灰色調掩模及圖案轉印方法技術

本發明專利技術的課題是提供一種灰色調掩模，在半透光部中具有透過光的光強度分布平坦的部分，且具備能得到規定的光強度的半透光部。再有，提供一種在將半透光部轉印到被轉印體的抗蝕劑膜上時能形成具有大致恒定膜厚的平坦部且具有所希望膜厚范圍的抗蝕劑圖案的高精度灰色調掩模。本發明專利技術的灰色調掩模（３０）在透明基板上形成有遮光部（３１）、透光部（３２）及半透光部（３３），該灰色調掩模（３３）具有與遮光部（３１）相鄰并被夾持的半透光部（３３），該半透光部（３３）具有：形成了半透光膜（３６）的半透光膜形成部（３３ａ）；和設置在半透光部（３３）相鄰的遮光部（３１）的邊界上且露出透明基板（３４）的透光狹縫部（３３ｂ、３３ｃ）。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及用于攝像元件、液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display,以 下稱為LCD)、半導體裝置制造等中的灰色調掩模(gray tone mask)、使 用該掩模的圖案轉印方法，尤其涉及薄膜晶體管液晶顯示裝置的制造中用 于的薄膜晶體管基板(TFT基板)的制造中優選采用的灰色調掩模及圖案 轉印方法。
技術介紹
目前在LCD領域中，薄膜晶體管液晶顯示裝置(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display,以下稱為TFT—LCD)與CRT(陰極射線管)相比， 由于具有容易薄型化且耗電低的優點，故目前商品化正在急速發展。 TFT-LCD具有排列為矩陣狀的各像素中排列有TFT的結構的TFT基板和 對應各像素排列有紅色、綠色及藍色像素圖案的濾色器在液晶相的存在下 重合的結構。在TFT-LCD中，制造工序數多，僅TFT基板就得使用5 —6 枚光掩模來制造。這種狀況下，在"月刊FPD智能(FPD Intelligence)", 1999年5月、p.31-35 (非專利文獻1)中，提出了利用4枚光掩模進行 TFT基板的制造的方法。該方法通過采用具有遮光部、透光部與半透光部(灰色調部)的光掩 模(以下稱為灰色調掩模)，從而降低所使用的掩模枚數。在此，所謂半 透光部是指使用掩模向被轉印體上轉印圖案之際，可以將透過的曝光光 線的透過量降低了規定量，以控制被轉印體上的光致抗蝕劑膜的顯像后的 殘膜量的部分。將在具備這種半透光部的同時還備有遮光部、透光部的光 掩模稱為灰色調掩模。圖8及圖9(圖9是圖8的制造工序的延續)中表示采用灰色調掩模 的TFT基板的制造工序的一例。在玻璃基板l上形成柵電極用金屬膜，通過采用了光掩模的光刻工藝 形成柵電極2。然后，形成柵絕緣膜3、第一半導體膜4 (OC-Si)、第二半導體膜5 (N+ct-Si)、源漏極用金屬膜6以及正型光致抗蝕劑膜7 (圖8 (l))。接著，利用具有遮光部ll、透光部12和半透光部13的灰色調掩 模10，通過對正型光致抗蝕劑膜7進行曝光、顯影，從而形成TFT溝道 部及源漏極形成區域、和覆蓋數據線形成區域且使溝道部形成區域比源漏 極形成區域還薄的第一抗蝕劑圖案7a (圖8 (2))。接著，將第一抗蝕劑 圖案7a作為掩模，對源漏極用金屬膜6及第二、第一半導體膜5、 4進行 蝕刻(圖8 (3))。接下來，借助利用氧的灰化(ashing)除去溝道部形成 區域中薄的抗蝕劑膜，形成第二抗蝕劑圖案7b (圖9 (l))。然后，將第 二抗蝕劑圖案7b作為掩模，蝕刻源漏極用金屬膜6，形成源極/漏極6a、 6b，接著對第二半導體膜5進行蝕刻(圖9 (2))，最后剝離殘存的第二抗 蝕劑圖案7b (圖9 (3))。作為在此使用的灰色調掩模，公知以微細圖案形成半透光部的結構。例如如圖IO所示，具有與源極/漏極對應的遮光部lla、 lib;透光部12;與溝道部對應的半透光部(灰色調部)13，半透光部13是形成了遮光圖 案13a，該遮光圖案13a是由使用灰色調掩模的LCD用曝光機的分辨率界 限以下的微細圖案構成的區域。遮光部lla、 llb與遮光圖案13a通常均由 鉻或鉻化合物等相同材料組成的相同厚度的膜形成。使用灰色調掩模的 LCD用曝光機的分辨率界限在大多數情況下，在步進曝光(stepper)方式 的曝光機中約為3iam，鏡面聚光(mirrorprojection)方式的曝光機中約為 4pm。因此，例如在圖10中可以使半透光部13中的透過部13b的間隔寬 度小于3(im，將遮光圖案13a的行寬設為曝光機的分辨率界限以下，即小 于3|im。上述的微細圖案類型的半透光部、即灰色調部分的設計，具體是存 在將遮光部與透光部的中間的具有半色調(halftone)效果的微細圖案做 成行與間隔(line and space)類型還是點(網點)類型、或者做成其他圖 案的選擇，另外在行與間隔類型的情況下，可以考慮將線寬設為何種程度、 透過光的部分與被遮光部分的比率為多大、將整體的透過率設為何種程度 后進行設計。另一方面，在特開2002-189280號公報(專利文獻l)中，提出將想 要半色調曝光的部分設為半透過型的半色調膜(半透光膜)的方案。通過 擦用該半色調膜，從而可以減少半色調部分的曝光量，可以進行半色調曝 光。在采用半色調膜的情況下，在設計中討論整體的透過率需要為何種程 度，在掩模中通過選擇半色調膜的膜種(原材料)與膜厚，從而能夠生產 掩模。在掩模的制造中進行半色調膜的膜厚控制。在用灰色調掩模的灰色 調部形成TFT溝道部的情況下，若為半色調膜，則可以利用光刻工序容易 地進行圖案化，因此存在即使TFT溝道部的形狀為復雜的圖案形狀也能達 到目的的優點。將上述半透光部設為半色調膜(半透光膜)的上述灰色調掩模，與上 述微細圖案類型的灰色調掩模相比，在形成一定面積以上的半透光部的情 況下是非常有用的。這是因為在為微細圖案類型的半透光部的情況下， 若其面積增大，則存在圖案數據龐大的問題，但在采用半色調膜的半透光 部中就不會產生這種問題。圖11 (a)表示將這種半透光部做成半色調膜(半透光膜)的灰色調 掩模的一例。即，灰色調掩模20包括形成為規定的圖案狀的遮光部21、 透光部22和半透光部23，如圖ll (b)(沿(a)中的L-L線的剖視圖) 所示，遮光部21構成為在透明基板24上具有遮光膜25，透光部22由透 明基板24露出的部分構成，另外半透光部23構成為在透明基板24上具 有半透光膜26。然而，近幾年尤其是伴隨TFT溝道部的圖案的微細化，即使在灰色調 掩模中也需要更加微細的圖案，本申請的專利技術人們發現即使在上述的半 透光部采用半透光膜的灰色調掩模中，也產生了新的課題。即，如上述的 圖11所示，在為利用半透光膜26形成了被遮光膜25形成的兩個遮光部 21、 21夾持的寬度A為7pm左右的半透光部23的灰色調掩模的情況下， 使用該掩模時的曝光機中的該半透光部的透過光的光強度分布如圖12所 示。另外，作為曝光機的曝光光源，例如采用包含g射線(波長436nm) 或i射線(波長365nm)的350nm 450nm波長區域的光源。根據該光強 度分布，被轉印體上的抗蝕劑膜被曝光，然后經過抗蝕劑的顯影工序形成 抗蝕劑圖案。因此，該灰色調掩模的半透光部中的光強度分布反映在所形成的抗蝕劑圖案的形狀中。此時，當然可以采用以下條件適當選擇抗蝕 劑自身的光靈敏度特性或顯影特性等，以充分的精度使上述光強度分布反 映于抗蝕劑圖案中。在此，作為適用于本專利技術的灰色調掩模的曝光機，具有數值孔徑NA為0.1—0.07左右的光學系統。另一方面，在圖13中示出半透光部23的圖案的形狀進一步微細化、 寬度A例如為3.6pm的情況下的該半透光部的透過光的光強度分布。根據 圖13可知，光強度分布曲線的形狀與圖12的情況不同，在波峰附近幾乎 沒有平坦部分。 一般，在與遮光部的邊界附近的半透光部中，根據曝光機 的分辨率，通過光的衍射而描繪了規定的傾斜度，但若半透光部的尺寸(寬 度)例如減小為6pm以下，則相對于曝光光線波長或曝光機的分辨率而 言，衍射的影響增大到無法忽略的程度，因此成為圖13所示的幾乎沒本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種灰色調掩模，在透明基板上具有半透光膜及遮光膜，在所述半透光膜及所述遮光膜上分別通過蝕刻施以規定的圖案而形成有遮光部、透光部及半透光部，　　　　所述灰色調掩模具有與所述遮光部相鄰并被夾持的半透光部，　　　　所述半透光部具有：形成了所述半透光膜的半透光膜形成部；和設置在所述半透光部相鄰的所述遮光部的邊界上且露出所述透明基板的透光狹縫部。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：井村和久，木村泰樹，
申請(專利權)人：HOYA株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]