CN101788757B - 多色调光掩模、多色调光掩模制造方法以及图案转印方法 - Google Patents

多色调光掩模、多色调光掩模制造方法以及图案转印方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多色调光掩模、多色调光掩模制造方法以及图案转印方法。一种在被转印体上的抗蚀剂膜上形成具有两个以上不同抗蚀剂残膜值的抗蚀剂图案的多色调光掩模，具有形成有遮光部、透光部和半透光部的转印图案。遮光部是在透明基板上形成遮光膜而成的。透光部是露出透明基板而形成的。半透光部具有由形成在透明基板上的半透光膜构成的正常部、和由形成在透明基板上的修正膜构成的修正部。透光部与修正部之间针对i线～g线的波长光的相位差为80度以下。

Description

多色调光掩模、多色调光掩模制造方法以及图案转印方法
技术领域
本发明涉及在液晶显示装置(Liquid Crystal Display：以下称作LCD)的制造等中使用的多色调光掩模、多色调光掩模制造方法以及图案转印方法，尤其涉及适用于薄膜晶体管液晶显示装置的制造中所使用的薄膜晶体管的制造的多色调光掩模、多色调光掩模制造方法以及图案转印方法。
背景技术
在LCD的领域中，与CRT(阴极射线管)相比，薄膜晶体管液晶显示装置(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display：以下称作TFT-LCD)具有易于薄型化且功耗低的优点，因此目前快速地向商品化发展。TFT-LCD具有如下的概略结构：在排列成矩阵状的各像素上排列有TFT的结构的TFT基板、以及与各像素对应地排列有红、绿、蓝像素图案的滤色器，隔着液晶相而重叠。在TFT-LCD中，制造工序数量较多，以往仅仅是TFT基板就使用5～6片光掩模来制造。在这种状况下公知有下述技术：在液晶显示装置所使用的薄膜晶体管(TFT)的制造中，为了减少掩模的使用片数而高效地制造，使用所谓的多色调光掩模(multi tonemask)。
该多色调光掩模具有在透明基板上形成有遮光部、透光部和半透光部的转印图案，用于在使用该光掩模将图案转印到被转印体上时，通过利用该转印图案对透射的曝光光量进行控制，由此在被转印体上的抗蚀剂膜上形成具有两个以上不同抗蚀剂残膜值的抗蚀剂图案。
在日本特开2004-309515号公报(专利文献1)中，公开了以下目的的灰度掩模：利用曝光机的分辨极限以下的细微遮光图案，降低透射该区域的光的透射量，选择性地改变光致抗蚀剂的膜厚。此外，记载了以下技术：在灰度部上产生了黑缺陷的情况下，通过蚀刻减小膜厚，使该黑缺陷成为所述灰度部可得到与正常灰度部相同灰度效果的膜厚。此外，记载了以下技术：在灰度部上产生了白缺陷的情况下，通过FIB(FocusedIon Beam：聚焦离子束)形成所述灰度部可得到与正常灰度部相同灰度效果的半透射性修正膜。
此外，在日本特开2002-131888号公报(专利文献2)中记载了如下的方法：在光掩模的白缺陷部分，将氦气作为运载气体、铬(Cr)作为原料气体，通过激光CVD法来形成膜。
在上述用于TFT制造等的多色调光掩模中，在其制造工艺中也不能完全避免在由半透光膜构成的半透光部中产生缺陷。例如，由于在光掩模坯体(photo-mask blank)制造过程中在基板上形成膜时产生的缺陷、或者在利用了光刻法的掩模制造工序中异物的附着和抗蚀剂的针孔等各种原因，可能产生欠缺缺陷(白缺陷)或过剩缺陷(黑缺陷)。这里，将由于膜图案的过剩、遮光膜成分的附着、或异物引起的透射率低于预定值的缺陷称作黑缺陷，将由于膜图案的不足引起的透射率高于预定值的缺陷称作白缺陷。
在专利文献1记载的对使用了细微遮光图案的灰度部实施修正的情况下，作为曝光机分辨极限以下的遮光图案变得模糊的结果，需要计算实际上成为怎样的透射率而对被转印体上的抗蚀剂进行曝光，减去产生黑缺陷部分的膜厚以带来与其相同的灰度效果。该计算非常困难，如果未能适当地进行透射率调整，则会产生二次黑缺陷和白缺陷。此外，膜厚减小部分的透射光与正常的细微遮光图案的透射光之间严格来说相位不同，因此会产生由光的干涉引起的透射光的增减，实效透射率的计算愈发变得复杂。此外，在对灰度部的白缺陷进行修正的情况下，对于基于FIB法的成膜来说存在材料的限制，例如，使用芘等通过FIB形成的碳系薄膜是与正常部分的膜不同的材料，因此与正常的细微图案部分的透射光之间产生相位差。
此外，专利文献2所公开的基于激光CVD法的缺陷修正将Cr作为原料气体来形成膜，因此在Cr遮光膜的缺陷修正中没有问题，但在对于半透光部使用了基于其它材料的半透光膜的多色调光掩模中，如果直接使用，则即使使用透射率与半透光膜相等的Cr修正膜，也可能在修正部与正常部(没有缺陷的正常半透光部)的边界、或修正部与透光部的边界上，由于相位差产生的干涉而使得透射率降低，成为不适当的修正掩模。在使用这种修正掩模时，无法满足半透光部所要求的透射率允许范围，存在给掩模用户带来不方便的担忧。在该情况下有时会产生下述严重问题，即，例如在TFT的沟道部中，发生源区、漏区间的短路(short)，产生液晶显示装置的错误动作。
另一方面，对于在使用多色调光掩模对被转印体转印图案时所使用的曝光机，例如在液晶显示装置制造用掩模的情况下，通常使用i线～g线(365～436nm)左右的波长区域。在这些曝光中，与用于制造半导体装置的情况相比，通常需要进行面积较大的曝光，因此为了确保光量，不使用单一波长而使用具有波长区域的曝光光是有利的。因此，在确定多色调光掩模的规格时，需要考虑曝光光具有的曝光波长区域及其强度分布，设计半透光部，使得在使用预定的曝光光时得到期望的透射率。
在上述的利用半透光膜形成的半透光部中产生的缺陷部位中形成修正膜的情况下，所形成的修正膜如果不是考虑了上述半透光膜的光透射率而适当设计的话，结果会在修正膜部分中产生黑缺陷或白缺陷这样的不良情况。并且，如上所述，即使使用透射率与半透光膜相等的修正膜，在修正部与正常部的边界、或修正部与透光部的边界上，当存在相位差时会产生由干涉引起的透射率降低。另一方面，在多数情况下，曝光机的曝光光在各个装置中不一定恒定。例如，即使具有i线～g线的波长区域的曝光光，也有可能存在i线强度最大的曝光机、g线强度最大的曝光机等。此外，曝光机的光源的波长特性随着时间经过而变化，因此如果不考虑实际曝光时曝光光的波长特性来设计半透光膜和修正膜的光透射特性，则难以生产精度良好的灰度掩模。
发明内容
本发明的第1目的在于提供一种对由半透光膜构成的半透光部中产生的缺陷进行了适当修正的多色调光掩模。
此外，本发明的第2目的在于提供一种这种多色调光掩模的制造方法。
并且，本发明的第3目的在于提供一种使用了上述多色调光掩模的图案转印方法。
为了达到上述目的，本发明具有以下的结构。
(结构1)
一种多色调光掩模，其通过分别对形成在透明基板上的至少半透光膜和遮光膜进行图案加工，从而具有形成有遮光部、透光部和半透光部的转印图案，通过利用该转印图案对透射的曝光光量进行控制，从而在被转印体上的抗蚀剂膜上形成具有两个以上不同抗蚀剂残膜值的抗蚀剂图案，该多色调光掩模的特征在于，所述遮光部是在所述透明基板上至少形成所述遮光膜而形成的，所述透光部是露出所述透明基板而形成的，所述半透光部具有由形成在所述透明基板上的半透光膜构成的正常部、和由形成在所述透明基板上的修正膜构成的修正部，所述透光部与所述修正部的针对从i线(波长365nm)到g线(波长436nm)的波长区域的波长光的相位差为80度以下。
(结构2)
并且，根据结构1所述的多色调光掩模，其特征在于，所述正常部与所述修正部的针对从i线(波长365nm)到g线(波长436nm)的波长区域的波长光的相位差为80度以下。
(结构3)
一种多色调光掩模，其通过分别对形成在透明基板上的至少半透光膜和遮光膜进行图案加工，从而具有形成有遮光部、透光部和半透光部的转印图案，通过利用该转印图案对透射的曝光光量进行控制，从而在被转印体上的抗蚀剂膜上形成具有两个以上不同抗蚀剂残膜值的抗蚀剂图案，该多色调光掩模的特征在于，所述遮光部是在所述透明基板上至少形成所述遮光膜而形成的，所述透光部是露出所述透明基板而形成的，所述半透光部具有由形成在所述透明基板上的半透光膜构成的正常部、和由形成在所述透明基板上的修正膜构成的修正部，所述正常部与所述透光部、所述正常部与所述修正部、所述透光部与所述修正部的针对从i线(波长365nm)到g线(波长436nm)的波长区域的波长光的相位差均为80度以下。
(结构4)
根据结构1至3中任一项所述的多色调光掩模，其特征在于，所述半透光膜由含有硅化钼化合物的材料构成。
(结构5)
根据结构1至4中任一项所述的多色调光掩模，其特征在于，所述修正膜由含有钼和硅的材料构成。
(结构6)
根据结构1至5中任一项所述的多色调光掩模，其特征在于，所述遮光部在所述透明基板上依次至少形成有所述半透光膜和所述遮光膜。
(结构7)
根据结构1至6中任一项所述的多色调光掩模，其特征在于，所述多色调光掩模是用于制造薄膜晶体管的光掩模，所述遮光部包含与所述薄膜晶体管的源区和漏区对应的部分，所述半透光部包含与所述薄膜晶体管的沟道对应的部分。
(结构8)
一种图案转印方法，其特征在于，使用结构1至7中任一项所述的多色调光掩模，通过曝光机将所述转印图案转印在被转印体上。
(结构9)
一种多色调光掩模制造方法，所述多色调光掩模通过分别对形成在透明基板上的至少半透光膜和遮光膜进行图案加工，从而具有形成有遮光部、透光部和半透光部的转印图案，通过利用该转印图案对透射的曝光光量进行控制，从而在被转印体上的抗蚀剂膜上形成具有两个以上不同抗蚀剂残膜值的抗蚀剂图案，其特征在于，该多色调光掩模制造方法具有以下工序：准备在所述透明基板上至少形成有半透光膜和遮光膜的光掩模坯体的工序；通过光刻法分别对所述半透光膜和所述遮光膜进行图案加工，由此形成具有遮光部、透光部以及半透光部的转印图案的构图工序；以及对所形成的所述转印图案中产生的缺陷进行修正的修正工序，在所述修正工序中，在所述半透光膜的欠缺部、或者去除了所述半透光膜或所述遮光膜的去除部中形成修正膜而成为修正部，所述透光部与所述修正部的针对从i线(波长365nm)到g线(波长436nm)的波长区域的波长光的相位差设为80度以下。
(结构10)
根据结构9所述的多色调光掩模制造方法，其特征在于，所述半透光部具有由形成于所述透明基板上的半透光膜构成的正常部、以及由形成于所述透明基板上的修正膜构成的所述修正部，所述正常部与所述修正部的针对从i线(波长365nm)到g线(波长436nm)的波长区域的波长光的相位差设为80度以下。
(结构11)
一种多色调光掩模制造方法，所述多色调光掩模通过分别对形成在透明基板上的至少半透光膜和遮光膜进行图案加工，从而具有形成有遮光部、透光部和半透光部的转印图案，通过利用该转印图案对透射的曝光光量进行控制，从而在被转印体上的抗蚀剂膜上形成具有两个以上不同抗蚀剂残膜值的抗蚀剂图案，其特征在于，该多色调光掩模制造方法具有以下工序：准备在所述透明基板上至少形成有半透光膜和遮光膜的光掩模坯体的工序；通过光刻法分别对所述半透光膜和所述遮光膜进行图案加工，由此形成具有遮光部、透光部以及半透光部的转印图案的构图工序；以及对所形成的所述转印图案中产生的缺陷进行修正的修正工序，在所述修正工序中，在所述半透光膜的欠缺部、或者去除了所述半透光膜或所述遮光膜的去除部中形成修正膜而成为修正部，所述半透光部具有由形成于所述透明基板上的半透光膜构成的正常部、以及由形成于所述透明基板上的修正膜构成的所述修正部，所述正常部与所述透光部、所述正常部与所述修正部、所述透光部与所述修正部的针对从i线(波长365nm)到g线(波长436nm)的波长区域的波长光的相位差均设为80度以下。
(结构12)
根据结构9至11中任一项所述的多色调光掩模制造方法，其特征在于，使用含有硅化钼化合物的材料作为所述半透光膜的材质。
(结构13)
根据结构9至12中任一项所述的多色调光掩模制造方法，其特征在于，通过激光CVD法来形成所述修正膜。
(结构14)
根据结构12所述的多色调光掩模制造方法，其特征在于，通过分别使用了含钼的原料和含硅的原料的激光CVD法来形成所述修正膜。
接着，对本发明的效果进行说明。
在相邻的透光部和修正部的边界上，能够抑制由相位差引起的透射率降低，使用光掩模在被转印体上得到的抗蚀剂图案成为期望的良好形状。当然，在制造TFT液晶显示装置的情况下，还能抑制由沟道部的短路引起的动作不良等不良情况。
此外，能够得到对半透光部中产生的缺陷进行了适当修正的多色调光掩模。
并且，使用如上所述对半透光部中产生的缺陷进行了适当修正的多色调光掩模，对被转印体进行图案转印，由此能够抑制在TFT-LCD等电子器件上产生的不良，实现高合格率和稳定器件的生产性。
附图说明
图1是用于说明使用多色调光掩模的图案转印方法的截面图。
图2(a)～(h)是示出多色调光掩模的制造工艺的一例的截面图。
图3(A)～(E)是具有典型的TFT图案作为转印图案的多色调光掩模的平面图。
图4是示出相位偏移量相对于半透光膜的材料及其透射率的关系的图。
图5是示出通过激光CVD法形成的Cr膜的透射率的i线～g线波长依赖性的图。
图6是示出MoSi半透光膜的透射率的i线～g线波长依赖性的图。
图7是示出通过FIB形成的碳膜的透射率的i线～g线波长依赖性的图。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的几个实施方式。
图1是用于说明使用多色调光掩模的图案转印方法的截面图。图1所示的多色调光掩模10例如用于制造液晶显示装置(LCD)的薄膜晶体管(TFT)等的电子器件，在图1所示的被转印体20上形成有两个以上膜厚阶段性不同或连续不同的抗蚀剂图案23。此外，图1中标号22A、22B表示在被转印体20中层叠在基板21上的膜。
示出了上述多色调光掩模10除了遮光部、透光部以外还具有一种半透光部的三色调掩模的例子，具体而言，该多色调光掩模10构成为具有：遮光部11，其在使用该光掩模10时遮挡曝光光(透射率大致为0％)；透光部12，其露出透明基板14的表面并透过曝光光；以及半透光部13，其在设透光部的曝光光透射率为100％时，透射率降低至20～80％，优选降低至20～60％左右。遮光部11是在玻璃基板等的透明基板14上依次设置半透光性的半透光膜16和遮光性的遮光膜15而构成。此外，半透光部13是在透明基板14上形成上述半透光膜16而构成，半透光部13的曝光光(例如，i线～g线)的透射率设定得比透光部12的低。
作为上述半透光膜16，可以列举铬化合物、硅化钼化合物、Si、W、Al等。其中，在铬化合物中，有氧化铬(CrOx)、氮化铬(CrNx)、氮氧化铬(CrOxN)、氟化铬(CrFx)和在这些中含有碳和氢的铬化合物。此外，作为硅化钼化合物，除了MoSix以外，可使用MoSi的氮化物、氧化物、氮氧化物和碳化物等。半透光膜16尤其优选由含有硅化钼化合物的膜材料构成。含有硅化钼化合物的膜材料与有利地用于遮光膜的铬系材料之间具有蚀刻选择性，在后述的制造方法中，对于蚀刻一个膜的蚀刻介质，另一个膜具有耐性，因此在蚀刻加工上是极其优异的材料。此外，半透光膜也可以层叠。
此外，作为上述遮光膜15，可列举Cr、Si、W、Al等。优选以Cr为主要成分的材料。更加优选的是：可以通过在表面具有Cr的氧化物或氮化物这样的Cr系化合物的层作为反射防止层，来提高描绘转印图案时的精度，抑制在使用掩模时发生不希望的反射杂散光。优选遮光膜单独具有、或通过与半透光膜的层叠而具有光学浓度3.0以上的遮光性。
在使用上述多色调光掩模10时，在遮光部11处实质上不会透射曝光光，在透光部12处透射曝光光，在半透光部13处减少曝光光。因此，形成在被转印体20上的抗蚀剂膜(正性光致抗蚀剂膜)在转印后、经过显影时，形成如下的抗蚀剂图案23：在与遮光部11对应的部分处膜厚较厚，在与半透光部13对应的部分膜厚较薄，在与透光部12对应的部分实质上不产生残膜(参照图1)。这里，将在该抗蚀剂图案23中在与半透光部13对应的部分处膜厚较薄的效果称作灰度效果。此外，在使用了负性光致抗蚀剂膜的情况下，需要进行考虑将与遮光部和透光部对应的抗蚀剂膜厚反转的设计，即使在这种情况下，也能充分得到本发明的效果。
此外，在图1所示的没有抗蚀剂图案23的膜的部分，对被转印体20的例如膜22A和22B实施第一蚀刻，通过灰化等去除抗蚀剂图案23的膜较薄的部分，在该部分处对被转印体20的例如膜22B实施第二蚀刻。由此，使用一片多色调光掩模10(三色调掩模)来实施以往的与两片光掩模对应的工序，削减了掩模片数。
上述多色调光掩模10通过分别对形成在透明基板上的至少半透光膜和遮光膜进行加工，从而具有形成有遮光部、透光部和半透光部的转印图案，用于通过该转印图案对透射的曝光光量进行控制，从而在被转印体上的抗蚀剂膜上形成具有两个以上不同抗蚀剂残膜值的抗蚀剂图案。在该多色调光掩模10中，所述遮光部是在所述透明基板上至少形成所述遮光膜而成的，所述透光部是露出所述透明基板而形成的，所述半透光部具有正常部和修正部，该正常部由形成在所述透明基板上的半透光膜构成，该修正部由形成在所述透明基板上的修正膜构成。此外，所述透光部与所述修正部的针对从i线(波长365nm)到g线(波长436nm)的波长区域的波长光的相位差设定为80度以下。
根据多色调光掩模的制造方法，透明基板上的半透光膜和遮光膜的顺序无论哪个在上面都可以。关于多色调光掩模的制造方法，将在后面详细描述。
不仅如上述图1所示的除了透光部、遮光部以外还具有一种半透光部的三色调掩模，即使作为具备具有不同曝光光透射率的两个半透光部的四色调掩模、或具有四个以上色调数的掩模，也可优选地实施本发明。
上述多色调光掩模10优选适用于TFT制造，遮光部包含与TFT的源区和漏区对应的部分，半透光部包含与TFT的沟道对应的部分。
图3是具有典型的TFT图案作为转印图案的多色调光掩模的平面图。对与图1等同的部位标注同一标号。在具有如图所示的图案的光掩模的情况下，本发明发挥显著效果。
例如如图1的截面图所示，多色调光掩模优选具有按照透光部、遮光部、半透光部、遮光部和透光部的顺序排列的部分。此外，在如图3那样的图案的情况下，优选在一个方向(例如参照图3(A)中的虚线方向)上具有按照透光部、遮光部、半透光部、遮光部、半透光部、遮光部和透光部的顺序排列的部分。在图1和图3的任意一个中，遮光部与半透光部、遮光部与透光部、半透光部与透光部分别具有邻接部分。
上述半透光部的曝光光透射率由半透光膜的膜材料和膜厚来确定。此外，半透光部的曝光光相位差(这里是指相对于透过透明基板的光的相位的相位偏差)也由膜材料和膜厚来确定。因此，多色调光掩模可以根据其用途、以及使用其制造的器件(例如TFT-LCD)的制造容限，来确定半透光部采用怎样的膜材料具有怎样的膜厚。在该确定处理中必须考虑透射率和相位差双方。即使作为单独的膜来考虑透射率，在由该半透光膜形成的半透光部与其他部分(透光部、和通过修正膜修正后的半透光部(即修正部))的邻接部分，由于产生的相位差而产生干涉，实际的透射光量局部减少，如果不考虑该情况，则不能进行所期望的精确的图案转印。实际上，在邻接部的相位差大于预定范围时，在邻接部处，两侧的透射光抵消并产生暗线。
这里，假设在图3(A)所示的转印图案中利用半透光膜16形成的相当于沟道部的部分(大致U字形的图案)上产生了黑缺陷或白缺陷。例如，黑缺陷是在半透光膜上残留有过剩的遮光膜的情况，白缺陷是在所使用的正性抗蚀剂上产生针孔、在半透光膜上产生欠缺的情况等。
在黑缺陷的情况下，可以对产生黑缺陷的部分进行激光或FIB照射，用其能量去除该部分，在所去除的部分重新形成修正膜。例如，对于在沟道部产生的黑缺陷，可以去除该沟道部全体的半透光膜，在沟道部全体上形成修正膜30(参照图3(B))。或者，如果在沟道部产生的黑缺陷较小，则也可以仅去除黑缺陷部分，根据所去除的部分的形状来形成修正膜30(参照图3(C))。
另一方面，在白缺陷的情况下也同样，可以去除包含白缺陷部分的沟道部全体的半透光膜，在沟道部全体上形成修正膜，或者也可以在去掉白缺陷部分和白缺陷周边部分的半透光膜而调整了形状的部分上，根据该形状来形成修正膜。
在上述图3(B)的情况下，形成修正膜30而修正后的部分(修正部)与透光部12相邻。两者均透射光，因此当透过两者的光的相位大为不同时，在该部分上透射光彼此抵消，产生如图3(B)中的粗线31所示的暗线。因此，当使用这样的光掩模对被转印体上的抗蚀剂膜进行曝光时，由于该部分处产生抗蚀剂膜的曝光量不足，产生不希望的抗蚀剂图案形状不良。例如，在TFT的沟道部，上述暗线部分还可能产生使源区和漏区短路的不良情况。
因此，这里，必须使用修正部与透光部之间的相位差小于预定值的修正膜。这里的相位差是指相对于在对该光掩模进行曝光时使用的曝光光波长的相位差，例如是针对i线～g线的波长光的相位差。优选在i线～g线的区域内的任意波长中，相位差都在预定范围内。具体而言，只要由于相位差导致透射光量减少而产生的暗线部的最小透射率不小于正常部的半透光部即可。在该情况下，等价于半透光部的图案大小在透光部侧与设计值相比增大了暗线部的线宽那么多，是最终不会产生TFT动作不良等的不良情况的范围。这种相位差为80度以下，更优选为70度以下。像这样，通过使用修正部与透光部之间的、针对i线～g线的波长光的相位差为80度以下的修正膜33来进行修正，由此可以抑制下述不良状况：修正部与透光部的邻接部处的暗线部实质上起到遮光部的作用(参照图3(D))。
并且，如上述的图3(C)所示，在针对在半透光部的一部分上产生的缺陷局部地形成修正膜的情况下，半透光部的修正部与半透光部的正常部相邻。这里，当两者所透射的光的相位差过大时，两者的透射光抵消而透射光量局部下降，在该部分上如图3(C)中的粗线32所示的暗线部实质起到遮光部的作用，此时产生与以上所述相同的不良情况。
因此，优选进行修正膜和半透光膜的选择，使得修正部与正常部(正常的半透光部13)之间的、针对i线～g线的波长光的相位差也为80度以下，更优选为70度以下。这样，通过使用修正部与正常部之间的、针对i线～g线的波长光的相位差为80度以下的修正膜33来进行修正，可以抑制在修正部与正常部的邻接部上产生暗线(参照图3(E))。
因此，结果特别优选如下所述的适当修正后的多色调光掩模。
即，一种多色调光掩模，其通过分别对形成在透明基板上的至少半透光膜和遮光膜进行图案加工，由此具有形成有遮光部、透光部和半透光部的转印图案，并通过利用该转印图案对透射的曝光光量进行控制，由此在被转印体上的抗蚀剂膜上形成具有两个以上不同的抗蚀剂残膜值的抗蚀剂图案，其中，所述遮光部是在所述透明基板上至少形成所述遮光膜而成，所述透光部是露出所述透明基板而形成，所述半透光部具有正常部和修正部，该正常部由形成在所述透明基板上的半透光膜构成，该修正部由形成在所述透明基板上的修正膜构成，所述正常部与所述透光部、所述正常部与所述修正部、所述透光部与所述修正部的针对从i线(波长365nm)到g线(波长436nm)的波长区域的波长光的相位差均为80度以下、更优选70度以下。
此外，由于所使用的膜材料和膜厚，存在相对于透明基板具有各种相位差的膜。例如，存在相对于透明基板在正侧具有相位差的膜，另一方面，还存在在负侧具有相位差的膜。因此，当在负侧具有相位差的膜、与在正侧具有相位差的膜相邻时，两者的相位差大于任一膜相对于透明基板的相位差。因此，在选择膜材料时，还需要留意相位差的产生方向。
这里，图4例示了相位偏移量相对于半透光膜的材料及其透射率的关系。
纵轴为相对于透明基板的i线的相位偏移量，横轴为透射率。透射率越低膜厚越大。膜厚越大相位偏移量也越大。这里，例如使用MoSi膜作为半透光膜(正常部)时，在透射率为25～80％的范围内，相对于透明基板的相位偏移量小于+(正)20度。这种使用MoSi膜的半透光部与透明基板的相位差较小，因此优选。
另一方面，在该MoSi半透光膜上产生缺陷，通过FIB使用芘气体形成的碳膜来修正该部分。此时，如图所示，所形成的修正膜的相位偏移量相对于透射率较大程度地变动，例如，在透射率为30％时，相对于透明基板的相位差超过80度。经本发明人的研究，在该相位差时，在与透光部的边界、以及与正常部的边界上容易产生暗线，在图3(B)的修正方法中，或者根据透射率在图3(B)和(C)的任意一个修正方法中，都发现成为容易产生上述不良情况的掩模图案。
此外，关于使用激光CVD法形成的Cr修正膜的相位偏移量，如图4所示，与上述的FIB碳膜相比，相位偏移量在正侧较大，在用于图3(B)的修正方法时、或用于图3(B)和(C)的任一修正方法时，都成为容易产生上述不良情况的掩模图案。
因此，如果使用图4所示的MoSi膜进行修正，则至少在20％～80％的透射率范围内，相对于透光部的相位差在20度以下，在修正部和透光部的边界上不会产生暗线。因此，在使用该光掩模在抗蚀剂膜上进行曝光并形成抗蚀剂图案时，可以形成形状良好的抗蚀剂图案。总之，优选修正膜由含钼和硅的材料形成。
此外，可以使用MoSi膜作为半透光膜(正常部)，因此在修正膜使用MoSi系膜的情况下，在正常部和修正部的边界上，相位差成为70度以下(实际上成为20度以下)，即使进行前述图3(C)那样的局部修正，正常部与修正部之间的相位差也不会成为问题。
此外，如上所述使用对在半透光部中产生的缺陷进行适当修正后的多色调光掩模，如前述图1所示，对被转印体进行图案转印，从而可以抑制在TFT-LCD等电子器件上产生的不良，实现高合格率和稳定的器件生产性。
接着，对多色调光掩模的制造方法进行说明。
作为制造对象的多色调光掩模通过分别对形成在透明基板上的至少半透光膜和遮光膜进行图案加工，由此具有形成有遮光部、透光部和半透光部的转印图案，用于通过该转印图案对透射的曝光光量进行控制，由此在被转印体上的抗蚀剂膜上形成具有两个以上不同抗蚀剂残膜值的抗蚀剂图案。该多色调光掩模的制造方法包含以下工序：准备在所述透明基板上至少形成有半透光膜和遮光膜的光掩模坯体的工序；通过光刻法分别对所述半透光膜和所述遮光膜进行图案加工，由此形成具有遮光部、透光部以及半透光部的转印图案的构图工序；以及对在所形成的所述转印图案上产生的缺陷进行修正的修正工序。在所述修正工序中，在所述半透光膜的欠缺部、或者去除了所述半透光膜或所述遮光膜的去除部中，形成修正膜而成为修正部。此外，所述透光部与所述修正部的针对从i线(波长365nm)到g线(波长436nm)的波长区域的波长光的相位差设为80度以下。
图2是表示多色调光掩模的制造工序的一例的截面图。
所使用的光掩模坯体1在透明基板14上依次形成有例如由含MoSi的材料构成的半透光膜16和遮光膜15。此外，遮光膜15是以例如Cr为主要成分的遮光层15a、和含Cr氧化物等的反射防止层15b的层叠结构(参照图2(a))。
首先，在该光掩模坯体1上涂布抗蚀剂来形成抗蚀剂膜17(参照图2(b))。使用正性光致抗蚀剂作为上述抗蚀剂。
然后，进行第一次描绘。在描绘中使用激光。针对抗蚀剂膜17描绘预定的器件图案(例如在与遮光部对应的区域上形成抗蚀剂图案那样的图案)，在描绘后进行显影，由此形成与遮光部的区域对应的抗蚀剂图案17a(参照图2(c))。
接着，将上述抗蚀剂图案17a作为掩模，使用公知的蚀刻剂对露出的透光部和半透光部区域上的遮光膜15进行蚀刻(参照图2(d))。这里，作为蚀刻利用了湿蚀刻。此外，MoSi半透光膜对于Cr系遮光膜的蚀刻具有耐性。这里，去除所残留的抗蚀剂图案(参照图2(e))。
接着，在基板的整个面上形成与上述相同的抗蚀剂膜，进行第二次描绘。在第二次描绘中，描绘至少在半透光部区域上形成有抗蚀剂图案(在图中在遮光部和半透光部区域上形成有抗蚀剂图案)这样的预定图案。通过在描绘后进行显影，由此至少在与半透光部对应的区域上形成抗蚀剂图案18a(参照图2(f))。
接着，将上述抗蚀剂图案18a作为掩模，对露出的透光部区域上的半透光膜16进行蚀刻，使透明基板14露出而形成透光部(参照图2(g))。然后，通过去除残留的抗蚀剂图案，来完成在透明基板14上形成有下述转印图案的多色调光掩模(三色调掩模)10(参照图2(h))，该转印图案具有：由半透光膜16和遮光膜15的层叠膜构成的遮光部11；露出透明基板14的透光部12；以及由半透光膜16构成的半透光部13。
此外，还可以通过以下的制造方法来制造多色调光掩模。
(1)准备在透明基板上依次层叠有半透光膜和遮光膜的光掩模坯体，在该光掩模坯体上形成与遮光部和半透光部对应的区域的抗蚀剂图案，将该抗蚀剂图案作为掩模，对露出的遮光膜和半透光膜进行蚀刻，由此形成透光部。接着，在至少包含遮光部的区域上形成抗蚀剂图案，将该抗蚀剂图案作为掩模，对露出的遮光膜进行蚀刻，由此形成半透光部和遮光部。这样，可以得到在透明基板上形成有由半透光膜构成的半透光部、由半透光膜和遮光膜的层叠膜构成的遮光部、以及透光部的多色调光掩模。
(2)准备在透明基板上形成有遮光膜的光掩模坯体，在该光掩模坯体上形成与遮光部对应的区域的抗蚀剂图案，将该抗蚀剂图案作为掩模，对露出的遮光膜进行蚀刻，由此形成遮光膜图案。接着，在去除抗蚀剂图案后，在基板的整个面上形成半透光膜。然后，在与遮光部和半透光部对应的区域上形成抗蚀剂图案，将该抗蚀剂图案作为掩模，对露出的半透光膜进行蚀刻，由此形成透光部和半透光部。这样，可以得到在透明基板上形成有由半透光膜构成的半透光部、由遮光膜和半透光膜的层叠膜构成的遮光部、以及透光部的多色调光掩模。
(3)在与上述(2)同样地在透明基板上形成有遮光膜的光掩模坯体上，形成与遮光部及透光部对应的区域的抗蚀剂图案，将该抗蚀剂图案作为掩模，对露出的遮光膜进行蚀刻，由此露出与半透光部对应的区域的透明基板。接着，在去除抗蚀剂图案后，在基板的整个面上形成半透光膜，在与遮光部和半透光部对应的区域上形成抗蚀剂图案，将该抗蚀剂图案作为掩模，对露出的半透光膜(以及半透光膜和遮光膜)进行蚀刻，由此也可以形成透光部、遮光部以及半透光部。
在对形成的转印图案上产生的缺陷进行修正的修正工序中，在半透光膜的欠缺部、或者去除了半透光膜或遮光膜的去除部上，形成修正膜而成为修正部。在修正膜的形成中，可以优选使用激光CVD。例如，在形成MoSi系的修正膜的情况下，可以在导入了Mo原料和Si原料的混合气体气氛中，照射激光束来形成MoSi成分膜。
作为Mo原料，可以使用六羟基钼Mo(CO)6、六氯化钼MoCl6等。此外，作为Si原料，可以使用硅烷SiH4、四氯化硅SiCl4、四甲基硅Si(CH3)4和六甲基二硅烷Si(CH3)3NSi(CH3)3等。
最优选的是半透光膜(正常部)使用MoSi系(MoSix、MoSiN、MoSiON、MoSiC等)的膜，修正膜使用通过激光CVD法成膜的MoSi系(MoSix、MoSiC、MoSiOC、MoSiCl等)的膜。该情况下，可以将透光部与修正部、修正部与正常部、正常部与透光部之间的针对i线～g线的波长光的相位差均设为70度以下，可以通过进行膜厚和成分的选择来设为更小(例如50度以下、更优选30度以下)。
优选在成膜时选择预先确定的Si原料和Mo原料，预先掌握成膜时激光的剂量(与膜厚之间存在相关性)与透射率的关系，根据该数据进行成膜。
可是，如前所述，对于在使用多色调光掩模向被转印体转印图案时所使用的曝光机，例如在该曝光机用于制造液晶显示装置的情况下，通常使用i线～g线(365～436nm)左右的波长区域。此外，在大多情况下曝光机的分光特性在各个装置中未必恒定，例如即使具有i线～g线的波长区域的曝光光，也存在i线强度最大的曝光机和g线强度最大的曝光机等。因此，即使是例如预先设定为i线的透射率在半透光膜的正常部和修正部上相等的光掩模，如果在正常部和修正部中使用了透射率波长依赖性不同的膜材料，则在应用于g线或h线的强度较大的曝光机时，该掩模的正常部和修正部也未必表现出相等的透射率。因此，通过该掩模形成在被转印体上的转印图案成为正常部和修正部的抗蚀剂残膜值不同的图案，使用该抗蚀剂图案进行蚀刻时的条件设定变得困难。
这里，正常部和修正部这两个半透光部的透射率波长依赖性实质上相等是指：在用于各个半透光部的膜结构中，透射率波长依赖性在i线～g线范围内的变化曲线大致平行。例如，包括对i线～g线范围内的透射率变化进行直线近似时，该直线的斜率大致相等的情况。这里，直线的斜率大致相等是指相互的斜率差异在5％/100nm以内，更优选在2％/100nm以内。进一步优选为1％/100nm。
此外，经本发明人的研究，在利用通过激光CVD法形成的修正膜中的Cr膜时，如图5所示，i线～g线波长区域的透射率变化较大。另一方面，图6示出基于喷溅成膜的MoSi半透光膜的不同膜厚的透射率波长依赖性。假如在该MoSi半透光膜上产生的缺陷部分上通过激光CVD法形成Cr修正膜，则不能忽视由于曝光机的分光特性不同而造成的透射率变动。
此外，图7示出通过FIB形成的碳膜的不同膜厚下的透射率的i线～g线波长依赖性。基于FIB的碳膜在i线～g线下的波长依赖性与MoSi膜类似，i线～g线的透射率差在6％以下，或者斜率在8.5％以下。但是，如前所述(图4)，基于FIB的碳膜与MoSi膜的正常部之间相位差非常不同，因此例如很难适用于透射率在30％以下的半透光部。
另一方面，如果修正膜使用MoSi系的材料并通过激光CVD法进行成膜，则可以将与半透光部(正常部)使用的MoSi膜之间的i线～g线下的相位差设为70度以下，并且将i线～g线下的透射率差也设为6％以下，此外，在透射率波长依赖性中也可以设为实质上相等的值，因此两者成为实质上近似的光学特性。因此，修正部可以具有与正常部大致相同的实效半色调特性，作为多色调光掩模比较有利。
此外，在上述多色调光掩模的制造方法中，优选所述正常部与所述修正部的针对从i线到g线的波长区域的波长光的相位差也设为80度以下，更优选设为70度以下。特别优选的是，所述正常部与所述透光部、所述正常部与所述修正部、所述透光部与所述修正部的针对从i线到g线的波长区域的波长光的相位差均设为80度以下，更优选设为70度以下。

Claims (16)

1.一种多色调光掩模，其通过分别对形成在透明基板上的至少半透光膜和遮光膜进行图案加工，从而具有形成有遮光部、透光部和半透光部的转印图案，通过利用该转印图案对透射的曝光光量进行控制，从而在被转印体上的抗蚀剂膜上形成具有两个以上不同抗蚀剂残膜值的抗蚀剂图案，该多色调光掩模的特征在于，
所述遮光部是在所述透明基板上至少形成所述遮光膜而形成的，
所述透光部是露出所述透明基板而形成的，
所述半透光部具有由形成在所述透明基板上的半透光膜构成的正常部、和由形成在所述透明基板上的修正膜构成的修正部，
所述透光部与所述修正部之间针对从波长365nm的i线到波长436nm的g线的波长区域中的波长光的相位差为80度以下。
2.根据权利要求1所述的多色调光掩模，其特征在于，所述正常部与所述修正部之间针对从波长365nm的i线到波长436nm的g线的波长区域中的波长光的相位差为80度以下。
3.一种多色调光掩模，其通过分别对形成在透明基板上的至少半透光膜和遮光膜进行图案加工，从而具有形成有遮光部、透光部和半透光部的转印图案，通过利用该转印图案对透射的曝光光量进行控制，从而在被转印体上的抗蚀剂膜上形成具有两个以上不同抗蚀剂残膜值的抗蚀剂图案，该多色调光掩模的特征在于，
所述遮光部是在所述透明基板上至少形成所述遮光膜而形成的，
所述透光部是露出所述透明基板而形成的，
所述半透光部具有由形成在所述透明基板上的半透光膜构成的正常部、和由形成在所述透明基板上的修正膜构成的修正部，
所述正常部与所述透光部之间、所述正常部与所述修正部之间、所述透光部与所述修正部之间针对从波长365nm的i线到波长436nm的g线的波长区域中的波长光的相位差均为80度以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多色调光掩模，其特征在于，所述正常部与所述修正部的透射率波长依赖性实质上相等。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的多色调光掩模，其特征在于，所述半透光膜由含有硅化钼化合物的材料构成。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的多色调光掩模，其特征在于，所述修正膜由含有钼和硅的材料构成。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的多色调光掩模，其特征在于，所述遮光部是在所述透明基板上依次至少形成所述半透光膜和所述遮光膜而成的。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的多色调光掩模，其特征在于，所述多色调光掩模是用于制造薄膜晶体管的光掩模，所述遮光部包含与所述薄膜晶体管的源区和漏区对应的部分，所述半透光部包含与所述薄膜晶体管的沟道对应的部分。
9.一种图案转印方法，其特征在于，使用权利要求1至3中任一项所述的多色调光掩模，通过曝光机将所述转印图案转印到被转印体上。
10.一种多色调光掩模制造方法，所述多色调光掩模通过分别对形成在透明基板上的至少半透光膜和遮光膜进行图案加工，从而具有形成有遮光部、透光部和半透光部的转印图案，通过利用该转印图案对透射的曝光光量进行控制，从而在被转印体上的抗蚀剂膜上形成具有两个以上不同抗蚀剂残膜值的抗蚀剂图案，其特征在于，该多色调光掩模制造方法具有以下工序：
准备在所述透明基板上至少形成有半透光膜和遮光膜的光掩模坯体的工序；
通过光刻法分别对所述半透光膜和所述遮光膜进行图案加工，由此形成具有遮光部、透光部以及半透光部的转印图案的构图工序；以及
对在所形成的所述转印图案上产生的缺陷进行修正的修正工序，
在所述修正工序中，在所述半透光膜的欠缺部、或者去除了所述半透光膜或所述遮光膜的去除部中形成修正膜而成为修正部，
所述透光部与所述修正部之间针对从波长365nm的i线到波长436nm的g线的波长区域中的波长光的相位差设为80度以下。
11.根据权利要求10所述的多色调光掩模制造方法，其特征在于，
所述半透光部具有由形成于所述透明基板上的半透光膜构成的正常部、以及由形成于所述透明基板上的修正膜构成的所述修正部，
所述正常部与所述修正部之间针对从波长365nm的i线到波长436nm的g线的波长区域中的波长光的相位差设为80度以下。
12.一种多色调光掩模制造方法，所述多色调光掩模通过分别对形成在透明基板上的至少半透光膜和遮光膜进行图案加工，从而具有形成有遮光部、透光部和半透光部的转印图案，通过利用该转印图案对透射的曝光光量进行控制，从而在被转印体上的抗蚀剂膜上形成具有两个以上不同抗蚀剂残膜值的抗蚀剂图案，其特征在于，该多色调光掩模制造方法具有以下工序：
准备在所述透明基板上至少形成有半透光膜和遮光膜的光掩模坯体的工序；
通过光刻法分别对所述半透光膜和所述遮光膜进行图案加工，由此形成具有遮光部、透光部以及半透光部的转印图案的构图工序；以及
对在所形成的所述转印图案上产生的缺陷进行修正的修正工序，
在所述修正工序中，在所述半透光膜的欠缺部、或者去除了所述半透光膜或所述遮光膜的去除部中形成修正膜而成为修正部，
所述半透光部具有由形成于所述透明基板上的半透光膜构成的正常部、以及由形成于所述透明基板上的修正膜构成的所述修正部，
所述正常部与所述透光部之间、所述正常部与所述修正部之间、所述透光部与所述修正部之间针对从波长365nm的i线到波长436nm的g线的波长区域中的波长光的相位差均设为80度以下。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的多色调光掩模制造方法，其特征在于，所述正常部与所述修正部的透射率波长依赖性实质上相等。
14.根据权利要求10至12中任一项所述的多色调光掩模制造方法，其特征在于，使用含有硅化钼化合物的材料作为所述半透光膜的材质。
15.根据权利要求10至12中任一项所述的多色调光掩模制造方法，其特征在于，通过激光CVD法来形成所述修正膜。
16.根据权利要求15所述的多色调光掩模制造方法，其特征在于，通过分别使用了含钼的原料和含硅的原料的激光CVD法来形成所述修正膜。
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