多色调光掩模的制造方法和图案转印方法

专利名称：多色调光掩模的制造方法和图案转印方法
技术领域：
本发明涉及在制造例如液晶显示装置等的平板显示器(Flat Panel Display:以下称作FPD)等时使用的多色调光掩模的制造方法和使用了所述多色调光掩模的图案转印方法。
背景技术：
例如FPD用的薄膜晶体管(Thin Film Transistor 以下称作TFT)基板，是使用在透明基板上形成有由遮光部和透光部构成的转印图案的光掩模，经过例如5次 6次的光刻工序而制造出来的。近年来，为了削减光刻工序数，已开始使用在透明基板上形成有包含遮光部、半透光部以及透光部的转印图案的多色调光掩模。在上述多色调光掩模中，例如可构成为遮光部是在透明基板上按顺序依次形成半透光膜和遮光膜而得到的，半透光部是在透明基板上形成半透光膜而得到的，透光部是使透明基板露出而得到的。另外，这里“按顺序”是指，只要不妨碍蚀刻，在膜之间也可以存在其它膜。这样的多色调光掩模需要对半透光膜和遮光膜分别实施预定的构图，因此，绘图和显影至少要各进行2次才能制造出来。具体地说，例如，首先，准备在透明基板上按顺序依次层叠有半透光膜、遮光膜以及第1抗蚀剂膜的光掩模坯体(blank)。然后，对第1抗蚀剂膜实施第1次绘图和显影，形成覆盖遮光部的形成区域和半透光部的形成区域的第1抗蚀剂图案，将第1抗蚀剂图案作为掩模对遮光膜和半透光膜进行蚀刻。接着，去除第1抗蚀剂图案而形成第2抗蚀剂膜，对第2抗蚀剂膜实施第2次绘图和显影，形成覆盖遮光部的形成区域的第2抗蚀剂图案。进而，将第2抗蚀剂图案作为掩模对遮光膜进行蚀刻，去除第2 抗蚀剂图案。但是，制造例如FPD用的TFT基板等时使用的光掩模比半导体制造用的光掩模大， 例如一个边为500mm以上的方形、乃至一个边超过IOOOmm的方形的光掩模最近也不少见， 因而绘图需要较长时间。另一方面，提高这样的FPD制品的生产效率从而降低价格这样的呼声也较高。为此，发明人已把目光放在针对绘图和显影至少各进行2次的上述方法，要求提高其生产性的方面。此外，在上述方法中，要在第1次绘图与第2次绘图之间进行显影、构图(蚀刻)工序，因而需要将从绘图机上取下的在上述工序中处理后的光掩模中间体再次放到绘图机上。在此情况下，为了消除第1次与第2次绘制的图案之间的偏差而进行绘图， 要由绘图机读入形成在掩模上的对准标记，以该对准标记的位置为基准由绘图机实施恰当的校正来进行绘图(将其称作对准绘图)，即便如此，完全防止位置偏差仍很困难。例如，根据本发明人的研究，这样的对准绘图时产生的位置偏差有时为0. 1 μ m 0. 5 μ m左右。在该情况下，转印图案的形成精度降低。例如，在想要利用这样的多色调光掩模制作液晶显示装置用的TFT时，原本具有作为设计值的相同线宽的遮光图案由于上述位置偏差而成为不同的线宽，从而在面内，线宽产生了与上述位置偏差量相应的分布。进而，就本发明人所知，通过形成抗蚀剂残膜值因位置而不同的抗蚀剂图案，并利用该抗蚀剂图案的减膜，能够削减绘图和显影的次数。具体地说，首先，准备在透明基板上按照半透光膜、遮光膜以及第1抗蚀剂膜的顺序进行层叠后的光掩模坯体。然后，对第1抗蚀剂膜实施绘图和显影，形成第1抗蚀剂图案，该第1抗蚀剂图案覆盖遮光部的形成区域和半透光部的形成区域，且半透光部的形成区域中的抗蚀剂膜的厚度比遮光部的形成区域中的抗蚀剂膜的厚度薄。将该第1抗蚀剂图案作为掩模对遮光膜和半透光膜进行蚀刻。接着， 对第1抗蚀剂图案进行减膜，去除半透光部的形成区域中的第1抗蚀剂图案，由此使遮光膜露出，形成覆盖遮光部的形成区域的第2抗蚀剂图案。进而，将第2抗蚀剂图案作为掩模对遮光膜进行蚀刻，然后，去除第2抗蚀剂图案。如果采用这样的方法，则在制造具有透光部、 半透光部以及遮光部的(即3色调的)多色调光掩模时，能够使得绘图工序仅为1次。但是，为了将其应用于现实的生产工序，存在几个难点。其一，在面向大型光掩模坯体的绘图工序中，涉及根据位置改变曝光量的技术。光掩模用的绘图曝光装置一般不需要绘制包含中间色调的图案，因而，在进行绘图用的光束扫描的同时改变曝光量十分不容易ο作为针对上述问题的解决方法，具有以下方法。在日本特开2002-189280号公报 (专利文献1)中记载有如下工序在光掩模坯体上，针对形成透光部的部分，以能够使抗蚀剂完全感光的曝光量对抗蚀剂膜进行曝光，而且针对形成半透光部的部分，以比能够使抗蚀剂完全感光的曝光量小的曝光量对抗蚀剂膜进行曝光。此外，在日本特开2005-024730 号公报(专利文献2)中，记载有包含如下步骤的抗蚀剂膜曝光工序针对形成半透光部的部分，使用电子射线绘图机或者激光绘图机，利用所述绘图机的解像度极限以下的图案的绘图数据进行绘图。但是，根据本发明人的研究发现，不仅是绘图工序，而且对通过绘图、显影而形成的抗蚀剂图案进行减膜的工序也很困难，存在技术课题。例如，在对抗蚀剂膜进行减膜的工序中，必须对光掩模坯体的形成了抗蚀剂膜的面内整体进行均勻的减膜。当由于面内位置而发生不均勻的减膜时，抗蚀剂的残膜量变得不均勻，由下一工序的蚀刻形成的遮光部或者半透光部的线宽相对于设计值发生变动。第一，由于大型掩模面积大，因此，不容易维持减膜在面内的均勻性。即，在面内均勻地提供与减膜有关的反应物质非常重要。作为损害减膜的面内均勻性的另一个原因，可举出影响减膜的面内均勻性的、抗蚀剂的减膜量取决于转印用图案的形状。具体地说，在所要得到的转印用图案中，往往与作为最终制品的器件相应地，存在遮光部和半透光部的疏密分布，或者，遮光部和半透光部的面积比率存在分布。在该情况下，有时，例如在第1抗蚀剂图案的稀疏区域(每单位面积中的开口面积的比例较大的区域)中，减膜速度较大，而在第1抗蚀剂图案的密集区域(每单位面积中的开口面积的比例较小的区域)中，减膜速度较小。结果，很难准确地进行减膜的形状控制，有时导致转印图案的形成精度降低。尤其是在FPD用光掩模中抗蚀剂图案的疏密差较大，因而存在容易出现减膜速度不均勻的倾向。

发明内容
本发明的目的在于，既能利用抗蚀剂图案的减膜削减绘图和显影的次数，又能提高抗蚀剂图案的减膜速度的面内均勻性，提高转印图案的形成精度。本发明的第1方式提供一种多色调光掩模的制造方法，该制造方法在透明基板上形成包含遮光部、半透光部以及透光部的转印图案，其特征在于，该制造方法具有以下工序准备光掩模坯体，该光掩模坯体是在所述透明基板上按顺序依次层叠半透光膜、遮光膜以及抗蚀剂膜而得到的；对所述抗蚀剂膜实施绘图和显影，形成第1抗蚀剂图案，该第1抗蚀剂图案覆盖所述遮光部的形成区域和所述半透光部的形成区域，且所述半透光部的形成区域中的所述抗蚀剂膜的厚度比所述遮光部的形成区域中的所述抗蚀剂膜的厚度薄；第1 蚀刻工序，将所述第1抗蚀剂图案作为掩模对所述遮光膜和所述半透光膜进行蚀刻，使所述透明基板的一部分露出；向所述第1抗蚀剂图案供给臭氧，对所述第1抗蚀剂图案进行减膜，使所述半透光部的形成区域中的所述遮光膜露出，形成覆盖所述遮光部的形成区域的第2抗蚀剂图案；第2蚀刻工序，将所述第2抗蚀剂图案作为掩模对所述遮光膜进行蚀刻， 使所述半透光膜的一部分露出；以及去除所述第2抗蚀剂图案。本发明的第2方式是在第1方式所述的多色调光掩模的制造方法中，在形成所述第2抗蚀剂图案的工序中，向所述第1抗蚀剂图案供给臭氧水。本发明的第3方式是在第1方式所述的多色调光掩模的制造方法中，在形成所述第2抗蚀剂图案的工序中，向所述第1抗蚀剂图案供给臭氧气体。本发明的第4方式是在第1方式或第3方式所述的多色调光掩模的制造方法中， 在形成所述第2抗蚀剂图案的工序中，在所述第1抗蚀剂图案的表面附近产生所述臭氧。本发明的第5方式是在第1方式、第3方式或第4方式所述的多色调光掩模的制造方法中，在形成所述第2抗蚀剂图案的工序中，在存在氧或臭氧的环境中，向所述第1抗蚀剂图案照射光。本发明的第6方式提供一种图案转印方法，该图案转印方法具有以下工序隔着通过第1方式 第5方式中任意一个方式所述的制造方法制造出的多色调光掩模，向形成在被转印体上的被转印抗蚀剂膜照射曝光光，由此将所述转印图案转印到所述被转印抗蚀剂膜上。根据本发明，既能利用抗蚀剂图案的减膜削减绘图和显影的次数，又能提高抗蚀剂图案的减膜速度的面内均勻性，提高转印图案的形成精度。


图1是本发明的第1实施方式的多色调光掩模的制造工序的流程图。图2是表示使用了本发明的第1实施方式的多色调光掩模的图案转印方法的截面图。图3是表示活性氧过剩供给时的抗蚀剂图案减膜工序中的原理的截面图。图4是表示参考例的抗蚀剂图案减膜工序中的原理的截面图。图5是表示参考例的多色调光掩模的制造方法的说明图。图6是表示本发明的第1实施方式的针对光掩模坯体的一个绘图方法的图，(a)是表示由遮光部数据、透光部数据以及半透光部数据构成的合成数据的平面图，(b)是表示从 (a)所示的合成数据中分离出的遮光部数据和透光部数据的平面图，(c)是表示从(a)所示的合成数据中分离出的半透光部数据的平面图。图7是表示本发明的第1实施方式的、在光掩模坯体的抗蚀剂膜上绘制图6的(a) 的绘案时的曝光量分布的平面图。
图8是图7的I-I截面图，(a)是在抗蚀剂膜上绘制了绘案后的光掩模坯体的截面图，(b)是对抗蚀剂膜进行显影后的光掩模坯体的截面图。图9是表示本发明的第1实施方式的针对光掩模坯体的另一绘图方法的流程图。图10是表示本发明的第1实施方式的针对光掩模坯体的另一绘图方法中使用的绘案的图。标号说明10 多色调光掩模；IOb 光掩模坯体；100 透明基板；101 半透光膜；102 遮光膜；103 抗蚀剂膜；103p 第1抗蚀剂图案；104p 第2抗蚀剂图案；110 遮光部；115 半透光部；120 透光部。
具体实施例方式如前所述，在多色调光掩模的制造方法中，为了实现例如3种色调(透光部、遮光部以及半透光部)，需要对形成在透明基板上的2种膜实施构图，在现有的制造方法中，需要至少2次的绘图和显影工序。而且，对于4色调以上的多色调光掩模，需要至少2次或者更多次的绘图/显影工序。因此，期望改善生产效率和制造成本。而且，因多次绘图引起的图案彼此的位置偏差会导致转印图案的形成精度降低。因此，本发明人为了解决上述课题而致力于削减绘图和显影工序的次数。首先，如图5的(a)所例示的，准备光掩模坯体IOb'，该光掩模坯体IOb'在透明基板100'上按顺序依次形成有半透光膜101'和遮光膜102'，并在最上层形成有抗蚀剂膜103'。然后，如图5的(b)的103p'的实线所例示的，对光掩模坯体IOb'具有的抗蚀剂膜103'实施曝光/显影，形成具有例如2种厚度的第1抗蚀剂图案103p'。这可通过如下方式来进行针对形成透光部的部分，以能够使抗蚀剂完全感光的曝光量对抗蚀剂膜进行曝光，而且针对形成半透光部的部分，以比能够使抗蚀剂完全感光的曝光量小的曝光量对抗蚀剂膜进行曝光。结果，图5的(b)所示的第1抗蚀剂图案103p'被形成为覆盖遮光部110'的形成区域和半透光部115'的形成区域，且半透光部115'的形成区域中的抗蚀剂膜103'的厚度比遮光部110'的形成区域中的抗蚀剂膜103'的厚度薄。另外，所谓遮光部110'、半透光部115'的形成区域，是指在所要得到的多色调光掩模中要形成遮光部110'、半透光部115'的区域。然后，将第1抗蚀剂图案103p'作为掩模对遮光膜102'和半透光膜101'进行蚀刻。接着，如图5的(b)的104p'的虚线和部分实线所示，对第1抗蚀剂图案103p'进行减膜，形成覆盖遮光部110'的形成区域的第2抗蚀剂图案104p'。然后，在图5的(c) 中，例示出将第2抗蚀剂图案104p'作为掩模对半透光膜101'进行蚀刻后，去除完第2抗蚀剂图案104p'时的状态。根据该方法，能够分别将绘图和显影工序的次数削减至1次，从而能够解决上述课题。这里，所谓减膜，是指例如从抗蚀剂图案103p'所露出的上部(表面)起，在垂直方向上消除期望量的抗蚀剂图案103p'，从而减小膜厚。在上述说明中，第1抗蚀剂图案103p'的减膜例如可通过如下方式来进行使用等离子体灰化(Plasma ashing)法，向第1抗蚀剂图案103p'供给由等离子体产生的活性物质，例如活性氧，使构成抗蚀剂膜103'的有机物分解而灰化(ashing)。但是，根据本发明人的研究可知，该方法存在不够充分的问题。例如，因灰化产生的异物会残留在系统内，
6存在掩模图案产生缺陷的危险。而且可知，第1抗蚀剂图案103p'的减膜速度的面内均勻性不够充分。结果可知，很难准确地进行减膜中的抗蚀剂图案的形状控制，例如，如图5的 (c)的125所示，有时，一部分转印图案的尺寸形成得比预定区域小。因此，本发明人就减膜速度的面内均勻性降低的原因进行了深刻研究。以下参照附图来说明减膜速度的面内均勻性降低的原因。首先，为了满足光掩模所要求的图案线宽的均勻性(例如面内偏差的允许值为 0. 2 μ m以下这样的规格)，需要在面内以不会发生不足的方式供给减膜用的反应物质。而且，考虑需要进行如下这样的供给，即在该供给的情况下，即使产生了因图案的面内不均勻引起的消耗不均勻，也不会因此导致减膜量的不均勻。图4是表示第1抗蚀剂图案103p'的减膜原理的截面图。在图4中，(bl)表示减膜前的第1抗蚀剂图案103p'的结构，(b2)表示利用活性氧对第1抗蚀剂图案103p'进行减膜的状态，(b3)表示将通过减膜得到的第2抗蚀剂图案104p'作为掩模对遮光膜进行蚀刻、从而形成了转印图案后的状态。如图4的(bl)所示，第1抗蚀剂图案103p'具有稀疏区域(例如每单位面积中的开口面积的比例大的区域)和密集区域(例如每单位面积中的开口面积的比例小的区域)。具体地说，例如透光部120'(参照图5的(C))的形成区域相当于稀疏区域，遮光部 110'(参照图5的(C))和半透光部115'(参照图5的(C))的形成区域相当于密集区域。这里，在稀疏区域中，成为减膜对象的抗蚀剂材料(第1抗蚀剂图案103p')较少，因此，活性氧的消耗不怎么多。因此，在稀疏区域中，容易成为这样的状态提供给第1 抗蚀剂图案103p'的每单位面积中的活性氧的供给量比对第1抗蚀剂图案103p'进行减膜而消耗的每单位面积中的活性氧的消耗量多。即，不容易产生活性氧的不足，减膜速度不容易因活性氧的量而受到限制。相比之下，在密集区域中，成为减膜对象的抗蚀剂材料(第1抗蚀剂图案103p') 比较丰富，因此，活性氧的消耗量变多。因此，在密集区域中，容易成为这样的状态与对第 1抗蚀剂图案103P'进行减膜而消耗的每单位面积中的活性氧的消耗量相比，提供给第1 抗蚀剂图案103p'的每单位面积中的活性氧的供给量不充分。即，容易产生活性氧的不足， 分解反应会因活性氧的量而被限速，减膜速度容易局部降低。当增加减膜时间时，将导致上述稀疏区域中抗蚀剂的线宽减小。由此可知，减膜速度会受到成为减膜对象的第1抗蚀剂图案103p'的形状的影响，有时导致减膜速度的面内均勻性降低。在该情况下，由于减膜速度的面内均勻性降低， 因而很难准确地进行减膜的形状控制，如图4的(b3)所例示，导致转印图案的形成精度降低。尤其是在FPD用光掩模中，抗蚀剂图案的疏密差较大，因此，存在减膜速度的不均勻容易显著地显现的趋势。另外，减膜速度的面内均勻性的降低不仅在抗蚀剂图案的疏密差大时会显著地显现，而且在抗蚀剂图案的开口面积自身之差大的情况下，也会显著地显现。在使用了等离子体灰化法的方法中，是在减压下产生等离子体，因此，不能自由地增加用于对抗蚀剂进行减膜的反应物(包括活性氧)的量。因此认为，无法避免因抗蚀剂图案的疏密及开口率之差导致上述反应物质供给不足的状况。尤其很难满足光掩模所允许的面内的线宽分布规格。
因此，本发明人就提高减膜速度的面内均勻性的方法进一步进行了深刻研究。结果得出了以下观点在减膜处理工序中，使提供给第1抗蚀剂图案103p'的每单位面积的活性氧的供给量大于对第1抗蚀剂图案103p'进行减膜而消耗的每单位面积的活性氧的消耗量，即通过供给臭氧来过剩地产生活性氧，由此，能够提高减膜速度的面内均勻性。在通过这样的活性氧(包括臭氧)的过剩供给来进行抗蚀剂图案的减膜的情况下，能够移送由例如活性氧产生装置等生成并被管理成固定浓度的活性氧(例如作为溶液或气体)，连续向抗蚀剂图案供给预定量。由此，能够持续向活性氧的消耗部位供给固定浓度的活性氧，因此，能够过剩地供给活性氧，阻止因抗蚀剂图案的疏密差异而产生对于活性氧的消耗量供给不足的部分。此外，对于通过在含有氧或臭氧气体的至少一方的环境中对抗蚀剂图案进行光照射来产生活性氧的情况，也能够连续向光照射部分提供上述环境而产生同样的作用。此外， 也可以供给含有氧或臭氧的至少一方的液体(例如纯水)等来取代上述环境。此外，与上述等离子体灰化不同，使用了臭氧的灰化能够独立地调整浓度和供给量，因此，作为抗蚀剂图案的减膜方法是有利的，通过流量调整等增减供给量，容易实现活性氧的过剩状态。而且，还能够通过降低活性氧浓度来降低抗蚀剂的减膜速度。在该情况下，能够精确地调整抗蚀剂的减膜量。例如，在希望通过降低活性氧浓度进而降低抗蚀剂图案的减膜速度来精确地调整减膜量的情况下，也能够通过调整供给量来供给浓度始终固定的臭氧，因而能够进行活性氧的过剩供给。即，不会出现所供给的活性氧比所消耗的活性氧少的状况，因此，不会因图案的疏密差而产生减膜量的面内不均勻。例如，可在2ppm 150ppm的范围内调整臭氧水浓度，能够调整减膜量。为了更精确地控制减膜量，优选设为2ppm 50ppm的范围，进一步优选设为2ppm 30ppm。在按照光掩模的每单位面积来换算此时的臭氧水供给量时，成为20. Oml/cm2 · min 0. IOml/ cm2*min左右。可以更优选地设为20. Oml/cm2 · min 0. 50ml/cm2 · min。只要为该范围的供给量，则即使在臭氧浓度低的情况下，也能够使活性氧的供给量成为过剩状态，十分理想。此外，该供给量例如可通过将供给的臭氧水的量除以所要处理的光掩模坯体基板的面积来求出。此外，可以通过利用了臭氧吸光度等的公知的测定装置来测定臭氧浓度，能够测定即将提供给抗蚀剂图案之前的浓度。在这样的使用了臭氧的灰化方法中，能够按照每单位时间供给期望的量、且期望浓度的臭氧，是有利的。另一方面，在等离子体灰化中，难以独立地控制作为反应物的活性氧等的浓度及其供给量，难以消除因抗蚀剂图案的疏密差引起的抗蚀剂减膜量的面内不均勻。关于臭氧的供给，可将液体或气体作为介质，将由臭氧产生装置生成的臭氧气体提供给抗蚀剂图案。或者，可在含有氧或臭氧中的至少一方的介质中针对抗蚀剂图案进行供给或者将介质提供给抗蚀剂图案，同时向供给部分照射紫外线，由此，能够在抗蚀剂图案的表面附近产生活性氧。此时，抗蚀剂图案的表面附近产生的活性氧会在寿命上失去活性之前在抗蚀剂的减膜中消耗掉，因而十分理想。此时，优选的是，连续地向上述光照射部分提供含有氧或臭氧中的至少一方的介质，使得活性氧的生成不会发生不足。根据本发明人的研究，通过采用这样的方法，能够使形成于多色调光掩模的半透光部和遮光部的图案线宽(即，半透光膜图案和遮光膜图案的线宽)接近由掩模的设计数据给出的设计值。此外，即使在设计值与实际的线宽之间产生了预定的差异，也能够使该产生的差异在面内均勻。本发明正是基于本发明人得出的上述观点而完成的。〈本发明的第1实施方式〉以下，参照图1和图2说明本发明的第1实施方式。图1是本第1实施方式的多色调光掩模10的制造工序的流程图。图2是表示使用了多色调光掩模10的图案转印方法的截面图。(1)多色调光掩模的制造方法(光掩模坯体准备工序)首先，如图1的(a)所1例示，准备光掩模坯体10b，该光掩模坯体IOb在透明基板 100上按顺序依次形成有半透光膜101和遮光膜102，且在最上层形成有抗蚀剂膜103。透明基板100例如构成为平板，其由石英(SiO2)玻璃、或者包含Si02、Al203、B203、 RO(R是碱土金属)、R2CKR2是碱金属)等的低膨胀玻璃等构成。透明基板100的主面(正面和背面)通过研磨等而变得平坦且平滑。透明基板100例如可以是一个边为2000mm 2400mm左右的方形。透明基板100的厚度例如可以是3mm 20mm左右。半透光膜101由包含钼(Mo)、钽(Ta)等金属材料和硅(Si)的材料构成，例如， 由MoSi, MoSi2, MoSiN, MoSiON, MoSiCON, TaSix等构成。半透光膜101构成为可使用氟 (F)系蚀刻液(或者蚀刻气)进行蚀刻。此外，半透光膜101具有针对由含有硝酸铈铵 ((NH4)2Ce(NO3)6)和高氯酸(HClO4)的纯水构成的铬用蚀刻液的耐蚀刻性，作为如后所述使用铬用蚀刻液对遮光膜102进行蚀刻时的蚀刻阻挡层发挥功能。遮光膜102实质上由铬(Cr)构成。另外，如果在遮光膜102的表面层叠Cr化合物(CrO、CrC, CrN等)(未图示)，则能够使遮光膜102的表面具有反射抑制功能。遮光膜 102构成为可使用上述铬用蚀刻液进行蚀刻。抗蚀剂膜103可由正性光致抗蚀剂材料或者负性光致抗蚀剂材料构成。在以下说明中，假定抗蚀剂膜103由正性光致抗蚀剂材料形成。抗蚀剂膜103例如可使用狭缝涂布机或旋转涂布机等来形成。(第1抗蚀剂图案形成工序)接着，通过激光绘图机等对光掩模坯体IOb进行绘图曝光，使抗蚀剂膜103感光， 向抗蚀剂膜103供给显影液实施显影，形成覆盖遮光部110的形成区域和半透光部115的形成区域的第1抗蚀剂图案103p。图1的(b)例示出形成第1抗蚀剂图案103p后的状态。 如图1的(b)所示，第1抗蚀剂图案103p形成为，半透光部115的形成区域中的抗蚀剂膜 103的厚度比遮光部110的形成区域中的抗蚀剂膜103的厚度薄。另外，遮光部110、半透光部115的形成区域是指在所要得到的多色调光掩模10中要形成遮光部110、半透光部115 的区域。在这样形成厚度不同的第1抗蚀剂图案103p时，例如可使用以下方法。根据以下方法，能够通过1次绘图和1次显影处理来形成具有2种以上的残膜量的第1抗蚀剂图案 103p。具体地说，在准备上述光掩模坯体IOb而进行绘图时，在形成透光部120的区域中应用使抗蚀剂膜103完全感光的曝光量，而在形成半透光部115的区域中应用比使抗蚀剂膜 103完全感光少的曝光量。以下，举2个例子详细描述相应的绘图方法。
(a)基于half dose绘图的方法如图6的(a)所示，将以下情况举为例子组入有遮光部110、透光部120以及半透光部115的全部图案数据的掩模图案的合成数据由遮光部数据110d、透光部数据120d以及半透光部数据115d构成。在该情况下，将掩模图案的合成数据分离成图6的(b)所示的遮光部数据IlOd和透光部数据120d、图6的(c)所示的半透光部数据115d。这里，在分离上述数据时，遮光部数据IlOd也可包含在图6的(c)的半透光部数据侧。在使用正性抗蚀剂的情况下，遮光部数据IlOd是不进行绘图的部分，因此，不管通过怎样的数据分离方法， 在以后的绘图工序中都示出相同的结果，因而不存在问题。然后，以能够完全去除抗蚀剂膜 103的曝光量(100%)绘制透光部120的形成区域，之后，以使抗蚀剂膜103完全感光的曝光量的大约一半的曝光量绘制半透光部115的形成区域，由此，能够绘制出图6的(a)所示的图案。另外，透光部120的形成区域和半透光部115的形成区域的绘制顺序也可以为不同顺序，谁在前都没有关系。在抗蚀剂膜103上(正性抗蚀剂的绘图例)绘制上述图6的 (a)所示的绘案时的曝光量的分布如图7所示。S卩，区域C(透光部120的形成区域) 的曝光量为100%，区域A(半透光部115的形成区域)的曝光量为50%，区域B(遮光部 110的形成区域)的曝光量为0% (未曝光)。半透光部的曝光量不限于上述值，例如可设为30%以上70%以下。如果在该范围内，则抗蚀剂残膜量作为蚀刻时的掩模不会产生不良状况，能够在明确保持抗蚀剂膜厚的部分与薄的部分之间的边界的状态下进行高精度的减膜。接着，如作为图7的I-I截面图的图8的(a)所示，在以图7所示的曝光分布进行了绘图的情况下，区域B未曝光，针对区域A，调节绘图时的曝光量，使得曝光/显影后的膜厚为区域B的残膜值的大约一半。对于区域C，给与在进行了抗蚀剂构图时将将能够完全去除抗蚀剂的曝光量。例如，作为此时的绘图方法，利用激光绘图机以曝光量100%的光量进行了区域C的绘图之后，以曝光量50%左右的光量进行区域A的绘图。关于区域A、区域C 的绘图顺序，谁在前都没有关系。接着，如图8的(b)所示，以具有膜厚差的方式对抗蚀剂膜103进行显影。此时， 关于抗蚀剂膜103的膜厚，区域A是区域B的大约一半左右，区域C成为抗蚀剂膜103被完全去除的状态。另外，虽然这里将半透光部115的形成区域(区域A)的曝光量设为50%， 但可根据期望的残膜值在例如20% 80%左右的范围内进行变更。通过这样地变更曝光量，能够使区域A在显影后形成为期望的残膜值。在本第1实施方式中，能够这样地通过一个工序连续地进行绘图。(b)基于未解像图案绘制的方法接着，说明另一个抗蚀剂图案形成方法。在该方法中，也使用上述光掩模坯体10b， 利用激光绘图机等进行绘图。作为一例，如图10所示，绘案具有遮光部图案110a、 110b、透光部图案120p以及半透光部图案115p。在此，半透光部图案115p是形成有由所使用的绘图机的解像度极限以下的微细图案(线和间隙line and space)构成的遮光图案 115a和透射图案115b的区域。例如，如果所使用的激光绘图机的解像度极限为2. Ομπι，则可以将图10中半透光部图案115ρ中的透射图案115b的间隙宽度设为小于2. Ομπι、将遮光图案115a的线宽设为小于绘图机的解像度极限以下的2. Ομπι。另外，对于线和间隙而言，能够根据线宽为怎样的值，来调节经由该图案进行曝光时的曝光量，最终能够控制形成半透光部115的部分处的抗蚀剂膜103的残膜值。例如，可以将线宽设为小于绘图机的解像度最小线宽的1/2，例如1/8 1/3。使用这样的具有遮光部图案110a、110b、透光部图案120p以及半透光部图案115p 的图案的绘图数据(图10的图案的情况下，例如优选利用由透光部图案120P的数据和半透光部图案115p的数据合成的一种数据)，进行一次绘图。此时的曝光量为能够使形成透光部120的区域的抗蚀剂膜103充分感光的曝光量。于是，在形成透光部120的区域(图9 所示的区域C)中，抗蚀剂膜103得到充分感光，而在形成遮光部110的区域(图9所示的区域B)中，抗蚀剂膜103处于未曝光(未进行曝光的)状态。而且，由于在形成半透光部115 的区域(图9所示的区域A)中，绘图机无法对所述遮光图案115a进行解像，因而不能绘制其线宽，而作为整体，曝光量不足。即，在半透光部115的形成区域中，能够得到与减小该形成区域整体的曝光量而对抗蚀剂膜103进行曝光相同的效果。在绘图后利用预定的显影液对其进行显影时，在掩模坯体IOb上，形成了在遮光部110(区域B)和半透光部115(区域 A)中抗蚀剂膜103的残膜值不同的第1抗蚀剂图案103p(参照图9的(b))。在半透光部 115的形成区域中，实际的曝光量比能够使抗蚀剂膜103完全感光的曝光量小，因而在对抗蚀剂膜103进行显影时，抗蚀剂膜103不会完全溶解，以比未曝光的遮光部110中的抗蚀剂膜103薄的膜厚残留下来。另外，在透光部120中，成为抗蚀剂膜103被完全去除的状态。此外，具有2种以上的残膜量的抗蚀剂图案的形成方法不限于以上方法。也可以通过一边进行绘图机的光束扫描一边根据扫描区域变更其强度的方法等、上述方法以外的方法，来实施曝光量随抗蚀剂膜103的位置而不同的绘图。(第1蚀刻工序)接着，如图1的(c)所示，将所形成的第1抗蚀剂图案103p作为掩模对遮光膜102 进行蚀刻，形成遮光膜图案102p。关于遮光膜102的蚀刻，可通过喷射方式等手法向遮光膜 102供给上述铬用蚀刻液，进行湿法蚀刻。接着，将第1抗蚀剂图案103p作为掩模对半透光膜101进行蚀刻，形成半透光膜图案 ο ρ，使透明基板100的一部分露出。半透光膜101的蚀刻可通过将氟(F)系蚀刻液 (或者蚀刻气)提供给半透光膜101来进行。图1的(c)例示出这样地形成遮光膜图案 102p和半透光膜图案IOlp后的状态。(第2蚀刻图案形成工序)接着，对第1抗蚀剂图案103p进行减膜，使半透光部115的形成区域中的遮光膜 102露出。此时，在抗蚀剂膜103厚的遮光部110的形成区域中残留抗蚀剂膜103。由此， 形成了覆盖遮光部110的形成区域的第2抗蚀剂图案104p。图1的(d)例示出该状态。可通过向第1抗蚀剂图案103p供给臭氧(O3)水来进行第1抗蚀剂图案103p的减膜。当向第1抗蚀剂图案103p供给臭氧水时，由臭氧水产生的活性氧与抗蚀剂膜103反应，构成抗蚀剂膜103的材料被分解，第1抗蚀剂图案103p得到减膜。这里，活性氧除了 O3 自身以外，还指在臭氧水中含有由一部分臭氧发生分解而产生的羟基(H0 ·)、进而在臭氧水中存在的具有足够与抗蚀剂膜103发生反应的活性的氧原子(0)等活性物。该减膜工序不需要使用真空装置，可在大气中或者大气压中进行。此外，在该减膜工序中，在利用臭氧水进行灰化时，需要针对抗蚀剂图案表面均勻地、充分地进行臭氧水供给。例如，在供给臭氧水之前，可向抗蚀剂图案照射紫外线(波长200nm 380歷)或真空紫外线(波长IOnm 200歷)使表面改质。例如，作为上述照射的光源可使用低压汞灯、准分子UV灯等。由此，能够使抗蚀剂图案表面改质，能够使浸润性均勻而防止产生缺陷，并且通过改质使抗蚀剂图案的表面物性一致，由此，使减膜的开始反应的状态一致，因此，能够进一步提高面内的减膜量的均勻性，十分理想。尤其是在像本发明这样利用臭氧水对具有微细的凹凸的抗蚀剂图案表面进行灰化的情况下，通过照射上述紫外线(包括真空紫外线)，容易使臭氧水供给到微细的凹陷部分，能够进行更均勻的减膜，十分理想。另一方面，如上所述，一般而言，在利用等离子体灰化对第1抗蚀剂图案103p进行减膜的情况下，随第1抗蚀剂图案103P的形状不同，有时会导致局部地产生活性氧的不足， 导致减膜速度的面内均勻性降低。即，有时在密集区域中产生活性氧的不足，分解反应因活性氧的量而受到限速，导致减膜速度局部性地降低。对此，在本第1实施方式中通过供给臭氧水来进行减膜。在此，“臭氧水的供给”是指供给如下量的臭氧水该量超过了抗蚀剂图案的减膜所需的活性氧的量而能够产生过剩的活性氧。例如，可一个边使基板旋转一个边供给臭氧水。由此，能够防止活性氧的局部不足。图3是表示本第1实施方式的第1抗蚀剂图案103p的减膜原理的截面图。在图3中， (bl)表示减膜前的第1抗蚀剂图案103p的结构，( )表示利用活性氧对第1抗蚀剂图案 103p进行减膜的状态，(b!3)表示将通过减膜而得到的第2抗蚀剂图案104p作为掩模而形成转印图案后的状态。如图3所示，根据本第1实施方式，对于稀疏区域与密集区域各自而言，分别能够使得提供给第1抗蚀剂图案103p的每单位面积的活性氧的供给量大于对第1 抗蚀剂图案103p进行减膜而消耗的每单位面积的活性氧的消耗量。即，能够实现活性氧的过剩供给状态。结果，能够提高减膜速度的面内均勻性，准确地进行通过减膜而形成的第2 抗蚀剂图案104p的形状控制。另外，臭氧水浓度例如可以设为20ppm IOOppm左右。此外，也可以使臭氧水的温度在常温 50度左右的范围内变化。这有利于针对因抗蚀剂种类引起的减膜速度差异，随时取得最佳的条件。(第2蚀刻工序)接着，将第2抗蚀剂图案104p作为掩模，进一步对遮光膜102进行蚀刻，使半透光膜101露出。遮光膜102的蚀刻可通过向遮光膜102供给前述的铬用蚀刻液来进行。此时， 底层的半透光膜101作为蚀刻阻挡层发挥功能。图1的(e)例示出实施了第2蚀刻工序后的状态。(第2抗蚀剂图案去除工序)然后，去除第2抗蚀剂图案104p，完成本第1实施方式的多色调光掩模10的制造。 第2抗蚀剂图案104p可通过使第2抗蚀剂图案104p与剥离液等接触来去除。图1的(f) 例示出去除了第2抗蚀剂图案后的状态。由此，图1的(f)所例示的多色调光掩模10的制造工序结束。图1的(f)所示的多色调光掩模10例如可用于平板显示器(FPD)用的薄膜晶体管(TFT)基板的制造等。其中，图1的(f)例示出多色调光掩模的层叠构造，而实际的图案不限于与之相同。多色调光掩模10具有的遮光部110、半透光部115以及透光部120构成为，对于具有例如i线 g线的范围内的代表波长的曝光光，分别具有预定范围内的透射率。即，构成为遮光部Iio对曝光光进行遮光(光透射率大致为0%)，透光部120使曝光光大致100%透过。而且，半透光部115构成为，例如使曝光光的透射率降低至20% 80% (将足够宽的透光部120的透射率设为100%。以下相同)，优选降低至30% 60%左右。另外，i线 (365nm)、h线G05nm)、g线G36nm)是汞(Hg)的主要发光光谱，这里所说的代表波长是指 i线、h线、g线中的任意一个波长。另外，更优选对于i线 g线中的任意一个波长都具有上述透射率。(2)针对被转印体的图案转印方法图2例示出通过使用了多色调光掩模10的图案转印工序形成在被转印体30上的抗蚀剂图案302p (实线部)的局部截面图。抗蚀剂图案302p是隔着多色调光掩模10向形成在被转印体30上的作为被转印抗蚀剂膜的正性抗蚀剂膜302 (虚线部和部分实线部)照射曝光光进行显影而形成的。被转印体30具有基板300和按顺序层叠在基板300上的金属薄膜、绝缘膜、半导体层等任意的被加工层301，假定在被加工层301上以均勻的厚度预先形成了正性抗蚀剂膜302。另外，构成被加工层301的各个层也可以构成为对于各个层的上层的蚀刻液(或者蚀刻气)具有耐性。当隔着多色调光掩模10向正性抗蚀剂膜302照射曝光光时，曝光光不会透过遮光部110，此外，曝光光的光量按照半透光部115、透光部120的顺序而阶段性地增加。并且， 正性抗蚀剂膜302的膜厚在与遮光部110、半透光部115分别对应的区域中依次变薄，在与透光部120对应的区域中被去除。由此，在被转印体30上形成膜厚阶段性地变化的抗蚀剂图案302p。在形成抗蚀剂图案302p后，从表面侧起依次进行蚀刻而去除在未被抗蚀剂图案 302p覆盖的区域(与透光部120对应的区域)中露出的被加工层301。然后，对抗蚀剂图案302p进行灰化(减膜)，去除膜厚较薄的区域(与半透光部115对应的区域)，依次进行蚀刻而去除新露出的被加工层301。由此，通过使用膜厚阶段性地变化的抗蚀剂图案302p， 实施了现有的需要2个光掩模的工序，能够削减掩模数量，能够简化光刻工序。(3)本第1实施方式的效果根据本第1实施方式，能够起到以下所示的1个或多个效果。(a)根据本第1实施方式，通过利用第1抗蚀剂图案103p的减膜，能够削减绘图和显影工序的次数。由此，能够提高多色调光掩模10的生产性，降低制造成本。此外，在形成 3色调转印图案时，能够防止2种(遮光膜构图与半透光膜构图)的图案之间的位置偏差， 因此，能够抑制转印图案的形成精度的降低。(b)此外，根据本第1实施方式，通过供给臭氧水来对第1抗蚀剂图案103p进行减膜。利用臭氧水，能够使得提供给第1抗蚀剂图案103p的每单位面积的活性氧的供给量大于对第1抗蚀剂图案103p进行减膜而消耗的每单位面积的活性氧的消耗量。即，能够实现活性氧的过剩供给状态。由此，能够提高减膜速度的面内均勻性。因此，能够防止因图案的疏密差和抗蚀剂开口率分布引起的减膜量的面内不均勻，提高第2抗蚀剂图案104p的形成精度，提高转印图案的形成精度。(c)根据本第1实施方式的方法，能够得到图案形状(无论疏密差、周边开口率如何)的面内均勻性，与上述效果(a)相结合，能够更有效地进行图案的线宽控制。具体地说， 图案线宽不会远离设计值，并且，不会出现设计值与实际线宽的差异(不是零的情况)的面内偏差。换言之，实际线宽不会相对于设计值向正侧偏移或向负侧偏移，差异的趋势在面内是固定的。因此，对于TFT基板的图案等具有对称性的图案(例如在一个方向上按顺序依次排列有透光部、遮光部、半透光部、遮光部、透光部，且位于半透光部的两侧的遮光部的线宽与半透光部相同的情况等)，能够消除现有的方法中因利用2次绘图引起的位置偏差而无法维持其对称性的问题。此外，还能够抑制由图案疏密差和开口率引起的面内的线宽变动的偏差。(d)此外，在本第1实施方式的方法中，例如可如抗蚀剂显影、将第1抗蚀剂图案作为掩模的遮光膜和半透光膜各自的蚀刻、对第1抗蚀剂图案进行减膜而形成第2抗蚀剂图案的基于臭氧水的灰化、将第2抗蚀剂图案作为掩模的遮光膜的蚀刻、以及基于剥离液的第2抗蚀剂图案的去除那样，对这些工序全部进行使用了液体的湿法处理。因此，能够在一个装置内连续地进行这些处理，因而，不需要使处理中途的光掩模中间体在处理途中在装置之间移动，因颗粒附着等而产生缺陷的危险降低。此外，由于能够连续地进行这些处理， 因此，能够削减工序之间产生的无用的等待时间和移动时间，能够大幅缩短总处理时间。<本发明的第2实施方式>接着，说明本发明的第2实施方式。在本第2实施方式中，可代替臭氧水而使用氧或臭氧气体，在其存在的环境下进行光照射，实现气体的臭氧或者含有臭氧的活性氧的过剩供给状态。由此，与上述第1实施方式的不同点在于，促进活性氧的生成，由此对第1抗蚀剂图案103P进行减膜。以下，参照图1详细说明与上述第1实施方式的不同点。本第2实施方式的多色调光掩模10的制造方法也与上述第1实施方式相同，经过图1所例示的制造工序，但是，在本第2实施方式的多色调光掩模10的制造方法中，在供给臭氧气体的同时通过光照射进行图1的(d)所例示的第1抗蚀剂图案103p的减膜。这里， 光照射中使用的光是在存在氧(O2)或者臭氧(O3)的环境中，用于促进产生抗蚀剂膜103的减膜用的活性氧的能量光，例如，可使用紫外线(波长200nm 380nm)或真空紫外线(波长IOnm 200nm)。另外，存在氧的环境也可以是大气。即，通过照射紫外线(UV)或者真空紫外线(VUV)，对环境中的氧或臭氧进行激励，经过分解或化合等产生活性氧。另外，该光照射不仅具有由环境中的氧生成臭氧进而最终生成活性氧的作用，而且具有阻止形成抗蚀剂膜103的有机物的化合的作用，因此，抗蚀剂膜103的灰化得以高效地进行。在该过程中，能够在第1抗蚀剂图案103p的表面附近高效地产生臭氧，将活性氧过剩地提供给第1 抗蚀剂图案103p。由此，能够准确地进行第1抗蚀剂图案103p的减膜中的第2抗蚀剂图案 104p的形状控制。该减膜工序也不需要使用真空装置，可在与大气压相同或者大致在大气压中进行。另外，可利用公知的照射装置、例如低压汞灯、准分子UV灯等，照射uv、vuv。此外，能够通过氧的光反应高效地生成臭氧的波长与能够通过臭氧的进一步的光反应高效地生成其它活性氧的波长不同。因此，通过利用例如低压汞灯和准分子UV灯这两种光源进行光照射，能够提高臭氧和其它活性氧各自的生成效率。在本第2实施方式的多色调光掩模10的制造方法中，也能够发挥与上述第1实施方式的多色调光掩模10的制造方法相同的效果。即，在本第2实施方式中，无论图案形状 (疏密差、周边开口率)如何，都能得到面内均勻性极高的减膜效果。由上述第1实施方式、第2实施方式可知，根据本发明，能够大幅提高制造多色调光掩模的工序的效率，同时，能够享受只需一次将大型光掩模基板安装到绘图机上的优点。 能够减轻将同一基板无位置偏差地再次放置到绘图机的同一位置所需的时间和负荷。此外，能够避免因该再次放置而产生位置偏差的危险。另外，在本第1实施方式、第2实施方式中，利用了基于供给臭氧的抗蚀剂图案的减膜。根据该方法，能够在大气中或者在大气中添加了氧或臭氧的环境中进行减膜处理，因而是极其有利的。另一方面，作为抗蚀剂的灰化方法，虽然也可以应用使用了等离子体的灰化，但是，在该情况下，为了液晶显示用的大型掩模，需要准备大型的真空装置，难以保证系统内的压力或等离子体浓度的均勻性，不容易使面内的减膜量均勻。这是因为，在为了补偿活性氧的不足而将过剩的氧导入真空装置时，有可能带来生成等离子体的影响。此外，例如在等离子体灰化法中，通过等离子体放电，在光掩模上产生电荷的分布，因而存在这样的危险，即在因放电引起图案破坏的等离子体灰化中会产生异物，由该异物引起光掩模的缺陷等。但是，本发明的方法不会产生这些不良状况。在本发明中，不但不存在这样的不良状况，而且无论图案的形状如何，都能够提高面内的减膜速度的均勻性， 这一点上也是有利的。<本发明的其它实施方式>另外，在制造多色调光掩模时，除了使用在透明基板100上按顺序依次层叠半透光膜101和遮光膜102而得到的光掩模坯体IOb进行制造的上述方法以外，还可使用不同的方法。即，可使用这样的方法在对形成于透明基板上的遮光膜进行构图之后，形成半透光膜并进行构图，经过这样的工序，形成透光部、半透光部以及遮光部。不过，前面的方法即上述第1实施方式、第2实施方式等的方法更适合应用本发明，换言之，从能够有效应用本发明这一点看，前面的方法在生产效率方面特别出色。以上，具体地说明了本发明的实施方式，但是，本发明不限于上述实施方式，可在不脱离其要旨的范围内进行各种变更。此外，在上述说明中，说明了具有透光部、遮光部以及半透光部的3色调的多色调光掩模，不过，具有透射率不同的多种半透光部的4色调以上的多色调光掩模显然也能够应用本发明。
权利要求
1.一种多色调光掩模的制造方法，该制造方法在透明基板上形成包含遮光部、半透光部以及透光部的转印图案，其特征在于，该制造方法具有以下工序准备光掩模坯体，该光掩模坯体是在所述透明基板上按顺序依次层叠半透光膜、遮光膜以及抗蚀剂膜而得到的；对所述抗蚀剂膜实施绘图和显影，形成第1抗蚀剂图案，该第1抗蚀剂图案覆盖所述遮光部的形成区域和所述半透光部的形成区域，且所述半透光部的形成区域中的所述抗蚀剂膜的厚度比所述遮光部的形成区域中的所述抗蚀剂膜的厚度薄；第1蚀刻工序，将所述第1抗蚀剂图案作为掩模对所述遮光膜和所述半透光膜进行蚀刻，使所述透明基板的一部分露出；向所述第1抗蚀剂图案供给臭氧，对所述第1抗蚀剂图案进行减膜，使所述半透光部的形成区域中的所述遮光膜露出，形成覆盖所述遮光部的形成区域的第2抗蚀剂图案；第2蚀刻工序，将所述第2抗蚀剂图案作为掩模对所述遮光膜进行蚀刻，使所述半透光膜的一部分露出；以及去除所述第2抗蚀剂图案。
2.根据权利要求1所述的多色调光掩模的制造方法，其特征在于， 在形成所述第2抗蚀剂图案的工序中，向所述第1抗蚀剂图案供给臭氧水。
3.根据权利要求1所述的多色调光掩模的制造方法，其特征在于，在形成所述第2抗蚀剂图案的工序中，向所述第1抗蚀剂图案供给臭氧气体。
4.根据权利要求1或3所述的多色调光掩模的制造方法，其特征在于，在形成所述第2抗蚀剂图案的工序中，在所述第1抗蚀剂图案的表面附近产生所述臭氧。
5.根据权利要求1或3所述的多色调光掩模的制造方法，其特征在于，在形成所述第2抗蚀剂图案的工序中，在存在氧或臭氧的环境中，向所述第1抗蚀剂图案照射光。
6.一种图案转印方法，其特征在于，该图案转印方法具有以下工序隔着通过权利要求1 5中任意一项所述的制造方法制造出的多色调光掩模，向形成在被转印体上的被转印抗蚀剂膜照射曝光光，由此将所述转印图案转印到所述被转印抗蚀剂膜上。
全文摘要
本发明提供多色调光掩模的制造方法和图案转印方法，既能利用抗蚀剂图案的减膜来削减绘图和显影的次数，又能提高疏密部分之间的抗蚀剂图案的减膜速度的面内均匀性。所述制造方法具有如下步骤形成第1抗蚀剂图案，该第1抗蚀剂图案覆盖遮光部的形成区域和半透光部的形成区域，且半透光部的形成区域中的抗蚀剂膜的厚度比遮光部的形成区域中的抗蚀剂膜的厚度薄；以及向第1抗蚀剂图案供给臭氧，对第1抗蚀剂图案进行减膜，其中，按照以下方式供给臭氧提供给第1抗蚀剂图案的每单位面积的活性氧的供给量大于对第1抗蚀剂图案进行减膜而消耗的每单位面积的活性氧的消耗量。
文档编号G03F7/00GK102262353SQ201110135088
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者长岛奖 申请人:Hoya株式会社