスク。

【請求項4】

ネガ型感光性材料露光用である、請求項１または請求項２に記載のフォトマスク。

【請求項5】

前記露光光は、波長３１３ｎｍ、３３４ｎｍ、３６５ｎｍ、４０５ｎｍまたは４３６ｎｍの少なくともいずれかの波長の光を含む、請求項１～４のいずれか一つに記載のフォトマスク。

【請求項6】

前記透過制御部は、露光光に対する透過率が１０％以下である、請求項１～５のいずれか一つに記載のフォトマスク。

【請求項7】

前記転写用パターンは、幅３～１０μｍのライン状の透光部を有する、請求項１～５のいずれか一つに記載のフォトマスク。

【請求項8】

前記転写用パターンは、被転写体上のネガ型感光性材料に、１０μｍ以下の幅のライン状のパターンを形成するものである、請求項１～５のいずれか一つに記載のフォトマスク。

【請求項9】

前記転写用パターンは、前記透過制御部と前記透光部とが規則的に配列する繰返しパターンを有し、前記繰返しパターンの反復ピッチは１０～３５μｍである、請求項１～５のいずれか一つに記載のフォトマスク。

【請求項10】

前記転写用パターンは、前記透過制御部と前記透光部とが規則的に配列する繰返しパターンを有し、かつ、前記透過制御部は、閉じた線に囲まれた形状を有する、請求項１～５のいずれか一つに記載のフォトマスク。

【請求項11】

前記転写用パターンは、前記透過制御部が規則的に配列する繰返しパターンを有し、かつ、前記透過制御部は、四角形である、請求項１～５のいずれか一つに記載のフォトマスク。

【請求項12】

前記透過制御部は、露光光に対し、３３０度以下の位相シフト量を有する、請求項１～５のいずれか一つに記載のフォトマスク。

【請求項13】

前記転写用パターンは、ブラックマトリクス又はブラックストライプ形成用パターンである、請求項１～５のいずれか一つに記載のフォトマスク。

【請求項14】

前記転写用パターンは、前記透明基板上において、前記透過制御膜のみがパターニングされてなることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一つに記載のフォトマスク。

【請求項15】

請求項１～５のいずれか一つに記載のフォトマスクを用意する工程と、
近接露光装置によって前記フォトマスクを露光し、被転写体上に形成したネガ型感光性材料膜に、前記転写用パターンを転写する転写工程と、
を有し、
前記転写工程では、プロキシミティギャップを５０～２００μｍの範囲に設定した近接露光を適用する、フラットパネルディスプレイ用の電子デバイスの製造方法。

【請求項16】

透明基板上に形成された透過制御膜がパターニングされてなる転写用パターンを備えた、近接露光用のフォトマスクの製造方法であって、
前記透明基板上に、前記透過制御膜が形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、
前記透過制御膜に対してパターニングを施し、前記転写用パターンを形成する、パターニング工程と、
を有し、
前記転写用パターンは、前記透明基板上に前記透過制御膜が形成されてなる透過制御部と、前記透明基板が露出する透光部とを有し、
前記透過制御部は、前記フォトマスクを露光する露光光に対し、１０％以下の透過率および２５５度以上３６０度未満の位相シフト量を有する、
フォトマスクの製造方法。

【請求項17】

前記転写用パターンが転写される被転写体上の感光性材料がネガ型である場合、前記透過制御部は、前記フォトマスクを用いた露光、及び現像によって前記感光性材料が溶出する領域に対応するものであり、
前記透過制御部の透過率をＴ、前記被転写体上のレジスト膜が現像によって不溶となる光強度の閾値をＩｔｈとしたとき、（Ｉｔｈ－Ｔ）／（Ｉｔｈ＋Ｔ）として定義されるコントラストは、０．６６７以上である、請求項１６に記載のフォトマスクの製造方法。

【請求項18】

前記露光光は、波長３１３ｎｍ、３３４ｎｍ、３６５ｎｍ、４０５ｎｍまたは４３６ｎｍの少なくともいずれかの波長の光を含む、請求項１６または１７に記載のフォトマスクの製造方法。

【請求項19】

フラットパネルディスプレイ用の電子デバイスの製造方法であって、
請求項１６～１８のいずれか一つに記載の製造方法により、フォトマスクを用意する工程と、
近接露光装置によって前記フォトマスクを露光し、被転写体上に形成したネガ型感光性材料膜に、前記転写用パターンを転写する転写工程と、
を有し、
前記転写工程では、プロキシミティギャップを５０～２００μｍの範囲に設定した近接露光を適用する、フラットパネルディスプレイ用の電子デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フォトマスク、電子デバイスの製造方法、および、フォトマスクの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

フラットパネルディスプレイおよび半導体集積回路等の電子デバイスの製作には、透明基板の一主表面上に遮光膜等の光学膜をパターニングして形成された、転写用パターンを有するフォトマスクが使用される。

【0003】

特に、半導体集積回路（以下、ＬＳＩ：Large-scale Integrated Circuit）製造用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。このフォトマスクは、バイナリマスクにおける遮光領域を、パターンが転写しない程度の透過率をもつものとし、透過する光の位相を１８０度シフトさせる構造として、解像性能を向上させるものである（非特許文献１）。

【0004】

一方、画像表示装置においても、画素数を増大させ、更に高い解像度を有するものへの要望が生じたことから、ＬＳＩ製造に用いられた位相シフトマスクを、画像表示装置の製造に使用する試みがなされている（特許文献１）。

【0005】

また、フラットパネルディスプレイの製造に使用される、多階調のハーフトーンマスクが知られている。例えば、透明基板上に、透過率が２０～５０％、位相差が６０～９０度の半透過膜パターンと遮光膜パターンを備える。このような多階調の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、位置によって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できる。このような用途のハーフトーンマスクは、透明基板、半透過膜、遮光膜により、３階調を実現することができ、また、複数の透過率の半透過膜を用いた４階調以上のハーフトーンマスクを実現することもできる。（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１４－０９２７２７号公報

【文献】特開２０１８－００５０７２号公報

【非特許文献】

【0007】

【文献】田邉功、竹花洋一、法元盛久著、「フォトマスク電子部品製造の基幹技術」、初版、東京電機大学出版局、２０１１年４月２０日、ｐ．２４５－２４６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

フラットパネルディスプレイの製造工程においては、近接（プロキシミティ）露光方式が適用される場合がある。近接露光装置は、投影（プロジェクション）露光装置と比較すると、解像性能においては及ばない一方、フォトマスクと被転写体（ディスプレイ基板など）の間に結像光学系を設けないことにより装置構成がシンプルであり、装置導入が比較的容易であり、また製造上のコストメリットが高い。このような理由により、近接露光装置は、液晶表示装置のカラーフィルタ（ＣＦ：Color Filter）に用いるブラックマトリクス又はブラックストライプ、或いはフォトスペーサ（ＰＳ：Photo Spacer）の製造に主に適用される。また、有機ＥＬ表示装置のブラックマトリクスなどにも用いることができる。

【0009】

一方、フラットパネルディスプレイの画素密度増大や明るさの増大、省電力の要望により、製造工程に使用するフォトマスクにおいても転写用パターンの微細化傾向が顕著である。微細なパターンの転写に、投影露光方式を用いれば、解像力は有利であるが、近接露光による上記メリットが失われるため、近接露光方式を適用しつつ、微細なパターンを精緻に転写することが新たな課題である。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の第１の態様は、
透明基板上に形成された透過制御膜がパターニングされてなる転写用パターンを備えた、近接露光用のフォトマスクであって、前記転写用パターンは、前記透明基板上に透過制御膜が形成されてなる透過制御部と、前記透明基板が露出する透光部とを有し、前記透過制御部は、前記フォトマスクを露光する露光光に対し、２５５度以上３６０度未満の位相シフト量を有する、フォトマスクである。

【0011】

本発明の第２の態様は、
前記透過制御部は、露光光に対して、３００度以上３６０度未満の位相シフト量を有する、第１の態様のフォトマスクである。

【0012】

本発明の第３の態様は、
前記転写用パターンが転写される被転写体上の感光性材料がネガ型である場合、前記透過制御部は、前記フォトマスクを用いた露光、及び現像によって前記感光性材料が溶出する領域に対応するものであり、
前記透過制御部の透過率をＴ、前記被転写体上のレジスト膜が現像によって不溶となる光強度の閾値をＩｔｈとしたとき、（Ｉｔｈ－Ｔ）／（Ｉｔｈ＋Ｔ）として定義されるコントラストは、０．６６７以上である、第１または第２の態様のフォトマスクである。

【0013】

本発明の第４の態様は、
ネガ型感光性材料露光用である、第１または第２の態様のフォトマスクである。

【0014】

本発明の第５の態様は、
前記露光光は、波長３１３ｎｍ、３３４ｎｍ、３６５ｎｍ、４０５ｎｍまたは４３６ｎｍの少なくともいずれかの波長の光を含む、第１～第４の態様のいずれか一つのフォトマスクである。

【0015】

本発明の第６の態様は、
前記透過制御部は、露光光に対する透過率が１０％以下である、第１～第５の態様のいずれか一つのフォトマスクである。

【0016】

本発明の第７の態様は、
前記転写用パターンは、幅３～１０μｍのライン状の透光部を有する、第１～第５の態様のいずれか一つのフォトマスクである。

【0017】

本発明の第８の態様は、
前記転写用パターンは、被転写体上のネガ型感光性材料に、１０μｍ以下の幅のライン状のパターンを形成するものである、第１～第５の態様のいずれか一つのフォトマスクである。

【0018】

本発明の第９の態様は、
前記転写用パターンは、前記透過制御部と前記透光部とが規則的に配列する繰返しパターンを有し、前記繰返しパターンの反復ピッチは１０～３５μｍである、第１～第５の態様のいずれか一つのフォトマスクである。

【0019】

本発明の第１０の態様は、
前記転写用パターンは、前記透過制御部と前記透光部とが規則的に配列する繰返しパターンを有し、かつ、前記透過制御部は、閉じた線に囲まれた形状を有する、第１～第５の態様のいずれか一つのフォトマスクである。

【0020】

本発明の第１１の態様は、
前記転写用パターンは、前記透過制御部が規則的に配列する繰返しパターンを有し、かつ、前記透過制御部は、四角形である、第１～第５の態様のいずれか一つのフォトマスクである。

【0021】

本発明の第１２の態様は、
前記透過制御部は、露光光に対し、３３０度以下の位相シフト量を有する、第１～第５の態様のいずれか一つのフォトマスクである。

【0022】

本発明の第１３の態様は、
前記転写用パターンは、ブラックマトリクス又はブラックストライプ形成用パターンである、第１～第５の態様のいずれか一つのフォトマスクである。

【0023】

本発明の第１４の態様は、
前記転写用パターンは、前記透明基板上において、前記透過制御膜のみがパターニングされてなることを特徴とする、第１～第５の態様のいずれか一つのフォトマスクである。

【0024】

本発明の第１５の態様は、
第１～第５の態様のいずれか一つに記載のフォトマスクを用意する工程と、
近接露光装置によって前記フォトマスクを露光し、被転写体上に形成したネガ型感光性材料膜に、前記転写用パターンを転写する転写工程と、
を有し、
前記転写工程では、プロキシミティギャップを５０～２００μｍの範囲に設定した近接露光を適用する、フラットパネルディスプレイ用の電子デバイスの製造方法である。

【0025】

本発明の第１６の態様は、
透明基板上に形成された透過制御膜がパターニングされてなる転写用パターンを備えた、近接露光用のフォトマスクの製造方法であって、
前記透明基板上に、前記透過制御膜が形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、
前記透過制御膜に対してパターニングを施し、前記転写用パターンを形成する、パターニング工程と、
を有し、
前記転写用パターンは、前記透明基板上に前記透過制御膜が形成されてなる透過制御部と、前記透明基板が露出する透光部とを有し、
前記透過制御部は、前記フォトマスクを露光する露光光に対し、１０％以下の透過率および２５５度以上３６０度未満の位相シフト量を有する、
フォトマスクの製造方法である。
本発明の第１７の態様は、
前記転写用パターンが転写される被転写体上の感光性材料がネガ型である場合、前記透過制御部は、前記フォトマスクを用いた露光、及び現像によって前記感光性材料が溶出する領域に対応するものであり、
前記透過制御部の透過率をＴ、前記被転写体上のレジスト膜が現像によって不溶となる光強度の閾値をＩｔｈとしたとき、（Ｉｔｈ－Ｔ）／（Ｉｔｈ＋Ｔ）として定義されるコントラストは、０．６６７以上である、第１６の態様のフォトマスクの製造方法である。
本発明の第１８の態様は、
前記露光光は、波長３１３ｎｍ、３３４ｎｍ、３６５ｎｍ、４０５ｎｍまたは４３６ｎｍの少なくともいずれかの波長の光を含む、第１６または第１７の態様のフォトマスクである。
本発明の第１９の態様は、
フラットパネルディスプレイ用の電子デバイスの製造方法であって、
第１６～第１８の態様のいずれか一つに記載の製造方法により、フォトマスクを用意する工程と、
近接露光装置によって前記フォトマスクを露光し、被転写体上に形成したネガ型感光性材料膜に、前記転写用パターンを転写する転写工程と、
を有し、
前記転写工程では、プロキシミティギャップを５０～２００μｍの範囲に設定した近接露光を適用する、フラットパネルディスプレイ用の電子デバイスの製造方法である。

【発明の効果】

【0026】

本発明によると、近接露光装置を用いて、フォトマスクの転写用パターンをより正確に転写するためのフォトマスク等を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】ブラックマトリクスを形成するための転写用パターンの一例を示す。

【図2】被転写体を構成するガラス基板上にブラックマトリクスが形成された状態の断面説明図を示す。

【図3】近接露光装置の構成を模式的に説明する説明図である。

【図4】図１に示す転写用パターンが、忠実に被転写体上に転写されたと仮定した場合に、被転写体上に形成されるブラックマトリクスの形状を例示する。

【図5】図１に示す転写用パターンをもつバイナリマスクを近接露光し、被転写体上に転写されるときに、光の回折、干渉の作用によって形状が劣化した場合の転写像を示す。

【図6】フォトマスク１０と、近接露光によって形成される転写像を説明する説明図である。

【図7】図１の形状、表１の寸法をもつ転写用パターンにつき、プロキシミティギャップＧを１００μｍとし、透過制御部の位相シフト量を変化させたときの転写像への影響を、差分Ｓの数値と形状差異の分布により示したものである。

【図8】シミュレーションにおいて、プロキシミティギャップＧが１５０μｍとなった場合の、フィデリティについて、検討を行なった結果を示す。

【図9】シミュレーション結果の表示方法を説明する説明図である。

【図10】シミュレーション結果を説明する説明図である。

【図11】シミュレーション結果を説明する説明図である。

【図12】シミュレーション結果を説明する説明図である。

【図13】被転写体上に形成される転写像のコントラストＣｏを算定した結果を示す。

【図14】ブラックマトリクス形成用の転写用パターンの他の例を示す。

【図15】図１４に示す転写用パターンが、忠実に被転写体上に転写されたと仮定した場合に、被転写体上に形成されるブラックマトリクスの形状を示す。

【図16】図１４に示す転写用パターンを近接露光した場合について、図７、８において行なったのと同様の光学シミュレーションの結果を示す。

【図17】図１４に示す転写用パターンを近接露光した場合について、図７、８において行なったのと同様の光学シミュレーションの結果を示す。

【図18】図９から図１１におけると同様のシミュレーションによる結果を説明する説明図である。

【図19】図９から図１１におけると同様のシミュレーションによる結果を説明する説明図である。

【図20】図９から図１１におけると同様のシミュレーションによる結果を説明する説明図である。

【図21】近接露光においてフォトマスクを透過した露光光が、被転写体上の任意の一点に到達する様子を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

フラットパネルディスプレイなど、得ようとする電子デバイスの設計が高精細化し、密度が増大したとき、これを製造するために用いるフォトマスクの転写用パターンを、単純に微細化するのみでは、不都合が生じる。例えば、微細なパターン幅（ＣＤ：Critical Dimension）をもつブラックマトリクスの転写用パターンを、近接露光方式を用いて露光すると、四辺形のピクセルの角部が丸みを帯びるなど、転写像におけるパターン形状の劣化が生じやすい。

【0029】

図１は、ブラックマトリクスを形成するための転写用パターン３５の一例を示す。この転写用パターン３５は、透明基板２１（図６参照）に形成され、透過制御部３６と透光部３７とを有する。透光部３７は、透明基板２１の表面が露出したライン状の部分であり、透過制御部３６は、透明基板２１上に透過制御膜が形成された四角形の形状であり、透光部３７を介してマトリクス状に配置されている。すなわち、閉じた線に囲まれた形状（ここでは４つの角部をもつ四角形）の透過制御部３６が透光部３７を介して、Ｘ方向およびそれと垂直なＹ方向に規則的に所定のピッチで配列している。角部は、図１に示すように直角である場合のほか、後述の実施例に示すように、鋭角や鈍角が含まれていてもよい。

【0030】

ところで、従来のフォトマスクにおいては、透過制御部３６に相当する領域は、透明基板２１上に遮光膜を形成した遮光部として形成され、フォトマスクを露光する際に、実質的に露光光を透過しない領域であった。この場合、パターンが微細化し、ＣＤが小さくなるに従い、近接露光によって被転写体５１（図３参照）上に転写して得られる転写像の形状が劣化し、転写用パターン３５の形状を忠実に反映しないものとなる傾向がみられた。

【0031】

図５には、透光部と遮光部からなる従来のフォトマスクを、近接露光装置５０（図３参照）によって、被転写体５１の表面に設けられたネガ型感光性材料（以下、感光性材料を便宜的にレジストともいう）に転写したときに、得られるブラックマトリクス５２の形状を例示する。これは、図１に示す転写用パターン３５を露光した際、忠実なパターン転写が行われなかった場合の一例である。図１と比較すると、四角形の角部に丸みを生じ、ライン状の部分の形状にも変化が生じている。

【0032】

これは、近接露光の際に、転写用パターン３５のエッジにおいて光の回折が生じ、更に、フォトマスクと被転写体５１との間隙（すなわちプロキシミティギャップ）によって、被転写体５１上において複雑な光の干渉が生じるためと考えられる。すなわち、被転写体５１上に形成される透過光の光強度分布が、フォトマスクの転写用パターン３５を忠実に反映しないという問題がある。特に高精細なパターンにおいてこの傾向が顕著にみられる。

【0033】

一方、遮光膜の代わりに、露光光に対して所定範囲の光透過率をもち、露光光の位相を１８０度シフトさせる、いわゆるハーフトーン型位相シフトマスクは、主として投影露光を適用する、半導体装置製造用マスク（ＬＳＩマスク）の分野で適用されている。そこで、このハーフトーン型位相シフトマスクを、近接露光用のフォトマスクとして用いることにより、より転写用パターン３５を正確に転写する可能性が考えられる。そこで、図１における透過制御部３６に、透過光の位相を１８０度シフトする位相シフト膜を形成したときの、パターンの転写性の向上を検討した。しかしながら、後述の実施の形態に示すとおり、その効果は、必ずしも期待どおりではなかった。

【0034】

一般的に、近接露光によって転写像が形成される原理にはフレネル回折が作用することが知られている。図２１は、近接露光においてフォトマスク１０を透過した露光光が、被転写体５１上の任意の一点に到達する様子を示す模式図である。図２１において、光波は実線と破線の周期構造によって表されている。実線が波の山を、破線が波の谷を、それぞれ示す（山と谷を逆転して考えても良い）。スリットＳＬ（Slit）を透過した光が、エッジにて回折（回り込み）を生じつつ進行し、様々な位相で被転写体５１上の到達点に届くことがわかる。

【0035】

到達点の任意の一点（ｘ，ｙ）における、光の振幅情報Ｕ（ｘ，ｙ）は、以下のフレネル回折式（１）で近似される（J.W.Goodman, Introduction to Fourier Optics (3rd Edition), Roberts & Company Publishers (2016), p. 66-67）。

【0036】

フレネル回折式（１）中、ξおよびηはそれぞれフォトマスク１０上のＸ座標およびＹ座標を表す。すなわちＵ（ξ，η）は、フォトマスク１０上の座標（ξ，η）における光の振幅情報である。また、ｚはプロキシミティギャップ、λは露光光の波長、ｋは波数、ｊは虚数単位を、それぞれ表す。

【0037】

【数1】

【0038】

そして、被転写体５１上の所定面内のすべての位置における上記振幅情報Ｕ（ｘ，ｙ）を統合したものが、転写像の光強度分布を決定し、被転写体５１上に転写される。

【0039】

一方、フォトマスク１０の転写用パターン３５を、近接露光するとき、形成される転写像の解像性、忠実性を向上するには、被転写体５１上の光の位相、振幅を最適化することが有用であると考えられる。これによって、既存のバイナリマスクにおいて生じていたフレネル回折に対して、より有利な光強度分布を生じさせ得る可能性が考えられる。

【0040】

本発明者の検討によると、上記を考察するとき、投影露光にて使用される、ハーフトーン型位相シフトマスクの位相シフト量（１８０度）が、必ずしも近接露光において最適ではないことが見出された。

【0041】

そして、検討の結果、近接露光用の転写用パターン３５（例えば図１における透過制御部３６）を、位相シフト作用のある透過制御膜によって形成し、かつ、その位相シフト量を、既存のハーフトーン型位相シフトマスクより大きいものとするとき、被転写体５１上に得られる転写像の形状劣化を低減し、転写の忠実性を向上できることが明らかになった。

【0042】

［実施の形態１］
本実施の形態のフォトマスク１０は、主面が長方形又は正方形の板状の透明基板２１の一主面に、所定の転写用パターン３５を設けて構成されている。透明基板２１は、合成石英などの透明材料を加工し、主表面を平坦、平滑に研磨したものが用いられる。フラットパネルディスプレイ用のフォトマスクに用いる透明基板２１としては、主面の短辺が３００～２０００ｍｍ、厚みが５～１６ｍｍのものが好適に使用される。

【0043】

フォトマスク１０がもつ転写用パターン３５を図１に例示する。転写用パターン３５は、透明基板２１上に、透過制御膜が形成されてなる透過制御部３６と、透明基板２１が露出した透光部３７とを含む。

【0044】

ここで、透過制御部３６は、短辺の寸法がＢ、長辺の寸法がＣの長方形であり、短辺方向にＤ、長辺方向にＥの間隔を空けて、マトリクス状に配置されている。すなわち、それぞれの透過制御部３６が、透光部３７を介して、規則的に配列し、長辺方向のピッチＰｍ１（長手ピッチともいう）がＰｍ１（＝Ｃ＋Ｅ）、短辺方向のピッチＰｍ２（短手ピッチともいう）がＰｍ２（＝Ｂ＋Ｄ）の、繰返しパターンとなっている。本形態において、転写用パターン３５は、フラットパネルディスプレイに使用されるブラックマトリクス５２（図４参照）用のパターンであり、図１における縦横にのびる透光部３７が、被転写体５１上のネガ型感光性材料に転写され、得ようとするブラックマトリクス５２となる。図２に、被転写体５１を構成するガラス基板５６上にブラックマトリクス５２が形成された状態の断面説明図を示す。

【0045】

すなわち、フォトマスク１０は、被転写体上に、感光材料が残存する部分としない部分とを形成する２階調のフォトマスクであり、透過制御部３６は、従来のバイナリマスクの遮光部に対応する。

【0046】

転写用パターン３５の各部分の寸法（ＣＤ）は、例えば以下のようにすることが好ましい。図１において縦方向のライン状透光部３７（長手スリットともいう）の幅Ｄは、
３≦Ｄ≦１０（μｍ）
であることが好ましく、より好ましくは、
３≦Ｄ≦８（μｍ）
更に好ましくは
３≦Ｄ≦６（μｍ）
である。上記により、フラットパネルディスプレイにおいて開口率の高い良好なブラックマトリクス５２が得られる。このような微細なＣＤをもつ高精細パターンであっても本発明を適用すると、形状劣化が低減され、効果が顕著である。

【0047】

また、図１において横方向にのびるライン状の透光部３７（短手スリットともいう）の幅Ｅは、上記長手スリットの幅Ｄと同等でもよく、またそれより大きくても良い。
例えば、３≦Ｅ≦３０ （μｍ）
であってもよい。

【0048】

また、図１の繰返しパターンの短手ピッチ（反復ピッチ）Ｐｍ２は、
１０≦Ｐｍ２≦３５ （μｍ）
とすることができる。
より好ましくは、
１５≦Ｐｍ２≦３５ （μｍ）
とすることができる。この程度であるとき、２５０ｐｐｉから、７００ｐｐｉ程度の、高精細なディスプレイに適切に利用できる。

【0049】

一方、長手ピッチＰｍ１は、上記Ｐｍ２より大きいことが好ましい。例えば、
３０≦Ｐｍ１≦１０５

【0050】

尚、近接露光では、投影倍率は設定されず（すなわち等倍）、被転写体５１上での長手ピッチＰｐ１、短手ピッチＰｐ２は、上記Ｐｍ１、Ｐｍ２と同一になる。

【0051】

また、このような転写用パターン３５を用いて近接露光するとき、プロキシミティギャップＧは、５０～２００μｍ程度が好適に用いられる。そして、本発明によれば、プロキシミティギャップＧの面内不均一がある場合においても、それによって生じる転写像の面内不均一が低減される。近接露光のコリメーション角は１．５～２．５度程度が好ましい。

【0052】

上記のような転写用パターン３５を用いて、被転写体５１上に、上記幅Ｄのライン状透光部３７に対応して、幅１０μｍ以下のライン状パターンを形成することを考える。例えば、３～１０μｍ幅、より微細なものとしては、３～８μｍ幅、更には３～６μｍ幅のパターンを形成し、微細幅のブラックマトリクス５２とすることを考える。

【0053】

本実施の形態のフォトマスク１０において、透過制御部３６を形成するための透過制御膜は、フォトマスク１０を露光する露光光に対し、その位相をφ（度）シフトする作用をもつ。すなわち、透過制御膜の位相シフト量φは、
φ＞１８０（度）
である。

【0054】

尚、φ＞１８０、すなわち、１８０度を超える位相シフト量とは、下記（２）式によって定義される位相シフト量φの範囲を表す。（２）式中のＭは負でない整数を表す。
１８０＋３６０Ｍ＜φ＜３６０＋３６０Ｍ（度） ‥‥‥ （２）

【0055】

ここでフォトマスク１０を露光する露光光とは、近接露光装置５０によって、転写用パターン３５を露光し、転写するために用いる光であり、３１３～３６５ｎｍの範囲内の波長をもつ光が好ましく用いられる。複数波長を含む露光光においては、上記波長範囲に含まれるいずれかの波長（好ましくは強度ピークをもつ波長）を、代表波長として上記位相シフト量φの基準とすることができる。

【0056】

例えば、３１３～３６５ｎｍの範囲内の波長を含む露光光を用いる場合、短波長側の３１３ｎｍを代表波長としてもよく、上記波長域の中央値に近い３３４ｎｍを代表波長としてもよい。また、上記波長範囲の最長側にある３６５ｎｍを代表波長とすることができる。

【0057】

更に、露光光が、複数波長を含む場合に、上記波長範囲に含まれるすべての波長に対して、φ＞１８０とすることができる。また、以下に記載された好ましい波長範囲についても同様である。

【0058】

従って、例えば、フォトマスク１０は、波長３１３～３６５ｎｍの波長域内の波長を含む露光光によって近接露光するためのフォトマスク１０にであって、上記透過制御部３６は、もっとも長波長側の波長３６５ｎｍの光に対し、１８０度を超える位相シフト量を有するフォトマスク１０とすることができる。この場合、実質的に、露光光に含まれる上記波長範囲のすべての波長に対して、透過制御部３６の位相シフト量は１８０度を超えたものとなる。

【0059】

或いは、露光光の波長が、３６５～４３６nm（ｉ線、ｈ線、ｇ線）を含むものとする場合には、もっとも長波長側の４３６ｎｍを代表波長とし、これに対する、透過制御膜の位相シフト量φを、φ＞１８０としてもよい。更には、使用する露光光の波長域において、もっとも強度の大きい波長を代表波長としてもよい。

【0060】

また、透過制御部３６を形成するための透過制御膜は、露光光に対して、透過率Ｔを有する。この透過率Ｔは、透明基板２１を１．０（１００％）としたときの数値である。また、ここでいう透過率は、上記位相シフト量に関して述べたものと同様の代表波長に対するものとすることができる。

【0061】

透過率Ｔは、０．１（１０％）以下であることが好ましい。例えば、透過率Ｔは、
０．０１≦Ｔ≦０．１
とすることができる。Ｔが小さすぎると、既存のバイナリマスクに対して、後述のフィデリティ向上効果が顕著に得られない。Ｔが大きすぎると、透過制御部３６のうち、エッジから遠い領域において、遮光性が不十分になるリスクが生じる。

【0062】

透過制御膜の透過率Ｔおよび位相シフト量φの詳細については、後述する。

【0063】

フォトマスク１０を用いて、フラットパネルディスプレイのブラックマトリクス５２を形成するとき、図１において、２点鎖線によりこのフラットパネルディスプレイを構成する各ピクセル（画素）同士の境界線に対応する線を示す。この例では、一つのピクセルは、赤、緑、および、青の合計３個のサブピクセルを含み、一辺の長さがＡ（＝Ｐｍ１）である正方形である。図１における透過制御部３６に対応する部分に、それぞれ１個のサブピクセルが形成される。

【0064】

フラットパネルディスプレイが、液晶ディスプレイである場合、対向配置されたカラーフィルタ基板と、ＴＦＴ（Thin-Film-Transistor）基板との間に、液晶を封止して製作される。ブラックマトリクス５２は、カラーフィルタ基板の一面に形成される。例えば、図１における透過制御部３６に対応する部分に、赤、緑および青のカラーフィルタを形成することができる。

【0065】

フラットパネルディスプレイが、有機ＥＬ（electro-luminescence）ディスプレイである場合、図１における透過制御部３６が設けられた部分に、赤、緑および青の有機ＥＬ発光素子が形成される

【0066】

いずれの場合であっても、ブラックマトリクス５２は、サブピクセル間の混色や光もれを防ぎ、フラットパネルディスプレイに表示される画像・映像を鮮明にする。高精細、すなわち個々の画素が小さく画素密度が大きい上に、明るいフラットパネルディスプレイを実現するには、ブラックマトリクス５２の幅を細く、（例えば、３～１０μｍ、より好ましくは、３～８μｍ）、かつ、設計通りの形状に形成する必要がある。

【0067】

従って、フォトマスク１０の有する転写用パターン３５の形状を、できる限り忠実に（フィデリティを高くして）、被転写体５１上の転写像に反映することが望まれる。ここでフィデリティとは、フォトマスク１０の転写用パターン３５の形状が、被転写体５１上に維持される度合いをいい、例えば、転写用パターン３５の角部が、被転写体５１上の転写像において丸まりを生じる程度が低減され、或いは、転写用パターン３５のライン状の部分が、転写像において太くなり、又は細くなる程度が低減された場合などに、フィデリティが向上したということができる。

【0068】

上記のように、転写用パターン３５は、閉じた線に囲まれた透過制御部３６が、ライン状の透光部３７を介して配置されている。この透過制御部３６により、フォトマスク１０を用いた露光、及び現像によって被転写体５１上の感光性材料が溶出し、他方、これを囲む透光部３７に対応する部分には感光性材料による立体構成物（たとえばブラックマトリクス）が形成される。そして、本発明のフォトマスク１０は、この立体構造物の形状フィデリティの向上に優れた効果がある。

【0069】

以下においては、図１に示すＡからＥが表１に示す長さである場合を例にして、説明する。

【0070】

【表1】

【0071】

本発明のフォトマスク１０の露光には、近接露光装置５０が好ましく用いられる。図３は、近接露光装置５０の構成を模式的に説明する説明図である。近接露光装置５０は、光源５７から出射した光を、照明系５８を介して、フォトマスク１０の裏面１２の側に照射する。照射された光は、転写用パターンが形成された表面１１側に透過し、被転写体５１に到達する。フォトマスク１０と、被転写体５１との間には、プロキシミティギャップＧが設けられる。

【0072】

光源５７は高圧水銀ランプとすることができる。高圧水銀ランプは、ｉ線、ｈ線、ｇ線に強いピークを有するが、本実施の形態のフォトマスク１０の露光には、ｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）、および、それより短波長側のスペクトル群を利用することが好ましい。例えば、３６５ｎｍ、３３４ｎｍ、および３１３ｎｍのピークをもつ露光光に対して、良好な感度域をもつネガ型レジストを用いることが有用である。

【0073】

図４は、図１に示す転写用パターン３５が、忠実に被転写体５１上に転写されたと仮定した場合に、被転写体５１上に形成されるブラックマトリクス５２の形状を例示する。ネガ型の感光性材料を使用した場合、図１に対して白黒が反転する。ここでは、図４の形状を、理想状態のブラックマトリクスとする。

【0074】

一方、図５は、図１に示す転写用パターン３５をもつバイナリマスクを近接露光し、被転写体５１上に転写されるときに、光の回折、干渉の作用によって形状が劣化した場合の転写像を示す。例えば、図１に示す透過制御部３６を遮光部とした従来のフォトマスクにおいては、こうした形状劣化が生じやすい。この場合、サブピクセルに対応する部分の角部が丸みを帯びるなど、転写の忠実度（フィデリティ）が不十分である。

【0075】

そこで、図１に示す転写用パターン３５において、透過制御部３６に用いた透過制御膜を、所定の透過率Ｔと位相シフト量φをもつものとしたとき、転写像のフィデリティがどのように変化するかを、フレネル回折を用いた光学シミュレーションにより検証した。

【0076】

すなわち、上記転写用パターン３５を、近接露光によって露光したとき、被転写体５１上に形成される露光光の光強度分布を光学シミュレーションにより求め、よりよい転写条件を見出すとともに、透過制御膜の透過率Ｔおよび位相シフト量φによる、上記転写像への影響を検討した。

【0077】

図６を用いて、フォトマスク１０と、近接露光によって形成される転写像を説明する。図６（ａ）には、フォトマスク１０を透過制御部３６の短辺方向に沿って切断した模式断面図を示す。図１を使用して説明したように、透過制御部３６の幅はＢ、透光部３７の幅はＤとする。ここでは、ブラックマトリクス５２の幅に対応するＤの寸法は、１０μｍ以下の微細寸法である。

【0078】

図６（ｂ）は、フォトマスク１０の裏面側から近接露光装置５０によって露光したときに、被転写体５１上に形成される光強度分布を示す。横軸は、被転写体５１上の位置を示し、縦軸は光強度を示す。

【0079】

光強度Ｉｔｈは、現像によって、被転写体５１上のネガ型感光性材料に、幅Ｄのブラックマトリクス５２を形成するときの、光強度の閾値に相当する。このとき、現像挙動が完全な可溶と完全な不溶に二値化できるような、理想的な現像モデルを考える場合、Ｉｔｈはネガ型感光性材料が完全不溶となる光強度の閾値である。

【0080】

ラインアンドスペースパターンなどの、明暗が交互に反復する繰返しパターンにおいては、一般に転写像の優劣をコントラストと呼ばれる指標によって評価する。コントラスト値が高いほど、明部と暗部との光強度差がはっきりする。フォトリソグラフィは、この明暗の差を用いて転写情報を被転写体５１上に焼き付ける手法であるから、一定値以上のコントラストをもつことが好まれる。

【0081】

コントラストの定量化にはいくつかの手法が存在するが、差に注目する手法としては、Michelson Contrastによる定量化が広く用いられる。Michelson Contrastは明部の光強度をＩ1、暗部の光強度をＩ2としたときに、｛（Ｉ1－Ｉ2）／（（Ｉ1＋Ｉ2）｝として定義される。本発明においては、明部の光強度を表す指標として既にＩｔｈを定義した。一方、暗部については、透過制御部３６の性質によって大きく支配されることが、図６（ｂ）からも明らかである。図６（ｂ）では、暗部Ｂが十分に暗い場合を想定した、Ｉ2が０に近い場合を図示しているが、後述するように透過制御膜に有意な透過率Ｔを持たせた場合、この暗部は、フォトマスク上に配置される位置、あるいは被転写体上で作用する位置によっては、無視できない光強度としてふるまうことがある。

【0082】

以上を踏まえ、ここでは、本実施の形態におけるコントラストＣｏを、（３）式により定義し、透過制御部３６の透過率Ｔや、位相シフト量φが上記光強度分布に与える影響を調べる。

【0083】

【数2】

【0084】

ここで、Ｉｔｈは、上記のとおり、被転写体５１上のレジスト膜が現像によって不溶となる光強度の閾値に相当する。そして、被転写体５１上に幅Ｄをもつ転写像を形成することを想定したものである。

【0085】

Ｔは、透過制御部３６の露光光に対する、位相効果を考慮しない、透過制御膜固有の膜透過率であり、透過率が１００％のときに、Ｔを１とする数値である。

【0086】

（３）式においてコントラストＣｏは、ＩｔｈとＴとのMichelson Contrastを示す。すなわち、Ｔの値がＩｔｈに対して無視できない、十分な割合を持つと、分母に対して分子が相対的に小さくなり、コントラストＣｏも小さくなる。このとき、期待するフィデリティ改善効果とは別に、以下のような懸念が生じることが予想できる。

【0087】

レジストはネガ型であるとき、露光光が照射されることにより架橋反応が進行し、現像によって溶出しない状態となる。

【0088】

理想的なモデルを除いて、現実の感光性材料においては多かれ少なかれ中途半端な光反応や、それによる中途半端な現像挙動が存在する。結果として、被転写体５１上において最終的にはレジストによる構造物が不要となる部分（例えばブラックマトリクス５２を形成するべきでない部分）で部分的に架橋反応が進行し、現像後に残渣が滞留するリスクが考えられる。すなわち、透過率Ｔの値がＩｔｈに近いと、上記構造物が不要となる部分での架橋反応、ひいては残渣滞留のリスクが上昇することがあり得る。これを避けるため、透過制御部３６の透過率Ｔが、露光による光強度閾値Ｉｔｈの２割を越えない範囲であることが望ましい。透過率Ｔが、露光による光強度閾値Ｉｔｈの２割である場合のコントラストＣ２は、（４）式により算出される。

【0089】

【数3】

【0090】

すなわち、コントラストは、０．６６７以上とすることが好ましい。

【0091】

また、露光工程やその後の現像工程で生じ得る変動（照射強度の変動、現像の面内不均一など）が生じる可能性を考慮すると、より優れた歩留を得るためには、透過制御部３６の透過率Ｔが、露光量閾値Ｉｔｈの１割以下であることがより望ましい。透過率Ｔが、露光量閾値Ｉｔｈの１割である場合のコントラストＣ１は、（５）式により算出される。

【0092】

【数4】

【0093】

すなわち、コントラストは、０．８１８以上であることが更に望ましい。そして、上記（４）、（５）式から明らかなとおり、これらの好ましいコントラストの値は、Ｉｔｈの値によらない。

【0094】

更に、フォトマスク１０に形成された転写用パターン３５が、被転写体５１に反映される程度（フィデリティ）を、より直接的に評価するため、シミュレーションにより、近接露光によって被転写体５１上に形成される転写用パターン３５の転写像を得て、得られた転写像と転写用パターン３５との形状差異を定量化し、差分Ｓとして算出する。

【0095】

差分Ｓは、フォトマスク１０上の転写用パターン３５の形状と、被転写体５１上に形成された転写像の形状の相違する面積に対応する。差分Ｓは、（６）式により定義される。差分Ｓが０に近いほど、フォトマスク１０上のパターンが、被転写体５１に忠実に転写される、いわゆるフィデリティが良い状態である。

【0096】

Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２ ‥‥‥ （６）
ここで、Ｓ１は、フォトマスク１０の転写用パターン３５が忠実に転写されればブラックマトリクス５２を構成する領域になるが、シミュレーションにより得られた転写像では、光強度が、露光量閾値Ｉｔｈに満たないため、ブラックマトリクス５２を構成しない領域となる面積を意味する。

【0097】

一方、Ｓ２は、フォトマスク１０の転写用パターン３５が忠実に転写されればブラックマトリクス５２を構成しない領域であるが、シミュレーションにより得られた転写像では、光強度が閾値Ｉｔｈを上回り、ブラックマトリクス５２を構成する領域となる面積を意味する。

【0098】

すなわち、Ｓ１、Ｓ２はそれぞれ、忠実な転写からのマイナス側、プラス側の誤差（逸脱分）の絶対値と考えることができ、その合計をここでは評価する。尚、Ｓ１、Ｓ２の数値は、６８０ピクセル四方に出力したときの上記逸脱部分のピクセル数を算定し、これにピクセル単位面積のｕを掛け合わせたものとして定量化した。

【0099】

図７は、図１の形状、表１の寸法をもつ転写用パターン３５につき、プロキシミティギャップＧを１００μｍとし、透過制御部３６の位相シフト量を変化させたときの転写像への影響を、シミュレーションによって、差分Ｓの数値と形状差異の分布（図７（ｂ）～（ｆ））により示したものである。具体的には、透過率をゼロとしたバイナリマスクの比較例１とともに、透過制御部３６の透過率を０．０３（３％）とし、透過制御部３６の位相シフト量を、０、９０、１８０、２７０度のそれぞれの場合についての差分Ｓおよび差分Ｓに対応する形状差異の分布を求めている。尚、ここでのＩｔｈは被転写体５１上で細幅のブラックマトリクス５２に相当する部分（図１の透光部３７の幅Ｄに対応する部分）が、６μｍとなるように設定した。

【0100】

転写用パターン３５の形状（ａ）に対して、上記Ｓを算出するための形状差異の分布、および、それを定量化したＳの数値をみると以下のことがわかる。（ｂ）の比較例１（バイナリマスク、以下単に「バイナリ」ともいう）や（ｃ）の参考例１（位相シフトのないハーフトーンマスク、以下「位相差のないＨＴＭ」ともいう）に対して、位相シフト量を１８０度より大きくした（ｆ）の実施例１は、差分Ｓの数値が最も低く、フィデリティが優れている。

【0101】

（ｅ）に示す、位相シフト量１８０度のいわゆるハーフトーン型位相シフトマスク（以下「１８０度ＰＳＭ」ともいう）を用いて透過制御部３６とした参考例３は、（ｂ）に示す比較例１のバイナリマスクより、フィデリティが低かった。

【0102】

上記傾向は、図７の形状差異の分布から、視覚的にも把握することができる。すなわち、本形態のフォトマスク１０は、透過制御部３６の位相シフト量を、１８０度を超える数値とすることにより、従来のいずれのフォトマスクよりも、優れた転写像を得られるものであることが、明らかになった。

【0103】

一般に、近接露光方式は、プロキシミティギャップを所定値（例えば１００μｍ）に設定して行なうが、フォトマスク１０の面内全域にわたって、被転写体５１との距離をこの数値に設定することは現実的には不可能である。例えば、大サイズのフラットパネルディスプレイ用フォトマスク１０においては、近接露光時に自重によるたわみが生じるために、フォトマスク１０の中心付近と、外縁付近とでは、プロキシミティギャップが異なる場合が生じている。或いは、このたわみを低減する目的で、フォトマスク１０に加重をかける保持機構などにより、より複雑なプロキシミティギャップの面内分布（ばらつき）が生じる場合もある。

【0104】

そこで、上記シミュレーションにおいて、プロキシミティギャップＧが１５０μｍとなった場合の、フィデリティについて、検討を行なった結果を、図８に示す。この場合、１５０μｍというプロキシミティギャップは面内分布などにより意図せず生じたものであるから、露光量閾値には、意図して設定した所定プロキシミティギャップ値である、１００μｍにおいて導出したＩｔｈの値を用いる。

【0105】

図８によると、図７と同様、（ｂ）に示すバイナリマスクや、（ｅ）に示す１８０度ＰＳＭと比較して、（ｆ）に示す実施例２のフォトマスク１０においては形状差異が小さく、優れたフィデリティを示している。

【0106】

上記からは、近接露光用のフォトマスク１０に、位相シフト膜を適用して、位相シフト効果による解像性の向上を得ようとした場合に、その位相シフト量は、投影露光方式において確立している１８０度の位相シフトが必ずしも最適ではないことが明らかになった。すなわち、近接露光方式で用いる位相シフト作用は、その位相シフト量が１８０度を超えたときに、より優れたフィデリティを示すことが判明した。特に、この場合、プロキシミティギャップＧの変動に対して、転写像の形状安定性が、際立って優れていることがわかった。この点は、実施例１と実施例２の差異（つまり図７（ｆ）と図８（ｆ）との差分Ｓの差異）が小さいことからも理解できる。

【0107】

次に、得られる転写像のフィデリティについて、更に詳細な光学シミュレーションを示す。

【0108】

以下の光学シミュレーションは、図１の転写用パターン３５において、位相シフト量φと透過率Ｔとがそれぞれ変化したときに、透過制御部３６の位相シフト量φ、透過率Ｔと、転写像のコントラストＣｏ、差分Ｓの相関について調べたものである。

【0109】

図９は、シミュレーション結果の表示方法を説明する説明図である。シミュレーションは、透過制御部３６の位相シフト量φと透過率Ｔとの組合せを種々に変更して実施する。図９において、横軸は位相シフト量φ（度）を示し、縦軸は透過率Ｔを示す。境界を破線で示す一つ一つの長方形枠が、それぞれのシミュレーション条件を示す。

【0110】

太枠で囲んだＫ部は、透過制御部３６の透過率Ｔが０、すなわち透過制御部３６が光を透過しない、バイナリマスクを示す。太枠で囲んだＬ部は、透過制御部３６の位相シフト量φが３６０度、すなわち０度であり、位相差のないＨＴＭを示す。太枠で囲んだＭ部は、１８０度ＰＳＭを示す。太枠で囲んだＮ部は、位相シフト量φが１８０度を越えて３６０度未満の透過制御部３６を示す。以後の説明においてはＮ部に該当する透過制御部３６を備えるフォトマスク１０を、過シフト角位相シフトマスクともいう。

【0111】

シミュレーションでは、露光光として、波長が３１３ｎｍ、３３４ｎｍおよび３６５ｎｍの光（強度比０．２５：０．２５：０．５）を含むブロード波長域に露光条件を適用した。これらは、高圧水銀ランプの放射スペクトルのうち、ブラックマトリクス５２等の製造に適用される、ネガ型のレジストがもつ感光域に適合するｉ線以下の主要なピーク成分である。透過率Ｔおよび位相差φは、シミュレータ特性により、波長ごとに所定値に一致している。また、プロキシミティギャップＧは１００μｍとした。

【0112】

また、フォトマスク１０の転写用パターン３５は、図７について説明したものと同じである。

【0113】

そして、本シミュレーションでは、上記の各シミュレーション条件におけるコントラストＣｏと差分Ｓの値を算出し、図９の破線で示す各長方形枠に対応づけた。

【0114】

図１０から図１２は、シミュレーション結果を説明する説明図である。図１０は、プロキシミティギャップＧが１００μｍである場合を示し、太線で囲んだ部分は、過シフト角位相シフトマスクによる差分Ｓが、同じ透過率（０．０３）をもつ位相差のないＨＴＭ、１８０度ＰＳＭと比較して小さく、かつ、バイナリより小さい領域を示す。

【0115】

すなわち、太線内の領域は、過シフト角位相シフトマスクにおける、転写のフィデリティがバイナリ、位相差のないＨＴＭ、１８０度ＰＳＭのいずれよりも優れた領域である。

【0116】

図１１は、プロキシミティギャップＧを１５０μｍとしたこと以外は、図１０と同じ条件で行なったシミュレーション結果を示す。太線で囲んだ部分は、上記と同じ基準で、過シフト角位相シフトマスクのフィデリティが、バイナリ、位相差のないＨＴＭ、１８０度ＰＳＭのいずれよりも優れた領域を示す。

【0117】

一般にプロキシミティギャップＧが設定値より大きくなると、転写像の劣化は顕著になる傾向がある。この点は、図７、８からも把握できる。しかしながら、本発明の過シフト角位相シフトマスクによれば、プロキシミティギャップＧが面内で変化し、設定値より大きくなっても、既存のフォトマスクに比べて、安定したフィデリティをもった高い転写性を示すことがわかる。

【0118】

図１２の一点鎖線で囲まれた領域は、図１０および図１１において、太線で囲まれた部分の和集合を示す。つまり、プロキシミティギャップＧが、１００μｍ又は１５０μｍのいずれかの場合において、過シフト角位相シフトマスクのフィデリティが他のフォトマスク１０より高い領域を示す。また、太線で囲んだ部分は、図１０および図１１のいずれにおいても太線で囲まれた部分、すなわち共通集合を示す。すなわち、プロキシミティギャップＧが１００μｍと１５０μｍとのいずれの場合においても、過シフト角位相シフトマスクのフィデリティが高い領域を示す。

【0119】

図１２より、透過制御部３６の位相シフト量φが１８０度を越える、過シフト角位相シフトマスクが、既存のフォトマスクよりも有利なフィデリティを有するものであることがわかる。

【0120】

また、図１０によると、透過制御部３６の位相シフト量φが２５５度以上のとき、このプロキシミティギャップＧのときのフィデリティが有利であることがわかる。

【0121】

更に、図１０によると、透過制御部３６の透過率Ｔが０．０６以下であると、良好なフィデリティを得るための透過制御部３６の位相シフト量φの選択範囲が広い。

【0122】

更に、図１１によると、プロキシミティギャップが、面内分布などにより意図せず広がった場合においても、透過制御部３６の位相シフト量φが３３０度以下の広い過シフト角範囲で良好なフィデリティが得られる。

【0123】

また、図１０から図１２によると、透過制御部３６の位相シフト量φは２５５度以上３３０度以下であるとき、プロキシミティギャップＧの変動によるフィデリティへ影響が小さい利点があり、２７０度以上のときには、その利点がより顕著である。

【0124】

また、透過率Ｔを０．０６以下とすれば、プロキシミティギャップＧの変動に関わらず、有利なフィデリティを得られるための位相シフト量φの選択範囲が広い。

【0125】

更には、過シフト角位相シフトマスクの位相シフト量φを２７０度以上とすれば、有利なフィデリティを得られるための透過率Ｔの選択範囲が広い。

【0126】

尚、図１３には、被転写体５１上に形成される転写像のコントラストＣｏを算定した結果を示す。太枠で囲んだＷ部は、コントラストＣｏが０．６６７以上となる領域（但し０．８１８未満）であり、更に、太枠で囲んだＶ部は、コントラストＣｏが０．８１８以上となる領域である。すなわち、領域Ｗは、前記（４）式による好ましい範囲であり、領域Ｖは、前記（５）式による、より好ましい範囲である。

【0127】

従って、上述した有利なフィデリティを得られる好ましい位相シフト量φや透過率Ｔの条件に加えて、更に、図１３における、有利なコントラストＣｏの範囲をあわせて考慮することにより、より好ましい転写性が得られることがわかる。

【0128】

例えば、過シフト角位相シフトマスクにおいて透過制御部３６の位相シフト量φが２２５度以上であるとき、コントラストの良好な転写像を得るための適用透過率Ｔの範囲が広がり、位相シフト量φを２７０以上とすると、更に広がる有利な効果が得られることがわかる。

【0129】

また、透過率Ｔの値は、上記のとおり、０．１以下であることが好ましいが、特に、
０．０１≦Ｔ≦０．０９
であると、透過制御部３６の位相シフト量φの広い範囲において、コントラストが良好な転写像が得られる。
０．０１≦Ｔ≦０．０８
であればその利点がより顕著である。

【0130】

更に、
Ｔ≦０．０５
であれば、更に好ましいコントラストＣｏが得られ、
Ｔ≦０．０４
であれば、好ましいコントラストを得るための、透過制御部３６の位相シフト量φの選択範囲が高い。

【0131】

［実施の形態２］
図１４は、フォトマスク１０のもつ転写用パターン３５の設計形状を実施の形態１から変更した場合を示す。すなわち、このフォトマスク１０が有する転写用パターン３５は、長方形のかわりに平行四辺形の繰返しパターンをもつ。例えば、フラットパネルディスプレイのサブピクセルの形状が平行四辺形である場合の設計とする。

【0132】

図１４においては、透過制御部３６は底辺の長さがＣ，高さがＢ、鋭角部分の角度が４５度、鈍角部分の角度が１３５度の平行四辺形である。透過制御部３６は、高さ方向にＤ、底辺に沿う方向にＥの間隔を空けて、マトリクス状に配置されている。本形態の転写用パターン３５は、これらのパターンのデザイン変更のほかは、特記する以外において実施の形態１と同様とし、また、ここでのＡからＥの寸法は、表１に示す寸法と同一とする。

【0133】

図１５は、図１４に示す転写用パターン３５が、忠実に被転写体５１上に転写されたと仮定した場合に、被転写体５１上に形成されるブラックマトリクス５２の形状を示す。これを、理想状態のブラックマトリクス５２とする。但し、実際に図１４の転写用パターン３５を近接露光すると、被転写体５１上の転写像には、光の回折、干渉による形状劣化が生じる。

【0134】

ここで、図１４に示す転写用パターン３５を近接露光した場合について、上記図７、８において行なったのと同様の光学シミュレーションの結果を、図１６、１７に示す。

【0135】

すなわち、図１４の転写用パターン３５について、Ｄを６μｍ、プロキシミティギャップＧを１００μｍとした、透過制御部３６の位相シフト量を変化させたときの、転写像と差分Ｓを、図１６（ｂ）～（ｅ）に示す。具体的には、透過率をゼロとしたバイナリマスクの比較例４とともに、透過制御部３６の透過率を０．０３（３％）とし、透過制御部３６の位相シフト量を、０、９０、１８０、２７０度のそれぞれの場合についての差分Ｓを求めている。尚、ここでも、Ｉｔｈは、細幅のブラックマトリクス５２（転写用パターン３５のＤに相当する部分）が、６μｍとなるよう光強度を規格化した。近接露光のコリメーション角は２．０度とした。シミュレーション条件は、実施の形態１の場合と同様とした。

【0136】

更に、図１７はプロキシミティギャップＧが１５０μｍである他は、図１６と同一の条件でシミュレーションした結果を示す。

【0137】

図１６、１７によると、バイナリマスクや、１８０度ＰＳＭと比較して、差分Ｓの値により、実施例３、および実施例４の過シフト角位相シフトマスクの転写フィデリティが優れていることがわかる。また、図１６によるとプロキシミティギャップＧが１００μｍの場合には、実施例３よりも位相差のないＨＴＭのフィデリティがわずかに良いものの、図１７によると、プロキシミティギャップＧが１５０μｍになると、実施例４の差分Ｓの数値がより優れたものとなる。更に、近接露光において、面内の位置によって異なるプロキシミティギャップＧが形成されるとき、そのプロキシミティギャップＧの変動によって、差分Ｓの変化量が小さい点も、実施例３、４から理解できる。この点は、特にフラットパネルディスプレイの製造において、転写されるパターンの面内均一性を維持する点で、非常に意義が大きい。

【0138】

図１８から図２０は、上記図９から図１１におけると同様のシミュレーションによる結果を説明する説明図である。

【0139】

図１８は、プロキシミティギャップＧが１００μｍである場合を示し、太線で囲んだ部分は、過シフト角位相シフトマスクのフィデリティが、バイナリ、位相差のないＨＴＭ、１８０度ＰＳＭのフィデリティよりも優位な領域を示す。
すなわち、太線内の領域は、過シフト角位相シフトマスクにおける、上記差分Ｓが、バイナリより小さく、更に同じ透過率をもつ位相差のないＨＴＭ、１８０度ＰＳＭのいずれよりも小さい領域である。

【0140】

図１９は、プロキシミティギャップＧを１５０μｍとしたこと以外は、図１８と同じ条件で行なったシミュレーション結果を示す。太線で囲んだ部分は、過シフト角位相シフトマスクのフィデリティが、バイナリ、位相差のないＨＴＭ、１８０度ＰＳＭのいずれよりも優れた領域を示す。

【0141】

図２０の、一点鎖線で囲まれた領域は、図１８および図１９において、太線で囲まれた部分の和集合を示す。つまり、プロキシミティギャップＧが、１００μｍ又は１５０μｍのいずれかの場合において、過シフト角位相シフトマスクのフィデリティが高い領域を示す。また、太線で囲んだ部分は、図１８および図１９のいずれにおいても太線で囲まれた部分、すなわち共通集合を示す。すなわち、プロキシミティギャップＧが１００μｍと１５０μｍとのいずれの場合においても、過シフト角位相シフトマスクのフィデリティが高い領域を示す。

【0142】

図２０より、透過制御部３６の位相シフト量φが１８０度を越える、過シフト角位相シフトマスクが、既存のフォトマスクよりも有利なフィデリティを有するものであることがわかる。また、位相シフト量φが３００度以上であるとき、特に良好な結果が得られることがわかる。

【0143】

また、実施の形態１におけると同様、図１３による、コントラストＣｏが良好な範囲を同時に考慮することにより、よりフィデリティの有利な条件を選択することができる。

【0144】

上記の実施の形態１および２に示すとおり、過シフト角位相シフトマスクによると、近接露光装置５０を用いて、フィデリティの良好なフォトリソグラフィを行なえるフォトマスク１０を提供できる。

【0145】

また、上記実施の形態によると、フォトマスク１０の面内位置によってプロキシミティギャップＧが変動した場合であっても、それによる転写像の形状（ＣＤを含む）の変化を低減することが可能なフォトマスク１０を提供できる。特に、フラットパネルディスプレイに用いられる大型のフォトマスク１０においては、自重によるたわみや露光装置の保持手段によるプロキシミティギャップＧの変動が生じやすいため、本実施の形態のフォトマスク１０の採用が有効である。

【0146】

更に、上記実施の形態によると、ネガ型感光材料を用いたレジストと、高圧水銀ランプとを組み合わせて、フィデリティの高い露光を行なえるフォトマスク１０を提供できる。

【0147】

透過制御部３６を構成する透過制御膜は、所定の露光光透過率と位相シフト量を有するものとするために、その組成や膜厚が決定されたものであり、その組成は膜厚方向に均一でもよく、又は、異なる組成や異なる膜物性の膜が積層されてひとつの透過制御膜を構成するものでもよい。

【0148】

但し、本発明の作用効果を損なわない限りにおいて、付加的に、異なる膜（遮光膜、エッチングストッパ膜等）を有してもよく、付加的な膜による膜パターンを、透過制御膜のパターンの上面側又は下面側に有していてもよい。

【0149】

また、転写用パターン３５の外周側に、付加的な膜パターン（例えば、遮光膜パターン）を有していても良く、このような付加的な膜パターンに、フォトマスク１０の露光時やハンドリング時に参照されるマークパターンを形成してもよい。

【0150】

上記２つの実施の形態に共通して、本発明のフォトマスク１０は、例えば以下の製造方法によって製造することができる。

【0151】

まず、透明基板２１上に透過制御膜が成膜された、フォトマスクブランクを用意する。透過制御膜の成膜においては、露光光に対して所定の透過率、および位相シフト量を満足するように、その素材と膜厚を選択する。成膜方法はスパッタ法など、公知の成膜方法を適用することができる。

【0152】

次いで、透過制御膜上にレジスト膜が形成された、レジスト付フォトマスクブランクを用意する。レジストは、ポジ型でもネガ型でもよいが、ポジ型が好ましい。

【0153】

そして、上記レジスト付フォトマスクブランクに対して、パターニングを施す。具体的には、レーザ描画装置等の描画装置を用い、所定のパターンデータによる描画を行ない、現像を行なう。更に、現像により形成されたレジストパターンをマスクとして、透過制御膜にドライ又はウェットエッチングを施し、転写用パターン３５を形成する。そして、レジストパターンを剥離する。

【0154】

以上の工程によれば、１回のみのパターニング（すなわち１回のみの描画）によってフォトマスク１０を形成することができる。すなわち、透過制御膜のみをパターニングしてなるフォトマスク１０であることが好ましい。必要に応じて、付加的な膜の形成、およびパターニングを行なってもよい。

【0155】

透過制御膜の材料は、例えば、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｚｒなどを含有する膜とすることができ、これらの化合物から適切なものを選択することができる。

【0156】

Ｓｉ含有膜としては、Ｓｉの化合物（ＳｉＯＮなど）、又は遷移金属シリサイド（ＭｏＳｉ、ＴａＳｉ、ＺｒＳｉなど）や、その化合物（酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物など）を用いることができる。

【0157】

Ｃｒ含有膜としては、Ｃｒの化合物（酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、炭化窒化物、酸化窒化炭化物）を使用することができる。

【0158】

本発明は、フォトマスク１０を用いた、フラットパネルディスプレイ用電子デバイスの製造方法を含む。

【0159】

すなわち、上記の過シフト角位相シフトマスクを用意する工程と、近接露光装置５０によってこれを露光し、被転写体５１上に前記転写用パターン３５を転写する転写工程とを
有し、前記転写工程では、プロキシミティギャップが５０～２００μｍの近接露光を適用する、フラットパネルディスプレイ用の電子デバイスの製造方法である。

【0160】

フォトマスク１０の用途は、ブラックマトリクス５２又はブラックストライプの製造に好適に使用することができるが、これらに限定しない。但し、本発明のフォトマスクは、被転写体上に、感光性材料による立体構造物を形成する目的に、特に好適に利用できる。これは、上述の閉じた線に囲まれた透過制御部と、これを囲む透光部とが形成する、立体構造物の形状において、優れたフィデリティを得られることが、極めて有意義であるためである。

【0161】

また、本発明は、ラインアンドスペースパターンのように、光学的に互いに影響を及ぼす距離にある単位パターンが規則的に繰返される、いわゆる密集パターンを含む転写用パターンに、好適に適用することができる。

【0162】

各実施例で記載されている技術的特徴（構成要件）はお互いに組合せ可能であり、組み合わせすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0163】

１０ フォトマスク
２１ 透明基板
３５ 転写用パターン
３６ 透過制御部
３７ 透光部
５０ 近接露光装置
５１ 被転写体
５２ ブラックマトリクス
５６ 被転写体（ガラス基板）
５７ 光源
５８ 照明系

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】