TWI512410B - 半色調光罩及其製造方法，以及採用該半色調光罩之平面顯示器 - Google Patents

Description

半色調光罩及其製造方法，以及採用該半色調光罩之平面顯示器

本發明係關於一種具有一透明基板、一半透光層及一遮光層之半色調光罩，一種製造該半色調光罩之方法，及一種採用該半色調光罩之平面顯示器。

如圖1中所示，一通常用於採用微影蝕刻之圖案化製程的光罩，其包括一透明基板11、在該透明基板11上形成之用於完全透射光之透光部分13，及在該透明基板11上形成之用於完全遮蔽光之遮光部分15。

上述傳統光罩僅形成一個圖案層，因此僅被用於微影蝕刻製程(包括曝光、顯影及蝕刻)之一個週期。更具體而言，在一液晶顯示器之一薄膜電晶體及一彩色濾光片中，有許多沈積/應用層，且該等沈積/應用層係藉由微影蝕刻製程分別圖案化。該微影蝕刻製程僅一個週期之縮減可導致經濟上之優勢。然而，傳統光罩僅形成一個圖案層，因此係不經濟的。

為解決上述問題，已經開發了一種灰色調光罩，其包括完全透射光之透光部分、一完全遮蔽光之遮光層，及一透射減量之照射光的狹縫圖案。但是，該灰色調光罩採用透過一精細圖案的光之繞射來控制透光量，因此由於該狹縫圖案之限制，對於透光量存在一限制。此外，當該灰色調光罩之尺寸大於一指定值時，將不可能實現均勻之圖案化。

因此，考慮到上述問題而提出本發明，且本發明之一目的係提供一種半色調光罩，其應用於一微影蝕刻製程的多個週期且實現均勻之圖案化 而不受該光罩尺寸的限制，並提供一種製造該半色調光罩之方法，及一種採用該半色調光罩之平面顯示器。

根據本發明之一方面，藉由提供一半色調光罩可以完成該等上述及其他目的，該半色調光罩包括一透明基板；一形成於該透明基板上之遮光層，且其具有完全透射一指定波長範圍內之照射光的透光部分，及完全遮蔽該指定波長範圍內之照射光的遮光部分；及部分透射該指定波長範圍內之照射光的半透光部分。

根據本發明之另一方面，提供一種採用該半色調光罩製造之平面顯示器。

根據本發明之另一方面，提供一種製造一半色調光罩之方法，其包括在一透明基板上依序地形成一遮光層及一第一光阻，且藉由曝光、顯影及蝕刻在該遮光層上形成用於透射光之透光部分及用於遮蔽光之遮光部分；移除該第一光阻；在該等遮光部分及該等透光部分上形成一第二光阻，且曝光及顯影該第二光阻，從而將該等透光部分之必要部分曝露於外界；在該第二光阻及該透明基板之曝露部分上，形成一用於部分透射一指定波長範圍內之照射光的半透光層；及移除該第二光阻和形成於該第二光阻上之該半透光層。

根據本發明之另一方面，提供一種製造一半色調光罩之方法，其包括在一透明基板上依序地形成一遮光層及一第一光阻，且藉由曝光、顯影及蝕刻在該遮光層上形成用於透射光之透光部分及用於遮蔽光之遮光部分；移除該第一光阻；在該等遮光部分及該等透光部分上形成一用於部分透射一指定波長範圍內之照射光的半透光層；在該半透光層上形成一第二光阻，且曝光及顯影該第二光阻，從而將該半透光層之必要部分曝露於外界；蝕刻該半透光層之該等曝露部分，且移除該第二光阻。

根據本發明之又一方面，提供一種製造一半色調光罩之方法，其包括在一透明基板上依序地形成一遮光層及一第一光阻，且藉由曝光、顯影及蝕刻在該遮光層上形成用於透射光之透光部分及用於遮蔽光之遮光部分；在該第一光阻及該等透光部分上形成一用於部分透射一指定波長範圍內之照射光的半透光層；藉由移除該第一光阻及該半透光層之形成於該第一光阻上的部分，曝露該等遮光部分；在該等遮光部分及該半透光層之保 留部分上形成一第二光阻，且曝光及顯影該第二光阻，從而將該半透光層之必要部分曝露於外界；及蝕刻該半透光層之該等曝露部分，且移除該第二光阻。

11‧‧‧透明基板

13‧‧‧透光部分

15‧‧‧遮光部分

100‧‧‧半色調光罩

110‧‧‧透明基板

120‧‧‧遮光層

121‧‧‧透光部分

125‧‧‧遮光部分

130‧‧‧半透光部分

141‧‧‧第一光阻

145‧‧‧第二光阻

150‧‧‧半透光層

160‧‧‧半透光層

210‧‧‧玻璃基板

220‧‧‧第一層

221‧‧‧圖案

230‧‧‧第二層

231‧‧‧圖案

240‧‧‧光阻

241‧‧‧光阻240之部分

243‧‧‧光阻240之部分

藉由以上結合隨附圖式之詳細描述，可更加清楚地理解本發明之上述及其他目的、特徵及其他優點，其中：圖1係一傳統光罩之剖視圖；圖2係根據本發明之一實施例的一半色調光罩之剖視圖；圖3a及3b係根據本發明之實施例，說明該半色調光罩之一半透光層的各種形狀之剖視圖；圖4a及4b係根據本發明之一第一實施例，說明製造一半色調光罩之製程之剖視圖；圖5a及5b係根據本發明之一第二實施例，說明製造一半色調光罩之製程之剖視圖；圖6a及6b係根據本發明之一第三實施例，說明製造一半色調光罩之製程之剖視圖；及圖7a及7b係根據本發明之一實施例，說明採用一半色調光罩形成一圖案之方法之剖視圖。

現在，將參考該等隨附圖式詳細描述本發明之較佳實施例。

圖2係根據本發明之一實施例的一半色調光罩100之剖視圖；

如圖2中所示，根據本發明之該實施例之半色調光罩100包括一透明基板110、一遮光層120，及半透光部分130。

完全透射一指定波長範圍內之照射光的透明基板110，係由石英製成。遮光層120係由鉻(Cr)或二氧化鉻(CrO₂ )製成，且其在透明基板110上以一指定圖案形成。在透明基板110之一部分上形成遮光層120的圖案，該部分用作透光部分121，在透明基板110之一部分上未形成遮光層120的圖案，該部分用作遮光部分125。在透光部分121之必要部分上形成之半透光部分130，係藉由向透明基板110施加氧化鉻(Cr_x O_y )膜獲得，因此其部分透射該指定波長範圍內之光。

半透光部分130可以由各種化合物製成，只要該等合成物能夠部分透射一指定波長範圍內之照射光即可。在本發明中，製成半透光部分130之化合物係選自由Cr_x O_y 、Cr_x Co_y 、Cr_x Co_y N_z 、Si_x N_y ，及Mo_x Si_y 組成之群。最佳地，半透光部分130係由Cr_x O_y 製成。在此，下標x、y及z係自然數且指示各化學元素之數目。

照射光之波長範圍根據曝光系統不同而變化，因此其不受限制。通常，採用一波長範圍為300奈米~440奈米之光。半透光部分130係足夠用於部分透射該照射光，且藉由該半透光部分130之透光量並不受限制。較佳地，半透光部分130透射該照射光之10%~90%。

如圖3a中所示，半透光部分130可以不與該等遮光部分125接觸，且如圖3b中所示，其可以與該等遮光部分125之每一部分之一側面接觸。

下文中，參考圖4a及4b，將描述一根據本發明之上述實施例製造該半色調光罩100之製程。圖4a及4b係根據本發明之該第一實施例，說明製造該半色調光罩100之製程的剖視圖。

如圖4a及4b中所示，在步驟S10中，在由石英製成之透明基板110上，依序地形成由Cr或CrO₂ 製成之遮光層120及一正型(positive-type)第一光阻141，且一雷射光束向下照射至該第一光阻141，藉此透過該第一光阻141繪製一需要圖案。較佳地，在遮光層120之拐角處形成校準標記。

在步驟S20中，藉由顯影，將第一光阻141之雷射光束照射之部分移除。在步驟S30中，藉由蝕刻將遮光層120之因移除該第一光阻141而被曝露至外界之部分移除。

在步驟S40中，將第一光阻141完全移除。然後，透明基板110之自其移除遮光層120之部分，用作完全透射一指定波長範圍內之光的透光部分121，透明基板110之其上保留遮光層120之部分，用作完全遮蔽光之遮光部分125。換言之，藉由遮光層120之微影蝕刻製程，形成用於透射光之透光部分121及用於遮蔽光之遮光部分125。

其後，形成用於部分透射一指定波長範圍內之照射光的半透光部分130。現在，將詳細描述半透光部分130之形成。

在步驟S50中，在透光部分121及遮光部分125上塗佈上一正型第二光阻145。在步驟S60中，一雷射光束照射至第二光阻145上，從而該 第二光阻145曝露於該雷射光束下，藉此繪製一透過該第二光阻145形成之對應於待形成之半透光部分130之需要圖案。在步驟S70中，藉由顯影將第二光阻145之該雷射光束照射之部分移除。藉此，透明基板110之部分被曝露至外界。半透光部分130係形成於透明基板110之該等曝露部分上。

為了採用該雷射光束在對應於半透光部分130所塗佈之第二光阻145上正確繪製一圖案，較佳地，在該第二光阻145之曝光及顯影之前，執行一步驟，即採用形成於遮光層120之拐角處的校準標記來校正照射至該第二光阻145上之雷射光束的照射位置。

其後，在步驟S80中，藉由濺射，在第二光阻145及透明基板110之該等曝露部分上塗佈上一由一種化合物製成之半透光層160，將其塗佈至一指定厚度，該半透光層160部分透射一指定波長範圍內之照射光。在步驟S90中，將第二光阻145移除。然後，在移除第二光阻145時，同時地移除在第二光阻145上之由部分透射照射光的化合物製成之半透光層150。

然後，僅在遮光層120之透光部分121之必要部分上塗佈了由化合物製成之半透光層160，藉此形成部分透射該指定波長範圍內之照射光的半透光部分130。藉由半透光層160之化合物的成分及厚度可以視需要控制半透光部分130之透光率，且根據待形成之圖案的形狀，變化地修正半透光部分130之形狀。

半透光部分130可以由各種化合物製成，只要該等合成物能夠部分透射一指定波長範圍內之照射光即可。在本發明中，製成半透光部分130之化合物係選自由Cr_x O_y 、Cr_x Co_y 、Cr_x Co_y N_z 、Si_x N_y ，及Mo_x Si_y 組成之群。最佳地，半透光部分130係由Cr_x O_y 製成。在此，下標x、y及z係自然數且指示各化學元素之數目。

照射光之波長範圍根據曝光系統不同而變化，因此其不受限制。通常，採用一波長範圍為300奈米~440奈米之光。半透光部分130係足夠用於部分透射該照射光，且藉由該半透光部分130之透光量並不受限制。較佳地，半透光部分130透射該照射光之10%~90%。

在下文中，參考圖5a及5b，將描述根據本發明之一第二實施例之製 造一半色調光罩100之製程。圖5a及5b係根據本發明之該第二實施例說明製造該半色調光罩100之製程的剖視圖。

如圖5a及5b中所示，在步驟S10中，由Cr或CrO₂ 製成之遮光層120及正型第一光阻141係依序地形成於由石英製成之透明基板110上，且一雷射光束照射至該第一光阻141上，藉此透過該第一光阻141繪製一需要圖案。較佳地，在遮光層120之拐角處形成校準標記。

在步驟S20中，藉由顯影，將第一光阻141之該雷射光束照射之部分移除。在步驟S30中，藉由蝕刻將遮光層120之因移除該第一光阻141而被曝露至外界之部分移除。

在步驟S40中，將第一光阻141完全移除。然後，透明基板110之自其移除遮光層120之部分，用作完全透射一指定波長範圍內之光的透光部分121，及透明基板110之其上保留遮光層120之部分，用作完全遮蔽光之遮光部分125。換言之，藉由遮光層120之微影蝕刻製程，形成用於透射光之透光部分121及用於遮蔽光之遮光部分125。

其後，形成用於部分透射一指定波長範圍內之照射光的半透光部分130。現在，將詳細描述半透光部分130之形成。

在步驟S50中，在透光部分121及遮光部分125上形成用於部分透射一指定波長範圍內之光的半透光層160。藉由濺射在透光部分121及遮光部分125上塗佈半透光層160。半透光層160係由一部分透射該指定波長範圍內之照射光的化合物製成。在該第二實施例中之半透光層160的上述形成與第一實施例中之半透光層160的形成之區別在於，第一實施例之半透光層160係形成於光阻及透明基板110上。

在形成半透光層160之後，將正型第二光阻145塗佈至該半透光層160上(參考步驟S60)。在步驟S60中，一雷射光束照射至第二光阻145上，藉此透過該第二光阻145繪製一需要圖案，從而將半透光層160之必要部分曝露至外界。在步驟S70中，藉由顯影將第二光阻145之該雷射光束照射至其上之部分移除。

在塗佈第二光阻145之後，為了採用該雷射光束在所塗佈之第二光阻145上正確繪製一圖案，較佳地，在第二光阻145之曝光及顯影之前，執行一步驟，即採用形成於遮光層120之拐角處之校準標記來校正照射至 該第二光阻145上之雷射光束的照射位置。

其後，在步驟S80中，藉由濕蝕刻將半透光層160之該等曝露部分移除，從而將透明基板110之指定部分曝露至外界。在步驟S90中，將在半透光層160上保留之第二光阻145移除。然後，半透光層160保留在遮光部分125及透明基板110之部分上，且半透光層160之保留在部分透明基板110上之部分，係對應於半透光部分130。

即是，將一種部分透射一指定波長範圍內之透射光的化合物塗佈至遮光層120之透光部分121的必要部分上，藉此形成用於部分透射該指定波長範圍內之透射光的半透光部分130。藉由化合物的成分及厚度可以根據需要而控制半透光部分130之透光率，且根據待形成之圖案的形狀，變化地修正半透光部分130之形狀。

半透光部分130或半透光層160可由各種化合物製成，只要該等合成物能夠部分透射一指定波長範圍內之照射光即可。在本發明中，製成半透光部分130之化合物係選自由Cr_x O_y 、Cr_x Co_y 、Cr_x Co_y N_z 、Si_x N_y 、及Mo_x Si_y 組成之群。最佳地，半透光部分130係由Cr_x O_y 製成。在此，下標x、y及z係自然數且指示各化學元素之數目。

照射光之波長範圍根據曝光系統不同而變化，因此其不受限制。通常，採用一波長範圍為300奈米~440奈米之光。半透光部分130係足夠用於部分透射該照射光，且藉由該半透光部分130之透光量並不受限制。較佳地，半透光部分130透射該照射光之10%~90%。

在下文中，參考圖6a及6b，將描述根據本發明之一第三實施例之製造一半色調光罩100之製程。圖6a及6b係根據本發明之該第三實施例說明製造該半色調光罩100的製程之剖視圖。

如圖6a及6b中所示，在步驟S10中，由Cr或CrO₂ 製成之遮光層120及正型第一光阻141係依序地形成於由石英製成之透明基板110上，且一雷射光束照射至該第一光阻141上，藉此透過該第一光阻141繪製一需要圖案。較佳地，在遮光層120之拐角處形成校準標記。

在步驟S20中，藉由顯影，將第一光阻141之雷射光束照射之部分移除。在步驟S30中，藉由蝕刻將遮光層120之因移除該第一光阻141而被曝露至外界之部分移除。藉此，形成其中透明基板110被曝露至外界之 透光部分121，及其中保留該第一光阻141之遮光部分125。換言之，藉由遮光層120之微影蝕刻製程，形成用於透射光之透光部分121及用於遮蔽光之遮光部分125。

在步驟S40中，在保留之第一光阻141及該等曝露之透光部分121上，形成用於部分透射一指定波長範圍內之照射光的半透光層160。在該第三實施例中之半透光層160的上述形成與第二實施例中之半透光層160的形成之區別在於，第二實施例之半透光層160係在移除該保留之第一光阻141之後形成。

藉由濺射在保留之第一光阻141及該等曝露之透光部分121上塗佈半透光層160。半透光層160係由一部分透射該指定波長範圍內之照射光的化合物製成。

在步驟S50中，將保留之第一光阻141及形成於該保留之第一光阻141上之半透光層160移除。藉此，將遮光部分125曝露至外界，且該半透光層160保留在該等透光部分121上。

在半透光層160保留在該等透光部分121上之後，將正型第二光阻145塗佈至該保留之半透光層160及該等遮光部分125上(參考步驟S60)。在步驟S60中，一雷射光束照射至第二光阻145上，藉此透過該第二光阻145繪製一需要圖案，從而將半透光層160之必要部分曝露至外界。在步驟S70中，藉由顯影將第二光阻145之雷射光束照射之部分移除。

在塗佈第二光阻145之後，為了採用該雷射光束在所塗佈之第二光阻145上正確繪製一圖案，較佳地，在第二光阻145之曝光及顯影之前，執行一步驟，即採用形成於遮光層120之拐角處之校準標記來校正照射至該第二光阻145上之雷射光束的照射位置。

在步驟S80中，藉由濕蝕刻作用於保留之半透光層160的曝露部分，而將透明基板110之指定部分曝露至外界。此時，半透光層160之未藉由濕蝕刻移除而最終保留之部分，對應於半透光部分130。

換言之，將一種部分透射一指定波長範圍內之透射光的化合物塗佈至遮光層120之透光部分121的必要部分上，藉此形成用於部分透射該指定波長範圍內之透射光的半透光部分130。藉由半透射層160之化合物的成分及厚度可以根據需要而控制半透光部分130之透光率，且根據待形成 之圖案的形狀，變化地修正半透光部分130之形狀。

半透光部分130或半透光層160可由各種化合物製成，只要該等合成物能夠部分透射一指定波長範圍內之照射光即可。在本發明中，製成半透光部分130之化合物係選自由Cr_x O_y 、Cr_x Co_y 、Cr_x Co_y N_z 、Si_x N_y ，及Mo_x Si_y 組成之群中。最佳地，半透光部分130係由Cr_x O_y 製成。在此，下標x、y及z係自然數且指示各化學元素之數目。

在步驟S90中，將保留在半透光部分130及遮光部分125上之第二光阻145移除。藉此，完成該半色調光罩100之製造。

照射光之波長範圍根據曝光系統不同而變化，因此其不受限制。通常，採用一波長範圍為300奈米~440奈米之光。半透光部分130係足夠用於部分透射該照射光，且藉由該半透光部分130之透光量並不受限制。較佳地，半透光部分130透射該照射光之10%~90%。

圖7a及7b係根據本發明之一實施例，說明一種採用一半色調光罩100形成一圖案之方法的剖視圖。下文中將詳述此方法。

如圖7a及7b中所示，在步驟S100中，其上將形成一圖案之第一層220及第二層230，及一光阻240依序地形成於一玻璃基板210上，將此實施例之一半色調光罩100置於該光阻240之上，且光照射至該半色調光罩100上。在步驟S110中，藉由第一顯影將光阻240選擇性地移除。

藉此，將光阻240之部分241完全移除，光透過半色調光罩100之透光部分121照射在該等部分241上，且將光阻240之部分243部分移除至一指定厚度，光透過半透光部分130照射在該等部分243上。

然後，在步驟S120中，將第二層230之因光阻240的第一顯影而被曝露至外界之部分蝕刻，且在步驟S130中，將第一層220之因第二層230之蝕刻而被曝露至外界之部分蝕刻。藉此，透過該等第一層220及第二層230，分別形成了圖案221。

在步驟S140中，藉由灰化(ashing)，部分移除在該第一顯影之後的光阻240之保留部分，灰化係乾蝕刻之一種類型，用於藉由濺射氣體僅選擇性移除一有機膜。然後，該等藉由灰化移除之光阻240之部分的厚度與光阻240之部分243的厚度相同，且因將光阻240之部分243移除，第二層230被曝露至外界。

最後，在步驟S150中，將第二層230之因灰化光阻240而被曝露至外界之部分蝕刻，藉此形成一圖案231。在步驟S160中，將光阻240完全移除。藉此，透過第一層220及第二層230形成了需要圖案221及231，該等第一層220及第二層230係依序地形成於玻璃基板210上。

藉由使用根據此實施例之上述採用半色調光罩100之方法，同時形成一薄膜電晶體-液晶顯示器(TFT-LCD)之一主動層、一源極/汲極層、一鈍化層，及一像素層係可能的。此外，可將上述方法應用於採用一光罩形成數層之任何製程，例如一形成一彩色濾光片之製程。

在該半色調光罩100包括多個具有不同透光率之半透光部分130的情況下，採用一單個半色調光罩100製造一具有至少三個層之產品係可能的。

上文描述之半色調光罩100及製造其之方法係應用於製造各種顯示器面板。換言之，可利用該半色調光罩100製造一液晶顯示器面板，且進而用來製造一平面顯示器(FPD)。

藉由以上描述可知，本發明提供一種半色調光罩100，其可應用於一微影蝕刻製程之多個週期，用以縮短製造該光罩之需要時間，及減小該光罩之生產成本，本發明還提供一種製造該半色調光罩100之方法，及一種採用該半色調光罩100之平面顯示器。

因為根據氧化鉻(Cr_x O_y )膜之均勻性，即濺射之均勻性，透過本發明之半色調光罩100之一半透光層160，均勻地形成一需要圖案，所以該半色調光罩100尺寸並不受侷限。

雖然為說明起見，已經揭示本發明之較佳實施例，但是熟悉此項技術者應理解，有可能對本發明實現各種修改、增加物及替代物，而不背離如隨附申請專利範圍中揭示之本發明之範圍及精神。

100‧‧‧電容式透明導電膜

110‧‧‧透明基板

111‧‧‧第一表面

113‧‧‧第二表面

120‧‧‧遮光層

130‧‧‧聚合物層

131‧‧‧溝槽

140‧‧‧導電材質

160‧‧‧引線

Claims (6)

1. 一種半色調光罩，包括：一透明基板；一遮光層，包含複數形成於該透明基板上的遮光部分；複數透光部分形成於該透明基板上；以及複數半透光部分，該些半透光部分為一半透光材料所組成並位於至少一透光部分上，該半透光材料係選自由Cr_x O_y 、Cr_x Co_y 、Cr_x Co_y N_z 及Si_x N_y 組成之群組，其中x、y及z為自然數。
2. 如請求項1所述之半色調光罩，其中該遮光部分與該半透光部分與該透明基板的一表面接觸。
3. 如請求項2所述之半色調光罩，其中該半透光部分與鄰近的該遮光部分一側相互間隔。
4. 如請求項2所述之半色調光罩，其中該半透光部分與該遮光部分的一側及一上表面接觸。
5. 如請求項4所述之半色調光罩，其中該半透光部包含一朝該透光部分一方向延伸並與該遮光部分接觸的區域。
6. 如請求項5所述之半色調光罩，其中該半透光部包含朝該透光部分延伸並與該遮光部分間隔的另一區域。