无掩膜曝光系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无掩膜曝光系统和方法。该系统包括：光学引擎阵列；平移装置，用于驱动光学引擎阵列沿着第一方向平移；扫描平台，用于承载基板并驱动基板沿着第二方向移动，该第二方向与该第一方向垂直；运动控制及数据处理系统，用于控制平移装置和扫描平台的运动，并处理曝光图案数据；该光学引擎阵列包括的光学引擎以（M，N）阵列排布，M和N为自然数，且M与N的乘积大于或等于2；该扫描平台还设置有至少一个第二方向位置传感器，用于检测该扫描平台移动时沿该第二方向的位置信息，以同步该光学引擎阵列包括的各光学引擎。本发明专利技术实施例的无掩膜曝光系统和方法，能够实现大面积曝光并对准，从而能够提高生产率和曝光质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无掩膜直写数字光刻技术，尤其涉及无掩膜曝光系统、无掩膜曝光方法、元件的制造方法和图像扫描方法。
技术介绍
平板显示器(FPD)基板已被广泛用于个人电脑、电视机等地方。这种液晶显示器 (LCD)基板是在一个感光基板上通过光刻制备透明薄膜电极而制造出来的。为了实现光刻曝光，通过光学投影系统将模板图案投影到玻璃基板上的光刻胶的曝光仪器已经生产和使用。近来大家都预计平板显示器基板的面积会进一步加大。相应地，投影曝光装置中的曝光面积也就需要进一步增大。对于大型薄膜晶体管液晶显示器来说，如果能在一块玻璃基板上同时生产6个或 8个板通常是最有效的。由于更大液晶显示器需求的持续增长，制造商已在大规模生产过程中将玻璃母板尺寸从10年前的680X880毫米加大到现在的2880X3080毫米。目前已有几家公司正在建设10代线，它们使用是2880X3080毫米的玻璃基板。为了增加曝光面积，目前在传统掩膜光刻的基础上已提出了一个所谓的步进-扫描式曝光系统(步进-扫描系统曝光装置)。采用这个系统曝光，掩模板和感光基板将在曝光时根据投影光学系统进行扫描-移位操作。掩模板和感光基板将在垂直于扫描的方向上移位特定距离，然后再进行下一个扫描式曝光。在10代线的液晶显示器制造过程中，像素单元阵列和彩色滤光片在图案化处理流程中的技术要求和制造成本方面都遇到了很大的挑战。典型的非晶硅薄膜晶体管有大约 3. 5微米临界尺寸和± I μ m的对齐精度。在彩色滤光片制造过程中，只有黑色矩阵(一个彩色滤光片上形成的黑屏似的图案用于防止漏光，提高了对比度和分开RGB子像素)要求小于 IOym的分辨率和小于±3 μ m的对准精度。RGB像素，隔片和垂直对齐突起，通常不需要小于20 μ m的分辨率精度。与半导体相比，虽然液晶曝光的规格是非常宽松的，但它在大面积曝光和维系产能方面，同样面临非常大的挑战。由于基板的增大，维持生产力增长的主要方法是靠增加掩模板和曝光区域的大小。现在用于生产8代线的最大掩模板是1220X1400毫米，厚度为13毫米。附上一块薄膜(用于防止颗粒污染掩模板表面透明薄膜)，这样的一块二进制掩模板成本就很容易超过35万美元。为了维持10代线的产能并在2880X3080毫米基板上进行四次扫描曝光， 光刻和掩膜板公司正在开发面积更大的1600X 1800毫米(厚度为17毫米)的掩模板。大体上说这些非常沉重的石英掩模板耗资超 过I百万美元。并且在传统掩模光刻中，高分辨率应用的图案化掩模板或胶片通常非常昂贵，而且寿命很短。此外，光学掩膜板需要一个很长的采购交货时间，这对需要在很短时间内开发的产品来说是一个问题。如果发现一个特定的掩模版设计需要进行图案设计修改时，即使是一个无论多么小的变化，相应的模板修改成本和交货时间都可能会在生产所需产品过程 中导致一些严重问题。因此，目前的光刻技术对于实现大面积曝光还存在生产率低、曝光质量较差以及 成本高等问题。
技术实现思路
为此，本专利技术实施例提供了一种无掩膜曝光系统、无掩膜曝光方法、元件的制造方 法和图像扫描方法，能够实现大面积曝光并对准。一方面，本专利技术实施例提供了一种无掩膜曝光系统，该无掩膜曝光系统包括光学 引擎阵列，设置在基板的上方，用于生成曝光图案并将该曝光图案转换到该基板上；平移装 置，用于驱动该光学引擎阵列沿着第一方向平移；扫描平台，固定在该无掩膜曝光系统的基 座上，用于承载该基板并驱动该基板沿着第二方向移动，该第二方向与该第一方向垂直；运 动控制及数据处理系统，用于控制该平移装置和该扫描平台的运动，并处理曝光图案数据， 以便于该光学引擎阵列生成该曝光图案；其中，该光学引擎阵列包括的光学引擎以(M，N) 阵列排布，M和N为自然数，且M与N的乘积大于或等于2 ;该扫描平台还设置有至少一个第 二方向位置传感器，用于检测该扫描平台移动时沿该第二方向的位置信息，以同步该光学 引擎阵列包括的各光学引擎。另一方面，本专利技术实施例提供了一种无掩膜曝光系统，该无掩膜曝光系统包括根 据本专利技术实施例的第一无掩膜曝光系统，设置在基板的上方；根据本专利技术实施例的第二无 掩膜曝光系统，设置在该基板的下方，其中该第一无掩膜曝光系统或该第二无掩膜曝光系 统包括光学引擎阵列，设置在基板的上方，用于生成曝光图案并将该曝光图案转换到该基 板上；平移装置，用于驱动该光学引擎阵列沿着第一方向平移；扫描平台，固定在该无掩膜 曝光系统的基座上，用于承载该基板并驱动该基板沿着第二方向移动，该第二方向与该第 一方向垂直；运动控制及数据处理系统，用于控制该平移装置和该扫描平台的运动，并处理 曝光图案数据，以便于该光学引擎阵列生成该曝光图案；其中，该光学引擎阵列包括的光学 引擎以(M，N)阵列排布，M和N为自然数，且M与N的乘积大于或等于2 ;该扫描平台还设置 有至少一个第二方向位置传感器，用于检测该扫描平台移动时沿该第二方向的位置信息， 以同步该光学引擎阵列包括的各光学引擎。再一方面，本专利技术实施例提供了 一种无掩膜曝光方法，该无掩膜曝光方法包括生 成步骤，使用根据本专利技术实施例的无掩膜曝光系统，生成预定的曝光图案；曝光步骤，使用 根据本专利技术实施例的曝光系统，将该预定的曝光图案转换到感光性基板的表面。再一方面，本专利技术实施例提供了一种元件的制造方法，该制造方法包括生成步 骤，使用根据本专利技术实施例的无掩膜曝光系统，生成预定的曝光图案；曝光步骤，使用根据 本专利技术实施例的无掩膜曝光系统，将该预定的曝光图案转换到感光性基板的表面；显影步 骤，对该曝光步骤所曝光的该感光性基板进行显影。再一方面，本专利技术实施例提供了一种图像扫描方法，该图像扫描方法包括使用根 据本专利技术实施例的无掩膜曝光系统，将该无掩膜曝光系统的空间光调制器生成的曝光图案 转换成图像传感器采集的图像。本专利技术已经考虑了上述问题，将提供一个可以实现超大面积扫描曝光的无掩膜曝光装置。它具有出色的成像性能，并具有运行成本低、工作周期时间短、不会降低产能等特 点。其中的一个技术进步就是采用了一种新型的无掩膜光学引擎和光刻方法，将直接由空 间光调制器(SLM)给超大基板的特定位置提供数字图像，并通过视觉系统检测光学引擎和 超大基板间的对准标记和错位，从而克服传统曝光系统掩模板交货时间长，成本高等缺点。在本专利技术实施例中，无掩膜扫描曝光装置可以使用紫外光源，空间光调制器 (SLM),无掩模光学引擎，移动电机系统，位置检测器，视觉系统，控制系统，数据转换和数据 处理软件和计算机系统中的一个或多个设备来进行实行超大面积曝光。其原理是由计 算机生成图案数据，将通过由空间光调制器(SLM)，比如数字微镜器件DMD、液晶显示器件 LCD、硅基液晶器件LCOS和其它两维显示面板实现的无掩模光学系统，投影到移动平台上 的超大基板表面。它也可以通过多个无掩模光学引擎形成阵列，用于加快超大基板的曝光。每一个无掩膜光学引擎都可以是具有多种功能。其中的一个功能就是每个复合无 掩膜光学引擎都可以包括位置探测器，该位置探测器可能是CCD相机、激光位置检测器或 其他位置检测器用于读取固定在平台或基板上的参考线或标记的位置；第二功能是在基 板上特定位置形成计算机设计的图案，其中的位置信息由控制器从光栅尺和位置检测器读 出；第三个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无掩膜曝光系统，其特征在于，包括：光学引擎阵列，设置在基板的上方，用于生成曝光图案并将所述曝光图案转换到所述基板上；平移装置，用于驱动所述光学引擎阵列沿着第一方向平移；扫描平台，固定在所述无掩膜曝光系统的基座上，用于承载所述基板并驱动所述基板沿着第二方向移动，所述第二方向与所述第一方向垂直；运动控制及数据处理系统，用于控制所述平移装置和所述扫描平台的运动，并处理曝光图案数据，以便于所述光学引擎阵列生成所述曝光图案；其中，所述光学引擎阵列包括的光学引擎以（M，N）阵列排布，M和N为自然数，且M与N的乘积大于或等于2；所述扫描平台还设置有至少一个第二方向位置传感器，用于检测所述扫描平台移动时沿所述第二方向的位置信息，以同步所述光学引擎阵列包括的各光学引擎。

【技术特征摘要】
2011.10.11 US 61/545,9281.一种无掩膜曝光系统，其特征在于，包括 光学引擎阵列，设置在基板的上方，用于生成曝光图案并将所述曝光图案转换到所述基板上； 平移装置，用于驱动所述光学引擎阵列沿着第一方向平移； 扫描平台，固定在所述无掩膜曝光系统的基座上，用于承载所述基板并驱动所述基板沿着第二方向移动，所述第二方向与所述第一方向垂直； 运动控制及数据处理系统，用于控制所述平移装置和所述扫描平台的运动，并处理曝光图案数据，以便于所述光学引擎阵列生成所述曝光图案； 其中，所述光学引擎阵列包括的光学引擎以(M，N)阵列排布，M和N为自然数，且M与N的乘积大于或等于2 ;所述扫描平台还设置有至少一个第二方向位置传感器，用于检测所述扫描平台移动时沿所述第二方向的位置信息，以同步所述光学引擎阵列包括的各光学引擎。2.根据权利要求1所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，在所述第一方向和所述第二方向平行于所述基板时，所述无掩膜曝光系统还包括 至少两个第一方向位置参考系统，分别沿所述扫描平台的与所述第二方向平行的两边缘设置； 其中，所述扫描平台或所述基板上设置有与所述第二方向平行的至少两条参考基线，所述至少两条参考基线位于所述至少两个第一方向位置参考系统的下方；并且所述至少两个第一方向位置参考系统用于在所述扫描平台移动时，检测所述光学引擎阵列相对于所述基板在所述第一方向上的位置误差。3.根据权利要求2所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述扫描平台或所述基板上设置有起始标记，用于标识所述光学引擎阵列包括的每个光学引擎的起始扫描位置；其中，所述光学引擎阵列的每个光学引擎包括视觉系统，用于根据所述起始标记校准所述光学引擎与所述基板的相对位置。4.根据权利要求2所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述光学引擎阵列的每个光学引擎包括对焦装置，用于沿与所述基板垂直的方向驱动所述光学引擎，以使得所述光学引擎输出的曝光图案成像在所述基板的表面上。5.根据权利要求1所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，在所述第一方向垂直于所述基板时，所述扫描平台还用于驱动所述基板沿着第三方向移动，所述第三方向与所述第二方向垂直，且所述第三方向平行于所述基板； 所述扫描平台还设置有至少一个第三方向位置传感器，用于检测所述扫描平台移动时沿所述第三方向的位置信息，以同步所述光学引擎阵列包括的各光学引擎。6.根据权利要求1所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述无掩膜曝光系统还包括 参考标记平板，用于标识所述光学引擎阵列的运动轨迹，所述运动轨迹包括所述光学引擎阵列中的每个光学引擎的起始标记、停止标记和扫描路线； 所述光学引擎阵列的每个光学引擎包括视觉系统，用于根据所述参考标记平板中的运动轨迹校准所述光学引擎与所述基板的相对位置。7.根据权利要求6所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述参考标记平板固定在所述扫描平台上与所述基板同时运动，所述参考标记平板位于所述基板的上方且位于所述光学引擎阵列的下方；所述参考标记平板透射所述光学引擎阵列的曝光光束，并反射所述视觉系统的校准光束。8.根据权利要求6所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述参考标记平板固定在所述扫描平台上与所述基板同时运动，且位于所述基板的下方，所述基板透射所述视觉系统的校准光束。9.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅文辉，杜卫冲，曲鲁杰，
申请(专利权)人：中山新诺科技有限公司，
类型：发明
国别省市：