TWI499861B - Close exposure mask - Google Patents

Description

近接式曝光用光罩

本發明關於一種近接式曝光用光罩，該光罩是在平面顯示面板等的大型面板的製造步驟中，利用近接式曝光機且主要用來形成線狀圖案。

在利用近接式曝光機來曝光開口圖案的情況下，若開口寬度接近解析極限(resolution limit)，則會難以形成出線寬。先前對於這些問題，是藉由縮減近接間隙(proximity gap，以下有時亦會單獨稱為「間隙」)，亦即縮減遮罩與被曝光對象之間的距離來加以對應。

關於近接式曝光，針對液晶顯示裝置中所使用的彩色濾光片的製造，在專利文獻1中已揭示一種適合用於半色調(halftone)曝光的近接式曝光用階度遮罩(Gradation mask)。

[專利文獻1]日本特開2008-122698號公報。

一般而言，若開口寬度變窄，則通過開口部的曝光量便減少，因此開口邊緣部附近的對比會降低，而不容易有良好的解析度。因此，先前技術中，藉由縮減遮罩與被曝光對象之間的間隙來抑制曝光量的減少。然而，在針對平面顯示面板 等的大型遮罩的近接式曝光的情況下，由於遮罩不一定平坦，若縮短近接間隙，則異物混入間隙或是被曝光對象與遮罩發生部分接觸的問題也會變得更為顯著。

由於有這樣的原因，要藉由先前的近接式曝光法，獲得大型平面顯示面板的彩色濾光片中所使用的黑色矩陣用的圖案等的時候，在本案申請人的實驗中，獲得開口寬度6μm程度的線狀圖案已是極限。

本發明是鑑於上述情況而完成，其主要的技術性問題在於提供一種適用於大型平面顯示面板的形成之近接式曝光用光罩。

本發明的近接式曝光用光罩，其特徵在於具備：透光部的圖案，其將表面形成有遮光膜之透明基板上的前述遮光膜的一部分除去，而露出前述透明基板；及，半透過膜的圖案，其以帶狀被形成於前述透光部的圖案的兩側邊緣，且使相位偏移；並且，在圖案形成區域中，包含有遮光部與透光部不具有直接相接觸的部分的情況，其中該遮光部是藉由遮光膜來遮蔽曝光光束，該透光部是將遮光膜和半透過膜除去而露出透明基板。

本發明書中，所謂「使相位偏移的半透過膜」是指，相對於通常的半透過膜其相位偏移膜會使入射光的相位逆轉(亦即相位差為180度)，本發明書中的低相位半透過膜是相位差比通常的半透過膜更小，例如在90度以下的半透過膜。

此外，本發明之近接式曝光用光罩的製造方法，由 於可照樣應用先前的多階度光罩的形成方法，因此若只是從剖面圖來觀察所獲得的光罩的膜構成等，則基本上看起來與使用半透過膜的周知多階度光罩相同。但是，由於此光罩是以近接式曝光作為前提，因此圖案以外是遮光部也就是負型圖案，並且曝光時所使用的光阻膜是使用負型光阻膜，而僅考慮矩陣狀的線狀圖案即可的這點上而言，本質上並不相同。

又，應注意本發明所欲解決的技術性問題，是要提 高藉由近接式曝光所形成的線狀圖案的對比，而非用來實現多階度的這點。由於多階度光罩中，其半透過部本身便構成曝光圖案的一部分，因此遮光部與透光部在寬廣的範圍中鄰接的圖案是可被容許的，但本發明中的半透過膜的圖案，只是藉由配置在遮光部與透光部的邊緣部處而用來提高對比，以這點而言，在要獲得細微的圖案的情況下，原則上在遮光部與透光部的邊界部處形成有低相位半透過膜的這點上有所不同。但是，本發明並不限定於這種圖案的配置，而可配合個別的圖案來變更，因為是根據要提高欲轉印的圖案中的哪個部分的對比來對配置進行規定，對於不需要提高對比的尺寸的圖案，即使遮光部與透光部鄰接也沒有關係。

本發明的近接式曝光用光罩，僅藉由對圖案的邊界部(兩側或周圍)附加上控制相位角或透過率的半透過膜，便可增加邊緣附近的曝光量，並改善轉印圖像的對比。

1‧‧‧實施型態的近接式曝光用光罩

10‧‧‧透明基板

10a‧‧‧透光部的圖案

10b‧‧‧透光部的圖案

11‧‧‧遮光膜

11a‧‧‧遮光膜的圖案

11b‧‧‧遮光膜的圖案

12‧‧‧低相位半透過膜

12a‧‧‧半透過膜的圖案

12b‧‧‧半透過膜的圖案

20a‧‧‧光阻膜的圖案

21‧‧‧遮光膜

21a‧‧‧遮光膜的圖案

22‧‧‧低相位半透過膜

22a‧‧‧半透過膜的圖案

30a‧‧‧光阻膜的圖案

40a‧‧‧光阻膜的圖案

50‧‧‧近接式曝光用光罩

51‧‧‧曝光區

52‧‧‧非曝光區

53‧‧‧圖案形成區域

54‧‧‧對準標記

100‧‧‧先前的近接式曝光用光罩

110a‧‧‧透光部的圖案

111a‧‧‧遮光膜的圖案

第1圖(A)是表示第1實施型態的近接式曝光用光罩 的圖案的圖；第1圖(B)是表示先前的近接式曝光用光罩的圖案的圖。

第2圖(A)~第2圖(E)表示第1圖(A)所示的光罩的製造步驟的一連串步驟剖面圖。

第3圖表示，對於第1圖(A)所示的光罩1，以近接式曝光機進行曝光時的曝光光束的強度分布。

第4圖(A)~第4圖(E)表示第2實施型態的光罩的製造步驟的一連串步驟剖面圖。

第5圖是本實施型態的近接式曝光用光罩的圖案的其他例子，其中(A)表示黑色矩陣的像素邊界部附近的圖案的圖，(B)表示將本發明應用至洞圖案的圖。

第6圖(A)圖示出為了驗證上述的本實施型態的近接式曝光用光罩的功效而作成的近接式曝光用光罩50，而(B)為對曝光領域與非曝光領域的邊界部附近進行攝影而得的照片。

第7圖(A)~(F)是對圖案形成區域中所形成的各種圖案進行攝影而得的照片。

以下，基於圖式來說明本發明的實施型態。此外，本發明並不因以下的實施型態而被限定解釋。此外，在元件符號中附有小寫a、b者，是指從已成膜的狀態下，藉由任一種方法而形成圖案者。

(第1實施型態)

第1圖(A)是表示第1實施型態中的近接式曝光用光罩的圖案的圖；第1圖(B)是表示先前的近接式曝光用光罩的圖案 的圖。

第1圖(A)和第1圖(B)所示的光罩，都是被設計成 用來形成平面顯示面板的彩色濾光片，其為主要用來形成格子狀或條紋狀的「負型圖案」的光罩。圖案基本是線狀圖案，圖案區域以外的區域全部都是由遮光部所構成。並且，是使用負型光阻(曝光光束所照射到的區域會硬化的光阻)，藉由近接式曝光來形成圖案。關於本實施型態的光罩的代表性用途，例如黑色矩陣等在彩色濾光片的製造上所必需的格子狀圖案等便屬於此用途。在多數情況下，使用如上述的負型光阻來形成圖案的近接式曝光用光罩屬於上述代表性用途，但並不限定於這種實施態樣。

第1圖(A)所示的光罩1，在使曝光光束透過的透光 部10a與遮蔽曝光光束的遮光膜的圖案11a之外，更設有半透過膜的圖案12a，其只讓曝光光束的一部分透過，因此光罩1具有：透光部，其使曝光光束透過；遮光部，其遮蔽曝光光束；及，半透光部，其使曝光光束的位相稍微偏移，並使曝光光束的一部分透過。

相對於此，第1圖(B)所示的光罩100，是相同用途 的先前光罩，其僅由使曝光光束透過的透光部110a與遮蔽曝光光束的遮光膜的圖案111a所構成。

半透過膜的圖案12a是由低相位半透過膜所構成， 根據實驗，其條件為相位差10~90度，更佳的範圍為20~80度。並且，透過率在30~70%時能發揮功效，而更佳的範圍為40~60%。

鄰接遮光膜之低相位半透過膜的寬度，其最佳值會 因為近接式曝光裝置的光學條件或線狀圖案的設計值亦即開口寬度而有所不同，大致上藉由形成0.3μm~3μm的寬度可獲得較高的功效，而更佳是形成0.5μm~1.5μm的寬度。

此處，說明低相位半透過膜的材質。理論上，可調 整在半導體積體電路裝置的製造製程中，被廣泛使用來作為相位偏移遮罩的相位偏移器的MoSi膜(鉬矽膜)的組成，而一邊將其作成低相位一邊控制透過率。但是，MoSi膜較昂貴，在用於大型平面顯示面板的製造的情況下，會成為提高製造成本的因素。

另一方面，在使用鉻系的半透過膜的情況下，藉由 將設置於圖案的邊緣部的低相位半透過膜與透光部的相位差設定成90度以下，可抑制通過透光部的曝光光束與通過低相位半透過膜的曝光光束之間的干涉，因此可改善開口部的圖案的曝光量。特別是，在使用近接式曝光用光罩來形成線狀圖案的情況下，藉由實驗明顯得知可形成比先前更細微的線狀圖案。

第2圖(A)~第2圖(E)表示第1圖(A)所示的光罩的 製造步驟的一連串步驟剖面圖。第2圖(A)表示以下情況：在透明基板10的表面上形成遮光膜11，並藉由微影步驟形成遮光膜的圖案11a。第2圖(B)表示以下情況：自第2圖(A)的狀態，以覆蓋表面全體的方式，形成低相位半透過膜12，該表面包含已形成於光罩基板上的遮光膜的圖案11a。第2圖(C)表示以下情況：自第2圖(B)的狀態，於低相位半透過膜12 的表面上形成未圖示出的光阻膜，並將光阻膜圖案化，而形成光阻膜的圖案20a。

此外，在將低相位半透過膜12圖案化時，對於與下 層的遮光膜的圖案的關係，需要精密地對準位置(定位)。作為一例，在形成第1層的遮光膜的圖案11a時，預先在光罩基板上的圖案形成區域的外側，形成未圖示出的位置對準用的遮光膜圖案，以作為「對準標記」。並且，在形成第2層的低相位半透過膜時，以遮光膜圖案的表面上只有在此對準標記的部分不形成第2層的低相位半透過膜的方式，來進行遮蔽。如此地使遮光膜的圖案於對準標記的最表面露出，對於量測從基板的表面側所照射的對準光束的反射光的類型的描繪裝置很有效。其他，亦可藉由影像處理來進行位置對準。 無論如何，以高精準度對第1層的遮光膜的圖案與第2層的使相位偏移的半透過膜的圖案進行位置對準是重要的。此位置對準的手法，可照樣應用平面顯示面板用的多階度光罩所使用的上半(top half)型光罩的製造方法。

第2圖(D)表示以下情況：藉由光阻膜的圖案20a， 利用溼式蝕刻法，形成半透過膜的圖案12a，其使第2層的相位偏移。在本實施型態中，如上述，是使用鉻氧化膜或鉻氮化膜等的鉻系材料來作為低相位半透過膜12的材質，因此具有能夠應用既有的溼式蝕刻製程的優點。最後，除去光阻膜的圖案20a，而完成第2圖(E)所示的光罩。第2圖(E)所示的光罩，表示以垂直於線狀圖案的剖面來切斷第1圖(A)的光罩的剖面圖的一部分。

此外，從平面來觀察完成的圖案的情況下，藉由組 合圖案的交叉部或彎折部分等，可形成格子狀或條紋狀的圖案，而非只有單純的線狀圖案。即使是這樣的圖案，亦藉由將沿著線狀圖案而形成為帶狀且使相位偏移的半透過膜的圖案與遮光膜的圖案鄰接設置，而使遮光部與透光部不具有直接相接觸的部分，其中遮光部是藉由遮光膜遮蔽曝光光束，透光部是將遮光膜和半透過膜除去而露出透明基板。

藉由如此作，如上述，這部分中，在線狀圖案的邊 緣部(第1圖(B))所示的先前的圖案中的透光部的圖案110a與遮光部的圖案112a的邊界部(圖中的X部)中，藉由將設置於圖案的邊緣部附近的低相位半透過膜與透光部的相位差設定成90度以下，而抑制通過透光部的曝光光束與通過低相位半透過膜的曝光光束之間的干涉，因此不會減少曝光量，而改善了轉印圖像的對比。

第3圖表示，對於第1圖(A)所示的光罩1，以近接 式曝光機進行曝光時的曝光光束的強度分布。圖中的橫軸表示以線狀圖案的中央為原點的情況下的座標(單位為μm)，縱軸以任意刻度表示曝光量(曝光強度)。圖中所示的(i)~(iv)的圖表，是將光罩中特別是使相位偏移的半透過膜的圖案12a的膜厚作成不同厚度，以產生3組不同的相位差與透過率，並調查其曝光強度的分布。

各低相位半透過膜的相位差與透過率如下：

(i)相位差50度，透過率60.0%

(ii)相位差72度，透過率40.0%

(iii)相位差90度，透過率31.7%

(iv)不具有半透過膜(先前技術)

此實驗的結果可知，膜厚最薄的半透過膜中，曝光光束的強度分布如(i)所示，相位差最小，且可最有效地控制透過率，若在此條件下進行曝光，則可大幅改善開口邊緣附近的對比。此外，由於相位差或透過率也會影響曝光波長，因此必須預先調查曝光光源與膜厚的關係，以調查出能夠實現的相位差和透過率與當時的膜厚。

此外，作為在透明基板上設置有遮光膜與半透過膜而成之光罩，已知有半導體裝置的製造步驟中所使用的相位偏移遮罩、或是平面顯示面板的薄膜電晶體的製造步驟中所使用的多階度光罩等，但這些與本發明至少在以下各點中，於半透過膜的功能上具有本質性的差異。

首先，前者的半透過膜，是為了形成超過解析極限的細微圖案而附加於本來的圖案上的膜，其為用來使相位逆轉(偏移180度)的膜(相位偏移器)。後者的半透過膜，是著眼於半透過膜的透過率，而用來實現透過部與遮光部的中間色調之曝光的膜，其半透過膜所實行的功用是使圖案的一部分以中間色調來曝光。相對於此，本發明中，如上述，半透過膜必須控制相位偏移與透過率的雙方，且將相位偏移量作成遠小於180度的90度以下。

其次，由於是平面顯示面板的黑色矩陣圖案形成用的近接式曝光用光罩，如多階度光罩至少在圖案形成區域中，包含遮光部與透光部不具有直接相接觸的部分的情況， 其中遮光部是藉由遮光膜遮蔽曝光光束，透光部是將遮光膜和半透過膜除去而露出透明基板。相對於此，在相位偏移遮罩或多階度光罩中，必然存在遮光部與透光部直接相接觸的部分。

在以先前的二元遮罩來進行近接式曝光的情況下， 是對於曝光光束使用g線、h線、i線的混合光，並將近接間隙作成約100μm，此時獲得6μm的開口寬度已達極限，但若使用本實施型態的光罩，由於曝光量大幅改善，即使以相同的近接間隙在相同條件下進行曝光，仍可實現4μm的開口寬度。

(第2實施型態)

本實施型態中，說明先形成低相位半透過膜，也就是下半(bottom half)型光罩的製造方法。即使改變製造方法，從平面來觀察所獲得的光罩的圖案時的透光部、半透過部、及遮光部的配置或大小，均與第1實施型態相同。但是，由於遮光膜與低相位半透過膜的積層順序不同，是在低相位半透過膜之上形成遮光膜，因此在低相位半透過膜上形成遮光膜的部分，會成為遮光部。

第4圖(A)~第4圖(E)表示第2實施型態的光罩的 製造步驟的一連串步驟剖面圖。第4圖(A)表示以下情況：在透明基板10的表面上依序形成低相位半透過膜22與遮光膜21。第4圖(B)表示以下情況：自第4圖(A)的狀態，以周知的微影步驟，於上層的遮光膜21的表面上形成光阻膜後，形成光阻膜的圖案30a。

第4圖(C)表示以下情況：自第4圖(B)的狀態，以 光阻膜的圖案30a作為遮罩對上層的遮光膜21進行溼式蝕刻後，除去光阻膜的圖案30a。藉此，在半透過膜22上形成遮光膜的圖案21a。第4圖(D)表示以下情況：自第4圖(C)的狀態，藉由周知的微影步驟，在包含上層的遮光膜的圖案21a之光罩基板10的表面全體上形成光阻膜後，形成光阻膜的圖案40a。

繼而，利用溼式蝕刻法，藉由光阻膜的圖案40a， 形成使第1層的相位偏移的半透過膜的圖案12a後，最後除去光阻膜的圖案40a而完成第4圖(E)所示的光罩。

如上述般地進行，亦可完成與第1實施型態所說明 過的近接式曝光用光罩具備相同功能的光罩。

此外，上述實施型態(第1和第2實施型態)中，雖 然說明過如第1圖(A)所示沒有彎折的直線狀線狀圖案的情況，但即使是如第5圖(A)所示的具有彎折部的黑色矩陣圖案的邊界部的線狀圖案、或是第5圖(B)所示的由設置於遮光膜的圖案11b上的透光部的圖案10b所構成的洞圖案(hole patern)，仍然可藉由在兩者的邊界部以帶狀設置使相位偏移的半透過膜的圖案12b，而增加邊緣附近的曝光量，以改善轉印圖像的對比。

[實驗例]

第6圖(A)圖示出為了驗證上述的本實施型態的近接式曝光用光罩的功效而作成的近接式曝光用光罩50。光罩50的中央部分是曝光區51，而其外側是非曝光區52。在曝光區51 中，設置有複數個圖案形成區域53，其中在圖案形成區域53中設置有為了測試用而作成的各種圖案(獨立線狀圖案、多條線與間隔空間交替配置的圖案、矩形(正方形)洞圖案、及獨立的矩形圖案)。另一方面，在非曝光區52中，設置有對準標記54或未圖示出的光罩的識別記號等。

第6圖(B)是對曝光區與非曝光區的邊界部附近進行 攝影而得的照片。此照片中以虛線表示的部分是相對於曝光區的角落部。圖中可確認到，雖然在第2次的邊緣部附近具有少量殘渣，但幾乎毫無問題的形成了圖案。

第7圖(A)~(F)是對圖案形成區域中所形成的各種 圖案進行攝影而得的照片。第7圖(A)~(C)，是在開口寬度3.0μm的獨立線狀圖案上分別以帶狀設置寬度為1.0μm、1.5μm及2.0μm的寬度的半透過膜圖案。

第7圖(D)，是開口寬度3μm的多條線與間隔空間 交替配置的圖案。第7圖(E)表示寬度3μm的矩形(正方形)的洞圖案，而第7圖(F)表示同樣為寬度3μm的矩形(正方形)的島狀圖案。第7圖(F)的島系的圖案中，雖然幾乎未視認到半透過膜也無法測量線寬度，但第7圖(A)~(C)和第7圖(D)的圖案均可清楚地形成使相位偏移的帶狀半透過膜圖案。

1‧‧‧實施型態的近接式曝光用光罩

10a‧‧‧透光部的圖案

11a‧‧‧遮光膜的圖案

12a‧‧‧半透過膜的圖案

100‧‧‧先前的近接式曝光用光罩

110a‧‧‧透光部的圖案

111a‧‧‧遮光膜的圖案

Claims (8)

1. 一種近接式曝光用光罩，其特徵在於具備：透光部的圖案，其將表面形成有遮光膜之透明基板上的前述遮光膜的一部分除去，而露出前述透明基板；及，半透過膜的圖案，其以帶狀被形成於前述透光部的圖案的兩側邊緣，且使相位偏移；其中，前述半透過膜，是相位差在10~90度的範圍內，且透過率在30~70%的範圍內的低相位半透過膜；並且，在圖案形成區域中，包含有遮光部與透光部不具有直接相接觸的部分的情況，其中該遮光部是藉由前述遮光膜來遮蔽曝光光束，該透光部是將前述遮光膜和前述半透過膜除去而露出前述透明基板。
2. 如請求項1所述之近接式曝光用光罩，其中，前述低相位半透過膜，其相位差在20~80度的範圍內，且透過率在40~60%的範圍內。
3. 如請求項1所述之近接式曝光用光罩，其中，前述低相位半透過膜的材質，包含鉻氧化膜或鉻氮化膜中的其中一者。
4. 如請求項2所述之近接式曝光用光罩，其中，前述低相位半透過膜的材質，包含鉻氧化膜或鉻氮化膜中的其中一者。
5. 如請求項1~4中任一項所述之近接式曝光用光罩，其中， 前述圖案的寬度在6μm以下。
6. 如請求項5所述之近接式曝光用光罩，其中，鄰接前述遮光部之半透過膜的寬度，為0.3~3.0μm。
7. 一種近接式曝光用光罩的製造方法，其為製造如請求項1~6中任一項所述之近接式曝光用光罩的方法，並且包含以下步驟：在透明基板的表面上形成遮光膜的圖案；在包含前述遮光膜的圖案之前述透明基板上形成半透過膜；及，將前述半透過膜圖案化，而鄰接前述遮光膜的圖案形成半透過膜的圖案，並除去前述遮光膜和前述半透過膜而形成使前述透明基板露出之透光部的圖案。
8. 一種近接式曝光用光罩的製造方法，其為製造如請求項1~6中任一項所述之近接式曝光用光罩的方法，並且包含以下步驟：在透明基板的表面上依序形成半透過膜與遮光膜；對藉由前述步驟而獲得的由半透過膜和遮光膜所構成之積層膜中的上層的遮光膜，選擇性地進行圖案化，而形成遮光膜的圖案；對前述半透過膜進行圖案化，而形成鄰接前述遮光膜之半透過膜的圖案，並除去前述遮光膜和前述半透過膜而形成 使前述透明基板露出之透過部的圖案。