半色調掩膜在TFT—LCD中的應用

摘 要：隨著彩色顯示的快速發展，LCD的彩色化無可逆轉。據市場調查機構的統計，到2010年，LCD彩色化比率將高達94%。在液晶面板生產商不斷投建高世代線、擴大生產規模的今天，各液晶面板廠商面對強大的市場競爭壓力，其液晶面板制造的利潤已大大攤薄。在競爭加劇、價格持續跳水的市場壓力下，降低成本已是各面板廠維持生存的必要手段。降低原材料成本、減少生產工藝流程等級手段已被各公司采用。以此來壓縮生產成本，提高企業利潤額，提升市場競爭力。采用半色調掩膜版（Half Tone Mask），把兩道上曝光工藝完成的工序合并為一個，節省一道曝光工序，縮短了生產周期，提高了生產效率，降低了生產成本，提高了市場競爭能力。文章分為：一、半色調掩膜（Half Tone Mask）工藝和原理；二、半色調掩膜（Half Tone Mask）在TFT-LCD Array基板制作中的應用；三、半色調掩膜（Half Tone Mask）在TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示器件）CF基板制作中的應用。

關鍵詞：半色調掩膜（Half Tone Mask）；TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示器件）；CF（彩色濾光片）成本；曝光工藝

緒論

采用半色調掩膜（Half Tone Mask）與剝離（Lift Off）法，僅用一片掩膜就實現了鈍化層（Passivation Layer）的開口與Patten圖案、“凸”型黑色矩陣，此技術被TFT-LCD廠家開發出來并得到一定范圍的應用。

1 半色調掩膜（Half Tone Mask）工藝和原理

1.1 HTM曝光工藝

圖1

Half Tone Method：利用了光柵的部分透光性，可以將PR（光阻）不完全曝光。半透膜部分按所需要鈍化層的高度差來決定光線透過的多少。（一般情況下光線透過率是正常部分的35%左右）

1.2 原理圖（圖2）

圖2

2 TFT-Array基板結構（詳見圖3）

圖3

首先介紹下半色調掩膜版光罩在TFT-LCD中Array基板制作中的一項應用。目前TFT-LCD中Array基板制作一般應用5道掩膜版曝光，刻蝕工序：G工程用G-MASK曝光形成掃描線（Gate）相關的圖案；I工程用I-MASK曝光形成溝道用硅島（Island）圖案；D工程用D-MASK曝光形成數據線（Date）相關的圖案；C工程用C-MASK曝光形成接觸孔（Contact Hole）圖案；PI工程用PI-MASK曝光形成像素電極，工序多而復雜。采用半色調掩膜版，將I工程和D工程合為一道工序，使原來的5道工序減化成4道曝、刻蝕工序就能形成所需要的圖案。具體原理是：使用HTM-MASK在鈍化層打出與周邊焊盤相接的開口；然后，對光刻膠進行灰化（Ashing）處理，使形成ITO圖案的像素部分曝光，并在形成ITO膜以后，采用剝離方法將光刻膠剝離，除去不需要的ITO層。具體的原理及最終效果如上圖1、2所示。

圖4

3 半色調掩膜版光罩在TFT-LCD中CF（彩色濾光片）基板制作中的一項應用

先了解下彩色濾光片（Colour Filter）的結構，它由玻璃基板、黑色矩陣、彩色層、ITO導電膜層、PS層（見圖5）。為防止彩色像素和底層黑色矩陣BM之間漏光，設計時彩色像素和黑色矩陣BM之間有合適重疊量，即Overlay，此處由于光阻量多于像素其它部位，高度也比像素其它高，通常叫端差，如圖5所示，TN產品對于像素上的端差要求很高，如果端差很高就會影響PI摩擦不能形成統一的溝槽，在像素邊緣端差處的液晶分子就不能很好配方，像素邊緣就會產生漏光現象。所以控制端差高度在合理范圍內非常重要。采用Half Tone Mask 透光量不同來實現改善像素端差是有效方法之一。

圖5

4 結論

雖然半色調掩膜版光罩制作難度遠遠大于普通掩膜版光罩，但是TFT-LCD制作工藝采用它，節省了幾道生產工序，給TFT-LCD廠帶來的很大收益，降低了生產成本，縮短了生產周期，提高了市場競爭能力。

5 結束語

文章從半色調掩膜版光罩工作原理，TFT-LCD廠商在各層基板上的應用做基本介紹，在無需更改材料的情況下，提高了生產效率，減化了生產流程。總體上來說是達到了廠家的目的。

參考文獻

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作者簡介：甄娟（1976-），女，南京中電熊貓液晶材料科技有限公司技術科長，主要從事CF的設計和技術管理工作。