專利名稱：半色調(diào)掩模、用于制造它的方法及使用它的平板顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有透明基板、半透光層和光屏蔽層的半色調(diào)掩模(halftone mask)、 用于制造它的方法以及使用它的平板顯示器。
背景技術(shù)：
在利用光刻(photolithography)工藝的圖案化中通常使用的光掩模如圖1所示 地包括透明基板11、形成在透明基板11上用于全透光的透光部分13、以及形成在透明基板 11上用于完全屏蔽光的光屏蔽部分15。以上常規(guī)掩模形成僅一個圖案層，因此僅用于包括曝光、顯影和蝕刻的一個光刻 工藝循環(huán)中。具體而言，在液晶顯示器的薄膜晶體管(TFT)和濾色器(CF)中，許多層被沉 積/施加，所沉積/施加的層通過光刻工藝來分別地圖案化。僅一個光刻工藝循環(huán)的減少 產(chǎn)生了經(jīng)濟優(yōu)勢。然而，常規(guī)掩模形成僅一個圖案層，因此是不經(jīng)濟的。為了解決以上問題，已開發(fā)了灰色調(diào)掩模，其包括全透光的透光部分、完全屏蔽光 的光屏蔽層和透射數(shù)量減少的照射光的縫隙(silt)圖案。然而，灰色調(diào)掩模利用穿過精細 圖案的光衍射來控制透光量，因此由于縫隙圖案的限制而在透光量上具有局限。另外，當(dāng)灰 色調(diào)掩模具有比指定值更大的尺寸時，就不可能實現(xiàn)均勻圖案化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，鑒于以上問題而提出本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種半色調(diào)掩模，其被 應(yīng)用到多個光刻工藝循環(huán)和實現(xiàn)均勻圖案化，而無掩模尺度局限；一種用于制造它的方法； 以及一種利用它的平板顯示器。根據(jù)本發(fā)明的一方面，以上和其它目的可通過提供一種半色調(diào)掩模來實現(xiàn)，其包 括透明基板；光屏蔽層，形成在透明基板上，具有完全透射指定波長范圍內(nèi)照射光的透光 部分和完全屏蔽指定波長范圍內(nèi)照射光的光屏蔽部分；以及半透光部分，部分透射指定波 長范圍內(nèi)的照射光。在一個實施例中，半透光部分是由選自于包括Crx0y、CrxCoy, CrxCoyNz、SixNy和 MoxSiyW組合中的一個制成。按照本發(fā)明的又一方面，提供一種利用該半色調(diào)掩模制造的平板顯示器。按照本發(fā)明的另一方面，提供有一種用于制造半色調(diào)掩模的方法，包括在透明基 板上順序地形成光屏蔽層和第一光刻膠(photoresist)，通過曝光、顯影和蝕刻，在光屏蔽 層上形成用于透射光的透光部分和用于屏蔽光的光屏蔽部分；移除第一光刻膠；在光屏蔽 部分和透光部分上形成第二光刻膠，曝光和顯影第二光刻膠，從而透光部分的必需部分被 暴露于外界；在第二光刻膠和透明基板的暴露部分上形成用于部分透射指定波長范圍內(nèi)照射光的半透光層；以及移除第二光刻膠和在第二光刻膠上形成的半透光層。按照本發(fā)明的另一方面，提供有一種用于制造半色調(diào)掩模的方法，包括在透明基 板上順序地形成光屏蔽層和第一光刻膠，通過曝光、顯影和蝕刻，在光屏蔽層上形成用于透 射光的透光部分和用于屏蔽光的光屏蔽部分；移除第一光刻膠；在光屏蔽部分和透光部分 上形成用于部分透射指定波長范圍內(nèi)照射光的半透光層；在半透光層上形成第二光刻膠， 曝光和顯影第二光刻膠，從而半透光層的必要部分被暴露于外界；蝕刻半透光層的暴露部 分，移除第二光刻膠。按照本發(fā)明的再一方面，提供有一種用于制造半色調(diào)掩模的方法，包括在透明基 板上順序地形成光屏蔽層和第一光刻膠，通過曝光、顯影和蝕刻，在光屏蔽層上形成用于透 射光的透光部分和用于屏蔽光的光屏蔽部分；在第一光刻膠和透光部分上形成用于部分透 射指定波長范圍內(nèi)照射光的半透光層；通過移除第一光刻膠和在第一光刻膠上形成的半透 光層的部分，暴露光屏蔽部分；在光屏蔽部分和半透光層的保留部分上形成第二光刻膠，曝 光和顯影第二光刻膠，從而半透光層的必需部分被暴露于外界；以及蝕刻半透光層的暴露 部分，移除第二光刻膠。在一個實施例中，制造半色調(diào)掩模的方法還包括在第二光刻膠的曝光和顯影之 前，通過識別在光屏蔽層的拐角處形成的對準標(biāo)記的位置來對準激光束的照射位置。


從與附圖相結(jié)合的如下具體描述中，本發(fā)明的以上和其它目的、特征及其它優(yōu)點 將被更清楚地理解，在附圖中圖1是常規(guī)光掩模的剖面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的半色調(diào)掩模的剖面圖；圖3a和圖北是剖面圖，其圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的半色調(diào)掩模的半透光層的 各種形狀；圖如和4b是剖面圖，其圖示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例用于制造半色調(diào)掩模的工 藝；圖如和恥是剖面圖，其圖示了根據(jù)本發(fā)明第二實施例用于制造半色調(diào)掩模的工 藝；圖6a和6b是剖面圖，其圖示了根據(jù)本發(fā)明第三實施例用于制造半色調(diào)掩模的工 藝；以及 圖7a和7b是剖面圖，其圖示了根據(jù)本發(fā)明一實施例用于利用半色調(diào)掩模來形成 圖案的方法。
具體實施例方式現(xiàn)在，本發(fā)明的優(yōu)選實施例將參考附圖來詳細地描述。圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的半色調(diào)掩模的剖面圖。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的半色調(diào)掩模包括透明基板110、光屏蔽層120和 半透光部分130。在指定波長范圍中完全透射照射光的透明基板110是由石英制成。光屏蔽層120由鉻(Cr)或氧化鉻(CrO2)制成，形成在透明基板110上的指定圖案中。形成有光屏蔽層 120圖案的透明基板110部分充當(dāng)透光部分121，未形成有光屏蔽層120圖案的透明基板 110部分充當(dāng)光屏蔽部分125。形成在透光部分121必要部分處的半透光部分130是通過 將氧化鉻(CrxOy)膜施加到透明基板110來獲得的，因此在指定波長范圍中部分透射光。半透光部分130可由各種化學(xué)合成物制成，只要合成物能夠在指定波長范圍中部 分透射照射光。在本發(fā)明中，半透光部分130是由選自于包括Crx0y、CrxCoy、CrxCoyNz> SixNy 和MoxSiy的組合中的一個制成。最優(yōu)選地，半透光部分130由CrxOy制成。這里，下標(biāo)x、y 和ζ是自然數(shù)和指示相應(yīng)化學(xué)元素的數(shù)量。照射光的波長范圍根據(jù)曝光系統(tǒng)而變化，因此不受限制。通常使用300nm 440nm 波長范圍的光。半透光部分130足以部分透射照射光，且半透光部分130的透光量不受限 制。優(yōu)選地，半透光部分130透射10% 90%的照射光。半透光部分133可不接觸光屏蔽部分125，如圖3a所示，并且可接觸每個光屏蔽部 分125的一側(cè)，如圖3b所示。此后，將參考圖如和4b，描述根據(jù)本發(fā)明以上實施例用于制造半色調(diào)掩模的工 藝。圖如和4b是剖面圖，其圖示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例用于制造半色調(diào)掩模的工藝。如圖如和4b所示，在步驟SlO中，由Cr或CiO2制成的光屏蔽層120以及正型第 一光刻膠141順序地形成在由石英制成的透明基板110上，激光束被向下照射到第一光刻 膠141上，由此經(jīng)過第一光刻膠141繪制所需圖案。優(yōu)選地，對準標(biāo)記在光屏蔽層120的拐 角處形成。在步驟S20中，激光束被照射到其上的第一光刻膠141部分通過顯影被移除。在 步驟S30中，通過移除第一光刻膠141而暴露于外界的光屏蔽層120部分通過蝕刻被移除。在步驟S40中，光刻膠141被完全移除。然后，光屏蔽層120從其上被移除的透明 基板110部分充當(dāng)透光部分121，用于完全透射指定波長范圍內(nèi)光；保留有光屏蔽層120的 透明基板110部分充當(dāng)光屏蔽部分125，用于完全屏蔽光。也就是，用于透射光的透光部分 121和用于屏蔽光的光屏蔽部分125是通過光屏蔽層120的光刻工藝形成的。此后，用于在指定波長范圍中部分透射照射光的半透光部分130被形成。現(xiàn)在將 詳細描述半透光部分130的形成。在步驟S50中，正型第二光刻膠145被涂敷在透光部分121和光屏蔽部分125上。 在步驟S60中，激光束被照射到第二光刻膠145上，以便第二光刻膠145被暴露于激光束， 由此繪制經(jīng)過與待形成的半透光部分130相對應(yīng)的第二光刻膠145而形成的所需圖案。在 步驟S70中，激光束被照射到其上的第二光刻膠145部分通過顯影被移除。由此，透明基板 110的部分暴露于外界。半透光部分130形成在透明基板110的暴露部分上。為了利用激光束在與半透光部分130相對應(yīng)的涂敷第二光刻膠145上準確地繪制 圖案，優(yōu)選地，在第二光刻膠145的曝光和顯影之前，執(zhí)行這樣的步驟利用形成在光屏蔽 層120拐角處的對準標(biāo)記，校正激光束照射到第二光刻膠145上的位置。此后，在步驟S80中，在指定波長范圍中部分透射照射光、由化學(xué)合成物制成的半 透光層160是通過濺射而涂敷在第二光刻膠145和透明基板110的暴露部分上達到指定厚 度。在步驟S90中，第二光刻膠145被移除。然后，第二光刻膠145上由部分透射照射光的 化學(xué)合成物制成的半透光層150隨著第二光刻膠145的移除而同時被移除。
然后，由化學(xué)合成物制成的半透光層160僅被涂敷在光屏蔽層120的透光部分121 的必要部分上，由此形成在指定波長范圍中部分透射照射光的半透光部分130。半透光部 分130的透光率通過半透光層160的化學(xué)合成物的成分和厚度來理想地控制，并且半透光 部分130的形狀根據(jù)待形成的圖案形狀來不同地修改。半透光部分130可由各種化學(xué)合成物制成，只要合成物可部分透射指定波長范圍 內(nèi)照射光。在本發(fā)明中，半透光部分I3O可由選自于包括Crx0y、CrxCoy, CrxCoyNz > SixNy和 MoxSiyW組合中的一個制成。最優(yōu)選地，半透光部分130由CrxOy制成。這里，下標(biāo)x、y和 ζ是自然數(shù)和指示相應(yīng)化學(xué)元素的數(shù)量。照射光的波長范圍根據(jù)曝光系統(tǒng)而變化，因此不受限制。通常使用300nm 440nm 波長范圍的光。半透光部分130足以部分透射照射光，且半透光部分130的透光量不受限 制。優(yōu)選地，半透光部分130透射10% 90%的照射光。此后，將參考圖如和恥描述根據(jù)本發(fā)明第二實施例用于制造半色調(diào)掩模的工藝。 圖fe和恥是剖面圖，其圖示了根據(jù)本發(fā)明第二實施例用于制造半色調(diào)掩模的工藝。如圖如和恥所示，在步驟SlO中，由Cr或CiO2制成的光屏蔽層120和正型第一 光刻膠141順序地形成在由石英制成的透明基板110上，激光束被照射到第一光刻膠141 上，由此通過第一光刻膠141繪制所需圖案。優(yōu)選地，對準標(biāo)記在光屏蔽層120的拐角處形 成。在步驟S20中，激光束被照射于其上的第一光刻膠141部分通過顯影被移除。在 步驟S30中，通過移除第一光刻膠141而暴露于外界的光屏蔽層120部分通過蝕刻被移除。在步驟S40中，光刻膠141被完全地移除。然后，光屏蔽層120從其上被移除的 透明基板110部分充當(dāng)透光部分121，用于完全地透射指定波長范圍內(nèi)光；保留有光屏蔽層 120的透明基板110部分充當(dāng)用于完全屏蔽光的光屏蔽部分125。也就是，用于透射光的光 透射部分121和用于屏蔽光的光屏蔽部分125通過光屏蔽層120的光刻工藝來形成。此后，用于在指定波長范圍中部分透射照射光的半透光部分130被形成?，F(xiàn)在將 詳細描述半透光部分130的形成。在步驟S50中，用于在指定波長范圍中部分透射光的半透光層160被形成在透光 部分121和光屏蔽部分125上。半透光層160通過濺射而涂敷在透光部分121和光屏蔽部 分125上。半透光層160由化學(xué)合成物制成，其部分透射指定波長范圍內(nèi)照射光。第二實 施例中半透光層160的以上形成與第一實施例中半透光層的形成不同在于，第一實施例的 半透光層160形成在光刻膠和透明基板上。在半透光層160形成之后，正型第二光刻膠145被涂敷在半透光層160上(參考 步驟S60)。在步驟S60中，激光束被照射到第二光刻膠145上，由此經(jīng)過第二光刻膠145繪 制所需圖案，以便半透光層160的必要部分暴露于外界。在步驟S70中，激光束被照射于其 上的第二光刻膠145部分通過顯影被移除。為了在涂敷第二光刻膠145之后利用激光束將圖案正確地繪制到涂敷的第二光 刻膠145上，優(yōu)選地，在第二光刻膠145的曝光和顯影之前，執(zhí)行這樣的步驟利用形成在光 屏蔽層120拐角處的對準標(biāo)記，校正照射到第二光刻膠145上的激光束的位置。此后，在步驟S80中，半透光層160的暴露部分通過濕蝕刻被移除，以便透明基板 110的指定部分被暴露于外界。在步驟S90中，保留在半透光層160上的第二光刻膠145被
6移除。然后，半透光層160保留在光屏蔽部分121和透明基板110的部分上，保留在透明基 板110部分上的半透光層160部分對應(yīng)于半透光部分130。也就是，在指定波長范圍中部分透射照射光的化學(xué)合成物被涂敷在光屏蔽層120 的透光部分121的必要部分上，由此形成用于在指定波長范圍中部分透射照射光的半透光 部分130。半透光部分130的透光率通過化學(xué)合成物的成分和厚度來理想地控制，且半透光 部分130的形狀根據(jù)待形成的圖案形狀來不同地修改。半透光部分130或半透光層160可由各種化學(xué)合成物制成，只要合成物可部分透 射指定波長范圍內(nèi)照射光。在本發(fā)明中，半透光部分130可由選自于包括Crx0y、CrxCcv CrxCoyNz、SixNy和MoxSiy的組合中的一個制成。最優(yōu)選地，半透光部分130由CrxOy制成。這 里，下標(biāo)χ、y和ζ是自然數(shù)和指示相應(yīng)化學(xué)元素的數(shù)量。照射光的波長范圍根據(jù)曝光系統(tǒng)而變化，因此不受限制。通常使用300nm 440nm 波長范圍的光。半透光部分130足以部分透射照射光，且半透光部分130的透光量不受限 制。優(yōu)選地，半透光部分130透射10% 90%的照射光。此后，將參考圖6a和6b，描述根據(jù)本發(fā)明第三實施例用于制造半色調(diào)掩模的工 藝。圖6a和6b是剖面圖，其圖示了根據(jù)本發(fā)明第三實施例用于制造半色調(diào)掩模的工藝。如圖6a和6b所示，在步驟S 10中，由Cr或CrO2制成的光屏蔽層120以及正型 第一光刻膠141順序地形成在由石英制成的透明基板110上，激光束被照射到第一光刻膠 141上，由此通過第一光刻膠141繪制所需圖案。優(yōu)選地，對準標(biāo)記在光屏蔽層120的拐角 處形成。在步驟S20中，激光束被照射于其上的第一光刻膠141部分通過顯影被移除。在 步驟S30中，通過移除第一光刻膠141而暴露于外界的光屏蔽層120部分通過蝕刻被移除。 由此，透明基板110在其中被暴露于外界的透光部分以及第一光刻膠141保留于其中的光 屏蔽部分被形成。也就是，用于透射光的透光部分121和用于屏蔽光的光屏蔽部分125通 過光屏蔽層120的光刻工藝來形成。在步驟S40中，用于在指定波長范圍中部分透射照射光的半透光層160被形成在 保留的第一光刻膠141和暴露的透光部分121上。第三實施例中半透光層160的以上形成 與第二實施例中半透光層的形成不同之處在于，第二實施例的半透光層在保留的第一光刻 膠被移除之后形成。半透光層160通過濺射而涂敷在保留的第一光刻膠141和暴露的透光部分121 上。半透光層160由化學(xué)合成物制成，其部分透射指定波長范圍內(nèi)照射光。在步驟S50中，保留的第一光刻膠141和形成在保留的第一光刻膠141上的半透 光層160被移除。由此，光屏蔽部分被暴露于外界，半透光層160保留在透光部分上。在半透光層160保留在透光部分上之后，正型第二光刻膠145被涂敷在保留的半 透光層160和光屏蔽部分上(參考步驟S60)。在步驟S60中，激光束被照射到第二光刻膠 145上，由此通過第二光刻膠145繪制所需圖案，以便半透光層160的必要部分被暴露于外 界。在步驟S70中，激光束被照射于其上的第二光刻膠145部分通過顯影被移除。為了在涂敷第二光刻膠145之后利用激光束將圖案正確地繪制到經(jīng)涂敷的第二 光刻膠145上，優(yōu)選地，在第二光刻膠145的曝光和顯影之前，執(zhí)行這樣的步驟利用形成在 光屏蔽層120拐角處的對準標(biāo)記，校正照射到第二光刻膠145上的激光束的位置。
在步驟S80中，透明基板110的指定部分通過濕蝕刻所保留的半透光層160的暴 露部分而暴露于外界。這里，未通過濕蝕刻而移除而是最終保留的半透光層160部分對應(yīng) 于半透光部分130。也就是，在指定波長范圍中部分透射照射光的化學(xué)合成物被涂敷在光屏蔽層120 的透光部分121的必要部分上，由此形成用于在指定波長范圍中部分透射照射光的半透光 部分130。半透光部分130的透光率通過化學(xué)合成物的成分和厚度來理想地控制，半透光部 分130的形狀根據(jù)待形成的圖案形狀來修改。半透光部分130或半透光層160可由各種化學(xué)合成物制成，只要合成物可部分透 射指定波長范圍內(nèi)照射光。在本發(fā)明中，半透光部分130可由選自于包括Crx0y、CrxCcv CrxCoyNz、SixNy和MoxSiy的組合中的一個制成。最優(yōu)選地，半透光部分130由CrxOy制成。這 里，下標(biāo)χ、y和ζ是自然數(shù)和指示相應(yīng)化學(xué)元素的數(shù)量。在步驟S90中，保留在半透光部分130和光屏蔽部分上的第二光刻膠145被移除。 由此，完成半色調(diào)掩模的制造。照射光的波長范圍根據(jù)曝光系統(tǒng)而變化，因此不受限制。通常使用300nm 440nm 波長范圍的光。半透光部分130足以部分透射照射光，且半透光部分130的透光量不受限 制。優(yōu)選地，半透光部分130透射10% 90%的照射光。圖7a和7b是剖面圖，其圖示了根據(jù)本發(fā)明一實施例用于利用半色調(diào)掩模來形成 圖案的方法。下文將描述以上方法。如圖7a和7b所示，在步驟SlOO中，將在其上形成圖案的第一和第二層220和230 以及光刻膠240順序地形成在玻璃基板210上，該實施例的半色調(diào)掩模100被放置在光刻 膠240之上，光被照射到半色調(diào)掩模100上。在步驟SllO中，光刻膠240通過第一顯影來 選擇性地移除。由此，經(jīng)過半色調(diào)掩模100的透光部分121將光照射于其上的光刻膠MO的部分 241被完全移除，經(jīng)過半透光部分130將光照射于其上的光刻膠240的部分243被部分移除 到指定厚度。然后，在步驟S120中，通過光刻膠MO的第一顯影而暴露于外界的第二層230部 分被蝕刻；在步驟S130中，通過第二層230的蝕刻而暴露于外界的第一層220部分被蝕刻。 由此，經(jīng)過第一和第二層220和230分別地形成圖案。在步驟S140中，光刻膠240在第一顯影之后的保留部分通過灰化來部分移除，其 是干一種類型的干蝕刻，用于通過噴氣而僅選擇性移除有機膜。然后，通過灰化而移除的光 刻膠240部分具有與光刻膠MO的部分243相似的厚度，第二層230通過移除光刻膠240 的部分243而暴露于外界。最后，在步驟S150中，通過灰化光刻膠240而暴露于外界的第二層230部分被蝕 刻，由此形成圖案231。在步驟S160中，光刻膠240被完全移除。由此，經(jīng)過順序地形成在 玻璃基板210上的第一和第二層220和230，形成所需圖案221和231。通過根據(jù)該實施例使用半色調(diào)掩模100的以上方法，可同時形成TFT-IXD的有源 (active)層、源/漏層、鈍化層和像素層。另外，以上方法可應(yīng)用到用于利用光掩模來形成 數(shù)個層的任何工藝，比如用于形成濾色器的工藝。在半色調(diào)掩模包括具有不同透光率的多個半透光部分情況下，可利用單個半色調(diào)
8掩模制造具有至少三個層的產(chǎn)品。上述半色調(diào)掩模及其制造方法被應(yīng)用于制造各種顯示器面板。也就是，該半色調(diào) 掩模被用于制造液晶顯示器面板，進一步用于制造平板顯示器(FPD)。如從以上描述中顯而易見的，本發(fā)明提供半色調(diào)掩模，其被應(yīng)用到多個光刻工藝 循環(huán)以縮短用以制造掩模所占用的時間和減少掩模生產(chǎn)成本；用于制造該掩模的方法；以 及利用該掩模的平板顯示器。由于所需圖案是根據(jù)氧化鉻(CrxOy)膜的均勻性即濺射中的均勻性、經(jīng)過本發(fā)明 的半色調(diào)掩模的半透光層來均勻地形成，所以半色調(diào)掩模在尺寸上不受限制。盡管本發(fā)明的優(yōu)選實施例已被公開用于說明性目的，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理 解，在不背離如所附權(quán)利要求中公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種改型、添加和替 換是可能的。
權(quán)利要求
1.一種半色調(diào)掩模，包括 透明基板；光屏蔽層，形成在透明基板上，具有完全透射指定波長范圍內(nèi)照射光的透光部分和完 全屏蔽指定波長范圍內(nèi)照射光的光屏蔽部分；以及半透光部分，部分透射指定波長范圍內(nèi)的照射光，并由選自于包括Crx0y、CrxCoy, CrxCoyNz和SixNy的組中的一個制成，其中x、y和ζ是自然數(shù)并指示相應(yīng)化學(xué)元素的數(shù)量。
2.如權(quán)利要求1所述的半色調(diào)掩模，其中所述半色調(diào)掩模被配置用于同時形成在分開 的層中的兩個或更多個圖案。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半色調(diào)掩模，其中所述半透光部分被配置成覆蓋所述光屏 蔽層的頂部和側(cè)部。
全文摘要
具有透明基板、半透光層和光屏蔽層的半色調(diào)掩模，用于制造它的方法，以及使用它的平板顯示器。該半色調(diào)掩模被應(yīng)用到多個光刻工藝循環(huán)中，由此縮短用以制造掩模所占用的時間和減少掩模生產(chǎn)成本。由于所需圖案根據(jù)氧化鉻(CrxOy)膜的均勻性即在濺射中的均勻性、經(jīng)過本發(fā)明的半色調(diào)掩模的半透光層來均勻地形成，所以半色調(diào)掩模在尺寸上不受限制。
文檔編號G03F1/14GK102073211SQ20111000818
公開日2011年5月25日 申請日期2005年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月8日
發(fā)明者姜甲錫, 樸宰佑, 樸相昱, 李勤植, 沈惟敬 申請人:Lg伊諾特有限公司