CN104199209A - 掩膜板及其制造方法和目标图形的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种掩膜板及其制造方法和目标图形的制造方法。该掩膜板包括基底和位于所述基底之上的至少一个遮光区域和至少一个开口区域，所述开口区域用于形成目标图形，至少一个所述开口区域中设置有至少一个遮光结构。本发明提供的技术方案中，掩膜板包括遮光区域和开口区域，至少一个开口区域中设置有二个遮光结构，设置有二个遮光结构的开口区域可形成目标尺寸较小的目标图形，从而实现了在较高的曝光间隔下形成目标宽度较小的目标图形。

Description

掩膜板及其制造方法和目标图形的制造方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种掩膜板及其制造方法和目标图形的制造方法。

背景技术

液晶显示装置是目前最常用的平板显示器，其中薄膜晶体管液晶显示装置(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，简称TFT-LCD)是液晶显示装置中的主流产品。液晶显示面板是液晶显示装置中的重要部件。液晶显示面板是通过对盒工艺将一阵列基板和一彩膜基板对盒而形成，并且在阵列基板和彩膜基板之间填充有液晶层。彩膜基板可包括衬底基板和形成于衬底基板之上的黑矩阵、彩色矩阵图形和覆盖层，覆盖层位于黑矩阵和彩色矩阵图形之上，覆盖层上还形成有隔垫物(Photo Spacer，简称：PS)，该隔垫物位于黑矩阵的上方。黑矩阵、彩色矩阵图形和隔垫物均可以通过构图工艺制成，构图工艺可包括光刻胶涂覆、曝光、显影、刻蚀和光刻胶剥离等工艺，其中，光刻胶采用负性光刻胶。下面以黑矩阵为例进行描述。图1为现有技术中曝光工艺的示意图，如图1所示，在衬底基板11上形成黑矩阵材料层12；在黑矩阵材料层12上形成负性光刻胶；将掩膜板13放置于衬底基板11的上方，该掩膜板13包括开口区域131和遮光区域132；采用UV照射掩膜板13对负性光刻胶进行曝光，光线穿过开口区域131照射到对应的负性光刻胶上以形成曝光部分14，而遮光区域132对应的负性光刻胶形成未曝光部分15，具体地，接触到光线的负性光刻胶将发生聚合反应形成高强度的高分子链，从而形成曝光部分14。图2为现有技术中显影工艺的示意图，如图2所示，对曝光后的负性光刻胶进行显影工艺以去除未曝光部分15且保留曝光部分14，具体地，未曝光部分15在显影工艺中被溶解或剥离，从而实现去除未曝光部分15。

图3为掩膜板的开口区域尺寸、光线照射尺寸和曝光部分的尺寸的一种示意图，图4为图3中掩膜板的平面尺寸的示意图，图5为采用图3中的掩膜板形成的黑矩阵的目标尺寸的示意图，如图3、图4和图5所示，采用接近式曝光方式，当UV穿过开口区域131照射到负性光刻胶上时，由于开口区域131的边缘对光线的散射和衍射作用，导致负性光刻胶表面接收到的光线照射的宽度b稍微大于开口区域131的宽度a，而此时黑矩阵的目标宽度c也大于开口区域131的宽度a，图3中虚线表示透过掩膜板的光线，开口区域131的宽度a为30μm。图6为掩膜板的开口区域尺寸、光线照射尺寸和曝光部分的尺寸的另一种示意图，如图6所示，与图3不同之处在于，该开口区域131的宽度a为6μm。对比图3和图6可知，在相同的曝光工艺条件下，随着开口区域131的宽度降低，负性光刻胶表面接收到的光线照射的宽度相对于开口区域的宽度的比例值越大，即：b/a越大。

随着产品分辨率越来越高，黑矩阵的目标宽度c也越来越小，因此需要开口区域131的宽度a也越来越小。图7为不同的开口区域宽度下光线的光强度与黑矩阵的目标宽度的关系示意图，如图7所示，图中示出了三条曲线，从上至下依次为：a为10μm时的光强度曲线、a为8μm时的光强度曲线以及a为6μm时的光强度曲线。不同的开口区域宽度下光强度与黑矩阵的目标宽度的数值对照可参照下表1所示：

表1

如图7和上表1所示，当a进一步降低时，由于b/a过大，将导致衬底基板上无法形成黑矩阵。例如：表1中a为6μm时，光强度为0.3、0.4或0.5时均无法形成黑矩阵；a为8μm时，光强度为0.5时无法形成黑矩阵。并且当a降低至一定大小时，由于衍射作用光线照射的宽度b基本保持不变，导致c基本保持不变，此时将无法实现目标宽度c。因此，为实现目标宽度c较小的黑矩阵(特别是c≤8μm的细线化黑矩阵)，通过降低a是无法实现的。

现有技术中，若不降低a，则还可通过降低曝光间隔(gap)d来实现较小的c，曝光间隔d可如图3和图6所示。但是随着曝光间隔d的降低，会导致如下问题：1、提升曝光时的异物NG报警率，影响产品良率；2、由于将曝光间隔d调整至预定位置，因此曝光时阶段(Stage)运行时间会延长，从而延长产线运行的节拍，进而导致产能降低；3、导致黑矩阵的坡度角过高，影响彩色矩阵图形的附着性，从而导致黑矩阵16和彩色矩阵图形17之间容易产生交叠空隙18以及在彩色矩阵图形17中形成气泡(Bubble)19，如图8和图9所示，图8为黑矩阵和彩色矩阵图形之间容易产生交叠空隙的示意图，图9为在彩色矩阵图形中形成气泡的示意图。

综上所述，现有技术中还没有一种方案能够在较高的曝光间隔下实现目标宽度较小的目标图形。

发明内容

本发明提供一种掩膜板及其制造方法和目标图形的制造方法，用于实现在较高的曝光间隔下形成目标宽度较小的目标图形。

为实现上述目的，本发明提供了一种掩膜板，包括基底和位于所述基底之上的至少一个遮光区域和至少一个开口区域，所述开口区域用于形成目标图形，至少一个所述开口区域中设置有至少一个遮光结构。

可选地，所述遮光结构为条状结构。

可选地，所述开口区域中所述遮光结构的数量为一个时，所述开口区域中所述遮光结构位于所述开口区域的中心线上。

可选地，所述开口区域中所述遮光结构的数量为二个。

可选地，所述开口区域中二个所述遮光结构对称分布于所述开口区域的中心线的两侧。

可选地，所述目标图形包括黑矩阵、彩色矩阵图形或者隔垫物。

为实现上述目的，本发明提供了一种掩膜板的制造方法，包括：

在基底之上形成遮光材料层；

对所述遮光材料层进行构图工艺形成至少一个遮光区域、至少一个开口区域和至少一个遮光结构，所述开口区域用于形成目标图形，所述开口区域中设置有至少一个遮光结构。

可选地，所述开口区域中所述遮光结构的数量为一个或者二个。

为实现上述目的，本发明提供了一种目标图形的制造方法，包括：

在衬底基板的上方形成目标材料层；

在所述目标材料层之上形成光刻胶；

将所述掩膜板设置于所述衬底基板的上方，所述掩膜板采用上述掩膜板；

通过所述掩膜板对所述光刻胶进行曝光处理，形成曝光部分和未曝光部分，所述曝光部分对应于所述开口区域，所述未曝光部分对应于所述遮光区域；

对曝光后的光刻胶进行显影，去除所述未曝光部分并保留所述曝光部分；

对所述衬底基板进行刻蚀，形成所述目标图形；

去除所述曝光部分。

可选地，所述目标图形包括黑矩阵、彩色矩阵图形或者隔垫物。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的掩膜板及其制造方法和目标图形的制造方法的技术方案中，掩膜板包括遮光区域和开口区域，至少一个开口区域中设置有二个遮光结构，设置有二个遮光结构的开口区域可形成目标尺寸较小的目标图形，从而实现了在较高的曝光间隔下形成目标宽度较小的目标图形。

附图说明

图1为现有技术中曝光工艺的示意图；

图2为现有技术中显影工艺的示意图；

图3为掩膜板的开口区域尺寸、光线照射尺寸和曝光部分的尺寸的一种示意图；

图4为图3中掩膜板的平面尺寸的示意图；

图5为采用图3中的掩膜板形成的黑矩阵的目标尺寸的示意图；

图6为掩膜板的开口区域尺寸、光线照射尺寸和曝光部分的尺寸的另一种示意图；

图7为不同的开口区域宽度下光线的光强度与黑矩阵的目标宽度的关系示意图；

图8为黑矩阵和彩色矩阵图形之间容易产生交叠空隙的示意图；

图9为在彩色矩阵图形中形成气泡的示意图；

图10为本发明实施例一提供的一种掩膜板的结构示意图；

图11为图10中掩膜板的开口区域的尺寸示意图；

图12为采用图10中的掩膜板形成的目标图形的尺寸示意图；

图13为不同的曝光间隔下光线的光强度与目标图形的目标宽度的关系示意图；

图14为本发明实施例二提供的一种掩膜板的结构示意图；

图15为图14中掩膜板的开口区域的尺寸示意图；

图16为采用图14中的掩膜板形成的目标图形的尺寸示意图；

图17为不同的曝光间隔下光线的光强度与目标图形的目标宽度的关系示意图；

图18为本发明实施例三提供的一种掩膜板的制造方法的流程图；

图19为本发明实施例四提供的一种目标图形的制造方法的流程图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的掩膜板及其制造方法和目标图形的制造方法进行详细描述。

图10为本发明实施例一提供的一种掩膜板的结构示意图，如图10所示，该掩膜板包括基底21和位于基底21之上的至少一个遮光区域22和至少一个开口区域23，开口区域23用于形成目标图形，至少一个开口区域23中设置有至少一个遮光结构24。

优选地，遮光结构24为条状结构。在实际应用中，该遮光结构24还可以采用其它结构，此处不再一一列举。

本实施例中，遮光区域22的数量为多个，开口区域23的数量为多个。根据产品设计需要，一个开口区域23中设置有遮光结构24，或者多个开口区域23中设置有遮光结构24。本实施例中，开口区域23中遮光结构24的数量可以为二个。优选地，开口区域23中二个遮光结构24对称分布于开口区域23的中心线的两侧。

图11为图10中掩膜板的开口区域的尺寸示意图，如图11所示，开口区域23的宽度为E，二个遮光结构24之间的距离为F，遮光结构24的宽度为G，遮光区域22和对应的遮光结构24之间的距离为H，则E＝F+2G+2H。表2为本实施例中一种开口区域的尺寸和现有技术中开口区域的尺寸对照表，如下表2所示：

表2

项目	现有技术	本实施例
			E	8.0μm	8.0μm
F	-	5.5μm
			G	-	1.0μm
H	-	0.25μm

如上表2所示，设定现有技术中开口区域的宽度和本实施例中开口区域的宽度均为8.0μm，由于现有技术的开口区域中未设置遮光结构，因此其均不具备F、G和H的值；本实施例中F＝5.5μm、G＝1.0μm以及H＝0.25μm，从而E＝F+2G+2H＝5.5μm+2*1.0μm+2*0.25μm＝8.0μm。

本实施例中，UV穿过开口区域23照射到负性光刻胶上时，由于遮光结构24的遮挡作用，导致负性光刻胶表面接收到的光线照射的宽度减小，从而能够获得目标宽度较小的目标图形。同时，开口区域23的边缘和遮光结构24的边缘对光线具备散射和衍射作用，从而保证了在负性光刻胶表面接收到的光线照射的宽度减小的情况下，能够获得预定的目标宽度的目标图形。也就是说，本实施例可在遮光结构24的作用下和各个结构边缘对光线的散射和衍射作用下，获得预定目标宽度的目标图形且该目标图形的目标宽度较小。

图12为采用图10中的掩膜板形成的目标图形的尺寸示意图，如图12所示，形成的目标图形25的目标宽度为c，则目标图形25的目标宽度c小于开口区域23的宽度E，因此与现有技术相比，本实施例中通过掩膜板形成的目标图形25的目标宽度减小。

图13为不同的曝光间隔下光线的光强度与目标图形的目标宽度的关系示意图，如图13所示，图中示出了三条曲线，从上至下依次为：曝光间隔为100μm时的光强度曲线、曝光间隔为150μm时的光强度曲线以及曝光间隔为200μm时的光强度曲线。如图13所示，当光强度＜0.3时，负性光刻胶在曝光过程中表面接收到的光线照射的强度较低，从而导致曝光后的负性光刻胶在显影工艺中容易被剥落，而曝光后的负性光刻胶在显影工艺中应被保留。因此，在实际应用中通常采用光强度≥0.3的光线对负性光刻胶进行照射。优选地，可将光强度≥0.3的光强度曲线对应的横轴数值作为目标图形的目标宽度。不同的曝光间隔下现有技术与本实施例中的目标图形的目标宽度的数值对照可参照下表3所示：

表3

曝光间隔	现有技术	本实施例
			100μm	7.4μm	8μm
150μm	9.2μm	8μm
			200μm	9.8μm	8.6μm
280μm	9.2μm	7.4μm

如图13和上表3所示，设定现有技术和本实施例均采用开口区域的宽度为8μm的掩膜板。现有技术的掩膜板的曝光间隔从100μm逐渐增大至280μm时，形成的目标图形的目标宽度分别为7.4μm、9.2μm、9.8μm和9.2μm；而本实施例的掩膜板的曝光间隔从100μm逐渐增大至280μm时，形成的目标图形的目标宽度分别为8μm、8μm、8.6μm和7.4μm。从上述数据可以看出，当曝光间隔增大至较高的280μm时，通过现有技术的掩膜板形成的目标图形的目标宽度为9.2μm，通过本实施例的掩膜板形成的目标图形的目标宽度为7.4μm，与现有技术相比，本实施例可形成目标宽度较小的目标图形。

本实施例中，开口区域中各项参数E、F、G、H的数值可根据需要进行设置，具体地，可根据光刻胶材料、目标图形的制造设备以及工艺设置E、F、G、H的数值。

目标图形可包括黑矩阵、彩色矩阵图形或者隔垫物。本实施例以黑矩阵为例进行描述，因此本实施例中所列举的各项数据均是形成黑矩阵过程中产生的数据。

本实施例提供的掩膜板的技术方案中，掩膜板包括遮光区域和开口区域，至少一个开口区域中设置有二个遮光结构，设置有二个遮光结构的开口区域可形成目标尺寸较小的目标图形，从而实现了在较高的曝光间隔下形成目标宽度较小的目标图形。本实施例的掩膜板应用于形成目标宽度c≤8μm的目标图形时，效果更为明显。

图14为本发明实施例二提供的一种掩膜板的结构示意图，如图14所示，该掩膜板包括基底21和位于基底21之上的至少一个遮光区域22和至少一个开口区域23，开口区域23用于形成目标图形，至少一个开口区域23中设置有至少一个遮光结构24。

优选地，遮光结构24为条状结构。在实际应用中，该遮光结构24还可以采用其它结构，此处不再一一列举。

本实施例中，遮光区域22的数量为多个，开口区域23的数量为多个。根据产品设计需要，一个开口区域23中设置有遮光结构24，或者多个开口区域23中设置有遮光结构24。本实施例中，开口区域23中遮光结构24的数量可以为一个。优选地，开口区域23中遮光结构24位于开口区域23的中心线上。

图15为图14中掩膜板的开口区域的尺寸示意图，如图15所示，开口区域23的宽度为E，遮光结构24的宽度为J，遮光区域22和对应的遮光结构24之间的距离为K，则E＝J+2K。表4为本实施例中一种开口区域的尺寸和现有技术中开口区域的尺寸对照表，如下表4所示：

表4

项目	现有技术	本实施例
			E	6.0	6.0
J	-	1.5
			K	-	2.25

如上表4所示，设定现有技术中开口区域的宽度和本实施例中开口区域的宽度均为6.0μm，由于现有技术的开口区域中未设置遮光结构，因此其均不具备J和K的值；本实施例中J＝1.5μm以及K＝2.25μm，从而E＝J+2K＝1.5μm+2*2.25μm＝6.0μm。

本实施例中，UV穿过开口区域23照射到负性光刻胶上时，由于遮光结构24的遮挡作用，导致负性光刻胶表面接收到的光线照射的宽度减小，从而能够获得目标宽度较小的目标图形。同时，开口区域23的边缘和遮光结构24的边缘对光线具备散射和衍射作用，从而保证了在负性光刻胶表面接收到的光线照射的宽度减小的情况下，能够获得预定的目标宽度的目标图形。也就是说，本实施例可在遮光结构24的作用下和各个结构边缘对光线的散射和衍射作用下，获得预定目标宽度的目标图形且该目标图形的目标宽度较小。

图16为采用图14中的掩膜板形成的目标图形的尺寸示意图，如图16所示，形成的目标图形25的目标宽度为c，则目标图形25的目标宽度c小于开口区域23的宽度E，因此与现有技术相比，本实施例中通过掩膜板形成的目标图形25的目标宽度减小。

图17为不同的曝光间隔下光线的光强度与目标图形的目标宽度的关系示意图，如图17所示，图中示出了三条曲线，从上至下依次为：曝光间隔为100μm时的光强度曲线、曝光间隔为150μm时的光强度曲线以及曝光间隔为200μm时的光强度曲线。如图17所示，当光强度＜0.3时，负性光刻胶在曝光过程中表面接收到的光线照射的强度较低，从而导致曝光后的负性光刻胶在显影工艺中容易被剥落，而曝光后的负性光刻胶在显影工艺中应被保留。因此，在实际应用中通常采用光强度≥0.3的光线对负性光刻胶进行照射。优选地，可将光强度≥0.3的光强度曲线对应的横轴数值作为目标图形的目标宽度。不同的曝光间隔下现有技术与本实施例中的目标图形的目标宽度的数值对照可参照下表5所示：

表5

曝光间隔	现有技术	本实施例
			100	6.8	5.4
150	8.2	5.6
			200	6.4	5.6
280	-	-

如图17和上表5所示，设定现有技术和本实施例均采用开口区域的宽度为6μm的掩膜板。现有技术的掩膜板的曝光间隔从100μm逐渐增大至280μm时，形成的目标图形的目标宽度分别为6.8μm、8.2μm和6.4μm，其中曝光间隔为280μm时无法形成目标图形；而本实施例的掩膜板的曝光间隔从100μm逐渐增大至280μm时，形成的目标图形的目标宽度分别为5.4μm、5.6μm和5.6μm，其中曝光间隔为280μm时无法形成目标图形。曝光间隔为280μm时无法形成目标图形的原因在于：曝光间隔为280μm时曝光间隔较高，负性光刻胶在曝光过程中表面接收到的光线照射的强度较低，从而导致原本在显影工艺中应被保留的曝光后的负性光刻胶在显影工艺中容易被剥落。从上述数据可以看出，当曝光间隔增大至较高的200μm时通过现有技术的掩膜板形成的目标图形的目标宽度为6.4μm，通过本实施例的掩膜板形成的目标图形的目标宽度为5.6μm，与现有技术相比，本实施例可形成目标宽度较小的目标图形。

本实施例中，开口区域中各项参数E、J、K的数值可根据需要进行设置，具体地，可根据光刻胶材料、目标图形的制造设备以及工艺设置E、J、K的数值。

目标图形可包括黑矩阵、彩色矩阵图形或者隔垫物。本实施例以黑矩阵为例进行描述，因此本实施例中所列举的各项数据均是形成黑矩阵过程中产生的数据。

本实施例提供的掩膜板的技术方案中，掩膜板包括遮光区域和开口区域，至少一个开口区域中设置有一个遮光结构，设置有一个遮光结构的开口区域可形成目标尺寸较小的目标图形，从而实现了在较高的曝光间隔下形成目标宽度较小的目标图形。本实施例的掩膜板应用于形成目标宽度c≤8μm的目标图形时，效果更为明显。

图18为本发明实施例三提供的一种掩膜板的制造方法的流程图，如图18所示，该方法包括：

步骤101、在基底之上形成遮光材料层。

步骤102、对遮光材料层进行构图工艺形成至少一个遮光区域、至少一个开口区域和至少一个遮光结构，开口区域用于形成目标图形，开口区域中设置有至少一个遮光结构。

具体地，构图工艺可包括光刻胶涂覆、曝光、显影、刻蚀和光刻胶剥离。

本实施例提供的掩膜板的制造方法可用于制造上述实施例一或者实施例二提供的掩膜板。

本实施例提供的掩膜板的制造方法的技术方案中，掩膜板包括遮光区域和开口区域，至少一个开口区域中设置有一个遮光结构，设置有一个遮光结构的开口区域可形成目标尺寸较小的目标图形，从而实现了在较高的曝光间隔下形成目标宽度较小的目标图形。本实施例的掩膜板应用于形成目标宽度c≤8μm的目标图形时，效果更为明显。

图19为本发明实施例四提供的一种目标图形的制造方法的流程图，如图19所示，该方法包括：

步骤201、在衬底基板的上方形成目标材料层。

步骤202、在目标材料层之上形成光刻胶。

步骤203、将掩膜板设置于衬底基板的上方。

具体地，掩膜板可采用上述实施例一或者实施例二提供的掩膜板，此处不再赘述。

步骤204、通过掩膜板对光刻胶进行曝光处理，形成曝光部分和未曝光部分，曝光部分对应于开口区域，未曝光部分对应于遮光区域。

步骤205、对曝光后的光刻胶进行显影，去除未曝光部分并保留曝光部分。

步骤206、对衬底基板进行刻蚀，形成目标图形。

步骤207、去除曝光部分。

本实施例提供的目标图形的制造方法的技术方案中，通过掩膜板形成目标图形，该掩膜板包括遮光区域和开口区域，至少一个开口区域中设置有二个遮光结构，设置有二个遮光结构的开口区域可形成目标尺寸较小的目标图形，从而实现了在较高的曝光间隔下形成目标宽度较小的目标图形。本实施例的掩膜板应用于形成目标宽度c≤8μm的目标图形时，效果更为明显。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种掩膜板，包括基底和位于所述基底之上的至少一个遮光区域和至少一个开口区域，所述开口区域用于形成目标图形，其特征在于，至少一个所述开口区域中设置有至少一个遮光结构。

2.根据权利要求1所述的掩膜板，其特征在于，所述遮光结构为条状结构。

3.根据权利要求1所述的掩膜板，其特征在于，所述开口区域中所述遮光结构的数量为一个时，所述开口区域中所述遮光结构位于所述开口区域的中心线上。

4.根据权利要求1所述的掩膜板，其特征在于，所述开口区域中所述遮光结构的数量为二个。

5.根据权利要求4所述的掩膜板，其特征在于，所述开口区域中二个所述遮光结构对称分布于所述开口区域的中心线的两侧。

6.根据权利要求1所述的掩膜板，其特征在于，所述目标图形包括黑矩阵、彩色矩阵图形或者隔垫物。

7.一种掩膜板的制造方法，其特征在于，包括：

在基底之上形成遮光材料层；

对所述遮光材料层进行构图工艺形成至少一个遮光区域、至少一个开口区域和至少一个遮光结构，所述开口区域用于形成目标图形，所述开口区域中设置有至少一个遮光结构。

8.根据权利要求7所述的掩膜板的制造方法，其特征在于，所述开口区域中所述遮光结构的数量为一个或者二个。

9.一种目标图形的制造方法，其特征在于，包括：

在衬底基板的上方形成目标材料层；

在所述目标材料层之上形成光刻胶；

将所述掩膜板设置于所述衬底基板的上方，所述掩膜板采用上述权利要求1至6任一所述的掩膜板；

通过所述掩膜板对所述光刻胶进行曝光处理，形成曝光部分和未曝光部分，所述曝光部分对应于所述开口区域，所述未曝光部分对应于所述遮光区域；

对曝光后的光刻胶进行显影，去除所述未曝光部分并保留所述曝光部分；

对所述衬底基板进行刻蚀，形成所述目标图形；

去除所述曝光部分。

10.根据权利要求9所述的目标图形的制造方法，其特征在于，所述目标图形包括黑矩阵、彩色矩阵图形或者隔垫物。