曝光掩模及其生产方法和曝光方法技术

提供了一种曝光掩模，其通过曝光以简单结构形成三维形状并获得足够的灰度值。在用于曝光设备（Ｓ）的曝光掩模（Ｍ）中，提供本发明专利技术使得：由阻挡从曝光设备（Ｓ）发出的光的挡光图案和透射所述光的透光图案的一对图案所构成的多个图案块连续地排列；同时所述连续图案块的间距为常数并且所述挡光图案对所述透光图案的比率是逐渐变化的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种曝光掩模及其制造方法，该曝光掩模通过曝光的方式，用于形成例如光学透镜阵列的三维形状。
技术介绍
作为用于例如CCD(电荷耦合器件)和LCD(液晶显示器)等图像器件的应用产品中的微光学部件(如微透镜阵列)的制造方法之一，一种方法是使用在半导体和液晶器件的制造中应用的光刻技术。即，这种方法通过对作为光敏材料的光致抗蚀剂施以所需的曝光量分布从而三维地处理光致抗蚀剂，并使用光致抗蚀剂作为掩模通过蚀刻三维地处理硅或玻璃衬底或者类似物。用于这种光刻工艺的光掩模的第一个例子是如图29所示通过使用多个掩模的多次曝光来实现。使用这一技术的曝光方法将以一维为基础参照图29描述。最终的曝光分布假定为图29中的D(X)。首先，曝光量E通过图29中掩模(1)施于区域<1>。然后，曝光量E通过掩模(2)施于区域<2>。这时，区域<1>的总曝光量D1为E+E。之后，图中未标出的掩模(3)、掩模(4)、…、掩模(n)依次分别按曝光量E、E、…、E曝光，由此区域i的最终曝光量D＝E+E+…+E，获得预期的离散曝光量分布。这样，掩模数“n”将对应曝光量的位置分辨率，例如，如果n＝10，将得到10级灰度的曝光量。作为不同于使用多个掩模的多次曝光的第二个例子，最近发展的一种方法，通过使用所谓透射型的灰调(gray-tone)掩模的一次曝光获得预期的曝光量分布，这种掩模称为高能电子束感光(HEBS)玻璃，具有透射率连续分布的掩模衬底，如在日本专利申请公开No.2002-189280和美国专利申请No.4567104的说明书中所描述的那样。图30表示了概念图。作为第三个例子，在后面将提到的美国专利申请No.3373518、No.5310623、No.6335151的说明书中，提出一种由二元图案(binary pattern)形成的掩模的应用，图案的尺寸可调以控制曝光表面上光强度。以上提到的方法中，由于第一个例子的技术使用了具有多个掩模的多次曝光，其重复多次曝光并在时间上需要多步曝光，因此在任何可得到的累计曝光量分布中保持台阶形。另外，可得到的曝光灰度数为掩模数，也就是曝光次数，实际上对应大约10级，导致不能获得足够的灰度数的问题。再有，掩模成本与曝光工艺的复杂度及掩模的数量成比例，导致各种问题。使用灰调掩模的第二个例子中的一次曝光方法，可以提供近似连续的曝光量分布，但一般来说，这种灰调掩模极难制造并需要特殊的衬底材料和特殊的淀积工艺技术。这导致了极高的掩模成本。另外，有人指出该特殊薄膜材料因为受热会随时间变化并且具有使用中性能稳定性的问题(曝光光吸收引起的热稳定性)。使用第三个例子的掩模的一次曝光方法不采用特殊的半透明光阻挡薄膜，而是由所谓普通二元图案制成，但是曝光表面上的光强度被设置为相对于位置近似连续地变化。美国专利申请No.3373518、No.5310623的说明书中，掩模被分隔为子象素，所述子象素相对于光轴的方向被垂直或水平地划分，并且每个子象素被划分为以灰度分辨率为依据的色调元件(colortone element)。光强度通过这些色调元件的透射色调元件和非透射色调元件的比例来控制。因此，在美国专利申请No.3373518、No.5310623的说明书中，由于以上提到的色调元件边长0.2μm，作为光强度调制单元的子象素边长2μm，这导致相对于例如液晶投影仪中微透镜阵列的单元透镜的尺寸(约10μm)，无法获得足够的强度调制，也无法处理越来越小的微透镜的形成。适于应用缩影投射曝光法(reduction projection exposure method)以形成细微得多的三维结构。这样，设计不仅要考虑每个子象素中的开口区域，子象素尺寸(子象素间距)必须设为不大于光学定义间距，从而使得不形成子象素中的开口图案的图像。美国专利申请No.3373518、No.5310623的说明书中主要假设接近式曝光为前提，不对任何投影曝光法做具体参照。美国专利No.6335151的说明书中，给出了缩影投射曝光光刻的数值分析，各个子象素的开口中心被同心地排列。由于这个原因，X方向、Y方向以及斜向的间距在分辨率限制之下不规则变化，间距不同的位置出现波纹状光强度，以致形成的三维形状表面高低不平，严重影响光学透镜的性能。另外，在这种同心的排布下，如果进行图案排布以形成在光学上使用其四个角的方形透镜阵列，那么图案在四个角处很难排布。进一步，在美国专利No.3373518、No.5310623和No.6335151的说明书中，由于在用于子象素中色调元件单元图案的掩模制造中利用EB(电子束)的图案写入，基于点束扫描(向量扫描或光栅扫描)的图案设计被实现，造成在色调元件单元中数字化的设计。因此，子象素中的开口变为多边形，在实际制造的掩模中，掩模图案边缘处的衍射和散射现象不能忽略。这带来了问题，掩模透射率不能由简单的图案密度表示，期望的掩模透射率无法得到。另外，在美国专利申请No.6335151的说明书中，抗蚀剂利用无图案的掩模预先曝光、显影，并且进行基于曝光量和显影后光致抗蚀剂薄膜厚度之间相互关系的图案设计。然而，利用实际灰调掩模的曝光和无图案曝光在曝光表面上的闪光强度不同。因此，如果应用美国专利申请No.6335151的说明书中设计的掩模，利用该掩模的曝光将会受到由于意外的闪光引起的翳雾曝光(fog exposure)的影响。这导致在掩模透射率较低处对光致抗蚀剂高度的控制性很差。
技术实现思路
本专利技术致力于解决上述问题。即，根据本专利技术，在用于曝光设备的曝光掩模中，由阻挡曝光设备所发出的光的挡光图案(light blocking pattern)和传播这种光的透光图案(transmissive pattern)的一对图案所组成的图案块被连续地排布，并且该连续图案块的间距在每个X和Y方向上为常数，挡光图案对透光图案的比例不采用数字化(离散)的值而是逐渐连续地变化。另外，挡光图案或透光图案是多边形的，为了减少难于在理论上预测的在图案边缘处的衍射和散射效应，每个衍射图案块中的挡光图案和透光图案均为简单的正方形或矩形。因此，目前在半导体光刻中为主流的可变矩形束写入法(variable rectangular beam writing method)可以应用到掩模制造工艺中的电子束写入中。在掩模上可获得可变矩形束型刃口电子束写入器2nm的最小格子，并且在晶片表面上的上述开口图案的转换尺寸为近似连续的值。另外，提供一种曝光掩模的制造方法，在该曝光掩模中，由阻挡曝光设备所发出光的挡光图案和传播这种光的透光图案的一对图案所组成的图案块被连续地排布使得通过将预定量的光照射到光敏材料上而形成三维形状，所述制造方法包括根据三维形状上的设计数据计算光敏材料上的曝光量分布的步骤；根据曝光量分布计算曝光掩模的透射率分布的步骤，包括例如曝光表面上闪光强度之类的主要误差原因；根据曝光设备的光学条件计算连续图案块的间距的步骤；以及根据透射率分布计算在图案块间距内的挡光图案对透光图案的比例并排列具有相应比例的多个图案块的步骤。在具有这种结构的本专利技术中，曝光掩模的图案是由挡光图案和透光图案组成的简单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于曝光设备的曝光掩模，其中包括：多个图案块，其由阻挡从所述曝光设备发出的照明光线的一挡光图案和用于透射所述照明光线的一透光图案的一对图案所构成，所述多个图案块被连续地排列；其中所述连续图案块的间距为常数并且所述挡光图案 对所述透光图案的比率是逐渐变化的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：小泽谦，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]