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JP2010061020A - Method for manufacturing multi-tone photomask, and multi-tone photomask - Google Patents

Method for manufacturing multi-tone photomask, and multi-tone photomask Download PDF

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JP2010061020A
JP2010061020A JP2008228643A JP2008228643A JP2010061020A JP 2010061020 A JP2010061020 A JP 2010061020A JP 2008228643 A JP2008228643 A JP 2008228643A JP 2008228643 A JP2008228643 A JP 2008228643A JP 2010061020 A JP2010061020 A JP 2010061020A
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Japan
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light
semi
film
exposure
transparent
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JP2008228643A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Mimasaka
昌宏 美作
Kazuo Ogata
一雄 緒方
Shoji Hashimoto
昭次 橋本
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SK Electronics Co Ltd
Original Assignee
SK Electronics Co Ltd
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Abstract

【課題】半透光部における半透光膜の膜厚を一定にすると共に半透光膜と遮光膜との境界部における階調の変化を急峻にする。
【課題を解決するための手段】
透明基板上に露光光を遮断する遮光部と露光光を透過する透光部と露光光の一部を透過する半透光部とを含む多階調フォトマスクを準備する。次に、遮光部と半透光部との境界に露光装置の解像度限界以下の幅を持つ透過帯を形成する。この透過帯を形成する工程は、遮光部、透光部及び半透光部形成後に、ザッピングによって遮光膜と半透光膜の境界部に露光装置の解像限界以下の幅を持つ透過帯を形成する。
【選択図】 図2
The thickness of a semi-transparent film in a semi-translucent portion is made constant, and the gradation change at the boundary between the semi-transparent film and the light shielding film is made steep.
[Means for Solving the Problems]
A multi-tone photomask including a light-shielding portion that blocks exposure light, a light-transmitting portion that transmits exposure light, and a semi-light-transmitting portion that transmits part of the exposure light is prepared on a transparent substrate. Next, a transmission band having a width less than the resolution limit of the exposure apparatus is formed at the boundary between the light shielding portion and the semi-transparent portion. The step of forming the transmission band is to form a transmission band having a width equal to or less than the resolution limit of the exposure apparatus at the boundary between the light shielding film and the semi-transparent film by zapping after forming the light shielding part, the light transmitting part, and the semi-transparent part. Form.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、半透光膜を利用した多階調フォトマスクに関し、特に、遮光部と半透光部との境界部でコントラスト(光の強弱比)を向上させる技術に関する。 The present invention relates to a multi-tone photomask using a semi-transparent film, and more particularly to a technique for improving contrast (light intensity ratio) at a boundary portion between a light-shielding portion and a semi-transparent portion.

多階調フォトマスクは膜厚の異なるレジストパターンを1回の露光で形成できることから、マスク工程数を削減など種々の利点があるため、注目されている(特許文献1〜3等参照)。 Since multi-tone photomasks can form resist patterns with different film thicknesses by one exposure, they are attracting attention because of various advantages such as a reduction in the number of mask processes (see Patent Documents 1 to 3, etc.).

しかし、従来の多階調フォトマスクは、遮光部と半透光部との境界部でコントラスト(光の強弱比)が低下しやすく、すなわち、多階調フォトマスクを用いた投影露光の際に、境界部に対応した部分の、フォトレジストを現像して得られるレジスト膜厚の変化が緩やかになりやすかった。 However, in the conventional multi-tone photomask, the contrast (light intensity ratio) tends to decrease at the boundary between the light-shielding portion and the semi-translucent portion, that is, in the projection exposure using the multi-tone photomask. The change in the resist film thickness obtained by developing the photoresist in the portion corresponding to the boundary portion was likely to be gradual.

この問題を解決するため、例えば、特許文献4では、透明基板上に遮光膜と半透光膜とがこの順に積層したいわゆる「ボトムハーフ型」の多階調フォトマスクについて、「遮光領域」と「半透明領域」との間に、「透明基板が露出した透過率調整領域」を形成した構成を開示している(第19段落〜第22段落、図1等)。
特開2002−196474号公報 特開2007−233350号公報 特開2008−058943号公報 特開2008−065138号公報
In order to solve this problem, for example, in Patent Document 4, a so-called “bottom half type” multi-tone photomask in which a light shielding film and a semi-transparent film are laminated in this order on a transparent substrate is referred to as “light shielding region”. A configuration in which “a transmittance adjusting region where a transparent substrate is exposed” is formed between the “semi-transparent region” (19th to 22nd paragraphs, FIG. 1 and the like) is disclosed.
JP 2002-196474 A JP 2007-233350 A JP 2008-058943 A JP 2008-065138 A

多階調フォトマスクには、「ボトムハーフ型」のほか、透明基板上に遮光膜と半透光膜とがこの順に積層したいわゆる「トップハーフ型」の多階調フォトマスクも知られている。 In addition to the “bottom half type” multi-tone photomask, a so-called “top half type” multi-tone photomask in which a light-shielding film and a semi-transparent film are laminated in this order on a transparent substrate is also known. .

トップハーフ型フォトマスクを用いた場合にも、透光部と半透光部との境界部でコントラストが低下する問題は存在するが、そのメカニズムはやや異なっている。すなわち、トップハーフ型の場合、半透光膜が遮光膜のパターンを被覆するように形成されるため、コントラストの低下は、遮光膜のエッジ部における半透光膜の段差が露光光を散乱することに起因する。 Even when a top half type photomask is used, there is a problem that the contrast is lowered at the boundary between the translucent part and the semitranslucent part, but the mechanism is slightly different. That is, in the case of the top half type, since the semi-transparent film is formed so as to cover the pattern of the light shielding film, the decrease in contrast causes the step of the semi-transparent film at the edge of the light shielding film to scatter the exposure light. Due to that.

例えば、図4(a)及び(b)は、従来のいわゆるトップハーフ型の多階調フォトマスク101(それぞれ平面図及び断面図)を示している。これらの図に示すように従来の多階調フォトマスクは、遮光部Aと半透光部Bと透光部Cとを備え、遮光部を構成する遮光膜111のパターンが半透光膜112によって覆われた構造を備えるが、図4(b)に示す断面図から明らかなように、遮光膜111のパターンの遮光部と半透光膜112のパターンの境界部(エッジ部)には、半透光膜112が遮光膜111のパターンを被覆する際に形成された半透光膜112の段差Sが形成されている。 For example, FIGS. 4A and 4B show a conventional so-called top half type multi-tone photomask 101 (a plan view and a cross-sectional view, respectively). As shown in these drawings, the conventional multi-tone photomask includes a light-shielding portion A, a semi-transparent portion B, and a translucent portion C, and the pattern of the light-shielding film 111 constituting the light-shielding portion is the semi-transparent film 112. 4B, as is clear from the cross-sectional view shown in FIG. 4B, the light shielding part of the pattern of the light shielding film 111 and the boundary part (edge part) of the pattern of the semi-transparent film 112 are A step S of the semi-transparent film 112 formed when the semi-transparent film 112 covers the pattern of the light shielding film 111 is formed.

図4(c)は、図4(b)に示す多階調フォトマスク101に露光装置(不図示)からの露光光Iを照射し、その後、現像等の工程を経て完成したレジストパターンの断面形状である。露光対象基板300に膜厚が露光部位に応じて変化したレジストパターン305が形成されているが、半透光部におけるレジスト膜厚は両端部で厚くなっていて不均一であり、しかも遮光部と半透光部との境界ではレジスト膜厚がなだらかに変化していることが分かる。これは、図中に破線で示した理想的なレジストパターン形状Rとは大きくかけ離れた形状であることが分かる。 FIG. 4C is a cross-sectional view of a resist pattern completed by irradiating the multi-tone photomask 101 shown in FIG. 4B with exposure light I from an exposure apparatus (not shown), and then developing and the like. Shape. A resist pattern 305 having a film thickness changed according to an exposure site is formed on the exposure target substrate 300, but the resist film thickness in the semi-translucent portion is thick and uneven at both ends, and the light shielding portion It can be seen that the resist film thickness changes gently at the boundary with the semi-transparent portion. It can be seen that this is a shape far from the ideal resist pattern shape R indicated by the broken line in the figure.

図5は、段差Sにおいて露光光Iが散乱される様子を示している。この図に示すように、段差Sでは、隣接する半透光膜112の膜厚よりも局所的に膜厚が大きいとともに、表面の形状はなだらかな曲面状の断面となっている。そのため、段差Sを通過する露光光は直進することができず、種々の方向に散乱される。 FIG. 5 shows how the exposure light I is scattered at the step S. FIG. As shown in this figure, at the step S, the film thickness is locally larger than the film thickness of the adjacent semi-transparent film 112, and the surface shape is a gently curved cross section. For this reason, the exposure light passing through the step S cannot travel straight and is scattered in various directions.

その結果、投影露光された半透光部に対応するレジストパターンの形状は、段差Sに対応する部分でなだらかになってしまい、コントラスト(光の強弱比)が低下するために階調の変化が判別しにくくなり、工程のプロセスマージンが不足する問題があった。 As a result, the shape of the resist pattern corresponding to the projection-exposed semi-transparent portion becomes gentle at the portion corresponding to the step S, and the contrast (light intensity ratio) is lowered, so that the change in gradation is caused. There is a problem that it becomes difficult to distinguish and the process margin of the process is insufficient.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、半透光部における半透光膜の膜厚を一定にすると共に半透光膜と遮光膜との境界部に対応する階調の変化を急峻にして工程のプロセスマージンを大きくすることを技術的課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems. The thickness of the semi-transparent film in the semi-transparent portion is made constant, and the gradation corresponding to the boundary portion between the semi-transparent film and the light-shielding film is obtained. The technical problem is to increase the process margin of the process by making the change steep.

本発明に係る多階調フォトマスクの製造方法は、露光装置から露光光を照射することにより、レジスト膜を形成した露光対象基板上にレジストパターンを形成するために用いられ、
透明基板上に前記露光光を遮断する遮光部と前記露光光を透過する透光部と前記露光光の一部を透過する半透光部とを含む多階調フォトマスクに対し、
前記遮光部と前記半透光部との境界に前記露光装置の解像度限界以下の幅を持つ透過帯を形成する工程を含む多階調フォトマスクの製造方法であって、
前記透過帯を形成する工程は、前記遮光部、透光部及び半透光部形成後に、ザッピングによって前記遮光膜と前記半透光膜の境界部に前記露光装置の解像限界以下の幅を持つ透過帯を形成することを特徴とする。
The multi-tone photomask manufacturing method according to the present invention is used to form a resist pattern on an exposure target substrate on which a resist film is formed by irradiating exposure light from an exposure apparatus.
For a multi-tone photomask including a light-shielding part that blocks the exposure light, a translucent part that transmits the exposure light, and a semi-transparent part that transmits part of the exposure light on a transparent substrate,
A method for producing a multi-tone photomask, comprising a step of forming a transmission band having a width equal to or less than a resolution limit of the exposure apparatus at a boundary between the light shielding part and the semi-transparent part,
In the step of forming the transmission band, after forming the light-shielding portion, the light-transmitting portion, and the semi-light-transmitting portion, a width less than a resolution limit of the exposure apparatus is formed at a boundary portion between the light-shielding film and the semi-light-transmitting film by zapping. It is characterized by forming a transmission band.

ザッピングは通常、多階調フォトマスクを形成した後、パターンの不良箇所を修正する際に用いられるが、本発明における技術的特徴の一つは、そのザッピング工程において、パターンの不良箇所だけでなく、コントラストが低下しやすい遮光部と半透光部との境界部にもザッピングを行うことで、事後的に透過帯を形成することである。このような方法により、多階調フォトマスクの構造すなわち遮光部において半透光膜が遮光膜の上方側に設けられるトップハーフ型であると、半透光膜が遮光膜の下方側に設けられるボトムハーフ型とを問わず、事後的に遮光部と半透光部の境界部のコントラストを高めることができるようになる。 Zapping is usually used to correct a defective portion of a pattern after forming a multi-tone photomask. One of the technical features of the present invention is not only a defective portion of a pattern in the zapping process. Then, zapping is also performed on the boundary portion between the light-shielding portion and the semi-transparent portion where the contrast tends to decrease, thereby forming a transmission band afterwards. By such a method, when the half-transparent film is provided on the upper side of the light-shielding film in the structure of the multi-tone photomask, that is, the light-shielding portion, the semi-transparent film is provided on the lower side of the light-shielding film. Regardless of the bottom half type, the contrast at the boundary between the light shielding portion and the semi-translucent portion can be increased afterwards.

なお、上記構成における透過帯の幅は、露光装置の解像限界以下の幅に設定されているため、透過帯が現像時に解像されることはない。また、透過帯は事後的に形成されるため、実際に露光・現像を行ったあとで、コントラストが不足する特定のパターンにのみ形成することができる利点もある。 In addition, since the width of the transmission band in the above configuration is set to a width equal to or smaller than the resolution limit of the exposure apparatus, the transmission band is not resolved during development. Further, since the transmission band is formed afterwards, there is an advantage that it can be formed only in a specific pattern having insufficient contrast after actual exposure and development.

上記構成において、透明基板上に遮光膜を形成する工程と、前記遮光膜の上に第1のフォトレジスト膜を形成して露光装置から露光光を照射し現像することにより遮光膜のパターンを形成する第1のパターン形成工程と、前記遮光膜のパターンを覆うように半透光膜を形成する工程と、前記半透光膜の上に第2のフォトレジスト膜を形成して露光装置から露光光を照射し現像することにより半透光膜のパターンを形成する第2のパターン形成工程とを含んでいてもよい。 In the above configuration, a light shielding film is formed on the transparent substrate, and a first photoresist film is formed on the light shielding film, and exposure light is irradiated from the exposure apparatus and developed to form a light shielding film pattern. A first pattern forming step, a step of forming a semi-transparent film so as to cover the pattern of the light-shielding film, and a second photoresist film formed on the semi-transparent film and exposing from an exposure apparatus And a second pattern forming step of forming a pattern of the semi-translucent film by irradiating and developing light.

このような構成を含む場合には多階調フォトマスクがいわゆるトップハーフ型構造である場合が含まれる。上述のように本発明に係る多階調フォトマスクの製造方法は、フォトマスクの構造を問わずに適用可能であることは既に述べたとおりであるが、特にトップハーフ型の場合は遮光膜のエッジ部に段差部が形成されやすいため、この部分を効果的に露光装置の解像限界以下の幅だけ除去できる点で、より一層効果があると考えられる。 In the case of including such a configuration, the multi-tone photomask has a so-called top half type structure. As described above, as described above, the multi-tone photomask manufacturing method according to the present invention can be applied regardless of the structure of the photomask. Since a step portion is easily formed at the edge portion, it is considered that this portion is more effective in that this portion can be effectively removed by a width less than the resolution limit of the exposure apparatus.

本発明の構成における前記ザッピングはレーザー蒸散法又は集束イオンビーム法であることが好ましい。これらは欠陥を修正する工程で使用される手段の一例であり、透明基板上に形成された半透光膜又は半透光膜と遮光膜の積層膜(積層の順序は問わない)を除去することができるため、露光装置の解像限界以下の幅を持つ透過帯を形成することが可能だからである。 The zapping in the configuration of the present invention is preferably a laser transpiration method or a focused ion beam method. These are examples of means used in the process of correcting defects, and remove a semi-transparent film or a laminated film of a semi-transparent film and a light-shielding film (regardless of the order of lamination) formed on a transparent substrate. This is because a transmission band having a width less than the resolution limit of the exposure apparatus can be formed.

本発明に係る多階調フォトマスクは、露光装置から露光光を照射することにより、レジスト膜を形成した露光対象基板上にレジストパターンを形成するために用いられ、
透明基板上に前記露光光を遮断する遮光部と前記露光光を透過する透光部と前記露光光の一部を透過する半透光部とを含む多階調フォトマスクであって、
前記遮光部と前記半透光部との境界に前記露光装置の解像度限界以下の幅を持つ透過帯を有し、前記透過帯の両端部に局所的な膜厚変動部が形成されていることを特徴とする。
The multi-tone photomask according to the present invention is used to form a resist pattern on an exposure target substrate on which a resist film is formed by irradiating exposure light from an exposure apparatus.
A multi-tone photomask comprising a light shielding part that blocks the exposure light on a transparent substrate, a translucent part that transmits the exposure light, and a semi-transparent part that transmits part of the exposure light,
A transmission band having a width less than the resolution limit of the exposure apparatus is provided at the boundary between the light shielding part and the semi-translucent part, and local film thickness variation parts are formed at both ends of the transmission band. It is characterized by.

なお、上記構成のような膜厚変動部が形成されるのは、ザッピングをレーザー蒸散法(「レーザーザッピング」ともいう。)とした場合であり、膜厚変動部は露光装置の解像限界以下の大きさであることが必要であることは言うまでもない。 Note that the film thickness variation portion as described above is formed when zapping is performed by a laser evaporation method (also referred to as “laser zapping”), and the film thickness variation portion is below the resolution limit of the exposure apparatus. Needless to say, it is necessary to be of a size.

本発明に係る多階調フォトマスクの製造方法では、遮光部と半透光部とが隣接する境界部に事後的にザッピングによって透過帯が形成される。この方法の利点は、すでに完成している従来の(透過帯が形成されていない)多階調フォトマスクに事後的に透過帯を設けられる点である。対象となる多階調フォトマスクはトップハーフ型でもボトムハーフ型でもよい。本発明に係るフォトマスクの製造方法により得られたフォトマスクを用いてレジストパターン形成を行うと、遮光部と半透光部とのコントラスト(光の強弱比)が向上するために階調の変化が判別しやすくなり、工程のプロセスマージンを大きくすることができる。 In the method of manufacturing a multi-tone photomask according to the present invention, a transmission band is formed afterwards by zapping at a boundary portion where the light shielding portion and the semi-transparent portion are adjacent to each other. An advantage of this method is that a transmission band can be provided afterwards in a conventional multi-tone photomask that has already been completed (where no transmission band is formed). The target multi-tone photomask may be a top half type or a bottom half type. When a resist pattern is formed using a photomask obtained by the photomask manufacturing method according to the present invention, the contrast (light intensity ratio) between the light-shielding portion and the semi-transparent portion is improved, so that the change in gradation Can be easily determined, and the process margin of the process can be increased.

第1の実施形態では、本発明に係る多階調フォトマスクの製造方法とこれによって得られるフォトマスクの一例について説明する。 In the first embodiment, an example of a method for manufacturing a multi-tone photomask according to the present invention and a photomask obtained thereby will be described.

(第1の実施形態)
すでに述べたように、図4(a)及び(b)は、従来のいわゆるトップハーフ型の多階調フォトマスク101を示している。これらの図に示すように従来の多階調フォトマスクは、遮光部Aと半透光部Bと透光部Cとを備え、遮光部を構成する遮光膜111のパターンが半透光膜112によって覆われた構造を備えるが、図4(b)に示す断面図から明らかなように、遮光膜111のパターンの遮光部と半透光膜112のパターンの境界部(エッジ部)には、半透光膜112が遮光膜111のパターンを被覆する際に形成された半透光膜112の段差Sが形成されている。そして、従来のフォトマスク101を使用してそのまま露光を行うと、図4(c)に示すように、段差Sに起因して遮光部と半透光部との境界部でコントラストが低下する。
(First embodiment)
As described above, FIGS. 4A and 4B show a conventional so-called top-half type multi-tone photomask 101. As shown in these drawings, the conventional multi-tone photomask includes a light-shielding portion A, a semi-transparent portion B, and a translucent portion C. 4B, as is clear from the cross-sectional view shown in FIG. 4B, the light shielding part of the pattern of the light shielding film 111 and the boundary part (edge part) of the pattern of the semi-transparent film 112 are A step S of the semi-transparent film 112 formed when the semi-transparent film 112 covers the pattern of the light shielding film 111 is formed. When exposure is performed as it is using the conventional photomask 101, the contrast is lowered at the boundary between the light shielding portion and the semi-transparent portion due to the step S as shown in FIG.

本発明では、従来のフォトマスク101のパターン上の必要な箇所に、事後的にザッピングを行い、透過帯を形成する。すなわち、多階調フォトマスクは従来の製造方法で形成したもので構わない。必要な箇所に対してのみ、コントラストを向上させるためのパターンを事後的に形成する。具体的には、コントラストが低下する原因となる段差S部に、露光装置の解像限界以下の幅を持つ透過帯を形成すればよい。 In the present invention, the transmission band is formed afterwards by performing zapping on necessary portions on the pattern of the conventional photomask 101. That is, the multi-tone photomask may be formed by a conventional manufacturing method. A pattern for improving the contrast is formed afterwards only in a necessary portion. Specifically, a transmission band having a width equal to or smaller than the resolution limit of the exposure apparatus may be formed in the step S portion that causes the contrast to decrease.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る多階調フォトマスクの製造方法を説明するための手順を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a procedure for explaining a method of manufacturing a multi-tone photomask according to the first embodiment of the present invention.

ステップS1は、常法に従って従来の多階調フォトマスクを形成する工程である。トップハーフ型構造の多階調フォトマスクの製造方法を例にとると、ステップS1は、透明基板上に遮光膜を形成する工程、遮光膜の上に第1のフォトレジスト膜を形成して露光装置から露光光を照射し現像することにより遮光膜のパターンを形成する第1のパターン形成工程、遮光膜のパターンを覆うように半透光膜を形成する工程、半透光膜の上に第2のフォトレジスト膜を形成して露光装置から露光光を照射し現像することにより半透光膜のパターンを形成する第2のパターン形成工程等を含む。 Step S1 is a step of forming a conventional multi-tone photomask according to a conventional method. Taking the method of manufacturing a multi-tone photomask having a top half type structure as an example, step S1 is a step of forming a light-shielding film on a transparent substrate, and a first photoresist film is formed on the light-shielding film and exposed. A first pattern forming step of forming a light-shielding film pattern by irradiating exposure light from the apparatus and developing; a step of forming a semi-transparent film so as to cover the pattern of the light-shielding film; And a second pattern forming step of forming a pattern of the semi-translucent film by forming the photoresist film 2 and irradiating with exposure light from the exposure apparatus and developing.

ステップS2は、ステップS1で得られた多階調フォトマスクを用いて露光・現像を行うステップである。この工程により、パターン欠陥及び低コントラスト部など露光不良箇所の有無を確認する。なお、大型フォトマスクなどの場合、露光及び現像には所定の設備等が必要となるため、不良パターンと露光不良の関係を示す露光不良データの蓄積があれば、ステップS2を省略してもよい。 Step S2 is a step of performing exposure and development using the multi-tone photomask obtained in step S1. By this step, the presence or absence of a defective exposure portion such as a pattern defect and a low contrast portion is confirmed. In the case of a large-sized photomask or the like, predetermined equipment or the like is required for exposure and development. Therefore, if exposure failure data indicating the relationship between the failure pattern and the exposure failure is accumulated, step S2 may be omitted. .

ステップS3は、露光不良位置のデータに基づいて、光学顕微鏡などにより、多階調フォトマスク上の欠陥又は低コントラスト部のパターンを特定する工程である。 Step S3 is a step of identifying a defect or a low-contrast pattern on the multi-tone photomask using an optical microscope or the like based on the exposure failure position data.

ステップS4は、露光不良位置にザッピングを行う工程である。この工程により、透過帯及びパターン欠陥部の半透光膜が除去される。なお、半透光膜のパターン欠陥修正工程が必要な場合は、その後さらに所定の成膜装置で半透光膜を形成する工程等が必要となる。このザッピングにはレーザー蒸散法(いわゆるレーザーザッピング)又はガリウムイオン等を照射する集束イオンビーム法などの手段を用いることができる。これにより、段差S部に、露光装置の解像限界以下の幅を持つ透過帯を形成することで半透光部における半透光膜の膜厚が一定になり、遮光部と半透光部の境界部に対応する露光・現像後のコントラストが鮮明になる。 Step S4 is a step of zapping the exposure failure position. By this step, the translucent film and the semi-transparent film in the pattern defect portion are removed. In addition, when the process of correcting the pattern defect of the semi-transparent film is necessary, a process of forming the semi-transparent film with a predetermined film forming apparatus is required after that. For this zapping, means such as a laser transpiration method (so-called laser zapping) or a focused ion beam method of irradiating gallium ions or the like can be used. Thereby, by forming a transmission band having a width less than the resolution limit of the exposure apparatus in the step S portion, the thickness of the semi-transparent film in the semi-transparent portion becomes constant, and the light shielding portion and the semi-transparent portion The contrast after exposure / development corresponding to the boundary of the image becomes clear.

図2(a)は、本発明の第1の実施形態に係る多階調フォトマスクのパターンの一部を示す平面図である。また、図2(b)は、図2(a)に示すX2−X2線の断面図である。これらの図に示すように、多階調フォトマスク1は、透明基板10の表面に遮光膜のパターン11が形成され、その上部に半透光膜のパターン12が形成されている。 FIG. 2A is a plan view showing a part of the pattern of the multi-tone photomask according to the first embodiment of the present invention. Moreover, FIG.2 (b) is sectional drawing of the X2-X2 line | wire shown to Fig.2 (a). As shown in these drawings, the multi-tone photomask 1 has a light shielding film pattern 11 formed on the surface of a transparent substrate 10 and a semi-transparent film pattern 12 formed thereon.

この多階調フォトマスク1は、透明基板10上に遮光部Aと透光部Bと半透光部Cとが設けられ、1回の露光で露光光の強度に変化を加えることで中間の階調を現すことができるものである。 This multi-tone photomask 1 is provided with a light-shielding portion A, a light-transmitting portion B, and a semi-light-transmitting portion C on a transparent substrate 10 so that the exposure light intensity is changed by a single exposure. It can express gradation.

遮光部Aは、遮光膜11のパターンが形成されている部分で構成され、これには遮光膜の上に半透光膜12が積層している部分も含まれる。半透光部Bは、半透光膜の12のパターンが形成されている部分で構成され、これには半透光膜の端部に設けられた帯状の透過領域(これを、「透過帯20」という。)も含まれる。透光部Cは、露光パターン形成領域のうち、遮光部及び半透光部以外の部分であって、透明基板10の上に透過率を大きく変化させる膜が形成されていない部分をいう。 The light shielding portion A is configured by a portion where the pattern of the light shielding film 11 is formed, and this includes a portion where the semi-transparent film 12 is laminated on the light shielding film. The semi-translucent portion B is composed of a portion where twelve patterns of the semi-transparent film are formed, and this includes a band-like transmissive region provided at the end of the semi-transparent film (this is referred to as “transmission band 20 ”). The light transmitting portion C is a portion other than the light shielding portion and the semi-light transmitting portion in the exposure pattern forming region, and is a portion where a film that greatly changes the transmittance is not formed on the transparent substrate 10.

透過帯20は、ステップS4によって形成される帯状のパターンであり、その幅dは露光装置の解像度限界以下に設定されている。このため、透過帯のパターンがフォトレジスト上に転写されることはない。なお、ステップS4において、ザッピングをレーザーザッピングとした場合、図1(b)に示すように、半透光膜のエッジ部に局所的な膜厚変動部26が形成されやすい。膜厚変動部の大きさはレーザー光の条件によって異なるが、レーザーザッピングを行う限り、レーザー光の通る軌跡に沿って必ず形成される。膜厚変動部26が形成される原因は、レーザー光の熱エネルギーによって端部の薄膜が剥離して丸くなるためと考えられている。このため、レーザー光のエネルギーが大きすぎると膜厚は周囲よりも厚くなり、小さければ膜厚は薄くなる傾向がある。予めレーザー光の条件を検討し露光に悪影響を与えない程度に調整しておくことが必要である。 The transmission band 20 is a band-shaped pattern formed in step S4, and its width d is set to be less than the resolution limit of the exposure apparatus. For this reason, the pattern of the transmission band is not transferred onto the photoresist. When the zapping is laser zapping in step S4, as shown in FIG. 1B, a local film thickness variation portion 26 is likely to be formed at the edge portion of the semi-transparent film. The size of the film thickness variation portion varies depending on the laser beam conditions, but it is always formed along the trajectory through which the laser beam passes as long as laser zapping is performed. The reason why the film thickness variation portion 26 is formed is thought to be that the thin film at the end is peeled off and rounded by the thermal energy of the laser beam. For this reason, if the energy of the laser beam is too large, the film thickness tends to be thicker than the surroundings, and if it is small, the film thickness tends to be thin. It is necessary to examine the conditions of the laser beam in advance and make adjustments so as not to adversely affect the exposure.

いずれにせよ、ザッピングにレーザーザッピングを適用して本発明に係る多階調フォトマスクを製造したことは、上述の膜厚変動部26の有無を観察することで検証が可能である。 In any case, the fact that the multi-tone photomask according to the present invention is manufactured by applying laser zapping to zapping can be verified by observing the presence or absence of the film thickness variation portion 26 described above.

半透光部Bに透過帯20を設けると半透光部を通過する露光光の光量が増大するため、ザッピングによる透過帯の幅は必要最小限に調整することが好ましく、必要であれば、予めパターンの設計段階で、半透光膜の透過率が小さくなるように設定することが好ましい。具体的には、透過帯の形成予定領域が予め分かっている場合には、半透光膜の膜厚を透過帯を設けない場合よりも大きく設定するか、または半透光膜の組成を調整し、半透光膜を構成する金属原子(例えばクロム等)の組成比率が大きくなるようにする。このようにすれば、透過帯20による光量の増大分を差し引いて、露光した際に全体としての光量が変わらないように調整することができる。 When the transmission band 20 is provided in the semi-transmission part B, the amount of exposure light passing through the semi-transmission part is increased. Therefore, it is preferable to adjust the width of the transmission band by zapping to the minimum necessary. It is preferable to set the transmittance of the semi-transparent film in advance in the pattern design stage so as to reduce the transmittance. Specifically, when the area where the transmission band is to be formed is known in advance, the film thickness of the semi-translucent film is set larger than when the transmission band is not provided, or the composition of the semi-translucent film is adjusted. Then, the composition ratio of metal atoms (for example, chromium) constituting the translucent film is increased. In this way, it is possible to adjust so that the overall light quantity does not change when the exposure is performed by subtracting the increase in the light quantity due to the transmission band 20.

なお、上述のように透過帯20の幅は、半透光部の寸法、特に、相対する遮光部の間隔と投影露光装置の解像度の両方を考慮して選択する必要がある。一例を挙げると、半透光部の幅(相対する遮光部間の距離)が4μm、投影露光装置の解像度が約2μmとした場合、種々の実験の結果によると、透過帯の幅は約0.5〜1.5μmの範囲、特に1.0μm程度が好ましいことが分かっている。 As described above, the width of the transmission band 20 needs to be selected in consideration of both the size of the semi-transparent portion, particularly the distance between the opposing light shielding portions and the resolution of the projection exposure apparatus. For example, when the width of the semi-transmission part (distance between the light shielding parts opposite to each other) is 4 μm and the resolution of the projection exposure apparatus is about 2 μm, according to the results of various experiments, the width of the transmission band is about 0. It has been found that a range of 0.5 to 1.5 μm, particularly about 1.0 μm, is preferable.

図2(c)は、図2(b)に示す多階調フォトマスク1に投影露光装置(不図示)からの露光光Iを照射し、その後、現像等の工程を経て完成したレジストパターンの断面形状である。露光対象基板30に膜厚が露光部位に応じて変化した多階調のレジストパターン35が形成されているが、半透光部に対応するレジスト膜厚が均一であり、しかも遮光部と半透光部との境界ではレジスト膜厚が急峻に変化していることが分かる。 FIG. 2C shows a resist pattern completed by irradiating the multi-tone photomask 1 shown in FIG. 2B with exposure light I from a projection exposure apparatus (not shown), and then developing and the like. Cross-sectional shape. A multi-tone resist pattern 35 having a film thickness changed according to the exposed part is formed on the substrate 30 to be exposed, but the resist film thickness corresponding to the semi-translucent part is uniform, and the light-shielding part and the semi-transparent part are provided. It can be seen that the resist film thickness changes sharply at the boundary with the optical part.

すなわち、本発明の第1の実施形態に係る多階調フォトマスクによると、図中に破線で示した理想的なレジストパターン形状Rに近づき、遮光部と半透光部との境界部でコントラスト(光の強弱比)を大きくしてプロセスマージンを増大させることができた。 That is, according to the multi-tone photomask according to the first embodiment of the present invention, it approaches the ideal resist pattern shape R indicated by the broken line in the figure, and the contrast at the boundary between the light shielding portion and the semi-transparent portion. The process margin can be increased by increasing the light intensity ratio.

(第2の実施形態)
図3(a)〜図3(c)は、透過帯の形状のバリエーションを示している。図3(a)は、L字状に構成された2つの遮光膜で挟まれた領域が半透光部となる場合であり、遮光部を構成する遮光膜11aと半透光部を構成する半透光膜12aとの境界に透過帯20aが設けられている。図3(b)は、I字状に構成された2つの遮光膜で挟まれた領域が半透光部となる場合であり、遮光部を構成する遮光膜11bと半透光部を構成する半透光膜12bとの境界に透過帯20bが設けられている。図3(c)は、正多面体(円形を含む)等のホール形状に構成された遮光膜の内部の領域が半透光部となる場合であり、遮光部を構成する遮光膜11cと半透光部を構成する半透光膜12cとの境界に透過帯20cが設けられている。
(Second Embodiment)
3A to 3C show variations in the shape of the transmission band. FIG. 3A shows a case where a region sandwiched between two light-shielding films configured in an L shape is a semi-transparent part, and constitutes a semi-transparent part with the light-shielding film 11a constituting the light-shielding part. A transmission band 20a is provided at the boundary with the semi-transparent film 12a. FIG. 3B shows a case where a region sandwiched between two light-shielding films configured in an I-shape is a semi-transparent portion, and constitutes a semi-transparent portion with the light-shielding film 11b constituting the light-shielding portion. A transmission band 20b is provided at the boundary with the semi-transparent film 12b. FIG. 3C shows a case where a region inside the light shielding film formed in a hole shape such as a regular polyhedron (including a circle) becomes a semi-translucent portion, and the light shielding film 11c constituting the light shielding portion and the semi-transparent portion. A transmission band 20c is provided at the boundary with the semi-transparent film 12c constituting the light part.

いずれの場合にも、透過帯20a〜20cを設けたことによって、フォトレジストパターン形成後の遮光部と半透光部との境界部に対応するレジスト膜厚の変化が急峻となり、工程のプロセスマージンが増大した。 In any case, by providing the transmission bands 20a to 20c, the change in the resist film thickness corresponding to the boundary portion between the light shielding portion and the semi-transparent portion after the formation of the photoresist pattern becomes steep, and the process margin of the process Increased.

(第3の実施形態)
第1及び第2の実施形態では、遮光膜のパターンを形成した後、半透光膜を形成する、いわゆる「トップハーフ型」とよばれる構造の多階調フォトマスクを用いた実施態様を説明したが、本発明は、半透光膜が遮光膜の下層に設けられる「ボトムハーフ型」と呼ばれる構造の多階調フォトマスクにも適用できる。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, an embodiment using a multi-tone photomask having a so-called “top half type” structure in which a light-shielding film pattern is formed and then a semi-transparent film is formed will be described. However, the present invention can also be applied to a multi-tone photomask having a structure called “bottom half type” in which a semi-transparent film is provided below the light-shielding film.

周知の通り、ボトムハーフ型多階調フォトマスクは、透明基板上に半透光膜と遮光膜とがこの順に積層されたマスクブランクスに対して上層の遮光膜と下層の半透光膜のそれぞれを順次パターニングして得られるが、半透光膜のパターン形成工程の際に、透過帯のパターンを形成することで、容易に製造することができる。このように、ボトムハーフ型の多階調フォトマスクについては、図4のような段差Sが生じにくいが、その場合でも、透過帯を設ければ、半透光部における半透光膜の膜厚を一定にすると共に半透光膜と遮光膜との境界部に対応する階調の変化を急峻にして工程のプロセスマージンを大きくすることができる。 As is well known, the bottom half-type multi-tone photomask is composed of an upper light shielding film and a lower semitransparent film with respect to a mask blank in which a semitransparent film and a light shielding film are laminated in this order on a transparent substrate. Can be obtained by sequentially patterning, but can be easily manufactured by forming a transmission band pattern in the pattern forming process of the semi-transparent film. As described above, in the bottom half type multi-tone photomask, the step S as shown in FIG. 4 hardly occurs, but even in this case, if a transmission band is provided, the film of the semi-transparent film in the semi-transparent portion is provided. The process margin of the process can be increased by making the thickness constant and making the change in gradation corresponding to the boundary between the semi-transparent film and the light shielding film steep.

本発明に係る多階調フォトマスクはレジストパターン形成工程におけるプロセスマージンを増大させるものとして産業上の利用可能性はきわめて大きい。 The multi-tone photomask according to the present invention has a great industrial applicability as it increases the process margin in the resist pattern forming process.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る多階調フォトマスクの製造方法を説明するための手順を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a procedure for explaining a method of manufacturing a multi-tone photomask according to the first embodiment of the present invention. 図2(a)は、本発明の第1の実施形態に係る多階調フォトマスクのパターンの一部を示す平面図である。図2(b)は、図2(a)に示すX2−X2線の断面図である。図2(c)は、図2(b)に示す多階調フォトマスク1に露光装置(不図示)からの露光光Iを照射し、その後、現像等の工程を経て完成したレジストパターンの断面形状である。FIG. 2A is a plan view showing a part of the pattern of the multi-tone photomask according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line X2-X2 shown in FIG. FIG. 2C is a cross-sectional view of a resist pattern completed by irradiating the multi-tone photomask 1 shown in FIG. 2B with exposure light I from an exposure apparatus (not shown) and then developing and the like. Shape. 図3(a)〜図3(c)は、透過帯の形状のバリエーションを示している。図3(a)は、L字状に構成された2つの遮光膜で挟まれた領域が半透光部となる場合、図3(b)は、I字状に構成された2つの遮光膜で挟まれた領域が半透光部となる場合、図3(c)は、正多面体(円形を含む)等のホール形状に構成された遮光膜の内部の領域が半透光部となる場合である。Fig.3 (a)-FIG.3 (c) have shown the variation of the shape of a transmission band. FIG. 3A shows a case where a region sandwiched between two light shielding films configured in an L shape is a semi-transparent portion, and FIG. 3B shows two light shielding films configured in an I shape. 3 (c) shows a case where a region inside a light shielding film configured in a hole shape such as a regular polyhedron (including a circle) becomes a semi-transparent portion. It is. 図4(a)は、従来の多階調フォトマスクのパターンの一部を示す平面図である。図4(b)は、図4(a)に示すX1−X1線の断面図である。図4(c)は、図4(b)に示す多階調フォトマスク101に投影露光装置(不図示)からの露光光Iを照射し、その後、現像等の工程を経て完成したレジストパターンの断面形状である。FIG. 4A is a plan view showing a part of a pattern of a conventional multi-tone photomask. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line X1-X1 shown in FIG. In FIG. 4C, the multi-tone photomask 101 shown in FIG. 4B is irradiated with exposure light I from a projection exposure apparatus (not shown), and then the resist pattern completed through processes such as development is performed. Cross-sectional shape. 図5は、半透光膜の段差Sにおいて露光光が散乱される様子を示している。FIG. 5 shows how the exposure light is scattered at the step S of the semi-transparent film.

符号の説明Explanation of symbols

1 多階調フォトマスク
11、111 遮光膜
12,112 半透光膜
20 透過帯
26 膜厚変動部
1 Multi-tone photomasks 11 and 111 Light-shielding films 12 and 112 Semi-transparent film 20 Transmission band 26 Thickness variation portion

Claims (4)

露光装置から露光光を照射することにより、レジスト膜を形成した露光対象基板上にレジストパターンを形成するために用いられ、
透明基板上に前記露光光を遮断する遮光部と前記露光光を透過する透光部と前記露光光の一部を透過する半透光部とを含む多階調フォトマスクに対し、
前記遮光部と前記半透光部との境界に前記露光装置の解像度限界以下の幅を持つ透過帯を形成する工程を含む多階調フォトマスクの製造方法であって、
前記透過帯を形成する工程は、前記遮光部、透光部及び半透光部形成後に、ザッピングによって前記遮光膜と前記半透光膜の境界部に前記露光装置の解像限界以下の幅を持つ透過帯を形成することを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法。
Used to form a resist pattern on an exposure target substrate on which a resist film has been formed by irradiating exposure light from an exposure apparatus,
For a multi-tone photomask including a light-shielding part that blocks the exposure light, a translucent part that transmits the exposure light, and a semi-transparent part that transmits part of the exposure light on a transparent substrate,
A method for producing a multi-tone photomask, comprising a step of forming a transmission band having a width equal to or less than a resolution limit of the exposure apparatus at a boundary between the light shielding part and the semi-transparent part,
In the step of forming the transmission band, after forming the light-shielding portion, the light-transmitting portion, and the semi-light-transmitting portion, the width below the resolution limit of the exposure apparatus is formed at the boundary between the light-shielding film and the semi-light-transmitting film by zapping. A method for producing a multi-tone photomask, comprising forming a transmission band having the same.
透明基板上に遮光膜を形成する工程と、前記遮光膜の上に第1のフォトレジスト膜を形成して露光装置から露光光を照射し現像することにより遮光膜のパターンを形成する第1のパターン形成工程と、前記遮光膜のパターンを覆うように半透光膜を形成する工程と、前記半透光膜の上に第2のフォトレジスト膜を形成して露光装置から露光光を照射し現像することにより半透光膜のパターンを形成する第2のパターン形成工程とを含むことを特徴とする請求項1記載の多階調フォトマスクの製造方法。 A step of forming a light-shielding film on the transparent substrate; a first photoresist film formed on the light-shielding film; and a pattern of the light-shielding film formed by irradiating exposure light from an exposure apparatus and developing A pattern forming step, a step of forming a semi-transparent film so as to cover the pattern of the light-shielding film, and a second photoresist film is formed on the semi-transparent film, and exposure light is irradiated from an exposure apparatus. The method for producing a multi-tone photomask according to claim 1, further comprising a second pattern forming step of forming a pattern of the semi-translucent film by developing. 前記ザッピングはレーザー蒸散法又は集束イオンビーム法であ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の製造方法。 2. The method of manufacturing a multi-tone photomask according to claim 1, wherein the zapping is a laser evaporation method or a focused ion beam method. 露光装置から露光光を照射することにより、レジスト膜を形成した露光対象基板上にレジストパターンを形成するために用いられ、
透明基板上に前記露光光を遮断する遮光部と前記露光光を透過する透光部と前記露光光の一部を透過する半透光部とを含む多階調フォトマスクであって、
前記遮光部と前記半透光部との境界に前記露光装置の解像度限界以下の幅を持つ透過帯を有し、前記透過帯の両端部に局所的な膜厚変動部が形成されていることを特徴とする多階調フォトマスク。
Used to form a resist pattern on an exposure target substrate on which a resist film has been formed by irradiating exposure light from an exposure apparatus,
A multi-tone photomask comprising a light shielding part that blocks the exposure light on a transparent substrate, a translucent part that transmits the exposure light, and a semi-transparent part that transmits part of the exposure light,
A transmission band having a width less than the resolution limit of the exposure apparatus is provided at the boundary between the light shielding part and the semi-translucent part, and local film thickness variation parts are formed at both ends of the transmission band. Multi-tone photomask characterized by
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019197139A (en) * 2018-05-09 2019-11-14 株式会社エスケーエレクトロニクス Photomask for proximity exposure, and manufacturing method thereof

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