CN102449735B - 半色调掩模及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半色调掩模及其制造方法，用来使用单一半透过材料形成多个半透过单元，其中，所述半色调掩模包括：基底；透射区，形成在所述基底上以透射预定波长范围内的辐射光；以及半透过区，形成在所述基底上，具有多个半透过单元，这些半透过单元使用所述预定波长范围根据半透过材料的厚度或层叠层的数目具有多个互不相同的透射率。

Description

半色调掩模及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种半色调掩模及其制造方法，该半色调掩模配置为通过使用单一半透过材料形成多个半透过单元。
背景技术
一般地说，液晶显示器(LCD)使用电场控制具有介电各向异性的液晶的光透射率，从而显示图像。为此，LCD包括用于利用液晶单元矩阵显示图像的液晶显示板以及用于驱动所述液晶显示板的驱动电路。一种现有的液晶显示板包括彩色滤光片基底和薄膜晶体管基底，这两种基底相互结合在一起，其中间具有液晶。
所述彩色滤光片基底包括黑矩阵、彩色滤光片和普通电极，它们顺序地被置于上玻璃基底上。
所述薄膜晶体管基底包括薄膜晶体管和像素电极，它们被提供给下玻璃基底上的每个单元，该单元由横越数据线的栅线限定。所述薄膜晶体管根据来自栅线的栅信号将来自数据线的数据信号施加在所述像素电极上。由透明导电层形成的像素电极提供来自所述薄膜晶体管的数据信号以驱动液晶。
所述薄膜晶体管基底通过许多掩模过程形成，其中，形成源电极和漏电极以及半导体图案的过程使用单个半色调掩模，以减少掩模过程的数目。
发明内容
技术问题
此时，所述半色调掩模包括用于阻挡紫外光的阻挡区、使紫外光部分透射的半透过区、以及使紫外光透过的透射区。
所述半色调掩模的半透过区可以形成有具有不同光透射率的多个半透过单元。
为了形成多个半透过单元，使用很多具有不同透射率的半透过材料。例如，需要3种具有不同透射率的半透过材料，以便实现具有多于3种互不相同的透射率的多个半透过单元。
就是说，存在的问题是，增加半透过材料的数目以形成具有多于3种或更多种半透过单元的半色调掩模。
技术方案
公开本发明以避免上述问题，本发明的优点是，提供一种半色调掩模及其制造方法，用来使用单一半透过材料形成多个半透过单元。
在本发明的一个总的方面，提供一种半色调掩模，包括：基底；透射区，形成在所述基底上以透射预定波长范围内的辐射光；以及半透过区，形成在所述基底上，具有多个半透过单元，这些半透过单元使用所述预定波长范围根据半透过材料的厚度或层叠层的数目具有多个互不相同的透射率。
在一些示例性实施例中，所述半色调掩模还可以包括具有阻挡层的阻挡区，该阻挡层形成在至少两个半透过材料之间。
在一些示例性实施例中，所述半色调掩模还可以包括具有阻挡层的阻挡区，该阻挡层形成在至少两个半透过材料的上表面或下表面。
在一些示例性实施例中，所述半透过材料可以包括Cr、Si、Mo、Ta、Ti、Al、Zr、Sn、Zn、In、Mg、Hf、V、Nd、Ge、MgO-Al2O3或Si3N4之一作为主成分，或用至少两种或多种所述元素混合成的复合材料，或者包括在所述单个主成分或所述复合材料中添加有Cox、Ox、Nx、Cx、Fx和Bx中的至少一种的所述单个主成分或所述复合材料，其中，下标x为自然数，限定了每种化学元素的数目。
在一些示例性实施例中，所述半透过区可以包括第一半透过部、第二半透过部和第三半透过部，所述第一半透过部在所述基底上用半透过材料形成以使光的透过率多达X％，所述第二半透过部用更厚的半透过材料形成以使光的透过率多达Y％，所述第三半透过部层叠有两层所述半透过材料以使光的透过率多达Z％。
在本发明的另一总的方面，一种半色调掩模的制造方法包括：在基底上层叠第一半透过材料、阻挡层和光刻胶；对所述光刻胶进行曝光和显影，以使所述阻挡层的必须区域露出，并顺序去掉露出的阻挡层和所述第一半透过材料；在形成有所述第一半透过材料和所述阻挡层的所述基底上层叠光刻胶之后，对所述光刻胶进行曝光和显影，并去掉所述露出的阻挡层，以便露出所述阻挡层的必须区域；在去掉露出的阻挡层之后，顺序层叠第二半透过材料和光刻胶，以形成具有阻挡层的阻挡区，该阻挡层在所述第一和第二半透过材料之间；对所述光刻胶进行曝光和显影以便露出所述第二半透过材料的必须区域，并顺序去掉露出的所述第二半透过材料和所述阻挡层；以及形成包括第一半透过部、第二半透过部和第三半透过部的半透过区，所述第一半透过部在所述基底上用所述第一半透过材料形成，所述第二半透过部在所述基底上用所述第二半透过材料形成，所述第三半透过部由所述第一和第二半透过材料层叠成。
在一些示例性实施例中，所述第一和第二半透过材料用同一半透过材料形成，所述第一和第二半透过材料具有不同的厚度。
在一些示例性实施例中，所述半透过材料为具有Cr、Si、Mo、Ta、或Al之一作为主元素的材料，或为用至少两种或多种所述元素混合成的复合材料，或为在所述主元素中添加有Cox、Ox、Nx中的至少一种的材料。
有益效果
本发明的优点在于，本发明所述的半色调掩模使用单一半透过材料形成具有多个半透过部(这些半透过部具有多于3个互不相同透射率)的半透过区，以及形成在至少两个半透过材料之间有阻挡层的阻挡区，由此，具有多于3个互不相同透射率的多个半透过部使用单一半透过材料，从而免除了使用具有多种透射率的半透过材料，并在不增加半透过材料的数目的情况下，实现具有多个半透过部的半色调掩模。
附图说明
图1是剖视图，示出了本发明的一个示例性实施例所述的半色调掩模；
图2到图12是剖视图，示出了图1中的示例性实施例所述的半色调掩模的制造过程。
具体实施方式
下面将参考图1到图12详细描述本发明的一个示例性实施例。
图1是剖视图，示出了本发明的一个示例性实施例所述的半色调掩模。
参看图1，半色调掩模100包括基底102上的阻挡区S1、具有多个半透过部的半透过区(S3、S4、S5)以及透射区S2。
基底102可以是透明基底(例如，石英)，它能够完全透射预定波长范围内的辐射光。然而，该基底不限于石英，可以是任何能够透光的材料。
半透过区(S3、S4、S5)可以包括多个半透过部，以便以相互不同的透射率透射照在所述基底上的预定波长范围内的光。半透过区(S3、S4、S5)可以由光刻胶图案来形成，通过在光刻胶处理过程的曝光过程中部分地透射紫外光，在显影过程之后，每个光刻胶图案具有不同的厚度。
更具体地说，半透过区(S3、S4、S5)可以包括多个半透过部，每个半透过部通过使用至少三种或多种半透过材料而具有不同的透射率。就是说，半透过区(S3、S4、S5)可以包括第一半透过部S3、第二半透过部S4和第三半透过部S2，所述第一半透过部S3在所述基底上形成有第一半透过材料112以使光的透过率多达X％，所述第二半透过部S4形成有第二半透过材料114以使光的透过率多达Y％，所述第三半透过部S5层叠有第一和第二半透过材料112、114以使光的透过率多达Z％。
此时，第一和第二半透过材料112、114用同样的半透过材料形成，并且形成在第一半透过部S3上的第一半透过材料112比形成在第二半透过部S2上的第二半透过材料114厚，其中，X％、Y％和Z％每个都限定了一个光透射率，该光透射率能够在10％-90％范围内透射辐射光。
如上所述，所述半色调掩模可以形成多个半透过部，该多个半透过部使用单一半透过材料根据半透过材料的厚度和层叠层的数目具有多于3个互不相同的透射率。
此处，所述第一和第二半透过材料112、114可以是一种以Cr、Si、Mo、Ta、Ti、Al之一作为主元素的材料，或者是混合有至少两种或多种所述元素化合物，或者是在所述主元素材料中添加Cox、Ox、Nx中的至少一种的化合物，其中，x为自然数，它随着元素的组合而变。
第一和第二半透过材料112、114的成分是可以变化的，只要部分预定波长范围内的辐射光可透射即可。在本发明中，第一和第二半透过材料112、114的成分，例如，所述层叠的半透过材料112、114的成分，可以是来自CrxOy、CrxCOy、CrxOyNz、SixOy、SixOyNz、SixCOy、SixCOyNz、MoxSiy、MoxOy、MoxOyNz、MoxCOy、MoxOyNz、MoxSiyOz、MoxSiyOzN、MoxSiyCOzN、MoxSiyCOz、TaxOy、TaxOyNz、TaxCOy、TaxOyNz、AlxOy、AlxCOy、AlxOyNz、AlxCOyNz、TixOy、TixOyNz、TixCOy组中的任一成分或其组合。
同时，如图1所示，所述半透过区可以包括具有不同透射率的所述第一、第二和第三半透过部，并且第一到第n半透过部可以使用单一半透过材料来形成。
通过在曝光过程中阻挡紫外光，在显影过程之后，第一阻挡区S1剩有光刻胶图案。最后，阻挡区S1在基底102上顺序层叠有第一半透过材料112、阻挡层110和第二半透过材料114，以阻挡紫外光。就是说，阻挡区S1中的阻挡层110形成在所述第一和第二半透过材料之间。
下面将参考图2到图10来描述包括透射区S5、阻挡区S1和半透过区(S2、S3、S4)的半色调掩模的形成过程。
参看图2，通过溅射、化学气相沉积等，在基底102上顺序层叠所述第一半透过材料112，阻挡层110和光刻胶120。
更具体地说，第一半透过材料112优选为以Cr、Si、Mo、Ta、Ti、Al之一作为主元素的材料，或者为混合有至少两种或多种所述元素的化合物，或者为在所述主元素材料中添加Cox、Ox、Nx中的至少一种的化合物，其中，x为自然数，它随着所结合的主元素而变。
第一半透过材料112的成分是可以变化的，只要部分预定波长范围内的辐射光可透射即可。在本发明中，第一半透过材料112的成分可以是来自CrxOy、CrxCOy、CrxOyNz、SixOy、SixOyNz、SixCOy、SixCOyNz、MoxSiy、MoxOy、MoxOyNz、MoxCOy、MoxOyNz、MoxSiyOz、MoxSiyOzN、MoxSiyCOzN、MoxSiyCOz、TaxOy、TaxOyNz、TaxCOy、TaxOyNz、AlxOy、AlxCOy、AlxOyNz、AlxCOyNz、TixOy、TixOyNz、TixCOy组中的任一成分或其复合成分，其中，下标x、y和z为自然数，它们限定了每种元素的数目。
此外，阻挡层110可以用能够阻挡紫外光的材料来形成，例如，所述阻挡层可以用Cr和CrxOy形成的膜来形成。
参看图3，对形成在阻挡层110上的光刻胶120用激光进行照射并刻画，刻画后的光刻胶120被显影，以便在应该形成透射区S5和第二半透过部S2的位置上露出阻挡层110。
参看图4，使用留在阻挡层110上的光刻胶120作掩模，露出的阻挡层110通过刻蚀过程被去掉，以便露出第一半透过材料112。
参看图5，使用留在阻挡层110上的光刻胶120作掩模，露出的第一半透过材料112通过刻蚀过程被去掉。随后，通过脱模过程去掉留在阻挡层110上的光刻胶120。于是，应该形成阻挡区S1以及第一和第三半透过区S3、S4的位置层叠有第一半透过材料112和阻挡层110，应该形成透射区S5和第二半透过区S2的位置是露出基底102的地方。
参看图6，在形成有第一半透过材料112和阻挡层110的基底102上层叠光刻胶120，并对光刻胶120用激光进行照射并刻画，之后，刻画后的光刻胶120被显影，以便在应该形成第三半透过部S4的位置上露出阻挡层110。
参看图7，使用留在形成有第一半透过材料112和阻挡层110的基底102上的光刻胶120作掩模，通过刻蚀过程去掉露出的阻挡层110。随后，通过脱模过程去掉留在基底102上的光刻胶120。
参看图8，通过溅射、化学气相沉积等，在基底102上顺序层叠第二半透过材料114和光刻胶120。
此时，第二半透过材料114可以用与所述第一半透过材料相同的材料来形成，但比第一半透过材料112厚，使得所述第一和第二半透过材料可以具有不同的透射率。
更具体地说，第二半透过材料114优选为以Cr、Si、Mo、Ta、Ti、Al之一作为主元素的材料，或者为混合有至少两种或多种所述元素化合物，或者为在所述主元素材料中添加Cox、Ox、Nx中的至少一种的化合物，其中，x为自然数，它随着所结合的主元素而变。
第二半透过材料114的成分是可以变化的，只要部分预定波长范围内的辐射光可透射即可。在本发明中，第二半透过材料114的成分可以是来自CrxOy、CrxCOy、CrxOyNz、SixOy、SixOyNz、SixCOy、SixCOyNz、MoxSiy、MoxOy、MoxOyNz、MoxCOy、MoxOyNz、MoxSiyOz、MoxSiyOzN、MoxSiyCOzN、MoxSiyCOz、TaxOy、TaxOyNz、TaxCOy、TaxOyNz、AlxOy、AlxCOy、AlxOyNz、AlxCOyNz、TixOy、TixOyNz、TixCOy组中的任一成分或其组合，其中，下标x、y和z为自然数，它们限定了每种元素的数目。
参看图9，对形成在应该形成透射区S5和第一半透过区S3的位置处的光刻胶120进行刻画和显影，由此，露出第二半透过材料114。
更具体地说，对形成在应该形成透射区S5和第一半透过区S3的位置处的光刻胶120用激光进行照射和刻画，其中，刻画后的光刻胶区被显影并被去除。于是，在形成在应该形成阻挡区S1、第二半透过部S2和第三半透过部S4的位置处的第二半透过材料114上留下光刻胶120，在应该形成透射区S5和第一半透过部S3的位置处露出第二半透过材料114。
参看图10，使用留在第二半透过材料114上的光刻胶120作掩模，去掉露出的第二半透过材料114，由此，透射区S5由露出的基底102形成，在应该形成第一半透过部S3的位置处露出阻挡层110。
参看图11，去掉在基底102上露出的阻挡层110，以形成由第一半透过材料112形成的第一半透过部S3。
参看图12，通过脱模过程去掉留在基底102上的光刻胶120，由此，在基底102上形成层叠有阻挡层110、第一半透过材料112和第二半透过材料114的阻挡区S1，在基底102上形成由第一半透过材料112形成的第一半透过部S3，在基底102上形成由第二半透过材料114形成的第二半透过部S2，在基底102上形成由第一半透过材料112和第二半透过材料114层叠成的第三半透过部S4，以及形成露出基底102的透射区S5。
尽管参考本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，但总的创造性概念不限于上述实施例。本领域中的普通技术人员应该明白，在不偏离由下面的权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，在所述实施例中可以在形式和细节上做出各种变化和变型。
工业实用性
本发明在工业上的实用性在于，本发明所述的半色调掩模使用单一半透过材料形成具有多个半透过部、这些半透过部具有多于3个互不相同透射率的半透过区，以及形成在至少两个半透过材料之间有阻挡层的阻挡区，由此，具有多于3个互不相同透射率的多个半透过部使用单一半透过材料，从而免除了使用具有多种透射率的半透过材料，并在不增加半透过材料的数目的情况下，实现具有多个半透过部的半色调掩模。

Claims (2)

1.一种半色调掩模的制造方法，该方法包括：
在基底上依次层叠第一层的半透过材料、阻挡层和第一光刻胶；
对所述阻挡层的第一部分进行曝光；
去除所述阻挡层的所述第一部分以及所述第一层的对应部分；
层叠第二光刻胶；
对所述阻挡层的第二部分进行曝光；
去除所述阻挡层的所述第二部分；
层叠第二层的半透过材料和第三光刻胶，该第二层比第一层更厚；
对该第二层的第一部分和第二部分进行曝光，该第二层的第一部分位于所述基底上，该第二层的第二部分位于所述阻挡层上；
去除该第二层的第一部分和第二部分以及与第二层的第二部分对应的阻挡层，其中，在去除了所述第二层的第二部分和对应于所述第二层的第二部分的阻挡层的位置处保留所述第一层；
其中，所述第一层的半透过材料和第二层的半透过材料使用单一半透过材料形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述半透过材料为具有Cr、Si、Mo、Ta、Ti、Al、Zr、Sn、Zn、In、Mg、Hf、V、Nd、Ge、MgO-Al2O3或Si3N4之一作为主成分的材料，或为用至少两种或多种所述元素或化合物混合成的复合材料，或为在所述单个主成分或所述复合材料中添加有Cox、Cx、Fx和Bx中的至少一种的材料。
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