CN101813881A

CN101813881A - 半色调掩模版及其制造方法

Info

Publication number: CN101813881A
Application number: CN200910078205A
Authority: CN
Inventors: 郭建; 周伟峰; 明星
Original assignee: Beijing BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
Current assignee: BOE Technology Group Co Ltd; Beijing BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: CN101813881B

Abstract

本发明涉及一种半色调掩模版及其制造方法。半色调掩模版包括基板，所述基板包括有效区域和无效区域，所述有效区域包括半色调区域、不透光区域和完全透光区域，所述有效区域以外的区域为所述无效区域，所述半色调区域形成有用于进行透光率调节的半色调区域层。本发明半色调区域层可进行透光率调节，因此，当由于工艺条件发生变化等因素考虑需要调整掩模版的透光率时，本发明可通过半色调区域层进行掩模版的透光率调节，而不需要重新制造掩模版，降低了生产制造成本。

Description

半色调掩模版及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种半色调掩模版及其制造方法，特别是一种可调节透光率的半色调掩模版及其制造方法。

背景技术

为了有效降低薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，以下简称TFT-LCD)的成本、提高成品率，TFT-LCD阵列基板结构的制造工艺逐步得到简化。目前，4次掩模(4Mask)工艺日益成熟，逐渐得到推广应用。

4次掩模(4Mask)工艺的核心技术之一包括：采用半色调(Half-tone)掩模版的半色调掩模技术。半色调掩模版是在传统掩模版对应阵列基板TFT沟道图形部分形成具有一定透过率的薄膜(即：半色调层)，使得通过半色调层的光线发生衰减而只有部分光线透过，从而在基板用于形成TFT沟道图形区域上的光刻胶部分曝光，达到控制曝光的光刻胶厚度的目的。

在半色调掩模版制造过程中，透光率是非常重要的参数，透过率的变化会直接影响到产品的尺寸和特性。半色调掩模版的透光率一般为30％～50％，透光率主要与半色调层的厚度、以及光刻胶和透光设备等工艺条件有关。为了确定半色调层的最佳厚度，现有技术通常在生产前先进行多次的先行实验，根据实验结果的反馈不断调整工艺参数，这样一来，导致半色调掩模版的制造成本急剧上升。此外，在掩模版制造过程结束后，掩模版的透过率很难再改变。因此当掩模版制造完成之后，如果基于实际工艺条件考虑而需要改变半色调层的透过率时，现有技术只能根据具体透光率要求重新制造掩模版，进一步加剧了半色调掩模版制造成本的上升。

发明内容

本发明的目的是提供一种半色调掩模版及其制造方法，用以实现半色调掩模版透光率的可控性。

为实现上述目的，本发明提供了一种半色调掩模版，包括基板，所述基板包括有效区域和无效区域，所述有效区域包括半色调区域、不透光区域和完全透光区域，所述有效区域以外的区域为所述无效区域，所述半色调区域形成有用于进行透光率调节的半色调区域层。

在上述技术方案的基础上，所述半色调区域层为由热致变色材料形成的热致变色薄膜。所述热致变色薄膜包括二氧化钒薄膜。所述热致变色薄膜的优选厚度为

在上述技术方案的基础上，半色调掩模版还可包括：在所述基板的无效区域或所述不透光区域，形成有用于进行所述热致变色薄膜温度控制的温控电路。所述温控电路包括：与所述热致变色薄膜接触并进行热传导的电阻器，以及与所述电阻器连接的、用于对所述电阻器进行通电控制的控制电路。

为实现上述目的，本发明还提供了一种半色调掩模版的制造方法，包括在基板预设的有效区域上形成不透光区域层和用于进行透光率调节的半色调区域层。

在上述技术方案的基础上，可采用热致变色材料形成作为所述半色调区域层的热致变色薄膜。所述热致变色材料包括二氧化钒。形成所述不透光区域层和半色调区域层包括：在基板上先形成不透光区域层，并在形成有所述不透光区域层的基板上形成半色调区域层；或者，在基板上先形成半色调区域层，并在形成有所述半色调区域层的基板上形成不透光区域层。

在上述技术方案的基础上，所述基板的所述有效区域以外的区域为所述基板的无效区域；半色调掩模版的制造方法还可包括：在所述基板的无效区域或者在不透光区域，形成用于进行所述热致变色薄膜温度控制的温控电路。所述形成用于进行所述热致变色薄膜温度控制的温控电路，可包括：形成与所述热致变色薄膜接触并进行热传导的电阻器，以及与所述电阻器连接的、用于对所述电阻器进行通电控制的控制电路。

通过上述技术方案可知，本发明提供的半色调掩模版及其制造方法中，在基板上形成有用于进行透光率调节的半色调区域层，因此，当由于工艺条件发生变化等因素考虑需要调整掩模版的透光率时，本发明可通过半色调区域层进行掩模版的透光率调节，而不需要重新制造掩模版，降低了生产制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明半色调掩模版第一实施例结构示意图；

图2为图1中A-A’向剖面图；

图3为本发明半色调掩模版第二实施例结构示意图；

图4为本发明半色调掩模版第三实施例结构示意图；

图5为图4中B-B’向剖面图；

图6为本发明半色调掩模版的制造方法第一实施例流程图；

图7为本发明半色调掩模版的制造方法第二实施例流程图。

附图标记说明：

1-基板； 2-半色调区域层； 21-热致变色薄膜；

3-不透光区域层； 4-温控电路； 41-电阻器；

42-控制电路； 5-有效区域。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明半色调掩模版第一实施例结构示意图。图2为图1中A-A’向剖面图。如图1和图2所示的半色调掩模版包括基板1，在基板1的有效区域上设置有半色调区域和不透光区域，半色调区域上形成有用于进行透光率调节的半色调区域层2，不透光区域上形成有不透光区域层3，半色调区域层2和不透光区域层3以外的有效区域为完全透光区域；基板1的有效区域以外的区域称为无效区域(图中未示出)。

本发明用于进行透光率调节的半色调区域层2可采用热致变色材料形成，如：半色调区域层2为采用热致变色材料形成的热致变色薄膜。热致变色薄膜的厚度可根据掩模版实际所需的透光率确定，优选的，热致变色薄膜的厚度为

热致变色薄膜可采用在不同温度下透光率会发生改变的热敏材料制备而成。当外界温度发生变化时，热致变色薄膜的晶体结构也随之发生变化。例如：当基板温度低于一定温度时，热致变色薄膜是斜单晶结构；当基板温度升高到相变临界值时，热致变色薄膜发生相变，其晶体结构由斜单晶结构变成四方晶系结构。由于晶体结构的变化，热致变色薄膜的光电性能以及透光率都发生了很大的变化，而且这种变化是可逆的。

可用于制备热致变色薄膜的热敏材料如：二氧化钒或铌酸锂晶体等材料。下面以二氧化钒的特性为例进行说明：根据温差以及组成热敏材料的颜料性质，二氧化钒对不同光的透光率会随着外界温度的变化而迅速发生变化，具体表现在二氧化钒随着外界温度的变化，可迅速由一种颜色改变成另一种颜色。二氧化钒具有多种晶型，其中VO_2(M)型晶体是一种具有特殊相变性能的功能材料，随着温度的变化，VO_2(M)晶体的光学性质和电学性质也会随之发生变化，例如：随着温度的提高，VO_2(M)晶体的晶格发生重新排列，VO_2(M)晶体透过率随之降低，即透射光的透射能量也会发生降低。

本发明利用了热敏材料在外界温度变化下光学性质(如：透光率)随之发生变化的特性，将基于热敏材料制造的热致变色薄膜作为掩模版的半色调区域层。在制备完成本发明半色调掩模版后，如果基于实际工艺条件等因素考虑，需要改变已制备好的掩模版中半色调层的透光率时，则可以对热致变色薄膜的温度进行控制，通过改变热致变色薄膜的温度来改变热致变色薄膜的晶体结构，使得热致变色薄膜的对光束的透过率发生相应的变化，实现对掩模版透光率的控制，而不需要重新制造掩模版，降低了生产制造成本。

上述技术方案中，本发明掩模版的基板材料可采用石英玻璃或蓝宝石玻璃。石英玻璃或蓝宝石玻璃具有导热性。为实现对热致变色薄膜进行温度控制，可在图1形成的掩模版的基础上形成温控电路，通过温控电路对热致变色薄膜的温度进行控制。温控电路可形成在基板的无效区域，或者，温控电路还可形成在不透光区域。

图3为本发明半色调掩模版第二实施例结构示意图。本实施例示出了温控电路形成在掩模版的无效区域的情形。如图3所示，半色调掩模版可包括掩模版有效区域5和无效区域。通常，一个面板(Panel)对应的区域为掩模版的有效区域5，相邻面板(Panel)之间的过渡区域即为掩模版的无效区域，如：有效区域的周边区域通常为无效区域。有效区域5的细微结构可参见图1和图2。本实施例在基板1的无效区域上形成温控电路4，用于对基板1的温度进行整体控制，以使基板温度可均匀地提高。

温控电路4可以是由与外部供电电极相连的电阻器组成的电路结构，通过外部供电电极对电阻器通电，该类型的电阻器通常是薄膜器件，可由硅或氧化硅等材料制成。电阻器产生的热量传递给基板，进而提高基板乃至整个掩模版的温度。通过控制流经电阻器的电流的大小，即可实现控制掩模版的温度，从而导致掩模版中热致变色薄膜的透光率发生变化。

本实施例在掩模版有效区域的周边无效区域上形成有用于对基板温度进行控制的温控电路，通过温控电路对基板的温度进行控制，使得热致变色薄膜因基板温度的改变，自身的透光率随之发生变化，从而实现半色调掩模版透光率的可控性。

图4为本发明半色调掩模版第三实施例结构示意图。图5为图4中B-B’向剖面图。本实施例示出了温控电路形成在掩模版的不透光区域的情形。如图4和图5所示，半色调掩模版的基板1上形成有不透光区域层3和半色调区域层，半色调区域层为热致变色薄膜21。在不透光区域层3上还形成有温控电路，该温控电路包括电阻器41和控制电路42，控制电路通过对电阻器41两端施加电压，使得电阻器产生热量，该电阻器的发热量随着所施加电压的大小而发生变化；电阻器41与热致变色薄膜21接触，用于将自身产生的热量传递给热致变色薄膜21，以使热致变色薄膜21的温度发生改变；控制电路42与电阻器41连接，用于对电阻器41进行通电控制，通过对电阻器41施加不同大小的电流，使得电阻器41产生不同大小的热量。

在实际使用过程中，掩模版的不透光区域层3的图形可对应于TFT-LCD阵列基板中的信号线图形，而掩模版的作为半色调区域层的热致变色薄膜21的图形可对应于TFT-LCD阵列基板中的TFT沟道图形。在图4和图5所示的掩模版中，可在基板1上的每个热致变色薄膜21处形成一个电阻器41，图4和图5示出了控制电路42形成于对应信号线图形的不透光区域层3的上方的情形，根据掩模版版实际制造工艺的不同，控制电路42还可形成在对应信号线图形的不透光区域层3的下方。通过控制电路42对各个电阻器41施加电流，使得电阻器41产生热量，电阻器41产生的热量传递给热致变色薄膜21，使得热致变色薄膜21的温度发生变化，从而导致热致变色薄膜21对光束的透过率发生变化。

本实施例半色调掩模版中，在对应阵列基板每个像素区域中的TFT沟道图形的掩模版的热致变色薄膜处形成有电阻器，且在对应阵列基板信号线图形的不透光区域层的上方或下方形成有对电阻器进行通电控制的控制电路，该结构可实现对每列像素的透过率进行单独控制，有利于提高掩模版中各热致变色薄膜透过率调节的均匀性。

图6为本发明半色调掩模版的制造方法第一实施例流程图。半色调掩模版的制造方法包括：在基板预设的有效区域上形成不透光区域层和用于进行透光率调节的半色调区域层。用于进行透光率调节的半色调区域层可采用热致变色材料形成，如：半色调区域层为采用热致变色材料形成的热致变色薄膜等。如图6所示，半色调掩模版的制造方法可具体包括：

步骤11、在基板上沉积不透明金属材料层。

步骤12、在完成步骤11的基板上进行第一次构图工艺，保留不透光区域上的不透明金属材料层，去除不透光区域外其他区域的不透明金属材料层；不透光区域上的不透明金属材料层即为不透光区域层。

步骤13、在完成步骤12的基板上，沉积热致变色薄膜。

步骤14、在完成步骤13的基板上，进行第二次构图工艺形成半色调区域图形；半色调区域上的热致变色薄膜被保留，半色调区域以外的热致变色薄膜被完全去除；半色调区域上的热致变色薄膜即为半色调区域层。

上述技术方案步骤11中，基板材料可采用石英玻璃或蓝宝石玻璃；不透明金属材料可采用Cr、Mn或Mo、或上述金属的合金材料；不透明金属材料层具有一定的温度稳定性，其优选的厚度范围为

上述技术方案步骤12中，可通过激光构图工艺形成不透光区域层的图形，其中不透光区域层的图形可对应于TFT-LCD阵列基板中的信号线图形。

上述技术方案步骤13中，热致变色薄膜可采用在不同温度下透光率会发生改变的热敏材料制备而成，优选的，热致变色薄膜为二氧化钒薄膜。热致变色薄膜可采用有机溶胶-凝胶法、脉冲激光沉淀技术或MOCVD法形成，其厚度可根据掩模版实际所需的透光率确定，优选的，热致变色薄膜的厚度为

上述技术方案步骤14中，可通过激光构图工艺形成半色调区域层的图形，其中半色调区域层的图形可对应于TFT-LCD阵列基板中的TFT沟道图形，以便在TFT-LCD阵列基板中的TFT沟道图形部分形成光刻胶的部分曝光区域。

为了保持薄热致变色薄膜性质的稳定性，防止被外界环境中的气体等杂质腐蚀，还可在完成步骤14的基板上形成一层保护膜。

在上述技术方案的基础上，为了实现对热致变色薄膜进行温度控制，还可在基板上形成温控电路，通过温控电路对热致变色薄膜的温度进行控制。

温控电路可形成在基板的无效区域。该情形下，温控电路可在步骤11之前形成，或者，温控电路可在步骤12和步骤13之间形成，或者，温控电路可在步骤14之后形成。温控电路可以是由与外部供电电极相连的电阻器组成的电路结构，通过外部供电电极对电阻器通电，电阻器产生的热量传递给基板，进而提高基板乃至整个掩模版的温度。

或者，温控电路还可形成在不透光区域。温控电路可具体包括：形成与热致变色薄膜接触并进行热传导的电阻器，以及与电阻器连接的、用于对电阻器进行通电控制的控制电路；其中，控制电路可形成于不透光区域层的上方或下方。对于控制电路形成于不透光区域层的下方的情形，控制电路可在步骤11之前形成；对于控制电路形成于不透光区域层上方的情形，控制电路可在步骤12和步骤13之间形成，或者，控制电路可在步骤14之后形成。

图7为本发明半色调掩模版的制造方法第二实施例流程图。本实施例与图6对应实施例的区别在于，本实施例在制造掩模版的过程中，首先形成半色调区域层图形，之后再形成不透光区域层图形。如图7所示，半色调掩模版的制造方法可具体包括：

步骤21、在基板上沉积热致变色薄膜。

步骤22、在完成步骤21的基板上，进行第一次构图工艺形成半色调区域图形；半色调区域上的热致变色薄膜被保留，半色调区域以外的热致变色薄膜被完全去除；半色调区域上的热致变色薄膜即为半色调区域层。

步骤23、在完成步骤22的基板上，沉积不透明金属材料层。

步骤24、在完成步骤23的基板上进行第二次构图工艺，保留不透光区域上的不透明金属材料层，去除不透光区域外其他区域的不透明金属材料层；不透光区域上的不透明金属材料层即为不透光区域层。

为了保持薄热致变色薄膜性质的稳定性，防止被外界环境中的气体等杂质腐蚀，还可在完成步骤24的基板上形成一层保护膜。

温控电路可形成在基板的无效区域。该情形下，温控电路可在步骤21之前形成，或者，温控电路可在步骤22和步骤23之间形成，或者，温控电路可在步骤24之后形成。

或者，温控电路还可形成在不透光区域。温控电路可具体包括：形成与热致变色薄膜接触并进行热传导的电阻器，以及与电阻器连接的、用于对电阻器进行通电控制的控制电路；其中，控制电路可形成于不透光区域层的上方或下方。对于控制电路形成于不透光区域层的下方的情形，控制电路可在步骤21之前形成，或者，控制电路可在步骤22和步骤23之间形成；对于控制电路形成于不透光区域层上方的情形，控制电路可在步骤24之后形成。

通过上述技术方案可知，本发明提供的半色调掩模版及其制造方法中，采用了热致变色薄膜作为掩模版的半色调区域层，因此，当由于工艺条件发生变化等因素考虑需要调整掩模版的透光率时，本实施例可通过改变热致变色薄膜的温度，使得热致变色薄膜的晶体结构发生变化，导致热致变色薄膜对光束的透过率发生改变，从而实现对掩模版的透光率进行控制，而不需要重新制造掩模版，降低了生产制造成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种半色调掩模版，包括基板，所述基板包括有效区域和无效区域，所述有效区域包括半色调区域、不透光区域和完全透光区域，所述有效区域以外的区域为所述无效区域，其特征在于，所述半色调区域形成有用于进行透光率调节的半色调区域层。

2.根据权利要求1所述的半色调掩模版，其特征在于，所述半色调区域层为采用热致变色材料形成的热致变色薄膜。

3.根据权利要求2所述的半色调掩模版，其特征在于，所述热致变色材料包括二氧化钒。

4.根据权利要求2所述的半色调掩模版，其特征在于，还包括：在所述基板的无效区域或所述不透光区域，形成有用于进行所述热致变色薄膜温度控制的温控电路。

5.根据权利要求4所述的半色调掩模版，其特征在于，所述温控电路包括：与所述热致变色薄膜接触并进行热传导的电阻器，以及与所述电阻器连接的、用于对所述电阻器进行通电控制的控制电路。

6.根据权利要求2所述的半色调掩模版，其特征在于，所述热致变色薄膜的厚度为

7.一种半色调掩模版的制造方法，其特征在于，包括在基板预设的有效区域上形成不透光区域层和用于进行透光率调节的半色调区域层。

8.根据权利要求7所述的半色调掩模版的制造方法，其特征在于，采用热致变色材料形成作为所述半色调区域层的热致变色薄膜。

9.根据权利要求8所述的半色调掩模版的制造方法，其特征在于，所述热致变色材料包括二氧化钒。

10.根据权利要求8或9所述的半色调掩模版的制造方法，其特征在于，形成所述不透光区域层和半色调区域层包括：

在基板上先形成不透光区域层，并在形成有所述不透光区域层的基板上形成半色调区域层；或者

在基板上先形成半色调区域层，并在形成有所述半色调区域层的基板上形成不透光区域层。

11.根据权利要求8或9所述的半色调掩模版的制造方法，其特征在于，所述基板的所述有效区域以外的区域为所述基板的无效区域；所述半色调掩模版的制造方法还包括：

在所述基板的无效区域或者在不透光区域，形成用于进行所述热致变色薄膜温度控制的温控电路。

12.根据权利要求11所述的半色调掩模版的制造方法，其特征在于，所述形成用于进行所述热致变色薄膜温度控制的温控电路，包括：

形成与所述热致变色薄膜接触并进行热传导的电阻器，以及与所述电阻器连接的、用于对所述电阻器进行通电控制的控制电路。