CN1410831A - 灰调掩模制作方法、灰调掩模和图形转印方法 - Google Patents

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Abstract

一种制作灰调掩模的方法，在至少部分具有预定灰调图形的灰调掩模上能满足预定灰调图形的尺寸精度。在灰调掩模的制作过程中，将在衬底上涂覆的光刻胶膜厚的面内分布抑制到等于或小于±1％。

Description

灰调掩模制作方法、灰调掩模和图形转印方法
技术领域
本发明涉及制作灰调掩模的方法，该掩模具有获得的透光性居于遮光部分和透光部分之间的中间量的灰调部分。
背景技术
近年来，在大型LCD掩模领域制作薄膜晶体管(TFT)的工艺中，尝试采用灰调掩模减少掩模片数(如月刊FPD Intelligence，1999年5月所阐明)。
如图8A所示，这种灰调掩模有遮光部分1，透光部分2和灰调部分3。灰调部分3相当于一个区域，其中形成了低于或等于采用灰调掩模的大型LCD所用的曝光装置分辨率极限的遮光图形3a，并通过减小透过该区域的光将其设计成可选择性地改变光刻胶膜的厚度，从而减小该区域的发光量。正常来说，遮光部分1和遮光图形3a由同种材料，如铬或铬化合物，制成的并具有同样厚度的膜形成。
对于采用灰调掩模的大型LCD所用的曝光装置的分辨率极限，步进型曝光装置约为3微米，镜面投射型曝光装置约为4微米。结果，图8A灰调部分中透光部分3b的间隔宽度设为，例如小于3微米，并且低于或等于曝光装置的分辨率极限的遮光图形3a的线宽设为，例如小于3微米。当大型LCD所用的曝光装置用于曝光时，鉴于透过灰调部分3的曝光总量不足，正性光刻胶留在衬底上，然而单单经由灰调部分3暴露于光的正性光刻胶的厚度减小。这一现象称为灰调效应。具体说，因为曝光量的差别，对应于普通遮光部分1和对应于灰调部分的部分间，显影液中光刻胶的溶解度产生差异，这样，如图8B所示，使得对应于普通遮光部分1的部分1’厚达例如1.3微米，使得对应于灰调部分3的部分13厚达例如0.3微米，并使得对应于透光部分2的部分12例如没有光刻胶。在没有光刻胶的部分12上对作为工件的衬底进行第一次刻蚀。然后，用抛光(ashing)等方式除去在对应于灰调部分3的薄部分13中的光刻胶，并对这一部分进行第二次腐蚀。为了减少所用掩模数，刻蚀工艺用一块掩模进行而不是通常所用的两块掩模。
为制作上述类型的灰调掩模，在玻璃衬底上用铬、铬化合物等形成遮光膜。最常见的是在其上用旋涂技术形成光刻胶膜，然后用包括灰调图形数据的图形数据进行构图以显影光刻胶膜，从而形成光刻胶图形。这一光刻胶图形被用作掩模来刻蚀该遮光膜，接着剥离光刻胶图形。
在灰调掩模中，因为透过灰调部分的光量受灰调图形的尺寸控制，故对灰调图形的尺寸有严格的要求。即，如果衬底表面上灰调图形中线宽尺寸有偏差，灰调区的透光性就发生偏差。可以考虑用膜厚偏差较小的光刻胶膜来形成灰调图形，作为一种防止平面图形尺寸中这种偏差的方法。然而，用最常见的旋涂法涂覆光刻胶，光刻胶膜由于旋转不可避免地在衬底周边隆起。由于周边隆起等效应，在减小光刻胶膜厚的面内偏差方面存在局限。尤其是，在为需要使用330毫米或大于330毫米的大型衬底的显示器件而制作灰调掩模时，在其大面积上均匀地制作光刻胶掩模有困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种制作面内图形尺寸偏差减小的灰调掩模的方法。
本发明者一直致力于这方面的研究与开发以图消除这一问题，结果发现，在光刻胶膜的用于形成至少一灰调部分的区域中，光刻胶膜厚度的面内分布必须抑制到等于或小于±1％，以便满足灰调图形的尺寸精度(面内分布)。
通过抑制光刻胶膜厚度的面内分布等于或小于±1％，尺寸精度的面内偏差改善约20％，从而减小了灰调部分透光率的偏差。结果发现，使用这种灰调掩模的图形转印工艺的成品率明显改进，并使用这种灰调掩模的图形转印工艺的实用性大大提高。
请注意，光刻胶膜厚度的面内分布的定义为：面内分布(％)＝(Tmax-Tmin/T平均×2)×100，当对一块掩模的多点进行光刻胶膜厚测量时，最大膜厚为Tmax，最小膜厚为Tmin，平均膜厚为T平均。
同时，本发明中，光刻胶膜厚的测量区是形成灰调部分的区域。如同用于制作显示器件的灰调掩模那样，在一个包括包含灰调部分的多种像素图形的灰调掩模的情况下，测量区设为像素区(形成像素图形的区域)。在除像素区以外的区域中包括灰调部分的情况下，测量区设为一个包括该区的区域。
本发明有如下特点：
一种制作灰调掩模的方法，灰调掩模具有一遮光部分，一透光部分和作为一由遮光图形形成的区域的灰调部分，该遮光图形的图形尺寸等于或小于使用掩模的曝光装置的分辨率极限以减小透过该区的曝光量，该形成灰调掩模的方法的特点为：
在灰调掩模的形成工艺中，在由涂覆于衬底上的光刻胶膜形成的灰调部分的区域中，将光刻胶膜厚度的面内分布抑制在等于或小于±1％。
如上所述的制作灰调掩模的方法，其中通过用喷嘴尖端在向下放置的衬底上扫过，通过毛细管喷嘴将用毛细管现象升起的光刻胶液体涂覆光刻胶膜。
用上述形成方法获得的用于制作显示器件的灰调掩模。
采用上述灰调掩模的图形转印方法。
根据本发明，通过将光刻胶膜厚度的面内分布抑制在等于或小于±1％，对于具有，至少部分具有，预定的灰调图形的灰调掩模来说，预定灰调图形尺寸精度(面内偏差)可得到满足。因此实现了至少在一部分具有较小透光度分布的预定灰调图形的灰调掩模。
通过抑制光刻胶膜厚度的面内分布等于或小于±1％，尺寸精度的面内偏差改善约20％。在用灰调掩模将图形转印到光刻胶上的情况下，灰调部分在整个灰调掩模区的光刻胶膜厚偏差得到明显改善。因此，在使用这种灰调掩模的图形转印工艺中明显可以改进成品率，并大大提高使用这种灰调掩模的图形转印工艺的实用性。
顺便说一句，光刻胶膜厚度的面内分布较可取地是抑制到等于或小于±0.8％，更可取地为等于或小于±0.5％。
根据结构2，不是使用作为光刻胶涂覆机主流的旋涂机，而是采用另一种设备的方案，即通过用喷嘴尖端在向下放置的衬底上扫过，通过毛细管喷嘴将用毛细管现象升起的光刻胶液体涂覆光刻胶膜。这样，衬底边缘上不形成隆起的光刻胶膜。即使对于大型衬底，光刻胶膜厚的面内分布可抑制到等于或小于±1％，而且在衬底的大范围上具有高的可再现性和成品率。因此，可高成品率地制作具有尺寸精度(面内偏差)改善的灰调部分的灰调掩模。
即，在本发明中，CAP涂覆机是适用的，只要它采用一种利用毛细现象和表面张力的涂覆形式。CAP涂覆机的原理是，当把有毛细管间隙的喷嘴的下部浸入光刻胶时，因毛细现象光刻胶上升到毛细管间隙，从而光刻胶因表面张力在喷嘴尖端喷出。通过慢慢移动朝下放置的衬底涂覆表面靠近喷嘴尖端，进行光刻胶涂覆。这种类型的设备包括例如美国专利5650196或5654041所述的设备。
而且，由于用于形成小于曝光机分辨率极限的精确图形的灰调掩模类型跟采用半透射膜的灰调掩模类型相比价格较低，本发明的灰调掩模和图形转印方法是用于廉价地形成制作LCD(液晶显示器)(制作滤色器或薄膜晶体管)的大型灰调掩模，或制作如PDP(等离子显示面板)等显示器件的大型灰调掩模的方法的实际应用所不可缺少的。
附图说明
图1示出本发明的一个实施例中光刻胶膜厚度测量的结果的示意图；
图2示出本发明的一个实施例中灰调图形尺寸测量的结果的示意图；
图3示出比较例中光刻胶膜厚度测量的结果的示意图；
图4示出比较例中灰调图形尺寸测量的结果的示意图；
图5示出本发明中预定灰调图形的一个实例；
图6示出本发明中预定灰调图形的另一个实例；
图7为用于本实施例中的光刻胶涂覆装置的典型示意图；以及
图8A和8B为解释灰调掩模的部分平面图和部分截面图。
具体实施方式
现对实施例进行解释。
实施例1
在精细研磨的玻璃衬底上(尺寸：390毫米×610毫米，6毫米厚)形成厚度为1000埃的铬膜。用CAP涂覆机(Hiranotechseed制造)将光刻胶涂覆到铬膜上。
该装置如图7所示，包括一具有浸入液体容器中的光刻胶液体中的毛细管间隙的喷嘴。将喷嘴提升到接近朝下的光掩模板的主表面。利用通过毛细管间隙的毛细现象，移动衬底，同时将升至喷嘴尖端的光刻胶液体与光掩模板的主表面接触。这样，光刻胶就涂在了光掩模板的主表面上。
图1示出了在衬底的380×580毫米的整个像素区上均等分布的5×5＝25个点进行的光刻胶膜厚度测量的结果。表面上的光刻胶膜厚度的面内分布为±1％或小于±1％。
然后，用包括灰调图形的像素图形在光刻胶上进行描绘(曝光)。把光刻胶显影以便对铬膜进行刻蚀。尔后剥离光刻胶，以制作LCD(用于制作薄膜晶体管)的灰调掩模。注意到，灰调图形使用了图5所示的图形。图5为在遮光部分(遮光图形)1之间的灰调区域3中形成灰调图形30的情形。
图2示出用CD测量仪器对衬底上360×580毫米的像素区中均等分布的5×5＝25个点处的图形30的尺寸(线宽)进行测量的结果。这一结果中，最大值Dmax-最小值Dmin(＝范围)约为设计尺寸D的12％。图形尺寸精度(CD)的面内偏差范围约为12％。而且，图5所示的所有图形部分在所有点都很清晰。
比较例1
在精细研磨的玻璃衬底上(尺寸：390毫米×610毫米，6毫米厚)形成厚度为1000埃的铬膜。用旋涂机将光刻胶涂覆到铬膜上。
图3示出了在衬底的360×580毫米的整个像素区上均等分布的5×5＝25个点进行的光刻胶膜厚度测量的结果。光刻胶膜厚度的面内分布为±2％。同时，图3中看到一种倾向，即衬底的中央区的膜厚较薄，而在靠近外周区时厚度渐渐增厚。还观察到一种所谓边缘现象，即因旋转涂布(转动的作用)，膜厚在衬底的四角增厚。
然后，跟实施例1一样，用包括灰调图形的像素图形在光刻胶上进行描绘(曝光)。对光刻胶显影以便对铬膜进行刻蚀。尔后剥离光刻胶，从而制作LCD用的灰调掩模。
图4示出用CD测量仪器对衬底的像素区中均等分布的5×5＝25个点处的图形30的尺寸(线宽)进行测量的结果。这一结果中，最大值Dmax-最小值Dmin(＝范围)约为设计尺寸D的15％。图形尺寸精度(CD)的面内偏差范围约为15％。而且，图5所示的图形部分在所有点都很清晰。
实施例2和比较例2
同实施例1和比较例1一样，用CD测量仪器对精细线条和间隔的图形的尺寸进行了测量，所不同的是，取代图5所示的图形，图8所示的具有精细线条和间隔的灰调图形被配置在用于在衬底上形成灰调部分的310×510毫米的区域中均等分布的5×5＝25个点上。结果，跟比较例2相比，实施例2在灰调部分的整个区中的尺寸精度的面内偏差约改善了20％。从而，使用灰调掩模的图形转印工艺明显改进了成品率，同时使用灰调掩模的图形转印工艺显著提高了实用性。
请注意，本发明并不限于上述实施例。
例如，光刻胶的种类和膜厚等可适当选择。而且，遮光膜不限于铬，可适当选用已知的遮光材料。
同时，本发明所述的预定灰调图形不限于图5所示的图形。例如，取代图5所示的图形，在遮光部分(遮光图形)间分别形成预定灰调图形30，获得了跟实施例1同样的效果。
如上所述，根据本发明，通过抑制光刻胶膜厚度的面内分布等于或小于±1％，预定灰调图形的尺寸精度可得到满足，使得可能实现至少部分地具有预定灰调图形的灰调掩模。
通过抑制光刻胶膜厚度的面内分布等于或小于±1％，尺寸精度的面内偏差改善约20％。用灰调掩模将图形转印到光刻胶的情况下，在灰调部分整个区域中的光刻胶膜厚偏差得到显著改善。因此，可明显改进用这种灰调掩模的图形转印工艺的成品率，并大大提高用这种灰调掩模的图形转印工艺的实用性。
而且，由于用于形成小于曝光机分辨率极限的精细图形的灰调掩模类型跟采用半透射膜的灰调掩模类型相比价格较低，本发明的灰调掩模和图形转印方法是廉价的LCD转印工艺及制作方法的实用化所不可缺少的。

Claims (6)

1.一种制作灰调掩模的方法，该灰调掩模具有一遮光部分，一透光部分和作为一由遮光图形形成的区域的灰调部分，该遮光图形的图形尺寸等于或小于使用掩模的曝光装置的分辨率极限以减小透过该区的曝光量，所述形成灰调掩模的方法包括如下步骤：
制备其上有遮光膜的透明衬底；
在遮光膜上形成光刻胶膜，在形成灰调部分的区域中光刻胶膜厚度的面内分布被抑制在等于或小于±1％；
用包括灰调图形数据的图形数据对光刻胶膜构图；
对光刻胶膜显影，从而形成光刻胶图形；
用这一光刻胶图形作为掩模来刻蚀该遮光膜；
剥离光刻胶图形。
2.一种制作灰调掩模的方法，该灰调掩模具有一遮光部分，一透光部分和作为一由遮光图形形成的区域的灰调部分，该遮光图形的图形尺寸等于或小于使用掩模的曝光装置的分辨率极限以减小透过该区的曝光量，所述形成灰调掩模的方法包括在透明衬底上形成的遮光膜上形成光刻胶膜的步骤，在形成灰调部分的区域中光刻胶膜厚度的面内分布被抑制在等于或小于±1％。
3.根据权利要求1或2的制作灰调掩模的方法，其特征在于：通过在朝下放置的衬底上用喷嘴尖端扫过，通过毛细管喷嘴将用毛细现象提升的光刻胶液体涂覆光刻胶膜。
4.一种在用于制作显示器件的工艺中所用的灰调掩模，其有一遮光部分，一透光部分和作为一由遮光图形形成的区域的灰调部分，该遮光图形的图形尺寸等于或小于使用掩模的曝光装置的分辨率极限以减小透过该区的曝光量，所述灰调掩模由包括如下步骤的方法制得，即在形成灰调掩模的工艺中抑制衬底上的光刻胶膜，使得在形成灰调部分的区域中光刻胶膜厚度的面内分布等于或小于±1％。
5.根据权利要求4所述的灰调掩模，其特征在于：通过在朝下放置的衬底上用喷嘴尖端扫过，通过毛细管喷嘴将用毛细现象升起的光刻胶液涂覆光刻胶膜。
6.使用根据权利要求4的灰调掩模的图形转印方法。
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