专利名称：灰调掩模的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有用于获得介于遮光部和透射部之间的透射量的灰调部的灰调掩模等。
背景技术：
近年来，在大型LCD(液晶显示装置)用掩模领域中，正在尝试利用灰调掩模减少掩模的片数(月刊FPD Intelligence，1999年5月)。
在此，灰调掩模，如图8(1)所示，具有遮光部1、透射部2及灰调部3。灰调部3为排列微遮光图形3a的区域，该微遮光图形3a具有使用灰调掩模的大型LCD用曝光机的分辨极限以下的图形尺寸，灰调部的形成目的是一样地降低透射该区域的光的透射量即降低通过该区域的照射量，相对其他区域可选地并且一样地改变与该区域对应的被转印衬底上的光致抗蚀剂的膜厚度。通常遮光部1和微遮光图形3a均为Cr或铬化合物等相同材料构成的相同厚度的膜形成。
使用灰调掩模的大型LCD用曝光机的分辨极限是，使用步进方式的曝光机时约为3μm，使用面投影方式的曝光机时约为4μm。因此，例如，在图8(1)中，灰调部中微透射部3b的空间宽度不到3μm，具有曝光机的分辨极限以下的图形尺寸的微遮光图形3a的线宽不到3μm。使用上述大型LCD用曝光机曝光时，因作为通过灰调部3的曝光光线整体曝光量不足，通过该灰调部3曝光的正型光致抗蚀剂仅膜厚度变薄残留在衬底上(该现象称为灰调效果)。即，因为抗蚀剂根据不同的曝光量通常在与遮光部1对应的部分和与灰调部3对应的部分产生对显影液的溶解性的差别，所以显影后的抗蚀剂的形状，如图8(2)所示，例如，与通常的遮光部1对应的部分11约为1.3μm，与灰调部3对应的部分13(薄抗蚀剂区域)约为0.3μm，与透射部2对应的部分成为无抗蚀剂部分12。然后，在无抗蚀剂部分12进行被加工衬底的第1蚀刻，将与灰调部3对应的薄部分13的抗蚀剂以研磨等除去，通过在该部分进行第2蚀刻，用一片膜进行原来两片膜的工序，减少了膜的片数。
但是，使用上述灰调掩模实际在抗蚀剂上进行图形转印时，由于与遮光部或透射部(以下适合称为本图形)相接的灰调部中形成的微遮光图形的影响，作为与本图形--遮光部或者透射部对应的抗蚀剂图形的边缘变皱(成为锯齿状，或者轮廓模糊)，因而与本图形对应的抗蚀剂图形的形状·尺寸的精度变差，所以无法得到希望的本图形形状·尺寸的精度，妨碍实用化。
以下具体说明此问题。
图9(1)是表示现有灰调掩模的部分平面图，在本图形--遮光部1、1’之间，形成了以细微线和空间图形3’(线3a的宽度不足3μm，空间3b的宽度不足3μm)构成的灰调部3。
图9(2)是表示利用图9(1)所示的灰调掩模实际在抗蚀剂上进行图形转印的结果。
如图9(2)所示，对应灰调部3形成了薄抗蚀剂区域13，但与本图形对应的抗蚀剂图形11、11’，如图9(1)所示，受与遮光部1、1’邻接的在垂直方向形成的细微线和空间图形3’的影响，抗蚀剂图形11(含弯曲部分的图形形状)、11’(直线状的图形形状)的边缘都会变皱，抗蚀剂图形11、11’的形状·尺寸的精度变差，妨碍使用灰调掩模的图形转印工艺的实用化。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种掩模，在使用具有灰调部(由具有使用灰调掩模的曝光机的分辨极限以下的图形尺寸的遮光图形构成)的灰调掩模在抗蚀剂上进行图形转印时，与本图形对应的抗蚀剂图形的边缘不变皱、边缘清晰，可得到与本图形对应的抗蚀剂图形所希望的形状·尺寸的精度，而且，对于灰调部，也能在其整个区域中，得到设计规格内的抗蚀剂的膜厚度。
另外，第二目的是实现利用具有以曝光机的分辨极限以下的微遮光图形构成的灰调部的灰调掩模的图形转印工艺的实用化。
本发明具有以下构成。
(构成1)一种灰调掩模，具有遮光部、透射部和灰调部，其中灰调部是排列具有使用掩模的曝光机分辨极限以下的图形尺寸的遮光图形的区域，并使透射过该区域的曝光光线的透射量减少，其特征在于，所述灰调掩模，至少具有遮光部和灰调部相邻接的边界部分；与所述遮光部邻接的所述灰调部中的遮光图形，具有与所述遮光部的轮廓形状大致平行的线和空间图形；与所述遮光部邻接的所述灰调部中最靠近遮光部边界一侧的遮光图形和所述遮光部之间的间隔，大于所述线和空间图形的空间间隔。
根据本发明的灰调掩模，通过沿着遮光部及/或光透射部(本图形)的轮廓形状形成轮廓图形，在抗蚀剂上进行图形转印时，对应本图形的抗蚀剂图形的边缘不变皱、边缘清晰，可得到对应本图形的抗蚀剂图形所希望的形状·尺寸精度，而且，对于灰调部，也能在其整个区域中，得到设计规格内的抗蚀剂的膜厚度。
另外，根据本发明的灰调掩模，可实用化使用形成曝光机分辨极限以下的细微图形类型的灰调掩模的图形转印。该类型的灰调掩模与使用半透射膜类型的灰调掩模相比，价格便宜，因此，本发明的灰调掩模及图形转印方法，在将LCD(液晶显示装置)用的大型灰调掩模(彩色过滤器和薄膜晶体管(TFT)制作用等)和PDP(等离子体显示板)用的大型灰调掩模等的低价制作方法的实用化方面必不可少。
图1是说明本发明的一个实施方式的图，图1(1)是表示本发明一个实施方式的灰调掩模的部分平面图，图1(2)是表示利用图1(1)所示的灰调掩模实际在抗蚀剂上进行图形转印的结果的部分平面图。
图2是表示本发明的另一个实施方式的灰调掩模的部分平面图。
图3是说明本发明的另一个实施方式的图，图3(1)是表示本发明另一个实施方式的灰调掩模的部分平面图，图3(2)是表示利用图3(1)所示的灰调掩模实际在抗蚀剂上进行图形转印的结果的部分平面图。
图4是说明本发明另一个实施方式的图，图4(1)是表示本发明另一个实施方式的灰调掩模的部分平面图，图4(2)是表示利用图4(1)所示的灰调掩模实际在抗蚀剂上进行图形转印的结果的部分平面图。
图5是说明本发明另一个实施方式的图，图5(1)是表示本发明另一个实施方式的灰调掩模的部分平面图，图5(2)是表示利用图5(1)所示的灰调掩模实际在抗蚀剂上进行图形转印的结果的部分平面图。
图6是表示本发明另一个实施方式的灰调掩模的部分平面图。
图7是说明在除去轮廓图形的灰调部中的灰调图形的其它形态的部分平面图。
图8是说明灰调掩模的图，(1)是部分平面图，(2)是部分剖面图。
图9是说明现有技术的图，图9(1)是表示现有的灰调掩模的部分平面图，图9(2)是表示利用图9(1)所示的灰调掩模实际在抗蚀剂上进行图形转印的结果的部分平面图。
具体实施例方式
以下，详细说明本发明。
本发明一个实施方式的灰调掩模的特征在于，沿着本图形(遮光部及/或光透射部)的轮廓形状形成轮廓图形。
图1(1)是表示本发明一个实施方式的灰调掩模的部分平面图，在本图形--遮光部1、1’之间的灰调部3处，形成线和空间图形3’(线3a的宽度不足3μm，空间3b的宽度不足3μm)。线和空间图形3’是沿与遮光部1、1’的轮廓大致垂直方向的线延伸方向形成的。该形态下，在遮光部1、1’和灰调部3相接的边界部分中，在该边界部分近旁的灰调部3一侧，沿着遮光部1、1’的轮廓形状形成线状轮廓图形30、30’。即，相对遮光部1、1’的轮廓留出规定的间隔而形成轮廓图形30、30’。而且，遮光部1是含有弯曲部分1a的图形形状，在遮光部1内形成透射部2。沿着遮光部1的弯曲部分1a的轮廓形状，轮廓图形30也含有弯曲部分。
而且上述形态中，包含本发明的两个形态，其中之一是，与除去轮廓图形的灰调部3的图形形状无关，沿着具有弯曲部分1a的遮光部1的轮廓形状，形成轮廓图形30的形态(形态1)。另外一个是，无弯曲部分的遮光部1’的情况下，在灰调部中除去轮廓图形的遮光图形是由沿着与遮光部或透射部的轮廓大致垂直的方向线延伸的线和空间图形，或者线和空间以外的图形构成的情况下，沿着遮光部1’或者透射部的轮廓形状，形成轮廓图形30’的形态(形态2)。
图1(2)表示使用图1(1)所示的灰调掩模实际在抗蚀剂上进行图形转印的结果。
通过形成图1(1)所示的轮廓图形30、30’，如图1(2)所示，可以使本图形对应的抗蚀剂图形11、11’(含弯曲部分的图形形状和直线状图形形状)的双方形成良好的形状·尺寸的精度。即，如图9(1)所示，可以避免由于受与遮光部1、1’邻接并正交形成的细微线和空间图形3’的影响，抗蚀剂图形11、11’的边缘变皱、抗蚀剂图形11、11’的形状·尺寸的精度变差。另外，通过形成轮廓图形30、30’，如图1(2)所示，而且，对于灰调部3，也能在其整个区域中，得到具有设计规格内的膜厚度的薄抗蚀剂区域13。
在本发明中，轮廓图形具有提高与本图形对应的抗蚀剂图形形状·尺寸的精度的功能；通过轮廓图形和本图形以及轮廓图形和灰调部中其它图形之间的相互作用而提高灰调部整个区域中抗蚀剂膜厚度的均匀性的功能。
下面说明本发明的另一种形态。
本形态(形态3)的特征是，如图2所示，与遮光部1邻接的灰调部3中的遮光图形由与遮光部1的轮廓形状大致平行的线和空间图形3’构成时，在与遮光部1邻接的灰调部3中最靠近遮光部1的边界一侧的遮光图形3c和遮光部1之间的间隔b大于线和空间图形3’的空间间隔a(b＞a)。
根据本形态3，与b＝a时相比较，可形状·尺寸精度良好地形成与遮光部1对应的抗蚀剂图形。即，与b＝a时相比较，b＞a的情况下，通过遮光图形3c，形状·尺寸精度良好地形成对应本图形的抗蚀剂图形的功能增强。具体来说，当a＜b≤1.6a时最理想，例如，a＝1.2～1.5μm时，把b设为大于1.2～1.5μm，小于2.4μm。
在本形态3中，遮光图形3c具有提高与本图形对应的抗蚀剂图形的形状·尺寸精度的功能；通过遮光图形3c与本图形以及遮光图形3c与其它线和空间图形之间的相互作用而提高灰调部整个区域中抗蚀剂膜厚度的均匀性的功能。
下面说明本发明的另一种形态。
本形态(形态4)，例如，如图3(1)所示，在灰调部3被夹在至少两个遮光部1、1中时，沿着两个遮光部1、1双方的轮廓形成线状轮廓图形30。该形态4，也是在两个遮光部1、1之间形成两者共同的轮廓图形30的形态。
根据本形态4，如图3(2)所示，可形状·尺寸精度良好地形成与遮光部1、1对应的抗蚀剂图形11、11，同时通过遮光部1、1与轮廓图形30的相互作用可形成薄的抗蚀剂区域13。
而且在本形态中，如图4(1)所示，可只在形成灰调部所必要的部分上部分地形成轮廓图形30。这种情况下如图4(2)所示，可形状·尺寸精度良好地形成与遮光部1、1对应的抗蚀剂图形11、11的弯曲部分，同时通过遮光部1、1与轮廓图形30的相互作用可只在弯曲部分形成薄的抗蚀剂区域13。
下面说明本发明的另一种形态。
如图5(1)所示，本形态涉及在包含本图形--透射部2与灰调部的边界部分的区域或边界部分的附近，形成轮廓图形30的形态(形态1’)。该形态1’中，可跨越透射部2与灰调部3双方形成轮廓图形30，或者，也可在灰调部3一侧或透射部2一侧形成轮廓图形30。
另外，本形态涉及沿着本图形--遮光部1与灰调部3的边界线，只形成轮廓图形的形态(形态6)。该形态6中，以间隔b大于间隔a最理想(b＞a)。与b＝a时相比，可形状·尺寸精度良好地形成与遮光部1对应的抗蚀剂图形。即，当b＞a时，根据轮廓图形，可增强形状·尺寸精度良好地形成本图形的功能。具体为，当a＜b≤1.6a时为最理想。
而且，图5(1)中，含有弯曲部分的轮廓图形30为一层线，轮廓图形30’为直线状的两层线。图5(1)所示的轮廓图形30、30’具有形状·尺寸精度良好地形成对应本图形的抗蚀剂图形的功能；通过与本图形的相互作用形成在灰调部整个区域中具有设计规格内的膜厚度的薄抗蚀剂区域的功能。
图5(2)表示使用图5(1)所示的灰调掩模实际在抗蚀剂上进行图形转印的结果。如图5(2)所示，可形状·尺寸精度良好地形成与本图形对应的抗蚀剂图形11、11，同时通过本图形与轮廓图形的相互作用可形成薄抗蚀剂区域13。
上述各形态中，轮廓图形通常是以固定线宽的线状(包括有弯曲部分的线状)形成，但不仅限于此，例如，也可以设为非固定线宽的线状、具有部分切断位置的线状(包括有弯曲部分的线状)等也可形成。
而且，上述各形态中，轮廓图形可沿着边界线设置一层或二层，或者更多层。
本发明中，将轮廓图形的线宽、轮廓图形及本图形的间隔(间隙)，设成与使用灰调掩模的曝光机的分辨极限相同程度为最理想。通过使用的调准器可适当选择相关间隙的大小，不足3μm为适宜，1.0～2.0μm为理想，当为1.2～1.5μm程度时最理想。
本发明中，轮廓图形和灰调部中各图形的间隙，设置与否均可。图6中，表示不在轮廓图形30、30’和灰调部与线和空间图形3’之间设置间隙的例子。如图6所示，轮廓图形30、30’与线和空间图形间3’的方向为交错状态时，不设置间隙为最理想。这是因为，遮光部1、1’与轮廓图形30、30’的间隔，考虑到对灰调部及遮光部的光绕行的影响，必须设置规定间隔，但如果不在轮廓图形30、30’和灰调部中的图形3’之间设置间隙，则可以扩大遮光部1、1’和轮廓图形30、30’之间的规定间隔的选择范围。
在轮廓图形和灰调部中的各种图形之间设置间隙时，间隙的间隔，可通过使用的调准器适当选择，大于0到2.0μm为理想，大于0到1.5μm的程度最理想。若使间隙的间隔过宽，则间隙部分的微透射部不能被分辨，在间隙部分中，无法获得设计规格内的膜厚度(中间透射率)。
本发明中，灰调部中除去轮廓图形的各种图形，不限于细微线和空间图形，可由长方形(例如图7)、点(含格纹check)排列的图形，或者网状及格子等可起到降低透射率效果的任意图形构成。
灰调部中除去轮廓图形的灰调图形，以细微线和空间图形为理想，从方便描绘数据的观点出发，以与轮廓图形正交的细微线和空间图形为最理想。
而且，在一个灰调部或者不同的灰调部中，也可适当改变细微线和空间图形的线宽及空间宽度来排列，设置不同透射光量的多个灰调区域。
如果构成灰调图形的细微线和空间图形的线宽及空间宽度为调准器的分辨极限以下时，没有特别限定，但以不足3μm为适宜，1.0～2.0μm为理想，1.2～1.5μm最理想。
本发明中，当透射部中的膜厚度为0％，遮光部中的膜厚度为100％时，与灰调部对应可得到的被转印体上的薄抗蚀剂区域的膜厚度以20～60％为理想，30～40％最理想。
与灰调部对应可得到的薄抗蚀剂区域膜厚度的偏差值，以10％以内为理想，5％以内最理想。
作为轮廓图形的构成材料(遮光膜构成材料)，可例举有氧化铬膜、铬膜等铬系膜；硅化钼、硅化钼氧化膜、硅化钼氮氧化膜等硅化钼系膜；以硅化钽，硅化钨等为代表的金属硅化物系膜；还有硅氮化膜等硅系膜。
轮廓图形的构成材料，可以与灰调部中的其它图形的构成材料为同种材料，也可以为异种材料，但以同种材料构成最理想。这样，可以通过同一平板印刷工序，同时形成轮廓图形和灰调部中的其它图形。
轮廓图形和灰调部中的其它图形的构成材料，可以与遮光部的结构材料为同种材料，也可以为异种材料，但以同种材料最理想。因通过用同种材料，通过同一工序，可同时形成它们。
实施例下面说明实施例。
在经精密研磨的玻璃衬底上，制成Cr膜，在该Cr膜上涂敷抗蚀剂。对抗蚀剂进行描绘(曝光)，将抗蚀剂显影，进行Cr膜的蚀刻，剥离抗蚀剂后，制成LCD用灰调掩模。
上述描绘工序中，在制作灰调部中的图形描绘数据的工序中，沿着本图形制成轮廓图形描绘数据等。具体来说，对于图1、3～6所示的形态，对本图形的描绘数据，分别制作轮廓图形描绘数据，及灰调部中其它图形描绘数据。另外，对于图2所示的形态，对本图形的描绘数据，制作包含遮光图形3c的灰调部中的图形描绘数据。
利用上述制成的灰调掩模，在附有抗蚀剂的衬底上实施图形转印。具体地说，使用大型LCD用曝光机(Canon产MPA-1500)，以曝光量在Just±30％内每次变化10％的7种条件(Just，Just+10％，Just-10％，Just+20％，Just-20％，Just+30％，Just-30％)，实施曝光测试。
其结果，确认可得到规格内的对应遮光部的抗蚀剂图形的形状·尺寸，以及，可得到规格内的对应灰调部可获得的薄抗蚀剂区域的膜厚度。
而且，在图1(1)，图6中未形成轮廓图形而如图9(1)所示形成线和空间图形时，确认对应遮光图形的抗蚀剂图形的边缘变皱，不能得到规格内的形状·尺寸。另外，在图1～图6中未形成轮廓图形或者遮光图形3c，而在灰调部整个区域中形成点图形、格纹图形(使点图形变细)时，确认对应遮光部的抗蚀剂图形的边缘变皱，不能得到规格内的形状·尺寸。而且，在图2、图5(1)中，a＝b时，确认对应遮光部的抗蚀剂图形的边缘变皱，不能得到规格内的形状·尺寸。
而且，本发明不限定于上述的实施方式等。
例如，本图形及与其对应的轮廓图形等形态，不限定于图1～6等所示的形态。
如上所述，根据本发明，使用具有以曝光机的分辨极限以下的微遮光图形构成的灰调部的灰调掩模在抗蚀剂上进行图形转印时，抗蚀剂图形的边缘不变皱，边缘清晰，可得到希望的图形形状·尺寸精度，对于灰调部，在其整个区域中，可得到设计规格内的膜厚度。
另外，根据本发明的灰调掩模，能够实用化利用形成曝光机的分辨极限以下的微遮光图形类型的灰调掩模的图形转印。由于该类型的灰调掩模，与使用半透射类型的灰调掩模相比，价格低，所以本发明的灰调掩模及图形转印方法，在低价的LCD转印工艺及制造方法的实用化方面是必不可缺的。
权利要求
1.一种灰调掩模，具有遮光部、透射部和灰调部，其中灰调部是排列具有使用掩模的曝光机分辨极限以下的图形尺寸的遮光图形的区域，并使透射过该区域的曝光光线的透射量减少，其特征在于，所述灰调掩模，至少具有遮光部和灰调部相邻接的边界部分；与所述遮光部邻接的所述灰调部中的遮光图形，具有与所述遮光部的轮廓形状大致平行的线和空间图形；与所述遮光部邻接的所述灰调部中最靠近遮光部边界一侧的遮光图形和所述遮光部之间的间隔，大于所述线和空间图形的空间间隔。
2.根据权利要求1所述的灰调掩模，其特征在于，所述线和空间图形的空间间隔为a，与所述遮光部邻接的所述灰调部中最靠近遮光部边界一侧的遮光图形和所述遮光部之间的间隔为b时，a与b满足a＜b≤1.6a的关系。
全文摘要
本发明提供一种灰调掩模。目的是使利用具有灰调部的灰调掩模的图形转印工序实用化，其中该灰调部由具有使用灰调掩模的曝光机的分辨极限以下的微遮光图形构成。在该灰调掩模中，例如，沿着与灰调部(3)相接的遮光图形(1)的轮廓形状，在灰调部(3)一侧形成轮廓图形(30)。
文档编号G03F1/32GK1755520SQ20051011288
公开日2006年4月5日 申请日期2002年6月25日 优先权日2002年6月25日
发明者井村和久 申请人:Hoya株式会社