CN107219720B - 一种掩膜板、曝光装置以及膜层图案化的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种掩膜板、包括上述掩膜板的曝光装置以及使用上述曝光装置制作膜层图案的方法；其中，掩膜板包括：第一掩膜区域，包括若干第一透光区和若干第一遮光区；第二掩膜区域，包括若干第二透光区和若干第二遮光区；第一透光区的实际线宽大于理论线宽；理论线宽等于待制作的膜层相应位置处图案的线宽；本发明可以解决由于扫描曝光方式造成固定区域处图案大小差异的问题。在不引入新的制作步骤，不增加制作成本的同时，改善因为光强差异造成的线宽不均一的问题，不仅提高了产品良率，还保证了显示面板的显示画面的品质。

Description

一种掩膜板、曝光装置以及膜层图案化的制作方法

技术领域

本发明涉及显示领域，特别是涉及一种掩膜板、曝光装置以及膜层图案的制作方法。

背景技术

光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。光刻工艺的主要作用是将掩膜板上的图形复制到基板上，或为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。尤其在显示领域中，液晶显示元件和半导体元件中的各种膜层，如金属层、黑矩阵层、彩色滤光层、透明导电层等膜层，通过涂覆、曝光和显影工艺以及刻蚀等工艺形成于基板之上的。根据各种膜层的需要，在玻璃基板上涂覆感光基材，通过曝光装置对感光基材进行曝光以及显影，由图案化后的感光基材形成膜层图案，或者进一步用图案化后的感光基材作为阻挡，刻蚀光敏树脂图案下层的膜层得到需要的膜层图案。

随着显示面板的显示区域大型化发展，即使使用尺寸最大光罩的扫描曝光机，也无法将所有显示面板的图形一次曝光完成，因此，扫描型曝光机被主要运用在曝光过程中。该曝光装置配置有多个透镜，从光源出射的光线经投射在感光基材上，并对感光基材进行曝光。为了使投射区域良好衔接，避免曝光照度不均，相邻的投射区域的边缘被重复曝光。但是，在曝光装置扫描过程中，重复曝光处的的感光基材的反应状况依旧与重复曝光处外的感光基材的反应状况存在差异，最终导致显示面板亮度不一，造成产品显示不均匀等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于制作膜层图案的掩膜板，其特征在于，所述掩膜板包括第一掩膜区域和第二掩膜区域；

所述第一掩膜区域包括若干第一透光区和若干第一遮光区；

所述第二掩膜区域包括若干第二透光区和若干第二遮光区；

其中，所述第一透光区的实际线宽大于理论线宽；所述理论线宽等于待制作的膜层相应位置处图案的线宽。

本发明还提供了一种曝光装置，其特征在于，所述曝光装置可对待曝光材料进行扫描曝光，所述曝光装置包括依次设置的光源、上述掩膜板以及若干透镜；所述透镜配置成依定量位移形成相邻的投射区域；沿与所述扫描方向直交的方向，相邻所述投射区域的相邻端部重叠形成重叠区；所述掩膜板的所述第一掩膜区域对应所述投射区域的所述重叠区域设置。

本发明还提供了一种膜层图案的制作方法，包括：

在基板上形成待图案化的膜层；

使用上述曝光装置对所述膜层进行曝光；

对所述膜层进行刻蚀，形成膜层图案。

与现有技术相比，本发明通过对光刻工艺中使用的掩膜板及曝光装置进行改进，可以解决由于扫描曝光方式造成固定区域处图案大小差异的问题。在不引入新的制作步骤，不增加制作成本的同时，改善因为光强差异造成的线宽不均一的问题，不仅提高了产品良率，还保证了显示面板的显示画面的品质。

附图说明

图1是现有技术中的曝光装置在透镜扫描过程示意图；

图2(a)到2(c)是现有技术制作的不同参数的显示面板的实验数据；

图3是本发明一种实施例提供的掩膜板的平面示意图；

图4(a)是本发明一种实施例提供的曝光装置的示意图；

图4(b)是图4(a)中基板的俯视图；

图5是图4沿Y方向的截面的示意图

图6(a)到图6(c)是本发明一种实施例提供的膜层图案的制作方法的示意图；

图7(a)到图7(c)是通过本发明的制作方法制作的显示面板的实验数据。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

需要说明的是，在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

本发明附图中各膜层厚度和区域大小、形状不反应各膜层的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。

如图1所示，图1为现有技术中的曝光装置在透镜扫描过程示意图，在扫描曝光的过程中，光经过透镜130，投射在基板140上涂覆的感光树脂层150上，对感光树脂层150进行曝光，其中，图中感光树脂层150上阴影部分为被扫描过的部分。光经过每个透镜130，投射在感光树脂层150所在平面上，形成投射区域160。落入投射区域160内的感光树脂层150被曝光。透镜130可以沿X方向(即扫描方向)相对基板140移动，投射区域160随着透镜130在感光树脂层150上移动，实现对大尺寸显示设备所用元件的扫描曝光。

由于每个透镜130的边缘区域的光学性能与透镜130的中间区域的光学性能存在一定的差异，因此，投射区域160的边缘区域161的光的强度与投射区域160的中间区域162的光的强度存在差异。因此，将透镜在Y方向(即与扫描方向正交的方向)上相互错，使相邻的投射区域160相邻边缘区域161重叠形成重叠区170，补偿边缘区域161与中间区域162的光强差异。现以七个透镜131到137为例进行说明。也就是说，透镜131、透镜133、透镜135、透镜137沿着Y方向排列并具有相同X轴坐标x1；透镜132、透镜134、透镜136沿着Y方向排列并具有相同X轴坐标x2；x1与x2不相等；这样相邻130可以在Y方向上相互靠近，相邻的投射区域160相互靠近的边缘区域161具有相同Y轴坐标，相邻的投射区域160相互靠近的边缘区域161在在扫描过程中重叠。因此，在透镜130沿X方向移动，使曝光装置对感光树脂层150进行曝光时，相邻边缘区域161先后扫过感光树脂层150的同一区域，在感光树脂层150所在平面上形成在重叠区170。

但是，落入重叠区170内的感光树脂层150虽然被重复曝光，但是，由于相邻边缘区域161是分先后经过重叠区170而不是同在一时刻叠加在重叠区170。因此在同一时刻内，重叠区170内的光强实际上并不能做到与重叠区170外的光强相等，在重叠区170内的感光树脂层150的反应状况依旧与重叠区170外的的感光树脂层150的反应状况存在差异。而且，边缘区域161是分先后经过重叠区170，导致重叠区170内的两次曝光存在一段时间差，对重叠区170内的感光树脂层150反应也会造成很大影响。造成落入重叠区域170内的感光树脂层150影后的线宽与非重叠区域内形成的感光树脂图案影后的线宽不同，进而导致由感光树脂层150组成的膜层或者需感光树脂层150覆盖刻蚀的膜层图案线宽不一致，导致显示面板亮度不一，造成产品显示不均匀等问题。

进行如下实验，将显示面板调至白画面，电测白画面，发现在显示面板上出现明显的白条区(mura区)，对显示面板的遮光层(即黑矩阵，BM)检测。试验中，分别选取BM对应在mura区和非mura区上的若干点，测量选取点处的BM线宽。图2为现有技术制作的不同参数的显示面板的实验数据。横坐标为选取点的编号，纵坐标为该点处BM的实际线宽(单位：μm)。其中，所测量的显示面板对应的BM的理论线宽，即满足设计要求的线宽大小应当为5.5μm。如图2(a)所示，在非mura区上的若干点处BM的实际线宽基本维持在理论线宽要求的5.5μm，部分测量点处BM线宽在误差允许的范围内波动；而对于对于在mura区上的若干点处BM的实际线宽普遍小于理论线宽要求，基本维持在5.3μm上下，超出误差允许的范围。

为了改善曝光差异造成的显示不均显示，尝试了从工艺参数上进行调整，例如，改变曝光时间，曝光环境等，但最终只能改善不均程度，无法杜绝mura的出现。此外，还尝试了对感光基材，即对色阻的调整，例如在色阻的组成材料、厚度上做搭配，还是无法完全杜绝mura的出现。

随着实验的深入，收集出BM不同线宽设计的数据，发现相同色阻、工艺状况下，线宽差异是恒定的。如图2中举例的三个实验数据，如图2(b)、2(c)所示，分别为设计的BM的理论线宽为15μm、22μm的实验数据。对于所测量的显示面板对应的BM的理论线宽为15μm时，在非mura区上的若干点处，在误差允许的波动范围内，BM的实际线宽基本维持在理论线宽要求的15μm，而对于在mura区上的若干点处BM的实际线宽普遍小于理论线宽要求，均未超过14.8μm，超出误差允许的范围。对于所测量的显示面板对应的BM的理论线宽为22μm时，在非mura区上的若干点处，在误差允许的波动范围内，BM的实际线宽基本维持在理论线宽要求的22μm，而对于在mura区上的若干点处BM的实际线宽普遍小于理论线宽要求，均未超过21.8μm，mura区BM线宽超出误差允许的范围。

通过实验，本发明提供一种用于制作膜层图案的掩膜板。如图3所示，图3为本发明一种实施例提供的掩膜板的平面示意图。

掩膜板200包括第一掩膜区域210和第二掩膜区域220。第一掩膜区域210和第二掩膜区域220沿Y方向间隔排列。优选的，本实施例提供的掩膜板用于制作网状遮光层图案。

第一掩膜区域210包括网状第一透光区211和若干被第一透光区211包围的第一遮光区212；第一透光区211包括多个沿X方向延伸的第一开口231和多个与第一开口231正交的第二开口232。

第二掩膜区域220包括网状第二透光区221和若干被第二透光区221包围的第二遮光区222；第二透光区211包括多个沿X方向延伸的第三开口233和多个与第三开口231正交的第四开口234。

本实施例中的掩膜板用于制作网状遮光层，该网状遮光层包括多条沿X方向和Y方向延伸，且彼此正交的条状遮光层；其中，沿X方向延伸，沿Y方向排列的条状遮光层在Y方向上具有相同的线宽，且宽度均为CDy，则第一开口231和第三开口233在Y方向上的理论线宽均为CDy；沿Y方向延伸，沿X方向排列的条状遮光层在X方向上具有相同的线宽，且宽度均为CDx，即第二开口232和第四开口234在X方向上的理论线宽均为CDy。

其中，第一开口231的实际线宽CD1大于第一开口231的理论线宽CDy。第三开口233的实际线宽CD3等于第三开口233的理论线宽CDy。也就是说，掩膜板200的第一掩膜区域210上沿X方向延伸的开口要比实际掩膜板200在该区域要制作的遮光层图案的线宽要大，掩膜板200的第二掩膜区域220上沿X方向延伸的开口要与实际掩膜板200在该区域要制作的遮光层图案的线宽大小保持一致。

第二开口232的实际线宽CD2大于第二开口232的理论线宽CDx。第四开口234的实际线宽CD4等于第四开口234的理论线宽CDx。也就是说，掩膜板200的第一掩膜区域210上沿Y方向延伸的开口要比实际掩膜板200在该区域要制作的遮光层图案的线宽要大，掩膜板200的第二掩膜区域220上沿Y方向延伸的开口要与实际掩膜板200在该区域要制作的遮光层图案的线宽大小保持一致。

优选的，第一开口231的实际线宽CD1比第一开口231的理论线宽CDy大0.1～0.5μm。第二开口232的实际线宽CD2比第二开口232的理论线宽CDx大0.1～0.5μm。不同感光基材，即色阻，因为感光性不同，在制作工艺制作中线宽会产生差异。而使掩膜板200的第一掩膜区域210上的开口的实际线宽与该区域的理论线宽相比扩大的范围设置在0.1～0.5μm，不仅满足使膜层图案线宽均一的要求，改善显示品质，还可以满足即使该掩膜板用于制作不同感光基材，也不会使在制作工艺制作中感光基材得线宽产生的差异超出误差允许的线宽范围，使掩膜板可以适用于多种的感光基材。

本实施例通过对光刻工艺中使用的掩膜板改进，可以解决由于扫描曝光方式造成固定区域处图案大小差异问题的问题。在不引入新的制作步骤，不增加制作成本的同时，改善因为光强差异造成的线宽不均一的问题。

如图4所示，图4(a)为本发明一种实施例提供的曝光装置的示意图,图4(b)为图4(a)中基板的俯视图。如图5所示，图5为图4沿Y方向的截面的示意图。

结合图4、图5，该曝光装置300包括沿Z方向依次设置的光源310、上一实施例提供的掩膜板200以及若干透镜330。透镜330远离掩膜板200的一侧设置有基板340，基板340朝向透镜330的一侧上涂覆有一层待曝光的感光基材350。光源310通过掩膜板200上的第一透光区211第二透光区221，经透镜330投射在感光基材350所在平面上，形成投射区域360。图中沿Z方向的虚线箭头示意为光源310发出的光。优选的，本实施例中投射区域360为梯形。透镜330可以沿X方向(即扫描方向)相对基板340移动，投射区域360随着透镜330在感光基材350上移动。将透镜在Y方向(即与扫描方向正交的方向)上相互错，使相邻的投射区域360相邻边缘区域361重叠形成重叠区370，补偿边缘区域361与中间区域362的光强差异。本实施例中其他与现有技术相同之处不再赘述。

掩膜板200的第一掩膜区域210对应投射区域360的重叠区域(即为图5中的A区域)设置，第一掩膜区域210包括网状第一透光区211和若干被第一透光区211包围的第一遮光区212。第一透光区211包括多个沿X方向延伸的第一开口231，其中，第一掩膜区域210的第一开口231的实际线宽CD1大于第一开口231的理论线宽CDy。第二掩膜区域220对应投射区域360的重叠区域外的区域(即为图5中的B区域)设置，第二掩膜区域220包括第二透光区221和若干被第二透光区221包围的第二遮光区222；第二透光区211包括多个沿X方向延伸的第三开口233，其中，第三开口233的实际线宽CD3等于第三开口233的理论线宽CDy。也就是说，掩膜板200的第一掩膜区域210上沿X方向延伸的开口要比实际掩膜板200该区域要制作的遮光层图案的线宽要大。具体的，可以将第一掩膜区域210的第一开口231沿掩膜板200所在平面上的垂直与X的方向，由中心向两边分别外扩相等的距离CDadd。

优选的，第一开口231的实际线宽CD1比第一开口231的理论线宽CDy大0.1～0.5μm。不仅满足使膜层图案线宽均一的要求，改善显示品质，还可以满足即使该掩膜板用于制作不同感光基材，也不会使在制作工艺制作中感光基材得线宽产生的差异超出误差允许的线宽范围，使掩膜板可以适用于多种的感光基材。

当然，本实施例由于考虑到现有技术中的显示面板像素排布规律，通常将沿Y方向延伸的像素之间的间隔设置薄膜晶体管，因此该处间隔通常的较大，沿Y方向延伸，沿X方向排列的条状遮光层在X方向上的宽度也远大于与之正交的条状遮光层的线宽，由于扫描曝光方式造成固定区域处图案大小的差异对沿Y方向延伸的条状遮光层影响可以忽略，因此在本发明的一些实施例中可仅仅对掩膜板上对应沿X方向延伸的条状遮光层的第一透光区进行沿着Y方向的外扩。不同的，在本发明的一些优选实施例中，也可以根据具体需要，对掩膜板的第一透光区选择性的在不同的方向(并不局限于X或Y方向)上进行外扩。

本实施例提供的曝光装置在保证原有透镜的排布结构，保持透镜相互补偿曝光强度的同时，不引入新的制作步骤，不增加制作成本，改善了原有技术中存在的光强差异造成的膜层图案线宽不均一的问题，不仅提高了产品良率，还保证了显示面板的显示画面的品质。

如图6所示，图6(a)到图6(c)为本发明一种实施例提供的膜层图案的制作方法的示意图。

首先如图6(a)所示，先后经过增粘处理、涂胶、后烘等工序在基板400上形成待图案化的膜层410。膜层410为感光基材，例如感光树脂等光刻胶材料，本实施例以负性感光基材为例，负性感光基材曝光的区域发生交联，难溶于显影液，具有良好的粘附能力、良好的阻挡作用、感光速度快。

接着如图6(b)所示，使用上一实施例所述的曝光装置300对膜层进行曝光。将基板至于曝光装置300的载台上，涂覆有待图案化的膜层410的一面朝向曝光装置300的光源210，其中，光源210发出的光经过掩膜板200的透光区，由透镜投射在膜层410上，形成投射区域，沿Y方向，相邻投射区域的边缘区域相互重叠形成重叠区域A。掩膜板200的第一掩膜区域210对应重叠区域A设置，第一掩膜区域210上的图案，即第一开口231的形状与落入重叠区域A内的膜层410的图案一致。掩膜板200的第二掩膜区域220对应非重叠区域B设置，第二掩膜区域220上的预设图案，即第三开口233的形状与落入非重叠区域B内的膜层410的预设图案一致。

其中，第一掩膜区域210的第一开口231的实际线宽CD1大于第一开口231的理论线宽CDy。第三开口233的实际线宽CD3等于第三开口233的理论线宽CDy。也就是说，掩膜板200的第一掩膜区域210上沿X方向延伸的开口要比实际掩膜板200在该区域要制作的遮光层图案的线宽要大。可以将第一掩膜区域210的第一开口231沿掩膜板200所在平面上的垂直与X的方向，由中心向两边分别外扩相等的距离CDadd。投射区域随着透镜在膜层410所在平面上移动沿垂直与Y的方向移动，完成对膜层410的曝光。

然后如图6(c)所示，对曝光后的膜层410进行显影、显影后烘、刻蚀，形成膜层图案420。通过本实施例的制作方法，在曝光过程中，处于重叠区域A与非重叠区域B内的膜层410，最后形成的膜层图案410的线宽均达到设计要求的理论线宽CDy。

优选的，第一开口231的实际线宽CD1比第一开口231的理论线宽CDy大0.1～0.5μm。不仅满足使膜层图案线宽均一的要求，改善显示品质，还可以满足即使该掩膜板用于制作不同感光基材，也不会使在制作工艺制作中感光基材得线宽产生的差异超出误差允许的线宽范围，使掩膜板可以适用于多种的感光基材。

通过本发明，膜层图案线宽均一性得到显著改善，避免了mura的出现，从而提高了显示品质。为方便说明，下面以制作具有沿X方向延伸，沿Y方向排列，且理论线宽均为5.5μm的条状遮光层的网状遮光层图案为例进行说明，则掩膜板沿X方向延伸的开口的理论线宽CDy应当均为5.5μm，即第一开口231和第三开口233沿Y方向的理论线宽CD1和CD3均为5.5μm。

具体的第一开口231的实际线宽CD1比第一开口231的理论线宽CDy大0.2μm。则优选的，CDadd＝0.5×0.2μm通过使掩膜板200的第一掩膜区域210上的开口的实际线宽与该区域的理论线宽相比扩大0.2μm，不仅可以防止被图案化的膜层由于曝光区域的光强不均或存在时间差的重复曝光所产生的图案线宽差异，还可以进一步提高图案的精度，防止过度曝光，或曝光不完全造成的图案残留。

如图7(a)到图7(c)，分别为通过本发明的制作方法制作的BM的理论线宽为0.5μm、15μm、22μm的实验数据。与图6(a)到图6(c)中现有技术制作的BM的理论线宽为0.5μm、15μm、22μm的实验数据进行比较。BM的理论线宽为0.5μm的显示面板在可能产生mura的区域(即在曝光过程中，处于重叠区域内的膜层区域)，BM的实际线宽在0.5μm及允许的误差范围内波动，与非mura的区域没有差异。同样的，BM的理论线宽为15μm、22μm的显示面板在可能产生mura的区域在误差允许的范围内也都没有出现线宽差异。

综上，通过本发明对光刻工艺中使用的掩膜板及曝光装置进行改进，可以解决由于扫描曝光方式造成固定区域处图案大小差异的问题。在不引入新的制作步骤，不增加制作成本的同时，改善因为光强差异造成的线宽不均一的问题，不仅提高了产品良率，还保证了显示面板的显示画面的品质。

当然，本发明提供的掩膜板、曝光装置及膜层图案的制作方法并不局限于应用在遮光层，本发明可根据需要针对不同膜层图案设计，广泛应用在由于扫描曝光方式造成固定区域处图案大小差异问题的膜层。本发明并不局限于显示面板中，本发明可普遍运用在半导体制作或显示领域。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于制作膜层图案的掩膜板，其中，光源发出的光在待曝光膜层图案所在平面上形成相邻的投射区域，相邻所述投射区域的相邻端部重叠形成重叠区域，其特征在于，所述掩膜板包括对应所述投射区域的所述重叠区域的第一掩膜区域和对应所述投射区域的所述重叠区域外的区域的第二掩膜区域；

所述第一掩膜区域包括若干第一透光区和若干第一遮光区；

所述第二掩膜区域包括若干第二透光区和若干第二遮光区；

其中，所述第一透光区的实际线宽大于理论线宽；所述理论线宽等于待制作的膜层相应位置处图案的线宽。

2.如权利要求1所述的掩膜板，其特征在于，其特征在于，所述第一透光区的所述实际线宽比所述理论线宽大0.1～0.5μm。

3.如权利要求1所述的掩膜板，其特征在于，其特征在于，所述第一透光区的所述实际线宽比所述理论线宽大0.2μm。

4.一种曝光装置，其特征在于，所述曝光装置可对待曝光材料进行扫描曝光，所述曝光装置包括依次设置的光源、权利要求1到3中任一项所述的掩膜板以及若干透镜；所述透镜配置成依定量位移设置，并使所述光源发出的光在待曝光膜层图案所在平面上形成相邻的投射区域；沿与所述扫描方向直交的方向，相邻所述投射区域的相邻端部重叠形成重叠区；所述掩膜板的所述第一掩膜区域对应所述投射区域的所述重叠区域设置。

5.如权利要求4所述的曝光装置，其特征在于，所述投射区域的形状为梯形。

6.一种膜层图案的制作方法，其特征在于，包括：

在基板上形成待图案化的膜层；

使用权利要求4到5中任一项所述的曝光装置对所述膜层进行曝光；

对所述膜层进行刻蚀，形成膜层图案。

7.如权利要求6所述的膜层图案的制作方法，其特征在于，使用所述曝光装置对所述膜层进行曝光包括：

所述第一掩膜区域对应位于所述重叠区域的所述膜层设置，所述第一透光区的实际线宽大于位于所 述重叠区域的所述膜层相应位置的线宽。

8.如权利要求7所述的膜层图案的制作方法，其特征在于，使用所述曝光装置对所述膜层进行曝光包括：

所述第一透光区的实际线宽比位于所 述重叠区域的所述膜层相应位置的线宽大0.1～0.5μm。

9.如权利要求8所述的膜层图案的制作方法，其特征在于，使用所述曝光装置对所述膜层进行曝光包括：

所述第一透光区的实际线宽比位于所 述重叠区域的所述膜层相应位置的线宽大0.2μm。

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