(57)【要約】【課題】密着露光装置に使用してもグレイスケールの発現するバイナリータイプのフォトマスクを提供することである。【解決手段】基板４上のレジスト３に密着させてパターン露光に用いるバイナリーグレイトーンフォトマスク１であって、フォトマスクの遮光層２は、波長がλである露光光の解像限界以下の複数の開口部７を内部に含む全体としては解像限界以上の開口部領域と解像限界以上の単純な開口部８とを有しており、且つ前記開口部領域を囲む遮光層２上と単純な開口部８を囲む遮光層２上にスペーサが形成されていることを特徴とするバイナリーグレイトーンフォトマスク。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上のレジストに密着させてパターン露光に用いるバイナリーグレイトーンフォトマスクであって、フォトマスクの遮光層は、波長がλである露光光の解像限界以下の複数の開口部を内部に含む全体としては解像限界以上の開口部領域を有しており、且つ遮光層側がスペーサで被覆されていることを特徴とするバイナリーグレイトーンフォトマスク。
【請求項２】
基板上のレジストに密着させてパターン露光に用いるバイナリーグレイトーンフォトマスクであって、フォトマスクの遮光層は、波長がλである露光光の解像限界以下の複数の開口部を内部に含む全体としては解像限界以上の開口部領域を有しており、且つ前記開口部領域を囲む遮光層上のみにスペーサが形成されていることを特徴とするバイナリーグレイトーンフォトマスク。
【請求項３】
基板上のレジストに密着させてパターン露光に用いるバイナリーグレイトーンフォトマスクであって、フォトマスクの遮光層は、波長がλである露光光の解像限界以下の複数の開口部を内部に含む全体としては解像限界以上の開口部領域と解像限界以上の単純な開口部とを有しており、且つ前記開口部領域を囲む遮光層上と単純な開口部を囲む遮光層上にスペーサが形成されていることを特徴とするバイナリーグレイトーンフォトマスク。
【請求項４】
前記スペーサの厚みは、露光に使用する光の波長λより長いことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のバイナリーグレイトーンフォトマスク。
【請求項５】
前記スペーサが、遮光性材料を含むことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のバイナリーグレイトーンフォトマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密着露光方式で使用する光透過量の調整が可能なバイナリーグレイトーンフォトマスクの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に塗布したレジスト層にフォトマスクを重ねて紫外線を照射し、レジストに潜像を形成し、現像液で可溶な部分を溶解除去して、所望のレジストパターンを基板上に形成する所謂フォトリソ技術は、一般的に言って、同じ厚さのレジストパターンを得るのが目的であり、好ましい態様である。
【０００３】
ところが、この同じ厚みのレジストパターンを形成するだけでなく、同じ厚みのレジスト膜から出発して、１回の露光と現像処理で、異なる膜厚を有するレジストパターンを形成できれば便利である。そのような例としては、例えば、レンズ状のレジストパターンのように中心と外側で厚みが異なるパターンであるとか、高さの異なるポストが基板上に必要となる場合があげられる（特許文献１、２、３参照）。
【０００４】
こうしたことは、露光前のレジストの厚みが均一で、露光後の現像処理も同時になされることから、レジストに対する露光量を変えることで被露光部分の化学的性質に変化を持たせ、現像液に対する溶解特性に差をつけることによって可能となる。したがって、開口パターンの異なるフォトマスクを複数枚使って露光操作を繰り返すのでなければ、部位ごとに露光量が異なるフォトマスクを準備する必要がある。
【０００５】
通常フォトマスクは、基板上に形成した光を透過しない厚さの遮光膜の上に、前述したフォトリソ法を適用してレジストパターンを形成し、形成された開口部から遮光膜をエッチング除去して遮光膜中に開口部を形成したものである（バイナリー型フォトマスク）。
【０００６】
遮光と透過の2値しか有さない上記のフォトマスクに対し、透過率が異なる半透過性部位を形成する手段としては、透過率を変えたい領域を、開口部（又は遮光部）と仮定すれば、当該開口部に露光光の波長に比べて十分小さな遮光パターン（又は開口パターン）を均一に配置するか（バイナリーグレイトーン型）、当該領域に完全遮光膜とは異なる透過率を有する半透過性の一様な膜を埋め込む必要がある（バイナリーハーフトーン型）。いずれの方法にも一長一短があるが、バイナリーグレイトーンのほうが、レジストパターンの垂直方向形状の制御性が高いので、連続的に厚さが変わるようなパターンの形成に向いている。
【０００７】
また、フォトマスクと被露光基板との位置関係については、マスクと被露光基板を離して１／４に縮小投影する方法と、図1に示すように、ほぼ密着させて露光する密着露光方式、この他１００〜２００μｍ程度のギャップを設けるプロキシミティ露光方式がある。ほぼ密着させる後者の二つの方法では、マスクパターンと焼き付けられるパターンは１：１に対応するので、マスク製造上の微細加工の容易さから言えば難しい部類に入るが大型基板の露光等広汎に使用されている。
【０００８】
ところで、密着露光方式においてもグレイトーン露光が必要な場合がある。例えば、先述したように、液晶表示装置で対向基板間のギャップを制御するのに高さの異なるポストが必要な場合や、配向制御用のリブとギャップ制御用ポストを同時に形成するような場合である。バイナリーグレイトーン方式を採用すると、高さの低いポストに対応するマスク部位では、完全遮光と完全透過の中間の光透過量とするために完全遮光状態を基準とする
と、当該部位内部に、より微細な例えば四角や丸の開口部７を均一に分散形成する必要がある。
【０００９】
この場合、密着露光型アライナーを用いた密着露光では、図1に示すような問題が発生する。露光光の波長λに比べて十分小さな径ｄ（≒λ／４）の開口部７を所定の数だけ均一に設けても、均一な中間の高さのポストが得られず、開口パターンに応じた凹凸のあるポストが得られたり、場合によっては、マスクパターンがそのままレジストパターンとして焼き付けられて解像されてしまうという問題である。開口部７をより微細にすれば若干改善される傾向であるが、マスクパターン自体の形成が困難になるという問題があった。
【００１０】
この点に関する対策を以下に開示するが、この対策をフォトマスクに施すと、開口部のサイズがλ／２〜λ程度の開口部に対して、得られるレジストパターンのエッヂがぼけて形状がシャープにならなくなるという別の問題が発生した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１１４８５３号公報
【特許文献２】特開２００７−２０４５８８号公報
【特許文献３】特開２００６−１１０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで本発明の目的は、先ず、密着露光方式の露光装置に使用してもグレイスケールの発現するバイナリータイプのフォトマスクを提供する。
次に、このバイナリーグレイトーンフォトマスクを使用すると特定の大きさのレジストパターンに生じてくる、形状崩れを防止する手段を備えた改良されたバイナリーグレイトーンフォトマスクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１に係る発明は、基板上のレジストに密着させてパターン露光に用いるバイナリーグレイトーンフォトマスクであって、フォトマスクの遮光層は、波長がλである露光光の解像限界以下の複数の開口部を内部に含む全体としては解像限界以上の開口部領域を有しており、且つ遮光層側がスペーサで被覆されていることを特徴とするバイナリーグレイトーンフォトマスクとしたものである。
【００１４】
本発明は、フォトマスク上全面に均一な厚みのスペーサを塗布して、マスクと被露光基板上のレジスト層を一定間隔だけ隔てるようにしたものである。
【００１５】
本発明の請求項２に係る発明は、基板上のレジストに密着させてパターン露光に用いるバイナリーグレイトーンフォトマスクであって、フォトマスクの遮光層は、波長がλである露光光の解像限界以下の複数の開口部を内部に含む全体としては解像限界以上の開口部領域を有しており、且つ前記開口部領域を囲む遮光層上のみにスペーサが形成されていることを特徴とするバイナリーグレイトーンフォトマスクとしたものである。
【００１６】
本発明は、解像限界以下の開口部が密集して形成された一定領域の外側で、且つその近傍にスペーサを局所的に形成して、マスクと被露光基板上のレジスト層を一定間隔だけ隔てるようにしたものである。
【００１７】
本発明の請求項３に係る発明は、基板上のレジストに密着させてパターンを露光に用いるバイナリーグレイトーンフォトマスクであって、フォトマスクの遮光層は、波長がλで
ある露光光の解像限界以下の複数の開口部を内部に含む全体としては解像限界以上の開口部領域と解像限界以上の単純な開口部とを有しており、且つ前記開口部領域を囲む遮光層上と単純な開口部を囲む遮光層上にスペーサが形成されていることを特徴とするバイナリーグレイトーンフォトマスクとしたものである。
【００１８】
本発明は、解像限界以上の開口部の間の遮光膜上にもスペーサを形成したもので、より精密にマスクとレジストの離間距離を制御できる。単純な開口部とは、その内部に遮光部を含まない長方形形状とか正方形状とか円形の開口部である。
【００１９】
本発明の請求項４に係る発明は、前記スペーサ厚みは、露光に使用する光の波長λより長いことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のバイナリーグレイトーンフォトマスクとしたものである。
【００２０】
微細な開口部から漏れる近接場が消失してレジストを感光せず、回折光が回折光として広がることができるのは離間距離が波長程度以上であるからである。
【００２１】
本発明の請求項５に係る発明は、前記スペーサが遮光性材料を含むことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のバイナリーグレイトーンフォトマスクとしたものである。
【００２２】
ホール側壁が黒色であれば、透過光はホール中を直進し、抜け出ようとする光はホール側壁に吸収されるので拡がることがない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明になるバイナリーグレイトーンフォトマスクを使用して密着露光方法を採用すると、表面が平坦であって、且つ、厚みの異なるレジストパターンを基板上に形成することが可能となり、同時に厚み自体の制御性も向上する。
また、露光光の波長と同程度の大きさのレジストパターンのエッジ形状がシャープになるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】密着露光方式におけるフォトマスクとレジストの位置関係を模式的に説明する図である。
【図２】本発明になる、全面にスペーサを形成したフォトマスクの構成を模式的に説明する断面視の図である。
【図３】本発明になる、解像限界以下の開口部が密集する領域の外側にスペーサを形成したフォトマスクの構成を模式的に説明する断面視の図である。
【図４】本発明になる、解像限界以上の開口部を取り囲むようにスペーサを形成したフォトマスクの構成を模式的に説明する断面視の図である。
【図５】進行波と近接場光の違いを模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を、ネガ型レジストを露光する際に使用するフォトマスクを例に図面を参照しつつ、説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。
【００２６】
本発明は、感光性レジストを解像限界以下の開口部を有するフォトマスクを介して密着露光することで、解像限界以上の大きさの領域に、レジスト膜があるかないかの２値以外に中間の第３のレジスト厚（グレイスケール表現）の状態を形成しようとすることに関わる。フォトマスクの視点から言えば、該マスクに完全遮光の状態と完全透過（開口部）の２つの光透過状態以外に、別の第３の光透過状態を付与したものであるが、単純に光透過
量を低減させただけのマスクを密着露光方式に採用しても、前述したように所望のレジスト厚とシャープなパターン形状が得られない。
【００２７】
ところで、フォトマスクは、露光光に対して透明な基板（一般には、石英基板）上に、金属Ｃｒ（クロム），ＭｏＳｉ（モリブデンシリサイド）等で遮光性の薄膜を形成し、定法のフォトリソ法を適用して、所定の開口部（以下、開口パターンとも記す）を遮光膜に形成したものである。開口部を形成するための露光方法については、紫外線よりも微細なパターンの描画（〜０．１μｍ程度）が可能な電子線露光と電子線用のレジストとの組み合わせが使用される。
【００２８】
ところで、波長λの光が、λより十分に大きな径ｄを有する開口部を通過する場合、光は直進するものと考えられ、遮光膜中の開口部の形状がレジストにそのまま焼き付けられる。他方、開口部の径ｄをλに対して十分小さくすると、光は開口部を通過しにくくなって、光透過量は（ｄ／λ）４に比例して減少する（H．Ｂｅｔｈｅ）。さらに、この中間の、λとｄが同程度（λ≒ｄ）の場合には、直進する光（０次光）の量が減るとともに開口部のエッジで回折されて遮光部裏面に回りこむように出射する光（高次光）が出てくる。
【００２９】
したがって、ｄ≦λの範囲では、径がｄのマスク開口部７を介して光照射してもレジストに径がｄのパターン焼き付けようとしても、レジスト上ではｄより大きく露光されるか、光の量が少なすぎて、径ｄのパターンは焼き付けることができないかのいずれかである。そこで、波長λは、解像限界とも称される。但し、解像が難しくなるのは、λきっちりということはなく、露光光の単色性やレジストの感光・現像特性に依存するので、本明細書では、概ねλ〜λ／２程度の範囲を解像限界とする。開口部の差し渡しが、この範囲より広い範囲を解像限界以上、狭い範囲を解像限界以下とする。
【００３０】
以上の説明は、進行する進行波についてであるが、波長λに比べて小さい開口部からは漏れ出てくる光が存在し、これは近接場光と称されている。進行波は、図５に示すようにｅｘｐ（−ｉｋｚ）の形でｚ方向に進む波で振幅が同じであるが、近接場光は、ｋが虚数でｅｘｐ（−ｚ／λ）の形であって、開口部から離れると振幅が急激に小さくなる。波長程度は離れるとほとんど無視できる強度しかない。ここでｉは虚数単位、ｋは波数で、ｋ＝２π／λである。
【００３１】
そこで、図1に示すように、レジスト上の被露光部のサイズは解像限界以上のサイズであるが、感光するのに十分に量の光を与えるのでなく、それ以下の不完全にしか感光しない量の光を照射するのに、フォトマスクの解像度限界以上の大きさの領域（図1の←→の範囲で、概ねλ〜λ／２程度である）に解像度限界以下の開口部７を分散させることが考えられる。その場合、完全開口部から出射してくる光の量を１とすると、解像限界以下の開口部７の数をｐとして、概略ｐ×（ｄ／λ）４程度の光透過量となるであろう。ｄとｐを加工可能な範囲内で定めることによって、解像限界以上の大きさの領域に対して、完全透過状態よりも少ない光を照射することが可能なフォトマスクが得られる。
【００３２】
しかしながら、このような加工を施したフォトマスク１であっても、レジストにフォトマスクを密着させて露光する密着露光方式であると、解像限界以上の所定領域全体で、均一なレジスト感光状態が得られにくいという問題があるのは前述した通りである。
この原因は、フォトマスク１の開口部７と被露光用レジスト３が近づきすぎることによる。すなわち、近接場光によって露光されてしまうか、あるいは隣接する開口部７から回折した光が十分に拡がらないうちに露光されてしまうことによると考えられる。
【００３３】
そこで本発明は、フォトマスクとレジストとが、近接場光が到達せず、且つ開口部で回
折した光が均一に混合可能な距離だけ離れるようにマスク側の構成を工夫したものである。また、フォトマスクとレジストを離間させることによって、解像度限界ぎりぎりのレジストパターンに生じる問題を回避する手段を採用したものでもある。
【００３４】
以下、それらについて順に説明する
実施形態の最初の例は、図２に示すように、開口部パターンが形成された遮光膜２全面（図示はしていないが、解像限界以上の開口部も含む）に、レジスト膜３と一定の距離を保つための厚みが露光光の波長程度の薄い膜５（以下、スペーサと記す）を形成したものである。図で、解像限界としている領域（←→の範囲の領域）は、実際は解像限界程度かそれ以上の大きさの領域であって、完全開口部に対応するレジスト厚よりは薄い中間の厚さの均一なレジスト膜厚となって欲しい領域である（以下、同様である）。但し、露光光の透過量を抑えるために、この領域内に形成する開口部７のサイズは解像限界以下の開口部でなければならない（以下、同様）。必要とする中間のレジスト厚によって解像限界以下の開口部の径と密度は適宜設定される。
【００３５】
スペーサ５の厚みについては、露光光の波長λ程度以上が必要である。波長λが４３６ｎｍのｇ線や３６５ｎｍのｉ線であれば、０．４μｍ程度以上が必要で、漏れ出してくる近接場光からの感光は防げる。進行波については、径が小さければ小さいほど回折角は大きくなるが、高次回折光の割合は１０％程度で少ないので、０次回折光の裾が重なる程度の厚みが好ましいといえる。
【００３６】
スペーサの材料としては、透明性の高いＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）が好ましい。尚、図２には、通常の解像限界以上の通常のサイズの開口部については記載を省略しているが、当該部位に対してもスペーサ７が形成されている。
【００３７】
第２の実施形態は、全面にスペーサを形成するのではなく、ある特定の位置にポストのような形状のスペーサを形成するものである。特定の位置は、図３で示すように、解像限界以下の開口部を内部に有する解像限界以上の領域の外側で、且つ遮光膜上である。このようにしても、レジスト３と距離が近づきすぎては困る解像限界以下のパターン２を有する部分を、スペーサ７の厚み分隔てて保つことができる。設置するスペーサ７の数と位置については、形状も含め適宜設定できる。
【００３８】
第３の実施形態は、図４に示すように第２の実施形態に記載のスペーサ６に加えて、内部に解像限界以下の開口部を含まない解像限界以上の開口部８の周囲に、該開口部が直上に開ける空洞の底部になるように、スペーサ６’を垂設する場合である。この場合には、スペーサ６，６’に黒色の顔料９等を分散させて遮光性を付与したスペーサとするのが好ましい。上記解像限界以上の開口部６’からは露光光が通過してくるが、開口部エッジで回折される光は拡がる性質がある。この傾向は、露光光の波長λと開口部のサイズｄが近くなると著しくなる。この場合に、遮光性のスペーサ側壁が垂設されていると、拡がる光をスペーサが吸収して露光光の直進性が増す結果、レジスト感光時のエッジボケが減って現像後のレジストパターンがシャープになる。
【実施例】
【００３９】
本発明になる、スペーサを備えるバイナリーグレイトーンフォトマスクの製作例を以下に示す。スペーサとしては、黒色に着色した感光性レジストを使用した。
【００４０】
フォトマスク基板１として６インチ角で、厚さ０．０９インチの合成石英ガラスを用意し、スパッタチャンバー内にセットした。その後、Ａｒガス２０ｓｃｃｍ，窒素ガス５ｓｃｃｍ、酸素ガス２５ｓｃｃｍを導入し、全圧９×１０−１Ｐａ等所定の条件にてクロムターゲットをスパッタリングし、基板上に２０ｎｍの酸化窒化クロム膜（Ｃｒ：Ｏ：Ｎ）
からなる下地用の反射防止膜を形成した。次いで、Ａｒガス２０ｓｃｃｍ，窒素ガス５ｓｃｃｍ、を導入し、全圧８×１０−１Ｐａ等所定の条件にてクロムターゲットをスパッタリングし、酸化窒化クロム膜上に、１００ｎｍの窒化クロム膜（Ｃｒ：Ｎ）の遮光層を形成した。次に、下地反射防止膜と同一条件にて、窒化クロム膜上に反射防止膜をもう一層成膜し、フォトマスク用ブランク基板を得た。
【００４１】
次に、上記フォトマスク用ブランク上に、電子線レジストＰＢＳ（チッソ（株）製）を０．４μｍ塗布した後、電子線描画によりレジストの露光を行い、引き続き現像・乾燥を行いレジストパターンを形成した。尚、上記工程は全て標準的な工程を採用した。
【００４２】
次に、上記レジストパターンが形成されたフォトマスクブランクをドライエッチング装置に装着し、５×１０−５Ｐａまで減圧した後、四塩化炭素ガス４９ｓｃｃｍと酸素ガス４５ｓｃｃｍのドライエッチングガスを用いて、所定の条件の２０分間のドライエッチングにて露出した酸化窒化クロム膜を引き続きドライエッチングして、窒化クロム膜、酸化窒化クロム膜を除去した。最後に、電子線レジストを、４フッ化炭素ガスと酸素ガスのドライエッチングガスにより剥離してフォトマスクを得た。尚、該フォトマスクには解像限界以上のサイズの開口部Ａ，完全遮光部，並びに同じサイズであるが内部に解像限界以下の開口部を複数内包する半透過性の領域Ｂが形成されている。
【００４３】
次に、上記フォトマスクのクロムパターンが形成された側に黒色のスペーサを形成した。
【００４４】
フルオレン骨格を有するエポキシアクリレートの酸無水物重縮合物のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液（樹脂固形分濃度= ５５．４重量％、新日鐵化学（株）社製Ｖ２５９ＭＥ）１２．１ｇに対し、エチレン性不飽和結合を有する化合物として、ジペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート３．９ｇ、光重合開始剤として、エタノン，１−[９−エチル−６−(２−メチルベンゾイル)−９Ｈ−カルバゾール−３−イル]−、１−(Ｏ−アセチルオキシム)(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製イルガキュアＯＸＥ０２）０．８ｇ、溶剤として、シクロヘキサノン３２．９ｇ、プロピレングリコール−１−モノメチルエーテル−２−アセテート３２．９ｇ、添加剤にアデカポリエーテルＧ−４００を１．０ｇ加え、感光性組成物を得た。
さらに、遮光剤としてカーボンブラック分散液（御国色素社製  ＴＰＢＫ−２３４Ｃ）１６．５ｇを加えてよく撹拌し、顔料濃度が２４％である黒色アルカリ現像型感光性組成物１００ｇを得た。黒色レジストとして、この他に市販の銀塩系乳剤を使用することも可能である。
【００４５】
上記アルカリ現像性感光性組成物を、フォトマスクの遮光膜側にスピンコート（５００ｒ．ｐ．ｍ、５０秒間）し乾燥させた。１００℃で３分間プリベークを行った後、解像限界以上の開口部（内部に解像限界以下の微小な開口部を有する開口部も含む）以外の部分が開口部である所定のフォトマスクを別に用意した。２つのフォトマスクの位置合わせをしてから、超高圧水銀ランプを光源として露光し（波長；３６５ｎｍ）、最後に２．５重量％炭酸ナトリウム溶液に２５℃で３０秒間浸漬して現像し、良く水洗した。水洗乾燥後、２３０℃で１時間ベークして、図４で示す位置に厚み０．８μｍのスペーサが形成されたバイナリーグレイトーンフォトマスクを得た。スペーサの１μｍあたりの光学濃度（ＯＤ値）は２であった。
【００４６】
上記のマスクを使用して、ネガ型フォトレジストを所定の条件にてパターン形成したところ、解像限界以下の微細な開口部が形成された部分Ｂでは、厚みが０．６μｍの平坦なレジストパターンが形成されていることが確認され、通常部分Ａでもエッジがシャープな厚み１μｍのレジストパターンが得られていることが確認された。
【符号の説明】
【００４７】
１、    フォトマスク基板（石英）
２、    遮光膜
３、    レジスト
４、    ガラス基板
５、    ベタスペーサ
６、６’、    スペーサ
７、    解像限界以下の開口部
８、    解像限界以上の開口部
９、    黒色顔料
【図１】
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【図２】
2012047789.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012047789.tif 000007