(57)【要約】【課題】面内でレジスト残膜値の異なるレジスト段差構造を精度良く形成することができ、これによって精度の高いマスクパターンを形成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】透明基板上に半透光膜と遮光膜、及びそれぞれ異なる分光感度特性を有する第１レジスト層と第２レジスト層を含むレジスト膜が積層されたフォトマスクブランクを準備し、レジスト膜に対して所定の分光特性を持つ第１の露光光を用いて描画し、次いで第１の露光光とは異なる分光特性を持つ第２の露光光を用いて描画後、現像によって、面内でレジスト残膜値の異なる第１レジストパターンを形成し、第１レジストパターンをマスクとして遮光膜及び半透光膜をエッチングし、第１レジストパターンを所定量減膜させることによって第２レジストパターンを形成し、第２レジストパターンをマスクとして遮光膜をエッチングする。【選択図】図１
2011081326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に、遮光部、透光部、及び露光光透過率を所定量低減させる半透光部からなるマスクパターン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、半透光膜と遮光膜、及びそれぞれ異なる分光感度特性を有する第１レジスト層と第２レジスト層を含むレジスト膜が積層されたフォトマスクブランクを準備する工程と、
前記レジスト膜に対して、所定の分光特性を持つ第１の露光光を用いて第１のパターンを描画し、次いで前記第１の露光光とは異なる分光特性を持つ第２の露光光を用いて第２のパターンを描画した後、前記レジスト膜を現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なる第１レジストパターンを形成する工程と、
前記第１レジストパターンをマスクとして前記遮光膜及び半透光膜をエッチングする工程と、
前記第１レジストパターンを所定量減膜させることによって第２レジストパターンを形成する工程と、
前記第２レジストパターンをマスクとして少なくとも前記遮光膜をエッチングする工程と、
を有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】
前記第１レジスト層と第２レジスト層のいずれにもポジ型レジストを用い、前記第１の露光光を用いた描画により前記マスクパターンの透光部と半透光部に対応する領域を露光し、前記第２の露光光を用いた描画により前記マスクパターンの透光部に対応する領域を露光す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】
前記第１レジストパターンは、少なくとも前記レジスト膜のレジスト層の数と同じ数の段差を形成した段差構造を有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、遮光部、透光部、及び露光光透過率を所定量低減させる半透光部からなるマスクパターンを有する多階調フォトマスクの製造に用いる多階調フォトマスク用ブランクであって、
透明基板上に、半透光膜と遮光膜とレジスト膜がこの順に積層され、前記レジスト膜は、互いに異なる分光感度特性を有する第２レジスト層と第１レジスト層がこの順に積層されてなり、
前記レジスト膜に対して、所定の分光特性を持つ第１の露光光を用いて第１のパターンを描画し、次いで前記第１の露光光とは異なる分光特性を持つ第２の露光光を用いて第２のパターンを描画した後、前記レジスト膜を現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なるレジストパターンを形成するにあたって、
描画及び現像後のレジスト残膜率で感度を比較した場合、前記第１レジスト層は、前記第２の露光光に対する感度が、前記第１の露光光に対する感度よりも低く、かつ、前記第２レジスト層は、前記第１の露光光に対する感度が、前記第２の露光光に対する感度よりも低いことを特徴とする多階調フォトマスク用ブランク。
【請求項５】
前記第１レジスト層の分光感度の最大値を与える波長と、前記第２レジスト層の分光感度の最大値を与える波長との差が、５０〜７００ｎｍの範囲であ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用ブランク。
【請求項６】
前記第１レジスト層は、前記第１の露光光の照射後に、前記第２の露光光に対する透過率が、６０％以上、１００％未満の範囲であ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用ブランク。
【請求項７】
前記第１レジスト層は、ｇ線（波長４３６ｎｍ）用ポジ型レジストを含有し、前記第２レジスト層は、ｉ線（波長３６５ｎｍ）用ポジ型レジストを含有す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用ブランク。
【請求項８】
前記第１レジスト層と前記第２レジスト層の膜厚はそれぞれ１０μｍ以下であることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載の多階調フォトマスク用ブランク。
【請求項９】
基板上に、電子デバイスを構成する複数の薄膜層が積層され、その上に、それぞれ異なる分光感度特性を有する複数のレジスト層を含むレジスト膜が積層された被加工体を用意し、
前記レジスト膜に対して、それぞれ異なる分光特性を持つ複数の露光光を順番に用いて各々所定のパターンを描画した後、
前記レジスト膜を現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なる第１レジストパターンを形成し、
前記第１レジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングし、
次に、前記第１レジストパターンを所定量減膜させることによって第２レジストパターンを形成し、
次いで、前記第２レジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングし、
さらに前記第２レジストパターンを所定量減膜させ、この減膜させたレジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングする工程を必要な回数繰り返すことにより、前記複数の薄膜層をパターニングすることを特徴とする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、液晶表示装置（Liquid Crystal Display：以下、ＬＣＤと呼ぶ）等の電子デバイス製造等に用いられる多階調フォトマスクの製造方法及び多階調フォトマスク用ブランク、並びに電子デバイスの製造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基板（ＴＦＴ基板）の製造に好適に使用される多階調フォトマスクの製造方法及び多階調フォトマスク用ブランク、並びに電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＬＣＤの分野において、薄膜トランジスタ液晶表示装置（Thin Film TransistorLiquid 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、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、ＴＦＴ基板の製造を４枚のフォトマスクを用いて行う方法が提案されている。
【０００３】
この方法は、遮光部と透光部と半透光部（グレートーン部）を有するフォトマスク（３階調等の多階調フォトマスク）を用いることにより、使用するマスク枚数を低減するというものである。ここで、半透光部とは、マスクを使用してパターンを被転写体に転写する際、透過する露光光の透過量を所定量低減させ、被転写体上のフォトレジスト膜の現像後の残膜量を制御する部分をいい、そのような半透光部を、遮光部、透光部とともに備えているフォトマスクを多階調フォトマスク（グレートーンマスクとも呼ばれる。）という。
【０００４】
ここで用いられる多階調フォトマスクとしては、上記半透光部が、パターン転写に使用するＬＣＤ用露光機の解像限界以下の微細パターンで形成されている構造のものが従来知られている。このような微細パターンタイプの半透光部は、遮光部と透光部の中間的なハーフトーン効果を持たせるための微細パターンをライン・アンド・スペースタイプにするのかドット（網点）タイプにするのか、或いはその他のパターンにするのかの選択があり、さらにライン・アンド・スペースタイプの場合、線幅をどのくらいにするのか、光が透過する部分と遮光される部分の比率をどうするか、全体の透過率をどの程度に設計するかなど、非常に多くのことを考慮して設計がなされなければならない。また、マスクの製造においても、線幅の中心値の管理、マスク内の線幅のばらつき管理など、非常に難しい生産技術が要求されていた。
【０００５】
そこで、半透光部を半透過性の半透光膜とすることが従来提案されている。この半透光膜を用いることで半透光部分の露光量を少なくしてハーフトーン露光することができる。半透光膜を用いる場合、設計においては全体の透過率がどのくらい必要かを検討し、マスクにおいては半透光膜の膜種（素材）であるとか膜厚を選択することでマスクの生産が可能となる。従って、マスクの製造では半透光膜の膜厚制御を行うだけで足り、比較的管理が容易である。また、例えばＴＦＴ基板のチャネル部を多階調フォトマスクの半透光部で形成する場合、半透光膜であればフォトリソグラフィー工程により容易にパターニングできるので、ＴＦＴチャネル部の形状が複雑なパターン形状であっても可能であるという利点がある。
【０００６】
このような半透光部を半透光膜で形成したハーフトーンマスクの製造方法が下記特許文献１に開示されている。
すなわち、透明基板上に半透明膜と遮光膜を有するブランクマスクに電子ビームレジストを塗布し、電子ビームの電荷量を制御することにより、上記レジストの一部が現像によっても所定の膜厚だけ残存する描画領域と、上記レジストが現像により完全に除去される描画領域とを形成し、現像により、上記レジストが２階調の膜厚になるようにパターニングを行い、この２階調の膜厚を有するレジストパターンとこれをアッシングにより減膜させたレジストパターンとをそれぞれ用いて上記遮光膜と半透明膜をそれぞれパターニングすることによりハーフトーンマスクを製造する方法である。
【０００７】
なお、例えば透明基板上に半透光膜と遮光膜を形成したマスクブランクを用いて、フォトリソグラフィー工程によるパターニングを少なくとも２回繰り返して遮光膜と半透光膜をそれぞれパターニングすることにより多階調（３階調）フォトマスクを製造する方法も知られているが、この特許文献１に開示されたハーフトーンマスクの製造方法によれば、描画工程が１度で済むため、フォトリソグラフィー工程によるパターニングを２回繰り返し行う場合における２度の描画工程のアライメントずれの問題がなく、さらにレジストパターンを形成するための現像工程も１度で済むといったメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−７５４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示されたハーフトーンマスクの製造方法では、単層のレジスト層に対して、電子ビームの電荷量、つまり露光エネルギーを面内で増減することで、現像時の現像液にレジストが溶解する量を変化させ、レジストの残膜厚のコントロールを行うため、単に露光エネルギーだけでなくレジストの現像特性にも影響されるので、レジスト段差形成部分のレジストの膜厚を精密にコントロールすることが容易ではなかった。また、レジストの薄い部分（段差の低い部分）と、レジストの厚い部分（段差の高い部分）との高さを、それぞれ個別に所望の高さに正確に仕上げることが難しく、これらの問題が、最終的に形成されるフォトマスクのパターンの線幅精度にも影響するという不都合があった。
【００１０】
本発明は、以上説明した従来の問題点に鑑み、多階調フォトマスク等を製造するための、面内でレジスト残膜値の異なるレジスト段差構造を精度良く形成することができ、これによって精度の高いマスクパターンを形成できる多階調フォトマスクの製造方法、及び多階調フォトマスク用ブランク、並びに電子デバイス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】
【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、遮光部、透光部、及び露光光透過率を所定量低減させる半透光部からなるマスクパターン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、半透光膜と遮光膜、及びそれぞれ異なる分光感度特性を有する第１レジスト層と第２レジスト層を含むレジスト膜が積層されたフォトマスクブランクを準備する工程と、前記レジスト膜に対して、所定の分光特性を持つ第１の露光光を用いて第１のパターンを描画し、次いで前記第１の露光光とは異なる分光特性を持つ第２の露光光を用いて第２のパターンを描画した後、前記レジスト膜を現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なる第１レジストパターンを形成する工程と、前記第１レジストパターンをマスクとして前記遮光膜及び半透光膜をエッチングする工程と、前記第１レジストパターンを所定量減膜させることによって第２レジストパターンを形成する工程と、前記第２レジストパターンをマスクとして少なくとも前記遮光膜をエッチングする工程と、を有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）
前記第１レジスト層と第２レジスト層のいずれにもポジ型レジストを用い、前記第１の露光光を用いた描画により前記マスクパターンの透光部と半透光部に対応する領域を露光し、前記第２の露光光を用いた描画により前記マスクパターンの透光部に対応する領域を露光す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。
【００１３】
（構成３）
前記第１レジストパターンは、少なくとも前記レジスト膜のレジスト層の数と同じ数の段差を形成した段差構造を有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。
【００１４】
（構成４）
透明基板上に、遮光部、透光部、及び露光光透過率を所定量低減させる半透光部からなるマスクパターンを有する多階調フォトマスクの製造に用いる多階調フォトマスク用ブランクであって、透明基板上に、半透光膜と遮光膜とレジスト膜がこの順に積層され、前記レジスト膜は、互いに異なる分光感度特性を有する第２レジスト層と第１レジスト層がこの順に積層されてなり、前記レジスト膜に対して、所定の分光特性を持つ第１の露光光を用いて第１のパターンを描画し、次いで前記第１の露光光とは異なる分光特性を持つ第２の露光光を用いて第２のパターンを描画した後、前記レジスト膜を現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なるレジストパターンを形成するにあたって、描画及び現像後のレジスト残膜率で感度を比較した場合、前記第１レジスト層は、前記第２の露光光に対する感度が、前記第１の露光光に対する感度よりも低く、かつ、前記第２レジスト層は、前記第１の露光光に対する感度が、前記第２の露光光に対する感度よりも低いことを特徴とする多階調フォトマスク用ブランク。
【００１５】
（構成５）
前記第１レジスト層の分光感度の最大値を与える波長と、前記第２レジスト層の分光感度の最大値を与える波長との差が、５０〜７００ｎｍの範囲であ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用ブランク。
【００１６】
（構成６）
前記第１レジスト層は、前記第１の露光光の照射後に、前記第２の露光光に対する透過率が、６０％以上、１００％未満の範囲であ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用ブランク。
【００１７】
（構成７）
前記第１レジスト層は、ｇ線（波長４３６ｎｍ）用ポジ型レジストを含有し、前記第２レジスト層は、ｉ線（波長３６５ｎｍ）用ポジ型レジストを含有す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用ブランク。
【００１８】
（構成８）
前記第１レジスト層と前記第２レジスト層の膜厚はそれぞれ１０μｍ以下であることを特徴とする構成４乃至７のいずれか一項に記載の多階調フォトマスク用ブランク。
【００１９】
（構成９）
基板上に、電子デバイスを構成する複数の薄膜層が積層され、その上に、それぞれ異なる分光感度特性を有する複数のレジスト層を含むレジスト膜が積層された被加工体を用意し、前記レジスト膜に対して、それぞれ異なる分光特性を持つ複数の露光光を順番に用いて各々所定のパターンを描画した後、前記レジスト膜を現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なる第１レジストパターンを形成し、前記第１レジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングし、次に、前記第１レジストパターンを所定量減膜させることによって第２レジストパターンを形成し、次いで、前記第２レジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングし、さらに前記第２レジストパターンを所定量減膜させ、この減膜させたレジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングする工程を必要な回数繰り返すことにより、前記複数の薄膜層をパターニングすることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、それぞれ異なる分光感度特性を有する例えば２層のレジスト層を含むレジスト膜に対して、それぞれ異なる分光特性を持つ例えば２つの露光光を順番に用いて各々所定のパターンを描画した後、現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なるレジストパターンを形成することにより、多階調フォトマスク等を製造するための、面内でレジスト残膜値の異なるレジスト段差構造を精度良く形成することができ、これによって精度の高いマスクパターンを形成できる多階調フォトマスクを得ることができる。また、本発明によれば、このような多階調フォトマスクを製造するために好適に用いられる多階調フォトマスク用ブランクを提供することができる。
さらに、本発明によれば、多階調フォトマスクと同様、精度の高いパターン加工ができる電子デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の多階調フォトマスクの製造方法を工程順に説明するための概略断面図である。
【図２】本発明による電子デバイスの製造方法を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施の形態に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の多階調フォトマスクの製造方法を工程順に説明するための概略断面図である。ここでは、３階調のフォトマスクの製造例を示す。
本発明によって得られる多階調フォトマスク２０（図１（ｈ）参照）は、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やカラーフィルター、またはプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）などを製造するために用いられるものである。
【００２３】
上記多階調フォトマスク２０は、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２１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２２と、透光部２２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、４０〜６０％程度に低減させる半透光部２３とを有して構成される。半透光部２３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が形成されて構成される。また、遮光部２１は、透明基板１上に、上記半透光膜２と遮光性の遮光膜３との積層膜により構成される。なお、図１に示す遮光部２１、透光部２２、及び半透光部２３のパターン形状はあくまでも代表的な一例であって、本発明をこれに限定する趣旨ではないことは勿論である。
【００２４】
本発明による多階調フォトマスクの製造方法に好ましく用いられる多階調フォトマスク用ブランク（以下、「フォトマスクブランク」と呼ぶ。）を図１（ａ）に示す。
図１（ａ）に示すフォトマスクブランク１０は、透明基板１上に、半透光膜２と遮光膜３とレジスト膜４がこの順に積層されてなり、このレジスト膜４は、互いに異なる分光感度特性を有する上層の第１レジスト層４ａと下層の第２レジスト層４ｂとの積層構成からなる。
【００２５】
上記透明基板１としては例えばガラス基板が用いられ、特に石英ガラス基板が好適である。
上記半透光膜２の材質としては、例えばクロム化合物、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、炭化物などが含まれる。また、たとえば露光光透過率の異なる複数の半透光部を形成する場合に、半透光膜を材質の異なる複数の積層膜構成とすることもできる。上記半透光部２３の透過率は、半透光膜２の膜材質と膜厚との選定によって設定される。
【００２６】
また、上記遮光膜３の材質としては、例えばＣｒ、Ｓｉ、Ｗ、Ａｌなどが挙げられる。遮光膜３は単層としても積層構成としてもよい。例えば、クロム等を主成分とする遮光層と酸化クロム等を主成分とする反射防止層の積層構成とすることができる。なお、上記遮光部２１は、上記半透光膜２と遮光膜３との積層によって、光学濃度が３．０以上であることが好適である。
【００２７】
また、上記レジスト膜４を構成する第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂは、互いに異なる分光感度特性を有し、それぞれ異なる分光特性を持つ露光光を用いて描画することにより、それぞれのレジスト層ごとに所望のパターンを形成することが可能である。
【００２８】
それぞれのレジストの分光感度特性の違いは、それぞれのレジストの分光感度曲線などから、最大感度を与える光の波長の値や、最大感度の強度、感度を有する波長域の幅などを比較することで把握できる。本発明は、特にレジスト感度の波長依存性を利用して、分光感度特性の異なる複数のレジスト層を積層し、波長の異なる複数の露光光をもちいて、それぞれのレジスト層を個々に感光させ、それぞれのレジスト残膜値を制御しようとするものである。従って、本発明では、レジスト感度の波長依存性を示すパラメーターの一つである、分光感度の最大値を与える光の波長の値を比較することで、レジストの分光感度特性の違いを判断することが好適である。
【００２９】
例えば本実施の形態においては、上記第１レジスト層４ａの分光感度の最大値を与える波長と、上記第２レジスト層４ｂの分光感度の最大値を与える波長との差が、５０〜７００ｎｍの範囲であることが好ましい。通常の光学レンズなどを利用して扱える光としては、大気中で扱えない真空紫外線を含む短波長の光と、通常の光学レンズで扱えない１０００ｎｍ以上の長波長の光との間に存在する３００〜１０００ｎｍの波長の範囲となる。従ってこの範囲の中で最大の波長差は７００ｎｍとなる。本発明者の検討によれば、その範囲の中で、レジストの分光感度を比較したときに、本発明を実施するためには最大感度に対応する波長の差が５０ｎｍ以上有ったほうが好ましい。さらには、それぞれのレジストの最大感度に対応する波長の差は、１００ｎｍ以上であることより好適である。
本実施の形態においては、例えば、上層の第１レジスト層４ａは、ｇ線（波長４３６ｎｍ）用ポジ型レジストを含有し、下層の第２レジスト層４ｂは、ｉ線（波長３６５ｎｍ）用ポジ型レジストを含有することができる。
【００３０】
なお、上記レジスト膜４を構成する各レジスト層には、ポジ型レジスト、ネガ型レジストのいずれも使用できる。場合によっては、例えば第１レジスト層をポジ型、第２レジスト層をネガ型として本発明を実施することが出来る。あるいは、第１レジスト層をネガ型、第２レジスト層をポジ型とすることも出来る。本発明では特に微細パターンの形成に有利なポジ型レジストの使用が好適である。
【００３１】
レジストの塗布方法としては、レジスト塗布の膜厚精度を高めるために、必要な精度を実現できる塗布方法を選択することが出来る。例えば、スピンコーター、ＣＡＰコーター、ダイコーター、スプレーコーターなどが適用できる。それぞれのレジスト塗布の後は、加熱によるベークや真空乾燥など、必要に応じた後処理を行うことが出来る。
【００３２】
本発明では、レジスト膜は少なくとも２層のレジスト層の積層からなるため、レジスト塗布の際、先に塗布したレジスト層が次に塗布したレジスト液に含まれる溶媒の影響で剥がれてしまったり、次に塗布したレジストと混合してしまったりすることを防ぐことが必要である。例えば、それぞれが混合しない溶媒を使ったレジストを選択したり、レジスト塗布毎に適切なベークを行ったりすることが好適である。また、露光や現像、エッチングなどのプロセスに支障を与えず、所望のレジスト段差を形成でき、かつレジスト段差の減膜を妨げない条件を満たすような中間層をレジスト層間に設けることで、レジスト同士の混合を防ぐことも可能である。
【００３３】
また、それぞれのレジスト層の厚さは、レジスト層を透過する際の露光光の減衰による影響やパターン形成精度などを考慮して最大１０μｍ程度とすることが好ましい。各レジスト層の膜厚がこれよりも厚い場合は、精度の高い塗布が難しくなってくること、現像による残膜量のコントロールが難しくなってくること、露光光がレジスト層を透過する際の露光光の減衰により、レジスト層中にレジスト膜面に対して垂直な方向に感光度の勾配が生じ、レジスト層中において深さによってレジストの感光度合いが異なってしまう現象が顕著になる等、これらの諸原因により、高精度なレジストパターンを形成することが難しくなる。一方、レジストとしての機能を持たせるためには、最小膜厚は０．３μｍ程度とすることが必要である。
【００３４】
次に、本発明により、上記フォトマスクブランク１０を用いて多階調フォトマスクを製造する方法を、図１（ｂ）乃至（ｈ）に示した工程に従って説明する。
まず、上記フォトマスクブランク１０のレジスト膜４に対して、所定の分光特性を持つ第１の露光光５を用いて第１のパターンを描画し（図１（ｂ）参照）、次いで第１の露光光５とは異なる分光特性を持つ第２の露光光６を用いて第２のパターンを描画する（同図（ｃ）参照）。図１に示した本実施の形態においては、第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂのいずれにもポジ型レジストを用い、上層の第１レジスト層４ａに対して、第１の露光光５を用いたパターン描画により、最終的に形成されるマスクパターンの透光部と半透光部に対応する領域を露光し、次いで下層の第２レジスト層４ｂに対して、第２の露光光６を用いたパターン描画によりマスクパターンの透光部に対応する領域を露光している。
【００３５】
描画後の現像によって形成されるレジストパターンにおいては、上記第２レジスト層４ｂによって、レジスト段差の膜厚の薄い領域からなる部分を形成し、上記第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂの積層によって、レジスト段差の膜厚の厚い領域からなる部分を形成する。露光直前のレジスト膜厚を最大の膜厚として、露光量を変化させることにより、レジストの重合度や溶媒への溶解度などの特性を変化させ、現像後の第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂのそれぞれの膜厚（レジスト段差）をコントロールできる。第１レジスト層４ａ及び第２レジスト層４ｂのそれぞれの分光感度分布や分光透過率、第１の露光光５及び第２の露光光６の分光スペクトル特性や単色性などを考慮して、使いやすいレジストと露光光の組み合わせを選択することが出来る。
【００３６】
本実施の形態においては、上層の第１レジスト層４ａを感光させるために第１の露光光５を用い、下層の第２レジスト層４ｂを感光させるために第２の露光光６を用いている。従って、描画及び現像後のレジスト残膜率で感度を比較した場合、第１レジスト層４ａは、第２の露光光６に対する感度が、第１の露光光５に対する感度よりも低く、かつ、第２レジスト層４ｂは、第１の露光光５に対する感度が、第２の露光光６に対する感度よりも低いことが望ましい。
ここで、レジスト残膜率とは、露光前のレジスト層の厚さを１００％として、露光・現像後に残存するレジスト層の厚さを百分率で示したものである。例えば膜厚１０００ｎｍのレジスト層に露光、現像を行い、残ったレジスト膜厚が６５０ｎｍだったとすると、レジスト残膜率は６５．０％となる。
【００３７】
上記の感度が低いとは、例えば、第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂに同じ条件の露光と現像を行ったときに、残膜率の数値が大きいほうの感度が低いといえる。第１レジストの残膜率が８０％で、第２レジストの残膜率が７０％であれば、該露光光に対して、第１レジストの感度が低いということが出来る。
【００３８】
ここで、第１レジスト層と第２レジスト層のいずれもポジ型レジストの場合、第２の露光光６を用いて露光後に現像した第１レジスト層４ａの残膜率が７０％以上で、第２レジストの残膜率が実質上０％であり、第１の露光光５を用いて露光後に現像した第２レジスト層４ｂの残膜率が７０％以上で、第１レジストの残膜率が実質上０％であれば、本発明を良好に実施することが出来る。この残膜率が５０％以下となると、第１レジスト層と第２レジスト層の段差の差が小さくなる。
【００３９】
本実施の形態においては、最初に第１の露光光５を用いて上層の第１レジスト層４ａを露光し、次いで第２の露光光６を用いて下層の第２レジスト層４ｂの露光を実施することが好適である。その理由は、レジストには、露光光を照射されることにより光反応し、レジストのパターン形成に寄与する材料が含まれている。これらの光反応を行う材料は、露光光などの特定の光を吸収して反応を終えた後は別の特性を持った材料へと変化していることが多く、このため光反応前の材料は減少し、その結果、特定の波長を含む光に対して透過率等の光学特性が変化することがある。従って、先に下層の第２レジスト層４ｂを第２の露光光６を用いて露光した場合、この第２の露光光６は上層の第１レジスト層４ａを通過してくるため、この時、第２の露光光６によって露光された第１レジスト層４ａの透過率などの光学特性が変化する場合があり、その後で第１の露光光５を用いて上層の第１レジスト層４ａを露光する場合のパターン精度等に不具合を生じる場合があるからである。これに対し、最初に第１の露光光５を用いて上層の第１レジスト層４ａを露光した際に第１レジスト層４ａの光学特性が変化したとしても、第１レジスト層４ａでのパターン形成は完了しているため、続く下層の第２レジスト層４ｂに対する第２の露光光６の透過を妨げない限り、不都合は生じない。
【００４０】
ただし、下層の第２レジスト層４ｂを先に露光しても、上層の第１レジスト層４ａにおいて生じる光学特性の変化が、続く当該第１レジスト層４ａの露光時にパターン精度等に影響を与えない程度のものであればこの限りではない。
【００４１】
なお、本実施の形態においては、上層の第１レジスト層４ａに対して、第１の露光光５を用いたパターン描画により、最終的に形成されるマスクパターンの透光部と半透光部に対応する領域が露光され、次いで下層の第２レジスト層４ｂに対して、第２の露光光６を用いたパターン描画によりマスクパターンの透光部に対応する領域が露光されるため、上層の第１レジスト層４ａにおいては、第１の露光光５の照射後に、その透光部領域が第２の露光光６によっても露光されることになる。従って、第２の露光光６が第２レジスト層４ｂの光反応に対して効率的に使用されるためには、第１レジスト層４ａは、第１の露光光５の照射後に、第２の露光光６に対する透過率が、６０％以上、１００％未満の範囲であることが望ましく、特に８０％以上、１００％未満であることが望ましい。
なお、光の透過率とは、ある物質を透過する際の透過直前と直後の光強度の割合から求めることとする。例えば、ある膜厚をもったレジスト層に入射する直前の光強度を１００％とした場合、該レジスト層を通過した直後の光強度が６５％にまで減衰していれば、このレジスト層の光の透過率は６５％である。
【００４２】
また、上記各露光光の露光量を面内で変化させることによって、各露光光により感光するレジスト層におけるレジスト残膜値を面内で異ならせるようにしてもよい。各露光光の露光量を面内で変化させると、レジスト層の層数による段差に加えて、それぞれのレジスト層の対しても、現像後、面内でレジスト膜厚の異なる構造とすることが出来る。したがって、２層のレジスト層を用い、各レジスト層においても２種類の厚さを持つ構造となるように露光光の露光量と照射エリアを調整すれば、全部で４種類の高さの異なる膜厚からなるレジスト段差構造を形成することが可能である。
【００４３】
また、レジスト層を２層だけでなく３層以上の複数層とした場合でも、それぞれのレジスト層によって段差を形成でき、少なくともレジスト層の数と同じ数の段差を形成することが出来る。さらには、この複数層レジストに対しても、各レジスト層の面内で露光量を変化させた場合、それぞれのレジスト層によって形成される段差構造に加えて、さらに段差構造を増やすことが出来る。
【００４４】
ところで、露光光としては、水銀等やキセノンランプなどのブロードな波長領域を持つ光源に、透過光の一部を吸収又は反射させて分光特性を変えるカラーフィルターや干渉フィルターなどを用いて、分光特性を変えた２種類以上の光を使用することも出来る。また、単色光を使用できるレーザーやＬＥＤ光などを使用した場合は、第１の露光光と第２の露光光との分光強度分布にオーバーラップ部分をなくすることが出来、第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂを効果的に選択露光することが出来、本発明には好適である。例えば上層の第１レジスト層４ａはｇ線（波長４３６ｎｍ）用ポジ型レジスト、下層の第２レジスト層４ｂはｉ線（波長３６５ｎｍ）用ポジ型レジストである場合、第１レジスト層４ａに対する露光光として、Ｋｒイオンレーザー（波長４１３ｎｍ）、第２レジスト層４ｂに対する露光光として、ＹＡＧレーザーのＳＨＧ（波長３５５ｎｍ）等を使用することが可能である。
【００４５】
本発明では、第１の露光光を用いるパターン描画と第２の露光光を用いるパターン描画とを２回に分けて行うことも出来るが、レーザー光などを用いて描画する場合は、第１の露光光と第２の露光光に対応する２色のレーザー光を同時にスキャンしながらほぼ同一箇所を露光描画していくことができるため、描画時間の短縮や、２色のレーザーで描画したそれぞれの描画パターンの重ね合わせ精度の向上に効果的であり、本発明に好適な方法である。この場合は、２色のレーザー光のそれぞれが交差して、干渉などの悪影響が生じないようにレーザー光の配置等を考慮することが出来る。
【００４６】
次に、描画後の上記レジスト膜４の現像を行うことにより、上記第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂのそれぞれに形成した描画パターンによる段差構造を有する第１レジストパターン７を形成する（図１（ｄ）参照）。
描画後のレジスト膜４は、基本的にはそれぞれのレジストに適合した現像液によって現像されるが、第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂに、露光部と未露光部のアルカリに対する溶解度差によってパターン形成を行うポジ型レジストを用いた場合、第１レジスト層４ａと第２レジスト層４ｂを一度に（同時に）現像することが出来るので、現像工程負荷が少なくなり好適である。勿論、それぞれのレジスト現像液が、他方のレジストに対して別段不都合を与えない場合は、上層のレジスト層から順に、異なる現像液（各レジスト層に適合した現像液）を順次使用して現像することも可能である。なお、レジスト膜４にネガ型レジストを使用した場合に関しても同様に現像液と現像方法を上記条件の範囲で選択することにより現像を好適に行うことができる。
【００４７】
このように、本発明によれば、それぞれ分光感度特性の異なる例えば２層のレジスト層からなるレジスト膜のそれぞれのレジスト層を露光するために、それぞれ分光特性（波長）の異なる複数の露光光を順番に利用して描画を行い、現像することによって、それぞれのレジスト層ごとに所望のパターンを形成することにより、面内でレジスト残膜値の異なるレジスト段差構造を精度良く形成することが出来る。
上記第１レジストパターン７は、少なくとも前記レジスト膜４のレジスト層の数と同じ数の段差を形成した段差構造を有する。
【００４８】
次に、上記第１レジストパターン７をマスクとして、レジストパターンの無い例えば透光部形成領域の遮光膜３及び半透光膜２をウェットエッチングにより除去する（図１（ｅ）参照）。この場合、例えばクロム系の遮光膜のエッチング液としては、例えば、硝酸第２セリウムアンモニウム、モリブデンシリサイド系の半透光膜のエッチング液としては、例えば、フッ酸、ケイフッ酸、フッ化水素アンモニウム  等に過酸化水素、硫酸、硝酸等の酸化剤を加えたもの等をそれぞれ使用することができる。
【００４９】
次に、上記第１レジストパターン７をアッシング等により所定量減膜させて、上層の第１レジスト層４ａ部分と例えば半透光部形成領域上の薄いレジスト層（第２レジスト層４ｂ）部分を除去した第２レジストパターン８を形成する（図１（ｆ）参照）。
【００５０】
そして、次にこの第２レジストパターン８をマスクとして、例えば半透光部領域上の露出している遮光膜３をウェットエッチングにより除去し、下層の半透光膜２を露出させる（図１（ｇ）参照）。
なお、遮光膜と半透光膜の各膜材料の組み合わせによって両者のエッチング選択性が低い場合、予め（マスクブランク製造段階で）遮光膜と半透光膜の間などにエッチングストッパー機能を有する膜を形成しておき、例えば上層の遮光膜のみをエッチングにより除去する場合、下層の半透光膜を保護するようにしてもよい。
【００５１】
最後に残存した第２レジストパターン８を除去することにより、図１（ｈ）に示すような透明基板１上に、半透光膜２と遮光膜３の積層膜よりなる遮光部２１、透明基板１の露出している透光部２２、及び半透光膜２よりなる半透光部２３からなるマスクパターンを備える多階調（３階調）フォトマスク２０が出来上がる。
【００５２】
本発明によれば、上述のように、面内でレジスト残膜値の異なるレジスト段差構造を有するレジストパターンを精度良く形成することが出来るため、このレジストパターンを用いて、高精度パターン、特に線幅の高精度に制御されたパターンが形成された多階調フォトマスクの製造が可能となった。
【００５３】
上述の実施の形態では、レジスト膜を２層構造としたが、レジスト層をさらに複数層とし、それぞれの露光光の露光量と照射エリアの調整などを実施してそれぞれのレジスト層毎に段差を形成することで、多段のレジスト段差構造をもったレジストパターンを形成出来る。このレジストパターンを用いて複数回のエッチングと、複数回のレジストパターンの減膜プロセスを組み合わせることで、透過率の異なる複数の半透光部と、遮光部、透光部を有する例えば４階調以上の多階調フォトマスクの作製にも本発明を利用できる。
【００５４】
また、本発明は、上述の多階調マスクと同様、本発明に従ってレジスト段差構造を持ったレジストパターンを形成し、このレジストパターンを用いる電子デバイスの製造方法についても提供するものである。
すなわち、本発明に係る電子デバイスの製造方法は、基板上に、電子デバイスを構成する複数の薄膜層が積層され、その上に、それぞれ異なる分光感度特性を有する複数のレジスト層を含むレジスト膜が積層された被加工体を用意し、前記レジスト膜に対して、それぞれ異なる分光特性を持つ複数の露光光を順番に用いて各々所定のパターンを描画した後、前記レジスト膜を現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なる第１レジストパターンを形成し、前記第１レジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングし、次に、前記第１レジストパターンを所定量減膜させることによって第２レジストパターンを形成し、次いで、前記第２レジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングし、さらに前記第２レジストパターンを所定量減膜させ、この減膜させたレジストパターンをマスクとして前記複数の薄膜層の少なくとも一部の層をエッチングする工程を必要な回数繰り返すことにより、前記複数の薄膜層をパターニングすることを特徴とする。
【００５５】
図２は、本発明による電子デバイスの製造方法を説明するための工程順の断面図である。ここでは、電子デバイスの例としてＴＦＴ基板の製造工程を説明する。
ガラス基板３０上に、ゲート電極用金属膜を形成し、フォトリソグラフィープロセスによりゲート電極３１を形成する。その後、ゲート絶縁膜３２、第１半導体膜３３（例えばａ−Ｓｉ）、第２半導体膜３４（例えばＮ＋ａ−Ｓｉ）、ソース／ドレイン用金属膜３５を積層し、さらにその上にそれぞれ異なる分光感度特性を有する第１レジスト層３６ａと第２レジスト層３６ｂを含むレジスト膜３６を積層する（図２（ａ）参照）。
【００５６】
次に、上記レジスト膜３６に対して、所定の分光特性を持つ第１の露光光と、第１の露光光とは異なる分光特性を持つ第２の露光光を順番に用いてそれぞれ所定のパターンを描画した後、レジスト膜３６を現像することによって、面内でレジスト残膜値の異なる段差構造の第１レジストパターン３７を形成する（同図（ｂ）参照）。これによって、ＴＦＴチャネル部及びソース／ドレイン形成領域と、データライン形成領域を覆い、かつチャネル部形成領域がソース／ドレイン形成領域よりも薄くなった第１レジストパターン３７が形成される。
【００５７】
次に、上記第１レジストパターン３７をマスクとして、レジストパターンの無い領域のソース／ドレイン金属膜３５及び第２、第１半導体膜３４，３３をエッチングする（同図（ｃ）参照）。次いで、第１レジストパターン３７をアッシングにより減膜させることにより、チャネル部形成領域の薄いレジスト膜を除去した第２レジストパターン３８を形成する（同図（ｄ）参照）。しかる後、第２レジストパターン３８をマスクとして、ソース／ドレイン用金属膜３５をエッチングし、ソース／ドレイン３５ａ、３５ｂが形成され、次いで第２半導体膜３４をエッチングし、最後に残存した第２レジストパターン３８を除去する（同図（ｅ）、（ｆ）参照）。
【００５８】
このようにして、線幅の高度に制御されたＴＦＴ基板を製造することが出来る。この場合でも、多階調マスクと同様に、レジスト層をさらに複層化し、それぞれの露光光の露光量と照射エリアの調整などを実施してそれぞれのレジスト層毎に段差を形成することで、多段のレジスト段差構造をもったレジストパターンを形成出来る。このレジストパターンを用いて複数回のエッチングと、複数回のレジストパターンの減膜プロセスを組み合わせることで、積層された薄膜（半導体膜、金属膜等）の精度の高い加工を実現することも可能となる。
【実施例】
【００５９】
以下、本発明を具体的な実施例により説明する。
石英基板上に、モリブデンシリサイドを含む半透光膜（露光光透過率５０％）と、クロムを主成分とする遮光層及び酸化クロムを主成分とする反射防止層の積層からなる遮光膜を成膜する。その上に、ｉ線（波長３６５ｎｍ）用ポジ型レジストを１０００ｎｍの膜厚に塗布し、所定のベークを行う。更にその上に、ｇ線（波長４３６ｎｍ）用ポジ型レジストを１０００ｎｍの膜厚に塗布し、所定のベークを行い、２層の分光感度特性の異なるレジスト層からなるレジスト膜を形成する。こうして、フォトマスクブランクを作製した。
【００６０】
次に、このフォトマスクブランクを用いて、前述の図１に示した工程にしたがい、３階調フォトマスクを作製した。
上記フォトマスクブランクのレジスト膜に対して、まず、Ｋｒイオンレーザー（波長４１３ｎｍ）を使用して、所定のパターン（例えば最終的に形成される３階調フォトマスクにおける透光部と半透光部に対応する領域を露光）を描画する。この際、上層のｇ線用レジスト層が露光されるが、下層のｉ線用レジスト層も波長４１３ｎｍに対して感光領域を持つため露光される。但し、ｉ線用レジストは波長４１３ｎｍに対しての感度が低いため（現像後のレジスト残膜率は７０％以上である）、特に支障はない。また、ｇ線用レジストは、上記露光により、４８０ｎｍ以下の吸収帯を持つ感光基が反応する。そして、露光された領域のｇ線用レジストは、この後に行う露光光（波長３５５ｎｍ）に対して、透過率が３０%程度であったものが８０%程度まで増加する。
【００６１】
続いて、上記レジスト膜に対して、ＹＡＧレーザーのＳＨＧ（波長３５５ｎｍ）を使用して、所定のパターン（例えば最終的に形成される３階調フォトマスクにおける透光部に対応する領域を露光）を描画する。この際、下層のｉ線用レジスト層が露光されるが、露光される領域に対応する上層のｇ線用レジスト層は、すでに最初の波長４１３ｎｍのレーザーで露光されており、波長３５５ｎｍの露光光に対しては、透過率が８０%程度まで増加しているため、下層のｉ線用レジスト層への露光は効率的に行われる。
【００６２】
次に、アルカリ現像液を用いて上記レジスト膜の現像を一度に行うことにより、上記ｇ線用レジスト層とｉ線用レジスト層のそれぞれに形成したパターンによる段差構造を有する第１レジストパターンを形成する。そして、この第１レジストパターンをマスクとして、レジストパターンの無い例えば透光部形成領域の遮光膜及び半透光膜をウェットエッチングにより除去する。
【００６３】
次いで、上記第１レジストパターンをアッシングにより減膜させて、例えば半透光部形成領域の薄いレジスト層を除去した第２レジストパターンを形成する。そして、この第２レジストパターンをマスクとして、例えば半透光部領域の露出している遮光膜をウェットエッチングにより除去し、下層の半透光膜を露出させる。最後に残存した第２レジストパターンを除去する。
こうして、図１（ｈ）に示すような透明基板上に遮光部、透光部、及び半透光部からなるマスクパターンを備える３階調フォトマスクが出来上がる。
【００６４】
このように、本発明によれば、それぞれ分光感度特性の異なる例えば２層のレジスト層からなるレジスト膜のそれぞれのレジスト層を露光するために、それぞれ分光特性（波長）の異なる２種類の露光光を順番に利用して描画を行い、それぞれのレジスト層にパターンを形成することにより、面内でレジスト残膜値の異なるレジスト段差構造を有するレジストパターンを精度良く形成することが出来る。これによって、パターン線幅の高度に制御された多階調フォトマスクの製造が可能となった。また、本発明において形成される段差構造を有するレジストパターンは、多階調フォトマスクだけではなく、例えばＴＦＴ基板等の電子デバイスの製造にも利用できる。この多段の段差構造を持つレジストパターンを用いた複数回のエッチングと、複数回のレジストパターンの減膜プロセスを組み合わせることで、パターン線幅が高度に制御され、なお且つ従来のパターニングを少なくとも２度繰り返して多階調フォトマスクを作製する方法におけるようなアライメントずれの発生が抑えられた微細パターン形成が可能となる。
【符号の説明】
【００６５】
１  透明基板
２  半透光膜
３  遮光膜
４  レジスト膜
５  第１の露光光
６  第２の露光光
７  第１レジストパターン
８  第２レジストパターン
１０  フォトマスクブランク
２０  多階調フォトマスク
２１  遮光部
２２  透光部
２３  半透光部
【図１】
2011081326.tif 000003
【図２】
2011081326.tif 000004