CN102439519A - 具有多重半透过部分的半色调掩膜及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半色调掩膜，其中，具有至少一个或更多个半透过部分的所述半透过掩膜能够通过调节形成所述半透过部分的精细图案的图案密度来调节透射率，由此可以调节精细图案的图案密度，以提高形成有狭缝式半透过部分、堆叠式半透过部分或其结合的半色调掩膜中的透射率的调节效率，并且通过不依靠单独的制造过程而调节图案密度，可以准确地控制半透过区域的透射率。

Description

具有多重半透过部分的半色调掩膜及其制造方法

技术领域

本发明涉及使用狭缝式或堆叠式半透过部分或其组合而形成有半透明区域的半色调掩膜，其中，精细图案的图案密度被调节以提高透射率调节的效率。

背景技术

如图1所示，在利用光刻过程进行图案化时所使用的常规的光掩膜包括透明衬底1、形成在透明衬底1上能够完全透光的光透射部分3、能够完全阻挡光的光阻挡部分2、以及具有能够部分透光的半色调层的半透过部分16。

由于常规的掩膜仅可以完成一层图案，因此常规的掩膜仅可以用于由曝光-显影-蚀刻形成的光刻过程的一个周期中。

更具体地，TFT(薄膜晶体管，Thin Film Transistor)和CF(彩色滤光片，Color Filter)被沉积/涂覆为多层，并且每个沉积/涂覆层通过光刻过程被图案化。同时，如果在光刻过程中减少即使一个周期，也可以获得很大的经济效益。然而，由于常规的掩膜被配置为仅完成一层图案，因此常规的掩膜不经济。此外，必须完成若干色调以形成多重半透过部分，从而导致延长过程和交付时间的问题。

发明内容

技术问题

同时，如图2所示，被称作灰色调掩膜的不同类型的光掩膜被研制为包括形成在透明衬底11上的用于完全透光的透射部分13、用于完全阻挡光的光阻挡层12以及通过减少辐照光的量而透射光的狭缝图案14。

然而，由于灰色调掩膜利用穿过精细图案的光的衍射来调节光量，因此灰色调掩膜因完成狭缝图案的限制而在可调节的透射光的量方面受限制。

灰色调掩膜的另一缺点是，如果灰色调掩膜的尺寸大于预定尺寸，则不能完成同样的图案。灰色调掩膜的又一缺点是，由于灰色调掩膜利用光的衍射，因此在将多重半透过部分实现为狭缝式时几乎不能控制曝光。

技术方案

本发明被公开以避免上述缺点，并且本发明的一个目的是提供一种使用狭缝式半透过部分或堆叠式半透过部分或两者结合而形成有半透明区域的半色调掩膜，其中，调节精细图案的图案密度以提高透射率调节的效率。

本发明的另一个目的是提供一种在狭缝式半透过部分的离散空间中填充有半透过材料的半色调掩膜，以形成能够控制3个或更多个互不相同的透射率的结构。

在本发明的一个主要方面，提供具有至少一个或更多个半透过部分的半色调掩膜，所述半色调掩膜能够通过调节形成所述半透过部分的精细图案的图案密度来调节透射率。

在一些示例性实施例中，在所述半色调掩膜中的所述半透过部分可以具有在半透过膜上形成精细图案的结构、在光阻挡层上形成精细图案的结构并且该结构上形成有半透过膜、或这两种结构的复合结构。

在一些示例性实施例中，所述半透过膜可以采用具有在4～75％范围内的透射率的半透过材料。

在一些示例性实施例中，可以在0.1μm～1.3μm的范围内调节所述精细图案的线宽。

在一些示例性实施例中，所述半透过材料是可以具有Cr、Si、Mo、Ta、Ti、Al中的一种作为主要元素的材料，或者是混合有至少两种或更多种所述元素的复合材料，或者是向所述具有Cr、Si、Mo、Ta、Ti、Al中的一种作为主要元素的材料或所述复合材料中加入Cox、Ox、Nx中的至少一种的材料。

在本发明的另一主要方面，提供一种具有多重半透过部分的半色调掩膜的制造方法，其中，所述半色调掩膜包括调节光透射率的精细图案，并且其中，通过在0.1μm～1.3μm的范围内调节所述精细图案的线宽，来调节所述光透射率以及调节所述精细图案的图案密度。

在本发明的又一主要方面，提供一种半色调掩膜，其中，所述半色调掩膜包括形成在透明衬底上的光透射部分、光阻挡部分和半透过部分，其中所述半透过部分包括在狭缝中填充有半色调材料的多重半色调部分。

在一些示例性实施例中，所述半透过部分可以包括至少一个或更多的多重半色调部分，其中，所述半透过部分可以进一步包括形成有半透过材料层的单个半色调部分或仅形成有狭缝的狭缝式半色调部分中的至少一个。

在一些示例性实施例中，所述多重半色调部分可以包括具有预定的离散空间的狭缝式光阻挡壁，其中，半透过材料层可以形成在所述狭缝式光阻挡壁和所述光阻挡部分之间的离散空间中。

在一些示例性实施例中，半透过材料层可以形成在所述狭缝式光阻挡壁和所述光阻挡部分上。

在一些示例性实施例中，所述半透过材料层可以是具有Mo、Si、Ta、W、Al、Cr、Hf、Zr、Me、V、Ni、Nb、Co和Ti作为主要元素并且结合有至少两种或更多种主要元素材料或主要元素的复合材料，或者是向所述主要元素或复合材料中加入Cox、Ox、Nx中的至少一种的材料，其中x是自然数。

可以通过以下制造方法制造根据本发明的具有上述结构的半色调掩膜。

在本发明的再一主要方面，提供一种半色调掩膜的制造方法，其中：第一步骤是在堆叠有光阻挡层的透明衬底上涂覆光刻胶；第二步骤是通过曝光和显影所述光刻胶来进行图案化；第三步骤是通过蚀刻所述光阻挡层来形成狭缝式光阻挡壁和光透过部分；以及第四步骤是通过在所述狭缝式光阻挡壁中堆叠半透过材料层来形成多重半色调部分。

在一些示例性实施例中，所述第四步骤包括在所述光阻挡层的上表面上堆叠半透过材料层(a1)，通过在所述半透过材料层上涂覆所述光刻胶来进行图案化(a2)，以及选择性地移除通过被图案化的部分填充在光透射部分或所述狭缝式光阻挡壁中的所述半透过材料层(a3)。

在一些示例性实施例中，在所述第三步骤和所述第四步骤之后，可以进一步包括在蚀刻所述光阻挡层或所述半透过材料层之后进行的移除所述光刻胶的步骤。

有益效果

本发明的优点是，可以调节精细图案的图案密度，以提高形成有狭缝式半透过部分、堆叠式半透过部分或其结合的半色调掩膜中的透射率的调节效率。

另一优点是，通过不依靠单独的制造过程而调节图案密度，可以准确地控制半透过区域的透射率。

又一优点是，多个半色调掩膜在狭缝式半透过部分的离散空间中填充有半透过材料，以形成能够控制3个或更多个互不相同的透射率的结构。

再一优点是，通过利用狭缝中的衍射现象以及利用半透过材料层进行控制的透射率可以提供高质量的多个半色调掩膜，以极大地提高考虑到缺陷的透射率的设计自由度和正确性自由度，从而提高加工产率、缩短加工周期并且提高曝光后的产品质量。

附图说明

图1和图2是图示现有技术的半色调掩膜和灰色调掩膜的概念图；

图3和图4是解释根据精细图案的光透射率调节原理的概念图；

图5是本发明的示例性实施例的制造过程流程图；

图6和图7是在数量上图示根据半色调掩膜的图案密度调节的透射率变化的图表，所述半色调掩膜是通过图5中的过程制造的；

图8和图9是图示根据本发明另一示例性实施例的半色调掩膜的制造过程的流程图和过程图；

图10是图示根据本发明另一示例性实施例的多个半色调掩膜的主要部件的示意图。

具体实施方式

将参照附图详细描述本发明的配置和操作。

(第一示例性实施例)

本发明的主旨是提供一种半色调掩膜，所述半色调掩膜通过布置精细图案而形成有半透过区域，能够通过调节精细图案的图案密度来调节精确的光透射率。

参照图3，解释调节半色调掩膜的透射率的基本原理。

半色调掩膜包括形成在衬底200上的半透过层210以及完全阻挡光的光阻挡层220。半透过层210可以通过在光阻挡层上形成精细图案或者在半透过膜上形成光阻挡层来完成。所示的半透过层示出2个半透过区域A、B，光透射率在所述半透过区域A、B中被调节。

参照图4，其中半透过区域A被放大，在衬底上的阻挡层或半透过层210上的具有预定线宽(X1，X2，X3.Xn)的精细图案形成有空间(S1，S2，S3..Sn)。在对半色调掩膜进行曝光的情形中，如图所示，由于被改变的光透射率，因此光敏材料(PR)的形状在显影后被改变。具体地，精细图案宽度的调节作为透射率调节的重要因素。精细图案的密度是每单位面积被精细图案占据的比率，并且是基于附图中每整个单位面积的比率从多个线宽(X1，X2，X3.Xn)的和计算的值，其中图案密度与光透射率成反比例。

图5是本发明示例性实施例的制造过程的流程图。

首先，为了形成具有图3所示的结构的半色调掩膜，衬底200被覆以光阻挡材料220膜，在光阻挡材料220上涂覆光刻胶230。然后，包括曝光过程P3、显影/蚀刻P4和剥离/清洗过程P5，通过这些过程可以制造形成有精细图案的常规半色调掩膜。

具体地，在形成本发明中的精细图案时优选的是，精细图案的线宽在0.1μm～1.3μm的范围内变化。更具体地，形成有精细图案的半透过区域被涂覆有半透过膜240。所述半透过膜可以被用作氧化铬膜，并且半透过材料可以是具有Cr、Si、Mo、Ta、Ti、Al中的一种作为主要元素的材料，或者是混合有至少两种或多种所述元素的复合材料，或者是向主要元素材料或复合材料中加入Cox、Ox、Nx的材料。

更具体的，堆叠的半透过区域的组合物可以是任意组合物，只要它可以仅透射预定波段的部分光。例如，堆叠的半透过区域可以是来自由Cr_xO_y、Cr_xCO_y、Cr_xO_yN_z、Si_xO_y、Si_xO_yN_x、Si_xCO_y、Si_xCO_yN_z、Mo_xSi_y、Mo_xO_y、Mo_xO_yN_z、Mo_xCO_y、Mo_xO_yN_z、Mo_xSi_yO_z、Mo_xSi_yO_zN、Mo_xSi_yCO_zN、Mo_xSi_yCO_z、Ta_xO_y、Ta_xO_yN_z、Ta_xCO_y、Ta_xO_yN_z、Al_xO_y、Al_xCO_y、Al_xO_yN_z、Al_xCO_yN_z、Ti_xO_y、Ti_xO_yN_z、Ti_xCO_y或其结合所组成的组中的任意一种的组合物，其中下标x、y和z是自然数并且限定每种化学元素的数量。

接着，半透过膜240的上表面可以再次被涂覆以光刻胶250，被图案化、曝光、显影、蚀刻(Q1～Q3)，然后光刻胶被剥离以形成本发明的半色调掩膜(Q4)。

现在，将参照图6描述根据本发明的通过经由图5的过程实现的透射率调节的半色调掩膜的特征。

图6图示了涂覆在精细图案上的半透过膜具有50％的透射率，并且形成光阻挡层的光阻挡材料是Cr的曲线图，其中示出了每种图案密度的透射率变化。如图所示，可以注意到，当图案密度以形式比率增加时，光透射率减小。

为了调节图案密度，在0.1μm～1.3μm的范围内改变或调节精细图案的线宽，其中，0.1μm的线宽差可以使光透射率在数量上变化14％。变化的透射率可以被总结为如图7所示的质变。

本发明通过由此描述的在数量上改变的精细图案的线宽可以容易地改变透射率，这不仅可以获得定量的线宽变化，还可以极大地减少制造过程。本发明的优点还在于降低缺陷率，由此增加产品产量。

(第二示例性实施例)

本发明的主旨是提供具有多重半色调部分的光掩膜结构，其中，半透过材料被填充在狭缝式半透过部分的离散空间中。

图8和图9是图示根据本发明的另一示例性实施例的光掩膜的制造过程的流程图和过程图。

现在，将参照该过程图描述通过根据本发明的制造方法完成的光掩膜结构的示例性实施例。

参照图8和图9，光掩膜的制造方法的特征在于：在堆叠有光阻挡层的透明衬底上涂覆光刻胶(第一步骤)；通过曝光和显影光刻胶进行图案化(第二步骤)；通过蚀刻光阻挡层形成狭缝式光阻挡壁和光透过部分(第三步骤)；以及通过在狭缝式光阻挡壁中堆叠半透过材料层形成多重半色调部分(第四步骤)。

更具体的，在第一步骤(S1)中，所述制造方法可以包括形成空白的掩膜，其中透明衬底110被覆以光阻挡层120膜。形成光阻挡层的材料可以是能够阻挡光的任意材料，但是优选是Cr和CrxOy中的任意一种或两者的结合，其中x和y是根据元素的结合而变化的自然数。

接着，在第二步骤(S2)，涂覆光刻胶130，然后光刻胶130被曝光、显影并图案化为预定图案。通过图案化的图案131蚀刻光阻挡层120，以形成半透过部分123，该半透过部分123形成有光透射部分122和狭缝式光阻挡壁121。

在下文中，半透过材料141可以被填充在狭缝式光阻挡壁121中，以形成多重半色调部分H(S41)。

就是说，根据本发明的多重半色调部分H具有半透过材料被填充在狭缝式光阻挡壁中的这样一种结构。

半透过材料可以优选是具有Mo、Si、Ta、W、Al、Cr、Hf、Zr、Me、V、Ni、Nb、Co和Ti中的一种作为主要元素的材料，或者可以是混合有至少两种或多种所述元素的合成材料，或者可以是向单一主要元素材料或复合材料中加入Cox、Ox、Nx中至少一种的材料。半透过材料可以是来自由Cr_xO_y、Cr_xCO_y、Cr_xO_yN_z、Si_xO_y、Si_xO_yN_z、Si_xCO_y、Si_xCO_yN_z、Mo_xSi_y、Mo_xO_y、Mo_xO_yN_z、Mo_xCO_y、Mo_xO_yN_z、Mo_xSi_yO_z、Mo_xSi_yO_zN、Mo_xSi_yCO_zN、Mo_xSi_yCO_z、Ta_xO_y、Ta_xO_yN_z、Ta_xCO_y、Ta_xO_yN_z、Al_xO_y、Al_xCO_y、Al_xO_yN_z、Al_xCO_yN_z、Ti_xO_y、Ti_xO_yN_z、Ti_xCO_y或其结合所组成的组中的任意一种的组合物，其中下标x、y和z是自然数并且限定每种化学元素的数量。

在下文中，将描述第四步骤(S4)，其中将解释形成包括多重半色调部分H的3个或更多个半透过部分的过程。

更具体的，尽管通过利用第三步骤(S3)的将半透过材料填充在狭缝式光阻挡壁121中的过程可以变化地实施形成多重半色调部分的方法，但是本示例性实施例将引入利用单个过程和利用光刻胶完成每个都具有不同透射率的多重半透过部分的过程。

首先，在第三步骤(S3)中形成的光阻挡层的上表面被涂覆有半透过材料层140(S41)，并且光刻胶150接着被涂覆在半透过材料层140的上表面上。

在具有可变透射率的区域上进行选择性的图案化(S43)，通过被图案化的图案在半透过材料层上进行选择性的蚀刻，移除光刻胶并且在透明衬底被露出的区域上形成光透射部分W，以完成形成有狭缝式半色调部分Z的光掩膜(所述狭缝式半色调部分Z仅形成有狭缝式光阻挡壁)、形成有半色调材料膜的单个半色调部分Y、以及形成有狭缝式光阻挡壁和该半透过材料的多重半色调部分X(S44)。

图10是图示根据上述制造过程形成有多重半色调部分的光掩膜的主要部分的示意图。

如图10所示，通过下述步骤完成根据本发明的半色调掩膜：在衬底110上形成光透射部分W，在光透射部分W处透明衬底被露出，以及形成具有3个或更多个每个都具有不同的可控透射率的部分的结构，其中形成仅形成有狭缝式光阻挡壁的狭缝式半色调部分Z、形成有半色调材料膜143的单个半色调部分Y和形成有狭缝式光阻挡壁和半透过材料的多重半色调部分X。

就是说，如图10所示，如果光透射部分W具有100％的透射率，则狭缝式半色调部分Z、单个半色调部分Y和多重半色调部分X分别具有互不相同的透射率，并且辐照的光可以根据曝光具有不同的波段。尽管没有限制，但是所辐照的光一般具有在300nm～440nm范围内的波段。

可以利用任意的半透过部分，只要部分辐照光可以透射过该半透过部分，并且尽管对光透射的量没有限制，但是优选地，应该有10％～99％的辐照光被可控制地透射。

应该显然的是，上述各种结构的半色调部分可以包括至少一个或更多的多重半色调部分，并且可以被改变为不同数量和结构的设计。

根据本示例性实施例的光掩膜的结构可以利用自身能够完全阻挡光的光阻挡层120，并且根据本发明示例性实施例的制造过程，光阻挡层120可以在其上完成有半透过材料层144。此外，狭缝式光阻挡壁121也可以在其上完成有半透过材料层144。这是因为包括堆叠过程，以便根据本发明的示例性实施例将半透过材料层填充在狭缝式光阻挡壁的离散空间中。

具体地，多重半色调部分X由这样一种结构形成，其中狭缝式光阻挡壁被插入单个半色调部分以形成每个都具有不同透射率的复合式半透过部分，由此可以增加除了单个半色调部分和狭缝式半色调部分之外的能够调节透射率的区域，由此考虑到缺陷的透射率的设计自由度和正确性自由度可以被极大地提高，从而可以提高加工产率、缩短加工周期并且提高产品曝光后的质量。

工业应用性

本发明的工业应用性是，可以调节精细图案的图案密度，以提高形成有狭缝式半透过部分、堆叠式半透过部分或其结合的半色调掩膜中的透射率的调节效率。

另一工业应用性是，通过不依靠单独的制造过程而调节图案密度，可以准确地控制半透过区域的透射率。

又一工业应用性是，多个半色调掩膜在狭缝式半透过部分的离散空间中填充有半透过材料，以形成能够控制3个或更多个互不相同的透射率的结构。

再一工业应用性是，通过利用狭缝中的衍射现象以及利用半透过材料层进行控制的透射率，可以提供高质量的多个半色调掩膜，以极大地提高考虑到缺陷的透射率的设计自由度和正确性自由度，从而提高加工产率、缩短加工周期并且提高曝光后的产品质量。

Claims (14)

1.一种半色调掩膜，其中，具有至少一个或更多个半透过部分的所述半色调掩膜能够通过调节形成所述半透过部分的精细图案的图案密度来调节透射率。

2.根据权利要求1所述的半色调掩膜，其中，在所述半色调掩膜中的所述半透过部分具有在半透过膜上形成精细图案的结构、在光阻挡层上形成精细图案的结构并且该结构上形成有半透过膜、或这两种结构的复合结构。

3.根据权利要求1所述的半色调掩膜，其中，所述半透过膜采用具有在4～75％范围内的透射率的半透过材料。

4.根据权利要求1所述的半色调掩膜，其中，在0.1μm～1.3μm的范围内调节所述精细图案的线宽。

5.根据权利要求1所述的半色调掩膜，其中，所述半透过材料是具有Cr、Si、Mo、Ta、Ti、Al中的一种作为主要元素的材料，或者是混合有至少两种或更多种所述元素的复合材料，或者是向所述具有Cr、Si、Mo、Ta、Ti、Al中的一种作为主要元素的材料或所述复合材料中加入Cox、Ox、Nx中的至少一种的材料。

6.一种具有多重半透过部分的半色调掩膜的制造方法，其中，所述半色调掩膜包括调节光透射率的精细图案，并且其中，通过在0.1μm～1.3μm的范围内调节所述精细图案的线宽，来调节所述精细图案的图案密度以及调节所述光透射率。

7.一种半色调掩膜，其中，所述半色调掩膜包括形成在透明衬底上的光透射部分、光阻挡部分和半透过部分，其中所述半透过部分包括在狭缝中填充有半色调材料的多重半色调部分。

8.根据权利要求7所述的半色调掩膜，其中，所述半透过部分包括至少一个或更多的多重半色调部分，其中，所述半透过部分进一步包括形成有半透过材料层的单个半色调部分或仅形成有狭缝的狭缝式半色调部分中的至少一个。

9.根据权利要求7所述的半色调掩膜，其中，所述多重半色调部分包括具有预定的离散空间的狭缝式光阻挡壁，其中，半透过材料层形成在所述狭缝式光阻挡壁和所述光阻挡部分之间的离散空间中。

10.根据权利要求7所述的半色调掩膜，其中，半透过材料层形成在所述狭缝式光阻挡壁和所述光阻挡部分上。

11.根据权利要求7、8、9和10中的任意一项所述的半色调掩膜，其中，所述半透过材料层是具有Mo、Si、Ta、W、Al、Cr、Hf、Zr、Me、V、Ni、Nb、Co和Ti作为主要元素并且结合有至少两种或更多种主要元素材料或主要元素的复合材料，或者是向所述主要元素或复合材料中加入Cox、Ox、Nx中的至少一种的材料，其中x是自然数。

12.一种半色调掩膜的制造方法，其中：第一步骤是在堆叠有光阻挡层的透明衬底上涂覆光刻胶；第二步骤是通过曝光和显影所述光刻胶来进行图案化；第三步骤是通过蚀刻所述光阻挡层来形成狭缝式光阻挡壁和光透过部分；以及第四步骤是通过在所述狭缝式光阻挡壁中堆叠半透过材料层来形成多重半色调部分。

13.根据权利要求12所述的制造方法，其中，所述第四步骤包括在所述光阻挡层的上表面上堆叠半透过材料层(a1)，通过在所述半透过材料层上涂覆所述光刻胶来进行图案化(a2)，以及选择性地移除通过被图案化的部分填充在光透射部分或所述狭缝式光阻挡壁中的所述半透过材料层(a3)。

14.根据权利要求12或13所述的制造方法，其中，在所述第三步骤和所述第四步骤之后，进一步包括在蚀刻所述光阻挡层或所述半透过材料层之后进行的移除所述光刻胶的步骤。

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