CN101477311A - 感光膜的曝光方法及曝光设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及感光膜的曝光方法及曝光设备。一种用于感光膜的曝光设备包括：多个发光二极管，其用于生成光以对感光膜进行曝光；遮光物，其位于所述多个发光二极管之间以防止噪声；载物台，其用于容纳其上具有所述感光膜的基板；以及平行器，其位于所述发光二极管与所述载物台之间，所述平行器用于将来自所述多个发光二极管的光重定向为垂直地入射到所述感光膜上。
Description
技术领域
本发明涉及感光膜，更具体地说，涉及感光膜的曝光方法及曝光设备。
背景技术
近来，已经开发出克服了阴极射线管的缺点(诸如重量大及体积大)的各种平板显示器。相应地，这些平板显示器的使用在增长。这些平板显示器包括液晶显示器、场发射显示器、等离子体显示板及电致发光显示器。
这些平板显示器的薄膜是通过多个掩模工艺而形成。这些掩模工艺中的每一个都包括薄膜淀积(涂覆)工艺、洗涤工艺、光刻工艺、蚀刻工艺、光刻胶移除工艺及测试/检测工艺。更具体地说，光刻工艺包括：涂布(apply)工艺，其中将感光膜涂布到形成在基板上的薄膜上；曝光工艺，其中使用掩模对感光膜进行曝光；以及显影工艺，其中对所曝光的感光膜进行显影。
用在曝光工艺中的现有技术曝光设备使用例如由汞放电灯(mercurydischarge lamp)所生成的紫外光来对感光膜进行曝光。然而，现有技术曝光设备中的放电灯只有1000小时的短寿命，这要求在更换放电灯的任何时候中断工作，从而导致了由于灯更换及产量损失所引起的费用。因为放电灯需要一段冷却时间来散发掉1200℃工作热量、实际的更换时间以及正确地定位更换的放电灯的再校准时间，所以工作中断较长。
来自现有技术曝光设备的放电灯的光包括对于曝光不必要的光的波长。因此，现有技术曝光设备需要滤光器来过滤掉不必要波长的光，因此现有技术曝光设备具有复杂的结构及较大的尺寸。此外，现有技术曝光设备的放电灯必须保持在打开状态，以防止由于频繁地开灯及关灯所导致的热应力所引起的破损产生。附加地提供光闸(shutter)，以在没有使用现有技术曝光设备的放电灯时阻挡光发射。因为放电灯保持在打开状态，所以现有技术曝光设备浪费了电力。而且，现有技术曝光设备的放电灯包含对环境有害的物质(诸如汞)，因此在使用现有技术曝光设备的放电灯时产生了额外的处理费用。
发明内容
因此，本发明的实施方式致力于一种用于感光膜的曝光方法和曝光设备。
本发明实施方式的一个目的是提供一种花费较低且工作更高效的曝光设备。
本发明实施方式的另一目的是提供一种成本更低且更高效地对感光膜进行曝光的曝光方法。
本发明实施方式的另一目的是提供一种成本更低且更高效地对感光膜进行构图的方法。
本发明实施方式的其它特征及优点将在以下的说明书中进行阐述，将通过以下说明书而部分地变得明了，或者可以通过对本发明的实践而得知。本发明实施方式的这些目的和其它优点可以通过在书面说明书、权利要求书及附图中具体指出的结构来实现和获得。
为了实现这些和其它优点，并且根据本发明实施方式的目的，如在此具体实施和广泛描述的，一种用于感光膜的曝光设备包括：多个发光二极管，其用于生成光以对感光膜进行曝光；遮光物，其位于所述多个发光二极管之间以防止噪声；载物台(stage)，其用于容纳其上具有所述感光膜的基板；以及平行器(parallelizer)，其位于所述发光二极管与所述载物台之间，所述平行器用于将来自所述多个发光二极管的光重定向为垂直地入射到所述感光膜上。
在另一方面，一种用于感光膜的曝光方法包括以下步骤：将具有感光膜的基板设置在载物台上；以及控制发光二极管阵列的每个发光二极管的光学输出以生成光，由位于发光二极管与载物台之间的平行器重定向这些光，以使其垂直地入射到所述感光膜上。
在另一方面，一种用于感光膜的构图方法包括以下步骤：将具有感光膜的基板设置在载物台上；将掩模设置在所述感光膜与发光二极管阵列之间；控制发光二极管阵列的每个发光二极管的光学输出以生成光，由位于所述发光二极管与投影光学系统之间的平行器重定向这些光；以及将投影光学系统设置在所述掩模与所述感光膜之间，以在考虑到所述基板的收缩/膨胀程度的情况下对来自所述掩模的光进行修正。
应当理解的是，本发明实施方式的以上概述及以下的详述都是示例性和解释性的，并旨在提供对所要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
包括附图以提供对本发明的进一步理解，并入附图而构成本申请的一部分，附图示出了本发明的(多个)实施方式并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1为根据本发明第一实施方式的曝光设备的立体图；
图2为图1所示的曝光设备的截面图；
图3A到图3C为图2所示的平行器的实施方式的截面图；
图4为例示了从图2所示的平行器生成平行光的截面图；
图5为例示了图2所示的平行器与遮光膜之间的连接关系的截面图；
图6为例示了图1所示的掩模的截面图；
图7为根据本发明第二实施方式的曝光设备的截面图；
图8为例示了图7所示的遮光膜的另一实施方式的截面图；
图9为例示了图7及图8所示的LED的截面图；
图10为根据本发明第三实施方式的曝光设备的截面图；
图11为例示了用于驱动根据本发明第一到第三实施方式的曝光设备的LED的光源驱动单元的框图；
图12为例示了用于调整根据本发明第一到第三实施方式的曝光设备的LED的光量的光调整单元的第一实施方式的框图；
图13为例示了用于调整根据本发明第一到第三实施方式的曝光设备的LED的光量的光调整单元的第二实施方式的框图；以及
图14为例示了具有多个薄膜(这些薄膜是使用根据本发明一个实施方式的曝光设备通过光刻工艺而形成)的液晶板的立体图。
具体实施方式
现在详细描述本发明的优选实施方式，在附图中说明这些实施方式的示例。在附图中，将尽可能地使用相同的附图标记来指明相同或类似的部分。
图1为根据本发明第一实施方式的曝光设备的立体图，而图2为图1所示的曝光设备的截面图。如图1和图2所示，曝光设备110包括矩阵阵列形式的发光二极管(LED)102、遮光膜104、平行器106、掩模108及与掩模108相对的载物台111。载物台111支撑其上涂布有感光膜(未图示)的基板101。
LED 102安装在印刷电路板112上，印刷电路板112由散热材料制成，该散热材料将由LED 102产生的热量散发掉。这些LED 102可同时打开和关闭，或者可单独打开和关闭，以生成用于对感光膜进行曝光的光。即，LED 102生成在曝光工艺中所用的短波长光，例如波长为100-400nm的紫外光。如上所述，LED 102使用短波长光，因此不需要光闸或用于过滤掉不必要的长波长的光的滤光器。因此，本发明实施方式的曝光设备具有简单的结构，并且减小了成本并具有更小的总体尺寸。
LED 102具有几万小时到几十万小时的寿命，以通过极大地减少工作中断时段的发生而保持产量。由于LED能够单独打开和关闭，所以能够将与感光膜的曝光区域相对应的LED 102打开，而将与感光膜的非曝光区域相对应的LED关闭，以选择性地对感光膜进行曝光。因为LED 102能够被打开和关闭，使得可以仅在需要光的时候才打开LED 102，减小了电力消耗。此外，LED 102不使用有害物质(诸如汞)，因此有益于环保。
如图2所示，遮光膜104为在矩阵阵列形式的LED 102之间具有壁的格子形状。遮光膜104的壁在印刷电路板112上方延伸到高度H。遮光膜104的壁将LED 102的矩阵划分为多个光发射区域114，各个光发射区域114都具有各自的一个LED 102。遮光膜104的高度H防止了均匀度相对较低的不期望光120，并且使准直半角(collimation half angle)最小化。更具体地说，遮光膜104遮挡了从相邻光发射区域114发出的不期望的光，以防止除了来自直接位于基板表面上方的光发射区域114的光之外的光入射到该基板的表面上。当各个LED 102的不期望的光120入射到相邻LED 102的光发射区域114时，这些不期望的光120成为噪声。因此，遮光膜104由光吸收材料制成。
平行器106将来自各个LED 102的光重定向为与基板101的厚度方向平行的光，使得来自LED 102的光垂直地入射到掩模108和基板101表面上的感光膜(未图示)上。平行器106由可使得与形成在基板101上的感光膜反应的波长穿过的材料制成。例如，平行器106由具有高光透射率的透明材料(例如石英、玻璃、压克力(acryl)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚碳酸酯或硅)制成。平行器106为包括多个单独形成或一体形成的光学透镜116的透镜阵列。以曲面形式来形成多个光学透镜116，使得与掩模108相对的光学透镜116的表面朝着掩模108突出。以图3A到3C所示结构中的至少一种结构来形成多个光学透镜116。
图3A中的光学透镜116在与相应LED 102相对应的区域内具有球面。图3B中的光学透镜116在与相应LED 102相对应的区域内具有非球面。图3C中的光学透镜116被设置为使得光学透镜116的与LED 102相对的后表面及光学透镜116的与掩模108相对的前表面朝着掩模108突出。多个光学透镜116可按照一对一的关系与各个LED 102相对应，或者按照一对多的关系与各个LED 102相对应。虽然该实施方式描述了可以为图3A到3C所示透镜阵列中的一种透镜阵列的平行器106，但是，平行器106也可以为图3A到3C所示透镜阵列中的至少两个相同阵列的组合，或者为图3A到3C所示透镜阵列中的至少两个不同阵列的组合。
如图4所示，入射光首先被光学透镜116的后表面折射，然后再被光学透镜116的前表面折射，从而被重定向为与遮光膜104平行的光。光学透镜116具有由斯涅尔定律(Snell’s law)所确定的折射率和曲率半径，以将来自LED 102的入射光重定向为与环绕LED 102的遮光膜104平行的光，或者重定向为垂直于基板101的表面。此外，为了调整光透射率，可对光学透镜116的表面进行涂覆。
光学透镜116具有指定的宽度(w1)和相对于LED 102的指定间隔距离(h)，使得从LED 102发出的光当中的不期望的光不会入射到光学透镜116上，而只有有效光才入射到光学透镜116上。具体地说，光学透镜116的宽度(w1)大于LED 102的宽度(w2)。在光学透镜116的宽度(w1)不大于LED 102的宽度(w2)的情况下，从LED 102发射的有效光当中的具有较大扩张角度(Sθ)的有效光不会入射到光学透镜116上，而只有具有较小扩张角度(Sθ)的有效光才入射到光学透镜116上，因此降低了光学效率。
当温度升高时，平行器106的光学透镜116膨胀，使得光学透镜116的曲率半径改变。因此，应当将曝光设备保持在预定的工作温度范围内。为此，可以将用于感测曝光设备的温度的温度传感器设置在印刷电路板112上，并且可以额外地提供用于根据所感测的温度而升高或降低曝光设备温度的温度控制单元。
平行器106可被固定到遮光膜104上，然后将遮光膜104设置在印刷电路板112的上方。在另一替换方式中，将遮光膜104附着到印刷电路板112上，然后将平行器106设置到遮光膜104上方。在又一替换方式中，通过将遮光膜104插入到形成在平行器106的各个光学透镜116之间的沟槽118内，可将平行器106与遮光膜104自行对齐，如图5所示。
掩模108包括透明掩模基板108a和形成在掩模基板108a上的掩模图案108b。由其中形成有掩模图案108b的遮挡区域遮挡来自平行器106的平行光，而其中未形成有掩模图案108b的透射区域透射平行光。通过穿过掩模108的透射区域的光将指示了透射区域和遮挡区域的图案转印(transcribe)到感光膜上。
来自平行器106的平行光在掩模108的掩模图案108b边缘处具有20度或更小的准直半角(θ/2)，如图6所示。这里，准直半角(θ/2)表示平行光的扩张程度。使用掩模108通过光刻工艺，将感光膜构图为具有90到110度的锥形角。
图7为根据本发明第二实施方式的曝光设备的截面图。如图7所示，曝光设备包括与图1所示的曝光设备的组件相同的组件，除了图7中的曝光设备的遮光膜涂覆在LED的发光表面的外部上以外。因此，省略了对该实施方式的曝光设备中的与第一实施方式中的组件基本上相同的组件的详细描述。
如图7所示，遮光膜126涂覆在LED 102的发光表面的外部或外缘部分上，或者如图8所示，涂覆在LED 102的发光表面的外部和LED 102之间的印刷电路板112上。具体地说，遮光膜126涂覆在具有介电质124(介电质124保护生成紫外光的发光芯片122)的发光表面的外部上，如图9所示。因此，从LED 102的被遮光膜126所覆盖的外部之外的其余未被覆盖的发光表面发出光。
如上所述，遮光膜126形成在LED 102的可发射不期望光120(其导致噪声)的发光表面的外部，并且遮光膜126防止了发射不期望光120。即，遮光膜126遮挡了从各个LED 102的发光表面的外部发出的不期望光120，使得从各个LED 102的发光表面的外部发出的不期望光120不会入射到相邻LED 102的发光区域上。当LED 102的不期望光120入射到相邻LED 102的发光区域114上时，不期望光120成为噪声。为此，遮光膜126由光吸收材料制成。
图10为根据本发明第三实施方式的曝光设备的截面图。如图10所示，曝光设备包括与图1所示的曝光设备的组件相同的组件，除了图10中的曝光设备还包括投影光学系统138以外。因此，省略了对该实施方式的曝光设备中的与第一实施方式中的组件基本上相同的组件的详细描述。
图10所示的投影光学系统138形成在掩模108与其上涂覆有感光膜的基板101之间。具体地说，使用具有投影光学系统138的曝光设备110而对薄膜晶体管基板的薄膜进行构图。因为由于淀积方法(例如化学汽相淀积(CVD)或溅射)需要对薄膜晶体管基板的薄膜(例如金属层和半导体层)进行热处理，这导致基板的尺寸收缩或膨胀几十到几百ppm，所以难以通过接近式曝光(proximity exposure)来获得所需的具有高分辨率的图案。
在本发明的实施方式中，使用具有投影光学系统138的曝光设备来对感光膜进行曝光，以形成具有高分辨率的精细图案(这种精细图案无法通过接近式曝光形成)。由于投影光学系统138在考虑基板101的收缩/膨胀程度的情况下修正了来自掩模108的光，并且使用修正后的光对感光膜进行曝光，所以可以防止由于淀积工艺中的热处理所导致的感光膜线宽减小。
根据本发明第一到第三实施方式的曝光设备的LED由图11所示的光源驱动单元136驱动。图11所示的光源驱动单元136可以单独地或集中地驱动多个LED 102。光源驱动单元136对提供给LED 102的驱动电流或驱动电压进行控制，由此对LED 102的光学输出进行控制。
如图12和13所示，本发明实施方式的曝光设备还可以包括光调整单元130，以均匀地控制从各个LED 102发出的光量。如图12和13所示，光调整单元130包括光源控制单元134和至少一个光检测单元132。
该至少一个光检测单元132对从根据本发明第一到第三实施方式的曝光设备的LED 102发出的光量进行测量。这里，以一对一的关系与LED102相对应的多个光检测单元132对从相应LED 102发出的光量进行测量，如图12所示。在替换方式中，一个光检测单元132可以对应于多个LED 102，并且对从这些LED 102发出的光量进行测量，如图13所示。
光源控制单元134基于由该至少一个光检测单元132所测量的光量，来生成光源控制信号。即，光源控制单元134将所测量的光量与预定的参考光量进行比较，并且生成与两者之间的差值相对应的光源控制信号。
光源驱动单元136可以单独地或集中地驱动多个LED 102。响应于光源控制信号，光源驱动单元136对提供给LED 102的驱动电流或驱动电压进行控制，由此对LED 102的光学输出进行控制。以下，将描述对提供给LED 102的驱动电流进行控制的光源驱动单元136。在所测量的从LED 102发出的光量小于预定的参考光量并且LED 102达到相对较低亮度的情况下，光源驱动单元136增加提供给达到相对较低亮度的LED102的驱动电流。于是，LED 102达到增强的亮度，因此满足参考亮度。另一方面，在所测量的从LED 102发出的光量大于预定的参考光量并且LED 102达到相对较高亮度的情况下，光源驱动单元136减小提供给达到相对较高亮度的LED 102的驱动电流。然后，LED 102达到减小的亮度，因此满足参考亮度。为了调整提供给LED 102的驱动电流，对光源驱动单元136的与LED 102连接的打开/关闭开关(未图示)进行控制。即，对控制打开/关闭开关的脉冲的占空比(duty ratio)或频率进行调整。由此，均匀地保持了从本发明实施方式的曝光设备的LED 102发出的光的总亮度。
图14为例示了具有多个薄膜和厚膜(这些薄膜和厚膜是使用根据本发明一个实施方式的曝光设备通过光刻工艺而形成)的液晶板的立体图。图14所示的本发明实施方式的液晶板包括薄膜晶体管基板150和滤色器基板140，薄膜晶体管基板150和滤色器基板140彼此接合，并且其间插设有液晶层160。
滤色器基板140包括依次形成在上基板142上的黑底144、滤色器146、公共电极148及柱状分隔体(未图示)。黑底144将上基板142划分为其中形成有滤色器146的多个单元区域，并且防止了外部光的反射和相邻单元之间的光学干扰。划分为红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)滤色器的滤色器146分别形成在由黑底144所划分的单元区域上，并且分别透射R、G和B光。公共电极148为透明导电层，其在驱动液晶时提供作为基准的公共电压(Vcom)。柱状分隔体用于在薄膜晶体管基板150与滤色器基板140之间保持均匀的单元间隙。薄膜晶体管基板150包括形成在下基板152上的选通线156和数据线154，使得选通线156和数据线154彼此交叉，薄膜晶体管158分别靠近交叉点，而像素电极170分别形成在由交叉结构所形成的像素区域内。
薄膜晶体管158使得响应于提供给选通线156的扫描信号而提供给数据线154的像素信号充入(fill)到像素电极170，并且保持像素电极170的充电状态(filling state)。像素电极170接收从薄膜晶体管158提供的像素信号，并且生成与形成在滤色器基板140上的公共电极148之间的电势差。由于该电势差，位于薄膜晶体管基板150与滤色器基板140之间的液晶分子根据介电各向异性(dielectric anisotropy)而转动，并且对经由像素电极170而从背光单元入射的光量进行调整，然后这些光穿过滤色器基板140。
使用感光膜(使用根据本发明第一到第三实施方式的曝光设备通过光刻工艺而对其进行了构图)通过蚀刻工艺对薄膜晶体管基板和滤色器基板的非感光膜(例如导电层及半导体层)进行构图。具体地说，通过将根据本发明第一到第三实施方式中的任何一个的曝光设备的LED发出的光重定向为平行光，并且通过掩模将平行光照射到感光膜上，来对形成在非感光膜上的感光膜进行曝光。通过显影工艺对经过曝光的感光膜进行构图，由此生成感光图案。使用感光图案作为掩模通过蚀刻工艺对非感光膜进行构图。
使用根据本发明第一到第三实施方式的曝光设备通过光刻工艺对薄膜晶体管基板或滤色器基板的感光膜(例如滤色器)进行构图。具体地说，通过将根据本发明第一到第三实施方式中的任何一个的曝光设备的LED发出的光重定向为平行光，并且通过掩模将平行光照射到感光膜上，来对感光膜进行曝光。通过显影工艺对经过曝光的感光膜进行构图。
使用本发明实施方式的曝光设备通过光刻工艺来形成其它平板显示器(例如等离子体显示板、电致发光显示器和场发射显示器及上述液晶显示板)的薄膜或厚膜。
如上所述，本发明实施方式使用具有长寿命的LED作为光源，由此极大地降低了维护成本，提高了生产率并且减少了更换过程。此外，本发明实施方式使用了发射不需要滤光器或光闸的短波长光的LED，以得到具有较小尺寸的简单结构，这种简单结构降低了安装费用。此外，本发明实施方式使用了能够打开和关闭的LED，由此减小了功耗。此外，本发明实施方式没有使用采用了有害的放电气体(例如汞)的放电灯，因此本发明实施方式有益于环保。而且，本发明实施方式为LED遮挡住不需要的光，以保持从LED发出的光的均匀度。
对于本领域的技术人员，显然可以在不背离本发明的精神和范围情况下，对本发明的实施方式作出各种变化或修改。因此，本发明的实施方式旨在涵盖落入了所附权利要求及其等同物范围内的本发明的修改和变化。
本申请要求于2007年12月31日提交的韩国专利申请No.2007-0141751的优先权，在此通过引用并入其全部内容。
Claims (21)
1、一种用于感光膜的曝光设备，该曝光设备包括：
多个发光二极管，其用于生成光以对感光膜进行曝光；
遮光物，其位于所述多个发光二极管之间以防止噪声；
载物台，其用于容纳其上具有所述感光膜的基板；以及
平行器，其位于所述发光二极管与所述载物台之间，
其中，所述平行器将来自所述多个发光二极管的光重定向为平行光。
2、根据权利要求1所述的用于感光膜的曝光设备，该曝光设备还包括：掩模，其位于所述平行器与所述载物台之间。
3、根据权利要求1所述的用于感光膜的曝光设备，其中，所述多个发光二极管为矩阵阵列的形式。
4、根据权利要求1所述的用于感光膜的曝光设备，其中，所述发光二极管安装在散热电路板上，该散热电路板散发由所述发光二极管产生的热量。
5、根据权利要求4所述的用于感光膜的曝光设备，其中，所述遮光物为涂覆在所述多个发光二极管的发光表面的外部上以及涂覆在位于所述多个发光二极管之间的电路板上的膜。
6、根据权利要求1所述的用于感光膜的曝光设备，其中，所述遮光物为在所述多个发光二极管之间具有壁的格子形状。
7、根据权利要求6所述的用于感光膜的曝光设备，其中，所述平行器具有用于附接到所述格子形状的遮光物上的沟槽。
8、根据权利要求1所述的用于感光膜的曝光设备，其中，所述平行器具有分别与所述多个发光二极管相对应的光学透镜。
9、根据权利要求8所述的感光膜的曝光设备，其中，所述多个光学透镜中的每一个都具有第一宽度，该有第一宽度比所述发光二极管的第二宽度大。
10、根据权利要求8所述的用于感光膜的曝光设备，其中，所述多个光学透镜中的每一个都具有非球形凸面。
11、根据权利要求8所述的用于感光膜的曝光设备，其中，所述多个光学透镜中的每一个都具有凹面和凸面。
12、根据权利要求1所述的用于感光膜的曝光设备，其中，所述遮光物为涂覆在所述多个发光二极管的发光表面的外部上的膜。
13、根据权利要求1所述的用于感光膜的曝光设备，该曝光设备还包括：投影光学系统，其位于所述平行器与所述载物台之间。
14、根据权利要求1所述的用于感光膜的曝光设备，该曝光设备还包括：温度传感器，其用于感测所述曝光设备的温度；以及温度控制单元，其用于增加或减小所述曝光设备的温度。
15、根据权利要求1所述的用于感光膜的曝光设备，该曝光设备还包括：至少一个光检测单元，其用于对从所述曝光设备的多个发光二极管发出的光量进行测量。
16、根据权利要求1所述的用于感光膜的曝光设备，该曝光设备还包括：以一对一的关系与所述多个发光二极管相对应的多个光检测单元，其用于分别对从所述多个发光二极管发出的光量进行测量。
17、一种使用具有发光二极管阵列、平行器及载物台的曝光设备的曝光方法，该曝光方法包括以下步骤：
将具有感光膜的基板设置在所述载物台上；
将具有掩模图案的掩模设置在所述载物台与所述平行器之间；
从所述多个发光二极管生成光；以及
使用所述平行器来控制所述光以使其平行。
18、根据权利要求17所述的感光膜的曝光方法，其中，在所述掩模图案的边缘处，光的准直半角小于20度。
19、根据权利要求17所述的感光膜的曝光方法，该曝光方法还包括以下步骤：
测量所述曝光设备的温度；以及
控制所述曝光设备的温度，使得所述平行器保持预定温度。
20、根据权利要求17所述的感光膜的曝光方法，其中，从所述多个发光二极管生成光包括以下步骤：分别测量并控制所述多个发光二极管的光输出。
21、根据权利要求17所述的感光膜的曝光方法，该曝光方法还包括以下步骤：对所述掩模与所述感光膜之间的投影光学系统进行控制，以根据所述基板的收缩/膨胀程度来对来自所述掩模的光进行调整。
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