TWI576654B - 光罩基板以及光罩 - Google Patents

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光罩基板以及光罩
本發明相關於一種在印刷電路板、集成電路、凸塊製程、微型機械電子系統中的發光二極體、超级扭曲向列液晶顯示器的製造中所使用的光罩基板以及光罩,特別是相關於一種使用一黑色矩陣光阻層作為遮光膜的光罩基板以及光罩。
習知的微影製程係包括有乳膠板光罩的使用,例如為使用於用在印刷電路板(printed circuit board,PCB)的微圖案、發光二極體(light-emitting diode,LED)裝置、及超级扭曲向列(super-twisted nematic,STN)液晶顯示器。該乳膠板的圖樣特徵可小至20-50微米。由於特徵尺寸的限制,乳膠光罩無法滿足特徵尺寸小於20微米的圖案之要求,因而產生另一種鉻膜光罩基板。鉻膜光罩基板係以藉由將堆疊鉻膜(厚度為80-100奈米)及鉻氧氮類(CrOxNy)化合物(厚度為25奈米)而產生的鉻膜予以形成在一光罩基板上而成形,並可用於製造高密度的集成電路半導體,例如大型積體電路(large scale integration,LSI)晶片及超大型積體電路(very large scale integration,VLSI)晶片、感光耦合元件(charge-coupled device,CCD)及液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)的濾光片、印刷電路板、微機電系統(micro-mechanical electronics system,MES)等。
用於微型製造的光罩係透過一光罩基板製造而得,該光罩基板包含:一透明基板,例如石英玻璃及矽酸鋁玻璃;以及一遮光膜,通常為鉻膜的形式,其係透過濺射或真空蒸鍍技術而沉積在該透明基板上。選擇性地,遮光 膜也可以為感光鹵化物乳膠薄膜的形式,其係藉由一旋轉或一噴塗製程而塗佈於該透明基板上。隨後,該光罩基板係於一光罩廠透過在該光罩基板的該遮光膜中形成一特定圖案而產生。
無論是乳膠或鉻膜光罩基板,其遮光膜皆須具有低光反射性以及針對一光罩讀寫機的高靈敏度曝光的特性。為了在之後的圖案複製過程中應付圖案完整性的長時間週期,一遮光膜應該具有機械、化學以及環境上的可靠度。除此之外,為了避免自半導體基板表面反射的光線照射並穿透投影鏡頭而因此再次經該光罩反射並返回至該半導體基板,通常一低反射的塗層(如乳膠光罩基板)或抗反射塗層(如鉻膜光罩基板)會形成在該遮光膜的表面,或同時形成在該遮光膜的表面及背面。
在光罩的成本的考慮下,鉻膜光罩除了頂部的抗蝕層,通常具有一兩層結構或一三層結構,而具有高解析度以及良好的機械和化學可靠度的優點。另一方面,雖然鹵化銀乳膠光罩具有高光敏度以及優良的成像品質,但由於嚴重的感光問題,例如因銀粒所導致的光敏度或圖形對比度劣化,使得其解析度受限在30-50微米之間。此外,鹵化銀乳膠光罩並不環保。
通常,彩色濾光片由具有金屬膜(如鉻膜)的黑色矩陣所形成。該技術包括氣相沉積一金屬,例如鉻在一透明基板上,並透過一光刻步驟蝕刻該鉻層,因而產生輕薄、高光遮蔽率且具有高精度的黑色矩陣。然而,前述技術具有因過長的生產製程以及低生產率所帶來的高成本問題,以及經蝕刻處理所排出的廢水而導致的環境汙染問題等。
因此,為解決上述問題,本發明的一目的即在提供一種以黑色矩陣光阻取代鉻膜和鹵化銀乳膠的光罩基板。
本發明的另一目的係為藉由提供對特定波長敏感的光敏引發劑或光敏化合物,而改善光敏材料以及黑色矩陣光阻的解析度,例如感綠光及感紅光。
本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係提供一種光罩基板,包含:一透明基板,而將一曝光光線予以投送於該透明基板之上;以及一黑色矩陣光阻層,其中,該黑色矩陣光阻層經配置而包括一碳黑分散液、一具有胺基的共聚物及/或一具有季銨鹽的共聚物、一含有分散成分的有機溶劑、一具有羧基的黏合劑樹脂、不飽和單體、以及一鹵素光的光敏材料或一波長範圍在480-540奈米的綠光的光敏材料,使得該黑色矩陣光阻層係作為一個單層以作為一遮光膜及一曝光的感光膜,以及使得該黑色矩陣光阻層的一表面經製造而為防止一化學處理操作的損傷及一機械性刻刮。
在本發明的一實施例中係提供一種光罩基板,該黑色矩陣光阻層具有一大於或等於2.5的光密度,且該黑色矩陣光阻層藉由鹵素光或波長範圍在480-540奈米的綠光而光解。
在本發明的一實施例中係提供一種光罩基板,該黑色矩陣光阻層係以0.5-6微米厚度而被塗佈於該透明基板上,並在攝氏80-150度下被軟烤30-80分鐘,且該黑色矩陣光阻層係藉由一水性顯影劑而被予以顯影。
本發明為解決習知技術之問題所採用之另一技術手段係提供一種透過微影而對前述所述之光罩基板加上一圖案所製成的光罩。
本發明為解決習知技術之問題所採用之另一技術手段係提供光罩,包含:一透明基板,而將一曝光光線予以投送於該透明基板之上;以及一黑色矩陣光阻層,具有一圖案刻畫,其中,該黑色矩陣光阻層經配置而包括一碳黑分散液、一具有胺基的共聚物及/或一具有季銨鹽的共聚物、一含有分散成分的有機溶劑、一具有羧基的黏合劑樹脂、不飽和單體、以及一鹵素光的光敏 材料或一波長範圍在480-540奈米的綠光的光敏材料,使得該黑色矩陣光阻層係供作為一個單層以作為一遮光膜及一曝光的感光膜,且對應於該圖案刻畫的一圖案係通過一微影製程中的光源穿透過該圖案刻畫而形成於該透明基板上。
在本發明的一實施例中係提供一種光罩,該黑色矩陣光阻層具有一大於或等於2.5的光密度,且藉由鹵素光或波長範圍在480-540奈米的綠光光解,並且藉由一水性顯影劑而予以顯影,以及在攝氏150度以上被硬烤或使用紫外線固化以確保該黑色矩陣光阻層的針對刻刮的機械抗性。
在本發明的一實施例中係提供一種光罩,經分散的該碳黑分散液係透過使用一連續式環形珠磨機製備而得。
在本發明的一實施例中係提供一種光罩,該具有一胺基及/或一季銨鹽的黑色矩陣光阻層係為一丙烯酸共聚物,該丙烯酸共聚物係由平均分子量4,000至100,000的共聚單體所組成。
在本發明的一實施例中係提供一種光罩,該黏合劑樹脂具有一羧基,該羧基包括一烯鍵不飽和基團。
在本發明的一實施例中係提供一種光罩,該光敏材料係敏感於波長範圍在480-540奈米的氬離子雷射光束或釹-釔鋁石榴石雷射光束或波長範圍在350-460奈米的鹵素光。
經由本發明所採用之技術手段,在一光刻製程中作為一個單層並碳黑分散液的黑色矩陣光阻層可以很容易地形成具有薄膜特性以及高遮光特性的圖案,,並具有優良的儲存穩定性、足夠的靈敏度及解析度。此外,在本發明中,最重要的是本發明的光罩基板具有低成本及對環境友善的優點,因而相較於習知的乳膠光罩基板具有更好的性能。更進一步地,本發明的黑色矩陣光阻層具有優秀的針對刻刮的機械抗性以及針對化學處理的抗性,其性能甚至優於鹵化銀板。
本發明所採用的具體實施例,將藉由以下之實施例及附呈圖式作進一步之說明。
1‧‧‧透明基板
2‧‧‧黑色矩陣光阻層
第1圖為顯示根據本創作一實施例的一光罩基板之剖面圖。
第2A圖至第2D圖為顯示根據本創作的實施例的一光罩製造方法之剖面示意圖,其中第2A圖為顯示一黑色矩陣光阻層形成於一光罩基板,第2B圖係顯示在該黑色矩陣光阻層經雷射光線(藍光或綠光)或鹵素光(i-line、g-line、h-line)照射後的該光罩基板,第2C圖為顯示該黑色矩陣光阻層被予以顯影,第2D圖為顯示該黑色矩陣光阻層經烘烤後所製得的光罩。
以下說明並非為限制本發明的實施方式,而為本發明之實施例的一種。
本發明採用之技術為使用黑色矩陣光阻層,其係使用一感光性樹脂分散於其中的遮光顏料(樹脂型黑色矩陣)而形成黑色矩陣光阻層,並具有低成本以及無環境汙染的優點。此外,一樹脂型矩陣光阻層具有以下優點:具有可曝光的感光材料、儲存穩定性、可達5微米的圖案解析度、對基板良好的黏附性以及對化學和機械刮擦的高抗性。
以下例子為使用黑色矩陣光阻的光罩基板及光罩。
如圖所示,一光罩基板透過對鹵素光(i-line、g-line、h-line)或綠光敏感的一黑色光阻塗佈於一透明基板1上而形成一。該黑色矩陣光阻層2不僅具有對鹵素光(i-line、g-line、h-line)及雷射綠光(波長為488奈米的氬離子雷 射光束及波長為532奈米的釹-釔鋁石榴石雷射光束)敏感而可形成圖案的優點,也具有光遮蔽效果的優點。這種黑色矩陣光阻係為經特別設計的材料,其組成包含具有羧基的黏合劑樹脂、具有烯鍵的不飽和單體、光聚合引發劑、有機溶劑以及特定多官能基硫醇化合物。這種黑色矩陣光阻可輕易地形成一薄膜以及可透過光蝕刻法而形成的具有高光遮蔽性的圖案,並具有優異的光遮蔽能力、耐刮擦性、儲存穩定性,以及足夠的靈敏度和解析度。光罩基板係以一簡單的一個分層過程而具有遮光薄膜、藉由不需要使用鹵化物,例如含鹵素的乳膠而具有環保的特點、具有良好的化學耐受性並能在大規模生產中高效率地進行製備。
如第1圖所示,本發明的光罩基板包含一透明基板1而將一曝光光線予以投送於透明基板1之上,以及一黑色矩陣光阻層2。黑色矩陣光阻層2經配置而包括一碳黑分散液、一具有胺基的共聚物及/或一具有季銨鹽的共聚物、一含有分散成分的有機溶劑、一具有羧基的黏合劑樹脂、不飽和單體、以及一鹵素光的光敏材料或一波長範圍在480-540奈米的綠光的光敏材料,使得黑色矩陣光阻層2係作為一個單層以作為一遮光膜及一曝光的感光膜,以及使得黑色矩陣光阻層2的一表面經製造而為防止一化學處理操作的損傷及一機械性刻刮。光敏材料可以是一光敏引發劑或一感光化合物。黑色矩陣光阻層2藉由鹵素光或波長範圍在480-540奈米的綠光而光解、對藍光或綠光敏感、可被水性鹼溶液予以顯影、良好的光遮性質(光密度範圍在2.5-6.0/微米)、低反射性及抗酸/鹼性化學物質及抗刻刮。
經塗佈黑色矩陣光阻層2的透明基板1係以任何曝光光線為可穿透的材料而製成,例如:一優選的純石英、一拋光的鈉鈣玻璃、一矽鋁酸鹽玻璃、一薄膜電晶體液晶(thin film transistor liquid crystal,TFT-LCD)玻璃、一三氟化硼或一氟化鎂。
黑色矩陣光阻層2透過旋塗塗佈、狹縫塗佈或狹縫及旋轉塗佈機器而被予以塗佈有一100奈米至5微米的厚度。光密度(optical density,OD)根據相應的厚度而介於1.0-6.0之間。較佳地,黑色矩陣光阻層2的厚度為100奈米至6000奈米,特別可為500奈米至2000奈米。並且黑色矩陣光阻層2具有低於20%的低光反射率。舉例來說,黑色矩陣光阻層2係以0.5至6微米的厚度塗佈於透明基板1上,並在攝氏80至150度下軟烤30至80分鐘,以及黑色矩陣光阻層2藉由一水性鹼性顯影劑而被予以顯影。
在本發明中,另外提供一種透過微影而對前述之光罩基板加上一圖案所製成的光罩。
本發明中另外提供一種光罩,包含一透明基板1而將一曝光光線予以投送於透明基板1之上,以及一黑色矩陣光阻層2,具有一圖案刻畫。黑色矩陣光阻層2經配置而包括一碳黑分散液、一具有胺基的共聚物及/或一具有季銨鹽的共聚物、一含有分散成分的有機溶劑、一具有羧基的黏合劑樹脂、不飽和單體、以及一鹵素光的光敏材料或一波長範圍在480-540奈米的綠光的光敏材料,使得該黑色矩陣光阻層係供作為一個單層以作為一遮光膜及一曝光的感光膜。且,對應於圖案刻畫的一圖案係通過一微影製程中的光源穿透過圖案刻畫而形成於透明基板1上。前述的光敏材料可以是一光敏引發劑或一感光化合物。
透明基板1係為一拋光的鈉鈣玻璃、一鋁矽玻璃、一浮法硼矽(Boron float)玻璃、一薄膜電晶體液晶玻璃或一純石英。
相似地,黑色矩陣光阻層2具有一大於或等於2.5的光密度,且藉由鹵素光或波長範圍在480-540奈米的綠光光解。黑色矩陣光阻層2可藉由一水性的鹼性顯影劑而被予以顯影,例如氫氧化鉀、氫氧化鈉和四甲基氫氧化銨。且黑色矩陣光阻層2係在攝氏150度以上的溫度下硬烤或使用紫外線固化以確保黑色矩陣光阻層2針對刻刮的機械抗性。
進一步地,黏合劑樹脂具有一羧基,該羧基包括一烯鍵不飽和基團。
光敏引發劑或感光化合物係敏感於波長範圍在480-540奈米的氬離子雷射光束或釹-釔鋁石榴石雷射光束或波長範圍在350-460奈米的鹵素光。且黑色矩陣光阻層2係適於在作為抗光處理環境的一紅光及一黃光的環境中透過塗佈而進行加工。
進一步地,其經分散的碳黑分散液係透過使用一連續式環形珠磨機製備而得。
進一步地,具有一胺基及/或一季銨鹽的黑色矩陣光阻層2係為一丙烯酸共聚物,其係由平均分子量4,000至100,000的共聚單體所組成。
如第2A圖至第2D圖所示,經上述所構成的光罩基板接著通過一光刻製程而具有圖案以形成一個單層結構的光罩。
具體地,藉由使用第2A圖的光罩基板,第2D圖的光罩係藉由第2B圖至第2D圖所示的過程而被予以製造出。黑色矩陣光阻層2係形成在透明基板1上。然後經雷射光束照射於光罩圖案而形成有圖案(如第2B圖至第2D圖所示),且圖案係藉由鹼性顯影劑而被予以顯影,最後再透過硬烤以緻密黑色矩陣光阻層2。通過上述步驟不僅形成有具有光遮蔽圖案的黑色矩陣光阻層2,且黑色矩陣光阻層2具有針對刻刮的機械抗性以及之後在酸及鹼中進行清洗的耐受性。
值得注意的是,相較於鉻膜及鹵化物乳膠的光罩,本發明的光罩具有顯著成本效益的黑色矩陣光阻層2。進一步地,相較於鉻膜及鹵化物乳膠的光罩,本發明的光罩具有一可達2微米的更佳的圖形解析度。更重要的是,本發明的光罩的材料因不具有鉻以及鹵化銀而為環保。綜上所述,光罩可提高印刷電路板、液晶顯示器、發光二極體、觸控面板、超级扭曲向列液晶顯示器以及微機電系統中的集成度。
以下範例並非為限制本發明的實施方式,而為本發明之實施例的一種。
一厚度為0.5至2.0微米的黑色矩陣光阻層2透過一旋轉或狹縫塗佈機而塗佈於20x24/24x24/24x28英吋的鈉鈣玻璃基板上。黏度為3-10cp的黑色矩陣光阻層2以500奈米至1500奈米的厚度塗佈於拋光玻璃基板上以達到所需的3-6的光密度。於第1圖中,黑色矩陣光阻層2形成於透明基板1上。然後,黑色矩陣光阻層2經雷射光束照射於光罩圖案而形成有圖案(如第2B圖至第2D圖所示),接著藉由鹼性顯影劑而將圖案予以顯影,再經硬烤以緻密黑色矩陣光阻層2。通過上述步驟的黑色矩陣光阻層2係形成有光遮蔽圖案,並具有針對刻刮的機械抗性以及之後在酸及鹼中進行清洗的耐受性。
值得注意的是,相較於鉻膜及鹵化物乳膠的光罩,本發明的光罩係具有顯著成本效益的黑色矩陣光阻層2。進一步地,相較於鉻膜及鹵化物乳膠的光罩,本發明的光罩具有可達2微米的更佳的圖形解析度。更重要的是,本發明的光罩的材料因不具有鉻以及鹵化銀而為環保。綜上所述,光罩可提高印刷電路板、液晶顯示器、發光二極體、觸控面板、超级扭曲向列液晶顯示器以及微機電系統中的集成度。
以下的實施例是相關於黑色矩陣光阻層2的組成。黑色矩陣光阻層2可用於遮光以及對藍光及綠光敏感。舉例來說,黑色矩陣光阻層2包含下述的成分(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)及(G)。具有30至150m2/g的比表面積的成分(A)包含具有初始粒徑範圍在20至60奈米的一碳黑、吸油量為30至100ml/100g的鄰苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate,DBP)以及在濃度為0.2至1.0μmol/m2的一粒子表面上的一羧基。成分(B)包含一具有胺基的共聚物及/或一具有季銨鹽的共聚物。成分(C)包含有機溶劑。成分(D)包含一具有羧基的黏合劑樹脂。成分(E)包 含具有烯鍵的不飽和單體。成分(F)包含一光聚合引發劑。成分(G)包含具有兩個或更多的巰基的硫醇多官能基化合物。
黑色矩陣光阻層2的組成具有以下的比例: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)。
進一步地,在黑色矩陣光阻層2中,碳黑與成分(B)之重量比的範圍介於100:5至100:25。
以上之敘述以及說明僅為本發明之較佳實施例之說明,對於此項技術具有通常知識者當可依據以下所界定申請專利範圍以及上述之說明而作其他之修改,惟此些修改仍應是為本發明之發明精神而在本發明之權利範圍中。
1‧‧‧透明基板
2‧‧‧黑色矩陣光阻層

Claims (10)

  1. 一種光罩基板,包含:一透明基板,而將一曝光光線予以投送於該透明基板之上;以及一黑色矩陣光阻層,其中,該黑色矩陣光阻層經配置而包括一碳黑分散液、一具有胺基的共聚物及/或一具有季銨鹽的共聚物、一含有分散成分的有機溶劑、一具有羧基的黏合劑樹脂、不飽和單體、以及一鹵素光的光敏材料或一波長範圍在480-540奈米的綠光的光敏材料,使得該黑色矩陣光阻層係作為一個直接塗佈形成於該透明基板的單層以作為一遮光膜及一曝光的感光膜,以及使得該黑色矩陣光阻層的一表面經製造而為防止一化學處理操作的損傷及一機械性刻刮。
  2. 如請求項1所述之光罩基板,其中該黑色矩陣光阻層具有一大於或等於2.5的光密度,且該黑色矩陣光阻層藉由鹵素光或波長範圍在480-540奈米的綠光而光解。
  3. 如請求項1所述之光罩基板,其中該黑色矩陣光阻層係以0.5-6微米厚度而被塗佈於該透明基板上,並在攝氏80-150度下被軟烤30-80分鐘,且該黑色矩陣光阻層係藉由一水性顯影劑而被予以顯影。
  4. 一種透過微影而對請求項1所述之光罩基板加上一圖案所製成的光罩。
  5. 一種光罩,包含:一透明基板,而將一曝光光線予以投送於該透明基板之上;以及一黑色矩陣光阻層,具有一圖案刻畫,其中,該黑色矩陣光阻層經配置而包括一碳黑分散液、一具有胺基的共聚物及/或一具有季銨鹽的共聚物、一含有分散成分的有機溶劑、一具有羧基的黏合劑樹脂、不飽和單體、以及一鹵素光的光敏材料或一波長範圍在480-540奈米的 綠光的光敏材料,使得該黑色矩陣光阻層係供作為一個直接塗佈形成於該透明基板的單層以作為一遮光膜及一曝光的感光膜,且對應於該圖案刻畫的一圖案係通過一微影製程中的光源穿透過該圖案刻畫而形成於該透明基板上。
  6. 如請求項5所述之光罩,其中該黑色矩陣光阻層具有一大於或等於2.5的光密度,且藉由鹵素光或波長範圍在480-540奈米的綠光光解,並且藉由一水性顯影劑而予以顯影,以及經攝氏150度以上的溫度硬烤或使用紫外線固化以確保該黑色矩陣光阻層的針對刻刮的機械抗性。
  7. 如請求項5所述之光罩,其中經分散的該碳黑分散液係透過使用一連續式環形珠磨機製備而得。
  8. 如請求項5所述之光罩,其中該具有一胺基及/或一季銨鹽的黑色矩陣光阻層係為一丙烯酸共聚物,該丙烯酸共聚物係由平均分子量4,000至100,000的共聚單體所組成。
  9. 如請求項5所述之光罩,其中該黏合劑樹脂具有一羧基,該羧基包括一烯鍵不飽和基團。
  10. 如請求項5所述之光罩,其中該光敏材料係敏感於波長範圍在480-540奈米的氬離子雷射光束或釹-釔鋁石榴石雷射光束或波長範圍在350-460奈米的鹵素光。
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