CN100587593C - 曝光掩模及其生产方法和曝光方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种曝光掩模，其通过曝光以简单结构形成三维形状并获得足够的灰度值。在用于曝光设备(S)的曝光掩模(M)中，提供本发明使得：由阻挡从曝光设备(S)发出的光的挡光图案和透射所述光的透光图案的一对图案所构成的多个图案块连续地排列；同时所述连续图案块的间距为常数并且所述挡光图案对所述透光图案的比率是逐渐变化的。

Description

曝光掩模及其生产方法和曝光方法

技术领域

本发明涉及一种曝光掩模及其制造方法，该曝光掩模通过曝光的方式，用于形成例如光学透镜阵列的三维形状。

背景技术

作为用于例如CCD(电荷耦合器件)和LCD(液晶显示器)等图像器件的应用产品中的微光学部件(如微透镜阵列)的制造方法之一，一种方法是使用在半导体和液晶器件的制造中应用的光刻技术。

即，这种方法通过对作为光敏材料的光致抗蚀剂施以所需的曝光量分布从而三维地处理光致抗蚀剂，并使用光致抗蚀剂作为掩模通过蚀刻三维地处理硅或玻璃衬底或者类似物。

用于这种光刻工艺的光掩模的第一个例子是如图29所示通过使用多个掩模的多次曝光来实现。使用这一技术的曝光方法将以一维为基础参照图29描述。最终的曝光分布假定为图29中的D(X)。

首先，曝光量E[1]通过图29中掩模(1)施于区域<1>。然后，曝光量E[2]通过掩模(2)施于区域<2>。这时，区域<1>的总曝光量D1为E[1]+E [2]。之后，图中未标出的掩模(3)、掩模(4)、...、掩模(n)依次分别按曝光量E[3]、E[4]、...、E[n]曝光，由此区域i的最终曝光量D[i]＝E[i]+E[i+1]+...+E[n]，获得预期的离散曝光量分布。这样，掩模数“n”将对应曝光量的位置分辨率，例如，如果n＝10，将得到10级灰度的曝光量。

作为不同于使用多个掩模的多次曝光的第二个例子，最近发展的一种方法，通过使用所谓透射型的灰调(gray-tone)掩模的一次曝光获得预期的曝光量分布，这种掩模称为高能电子束感光(HEBS)玻璃，具有透射率连续分布的掩模衬底，如在日本专利申请公开No.2002-189280和美国专利申请No.4567104的说明书中所描述的那样。图30表示了概念图。

作为第三个例子，在后面将提到的美国专利申请No.3373518、No.5310623、No.6335151的说明书中，提出一种由二元图案(binary pattern)形成的掩模的应用，图案的尺寸可调以控制曝光表面上光强度。

以上提到的方法中，由于第一个例子的技术使用了具有多个掩模的多次曝光，其重复多次曝光并在时间上需要多步曝光，因此在任何可得到的累计曝光量分布中保持台阶形。另外，可得到的曝光灰度数为掩模数，也就是曝光次数，实际上对应大约10级，导致不能获得足够的灰度数的问题。再有，掩模成本与曝光工艺的复杂度及掩模的数量成比例，导致各种问题。

使用灰调掩模的第二个例子中的一次曝光方法，可以提供近似连续的曝光量分布，但一般来说，这种灰调掩模极难制造并需要特殊的衬底材料和特殊的淀积工艺技术。这导致了极高的掩模成本。另外，有人指出该特殊薄膜材料因为受热会随时间变化并且具有使用中性能稳定性的问题(曝光光吸收引起的热稳定性)。

使用第三个例子的掩模的一次曝光方法不采用特殊的半透明光阻挡薄膜，而是由所谓普通二元图案制成，但是曝光表面上的光强度被设置为相对于位置近似连续地变化。美国专利申请No.3373518、No.5310623的说明书中，掩模被分隔为子象素，所述子象素相对于光轴的方向被垂直或水平地划分，并且每个子象素被划分为以灰度分辨率为依据的色调元件(colortone element)。光强度通过这些色调元件的透射色调元件和非透射色调元件的比例来控制。

因此，在美国专利申请No.3373518、No.5310623的说明书中，由于以上提到的色调元件边长0.2μm，作为光强度调制单元的子象素边长2μm，这导致相对于例如液晶投影仪中微透镜阵列的单元透镜的尺寸(约10μm)，无法获得足够的强度调制，也无法处理越来越小的微透镜的形成。

适于应用缩影投射曝光法(reduction projection exposure method)以形成细微得多的三维结构。这样，设计不仅要考虑每个子象素中的开口区域，子象素尺寸(子象素间距)必须设为不大于光学定义间距，从而使得不形成子象素中的开口图案的图像。美国专利申请No.3373518、No.5310623的说明书中主要假设接近式曝光为前提，不对任何投影曝光法做具体参照。

美国专利No.6335151的说明书中，给出了缩影投射曝光光刻的数值分析，各个子象素的开口中心被同心地排列。由于这个原因，X方向、Y方向以及斜向的间距在分辨率限制之下不规则变化，间距不同的位置出现波纹状光强度，以致形成的三维形状表面高低不平，严重影响光学透镜的性能。另外，在这种同心的排布下，如果进行图案排布以形成在光学上使用其四个角的方形透镜阵列，那么图案在四个角处很难排布。

进一步，在美国专利No.3373518、No.5310623和No.6335151的说明书中，由于在用于子象素中色调元件单元图案的掩模制造中利用EB(电子束)的图案写入，基于点束扫描(向量扫描或光栅扫描)的图案设计被实现，造成在色调元件单元中数字化的设计。因此，子象素中的开口变为多边形，在实际制造的掩模中，掩模图案边缘处的衍射和散射现象不能忽略。这带来了问题，掩模透射率不能由简单的图案密度表示，期望的掩模透射率无法得到。

另外，在美国专利申请No.6335151的说明书中，抗蚀剂利用无图案的掩模预先曝光、显影，并且进行基于曝光量和显影后光致抗蚀剂薄膜厚度之间相互关系的图案设计。然而，利用实际灰调掩模的曝光和无图案曝光在曝光表面上的闪光强度不同。因此，如果应用美国专利申请No.6335151的说明书中设计的掩模，利用该掩模的曝光将会受到由于意外的闪光引起的翳雾曝光(fog exposure)的影响。这导致在掩模透射率较低处对光致抗蚀剂高度的控制性很差。

发明内容

本发明致力于解决上述问题。即，根据本发明，在用于曝光设备的曝光掩模中，由阻挡曝光设备所发出的光的挡光图案(light blocking pattern)和传播这种光的透光图案(transmissive pattern)的一对图案所组成的图案块被连续地排布，并且该连续图案块的间距在每个X和Y方向上为常数，挡光图案对透光图案的比例不采用数字化(离散)的值而是逐渐连续地变化。

另外，挡光图案或透光图案是多边形的，为了减少难于在理论上预测的在图案边缘处的衍射和散射效应，每个衍射图案块中的挡光图案和透光图案均为简单的正方形或矩形。因此，目前在半导体光刻中为主流的可变矩形束写入法(variable rectangular beam writing method)可以应用到掩模制造工艺中的电子束写入中。在掩模上可获得可变矩形束型刃口电子束写入器2nm的最小格子，并且在晶片表面上的上述开口图案的转换尺寸为近似连续的值。

另外，提供一种曝光掩模的制造方法，在该曝光掩模中，由阻挡曝光设备所发出光的挡光图案和传播这种光的透光图案的一对图案所组成的图案块被连续地排布使得通过将预定量的光照射到光敏材料上而形成三维形状，所述制造方法包括：根据三维形状上的设计数据计算光敏材料上的曝光量分布的步骤；根据曝光量分布计算曝光掩模的透射率分布的步骤，包括例如曝光表面上闪光强度之类的主要误差原因；根据曝光设备的光学条件计算连续图案块的间距的步骤；以及根据透射率分布计算在图案块间距内的挡光图案对透光图案的比例并排列具有相应比例的多个图案块的步骤。

在具有这种结构的本发明中，曝光掩模的图案是由挡光图案和透光图案组成的简单二元图案。因此，由于无需使用特殊的挡光薄膜材料，曝光掩模的制造成本得以降低，并且长期的性能稳定性得到保证。每个均由这些挡光图案和透光图案所组成的多个图案块以固定的间距连续排布，并且挡光图案对透光图案的比例被设置为逐渐地变化，由此，零阶光强度被调制，即使使用一次曝光也可获得足够数值的灰度。

因此，本发明具有以下优点。也就是，通过每个均由挡光图案和透光图案组成的二元图案可以容易地制造掩模；并且通过一个掩模可以获得足够数值的灰度。因此，当通过曝光获得三维形状时可以大幅地减少为掩模所花费的成本，并且可以容易地获得高精度的三维形状。

附图说明

图1是根据所述方式的掩模原理的说明示意图；

图2A和2B是相对于图案尺寸比例的零阶光强度的计算实例的说明图；

图3是光致抗蚀剂对比曲线的视图；

图4是描述掩模制造方法的流程图；

图5是通过一维线条-间隔(line-and-space)构图制成的掩模实例的视图；

图6是图案与透射率之间相互关系的说明图；

图7是目标三维形状的视图；

图8是当孔(hole)尺寸变化时所获得的相对强度的视图；

图9是用于形成凹球面透镜阵列的掩模的视图；

图10是对应于一个透镜元件的部分的视图；

图11是用于形成四角锥体形状的掩模的视图；

图12是用于形成凹柱面透镜阵列的掩模的视图；

图13A至13E是另一实施例的说明图；

图14A至14C是另一实施例的目标形状的说明图；

图15是剩余抗蚀剂薄膜的特性的说明图；

图16是相对于图像高度的显影后抗蚀剂薄膜厚度损失分布的说明图；

图17是掩模Mx的透射率和空间尺寸的说明图；

图18是闪光影响的说明示意图；

图19是由于闪光造成的抗蚀剂高度(形状误差)的说明图；

图20是曝光掩模制造方法的说明示意图；

图21是说明图案设计的实例的流程图；

图22A和22B是表示特定计算结果的视图；

图23A和23B是孤立透镜的说明示意图；

图24A和24B是透镜元件之间具有间隔的透镜阵列的说明示意图；

图25是对应于最外边的透镜边缘的图案的说明示意图；

图26是考虑了背景基调(background tone)的图案设计的曝光结果的说明图；

图27A到27C是微透镜阵列制造工艺的说明示意图；

图28是应用了微透镜阵列的设备的说明示意图；

图29是多次曝光实例的说明示意图；

图30是灰调掩模的说明概念图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的实施方式。首先将参考图1的示意图描述根据本方式的曝光掩模(下文中简称“掩模”)的原理。即，形成用于转印的曝光设备S，从而使掩模M的图案表面和晶片W的表面被放置成共轭(成像)的关系，并通常在晶片W表面上掩模M的底部表面上形成图案的图像，进而达到转印图案的目的。

然而，当给出曝光波长(λ)，构造的掩模图案间距(P)，曝光设备的数值孔径(NA)和表示次级光源尺寸的相干系数(σ)时，允许在晶片W表面上形成图像的最小间距(Pmin)可由下面等式1表示：

$P\min =\frac{\mathrm{\&lambda;}}{\mathrm{NA}\&times;(1+\mathrm{\&sigma;})}$ ...(等式1)

等式1在投影透镜的NA光阑是否应阻挡最低阶(±1)衍射光线的层面上被解释，例如，如果λ＝365nm，NA＝0.5，σ＝0.5，则Pmin＝487nm。表1所示的是λ＝365nm时相对于NA和σ的各个值的Pmin的计算实例。

表1

λ＝365nm，单位[nm]，在晶片上

NA/σ	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7
							0.2	1520.8	1403.8	1303.6	1216.7	1140.6	1073.5
0.25	1216.7	1123.1	1042.9	973.3	912.5	858.8
							0.3	1013.9	935.9	869	811.1	760.4	715.7
0.35	869	802.2	744.9	695.2	651.8	613.4
							0.4	760.4	701.9	651.8	608.3	570.3	536.8
0.45	675.9	623.9	579.4	540.7	506.9	477.1
							0.5	608.3	561.5	521.4	486.7	456.3	429.4

也就是说，不大于Pmin的细微间隔图案不允许衍射光线到达晶片W的表面，从而使衍射光线的干扰，即，掩模图案的图像形成，根本不会发生。然而0th阶光线会到达晶片W。对于相同的间隔，相对于光线阻挡带的宽度增长，0th阶光线的强度变得较小。反之，如果光线阻挡部分具有相同的尺寸，相对于在不大于Pmin的间距范围内的间距增长，0th阶光线的强度变得较大。

特定地，规定R(＜1)作为在单位重复图案中透光部分的面积比率，到达晶片表面的光强度为R²。例如，在1∶1的线条-间隔图案中的0th阶光线是0.25。类似的，在1∶1的二维正方形孔阵列中的0th阶光线是0.0625。

根据本方式的掩模M的特征在于通过应用这种原理设计掩模图案。即，多个图案块以不大于由等式1计算出的值的间距来构成，并且每个图案块中的挡光图案(光线阻挡带)对透光图案的尺寸比率在间距的范围内变化，由此可以获得预期的0th阶光线。图2A和2B所示的是在一维图案情况下的计算实例。每个图案块PB的间距(P)为400nm而且图2A中所示曝光设备的光学条件满足等式1，由此没有出现图像的形成。从以上描述可知，透射率的绝对值(Tabs)相对于一维图案的间距P和光线阻挡带宽度＝线宽(W)的关系可以由下面等式表达：

$T_{\mathrm{abs}}\left(W\right)={\left(\frac{P-W}{P}\right)}^2$ ...(等式2)

因此，在不超过由等式1所表示的图案间距的间距(图2A的实例中为400nm)处，通过改变一个图案块PB(挡光图案PB1和透光图案PB2组成的一对)的挡光图案的宽度，可以获得任意的光强度。因此，如图2B所示，通过排列在预定位置处分别提供预定光强度的图案(间距(Pitch)，挡光图案PB1的宽度)可以控制预期的强度分布。如上所述，图案尺寸PB1的值不是离散的值，而是连续变量。

顺便提及，最终目标是将例如透镜的三维形状转印到玻璃衬底或者类似物上，并且其最终形状精度很大程度上依赖于作为中间产品的光致抗蚀剂的形状。通过使用在曝光和显影后得到的光致抗蚀剂的三维图案作为掩模进行干蚀刻，将三维形状转印到衬底上。因此，重要的在于高精度的形成这种光致抗蚀剂形状。光致抗蚀剂的剩余薄膜特性与曝光量之间的关系将被简单描述。图3所示的对比曲线是为了测量光致抗蚀剂的感光度和对比度而绘制的。

水平轴代表给予光致抗蚀剂的曝光量的对数值，而竖直轴代表使用薄膜厚度量器测量的显影之后的薄膜厚度。图3中，薄膜厚度损失开始发生的曝光量定义成E0，薄膜厚度达到零时的曝光量定义成Eth。

通常，在E0和Eth的附近，剩余薄膜量相对于曝光量(在对数标度下)的线性度比较差，因而剩余薄膜量很难使用曝光量精确的控制。由于这个原因，在本方式中，如图3所示，选择从E1到E2(E0＜E1，E2＜Eth)的线性区域，仅仅使用在该线性区域内的曝光量。

即，相对于预期的处理深度量，将使用的光致抗蚀剂薄膜厚度变得相应充足。例如，光致抗蚀剂的薄膜厚度可以被设置使得其初始抗蚀剂薄膜厚度＝预期处理深度×1.1。

例如，根据图3，用于获得剩余薄膜厚度Z所必需的曝光量被查明为Ez。由此，从预期位置高度处的形状分布，可查明用于获得这种形状所必需的曝光量分布。

此处，E2＝Emax，且掩模的透射率也是基于这种曝光量来计算的。顺便提及，在下面的描述中，假设将要形成的形状是一维透镜阵列Z＝f(X)。也就是，将f(X)设为光致抗蚀剂的目标形状＝剩余薄膜分布，用于获得这种剩余薄膜分布f(X)的曝光量分布D(X)从要使用的光致抗蚀剂的对比曲线中获得。这个D(X)被标准化，使得D(X)的最大值为E2，进而将D(X)转化成掩模的目标相对透射率分布T(X)。

通过使用满足等式1的图案间距和每个掩模块的挡光图案宽度，可以构造从其中获得这种标准化的T(X)的掩模图案。

以下将参照图4的流程图，介绍所述掩模的特定制造方法。

步骤1：定义将要通过掩模曝光形成的三维形状Z＝f(X)。在这个步骤中，三维形状Z＝f(X)是在事先准备好的设计数据的基础上定义的，并且一个元件(例如，透镜阵列的一个透镜)的尺寸设置成2L(-L到L)。

步骤2：能够在蚀刻之后变成预期形状的抗蚀剂形状Z＝f′(X)，是从事先已经独立获得的蚀刻数据(抗蚀剂形状和蚀刻后形状的差异＝转化差异)来定义的。蚀刻转换差异不是一个常量，而是依赖于抗蚀剂的高度变化的量。因此，事先获得数据并产生函数逼近或转化差异的表格以定义f′(X)。也就是说，令f_et()作为表示转化差异的函数，蚀刻后的形状是Z＝f_et(f′(X))，并且抗蚀剂形状必须被制成由以下等式所表示的形状，从而使这个Z＝f_et(f′(X))变为预期的形状Z＝f(X)。下面等式中，f_et ^-1()代表f_et()的反函数。

f′(x)＝f_et ^-1(f(x))        ...(等式3)

步骤3：获得如图3所示的抗蚀剂剩余薄膜特性，且获得在抗蚀剂的这个阶段为获得形状Z＝f′(X)所必需的曝光量分布D(X)。

步骤4：使用最大曝光量E2使D(X)被标准化并转化成目标相对透射率分布T(X)。

步骤5：从不大于图案间距的间距中选取由等式1所表示的并且相对于元件尺寸2L允许获得足够数值灰度的间距P。令N表示一侧的灰度数值，选择P使得P＝L/N。因此，由于一个元件是由整数个图案块形成的，所以在任何元件边缘的透射率中不存在不一致性，并且光线量可以被连续的调制。

步骤6：在前面导出的间距P处，挡光图案宽度(线宽)在Wmin和P-Smin之间相应地变化，由此计算0th阶光强度以用于如图2A和2B所示的每个线宽。为了计算的方便，挡光图案被定义成以间距P无限重复。此外，在这之后，对于一参照线宽，使用0th阶光强度(I₀)将全体标准化。在这种情况下，对于100nm的最小线宽的光强度(I₀)被设置成I₀＝0.5625，并且对于每个线宽的光强度被0.5625除(等式2被I₀除)。

顺便提及，Wmin代表作为掩模挡光图案的线条(不移除的)尺寸的制造下限，而Smin代表作为掩模透光图案的间隔(移除的)尺寸的制造下限。同时，L，P，Wmin和Smin都是相对于晶片表面的尺寸符号，其根据将要使用的曝光设备的投影放大倍数被转换，并且Wmin和Smin要预先设置，使其不会低于掩模图案设计期间的掩模制造尺寸的下限。

步骤7：在目标三维形状中坐标X处的线宽W(X)从下面等式中获得，其中令步骤6中得到的标准化的0th阶光强度和步骤4中得到的目标相对透射率分布T(X)彼此相等。在下面的等式中，X＝iP(离散值)，i＝0，±1，...，±N。

$W\left(X\right)=P(1-\sqrt{I_0\&times;T\left(X\right)})$ ...(等式4)

从这些步骤中设计和制造的掩模易于曝光和转印，且显影之后，能够获得预期的剩余薄膜分布Z＝f′(X)，在蚀刻之后，能够获得最终的预期三维形状Z＝f(X)。

图5是由一维线条-间隔图案构成的掩模实例的视图。在这个实例中，连续图案块PB的间距P设置成1/元件尺寸2L的整数，并且线条(挡光图案PB1)对间隔(透光图案PB2)的比率的变化以间距L反转。因此，由连续的凸面和凹面形状组成的三维图案可以通过掩模曝光形成。

虽然上面描述参照了图案块PB的一维排列，但这种排列也可扩展到二维情况。在这种情况下，上述的Z＝f(X)可以被定义成Z＝f(X，Y)。通过用于制造半导体器件，液晶器件和类似器件的常用光掩模的接触孔图案或者岛状图案，形成二维掩模构造图案。

在一维掩模制造方法的步骤6(参考图4)中，当挡光图案宽度(或者透光图案宽度)变化时，可以使用应用了正方形图案的结构，其中所述正方形图案由各自具有不同边长的X＝Y的正方形所组成，或者使用应用了矩形图案的结构，其中所述矩形图案分别具有在XY方向的矩阵形式的尺寸中变化的挡光图案宽度(或者透光图案宽度)。即，在后者情况下，例如图6所示的图案和透射率之间的相互关系被推导出来。导出的相互关系和预期的三维透射率分布T(X，Y)用于导出预期的掩模图案排列。

实施例

下面将参考前面提到的图4所示的流程图，描述其中目标形状为一维球形阵列(柱面透镜阵列)的本发明的一个实施例。

一维球形阵列(柱面透镜阵列)被设定为目标形状。假设构成这种一维球形阵列的单位元件的尺寸在每边上为2L(L＝10μm)，且处理深度为L。也就是，

(这个处理步骤对应于图4的步骤1)。这种目标形状如图7所示。

要使用的抗蚀剂/衬底的蚀刻率是独立得到的。为了描述简化的目的，假设该蚀刻率为1∶1。也就是，假设抗蚀剂的形状在蚀刻之后将不需要修改的被处理(这个处理步骤对应于图4的步骤2)。

首先，涂覆要使用的抗蚀剂到一不低于预定处理深度的厚度，并且获得相对于曝光量(剂量)的薄膜厚度上的数据。基于相对于ln(剂量)的薄膜厚度上的数据，从所述数据中确定具有预期线性度的范围E1-E2。作为在这一范围内的线性近似，得到：Z＝A+B×ln(E){E1＜E＜E2}(这个处理步骤对应于图4的步骤3)。

由于这种材料的蚀刻转换差异可以被忽略，坐标X处的目标高度f(X)可以假设为：f(X)＝显影后的抗蚀剂高度。因此，用于得到坐标X处高度f(X)的曝光量可由下面的等式5表示：

$D\left(X\right)=\exp \left(\frac{f\left(x\right)-A}{B}\right)$ ...(等式5)

另外，使用曝光量的最大值E2将等式5标准化，并得到坐标X处的目标相对透射率分布，其由下面的等式6表示(这个处理步骤对应于图4的步骤4)：

$T\left(X\right)=\frac{1}{E2}\&times;D\left(X\right)$ ...(等式6)

针对被使用的曝光设备，λ，NA，σ和放大倍数是定义好的。在这个实施例中，假设曝光设备中λ＝365nm，NA＝0.5，σ＝0.5且缩影放大倍数＝1/5。此外，假设掩模背景是100％透射的，且每个线条图案的透射率为0％(光线完全被阻挡)。在这种情况下，由等式1所表示的分辨率限制间距被计算为P＝487nm(在晶片上)。优选地，灰度数值要尽可能的大，但是在本实施例中，为了掩模制造的容易，在一侧使用了25的灰度。也就是说，晶片表面的转换间距为10μm/25＝400nm。因此，这种间距图案不被分辨。元件中心被定义为位置0，并且定义±1，±2，...，±25(这个处理步骤对应于图4的步骤5)。

然后，当挡光图案宽度以400nm的间距变化时可得到的0th阶光强度被计算出来(参照图2A和2B)。在这个处理步骤中，使得能够在各个位置处获得目标相对透射率的光线阻挡带宽度可以从如图4所示的步骤4中的透射率分布(等式6)中得到。也就是，对于位置m，其中心X坐标为mP，并且该坐标处的目标相对透射率可以从等式6中得到：T(mP)＝1/E2×D(mP)。计算出在X＝mP处的光线阻挡带宽度W，使得这个T(mP)与从等式2得到的对于间距P和光线阻挡带宽度W的光强度除以参照图案的光强度(在这种情况下，每个透镜元件之间的边界)后所得到的结果相一致。这样，每个位置中的挡光图案宽度可通过等式4获得(这个处理步骤对应于图4的步骤S6和S7)。

下面将简单介绍对于目标形状为二维阵列的情况的特例。假设目标形状为半径为L且元件XY尺寸为2L×2L的球面透镜阵列。上述步骤S1到S5的一维处理是共同的处理步骤。

在二维结构的情况下，其构成图案不是线条-间隔图案，而是接触孔阵列或者岛状阵列。在二维结构中，其分辨率限制间距与一维结构中的相同，并且其结构间距不大于等式1中所表示的Pmin。

在这个实施例中，目标是在具有0％背景透射率的挡光板(light blockingblank)上通过具有100％透射率的接触孔阵列来获得任意的三维强度分布。如图6所示，对于组成图案，它们的孔的XY尺寸以矩阵形式变化，从而获得不同类型的透射率数据。假设这一结构的孔图案是具有相同孔尺寸的孔的二维无限重复，且透射率数据在这个假设前提下计算。图8表示了计算出的接触孔的相对强度的实例，其中一部分接触孔具有在固定XY间距(400nm)下以X＝Y变化的不同孔尺寸，而其他接触孔的孔尺寸X＝Smax(＝300nm)固定而具有不同的孔尺寸Y。从中可以观察到，即使是固定X的图案，仍然可以获得大约十倍的光强度的调制范围。

与上面对一维情况的讨论类似，在位置m和n处的目标透射率为T(mP，nP)，并且通过对图4的步骤6和7做二维扩展后的步骤，可在各个位置上排列能获得这些目标透射率的图案(XY孔尺寸)。

在这个实施例中，以一维柱面透镜阵列和二维球面阵列做了参照，但是目标三维形状f(X，Y)可以是任意的，并且可以设计掩模以用于从光致抗蚀剂形成任意的三维形状，例如非球面阵列或者四角锥体形状(金字塔状)。

下面将介绍通过抗蚀剂模拟器(resist simulator)在特殊掩模实例上进行计算的结果。图9是通过使用正抗蚀剂用于形成凹球面透镜阵列的掩模的视图，而图10是对应于图9所示掩模的一个透镜元件的部分的视图。在图9和10中，点虚线代表相应于单独透镜的元件之间的边界。在凹球面透镜阵列中，一个图案块由挡光图案和透光图案所组成的通孔(through-hole)型所构成。图案块是二维排列的，从而使得挡光图案对透光图案的比率是逐渐变化的。

在每个元件之间的边界处，沿边界排列的图案块被设置为使得它们的透光图案(或者它们的挡光图案)在相邻元件之间互相交迭。因此，可以消除来自于通过各个元件形成的透镜之间边界处的不必要的接缝。需要注意的是，如果这种掩模的透射率分布被反转，即，透镜中心的孔尺寸做到最小，而其他孔尺寸都朝向透镜的外围被加大，则可以形成凸球面透镜阵列。另外，如果背景被制成100％透射，且采用岛状阵列图案，可以获得能够形成凸球面透镜阵列的掩模。

图11是通过使用正抗蚀剂，用于形成四角锥体形状的掩模的视图。在图11中，仅表示了对应于所示四个四角锥体形状之一的掩模部分。在这种掩模中，一个图案块被构造为由挡光图案和透光图案所组成的正方形孔阵列型，并且图案块是二维排列的，从而使得挡光图案对透光图案的比率根据预期的曝光量分布来变化。

图12是通过使用正抗蚀剂，用于形成凹柱面透镜阵列的掩模的视图。在图12中，仅表示了对应于所示两个柱面透镜之一的掩模部分。在这种掩模中，一个图案块由直线形挡光图案和透光图案构成，并且图案块是一维排列的，从而使得挡光图案对透光图案的比率是逐渐变化的。

值得注意的是如果将这种掩模的每个图案块的挡光图案和透光图案颠倒，就可以获得能够形成凸柱面透镜阵列的掩模。

下面将介绍本发明的另一个实施例。图13A到13E是另一实施例的说明示意图。该实施例的特征在于，为了在涂覆有光致抗蚀剂的晶片上形成一个三维结构，通过额外的两次曝光来获得形成三维结构形状所必需的曝光量。

也就是说，当将要进行用于形成预期形状的曝光时，使用每个均由沿另一个的正交方向延伸的线条所形成的掩模Mx和My(参照图13A和图13B)，使用这些掩模Mx和My的两次曝光被叠加以增加曝光量，从而形成目标形状。

例如，当要形成图14B所示的二维透镜阵列时，使用了掩模Mx和掩模My，其中掩模Mx具有沿着一个方向排列的线条-间隔图案(参考图13A)，而掩模My具有在与这一方向垂直的方向上排列的线条-间隔图案(参考图13B)，在相同晶片上的相同位置以叠加的方式进行使用掩模Mx和My的曝光，从而通过显影获得如图14A和14C所示的二维透镜阵列的抗蚀剂形状。图14A表示的是单元透镜形状，而图14B所示的是阵列透镜形状。

顺便提及，该实施例基于以下假设：即每个掩模的背景是0％透射，而且间隔图案是分别排列在位置上的。此外，假设要形成的二维透镜阵列的单元透镜形状使用了由下面的等式7所定义的非球面函数f(r)。在下面的描述中，假设r²＝X²+Y²，且使用了下面的特定数值实例：c(曲率)＝0.004和K(圆锥常数)＝-0.75。

$f\left(r\right)=\frac{c{r}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}$ ...(等式7)

下面将介绍图13A和图13B所示的这个实施例的掩模Mx和My的特殊设计技术。基本的掩模设计技术与现有的应用相似，假定如图15所示的光致抗蚀剂的剩余薄膜特性(Z＝A+B*ln(E)：在此实施例中，A＝24.8，B＝-4.674且初始薄膜厚度为5μm)和如图14A所示的单元透镜元件的目标非球面透镜形状都已预先定义。在下面介绍的实施例中，假设蚀刻选择率为1∶1且显影后的光致抗蚀剂形状与蚀刻后的衬底形状相同。

图16(a)表示的是相对于图像高度的显影后的抗蚀剂薄膜厚度损失分布。通常，在光致抗蚀剂的薄膜厚度彻底为零时的曝光量的附近，光致抗蚀剂具有很差的相对于曝光量的其剩余薄膜厚度的线性度。因此，这些区域不应被用于结构的形成。由于这个原因，透镜中心被设计为使得其剩余薄膜不会为零(薄膜厚度损失量不是5μm)，而是0.5μm厚。

首先，基于图15所示的抗蚀剂剩余薄膜的特性和图14A所示的目标设计形状(非球面等式)，从Z＝f_y＝0(X)中得到Y＝0处的截面形状，并且从下面等式中获得用于在显影后得到这种形状的曝光量分布E(X)。这个E(X)如图16(b)所示。

E(X)＝exp[(f(X)-A)/B]

此外，令Ec为E(X)中在透镜中心处给出的曝光量，由掩模Mx给出的曝光量分布E_MX如下：

E_MX(X)＝exp[(f(X)-A)/B]-Ec/2

然后，E_MX(X)的最大值被设置为E₀，并且通过将E(X)除以E₀就得到相对透射率分布T_L(X)。

根据掩模的线条图案制造下限值(L_min)和满足等式(1)的掩模图案间距(P)，掩模的最大透射率(T_max)变为：

T_max＝[(P-L_min)/P]²

在这个实施例中，L_min＝160nm(在这个实施例中，掩模上400nm基于使用了1.25×缩影投射曝光设备的假设)，并且T_max＝0.706。根据这些值，掩模透射率绝对值(T_abs(X))变为：

T_abs(X)＝T_max×T_L(X)

这个T_abs(X)显示在图17(a)中。

从下面等式可以得到为获得这种透射率的掩模图案的间隔尺寸：

S(X)＝P×[T_abs(X)]1/2

这个S(X)显示在图17(b)中。在这个等式中，X是间隔图案的中心坐标值，并且取离散值X＝mP(m为0或者正/负整数)。

尽管前面已介绍了掩模Mx的设计方法，但通过将掩模Mx的图案旋转90°可获得掩模My。

通过上面叙述的过程可以设计用于形成二维透镜阵列的掩模Mx和My。对每个掩模Mx和My进行曝光的曝光量(E_set)为：

E_set＝E₀/T_max

顺便提及，在通过使用两个掩模的这种多次曝光方法形成的二维透镜阵列中，由于其掩模图案的设计，每个单元透镜的四个角在形状精度上有所退化。如图14A所示，能够实际得到具有高精度的形成图案的范围是X²+Y²＜10²(每个单元透镜的一个边长为20μm)，并且当使用本方法形成的透镜阵列被实际并入到一光学系统中时，在需要的时候，透镜阵列被期望和圆形开口阵列结合使用以阻挡四个角处的光线，如图14C所示的那样。

图13E表示的是对具有如图17(b)所示的透射率和间隔宽度的掩模Mx及与掩模Mx正交的掩模My进行显影前的两次曝光时，所能得到的抗蚀剂形状的仿真结果。图13C和13D所示的是当相应的掩模Mx和My被曝光时可得到的形成形状的仿真结果，并且在实际中，在进行使用掩模Mx和My的两次曝光后，可以获得如图13E所示的透镜形状。从中可以看到，通过使用两次曝光可以近似获得具有高精度的抗蚀剂形状。

根据本实施例，通过对具有简单线条-间隔图案的掩模进行曝光，可形成二维透镜阵列形状。通过上述过程来设计图案，也可以形成例如凹-凸透镜，非球面透镜和棱镜的结构。此外，本实施例也可以用于设计和制造用于形成除上述用于制造微透镜阵列的掩模之外的任何掩模的二维形状。

此外，在本实施例中，掩模Mx和My表示为分开的掩模，但掩模图案Mx和My可被排列在相同的衬底上，从而使得可以仅通过改变曝光区域而不更换掩模来应用本实施例的曝光。因此，这样也可以缩短总的曝光处理时间并降低叠加误差。

下面将介绍本发明的另外一个实施例。这一实施例提供了一种曝光掩模的制造方法，该掩模考虑了曝光设备的光学系统的闪光量。当根据任何上述实施例的曝光掩模通过实验被实际制造并且光致抗蚀剂被形成在预定的三维结构(如透镜阵列)中时，以图18(c)的曲线为例所示，透镜外围部分的形成高度出现误差。

在掩模图案开口尺寸小，即掩模透射率低的位置，该误差具有在形成高度中变大的趋势。主要的可能原因是当曝光设备提供大曝光量时，在曝光设备中闪光的影响下出现意外的“翳雾曝光”，从而在整个曝光域出现类似DC成分的曝光量。

现将参照图18的概念图介绍闪光对透镜阵列的形成中表面精度的影响。在这种情况下，例如，从正抗蚀剂中形成一维凹透镜阵列形状，如图18(a)所示，光强度在透镜中心处最大，且从透镜中心朝向外围(边界)光强度变小。因此，曝光掩模的透射率，即，其图案开口比率，从透镜中心朝向外围变小。

如果要获得一个非常大的抗蚀剂处理深度，则掩模的透射率范围需要做得很大。在形成一维透镜的情况下，掩模的透射率可以具有70％-80％的最大值和百分之几的最小值。

另一方面，曝光量中的闪光是由于组成光学系统的透镜的抛光表面的表面粗糙度导致的现象，同时也是因为涂覆在透镜上的抗反射层不具有完全为零的反射率，并且从包括掩模的多种表面反射的光线易于多次漫反射并作为所谓的杂散光到达成像平面。当闪光出现时，被视为一致的DC成分的杂散光出现在晶片表面上(参照图18(b))。据称，即使是用于半导体制造的曝光设备也存在3％-4％的闪光。

也就是说，闪光量和上述掩模透射率的最小值在同样量级，并且在透镜的外围部分中，意外闪光对曝光量的影响变得更加显著。图19表示的是这种形状误差的特定评估实例。图19中表示的各个数据使用了抗蚀剂对比度和后面将介绍的透镜设计值，如下所示：

a)目标透镜形状(0％闪光)，

b)相对于3％闪光的透镜形状(计算值)，

c)透镜形状误差(高度误差)右边轴。

如图所示，在3％闪光的影响下，在透镜的最外围处，透镜被形成为比其设计高度低1.2μm。例如，假设透镜的目标形状为一维凹透镜阵列并且该形状由非球面等式所表示，同时其曲率半径(R)＝7μm且其透镜尺寸为19.6μm，这意味着相对于设计值K＝-0.7，其圆锥常数近似为k-0.875，从而使来自透镜的各种光学性能的设计值的偏差变得不可忽视。

这个实施例的特点是考虑了在曝光掩模的图案设计中的闪光影响。图20为根据本实施例的曝光掩模制造方法的说明示意图。假设在该实施例中，通过使用下面将介绍的方法进行的定量测量，闪光量已知(参照国际公开WO2002-009163(日本专利申请No.2002-514774)，SPIE VOL.3051(1997)P708-P713，闪光测量及其在工艺范围上的效应)。

此外，在掩模的图案设计中，假设掩模上每个位置上的有效曝光量是来自掩模的透射光线和作为DC成分的闪光的和。设置每个位置的掩模透射率，使得该有效曝光量可以提供预期的透镜形状。

在这个实施例中，作为一个实例，假设要处理的透镜的目标形状是一维凹透镜阵列并且该形状由非球面等式所表示，同时所述透镜具有非球形表面，其曲率半径(R)＝7μm，圆锥常数(k)＝-0.7并且其透镜尺寸为19.6μm。在这种情况下，透镜的垂度为8.3μm。所述非球面等式假设由上面提到的等式7所表示。在等式7中，r代表距透镜中心的距离，c代表作为曲率半径的倒数的曲率。

事先测量要使用的抗蚀剂的对比度，且在其初始未曝光状态，其薄膜厚度为10μm。相对于曝光量(E)，显影后的抗蚀剂高度(Z)表示为Z＝20-4×ln(E)(参照图20所示的曝光量和剩余薄膜厚度之间的关系)。

将要使用的曝光设备具有数值孔径(NA)＝0.25和相干系数(σ)＝0.6(参照图20所示的曝光设备参数)。此时，从等式1推导得到的非图像间距的最大值为912.5nm。因此，在这个实施例实例的情况下，图案间距被设为700nm，其为1/整个透镜尺寸(19.6μm)的整数倍。

如果假设曝光设备的缩影投射放大倍数为1/2.5倍，且掩模上的最小掩模尺寸值为400nm，则在晶片表面上所述值为160nm。因此，可以以700nm的间距形成160nm-540nm的间隔尺寸范围。

在这些条件下，确定参照图案使得可以以700nm的孔间距和540nm的孔尺寸获得在透镜中心处0.595的最大透射率，由此进行图案设计从而在显影后获得预期的透镜形状。

以下将参照图21所示的流程图，介绍根据本实施例图案设计的实例。在本实施例中，对于抗蚀剂形状形成后的干蚀刻，为了简单起见，将给出基于转换差异为零的假设的描述。也就是说，假设抗蚀剂形状＝蚀刻后透镜形状。通过这个例子，上述如图20所示的处理条件将用作例如目标透镜形状、抗蚀剂对比度和曝光设备参数的处理条件。

[步骤11和步骤12]

首先指定闪光量。这被假设为通过上述已知技术被近似计算和量化。在这些步骤中，假设闪光为3％。流程图向以下描述进行。

[步骤13]

然后，计算出为了获得每个位置处的目标高度(Z)(图像高度)的曝光量(Ei)。在这个步骤中，假设抗蚀剂的对比度曲线为前面假定的Z＝20-4×ln(E)，并且目标透镜形状为具有非球形表面的一维透镜，该非球形表面的曲率半径(R)＝7μm，圆锥常数(k)＝-0.7且透镜尺寸为19.6μm。

[步骤14]

计算出用于获得每个位置处的曝光量(Ei)的掩模透射率。首先，在这个步骤中，遗留1μm厚的抗蚀剂，因为，如前面所述，优选的是即使在其薄膜厚度变为最小的位置处，也要形成具有遗留的微小薄膜厚度的抗蚀剂形状。从前面设置的抗蚀剂对比度曲线(Z＝20-4×ln(E))中，计算出可以提供不具有图案的1μm剩余薄膜厚度的曝光量为116[mJ/cm²]。在这个实施例中，通过在透镜中心处允许剩余薄膜厚度为1μm(零图像高度)的曝光量(Eset)的设置条件来进行曝光量的设定。由于在零图像高度位置的掩模图案具有540nm的最大间隔尺寸，此时掩模透射率的理论值为60％。当这个60％与3％的闪光相加在一起时，便可以有效地给出占设定曝光量(Eset)63％的曝光量，并且从下面的等式中设定曝光量(Eset)变为185[mJ/cm²]：

(提供1μm剩余薄膜厚度的曝光量＝116[mJ/cm²])/(0.60+0.03)＝185[mJ/cm²]

[步骤15]

然后，从下面的等式中计算出用于获得在每个位置处的目标曝光量(E(X))的掩模透射率(T_abs(X))：

Eset*(T_abs(X)+闪光)＝E(X)

[步骤16]

最后，从下面的等式中计算出为了获得该掩模透射率(T_abs(X))的间隔图案尺寸S(X)。在这个等式中，X是间隔图案的中心坐标值，并且取离散值X＝mP(m为零或者正/负整数)。图22A和22B中表示的是这个计算的具体结果。

S(X)＝P×[T_abs(X)]^1/2

图22A和22B表示的是相对于0％的闪光和3％的闪光的掩模图案的解，图22A表示的是曲线图，而图22B表示的是数值实例。从这些数据中，可以看到基于闪光量之间差异的掩模图案的解之间的差异。

这些闪光量是事先计算的，并且包含该闪光量和透射过掩模的光线的曝光量被作为有效曝光量，并且能够从这一有效曝光量中获得预期抗蚀剂形状的掩模图案的设计方法可以用于消除抗蚀剂形状的全局误差。

在本实施例中，参照了一维图案的形成，但是即使在使用上述接触孔图案或岛状图案的二维图案形成中，通过采用类似的技术可以获得类似的优点。

下面将要介绍孤立透镜(参照图23A)或者在不完全连续的透镜元件之间存在间隔的透镜阵列(参照图23B)。

即，上面的描述参照了用于形成透镜阵列的掩模图案的设计方法，但如果要形成具有其间存在间隔的透镜元件的孤立透镜或者透镜阵列，需要排列与最外面的透镜外围相同的图案以作为透镜外围的图案。

在根据本发明的掩模的情况下，在晶片上一点处将要曝光的光强度，也就是光透射率，基于至少两个间距的图案进行控制，并且以图24A所示为例，在最外面的透镜外围的掩模图案的排列中，如果在一边的间距确定为P而另一边的间距无限大(孤立)，则另一边将不满足非图像条件(等式1)。因此，出现了部分图像的形成，从而导致在光强度中产生波纹噪声。因此，作为中间产物的光致抗蚀剂形状表面精度将显著退化。

为了避免这种现象，与最外面的透镜外围或者边缘的掩模图案(形成在间隔尺寸S_N以内的挡光图案对透光图案的比率)相同的图案被排列以作为形成图案(外围图案)的背景基调。图24B和图25分别表示的是包括这种外围图案的一维和二维的例子。在图24B和图25中表示的背景基调部分分别对应于外围图案。图25的阴影线部分概念性的表示了各个外围图案(背景基调部分)的挡光部分，并且为具有0％透射率的铬挡光部分。

根据这种图案排列，可以使在最外面的透镜外围或边缘处的光强度中波纹的出现最小化。图26表示的是在为了形成特殊一维孤立透镜的图案设计中的光强度仿真实例，可以看到通过考虑了背景基调的图案排列，在最外面的透镜外围处的波纹受到抑止。

下面将参照27A至27C的示意图，介绍使用根据本发明的曝光掩模来制造微透镜阵列的方法。首先，在由例如直径为6英寸的石英玻璃晶片制成的衬底上涂覆作为光敏感材料的光致抗蚀剂(下文中简称为“抗蚀剂”)。涂覆厚度为例如大约10μm(参照图27A)。

然后，使用作为曝光设备中一种类型的步进式光刻机(stepper)来辐射i-线(i-line)光线从而经由本实施例的掩模将光致抗蚀剂曝光。在这个步骤中，也同时形成在后面步骤中所必需的对准标记。曝光后，抗蚀剂被显影，从而将通过掩模设置的三维形状转印到抗蚀剂(参照图27B)。

接下来，衬底经由这种抗蚀剂被干蚀刻。以这种方式，抗蚀剂的三维形状就被转印到衬底。此后，通过旋转涂覆或类似工艺，使用具有高折射率的树脂材料涂覆已经将三维形状转印到其上的石英衬底。按照这个方法，形成由对应于衬底三维形状的树脂制成的强化透镜阵列(plus power lensarray)(参照图27C)。

这种微透镜阵列应用于图28所示的设备。图28所示的设备是液晶投影仪，其包含形成在其石英衬底上的TFT(薄膜晶体管)和形成在TFT上的液晶，并且通过驱动TFT控制在像素单元中液晶层的取向。

在使用根据本实施例的掩模形成的微透镜阵列ML中，由树脂层形成各个透镜L以对应于液晶投影仪的各个像素。根据本实施例的掩模，可以通过一次曝光形成微透镜阵列ML，并且由于该掩模是由挡光图案和透光图案的结合物组成的二元掩模，因此掩模本身能够被很容易的制造。因此，将要用于液晶投影仪的微透镜阵列ML可以低成本的提供，使得液晶投影仪的成本得以降低。

如前面提到的那样，根据挡光图案和透光图案的比率或者排列，将要形成的每个透镜L的形状可以自由的设置，并且通过对充分利用抗蚀剂显影特性的掩模曝光量的设置，可以复制精确的透镜形状。因此，可以提供高精度的透镜L而不必在各个透镜L之间的边界处产生不必要的接缝。

需要注意的是，上述微透镜阵列制造方法使用了一个实例，在该实例中，在形成三维光致抗蚀剂形状之后，通过蚀刻处理衬底，但也可通过将光致抗蚀剂电铸到母模(mother mold)中，通过使用更廉价的树脂或类似材料的压模方法大量制造微透镜阵列。另外，使用本实施例的掩模形成的透镜阵列不仅应用于液晶投影仪，还可应用于CCD，其它液晶设备，半导体激光器，光敏器件和光通讯设备中。此外，本实施例还可应用于除透镜之外的三维形状的制造。

工业适用性

本发明可应用于利用MEMS(微机电系统)或NEMS(纳米机电系统)的开关、继电器和传感器。此外，本发明还可应用于在半导体制造或类似工艺中将衬底的基础形状形成为任意形状。

Claims (20)

1.一种用于曝光设备的曝光掩模，其中包括：

多个图案块，其由阻挡从所述曝光设备发出的照明光线的一挡光图案和用于透射所述照明光线的一透光图案的一对图案所构成，所述多个图案块被连续地排列；

其中所述连续图案块的间距为常数并且所述挡光图案对所述透光图案的比率是逐渐变化的；并且

其中所述连续图案块的所述间距具有一尺寸使得通过所述图案块到达一图像形成平面的光线只有零阶光线。

2.权利要求1的曝光掩模，其中满足以下等式：

P＜λ/{NA×(1+σ)}

所述连续图案块的所述间距为P并已转换到所述晶片表面上，所述曝光设备的曝光波长为λ，所述曝光设备的数值孔径为NA，并且相干系数为σ并表现出次级光源的尺寸。

3.权利要求1的曝光掩模，其中：

所述图案块被配置为使得所述挡光图案和所述透光图案分别由直线形成。

4.权利要求1的曝光掩模，其中：

通过所述挡光图案和所述透光图案，所述图案块被配置为通孔型或岛型。

5.权利要求1的曝光掩模，其中：

所述连续图案块的所述间距为1/由曝光形成的元件的尺寸的整数倍。

6.权利要求1的曝光掩模，其中：

经由通过所述图案块的曝光，所述图案块形成一柱面透镜。

7.权利要求1的曝光掩模，其中：

经由通过所述图案块的曝光，所述图案块形成一球面透镜或一非球面透镜。

8.权利要求1的曝光掩模，其中：

经由通过所述图案块的曝光，所述图案块形成一棱镜阵列。

9.一种设计和制造曝光掩模的方法，在该方法中，连续地排列由阻挡从一曝光设备发出的照明光线的一挡光图案和透射所述光线的一透光图案的一对图案所组成的多个图案块，从而通过向一光敏材料照射预定量的光形成一三维形状，其中包含以下步骤：

从所述三维形状的设计数据计算到所述光敏材料的曝光量分布；

基于所述曝光量分布计算所述曝光掩模的透射率分布；

从所述曝光设备的光学条件计算所述连续图案块的间距；以及

根据所述透射率分布并通过计算在所述图案块的所述间距内的所述挡光图案对所述透光图案的比率，排列所述多个图案块至相应的比率；

其中所述连续图案块的所述间距具有一尺寸使得通过所述图案块到达一图像形成平面的光线只有零阶光线。

10.权利要求9的曝光掩模制造方法，其中：

在从所述三维形状的设计数据计算到所述光敏材料的曝光量分布的所述步骤中，其中加入了所述曝光设备的一光学系统的闪光量的一有效曝光量被作为所述曝光量分布来计算。

11.权利要求10的曝光掩模制造方法，其中：

通过使用已知的光透射率图案进行过度曝光并得到通过其使得所述过度曝光除去剩余抗蚀剂薄膜的曝光量，来量化所述曝光设备的一光学系统的所述闪光量。

12.权利要求1的曝光掩模，其中：

在一单独的基底材料上，设置由沿一个方向线性设置的所述挡光图案和所述透光图案构成的一第一掩模以及由垂直于所述一个方向线性设置的所述挡光图案和所述透光图案构成的一第二掩模。

13.一种使用曝光掩模的对光敏材料的曝光方法，在该曝光掩模中，多个图案块由阻挡从一曝光设备发出的照明光线的一挡光图案和用于透射所述照明光线的一透光图案的一对图案所构成，所述多个图案块连续地排列；其中所述连续图案块的间距为常数并且所述挡光图案对所述透光图案的比率是逐渐变化的；其中包括以下步骤：

使用含有图案块的曝光掩模对所述光敏材料第一次曝光，所述图案块中所述挡光图案和所述透光图案沿一个方向线性设置；

使用含有图案块的曝光掩模对所述光敏材料第二次曝光，所述图案块中所述挡光图案和所述透光图案垂直于所述一个方向线性设置，使得在进行所述第一次曝光的部分叠加；

其中所述连续图案块的所述间距具有一尺寸使得通过所述图案块到达一图像形成平面的光线只有零阶光线。

14.权利要求13的曝光方法，其中：

在进行所述第一次曝光之后，在所述第一次曝光中使用的所述曝光掩模被旋转90度并进行所述第二次曝光。

15.权利要求13的曝光方法，其中：

用于进行所述第一次曝光的曝光掩模和用于进行所述第二次曝光的曝光掩模被设置在一单独的基底材料上，在进行所述第一次曝光之后，通过选择性地移动所述基底材料的曝光位置，进行所述第二次曝光。

16.权利要求1的曝光掩模，其中：

所述挡光图案对所述透光图案的比率是根据在所述图案块处的照明光线的透射率连续变化的。

17.权利要求4的曝光掩模，其中：

所述图案块以矩形形式排列。

18.权利要求1的曝光掩模，其中：

在所述连续图案块的外围处设置一外围图案，作为所述外围图案，与构成在所述连续图案块的最外围或边缘处的图案块的挡光图案对透光图案的比率相同的挡光图案和透光图案被排列。

19.权利要求9的曝光掩模制造方法，其中：

在从所述三维形状的设计数据计算到所述光敏材料的曝光量分布的所述步骤中，所述曝光量分布考虑了在后续步骤中的蚀刻期间的蚀刻转换差异。

20.权利要求9的曝光掩模制造方法，其中：

所述蚀刻转换差异从依赖于蚀刻前所述光敏材料高度的值形成，并且以函数或表格表示。

Images