CN101900947B - 一种彩色滤光片曝光的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种曝光图案形成的方法，其包含：提供一基板；形成一光阻层于所述基板上；将一具有图案的光罩置于光阻层的上方并对准一相对应位置以进行至少二次曝光，其中至少一次曝光是移动此具有图案的光罩对准另一相对应位置；提供至少一滤光片以进行至少一次曝光，所述滤光片是设置于所述具有图案的光罩上方或下方；以及进行显影以移除部分的光阻层以形成不同维度的图案结构于基板上。本发明可有效地缩减制程步骤以降低制程时间，更因为节省光罩成本之故，有效地降低了生产成本。

Description

一种彩色滤光片曝光的方法

技术领域

本发明是关于一种微影制程(Lithography Process)，特别是关于一种利用滤光片进行至少一次曝光以形成不同维度或尺寸图案的微影制程。

背景技术

微影制程对于多种电子组件的制作而言是为一重要的制程步骤，例如半导体组件、液晶显示器等。微影制程一般是利用光线透过具有预先设计图案的光罩，照射至涂布光阻层的基板上，使对应于光罩上图案的位置的光阻层被曝光，再将基板浸入显影液中，移除未曝光的光阻层以形成与光罩上图案相对应的图案，或是移除被曝光的光阻层来形成，是以所使用的光阻材质来决定。

以上述的微影制程所制造的图案于基板上时，由于光阻层于曝光时的环境相同，则在基板上所形成的图案亦具有相同的维度或尺寸。然，有些电子组件的结构被设计为需要不同维度或尺寸的图案结构，因此，于此类电子组件的制程中，则需要依照不同维度的图案进行多次微影制程步骤。举例而言，当电子组件具有两种不同维度的图案结构的时候，则制程步骤就需进行两次微影制程步骤，是包含于一基板上先旋转涂布一厚度的光阻层，接着，将具有图案的光罩对准放置于对应的光阻层的位置上方后进行曝光，其后，进行显影(Development)及硬烤(Post-bake)步骤后在基板上会形成第一种维度的图案。完成了第一种维度的图案的微影制程之后，才接着进行第二种维度的图案的微影制程，步骤是为于具有第一种维度的图案的基板上旋转涂布另一厚度的光阻层，接着，再将光罩对准放置于对应于此另一光阻层的位置上方后进行曝光，其后，在进行显影及硬烤步骤后，则此基板上就会包含第一种维度的图案及第二种维度的图案的结构于其中。

然而，由上述的制程中可轻易发现制作第一种维度及第二种维度的图案的微影制程的步骤重复性相当地高，且由于进行了多次的微影制程步骤之故，不但需要很长的制作时间，亦会导致具有此种结构的组件的生产成本相对高昂。

因此，为了解决上述的问题，便发展出利用灰阶光罩(Multi Tone Mask)来减少微影制程的步骤。灰阶光罩是为一种具有不同种穿透率的图案区域形成在同一光罩中。请参阅图1，是显示使用一灰阶光罩进行一次微影制程的示意图，其中灰阶光罩100中具有第一百分比透光率的图案区域101以及第二百分比透光率的图案区域103。例如，若第一百分比透光率的透光率为100%，第二百分比透光率的透光率为X%时，于微影制程的过程中，藉由此灰阶光罩100实行曝光的步骤时，则灰阶光罩100中具有100%透光率的图案区域101的部分，光线会百分的百穿透过去，而具有X%透光率的图案区域103的部分，则仅X%的光线穿透过去。由于所照射的光线强度不同的缘故，涂布于基板110上方的光阻层会因为光反应的程度不同，而于显影步骤之后则会产生出不同尺寸的图案结构，如图中所示的大尺寸图案111和小尺寸图案113。因此，当需要制造出多种不同尺寸的结构时，只需于灰阶光罩中设计出相对应的不同透光率的图案区域，则可仅使用一次微影制程来制造出具有多种不同尺寸的图案结构于基板上。

此外，可参阅中华民国专利公告案第I245160号，专利名称为应用灰阶技术制作导光板模板的方法，其中揭露利用一灰阶光罩进行微影制程，于去除部分光阻层则可于导光板表面上形成复数个高度不一的光阻图案，再进行热流(flow)制程使各光阻图案表面呈现为平滑的球形镜面。亦可参阅中华民国专利公告案第I309089号，专利名称为主动组件数组基板的制造方法，其中揭露利用多重穿透式光罩(灰阶光罩的一种)于薄膜晶体管数组基板上制造闸极、信道层、源极、汲极、保护层以及画素电极等组件可有效地将原本需要五次微影制程缩减至仅需三次微影制程即可完成来降低制程时间及制造成本。再者，亦可参阅中华民国专利公开案第200907560号，专利名称为曝光制程、画素结构的制造方法及其使用的半调式光罩，其中提及由于在大面积玻璃基板进行微影制程时，会因为曝光不均匀所导致光阻图案尺寸不均匀的问题发生，因此，揭露利用半调式光罩(灰阶光罩的一种)进行微影制程则无须修改制程条件即可制造出均匀尺寸的光阻图案。如上所述，可得知灰阶光罩已渐渐广泛地被使用于微影制程中。

然而，由于灰阶光罩需要在用以形成不同维度或尺寸的图案区域的部分制成具有不同透光率，因此，灰阶光罩制造价格非常昂贵，通常比一般光罩高出2~3倍的价钱。也因此，虽然使用灰阶光罩可以减少由于多次微影制程所导致的生产成本，但，因为灰阶光罩本身的价格高昂之故，对于降低生产成本的效果仍然相当有限。

因此，亟需一种可以有效缩短制造时间亦可有效的降低生产成本的微影制程应用于基板上以形成具有不同维度图案的光阻结构。

发明内容

本发明的目的是为提供一种利用一般光罩即可制造不同维度或尺寸图案的微影制程，并缩短制造时间及生产成本。

本发明的另一目的是为提供一种无需使用灰阶光罩即可制造不同维度(或尺寸)图案的微影制程，用以解决灰阶光罩价格昂贵所增加生产成本的问题。

为达上述的目的，本发明是提供一种曝光图案形成的方法，其包含：提供一基板；形成一光阻层于基板上；将一具有图案的光罩置于光阻层的上方并对准一相对应位置以进行至少二次曝光，其中至少一次曝光是移动此具有图案的光罩对准另一相对应位置；提供至少一滤光片以进行至少一次曝光，其中此滤光片设置于所述具有图案的光罩上方或下方；以及进行显影以移除部分的光阻以形成不同维度或尺寸的图案结构于基板上。

本发明更提供一种彩色滤光片曝光的方法，是包含：提供一彩色滤光片；形成一光阻层于彩色滤光片上；将一具有图案的光罩至于光阻层上方并对准一相对应位置以进行至少二次曝光，其中至少一次曝光是移动光罩对准另一相对应位置；至少一滤光片以进行至少一次曝光，其中此滤光片设置一滤光片于所述具有图案的光罩上方或下方；以及进行显影以移除部分的光阻层以形成不同维度或尺寸的复数个光阻间隙子结构及复数个多域垂直配向结构于彩色滤光片上。

于本发明的一些实施例中，此滤光片是具有一透光率，其是小于真空；且，此透光率是依据不同维度或尺寸的图案结构来决定。于本发明的另一些实施例中，此滤光片是包含为氧化镁基板或氧化铬基板。此外，于本发明的一些实施例中，光阻层的材质是可依据不同需求使用负光阻材质或正光阻材质。

因此，本发明的优点为利用本发明所揭露的利用滤光片进行曝光以形成不同维度或尺寸图案的方法是可有效地缩减制程步骤以降低制程时间，更因为节省光罩成本之故，有效地降低了生产成本。

这些优点可从以下较佳实施例的叙述并伴随后附图式及申请专利范围将使读者得以清楚了解本发明。

附图说明

图1是显示使用灰阶光罩进行微影制程的示意图。

图2是显示本发明的曝光图案形成的方法流程图。

图3A~D是显示本发明的曝光图案形成的方法示意图。

图4是显示本发明的彩色滤光片曝光的方法流程图。

图5A~E是显示本发明的彩色滤光片曝光的方法示意图。

【主要组件符号说明】

100      灰阶光罩

101      具有100%透光率之的图案区域

103      具有X%透光率之的图案区域

110      基板

111      大尺寸图案

113      小尺寸图案

21       提供一基板

23       形成光阻层于基板上

25       将具有图案之的光罩置于光阻层上方并对准一相对应位置以进行至少二次曝光，其中至少一次曝光系是移动此具有图案之的光罩对准另一相对应位置

27       至少一滤光片以进行至少一次曝光，其中此滤光片设置于所述具有图案之的光罩上方或下方

29       进行显影以移除未曝光之的光阻层来制造不同维度之的图案于基板上

210      基板

220      光阻层

300      光罩

400      滤光片

221      第一维度光阻结构

223      第二维度光阻结构

41       提供一彩色滤光片

43       形成光阻层于彩色滤光片上

45       将具有图案之的光罩置于光阻层上方并对准一相对应位置以进行至少二次曝光，其中至少一次曝光系是移动具有图案之的光罩对准另一相对应位置

47       至少一滤光片以进行至少一次曝光，其中此滤光片设置于所述具有图案之的光罩上方或下方

49       进行显影以移除未曝光之的光阻层以制造不同维度之的多域垂直配向结构及光阻间隙子结构于彩色滤光片上

500      彩色滤光片

510      玻璃基板

511      黑色矩阵结构

513      红光色层

515      蓝光色层

517      绿光色层

519      被覆层

520      光阻层

310      光罩

410      滤光片

521      光阻间隙子结构

523      多域垂直配向结构。

具体实施方式

本发明将以较佳的实施例及观点加以详细叙述，而此类叙述是解释本发明的结构及程序，只用以说明而非用以限制本发明的申请专利范围。因此，除说明书中的较佳实施例的外，本发明亦可广泛实行于其它实施例。

现将描述本发明的细节，其包括本发明的实施例。参考附图及以下描述，相似参考标号用于识别相同或功能上类似的组件，且期望以高度简化的图解方式说明实施例的主要特征。此外，附图并未描绘实际实施例的每一特征，所描绘的图式组件是皆为相对尺寸而非按比例绘制。

本发明是揭露一种曝光图案形成的方法，是可无需使用昂贵的灰阶光罩或进行多次微影制程步骤，即可于微影制程中制造不同尺寸图案的方法。如此，可有效地达到缩短制程的时间并降低生产成本的目的。

请参阅图2，是显示本发明的曝光图案形成的方法流程图，并搭配图3A~D来进行说明。首先，请参阅图2中的步骤21，是为提供一基板210。在此需说明的是，基板210会依据不同的电子组件而使用不同的材料。于本发明的一些实施例中，基板210可包含为半导体晶圆或玻璃基板，但并不限于此。于此步骤21中，为了确保后续制程的效果，会先对基板210进行清洗，以清除基板210上的杂质，并会于清洗过后，进行烘烤的动作，以去除残留于基板210上的水分。

接着，请参阅图2中的步骤23并搭配图3A来说明，是为形成一光阻层220于基板210上。其中，形成光阻层220于基板210又大致上细分为两个步骤，分别为光阻涂布(Coating)步骤及软烤(Pre-bake)步骤。其中，光阻涂布步骤即为于基板210上涂布一厚度的光阻层220，此厚度是根据不同的电子组件制程而有所不同。于本发明的一些实施例中，此光阻涂布步骤是可由任何习知的涂布技术来达成，例如：旋转式涂布(Spin Coating)、狭缝及旋转式涂布(Slit and Spin Coating)、非旋转式涂布(Spin-less Coating)或挤压式涂布(Die Coating)等。于本实施例中，此光阻涂布步骤是使用非旋转式涂布来达成，以有效降低生产成本。此外，于本实施例中，所使用的光阻材质是为负光阻材质，即其分子链于曝光后会发生光反应而被交链，因而于显影时未被曝光的部分会被显影液溶解而移除，但并不以此为限，亦可采用正光阻材质，其化学特性与上述负光阻相反。而，其中软烤步骤亦可称为预烤步骤，此步骤的主要目的是为藉由加热使光阻中部分溶剂被蒸发，并具有退火(Annealing)的效果可使光阻层220平坦化并增加附着力。

当光阻层220形成于基板210上方后，请接着参阅图2的步骤25，是为将具有图案的光罩300置于光阻层220上方并利用对准标记对准预设的相对应位置以进行至少二次曝光，且其中至少一次曝光是水平移动此具有图案的光罩300对准另一相对应位置。其中，光罩300是以一般光罩材质制成。接着，请参阅图2的步骤27，至少一滤光片400以进行至少一次曝光，且此滤光片400是设置于光罩300上方或下方。换言之，滤光片400是可介于光源与光罩300间或光罩300与光阻层220间。其中，所述的相对应位置为在光阻层220上形成一维度或尺寸的图案位置，而，所述的另一相对应位置即为在光阻层220上形成另一维度或尺寸的图案位置，对于本领域中具有通常知识者而言，应可轻易得知此处所述的位置皆会依据不同的电子组件制程而有所变化。

请参阅图3B，于步骤25中，即为于具有光阻层220的基板210上方设置具有图案的光罩300，并使光罩300上的图案移动并对准于欲形成至少一维度或尺寸的图案结构于基板210上的一相对应位置以进行至少二次曝光，且其中一次曝光是移动光罩300至另一相对应位置。于本实施例中，进行所述的曝光步骤所使用的光源是为紫外光线(Ultraviolet Ray)。接着，请参阅图3C图，于步骤27中，提供至少一滤光片400以进行至少一次曝光，其中是将此滤光片400设置于光罩300的上方或下方。即为完成光罩300对准另一相对应位置的步骤后，会于光罩300上面设置一滤光片400，并透过滤光片400来进行至少一次曝光的步骤。

其中，滤光片400是具有一穿透率，其是小于真空，即为当光线透过滤光片400后，仅会有此穿透率的光线可穿透，因此，会导致至少一次曝光所照射的光线强度不相同，进而使得光阻层220的所述相对应位置的光阻所受到的光反应与所述的另一相对应位置的光阻所受到的光反应的效果不同。于本发明的一些实施例中，此滤光片400是包含为一低穿透率的滤光片。于本发明的另一些实施例中，此滤光片400是包含为氧化镁(MgO)基板或氧化铬(Cr₂O₃)基板。其中，对于本领域中具有通常知识者而言，应可轻易得知此处所述的穿透率是可依据所需的维度结构而有所不同，而非被限定于一特定的数值。

在此需说明的是，步骤25及步骤27是为可互换的步骤，即为于本发明的另一实施例中，是可先使用一滤光片400置于光罩300上方并使图案对准于相对应位置后进行至少一次曝光，再将滤光片移除，并将光罩300移动至另一相对应位置以进行至少另一次曝光。

接着，请参阅图2的步骤29，是为进行显影以移除未曝光的光阻层220来制造不同维度的图案(221, 223)于基板210上。于此步骤中，使用显影液将未曝光而产生光反应的光阻移除，在此，由于光阻层220上的所述相对应位置与另一相对应位置所受到曝光强度不同之故，因此，于显影步骤后，请参阅图3D，于所述相对应位置上的第一维度光阻结构221则维度会大于位于另一相对应位置上的第二维度光阻结构223。

于本发明的一些实施例中，完成显影步骤后会再进行两个步骤，分别为检测(Inspection)步骤及硬烤步骤。其中，检测步骤是为于显影步骤之后，检查基板210上光阻图案结构的定位是否正确，或是否仍有其它的缺陷存在。经过检测步骤，确认显影步骤后的图案结构为符合规格之后，则会继续进行硬烤步骤。硬烤步骤是为微影制程的最后一个步骤，对于完成显影及检测步骤后的基板210进行加热的动作，此步骤的目的是在于将光阻溶剂含量降至最低、增加附着力以避免脱落、增加对酸的抵抗力、以及使边缘平滑减少如孔隙等缺陷存在。

如上所述，可得知使用本发明的曝光图案形成的方法，可在不需进行多次微影制程或使用昂贵的灰阶光罩即可于微影制程中利用具有一透光率的滤光片进行至少二次曝光对准的方法来达成于基板上形成具有不同图案维度的结构。

为了更加清楚明了本发明的曝光图案形成的方法的应用，接着，介绍本发明的另一实施例，是利用本发明所揭露的方法应用于制作彩色滤光片的多域垂直配向(Multi- domain Vertical Align，简称MVA)结构及光阻间隙子(Photo Spacer，简称PS)结构制程的说明。

由于，彩色滤光片的多域垂直配向结构与光阻间隙子结构的尺寸不同的故，传统上，彩色滤光片的多域垂直配向结构及光阻间隙子结构则需用到两次微影制程来达成，因此，需要较长的制程时间并生产成本较高。若欲将制程缩短为一次微影制程，则需使用昂贵的灰阶光罩来达成，因此，本发明所揭露的利用滤光片进行至少二次以曝光以形成不同维度或尺寸图案的方法，应用于彩色滤光片的多域垂直配向结构与光阻间隙子结构制程，是可有效地将制程缩短为一次微影制程即可。在此，需说明的是，此实施例仅用以说明本发明的一较佳实施例，而非用以限制本发明的范畴。

请参阅图4，是显示本发明的曝光图案形成的方法，应用于彩色滤光片曝光的方法流程图，并搭配图5A~E来进行说明。首先，请参阅图4中的步骤41，是为提供一彩色滤光片500。其中，请参阅图5A，此彩色滤光片500是包含一玻璃基板510，并于玻璃基板510的上方形成黑色矩阵(Black Matrix)结构511。此黑色矩阵结构511是用以形成复数个方框区域于玻璃基板510上，并于黑色矩阵结构511所形成的复数个方框区域中形成彩色层结构，其中彩色层结构则包含红光色层513、蓝光色层515及绿光色层517。由于彩色层结构与黑色矩阵结构511有高低差之故，会于上方覆盖一被覆(over coat)层519来使彩色滤光片500的表面平坦化。于此步骤中，会先对彩色滤光片500进行表面清洁及干燥的动作，以确保后续制程的效果。

接着，请参阅图4中的步骤43并搭配图5B来说明，是为形成一光阻层520于彩色滤光片500上。同样地，形成光阻层520于彩色滤光片500又可大致上细分为两个步骤，分别为光阻涂布步骤及软烤步骤。其中，光阻涂布步骤即为于彩色滤光片500上涂布一厚度的光阻层520，此厚度是根据所需制作的光阻间隙子结构的规格来决定。于本发明的一些实施例中，此光阻涂布步骤是可由任何习知的涂布技术来达成，例如：旋转式涂布、狭缝及旋转式涂布、非旋转式涂布或挤压式涂布。于本实施例中，此光阻涂布步骤是使用非旋转式涂布来达成，以有效降低生产成本。此外，于本实施例中，所使用的光阻材质是为负光阻材质。于完成光阻涂布步骤之后，会接着进行软烤步骤，是用以使光阻层520平坦化并增加附着力。

于光阻层520形成于彩色滤光片500上方之后，请接着参阅图4的步骤45，是为将具有图案的光罩310置于光阻层520上方并利用对准标记对准预设的相对应位置以进行至少二次曝光，其中至少一次曝光是水平移动光罩310对准另一预设的相对应位置。接着，请参阅图4的步骤47，此步骤是为提供至少一滤光片410以进行至少一次曝光，且此滤光片410设置于光罩310的上方或下方。于本实施例中，此相对应位置及另一相对应位置是为欲形成光阻间隙子结构的位置以及多域垂直配向结构的位置。

请参阅图5C，于步骤45中，即为于具有光阻层520的彩色滤光片500上设置具有图案的光罩310，并使光罩310上的图案移动并对准于欲形成光阻间隙子结构于彩色滤光片500上的位置。完成光罩310对准的步骤后，则接着会进行至少二次曝光的步骤，其中至少一次曝光是移动光罩310对准欲形成多域垂直配向结构的位置。于本实施例中，进行曝光的步骤所使用的光源是为紫外光线。接着，请参阅图5D，于步骤47中，提供至少一滤光片410，其中此滤光片410是设置光罩310的上方，并透过此滤光片410来进行至少一次曝光的步骤。于本发明的另一实施例中，此滤光片410亦可设置于光罩310的下方来进行至少一次曝光的步骤。

其中，滤光片410是具有一穿透率，其是小于真空，因此，会导致至少一次曝光所照射的光线强度不相同，进而使得光阻层520于所述相对应位置的光阻所受到的光反应与所述另一相对应位置的光阻所受到的光反应的效果不同。于本发明的一些实施例中，此滤光片410是包含为一低穿透率的滤光片。于本发明的另一些实施例中，此滤光片410是包含为氧化镁基板或氧化铬基板。其中，对于本领域中具有通常知识者而言，应可轻易得知此处所述的穿透率是可依据光阻间隙子结构及多域垂直配向结构所需的尺寸规格而有所不同，并非被限定于一特定的数值。

在此需说明的是，步骤45及步骤47是为可互换的步骤，即为于本发明的另一实施例中，是可先使用一滤光片410置于光罩310上方并使图案对准于欲形成多域垂直配向结构的位置后进行至少一次曝光，再将滤光片移除，并将光罩300移动至光阻间隙子结构的位置以进行至少另一次曝光。

接着，请参阅图4的步骤49，是为进行显影以移除未曝光的光阻层520来制造不同尺寸的多域垂直配向结构523及光阻间隙子结构521于彩色滤光片500上。于此步骤中，使用显影液将未曝光而产生光反应的光阻移除，在此，由于光阻层520上的所述相对应位置与另一相对应位置所受到的曝光强度不同之故，因此，于显影步骤后，请参阅图5E，于所述相对应位置的光阻间隙子结构521则维度或尺寸会大于位于另一相对应位置的多域垂直配向结构523。

于本实施例中，完成显影步骤后会再进行两个步骤，分别为检测步骤及硬烤步骤。其中，检测步骤是为于显影步骤之后，检查彩色滤光片500上的多域垂直配向结构523及光阻间隙子结构521的定位是否正确，或是有无其它的缺陷存在。经过检测步骤，确认显影步骤后的光阻间隙子结构521及多域垂直配向结构523为符合规格之后，则会进行硬烤步骤以使光阻溶剂含量降至最低、增加附着力以避免脱落、增加对酸的抵抗力、以及使边缘平滑减少如孔隙等缺陷存在。

如上所述，利用本发明的利用滤光片进行至少一次曝光对准制造不同尺寸图案的方法应用于彩色滤光片中多域垂直配向结构及光阻间隙子结构的制程上，则可有效地缩减制程步骤以降低制程时间，更因为节省光罩成本的故，有效地降低了生产成本。

值得注意的是，对于本领域中具有通常知识者而言，应可轻易得知本发明所揭露的曝光图案形成的方法是不限定滤光片的使用次数以及曝光次数。

上述叙述是为本发明的较佳实施例。此领域的技艺者应得以领会其是用以说明本发明而非用以限定本发明所主张的专利权利范围。其专利保护范围当视后附的申请专利范围及其等同领域而定。凡熟悉此领域的技艺者，在不脱离本专利精神或范围内，所作的更动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成的等效改变或设计，且应包含在下述的申请专利范围内。

Claims (4)

1.一种彩色滤光片曝光的方法，其特征在于包含：提供一彩色滤光片；形成一光阻层于该彩色滤光片上；

将一具有图案的光罩置于该光阻层的上方并对准一相对应位置以进行至少二次曝光，其中至少一次曝光是移动该具有图案的光罩，上述至少两次曝光由于该具有图案的光罩的移动而对准不同的相对应位置；提供至少一滤光片以进行至少一次曝光，其中该滤光片设置于该具有图案的光罩上方或下方；及进行显影以移除部分曝光的该光阻层以形成不同维度的复数个光阻间隙子结构及复数个多域垂直配向结构于该彩色滤光片上；

其中该滤光片是具有一透光率，其是小于真空；

其中该透光率依据该多域垂直配向结构及该光阻间隙子结构的尺寸规格来决定；其中该彩色滤光片是包含：一玻璃基板；一黑色矩阵是设置于该玻璃基板上；一彩色层是设置于该黑色矩阵及该玻璃基板上；及一被覆层是覆盖该黑色矩阵及该彩色层以使表面平坦化；检测该彩色滤光片上的该多域垂直配向结构及该光阻间隙子结构的定位是否正确；及进行硬烤步骤以使光阻溶剂含量降至最低、增加附着力以避免脱落、增加对酸的抵抗力、以及使边缘平滑。

2.根据权利要求1所述的彩色滤光片曝光的方法，其特征在于：其中该彩色层可分为红光色层、蓝光色层及绿光色层。

3.根据权利要求1所述的彩色滤光片曝光的方法，其特征在于：其中该滤光片是氧化镁基板或氧化铬基板。

4.根据权利要求1所述的彩色滤光片曝光的方法，其特征在于：其中该光阻层的材质是为负光阻材质。

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