CN116974138A - 一种掩膜装置、掩膜装置的制作方法和光刻设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光刻领域，公开了一种掩膜装置，包括由相邻设置的相移区和全透区的透明底板，相移区为具有遮光层和相移层的相移单元，遮光层设置在相移层的两侧，遮光层之间的距离小于或等于相移层的宽度，且相移层的宽度小于两侧的遮光层宽度与其间隙之和，从两个遮光层两侧透过的光线对于透过相移层光线的干涉效果相同，相移层的宽度为1～5μm、透光率为10％～90％，遮光层的宽度之和为1～8μm，本发明通过遮光层来限定相移区的宽度，减小了套合精度的影响，提高了相移层的线宽均匀性，降低了掩膜装置的制造难度，且相移区下方的衍射光线能够形成稳定的干涉相消，提升了转印图案的分辨率，本发明还提供一种掩膜装置的制作方法和光刻设备。

Description

一种掩膜装置、掩膜装置的制作方法和光刻设备

技术领域

本申请涉及光刻技术领域，尤其涉及一种掩膜装置、掩膜装置的制作方法和光刻设备。

背景技术

随在平板显示领域中通常使用曝光机进行图案信息的转印，通过灯光的照射将胶片或其他透明体上的图像信息转移到涂有感光物质的表面上，目前行业中通常采用掩模装置对准Mask Aligner的方式进行图案的转印，行业里普遍使用的是接近式曝光机和投影式曝光机，由于投影式曝光机价格高昂，生产效率低，因此很多厂家选择接近式曝光机用于生产。

由于接近式曝光机存在光的平行半角与斜射角的影响，曝光后图形的实际宽度会有下限，例如目前的常规设备无法做出线宽5μm，同时光刻胶残膜率达到80％以上的正性胶图形。随着产品图形的精细化要求越来越高，因此需要提升接近式曝光机的图形分辨率。常规的提升分辨率的方式是减少曝光GAP、减少平行半角与斜射角、降低曝光波段或者光刻胶的工艺优化，然而减少曝光GAP容易导致产品良率下降，平行半角与斜射角目前理论上也很难继续提升，降低曝光波段的成本也很大，同时在光刻胶方面的优化也是有限的。

为了解决上述问题，目前行业内主要通过使用相移掩模PSM(Phase Shift Mask)来增强分辨率，基本原理是在掩模图形的相邻透光区引入相位差或再辅之以透过率的变化，以改变相邻图形衍射光束之间的干涉状态，同时利用光线的强度和相位来成像的一种分辨率增强技术，通过相邻透光区光场的相消干涉，减小光场分布中暗区的光强、增大亮区的光场,以提高对比度、改善分辨率。现有技术的掩膜装置中通过在遮光层的两侧设置相移层的方式进行调节焦距对光源处理，使得弱光强区域缩窄至焦点。此种方法需要具有调焦功能的曝光机，对于接近式曝光机，没有调焦功能，所以并不适用接近式曝光机。

接近式曝光机难以刻制分辨率高、精细化的图形，已经成为了行业中一个需要攻克的课题。

发明内容

鉴本发明旨在解决接近式曝光机难以刻制分辨率高、精细化图形的技术问题。为此，本发明提出一种掩膜装置，所述掩膜装置结构制作精度高，转印图案的分辨率高、均匀性和一致性好。

本发明的另一个目的在于提出了一种掩膜装置的制造方法。

本发明的再一个目的在于提出了一种具有上述掩膜装置的光刻设备。

根据本发明第一方面实施例的一种掩膜装置，包括有透明底板，所述透明底板上包括相移区和全透区，所述相移区和所述全透区相邻设置，所述相移区设置有至少一组相移单元，一组所述相移单元包括有遮光层和相移层，所述遮光层设置在所述相移层的两侧，所述遮光层之间的距离G1小于或等于所述相移层的宽度D1，且所述相移层的宽度D1小于两侧的所述遮光层的总宽度D2与所述G1之和，从两个所述遮光层的两侧透过的光线对于透过所述相移层的光线的干涉效果相同，所述相移层的宽度D1为1～5μm，且所述相移层在光源的波长为330～430nm之间时的透光率为10％～90％，所述遮光层的总宽度D2为1～8μm，因此可以通过遮光层的距离来限定相移区的宽度，进而降低了掩膜装置的制造难度，且提高了相移层和遮光层的套合精度，使相移层的下方的衍射光线与遮光层下方的衍射光线形成稳定的干涉相消，有效地提升了干涉图案的分辨率，使得干涉图案线宽进一步降低。

根据本发明的一个实施例，所述相移层的透光率为50％～70％，所述相移层的材料为金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物、金属碳化物、金属合金氧化物、金属合金氮化物、金属合金氮氧化物、金属合金碳化物等材料中的一种或多种的组合。

根据本发明的另一个实施例，所述相移层的相位偏转角度Φ符合公式：n×160°≤Φ≤n×200°(n＝1、2或3)。

根据本发明的另一个实施例，所述遮光层设置于所述相移层的下侧，或者所述相移层设置于所述遮光层的下侧。

根据本发明的另一个实施例，所述遮光层的材料为铬以及铬的氧化物、碳化物、氮化物、碳氧化物、氮氧化物等组成的黑色薄膜中的一种或多种的组合。

根据本发明第二方面实施例的掩膜装置的制造方法，所述掩膜装置的制造方法包括以下步骤：

在所述透明底板上形成第一功能层；

在所述第一功能层上形成第二功能层；

其中，所述第一功能层为遮光层，第二功能层为相移层，或者所述第一功能层为相移层，第二功能层为遮光层。

根据本发明实施例的掩膜装置的制造方法，相移层的宽度由遮光层之间的距离确定，降低了相移层和遮光层套合精度的影响，因此遮光层、相移层之间的相对位置可以自由选择，进而使得制造更加简便。

根据本发明第三方面实施例的光刻设备，包括根据本发明上述第一方面实施例的掩膜装置，还包括光源机构和转印机构，所述光源机构所使用的光源波长为365nm～425nm，通过设置根据本发明上述第一方面实施例的掩膜装置，提高了光刻设备的转印图案的分辨率，减小了转印图案的线宽。

根据本发明的一个实施例，所述光源为波长为365nm的UV紫外光。

根据本发明的另一个实施例，所述转印机构所转印的图案为条纹图形或者所述条纹交叉所组合成的网格图形，且所述条纹图形中相邻线条的距离或者所述网格图形中相邻线条的距离大于5μm。

根据本发明的另一个实施例，所述转印机构包括转印基板，所述转印基板上涂覆有正型感光树脂。

根据本发明实施例的掩膜装置的光刻设备，能够提升转印出来的图案均匀性和一致性，提升了转印图案的分辨率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

附图仅用于示出实施方式，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为现有技术的掩膜装置的第一剖面示意图；

图2为现有技术的掩膜装置的光强度示意图；

图3为另一种现有技术的掩膜装置的第一剖面示意图；

图4为另一种现有技术的掩膜装置的光强度示意图；

图5为本申请的掩膜装置的第一剖面示意图；

图6为本申请的掩膜装置的光强度示意图；

图7为本申请的掩膜装置的实验数据表格示意图；

图8为本申请的掩膜装置的制作方法示意图；

图9为本申请的光刻设备的示意图。

其中，图中标记的含义为：

101、透明基板；102、遮光膜；103、相移膜；11、遮光区域；

12、相移区域；13、光透区域；

201、透明底板；202、遮光层；203、相移部；21、相移区；22、全透区；

300、光刻设备；310、光源机构；320、转印机构；321、转印基板；

322、正型感光树脂层

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为说明本申请提供的掩膜装置，以下结合说明书附图及实施例的文字说明进行详细阐述。

图1-图4中显示了一种现有技术的掩膜装置的实施例，如图1所示，一个现有技术的具体实施例中，在透明基板101上设置有遮光膜102和相移膜103，在遮光膜102的两侧边缘均设置有相移膜103，遮光膜102所覆盖区域为遮光区域11，相移膜103所覆盖区域为相移区域12，遮光区域11和相移区域12之外为光透区域13，具体的，在一个实施例中，在接近式曝光机上，如图2所示，这种遮光膜102和相移膜103的设置方式，通过相邻相移区域12的光会产生相互干涉，或者相邻相移区域12的光对杂波的消除方向不能达成完全一致，进而形成新的杂波，导致制作精细化图形的难度很大，制作的图形厚度均匀性很差，从而会降低良品率，实际的转印图形的线宽达到10μm，且线条中心区光被加强，因此做出的光刻胶残线条为两边厚、中间薄的波浪形状，此外，这种掩膜装置通常需要进行调节焦距对光源处理，使得弱光强区域缩窄至焦点，所以并不适用接近式曝光机；如图3-图4所示，另一个现有技术的具体实施例中，在透明基板101上设置有遮光膜102和相移膜103，在遮光膜102的一侧边缘设置有相移膜103，这种遮光膜102和相移膜103的设置方式，由于相移膜103和遮光膜102的在制作中过程中需要经历两次光绘蚀刻图形过程，在制造中相移膜103与遮光膜102存在套合精度的问题，例如先制作遮光膜102的时候，因为相移膜103的宽度是固定的，所以两者叠加的线宽不一致，从而导致相移膜103的有效线宽也存在差异，生产出的掩膜装置均匀性差，这种遮光膜102和相移膜103的设置方式，通过相邻相移区域12的光会产生相互干涉，虽然转印图案线宽较小，但是转印图形的均匀性、一致性较差。

下面参考图5-图6描述根据本发明实施例的掩膜装置。其中，掩膜装置可以用于光刻设备300。在光刻过程中，可以将掩膜装置设在光源的下方，并将光源对准基板的掩膜装置以将目标的图案进行转印。如图5所示，根据本发明一个实施例的掩膜装置，包含包括有透明底板201，透明底板201上包括相移区21和全透区22，相移区21和全透区22相邻设置，可以理解的是，全透区22光线可以全部透过，相移区21内则会由于衍射和干涉现象使得光线的路线发生偏移，具体的，相移区21设置有至少一组相移单元，一组相移单元包括有遮光层202和相移层203，遮光层202设置在相移层203的两侧，两侧遮光层202之间的距离G1小于或等于相移层203的宽度D1，从而保证相移区21内没有光线会直接全部穿过，且相移层203的宽度D1小于两侧的遮光层202总宽度D2与两侧遮光层202之间的距离G1之和，从而确保相移层203只存在于遮光层202之间，从两个遮光层202的两侧透过的光线对于透过相移层203的光线的干涉效果相同，从而使得从遮光层202两侧透过的光线对于透过中间相移层203的光线干涉的效果一致，具体的，相移层203的宽度D1为1～5μm，且相移层203的透光率为10％～90％，两遮光层202的宽度之和D2为1～8μm，因此本方案可以通过遮光层202的距离来限定相移区21的宽度，进而降低了掩膜装置的制造难度，且提高了相移层203和遮光层202的套合精度，使得相移层203的下方的衍射光线与遮光层202下方的衍射光线形成稳定的干涉相消，有效地提升了干涉图案的分辨率，提高了干涉图案的均匀性和一致性。

需要说明的是，为了实现两侧的遮光层202对于相移层203的光源干涉的效果相同，即从两个遮光层202的两侧透过的光线对于透过相移层203的光线的干涉效果相同，相移层203两侧的遮光层202可以为材料和形状一样的遮光层202，例如，两遮光层202可以为长宽高一致的正方体或者长方体，在另一个实施例中，相移层203两侧的遮光层202可以为材料不同的遮光层202，例如两遮光层202可以为长宽高一致的正方体或者长方体，一侧的遮光层202为多种材料或者多层结构，另一侧遮光层202为一种材料或者仅为一层结构，但是两侧遮光层202对于相移层203的干涉效果一致，在一些其他的实施例中，遮光层202可以为形状不规则的图形，因此，只要从两侧遮光层202的两侧透过的光线对于透过相移层203的光线的干涉效果一致即可，在此对于遮光层202的形状和组成不做具体的限制。

需要说明的是，相移层203的宽度D1和单个遮光层202的宽度均大于0.5μm且小于5μm，同时两个遮光层202的总宽度D2大于1μm且小于8μm，在此范围内可以使得干涉的效果最佳，相移层203的宽度D1和遮光层202的总宽度D2过大或者过小，都会影响干涉的效果，从而影响最终的图形成像效果，在一些具体的实施例中，每一个遮光层202的宽度D2均小于相移层203的宽度D1，从而使得干涉的效果更优。

需要说明的是，两侧遮光层202之间的距离G1小于或等于相移层203的宽度D1，且相移层203的宽度D1小于两侧的遮光层202总宽度D2与两侧遮光层202之间的距离G1之和，也就是说，相移层203的两端均与遮光层202相接触，即相移层203的两端不会延伸到全透区22，以保证相移区21不会有光线直接绕开相移层203并直接穿过，同时保证全透区22不会有相移层203对于光线进行干扰，从而使得从遮光层202两侧透过的光线能够对于透过中间相移层203的光线进行干涉相消。

根据本发明的一个实施例，相移层203的透光率为50％～70％，如图7所述，不同的相移层203透过率对于线宽和残膜率的影响存在差异，当透过率低于10％时，干涉效果变差，使得转印出来的线宽会高于8μm，使得转印图案的分辨率低，线宽过大，同时当透过率高于90％时，虽然干涉效果更好，但是会导致残膜率降低，进而降低了产品的良品率，需要说明的是，当相移层203的透光率为50％～70％时，光的干涉效果较好，并且残膜率保持在相对较高的水平，综合性能最佳，能够制造出线宽较小的图案并保证产品的良品率，进一步的，相移层203的材料为金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物、金属碳化物、金属合金氧化物、金属合金氮化物、金属合金氮氧化物、金属合金碳化物等材料中的一种或多种的组合，在此不做具体限定。

根据本发明的另一个实施例，相移层203的相位偏转角度Φ符合公式：n×160°≤Φ≤n×200°(n＝1、2或3)，例如，当n为1时，此时的相位偏转角度Φ为160°-200°，当n为2时，此时的相位偏转角度Φ为320°-400°，当n为3时，此时的相位偏转角度Φ为480°-600°，需要说明的是，当相位偏转角度Φ大于180°时成像的效果较佳，但是由于相移层203的制作往往会有误差，因此相位偏转角度Φ可以存在正负20°的误差，此时仍能够保证成像的效果保持在较佳的范围，相位偏转角度Φ在此范围中，对于形成紧密的微细图案是有利的，转印的线条图案的分辨率更高。

根据本发明的另一个实施例，在与透明底板201垂直的方向上，遮光层202设置于相移层203的下侧，或者相移层203设置于遮光层202的下侧，由于相移层203位于遮光层202中间，因此相移层203的宽度实际上是由遮光层202之间的距离所确定的，因此在掩膜装置中，遮光层202和相移层203的相对位置不会对相移区21的有效宽度造成影响，因此可以遮光层202和相移层203在与透明底板201垂直的方向上的相对位置可以不受限制，例如，相移层203与遮光层202可以均与透明底板201抵接，同时相移层203在与透明底板201垂直的方向上的高度大于遮光层202。

根据本发明的另一个实施例，遮光层202的材料为铬以及铬的氧化物、碳化物、氮化物、碳氧化物、氮氧化物等组成的黑色薄膜中的一种或多种，需要说明的是，在其他实施例中，遮光层202可以是任何满足透光率要求的材料，在此不做具体限定。

根据本发明第二方面实施例的掩膜装置的制造方法，如图8所示，掩膜装置的制造方法包括以下步骤：

S1：在透明底板201上形成第一功能层；

S2：在第一功能层上形成第二功能层；

其中，第一功能层为遮光层202，第二功能层为相移层203，或者第一功能层为相移层203，第二功能层为遮光层202。

具体的，在与透明底板201垂直的方向上，遮光层202设置于相移层203的下侧，或者相移层203设置于遮光层202的下侧，由于相移层203位于遮光层202中间，因此相移层203的宽度实际上是由遮光层202之间的距离所确定的，因此在掩膜装置中，遮光层202和相移层203的相对位置不会对相移区21的有效宽度造成影响，因此遮光层202和相移层203在与透明底板201垂直的方向上的相对位置可以不受限制，因此在制作掩膜装置时，可以先在基板上制作遮光层202，再制作相移层203，或者先制作相移层203，再制作遮光层202，由于遮光层202和相移层203的制作先后顺序可以调换，因此可以根据生产的需要进行工序的调整，使得掩膜装置的制作更加简便。

根据本发明第三方面实施例的光刻设备300，如图9所示，本光刻设备300包含上述掩膜装置，还包括有光源机构310和转印机构320，光刻设备300为接近式光刻设备300，掩膜装置的透明底板201与转印机构320之间的距离可以为50～200um，当掩膜装置与转印机构320之间的距离为50～200um时，有利于转印出宽度更微细的转印图案，进一步的，光源机构310所使用的光源波长为365nm～425nm，光源机构310的光源可以为汞灯，由于汞灯在i线、h线、g线具有强峰，针对365nm或者425nm的峰具有良好的灵敏度域的正型感光树脂效果较好，有利于更好地转印图案。

根据本发明的一个实施例，光源机构310所使用的光源波长为365nm的UV紫外光，该波长的光源具有性能稳定，转印成像效果更好的效果。

根据本发明的另一个实施例，转印机构320所转印的图案为条纹图形或者由条纹交叉所组合成的网格图形，且条纹图形或者网格图形中的线距大于5μm，可以理解的是，该条纹图形可以为矩形图形或者是菱形图形，同时该条纹图形可以为均布设置的规则图形，或者是局部规则的图形，在此不做限定。

根据本发明的另一个实施例，所述转印机构320还包括转印基板321，转印基板321设置在转印机构320上，与掩膜装置正对，转印基板321上采用涂覆有正型感光树脂层322，正型感光树脂层322更有利于光刻图案的形成过程，有利于形成紧密的微细图案，使得转印的微细宽度的线条图案的分辨率更高。

以上为本申请提供的掩膜装置为较佳实施例，并不能理解为对本申请权利保护范围的限制，本领域的技术人员应知晓，在不脱离本申请构思的前提下，还可做多种改进或替换，所有的改进或替换都应在本申请的权利保护范围内，即本申请的权利保护范围应以权利要求为准。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

Claims (10)

1.一种掩膜装置，其特征在于，包括有透明底板，所述透明底板上包括相移区和全透区，所述相移区和所述全透区相邻设置，所述相移区设置有至少一组相移单元，一组所述相移单元包括有遮光层和相移层，所述遮光层设置在所述相移层的两侧，所述遮光层之间的距离G1小于或等于所述相移层的宽度D1，且所述相移层的宽度D1小于两侧的所述遮光层的总宽度D2与所述遮光层之间的距离G1之和，从两个所述遮光层的两侧透过的光线对于透过所述相移层的光线的干涉效果相同，所述相移层的宽度D1为1～5μm，且所述相移层在光源的波长为330～430nm之间时的透光率为10％～90％，所述遮光层的总宽度D2为1～8μm。

2.如权利要求1所述的掩膜装置，其特征在于，所述相移层的透光率为50％～70％，所述相移层的材料为金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物、金属碳化物、金属合金氧化物、金属合金氮化物、金属合金氮氧化物、金属合金碳化物等材料中的一种或多种的组合。

3.如权利要求1所述的掩膜装置，其特征在于，所述相移层的相位偏转角度Φ符合公式：n×160°≤Φ≤n×200°(n＝1、2或3)。

4.如权利要求1所述的掩膜装置，其特征在于，所述遮光层设置于所述相移层的下侧，或者所述相移层设置于所述遮光层的下侧。

5.如权利要求1所述的掩膜装置，其特征在于，所述遮光层的材料为铬以及铬的氧化物、碳化物、氮化物、碳氧化物、氮氧化物等组成的黑色薄膜中的一种或多种的组合。

6.一种掩膜装置的制造方法，其特征在于，

在所述透明底板上形成第一功能层；

在所述第一功能层上形成第二功能层，

其中，所述第一功能层为遮光层，所述第二功能层为相移层，或者所述第一功能层为相移层，所述第二功能层为遮光层。

7.一种光刻设备，包括权利要求1-5中任一项所述的掩膜装置，其特征在于，还包括光源机构和转印机构，所述光源机构所使用的光源波长为365nm～425nm。

8.如权利要求7所述的光刻设备，其特征在于，所述光源为波长为365nm的UV紫外光。

9.如权利要求7所述的光刻设备，其特征在于，所述转印机构所转印的图案为条纹图形或者所述条纹交叉所组合成的网格图形，且所述条纹图形中相邻线条的距离或者所述网格图形中相邻线条的距离大于5μm。

10.如权利要求7所述的光刻设备，其特征在于，所述转印机构包括转印基板，所述转印基板上涂覆有正型感光树脂。