TWI592741B - 光罩及光罩的製造方法 - Google Patents

Description

光罩及光罩的製造方法

本發明係關於一種光罩及其製造方法。

傳統的光學微影技術中，光罩對光阻層的紫外光(UV)曝光技術主要可以分為接觸式光學微影技術以及倍縮微影技術兩種。

接觸式光學微影技術所使用的光罩，其表面特徵圖案尺寸與實際複製於基板上的圖案為1：1的比例，以直接貼近於光阻層表面的方式進行曝光；而倍縮微影技術所使用的光罩，其表面特徵圖案尺寸則為實際複製於基板上圖案的數倍，經由光學系統投射的方式對光阻進行曝光。

其中，在接觸式光學微影技術中，光罩表面的遮光圖案會與基板上的光阻層接觸摩擦，容易使得遮光圖案耗損使得光罩使用壽命縮短。另外，當塗佈有光阻層的基板表面不是非常平整時，光罩與光阻層會產生不確定的空隙與距離，而造成光線的散射與繞射，進而造成曝光的尺寸誤差，並且造成光阻層淺層部分的側向曝光範圍擴大，因而無法製作出高深寬比的光阻結構。

因此，如何提供一種低成本、製程速度較快、操作溫度較低、容易製作、增加光罩與光阻層的密合度的光罩及其製作方法，已成為課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種低成本、製程速度較快、操作溫度較低、容易製作、增加光罩與光阻層的密合度的光罩及其製作方法。

為達上述目的，依據本發明之一種光罩的製造方法，其步驟 包括：提供可撓性基板。於可撓性基板形成複數個微結構。於可撓性基板上塗佈遮光材料，使可撓性基板上形成遮光層。固化遮光層，且遮光層為單一層體。

在一實施例中，可撓性基板的材質為聚氨酯丙烯酸酯(PUA)、聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，PVA)、紫外光硬化樹脂、聚二甲基氧烷(PDMS)或其組合。

在一實施例中，遮光層之材質為碳黑光阻、紅光阻或綠光阻。

在一實施例中，遮光層與微結構直接形成圖案化遮光層。

在一實施例中，固化遮光層後移除部份遮光層，以形成圖案化遮光層。

在一實施例中，固化遮光層後移除部份遮光層的步驟更包括：提供熱塑性高分子板材貼附於遮光層上。使熱塑性高分子板材與遮光層接合。移除熱塑性高分子板材，使部份遮光層隨同熱塑性高分子板材移除。

在一實施例中，熱塑性高分子板材為聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、硬式聚氯乙烯(Rigid PVC)、聚乙烯醇(PVA)、聚醯胺(PA)、或聚乳酸(PLA)所構成。

在一實施例中，遮光材料藉由旋轉塗佈、霧化噴塗、刮刀塗佈、或是浸潤塗佈形成於基板。

本發明更可提供一種光罩，其包括可撓性基板以及遮光層。可撓性基板的表面具有複數個微結構。遮光層充填於該些微結構且為單一層體，遮光層與微結構形成圖案化遮光層。

在一實施例中，圖案化遮光層之材質為碳黑光阻、紅光阻或綠光阻。

在一實施例中，遮光層同時設置於該些微結構之間的基板表面。

綜上所述，本發明透過於可撓性基板上形成複數個微結構，並以塗佈的方式將遮光材料形成於基板，此種製作方式相較習知的採用金屬層體為遮光材料的方式更為成本更低、製程速度較快、操作溫度較低、 容易製作以外，因遮光材料為溶液，亦可使得遮光層的層體均勻性較佳。此外，藉由選用可撓性基板更可使得光罩與半導體基板的密合度較高，曝光顯影的精度較佳。

10‧‧‧主模具

11‧‧‧可撓性基板

11a‧‧‧微結構

12‧‧‧遮光層

13‧‧‧熱塑性高分子板材

20‧‧‧半導體基板

21‧‧‧光阻層

S1~S5、S51~S53‧‧‧步驟

圖1為本發明較佳實施例的光罩製作流程圖。

圖2A~2F為本發明較佳實施例的光罩製作示意圖。

圖2G為應用本發明的光罩形成的半導體晶圓結構。

圖3為圖1的光罩製作的步驟S5的詳細流程圖。

圖4A~4C為本發明較佳實施例的光罩又一製作示意圖。

圖5A~5B為本發明較佳實施例的光罩製作過程中旋轉塗佈旋轉碳黑光阻劑於具有圓洞結構的光罩的觀測圖及局部放大圖。

圖6A~6B為圖5A~5B移除部份碳黑光阻劑後的光罩觀測圖及局部放大圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種光罩及其製作方法，其中相同的元件、步驟將以相同的參照符號加以說明。以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件、步驟均已省略而未繪示；且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例。

需先說明的是，本發明的光罩以及其製作方法可應用於半導體以及光電顯示器的黃光微影製程，或者應用於發光二極體製作圖案化藍寶石基板時黃光微影製程但不以上述應用為限制。此外，本發明的光罩可為接觸式立體光罩。

請一併參考圖1至圖2F，其為圖1為本發明較佳實施例的光罩製作流程圖。圖2A~2F為本發明較佳實施例的光罩製作示意圖。

本實施例的光罩，其包括可撓性基板11以及遮光層12。可撓性基板11的表面具有複數個微結構11a。本實施例以微結構11a呈現凹陷構形為例，但不以此為限。遮光層12充填於該些微結構11a且為單一層 體，遮光層12與微結構11a形成一圖案化遮光層。但於其他實施態樣中，亦可有遮光層同時設置於微結構11a之間的可撓性基板11表面。亦即，可依據不同的設計，使得遮光層僅設置於微結構11a，或者遮光層可設置於微結構11a以及部份或全部可撓性基板11的表面。

本實施例所稱的「遮光層」是為製造過程中遮光材料固化後的層體，而「圖案化遮光層」則是光罩完成後實際設置於基板的遮光層。須注意的是，若遮光層塗佈時已形成圖案化的外觀，則該實施例的遮光層等同於圖案化遮光層。而若該實施例的遮光層塗佈後尚須其他步驟方能形成光罩完成後的遮光層外觀，則該實施例中遮光層僅為製作過程的中間產物，且遮光層與圖案化遮光層不同。

以下將詳述，本實施例的光罩的製作過程。

本實施例的光罩製作步驟至少包括：提供可撓性基板11(步驟S1)。

本實施例的可撓性基板11的材質為聚氨酯丙烯酸酯(PUA)、聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，PVA)、紫外光硬化樹脂、聚二甲基氧烷(PDMS)、前述材質的組合、或其他具透光性之軟性高分子材料。其中聚二甲基氧烷(PDMS)可依據不同的需求選用h-PDMS、s-PDMS、UV-PDMS其中一者。

本實施例中採用可撓性基板的好處在於，即便晶圓尺寸增大而同時使得晶圓表面的不平整度一併隨之放大，相較於傳統的剛性基板所製成的光罩，由可撓性基板所製成的光罩因可撓曲而能與晶圓表面有較佳的貼合度，故能夠降低在曝光顯影製程中因晶圓表面不平整所產生的誤差而使製得的晶圓電路亦有較佳的線寬精度。

接著，於可撓性基板11上形成複數個微結構11a(步驟S2)。可撓性基板11上的微結構11a可透過基板11以澆鑄的的方式從主模具10複製而成，或者以機械加工或化學蝕刻方式於基材形成板件後於其表面加工製作。而本實施例以可撓性基板11以澆鑄方式從主模具10複製為例。

請一併參考圖2A~2C，首先，本實施例採用矽晶圓作為主模具10的材質，並透過化學乾式蝕刻方式於矽晶圓表面製作複數個凸出柱 狀的微結構，形成主模具10。接著，再將基材(例如PDMS)以澆鑄方式，填充於主模具表面(圖2B)，並加熱使基材固化形成可撓性基板11。最後，再將完全固化的可撓性基板11自主模具10剝離，形成如圖2C所示表面具凹陷洞狀結構的PDMS透光基板。本實施例的其一實驗例可採用40℃~100℃加熱使基材固化形成可撓性基板11。

於可撓性基板11上塗佈遮光材料，使可撓性基板11上形成遮光層12(步驟S3)。然而，本實施例採用旋轉塗佈(Spin Coating)的方式，但亦可有實施態樣的遮光材料是透過霧化噴塗搭配氣刀刮除的方式設置於可撓性基板11。或者可透過刮刀塗佈、或是浸潤塗佈的方式亦可達成相似的塗佈效果。

遮光材料是一溶液，例如可為碳黑光阻劑、紅光阻劑或綠光阻劑或任何可遮蔽特定波長之可旋轉塗佈遮光材料的溶液。此外，亦可於步驟S3之前增加一個表面處理的步驟。

固化遮光層12，且遮光層12為單一層體(步驟S4)。遮光層12形成於可撓性基板11上並作為遮光之用。在本實施例中不特別限制遮光層12之態樣。且，依據不同的遮光材料，遮光層12可為碳黑光阻、紅光阻或綠光阻所構成。

由圖2D中可知遮光材料塗佈於微結構11a時，會因為微結構11a邊緣的表面張力作用呈現略為凹陷。且本實施例可透過調整遮光材料的份量或旋轉塗佈的速度，使得遮光材料僅充填於微結構11a處，換言之，可使遮光層12與微結構11a直接形成圖案化遮光層。

補充說明的是，若為旋轉塗佈，旋轉塗佈的速度將會依據遮光材料的流動性、可撓性基板11的表面粗糙度以及該些微結構的分佈情況或構造而有所調整。

另外，微結構11a的形狀以及深度的設計將會取決於於遮光材料本身的穿透率而有所調整，以碳黑光阻劑為遮光材料為例，碳黑光阻劑對於紫外光的光學密度(Optical Density，O.D.)約為3/μm，意即每1μm厚度的碳黑光阻層對於紫外光穿透率約為0.001。換言之，微結構11a的深度(碳黑光阻層厚度)會影響紫外光穿透率，較淺的微結構11a具有 較高的光穿透率，較深的微結構11a則具有較低的光穿透率。

雖本實施例的微結構11a設計為矩形的態樣，但亦可有其他實施態樣，例如梯形、楔形或是金字塔形狀的外觀，使得充填於各微結構11a的遮光材料的厚度並非一致，故可形成具有多種不同穿透率的遮光層。

依據上述步驟，本實施例的其一實驗例採用以下控制條件形成光罩。首先，於基板通以15瓦特的氧電漿兩分鐘，增加基板表面的親水性。接著，再以4000rpm的速度旋轉塗佈遮光材料，遮光材料以碳黑光阻劑EK520為例。碳黑光阻劑EK520約莫包含22.5重量百分比的碳黑粒子。接著，再以攝氏70℃烘烤碳黑光阻劑EK520兩分鐘，即可形成如圖2D所示的光罩結構。

接著，圖2E及圖2G，即為應用沿前述光罩結構於半導體製程的示意圖。將本實施例的光罩貼覆於半導體基板20上的光阻層21上，並透過曝光顯影後，移除光罩，可形成如圖2F、圖2G的半導體結構。

接著，請一併參考圖1、圖3至圖4C，圖3為圖1的光罩製作的步驟S5的詳細流程圖。圖4A~4C為本發明較佳實施例的光罩又一製作示意圖。

本實施例的光罩製作過程更包含「固化遮光層12後移除部份遮光層12，以形成圖案化遮光層(步驟S5)」的步驟。亦即除了使遮光層12與微結構11a直接形成圖案化遮光層的作法以外，亦可額外的增加一個移除步驟，形成相似的遮光層12結構。

於基板11上旋轉塗佈(Spin Coating)遮光材料，使可撓性基板11上形成遮光層12(步驟S3)可形成如圖4A的情況，亦即，遮光材料除了充填於微結構11a處以外，亦塗佈於微結構11a之間的可撓性基板11的表面。此時則須透過移除部份遮光層，以形成圖案化遮光層(步驟S5)。

詳細而言，步驟S5更包括：提供熱塑性高分子板材13貼附於遮光層上(步驟S51)。熱塑性高分子板材13可為軟性模材，例如可為聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、硬式聚氯乙烯(Rigid PVC)、聚乙烯醇(PVA)、聚醯胺(PA)、或聚乳酸(PLA)、或其他具有黏附特性之合適膜材所構成。於此係以聚對苯二甲酸乙二酯(PET)作為熱塑性高分子板材13為例。選 用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)的原因為其具有較低的玻璃態轉移溫度(約攝氏70度)，以及其具有較佳的表面附著力。但不以選用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)為限制。

接著，使熱塑性高分子板材13與遮光層12接合(步驟S52)。透過施以適當壓力及溫度，例如本實施例可有一實驗例的操作條件為提供一分鐘的0.2MPa、攝氏80℃的壓力及溫度施加於厚度為17μm的熱塑性高分子板材13，使熱塑性高分子板材13表面發生融熔並與塗佈於基板11的表面的遮光層12黏接。

接著，移除熱塑性高分子板材13，使部份遮光層12隨同熱塑性高分子板材移除(步驟S53)。藉此，可將塗佈於可撓性基板11的表面的遮光層12移除，使得遮光材料僅充填於微結構11a處。

請一併參考圖5A至圖6B，圖5A~5B為本發明較佳實施例的光罩製作過程中旋轉塗佈旋轉碳黑光阻劑於具有圓洞結構的光罩的觀測圖及局部放大圖。圖6A~6B為圖5A~5B移除部份碳黑光阻劑後的光罩觀測圖及局部放大圖。

由圖5A中可知碳黑光阻劑旋轉塗佈於可撓性基板時，將會充填於微結構內，且因微結構邊緣所形成的表面張力作用而呈現略為凹陷。圖6A~圖6B則為利用熱塑性高分子材料板材移除部份碳黑光阻劑後的光罩觀測圖。將塗佈於可撓性基板的表面的遮光層大部分將會被移除，使得遮光材料僅充填於微結構處，並形成光罩。

綜上所述，本發明透過於可撓性基板上形成複數個微結構，並以塗佈的方式將遮光材料形成於可撓性基板，此種製作方式相較習知的採用金屬層體為遮光材料的方式更為成本更低、製程速度較快、操作溫度較低、容易製作以外，因遮光材料為溶液，亦可使得遮光層的層體均勻性較佳。此外，藉由選用可撓性基板更可使得光罩與半導體基板的密合度較高，曝光顯影的精度較佳。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

S1~S5‧‧‧步驟

Claims (8)

1. 一種光罩的製造方法，其步驟包括：提供一可撓性基板；於該可撓性基板上形成複數個微結構；於該可撓性基板上以濕式製程方式將一液態遮光溶液充填於該些微結構內，使該可撓性基板形成一遮光層；固化該遮光層；以及移除部份該遮光層以形成一圖案化遮光層，其步驟包括：提供一熱塑性高分子板材貼附於該遮光層上；使該熱塑性高分子板材與該遮光層接合；及移除該熱塑性高分子板材，使部份該遮光層隨同該熱塑性高分子板材移除；其中，該遮光層為單一層體。
2. 如申請專利範圍第1項所述的製造方法，其中該可撓性基板的材質為聚氨酯丙烯酸酯、聚乙烯醇、紫外光硬化樹脂、聚二甲基氧烷或其組合。
3. 如申請專利範圍第1項所述的製造方法，其中該遮光層之材質為碳黑光阻、紅光阻或綠光阻。
4. 如申請專利範圍第1項所述的製造方法，其中該遮光層與該些微結構直接形成一圖案化遮光層。
5. 如申請專利範圍第1項所述的製造方法，其中該熱塑性高分子板材為一聚對苯二甲酸乙二酯、硬式聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚醯胺、或聚乳酸所構成。
6. 如申請專利範圍第1項所述的製造方法，其中該液態遮光溶液藉由旋轉塗佈、霧化噴塗、刮刀塗佈、或是浸潤塗佈的方式形成於該可撓性基板。
7. 一種光罩，包括：一可撓性基板，其表面具有複數個微結構，該可撓性基板的材質為聚氨酯丙烯酸酯、聚乙烯醇、紫外光硬化樹脂、聚二甲基氧烷或其組合；以及一遮光層，將一液態遮光溶液充填於該些微結構且固化為單一層體，該 遮光層與該些微結構形成一圖案化遮光層，該圖案化遮光層之材質為碳黑光阻、紅光阻或綠光阻，該遮光層於該微結構呈部分凹陷。
8. 如申請專利範圍第7項所述的光罩，其中該遮光層同時設置於該些微結構之間的該可撓性基板表面。