CN101382732B

CN101382732B - 制作图案化材料层的方法

Info

Publication number: CN101382732B
Application number: CN2008101697027A
Authority: CN
Inventors: 萧祥志; 廖达文
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2028-10-20
Also published as: CN101382732A

Abstract

一种制作图案化材料层的方法，所述制作图案化材料层的方法包括下列步骤。首先，于基材上覆盖一感光材料层。接着，形成一半色调掩膜于基材上方，且半色调掩膜具有一半色调图案。半色调图案的透光率介于40％至80％之间，因此光线只能部份通过。之后，通过半色调图案对感光材料层的曝光区域进行曝光。然后，显影感光材料层，以形成曝光图案，且曝光图案的最小线宽小于半色调图案的最小线宽。在此也揭露一种通过上述方法形成的图案化材料层。

Description

制作图案化材料层的方法

技术领域

本发明是有关于一种制作图案化材料层的方法；特别是有关于一种通过半调式掩膜(half-tone mask)的特性来提高图案化材料层的最小线宽(line width)的方法。

背景技术

随着科技的进步，微电子工业的制造技术一日千里，其中光刻技术扮演着相当重要的角色。光刻技术主要是利用光源将掩膜上所设计好的图案通过曝光转移至感光材料上，并可进一步利用此图案化的感光材料作为刻蚀掩膜。然而，在光刻工艺中，图案的线宽与所使用的光源的波长或聚焦的透镜的数值孔径等参数相关，因此线宽的最小值是有极限的。尤其随着电子元件积集度不断地增加，元件内部的图案线宽也相对地缩小，相对使得光刻工艺的难度提高。

在液晶显示面板的工艺中，经常使用到上述光刻技术来制作例如薄膜晶体管(thin-film transistor，TFT)、像素结构、引线等元件。然而，上述元件的制作同样受限于已知曝光工艺的限制，而无法得到更佳的元件积集度与元件效能。图1即绘示一种已知的薄膜晶体管。如图1所示，受限于已知曝光工艺的尺寸极限(critical dimension，CD)，薄膜晶体管的沟道宽度(channel width)W的最小极限值大约在4微米(μm)左右。由于薄膜晶体管的充电能力以及能量损耗跟沟道宽度相关，在无法进一步降低沟道宽度的情况下，相对使得薄膜晶体管的效能受到限制。另一方面，线宽过大的元件图案也会占用液晶显示面板上的可用面积，导致像素的开口率下降。

发明内容

本发明提供一种制作图案化材料层(patterned material layer)的方法，可以在材料层上形成具有较小线宽的图案。

本发明另提供一种具有较小线宽图案的图案化材料层。

本发明提出的制作图案化材料层的方法，主要包括下列步骤。首先，提供基材，并且基材上覆盖感光材料层。然后，提供半色调掩膜(half-tone mask)于基材上方。而半色调掩膜具有不透光区和半透光区，其中所述半透光区覆盖半色调图案(half-tone pattern)，且半色调图案的透光率介于40％至80％之间。之后，通过半色调掩膜的半色调图案对感光材料层的曝光区域进行曝光，并且使部分曝光区域的曝光深度实质上等于感光材料层的厚度。接着，显影感光材料层，以形成曝光图案(exposed pattern)；其中，曝光图案暴露出局部的基材，且曝光图案的最小线宽小于半色调图案的最小线宽。

在本发明的一实施例中，上述方法另包括在显影感光材料层之后，以感光材料层为掩膜来刻蚀基材。

在本发明的一实施例中，上述曝光图案的最小线宽小于或等于2微米(μm)。

在本发明的一实施例中，上述半色调图案的最小线宽为L，而曝光图案的最小线宽为L’，且L’/L介于0.33与0.5之间。

在本发明的一实施例中，上述感光材料层的厚度介于1μm与1.3μm之间。

本发明提出一种图案化材料层，由基材制作而成。首先，在基材上覆盖感光材料层，并且通过半色调掩膜的半色调图案对感光材料层的曝光区域进行曝光；其中，所述半色调掩膜具有不透光区和半透光区，其中所述半透光区覆盖所述半色调图案，半色调图案的透光率介于40％至80％之间，且部分曝光区域的曝光深度实质上等于感光材料层的厚度。显影后暴露出局部的基材，且曝光图案的最小线宽小于半色调图案的最小线宽。接着，在以感光材料层为掩膜来刻蚀基材之后，形成图案化材料层；其中，图案化材料层的最小线宽小于或等于2μm。

在本发明的一实施例中，上述半色调图案的最小线宽为L，而图案化材料层的最小线宽为L”，且L”/L介于0.33与0.5之间。

本发明采用半色调掩膜对材料层进行图案化，以达到曝光图案的最小线宽小于掩膜上的半色调图案的最小线宽的要求，进而在材料层上形成线宽较小的图案。此制作图案化材料层的方法可以用于制作需要微小线宽的元件，并可进一步提高元件的积集度与工艺的余裕度。

附图说明

图1绘示已知的薄膜晶体管。

图2A至图2D是依据本发明绘示制作图案化材料层方法的实施例。

图3为本发明所采用的半色调掩膜与传统二元掩膜的光强度分布的比较图。

图4绘示半色调掩膜的半色调图案的穿透率与应用其进行图案化工艺所能得到的最小线宽的关系图。

图5是根据本发明绘示图案化材料层的另一实施例的示意图。

附图标号

100：图案化材料层

110：基材

112：图案

120：感光材料层

122：曝光区域

124：曝光图案

130：半色调掩膜

130a：不透光区

130b：半透光区

132：半色调图案

L：半色调图案最小线宽

L’：曝光图案最小线宽

L”：图案化材料层的最小线宽

w：沟道宽度

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

图2A至图2D绘示本发明制作图案化材料层方法的实施例。首先，如图2A所示，提供基材110，并且于基材上110覆盖感光材料层120。依据应用场合的不同，本实施例的基材110与感光材料层120可以有多种不同的型态。举例而言，基材110可以是承载基板、转移基板、其上已形成有其他元件或膜层的工艺中间产物，或是与感光材料层120同属于多层结构中的上下两膜层。此外，感光材料层120可以是要对基材110进行图案化所形成的光刻胶掩膜，或是本身即为要形成在基材110上的膜层等。当然，随着感光材料层120的不同性质，形成感光材料层120的方法例如是涂布(coating)、印刷(printing)、沉积(deposition)等。

接着，如图2B所示，提供半色调掩膜130于基材110上方。半色调掩膜130具有半色调图案132，且半色调图案132的透光率介于40％与80％之间。更详细而言，本实施例的半色调掩膜130上例如具有不透光区130a与半透光区130b，其中半透光区130b例如覆盖透光率介于40％至80％之间的半色调薄膜，使得照射到此半透光区130b的光线不会100％通过。

图3为本发明所采用的半色调掩膜130与传统二元掩膜(binary mask)的光强度分布的比较图，其中横轴为对应于掩膜图案的曝光区域的位置，纵轴为通过掩膜后的光强度。请参照图3，曲线310表示已知二元掩膜的光强度分布，而曲线320表示本发明的半色调掩膜130的光强度分布。由图3可清楚得知，由于半色调掩膜上130的掩膜图案为穿透率较低的半色调图案132，因此通过此区域的光线，其光强度会明显低于通过传统二元掩膜的光线所具有的光强度，而呈现如图3所示的曲线310与曲线320的差异。换言之，虽然通过相同宽度的开口，但应用半色调掩膜130所呈现的曝光深度与曝光量会低于传统的二元掩膜。

承上述，本实施例如图2C所示，通过半色调掩膜130的半色调图案132对感光材料层120的曝光区域122进行曝光，并且使部分曝光区域122的曝光深度实质上等于感光材料层120的厚度，即确保曝光量足以在感光材料层120上形成镂空的曝光图案。接着，如图2D所示，显影感光材料层120，以形成曝光图案124，且曝光图案124暴露出局部的基材110。

对照图3所绘示的光强度分布曲线，本发明应用半色调掩膜130来进行图案化工艺。如图3所示，若要在材料层上形成曝光图案的最小曝光强度为S，此时采用传统二元式掩膜所进行的曝光工艺可以得到最小线宽为C的曝光图案。然而，若采用本发明的半色调掩膜130，由于曝光量较低，因此在曝光量仍足以形成曝光图案的前提下，所得到的曝光图案将具有比C更小的最小线宽C’。以本实施例所绘示的图案化工艺为例，所形成的曝光图案124的最小线宽L’会小于半色调图案132的最小线宽L。在较佳的情况下，本实施例所采用的感光材料层120的厚度介于1μm与1.3μm之间，而所得到的曝光图案124的最小线宽L’小于或等于2μm，且L’/L介于0.33与0.5之间。

依据本发明的一实施例，图4进一步绘示半色调掩膜的半色调图案的穿透率与应用其进行图案化工艺所能得到的最小线宽的关系图。在图4中，横轴为半色调图案的穿透率，纵轴为所形成的曝光图案的最小线宽(μm)。在本实施例中，感光材料层的厚度为固定值，例如1.1μm，而光强度也为定值，例如22mj/cm²。此时，所形成的曝光图案的最小线宽会与半色调图案的穿透率呈现正相关的关系。例如，当半色调图案的穿透率为40％时所形成的曝光图案的最小线宽会小于半色调图案穿透率为80％时所形成的曝光图案的最小线宽。

图5是根据本发明绘示图案化材料层的另一实施例的示意图。请参照图5，图案化材料层100的制作方法与上述实施例的图案化工艺类似，惟本实施例是将感光材料层120作为要对基材110进一步图案化的光刻胶掩膜，以形成图案化材料层100。承接图2D所绘示的步骤，在感光材料层120上形成曝光图案124之后，再以感光材料层120为掩膜来刻蚀被曝光图案124所暴露的基材110，而形成具有图案112的图案化材料层100。图案化材料层100的图案112会与感光材料层120的曝光图案124相对应。此时，所形成的图案112的最小线宽L”理论上会接近曝光图案124的最小线宽L’。换言之，如同前述，在较佳的情况下，图案化材料层100的图案112的最小线宽L”会小于或等于2μm，且图案化材料层100的图案112的最小线宽L”与半色调掩膜130上的半色调图案132的最小线宽L的比值，即L”/L会介于0.33与0.5之间。

本发明的制作图案化材料层的方法是采用半色调掩膜来对材料层进行图案化。由于半色调掩膜具有可调制曝光源穿透率与穿透光型的特性，因此曝光时可以轻易达到曝光图案的最小线宽小于掩膜上的半色调图案的最小线宽的要求，进而在材料层上形成线宽较小的图案，如此有助于提高元件的积集度与工艺的余裕度。

另一方面，本发明还可以将上述的制作图案化材料层的方法应用于液晶显示面板的工艺，以进一步降低薄膜晶体管的沟道宽度，提高薄膜晶体管的充电效率并降低其能量损耗。此外，降低各元件本身或元件间的最小线宽也有助于提高液晶显示面板上的元件积集度，改善像素的开口率。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何具有本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定范围为准。

Claims

1.一种制作图案化材料层的方法，其特征在于，所述制作图案化材料层的方法包括：

提供一基材，所述基材上覆盖一感光材料层；

提供一半色调掩膜于所述基材上方，所述半色调掩膜具有不透光区和半透光区，其中所述半透光区覆盖一半色调图案，且所述半色调图案的透光率介于40％与80％之间；

通过所述半色调掩膜的所述半色调图案对所述感光材料层的一曝光区域进行曝光，并且使部分所述曝光区域的曝光深度实质上等于所述感光材料层的厚度；以及

显影所述感光材料层，以形成一曝光图案，其中所述曝光图案暴露出局部的基材，且所述曝光图案的最小线宽小于所述半色调图案的最小线宽。

2.如权利要求1所述的制作图案化材料层的方法，其特征在于，所述制作图案化材料层的方法另包括在显影所述感光材料层之后，以所述感光材料层为掩膜来刻蚀所述基材。

3.如权利要求1所述的制作图案化材料层的方法，其特征在于，所述制作图案化材料层的方法所述曝光图案的最小线宽小于或等于2微米。

4.如权利要求1所述的制作图案化材料层的方法，其特征在于，所述半色调图案的最小线宽为L，而所述曝光图案的最小线宽为L’，且L’/L介于0.33与0.5之间。

5.如权利要求1所述的制作图案化材料层的方法，其特征在于，所述感光材料层的厚度介于1微米与1.3微米之间。

6.一种图案化材料层，其特征在于，所述图案化材料层是由一基材制作而成，先在所述基材上覆盖一感光材料层，并且通过一半色调掩膜的一半色调图案对所述感光材料层的一曝光区域进行曝光，所述半色调掩膜具有不透光区和半透光区，其中所述半透光区覆盖所述半色调图案，所述半色调图案的透光率介于40％与80％之间，且部分所述曝光区域的曝光深度实质上等于所述感光材料层的厚度，而在显影后暴露出局部的基材，所述曝光图案的最小线宽小于所述半色调图案的最小线宽，并在以所述感光材料层为掩膜来刻蚀所述基材之后，形成所述图案化材料层，其中所述图案化材料层的最小线宽小于或等于2微米。

7.如权利要求6所述的图案化材料层，其特征在于，所述半色调图案的最小线宽为L，而所述图案化材料层的最小线宽为L”，且L”/L介于0.33与0.5之间。