專利名稱：制作圖案化材料層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種制作圖案化材料層的方法；特別是有關(guān)于一種通過 半調(diào)式掩膜(half-tone mask)的特性來(lái)提高圖案化材料層的最小線寬(line width)的方法。
背景技術(shù)：
隨著科技的進(jìn)步，微電子工業(yè)的制造技術(shù)一日千里，其中光刻技術(shù)扮演 著相當(dāng)重要的角色。光刻技術(shù)主要是利用光源將掩膜上所設(shè)計(jì)好的圖案通過 曝光轉(zhuǎn)移至感光材料上，并可進(jìn)一步利用此圖案化的感光材料作為刻蝕掩膜。 然而，在光刻工藝中，圖案的線寬與所使用的光源的波長(zhǎng)或聚焦的透鏡的數(shù) 值孔徑等參數(shù)相關(guān)，因此線寬的最小值是有極限的。尤其隨著電子元件積集 度不斷地增加，元件內(nèi)部的圖案線寬也相對(duì)地縮小，相對(duì)使得光刻工藝的難 度提高。
在液晶顯示面板的工藝中，經(jīng)常使用到上述光刻技術(shù)來(lái)制作例如薄膜晶 體管(thin-film transistor, TFT)、像素結(jié)構(gòu)、引線等元件。然而，上述元件的
制作同樣受限于已知曝光工藝的限制，而無(wú)法得到更佳的元件積集度與元件 效能。圖1即繪示一種已知的薄膜晶體管。如圖1所示，受限于已知曝光工 藝的尺寸極限(critical dimension, CD)，薄膜晶體管的溝道寬度(channel width) W的最小極限值大約在4微米0im)左右。由于薄膜晶體管的充電能力以及能 量損耗跟溝道寬度相關(guān)，在無(wú)法進(jìn)一步降低溝道寬度的情況下，相對(duì)使得薄 膜晶體管的效能受到限制。另一方面，線寬過大的元件圖案也會(huì)占用液晶顯 示面板上的可用面積，導(dǎo)致像素的開口率下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種制作圖案化材料層(patterned material layer)的方法，可 以在材料層上形成具有較小線寬的圖案。
本發(fā)明另提供一種具有較小線寬圖案的圖案化材料層。 本發(fā)明提出的制作圖案化材料層的方法，主要包括下列步驟。首先，提 供基材，并且基材上覆蓋感光材料層。然后，提供半色調(diào)掩膜(half-tone mask) 于基材上方。而半色調(diào)掩膜具有半色調(diào)圖案(half-tone pattern),且半色調(diào)圖 案的透光率介于40%至80%之間。之后，通過半色調(diào)掩膜的半色調(diào)圖案對(duì)感 光材料層的曝光區(qū)域進(jìn)行曝光，并且使部分曝光區(qū)域的曝光深度實(shí)質(zhì)上等于 感光材料層的厚度。接著，顯影感光材料層，以形成曝光圖案(exposedpattern); 其中，曝光圖案暴露出局部的基材，且曝光圖案的最小線寬小于半色調(diào)圖案 的最小線寬。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述方法另包括在顯影感光材料層之后，以感 光材料層為掩膜來(lái)刻蝕基材。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述曝光圖案的最小線寬小于或等于2微米 (—。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述半色調(diào)圖案的最小線寬為L(zhǎng)，而曝光圖案的 最小線寬為L(zhǎng)'，且L7L介于0.33與0.5之間。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述感光材料層的厚度介于1(im與1.3pm之間。 本發(fā)明提出一種圖案化材料層，由基材制作而成。首先，在基材上覆蓋 感光材料層，并且通過半色調(diào)掩膜的半色調(diào)圖案對(duì)感光材料層的曝光區(qū)域進(jìn) 行曝光；其中，半色調(diào)圖案的透光率介于40%至80%之間，且部分曝光區(qū)域 的曝光深度實(shí)質(zhì)上等于感光材料層的厚度。顯影后暴露出局部的基材，且曝 光圖案的最小線寬小于半色調(diào)圖案的最小線寬。接著，在以感光材料層為掩 膜來(lái)刻蝕基材之后，形成圖案化材料層；其中，圖案化材料層的最小線寬小 于或等于2pm。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述半色調(diào)圖案的最小線寬為L(zhǎng)，而圖案化材料
層的最小線寬為L(zhǎng)"，且L，，/L介于0.33與0.5之間。
本發(fā)明采用半色調(diào)掩膜對(duì)材料層進(jìn)行圖案化，以達(dá)到曝光圖案的最小線 寬小于掩膜上的半色調(diào)圖案的最小線寬的要求，進(jìn)而在材料層上形成線寬較 小的圖案。此制作圖案化材料層的方法可以用于制作需要微小線寬的元件， 并可進(jìn)一步提高元件的積集度與工藝的余裕度。


圖l繪示已知的薄膜晶體管。
圖2A至圖2D是依據(jù)本發(fā)明繪示制作圖案化材料層方法的實(shí)施例。
圖3為本發(fā)明所采用的半色調(diào)掩膜與傳統(tǒng)二元掩膜的光強(qiáng)度分布的比較圖。
圖4繪示半色調(diào)掩膜的半色調(diào)圖案的穿透率與應(yīng)用其進(jìn)行圖案化工藝所 能得到的最小線寬的關(guān)系圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明繪示圖案化材料層的另一實(shí)施例的示意圖。 附圖標(biāo)號(hào)
100:圖案化材料層
110:基材
112:圖案
120:感光材料層
122:曝光區(qū)域
124:曝光圖案
130:半色調(diào)掩膜
130a:不透光區(qū) 130b:半透光區(qū)
132:半色調(diào)圖案
L:半色調(diào)圖案最小線寬
L':曝光圖案最小線寬
L":圖案化材料層的最小線寬
W:溝道寬度
具體實(shí)施例方式
為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合 所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。
圖2A至圖2D繪示本發(fā)明制作圖案化材料層方法的實(shí)施例。首先，如圖 2A所示，提供基材110，并且于基材上110覆蓋感光材料層120。依據(jù)應(yīng)用場(chǎng) 合的不同，本實(shí)施例的基材110與感光材料層120可以有多種不同的型態(tài)。 舉例而言，基材110可以是承載基板、轉(zhuǎn)移基板、其上已形成有其他元件或 膜層的工藝中間產(chǎn)物，或是與感光材料層120同屬于多層結(jié)構(gòu)中的上下兩膜 層。此外，感光材料層120可以是要對(duì)基材110進(jìn)行圖案化所形成的光刻膠 掩膜，或是本身即為要形成在基材110上的膜層等。當(dāng)然，隨著感光材料層 120的不同性質(zhì)，形成感光材料層120的方法例如是涂布(coating)、印刷 (printing)、沉積(deposition)等。
接著，如圖2B所示，提供半色調(diào)掩膜130于基材110上方。半色調(diào)掩膜 130具有半色調(diào)圖案132，且半色調(diào)圖案132的透光率介于40%與80%之間。 更詳細(xì)而言，本實(shí)施例的半色調(diào)掩膜130上例如具有不透光區(qū)130a與半透光 區(qū)130b，其中半透光區(qū)130b例如覆蓋透光率介于40%至80%之間的半色調(diào) 薄膜，使得照射到此半透光區(qū)130b的光線不會(huì)100%通過。
圖3為本發(fā)明所采用的半色調(diào)掩膜130與傳統(tǒng)二元掩膜(binary mask)的光 強(qiáng)度分布的比較圖，其中橫軸為對(duì)應(yīng)于掩膜圖案的曝光區(qū)域的位置，縱軸為 通過掩膜后的光強(qiáng)度。請(qǐng)參照?qǐng)D3，曲線310表示已知二元掩膜的光強(qiáng)度分布， 而曲線320表示本發(fā)明的半色調(diào)掩膜130的光強(qiáng)度分布。由圖3可清楚得知， 由于半色調(diào)掩膜上130的掩膜圖案為穿透率較低的半色調(diào)圖案132，因此通過
此區(qū)域的光線，其光強(qiáng)度會(huì)明顯低于通過傳統(tǒng)二元掩膜的光線所具有的光強(qiáng)
度，而呈現(xiàn)如圖3所示的曲線310與曲線320的差異。換言之，雖然通過相 同寬度的開口，但應(yīng)用半色調(diào)掩膜130所呈現(xiàn)的曝光深度與曝光量會(huì)低于傳 統(tǒng)的二元掩膜。
承上述，本實(shí)施例如圖2C所示，通過半色調(diào)掩膜130的半色調(diào)圖案132 對(duì)感光材料層120的曝光區(qū)域122進(jìn)行曝光，并且使部分曝光區(qū)域122的曝 光深度實(shí)質(zhì)上等于感光材料層120的厚度，即確保曝光量足以在感光材料層 120上形成鏤空的曝光圖案。接著，如圖2D所示，顯影感光材料層120，以 形成曝光圖案124，且曝光圖案124暴露出局部的基材110。
對(duì)照?qǐng)D3所繪示的光強(qiáng)度分布曲線，本發(fā)明應(yīng)用半色調(diào)掩膜130來(lái)進(jìn)行 圖案化工藝。如圖3所示，若要在材料層上形成曝光圖案的最小曝光強(qiáng)度為S， 此時(shí)采用傳統(tǒng)二元式掩膜所進(jìn)行的曝光工藝可以得到最小線寬為C的曝光圖 案。然而，若采用本發(fā)明的半色調(diào)掩膜130，由于曝光量較低，因此在曝光量 仍足以形成曝光圖案的前提下，所得到的曝光圖案將具有比C更小的最小線 寬C'。以本實(shí)施例所繪示的圖案化工藝為例，所形成的曝光圖案124的最小 線寬L'會(huì)小于半色調(diào)圖案132的最小線寬L。在較佳的情況下，本實(shí)施例所 采用的感光材料層120的厚度介于lpm與1.3(am之間，而所得到的曝光圖案 124的最小線寬L，小于或等于2|im，且LVL介于0.33與0.5之間。
依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，圖4進(jìn)一步繪示半色調(diào)掩膜的半色調(diào)圖案的穿 透率與應(yīng)用其進(jìn)行圖案化工藝所能得到的最小線寬的關(guān)系圖。在圖4中，橫
軸為半色調(diào)圖案的穿透率，縱軸為所形成的曝光圖案的最小線寬(pm)。在本 實(shí)施例中，感光材料層的厚度為固定值，例如l.lpm，而光強(qiáng)度也為定值，例 如22mj/cm2。此時(shí)，所形成的曝光圖案的最小線寬會(huì)與半色調(diào)圖案的穿透率 呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。例如，當(dāng)半色調(diào)圖案的穿透率為40%時(shí)所形成的曝光圖 案的最小線寬會(huì)小于半色調(diào)圖案穿透率為80%時(shí)所形成的曝光圖案的最小線寬o
圖5是根據(jù)本發(fā)明繪示圖案化材料層的另一實(shí)施例的示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D5， 圖案化材料層100的制作方法與上述實(shí)施例的圖案化工藝類似，惟本實(shí)施例
是將感光材料層120作為要對(duì)基材110進(jìn)一步圖案化的光刻膠掩膜，以形成 圖案化材料層100。承接圖2D所繪示的步驟，在感光材料層120上形成曝光 圖案124之后，再以感光材料層120為掩膜來(lái)刻蝕被曝光圖案124所暴露的 基材IIO，而形成具有圖案112的圖案化材料層100。圖案化材料層100的圖 案112會(huì)與感光材料層120的曝光圖案124相對(duì)應(yīng)。此時(shí)，所形成的圖案112 的最小線寬L"理論上會(huì)接近曝光圖案124的最小線寬L'。換言之，如同前述， 在較佳的情況下，圖案化材料層100的圖案112的最小線寬L"會(huì)小于或等于 2拜，且圖案化材料層100的圖案112的最小線寬L"與半色調(diào)掩膜130上的 半色調(diào)圖案132的最小線寬L的比值，即L"/L會(huì)介于0.33與0.5之間。
本發(fā)明的制作圖案化材料層的方法是采用半色調(diào)掩膜來(lái)對(duì)材料層進(jìn)行圖 案化。由于半色調(diào)掩膜具有可調(diào)制曝光源穿透率與穿透光型的特性，因此曝 光時(shí)可以輕易達(dá)到曝光圖案的最小線寬小于掩膜上的半色調(diào)圖案的最小線寬 的要求，進(jìn)而在材料層上形成線寬較小的圖案，如此有助于提高元件的積集 度與工藝的余裕度。
另一方面，本發(fā)明還可以將上述的制作圖案化材料層的方法應(yīng)用于液晶 顯示面板的工藝，以進(jìn)一步降低薄膜晶體管的溝道寬度，提高薄膜晶體管的 充電效率并降低其能量損耗。此外，降低各元件本身或元件間的最小線寬也 有助于提高液晶顯示面板上的元件積集度，改善像素的開口率。
雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何具有 本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作 些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定范圍 為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種制作圖案化材料層的方法，其特征在于，所述制作圖案化材料層的方法包括提供一基材，所述基材上覆蓋一感光材料層；提供一半色調(diào)掩膜于所述基材上方，所述半色調(diào)掩膜具有一半色調(diào)圖案，且所述半色調(diào)圖案的透光率介于40％與80％之間；通過所述半色調(diào)掩膜的所述半色調(diào)圖案對(duì)所述感光材料層的一曝光區(qū)域進(jìn)行曝光，并且使部分所述曝光區(qū)域的曝光深度實(shí)質(zhì)上等于所述感光材料層的厚度；以及顯影所述感光材料層，以形成一曝光圖案，其中所述曝光圖案暴露出局部的基材，且所述曝光圖案的最小線寬小于所述半色調(diào)圖案的最小線寬。
2. 如權(quán)利要求1所述的制作圖案化材料層的方法，其特征在于，所述制 作圖案化材料層的方法另包括在顯影所述感光材料層之后，以所述感光材料 層為掩膜來(lái)刻蝕所述基材。
3. 如權(quán)利要求1所述的制作圖案化材料層的方法，其特征在于，所述制 作圖案化材料層的方法所述曝光圖案的最小線寬小于或等于2微米。
4. 如權(quán)利要求1所述的制作圖案化材料層的方法，其特征在于，所述半 色調(diào)圖案的最小線寬為L(zhǎng)，而所述曝光圖案的最小線寬為L(zhǎng)'，且LVL介于0.33 與0.5之間。
5. 如權(quán)利要求1所述的制作圖案化材料層的方法，其特征在于，所述感 光材料層的厚度介于1微米與1.3微米之間。
6. —種圖案化材料層，其特征在于，所述圖案化材料層是由一基材制作 而成，先在所述基材上覆蓋一感光材料層，并且通過一半色調(diào)掩膜的一半色 調(diào)圖案對(duì)所述感光材料層的一曝光區(qū)域進(jìn)行曝光，所述半色調(diào)圖案的透光率 介于40%與80%之間，且部分所述曝光區(qū)域的曝光深度實(shí)質(zhì)上等于所述感光 材料層的厚度，而在顯影后暴露出局部的基材，所述曝光圖案的最小線寬小 于所述半色調(diào)圖案的最小線寬，并在以所述感光材料層為掩膜來(lái)刻蝕所述基 材之后，形成所述圖案化材料層，其中所述圖案化材料層的最小線寬小于或 等于2微米。
7.如權(quán)利要求6所述的圖案化材料層，其特征在于，所述半色調(diào)圖案的最小線寬為L(zhǎng)，而所述圖案化材料層的最小線寬為L(zhǎng)"，且L，VL介于0.33與 0.5之間。
全文摘要
一種制作圖案化材料層的方法，所述制作圖案化材料層的方法包括下列步驟。首先，于基材上覆蓋一感光材料層。接著，形成一半色調(diào)掩膜于基材上方，且半色調(diào)掩膜具有一半色調(diào)圖案。半色調(diào)圖案的透光率介于40％至80％之間，因此光線只能部分通過。之后，通過半色調(diào)圖案對(duì)感光材料層的曝光區(qū)域進(jìn)行曝光。然后，顯影感光材料層，以形成曝光圖案，且曝光圖案的最小線寬小于半色調(diào)圖案的最小線寬。在此也揭露一種通過上述方法形成的圖案化材料層。
文檔編號(hào)G03F1/00GK101382732SQ20081016970
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月20日
發(fā)明者廖達(dá)文, 蕭祥志 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司