(57)【要約】【課題】半透光部における半透光膜の膜厚を一定にすると共に半透光膜と遮光膜との境界部における階調の変化を急峻にする。【課題を解決するための手段】本発明に係る多階調フォトマスクは、露光装置から露光光Ｉを照射することにより、レジスト膜を形成した露光対象基板３０上にレジストパターンを形成するために用いられる。この多階調フォトマスク１は、透明基板１０上に露光光Ｉを遮断する遮光部Ａと露光光を透過する透光部Ｂと露光光の一部を透過する半透光部Ｂとを含み、半透光部Ｂの一部（特に、遮光部Ａと半透光部Ｂとの境界部）に透明基板が露出した透過部２０が設けられてなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置から露光光を照射することにより、レジスト膜を形成した露光対象基板上にレジストパターンを形成するための多階調フォトマスクであって、透明基板上に前記露光光を遮断する遮光部と前記露光光の一部を透過する半透光部と前記露光光を透過する透光部とを含み、前記半透光部と前記遮光部との間に前記透明基板が露出した透過部を有する多階調フォトマスク。
【請求項２】
前記透過部は、前記遮光部と半透光部との境界部に設けられている請求項１記載の多階調フォトマスク。
【請求項３】
前記透過部の間隔は、前記露光装置の解像限界以下に設定されている請求項１又は２記載の多階調フォトマスク。
【請求項４】
前記透過部の間隔は０．５μｍ以上１．５μｍ以下の範囲である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多階調フォトマスク。
【請求項５】
透明基板上に遮光膜を形成する工程と、前記遮光膜の上に第１のフォトレジスト膜を形成して露光装置から露光光を照射し現像することにより遮光膜のパターンを形成する第１のパターン形成工程と、前記遮光膜のパターンを覆うように半透光膜を形成する工程と、前記半透光膜の上に第２のフォトレジスト膜を形成して露光装置から露光光を照射し現像することにより半透光膜のパターンを形成する第２のパターン形成工程とを含み、
前記第２のパターン形成工程において、前記遮光膜と前記半透光膜の境界部に形成される前記半透光膜の段差部に透過部を形成する多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項６】
露光装置から露光光を照射することにより、レジスト膜を形成した露光対象基板上にレジストパターンを形成するために用いられ、
透明基板上に前記露光光を遮断する遮光部と前記露光光の一部を透過する半透光部と前記露光光を透過する透光部とを含む多階調マスクに対し、
前記遮光部と前記半透光部との境界部に前記露光装置の解像限界以下の間隔を持つ透過部を形成する多階調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、半透光膜を利用した多階調フォトマスクに関し、特に、遮光部と半透光部との境界部でコントラスト（光の強弱比）が低下することを防止することに関する。
【背景技術】
【０００２】
多階調フォトマスクは膜厚の異なるレジストパターンを１回の露光で形成できることから、マスク工程数を削減など種々の利点があるため、注目されている（特許文献１〜３等参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１９６４７４号公報
【特許文献２】特開２００７−２３３３５０号公報
【特許文献３】特開２００８−０５８９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の多階調フォトマスクでは、露光装置を用いて投影露光した場合に、露光装置の投影光学系の解像限界を超えるため、コントラストが出ないという問題があった。この現象は、主に遮光部と半透光部との境界部に発生している。このため、露光装置の解像度を向上させる方法として、露光波長の短波長化や投影光学系の開口数の変更など、種々の方法が提案されているが、多階調フォトマスクの場合、いずれの方法においても解像度向上が難しい。また、遮光膜のパターン上に半透過膜が形成された構造を備えるいわゆるトップハーフ型多階調フォトマスクの場合においては、遮光膜のエッジ部にかかる半透過膜の段差によって、露光光を散乱させるという問題も解ってきている。
【０００５】
例えば、図３（ａ）及び（ｂ）は、従来のいわゆるトップハーフ型の多階調フォトマスク１０１を示している。これらの図に示すように従来の多階調フォトマスクは、遮光部Ａと半透光部Ｂと透光部Ｃとを備え、遮光部を構成する遮光膜１１１のパターンが半透光膜１１２によって覆われた構造を備えるが、図３（ｂ）に示す断面図から明らかなように、遮光膜１１１のパターンの遮光部と半透光膜１１２のパターンの境界部（エッジ部）には、半透光膜１１２が遮光膜１１１のパターンを被覆する際に形成された半透光膜１１２の段差Ｓが形成されている。
【０００６】
図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す多階調フォトマスク１０１に露光装置（不図示）からの露光光Ｉを照射し、その後、現像等の工程を経て完成したレジストパターンの断面形状である。露光対象基板３００に膜厚が露光部位に応じて変化したレジストパターン３０５が形成されているが、半透光部におけるレジスト膜厚は両端部で厚くなっていて不均一であり、しかも遮光部と半透光部との境界部ではレジスト膜厚がなだらかに変化していることが分かる。これは、図中に破線で示した理想的なレジストパターン形状Ｒとは大きくかけ離れた形状であることが分かる。
【０００７】
図４は、段差Ｓにおいて露光光Ｉが散乱される様子を示している。この図に示すように、段差Ｓでは、隣接する半透光膜１１２の膜厚よりも局所的に膜厚が大きいとともに、表面の形状はなだらかな曲面状の断面となっている。そのため、段差Ｓを通過する露光光は直進することができず、種々の方向に散乱される。
【０００８】
その結果、投影露光された半透光部に対応するレジストパターンの形状は、段差Ｓに対応する部分でなだらかになってしまい、コントラスト（光の強弱比）が低下するために階調の変化が判別しにくくなり、工程のプロセスマージンが不足する。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、半透光部における半透光膜の膜厚を一定にすると共に半透光膜と遮光膜との境界部における階調の変化を急峻にして工程のプロセスマージンを大きくすることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る多階調フォトマスクは、露光装置から露光光を照射することにより、レジスト膜を形成した露光対象基板上にレジストパターンを形成するための多階調フォトマスクであって、透明基板上に前記露光光を遮断する遮光部と前記露光光の一部を透過する半透光部と前記露光光を透過する透光部とを含み、前記半透光部と遮光部との間に前記透明基板が露出した透過部を有することを特徴とする。
【００１１】
以上のような構成を持つ多階調フォトマスクを用いてレジストパターン形成を行うと、遮光部と半透光部とのコントラスト（光の強弱比）が向上するために階調の変化が判別しやすくなり、工程のプロセスマージンを大きくすることができる。
【００１２】
特に、前記透過部は、前記遮光部と半透光部との境界部に設けられ、また、前記透過部の間隔は、前記露光装置の解像限界以下に設定されていることが好ましい。
【００１３】
透過部の間隔は露光装置の解像限界以下であれば特に限定されるものではないが、解像度が２μｍ程度の場合、０．５μｍ以上１．５μｍ以下の範囲に設定されることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る第１の多階調フォトマスクの製造方法は、透明基板上に遮光膜を形成する工程と、前記遮光膜の上に第１のフォトレジスト膜を形成して露光装置から露光光を照射し現像することにより遮光膜のパターンを形成する第１のパターン形成工程と、前記遮光膜のパターンを覆うように半透光膜を形成する工程と、前記半透光膜の上に第２のフォトレジスト膜を形成して露光装置から露光光を照射し現像することにより半透光膜のパターンを形成する第２のパターン形成工程とを含み、
前記第２のパターン形成工程において、前記遮光膜と前記半透光膜の境界部に形成される前記半透光膜の段差部に透過部を形成することを特徴とする。
【００１５】
これは本発明に係る多階調フォトマスクを最初から製造する場合の基本的な製造手順を示している。このように、半透光膜のパターン形成時に透過部を作り込むことで、従来の製造工程から見て、特に工程を増加させることなく、透過部を含む多階調フォトマスクを製造することができる。
【００１６】
また、露光装置から露光光を照射することにより、レジスト膜を形成した露光対象基板上にレジストパターンを形成するために用いられ、
透明基板上に前記露光光を遮断する遮光部と前記露光光の一部を透過する半透光部と前記露光光を透過する透光部とを含む多階調マスクに対し、
前記遮光部と前記半透光部との境界部に前記露光装置の解像限界以下の間隔を持つ透過部を形成するように構成しても良い。
【００１７】
このように、従来の製造方法によりすでに完成した透過部が設けられていない多階調フォトマスクに対して事後的に透過部を設けることもできる。この方法は、従来の製造方法で得られた多階調フォトマスクではプロセスマージンが不足する場合に有効である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る多階調フォトマスクでは遮光部と半透光部との間に透過部が設けられているため、このフォトマスクを用いてレジストパターン形成を行うと、遮光部と半透光部とのコントラスト（光の強弱比）が向上するために階調の変化が判別しやすくなり、工程のプロセスマージンを大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る多階調フォトマスクのパターンの一部を示す平面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＸ２−Ｘ２線の断面図である。これらの図に示すように、多階調フォトマスク１は、透明基板１０の表面に遮光膜のパターン１１が形成され、その上部に半透光膜のパターン１２が形成されている。
【００２０】
この多階調フォトマスク１は、透明基板１０上に遮光部Ａと半透光部Ｂと透光部Ｃとが設けられ、１回の露光で露光光の強度に変化を加えることで中間の階調を現すことができるものである。
【００２１】
遮光部Ａは、遮光膜１１のパターンが形成されている部分で構成され、これには遮光膜の上に半透光膜１２が積層している部分も含まれる。半透光部Ｂは、半透光膜の１２のパターンが形成されている部分で構成され、これには半透光膜の端部に設けられた透過領域も含まれる。透光部Ｃは、露光パターン形成領域のうち、遮光部及び半透光部以外の部分であって、透明基板１０の上に透過率を大きく変化させる膜が形成されていない部分をいう。
【００２２】
透過部２０は、半透光部Ｂと遮光部Ａとの間に設けられ、所定の間隔を有する透過領域であり、透過部２０では透明基板が露出しているが、透過部２０の間隔ｄは露光装置の解像限界以下に設定されている。このため、露光光を照射しても透過部のパターンがフォトレジスト上に転写されることはない。
【００２３】
半透光部Ｂに透過部２０を設けると半透光部を通過する露光光の光量が増大するため、半透光膜の透過率が小さくなるように設定することが好ましい。具体的には、半透光膜の膜厚を透過部を設けない場合よりも大きく設定するか、または半透光膜の組成を調整し、半透光膜を構成する金属原子（例えばクロム等）の組成比率が大きくなるようにする。このようにすれば、透過部２０による光量の増大分を差し引いて、露光した際に全体としての光量が変わらないように調整することができる。
【００２４】
なお、上述のように透過部２０の間隔ｄは、半透光部の寸法、特に、相対する遮光部の間隔と露光装置の解像度の両方を考慮して選択する必要がある。一例を挙げると、半透光部の間隔（相対する遮光部間の距離）が４μｍ、露光装置の解像度が約２μｍとした場合、種々の実験の結果によると、透過部の間隔は約０．５〜１．５μｍの範囲が好ましいことが分かっている。
【００２５】
図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示す多階調フォトマスク１に露光装置（不図示）からの露光光Ｉを照射し、その後、現像等の工程を経て完成したレジストパターンの断面形状である。露光対象基板３０に膜厚が露光部位に応じて変化したレジストパターン３５が形成されているが、半透光部におけるレジスト膜厚が均一であり、しかも遮光部と半透光部との境界部ではレジスト膜厚が急峻に変化していることが分かる。
【００２６】
すなわち、本発明の第１の実施形態に係る多階調フォトマスクによると、図中に破線で示した理想的なレジストパターン形状Ｒに近づき、遮光部と半透光部との境界部でコントラスト（光の強弱比）を大きくしてプロセスマージンを増大させることができた。
【００２７】
（第２の実施形態）
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、透過部の形状のバリエーションを示している。図２（ａ）は、Ｌ字状に構成された２つの遮光膜で挟まれた領域が半透光部となる場合であり、遮光部を構成する遮光膜１１ａと半透光部を構成する半透光膜１２ａとの境界部に透過部２０ａが設けられている。図２（ｂ）は、Ｉ字状に構成された２つの遮光膜で挟まれた領域が半透光部となる場合であり、遮光部を構成する遮光膜１１ｂと半透光部を構成する半透光膜１２ｂとの境界部に透過部２０ｂが設けられている。図２（ｃ）は、正多面体（円形を含む）等のホール形状に構成された遮光膜の内部の領域が半透光部となる場合であり、遮光部を構成する遮光膜１１ｃと半透光部を構成する半透光膜１２ｃとの境界部に透過部２０ｃが設けられている。
【００２８】
いずれの場合にも、透過部２０ａ〜２０ｃを設けたことによって、フォトレジストパターン形成後の遮光部と半透光部との境界部におけるレジスト膜厚の変化が急峻となり、工程のプロセスマージンが増大した。
【００２９】
（その他の実施形態）
第１及び第２の実施形態では、遮光膜のパターンを形成した後、半透光膜を形成する、いわゆる「トップハーフ型」とよばれる構造の多階調フォトマスクを用いた実施態様を説明したが、本発明は、半透光膜が遮光膜の下層に設けられる「ボトムハーフ型」と呼ばれる構造の多階調マスクにも適用できる。
【００３０】
周知の通り、ボトムハーフ型多階調フォトマスクは、透明基板上に半透光膜と遮光膜とがこの順に積層されたマスクブランクスに対して上層の遮光膜と下層の半透光膜のそれぞれを順次パターニングして得られるが、半透光膜のパターン形成工程の際に、透過部のパターンを形成することで、容易に製造することができる。このように、ボトムハーフ型の多階調フォトマスクについては、図３のような段差Ｓが生じにくいが、その場合でも、透過部を設けることにより、半透光部における半透光膜の膜厚を一定にすると共に半透光膜と遮光膜との境界部における階調の変化を急峻にして工程のプロセスマージンを大きくすることができる。
【００３１】
また、従来の製造方法により、すでに完成した多階調フォトマスクに対しても、プロセスマージンが不足する場合には、半透光部と遮光部との境界部等、必要な部位にレーザーザッピングを行って、事後的に透過部を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係る多階調フォトマスクはレジストパターン形成工程におけるプロセスマージンを増大させるものとして産業上の利用可能性はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る多階調フォトマスクのパターンの一部を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＸ２−Ｘ２線の断面図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示す多階調フォトマスク１に露光装置（不図示）からの露光光Ｉを照射し、その後、現像等の工程を経て完成したレジストパターンの断面形状である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、透過部の形状のバリエーションを示している。図２（ａ）は、Ｌ字状に構成された２つの遮光膜で挟まれた領域が半透光部となる場合、図２（ｂ）は、Ｉ字状に構成された２つの遮光膜で挟まれた領域が半透光部となる場合、図２（ｃ）は、正多面体（円形を含む）等のホール形状に構成された遮光膜の内部の領域が半透光部となる場合である。
【図３】図３（ａ）は、従来の多階調フォトマスクのパターンの一部を示す平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＸ１−Ｘ１線の断面図である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す多階調フォトマスク１０１に露光装置（不図示）からの露光光Ｉを照射し、その後、現像等の工程を経て完成したレジストパターンの断面形状である。
【図４】図４は、半透光膜の段差Ｓにおいて露光光が散乱される様子を示している。
【符号の説明】
【００３４】
１  多階調フォトマスク
１０  透明基板
１１、１１１  遮光膜
１２，１１２  半透光膜
２０  透過部
３０、３００  露光対象基板
３５、３０５  レジストパターン
Ａ  遮光部
Ｂ  透光部
Ｃ  半透光部
Ｒ  理想的なレジストパターン形状
【図１】
2010026205.tif 000003
【図２】
2010026205.tif 000004
【図３】
2010026205.tif 000005
【図４】
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