TWI524156B - 具有使用半色調相移光罩之多波長的曝光方法 - Google Patents

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Description

具有使用半色調相移光罩之多波長的曝光方法
本發明提供一種製造半導體或平板顯示器時包含在內的曝光技術，更詳細地，關於一種使用半色調相移光罩之多波長的曝光方法。
通常，在製造平板顯示器或製造半導體時，為了形成各種圖案，進行利用光罩的曝光工序(lithography process)。
典型地，可將光罩區分為二進位強度膜(Binary Intensity Mask，BIM)與相移光罩(Phase Shift Mask，PSM)。
其中，相移光罩在完全地阻擋光的阻擋區域與光100%透射的透射區域調節相位或調節相位與透射率，從而能夠增強作為曝光工序中所需要的工序裕量(process margin)的解析度(resolution)及焦點深度(depth of focus)。這時，將以一個薄膜調節相位與透射率的相移光罩稱為半色調相移光罩(Halftone Phase Shift Mask)。
最近，在製造平板顯示器的工序中要求對於高畫質產品的技術開發，並且需要改善面板所需的解析度及焦點深度。
在半色調相移光罩的製作及曝光工序中，與半導體製造用半色調相移光罩不同，平板顯示器面板用半色調相移光罩需要如下的特性。
在半導體製造用曝光工序中所使用的光的波長與ArF(193nm)、KrF(248nm)一樣使用單一波長。相反，平板顯示器則需要短時間內大面積曝光，因此，應同時使用來自光源的i線(365nm)、h線(405nm)、g線(436nm)的全部波長。並且，半色調相移光罩由單一薄膜形成，相位應為180°。
另一方面，在半色調相移光罩的情況下，透射率的值越高，則相移效果增加，但在圖案的周邊部分光的強度不正常增加的旁瓣(Side Lobe)效果也同樣增加。因旁瓣可引發不需要的圖案，因此，折中相移效果與旁瓣效果來界定透射率。考慮這種問題，目前使用大約6%程度的透射率。
在使用各種波長的光的情況下，很難使光的全體相位平均值形成180°。即，由於相位與波長呈反比，因而，若i線形成180°的相位，則h線、g線只能獲得比180°低值的相位。因此，在使用多波長(i線、h線、g線)的光的情況下，在相移光罩形成的光的全體相位平均值只能獲得比180°低的值。
第1圖為示出在曝光工序中焦點的值的變化引起的色散(CD)值或對比度(Contrast)值的變化。
參照第1圖，在相移光罩上形成的光的全體相位平均值為180°的情況下，若發生散焦(Defocus)，色散值或對比度值以對稱的方式發生變化。
相反，在相移光罩上形成的光的全體相位平均值不是180°的情況下，整體變得惡化，並且呈現最佳的性能的地點即最佳焦點(Best Focus)發生變化。在光的全體相位平均值小於180°的情況下，向+焦點側移動，相反地，在光的全體相位平均值大於180°的情況下，向-焦點方向移動。若比較隨著最佳焦點變更而獲得的區域(a1，b2)與失去的區域(a2,b1)的大小，失去的區域的大小始終大(a1<b1，a2>b2)。因此，若以光的全體相位平均值不是180°的狀態製造相移光罩，則發生焦點深度(DOF，Depth Of Focus)裕量變小，且解析度增強效果也變小的問題。
作為與本發明相關的背景技術有韓國公開特許公報第10-2001-0075777號(2001年08月11日公開)，上述文獻公開了半色調相移光罩及其製造方法。
本發明的一目的在於，提供使用半色調相移光罩之多波長的曝光方法，解決以與平板顯示器的製造過程一樣在適用半色調相移光罩的曝光工序中使用具有多波長的光時可能發生的問題，來提供最佳的相位及透射率，從而在曝光工序中能夠增強解析度及焦點深度。
本發明的另一目的在於，提供相位平均值被校正以能夠適用於多波長曝光工序的半色調相移光罩。
用於達成上述一目的的本發明實施例提供一種使用半色調相移光罩之多波長的曝光方法，利用所放出的光具有3個多波長(i線、h線、g線)的光源及半色調相移光罩，包括以下步驟：調節形成於半色調相移光罩的相移光罩的相位(Pi線、Ph線、Pg線)、光源的強度(Ii線、Ih線、Ig線)、形成於半色調相移光罩的相移光罩的透射率(Ti線、Th線、Tg線)及光刻膠的吸收率(Ai線、Ah線、Ag線)中的一個以上，以使通過下述數學式1及數學式2運算 出的多波長的相位平均值(相位平均值)成為180°或預設值。
[數學式2]Wi線=Ii線*Ti線*Ai線 Wh線=Ih線*Th線*Ah線 Wg線=Ig線*Tg線*Ag線
這時，對於上述3個多波長(i線、h線、g線)的形成於上述半色調相移光罩的相移光罩的相位(Pi線，Ph線，Pg線)分別可通過下述數學式3進行定義。
(a、b為常數，厚度及波長單位為nm)。
並且，本發明的利用半色調相移光罩的多波長曝光方法還可通過下述數學式4調節目標透射率。
用於達成上述另一目的的本發明實施例的半色調相移光罩，其特徵在於，包括透明基板、光阻擋膜及相移光罩，上述透明基板具有活性區域和非活性區域，上述活性區域具有透射光的透射區域和調節光 的透射率的相移區域，上述非活性區域包圍上述活性區域的外側，且具有阻擋光的阻擋區域，上述光阻擋膜形成於上述透明基板上的上述阻擋區域，用於阻擋入射光，上述相移光罩形成於上述透明基板上的上述阻擋區域，用於調節入射光的透射率；調節上述相移光罩的相位及上述相移光罩的透射率中的一個以上，以使通過下述數學式1及數學式2運算出的多波長的相位平均值成為180°或預設值。
[數學式2]Wi線=Ii線*Ti線*Ai線 Wh線=Ih線*Th線*Ah線 Wg線=Ig線*Tg線*Ag線
借助本發明的利用半色調相移光罩的多波長曝光方法，當利用半色調相移光罩進行多波長曝光工序時，通過式1至式3能夠正確地將波長的平均相位控制為180°。
並且，本發明的利用半色調相移光罩的多波長曝光方法中，能夠通過式4將目標透射率調節為所需目標值。
因此，當用於半色調相移光罩曝光工序時，能夠提供最佳的相位，因而能夠提高曝光工序中的解析度及焦點深度。
第1圖為習知發生相位誤差時的最佳焦點變化示意圖。
第2圖為本發明相移光罩的各波長的透射率特性示意圖。
參照附圖詳細說明的實施例會讓本發明的優點和特徵以及實現這些優點和特徵的方法更加明確。但是，本發明不侷限於以下所公開的實施例，能夠以互不相同的各種方式實施，本實施例只用於使本發明的公開內容更加完整，有助於本發明所屬技術領域的普通技術人員完整地理解本發明的範疇，本發明根據申請專利範圍而定義。在說明書全文中，相 同的附圖標記表示相同的結構要素。
以下，詳細地說明本發明的使用多波長的曝光方法利用多波長曝光方法及該方法所利用的半色調相移光罩。
本發明中，使用多波長進行曝光工序的情況下，如上所述，為了使光的全體相位平均值成為180°，考慮了以下三種要素為變數，且其內容如下。
第一，存在來自光源的光的3種波長，且各波長的強度(Intensity)不同。此時將各波長的強度分別定義為Ii線、Ih線、Ig線。
第二，應由一個薄膜形成相移薄膜。相移光罩不能夠按各波長另行形成薄膜。因此，以一個相移光罩形成的相位不同。將按各波長形成的相位定義為Pi線、Ph線、Pg線。
第三，根據各波長，光刻膠的反應速度，即對於各波長的光刻膠的吸收率不同。將各波長的光刻膠的吸收率定義為Ai線、Ah線、Ag線。
對於透射率而言，在一個相移光罩上使用多波長(i線、h線、g線)的情況下，通常呈現以下特性。
第2圖示出各波長的透射率特性。通常，薄膜上的波長變長，則透射率增加。例如，在i線設定目標透射率的情況下，透射率值整體呈現比目標透射率高的值。在中間波長h線設定目標透射率的情況下，相移光罩的透射率的平均值也可成為預設值，但光源的各波長強度及光刻膠的吸收率不同，因此在曝光工序中真正所需的透射率超過預設值。將對於所形成的各波長的相移光罩的透射率定義為Ti線、Th線、Tg線。
本發明的發明人員經過漫長的研究結果得知，在使用多波長的情況下，平均相位如下述數學式1及數學式2。
[數學式2]Wi線=Ii線*Ti線*Ai線 Wh線=Ih線*Th線*Ah線 Wg線=Ig線*Tg線*Ag線
在相移光罩按各波長形成的相位Pi線、Ph線、Pg線分別可通過下述數學式3求出，且也可以實際測得。
(a、b為常數，厚度計波長單位為nm)。
在上述數學式3，常數a、b通過實測值來獲取。
如上所述，多波長的平均相位為180°，才能夠不發生如第1圖的最佳焦點的變化。
以往的情況為在目標波長中，將目標相位設定為180°，但本發明的特徵在於，以180°設定多波長的平均相位來防止發生焦點變化。若相位平均值未達到180°，則加減目標波長的相位來使多波長的相位達到180°，這時，使用數學式1和數學式2。
至於相移光罩的另一重要因素的透射率，以往是在目標(Target)波長設定為特定的值，而本發明的特徵在於，使通過以下數學式4計算的值成為所需透射率值。
根據數學式1至數學式4，例如，能夠如以下的方式適用。
例如，若光源的強度(Ii線、Ih線、Ig線)及光刻膠的吸收率(Ai線、Ah線、Ag線)已知，則可通過調節形成於半色調相移光罩的相移光罩的相位(Pi線、Ph線、Pg線)或形成於半色調相移光罩的相移光罩的透射率(Ti線、Th線、Tg線)，在多波長曝光工序中將多波長的平均相位調節為180°。
在這種情況下，適用於本發明的半色調相移光罩可包括透明基板、光阻擋膜及相移光罩，上述透明基板具有活性區域和非活性區域，上述活性區域具有透射光的透射區域和調節光的透射率的相移區域，上述非活性區域包圍上述活性區域的外側，且具有阻擋光的阻擋區域，上述光 阻擋膜形成於上述透明基板上的上述阻擋區域，用於阻擋入射光，上述相移光罩形成於上述透明基板上的上述阻擋區域，用於調節入射光的透射率；調節上述相移光罩的相位及上述相移光罩的透射率中的一個以上，以使多波長的相位平均值(相位平均值)成為180°或預設值。
作為其他方法，若形成於半色調相移光罩的相移光罩的相位(Pi線、Ph線、Pg線)或形成於半色調相移光罩的相移光罩的透射率(Ti線、Th線、Tg線)已知，則可通過調節光源的強度(Ii線、Ih線、Ig線)或光刻膠的吸收率(Ai線、Ah線、Ag線)在多波長曝光工序中將多波長的平均相位調節為180°。
本發明的利用半色調相移光罩的多波長曝光方法中，在i線、h線及g線的多波長中，使用數學式1和數學式2使入射光的波長成為多波長的平均相位值所需的值，從而減少曝光工序中相位值的誤差引起的焦點變化或將可使用0的焦點的深度成為最大限度，能夠適用與以往所使用的二進位強度膜(BIM)相同的最佳焦點，因此能簡化工序。在平板顯示器(FPD)領域，與晶元(Wafer)相比，能夠形成於一個面板的曝光點的數量非常少，因而幾乎不能按照光罩(mask)尋找最佳焦點(Best Focus)。因此，最佳解決方法是徹底除去半色調相移光罩的相位誤差。
本發明的利用半色調相移光罩的多波長曝光方法中，在i線、h線及g線的多波長中，使用數學式1和數學式2使入射光的波長成為多波長的平均相位值所需的值，從而減少曝光工序中相位值的誤差引起的焦點變化或將可使用0的焦點的深度成為最大限度，能夠適用與以往所使用的二進位強度膜(BIM)相同的最佳焦點，因此能簡化工序。在平板顯示器(FPD)領域，與晶元(Wafer)相比，能夠形成於一個面板的曝光點的數 量非常少，因而幾乎不能按照光罩(mask)尋找最佳焦點(Best Focus)。因此，最佳解決方法是徹底除去半色調相移光罩的相位誤差。
以上，以本發明實施例為中心進行了說明，但本發明所屬技術領域的普通技術人員能進行各種變更或變形。這種變更或變形只要不脫離本發明提供的技術思想的範圍，均可視為屬於本發明。因此，本發明要求保護的技術範圍應根據所附的發明申請專利範圍來判斷。

Claims (2)

  1. 一種使用半色調相移光罩之多波長的曝光方法，利用所放出的光具有3個多波長(i線、h線、g線)的光源及半色調相移光罩，包括以下步驟：調節形成於半色調相移光罩的相移光罩的相位(Pi線、Ph線、Pg線)、光源的強度(Ii線、Ih線、Ig線)、形成於半色調相移光罩的相移光罩的透射率(Ti線、Th線、Tg線)及光刻膠的吸收率(Ai線、Ah線、Ag線)中的一個以上，以使通過下述數學式1及數學式2運算出的多波長的相位平均值(相位平均值)成為180°或預設值； [數學式2]Wi線=Ii線*Ti線*Ai線 Wh線=Ih線*Th線*Ah線 Wg線=Ig線*Tg線*Ag線；其中，通過下述數學式4調節目標透射率，
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的使用半色調相移光罩之多波長的曝光方法，其中，對於上述3個多波長(i線、h線、g線)的形成於上述半色調相移光罩的相移光罩的相位(Pi線、Ph線、Pg線)分別通過下述數學式3進行定義 (a、b為常數，厚度及波長的單位為nm)。
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