(57)【要約】【課題】開口部を通過する露光光に集光機能を与え、露光パターンの解像度を向上して露光対象基板に微細なパターンを形成することを可能にする構造で、容易に製造でき、実用的なパターン露光方法への適用が簡単なフォトマスクを提供すること。【解決手段】露光領域を与えるための開口パターンを取り巻く外側を遮光部とし、開口パターン内の外側に接する部分に完全透過部を設け、完全透過部の内側にあたる開口パターン中心部付近に位相シフト効果を有する位相シフト部を設ける。【選択図】図１
2013246340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光領域を与えるための開口パターンを取り巻く外側を遮光部とし、開口パターン内の外側に接する部分に完全透過部を設け、完全透過部の内側にあたる開口パターン中心部付近に位相シフト効果を有する位相シフト部を設けたことを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
開口パターンが、等方的な閉図形の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項３】
開口パターンが、帯状の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項４】
位相シフト部が、半透過性の金属酸化膜からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスク。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法であって、遮光部を金属膜のウェットエッチング法によりパターン形成する工程、位相シフト部を金属酸化膜のウェットエッチング法によりパターン形成する工程、からなることを特徴とするフォトマスクの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載のフォトマスクを用いたパターン露光方法であって、フォトマスク表面を露光対象の基板表面と平行に近接させて露光するプロキシミティ露光を行うことを特徴とするパターン露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製品や液晶表示装置等の製造におけるフォトリソグラフィ法の露光工程に用いるフォトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィ法を用いたパターン形成方法は、従来より研究開発されており、半導体製品や液晶表示装置等の平面型表示装置の製造に多く利用されている。フォトリソグラフィ法は、感光性樹脂であるフォトレジストを塗布した基板（被照射体）の表面を、フォトマスクを介して、露光機により平行光で選択的に露光し、露光された部分と露光されていない部分との配置からなるフォトレジストパターンを生成する技術であって、現像によりフォトレジストを除去された基板の露出部位に表面処理を施す。あるいは、液晶表示装置用カラーフィルタのように、現像された後に残されたフォトレジストをそのまま機能性の膜として利用する。露光された部分を光硬化により現像不溶性として残すネガ型の感光性樹脂と、露光された部分を光分解により現像可溶性として現像工程で除去するポジ型の感光性樹脂とがあり、これらを用途別の工程に応じて使い分けるとともに、使用するフォトマスクの光透過および非透過のパターン配置を選択する。
【０００３】
近年、最終製品の高性能化を目指して半導体製品や液晶表示装置等に用いるパターンの微細化が進む一方、露光装置による処理速度を高めるための高速化処理を含む処理能力の向上が図られている。特に、液晶関係の生産性向上のために、大型のマザー基板を扱うためのフォトマスクの大型化も進展している。このような状況に対応して、露光工程に限定しても、処理能力の高いプロキシミティ露光（近接露光）に用いる大型基板のフォトマスクパターンの高精細化を図って、６μｍを下回る微小サイズで高精度の微小パターンを作製することが要求されている。また、大型基板のフォトマスクパターンの高精細化を実現するために、フォトマスク基板材料やフォトレジスト材料の特性改良や露光装置の改良と合わせて、描画プロセス技術全般の向上が図られている。
【０００４】
さらに、大型の加工対象基板に作製するパターンの高精細化を実現するために、プロキシミティ露光において使用するフォトマスクの構成を工夫する提案がなされている。
例えば、特許文献１に示すように、フォトマスクの光透過のための複数の開口部のそれぞれに対応して、加工対象基板表面に開口部の像を結像させるための複数のマイクロレンズを配設したフォトマスクが提案されている。
また、特許文献１において、開口部とそれに対応するマイクロレンズとがフォトマスク基板の厚みに等しい間隔で離れて位置することに起因する光の利用効率低下の弊害を改良するために、特許文献２が提案された。特許文献２では、フォトマスク基板とは別にフィールドレンズと投影レンズとを同一光軸で組み合わせたマイクロレンズアレイを設けて、フォトマスク基板と近接対向させて接合したフォトマスクとした。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２７７９００号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３４７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１および特許文献２に示すように、マイクロレンズを設けたフォトマスクによるプロキシミティ露光により、露光パターンの解像度を向上して微細なパターンを
形成することが可能になった。しかしながら、レンズとして最適な球面形状を設けたフォトマスクの製造工程が繁雑で安定性に欠ける上、出来上がったフォトマスクの表面清浄化を維持した保管や取り扱いにおいても、平坦な平面を有するフォトマスクに較べて問題が多く、実用的なパターン露光方法への適用が簡単ではない。
【０００７】
本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、開口部を通過する露光光に集光機能を与え、露光パターンの解像度を向上して露光対象基板に微細なパターンを形成することを可能にする構造で、容易に製造でき、実用的なパターン露光方法への適用が簡単な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】
【０００８】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、露光領域を与えるための開口パターンを取り巻く外側を遮光部とし、開口パターン内の外側に接する部分に完全透過部を設け、完全透過部の内側にあたる開口パターン中心部付近に位相シフト効果を有する位相シフト部を設けたことを特徴とするフォトマスクである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、開口パターンが、等方的な閉図形の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクである。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、開口パターンが、帯状の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクである。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、位相シフト部が、半透過性の金属酸化膜からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスクである。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法であって、遮光部を金属膜のウェットエッチング法によりパターン形成する工程、位相シフト部を金属酸化膜のウェットエッチング法によりパターン形成する工程、からなることを特徴とするフォトマスクの製造方法である。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のフォトマスクを用いたパターン露光方法であって、フォトマスク表面を露光対象の基板表面と平行に近接させて露光するプロキシミティ露光を行うことを特徴とするパターン露光方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、露光領域を与えるための開口パターンを取り巻く外側を遮光部とし、外側に接する開口パターン内に完全透過部を設け、完全透過部の内側にあたる開口パターン中心部付近に位相シフト効果を有する位相シフト部を設けたことを特徴とするフォトマスクであるので、
開口部を通過する露光光に集光機能を与え、露光パターンの解像度を向上して露光対象基板に微細なパターンを形成することを可能にする構造で、容易に製造でき、実用的なパターン露光方法への適用が簡単なフォトマスクを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のフォトマスクの構造を従来のフォトマスクの構造と比較して原理的に説明するための模式断面図であって、（ａ）は本発明のフォトマスク、（ｂ）は従来のフォトマスクを示す。
【図２】本発明のフォトマスクの構造を従来のフォトマスクの構造と比較して一具体例で説明するための模式平面図であって、（ａ）は本発明のフォトマスク、（ｂ）は従来のフォトマスクを示す。
【図３】本発明のフォトマスクの構造を従来のフォトマスクの構造と比較して他の具体例で説明するための模式平面図であって、（ａ）は本発明のフォトマスク、（ｂ）は従来のフォトマスクを示す。
【図４】本発明のフォトマスクの製造方法の一例を説明するための断面図であって、（ａ）〜（ｄ）は工程順に示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に従って、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明のフォトマスクの構造を従来のフォトマスクの構造と比較して原理的に説明するための模式断面図であって、（ａ）は本発明のフォトマスク、（ｂ）は従来のフォトマスクを示す。
【００１７】
本発明は、図１（ａ）において、露光照射光６を本発明のフォトマスク１の背面から照射して、露光対象の基板表面５に選択的に露光するパターン露光方法に関する。図１（ａ）に示す本発明のフォトマスク１は、露光領域を与えるための開口パターン１１を取り巻く外側を遮光部２とし、開口パターン１１内の外側に接する部分に完全透過部３を設け、完全透過部の内側にあたる開口パターン中心部付近に位相シフト効果を有する位相シフト部４を設けたことを特徴とする。なお、完全透過部とは、透明なフォトマスク基板１０以外に光を減衰させる層が無く、しかも、位相シフト部に対して基準位相の光を通過させる領域であることを意味する。また、位相シフト部４を設けるための層が遮光部２を構成する層の上または下に存在することを妨げるものではない。
【００１８】
本発明のフォトマスク１を用いてパターン露光する場合、フォトマスク表面を露光対象の基板表面５と平行に近接させて露光するプロキシミティ露光を行うことが望ましい。フォトマスク１の背面から照射される露光照射光６の内、開口パターン１１に照射される光は、開口パターン１１の中央部付近に位相シフト効果を有する位相シフト部４を設けてあるため、球面形状のマイクロレンズがなく平坦な平面を有するにも拘らず、中央部の周辺部に対する位相シフト効果により、破線円で示すように、レンズに類似した照射光の集光７の機能が働く。その結果、露光パターンの解像度を向上して露光対象基板に微細なパターンを形成することを可能にする。しかも、球面形状のマイクロレンズがなく平坦な平面を有する構造であるため、本発明のフォトマスクは、保管や取り扱いの面でも実用的なパターン露光方法への適用が容易である。
【００１９】
上記のように作製したフォトマスク１を用いるパターン露光方法において、露光照射光６として、高圧水銀灯のｈ線（波長４０５ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）や各種レーザー光源を、波長４３０ｎｍ以下の平行光として用いることができる。プロキシミティ露光方式の場合、フォトマスク１の表面と露光対象の基板表面５との露光ギャップを数十μｍ〜数百μｍ、望ましくは１００μｍ程度に設定することができる。
なお、露光方式として、上記プロキシミティ露光以外にステッパーによる投影露光にも本発明のフォトマスク１を使用することが期待できるが、以下の説明では、プロキシミティ露光での使用に限定する。
【００２０】
本発明のフォトマスク１により、露光対象基板に微細なパターンを形成できることを、従来との比較で示すために、図１（ｂ）の従来のフォトマスク１’によるプロキシミティ露光の例を説明する。従来のフォトマスク１’の背面から照射される露光照射光６の内、遮光部２で仕切られた開口パターン１１に照射される光は、特に微細な開口パターンである程、開口パターンの周縁部で光の回折現象により拡散し、破線円で示すように、照射光の回折拡散光８となって、露光対象の基板表面５に到達する。従って、図１（ａ）に示した本発明のフォトマスク１の場合とは異なり、露光対象基板に微細なパターンを形成することが困難である。
【００２１】
本発明のフォトマスクは、以下の例のとおり、容易に製造できる。
図４は、本発明のフォトマスクの製造方法の一例を説明するための断面図であって、（ａ）〜（ｄ）は工程順に示す模式断面図である。
図４（ｄ）に示すフォトマスク１を作製するには、先ず、フォトマスク基板１０に遮光膜層２０を均一な厚さに設けたフォトマスクブランクスを準備する（図４（ａ））。フォトマスク基板１０として、波長４３０ｎｍ以下の短波長光に対する透過率が高く、温度変化に対する寸法安定性に影響する熱膨張率が低く、パターン形成プロセスでの物理的、化学的各種耐性に優れ、平滑性の良い加工が可能で、内部の光学的な欠陥の少ない合成石英が、好ましい材料として挙げられる。遮光膜層２０として、金属クロム膜等の金属膜をスパッタリング法によりフォトマスク基板１０の片面に均一に成膜することができる。
【００２２】
次に、遮光膜層２０をパターン形成して、所望の平面形状の開口パターン１１と遮光部２とを選択的に設ける（図４（ｂ））。パターン形成の方法としては、フォトリソグラフィー法や電子線リソグラフィー法によるレジスト層（図示せず）のパターン形成と、開口部のドライまたはウェットのエッチング法により可能であるが、ウェットエッチング法を用いることにより、より容易な製造工程を採用できる。また、必要に応じて、エッチングレジストとして他種の金属膜等を用いることができる。
【００２３】
次に、位相シフト部を形成するための金属酸化膜４０、例えば酸化クロム膜を、フォトマスク基板１０上の遮光部２を設けた側に、スパッタリング法により均一に成膜する（図４（ｃ））。位相シフト部を形成するための金属酸化膜４０は半透過性であり、成膜条件と設定膜厚により、波長４３０ｎｍ以下の短波長光に対する透過率を１０％〜５０％程度に自由に設定できる。また、酸化クロム膜等の金属酸化膜４０に替えてＭｏＳｉハーフトーン膜を用いることも可能である。
【００２４】
その後、金属酸化膜４０をパターン形成して、開口パターン１１内に所望の平面形状の完全透過部３と位相シフト部４とを選択的に設ける（図４（ｄ））。パターン形成の方法としては、フォトリソグラフィー法や電子線リソグラフィー法によるレジスト層（図示せず）のパターン形成と、開口部のドライまたはウェットのエッチング法により可能であるが、ウェットエッチング法を用いることにより、より容易な製造工程を採用できる。また、必要に応じて、エッチングレジストとして他種の金属膜等を用いることができる。なお、金属酸化膜４０のパターン形成において、遮光部２上に成膜した膜を残し、フォトマスクにおける一般的な反射防止膜として利用することができる。
【００２５】
本例では、上述のように、遮光部２と位相シフト部４とをこの順に形成する場合を示しているが、本発明は形成順を限定するものではなく、露光工程の位置合わせの適合性やその他の製造工程条件を考慮して、逆順とすることも可能である。
すなわち、本発明のフォトマスクは、遮光部を金属膜のウェットエッチング法によりパターン形成する工程、位相シフト部を金属酸化膜のウェットエッチング法によりパターン形成する工程、からなることを特徴とする製造方法を採用することが好ましい。
【００２６】
図２は、本発明のフォトマスクの構造を従来のフォトマスクの構造と比較して一具体例で説明するための模式平面図であって、（ａ）は本発明のフォトマスク、（ｂ）は従来のフォトマスクを示す。本例では、直径５μｍの円形パターンとして加工するための円形類似パターンとして対向辺間隔４μｍの正八角形の完全透過部３１の開口パターンを有し、開口パターンの外側に金属クロム膜からなる遮光部２１を設けた従来のフォトマスク１２’の改良を図る。本発明のフォトマスク１２は、開口パターン１１を対向辺間隔１３．７μｍの正八角形とし、その中央部内側に相似形で対向辺間隔４．６μｍの正八角形の位相シフト部４１を設け、開口パターン内の周辺部を完全透過部３１とした。開口パターンの外側には従来例と同様に金属クロム膜からなる遮光部２１を設けた。位相シフト部４１は、透過率５０％、位相シフト量２０°の酸化クロム膜とした。
本例のように、開口パターンが等方的な閉図形の形状を有する場合に、開口パターンの中心部付近に位相シフト部を設けるフォトマスクが、後述のシミュレーション結果で示すように、微細パターンの露光による形成に有効である。
【００２７】
図３は、本発明のフォトマスクの構造を従来のフォトマスクの構造と比較して他の具体例で説明するための模式平面図であって、（ａ）は本発明のフォトマスク、（ｂ）は従来のフォトマスクを示す。本例では、線幅３μｍの帯状パターンとして加工するために線幅３μｍの帯状の完全透過部３２の開口パターンを有し、開口パターンの外側に金属クロム膜からなる遮光部２２を設けた従来のフォトマスク１３’の改良を図る。本発明のフォトマスク１３は、開口パターン１１を線幅１２．４μｍの帯状とし、その中央部内側に平行に線幅４．１μｍの帯状に位相シフト部４２を設け、開口パターン内の周辺部を完全透過部３２とした。開口パターンの外側には従来例と同様に金属クロム膜からなる遮光部２２を設けた。位相シフト部４２は、透過率５０％、位相シフト量２０°の酸化クロム膜とした。
本例のように、開口パターンが帯状の形状を有する場合に、開口パターンの中心部付近に位相シフト部を設けるフォトマスクが、後述のシミュレーション結果で示すように、微細パターンの露光による形成に有効である。
【００２８】
以下に、上記図２および図３の例について、本発明と従来例とをシミュレーターを用いて同様の解析を行い、露光ギャップの変動が直径や線幅の変動に与える影響を比較検討した。共通条件として、コリメーション角度を２°とし、露光ギャップを８５μｍから１１５μｍまでの７．５μｍ刻みで変化させた。また、総合的な露光条件としては、露光ギャップ１００μｍで直径が５μｍとなるか、露光ギャップ１００μｍで線幅が３μｍとなるように設定した。
【００２９】
結果を表１および表２に示す。すなわち、いずれも本発明および従来例のフォトマスクを用いてプロキシミティ露光を行った結果の、露光ギャップ別のシミュレーション比較評価結果であって、〔１〕は、図２に示す閉図形の例、〔２〕は、図３に示す帯状形状の例であり、それぞれ、（ａ）は本発明のフォトマスク、（ｂ）は従来のフォトマスクを用いた場合の結果を示す。
【００３０】
【表１】
2013246340.tif 000003
【００３１】
【表２】
2013246340.tif 000004
【００３２】
いずれの表の結果も、本発明のフォトマスクを使用した場合のプロキシミティ露光における露光ギャップによる形成パターンのサイズ変動が、従来のフォトマスクを使用した場合のそれより抑制されることを示している。従って、本発明のフォトマスクを用いて微細なパターンのプロキシミティ露光を行う場合に、高精細パターンの安定した再現性が得られることが判る。
【００３３】
さらに、本発明のフォトマスクにおける開口パターンの構造がマイクロレンズに類似した集光効果を有するため、露光照射光の利用効率を高め、露光時間の短縮とその結果による生産効率の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１、１２、１３・・・フォトマスク（本発明）
１’、１２’、１３’・・・フォトマスク（従来）
２、２１、２２・・・遮光部
３、３１、３２・・・完全透過部
４、４１、４２・・・位相シフト部
５・・・露光対象の基板表面
６・・・露光照射光
７・・・照射光の集光
８・・・照射光の回折拡散光
１０・・・フォトマスク基板
１１・・・開口パターン
２０・・・遮光膜層
４０・・・金属酸化膜
【図１】
2013246340.tif 000005
【図２】
2013246340.tif 000006
【図３】
2013246340.tif 000007
【図４】
2013246340.tif 000008