CN1987643B - 光掩模以及使用光掩模制造液晶显示器件阵列基板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于在制造液晶显示器件的阵列基板的工序中形成光刻胶图案的光掩模，其包括具有第一透过率的透射区域；具有第二透过率的遮蔽区域；包括涂覆层并具有第三透过率的第一半透射区域，其中所述涂覆层吸收入射光，从而控制第一半透射区域的第三透过率；包括多个条并具有第四透过率的第二半透射区域，所述的多个条相互间隔，其中第三透过率和第四透过率小于第一透过率，大于第二透过率，并且第三透过率大于第四透过率。

Description

光掩模以及使用光掩模制造液晶显示器件阵列基板的方法
本申请要求享有2005年12月21日提交的韩国专利申请No.2005-0126809的优先权，在此引入其全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器件，更特别地涉及一种光掩模以及使用该光掩模制造液晶显示器件的阵列基板的方法。
背景技术
近来，由于液晶显示(LCD)器件具有低功耗和高度的灵活性，其作为下一代显示器件处于众人注目的焦点中。在LCD器件中，由于有源矩阵型的LCD器件具有高分辨率以及在显示移动图像上的高性能，所以其得到广泛的应用。
通常地，LCD器件通过阵列基板工序、滤色片基板工序和单元工序制造。在阵列基板工序中，薄膜晶体管(TFT)和像素电极可形成于第一基板上。在滤色片基板工序中，滤色片和公共电极可形成于第二基板上。在单元工序中，液晶层形成于第一基板和第二基板之间。
以下，将参照图1对该LCD器件做出详细说明。图1是表明现有的LCD器件的分解图。如图所示，第一基板12和第二基板22相互面对，并且在两者之间形成有液晶层30。第一基板12包括多条栅线14、多条数据线16、多个TFT“Tr”以及多个像素电极18等。栅线14与数据线16相互交叉从而将形成于栅线14和数据线16之间的区域限定为像素区域“P”。TFT“Tr”形成于所述栅线14与数据线16的交叉部分，以及像素电极18形成于像素区域“P”中并与TFT“Tr”连接。
第二基板22包括黑矩阵25、滤色片26以及公共电极28等。黑矩阵25呈格子状以覆盖诸如栅线14，数据线16和TFT“Tr”等的非显示区域。滤色片26形成于黑矩阵25之间并与像素区域“P”对应。滤色片26包括第一至第三滤色片26a、26b和26c，第一至第三滤色片26a、26b和26c每个为红、绿以及蓝色滤色片其中之一。公共电极28形成于黑矩阵25和滤色片26上覆盖第二基板22的整个表面。公共电极28可由透明材料构成。
虽然未图示，在第一基板12和第二基板22的边缘之间形成有密封剂。第一定向层和第二定向层可形成于第一基板12和液晶层30以及第二基板22和液晶层30之间，以及偏振板形成于第一基板12或第二基板22的外表面上。另外，在第一基板12下方的背光组件向所述液晶层30提供光。液晶层30由像素电极18和公共电极28之间的电场驱动，从而使得LCD器件显示图像。
在LCD器件现有的制造方法中，更特别地，在阵列基板的制造方法中，掩模工序用于对数据线，栅线，像素电极等进行构图。由于掩模工序包括许多步骤，如光刻胶的涂覆步骤，显影步骤，蚀刻步骤以及剥离步骤等，所以制造时间增加而产出下降。因此，将提出称为4轮掩模工序的LCD器件的阵列基板的新的制造方法，以便解决这些问题。
传统的阵列基板的制造方法包括5轮掩模工序。然而，新方法包括4轮掩模工序。图2A到2C是表示使用4轮掩模工序制造阵列基板的像素区域工序的横截面图。
如图2A所示，栅极55，栅线(未图示)，栅绝缘层57，数据线65，本征非晶硅的有源层60a，掺杂非晶硅的欧姆接触图案61，源—漏图案66，钝化层75以及透明导电金属层78形成于第一基板50上。
栅极55和栅线(未图示)通过沉积第一金属层(未示出)并且使用第一掩模(未图示)对第一金属层(未图示)进行构图而形成于第一基板50的开关区域“TrA”中。栅极55可从栅线(未图示)延伸并突出。栅绝缘层57形成于包括栅极55和栅线(未图示)的第一基板上。虽然未图示，本征非晶硅层，掺杂非晶硅层以及第二金属层形成于栅绝缘层57上。并且随后，有源层60a，欧姆接触图案61以及源—漏图案66通过使用第二掩模(未图示)对本征非晶硅层，掺杂非晶硅层以及第二金属层顺序地进行构图而形成。同时，数据线65由第二金属层形成。栅绝缘层57，本征非晶硅图案62a，以及掺杂非晶硅图案62b形成于数据线65和第一基板50之间。
接下来，具有漏接触孔76的钝化层75通过沉积无机材料层(未图示)并使用第三掩模(未图示)对无机材料层(未图示)进行构图而形成于源—漏图案66上。漏接触孔76部分地暴露出源—漏图案66。透明导电金属层78形成于钝化层75上并通过漏接触孔76与源—漏图案66接触。随后，相对于第一基板50具有第一高度h1的光刻胶(PR)层85形成于透明导电金属层78上，以及第四掩模91设置在PR层85上方。第四掩模91具有透射区域“TA”，遮蔽区域“BA”以及半透射区域“HTA”。半透射区域“HTA”具有比透射区域“TA”低，比遮蔽区域“BA”高的透过率。随后，PR层85通过第四掩模91进行曝光。
如图2B所示，第一PR图案85a和第二PR图案85b通过对PR层85进行显影而形成于透明导电金属图案78上。第一PR图案85a对应于遮蔽区域“BA”并相对于第一基板50具有第一高度h1，以及第二PR图案85b对应于半透射区域“HTA”并相对于第一基板50具有比第一高度h1小的第二高度h2。对应于透射区域“TA”的PR层85完全去除，从而对应于栅极55的透明导电金属图案78暴露于第二PR图案85b之间。
由于透明导电金属层78具有阶梯差(step difference)，第二PR图案85b相对于透明导电金属层78具有第一，第二和第三厚度t1，t2和t3。第二厚度t2比第一厚度t1大，比第三厚度t3小。在第一区域A1中的第二PR图案85b由于相对于栅极55，有源层60a，欧姆接触图案61以及源—漏图案66的区域具有最高的阶梯，具有第一厚度t1。在第二区域A2中的第二PR图案85b由于相对于不包括栅极55的区域具有中间的阶梯，具有第二厚度t2，以及在第三区域A3中的第二PR图案85b由于相对于不包括栅极55，有源层60a，欧姆接触图案61和源—漏图案66的区域具有最低的阶梯，具有第三厚度t3。
如图2C所示，将暴露于第二PR图案85b之间的透明导电金属层78去除。将通过去除透明导电金属层78而暴露出的源—漏图案66和欧姆接触图案61顺序地去除，从而形成源极67，漏极69和欧姆接触层60b。将欧姆接触层60b和有源层60a限定为半导体层60。接下来，通过灰化将第二PR图案85b从透明导电金属层78去除。与此同时，将第一PR图案85a部分地去除。灰化应该彻底进行以暴露出透明导电金属层78，直到将在第三区域A3中的第二PR图案85b完全去除。
在这种情况下，在灰化结束之前，将具有第一厚度t1或/和第二厚度t2的第二PR图案85b暴露出。因此，由于该灰化时间随着第一和第二厚度t1和t2或第二和第三厚度t2和t3之间的厚度差的灰化时间同样程度地增加，该阵列基板的制造时间增加了。
发明内容
因此，本发明提出一种光掩模以及使用该光掩模制造液晶显示器件的阵列基板的方法，其基本上消除了由于现有技术的限制和缺陷带来的一个或多个技术问题。
本发明的目的是提供一种包括透射区域，遮蔽区域，第一半透射区域和第二半透射区域，可用于制造LCD器件的阵列基板的光掩模。
本发明的另一目的是提供一种使用该光掩模可减少加工时间的制造LCD器件的阵列基板的方法。
本发明的其它优点、目的及特征将在下述说明书部分得到阐明，并且其对于本领域的普通技术人员来说由以下阐述或本发明的应用中了解都是显而易见的。本发明的目的及其他优点可由在书面的说明书和权利要求以及示出栅极和栅绝缘层之间的附图中特别指出的结构实现和获得。
为了实现这些目标及其它优点以及根据本发明的目的，如此处所广义和具体描述的，本发明提供一种用于在制造液晶显示器件的阵列基板的工序中形成光刻胶图案的光掩模，其包括具有第一透过率的透射区域；具有第二透过率的遮蔽区域；包括涂覆层并具有第三透过率的第一半透射区域，其中所述涂覆层吸收入射光，从而控制第一半透射区域的第三透过率；包括多个条并具有第四透过率的第二半透射区域，所述的多个条相互间隔，其中第三透过率和第四透过率小于第一透过率，并大于第二透过率，并且第三透过率大于第四透过率。
本发明的另一个技术方案中，公开了一种液晶显示器件的阵列基板的制造方法，包括：通过对第一金属层进行沉积和构图从而在基板上形成栅线和栅极；在栅线和栅极上形成栅绝缘层；通过对本征非晶硅层，掺杂非晶硅图案以及第二金属层顺序地进行沉积和构图而形成有源层，欧姆接触图案，源-漏图案以及数据线，其中有源层，欧姆接触图案以及源-漏图案对应于所述栅极；在源-漏图案上形成包括漏接触孔的钝化层，该漏接触孔暴露出部分的源-漏图案；在钝化层上形成透明导电金属层；在透明导电金属层上形成光刻胶层；在PR层上设置具有透射区域，遮蔽区域，第一半透射区域和第二半透射区域的光掩模，其中所述第一半透射区域包括涂覆层，该涂覆层吸收入射光从而控制第一半透射区域的透过率，所述第二半透射区域包括多个条，所述的多个条相互间隔；第一半透射区域和第二半透射区域具有比透射区域小，比遮蔽区域大的透过率，并且第一半透射区域具有比第二半透射区域大的透过率；在透明导电金属层上由PR层形成第一，第二和第三PR图案，从而将对应于栅极的透明导电金属层通过第一，第二和第三PR图案暴露出，其中相对于透明导电金属层而言，第二PR图案具有与第三PR图案基本上相同的厚度，并且第一PR图案比第二PR图案更厚，其中相对于基板而言，第二PR图案具有比第一PR图案小，比第三PR图案大的高度；去除由第一，第二和第三PR图案暴露出的透明导电金属层；通过灰化从透明导电金属层上去除第二和第三PR图案；去除将第二和第三PR图案去除而暴露出的透明导电金属层。
应该理解对本发明进行的上述概括说明和以下详细说明为示例性的和解释性的，并旨在提供如权利要求所述本发明的进一步解释。
附图说明
包含用来提供本发明进一步理解并结合进来组成本申请一部分的附图，其示出了本发明的实施方式，并和说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是表明现有的LCD器件的分解图；
图2A到2C是表示根据现有技术制造LCD器件的阵列基板的过程的横截面图；
图3是表示根据本发明的光掩模的横截面图；
图4A到4H是表示使用根据本发明的光掩模制造LCD器件的阵列基板的工序的横截面图。
具体实施方式
下面详细参考本发明的优选实施方式，在附图中示出其实施方式。
图3是表示根据本发明的用于制造LCD器件的阵列基板的光掩模的横截面图。如图所示，该光掩模包括透射区域“TA”，遮蔽区域“BA”，第一半透射区域“HTA1”以及第二半透射区域“HTA2”。透射区域“TA”可具有100％的透过率，以及遮蔽区域“BA”具有0％的透过率。第一半透射区域“HTA1”和第二半透射区域“HTA2”具有在透射区域“TA”和遮蔽区域“BA”之间的不同的透过率。
第一半透射区域“HTA1”具有50％到60％之间的透过率并为半色调型。第二半透射区域“HTA2”具有20％到40％之间的透过率并为多狭缝型(multi-slit)。半色调型通过在光掩模191的上表面或下表面形成涂覆层193而形成。涂覆层193吸收入射光，从而控制第一半透射区域“HTA1”的透过率。因此，当涂覆层193具有多层涂覆层或更大的厚度时，第一半透射区域的透过率比具有单层涂覆层的第一半透射区域的透过率更小。在第二半透射区域“HTA2”中，多狭缝型通过多个条195而形成。该多个条195互相间隔分离，并且该多个条195之间的缝隙定义为狭缝194。光通过该狭缝194。每个条195完全阻挡光并具有预定的宽度。通过狭缝194的光发生衍射，从而所述的光到达对应于条195的区域。由于条195吸收了光，因此带有条195比不带有条195的透过率更低。另外，随着狭缝194之间的距离变窄或条具有更大的宽度，第二半透射区域“HTA2”的透过率将更低。
所有第一半透射区域和第二半透射区域可由涂覆层形成。然而，这种情况下，涂覆层的厚度非常难于控制。另外，当第一半透射区域为单层，第二半透射区域为多层时，第一半透射区域以及第二半透射区域之间的透过率差将太大。第一半透射区域以及第二半透射区域也可通过控制狭缝间的间隙或条的宽度形成为多狭缝型。在这种情况下，该光掩模只对更小的尺寸，而不是更大的尺寸有效。此外，当第一半透射区域和第二半透射区域位置接近时，第一半透射区域和第二半透射区域之间更宽的狭缝将相互影响。因此，本发明的第一半透射区域“HTA1”形成为半色调型，且本发明的第二半透射区域“HTA2”形成为多狭缝型。
图4A到4G是表示使用上述根据本发明的光掩模制造阵列基板像素区域的工序的横截面图。
如图4A所示，通过第一掩模工序，栅极115形成于基板110上。栅极115通过沉积第一金属层(未图示)并使用第一掩模(未图示)对第一金属层(未图示)进行构图而形成于基板110的开关区域“TrA”中。基板110包括多个像素区域“P”和开关区域“TrA”。更详细地，第一金属层通过沉积第一金属而形成于基板110上。第一光刻胶(PR)层(未图示)形成于第一金属层上，并且具有透射区域和遮蔽区域的第一掩模设置于第一PR层上方。将第一PR层曝光并显影，从而第一PR图案对应于开关区域“TrA”的中心。将由第一PR图案暴露出的第一金属层去除，从而在基板110的开关区域“TrA”中形成栅极115。同时，在基板110上形成栅线(未图示)。栅极115从栅线延伸至像素区域“P”中。
图4B描述了第二掩模工序。栅绝缘层124通过沉积诸如硅氧化物和硅氮化物的无机绝缘材料而形成于包括栅极115和栅线的基板110上。虽然未图示，本征非晶硅层，掺杂非晶硅层，第二金属层以及第二PR层顺序地形成于栅绝缘层124上。随后，第二PR图案181通过使用第二掩模(未图示)对第二PR层进行曝光和显影而形成于第二金属层(未图示)上。第二掩模具有透射区域和遮蔽区域。第二PR图案181对应于开关区域“TrA”和将要形成有数据线的区域。
将暴露于第二PR图案181之间的第二金属层去除，以及将第二金属层之下的掺杂非晶硅层和掺杂非晶硅层之下的本征非晶硅层去除。结果，形成数据线134，源-漏图案139，欧姆接触图案130和有源层127。本征非晶硅图案128具有与有源层127相同的材料，掺杂非晶硅图案131具有与基板110和数据线134之间的欧姆接触图案130相同的材料。将第二PR图案181从源-漏图案139和数据线134上去除。
如图4C所示，钝化层145通过沉积诸如硅氧化物和硅氮化物的无机绝缘材料而形成于数据线134和源-漏图案139上。虽然未图示，第三PR层形成于钝化层145上，并且具有透射区域和遮蔽区域的第三掩模设置在第三PR层上方。随后，第三PR图案183通过使用第三掩模对第三PR层进行曝光和显影而形成于钝化层145上。另外，通过使用第三PR图案183作为掩模以去除钝化层145而形成暴露出部分源-漏图案139的漏接触孔149。将第三PR图案183从钝化层145上去除。
如图4D所示，透明导电金属层158通过沉积诸如铟锡氧化物(ITO)和铟锌氧化物(IZO)的透明导电金属而形成于钝化层145上。透明导电金属层158通过漏接触孔149与源-漏图案139接触。第四PR层185形成于透明导电金属层158上，并且随后光掩模191设置在第四PR层185之上。第四掩模191具有如上所述的透射区域“TA”，遮蔽区域“BA”，第一半透射区域“HTA1”以及第二半透射区域“HTA2”。第四PR层185使用光掩模191进行曝光和显影。如上所述的，第一半透射区域“HTA1”和第二半透射区域“HTA2”具有比透射区域“TA”小，比遮蔽区域“BA”大的透过率。在本发明中，第一半透射区域“HTA1”具有50％到60％之间的透过率，第二半透射区域“HTA2”具有20％到40％之间的透过率。第一半透射区域“HTA1”为半色调型，第二半透射区域“HTA2”为多狭缝型(multi-slit)。
遮蔽区域“BA”对应于栅极115，且透射区域“TA”对应于将要形成像素电极的区域。第一半透射区域“HTA1”对应于区域“D”和区域“E”。区域“D”对应于栅极115两侧的源-漏图案139。因此，第一半透射区域“HTA1”位于遮蔽区域“BA”的两侧。区域“E”对应于数据线134。第二半透射区域“HTA2”对应于区域“C”和区域“F”。区域“F”的第二半透射区域“HTA2”位于区域“E”的第一半透射区域“HTA1”的两侧。区域“C”的第二半透射区域“HTA2”位于区域“D”的第一半透射区域“HTA1”的一侧。换言之，区域“C”的第二半透射区域“HTA2”对应于源-漏图案139形成的阶梯。
如图4E所示，使用光掩模191对第四PR层185进行曝光和显影，从而在透明导电金属层158上形成三个PR图案185a，185b和185c。对应于遮蔽区域“BA”的透明导电金属层158暴露于所述三个PR图案185a，185b和185c之间。第四PR层185a对应于光掩模191的透射区域“TA”，并具有相对于基板110的第一高度h11。第五PR层185b对应于第一半透射区域“HTA1”，并具有相对于基板110的第二高度h12。第六PR层185c对应于第二半透射区域“HTA2”，并具有相对于基板110的第三高度h13。第五和第六PR图案185a，185b具有相对于基板110不同的高度，并且区域“E”的第三厚度t13比区域“D”的第一厚度t11大栅极115的厚度。然而，区域“E”的第三厚度t13与区域“C”的第二厚度t12和区域“F”的第四厚度t14基本上相同。因此，通过灰化去除第五和第六PR图案185a和185b从而暴露出透明导电金属层158所花费的时间相同。结果，本发明可以减少灰化以暴露出透明导电金属层的工序时间。
在现有技术中，区域“C”或区域“F”的PR图案具有与区域“D”或区域“E”的PR图案相同的高度。因此，相对于现有技术，本发明具有随着第二和第三高度h12和h13之间的高度差相同程度减少的灰化时间。
将暴露于第四到第六PR图案185a，185b和185c之间的透明导电金属层158去除。将透明导电金属层158之下的钝化层145，源-漏图案139以及欧姆接触图案130顺序地去除。结果，欧姆接触层130a由欧姆接触图案130形成于有源层上。欧姆接触层130a相互间隔分离。欧姆接触层130a和有源层127称为半导体层132。另外，相互分开的源极136和漏极138形成于欧姆接触层130a上。因此，包括栅极115，栅绝缘层124，有源层127，欧姆接触层130a，源极136以及漏极138的薄膜晶体管(TFT)“Tr”形成于开关区域“TrA”中。
在本示例的实施方式中，第一半透射区域“HTA1”对应于数据线134。然而，在另一示例的实施方式中，第二半透射区域“HTA2”可对应于数据线134。在这种情况下，对应于数据线134的PR图案可具有比上述情况小的厚度。
接下来，如图4F所示，将第五和第六PR图案185a和185b通过灰化从透明导电金属层158上去除，从而暴露出对应于第五和第六PR图案185a和185b的透明导电金属层158。由于第四PR图案185a比第五和第六PR图案185a和185b更厚，所以第四PR图案185a保留在透明导电金属层158上。
如图4G所示，由第四PR图案185a暴露出的透明导电金属层(图4F的158)从钝化层145上去除。结果，像素电极161由透明导电金属层158(图4F的158)形成于像素区域“P”的钝化层145上。像素电极161通过漏接触孔149与TFT“Tr”的漏极接触。
接下来，如图4H所示，将第四PR图案185a从像素电极161上去除，从而制造出本发明的阵列基板。

Claims (12)

1.一种用于在制造液晶显示器件的阵列基板的工序中形成光刻胶图案的光掩模，包括：
具有第一透过率的透射区域；
具有第二透过率的遮蔽区域；
包括涂覆层并具有第三透过率的第一半透射区域，其中所述涂覆层吸收入射光，从而控制第一半透射区域的第三透过率；
包括多个条并具有第四透过率的第二半透射区域，所述的多个条相互间隔，
其中第三透过率和第四透过率小于第一透过率，大于第二透过率，并且第三透过率大于第四透过率。
2.根据权利要求1所述的光掩模，其特征在于，所述第一透过率为100％。
3.根据权利要求1所述的光掩模，其特征在于，所述第二透过率为0％。
4.根据权利要求1所述的光掩模，其特征在于，所述的第三透过率在50％到60％之间。
5.根据权利要求1所述的光掩模，其特征在于，所述的第三透过率由涂覆层的厚度和涂覆层的数量其中之一控制。
6.根据权利要求1所述的光掩模，其特征在于，所述的第四透过率在20％到40％之间。
7.根据权利要求1所述的光掩模，其特征在于，所述的第四透过率由所述的多个条的宽度或者所述的多个条之间的距离控制。
8.根据权利要求1所述的光掩模，其特征在于，所述的阵列基板的上层具有由第一图案和第一图案上的第二图案产生的第一阶梯差以及由第二图案产生的第二阶梯差，所述的第一半透射区域对应于第一阶梯差，所述的第二半透射区域对应于第二阶梯差。
9.根据权利要求8所述的光掩模，其特征在于，所述阵列基板的上层具有在第二图案上的包括漏接触孔的钝化层和所述钝化层上的透明导电材料层，所述漏接触孔暴露出部分的第二图案；光刻胶层形成在所述透明导电材料层上；且所述光掩模设置于所述光刻胶层上方，从而使得在第一和第二阶梯差上的第一和第二光刻胶图案具有相同的厚度。
10.一种液晶显示器件的阵列基板的制造方法，包括：
通过对第一金属层进行沉积和构图从而在基板上形成栅线和栅极；
在栅线和栅极上形成栅绝缘层；
通过对本征非晶硅层，掺杂非晶硅图案以及第二金属层顺序地进行沉积和构图而形成有源层，欧姆接触图案，源-漏图案以及数据线，其中有源层，欧姆接触图案以及源-漏图案对应于所述栅极；
在源-漏图案上形成包括漏接触孔的钝化层，该漏接触孔暴露出部分的源-漏图案；
在钝化层上形成透明导电金属层；
在透明导电金属层上形成光刻胶层；
在光刻胶层上设置具有透射区域，遮蔽区域，第一半透射区域和第二半透射区域的光掩模，其中所述第一半透射区域包括涂覆层，该涂覆层吸收入射光从而控制第一半透射区域的透过率，所述第二半透射区域包括多个条，所述的多个条相互间隔；第一半透射区域和第二半透射区域具有比透射区域小，比遮蔽区域大的透过率，并且第一半透射区域具有比第二半透射区域大的透过率；
在透明导电金属层上由光刻胶层形成第一，第二和第三光刻胶图案，从而将对应于栅极的透明导电金属层通过第一，第二和第三光刻胶图案暴露出，其中相对于透明导电金属层而言，第二光刻胶图案具有与第三光刻胶图案相同的厚度，并且第一光刻胶图案比第二光刻胶图案更厚，其中相对于基板而言，第二光刻胶图案具有比第一光刻胶图案小，比第三光刻胶图案大的高度；
去除由第一，第二和第三光刻胶图案暴露出的透明导电金属层；
通过灰化从透明导电金属层上去除第二和第三光刻胶图案；
去除通过去除第二和第三光刻胶图案而暴露出的透明导电金属层。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述去除由第一，第二和第三光刻胶图案暴露出的透明导电金属层的步骤进一步包括在欧姆接触图案上形成相互间隔的源极和漏极的步骤，该步骤通过去除由第一，第二和第三光刻胶图案暴露出的透明导电金属层之下的源-漏图案的中央部分而实现。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在去除通过去除第二和第三光刻胶图案而暴露出的透明导电金属层的步骤之后，进一步包括去除所述第一光刻胶图案的步骤。
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