CN101546117B - 多色调光掩模和使用该多色调光掩模的图案转印方法 - Google Patents

多色调光掩模和使用该多色调光掩模的图案转印方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及多色调光掩模和使用该多色调光掩模的图案转印方法。本发明的多色调光掩模通过设置在透明基板(21)上的、遮蔽曝光光的遮光膜(23)和使所述曝光光的一部分透过的半透膜(22)从而具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案。利用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来接收通过所述多色调光掩模的、g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的曝光光，求出所述半透光区域的有效透过率，此时，所述半透光区域的有效透过率的掩模面内分布范围为2.0％以下。

Description

多色调光掩模和使用该多色调光掩模的图案转印方法
技术领域
本发明涉及在光刻工艺中使用的多色调光掩模以及使用该多色调光掩模的图案转印方法。
背景技术
以往，在液晶装置等电子设备的制造中，其中一个工序是利用光刻工艺来形成抗蚀剂图案。即，使用具有规定图案的光掩模在规定曝光条件下，对形成在所要蚀刻的被加工层上的抗蚀剂膜进行曝光来转印图案，并通过对该抗蚀剂膜进行显影来形成抗蚀剂图案。然后，将该抗蚀剂图案作为掩模来蚀刻被加工层。
作为这种光掩模的一种，公知有如下多色调光掩模，该多色调光掩模具有遮蔽曝光光的遮光区域、透过曝光光的透光区域以及透过曝光光的一部分的半透光区域。该多色调光掩模可以根据区域而使曝光光的光量不同。因此，通过使用该多色调光掩模进行曝光/显影，能够形成具有至少3种厚度的残膜值(包括残膜值零)的抗蚀剂图案。这样实现了具有多个不同残膜值的抗蚀剂图案的多色调光掩模，通过减少使用的光掩模数量，从而在制造液晶装置等电子设备时，能够提高光刻工艺的效率，因此非常有用。
例如，可以通过形成透过曝光光的一部分这样的、具有所希望的透过率的半透膜，来设置多色调光掩模的半透光区域(例如，参照日本特开2005-257712号公报(专利文献1))。
目前，使用半透膜的多色调光掩模的半透光区域的透过率设定(膜质、膜厚的选择)是由使用该光掩模加工薄膜的工序决定的。即，掩模使用者首先预测通过曝光将光掩模的转印图案转印到被转印体上时所得到的抗蚀剂图案的形状。然后，根据所希望得到的抗蚀剂图案中规定部分的抗蚀剂残膜值及其允许变动范围来决定光掩模的半透光区域的透过率。该透过率成为制造光掩模时的管理值。
例如，在多数情况下，针对某种波长(例如g线)指定所使用的半透膜的透过率，并作为其面内分布而将“2％以下”设为管理值。这是因为原本设想的是：在将半透光部的曝光量分布控制在2％以下时，由此决定的抗蚀剂图案的残膜值(形状)分布可以得到与曝光量分布相应的分布，从而能够设定被转印体的适当加工条件，稳定地进行制造。
然而本发明人关注到了如下情况：基于该管理值的产品管理未必充分，因此存在根据情况不同而光掩模使用者难以决定加工条件的可能。其原因是，上述多色调光掩模进行实际曝光时，决定形成在被转印体上的抗蚀剂图案的残膜值及其面内分布的因素不仅仅取决于规定波长处的半透光区域的膜透过率(即使假设严格均匀地控制了膜透过率)，还取决于转印图案的图案设计以及曝光时所采用的光学条件。
例如，如图5所示，与2个遮光区域A相邻并被夹在中间的半透光区域B的透过光的光强度分布具有以下趋势：当该半透光区域的线宽变小时，该透过光的光强度分布整体下降，峰值变低。因此，半透光区域的透过率根据转印图案的设计不同而不同。尤其，虽然当半透光区域的线宽为一定值以上时问题不大，但是随着线宽变得精细，由于曝光光衍射的影响，上述透过率下降的趋势严重。这里，对于掩模图案的线宽，在大多情况下通常针对规定线宽的面内分布使用200nm以内等管理值来作为范围，但是当该面内分布与上述透过率分布重叠时，所形成的抗蚀剂图案的残膜值可能变动到允许范围之外。
因此，即使将半透膜的膜透过率控制在2％以下来进行管理，但根据实际曝光的情况，影响在被转印体上形成抗蚀剂图案的光量的变动有可能大于2％。
而且如上所述，通常由代表波长(例如g线)来表示透过率，但是这种方式也根据情况不同而不充分。其原因如下。当半透光区域的线宽很细小时，如上所述不能忽视曝光光的衍射影响，此外根据曝光机的光源的分光特性，曝光时实际产生的曝光量也会产生变动。因此，仅仅通过代表波长来定义该透过率是不充分的。
发明内容
本发明正是鉴于上述情况而完成的。本发明的目的在于提供多色调光掩模和使用该多色调光掩模的图案转印方法，该多色调光掩模和图案转印方法考虑了转印图案的图案设计、半透光区域的膜透过率和曝光光学条件，即使具有宽度狭窄的图案也能始终稳定地得到所希望的残膜值的抗蚀剂图案。
本发明的多色调光掩模通过在透明基板上形成遮蔽曝光光的遮光膜和使所述曝光光的一部分透过的半透膜、并对该遮光膜和半透膜分别进行图案加工，从而形成具有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的特征在于，使用通过所述多色调光掩模的、g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径(NA)为0.08、相干度(σ)为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，接收其透过光而求出所述半透光区域的有效透过率时，所述半透光区域的有效透过率的掩模面内分布范围为2.0％以下。优选掩模面内分布范围为1.0％以下。
根据该结构，可以通过对实际曝光时所使用的曝光条件进行合理近似来评价有效透过率，并可以根据有效透过率范围与抗蚀剂图案的残膜值范围之间的关系来将抗蚀剂图案的残膜值管理在规定范围内。由此，即使在具有宽度狭窄的图案的情况下，也能始终稳定地得到所希望的残膜值的抗蚀剂图案。
另外，本发明的多色调光掩模包括如下的多色调光掩模，该多色调光掩模通过设置在透明基板上的、遮蔽曝光光的遮光膜和使所述曝光光的一部分透过的半透膜，从具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的特征在于，
所述半透光区域具有有效透过率不同的第1半透光区域和第2半透光区域，在所述多色调光掩模上，使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，接收其透过光而求出所述半透光区域的有效透过率时，所述第1半透光区域和第2半透光区域的有效透过率的掩模面内分布范围分别为2.0％以下。
由此，即使在4种色调以上的多色调光掩模中，也可以与图案尺寸无关地，在规定范围内客观地管理抗蚀剂图案的残膜值。
本发明的多色调光掩模还包括如下的多色调光掩模，该多色调光掩模通过在透明基板上至少设置遮蔽曝光光的遮光膜并进行构图，从而具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的特征在于，
在所述多色调光掩模上，使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，接收其透过光而求出所述半透光区域的有效透过率时，所述半透光区域的有效透过率的掩模面内分布范围为2.0％以下。
由此，半透光区域的透过率与透光区域相等(即，不需要半透膜)，其图案宽度非常小，因此当作为半透光区域发挥作用时，将该半透光区域的面内分布控制为2.0％，所以能够获得与上述相同的作用。在不具有半透膜而是通过曝光机的分辨极限尺寸以下的细微遮光图案来形成半透光区域的情况下，也是同样。
在本发明的多色调光掩模中，当所述半透光区域是与所述遮光区域相邻并被该遮光区域夹在中间的半透光部时，本发明特别有效。此外，在所述转印图案包含由单位图案排列而成的重复图案、并在所述单位图案中包含与所述遮光区域相邻并被该遮光区域夹在中间的半透光部的情况下，本发明的效果显著。在这种情况下，优选所述多色调光掩模用于制造薄膜晶体管，所述半透光区域对应于该薄膜晶体管的沟道区域。在这种情况下，当所述沟道区域的宽度为5μm以下时，本发明的效果显著。
本发明的图案转印方法的特征在于，使用上述多色调光掩模，通过照射曝光机的曝光光将所述多色调光掩模的转印图案转印到被加工层上。在该情况下，在通过将转印图案转印到被加工层上而形成的抗蚀剂图案中，与所述半透光区域对应的部分的膜厚面内分布可以被控制在例如100nm内，更优选的是可以控制为80nm左右以内。
本发明的薄膜晶体管的制造方法的特征在于，通过上述图案转印方法来进行薄膜晶体管的构图。
并且，本发明的另一多色调光掩模的制造方法包含如下的多色调光掩模的制造方法，该多色调光掩模通过设置在透明基板上的、遮蔽曝光光的遮光膜和使所述曝光光的一部分透过的半透膜，从而具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的制造方法包括以下步骤：
使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，
掌握所述半透光区域针对所述曝光光的有效透过率、和与所述半透光区域对应的被加工层上的抗蚀剂残膜值之间的关系，
根据所述掌握的关系来评价所述多色调光掩模。
此外，本发明的多色调光掩模的制造方法包含如下的多色调光掩模的制造方法，该多色调光掩模通过设置在透明基板上的、遮蔽曝光光的遮光膜和使所述曝光光的一部分透过的半透膜，从而具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的制造方法包括以下步骤：
使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，
掌握所述半透光区域针对所述曝光光的有效透过率、和与所述半透光区域对应的被加工层上的抗蚀剂残膜值之间的关系，
根据所述掌握的关系来掌握相对于所述有效透过率的变化量的所述抗蚀剂残膜值的变化量，
通过判断所述掌握的变化量是否在规定的允许范围内来评价所述多色调光掩模。
另外，本发明的多色调光掩模的制造方法包含如下的多色调光掩模的制造方法，该多色调光掩模通过设置在透明基板上的、遮蔽曝光光的遮光膜和使所述曝光光的一部分透过的半透膜，从而具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的制造方法包括以下步骤：
使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，
掌握所述半透光区域针对所述曝光光的有效透过率、和与所述半透光区域对应的被加工层上的抗蚀剂残膜值之间的关系，
根据所述掌握的关系来决定所述多色调光掩模的有效透过率的允许范围基准。
本发明的多色调光掩模的制造方法还包含如下的多色调光掩模的制造方法，该多色调光掩模通过在透明基板上至少设置遮蔽曝光光的遮光膜并进行构图，从而具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的制造方法包括以下步骤：
使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，
掌握所述半透光区域针对所述曝光光的有效透过率、和与所述半透光区域对应的被加工层上的抗蚀剂残膜值之间的关系，
根据所述掌握的关系来评价所述多色调光掩模。
本发明的多色调光掩模的制造方法还包含如下的多色调光掩模的制造方法，该多色调光掩模通过在透明基板上至少设置遮蔽曝光光的遮光膜并进行构图，从而具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的制造方法包括以下步骤：
使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，
掌握所述半透光区域针对所述曝光光的有效透过率、和与所述半透光区域对应的被加工层上的抗蚀剂残膜值之间的关系，
根据所述掌握的关系来掌握相对于所述有效透过率的变化量的所述抗蚀剂残膜值的变化量，
通过判断所述掌握的变化量是否在规定的允许范围内来评价所述多色调光掩模。
本发明的多色调光掩模的制造方法还包含如下的多色调光掩模的制造方法，该多色调光掩模通过在透明基板上至少设置遮蔽曝光光的遮光膜并进行构图，从而具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的制造方法包括以下步骤：
使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，
掌握所述半透光区域针对所述曝光光的有效透过率、和与所述半透光区域对应的被加工层上的抗蚀剂残膜值之间的关系，
根据所述掌握的关系来决定所述多色调光掩模的有效透过率的允许范围基准。
本发明的多色调光掩模通过在透明基板上形成遮蔽曝光光的遮光膜和使所述曝光光的一部分透过的半透膜、并对该遮光膜和半透膜分别进行图案加工，从而形成具有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，其中，在所述多色调光掩模上，使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径(NA)为0.08、相干度(σ)为0.8的光学系统来对所述光掩模进行曝光，接收其透过光而求出所述半透光区域的有效透过率时，将所述半透光区域的有效透过率的掩模面内分布范围调整为上述管理值的2.0％以下，因此，即使在具有宽度狭窄的图案的情况下，也能始终稳定地得到所希望的残膜值的抗蚀剂图案。
此外，在4种色调以上的多色调光掩模和具有基于精细遮光图案的半透光区域的多色调光掩模中也能够得到本发明的上述效果。
并且，根据本发明，能够评价多色调光掩模或得到多色调光掩模的基准。
附图说明
图1是示出与遮光区域相邻并被夹在中间的半透光区域、即晶体管的沟道区域的图。
图2(a)是示出有效透过率与残膜值之间的关系的图，图2(b)是示出有效透过率范围与残膜值范围之间的关系的图。
图3是示出再现曝光机曝光条件的装置一例的图。
图4(a)、(b)是示出本发明实施方式的多色调光掩模的结构的图。
图5(a)、(b)是示出遮光膜和半透膜的图案以及与该图案对应的光强度分布的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
到目前为止，在管理多色调光掩模时，构成半透光区域的半透膜的透过率由膜固有的透过率规定，而与图案形状无关，所述膜固有的透过率是由该膜和代表波长(例如g线)决定的。在根据如此规定的透过率来设定半透膜的材料和厚度的情况下，当半透光区域的面积相对于曝光机的分辨率足够大、且曝光光的波长等于代表波长时，不会产生特别的问题。但是，在半透光区域的面积或宽度相对于曝光机的分辨率十分微小的情况下，由于与半透光区域相邻的遮光部或透光部的影响，在实际曝光时，有时会成为与半透膜固有的透过率不同的值。这与图案形状以及基于曝光机光学条件的曝光光衍射有关。
例如，在薄膜晶体管(TFT)用的多色调光掩模中，可以将相当于沟道部的区域作为半透光区域，并利用遮光部来构成相当于源极和漏极的区域，该区域与所述半透光区域相邻并将该半透光区域夹在中间。在该光掩模中，在实际曝光条件下，随着沟道部的尺寸(宽度)减小，沟道部与所相邻的遮光部之间的边界变得模糊，从而沟道部的曝光光透过率低于半透膜的透过率。这里，“半透膜的透过率”由在透明基板上形成有该膜的充分宽的区域中照射代表波长的光时透过该区域的光量与透光区域的透光量之比规定，该“半透膜的透过率”是由该膜的成分和膜厚决定的。并且，所谓“充分宽的区域”是指透过率不随着该区域的宽度变化而产生实质性变化的区域。
在最近的薄膜晶体管(TFT)中提出了如下等的技术：与以往相比，通过减小沟道部的宽度来提高液晶的动作速度，或者通过减小沟道部的大小来增强液晶的亮度。因此，可以预想到图案向细微化的发展、以及对所要获得的抗蚀剂图案的精度要求更高。本发明人认为，在这种状况下，对于光掩模的面积或宽度较小的区域，不是要考虑半透膜固有的透过率，而是必须要考虑包含了图案形状差异等因素的透过率，否则在将该图案转印到被转印体上时就无法形成所希望的抗蚀剂图案。尤其，在上述用于制造TFT的掩模上，排列形成有用于形成沟道部的相同形状的单位图案，从而无法完全防止这些图案尺寸发生细微变动。当这种变动与膜透过率的变动重叠时，即使两者都是规格内的数值，但通过该掩模而得到的抗蚀剂图案的残膜值也会发生超出预想的变动。
当然，也可以通过进一步减小线宽和膜透过率的分布范围来减小转印结果的分布，但这种方法除了技术难度较高之外，还存在对质量要求过高从而产品成品率下降的问题。另一方面，还考虑到了如下情况：在使图案线宽变动按照抵消膜透过率变动的方式变动时，结果是有效透过率的变动变小。作为结论可以说，利用表示实际曝光时透过掩模的光量的有效透过率来管理掩模质量最为合理。
因此，本发明人注意到，在与曝光机的曝光条件相似的条件下，利用摄像单元拍摄实际对光掩模照射曝光光时的图案，能够得到包含图案形状差异等因素的转印图案像，并由此发现可以根据该转印图案像来决定半透光区域的半透膜的材料和厚度等。而且，本发明人基于该认识而发现，可以通过管理半透光区域的有效透过率来使半透光区域的抗蚀剂膜的残膜值成为所希望的值。这对于具有宽度狭窄的图案的情况尤其有效。
这里，在本发明中进行使用有效透过率的管理，来代替以往的将膜透过率作为管理值的方法。该“有效透过率”是指在膜固有的透过率的基础上还包含图案的尺寸或线宽(CD(Critical Dimension：临界尺寸))、光学条件(光源波长、孔径度、σ值等)的因素的透过率，是反映出实际曝光环境的透过率。然而，在使用掩模时实际采用的曝光机的曝光条件未必严格一致。因此，按照各个曝光机各自的曝光条件来掌握有效透过率是低效的。另一方面，在用于制造液晶装置等的光掩模中，利用具有i线～g线这样的宽波段的曝光光来将光掩模上的转印图案转印到被转印体上。因此，可以将实质上以1∶1∶1的强度包含有i线(365nm)、h线(405nm)、g线(436nm)的曝光光作为用于掌握有效透过率的曝光光的标准。此外，作为曝光机的光学系统，可以将数值孔径(NA)为0.08、相干度(σ)为0.8作为标准。即，在这样的光学条件下，当半透光区域的有效透过率的面内分布为2.0％时，可以利用这样的光掩模、使用实际的曝光机容易地获得具有所希望的抗蚀剂残膜值的抗蚀剂图案。
本发明人调查了如图1所示的、与遮光膜23构成的遮光区域相邻并被夹在中间的半透光区域、即晶体管的沟道区域(宽度D：这里使用D＝5μm，但即使使用不同的宽度D结果也不会发生变化)中，改变半透膜22的透过率时的有效透过率TA与利用该多色调光掩模形成抗蚀剂图案时的残膜值之间的关系。另外，曝光光使用了实质上以1∶1∶1的强度包含有i线(365nm)、h线(405nm)、g线(436nm)的曝光光。光学系统使用了数值孔径(NA)为0.08、相干度(σ)为0.8的光学系统。其结果如图2(a)所示。
这里，使用图2(a)，可以通过上述直线关系的近似式来求出相对于实际掩模的有效透过率变动量(即掩模面内分布范围)的残膜值变动量。即，在取实际掩模的有效透过率TA(％)为x轴、取残膜值
Figure GSB00000525829300101
为y轴时，可知两者的关系可以通过y＝-366.825x+21039.970的直线近似式(通过实测得到的实测式)来表示。因此，残膜值(y)的变动量可以通过上述直线近似式的斜率来表示。例如，对应于ΔTA＝1％的残膜变动量大致为36.6nm(斜度的绝对值)。由此，有效透过率TA的变动量(范围)(％)与残膜值的变动量(范围)之间的关系可以通过图2(b)所示的直线来表示。即，作为与TA的管理范围(变动量)相对的转印结果的、残膜值的范围(变动量)可以通过如图2(b)所示的具有大致366的倾斜角的直线来表示。
从图2(b)可知，当TA的分布(即，变动量)为2.0％以下时，残膜值的分布低于80nm，可以进行精确的抗蚀剂残膜值管理。
本发明人注意到这种有效透过率的范围(变动量)直接决定实际形成的抗蚀剂图案的残膜值的范围(变动量)。而且本发明人发现，通过使用这种关系，利用有效透过率的管理来进行残膜值的管理，即使在具有宽度狭窄的图案的情况下，也能够始终稳定地得到所希望的残膜值的抗蚀剂图案，从而构思出本发明。
例如，如上所述，求取半透光区域的有效透过率和与其对应的被加工层上的抗蚀剂膜的残膜值之间的关系，由此可以得到相对于有效透过率变化量的抗蚀剂膜的残膜值变化。还可以利用上述关系，通过要在被加工层上得到的抗蚀剂图案的残膜值来评价光掩模是否良好。或者，希望将残膜值控制在规定范围内的掩模使用者可以通过参照上述变化量的相互关系来评价光掩模是否良好。
或者，也可以根据上述关系来决定半透光区域的有效透过率的允许范围基准。例如也存在这样的情况，即：即使光掩模的半透光区域的允许变动范围为2％以上的规定值，根据所要得到的电子器件的不同，也可以评价为能够以充分的质量制造出该电子器件。
这里，“半透光区域的有效透过率”是指，在照射规定的曝光光时，不仅取决于半透膜固有的膜透过率，还取决于光掩模的图案设计等，从而在半透光区域中实际产生的透过率。另外，作为有效透过率可以设为在透过半透光区域的光强度分布中具有最大值部分的透过率。这是因为，例如使用该光掩模而在被转印体上形成正型抗蚀剂的抗蚀剂图案时，上述透过率与在半透光区域产生的抗蚀剂残膜值的最小值相关。这里，“掩模面内分布”是指形成在掩模上的转印图案区域整体的面内分布范围。这种范围管理例如在薄膜晶体管的沟道区域宽度为5μm以下时尤其有效。
作为上述用于测量有效透过率的装置，例如可以举出图3所示的装置。该装置主要由以下部分构成：光源1、向光掩模3照射来自光源1的光的照射光学系统2、使透过光掩模3的光成像的物镜系统4、对经过物镜系统4而得到的像进行拍摄的摄像单元5。
光源1发出规定波长的光束。作为光源1，例如可以使用卤素灯、金属卤化物灯、UHP灯(超高压汞灯)等，并可以根据适当需要而使用光学滤波器。
照射光学系统2引导来自光源1的光，使光照射到光掩模3。该照射光学系统2具有第1光圈机构(第1孔径光圈7A)，以将数值孔径(NA)设定为所希望的值。该照射光学系统2优选具有用于调节光掩模3的光照射范围的第1视野光圈6A。经过该照射光学系统2的光照射到由掩模保持器具3a保持的光掩模3上。该照射光学系统2设置在第1壳体13A内。
光掩模3由掩模保持器具3a保持。该掩模保持器具3a在使光掩模3的主平面大致垂直的状态下，支撑该光掩模3的下端部和侧缘部附近，将该光掩模3倾斜固定地保持。该掩模保持器具3a可以保持大型(例如主平面为1220mm×1400mm，厚度为13mm)的光掩模3，以及各种大小的光掩模3。另外，所谓“大致垂直”是指，图3中由θ表示的与垂直位置之间角度为大致10度以内。照射到光掩模3上的光透过该光掩模3而向物镜系统4入射。
物镜系统4例如由以下部分构成：第1组(模拟镜头(simulator lens))4a，其射入透过光掩模3的光，并对该光束实施无限远校正使其成为平行光；以及第2组(成像镜头)4b，其使经过该第1组的光束成像。模拟镜头4a具有第2光圈机构(第2孔径光圈7B)，可以改变数值孔径(NA)。第2孔径光圈7B具有第2视野光圈6B。经过物镜系统4的光束由摄像单元5接收。该物镜系统4设置在第2壳体13B内。
该摄像单元5拍摄光掩模3的像。例如可以使用CCD等摄像元件来作为摄像单元5。
在该装置中，照射光学系统2的数值孔径和物镜系统4的数值孔径分别是可变的，因此可以改变照射光学系统2的数值孔径与物镜系统4的数值孔径之比，即西格马值(σ：相干度)。通过适当选择上述条件，能够再现或近似曝光时的光学条件。
此外，在该装置中设置有：运算单元(即计算机)11，其针对通过摄像单元5得到的摄像图像进行图像处理、运算、与规定阈值的比较以及显示等；具有显示单元12的控制单元14；以及改变第1壳体13A的位置的移动操作单元15。因此，使用所得到的摄像图像或者由此得到的光强度分布，由控制单元14进行规定运算，可以求出在使用其他曝光光的条件下的摄像图像、或光强度分布和透过率。
在本发明中采用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统，来作为掌握半透光部的有效透过率时所使用的光学系统。作为曝光光，采用将g线、h线、i线各自的照射光强度设为1∶1∶1的曝光光。光学系统的参数虽然会根据曝光机不同而存在些许变化，不过上述数值是其标准数值，非常适合于在将光掩模安装到各个曝光机上之前确认光掩模的性能。此外，照射光的波长分布会由于曝光机不同或随着时间经过而在i线～g线的范围内发生些许变化，不过，将这些i线、h线、g线的波长设为1∶1∶1的强度分布能够最标准地使用于光掩模的评价。换言之，在这些条件下，只要是满足管理值的光掩模，即能够周全地估计实际曝光条件下进行实际应用时的性能。
本发明的多色调光掩模通过设置在透明基板上的、遮蔽曝光光的遮光膜和使所述曝光光的一部分透过的半透膜，从而具有构成了透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案。
作为透明基板，可以举出玻璃基板等。此外，作为遮蔽曝光光的遮光膜，可以列举出铬膜等金属膜、硅膜、金属氧化膜、硅化钼膜这样的金属硅化物膜等。此外，优选该遮光膜在表面上具有反射防止膜。作为该反射防止膜的材料，可以列举出铬的氧化物、氮化物、碳化物以及氟化物等。作为使曝光光的一部分透过的半透膜，可以使用铬的氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、氮氧碳化物、或者金属硅化物等。尤其，作为半透膜，优选采用氧化铬膜、氮化铬膜、硅化钼膜这样的金属硅化膜、或其氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物等。
上述多色调光掩模可以采用下述两种结构中的任意一种。第1结构按照图4(a)所示的如下方式构成：在透明基板21的遮光区域A和半透光区域B上形成半透膜22，在半透膜22的遮光区域A上形成遮光膜23。第2结构按照图4(b)所示的如下方式构成：在透明基板21的遮光区域A上层叠遮光膜23和半透膜22，在透明基板21的半透光区域B上形成半透膜22。或者，还可以通过进一步形成有效透过率不同的半透过区域来形成4种色调以上的多色调光掩模。
图4(a)所示的第1结构例如可以通过如下方式来制作。即，准备光掩模坯体(photo-mask blank)，该光掩模坯体是通过在透明基板21上依次层叠半透膜和遮光膜而形成的，然后在该光掩模坯体上形成与遮光区域A和半透光区域B对应的区域的抗蚀剂图案。将该抗蚀剂图案作为掩模，蚀刻露出的遮光膜23。接着，将抗蚀剂图案或遮光膜23作为掩模，蚀刻露出的半透膜22而形成透光区域。接下来，在至少包含遮光区域A的区域中形成抗蚀剂图案。将该抗蚀剂图案作为掩模，蚀刻露出的遮光膜23。
图4(b)所示的第2结构例如可以通过如下方式来制作。即，准备光掩模坯体，该光掩模坯体在透明基板21上形成有遮光膜23，在该光掩模坯体上形成与遮光区域A对应的区域的抗蚀剂图案。将该抗蚀剂图案作为掩模，蚀刻露出的遮光膜23。接着，在去除抗蚀剂图案后，在透明基板21的整面上形成半透膜22。然后，在与半透光区域B(或者半透光区域B和遮光区域A)对应的区域中形成抗蚀剂图案。将该抗蚀剂图案作为掩模，蚀刻露出的半透膜22。
在本发明的多色调光掩模的制造中，可以采用以下方法。即，可以通过控制半透膜的成膜条件并控制转印图案的绘制、显影、蚀刻工序，来减小半透光区域的有效透过率的分布。其中，只要在能够将本发明中所述的半透光区域的有效透过率的分布控制在2.0％以内的范围内进行即可，从而不需要像以往那样只将膜固有的透过率的分布设为2.0％以下。并且，即使使用代表波长将膜透过率的分布设为2.0％以下，也不一定能得到本发明的效果。
在制造本发明的完善管理值的光掩模时，不需要分别考虑半透膜的膜透过率精度和转印图案的形成精度等因素，而只要考虑有效透过率来进行管理即可。例如，在半透膜的成膜精度存在极限并产生膜厚分布的情况下，可以操作转印图案的线宽来抵消由该膜厚分布产生的透过率分布。具体而言，对于膜厚容易变小的区域，可以通过预先掌握该趋势来减小该区域上形成的沟道部的宽度。
在本发明中可以认识到，使用图3那样的装置可以掌握通过上述方法或公知方法制造出的光掩模的有效透过率范围，从而发挥本发明的效果。当在掩模上形成的全部转印图案区域中，半透光区域的有效透过率的面内分布范围(变动量)为2.0％以下时，可以充分发挥本发明的效果。此外，在范围超过2.0％的情况下，可以通过修正掩模图案、修正膜厚、或改变膜质等修正工序来制成本发明的掩模。在掩模图案的修正中，可以采用基于公知的修正方法(使用CVD和激光的方法、FIB(Focused Ion Beam：聚焦离子束)法等)的修正等。在通过修正膜厚和改善膜质来改变膜透过率时，还可以采用向膜表面提供药液或照射能量的表面处理。
在使用这种多色调光掩模的图案转印中，通过对设置在透明基板上的、遮蔽曝光光的遮光膜和使上述曝光光的一部分透过的半透膜分别进行构图，来形成具有透光区域、遮光区域和半透光区域的转印图案，并使用形成有该转印图案的多色调光掩模照射曝光机的曝光光，由此将该转印图案转印到被加工层上。特别优选利用该图案转印方法来进行薄膜晶体管的构图。
如上所述，根据本发明的多色调光掩模、即半透光区域的有效透过率范围为2％以下的多色调光掩模，可以根据有效透过率范围与抗蚀剂图案的残膜值范围之间的关系来将抗蚀剂图案的残膜值管理在规定范围内。由此，即使在具有宽度狭窄的图案的情况下，也能够始终稳定地得到所希望的残膜值的抗蚀剂图案。
另外，以下情况不言而喻：在使用具有多个有效透过率彼此不同的半透光区域的光掩模在被转印体上的抗蚀剂膜上设置多个台阶的情况下的光掩模上，对具有所希望的有效透过率的各个半透光区域，可以使用上述管理值来评价。
本发明不限于上述实施方式，可以通过进行适当变更来实施。例如，在上述实施方式中说明了有效透过率范围为2％以下的情况，但是本发明的技术思想在于根据有效透过率范围与残膜值范围之间具有比例关系这一情况，即通过将有效透过率作为管理指标，来更加准确地管理抗蚀剂图案的残膜值，因此可以根据所要求的抗蚀剂图案的残膜值范围来适当变更有效透过率的范围。并且，上述实施方式中的部件的个数、尺寸和处理步骤等只是一例，在能够发挥本发明效果的范围内可以通过各种变更来实施。此外，只要不脱离本发明的目的范围即可通过进行适当变更来实施。
例如，在4种色调以上的多色调光掩模中，有时包含有效透过率不同的第1、第2半透光区域。这种多色调光掩模也适用于本发明。在这种情况下，分别在第1、第2半透光区域中进行使有效透过率的面内分布成为2％以下的管理，从而可以得到本发明的效果。
此外，也可以不具有半透膜，而是通过曝光机的分辨极限尺寸以下的细微遮光图案来形成半透光区域。

Claims (15)

1.一种多色调光掩模，其通过在透明基板上形成遮蔽曝光光的遮光膜和使所述曝光光的一部分透过的半透膜、并对该遮光膜和半透膜分别进行图案加工，从而形成具有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的特征在于，
在所述多色调光掩模上，使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，接收其透过光而求出所述半透光区域的有效透过率时，所述半透光区域的有效透过率的掩模面内分布范围为2.0％以下。
2.一种多色调光掩模，其通过设置在透明基板上的、遮蔽曝光光的遮光膜和使所述曝光光的一部分透过的半透膜，从而具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的特征在于，
所述半透光区域具有有效透过率不同的第1半透光区域和第2半透光区域，在所述多色调光掩模上，使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，接收其透过光而求出所述半透光区域的有效透过率时，所述第1半透光区域和第2半透光区域的有效透过率的掩模面内分布范围分别为2.0％以下。
3.一种多色调光掩模，其通过在透明基板上至少设置遮蔽曝光光的遮光膜并进行构图，从而具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的特征在于，
在所述多色调光掩模上，使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，接收其透过光而求出所述半透光区域的有效透过率时，所述半透光区域的有效透过率的掩模面内分布范围为2.0％以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的多色调光掩模，其特征在于，
所述半透光区域是与所述遮光区域相邻并被该遮光区域夹在中间的半透光部。
5.根据权利要求4所述的多色调光掩模，其特征在于，
所述转印图案包含由单位图案排列而成的重复图案，
在所述单位图案中包含与所述遮光区域相邻并被该遮光区域夹在中间的半透光部。
6.根据权利要求5所述的多色调光掩模，其特征在于，
所述多色调光掩模用于制造薄膜晶体管，该多色调光掩模的所述半透光区域对应于该薄膜晶体管的沟道区域。
7.根据权利要求6所述的多色调光掩模，其特征在于，
所述沟道区域的宽度为5μm以下。
8.一种图案转印方法，其特征在于，
该图案转印方法使用权利要求1～3中任一项所述的多色调光掩模，通过照射曝光机的曝光光，将所述多色调光掩模的转印图案转印到被加工层上。
9.一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，
通过权利要求8所述的图案转印方法来进行薄膜晶体管的构图。
10.一种多色调光掩模的制造方法，该多色调光掩模通过设置在透明基板上的、遮蔽曝光光的遮光膜和使所述曝光光的一部分透过的半透膜，从而具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的制造方法包括以下步骤：
使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，
掌握所述半透光区域针对所述曝光光的有效透过率、和与所述半透光区域对应的被加工层上的抗蚀剂残膜值之间的关系，
根据所述掌握的关系来评价所述多色调光掩模。
11.一种多色调光掩模的制造方法，该多色调光掩模通过设置在透明基板上的、遮蔽曝光光的遮光膜和使所述曝光光的一部分透过的半透膜，从而具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的制造方法包括以下步骤：
使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，
掌握所述半透光区域针对所述曝光光的有效透过率、和与所述半透光区域对应的被加工层上的抗蚀剂残膜值之间的关系，
根据所述掌握的关系来掌握相对于所述有效透过率的变化量的、所述抗蚀剂残膜值的变化量，
通过判断所述掌握的变化量是否在规定的允许范围内来评价所述多色调光掩模。
12.一种多色调光掩模的制造方法，该多色调光掩模通过设置在透明基板上的、遮蔽曝光光的遮光膜和使所述曝光光的一部分透过的半透膜，从而具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的制造方法包括以下步骤：
使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，
掌握所述半透光区域针对所述曝光光的有效透过率、和与所述半透光区域对应的被加工层上的抗蚀剂残膜值之间的关系，
根据所述掌握的关系来决定所述多色调光掩模的有效透过率的允许范围基准。
13.一种多色调光掩模的制造方法，该多色调光掩模通过在透明基板上至少设置遮蔽曝光光的遮光膜并进行构图，从而具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的制造方法包括以下步骤：
使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，
掌握所述半透光区域针对所述曝光光的有效透过率、和与所述半透光区域对应的被加工层上的抗蚀剂残膜值之间的关系，
根据所述掌握的关系来评价所述多色调光掩模。
14.一种多色调光掩模的制造方法，该多色调光掩模通过在透明基板上至少设置遮蔽曝光光的遮光膜并进行构图，从而具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的制造方法包括以下步骤：
使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，
掌握所述半透光区域针对所述曝光光的有效透过率、和与所述半透光区域对应的被加工层上的抗蚀剂残膜值之间的关系，
根据所述掌握的关系来掌握相对于所述有效透过率的变化量的、所述抗蚀剂残膜值的变化量，
通过判断所述掌握的变化量是否在规定的允许范围内来评价所述多色调光掩模。
15.一种多色调光掩模的制造方法，该多色调光掩模通过在透明基板上至少设置遮蔽曝光光的遮光膜并进行构图，从而具有拥有透光区域、遮光区域以及半透光区域的转印图案，该多色调光掩模的制造方法包括以下步骤：
使用g线、h线、i线各自强度为1∶1∶1的照射光，使用数值孔径为0.08、相干度为0.8的光学系统来对所述多色调光掩模进行曝光，
掌握所述半透光区域针对所述曝光光的有效透过率、和与所述半透光区域对应的被加工层上的抗蚀剂残膜值之间的关系，
根据所述掌握的关系来决定所述多色调光掩模的有效透过率的允许范围基准。
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