(57)【要約】【課題】半透光領域においてパターン形状によらず、所望の厚さの残膜値のレジストパターンを得ることができる多階調フォトマスク及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の多階調フォトマスクは、透明基板２１上に遮光領域Ａ、第１半透光領域Ｂ（暗い半透光領域）、第２半透光領域Ｃ（明るい半透光領域）及び透光領域Ｄを設ける。第１半透光領域Ｂは広い領域のパターンであり、第２半透光領域Ｃは狭い幅を含むパターンである。第１半透光領域Ｂ部及び第２半透光領域Ｃは、膜厚が異なっており、露光光に対する実効透過率がほぼ等しい。【選択図】図４
2009223308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透光膜とを各々パターン加工することにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を持つ転写パターンを備えた多階調フォトマスクであって、前記半透光領域は、特定のパターン形状に対する第１半透光部と、前記パターン形状と異なるパターン形状に対する第２半透光部とを有し、前記第１半透光部及び前記第２半透光部は、前記露光光に対する実効透過率がほぼ等しくなるように、前記半透光膜の膜固有の透過率が異なって形成されていることを特徴とする多階調フォトマスク。
【請求項２】
前記第１半透光部と前記第２半透光部とは、前記第１半透光部及び前記第２半透光部におけるそれぞれの膜固有の透過率差が１０％以下の所定値になるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の多階調フォトマスク。
【請求項３】
前記第１半透光部及び前記第２半透光部は、前記半透光膜の膜厚が異なって形成されていることを特徴とする請求項２記載の多階調フォトマスク。
【請求項４】
前記第１半透光部及び前記第２半透光部は、前記半透光膜の膜質が異なって形成されていることを特徴とする請求項２記載の多階調フォトマスク。
【請求項５】
前記第１半透光部及び前記第２半透光部における実効透過率が１５％〜６０％であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の多階調フォトマスク。
【請求項６】
両側を遮光部に隣接して挟まれた、パターン幅が相対的に狭いパターン形状を含む半透光部において前記半透光膜の透過率が相対的に高く、パターン幅が相対的に広いパターン形状を含む半透光部において前記半透光膜の透過率が相対的に低いことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の多階調フォトマスク。
【請求項７】
前記半透光膜は、金属シリサイドを含有するものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の多階調フォトマスク。
【請求項８】
透明基板上に、少なくとも露光光を一部透過させる半透光膜と、前記露光光を遮光する遮光膜とを設けたフォトマスクブランクを準備する工程と、前記遮光膜及び前記半透光膜をそれぞれパターン加工する工程とを有し、前記半透光膜をパターン加工する工程においては、特定のパターン形状に対する第１半透光部と、前記パターン形状と異なるパターン形状に対する第２半透光部との間で、前記露光光に対する実効透過率の差が、前記第１半透光部と前記第２半透光部に同一の半透光膜を設けた時に対して小さくなるように、前記第１半透光部と前記第２半透光部のそれぞれに対し、前記半透光膜をパターン加工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９】
透明基板上に、少なくとも、露光光を一部透過させる半透光膜と、前記露光光を遮光する遮光膜とを設けたフォトマスクブランクを準備する工程と、前記半透光膜及び前記遮光膜をそれぞれパターン加工する工程を有し、前記半透光膜をパターン加工する工程においては、特定のパターン形状に対する第１半透光部、及び前記パターン形状と異なるパターン形状に対する第２半透光部において、前記露光光に対する実効透過率がほぼ等しくなり、かつ、それぞれの膜固有の透過率が異なるように、前記半透光膜をパターン加工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１０】
前記半透光膜をパターン加工する工程においては、前記第１半透光部及び前記第２半透光部における前記半透光膜の膜厚を異ならせる表面処理を施すことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項１１】
前記半透光膜をパターン加工する工程においては、前記第１半透光部及び前記第２半透光部における前記半透光膜の膜質を異ならせる表面処理を施すことを特徴とする請求項８又は請求項９記載の多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項１２】
前記フォトマスクブランクは、前記透明基板上に、少なくとも前記半透光膜と、前記遮光膜とをこの順に設けたものであることを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項１３】
前記フォトマスクブランクの前記遮光膜上に第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にして前記遮光膜をエッチングして第１遮光膜パターンを形成し、前記第１レジストパターン又は前記第１遮光膜パターンをマスクにして前記半透光膜をエッチングして透光領域を形成する第１フォトリソグラフィ工程と、前記第１遮光膜パターンの所定領域上に第２レジストパターンを形成し、前記第２レジストパターンをマスクにして前記遮光膜をエッチングして第２半透光部を形成する第２フォトリソグラフィ工程と、前記第１遮光膜パターンの前記所定領域と異なる領域上に第３レジストパターンを形成し、前記第３レジストパターンをマスクにして前記遮光膜をエッチングして第１半透光部を形成する第３フォトリソグラフィ工程と、を具備することを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項１４】
前記表面処理は、前記第２フォトリソグラフィ工程によって露出した第２半透光部に対して行う、及び／又は前記第３フォトリソグラフィ工程によって露出した第１半透光部に対して行うことを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項１５】
前記表面処理は、前記第２フォトリソグラフィ工程及び／又は前記第３フォトリソグラフィ工程におけるレジストパターン除去と共に行われることを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれかに記載の多階調フォトマスクの製造方法。
【請求項１６】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の多階調フォトマスクを用い、露光機による露光光を照射することによって前記多階調フォトマスクの転写パターンを被加工層に転写することを特徴と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に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液晶装置等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を利用し、エッチングされる被加工層上に形成されたレジスト膜に対して、所定のパターンを有するフォトマスクを用いて所定の露光条件下で露光を行ってパターンを転写し、該レジスト膜を現像することによりレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとして被加工層をエッチングする。
【０００３】
フォトマスクにおいては、露光光を遮光する遮光領域と、露光光を透過する透光領域と、露光光の一部を透過する半透光領域とを持つ多階調フォトマスクがある。この多階調フォトマスクは、露光光の光量が領域により異ならせることができるので、この多階調フォトマスクを用いて露光・現像を行うことにより、少なくとも３つの厚さの残膜値（残膜値ゼロを含む）を有するレジストパターンを形成することができる。このように複数の異なる残膜値を有するレジストパターンを実現する多階調フォトマスクは、使用するフォトマスクの枚数を減少させることにより、フォトリソグラフィ工程を効率化させることが可能となるので大変有用である。
【０００４】
多階調フォトマスクにおける半透光領域は、例えば、露光光の一部を透過するような所望の透過率を有する半透光膜を形成することにより設けることができる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかしながら、半透光領域を構成する半透光膜の透過率は、その半透光膜固有の透過率を用いて規定されており、多くの場合、露光光に含まれる代表波長の光に対して、透光部（すなわち透明基板のみ）の透過率を１００％としたときの、半透光膜の透過率を用いてきた。これは、一定以上の広い領域のパターンについて、その透過率を特定する場合には問題がないが、ある程度以下の寸法のパターンに対しては、厳密にいうと、実際のパターン転写の際の露光光の透過率を正確に反映していないこととなる。これは露光光の回折が原因であるため、この傾向は微小なパターンになるほど、露光光波長が長いほど顕著になる。しかし、パターンの寸法や、分光特性の異なる光源に対する透過率の変化については正確に考慮されていないのが現状である。このため、所望の数、例えば残膜の無い領域に加えて２つの残膜値を有するレジストパターンを形成（遮光領域、半透光領域、透光領域を備えたフォトマスクを用いて）しようとしても、半透光領域に、非常に狭い幅を含むパターン形状と、相対的に広い領域のパターン形状とが存在すると、半透光領域は、被転写体上のレジスト膜に、常に一定の残膜値を与えるものであるべきところ、パターン形状に起因して異なる残膜値のレジストパターンが形成されてしまい、所望の許容範囲を越えた残膜値のばらつきを生じると、電子デバイス製造上の不安定要素となるという問題がある。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、半透光領域においてパターン形状によらず、所望の厚さの残膜値のレジストパターンを得ることができる多階調フォトマスク及びそ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】
【０００８】
本発明の多階調フォトマスクは、透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透光膜とを各々パターン加工することにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を持つ転写パターンを備えた多階調フォトマスクであって、前記半透光領域は、特定のパターン形状に対する第１半透光部と、前記パターン形状と異なるパターン形状に対する第２半透光部とを有し、前記第１半透光部及び前記第２半透光部は、前記露光光に対する実効透過率がほぼ等しくなるように前記半透光膜の膜固有の透過率が異なって形成されていることを特徴とする。ここでほぼ等しいとは、後述する実効透過率の値で１％以下となっていることが好ましい。なお、フォトマスクの用途によって、より大きい基準値（例えば３％以下）となる場合もある。
【０００９】
この構成によれば、線幅の異なるパターンにおける半透光領域の露光光の透過率や、波長の異なる光源に対する透過率について、被転写体に形成されるレジストパターンの形状を正確に考慮した多階調フォトマスクを実現するので、半透光領域においてパターン形状によらず、被転写体上に、所望の残膜値のレジストパターンを得ることができる。
【００１０】
本発明の多階調フォトマスクにおいては、前記第１半透光部と前記第２半透光部は、前記第１半透光部及び前記第２半透光部におけるそれぞれの膜固有の透過率差が１０％以下の所定値になるように設定されていることが好ましい。透過率差の下限は、フォトマスクの用途により決定されるが、一般には、１％〜１０％の範囲であることが好ましい。さらに好ましくは、１％〜５％である。
【００１１】
本発明においては、前記第１半透光部及び前記第２半透光部は、前記半透光膜の膜厚が異なって形成されていることが好ましい。或いは、本発明においては、前記第１半透光部及び前記第２半透光部は、前記半透光膜の膜質が異なって形成されていることもできる。
【００１２】
本発明の多階調フォトマスクにおいては、前記第１半透光部及び前記第２半透光部における実効透過率が１５％〜６０％、さらには２０％〜５０％であることがより好ましい。特に、実効透過率が４０％以上ある領域では、半透光膜の膜厚が比較的小さく、これに透過率差をつけるための膜厚差はさらに小さい。このような小さい膜厚の膜厚差を定量的に達成することは、本発明によらない限り非常に困難であり、本発明の効果が顕著である。
【００１３】
本発明の多階調フォトマスクにおいては、両側を遮光部に隣接して挟まれた、パターン幅が相対的に狭いパターン形状を含む半透光部において前記半透光膜の透過率が相対的に高く、パターン幅が相対的に広いパターン形状を含む半透光部において前記半透光膜の透過率が相対的に低いことが好ましい。ここで、半透光部のパターン幅とは、両側を遮光部によって隣接して挟まれた半透光部のパターン形状において、その挟まれた部分の幅である。例えば、この幅の数値が複数あるときは、最小の幅とすることができる。
【００１４】
本発明の多階調フォトマスクにおいて、半透光膜は、金属シリサイドを含有するものとすることが好ましい。より好ましくは、モリブデンシリサイドを主成分とするもの適用できる。主成分とは、ＭｏとＳｉの膜中の含有量が、原子百分率で合計５０％を超えるものである。より好ましくは、８０％を超えるものとすることができる。このような半透光膜素材は、ウェットエッチングによって、容易にパターニングが行えるほか、一般に遮光膜として用いられる素材のＣｒとはエッチング選択性があるため、遮光膜のエッチング工程において、不本意な膜厚減少が生じない。さらに、アルカリなどの薬液によって、適度に膜厚を減少させることができるほか、エネルギー線の照射によって、表面膜質を改変させることにより、定量的に透過率を制御することができる。
【００１５】
本発明の多階調フォトマスクの製造方法は、透明基板上に、少なくとも露光光を一部透過させる半透光膜と、前記露光光を遮光する遮光膜とを設けたフォトマスクブランクを準備する工程と、前記遮光膜及び前記半透光膜をそれぞれパターン加工する工程を有し、前記半透光膜をパターン加工する工程においては、特定のパターン形状に対する第１半透光部と、前記パターン形状と異なるパターン形状に対する第２半透光部との間で、前記露光光に対する実効透過率の差が、前記第１半透光部と前記第２半透光部に同一の半透光膜を設けた時に対して小さくなるように、前記半透光膜をパターン加工することを特徴とする。
【００１６】
従来の多階調マスクにおいては、同一平面に含まれる、形状の異なる半透光部においては、その膜透過率が同一であるために、必然的に、後述する実効透過率が異なるものとなってしまっていた。しかし、本発明によって、これらの実効透過率の差異を低減させることができるため、実際の露光時の半透光部の実効透過率において、その面内分布を低減することができる。そのときの低減量は、マスクの用途に応じて定めることができるが、好ましくは、半透光部の実効透過率がほぼ等しくなることである。
【００１７】
本発明の多階調フォトマスクの製造方法は、透明基板上に、少なくとも、露光光を一部透過させる半透光膜と、前記露光光を遮光する遮光膜とを設けたフォトマスクブランクを準備する工程と、前記半透光膜及び前記遮光膜をそれぞれパターン加工する工程とを有し、特定のパターン形状に対する第１半透光部、及び前記パターン形状と異なるパターン形状に対する第２半透光部で、前記露光光に対する実効透過率がほぼ等しくなり、かつ、それぞれの膜固有の透過率が異なるように、前記半透光膜をパターン加工することを特徴とする。
【００１８】
この方法によれば、寸法の異なるパターンにおける半透光領域の露光光の透過率や、波長の異なる光源に対する透過率について正確に考慮した、半透光領域においてパターン形状によらず、所望の厚さの残膜値のレジストパターンが得られる多階調フォトマスクを得ることができる。なお、ここで半透光膜のパターン加工とは、半透光膜にパターン形状を転写することのみならず、その膜厚を制御したり、その膜質を改変したりすることも含む。具体的には、前記半透光膜をパターン加工する工程においては、前記第１半透光部及び前記第２半透光部における前記半透光膜の膜厚を異ならせる表面処理を施す、及び／又は前記第１半透光部及び前記第２半透光部における前記半透光膜の膜質を異ならせる表面処理を施すことが適用できる。
【００１９】
本発明に適用するフォトマスクブランクは、透明基板上に、少なくとも前記半透光膜と、前記遮光膜とをこの順に設けたものであることが好ましい。
【００２０】
本発明の多階調フォトマスクの製造方法においては、前記のように用意したフォトマスクブランクの遮光膜上に第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にして前記遮光膜をエッチングして第１遮光膜パターンを形成し、前記第１レジストパターン又は前記第１遮光膜パターンをマスクにして前記半透光膜をエッチングして透光領域を形成する第１フォトリソグラフィ工程と、前記第１遮光膜パターンの所定領域上に第２レジストパターンを形成し、前記第２レジストパターンをマスクにして前記遮光膜をエッチングして第２半透光部を形成する第２フォトリソグラフィ工程と、前記第１遮光膜パターンの前記所定領域と異なる領域上に第３レジストパターンを形成し、前記第３レジストパターンをマスクにして前記遮光膜をエッチングして第１半透光部を形成する第３フォトリソグラフィ工程と、を具備することが好ましい。
【００２１】
本発明の多階調フォトマスクの製造方法においては、前記半透光膜に表面処理を施して前記第１透光部と前記第２透光部との間に膜厚差をつけることが好ましい。この場合において、前記表面処理は、前記第２フォトリソグラフィ工程によって露出した第２半透光部に対して行う、及び／又は前記第３フォトリソグラフィ工程によって露出した第１半透光部に対して行うことができ、前記第２フォトリソグラフィ工程及び／又は前記第３フォトリソグラフィ工程におけるレジストパターン除去と共に行われることが好ましい。
【００２２】
本発明のパターン転写方法は、上記多階調フォトマスクを用い、露光機による露光光を照射することによって前記多階調フォトマスクの転写パターンを被加工層に転写することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の多階調フォトマスクは、透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透光膜とにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を持つ転写パターンを備えた多階調フォトマスクであって、前記半透光膜は、特定のパターン形状に対する第１半透光部と、前記パターン形状と異なるパターン形状に対する第２半透光部とを有し、前記第１半透光部及び前記第２半透光部は、前記露光光に対する実効透過率がほぼ等しくなるように膜厚が異なっているので、半透光領域においてパターン形状によらず、被転写体上に所望の厚さの残膜値のレジストパターンを得ることができ、このマスクを使用して電子デバイスを製造する際の、製造安定性や歩留の向上を計ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ），（ｂ）は、遮光膜と半透光膜のパターン及びそれに対応する光強度分布を示す図である。
【図２】チャネル幅と透過率との間の関係を示す特性図である。
【図３】露光機の露光条件を再現する装置の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る多階調フォトマスクの構造を示す図である。
【図５】積算透過率変動量とアルカリ薬液処理時間との間の関係を示す特性図である。
【図６】（ａ）〜（ｊ）は、図４に示す多階調フォトマスクの構造の製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
今までは、半透光領域を構成する半透光膜の透過率は、パターン形状によらず、その膜と露光光によって決定する膜固有の透過率で規定していた。このように規定された透過率に基づいて半透光膜の膜材や厚さを設定する場合において、半透光領域の面積が露光機の解像度に対して十分に大きいときには特に問題は生じない。しかしながら、半透光領域の面積や幅が微小になった場合には、パターンの端部において生じる、露光光の回折の影響が無視できなくなるため、半透光領域に隣接する遮光部や透光部の影響により、実際の露光時には半透光膜固有の透過率とは異なる値となることがある。
【００２６】
例えば、薄膜トランジスタ用の多階調フォトマスクとしては、チャネル部に相当する領域を半透光領域とし、これを挟む形で隣接するソース及びドレインに相当する領域を遮光部で構成したものが多用される。このフォトマスクは、通常ｉ線〜ｇ線の波長帯の露光光を用いて露光されるが、チャネル部の寸法（幅）が小さくなるにしたがい、隣接する遮光部との境界が、実際の露光条件下においてぼかされ、チャネル部の露光光透過率は半透光膜の透過率よりも低くなる。すなわち、図１（ａ），（ｂ）に示すように、遮光部Ａに挟まれた半透光領域Ｂの透過光の光強度分布は、その半透光領域Ｂの線幅が小さくなると、全体に下がり、ピークが低くなる。例えば、図２に示すように、チャネル幅が５μｍ以下では、該チャネル幅に対応した幅の半透光領域における、実際の露光に寄与する光の透過率が顕著に低下する。ここで、半透光膜の膜透過率とは、透明基板上の該膜を形成した、十分に広い領域において、露光光の照射量と透過量の比によって規定されるものであり、該膜の組成や膜厚によって決定されるものである。十分に広い領域とは、該領域の広さの変化によって、透過率が実質的に変化しないような領域をいう。なお、図２においては、半透光領域Ｂの透過光の光強度分布のピーク値によって、該領域の透過率を代表させた。この部分の透過率は、この多階調マスクを使用して露光したときの、被転写体上のレジスト残膜値と相関をもつ。
【００２７】
最近の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）においては、従来に比してチャネル部の幅を小さくすることによって液晶の動作速度を上げ、又は、チャネル部の大きさを小さくすることによって液晶の明るさを増すなどの技術が提案されており、これらの要求から、パターンが微細化する傾向にあり、また一方で、得ようとするレジストパターンへの要求精度がさらに高くなることが予想される。本発明者らは、このような状況においては、フォトマスクの面積や幅の小さい領域について、半透光膜固有の透過率ではなく、パターン形状の違いなどの要因を含む透過率を考慮しなければ、所望のレジストパターンを形成することができないと考えた。
【００２８】
そこで本発明者らは、露光機の露光条件下で実際にフォトマスクに露光光を照射した際の被転写体が受ける光強度分布を撮像手段によって撮像することにより、パターン形状の違いなどの要因を含む転写パターン像が解析できることに着目し、この光強度データにより得られた転写パターン像に基づいて半透光領域における半透光膜の膜材や厚さなどを決めることができることを見出した。そして、この知見に基づいて、半透光領域において、パターン形状に応じて半透光膜の厚さを変えることにより、パターン形状に拘わらず、半透光領域のレジスト膜の残膜値を同じにできることを見出した。
【００２９】
したがって、本発明においては、半透光領域が、特定のパターン形状を有する第１半透光部と、前記パターン形状と異なるパターン形状を有する第２半透光部とを有するような膜構成とする。この場合において、例えば、幅が狭い領域を有するパターンについては、図２に示すように実際に露光に寄与する透過率が相対的に低い一方、相対的に線幅が広い領域を有するパターンについては、図２に示すように実際の露光に寄与する透過率が相対的に高い。これらを考慮して、双方が所望の透過率（実際に露光に寄与する透過率）を得るために、前者と後者の膜厚及び／又は膜質をそれぞれ調整する。このような膜厚差や膜質差を設けることにより、第１半透光部及び第２半透光部における露光光に対する実効透過率がほぼ等しくなる。すなわち、パターン形状に起因する第１半透光部と第２半透光部との間の膜固有の透過率差を膜厚差及び／又は膜質により調整し、これにより第１半透光部と第２半透光部との間の実効透過率をほぼ同じとする。このような多階調フォトマスクを用いてパターン転写を行うことにより、半透光領域におけるレジスト膜の残膜値をパターン形状に関係なく等しくすることができる。
【００３０】
第１半透光部と第２半透光部との間に膜厚差をもたせて、第１半透光部と第２半透光部との間の実効透過率をほぼ同じとする場合において、第１半透光部の膜厚と第２半透光部の膜厚との間の差は、第１半透光部及び第２半透光部におけるそれぞれの膜固有の透過率差で１０％以下、より好ましくは１％〜１０％であり、さらには、１％〜５％の時に本発明の効果が顕著である。より好ましくは１％〜５％である。したがって、この条件を満足するように、膜厚差がつくように第１及び第２の半透光部を形成する。ここで、膜固有の透過率とは、相対的に広い膜面積を有する領域における透過率をいう。なお、ここで実効透過率とは、透光部の露光光透過率を１００％としたときの、図１（ａ），（ｂ）の光強度分布曲線のピークにおける透過率とすることができる。図１（ａ），（ｂ）の光強度分布は、例えば後述の手法により得ることができる。
【００３１】
また、第１半透光部及び第２半透光部における実効透過率は、１５％〜６０％、より好ましくは２０％〜５０％であることが好ましい。
【００３２】
ここで、実効透過率は、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（光源波長、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である。このため、パターンにおける幅が特定されており、その幅の実効透過率が指定され、光学条件が固定されると、その実効透過率に基づいて上記第１半透光部、第２半透光部のそれぞれの半透光膜の設計（組成、膜厚、改質の度合い）決定することが可能となり、又は、膜の改質度合いを決定することが可能となる。
【００３３】
上記のように露光機の露光条件を再現する装置としては、例えば図３に示す装置が挙げられる。この装置は、光源１と、光源１からの光をフォトマスク３に照射する照明光学系２と、フォトマスク３を透過した光を結像させる対物レンズ系４と、対物レンズ系４を経て得られた像を撮像する撮像手段５とから主に構成されている。
【００３４】
光源１は、所定波長の光束を発するものであり、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、ＵＨＰランプ（超高圧水銀ランプ）などを使用することができる。例えば、マスクを使用する露光機を近似する分光特性をもつ光源を使用することができる。
【００３５】
照明光学系２は、光源１からの光を導きフォトマスク３に光を照射する。この照明光学系２は、開口数（ＮＡ）を可変とするため、絞り機構（開口絞り７）を備えている。この照明光学系２は、フォトマスク３における光の照射範囲を調整するための視野絞り６を備えていることが好ましい。この照明光学系２を経た光は、マスク保持具３ａにより保持されたフォトマスク３に照射される。この照明光学系２は筐体１３内に配設される。
【００３６】
フォトマスク３はマスク保持具３ａによって保持される。このマスク保持具３ａは、フォトマスク３の主平面を略鉛直とした状態で、このフォトマスク３の下端部及び側縁部近傍を支持し、このフォトマスク３を傾斜させて固定して保持するようになっている。このマスク保持具３ａは、フォトマスク３として、大型（例えば、主平面が１２２０ｍｍ×１４００ｍｍ、厚さ１３ｍｍのもの、又はそれ以上のもの）、かつ、種々の大きさのフォトマスク３を保持できるようになっている。なお、略鉛直とは、図３中θで示す鉛直からの角度が約１０度以内を意味する。フォトマスク３に照射された光は、このフォトマスク３を透過して、対物レンズ系４に入射される。
【００３７】
対物レンズ系４は、例えば、フォトマスク３を透過した光が入射され、この光束に無限遠補正を加えて平行光とする第１群（シミュレータレンズ）４ａと、この第１群を経た光束を結像させる第２群（結像レンズ）４ｂとから構成される。シュミレータレンズ４ａは、絞り機構（開口絞り７）が備えられており、開口数（ＮＡ）が可変となっている。対物レンズ系４を経た光束は、撮像手段５により受光される。この対物レンズ系４は筐体１３内に配設される。
【００３８】
この撮像手段５は、フォトマスク３の像を撮像する。この撮像手段５としては、例えば、ＣＣＤなどの撮像素子を用いることができる。
【００３９】
この装置においては、照明光学系２の開口数と対物レンズ系４の開口数とがそれぞれ可変となっているので、照明光学系２の開口数の対物レンズ系４の開口数に対する比、すなわち、シグマ値（σ：コヒレンシ）を可変することができる。
【００４０】
また、この装置においては、撮像手段５によって得られた撮像画像についての画像処理、演算、所定の閾値との比較及び表示などを行う演算手段１１、表示手段１２を有する制御手段１４及び筐体１３の位置を変える移動操作手段１５が設けられている。このため、得られた撮像画像、又は、これに基づいて得られた光強度分布を用いて、制御手段によって所定の演算を行い、他の露光光を用いた条件下での撮像画像、又は光強度分布や透過率を求めることができる。
【００４１】
このような構成を有する図３に示す装置は、ＮＡとσ値が可変となっており、光源の線源も変えることができるので、種々の露光機の露光条件を再現することができる。
【００４２】
本発明に係る多階調フォトマスクは、透明基板上に設けられた、露光光を遮光する遮光膜と、前記露光光を一部透過させる半透光膜とにより、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を構成する転写パターンを備える。そして、半透光領域は、特定のパターン形状に対する第１半透光部と、このパターン形状と異なるパターン形状に対する第２半透光部とを有する。それぞれの半透光部については、膜厚及び／又は膜質を変えて実効透過率を合わせている。
【００４３】
透明基板としては、ガラス基板などを挙げることができる。また、露光光を遮光する遮光膜としては、クロム膜などの金属膜、シリコン膜、金属酸化膜、モリブデンシリサイド膜のような金属シリサイド膜などを挙げることができる。また、反射防止膜としては、クロムの酸化物、窒化物、炭化物、弗化物などを挙げることができる。露光光を一部透過させる半透光膜としては、クロムの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物、又は、金属シリサイドなどを用いることができる。特に、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉｘ）膜のような金属シリサイド膜などが好ましい。ＭｏＳｉｘは、ＬＳＩ用フォトマスクの位相シフタとして多用されるＭｏＳｉＯＮや、ＭｏＳｉＮなどと比較して、アルカリなどの薬液で膜厚を調整する場合には有効である。
【００４４】
（実施例１）
上述した多階調フォトマスクは、図４に示すように、透明基板２１上に遮光領域Ａ、第１半透光領域Ｂ（暗い半透光領域）、第２半透光領域Ｃ（明るい半透光領域）及び透光領域Ｄを設ける。第１半透光領域Ｂは、遮光部に挟まれた広い領域のパターンであり、第２半透光領域Ｃは遮光部に挟まれた狭い幅を含むパターンである。このような多階調フォトマスクは、例えば、図４に示すように、透明基板２１の遮光領域Ａ、第１半透光領域Ｂ及び第２半透光領域Ｃ上に半透光膜２４を形成し、半透光膜２４の遮光領域Ａ上に遮光膜２２及び反射防止膜２３が形成され、第１半透光領域Ｂの半透光膜２４の厚さが厚く、第２半透光領域Ｃの半透光膜２４の厚さが薄い構造である。したがって、第１半透光領域Ｂは、半透光膜２４の厚さが厚いために膜透過率が低く（暗い半透光領域）、第２半透光領域Ｃは、半透光膜２４の厚さが薄いために膜透過率が高い（明るい半透光領域）。図４に示す構造の多階調フォトマスクは、４つの領域Ａ〜領域Ｄで４つの階調をもちながら、実際の露光の際には、半透光領域Ｂと半透光領域Ｃの実効透過率がほぼ同等となるように設計されているので、被転写体上に形成されるレジスト残膜値も同等となり、結果的には、３階調のレジストパターンを形成するフォトマスクである。
【００４５】
このような膜厚が異なる半透光膜を有する多階調フォトマスクは、以下のように作製することができる。透明基板上に前記露光光を一部透過させる半透光膜と、露光光を遮光する遮光膜とを設けたフォトマスクブランクを準備し、特定のパターン形状に対する第１半透光部、及び前記パターン形状と異なるパターン形状に対する第２半透光部で、前記露光光に対する実効透過率がほぼ等しくなり、かつ、それぞれの膜厚が異なるように、前記半透光膜をパターニングすることにより製造することができる。
【００４６】
図４に示す構造を製造する場合、遮光膜上に第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にして前記遮光膜をエッチングして第１遮光膜パターンを形成し、前記第１レジストパターン又は前記第１遮光膜パターンをマスクにして前記半透光膜をエッチングして透光領域を形成する第１フォトリソグラフィ工程（図６（ａ）〜図６（ｄ）参照）と、前記第１遮光膜パターンの所定領域上に第２レジストパターンを形成し、前記第２レジストパターンをマスクにして前記遮光膜をエッチングして第２半透光部を形成する第２フォトリソグラフィ工程（図６（ｅ）〜図６（ｇ）参照）と、前記第１遮光膜パターンの前記所定領域と異なる領域上に第３レジストパターンを形成し、前記第３レジストパターンをマスクにして前記遮光膜をエッチングして第１半透光部を形成する第３フォトリソグラフィ工程（図６（ｈ）〜図６（ｊ）参照）と、を含むことが好ましい。
【００４７】
上記の例において、半透光膜に表面処理を施して第１半透光部と第２半透光部との間に膜厚差をつける。この表面処理は、第２フォトリソグラフィ工程によって露出した第２半透光部に対して行うことができる。すなわち、第２フォトリソグラフィ工程によって第２半透光部が露出した状態（第１半透光部に相当する部分は遮光膜に覆われている）で、その部分の半透光膜に表面処理を施す。又は、これに加え、第３フォトリソグラフィ工程において、第１半透光部が露出した状態で、その部分の半透光膜に表面処理を行うことができる。このとき、第２半透光部が露出した状態であれば、第２半透光部も表面処理の影響を受けるので、予めこの分を想定して、表面処理による膜厚低減量を決定しておく。
【００４８】
表面処理は薬液を接触させることによって行うことができる。薬液としては、酸（硫酸など）やアルカリ（水酸化ナトリウムなど）を用いることができる。例えば、第２レジストパターンを形成し、これをマスクにして遮光膜をエッチング後、第２半透光部へのアルカリ溶液による表面処理と同時に、該第２レジストパターンを除去しても良い。又は、第３レジストパターンを形成後、これをマスクにして遮光膜をエッチングした後、第１半透光部に対してアルカリ溶液による表面処理を行うと同時に、第３レジストパターンを除去してもよい。換言すれば、前記第２フォトリソグラフィ工程及び／又は前記第３フォトリソグラフィ工程におけるレジストパターン除去と共に行われることが好ましい。
【００４９】
特定の表面処理に対して膜厚が変化する膜材料を半透光膜に用いることにより、レジストパターン除去の際に半透光膜の厚さを低減させることができ、これにより半透光膜における膜固有の透過率を上昇させることができる。例えば、膜材料としてＭｏＳｉを用いた場合、図５に示すように、アルカリ薬液処理で透過率を変えることができる。この特性を利用することにより、パターンの形状や配列差で実効透過率が変わることを相殺することができる。
【００５０】
実際に、線幅の相違に起因して必要となる透過率の調整量は数％であることが多く、このような透過率の微調整は極めて難しい。このような透過率の微調整に対して本発明の方法は非常に有効である。本発明によれば、第１及び第２半透光部の（膜固有の）露光光透過率差を５％以内、例えば２〜３％に作り込むことが可能である。このため、精緻にコントロールされたレジストパターンの形成が可能となり、パネルユーザの生産歩留、効率を高めることが可能である。
【００５１】
なお、薬液処理で透過率を調整した後に、すなわち、フォトマスクを製造した後に、半透光膜に対してＵＶ処理や熱処理で表面を改質して、耐薬品性を向上させることが好ましい。このような処理で透過率が変化する場合には、予めこの分を考慮して、薬液処理による透過率調整量を決定する。
【００５２】
本発明のフォトマスクを製造する工程を図６に示す。但し、ここでは、説明の簡便化のためにパターンの配列を図４と異なるものとしている。具体的には、例えば、図６（ａ）〜（ｊ）に示す工程により行う。なお、図４に示す構造の製造方法は、これらの方法に限定されるものではない。ここでは、半透光膜２４の材料をモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）とする。また、以下の説明において、レジスト層を構成するレジスト材料、エッチングの際に用いるエッチャント、現像の際に用いる現像液などは、従来のフォトリソグラフィ及びエッチング工程において使用できるものを適宜選択する。例えば、エッチャントに関しては、被エッチング膜を構成する材料に応じて適宜選択し、現像液に関しては、使用するレジスト材料に応じて適宜選択する。
【００５３】
図６（ａ）に示すように、透明基板２１上に半透光膜２４、遮光膜２２（表面部に反射防止膜２３が形成されている）が形成されたフォトマスクブランクを用意し、このフォトマスクブランク上にレジスト層２６を形成し、図６（ｂ）に示すように、透光領域Ｄのみが露出するようにレジスト層２６を露光・現像して開口部を形成する。次いで、図６（ｃ）に示すように、このレジストパターンをマスクにして、露出した反射防止膜２３、遮光膜２２、半透光膜をエッチングし、その後、図６（ｄ）に示すように、レジスト層２６を除去する。
【００５４】
次いで、図６（ｅ）に示すように、反射防止膜２３の遮光領域Ａ及び第１半透光領域Ｂ上にレジスト層２６を形成し、図６（ｆ）に示すように、このレジストパターンをマスクにして露出した反射防止膜２３、遮光膜２２をエッチングし、その後、図６（ｇ）に示すように、レジスト層２６を除去する。このとき、表面処理であるアルカリ薬液処理を施すことにより、半透光膜２４の厚さを薄くして薄い半透光膜２４ａとする。なお、レジスト層２６の除去にアルカリ薬液を用いる場合には、レジスト層２６を除去する際に、半透光膜２４の厚さを薄くする処理を同時に行うことができる。
【００５５】
次いで、図６（ｈ）に示すように、反射防止膜２３の遮光領域Ａ上にレジスト層２６を形成し、図６（ｉ）に示すように、このレジストパターンをマスクにして露出した反射防止膜２３及び遮光膜２２をエッチングし、その後、図６（ｊ）に示すように、レジスト層２６を除去する。レジスト層２６の除去にアルカリ薬液を用いる場合には、レジスト層２６を除去する際に、半透光膜２４の厚さを薄くすることができるので、半透光膜２４の膜厚の微調整を行うことができる。このようにして図４に示すような構成を作製することができる。
【００５６】
上述した多階調フォトマスクを用いて、露光機による露光光を照射することによって多階調フォトマスクの転写パターンを被加工層に転写する。これにより、半透光領域においてパターン形状によらず、所望の厚さの残膜値のレジストパターンを得ることができる。
【００５７】
（実施例２）
上記図６（ｆ）の段階において、薬液によって、露出している半透光部の表面処理をするかわりに、ＵＶ光などのエネルギーを照射することによって、露出した第２半透光部の半透光膜を改質することができる。例えば、表面に酸化層を形成することにより、透過率を上げることができる。これは、薬液によって膜厚を減少させるのと同等の効果をもたらす。ここで、第１半透光部以外の半透光部（第２半透光部）のみが露出した状態であるため、この部分を選択的に膜改質することができる。更に、これに加え、又はこれに変えて、図６（ｉ）の段階で、第３レジストパターンによって、第１半透光部が露出した状態で、同様にエネルギーの照射をしてもよい。要するに、本発明では、第２、第３レジストパターンの形成によって、それぞれ、第１又は第２半透光部に、選択的に表面処理を与えることができる。
【００５８】
本発明により、４階調をもつフォトマスクによって、被転写体上に３階調のレジストパターンを精緻に形成することができる。すなわち、このマスクを用いて形成したレジストパターンは、半透光部に相当する部分の残膜値が、パターンの寸法に関わらずほぼ一定となるため、液晶表示装置などの電子デバイス製造の際のフォトリソグラフィ工程が容易となる。さらに、このような４階調のフォトマスクを製造するに際して、本発明における半透光膜は、１回の成膜プロセスで形成された、同一組成の単層膜とすることができる。この場合、成膜工程が増えるというデメリットが全く無い。
【００５９】
なお、上記説明においては、遮光部に隣接して挟まれた半透光領域の透過率について、本発明を適用することの利点を述べた。しかしながら、透光部に挟まれた半透光部においても、同様の考察を行うことにより、本発明のマスクを用いて電子デバイスを製造する際、被転写体上に形成されるレジストパターンの残膜値を制御することができる。この場合は、半透光領域の実効透過率は、半透光領域に用いた半透光膜の固有の透過率より高くなる傾向にある。このような場合でも、形状の異なる、第１、第２半透光部に対して、その実効透過率がほぼ等しくなるように、上記で説明した手段によって、実際に露光に寄与する透過率を調整できるのである。
【００６０】
本発明は上記実施の形態に限定されず、適宜変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態においては、半透光膜において実効透過率を揃える半透光領域が２つである場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、半透光膜において実効透過率を揃える半透光領域が３つ以上である場合にも同様の技術的思想により膜構成を変えることで同様に適用することができる。また、上記実施の形態における部材の個数、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。
【符号の説明】
【００６１】
１  光源
２  照明光学系
３  フォトマスク
４  対物レンズ系
４ａ  シミュレータレンズ
４ｂ  結像レンズ
５  撮像手段
６  視野絞り
７  開口絞り
１１  演算手段
１２  表示手段
１３  筐体
１４  制御手段
１５  移動操作手段
２１  透明基板
２２  遮光膜
２３  反射防止膜
２４  半透光膜
２４ａ  薄い半透光膜
２６  レジスト層
【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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