TWI391777B - 灰度光罩基板製造方法和基於該方法的光罩 - Google Patents

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Description

灰度光罩基板製造方法和基於該方法的光罩
本發明係有關於一種適用於液晶顯示裝置(LCD)、有機發光二極體(OLED)及電漿顯示面板(PDP)之類平板顯示(FPD)產品的製造用途之光罩基板及光罩。尤其係有關於一種在液晶顯示裝置(LCD)製造過程中可以減少光罩適用製程的四層圖罩及三層圖罩製程的灰度光罩及作為其原料的灰度光罩基板。
如今，液晶顯示裝置(LCD)、有機發光二極體(OLED)及電漿顯示面板(PDP)之類平板顯示(FPD)產品的應用範圍隨著市場需求日趨高級化、高功能化及多樣化而日益擴大中，因此迫切需要開發出成本低廉並具有高生產效率的較佳製造製程技術。一般來說，液晶顯示裝置(LCD)的製造過程中會採取可使用具圖案光罩之微影製程，為了降低成本並提高良率而逐漸從現有的五層圖罩製程轉向四層圖罩及三層圖罩製程。上述四層圖罩及三層圖罩製程需要使用可以透過一次曝光形成兩個相異圖案的光罩，與現有二元式光罩(binary mask)由遮蔽曝光光線的遮光部與完全透射曝光光線的透射部圖案組成的情形相比，四層圖罩及三層圖罩用光罩則如第1圖所示需要由上述遮光部、透射部及只允許一部分曝光光線透射的半透射部圖案組成。如第1圖所示，灰度光罩基板是一種具有上述遮光部、透射部及半透射部微細電路圖案之灰度光罩的原材料，在透明基板上層積了半透射膜、遮光膜及抗反射膜後塗覆光阻。因為需要在光罩製造過程中儘量減少清洗製程所引起的透射率變化，因此上述灰度光罩基板的半透射膜必須具備優異的耐化學性，對於濕式及乾式蝕刻的遮光膜及抗反射膜具有高蝕刻選擇比。
為了滿足上述要求，本發明人開發了以鉭化合物製作上述半透射膜並將含有NaOH、KOH、LiOH及CsOH的蝕刻液加熱到50~130℃後使用的灰度光罩基板及灰度光罩的製造方法(申請號10－2006－0089844)。然而，按照上述方法使用鉭及鉭化合物製作半透射膜並利用含有NaOH、KOH、LiOH及CsOH的蝕刻液進行濕式蝕刻的方式製作灰度光罩時，蝕刻速度會顯著地降低。在製程中提高蝕刻液的溫度而提升半透射膜的蝕刻速度雖然可以改善上述問題，但是由於進行Spin Spray方式的濕式蝕刻時隨著蝕刻液的噴撒過程中冷卻，將在不是實際需要的溫度下蝕刻半透射膜，因此蝕刻液溫度升高而造成蝕刻製程不穩定而難以控制半透射部圖案的CD。為瞭解決上述問題而降低半透射膜的濕式蝕刻溫度並長時間進行蝕刻時，需要蝕刻的半透射膜不能完全蝕刻而在表面形成薄的殘留膜並影響透射率，造成被射物體圖案錯誤。
現有鉭化合物製半透射膜具有下列問題。遮光膜與抗反射膜通常使用現有的鉻及鉻化合物，構成半透射膜的鉭化合物將受到Cl2或CCl4等含氯(Cl)蝕刻氣體及CF4、SF6或CHF3之類的氟氣(F)之乾式蝕刻；構成遮光膜與抗反射膜的鉻化合物則受到氯氣(C12)與氧(O2)的混合氣體之乾式蝕刻。如前所述，構成遮光膜與抗反射膜的鉻化合物之蝕刻氣體中含有可以蝕刻半透射膜的蝕刻氣體，因此在蝕刻遮光膜與抗反射膜時將蝕刻作為其下部半透射膜的鉭化合物而降低了半透射膜與遮光膜及抗反射膜的乾式蝕刻選擇比。因此，對遮光膜進行乾式蝕刻以形成半透射部圖案時，其下麵的半透射膜將受損而使半透射部圖案的透射率出現變化。上述透射率變化將造成半透射部圖案的透射率控制難度，因此透過乾式蝕刻方式製作灰度光罩將遇到不少困難。
而且，現有鉭化合物製半透射膜具有下列問題。對半透射膜進行濕式蝕刻時通常會由於受到等方性蝕刻的影響而較難得到垂直截面。如果如第5圖所式利用圖案截面傾斜度較大的灰度罩(Gray Tone Mask)進行微影製程時，曝光光線將在遮蔽(Mask)圖案的線邊(Line Edge)部位散射而降低解析度(Resolution)。因此，垂直截面的半透射膜圖案雖然較好，但現有鉭化合物製成的半透射膜由於蝕刻速度較慢而使側面部的蝕刻更大，因此很難得到垂直圖案。
為瞭解決上述問題，本發明的目的是提供一種具備了由可以在低於現有蝕刻液溫度的環境下進行蝕刻的鉭合金及其化合物所製成的半透射膜之灰度光罩基板、灰度光罩及其製造方法。
為瞭解決上述問題，本發明的目的是提供一種具備了改善半透射膜與遮光膜及抗反射膜的乾式蝕刻選擇比而大幅減少透射率變化的鉭合金及其化合物所製成的半透射膜之灰度光罩基板、灰度光罩及其製造方法。
為瞭解決上述問題，本發明的目的是提供一種具備了其半透射膜圖案截面近似垂直的半透射膜之灰度光罩基板、灰度光罩及其製造方法。
為了實現上述目的，本發明提供一種可以製作出具有透明基板、位於上述透明基板上的遮光部、透射部及半透射部圖案之灰度光罩的灰度光罩基板，其中,至少在上述透明基板上層積半透射膜，在上述半透射膜上層積遮光膜，反射膜則選擇性地進行層積，上述半透射膜含鉭(Ta)並由上述鉭(Ta)上添加了鋁(Al)、鋅(Zn)、鈷(Co)、鎢(W)、鉬(Mo)、釩(V)、鈀(Pd)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鎘(Cd)、鋯(Zr)、鎂(Mg)、鋰(Li)、硒(Se)、銅(Cu)、釔(Y)、硫(S)、銦(In)、錫(Sn)、硼(B)及鈹(Be)中一種以上金屬的鉭合金(Ta Alloy)或包括碳(C)、氧(O)、氮(N)、氟(F)、氯(Cl)及氫(H)中一種以上半導體元素的鉭(Ta)化合物所組成。
此時，上述半透射膜可以被溫度為40到100℃且含有NaOH、KOH、LiOH及CsOH之一的蝕刻液或其一種以上混合而成的蝕刻液所蝕刻。
上述半透射膜可以由NaOH與KOH混合物所構成的蝕刻液進行蝕刻，NaOH與KOH的混合比率為1：9~9：1。
構成上述鉭合金或鉭化合物的金屬或半導體元素之組成比為0.1到50at%。
上述鉭以外的金屬或半導體元素不會被含有上述氯(Cl)的蝕刻氣體所蝕刻卻可以被含氟(F)蝕刻氣體蝕刻的物質為0.1到95%。
上述半透射膜的上述鉭以外之金屬或半導體元素為不會被含氯(Cl)蝕刻氣體與含氧(O)蝕刻氣體所蝕刻的物質。
上述半透射膜在含氯(Cl)蝕刻氣體與含氧(O)蝕刻氣體氛圍下與遮光膜之蝕刻選擇比大於3。
上述半透射膜透過反應濺鍍(Reactive Sputtering)法層積並使用包含上述鉭(Ta)與上述鉭(Ta)以外的金屬或半導體元素之合金製作濺鍍靶(Sputtering Target)。
構成上述半透射部的半透射膜之透射率在300nm~500nm範圍的曝光波長下介於5%到90%，厚度則介於50到2000。
上述半透射膜的透射率在作為曝光光線光源的水銀(Hg)燈之特性波長i－line(365nm)、h－line(405nm)及g－line(436nm)的透射率之差維持在±5%以內。
上述半透射膜的相位差在曝光波長300nm到500nm的波長範圍內介於0°到100°
此時，上述半透射膜的表面粗糙度為0.1到5nmRa，是透過原子之間的短距有序(Short Range Ordering)所形成之非結晶型結構。
層積上述半透射膜時不在包括位置對齊圖案區的一部分區域層積半透射膜。
上述遮光膜或抗反射膜與半透射膜正面(Front Side)的反射率差異在位置對齊檢查波長下為5到60%，其背面的抗反射膜之反射率在位置對齊波長為15到70%。
層積結果使上述半透射膜的面電阻值介於0到1MΩ/□上述半透射膜是兩層以上的多層膜或者是其組成方式連續變化的連續膜。
此時，上述半透射膜在基板側的半透射膜之蝕刻速度較快，在遮光膜側的半透射膜之蝕刻速度較慢。
另外，可以製作出具有透明基板、位於上述透明基板上的遮光部、透射部及半透射部圖案的灰度光罩之灰度光罩基板，其中,至少依次在上述透明基板上層積半透射膜、在上述半透射膜上層積蝕刻阻止膜、在上述蝕刻阻止膜上層積遮光膜，上述蝕刻阻止膜含鉭(Ta)並由上述鉭(Ta)上添加了鋁(Al)、鋅(Zn)、鈷(Co)、鎢(W)、鉬(Mo)、釩(V)、釩(Pd)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鎘(Cd)、鋯(Zr)、鎂(Mg)、鋰(Li)、硒(Se)、銅(Cu)、釔(Y)、硫(S)、銦(In)、錫(Sn)、硼(B)及鈹(Be)中一種以上金屬的鉭合金(Ta Alloy)或包括碳(C)、氧(O)、氮(N)、氟(F)、氯(Cl)及氫(H)中一種以上半導體元素的鉭(Ta)化合物所組成。
此時，上述半透射膜與遮光膜由鉻或鉻化合物製成，上述蝕刻阻止膜的厚度為20~200 A。
本發明之灰度光罩使用具上述特徵的灰度光罩基板製作，上述灰度光罩可以製作TFT－LCD、PDP及OLED之一。
如前所述，本發明灰度光罩基板及光罩可以發揮下列效果：第一、製作半透射膜時，除了鉭以外還可以在半透射膜加入對鉭蝕刻液具有更快蝕刻速度的物質，從而提供一種在濕式蝕刻中提高半透射膜的蝕刻速度而降低蝕刻液溫度，可以輕易地控製半透射膜之CD並解決了蝕刻製程不穩定現象之灰度光罩基板。
第二、製作半透射膜時，除了鉭以外還可以在半透射膜加入對鉻膜蝕刻氣體具有高蝕刻選擇比的物質，從而提供一種對遮光膜與抗反射膜進行乾式蝕刻避免傷害半透射膜，進而可以精密控制半透射部圖案的透射率之灰度光罩基板。
第三、在下部層積蝕刻速度較快的半透射膜，在上部層積蝕刻速度較慢但具有較佳耐化學性的半透射膜，從而提供一種可以製作出蝕刻速度快而耐化學性優異且圖案截面垂直的良質灰度光罩之灰度光罩基板。
下面參照圖式對本發明做詳細說明。以下列舉的實施例可以進行各種變形，因此不能據以上述實施例而限定本發明之範疇。
作為可以製作灰度光罩的灰度光罩基板，首先應該具備透明基板(1)，上述透明基板(1)上層積半透射膜(2)，在其上至少層積遮光膜(3)，再視需要而層積抗反射膜(4)，然後在其上塗覆光阻(5)。
為了實現上述目的，本發明的上述半透射膜(2)應該是含鉭(Ta)並添加了鋁(Al)、鋅(Zn)、鈷(Co)、鎢(W)、鉬(Mo)、釩(V)、釩(Pd)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鎘(Cd)、鋯(Zr)、鎂(Mg)、鋰(Li)、硒(Se)、銅(Cu)、釔(Y)、硫(S)、銦(In)、錫(Sn)、硼(B)及鈹(Be)中任何一個以上元素的鉭合金(Ta Alloy)，如果再加上碳(C)、氧(O)、氮(N)、氟(F)、氯(Cl)及氫(H)中任何一個以上元素而構成鉭合金化合物則更好。
上述鉭合金及其化合物應該輕易地被含有NaOH、KOH、LiOH或CsOH的鉭蝕刻液蝕刻，如果合金元素包含鋁(Al)、錫(Sn)、鋅(Zn)或矽(Si)則更好。
為了實現上述目的，本發明中上述鉭以外的金屬或半導體元素之組成比應介於0.1到50%。使用光罩基板製作光罩時通常會進行2到5次左右的清洗製程，使用灰度光罩基板製作灰度光罩製作時則需要4到10次清洗製程。因此半透射膜(2)需要對清洗液具備較高的耐化學性，如果上述鉭以外的元素含量超過50%，雖然根據所含元素而有程度上的差異，但一般來說會降低對上述清洗液的耐化學性。
為了實現上述目的，本發明中上述鉭以外的金屬或半導體元素應該被氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)及氫氧化銫(CsOH)之任一蝕刻液蝕刻。此時蝕刻液的溫度應維持在40到100℃以內。蝕刻含鉭半透射膜(2)時需要使用上述蝕刻液，溫度低於40℃時由於蝕刻速度太慢而不適合製作灰度光罩，上述蝕刻液的溫度超過100℃時則由於溫度太高而和現有技術一樣難以控制CD並使製程不穩定。
把上述氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化銫(CsOH)中一種以上的蝕刻液加以混合後使用也能蝕刻含鉭半透射膜(2)。此時蝕刻液的溫度應該介於40到100℃。對含鉭半透射膜(2)進行濕式蝕刻時，如果溫度低於40℃則由於蝕刻速度太慢而不適合製作灰度光罩，如果上述蝕刻液的溫度大於100℃則由於溫度太高而產生蒸汽而使製程不穩定並由於蝕刻液濃度出現變化而難以控制蝕刻率。在上述蝕刻液中，混合NaOH與KOH後使用時可以改善蝕刻速度。此時混合比率應維持NaOH：KOH＝1：9~NaOH：KOH＝9：1，這是因為蝕刻液的組成比中NaOH低於10%或KOH低於10%時無法改善蝕刻速度。NaOH及KOH的混合蝕刻液因為可以改善蝕刻速度，因此非常適合製造灰度光罩。
上述遮光膜(3)與抗反射膜(4)應該使用鉻及鉻化合物製作，可以使用包含CAN(Ceric Ammonium Nitrate)鉻蝕刻液在內的上述蝕刻液透過對半透射膜(2)具有高蝕刻選擇比的方式對遮光膜(3)與抗反射膜(4)進行濕式蝕刻。
為了實現上述目的而使本發明的上述半透射膜(2)採取乾式蝕刻時，上述鉭以外的金屬或半導體元素應該是不會被上述Cl2或CCl4等含氯(Cl)蝕刻氣體與含氧(O2)蝕刻氣體所蝕刻之物質。半透射膜(2)添加了不會被鉻蝕刻氣體蝕刻的物質時，以鉻為主要成分的遮光膜(3)與抗反射膜(4)在進行乾式蝕刻時可以進一步提高半透射膜(2)與遮光膜(3)及抗反射膜(4)的蝕刻選擇比。上述遮光膜(3)蝕刻氣體的遮光膜(3)與半透射膜(2)之蝕刻選擇比應大於3，大於5則更好。此時不會被含有上述氯(Cl)的蝕刻氣體蝕刻但會被含氟(F)蝕刻氣體蝕刻之物質成分為0.1到95%則更好。上述蝕刻選擇比可以如下計算。
蝕刻選擇比＝(待蝕刻材料的蝕刻速度)/(非蝕刻材料的蝕刻速度)
為了實現上述目的而應該使本發明的上述半透射膜(2)使用反應濺鍍(Reactive Sputtering)法進行層積，濺鍍靶(Sputtering Target)應該使用包含上述鉭(Ta)與上述鉭(Ta)以外元素之合金製作。例如，以氮氧化鉭鋁(TaAlON)作為半透射膜(2)物質進行層積時濺鍍靶可以使用鉭與鋁合金(TaAl Alloy)，反應性氣體則使用氧(O2)、氮(N2)。此時上述靶中上述鉭以外的金屬或半導體元素應該具有0.1到50at%的組成比，其餘的則是鉭。
構成上述半透射部的半透射膜(2)的透射率應該在300nm~500nm的曝光波長下維持5%到90%且厚度為50到2000。上述透射率可以根據液晶顯示裝置的製程而妥善地選擇。一般來說，如果半透射部的透射率低於5%，使用上述灰度光罩進行微影製程時會因為半透射部所造成的被射物體的光阻(5)殘留膜太厚而不易和遮光部所造成的光阻(5)圖案區分；如果透射率大於90%，由於半透射部所造成的被射物體光阻(5)殘留膜的太薄而不易和透射部所造成的光阻(5)圖案區分。因此在可以縮短光罩製程的四層圖罩或三層圖罩製程中出現困難。而且半透射膜(2)的厚度小於50時，由於厚度太薄而很難控制透射率，也很難在基板內部提高透射率均勻度(Uniformity)。然而，如果半透射膜(2)的厚度大於2000時，由於在製作灰度光罩時很難獲得垂直的圖案截面而導致解析度下降。
構成上述半透射部的半透射膜(2)的透射率在作為曝光光線光源的水銀(Hg)燈之特性波長i－line(365nm)、h－line(405nm)、g－line(436nm)下的透射率之差應該維持在±5%以內。如前所述，曝光光線在特性波長下的透射率差異較小時，可以透過對半透射部曝光量的控制動作而輕易地控制被射物體光阻(5)的殘留膜厚度與關鍵尺寸(CD)，改善上述被射物體光阻(5)殘留膜的截面形態，可以使灰度光罩的曝光製程以後的製程變得容易。
上述半透射膜(2)的相位差應該在曝光波長300nm到500nm的波長範圍內維持0°到100°。上述半透射膜(2)和透明基板(1)具有不同的折射率與厚度，因此與透射部所造成的曝光光線之間形成了相位差，由於上述相位差而使透射部所造成的曝光光線與層積了半透射膜(2)的半透射部圖案(8)所造成的曝光光線重疊後造成光線的干涉顯影。如果此時發生相消干涉，曝光強度將在透射部圖案(7)與半透射部圖案(8)的交界處減弱而容易造成被射物體的不良。因此應該把半透射膜(5)的相位差控制在100°以內以避免相消干涉現象，能控制在0到50°的範圍內則更好。
上述半透射膜(2)的表面粗糙度應該介於0.1到5nmRa，應該是透過原子之間的短距有序(Short Range Ordering)所形成之非結晶型結構。上述半透射膜(2)的表面粗糙度較大時，例如其表面粗糙度大於6nmRa時，穿過半透射膜(2)的曝光光線將分散而很難控制被射物體光阻(5)的殘留膜厚度與CD。上述表面粗糙度在半透射膜(2)進行結晶化(Crystallization)後會變大，因此半透射膜(2)應採取非結晶型結構。
上述抗反射膜(4)與半透射膜(2)之間的反射率差異在光罩檢查波長下至少介於10%到60%。灰度光罩不同於現有二元式光罩(binary mask)而包含半透射部圖案(8)，因此在檢查圖案時應該把半透射部圖案(8)與遮光部及透射部圖案(7)加以區分。檢查圖案時通常會把單色光的雷射照射到光罩上並比較所反射出來的反射光之強度，如果遮光部圖案(6)與半透射部圖案(8)所造成的反射率差異不超過10%，就不易區分出兩個圖案。因此在層積半透射膜(2)或抗反射膜(4)時需要適當地控制反射率而得以在檢查波長具有10%以上的反射率差異。使用反射率為60%以上的物質層積半透射膜(2)時，由於透射率過低而不易作為半透射膜(2)使用。
層積半透射膜(2)時，需要避免在包括位置對齊圖案區的一部分區域層積半透射膜(2)。在半導體或液晶顯示裝置等的製造過程中透過不同的光罩製作圖案時，位置對齊圖案可以對齊各圖案的位置，上述位置對齊圖案通常配置於上述光罩的圖案不會被轉印的區域。所以即使沒有層積半透射膜(2)也無妨，如前述說明在位置對齊圖案區沒有層積半透射膜(3)時，由於位置對齊圖案的透射部與遮光部的背面及正面之間的反射率差異較大而使位置對齊圖案的對比度增加，可以在製作灰度光罩時可以輕易地對遮光部與透射部、半透射部圖案(8)進行位置對齊。在光罩位置對齊圖案區避免層積半透射膜(2)的方法中比較妥善的方法為：層積半透射膜(2)時在所需要的區域加以網罩、半透射膜(2)層積完畢後對位置對齊圖案區進行蝕刻後清除等。
上述抗反射膜(4)與半透射膜(2)正面(Front Side)之間的反射率差異應該在位置對齊檢查波長下介於5到60%。正面反射率有可能受到抗反射膜(4)的影響而降低，因此沒有在透明基板(1)上層積半透射膜(2)時不會出現大問題，但小於5%時則會在製作光罩時不易在曝光裝置的位置對齊波長得到較高的對比度，正面反射率大於60%時則在微影製程中容易出現因多重反射而引起的圖案錯誤(pattern error)。使用上述灰度光罩進行微影製程時，由於背面的反射率差異較大而輕易地準確對齊上述各圖案位置。目前位置對齊檢查波長通常使用413nm，但由於光罩曝光裝置各不相同而不能限定於此。上述位置對齊圖案區的背面(Back Side)反射率應該在微影曝光裝置的位置對齊波長下介於15到70%的範圍內。採取上述做法的理由為，在位置對齊波長的反射率低於15%時，將在微影製程中形成位置對齊圖案時由於對比度過低而不易對齊位置，將很難製作出反射率大於70%的物質。微影曝光裝置的光罩位置對齊波長通常使用633nm左右的波長，但也不限定於此，應該根據微影曝光裝置而適當地調整背面反射率。
層積結果應使半透射膜(2)的面電阻值介於0到1MΩ/□。使用上述反應濺鍍法層積半透射膜(2)時，使用面電阻較低的靶(target)，以直流(DC)電源作為放電電源，利用惰性氣體製作電漿(Plasma)。此時將視需要而使用上述氧(O2 )、氮(N2 )及二氧化碳(CO2)等反應性氣體，但反應性氣體量過多時會使電漿不穩定而容易發生微粒(Particle)之類的缺陷，此時由反應性氣體成分所層積的半透射膜(2)的面電阻也會跟著增加。因此層積時應該避免半透射膜(2)的面電阻過高。
在滿足上述本發明的半透射膜(2)特性之範圍內，上述半透射膜(2)可以是單膜或兩層膜以上的多層膜，也可以是其組成成分連續變化的連續膜。也可以視需要而由高透射率的半透射膜及低透射率的半透射膜、蝕刻速度較快的半透射膜與蝕刻速度較慢的半透射膜、耐化學性優異的半透射膜與耐化學性不良的半透射膜等特性互不相同的膜進行組合。
上述多層膜中靠近透明基板(1)的下部半透射膜(2a)之蝕刻速度較快，靠近遮光膜(3)的上部半透射膜(2b)之蝕刻速度較慢。以上述方式構成半透射膜(2)時，即使進行濕式蝕刻也因為下部半透射膜(2a)的蝕刻速度較快而使側面蝕刻的速度也快，從而得到具有垂直截面的圖案。
上述多層膜不必全部使用鉭合金或鉭合金之化合物製作，可以使多層膜或連續膜之一層以上的膜使用上述鉭合金或鉭化合物。作為一舉例，下部半透射膜(2a)/上部半透射膜(2b)可以採取下列組合方式：氧化鉭鋁或氮化鉭鋁(TaAlO或TaAlN)/氧化鉭或氮化鉭或鉭(TaO或TaN或Ta)、氧化鋁或氮鋁(AlO或AlN)/氧化鉭鋁或氮化鉭鋁(TaAlO或TaAlN)、鋁含量較高的氧化鉭鋁或氮化鉭鋁(TaAlO或TaAlN)/鋁含量較低的氧化鉭鋁或氮化鉭鋁(TaAlO或TaAlN)等。上面說明瞭含鋁的鉭合金物質，但也可以使用上述之任何合金元素。
上述半透射膜(2)物質也可以作為蝕刻阻止膜使用。此時，蝕刻阻止膜應使用構成上述半透射膜的物質並層積為20~200的厚度。蝕刻阻止膜的厚度小於20時，將在蝕刻鉻膜時被清除一部分而無法充分發揮出蝕刻阻止膜的功能，進而成為缺陷(Defect)而影響到透射率。蝕刻阻止膜的厚度大於200時，將增加蝕刻時間而不適合製作灰度光罩。把蝕刻阻止膜配置在半透射膜上端時，可以製作出具有四階段相異透射率之灰度光罩。
此時，半透射膜應使用鉻或鉻化合物或對於上述蝕刻阻止膜具有較高蝕刻比的物質製作。作為一更佳舉例，可以在透明基板上層積鉻化合物製成的半透射膜，在其上層積上述鉭合金製成的蝕刻阻止膜，在其上層積鉻化合物製成的遮光膜與抗反射膜後製作出灰度光罩基板。使用上述灰度光罩基板可以製作出灰度光罩，灰度光罩在透明基板上依次層積半透射膜、蝕刻阻止膜、遮光膜及抗反射膜後製成遮光圖案，在透明基板上依次層積半透射膜與蝕刻阻止膜後製成第一半透射圖案，在透明基板層積半透射膜後製成第二半透射膜圖案，在上述半透射膜、蝕刻阻止膜、遮光膜及抗反射膜上進行蝕刻而形成透明基板被暴露的透射圖案。
上述透明基板的材料不受特別限制，只要像合成石英玻璃(Quartz)、鈉鈣玻璃(Sodalime)、無鹼玻璃及藍寶石水晶玻璃等材料一樣可以充分透射曝光光線即可，但以合成石英玻璃更佳。
上述光阻可以使用正型光阻(Positive Type)或負型光阻(Negative Type)。
下面結合圖式對具有上述結構的本發明之各種實施例做詳細說明。
(第一實施例)
本實施例在鉭上添加了鋁而得以對同一蝕刻液具有較高的蝕刻速度，因此製作了可以在較低溫度進行蝕刻的半透射膜(2)。本實施例測量了鋁添加量對蝕刻速度變化與耐化學性的影響，第2圖是其評估結果。請參閱圖式。
如第2圖所示，首先製備鉭與鋁之比率為100at%：0at%到80at%：20at%的靶後安裝到濺鍍室，然後僅用氬(Ar)層積了一定厚度。此時，可以使用氧(O2)和氮(N2)之類的反應性氣體形成鉭與鋁的氧化物或氮化物，但為了進行比較而只使用惰性氣體形成了鉭與鋁的合金。
然後，把10%NaOH與90%水(H2O)所構成的蝕刻液分別加熱到50℃、75℃及100℃後對試片進行Dipping，然後測量各蝕刻速度。蝕刻速度的計算式如下。
蝕刻速度＝(半透射膜(2)的厚度)/(蝕刻時間[Clear Time])
為了評估濺鍍靶的組成比對耐化學性的影響而使用和上述條件相同的濺鍍靶進行試驗，但使用氬以外的氮並把氮化鉭鋁(TaAlN)的半透射膜(2)層積為400到450厚度。在層積過程中為了使上述半透射膜(2)的透射率在436nm介於45到55%而控制了氮氣(N2)、濺鍍功率及時間。然後，為了評估對於光罩清洗液的耐化學性而在硫酸(H2SO4)：過氧化氫(H2O2)＝9：1的混合溶液加熱到85℃之清洗液內進行120分鐘的Dipping處理後測量436nm下的透射率變化，其結果如第2圖所示。
從第2圖可以得知，同一蝕刻液溫度下的蝕刻率將隨著鉭鋁(TaAl)合金的組成比而變化，鉭鋁(TaAl)中鋁(Al)的組成比越高，越容易在較低溫度進行蝕刻。
鋁(Al)的含量低於15at%時的透射率變化為1%左右而顯示了優異的耐化學性，其耐化學性等同於鉭製半透射膜(2)的耐化學性。然而，透射率變化量卻在鋁含量高於20%時急劇增加而減弱了耐化學性。由上述結果得知，當鋁的組成比低於15at%時可以得到適當的耐化學性，進而可以製作出在低溫蝕刻液下具有足夠蝕刻速度的半透射膜(2)。
然後利用上述灰度光罩基板製作灰度光罩。使用鉭95at%與鋁5%的濺鍍靶並分別使用50sccm、5sccm的氬氣與氮氣把氮化鉭鋁(TaAlN)半透射膜(2)層積到300的厚度。再依次層積光膜(3)與抗反射膜(4)後塗覆光阻(5)製成了第4a圖所示的本實施例之灰度光罩基板。
然後，如第4b圖到第4e圖所示對透射部圖案進行曝光與顯影並對遮光膜(3)與抗反射膜(4)進行蝕刻，然後清除光阻(5)後對半透射膜(2)進行濕式蝕刻。此時，半透射膜(2)的蝕刻作業使用加熱到60℃的10%NaOH進行了1分30秒，而現有氧化鉭(TaO)半透射膜(2)的蝕刻作業則是加熱到85℃後進行1分30秒的。然後，重新塗覆光阻(5)後如第4f圖所示在需要形成半透射部圖案(8)的位置上進行曝光與顯影，然後對上述遮光膜(3)與抗反射膜(4)進行濕式蝕刻而製作出第4g圖所示的本實施例之灰度光罩。為了檢查半透射膜(2)的蝕刻作業是否順利而切開上述灰度光罩的截面後測量了SEM，發現即使在低於現有溫度的60℃下進行了蝕刻作業，卻依然沒有半透射膜(2)的殘留膜。
如前所述，本實施例之層積了半透射膜(2)的灰度光罩基板可以在較低的蝕刻液溫度下實現較高的蝕刻速度並具備了優異的耐化學性，因此非常適合製作灰度光罩。
(第二實施例)
本實施例在鉭上添加了矽而製作出對於作為遮光膜(3)與抗反射膜(4)物質的鉻蝕刻氣體具有高蝕刻選擇比的半透射膜(2)。本實施例測量了相對於鉻蝕刻氣體的蝕刻速度與耐化學性隨著矽添加量而變化的情形，第3圖列出了本實施例之蝕刻選擇比、耐化學性及微粒(Particle)發生數量。請參閱圖式。
按照上述第一實施例的同一方法分別製備鉭與矽之組成比互不相同的濺鍍靶，根據矽的組成比而僅用氬(Ar)進行濺鍍而分別製作了試片。然後，在氯氣(Cl2)50sccm、氧氣(O2)5sccm、50mTorr及250W的鉻膜蝕刻環境下對上述試片進行蝕刻處理並測量蝕刻速度後計算蝕刻選擇比，第3圖是上述蝕刻選擇比之計算結果。按照同一方式製作出各試片後為了評估鉭與矽的組成比對耐化學性的影響，按照上述第一實施例的同一方法評估了耐化學性。
由第3圖的結果得知，濺鍍靶的矽原子%越多，在鉻膜蝕刻條件下的蝕刻選擇比越大。即使濺鍍靶的矽原子%增加了，耐化學性也幾乎沒有任何變化。其原因在於矽不被含氯(Cl)蝕刻氣體所蝕刻而僅被含氟(F)蝕刻氣體所蝕刻，因此矽的組成比越高，越能表現出較大的蝕刻選擇比。構成半透射膜(2)的鉭與矽均對光罩清洗液具有優異的耐化學性，因此不受其組成比率的影響表現出優異的耐化學性。
為了評估鉭與矽的組成比對於微粒(Particle)生成量的影響而透過在各濺鍍靶上分別添加氬氣(Ar)80sccm、氧氣(O2)2sccm及氮氣(N2)15sccm的方式層積半透射膜(2)，然後檢查大於0.2 μm的微粒之生成量，其結果如第3圖。如第3圖所示，靶中矽原子%增加越多，微粒生成量也會跟著稍微增加，矽原子%達到90%時微粒生成量變得較高。由上述結果得知，矽原子%越增加，乾式蝕刻選擇比特會跟著提高，當矽的組成比大於90at%時微粒生成量也會變多。微粒的生成會隨著反應性氣體的流量與反應性氣體的種類而不同，因此需要根據濺鍍靶的種類而適當地選擇。本實施例使用氧氣作為反應性氣體使用，因此微粒生成量比較多，使用氧與氮的上述反應性氣體時應該使靶內的矽組成比限制在90at%以內。
然後，按照上述第一實施例的方法製作了灰度光罩基板與灰度光罩。首先使用鉭70at%與矽30at%的濺鍍靶及氬氣與氮氣層積出氮化矽鉭(TaSiN)半透射膜(2)。上述半透射膜(2)層積完畢後進行清洗處理並測量透射率而得知在436nm時為42.6%。然後，層積遮光膜(3)與抗反射膜(4)並塗覆光阻(5)而製作出本實施例之灰度光罩基板。然後，在半透射部區進行曝光與顯影以形成上述半透射部圖案(8)，使用RIE(Reactive Ion Etching)方式的乾式蝕刻裝置對抗反射膜(4)與遮光膜(3)進行乾式蝕刻處理。乾式蝕刻條件和現有的遮光膜(3)及抗反射膜(4)乾式蝕刻條件相同，但蝕刻時間比遮光膜(3)及抗反射膜(4)的蝕刻時間多出20%。然後清除殘留的光阻(5)後進行清洗處理，再塗覆第二階段光阻(5)並對透射部圖案(7)進行曝光與顯影處理，然後在相當於透射部圖案(7)的區域對遮光膜(3)與抗反射膜(4)進行蝕刻，再對半透射膜(2)進行蝕刻而形成透射部圖案(7)並製作出本實施例之灰度光罩。
然後測量已蝕刻的半透射部圖案(8)部之透射率而得出436nm時為43.3%，遮光膜(3)與抗反射膜(4)經過乾式蝕刻處理後透射率增加了0.70%左右，上述結果比現有半透射膜(2)之透射率變化1.42%改善了很多。另外，半透射部圖案(8)的表面粗糙度的測量值為0.67nmRa，上述結果比現有半透射部圖案(8)之表面粗糙度1.11nmRa改善了很多。
如前所述，本實施例的層積了半透射膜(2)之灰度光罩基板對鉻蝕刻氣體具有高蝕刻選擇比和優異的耐化學性，因此非常適合製作灰度光罩。
(第三實施例)
本實施例與第一實施例不同之處為以錫(Sn)替代鋁(Al)添加到半透射膜(2)後製作了灰度光罩基板與灰度光罩。灰度光罩的製作順序與方法和上述第一實施例相同。
製作半透射膜(2)時使用了鉭與錫之組成比分別為75at%與25at%之濺鍍靶，反應性氣體使用了氬與氮氣(N2)。按照上述方法製作的氮化鉭錫(TaSnN)半透射膜(2)之厚度為270並且在436nm的透射率為42%。和第一實施例一樣層積遮光膜(3)與抗反射膜(4)後塗覆光阻(5)並製作出本實施例之灰度光罩基板。然後按照上述第一實施例之方法製作出灰度光罩。與第一實施例不同之處為把25%的NaOH與75%的水所構成之蝕刻液加熱到60℃後再使用。蝕刻時間為55秒鐘。
和第一實施例一樣，蝕刻了半透射膜(2)的區域沒有殘留膜，製作灰度光罩時也沒有發生問題。
(第四實施例)
本實施例與第一實施例不同之處為以鋅(Zn)替代鋁(Al)添加到半透射膜(2)後製作了灰度光罩基板與灰度光罩。灰度光罩的製作順序與方法和上述第一實施例相同。
使用輔助濺鍍(Co－Sputtering)裝置製作半透射膜(2)。此時同時使用鉭靶與鋅靶並適當地控制施加給各靶的功率而得以調節上述半透射膜(2)所含鉭與鋅之成分比。反應性氣體使用氬與氧氣(O2)層積了氧化鋅鉭(TaZnO)半透射膜(2)。使用AES分析上述半透射膜的結果，鉭(Ta)為45at%，鋅(Zn)為24at%，氧(O)為28at%，其餘為碳(C)、氮(N)。
然後，按照上述第三實施例的同一方法製作灰度光罩基板與灰度光罩。對半透射膜(2)進行蝕刻時把25%的NaOH與75%的水所構成之蝕刻液加熱到60℃再使用。上述半透射膜(2)的蝕刻時間為55秒鐘。
和第一實施例一樣，蝕刻了半透射膜(2)的區域沒有殘留膜，製作灰度光罩時也沒有發生問題。
(實施例5)
本實施例與第一實施例到第四實施例不同之處為層積了作為雙層膜的半透射膜(2)，其下部使用氧化鉭(TaAlO)，上部則使用氧化鉭(TaO)層積了半透射膜。請參閱圖式。
如第6a圖所示，半透射膜(2)依次層積了下部半透射膜(2a)與上部半透射膜(2b)後再於其上塗覆了遮光膜(3)、抗反射膜(4)及光阻(5)後製成灰度光罩基板。此時，下部半透射膜(2a)為了提高蝕刻速度而使用鉭60at%與鋁40at%的靶並把氧化鉭鋁(TaAlO)層積到230的厚度。層積在上述下部半透射膜(2a)上的上部半透射膜(2b)為了避免耐化學性不好的鋁混入其中而使用鉭靶把氧化鉭(TaO)層積到80的厚度。層積了上述兩個膜的半透射膜(2)之透射率在436nm時的測量值為45%左右。然後，使用上述的同一方法製作了第6a圖所示灰度光罩與第6b圖所示灰度光罩基板。半透射膜(2)的蝕刻處理和第三實施例到第四實施例一樣把25%NaOH的蝕刻液加熱到60℃後蝕刻55秒鐘。本實施例之半透射膜(2)的上部半透射膜(2b)使用蝕刻速度較慢的氧化鉭(TaO)進行了層積，下部半透射膜(2b)則使用蝕刻速度較快的鋁之比率較多的氧化鉭鋁(TaAlO)進行了層積，因此可以在低於現有溫度的環境下在較短的蝕刻時間內充分地完成蝕刻。
為了製作灰度光罩而進行4次清洗製程，透過對灰度光罩基板階段之透射率與灰度光罩製成後之透射率變化進行比較而評估了半透射膜(2)的受損情形。透射率在436nm增加了0.69%，半透射膜(2)幾乎沒有受損。
使用SEM照射上述灰度光罩之截面時，在下部半透射膜(2a)與上部半透射膜(2b)之間沒有發現T－Top形態或Undercut形態，圖案截面與透明基板(1)之間的角度大於80°以上而接近於垂直關係。
前文係針對本發明之較佳實施例為本發明之技術特徵進行具體之說明，唯熟悉此項技術之人士當可在不脫離本發明之精神與原則下對本發明進行各種變更與修改，而該等變更與修改，皆應涵蓋於如下申請專利範圍所界定之範疇中。
1．．．透明基板
2．．．半透射膜
3．．．遮光膜
4．．．抗反射膜
5．．．光阻
6．．．遮光部圖案
7．．．透射部圖案
8．．．半透射部圖案
第1圖係灰度光罩截面形態之概略剖面圖。
第2圖係本發明灰度光罩基板的一實施例之概略表。
第3圖係本發明灰度光罩基板的一實施例之概略表。
第4a－4g圖係本發明灰度光罩基板及光罩的一實施例之概略剖面圖。
第5圖係現有灰度光罩的圖案形態之概略剖面圖。
第6a－6b圖係本發明灰度光罩基板及光罩的一實施例之概略剖面圖。
1．．．透明基板
2．．．半透射膜
3．．．遮光膜
4．．．抗反射膜
6．．．遮光部圖案
7．．．透射部圖案
8．．．半透射部圖案

Claims (25)

  1. 一種可以製作出具有透明基板、位於上述透明基板上的遮光部、透射部及半透射部圖案之灰度光罩的灰度光罩基板製造方法，其中，至少在上述透明基板上層積半透射膜，在上述半透射膜上層積遮光膜，反射膜則選擇性地進行層積，上述半透射膜含鉭(Ta)，並由上述鉭(Ta)上添加了鋁(Al)、鋅(Zn)、鈷(Co)、鎢(W)、鉬(Mo)、釩(V)、釩(Pd)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鎘(Cd)、鋯(Zr)、鎂(Mg)、鋰(Li)、硒(Se)、銅(Cu)、釔(Y)、硫(S)、銦(In)、錫(Sn)、硼(B)及鈹(Be)中一種以上金屬的鉭合金(Ta Alloy)或包括碳(C)、氧(O)、氮(N)、氟(F)、氯(Cl)及氫(H)中一種以上半導體元素的鉭(Ta)化合物所組成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述半透射膜可以被溫度為40到100℃且含有NaOH、KOH、LiOH及CsOH之一的蝕刻液所蝕刻。
  3. 、如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述半透射膜可以被溫度為40℃到100℃且在NaOH、KOH、LiOH及CsOH中選擇一種以上後混合而成之蝕刻液所蝕刻。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述半透射膜可以被NaOH與KOH混合物所構成之蝕刻液所蝕刻。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述NaOH與KOH的混合比率為1：9~9：1。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述鉭以外的金屬物質為鋁(Al)、錫(Sn)、鋅(Zn)及矽(Si)中的一種以上元素。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，構成上述鉭合金或鉭化合物的金屬或半導體元素之組成比為0.1到50at%。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述半透射膜的上述鉭以外之金屬或半導體元素為不會被含氯(Cl)蝕刻氣體與含氧(O)蝕刻氣體所蝕刻的物質。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述半透射膜在氯(Cl)蝕刻氣體與含氧(O)蝕刻氣體氛圍下與遮光膜之蝕刻選擇比大於3。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述鉭以外的金屬或半導體元素不會被含有上述氯(Cl)的蝕刻氣體所蝕刻卻可以被含氟(F)蝕刻氣體蝕刻的物質為0.1到95%。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述半透射膜透過反應濺鍍(Reactive Sputtering)法層積並使用包含上述鉭(Ta)與上述鉭(Ta)以外的金屬或半導體元素之合金製作濺鍍靶(Sputtering Target)。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，構成上述半透射部的半透射膜之透射率在300nm~500nm的曝光波長下為5%到90%，厚度則為50到2000。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述半透射膜的透射率在作為曝光光線光源的水銀(Hg)燈之特性波長i－line(365nm)、h－line(405nm)、g－line(436nm)下的透射率之差維持在±5%以內。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述半透射膜的相位差在曝光波長300nm到500nm的波長範圍內介於0°到100°。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述半透射膜的表面粗糙度為0.1到5nmRa，是透過原子之間的短距有序(Short Range Ordering)所形成之非結晶型結構。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，層積上述半透射膜時不在包括位置對齊圖案區的一部分區域層積半透射膜。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述遮光膜或抗反射膜與半透射膜正面(Front Side)的反射率差異在位置對齊檢查波長下為5到60%，其背面的抗反射膜之反射率在位置對齊波長為15到70%。
  18. 如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，層積結果使上述半透射膜的面電阻值為0到1MΩ/□。
  19. 如申請專利範圍第1項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述半透射膜是兩層以上的多層膜或者是其組成方式連續變化的連續膜。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述半透射膜在基板側的半透射膜之蝕刻速度較快，在遮光膜側的半透射膜之蝕刻速度較慢。
  21. 一種可以製作出具有透明基板、位於上述透明基板上的遮光部、透射部及半透射部圖案之灰度光罩的灰度光罩基板製造方法，其中，至少依次在上述透明基板上層積半透射膜、在上述半透射膜上層積蝕刻阻止膜、在上述蝕刻阻止膜上層積遮光膜，上述蝕刻阻止膜含鉭(Ta)並由上述由上述鉭(Ta)上添加了鋁(Al)、鋅(Zn)、鈷(Co)、鎢(W)、鉬(Mo)、釩(V)、釩(Pd)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鎘(Cd)、鋯(Zr)、鎂(Mg)、鋰(Li)、硒(Se)、銅(Cu)、釔(Y)、硫(S)、銦(In)、錫(Sn)、硼(B)及鈹(Be)中一種以上金屬的鉭合金(Ta Alloy)或包括碳(C)、氧(O)、氮(N)、氟(F)、氯(Cl)及氫(H)中一種以上半導體元素的鉭(Ta)化合物所組成。
  22. 如申請專利範圍第21項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述半透射膜與遮光膜由鉻或鉻化合物構成。
  23. 如申請專利範圍第21項所述的灰度光罩基板製造方法，其中，上述蝕刻阻止膜的厚度為20~200。
  24. 一種灰度光罩，其中，使用申請專利範圍第1項到第23項之任一項的灰度光罩基板製成。
  25. 如申請專利範圍第24項所述的灰度光罩，其中，上述灰度光罩可以製作TFT－LCD、PDP及OLED之一。
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