(57)【要約】      （修正有）【課題】製造工程が効率的であって異物等の付着の可能性を低減し、ユーザーのニーズに迅速に応じて提供できる多階調フォトマスクの製造方法を提供する。【解決手段】半透光部と透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクの製造方法であって、透明基板上に少なくとも半透光膜と遮光膜がこの順に形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、少なくとも半透光膜と遮光膜とをそれぞれパターニングすることによって、透明基板表面又は透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に形成された半透光膜の膜厚の一部が除去された半透光部、半透光膜と遮光膜が積層した遮光部とを形成するパターニング工程を有し、半透光部における半透光膜の残存膜厚は所定の透過率が得られるものとされ、かつ半透光部における半透光膜の残存膜厚と、透光部の透明基板表面又は掘り込み面位置は、所定の位相差が得られるものとする。【選択図】図３
2010271572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、
前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクの製造方法において、
前記透明基板上に少なくとも半透光膜と遮光膜がこの順に形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、
フォトリソグラフィ法により、少なくとも前記半透光膜と前記遮光膜とをそれぞれパターニングすることによって、透明基板表面又は透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に形成された半透光膜の膜厚の一部が除去された半透光部、及び前記半透光膜と遮光膜が積層した遮光部とを形成するパターニング工程を有し、
前記半透光部における半透光膜の残存膜厚は、前記所定の透過率が得られるものとされ、かつ、前記半透光部における半透光膜の残存膜厚と、前記透光部の透明基板表面又は掘り込み面位置は、前記所定の位相差が得られるものとすることを特徴とする、多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項２】
前記パターニング工程では、前記透光部と前記半透光部に対応する部分において、同一のエッチャントによる同時エッチングが施されることにより、少なくとも前記半透光膜がエッチングされ、前記透光部と前記半透光部が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項３】
前記パターニング工程は、前記透光部以外の部分にレジストパターンを形成して行う第１フォトリソグラフィ工程と、前記半透光部以外の部分のレジストパターンを形成して行う第２フォトリソグラフィ工程を含み、前記第１フォトリソグラフィ工程においては露出した遮光膜を除去するとともに、半透光膜の膜厚の一部を除去することを特徴とする、請求項１又は２に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項４】
透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、
前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクの製造方法において、
前記透明基板上に少なくとも半透光膜と遮光膜がこの順に形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、
フォトリソグラフィ法により、少なくとも前記半透光膜と前記遮光膜とをそれぞれパターニングすることによって、透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に前記半透光膜が少なくとも一部残存した半透光部、及び前記半透光膜と遮光膜が積層した遮光部とを形成するパターニング工程を有し、
前記半透光部における半透光膜の残存膜厚は、前記所定の透過率が得られるものとされ、かつ、前記半透光部における半透光膜の残存膜厚と前記透光部の透明基板掘り込み面位置は、前記所定の位相差が得られるものとすることを特徴とする、多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項５】
前記パターニング工程では、前記透光部と前記半透光部に対応する部分において、同一のエッチャントにより前記半透光膜と前記透明基板に対して同時エッチングが施されることにより、前記透光部と前記半透光部が形成されることを特徴とする、請求項４に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項６】
前記パターニング工程は、前記透光部以外の部分にレジストパターンを形成して行う第１フォトリソグラフィ工程と、前記半透光部以外の部分のレジストパターンを形成して行う第２フォトリソグラフィ工程を含み、第１フォトリソグラフィ工程においては露出した遮光膜と半透光膜を除去し、第２フォトリソグラフィ工程においては、露出した遮光膜を除去し、次いで、前記同時エッチングを施すことにより、前記透光部と前記半透光部が形成されることを特徴とする、請求項４又は５に記載の、多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項７】
前記第1フォトリソグラフィ工程において、露出した遮光膜と、半透光膜と、透明基板の板厚の一部を除去し、前記除去する板厚は、前記所定の位相差に基づいて決定されることを特徴とする、請求項４乃至６のいずれか一項に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項８】
透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、
前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクの製造方法において、
前記透明基板上に少なくとも半透光膜と遮光膜がこの順に形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、
フォトリソグラフィ法により、少なくとも前記半透光膜と前記遮光膜とをそれぞれパターニングすることによって、透明基板表面又は透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に前記半透光膜の少なくとも一部の膜厚が残存した半透光部、及び前記半透光膜と遮光膜が積層した遮光部とを形成するパターニング工程を有し、
前記パターニング工程では、前記透光部と前記半透光部に対応する部分において、同一のエッチャントによる同時エッチングが施されることにより、少なくとも半透光膜がエッチングされ、前記透光部と前記半透光部が形成されることを特徴とする、多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項９】
透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、
前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクにおいて、
透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に所定膜厚の前記半透光膜が形成された半透光部、及び前記半透光膜と遮光部が積層した遮光部とを有し、
前記半透光部における半透光膜の膜厚は、前記所定の透過率が得られるものとされ、かつ、前記半透光部における半透光膜の膜厚と、前記透光部の透明基板掘り込み面位置は、前記所定の位相差が得られるように形成されたことを特徴とする、多階調フォトマスク。
【請求項１０】
透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、
前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクにおいて、
透明基板表面又は透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に所定膜厚の前記半透光膜が形成された半透光部、及び前記半透光膜と遮光膜が積層した遮光部とを有し、
かつ、前記透光部と前記半透光部は、同一のエッチャントによる同時エッチングが施された被エッチング面を備えることを特徴とする、多階調フォトマスク。
【請求項１１】
ｉ線（波長３６５ｎｍ）からｇ線（波長４３６ｎｍ）にわたる波長域を含む露光光に用いるものであることを特徴とする請求項９又は１０に記載の多階調フォトマスク。
【請求項１２】
前記多階調フォトマスクは薄膜トランジスタ製造用のフォトマスクであり、前記遮光部は、前記薄膜トランジスタのソース及びドレインに対応する部分を含み、前記半透光部は、前記薄膜トランジスタのチャネルに対応する部分を含むことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の多階調フォトマスク。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の多階調フォトマスクを用い、露光機によって前記転写パターンを被転写体上に転写することを特徴とするパターン転写方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩなどの半導体装置又は液晶表示装置（LiquidCrystal Display：以下、ＬＣＤと呼ぶ）の製造に用いられる多階調フォトマスク、多階調フォトマスクの製造方法、及びパターン転写方法に関するものであり、特に薄膜トランジスタ液晶表示装置の製造に用いられる薄膜トランジスタの製造に好適に使用される多階調フォトマスク、多階調フォトマスクの製造方法、及びパターン転写方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、たとえばＬＣＤの分野において、薄膜トランジスタ液晶表示装置（Thin FilmTransistor Liquid Crystal Display：以下、ＴＦＴ−ＬＣＤと呼ぶ）は、ＣＲＴ（陰極線管）に比較して、薄型にしやすく消費電力が低いという利点から、現在商品化が急速に進んでいる。ＴＦＴ−ＬＣＤは、マトリックス状に配列された各画素にＴＦＴが配列された構造のＴＦＴ基板と、各画素に対応して、レッド、グリーン、及びブルーの画素パターンが配列されたカラーフィルターが液晶相の介在の下に重ね合わされた概略構造を有する。ＴＦＴ−ＬＣＤでは、製造工程数が多く、従来はＴＦＴ基板だけでも５〜６枚のフォトマスクを用いて製造されていた。このような状況の下、液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造においては、マスクの使用枚数を減少させて、効率良く製造するために、いわゆる多階調フォトマスク（マルチトーンマスク）を使用することが知られている。
【０００３】
この多階調フォトマスクとは、透明基板上に、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを有し、該フォトマスクを使用してパターンを被転写体に転写する際、該転写パターンによって透過する露光光量を制御することにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成するためのものである。
【０００４】
特許文献１には、たとえば、透明基板上に、互いのエッチングに対し耐性を有する、金属及びシリコンを含む薄膜（半透光膜）とクロム等の無機系エッチングマスク層（遮光膜）を順次形成し、夫々の膜をパターニングすることにより、透光部、遮光部、及び半透光部を形成したグレートーンマスクの製造方法が記載されている。
また、特許文献２には、たとえば、透明基板上に、遮光膜パターンを形成し、該遮光膜パターンを含む基板全面に半透光膜を形成してから、該半透光膜をパターニングすることにより、透光部、遮光部、及び半透光部を形成したグレートーンマスクの製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５６９２２号公報
【特許文献２】特開２００６−２６８０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載されたようなグレートーンマスクの製造方法の不都合な点は、このグレートーンマスクを使用するユーザーが希望する様々な透過率の半透光部をもつ多種類のマスクを用意することが困難であるということである。つまり、通常は、迅速に製造を開始できるように、あらかじめ透明基板上に半透光膜と遮光膜を形成したフォトマスクブランクを在庫として用意しておくため、半透光膜はあらかじめ決定した所定の膜厚に形成されており、所定の膜透過率をもっている。そのため、マスクユーザーが希望する様々な透過率の半透光部をもつフォトマスクのニーズに迅速に応じるためには、あらかじめ多種類の膜厚や組成の異なる半透光膜を備えたフォトマスクブランクを用意して在庫しておかなければならず、生産上は非常に不効率である。
【０００７】
一方、上記特許文献２に記載されたようなグレートーンマスクの製造方法においては、半透光部の透過率の異なる品種によらず、透明基板上に遮光膜を成膜した状態のフォトマスクブランクを用意しておき、ユーザーの希望する特定の透過率が決定した時点で、半透光膜の膜厚や組成を決定し、成膜することができる点で、特許文献１の製造方法に比べて好都合である。その一方、製造プロセスにおいて、成膜工程とパターニング工程が交互に行われるため、その途中で、製造中間段階でのマスクの搬送や装置への着脱が煩雑であるうえに、搬送や着脱の際に異物等の付着する機会が多くなるという不都合がある。
【０００８】
そこで、たとえば、上記特許文献１の製造方法において、あらかじめ大きめの膜厚の半透光膜を成膜したフォトマスクブランクを用意しておき、フォトリソグラフィ工程で何らかの手段によって、半透光膜を減膜し、所望の透過率に調整することが考えられる。しかしこの場合、半透光膜の組成はあらかじめ決定されているため、膜厚の変化に応じて、透過率だけではなく、半透光膜の露光光に対する位相差も変化してしまう。例えば、線幅が比較的大きい（例えば３〜１０μｍ程度）パターン部分の半透光部を有する転写パターンを被転写体上に転写しようとする場合、フォトマスク上の半透光膜により形成された半透光部と透光部の間の位相差が大きすぎると、位相反転により、暗線があるように作用してしまう。従って、このようなフォトマスクを使用して被転写体上のレジスト膜に露光を行うと、その部分で設計とは異なったレジスト膜への露光量不足が生じ、意図しないレジストパターン形状不良が生じる。例えば、ＴＦＴのチャネル部においては、上記暗線の部分は、ソースとドレインを短絡させてしまう不都合も生じ得る。そこで、半透光部と透光部の間の位相差を減少させるために半透光膜の膜厚を減少させると、透過率が大きくなってしまうため、これもまたマスクユーザーが希望するレジスト残膜値が得られない。
【０００９】
一方、線幅が比較的小さい（例えば１〜３μｍ程度）パターン部分の半透光部を有する転写パターンを被転写体上に転写しようとする場合、使用する露光機の解像限界に近い領域の露光となるため、半透光部と透光部との位相差を積極的に利用し、位相反転によるコントラスト向上により、レジストパターンの断面形状を出来るだけ垂直にしたいというニーズもある。
要するに、従来のグレートーンマスク（多階調フォトマスク）は、半透光部の透過率と位相の選択に制限があり、両者をそれぞれ所望の値に調整することが困難であり、マスクユーザーの希望するレジストパターン形状を得ることが困難であった。
【００１０】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであり、第１に、マスクユーザーの希望に応じた所望の半透光部の透過率分布を持つ多階調フォトマスクを提供することを目的とする。なおこの透過率は、半透光部と透光部の間の位相差により生じる光の回折現象をも考慮した実効的な透過率を用いることが好ましい。また、本発明は、第２に、このような多階調フォトマスクを、製造工程が効率的であって異物等の付着の可能性を低減し、もってマスクユーザーのニーズに迅速に応じて提供することが可能な多階調フォトマスクの製造方法を提供することを目的とする。さらに第３には、上記多階調フォトマスクを用いたパターン転写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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
（構成１）
透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクの製造方法において、前記透明基板上に少なくとも半透光膜と遮光膜がこの順に形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、フォトリソグラフィ法により、少なくとも前記半透光膜と前記遮光膜とをそれぞれパターニングすることによって、透明基板表面又は透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に形成された半透光膜の膜厚の一部が除去された半透光部、及び前記半透光膜と遮光膜が積層した遮光部とを形成するパターニング工程を有し、前記半透光部における半透光膜の残存膜厚は、前記所定の透過率が得られるものとされ、かつ、前記半透光部における半透光膜の残存膜厚と、前記透光部の透明基板表面又は掘り込み面位置は、前記所定の位相差が得られるものとすることを特徴とする、多階調フォトマスクの製造方法。
【００１２】
（構成２）
前記パターニング工程では、前記透光部と前記半透光部に対応する部分において、同一のエッチャントによる同時エッチングが施されることにより、少なくとも前記半透光膜がエッチングされ、前記透光部と前記半透光部が形成されることを特徴とする、構成１に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
（構成３）
前記パターニング工程は、前記透光部以外の部分にレジストパターンを形成して行う第１フォトリソグラフィ工程と、前記半透光部以外の部分のレジストパターンを形成して行う第２フォトリソグラフィ工程を含み、前記第１フォトリソグラフィ工程においては露出した遮光膜を除去するとともに、半透光膜の膜厚の一部を除去することを特徴とする、構成１又は２に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
【００１３】
（構成４）
透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクの製造方法において、前記透明基板上に少なくとも半透光膜と遮光膜がこの順に形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、フォトリソグラフィ法により、少なくとも前記半透光膜と前記遮光膜とをそれぞれパターニングすることによって、透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に前記半透光膜が少なくとも一部残存した半透光部、及び前記半透光膜と遮光膜が積層した遮光部とを形成するパターニング工程を有し、前記半透光部における半透光膜の残存膜厚は、前記所定の透過率が得られるものとされ、かつ、前記半透光部における半透光膜の残存膜厚と前記透光部の透明基板掘り込み面位置は、前記所定の位相差が得られるものとすることを特徴とする、多階調フォトマスクの製造方法。
【００１４】
（構成５）
前記パターニング工程では、前記透光部と前記半透光部に対応する部分において、同一のエッチャントにより前記半透光膜と前記透明基板に対して同時エッチングが施されることにより、前記透光部と前記半透光部が形成されることを特徴とする、構成４に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
（構成６）
前記パターニング工程は、前記透光部以外の部分のレジストパターンを形成して行う第１フォトリソグラフィ工程と、前記半透光部以外の部分のレジストパターンを形成して行う第２フォトリソグラフィ工程を含み、第１フォトリソグラフィ工程においては露出した遮光膜と半透光膜を除去し、第２フォトリソグラフィ工程においては、露出した遮光膜を除去し、次いで、前記同時エッチングを施すことにより、前記透光部と前記半透光部が形成されることを特徴とする、構成４又は５に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
【００１５】
（構成７）
前記第1フォトリソグラフィ工程において、露出した遮光膜と、半透光膜と、透明基板の板厚の一部を除去し、前記除去する板厚は、前記所定の位相差に基づいて決定されることを特徴とする、構成４乃至６のいずれか一項に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
【００１６】
（構成８）
透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクの製造方法において、前記透明基板上に少なくとも半透光膜と遮光膜がこの順に形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、フォトリソグラフィ法により、少なくとも前記半透光膜と前記遮光膜とをそれぞれパターニングすることによって、透明基板表面又は透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に前記半透光膜の少なくとも一部の膜厚が残存した半透光部、及び前記半透光膜と遮光膜が積層した遮光部とを形成するパターニング工程を有し、前記パターニング工程では、前記透光部と前記半透光部に対応する部分において、同一のエッチャントによる同時エッチングが施されることにより、少なくとも半透光膜がエッチングされ、前記透光部と前記半透光部が形成されることを特徴とする、多階調フォトマスクの製造方法。
【００１７】
（構成９）
透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクにおいて、透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に所定膜厚の前記半透光膜が形成された半透光部、及び前記半透光膜と遮光部が積層した遮光部とを有し、前記半透光部における半透光膜の膜厚は、前記所定の透過率が得られるものとされ、かつ、前記半透光部における半透光膜の膜厚と、前記透光部の透明基板掘り込み面位置は、前記所定の位相差が得られるように形成されたことを特徴とする、多階調フォトマスク。
【００１８】
（構成１０）
透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクにおいて、透明基板表面又は透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に所定膜厚の前記半透光膜が形成された半透光部、及び前記半透光膜と遮光膜が積層した遮光部とを有し、かつ、前記透光部と前記半透光部は、同一のエッチャントによる同時エッチングが施された被エッチング面を備えることを特徴とする、多階調フォトマスク。
【００１９】
（構成１１）
ｉ線（波長３６５ｎｍ）からｇ線（波長４３６ｎｍ）にわたる波長域を含む露光光に用いるものであることを特徴とする構成９又は１０に記載の多階調フォトマスク。
（構成１２）
前記多階調フォトマスクは薄膜トランジスタ製造用のフォトマスクであり、前記遮光部は、前記薄膜トランジスタのソース及びドレインに対応する部分を含み、前記半透光部は、前記薄膜トランジスタのチャネルに対応する部分を含むことを特徴とする構成９乃至１１のいずれか一項に記載の多階調フォトマスク。
（構成１３）
構成９乃至１２のいずれか一項に記載の多階調フォトマスクを用い、露光機によって前記転写パターンを被転写体上に転写することを特徴とするパターン転写方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクの製造方法において、前記透明基板上に少なくとも半透光膜と遮光膜がこの順に形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、フォトリソグラフィ法により、少なくとも前記半透光膜と前記遮光膜とをそれぞれパターニングすることによって、透明基板表面又は透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に形成された半透光膜の膜厚の一部が除去された半透光部、及び前記半透光膜と遮光膜が積層した遮光部とを形成するパターニング工程を有し、前記半透光部における半透光膜の残存膜厚は、前記所定の透過率が得られるものとされ、かつ、前記半透光部における半透光膜の残存膜厚と、前記透光部の透明基板表面又は掘り込み面位置は、前記所定の位相差が得られるものとすることを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法を提供することにより、マスクユーザーの希望に応じた所望の透過率、かつ所望の位相差を備えた半透光部を持つ多階調フォトマスクが得られる。
【００２１】
また、本発明によれば、透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクの製造方法において、前記透明基板上に少なくとも半透光膜と遮光膜がこの順に形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、フォトリソグラフィ法により、少なくとも前記半透光膜と前記遮光膜とをそれぞれパターニングすることによって、透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に前記半透光膜が少なくとも一部残存した半透光部、及び前記半透光膜と遮光膜が積層した遮光部とを形成するパターニング工程を有し、前記半透光部における半透光膜の残存膜厚は、前記所定の透過率が得られるものとされ、かつ、前記半透光部における半透光膜の残存膜厚と前記透光部の透明基板掘り込み面位置は、前記所定の位相差が得られるものとすることを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法を提供することにより、マスクユーザーの希望に応じた所望の透過率、かつ所望の位相差を備えた半透光部を持つ多階調フォトマスクが得られる。
【００２２】
更に、本発明によれば、上記製造方法、及びそれによって得られる多階調フォトマスクによって、所望の透過率、および位相差を精緻に制御できるとともに、製造工程が効率的であって異物等の付着の可能性を低減し、もってマスクユーザーのニーズに迅速に応じて提供することが可能となる。
さらに、上記の多階調フォトマスクを用いて、被転写体へのパターン転写を行うことにより、マスクユーザーの希望する所望の転写パターン形状を良好に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の多階調フォトマスクを用いたパターン転写方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明による多階調フォトマスクの製造方法の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図３】本発明による多階調フォトマスクの製造方法の第２の実施の形態を示す断面図である。
【図４】本発明による多階調フォトマスクの製造方法の第３の実施の形態を示す断面図である。
【図５】線幅２μｍ、露光光透過率３０％の半透光部における、露光光に対する透光部との位相差と実効透過率分布との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の多階調フォトマスクを用いたパターン転写方法を説明するための断面図である。図１に示す本発明の多階調フォトマスク２０は、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の電子デバイスを製造するために用いられるものであり、図１に示す被転写体３０上に、２つ以上の膜厚が段階的または連続的に異なるレジストパターン３３を形成するものである。なお、図１中において符号３２Ａ、３２Ｂは、被転写体３０において基板３１上に積層された膜を示す。
【００２５】
上記多階調フォトマスク２０は、遮光部、透光部のほかに、１種類の半透光部を有する３階調マスクの例を示しており、具体的には、当該フォトマスク２０の使用時に露光光を遮光（透過率が略０％）させる遮光部１１と、透明基板１の表面が露出した露光光を透過させる透光部１２と、透光部の露光光透過率を１００％としたとき透過率を２０〜８０％、好ましくは、２０〜６０％程度に低減させる半透光部１３とを含む転写パターンを有して構成される。遮光部１１は、ガラス基板等の透明基板１上に、光半透過性の半透光膜２と遮光性の遮光膜３がこの順に設けられて構成されている。また、半透光部１３は、透明基板１上に上記半透光膜２が形成されて構成されている。なお、図１に示す多階調フォトマスク２０においては、半透光部１３を構成する半透光膜２の膜厚は、フォトマスクブランク製造時の成膜膜厚の一部が除去されることにより減膜されており、露光光（例えば、ｉ線〜ｇ線）に対する所定の透過率と、透光部に対する所定の位相差を有している。
【００２６】
上記半透光膜２としては、クロム化合物、モリブデンシリサイド化合物、Ｓｉ、Ｗ、Ａｌ等が挙げられる。このうち、クロム化合物には、酸化クロム(ＣｒＯｘ)、窒化クロム(ＣｒＮｘ)、酸窒化クロム(ＣｒＯｘＮ)、フッ化クロム(ＣｒＦｘ)や、これらに炭素や水素を含むものがある。また、モリブデンシリサイド化合物としては、ＭｏＳｉｘのほか、ＭｏＳｉの窒化物、酸化物、酸化窒化物、炭化物などが使用できる。本発明において、特に好ましくは、モリブデンシリサイド化合物を含む膜素材である。モリブデンシリサイド化合物を含む膜素材は、遮光膜に有利に用いられるクロム系材料との間にエッチング選択性があり、後述の製造方法において、一方の膜をエッチングするエッチング媒体に対して、他方の膜に耐性があるため、エッチング加工上、極めて優れた素材である。なお、半透光膜は積層してもよい。
更に、本発明においては、半透光膜の材料として、透明基板と同じエッチャントによってエッチングされうる材料が好ましく、このため、モリブデンシリサイド又はその化合物が特に好ましい。これにより、後述するように、半透光部と透光部に対応する部分において、同時エッチングを行うことができる。
【００２７】
また、上記遮光膜３の素材としては、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｔａなど、またはその化合物が挙げられる。好ましくは、Ｃｒを主成分とする材料である。より好ましくは、表面に反射防止層として、Ｃｒの酸化物や窒化物といった、Ｃｒ系化合物の層を有することによって、転写パターンの描画時の精度を向上させ、マスク使用時の不要な反射迷光の発生を抑止することができる。遮光膜は、単独で、または半透光膜との積層により光学濃度３．０以上の遮光性をもつことが好ましい。
遮光膜、半透光膜を透明基板に成膜する際には、真空蒸着、スパッタ法など公知の成膜法を用いることができる。
【００２８】
上述のような多階調フォトマスク２０を使用したときに、遮光部１１では露光光が実質的に透過せず、透光部１２では露光光が透過され、半透光部１３では露光光が低減されるため、被転写体３０上に形成したレジスト膜（ポジ型フォトレジスト膜）は、転写後、現像を経たとき遮光部１１に対応する部分で膜厚が厚くなり、半透光部１３に対応する部分で膜厚が薄くなり、透光部１２に対応する部分では残膜が実質的に生じないレジストパターン３３を形成する（図１を参照）。なお、ネガ型フォトレジストを用いた場合には、遮光部と透光部に対応するレジスト膜厚が逆転することを考慮した設計を行う必要があるが、このような場合にも、本発明の効果は充分に得られる。
【００２９】
そして、図１に示すレジストパターン３３の膜のない部分で、被転写体３０における例えば膜３２Ａ及び３２Ｂに第１エッチングを実施し、レジストパターン３３の膜の薄い部分をアッシング等によって除去しこの部分で、被転写体３０における例えば膜３２Ｂに第２エッチングを実施する。このようにして、１枚の多階調フォトマスク２０（３階調マスク）を用いて従来のフォトマスク２枚分の工程が実施されることになり、必要なマスク枚数が削減される。
【００３０】
本発明に係る多階調フォトマスクの一実施の形態は、透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクにおいて、透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に所定膜厚の前記半透光膜が形成された半透光部、及び前記半透光膜と遮光部が積層した遮光部とを有し、前記半透光部における半透光膜の膜厚は、前記所定の透過率が得られるものとされ、かつ、前記半透光部における半透光膜の膜厚と、前記透光部の透明基板掘り込み面位置は、前記所定の位相差が得られるように形成されたことを特徴とする多階調フォトマスクである。すなわち、前記透光部は、前記透明基板が所定量掘り込まれて形成され、前記半透光部は、前記透明基板上に前記半透光膜を有して形成され、前記遮光部は、前記透明基板上に少なくとも前記半透光膜と前記遮光膜を有して形成され、前記所定の位相差は、前記半透光部に形成された前記半透光膜の膜厚と、前記透光部における前記透明基板の掘り込みとによって形成されることを特徴とする多階調フォトマスクである。
【００３１】
前述の図１に示す多階調フォトマスクにおいては、透光部１２における透明基板１の掘り込みは無く、そのため、半透光部１３と透光部１２との間の所定波長光に対する位相差は、半透光部１３に形成された半透光膜２の膜厚によって形成されている。一方、本実施の形態の多階調フォトマスクにおいては、透光部は、透明基板が所定量掘り込まれて形成されており、そのため、半透光部と透光部との間の所定波長光に対する位相差は、半透光部に形成された半透光膜の膜厚と、透光部における透明基板の掘り込みとによって形成される。いずれの形態を選択するのかは、マスク製造に用いるフォトマスクブランクにおける半透光膜の素材と膜厚、最終的に得ようとする半透光部の透過率及び透光部との位相差によって決定することができる。
【００３２】
ここでいう半透光部の透過率とは、フォトマスクを使用する際の露光光に対するものであり、透光部を１００％としたときのものとすることができる。露光光の代表波長として所定波長光を用いることができる。たとえば、フォトマスクを評価するための代表波長としてｉ線（波長３６５ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）、又はｇ線（波長４３６ｎｍ）のいずれかとすることもできる。あるいは、露光機の分光特性は、多くの場合、個々の装置において必ずしも一定ではなく、例えばi線〜ｇ線にわたる波長域の露光光を有しているため、ｉ線からｇ線にわたる波長域を含む波長光を所定波長光とすることもできる。
【００３３】
また、上記半透光部は、前記所定波長光に対する所定の透過率を有する。この透過率としては、半透光部に形成された半透光膜の膜厚による膜透過率と、前記所定の位相差によって半透光部に生じる光干渉とが合成された結果としての実効透過率とすることができる。
位相差についても、フォトマスクを評価するための代表波長として所定波長を用いることができる。例えばｉ線（波長３６５ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）、又はｇ線（波長４３６ｎｍ）のいずれかとする。好ましくは、例えばi線〜ｇ線にわたる波長域に対して、上記所定の位相差とすることができる。
【００３４】
ここで半透光膜の膜透過率とは、露光機の解像度に対して十分に広い面積において、前記所定波長光を照射したときの透過率であり、なお且つ成膜前の透明基板の前記所定波長光に対する透過率を１００％としたときの透過率である。半透光膜の膜透過率は、該半透光膜の素材において、所定の膜厚を選択することによって得られる膜透過率である。
【００３５】
本発明の多階調フォトマスクはまた、透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクにおいて、透明基板表面又は透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に所定膜厚の前記半透光膜が形成された半透光部、及び前記半透光膜と遮光膜が積層した遮光部とを有し、かつ、前記透光部と前記半透光部は、同一のエッチャントによる同時エッチングが施された被エッチング面を備えることを特徴とする多階調フォトマスクを含む。
このようなフォトマスクは、後述する製造方法により、効率よく、異物や欠陥の発生確率が低く有利に製造される、優れた多階調フォトマスクである。
【００３６】
また、上述の図１に示すような、透光部、遮光部の他に、１種類の半透光部を有する３階調マスクのみならず、異なる露光光透過率をもつ２つの半透光部を有する４階調のマスク、あるいはそれ以上の階調数をもつマスクにも、本発明は好適に適用される。
【００３７】
本発明が好適に適用されるフォトマスクはＴＦＴ製造用の多階調フォトマスクであり、遮光部は、ＴＦＴのソース及びドレインに対応する部分を含み、半透光部は、ＴＦＴのチャネルに対応する部分を含む。
この場合、半透光部は、線幅１〜３μｍのパターン部分を有することができる。ＴＦＴのチャネル部のように、パターン幅が狭くなると、露光機の解像限界に近く、解像しにくくなるため、位相差による反転を積極的に利用する利点がある。転写パターンの半透光部における所望の透過率と、所望のパターン形状に応じて、透光部との位相差が自由度をもって選択できる本発明の多階調フォトマスクはまさに好適である。
【００３８】
なお、半透光部と透光部の、所定波長光、例えば露光光に対する位相差は、半透光膜の透過率やパターンの線幅によっても最適量が変化する。例えば、透過率が比較的低い領域(透過率２０〜４０％程度)の場合、線幅１〜３μｍ付近では、４０〜１００度、線幅３〜１０μｍでは２０〜８０度が好ましい。また、透過率が比較的高い領域（透過率４０〜６０％）の場合、線幅１〜３μｍ付近では、４０〜８０度、線幅３〜１０μｍでは２０〜６０度とすることが好ましい。
【００３９】
以上説明したような本発明に係る多階調フォトマスクは、本発明の多階調フォトマスクの製造方法によって好適に製造することができる。
すなわち、本発明は、透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクの製造方法において、前記透明基板上に少なくとも半透光膜と遮光膜がこの順に形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、フォトリソグラフィ法により、少なくとも前記半透光膜と前記遮光膜とをそれぞれパターニングすることによって、透明基板表面又は透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に形成された半透光膜の膜厚の一部が除去された半透光部、及び前記半透光膜と遮光膜が積層した遮光部とを形成するパターニング工程を有し、前記半透光部における半透光膜の残存膜厚は、前記所定の透過率が得られるものとされ、かつ、前記半透光部における半透光膜の残存膜厚と、前記透光部の透明基板表面又は掘り込み面位置は、前記所定の位相差が得られるものとすることを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法を提供するものである。
また、本発明は、透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクの製造方法において、前記透明基板上に少なくとも半透光膜と遮光膜がこの順に形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、フォトリソグラフィ法により、少なくとも前記半透光膜と前記遮光膜とをそれぞれパターニングすることによって、透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に前記半透光膜が少なくとも一部残存した半透光部、及び前記半透光膜と遮光膜が積層した遮光部とを形成するパターニング工程を有し、前記半透光部における半透光膜の残存膜厚は、前記所定の透過率が得られるものとされ、かつ、前記半透光部における半透光膜の残存膜厚と前記透光部の透明基板掘り込み面位置は、前記所定の位相差が得られるものとすることを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法をも提供する。
【００４０】
更に、本発明は、透明基板上に形成された半透光膜と遮光膜がそれぞれパターニングされ、遮光部、透光部、及び半透光部を含む転写パターンを備えることにより、被転写体上のレジスト膜に、２つ以上の異なるレジスト残膜値を有するレジストパターンを形成する多階調フォトマスクであって、前記半透光部は所定の透過率を有し、前記半透光部と前記透光部は互いに所定の位相差を有する多階調フォトマスクの製造方法において、前記透明基板上に少なくとも半透光膜と遮光膜がこの順に形成されたフォトマスクブランクを用意する工程と、フォトリソグラフィ法により、少なくとも前記半透光膜と前記遮光膜とをそれぞれパターニングすることによって、透明基板表面又は透明基板の掘り込み面が露出した透光部、透明基板上に前記半透光膜の少なくとも一部の膜厚が残存した半透光部、及び前記半透光膜と遮光膜が積層した遮光部とを形成するパターニング工程を有し、前記パターニング工程では、前記透光部と前記半透光部に対応する部分において、同一のエッチャントによる同時エッチングが施されることにより、少なくとも半透光膜がエッチングされ、前記透光部と前記半透光部が形成されることを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法をも含む。
【００４１】
以下、本発明の多階調フォトマスクの製造方法をいくつかの実施の形態に分けて具体的に説明する。
［第１の実施の形態］
図２は、本発明による多階調フォトマスクの製造方法の第１の実施の形態を示す製造工程順の断面図である。
本実施の形態に使用するフォトマスクブランク１０は、透明基板１上に、例えばＭｏＳｉｘからなる半透光膜２と遮光膜３がこの順に形成されている。なお、遮光膜３は、例えばＣｒを主成分とする遮光層と、Ｃｒの酸化物等を含む反射防止層の積層構成である。半透光膜２と遮光膜３とはこの順で形成されるが、他の層が介在してもかまわない。たとえば半透光膜２と遮光膜３との間にエッチングストッパー機能を有する層を介在させてもよい。また、半透光膜２についても単層でも複数層の積層構成でもかまわない。遮光膜３は、遮光膜単独で、あるいは半透光膜２との積層構造によって、光学濃度が３．０以上となるような遮光性を備えることが好ましい。
そして、このフォトマスクブランク１０は、遮光膜３の上に、レジストを塗布してレジスト膜４が形成されている（図３（ａ）参照）。上記レジストとしてはポジ型フォトレジストを使用する。
【００４２】
次に、１度目のフォトリソグラフィ工程を実施する。まず、１度目の描画を行う。描画にはレーザー光、または電子線を用いることができる。レジスト膜４に対し、所定のデバイスパターン（例えば透光部以外、すなわち遮光部と半透光部に対応する領域にレジストパターンを形成する描画パターン）を描画し、描画後に現像を行うことにより、透光部に対応する領域を画定するレジストパターン４ａを形成する（同図（ｂ）参照）。
次に、上記レジストパターン４ａをマスクとして露出した透光部領域上の遮光膜３を公知のエッチャントを用いてドライ又はウエットエッチングする（同図（ｃ）参照）。なお、Ｃｒ系遮光膜のエッチングに対してＭｏＳｉ半透光膜は耐性を有する。
引き続き、上記レジストパターン４ａ及び遮光膜パターンをマスクとして、露出した透光部領域上の半透光膜２を公知のエッチャントを用いて途中までドライ又はウエットエッチングする（同図（ｄ）参照）。つまり、半透光膜を完全に除去できるジャストエッチングよりも短い時間のエッチングを行い、透光部領域の半透光膜の膜厚の一部を減膜させる。このとき遮光膜パターンのみをマスクとしても良い。こうして透光部領域に残存する半透光膜の膜厚は、最終的に半透光部領域の半透光膜を減膜させると同時に、透光部領域の半透光膜が除去されるような膜厚とする。仮に、このときに、透光部の半透光膜を完全に除去してしまうと、最終的に半透光部をエッチングする際に、透光部のガラスが掘りこまれ、位相差が変化してしまう。このため、半透光部に求められる所望の透過率、および、透光部との位相差を予め考慮し、この段階での、透光部に残存する半透光膜の膜厚を決定しておくことが好ましい。
ここで残存するレジストパターンは除去する（同図（ｅ）参照）。
【００４３】
次に、２度目のフォトリソグラフィ工程を実施する。基板全面に前記と同じレジスト膜５を形成し（同図（ｆ）参照）、２度目の描画を行う。２度目の描画では、半透光部領域の描画パターンを描画する。描画後、現像を行うことにより、半透光部以外の遮光部及び透光部に対応する領域上にレジストパターン５ａを形成する（同図（ｇ）参照）。これで、遮光部領域と半透光部領域の境界が画定される。
【００４４】
次いで、上記レジストパターン５ａをマスクとして、露出した半透光部領域上の遮光膜３をエッチングし、半透光部領域の半透光膜は露出する（同図（ｈ）参照）。そして、残存するレジストパターンを除去する（同図（ｉ）参照）。
次に、半透光膜のエッチャントを用いて、半透光部領域の半透光膜を減膜させるとともに、透光部領域に残存している半透光膜を除去する（同図（ｊ）参照）。すなわち、半透光膜と透明基板は、エッチング特性が類似しているため、例えば、フッ素系の同一エッチャントを使用して、半透光部と透光部に対応する位置の半透光膜を同時にエッチングする。
【００４５】
こうして、透明基板１上に、半透光膜２と遮光膜３の積層膜によりなる遮光部１１、透明基板１が露出する透光部１２、及び残存膜厚の半透光膜２によりなる半透光部１３を含む転写パターンが形成された多階調フォトマスク（３階調マスク）２０（図１の多階調フォトマスク２０と同じ）が出来上がる（同図（ｊ）参照）。
【００４６】
多階調フォトマスク２０においては、半透光部１３を構成する半透光膜２の膜厚（ｔ０）は、フォトマスクブランク製造時の成膜膜厚よりも減膜されており、これによって露光光に対する所定の透過率と所定の位相を有するものとなっている。
また、得られた多階調フォトマスクは、上記の透過率と位相差調整の結果、透光部と半透光部に、同一のエッチャントによる同時エッチングが施された被エッチング面を備える。
【００４７】
［第２の実施の形態］
図３は、本発明による多階調フォトマスクの製造方法の第２の実施の形態を示す製造工程順の断面図である。
本実施の形態においても、前述の第１の実施の形態と同じフォトマスクブランク１０を使用する（図３（ａ）参照）。
【００４８】
次に、１度目のフォトリソグラフィ工程を実施する。まず、１度目の描画を行う。レジスト膜４に対し、所定のデバイスパターン（例えば遮光部と半透光部に対応する領域にレジストパターンを形成する描画パターン）を描画し、描画後に現像を行うことにより、透光部に対応する領域を画定するレジストパターン４ａを形成する（同図（ｂ）参照）。
【００４９】
次に、上記レジストパターン４ａをマスクとして露出した透光部領域上の遮光膜３をエッチングする（同図（ｃ）参照）。
引き続き、上記レジストパターン４ａ及び遮光膜パターンをマスクとして、露出した透光部領域上の半透光膜２をエッチングする（同図（ｄ）参照）。本実施の形態では、ここでジャストエッチングを行い、透光部領域の半透光膜を除去する。このとき遮光膜パターンのみをマスクとしてもよい。
ここで残存するレジストパターンは除去する（同図（ｅ）参照）。
【００５０】
次に、２度目のフォトリソグラフィ工程を実施する。基板全面に前記と同じレジスト膜５を形成し（同図（ｆ）参照）、２度目の描画を行う。２度目の描画では、半透光部領域の描画パターンを描画する。描画後、現像を行うことにより、半透光部以外の遮光部及び透光部に対応する領域上にレジストパターン５ａを形成する（同図（ｇ）参照）。これで、遮光部領域と半透光部領域の境界が画定される。
【００５１】
次いで、上記レジストパターン５ａをマスクとして、露出した半透光部領域上の遮光膜３をエッチングし、半透光部領域の半透光膜は露出する（同図（ｈ）参照）。そして、残存するレジストパターンを除去する（同図（ｉ）参照）。
次に、半透光膜のエッチャントを用いて、半透光部領域の半透光膜を減膜させるとともに、透光部領域に露出している透明基板１を掘り込みエッチングして板厚を所定量減少させる（同図（ｊ）参照）。
【００５２】
こうして、透明基板１上に、半透光膜２と遮光膜３の積層膜によりなる遮光部１１、透明基板１の掘り込み面が露出する透光部１２、及び半透光膜２によりなる半透光部１３を含む転写パターンが形成された多階調フォトマスク（３階調マスク）２１が出来上がる（同図（ｊ）参照）。
【００５３】
多階調フォトマスク２１においては、半透光部１３を構成する半透光膜２の膜厚（ｔ１）は、フォトマスクブランク製造時の成膜膜厚よりも減膜されており、また透光部１２領域の透明基板１の板厚は掘り込みにより初めの板厚よりもｄ１だけ減少している。これによって、半透光部１３領域は、残存する半透光膜の膜厚（ｔ１）による露光光に対する所定の透過率と、透光部領域の透明基板の掘り込み（ｄ１）と半透光部領域の半透光膜膜厚（ｔ１）による所定の位相差を有するものとなっている。
この形態による多階調フォトマスクは、第１の実施の態様におけるものより、半透光部と透光部の位相差が大きい。したがって、半透光部の線幅が小さく、位相差によって露光光のコントラストを上げる必要がある場合に、適用することができる。
【００５４】
［第３の実施の形態］
図４は、本発明による多階調フォトマスクの製造方法の第３の実施の形態を示す製造工程順の断面図である。
本実施の形態においても、前述の第１の実施の形態と同じフォトマスクブランク１０を使用する（図４（ａ）参照）。
【００５５】
次に、１度目のフォトリソグラフィ工程を実施する。まず、１度目の描画を行う。レジスト膜４に対し、所定のデバイスパターン（例えば透光部以外、すなわち遮光部と半透光部に対応する領域にレジストパターンを形成する描画パターン）を描画し、描画後に現像を行うことにより、透光部に対応する領域を画定するレジストパターン４ａを形成する（同図（ｂ）参照）。
【００５６】
次に、上記レジストパターン４ａをマスクとして露出した透光部領域上の遮光膜３をエッチングする（同図（ｃ）参照）。
引き続き、上記レジストパターン４ａ及び遮光膜パターンをマスクとして、露出した透光部領域上の半透光膜２をエッチングする（同図（ｄ）参照）。遮光膜パターンのみをマスクとしてもよい。本実施の形態では、ここでジャストエッチングよりも長い時間のオーバーエッチングを行い、透光部領域の半透光膜を除去するとともに、その下の透明基板を掘り込みエッチングして板厚を所定に減少させる。
ここで残存するレジストパターンは除去する（同図（ｅ）参照）。
【００５７】
次に、２度目のフォトリソグラフィ工程を実施する。基板全面に前記と同じレジスト膜５を形成し（同図（ｆ）参照）、２度目の描画を行う。２度目の描画では、半透光部領域の描画パターンを描画する。描画後、現像を行うことにより、半透光部以外の遮光部及び透光部に対応する領域上にレジストパターン５ａを形成する（同図（ｇ）参照）。これで、遮光部領域と半透光部領域の境界が画定される。
【００５８】
次いで、上記レジストパターン５ａをマスクとして、露出した半透光部領域上の遮光膜３をエッチングし、半透光部領域の半透光膜は露出する（同図（ｈ）参照）。そして、残存するレジストパターンを除去する（同図（ｉ）参照）。
次に、半透光膜のエッチャントを用いて、半透光部領域の半透光膜を減膜させるとともに、透光部領域に露出している透明基板１を掘り込みエッチングして板厚を上記（ｄ）工程よりも更に減少させる（同図（ｊ）参照）。
【００５９】
こうして、透明基板１上に、半透光膜２と遮光膜３の積層膜によりなる遮光部１１、透明基板１の掘り込み面が露出する透光部１２、及び残存膜厚の半透光膜２によりなる半透光部１３を含む転写パターンが形成された多階調フォトマスク（３階調マスク）２２が出来上がる（同図（ｊ）参照）。
【００６０】
多階調フォトマスク２２においては、半透光部１３を構成する半透光膜２の残存膜厚（ｔ２）は、フォトマスクブランク製造時の成膜膜厚よりも所定に減膜されており、また透光部１２領域の透明基板１の板厚は掘り込みにより初めの板厚よりもｄ２（＞ｄ１）だけ減少している。これによって、半透光部１３領域は、残存する半透光膜の膜厚（ｔ２）による露光光に対する所定の透過率と、透光部領域の透明基板の掘り込み（ｄ２）と半透光部領域の半透光膜膜厚（ｔ２）による所定の位相差を有するものとなっている。
【００６１】
上述の第１〜第３の実施の形態によりそれぞれ得られる多階調フォトマスク２０，２１，２２において、半透光部領域に形成された半透光膜の膜厚ｔ０，ｔ１，ｔ２がほぼ同じであれば結果的に露光光に対する半透光部の透過率もほぼ同じになるが、半透光部と透光部の間の位相差はそれぞれ異なるものとなっている。つまり、透光部領域の透明基板の掘り込み量の違いによって、多階調フォトマスク２２の半透光部の位相差が一番大きく、多階調フォトマスク２０の半透光部の位相差が一番小さい。
【００６２】
このように、本発明によれば、予め大きめの膜厚の半透光膜を成膜した１種類のフォトマスクブランクを用意しておき、フォトリソグラフィ工程で、半透光部領域の半透光膜を減膜し、所望の透過率を調整するとともに、透光部領域の透明基板の板厚変化量によって半透光部の位相差を自由度をもって調整した多階調フォトマスクを得ることが出来る。
【００６３】
図５は、線幅２μｍ、露光光透過率３０％のＭｏＳｉ半透光膜によりなる半透光部における、露光光に対する透光部との位相差と実効透過率分布との関係を示す図である。この図５からは、線幅２μｍの半透光部において、半透光部に平坦部が形成され、半透光部のパターンの断面形状が垂直である方が好ましいという観点でいうと、位相差が６０度である場合が最も望ましい。位相差が２０度であると、解像不十分で平坦部がほとんどなく、このフォトマスクを使用して形成されるレジストパターンを用いて加工する条件選択が困難である。また、位相差が１００度であると、この場合の透過率分布に対応してレジストパターンに不要な凹凸が形成されてしまう。また、露光光透過率が大きくなると、位相差による凹凸が形成される度合いも異なり、またパターン幅が狭くなると解像し難くなるので、位相差を大きくして位相反転を利用することが有利である。つまり、得ようとする半透光部のパターン幅、透過率によって、どのような位相差をもたせてマスクを作製すればよいかが異なる。
【００６４】
本発明によれば、所望の透過率と、所望のパターン形状に応じて、位相差を自由度をもって制御できるという利点があり、もって、マスクユーザーが得ようとするレジストパターン形状を形成するための所望の透過率（位相差の影響を考慮した実効透過率）分布をもつ好適な多階調フォトマスクを提供することができる。
【００６５】
しかも、本発明によれば、予め大きめの膜厚の半透光膜を成膜したフォトマスクブランクを基本的には１種類用意しておけばよいので好都合である。また、予め半透光膜と遮光膜を成膜して作製したフォトマスクブランクを用いて、あとはフォトリソグラフィによるパターニング工程を施すことによりマスク製造を行うため、異物付着の機会は少なくなる。したがって、本発明による好適な多階調フォトマスクを、製造工程が効率的であって異物等の付着の可能性を低減し、もってマスクユーザーのニーズに迅速に応じて提供することが可能となる。
【００６６】
さらに、本発明の多階調フォトマスクを用いて、被転写体へのパターン転写を行うことにより、マスクユーザーの希望する所望の転写パターン形状を良好に得ることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１  透明基板
２  半透光膜
３  遮光膜
４，５  レジスト膜
１０  フォトマスクブランク
１１  遮光部
１２  透光部
１３  半透光部
２０，２１，２２  多階調フォトマスク
３０  被転写体
３３  レジストパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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