CN105404092A - 光罩基板以及光罩 - Google Patents

Abstract

本发明系揭露一种光罩基板，包含透明基板而将曝光光线予以投送于该透明基板之上，以及黑色矩阵光阻层，经配置而包括炭黑分散液、具有胺基的共聚物及/或具有季铵盐的共聚物、含有分散成分的有机溶剂、具有羧基的黏合剂树脂、不饱和单体、以及卤素光的光敏材料或波长范围在480-540纳米的绿光的光敏材料，使得该黑色矩阵光阻层系作为一个单层以作为遮光膜及曝光的感光膜，以及使得该黑色矩阵光阻层的表面经制造而为防止化学处理操作的损伤及机械性刻刮。

Description

光罩基板以及光罩

技术领域

本发明相关于一种在印刷电路板、集成电路、凸块制程、微型机械电子系统中的发光二极管、超级扭曲向列液晶显示器的制造中所使用的光罩基板以及光罩，特别是相关于一种使用黑色矩阵光阻层作为遮光膜的光罩基板以及光罩。

背景技术

习知的微影制程系包括有乳胶板光罩的使用，例如为使用于用在印刷电路板(printedcircuitboard,PCB)的微图案、发光二极管(light-emittingdiode,LED)装置、及超级扭曲向列(super-twistednematic,STN)液晶显示器。该乳胶板的图样特征可小至20-50微米。由于特征尺寸的限制，乳胶光罩无法满足特征尺寸小于20微米的图案之要求，因而产生另一种铬膜光罩基板。铬膜光罩基板系以藉由将堆栈铬膜(厚度为80-100纳米)及铬氧氮类(CrOxNy)化合物(厚度为25纳米)而产生的铬膜予以形成在光罩基板上而成形，并可用于制造高密度的集成电路半导体，例如大规模集成电路(largescaleintegration,LSI)芯片及超大规模集成电路(verylargescaleintegration,VLSI)芯片、感光耦合组件(charge-coupleddevice,CCD)及液晶显示器(liquidcrystaldisplay,LCD)的滤光片、印刷电路板、微机电系统(micro-mechanicalelectronicssystem,MES)等。

用于微型制造的光罩通过光罩基板制造而得，该光罩基板包含：透明基板，例如石英玻璃及硅酸铝玻璃；以及遮光膜，通常为铬膜的形式，其通过溅射或真空蒸镀技术而沉积在该透明基板上。选择性地，遮光膜也可以为感光卤化物乳胶薄膜的形式，其系藉由旋转或喷涂制程而涂布于该透明基板上。随后，该光罩基板系于光罩厂通过在该光罩基板的该遮光膜中形成特定图案而产生。

无论是乳胶或铬膜光罩基板，其遮光膜皆须具有低光反射性以及针对光罩读写机的高灵敏度曝光的特性。为了在之后的图案复制过程中应付图案完整性的长时间周期，遮光膜应该具有机械、化学以及环境上的可靠度。除此之外，为了避免自半导体基板表面反射的光线照射并穿透投影镜头而因此再次经该光罩反射并返回至该半导体基板，通常低反射的涂层(如乳胶光罩基板)或抗反射涂层(如铬膜光罩基板)会形成在该遮光膜的表面，或同时形成在该遮光膜的表面及背面。

在光罩的成本的考虑下，铬膜光罩除了顶部的抗蚀层，通常具有两层结构或三层结构，而具有高分辨率以及良好的机械和化学可靠度的优点。另一方面，虽然卤化银乳胶光罩具有高光敏度以及优良的成像质量，但由于严重的感光问题，例如因银粒所导致的光敏度或图形对比度劣化，使得其分辨率受限在30-50微米之间。此外，卤化银乳胶光罩并不环保。

通常，彩色滤光片由具有金属膜(如铬膜)的黑色矩阵所形成。该技术包括气相沉积金属，例如铬在透明基板上，并通过光刻步骤蚀刻该铬层，因而产生轻薄、高光遮蔽率且具有高精度的黑色矩阵。然而，前述技术具有因过长的生产制程以及低生产率所带来的高成本问题，以及经蚀刻处理所排出的废水而导致的环境污染问题等。

发明内容

因此，为解决上述问题，本发明的目的即在提供一种以黑色矩阵光阻取代铬膜和卤化银乳胶的光罩基板。

本发明的另一目的系为藉由提供对特定波长敏感的光敏引发剂或光敏化合物，而改善光敏材料以及黑色矩阵光阻的分辨率，例如感绿光及感红光。

本发明为解决习知技术之问题所采用之技术手段系提供一种光罩基板，包含：透明基板，而将曝光光线予以投送于该透明基板之上；以及黑色矩阵光阻层，其中，该黑色矩阵光阻层经配置而包括碳黑分散液、具有胺基的共聚物及/或具有季铵盐的共聚物、含有分散成分的有机溶剂、具有羧基的黏合剂树脂、不饱和单体、以及卤素光的光敏材料或波长范围在480-540纳米的绿光的光敏材料，使得该黑色矩阵光阻层系作为一个单层以作为遮光膜及曝光的感光膜，以及使得该黑色矩阵光阻层的表面经制造而为防止化学处理操作的损伤及一机械性刻刮。

在本发明的一实施例中系提供一种光罩基板，该黑色矩阵光阻层具有大于或等于2.5的光密度，且该黑色矩阵光阻层藉由卤素光或波长范围在480-540纳米的绿光而光解。

在本发明的一实施例中系提供一种光罩基板，该黑色矩阵光阻层系以0.5-6微米厚度而被涂布于该透明基板上，并在摄氏80-150度下被软烤30-80分钟，且该黑色矩阵光阻层系藉由水性显影剂而被予以显影。

本发明为解决习知技术之问题所采用之另一技术手段系提供一种通过微影而对前述所述之光罩基板加上图案所制成的光罩。

本发明为解决习知技术之问题所采用之另一技术手段系提供光罩，包含：透明基板，而将曝光光线予以投送于该透明基板之上；以及黑色矩阵光阻层，具有图案刻画，其中，该黑色矩阵光阻层经配置而包括碳黑分散液、具有胺基的共聚物及/或具有季铵盐的共聚物、含有分散成分的有机溶剂、具有羧基的黏合剂树脂、不饱和单体、以及卤素光的光敏材料或波长范围在480-540纳米的绿光的光敏材料，使得该黑色矩阵光阻层系供作为一个单层以作为遮光膜及曝光的感光膜，且对应于该图案刻画的图案系通过微影制程中的光源穿透过该图案刻画而形成于该透明基板上。

在本发明的一实施例中系提供一种光罩，该黑色矩阵光阻层具有大于或等于2.5的光密度，且藉由卤素光或波长范围在480-540纳米的绿光光解，并且藉由水性显影剂而予以显影，以及在摄氏150度以上被硬烤或使用紫外线固化以确保该黑色矩阵光阻层的针对刻刮的机械抗性。

在本发明的一实施例中系提供一种光罩，经分散的该碳黑分散液通过使用连续式环形珠磨机制备而得。

在本发明的一实施例中系提供一种光罩，该具有胺基及/或季铵盐的黑色矩阵光阻层系为丙烯酸共聚物，该丙烯酸共聚物系由平均分子量4,000至100,000的共聚单体所组成。

在本发明的一实施例中系提供一种光罩，该黏合剂树脂具有羧基，该羧基包括烯键不饱和基团。

在本发明的一实施例中系提供一种光罩，该光敏材料系敏感于波长范围在480-540纳米的氩离子激光束或钕—钇铝石榴石激光束或波长范围在350-460纳米的卤素光。

经由本发明所采用之技术手段，在光刻制程中作为一个单层并碳黑分散液的黑色矩阵光阻层可以很容易地形成具有薄膜特性以及高遮光特性的图案，，并具有优良的储存稳定性、足够的灵敏度及分辨率。此外，在本发明中，最重要的是本发明的光罩基板具有低成本及对环境友善的优点，因而相较于习知的乳胶光罩基板具有更好的性能。更进一步地，本发明的黑色矩阵光阻层具有优秀的针对刻刮的机械抗性以及针对化学处理的抗性，其性能甚至优于卤化银板。

本发明所采用的具体实施例，将藉由以下之实施例及附呈图式作进一步之说明。

附图说明

第1图为显示根据本创作一实施例的光罩基板之剖面图。

第2A图至第2D图为显示根据本创作的实施例的光罩制造方法之剖面示意图，其中第2A图为显示黑色矩阵光阻层形成于光罩基板，第2B图系显示在该黑色矩阵光阻层经激光光线(蓝光或绿光)或卤素光(i-line、g-line、h-line)照射后的该光罩基板，第2C图为显示该黑色矩阵光阻层被予以显影，第2D图为显示该黑色矩阵光阻层经烘烤后所制得的光罩。

其中，1、透明基板，2、黑色矩阵光阻层。

具体实施方式

以下说明并非为限制本发明的实施方式，而为本发明之实施例的一种。

本发明采用之技术为使用黑色矩阵光阻层，其使用感旋光性树脂分散于其中的遮光颜料(树脂型黑色矩阵)而形成黑色矩阵光阻层，并具有低成本以及无环境污染的优点。此外，树脂型矩阵光阻层具有以下优点：具有可曝光的感光材料、储存稳定性、可达5微米的图案分辨率、对基板良好的黏附性以及对化学和机械刮擦的高抗性。

以下例子为使用黑色矩阵光阻的光罩基板及光罩。

如图所示，光罩基板通过对卤素光(i-line、g-line、h-line)或绿光敏感的一黑色光阻涂布于透明基板1上而形成。该黑色矩阵光阻层2不仅具有对卤素光(i-line、g-line、h-line)及激光绿光(波长为488纳米的氩离子激光束及波长为532纳米的钕—钇铝石榴石激光束)敏感而可形成图案的优点，也具有光遮蔽效果的优点。这种黑色矩阵光阻系为经特别设计的材料，其组成包含具有羧基的黏合剂树脂、具有烯键的不饱和单体、光聚合引发剂、有机溶剂以及特定多官能基硫醇化合物。这种黑色矩阵光阻可轻易地形成薄膜以及可通过光蚀刻法而形成的具有高光遮蔽性的图案，并具有优异的光遮蔽能力、耐刮擦性、储存稳定性，以及足够的灵敏度和分辨率。光罩基板以简单的一个分层过程而具有遮光薄膜、藉由不需要使用卤化物，例如含卤素的乳胶而具有环保的特点、具有良好的化学耐受性并能在大规模生产中高效率地进行制备。

如第1图所示，本发明的光罩基板包含透明基板1而一曝光光线予以投送于透明基板1之上，以及黑色矩阵光阻层2。黑色矩阵光阻层2经配置而包括碳黑分散液、具有胺基的共聚物及/或具有季铵盐的共聚物、含有分散成分的有机溶剂、具有羧基的黏合剂树脂、不饱和单体、以及卤素光的光敏材料或波长范围在480-540纳米的绿光的光敏材料，使得黑色矩阵光阻层2系作为一个单层以作为遮光膜及曝光的感光膜，以及使得黑色矩阵光阻层2的表面经制造而为防止化学处理操作的损伤及机械性刻刮。光敏材料可以是光敏引发剂或感光化合物。黑色矩阵光阻层2藉由卤素光或波长范围在480-540纳米的绿光而光解、对蓝光或绿光敏感、可被水性碱溶液予以显影、良好的光遮性质(光密度范围在2.5-6.0/微米)、低反射性及抗酸/碱性化学物质及抗刻刮。

经涂布黑色矩阵光阻层2的透明基板1系以任何曝光光线为可穿透的材料而制成，例如：优选的纯石英、抛光的钠钙玻璃、硅铝酸盐玻璃、薄膜晶体管液晶(thinfilmtransistorliquidcrystal,TFT-LCD)玻璃、三氟化硼或氟化镁。

黑色矩阵光阻层2通过旋涂涂布、狭缝涂布或狭缝及旋转涂布机器而被予以涂布有100纳米至5微米的厚度。光密度(opticaldensity,OD)根据相应的厚度而介于1.0-6.0之间。较佳地，黑色矩阵光阻层2的厚度为100纳米至6000纳米，特别可为500纳米至2000纳米。并且黑色矩阵光阻层2具有低于20％的低光反射率。举例来说，黑色矩阵光阻层2系以0.5至6微米的厚度涂布于透明基板1上，并在摄氏80至150度下软烤30至80分钟，以及黑色矩阵光阻层2藉由水性碱性显影剂而被予以显影。

在本发明中，另外提供一种通过微影而对前述之光罩基板加上图案所制成的光罩。

本发明中另外提供一种光罩，包含透明基板1而将曝光光线予以投送于透明基板1之上，以及黑色矩阵光阻层2，具有图案刻画。黑色矩阵光阻层2经配置而包括碳黑分散液、具有胺基的共聚物及/或具有季铵盐的共聚物、含有分散成分的有机溶剂、具有羧基的黏合剂树脂、不饱和单体、以及卤素光的光敏材料或波长范围在480-540纳米的绿光的光敏材料，使得该黑色矩阵光阻层系供作为一个单层以作为遮光膜及曝光的感光膜。且，对应于图案刻画的图案系通过一微影制程中的光源穿透过图案刻画而形成于透明基板1上。前述的光敏材料可以是光敏引发剂或感光化合物。

透明基板1系为抛光的钠钙玻璃、铝硅玻璃、浮法硼硅(Boronfloat)玻璃、薄膜晶体管液晶玻璃或纯石英。

相似地，黑色矩阵光阻层2具有大于或等于2.5的光密度，且藉由卤素光或波长范围在480-540纳米的绿光光解。黑色矩阵光阻层2可藉由水性的碱性显影剂而被予以显影，例如氢氧化钾、氢氧化钠和四甲基氢氧化铵。且黑色矩阵光阻层2系在摄氏150度以上的温度下硬烤或使用紫外线固化以确保黑色矩阵光阻层2针对刻刮的机械抗性。

进一步地，黏合剂树脂具有羧基，该羧基包括烯键不饱和基团。

光敏引发剂或感光化合物系敏感于波长范围在480-540纳米的氩离子激光束或钕—钇铝石榴石激光束或波长范围在350-460纳米的卤素光。且黑色矩阵光阻层2系适于在作为抗光处理环境的红光及黄光的环境中通过涂布而进行加工。

进一步地，其经分散的碳黑分散液通过使用连续式环形珠磨机制备而得。

进一步地，具有胺基及/或季铵盐的黑色矩阵光阻层2系为丙烯酸共聚物，其系由平均分子量4,000至100,000的共聚单体所组成。

如第2A图至第2D图所示，经上述所构成的光罩基板接着通过光刻制程而具有图案以形成一个单层结构的光罩。

具体地，藉由使用第2A图的光罩基板，第2D图的光罩系藉由第2B图至第2D图所示的过程而被予以制造出。黑色矩阵光阻层2系形成在透明基板1上。然后经激光束照射于光罩图案而形成有图案(如第2B图至第2D图所示)，且图案系藉由碱性显影剂而被予以显影，最后再通过硬烤以致密黑色矩阵光阻层2。通过上述步骤不仅形成有具有光遮蔽图案的黑色矩阵光阻层2，且黑色矩阵光阻层2具有针对刻刮的机械抗性以及之后在酸及碱中进行清洗的耐受性。

值得注意的是，相较于铬膜及卤化物乳胶的光罩，本发明的光罩具有显著成本效益的黑色矩阵光阻层2。进一步地，相较于铬膜及卤化物乳胶的光罩，本发明的光罩具有可达2微米的更佳的图形分辨率。更重要的是，本发明的光罩的材料因不具有铬以及卤化银而为环保。综上所述，光罩可提高印刷电路板、液晶显示器、发光二极管、触控面板、超级扭曲向列液晶显示器以及微机电系统中的集成度。

以下范例并非为限制本发明的实施方式，而为本发明之实施例的一种。

厚度为0.5至2.0微米的黑色矩阵光阻层2通过旋转或狭缝涂布机而涂布于20x24/24x24/24x28英吋的钠钙玻璃基板上。黏度为3-10cp的黑色矩阵光阻层2以500纳米至1500纳米的厚度涂布于抛光玻璃基板上以达到所需的3-6的光密度。于第1图中，黑色矩阵光阻层2形成于透明基板1上。然后，黑色矩阵光阻层2经激光束照射于光罩图案而形成有图案(如第2B图至第2D图所示)，接着藉由碱性显影剂而将图案予以显影，再经硬烤以致密黑色矩阵光阻层2。通过上述步骤的黑色矩阵光阻层2系形成有光遮蔽图案，并具有针对刻刮的机械抗性以及之后在酸及碱中进行清洗的耐受性。

值得注意的是，相较于铬膜及卤化物乳胶的光罩，本发明的光罩系具有显著成本效益的黑色矩阵光阻层2。进一步地，相较于铬膜及卤化物乳胶的光罩，本发明的光罩具有可达2微米的更佳的图形分辨率。更重要的是，本发明的光罩的材料因不具有铬以及卤化银而为环保。综上所述，光罩可提高印刷电路板、液晶显示器、发光二极管、触控面板、超级扭曲向列液晶显示器以及微机电系统中的集成度。

以下的实施例是相关于黑色矩阵光阻层2的组成。黑色矩阵光阻层2可用于遮光以及对蓝光及绿光敏感。举例来说，黑色矩阵光阻层2包含下述的成分(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)及(G)。具有30至150m2/g的比表面积的成分(A)包含具有初始粒径范围在20至60纳米的碳黑、吸油量为30至100ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯(dibutylphthalate，DBP)以及在浓度为0.2至1.0μmol/m2的粒子表面上的羧基。成分(B)包含具有胺基的共聚物及/或具有季铵盐的共聚物。成分(C)包含有机溶剂。成分(D)包含具有羧基的黏合剂树脂。成分(E)包含具有烯键的不饱和单体。成分(F)包含光聚合引发剂。成分(G)包含具有两个或更多的巯基的硫醇多官能基化合物。

黑色矩阵光阻层2的组成具有以下的比例：重量百分比40至80的成分(A)、重量百分比4至50的成分(B)、重量百分比10至50的成分(D)、重量百分比3至45的成分(E)、重量百分比2至45的成分(F)以及重量百分比2至45的成分(G)。

进一步地，在黑色矩阵光阻层2中，碳黑与成分(B)之重量比的范围介于100:5至100:25。

以上之叙述以及说明仅为本发明之较佳实施例之说明，对于此项技术具有通常知识者当可依据以下所界定申请专利范围以及上述之说明而作其他之修改，惟此些修改仍应是为本发明之发明精神而在本发明之权利范围中。

Claims (10)

1.一种光罩基板，其特征在于，包含：

透明基板，而将曝光光线予以投送于所述透明基板之上；以及

黑色矩阵光阻层，

其中，所述黑色矩阵光阻层经配置而包括碳黑分散液、具有胺基的共聚物及/或具有季铵盐的共聚物、含有分散成分的有机溶剂、具有羧基的黏合剂树脂、不饱和单体、以及卤素光的光敏材料或波长范围在480-540纳米的绿光的光敏材料，使得所述黑色矩阵光阻层系作为一个单层以作为遮光膜及曝光的感光膜，以及使得所述黑色矩阵光阻层的表面经制造而为防止化学处理操作的损伤及机械性刻刮。

2.如权利要求1所述之光罩基板，其特征在于，所述黑色矩阵光阻层具有大于或等于2.5的光密度，且所述黑色矩阵光阻层藉由卤素光或波长范围在480-540纳米的绿光而光解。

3.如权利要求1所述之光罩基板，其特征在于，所述黑色矩阵光阻层系以0.5-6微米厚度而被涂布于所述透明基板上，并在摄氏80-150度下被软烤30-80分钟，且所述黑色矩阵光阻层系藉由水性显影剂而被予以显影。

4.一种光罩基板，其特征在于，所述光罩基板是一种通过微影而对权利要求1所述之加上图案所制成的光罩。

5.一种光罩，其特征在于，包含：

透明基板，而将曝光光线予以投送于所述透明基板之上；以及

黑色矩阵光阻层，具有图案刻画，

其中，所述黑色矩阵光阻层经配置而包括碳黑分散液、具有胺基的共聚物及/或具有季铵盐的共聚物、含有分散成分的有机溶剂、具有羧基的黏合剂树脂、不饱和单体、以及卤素光的光敏材料或波长范围在480-540纳米的绿光的光敏材料，使得所述黑色矩阵光阻层系供作为一个单层以作为遮光膜及曝光的感光膜，且对应于所述图案刻画的图案系通过微影制程中的光源穿透过所述图案刻画而形成于所述透明基板上。

6.如权利要求5所述之光罩，其特征在于，所述黑色矩阵光阻层具有大于或等于2.5的光密度，且藉由卤素光或波长范围在480-540纳米的绿光光解，并且藉由水性显影剂而予以显影，以及经摄氏150度以上的温度硬烤或使用紫外线固化以确保所述黑色矩阵光阻层的针对刻刮的机械抗性。

7.如权利要求5所述之光罩，其特征在于，经分散的所述碳黑分散液通过使用连续式环形珠磨机制备而得。

8.如权利要求5所述之光罩，其特征在于，所述具有胺基及/或季铵盐的黑色矩阵光阻层系为丙烯酸共聚物，所述丙烯酸共聚物系由平均分子量4,000至100,000的共聚单体所组成。

9.如权利要求5所述之光罩，其特征在于，所述黏合剂树脂具有羧基，所述羧基包括烯键不饱和基团。

10.如权利要求5所述之光罩，其特征在于，所述光敏材料系敏感于波长范围在480-540纳米的氩离子激光束或钕—钇铝石榴石激光束或波长范围在350-460纳米的卤素光。