CN105093813A - 光掩模板和曝光系统 - Google Patents

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    • G03F7/2016—Contact mask being integral part of the photosensitive element and subject to destructive removal during post-exposure processing

Abstract

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种光掩模板和曝光系统。该光掩模板设置有用于形成成图图案的构图图形，所述构图图形包括用于形成直线图案的条状主体，其中，所述构图图形还包括在所述条状主体的两侧设置的辅助构图图形单元，所述辅助构图图形单元能对曝光过程中的光线方向和光强强度进行调整和补偿。该光掩模板使得采用其曝光形成的成图图案的精细度提高，从而提高形成的直线图案的精度。

Description

光掩模板和曝光系统
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种光掩模板和曝光系统。
背景技术
曝光工艺是半导体器件生产过程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模板上的图形转写到光刻胶(也叫光阻材料，英文名称为Photoresist，简称PR)上。例如，在形成显示装置的阵列基板(其中含有半导体器件薄膜晶体管TFT，全称ThinFilmTransistor)的制作中，首先在衬底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胶，通过对光刻胶进行曝光、显影等工艺，把半导体掩模板上的微细图形转移至光刻胶上，并进一步在光刻胶的保护下对不同的工艺材料膜层进行刻蚀加工，最终形成相应的阵列基板中的某层结构图案。
其中，曝光工艺中一种重要的媒介为光掩模板(photomask)，如图1所示为光掩模板中用于形成直线图案的构图图形，其为条状图形。曝光工艺通过曝光机将光掩模板上的构图图形解析并复制在构图层上。根据瑞利公式：
R＝K1*λ/NA
DOF＝K2*λ/(NA)2
其中：R为解像力；K1为工艺因子，可以为一固定值，范围为0.6-0.8；λ为曝光光线波长；NA为收集衍射光的能力，以数值孔径(numericalaperture，简称NA)表示，为曝光机的特征光学参数之一；
DOF即DeepOfFocus，称为焦点深度，简称焦深。焦点是出现最佳图像的点，焦深是焦点上下的一个范围，在焦深范围内图像连续地保持清晰；K2为工艺因子。
可见解像力随着NA值的增大而减小(高解像力)，而焦点深度则随着NA的增大而迅速减小；与照相类似，根据瑞利公式，要获得更高解像力，则需以牺牲焦点深度为代价，然而焦点深度越小，工艺的窗口(margin)越小，对工艺要求越高，因此对设备而言即需要更好的焦点深度控制手段。
在现有的曝光工艺中，由于曝光机的解像力限制，当微型图案线宽达到或超过曝光机设备解像力时，经过曝光机曝光后成像失真度增加，导致线宽均一度及形貌恶化，进而导致曝光工艺不良，降低半导体器件的品质。
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，提供一种光掩模板和曝光系统，该光掩模板使得采用其曝光形成的成图图案的精细度提高，从而提高形成的直线图案的精度。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是该光掩模板，设置有用于形成成图图案的构图图形，所述构图图形包括用于形成直线图案的条状主体，其中，所述构图图形还包括在所述条状主体的两侧设置的辅助构图图形单元，所述辅助构图图形单元能对曝光过程中的光线方向和光强强度进行调整和补偿。
可选的是，所述辅助构图图形单元包括齿状翼部和/或柱状部，所述齿状翼部与所述条状主体相接设置，所述柱状部与所述条状主体相离设置。
可选的是，所述齿状翼部包括在所述条状主体的两侧、且沿所述条状主体的延伸方向分别对称设置的第一翼部和第二翼部，所述第一翼部和所述第二翼部关于所述条状主体的中心轴线对称。
可选的是，所述第一翼部和所述第二翼部均分别包括多个形状相同且循环设置的凸起，每一所述凸起的至高点122与所述条状主体的侧边相对，属于所述第一翼部或所述第二翼部的所述凸起的底边相连且分别与所述条状主体的位于同侧的侧边重合
可选的是，所述凸起的形状包括三角形、圆顶倒角三角形、半圆形、椭圆形或扇形，所述三角形或所述圆顶倒角三角形的顶角角度范围为30°-120°。
可选的是，所述柱状部设置于所述齿状翼部外侧、且与所述齿状翼部相离，所述柱状部包括对称设置的第一柱状和第二柱状，所述第一柱状和所述第二柱状关于所述条状主体的中心轴线对称。
可选的是，所述条状主体的宽度与所述齿形翼部的宽度的比值范围为：(1-3):1。
可选的是，所述齿形翼部的宽度、所述齿形翼部与所述第一柱状之间的间隙宽度、所述第一柱状的宽度的比值范围为(1-3):1:1。
可选的是，所述柱状部设置于所述条状主体外侧、且与所述条状主体相离，所述柱状部包括对称设置的第一柱状和第二柱状，所述第一柱状和所述第二柱状关于所述条状主体的中心轴线对称。
可选的是，所述构图图形与所述齿状翼部和/或所述柱状部均为透光图形或半透光图形，或者，所述构图图形与所述齿状翼部和/或所述柱状部均为不透光图形。
可选的是，相邻的所述条状主体之间共用位于二者之间的所述柱状部。
可选的是，所述光掩模板中构图图形包括用于形成栅线的栅线条状主体和用于形成数据线的数据线条状主体，在所述栅线条状主体的两侧沿所述栅线条状主体的延伸方向还分别设置有辅助构图图形单元，和/或，在所述数据线条状主体的两侧沿所述数据线条状主体的延伸方向还分别设置有辅助构图图形单元。
可选的是，所述光掩模板还包括透明衬底和保护层，所述构图图形和所述辅助构图图形单元同层形成在所述透明衬底与所述保护层之间。
一种曝光系统，包括上述的光掩模板。
本发明的有益效果是：该光掩模板通过在用于形成直线图案的条状主体两侧设置柱状部，提高曝光机对达到或超过曝光机极限解像力的微型图案解析度，在利用现有设备不进行设备改造条件下，通过光掩模板设计辅助改善成像性能，充分发挥了曝光机高解析度(HighPPI)特性，使得形成的图案的精细度提高，改善像素开口率及光透过率，从而使得制造高解析度的显示装置产品成为可能。
附图说明
图1为现有技术光掩模板中直线图案的构图图形示意图；
图2为本发明实施例1中光掩模板的构图图形示意图；
图3为图2中构图图形的尺寸标识示意图；
图4为图2中构图图形的局部放大图；
图5为图2中光掩模板的结构示意图；
图6为图5中光掩模板沿EE剖切线的剖面图；
图7为本发明实施例2中光掩模板的构图图形示意图；
图8为本发明实施例3中光掩模板的构图图形示意图；
图中：
11－条状主体；12－齿状翼部；121－凸起；122－至高点；13－柱状部；
21－衬底；22－图形层；23－保护层；24－贴膜框。
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光掩模板和曝光系统作进一步详细描述。
曝光机的解像力也称分辨力，是再现被摄原件细微部分的能力，指曝光机曝光时能分辨(或解像)的最小线宽(或间距)。曝光机的解像力一般在设备组装时已固定，所以在利用曝光机进行生产的过程中，曝光机的解像力是不变的。本发明的技术构思在于：通过曝光工艺形成的成图图案的精细度与曝光机的设备参数和曝光工艺的工艺参数有关，由于曝光机的设备参数是固定的，在工艺过程中无法改变；因此本发明另辟路径，通过对曝光工艺的工艺参数对成图图案的精度进行改进，具体是对光掩模板中的构图图形进行改进来协调图案的精细度与焦点深度的统一，即以在维持相同焦点深度条件下(不改造设备)进一步改善设备成像性能，获得更佳的解像力，从而达到两者兼顾的目的。
实施例1：
本实施例提供一种光掩模板，该光掩模板使得采用其曝光形成的成图图案的精细度提高，从而提高形成的直线图案的精度。
如图2所示，该光掩模板设置有用于形成成图图案的构图图形，构图图形包括用于形成直线图案的条状主体11，其中，构图图形还包括在条状主体11的两侧设置的辅助构图图形单元，辅助构图图形单元能对曝光过程中的光线方向和光强强度进行调整和补偿。其中，条状主体11用于形成实际的直线图案，其长短和粗细根据其采用的曝光机与实际的直线图案相当。
具体的，辅助构图图形单元包括齿状翼部12和柱状部13，齿状翼部12与条状主体11相接设置，柱状部13与条状主体11相离设置。在图2中，在条状主体11的两侧分别各设置一齿状翼部12以及一柱状部13。
其中，齿状翼部12包括在条状主体11的两侧、且沿条状主体11的延伸方向分别对称设置的第一翼部和第二翼部，第一翼部和第二翼部关于条状主体11的中心轴线对称。具体的，第一翼部和第二翼部均分别包括多个形状相同且循环设置的凸起121，每一凸起121的至高点122与条状主体11的侧边相对，属于第一翼部或第二翼部的凸起121的底边相连且分别与条状主体11的位于同侧的侧边重合。这里的循环设置可以为多个凸起121连续循环设置，也可以为多个凸起121间隔循环设置，可根据具体实际情况进行灵活配置，这里不做限定。
可选的是，条状主体11的宽度与齿形翼部的宽度的比值范围，也即条状主体11的宽度与凸起121的至高点122到底边的高度的比值范围为：(1-3):1。可选的是，条状主体11的宽度与凸起121的至高点122到底边的高度的比值为2:1。
可选的是，凸起121的形状包括三角形、圆顶倒角三角形、半圆形、椭圆形或扇形，三角形或圆顶倒角三角形的顶角角度范围为30°-120°。可选的是，三角形的顶角角度为80°。这里应该理解的是，本实施例中的光掩模板中凸起121的形状可根据将形成直线图案的精度来进行设置，可选但不限于上述形状，图2中的三角形形式凸起仅为一种示例而非限定。
另外，柱状部13设置于齿状翼部12外侧、且与齿状翼部12相离，柱状部13包括对称设置的第一柱状和第二柱状，第一柱状和第二柱状关于条状主体11的中心轴线对称。如图4所示为本实施例光掩模板的构图图形的局部放大图，每一条状主体11用于形成一条独立的直线图案，通过辅以在条状主体11两侧分别设置的齿状翼部12和柱状部13，从而获得精度更高的多条直线图案。图4中的多条直线图案，可以为多条平行排列的栅线或多条平行排列的数据线。
进一步的，当成图图案比较密集时，为了减少光掩模板中密集的构图图形和辅助构图图形单元之间的图案密集度，保证曝光工艺中的精确度，可选相邻的条状主体11之间共用位于二者之间的柱状部13。也即，相邻的两条状主体11，可共用位于二者之间的第一柱状或第二柱状，以在获得较佳的成图图案的基础上简化构图图形的密集度。
可选的是，齿形翼部的宽度、齿形翼部与第一柱状之间的间隙宽度、第一柱状的宽度的比值范围为(1-3):1:1。参考图3，齿形翼部的宽度B、齿形翼部与第一柱状之间的间隙宽度C、第一柱状的宽度D的比值为2:1:1。容易理解的是，由于第一柱状和第二柱状的对称性，可类比推知齿形翼部的宽度B、齿形翼部与第二柱状之间的间隙宽度、第二柱状的宽度的比值也为2:1:1。
图3中，间隙宽度可根据图形解像力和焦点深度需求进行综合调整。通常情况下，间隙宽度越大，成图图案解像力越好，焦点深度越好。综合上述，可选条状主体11的宽度A：齿形翼部的宽度B：齿形翼部与第一柱状之间的间隙宽度C、第一柱状的宽度D的比值为：4:2:1:1，表1示出了部分可选的宽度。
表1
A/μm B/μm C/μm D/μm 角度/°
3 1.5 0.75 0.75 80
2.5 1.25 0.625 0.625 80
2.0 1 0.5 0.5 80
1.5 0.75 0.375 0.375 80
在曝光工艺中，通常将光刻胶作为涂层，进一步采用曝光工艺、显影工艺、刻蚀工艺形成光刻胶涂层下方的特定的成图图形。光刻胶包括负性光刻胶和正性光刻胶。本实施例中光掩模板中构图图形的透光性质，根据曝光工艺中采用的光刻胶的化学反应机理和显影原理，构图图形与齿状翼部12和柱状部13均为透光图形或半透光图形，或者，构图图形与齿状翼部12和柱状部13均为不透光图形。对于负性光刻胶，由于其经光照后形成不可溶物质，不可被显影去除，因此构图图形与齿状翼部12和柱状部13均为透光图形，以保留和构图图形与齿状翼部12和柱状部13对应区域的负性光刻胶，进一步保留负性光刻胶下方的实际成图；对于正性光刻胶，由于其经光照后变成可溶物质，可被显影去除，因此构图图形与齿状翼部12和柱状部13均为不透光图形，以保留和构图图形与齿状翼部12和柱状部13对应区域的正性光刻胶，进一步保留正性光刻胶下方的实际成图图案。
本实施例中光掩模板的一种实际应用示例为形成条状的栅线图形和条状的数据线图形，光掩模板中构图图形包括用于形成栅线的栅线条状主体11和用于形成数据线的数据线条状主体11，在栅线条状主体11的两侧沿栅线条状主体11的延伸方向还分别设置有辅助构图图形单元，和/或，在数据线条状主体11的两侧沿数据线条状主体11的延伸方向还分别设置有辅助构图图形单元。根据实际栅线和数据线的形成工艺步骤，可在一块光掩模板上同时设置用于形成条状栅线图形的栅线辅助构图图形单元和用于形成条状数据线图形的数据线辅助构图图形单元，也可以在光掩模板上设置形成条状栅线图形的栅线辅助构图图形单元，在另一块光掩模板上设置用于形成条状数据线图形的数据线辅助构图图形单元，这里不做限定。
这里应该理解的是，在足够小的长度内，曲线在某种程度上可视为直线。因此，本实施例光掩模板采用辅助构图图形单元来提高微型图案解析度的方法适用于任何线形，上述对直线图案如何实现精度补偿的具体说明仅为示例，并非限定。
光掩模板还包括透明衬底21和保护层23，构图图形和辅助构图图形单元同层设置形成图形层22，位于在透明衬底21与保护层23之间。如图5和图6所示，该光掩模板依次为透明衬底21、图形层22和保护层23，保护层23通过贴膜框24与透明衬底21形成整体。其中，图形层22为如栅线和数据线图形，根据与光掩模板配合使用的光刻胶的性质，图形层22可以采用不透光材料形成不透光的结构(这里的不透光材料通常为铬)，图形层22以外的区域为空隙或者采用透光材料形成透光的结构；当然，图形层22也可以为空隙或者采用透光材料形成透光的结构，图形层22以外的区域可以设置不透光材料形成不透光的结构。
本实施例的光掩模板中，通过在用于形成直线图案的条状主体两侧设置辅助的齿状翼部和柱状部，利用曝光机对线宽小于曝光机解像力的构图图形将不会被成像的解像力的限制，通过牺牲条状主体旁边的辅助构图图形来保证条状主体构图的解析力；并进一步利用光衍射，可以提高曝光机对微型图案曝光度的宽幅5％～10％；同时，在显示基板中，线宽越小，像素区中相应的像素电路(例如不透光的薄膜晶体管部分)所占面积越小，有效显示区域越大，透光部分会有所提高，因此通过采用该掩模板还能极大改善像素开口率及光透过率，充分发挥了曝光机高解析度(HighPPI)特性，使得形成的图案的精细度提高，从而使得制造高解析度的显示装置产品成为可能。
实施例2：
本实施例提供一种光掩模板，该光掩模板使得形成的成图图案的精细度提高，从而提高采用其曝光成图形成的直线图案的精度。与实施例1不同的是，本实施例的光掩模板中，在条状主体11的两侧仅设置有齿状翼部12。
如图7所示，辅助构图图形单元包括齿状翼部12，齿状翼部12与条状主体11相接设置。
本实施例中光掩模板中齿状翼部的形状和结构参数可参考实施例1中光掩模板中齿状翼部的形状和结构参数，这里不再详述。
本实施例的光掩模板中，通过在用于形成直线图案的条状主体两侧设置齿状翼部，提高曝光机对达到或超过曝光机极限解像力的微型图案解析度，在利用现有设备不进行设备改造条件下，通过光掩模板设计辅助改善成像性能，充分发挥了曝光机高解析度(HighPPI)特性，进一步改善像素开口率及光透过率，使得形成的图案的精细度提高，从而使得制造高解析度的显示装置产品成为可能。
实施例3：
本实施例提供一种光掩模板，该光掩模板使得形成的成图图案的精细度提高，从而提高采用其曝光成图形成的直线图案的精度。与实施例1不同的是，本实施例的光掩模板中，在条状主体11的两侧仅设置有柱状部13。
如图8所示，柱状部13设置于条状主体11外侧、且与条状主体11相离，柱状部13包括对称设置的第一柱状和第二柱状，第一柱状和第二柱状关于条状主体11的中心轴线对称。
本实施例中光掩模板中柱状部的形状和结构参数可参考实施例1中光掩模板中柱状部的形状和结构参数，这里不再详述。
本实施例的光掩模板中，通过在用于形成直线图案的条状主体两侧设置柱状部，提高曝光机对达到或超过曝光机极限解像力的微型图案解析度，在利用现有设备不进行设备改造条件下，通过光掩模板设计辅助改善成像性能，充分发挥了曝光机高解析度(HighPPI)特性，使得形成的图案的精细度提高，进一步改善像素开口率及光透过率，从而使得制造高解析度的显示装置产品成为可能。
实施例1-实施例3中的光掩模板适用于所有采用构图工艺形成半导体的制造过程中，特别适用于制备LCD(LiquidCrystalDisplay：液晶显示装置)、OLED(OrganicLight-EmittingDiode:有机发光二极管)显示装置的过程中，采用曝光工艺形成微型图案的场合。
实施例4：
本实施例提供一种曝光系统，该曝光系统包括实施例1-实施例3中任意的光掩模板。
采用该曝光系统使得成图图案的精细度提高，从而提高形成的半导体器件的品质。
可以理解的是，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 (14)

1.一种光掩模板，设置有用于形成成图图案的构图图形，所述构图图形包括用于形成直线图案的条状主体，其特征在于，所述构图图形还包括在所述条状主体的两侧设置的辅助构图图形单元，所述辅助构图图形单元能对曝光过程中的光线方向和光强强度进行调整和补偿。
2.根据权利要求1所述的光掩模板，其特征在于，所述辅助构图图形单元包括齿状翼部和/或柱状部，所述齿状翼部与所述条状主体相接设置，所述柱状部与所述条状主体相离设置。
3.根据权利要求2所述的光掩模板，其特征在于，所述齿状翼部包括在所述条状主体的两侧、且沿所述条状主体的延伸方向分别对称设置的第一翼部和第二翼部，所述第一翼部和所述第二翼部关于所述条状主体的中心轴线对称。
4.根据权利要3所述的光掩模板，其特征在于，所述第一翼部和所述第二翼部均分别包括多个形状相同且循环设置的凸起，每一所述凸起的至高点与所述条状主体的侧边相对，属于所述第一翼部或所述第二翼部的所述凸起的底边相连且分别与所述条状主体的位于同侧的侧边重合。
5.根据权利要求4所述的光掩模板，其特征在于，所述凸起的形状包括三角形、圆顶倒角三角形、半圆形、椭圆形或扇形，所述三角形或所述圆顶倒角三角形的顶角角度范围为30°-120°。
6.根据权利要求3所述的光掩模板，其特征在于，所述柱状部设置于所述齿状翼部外侧、且与所述齿状翼部相离，所述柱状部包括对称设置的第一柱状和第二柱状，所述第一柱状和所述第二柱状关于所述条状主体的中心轴线对称。
7.根据权利要求3所述的光掩模板，其特征在于，所述条状主体的宽度与所述齿形翼部的宽度的比值范围为：(1-3):1。
8.根据权利要求3所述的光掩模板，其特征在于，所述齿形翼部的宽度、所述齿形翼部与所述第一柱状之间的间隙宽度、所述第一柱状的宽度的比值范围为(1-3):1:1。
9.根据权利要求2所述的光掩模板，其特征在于，所述柱状部设置于所述条状主体外侧、且与所述条状主体相离，所述柱状部包括对称设置的第一柱状和第二柱状，所述第一柱状和所述第二柱状关于所述条状主体的中心轴线对称。
10.根据权利要求2所述的光掩模板，其特征在于，所述构图图形与所述齿状翼部和/或所述柱状部均为透光图形或半透光图形，或者，所述构图图形与所述齿状翼部和/或所述柱状部均为不透光图形。
11.根据权利要求2所述的光掩模板，其特征在于，相邻的所述条状主体之间共用位于二者之间的所述柱状部。
12.根据权利要求1所述的光掩模板，其特征在于，所述光掩模板中构图图形包括用于形成栅线的栅线条状主体和用于形成数据线的数据线条状主体，在所述栅线条状主体的两侧沿所述栅线条状主体的延伸方向还分别设置有辅助构图图形单元，和/或，在所述数据线条状主体的两侧沿所述数据线条状主体的延伸方向还分别设置有辅助构图图形单元。
13.根据权利要求1-12任一项所述的光掩模板，其特征在于，所述光掩模板还包括透明衬底和保护层，所述构图图形和所述辅助构图图形单元同层形成在所述透明衬底与所述保护层之间。
14.一种曝光系统，其特征在于，包括权利要求1-13任一项所述的光掩模板。
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