CN113009777A - 光掩模及显示装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供光掩模及显示装置的制造方法。在制造具有包括遮光部、半透光部及透光部的转印用图案的光掩模时，准备在透明基板(1)上层叠了半透光膜(2)、中间膜(3)及遮光膜(4)而成的光掩模坯体，通过蚀刻将成为遮光部的区域以外的区域的遮光膜(4)去除，然后形成抗蚀剂膜(6)。接着，对抗蚀剂膜(6)进行描画及显影而形成了抗蚀剂图案(6a)，然后通过蚀刻将半透光膜(2)去除。半透光膜(2)和遮光膜(4)都由Cr类材料形成，在将与透光部及半透光部分别相邻的遮光部设为中间遮光部时，在抗蚀剂图案形成工序中形成具有开口的抗蚀剂图案(6a)，该开口的尺寸相对于与中间遮光部相邻的透光部的设计尺寸A(μm)，在与中间遮光部相邻的边缘侧每一侧增加了裕量α(μm)。

Description

光掩模及显示装置的制造方法
本申请是申请号为201710333361.1的发明专利申请(申请日：2017年05月12日，发明名称：光掩模的制造方法、光掩模及显示装置的制造方法)的分案申请。
技术领域
本发明涉及制造电子器件用的光掩模，特别是适合用于制造以液晶或有机EL(Electroluminescence，电致发光)为代表的显示装置(Flat panel display，平板显示器)的光掩模及其制造方法、以及使用该光掩模的显示装置的制造方法。
背景技术
在专利文献1中记载了这样的方法，使用具有半透光层、蚀刻阻止层及遮光层的掩模坯体抑制遮光层的侧蚀刻，由此制作图案精度较高的半色调掩模。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2011－164200号公报
发明内容
发明要解决的问题
已知有这样的光掩模，在透明基板上形成遮光膜及半透光膜，对各个膜实施期望的图案形成(patterning)，由此形成转印用图案。该光掩模与所谓的二值掩模相比，在图案的转印时发挥附加的功能，因而广为使用。例如，所谓多灰度光掩模(有时也称为灰色调掩模或者半色调掩模)在显示装置等的制造中能够形成可以在多次蚀刻工艺中使用的抗蚀剂图案，因而减少了所需要的光掩模的片数，对生产效率的提高非常有用。
另一方面，在显示装置的制造中，根据最终想要得到的电子器件的设计，使用具有采用各种光学膜(遮光膜、半透光膜等)形成的转印用图案的光掩模。并且，对于作为电子器件而搭载于智能电话或平板终端等的液晶显示装置和有机EL显示装置，不仅要求画面明亮、节能性能良好、动作速度较快，而且要求高析像度、广视场角等较高的画质。因此，对于在上述的用途中使用的光掩模的转印用图案，存在产生日益微细化、高密度化的需求的倾向。
显示装置等的电子器件通常是通过形成有图案的多个薄膜(层：Layer)的层叠而立体地形成的。因此，要求提高这些多个层中的各层的坐标精度、以及图案尺寸(CD：Critical Dimension)的精度提高。这些精度如果在整个光掩模面内不能维持较高的精度，在所完成的电子器件中将产生不能保证正确的动作的问题。另一方面，各个层中的图案的构造具有日益微细化、高密度化的倾向。因此，具有各个层中的CD精度及坐标精度的要求日益严格的倾向。
另外，在适用于液晶显示装置的滤色器中，为了实现更明亮的显示画面，具有进一步缩窄黑矩阵(BM)和感光性间隔柱(PS)的配置面积的趋势。并且，也有更高效率地形成具有复杂构造的显示装置的需求，如同时形成主间隔柱(main spacer)和辅间隔柱(subspacer)这样高度不同的感光性间隔柱。这些情况也成为在光掩模的转印用图案中强烈要求提高CD精度及坐标精度(位置精度)的背景。
专利文献1所记载的光掩模是使用光刻对掩模坯体进行图案形成而制得的，所述掩模坯体是通过将透光层、半透光层及遮光层进行层叠而成的。在这种情况下，在用蚀刻选择性较低的材料形成半透光层和遮光层时，在蚀刻遮光层时导致半透光层也被蚀刻。因此，为了防止该情况，需要在半透光层和遮光层之间层叠蚀刻阻止层。但是，在这种情况下，在蚀刻半透光层时，位于其上层的遮光层被侧蚀刻，因而遮光层的尺寸减小。其结果是，在将最终得到的光掩模设置在曝光装置上进行曝光时，入射到光掩模的曝光光束透射本来应该遮蔽的区域，存在图案形成精度下降的问题。
针对这种问题，在专利文献1所记载的发明中，将半透光层、蚀刻阻止层及遮光层的光学浓度之和设为3.0以上，将遮光层的层厚设为规定的范围，将半透光层的光学浓度用作遮光部所需要的光学浓度的一部分。
然而，作为光掩模所需要的性能，确保对遮光部要求的遮光性很重要，但其另一方面，转印用图案中包含的遮光部或半透光部的尺寸(CD：Critical Dimension)精度乃至坐标精度满足规格至关重要，如上所述其规格具有日益严格的趋势。在这一点上，在专利文献1所记载的方法中需要两次遮光层的蚀刻。并且，在第二次的蚀刻中，位于下层的半透光层的侧面处于露出的状态，因而从该部分进行侧蚀刻，具有半透光层的图案尺寸减小的风险。
鉴于如上所述的情况，本发明者认真研究用于获得较高的CD精度及坐标精度的优异的光掩模及其制造方法而完成了本发明。
本发明的主要目的在于，抑制使图案的CD精度及坐标精度劣化的因素，提供具有良好的图案精度的光掩模及其制造方法、以及显示装置的制造方法。
用于解决问题的手段
(第1方式)
本发明的第1方式提供具有转印用图案的光掩模的制造方法，该转印用图案是通过对形成于透明基板上的遮光膜及半透光膜分别进行图案形成而形成，具有遮光部、半透光部及透光部，其特征在于，
所述转印用图案包括与所述透光部及所述半透光部分别相邻的所述遮光部，
所述光掩模的制造方法包括以下工序：
准备在所述透明基板上层叠了半透光膜、中间膜及遮光膜而成的光掩模坯体；
遮光部形成工序，通过蚀刻将成为所述遮光部的区域以外的区域的遮光膜去除，形成所述遮光部；
在形成有所述遮光部的所述透明基板上形成抗蚀剂膜；
抗蚀剂图案形成工序，对所述抗蚀剂膜进行描画及显影，形成至少在所述透光部的区域具有开口的抗蚀剂图案；以及
半透光膜蚀刻工序，通过蚀刻将从所述抗蚀剂图案露出的半透光膜去除，形成透光部，
所述半透光膜和遮光膜由能够利用相同的蚀刻剂进行蚀刻的材料形成，
在将与所述透光部及所述半透光部分别相邻的所述遮光部设为中间遮光部时，
在所述抗蚀剂图案形成工序中形成具有开口的抗蚀剂图案，该开口的尺寸相对于与所述中间遮光部相邻的所述透光部的设计尺寸A(μm)，在与所述中间遮光部相邻的边缘侧，每一侧增加了裕量α(μm)。
(第2方式)
本发明的第2方式是根据上述第1方式所述的光掩模的制造方法，其特征在于，当在所述遮光部形成工序中进行了所述遮光膜的蚀刻后，进行所述中间膜的蚀刻。
(第3方式)
本发明的第3方式是根据上述第1或者第2方式所述的光掩模的制造方法，其特征在于，所述半透光膜和所述遮光膜针对相同蚀刻剂的蚀刻所要时间之比为1:3～1:20。
(第4方式)
本发明的第4方式是根据上述第1～第3方式中任意一个方式所述的光掩模的制造方法，其特征在于，在所述转印用图案中形成有凹部，该凹部中的所述遮光膜的膜厚在所述中间遮光部的与所述透光部相邻的边缘侧小于与所述半透光部相邻的边缘侧。
(第5方式)
本发明的第5方式是根据上述第1～第4方式中任意一个方式所述的光掩模的制造方法，其特征在于，在所述光掩模坯体中，所述半透光膜和所述遮光膜的膜厚之比为1:2.5～1:20。
(第6方式)
本发明的第6方式是根据上述第1～第5方式中任意一个方式所述的光掩模的制造方法，其特征在于，在所述光掩模坯体中，所述半透光膜、所述中间膜及所述遮光膜层叠的状态下的光学浓度(OD)为2.5～7.5。
(第7方式)
本发明的第7方式是根据上述第1～第6方式中任意一个方式所述的光掩模的制造方法，其特征在于，在所述光掩模坯体中，在所述遮光膜的表层具有反射控制层。
(第8方式)
本发明的第8方式是根据上述第1～第7方式中任意一个方式所述的光掩模的制造方法，其特征在于，所述转印用图案具有与所述遮光部相邻且被所述遮光部包围的透光部。
(第9方式)
本发明的第9方式是根据上述第1～第8方式中任意一个方式所述的光掩模的制造方法，其特征在于，所述转印用图案具有与所述半透光部相邻且被所述半透光部包围的透光部。
(第10方式)
本发明的第10方式提供具有转印用图案的光掩模，该转印用图案是通过对形成于透明基板上的遮光膜及半透光膜分别进行图案形成而形成的，具有遮光部、半透光部及透光部，其特征在于，
所述转印用图案包括与所述透光部及所述半透光部分别相邻的所述遮光部，
在所述遮光部中，在所述透明基板上形成有半透光膜、中间膜及遮光膜，
在所述半透光部中，在所述透明基板上形成有所述半透光膜、或者所述半透光膜和中间膜，
所述透光部将所述透明基板的表面露出，
所述遮光膜和所述半透光膜由能够利用相同的蚀刻剂进行蚀刻的材料形成，
在将与所述透光部及所述半透光部分别相邻的所述遮光部设为中间遮光部时，
在所述中间遮光部中形成有凹部，该凹部中的所述遮光膜的膜厚在与所述透光部相邻的边缘侧小于与所述半透光部相邻的边缘侧。
(第11方式)
本发明的第11方式是根据上述第10方式所述的光掩模，其特征在于，所述凹部的深度为
Figure BDA0002961595360000051
(第12方式)
本发明的第12方式是根据上述第10或者第11方式所述的光掩模，其特征在于，所述中间遮光部的所述凹部对曝光光束代表波长的反射率大于所述光掩模坯体中的所述遮光膜表面的反射率。
(第13方式)
本发明的第13方式是根据上述第10～第12方式中任意一个方式所述的光掩模，其特征在于，所述转印用图案具有与所述遮光部相邻且被所述遮光部包围的透光部。
(第14方式)
本发明的第14方式是根据上述第10～第13方式中任意一个方式所述的光掩模，其特征在于，所述转印用图案具有与所述半透光部相邻且被所述半透光部包围的透光部。
(第15方式)
本发明的第15方式提供显示装置的制造方法，其特征在于，所述显示装置的制造方法包括以下工序：
准备上述第10～第14方式中任意一个方式所述的光掩模；以及
使用曝光装置将所述光掩模具有的转印用图案转印在被转印体上。
本发明提供一种光掩模，该光掩模具有转印用图案，该转印用图案是通过对形成于透明基板上的遮光膜及半透光膜分别进行图案形成而形成的，具有遮光部、半透光部及透光部，其特征在于，
所述转印用图案包括与所述透光部及所述半透光部分别相邻的所述遮光部，
在所述遮光部中，在所述透明基板上形成有半透光膜、中间膜及遮光膜，
在所述半透光部中，在所述透明基板上形成有所述半透光膜、或者所述半透光膜和中间膜，
当将所述透明基板的、至少形成有所述半透光膜的面设为主表面时，
所述透光部将所述主表面露出，
所述遮光膜和所述半透光膜由能够利用相同的蚀刻剂进行蚀刻的材料形成，
在将与所述透光部及所述半透光部分别相邻的所述遮光部设为中间遮光部时，
在所述中间遮光部中形成有凹部，该凹部中的所述遮光膜的膜厚在与所述透光部相邻的边缘侧小于与所述半透光部相邻的边缘侧。
本发明提供一种显示装置的制造方法，其特征在于，所述显示装置的制造方法包括以下工序：
准备所述光掩模；以及
使用曝光装置将所述光掩模具有的转印用图案转印在被转印体上。
发明效果
根据本发明，能够抑制使图案的CD精度及坐标精度劣化的因素，获得具有良好的图案精度的光掩模。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的光掩模的一结构例的图，(a)是俯视图，(b)是(a)的X1-X1截面图。
图2的(a)～(e)是说明本发明的实施方式的光掩模的制造方法的一例的图(之一)。
图3的(a)～(d)是说明本发明的实施方式的光掩模的制造方法的一例的图(之二)。
图4是示出参考例的光掩模的一结构例的图，(a)是俯视图，(b)是(a)的X2-X2截面图。
图5的(a)～(f)是说明参考例的光掩模的制造方法的图(之一)。
图6的(a)～(e)是说明参考例的光掩模的制造方法的图(之二)。
具体实施方式
<光掩模的概略结构>
图1是示出本发明的实施方式的光掩模的一结构例的图，(a)是俯视图，(b)是(a)的X1-X1截面图。
图示的光掩模是具有转印用图案的光掩模，该转印用图案是通过对形成于透明基板1上的半透光膜2及遮光膜4分别进行图案形成(patterning)而形成的、具有透光部11、半透光部12及遮光部14的转印用图案。该光掩模具有的转印用图案具有：透光部11和遮光部14相邻的部分、透光部11和半透光部12相邻的部分、半透光部12和遮光部14相邻的部分。具体地，该转印用图案具有与遮光部14相邻且被夹着或者被包围的透光部11，并且具有与半透光部12相邻且被夹着或者被包围的透光部11。该转印用图案还具有与遮光部14相邻且被夹着或者被包围的半透光部12。并且，该转印用图案包括与透光部11及半透光部12双方分别相邻的遮光部14，在此将该遮光部14称为中间遮光部14。
另外，图示的光掩模毕竟是示例，基于实际设计的光掩模设计当然未必与此相同。
如下面所述，当在形成转印用图案时应用湿式蚀刻的情况下，半透光部、遮光部的边缘分别具有半透光膜、遮光膜的被湿式蚀刻侧面。并且，如果应用干式蚀刻，则这些边缘具有被干式蚀刻侧面。
<光掩模的制造方法>
本发明的光掩模的制造方法的特征在于，包括以下工序：
准备在所述透明基板上层叠了半透光膜、中间膜及遮光膜而成的光掩模坯体；
遮光部形成工序，通过蚀刻将成为所述遮光部的区域以外的区域的遮光膜去除，形成所述遮光部；
在形成有所述遮光部的所述透明基板上形成抗蚀剂膜；
抗蚀剂图案形成工序，对所述抗蚀剂膜进行描画及显影，形成至少在所述透光部的区域具有开口的抗蚀剂图案；以及
半透光膜蚀刻工序，通过蚀刻将从所述抗蚀剂图案露出的半透光膜去除，形成透光部，
所述半透光膜和遮光膜由能够利用相同的蚀刻剂进行蚀刻的材料形成，
在将与所述透光部及所述半透光部分别相邻的所述遮光部设为中间遮光部时，
在所述抗蚀剂图案形成工序中形成具有开口的抗蚀剂图案，该开口的尺寸相对于与所述中间遮光部相邻的所述透光部的设计尺寸A(μm)，在与所述中间遮光部相邻的边缘侧每一侧增加了裕量α(μm)。
下面，使用图2及图3说明这种光掩模的制造方法。
(准备光掩模坯体的工序)
首先，如图2(a)所示，准备在透明基板1上层叠了半透光膜2、中间膜3及遮光膜4而成的光掩模坯体。
透明基板1是在使用光掩模进行曝光时相对于照射光掩模的曝光光束(主要是包含i线、h线、g线的曝光光束)实质上透明的石英玻璃等基板。作为在制造显示装置用的光掩模中使用的透明基板，优选主表面是一边约为300～1500mm的四方形、厚度约为5～13mm的透明基板。
在透明基板1的一个主表面成膜有半透光膜2。半透光膜2是调整了膜质及膜厚以使得相对于上述曝光光束具有优选5～60％的透光率的光学膜。半透光膜2的膜厚根据期望的透光率而变化，能够设为大致10～
Figure BDA0002961595360000081
的范围。相对于上述曝光光束，半透光膜2的更优选的透光率为10～50％。
半透光膜2的材料例如能够设为含有Cr(铬)、Ta(钽)、Zr(锆)、Si(硅)、Mo(钼)等的膜，能够从这些材料的化合物(氧化物、氮化物、碳化物、氧化氮化物、碳化氮化物、氧化氮化碳化物等)中选择合适的化合物。半透光膜2的材料特别适合使用Cr的化合物。
作为其它的半透光膜材料，能够使用Si的化合物(SiON等)或者过渡金属硅化物(MoSi等)和其化合物。作为过渡金属硅化物的化合物，可以举出氧化物、氮化物、氧化氮化物、氧化氮化碳化物等，优选地，可以示例MoSi的氧化物、氮化物、氧化氮化物、氧化氮化碳化物等。
作为半透光膜2的成膜方法，能够使用公知的方法例如溅射法等。
在本实施方式的光掩模坯体中，在半透光膜2上成膜有中间膜3。中间膜3能够设为蚀刻阻止膜。即，在半透光膜2和遮光膜4是能够利用相同蚀刻剂(例如蚀刻液)进行蚀刻的膜的情况下，能够使中间膜3介入在这些膜之间，以具备使蚀刻停止的功能。另外，在中间膜3是发挥其它功能的膜的情况下，优选同时发挥蚀刻阻止膜的功能。即，优选构成为使中间膜3对半透光膜2和遮光膜4的蚀刻剂具有耐性。关于上述其它的功能，可以举出导电性和绝缘性这样发挥电气作用的功能、光的透射性和反射性这样调整光学作用的功能等。
中间膜3的膜厚例如能够设为
Figure BDA0002961595360000091
如果是该范围的膜厚，则具有充分的蚀刻阻止作用。优选将中间膜3的膜厚设定为使去除中间膜3的工序的时间不会降低生产效率的程度的膜厚。
另外，在中间膜3上形成有遮光膜4。遮光膜4的材料能够设为含有Cr、Ta、Zr、Si、Mo等的膜，能够从这些材料的单体或者化合物(氧化物、氮化物、碳化物、氧化氮化物、碳化氮化物、氧化氮化碳化物等)中选择合适的化合物。遮光膜4的材料特别适合使用Cr或者Cr的化合物。
作为遮光膜4的材料，还能够使用过渡金属硅化物(MoSi等)和其化合物。作为过渡金属硅化物的化合物，可以举出氧化物、氮化物、氧化氮化物、氧化氮化碳化物等，优选地，可以示例MoSi的氧化物、氮化物、氧化氮化物、氧化氮化碳化物等。
该遮光膜4与上述半透光膜2一样能够使用溅射法等公知的方法进行成膜。
另外，优选遮光膜4在其表层(与透明基板1侧相反侧的表层)具有反射控制层。优选反射控制层能够作为防止光的反射的反射防止膜。并且，关于反射控制层的厚度，例如在将遮光膜4整体的厚度设为
Figure BDA0002961595360000092
更优选
Figure BDA0002961595360000093
时，反射控制层能够占据遮光膜4的表层部分的
Figure BDA0002961595360000095
更优选
Figure BDA0002961595360000094
反射控制层包含与遮光膜4相同的膜成分，能够在成膜遮光膜时通过使该膜成分的一部分(例如氧、氮、碳等添加成分)在表层部分变化等来形成。
另外，半透光膜2和遮光膜4由能够利用相同蚀刻剂进行蚀刻的材料形成。优选半透光膜2和遮光膜4都含有相同的材料。具体地，半透光膜2和遮光膜4含有相同的金属或者都含有Si的情况等。例如，优选半透光膜2和遮光膜4是都含有Cr的膜的情况、或者是都含有相同金属M的金属硅化物MxSi或者其化合物的情况等。
另一方面，中间膜3由对半透光膜2和遮光膜4的蚀刻剂具有耐性的材料形成。例如，在半透光膜2和遮光膜4是都含有Cr的膜的情况下，中间膜3能够设为含有Ta、Si、Mo等的膜。另外，在半透光膜2和遮光膜4是都含有Si的膜的情况下，中间膜3能够设为含有Cr的膜。
以后，以半透光膜2和遮光膜4是都含有Cr的膜、中间膜3是含有Mo、Si的膜的情况为例进行说明。
半透光膜2和遮光膜4能够利用相同的蚀刻剂进行蚀刻，但是对相同的蚀刻剂的蚀刻所要时间彼此不同。在这种情况下，优选半透光膜2的蚀刻所要时间比遮光膜4更短。例如，在利用半透光膜2的蚀刻所要时间HT与遮光膜4的蚀刻所要时间OT之比进行规定时，HT：OT优选设为1:3～1:20，更优选设为1:5～1:10。
膜的蚀刻所要时间是指从对象区域的膜的蚀刻开始起到该膜消失所需要的时间。膜的蚀刻所要时间能够利用蚀刻速率及膜厚进行调整。蚀刻速率是指利用蚀刻剂进行蚀刻时的每单位时间的蚀刻量。蚀刻速率根据构成各个膜的素材的组成和膜质决定。
在本实施方式中，膜的蚀刻采用湿式蚀刻。在这种情况下，在湿式蚀刻中使用的蚀刻液成为蚀刻剂。对于相同的蚀刻液，半透光膜2和遮光膜4的蚀刻速率可以相同也可以不同。例如，在半透光膜2和遮光膜4是含有相同金属的膜时，通过使其它成分(例如，氧、氮、碳等成分)不同，能够使针对相同的蚀刻液的蚀刻速率产生差异。如果半透光膜2的蚀刻速率HR与遮光膜4的蚀刻速率OR相同或比其大，则容易调整上述蚀刻所要时间之比，因而更加优选。例如，能够将OR:HR设为1:1～1:5。另一方面，根据膜材料的选择，当蚀刻速率之比(蚀刻选择比)不一定是OR≤HR的情况下，能够通过膜厚的调整使上述所要时间之比充足，因而本发明能够有效适用。例如，能够将OR:HR设为1:0.7～1:1.4，还能够设为1:0.7～1:0.9。
另外，优选遮光膜4具有可靠的遮光性，其膜厚大于半透光膜2的膜厚。在利用半透光膜2的膜厚HA与遮光膜4的膜厚OA之比进行规定时，能够将HA:OA优选设为1:2.5～1:20，更优选设为1:10～1:20。在该范围内能够将半透光膜2的透射率调整为期望值。
另外，将上述的半透光膜2、中间膜3及遮光膜4这三个膜层叠的状态的OD(光学浓度)，优选能够设为2.5～7.5，更优选能够设为3.5～5。遮光膜4更优选单膜具有3.5～5的OD。
通过按照以上所述选择膜素材和膜厚，能够将半透光膜2和遮光膜4的蚀刻所要时间设为合适的范围。并且，如后面所述，能够进一步提高CD精度。
本方式的光掩模坯体也可以是形成有上述以外的其它膜、并预先形成有标记图案等图案的光掩模用基板和光掩模中间体。
另外，本实施方式的光掩模坯体能够设为通过在将上述三个膜层叠并在最表面覆盖遮光膜4的状态下涂覆抗蚀剂，形成抗蚀剂膜(第1抗蚀剂膜)5的光掩模坯体(图2(a))。抗蚀剂膜5例如优选光致抗蚀剂。抗蚀剂膜5可以是正型的光致抗蚀剂，也可以是负型的光致抗蚀剂。以后，以抗蚀剂膜5是正型的光致抗蚀剂的情况为例进行说明。
(第1抗蚀剂图案形成工序)
在该工序中，如图2(b)所示，通过对抗蚀剂膜5进行图案形成而形成第1抗蚀剂图案5a。在形成第1抗蚀剂图案5a时，首先使用描画装置对上述的带抗蚀剂膜光掩模坯体进行第1描画。作为该第1描画用的描画装置，例如能够使用电子描画装置和激光描画装置。在本实施方式中使用激光描画装置。
在第1描画中，使用规定的图案数据对抗蚀剂膜5进行遮光部形成用的图案描画。然后，通过将抗蚀剂膜5显影而形成第1抗蚀剂图案5a。第1抗蚀剂图案5a将成为遮光部14的区域的遮光膜4覆盖，将成为透光部11及半透光部12的区域的遮光膜4露出。即，在该工序中，除成为遮光部14的区域以外，将抗蚀剂膜5去除而形成第1抗蚀剂图案5a。
(遮光膜蚀刻工序)
然后，如图2(c)所示，将第1抗蚀剂图案5a作为掩模对遮光膜4进行蚀刻，由此形成遮光膜4的图案(以下也称为“遮光膜图案4”)。在此，第1抗蚀剂图案5a是将成为遮光部14的区域覆盖的图案，因而将其用作掩模并通过蚀刻将成为遮光部14的区域以外的区域的遮光膜4去除。在该阶段，实质上划定出成为遮光部14的区域。即，通过蚀刻而形成的遮光膜图案4实质上形成为遮光部14。因此，该工序相当于遮光部形成工序。遮光膜4的蚀刻在作为蚀刻阻止膜发挥作用的中间膜3的部位停止。因此，在该工序中被蚀刻的仅是遮光膜4。另外，该工序也可以适用干式蚀刻，但此处使用湿式蚀刻。在这种情况下，能够使用公知的Cr用蚀刻剂。
另外，湿式蚀刻具有各向同性蚀刻的性质，因而通过湿式蚀刻而形成的遮光膜图案4的侧面被稍微侧蚀刻，有时导致图案尺寸(CD)发生变化。因此，优选预先进行为了预先补偿基于侧蚀刻的图案尺寸(CD)的变化的、图案数据加工。即，优选对描画用的图案数据进行加工，按照该已加工的图案数据描画抗蚀剂膜5，使得相对于作为目标的遮光部14的尺寸B(μm)，每一侧边缘增大β(μm)。由此，在和与遮光部14相邻的透光部11或半透光部12的边缘部分，即使是遮光膜图案4的侧面通过侧蚀刻而退后了β(μm)时，也能够按照作为目标的遮光部14的尺寸B(μm)形成遮光膜图案4。另外，成为加工裕量宽度的β(μm)是微小量，例如0.01≤β≤0.05，并且能够预先通过实验等进行掌握，因而不会使光掩模的CD精度劣化。另外，每一侧边缘β(μm)是指对一个邻接部分将尺寸调整β(μm)。因此，当在规定宽度的遮光部14的两侧的边缘产生上述侧蚀刻的情况下，通过将该遮光部14的尺寸设为B+2β，再对描画用的图案数据进行加工即可。
(第1抗蚀剂图案去除工序)
然后，如图2(d)所示，在完成上述遮光膜4的蚀刻后，通过抗蚀剂剥离等将第1抗蚀剂图案5a去除。另外，第1抗蚀剂图案5a的去除也可以不在该阶段进行，而在图2(e)所示的工序之后进行。
(中间膜蚀刻工序)
然后，如图2(e)所示，对在上述遮光膜蚀刻工序中作为蚀刻阻止膜的中间膜3进行蚀刻，由此形成中间膜3的图案。在这种情况下，将蚀刻液更换为适合于中间膜3的蚀刻液。并且，至少将遮光膜图案4作为掩模对中间膜3进行蚀刻。在本实施方式中，能够使用公知的含有氟酸的腐蚀剂。
另外，中间膜3的蚀刻也可以不在该阶段进行，而在图3(b)所示的工序之后进行。在这种情况下，最终形成的半透光部12的曝光光束的透光率是由半透光膜2和中间膜3的层叠膜决定的。因此，优选预先调整半透光膜2和中间膜3的透光率，使曝光光束的透光率在它们的层叠膜处达到5～60％。
(第2抗蚀剂膜形成工序)
然后，如图3(a)所示，在透明基板1上整面形成抗蚀剂膜(第2抗蚀剂膜)6。由此，按照以上所述被图案化的遮光膜4和通过中间膜3的蚀刻而露出的半透光膜2被抗蚀剂膜6覆盖。抗蚀剂膜6能够与上述抗蚀剂膜5一样利用正型的光致抗蚀剂形成。
(第2抗蚀剂图案形成工序)
然后，如图3(b)所示，通过对抗蚀剂膜6进行图案形成而形成第2抗蚀剂图案6a。具体地，在使用与上述抗蚀剂膜5一样的描画装置对抗蚀剂膜6进行第2描画后进行显影，由此形成第2抗蚀剂图案6a。该第2抗蚀剂图案6a是在成为透光部11的区域具有开口、并至少覆盖成为半透光部12的区域的图案。
此时，优选对适用于第2描画的图案数据导入用于补偿与第1描画的对准偏差的裕量(margin)。例如，在与成为上述中间遮光部14的区域相邻的透光部11的目标尺寸(设计尺寸)为A(μm)时，优选对适用于第2描画的图案数据进行加工，使得形成具有开口的抗蚀剂图案6a，该开口的尺寸在该透光部11的遮光部14侧的边缘每一侧增加了裕量α(μm)。在这种情况下，裕量α的值能够根据起因于描画工序(特别是两次描画)的对准偏差的上限值进行决定。具体地，优选按照0.5≤α的条件设定裕量α的值。并且，优选相对于相邻的中间遮光部14的目标尺寸B(μm)，按照α≤(B-0.5)的条件设定裕量α的上限值。
并且，在与上述中间遮光部14相邻的半透光部12的目标尺寸为C(μm)时，优选对适用于第2描画的图案数据进行加工，使形成尺寸在该半透光部12的遮光部14侧的边缘每一侧增加了裕量γ(μm)的抗蚀剂图案6a。在这种情况下，优选按照0.5≤γ的条件设定裕量γ的值。并且，优选相对于相邻的中间遮光部14的目标尺寸B(μm)，按照γ≤(B-0.5)的条件设定裕量γ的值。
另外，关于各个裕量α、γ的值，除上述的条件以外，也可以按照更简便的例如0.5≤α≤1.0或者0.5≤γ≤1.0的条件进行设定。
(半透光膜蚀刻工序)
然后，按照图3(c)所示对半透光膜2进行蚀刻。具体地，再次使用Cr用蚀刻剂对半透光膜2进行湿式蚀刻。此时，能够使用与上述遮光膜4的蚀刻剂相同的Cr类膜用的蚀刻剂。由此，从第2抗蚀剂图案6a露出的半透光膜2通过蚀刻被去除。即，透明基板1上的半透光膜2通过蚀刻被去除，由此透明基板1的一部分露出，该露出部分形成为透光部11。另外，当在上述中间膜蚀刻工序中不进行中间膜3的蚀刻的情况下，在通过该工序进行半透光膜2的蚀刻之前，通过蚀刻将露出的中间膜3去除。
在此，优选按照以下所述设定半透光膜2和遮光膜4对同一蚀刻剂的蚀刻所要时间。即，优选将半透光膜2的蚀刻所要时间HT(sec)设定为比遮光膜4的蚀刻所要时间OT(sec)足够短。例如，在利用半透光膜2的蚀刻所要时间HT与遮光膜4的蚀刻所要时间OT之比进行规定时，期望将各个蚀刻所要时间设定成使HT:OT优选为1:3～1:20、更优选1:5～1:10。
这样，通过设定半透光膜2的蚀刻所要时间HT和遮光膜4的蚀刻所要时间OT之间的关系，能够在半透光膜2的蚀刻工序中抑制遮光膜4的露出部分中的遮光膜4的损伤。但是，遮光膜4的上表面的表层由于一部分未被抗蚀剂图案6a覆盖而露出，因而该部分在蚀刻中受到损伤，膜厚有时比成膜时略微减小。因此，优选调整遮光膜4的遮光性(光学浓度：OD)，使得即使是在蚀刻中受到损伤的遮光膜4的部分也能够作为遮光部14保持充足的遮光性。具体地，优选遮光膜4的成膜时(光掩模坯体的阶段)的光学浓度(OD)为2.5～7.5，更优选3.5～5，更优选遮光膜4单体为3.5～5。
另外，当在遮光膜4的表层具有反射控制层的情况下，该反射控制层有时受到部分损伤。因此，有可能产生与最初(光掩模坯体的阶段)的表面反射率不同的情况。例如，在成膜时的遮光膜4的表面反射率(对描画光)为10～15％时，受到蚀刻的损伤的部分的反射率有可能上升约15～20％。因此，优选在抑制因蚀刻的损伤而导致的反射率上升的基础上，将反射控制层的层厚设为
Figure BDA0002961595360000141
另外，反射控制层的功能通常是具有对描画时的描画光的反射控制功能、和对使用光掩模时的曝光光束的反射控制功能。另外，在发明者的研究中确认到，从维持较高的图案的CD精度的意义上讲，前者的功能产生的效果更大，基于上述损伤的曝光时的弊端实质上不会产生。
另外，通过按照以上所述考虑半透光膜2和遮光膜4的蚀刻时间比，能够使在遮光膜4的侧面产生的侧蚀刻成为极小程度。因此，遮光部的尺寸实质上不变。关于这一点如在上述图2(c)的工序中叙述的那样。实质上不变是指即使产生变化也在0.1μm以下，更优选0.05μm以下。在这种情况下，为了进一步降低因遮光膜4的侧面的微小损伤而形成的尺寸变化，也可以预先通过图案数据的加工进行补偿，如对上述的裕量β增加更大的裕量等。尺寸变化量能够预先估算，因而即使进行图案数据的加工，也能够确保最终图案的尺寸精度。并且，通过在膜厚方向变化遮光膜4的组成，能够使来自侧面的蚀刻的影响小于来自表面的蚀刻的影响。
(第2抗蚀剂图案去除工序)
然后，如图3(d)所示，在完成上述半透光膜2的蚀刻后，通过抗蚀剂剥离等去除第2抗蚀剂图案6a。
通过以上的工序，完成本发明的实施方式的光掩模(图1)。在该光掩模的制造方法中，在一个蚀刻工序中成为通过蚀刻被去除的对象的膜都是一个，不会在一个蚀刻工序的过程中利用相同蚀刻液连续地蚀刻去除两个以上的膜。
<光掩模的具体结构>
本发明的实施方式的光掩模具有的转印用图案如图1所示具有遮光部14、半透光部12及透光部11，而且包括与半透光部12及透光部11分别相邻的遮光部14。
遮光部14由在透明基板1上形成的半透光膜2、中间膜3及遮光膜4构成。半透光部12由在透明基板1上形成的半透光膜2构成。然而，如在上述制造方法中说明的那样，也存在半透光部12由在透明基板1上形成的半透光膜2和中间膜3的层叠膜构成的情况。透光部11是通过将透明基板1的表面部分地露出而构成的。
另外，在将与透光部11及半透光部12分别相邻的遮光部14作为中间遮光部14时，在该中间遮光部14中形成有遮光膜4的膜厚在与透光部11相邻的边缘侧小于与半透光部12相邻的边缘侧的区域(以下称为“凹部”)4a。该凹部4a是在上述半透光膜蚀刻工序中形成的。即，凹部4a是指构成中间遮光部14的遮光膜4的表面由于蚀刻剂而部分损伤使得膜厚减小的部分。因此，在遮光膜4的表面形成有基于相对膜厚差的阶梯4b，以该阶梯4b为边界，在与透光部11相邻的边缘侧形成有凹部4a。凹部4a在遮光部14中沿着透光部11侧的边缘形成为固定宽度α1(μm)。此处叙述的α1是指与上述对准偏差对策所导入的裕量α相对应而最终形成于光掩模的凹部4a的宽度(实际尺寸)。优选该α1为0.2≤α1。并且，以遮光膜4的最表面为基准的凹部4a的深度E优选
Figure BDA0002961595360000151
更优选
Figure BDA0002961595360000152
并且，膜厚因凹部4a的存在而减小的遮光膜4的光学浓度(OD)优选单体具有3以上的遮光性。并且，与作为上述侧蚀刻的尺寸变化对策而导入的裕量β相对应，在将最终形成于光掩模的中间遮光部14的尺寸设为B1(μm)时，优选该尺寸B1为α1≤(B1-0.2)。
另外，在光掩模坯体中，当在遮光膜4的表层形成有反射控制层的情况下，由于因凹部4a而形成的遮光膜4的膜厚减小，反射控制层的光学功能降低。因此，中间遮光部14的凹部4a对曝光光束代表波长的反射率大于光掩模坯体中的遮光膜4表面的反射率。
半透光部12的曝光光束透射率优选约为5～60％，更优选10～50％。此处叙述的曝光光束能够选择地使用含有i线、h线、g线的宽波长光源的光或者它们中任意一种光。上述的曝光光束透射率是指针对i线、h线、g线中任意一种代表波长的透射率。另外，优选半透光膜2在i线～g线的波长区域中的透光率的偏差(在设对i线的透射率为Ti、设对g线的透射率为Tg时，指Ti与Tg之差的绝对值)为1～8％。
另外，半透光部12具有的曝光光束的相位移位量优选在90度以下，更优选5～60度。这种情况时的相位移位量是针对上述选择波长的相位移位量。
另外，半透光部12具有的曝光光束的相位移位量可以设为150～210度。在这种情况下，半透光部12通过使曝光光束的相位反转，有助于利用了光的干扰的析像性的提高和焦点深度的增大。
在本发明的实施方式的光掩模中，当具有在半透光膜2上形成有中间膜(蚀刻阻止膜)3的半透光部12的情况下，在它们的层叠膜具有上述光学特性。然而，优选将半透光膜2上的中间膜3去除。即，优选半透光膜2单体即满足上述光学特性。
<显示装置的制造方法>
本发明的实施方式的光掩模在制造显示装置时使用。在这种情况下，显示装置的制造方法包括以下工序：准备上述光掩模；使用曝光装置将上述的光掩模具有的转印用图案转印在被转印体上。
<参考例>
图4是示出参考例的光掩模的一结构例的图，(a)是俯视图，(b)是(a)的X2-X2截面图。
图示的光掩模是具有转印用图案的光掩模，该转印用图案是通过对形成于透明基板51上的半透光膜52及遮光膜54分别进行图案形成而形成的、具有透光部61、半透光部62及遮光部64的转印用图案。该光掩模具有的转印用图案包括：透光部61和遮光部64相邻的部分、透光部61和半透光部62相邻的部分、半透光部62和遮光部64相邻的部分。
下面，对参考例的光掩模的制造方法进行说明。
(准备光掩模坯体的工序)
首先，如图5(a)所示，准备在透明基板51上层叠了半透光膜52、中间膜53及遮光膜54而成的光掩模坯体。在该光掩模坯体形成覆盖遮光膜54的抗蚀剂膜(第1抗蚀剂膜)55。
(抗蚀剂图案形成工序)
然后，如图5(b)所示，通过对抗蚀剂膜55进行图案形成而形成第1抗蚀剂图案55a。在形成第1抗蚀剂图案55a时，首先使用描画装置对上述的带抗蚀剂膜光掩模坯体进行第1描画，然后进行显影，由此形成第1抗蚀剂图案55a。
(遮光膜的第1蚀刻工序)
然后，如图5(c)所示，将第1抗蚀剂图案55a作为掩模对遮光膜54进行蚀刻，由此形成遮光膜54的图案(第1遮光膜图案)。遮光膜54的蚀刻使用Cr用蚀刻剂。
(中间膜的第1蚀刻工序)
然后，如图5(d)所示，更换蚀刻剂，对中间膜53进行蚀刻。
(半透光膜蚀刻工序)
然后，如图5(e)所示，将蚀刻剂再次更换为Cr用的蚀刻剂，对半透光膜52进行蚀刻，由此形成成为透光部61(图4)的部分(开口)。
(第1抗蚀剂图案去除工序)
然后，如图5(f)所示，通过抗蚀剂剥离等将第1抗蚀剂图案55a去除。
(第2抗蚀剂膜形成工序)
然后，如图6(a)所示，在透明基板51上整面形成抗蚀剂膜(第2抗蚀剂膜)56。由此，按照以上所述被图案化的遮光膜54被抗蚀剂膜56覆盖。
(第2抗蚀剂图案形成工序)
然后，如图6(b)所示，通过对抗蚀剂膜56进行图案形成而形成第2抗蚀剂图案56a。具体地，在使用与上述抗蚀剂膜55一样的描画装置对抗蚀剂膜56进行第2描画后进行显影，由此形成第2抗蚀剂图案56a。该第2抗蚀剂图案56a用于在下一个工序中以第2抗蚀剂图案56a为掩模再对遮光膜54进行图案形成，由此将遮光部61和半透光部62的区域分开。
(遮光膜的第2蚀刻工序)
然后，如图6(c)所示，将第2抗蚀剂图案56a作为掩模对露出的部分的遮光膜54进行蚀刻，由此形成遮光膜54的图案(第2遮光膜图案)。遮光膜54的蚀刻使用Cr用蚀刻剂。在该蚀刻工序中用作掩模的第2抗蚀剂图案56a，与在上述图5(b)～(f)的过程中形成的图案之间相互产生对准偏差，该对准偏差不能完全防止。因此，成为使半透光部62和遮光部64的CD精度和坐标精度劣化的原因。
另外，在遮光膜54的蚀刻中处于半透光膜52的侧面露出的状态，因而由此处进行侧蚀刻。因此，导致用于规定半透光部62的边缘的半透光膜52的侧面退后了尺寸δ。因此，为了补偿该尺寸变化，在上述图5(b)的第1描画的阶段，需要使第1抗蚀剂图案55a的开口尺寸相比透光部61的目标尺寸D(参照图4)减去退后部分。即，如图5(b)所示，对于目标尺寸D的开口，需要将描画用的图案数据加工成使按照(D-2δ)尺寸形成第1抗蚀剂图案55a。
(中间膜的第2蚀刻工序)
然后，如图6(d)所示，通过蚀刻将在第2抗蚀剂图案56a的开口部分露出的中间膜53去除。
(第2抗蚀剂图案去除工序)
然后，如图6(e)所示，通过抗蚀剂剥离等将第2抗蚀剂图案56a去除。由此，完成上述图4所示的光掩模。
基于以上制造方法的光掩模如上所述由于在两次的描画之间相互产生的对准偏差，具有半透光部62和遮光部64的CD精度及坐标精度劣化的倾向。另外，在上述图6(c)的工序中，在半透光膜52的侧面产生的侧蚀刻的影响也增大。在许多情况下，由于遮光膜54的膜厚相对增大等原因，遮光膜54的蚀刻所要时间相比半透光膜52的蚀刻所要时间相当长。这样，当在上述图6(c)的工序中蚀刻遮光膜54的期间，导致半透光膜52的侧面被大幅侧蚀刻。因此，用于规定半透光部62的边缘的半透光膜52的侧蚀刻宽度(退后宽度)增大，并且担忧面内的CD偏差扩大的情况。即，仅通过上述的描画用的图案数据的加工，不能补偿起因于侧蚀刻的CD精度的劣化。
另一方面，在使用了液晶或有机EL的显示装置的制造中，微细化的图案、以及对层间的重叠产生较大影响的CD精度和坐标精度的要求极高。针对这种要求，可以说本发明的实施方式的光掩模的制造方法以及由此得到的光掩模的意义非常大。
对利用本发明的实施方式的制造方法制造的多灰度的光掩模确认到的是，遮光部14(图1)的尺寸精度极高。这源于在上述实施方式的制造方法中不需要如参考例那样的遮光膜的第2蚀刻工序(伴随半透光膜的侧蚀刻的遮光膜的长时间的蚀刻)，而且遮光部的尺寸通过第1描画已实质上划定。在该第1描画时可以优选使用表层具有反射控制层的遮光膜进行。
另外，在不破坏本发明的效果的范围内，除半透光膜2和遮光膜4以外，还可以设置光学膜和功能膜(蚀刻阻止膜等)。
并且，本发明的光掩模的用途没有特别限制。并且，本发明的光掩模也可以是在使用该掩模最终得到的电子器件的制造过程中能够进行多次的蚀刻工艺的所谓多灰度光掩模，还可以是对析像度和焦点深度有利的半色调型相位移位掩模。
并且，本发明的光掩模如上所述具有包括透光部11、半透光部12及遮光部14的转印用图案。在将该光掩模用作多灰度光掩模的情况下，通过该光掩模对被转印体上的光致抗蚀剂膜进行曝光，由此将光掩模的转印用图案转印在被转印体上。其结果是，通过对被图案转印的光致抗蚀剂膜进行显影，能够在一次的曝光中形成具有规定的立体形状的抗蚀剂图案。即，在构成转印用图案的透光部11及半透光部12透射的曝光量彼此不同，由此在被转印体上形成抗蚀剂残膜量彼此不同的部分，藉此能够形成具有阶梯的抗蚀剂图案。这种多灰度光掩模主要在用于显示装置的制造时比较有利。因为多灰度光掩模具有相当于两片光掩模的功能，因而在显示装置的生产效率和成本方面优势较大。
这样，本发明的光掩模能够适合用于使用了作为LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)用或者FPD(Flat Panel Display：平板显示器)用而公知的曝光装置的曝光。作为这种曝光装置，例如采用如下的投影曝光装置，该装置使用包含i线、h线、g线的曝光光束，并具有数值孔径(NA：Numerical Aperture)为0.08～0.15、相干参数(σ)约为0.7～0.9的等倍光学系统。当然，本发明的光掩模(多灰度光掩模)也能够用作接近式曝光用的光掩模。
本发明的光掩模特别适合包括液晶显示装置、有机EL显示装置等的显示装置的制造用途。并且，本发明的光掩模能够用于形成这些显示装置的各种部位(接触孔、薄膜晶体管的S(Source)/D(Drain)层、滤色器的感光性间隔柱用层等)。并且，本发明的光掩模特别适合用于具有包括与遮光部相邻且被包围的透光部的转印用图案的光掩模、或者具有包括与半透光部相邻且被包围的透光部的转印用图案的光掩模。另外，也能够适用于具有包括与遮光部相邻且被包围的半透光部的转印用图案的光掩模。
并且，本发明的光掩模能够在发挥本发明的作用效果的范围内具有追加的膜和膜图案。例如，也可以在透明基板的表面(转印用图案面)侧或者背面侧配置光学滤波器膜、导电膜、绝缘膜、反射防止膜等。
标号说明
1透明基板；2半透光膜；3中间膜；4遮光膜；4a凹部；5抗蚀剂膜(第1抗蚀剂膜)；6抗蚀剂膜(第2抗蚀剂膜)；11透光部；12半透光部；14遮光部。

Claims (8)

1.一种光掩模，该光掩模具有转印用图案，该转印用图案是通过对形成于透明基板上的遮光膜及半透光膜分别进行图案形成而形成的，具有遮光部、半透光部及透光部，其特征在于，
所述转印用图案包括与所述透光部及所述半透光部分别相邻的所述遮光部，
在所述遮光部中，在所述透明基板上形成有半透光膜、中间膜及遮光膜，
在所述半透光部中，在所述透明基板上形成有所述半透光膜、或者所述半透光膜和中间膜，
当将所述透明基板的、至少形成有所述半透光膜的面设为主表面时，
在所述透光部，所述主表面露出，
所述遮光膜和所述半透光膜由能够利用相同的蚀刻剂进行蚀刻的材料形成，
在将与所述透光部及所述半透光部分别相邻的所述遮光部设为中间遮光部时，
在所述中间遮光部中形成有凹部，该凹部中的所述遮光膜的膜厚在与所述透光部相邻的边缘侧小于与所述半透光部相邻的边缘侧。
2.根据权利要求1所述的光掩模，其特征在于，
所述凹部的深度为
Figure FDA0002961595350000011
3.根据权利要求1或2所述的光掩模，其特征在于，
所述中间遮光部的所述凹部对曝光光束代表波长的反射率大于光掩模坯体中的所述遮光膜表面的反射率。
4.根据权利要求1或2所述的光掩模，其特征在于，
所述转印用图案具有与所述遮光部相邻且被所述遮光部包围的透光部。
5.根据权利要求1或2所述的光掩模，其特征在于，
所述转印用图案具有与所述半透光部相邻且被所述半透光部包围的透光部。
6.根据权利要求1或2所述的光掩模，其特征在于，
所述半透光膜具有的曝光光束的相位移位量在90度以下。
7.根据权利要求3所述的光掩模，其特征在于，
在所述光掩模坯体中，所述半透光膜和所述遮光膜的膜厚之比为1:2.5～1:20。
8.一种显示装置的制造方法，其特征在于，所述显示装置的制造方法包括以下工序：
准备权利要求1或2所述的光掩模；以及
使用曝光装置将所述光掩模具有的转印用图案转印在被转印体上。
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