具有灰度的光掩模及其制造方法

專利名稱：具有灰度的光掩模及其制造方法
技術領域：
本發明涉及具有灰度的光掩模及其制造方法，用于如下制造技術， 在用于半導體元件及圖像顯示元件等圖案形成的光刻技術中，代替使 用多個光掩模進行多次光刻的工序，而使用具有灰度的一個光掩模形 成對應于其投射光量的具有等級的抗蝕劑輪廓，由此減少光刻工序數。
背景技術：
有關減少以上述半導體元件及液晶顯示器裝置(LCD)為代表的 圖像顯示元件等的光刻工序數的圖案形成方法，例如，公開有根據回 流法削減光刻次數的方法、或根據灰化法削減光刻次數的方法(例如 參照專利文獻l、專利文獻2)。另外，在上迷專利文獻中，說明了用于該方法的具有曝光光的析 像界限以下的微小切縫的光掩模(下面記作切縫掩模)、及相對于啄光 光具有灰度的光掩模(以下也記作灰階掩模)。但是，上述切縫掩模及現有的灰階掩模(下面記作現有型灰階掩 模)在掩模制造上都存在大的難點。在切縫掩模中，使用實質上將曝光光遮光的鉻膜等通常的遮光膜， 在掩模上要成為半透明的區域上配置析像界限以下的微小切縫(例如 參照專利文獻3，專利文獻3的掩模寫為灰階掩模，但其是所謂的切縫 掩模)。該掩模的切縫由于為析像界限以下的尺寸，故其自身不會在抗 蝕劑上成像，而在包含周圍的非開口部區域的區域，透過對應于尺寸 的曝光光。因此，切縫掩模是按照在包含形成有切縫的區域和包含其 周圍的區域恰似半透明膜的方式起作用的掩模。但是，由于該切縫必須為析像界限以下，故當然需要精加工成比 掩模主體的圖案小的尺寸，從而存在掩模制造上成為大的負荷的問題。進而，為使寬區域為半透明，需要配置很多的切縫，因此，也產 生圖案數據容量增加、對圖案形成工序及圖案的缺陷檢查工序的負荷 增大的問題，從而存在制造、檢查時間的增加、掩模制造成本上升的 問題。另一方面，現有的灰階掩模是在實質上將曝光光遮光的膜上增加 使用相對于曝光光為半透明的第二膜來顯示灰度的掩模(例如參照專利文獻4)。為制作該掩模，使用在透明基板上預先按順序層疊了半透 明膜和遮光膜的專用光掩模坯料，重復二次掩模圖案制版。該情況下， 在第一次的制版中，同時蝕刻遮光膜和半透明膜，在第二次制版中， 只是蝕刻遮光膜，由此可制作所希望的掩模。另外，在第一次制版中， 也可以只是蝕刻遮光膜，在第二次制版中同時蝕刻遮光膜和半透明膜。 該現有型的灰階掩模在不需要配置如切縫掩模那樣的微小切縫這一點 上是有利的。但是，如上所述，需要只除去遮光膜且殘留半透明膜這樣的蝕刻 技術，但存在不能得到蝕刻選擇比的問題。因此，現有型的灰階掩模 中，需要限定遮光膜、半透明膜的材料選擇，使用專用的光掩模坯料 材料。或者不得不作成在半透明膜上設置蝕刻停止膜后再形成遮光膜 的結構。另外，由于具有蝕刻的選擇性，故需要準備多種蝕刻技術(多 種類的裝置、藥液、氣體等)，從而存在成為制造設備、工序增加、掩 模制造成本上升的原因的問題。因此，本申請人為解決上述問題點，在特愿2004-195602中提出一 種具有灰度的光掩模和其制造方法，該具有灰度的光掩模是在透明基 板上混在按順序層疊遮光膜和半透明膜而存在的遮光區域、只有遮光 膜存在的遮光區域、只有半透明膜存在的半透明區域、及遮光膜和半 透明膜都不存在的透射區域而構成。特愿2004-195602中，最好使用光 掩模通用的鉻系材料作為遮光膜，使用鉻的氧化膜、氮化膜、碳化膜 等作為半透明膜。專利文獻1:特許第3415602號公4艮專利文獻2:特開2002-66240號公報專利文獻3:特開2002-196474號公報專利文獻4:特開2002-189280號公報另一方面，在使用了光掩模的光刻工序中，為防止在進行曝光時， 曝光光由遮光膜表面反射而產生雜散光，使轉印精度降低的問題，在 通用的光掩模坯料中，最好使用在遮光膜的表面層疊成形了低反射膜 的二層結構的坯料。通常，作為遮光膜，使用厚度50 150nm程度的 鉻膜或氮化鉻膜等，作為低反射膜，使用厚度20nm程度的氧化鉻膜等。但是，本申請人發現在特愿2004-195602中提出的灰度光掩模中， 在使用遮光膜上設置低反射膜的二層結構的掩模坯料來制造灰度光掩 模時，有時產生如下問題。設于遮光膜上的低反射膜由其膜質和膜厚將反射率最佳化，但當 在具有遮光膜和低反射膜的表面上進一步形成半透明膜時，存在有時 反射率變化、低反射膜的效果減小、反射率升高的問題。另外，在形成半透明膜圖案時，在對準描繪工序中，由描繪裝置 讀取預先形成于遮光膜圖案上的基準標記，與該位置吻合進行描繪半 透明膜的圖案的方法，但在遮光膜的表面形成低反射膜時，存在有時 難以用描繪裝置讀取形成于遮光膜上的基準標記的問題。另外，作為使用的光掩模坯料，如圖8(a)所示，例如在使用由 在透明基板601上組合作為遮光膜602的氮化膜、在低反射膜603上 組合氧化鉻這二層膜的組合而成的通用的光掩模坯料600時，當使用 濕式蝕刻進行圖案蝕刻時，如圖8(b)所示，遮光膜圖案604的邊緣 部605因側向蝕刻而成為倒錐狀，如圖8 (c)所示，在覆蓋低反射膜 圖案606而在基板整個面上進行半透明膜607的成膜時，半透明膜607 不能成膜并粘附在倒錐狀部，從而有時不能覆蓋性良好即不能階梯覆 蓋良好地形成半透明膜607,從而存在成為缺陷產生的原因的問題。發明內容本發明是鑒于上述特愿2004-195602所示的問題點而構成的，其目 的在于，提供一種具有灰度的光掩模及其制造方法，在用于減少光刻 工序數的具有灰度的光掩模中，不需要專用的光掩模坯料材料，而使 用通用的光掩模坯料，防止遮光膜的反射率升高，且用于半透明膜圖 案形成時的對準的基準標記的讀取容易，可在遮光膜圖案上階梯覆蓋 良好地形成半透明膜。為解決上述課題，本發明第一方面提供一種具有灰度的光掩模， 在透明基板上具有所希望的圖案，且形成所迷圖案的膜由實質上不能 透過膝光光的遮光膜、和以所希望的透射率透過所述曝光光的半透明 膜構成，在所述透明基板上混在按順序層疊所述遮光膜和所述半透明 膜而存在的遮光區域、只有所述半透明膜存在的半透明區域、及所述 遮光膜和所述半透明膜都不存在的透射區域，其特征在于，所述半透明膜相對于所述膝光光具有防反射功能。本發明第二方面在第一方面的基礎上，提供具有灰度的光掩模， 其特征在于，只有所述半透明膜存在的半透明區域的相對于所述曝光光的透射率在15% ~85%的范圍內。本發明第三方面在笫一或第二方面的基礎上，提供具有灰度的光 掩模，其特征在于，按順序層疊所述遮光膜和所述半透明膜而存在的 遮光區域的相對于所述爆光光的反射率小于30% 。本發明第四方面在第一~第三方面中任一方面的基礎上，提供具 有灰度的光掩模，其特征在于，所述半透明膜相對于g線、h線、i線、 KrF受激準分子激光、ArF受激準分子激光中的至少一個所具有的波 長具有防反射功能。本發明第五方面在第一-第四方面中任一方面的基礎上，提供具有灰度的光掩模，其特征在于，所述遮光膜和所迷半透明膜都以鉻為 主成分。本發明第六方面在第五方面的基礎上，提供具有灰度的光掩模， 其特征在于，所述遮光膜由鉻或氮化鉻構成，所述半透明膜由氧化鉻 或氮氧化鉻構成。本發明第七方面提供一種具有灰度的光掩模的制作方法，所述具 有灰度的光掩模在透明基板上具有所希望的圖案，且形成所述圖案的 膜由實質上不能透過曝光光的遮光膜、和以所希望的透射率透過所述 曝光光的半透明膜構成，該具有灰度的光掩模的制作方法的特征在于， 按順序包括準備在所述透明基板上成膜了所述遮光膜的掩模坯料的 工序；構圖所述遮光膜的工序；在設有所述構圖后的遮光膜的所述透 明基板上，全面成膜相對于所述膝光光具有防反射功能的半透明膜的 工序；構圖具有所述防反射功能的半透明膜的工序。本發明第八方面提供一種具有灰度的光掩模的制作方法，所述具 有灰度的光掩模在透明基板上具有所希望的圖案，且形成所述圖案的 膜由實質上不能透過曝光光的遮光膜、和以所希望的透射率透過所述 曝光光的半透明膜構成，該具有灰度的光掩模的制作方法的特征在于， 按順序包括準備在所迷透明基板上具有遮光膜和低反射膜的兩層膜 的掩模坯料的工序；通過蝕刻除去所述低反射膜而露出所述遮光膜的 工序；構圖所述遮光膜的工序；在設有所述構圖后的遮光膜的所述透明基板上，全面成膜具有防反射功能的半透明膜的工序；構圖具有所 述防反射功能的半透明膜的工序。本發明第九方面在第七或第八方面的基礎上，提供具有灰度的光 掩模的制作方法，其特征在于，包括在構圖具有所述防反射功能的 半透明膜的工序之后，再次構圖露出的所迷遮光膜的工序。本發明第十方面在第七~第九方面中任一方面的基礎上，提供具 有灰度的光掩模的制作方法，其特征在于，在構圖所述遮光膜的工序 之后，進行所述遮光膜的掩模圖案檢查工序、及根據需要進行的修正 工序。本發明的具有灰度的光掩模中，由于半透明膜本身具有防反射功 能，故不需要在遮光膜上設置低反射膜，從而使掩模構造簡單化。另 外，由于也可以在遮光膜圖案的邊緣部階梯覆蓋良好地形成半透明膜， 故掩模圖案的邊緣部變得順暢，從而能夠以低的成本得到高品質的具 有灰度的光掩模。通過使用本發明的具有灰度的光掩模，可有效地減少半導體元件 及圖像顯示元件的光刻工序數，可實現低成本的半導體元件及圖像顯 示元件。本發明的具有灰度的光掩模的制造方法中，由于可不準備專用的 光掩模坯料，而使用現有的鉻系材料的光掩模坯料，故可使用現有的 掩模制造工序、制造設備進行制造。另外，在掩模制造工序中的對準 描繪工序中，能夠準確地確定位于半透明膜之下的遮光膜圖案的基準 標記，從而使對準變容易，其精度提高，故而能夠以低成本得到高品 質的具有灰度的光掩模。


圖1是表示本發明的具有灰度的光掩模的一實施方式的剖面示意圖；圖2是表示圖l所示的本發明的具有灰度的光掩模的制造工序的 剖面示意圖；圖3是表示接著圖2的本發明的具有灰度的光掩模的制造工序的 剖面示意圖；圖4是表示本發明的具有灰度的光掩模的其他制造工序的剖面示意圖；圖5是表示接著圖4的本發明的具有灰度的光掩模的其他制造工 序的剖面示意圖；圖6是表示遮光膜之一例的透射率的圖；圖7是表示遮光膜和半透明膜的組合之一例的反射率的圖；圖8是說明使用通用的光掩模坯料時的問題點的工序剖面圖。
具體實施方式
下面，參照

本發明的具有灰度的光掩模及其制造方法的 實施方式。圖1是表示本發明的具有灰度的光掩模的一實施方式的剖面示意圖。圖2及之后的圖3是表示圖1所示的本發明的具有灰度的光掩模 的制造工序的剖面示意圖。圖4及之后的圖5是表示本發明的具有灰 度的光掩模的制造工序的其他實施方式的剖面示意圖。(具有灰度的光掩模)如圖1所示，本發明的具有灰度的光掩模100的結構為，在透明 基板101上具有所希望的圖案，形成圖案的膜由實質上不能透過曝光 光的遮光膜圖案114、和以所希望的透射率透過曝光光的半透明膜圖案 113構成，在透明基板101上混在按順序層疊遮光膜圖案114和半透明 膜圖案113而存在的遮光區域、只有半透明膜圖案113存在的半透明 區域、以及遮光膜圖案114和半透明膜圖案113都不存在的透射區域。本發明中，實質上不能透過曝光光的遮光膜圖案是指，在曝光波 長中，通過一次曝光使爆光光透過且感光性抗蝕劑不能被感光的遮光 膜圖案，通常，在爆光波長中，透射率為0.1%以下是理想的。圖1中，在將遮光膜圖案114及半透明膜圖案113按順序層疊而存 在的遮光區域的被圖案蝕刻后的半透明膜側，成為遮光膜圖案114的 邊緣部和半透明膜圖案113的邊緣部的位置為相同的構造。本發明的具有灰度的光掩模100中，作為透明基板101,通常可使 用用于光掩模中的光學研磨后的堿石灰玻璃、硼硅酸玻璃及鋁硅酸玻 璃等低膨脹玻璃、合成石英玻璃、熒石、氟化鉀等，在曝光光為短波 長的情況下，優選合成石英玻璃。本發明中，作為形成遮光膜圖案114的遮光膜，只要是可作為鉻 系膜、硅化鉬、鉭、鋁、硅、氧化硅、氮氣化硅等通常的掩模材料使 用的薄膜，則都可以使用。從掩模坯料的成本、品質上來說，更優先 以最具有使用業績的鉻為主成分的鉻系膜。鉻系膜通常使用選自鉻、 氧化鉻、氮化鉻、氮氧化鉻中的材料的單層膜，但這些鉻系材料中， 更優選成膜容易且通用性高的鉻膜、或膜應力容易降低的氮化鉻膜。 例如在以鉻為遮光膜時，以50nra 150nm程度范圍的膜厚來使用。本發明中，作為形成半透明膜圖案113的半透明膜，使用形成上 述遮光膜圖案114的遮光膜的氧化膜、氮化膜、碳化膜等，但為維持 可用同一蝕刻設備、工序構圖半透明膜和遮光膜的優點，優選半導體 膜與遮光膜同系的材料構成。在所述遮光膜中作為如上那樣優選的材 料使用鉻系材料時，半透明膜只要使用鉻中含有氧、氮、碳等的透射 率較高的膜，將膜組成和膜厚最佳化以降低層疊于遮光膜上時的反射 率即可。鉻系半透明膜中，更優選透射率和防反射功能這兩者的特性 較容易控制的氧化鉻膜、或氮氧化鉻膜。例如，在將氧化鉻膜作成半 透明膜時，以5nm 150nm程度的范圍的膜厚使用。當膜厚小于5nm、 或大于150nm時，相對于遮光膜的作為半透明膜的透射率難以產生差 異。在含有氧、氮、碳等的半透明膜的情況下，由于其吸光度因組成 而變化，故通過同時控制膜厚和組成可實現所希望的透射率和防反射 功能。本發明中，相對于形成半透明膜圖案113的半透明膜的啄光光的 透射率，優選以15% ~85%的范圍形成。在只有半透明膜存在的半透 明區域，透射率小于15%時，使用本發明的具有灰度的光掩模形成抗 蝕劑圖案時，與遮光區域難以產生差，另一方面，若透射率大于85%， 則形成抗蝕劑圖案時，與透射區域難以產生差。本發明中，具有灰度的光掩模的半透明膜的防反射功能相對于超 高壓水銀燈等發生的光的g線(436nni )、 h線(405nm )、 i線(365nm )、 KrF受激準分子激光(248nm)、 ArF受激準分子激光(193mn )中的 至少一個所具有的波長，具有防反射功能，更優選，相對于如g線、i 線那樣兩個以上的波長都具有防反射功能。通常，在由鉻等金屬膜形成遮光膜圖案時，在相對于爆光光，遮 光膜沒有防反射功能時，反射率顯示30%以上，雜散光產生影響。本發明中，相對于在遮光膜圖案114上層疊半透明膜圖案113而存 在的遮光區域的曝光光的反射率優選小于30% 。若反射率大于30% ， 則在使用光掩模的光刻法中，雜散光產生影響，使光致抗蝕劑的析像 度降低，若反射率小于30%，則作為防反射功能在實用上沒有障礙。 (具有灰度的光掩模的制造方法)其次，對本發明的具有灰度的光掩模的制造方法的實施方式進行 說明。(第一實施方式)圖2是表示圖1所示的本發明的具有灰度的光掩模100的制造工 序的剖面示意圖，圖3是表示接著圖2的本發明的具有灰度的光掩模 100的制造工序的剖面示意圖。要制作本實施方式的具有灰度的光掩模，首先準備在透明基板101 上成膜了作為第一膜的遮光膜102的光掩模坯料103 (圖2 (a))。若 光掩模坯料103的遮光膜102是鉻膜或氮化鉻膜，則鉻膜或氮化鉻膜 通過濺射法形成，通常作為光掩模坯料使用可容易獲得。其次，根據通常的方法將上述的光掩模坯料103進行第一次的掩 模圖案制版，構圖作為第一膜的遮光膜102。即，在遮光膜102上涂敷 與激光曝光裝置等的爆光裝置對應的感光性抗蝕劑等的抗蝕劑，涂敷 后進行規定時間的烘培，形成均勻厚度的遮光膜用抗蝕劑膜104 (圖2 (b))。另外，作為掩模用的曝光裝置，有EB曝光裝置、激光曝光裝置。 本發明中都可以使用，但伴隨LCD及PDP等顯示裝置的大型化、制 造時的多重平面化，光掩模也大型化，從而圖像顯示元件用的光掩模 中主要使用激光曝光裝置。其次，利用激光等能量線105在遮光膜上的抗蝕劑膜104上進行 圖案描繪(圖2(c))。在本實施方式中，該圖案描繪只以形成遮光膜 區域和后續工序中形成的半透明區域直接相接的邊界的方式來描繪， 并對遮光膜102的一部分進行構圖。用于將遮光膜和半透明膜相同的 部位一并進行構圖的圖案描繪，在第二次的掩模圖案的制版時進行。在進行該描繪時，將在第二層半透明膜的構圖時對位使用的描繪 用對準標記，在掩模非轉印區域描繪配置多個(未圖示)。接著，在使用的抗蝕劑的特性上，若有必要則加入爆光后烘培工序，用抗蝕劑規定的顯影液進行顯影，并進行沖洗，形成遮光膜用抗蝕劑圖案106 (圖2 (d))。其次，對從遮光膜用抗蝕劑圖案106露出的遮光膜102進行蝕刻， 形成遮光膜圖案107 (圖2(e)),將殘留的抗蝕劑剝離除去，得到帶 遮光膜圖案的基板108(圖2(f))。遮光膜圖案107只是形成遮光膜區 域和半透明膜區域直接相接的邊界，在該階段，蝕刻與半透明膜相同 的部位的遮光膜部分未被蝕刻而殘留著。遮光膜102的蝕刻可使用濕式蝕刻或干式蝕刻方法，但如上所述， 在圖像顯示元件用的光掩模的情況下，伴隨掩模的大型化，干式蝕刻 方面裝置、材料成本過高，而且大面積的干式蝕刻使蝕刻均勻性惡化， 因此，優選濕式蝕刻。在遮光膜102為鉻系膜的情況下，優選硝酸鈰 系濕式蝕刻劑。本實施方式中，在進行了第一膜的構圖工序之后，進行帶遮光膜 圖案的基板108的檢查，若有必要，則可進行缺陷修正的工序。在遮 光膜使用鉻系膜時，可應用現有鉻系膜的光掩模的檢查技術、修正技 術。通過進行遮光膜圖案尺寸檢查、圖案缺陷檢查的檢查工序、若有 必要則進行修正工序，防止有缺陷的基板被交接給下一工序，從而有 助于提高成品率、降低掩模成本。其次，在帶遮光膜圖案的基板108的整個面上將半透明膜109進 行成膜(圖2 (g))。在此，半透明膜109優選與上述遮光膜102同系的材料。如上所 述，若遮光膜102由上述鉻系材料構成，則半透明膜109使用鉻中含 有氧、氮、碳等的一種或兩種以上且透射率較高的膜，只要以降低層 疊于遮光膜時的反射率的方式，將膜組成和膜厚最適化即可。在含有氧、氮、碳等的半透明膜的情況下，由于其吸光度通過組 成而改變，因此通過同時控制膜厚和組成，可實現所希望的透射率和 防反射特性。例如在將氧化鉻膜作成半透明膜109的情況下，以5nm~ 150nm程度的范圍的膜厚來使用。半透明膜109的成膜與形成鉻遮光膜的方法相同，使用濺射法等 真空成膜方法。其次，通過第二次的掩模圖案制版工序，對作為第二膜的半透明 膜109進行構圖，形成與下層的遮光膜圖案107進行對位后的半透明膜圖案。即，在半透明膜109上涂敷與激光膝光裝置等的曝光裝置對 應的感光性抗蝕劑等的抗蝕劑，在涂敷后烘培規定時間，形成半透明 膜用抗蝕劑膜110 (圖3 (h))。接著，用激光等能量線111進行半透明膜109的圖案描繪。進行該 描繪時，檢測第一層遮光膜的對準標記，進行對位(圖3 (i))。本發 明中，設于遮光膜圖案107上的對準標記，經由抗蝕劑膜110可容易 地檢測，從而提高描繪位置精度。其次，在使用的抗蝕劑的特性上，若有必要則加入曝光后烘培工 序，用抗蝕劑規定的顯影液進行顯影，并進行沖洗，形成半透明膜用 抗蝕劑圖案112 (圖3 (j))。其次，蝕刻從半透明膜用抗蝕劑圖案112露出的半透明膜109，接 著蝕刻露出的遮光膜圖案107，形成半透明膜圖案113和遮光膜圖案 114 (圖3 (k))。在此，在進行了半透明膜蝕刻后，在下層的遮光膜露出的部位再 次蝕刻遮光膜進行構圖。不用說，再次蝕刻的遮光膜的部位與最初蝕 刻的部位不同。另外，在使用與遮光膜同系的材料構成的半透明膜的 情況下，可連續地用同一蝕刻液進行半透明膜的蝕刻和遮光膜的蝕刻， 可縮短制造工序并提高生產效率，因此更優選之。在上述本實施方式中，遮光膜通過二次圖案蝕刻而形成遮光膜圖 案，但在本發明中，也可以只進行一次的圖案蝕刻而形成遮光膜圖案。其次，用抗蝕劑專用的剝離液等，將殘留的半透明膜用抗蝕劑圖 案112剝離除去，得到具有灰度的光掩模IOO(圖3U))。之后，進行 掩模的檢查，若有必要則進行修正。圖3(1)中，在遮光膜上層疊半透明膜進行圖案蝕刻后的一個邊 緣部，遮光膜和半透明膜的截面邊緣部的位置一致地形成，在遮光膜 圖案114的另一個邊緣部，階梯覆蓋良好地形成半透明膜。 (第二實施方式)其次，對第二實施方式進行說明。第二實施方式是使用了在遮光 膜上預先設置低反射層的通用的光掩模坯料的情況的制造方法。圖4及接著的圖5是表示本發明的具有灰度的光掩模的其它制造 工序的剖面示意圖。本實施方式中，為制作本發明的具有灰度的光掩模，準備在透明基板201上設置遮光膜202，且在其上進行了低反射膜203成膜的二層 結構的光掩模坯料220 (圖4 (a))。例如，光掩模坯料220的遮光膜 202是氮化鉻膜，低反射膜203如氣化鉻膜那樣，通常可作為光掩模坯 料使用的材料。但是，上述的光掩模坯料220的低反射膜203，由于并不是容易具 備作為半透明膜的規定的功能，故在本來的通常使用的光掩模坯料的 膜結構中，不能得到本發明的具有灰度的光掩模。本發明的具有灰度的光掩模中，混在有在透明基板上按順序層疊 遮光膜和半透明膜而存在的遮光區域、只有半透明膜存在的半透明區 域、及遮光膜和半透明膜都不存在的透射區域。因此，首先將遮光膜202上的低反射膜203全部蝕刻除去，得到 使遮光膜202露出的基板(圖4 (b))。低反射膜203的蝕刻可通過蝕 刻液和蝕刻時間來控制。其次，根據通常的方法將遮光膜202露出的上述基板進行第一次 的掩模圖案制版，構圖遮光膜202的一部分。即，在遮光膜202上涂 敷與激光曝光裝置等的曝光裝置對應的感光性抗蝕劑等的抗蝕劑，涂 敷后進行規定時間的烘培，形成均勻厚度的遮光膜用抗蝕劑膜204(圖 4 (c))。其次，用激光等能量線205進行遮光膜用抗蝕劑膜204的圖案描 繪(圖4(d))。在本實施方式中，圖案描繪以只形成遮光膜區域和后 續工序中形成的半透明膜區域直接相接的邊界的方式進行描繪，且對遮光膜202的一部分進行構圖。將遮光膜和半透明膜的相同部位一并 蝕刻的圖案描繪，在第二次的掩模圖案制版時進行。另外，在進行上述描繪時，將第二層的半透明膜的構圖時用于對 位的描繪用對準標記，在掩模的非轉印區域描繪配置多個(未圖示)。接著，在使用的抗蝕劑的特性上，若有必要則加入曝光后烘培工 序，用抗蝕劑規定的顯影液進行顯影，并進行沖洗，形成遮光膜用抗 蝕劑圖案206 (圖4 (e))。其次，對從遮光膜用抗蝕劑圖案206露出的遮光膜202進行蝕刻， 形成遮光膜圖案207(圖4(f)),將殘留的抗蝕劑剝離除去，得到帶遮 光膜圖案的基板208 (圖4 (g))。遮光膜圖案207只是形成遮光膜區 域和半透明膜區域直接相接的邊界，在該階段，蝕刻與半透明膜相同的部位的遮光膜部分未被蝕刻而殘留著。如第一實施方式中所敘述，遮光膜202的蝕刻可使用濕式蝕刻或 干式蝕刻方法，優選濕式蝕刻。在遮光膜202為鉻系膜的情況下，優 選硝'酸鈰系濕式蝕刻劑。本實施方式中，在進行了第一膜的構圖工序之后，進行帶遮光膜 圖案的基板208的檢查，若有必要則可進行缺陷修正的工序。在遮光 膜202中使用鉻系膜時，可應用現有的鉻系膜的光掩模的檢查技術、 修正技術。通過進行該檢查工序、若有必要則進行修正工序，可防止 有缺陷的基板被交接給下一工序。其次，在帶遮光膜圖案的基板208的整個面上成膜半透明膜209 (圖5(h))。在第二實施方式中，半透明膜的材料、成膜方法、特性 都與第一實施方式相同。其次，通過進行第二次的掩模圖案制版工序，對作為笫二膜的半 透明膜209及第一膜進行構圖，形成與下層遮光膜圖案進行了對位的 半透明膜圖案。即，在半透明膜209上涂敷與激光膝光裝置等的膝光 裝置對應的感光性抗蝕劑等的抗蝕劑，涂敷后烘培規定時間，形成半 透明膜用抗蝕劑膜210 (圖5 (i))。接著，用激光等能量線211進行半透明膜用抗蝕劑膜210的圖案 描繪。進行該描繪時，檢測第一層遮光膜的對準標記，進行對位(圖5 U))。其次，在使用的抗蝕劑的特性上，若有必要則加入曝光后烘培工 序，用抗蝕劑規定的顯影液進行顯影，并進行沖洗，形成半透明膜用 抗蝕劑圖案212 (圖5 (k))。其次，對從遮光膜用抗蝕劑圖案212露出的遮光膜209進行蝕刻， 接著，在下層的遮光膜圖案207露出的情況下，進一步連續地蝕刻該 部位，由此形成半透明膜圖案213及遮光膜圖案214(圖5(1))。在本 實施方式中，由于遮光膜和半透明膜使用同系的材料，從而可用同一 技術一并地進行遮光膜和半透明膜的構圖，故更優選之。在本實施方式中，遮光膜通過二次圖案蝕刻而形成遮光膜圖案， 但在本發明中，也可以只進行一次的圖案蝕刻而形成遮光膜圖案。其次，將殘留的半透明膜用抗蝕劑圖案212剝離除去，得到具有 灰度的光掩模200 (圖5 (m))。之后，進行掩模的檢查，若有必要則進行修正。圖5 ( m )中，在遮光膜圖案214和半透明膜圖案213層疊而存在 的遮光膜區域的被圖案蝕刻后的層疊側，遮光膜圖案214和半透明膜 圖案213用同一技術一并地進行蝕刻，因此，成為遮光膜圖案214的 邊緣部和半透明膜圖案213的邊緣部的位置為大致相同的結構。另外，在本發明中，關于半透明膜的透射率和反射率的控制，如 上所述，需要將半透明膜的透射率控制在15~85%,將在遮光膜上層 疊半透明膜而成的遮光區域的反射率控制在小于30%。滿足這樣的條 件的半透明膜和遮光膜，通過各膜質的調整及其膜厚的選擇而實現。 作為半透明膜之一例，如上所述，有氣化鉻，作為遮光膜之一例，有 金屬鉻膜。就膜質的調整而言，在為半透明膜時，通過改變濺射條件 來調整氧化鉻的氧化程度等。在為遮光膜時，有若干添加物被添加。 例如已知使用氮。或者，改變其密度。通常改變濺射條件而改變結晶 性(粒徑)、或者在膜中混雜空隙(氣泡)，由此調節外觀上的n(折射 率)、k (消光系數(Extinction Coefficient))。圖6、圖7分別表示以金屬鉻膜(n = 2.4、 k-3.1)為遮光膜、膜 厚為70nm，以氧化鉻膜(n=2.8、 k = 0.3)為半透明膜、使膜厚以0~ 100nm變化時的相對于g線(436nm)的透射率(半透明膜)和反射 率(遮光膜+半透明膜)的關系。圖6中看，在要得到透射率為40% 的半透明區域的情況下，半透明膜的膜厚為50nm,但此時的遮光膜的 反射率在圖7中看為約21%,為較良好的低反射。另一方面，期望透 射率為80%時，半透明膜的膜厚為約5nm，遮光部反射率為34%，成 為不太良好的低反射條件。該情況下，需要改變遮光膜和半透明膜的 膜質、改變n和k。在上述說明中，將鉻系膜作為材料而使用，但除此之外，只要是 將硅化鉬、鉭、鋁、硅、氧化硅、氮氧化硅等可作為通常的掩模材料 使用的薄膜，則都可以使用。另外，對上述本發明的灰度光掩模而言，對2灰度的掩模進行了 說明，但也可以通過將制版、成膜、再制版進行重復來實現2灰度以 上的多灰度的光掩模。實施例(實施例1 )在光學研磨后的330x450nm的合成石英基板上成膜有約100nm 的由鉻構成的遮光膜的常用的光掩模坯料上，涂敷約380nm的市售的 光致抗蝕劑(東京應化工業社制ip-3500),在加熱到120度的熱板上 烘培15分鐘之后，用光掩模用激光描繪裝置^ 4夕口 -少夕社制 LRS11000-TFT3描繪所希望的遮光膜圖案。在此描繪的圖案是用于最 終完全遮光的圖案。其次，用專用的顯影劑(東京應化工業社制NMD3)進行顯影， 得到遮光膜用抗蝕劑圖案。其次，以抗蝕劑圖案為蝕刻用掩模，對鉻膜進行蝕刻，進而將剩 余的抗蝕劑圖案剝離，由此得到所希望的遮光膜圖案。另外，鉻膜的 蝕刻使用市售的硝酸鈰系濕式蝕刻劑(廿、4 7夕尹少夕社制MR-ES)。 鉻膜的蝕刻時間為，約60秒。其次，對這樣得到的帶遮光膜圖案的基板進行遮光膜圖案尺寸檢 查、圖案缺陷檢查、根據需要進行的圖案修正，進一步清洗后，用濺 射法成膜半透明膜即氧化鉻膜。氧化鉻膜的膜厚約為30nm，透射率約 為40% (波長g線436nm)。該半透明膜具有防反射功能，遮光膜和 半透明膜構成的區域在g線中表現為小于30%的反射率。其次，在其上再次涂敷約380nm的市售的光致抗蝕劑(東京應化 工業社制ip-3500)，并在加熱到12(TC的熱板上，烘培15分鐘。接著，用激光描繪裝置(7 4夕口 - ^夕社制LRS11000-TFT3) 再次描繪成為半透明膜圖案的圖像，用專用的顯影劑(東京應化工業 社制NMD3)進行顯影，得到遮光膜用抗蝕劑國案。另外，描繪裝置 LRS11000具有對準描繪功能，對已形成的遮光膜圖案對準位置，形成 半透明膜圖案。其次，以抗蝕劑圖案為掩模，用市售的硝酸鈰系濕式蝕刻劑(if . ^f》夕r 、7夕社制MR-ES)蝕刻半透明膜，接著，對露出的遮光膜進 行蝕刻，得到半透明膜圖案和最終蝕刻的遮光膜圖案。最后，將殘留的抗蝕劑剝離，經由圖案尺寸檢查、缺陷檢查等檢 查工序、根據需要進行圖案修正，得到具有所希望的灰度的光掩模。(實施例2)準備在光學研磨后的330x450nm的合成石英基板上形成作為遮 光膜的氮化鉻膜，并在其上設置了作為低反射膜的氧化鉻膜的二層結 構的市售的光掩模坯料。氮化鉻膜的膜厚為70nm,氧化鉻膜的膜厚約 為20nm。其次，用市售的硝酸鈰系濕式蝕刻劑(廿' O夕^ 、7夕社制 MR-ES)，將上述坯料的低反射膜即氧化鉻膜全部蝕刻除去，得到露出 的遮光膜的基板。其次，在上述露出的遮光膜上涂敷約380nm的市售的光致抗蝕劑 (東京應化工業社制ip-3500)，并在加熱到120。C的熱板上烘培15 分鐘，之后用光掩模用激光描繪裝置(t >f夕口 -少夕社制 LRS11000-TFT3 )描繪所希望的遮光膜圖案。其次，用專用的顯影劑(東京應化工業社制NMD3)進行顯影， 得到遮光膜用抗蝕劑圖案。其次，以遮光膜用抗蝕劑圖案為蝕刻用掩模，用市售的硝酸鈰系 濕式蝕刻劑(f 4 :x夕r 、7夕社制MR-ES )蝕刻遮光膜，形成遮光 膜圖案，將殘留的抗蝕劑剝離除去，得到帶遮光膜圖案的基板。其次，對進行上述帶遮光膜圖案的基板的圖案尺寸檢查、圖案缺 陷檢查、根據需要進行的圖案修正，進一步清洗后，用濺射法成膜半 透明膜即氧化鉻膜。氧化鉻膜的膜厚約為20nm，透射率約為30% (波 長i線365nm)。該半透明膜具有防反射功能，遮光膜和半透明膜構 成的區域在i線上表現為小于30%的反射率。其次，再次涂敷約380nm的市售的光致抗蝕劑(東京應化工業社 制ip-3500)，并在加熱到120'C的熱板上烘培15分鐘，之后光掩模用 激光描繪裝置(t 4夕口 - 7夕社制LRS11000-TFT3 )描繪所希望的 半透明膜圖案。其次，以抗蝕劑圖案為蝕刻用掩模，用市售的硝酸鈰系濕式蝕刻 劑(f 4 7夕亍^夕社制MR-ES )蝕刻氮氧化鉻膜，接著，對露出 的遮光膜進行蝕刻，進而剝離殘留的抗蝕劑像，由此得到所希望的半 透明膜圖案和遮光膜圖案。其次，經由圖案尺寸檢查、缺陷檢查等檢查工序、并根據需要進 行圖案修正，得到所希望的具有灰度的光掩模。
權利要求
1.一種具有灰度的光掩模，在透明基板上具有所希望的圖案，且形成所述圖案的膜由實質上不能透過曝光光的遮光膜、和以所希望的透射率透過所述曝光光的半透明膜構成，在所述透明基板上混在按順序層疊所述遮光膜和所述半透明膜而存在的遮光區域、只有所述半透明膜存在的半透明區域、及所述遮光膜和所述半透明膜都不存在的透射區域，其特征在于，所述半透明膜相對于所述曝光光具有防反射功能。
2. 如權利要求l所述的具有灰度的光掩模，其特征在于， 只有所述半透明膜存在的半透明區域的相對于所述曝光光的透射率在15% ~85%的范圍內。
3. 如權利要求1或2所述的具有灰度的光掩模，其特征在于， 按順序層疊所述遮光膜和所述半透明膜而存在的遮光區域的相對于所述曝光光的反射率小于30% 。
4. 如權利要求1 ~ 3中任一項所述的具有灰度的光掩模，其特征 在于，所述半透明膜相對于g線、h線、i線、KrF受舉準分子激光、ArF 受激準分子激光中至少一個所具有的波長，具有防反射功能。
5. 如權利要求1 ~ 4中任一項所述的具有灰度的光掩模，其特征 在于，所述遮光膜和所述半透明膜都以鉻為主成分。
6. 如權利要求5所述的具有灰度的光掩模，其特征在于， 所迷遮光膜由鉻或氮化鉻構成，所迷半透明膜由氧化鉻或氮氧化鉻構成。
7. —種具有灰度的光掩模的制作方法，所述具有灰度的光掩模在 透明基板上具有所希望的圖案，且形成所述圖案的膜由實質上不能透 過曝光光的遮光膜、和以所希望的透射率透過所述曝光光的半透明膜 構成，該具有灰度的光掩模的制作方法的特征在于，按順序包4舌準備在所述透明基板上成膜了所述遮光膜的掩模坯料的工序； 構圖所述遮光膜的工序；在設有所述構圖后的遮光膜的所迷透明基板上，全面成膜相對于所述曝光光具有防反射功能的半透明膜的工序； 構圖具有所迷防反射功能的半透明膜的工序。
8. —種具有灰度的光掩模的制作方法，所述具有灰度的光掩模在 透明基板上具有所希望的圖案，且形成所述圖案的膜由實質上不能透 過曝光光的遮光膜、和以所希望的透射率透過所述曝光光的半透明膜 構成，該具有灰度的光掩模的制作方法的特征在于，按順序包括準備在所述透明基板上具有遮光膜和低反射膜的兩層膜的掩模坯 料的工序；通過蝕刻除去所述低反射膜而露出所述遮光膜的工序； 構圖所述遮光膜的工序；在設有所述構圖后的遮光膜的所述透明基板上，全面成膜具有防 反射功能的半透明膜的工序；構圖具有所迷防反射功能的半透明膜的工序。
9. 如權利要求7或8所述的具有灰度的光掩模的制作方法，其特 征在于，包4舌在構圖具有所迷防反射功能的半透明膜的工序之后，再次構圖露 出的所述遮光膜的工序。
10. 如權利要求7~9中任一項所述的具有灰度的光掩模的制作方 法，其特征在于，在構圖所述遮光膜的工序之后，進行所述遮光膜的掩模圖案檢查 工序、及根據需要進行的修正工序。
全文摘要
本發明涉及一種具有灰度的光掩模及其制造方法，在用于減少光刻工序數的具有灰度的光掩模中，使用通用的光掩模坯料，防止遮光膜的反射率升高，且半透明膜圖案形成時的對準容易，可在遮光膜圖案上階梯覆蓋良好地形成半透明膜，所述具有灰度的光掩模(100)，在透明基板上具有所希望的圖案，且形成圖案的膜由實質上不能透過曝光光的遮光膜(114)、和以所希望的透射率透過曝光光的半透明膜(113)構成，在透明基板(101)上混在按順序層疊遮光膜(114)和半透明膜(113)而存在的遮光區域、只有半透明膜(113)存在的半透明區域、及遮光膜(114)和半透明膜(113)都不存在的透射區域，其特征在于，半透明膜(113)相對于曝光光具有防反射功能。
文檔編號G03F1/00GK101268417SQ20068003458
公開日2008年9月17日 申請日期2006年9月19日 優先權日2005年9月21日
發明者伊藤公夫, 佐佐木志保, 吉田雄一, 天野剛, 島田周, 毛利弘, 登山伸人, 藤川潤二 申請人:大日本印刷株式會社