JPH06301190A - 液晶フォトマスクとその製造方法及び露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶フォトマスクを構成する個々の液晶セル
を隙間なく連続させ制御不可能な領域を無くするととも
に、電気光学的なリフレッシュ動作を不要とした液晶フ
ォトマスクを提供する。 【構成】 液晶フォトマスクにおいて、透明基板１と、
透明基板上に一方向に平行に配列され、互いに隣り合う
電極同士が第１の透明絶縁膜３を介して重なり合うよう
に多層構造に形成された縦方向櫛形透明電極２１、２
２、２３、２４、・・・と、縦方向櫛形電極と直角な方
向に平行に配列され、互いに隣り合う電極同士が第２の
透明絶縁膜７を介して重なり合うように多層構造に形成
された横方向櫛形透明電極８１、８２、８３、８４、・
・・と、縦方向櫛形透明電極と横方向櫛形透明電極とに
挟まれ、印加電圧に対する光透過率がヒステリシス特性
をもつメモリー液晶５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リソグラフィにより半
導体基板あるいはその他の被露光基板に対し微細な形状
を形成するための、液晶フォトマスクとその製造方法及
び該フォトマスクを使用した露光装置に係り、特に、メ
モリー性（双安定性）液晶を用いた液晶フォトマスクと
その製造方法及び該フォトマスクを使用した露光装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術及び解決すべき課題】従来のリソグラフィ
に用いられているフォトマスクは、高い平坦度に研磨さ
れたソーダライム、低膨張係数ガラス、石英等の透明基
板に、クロム（Ｃｒ）、酸化クロム、ケイ素等の遮光膜
を形成し、この遮光膜の上にフォトレジストを塗布した
後、電子ビーム露光装置等を用いて露光を行い、現像し
た後、フォトレジストに覆われない遮光膜の不要部分を
エッチングにより除去して作成されていた。この従来の
フォトマスクの例を図８及び図９に示す。また従来の露
光装置は、こうして作成されたフォトマスクを用いて、
図９に示すような等倍露光あるいは縮小投影露光によ
り、フォトマスク上に描かれた図形を、フォトレジスト
が塗布された半導体基板などの被露光基板に転写してい
た。

【０００３】この従来のリソグラフィによれば、被露光
基板に描写しようとする図形毎に、非常に複雑な加工工
程に従ってフォトマスクを作成する必要があった。さら
に、特に複雑な集積回路を形成する場合には、２０枚を
超えるフォトマスクを用意しなければならない為、その
製作に時間と莫大な費用が掛かるということが欠点であ
った。

【０００４】また、このような従来のリソグラフィは、
製造しようとする集積回路毎に多数のフォトマスクを準
備しなければならず、また集積回路に僅かの変更があっ
ても配線のためのフォトマスクを作り直さねばならない
という欠点があった。

【０００５】これらの欠点を改良した技術に「露光装
置」（特開昭６０−３３５３０号公報）が知られてい
る。この露光装置は、図１０の平面図及び図１１の断面
図に示すように、縦方向と横方向の互いに直交する平行
帯状透明電極に挟まれた液晶を露光用フォトマスクとし
て使用するものである。この液晶フォトマスクは、電極
間に電圧を印加すると、電圧が印加された液晶セル中の
液晶分子の配向が揃って、光を透過する開口部となり、
液晶セルの光透過性を選択的に制御することができる。
この液晶フォトマスクを露光装置に使用することによ
り、唯１枚の液晶フォトマスクを用意するだけで、フォ
トマスクの交換を行うことなく、電気的にそのパターン
を書き換えることができる。

【０００６】しかしながら、上記露光装置に用いられて
いる液晶は、メモリー特性が無く、電界により整った配
向が時間と共に元に戻るため、比較的速い周期で書き込
みを繰り返すリフレッシュ動作が必要であり、微細パタ
ーンで且つ大面積の大規模集積回路等の極めて多数の液
晶セルを必要とするフォトマスクには対応できないとい
う問題点があり、比較的少ない液晶セルで実現できるプ
リント配線基板等への利用にとどまるものであった。

【０００７】また、上記液晶フォトマスクは、セル状に
分割された液晶を制御するための縦横の透明電極が、そ
れぞれ隣り合う電極同士の間に隙間を持った櫛形電極に
形成されており、この隙間のために液晶セル間の制御不
可能の領域が生じ、露光時に液晶フォトマスクをずらす
必要があるという欠点があった。

【０００８】これらの欠点を改良した提案として、例え
ば「フォトマスク」（特開平４−１３７７９２号公報）
が知られているが、これは、液晶マスクを２枚重ねた構
造とすることにより、液晶セル間の隙間を無くしている
が、加工工程が複雑になり微細化が困難であるという問
題点があった。

【０００９】また、「フォトマスク」（特開平４−１５
７４６６号公報）においては、書き込み後の液晶の相転
移状態を固定化するため、昇温、急冷を行い所定の図形
をメモリーしていたが、メモリーの方法が極めて複雑に
なり、また液晶セル間の隙間が残るという問題点があっ
た。

【００１０】以上の問題点に鑑み、本発明の課題は、液
晶フォトマスクを構成する個々の液晶セルを隙間なく連
続させ制御不可能な領域を無くするとともに、電気光学
的なリフレッシュ動作を不要とした液晶フォトマスクを
提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は、次の構成を有する。すなわち、本発明
は、液晶フォトマスクにおいて、透明基板と、該透明基
板上に一方向に平行に配列され、互いに隣り合う電極同
士が第１の透明絶縁膜を介して重なり合うように多層構
造に形成された縦方向櫛形透明電極と、前記縦方向櫛形
電極と直角な方向に平行に配列され、互いに隣り合う電
極同士が第２の透明絶縁膜を介して重なり合うように多
層構造に形成された横方向櫛形透明電極と、前記縦方向
櫛形透明電極と前記横方向櫛形透明電極とに挟まれ、印
加電圧に対する光透過率がヒステリシス特性をもつメモ
リー液晶とを備え、前記縦方向櫛形透明電極と前記横方
向櫛形透明電極とにより前記メモリー液晶に駆動電圧を
印加し、各電極により駆動される液晶セル間の間隙を無
くしたことを特徴とする液晶フォトマスクである。

【００１２】また、本発明は、上記液晶フォトマスクの
製造方法であって、透明基板上に第１層の縦方向透明電
極を形成する工程と、前記第１層の縦方向櫛形透明電極
が形成された透明基板上に第１の透明絶縁膜を形成する
工程と、前記第１の透明絶縁膜の上に第２層の縦方向櫛
形透明電極を形成する工程と、前記多層構造に形成され
た縦方向櫛形透明電極の上からメモリー液晶層を形成す
る工程と、前記メモリー液晶層の上に第１層の横方向櫛
形透明電極を形成する工程と、前記第１層の横方向櫛形
透明電極の上に第２の透明絶縁膜を形成する工程と、前
記第２の透明絶縁膜の上に第２層の横方向櫛形透明電極
を形成する工程とを備えることを特徴とする液晶フォト
マスクの製造方法である。

【００１３】また、本発明は、上記液晶フォトマスクを
用いて半導体基板あるいはその他の被露光基板に微細な
形状を形成する露光装置において、予め準備された露光
制御プログラムを記憶する記憶手段と、前記記憶手段か
ら読み出された露光制御プログラムに従って液晶セルの
開口を制御する制御手段とを備えることを特徴とする露
光装置である。

【００１４】また、本発明は、上記露光装置において、
フォトマスクのパターンを縮小して被露光基板に投影す
る縮小投影手段と、予め準備された露光及び基板位置制
御プログラムを記憶する記憶手段と、前記記憶手段から
読み出された露光及び基板位置制御プログラムに従って
被露光基板の位置を制御する制御手段とをさらに備える
ことを特徴とする縮小投影露光装置である。

【００１５】

【作用】本発明によれば、縦方向櫛形電極と横方向櫛形
電極のそれぞれの電極が、互いに隣り合う電極同士が透
明絶縁膜を介して重なり合うように多層構造に形成され
ているので、電極間に隙間がない。このため、液晶フォ
トマスクを構成する個々の液晶セル間に隙間がなくな
り、液晶フォトマスクの有効面内を隙間なく連続的に光
透過性を制御することができる。また、この電極間に挟
まれる液晶に、印加電圧に対する光透過率がヒステリシ
ス特性をもつメモリー液晶を用いたので、個々の液晶セ
ルにそれぞれ１度だけ書き込みを行うだけで、電気的な
リフレッシュ動作の必要なく液晶セルの配向を制御する
ことができる。

【００１６】本発明のフォトマスク及び露光装置を用い
ることにより、従来不可能であった微細、大面積のフォ
トマスクの製造が可能となり、これを用いて大口径の半
導体基板上へ任意の図形転写を行うことができる。ま
た、本発明のフォトマスクに電気的に接続された制御回
路または記憶回路に図形データ及び／または露光制御プ
ログラムを入力することにより、液晶フォトマスクの光
透過パターンを書き換えることができ、従来多数のフォ
トマスクを必要としていた集積回路を唯１枚のフォトマ
スクのみで作成できるので、フォトマスクの交換や、保
管場所が不要になる。

【００１７】

【実施例】次に、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明に係る液晶フォトマスクの実
施例の平面図、図２は図１のＡ−Ａ′線断面図、図３は
図１のＢ−Ｂ′線断面図である。図１〜図３において、
１は石英基板、２１、２２、２３、２４及び２５は縦方
向透明電極、３は第１の絶縁膜、４は第１の配向膜、５
はメモリー性液晶、６は第２の配向膜、７は第２の絶縁
膜、８１、８２、８３、８４及び８５は横方向透明電極
である。

【００１８】石英基板１の上に形成される縦方向透明電
極は、１層目の縦方向電極２１、２３、２５・・・を、
スズをドープした酸化インジウム（Indium Tin Oxide、
以下ＩＴＯと略す）を用いて形成した後、その上に二酸
化ケイ素（以下ＳｉＯ₂と略す）などの第１の絶縁膜３
を形成し、さらに絶縁膜３の上から、同じくＩＴＯを用
いて、２層目の縦方向電極２２、２４、２６、・・・を
形成した多層構造である。

【００１９】同様に、横方向の透明電極は、１層目の横
方向電極８１、８３、８５・・・をＩＴＯを用いて形成
した後、その上にＳｉＯ₂などの第２の絶縁膜３を形成
し、さらに絶縁膜３の上から、同じくＩＴＯを用いて、
２層目の横方向電極８２、８４、８６、・・・を形成し
た多層構造である。

【００２０】上記の縦方向透明電極と横方向透明電極と
の間には、第１の配向膜４及び第２の配向膜６を介し
て、印加電圧に対する光透過率がヒステリシス特性を持
ち、ネマティック・コレステリック間の相転移を起こす
メモリー性液晶５が挟まれている。

【００２１】メモリー性液晶５は、キラル・ネマティッ
ク（chiral nematic）液晶として周知の液晶を使用す
る。キラル・ネマティック液晶は、コレステリック環を
持たないでコレステリック液晶相を示す化合物であり、
コレステリック液晶として必要なヘリカル構造は、不斉
炭素を有する光学活性の分枝アルキル基や分枝アルコキ
シ基を通常のネマティック液晶化合物の末端基に導入す
ることで形成される。このキラル・ネマティック液晶の
分子構造の例を図４に示す。同図において、Ｒ及びＲ＊
はそれぞれ上記の性質を有するアルキル基を示すもので
ある。

【００２２】上記のキラル・ネマティック液晶の電気光
学的特性例を図５に示す。同図は、液晶に印加される電
圧（Applied voltage)に対する光透過率（Transmittanc
e）のヒステリシス特性を示すグラフであり、電圧印加
によりコレステリック（Cholesteric）相からネマティ
ック（Nematic）相に相転移し、逆に電圧を下げた場合
にもネマティック相の状態が保持できる電圧領域（図中
に△で示す）が存在するというヒステリシス特性ないし
メモリー特性を有している。

【００２３】すなわち、同図において、左下の低電圧か
つ低光透過率のコレステリック相から印加電圧を上げて
いくと、電圧がＶ²⁰（光透過率が２０％となる電圧）を
超えるとネマティック相への転移が始まるとともに光透
過率が急激に高まり、ネマティック相転移が完了すると
ほぼ１００％の光透過率となり、これ以上印加電圧を上
げても光透過率は変わらない。

【００２４】これとは逆に、ネマティック相の高い印加
電圧から印加電圧を下げていくと、前記のＶ²⁰より印加
電圧が低下してもほぼ１００％の光透過率が保たれ、さ
らに印加電圧が下がるとネマティック相からコレステリ
ック相へ相転移が始まるとともに急激に光透過率が低下
する。このとき光透過率が９０％となる電圧をＶ⁹⁰とす
る。Ｖ²⁰〜Ｖ⁹⁰の電圧が図中で△として示され、印加電
圧が低下してもネマティック相が保持される電圧範囲で
ある。このヒステリシス特性ないしメモリー特性によ
り、後述の書き込み動作後のリフレッシュ動作が不要と
なる。

【００２５】上記の液晶に電圧を印加するため、前記縦
方向透明電極及び横方向透明電極はそれぞれフォトマス
ク上あるいはフォトマスク外の電気回路に接続され、各
液晶セルの番地に対応した縦方向及び横方向電極に書き
込み信号を与えることにより、液晶の相転移すなわち液
晶の配向を制御できる。この結果として、液晶セルごと
に光の遮断・透過を選択制御されたフォトマスクが実現
される。

【００２６】次に、図６に従って、本発明の液晶フォト
マスクの製造方法を説明する。図６（ａ）は、石英基板
１の上にＩＴＯ膜２を形成する工程を示す。ＩＴＯ膜２
を形成する場合には、インジウム・スズ合金を出発材料
に選ぶ場合と、少量の酸化スズを添加した酸化インジウ
ムを出発材料に選ぶ場合とがある。前者の場合には、反
応性蒸着、反応性スパッタリング、反応性イオンプレー
ティングなどの方法が選択できる。後者の場合には、真
空蒸着、高周波スパッタリング、プラズマＣＶＤなどの
方法を選択できる。いずれの場合にも、一般に若干の酸
素を含んだ減圧雰囲気中において処理し、その後数百度
の温度で焼成する。このようにして形成したＩＴＯ膜２
は、透明で電気伝導度が非常に高く良好な透明電極とな
る。

【００２７】次いで、図６（ｂ）に示すように、ＩＴＯ
膜２を第１層の縦方向透明電極２１、２３、２５、・・
・のパターンに成形する。この成形には周知のリソグラ
フィ法によりフォトエッチングで行う。次いで、図６
（ｃ）に示すように、電極層間絶縁膜である第１の絶縁
膜３をＳｉＯ₂などにより形成した後、第２層の縦方向
透明電極を作るためのＩＴＯ膜２０を形成する。この形
成方法は上述のＩＴＯ膜２を形成する方法と同じであ
る。

【００２８】次いで、ＩＴＯ膜２０を第２層の縦方向透
明電極２２、２４、２６、・・・を成形するためにフォ
トエッチングを行う。これにより多層の縦方向透明電極
が形成されたことになる。次いで、ＰＩＱ膜などを使用
した第１の配向膜４を形成した後、図４に分子構造を例
示したキラル・ネマティック液晶を用いたメモリー性液
晶層５を形成する。この状態が図６（ｄ）である。

【００２９】次いで、第１の配向膜４と同様にＰＩＱ膜
などの第２の配向膜６を形成し、次いで、縦方向透明電
極と同様に、１層目の横方向透明電極を作るためのＩＴ
Ｏ膜８を形成する。この状態が図６（ｅ）である。

【００３０】次いで、縦方向の透明電極の形成と同様
に、ＩＴＯ膜８をフォトエッチングして、１層目の横方
向透明電極８１、８３、８５、・・・を形成し、次い
で、第２の絶縁膜７を形成し、さらに、ＩＴＯ膜を形成
して、フォトエッチングにより２層目の横方向透明電極
８２、８４、８６、・・・を形成する。この上からＳｉ
Ｏ₂などのカバー膜９を全面に形成して液晶フォトマス
クが完成する。この完成した液晶フォトマスクを、図６
の（ａ）〜（ｅ）とは９０°異なる方向に切断した断面
図が図６（ｆ）である。

【００３１】次に、本発明の液晶フォトマスクを縮小露
光装置に適用した例を図７の概略図に示す。同図におい
て、露光用光源１０１からの光は、液晶フォトマスク１
０２によりマスクパターンの選択透過光となって、レン
ズ１０３によりステージ１０４上の半導体基板１０５に
縮小投射される。

【００３２】液晶フォトマスク１０２は、コントローラ
１０６からの縦方向電極信号１１０と横方向電極信号１
１１により制御される。縦方向電極信号１１０と横方向
電極信号１１１により、液晶フォトマスク１０２上の
Ｘ，Ｙ座標位置の選択及び選択された座標位置の液晶セ
ルの電気光学的制御が行われ、液晶セルの光透過率が制
御される。ステージ１０４は、半導体基板１０５を載置
し、所定の露光区画の露光が終了すると、次の露光区画
を露光するために、コントローラ１０６からのステージ
制御信号１１２に基づいて、半導体基板をＸ軸方向また
はＹ軸方向へ移動する。

【００３３】コントローラ１０６に接続された記憶装置
１０７には、予めマスクパターンデータと露光制御プロ
グラムを記憶させてある。コントローラ１０６はこのマ
スクパターンデータを読み出して、このデータに基づい
て、液晶フォトマスク１０２の縦方向透明電極と横方向
透明電極に電圧を印加することにより、液晶フォトマス
ク面内を隙間なく埋めた液晶セルに電気的に書き込みを
行う。この書き込みは、液晶が電気光学的なヒステリシ
スによるメモリー特性を有しているので、各液晶セルへ
の書き込みは１回で済み、リフレッシュ動作は必要が無
いので、コントローラ１０６の内部の書き込み制御部は
極めて簡単な構成となった。

【００３４】

【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、半導
体装置等の製造に必要な多数のフォトマスクを１枚の液
晶フォトマスクに置き換えることができるので、半導体
装置の品種毎に多数のフォトマスクを作成する工程が不
要となるので、半導体装置の設計から製品化までの時間
を大幅に短縮できるという効果がある。特に、ゲートア
レイやマスクＲＯＭのようなユーザーからの要望回路を
短時間で作成供給するＬＳＩに対して、個々のフォトマ
スクを作成する必要がなく、極めて簡単にしかも短時間
で製品を供給できるという効果がある。

【００３５】さらに、半導体装置の品種毎にフォトマス
クを製造する必要がないので、フォトマスクの製造に関
する費用が節約でき、半導体装置の製造原価を低減でき
るという効果がある。

【００３６】また、従来提案された液晶フォトマスクに
比べて、使用する液晶の光透過率が印加電圧に対するヒ
ステリシス特性を持つことを利用したメモリー特性と、
電極の多層構造化とによって、従来不可能であった微細
かつ大面積の液晶フォトマスクの実現が可能となり、微
細かつ大面積の半導体装置の製造に適用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶フォトマスクの実施例の要部
拡大平面図

【図２】図１の実施例のＡ−Ａ′線断面図

【図３】図１の実施例のＢ−Ｂ′線断面図

【図４】実施例の液晶フォトマスクに使用するキラル・
ネマチック液晶の分子構造例

【図５】実施例に使用するメモリー性液晶の印加電圧に
対する光透過率のヒステリシス特性例

【図６】本発明の液晶フォトマスクの製造方法を示す工
程順断面図

【図７】本発明の液晶フォトマスクを使用した縮小露光
装置

【図８】従来例のフォトマスクの平面図

【図９】図８の従来例のフォトマスクのＣ−Ｃ′線断面
図

【図１０】従来例の液晶フォトマスクの平面図

【図１１】従来例の液晶フォトマスクのＤ−Ｄ′線断面
図

【符号の説明】

１ 石英基板 ２１、２３、２５、・・・１層目の縦方向電極 ２２、２４、２６、・・・２層目の縦方向電極 ３ 第１の絶縁膜 ４ 第１の配向膜 ５ メモリー性液晶 ６ 第２の配向膜 ７ 第２の絶縁膜 ８１、８３、８５、・・・１層目の横方向電極 ８２、８４、８６、・・・２層目の横方向電極 ９ カバー膜 １０１ 露光用光源 １０２ 液晶フォトマスク １０３ レンズ １０４ ステージ １０５ 半導体基板 １０６ コントローラ １０７ 記憶装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶フォトマスクにおいて、 透明基板と、 該透明基板上に一方向に平行に配列され、互いに隣り合
   う電極同士が第１の透明絶縁膜を介して重なり合うよう
   に多層構造に形成された縦方向櫛形透明電極と、 前記縦方向櫛形電極と直角な方向に平行に配列され、互
   いに隣り合う電極同士が第２の透明絶縁膜を介して重な
   り合うように多層構造に形成された横方向櫛形透明電極
   と、 前記縦方向櫛形透明電極と前記横方向櫛形透明電極とに
   挟まれ、印加電圧に対する光透過率がヒステリシス特性
   をもつメモリー液晶とを備え、 前記縦方向櫛形透明電極と前記横方向櫛形透明電極とに
   より前記メモリー液晶に駆動電圧を印加し、各電極によ
   り駆動される液晶セル間の間隙を無くしたことを特徴と
   する液晶フォトマスク。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の液晶フォトマスクの製
   造方法であって、 透明基板上に第１層の縦方向透明電極を形成する工程
   と、 前記第１層の縦方向櫛形透明電極が形成された透明基板
   上に第１の透明絶縁膜を形成する工程と、 前記第１の透明絶縁膜の上に第２層の縦方向櫛形透明電
   極を形成する工程と、 前記多層構造に形成された縦方向櫛形透明電極の上から
   メモリー液晶層を形成する工程と、 前記メモリー液晶層の上に第１層の横方向櫛形透明電極
   を形成する工程と、 前記第１層の横方向櫛形透明電極の上に第２の透明絶縁
   膜を形成する工程と、 前記第２の透明絶縁膜の上に第２層の横方向櫛形透明電
   極を形成する工程とを備えることを特徴とする液晶フォ
   トマスクの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の液晶フォトマスクを用
   いて半導体基板あるいはその他の被露光基板に微細な形
   状を形成する露光装置において、 予め準備された露光制御プログラムを記憶する記憶手段
   と、 前記記憶手段から読み出された露光制御プログラムに従
   って液晶セルの開口を制御する制御手段とを備えること
   を特徴とする露光装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の露光装置において、 フォトマスクのパターンを縮小して被露光基板に投影す
   る縮小投影手段と、 予め準備された露光及び基板位置制御プログラムを記憶
   する記憶手段と、 前記記憶手段から読み出された露光及び基板位置制御プ
   ログラムに従って被露光基板の位置を制御する制御手段
   とをさらに備えることを特徴とする縮小投影露光装置。