CN107589630B - 半色调掩模和半色调掩模坯 - Google Patents

Abstract

在现有的多灰阶的半色调掩模中，利用缺陷检查装置检测半透膜上形成的针孔缺陷，并进行修正，因此难以对于例如检测极限以下的细微的针孔缺陷进行修复。本发明提供一种半色调掩模，通过将半色调掩模的半透膜相对于透明基板的相位差设为60度～90度、相对于透明基板的透射率设为20％～50％，能够防止作为被转印体的光致抗蚀剂因特定大小以下的半透膜的针孔而感光，能够降低产品中产生图案缺陷的风险。

Description

半色调掩模和半色调掩模坯

技术领域

本发明涉及平板显示器等所使用的多灰阶的半色调掩模和半色调掩模坯。

背景技术

在平板显示器等技术领域中，半透膜不使用移相器，而是使用具有利用其透射率来限制曝光量的功能的被称作半色调掩模(或灰色调掩模)的多灰阶的光掩模。通过使用半色调掩模，能够通过单次曝光形成膜厚不同的光致抗蚀剂图案，能够削减平板显示器的制造工序中的光刻的工序数量，降低制造成本。

关于这样的半透膜，以提高细微图案的分辨率为目的而将半透膜作为基于遮光膜实现的图案的辅助图案，实质上具有与二元掩模所使用的“移相器”完全不同的功能。

这种用途的半色调掩模利用具有透明基板和遮光膜之间的透射率的半透膜，能够通过透明基板、半透膜、遮光膜而实现3灰阶。此外，还能够使用多种透射率的半透膜而实现4灰阶以上的半色调掩模。

一般在光掩模的制造过程中，当由于例如成膜时的异物、形成光掩模图案时的显影液雾沫等而产生针孔等偶发的缺陷时，该缺陷在使用光掩模的光刻工序中被作为被转印体的光致抗蚀剂感光。因此，光掩模在完成后进行缺陷检查，在必要的情况下进行光掩模的修复。

在半色调掩模的情况下，在缺陷检查工序中检测到半透膜的针孔缺陷时，通过使用FIB装置(聚焦离子束装置)在针孔部分处形成碳膜来修复该缺陷，这是公知的技术。

在专利文献1中公开了通过缺陷检查装置识别针孔缺陷的坐标、并使用FIB装置在针孔部分处形成碳的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-256759号

发明内容

在伴随平板显示器的高画质化，图案向细微化发展时，针对细微针孔所引起的曝光不良的对策变得越来越重要。

但是，一般来讲，半色调掩模的缺陷检测比二元掩模困难。即，缺陷检查是以光学方式检测缺陷，虽然针对遮光膜能够通过光的对比度来进行缺陷的检测，但是，针对半透膜，由于存在光的透射，因此对于像针孔那样半透膜的一部分缺失而成的“白色缺陷”的检测是困难的。

因此，当残留了缺陷检查装置未检测到的微小的针孔(白色缺陷)时，通过半色调掩模使光致抗蚀剂感光，结果，在针孔部使光致抗蚀剂感光，存在光致抗蚀剂膜厚局部地比预期的膜厚薄的危险性。

文献1公开了通过FIB装置在针孔部分处形成与半透膜的透射率对应的碳膜的修复技术，但是存在修复工序复杂、当缺陷大小较小时修复困难的技术问题。

此外，通过FIB装置形成碳膜的修复技术对于由缺陷检查装置检测到的缺陷进行修复，因此无法修复缺陷检查装置的灵敏度极限以下的缺陷，特别是针对半透膜的白色缺陷，存在对于细微缺陷的检测本身就困难的技术问题。因此，需要再次检查通过半色调掩模曝光的光致抗蚀剂有无缺陷。

鉴于上述技术问题，本发明提供如下的半色调掩模和用于制造该半色调掩模的半色调掩模坯，该半色调掩模能够防止由于特定大小以下、例如检测困难的细微的半透膜的针孔(白色缺陷)引起的光致抗蚀剂膜的曝光不良。

本发明提供一种半色调掩模，其特征在于，该半色调掩模在透明基板上具有遮光膜的图案和半透膜的图案，上述半透膜相对于上述透明基板的透射率为20％～50％，上述半透膜相对于上述透明基板的相位差为60度～90度。

此外，本发明的半色调掩模的特征在于，上述半透膜相对于上述透明基板的透射率为30％，上述半透膜相对于上述透明基板的相位差为80度～90度。

通过使半色调掩模中的半透膜具有特定的相位差，由于透明区域与半透膜区域的特定宽度的边界处的干涉效果，能够使半色调掩模的半透膜上的特定大小以下的针孔不在光致抗蚀剂上解像，或者使光致抗蚀剂产生的膜厚变动处于曝光余量的容许范围内的程度。

本发明的半色调掩模的特征在于，上述遮光膜是铬膜，上述半透膜是铬的氧化膜、氮化膜或氮氧化膜。

通过对铬的氧化膜、氮化膜或氮氧化膜的组成和膜厚进行控制及调整，能够在半色调掩模上形成具有预期的透射率和相位差的半透膜的图案。

本发明的半色调掩模的特征在于，上述半透膜的图案的尺寸相对于设计值缩小规定的校正量。

通过形成这样的半透膜的图案，能够排除由于特定大小以下的细微针孔引起的光致抗蚀剂的缺陷，并且形成依照设计值的光致抗蚀剂图案。

本发明提供一种半色调掩模坯，其特征在于，该半色调掩模坯在透明基板上具有半透膜和遮光膜，上述半透膜相对于上述透明基板的透射率为20％～50％，上述半透膜相对于上述透明基板的相位差为60度～90度。

此外，本发明的半色调掩模坯的特征在于，上述半透膜相对于上述透明基板的透射率为30％，上述半透膜相对于上述透明基板的相位差为80度～90度。

通过使用这样的半色调掩模坯，选择与规格对应的半透膜来制造半色调掩模，可以以低成本制造能够避免半透膜的特定大小以下的细微针孔解像的半色调掩模。

根据本发明，可以以低成本提供一种即使针对特定大小以下的针孔、特别是在现有技术中难以修复的检测极限以下的针孔，也能够防止由于转印而引起的图案异常的半色调掩模坯和半色调掩模。

结果，可以提供在使用本发明的半色调掩模的光刻工序中，能够降低产品产生图案缺陷的风险的半色调掩模。

附图说明

图1是3灰阶的半色调掩模的剖视图。

图2是示出针孔部的曝光光强度的相位差依赖性的图。

图3是示出光致抗蚀剂的表面形状的针孔直径依赖性的图。

图4是示出光致抗蚀剂的剖面形状的相位差依赖性的图。

图5是示出使用半色调掩模的曝光光强度和光致抗蚀剂膜厚分布的相位差依赖性的图。

图6是示出透明基板与半透膜边界附近的光致抗蚀剂膜厚分布的相位差依赖性的图。

图7是示出半色调掩模的半透膜的尺寸校正的俯视图。

图8是示出半透膜的尺寸校正量的透射率和NA依赖性的图。

标号说明

1：透明基板；2：遮光膜；3：半透膜。

具体实施方式

(解决技术问题的原理)

根据本发明的半色调掩模，通过针对对曝光光具有规定的透射率的半透膜，在特定的区域设定与透明基板之间的相位差，从而避免特定大小以下的针孔在光致抗蚀剂上被解像，由此，能够防止光致抗蚀剂产生由于针孔引起的缺陷而不需要对半透膜的针孔进行修复。

即，由于透明区域与半透膜区域的曝光光的干涉效果，使透明区域与半透过区域的边界附近的曝光光的透射强度减小，由此将对于半透膜的孔形状的解像下限值设定为作为对象的特定的针孔大小以上，由此，防止特定的针孔大小以下的针孔在光致抗蚀剂上解像而导致光致抗蚀剂开孔(膜厚成为零或容许下限以下)。

此外，另一方面，在针孔附近区域中，特别是在包围针孔的半透膜区域中，曝光光强度减小，因此有时抗蚀剂膜厚会变厚。

因此，针对半透膜的透射率，并且针对通过光刻工序形成图案的光致抗蚀剂，将半透膜的相位偏移的范围设定在最佳的范围内，使得与半透膜的针孔附近相当的部位的光致抗蚀剂膜厚达到容许范围，由此，进行半透膜的针孔缺陷的应对。

因此，通过与现有技术那样检测光掩模的半透膜的针孔并对该针孔进行修复的方法完全不同的技术构思，来防止光致抗蚀剂产生缺陷。

这样，解决本发明的技术问题的方法是通过调整针孔附近的分辨率来防止光致抗蚀剂的缺陷，因此，半透膜的相位偏移的最佳范围还依赖于作为对象的半透膜的针孔大小。

作为一例，半透膜的透射率根据所需的光致抗蚀剂的膜厚来确定，半色调掩模的半透膜的透射率通常被设定为30％左右的值，因此，以下以透射率30％的情况为例详细进行说明。

此外，作为针孔大小，着眼于与现有的缺陷检查装置的下限值对应的大小，由此，针对利用现有技术在原理上不可能修复的半透膜的针孔，也能够避免因针孔而引起的光致抗蚀剂的缺陷，对该情况进行说明。

以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。但是，各实施方式和各实施例均不对本发明的要点的认定提供限定性的解释。此外，有时对相同或同种部件标注相同的参照标号，省略说明。

图1示出3灰阶的半色调掩模的剖面形状。通过公知的制造技术，在透明基板1上形成例如由铬膜等构成的遮光膜2的图案和例如氧化铬等的半透膜3的图案。

3灰阶的半色调掩模的制造过程例如如下所示。

(1)首先，准备透明基板1几乎整个表面被遮光膜2覆盖的光掩模坯，在该遮光膜2上形成第1抗蚀剂图案，将其作为掩模对露出的遮光膜2进行蚀刻，从而形成遮光图案。

(2)接着，在去除残存的第1抗蚀剂图案后，形成覆盖透明基板1和遮光膜2的半透膜3。

(3)接着，在该半透膜3上形成第2抗蚀剂图案，将其作为掩模对露出的半透膜3进行蚀刻，从而形成半透过图案。

此外，也可以通过在透明基板1上依次形成半透膜3、遮光膜2，使用抗蚀剂图案按照遮光膜2、半透膜3的顺序进行蚀刻，从而形成半色调掩模，还可以在半透膜与遮光膜之间放入蚀刻阻挡膜，由至少同一种类的膜材料构成。并且，遮光膜不限于单层，只要是满足光密度为3.0以上的结构即可。

图2示出半透膜3的透射率为30％时的、透过半透膜3中的针孔(白色缺陷)直径0.5～2μm的曝光光(透射光)强度的相位差依赖性。图中的记号◇、□、△和○分别表示针孔直径(缺陷大小)为2.0、1.5、1.0和0.5μm的曝光光强度。

另外，透射率是将透明基板1对于曝光光的透射率设为100％时的半透膜3的透射率，相位差是半透膜3相对于透明基板1的相位差。此外，曝光光的波长是i线到g线的混合波长。

在图2中，虚线A和虚线B表示曝光光强度的容许范围的上限和下限。当超过上限时，光致抗蚀剂感光，膜厚大幅减小(开孔)而成为白色缺陷，当低于下限时，曝光量不足，光致抗蚀剂膜厚增大，成为黑色缺陷。

根据图2可知，光致抗蚀剂的膜厚的变动处于曝光余量的容许范围内的条件是：在针孔的直径为0.5μm的情况下，至少相位差在30度～120度的范围内；在针孔的直径为1.0μm的情况下，相位差在30度～90度的范围内；在针孔的直径为1.5μm的情况下，相位差在60度～90度的范围内；在针孔的直径为2.0μm的情况下，相位差在80度～110度的范围内。

例如缺陷检查装置的检测灵敏度是1.5μm，检测灵敏度以下的针孔难以修复，但是，如果将半透膜相对于透过膜的相位差设为60度～90度(图2中点划线所示的范围)，则这样的针孔不会使光致抗蚀剂感光。

或者，即使1.5μm的针孔在缺陷检查装置中被检测到，但由于在作为被转印体的光致抗蚀剂中不成为缺陷，因此没有修复的必要。

此外，为了针对半透膜3进一步容许至较大直径2.0μm的针孔，设定80度～90度的相位差即可。因此，可以与缺陷检查装置的检测灵敏度无关、而与作为修复对象的最小大小相对应地确定适当的针孔大小，并与其对应地设定透射率和相位差。

图3示出通过半色调掩模进行曝光后的情况下的光致抗蚀剂的表面形状，其中，该半色调掩模在透射率30％、相位差30度和80度的半透膜3上存在各直径的针孔。

可以理解在相位差30度的情况下，2.0μm直径的针孔使被转印体的光致抗蚀剂感光，在光致抗蚀剂膜上开孔，而在相位差80度的情况下，在被转印体的光致抗蚀剂上针孔不会解像，防止光致抗蚀剂开孔。

图4示出使用在半透膜上存在2μm直径的针孔的半色调掩模进行曝光后的光致抗蚀剂的与针孔部分相当的部位的剖面形状，实线示出透射率30％、相位差80度的半透膜的情况下的光致抗蚀剂膜厚的截面形状，虚线示出透射率30％、相位差30度的半透膜的情况下的光致抗蚀剂膜厚的截面形状。

在相位差30度的半透膜的情况下，存在光致抗蚀剂膜厚为0(零)的开孔部，而在相位差80度的半透膜的情况下，不存在开孔部而具有足够的膜厚，能够避免白色缺陷，膜厚变动也在曝光余量的容许范围内。

如上所述，需要容许的白色缺陷大小越大，越需要更严格的相位差的控制，一旦半透膜3的透射率变化，最佳的相位差的值也变化。

例如，在希望容许至针孔大小1.5μm时，对于透射率30％的半透膜，满足曝光余量的相位差的范围是60度～80度，而在希望进一步容许至大小更大的2.0μm时，则需要将相位差控制在80度。另一方面，对于透射率50％的半透膜3，在希望容许至针孔大小1.5μm时，相位差的范围是50度～70度，在希望容许至针孔大小2.0μm时，最佳相位差为60度。

这样，根据透射率和希望容许的针孔大小，需要控制的相位的范围和最佳值发生变化，关于最佳相位差，在容许至针孔大小2.0μm的情况下，在半透膜的透射率为10％、20％、30％、40％、50％的情况下，最佳相位差为100度、90度、80度、70度、60度。半透膜的透射率能够根据顾客的需要等来选择，能够针对该透射率决定相位差。

如上所述，通过对半透膜3调整相位差，即使存在检查装置的检测极限以下的直径的针孔，也能够防止发生光致抗蚀剂的膜厚不良。

因此，通过从在透明基板1上形成有相对于透明基板1的相位差和透射率分别为60度～90度和20％～50％的半透膜3、和遮光膜2的半色调掩模坯中，选择与掩模的规格(或顾客的要求)相对应的透射率，制造半色调掩模，能够避免由检测极限以下的细微的针孔所引起的光致抗蚀剂的缺陷。

结果，能够大幅削减半色调掩模的修正工序的成本，并且提高制品成品率。

另外，透射率和相位差能够通过半透膜的膜厚和组成来控制，通过分别进行控制，能够得到预期的半透膜。例如，预先测定不同膜厚和组成的膜的相位差和透射率并数据化，能够形成与半色调掩模的规格对应的半透膜。

作为这样的半透膜，例如能够使用铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、钼(Mo)等的氧化膜、氮化膜、氮氧化膜、碳氧化膜，调整氧、氮、碳的组成和膜厚即可。

这些膜可以通过反应性溅射法来形成。例如在调整铬的氮氧化膜的组成时，可以以铬为靶，使用在氩中混合有氧、氮或一氧化二氮的气体，通过溅射法来成膜，通过改变气体的混合比(分压)，能够控制组成。此外，例如在铬的氧化膜的情况下，使用氩和氧的混合气体即可；在铬的氮化膜的情况下，使用氩和氮的混合气体即可；在铬的碳氧化膜的情况下，使用氩、氧和二氧化碳的混合气体即可。此外，对于其他金属也是同样的。

除了反应性溅射法以外，还可以使用反应性蒸镀法或将有机金属源作为原材料的CVD法来形成半透膜，并对其组成进行控制。

以下对避免因半透膜的针孔所引起的光致抗蚀剂的缺陷的机制进行详细说明。

图5的(a)示出在透明基板上具有遮光膜和半透膜的图案的半色调掩模，图5的(b)示出使用该半色调掩模进行曝光的情况下的曝光光强度分布，图5的(c)示出曝光后显影的光致抗蚀剂的膜厚分布。在图5的(b)、(c)中，实线分别表示半透膜相对于透明基板的相位差为80度时的曝光光强度和光致抗蚀剂膜的膜厚分布，虚线分别表示半透膜相对于透明基板的相位差为30度时的曝光光强度和光致抗蚀剂膜的膜厚分布。

其中，半透膜的透射率为30％，曝光光的波长为i线～g线的混合波长，NA＝0.1。

如图5的(b)所示，在任意情况下，在半色调掩模的遮光膜的区域中曝光光强度均为0，在半透膜的区域中曝光光强度均为约30％。

但是，在半透膜与透明基板的边界附近的半透膜的区域中，与相位差为30度的半透膜相比，在相位差为80度的半透膜的情况下，由于干涉效果，曝光光强度减小。

另一方面，如图5的(c)所示可知，透明基板的区域的光致抗蚀剂的膜厚为0[μm]，半透膜的区域的光致抗蚀剂的膜厚是遮光膜的区域的光致抗蚀剂的膜厚之间的膜厚，可以判断在任意情况下都能够通过一次曝光形成3种膜厚的区域。

可以理解在半透膜与透明基板的边界附近的透明基板侧的区域中，与相位差为30度的半透膜相比，相位差为80度的半透膜的光致抗蚀剂膜厚增大，比半透膜的光致抗蚀剂膜厚更厚。

即，在相位差为80度的半透膜的外周边缘的透明基板侧的特定大小的区域中，曝光光强度比半透膜的区域小。因此，在该区域中，光致抗蚀剂膜厚与半透膜的区域的光致抗蚀剂膜厚相比形成得更厚，并且存在随着远离半透膜、光致抗蚀剂膜厚减小的倾向。

因此，在半透膜上存在细微的特定的大小、例如2μm以下的针孔缺陷的情况下，在半色调掩模中被半透膜包围的针孔部的透明基板露出。但是，通过将相位差设为80度，相当于半透膜与透明基板的边界附近的区域的光致抗蚀剂膜厚具有足够的膜厚，如图4的剖视图所示，通过来自针孔部的周围的光致抗蚀剂，防止在光致抗蚀剂膜上形成针孔。

图6示出图5的(c)的光致抗蚀剂膜厚分布中的半透膜与透明基板的边界附近的放大图。在图6中，实线示出半透膜相对于透明基板的相位差为80度时的光致抗蚀剂膜的形状，虚线示出半透膜相对于透明基板的相位差为30度时的光致抗蚀剂膜的形状，点划线α示出半透膜3与透明基板1的边界位置。

如图6所示，与相位差30度的情况相比，在相位差80度的情况下，当在半透膜与透射区域的边界衍射的曝光光与透过半透膜的曝光光发生干涉时，起到抑制边界附近的曝光强度的作用，因此，在光致抗蚀剂的侧面，未解像区域向透过区域侧扩展。

因此，通过预先相对于设计值对半透膜3的图案宽度的尺寸进行调整(sizing)，能够确定半透膜图案宽度。

因此，为了实现例如由电子电路的特性而确定的设计值的图案尺寸(简便起见称为设计尺寸)的光致抗蚀剂图案，预先对于半色调掩模的半透膜3，缩小具有用于避免针孔缺陷的相位差的半透膜例如相位差80度的半透膜的图案宽度尺寸、与曝光而形成的光致抗蚀剂图案宽度尺寸之间的差分量即可。

图7是示出半透膜的尺寸校正的半色调掩模的俯视图。在图7中，虚线D表示设计尺寸的图案(或光致抗蚀剂图案)。相对于虚线D，具有用于避免针孔缺陷的相位差的半透膜3的图案尺寸在各边缩小了差分量s。即，相对于虚线D，图案尺寸缩小了校正量-s(单侧)。这样一来，通过使用进行了尺寸校正(或大小变更)的半透膜3，光致抗蚀剂能够实现预期的图案(按照设计尺寸的图案)，并且，能够防止由于半透膜的针孔而引起的开孔。

另外，为了防止由于半透膜3的针孔所引起的光致抗蚀剂的缺陷，仅进行半透膜的尺寸校正即可。

上述校正量(差分量)依赖于半透膜的透射率、曝光装置的NA值。图8示出通过模拟对相位差80度时的校正量对于透射率和NA值的依赖性进行解析的结果。校正量依赖于半透射率、曝光机的NA，存在校正量的绝对值随着透射率增加而增加、校正量随着曝光机的NA增加而减小的趋势。

校正量(差分量)能够使用半透膜的透射率、相位差和曝光机的NA值、通过模拟而算出，因此能够根据半透膜的设计尺寸和该差分量来确定半色调掩模上的半透膜3的图案。

另外，也可以不通过模拟，而是事先取得关于光致抗蚀剂图案形状的半透射率、曝光装置的NA值依赖性的基础数据，根据基础数据来决定差分。

此外，在应用缩小曝光时，对半色调掩模的各图案尺寸乘以缩小倍率即可。

此外，在上述实施方式中，对3灰阶的半色调掩模进行了说明，但是，在具备具有不同透射率的半透膜的、进而4灰阶以上的多灰阶半色调掩模中，当然也能够应用本发明。

这样，通过进行大小校正，可以获得能够实现按照设计的图案的光致抗蚀剂形状、并且能够防止由于半透膜的针孔而引起光致抗蚀剂产生缺陷的半色调掩模，能够降低掩模的制造成本并提高平板显示器等的产品成品率。

Claims (6)

1.一种半色调掩模，其特征在于：

该半色调掩模在透明基板上具有遮光膜的图案和半透膜的图案，

所述半透膜相对于所述透明基板的透射率为20％～50％，所述半透膜相对于所述透明基板的相位差为60度～90度，

其中，对于选择的透射率，根据所述半透膜中需要容许的白色缺陷的大小设定所述半透膜的相位差，使得：在所述半透膜与所述透明基板的边界，利用透过所述半透膜的曝光光与透过所述透明基板的曝光光的干涉效果减小曝光光强度使之小于所述半透膜的区域的曝光光强度，以使得对于所述半透膜的孔形状的解像下限值成为所述需要容许的白色缺陷的大小以上。

2.根据权利要求1所述的半色调掩模，其特征在于：

所述半透膜相对于所述透明基板的透射率为30％，所述半透膜相对于所述透明基板的相位差为80度～90度。

3.根据权利要求1或2所述的半色调掩模，其特征在于：

所述遮光膜是铬膜，所述半透膜是铬的氧化膜、氮化膜或氮氧化膜。

4.根据权利要求1或2所述的半色调掩模，其特征在于：

所述半透膜的图案的尺寸相对于设计值缩小规定的校正量。

5.一种半色调掩模坯，其特征在于：

该半色调掩模坯在透明基板上具有半透膜和遮光膜，

所述半透膜相对于所述透明基板的透射率为20％～50％，所述半透膜相对于所述透明基板的相位差为60度～90度，

其中，对于选择的透射率，根据所述半透膜中需要容许的白色缺陷的大小设定所述半透膜的相位差，使得：在所述半透膜与所述透明基板的边界，利用透过所述半透膜的曝光光与透过所述透明基板的曝光光的干涉效果减小曝光光强度使之小于所述半透膜的区域的曝光光强度，以使得对于所述半透膜的孔形状的解像下限值成为所述需要容许的白色缺陷的大小以上。

6.根据权利要求5所述的半色调掩模坯，其特征在于：

所述半透膜相对于所述透明基板的透射率为30％，所述半透膜相对于所述透明基板的相位差为80度～90度。

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