(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光部、遮光部及び露光光の一部を透過する半透光部を含む所定の転写パターンを有し、エッチング加工がなされる被転写体であって、段差を有する被転写体上に形成されたレジスト膜に対して、前記所定の転写パターンを転写させ、前記レジスト膜を前記エッチング加工におけるマスクとなるレジストパターンとなす、表示装置製造用多階調フォトマスクの製造方法において、
前記半透光部は、互いに実効透過率の異なる第１半透光部及び第２半透光部を有し、
前記レジスト膜に使用するレジストの、前記露光光の光量に対する減膜量についてのレジスト特性を把握する工程と、
前記レジスト特性に基づいて、前記第１半透光部の実効透過率と前記第２半透光部の実効透過率とをそれぞれ決定する工程と、
前記決定した実効透過率に基づいて、少なくとも透明基板上に形成された遮光膜をパターニングすることにより、前記段差上に、それぞれ所定の膜厚を有するレジストパターンを形成するための、前記第１半透光部と第２半透光部を形成する工程と、を有する表示装置製造用多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項２】
前記決定した実効透過率と、前記半透光部のパターン形状と、露光機の露光条件とに基づいて、前記半透光部に用いる半透光膜の膜透過率を決定し、前記半透光膜の膜透過率に基づいて前記半透光部を形成する、請求項１に記載の表示装置製造用多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項３】
前記半透光部は、透明基板上に、前記多階調フォトマスクの露光に使用する露光機の解像限界以下の寸法を有する遮光膜パターンが形成されてなる、請求項１に記載の表示装置製造用多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項４】
前記半透光部は、透明基板上に、半透光膜が形成されてなる、請求項１に記載の表示装置製造用多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項５】
前記第１半透光部の実効透過率の決定は、前記第１半透光部の透過光により前記被転写体上に形成するレジストパターンの、前記レジスト膜の初期膜厚に対する減膜量ｔ１に基づいて行い、
前記第２半透光部の実効透過率の決定は、前記第２半透光部の透過光により前記被転写体上に形成するレジストパターンの、前記レジスト膜の初期膜厚に対する減膜量ｔ２に基づいて行う、請求項１に記載の表示装置製造用多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載された製造方法で作製された表示装置製造用多階調フォトマスクを用いて、被転写体上のレジスト膜に露光することにより、前記被転写体上にレジストパターンを形成するパターン転写方法。
【請求項７】
段差を有する被転写体上にレジスト膜を形成する工程と、
前記被転写体上の前記レジスト膜に多階調フォトマスクを用いて露光することにより、前記被転写体上にレジストパターンを形成する工程とを有し、
前記多階調フォトマスクとして、請求項１から請求項５のいずれかに記載された製造方法で作製された表示装置製造用多階調フォトマスクを用い、
前記レジストパターンの各々の段差上に形成されるレジストの残膜値を概略等しく形成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、フォトリソグラフィ工程において使用される多階調の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】
従来から、液晶表示装置などの電子デバイスの製造においては、フォトリソグラフィ工程が利用されている。フォトリソグラフィ工程は、エッチングされる被転写体上に形成されたレジスト膜に対して、フォトマスクを用いて所定のパターンを転写し、該レジスト膜を現像してレジストパターンを形成した後、該レジストパターンをマスクとして被転写体のエッチングを行うものである。
【０００３】
フォトマスクとして、多階調のフォトマスクを用いて、被転写体上のレジスト膜に露光し、段差のあるレジストパターンを形成することが知られている（例えば、特許文献１）。遮光部、透光部に加えて、露光光の一部を透過する半透光部を有する多階調フォトマスクは、これを透過する露光光の光量を部位によって変化させることにより、被転写体上に、残膜値が部位によって異なる第１のレジストパターンを形成することができる。その後、アッシングにより第１のレジストパターンを全体的に減少させることにより第２のレジストパターンを形成することができる。これにより、製造プロセスにおけるフォトリソグラフィ工程の回数を低減すると共に、製造プロセスで使用するフォトマスクの枚数を低減できるため、大変有用である。一方で、このような多階調のフォトマスクの製造方法においては、所望形状のレジストパターンを形成するために、半透光部のパターン形状、半透光部に形成する膜質（膜の素材）、膜厚の決定などが重要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
多階調のフォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程を行う場合、形成しようとする第１のレジストパターンの形状の制御は、次工程で用いる第２のレジストパターンをマスクとした薄膜エッチングの線幅制御に大きな影響があるにもかかわらず、該第１のレジストパターンの形状制御は、多くの場合経験則に基づいて行われていた。特に、レジストパターンの形状において薄膜エッチングに大きく影響する要素は、該レジストパターンの線幅と膜厚値である。そのため、露光後のレジスト膜を現像するにあたっては、所望の線幅が得られる時点で、所望のレジスト残膜が残っていること（所望範囲のレジスト残膜値が得られること）を目指して、繰り返しエッチングの条件出しが行われ、最適条件が決定されていた。
【０００６】
しかし、各エッチング工程において繰り返し条件出しを行うことにより最適条件を決定する場合、再現性や安定性に乏しく、時間を要してしまう問題を抱えていた。また、このように、フォトリソグラフィ工程の再現性や安定性が損なわれることにより、液晶表示装置などの電子デバイスの性能安定性や製造コストにも悪影響を及ぼす問題がある。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、フォトリソグラフィ工程において、レジストパターンの形状制御を正確に行い、再現性や安定性を向上させることができる多階調フォトマスクの製造方法及びパターン転写方法を提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、透光部、遮光部及び露光光の一部を透過する半透光部を含む所定の転写パターンを有し、エッチング加工がなされる被転写体上に形成されたレジスト膜に対して所定のパターンを転写させ、レジスト膜をエッチング加工におけるマスクとなるレジストパターンとなす多階調フォトマスクの製造方法であって、レジスト膜に使用するレジストの露光光に対するレジスト特性を把握する工程と、レジスト特性に基づいて半透光部の露光光に対する実効透過率を決定する工程と、実効透過率に基づいて少なくとも透明基板上に形成された遮光膜をパターニングすることにより半透光部を形成する工程とを有している。
【０００９】
この構成によれば、あらかじめフォトリソグラフィ工程に用いるレジスト膜の特性を把握し、現像後のレジストパターンの形状を考慮して決定された半透光部の実効透過率に基づいて多階調フォトマスクを作製するため、レジストパターンの形状を正確に制御できる多階調フォトマスクを製造することができる。これにより、フォトリソグラフィ工程の再現性や安定性を向上することができる。
【００１０】
本発明の多階調フォトマスクの製造方法の一態様において、レジスト特性は、露光光の露光量と該露光量に対するレジストの減膜量との関係を示すレジスト特性曲線によって規定することができる。
【００１１】
本発明の多階調フォトマスクの製造方法の一態様において、決定した実効透過率と、半透光部のパターン形状と、露光機の露光条件とに基づいて半透光部の膜透過率を決定し、半透光部の膜透過率に基づいて該半透光部を形成することができる。この構成によれば、実際の露光時において、半透光部のパターン形状や露光条件に起因して半透光部を実際に透過する光の透過率が実効透過率から変動することを抑制することが可能となる。
【００１２】
本発明の多階調フォトマスクの製造方法の一態様において、半透光部を、透明基板上に多階調マスクの露光に使用する露光機の解像限界以下の寸法を有する遮光膜パターンで形成することができる。
【００１３】
本発明の多階調フォトマスクの製造方法の一態様において、半透光部を、透明基板上に形成された半透光膜を用いて形成することができる。
【００１４】
本発明の多階調フォトマスクの製造方法の一態様において、半透光部の実効透過率の決定は、半透光部の透過光により被転写体上に形成するレジストパターンの、レジスト膜の初期膜厚に対する減膜量ｔに基づいて行うことができる。この構成によれば、ポジレジストを用いる場合であっても、減膜量と露光量に相関関係があるため、フォトレジストの設計をしやすくなる。
【００１５】
本発明の多階調フォトマスクの製造方法の一態様において、多階調マスクの半透光部が互いに実効透過率の異なる第１半透光部及び第２半透光部を有し、レジスト特性に基づいて第１半透光部の目標実効透過率と第２半透光部の目標実効透過率をそれぞれ決定する工程を有する構成とすることができる。
【００１６】
本発明の多階調フォトマスクの製造方法の一態様において、第１半透光部の目標実効透過率の決定を、第１半透光部の透過光により被転写体上に形成するレジストパターンの、レジスト膜の初期膜厚に対する減膜量ｔ１に基づいて行い、第２半透光部の実効透過率の決定を、第２半透光部の透過光により被転写体上に形成するレジストパターンの、レジスト膜の初期膜厚に対する減膜量ｔ２に基づいて行うことができる。この構成によれば、段差を有する被転写体上に形成されたレジスト膜に多階調フォトマスクを介して露光する場合であっても、第１半透光部を介して露光されたレジストパターンと第２半透光部を介して露光されたレジストパターンの残膜値を概略同一とすることができる。
【００１７】
本発明のパターン転写方法の一態様は、上述したいずれかの製造方法で作製された多階調フォトマスクを用いて、被転写体上のレジスト膜に露光することにより、被転写体上にレジストパターンを形成するものである。
【００１８】
本発明のパターン転写方法の一態様は、段差を有する被転写体上にレジスト膜を形成する工程と、被転写体上のレジスト膜に多階調フォトマスクを用いて露光することにより、被転写体上にレジストパターンを形成する工程とを有し、多階調フォトマスクとして、上述した製造方法で作製された第１半透光部と第２半透光部を有する多階調フォトマスクを用い、各々の段差を有する被転写体上に形成されるレジストパターンのレジストの残膜値を概略等しく形成するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一態様によれば、あらかじめフォトリソグラフィ工程に用いるレジスト膜の特性を把握し、現像後のレジストパターンの形状を考慮して決定された半透光部の実効透過率に基づいて多階調フォトマスクを作製するため、レジストパターンの形状を正確に制御できる多階調フォトマスクを製造することができる。また、このような多階調フォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程を行うことにより、再現性や安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】多階調フォトマスクの製造方法の順序の一例を説明する図である。
【図２】多階調フォトマスクを用いて、フォトリソグラフィ工程を行う場合を説明する図である。
【図３】多階調フォトマスクを用いて、フォトリソグラフィ工程を行う場合を説明する図である。
【図４】多階調フォトマスクを用いた電子デバイスの製造方法を説明する図である。
【図５】多階調フォトマスクを用いた電子デバイスの製造方法を説明する図である。
【図６】電子デバイスの製造方法に適用する多階調フォトマスクの一例を説明する図である。
【図７】レジスト特性曲線を説明する図である。
【図８】半透光膜の配置と実効透過率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施の形態１）
図２は、透光部１０２、遮光部１０３及び露光光の一部を透過する半透光部１０４を含む所定の転写パターンを有する多階調フォトマスク１００を用いてフォトリソグラフィ工程を行う場合を示している。レジスト膜１０５はエッチング加工がなされる被転写体１０６上に形成されており、該レジスト膜１０５に対して多階調フォトマスク１００のパターンを転写させることによって、レジスト膜１０５を被転写体１０６の第１のエッチング加工におけるマスクとなる第１のレジストパターン１０７とすることができる（図２（Ａ）、（Ｂ）参照）。続いて、アッシングにより第１のレジストパターン１０７を全体的に減少させ、被転写体１０６の第２のエッチング加工におけるマスクとなる第２のレジストパターン１０８とした後（図２（Ｃ）参照）、該第２のレジストパターン１０８を用いて被転写体１０６をエッチングすることにより、所望のパターニングを行うことができる（図２（Ｄ）参照）。
【００２２】
以下に、図２で示すフォトリソグラフィ工程に用いる多階調フォトマスク１００の製造方法の一例について説明する。
【００２３】
まず、フォトリソグラフィ工程を行う前の段階（多階調フォトマスクを製造する前（図２（Ａ）の前）の段階）で、被転写体１０６上に形成するレジスト膜１０５に使用するレジスト特性を把握する（図１（ステップ１）参照）。
【００２４】
レジスト特性の把握は、レジスト膜１０５に照射する光（露光光）に対するレジストの減膜量を把握することにより行うことができる。具体的には、露光光の露光量と該露光量に対するレジストの減膜量との関係を示すレジスト特性曲線により、レジスト特性を規定することができる。
【００２５】
レジスト特性曲線の作成方法の一例を簡単に説明する。まず、基板上に所定の膜厚を有するレジスト膜を形成する。次に、該レジスト膜に所定の露光量で露光光を照射して該レジスト膜を現像した後、現像後のレジスト膜の初期膜厚からの減膜量を求める。このように、所定の露光量に対してそれぞれレジストの減膜量を求めることにより、レジスト特性曲線を作成することができる。但し、レジスト特性曲線の作成方法はこれに限られず、レジストに照射する光の露光量と該露光量に対する該レジストの減膜量との関係を規定できるのであればどのような方法を用いてもよい。
【００２６】
なお、上記レジスト特性曲線の作成において、露光光としては、実際のフォトリソグラフィ工程における露光装置での露光条件を模した条件を設定することができる。ここで、露光条件を模したとは、露光波長が近似すること、例えば、露光光が波長域を有するものである場合には、最も光強度の大きい露光波長が同一であることをいう。又は、例えばｉ線、ｈ線、ｇ線を強度比１：１：１の割合で含む照射光を、実際の露光光と近似するものとして選択してもよい。また、露光条件を模したとは、光学系が近似すること、例えば、結像系のＮＡ（開口数）が略同一、又はσ（コヒーレンス）が略同一であることをいう。ここで、ＮＡが略同一とは、実際の露光装置のＮＡに対して、±０．００５の範囲である場合が例示される。σが略同一であるとは、実際の露光装置のσに対して±０．００５の範囲である場合が例示される。
【００２７】
次に、実際に、フォトリソグラフィ工程においてレジスト膜１０５を現像して第１のレジストパターン１０７を形成する場合に、半透光部１０４領域（半透光部１０４を介して露光される領域）の目標とするレジスト膜１０５の減膜量ｔを定める（図１（ステップ２）参照）。目標とするレジスト膜１０５の減膜量ｔは、該レジスト膜１０５の初期膜厚値ｔ０より小さければよく、実施者が適宜設定することができる。なお、遮光部１０３領域のレジスト膜１０５の減膜量は０、透光部１０２領域のレジスト膜の減膜量はｔ０とすることができる。
【００２８】
次に、多階調フォトマスク１００の半透光部１０４の、露光光に対する実効透過率ＴＡを決定する（図１（ステップ３）参照）。本明細書において、実効透過率とは、膜固有の透過率に加えて、パターンにおける形状（寸法又は線幅（ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ））や露光機の光学条件（光学波長、開口数、σ値など）の要因が含まれた透過率であり、実際の露光環境を反映した透過率（フォトマスクを透過し、照射される光量を決定する実効的な透過率）をいう。例えば、半透光部の目標とする実効透過率が決定され、半透光部のパターン形状及び露光環境における光学条件が固定されると、この実効透過率に基づいてフォトマスクの半透光部を設計することが可能となる。
【００２９】
実効透過率ＴＡは、上記ステップ２で求めたレジスト膜１０５の目標とする減膜量ｔに対応した露光量ＥＬと、フォトリソグラフィ工程における露光光の露光量ＥＴを用いて以下の式（１）より求めることができる。なお、レジスト膜１０５の減膜量ｔに対応する露光量ＥＬは、上記ステップ１で作成したレジスト特性曲線から求めることができ、露光量ＥＴはフォトリソグラフィ工程において実際に露光する露光量とすればよい。
【００３０】
ＴＡ＝ＥＬ／ＥＴ    ・・・（１）
【００３１】
上記ステップ３において半透光部の実効透過率ＴＡを決定することにより、多階調フォトマスク１００の半透光部１０４の作製条件を定めることができる。多階調フォトマスク１００に互いに実効透過率の異なる複数の半透光部を設ける場合には、それぞれの半透光領域のレジスト膜の減膜量に応じて、実効透過率ＴＡをそれぞれ決定すればよい。
【００３２】
次に、得られた実効透過率ＴＡに基づいて、多階調フォトマスクを作製する（図１（ステップ４）参照）。例えば、少なくとも透明基板上に形成された遮光膜をパターニングすることにより、透明基板１０１上に透光部１０２、遮光部１０３及び露光光の一部を透過する半透光部１０４を含む所定の転写パターンを有する多階調フォトマスク１００を製造する。この際、半透光部１０４の透過率は、上記ステップ３で得られた実効透過率ＴＡに基づいて決定される。
【００３３】
半透光部１０４の構成は、半透光膜をベタ膜とすることにより設けてもよいし、遮光膜又は半透光膜を露光条件下の解像限界以下にパターニングした微細パターンを形成することにより設けてもよい。半透光膜により半透光部１０４を形成する場合には、あらかじめ決定した実効透過率ＴＡに基づいて、それを実現し得る膜透過率とパターン形状を決めればよい。遮光膜又は半透光膜の微細パターンで半透光部を形成する場合は、あらかじめ決定した実効透過率ＴＡに基づいて、それを実現し得る膜透過率とパターン形状を決めればよい。なお、微細パターンとしては、半透光膜による半透光部の中に、微細な透光部及び／又は遮光部を配置することにより形成してもよい。
【００３４】
以上の工程により、多階調フォトマスクを製造することができる。本実施の形態では、あらかじめフォトリソグラフィ工程に用いるレジスト膜の特性を把握し、現像後のレジストパターンの形状を考慮して決定された半透光部の実効透過率ＴＡに基づいて多階調フォトマスクを作製するため、レジストパターンの形状を正確に制御できる多階調フォトマスクを製造することができる。また、本実施の形態では、現像後に被転写体上に得ようとするレジストパターンの膜厚（残膜値）があるとき、その残膜値によってではなく、現像によりレジスト膜の初期膜厚から減少する減膜値をもとに多階調フォトマスクの設計を行う。このように、減膜値をもとにフォトマスクを設計することにより、設計を容易に行うことが可能となる。これは、ポジレジストを用いる場合、減膜値と露光量との間に直接的な相関関係がある（残膜値と露光量との間には必ずしも直接的な相関はない）ためである。
【００３５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記図１のステップ３で決定した実効透過率ＴＡに基づいて多階調フォトマスクの半透光部を作製する場合について具体的に説明する。
【００３６】
半透光膜を用いて多階調フォトマスクの半透光部を形成する際、あらかじめ得られた実効透過率ＴＡに基づいて半透光部の膜透過率を決定し、該膜透過率を実現するように半透光膜の膜質や膜厚を制御すればよい。なお、本明細書において、膜透過率は、透明基板上に半透光膜を形成して半透光領域となしたとき、露光条件における解像限界に対して十分に大きな面積（例えば、２０μｍ□以上）における半透光領域の透過率をいう。したがって、多階調フォトマスクの半透光部のパターン形状が十分に大きい場合には、「実効透過率≒半透光部の膜透過率」として、半透光膜の膜質や膜厚を制御することによりフォトマスクを設計することができる。
【００３７】
一方で、半透光部のパターン形状が小さい（面積や幅が微小である）場合には、半透光部のパターン形状や露光光の光学条件などを考慮して、実効透過率ＴＡを半透光部の膜透過率に反映させることが好ましい。これは、半透光部のパターン形状が小さくなると、該半透光部のパターンの端部において生じる露光光の回折の影響により、実際の露光時において半透光部の透過率が変化するためである。つまり、半透光膜を用いてフォトマスクの半透光部を形成する際、膜質や膜厚を制御することにより半透光部の膜透過率を実効透過率ＴＡと同じ値に設定すると、半透光部のパターン形状や露光光の波長などの光学条件によっては、実際の露光時において得ようとする実効透過率ＴＡが得られない場合ある。この場合、第１のレジストパターンの減膜量があらかじめ定めた減膜量ｔと異なってしまう。
【００３８】
したがって、上述したように、あらかじめ得られた実効透過率ＴＡと、半透光部のパターン形状と、露光機の露光条件とに基づいて、半透光部の膜透過率を決定し、該膜透過率に基づいて半透光部を形成することにより、半透光部のパターン形状や露光条件に起因して半透光部を実際に透過する光の透過率が、得ようとする実効透過率ＴＡから変動することを抑制する（実際に透過する透過光の透過率を得ようとする実効透過率ＴＡと近似させる）ことが可能となる。半透光部の膜透過率を決定する工程は、上記図１において、実効透過率ＴＡを決定した後（ステップ３の後）に行えばよい。
【００３９】
通常、半透光部のパターンが微細になるほど、又は、露光光の波長が長くなるほど、半透光部の膜透過率と比較して実際に透過する透過光の光強度分布が低下する。そのため、製造しようとする多階調フォトマスクにおいて、半透光部のパターン形状が小さい場合には、半透光部に形成する半透光膜の膜透過率を、あらかじめ得られた実効透過率ＴＡより高くなるように設定することが有効となる。
【００４０】
なお、半透光部のパターン形状が小さい場合の該半透光部の膜透過率の決定は、半透光部の所定のパターン形状における、膜透過率と、該膜透過率に対応する実効透過率との相関関係を把握し、把握された相関関係に基づいて決定することができる。例えば、所定のテストパターンが形成されたテストマスクにテスト露光を行い、このテストマスクの透過光パターンを撮像手段により取得し、取得された透過光パターンに基づいて透過光パターンデータを得る工程と、該透過光パターンデータに基づいて露光条件下におけるテストパターンの実効透過率を得る工程とを行うことにより、半透光部のパターン形状における、膜透過率と実効透過率との相関関係を把握することができる。これにより、得られた実効透過率や半透光部のパターン形状に応じて、半透光部の膜透過率を決定し、該半透光部に形成する膜質、膜厚を決定することができる。また、透過光パターンデータを得る工程において、遮光部、透光部及び半透光部を有し半透光部のパターン形状、半透光部を形成する膜質又は膜厚のいずれかの半透光部特性が異なる複数のテストパターンを備えたテストマスクを用い、複数のテストマスクにより得られた複数の透過光パターンデータより半透光部の特性とこの半透光部の特性に対応する実効透過率との相関を把握することにより、半透光部のパターン形状と得られた実効透過率に基づいて、半透光部に形成する膜質又は膜厚の決定を的確に行うことができる。
【００４１】
また、半透光膜のパターン形状、膜質、膜厚などの半透光部特性と、この半透光部特性に対応する実効透過率との関係をデータベース化しておき、該データベースと、半透光部のパターン形状及びあらかじめ得られた実効透過率ＴＡに基づいてシミュレーションを行うことによって、半透光部の膜透過率を決定することができる。例えば、遮光部、透光部及び半透光部を有し半透光部のパターン形状、該半透光部を形成する膜質又は膜厚のいずれかの半透光部特性が異なる複数のテストマスクに対して、テスト露光を行い、これらテストマスクの透過光パターンを撮像手段により取得し、取得された透過光パターンに基づいて透過光パターンデータを得て、この透過光パターンデータに基づいて露光条件下における実効透過率を得ることにより、半透光部の特性とこれに対応する実効透過率とを一定の規則にしたがってデータベース化することができる。これにより、半透光部のパターン形状や得られた実効透過率に基づいて、半透光部に形成する膜質や膜厚を迅速に決定できる。
【００４２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、互いに実効透過率の異なる第１半透光部及び第２半透光部を有する多階調フォトマスクの製造方法と、該多階調フォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程を行う場合について説明する。
【００４３】
図３は、透光部２０２、遮光部２０３、互いに実効透過率の異なる第１半透光部２０４ａ及び第２半透光部２０４ｂを有する多階調フォトマスク２００を用いてフォトリソグラフィ工程を行う場合を示している。以下に、図３（Ａ）〜（Ｃ）で示すフォトリソグラフィ工程に用いる多階調フォトマスク２００の製造方法の一例について説明する。また、以下の説明においては、段差を有する被転写体２０６上にレジスト膜２０５を形成し、第１半透光部２０４ａの透過光により被転写体２０６の段差上に形成する第１のレジストパターン２０７の膜厚と、第２半透光部２０４ｂの透過光により被転写体２０６上に形成する第１のレジストパターン２０７の膜厚を概略等しく形成する場合について説明する。
【００４４】
まず、上述した図１のステップ１〜ステップ３により、レジスト膜２０５のレジスト特性を把握した後（ステップ１）、レジスト膜２０５の減膜量を決定し（ステップ２）、露光光に対する第１半透光部２０４ａと第２半透光部２０４ｂの実効透過率ＴＡをそれぞれ決定する（ステップ３）。ここでは、現像後に、第１半透光部２０４ａ領域のレジストパターンと、第２半透光部２０４ｂ領域のレジストパターンの膜厚が概略等しくなるように、第１半透光部の減膜値ｔ１と第２半透光部の減膜値ｔ２を定める。図３に示す場合には、段差を有する部分に第１半透光部２０４ａを設けるため、ｔ１＜ｔ２となる。具体的には、第１半透光部の減膜値ｔ１と比較して、第２半透光部の減膜値ｔ２を被転写体２０６の段差部分の膜厚（高さ）だけ大きくすればよい。
【００４５】
次に、第１半透光部２０４ａの減膜値ｔ１と第２半透光部２０４ｂの減膜値ｔ２に基づいて、第１半透光部２０４ａの実効透過率ＴＡと第２半透光部２０４ｂの実効透過率ＴＡをそれぞれ決定する。その後、得られた実効透過率ＴＡに基づいて、多階調フォトマスク２００を作製することができる（ステップ４）。多階調フォトマスク２００の第１半透光部２０４ａの膜透過率と第２半透光部２０４ｂの膜透過率は、それぞれ得られた実効透過率ＴＡに基づいて決定される。なお、同一フォトマスクに膜透過率が異なる複数の半透光部を設ける場合には、各半透光部に形成する半透光膜の膜質や膜厚をそれぞれ制御すればよい。また、上記実施の形態２で示したように、第１半透光部２０４ａの実効透過率ＴＡと第２半透光部２０４ｂの実効透過率ＴＡをそれぞれ決定した後、第１半透光部２０４ａと第２半透光部２０４ｂのそれぞれのパターン形状と、露光機の露光条件とに基づいて、第１半透光部及び／又は第２半透光部の膜透過率を決定し、該膜透過率に基づいて第１半透光部及び／又は第２半透光部を形成することが好ましい。
【００４６】
このように、互いに実効透過率の異なる第１半透光部と第２半透光部を有する多階調フォトマスクを製造する場合であっても、現像によりレジスト膜の初期膜厚から減少する減膜値をもとに、多階調フォトマスクを設計することにより、段差を有する被転写体上に膜厚が概略等しいレジストパターンを形成することができる。
【００４７】
なお、上記説明では、互いに実効透過率の異なる２種類の半透光部を有する多階調フォトマスクを製造する場合を示したが、これに限られず、互いに実効透過率の異なる３種類以上の半透光部を有する多階調フォトマスクを形成することも可能である。
【００４８】
（実施の形態４）
本実施の形態では、多階調フォトマスクを用いて電子デバイスを製造する場合と該多階調フォトマスクの製造方法について図面を参照して説明する。ここでは、一例として、トランジスタを有する液晶表示装置の製造プロセスについて説明する。
【００４９】
まず、絶縁表面３００上に導電層を形成した後、該導電層上に第１のレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ工程を用いて該導電層をエッチングすることにより、ゲート電極３０１を形成する（図４（Ａ）参照）。次に、ゲート電極３０１上に、ゲート絶縁層３０２と、非晶質シリコン層３０３と、不純物シリコン層３０４と、導電層３０５とを順に積層して形成する（図４（Ｂ）参照）。
【００５０】
次に、導電層３０５上に第２のレジスト膜３０６を形成した後（図４（Ｃ）参照）、第１の多階調フォトマスク３０７を用いて第２のレジスト膜３０６を現像することにより、第２のレジスト膜３０６の第１レジストパターン３０８を形成する（図４（Ｄ）参照）。第１の多階調フォトマスク３０７は、上記図２で示したように、透明基板上に透光部、遮光部及び半透光部を含む所定の転写パターンを有する構成のものを用いればよく、上記実施の形態１、２で示した方法を用いて製造することができる。つまり、第２のレジスト膜３０６に使用するレジストの特性を把握して、半透光部領域の第２のレジスト膜の減膜値を定めた後、該減膜値から半透光部の実効透過率ＴＡを決定し、該実効透過率ＴＡに基づいて第１の多階調フォトマスク３０７を製造する。なお、半透光部のパターン形状が小さい場合には、上記実施の形態２で示したように、半透光部のパターン形状や露光光の光学条件などを考慮して、得られた実効透過率を、半透光部の膜透過率を求める際に用いればよい。
【００５１】
次に、第１のレジストパターン３０８をマスクとして、導電層３０５と、不純物シリコン層３０４と、非晶質シリコン層３０３とをエッチングする（図４（Ｅ）参照）。次に、第１のレジストパターン３０８をアッシングして全体的に減少させ、第２のレジスト膜３０６の第２のレジストパターン３０９を形成する（図４（Ｆ）参照）。次に、第２のレジストパターン３０９をマスクとして、導電層３０５と、不純物シリコン層３０４と、非晶質シリコン層３０３とをエッチングすることにより、チャネル形成領域、ソース領域、ドレイン領域、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜トランジスタを形成する（図４（Ｇ）参照）。なお、ここでは、一例として、チャネル形成領域として機能する非晶質シリコン層の一部に凹部が形成されるチャネルエッチ型のトランジスタを形成する場合を示している。次に、パッシベーション膜３１０を形成した後、該パッシベーション膜３１０上に第３のレジスト膜３１１を形成する（図４（Ｈ）参照）。パッシベーション膜として、窒化シリコン膜等を用いることができる。また、第３のレジスト膜３１１は、塗布法（スピンコート法）により形成されるため、段差上に第３のレジスト膜３１１を形成する場合であっても、該第３のレジスト膜３１１の表面は概略平坦となる。
【００５２】
次に、少なくとも互いに実効透過率の異なる第１半透光部及び第２半透光部を有する第２の多階調フォトマスク３１２を用いて第３のレジスト膜３１１を現像することにより、第３のレジスト膜３１１の第１のレジストパターン３１３を形成する（図４（Ｉ）参照）。第２の多階調フォトマスク３１２は、透明基板上に透光部、遮光部、第１半透光部及び第２半透光部を含む所定の転写パターンを有する構成のものを用いればよく、上記実施の形態３で示した方法を用いて製造することができる。つまり、第３のレジスト膜３１１に使用するレジストの特性を把握して、第１半透光部領域の第２のレジスト膜３１１の減膜値ｔ１及び第２半透光部領域の第３のレジスト膜３１１の減膜値ｔ２をそれぞれ設定した後、該減膜値から第１半透光部の実効透過率ＴＡ及び第２半透光部の実効透過率ＴＡを決定し、該実効透過率ＴＡに基づいて第２の多階調フォトマスク３１２を製造する。現像後において、第１半透光部領域の第１のレジストパターン３１３と、第２半透光部領域の第１のレジストパターン３１３の膜厚（残膜値）を概略等しくするためには、第１半透光部の減膜値ｔ１と第２半透光部の減膜値ｔ２をあらかじめ調整しておけばよい（図６参照）。なお、第１半透光部及び／又は第２半透光部のパターン形状が小さい場合には、上記実施の形態２で示したように、第１半透光部及び／又は第２半透光部のパターン形状や露光光の光学条件などを考慮して、得られた実効透過率ＴＡを第１半透光部及び／又は第２半透光部の膜透過率に反映させればよい。
【００５３】
次に、第１のレジストパターン３１３をマスクとして、パッシベーション膜３１０をエッチングしてソース電極又はドレイン電極として機能する導電層の一部を露出させる（図４（Ｊ）参照）。次に、第１のレジストパターン３１３をアッシングして全体的に厚さを縮小し、第３のレジスト膜の第２のレジストパターン３１４を形成する（図５（Ｋ）参照）。ここでは、第１半透光部領域の第１のレジストパターン３１３と、第２半透光部領域の第１のレジストパターン３１３の膜厚が概略等しくなるように形成しているため、アッシングにより双方の領域に形成された第１のレジストパターンを完全に除去することができる。次に、ソース電極又はドレイン電極として機能する導電層と電気的に接続するように、透明導電層３１５を形成する（図５（Ｌ）参照）。この際、透明導電層３１５は、第３のレジスト膜の第２のレジストパターン３１４上にも形成される。透明導電層３１５としては、透光性を有する導電層（例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ等）を用いることができる。次に、第３のレジスト膜の第２のレジストパターン３１４を除去（リフトオフ）することにより、画素電極３１６を形成する（図５（Ｍ）参照）。その後、対向基板との間に液晶材料を設けることにより、液晶表示装置を形成することができる。
【００５４】
本実施の形態に示すように、多階調フォトマスクを用いることにより、電子デバイスの製造プロセスを簡略化すると共に、部材コストを削減することができる。また、あらかじめ得られた実効透過率ＴＡに基づいて製造された多階調フォトマスクを用いることにより、フォトリソグラフィ工程においてレジストパターンの形状制御を正確に行い、再現性や安定性を向上させることができる。その結果、電子デバイスの性能安定性を向上し、製造コストを低減することが可能となる。
【００５５】
なお、本発明は、上記実施の形態１〜実施の形態４に限定されず、適宜変更して実施することができる。また、実施の形態１〜実施の形態４は適宜組み合わせて実施することができる。例えば、上記実施の形態における材質、パターン構成、部材の個数、サイズ、処理手順などは一例であり、本発明の効果を発揮する範囲内において種々変更して実施することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【実施例】
【００５６】
本実施例では、互いに実効透過率の異なる第１半透光部と第２半透光部を有する多階調フォトマスクを製造し、該多階調フォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程を行った場合について示す。なお、本実施例では、段差を有する被転写体上にレジスト膜を形成し、被転写体の段差を有する部分に形成されたレジスト膜を第１半透光部を介して露光し、段差を有さない部分に形成されたレジスト膜を第２半透光部を介して露光する場合（図３参照）について実施した。なお、本実施例では、被転写体の段差の膜厚（高さ）、第１半透光部と第２半透光部のパターン形状を変えて、以下の４種類の多階調フォトマスク（多階調フォトマスク（ａ）〜多階調フォトマスク（ｄ））を製造し、それぞれの多階調フォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程を行った。
【００５７】
まず、設計しようとする多階調フォトマスク（ａ）〜（ｄ）を示す。
多階調フォトマスク（ａ）
・第１半透光部領域における被転写体の段差：０．４μｍ
・第１半透光部のパターン形状：５０μｍ□以上
・第２半透光部のパターン形状：５０μｍ□以上
【００５８】
多階調フォトマスク（ｂ）
・第１半透光部領域における被転写体の段差：０．４μｍ
・第１半透光部のパターン形状：遮光部に囲まれた幅４．０μｍ
・第２半透光部のパターン形状：５０μｍ□以上
【００５９】
多階調フォトマスク（ｃ）
・第１半透光部領域における被転写体の段差：０．２μｍ
・第１半透光部のパターン形状：５０μｍ以上
・第２半透光部のパターン形状：遮光部に囲まれた幅４．０μｍ
【００６０】
多階調フォトマスク（ｄ）
・第１半透光部領域における被転写体の段差：０．２μｍ
・第１半透光部のパターン形状：遮光部に囲まれた幅４．０μｍ
・第２半透光部のパターン形状：遮光部に囲まれた幅８．０μｍ
【００６１】
次に、上記多階調フォトマスク（ａ）〜（ｄ）の第１半透光部の膜透過率及び第２半透光部の膜透過率を求め、該多階調フォトマスク（ａ）〜（ｄ）を作製する方法について説明する。
【００６２】
まず、それぞれの多階調フォトマスク（ａ）〜（ｄ）を作製する前の段階で、実際に行うフォトリソグラフィ工程の条件を以下のように設定した。
【００６３】
露光機光学条件：ＮＡ＝０．０８、σ＝０．８、露光波長（各波長の強度の比率が、ｇ線／ｈ線／ｉ線＝１．０／１．０／１．０）
フォトリソグラフィ工程における露光量：１２０ｍＪ／ｃｍ２
レジスト膜：ポジ型レジスト
レジスト膜の初期膜厚：２．４μｍ
【００６４】
なお、上記フォトリソグラフィ工程の条件は、それぞれの多階調フォトマスク（ａ）〜（ｄ）において共通とした。
【００６５】
続いて、フォトリソグラフィ工程に使用するレジストの特性を把握した。本実施例では、初期膜厚が２．４μｍのポジ型のレジストに、上記露光機光学条件下で露光光を照射して、該露光光の露光量と現像によるレジストの減膜量の関係を求めることにより、レジスト特性曲線を作成した（図７参照）。図７において、横軸は上記露光機光学条件下における露光光の露光量を示し、縦軸は露光光の露光量に対するレジストの減膜量を示している。
【００６６】
次に、現像後の第１半透光部領域のレジストパターンと第２半透光部領域のレジストパターンの残膜値が同じとなるように、第１半透光部領域のレジストの目標膜減量ｔ１と、第２半透光部領域のレジストの目標減膜量ｔ２を定めた。本実施例では、レジストパターンの残膜値が０．８μｍとなるように、多階調フォトマスク（ａ）〜（ｄ）の第１半透光部領域のレジストの目標膜減量と、第２半透光部領域のレジストの目標減膜量をそれぞれ定めた後、目標減膜量に対応する実効透過率ＴＡをそれぞれ以下のように求めた。なお、それぞれの実効透過率ＴＡは、それぞれの目標減膜量に対応する露光量をレジスト特性曲線から求めた後、上記式（１）を用いることにより決定することができる。
【００６７】
多階調フォトマスク（ａ）
・第１半透光膜の減膜量ｔ１：１．２μｍ（実効透過率ＴＡ＝４２．２ｍＪ／１２０ｍＪ＝３５．２％）
・第２半透光膜の減膜量ｔ２：１．６μｍ（実効透過率ＴＡ＝５２．１ｍＪ／１２０ｍＪ＝４３．４％）
【００６８】
多階調フォトマスク（ｂ）
・第１半透光膜の減膜量ｔ１：１．２μｍ（実効透過率ＴＡ＝４２．２ｍＪ／１２０ｍＪ＝３５．２％）
・第２半透光膜の減膜量ｔ２：１．６μｍ（実効透過率ＴＡ＝５２．１ｍＪ／１２０ｍＪ＝４３．４％）
【００６９】
多階調フォトマスク（ｃ）
・第１半透光膜の減膜量ｔ１：１．４μｍ（実効透過率ＴＡ＝４７．２ｍＪ／１２０ｍＪ＝３９．３％）
・第２半透光膜の減膜量ｔ２：１．６μｍ（実効透過率ＴＡ＝５２．１ｍＪ／１２０ｍＪ＝４３．４％）
【００７０】
多階調フォトマスク（ｄ）
・第１半透光膜の減膜量ｔ１：１．４μｍ（実効透過率ＴＡ＝４７．２ｍＪ／１２０ｍＪ＝３９．３％）
・第２半透光膜の減膜量ｔ２：１．６μｍ（実効透過率ＴＡ＝５２．１ｍＪ／１２０ｍＪ＝４３．４％）
【００７１】
次に、多階調フォトマスク（ａ）〜（ｄ）の第１半透光膜の膜透過率と、第２半透光膜の膜透過率をそれぞれ以下の通り求め、フォトマスクを製造した。
【００７２】
多階調フォトマスク（ａ）においては、第１半透光部のパターン形状と第２半透光部のパターン形状が十分に大きいため、実効透過率と膜透過率を同等の値とすることができる。本実施例では、第１半透光部の膜透過率を３５％（実効透過率ＴＡ３５．２％）、第２半透光部の膜透過率を４３％（実効透過率ＴＡ４３．４％）として、多階調フォトマスク（ａ）を作製した。
【００７３】
多階調フォトマスク（ｂ）においては、第１半透光部のパターン形状は小さいため、実効透過率ＴＡに基づいてシミュレーションにより膜透過率を求めた。このときの、第１半透光部の空間像シミュレーション結果を図８（Ａ）に示す。図８（Ａ）において、横軸は半透光膜の配置を示し、縦軸はパターン形状の幅が４．０μｍ且つ膜透過率が４０％における実効透過率を示している。一方で、第２半透光部のパターン形状は十分に大きいため、実効透過率ＴＡと膜透過率を同等の値とすることができる。その結果、本実施例では、第１半透光部の膜透過率を４０％（実効透過率ＴＡ３５．２％）、第２半透光部の膜透過率を４３％（実効透過率ＴＡ４３．４％）として、多階調フォトマスク（ｂ）を作製した。
【００７４】
多階調フォトマスク（ｃ）においては、第１半透光部のパターン形状は十分に大きいため、実効透過率と膜透過率を同等の値とすることができる。一方で、第２半透光部のパターン形状は小さいため、実効透過率に基づいてシミュレーションにより膜透過率を求めた。このときの、第２半透光部の空間像シミュレーション結果を図８（Ｂ）に示す。図８（Ｂ）において、横軸は半透光膜の配置を示し、縦軸はパターン形状の幅が４．０μｍ且つ膜透過率が４９％における実効透過率を示している。その結果、本実施例では、第１半透光部の膜透過率を３９％（実効透過率ＴＡ３９．３％）、第２半透光部の膜透過率を４９％（実効透過率ＴＡ４３．４％）として、多階調フォトマスク（ｃ）を作製した。
【００７５】
多階調フォトマスク（ｄ）においては、第１半透光部のパターン形状と第２半透光膜のパターン形状が小さいため、実効透過率ＴＡに基づいてシミュレーションにより膜透過率を求めた。このときの、第１の半透光部と第２半透光部の空間像シミュレーション結果を図８（Ｃ）に示す。図８（Ｃ）において、横軸は半透光膜の配置を示し、縦軸はパターン形状の幅が４．０μｍ且つ膜透過率が４３％における実効透過率ＴＡ、パターン形状の幅が８．０μｍ且つ膜透過率が４４％における実効透過率を示している。その結果、本実施例では、多階調フォトマスク（ｄ）の第１半透光部の膜透過率を４３％（実効透過率ＴＡ３９．３％）、第２半透光部の膜透過率を４４％（実効透過率ＴＡ４３．４％）として、多階調フォトマスク（ｄ）を作製した。なお、多階調フォトマスク（ｄ）では、第１半透光部の膜透過率と第２半透光膜の膜透過率の差が１％であるため、同一の膜透過率でフォトマスクを作製してもよい。
【００７６】
作製した多階調フォトマスク（ａ）〜（ｄ）を用いて、フォトリソグラフィ工程を行った場合の結果を表１に示す。
【００７７】
【表１】
0005545994.tif 000002
【００７８】
表１の結果より、多階調フォトマスク（ａ）〜（ｄ）の第１半透光部領域のレジストパターンの残膜値と第２半透光部領域のレジストパターンの残膜値を等しい値（０．８μｍ付近）とすることができた。
【符号の説明】
【００７９】
１００  多階調フォトマスク
１０１  透明基板
１０２  透光部
１０３  遮光部
１０４  半透光部
１０５  レジスト膜
１０６  被転写体
１０７  第１のレジストパターン
１０８  第２のレジストパターン
２００  多階調フォトマスク
２０２  透光部
２０３  遮光部
２０４ａ  第１半透光部
２０４ｂ  第２半透光部
２０５  レジスト膜
２０６  被転写体
２０７  第１のレジストパターン
２０８  第２のレジストパターン
３００  絶縁表面
３０１  ゲート電極
３０２  ゲート絶縁層
３０３  非晶質シリコン層
３０４  不純物シリコン層
３０５  導電層
３０６  第２のレジスト膜
３０７  第１の多階調フォトマスク
３０８  第１のレジストパターン
３０９  第２のレジストパターン
３１０  パッシベーション膜
３１１  第３のレジスト膜
３１２  第２の多階調フォトマスク
３１３  第１のレジストパターン
３１４  第２のレジストパターン
３１５  透明導電層
３１６  画素電極
【図１】
0005545994.tif 000003
【図２】
0005545994.tif 000004
【図３】
0005545994.tif 000005
【図４】
0005545994.tif 000006
【図５】
0005545994.tif 000007
【図６】
0005545994.tif 000008
【図７】
0005545994.tif 000009
【図８】
0005545994.tif 000010