專利名稱：灰調(diào)掩模制作方法、灰調(diào)掩模和圖形轉(zhuǎn)印方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制作灰調(diào)掩模的方法，該掩模具有獲得的透光性居于遮光部分和透光部分之間的中間量的灰調(diào)部分。
背景技術(shù)：
近年來，在大型LCD掩模領(lǐng)域制作薄膜晶體管(TFT)的工藝中，嘗試采用灰調(diào)掩模減少掩模片數(shù)(如月刊FPD Intelligence，1999年5月所闡明)。
如圖8A所示，這種灰調(diào)掩模有遮光部分1，透光部分2和灰調(diào)部分3?；艺{(diào)部分3相當(dāng)于一個(gè)區(qū)域，其中形成了低于或等于采用灰調(diào)掩模的大型LCD所用的曝光裝置分辨率極限的遮光圖形3a，并通過減小透過該區(qū)域的光將其設(shè)計(jì)成可選擇性地改變光刻膠膜的厚度，從而減小該區(qū)域的發(fā)光量。正常來說，遮光部分1和遮光圖形3a由同種材料，如鉻或鉻化合物，制成的并具有同樣厚度的膜形成。
對于采用灰調(diào)掩模的大型LCD所用的曝光裝置的分辨率極限，步進(jìn)型曝光裝置約為3微米，鏡面投射型曝光裝置約為4微米。結(jié)果，圖8A灰調(diào)部分中透光部分3b的間隔寬度設(shè)為，例如小于3微米，并且低于或等于曝光裝置的分辨率極限的遮光圖形3a的線寬設(shè)為，例如小于3微米。當(dāng)大型LCD所用的曝光裝置用于曝光時(shí)，鑒于透過灰調(diào)部分3的曝光總量不足，正性光刻膠留在襯底上，然而單單經(jīng)由灰調(diào)部分3暴露于光的正性光刻膠的厚度減小。這一現(xiàn)象稱為灰調(diào)效應(yīng)。具體說，因?yàn)槠毓饬康牟顒e，對應(yīng)于普通遮光部分1和對應(yīng)于灰調(diào)部分的部分間，顯影液中光刻膠的溶解度產(chǎn)生差異，這樣，如圖8B所示，使得對應(yīng)于普通遮光部分1的部分1’厚達(dá)例如1.3微米，使得對應(yīng)于灰調(diào)部分3的部分13厚達(dá)例如0.3微米，并使得對應(yīng)于透光部分2的部分12例如沒有光刻膠。在沒有光刻膠的部分12上對作為工件的襯底進(jìn)行第一次刻蝕。然后，用拋光(ashing)等方式除去在對應(yīng)于灰調(diào)部分3的薄部分13中的光刻膠，并對這一部分進(jìn)行第二次腐蝕。為了減少所用掩模數(shù)，刻蝕工藝用一塊掩模進(jìn)行而不是通常所用的兩塊掩模。
為制作上述類型的灰調(diào)掩模，在玻璃襯底上用鉻、鉻化合物等形成遮光膜。最常見的是在其上用旋涂技術(shù)形成光刻膠膜，然后用包括灰調(diào)圖形數(shù)據(jù)的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)圖以顯影光刻膠膜，從而形成光刻膠圖形。這一光刻膠圖形被用作掩模來刻蝕該遮光膜，接著剝離光刻膠圖形。
在灰調(diào)掩模中，因?yàn)橥高^灰調(diào)部分的光量受灰調(diào)圖形的尺寸控制，故對灰調(diào)圖形的尺寸有嚴(yán)格的要求。即，如果襯底表面上灰調(diào)圖形中線寬尺寸有偏差，灰調(diào)區(qū)的透光性就發(fā)生偏差?？梢钥紤]用膜厚偏差較小的光刻膠膜來形成灰調(diào)圖形，作為一種防止平面圖形尺寸中這種偏差的方法。然而，用最常見的旋涂法涂覆光刻膠，光刻膠膜由于旋轉(zhuǎn)不可避免地在襯底周邊隆起。由于周邊隆起等效應(yīng)，在減小光刻膠膜厚的面內(nèi)偏差方面存在局限。尤其是，在為需要使用330毫米或大于330毫米的大型襯底的顯示器件而制作灰調(diào)掩模時(shí)，在其大面積上均勻地制作光刻膠掩模有困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制作面內(nèi)圖形尺寸偏差減小的灰調(diào)掩模的方法。
本發(fā)明者一直致力于這方面的研究與開發(fā)以圖消除這一問題，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在光刻膠膜的用于形成至少一灰調(diào)部分的區(qū)域中，光刻膠膜厚度的面內(nèi)分布必須抑制到等于或小于±1％，以便滿足灰調(diào)圖形的尺寸精度(面內(nèi)分布)。
通過抑制光刻膠膜厚度的面內(nèi)分布等于或小于±1％，尺寸精度的面內(nèi)偏差改善約20％，從而減小了灰調(diào)部分透光率的偏差。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用這種灰調(diào)掩模的圖形轉(zhuǎn)印工藝的成品率明顯改進(jìn)，并使用這種灰調(diào)掩模的圖形轉(zhuǎn)印工藝的實(shí)用性大大提高。
請注意，光刻膠膜厚度的面內(nèi)分布的定義為面內(nèi)分布(％)＝(Tmax-Tmin/T平均×2)×100，當(dāng)對一塊掩模的多點(diǎn)進(jìn)行光刻膠膜厚測量時(shí)，最大膜厚為Tmax，最小膜厚為Tmin，平均膜厚為T平均。
同時(shí)，本發(fā)明中，光刻膠膜厚的測量區(qū)是形成灰調(diào)部分的區(qū)域。如同用于制作顯示器件的灰調(diào)掩模那樣，在一個(gè)包括包含灰調(diào)部分的多種像素圖形的灰調(diào)掩模的情況下，測量區(qū)設(shè)為像素區(qū)(形成像素圖形的區(qū)域)。在除像素區(qū)以外的區(qū)域中包括灰調(diào)部分的情況下，測量區(qū)設(shè)為一個(gè)包括該區(qū)的區(qū)域。
本發(fā)明有如下特點(diǎn)一種制作灰調(diào)掩模的方法，灰調(diào)掩模具有一遮光部分，一透光部分和作為一由遮光圖形形成的區(qū)域的灰調(diào)部分，該遮光圖形的圖形尺寸等于或小于使用掩模的曝光裝置的分辨率極限以減小透過該區(qū)的曝光量，該形成灰調(diào)掩模的方法的特點(diǎn)為在灰調(diào)掩模的形成工藝中，在由涂覆于襯底上的光刻膠膜形成的灰調(diào)部分的區(qū)域中，將光刻膠膜厚度的面內(nèi)分布抑制在等于或小于±1％。
如上所述的制作灰調(diào)掩模的方法，其中通過用噴嘴尖端在向下放置的襯底上掃過，通過毛細(xì)管噴嘴將用毛細(xì)管現(xiàn)象升起的光刻膠液體涂覆光刻膠膜。
用上述形成方法獲得的用于制作顯示器件的灰調(diào)掩模。
采用上述灰調(diào)掩模的圖形轉(zhuǎn)印方法。
根據(jù)本發(fā)明，通過將光刻膠膜厚度的面內(nèi)分布抑制在等于或小于±1％，對于具有，至少部分具有，預(yù)定的灰調(diào)圖形的灰調(diào)掩模來說，預(yù)定灰調(diào)圖形尺寸精度(面內(nèi)偏差)可得到滿足。因此實(shí)現(xiàn)了至少在一部分具有較小透光度分布的預(yù)定灰調(diào)圖形的灰調(diào)掩模。
通過抑制光刻膠膜厚度的面內(nèi)分布等于或小于±1％，尺寸精度的面內(nèi)偏差改善約20％。在用灰調(diào)掩模將圖形轉(zhuǎn)印到光刻膠上的情況下，灰調(diào)部分在整個(gè)灰調(diào)掩模區(qū)的光刻膠膜厚偏差得到明顯改善。因此，在使用這種灰調(diào)掩模的圖形轉(zhuǎn)印工藝中明顯可以改進(jìn)成品率，并大大提高使用這種灰調(diào)掩模的圖形轉(zhuǎn)印工藝的實(shí)用性。
順便說一句，光刻膠膜厚度的面內(nèi)分布較可取地是抑制到等于或小于±0.8％，更可取地為等于或小于±0.5％。
根據(jù)結(jié)構(gòu)2，不是使用作為光刻膠涂覆機(jī)主流的旋涂機(jī)，而是采用另一種設(shè)備的方案，即通過用噴嘴尖端在向下放置的襯底上掃過，通過毛細(xì)管噴嘴將用毛細(xì)管現(xiàn)象升起的光刻膠液體涂覆光刻膠膜。這樣，襯底邊緣上不形成隆起的光刻膠膜。即使對于大型襯底，光刻膠膜厚的面內(nèi)分布可抑制到等于或小于±1％，而且在襯底的大范圍上具有高的可再現(xiàn)性和成品率。因此，可高成品率地制作具有尺寸精度(面內(nèi)偏差)改善的灰調(diào)部分的灰調(diào)掩模。
即，在本發(fā)明中，CAP涂覆機(jī)是適用的，只要它采用一種利用毛細(xì)現(xiàn)象和表面張力的涂覆形式。CAP涂覆機(jī)的原理是，當(dāng)把有毛細(xì)管間隙的噴嘴的下部浸入光刻膠時(shí)，因毛細(xì)現(xiàn)象光刻膠上升到毛細(xì)管間隙，從而光刻膠因表面張力在噴嘴尖端噴出。通過慢慢移動(dòng)朝下放置的襯底涂覆表面靠近噴嘴尖端，進(jìn)行光刻膠涂覆。這種類型的設(shè)備包括例如美國專利5650196或5654041所述的設(shè)備。
而且，由于用于形成小于曝光機(jī)分辨率極限的精確圖形的灰調(diào)掩模類型跟采用半透射膜的灰調(diào)掩模類型相比價(jià)格較低，本發(fā)明的灰調(diào)掩模和圖形轉(zhuǎn)印方法是用于廉價(jià)地形成制作LCD(液晶顯示器)(制作濾色器或薄膜晶體管)的大型灰調(diào)掩模，或制作如PDP(等離子顯示面板)等顯示器件的大型灰調(diào)掩模的方法的實(shí)際應(yīng)用所不可缺少的。


圖1示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中光刻膠膜厚度測量的結(jié)果的示意圖；圖2示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中灰調(diào)圖形尺寸測量的結(jié)果的示意圖；圖3示出比較例中光刻膠膜厚度測量的結(jié)果的示意圖；
圖4示出比較例中灰調(diào)圖形尺寸測量的結(jié)果的示意圖；圖5示出本發(fā)明中預(yù)定灰調(diào)圖形的一個(gè)實(shí)例；圖6示出本發(fā)明中預(yù)定灰調(diào)圖形的另一個(gè)實(shí)例；圖7為用于本實(shí)施例中的光刻膠涂覆裝置的典型示意圖；以及圖8A和8B為解釋灰調(diào)掩模的部分平面圖和部分截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)對實(shí)施例進(jìn)行解釋。
實(shí)施例1在精細(xì)研磨的玻璃襯底上(尺寸390毫米×610毫米，6毫米厚)形成厚度為1000埃的鉻膜。用CAP涂覆機(jī)(Hiranotechseed制造)將光刻膠涂覆到鉻膜上。
該裝置如圖7所示，包括一具有浸入液體容器中的光刻膠液體中的毛細(xì)管間隙的噴嘴。將噴嘴提升到接近朝下的光掩模板的主表面。利用通過毛細(xì)管間隙的毛細(xì)現(xiàn)象，移動(dòng)襯底，同時(shí)將升至噴嘴尖端的光刻膠液體與光掩模板的主表面接觸。這樣，光刻膠就涂在了光掩模板的主表面上。
圖1示出了在襯底的380×580毫米的整個(gè)像素區(qū)上均等分布的5×5＝25個(gè)點(diǎn)進(jìn)行的光刻膠膜厚度測量的結(jié)果。表面上的光刻膠膜厚度的面內(nèi)分布為±1％或小于±1％。
然后，用包括灰調(diào)圖形的像素圖形在光刻膠上進(jìn)行描繪(曝光)。把光刻膠顯影以便對鉻膜進(jìn)行刻蝕。爾后剝離光刻膠，以制作LCD(用于制作薄膜晶體管)的灰調(diào)掩模。注意到，灰調(diào)圖形使用了圖5所示的圖形。圖5為在遮光部分(遮光圖形)1之間的灰調(diào)區(qū)域3中形成灰調(diào)圖形30的情形。
圖2示出用CD測量儀器對襯底上360×580毫米的像素區(qū)中均等分布的5×5＝25個(gè)點(diǎn)處的圖形30的尺寸(線寬)進(jìn)行測量的結(jié)果。這一結(jié)果中，最大值Dmax-最小值Dmin(＝范圍)約為設(shè)計(jì)尺寸D的12％。圖形尺寸精度(CD)的面內(nèi)偏差范圍約為12％。而且，圖5所示的所有圖形部分在所有點(diǎn)都很清晰。
比較例1在精細(xì)研磨的玻璃襯底上(尺寸390毫米×610毫米，6毫米厚)形成厚度為1000埃的鉻膜。用旋涂機(jī)將光刻膠涂覆到鉻膜上。
圖3示出了在襯底的360×580毫米的整個(gè)像素區(qū)上均等分布的5×5＝25個(gè)點(diǎn)進(jìn)行的光刻膠膜厚度測量的結(jié)果。光刻膠膜厚度的面內(nèi)分布為±2％。同時(shí)，圖3中看到一種傾向，即襯底的中央?yún)^(qū)的膜厚較薄，而在靠近外周區(qū)時(shí)厚度漸漸增厚。還觀察到一種所謂邊緣現(xiàn)象，即因旋轉(zhuǎn)涂布(轉(zhuǎn)動(dòng)的作用)，膜厚在襯底的四角增厚。
然后，跟實(shí)施例1一樣，用包括灰調(diào)圖形的像素圖形在光刻膠上進(jìn)行描繪(曝光)。對光刻膠顯影以便對鉻膜進(jìn)行刻蝕。爾后剝離光刻膠，從而制作LCD用的灰調(diào)掩模。
圖4示出用CD測量儀器對襯底的像素區(qū)中均等分布的5×5＝25個(gè)點(diǎn)處的圖形30的尺寸(線寬)進(jìn)行測量的結(jié)果。這一結(jié)果中，最大值Dmax-最小值Dmin(＝范圍)約為設(shè)計(jì)尺寸D的15％。圖形尺寸精度(CD)的面內(nèi)偏差范圍約為15％。而且，圖5所示的圖形部分在所有點(diǎn)都很清晰。
實(shí)施例2和比較例2同實(shí)施例1和比較例1一樣，用CD測量儀器對精細(xì)線條和間隔的圖形的尺寸進(jìn)行了測量，所不同的是，取代圖5所示的圖形，圖8所示的具有精細(xì)線條和間隔的灰調(diào)圖形被配置在用于在襯底上形成灰調(diào)部分的310×510毫米的區(qū)域中均等分布的5×5＝25個(gè)點(diǎn)上。結(jié)果，跟比較例2相比，實(shí)施例2在灰調(diào)部分的整個(gè)區(qū)中的尺寸精度的面內(nèi)偏差約改善了20％。從而，使用灰調(diào)掩模的圖形轉(zhuǎn)印工藝明顯改進(jìn)了成品率，同時(shí)使用灰調(diào)掩模的圖形轉(zhuǎn)印工藝顯著提高了實(shí)用性。
請注意，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例。
例如，光刻膠的種類和膜厚等可適當(dāng)選擇。而且，遮光膜不限于鉻，可適當(dāng)選用已知的遮光材料。
同時(shí)，本發(fā)明所述的預(yù)定灰調(diào)圖形不限于圖5所示的圖形。例如，取代圖5所示的圖形，在遮光部分(遮光圖形)間分別形成預(yù)定灰調(diào)圖形30，獲得了跟實(shí)施例1同樣的效果。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過抑制光刻膠膜厚度的面內(nèi)分布等于或小于±1％，預(yù)定灰調(diào)圖形的尺寸精度可得到滿足，使得可能實(shí)現(xiàn)至少部分地具有預(yù)定灰調(diào)圖形的灰調(diào)掩模。
通過抑制光刻膠膜厚度的面內(nèi)分布等于或小于±1％，尺寸精度的面內(nèi)偏差改善約20％。用灰調(diào)掩模將圖形轉(zhuǎn)印到光刻膠的情況下，在灰調(diào)部分整個(gè)區(qū)域中的光刻膠膜厚偏差得到顯著改善。因此，可明顯改進(jìn)用這種灰調(diào)掩模的圖形轉(zhuǎn)印工藝的成品率，并大大提高用這種灰調(diào)掩模的圖形轉(zhuǎn)印工藝的實(shí)用性。
而且，由于用于形成小于曝光機(jī)分辨率極限的精細(xì)圖形的灰調(diào)掩模類型跟采用半透射膜的灰調(diào)掩模類型相比價(jià)格較低，本發(fā)明的灰調(diào)掩模和圖形轉(zhuǎn)印方法是廉價(jià)的LCD轉(zhuǎn)印工藝及制作方法的實(shí)用化所不可缺少的。
權(quán)利要求
1.一種制作灰調(diào)掩模的方法，該灰調(diào)掩模具有一遮光部分，一透光部分和作為一由遮光圖形形成的區(qū)域的灰調(diào)部分，該遮光圖形的圖形尺寸等于或小于使用掩模的曝光裝置的分辨率極限以減小透過該區(qū)的曝光量，所述形成灰調(diào)掩模的方法包括如下步驟制備其上有遮光膜的透明襯底；在遮光膜上形成光刻膠膜，在形成灰調(diào)部分的區(qū)域中光刻膠膜厚度的面內(nèi)分布被抑制在等于或小于±1％；用包括灰調(diào)圖形數(shù)據(jù)的圖形數(shù)據(jù)對光刻膠膜構(gòu)圖；對光刻膠膜顯影，從而形成光刻膠圖形；用這一光刻膠圖形作為掩模來刻蝕該遮光膜；剝離光刻膠圖形。
2.一種制作灰調(diào)掩模的方法，該灰調(diào)掩模具有一遮光部分，一透光部分和作為一由遮光圖形形成的區(qū)域的灰調(diào)部分，該遮光圖形的圖形尺寸等于或小于使用掩模的曝光裝置的分辨率極限以減小透過該區(qū)的曝光量，所述形成灰調(diào)掩模的方法包括在透明襯底上形成的遮光膜上形成光刻膠膜的步驟，在形成灰調(diào)部分的區(qū)域中光刻膠膜厚度的面內(nèi)分布被抑制在等于或小于±1％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制作灰調(diào)掩模的方法，其特征在于通過在朝下放置的襯底上用噴嘴尖端掃過，通過毛細(xì)管噴嘴將用毛細(xì)現(xiàn)象提升的光刻膠液體涂覆光刻膠膜。
4.一種在用于制作顯示器件的工藝中所用的灰調(diào)掩模，其有一遮光部分，一透光部分和作為一由遮光圖形形成的區(qū)域的灰調(diào)部分，該遮光圖形的圖形尺寸等于或小于使用掩模的曝光裝置的分辨率極限以減小透過該區(qū)的曝光量，所述灰調(diào)掩模由包括如下步驟的方法制得，即在形成灰調(diào)掩模的工藝中抑制襯底上的光刻膠膜，使得在形成灰調(diào)部分的區(qū)域中光刻膠膜厚度的面內(nèi)分布等于或小于±1％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的灰調(diào)掩模，其特征在于通過在朝下放置的襯底上用噴嘴尖端掃過，通過毛細(xì)管噴嘴將用毛細(xì)現(xiàn)象升起的光刻膠液涂覆光刻膠膜。
6.使用根據(jù)權(quán)利要求4的灰調(diào)掩模的圖形轉(zhuǎn)印方法。
全文摘要
一種制作灰調(diào)掩模的方法，在至少部分具有預(yù)定灰調(diào)圖形的灰調(diào)掩模上能滿足預(yù)定灰調(diào)圖形的尺寸精度。在灰調(diào)掩模的制作過程中，將在襯底上涂覆的光刻膠膜厚的面內(nèi)分布抑制到等于或小于±1％。
文檔編號(hào)G03F1/54GK1410831SQ0214309
公開日2003年4月16日 申請日期2002年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月28日
發(fā)明者井村和久 申請人:保谷株式會(huì)社