JP2006330691A - Method of exposure using half-tone mask - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハーフトーンマスクを用いてガラス基板上のフォトレジストを露光する方法に関する。 The present invention relates to a method for exposing a photoresist on a glass substrate using a halftone mask.
液晶表示パネルのような表示パネル用のガラス基板に形成される結晶性薄膜トランジスタ(以下、「TFT」という。)においては、作動性能を上げるために、TFTを微細化することが検討されている。 In a crystalline thin film transistor (hereinafter referred to as “TFT”) formed on a glass substrate for a display panel such as a liquid crystal display panel, it is considered to make the TFT finer in order to improve the operation performance.
TFTが形成されるガラス基板は、面内においてその板厚偏差が半導体ウエーハのそれに比べて著しく大きい。このガラス基板は、一辺が100mmの正方形の面積当たりにおいて9μm程度(9μm程度/100mm□)という大きな板厚偏差(表面粗さや基板自体の板厚分布に起因する。)が存在する。 The glass substrate on which the TFT is formed has a remarkably large plate thickness deviation in comparison with that of the semiconductor wafer. This glass substrate has a large thickness deviation of about 9 μm (about 9 μm / 100 mm □) per square area with a side of 100 mm (due to the surface roughness and the plate thickness distribution of the substrate itself).
上記のようなガラス基板にTFTを形成する際、該ガラス基板上のフォトレジストの露光においては、半導体ウエーハ基板上への半導体デバイス製造用の露光に比べ、深い焦点深度を必要とする。すなわち、TFTを微細化して、製造するには、その際に使用する露光装置の解像度を上げると同時に焦点深度が浅くならないようにする必要がある。TFT用の露光装置の解像度は、現在1.5μmや3μm程度である。この露光装置は、解像度を上記値より上げようとすると、焦点深度が浅くなる。 When forming TFTs on the glass substrate as described above, the exposure of the photoresist on the glass substrate requires a deeper depth of focus than the exposure for manufacturing a semiconductor device on the semiconductor wafer substrate. That is, in order to manufacture a TFT with finer dimensions, it is necessary to increase the resolution of an exposure apparatus used at that time and to prevent the depth of focus from becoming shallow. The resolution of an exposure apparatus for TFT is currently about 1.5 μm or 3 μm. In this exposure apparatus, when the resolution is increased from the above value, the depth of focus becomes shallow.
解像度が例えば、0.8μm程度を越える高解像度になると、その焦点深度は、TFTを形成する基板であるガラスの板厚偏差である9μm程度/100mm□より浅くなり、ガラス基板上のフォトレジストで所望のレジストパターンを形成できなくなる。大きな板厚偏差を有するガラス基板上のフォトレジストを露光する場合、該フォトレジスト面の高低差が大きいため露光装置の光学系に、より深い焦点が要求される。TFTを製造する露光工程には、深い焦点深度を必要とするコンタクトホールの形成工程がある。この場合のフォトレジストの膜厚では、通常、露光の際の焦点深度がライン系パターンの場合より浅くなるので、浅くならないような工夫が必要である。 When the resolution is higher than, for example, about 0.8 μm, the depth of focus becomes shallower than the thickness deviation of about 9 μm / 100 mm □ of the glass that is the substrate on which the TFT is formed. A desired resist pattern cannot be formed. When exposing a photoresist on a glass substrate having a large plate thickness deviation, the optical system of the exposure apparatus is required to have a deeper focus because the difference in height of the photoresist surface is large. An exposure process for manufacturing a TFT includes a contact hole forming process that requires a deep depth of focus. In this case, since the depth of focus at the time of exposure is usually shallower than that in the case of a line pattern, the photoresist film thickness needs to be devised so as not to be shallow.
例えば、0.5μm□のコンタクトホールを形成する場合の焦点深度は、±0.9μmと非常に浅い。露光装置によりガラス基板上に形成されるTFTの製造のために、このようなコンタクトホールを形成すると、焦点深度をはずれた領域が広いので、コンタクトホールの底にフォトレジストが残り、フォトレジストには、貫通した穴が開かない。この結果、例えばソース領域やドレイン領域とのコンタクトを取ることができない。 For example, the depth of focus when forming a contact hole of 0.5 μm □ is as very shallow as ± 0.9 μm. When such a contact hole is formed for manufacturing a TFT formed on a glass substrate by an exposure apparatus, a region out of focus depth is wide, so that the photoresist remains at the bottom of the contact hole, , Through holes do not open. As a result, for example, contact with the source region or the drain region cannot be made.
また、TFTを形成する際の露光用マスクのコンタクトホールは、一般に、正方形の形状を有している。このようなマスクを介してフォトレジストを露光することによりフォトレジストに形成されたTFTのためのコンタクトホールは、角が丸まり、ほぼ円形になる。この結果、上記露光方法では、フォトレジストを貫通する穴を形成しにくい。 Further, the contact hole of the exposure mask when forming the TFT generally has a square shape. The contact hole for the TFT formed in the photoresist by exposing the photoresist through such a mask has rounded corners and becomes substantially circular. As a result, in the above exposure method, it is difficult to form a hole penetrating the photoresist.
露光技術において、ハーフトーン型位相シフトマスク(本明細書においては、単に「ハーフトーンマスク」という。)が解像度と焦点深度を向上させることは、非特許文献1の39頁から40頁に記載されている。
また、ハーフトーンマスクを用いて、半導体デバイス用の半導体ウエーハや、表示パネル用のガラス基板上に形成される半導体薄膜等の加工工程に使用されるレジストを露光する技術が特許文献1に記載されている。
Further,
非特許文献1の40頁に記載されている露光装置の開口数NAは0.5であり、コヒーレンス・ファクタσは0.2である。これらの値は、非特許文献1に記載されているように、集積回路(LSI)用の値である。
The numerical aperture NA of the exposure apparatus described on
表示基板用のガラス基板にTFTを形成する場合、スループットを考慮してガラス基板上のフォトレジストへの1回当たりの露光面積が決定され、この露光面積が大きいため、解像度も重要であるが、焦点深度の方がより重要視される。これは、前記のようにガラス基板の板厚偏差がLSI用Siウエーハのそれより非常に大きいからである。 When forming a TFT on a glass substrate for a display substrate, the exposure area per one time on the photoresist on the glass substrate is determined in consideration of the throughput, and since this exposure area is large, the resolution is also important, The depth of focus is more important. This is because the thickness deviation of the glass substrate is much larger than that of the LSI Si wafer as described above.
しかし、非特許文献1には、TFTを表示基板用のガラス基板に形成する際の露光において焦点深度をより大きくするための、露光光学系の種類、開口数NA、コヒーレンス・ファクタσ等の具体的な値が記載されていない。
However, Non-Patent
特許文献1も、主としてLSI用のSiウエーハについての記載はあるが、表示基板用のガラス基板にTFTを形成する際の露光において必要な焦点深度を得るための、開口数NAやコヒーレンス・ファクタσの具体的な値は記載されていない。
上記のように、表示パネル用のガラス基板上に形成されたレジストの露光のために、特に結晶性TFTのためのコンタクトホールの製造のために、より深い焦点深度が得られるような、露光用光源の種類、コヒーレンス・ファクタσ、用いる露光光学系の種類、及び開口数NA等は未だ知られていない。 As described above, for exposure of a resist formed on a glass substrate for a display panel, particularly for the production of contact holes for crystalline TFTs, a deeper depth of focus can be obtained. The type of light source, coherence factor σ, type of exposure optical system used, numerical aperture NA, etc. are not yet known.
本発明の目的は、表示パネル用のガラス基板のように板厚偏差の大きな基板上に形成されるTFTを製造するための露光に好適な深い焦点深度を得るハーフトーン型の位相シフトマスクを用いた露光方法を提供することにある。 An object of the present invention is to use a halftone phase shift mask that obtains a deep focal depth suitable for exposure for manufacturing a TFT formed on a substrate having a large thickness deviation such as a glass substrate for a display panel. It is to provide an exposure method.
本発明に係る第1ないし第3の露光方法は、いずれも、露光用光源からの光線をハーフトーンマスクを介して、光学系に入射し、前記光学系を経た光線をガラス基板上の感光材からなるレジスト層に照射することを含み、前記光線としてi線を用い、また前記光学系として前記式(1)により得られる開口数NAを有する等倍投影光学系を用いる。 In any of the first to third exposure methods according to the present invention, a light beam from an exposure light source is incident on an optical system through a halftone mask, and the light beam passing through the optical system is exposed to a photosensitive material on a glass substrate. Irradiating a resist layer made of the above, using i-line as the light beam, and using an equal magnification projection optical system having a numerical aperture NA obtained by the equation (1) as the optical system.
本発明に係る第1の露光方法において、前記ハーフトーンマスクは前記レジスト層に形成すべきラインパターンを有する。また、式(1)において、k1は0.41から0.44の値を有する係数であり、Rは前記レジスト層に形成されるラインの幅である。 In the first exposure method according to the present invention, the halftone mask has a line pattern to be formed on the resist layer. In Equation (1), k1 is a coefficient having a value of 0.41 to 0.44, and R is the width of a line formed in the resist layer.
本発明に係る第2の露光方法において、前記ハーフトーンマスクは前記ガラス基板上の前記レジスト層に形成すべきコンタクトホールパターンを有する。また、式(1)において、k1は0.48から0.5の値を有する係数であり、Rは前記レジスト層に形成されるホールの口径(又は長径)である。 In the second exposure method according to the present invention, the halftone mask has a contact hole pattern to be formed in the resist layer on the glass substrate. In the formula (1), k1 is a coefficient having a value of 0.48 to 0.5, and R is the diameter (or major axis) of the hole formed in the resist layer.
本発明に係る第3の露光方法において、前記ハーフトーンマスクは前記ガラス基板上の前記レジスト層に形成すべきコンタクトホールパターンであってコンタクトホールの4倍以上のコンタクトホール配列ピッチを有するコンタクトホールパターンを有する。また、式(1)において、k1は0.48から0.5の値を有する係数であり、Rは前記レジスト層に形成されるホール径である。 In the third exposure method according to the present invention, the halftone mask is a contact hole pattern to be formed in the resist layer on the glass substrate, and has a contact hole pattern having a contact hole arrangement pitch of 4 times or more of the contact holes. Have In the formula (1), k1 is a coefficient having a value of 0.48 to 0.5, and R is a hole diameter formed in the resist layer.
本発明に係る第1乃至第3の露光方法によれば、表示パネル用のガラス基板のように板厚偏差の大きな基板上に形成されるTFTを製造するためのレジスト層の露光に好適な深い焦点深度を得ることができるハーフトーン型の位相シフトマスクを用いた露光方法を得ることができる。 According to the first to third exposure methods according to the present invention, a deep depth suitable for exposure of a resist layer for manufacturing a TFT formed on a substrate having a large thickness deviation such as a glass substrate for a display panel. An exposure method using a halftone phase shift mask capable of obtaining a depth of focus can be obtained.
[用語の定義]
本発明において、「長方形」とは、長円形及び楕円形を含む。コンタクトホールとは、絶縁層を介在して表裏面に設けられる導電体層間、導電体とソース領域またはドレイン領域との間、あるいはゲート電極間を電気的に接続する導電体を線状に埋設するために上記絶縁層に設けられる孔である。この明細書では、この孔をエッチング加工により形成するための感光材膜に設けられる孔もコンタクトホールと定義する。
先ず、本発明の露光方法に用いられる露光装置について述べる。
[露光装置の実施例]
[Definition of terms]
In the present invention, “rectangular” includes an oval and an ellipse. A contact hole is formed by burying a conductor that is electrically connected between conductor layers provided on the front and back surfaces through an insulating layer, between a conductor and a source region or a drain region, or between gate electrodes. Therefore, it is a hole provided in the insulating layer. In this specification, a hole provided in a photosensitive material film for forming this hole by etching is also defined as a contact hole.
First, an exposure apparatus used in the exposure method of the present invention will be described.
[Example of exposure apparatus]
図1を参照するに、露光装置10は、露光用の光源12のほかに、それぞれが光源12からの光路に配置された、光源12から出射された光線を反射させる反射鏡14と、反射鏡14により反射された光線を集束させる2種類の中間レンズ16及び18と、中間レンズ18からの光線をこれがハーフトーンマスク24に向かうように反射させる反射鏡20と、反射鏡20により反射された光線を集束してハーフトーンマスク24を照射する集束レンズ22と、ハーフトーンマスク24を通過した光線を例えばガラス基板28のような被処理基板上に形成された感光材層、例えばレジスト膜30を照射する投影光学系26とからなる。
Referring to FIG. 1, an
光源12は、例えば365nmの波長を有するi線を発生する水銀ランプである。
The
反射鏡14、中間レンズ16及び18、反射鏡20並びに集束レンズ22は、一般的な光学部材であり、また照明光学系23を形成している。光源12からの光線は、そのような照明光学系23により集束されてハーフトーンマスク24に入射される。ハーフトーンマスク24は、その光遮蔽領域が6〜8%の透過率を有するマスクである。
The reflecting
ガラス基板28は、例えば液晶表示パネルのような表示パネルの製作に用いるガラス基板28であり、該ガラス基板28上に設けられる半導体薄膜には、後述するように表示パネルを駆動するための薄膜トランジスタが形成される。
The
投影光学系26は、マスク24の像を例えば等倍でレジスト膜30に投影する等倍投影光学系であり、図示の例では、NA絞り32、瞳面34、複数のレンズ36等を備えている。ハーフトーンマスク24を経た光線は、投影光学系26を経て等倍でレジスト膜30に入射する。
The projection
レジスト膜30は、例えばi線用化学増幅型のフォトレジスト材からなる。例えばスピンコーティングのような適宜な手法でフォトレジスト材がガラス基板28の表面に塗布され、その後、乾燥されてレジスト膜30が形成される。
The resist
集束レンズ22を含む照明光学系23の開口数、ひいては集束レンズ22からハーフトーンマスク24に入射する光の開口数であるNA1は、入射光の開き角を2φとしたとき、次式(2)から得ることができる。
NA1 which is the numerical aperture of the illumination
NA1=sinφ・・・(2) NA1 = sinφ (2)
同様に、投影光学系26の開口数、ひいては投影光学系26からレジスト膜30に照射される光の開口数であるNA2は、入射光の開き角を2θとしたとき、次式(3)から得ることができる。
Similarly, NA2 which is the numerical aperture of the projection
NA2=sinθ・・・(3) NA2 = sin θ (3)
[マスクの実施例] [Example of mask]
露光に用いられるハーフトーンマスク24は、例えば図2(A)に示すように、同じ幅寸法を有する光透過部40及び光遮蔽部42を等ピッチで形成した等間隔および等ピッチのラインアンドスペース・パターンを有するライン用ハーフトーン型位相シフトマスクとすることができる。図2は、ハーフトーンマスク24とこのハーフトーンマスク24の透過光により露光―現像されたレジストパターンの実施例とを説明するための図であって、(A)はハーフトーンマスク24の平面図、(B)は(A)における2B−2B線に沿って得たマスクパターンに関連付けて露光された状態を説明するための被処理基板の断面図である。
As shown in FIG. 2A, for example, the
ハーフトーンマスク24は、また、図3(A)に示すように、同じ幅寸法を有する光透過部44を等ピッチでマトリクス状に形成した等間隔及び等ピッチのデンスコンタクトホール・パターンを有するコンタクトホール用ハーフトーン型位相シフトマスクとすることもできる。これら図示の例では、光透過部44の間(すなわち、光遮蔽部46)の寸法も、光透過部44の幅寸法と同じである。図3は、ハーフトーンマスク24とこのハーフトーンマスク24の透過光により露光―現像されたレジストパターンの実施例を説明するための図であって、(A)はハーフトーンマスク24の平面図、(B)は(A)における3B−3B線に沿って得たマスクパターンに関連付けて露光された状態を説明するための被処理基板の断面図である。
Further, as shown in FIG. 3A, the
ハーフトーンマスク24が上記いずれのパターンを有していても、ハーフトーンマスク24として、6〜8%の透過率を有する光遮蔽部42、46と、光の位相を180°回転させると共に、ほぼ100%の透過率を有する光透過部40、44とからなるもの、あるいは6〜8%の透過率を有すると同時に光の位相を180°回転させる光遮蔽部と、ほぼ100%の透過率を有する光透過部とからなるハーフトーンマスク24もの、のいずれを用いてもよい。
Even if the
光遮蔽部42及び46用の材料は、上記いずれのタイプのハーフトーンマスク24であるかにより異なるが、市販されている公知の材料を用いることができる。上記のいずれのハーフトーンマスク24を用いる場合も、そのようなパターンを有するハーフトーンマスク24は、レジスト層30の露光に先立って製造される。
Although the material for the
図1に示した露光装置10に、図2(A)に示すパターンを有するハーフトーンマスク24を用いてレジスト層30を露光し、露光後そのレジスト層30を現像処理すると、ガラス基板28上のレジスト層30には、図10(B)に断面図で示すような等間隔、等ピッチの、残存するレジスト層30の部分と、該レジスト層が除去された部分すなわち空間50とで構成されるラインアンドスペース・パターンが形成される。
When the resist
図2(B)に示すパターンにおいて、レジスト層30が除去された空間50は図2(A)におけるパターンの光透過部40に対応し、レジスト層30が残存する部分52は図2(A)におけるパターンの光遮蔽部42に対応する。
In the pattern shown in FIG. 2B, the
露光装置10に、図3(A)に示すマスクパターンを有するハーフトーンマスク24を用いてレジスト層30を露光し、露光後そのレジスト層30を現像処理すると、ガラス基板28上のレジスト層30には、図3(B)に断面図で示すような等間隔、等ピッチのデンスコンタクトホール・パターンが形成される。
When the resist
図3(B)に示す露光パターンにおいて、レジスト層30が除去された空間50は図2(A)におけるパターンの光透過部44に対応し、レジスト層30が残存する部分56は図2(A)におけるパターンの光遮蔽部46に対応する。
In the exposure pattern shown in FIG. 3B, the
例えば、本発明に係る上記第1の露光方法において、露光光源からのi線(波長:365nm)で、0.5μm幅の等間隔に配置されたラインからなるラインアンドスペース・パターンを有するフォトレジスト(i線用化学増幅型レジスト)層30を形成しようとする場合、開口数NA2は図4の長方形状点線枠で示す等倍投影光学系26の焦点深度の深い領域0.3〜0.32となり、コヒーレンス・ファクタσは図5の長方形状点線枠で示す焦点深度の深い領域0.75〜0.85程度(通常Crマスクの場合も同じ)となる。コヒーレンス・ファクタσが0.85以上は、深い焦点深度であるが、実際の露光光学系をそのようなσで作製することは非常に難しい。従って、コヒーレンス・ファクタσを0.75〜0.85程度とする。また、前記式(1)でR=0.5μmとしたとき、開口数NA2の範囲、0.3〜0.32の両臨界値を前記式(1)に代入することにより、対応するk1の範囲、0.41〜0.44が求められる。
For example, in the first exposure method according to the present invention, a photoresist having a line-and-space pattern consisting of lines arranged at equal intervals of 0.5 μm width with i-line (wavelength: 365 nm) from an exposure light source When the
また、例えば、露光光源12からのi線(波長:365nm)で、0.8μm幅の等間隔に配置されたラインからなるラインアンドスペース・パターンを有するi線用化学増幅型レジストを形成しようとする場合、開口数NA2は図4の長方形状点線枠の特性より0.18〜0.2となり、コヒーレンス・ファクタσは図5の長方形状点線枠の特性より0.75〜0.85程度となる。
Further, for example, an i-line chemically amplified resist having a line-and-space pattern composed of lines arranged at equal intervals of 0.8 μm width with i-line (wavelength: 365 nm) from the
例えば、本発明に係る上記第2の露光方法において、露光光源12からのi線(波長:365nm)で0.5μmの口径を有するホールを等間隔に配置してなるコンタクトホール(デンスコンタクトホール、ホール中心間ピッチは1μm)パターンのマスク24透過光像をレジスト(i線用化学増幅型レジスト)に形成する場合、等倍投影光学系26の開口数NA2は図9から0.35〜0.365となり、等倍投影光学系26のコヒーレンス・ファクタσは図7から0.6〜0.85程度(通常Crマスクの場合も同じ)となる。また、前記式(1)でR=0.5μmとしたとき、開口数NA2の範囲、0.35〜0.365の両臨界値を前記式(1)に代入することにより、対応するk1の範囲、0.48〜0.5が求められる。
For example, in the second exposure method according to the present invention, contact holes (dense contact holes, i.e., holes having a diameter of 0.5 μm arranged at equal intervals by i-line (wavelength: 365 nm) from the
また、例えば、露光光源12からのi線(波長:365nm)で、0.8μmの口径を有する多数のホールからなるデンスコンタクトホール・パターン(ホール中心間ピッチは1.6μm)のハーフトーンマスク24透過光像をフォトレジスト膜30に形成する場合(i線用化学増幅型レジスト)、等倍投影光学系26の開口数NA2は0.22〜0.23となり、等倍投影光学系26のコヒーレンス・ファクタσは0.6〜0.85程度(通常Crマスクの場合も同じ)となる。ハーフトーンマスク24のホール形状は正方形であるが、実際に形成されるレジストパターンの形状は円形になる。
Further, for example, a
例えば、上記第3の露光方法において、0.5μmの口径を有するホールを形成する場合、ハーフトーンマスク24のホール中心間ピッチは1.2μm以上になる。また、等倍投影光学系26の開口数NA2は0.35〜0.365となり、等倍投影光学系26のコヒーレンス・ファクタσは0.3〜0.55程度となる。この場合、前記式(1)でR=0.5μmとしたとき、開口数NA2の範囲、0.35〜0.365の両臨界値を前記式(1)に代入することにより、対応するk1の範囲、0.48〜0.5が求められる。
For example, in the third exposure method, when holes having a diameter of 0.5 μm are formed, the pitch between the center of the
このようなハーフトーンマスク24を用いた露光方法によれば、通常のCrマスクの場合より等倍投影光学系26の焦点深度が深くなる。焦点深度が深くなると、板厚偏差の大きいガラス基板上に成膜されたレジスト膜30に高精度のパターンを形成することができる。板厚偏差の大きいガラス基板上に成膜されたレジスト膜30に高精細なパターンを結像できることは、ガラス基板上にTFTの高集積回路を形成できることである。
According to such an exposure method using the
また、上記のような本発明の露光方法において、通常のCrマスクの場合と同じ解像度であるならば、通常のCrマスクの場合より小さい開口数NA2で露光することができる。そのように開口数NA2が小さくなると、レンズの製作難易度が下がる(レンズの製作が容易になる)。 Further, in the exposure method of the present invention as described above, if the resolution is the same as that of a normal Cr mask, exposure can be performed with a smaller numerical aperture NA2 than that of a normal Cr mask. If the numerical aperture NA2 is reduced in this way, the difficulty of manufacturing the lens decreases (manufacturing of the lens becomes easier).
レジストパターンにおいてライン幅が0.5μmとなりかつライン中心間ピッチが1μmとなる等間隔、等ピッチのラインアンドスペース・パターンをレジスト層30に形成するために、ハーフトーンマスク24として図2(A)に示すマスクを用い、図1に示す露光装置10により、レジスト層30を露光した。
In order to form a line-and-space pattern with equal intervals and equal pitches with a line width of 0.5 μm and a line center pitch of 1 μm in the resist pattern, a
露光光線として波長が365nmのi線を、レジスト層30としてi線用化学増幅型レジスト剤をそれぞれ用いた。
An i-line having a wavelength of 365 nm was used as the exposure light beam, and a chemically amplified resist agent for i-line was used as the resist
実際においては、コヒーレンス・ファクタσを0.8に固定して、図1における等倍投影光学系26の収束角θに対応する開口数NA2を変えた複数の実験を行った。
Actually, a plurality of experiments were performed in which the coherence factor σ was fixed at 0.8 and the numerical aperture NA2 corresponding to the convergence angle θ of the equal magnification projection
上記実施例1の結果として得られた露光装置10の等倍投影光学系26の焦点深度と投影光学系26の開口数NA2との関係を図4に示す。
FIG. 4 shows the relationship between the depth of focus of the equal magnification projection
図4から明らかなように、等倍投影光学系26の開口数NA2は、0.3において等倍投影光学系26の焦点深度が最も深くなる。開口数NA2が0.29のときと0.32のときとではほぼ同じ焦点深度になる。
As is clear from FIG. 4, when the numerical aperture NA2 of the equal magnification projection
しかし、レンズ収差を考慮すると、開口数NAが0.29のときの焦点深度がより浅くなる。従って、開口数NA2の範囲は図4に点線枠で示された0.3〜0.32とすることが望ましいことが明らかである。そのような開口数の範囲は、通常のCrマスクより、良好な特性を示している。 However, considering lens aberration, the depth of focus becomes smaller when the numerical aperture NA is 0.29. Therefore, it is apparent that the numerical aperture NA2 is preferably in the range of 0.3 to 0.32 indicated by a dotted frame in FIG. Such a numerical aperture range shows better characteristics than a normal Cr mask.
このとき、Rは0.5μmであり、λ=365nm、開口数NA2の範囲、0.3〜0.32をレイリーの式と呼ばれている式(1)に代入してk1の範囲を求めると、k1として、0.41〜0.44の範囲が求められる。 At this time, R is 0.5 μm, λ = 365 nm, numerical aperture NA2 range, and 0.3 to 0.32 are substituted into equation (1) called Rayleigh equation to obtain k1 range. Then, a range of 0.41 to 0.44 is obtained as k1.
実施例1と同じ等間隔、等ピッチのラインアンドスペース・パターンをレジスト30に形成すべく、ハーフトーンマスク24として図2(A)に示すハーフトーンマスク24を用い、図1に示す露光装置10により、実施例1と同じ条件でレジスト層30を露光した。
The
実施例1と異なる点は、コヒーレンス・ファクタσを0.8に固定して開口数NA2を変える代わりに、開口数NA2を0.3に固定してコヒーレンス・ファクタσを変えた複数の実験を行った。 A difference from the first embodiment is that instead of changing the numerical aperture NA2 by fixing the coherence factor σ to 0.8, a plurality of experiments in which the numerical aperture NA2 is fixed to 0.3 and the coherence factor σ is changed are performed. went.
上記実施例2の結果として得られた露光装置10の等倍投影光学系26の焦点深度とコヒーレンス・ファクタσとの関係を図5に示す。
FIG. 5 shows the relationship between the depth of focus of the equal magnification projection
図5から明らかなように、コヒーレンス・ファクタσが0.8より小さい領域では等倍投影光学系26の焦点深度は小さくなり、0.75を下回ると焦点深度は±2μmを大きく下回る。しかし、コヒーレンス・ファクタσが0.8より大きくなると、焦点深度はほぼ一定となる。
As is clear from FIG. 5, the focal depth of the equal magnification projection
コヒーレンス・ファクタσについての光源の製造限界は、およそ0.85以上になる。したがって、コヒーレンス・ファクタσは図5に点線枠で示された0.75〜0.85とすることが望ましいことが明らかである。 The light source manufacturing limit for the coherence factor σ is approximately 0.85 or more. Therefore, it is clear that the coherence factor σ is preferably 0.75 to 0.85 shown by the dotted frame in FIG.
レジストパターンにおいて一辺が0.5μmの複数の矩形ホールすなわち口径が0.5μmの複数のホールを有しかつホール中心間ピッチが1μmとなるデンスコンタクトホール・パターンをレジスト層30に形成すべく、ハーフトーンマスク24として図3(A)に示すマスクを用い、図1に示す露光装置10により、レジスト層30を露光した。
In order to form a dense contact hole pattern in the resist
露光光線として波長が365nmのi線を、レジスト層30としてi線用化学増幅型レジスト剤をそれぞれ用いた。
An i-line having a wavelength of 365 nm was used as the exposure light beam, and a chemically amplified resist agent for i-line was used as the resist
実際においては、コヒーレンス・ファクタσを0.8に固定して、開口数NA2を変えた複数の実験を行った。 Actually, a plurality of experiments were performed with the numerical aperture NA2 varied while the coherence factor σ was fixed at 0.8.
上記実施例3の結果として得られた投影光学系26の焦点深度と投影光学系26の開口数NA2との関係を図6に示す。
FIG. 6 shows the relationship between the depth of focus of the projection
図6から明らかなように、露光装置10での投影光学系26の開口数NA2は、0.35において投影光学系26の焦点深度が最も深くなる。また、投影光学系26の開口数NA2が0.34のときと0.365のときとではほぼ同じ焦点深度となる。
As apparent from FIG. 6, the projection
しかし、レンズ収差を考慮すると、開口数NA2が0.34ときの投影光学系26の焦点深度はより浅くなるので、開口数NA2の範囲は図6に点線枠で示された0.35〜0.365することが望ましいことが明らかである。
However, considering the lens aberration, the depth of focus of the projection
このときのRは0.5μmであり、λ=365nm、開口数NA2の範囲、0.35〜0.365をレイリーの式(1)に代入してk1の範囲を求めると、k1として、0.48〜0.5の範囲が求められる。 At this time, R is 0.5 μm, λ = 365 nm, numerical aperture NA2 range, 0.35 to 0.365 is substituted into Rayleigh's equation (1) to obtain the range of k1, and k1 is 0. A range of .48 to 0.5 is required.
実施例3と同じデンスコンタクトホール・パターンをレジスト30に形成するために、実施例3と同じ条件でハーフトーンマスク24として図3(A)に示すマスクを用いた図1に示す露光装置により露光した。
In order to form the same dense contact hole pattern as in Example 3 in the resist 30, exposure is performed by the exposure apparatus shown in FIG. 1 using the mask shown in FIG. 3A as the
実施例3と異なる点は、コヒーレンス・ファクタσを0.8に固定して開口数NA2を変える代わりに、開口数NA2を0.35に固定してコヒーレンス・ファクタσを変えた複数の実験を行った。 The difference from Example 3 is that instead of changing the numerical aperture NA2 by fixing the coherence factor σ to 0.8, a plurality of experiments in which the numerical aperture NA2 is fixed to 0.35 and the coherence factor σ is changed are performed. went.
上記実施例4において、開口数NA2を0.35に固定した場合における露光装置10の投影光学系26の焦点深度と投影光学系26のコヒーレンス・ファクタσとの関係のシミュレーション結果を図7に示す。
FIG. 7 shows a simulation result of the relationship between the depth of focus of the projection
図7から明らかなように、コヒーレンス・ファクタσが0.8より小さい領域では焦点深度は小さくなり、0.60を下回ると焦点深度は±1.2μmを大きく下回る。しかし、コヒーレンス・ファクタσが0.8より大きくなると、焦点深度はほぼ一定となる。 As is apparent from FIG. 7, the depth of focus is small in the region where the coherence factor σ is smaller than 0.8, and the depth of focus is significantly less than ± 1.2 μm below 0.60. However, when the coherence factor σ is larger than 0.8, the depth of focus becomes almost constant.
コヒーレンス・ファクタσについての光源の製造限界は、前記したようにおよそ0.85になる。したがって、コヒーレンス・ファクタσは図7に点線枠で示されているように0.6〜0.85とすることが望ましいことが明らかである。 As described above, the manufacturing limit of the light source with respect to the coherence factor σ is approximately 0.85. Therefore, it is clear that the coherence factor σ is preferably 0.6 to 0.85 as indicated by a dotted frame in FIG.
レジストパターンにおいて一辺が0.5μmの複数の矩形ホールを有するデンスコンタクトホール・パターンのハーフトーンマスク24透過光をレジスト層30に形成するために、ハーフトーンマスク24として図3(A)に示すマスク24を用い、図1に示す露光装置10によりレジスト層30を露光した。
3A as a
露光光線として波長が365nmを、露光光線としてi線を、レジスト層30としてi線用化学増幅型レジスト剤をそれぞれ用いた。
A wavelength of 365 nm was used as the exposure light beam, i-line was used as the exposure light beam, and a chemically amplified resist agent for i-line was used as the resist
実際においては、露光装置10の開口数NA2を0.35に固定し、コヒーレンス・ファクタσと、ホールの中心間距離(中心間ピッチ)とを変えた複数の実験を行った。コヒーレンス・ファクタσは、ホール中心間ピッチが1μmのときは0.8にし、それ以外のときは0.4にした。
Actually, a plurality of experiments were performed with the numerical aperture NA2 of the
上記実施例5の結果として得られたハーフトーンマスク24のホール中心間ピッチと投影光学系26の焦点深度との関係を図8に示す。
FIG. 8 shows the relationship between the hole center pitch of the
図8から明らかなように、ハーフトーンマスク24の同じホール幅寸法すなわち口径を有する光透過部44の等ピッチが1μmを越えると、投影光学系26の焦点深度が急激に深くなり、ホール中心間ピッチが2μm以上でほぼ一定となる。ピッチは、焦点深度が±2μm以上になる1.2μm以上とすることが望ましいことが明らかである。図8において、「孤立」とはコンタクトホールが単一で存在する場合である。
As is clear from FIG. 8, when the equal pitch of the
レジストパターンにおいて一辺が0.5μmの複数の矩形ホールであってそれぞれの中心間ピッチが2μmに配置された矩形ホールを有するデンスコンタクトホール・パターンをレジスト30に形成すべく、ハーフトーンマスク24として図3(A)に示すマスクを用い、図1に示す露光装置によりレジスト30を露光した。
In order to form a dense contact hole pattern in the resist 30 having a plurality of rectangular holes each having a side of 0.5 μm in the resist pattern and a rectangular hole having a center-to-center pitch of 2 μm, a
露光光線として波長が365nmを、露光光線としてi線を、レジスト30としてi線用化学増幅型レジストをそれぞれ用いた。 A wavelength of 365 nm was used as the exposure light, i-line was used as the exposure light, and a chemically amplified resist for i-line was used as the resist 30.
実際においては、コヒーレンス・ファクタσを0.4に固定し、開口数NA2を変えた複数の実験行った。 In practice, a plurality of experiments were performed with the coherence factor σ fixed at 0.4 and the numerical aperture NA2 varied.
上記実施例6の結果として得られたホール中心間ピッチと投影光学系26の焦点深度との関係を図9に示す。
FIG. 9 shows the relationship between the hole center pitch and the depth of focus of the projection
図9から明らかなように、NA2が0.35のとき投影光学系26の焦点深度が最も深くなる。図9には、開口数NA2が0.34ときと0.365ときとではほぼ同じ焦点深度となる領域が点線枠で示されている。
As is clear from FIG. 9, the depth of focus of the projection
しかし、実際にはレンズ収差を考慮すると、開口数NA2が0.34のときの投影光学系26の焦点深度はより浅くなるので、開口数NA2の範囲は0.35〜0.365が好ましいことが明らかである。このときのk1の範囲は、実施例3で示したと同様に、0.48〜0.5となる。
However, in consideration of lens aberration, the depth of focus of the projection
レジストパターンにおいて一辺が0.5μmの複数の矩形ホールをそれらの中心間ピッチが2μmとなるように配置したデンスコンタクトホール・パターンをレジスト30に形成すべく、ハーフトーンマスク24として図3(A)に示すマスクを用い、図1に示す露光装置10によりレジスト層30を露光した。
In order to form in the resist 30 a dense contact hole pattern in which a plurality of rectangular holes with sides of 0.5 μm in the resist pattern are arranged so that the pitch between the centers thereof is 2 μm, a
露光光線として波長が365nmを、露光光線としてi線を、レジスト層30としてi線用化学増幅型レジスト剤をそれぞれ用いた。
A wavelength of 365 nm was used as the exposure light beam, i-line was used as the exposure light beam, and a chemically amplified resist agent for i-line was used as the resist
実際には、開口数NA2を0.35に固定し、コヒーレンス・ファクタσを変えた複数の実験行った。 Actually, a plurality of experiments were performed with the numerical aperture NA2 fixed at 0.35 and the coherence factor σ varied.
上記実施例7の結果として得られたコヒーレンス・ファクタσと投影光学系26の焦点深度との関係を図10に示す。
FIG. 10 shows the relationship between the coherence factor σ obtained as a result of Example 7 and the depth of focus of the projection
図10から明らかなように、コヒーレンス・ファクタσ0.4において焦点深度が極大となるような傾向である。また、コヒーレンス・ファクタσは、焦点深度が±2μm以上になる0.3〜0.55とすることが望ましいことが明らかである。 As is apparent from FIG. 10, the depth of focus tends to be maximum at the coherence factor σ0.4. It is clear that the coherence factor σ is desirably 0.3 to 0.55 so that the depth of focus is ± 2 μm or more.
本発明の前記露光法では、例えばLCDの製造で本発明に係るラインパターンマスクをした場合には、そのマスクパターンのラインパターンにほぼ対応した寸法及び形状の製造部分がLCDに形成される。また開口数NA2の値及び光源は、各露光装置によって特定できる。 In the exposure method of the present invention, for example, when the line pattern mask according to the present invention is used in the manufacture of an LCD, a manufacturing portion having a size and shape substantially corresponding to the line pattern of the mask pattern is formed on the LCD. The value of the numerical aperture NA2 and the light source can be specified by each exposure apparatus.
本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
10 露光装置
12 光源
14,20 反射鏡
16,18 中間レンズ
22 集光レンズ
24 ハーフトーンマスク
26 投影光学系
28 ガラス基板
30 レジスト膜
40,44 マスクの光透過領域
42,46 マスクの光遮蔽領域
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記光線はi線であり、
前記ハーフトーンマスクはラインパターンを有し、
前記光学系は、等倍投影光学系であり、またk1を0.41から0.44の値を有する係数とし、かつRを前記レジスト層に形成されるラインの幅としたとき、次式により得られる開口数NAを有する、
NA2=k1×0.365/R
ハーフトーン型の位相シフトマスクを用いた露光方法。 An exposure method in which light from an exposure light source is incident on an optical system via a halftone mask, and the resist layer made of a photosensitive material on the glass substrate is irradiated with the light that has passed through the optical system for exposure. ,
The ray is i-line;
The halftone mask has a line pattern;
The optical system is an equal magnification projection optical system, and when k1 is a coefficient having a value of 0.41 to 0.44 and R is the width of a line formed in the resist layer, Having a numerical aperture NA obtained,
NA2 = k1 × 0.365 / R
An exposure method using a halftone phase shift mask.
前記光線はi線であり、
前記ハーフトーンマスクはコンタクトホールパターンを有し、
前記光学系は、等倍投影光学系であり、またk1を0.48から0.5の値を有する係数とし、かつRを前記レジストに形成されるホールの径としたとき、次式により得られる開口数NAを有する、
NA2=k1×0.365/R
ハーフトーンマスクを用いた露光方法。 An exposure method in which light from an exposure light source is incident on an optical system via a halftone mask, and the resist layer made of a photosensitive material on the glass substrate is irradiated with the light that has passed through the optical system for exposure. ,
The ray is i-line;
The halftone mask has a contact hole pattern;
The optical system is an equal magnification projection optical system, and when k1 is a coefficient having a value of 0.48 to 0.5 and R is a diameter of a hole formed in the resist, the following equation is obtained. Having a numerical aperture NA,
NA2 = k1 × 0.365 / R
An exposure method using a halftone mask.
前記光線はi線であり、
前記ハーフトーンマスクは、前記ガラス基板上の前記レジストに形成すべきコンタクトホールパターンであってコンタクトホールの径の4倍以上のコンタクトホール配列ピッチを有するコンタクトホールパターンを有し、
前記光学系は、k1を0.48から0.5の値を有する係数とし、かつRを前記レジスト層に形成されるのコンタクトホール径としたとき、次式により得られる開口数NAを有する、
NA2=k1×0.365/R
ハーフトーンマスクを用いた露光方法。 An exposure method in which light from an exposure light source is incident on an optical system via a halftone mask, and the resist layer made of a photosensitive material on the glass substrate is irradiated with the light that has passed through the optical system for exposure. ,
The ray is i-line;
The halftone mask is a contact hole pattern to be formed in the resist on the glass substrate, and has a contact hole pattern having a contact hole arrangement pitch not less than four times the diameter of the contact hole,
The optical system has a numerical aperture NA obtained by the following equation, where k1 is a coefficient having a value of 0.48 to 0.5, and R is a contact hole diameter formed in the resist layer.
NA2 = k1 × 0.365 / R
An exposure method using a halftone mask.
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---|---|---|---|---|
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JP2012212124A (en) * | 2011-03-23 | 2012-11-01 | Hoya Corp | Method for manufacturing photomask, method for transferring pattern, and method for manufacturing display device |
KR20210096569A (en) | 2020-01-28 | 2021-08-05 | 호야 가부시키가이샤 | Photomask, method for manufacturing photomask, and method for manufacturing display device |
-
2006
- 2006-03-20 JP JP2006076919A patent/JP2006330691A/en not_active Abandoned
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