TWI400559B - 灰度光罩基板及光罩製造方法 - Google Patents

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灰度光罩基板及光罩製造方法
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)產品及太陽能電池板之類產品的製造用途之光罩基板及光罩。
本發明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之灰度光罩及作為其原料之灰度光罩基板。
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)產品的應用範圍隨着市場需求日趨高級化與高功能化而日益擴大中，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)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之光罩，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之情形相比，四層圖罩及三層圖罩用光罩則需要由上述遮光部、透射部及只允許一部份曝光光線透射的半透射部圖案組成。
現有技術的上述四層圖罩或三層圖罩製程用光罩通常會使用縫罩(Slit mask)。使用縫罩技術的四層圖罩製程由於縫條圖案(半透射部)趨向微細化或結構變複雜時不易控制穿過縫條圖案(Slit pattern)的衍射光，因此控制透射光的透射率時非常困難。四層圖罩製程時的被射物體阻劑殘留量將不均勻，從而出現被射物體圖案不良與缺陷等問題。
現有技術把鉬矽化物(MoSi)系列物質作為相位轉移光罩的透射調節膜，適當地調整上述物質的組成、厚度、透射率及折射率等參數後適用到灰度光罩的透射調節膜上，由於只能在乾式蝕刻製程中進行蝕刻，因此需要使用高昂的乾式蝕刻設備，目前適用於具有較大面積的光罩製程時依然受到限制，很難製作出在大面積上具有均勻透射率之灰度光罩。
鉬矽化物(MoSi)由於和構成透明基板的二氧化矽(SiO2)之間的蝕刻比不夠大，如果透射調節膜在光罩基板製造或光罩製造過程中出現不可修復的缺陷，將在透過乾式蝕刻方法清除透射調節膜時對透明基板造成傷害而無法重複使用高昂的透明基板，從而出現製造成本上昇及良率降低的問題。
為了解決上述問題而開發了以鋁(Al)化合物等作為透射調節膜材料之灰度光罩基板，但是在使用上述灰度光罩基板製作灰度光罩時，對於硫酸(H2 SO4 )或SC－1(Standard Cleaning)及光阻清除液等清洗液的耐化學性較差，對於抗反射膜及遮光膜的濕式蝕刻過程中使用的鉻濕式蝕刻液之蝕刻比不足，所以在灰度光罩製造過程中因透射調節膜受損而大量發生不良品且很難控制透射率。
本發明之目的，在於提供一種具有良好選擇比的透射調節膜而可以精密地控制透射率之灰度光罩基板及灰度光罩。
本發明之目的，在於提供一種對於灰度光罩製造過程中使用的化學藥品具有較高耐化學性之灰度光罩基板及使用上述灰度光罩基板製作的具有較高良率且可以精密地控制透射率之灰度光罩。
本發明之目的，在於提供一種可以透過濕式蝕刻方式重複使用光罩基板製造製程中因缺陷而發生之灰度光罩基板不良品，進而降低生產成本並提高良率之灰度光罩基板。
為了解決上述技術課題，本發明灰度光罩基板係由可以防止被射物體的光阻曝光之遮光部圖案、可以使被射物體的光阻完全曝光之透射部圖案以及控制其透射率以使被射物體的光阻殘留膜得以殘留之半透射部圖案所構成之灰度光罩之原材料，其中，上述灰度光罩基板至少包括透明基板、位於上述透明基板上面之透射調節膜、位於上述透射調節膜上面之遮光膜以及塗布在上述遮光膜上面之光阻，上述透射調節膜或遮光膜之一係可以被含有NaOH、KOH、LiOH、Ca(OH)2 及CsOH之一化合物且加熱到20~200℃的蝕刻液所蝕刻之物質。
上述透射調節膜係可以被含有NaOH、KOH、LiOH、Ca(OH)2 及CsOH之一化合物且加熱到20到200℃的蝕刻液蝕刻但不會被含CAN(Ceric Ammonium Nitrate)的蝕刻液蝕刻之物質；上述遮光膜係可以被包含CAN(Ceric Ammonium Nitrate)的蝕刻液蝕刻但不會被包含NaOH、KOH、LiOH、Ca(OH)2 及CsOH之一化合物且加熱到20到200℃溫度範圍的蝕刻液蝕刻之物質。
此時，上述遮光膜與阻劑膜之間還層積了與遮光膜具有同一蝕刻特性的材質所構成之抗反射膜。
上述透射調節膜與遮光膜之蝕刻比大於3。
上述透射調節膜及遮光膜之一為鉭(Ta)或鉭(Ta)化合物，另一個則為鉻(Cr)或鉻(Cr)化合物。
在上述透射調節膜上面另外形成了蝕刻阻止膜，上述透射調節膜與遮光膜具有相同的蝕刻特性，上述透射調節膜與蝕刻阻止膜之一係可以被含有NaOH、KOH、LiOH、Ca(OH)2 及CsOH之一化合物且加熱到20到200℃的蝕刻液所蝕刻之物質。
此時，上述遮光膜與抗反射膜之間還層積了與遮光膜具有同一蝕刻特性的物質所構成之抗反射膜。
上述蝕刻阻止膜與透射調節膜、蝕刻阻止膜與遮光膜之蝕刻比大於3。
上述透射調節膜與遮光膜為鉻或鉻化合物、上述蝕刻阻止膜為鉭或鉭化合物；或者上述蝕刻阻止膜為鉻或鉻化合物、上述透射調節膜與遮光膜為鉭或鉭化合物。
上述透射調節膜由單層或兩層以上之多層膜或連續膜組成，上述透射調節膜的組成比為轉移金屬佔10~90at%，氧、氮、碳及氟中選定的一種元素或上述諸元素的混合物佔10~60at%，上述透射調節膜的面電阻為0~1M。
上述透射調節膜為鉭(Ta)或鉭(Ta)與碳(C)、氧(O)、氮(N)、硼(B)、氟(F)、氯(Cl)、氫(H)及矽(Si)之中的元素所組合而成之鉭(Ta)化合物。
透射調節膜的透射率在300到500nm波長範圍內為10到90%，厚度為50到2000，上述透射調節膜的相位變化在300到500nm的波長範圍內為0到100°。
上述透射調節膜的均方根粗糙度為0到5nm，中心線平均粗糙度為0到5nm，其結構為非結晶型(Amorphous)結構。
上述透射調節膜在365nm的透射率與在436nm的透射率之間的差異為－5%到5%。
上述透射調節膜在層積後以80到800℃的溫度進行熱處理或者以紅外線、紫外線、雷射、X－Ray照射方式進行表面改性處理。
在含有上述鉭(Ta)的透射調節膜上還包括了鈷(Co)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)、鈀(Pd)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、錳(Mn)、鐵(Fe)、矽(Si)、鎳(Ni)、鎘(Cd)、鋯(Zr)、鎂(Mg)、鋰(Li)、硒(Se)、銅(Cu)、釔(Y)、硫(S)、銦(In)及錫(Sn)之一元素或兩種以上元素組合而成之化合物。
上述遮光膜為以鉻(Cr)或鉻(Cr)為主要成分的物質所組成且其厚度為50到2500。
上述透明基板中包括位置對齊(alignment)圖案區的一部份區域至少層積了遮光膜，其餘部位則至少層積了透射調節膜與遮光膜。
上述灰度光罩基板的正面反射率在位置對齊波長時為20到70%，上述灰度光罩基板的背面反射率在位置對齊波長時為15到70%。
上述蝕刻液至少另外包括過氧化氫(H2 O2 )或水(H2 O)之一且上述蝕刻液的pH大於10。
NaOH、KOH、LiOH、Ca(OH)2 及CsOH之一的成分比率為0.5到60mol%。
【發明效果】
如前所述，本發明灰度光罩基板及光罩可以發揮出下列效果。
第一、可以提供一種具備了選擇比大於3的透射調節膜且可以使用較低的生產成本製作並精密地控制半透射部的透射率及圖案輪廓之灰度光罩基板及可控制透射性的光罩。
第二、可以提供一種使用了包括對於上述鉻濕式蝕刻液反清洗液等化學藥品具備高耐化學性的透射調節膜之灰度光罩基板，不僅提高製程良率並可以精密地控制半透射部的透射率之灰度光罩基板及可控制透射性的光罩製造方法。
第三、可以提供一種透過不會傷害透明基板的濕式蝕刻方式就能製作出灰度光罩基板及灰度光罩，對於在上述灰度光罩的製造過程中發生之透射調節膜缺陷可以使用透射調節膜的濕式蝕刻液重複運用而降低成本並提高製程良率之灰度光罩及作為其原料之灰度光罩基板。
【發明的具體實施形態】
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉幾較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：首先說明具有下列特徵之灰度光罩基板及其製造方法：具有透射調節膜或透射調節膜與蝕刻阻止膜，在灰度光罩的製造製程中對於透射調節膜與其下部的透明基板、透射調節膜與其上部的遮光膜及抗反射膜的濕式蝕刻選擇比優異且對於清洗製程中所使用的化學藥品具有高耐化學性。
本發明灰度光罩基板的製造方法透過下列步驟製作灰度光罩基板：在透明基板2上層積透射調節膜4膜之步驟；在上述透射調節膜4上層積遮光膜6之步驟；以及在遮光膜6上塗布光阻10之步驟。上述透射調節膜4與遮光膜6之一可以被含有氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈣(Ca(OH)2 )及氫氧化銫(CsOH)之一的蝕刻液所蝕刻。
由於上述透射調節膜4與遮光膜6以相互鄰接的方式層積，因此需要具備較高的蝕刻比。因此透射調節膜4與遮光膜6之一應該可以被上述蝕刻液蝕刻，其餘膜則對上述蝕刻液具有較高的蝕刻比而不被蝕刻。不被上述蝕刻液蝕刻的膜應該對其它蝕刻液具有較高的蝕刻比且可以被蝕刻，例如可以被含CAN(Ceric Ammonium Nitrate)的蝕刻液蝕刻。
為了符合上述蝕刻特性，上述透射調節膜4應該由鉭(Ta)系列膜構成，遮光膜6則由鉻(Cr)系列膜構成。上述鉭(Ta)系列物質可以使用含有上述氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈣(Ca(OH)2 )及氫氧化銫(CsOH)之一的蝕刻液進行蝕刻處理，而且與一直作為遮光膜6材料的鉻(Cr)系列膜維持高蝕刻比。
本發明灰度光罩基板之另一種製造方法透過下列步驟製作灰度光罩基板：在透明基板2上層積透射調節膜4之步驟；在上述透射調節膜4上層積蝕刻阻止膜14之步驟；在上述蝕刻阻止膜14上層積遮光膜6之步驟；以及在遮光膜6上塗布光阻10之步驟。上述蝕刻阻止膜14或透射調節膜4之一可以被含有氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈣(Ca(OH)2 )及氫氧化銫(CsOH)之一的蝕刻液所蝕刻。此時，遮光膜6應該與上述透射調節膜4具有同一蝕刻特性，上述遮光膜6與透射調節膜4則可以被含上述CAN的蝕刻液所蝕刻。
為了符合上述蝕刻特性，上述蝕刻阻止膜14應該由鉭(Ta)系列膜構成，透射調節膜4與遮光膜6則由鉻(Cr)系列膜構成。上述鉭(Ta)系列物質可以使用含有上述氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈣(Ca(OH)2 )及氫氧化銫(CsOH)之一的蝕刻液進行蝕刻處理，而且與一直作為遮光膜6材料的鉻(Cr)系列膜維持高蝕刻比。
一般來說，上述透射調節膜4按照沿着厚度方向具備一定成分的方式進行層積作業，也可以視需要而製作成由上述鉭系列物質構成之雙層膜或更多層之多層膜。
譬如，第一透射調節膜4a由鉭氧化物(TaO)構成而第二透射調節膜4b由鉭(Ta)構成；或者第一透射調節膜4a由氮化度較高的高透射率氮化鉭(TaN)構成而第二透射調節膜4b由氮化度較低的低透射率氮化鉭(TaN)等構成，也可以透過以下述鉭為主要成分的組成相異之膜而製成兩層以上之多層膜。也可以製作出膜組成會連續變化之連續膜。
為了在光罩製造過程中防止駐波(Standing Wave)並且在利用灰度光罩進行微影製程時防止因多重反射而造成的圖案錯誤，應該在上述遮光膜6上面另外層積抗反射膜8。
另外層積抗反射膜8時，將會在抗反射膜8上塗布光阻10，因此可以在灰度光罩的製造過程中防止駐波顯影並形成更精密的圖案，也可以在利用本發明灰度光罩進行微影曝光作業時減少因亂反射而發生的不良現象。此時，構成抗反射膜8的物質可以是蝕刻特性不同於上述遮光膜6的其它物質，但使用同一系列物質並具有同一蝕刻特性的物質較為妥善。
上述灰度光罩基板的透射調節膜4或蝕刻阻止膜14使用鉭系列膜，因此在濕式蝕刻製程時對於透明基板2、由鉻系列膜構成的抗反射膜8及遮光膜6具備了優異的蝕刻選擇比，對於灰度光罩製造過程中使用的SPM溶液(H2 SO4 ：H2 O2 ＝9：1,85℃)及SC－1溶液(NH4OH：H2 O2 ：H2 O＝1：1：5,23℃)等清洗溶液及光阻10剝離液具有較高的耐化學性，在灰度光罩製造完畢後的透射調節膜4透射率變化在i、g及h－Line波長下低於2%。由於透射率在灰度光罩製造過程中幾乎沒有變化，因此可以針對製造製程中所發生雜質增加其清洗次數，因此可以製作出良率高而且缺陷與雜質非常少之灰度光罩。
由於可以進行濕式蝕刻，因此即使沒有購置高昂的乾式蝕刻裝置也可以透過現有的濕式蝕刻裝置製作而降低生產成本，有效地避免了由乾式蝕刻所造成的昂貴透明基板2之損傷。在製造過程中發生不良時，可以透過濕式蝕刻方式清除上述遮光膜6、透射調節膜4及蝕刻阻止膜14後重複使用透明基板2，因此可以使用更加低廉的費用製作灰度光罩基板與灰度光罩並提高良率。
上述透射調節膜4或蝕刻阻止膜14應該使用鉭(Ta)或至少包含C、O、N、B、F、Cl、H、Si之一的鉭化合物製作。也可以根據需要而另外添加鈷(Co)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)、鈀(Pd)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、錳(Mn)、鐵(Fe)、矽(Si)、鎳(Ni)、鎘(Cd)、鋯(Zr)、鎂(Mg)、鋰(Li)、硒(Se)、銅(Cu)、釔(Y)、硫(S)、銦(In)及錫(Sn)等。
上述透射調節膜4或蝕刻阻止膜14的膜組成比中，鉭(Ta)的組成比應該維持在10at%~100at%範圍內。鉭具有非常優異的耐化學性，因此可以僅由鉭組成；添加上述O、N、B、F、Cl、H、Si或上述金屬成分後組成鉭化合物時，如果鉭低於10at%，將會降低耐化學性。
上述透射調節膜4材料除了鉭(Ta)以外，還可以把鈷(Co)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)、鈀(Pd)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、錳(Mn)、鐵(Fe)、矽(Si)、鎳(Ni)、鎘(Cd)、鋯(Zr)、鎂(Mg)、鋰(Li)、硒(Se)、銅(Cu)、釔(Y)、硫(S)、銦(In)及錫(Sn)等元素作為透射調節膜4或蝕刻阻止膜14之材料。
遮光膜6與抗反射膜8應該使用鉻或鉻系化合物進行層積。鉻及鉻系化合物對作為上述透射調節膜4或蝕刻阻止膜14的鉭具有較大的蝕刻選擇比，因此其耐化學性非常優異。由於上述鉻蝕刻液幾乎不會對鉭造成傷害，因此可以在製作灰度光罩時儘量減少透射調節膜4或蝕刻阻止膜14的透射率變化。
上述透射調節膜4及蝕刻阻止膜14應該在真空室內部引進惰性氣體與反應性氣體後使用反應(Reactive)濺鍍(Sputtering)及真空蒸着方法(PVD,CVD,ALD)。
反應濺鍍法非常適合於使用鉭或鉻標的(target)在大面積基板上以均勻的厚度與成分層積出金屬薄膜，也可以根據所使用的反應性氣體而控制O、N、B、F、Cl、H及Si等的成分比，進而控制薄膜特性。上述反應性氣體應該在氧(O2)、氮(N2 )、二氧化碳(CO2 )、氧化亞氮(N2 O)、氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2 )、氨(NH3 )、氟(F2 )、NF3 、SiF4 及SiH4 等所組成的群中選擇一種以上物質後使用。
在濺鍍壓力維持在0.1到100mTorr範圍的情形下進行層積作業。濺鍍壓力(sputtering pressure)低於0.1mTorr時，透射調節膜4原子層的層積將過度稠密而會對透射調節膜4施加壓縮應力(Compress)，進而在灰度光罩的製造過程中造成圖案不良或引起透明基板2的變形而對CD(Critical Dimension)特性之一的Registration特性造成惡劣影響；濺鍍壓力高於100mTorr時，透射調節膜4原子層的密度將過低而對透射調節膜4或蝕刻阻止膜14時間拉伸應力(Tensile)，還是會造成上述惡劣影響。
上述遮光膜6與透射調節膜4、透射調節膜4與透明基板2之間的蝕刻選擇比應該大於3。由於上述遮光膜6層積在透射調節膜4或蝕刻阻止膜14的上面，如果在蝕刻遮光膜6時對於遮光膜6蝕刻液或蝕刻氣體的選擇比過低，將使其下面的透射調節膜4受損而造成厚度及透射率之類的特性發生變化；如果在透射調節膜4或蝕刻阻止膜14進行蝕刻處理時對遮光膜6的蝕刻比過低，將蝕刻到遮光膜6的側面而難以控制遮光膜的CD。而且透射調節膜4與透明基板2的蝕刻比過低時也會在蝕刻透射調節膜4時對透明基板2造成傷害，因此上述遮光膜6與透射調節膜4、透射調節膜4與透明基板2之間的蝕刻比越大越好，蝕刻比應大於3。進一步層積蝕刻阻止膜14時，遮光膜6與蝕刻阻止膜14、蝕刻阻止膜14與透射調節膜4、透射調節膜4與透明基板2之間的蝕刻選擇比應該大於3，透射調節膜4與遮光膜6具有同一蝕刻特性。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)
構成上述半透射部103的透射調節膜4的透射率應該在300nm~500nm的曝光波長下維持10%到90%且厚度為50到2000，透射率維持在30%到70%且厚度為50到500時更好。
上述透射率可以根據液晶顯示裝置的製程而妥善地選擇。如果半透射部103的透射率低於10%，使用上述灰度光罩進行微影製程時會因為半透射部103所造成的被射物體光阻殘留膜太厚而不易和遮光部101所造成之光阻圖案區分；如果透射率大於90%，由於半透射部103所造成的被射物體光阻殘留膜的太薄而不易和透射部102所造成之光阻圖案區分。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。
透射調節膜4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)。透射調節膜4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分辨率下降並減弱耐化學性。而且由於薄膜的內部應力提高而使基板的平坦度出現變化，進而在大面積之灰度光罩中對Registration特性造成惡劣影響。上述平坦度變化應維持在50 μm以內。
如果進一步層積蝕刻阻止膜14，在透射調節膜4上層積蝕刻阻止膜14後形成的膜應該符合上述透射調節膜4的上述透射率、厚度及平坦度條件並滿足下列要件。
構成上述半透射部103的透射調節膜4的透射率與作為曝光光線光源的水銀(Hg)燈的特性波長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103曝光量的控制動作而輕易地控制被射物體光阻的殘留膜厚度與關鍵尺寸(CD)，改善上述被射物體光阻殘留膜的截面形態，可以使灰度光罩的曝光製程以後的製程變得容易。
上述透射調節膜4的透射率均勻度(Uniformity)的最大值與最小值之差在基板邊緣的30mm以外區域應該維持在5%以內，維持在3%以內則更好。
一般來說，透明基板2邊緣的30mm以外區域在微影製程中屬於不使用的區域，30mm以內區域的透射率均勻度值則越小越好。如果在上述透射率均勻度超過5%時利用灰度光罩進行四層圖罩製程，將減弱半透射部103所造成的被射物體光阻殘留膜之厚度均勻度並提高不良可能性。如前所述，半透射部103的透射率在灰度光罩的製造過程中幾乎沒有變化，因此應該在灰度光罩基板步驟中把透射率均勻度控制在5%以內。
上述透射調節膜4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°。上述透射調節膜4和透明基板2的折射率與厚度相異，因此與透射部102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102所造成的曝光光線與層積了透射調節膜4之半透射部102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102與半透射部103的圖案交界處減弱而容易造成被射物體的不良。因此應該把透射調節膜4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。
相比於在相位轉移光罩中維持180°的相位差以便透過相消干涉來提高分辨率的技術，上述灰度光罩的相位差所造成的干涉顯影屬於不同的技術，相位轉移光罩越接近180°越好，灰度光罩則越接近0°越好。上述相位差可以使用Lasertech公司的MPM－100等裝置測量或透過下式計算。
ΦX：相位差 n：折射率d：厚度 λ：曝光光線的波長
上述透射調節膜4、遮光膜6、抗反射膜8及蝕刻阻止膜14應該是透過原子之間的短距有序(Short Range Ordering)所形成的非結晶型結構。上述透射調節膜4的表面粗糙度較大時，例如其表面粗糙度大於6nmRMS時，穿過透射調節膜4的曝光光線將分散而難以控制被射物體光阻的殘留膜厚度與CD。上述表面粗糙度在透射調節膜4進行結晶化(Crystallization)後會變大，因此透射調節膜4應採取非結晶型結構。遮光膜及抗反射膜也應該具備非結晶型結構以儘量減少因圖案邊緣粗糙度與亂反射而來的問題，比較妥善的表面粗糙度為透射調節膜4、遮光膜6、抗反射膜8及蝕刻阻止膜14的均方根粗糙度值介於0到5nmRMS(Root Means Square)，中心線平均粗糙度(Ra)值介於0到5nmRa。
遮光膜6及抗反射膜8的厚度為50到2,500，為了定義(patterning)上述遮光膜6與抗反射膜8，應該形成厚度為1,000□到20,000的正型(Positive)或負型(Negative)光阻10(Photo Resist)膜。至於上述光阻10到底使用正型或或負型，則可以根據灰度光罩的設計作業而適當地選擇。
上述透射調節膜4或蝕刻阻止膜14的濕式蝕刻液應該使用含氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈣(Ca(OH)2 )及氫氧化銫(CsOH)的溶液之一種或混合液。適合作為上述透射調節膜4材料的鉭或鉭化合物可以被厭氧溶液，即具有OH基的蝕刻液所蝕刻，因此應該使用上述氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈣(Ca(OH)2 )及氫氧化銫(CsOH)進行蝕刻。上述蝕刻液並不會蝕刻可以作為遮光膜6的鉻及鉻化合物，也不會蝕刻透明基板2。如果在氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈣(Ca(OH)2 )及氫氧化銫(CsOH)中另外添加含有水(H2 O)、過氧化氫(H2 O2 )或氧(O)的溶液之一則更好。含有氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈣(Ca(OH)2 )及氫氧化銫(CsOH)的蝕刻液的反應性會受到含氧(O)添加物的影響而變化，因此如果包含上述水(H2 O)及過氧化氫(H2 O2 )就能使蝕刻速度更快或更慢。
上述透射調節膜4、遮光膜6及抗反射膜8屬於具有高蝕刻比且可以進行濕式蝕刻之物質，因此可以改變透射調節膜4、遮光膜6及抗反射膜8之材料後使用。譬如，透射調節膜4使用鉻或鉻(Cr)化合物進行層積並使用鉻蝕刻液(CAN：Ceric Amounium Nitrate)，遮光膜6及抗反射膜8材料使用鉭(Ta)或鉭(Ta)化合物，蝕刻液則使用上述CAN與含有氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈣(Ca(OH)2 )及氫氧化銫(CsOH)的蝕刻液進行蝕刻。
可以把上述鉭(Ta)及鉭化合物或者鉻(Cr)及鉻(Cr)化合物作為蝕刻阻止膜使用。譬如，把鉻及鉻化合物作為透射調節膜4、遮光膜6及抗反射膜8使用，把鉭及鉭化合物層積在透射調節膜4與遮光膜6之間後製作灰度光罩基板，再使用上述蝕刻液進行定義(patterning)而製成灰度光罩。
上述透射調節膜4或蝕刻阻止膜14的濕式蝕刻液中氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈣(Ca(OH)2 )及氫氧化銫(CsOH)的成分比應該介於0.5mol%到60mol%的範圍內。氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈣(Ca(OH)2 )及氫氧化銫(CsOH)的成分比低於0.5mol%時蝕刻速度會很低而在蝕刻透射調節膜4並製作灰度光罩時遇到困難，大於60mol%時蝕刻速度因也會很低。
作為上述透射調節膜4或蝕刻阻止膜14的濕式蝕刻液的含氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈣(Ca(OH)2 )及氫氧化銫(CsOH)之溶液的溫度應該介於20℃到200℃的範圍內。一般來說溫度對蝕刻速度的影響比較大，溫度低於20℃時蝕刻速度會很低或無法蝕刻，溫度大於200℃時蝕刻速度會太快而難以控制半透射部103的關鍵尺寸。而且由於水(H2 O)和過氧化氫(H2 O2 )的氣化較多而難以控制(NaOH或KOH的mol%。
含有上述氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈣(Ca(OH)2 )及氫氧化銫(CsOH)的蝕刻液之pH應該大於10。鉭及鉭化合物對酸性(Acid)成分的化工藥品具有很高的耐化學性，對厭氧性(Basic)材料也有很高的抵抗性。因此如果不是pH大於10的強厭氧性，將很難蝕刻鉭及鉭化合物。
上述抗反射膜8與透射調節膜4或蝕刻阻止膜14之間的反射率對於光罩的檢查波長應該具有至少10%到70%差異。灰度光罩不同於現有二元式光罩而包含半透射部103圖案，因此在檢查圖案時應該把半透射部103圖案與遮光部101及透射部102圖案加以區分。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，如果遮光部圖案與半透射部103圖案所造成的反射率差異不超過10%，就不易區分出兩個圖案。因此在層積透射調節膜4及/或抗反射膜8時需要適當地控制反射率而在檢查波長具有10%以上的反射率差異。使用反射率為70%以上的物質層積透射調節膜4時，由於透射率過低不易作為透射調節膜4使用。為了解決上述問題，可以把透射調節膜4製成雙層膜或多層膜以獲得更好的效果。
層積透射調節膜4時，需要避免在包括位置對齊圖案區的一部份區域層積透射調節膜4。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。所以即使沒有層積透射調節膜4也無妨，在位置對齊圖案區沒有層積透射調節膜4時，由於位置對齊圖案的透射部102與遮光部101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輕易地對遮光部與透射部102、半透射部103圖案進行位置對齊。在光罩位置對齊圖案區避免層積透射調節膜4之方法中比較妥善之方法為：層積透射調節膜4時在所需要的區域加以網罩之方法、透射調節膜4層積完畢後對位置對齊圖案區進行蝕刻之方法等。
上述正面反射率差異應該介於5到60%。正面反射率有可能受到抗反射膜的影響而降低，因此沒有在透明基板2上層積透射調節膜4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造成的圖案錯誤(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的各圖案位置。上述位置對齊圖案區的背面反射率應該在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。為了解決上述問題，可以把透射調節膜4製成雙層膜或多層膜以獲得更好的效果。
上述透射調節膜4層積完畢後應該在80到800℃的溫度範圍內進行熱處理0到60分鐘或者以紅外線、紫外線、X－Ray照射方式進行表面改性處理。在80℃以下的溫度進行熱處理時幾乎沒有效果，在800℃以上的溫度時則因為大部份的薄膜物質出現結晶化而使表面粗糙度容易增加。上述透射調節膜4的熱處理可以適用於透射調節膜4的透射率控制或反射率控制之類的的光學用途、也可以適用於蝕刻速度的控制等用途，尤其是適用於僅改變透射調節膜4的一部份厚度後形成雙層膜的用途。此時，層積一次透射調節膜4後透過熱處理或表面改性處理方式形成雙層膜。上述熱處理或表面改性處理可以在真空或大氣壓氛圍下透過熱板(Hot Plate)之類的接觸方式進行，或者採取紅外線燈、紫外線燈、雷射照射或X－Ray照射之類的非接觸方式進行，需要改變表面成分時除了使用氧(O2 )、氮(N2 )、氧化亞氮(N2 O)、二氧化氮(NO2 )、氧化氮(NO)、二氧化碳(CO2)、SiH4 及CH4 等反應性氣體以外，也可以使用氬(Ar)、氦(He)、氪(Kr)及氙(Xe)等惰性氣體。
層積結果應使透射調節膜4的面電阻值介於0到1MΩ/□。使用上述反應濺鍍法層積透射調節膜4時，使用面電阻較低的標的(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透射調節膜4的面電阻也會跟着增加。因此層積時應該避免透射調節膜4的面電阻過高。
上述光阻的塗布方法應該在旋轉塗布(Spin Coating)、毛細涂覆(Capillary Coating)或掃描旋轉塗布(Scan And Spin Coating)中選擇一種方法。
塗布上述光阻10膜後，使用熱板(Hot Plate)在50℃到250℃的溫度下軟烤(Soft Bake)0到120分鐘。
下面說明使用上述灰度光罩基板製作之灰度光罩及其製造方法。
在上述透明基板2上依次層積透射調節膜4與遮光膜6並選擇性地層積抗反射膜8製成灰度光罩基板後按照下列方法製作灰度光罩時，就能製作出具有下列圖案之灰度光罩：上述透射調節膜4與遮光膜6被蝕刻而使透明基板2暴露的透射部102圖案；在透明基板2上層積了透射調節膜4與遮光膜6的遮光部101圖案；以及在透明基板2上層積了透射調節膜4之半透射部103圖案。
按照下列步驟製作出第2g圖所示包括透射部102、遮光部101及半透射部103之灰度光罩：首先使用上述灰度光罩基板在第一階段光阻10上曝光並顯影出透射部102圖案區域而形成第一階段光阻10圖案之步驟；以上述第一階段光阻10的圖案作為蝕刻罩幕並對遮光膜6進行蝕刻而形成遮光膜6圖案之步驟；以上述遮光膜6的圖案作為蝕刻罩幕並對上述透射調節膜4進行蝕刻並同時把殘留之上述第一階段光阻10加以清除之步驟；在上述蝕刻後的圖案上塗布第二階段光阻12之步驟；在上述第二階段光阻12上曝光並顯影出半透射部103圖案區域而形成第二階段光阻12圖案之步驟；以上述第二階段光阻12圖案作為蝕刻罩幕並對遮光膜6進行蝕刻之步驟；以及把殘留之上述第二階段光阻12圖案加以清除之步驟。為了使用上述方法製作，應該如下述內容適當地選擇第一階段光阻10與蝕刻液以便利用透射調節膜4蝕刻液清除第一階段光阻10。
按照下列步驟製作出第2g圖所示包括透射部102、遮光部101及半透射部103之灰度光罩：首先使用上述灰度光罩基板在第一階段光阻10上曝光並顯影出透射部102圖案區域而形成第一階段光阻圖案之步驟；以上述第一階段光阻10的圖案作為蝕刻罩幕並對遮光膜6進行蝕刻而形成遮光膜6圖案之步驟；把殘留之上述第一階段光阻10加以清除之步驟；以上述遮光膜6的圖案作為蝕刻罩幕並對上述透射調節膜4進行蝕刻之步驟；塗布第二階段光阻12之步驟；在上述第二階段光阻12曝光及顯影出半透射部103圖案區域之步驟；以上述第二階段光阻12圖案作為蝕刻罩幕並對抗反射膜8與遮光膜6進行蝕刻之步驟；以及把殘留之上述第二階段光阻12加以清除之步驟。
按照下列步驟製作出第2g圖所示包括透射部102、遮光部101及半透射部103之灰度光罩：首先使用上述灰度光罩基板在第一階段光阻10上曝光並顯影出半透射部103圖案區域而形成第一階段光阻圖案之步驟；以上述第一階段光阻10的圖案作為蝕刻罩幕並對遮光膜6進行蝕刻而形成遮光膜6圖案之步驟；把殘留之上述第一階段光阻10加以清除之步驟；塗布第二階段光阻12之步驟；在上述第二階段光阻12上曝光並顯影出透射部102圖案區域之步驟；以上述光阻12圖案作為蝕刻罩幕並對遮光膜6進行蝕刻之步驟；以上述第二階段光阻12圖案與遮光膜6圖案作為蝕刻罩幕並對透射調節膜4進行蝕刻之步驟；以及把殘留之上述第二階段光阻12加以清除之步驟。為了使用上述方法製作，應該如下述內容適當地選擇第一階段光阻10與蝕刻液以防止第一階段光阻10被透射調節膜4蝕刻液清除。
按照下列步驟製作出第2g圖所示包括透射部102、遮光部101及半透射部103之灰度光罩：首先使用上述灰度光罩基板在第一階段光阻10上曝光並顯影出透射部102圖案區域和半透射部103圖案區域而形成第一階段光阻圖案之步驟；以上述第一階段光阻10的圖案作為蝕刻罩幕並對遮光膜6進行蝕刻而形成遮光膜6圖案之步驟；把殘留之上述第一階段光阻10加以清除之步驟；塗布第二階段光阻12之步驟；在上述第二階段光阻12上曝光並顯影出透射部102圖案區域之步驟；以上述光阻12圖案作為蝕刻罩幕並對遮光膜6進行蝕刻之步驟；以上述第二階段光阻12圖案與遮光膜6圖案作為蝕刻罩幕並對透射調節膜4進行蝕刻之步驟；以及把殘留之上述第二階段光阻12加以清除之步驟。由於遮光膜6與透射調節膜4的蝕刻比比較大，因此第二階段光阻12曝光時可以在不包括半透射部103圖案區域的前提下使曝光範圍大於透射部102圖案區域。按照上述方法製作時，可以非常準確地對齊透射部102圖案、遮光部101圖案及半透射部103圖案的位置，上述方法可行的理由為，透射部102、遮光部101及半透射部103圖案區域在第一階段光阻10曝光時實際上會形成圖案線條。為了使用上述方法製作，應該如下述內容適當地選擇第一階段光阻10與蝕刻液以防止第一階段光阻10被透射調節膜4蝕刻液清除。
在上述透明基板2上依次層積透射調節膜4、蝕刻阻止膜14及遮光膜6並選擇性地層積抗反射膜8製成灰度光罩基板後按照下列方法製作灰度光罩時，就能製作出具有下列圖案之灰度光罩：上述透射調節膜4、蝕刻阻止膜14及遮光膜6被蝕刻而使透明基板2暴露的透射部102圖案；在透明基板2上層積了透射調節膜4、蝕刻阻止膜14及遮光膜6的遮光部101圖案；以及在透明基板2上層積了透射調節膜4與蝕刻阻止膜14之半透射部103a或者在透明基板2上層積了透射調節膜4之半透射部103b圖案。此時，上述半透射部103可以由下列部位組成：在透明基板2上層積了透射調節膜4與蝕刻阻止膜14的半透射部103a；以及在透明基板2上層積了透射調節膜4之半透射部103b圖案，此時可以製作出具有透射率各不相同的4個圖案形態之灰度光罩。
下面說明的圖案製作步驟可以和在上述透明基板2上層積了透射調節膜4與遮光膜6的情形相同。使用層積了上述蝕刻阻止膜14之灰度光罩基板製作灰度光罩之方法可以按照下列步驟製作出第2g圖所示包括透射部102、遮光部101及半透射部103之灰度光罩：首先使用層積了上述蝕刻阻止膜14之灰度光罩基板在第一階段光阻10上曝光及顯影後形成第一階段光阻圖案之步驟；以上述第一階段光阻10的圖案作為蝕刻罩幕並對遮光膜6進行蝕刻而形成遮光膜6圖案之步驟；把殘留之上述第一階段光阻10加以清除之步驟；以遮光膜6圖案作為蝕刻罩幕並對蝕刻阻止膜14進行蝕刻而形成蝕刻阻止膜14圖案之步驟；塗布第二階段光阻12之步驟；在上述第二階段光阻12上曝光及顯影之步驟；以上述光阻12圖案作為蝕刻罩幕並對透射調節膜4與遮光膜6進行蝕刻之步驟；以及把殘留之上述第二階段光阻12加以清除之步驟。
在上述說明中，可以同時進行第一階段光阻10或第二階段光阻12的清除步驟及透射調節膜4的蝕刻步驟。這是因為對透射調節膜4進行蝕刻的蝕刻液(加熱後的NaOH、KOH)可以清除光阻，按照上述方法進行時可以縮短製造製程。
使用另外層積了蝕刻阻止膜14之灰度光罩基板製作出由下列幾個部份構成之灰度光罩：由在透明基板2上層積了透射調節膜4與蝕刻阻止膜14的半透射部103a與在透明基板2上層積了透射調節膜4之半透射部103b圖案所組成的半透射部103；透射調節膜4、蝕刻阻止膜14及遮光膜6被蝕刻而使透明基板2暴露的透射部102圖案；以及在透明基板2上層積了透射調節膜4、蝕刻阻止膜14及遮光膜6的遮光部101圖案。具有透射率各不相同的4個圖案形態之上述灰度光罩製造方法如下。
按照下列步驟製作出如第8g圖所示由清除了透射部102、遮光部101及蝕刻阻止膜的半透射部103b及沒有清除蝕刻阻止膜的半透射部103a所構成之灰度光罩：使用另外層積了蝕刻阻止膜14之灰度光罩基板首先在第一階段光阻10上曝光及顯影後形成第一階段光阻圖案之步驟；以上述第一階段光阻10的圖案作為蝕刻罩幕並對遮光膜6進行蝕刻而形成遮光膜6圖案之步驟；把殘留之上述第一階段光阻10加以清除之步驟；以遮光膜6圖案作為蝕刻罩幕並對蝕刻阻止膜14進行蝕刻而形成蝕刻阻止膜14圖案之步驟；塗布第二階段光阻12之步驟；在上述第二階段光阻12上曝光及顯影之步驟；以上述第二階段光阻12圖案作為蝕刻罩幕並對遮光膜6進行蝕刻之步驟；把殘留之上述第二階段光阻12加以清除之步驟；以上述遮光膜6圖案作為蝕刻罩幕並對蝕刻阻止膜14進行蝕刻之步驟；塗布第三階段光阻16之步驟；在上述第三階段光阻16上曝光及顯影之步驟；以上述第三階段光阻16圖案作為蝕刻罩幕並對遮光膜6進行蝕刻之步驟；以及把第三階段光阻16加以清除之步驟。
如果使用灰度光罩時採取了由上述透射調節膜4、遮光膜6及光阻10所組成之灰度光罩基板以及由透射調節膜4、蝕刻阻止膜14、遮光膜6及光阻10所組成之灰度光罩基板，在遮光膜6上面另外層積抗反射膜8時會同時蝕刻遮光膜6而形成同一圖案。
在上述灰度光罩製造方法中，即使透射調節膜4是雙層膜以上的多層膜也可以使用單膜透射調節膜4的蝕刻液同時蝕刻而形成同一圖案，因此可以在製作灰度光罩時按照同一製程製作。
在上述過程之所以能同時蝕刻透射調節膜4蝕刻並清除殘留之第一階段光阻10，是因為光阻10能輕易地被厭氧性物質溶解。光阻10的溶解與否受到光阻10的厚度、軟烤(Soft)溫度與時間、透射調節膜4蝕刻液的種類與組成、以及蝕刻液溫度的影響，因此可以進行選擇。
清除上述殘留光阻10時，可以使用含有硫酸(H2 SO4 )且在30℃到150℃的溫度下加熱的溶液或者可以溶解上述光阻10的溶劑或者在紫外線曝光後使用顯影液。
雖然本發明以較佳實施例及圖式揭露如下，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
(第一實施例)
圖1a到圖1d概略地顯示了本實施例之灰度光罩基板之透射調節膜的膜特性分析結果。本實施例的透射調節膜4使用鉭(Ta)化合物，蝕刻液使用含有NaOH的溶液，針對蝕刻條件進行了分析並評估了適用於灰度光罩製程的清洗液之耐化學性。
首先，請參照第1a圖，在150℃的溫度下對玻璃或石英所製成的透明基板2加熱後利用反應濺鍍設備在上述透明基板2形成透射調節膜4，以鉭(Ta)金屬為標的(target)，在真空室的真空度為2.0mTorr、供應電力為1.5kW的條件下，使反應性氣體的混合比率為氬：氮體積比等於65%：35%，層積了251的氮化鉭(TaN)。對於在上述條件下成膜的氮化鉭(TaN)，利用X射線衍射儀(XRD)分析了膜結晶構造，其結果如第1a圖所示具有非結晶型結構的膜特性。透射調節膜4的面電阻值測定結果為20 Ω/□。
第1b圖以圖表方式列出了作為上述透射調節膜4濕式蝕刻液之一的NaOH與H2 O2 混合液之溫度與透射調節膜4之蝕刻比的關係，可以發現蝕刻速度隨着蝕刻液的溫度增加而變快。根據NaOH與H2 O2 的混合比分析了蝕刻比，結果如第1c圖所示蝕刻速度將隨着NaOH內部H2 O2 的比率增加而變慢。此時的pH量測值大於12。
對鉻化合物制遮光膜6與抗反射膜8進行層積後在組成比為NaOH：H2 O2 ＝4：1並加熱到70℃的蝕刻液中浸泡(Dipping)20分鐘，然後評估透射調節膜4是否因為蝕刻液而受到損傷。評估結果，遮光膜的厚度與O/D沒有變化，抗反射膜的厚度也沒有變化，在436nm的反射率變化小於0.3%而幾乎沒有損傷。在上述蝕刻液中浸泡透明基板2後量測透射率變化與表面粗糙度的結果為透射率變化低於0.03%，上述量測值屬於透射率量測儀的量測誤差範圍而可以視為透射率沒有變化，表面粗糙度的變化為－0.13nmRMS(粗糙度減少)，也屬於量測誤差範圍而可以視為透明基板2沒有損傷。然後，評估了上述透射調節膜4是否因為鉻蝕刻液而受到損傷。使用和蝕刻製程相同的蝕刻液與蝕刻時間處理遮光膜6與抗反射膜8後量測透射調節膜4的透射率變化時，在436nm的變化低於0.1%。
第1d圖顯示了上述氮化鉭(TaN)制透射調節膜4與氧化鉭(TaO)制透射調節膜4的耐化學性分析結果。首先，層積各透射調節膜4以使其在436nm具有42%的透射率，為了在非常嚴酷的條件下評估耐化學性，在光罩製造過程中在作為清洗液使用的SPM溶液與SC－1溶液中處理了120分鐘後測量了在436nm的透射率變化。即使上述清洗液處理了120分鐘，透射率的增加幅度依然低於1%，可以從上述結果得知透射調節膜4幾乎沒有損傷。
如前所述，上述透射調節膜4使用鉭(Ta)化合物時，可以透過對蝕刻液的組成比與溫度等變數進行調節而選擇性地適用蝕刻速度，而且由於透射調節膜4與遮光膜6之間的蝕刻選擇比很大，因此使用上述灰度光罩基板製作灰度光罩時可以非常準確地控制圖案尺寸(CD)。透射調節膜4的耐化學性非常優異，在灰度光罩製造過程中的清洗(Cleaning)與缺陷修正(Repair)及光阻10、12剝離等製程透射率幾乎沒有變化。因此清洗製程及缺陷修正製程的次數比較不受限制，可以製作出大幅減少了雜質與圖案缺陷等不良現象之灰度光罩。由於完全不損傷透明基板2，因此當灰度光罩基板及灰度光罩製造過程中發生不良時，可以完全清除透射調節膜4、遮光膜6、抗反射膜8及光阻10後重複使用高昂的透明基板2，進而降低成本並提高良率。如前所述，本實施例之灰度光罩基板具有高蝕刻選擇比與耐化學性，故非常適合製作灰度光罩。
(第二實施例)
第2a圖到第2g圖是第二實施例之灰度光罩製造方法之概略圖。本實施例介紹了使用上述第一實施例之灰度光罩基板製作灰度光罩之方法，在本實施例中和製作了TFT－LCD製程中的源極(source)/汲極(drain)及通道(channel)圖案用灰度光罩。本實施例的遮光部101與透射部102圖案定義的是源極/汲極圖案，半透射部103圖案則定義通路圖案。下面結合圖式進行說明。
首先，如第2a圖所示在玻璃或石英製成的透明基板2上依次層積透射調節膜4、遮光膜6及抗反射膜8。然後在上述抗反射膜8上塗布光阻10，即可製成第2a圖所示之灰度光罩基板。
在150℃的溫度下對基板加熱後利用反應濺鍍設備製作上述透射調節膜4，以鉭(Ta)金屬為標的(target)，在真空室的真空度為2.1mTorr、供應電力為1.5kW的條件下，使反應性氣體的混合比率為氬：氮的體積比等於65%：35%，層積了250的氮化鉭(TaN)。利用基於氬、甲烷、氮的反應濺鍍製作遮光膜6，以鉻為標的製成碳化氮化鉻(CrCN)。在真空室的真空度為2mTorr、供應電力為1.41kW的條件下，使反應性氣體的混合比率為氬：氮：甲烷的體積比等於90%：9%：1%，製成了780的CrCN遮光膜6。使用同一濺鍍方法在上述遮光膜6上形成CrCON抗反射膜8，在真空室的真空度為2mTorr、供應電力為1.0kW的條件下，使反應性氣體的混合比率為氬：氮：二氧化碳的體積比等於20%：77%：3%，製成了270的CrCON膜。
在上述抗反射膜8上面利用掃描旋轉塗布方式塗布AZ－1500而形成1,0000厚的第一階段光阻10後在熱板進行軟烤。上述軟烤作業在100℃的軟烤溫度下進行15分鐘左右後製成灰度光罩基板。
然後，使用上述灰度光罩基板製作灰度光罩。首先，在相當於透射部102的光阻10區域進行曝光並利用2.38%TMAH溶液進行顯影製程而形成第1b圖所示第一階段光阻10圖案。以上述第一階段光阻圖案10作為蝕刻罩幕並利用鉻系濕式蝕刻液(CR－7S)對上述鉻系抗反射膜8及遮光膜6進行蝕刻，然後使用氫氧化鈉(NaOH)與過氧化氫(H2 O2 )所組成並被加熱到70℃的蝕刻液針對作為透射調節膜4的氮化鉭(TaN)膜與殘留之上述第一階段光阻10同時進行蝕刻與清除作業而形成第2c圖所示之透射部102。
然後，通過包含了使用加熱硫酸(H2 SO4 )的製程在內的清洗作業以清除表面雜質等物質。為了製作半透射部103，在上述圖案上利用掃描旋轉塗布方式塗布AZ－1500後塗布成如第2e圖所示1,0000厚的第二階段光阻12，然後在熱板進行軟烤。上述軟烤作業在100℃的軟烤溫度下進行15分鐘左右。然後，在相當於上述半透射部103的第二階段光阻12區域進行曝光及顯影而製成如第2f圖所示之第二階段光阻圖案12。然後，以第二階段光阻圖案12作為蝕刻罩幕並利用鉻系濕式蝕刻液依次對上述鉻系抗反射膜8與遮光膜6進行濕式蝕刻而形成如第2f圖所示之半透射部103。使用加熱到85℃的硫酸溶液以浸泡(Dipping)方式把殘留之第二階段光阻12完全清除。然後，進入清洗製程以清除殘留在上述圖案上的雜質。第2g圖是上述結果圖。請參照第2g圖，本實施例製作了包含下列圖案之灰度光罩：位於透明基板2上面並由透射調節膜4構成的半透射部103；位於透明基板2上面並由透射調節膜4、遮光膜6及抗反射膜8依次層積的遮光部101；以及上述透射調節膜4、遮光膜6及抗反射膜8被蝕刻掉的透射部102圖案。
使用歐杰電子能譜儀(Auger Electron Spectroscopy)分析了作為上述透射調節膜4的氮化鉭(TaN)膜之膜成分；針對作為透射調節膜4的氮化鉭(TaN)膜所做的組成比分析結果為鉭(Ta)佔60.2at%、氮(N)佔39.8at%。
在本實施例中製作樣本後，為了分析透射調節膜4、遮光膜6及抗反射膜8的表面均方根粗糙度值而使用Digital Instrument(UK)公司的Nanoscope IIIa(AFM)量測儀測量了表面的中心線平均粗糙度(Ra)與均方根粗糙度(Rq)值，透射調節膜4的中心線平均粗糙度(Ra)值為0.36nm、均方根粗糙度(Rq)值為0.41nmRMS；遮光膜6的中心線平均粗糙度(Ra)值為0.33nm、均方根粗糙度(Rq)值為0.46nmRMS；抗反射膜8的中心線平均粗糙度(Ra)值為0.41nm而均方根粗糙度(Rq)值為0.53nmRMS，表示上述膜以非結晶型態形成了良好的狀態。
為了判斷石英基板在濕式蝕刻前/後是否出現表面損傷而分析了表面粗糙度，其結果為：乾式蝕刻製程前的石英基板之均方根粗糙度(Rq)值為0.37nmRMS、中心線平均粗糙度(Ra)值為0.44nm；乾式蝕刻製程後的石英基板表面之平均粗糙度(Rq)值為0.35nmRMS、中心線平均粗糙度(Ra)值為0.43nm，證明上述透射調節膜4的濕式蝕刻液不會傷害石英基板。
使用Lasertech公司的MPM－100檢測透射調節膜4的相位差。在i－Line為32.06°、在g－Line為26.85°，證明幾乎沒有發生相消干涉。
透射調節膜4成膜之後的透射率在i－Line為38.51%、在h－Line為45.35%、在g－Line為50.04%。上述灰度光罩製造完畢後檢測其透射率時，在i－Line為38.45%、在h－Line為45.39%、在g－Line為50.06%，證明瞭透射調節膜4的透射率在光罩製程過程中沒有變化。
使用四點探針(4－Point Probe)透射調節膜4的面電阻值時，測定值為24.4 Ω/□。
與現有灰度及縫條光罩不同的是，本灰度光罩在檢查波長505nm下檢查圖案時，由於遮光部101、半透射部103及透射部102圖案的對比度較大而得以順利地檢查圖案並且在檢查過程中沒有出現問題。
(第三實施例)
第3a圖到第3f圖概略地顯示了本實施例灰度光罩基板及光罩製造方法。本實施例製作的圖案和第二實施例相同，但製造方法不同。下面結合圖式進行說明。
首先，如第3a圖所示在玻璃或石英製成的透明基板2上依次層積透射調節膜4、遮光膜6及抗反射膜8。然後在上述抗反射膜8上塗布第一階段光阻10，即可製成第2a圖所示之灰度光罩基板。
然後，使用上述灰度光罩基板製作灰度光罩。首先，在相當於透射部102的光阻10區域進行曝光並利用2.38%TMAH溶液進行顯影製程而形成第3b圖所示第一階段光阻10圖案。
然後，以上述第一階段光阻圖案10作為蝕刻罩幕並使用鉻系濕式蝕刻液蝕刻上述鉻系抗反射膜8與遮光膜6後形成抗反射膜8與遮光膜6圖案。請參照第3d圖，使用加熱到85℃的硫酸溶液以浸泡(Dipping)方式把殘留之第二階段光阻12完全清除。
然後，以上述抗反射膜8與遮光膜6的圖案作為蝕刻罩幕，使用加熱到70℃並由氫氧化鈉(NaOH)與過氧化氫(H2 O2 )的混合液構成的蝕刻液對作為透射調節膜4的氮化鉭(TaN)膜進行濕式蝕刻後形成第3e圖所示之透射部102。然後，按照第一實施例之方法進行清洗處理。
然後，為了製作半透射部103，在上述圖案上面利用掃描旋轉塗布方式塗布AZ－1500而形成第3f圖所示1,0000厚的第二階段光阻12膜在熱板進行軟烤。上述軟烤作業在100℃的軟烤溫度下進行15分鐘左右。
然後，在相當於上述半透射部103的第二階段光阻12區域進行曝光及顯影而形成第3g圖所示第二階段光阻圖案12。
然後，以第二階段光阻圖案12蝕刻罩幕作為蝕刻罩幕並利用鉻系濕式蝕刻液對上述鉻系抗反射膜8與遮光膜6依次進行濕式蝕刻製程後形成第3g圖所示半透射部103。使用加熱到85℃的硫酸溶液以浸泡(Dipping)方式把殘留之第二階段光阻12完全清除。
然後，進入清洗製程以清除殘留在上述圖案上的雜質。第3h圖顯示了上述製程的結果，所製作之灰度光罩具有與上述第二實施例相同的圖案。
使用歐杰電子能譜儀(Auger Electron Spectroscopy)分析了作為上述透射調節膜4的氮化鉭(TaN)膜之膜成分；針對作為透射調節膜4的氮化鉭(TaN)膜所做的組成比分析結果為鉭(Ta)佔61.5at%、氮(N)佔38.5at%。
在本實施例中製作樣本後，為了分析透射調節膜4、遮光膜6及抗反射膜8的表面均方根粗糙度值而使用Digital Instrument(UK)公司的Nanoscope IIIa(AFM)量測儀測量了表面的中心線平均粗糙度(Ra)與均方根粗糙度(Rq)值，透射調節膜4的中心線平均粗糙度(Ra)值為0.41nm、均方根粗糙度(Rq)值為0.53nmRMS；遮光膜6的中心線平均粗糙度(Ra)值為0.38nm、均方根粗糙度(Rq)值為0.47nmRMS；抗反射膜8的中心線平均粗糙度(Ra)值為0.40nm、均方根粗糙度(Rq)值為0.51nmRMS的結果，表示上述膜以非結晶型態形成了良好的狀態。
為了判斷石英基板在濕式蝕刻前/後是否出現表面損傷而分析了表面粗糙度，其結果為：乾式蝕刻製程前的石英基板之均方根粗糙度(Rq)值為0.37nmRMS、中心線平均粗糙度(Ra)值為0.44nm；乾式蝕刻製程後的石英基板表面之平均粗糙度(Rq)值為0.35nmRMS、中心線平均粗糙度(Ra)值為0.43nm，證明上述透射調節膜4的濕式蝕刻液不會傷害石英基板。
對透射調節膜4的相位差進行量測的結果為，在i－Line為32.05°、在g－Line為26.83°，證明幾乎沒有發生相長干涉。
透射調節膜4成膜之後的透射率在i－Line為38.58%、在h－Line為45.40%、在g－Line為50.09%，上述灰度光罩製造完畢後檢測其透射率時，在i－Line為38.63%、在h－Line為45.44%、在g－Line為50.12%，證明瞭透射調節膜4的透射率在光罩製程過程中沒有變化。透射調節膜4的面電阻值的測定結果為23.2 Ω/□。
與現有灰度及縫條光罩不同的是，本灰度光罩在檢查波長505nm下檢查圖案時，由於遮光部101、半透射部103及透射部102的對比度較大而得以順利地檢查圖案並且沒有出現問題。
(第四實施例)
第5a圖到第5h圖概略地顯示了本實施例灰度光罩基板及光罩製造方法。本實施例製作的圖案和第二實施例到第三實施例相同，但製造方法與圖案製作順序不同，而且光阻的塗布方法也相應地有所不同。為了獲得平坦的透射率而使用不同的透射調節膜4材料進行層積。下面結合圖式進行說明。
首先，如第5a圖所示在玻璃或石英製成的透明基板2上依次層積透射調節膜4、遮光膜6及抗反射膜8。然後在上述抗反射膜8上塗布光阻10，即可製成第5a圖所示之灰度光罩基板。
本實施例與第二實施例及第三實施例不同的是，上述透射調節膜4以氧化鉭(TaO)替代氮化鉭(TaN)進行了層積作業。氧化鉭(TaO)優於氮化鉭(TaN)之處為，氧化鉭(TaO)在i－line(365nm)、h－line(405nm)及g－line(436nm)的透射率幾乎沒有變化，第4圖比較了氧化鉭(TaO)與氮化鉭(TaN)的透射率曲線。在第4圖的曲線圖中，氧化鉭(TaO)在i－line(365nm)與g－line(436nmm)的透射率差異為2.3%左右，氮化鉭(TaN)在i－line(365nm)與g－line(436nmm)的透射率差異則為9.3%。
在150℃的溫度下對基板加熱後利用反應濺鍍設備層積上述氧化鉭(TaO)，以鉭(Ta)金屬為標的，在真空室的真空度為1.5mTorr、供應電力為1.3kW的條件下，使反應性氣體的混合比率為氬：氧的體積比等於95%：5%，層積了180的氧化鉭(TaO)。
然後，按照上述第二實施例的同一方法層積遮光膜6與抗反射膜8並塗布第一階段光阻10。上述第一階段光阻10的軟烤作業與第二實施例及第三實施例不同之處在於，為了防止被上述透射調節膜4蝕刻液清除而使用熱板在100℃的溫度下進行30分鐘後製成本實施例之灰度光罩基板。
然後，使用上述灰度光罩基板製作灰度光罩。首先，在相當於半透射部103的第一階段光阻10區域進行曝光並利用2.38%TMAH溶液進行顯影製程而形成第5b圖所示之第一階段光阻10圖案。
然後，以上述第一階段光阻10圖案作為蝕刻罩幕並對上述抗反射膜8及遮光膜6進行蝕刻後形成第5c圖所示之半透射部103圖案。
然後，如第5d圖所示清除殘留之上述第一階段光阻10圖案並加以清洗後塗布第二階段光阻12。
然後，第5e圖所示在相當於透射部102的第二階段光阻12區域進行曝光及顯影製程。
然後，以上述第二階段光阻12圖案作為蝕刻罩幕並如第5f圖所示對抗反射膜8及遮光膜6進行蝕刻處理。
然後，如第5g圖所示以上述第二階段光阻12圖案、遮光膜6與抗反射膜8圖案作為蝕刻罩幕對透射調節膜4進行蝕刻處理。此時的蝕刻液與第二實施例相同。
然後，把殘留之第二階段光阻12圖案加以清除並清洗，再按照本實施例之方法製成第5h圖所示之灰度光罩。
從本實施例的說明中可以得知，使用本發明灰度光罩基板製作灰度光罩時不會受到圖案製作順序的限制，而且由於使用氧化鉭(TaO)製作透射調節膜4而可以得到平坦的透射率。
(第五實施例)
第6a圖到第6g圖概略地顯示了本實施例灰度光罩基板及光罩製造方法。本實施例使用第四實施例之灰度光罩基板製作了和第四實施例一樣的圖案，但其製造方法與圖案製作順序卻與第四實施例不同，本實施例之灰度光罩製造方法不存在遮光部101及透射部102圖案與半透射部103圖案之間的對齊(Alignment)問題。
首先，如第6a圖所示使用和第四實施例一樣之灰度光罩基板，然後如第6b圖所示在透射部102及半透射部103的對應區域對第一階段光阻10進行曝光及顯影處理而形成第一階段光阻10圖案。
然後，如第6c圖所示以第一階段光阻10圖案作為蝕刻罩幕對遮光膜6與抗反射膜8進行蝕刻而形成遮光膜6與抗反射膜8圖案。
然後，如第6d圖所示把殘留之第一階段光阻10圖案加以清除並進行清洗處理後塗布第二階段光阻12。上述第二階段光阻12和上述第四實施例的第一階段光阻10一樣在100℃溫度下軟烤30分鐘。
然後，對上述第二階段光阻12進行曝光及顯影處理。曝光時如第6e圖所示保證半透射部103圖案在顯影後不暴露於蝕刻液，並且為了對齊而朝遮光部101圖案擴大曝光。雖然有一部份遮光部101圖案會暴露，但因為遮光膜6與抗反射膜8在透射調節膜4蝕刻過程中幾乎沒有損傷，因此不會出現問題。
然後，和第二實施例一樣使用加熱到70℃的NaOH與H2 O2 混合液進行蝕刻處理。請參照第6f圖，其結果為在第二階段光阻12暴露的區域中只有氧化鉭(TaO)的透射調節膜4被蝕刻而形成遮光部101圖案。
然後，把殘留之第二階段光阻12圖案加以清除並清洗後如第6g圖所示製成了和第二實施例到第四實施例相同之灰度光罩。
(第六實施例)
第7a圖到第7g圖概略地顯示了本實施例灰度光罩基板及光罩製造方法。本實施例針對使用層積了蝕刻阻止膜14之灰度光罩基板製作灰度光罩製造方法給予說明。
與第二實施例到第五實施例不同的是，本實施例如圖所示透射調節膜4層積了30nm厚的氮氧化碳鉻類(CrCON)、蝕刻阻止膜14層積了10nm厚的氮化鉭(TaN)。
本實施例的半透射部103圖案是由透射調節膜4與蝕刻阻止膜14組成的，因此為了使透射調節膜4與蝕刻阻止膜14的層積膜之透射率達到所需要的透射率而對透射調節膜4與蝕刻阻止膜14的成分及厚度做了控制。
遮光膜6、抗反射膜8及第一階段光阻10與上述第四實施例相同並形成了第7a圖所示之本實施例灰度光罩基板。
然後，對第一階段光阻10進行曝光及顯影處理後對遮光膜6與抗反射膜8進行蝕刻而形成第7b圖所示之遮光膜6圖案。
然後，清除第一階段光阻10圖案，以上述遮光膜6圖案作為蝕刻罩幕並對蝕刻阻止膜14進行蝕刻而形成第7c圖所示同一圖案的蝕刻阻止膜14圖案。上述蝕刻阻止膜14與遮光膜6由於具有高蝕刻比而可以在沒有損傷的情形下製作同一圖案。
然後，如第7d圖所示塗布第二階段光阻12後進行曝光及顯影處理而形成第7e圖所示之第二階段光阻12圖案。
然後，對遮光膜6、抗反射膜8及透射調節膜4同時進行蝕刻並清除第二階段光阻12圖案，如第7f圖所示形成了由透射部102圖案、遮光部101圖案及沒有對蝕刻阻止膜進行蝕刻的半透射部103a圖案所構成的本實施例灰度光罩。
本實施例的遮光膜6、抗反射膜及透射調節膜4使用了同一鉻系化合物。因此可以同時進行蝕刻，也可以和上述第二實施例到第五實施例一樣在製作灰度光罩時改變圖案製作順序。
本實施例中穿越上述透射調節膜4與蝕刻阻止膜14的透射光之透射率被製作成40%，但是如果只需要透射調節膜4的透射率，則可以對蝕刻阻止膜14進行蝕刻而形成第7g圖所示之灰度光罩。此時之灰度光罩包括透射部102圖案、遮光部101圖案及蝕刻阻止膜被蝕刻的半透射部103a圖案。
(第七實施例)
第8a圖到第8g圖概略地顯示了本實施例灰度光罩基板及光罩製造方法。本實施例之灰度光罩製造方法使用層積了蝕刻阻止膜14之灰度光罩基板製作灰度光罩，本實施例之灰度光罩包括透射率各不相同的透射部102圖案、遮光部101圖案、沒有對蝕刻阻止膜進行蝕刻的半透射部103a圖案、以及蝕刻阻止膜被蝕刻的半透射部103b圖案。
請參照圖示，製作出和上述第六實施例一樣之灰度光罩基板後，按照和第六實施例一樣之方法在第一階段光阻上曝光及顯影、對遮光膜6與抗反射膜8進行蝕刻、以及清除第一階段光阻後，對蝕刻阻止膜14進行蝕刻。
然後，如第8a圖所示塗布第二階段光阻12後在上述第二階段光阻12上進行曝光及顯影處理。
然後，如第8b圖所示對遮光膜6與抗反射膜8進行蝕刻處理。
然後，清除第二階段光阻12，如第8c圖所示以遮光膜6圖案作為蝕刻罩幕並對蝕刻阻止膜14進行蝕刻處理，即可製作出包括下列圖案之灰度光罩：透射部102圖案、遮光部101圖案及沒有對蝕刻阻止膜進行蝕刻的半透射部103a圖案之灰度光罩。
然後，如第8d圖及第8e圖所示塗布第三階段光阻16後進行曝光及顯影，接着對遮光膜6與抗反射膜8進行蝕刻處理後清除第三階段光阻16，即可製作出如第8g圖所示包括下列圖案之灰度光罩：透射率各不相同的透射部102圖案、遮光部101圖案、沒有對蝕刻阻止膜進行蝕刻的半透射部103a圖案、以及蝕刻阻止膜被蝕刻的半透射部103b圖案。
(第八實施例)
第9a圖到第9c圖概略地顯示了本實施例灰度光罩基板及光罩製造方法。與上述第二實施例到第七實施例不同的是，本實施例的透射調節膜4由第一透射調節膜4a與第二透射調節膜4b組成。本實施例的透射調節膜4被制作成兩層，因此可以被同一蝕刻液所蝕刻，把改善了光學特性與蝕刻速度的透射調節膜4層積後對灰度光罩做了評估。
與上述第一實施例到第七實施例不同的是，本實施例使用高透射率與低透射率的鉭化合物製造透射調節膜4。
首先，在透明基板2上使用鉭氧化物(TaO)層積了25nm厚的高透射率的第一透射調節膜4a，然後在其上面使用鉭(TaO)層積了4nm厚的第二透射調節膜4b。上述第一透射調節膜4a的透射率在436nm的曝光波長為79.0%，由上述第一透射調節膜4a與第二透射調節膜4b構成的透射調節膜4的透射率則為43.4%。
本實施例採取雙層膜的原因如下。對透射調節膜4進行一般的濕式蝕刻處理時，由於濕式蝕刻為等方性蝕刻而將如第11圖所示在透射調節膜4圖案的截面出現傾斜度，此時，如果能層積出蝕刻速度較快的第一透射調節膜4a與蝕刻速度較慢的第二透射調節膜4a或者更多層的多層膜，就能改善圖案截面的傾斜度。
由於透射調節膜4表面的反射率提高，在光罩圖案檢查波長的反射率對透射部102圖案的對比度也跟着增加而可以輕易地檢查。第二實施例的透射調節膜4在436nm的反射率為12.1%，本實施例則為17.3%，反射率增加了5%以上。
然後，按照上述實施例之方法蝕刻遮光膜6與抗反射膜8並塗布第一階段光阻10為製成灰度光罩，然後以SEM測量截面的方式檢查透射調節膜4圖案截面的角度。上述第二實施例的截面角度以透明基板2為基準時為55°，本實施例的透射調節膜4圖案截面則為75°，對於圖案截面的傾斜角度改善效果達到了20°。
請參照第10圖，利用各種第一透射調節膜4a與第二透射調節膜4b製造出透射調節膜4後評估了其透射率與反射率。請參照第10圖，反應性氣體使用氧(O2 )氣、氮(N2 )氣、二氧化碳(CO2)氣及CH4 氣，可以使用氧化、氮化、碳化程度不同的鉭(Ta)、鉭氧化物(TaO)、氮化鉭(TaN)、碳化鉭(TaC)、碳氧化鉭(TaCO)、氮氧化鉭(TaON)及鉭碳氧化氮化物(TaCON)控制透射調節膜4的透射率與反射率。此時的壓力維持在2到4mTorr的範圍內並使用了反應性濺鍍方法。本實施例還可以另外包括氟(F)、氫(H)、氯(B)、矽(Si)及上述列示的金屬與非金屬元素後控制透射率、反射率及蝕刻速度。
像本實施例一樣把透射調節膜4製作成高透射率與低透射率的雙層膜時，因為具有相同的蝕刻特性，本實施例第9b圖所示灰度光罩製造方法可以和上述第二實施例到第五實施例一樣。即使如第9c圖所示增加了蝕刻阻止膜14的結構，也可以按照和上述第六實施例到第七實施例一樣之方法製作。
2‧‧‧透明基板
4‧‧‧透射調節膜
6‧‧‧遮光膜
8‧‧‧抗反射膜
10‧‧‧第一階段光阻
12‧‧‧第二階段光阻
14‧‧‧蝕刻阻止膜
16‧‧‧第三階段光阻
101‧‧‧遮光部
102‧‧‧透射部
103‧‧‧半透射部
103a‧‧‧殘留着蝕刻阻止膜的半透射部
103b‧‧‧清除了蝕刻阻止膜的半透射部
第1a圖到第1d圖係本發明可控制透射性的光罩基板製造方法的一實施例之概略剖面圖。
第2a圖到第2g圖係本發明可控制透射性的光罩基板及光罩製造方法的一實施例之概略剖面圖。
第3a圖到第3h圖係本發明可控制透射性的光罩基板及光罩製造方法的一實施例之概略剖面圖。
第4圖係本發明可控制透射性的光罩基板的透射率曲線圖。
第5a圖到第5g圖係本發明可控制透射性的光罩基板及光罩製造方法的一實施例之概略剖面圖。
第6a圖到第6g圖係本發明可控制透射性的光罩基板及光罩 製造方法的一實施例之概略剖面圖。
第7a圖到第7g圖係本發明可控制透射性的光罩基板及光罩製造方法的一實施例之概略剖面圖。
第8a圖到第8g圖係本發明可控制透射性的光罩基板及光罩製造方法的一實施例之概略剖面圖。
第9a圖到第9c圖係本發明可控制透射性的光罩基板及光罩的一實施例之概略剖面圖。
第10圖係本發明可控制透射性的光罩基板的一實施例之概略結果表。
第11圖係現有技術之灰度光罩之概略剖面圖。
101．．．遮光部
102．．．透射部
103．．．半透射部

Claims (34)

  1. 一種灰度光罩基板，係由可以防止被射物體的光阻曝光之遮光部圖案、可以使被射物體的光阻完全曝光之透射部圖案、以及控制其透射率以使被射物體的光阻殘留膜得以殘留之半透射部圖案所構成之灰度光罩的原材料，其中，上述灰度光罩基板至少包括透明基板；位於上述透明基板上面之透射調節膜，上述透射調節膜由單層或兩層以上之多層膜或連續膜組成；位於上述透射調節膜上面之遮光膜；以及塗布在上述遮光膜上面之光阻，上述透射調節膜或遮光膜之一係可以被含有NaOH、KOH、LiOH、Ca(OH)2 及CsOH之一化合物且加熱到20~200℃的蝕刻液所蝕刻之物質。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之灰度光罩基板，其中，上述透射調節膜係可以被含有NaOH、KOH、LiOH、Ca(OH)2 及CsOH之一化合物且加熱到20到200℃的蝕刻液蝕刻但不會被含CAN(Ceric Ammonium Nitrate)的蝕刻液蝕刻之物質；上述遮光膜係可以被包含CAN(Ceric Ammonium Nitrate)的蝕刻液蝕刻但不會被包含NaOH、KOH、LiOH、Ca(OH)2 及CsOH之一化合物且加熱到20到200℃溫度範圍的蝕刻液蝕刻之物質。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之灰度光罩基板，其中， 上述透射調節膜及遮光膜之間更包括一蝕刻阻止膜。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之灰度光罩基板，其中，上述蝕刻阻止膜係可以被含有NaOH、KOH、LiOH及Ca(OH)2 之一化合物且加熱到20到200℃的蝕刻液蝕刻但不會被含CAN(Ceric Ammonium Nitrate)的蝕刻液蝕刻之物質；上述透射調節膜係可以被包含CAN(Ceric Ammonium Nitrate)的蝕刻液蝕刻但不會被包含NaOH、KOH、LiOH、Ca(OH)2 及CsOH之一化合物且加熱到20到200℃的蝕刻液蝕刻之物質。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之灰度光罩基板，其中，上述遮光膜與光阻之間還層積了與遮光膜具有同一蝕刻特性的材質所構成之抗反射膜。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之灰度光罩基板，其中，上述遮光膜與光阻之間還層積了與遮光膜具有同一蝕刻特性的材質所構成之抗反射膜。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之灰度光罩基板，其中，上述透射調節膜與遮光膜之蝕刻比大於3。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之灰度光罩基板，其中，上述蝕刻阻止膜與透射調節膜、蝕刻阻止膜與遮光膜之蝕刻比大於3。
  9. 如申請專利範圍第1項、第3項、第5項及第6項之任一項所述之灰度光罩基板，其中， 上述透射調節膜的組成比為轉移金屬佔10~90at%，氧、氮、碳及氟中選定的一種元素或上述諸元素的混合物佔10~60at%。
  10. 如申請專利範圍第1項、第3項、第5項及第6項之任一項所述之灰度光罩基板，其中，上述透射調節膜的面電阻為0~1MΩ。
  11. 如申請專利範圍第1項、第3項、第5項及第6項之任一項所述之灰度光罩基板，其中，上述透射調節膜為鉭(Ta)或鉭(Ta)與碳(C)、氧(O)、氮(N)、硼(B)、氟(F)、氯(Cl)、氫(H)及矽(Si)之中的元素所組合而成之鉭(Ta)化合物。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之灰度光罩基板，其中，在含有上述鉭(Ta)的透射調節膜上還包括了鈷(Co)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)、鈀(Pd)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、錳(Mn)、鐵(Fe)、矽(Si)、鎳(Ni)、鎘(Cd)、鋯(Zr)、鎂(Mg)、鋰(Li)、硒(Se)、銅(Cu)、釔(Y)、硫(S)、銦(In)及錫(Sn)之一元素或兩種以上元素組合而成之化合物。
  13. 如申請專利範圍第1項、第3項、第5項及第6項之任一項所述之灰度光罩基板，其中，上述遮光膜為以鉻(Cr)或鉻(Cr)為主要成分的物質所組成且其厚度為50到2500 Å。
  14. 如申請專利範圍第1項、第3項、第5項及第6項之任一項所述之灰度光罩基板，其中，上述透射調節膜的透射率在300到500nm波長範圍內為10到90%，厚度介於50到2000 Å。
  15. 如申請專利範圍第1項、第3項、第5項及第6項之任一項所述之灰度光罩基板，其中，上述透射調節膜的相位變化在300到500nm的波長範圍內為0到100°。
  16. 如申請專利範圍第1項、第3項、第5項及第6項之任一項所述之灰度光罩基板，其中，上述透射調節膜的均方根粗糙度為0到5nm，中心線平均粗糙度為0到5nm。
  17. 如申請專利範圍第1項、第3項、第5項及第6項之任一項所述之灰度光罩基板，其中，上述透射調節膜的結構為非結晶型(Amorphous)結構。
  18. 如申請專利範圍第1項、第3項、第5項及第6項之任一項所述之灰度光罩基板，其中，上述透射調節膜在365nm的透射率與在436nm的透射率之間的差異為-5%到5%。
  19. 如申請專利範圍第1項、第3項、第5項及第6項之任一項所述之灰度光罩基板，其中， 上述透射調節膜在層積後以80到800℃的溫度進行熱處理或者以紅外線、紫外線、雷射、X-Ray照射方式進行表面改性處理。
  20. 如申請專利範圍第1項、第3項、第5項及第6項之任一項所述之灰度光罩基板，其中，上述透明基板中包括位置對齊圖案區的一部份區域至少層積了遮光膜，其餘部位則至少層積了透射調節膜與遮光膜。
  21. 如申請專利範圍第1項、第3項、第5項及第6項之任一項所述之灰度光罩基板，其中，上述灰度光罩基板的正面反射率在位置對齊波長時為20到70%，上述灰度光罩基板的背面反射率在位置對齊波長時為15到70%。
  22. 如申請專利範圍第1項或第3項所述之灰度光罩基板，其中，上述蝕刻液至少另外包括過氧化氫(H2 O2 )或水(H2 O)之一且上述蝕刻液的pH大於10。
  23. 如申請專利範圍第1項或第3項所述之灰度光罩基板，其中，NaOH、KOH、LiOH、Ca(OH)2 及CsOH之一的成分比率為0.5到60mol%。
  24. 如申請專利範圍第1項所述之灰度光罩基板，其中， 上述透射調節膜及遮光膜之一為鉭(Ta)或鉭(Ta)化合物，另一個則為鉻(Cr)或鉻(Cr)化合物。
  25. 如申請專利範圍第3項所述之灰度光罩基板，其中，上述透射調節膜與遮光膜為鉻或鉻化合物、上述蝕刻阻止膜為鉭或鉭化合物；或者上述蝕刻阻止膜為鉻或鉻化合物、上述透射調節膜與遮光膜為鉭或鉭化合物。
  26. 一種灰度光罩製造方法，上述灰度光罩包括可以防止被射物體的光阻曝光之遮光部圖案、可以使被射物體的光阻完全曝光之透射部圖案、以及控制其透射率以使被射物體的光阻殘留膜得以殘留之半透射部圖案，上述遮光部圖案至少包括了透明基板與層積在上述透明基板上面之透射調節膜與遮光膜，上述透射部圖案是上述透明基板暴露於外形成的，上述半透射圖案至少在上述透明基板上層積了透射調節膜，包括下列步驟：為了形成透射部及遮光部圖案而透射部區域進行曝光及顯影後形成第一階段光阻圖案之步驟；以上述第一階段光阻圖案作為蝕刻罩幕並至少對遮光膜進行濕式蝕刻之步驟；使用透射調節膜的濕式蝕刻液對上述透射調節膜與殘留之第一階段光阻同時進行蝕刻處理及清除處理之步驟；在形成了上述圖案的結果物的正面塗布第二階段光阻之步驟； 為了形成上述半透射部而對半透射部區域進行曝光及顯影之步驟；以上述第二階段光阻圖案作為蝕刻罩幕並至少對遮光膜進行濕式蝕刻而形成半透射部之步驟；以及把殘留之上述第二階段光阻加以清除之步驟。
  27. 一種灰度光罩製造方法，上述灰度光罩包括可以防止被射物體的光阻曝光之遮光部圖案、可以使被射物體的光阻完全曝光之透射部圖案、以及控制其透射率以使被射物體的光阻殘留膜得以殘留之半透射部圖案，上述遮光部圖案至少包括了透明基板與層積在上述透明基板上面之透射調節膜與遮光膜，上述透射部圖案是上述透明基板暴露於外形成的，上述半透射圖案至少在上述透明基板上層積了透射調節膜，包括下列步驟：為了形成透射部及遮光部圖案而透射部區域進行曝光及顯影後形成第一階段光阻圖案之步驟；以上述第一階段光阻圖案作為蝕刻罩幕並至少對遮光膜進行濕式蝕刻之步驟；把殘留之上述第一階段光阻加以清除之步驟；對上述透射調節膜進行濕式蝕刻之步驟；在形成了上述圖案的結果物的正面塗布第二階段光阻之步驟；為了形成上述半透射部而針對半透射部區域進行曝光及 顯影之步驟；以上述第二階段光阻圖案作為蝕刻罩幕並至少對遮光膜進行濕式蝕刻而形成半透射部之步驟；以及把殘留之上述第二階段光阻加以清除之步驟。
  28. 一種灰度光罩製造方法，上述灰度光罩包括可以防止被射物體的光阻曝光之遮光部圖案、可以使被射物體的光阻完全曝光之透射部圖案、以及控制其透射率以使被射物體的光阻殘留膜得以殘留之半透射部圖案，上述遮光部圖案至少包括了透明基板與層積在上述透明基板上面之透射調節膜與遮光膜，上述透射部圖案是上述透明基板暴露於外形成的，上述半透射圖案至少在上述透明基板上層積了透射調節膜，包括下列步驟：為了形成半透射部圖案而對上述半對透射部區域進行曝光及顯影後形成第一階段光阻圖案之步驟；以上述第一階段光阻圖案作為蝕刻罩幕並至少對遮光膜進行濕式蝕刻之步驟；把殘留之上述第一階段光阻加以清除之步驟；在形成了上述圖案的結果物的正面塗布第二階段光阻之步驟；為了形成上述遮光部與透射部圖案而對透射部區域進行曝光及顯影而形成第二階段光阻圖案之步驟；以上述第二階段光阻圖案作為蝕刻罩幕並至少對遮光膜 進行濕式蝕刻之步驟；對上述透射調節膜進行濕式蝕刻之步驟；以及把殘留之上述第二階段光阻加以清除之步驟。
  29. 一種灰度光罩製造方法，上述灰度光罩包括可以防止被射物體的光阻曝光之遮光部圖案、可以使被射物體的光阻完全曝光之透射部圖案、以及控制其透射率以使被射物體的光阻殘留膜得以殘留之半透射部圖案，上述遮光部圖案至少包括了透明基板與層積在上述透明基板上面之透射調節膜與遮光膜，上述透射部圖案是上述透明基板暴露於外形成的，上述半透射圖案至少在上述透明基板上層積了透射調節膜，包括下列步驟：透射部、遮光部及為了形成半透射部圖案而對上述遮光部與半對透射部區域進行曝光及顯影後形成第一階段光阻圖案之步驟；以上述第一階段光阻圖案作為蝕刻罩幕並至少對遮光膜進行濕式蝕刻之步驟；把殘留之上述第一階段光阻加以清除之步驟；在形成了上述圖案的結果物的正面塗布第二階段光阻之步驟；為了形成上述透射部圖案而對透射部區域進行曝光及顯影而形成第二階段光阻圖案之步驟；對上述透射調節膜進行濕式蝕刻之步驟；以及 把殘留之上述第二階段光阻加以清除之步驟。
  30. 一種灰度光罩，包括可以防止被射物體的光阻曝光之遮光部圖案、可以使被射物體的光阻完全曝光之透射部圖案、以及控制其透射率以使被射物體的光阻殘留膜得以殘留之半透射部圖案，上述遮光部圖案在透明基板上面至少依次層積了透射調節膜、蝕刻阻止膜及遮光膜，上述透射部圖案是上述透明基板暴露於外形成的，上述半透射部圖案在上述透明基板上面層積了透射調節膜或透射調節膜及蝕刻阻止膜，其中，上述遮光膜與透射調節膜為鉻或鉻系化合物、上述蝕刻阻止膜為鉭或鉭系化合物；或者上述蝕刻阻止膜為鉻或鉻系化合物、上述遮光膜與透射調節膜為鉭或鉭系化合物。
  31. 一種灰度光罩製造方法，上述灰度光罩包括可以防止被射物體的光阻曝光之遮光部圖案、可以使被射物體的光阻完全曝光之透射部圖案、以及控制其透射率以使被射物體的光阻殘留膜得以殘留之半透射部圖案，上述遮光部圖案在透明基板上面至少依次層積了透射調節膜、蝕刻阻止膜及遮光膜，上述透射部圖案是上述透明基板暴露於外形成的，上述半透射部圖案在上述透明基板上面層積了透射調節膜或透射調節膜及蝕刻阻止膜，包括下列步驟：上述在第一階段光阻上曝光及顯影後形成第一階段光阻圖案之步驟； 以上述第一階段光阻的圖案作為蝕刻罩幕並對遮光膜進行蝕刻而形成遮光膜圖案之步驟；把殘留之上述第一階段光阻加以清除之步驟；以遮光膜圖案作為蝕刻罩幕並對蝕刻阻止膜進行蝕刻而形成蝕刻阻止膜圖案之步驟；塗布第二階段光阻之步驟；在上述第二階段光阻上曝光及顯影之步驟；以上述光阻圖案作為蝕刻罩幕並對透射調節膜與遮光膜進行蝕刻處理之步驟；以及把殘留之上述第二階段光阻加以清除之步驟。
  32. 一種灰度光罩，包括可以防止被射物體的光阻曝光之遮光部圖案、可以使被射物體的光阻完全曝光之透射部圖案、以及控制其透射率以使被射物體的光阻殘留膜得以殘留之半透射部圖案，上述遮光部圖案在透明基板上面至少依次層積了透射調節膜、蝕刻阻止膜及遮光膜，上述透射部圖案是上述透明基板暴露於外形成的，上述半透射部圖案則包括了在上述透明基板上面層積了透射調節膜的圖案及層積了透射調節膜與蝕刻阻止膜的圖案，其中，上述遮光膜與透射調節膜為鉻或鉻系化合物、上述蝕刻阻止膜為鉭或鉭系化合物；或者上述蝕刻阻止膜為鉻或鉻系化合物、上述遮光膜與透射調節膜為鉭或鉭系化合物。
  33. 一種灰度光罩製造方法，上述灰度光罩包括可以防止被射物體的光阻曝光之遮光部圖案、可以使被射物體的光阻完全曝光之透射部圖案、以及控制其透射率以使被射物體的光阻殘留膜得以殘留之半透射部圖案，上述遮光部圖案在透明基板上面至少依次層積了透射調節膜、蝕刻阻止膜及遮光膜，上述透射部圖案是上述透明基板暴露於外形成的，上述半透射部圖案則包括了在上述透明基板上面層積了透射調節膜的圖案及層積了透射調節膜與蝕刻阻止膜的圖案，包括下列步驟：上述在第一階段光阻上曝光及顯影後形成第一階段光阻圖案之步驟；以上述第一階段光阻的圖案作為蝕刻罩幕並對遮光膜進行蝕刻而形成遮光膜圖案之步驟；把殘留之上述第一階段光阻加以清除之步驟；以遮光膜圖案作為蝕刻罩幕並對蝕刻阻止膜進行蝕刻而形成蝕刻阻止膜圖案之步驟；塗布第二階段光阻之步驟；在上述第二階段光阻上曝光及顯影之步驟；以上述第二階段光阻圖案作為蝕刻罩幕而對遮光膜進行蝕刻之步驟；把殘留之上述第二階段光阻加以清除之步驟；以上述遮光膜圖案作為蝕刻罩幕而對蝕刻阻止膜進行蝕 刻之步驟；塗布第三階段光阻之步驟；在上述第三階段光阻上曝光及顯影之步驟；以上述第三階段光阻圖案作為蝕刻罩幕而對對遮光膜進行蝕刻之步驟；以及清除上述第三階段光阻之步驟。
  34. 如申請專利範圍第26項、第27項、第28項、第29項及第33項之任一項所述之灰度光罩基板製造方法，其中，為了形成上述透射部圖案而在透射部區域進行曝光時使透射部區域不包含半透射部區域，而包含一部份遮光部區域而使曝光區域大於透射部區域。
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