TWI465856B - 製作圖案化材料層的方法 - Google Patents

Description

製作圖案化材料層的方法

本發明是有關於一種製作圖案化材料層的方法；特別是有關於一種藉由半調式光罩(half-tone mask)的特性來提高圖案化材料層之最小線寬的方法。

隨著科技的進步，微電子工業的製造技術一日千里，其中微影技術扮演著相當重要的角色。微影技術主要是利用光源將光罩上所設計好的圖案藉由曝光轉移至感光材料上，並可進一步利用此圖案化的感光材料作為蝕刻罩幕。然而，在微影製程中，圖案的線寬與所使用的光源之波長或聚焦的透鏡之數值孔徑等參數相關，因此線寬的最小值是有極限的。尤其隨著電子元件積集度不斷地增加，元件內部的圖案線寬也相對地縮小，相對使得微影製程的難度提高。

在液晶顯示面板的製程中，經常使用到上述微影技術來製作例如薄膜電晶體(thin-film transistor, TFT)、畫素結構、引線等元件。然而，上述元件的製作同樣受限於習知曝光製程的限制，而無法得到更佳的元件積集度與元件效能。圖1即繪示一種習知的薄膜電晶體。如圖1所示，受限於習知曝光製程的尺寸極限(critical dimension, CD)，薄膜電晶體的通道寬度(channel width)W的最小極限值大約在4微米(μm)左右。由於薄膜電晶體的充電能力以及能量損耗跟通道寬度相關，在無法進一步降低通道寬度的情況下，相對使得薄膜電晶 體的效能受到限制。另一方面，線寬過大的元件圖案也會佔用液晶顯示面板上的可用面積，導致畫素的開口率下降。

本發明提供一種製作圖案化材料層的方法，可以在材料層上形成具有較小線寬的圖案。

本發明另提供一種具有較小線寬圖案的圖案化材料層。

本發明提出的製作圖案化材料層的方法，主要包括下列步驟。首先，提供基材，並且基材上覆蓋感光材料層。然後，提供半色調光罩於基材上方。而半色調光罩具有半色調圖案，且半色調圖案的透光率介於40%至80%之間。之後，藉由半色調光罩的半色調圖案對感光材料層的曝光區域進行曝光，並且使部分曝光區域的曝光深度實質上等於感光材料層的厚度。接著，顯影感光材料層，以形成曝光圖案；其中，曝光圖案暴露出局部的基材，且曝光圖案的最小線寬小於半色調圖案的最小線寬。

在本發明之一實施例中，上述方法另包括在顯影感光材料層之後，以感光材料層為罩幕來蝕刻基材。

在本發明之一實施例中，上述曝光圖案的最小線寬小於或等於2μm。

在本發明之一實施例中，上述半色調圖案的最小線寬為L，而曝光圖案的最小線寬為L'，且L'/L介於0.33與0.5之間。

在本發明之一實施例中，上述感光材料層的厚度介於 1μm與1.3μm之間。

本發明提出一種圖案化材料層，由基材製作而成。首先，在基材上覆蓋感光材料層，並且藉由半色調光罩的半色調圖案對感光材料層的曝光區域進行曝光；其中，半色調圖案的透光率介於40%至80%之間，且部分曝光區域的曝光深度實質上等於感光材料層的厚度。顯影後暴露出局部的基材，且曝光圖案的最小線寬小於半色調圖案的最小線寬。接著，在以感光材料層為罩幕來蝕該基材之後，形成圖案化材料層；其中，圖案化材料層的最小線寬小於或等於2μm。

在本發明之一實施例中，上述半色調圖案的最小線寬為L，而圖案化材料層的最小線寬為L"，且L"/L介於0.33與0.5之間。

本發明採用半色調光罩對材料層進行圖案化，以達到曝光圖案的最小線寬小於光罩上之半色調圖案的最小線寬的要求，進而在材料層上形成線寬較小的圖案。此製作圖案化材料層的方法可以用於製作需要微小線寬的元件，並可進一步提高元件的積集度與製程的餘裕度。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖2A至圖2D繪示本發明製作圖案化材料層方法之實施例。首先，如圖2A所示，提供基材110，並且於基材上110覆蓋感光材料層120。依據應用場合的不同，本實 施例的基材110與感光材料層120可以有多種不同的型態。舉例而言，基材110可以是承載基板、轉移基板、其上已形成有其他元件或膜層的製程中間產物，或是與感光材料層120同屬於多層結構中的上下兩膜層。此外，感光材料層120可以是要對基材110進行圖案化所形成的光阻罩幕，或是本身即為要形成在基材110上的膜層等。當然，隨著感光材料層120的不同性質，形成感光材料層120的方法例如是塗佈(coating)、印刷(printing)、沉積(deposition)等。

接著，如圖2B所示，提供半色調光罩130於基材110上方。半色調光罩130具有半色調圖案132，且半色調圖案132的透光率介於40%與80%之間。更詳細而言，本實施例的半色調光罩130上例如具有不透光區130a與半透光區130b，其中半透光區130b例如覆蓋透光率介於40%至80%之間的半色調薄膜，使得照射到此半透光區130b的光線不會100%通過。

圖3為本發明所採用之半色調光罩130與傳統二元光罩(binary mask)的光強度分佈的比較圖，其中橫軸為對應於光罩圖案的曝光區域的位置，縱軸為通過光罩後的光強度。請參照圖3，曲線310表示習知二元光罩的光強度分佈，而曲線320表示本發明之半色調光罩130的光強度分佈。由圖3可清楚得知，由於半色調光罩上130的光罩圖案為穿透率較低的半色調圖案132，因此通過此區域的光線，其光強度會明顯低於通過傳統二元光罩之光線所具有 的光強度，而呈現如圖3所示的曲線310與曲線320的差異。換言之，雖然通過相同寬度的開口，但應用半色調光罩130所呈現的曝光深度與曝光量會低於傳統的二元光罩。

承上述，本實施例如圖2C所示，藉由半色調光罩130的半色調圖案132對感光材料層120的曝光區域122進行曝光，並且使部分曝光區域122的曝光深度實質上等於感光材料層120的厚度，即確保曝光量足以在感光材料層120上形成鏤空的曝光圖案。接著，如圖2D所示，顯影感光材料層120，以形成曝光圖案124，且曝光圖案124暴露出局部的基材110。

對照圖3所繪示的光強度分布曲線，本發明應用半色調光罩130來進行圖案化製程。如圖3所示，若要在材料層上形成曝光圖案的最小曝光強度為S，此時採用傳統二元式光罩所進行的曝光製程可以得到最小線寬為C的曝光圖案。然而，若採用本發明的半色調光罩130，由於曝光量較低，因此在曝光量仍足以形成曝光圖案的前提下，所得到的曝光圖案將具有比C更小的最小線寬C'。以本實施例所繪示的圖案化製程為例，所形成的曝光圖案124的最小線寬L'會小於半色調圖案132的最小線寬L。在較佳的情況下，本實施例所採用的感光材料層120的厚度介於1μm與1.3μm之間，而所得到的曝光圖案124的最小線寬L'小於或等於2μm，且Ｌ'/L介於0.33與0.5之間。

依據本發明之一實施例，圖4進一步繪示半色調光罩 的半色調圖案的穿透率與應用其進行圖案化製程所能得到的最小線寬的關係圖。在圖4中，橫軸為半色調圖案的穿透率，縱軸為所形成之曝光圖案的最小線寬(μm)。在本實施例中，感光材料層的厚度為固定值，例如1.1μm，而光強度也為定值，例如22mj/cm² 。此時，所形成的曝光圖案的最小線寬會與半色調圖案的穿透率呈現正相關的關係。例如，當半色調圖案的穿透率為40%時所形成的曝光圖案的最小線寬會小於半色調圖案穿透率為80%時所形成的曝光圖案的最小線寬。

圖5係根據本發明繪示圖案化材料層之另一實施例的示意圖。請參照圖5，圖案化材料層100之製作方法與上述實施例之圖案化製程類似，惟本實施例是將感光材料層120作為要對基材110進一步圖案化的光阻罩幕，以形成圖案化材料層100。承接圖2D所繪示的步驟，在感光材料層120上形成曝光圖案124之後，再以感光材料層120為罩幕來蝕刻被曝光圖案124所暴露的基材110，而形成具有圖案112的圖案化材料層100。圖案化材料層100的圖案112會與感光材料層120的曝光圖案124相對應。此時，所形成的圖案112的最小線寬L"理論上會接近曝光圖案124的最小線寬L'。換言之，如同前述，在較佳的情況下，圖案化材料層100的圖案112的最小線寬L"會小於或等於2μm，且圖案化材料層100的圖案112的最小線寬L"與半色調光罩130上的半色調圖案132的最小線寬L的比值，即L"/L會介於0.33與0.5之間。

本發明之製作圖案化材料層的方法係採用半色調光罩來對材料層進行圖案化。由於半色調光罩具有可調制曝光源穿透率與穿透光型的特性，因此曝光時可以輕易達到曝光圖案的最小線寬小於光罩上之半色調圖案的最小線寬的要求，進而在材料層上形成線寬較小的圖案，如此有助於提高元件的積集度與製程的餘裕度。

另一方面，本發明還可以將前述的製作圖案化材料層的方法應用於液晶顯示面板的製程，以進一步降低薄膜電晶體的通道寬度，提高薄膜電晶體的充電效率並降低其能量損耗。此外，降低各元件本身或元件間的最小線寬也有助於提高液晶顯示面板上的元件積集度，改善畫素的開口率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何具有本發明所屬技術領域之通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧圖案化材料層

110‧‧‧基材

112‧‧‧圖案

120‧‧‧感光材料層

122‧‧‧曝光區域

124‧‧‧曝光圖案

130‧‧‧半色調光罩

130a‧‧‧不透光區

130b‧‧‧半透光區

132‧‧‧半色調圖案

L‧‧‧半色調圖案最小線寬

L'‧‧‧曝光圖案最小線寬

L"‧‧‧圖案化材料層的最小線寬

w‧‧‧通道寬度

圖1繪示習知的薄膜電晶體。

圖2A至圖2D係依據本發明繪示製作圖案化材料層方法之實施例。

圖3為本發明所採用之半色調光罩與傳統二元光罩的光強度分佈的比較圖。

圖4繪示半色調光罩的半色調圖案的穿透率與應用其 進行圖案化製程所能得到的最小線寬的關係圖。

圖5係根據本發明繪示圖案化材料層之另一實施例的示意圖。

110‧‧‧基材

120‧‧‧感光材料層

122‧‧‧曝光區域

130‧‧‧半色調光罩

130a‧‧‧不透光區

130b‧‧‧半透光區

132‧‧‧半色調圖案

L‧‧‧曝光圖案最小線寬

L'‧‧‧半色調圖案最小線寬

Claims (14)

1. 一種製作圖案化材料層的方法，包括：提供一基材，該基材上覆蓋一感光材料層；提供一半色調光罩於該基材上方，該半色調光罩具有一不透光區和一半透光區且不具有一完全透光區，其中該半透光區覆蓋一半色調圖案，且該半色調圖案的透光率介於40%與80%之間；藉由該半色調光罩的該半色調圖案對該感光材料層的一曝光區域進行曝光，並且使部分該曝光區域的曝光深度實質上等於該感光材料層的厚度；以及顯影該感光材料層，以形成一曝光圖案，其中該曝光圖案暴露出局部的基材，且該曝光圖案的最小線寬小於該半色調圖案的最小線寬。
2. 如申請專利範圍第1項所述之製作圖案化材料層的方法，另包括在顯影該感光材料層之後，以該感光材料層為罩幕來蝕刻該基材。
3. 如申請專利範圍第1項所述之製作圖案化材料層的方法，其中該曝光圖案的最小線寬小於或等於2微米(μm)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之製作圖案化材料層的方法，其中該半色調圖案的最小線寬為L，而該曝光圖案的最小線寬為L’，且L’/L介於0.33與0.5之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之製作圖案化材料層的方法，其中該感光材料層的厚度介於1μm與1.3μm之間。
6. 一種圖案化材料層，係由一基材製作而成，其中先 在該基材上覆蓋一感光材料層，並且藉由一半色調光罩的一半色調圖案對該感光材料層的一曝光區域進行曝光，該半色調光罩具有一不透光區和一半透光區且不具有一完全透光區，其中該半透光區覆蓋該半色調圖案，該半色調圖案的透光率介於40%與80%之間，且部分該曝光區域的曝光深度實質上等於該感光材料層的厚度，而在顯影後暴露出局部的基材，該曝光圖案的最小線寬小於該半色調圖案的最小線寬，並在以該感光材料層為罩幕來蝕刻該基材之後，形成該圖案化材料層，其中該圖案化材料層的最小線寬小於或等於2微米(μm)。
7. 如申請專利範圍第6項所述之圖案化材料層，其中該半色調圖案的最小線寬為L，而該圖案化材料層的最小線寬為L”，且L”/L介於0.33與0.5之間。
8. 一種製作圖案化材料層的方法，包括：提供一基材，該基材上覆蓋一感光材料層；提供一半色調光罩於該基材上方，該半色調光罩具有一半透光區以及位於該半透光區以外的一不透光區，其中該半透光區覆蓋一半色調圖案，且該半色調圖案的透光率介於40%與80%之間；藉由該半色調光罩的該半色調圖案對該感光材料層的一曝光區域進行曝光，並且使部分該曝光區域的曝光深度實質上等於該感光材料層的厚度；以及顯影該感光材料層，以形成一曝光圖案，其中該曝光圖案暴露出局部的基材，且該曝光圖案的最小線寬小於該 半色調圖案的最小線寬。
9. 如申請專利範圍第8項所述之製作圖案化材料層的方法，另包括在顯影該感光材料層之後，以該感光材料層為罩幕來蝕刻該基材。
10. 如申請專利範圍第9項所述之製作圖案化材料層的方法，其中該曝光圖案的最小線寬小於或等於2微米(μm)。
11. 如申請專利範圍第8項所述之製作圖案化材料層的方法，其中該半色調圖案的最小線寬為L，而該曝光圖案的最小線寬為L’，且L’/L介於0.33與0.5之間。
12. 如申請專利範圍第8項所述之製作圖案化材料層的方法，其中該感光材料層的厚度介於1μm與1.3μm之間。
13. 一種圖案化材料層，係由一基材製作而成，其中先在該基材上覆蓋一感光材料層，並且藉由一半色調光罩的一半色調圖案對該感光材料層的一曝光區域進行曝光，該半色調光罩具有一半透光區以及位於該半透光區以外的一不透光區，其中該半透光區覆蓋該半色調圖案，該半色調圖案的透光率介於40%與80%之間，且部分該曝光區域的曝光深度實質上等於該感光材料層的厚度，而在顯影後暴露出局部的基材，該曝光圖案的最小線寬小於該半色調圖案的最小線寬，並在以該感光材料層為罩幕來蝕刻該基材之後，形成該圖案化材料層，其中該圖案化材料層的最小線寬小於或等於2微米(μm)。
14. 如申請專利範圍第13項所述之圖案化材料層，其 中該半色調圖案的最小線寬為L，而該圖案化材料層的最小線寬為L”，且L”/L介於0.33與0.5之間。