CN109143772A - 灰阶掩膜板 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的灰阶掩膜板，包括透明区、非透明区及包括呈多行多列排列的灰阶图案的灰阶区；任意相邻两行的灰阶图案中，其中一行灰阶图案的遮光图案与另一行灰阶图案的透光图案至少部分边缘重合；任意相邻两列的灰阶图案中，其中一列灰阶图案的遮光图案与另一列灰阶图案的透光图案至少部分边缘重合；透光图案的几何中心点到相邻的遮光图案边缘的距离，与所述遮光图案的几何中心点到相邻的透光图案边缘的距离相等。经过上述灰阶掩膜板后的光能均匀作用在灰阶区对应的半曝光区的光刻胶上；控制光刻过程中半曝光区的光刻胶在曝光显影后的显影高度。采用上述掩膜板可以使曝光更加简单，制程成本大幅度降低。
Description
技术领域
本申请涉及光刻掩膜板制造技术领域，具体而言，涉及一种灰阶掩膜板。
背景技术
随着智能终端(比如，智能手机、智能电视、智能手表、平板电脑等)的兴起，薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，简称：TFT-LCD)越来越多的应用到上述智能终端中。TFT-LCD产业竞争异常激烈，高性价比的TFT-LCD屏不断推入市场。如何在保证TFT-LCD屏质量的情况下，降低生产成本成为企业在激烈市场竞争中获得有利地位的重要保障。在TFT-LCD屏制程工艺中，曝光在整制程工艺中占据着很大一部分成本，如何在减少曝光次数的前提下，保证曝光质量，对于本领域技术人员而言是急需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种灰阶掩膜板，以解决上述问题。
本申请实施例提供一种灰阶掩膜板，该灰阶掩膜板包括透光区、非透光区以及灰阶区，所述灰阶区包括呈多行多列排列的灰阶图案，每一行灰阶图案包括间隔设置的透光图案和遮光图案；
任意相邻两行的灰阶图案中，其中一行灰阶图案的遮光图案与另一行灰阶图案的透光图案至少部分边缘重合；
任意相邻两列的灰阶图案中，其中一列灰阶图案的遮光图案与另一列灰阶图案的透光图案至少部分边缘重合；
所述透光图案的几何中心点到相邻的遮光图案边缘的距离，与所述遮光图案的几何中心点到相邻的透光图案边缘的距离相等。
可选地，在本申请实施例中，所述透光图案与所述遮光图案相同，所述透光图案和所述遮光图案为正多边形。
可选地，在本申请实施例中，所述透光图案和所述遮光图案为正三角形；
每一行灰阶图案中相邻的透光图案与该相邻的透光图案之间的遮光图案边缘重合；
每一列灰阶图案中的透光图案与遮光图案相互间隔设置，所述透光图案与相邻的遮光图案边缘重合。
可选地，在本实施例中，所述透光图案和所述遮光图案为正三角形；
每一行灰阶图案中相邻的透光图案与该相邻的透光图案之间的遮光图案边缘重合；
任意相邻两行的灰阶图案中，其中一行灰阶图案中的遮光图案的边缘与另一行灰阶图案中的两个透光图案的边缘重合，其中与一个透光图案边缘重合部分的长度不小于边缘长度与所述透光图案的几何中心点到各边缘距离一半的差值，与另一个透光图案边缘重合部分的长度不大于所述透光图案的几何中心点到各边缘距离一半。
可选地，在本申请实施例中，所述透光图案和所述遮光图案为正方形；
每一行灰阶图案中相邻的透光图案与该相邻的透光图案之间的遮光图案边缘重合；
每一列灰阶图案中的透光图案与遮光图案相互间隔设置，相邻的透光图案与该相邻的透光图案之间的遮光图案边缘重合。
可选地，在本申请实施例中，所述透光图案和所述遮光图案为正方形；
任意相邻两行的灰阶图案中，其中一行灰阶图案中的遮光图案的边缘与另一行灰阶图案中的一个对应的透光图案的边缘部分重合，与该对应的透光图案边缘重合部分的长度不小于正方形边长的四分之三。
可选地，在本申请实施例中，所述透光图案和所述遮光图案为正方形；
任意相邻两列的灰阶图案中，其中一列灰阶图案中的遮光图案的边缘与另一列灰阶图案中的一个对应的透光图案的边缘部分重合，与该对应的透光图案边缘重合部分的长度不小于正方形边长的四分之三。
可选地，在本申请实施例中，所述透光图案和所述遮光图案为正五边形或正六边形；
所述透光图案或遮光图案与相邻的遮光图案或透光图案边缘重合。
可选地，在本申请实施例中，间隔行和间隔列所对应的灰阶图案相同。
本申请实施例提供的灰阶掩膜板，包括透明区、非透明区及包括呈多行多列排列的灰阶图案的灰阶区，每一行灰阶图案包括间隔设置的透明图案和遮光图案；任意相邻两行的灰阶图案中，其中一行灰阶图案的遮光图案与另一行灰阶图案的透光图案至少部分边缘重合；任意相邻两列的灰阶图案中，其中一列灰阶图案的遮光图案与另一列灰阶图案的透光图案至少部分边缘重合；透光图案的几何中心点到相邻的遮光图案边缘的距离，与所述遮光图案的几何中心点到相邻的透光图案边缘的距离相等。采用上述灰阶掩膜板结构只需一次曝光即可，缩减了曝光次数；同时因透光图案或遮光图案的几何中心点与相邻遮光图案相邻的遮光图案或透光图案的距离限定可以使曝光过程中，经过该灰阶掩膜板后的光能均匀作用在灰阶区对应的半曝光区的光刻胶上；进一步地遮光图案和透光图案至少部分边缘重合的设计可以调节灰阶掩膜板的透光率，控制光刻过程中半曝光区的光刻胶在曝光显影后的显影高度。采用上述灰阶掩膜板可以使曝光更加简单，制程成本大幅度降低。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供灰阶掩膜板的结构示意图；
图2为图1中灰阶区的灰阶图案的放大图；
图3a-图3f为不同灰阶图及采用包括该灰阶图案的灰阶掩膜板进行曝光显影后的显影图案；
图4为本申请实施例提供的透光图案与遮光图案为正三角形的一种灰阶图案示意图；
图5为本申请实施例提供的透光图案与遮光图案为正三角形的另一种灰阶图案示意图；
图6为图4中相邻透光图案与遮光图案之间的距离示意图；
图7为本申请实施例提供的透光图案与遮光图案为正方形的灰阶图案示意图之一；
图8为本申请实施例提供的透光图案与遮光图案为正方形的灰阶图案示意图之二；
图9为本申请实施例提供的透光图案与遮光图案为正方形的灰阶图案示意图之三；
图10为图7中相邻透光图案与遮光图案之间的距离示意图；
图11为采用本申请实施例提供的灰阶掩膜板进行曝光显影后的显影图案。
图标：1-灰阶掩膜板；11-透光区；12-不透光区；13-灰阶区；130-灰阶图案；131-透光图案；132-遮光图案；21-曝光区；22-非曝光区；23-半曝光区。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了解决背景技术中的技术问题，现有技术对传统的掩膜板提供了新的要求，即同一张掩膜板能实现不同的透过率(半透区和全透区)。实现不同透过率的掩膜板包括半透膜掩膜板和灰阶掩膜板，其中，半透膜掩膜板通过改变掩膜板的灰阶区的透光率调节光透过量；灰阶掩膜板是通过调节灰阶区的透光图案和遮光图案的排列和比例实现光透过量的调节。半透膜掩膜板价格非常昂贵，因此采用价格更加适宜的灰阶掩膜板成为首选。
下面对灰阶掩膜板结构进行简单介绍，请参照图1，灰阶掩膜板1包括透光区11、不透光区12及灰阶区(半透光区)13，如图1的灰阶掩膜板1为例，灰阶区13为一矩形，不透光区12位于灰阶区13左右相对的两侧，且不透光区12与灰阶区13边缘重合；透光区11位于灰阶区13上下相对的两侧，且透光区11分别与灰阶区13及不透光区12边缘重合。请参照图2，灰阶区13包括灰阶图案130，灰阶图案130包括透光图案131和遮光图案132。可以理解的是，上述透光区11、不透光区12及灰阶区13的位置关系可以根据实际生产要求，进行调整，上述介绍仅仅是示例，不应当理解为对本申请中灰阶掩膜板结构的限定。接下来对本申请方案的描述都以图1中的灰阶掩膜板1为例，进行介绍。
申请人对灰阶掩膜板进行研究发现：
若采用如图3a所示的条状图案作为透光图案131和遮光图案132构成灰阶掩膜板1的灰阶图案130。请参照图3b，图3b为曝光显影后的显影图案，其中透光区11对应于曝光区21，不透光区12对应于非曝光区22，灰阶区13对应于半曝光区23，采用图3a所示的灰阶图案130在进行曝光显影后，会在灰阶区13对应的半曝光区23的光刻胶上留下如图3b所示的条状图案。
若采用如图3c所示的格子图案作为灰阶图案130(其中，透光图案面积远大于遮光图案面积)，在进行曝光显影后，会在灰阶区13对应的半曝光区23的光刻胶上留下如图3d所示的图案，半曝光区23的光刻胶显影后的高度会低于制成要求，存在过度曝光的问题。
若采用如图3e所示的格子图案作为灰阶图案130(其中，透光图案面积远小于遮光图案面积)，在进行曝光显影后，会在灰阶区13对应的半曝光区23的光刻胶上留下如图3f所示的图案，半曝光区23的光刻胶显影后的高度会高于制成要求，存在曝光不足的问题。
虽然灰阶掩膜板1制造成本相对低廉，但存在均光性差的技术问题，导致采用灰阶掩膜板1进行曝光显影后的光刻胶的形状和高度无法达到制成工艺的要求。
经研究，申请人提供以下实施例中的技术方案用于解决现有灰阶掩膜板1存在的均光性差的问题。
本申请实施例提供一种灰阶掩膜板1，该灰阶掩膜板1的灰阶区13包括呈多行多列排列的灰阶图案130，每一行灰阶图案包括间隔设置的透光图案131和遮光图案132；
其中，任意相邻两行的灰阶图案中，一行灰阶图案的遮光图案132与另一行灰阶图案的透光图案131至少部分边缘重合；
任意相邻两列的灰阶图案中，一列灰阶图案的遮光图案132与另一列灰阶图案的透光图案131至少部分边缘重合；
透光图案131的几何中心点到相邻的遮光图案132边缘的距离，与遮光图案132的几何中心点到相邻的透光图案131的距离相等。
上述灰阶掩膜板1结构中灰阶图案130中透光图案131或遮光图案132的几何中心点与相邻的遮光图案132或透光图案131的距离限定可以使曝光过程中，经过该灰阶掩膜板后的光能均匀作用在灰阶区13对应的半曝光区23的光刻胶上，使得曝光显影后半曝光区23上的光刻胶平整；同时遮光图案132和透光图案131至少部分边缘重合的设计可以调节灰阶掩膜板1的透光率，控制光刻过程中半曝光区23的光刻胶在曝光显影后的显影高度，可以根据制成需求调整重合部分的尺寸，以控制曝光显影后的显影高度。
在本申请实施例中，透光图案131与遮光图案132可以相同，进一步地，透光图案131与遮光图案132可以为正多边形。
接下来主要以透光图案131与遮光图案132为正三角形和正方形为例，对本申请实施例提供的方案进行详尽的介绍。
以透光图案131与遮光图案132为正三角形为例。
请参照图4，图4为透光图案131与遮光图案132为正三角形的一种实施方式对应的灰阶图案130。每一行灰阶图案中相邻的透光图案131与该相邻的透光图案131之间的遮光图案132边缘重合。相邻的透光图案131之间有一顶点重合，相邻的透光图案131的两条边相交于该顶点，并形成一60度的夹角，而该夹角属于该相邻的透光图案131之间的遮光图案132。同理地，每一行灰阶图案中相邻的遮光图案132与该相邻的遮光图案132之间的透光图案131边缘重合。相邻的遮光图案132之间有一顶点重合，相邻的遮光图案132的两条边相交于该顶点，并形成一60度的夹角，而该夹角属于该相邻的遮光图案132之间的透光图案131。
每一列灰阶图案中的透光图案131与遮光图案132相互间隔设置，透光图案131与相邻的遮光图案132边缘重合。具体地，请再次参照图4，在列方向上，透光图案131沿行方向延伸的边缘与相邻的遮光图案132沿行方向上的边缘重合；透光图案131中与该重合边缘相对的顶点与相邻的遮光图案132的顶点重合，同理地，遮光图案132中与该重合边缘相对的顶点与相邻的透光图案131的顶点重合。
请参照图5，图5为透光图案131与遮光图案132为正三角形的另一种实施方式对应的灰阶图案130。每一行灰阶图案中相邻的透光图案131与该相邻的透光图案131之间的遮光图案132边缘重合。相邻的透光图案131之间有一顶点重合，相邻的透光图案131的两条边相交于该顶点，并形成一60度的夹角，而该夹角属于该相邻的透光图案131之间的遮光图案132。同理地，每一行灰阶图案中相邻的遮光图案132与该相邻的遮光图案132之间的透光图案131边缘重合。相邻的遮光图案132之间有一顶点重合，相邻的遮光图案132的两条边相交于该顶点，并形成一60度的夹角，而该夹角属于该相邻的遮光图案132之间的透光图案131。
任意相邻两行的灰阶图案中，一行灰阶图案中的遮光图案132的边缘与另一行灰阶图案中的透光图案131的边缘重合。本实施方式中，透光图案131沿行方向延伸的边缘与相邻行灰阶图案中的两个遮光图案132沿行方向上的边缘重合。即与图4相比，图5中的偶数行灰阶图案相对于图4中偶数行灰阶图案沿行方向移动了预设距离，为了确保灰阶掩膜板1的均光性，在本实施例中该预设距离不大于透光图案131或遮光图案132(正三角形)的几何中心点到各自边缘距离的一半(即边长的)。经过上述移动，透光图案131沿行方向延伸的边缘与其中一个遮光图案132沿行方向上的边缘重合部分的长度不大于倍边长，与另一遮光图案132沿行方向上的边缘重合部分的长度不小于倍边长。在上述预设移动距离内进行移动可以确保灰阶掩膜板的均光性，又能对透过灰阶掩膜板1的光强度进行调节。一般地，移动距离越大对应灰阶掩膜板1的光学强度越小，曝光显影后在对应半曝光区23留下光刻胶的显影高度越高。
请参照图6，在透光图案131或遮光图案132为正三角形时，透光图案131或遮光图案132的几何中心点o与相邻的遮光图案132或透光图案131之间的距离d1即为正三角形几何中心点o距离各边的距离(即边长的)。在进行曝光时，光照在经过透光图案131边缘后发生衍射和散射的偏移距离达到上述正三角形几何中心点o距离各边的距离d1，即可确保遮光图案132对应的半曝光区23能有光线且光强度与透光图案131对应的区域相当，请参照图11，以使曝光显影后整个半曝光区23的光刻胶高度一致。
下面以透光图案131与遮光图案132为正方形为例进行介绍。
请参照图7，图7为透光图案131与遮光图案132为正方形的第一种实施方式，在图7中，每一行灰阶图案中相邻的透光图案131与该相邻的透光图案131之间的遮光图案132边缘重合。同理，每一行灰阶图案中相邻的遮光图案132与该相邻的遮光图案132之间的透光图案131也边缘重合。
每一列灰阶图案中的透光图案131与遮光图案132相互间隔设置，相邻的透光图案131与遮光图案132边缘重合。在本实施方式中，每一列灰阶图案的排布方式与每一行灰阶图案的排布方式相同，再此就不再赘述。
请参照图8，图8为透光图案131与遮光图案132为正方形的第二种实施方式，与图7相比，图8中的灰阶图案130可以通过图7中偶数列灰阶图案统一沿列方向移动预设距离得到，为了确保灰阶掩膜板1的均光性，在本实施例中该预设距离不大于正方形边长的1/4。即经过上述移动后，任意相邻两列的灰阶图案中，其中一列灰阶图案中的遮光图案132的边缘与另一列灰阶图案中的一透光图案131的边缘部分重合，与该透光图案131边缘重合部分的长度不小于正方形边长的3/4倍边长。
请参照图9，图9为透光图案131与遮光图案132为正方形的第三种实施方式，与图7相比，图9中的灰阶图案130可以通过图6中偶数行灰阶图案统一沿行方向移动预设距离得到，为了确保灰阶掩膜板1的均光性，在本实施例中该预设距离不大于正方形边长的1/4。即经过上述移动后，任意相邻两行的灰阶图案中，其中一行灰阶图案中的遮光图案132的边缘与另一行灰阶图案中的一透光图案131的边缘部分重合，与该透光图案131边缘重合部分的长度不小于正方形边长的3/4倍边长。
在预设移动距离内进行移动可以确保灰阶掩膜板的均光性，又能对透过灰阶掩膜板1的光强度进行调节。一般地，移动距离越大对应灰阶掩膜板1的光学强度越小，曝光显影后在对应半曝光区23留下光刻胶的显影高度越高。
请参照图10，在透光图案131或遮光图案132为正方形时，透光图案131或遮光图案132的几何中心点o与相邻的遮光图案132或透光图案131之间的距离d2即为正方形几何中心点o距离各边的距离(即边长的1/2)。在进行曝光时，光照在经过透光图案131边缘后发生衍射和散射的偏移距离达到上述正方形的几何中心点o距离各边的距离d2，即可确保遮光图案132对应的半曝光区23能有光线且光强度与透光图案131对应的区域相当，请参照图11，以使曝光显影后整个半曝光区23的光刻胶高度一致。
在本申请实施例中，透光图案131与遮光图案132也可以是其他的正多边形(比如，正五形和正六变形)，其他正多边形组成的灰阶图案的具体结构可以参照正三边形或正方形，再次就步骤赘述。
在本申请实施例中，在呈多行多列排列的灰阶图案130中，间隔行和/或间隔列所对应的灰阶图案可以相同，即偶数行对应的灰阶图案相同，奇数行对应的灰阶图案相同；或偶数列对应的灰阶图案相同，奇数列对应的灰阶图案相同。
进一步，在本申请实施例中，可以将上述灰阶图案选择任意角度后作为新的灰阶图案使用，比如图9中的灰阶图案130可以看作图8中的行灰阶图案与列灰阶图案沿顺时针旋转90度得到。
综上所述，本申请实施例提供的灰阶掩膜板，只需一次曝光即可，缩减了曝光次数；同时因透光图案或遮光图案的几何中心点与相邻的遮光图案或透光图案的距离限定可以使曝光过程中，经过该灰阶掩膜板后的光能均匀作用在灰阶区对应的半曝光区的光刻胶上；进一步地遮光图案和透光图案至少部分边缘重合的设计可以调节通过灰阶掩膜板的光强强度，控制光刻过程中半曝光区的光刻胶在曝光显影后的显影高度。采用上述灰阶掩膜板可以使曝光更加简单，制程成本大幅度降低。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种灰阶掩膜板，其特征在于，包括透光区、非透光区以及灰阶区，所述灰阶区包括呈多行多列排列的灰阶图案，每一行灰阶图案包括间隔设置的透光图案和遮光图案；
任意相邻两行的灰阶图案中，其中一行灰阶图案的遮光图案与另一行灰阶图案的透光图案至少部分边缘重合；
任意相邻两列的灰阶图案中，其中一列灰阶图案的遮光图案与另一列灰阶图案的透光图案至少部分边缘重合；
所述透光图案的几何中心点到相邻的遮光图案边缘的距离，与所述遮光图案的几何中心点到相邻的透光图案边缘的距离相等。
2.如权利要求1所述的灰阶掩膜板，其特征在于，所述透光图案与所述遮光图案相同。
3.如权利要求2所述的灰阶掩膜板，其特征在于，所述透光图案和所述遮光图案为正多边形。
4.如权利要求3所述的灰阶掩膜板，其特征在于，所述透光图案和所述遮光图案为正三角形；
每一行灰阶图案中相邻的透光图案与该相邻的透光图案之间的遮光图案边缘重合；
每一列灰阶图案中的透光图案与遮光图案相互间隔设置，所述透光图案与相邻的遮光图案边缘重合。
5.如权利要求3所述的灰阶掩膜板，其特征在于，所述透光图案和所述遮光图案为正三角形；
每一行灰阶图案中相邻的透光图案与该相邻的透光图案之间的遮光图案边缘重合；
任意相邻两行的灰阶图案中，其中一行灰阶图案中的遮光图案的边缘与另一行灰阶图案中的两个透光图案的边缘重合，其中与一个透光图案边缘重合部分的长度不小于边缘长度与所述透光图案的几何中心点到各边缘距离一半的差值，与另一个透光图案边缘重合部分的长度不大于所述透光图案的几何中心点到各边缘距离一半。
6.如权利要求3所述的灰阶掩膜板，其特征在于，所述透光图案和所述遮光图案为正方形；
每一行灰阶图案中相邻的透光图案与该相邻的透光图案之间的遮光图案边缘重合；
每一列灰阶图案中的透光图案与遮光图案相互间隔设置，相邻的透光图案与该相邻的透光图案之间的遮光图案边缘重合。
7.如权利要求3所述的灰阶掩膜板，其特征在于，所述透光图案和所述遮光图案为正方形；
任意相邻两行的灰阶图案中，其中一行灰阶图案中的遮光图案的边缘与另一行灰阶图案中的一个对应的透光图案的边缘部分重合，与该对应的透光图案边缘重合部分的长度不小于正方形边长的四分之三。
8.如权利要求3所述的灰阶掩膜板，其特征在于，所述透光图案和所述遮光图案为正方形；
任意相邻两列的灰阶图案中，其中一列灰阶图案中的遮光图案的边缘与另一列灰阶图案中的一个对应的透光图案的边缘部分重合，与该对应的透光图案边缘重合部分的长度不小于正方形边长的四分之三。
9.如权利要求3所述的灰阶掩膜板，其特征在于，所述透光图案和所述遮光图案为正五边形或正六边形；
所述透光图案与相邻的遮光图案边缘重合。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的灰阶掩膜板，其特征在于：
间隔行和/或间隔列所对应的灰阶图案相同。
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