CN102073211B - 半色调掩模、用于制造它的方法及使用它的平板显示器 - Google Patents

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Abstract

具有透明基板、半透光层和光屏蔽层的半色调掩模，用于制造它的方法，以及使用它的平板显示器。该半色调掩模被应用到多个光刻工艺循环中，由此缩短用以制造掩模所占用的时间和减少掩模生产成本。由于所需图案根据氧化铬(CrxOy)膜的均匀性即在溅射中的均匀性、经过本发明的半色调掩模的半透光层来均匀地形成，所以半色调掩模在尺寸上不受限制。

Description

半色调掩模、用于制造它的方法及使用它的平板显示器
本申请是于2005年11月8日向中国专利局提交的题为“半色调掩模、用于制造它的方法及使用它的平板显示器”的第200510115641.2号申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及具有透明基板、半透光层和光屏蔽层的半色调掩模(halftone mask)、用于制造它的方法以及使用它的平板显示器。
背景技术
在利用光刻(photolithography)工艺的图案化中通常使用的光掩模如图1所示地包括透明基板11、形成在透明基板11上用于全透光的透光部分13、以及形成在透明基板11上用于完全屏蔽光的光屏蔽部分15。
以上常规掩模形成仅一个图案层，因此仅用于包括曝光、显影和蚀刻的一个光刻工艺循环中。具体而言，在液晶显示器的薄膜晶体管(TFT)和滤色器(CF)中，许多层被沉积/施加，所沉积/施加的层通过光刻工艺来分别地图案化。仅一个光刻工艺循环的减少产生了经济优势。然而，常规掩模形成仅一个图案层，因此是不经济的。
为了解决以上问题，已开发了灰色调掩模，其包括全透光的透光部分、完全屏蔽光的光屏蔽层和透射数量减少的照射光的缝隙(silt)图案。然而，灰色调掩模利用穿过精细图案的光衍射来控制透光量，因此由于缝隙图案的限制而在透光量上具有局限。另外，当灰色调掩模具有比指定值更大的尺寸时，就不可能实现均匀图案化。
发明内容
因此，鉴于以上问题而提出本发明，本发明的目的是提供：一种半色调掩模，其被应用到多个光刻工艺循环和实现均匀图案化，而无掩模尺度局限；一种用于制造它的方法；以及一种利用它的平板显示器。
根据本发明的一方面，以上和其它目的可通过提供一种半色调掩模来实现，其包括：透明基板；光屏蔽层，形成在透明基板上，具有完全透射指定波长范围内照射光的透光部分和完全屏蔽指定波长范围内照射光的光屏蔽部分；以及半透光部分，部分透射指定波长范围内的照射光。
在一个实施例中，半透光部分是由选自于包括CrxOy、CrxCoy、CrxCoyNz、SixNy和MoxSiy的组合中的一个制成。
按照本发明的又一方面，提供一种利用该半色调掩模制造的平板显示器。
按照本发明的另一方面，提供有一种用于制造半色调掩模的方法，包括：在透明基板上顺序地形成光屏蔽层和第一光刻胶(photoresist)，通过曝光、显影和蚀刻，在光屏蔽层上形成用于透射光的透光部分和用于屏蔽光的光屏蔽部分；移除第一光刻胶；在光屏蔽部分和透光部分上形成第二光刻胶，曝光和显影第二光刻胶，从而透光部分的必需部分被暴露于外界；在第二光刻胶和透明基板的暴露部分上形成用于部分透射指定波长范围内照射光的半透光层；以及移除第二光刻胶和在第二光刻胶上形成的半透光层。
按照本发明的另一方面，提供有一种用于制造半色调掩模的方法，包括：在透明基板上顺序地形成光屏蔽层和第一光刻胶，通过曝光、显影和蚀刻，在光屏蔽层上形成用于透射光的透光部分和用于屏蔽光的光屏蔽部分；移除第一光刻胶；在光屏蔽部分和透光部分上形成用于部分透射指定波长范围内照射光的半透光层；在半透光层上形成第二光刻胶，曝光和显影第二光刻胶，从而半透光层的必要部分被暴露于外界；蚀刻半透光层的暴露部分，移除第二光刻胶。
按照本发明的再一方面，提供有一种用于制造半色调掩模的方法，包括：在透明基板上顺序地形成光屏蔽层和第一光刻胶，通过曝光、显影和蚀刻，在光屏蔽层上形成用于透射光的透光部分和用于屏蔽光的光屏蔽部分；在第一光刻胶和透光部分上形成用于部分透射指定波长范围内照射光的半透光层；通过移除第一光刻胶和在第一光刻胶上形成的半透光层的部分，暴露光屏蔽部分；在光屏蔽部分和半透光层的保留部分上形成第二光刻胶，曝光和显影第二光刻胶，从而半透光层的必需部分被暴露于外界；以及蚀刻半透光层的暴露部分，移除第二光刻胶。
在一个实施例中，制造半色调掩模的方法还包括：在第二光刻胶的曝光和显影之前，通过识别在光屏蔽层的拐角处形成的对准标记的位置来对准激光束的照射位置。
附图说明
从与附图相结合的如下具体描述中，本发明的以上和其它目的、特征及其它优点将被更清楚地理解，在附图中：
图1是常规光掩模的剖面图；
图2是根据本发明一实施例的半色调掩模的剖面图；
图3a和图3b是剖面图，其图示了根据本发明实施例的半色调掩模的半透光层的各种形状；
图4a和4b是剖面图，其图示了根据本发明第一实施例用于制造半色调掩模的工艺；
图5a和5b是剖面图，其图示了根据本发明第二实施例用于制造半色调掩模的工艺；
图6a和6b是剖面图，其图示了根据本发明第三实施例用于制造半色调掩模的工艺；以及
图7a和7b是剖面图，其图示了根据本发明一实施例用于利用半色调掩模来形成图案的方法。
具体实施方式
现在，本发明的优选实施例将参考附图来详细地描述。
图2是根据本发明一实施例的半色调掩模的剖面图。
如图2所示，根据本发明实施例的半色调掩模包括透明基板110、光屏蔽层120和半透光部分130。
在指定波长范围中完全透射照射光的透明基板110是由石英制成。光屏蔽层120由铬(Cr)或氧化铬(CrO2)制成，形成在透明基板110上的指定图案中。形成有光屏蔽层120图案的透明基板110部分充当透光部分121，未形成有光屏蔽层120图案的透明基板110部分充当光屏蔽部分125。形成在透光部分121必要部分处的半透光部分130是通过将氧化铬(CrxOy)膜施加到透明基板110来获得的，因此在指定波长范围中部分透射光。
半透光部分130可由各种化学合成物制成，只要合成物能够在指定波长范围中部分透射照射光。在本发明中，半透光部分130是由选自于包括CrxOy、CrxCoy、CrxCoyNz、SixNy和MoxSiy的组合中的一个制成。最优选地，半透光部分130由CrxOy制成。这里，下标x、y和z是自然数和指示相应化学元素的数量。
照射光的波长范围根据曝光系统而变化，因此不受限制。通常使用300nm～440nm波长范围的光。半透光部分130足以部分透射照射光，且半透光部分130的透光量不受限制。优选地，半透光部分130透射10％～90％的照射光。
半透光部分133可不接触光屏蔽部分125，如图3a所示，并且可接触每个光屏蔽部分125的一侧，如图3b所示。
此后，将参考图4a和4b，描述根据本发明以上实施例用于制造半色调掩模的工艺。图4a和4b是剖面图，其图示了根据本发明第一实施例用于制造半色调掩模的工艺。
如图4a和4b所示，在步骤S10中，由Cr或CrO2制成的光屏蔽层120以及正型第一光刻胶141顺序地形成在由石英制成的透明基板110上，激光束被向下照射到第一光刻胶141上，由此经过第一光刻胶141绘制所需图案。优选地，对准标记在光屏蔽层120的拐角处形成。
在步骤S20中，激光束被照射到其上的第一光刻胶141部分通过显影被移除。在步骤S30中，通过移除第一光刻胶141而暴露于外界的光屏蔽层120部分通过蚀刻被移除。
在步骤S40中，光刻胶141被完全移除。然后，光屏蔽层120从其上被移除的透明基板110部分充当透光部分121，用于完全透射指定波长范围内光；保留有光屏蔽层120的透明基板110部分充当光屏蔽部分125，用于完全屏蔽光。也就是，用于透射光的透光部分121和用于屏蔽光的光屏蔽部分125是通过光屏蔽层120的光刻工艺形成的。
此后，用于在指定波长范围中部分透射照射光的半透光部分130被形成。现在将详细描述半透光部分130的形成。
在步骤S50中，正型第二光刻胶145被涂敷在透光部分121和光屏蔽部分125上。在步骤S60中，激光束被照射到第二光刻胶145上，以便第二光刻胶145被暴露于激光束，由此绘制经过与待形成的半透光部分130相对应的第二光刻胶145而形成的所需图案。在步骤S70中，激光束被照射到其上的第二光刻胶145部分通过显影被移除。由此，透明基板110的部分暴露于外界。半透光部分130形成在透明基板110的暴露部分上。
为了利用激光束在与半透光部分130相对应的涂敷第二光刻胶145上准确地绘制图案，优选地，在第二光刻胶145的曝光和显影之前，执行这样的步骤：利用形成在光屏蔽层120拐角处的对准标记，校正激光束照射到第二光刻胶145上的位置。
此后，在步骤S80中，在指定波长范围中部分透射照射光、由化学合成物制成的半透光层160是通过溅射而涂敷在第二光刻胶145和透明基板110的暴露部分上达到指定厚度。在步骤S90中，第二光刻胶145被移除。然后，第二光刻胶145上由部分透射照射光的化学合成物制成的半透光层150随着第二光刻胶145的移除而同时被移除。
然后，由化学合成物制成的半透光层160仅被涂敷在光屏蔽层120的透光部分121的必要部分上，由此形成在指定波长范围中部分透射照射光的半透光部分130。半透光部分130的透光率通过半透光层160的化学合成物的成分和厚度来理想地控制，并且半透光部分130的形状根据待形成的图案形状来不同地修改。
半透光部分130可由各种化学合成物制成，只要合成物可部分透射指定波长范围内照射光。在本发明中，半透光部分130可由选自于包括CrxOy、CrxCoy、CrxCoyNz、SixNy和MoxSiy的组合中的一个制成。最优选地，半透光部分130由CrxOy制成。这里，下标x、y和z是自然数和指示相应化学元素的数量。
照射光的波长范围根据曝光系统而变化，因此不受限制。通常使用300nm～440nm波长范围的光。半透光部分130足以部分透射照射光，且半透光部分130的透光量不受限制。优选地，半透光部分130透射10％～90％的照射光。
此后，将参考图5a和5b描述根据本发明第二实施例用于制造半色调掩模的工艺。图5a和5b是剖面图，其图示了根据本发明第二实施例用于制造半色调掩模的工艺。
如图5a和5b所示，在步骤S10中，由Cr或CrO2制成的光屏蔽层120和正型第一光刻胶141顺序地形成在由石英制成的透明基板110上，激光束被照射到第一光刻胶141上，由此通过第一光刻胶141绘制所需图案。优选地，对准标记在光屏蔽层120的拐角处形成。
在步骤S20中，激光束被照射于其上的第一光刻胶141部分通过显影被移除。在步骤S30中，通过移除第一光刻胶141而暴露于外界的光屏蔽层120部分通过蚀刻被移除。
在步骤S40中，光刻胶141被完全地移除。然后，光屏蔽层120从其上被移除的透明基板110部分充当透光部分121，用于完全地透射指定波长范围内光；保留有光屏蔽层120的透明基板110部分充当用于完全屏蔽光的光屏蔽部分125。也就是，用于透射光的光透射部分121和用于屏蔽光的光屏蔽部分125通过光屏蔽层120的光刻工艺来形成。
此后，用于在指定波长范围中部分透射照射光的半透光部分130被形成。现在将详细描述半透光部分130的形成。
在步骤S50中，用于在指定波长范围中部分透射光的半透光层160被形成在透光部分121和光屏蔽部分125上。半透光层160通过溅射而涂敷在透光部分121和光屏蔽部分125上。半透光层160由化学合成物制成，其部分透射指定波长范围内照射光。第二实施例中半透光层160的以上形成与第一实施例中半透光层的形成不同在于，第一实施例的半透光层160形成在光刻胶和透明基板上。
在半透光层160形成之后，正型第二光刻胶145被涂敷在半透光层160上(参考步骤S60)。在步骤S60中，激光束被照射到第二光刻胶145上，由此经过第二光刻胶145绘制所需图案，以便半透光层160的必要部分暴露于外界。在步骤S70中，激光束被照射于其上的第二光刻胶145部分通过显影被移除。
为了在涂敷第二光刻胶145之后利用激光束将图案正确地绘制到涂敷的第二光刻胶145上，优选地，在第二光刻胶145的曝光和显影之前，执行这样的步骤：利用形成在光屏蔽层120拐角处的对准标记，校正照射到第二光刻胶145上的激光束的位置。
此后，在步骤S80中，半透光层160的暴露部分通过湿蚀刻被移除，以便透明基板110的指定部分被暴露于外界。在步骤S90中，保留在半透光层160上的第二光刻胶145被移除。然后，半透光层160保留在光屏蔽部分121和透明基板110的部分上，保留在透明基板110部分上的半透光层160部分对应于半透光部分130。
也就是，在指定波长范围中部分透射照射光的化学合成物被涂敷在光屏蔽层120的透光部分121的必要部分上，由此形成用于在指定波长范围中部分透射照射光的半透光部分130。半透光部分130的透光率通过化学合成物的成分和厚度来理想地控制，且半透光部分130的形状根据待形成的图案形状来不同地修改。
半透光部分130或半透光层160可由各种化学合成物制成，只要合成物可部分透射指定波长范围内照射光。在本发明中，半透光部分130可由选自于包括CrxOy、CrxCoy、CrxCoyNz、SixNy和MoxSiy的组合中的一个制成。最优选地，半透光部分130由CrxOy制成。这里，下标x、y和z是自然数和指示相应化学元素的数量。
照射光的波长范围根据曝光系统而变化，因此不受限制。通常使用300nm～440nm波长范围的光。半透光部分130足以部分透射照射光，且半透光部分130的透光量不受限制。优选地，半透光部分130透射10％～90％的照射光。
此后，将参考图6a和6b，描述根据本发明第三实施例用于制造半色调掩模的工艺。图6a和6b是剖面图，其图示了根据本发明第三实施例用于制造半色调掩模的工艺。
如图6a和6b所示，在步骤S 10中，由Cr或CrO2制成的光屏蔽层120以及正型第一光刻胶141顺序地形成在由石英制成的透明基板110上，激光束被照射到第一光刻胶141上，由此通过第一光刻胶141绘制所需图案。优选地，对准标记在光屏蔽层120的拐角处形成。
在步骤S20中，激光束被照射于其上的第一光刻胶141部分通过显影被移除。在步骤S30中，通过移除第一光刻胶141而暴露于外界的光屏蔽层120部分通过蚀刻被移除。由此，透明基板110在其中被暴露于外界的透光部分以及第一光刻胶141保留于其中的光屏蔽部分被形成。也就是，用于透射光的透光部分121和用于屏蔽光的光屏蔽部分125通过光屏蔽层120的光刻工艺来形成。
在步骤S40中，用于在指定波长范围中部分透射照射光的半透光层160被形成在保留的第一光刻胶141和暴露的透光部分121上。第三实施例中半透光层160的以上形成与第二实施例中半透光层的形成不同之处在于，第二实施例的半透光层在保留的第一光刻胶被移除之后形成。
半透光层160通过溅射而涂敷在保留的第一光刻胶141和暴露的透光部分121上。半透光层160由化学合成物制成，其部分透射指定波长范围内照射光。
在步骤S50中，保留的第一光刻胶141和形成在保留的第一光刻胶141上的半透光层160被移除。由此，光屏蔽部分被暴露于外界，半透光层160保留在透光部分上。
在半透光层160保留在透光部分上之后，正型第二光刻胶145被涂敷在保留的半透光层160和光屏蔽部分上(参考步骤S60)。在步骤S60中，激光束被照射到第二光刻胶145上，由此通过第二光刻胶145绘制所需图案，以便半透光层160的必要部分被暴露于外界。在步骤S70中，激光束被照射于其上的第二光刻胶145部分通过显影被移除。
为了在涂敷第二光刻胶145之后利用激光束将图案正确地绘制到经涂敷的第二光刻胶145上，优选地，在第二光刻胶145的曝光和显影之前，执行这样的步骤：利用形成在光屏蔽层120拐角处的对准标记，校正照射到第二光刻胶145上的激光束的位置。
在步骤S80中，透明基板110的指定部分通过湿蚀刻所保留的半透光层160的暴露部分而暴露于外界。这里，未通过湿蚀刻而移除而是最终保留的半透光层160部分对应于半透光部分130。
也就是，在指定波长范围中部分透射照射光的化学合成物被涂敷在光屏蔽层120的透光部分121的必要部分上，由此形成用于在指定波长范围中部分透射照射光的半透光部分130。半透光部分130的透光率通过化学合成物的成分和厚度来理想地控制，半透光部分130的形状根据待形成的图案形状来修改。
半透光部分130或半透光层160可由各种化学合成物制成，只要合成物可部分透射指定波长范围内照射光。在本发明中，半透光部分130可由选自于包括CrxOy、CrxCoy、CrxCoyNz、SixNy和MoxSiy的组合中的一个制成。最优选地，半透光部分130由CrxOy制成。这里，下标x、y和z是自然数和指示相应化学元素的数量。
在步骤S90中，保留在半透光部分130和光屏蔽部分上的第二光刻胶145被移除。由此，完成半色调掩模的制造。
照射光的波长范围根据曝光系统而变化，因此不受限制。通常使用300nm～440nm波长范围的光。半透光部分130足以部分透射照射光，且半透光部分130的透光量不受限制。优选地，半透光部分130透射10％～90％的照射光。
图7a和7b是剖面图，其图示了根据本发明一实施例用于利用半色调掩模来形成图案的方法。下文将描述以上方法。
如图7a和7b所示，在步骤S100中，将在其上形成图案的第一和第二层220和230以及光刻胶240顺序地形成在玻璃基板210上，该实施例的半色调掩模100被放置在光刻胶240之上，光被照射到半色调掩模100上。在步骤S110中，光刻胶240通过第一显影来选择性地移除。
由此，经过半色调掩模100的透光部分121将光照射于其上的光刻胶240的部分241被完全移除，经过半透光部分130将光照射于其上的光刻胶240的部分243被部分移除到指定厚度。
然后，在步骤S120中，通过光刻胶240的第一显影而暴露于外界的第二层230部分被蚀刻；在步骤S130中，通过第二层230的蚀刻而暴露于外界的第一层220部分被蚀刻。由此，经过第一和第二层220和230分别地形成图案。
在步骤S140中，光刻胶240在第一显影之后的保留部分通过灰化来部分移除，其是干一种类型的干蚀刻，用于通过喷气而仅选择性移除有机膜。然后，通过灰化而移除的光刻胶240部分具有与光刻胶240的部分243相似的厚度，第二层230通过移除光刻胶240的部分243而暴露于外界。
最后，在步骤S150中，通过灰化光刻胶240而暴露于外界的第二层230部分被蚀刻，由此形成图案231。在步骤S160中，光刻胶240被完全移除。由此，经过顺序地形成在玻璃基板210上的第一和第二层220和230，形成所需图案221和231。
通过根据该实施例使用半色调掩模100的以上方法，可同时形成TFT-LCD的有源(active)层、源/漏层、钝化层和像素层。另外，以上方法可应用到用于利用光掩模来形成数个层的任何工艺，比如用于形成滤色器的工艺。
在半色调掩模包括具有不同透光率的多个半透光部分情况下，可利用单个半色调掩模制造具有至少三个层的产品。
上述半色调掩模及其制造方法被应用于制造各种显示器面板。也就是，该半色调掩模被用于制造液晶显示器面板，进一步用于制造平板显示器(FPD)。
如从以上描述中显而易见的，本发明提供：半色调掩模，其被应用到多个光刻工艺循环以缩短用以制造掩模所占用的时间和减少掩模生产成本；用于制造该掩模的方法；以及利用该掩模的平板显示器。
由于所需图案是根据氧化铬(CrxOy)膜的均匀性即溅射中的均匀性、经过本发明的半色调掩模的半透光层来均匀地形成，所以半色调掩模在尺寸上不受限制。
尽管本发明的优选实施例已被公开用于说明性目的，但是本领域技术人员将理解，在不背离如所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改型、添加和替换是可能的。

Claims (2)

1.一种半色调掩模，包括：
透明基板；
光屏蔽层，形成在透明基板上，具有完全透射指定波长范围内照射光的透光部分和完全屏蔽指定波长范围内照射光的光屏蔽部分；以及
半透光部分，部分透射指定波长范围内的照射光，并由选自于包括CrxOy、CrxCoy、CrxCoyNz和SixNy的组中的一个制成，
其中x、y和z是自然数并指示相应化学元素的数量，以及
其中所述半色调掩模被配置用于顺序地形成在分开的层中的两个或更多个图案，所述分开的层包括：用于液晶显示器LCD的薄膜晶体管TFT的有源层、源/漏层、钝化层和像素层。
2.如权利要求1所述的半色调掩模，其中所述半透光部分被配置成覆盖所述光屏蔽层的顶部和侧部。
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