CN102692813A - 光掩模的制造方法、图案转印方法及显示装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光掩模的制造方法、图案转印方法以及显示装置的制造方法，即使在被加工体上形成细微的间距宽度的线与间隙图案的情况下，也基本不需要追加投资地进行图案形成。设定基于蚀刻被加工体时的蚀刻条件的侧蚀刻宽度α。根据膜图案的线宽WL、间隙宽度WS各方和侧蚀刻宽度α，设定抗蚀剂图案的线宽RL和间隙宽度RS。根据具有所确定的线宽RL和间隙宽度RS的抗蚀剂图案，确定曝光时的曝光条件以及转印用图案的线宽ML和间隙宽度MS。另外，转印用图案的线宽ML与所确定的线宽RL不同，转印用图案的间隙宽度MS与所确定的间隙宽度RS不同。

Description

光掩模的制造方法、图案转印方法及显示装置的制造方法
技术领域
本发明涉及在例如液晶显示装置等的平板显示器(Flat panel Display：以下称作“FPD”)等的制造中使用的光掩模的制造方法、图案转印方法以及显示装置的制造方法。
背景技术
当前，作为液晶显示装置中采用的方式，有VA(Vertical Alignment：垂直配向)方式、IPS(In Plane Switching：面内切换)方式。通过应用这些方式，可以提供液晶响应快、视野角足够大的优异的动态图像。此外，通过在应用了这些方式的液晶显示装置的像素电极部中，使用基于透明导电膜的线与间隙的图案，即线与间隙图案(lineand space pattern)，由此，能够实现响应速度、视野角的改善。
近年来，为了进一步提高液晶的响应速度和视野角，存在使线与间隙图案的线宽(CD(Critical Dimension：临界尺寸))细微化的像素电极的需求(例如参照专利文献1)。
【专利文献1】日本特开2007-206346号公报
一般而言，在液晶显示装置的像素部等的图案形成中，实施光刻工序。光刻工序如下：使用光掩模对形成在待蚀刻的被加工体上的抗蚀剂膜转印预定图案，对该抗蚀剂膜进行显影而形成抗蚀剂图案后，以该抗蚀剂图案作为掩模进行被加工体的蚀刻。
例如，在上述液晶显示装置中，有时使用在透明导电膜上形成了线与间隙图案的液晶显示装置(梳状的像素电极等)，作为用于形成该液晶显示装置的光掩模，使用了所谓的二元掩模(binary mask)。二元掩模是通过对形成在透明基板上的遮光膜进行图案形成，从而由遮蔽光的遮光部(黑)和透射光的透光部(白)构成的2等级的光掩模。在使用二元掩模形成线与间隙图案的情况下，使用了如下的二元掩模：利用遮光部形成在透明基板上形成的线图案(line pattern)，利用透光部形成间隙图案(space pattern)。
但是，存在相比以往想更细微地形成这样的线与间隙图案的间距宽度的需求。例如，在VA方式的液晶显示装置中，在对基于透明导电膜的像素电极的间距宽度进行细微化时，可得到液晶显示装置中透射率提高，能够削减背照灯的照度并获得明亮图像的优点，和能够提高图像的对比度的优点。另外，间距宽度是线宽与间隙宽度的合计，因此当对间距宽度进行细微化时，即对线和/或间隙的宽度进行细微化。
此外，除了VA方式以外，例如在IPS方式中，更期待能够形成细微化的线与间隙图案。并且，除了上述用途以外，产生在显示装置的布线图案等中使用相比以往更细微的线与间隙图案的需求。
但是，为了减小在光掩模上形成的线与间隙图案的间距宽度，存在以下课题。在隔着光掩模的线与间隙图案对形成在被加工体上的抗蚀剂膜照射光掩模的透射光的情况下，当间距宽度变小时，与此对应，光透射的间隙宽度变小，并且，光的衍射的影响变得显著。其结果，照射到抗蚀剂膜上的透射光的光强度的明暗振幅变小，照射到抗蚀剂膜上的合计的透射光量也减少。在用正(positive)性光抗蚀剂形成了抗蚀剂膜的情况下，由于光照射产生反应，从而该抗蚀剂膜的溶解性提高，虽然可利用显影液去除该部分，但是照射到要去除的部分的光量减少意味着不能得到期望的图案宽度。
并且，在形成为光掩模的转印用图案的线与间隙图案的尺寸设计中，需要考虑后述的侧蚀刻(side etching)宽度。即，在对被加工体进行蚀刻加工时，需要考虑由于侧蚀刻产生的线部分的尺寸减少，并在光掩模的线图案中预先附加相当于该减少部分的尺寸(在本申请中，将该附加部分称作“侧蚀刻宽度”，具体将后述)。尤其是在应用湿蚀刻(wet etching)的情况下，不能忽视该尺寸变化部分。
另外，即使间距宽度变小，为此要附加的尺寸都相同，因此随着线与间隙图案细微化且间距宽度减小，转印用图案的开口面积减小。即，后述的转印用图案的间隙宽度MS相对于线宽ML的比例(MS/ML)变小。
由于这种理由，在使用具有细微的线与间隙图案的光掩模进行曝光时，到达至被加工体的透射光的光量降低，光强度分布平坦化。并且，即使对抗蚀剂膜进行显影，也不能形成作为用于蚀刻被加工体的掩模的抗蚀剂图案。换言之，由于线与间隙图案的间距宽度的减少，不能得到足够的分辨率。
使用图1～图3说明该点。
图1是例示光掩模100′具有的转印用图案102p′的平面放大图。转印用图案102p′通过对形成在透明基板101′上的例如遮光膜或半透光膜等光学膜进行图案形成来形成。图2是示出使用了图1例示的光掩模100′的显示装置的制造工序的一个工序的示意图。在图2中，(a)示出了隔着光掩模100′向抗蚀剂膜203照射曝光光的状态，(b)示出了对曝光后的抗蚀剂膜203进行显影来形成抗蚀剂图案203p的状态，(c)示出了使用抗蚀剂图案203p作为掩模，并对被加工体(形成在基板201上的图案形成对象的薄膜)202进行湿蚀刻来形成膜图案202p的状态，(d)示出了剥离抗蚀剂图案203p后的状态。此外，图3是示出伴随图1例示的转印用图案102p′的间距宽度P的细微化，产生抗蚀剂去除不良的状态的示意图。
在图1中，例示了形成为转印用图案102p′的、间距宽度P为8μm的线与间隙图案的平面放大图。此处，将侧蚀刻宽度α设为了0.8μm。即，从图2(b)到图2(c)对被加工体202进行湿蚀刻时，被加工体202从作为蚀刻掩模的抗蚀剂图案203p的侧面侧也与蚀刻液接触，接受所谓的侧蚀刻，将由此引起的尺寸变化设为了0.8μm(一侧各0.4μm)。即，加入蚀刻工艺中的0.8μm的线宽的减少(假定)，预先对抗蚀剂图案的线宽附加0.8μm(一侧各0.4μm)。侧蚀刻宽度α的量根据应用的蚀刻条件而变动，但是如果固定蚀刻条件，则侧蚀刻宽度α基本不受转印用图案102p′的间距宽度P影响。
使用具有图1例示的转印用图案102p′的光掩模100′，通过大型光掩模曝光装置(未图示)对被加工体202上的抗蚀剂膜203照射曝光光(图2(a))，并对在显影时得到的抗蚀剂图案203p(图2(b))的截面形状进行了评价。图3示出了利用仿真(simulation)形成的抗蚀剂图案203p的截面形状。作为仿真条件，设构成转印用图案102p′的遮光膜的光学浓度为3.0以上、曝光装置的光学系统的数值孔径NA为0.08、光学系统的σ(照明光学系统的NA与投影光学系统的NA之比)为0.8、g线/h线/i线的曝光波长强度比为1∶1∶1、基板201的材料为SiO2、抗蚀剂膜203的材料为正性抗蚀剂、抗蚀剂膜203的膜厚为1.5μm。此外，使转印用图案102p′的间距宽度P从8μm到4μm每1μm地逐渐减小来进行了仿真。另外，将侧蚀刻宽度设为了0.8μm，因此转印用图案102p′的线宽ML为P/2+0.8μm、间隙宽度MS为P/2-0.8μm。
考虑标准的LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)用曝光机具备的性能来设定上述仿真的条件。例如，能够设为数值孔径NA为0.06～0.10、σ为0.5～1.0的范围。这种曝光机一般将3μm左右设为分辨极限。为了更宽地覆盖曝光机，能够将数值孔径NA设为0.06～0.14或0.06～0.15的范围。
在图3中，从上到下依次排列了使间距宽度P逐渐减小时(从8μm到4μm每1μm地逐渐减小时)的抗蚀剂图案203p的形状变化。可知在间距宽度P的减小同时，由于利用曝光的光反应产生的抗蚀剂膜203的去除量减少，从而成为抗蚀剂图案203p的起伏平稳的状态。并且，可知在间距宽度P变为6μm以下时，抗蚀剂去除不良变得显著，抗蚀剂图案203p的相邻的线部分相互连结。此时，即使使用上述抗蚀剂图案203p作为掩模，对被加工体202进行湿蚀刻，也难以形成具有期望的线与间隙图案的膜图案202p。认为以下情况是较大的一个原因，通过减小间距宽度P，转印用图案102p′的间隙宽度MS相对于线宽ML的比例(MS/ML)变小，从而透射过光掩模100′而到达至抗蚀剂膜203的曝光光的照射光量不足。
但是，为了提高曝光时的分辨率，进行更细微的图案形成，考虑应用以往的开发为LSI制造用的技术等的各种手段。例如，考虑采用曝光装置具备的光学系统的数值孔径扩大、曝光光的短波长化、曝光光的单一波长化、光掩模的相移掩模化等手段。但是，为了采用这些手法，不仅需要巨大的投资，从而不能取得与市场期望的产品价格的匹配性，而且直接应用于在显示装置中使用的大面积的被加工体在技术方面也存在不方便和不合理。
另外，在细微化后的线与间隙图案的转印中，上述那样的透射光量的减少成为问题，与此相对，例如还可能考虑使光刻工序中的曝光量相比以往进一步增加，从而增加透射光的强度。但是，为了增加曝光量，需要提高曝光装置的光源输出，或者增加照射时间，从而导致进一步的设备投资和耗能增大，并且在生产效率的降低方面也不利。
发明内容
本发明正是鉴于上述方面而完成的，其目的在于提供一种光掩模的制造方法、图案转印方法以及显示装置的制造方法，即使在被加工体上形成细微的间距宽度的线与间隙图案的情况下，也能够基本不需要追加投资地进行图案形成。
本发明的第1方式为在透明基板上具有包含间距宽度P的线与间隙图案的转印用图案的光掩模的制造方法，
该光掩模通过使用了所述光掩模的曝光，在形成在被加工体上的正性的抗蚀剂膜转印所述转印用图案而来形成抗蚀剂图案，通过将所述抗蚀剂图案用作掩模的蚀刻，在所述被加工体上形成线宽WL、间隙宽度WS的线与间隙的膜图案，在该光掩模的制造方法中，
设定基于蚀刻所述被加工体时的蚀刻条件的侧蚀刻宽度α，
根据所述膜图案的线宽WL、间隙宽度WS各方和所述侧蚀刻宽度α，设定所述抗蚀剂图案的线宽RL和间隙宽度RS，
根据具有所确定的所述线宽RL和间隙宽度RS的抗蚀剂图案，确定所述曝光时的曝光条件以及所述转印用图案的线宽ML和间隙宽度MS，
并且，所述转印用图案的线宽ML与所确定的所述线宽RL不同，所述转印用图案的间隙宽度MS与所确定的所述间隙宽度RS不同。
本发明的第2方式在第1方式所记载的光掩模的制造方法中，
根据所述曝光条件的确定，确定所述转印用图案的线宽ML和间隙宽度MS。
本发明的第3方式在第1方式所记载的光掩模的制造方法中，
根据所述转印用图案的线宽ML和间隙宽度MS的确定，确定所述曝光条件。
本发明的第4方式在第1～3中的任意一个方式所记载的光掩模的制造方法中，
所述转印用图案的线宽ML比所述抗蚀剂图案的线宽RL小，
所述转印用图案的间隙宽度MS比所述抗蚀剂图案的间隙宽度RS大。
本发明的第5方式在第1～4中的任意一个方式所记载的光掩模的制造方法中，
在设用于所述曝光的光的波长的中央值为λ、用于所述曝光的曝光装置的光学系统的数值孔径为NA时，所述转印用图案的间距宽度P满足下式：
P≤2R，
其中R＝0.61(λ/NA)×1/1000，
所述λ的单位为nm，所述间距宽度P的单位为μm。
本发明的第6方式在第1～5中的任意一个方式所记载的光掩模的制造方法中，
所述间距宽度P为6μm以下。
本发明的第7方式在第1～6中的任意一个方式所记载的光掩模的制造方法中，
所述转印用图案是通过对遮光膜进行图案形成而得到的。
本发明的第8方式在第1～6中的任意一个方式所记载的光掩模的制造方法中，
所述转印用图案是通过对半透光膜进行图案形成而得到的。
本发明的第9方式在第1～6中的任意一个方式所记载的光掩模的制造方法中，
所述转印用图案是通过对半透光膜进行图案形成而得到的，
透射过所述透明基板的曝光光与透射过所述透明基板以及所述转印用图案的曝光光的相位差为90度以下。
本发明的第10方式在第1～9中的任意一个方式所记载的光掩模的制造方法中，
所述光掩模的制造方法具有以下工序：利用光刻法对形成在所述透明基板上的遮光膜或半透光膜进行图案形成，形成所确定的所述线宽ML、间隙宽度MS的所述转印用图案。
本发明的第11方式是一种图案转印方法，
隔着利用第10方式所记载的制造方法制成的光掩模，向所述正性的抗蚀剂膜照射具有i线～g线的波长范围的曝光光。
本发明的第12方式是一种显示装置的制造方法，其具有以下工序：
隔着利用第10方式所记载的制造方法制成的光掩模，向所述正性的抗蚀剂膜照射具有i线～g线的波长范围的曝光光来转印所述转印用图案，从而在所述被加工体上形成所述抗蚀剂图案；以及
通过将所述抗蚀剂图案用作掩模的蚀刻，在所述被加工体上形成线宽WL、间隙宽度WS的线与间隙的所述膜图案。
本发明的第13方式是一种显示装置的制造方法，其中，
使用具有线宽ML、间隙宽度MS、间距宽度P的线与间隙的转印用图案的光掩模，形成线宽RL、间隙宽度RS、间距宽度P的线与间隙的抗蚀剂图案，并进行将所述抗蚀剂图案作为掩模的蚀刻，由此在被加工体上形成线与间隙图案，其中L＞ML、RS＜MS。
根据本发明的光掩模的制造方法、图案转印方法以及显示装置的制造方法，即使在被加工体上形成细微的间距宽度的线与间隙图案的情况下，也能够基本不需要追加投资地进行图案形成。
附图说明
图1是例示光掩模具有的转印用图案的平面放大图。
图2是示出使用了图1例示的光掩模的显示装置的制造工序的一个工序的示意图。
图3是示出伴随图1例示的转印用图案的间距的细微化，产生抗蚀剂去除不良的状态的示意图。
图4是示出本发明的一个实施方式的使用了光掩模的显示装置的制造工序的一个工序的流程图。
图5是示出本发明的另一个实施方式的使用了光掩模的显示装置的制造工序的一个工序的流程图。
图6是示出本发明的一个实施方式的光掩模的制造工序的流程图。
图7是与比较例一起示出本发明的实施例1的图。
图8是与比较例一起示出本发明的实施例2的图。
标号说明
10：光掩模
102p：转印用图案
202：被加工体
202p：膜图案
203：抗蚀剂膜
203p：抗蚀剂图案
具体实施方式
根据上述情况，针对以下的工序例进行说明：通过使用了光掩模的曝光，对形成在被加工体上的正性的抗蚀剂膜转印转印用图案来形成抗蚀剂图案，并通过将抗蚀剂图案用作掩模的蚀刻，在被加工体上形成线宽WL、间隙宽度WS的线与间隙的膜图案。
图4是示出本实施方式的使用了光掩模100的显示装置的制造工序的一个工序的流程图。在图4中，(a)示出了隔着光掩模100向抗蚀剂膜203照射曝光光的状态，(b)示出了对曝光后的抗蚀剂膜203进行显影来形成抗蚀剂图案203p的状态，(c)示出了使用抗蚀剂图案203p作为掩模，并对被加工体(形成在基板201上的图案形成对象的薄膜)202进行湿蚀刻来形成膜图案202p的状态，(d)示出了剥离抗蚀剂图案203p后的状态。
另外，此时，设待使用的光掩模100的转印用图案102p的线宽为ML、间隙宽度为MS，并且设使用该光掩模100在被加工体202上形成的抗蚀剂图案203p的线宽为RL、间隙宽度为RS。根据以下的工序，为了确定使用怎样的RL、RS能够在被加工体202上得到期望的线与间隙图案，只要确定准备具有怎样的ML、MS的转印用图案102p即可。
只要使用湿蚀刻，则被加工体(蚀刻对象的透明导电膜等薄膜)202的线宽就会受到侧蚀刻的影响，因此与抗蚀剂图案的线宽RL相比尺寸减小。由于必定存在该尺寸减小，因此对被加工体202进行图案形成而成的膜图案202p中的线宽WL比抗蚀剂图案203p的线宽RL小。此外，膜图案202p中的间隙宽度WS比抗蚀剂图案203p的间隙宽度RS大(参照图4(c))。
此处，在设侧蚀刻引起的尺寸变化为侧蚀刻宽度α时，如下所示。
膜图案202p的线宽WL＜抗蚀剂图案203p的线宽RL(＝WL+α)，
膜图案202p的间隙宽度WS＞抗蚀剂图案的间隙宽度RS(＝WS-α)。
因此，光掩模100必须在抗蚀剂膜203上形成具有线宽RL、间隙宽度RS的线与间隙的抗蚀剂图案203p。此时，与以往的光掩模100′同样，还考虑将转印用图案102p具有的线与间隙图案的线宽ML、间隙宽度MS分别设定为与抗蚀剂图案203p具有的线与间隙图案的线宽RL、间隙宽度RS相同。
即，
还考虑设为转印用图案102p的线宽ML＝抗蚀剂图案203p的线宽RL、转印用图案102p的间隙宽度MS＝抗蚀剂图案203p的间隙宽度RS。另外，间距宽度P在光掩模100的转印用图案102p、抗蚀剂图案203p、对被加工体202进行加工而成的膜图案202p的任意一个中都是恒定的。
此处，考虑对要得到的膜图案202p的线与间隙图案的间距宽度P(即，光掩模100的转印用图案102p的间距宽度P、抗蚀剂图案203p的间距宽度P)进行细微化。此时，即使要得到的膜图案202p的线宽WL变小，如果蚀刻条件恒定，则侧蚀刻宽度α的尺寸也不发生变化。因此，在要对间距宽度P进行细微化时，与抗蚀剂图案203p的线宽RL的尺寸减小相比，间隙宽度RS的尺寸急速变小。其结果，作为光掩模100的转印用图案102p，必须形成间隙宽度MS非常小的线与间隙图案。
但是，光掩模100的转印用图案102p能够通过对形成在光掩模100具有的透明基板101上的遮光膜(例如对于曝光光的i线～g线，光学浓度OD为3.0以上的膜)等进行图案形成来形成，但是形成细微的间隙宽度MS未必容易。这是因为接近描绘装置的分辨极限尺寸(例如0.5～1.0μm)、或低于该尺寸。
此外，即使假设能够解决描绘装置的问题，形成间隙宽度MS细微(例如低于1μm)的线与间隙图案作为转印用图案102p，也非常难以使用其光掩模100形成与转印用图案102p相同尺寸的抗蚀剂图案203p。之所以这样，是因为光掩模100具有的间隙宽度MS的尺寸小，间隙宽度MS接近曝光波长(一般是i线～g线)，因此细微狭缝引起的光的衍射的影响显著，从而没有足以使抗蚀剂膜203感光的光量透射。
结果，在要得到作为膜图案202p的线与间隙图案细微化时，形成在光掩模100上的转印用图案102p也细微化，因此不能形成使用了光掩模100的膜图案202p。
因此，本发明人针对能够在被加工体202上形成这种细微的间距宽度P的线与间隙图案的光掩模的制造方法、图案转印方法以及显示装置的制造方法进行了深刻的研究。
其结果，得到如下见解：在不能避免侧蚀刻宽度α的存在的状况下，通过使用光掩模100的转印用图案102p中的线与间隙图案(线宽ML、间隙宽度MS)，形成与其尺寸不同的抗蚀剂图案(线宽RL、间隙宽度RS)203p，能够解决上述课题。
即，得到以下见解：
如果设为转印用图案的线宽ML＝抗蚀剂图案的线宽RL+掩模偏置β，
转印用图案的间隙宽度MS＝抗蚀剂图案的间隙宽度RS-掩模偏置β，
且将该掩模偏置β例如设为负的值，
则即使在形成间距宽度P较小的线与间隙图案的情况下，也能够控制(例如扩大)光掩模100具有的转印用图案102p中的间隙宽度MS，能够抑制透射过间隙部的透射光量的降低，由此能够解决上述课题。另外，掩模偏置(mask bias)β是指转印用图案102p与抗蚀剂图案203p的尺寸差，可以是正值也可以是负值，但是根据本发明，设为非零值。例如能够通过调整曝光时的照射光量(曝光光的照度与照射时间的乘积)来控制掩模偏置β的值。即，在图4中，示出在转印用图案102p中使用了遮光膜的情况下，设为β≠0，能够形成期望的线与间隙图案。
以下，示出根据上述见解完成的本申请发明的各种方式。
(第1方式)
本发明的第1方式为在透明基板101上具有包含间距宽度P的线与间隙图案的转印用图案102p的光掩模100的制造方法，
即如下的光掩模100的制造方法：通过使用了光掩模100的曝光，对形成在被加工体202上的正性的抗蚀剂膜203转印转印用图案102p来形成抗蚀剂图案203p，并通过将抗蚀剂图案203p用作掩模的蚀刻，在被加工体上202上形成线宽为WL、间隙宽度为WS的线与间隙的膜图案202p，在该光掩模100的制造方法中，
设定基于蚀刻被加工体202时的蚀刻条件的侧蚀刻宽度α，
根据膜图案202p的线宽WL和间隙宽度WS各方、侧蚀刻宽度α，设定抗蚀剂图案203p的线宽RL和间隙宽度RS，
根据具有所确定的线宽RL和间隙宽度RS的抗蚀剂图案203p，确定曝光时的曝光条件以及转印用图案102p的线宽ML和间隙宽度MS，
并且，转印用图案102p的线宽ML与所述所确定的线宽RL不同，所述转印用图案的间隙宽度MS与所述所确定的间隙宽度RS不同。
在上述中，蚀刻优选应用湿蚀刻。并且，以下侧蚀刻宽度α为正的值(α＞0)。
另外，间距宽度P如下。
间距宽度P＝膜图案的线宽WL+间隙宽度WS
        ＝抗蚀剂图案的线宽RL+间隙宽度RS
        ＝转印用图案的线宽ML+间隙宽度MS
在间距宽度P为例如6μm以下时，本方式的效果显著。
(第2方式)
在确定侧蚀刻宽度α后，确定是否需要根据其来怎样设定抗蚀剂图案203p的线宽RL和间隙宽度RS的值。并且，确定用于形成具有该线宽RL和间隙宽度RS的抗蚀剂图案203p的曝光条件以及转印用图案102p的尺寸。
在第2方式中，根据曝光条件的确定，确定转印用图案的线宽ML和间隙宽度MS。即，首先确定期望的曝光条件(照射光量和照射时间)，并确定在该条件下适当的转印用图案。
在确定曝光条件后，由此确定掩模偏置β(β≠0)。还能够利用曝光仿真估计掩模偏置β。或者，也可以应用多个曝光条件，利用具有转印用图案的线宽ML、间隙宽度MS的多个光掩模100进行转印测试，并求出所得到的抗蚀剂图案203的线宽RL、间隙宽度RS，由此分析相互的相关。
此外，如后所述，转印用图案102p也可以利用遮光膜形成，也可以利用半透光膜形成。能够预先确定使用哪一种膜以及在利用半透光膜形成的情况下的膜的透射率。并且，在上述曝光仿真中，能够使用该所确定的透射率。
(第3方式)
还能够与第2方式相反，根据转印用图案102p的线宽ML和间隙宽度MS的确定，确定曝光条件。即，能够先确定适当的转印用图案，并确定在该条件下期望的曝光条件(照射光量或照射时间)。此外，此时，对于转印用图案102p具有的透射率的考虑，与上述第2方式相同。
此处，曝光条件包含照射光量。该照射光量是曝光装置的光源照度与照射时间的乘积。照射时间与对于整个照射面的扫描曝光的所需时间相关。能够确定曝光装置可照射的照度，并根据该照度确定照射时间(以及扫描曝光的所需时间)。或者，还能够根据期望的照射时间确定照度。
(第4方式)
作为确定掩模偏置β的曝光条件，如上所述例如可列举照射光量。照射光量是照度与照射时间的乘积。如显示装置那样，在被加工体202具有大面积，需要向该大面积进行光照射的工序中，有利的是主要进行扫描曝光。此时，照射时间与光源和被加工体202的相对移动速度相关。因此，如果将掩模偏置β的值设为负，并增大照射光量，则能够减少扫描曝光的所需时间。这在批量生产上是极其有利的。
因此，优选转印用图案102p的线宽ML比抗蚀剂图案103p的线宽RL小(ML＜RL)，
转印用图案102p的间隙宽度MS比抗蚀剂图案103p的间隙宽度RS大(MS＞RS)。
即，优选将掩模偏置β设为负的值。
此处，需要在确定掩模偏置β时确定曝光条件。此时，能够确定曝光装置可照射的照度，并根据该照度确定照射时间(以及扫描曝光的所需时间)。或者，还能够根据期望的照射时间确定照度。
(第5方式)
在本实施方式中，在要实现用以往方法难以形成的程度的细微间距宽度P时，能够得到显著的效果。即，作为细微图案的分辨极限的尺寸能够利用Rayleigh的公式得到，因此能够如下考虑。
在设用于曝光的光的波长的中央值为λ(nm)、用于曝光的曝光装置的光学系统的数值孔径为NA时，在转印用图案102p的间距宽度P(μm)满足
P≤2R
(其中R＝k×(λ/NA)×1/1000)时
能够得到显著的效果。另外，k为0.61(根据Rayleigh的分辨极限)，波长λ为曝光光波长(365～436nm)。此处能够使用曝光光波长的中央值，例如设为400nm。能够将数值孔径NA设为0.06～0.14的范围，例如设为0.08。此处，将间距宽度设为R＝(k×(λ/NA)×1/1000)的“2倍”以下是根据间距宽度P是线宽ML与间隙宽度MS的合计值而得出的。
(第6方式)
如果考虑到一般使用的曝光装置的波长范围为365～436nm(中央值400nm)，并且光学系统的NA为0.08，在要实现间距宽度P≤6μm的细微图案时，能够得到显著的效果。并且，在要实现间距宽度P≤5μm的细微图案时，能够得到更显著的效果。
(第7方式)
在光掩模100上形成的转印用图案102p的光学特性具有自由度，例如能够使转印用图案102p为具有遮光性的图案。即，转印用图案102p能够通过利用光刻法对形成在透明基板101上的遮光膜进行图案形成来形成。
此处，所谓遮光性是指实质上不透射曝光光，是指例如对于曝光光的代表波长i线，光学浓度OD为3.0以上。
另外，遮光膜例如能够利用实质上由铬(Cr)构成的材料等形成。此时，如果在遮光膜的表面上层叠Cr化合物(CrO、CrC，CrN等)，则能够使转印用图案102p的表面具有反射抑制功能。
(第8方式)
转印用图案102p不限于如上所述那样具有遮光性的情况，也可以具有半透光性。即，转印用图案102p还能够通过利用光刻法对形成在透明基板101上的半透光性的膜(半透光膜)进行图案形成来形成。
此处，所谓半透光性，是指曝光光的一部分透射。例如对于曝光光的代表波长i线，优选透射率为1～30％，更优选为1～20％，进一步优选为2～10％。在为这种光透射率范围时，不会使形成在被加工体202上的抗蚀剂图案203p的侧面形状过度倾斜，且容易进行蚀刻时的线宽控制。
另外，半透光膜能够利用包含铬(Cr)的材料，例如氮化铬(CrN)、氧化铬(CrO)、氮氧化铬(CrON)、氟化铬(CrF)等铬化合物等，或者金属硅化物(MoSix、MoSiO、MoSiN、MoSiON、TaSix等)形成。
(第9方式)
在使转印用图案102p为具有半透光性的情况下，该半透光膜的曝光光的相移量优选为90度以下。即，透射过透明基板101的曝光光、和透射过透明基板101以及转印用图案102p的曝光光的相位差优选为90度以下。例如，在将曝光光的代表波长设为i线时，上述相位差优选为90度以下，更优选为60度以下。
这是基于如下的发明人的研究结果：当透射过转印用图案102p的曝光光与透射过透明基板101的曝光光的相位差超过90度例如接近180度时，形成在被加工体202上的抗蚀剂图案203p的形状不会优化，反而处于接近将图案连接起来的不能分辨的状态的趋势。认为这是因为半透光膜的相移效果减少了使到达至抗蚀剂膜203的光增加的优点。
(第10方式)
在实施了对转印用图案102p的线宽ML、间隙宽度MS进行设定的设计工序后，能够通过实施光刻工序制造上述光掩模100。图6是示出本实施方式的光掩模的制造工序的流程图。
首先，准备在透明基板101上依次层叠有光学膜(上述遮光膜或半透光膜)102和抗蚀剂膜103的光掩模用坯体100b。并且，利用激光描绘机等对光掩模用坯体100b进行描绘，使抗蚀剂膜103部分地感光(图6(a))。接着，对抗蚀剂膜103提供显影液来实施显影，形成覆盖转印用图案102p的线部分的形成预定区域的抗蚀剂图案103p(图6(b))。接着，以所形成的抗蚀剂图案103p作为掩模，对光学膜102进行蚀刻来形成转印用图案102p(图6(c))。然后，去除抗蚀剂图案103p，完成本实施方式的光掩模100的制造(图6(d))。
另外，透明基板101构成为由例如石英(SiO2)玻璃，或包含SiO2、Al2O3、B2O3、RO(R为碱土类金属)、R2O(R2为碱金属)等的低膨胀玻璃等构成的平板。对透明基板101的主面(表面和背面)进行研磨等使其平坦且平滑地构成。能够使透明基板101为例如一边为500mm～1300mm左右的方形。能够使透明基板101的厚度为例如3mm～13mm左右。
此外，抗蚀剂膜103能够利用正性光抗蚀剂形成。此时，能够使用例如狭缝涂布机(Slit coater)或旋转涂布机(Spin coater)等的方法。
(第11方式)
如图4和图5所示，能够通过使用具有遮光性或半透光性的转印用图案102p的光掩模100，向被加工体202上的抗蚀剂膜203转印转印用图案102p，从而形成抗蚀剂图案203p。(图4示出转印用图案102p为遮光性膜的情况，图5示出半透光膜的情况)。
此时，实施以下工序：隔着上述的具有遮光性或半透光性的转印用图案的光掩模100，向正性的抗蚀剂膜203照射具有i线～g线的波长范围的曝光光来转印转印用图案102p(图4(a)、图5(a))，并对抗蚀剂膜203进行显影来在被加工体202上形成抗蚀剂图案203p(图4(b)、图5(b))。
另外，在对抗蚀剂膜203进行曝光时，通过控制照度或照射时间中的至少任意一方，使得抗蚀剂图案203p的线宽RL大于转印用图案102p的线宽ML、抗蚀剂图案203p的间隙宽度RS小于转印用图案102p的间隙宽度MS。
(第12方式)
如图4和图5所示，能够通过使用具有遮光性或半透光性的转印用图案102p的光掩模100，将被加工体202加工成期望形状的膜图案202p。
此时，实施以下各工序：隔着上述的遮光性或半透光性的光掩模100，向正性的抗蚀剂膜203照射具有i线～g线的波长范围的曝光光来转印转印用图案102p(图4(a)、图5(a))，并对抗蚀剂膜203进行显影来在被加工体202上形成抗蚀剂图案203p(图4(b)、图5(b))；
通过将抗蚀剂图案203p用作掩模的蚀刻，在被加工体202上形成线宽WL、间隙宽度WS的线与间隙的膜图案202p(图4(c)、图5(c))；以及
剥离抗蚀剂图案203p(图4(d)、图5(d))。
另外，在对抗蚀剂膜203进行曝光时，通过控制照射光量，使得抗蚀剂图案203p的线宽RL大于转印用图案102p的线宽ML、抗蚀剂图案203p的间隙宽度RS小于转印用图案102p的间隙宽度MS。能够通过照度和照射时间的选择来进行照射光量的调节。
此外，在图5所示的应用使用了半透光膜的转印用图案的情况下，由于除了曝光装置的照射光量、转移用图案的尺寸以外，还能够通过半透光膜的透射率来控制到达至抗蚀剂膜203的光量，从这点上光掩模的设计自由度提高，从而比较有利。
(第13方式)
如图4和图5所示，能够通过使用具有线宽ML、间隙宽度MS、间距宽度P的线与间隙的转印用图案102p的光掩模100，形成线宽RL、间隙宽度RS(此处，RL＞ML、RS＜MS)、间距宽度P的线与间隙的抗蚀剂图案203p，并进行将抗蚀剂图案203p作为掩模的蚀刻，在被加工体202上形成线与间隙图案(即膜图案202p)。
另外，上述第1～13方式所记载的各种方法优选能够在制造显示装置的像素电极的情况下使用。该像素电极能够通过对由ITO或IZO构成的透明导电膜进行图案形成而得到。
【实施例】
(实施例1)
在本实施例中，设定掩模偏置β(β＜0)，使用具有光学浓度3.0以上的遮光膜图案的光掩模(第7方式的光掩模)，对形成在被加工体上的正性的抗蚀剂膜转印转印用图案来形成了抗蚀剂图案。此外，作为比较例，不设定掩模偏置β(β＝0)，使用具有光学浓度3.0以上的遮光膜图案的以往的光掩模，对形成在被加工体上的正性的抗蚀剂膜转印转印用图案来形成了抗蚀剂图案。
图7(a)～(c)是比较例的测量结果。在图7(a)～(c)中，分别将间距宽度P设为了10.0μm、8.0μm、5.0μm。此外，将侧蚀刻宽度α设为0.8μm(恒定)，掩模偏置β设为0μm(没有设定)。将此时的曝光装置的照射光量Eop设为了100.0mJ/cm2。根据图7(a)～(c)，可知在间距宽度P为8.0μm以上的情况下(图7(a)和图7(b))，能够得到足够的分辨率而不会产生抗蚀剂去除不良。但是，可知在间距宽度P变细微至5.0μm时(图7(c))，抗蚀剂去除不良变得显著，抗蚀剂图案的相邻的线部分相互连结。认为这是因为，在不设定掩模偏置β的比较例中，转印用图案的间隙宽度MS相对于线宽ML的比例(MS/ML)变小，从而到达至抗蚀剂膜的曝光光的照射光量不足。
图7(d)～(g)是实施例1的测量结果。在图7(d)～(g)中，将间距宽度P分别设为5.0μm(恒定)、侧蚀刻宽度α设为0.8μm(恒定)。并且，使掩模偏置β在-0.2μm～-0.8μm的范围内变化。此外，还使曝光装置的照射光量Eop在126.55～84.55mJ/cm2的范围内变化。根据图7(d)～(g)，可知即使在将间距宽度P设为5.0μm的情况下，只要在例如-0.2μm～-0.8μm的范围内设定掩模偏置β，则难以产生抗蚀剂去除不良，能够得到足够的分辨率。认为这是因为，在设定了具有负值的掩模偏置β的实施例中，能够增大转印用图案的间隙宽度MS相对于线宽ML的比例(MS/ML)，从而能够充分确保到达至抗蚀剂膜的曝光光的照射光量。
另外，可知通过减小(增大绝对值)设定掩模偏置β，即使降低曝光装置的照射光量Eop(例如在图7(g)的情况下使Eop降低15％)，也能够得到足够的分辨率。即，可知在减小(增大绝对值)设定掩模偏置β的实施例中，能够降低曝光装置的光源输出，或缩短照射时间。这在需要大面积曝光的显示装置制造的工序中，具有特别大的意义。
(实施例2)
在本实施例中，设定掩模偏置β(β＜0)，使用对于i线透射率为5％、相位差为40度的具有半透光性的光掩模(第8方式的光掩模)，对形成在被加工体上的正性的抗蚀剂膜转印转印用图案来形成了抗蚀剂图案。此外，作为比较例，不设定掩模偏置β(β＝0)，使用对于i线透射率为5％(相位差为与上述相同的40度)的具有半透光性的以往的光掩模，对形成在被加工体上的正性的抗蚀剂膜转印转印用图案来形成了抗蚀剂图案。
图8(a)～(c)是比较例的测量结果。在图8(a)～(c)中，分别将间距宽度P设为了10.0μm、8.0μm、5.0μm。此外，将侧蚀刻宽度α设为0.8μm(恒定)，掩模偏置β设为0μm(没有设定)，将曝光装置的照射光量Eop设为了100.0mJ/cm2。根据图8(a)～(c)，可知在间距宽度P为8.0μm以上的情况下(图8(a)和图8(b))，能够得到足够的分辨率而不会产生抗蚀剂去除不良，但是，在间距宽度P变为5.0μm时(图8(c))，抗蚀剂去除不良变得显著，抗蚀剂图案的相邻的线部分相互连结。认为这是因为，在不设定掩模偏置β的比较例中，转印用图案的间隙宽度MS相对于线宽ML的比例(MS/ML)变小，从而到达至抗蚀剂膜的曝光光的照射光量不足。
图8(d)～(g)是实施例2的测量结果。在图8(d)～(g)中，将间距宽度P分别设为5.0μm(恒定)、侧蚀刻宽度α设为0.8μm(恒定)。并且，使掩模偏置β在-0.2μm～-0.8μm的范围内变化。此外，还使曝光装置的照射光量Eop在102.0～74.8mJ/cm2的范围内变化。根据图8(d)～(g)，可知即使在将间距宽度P设为了5.0μm的情况下，只要在例如-0.2μm～-0.8μm的范围内设定掩模偏置β，则难以产生抗蚀剂去除不良，能够得到足够的分辨率。认为这是因为，在设定了具有负值的掩模偏置β的实施例中，能够增大转印用图案的间隙宽度MS相对于线宽ML的比例(MS/ML)，从而能够充分确保到达至抗蚀剂膜的曝光光的照射光量。
可知通过减小(增大绝对值)设定掩模偏置β，即使降低曝光装置的照射光量Eop(在图8(g)的情况下降低25％)，也能够与不降低照射光量Eop的情况同样地，得到足够的分辨率。即，可知在减小(增大绝对值)设定掩模偏置β的实施例中，能够降低曝光装置的光源输出，或者缩短照射时间。这在需要大面积曝光的显示装置制造的工序中，具有特别大的意义。
此外，在图8(d′)中，示出半透光膜的透射率保持不变、且将相位差从40度变更为了180度时的抗蚀剂图案的形状。此时，能够得到对间距5μm的图案的良好分辨，但是所需的照射光量与8(d′)相比相当大。
同样，在图8(f)中，示出在图8(f)中使用的半透光膜的透射率保持不变、且将相位差设为了180度时的抗蚀剂图案的形状。此时，所需的照射光量仍然增加。
此外，可知在使用了具有半透光性的光掩模的实施例2中，在与比较例1相比的情况下，能够进一步降低曝光装置的照射光量Eop。即，可知通过使用具有半透光性的光掩模，能够进一步降低曝光装置的光源输出，或进一步缩短照射时间。认为这是因为，能够通过向光掩模的转印用图案赋予半透光性，进一步增大到达至抗蚀剂膜的曝光光的照射光量。这在需要大面积曝光的显示装置制造的工序中，也具有特别大的意义。
<本发明的其他实施方式>
以上，对本发明的实施方式进行了具体说明，但是本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。
例如，本发明还适合应用于如下的光掩模的制造方法：该光掩模具有通过对形成在透明基板上的半透光膜进行图案形成而形成的、由透光部和半透光部构成的转印用图案，即在被转印体上的抗蚀剂膜上形成存在抗蚀剂剩余膜的部分和不存在抗蚀剂剩余膜的部分的光掩模的制造方法。具体而言，能够合适地应用于在被加工体上形成间距宽度P为6μm以下的线与间隙图案的情况。在上述情况下，与透光部对应，在被转印体上形成不存在抗蚀剂剩余膜的部分，与半透光部对应，形成存在抗蚀剂剩余膜的部分。
并且，例如本发明不限于利用正性抗蚀剂形成被转印体上的抗蚀剂膜的情况，还适合应用于通过负(negative)性抗蚀剂形成的情况。但是，抗蚀剂膜优选利用正性抗蚀剂形成。
并且例如，在上述实施方式中，将掩模偏置β设为了负值，但是也可以将掩模偏置β设为正值。
如上所述，本发明的光掩模特别适合应用于例如通过具有i线～g线的波长范围的曝光装置进行曝光的情况。此外，作为曝光装置，能够恰当使用例如投影曝光机。但是，本发明的光掩模不限于这些方式，还适合应用于通过具有其他波长范围的曝光装置进行曝光的情况。
如上所述，例如在形成用于VA方式、IPS方式的液晶显示装置的像素电极用的线与间隙图案时适合应用本发明的光掩模。但是，还适合应用于使用光刻技术制造其他方式的液晶显示装置、或显示装置以外的装置的情况。
在上述实施方式中，要得到的线与间隙图案的具体线宽WL、间隙宽度WS的值没有限制，但是优选设为例如0.8WL≤WS≤1.2WL。从描绘时的线宽控制和侧蚀刻宽度α、掩模偏置β的设计自由度的观点出发，优选线宽和间隙宽度的尺寸不极端偏离。
根据以上可知，根据本发明，能够利用搭载在标准的LCD用曝光装置上的光学系统，使用i线～g线的曝光光，并且不需要特别增大曝光照射量，不降低生产效率地在被加工体上形成以往不能分辨的细微的线与间隙图案。

Claims (13)

1.一种光掩模的制造方法，该光掩模在透明基板上具有包含间距宽度P的线与间隙图案的转印用图案，
该光掩模通过使用了所述光掩模的曝光，在形成在被加工体上的正性的抗蚀剂膜上转印所述转印用图案而形成抗蚀剂图案，通过将所述抗蚀剂图案用作掩模的蚀刻，在所述被加工体上形成线宽WL、间隙宽度WS的线与间隙的膜图案，该光掩模的制造方法的特征在于，
设定基于蚀刻所述被加工体时的蚀刻条件的侧蚀刻宽度α，
根据所述膜图案的线宽WL、间隙宽度WS各方和所述侧蚀刻宽度α，设定所述抗蚀剂图案的线宽RL和间隙宽度RS，
根据具有所确定的所述线宽RL和间隙宽度RS的抗蚀剂图案，确定所述曝光时的曝光条件以及所述转印用图案的线宽ML和间隙宽度MS，
并且，所述转印用图案的线宽ML与所确定的所述线宽RL不同，所述转印用图案的间隙宽度MS与所确定的所述间隙宽度RS不同。
2.根据权利要求1所述的光掩模的制造方法，其特征在于，
根据所述曝光条件的确定，确定所述转印用图案的线宽ML和间隙宽度MS。
3.根据权利要求1所述的光掩模的制造方法，其特征在于，
根据所述转印用图案的线宽ML和间隙宽度MS的确定，确定所述曝光条件。
4.根据权利要求1所述的光掩模的制造方法，其特征在于，
所述转印用图案的线宽ML比所述抗蚀剂图案的线宽RL小，
所述转印用图案的间隙宽度MS比所述抗蚀剂图案的间隙宽度RS大。
5.根据权利要求1所述的光掩模的制造方法，其特征在于，
在设用于所述曝光的光的波长的中央值为λ、用于所述曝光的曝光装置的光学系统的数值孔径为NA时，所述转印用图案的间距宽度P满足下式：
P≤2R，
其中R＝0.61(λ/NA)×1/1000，
所述λ的单位为nm，所述间距宽度P的单位为μm。
6.根据权利要求1所述的光掩模的制造方法，其特征在于，
所述间距宽度P为6μm以下。
7.根据权利要求1所述的光掩模的制造方法，其特征在于，
所述转印用图案是通过对遮光膜进行图案形成而得到的。
8.根据权利要求1所述的光掩模的制造方法，其特征在于，
所述转印用图案是通过对半透光膜进行图案形成而得到的。
9.根据权利要求1所述的光掩模的制造方法，其特征在于，
所述转印用图案是通过对半透光膜进行图案形成而得到的，
透射过所述透明基板的曝光光与透射过所述透明基板以及所述转印用图案的曝光光的相位差为90度以下。
10.根据权利要求1所述的光掩模的制造方法，其特征在于，
所述光掩模的制造方法具有以下工序：利用光刻法对形成在所述透明基板上的遮光膜或半透光膜进行图案形成，形成所确定的所述线宽ML、间隙宽度MS的所述转印用图案。
11.一种图案转印方法，其特征在于，
隔着利用权利要求1～10中的任意一项所记载的制造方法制成的光掩模，向所述正性的抗蚀剂膜照射具有i线～g线的波长范围的曝光光。
12.一种显示装置的制造方法，其特征在于，具有以下工序：
隔着利用权利要求1～10中的任意一项所记载的制造方法制成的光掩模，向所述正性的抗蚀剂膜照射具有i线～g线的波长范围的曝光光来转印所述转印用图案，从而在所述被加工体上形成所述抗蚀剂图案；以及
通过将所述抗蚀剂图案用作掩模的蚀刻，在所述被加工体上形成线宽WL、间隙宽度WS的线与间隙的所述膜图案。
13.一种显示装置的制造方法，其特征在于，
使用具有线宽ML、间隙宽度MS、间距宽度P的线与间隙的转印用图案的光掩模，形成线宽RL、间隙宽度RS、间距宽度P的线与间隙的抗蚀剂图案，并进行将所述抗蚀剂图案作为掩模的蚀刻，由此在被加工体上形成线与间隙图案，其中L＞ML、RS＜MS。
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