一種掩膜板、曝光裝置以及膜層圖案化的製作方法與流程
2023-11-11 08:02:07
本發明涉及顯示領域，特別是涉及一種掩膜板、曝光裝置以及膜層圖案的製作方法方法。
背景技術：
光刻工藝是半導體製造中最為重要的工藝步驟之一。光刻工藝的主要作用是將掩膜板上的圖形複製到基板上，或為下一步進行刻蝕或者離子注入工序做好準備。尤其在顯示領域中，液晶顯示元件和半導體元件中的各種膜層，如金屬層、黑矩陣層、彩色濾光層、透明導電層等膜層，通過塗覆、曝光和顯影工藝以及刻蝕等工藝形成於基板之上的。根據各種膜層的需要，在玻璃基板上塗覆感光基材，通過曝光裝置對感光基材進行曝光以及顯影，由圖案化後的感光基材形成膜層圖案，或者進一步用圖案化後的感光基材作為阻擋，刻蝕光敏樹脂圖案下層的膜層得到需要的膜層圖案。
隨著顯示面板的顯示區域大型化發展，即使使用尺寸最大光罩的掃描曝光機，也無法將所有顯示面板的圖形一次曝光完成，因此，掃描型曝光機被主要運用在曝光過程中。該曝光裝置配置有多個透鏡，從光源出射的光線經投射在感光基材上，並對感光基材進行曝光。為了使投射區域良好銜接，避免曝光照度不均，相鄰的投射區域的邊緣被重複曝光。但是，在曝光裝置掃描過程中，重複曝光處的的感光基材的反應狀況依舊與重複曝光處外的感光基材的反應狀況存在差異，最終導致顯示面板亮度不一，造成產品顯示不均勻等問題。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明提供一種用於製作膜層圖案的掩膜板，其特徵在於，所述掩膜板包括第一掩膜區域和第二掩膜區域；
所述第一掩膜區域包括若干第一透光區和若干第一遮光區；
所述第二掩膜區域包括若干第二透光區和若干第二遮光區；
其中，所述第一透光區的實際線寬大於理論線寬；所述理論線寬等於待製作的膜層相應位置處圖案的線寬。
本發明還提供了一種曝光裝置，其特徵在於，所述曝光裝置可對待曝光材料進行掃描曝光，所述曝光裝置包括依次設置的光源、上述掩膜板以及若干透鏡；所述透鏡配置成依定量位移形成相鄰的投射區域；沿與所述掃描方向直交的方向，相鄰所述投射區域的相鄰端部重疊形成重疊區；所述掩膜板的所述第一掩膜區域對應所述投射區域的所述重疊區域設置。
本發明還提供了一種膜層圖案的製作方法，包括：
在基板上形成待圖案化的膜層；
使用上述曝光裝置對所述膜層進行曝光；
對所述膜層進行刻蝕，形成膜層圖案。
與現有技術相比，本發明通過對光刻工藝中使用的掩膜板及曝光裝置進行改進，可以解決由於掃描曝光方式造成固定區域處圖案大小差異的問題。在不引入新的製作步驟，不增加製作成本的同時，改善因為光強差異造成的線寬不均一的問題，不僅提高了產品良率，還保證了顯示面板的顯示畫面的品質。
附圖說明
圖1是現有技術中的曝光裝置在透鏡掃描過程示意圖；
圖2(a)到2(c)是現有技術製作的不同參數的顯示面板的實驗數據；
圖3是本發明一種實施例提供的掩膜板的平面示意圖；
圖4(a)是本發明一種實施例提供的曝光裝置的示意圖；
圖4(b)是圖4(a)中基板的俯視圖；
圖5是圖4沿y方向的截面的示意圖
圖6(a)到圖6(c)是本發明一種實施例提供的膜層圖案的製作方法的示意圖；
圖7(a)到圖7(c)是通過本發明的製作方法製作的顯示面板的實驗數據。
具體實施方式
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
需要說明的是，在以下描述中闡述了具體細節以便於充分理解本發明。但是本發明能夠以多種不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣。因此本發明不受下面公開的具體實施方式的限制。
本發明附圖中各膜層厚度和區域大小、形狀不反應各膜層的真實比例，目的只是示意說明本發明內容。
如圖1所示，圖1為現有技術中的曝光裝置在透鏡掃描過程示意圖，在掃描曝光的過程中，光經過透鏡130，投射在基板140上塗覆的感光樹脂層150上，對感光樹脂層150進行曝光，其中，圖中感光樹脂層150上陰影部分為被掃描過的部分。光經過每個透鏡130，投射在感光樹脂層150所在平面上，形成投射區域160。落入投射區域160內的感光樹脂層150被曝光。透鏡130可以沿x方向(即掃描方向)相對基板140移動，投射區域160隨著透鏡130在感光樹脂層150上移動，實現對大尺寸顯示設備所用元件的掃描曝光。
由於每個透鏡130的邊緣區域的光學性能與透鏡130的中間區域的光學性能存在一定的差異，因此，投射區域160的邊緣區域161的光的強度與投射區域160的中間區域162的光的強度存在差異。因此，將透鏡在y方向(即與掃描方向正交的方向)上相互錯，使相鄰的投射區域160相鄰邊緣區域161重疊形成重疊區170，補償邊緣區域161與中間區域162的光強差異。現以七個透鏡131到137為例進行說明。也就是說，透鏡131、透鏡133、透鏡135、透鏡137沿著y方向排列並具有相同x軸坐標x1；透鏡132、透鏡134、透鏡136沿著y方向排列並具有相同x軸坐標x2；x1與x2不相等；這樣相鄰130可以在y方向上相互靠近，相鄰的投射區域160相互靠近的邊緣區域161具有相同y軸坐標，相鄰的投射區域160相互靠近的邊緣區域161在在掃描過程中重疊。因此，在透鏡130沿x方向移動，使曝光裝置對感光樹脂層150進行曝光時，相鄰邊緣區域161先後掃過感光樹脂層150的同一區域，在感光樹脂層150所在平面上形成在重疊區170。
但是，落入重疊區170內的感光樹脂層150雖然被重複曝光，但是，由於相鄰邊緣區域161是分先後經過重疊區170而不是同在一時刻疊加在重疊區170。因此在同一時刻內，重疊區170內的光強實際上並不能做到與重疊區170外的光強相等，在重疊區170內的感光樹脂層150的反應狀況依舊與重疊區170外的的感光樹脂層150的反應狀況存在差異。而且，邊緣區域161是分先後經過重疊區170，導致重疊區170內的兩次曝光存在一段時間差，對重疊區170內的感光樹脂層150反應也會造成很大影響。造成落入重疊區域170內的感光樹脂層150影后的線寬與非重疊區域內形成的感光樹脂圖案影后的線寬不同，進而導致由感光樹脂層150組成的膜層或者需感光樹脂層150覆蓋刻蝕的膜層圖案線寬不一致，導致顯示面板亮度不一，造成產品顯示不均勻等問題。
進行如下實驗，將顯示面板調至白畫面，電測白畫面，發現在顯示面板上出現明顯的白條區(mura區)，對顯示面板的遮光層(即黑矩陣，bm)檢測。試驗中，分別選取bm對應在mura區和非mura區上的若干點，測量選取點處的bm線寬。圖2為現有技術製作的不同參數的顯示面板的實驗數據。橫坐標為選取點的編號，縱坐標為該點處bm的實際線寬(單位：μm)。其中，所測量的顯示面板對應的bm的理論線寬，即滿足設計要求的線寬大小應當為5.5μm。如圖2(a)所示，在非mura區上的若干點處bm的實際線寬基本維持在理論線寬要求的5.5μm，部分測量點處bm線寬在誤差允許的範圍內波動；而對於對於在mura區上的若干點處bm的實際線寬普遍小於理論線寬要求，基本維持在5.3μm上下，超出誤差允許的範圍。
為了改善曝光差異造成的顯示不均顯示，嘗試了從工藝參數上進行調整，例如，改變曝光時間，曝光環境等，但最終只能改善不均程度，無法杜絕mura的出現。此外，還嘗試了對感光基材，即對色阻的調整，例如在色阻的組成材料、厚度上做搭配，還是無法完全杜絕mura的出現。
隨著實驗的深入，收集出bm不同線寬設計的數據，發現相同色阻、工藝狀況下，線寬差異是恆定的。如圖2中舉例的三個實驗數據，如圖2(b)、2(c)所示，分別為設計的bm的理論線寬為15μm、22μm的實驗數據。對於所測量的顯示面板對應的bm的理論線寬為15μm時，在非mura區上的若干點處，在誤差允許的波動範圍內，bm的實際線寬基本維持在理論線寬要求的15μm，而對於在mura區上的若干點處bm的實際線寬普遍小於理論線寬要求，均未超過14.8μm，超出誤差允許的範圍。對於所測量的顯示面板對應的bm的理論線寬為22μm時，在非mura區上的若干點處，在誤差允許的波動範圍內，bm的實際線寬基本維持在理論線寬要求的22μm，而對於在mura區上的若干點處bm的實際線寬普遍小於理論線寬要求，均未超過21.8μm，mura區bm線寬超出誤差允許的範圍。
通過實驗，本發明提供一種用於製作膜層圖案的掩膜板。如圖3所示，圖3為本發明一種實施例提供的掩膜板的平面示意圖。
掩膜板200包括第一掩膜區域210和第二掩膜區域220。第一掩膜區域210和第二掩膜區域220沿y方向間隔排列。優選的，本實施例提供的掩膜板用於製作網狀遮光層圖案。
第一掩膜區域210包括網狀第一透光區211和若干被第一透光區211包圍的第一遮光區212；第一透光區211包括多個沿x方向延伸的第一開口231和多個與第一開口231正交的第二開口232。
第二掩膜區域220包括網狀第二透光區221和若干被第二透光區221包圍的第二遮光區222；第二透光區211包括多個沿x方向延伸的第三開口233和多個與第三開口231正交的第四開口234。
本實施例中的掩膜板用於製作網狀遮光層，該網狀遮光層包括多條沿x方向和y方向延伸，且彼此正交的條狀遮光層；其中，沿x方向延伸，沿y方向排列的條狀遮光層在y方向上具有相同的線寬，且寬度均為cdy，則第一開口231和第三開口233在y方向上的理論線寬均為cdy；沿y方向延伸，沿x方向排列的條狀遮光層在x方向上具有相同的線寬，且寬度均為cdx，即第二開口232和第四開口234在x方向上的理論線寬均為cdy。
其中，第一開口231的實際線寬cd1大於第一開口231的理論線寬cdy。第三開口233的實際線寬cd3等於第三開口233的理論線寬cdy。也就是說，掩膜板200的第一掩膜區域210上沿x方向延伸的開口要比實際掩膜板200在該區域要製作的遮光層圖案的線寬要大，掩膜板200的第二掩膜區域220上沿x方向延伸的開口要與實際掩膜板200在該區域要製作的遮光層圖案的線寬大小保持一致。
第二開口232的實際線寬cd2大於第二開口232的理論線寬cdx。第四開口234的實際線寬cd4等於第四開口234的理論線寬cdx。也就是說，掩膜板200的第一掩膜區域210上沿y方向延伸的開口要比實際掩膜板200在該區域要製作的遮光層圖案的線寬要大，掩膜板200的第二掩膜區域220上沿y方向延伸的開口要與實際掩膜板200在該區域要製作的遮光層圖案的線寬大小保持一致。
優選的，第一開口231的實際線寬cd1比第一開口231的理論線寬cdy大0.1～0.5μm。第二開口232的實際線寬cd2比第二開口232的理論線寬cdx大0.1～0.5μm。不同感光基材，即色阻，因為感光性不同，在製作工藝製作中線寬會產生差異。而使掩膜板200的第一掩膜區域210上的開口的實際線寬與該區域的理論線寬相比擴大的範圍設置在0.1～0.5μm，不僅滿足使膜層圖案線寬均一的要求，改善顯示品質，還可以滿足即使該掩膜板用於製作不同感光基材，也不會使在製作工藝製作中感光基材得線寬產生的差異超出誤差允許的線寬範圍，使掩膜板可以適用於多種的感光基材。
本實施例通過對光刻工藝中使用的掩膜板改進，可以解決由於掃描曝光方式造成固定區域處圖案大小差異問題的問題。在不引入新的製作步驟，不增加製作成本的同時，改善因為光強差異造成的線寬不均一的問題。
如圖4所示，圖4(a)為本發明一種實施例提供的曝光裝置的示意圖,圖4(b)為圖4(a)中基板的俯視圖。如圖5所示，圖5為圖4沿y方向的截面的示意圖。
結合圖4、圖5，該曝光裝置300包括沿z方向依次設置的光源310、上一實施例提供的掩膜板200以及若干透鏡330。透鏡330遠離掩膜板200的一側設置有基板340，基板340朝向透鏡330的一側上塗覆有一層待曝光的感光基材350。光源310通過掩膜板200上的第一透光區211第二透光區221，經透鏡330投射在感光基材350所在平面上，形成投射區域360。圖中沿z方向的虛線箭頭示意為光源310發出的光。優選的，本實施例中投射區域360為梯形。透鏡330可以沿x方向(即掃描方向)相對基板340移動，投射區域360隨著透鏡330在感光基材350上移動。將透鏡在y方向(即與掃描方向正交的方向)上相互錯，使相鄰的投射區域360相鄰邊緣區域361重疊形成重疊區370，補償邊緣區域361與中間區域362的光強差異。本實施例中其他與現有技術相同之處不再贅述。
掩膜板200的第一掩膜區域210對應投射區域360的重疊區域(即為圖5中的a區域)設置，第一掩膜區域210包括網狀第一透光區211和若干被第一透光區211包圍的第一遮光區212。第一透光區211包括多個沿x方向延伸的第一開口231，其中，第一掩膜區域210的第一開口231的實際線寬cd1大於第一開口231的理論線寬cdy。第二掩膜區域220對應投射區域360的重疊區域外的區域(即為圖5中的b區域)設置，第二掩膜區域220包括第二透光區221和若干被第二透光區221包圍的第二遮光區222；第二透光區211包括多個沿x方向延伸的第三開口233，其中，第三開口233的實際線寬cd3等於第三開口233的理論線寬cdy。也就是說，掩膜板200的第一掩膜區域210上沿x方向延伸的開口要比實際掩膜板200該區域要製作的遮光層圖案的線寬要大。具體的，可以將第一掩膜區域210的第一開口231沿掩膜板200所在平面上的垂直與x的方向，由中心向兩邊分別外擴相等的距離cdadd。
優選的，第一開口231的實際線寬cd1比第一開口231的理論線寬cdy大0.1～0.5μm。不僅滿足使膜層圖案線寬均一的要求，改善顯示品質，還可以滿足即使該掩膜板用於製作不同感光基材，也不會使在製作工藝製作中感光基材得線寬產生的差異超出誤差允許的線寬範圍，使掩膜板可以適用於多種的感光基材。
當然，本實施例由於考慮到現有技術中的顯示面板像素排布規律，通常將沿y方向延伸的像素之間的間隔設置薄膜電晶體，因此該處間隔通常的較大，沿y方向延伸，沿x方向排列的條狀遮光層在x方向上的寬度也遠大於與之正交的條狀遮光層的線寬，由於掃描曝光方式造成固定區域處圖案大小的差異對沿y方向延伸的條狀遮光層影響可以忽略，因此在本發明的一些實施例中可僅僅對掩膜板上對應沿x方向延伸的條狀遮光層的第一透光區進行沿著y方向的外擴。不同的，在本發明的一些優選實施例中，也可以根據具體需要，對掩膜板的第一透光區選擇性的在不同的方向(並不局限於x或y方向)上進行外擴。
本實施例提供的曝光裝置在保證原有透鏡的排布結構，保持透鏡相互補償曝光強度的同時，不引入新的製作步驟，不增加製作成本，改善了原有技術中存在的光強差異造成的膜層圖案線寬不均一的問題，不僅提高了產品良率，還保證了顯示面板的顯示畫面的品質。
如圖6所示，圖6(a)到圖6(c)為本發明一種實施例提供的膜層圖案的製作方法的示意圖。
首先如圖6(a)所示，先後經過增粘處理、塗膠、後烘等工序在基板400上形成待圖案化的膜層410。膜層410為感光基材，例如感光樹脂等光刻膠材料，本實施例以負性感光基材為例，負性感光基材曝光的區域發生交聯，難溶於顯影液，具有良好的粘附能力、良好的阻擋作用、感光速度快。
接著如圖6(b)所示，使用上一實施例所述的曝光裝置300對膜層進行曝光。將基板至於曝光裝置300的載臺上，塗覆有待圖案化的膜層410的一面朝向曝光裝置300的光源210，其中，光源210發出的光經過掩膜板200的透光區，由透鏡投射在膜層410上，形成投射區域，沿y方向，相鄰投射區域的邊緣區域相互重疊形成重疊區域a。掩膜板200的第一掩膜區域210對應重疊區域a設置，第一掩膜區域210上的圖案，即第一開口231的形狀與落入重疊區域a內的膜層410的圖案一致。掩膜板200的第二掩膜區域220對應非重疊區域b設置，第二掩膜區域220上的預設圖案，即第三開口233的形狀與落入非重疊區域b內的膜層410的預設圖案一致。
其中，第一掩膜區域210的第一開口231的實際線寬cd1大於第一開口231的理論線寬cdy。第三開口233的實際線寬cd3等於第三開口233的理論線寬cdy。也就是說，掩膜板200的第一掩膜區域210上沿x方向延伸的開口要比實際掩膜板200在該區域要製作的遮光層圖案的線寬要大。可以將第一掩膜區域210的第一開口231沿掩膜板200所在平面上的垂直與x的方向，由中心向兩邊分別外擴相等的距離cdadd。投射區域隨著透鏡在膜層410所在平面上移動沿垂直與y的方向移動，完成對膜層410的曝光。
然後如圖6(c)所示，對曝光後的膜層410進行顯影、顯影后烘、刻蝕，形成膜層圖案420。通過本實施例的製作方法，在曝光過程中，處於重疊區域a與非重疊區域b內的膜層410，最後形成的膜層圖案410的線寬均達到設計要求的理論線寬cdy。
優選的，第一開口231的實際線寬cd1比第一開口231的理論線寬cdy大0.1～0.5μm。不僅滿足使膜層圖案線寬均一的要求，改善顯示品質，還可以滿足即使該掩膜板用於製作不同感光基材，也不會使在製作工藝製作中感光基材得線寬產生的差異超出誤差允許的線寬範圍，使掩膜板可以適用於多種的感光基材。
通過本發明，膜層圖案線寬均一性得到顯著改善，避免了mura的出現，從而提高了顯示品質。為方便說明，下面以製作具有沿x方向延伸，沿y方向排列，且理論線寬均為5.5μm的條狀遮光層的網狀遮光層圖案為例進行說明，則掩膜板沿x方向延伸的開口的理論線寬cdy應當均為5.5μm，即第一開口231和第三開口233沿y方向的理論線寬cd1和cd3均為5.5μm。
具體的第一開口231的實際線寬cd1比第一開口231的理論線寬cdy大0.2μm。則優選的，cdadd＝0.5×0.2μm通過使掩膜板200的第一掩膜區域210上的開口的實際線寬與該區域的理論線寬相比擴大0.2μm，不僅可以防止被圖案化的膜層由於曝光區域的光強不均或存在時間差的重複曝光所產生的圖案線寬差異，還可以進一步提高圖案的精度，防止過度曝光，或曝光不完全造成的圖案殘留。
如圖7(a)到圖7(c)，分別為通過本發明的製作方法製作的bm的理論線寬為0.5μm、15μm、22μm的實驗數據。與圖6(a)到圖6(c)中現有技術製作的bm的理論線寬為0.5μm、15μm、22μm的實驗數據進行比較。bm的理論線寬為0.5μm的顯示面板在可能產生mura的區域(即在曝光過程中，處於重疊區域內的膜層區域)，bm的實際線寬在0.5μm及允許的誤差範圍內波動，與非mura的區域沒有差異。同樣的，bm的理論線寬為15μm、22μm的顯示面板在可能產生mura的區域在誤差允許的範圍內也都沒有出現線寬差異。
綜上，通過本發明對光刻工藝中使用的掩膜板及曝光裝置進行改進，可以解決由於掃描曝光方式造成固定區域處圖案大小差異的問題。在不引入新的製作步驟，不增加製作成本的同時，改善因為光強差異造成的線寬不均一的問題，不僅提高了產品良率，還保證了顯示面板的顯示畫面的品質。
當然，本發明提供的掩膜板、曝光裝置及膜層圖案的製作方法並不局限於應用在遮光層，本發明可根據需要針對不同膜層圖案設計，廣泛應用在由於掃描曝光方式造成固定區域處圖案大小差異問題的膜層。本發明並不局限於顯示面板中，本發明可普遍運用在半導體製作或顯示領域。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。