TWI712851B - 光罩、光罩之製造方法及電子元件之製造方法 - Google Patents

光罩、光罩之製造方法及電子元件之製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種可使用近接曝光裝置進行高解析度之光微影法之光罩。 光罩10係具備將形成於透明基板21上之透過控制膜圖案化而成之轉印用圖案之近接曝光用光罩，上述轉印用圖案包含於上述透明基板21上形成透過控制膜而成之寬度10 μm以下之線狀之透過控制部36、及供上述透明基板21露出並且鄰接於上述透過控制部36之透光部37。上述透過控制部36相對於對上述光罩10進行曝光之曝光之光具有超過180度之相位偏移量。

Description

光罩、光罩之製造方法及電子元件之製造方法
本發明係關於一種光罩、光罩之製造方法及電子元件之製造方法。
於平板顯示器及半導體積體電路等電子元件之製作中，使用具有於透明基板之一主表面上對遮光膜等光學膜進行圖案化而形成之轉印用圖案之光罩。
尤其是，作為半導體積體電路(以下，LSI：Large-scale Integrated Circuit)製造用光罩，已知有半色調型相移光罩。該光罩將二元光罩中之遮光區域設為具有圖案不會轉印之程度之透過率者，作為使透過之光之相位偏移180度之構造，提高解析性能(非專利文獻1)。
另一方面，於圖像顯示裝置中，亦產生了對增大像素數且具有更高之解析度者之要求，因此，正進行將相移光罩用於圖像顯示裝置之製造之嘗試(專利文獻1)。
又，已知有用於平板顯示器之製造之多階之半色調光罩。例如，於透明基板上具備透過率為20～50%、相位差為60～90度之半透過膜圖案及遮光膜圖案。藉由使用此種多階之半色調光罩，可利用1次曝光形成膜厚根據位置而不同之光阻圖案，可削減平板顯示器之製造步驟中之微影術之步驟數，從而可降低製造成本。此種用途之半色調光罩可利用透明基板、半透過膜及遮光膜實現3灰階，又，亦可實現使用複數個透過率之半透過膜之4灰階以上之半色調光罩(專利文獻2)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2014-092727號公報 [專利文獻2]日本專利特開2018-005072號公報 [非專利文獻] [非專利文獻1]田邉功、竹花洋一、法元盛久著、「光罩電子零件製造之基礎技術」初版、東京電機大學出版局、2011年4月20日、p.245-246
[發明所欲解決之問題]
於平板顯示器之製造中，存在應用近接(proximity)曝光方式之情形。近接曝光裝置與投影(projection)曝光裝置相比較，於解析性能方面不及投影曝光裝置。然而，近接曝光裝置於光罩與被轉印體(顯示器基板等)之間不設置成像光學系統，因此，裝置構成簡單，裝置導入相對較容易，又，製造上之成本優勢高。近接曝光裝置主要應用於液晶顯示裝置之彩色濾光片(CF：Color Filter)中使用之黑矩陣或黑色條紋(以下亦稱為黑矩陣等)或感光性間隔件(PS：Photo Spacer)之製造。又，亦可用於有機EL顯示裝置之黑矩陣等之製造。
另一方面，因平板顯示器之像素密度增大或亮度增大、及省電之要求，於製造步驟中使用之光罩中，轉印用圖案之微細化傾向亦較顯著。若於微細之圖案之轉印中使用投影曝光方式，則解析力較有利，但失去利用近接曝光之上述優勢，因此，一面應用近接曝光方式一面細緻地轉印微細之圖案為新課題。 [解決問題之技術手段]
本發明之第1態樣係一種近接曝光用光罩，其係具備將形成於透明基板上之透過控制膜圖案化而成之轉印用圖案者， 上述轉印用圖案具有：透過控制部，其係於上述透明基板上形成透過控制膜而成，且為寬度10 μm以下之線狀；及 透光部，其供上述透明基板露出，並且與上述透過控制部鄰接而夾隔上述透過控制部；且 上述透過控制部相對於對上述光罩進行曝光之曝光之光具有超過180度之相位偏移量。
本發明之第2態樣係如第1態樣之光罩，其中 上述透過控制部具有之相對於曝光之光之相位偏移量ϕ滿足下式： ϕ≧195。
本發明之第3態樣係如第1或第2態樣之光罩，其中 上述透過控制部具有之相對於曝光之光之相位偏移量ϕ滿足下式： 225≦ϕ≦330。
本發明之第4態樣係如第1至第3態樣中任一態樣之光罩，其中 上述透過控制部相對於曝光之光之透過率未達30%。
本發明之第5態樣係如第1至第4態樣中任一態樣之光罩，其中 上述光罩係正型感光性材料曝光用。
本發明之第6態樣係如第1至第5態樣中任一態樣之光罩，其中 上述光罩用以藉由具有波長313～365 nm之波長區域之曝光之光進行近接曝光。
本發明之第7態樣係如第1至第6態樣中任一態樣之光罩，其中 上述透過控制部係具有3～10 μm之寬度之線圖案。
本發明之第8態樣係如第1至第7態樣中任一態樣之光罩，其中 上述轉印用圖案係黑矩陣或黑色條紋形成用圖案。
本發明之第9態樣係一種平板顯示器用電子元件之製造方法，其包括如下步驟： 準備第1至第8態樣中任一態樣之光罩；及 轉印步驟，其係藉由近接曝光裝置對上述光罩進行曝光，於形成於被轉印體上之正型感光性材料膜轉印上述轉印用圖案；且 於上述轉印步驟中，應用將近接間隙設定為50～150 μm之範圍之近接曝光。
本發明之第10態樣係一種光罩之製造方法，係具備將形成於透明基板上之透過控制膜圖案化而成之轉印用圖案之近接曝光用光罩之製造方法，且該方法包括如下步驟： 準備於上述透明基板上形成有上述透過控制膜之光罩基底；及 圖案化步驟，其係對上述透過控制膜實施圖案化，而形成上述轉印用圖案，且 上述轉印用圖案包含：透過控制部，其係於上述透明基板上形成上述透過控制膜而成，且為寬度10 μm以下之線狀；及 透光部，其供上述透明基板露出，並且與上述透過控制部鄰接而夾隔上述透過控制部；且 上述透過控制部相對於對上述光罩進行曝光之曝光之光具有未達30%之透過率、及超過180度之相位偏移量。 [發明之效果]
根據本發明，可提供一種可使用近接曝光裝置以高解析度轉印具有更微細之尺寸之轉印用圖案之光罩。
於平板顯示器等想要獲得之電子元件之設計高精細化且密度增大時，若僅將用以製造該電子元件之光罩之轉印用圖案單純地微細化，則會產生不便。
例如，於使用近接曝光方式對包含線與間隙圖案之轉印用圖案進行曝光時，伴隨著其圖案寬度(CD：Critical Dimension)或間距寬度變得微細，於被轉印體中，圖案之解析變得困難。其原因在於：伴隨著微細化，光之繞射之影響變大。
於圖1中，表示用以形成黑矩陣等之轉印用圖案35之一例。該轉印用圖案35形成於透明基板21(參照圖5)上，且具有透過控制部36及透光部37。透光部37係供透明基板21之正面露出之間隔部分，透過控制部36係於透明基板21上形成有透過控制膜之線部分。亦即，該轉印用圖案35係包含透過控制部36之線圖案與鄰接於其之透光部37規則性地重複，並以固定之間距P平行地排列。
然，於先前之光罩中，相當於透過控制部36之區域於透明基板上作為形成有實質上不使曝光之光透過之遮光膜之遮光部形成。於此情形時，隨著圖案微細化且CD變小，藉由近接曝光而形成於被轉印體上之轉印像之對比度劣化。認為其原因在於：於線圖案之邊緣，產生光之繞射，其影響隨著圖案之微細化而變大至不可忽視之水準。
此時，會產生被轉印體上之感光性材料被曝光、顯影而形成之感光性材料圖案(成為欲獲得之元件之一部分之立體構造物、或作為蝕刻遮罩利用之抗蝕劑圖案)之形狀或尺寸與設計不同之缺陷。再者，以下，為方便起見，亦將被轉印體上之感光性材料稱為抗蝕劑。
另一方面，具有相對於曝光之光具有特定範圍之透光率且使曝光之光之相位偏移180度之構造(相移膜)之所謂半色調型相移光罩代替遮光膜於主要應用投影曝光之半導體裝置製造用光罩(LSI光罩)之領域利用。因此，考慮藉由將該半色調型相移光罩用作近接曝光用光罩而更準確地對轉印用圖案進行轉印之可能性。因此，研究了於圖1中之透過控制部36形成使透過光之相位偏移180度之相移膜時之圖案之轉印性之提昇。然而，如下述實施形態所示，其效果未必如所期待。
一般而言，已知於藉由近接曝光而形成轉印像之原理中，菲涅爾繞射發揮作用。圖24係表示於近接曝光中，透過具有利用遮光膜形成之遮光部、及透光部之光罩之曝光之光到達至被轉印體上之一點之情況之模式圖。光波藉由實線及虛線之週期構造而表示。實線表示波之山，虛線表示波之谷(亦可將山與谷反轉考慮)。可知，通過光罩之光一面於邊緣繞射(散射)一面前進。如圖24所示，一部分繞射光亦可到達至與遮光部對應之被轉印體上之區域。
接下來，圖25表示代替上述遮光部而設置利用具有特定之透過率、及相移作用之透過控制膜形成之透過控制部之情形。此處，除來自透光部之繞射光以外，透過控制部之透過光(具有與透過透光部之光不同之相位)亦到達至被轉印體上。於圖25中，透過透過控制部之光成為與其透過率對應之光強度，因此，以細線(直線及點線)表示。
於上述圖24、圖25之任一情形時，被轉印體上之一點(x，y)中之光之振幅資訊U(x，y)均於以下菲涅爾繞射式(1)中近似。(J. W. Goodman, Introduction to Fourier Optics (3rd Edition); Roberts & Company Publishers (2016) : 66-7)
式(1)中，ξ及η分別表示光罩上之X座標及Y座標。即，U(ξ，η)係光罩上之座標(ξ，η)中之光之振幅資訊。又，z表示近接間隙，λ表示曝光之光之波長，k表示波數，j表示虛數單位。
[數1]
Figure 02_image001
而且，將被轉印體上之特定面內之所有位置中之上述振幅資訊U(x，y)統合所得者決定轉印像之光強度分佈，且被轉印至被轉印體上。
由上式(1)可知，於對光罩之轉印用圖案進行近接曝光時，使被轉印體上之光之相位、振幅最佳化對提高所形成之轉印像之解析性較有用。因此，對在既有之二元光罩中產生之菲涅爾繞射，考慮可使之產生更有利之光強度分佈之可能性。
根據本發明者之研究，於考察上述情況時發現，於投影曝光中使用之半色調型相移光罩之相位偏移量(180度)未必於近接曝光中為最佳。
而且，研究之結果得知，於藉由具有相移作用之透過控制膜形成近接曝光用之轉印用圖案(例如圖1中之透過控制部36)且將其相位偏移量設為較既有之半色調型相移光罩之相位偏移量更大之值時，可更有效地抑制微細圖案之解析性之劣化。
[實施形態1] 參照圖1、圖5，本實施形態1之光罩10係於主面為長方形或正方形之板狀之透明基板21之一主面設置特定之轉印用圖案35而構成。透明基板係使用對合成石英等透明材料進行加工將主表面研磨為平坦、平滑者。作為平板顯示器用光罩基板，較佳地使用主面之一邊例如為300～2000 mm、厚度為5～16 mm者。
將光罩10具有之轉印用圖案35例示於圖1。該轉印用圖案35形成有於透明基板21之正面形成有透過控制膜而成之線狀之透過控制部36介隔透光部37以特定之間距規則性地排列而成之線與間隙圖案。
轉印用圖案35較佳為如下形狀。例如，轉印用圖案35包括包含透過控制部36之線圖案，其寬度B較佳為 3≦B≦10(μm)， 更佳為 3≦B≦8(μm)， 進而佳為 3≦B≦6(μm)。
根據上述，於平板顯示器中，可獲得開口率較高之良好之黑矩陣或黑色條紋(以下，亦將其等總稱為黑矩陣52)。即便此種具有微細之CD之高精細圖案，若應用本發明，亦可減少解析性之劣化，效果顯著。
又，轉印用圖案35可為上述寬度之線圖案介隔包含透光部37之間隔圖案規則性地排列之線與間隙圖案，或者，亦可進而具有與上述線圖案交叉(以直角、銳角或鈍角)之其他線圖案。即，亦可形成線與間隙圖案縱橫排列之格子狀圖案。該其他線圖案亦可同樣地設為於透明基板上包含透過控制部36者。其他線圖案亦可設為包含寬度B'之遮光部者。於此情形時，較佳為B'＞B。
此處，於圖1之線與間隙圖案中，構成線圖案之透過控制部36之寬度為B，構成間隔圖案之透光部37之寬度為D。因此，線與間隙圖案之間距P為B+D。
又，圖1之線與間隙圖案之間距P可設為 10≦P≦35(μm)， 更佳可設為 15≦P≦35(μm)。 於間距P為此程度時，可適當地用於250 ppi至最大850 ppi左右之高精細之顯示器。
又，於使用此種轉印用圖案進行近接曝光時，近接間隙G較佳地使用50～200 μm。而且，根據本發明，即便於存在近接間隙G之面內不均勻之情形時，亦可減少因此產生之轉印像之面內不均勻。近接曝光之準直角較佳為1.5～2.5度左右。
考慮使用如上所述之轉印用圖案，於被轉印體51上，與上述寬度B之線狀透過控制部36對應而形成寬度10 μm以下之線狀圖案。例如，作為3～10 μm寬度及更微細者，可形成3～8 μm寬度、進而3～6 μm寬度之圖案，而形成微細寬度之黑矩陣52。
於本實施形態1之光罩10中，用以形成透過控制部36之透過控制膜具有相對於對光罩10進行曝光之曝光之光使其相位偏移ϕ(度)之作用。即，透過控制膜之相位偏移量ϕ為 ϕ＞180(度)。
再者，所謂ϕ＞180、即超過180度之相位偏移量表示由式(2)定義之相位偏移量ϕ之範圍。式(2)中之M表示非負之整數。 180+360M＜ϕ＜360+360M(度)           ‥‥‥(2)
此處，所謂對光罩10進行曝光之曝光之光，係藉由近接曝光裝置50(參照圖2)對轉印用圖案35進行曝光，且用於轉印之光，較佳地使用包含313～365 nm之範圍內之波長之曝光之光。於包含複數個波長之曝光之光中，可將上述波長範圍所包含之任一波長(較佳為具有強度峰值之波長)作為代表波長，設為上述相位偏移量ϕ之基準。
例如，於使用包含313～365 nm之範圍內之波長之曝光之光之情形時，可將短波長側之313 nm作為代表波長，亦可將接近上述波長區域之中央值之334 nm作為代表波長。或者，亦可將處於上述波長範圍之最長側之365 nm設為代表波長。
進而，於曝光之光包含複數個波長之情形時，較佳為對上述波長範圍所包含之所有波長設為ϕ＞180。
因此，例如，於光罩10為用以藉由包含波長313～365 nm之波長區域之曝光之光進行近接曝光之光罩之情形時，可設為上述透過控制部36相對於最長波長側之波長365 nm之光具有超過180度之相位偏移量之光罩。於此情形時，實質上，相對於曝光之光所包含之上述波長範圍之所有波長，透過控制部36之相位偏移量成為超過180度之值。 或者，於曝光之光之波長設為包含365～436 nm(i射線、h射線、g射線)者之情形時，亦可將最長波長側之436 nm設為代表波長，將相對於其之透過控制膜之相位偏移量ϕ設為ϕ＞180。進而，於使用之曝光之光之波長區域，亦可將光強度最大之波長設為代表波長。於將高壓水銀燈設為曝光之光源使用i射線、h射線、g射線之情形時，光強度最大者一般而言為i射線。
又，用以形成透過控制部36之透過控制膜相對於曝光之光具有透過率T。該透過率T為將透明基板之透過率設為1.0(100%)時之數值。又，此處所謂之透過率可設為相對於與關於上述相位偏移量描述者同樣之代表波長之透過率。
透過控制部36較佳為設為未達0.3(30%)之正透過率T。對於透過控制部36之透過率T及相位偏移量ϕ之詳情，於下文中進行敍述。
本實施形態1之光罩10較佳地用於將構成平板顯示器之各子像素間分離之黑矩陣52(參照圖3)之製作。
即，光罩10係於被轉印體51上形成殘存感光性材料之部分及未殘存感光性材料之部分之2灰階之光罩，透過控制部36與先前之二元光罩之遮光部對應。
黑矩陣52形成於被轉印體51(顯示面板基板等)上之與圖1中之透過控制部36對應之位置。對於黑矩陣形成步驟，於下文中進行敍述。再者，平板顯示器係使用本實施形態1之光罩10製作之電子元件之一例。
於平板顯示器為液晶顯示器之情形時，係於對向配置之彩色濾光片基板與TFT(Thin-Film-Transistor，薄膜電晶體)基板之間密封液晶而製作。黑矩陣52形成於彩色濾光片基板之一面。於相鄰之黑矩陣52之間，以特定之順序形成紅、綠及藍之彩色濾光片。
於平板顯示器為有機EL(electro-luminescence，電致發光)顯示器之情形時，於相鄰之黑矩陣52之間以特定之順序形成紅、綠及藍之有機EL發光元件。
於任一情形時，黑矩陣52均發揮防止子像素間之混色或漏光使顯示於平板顯示器之圖像、影像鮮明之功能。為了實現高精細、即各個像素較小且像素密度較大並且明亮之平板顯示器，必須較窄(例如3～10 μm、更佳為3～8 μm)且精緻地形成黑矩陣52之寬度。即，可將微細寬度之圖案解析於被轉印體51上為關鍵。
以下，以圖1所示之寬度B及D為表1所示之值之情形為例進行說明。
[表1]
Figure 108136567-A0304-0001
於本發明之光罩10之曝光中較佳地使用近接曝光裝置50。圖2係模式性地說明近接曝光裝置50之構成之說明圖。近接曝光裝置50若將自光源57出射之光經由照明系統58而照射至光罩10之背面12側，則透過至形成有轉印用圖案之正面11側，並到達至被轉印體51。於光罩10與被轉印體51之間設置近接間隙G。
光源57可設為高壓水銀燈。高壓水銀燈於i射線、h射線、g射線具有較強之峰值，但於本實施形態1之光罩10之曝光中，較佳為利用i射線(波長λ=365 nm)及較其為短波長側之光譜群。例如，使用相對於365 nm、334 nm、及313 nm之峰值具有良好之感度域之正型抗蝕劑較為有用。
再者，圖3及圖4例示形成於被轉印體51上之黑矩陣52。此處圖示之黑矩陣52係包含正型之感光性材料之線部以特定間距P排列之線與間隙圖案。若將線部之寬度(CD)設為E(μm)、將間隔部之寬度(CD)設為F(μm)，則間距P為E+F，與上述轉印用圖案之間距P(亦即B+D)相同，即為 P=E+F=B+D。
另一方面，黑矩陣52之線部之寬度E可與圖1中之線圖案之寬度B相同，或者，亦可小於B。即為 E≦B。 於E＜B之情形時，若設為： β=B－E(＞0)， 則β(μm)(偏壓值)可設為： 0＜β≦2。
β之值可根據曝光時之照射光量與抗蝕劑感度閾值之相對關係進行調整。
但是，當於被轉印體51上形成所需之寬度之轉印像作為黑矩陣52之線部E時，可將於對應之光強度分佈曲線上表示其寬度之光強度值設為抗蝕劑感度閾值。
圖5係說明於對光罩10具有之線圖案進行近接曝光時形成於被轉印體51上之光強度分佈之一例之說明圖。
即，圖5(a)表示使用圖1說明之具有包含透過控制部36之線圖案(寬度5 μm)之光罩10之剖面，圖5(b)表示對該光罩10進行近接曝光時之圖案位置、及與其對應之被轉印體51上之光強度之分佈。於圖5(b)中，橫軸表示將線圖案之中心設為中央之位置，縱軸係被轉印體51上之光強度。
此處，圖5(b)之縱軸刻度之100(%)係指光強度為100%。其與藉由透過透明基板(即，相對於曝光裝置之解析極限具有足夠大之CD之透光部37)之光而由被轉印體51接收之光強度相等。另一方面，縱軸刻度之零係指被轉印體51實質上未曝露於曝光之光。以下之光學模擬係基於上述基準而量化者。
再者，於圖5中，之所以觀察到光強度超過100%之部分，係由到達至被轉印體51上之該位置之光之干涉作用導致。
此種光強度分佈可藉由光學模擬而高精度地求出。
圖6分別表示根據複數個轉印用圖案之設計而獲得之光強度分佈之模擬結果。此處，表示使近接間隙G、構成線圖案之透過控制部36之透過率T及相位偏移量ϕ分別變化時產生之被轉印體51上之光強度分佈之變化。
於表2表示透過控制部36之透過率T及相位偏移量ϕ之組合。
[表2]
Figure 108136567-A0304-0002
於符號a至i中，光罩10之圖案設為利用使用圖1說明之線與間隙圖案使無限長之線圖案以等間距無限地排列者。
符號a係由實質上不使曝光之光透過之遮光膜形成透過控制部36之所謂二元光罩。
符號b係透過控制部36使曝光之光一部分透過且不具有相移作用之半色調光罩(圖6中顯示為HTM)。
符號c至i係透過控制部36使透過光一部分透過並且分別具有不同之相位偏移量之光罩10(圖6中顯示為PSM)。符號f所示之相位偏移量ϕ為180度之相移光罩自先前以來於投影曝光方式中使用。於以下說明中，將符號f所示之相移光罩記載為180度相移光罩。
又，將相位偏移量小於180度之符號c、d、e之光罩10設為低相移光罩，將大於180度之符號g、h、i之光罩10設為過偏移角相移光罩。
於圖6之右端表示光強度分佈之通例。與圖5同樣，橫軸表示將線圖案之中心設為中央之相對位置，縱軸表示被轉印體51上之光強度。縱軸之範圍為0%至180%。
圖6自左端之行起依序排列表示於將使用圖2說明之近接間隙G設為50 μm、75 μm、100 μm、125 μm及150 μm時形成於被轉印體51上之光強度分佈之模擬結果。
再者，安裝於近接曝光裝置50之光罩10因產生自重導致之彎曲，故而於光罩10之中心附近與外緣附近，近接間隙變為不同之數值之情形不少。或者，亦存在因出於減少該彎曲之目的而對光罩10施加負荷之保持機構等導致產生更複雜之近接間隙之面內分佈(不均)之情形。尤其是，尺寸較大之平板顯示器用光罩10之該傾向顯著。於圖6中，使近接間隙G之水準變化係考慮該影響者。
即，針對於光罩面內在某種程度上無法避免近接間隙之值產生分佈之情況下對被轉印體51上之轉印像產生何種影響，使用利用菲涅爾繞射之光學模擬進行驗證。
於模擬中，應用包含波長為313 nm、334 nm及365 nm之光(強度比0.25:0.25:0.5)之寬波長區域之曝光條件。其等係高壓水銀燈之放射光譜中之適合應用於黑矩陣52之製造之抗蝕劑之感光區域之i射線以下之主要之峰值分量。又，於模擬時，準直角設為2.0度。再者，透過控制部36之相位偏移量ϕ係如於圖6之a～i之每個光罩所示(藉由模擬器特性，於每個波長與特定ϕ一致)。
於以下視點評估圖6所示之於各條件下獲得之光強度分佈。該等光強度分佈曲線與藉由光罩10之曝光而於被轉印體51上獲得之抗蝕劑圖案(如上所述，包括包含感光性材料之立體之構造物)之形狀相關。首先，較理想為光強度分佈之對比度較高。例如，較佳為於光強度分佈曲線中，處於中央附近之光強度之底部中之最小值相較於在兩側觀察到之最大值足夠小。此方面能夠藉由下述Michelson Contrast而定量性地進行評估。
另一方面，於光強度分佈曲線中，於相對於兩側之中央之底部不夠低之情形時，線圖案之解析性劣化。例如，於圖6中，於符號a、b、c之光罩10(區域(A)之光罩)中存在該傾向，尤其是，示出隨著近接間隙G變大而線圖案不易解析之狀態。
又，較佳為於微細線圖案形成時之光強度分佈曲線中，底部附近之向下凸形狀更尖銳。
進而，根據圖6，於符號d至f所示之相位偏移量ϕ為90度以上180度以下之低相移光罩(區域(B))中，於近接間隙G小之情形時(例如50 μm)，光強度分佈曲線示出中央具有較小之峰值之前端開裂形狀(凹陷形狀)。於產生此種前端開裂形狀之情形時，根據凹陷之深度，亦存在因光罩10之曝光導致形成於被轉印體51上之正型感光性材料之構造物產生不必要之凹陷等不佳之情形。由此，為了於被轉印體51上形成微細寬度之圖案，較佳為應用不會顯著產生前端開裂形狀之光罩10或條件。
另一方面，於符號g至i所示之過偏移角相移光罩(區域(C))中，於光強度分佈曲線中，相對於兩側之最大值之底部之最小值相對於其他光罩10相對較小，而示出優異之輪廓，並且對於近接間隙G之變動，亦於較寬之範圍內獲得良好之解析性。進而，於光強度分佈中未出現前端開裂形狀。
又，於圖6中，對符號f(相位差180度)與符號g(相位差225度)進行比較可知，無論近接間隙如何，相較於前者，後者之光強度分佈更有利。亦即，可知若透過控制部36之相位差超過180度，則朝向轉印性提昇之方向。
根據以上情況，於圖6中示出有著具有超過180度之相位偏移量之透過控制部36之過偏移角相移光罩與其他光罩10相比更有利。
將使用光學模擬進行過偏移角相移光罩之更詳細之評估所得之結果示於圖7。
圖7係將圖5所示者中之將近接間隙設為50 μm之情形之符號a、b、f、g、h、i之光罩10之光強度分佈重疊所得者。藉此，可理解本發明之過偏移角相移光罩相對於既有之光罩10之優點。
根據圖7，於符號h所示之過偏移角相移光罩中，光強度之最小值較小，且光強度之最大值亦較大，因此，曝光之光之對比度Co變高，於光強度分佈中亦未產生前端開裂形狀。又，符號g、符號i所示之過偏移角光罩10亦於光強度之最大值與最小值形成較大之差，較為有利。
可理解，於過偏移角相移光罩(g～i)中，於相位偏移量ϕ超過225度且未達315度之區域，對比度(相對於最大值之最小值之較低度)亦較優異。可知，於該區域，尤其是，於270≦ϕ時，底部附近之向下凸形狀尖銳，若用於正型感光性材料，則對收緊之微細之圖案之形成有利，微細寬度之線圖案之解析性優異。
可藉由以下方法對曝光之光之對比度Co定量性地進行評估。利用(3)式定義本實施形態1中之對比度Co。
[數2]
Figure 02_image003
Co係對比度(Michelson contrast)。 Imin為被轉印體51上之光強度分佈之最小值。 Imax為被轉印體51上之光強度分佈之最大值。
除利用對比度之數值進行之評估以外，以下表示關於光強度曲線之形狀之評估。本評估係關於欲使用過偏移角相移光罩進行之元件製造上之特性者，因此，期望更多之觀點。因此，參照圖8，說明光強度分佈形狀之評估方法。與圖5同樣地，橫軸表示位置，縱軸表示被轉印體51上之光強度。
假定圖8所示之L1～L3之3個光強度分佈曲線。此處，兩側(“肩”部)之最大值(Imax)係L2最高，相對較有利。又，中央底部部分之最小值(Imin)最低之L2於此方面亦相對最有利。
另一方面，根據本發明者之研究，該等光強度分佈曲線之形狀亦值得注目。即，於用以獲得微細之圖案之解析性之觀點上，光強度分佈曲線之向下凸形狀較細之L3非常有利。因此，就微細圖案之形成容易性之觀點而言，將於曲線出現之反曲點N之位置用於評估較有用。具體而言，於反曲點N之位置更靠內側(接近中央)之情形時，對應更高之評估。
為了定量性地表現上述情況，於各種條件下將藉由過偏移角相移光罩形成於被轉印體51上之光強度分佈曲線與既有之參照光罩(二元光罩(a)、及180°相移光罩(f))之光強度分佈曲線進行比較，而進行表3所示之評分。再者，於表3中，2個所謂參照光罩係指二元光罩(a)、及180°相移光罩(f)。
[表3]
Figure 108136567-A0304-0003
得分之最大值為+3、最小值為-3。基於表4，將各個過偏移角相移光罩之得分分級。以下，將該評分結果亦稱為形狀等級。
[表4]
Figure 108136567-A0304-0004
即，若為A等級，則對應於較既有之參照光罩，於被轉印體51上獲得之光強度分佈曲線之輪廓提昇，若為B等級，則相等，若為C等級，則毋寧說對應於轉印像之質量降低。
進而，對前端開裂形狀之有無及前端開裂部之深度進行評估。如圖9所示，於存在前端開裂形狀之光強度分佈中，將光強度之最小值(Imin)(%)與前端開裂部之中央之較小之峰值之光強度(Q)(%)之差定義為前端開裂部之深度δ。 δ=Q－Imin(%點數)・・・(4)
圖10至圖21係近接曝光之模擬結果之說明圖。圖10表示透過率T為5%之相移光罩之對比度Co。例如，最上列表示透過率T為5%、相位偏移量ϕ為180度之180度相移光罩。最下列表示透過率T為0%之二元光罩。180度相移光罩及二元光罩相當於上述參照光罩。倒數第二列表示無相移之半色調光罩。
小數點以下4位數之數值表示透過控制部36之透過率T、相位偏移量ϕ及近接間隙G各者之對比度Co。粗框之內側表示對比度Co較參照光罩之任一者均高之區域。
根據該結果可知，於相位偏移量ϕ滿足 ϕ≧195   ・・・(5) 之過偏移角相移光罩中，可獲得高於參照光罩之對比度。更佳為 195≦ϕ≦345。
進而，於 225≦ϕ≦330    ・・・(6) 之情形時，於近接間隙G較寬之範圍內獲得高於參照光罩之對比度。即，可知，無論近接間隙G之面內變動如何，均獲得優異之對比度。
另一方面，圖11表示以與圖10同樣之光罩10為對象對其光強度分佈曲線之形狀進行上述排等級所得之結果。圖之佈局及粗框與圖10相同。
根據圖11，於上述(5)式之範圍內，與參照光罩同等以上獲得有利之光強度分佈曲線之形狀，可知容易形成微細圖案。
圖12、圖14、圖16、圖18及圖20分別對透過率T為10%、15%、20%、30%及40%之相移光罩與圖10同樣地表示對比度Co。又，圖13、圖15、圖17、圖19及圖21同樣地分別表示透過率T為10%、15%、20%、30%及40%之相移光罩之形狀等級。
再者，圖13、圖15、圖17、圖19及圖21之影線表示於光強度分佈曲線中觀察到前端開裂部形狀之部分。縱線之影線表示前端開裂部之深度δ超過5%點數為10%點數以下。朝向右下之影線表示前端開裂部之深度δ超過10%點數為15%點數以下。朝向左下之影線表示前端開裂部之深度δ超過15%點數。
根據該等模擬結果可知，過偏移角相移光罩有利，尤其是，於其相位偏移量ϕ滿足(5)式時，可獲得既有之參照光罩以上之對比度或光強度分佈曲線之形狀等級(以下稱為形狀等級)。
尤其是，於透過率T為30%以下之情形時，可於近接間隙G之值較寬之範圍內獲得參照光罩以上之對比度及形狀等級。
相位偏移量ϕ之範圍更佳為設為 ϕ≦330。 此尤其於透過率T為10%以上之情形時，對比度Co較有利。 進而，較佳為 ϕ≦315。 此尤其於透過率T為15%以上之情形時，可獲得有利之對比度Co。 又，於為 ϕ≦300 之情形時，可於較寬之近接間隙G之數值範圍內獲得更優異之對比度Co及形狀等級。
再者，對於相位偏移量ϕ之範圍，形狀等級於近接間隙G較小(例如100 μm以下)之情形時良好。但是，於近接間隙G較小之區域，根據相位偏移量ϕ之值，存在光強度分佈曲線中產生前端開裂形狀之可能性，因此，若考慮該情況，則可設為 ϕ≧210， 更佳可設為 ϕ≧240， 進而佳可設為 ϕ≧255。
又，於為該 ϕ≧255 之範圍時，可於近接間隙G之值之較寬之範圍內獲得參照光罩以上之對比度及形狀等級。 於ϕ≧270 中，同樣之效果更顯著。
例如，若T為5～15%，則於 210≦ϕ≦315 時，可示出較參照光罩更優異之對比度或形狀等級，於 240≦ϕ≦315 時，於近接間隙G更寬之範圍內，獲得較參照光罩優異之對比度或形狀等級。
若T為5～20%，則於 210≦ϕ≦315 時，可示出較參照光罩優異之對比度或形狀等級，於 255≦ϕ≦315 時，可於近接間隙G更寬之範圍內，獲得較參照光罩優異之對比度或形狀等級。
再者，於T≧15%之過偏移角相移光罩中觀察到前端開裂形狀之光強度分佈，於T≧30%之過偏移角相移光罩中，產生前端開裂深度δ超過15%點數之部分。就該觀點而言，過偏移角相移光罩之透過控制部36之透過率T較佳為未達30%。
即，較佳為 T＜30， 更佳為 5≦T＜30。 於透過率T未達5%之情形時，產生無法充分地獲得過偏移角相移光罩之作用之風險。
但是，即便透過率T為30%以上，若將過偏移角ϕ之選擇設為 ϕ≧240， 則不會產生關於前端開裂之問題，而可進行圖案轉印。
又，於透過率T為30%以上之情形時，亦可分別獲得能夠獲得優異之對比度或形狀等級之區域，但於該區域，相較於T為20%以下之情形，於近接間隙G較小之區域(例如G＜100 μm)，有粗框內之寬度減小，又，形狀等級A之區域減少之傾向。若考慮該方面，則透過率T為20%以下之情形較有利。
另一方面，於透過率T為30%以上之情形時，於近接間隙G較大之區域(例如G≧100 μm)，相較於透過率T較小者，亦看出對比度Co之值較高。因此，亦可實現根據近接曝光裝置50之條件或環境，並配合於中心間隙值之數值而分開使用光罩10之透過控制部36之透過率T之最佳設計。
根據本實施形態1，可提供一種對使用近接曝光裝置50以高解析度轉印微細寬度之轉印用圖案有利之光罩10。即，可提供一種能夠不使用投影曝光裝置，而藉由使用近接曝光裝置50而提高成本效率，從而生產高精細之平板顯示器之大型之光罩10。
根據本實施形態1，可提供一種即便無法避免因自重等導致光罩面內之近接間隙G變動之情況下，亦可進行高解析度之圖案轉印之光罩10。尤其是，於用於平板顯示器之大型之光罩10中，容易產生因彎曲導致之近接間隙G之變動，因此，採用本實施形態1之光罩10較有效。
根據本實施形態1，可提供一種於使用利用正型感光性材料之抗蝕劑進行光微影法時可有利地活用菲涅爾繞射之特徵從而可精緻地進行圖案轉印之光罩10。
轉印用圖案35只要不損害本發明之效果，除供透明基板露出之透光部37、包含透過控制膜之透過控制部36以外，亦可包含由實質上不使曝光之光透過之遮光膜形成之遮光部等附加之圖案。作為附加之圖案，亦可為進而具有與上述透過控制部36不同之透過率、相位偏移量之半透光部等。
光罩10尤其有利地用於使用正型感光性材料之黑矩陣52之形成，但用途並不限定於該等。
本實施形態1之光罩10可較佳地應用於除上述提到之線與間隙圖案以外還包含如格子圖案般規則性地重複處於在光學上相互影響之距離之單位圖案之所謂密集圖案之轉印用圖案。
[實施形態2] 圖22係實施形態2之光罩10具有之轉印用圖案之模式放大前視圖。相對於圖1為線與間隙圖案、即相同形狀之線圖案及間隔圖案規則性地排列而成之密集圖案，圖22為孤立線圖案。再者，於因複數個單位圖案規則性地排列而相互產生光學作用之情形時，被稱為密集圖案之情況較多，但將此種無相互作用之圖案稱為孤立圖案。本實施形態2之光罩10具有之轉印用圖案係具有固定寬度B之孤立之線圖案，此處，B為5 μm。
於圖22之轉印用圖案中，亦與上述實施形態1同樣地，進行近接曝光之模擬，考察過偏移角相移光罩之轉印性。孤立線圖案中之對比度、光強度分佈曲線形狀之行為與上述實施形態1中之對比度、光強度分佈曲線形狀之行為相同，因此，確認了於孤立圖案中，過偏移角相移光罩亦有用。
圖23係說明利用實施形態2之光罩10之被轉印體51上之曝光量分佈之模擬結果例之說明圖。
再者，此處，由於為孤立圖案，且不會產生重複圖案彼此之光之干涉，因此，Imax之值較線與間隙圖案之情形更低。然而，可知此處符號g、h、i所示之過偏移角相移光罩亦與圖7相同，與既有之光罩相比，示出優異之轉印性能。
如上述實施形態1及2所示，可知，根據過偏移角相移光罩，可提供一種可使用近接曝光裝置50進行可穩定地對微細之線圖案進行解析之光微影法之光罩10。
又，根據本發明者之研究可知，即便光罩10具備之轉印用圖案為孤立圖案，亦可與上述實施形態1中所述同樣地獲得優異之作用效果。即，藉由本發明，可提供一種即便於根據光罩10之面內位置而近接間隙G變動之情形時亦可減少因此導致之轉印像之形狀(包含CD)之變化之光罩10。
尤其是，於用於平板顯示器之大型之光罩10中，於處於無法避免面內之近接間隙G之變化之情況時，採用本實施形態1及2之光罩10較有效。
進而，根據上述實施形態1及2，可提供一種可使用利用正型感光性材料之抗蝕劑進行高解析度之轉印之光罩10。
構成透過控制部36之透過控制膜設為具有特定之曝光之光透光率及相位偏移量者，因此，其組成或膜厚已被決定，其組成於膜厚方向可均勻，或者，亦可為將不同之組成或不同之物性之膜積層而構成一個透過控制膜者。
但是，只要不損害本發明之作用效果，則亦可具有附加性之不同之膜(遮光膜、蝕刻終止膜等)，亦可於透過控制膜之圖案之上表面側或下表面側具有附加性之膜之膜圖案。
又，亦可於轉印用圖案35之外周側具有附加性之膜圖案(例如遮光膜圖案)，亦可於此種附加性之膜圖案形成於光罩10曝光時或操作時參照之標記圖案。
與上述2個實施形態共通地，本發明之光罩10例如可利用以下製造方法製造。
首先，準備於透明基板21上成膜有透過控制膜之光罩基底。於透過控制膜成膜時，以相對於曝光之光滿足特定之透過率、及相位偏移量之方式，選擇其素材及膜厚。成膜方法可應用濺鍍法等公知之成膜方法。
繼而，準備於透過控制膜上形成有抗蝕劑膜之附有抗蝕劑之光罩基底。抗蝕劑可為正型，亦可為負型，但較佳為正型。
然後，對上述附有抗蝕劑之光罩基底實施圖案化。具體而言，使用雷射繪圖裝置等繪圖裝置進行利用特定之圖案資料之繪圖，且進行顯影。進而，將利用顯影形成之抗蝕劑圖案作為光罩，對透過控制膜實施幹式或濕式蝕刻而形成轉印用圖案35。然後，將抗蝕劑圖案剝離。
根據以上步驟，可藉由僅1次圖案化(即僅1次之繪圖)形成光罩10。即，較佳為僅將透過控制膜圖案化而成之光罩10。亦可視需要進行附加性之膜之形成、及圖案化。
透過控制膜之材料例如可設為含有Si、Cr、Ta、Zr等之膜，可自該等化合物選擇適當者。
作為含有Si之膜，可使用Si之化合物(SiON等)、或過渡金屬矽化物(MoSi、TaSi、ZrSi等)或其化合物(氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、碳氮氧化物等)。
作為含有Cr之膜，可使用Cr之化合物(氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、碳氮化物、碳氮氧化物)。
本發明包含使用光罩10之平板顯示器用電子元件之製造方法。
即，一種平板顯示器用電子元件之製造方法，其包括：準備上述過偏移角相移光罩之步驟；及轉印步驟，其係藉由近接曝光裝置50而對偏移角相移光罩進行曝光，於被轉印體51上轉印上述轉印用圖案35；於上述轉印步驟中，應用近接間隙為50～200 μm之近接曝光。
光罩10之用途可較佳地用於黑矩陣或黑色條紋之製造，但並不限定於其等。其中，本發明之光罩10尤其可較佳地用於在被轉印體51上形成利用感光性材料所得之立體構造物之目的。其原因在於：可確實地解析且以穩定之條件形成具有微細寬度之立體構造物極其有意義。
於各實施例中記載之技術性特徵(構成要件)可相互組合，可藉由組合而形成新的技術特徵。 應認為本次揭示之實施形態於所有方面係例示而並非限制性者。本發明之範圍並非上述之意思，而係由申請專利範圍表示，意圖包含與申請專利範圍均等之意思及範圍內之所有變更。
10:光罩 11:正面 12:背面 21:透明基板 35:轉印用圖案 36:透過控制部 37:透光部 50:近接曝光裝置 51:被轉印體 52:黑矩陣或黑色條紋 56:玻璃基板 57:光源 58:照明系統
圖1係表示黑矩陣等形成用之轉印用圖案之一例之模式圖。 圖2係說明近接曝光裝置之構成之說明圖。 圖3係於被轉印體上形成有黑矩陣等之狀態之剖面說明圖。 圖4係例示形成於被轉印體上之黑矩陣等之模式圖。 圖5(a)、(b)係例示形成於被轉印體上之光強度分佈之說明圖。 圖6係說明被轉印體上之光強度分佈之模擬結果例之說明圖。 圖7係說明使用光學模擬進行過偏移角相移光罩之更詳細之評估所得之結果之說明圖。 圖8係說明被轉印體上之光強度分佈之評估方法之說明圖。 圖9係說明前端開裂形狀之有無及前端開裂部之深度之評估之說明圖。 圖10係說明近接曝光之模擬結果之說明圖。 圖11係說明近接曝光之模擬結果之說明圖。 圖12係說明近接曝光之模擬結果之說明圖。 圖13係說明近接曝光之模擬結果之說明圖。 圖14係說明近接曝光之模擬結果之說明圖。 圖15係說明近接曝光之模擬結果之說明圖。 圖16係說明近接曝光之模擬結果之說明圖。 圖17係說明近接曝光之模擬結果之說明圖。 圖18係說明近接曝光之模擬結果之說明圖。 圖19係說明近接曝光之模擬結果之說明圖。 圖20係說明近接曝光之模擬結果之說明圖。 圖21係說明近接曝光之模擬結果之說明圖。 圖22係實施形態2之光罩之模式放大前視圖。 圖23係說明實施形態2之轉印像(光強度分佈)之模擬結果例之說明圖。 圖24係表示於近接曝光中透過具有遮光部及透光部之光罩之曝光之光到達至被轉印體上之一點之情況之模式圖。 圖25係表示於近接曝光中，透過設置有具有特定之透過率、及相移作用之透過控制部之光罩的曝光之光到達至被轉印體上之一點之情況之模式圖。
21:透明基板
36:透過控制部
37:透光部

Claims (10)

  1. 一種近接曝光用光罩，其具備將形成於透明基板上之透過控制膜圖案化而成之轉印用圖案， 上述轉印用圖案包含： 透過控制部，其係於上述透明基板上形成透過控制膜而成，且為寬度10 μm以下之線狀；及 透光部，其供上述透明基板露出，並且與上述透過控制部鄰接； 上述透過控制部相對於對上述光罩進行曝光之曝光之光具有超過180度之相位偏移量。
  2. 如請求項1之光罩，其中上述透過控制部具有之相對於曝光之光之相位偏移量ϕ滿足下式： ϕ≧195。
  3. 如請求項1之光罩，其中上述透過控制部具有之相對於曝光之光之相位偏移量ϕ滿足下式： 225≦ϕ≦330。
  4. 如請求項1至3中任一項之光罩，其中上述透過控制部相對於曝光之光之透過率未達30%。
  5. 如請求項1至3中任一項之光罩，其中上述光罩係正型感光性材料曝光用。
  6. 如請求項1至3中任一項之光罩，其中上述光罩用於藉由具有波長313～365 nm之波長區域之曝光之光進行近接曝光。
  7. 如請求項1至3中任一項之光罩，其中上述透過控制部係具有3～10 μm之寬度之線圖案。
  8. 如請求項1至3中任一項之光罩，其中上述轉印用圖案係黑矩陣或黑色條紋形成用圖案。
  9. 一種平板顯示器用電子元件之製造方法，其包括如下步驟： 準備如請求項1至3中任一項之光罩；及 轉印步驟，其係藉由近接曝光裝置對上述光罩進行曝光，於形成於被轉印體上之正型感光性材料膜轉印上述轉印用圖案；且 於上述轉印步驟中，應用將近接間隙設定為50～150 μm之範圍之近接曝光。
  10. 一種光罩之製造方法，係具備將形成於透明基板上之透過控制膜圖案化而成之轉印用圖案之近接曝光用光罩之製造方法，該方法包括如下步驟： 準備於上述透明基板上形成有上述透過控制膜之光罩基底；及 圖案化步驟，其係對上述透過控制膜實施圖案化，而形成上述轉印用圖案；且 上述轉印用圖案包含： 透過控制部，其係於上述透明基板上形成上述透過控制膜而成，且為寬度10 μm以下之線狀；及 透光部，其供上述透明基板露出，並且與上述透過控制部鄰接而夾隔上述透過控制部；且 上述透過控制部相對於對上述光罩進行曝光之曝光之光具有未達30%之透過率、及超過180度之相位偏移量。
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