CN102944971B - 掩膜版及光刻材料的曝光检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于液晶显示技术领域，具体涉及一种掩膜版及光刻材料的曝光检测方法。光刻材料的曝光检测方法包括：步骤S1：利用掩膜版对光刻材料膜层进行曝光，形成与所述掩膜版上的曝光检测区对应的曝光检测单元，所述曝光检测单元上形成与所述曝光检测区中的不完全透光区对应的不完全曝光区，以及形成与所述曝光检测区中的位置标识对应的分界线标识，所述不完全曝光区包括材料完全去除区和材料残留区，所述材料完全去除区和材料残留区的交接处形成分界线；步骤S2：确定所述不完全曝光区内分界线的位置，根据所述分界线的位置与所述分界线标识的位置关系，获得所述光刻材料膜层的实际曝光信息。该检测方法简单易行，测量结果准确，且可靠度高。
Description
技术领域
本发明属于液晶显示技术领域，具体涉及一种掩膜版及光刻材料的曝光检测方法。
背景技术
目前，平板显示器包括液晶显示器（Liquid Crystal Display：LCD）、有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode:OLED）显示器等。在成像过程中，液晶面板中的像素点由集成在阵列（Array）基板上的薄膜晶体管（Thin Film Transistor：简称TFT）配合外围驱动电路来驱动以实现图像显示；有源矩阵（ActiveMatrix）驱动式OLED面板中的像素点也是由TFT配合外围驱动电路来驱动以实现图像显示。在上述平板显示器中，TFT是控制发光的开关，它是一种半导体器件，是平板显示器中实现高性能显示的关键部件。
在半导体器件的生产过程中，曝光工艺是其中重要的制作工艺之一，该工艺通过光化学反应精确地将半导体掩膜版上的图案转写到光刻材料（也叫光阻材料，英文名称为Photoresist，简称PR）上。在TFT（或TFT阵列）的制作中，采用在衬底（即基板）上涂覆或溅射相应的工艺材料膜层（比如氧化铟锡等），然后在工艺材料膜层上涂覆光刻材料，通过对光刻材料进行曝光、显影等工艺，把半导体掩膜版上的微细图案转移至工艺材料膜层或衬底上，然后对不同的工艺材料膜层进行刻蚀加工，最终形成相应的TFT（或TFT阵列）的图形。
在TFT（或TFT阵列）制作工艺中，根据工艺材料膜层的不同可能需要进行多次曝光，目前TFT阵列生产过程中较常用的曝光工艺为5次（5mask）、4次（4mask）或3次（3mask）工艺。其中，4mask工艺中一般采用灰度掩膜版（Gray Tone Mask，简称GTM）或半色调掩膜版（Half Tone Mask，简称HTM）进行曝光。在灰色调掩膜版中，构成在曝光机的临界分辨率以下的缝隙部，该缝隙部遮挡一部分光，从而实现中间曝光；在半色调掩膜版中，利用半透光的膜进行中间曝光。两种掩膜版都可以在一次曝光中同时实现曝光部分（即完全曝光）、中间曝光部分（即非完全曝光，或者说半曝光）、未曝光部分（即不曝光）三个曝光等级，在显影之后，可以构成两种厚度的抗蚀剂膜（即事先涂覆的光刻材料经曝光显影工艺后对应半曝光部分形成的不同等级的光刻材料膜层的厚度）。这些不同等级的光刻材料膜层的厚度是TFT阵列生产中需要管控的重要工艺参数。
目前，对于这些不同等级的光刻材料膜层的厚度一般采用专用设备进行测量与监控，其中最常采用的方法是光学干涉法。在采用光学干涉法测量光刻材料膜层的厚度时，首先利用专用设备对测量区的图形进行图形识别并锁定该测试区，然后采用透射光束照射测试区光刻材料膜层的表面，利用透射光束在工艺材料膜层与光刻材料膜层界面处的反射，对透射光束和反射光束干涉所产生的干涉条纹进行分析，从而得到测试区的光刻材料膜层的具体数据。在该测量过程中，不仅要采用专用分光设备，而且由于测试区干涉图案以及反射表面可能发生变化，例如：光的干涉装置发生变化引起的干涉条纹形状、条数、疏密等的变化及移动，以及可能存在“半波损失”现象，使得采用图形识别方式从测量区区分并确定出测试区很不容易；再则，这种测量方法还要求测试人员针对不同的TFT结构在曝光工艺中分别编写不同的图形识别程序及厚度测量程序，但是再精细的程序，也不可能网罗实际TFT阵列量产过程中可能出现的图形识别误差等干扰因素，从而导致出现光刻材料膜层的厚度误测现象。
可见，现有的TFT阵列制作过程中对光刻材料膜层厚度的测量，尽管采用了成本较高的专用设备，测量过程中也配置了专人编写测量程序，但仍避免不了实际测量过程中的误测现象，并且测量时间也较长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种掩膜版及光刻材料的曝光检测方法，利用该掩膜版对光刻材料进行曝光的检测方法，简单易行，测量结果准确，且可靠度高。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种掩膜版，包括曝光检测区，所述曝光检测区包括不完全透光区，所述不完全透光区具有第一位置和第二位置，在所述第一位置和所述第二位置之间具有参考位置；其中：从第一位置到第二位置，不完全透光区的透光量逐渐减小；所述参考位置处的透光量等于待曝光的光刻材料膜层被完全曝光所需的最少透光量；所述掩膜版还包括对所述参考位置进行标识的位置标识。
优选的是，所述不完全透光区的俯视平面形状为：沿所述第二位置到第一位置的方向逐渐变窄。
优选的是，所述不完全透光区的俯视平面形状为梯形，所述梯形中较长的下底边对应所述不完全透光区的第一位置，较短的上底边对应所述不完全透光区的第二位置；或者，所述不完全透光区的平面形状为三角形，所述三角形的底边对应所述不完全透光区的第一位置，与所述底边相对的顶点对应所述不完全透光区的第二位置。
优选的是，当所述不完全透光区的俯视平面形状为梯形时，所述梯形的腰与上底边之间的夹角的角度小于135°；当所述不完全透光区的俯视平面形状为三角形时，所述三角形的顶角的角度小于90°。
优选的是，所述不完全透光区由不完全透光材料形成，且，所述不完全透光材料的厚度从所述第一位置到所述第二位置递增；和/或，所述不完全透光材料的透光率从所述第一位置到所述第二位置递减。
优选的是，所述不完全透光区包括多个相离设置的子不透光区与子不完全透光区，在所述不完全透光区的俯视平面上，所述多个子不透光区的面积沿第一位置到第二位置的方向上依次增大，和/或，所述多个子不透光区的分布密度沿第一位置到第二位置的方向上依次增大。
优选的是，在所述不完全透光区的俯视平面上，所述多个子不透光区为沿从所述第一位置到所述第二位置的方向上依次排列的多个长方形。
优选的是，在所述曝光检测区的俯视平面上：在所述不完全透光区的外侧设有不透光区和完全透光区，所述不透光区和所述完全透光区的交界线上有与所述参考位置处于同一直线的位置标识。
优选的是，在所述曝光检测区的俯视平面上：在所述不完全透光区的外侧包围有不透光区，所述不透光区中设置有所述位置标识,所述位置标识包括至少一个子位置标识，所述子位置标识为条状完全透光区，所述条状完全透光区沿着与从所述第一位置到所述第二位置的方向平行的方向排列，至少一条所述条状完全透光区与所述参考位置处于同一条直线。
一种光刻材料的曝光检测方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：利用掩膜版对光刻材料膜层进行曝光，形成与所述掩膜版上的曝光检测区对应的曝光检测单元，所述曝光检测单元上形成与所述曝光检测区中的不完全透光区对应的不完全曝光区，以及形成与所述曝光检测区中的位置标识对应的分界线标识，所述不完全曝光区包括材料完全去除区和材料残留区，所述材料完全去除区和材料残留区的交接处形成分界线；其中，所述掩膜版上的曝光检测区中的不完全透光区具有第一位置和第二位置，在所述第一位置和所述第二位置之间具有参考位置；从第一位置到第二位置，不完全透光区的透光量逐渐减小；所述参考位置处的透光量等于待曝光的光刻材料膜层被完全曝光所需的最少透光量；所述曝光检测区中还包括对所述参考位置进行标识的位置标识；
步骤S2：确定所述不完全曝光区内分界线的位置，根据所述分界线的位置与所述分界线标识的位置关系，获得所述光刻材料膜层的实际曝光信息。
优选的是，所述实际曝光信息包括实际曝光度与预期值的关系；所述根据所述分界线的位置与所述分界线标识的位置关系，确定所述光刻材料膜层的实际曝光情况的步骤包括：
如果确定所述分界线与所述分界线标识处于同一直线上，则确定所述光刻材料膜层的实际曝光度等于预期值；
如果确定所述分界线的位置在所述分界线标识的靠近所述第一位置的一侧，则确定所述光刻材料膜层的实际曝光度小于所述预期值；
如果确定所述分界线的位置在所述分界线标识的靠近所述第二位置的一侧，则确定所述光刻材料膜层的实际曝光度大于所述预期值。
优选的是，所述掩膜版上的曝光检测区中，所述位置标识包括至少一个子位置标识，所述每一子位置标识对应一个光刻材料的曝光度，所述子位置标识为条状完全透光区，所述条状完全透光区沿着与从所述第一位置到所述第二位置的方向平行的方向排列；
所述步骤S1还包括：形成与所述位置标识对应的分界线标识，所述分界线标识包括至少一个子分界线标识；
所述步骤S2包括：根据所述分界线的位置与所述子分界线标识的位置关系，通过查找预设的不同位置的子分界线标识与光刻材料膜层的不同曝光度的映射关系表，确定所述光刻材料膜层的实际曝光度。
进一步优选的是，所述步骤S2还包括：根据所述分界线的位置与所述子分界线标识的位置关系，通过查找预设的不同位置的子分界线标识与不同曝光度下形成的光刻材料膜层不同厚度的映射关系表，确定所述光刻材料膜层在实际曝光度下形成的实际膜厚度。
本发明的有益效果是：采用本发明所提供的掩模板对光刻材料的曝光进行检测，避免采用复杂且易产生误差的光学干涉法来测量中间膜的曝光度或厚度；此外，该检测方法不需要增加额外的设备投资，且操作简单方便，测量速度快；通过参考刻度的设置，还进一步简化了测量过程，使得测量结果的定量判断更为准确。
附图说明
图1为本发明实施例1中掩膜版的曝光检测区平面示意图；
图2为采用图1所示掩膜版形成的曝光检测单元的俯视图；
图3为实施例1中半导体器件在曝光工艺中中间膜的形成示意图；
其中，
图3A为光刻材料膜层在曝光工艺中的示意图；
图3B为光刻材料膜层在曝光工艺后的示意图；
图4为图1所述的掩膜版中不完全透光区的宽度与曝光强度的关系示意图；
图5为曝光强度与半曝光区光刻材料厚度的关系示意图；
图6为用图2所示曝光检测单元测量图3所示中间膜厚的结果示意图；
其中，
图6A为表示中间膜厚偏大的示意图；
图6B为表示中间膜厚合格的示意图；
图6C为表示中间膜厚偏小的示意图；
图7为采用图1所示掩膜版形成的曝光检测单元的立体图；
其中，
图7A为表示中间膜厚偏大的示意图；
图7B为表示中间膜厚合格的示意图；
图8为本发明实施例2中掩膜版的曝光检测区平面示意图；
图9为采用图8所示掩膜版形成的曝光检测单元的俯视图；
图10为本发明实施例3中掩膜版的曝光检测区平面示意图；
图11为采用图10所示掩膜版形成的曝光检测单元的俯视图；
图12为本发明实施例4中掩膜版的曝光检测区平面示意图；
图13为采用图12所示掩膜版形成的曝光检测单元的俯视图；
图14为本发明实施例5中掩膜版的曝光检测区平面示意图；
图15为采用图14所示掩膜版形成的曝光检测单元的俯视图；
图16为采用图14所示掩膜版形成的曝光检测单元的立体图；
图17为本发明实施例6中掩膜版的曝光检测区平面示意图；
图18为采用图17所示掩膜版形成的曝光检测单元的俯视图。
图中：1－不完全透光区；11-第一位置；12-第二位置；13-参考位置；2－不透光区；3－完全透光区；4－位置标识；41－子位置标识；5－不完全曝光区；51－分界线；52－底部；53－顶部；54-材料残留区；55－材料完全去除区；6－不曝光区；7－分界线标识；71－子分界线标识；8－光刻材料膜层；9－工艺材料膜层；10－基板；d－长度差值；D-不完全透光区的宽度；L1－材料残留区长度；L2－中间膜厚；21－子不完全透光区；22-子不透光区。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明掩膜版及光刻材料的曝光检测方法作进一步详细描述。
光刻材料（通常也称为光刻胶）是一类具有光敏化学作用(或对电子能量敏感)的高分子聚合物材料，是转移紫外曝光或电子束曝照图案的媒介，光刻材料从外观上呈现为胶状液体，根据其化学反应机理和显影原理可分为负性光刻材料和正性光刻材料。
在采用光刻工艺制作半导体器件的工艺中，光刻材料通常是以薄膜形式均匀覆盖于基材（例如：衬底或基板）或工艺材料膜层（例如：氧化硅层、氧化铝层等）表面，当被紫外光或电子束照射而被曝光时，光刻材料本身的特性会发生改变，经过显影后，被曝光的负性光刻材料或未曝光的正性光刻材料将会留在基材或工艺材料膜层表面，再经过显影，通过工艺材料膜层上方覆盖光刻材料与否，将半导体器件中某一层的图案结构转移过来，然后对无光刻材料覆盖的工艺材料膜层进行后续的刻蚀等工艺，即可在基材或工艺材料膜层上形成预设计的图案，当该层图案完成后采用光刻材料去除剂或剥离工艺将剩余的光刻材料除去；依次进行多次后，即可形成半导体器件的各层图案，从而完成半导体器件的制造。
在采用灰度掩膜版或半色调掩膜版时，上述曝光显影的过程可能需要重复多次，光刻材料根据需要可能形成不同等级的厚度，为描述方便，将以下涉及半导体器件在光刻工艺中，工艺材料膜层上方的光刻材料形成的不同等级厚度的光刻材料膜层简称中间膜，中间膜的厚度简称中间膜厚。
基于上述光刻材料在半导体器件制作工艺中的作用，本发明的技术构思在于，在半导体器件的制造过程中，光刻材料是整体涂覆的，即光刻材料涂覆于形成半导体器件中所需的工艺材料膜层的上方，也同时涂覆于没有工艺材料膜层的上方，这样，通过设计一种掩膜版，在通过曝光工艺部分去除工艺材料膜层上方的光刻材料时，还同时形成一种曝光检测单元，该曝光检测单元包括有与中间膜厚具有映射关系的长度或宽度，即，采用将中间膜厚转换成曝光检测单元中易测量的平行于衬底或基板平面内的长度或宽度（但不限于长度或宽度，可设置于任何方向），可以仅通过目视或显微镜就能很方便地对形成的中间膜厚进行检测，而无需采用复杂的光学干涉测量方式，从而可以代替光学干涉法来测量中间膜厚。
一种掩膜版，包括曝光检测区，所述曝光检测区包括不完全透光区，所述不完全透光区具有第一位置和第二位置，在所述第一位置和所述第二位置之间具有参考位置；其中：从第一位置到第二位置，不完全透光区的透光量逐渐减小；所述参考位置处的透光量等于待曝光的光刻材料膜层被完全曝光所需的最少透光量；所述掩膜版还包括对所述参考位置进行标识的位置标识。
一种光刻材料的曝光检测方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：利用掩膜版对光刻材料膜层进行曝光，形成与所述掩膜版上的曝光检测区对应的曝光检测单元，所述曝光检测单元上形成与所述曝光检测区中的不完全透光区对应的不完全曝光区，以及形成与所述曝光检测区中的位置标识对应的分界线标识，所述不完全曝光区包括材料完全去除区和材料残留区，所述材料完全去除区和材料残留区的交接处形成分界线；
其中，所述掩膜版上的曝光检测区中的不完全透光区具有第一位置和第二位置，在所述第一位置和所述第二位置之间具有参考位置；从第一位置到第二位置，不完全透光区的透光量逐渐减小；所述参考位置处的透光量等于待曝光的光刻材料膜层被完全曝光所需的最少透光量；所述曝光检测区中还包括对所述参考位置进行标识的位置标识；
步骤S2：确定所述不完全曝光区内分界线的位置，根据所述分界线的位置与所述分界线标识的位置关系，获得所述光刻材料膜层的实际曝光信息。
下面分别根据具体实施例对上述掩膜版以及光刻材料的曝光检测方法做阐释。
实施例1：
一种掩膜版，包括曝光检测区，所述曝光检测区包括不完全透光区，所述不完全透光区具有第一位置和第二位置，在所述第一位置和所述第二位置之间具有参考位置；其中：从第一位置到第二位置，不完全透光区的透光量逐渐减小；所述参考位置处的透光量等于待曝光的光刻材料膜层被完全曝光所需的最少透光量；所述掩膜版还包括对所述参考位置进行标识的位置标识。
通过使得从第一位置到第二位置的透光量逐渐减小，使得光通过不完全透光区照射到对应的光刻材料上时，也有相应渐变的曝光度，即，从第一位置对应的被曝光位置，到第二位置对应的被曝光位置，曝光度逐渐减小，因此被曝光的光刻材料膜层所形成的膜厚也相应地递增。
而由于上述的设计（从第一位置到第二位置，不完全透光区的透光量逐渐减小；所述参考位置处的透光量等于待曝光的光刻材料膜层被完全曝光所需的最少透光量）可知，第一位置处的透光量一定大于待曝光的光刻材料膜层被完全曝光所需的最少透光量，第二位置处的透光量一定小于这个最少透光量，而所述参考位置处的透光量等于这个最少透光量；所以，在曝光控制准确的情况下，应当会在光刻材料膜层上与参考位置处对应的位置处形成一条分界线，该分界线靠近第一位置的一侧有材料完全去除区，该区域内的光刻材料因被完全曝光而被完全移除，余留的膜厚为零；该分界线靠近第二位置处的一侧有材料残留区，该区域内的光刻材料没有被完全曝光因此有残留。
通过将这条分界线的位置与所述位置标识在光刻材料上形成的分界线标识相比较，就可以判断出这条分界线的位置是否是预期的位置，或者处于预期位置的哪一侧，由此获知该次曝光过程是否准确以及是曝光不足还是曝光过度，从而达到了简便、快速地对曝光进行检测的目的。
以下将结合附图对掩膜版及其不完全透光区的形状等特征进行具体说明。
如图1所示，所述掩膜版包括不完全透光区1，所述不完全透光区1沿自身长度方向具有渐变的透光量，在所述不完全透光区中，第一位置11的透光量最大，第二位置12的透光量最小，所述第一位置11和所述第二位置12之间设有参考位置13。
本实施例中，所述不完全透光区的透光率相等，不完全透光区的俯视平面形状为：沿所述第一位置到第二位置的方向逐渐变窄，即在所述第一位置到第二位置的方向上，宽度逐渐减小。优选地，如图1所示，所述不完全透光区的俯视平面形状为等腰梯形，所述等腰梯形中较长的下底边对应所述不完全透光区的第一位置11，较短的上底边对应所述不完全透光区的第二位置12，即所述等腰梯形的下底边设置在第一位置11处，等腰梯形的上底边设置在第二位置12处。由于从第一位置11到第二位置12逐渐变窄，使得从第一位置11到第二位置12的透光量逐渐减小，且在这两个位置之间具有参考位置13，参考位置13处的透光量等于待曝光的光刻材料膜层被完全曝光所需的最少透光量。所述曝光检测区在掩膜版上的位置不限，可根据实际情况，在不影响半导体器件形成的情况下可以设置在衬底或基板上并处于所需要形成的半导体器件（例如：TFT）区的旁边，也可单独设置在衬底或基板的边缘部分。所述不完全透光区可设置在所述曝光检测区的任意方向上。
如图1所示，在本实施例中，优选曝光检测区的俯视平面形状为长方形，在所述曝光检测区的俯视平面上：在所述不完全透光区的外侧设有不透光区2和完全透光区3，所述不透光区2和所述完全透光区3的交界线上有与所述参考位置处于同一直线的位置标识。在图1中，该位置标识即为该交界线上与参考位置13相平的线段，该位置标识可以设在不完全透光区的一侧或两侧。
本实施例中，掩膜版可以采用玻璃板（或石英板）等透明材料制成，所述不完全透光区1中可以设置有不完全透光材料，所述不完全透光材料具体可以采用氧化铬；所述不透光区2中可以设置有不透光材料或者厚度足以不透光的不完全透光材料，所述不透光材料具体可以采用金属铬。在形成曝光检测区时，通过在玻璃板上的设定位置涂覆不透光材料以形成不透光区2，在另一设定位置涂覆不完全透光材料以形成平面形状为长方形的不完全透光区1，最后未进行任何涂覆的区即构成为所述完全透光区3。为保证不完全透光区1中具有渐变的透光率，所述不完全透光材料的厚度从所述第一位置到所述第二位置递增；和/或，所述不完全透光材料包括多种透光率不同的材料，从第一位置到第二位置依次分布透光率逐渐小的材料。
在本实施例中，曝光工艺所采用的曝光机的分辨率大于1μm，因此本实施例中可将所述不完全透光区中的第一位置11的宽度设置为10μm左右，将第二位置12的宽度设置为1μm左右，参考位置13的宽度使得该处的透光量等于待曝光的光刻材料膜层被完全曝光所需的最少透光量。其中，优选的是，所述等腰梯形的腰与上底边形成的内角小于135°，本实施例中该角度为120°，以保证得到清晰的可分辨的图案。
采用上述掩膜版对光刻材料膜层进行曝光、显影后，光刻材料膜层上形成了与上述曝光检测区相对应的曝光检测单元。其中，所述光刻材料与用于半导体器件制作过程中转移工艺材料膜层结构图案的光刻材料相同，且所述曝光检测单元与所述半导体器件中工艺材料膜层上方的光刻材料在同一次曝光与显影工艺中制作完成。所述曝光检测单元用于对曝光工艺中的曝光度的准确性进行检测。所述曝光检测单元的位置可以设置在所述待形成的半导体器件的边沿位置，如，在制造TFT阵列基板时，可设置成将所述曝光检测单元设置在基板的边缘区域。
如图2所示，所述曝光检测单元包括不曝光区6、不完全曝光区5与完全曝光区（图中未标识），所述不曝光区6由所述掩膜版上的不透光区2形成，所述不完全曝光区5由所述掩膜版上的不完全透光区1形成，所述完全曝光区由所述掩膜版上的完全透光区3形成。由于在掩膜版中，不完全透光区1中所述参考位置处13的透光量等于待曝光的光刻材料膜层被完全曝光所需的最少透光量，因此，在所形成的曝光检测单元的不完全曝光区5中，对应于所述参考位置13靠近第一位置一侧形成材料完全去除区55，对应于所述参考位置13靠近第二位置一侧形成材料残留区54。
如图2、7所示，所述材料残留区54的形状为坡形，其厚度沿其底部52向其顶部53方向逐渐变小并最终形成材料完全去除区55和材料残留区54的分界线51，分界线51对应所述掩膜版中的参考位置13；所述材料残留区54中底部52的厚度小于等于不曝光区6的厚度。
在所述曝光检测单元中还包括分界线标识7，所述分界线标识7由所述掩模板中曝光检测区中不透光区2与完全透光区3交界处的位置标识4形成，利用分界线标识7使得操作人员能够更便捷地对中间膜厚的曝光度进行测量。下面具体分析从图1所示的掩膜版得到图2所示的曝光检测单元的机理。
当形成不完全透光区1所采用的半透光材料的材质一定、且半透光材料的厚度相等时，所述不完全透光区内材料的透光率一定。在本实施例中，由于不完全透光区1在从第一位置到第二位置的方向上具有渐变的宽度，导致不完全透光区在这一方向上具有渐变的透光量。图4示出了不完全透光区的宽度与曝光度的关系，其中的横轴与不完全透光区的宽度相对应（如图中虚线所示，不完全透光区的宽度对应着横轴上相同宽度的一条线段），纵轴代表透过掩膜版照射到光刻材料表面的透光量。曲线①代表第二位置处的透光量，可见，第二位置的中心处即曲线①的中间位置处透光量大于两端处的透光量，还可见到曲线①在虚线的左右外侧各有一段仍大于零的透光量，这是由于光线本身的特性，光线落到光刻材料膜层上时还有小部分落到邻近的不曝光区上所引起的误差。曲线②代表参考位置处的透光量，曲线③代表第一位置处的透光量，可见，这三条曲线的变化规律是一致的，其中曲线③在不完全透光区的透光量最大。因此，当不完全透光区的宽度逐渐变小时，透光量也逐渐变小，当该掩膜版应用于曝光工艺中时，光刻材料不完全曝光区部分的曝光度与透光量成正比，也即与不完全透光区的宽度成正比，如图5所示，透光量越大，光刻材料的被曝光度越大，曝光后经过显影工艺后得到的光刻材料的厚度也就越薄。
在本实施例中，如果是在曝光度控制准确的情况下，由于位于第一位置11与第二位置12之间的参考位置13的透光量等于待曝光的光刻材料膜层被完全曝光所需的最少透光量，结合图1、图4、图5可知，在相同的曝光工艺中（即具有相同的曝光量与曝光时间），对应图1中透光量最大的第一位置11曝光度最大，相对于参考位置13产生了过曝光效果（与完全透光区在光刻材料上形成的曝光效果相同），使得曝光检测单元中该部分因完全曝光形成无光刻材料的材料完全去除区55；而透光量最小的第二位置12（即图4中①所标识的位置）曝光度最小，相对参考位置13产生了欠曝光效果（类似不透光区在光刻材料上形成的曝光效果），使得曝光检测单元中该部分形成仅仅厚度减小的材料残留区54。在透光量与待曝光的光刻材料膜层被完全曝光所需的最少透光量相同的参考位置13（即图4中②所标识的位置）处，曝光工艺后在被曝光的光刻材料膜层上对应参考位置13处将形成分界线51；如果曝光度控制不准确，如曝光过度或曝光不足，则不会在参考位置13对应的位置处形成分界线。
当然，所述掩膜版上除了设置形成曝光检测单元的曝光检测区，还包括有用于形成器件的区域，如形成半导体器件的半导体区。半导体区涂覆有工艺材料膜层，工艺材料膜层的上方涂覆有光刻材料膜层，在曝光工艺中，对工艺材料膜层的上方的光刻材料膜层形成的中间膜的厚度需要进行检测。在曝光检测单元中，不完全曝光区5中的材料残留区54从底部52向分界线51延伸的方向为厚度减小的坡形，且沿其厚度方向的纵截面形状为三角形形状，如图7A所示；若曝光机曝光度调节不当，例如曝光度过小，则可能出现分界线51出现在分界线标识7与顶部53之间，甚或出现在顶部53的位置，此时材料残留区54沿其厚度方向的纵截面形状为梯形形状，如图7B所示，此时提示曝光不足，所要形成的中间膜厚也偏大，应相应增加曝光机的曝光度以得到合格厚度的中间膜。
应该理解的是，在半导体器件的制作过程中，由于曝光工艺所采用的曝光机具有一定的分辨率和聚焦深度，只有当掩膜版上的平面图案的尺寸大于曝光机的分辨率、且曝光成像面在光刻材料最佳焦面以内，掩膜版上的图案才能转移到衬底或基板上，因此需要确保掩膜版上的平面图案的有用尺寸大于曝光机的分辨率。形成的曝光检测单元在完成中间膜厚的检测后，可采用剥离工艺将之去除，其对于大规模生产阶段中检测和监控曝光工艺参数发挥了极大的作用。
在本实施例中，由于分界线51的位置代表是否达到了预期的中间膜厚，所述分界线标识7起到了标准线（即刻度参考）的作用，则，进一步地，可根据所述分界线51与所述分界线标识7之间的距离确定出光刻材料膜层的形成的中间膜的实际厚度与设定中间膜厚的差值。
一种光刻材料的曝光检测方法，该检测方法利用曝光检测单元中的分界线51与分界线标识7之间的距离（即图6中所示差值d），对材料残留区长度L1或分界线51与所述分界线标识7的相对位置进行比较，即可判断中间膜的曝光度或中间膜厚是否合格。具体的，该检测方法包括如下步骤：
步骤S1：利用掩膜版对光刻材料膜层进行曝光，形成与所述掩膜版上的曝光检测区对应的曝光检测单元，所述曝光检测单元上形成与所述曝光检测区中的不完全透光区对应的不完全曝光区，以及形成与所述曝光检测区中的位置标识对应的分界线标识，所述不完全曝光区包括材料完全去除区和材料残留区，所述材料完全去除区和材料残留区的交接处形成分界线；
其中，所述掩膜版上的曝光检测区中的不完全透光区具有第一位置和第二位置，在所述第一位置和所述第二位置之间具有参考位置；从第一位置到第二位置，不完全透光区的透光量逐渐减小；所述参考位置处的透光量等于待曝光的光刻材料膜层被完全曝光所需的最少透光量；所述曝光检测区中还包括对所述参考位置进行标识的位置标识；
在该步骤中，曝光工艺所采用的掩膜版上同时设置有如图3A所示的制作半导体器件所需的图案（半导体器件区），以及如图1所示的形成曝光检测单元的图案（曝光检测区）。在图3A中，基板10上方涂覆或溅射有工艺材料膜层9，所述工艺材料膜层上还涂覆有一层光刻材料膜层8，由于构图工艺的需要，在曝光过程中需要将所述工艺材料膜层上方的光刻材料膜层8形成不同等级的中间膜厚L2。
在曝光工艺结束并经过显影工艺后，即得到如图3B所示的半导体器件的半成品，此时工艺材料膜层9上方的光刻材料膜层8分别对应着掩膜版上半导体器件区的不透光区或不完全透光区或完全透光区形成的具有不同等级的膜厚，其中对应着不完全透光区的光刻材料膜层的厚度即为中间膜厚；经过同一曝光、显影工艺还同时得到如图2所示的曝光检测单元，由于在掩膜版的曝光检测区中，不完全透光区中沿其长度方向的宽度是渐变的，因此，所形成的曝光检测单元的不完全曝光区的厚度从底部52向分界线51的方向逐渐变小，底部52与分界线51之间为材料残留区52，顶部53与分界线51之间为没有光刻材料的材料完全去除区55。
步骤S2：确定所述不完全曝光区内分界线的位置，根据所述分界线的位置与所述分界线标识的位置关系，获得所述光刻材料膜层的实际曝光信息，根据实际曝光信息来判断所形成的实际中间膜厚是否合格。
从微观上而言，光刻材料是具有淡红色的凝胶状物质，即光刻材料为半透明状态，因此曝光检测单元中的分界线51可以通过目视测量或采用显微镜辨识，通过将分界线51与分界线标识7进行比对即可判断得出工艺材料膜层上方光刻材料的曝光度或中间膜厚是否合格。
如图6所示为在曝光工艺后，利用图2所示曝光检测单元测量图3所示中间膜厚L2的结果示意图：如图6A所示，当所述分界线51的位置在所述分界线标识7靠近第一位置的一侧时，确定所述光刻材料膜层的实际曝光度小于所述预期值，说明此时中间膜厚相比设定厚度偏大，此时可判定中间膜厚不合格；如图6B所示，当所述分界线51接近所述分界线标识7的位置或正好与所述分界线标识7处于同一直线上或距离差值在允许的误差范围内时，确定所述光刻材料膜层的实际曝光度接近或等于预期值，说明此时中间膜厚接近或等于设定厚度，此时可判定中间膜厚合格；如图6C所示，当所述分界线51的位置在所述分界线标识7靠近第二位置的一侧时，确定所述光刻材料膜层的实际曝光度大于所述预期值，说明此时中间膜厚相比设定厚度偏小。
其中，所述分界线51接近所述分界线标识7的位置具体是指两者之间存在有一定的误差范围，该允许的误差范围可根据曝光工艺的精度要求来确定。在本实施例中，所述允许的误差范围为所述设定中间厚度的10%～20%。当通过所述曝光检测单元检测发现中间膜厚不合格时，操作人员可以及时调整曝光机的曝光量，使得工艺材料膜层上方的光刻材料膜层的曝光度接近预期值，以使得中间膜厚接近设定中间膜厚。在实际生产过程中，对中间膜厚进行检测是为了保证所制成的半导体器件中各层图案形成的质量，在保证质量的前提下，往往只要求中间膜厚在允许的误差范围内（误差可以在10%～20%）即可，因此无需精确测量中间膜的具体厚度，以避免精确测量付出的时间与精力。
实施例2：
如图8所示，本实施例中的掩膜版与实施例1的掩膜版相比，其区别在于，在本实施例中所提供掩膜版上的曝光检测区内包括不完全透光区和不透光区，但不具有完全透光区。如图9所示，利用该掩膜版通过曝光工艺形成的曝光检测单元不具有分界线标识。
在利用该曝光检测单元检测光刻材料膜层时，可以在形成有曝光检测单元以及半导体器件的衬底或基板上放置具有度量刻度的标尺来测量所形成的分界线51到该曝光检测单元的与分界线51平行的边缘线之间的距离，如到第一位置53或到该曝光检测区的下底边之间的距离，将该距离与预设阈值范围进行比较，从而同样能便捷的测量得出光刻材料的曝光度或中间膜厚是否合格。
本实施例中所述掩膜版以及所述曝光检测单元的其他结构均与实施例1类似，所述光刻材料的曝光检测方法也与实施例1类似，这里不再赘述。
实施例3：
如图10所示，本实施例中的掩膜版与实施例2的掩膜版相比，其区别在于，在本实施例中所采用的掩膜版中，所述不透光区中的位置标识4包括至少一个子位置标识41，每一所述子位置标识对应一个光刻材料的曝光度，所述子位置标识为条状完全透光区，所述条状完全透光区沿着与从所述第一位置到所述第二位置的方向平行的方向间隔排列。
具体地，本实施例中，所述子位置标识中各个刻度的形成是通过将各个刻度所在位置设置为完全透光区来实现的，所述多个子完全透光区的条状宽度应大于曝光工艺中所采用的曝光机的分辨率，以使得所述曝光机能分辨出其中的完全透光区的图案为宜。相应地，利用该掩膜版通过曝光工艺形成的曝光检测单元中，具有与所述子位置标识41对应的子分界线标识71，所述多个条状子位置标识相当于刻度，如图11所示。
因此，在利用该曝光检测单元进行光刻材料的曝光检测时，在所述步骤S2中，将所述各子分界线标识71作为标尺（类似日常生活中直尺的作用），根据所述分界线51与条状子分界线标识71的相对位置关系，通过查找预设的不同位置的子分界线标识与光刻材料膜层的不同曝光度的映射关系表，确定所述光刻材料膜层的实际曝光度，可便捷地判断光刻材料的曝光度或中间膜厚是否合格。具体地，可以先判断分界线51对应或接近哪条子分界线标识71，通过该条状子分界线标识71所对应的曝光度，从而便捷地测量得出所述光刻材料膜层的实际曝光度，或者进一步确定所述光刻材料膜层在实际曝光度下形成的实际中间膜厚。
本实施例中所述掩膜版以及所述曝光检测单元的其他结构均与实施例2相似，所述光刻材料的曝光检测方法也与实施例2相似，这里不再赘述。
实施例4：
本实施例中的掩膜版与实施例1的掩膜版的区别在于，本实施例中，不完全透光区的平面形状不同。
如图12所示，本实施例中，所述不完全透光区的平面形状为等腰三角形，所述等腰三角形的底边对应所述不完全透光区的第一位置，与所述底边相对的顶点对应所述不完全透光区的第二位置，优选所述等腰三角形的顶角的角度小于90°，以保证第一位置处的宽度大于曝光工艺中所采用的曝光机的分辨率，以使得所述曝光机能分辨出其中的图案。所述不完全透光区内设置有半透光材料，所述半透光材料优选采用氧化铬。
相应地，利用该掩膜版通过曝光工艺形成的曝光检测单元，所述曝光检测单元包括不曝光区6和不完全曝光区5，所述不曝光区6由所述掩膜版上的不透光区2形成，所述不完全曝光区5由所述掩膜版上呈等腰三角形形状的不完全透光区1形成，不完全曝光区5中包括有材料残留区54、材料完全去除区55以及二者之间的分界线51。其中，所述材料残留区54的形状为坡形，其厚度沿底部52向分界线51的方向逐渐变小，如图13所示。
本实施例中所述掩膜版以及所述曝光检测单元的其他结构均与实施例1相似，所述光刻材料的曝光检测方法也与实施例1相似，这里不再赘述。
实施例5：
本实施例中的掩膜版与实施例1的掩膜版的区别在于，本实施例中所述不完全透光区的结构不同。其中，所述不完全透光区包括多个相离设置的子不透光区22与子不完全透光区21，所述不完全透光区21沿所述第二位置到第一位置的方向透光率逐渐增加。在本实施例中，在所述不完全透光区的俯视平面上，所述多个子不完全透光区的面积沿第一位置到第二位置的方向上依次减小。
具体地，所述掩膜版中不完全透光区21的平面形状可以为长方形，所述长方形的两个相对设置的长边分别与所述不完全透光区的第一位置和第二位置平行；或者，所述不完全透光区21的平面形状为正方形，所述正方形中任意相对的两边分别与所述不完全透光区的第一位置和第二位置平行。
如图14所示，本实施例中，所述多个子不完全透光区21和子不透光区22依次相离设置,所述多个子不完全透光区和多个子不透光区的平面形状均为长方形且所述多个长方形的长边的尺寸相等，所述多个长方形的子不透光区22的平面面积相等，所述多个长方形的子不完全透光区21的平面面积沿不完全透光区的第一位置到第二位置的方向逐渐减小。
本实施例中的掩膜版是根据灰度掩膜版（GTM）工艺在实施例1-4的基础上形成的。在图14中，不完全透光区的平面形状为长方形，通过不完全透光区中遮光图案的疏密变化来达到使透光量沿其长度方向发生渐变的目的。由于子不透光区22的平面面积相等，子不完全透光区21的面积越小，则透光率越小，则形成的曝光检测单元中材料残留区54中相应位置处的厚度就越大。
相应地，采用上述掩膜版形成的曝光检测单元中，所述材料残留区54的形状为坡形，其厚度逐渐变小并最终形成分界线51，图15、16为采用图14所示掩膜版形成的曝光检测单元的俯视图、立体图。
本实施例中所述掩膜版以及所述曝光检测单元的其他结构均与实施例1相似，所述光刻材料的曝光检测方法也与实施例1相似，这里不再赘述。
实施例6：
本实施例中的掩膜版与实施例5的掩膜版的区别在于，本实施例中不完全透光区的结构不同。在本实施例中，在所述不完全透光区的俯视平面上，所述多个子不透光区的面积沿第一位置到第二位置的方向上依次增大。
如图17所示，本实施例中，所述多个子不完全透光区21和子不透光区22依次相离设置,所述多个子不完全透光区和多个子不透光区的平面形状均为长方形且所述多个长方形的长边的尺寸相等，所述多个长方形的子不完全透光区21的平面面积相等，所述多个长方形的子不透光区22中的平面面积沿第一位置到第二位置的方向逐渐增大。
图18为采用图17所示掩膜版形成的曝光检测单元的俯视图。
本实施例中所述掩膜版以及所述曝光检测单元的其他结构均与实施例5相似，所述光刻材料的曝光检测方法也与实施例5相似，这里不再赘述。
应说明的是，所述不完全透光区的形状和结构并不限于上述的各种形式，还可以是能够实现使透光量从第一位置到第二位置依次减小的其他任何形式，都在本申请所涵盖的范围之内。
从上述实施例可知，本发明的实施方式中，通过使掩膜版的关键尺寸（Critical Dimention，简称CD）渐变或透光率渐变得到一种具有渐变的透光量的掩膜版，从而形成一种材料残留区的厚度渐变的曝光检测单元，通过采用目视方式（肉眼）或显微镜方式即可识别出分界线，从而测量得到采用半曝光方式制作半导体器件的过程中，工艺材料膜层上方形成的光刻材料的厚度（中间膜厚）是否达到要求以及量化的测量，克服了目前制作半导体（例如TFT）器件的工艺中中间膜厚测量困难且存在误测现象的不足，避免采用复杂且易产生误差的光学干涉法来测量中间膜的曝光度或厚度；此外，该检测方法不需要增加额外的设备投资，且操作简单方便，测量速度快；通过参考刻度的设置，还进一步简化了测量过程，使得测量结果的定量判断更为准确。
本发明尤其适用于平板显示技术领域TFT阵列的制造工艺中，利用该曝光检测单元可有效地解决4mask（4次掩膜）工艺中半曝光区中间膜厚的监控问题。
可以理解的是，本发明中通过具有曝光量渐变的不完全透光区的掩膜版来形成所述曝光检测单元的形式并不限于实施例1-6所示的方式，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种掩膜版，包括曝光检测区，其特征在于，所述曝光检测区包括不完全透光区，所述不完全透光区具有第一位置和第二位置，在所述第一位置和所述第二位置之间具有参考位置；其中：
从第一位置到第二位置，不完全透光区的透光量逐渐减小；
所述参考位置处的透光量等于待曝光的光刻材料膜层被完全曝光所需的最少透光量；
所述掩膜版还包括对所述参考位置进行标识的位置标识。
2.根据权利要求1所述的掩膜版，其特征在于，所述不完全透光区的俯视平面形状为：沿所述第二位置到第一位置的方向逐渐变窄。
3.根据权利要求2所述的掩膜版，其特征在于，
所述不完全透光区的俯视平面形状为梯形，所述梯形中较长的下底边对应所述不完全透光区的第一位置，较短的上底边对应所述不完全透光区的第二位置；或者，
所述不完全透光区的平面形状为三角形，所述三角形的底边对应所述不完全透光区的第一位置，与所述底边相对的顶点对应所述不完全透光区的第二位置。
4.根据权利要求3所述的掩膜版，其特征在于，当所述不完全透光区的俯视平面形状为梯形时，所述梯形的腰与上底边之间的夹角的角度小于135°；当所述不完全透光区的俯视平面形状为三角形时，所述三角形的顶角的角度小于90°。
5.根据权利要求1所述的掩膜版，其特征在于，所述不完全透光区由不完全透光材料形成，且，
所述不完全透光材料的厚度从所述第一位置到所述第二位置递增；和/或，所述不完全透光材料的透光率从所述第一位置到所述第二位置递减。
6.根据权利要求1所述的掩膜版，其特征在于，所述不完全透光区包括多个相离设置的子不透光区与子不完全透光区，在所述不完全透光区的俯视平面上，所述多个子不透光区的面积沿第一位置到第二位置的方向上依次增大，和/或，所述多个子不透光区的分布密度沿第一位置到第二位置的方向上依次增大。
7.根据权利要求6所述的掩膜版，其特征在于，在所述不完全透光区的俯视平面上，所述多个子不透光区为沿从所述第一位置到所述第二位置的方向上依次排列的多个长方形。
8.根据权利要求1所述的掩膜版，其特征在于，在所述曝光检测区的俯视平面上：在所述不完全透光区的外侧设有不透光区和完全透光区，所述不透光区和所述完全透光区的交界线上有与所述参考位置处于同一直线的所述位置标识。
9.根据权利要求1所述的掩膜版，其特征在于，在所述曝光检测区的俯视平面上：在所述不完全透光区的外侧包围有不透光区，所述不透光区中设置有所述位置标识,所述位置标识包括至少一个子位置标识，所述子位置标识为条状完全透光区，所述条状完全透光区沿着与从所述第一位置到所述第二位置的方向平行的方向排列，至少一条所述条状完全透光区与所述参考位置处于同一条直线。
10.一种光刻材料的曝光检测方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：利用掩膜版对光刻材料膜层进行曝光，形成与所述掩膜版上的曝光检测区对应的曝光检测单元，所述曝光检测单元上形成与所述曝光检测区中的不完全透光区对应的不完全曝光区，所述不完全曝光区包括材料完全去除区和材料残留区，所述材料完全去除区和材料残留区的交接处形成分界线；
其中，所述掩膜版上的曝光检测区中的不完全透光区具有第一位置和第二位置，在所述第一位置和所述第二位置之间具有参考位置；从第一位置到第二位置，不完全透光区的透光量逐渐减小；所述参考位置处的透光量等于待曝光的光刻材料膜层被完全曝光所需的最少透光量；
步骤S2：确定所述不完全曝光区内分界线的位置，根据所述分界线的位置获得所述光刻材料膜层的实际曝光信息。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述曝光检测区中还包括对所述参考位置进行标识的位置标识；
所述步骤S1还包括：形成与所述曝光检测区中的位置标识对应的分界线标识。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，
所述实际曝光信息包括实际曝光度与预期值的关系；
所述根据所述分界线的位置获得所述光刻材料膜层的实际曝光信息的步骤包括：
测量所述分界线与所述曝光检测单元的与所述分界线平行的边缘线之间的距离，根据所述距离与预设阈值之间的关系确定所述光刻材料膜层的实际曝光度与预期值的关系。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，
所述实际曝光信息包括实际曝光度与预期值的关系；
所述根据所述分界线的位置与所述分界线标识的位置关系，确定所述光刻材料膜层的实际曝光情况的步骤包括：
如果确定所述分界线与所述分界线标识处于同一直线上，则确定所述光刻材料膜层的实际曝光度等于预期值；
如果确定所述分界线的位置在所述分界线标识的靠近所述第一位置的一侧，则确定所述光刻材料膜层的实际曝光度小于所述预期值；
如果确定所述分界线的位置在所述分界线标识的靠近所述第二位置的一侧，则确定所述光刻材料膜层的实际曝光度大于所述预期值。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，
所述掩膜版上的曝光检测区中，所述位置标识包括至少一个子位置标识，所述每一子位置标识对应一个光刻材料的曝光度，所述子位置标识为条状完全透光区，所述条状完全透光区沿着与从所述第一位置到所述第二位置的方向平行的方向排列；
所述步骤S1还包括：形成与所述位置标识对应的分界线标识，所述分界线标识包括至少一个子分界线标识；
所述步骤S2包括：根据所述分界线的位置与所述子分界线标识的位置关系，通过查找预设的不同位置的子分界线标识与光刻材料膜层的不同曝光度的映射关系表，确定所述光刻材料膜层的实际曝光度。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：
根据所述分界线的位置与所述子分界线标识的位置关系，通过查找预设的不同位置的子分界线标识与不同曝光度下形成的光刻材料膜层不同厚度的映射关系表，确定所述光刻材料膜层在实际曝光度下形成的实际膜厚度。
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