TWI787852B - 接近式曝光用光掩模 - Google Patents

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Abstract

本發明提供能够將微細的孔圖案穩定地析像的光掩模。本光掩模具備露出透過性基板的透過部、以及以包圍透過部的方式將曝光光的相位反轉的第一相移部和第二相移部。第二相移部介於第一相移部與透過部之間，第二相移部對曝光光的透射率比第一相移部的透射率低。另外，第二相移部可由第一相移部的相移膜與半透過膜的層疊結構構成。

Description

接近式曝光用光掩模
本發明涉及一種接近式曝光用光掩模。
對於用於製造黑色矩陣用圖案的光掩模而言，隨著圖案的微細化，圖案的線寬及間距寬度要求爲更窄，開發了與其對應的各種技術。例如，在用於大型平板顯示器的彩色濾光片等用途的情況下，前提是利用g射線（波長436nm）、h射線（波長405nm）、i射線（波長365nm）等作爲曝光波長，因此如何精度良好地形成析像極限以下的線寬變得至關重要。
在專利文獻1中公開了一種光掩模，其通過使用了負型光致抗蝕劑（照射了曝光光的區域發生固化的抗蝕劑）的接近式曝光，形成微細的線寬和線距（line and space）的圖案。在專利文獻1中公開了如下的光掩模：爲了應對線寬的微細化，在形成於遮光膜的透過部的圖案的兩端部形成有低相位差的不會析像的輔助圖案。這樣，通過使用低相位的半透過膜作爲輔助圖案，從而可提高線圖案部的對比度，製造線寬及間距寬度窄的圖案。
在專利文獻2中公開了如下方法：爲了通過使用負型光致抗蝕劑的投影曝光而可靠地轉印微細的線寬和線距、微細的孔圖案，與遮光部31的圖案的邊緣鄰接地形成不會被曝光裝置析像的「一定寬度的半透光部21（第一半透光部21A及第二半透光部21B）」。
[現有技術文獻] (專利文獻) 專利文獻1：日本特開2016-004174號公報 專利文獻2：日本特開2013-235036號公報 專利文獻3：日本特開2010-128440號公報
(發明所要解決的技術問題) 就使用負型光致抗蝕劑的用於形成黑色矩陣的接近式曝光用光掩模而言，在線寬細的「細線圖案」和線寬比細線圖案粗的「粗線圖案」混存的情况下，粗線圖案良好地析像，而細線圖案存在析像不良的情况。該情况在細線圖案的線寬爲曝光波長的析像極限以下的情况下變得特別顯著。
圖7表示細線圖案1和粗線圖案2混存的負型圖案的光掩模50。光掩模50在透明基板上形成有遮光膜的圖案B。如果忽略衍射效果，則曝光光不能通過遮光膜的圖案B，而僅通過透光部W。線寬越窄，則衍射效果越大。另外，衍射效果也根據貼近間隙（proximity gap）、平行光半角（Collimation HalfAngle）的調整來增減。
圖6是表示細線圖案1和粗線圖案2的曝光强度的圖表。如細線圖案1所示，即使在細線圖案的線寬爲曝光波長的析像極限以下的情况下，預先使用開口寬度比目標線寬更寬的圖案、並且調整貼近間隙，由此提高衍射效果，從而可以析像如設計值那樣的細線圖案。
但是，在相同曝光條件下著眼於粗線圖案2時，可知：在粗線圖案2的兩端部（邊緣部）的曝光强度變强，另一方面，在圖案中央部附近的曝光强度降低。認爲這是在粗線圖案的情况下，因衍射光不能到達至線寬的中央部而産生的現象。其結果産生如下問題：在負型光致抗蝕劑膜的情况下，在圖案中央部的抗蝕劑的固化變得不充分，根據條件而不能形成圖案。
本發明是鑒於上述情况而完成的發明，其技術課題在於提供一種光掩模，其在同時形成線寬不同的兩種線圖案（空間圖案）時可消除因衍射光的强度差而産生的圖案不均勻。 予以說明，採用「線圖案（空間圖案）」的原因是在從掩模側觀察形成黑色矩陣的圖案時不是「線圖案」而是「空間圖案」。在本說明書中，鑒於是形成黑色矩陣的圖案，以下記作「空間圖案」。
(用於解決技術問題的方案) 本發明涉及的光掩模，其是用於形成黑色矩陣的接近式曝光用光掩模，其特徵在於，所述光掩模包含僅形成有由遮光膜的圖案構成的遮光部和由半透過膜的圖案構成的半透過部中的任一者的圖案形成區域，並且 在前述圖案形成區域的前述遮光部與前述半透過部的邊界部具備不會因曝光光而析像的大小的第一輔助圖案及第二輔助圖案， 前述遮光膜的圖案是規定在曝光後線寬不同的至少兩種空間圖案的圖案形狀， 前述兩種輔助圖案均是一定線寬的圖案形狀，使得與不具備前述輔助圖案的情况相比在曝光後相對提高前述邊界部的曝光時的曝光强度的均勻性，並且 前述第一輔助圖案形成在第一線寬的空間圖案的端部， 前述第二輔助圖案形成在比前述第一線寬粗的第二線寬的空間圖案的端部， 前述第二輔助圖案與前述第一輔助圖案相比線寬更粗。
予以說明，「半透過膜」及「遮光膜」是指具有相對大的透射率的大小關係，相對於曝光光而言遮光膜的遮光率未必需要爲100%。另外，半透過膜與遮光膜的位置關係可以是半透過膜形成於遮光膜的上層的「上半部（top half）型」，也可以是其相反的「下半部型」，就本發明效果這一點而言是沒有差別的。但是，認爲會産生因製造方法的不同所致的不同之處、例如在上半型的情况下在第2次曝光時要求準確定位（對準）等，即有長處也有短處。
在此，「第一線寬」是指細到對曝光波長顯示光强度分布改善效果的程度的線寬，第二線寬是指不表現這樣的效果、即比第一線寬粗的線寬。即，本發明的技術意義在於：在黑色矩陣層中形成所設想的用於接近式曝光機用光掩模的格子狀圖案（負型圖案）時，將在對曝光波長顯現顯著的光强度分布改善效果的細線圖案和不具有該效果的粗線圖案混存的情况下産生的曝光强度之差平均化。
在上述構成中，前述第一輔助圖案及第二輔助圖案的透射率可以相等。這是由於第一輔助圖案和第二輔助圖案可以同時形成在遮光膜的上層或下層的同一層。
在上述構成中，前述第一輔助圖案及第二輔助圖案的透射率可以爲30%～50%。這是由於：輔助圖案的透射率需要比遮光膜小，而模擬的結果顯示：如果透射率爲該程度的範圍，則能够將曝光强度均勻化。
在上述構成中，前述第一輔助圖案及第二輔助圖案的線寬可以爲1.0μm～6.0μm。細線圖案爲對曝光波長顯現顯著的光强度分布改善效果的線寬，例如在如果是g射線則線寬爲5～15μm左右的情况下，第一輔助圖案的線寬爲1.0μm左右。由於是形成在透明基板露出的部分的空間圖案、並且與遮光膜的邊界部存在於兩側，因此在空間圖案的兩端部（兩側）形成第一輔助圖案。對第二輔助圖案的寬度並無特別限制，例如在爲20μm～60μm左右的情况下，第二輔助圖案的線寬在兩端部分別爲3μm～6μm左右。
在上述構成中，前述第一輔助圖案及第二輔助圖案的相位差可以爲5°以下。在上述構成中，前述第一輔助圖案及第二輔助圖案可以由鉻的氧化物構成。在上述構成中，前述第一輔助圖案及第二輔助圖案可以由曝光波長對透射率的依賴性較小的半透過膜、例如至少在g射線、h射線及i射線間小於1%的半透過膜構成。予以說明，作爲提及具有這樣的特徵的半透過膜的文獻，包括專利文獻3等。
(發明效果) 根據本發明，可提供一種光掩模，其在同時形成線寬不同的兩種空間圖案時能够消除由衍射光的强度差産生的圖案的不均勻。
 (解決技術間題的原理)
本發明的基本觀點在於：為了當在曝光機側進行衍射光的放大時抑制向細線圖案集中的曝光光的强度、另一方面對於粗線圖案而言在兩端部和中央部得到均勻的曝光光，而設置輔助圖案。該輔助圖案設定成與線寬對應的尺寸，均由不被曝光裝置析像的一定寬度的半透光膜構成。
以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。但是，以下的實施方式均不是在本發明的主旨的認定中提供限定性的解釋。另外，有時對相同或同種構件標記同一參照符號，並省略說明。
(實施方式1)
圖1表示作為一例的、包含線寬9μm的細線圖案和線寬40μm的粗線圖案的接近式曝光用負型光掩模40的圖案的一部分。在細線圖案1及粗線圖案2的各個端部分別形成有線寬不同的輔助圖案10、20。形成於細線圖案1的端部的輔助圖案10構成為線寬比形成於粗線圖案2的端部的輔助圖案20細。
圖2（A）表示圖1中的區域（i）的放大圖，圖2（B）表示圖1中的區域（ii）的放大圖。構成爲輔助圖案10的線寬爲1.0μm、輔助圖案20的線寬爲4.0μm。該數值例是在g射線的曝光機中得到細線圖案的最終靶尺寸爲5.0μm左右的線寬的圖案的構成例。輔助圖案使用對g射線的透射率爲40%左右的半透過膜。
圖3是表示對設有兩種輔助圖案的光掩模40照射了g射線的曝光强度的圖表。由該圖表可知：可抑制細線圖案1的中央部附近的峰和粗線圖案2的兩端部附近的峰，另一方面，可增强粗線圖案的中央部附近的曝光强度，整體得到大致均勻的曝光强度。但是，必須是相對於曝光波長能够維持光强度分布改善效果的程度。如果强度曲線窄而陡立，則能够形成「細線」，但是，如果强度曲線下垂而尾部變寬，則不能形成細線。
綜上所述，根據本實施方式，通過在空間圖案的兩端部（邊緣部）設置與線寬對應的規定寬度的半透過膜，從而既能對曝光波長維持光强度分布改善效果，又能將曝光强度均勻化。
＜關於半透過膜＞ 作爲半透過膜，可以使用鉻Cr的氧化物（Cr2 O3 ）。 圖4表示調查對g射線的透射率與膜厚的關係而得到的結果。若將膜厚與透射率的關係用對數近似式來表示，則對g射線的透射率Tr呈現如下結果： Tr＝-18.83ln+78.966
半透過膜可以代替鉻Cr的氧化物的膜（Cr2 O3 ）而爲鉻、氮化鉻膜、鉬矽化物、鉭、鋁、矽、鎳等金屬、或者鉻、鉬矽化物、鉭、鋁、矽、鎳等的金屬氮化物、金屬碳化物等。特別是鉻及氮化鉻能够形成在波長300nm～450nm的範圍內透射率分布呈現平坦的平坦半透明膜，在這一點上是優選的。
＜實施方式的效果＞ 圖5（A）是將完全不使用輔助圖案的二元掩模（光掩模50）的曝光强度按色調分析而表示的圖。雖然黑白表示得不是很清楚，但是粗線圖案的曝光强度顯示中央部低，若參照圖6所示的圖表，則呈現可理解該狀態的結果。 另一方面，圖5（B）是將設有輔助圖案10和輔助圖案20的光掩模40的曝光强度按色調分析而表示的圖。細線圖案1和粗線圖案2中的任一者均被以充分的曝光强度進行曝光。可知：若對其按色調進行分析，則不分色調地呈現均勻的曝光强度。若參照圖3所示的圖表，則呈現可理解該狀態的結果。
＜關於製造方法＞ 構成輔助圖案的半透過膜可以形成在遮光膜的上層，也可以形成在遮光膜的下層，但是，從確保尺寸精度的觀點出發，認爲最好形成在遮光膜的上層。即，通過對通常的二元掩模的製造方法追加形成輔助圖案的工序，可得到如上述所述的光掩模40。關於製造方法的詳細情況，將在實施方式2中進行說明。在該情況下，由於需要二次曝光，因此在第二次的曝光時需要對準。例如在形成遮光膜的圖案時，預先在圖案區域外設置對準標記，在第二次圖案化時，通過對準標記進行定位，形成第一輔助圖案及第二輔助圖案即可。該工序與在遮光膜的圖案上形成有半透過膜的上部型半色調多階調掩模的製造工序相同。關於對準的方法，並不受上述方法的限制。
當採用在遮光膜的下層形成有半透過膜的膜構成的情況下，在透明基板上形成下層的半透過膜，進行圖案化後，在規定的部位形成遮光膜的圖案，或者在遮光膜與半透過膜之間形成蝕刻阻擋（Etching Stopper）膜或在遮光膜和半透過膜上採用具有蝕刻選擇性的材料形成圖案。
(産業上的可利用性) 根據本發明，即使在使用了負型光致抗蝕劑的用於形成黑色矩陣的接近式曝光用光掩模中對曝光波長顯著呈現光强度分布改善效果的線寬的細線圖案和粗線圖案混存的情況下，也能得到均勻的最終製品。作爲結果，能够防止因强度差産生的抗蝕劑的固化不充分的情況，並且能够提高成品率，因此産業上的可利用性大。
1:細線圖案 2:粗線圖案
10,20:輔助圖案
40,50:光掩模
B:遮光膜的圖案
W:透光部
i,ii:區域
圖1表示包含線寬9μm的細線圖案和線寬40μm的粗線圖案的接近式曝光用負型光掩模40的圖案的一部分。 圖2（A）表示圖1中的區域（i）的放大圖，圖2（B）表示圖1中的區域（ii）的放大圖。 圖3是表示對設有兩種輔助圖案的光掩模40照射了g射線的曝光强度的圖表。 圖4表示調查對g射線的透射率與膜厚的關係得到的結果。 圖5（A）是將完全不使用輔助圖案的二元掩模（binary mask）（光掩模50）的曝光强度按色調分析而表示的圖。圖5(B)是將設有輔助圖案10和輔助圖案20的光掩模40的曝光强度按顏色表示的圖。
圖6是表示細線圖案1和粗線圖案2的曝光强度的圖表。
圖7表示細線圖案1和粗線圖案2混存的負型圖案的光掩模50。
10,20:輔助圖案
40:光掩模

Claims (10)

  1. 一種光掩模，其是用於形成黑色矩陣的接近式曝光用光掩模，其特徵在於，所述光掩模包含僅形成有由遮光膜的圖案構成的遮光部和由半透過膜的圖案構成的半透過部中的任一者的圖案形成區域，並且在所述圖案形成區域的所述遮光部與所述半透過部的邊界部具備不會因曝光光而析像的大小的第一輔助圖案及第二輔助圖案，所述遮光膜的圖案是規定在曝光後線寬不同的至少兩種空間圖案的圖案形狀，所述兩種輔助圖案均是一定線寬的圖案形狀，使得與不具備所述輔助圖案的情況相比在曝光後相對提高所述邊界部的曝光時的曝光强度的均勻性，並且所述第一輔助圖案形成在第一線寬的空間圖案的端部，所述第二輔助圖案形成在比所述第一線寬粗的第二線寬的空間圖案的端部，所述第二輔助圖案與所述第一輔助圖案相比線寬更粗。
  2. 根據請求項1所述的光掩模，其特徵在於，所述第一輔助圖案及第二輔助圖案的透射率相等。
  3. 根據請求項1或2所述的光掩模，其特徵在於，所述第一輔助圖案及第二輔助圖案的透射率為30% ~50%。
  4. 根據請求項1或2所述的光掩模，其特徵在於，所述第一輔助圖案及第二輔助圖案的線寬為1.0μm~6.0μm。
  5. 根據請求項3所述的光掩模，其特徵在於，所述第一輔助圖案及第二輔助圖案的線寬為1.0μm~6.0μm。
  6. 根據請求項1或2所述的光掩模，其特徵在於，所述第一輔助圖案及第二輔助圖案的相位差為5°以下。
  7. 根據請求項1或2所述的光掩模，其特徵在於，所述第一輔助圖案及第二輔助圖案由鉻的氧化物構成。
  8. 根據請求項1或2所述的光掩模，其特徵在於，所述第一輔助圖案及第二輔助圖案至少在g射線、h射線及i射線間曝光波長對透射率的依賴性小。
  9. 根據請求項3所述的光掩模，其特徵在於，所述第一輔助圖案及第二輔助圖案至少在g射線、h射線及i射線間曝光波長對透射率的依賴性小。
  10. 根據請求項4所述的光掩模，其特徵在於，所述第一輔助圖案及第二輔助圖案至少在g射線、h射線及i射線間曝光波長對透射率的依賴性小。
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