CN104460227A - 一种薄膜图案化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种薄膜图案化的方法，涉及显示技术领域，能够解决制作线宽较小的薄膜层图案时，由于掩膜版开口区域较小，使得曝光不足，而引起的成膜缺陷。所述方法包括在基板的表面依次形成薄膜层和光刻胶；通过掩膜版对光刻胶进行第一次曝光，形成第一半固化区，第一半固化区光刻胶的曝光的能量小于光刻胶的感光阈值；通过掩膜版对光刻胶进行第二次曝光，在第一半固化区上形成固化区；其中，固化区的宽度小于第一半固化区的宽度，固化区光刻胶的曝光的能量大于等于光刻胶的感光阈值；将光刻胶进行显影；对未被光刻胶覆盖的薄膜层刻蚀；将固化区的光刻胶剥离。

Description

一种薄膜图案化的方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种薄膜图案化的方法。
背景技术
TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，薄膜晶体管-液晶显示器)作为一种平板显示装置，因其具有体积小、功耗低、无辐射以及制作成本相对较低等特点，而越来越多地被应用于高性能显示领域当中。
TFT-LCD由相互对盒的彩膜基板和阵列基板构成。其中,阵列基板上具有多条横纵交叉的栅线和数据线，所述栅线和所述数据线交叉界定多个像素单元。其中，像素单元的个数与液晶显示器的分辨率有关。为了满足液晶显示器高分辨率的发展趋势，需要增加单位尺寸内像素单元的数量，同时栅线、数据线或其他位于阵列基板和彩膜基板上的薄膜层图案的线宽越来越小。例如，当液晶显示器的分辨率从200PPI(Pixels Per Inch，每英寸所拥有的像素数目)提升至300PPI时，数据线的线宽需要从4um降低到2-3um。
现有技术中，可以采用掩膜曝光、显影工艺制作上述薄膜层图案。当薄膜层图案的线宽需要减小时，可以通过减小掩膜版的开口区域的尺寸来实现。然而，对于高分辨率的显示器而言，由于薄膜层图案的线宽过于小，因此掩膜版的开口区域的尺寸也会很小。这样一来，就会导致曝光过程中，透过开口区域的光线的数量减小，产生曝光不足的现象，进而导致形成的薄膜层图案出现大面积的缺失，或者薄膜层图案边界处的坡度成型度较差等成膜缺陷的产生，从而降低了产品的质量。
发明内容
本发明的实施例提供一种薄膜图案化的方法，能够解决制作线宽较小的薄膜层图案时，由于掩膜版开口区域较小，使得曝光不足而引起的成膜缺陷。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明实施例的一方面，提供一种薄膜图案化的方法，包括：
在基板的表面涂覆一层薄膜层；
在所述薄膜层的表面涂覆光刻胶；
通过掩膜版对所述光刻胶进行第一次曝光，形成第一半固化区，所述第一半固化区光刻胶的曝光的能量小于所述光刻胶的感光阈值；
通过所述掩膜版对所述光刻胶进行第二次曝光，在所述第一半固化区上形成固化区；
其中，所述固化区的宽度小于所述第一半固化区的宽度，所述固化区光刻胶的曝光的能量大于等于所述光刻胶的感光阈值；
将所述光刻胶进行显影；
对未被光刻胶覆盖的所述薄膜层刻蚀；
将所述固化区的光刻胶剥离。
本发明实施例提供一种薄膜图案化的方法，包括在基板的表面涂覆一层薄膜层；在所述薄膜层的表面涂覆光刻胶；通过掩膜版对光刻胶进行第一次曝光，形成第一半固化区，所述第一半固化区光刻胶的曝光的能量小于所述光刻胶的感光阈值，使得位于第一半固化区的光刻胶处于半固化的状态。然后继续采用上述掩膜版，在掩膜板区域和透光区域位置不变的情况下，对光刻胶进行第二次曝光，以在第一半固化区上形成固化区；其中，所述固化区的宽度小于所述第一半固化区的宽度，所述固化区光刻胶的曝光的能量大于等于所述光刻胶的感光阈值，使得位于固化区的光刻胶处于固化的状态。接下来，将光刻胶进行显影；对未被光刻胶覆盖的所述薄膜层刻蚀；最后将固化区的光刻胶剥离。上述制作方法中，采用同一掩膜版进行不同曝光能量的两次曝光，第二次曝光中形成的固化区的尺寸小于第一次曝光中形成的第一半固化区的宽度，从而使得固化区覆盖的薄膜层图案的线宽小于直接采用上述掩膜板通过曝光显影、刻蚀等后得到的薄膜层图案的线宽，从而可以实现减小薄膜层图案的线宽。此外，由于在减小线宽的过程中并没有减小掩膜版的开口区域，因此可以避免由于掩膜版开口区域较小，使得曝光不足而引起的成膜缺陷。从而能够提高显示器的质量。
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为本发明实施例提供的一种薄膜图案化的方法流程图；
图2a-图2e为发明实施例提供的一种薄膜图案化方法中各个步骤对应的结构示意图；
图3a为本发明实施例提供的一种薄膜图案化的方法中采用的光线的辉光分布曲线；
图3b为本发明实施例提供的另一种薄膜图案化的方法中采用的光线的辉光分布曲线；
图4a为本发明实施例提供的一种薄膜图案化的方法中对应的薄膜层的结构示意图；
图4b为本发明实施例提供的又一种薄膜图案化的方法中采用的光线的辉光分布曲线。
附图说明：
10-基板；100-薄膜层；101-光刻胶；20-掩膜板；A-掩膜板的遮光区域；B-掩膜板的透光区域；201-第一半固化区；202-固化区；203-第二半固化区；O-第一曝光采用的光线的辉光分布曲线；O’-第二曝光采用的光线的辉光分布曲线；L1-第一半固化区的宽度；L2-固化区的宽度；L3+L3’-第二半固化区的宽度。
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做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。
本发明实施例提供一种薄膜图案化的方法，如图1所示，可以包括：
S101、如图2a所示，在基板10的表面涂覆一层薄膜层100。
S102、在薄膜层100的表面涂覆光刻胶101。
S103、如图2b所示，通过掩膜版20对光刻胶101进行第一次曝光，形成第一半固化区201。其中，第一半固化区201光刻胶101的曝光的能量小于光刻胶101的感光阈值E，使得第一半固化区201的光刻胶101处于半固化状态。
具体的，掩膜版20可以包括遮光区域A和透光区域B，光线通过透光区域B对光刻胶101进行曝光。
S104、如图2c所示，通过上述掩膜版20对光刻胶101进行第二次曝光，在所述第一半固化区201上形成固化区202。
其中，固化区202的宽度小于第一半固化区201的宽度，固化区202光刻胶101的曝光的能量大于等于光刻胶101的感光阈值E，使得固化区的光刻胶，处于完全固化状态。
此外，固化区202光刻胶101的曝光能量具体是指，第一次掩膜曝光工艺中，光刻胶101的曝光能量与第二次掩膜曝光工艺中，光刻胶101的曝光能量的叠加。这样一来，两次曝光能量的叠加达到了光刻胶101的感光阈值，从而使得固化区202的光刻胶完全固化。
S105、如图2d所示，将光刻胶101进行显影。
S106、对未被光刻胶101覆盖的薄膜层100刻蚀。
S107、如图2e所示，将固化区202的光刻胶101剥离，以形成薄膜层的图案。由于固化区202的宽度小于直接采用上述掩膜板20进行掩膜曝光、显影等工艺后得到的薄膜层图案的线宽，因此能够实现减小薄膜层图案的线宽。
需要说明的是，第一、所述光刻胶101的感光阈值E为对光刻胶101进行曝光，使其完全固化需要的曝光能量。当曝光能量小于上述光刻胶101的光感阈值感光阈值E时，光刻胶101未完全固话，处于半固化的状态；当曝光能量大于等于上述光刻胶101的光感阈值感光阈值E时，光刻胶101处于完全固化的状态。
因此，所述半固化区，例如第一半固化区201的光刻胶101处于半固化的状态；所述固化区202的光刻胶处于固化状态。
第二、在显示装置的制备过程中，对薄膜层的图案化的制作方法应用的非常广泛。具体的，显示装置可以包括相互对盒的彩膜基板和阵列基板。彩膜基板和阵列基板均由多层薄膜层构成。每一层薄膜层根据功能的不同可以具有不同的图案。
因此，一方面，上述薄膜层100的图案可以为彩色膜层或黑矩阵膜层。其中，通过上述薄膜层图案化工艺后，得到的黑矩阵横纵交叉设置，对应阵列基板上的非显示区域，而彩色膜层设置于有黑矩阵横纵交叉界定的矩形区域中，对应阵列基板上的显示区域。
另一方面，上述薄膜层100的图案可以包括栅线膜层、数据线膜层或公共电极线膜层等等。其中通过上述薄膜层图案化工艺后，得到的栅线和数据线横纵交叉设置，以界定出像素单元，公共电极线可以平行于栅线设置。当栅线和数据线的线宽减小后，可以有更多的空间制备更多的像素单元，从而实现高PPI的目的。
综上所述，上述基板10可以是用于形成上述薄膜层的透明基板。也可以是已经制作有薄膜层图案的基板。例如，当上述薄膜层100为制作数据线的数据金属层时，上述基板10可以为制作有栅线图案、栅极绝缘层、有源层图案的基板。
本发明实施例提供一种薄膜图案化的方法，包括在基板的表面涂覆一层薄膜层；在所述薄膜层的表面涂覆光刻胶；通过掩膜版对光刻胶进行第一次曝光，形成第一半固化区，所述第一半固化区光刻胶的曝光的能量小于等于所述光刻胶的感光阈值，使得位于第一半固化区的光刻胶处于半固化的状态。然后继续采用上述掩膜版，在掩膜板的遮光区域和透光区域位置不变的情况下，对光刻胶进行第二次曝光，以在第一半固化区上形成固化区；其中，所述固化区的宽度小于所述第一半固化区的宽度，所述固化区光刻胶的曝光的能量大于等于所述光刻胶的感光阈值，使得位于固化区的光刻胶处于固化的状态。接下来，将光刻胶进行显影；对未被光刻胶覆盖的所述薄膜层刻蚀；最后将固化区的光刻胶剥离。上述制作方法中，采用同一掩膜版进行不同曝光能量的两次曝光，第二次曝光中形成的固化区的尺寸小于第一次曝光中形成的第一半固化区的宽度，从而使得固化区覆盖的薄膜层图案的线宽小于直接采用上述掩膜板通过曝光显影、刻蚀等后得到的薄膜层图案的线宽，从而可以实现减小薄膜层图案的线宽。由于在减小线宽的过程中并没有减小掩膜版的开口区域，因此可以避免由于掩膜版开口区域较小，使得曝光不足而引起的成膜缺陷。从而能够提高显示器的质量。
以下，对薄膜图案化的方法进行详细的举例说明。
实施例一
由于掩膜曝光过程中，通过掩膜版20的透光区域B的光线并不是均匀分布的，在相同的曝光时间内，光线分布集中的区域对应的光刻胶101容易固化，光线分布较为分散的区域对应的光刻胶101固化速度慢。此外，本发明实施例中两次曝光采用的掩膜版相同，因此可以在两次曝光中，采用辉光分布规律不同的光线对光刻胶101进行曝光，以形成不同宽度的曝光区域。
具体的，如图3a所示，第一次曝光采用的光线的辉光分布曲线O，与第二次曝光采用的光线的辉光分布曲线O’相交处对应的光刻胶101，由于受到的两次曝光的能量叠加后达到了光刻胶101的感光阈值E，因此两条曲线相交处对应的光刻胶101发生完全固化，形成了固化区202。而被曝光的光刻胶101的其余部分，由于两次曝光的能量叠加后并未达到了光刻胶101的感光阈值E，所以处于半固化状态。
此外，由第二次曝光采用的光线的辉光分布曲线可以看出，光线在透光区域B的中心位置光线分布较为集中，光线强度大，曝光能量大，因此生成的固化区202位于第一半固化区201的中心。当第二次曝光时，采用的光线的辉光分布曲线O’如图3b所示时，由于光线在透光区域B偏左的位置光线分布较为集中，光线强度大，曝光能量大，因此生成的固化区202位于第一半固化区201的左端。
综上所述，固化区202在第一第一半固化区201的位置可以根据第二次曝光时，采用的光线的辉光分布曲线O’的不同而改变。当然，上述仅仅是对光线的辉光分布曲线O’的举例说明，其它辉光分布类型的光线在此不再一一赘述，但都应当属于本发明的保护范围。
需要说明的是，通过掩膜版20对光刻胶101进行第二次曝光采用的光源，可以是单独设置的，且与第一次曝光的光源不同。
或者，还可以将第一次曝光采用的光源通过光过滤器对光刻胶101进行第二次曝光。这样一来，可以通过上述光过滤器对光线的辉光分布曲线进行调整。使得第二次曝光时光线的分布较为集中的区域的宽度小于第一次曝光时掩膜版20的透光区域B的宽度，从而使得通过第二次曝光制备的固化区202的宽度小于第一次曝光得到的第一半固化区201的宽度，以减小被固化区202覆盖的薄膜层100的图案的线宽。
优选的，上述光过滤器可以包括高分辨率装置(High ResolutionUnit，简称HRU)、光浓度滤光片(Neutral Density Filter，简称NDFilter)，或者特定光波长滤光片(Cut Filter)。通过上述光过滤器能够对第一次曝光采用的光线进行过滤，将一部分波长的光线滤除，剩余一些对光刻胶101而言，光敏感性较强的光线。例如，如果采用的光刻胶101的对红光较为敏感，那么可以通过上述光过滤器，将红光波长附近的光线保留，其它波长的光线去除，从而形成光线分布的集中区域，有利于固化区202的形成。
此外，在上述掩膜曝光过程中，还需要对一些参数进行设置。
具体的，一方面，第一半固化区201的宽度L1与第一次曝光的光刻胶101成膜曝光量α成正比。
即光刻胶101成膜曝光量α越大，曝光的时间越长第一半固化区201的宽度L1越大。
另一方面，同上所述，所述固化区202的宽度L2与第二次曝光的光刻胶101成膜曝光量β成正比，与光刻胶的显影剥离时间γ成反比，L2＝F(β，γ)。
实施例二
上述步骤S104还包括：
如图4a所示，在第一半固化区201上形成第二半固化区203。
其中，如图4b所示，第二半固化区203的宽度(L3+L3’)与固化区202的宽度(L2)之和(L3+L3’+L2)，小于第一半固化区201的宽度(L1)。第二半固化区203的光刻胶的曝光的能量小于光刻胶101的感光阈值E。
这样一来，通过在第二次曝光中形成第二半固化区203，能够使得固化区202的宽度进一步减小，从而更进一步的减小薄膜层100图案的线宽。
需要说明的是，如图4b所示，由于固化区202的位置位于第一半固化区201的中间，而第二半固化区203位于固化区202的两侧，因此，第二半固化区203的宽度为L3+L3’。当然，上述第二半固化区203的位置是根据曝光用光线的辉光分布的情况来确定的。所以，还可以根据曝光用光线的辉光分布曲线，对曝光用光线进行选择，使得第二半固化区203均位于固化区202的一侧。
以下根据如图4b所示的光线的辉光分布曲线对第二半固化区203的形成过程进行详细的说明。由于第二次曝光用光线的辉光分布曲线O’在节点d至节点c(或节点d’至节点c’)这一段的陡峭程度，大于从节点d(或节点d’)向下延伸部分的曲线的陡峭程度。因此，光刻胶101在节点d至节点c(或节点d’至节点c’)这一段的曝光能量大于光刻胶101在节点d(或节点d’)向下延伸部分这一段的曝光能量。
其中，节点d(或节点d’)为第二次曝光用光线的辉光分布曲线O’与曝光能量E的焦点；节点c(或节点c’)为第二次曝光用光线的辉光分布曲线O’与曝光能量E’的焦点。
因此，第二次曝光过程中，对应节点d至节点c(或节点d’至节点c’)这一段位置(即第二半固化区203位置)的光刻胶101的固化程度，大于对应节点d(或节点d’)向下延伸部分的曲线位置(即第一固化区201位置)的光刻胶101的固化程度。然而，虽然光刻胶101在两次曝光中，受到的曝光能量的叠加值达到E’，但由于E’仍然小于光刻胶101的感光阈值E。因此第二次曝光后，形成的第二半固化区203的光刻胶101任然处于半固化状态，只是固化的程度大于第一半固化区201处的光刻胶101。
此外，由第二次曝光用光线的辉光分布曲线O’可以看出，光线的分布较为集中的区域的宽度较实施例一种的小，使得对应生成的固化区202的宽度进一步减小。因此，第二次曝光中光线分布的集中区域的宽度越小，光线的辉光分布曲线越陡峭，形成的固化区202的宽度会越小，从而使得被固化区202覆盖的薄膜层100的图案的线宽越小。
此外，在上述掩膜曝光过程中，对一些参数的设置如下：
由于，一方面，在通过第二次掩膜曝光工艺后，不仅形成固化区202，还形成光刻胶101固化程度比第一半固化区201的光刻胶101高的第二半固化区203。因此，固化区202的宽度L2不仅与第一次曝光的光刻胶成膜曝光量α有关，还与所述第二次曝光的光刻胶101成膜曝光量β均有关。可以将第一次曝光的光刻胶成膜曝光量α和第二次曝光的光刻胶101成膜曝光量β的比例系数均设置为0.5。
另一方面，在掩膜曝光工艺制后之后进行的显影剥离工艺的时间内，不仅需要对未固化的光刻胶101进行处理，还需要对第一半固化区201以及第二半固化区203内处于半固化的光刻胶101进行处理。因此，固化区202的宽度L2与光刻胶101的显影剥离时间γ的1.5倍成反比。
综上所述，所述固化区202的宽度L2与第一次曝光的光刻胶成膜曝光量α的一半，以及所述第二次曝光的光刻胶101成膜曝光量β的一半成正比，与所述光刻胶101的显影剥离时间γ的1.5倍成反比，L2＝F(0.5α，0.5β，γ)。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种薄膜图案化的方法，其特征在于，包括：
在基板的表面涂覆一层薄膜层；
在所述薄膜层的表面涂覆光刻胶；
通过掩膜版对所述光刻胶进行第一次曝光，形成第一半固化区，所述第一半固化区光刻胶的曝光的能量小于所述光刻胶的感光阈值；
通过所述掩膜版对所述光刻胶进行第二次曝光，在所述第一半固化区上形成固化区；
其中，所述固化区的宽度小于所述第一半固化区的宽度，所述固化区光刻胶的曝光的能量大于等于所述光刻胶的感光阈值；
将所述光刻胶进行显影；
对未被光刻胶覆盖的所述薄膜层刻蚀；
将所述固化区的光刻胶剥离。
2.根据权利要求1所述的薄膜图案化的方法，其特征在于，所述通过所述掩膜版对所述光刻胶进行第二次曝光，还包括在所述第一半固化区上形成第二半固化区；
其中，所述第二半固化区与所述固化区的宽度之和小于所述第一半固化区的宽度，所述第二半固化区光刻胶的曝光的能量小于所述光刻胶的感光阈值。
3.根据权利要求2所述的薄膜图案化的方法，其特征在于，所述通过所述掩膜版对所述光刻胶进行第二次曝光包括：
在所述第一半固化区上形成所述固化区以及位于所述固化区两侧的所述第二半固化区。
4.根据权利要求1所述的薄膜图案化的方法，其特征在于，所述通过所述掩膜版对所述光刻胶进行第二次曝光包括：
将所述第一次曝光采用的光源通过光过滤器，对所述光刻胶进行所述第二次曝光。
5.根据权利要求1所述的薄膜图案化的方法，其特征在于，所述第一半固化区的宽度与所述第一次曝光的光刻胶成膜曝光量成正比。
6.根据权利要求1所述的薄膜图案化的方法，其特征在于，所述固化区的宽度与所述第二次曝光的光刻胶成膜曝光量成正比，与所述光刻胶的显影剥离时间成反比。
7.根据权利要求3所述的薄膜图案化的方法，其特征在于，
所述固化区的宽度与所述第一次曝光的光刻胶成膜曝光量的一半成正比；
所述固化区的宽度与所述第二次曝光的光刻胶成膜曝光量的一半成正比；
所述固化区的宽度与所述光刻胶的显影剥离时间的1.5倍成反比。
8.根据权利要求1-7任一项所述的薄膜图案化的方法，其特征在于，所述薄膜层包括彩色膜层或黑矩阵膜层。
9.根据权利要求1-7任一项所述的薄膜图案化的方法，其特征在于，所述薄膜层包括栅线膜层、数据线膜层或公共电极线膜层。
10.根据权利要求4所述的薄膜图案化的方法，其特征在于，所述光过滤器包括高分辨率装置、光浓度滤光片或者特定光波长滤光片中的至少一种。
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