(57)【要約】【課題】プロキシミティ露光により微細パターンを形成するためのフォトマスクにおいて、露光ギャップの変動の影響を従来より小さくして、さらに安定して微細パターンを形成できるフォトマスクの構造を提案すること。【解決手段】１本の明線を結像させるために、２本のスリットを近接平行させてスリット間に遮光部を設けた２重スリットを備えたフォトマスクであって、２重スリットに沿う両脇部に平行に連なって、概ね１８０°の位相シフト領域を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本の明線を結像させるために、２本のスリットを近接平行させてスリット間に遮光部を設けた２重スリットを備えたフォトマスクであって、２重スリットに沿う両脇部に平行に連なって、概ね１８０°の位相シフト領域を有することを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
位相シフト領域が、半透過性の位相シフト膜の被着部からな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】
位相シフト領域が、フォトマスク基板の完全透過性の部分からな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】
加工対象の基板表面上に形成した感光性樹脂層に対して、請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスクを用いて、波長４３０ｎｍ以下の平行光で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のために、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。
また、特許文献１に示すように、数十〜数百μｍの露光ギャップをフォトマスクパターン面と加工対象基板面との間に設けて波長４３０ｎｍ以下の略平行な光で露光するプロキシミティ露光において、２重スリットパターンをフォトマスクパターンとして形成することにより、加工対象基板面に微細な１本の細線パターンを得るというフォトマスクパターン設計上の改良をした方法が提案されている。
【０００４】
一方、特に半導体製品のフォトリソグラフィー法による製造において、高精細のパターンを高精度に安定生産する手法として、位相シフトマスクが利用されている。図３は、従来の位相シフトマスクの一例を説明するための部分模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。位相シフトマスク１１の代表例では、フォトマスク基板１０の片面上に透過部２０を残して、金属クロム膜等の遮光部３０と、ＭｏＳｉ膜等の半透過性で概ね１８０°の位相シフト領域４とからパターン形成される。位相シフト領域４は、必ずしも半透過性でなく完全透過型（レベンソン型）であっても良く、位相シフト領域に透明な膜を被着したり該当する領域のフォトマスク基板１０を掘り込んで位相シフト機能を与えることも可能である。なお、遮光部３０と位相シフト領域４との形成順は、図の上下関係に拘ることなく、位相シフトマスクの製造工程上の都合で選択する。
【０００５】
図４は、図３に示した従来の位相シフトマスクによるパターン露光方法の一例を説明するための断面模式図である。上述の位相シフトマスク１１の裏面側からの露光光６は、波長４３０ｎｍ以下の略平行な光であり、プロキシミティ露光またはレティクルタイプのフォトマスクからのステッパー露光により、両方向矢印で示す露光ギャップｈを保持して、加工対象の基板５の表面の感光層（図では省略）上に選択的に照射する。露光光６は、図の強調された表現では傾きの大きいものもあるが、本模式図は、露光ギャップｈに対して、透過部２０の幅が極めて小さい場合に適用されるので、これらの各露光光６は互いに略平行な光を表している。露光光６の内、実線矢印で表すものは基準位相の光であり、点線矢印で表すものは、概ね１８０°の位相シフトする光、すなわち基準位相の光に対して逆位相の光である。加工対象の基板５の表面に選択的に照射されるこれらの光は、相互に干渉することにより、密集した縦線群で表現する照射光の強度７の分布が得られる。結果として、図の横方向中央付近に現れる微細パターンに対応する狭い幅の領域のみに、照射光の強度７が大きく作用して、高いコントラストの実効的な露光を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３０９９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の特許文献１では、液晶表示装置用カラーフィルタの線幅４μｍ以下の細いブラックマトリクスパターンを、一定条件の２重スリットパターンを設けたフォトマスクを用いたプロキシミティ露光により、安定して生産できる。すなわち、プロキシミティ露光の露光ギャップの変動に対して、加工対象基板面に形成されるパターンの線幅の変動をある程度抑制した微細なパターンを得ることができる。しかし、マザー基板サイズの大型化がさらに進むと、プロキシミティ露光では、それに対応して大型のフォトマスクが必要とされ、プロキシミティ露光工程での露光ギャップの変動がますます大きくなるため、２重スリットパターンを設けたフォトマスクを用いても、形成されるパターンの線幅の変動を充分には抑えられない。同様に、図３、図４に示した従来の位相シフトマスクによるパターン露光においても、露光ギャップの変動が大きくなると、形成されるパターンの線幅の変動を充分には抑えられない。従来の位相シフトマスクでは、プロキシミティ露光での露光ギャップを５０〜１００μｍと広くとると、露光対象基板上で光が広がってしまい、パターンの中心付近でも位相による光の打ち消し合いが起こり、露光結果は却って悪くなる現象が確認されている。
【０００８】
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、プロキシミティ露光により微細パターンを形成するためのフォトマスクにおいて、露光ギャップの変動の影響を従来より小さくして、さらに安定して微細パターンを形成できるフォトマスクの構造を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、１本の明線を結像させるために、２本のスリットを近接平行させてスリット間に遮光部を設けた２重スリットを備えたフォトマスクであって、２重スリットに沿う両脇部に平行に連なって、概ね１８０°の位相シフト領域を有することを特徴とするフォトマスクである。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、位相シフト領域が、半透過性の位相シフト膜の被着部からな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３に記載の発明は、位相シフト領域が、フォトマスク基板の完全透過性の部分からな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。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、加工対象の基板表面上に形成した感光性樹脂層に対して、請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスクを用いて、波長４３０ｎｍ以下の平行光で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】
【００１３】
本発明は、１本の明線を結像させるために、２本のスリットを近接平行させてスリット間に遮光部を設けた２重スリットを備えたフォトマスクであって、２重スリットに沿う両脇部に平行に連なって、概ね１８０°の位相シフト領域を有することを特徴とする構造のフォトマスクであるので、本発明のフォトマスクを用いてプロキシミティ露光により微細パターンを形成するに際して、露光ギャップの変動の影響を従来より小さくでき、さらに安定して微細パターンを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のフォトマスクの一例を説明するための部分模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。
【図２】本発明のフォトマスクによるパターン露光方法の一例を説明するための断面模式図である。
【図３】従来の位相シフトマスクの一例を説明するための部分模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。
【図４】従来の位相シフトマスクによるパターン露光方法の一例を説明するための断面模式図である。
【図５】本発明のフォトマスクの他の一例を説明するための部分模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。
【図６】本発明のフォトマスクによるパターン露光方法の他の一例を説明するための断面模式図である。
【図７】本発明および従来例のフォトマスクによるシミュレーション比較評価対象品の設計情報を示す模式平面図であって、本発明の（１）ハーフトーン膜付きの２重スリットタイプ、（２）掘り込み部付きの２重スリットタイプ、従来例の（３）位相シフト領域無しのバイナリ２重スリットタイプ、（４）非２重スリットのバイナリタイプ、（５）非２重スリットのハーフトーン位相シフトタイプ、である。
【図８】図７に示す５種類の評価マスクを用いた露光工程について、露光ギャップ別のシミュレーション解析結果を比較して示す棒グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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一例を説明するための部分模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。また、図２は、図１に示した本発明のフォトマスクによるパターン露光方法の一例を説明するための断面模式図である。
【００１６】
本発明は、図２において、露光光６を本発明のフォトマスク１の背面から照射して、加工対象の基板５の表面に密集した縦線群で表現する照射光の強度７を制御するパターン露光方法に関する。図１に示す本発明のフォトマスクは、上記の露光時に照射光の強度７の分布の中央付近に１本の明線を結像させるために、２本のスリット２１、２２を近接平行させてスリット間に遮光部３を設けた２重スリット２を備えたフォトマスク１であって、２重スリット２に沿う両脇部に平行に連なって、概ね１８０°の位相シフト領域４を有することを特徴とする。図１に示す本例では、位相シフト領域４に半透過性のハーフトーン膜を被着して用いることができる。
【００１７】
２重スリット２の中央に位置する遮光部３への露光光６は、露光時に０次の光が遮断され、２本のスリット２１、２２を通る２光束干渉に近い状態で、位相差０の光が平行なスリットの中心で強め合うことになる。また、２重スリット２に沿う両脇部に平行に連なって、位相シフト領域４を有するため、図２の実線矢印で表す基準位相の光と、点線矢印で表す概ね１８０°に位相シフトする逆位相の光とが、相互に干渉して、平行なスリットの中心を外れた部分では打ち消しあって強度を弱める。
【００１８】
露光光６は、図の強調された表現では傾きの大きいものもあるが、本模式図は、露光ギャップｈに対して、２重スリット２の幅が極めて小さい場合に適用されるので、これらの各露光光６は互いに略平行な光を表している。加工対象の基板５の表面に選択的に照射されるこれらの光が相互に干渉することにより、微細パターンに対応する狭い幅の領域のみに、密集した縦線群で表現する照射光の強度７が大きく作用して高いコントラストで実効的な露光を与える。上記の結果、本発明のフォトマスク１を用いた露光では、コントラストの高い１本の明線を結像させることができる。
【００１９】
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を準備する。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。
【００２０】
次に、フォトマスク基板上の片面に遮光部３および位相シフト領域４をパターン形成する。図１の構成では、位相シフト領域４を形成する層を先に形成する場合を示しているが、遮光部３との間の順序は限定されず、露光工程の位置合わせの適合性から逆順も可能である。遮光部３を形成する材料としては金属クロム膜、位相シフト領域４を形成する材料としてはＭｏＳｉハーフトーン膜を挙げることができる。従って、本発明は、位相シフト領域４が、半透過性の位相シフト膜の被着部からなることを特徴とする。
上記各層は、成膜をスパッタリング法により行い、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、所望のパターンを形成できる。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。
【００２１】
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を示す図２において、露光光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。露光方式として、フォトマスク１の表面と加工対象の基板５の表面との露光ギャップｈを数十μｍ〜数百μｍ、望ましくは９０μｍ程度に設定したプロキシミティ露光を使用できる。ここで、上述のＭｏＳｉハーフトーン膜を用いる位相シフト領域４は、例えば波長４３０ｎｍ以下から近紫外域の短波長光に対して透過率１０％、位相差１８０°程度に制御できる。
【００２２】
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。
【００２３】
図５は、本発明のフォトマスクの他の一例を説明するための部分模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。また、図６は、図５に示した本発明のフォトマスクによるパターン露光方法の一例を説明するための断面模式図である。
【００２４】
本発明は、図６において、露光光６を本発明のフォトマスク８の背面から照射して、加工対象の基板５の表面に密集した縦線群で表現する照射光の強度７を制御するパターン露光方法に関する。図５に示す本発明のフォトマスク８は、上記の露光時に照射光の強度７の分布の中央付近に１本の明線を結像させるために、２本のスリット２１、２２を近接平行させてスリット間に遮光部３を設けた２重スリット２を備えたフォトマスク８であって、２重スリット２に沿う両脇部に平行に連なって、概ね１８０°の位相シフト領域４１を有し、位相シフト領域４１が、フォトマスク基板１０の表面から一定の深さにエッチングして凹部を形成した完全透過性の掘り込み部である。なお、本発明において、完全透過性の掘り込み部を設ける替わりに、透明膜をフォトマスク基板表面に選択的に被着して、位相シフト領域とすることも可能である。
【００２５】
２重スリット２の中央に位置する遮光部３への露光光６は、露光時に０次の光が遮断され、２本のスリット２１、２２を通る２光束干渉に近い状態で、位相差０の光が平行なスリットの中心で強め合うことになる。また、２重スリット２に沿う両脇部に平行に連なって、位相シフト領域４を有するため、図６の実線矢印で表す基準位相の光と、点線矢印で表す概ね１８０°に位相シフトする逆位相の光とが、相互に干渉して、平行なスリットの中心を外れた部分では打ち消しあって強度を弱める。
従って、露光光６がフォトマスク８を通って、加工対象の基板５の表面に選択的に照射される際に、干渉作用によりコントラストの高い１本の明線を結像させることができる状況は、図２に示す例で説明したフォトマスク１を用いる場合と同様である。
【００２６】
フォトマスク８の作製方法としては、半透過性のハーフトーン膜を用いる位相シフト領域４に替えて、フォトマスク基板１０の表面から一定の深さにパターンエッチングして凹部を形成した掘り込み部からなる位相シフト領域４１を形成することだけが異なり、他は同様である。上記掘り込み部を形成するためのフォトマスク基板のパターンエッチングの方法は、エッチングレジストとして樹脂または金属膜のパターン形成を行った後に、開口部をドライエッチングまたはウェットエッチングにより所定の深さに掘り込む通常のエッチング手法により可能である。
【００２７】
また、完全透過性の掘り込み部を設ける替わりに、透明膜をフォトマスク基板表面に選択的に被着して、位相シフト領域とする場合のフォトマスクの作製方法は、図１の半透過性の位相シフト領域４のＭｏＳｉ等のハーフトーン膜を被着する前述の説明において、ハーフトーン膜の替わりに、ＳｉＯ２等の透明膜を被着することにより可能である。
【００２８】
上記のように作製したフォトマスク８を用いるパターン露光方法を示す図６において、具体的な露光方法は、前述の図２におけるフォトマスク１を用いる場合の説明と同様である。但し、位相シフト領域４１に用いるフォトマスク基板の掘り込み部は、スリット２１、２２と同様に完全透過であり、位相差は、スリットと逆位相になるように１８０°程度に制御できる。
【００２９】
以下に、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８０μｍから１００μｍまでの１０μｍ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９０μｍで線幅が４μｍとなるように設定した。
評価対象として、本発明の（１）ハーフトーン膜付きの２重スリットタイプ、（２）掘り込み部付きの２重スリットタイプ、従来例の（３）位相シフト領域無しのバイナリ２重スリットタイプ、（４）非２重スリットのバイナリタイプ、（５）非２重スリットのハーフトーン位相シフトタイプ、の５種類を比較した。図７に上記５種類の評価マスクの設計情報を平面図形式で示す。
【００３０】
図８は、図７に示した５種類の評価マスクを用いた露光工程について、露光ギャップ別のシミュレーション解析結果を比較して示す棒グラフである。
フォトマスクの種類（１）および（２）に示すような、本発明の位相シフト領域を有する２重スリット構造のフォトマスクを用いた露光の方が、従来のような位相シフト領域の無い単純な２重スリット構造のフォトマスク（３）を用いた場合や、非２重スリット構造のフォトマスク（４）および（５）を用いた場合より、露光ギャップを変動させた際の線幅の変化を小さく抑えられることが判る。従って、大型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を得ることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・フォトマスク
２・・・２重スリット
３・・・遮光部
４・・・位相シフト領域（ハーフトーン膜）
５・・・加工対象の基板
６・・・露光光
７・・・照射光の強度
８・・・フォトマスク
１０・・・フォトマスク基板
１１・・・位相シフトマスク
２０・・・透過部
２１、２２・・・スリット
３０・・・遮光部
４１・・・位相シフト領域（掘り込み部）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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