TWI439801B - 多色調光罩、多色調光罩之製法、圖案轉印方法、及薄膜電晶體之製法 - Google Patents

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Description

多色調光罩、多色調光罩之製法、圖案轉印方法、及薄膜電晶體之製法
本發明係關於光刻法步驟中使用之多色調光罩。
過去，於液晶裝置等電子設備之製造上，其步驟之一向來是利用光刻法步驟來形成光阻圖案。亦即，對形成於被蝕刻之被加工層上之光阻膜，藉由使用具有指定的圖案之光罩，在指定的曝光條件下進行曝光、轉印圖案，使該光阻膜顯像，來形成光阻圖案。然後，以此光阻圖案做為光罩進行被加工層之蝕刻。
就光罩而論，例如，有一種是如第10圖所示之具有遮蔽曝光光之遮光部71、可被曝光光穿透之透光部73、可被部分的曝光光穿透之半透光部72的轉印圖案所形成之多色調光罩。此多色調光罩可根據不同區域來改變曝光光的光量使之有所不同。因此，藉由利用此多色調光罩進行曝光、顯像，可以形成至少具有3種厚度的殘膜值(包括0殘膜值)之光阻圖案。實現具有如此的複數種相異殘膜值的光阻圖案之多色調光罩，於製造液晶裝置等電子設備之時，由於減少其所使用的光罩之片數，因而能夠使得光刻法步驟有效率化，因此非常有用。
於第10圖中，轉印圖案係依遮光部、半透光部、遮光部之順序被鄰接配置於基板面上；此種轉印圖案可有效地使用於薄膜電晶體之製造上。
於上述的多色調光罩中之遮光部71係由如鉻膜之遮光膜所構成；至於半透光部72，例如，是由可被部分的曝光光穿透之具有所要的透射率之半透光膜所構成(參照日本專利特開2006-268035號公報)。
但，若使用如上述之多色調光罩以將轉印圖案轉印至被轉印體上之光阻膜時，則因於半透光部與遮光部的交界處等之圖案交界處，會發生曝光光之繞射，所以透射光強度之分布成為某種程度之平緩曲線。例如，如第10圖般，挾在2個鄰接的遮光部之間的半透光部之透射光強度之分布變為平緩的山形，此種傾向在線寬越小時越顯著(參照第8圖)。亦即，由第8圖可知：光強度分布曲線之上升、下降變得不陡峭。若使用此種之多色調光罩進行光阻圖案轉印時，則被形成在被轉印體上之光阻膜的光阻圖案之輪廓(profile)變平緩，而圖案之側面則變成錐形。結果，在以該光阻圖案當作光罩進行薄膜加工之際，加工線寬之控制變困難；換言之，在製造面板等加工製程、加工條件之餘裕空間明顯變小，導致不適於量產。
本發明即是鑑於此點而進行者，目的在於提供能夠得到具陡峭輪廓的光阻圖案之多色調光罩及圖案轉印方法。
本發明之多色調光罩的特徵為：其係一種藉由在透明基板上，分別形成具有個別指定之透光率的第1半透光膜及第2半透光膜、分別實施指定之圖案化，以形成包括透光部、第1半透光部及具有與前述第1半透光部相鄰接的部分的第2半透光部之轉印圖案所構成之多色調光罩；其中相對於i線～g線的範圍內的代表波長而言，前述第2半透光部與透光部之間的相位差為小於90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部與第2半透光部之間的相位差為超過90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部之透射率為小於10%；且前述第2半透光部之透射率為20%以上。
根據上述之構成，則曝光光強度在第1半透光部與第2半透光部之交界處相互抵消、增強對比(contrast enhancement)，更且在透光部與第2半透光膜之間未增強對比。因此，此多色調光罩，一方面可以防止在第2半透光部與透光部之間的交界部分之曝光光相互抵消、於被轉印體上產生暗線，一方面又能夠藉由第1、第2半透光部的交界處，而於形成在被轉印體上的光阻圖案之側壁上，得到具有陡峭輪廓之形狀。
於本發明之多色調光罩中，相對於前述代表波長而言，較佳者是第1半透光部與第2半透光部之間的相位差為180度±30度。
於本發明之多色調光罩中，相對於前述代表波長而言，較佳者是前述第2半透光部與前述透光部之間的相位差為小於60度。藉此，可以防止於第2半透光部與透光部之間，曝光光相互抵消、產生暗線而在所形成的光阻圖案上，形成不需要的稜部。更佳者為5度以上、小於30度。
於本發明之多色調光罩中，前述第1半透光部可以是由在前述透明基板上積層第2半透光膜與第1半透光膜所構成；而前述第2半透光部可以是由在前述透明基板上形成第2半透光膜所構成。當然，亦可於第1及/或第2半透光膜上積層抗反射膜等(或使其包括抗反射層等)，但在此種情況下，則該部分之整體層構成，有必要被設計成滿足相位差條件或透射率條件。
於本發明之多色調光罩中，前述第1半透光部可以是由在前述透明基板上形成第1半透光膜所構成；而前述第2半透光部可以是由在前述透明基板上形成第2半透光膜所構成。在此種情況下，亦可與上述同樣地使用抗反射層等。
於本發明之多色調光罩中，較佳者是具有依第1半透光部、第2半透光部及第1半透光部順序排列而成之轉印圖案；前述第1半透光部具有與前述透光部鄰接之部分，相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部之透射率為3%～7%，而前述第2半透光部之透射率為20%～80%。更佳者是第1半透光部之透射率為4%～7%，而第2半透光部之透射率為30%～60%。若兩半透光部之間具有40%以上之差時，則因在所形成之光阻圖案上會出現明顯的差別，故使用光罩時的薄膜加工之安定性明顯提高者，因而較佳。具有此種轉印圖案光罩係可有效地使用於薄膜電晶體之製造，在此情況下，本發明之讓光阻圖案的端面垂直直立之效果特別顯著。
本發明之多色調光罩的特徵為：其係藉由在透明基板上，分別形成具有個別指定之透光率的第2半透光膜、第1半透光膜及遮光膜、分別實施指定之圖案化，以形成包含透光部、第1半透光部、具有與前述第1半透光部相鄰接的部分的第2半透光部及遮光部之轉印圖案所構成之多色調光罩，其中相對於i線～g線範圍內的代表波長而言，前述第2半透光部與透光部之間的相位差為小於90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部與第2半透光部之間的相位差為超過90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部之透射率為小於10%；前述第2半透光部之透射率為20%以上；具有依遮光部、第1半透光部、第2半透光部、第1半透光部及遮光部順序排列而成之轉印圖案。
本文中，於上述排列方向的第1半透光部之寬度(後述第1(b)圖的半透光部12的橫向方向之寬度)可以是超過曝光光相位反轉所需之寬度，例如，可以是1μm以上，較佳者可以是1μm～8μm。此種多色調光罩之構造係可以使得於第1半透光部與第2半透光部之間的交界處上所形成的光阻圖案之邊緣豎立，同時可以防止於第2半透光部側因光阻(於本文中為正光阻)之感光所導致的減膜。另外，較佳的態樣是於此所使用之遮光膜上積層抗反射膜，或使之含有抗反射膜。
本發明之多色調光罩的製法之特徵為：其係具備下列步驟的多色調光罩之製法，準備在透明基板上依第2半透光膜、第1半透光膜及遮光膜順序積層而成的空白光罩之步驟；在前述空白光罩上形成第1光阻圖案之步驟；以前述第1光阻圖案當作光罩、或者以將前述第1光阻圖案當作光罩藉由蝕刻進行圖案加工而成的遮光膜當作光罩，並藉由蝕刻前述第1半透光膜進行圖案加工之步驟；在己進行前述圖案加工之包含遮光膜及第1半透光膜之基板面上，形成第2光阻圖案之步驟；及以前述第2光阻圖案當作光罩，至少藉由蝕刻前述第2半透光膜以進行圖案加工之步驟；其中相對於i線～g線範圍內的代表波長而言，前述第2半透光部與透光部之間的相位差為小於90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部與2半透光部之間的相位差為超過90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部的透射率為小於10%；前述第2半透光部之透射率為20%以上。
又，本發明之多色調光罩的製法之特徵為：其係具備下列步驟的多色調光罩之製法，準備在透明基板上依第1半透光膜及遮光膜順序積層而成的空白光罩之步驟；在前述空白光罩上形成第1光阻圖案之步驟；以前述第1光阻圖案當作光罩、或者以將前述第1光阻圖案當作光罩藉由蝕刻進行圖案加工而成的遮光膜當作光罩，並藉由蝕刻前述第1半透光膜進行圖案加工之步驟；在己進行前述圖案加工之包含遮光膜及第1半透光膜之基板面上，形成第2半透光膜之步驟；在前述第2半透光膜上形成第2光阻圖案之步驟；及以前述第2光阻圖案當作光罩，至少藉由蝕刻前述第2半透光膜進行圖案加工之步驟；其中相對於i線～g線範圍內的代表波長而言，前述第2半透光部與透光部之間的相位差為小於90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部與第2半透光部之間的相位差為超過90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部的透射率為小於10%；前述第2半透光部之透射率為20%以上。再者，於上述光罩之製造製程中，即使將形成第1半透光膜與第2半透光膜的順序加以調換亦無妨。
本發明之圖案轉印方法的特徵為：使用上述多色調光罩，藉由照射i線～g線波長範圍的照射光之曝光機，將前述轉印圖案轉印到被轉印體上之光阻膜上。
於本發明之圖案轉印方法中，較佳者是前述被轉印體上之光阻膜為對於和前述第1半透光部相對應的部分之曝光量實質上不具敏感度。藉由此方法，就可以防止由於和第1半透光部相對應的的部分之光阻膜感光而引起減膜。
或者，較佳為於本發明之圖案轉印方法中，前述被轉印體上之光阻膜為對應於和前述第2半透光部相對應的部分之曝光量，於顯像後進行減膜，並且根據該減膜量預先決定前述被轉印體上之光阻膜厚。此種情況，可以根據加工步驟的方便性、預定製造的電子設備之用途與必要之精密度而定，來適切地決定光阻膜厚。
本發明之薄膜電晶體的製法之特徵為：利用上述圖案轉印方法來製造薄膜電晶體。此方法係非常有利於薄膜電晶體之量產，以及其產率、生產效率與安定性。
本發明之多色調光罩，因其係藉由在透明基板上，分別形成具有個別指定之透光率的第2半透光膜、第1半透光膜、分別實施指定之圖案化，以形成包含透光部、第1半透光部、具有與前述第1半透光部相鄰接的部分的第2半透光部之轉印圖案所構成之多色調光罩，其中相對於i線～g線範圍內的代表波長而言，前述第2半透光部與透光部之間的相位差為小於90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部與第2半透光部之間的相位差為超過90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部之透射率為小於10%；前述第2半透光部之透射率為20%以上，故可獲得在邊緣部分具有陡峭形狀的輪廓之光阻圖案。
 實施發明之最佳形態
以下，針對本發明的實施方式，參照附圖進行詳細說明。
有關最近的薄膜電晶體(TFT)，已有提案藉由縮小習用之溝槽部的寬度以提高液晶動作的速度，或者藉由縮小TFT的尺寸以增加液晶的明亮度等之技術。預料從今而後一方面會有圖案細微化之傾向，另一方面亦會進一步提高對即將獲得的光阻圖案所要求之精密度。
本發明者們即是針對上述的要求，著眼於使用半透光膜的相位移之效果，而思考在如TFT溝槽部的細微圖案區域，藉由發揮讓半透光膜的相位移之效果，來獲得邊緣部分為具有陡峭輪廓之光阻圖案，藉以提高TFT等製造之安定性並可以提高成品良率。
另一方面，就多色調光罩而論，雖然向來已知道在相當於溝槽部的部分使用半透光膜之方法，然而若將此半透光膜作為相位移器使用，則在半透光部與透光部之交界處，透過雙方的曝光光之光強度相互抵消以致產生暗線。因此，有必要抑制在半透光部與透明基板之間的曝光光之相位反轉。
因此，本發明者們發現一種可以提供多色調光罩的方法，即發現藉由在細微圖案區域(例如溝槽部)的邊緣，讓相位移效果得以發揮而增加解像度，以及實質上不產生由於與透光部之間的相位移反轉所導致的不合適，不僅一方面可以防止在半透光部(溝槽部)與透光部之間的交界部分出現暗線，而且一方面又能在溝槽部獲得具有邊緣陡峭輪廓之光阻圖案，至此乃完成本發明。
亦即，本發明之要點其係藉由在透明基板上，分別形成具有個別指定之透光率的第2半透光膜、第1半透光膜、分別實施指定之圖案化，以形成包含透光部、第1半透光部、具有與前述第1半透光部相鄰接的部分的第2半透光部之轉印圖案所構成之多色調光罩，其中相對於i線～g線範圍內的代表波長而言，前述第2半透光部與透光部之間的相位差為小於90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部與第2半透光部之間的相位差為超過90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部之透射率為小於10%；前述第2半透光部之透射率為20%以上之多色調光罩，可獲得在邊緣部分具有陡峭直立形狀的輪廓之光阻圖案。
於此，所謂代表波長，意味著i線、h線、g線之中的任一波長。於本發明之多色調光罩，較佳者是即使相對於i線～g線的範圍之任一波長，亦可具備上述所規定之相位差條件者。
又，所謂第1半透光部之透射率，意味著在透明基板上由單層或積層所形成之膜，在構成第1半透光部的情況下，為此第1半透光部之透光率。亦即，以透明基板所露出的透光部(若線寬細微，則如後述，因透射光量產生變化，故為具有充分的寬度之透光部)之透射率作為100%時，第1半透光部(於此亦為具有充分的寬度之第1半透光部)之透射率。
此透射率為具有由透明基板、膜的組成與膜厚決定之透射率(以下稱為膜透射率)，亦可進行上述規定的光罩之設計。但，因為在具有更精細的圖案之光罩，根據圖案形狀，於實際的曝光光下實際的透射率產生變動，故較佳者是具有後述之實際透射率，進行上述光罩之設計者。
第1(a)圖係顯示有關本發明實施形態的多色調光罩的一部分之圖案。第1圖表示之圖形係在透明基板11上，形成第1半透光部12及第2半透光部13而成之圖案，較佳為2個第1半透光部12間之距離D為2μm～6μm。第1半透光部是由在透明基板上積層第2半透光膜與第1半透光膜所構成；第2半透光部是由在透明基板上形成第2半透光膜所構成。或者，第1半透光部亦可是由在透明基板上形成第1半透光膜所構成；第2半透光部亦可是由在透明基板上形成第2半透光膜所構成。再者，第1(b)圖於此多色調光罩上，亦由遮光膜形成遮光部14。
於此多色調光罩，相對於透光部11與第2半透光部13之間的曝光光(於此代表波長為g線)之相位差小於90度、最好小於60度，且第1半透光部12與第2半透光部13之間的相位差超過90度、最好為180±30度。
如此，藉由將相對於透光部與第2半透光部之間的曝光光之相位差、在第1半透光部12與第2半透光部13之間的相位差，設定成如上述一般，在第1半透光部12與第2半透光部13之間可以獲得相位移之效果，且讓在透光部與第2半透光部之間，實質上不會發生相位移之效果。因此，此多色調光罩一方面可以防止在第2半透光部與透光部之間的交界部分產生暗線，一方面又能得到在邊緣具有陡峭輪廓之光阻圖案。
以透明基板11而言，可列舉玻璃基板等。以可使部分曝光光透射之第1半透光膜、第2半透光膜12與13而言，可以使用鉻的氧化物、氮化物、碳化物、氧化氮化物、氧化氮化碳化物或金屬矽化物等。特佳者為如矽化鉬(MoSix、MoSi的氧化物、氮化物、碳化物、氧化氮化物、氧化氮化碳化物)膜的金屬矽化物膜等。再者，如前述第1半透光部是由在透明基板上積層第2半透光膜與第1半透光膜所構成；前述第2半透光部是由在透明基板上形成第2半透光膜所構成，在本發明之光罩，於第1半透光膜與第2半透光膜上，較佳者是選擇具有蝕刻選擇性之素材。例如，使用鉻的氧化物、氮化物等當作第1半透光膜；使用金屬矽化物類的膜當作第2半透光膜最適合。
又，以遮蔽曝光光之遮光膜而言，可列舉如鉻膜等的金屬膜、硅酮膜、金屬氧化膜、矽化鉬膜的金屬矽化物膜等。又，以遮光膜而言，較佳者是使用有積層抗反射膜者；以抗反射膜而言，可列舉鉻的氧化物、氮化物、碳化物、氟化物等。
於本發明之多色調光罩，以透明基板11之透射率作為100%時，第1半透光膜12之透射率為小於10%，較佳者是3%～7%、特別佳者是4%～7%；以透明基板11之透射率作為100%時，第2半透光膜13之透射率為20%以上，較佳者是20%～80%，特別佳者是30%～60%。
以構成遮光膜之材料而言，實質上，較佳者是使用不會透射曝光光者。但，在第1半透光部，讓遮光膜與第2半透光膜及/或第1半透光膜進行積層的情況下，亦可使用和這些膜合計之光學濃度為3.0左右的膜。
如第2(a)圖所示，上述多色調光罩有第1半透光部B、第2半透光部C及透光部D之設置。此種多色調光罩之構造，係例如第2(a)圖所示之在透明基板21的第1半透光部B上及第2半透光部C上形成第2半透光膜22；在第2半透光膜22的第1半透光部B上形成第1半透光膜23。
或者，多色調光罩之構造，係如第2(b)圖所示，在透明基板21的第1半透光部B上形成第1半透光膜23；在第2半透光部C上形成第2半透光膜22。在如第2(b)圖所示的情況下，第1半透光膜與第2半透光膜之透射率相異。
或者，如第2(c)圖所示，多色調光罩在透明基板21上有遮光部A、第1半透光部B、第2半透光部C及透光部D之設置。此種多色調光罩之構造，係在透明基板21的遮光部A及第1半透光部B上形成第1半透光膜23；在第1半透光膜23的遮光部A上形成遮光膜24、抗反射膜25及第2半透光膜22；在透明基板21的第2半透光部C上形成第2半透光膜22。
或者，多色調光罩之構造，係如第2(d)圖所示，在透明基板21的遮光部A、第1半透光部B及第2半透光部C上形成第2半透光膜22；在第2半透光膜22的遮光部A及第1半透光部B上形成第1半透光膜23；在第1半透光膜23的遮光部A上形成遮光膜24及抗反射膜25。
再者，第2圖中的圖案形狀是為模式性地表示積層構成之一例，不限於此一例。
製造本發明之光罩的步驟如第3圖～第6圖所示。
接著，第2(a)圖所示之構造例如可根據第3(a)～(h)圖所示之步驟進行製造。再者，第2(a)圖所示構造之製法並不限定於此等方法。在此，以第2半透光膜22的材料作為矽化鉬；以第1半透光膜23的材料作為氧化鉻。又，在以下之說明中，構成光阻層之光阻材料、蝕刻之際使用的蝕刻劑、顯像之際使用之顯像液等，係由先前的光刻法及蝕刻步驟中可使用者進行適當的選擇。例如，關於蝕刻劑，按構成被蝕刻膜之材料作適當的選擇；關於顯像液，按使用的光阻材料進行適當的選擇。
如第3(a)圖所示，準備在透明基板21上形成了第2半透光膜22、第1半透光膜23之空白光罩，於此空白光罩上形成光阻層26，如第3(b)圖所示，以透光部D露出的方式對光阻層26進行曝光、顯像，以形成開口部。其次，如第3(c)圖所示，將此光阻層26(光阻圖案)當作光罩，對所露出之第1半透光膜23進行蝕刻，如第3(d)圖所示，除去光阻層26。
其次，如第3(e)圖所示，將第1半透光膜23當作光罩，對所露出之第2半透光膜22進行蝕刻。再者，亦可將第3(c)圖中的光阻圖案當作光罩，對第2半透光膜進行蝕刻。
其次，全面進行光阻之塗布，藉由進行描繪、顯像，如第3(f)圖所示，在將第1半透光膜23的第2半透光部C上方除去的區域，形成光阻層26，如第3(g)圖所示，將此光阻層26(光阻圖案)當作光罩，對所露出之第1半透光膜23進行蝕刻。其次，如第3(h)圖所示，除去光阻層26。如此可以製作如第2(a)圖所示之構成。
接著，第2(b)圖所示之結構例如可根據第4(a)～(h)圖所示之步驟進行製造。再者，第2(b)圖所示構造之製法並不限定於此等方法。在此，以第2半透光膜22的材料作為矽化鉬；以第1半透光膜23的材料作為氧化鉻。又，在以下之說明中，構成光阻層之光阻材料、蝕刻之際使用的蝕刻劑、顯像之際使用之顯像液等，係由先前的光刻法及蝕刻步驟中可使用者進行適當的選擇。例如，關於蝕刻劑，按構成被蝕刻膜之材料作進行適當的選擇；關於顯像液，按使用的光阻材料進行適當的選擇。
如第4(a)圖所示，準備在透明基板21上形成了第1半透光膜23之空白光罩，於此空白光罩上形成光阻層26，如第4(b)圖所示，以第2半透光部C及透光部D露出的方式對光阻層26進行曝光、顯像，以形成開口部。接著，如第4(c)圖所示，將此光阻層26(光阻圖案)當作光罩，對所露出第1半透光膜23進行蝕刻，如第4(d)圖所示，除去光阻層26。
其次，如第4(e)圖所示，全面地形成第2半透光膜22，於其全面進行光阻之塗布，藉由進行描繪、顯像，如第4(f)圖所示，在第2半透光膜22的第2半透光部C的區域，形成光阻層26，如第4(g)圖所示，將此光阻層26(光阻圖案)當作光罩，對所露出之第2半透光膜22進行蝕刻。接著，如第4(h)圖所示，除去光阻層26。如此可以製作如第2(b)圖所示之構成。
接著，第2(c)圖所示之結構例如可根據第5(a)～(h)圖所示之步驟進行製造。再者，第2(c)圖所示構造之製法並不限定於此等方法。於此，以第2半透光膜22的材料作為矽化鉬；以第1半透光膜23的材料作為氧化鉻。又，在以下之說明中，構成光阻層之光阻材料、蝕刻之際使用的蝕刻劑、顯像之際使用之顯像液等，由先前的光刻法及蝕刻步驟中的可使用者進行適當的選擇。例如，關於蝕刻劑，按構成被蝕刻膜之材料作進行適當的選擇；關於顯像液，按使用的光阻材料進行適當的選擇。
如第5(a)圖所示，準備在透明基板21上形成了第1半透光膜23、遮光膜24(在表面部形成抗反射膜25)之空白光罩，於此空白光罩上形成光阻層26，如第5(b)圖所示，以第2半透光部C及透光部D露出的方式對光阻層26進行曝光、顯像，以形成開口部。其次，如第5(c)圖所示，將此光阻層26(光阻圖案)當作光罩，對所露出之抗反射膜25及遮光膜24進行蝕刻，之後，如第5(d)圖所示，除去光阻層26。
其次，如第5(e)圖所示，全面地形成第2半透光膜22，其次，如第5(f)圖所示，在全面進行光阻之塗布後，進行描繪、顯像，而在抗反射膜25之遮光部A及第2半透光部C上形成光阻層26，如第5(g)圖所示，將此光阻層26(光阻圖案)當作光罩，對所露出之第2半透光膜22、抗反射膜25及遮光膜24進行蝕刻。之後，如第5(h)圖所示，除去光阻層26。如此可以製作如第2(c)圖所示之構成。
接著，第2(d)圖所示之構造例如可根據第6(a)～(h)圖所示之步驟進行製造。再者，第2(d)圖所示構造之製法並不限定於此等方法。於此，以第2半透光膜22的材料作為矽化鉬；以第1半透光膜23的材料作為氧化鉻。又，在以下之說明中，構成光阻層之光阻材料、蝕刻之際使用的蝕刻劑、顯像之際使用之顯像液等，由先前的光刻法及蝕刻步驟中的可使用者進行適當的選擇。例如，關於蝕刻劑，按構成被蝕刻膜之材料作進行適當的選擇；關於顯像液，按使用的光阻材料進行適當的選擇。
如第6(a)圖所示，準備在透明基板21上形成了第2半透光膜22、第1半透光膜23、遮光膜24(在表面部形成抗反射膜25)之空白光罩，於此空白光罩上形成光阻層26，如第6(b)圖所示，以第2半透光部C及透光部D露出的方式對光阻層26進行曝光、顯像，且形成開口部。其次，如第6(c)圖所示，將此光阻層26(光阻圖案)當作光罩，對所露出之抗反射膜25及遮光膜24進行蝕刻，之後，如第6(d)圖所示，進一步對所曝光之第1半透光膜23進行蝕刻，除去光阻層26。
其次，全面進行光阻之塗布，藉由進行描繪、顯像，如第6(e)圖所示，而在抗反射膜25之遮光部A及第2半透光膜22的第2半透光部C上形成光阻層26，如第6(f)圖所示，將此光阻層26(光阻圖案)當作光罩，對所露出之抗反射膜25及遮光膜24進行蝕刻。其次，如6(g)圖所示，將此光阻層26(光阻圖案)當作光罩，對第2半透光膜22進行蝕刻，之後，如第6(h)圖所示，除去光阻層26。如此可以製作如第2(d)圖所示之構成。
使用上述之多色調光罩，藉由照射曝光機的曝光光，將多色調光罩之轉印圖案轉印到被加工層。藉此，於半透光部之剖面形狀良好，且可以獲得有所要厚度的殘膜值之光阻圖案。
在此，對於為明白確認本發明的效果之實施例，進行說明。
第7(a)、(c)、(e)圖為用來表示多色調光罩之平面圖；第7(b)、(d)、(f)圖為表示使用在(a)、(c)、(e)所示的多色調光罩進行曝光，且在被轉印體上的光阻膜上形成的光阻圖案之剖面。
第7(a)圖所示之多色調光罩(實施例)，係於透明基板31上形成第2半透光膜33，其中，只於形成第1半透光部之部分，積層第1半透光膜32所構成。於此，第1半透光部之積層膜與第2半透光部之透光膜，係以在曝光光(於此代表波長為g線)之相位差幾乎成為180度的方式，分別調整膜之折射率與膜厚。再者，膜厚與折射率之關係，可根據下列式(1)求出。於此，Φ表示相位移量、n表示折射率、d表示膜厚。
d=(Φ/360)×[λ/(n-1)]　第(1)式
並且，第2半透光膜33與透光部31之間的相位差為小於30度。還有，第2半透光膜之透射率為50%、第1半透光膜之透射率為5%。使用此種多色調光罩進行圖案轉印之光阻圖案，成為如第7(b)圖所示之剖面形狀。亦即，於基板41上所形成之光阻層42的凹部42a～42c上，由於相位之效果，邊緣很突出，即使線寬是最小的42a，其側面與水平面之間的尖角(錐形角)和後述之比較例相比亦變大。
第7(c)圖所示之多色調光罩(實施例)，係於與上述相同構成的光罩之第1半透光部上，進一步藉由圖案化積層遮光膜34。於此，遮光膜在第1半透光部的、第2半透光部側的邊緣部分保留5μm左右，且被形成在第1半透光膜上。膜素材與膜厚調整至具有與上述相同的相位差。使用此種多色調光罩進行圖案轉印之光阻圖案，係成為如第7(d)圖所示之剖面形狀。亦即，於基板41上所形成之光阻層42的凹部42a～42c上，由於相位之效果，邊緣很突出，即使線寬是最小的42a，其側面與水平面之間的尖角(錐形角)亦變大。於此種情況下，因在殘留光阻層的部分形成遮光膜34，故光阻層42沒有進行減膜。
第7(e)圖所示之多色調光罩(比較例)，為先前的多色調光罩，係於透明基板31上形成半透光膜(透射率50%)32，並且，只於當作遮光部之部分形成遮光膜34。使用此種多色調光罩進行圖案轉印而成之光阻圖案，係成為如第7(f)圖所示之剖面形狀。亦即，於基板41所形成之光阻層42的凹部42a～42c，其側面與水平面之間的尖角(錐形角)很小，特別是在線寬小的42a或凹部42b，剖面變成彎曲形狀。
如此，在第1半透光部與第2半透光部之間獲得相位移效果，而因在透光部與第2半透光膜之間，抑制相位移效果的為半透光膜，故一方面可以防止在第2半透光部與透光部之間的交界部分產生暗線，一方面又能得到邊緣具有陡峭輪廓之光阻圖案。結果，就使得在面板製造之製程中，獲得所要線寬之光阻圖案時，可以增大加工條件之餘裕空間。
再者，如第8圖所示，即使使用相同的半透光膜進行半透光部之形成，若圖案之線寬不同，則進行該光罩之曝光所獲得的光阻圖案之殘膜值有時會有不相同的情況。亦即，若半透光部的線寬超過指定的尺寸(例如5μm)而變小的話，則因受到曝光機的光學系統所具有之解像度之制約、產生繞射，透射該半透光部的圖案的曝光光強度之分布發生變化。
例如，液晶顯示裝置製造用之光罩，可將對應溝槽部的部分形成於半透光部，而將相當於源極、汲極的部分形成於遮光部。在此種圖案，具有與遮光部鄰接的部分之半透光部，由於在曝光機的光學條件下(於曝光機所有之解像度)的繞射之影響，於鄰接部附近透射率下降。例如，如第8(a)、(b)圖所示，遮光部A所挾住的半透光區域B的透射光之光強度分布，整個下降，且波峰變低。此種傾向，因半透光區域B的線寬越小越顯著，特別是在源極、汲極所圍住之線寬小的溝槽部，其曝光光透射率變成比所使用半透光膜的固有之透射率低。總之，實質上被使用在圖案中的半透光部之透射率，與在足夠寬廣的面積上被掌握的半透光膜的固有之透射率，變成不一樣。因此，有關上述圖案後的透射率之檢查，最好不是根據半透光膜的固有之透射率，而是根據實際效力的透射率進行。
當然，在與透光部所鄰接之半透光部，該半透光部的線寬越小，受曝光光繞射的影響，於實際效力上，亦具有比半透光膜固有的透光率更高之透射率。
以進行上述的實際效力的透射率的測定手段而言，較佳為再現曝光機之曝光條件，或是使其近似者。以此種裝置而言，可以列舉例如第9圖所示之裝置。此裝置主要由：光源51；將來自光源51的光照射到光罩53之照射光學系統52；使透射光罩53的光成像之接物鏡系統54；將經由接物鏡系統54所獲得的影像進行攝像之攝像手段55所構成。
光源51，為發出指定波長的光束者，例如，可以使用鹵素燈、金屬鹵化燈、UHP燈(超高壓水銀燈)等。例如，可以使用與利用光罩的曝光機具有近似的分光特性之光源。
照射光學系統52，係引導來自光源51的光將光照射到光罩53。此照射光學系統52，因開口數(NA)為可變的關係，故裝有光圈構造(開口光圈57)。此照射光學系統52，於光罩53較佳者是裝有進行光的照射區域的調整之視野光圈56。經過此照射光學系統52的光，係照射到藉由光罩保持具53a所保持的光罩53。此照射光學系統52被配設於外殼63內。
光罩53藉由光罩保持具53a而被保持。此光罩保持具53a，處於與光罩53的主平面略垂直之狀態，支撐此光罩53的下端部及側緣部附近，讓此光罩53傾斜、加以固定且支撐。此光罩保持具53a，對於光罩53而言，可以支撐大型(例如，主平面為1220mm×1400mm、厚度為13mm者，或其以上者)且有各種尺寸之光罩53。再者，所謂略垂直，意味著於第9圖中θ所示、由垂直的角度約在10度以內。被照射在光罩53的光，進行此光罩53之透射，且被入射至接物鏡系統54。
接物鏡系統54例如係由：透射光罩53的光被進行入射、在此光束上加上無限遠修正而作為平行光之第1群(模擬鏡)54a；與讓經過此第1群的光束成像之第2群(成像鏡)54b所構成。模擬鏡(simulator lens)54a，裝有光圈構造(開口光圈57)，開口數(NA)為可變。經過接物鏡系統54的光束，藉由攝像手段55進行受光。此接物鏡系統54被配設於外殼63內。
此攝像手段55，係進行光罩53的影像之攝像。以此攝像手段55而言，例如可以使用CCD(電荷耦合元件)等之攝像元素。
於此裝置，因照射光學系統52之開口數與接物鏡系統54之開口數分別為可變的關係，故照射光學系統52的開口數對接物鏡系統54的開口數之比，亦即sigma值(δ：連貫性(coherency))，可為可變。
又，於此裝置設置有：進行藉由攝像手段55所得的攝像影像之影像處理、演算、與規定的低限值的比較及顯示等之演算手段61；具有顯示手段62的控制手段64；及可改變外殼63的位置之移動操作手段65。因此，可使用所得攝像影像或基於此所得之光強度分布；藉由控制手段進行規定之演算；及求得在使用其他曝光光的條件下之攝像影像、光強度分布或透射率。
具有此種構成的第9圖所示之裝置，因NA與δ值為可變，且光源之線源亦為可變，故可再現各種曝光機的曝光條件。一般來說，簡單地使液晶裝置製造用等的大型光罩之曝光裝置近似時，可使用等同於藉由i線、h線、g線的光強度之透射光，作為曝光光學系統的NA為0.08左右、透射系統與接物系統的NA比之連貫性δ為0.8左右的條件。
考慮到上述情況，本發明較佳為基於圖案形狀與使用的半透光膜，(較佳亦考慮曝光機的光源波長分布、光學系統之條件)，由實際預定得到的光罩之透射率(實際效果透射率)，推算使用的半透光膜之透射率(在足夠寬廣的面積之透射率)來進行光罩之設計。
並且，當作本發明的管理值之用的第1、第2半透光部之透射率，較佳者是根據上述實際效果透射率者，再者，於此使用之實際效果透射率，可以第8圖的光強度分布之波峰充當。這與光罩使用時於被轉印體上之光阻殘膜值有關。
又，本發明之光罩，較佳者是使用如第9圖所示之裝置進行透光特性的確認及評價。對由相位反轉的透射光之抵消、由繞射的光強度分布之變化等，可以對作為光罩使用時被轉印體接受光強度分布作綜合性的評價，對被形成的光阻圖案之輪廓，可以最切合實際的方法進行評價。
本發明可進行各種變換，不受上述實施形態之限，特別是當然可以變換各種上述實施形態中的構件的個數、尺寸及處理順序等。
11、21、31．．．透明基板
14、71．．．遮光部
D(第1圖)．．．距離
13、22、33．．．第2半透光膜(部)
12、23、32．．．第1半透光膜(部)
24、34．．．遮光膜
25．．．抗反射膜
A．．．遮光部
B．．．第1半透光部
C．．．第2半透光部
D(第2圖)．．．透光部
26、42．．．光阻層
41．．．基板
42a、42b、42c．．．凹部
51．．．光源
52．．．照射光學系統
53．．．透射光罩
53a．．．光罩保持具
54．．．接物鏡系統
54a．．．模擬鏡
54b．．．成像鏡
55．．．攝像手段
61．．．演算手段
62．．．顯示手段
63‧‧‧外殼
64‧‧‧控制手段
65‧‧‧移動操作手段
72‧‧‧半透光部
73‧‧‧透光部
第1(a)、(b)圖係顯示有關本發明實施形態的多色調光罩的一部分圖案之圖。
第2(a)～(d)圖係顯示有關本發明實施形態的多色調光罩之構造的圖。
第3(a)～(h)圖係用來說明第2(a)圖所示的多色調光罩的構造之製法的圖。
第4(a)～(h)圖係用來說明第2(b)圖所示的多色調光罩的構造之製法的圖。
第5(a)～(h)圖係用來說明第2(c)圖所示的多色調光罩的構造之製法的圖。
第6(a)～(h)圖係用來說明第2(d)圖所示的多色調光罩的構造之製法的圖。
第7(a)、(c)、(e)圖係顯示多色調光罩之平面圖；(b)、(d)、(f)係顯示使用(a)、(c)、(e)所示的多色調光罩而形成之光阻圖案。
第8(a)、(b)圖係顯示遮光膜、半透光膜之圖案及其相對應之光強度分布。
第9圖係顯示再現曝光機的曝光條件的裝置之一例。
第10圖係顯示習用的多色調光罩的一部分之圖案的圖。
11．．．透明基板
12．．．第1半透光膜
13．．．第2半透光膜
14．．．遮光部
D．．．距離

Claims (15)

  1. 一種多色調光罩，特徵為：其係藉由在透明基板上，分別形成具有個別指定之透光率的第1半透光膜及第2半透光膜、分別實施指定之圖案化，以形成包括透光部、第1半透光部及具有與前述第1半透光部相鄰接的部分的第2半透光部之轉印圖案所構成之多色調光罩；其中相對於i線～g線範圍內的代表波長而言，前述第2半透光部與透光部之間的相位差為小於90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部與第2半透光部之間的相位差為超過90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部之透射率為小於10%，且前述第2半透光部之透射率為20%以上。
  2. 如申請專利範圍第1項之多色調光罩，其中相對於前述代表波長而言，第1半透光部與第2半透光部之間的相位差為180度±30度。
  3. 如申請專利範圍第2項之多色調光罩，其中相對於前述代表波長，前述第2半透光部與前述透光部之間的相位差為小於60度。
  4. 如申請專利範圍第3項之多色調光罩，其中前述第1半透光部是由在前述透明基板上積層第2半透光膜與第1半透光膜所構成；而前述第2半透光部是由在前述透明基板上形成第2半透光膜所構成。
  5. 如申請專利範圍第3項之多色調光罩，其中前述第1半透光部是由在前述透明基板上形成第1半透光膜所構成；而前述第2半透光部是由在前述透明基板上形成第2半透光膜光膜所構成。
  6. 如申請專利範圍第1項之多色調光罩，其係具有依第1半透光部、第2半透光部及第1半透光部順序排列而成之轉印圖案；前述第1半透光部係具有鄰接前述透光部的部分；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部之透射率為3%～7%；前述第2半透光部之透射率為20%～80%。
  7. 一種多色調光罩，特徵為：其係藉由在透明基板上，分別形成具有個別指定之透光率的第2半透光膜、第1半透光膜及遮光膜、分別實施指定之圖案化，以形成包含透光部、第1半透光部、具有與前述第1半透光部相鄰接的部分的第2半透光部及遮光膜之轉印圖案所構成之多色調光罩，其中相對於i線～g線範圍內的代表波長而言，前述第2半透光部與透光部之間的相位差為小於90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部與第2半透光部之間的相位差為超過90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部之透射率為小於10%；前述第2半透光部之透射率為20%以上；具有依遮光部、第1半透光部、第2半透光部、第1半透光部及遮光部順序排列而成之轉印圖案。
  8. 一種多色調光罩之製法，特徵為：其係具備下列步驟的多色調光罩之製法，準備在透明基板上依第2半透光膜、第1半透光膜及遮光膜順序積層而成的空白光罩之步驟；在前述空白光罩上形成第1光阻圖案之步驟；以前述第1光阻圖案作為光罩、或者以將前述第1光阻圖案當作光罩藉由蝕刻進行圖案加工而成的遮光膜作為光罩，並藉由蝕刻前述第1半透光膜進行圖案加工之步驟；在已進行前述圖案加工之包含遮光膜及第1半透光膜之基板面上，形成第2光阻圖案之步驟；及以前述第2光阻圖案作為光罩，至少藉由蝕刻前述第2半透光膜以進行圖案加工之步驟；其中相對於i線～g線範圍內的代表波長而言，前述第2半透光部與透光部之間的相位差為小於90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部與2半透光部之間的相位差為超過90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部的透射率為小於10%；前述第2半透光部之透射率為20%以上。
  9. 一種多色調光罩之製法，特徵為：其係具備下列步驟的多色調光罩之製法，準備在透明基板上依第1半透光膜及遮光膜順序積層而成的空白光罩之步驟；在前述空白光罩上形成第1光阻圖案之步驟；以前述第1光阻圖案作為光罩、或者以將前述第1光阻圖案當作光罩藉由蝕刻進行圖案加工而成的遮光膜作為光罩，並藉由蝕刻前述第1半透光膜進行圖案加工之步驟；在已進行前述圖案加工之包含遮光膜及第1半透光膜之基板面上，形成第2半透光膜之步驟；在前述第2半透光膜上形成第2光阻圖案之步驟；及以前述第2光阻圖案作為光罩，至少藉由蝕刻前述第2半透光膜進行圖案加工之步驟；其中相對於i線～g線範圍內的代表波長而言，前述第2半透光部與透光部之間的相位差為小於90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部與第2半透光部之間的相位差為超過90度；相對於前述代表波長而言，前述第1半透光部的透射率為小於10%；前述第2半透光部之透射率為20%以上。
  10. 一種圖案轉印方法，特徵為：使用如申請專利範圍第1至7項中任一項之多色調光罩，藉由照射i線～g線波長範圍的照射光之曝光機，將前述轉印圖案轉印到被轉印體上之光阻膜。
  11. 如申請專利範圍第10項之圖案轉印方法，其中前述被轉印體上之光阻膜係對於和前述第1半透光部相對應的部分之曝光量，實質上不具敏感度。
  12. 如申請專利範圍第11項之圖案轉印方法，其中前述被轉印體上之光阻膜係對應於和前述第2半透光部相對應的部分之曝光量，而於顯像後進行減膜，並且根據該減膜量預先決定前述被轉印體上之光阻膜厚。
  13. 一種薄膜電晶體之製法，特徵為：利用如申請專利範圍第10項之圖案轉印方法來製造薄膜電晶體。
  14. 一種薄膜電晶體之製法，特徵為：利用如申請專利範圍第11項之圖案轉印方法來製造薄膜電晶體。
  15. 一種薄膜電晶體之製法，特徵為：利用如申請專利範圍第12項之圖案轉印方法來製造薄膜電晶體。
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