TW201812436A

TW201812436A - 半色調遮罩和半色調遮罩坯料

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Publication number: TW201812436A
Application number: TW106121376A
Authority: TW
Inventors: 齊藤隆史
Original assignee: Ｓｋ電子股份有限公司
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2018-04-01
Also published as: CN107589630B; CN107589630A; KR20180005613A; JP6557638B2; KR102009559B1; TWI699612B; JP2018005072A

Abstract

先前在多灰階的半色調遮罩中，半透膜上形成的針孔缺陷，是藉由缺陷檢查裝置檢測並進行修正，因此例如對於檢測極限以下的細微的針孔缺陷進行修復是困難的。為了解決此問題，本發明提供如下的半色調遮罩：將半色調遮罩的半透膜設定為，相對於透明基板的相位差是60度～90度，透過率是20％～50％，從而防止由於半透膜的特定尺寸以下的針孔而使作為被轉印體的光阻劑感光，能夠降低產品中產生圖案缺陷的風險。

Description

半色調遮罩和半色調遮罩坯料

本發明涉及平板顯示器等所使用的多灰階的半色調遮罩和半色調遮罩坯料。

在平板顯示器等的技術領域中，不使用移相器，而是使用被稱作半色調遮罩（或灰色調遮罩）之多灰階光遮罩，該半色調遮罩具有利用半透膜的透過率來限制曝光量的功能。藉由使用半色調遮罩，能夠藉由單次曝光而形成膜厚不同的光阻劑圖案，能夠減少平板顯示器的製造步驟中的微影的步驟數量，降低製造成本。關於這樣的半透膜，以提高細微圖案的解析度為目的而將半透膜作為基於遮光膜來實現的圖案的輔助圖案，實質上具有與二元遮罩所使用的“移相器”完全不同的功能。

這種用途的半色調遮罩，利用具有透明基板和遮光膜之間的透過率的半透膜，例如能夠藉由透明基板、半透膜、遮光膜而實現3灰階。此外，還能夠使用多種透過率的半透膜而實現4灰階以上的半色調遮罩。

一般在光遮罩的製造過程中，當由於成膜時的異物、形成光遮罩圖案時的顯影液霧沫等而產生針孔等偶發的缺陷時，該缺陷在使用光遮罩的微影步驟中被作為被轉印體的光阻劑感光。因此，光遮罩在完成後要進行缺陷檢查，並在必要的情況下進行光遮罩的修復。

在半色調遮罩的情況下，先前有如下的技術：在缺陷檢查步驟中檢測到半透膜的針孔缺陷時，藉由使用FIB裝置（聚焦離子束裝置）在針孔部分處形成碳膜來修復該缺陷。在專利文獻1中公開了如下技術：藉由缺陷檢查裝置來識別針孔缺陷的座標，並使用FIB裝置在針孔部分處形成碳膜。

[先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本特開2008-256759號公報

[發明所要解決的問題] 在伴隨平板顯示器的高畫質化，圖案向細微化發展時，針對細微針孔所引起的不良曝光的對策變得越來越重要。然而，一般來講，半色調遮罩的缺陷檢測，相較於二元遮罩是困難的。亦即，缺陷檢查是以光學方式對缺陷進行檢測，雖然針對遮光膜能夠藉由光的對比度來進行缺陷的檢測，然而，針對半透膜，由於具有光的透過的情況，因此對於像針孔那樣半透膜的一部分缺失而成的“白色缺陷”的檢測是困難的。

因此，當殘留了缺陷檢查裝置沒有檢測到的微量的針孔（白色缺陷）時，藉由半色調遮罩使光阻劑感光的結果，在針孔部使光阻劑感光，存在光阻劑的膜厚局部地比期望的膜厚更薄的危險性。

專利文獻1公開了一種在針孔部分處藉由FIB裝置來形成與半透膜的透過率匹配的碳膜的修復技術，然而存在如下問題：修復步驟複雜，當缺陷尺寸較小時，修復困難。此外，藉由FIB裝置來形成碳膜的修復技術，用於對藉由缺陷檢查裝置檢測到的缺陷進行修復，因此無法修復缺陷檢查裝置的靈敏度極限以下的缺陷，特別是針對半透膜的白色缺陷，存在對於細微缺陷的檢測本身就困難的問題。因此，需要再次檢查藉由半色調遮罩曝光後的光阻劑有無缺陷。

有鑑於此，本發明提供如下的半色調遮罩和用於製造該半色調遮罩之半色調遮罩坯料，該半色調遮罩能夠防止由於特定尺寸以下的例如檢測困難的細微的半透膜的針孔（白色缺陷）引起的光阻劑膜的不良曝光。

[用於解決問題的手段] 本發明提出一種半色調遮罩，其特徵在於：在透明基板上具備遮光膜的圖案和半透膜的圖案，前述半透膜相對於前述透明基板的透過率是20％～50％，前述半透膜相對於前述透明基板的相位差是60度～90度。

此外，本發明的半色調遮罩，其中，前述半透膜相對於前述透明基板的透過率是30％，前述半透膜相對於前述透明基板的相位差是80度～90度。

藉由使半色調遮罩中的半透膜具有特定的相位差，由此，由於透明區域和半透膜區域的特定寬度的邊界處的干涉效果，能夠使半色調遮罩的半透膜上的特定尺寸以下的針孔不會在光阻劑上解像(image dissection)，或者使光阻劑產生的膜厚變動收斂在曝光裕度(margin)的容許範圍內的程度。

本發明的半色調遮罩，其中，前述遮光膜是鉻膜，前述半透膜是鉻的氧化膜、氮化膜或氮氧化膜。

藉由對鉻的氧化膜、氮化膜或氮氧化膜的組成和膜厚進行控制及調整，能夠在半色調遮罩上形成具有期望的透過率和相位差之半透膜的圖案。

本發明的半色調遮罩，其中，前述半透膜的圖案的尺寸相對於設計值僅縮小了規定的校正量(校正值)。

藉由採用這樣的半透膜的圖案，能夠排除由於特定尺寸以下的細微針孔引起的光阻劑的缺陷，並且形成依照設計值的光阻劑圖案。

本發明還提出一種半色調遮罩坯料，其特徵在於：在透明基板上具有半透膜和遮光膜，前述半透膜相對於前述透明基板的透過率是20％～50％，前述半透膜相對於前述透明基板的相位差是60度～90度。

此外，本發明的半色調遮罩坯料，其中，前述半透膜相對於前述透明基板的透過率是30％，前述半透膜相對於前述透明基板的相位差是80度～90度。

藉由使用這樣的半色調遮罩坯料，選擇與規格匹配的半透膜來製造半色調遮罩，能夠以低成本製造能夠避免半透膜的特定尺寸以下的細微針孔被解像的半色調遮罩。

[發明的效果] 綜上所述，根據本發明，能夠以低成本來提供一種半色調遮罩坯料和半色調遮罩，其針對特定尺寸以下的針孔，特別是以往難以修復的檢測極限以下的針孔，也能夠防止由於轉印而引起的圖案異常。其結果，能夠提供如下的半色調遮罩：在使用本發明的半色調遮罩的微影步驟中，能夠降低產品產生圖案缺陷的風險。

（解決問題的原理）根據本發明的半色調遮罩，藉由針對相對於曝光具有規定的透過率的半透膜，在特定的區域設定與透明基板之間的相位差，從而避免特定尺寸以下的針孔在光阻劑上被解像，由此，不需要修復半透膜的針孔，而能夠防止光阻劑產生由於針孔引起的缺陷。

亦即，由於透明區域和半透膜區域的曝光的干涉效果，使透明區域和半透過區域的邊界附近的曝光的透過強度減小，由此，將半透膜對於孔形狀的解像下限值設定為作為對象的特定的針孔尺寸以上，由此，防止特定的針孔尺寸以下的針孔在光阻劑上被解像，致使光阻劑開孔（膜厚成為零或容許下限以下）。

此外，另一方面，在針孔附近區域中，特別是在包圍針孔的半透膜區域中，曝光強度減小，因此有時光阻劑膜厚會變厚。因此，針對半透膜的透過率，並且針對要藉由微影步驟形成圖案的光阻劑，將半透膜的相位偏移的範圍設定在最佳的範圍內，使得與半透膜的針孔附近相當的部位的光阻劑膜厚成為容許範圍，由此，進行半透膜的針孔缺陷的對策。

因此，藉由與如以往那樣檢測光遮罩的半透膜的針孔並對該針孔進行修復的方法完全不同的思想，來防止光阻劑產生缺陷。

這樣一來，本發明的問題解決方法是藉由調整針孔附近的解析度來防止光阻劑的缺陷，因此，半透膜的相位偏移的最佳範圍也依存於作為對象的半透膜的針孔尺寸。作為一例，根據必要的光阻劑的膜厚來確定半透膜的透過率，半色調遮罩的半透膜的透過率一般被設定為30％左右的值，因此，以下以透過率30％的情況為例詳細進行說明。此外，說明以下情況：作為針孔尺寸，著眼於與先前的缺陷檢查裝置的下限值對應的尺寸，由此，針對先前技術中在原理上不可能修復的半透膜的針孔，也能夠避免針孔引起的光阻劑的缺陷。

以下，參照附圖對本發明的一個實施方式進行說明。然而，各實施方式和各實施例均不在本發明的主旨的認定中提供限定性的解釋。此外，有時對相同或同種部件標注相同的參照標號，省略說明。

圖1示出3灰階的半色調遮罩的剖面形狀。藉由先前的製造技術，在透明基板1上形成了例如由鉻膜等構成的遮光膜2的圖案和例如氧化鉻等構成的半透膜3的圖案。

3灰階的半色調遮罩的製造過程例如如下所示。（1）首先，備好在透明基板1幾乎整個表面覆蓋了遮光膜2的光遮罩坯料，在該遮光膜2上形成第1光阻圖案，將其作為遮罩而對露出的遮光膜2進行蝕刻，從而形成遮光圖案。（2）接著，在去除殘存的第1光阻圖案後，形成覆蓋透明基板1和遮光膜2之半透膜3。（3）接著，在該半透膜3上形成第2光阻圖案，將其作為遮罩而對露出的半透膜3進行蝕刻，從而形成半透明圖案。

此外，也可以在透明基板1上依次形成半透膜3、遮光膜2，按照遮光膜2、半透膜3的順序使用光阻圖案進行蝕刻，從而形成半色調遮罩，還可以在半透膜和遮光膜之間放入蝕刻阻擋膜，由至少同一種類的膜材料構成。並且，遮光膜不限於單層，只要是滿足光學濃度為3.0以上的結構即可。

圖2示出半透膜3的透過率為30％時的、從半透膜3中的針孔（白色缺陷）直徑0.5～2μm透過的曝光（透過光）強度的相位差依存性。圖中的記號◇、□、△和○分別表示針孔直徑（缺陷尺寸）為2.0、1.5、1.0和0.5μm的曝光強度。另外，透過率是假設透明基板1針對曝光的透過率為100％時的半透膜3的透過率，相位差是半透膜3相對於透明基板1的相位差。此外，曝光的波長是i到g線的混合波長。

在圖2中，虛線A和虛線B表示曝光強度的容許範圍的上限和下限。當超過上限時，光阻劑感光，膜厚大幅減小（開孔）而成為白色缺陷，當低於下限時，曝光量不足，光阻劑膜厚增大，成為黑色缺陷。

根據圖2可知，光阻劑的膜厚的變動收斂在曝光裕度的容許範圍內的條件，是在針孔的直徑為0.5μm的情況下，至少相位差在30度～120度的範圍內，在針孔的直徑為1.0μm的情況下，相位差在30度～90度的範圍內，在針孔的直徑為1.5μm的情況下，相位差在60度～90度的範圍內，在針孔的直徑為2.0μm的情況下，相位差在80度～110度的範圍內。

例如缺陷檢查裝置的檢測靈敏度是1.5μm，檢測靈敏度以下的針孔的修復是困難的，然而，如果將半透膜相對於透過膜的相位差設為60度～90度（圖2中一點鏈線所示的範圍），則這樣的針孔不會使光阻劑感光。或者，即使1.5μm的針孔在缺陷檢查裝置中被檢測到，由於不會在作為被轉印體的光阻劑中成為缺陷，因此沒有修復的必要。

此外，為了針對半透膜3進一步容許至較大直徑2.0μm的針孔，設定80度～90度的相位差即可。因此，可以與缺陷檢查裝置的檢測靈敏度無關地，與作為修復對象的最小尺寸相對應地確定適當的針孔尺寸，並與其配合地設定透過率和相位差。

圖3示出藉由半色調遮罩進行曝光的情況下的光阻劑的表面形狀，其中，該半色調遮罩在透過率30％、相位差30度和80度的半透膜3上存在各直徑的針孔。能夠理解，在相位差30度的情況下，2.0μm直徑的針孔使被轉印體的光阻劑感光，在光阻劑膜上開孔，然而，在相位差80度的情況下，在作為被轉印體的光阻劑上針孔不會被解像，防止光阻劑開孔。

圖4示出使用在半透膜上存在2μm直徑的針孔的半色調遮罩進行曝光的光阻劑的與針孔部分相當的部位的剖面形狀，實線示出透過率30％、相位差80度的半透膜的情況下的光阻劑膜厚的剖面形狀，虛線示出透過率30％、相位差30度的半透膜的情況下的光阻劑膜厚的剖面形狀。

在相位差30度的半透膜的情況下，存在光阻劑膜厚為0（零）的開孔部，然而，在相位差80度的半透膜的情況下，不存在開孔部而具有足夠的膜厚，能夠避免白色缺陷，膜厚變動也在曝光裕度的容許範圍內。

如上所述，要容許的白色缺陷尺寸越大，則越需要更嚴格的相位差的控制，半透膜3的透過率變化時，最佳相位差的值也變化。例如，在希望容許至針孔尺寸1.5μm時，對於透過率30％的半透膜，滿足曝光裕度的相位差的範圍是60度～80度，在希望進一步容許至尺寸較大的2.0μm時，則需要將相位差控制在80度。另一方面，對於透過率50％的半透膜3，在希望容許至針孔尺寸1.5μm，則相位差的範圍是50度～70度，在希望容許至針孔尺寸2.0μm時，最佳相位差為60度。

這樣，根據透過率和希望容許的針孔尺寸，來改變應該控制的相位的範圍和最佳值，在要容許至針孔尺寸2.0μm的情況下的最佳相位差，在半透膜的透過率為10％、20％、30％、40％、50％的情況下，最佳相位差為100度、90度、80度、70度、60度。能夠根據顧客的期望等來選擇半透膜的透過率，能夠針對該透過率決定相位差。

如以上那樣，藉由對半透膜3調整相位差，即使存在檢查裝置的檢測極限以下的直徑的針孔，也能夠防止發生光阻劑的膜厚不良。

因此，從在透明基板1上形成有半透膜3和遮光膜2之半色調遮罩坯料中，選擇與遮罩的規格（或顧客的要求）相配合的透過率，來製造半色調遮罩，從而能夠避免由檢測極限以下的細微的針孔所引起的光阻劑的缺陷，其中，該半透膜3相對於透明基板1之相位差和透過率分別為60度～90度和20％～50％。其結果，能夠大幅降低半色調遮罩的修正步驟的成本，並且提高製品良率。

另外，透過率和相位差能夠藉由半透膜的膜厚和組成來進行控制，藉由分別對透過率和相位差進行控制，能夠得到期望的半透膜。例如，預先對不同膜厚和組成的膜進行相位差和透過率的測定及資料化，則能夠形成與半色調遮罩的規格配合的半透膜。

作為這樣的半透膜，例如能夠使用鉻（Cr）、鈦（Ti）、鎳（Ni）、鉬（Mo）等的氧化膜、氮化膜、氮氧化膜、碳氧化膜，調整氧、氮、碳、的組成和膜厚即可。

能夠藉由反應性濺鍍法來形成這些膜。例如在鉻的氮氧化膜的組成的調整中，能夠以鉻為目標，藉由濺鍍法使用在氬中混合氧、氮、或一氧化二氮得到的氣體來成膜，藉由改變氣體的混合比（分壓），能夠控制組成。此外，例如，在鉻的氧化膜的情況下，使用氬和氧的混合氣體即可，在鉻的氮化膜的情況下，使用氬和氮的混合氣體即可，在鉻的碳氧化膜的情況下，使用氬和氧、二氧化碳的混合氣體即可。此外，對應其他金屬也是同樣的。

除了反應性濺鍍法以外，也可以使用反應性蒸鍍法或將有機金屬源作為原材料的CVD法來形成半透膜，並對其組成進行控制。

以下對避免由半透膜的針孔所引起的光阻劑的缺陷的機制進行詳細說明。

圖5示出（a）在透明基板上具有遮光膜和半透膜的圖案之半色調遮罩，以及使用該半色調遮罩進行曝光的情況下的（b）曝光強度分佈和（c）曝光後顯影的光阻劑的膜厚分佈。在圖5的（b）、（c）中，實線表示半透膜相對於透明基板的相位差為80度時的曝光強度和光阻劑膜的膜厚分佈，虛線表示半透膜相對於透明基板的相位差為30度時的曝光強度和光阻劑膜的膜厚分佈。另外，半透膜的透過率是30％，曝光的波長是i線～g線的混合波長，NA＝0.1。

如圖5（b）所示，無論哪種情況下，在半色調遮罩的遮光膜的區域中，曝光強度都是0，在半透膜的區域中，曝光強度都是大約30％。

然而，在半透膜和透明基板的邊界附近的半透膜的區域中，相較於相位差為30度的半透膜，在相位差為80度的半透膜的情況下，由於干涉效果，曝光強度減小。

另一方面，如圖5（c）所示可知，透明基板的區域的光阻劑的膜厚是0μm，半透膜的區域的光阻劑的膜厚是遮光膜的區域的光阻劑的膜厚之間的膜厚，無論哪種情況，藉由一次曝光形成了3種膜厚的區域。

能夠理解，在半透膜和透明基板的邊界附近的透明基板側的區域中，相較於相位差為30度的半透膜，相位差為80度的半透膜的光阻劑膜厚增大，比半透膜的光阻劑膜厚更厚。亦即，在相位差為80度的半透膜的周緣的透明基板側的特定尺寸的區域中，曝光強度相較於半透膜的區域而減小。因此，相較於半透膜的區域的光阻劑膜厚，在該特定尺寸的區域中的光阻劑膜厚半透膜被形成為較厚，進而，伴隨遠離半透膜，存在光阻劑膜厚減小的傾向。

因此，在半透膜上存在細微的特定的尺寸，例如2μm以下的針孔缺陷的情況下，在半色調遮罩中露出被半透膜包圍的針孔部的透明基板。然而，藉由將相位差設為80度，與半透膜和透明基板的邊界附近的區域相當的光阻劑膜厚具有足夠的膜厚，如圖4的剖面圖所示那樣，由於來自針孔部的周圍的光阻劑，防止了在光阻劑膜上形成針孔。

圖6示出圖5（c）的光阻劑膜厚分佈中的半透膜和透明基板的邊界附近的放大圖。在圖6中，實線示出半透膜相對於透明基板的相位差為80度時的光阻劑膜的形狀，虛線示出半透膜相對於透明基板的相位差為30度時的光阻劑膜的形狀，一點鏈線α示出半透膜3和透明基板1的邊界位置。

如圖6所示，相較於相位差30度，在相位差80度的情況下，當在半透膜和透過區域的邊界衍射(diffract)的曝光和透過半透膜的曝光發生干涉時，發揮抑制邊界附近的曝光強度的作用，因此，在光阻劑的側面上的非解像區域向透過區域側擴張。因此，依據預先的設計值來調整(sizing)半透膜3的圖案寬度的尺寸，藉此能夠確定半透膜圖案寬度。

因此，為了實現例如藉由電子電路的特性而確定的設計值的圖案尺寸（為了簡單而簡稱為設計尺寸）的光阻劑圖案，預先對半色調遮罩的半透膜3進行縮小而成為具有用於避免針孔缺陷的相位差的半透膜即可，例如相位差80度的半透膜的圖案寬度尺寸、與被曝光而形成的光阻劑圖案寬度尺寸之間的差分量。

圖7是示出半透膜的尺寸校正的半色調遮罩的俯視圖。在圖7中，虛線D表示設計尺寸的圖案（或光阻劑圖案）。相對於虛線D，具有用於避免針孔缺陷的相位差之半透膜3的圖案尺寸在各邊縮小了差分量s。亦即，相對於虛線D，圖案尺寸僅縮小了校正量-s（單側）。這樣，藉由使用進行了尺寸校正（或尺寸改變）的半透膜3，光阻劑能夠實現期望的圖案（按照設計尺寸的圖案），並且，能夠防止由於半透膜的針孔而引起的開孔。

另外，為了防止由於半透膜3的針孔所引起的光阻劑的缺陷，僅進行半透膜的尺寸校正即可。

上述校正量（差分量）依存於半透膜的透過率、曝光裝置的NA值。圖8示出藉由模擬來對相位差80度的情況下的校正量對於透過率和NA值的依存性進行解析的結果。校正量依存於半透過率、曝光機的NA，存在以下傾向：伴隨透過率的增加，校正量的絕對值增加，伴隨曝光機的NA的增加，校正量減小。

由於能夠藉由模擬，使用半透膜的透過率、相位差和曝光機的NA值來計算校正量（差分量），因此能夠根據半透膜的設計尺寸和該差分量來確定半色調遮罩上的半透膜3的圖案。

另外，也可以不藉由模擬，而是事先取得關於光阻劑圖案形狀的半透過率、曝光裝置的NA值依存性的基礎資料，根據基礎資料來決定差分。

此外，在應用縮小曝光時，對半色調遮罩的各圖案尺寸乘以縮小倍率即可。

此外，在上述實施方式中，對3灰階的半色調遮罩進行了說明，然而，當然還能夠將本發明應用於具備具有不同透過率的半透膜的4灰階以上的多灰階半色調遮罩中。

藉由進行這種尺寸校正，能夠實現按照設計的圖案的光阻劑形狀，並且得到能夠防止由於半透膜的針孔引起光阻劑產生缺陷之半色調遮罩，除了降低遮罩的製造成本也能夠提高平板顯示器等的產品良率。

1‧‧‧透明基板

2‧‧‧遮光膜

3‧‧‧半透膜

圖1為3灰階的半色調遮罩的剖面圖。圖2為示出針孔部的曝光強度的相位差依存性的圖。圖3為示出光阻劑的表面形狀的針孔徑依存性的圖。圖4為示出光阻劑的剖面形狀的相位差依存性的圖。圖5為示出使用半色調遮罩的曝光強度和光阻劑膜厚分佈的相位差依存性的圖。圖6為示出透明基板和半透膜邊界附近的光阻劑膜厚分佈的相位差依存性的圖。圖7為示出半色調遮罩的半透膜的尺寸校正的俯視圖。圖8為示出半透膜的尺寸校正量的透過率和NA依存性的圖。

Claims

一種半色調遮罩，其特徵在於：在透明基板上具備遮光膜的圖案和半透膜的圖案，前述半透膜相對於前述透明基板的透過率是20％～50％，前述半透膜相對於前述透明基板的相位差是60度～90度。
如請求項1所述之半色調遮罩，其中，前述半透膜相對於前述透明基板的透過率是30％，前述半透膜相對於前述透明基板的相位差是80度～90度。
如請求項1或2所述之半色調遮罩，其中，前述遮光膜是鉻膜，前述半透膜是鉻的氧化膜、氮化膜或氮氧化膜。
如請求項1至3中任一項所述之半色調遮罩，其中，前述半透膜的圖案的尺寸相對於設計值僅縮小了規定的校正量。
一種半色調遮罩坯料，其特徵在於：在透明基板上具有半透膜和遮光膜，前述半透膜相對於前述透明基板的透過率是20％～50％，前述半透膜相對於前述透明基板的相位差是60度～90度。
如請求項5所述之半色調遮罩坯料，其中，前述半透膜相對於前述透明基板的透過率是30％，前述半透膜相對於前述透明基板的相位差是80度～90度。