JP6456748B2 - フォトマスクの製造方法、フォトマスク及びフラットパネルディスプレイの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、被転写体へのパターン転写に用いるフォトマスクの製造方法、フォトマスク、及びそのフォトマスクを用いたフラットパネルディスプレイの製造方法に関する。

近年、液晶パネル等のフラットパネルディスプレイの配線パターンの微細化が望まれている。そしてこうした微細化が望まれる理由は、フラットパネルディスプレイの明るさの向上、反応速度の向上といった画像品質の高度化のみならず、省エネルギーの観点からも、有利な点があることに関係している。これに伴い、フラットパネルディスプレイの製造に用いられるフォトマスクにも、微細パターンの線幅精度の要求が高まることとなる。

先行技術として、たとえば下記特許文献１には、遮光膜をパターニングし、ｉ線に対して１８０°の位相差をもたせる膜厚の位相シフト層を、遮光膜を被覆するように形成した位相シフトマスクが記載されており、これによって微細かつ高精度なパターン形成が可能になるとしている。特許文献１に記載の位相シフトマスクの製造方法は、透明基板上の遮光層をパターニングし、この遮光層を被覆するように透明基板上に位相シフト層を形成し、この位相シフト層をパターニングするというものである。位相の反転作用により光強度が最小となる領域を形成して、露光パターンをより鮮明にすることができると記載されている。

また、下記特許文献２には、透明基板上の下層膜及び上層膜がそれぞれパターニングされて形成された透光部、遮光部、半透光部を含む転写用パターンを備えたフォトマスクであって、前記透光部は、前記透明基板が露出してなり、前記遮光部は、前記透明基板上において、前記下層膜上に上層膜が積層して形成されてなり、前記半透光部は、前記透明基板上に前記下層膜が形成されてなり、かつ、前記遮光部のエッジに隣接して形成された１．０μｍ以下の一定線幅の部分を有することを特徴とするフォトマスク、及びその製造方法が記載されている。これによって微細かつ高精度な転写用パターンを備えるフォトマスクを提供できるとしている。

特開２０１１−１３２８３号公報 特開２０１３−１３４４３５号公報

しかし、フォトマスクの転写用パターンを単純に微細化することによって、フラットパネルディスプレイの配線パターンを微細化しようとすることは容易ではない。
上記特許文献１に開示された位相シフトマスクによると、遮光層は、透明基板上に形成され、位相シフト層は、その遮光層の周囲に形成され、３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の複合波長領域のいずれかの光に対して１８０°の位相差をもたせることが可能とされている。このような位相シフト層による位相シフト効果が得られる一方、このような位相シフトマスクを得ることは実際には容易でない。特許文献１の位相シフトマスクの製造方法によると、遮光層と位相シフト層の相対的な位置関係は、２回の描画の相互のアライメントずれの影響を受けるため、遮光層の周囲に形成される位相シフト層の幅が一定せず、位相シフト効果にばらつき生じるという不都合が生じる。

一方、上記特許文献２に開示されたフォトマスクは、その製造方法において1回の描画によって形成されたレジストパターンが、上層膜と下層膜のパターニングの位置を決めるため、細幅（１．０μｍ以下）の一定幅部分（以下「リム部」ともいう。）が、安定して正確に形成できる利点がある。本発明者の検討によると、描画工程を２回実施する場合、相互のアライメントずれが０．１〜０．５μｍ程度で生じることがあり、これを完全に阻止することは困難である。従って、特許文献２に開示のフォトマスクによれば、寸法の小さいパターンを正確に形成できないという従来の不都合が解決される。

但し、特許文献２のフォトマスクの製造方法によると、下層膜と上層膜のエッチング特性が異なる、すなわち、一方のエッチャントに対して、他方が耐性をもつことが重要となる。この場合には、安定してリム部が形成できるが、下層膜と上層膜が共通のエッチング特性をもつ場合には、リム部が形成しにくいという課題がある。

ここで、上記特許文献２のフォトマスクの製造方法を図８に示す。本願の図８は、特許文献２の図３を転記したものである。
ここで（Ｅ）の上層膜パターニング工程において、上層膜３０ａをサイドエッチングしてリム部を形成しようとするとき、下層膜２０ｐが上層膜３０ａと同時にエッチングされて溶出してしまうと、（Ｆ）に示すような、下層膜が露出した細幅のリム部が形成できないからである。つまり、特許文献２の方法を採用しようとするとき、下層膜と上層膜の材料に、エッチング特性が異なることが必要となる制約がある点に、本発明者は着目した。

一方、エッチング特性が共通の下層膜と上層膜を用いて、この２つの膜をそれぞれパターニングし、転写用パターンを形成する場合には、この２つの膜の間に、エッチングストッパ膜を介在させることが考えられる。このエッチングストッパ膜には、下層膜や上層膜とは異なるエッチング特性をもつ材料を用い、下層膜や上層膜のエッチャントに対して耐性を有するものとする。こうしたエッチングストッパ膜を下層膜と上層膜の間に介在させ、それぞれの膜をそれぞれに適したエッチャントで順次エッチングすれば、下層膜と上層膜に対して、それぞれ所望のパターンを形成することが可能である。

そこで、透明基板上に、下層膜、エッチングストッパ膜、及び上層膜を順に積層し、その表面にフォトレジスト膜を形成したフォトマスクブランクを用意し、上記特許文献２に記載の方法を適用して、アライメントずれのないパターニングを行うことを考える。本願の図９はこの工程を示す参考図である。

まず、図９（ａ）に示すような、透明基板１上に、下層膜２、エッチングストッパ膜３、及び上層膜４を順に積層したフォトマスクブランクを用意する。
このフォトマスクブランクは、透明基板１上に、下層膜２として半透光膜が形成され、その上にエッチングストッパ膜３、更に上層膜４として遮光膜が形成されている。最上層にはポジ型のフォトレジスト膜５が塗布形成されている。ここで、半透光膜は、フォトマスクの露光に用いる露光光を一部透過するものであり、遮光膜は実質的に遮光する。また、例えば半透光膜と遮光膜をいずれもＣｒを含む材料とすれば、Ｃｒ用のエッチャント（ここではウェットエッチングを採用するので、エッチング液）によってエッチング可能である。一方、エッチングストッパ膜は、Ｃｒ用エッチャントに対して耐性のある材料であって、ここではモリブデンシリサイドを含む材料からなるものとする。

次に、このフォトマスクブランクに対して、レーザ描画装置を用いて描画し、現像を行うことにより、レジストパターン５ａが形成される（図９（ｂ）参照）。
次いで、この形成したレジストパターン５ａをマスクとして、上層膜４をエッチングして、上層膜パターン４ａを形成する（図９（ｃ）参照）。ここでは、Ｃｒ用エッチング液として、硝酸第二セリウムアンモニウムを含有するエッチング液を使用する。

次に、エッチング液をフッ酸系のものに変え、エッチングストッパ膜３をエッチングして、エッチングストッパ膜パターン３ａを形成する（図９（ｄ）参照）。
再び、Ｃｒ用のエッチング液を使用して、下層膜２をエッチングする（図９（ｅ）参照）。透明基板１が一部露出し、透光部が形成される。

次に、特許文献２の（Ｅ）工程と同様に、リム部を形成するために、更にＣｒ用エッチング液で追加エッチングを行う。このとき、上記レジストパターン５ａがマスクとなって、上層膜４ａのサイドエッチングが進む（図９（ｆ）参照）。但し、上層膜と同じＣｒ系の下層膜２ａに対しても、同様にサイドエッチングが進行する。
そして、追加エッチングを更に継続し、サイドエッチングを進行させる（図９（ｇ）参照）。

ここで、レジストパターン５ａを剥離除去する（図９（ｈ）参照）。
最後に、エッチングストッパ膜３ａをエッチング除去すると、図９（ｉ）に示されるように、下層膜のみが露出したリム部が形成されない。

従って、下層膜と上層膜のエッチング特性が共通の場合には、特許文献２の製法を適用して、1回の描画で２つの膜をそれぞれ異なる寸法にパターニングすることが理論的に不可能であることが想定できるわけである。なお、一方の膜をパターニングした後に他方の膜を成膜し、パターニングする方法（特許文献１の方法）によれば、膜素材によらず、それぞれの膜に対するパターニングが可能であるが、２回の描画によるアライメントずれが発生するため、微細な幅をもつパターンは形成できない。

そこで、本発明は、下層膜と上層膜のエッチング特性が共通である場合にも、細幅のリム部を安定して正確に形成することが可能な方法を提供し、それによって微細かつ高精度な転写用パターンを備えるフォトマスク、その製造方法、及びフラットパネルディスプレイの製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明者は、上記課題を解決するため、下層膜と上層膜のサイドエッチング特性に着目して鋭意検討した結果、以下の構成を有する発明によって上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の構成を有する。

（構成１）
透明基板上に形成された下層膜、エッチングストッパ膜、及び上層膜がそれぞれパターニングされることによって形成された転写用パターンを備えるフォトマスクの製造方法であって、前記透明基板上に、前記下層膜、前記エッチングストッパ膜、及び前記上層膜がこの順に積層するフォトマスクブランクを用意する工程と、前記上層膜の上に形成されたレジストパターンをマスクとして、前記上層膜をエッチングする上層膜予備エッチング工程と、少なくともエッチングされた前記上層膜をマスクとして、前記エッチングストッパ膜をエッチングする工程と、少なくともエッチングされた前記エッチングストッパ膜をマスクとして、前記下層膜をエッチングする下層膜エッチング工程と、少なくとも前記レジストパターンをマスクとして、前記上層膜をサイドエッチングすることにより、前記上層膜のエッジが、前記下層膜のエッジより所定幅分後退した、リム部を形成する上層膜サイドエッチング工程と、を有し、前記下層膜は、前記上層膜のエッチャントによってエッチング可能な材料からなり、前記エッチングストッパ膜は、前記上層膜のエッチャントに対して耐性を有する材料からなることを特徴とする、フォトマスクの製造方法。

（構成２）
前記上層膜サイドエッチング工程の後、前記上層膜をマスクとして、前記エッチングストッパ膜をエッチングし、前記リム部において、前記下層膜の表面を露出させることを特徴とする、構成１に記載のフォトマスクの製造方法。
（構成３）
前記上層膜サイドエッチング工程において、形成される前記リム部について、前記所定幅をリム幅とし、該リム幅をＷ（μｍ）とするとき、０＜Ｗ≦１．０であることを特徴とする、構成１又は２に記載のフォトマスクの製造方法。

（構成４）
前記下層膜の膜厚をＡ（Å）とするとき、Ａ≦３００であることを特徴とする、構成１乃至３のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
（構成５）
前記上層膜サイドエッチング工程において、単位時間あたりの前記上層膜の平均サイドエッチング量が、前記下層膜の平均サイドエッチング量の１．５倍以上であることを特徴とする、構成１乃至４のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。

（構成６）
前記下層膜の膜厚をＡ（Å）、前記上層膜の膜厚をＢ（Å）とするとき、Ｂ≧２Ａであることを特徴とする、構成１乃至５のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
（構成７）
前記転写用パターンは、前記透明基板表面が露出してなる透光部、前記透明基板上に前記下層膜、前記エッチングストッパ膜、及び前記上層膜が積層する遮光部、及び、前記透明基板上に前記下層膜、又は前記下層膜と前記エッチングストッパ膜の積層膜が形成されてなる半透光部を含み、前記リム部は、前記透光部と前記遮光部に挟まれて位置する一定幅の前記半透光部であることを特徴とする、構成１乃至６のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。

（構成８）
前記下層膜は、前記フォトマスクの露光に用いる露光光に対する透過率が５〜８０％の半透光膜であることを特徴とする、構成１乃至７のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
（構成９）
前記転写用パターンは、ライン・アンド・スペース・パターンを含むことを特徴とする、構成１乃至８のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。

（構成１０）
前記転写用パターンは、ホールパターン又はドットパターンを含むことを特徴とする、構成１乃至８のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
（構成１１）
前記下層膜は、前記フォトマスクの露光に用いる露光光に含まれる代表波長の光に対する位相シフト量が６０度以下であることを特徴とする、構成１乃至１０のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。

（構成１２）
透明基板上に、転写用パターンを備えるフォトマスクであって、前記転写用パターンは、前記透明基板表面が露出してなる透光部、前記透明基板上に下層膜、エッチングストッパ膜、及び上層膜が積層する遮光部、及び、前記遮光部に隣接して所定幅で形成されたリム部であって、前記透明基板上に前記下層膜、又は前記下層膜と前記エッチングストッパ膜の積層膜が形成されてなるリム部を含み、前記下層膜は、前記上層膜のエッチャントによってエッチング可能な材料からなり、前記エッチングストッパ膜は、前記上層膜のエッチャントに対して耐性を有する材料からなることを特徴とする、フォトマスク。

（構成１３）
前記リム部の幅をＷ（μｍ）とするとき、０＜Ｗ≦１．０であることを特徴とする、構成１２に記載のフォトマスク。
（構成１４）
前記下層膜の膜厚をＡ（Å）とするとき、Ａ≦３００であることを特徴とする、構成１２又は１３に記載のフォトマスク。

（構成１５）
前記下層膜の膜厚をＡ（Å）、前記上層膜の膜厚をＢ（Å）とするとき、Ｂ≧２Ａであることを特徴とする、構成１２乃至１４のいずれかに記載のフォトマスク。
（構成１６）
前記転写用パターンは、ライン・アンド・スペース・パターンを含むことを特徴とする、構成１２乃至１５のいずれかに記載のフォトマスク。

（構成１７）
前記転写用パターンは、ホールパターン又はドットパターンを含むことを特徴とする、構成１２乃至１５のいずれかに記載のフォトマスク。
（構成１８）
構成１乃至１１のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法によって製造されたフォトマスク、又は構成１２乃至１７のいずれかに記載のフォトマスクを用意し、露光装置によって前記転写用パターンを被転写体上に転写することを含む、フラットパネルディスプレイの製造方法。

本発明によれば、下層膜と上層膜のエッチング特性が共通である場合にも、細幅のリム部を安定して正確に形成することが可能である。本発明によれば、フォトマスクに用いる下層膜と上層膜の材料についての制約を緩和しつつ、細幅のパターンを安定して正確に形成することができる。
また、それによって微細かつ高精度な転写用パターンを備えるフォトマスク及びその製造方法を提供することができる。また、本発明により得られるフォトマスクを用いてフラットパネルディスプレイを製造することにより、フラットパネルディスプレイの配線パターンの微細化を達成することが可能である。

本発明に係るフォトマスクの製造方法の実施形態を工程順に示すマスクブランク等の断面構成図である。 半透光膜の膜厚４３０Åの場合のエッチング時間と遮光膜（上層膜）及び半透光膜（下層膜）のサイドエッチング量の相関関係を示す図である。 半透光膜の膜厚２８０Åの場合のエッチング時間と遮光膜（上層膜）及び半透光膜（下層膜）のサイドエッチング量の相関関係を示す図である。 半透光膜の膜厚２１０Åの場合のエッチング時間と遮光膜（上層膜）及び半透光膜（下層膜）のサイドエッチング量の相関関係を示す図である。 半透光膜の膜厚１６０Åの場合のエッチング時間と遮光膜（上層膜）及び半透光膜（下層膜）のサイドエッチング量の相関関係を示す図である。 Ｃｒ系半透光膜における透過率と膜厚の相関関係を示す図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれフォトマスクの転写用パターン例を示す平面視図である。 先行文献に開示されたフォトマスクの製造工程を示す図である。 先行文献に記載の方法を適用したフォトマスクの製造工程を示す参考図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳述する。
図１は、本発明に係るフォトマスクの製造方法の実施形態を工程順に示すマスクブランク等の断面構成図である。
まず、フォトマスクブランク（図１（ａ）参照）を用意する。このフォトマスクブランク２００は、前述の図９（ａ）と同様の構成のものである。すなわち、透明基板１上に、下層膜２、エッチングストッパ膜３、及び上層膜４がこの順に積層され、更に最表面には、レジスト膜５が形成されている。

本発明のフォトマスクに用いる透明基板１としては、ガラス等の透明材料を平坦、平滑に研磨したものを用いることができる。フラットパネルディスプレイ等の表示装置製造用のフォトマスクとしては、主平面が一辺３００ｍｍ以上のものが好ましい。

ここで例示する本実施の形態では、下層膜２は半透光膜、上層膜４は遮光膜とする。
上記半透光膜の材料は、Ｃｒ系の場合、Ｃｒ単体のほか、Ｃｒの化合物（Ｃｒの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、炭化窒化物、酸化窒化炭化物など）を使用することができる。このＣｒ系の半透光膜は、Ｃｒ用のエッチャント（例えば、硝酸第二セリウムアンモニウムを含むエッチング液）によってエッチング可能である。
また、上記半透光膜は、Ｓｉ系の膜とすることもできる。この場合は、Ｓｉの化合物（ＳｉＯＮなど）、又は遷移金属シリサイド（ＭｏＳｉなど）の化合物を用いることもできる。ＭｏＳｉの化合物としては、ＭｏＳｉの窒化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物などが例示される。

フォトマスクの用途に応じて、半透光膜が有する光学特性を選択する。例えば、半透光膜は、フォトマスクの露光に用いる露光光に対して、透過率が５〜８０％とすることができる。より好ましくは１０〜６０％であり、かつ、位相シフト量が９０度以下、より好ましくは５〜６０度とすることができる。
または、半透光膜は、フォトマスクの露光に用いる露光光に対して、透過率が２〜３０％、より好ましくは３〜１０％であり、かつ、位相シフト量が９０〜２７０度、より好ましくは１５０〜２１０度とすることができる。

なお、フォトマスクの露光に用いる露光光としては、ｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれかを含むものが好ましく、より好ましくはｉ線、ｈ線、ｇ線のすべてを含む波長域の光源を用いることで、十分な照射量を得ることができる。この場合は、波長域に含まれる代表波長（例えばｈ線）に対する透過率、及び、位相シフト量として、上記範囲内とすることが好適である。
また、本発明においては、半透光膜の膜厚をＡ（Å）とすることき、Ａ≦３００であることが好ましい。これについては後述する。

上記マスクブランク２００では、上記半透光膜（下層膜２）上にはエッチングストッパ膜３が形成される。このエッチングストッパ膜３は、上記半透光膜とはエッチング特性が異なるもの、すなわちエッチング選択性を有するものとする。従って、半透光膜がＣｒ系の場合には、エッチングストッパ膜３はＳｉ系の膜とし、半透光膜がＳｉ系である場合には、エッチングストッパ膜３はＣｒ系の膜とすることができる。エッチングストッパ膜３の材料の具体例は、上記半透光膜の材料として列記されたものと同様のものから選択することができる。

また、上記エッチングストッパ膜３上には、上層膜４として遮光膜が形成される。遮光膜の材料は、上記半透光膜と共通のエッチング特性をもつものとする。本実施形態では、半透光膜がＣｒ系の場合には、遮光膜もＣｒ系の膜とする。遮光膜の材料としては、上記半透光膜の材料として挙げられたものから選択することができる。なお、遮光膜の表面には、反射防止機能を有する表層（反射防止層）を形成することが好ましく、例えば、Ｃｒ化合物層（たとえばＣｒの酸化物など）が好ましく挙げられる。
なお、本実施形態では、半透光膜及び遮光膜は、いずれもＣｒ系の膜であり、エッチングストッパ膜は、Ｓｉ系の膜であるものとする。

上記下層膜２、エッチングストッパ膜３、上層膜４などの成膜方法はスパッタ法など、公知の手段を適用できる。各膜は、単層で構成されている場合のほか、積層で構成されていてもよい。また、本発明の作用効果を妨げない範囲で、他の構成膜が、下層膜２、エッチングストッパ膜３、上層膜４のいずれかの上、下、又は中間に存在していてもよい。

上記マスクブランク２００の最表面に形成されるレジスト膜５は、描画装置としてレーザ描画装置を用いる場合には、フォトレジスト膜とする。フォトレジスト膜はポジ型でもネガ型でも良いが、本実施形態では、ポジ型として説明する。

次に、上記フォトマスクブランク２００に、描画装置を用いて、所望のパターンを描画し、次いで現像することにより、レジストパターン５ａが形成される（図１（ｂ）参照）。
続いて、形成されたレジストパターン５ａをマスクとして、上層膜４の遮光膜をエッチング（予備エッチング）する（図１（ｃ）参照）。これによって、上層膜パターン４ａが形成される。ここでは遮光膜はＣｒ系の膜であるから、Ｃｒ用のエッチング液によりウェットエッチングする。

次いで、少なくとも、エッチングされた遮光膜（上層膜パターン４ａ）をマスクとして、エッチング液にバッファードフッ酸を用いて、エッチングストッパ膜３をエッチングする（図１（ｄ）参照）。これによって、エッチングストッパ膜パターン３ａが形成される。

続いて、少なくとも、エッチングされたエッチングストッパ膜（エッチングストッパ膜パターン３ａ）をマスクとして、再度、Ｃｒ用エッチング液によって、下層膜２の半透光膜をエッチングする（図１（ｅ）参照）。これによって、下層膜パターン２ａが形成されるとともに透明基板１の一部が露出し、透光部が形成される。

次いで、Ｃｒ用エッチング液にて追加エッチング（上層膜のサイドエッチング）を行う（図１（ｆ）参照）。この際、上記レジストパターン５ａがマスクとなり、遮光膜がサイドエッチングされることにより、遮光膜のエッジがレジストパターン５ａのエッジより内側に移動（後退）して、遮光膜パターン４ｂとなる。これにより、遮光膜のエッジは、エッチングストッパ膜３ａのエッジ、及び、半透光膜２ｂのエッジのいずれよりも内側に移動（後退）する。このとき、半透光膜のエッジも、エッチング液と接触することから、半透光膜のサイドエッチングも生じる。但し、実際には、上記遮光膜と比較すると、サイドエッチングによる半透光膜エッジの後退量はわずかであった。

そして、更に追加エッチングを継続する（図１（ｇ）参照）。上記透光部形成（上記図１（ｅ）工程）後、１６０秒経過した時点で、エッチングを終了した。
この結果、遮光膜のサイドエッチングにより、遮光膜のエッジが更に内側に移動（後退）し（遮光膜パターン４ｃとなる）、遮光膜のエッジに沿って、半透光膜、及びエッチングストッパ膜が、細い一定幅ではみ出した形のリム部が形成された。ここで、遮光膜のエッジと、半透光膜のエッジの間隔をリム幅とすると、リム幅は、本実施の形態では１μｍ以下であった。

そして、レジストパターン５ａを剥離除去する（図１（ｈ）参照）。
但し、エッチングストッパ膜をエッチング除去する場合（下記参照）には、その後にレジストパターンを除去してもよい。すなわち、レジストパターンの除去は、すべてのエッチング工程が完了した後に行っても良い。

また、上記工程に続けて、表面の遮光膜（上層膜パターン４ｃ）をマスクとして、エッチング液にバッファードフッ酸を用いて、露出している部分のエッチングストッパ膜３ａをエッチング除去することによって、リム部（Ｒｌ、Ｒｒ）における半透光膜表面が露出した状態となる（図１（ｉ）参照）。

こうして得られた本実施形態のフォトマスク３００は、透明基板１が露出した透光部、透明基板１上に半透光膜（下層膜２）、エッチングストッパ膜３及び遮光膜（上層膜４）が積層してなる遮光部、及び、透明基板１上に半透光膜が形成され、かつ遮光膜が形成されていない、細幅のリム部（Ｒｌ、Ｒｒ）を有する転写用パターンを備えたフォトマスクである。なお、本発明のフォトマスクが備える転写用パターンを平面視した図を図７に例示するが、これについてはまた後で説明する。

なお、上述の半透光膜エッチング工程（図１（ｅ））においても、上層側の遮光膜のサイドエッチングが開始する場合があるが、この事に何ら不都合はない。本発明の好ましい態様によれば、半透光膜の膜厚が十分に小さく、半透光膜エッチング工程は短時間であるため、この段階で生じる遮光膜のサイドエッチング量がわずかとなる。いずれにしても、上述の追加エッチング（図１（ｆ）、（ｇ））の工程で、最終的な遮光膜のサイドエッチング量を調整し、所望のリム幅を得ることができる。

ところで、上述のエッチングストッパ膜３ａをエッチング除去する工程（図１（ｉ））は、省略しても構わない。すなわち、エッチングストッパ膜をリム部に残留させることも可能である。その場合、エッチングストッパ膜３は光を透過する素材とし、その透過率などの光学特性を適切に選択すれば良い。

また、上記エッチングストッパ膜のエッチング除去工程を設けなくても、他の工程（例えばすべてのエッチング工程が終了した後、レジストパターンを剥離し、或いは、完成したフォトマスクを洗浄する過程など）で、エッチングストッパ膜の露出部分を除去しても良い。
上記のとおり、エッチングストッパ膜をリム部に残留させても良いが、いずれかの工程で除去することがより好ましい。

前に、下層膜と上層膜のエッチング特性が共通の場合には、特許文献２の製法を適用して、1回の描画で２つの膜をパターニングすることが理論的に不可能であることが想定できると説明したが、実際、上記工程で明らかになったとおり、図１（ａ）のような積層構造を有するフォトマスクブランク２００を用い、1回の描画（図１（ｂ）工程）と上層膜のサイドエッチング（図１（ｆ），（ｇ）工程）を利用することにより、透明基板１上に形成された半透光膜（下層膜２）の表面、又は半透光膜とエッチングストッパ膜の積層膜の表面が所定幅で露出する半透光部を形成することができる。このことは、本発明者が鋭意検討の結果、初めて見出したことである。

この半透光部は、遮光部の周縁に沿って一定幅で形成されていることから、リム部とする。なお、この半透光部は、遮光部と透光部に挟まれて位置することから、透光部の周縁に形成されたリム部として考えることもできる。リム部において、遮光膜のエッジ（すなわち、遮光部のエッジ）と半透光膜のエッジの間隔をリム幅とする。

図１（ｆ）〜（ｇ）の工程においては、半透光膜と遮光膜がいずれもＣｒ系エッチング液によってエッチングされる材料であるにも関わらず、半透光膜の単位時間あたりのサイドエッチングが進行した寸法(サイドエッチング量)は、遮光膜のそれよりも小さいことが確認された。この結果、上記リム部を形成することが可能であったわけである。

これに関連し、Ｃｒ用エッチング液によるエッチング時間と遮光膜（上層膜）及び半透光膜（下層膜）のサイドエッチング量の相関関係を図２〜図５に示す。図２〜図５はそれぞれ、透明基板上に半透光膜、エッチングストッパ膜、及び遮光膜をこの順に積層したフォトマスクブランクを用意し、図１（ａ）〜（ｅ）の工程を施した後、Ｃｒ用エッチング液でサイドエッチングを行ったときの、半透光膜と遮光膜のそれぞれのサイドエッチング量（エッジが後退する寸法）を測定したものである。

図２〜図５は、半透光膜の膜厚がそれぞれ異なり、図２では、半透光膜の膜厚４３０Å（ｈ線に対する透過率１０％相当）、図３では２８０Å（同２０％相当）、図４では２１０Å（同３０％相当）、図５では１６０Å（同４０％相当）とした。なお、Ｃｒ系半透光膜における透過率と膜厚の相関関係は、図６に示すとおりである。但し、Ｃｒ系半透光膜の透過率と膜厚の相関関係については、半透光膜の組成の変更によって、図６と異なるものとすることもできる。例えば、成膜をスパッタ法により行う場合、導入するガス種（窒素、酸素、二酸化炭素など）とその流量によって、調整可能である。
一方、遮光膜は、いずれも膜厚１２００Å（光学濃度３以上）とした。

ここで、図２（半透光膜の膜厚が４３０Å）の場合、遮光膜のサイドエッチング速度は平均９６ｎｍ／ｍｉｎ、半透光膜のサイドエッチング速度は平均６７ｎｍ／ｍｉｎであって、両膜のサイドエッチング速度の差は小さかった。また、１６０秒経過後の両膜のサイドエッチング量の差（半透光膜表面が露出して形成されるリム部の幅（リム幅）に相当）は、７７ｎｍ程度であった。

一方、図５（半透光膜の膜厚が１６０Å）の場合、遮光膜のサイドエッチング速度は平均１１６ｎｍ／ｍｉｎに増加する反面、半透光膜のサイドエッチング速度は平均５８ｎｍ／ｍｉｎにとどまり、１６０秒経過後の両膜のサイドエッチング量の差は１５３ｎｍ程度であった。
すなわち、図２〜図５の結果から、半透光膜の膜厚がある程度以下であるときには、半透光膜と遮光膜のサイドエッチング量の差が明確になり、その結果、図１（ｉ）に示すようなリム幅Ｗのリム部（Ｒｌ、Ｒｒ）が形成されることが明らかになった。

本発明において、リム幅Ｗ（μｍ）は、０＜Ｗ≦１．０であることが好ましい。より好ましくは、０＜Ｗ≦０．８、更に好ましくは、０．０５≦Ｗ≦０．６である。本発明によれば、このような細幅のリム部を安定して正確に形成することができるので、本発明は極めて有用である。
本発明者の検討によると、両膜のサイドエッチング量の差を生じさせて、上記リム部を形成するために、例えば膜材料の選択を考えることができるが、適切な範囲の膜厚を適用することがより有利である。

上記図２〜図５の結果から想定されるように、半透光膜の膜厚が３００Å以下であるときに、両膜のサイドエッチング速度の差が得やすい。
また、本発明において、遮光膜の膜厚は、半透光膜の膜厚に対して、より大きいことが好ましく、例えば、半透光膜（下層膜）の膜厚をＡ（Å）、遮光膜（上層膜）の膜厚をＢ(Å)とするとき、Ｂ≧２Ａであることが望ましい。具体的には、Ｂ≧８００、より好ましくは、Ｂ≧１０００である。

また、本発明者の検討によると、上記サイドエッチング工程における、単位時間あたりの平均的なサイドエッチング量を、「平均サイドエッチング速度」とし、半透光膜の平均サイドエッチング速度をＶｈ、遮光膜の平均サイドエッチング速度をＶｏとするとき、Ｖｏ≧１．５Ｖｈ、より好ましくは、Ｖｏ≧１．８Ｖｈとなる場合に、リム部の形成が行いやすいことが見出された。ここでのサイドエッチングとは、基板主面と平行な方向に進むエッチングをいう。
なお、図２と、図３〜図５とを比較すると理解されるとおり、半透光膜の膜厚が小さく、サイドエッチングが抑制されるとき、遮光膜のサイドエッチング量はむしろ促進される傾向がみられた。

本発明により形成されるリム部の寸法は、被エッチング材料とエッチャントの組み合わせに依存して決まるエッチング進行速度を意味する、一般的ないわゆるエッチングレートの影響も受ける。但し、本発明者の検討により、半透光膜と遮光膜の材料によるエッチングレートに大きな差がなくても、リム部を形成することができる点が新たに見出された。

本発明の実施に適用するエッチング法としては、ドライエッチングとウェットエッチングが考えられるが、上述のサイドエッチングの効果を得るためには、等方性エッチングの性質をもつウェットエッチングが好ましい。

上記リム部は、フォトマスクに形成された転写用パターンを被転写体に転写する際に、光学的な機能を奏する領域である。例えば、リム部が、露光光の代表波長の位相をほぼ反転させる位相シフト部である場合（すなわち、リム部の光透過率が２〜３０％であって、位相シフト量が９０〜２７０度の場合）、フォトマスクを透過する光の強度分布をより良化させ、転写像のコントラストを向上することができる。また、上記リム部が、露光光の代表波長の位相を反転させずに一部透過する場合（すなわち、リム部の光透過率が５〜８０％であって、位相シフト量が９０度以下の場合）、フォトマスクを透過する光量全体を増加させ、被転写体上のレジスト膜を確実に感光することができる。

図７（ａ）〜（ｃ）に本発明による具体的な転写用パターン例の平面視図を示す。
図７（ａ）〜（ｃ）のいずれの転写用パターンも、透明基板表面が露出してなる透光部、透明基板上に下層膜、エッチングストッパ膜、及び上層膜が積層する遮光部、及び、透明基板上に下層膜が形成され（下層膜とエッチングストッパ膜の積層膜でもよい）、かつ上層膜が形成されていない半透光部を含み、上記リム部は、上記透光部と遮光部に挟まれて位置する一定幅の半透光部により形成されている。

なお、本実施の形態では、下層膜、上層膜は、それぞれ半透光膜、遮光膜としたが、もちろんこの場合に限られる必要はなく、フォトマスクを構成するいずれかの光学膜や機能膜であることができる。
また、転写用パターン内に、半透光部として、リム部以外の半透光部、例えば、リム部より大きな幅（例えば１μｍを超える幅）をもつ半透光部が含まれていてもよい。

以下、図７に示す具体的な転写用パターン例について更に詳しく説明する。
図７（ａ）は、ライン・アンド・スペース・パターンの例示である。
ここでは、両側に半透光部のリム部Ｒｌ、Ｒｒをもつ遮光部Ａからなるライン部と、透明基板が露出した透光部からなるスペース部が所定のピッチで配置されている。本発明による半透光部からなるリム部は、特に微細なパターンを被転写体上に転写する際に特に有用であることから、ライン・アンド・スペース・パターンのピッチＰ（μｍ）（Ｐ＝ライン幅Ｌ＋スペース幅Ｓ）は、３〜７μｍであることが好ましく、ライン幅Ｌは２〜４μｍ、スペース幅Ｓも２〜４μｍのときに、本発明の効果が顕著である。

ここでリム幅Ｗ（μｍ）は、０＜Ｗ≦１．０の範囲の一定幅を有するものであることが好ましく、図７（ａ）に示すとおり、ライン部の遮光部Ａの両側に対称にリム部が配置されている。すなわち、遮光部Ａの対向する両側の２つのエッジに隣接する各リム部は、それぞれ実質的に同じ幅である。遮光部Ａの両側の各リム部をそれぞれＲｌ、Ｒｒとし、そのリム幅をそれぞれＷｌとＷｒとするとき、ＷｒはＷｌ±０．１μｍの範囲内とすることができる。

また、好ましくは、上記リム部の幅寸法は、フォトマスク面内でのばらつきが小さいことが望ましく、本発明においては、リム幅の中心値をＷｃ（μｍ）とするとき、Ｗｃ−０．０５≦Ｗ≦Ｗｃ＋０．０５とすることができる。
このように、本発明では、ライン部の遮光部Ａの両側に対称に、且つ幅寸法のばらつきの小さい、細幅のリム部のパターンを安定して正確に形成することができる。

また、図７（ｂ）は、ホールパターンの例示である。
ここでは、中央の透光部からなるホール部Ｈ（例えばホール径が２〜２０μｍ程度）が、半透光部からなるリム部Ｒに隣接して囲まれ、更に、遮光部Ａによって囲まれている。ここで、リム幅Ｗは、上記ライン・アンド・スペース・パターンと同じ範囲であることが好ましい。また、透光部の対向する２つのエッジに隣接する例えば両側のリム部Ｒｌ、Ｒｒの幅は、上記ライン・アンド・スペース・パターンと実質的に同じ幅である。また、フォトマスク面内でのリム幅のばらつきが小さいことについても、上記ライン・アンド・スペース・パターンと同様である。

なお、図７（ｂ）に例示するホールパターンは、正方形の透光部のホール部Ｈを、半透光部のリム部Ｒが囲み、更に遮光部Ａが囲む形状であるが、ホールパターンは必ずしも正方形である必要はなく、正多角形（正六角形、正八角形など）や、その他の形状でも構わない。この場合の径は、多角形の内径とすることができる。

また、図７（ｃ）は、ドットパターンの例示である。
ここでは、中央の遮光部Ａが半透光部のリム部Ｒによって囲まれてなるドットパターン（例えば径が２〜２０μｍ程度）が、更に透光部に囲まれている。ここで、リム幅Ｗは、上記ライン・アンド・スペース・パターンと同じ範囲であることが好ましい。また、中央の遮光部の対向する２つのエッジに隣接する例えば両側のリム部Ｒｌ、Ｒｒの幅は、上記ライン・アンド・スペース・パターンと実質的に同じ幅である。また、フォトマスク面内でのリム幅のばらつきが小さいことについても、上記ライン・アンド・スペース・パターンと同様である。

なお、図７（ｃ）に例示するドットパターンは、正方形の遮光部Ａを、半透光部のリム部Ｒが囲み、更に透光部が囲む形状であるが、ドットパターンは必ずしも正方形である必要はなく、正多角形（正六角形、正八角形など）や、その他の形状でも構わない。
以上、本発明のフォトマスクが有する転写用パターンの具体例を図７（ａ）〜（ｃ）に示して説明したが、もちろんこれらのパターンは例示であって、これらのパターンに限定されるものではない。

また、本発明のフォトマスクが有する転写用パターンにおいては、遮光部と透光部が直接隣接する部分を有しないことが好ましい。また、転写用パターン内に半透光部からなるリム部以外の半透光部を有するとき、該半透光部は透光部と直接隣接する部分を有しないことが好ましい。リム部以外の半透光部は、上述のサイドエッチングとは異なる形成方法に依ることになり、透光部との隣接に際して、線幅精度の維持は容易でない。

また、本発明は、本発明のフォトマスクを用意し、露光装置によって転写用パターンを被転写体上に転写することを含むフラットパネルディスプレイの製造方法についても提供するものである。本発明により得られるフォトマスクを用いてフラットパネルディスプレイを製造することにより、フラットパネルディスプレイの配線パターンの微細化を達成することが可能である。

本発明のフォトマスクは、フラットパネルディスプレイ用の露光装置によって、その転写用パターンが好適に転写可能である。例えば、ｉ線、ｈ線、ｇ線を露光光に含む光源（ブロード波長光源ともいう）を備え、光学系の開口数（ＮＡ）が０．０８〜０．１５、コヒレンスファクタ（σ）が０．４〜０．９の等倍露光用プロジェクション露光装置を使用することができる。あるいは、上記ブロード波長光源を備えたプロキシミティ露光装置を用いることも可能である。

本発明のフォトマスクの用途に制限は無い。例えば、ライン・アンド・スペース・パターンは、液晶表示装置の画素電極等に好適に用いられ、ホールパターン、ドットパターンは、液晶表示装置のカラーフィルタなどに利用できる。これらのパターンにおいて、細幅の半透光部のリム部を備えることにより、径やピッチが小さい微細なパターンの転写性を向上できる。更に、本発明においては、複数回の描画に起因するアライメントずれを防止できるため、座標精度の向上や、微細線幅が精緻に転写できるなどの利点があり、被転写体上で、他のフォトマスクとの重ね合わせ精度が極めて有利となる。

また、本発明のフォトマスクは、上記リム部を備えるライン・アンド・スペース・パターン等の転写用パターンのほかにも、他の転写用パターンを備えていてもよい。この場合、他の転写用パターンの形成のために、本発明の転写用パターンを形成する前に、又はその途中に、又はその後に、付加的な他の工程が実施されることを妨げない。

１ 透明基板
２ 下層膜
３ エッチングストッパ膜
４ 上層膜
５ レジスト膜
２００ フォトマスクブランク
３００ フォトマスク

Claims (24)

1. 透明基板上に形成された下層膜、エッチングストッパ膜、及び上層膜がそれぞれパターニングされることによって形成された転写用パターンを備えるフォトマスクの製造方法であって、
   前記透明基板上に、前記下層膜、前記エッチングストッパ膜、及び前記上層膜がこの順に積層するフォトマスクブランクを用意する工程と、
   前記上層膜の上に形成されたレジストパターンをマスクとして、前記上層膜をエッチングする上層膜予備エッチング工程と、
   少なくともエッチングされた前記上層膜をマスクとして、前記エッチングストッパ膜をエッチングする工程と、
   少なくともエッチングされた前記エッチングストッパ膜をマスクとして、前記下層膜をエッチングする下層膜エッチング工程と、
   少なくとも前記レジストパターンをマスクとして、前記上層膜をサイドエッチングすることにより、前記上層膜のエッジが、前記下層膜のエッジより所定幅分後退した、リム部を形成する上層膜サイドエッチング工程と、
   露出している部分の前記エッチングストッパ膜を除去する工程と、
   を有し、
   前記下層膜は、前記上層膜のエッチャントによってエッチング可能な材料からなり、
   前記エッチングストッパ膜は、前記上層膜のエッチャントに対して耐性を有する材料からなり、
   前記上層膜は、遮光膜であるとともに、膜厚が１０００Å以上であり、
   前記下層膜は、半透光膜であるとともに、膜厚が３００Å以下であって、前記フォトマスクの露光に用いる露光光に含まれる代表波長の光に対する位相シフト量が９０度以下であることを特徴とする、フォトマスクの製造方法。
2. 前記上層膜サイドエッチング工程において、形成される前記リム部について、前記所定幅をリム幅とし、該リム幅をＷ（μｍ）とするとき、０＜Ｗ≦１．０であることを特徴とする、請求項１に記載のフォトマスクの製造方法。
3. 前記上層膜サイドエッチング工程において、単位時間あたりの前記上層膜の平均サイドエッチング量が、前記下層膜の平均サイドエッチング量の１．５倍以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のフォトマスクの製造方法。
4. 前記下層膜の膜厚は、前記上層膜の膜厚に対して、１／４以下であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
5. 前記転写用パターンは、
   前記透明基板表面が露出してなる透光部、
   前記透明基板上に前記下層膜、前記エッチングストッパ膜、及び前記上層膜が積層する遮光部、及び、
   前記透明基板上に前記下層膜のみが形成されてなる半透光部を含み、
   前記リム部は、前記透光部と前記遮光部に挟まれて位置する一定幅の前記半透光部であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
6. 前記下層膜は、前記フォトマスクの露光に用いる露光光に対する透過率が５〜８０％であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
7. 前記下層膜は、前記フォトマスクの露光に用いる露光光に対する透過率が２０％以上、６０％以下であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
8. 前記下層膜および上層膜は、Ｃｒを含む材料からなることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
9. 前記エッチングストッパ膜は、Ｓｉを含む材料からなることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
10. 前記転写用パターンは、ライン・アンド・スペース・パターンを含むことを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
11. 前記リム部は、前記ライン・アンド・スペース・パターンにおけるライン部を構成する前記遮光部の両側に隣接して、同一幅で形成されることを特徴とする、請求項１０に記載のフォトマスクの製造方法。
12. 前記転写用パターンは、ホールパターン又はドットパターンを含むことを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
13. 前記下層膜は、前記フォトマスクの露光に用いる露光光に含まれる代表波長の光に対する位相シフト量が５〜６０度であることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
14. 前記上層膜予備エッチング工程、前記エッチングストッパ膜をエッチングする工程、前記下層膜エッチング工程、及び前記上層膜サイドエッチング工程は、ウェットエッチングを適用することを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
15. 前記転写用パターンは、フラットパネルディスプレイ製造用であることを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
16. 描画工程を１回のみ含むことを特徴とする、請求項１乃至１６のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。
17. 透明基板上に、転写用パターンを備える、フラットパネルディスプレイ製造用のフォトマスクであって、
    前記転写用パターンは、
    前記透明基板表面が露出してなる透光部、
    前記透明基板上に下層膜、エッチングストッパ膜、及び上層膜が積層する遮光部、及び、
    前記遮光部に隣接して所定幅で形成されたリム部であって、前記透明基板上に前記下層膜のみが形成されてなるリム部を含み、
    前記リム部は、１μｍ以下の一定幅で、前記遮光部の両側に対称に形成され、
    前記下層膜は、前記上層膜のエッチャントによってエッチング可能な材料からなり、
    前記エッチングストッパ膜は、前記上層膜のエッチャントに対して耐性を有する材料からなり、
    前記上層膜は、遮光膜であるとともに、膜厚が１０００Å以上であり、
    前記下層膜は、半透光膜であるとともに、膜厚が３００Å以下であって、前記フォトマスクの露光に用いる露光光に含まれる代表波長の光に対する位相シフト量が９０度以下であることを特徴とする、フォトマスク。
18. 前記下層膜は、前記フォトマスクの露光に用いる露光光に対する透過率が２０％以上、６０％以下であることを特徴とする、請求項１７に記載のフォトマスク。
19. 前記下層膜および上層膜は、Ｃｒを含む材料からなることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載のフォトマスク。
20. 前記下層膜の膜厚は、前記上層膜の膜厚に対して、１／４以下であることを特徴とする、請求項１７乃至１９のいずれかに記載のフォトマスク。
21. 前記転写用パターンは、ライン・アンド・スペース・パターンを含むことを特徴とする、請求項１７乃至２０のいずれかに記載のフォトマスク。
22. 前記リム部は、前記ライン・アンド・スペース・パターンのライン部を構成する前記遮光部の両側に隣接して、同一幅で形成されることを特徴とする、請求項２１に記載のフォトマスク。
23. 前記転写用パターンは、ホールパターン又はドットパターンを含むことを特徴とする、請求項１７乃至２０のいずれかに記載のフォトマスク。
24. 請求項１乃至１６のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法によって製造されたフォトマスク、又は請求項１７乃至２３のいずれかに記載のフォトマスクを用意し、露光装置によって前記転写用パターンを被転写体上に転写することを含む、フラットパネルディスプレイの製造方法。

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