CN101551600A - 曝光系统和曝光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曝光系统(10)，包括微反射镜装置(100)、弧形反射镜(200)、光源(300)、聚光镜(400)和基板(600)，基板(600)上依次有薄膜(700)和光阻剂(800)，光源(300)发出的光线入射到弧形反射镜(200)，经第一次反射形成第一反射光线，第一反射光线经过聚光镜(400)形成平行光线入射到微反射镜装置(100)，经第二次反射形成第二反射光线，第二反射光线投射到位于薄膜(700)上的光阻剂(800)的上表面，通过调节微反射镜装置(100)的复数个微反射镜(103)的反射角可以控制光阻剂(800)的上表面的曝光图像形状。本发明还公开了一种曝光方法。

Description

曝光系统和曝光方法

技术领域

本发明涉及液晶显示的光刻工艺技术领域，特别涉及一种曝光系统和曝光方法。

背景技术

液晶显示面板(Liquid Crystal Display panel)是液晶显示装置的重要组成部分。液晶显示面板的一般制程，主要是依据电路设计的需求，反复进行成膜、制版、蚀刻、光阻剥离等不同的模块操作，经由数道步骤后完成阵列基板，然后再配合另一片上面有彩色滤光片的玻璃，进行液晶的注入等，始完成制作液晶显示面板。制版工程一般包括涂抹、曝光、显影等工艺。制版工程的要项为光阻涂抹均匀度、附着度、对位精度控制、线宽损失值、影像残留等。虽然制版工程的制程技术复杂，但其基本原理却简单。首先是在玻璃基板表面上覆上一层感光材料(即光阻)，后用平行光经过以玻璃为主体的光罩后，便打在这层感光材料上。光罩上面有图案，这些图案将使入射光反射，使透过光罩的光束也具备光罩上相同的图形，此光罩上的图案传递到基板表面的光阻上的步骤称之为“曝光(exposure)”。而后将光阻层所转移的潜在图案显现出来，此步骤称为“显影(development)”。

在液晶显示领域中，传统的曝光工艺中采用的光罩为固定的光罩，即一旦光罩制作完成，该光罩所曝光图案就被固定下来，不可更改。例如：在诸如薄膜晶体管(TFT，Thin Film Transistor)阵列基板的制程中，通常约需11张不同的光罩，并且对应于不同型号的产品，需要与之对应的一套光罩，所以产品开发的成本会显著增加。另外，如果光罩上定义的图案有错误，该错误同样是不可修正的，这就给使用带来了极大的不便。

发明内容

本发明实施方式提出一种曝光系统，从而实现对曝光图案的调节控制。

本发明实施方式提出一种曝光方法，从而实现对曝光图案的调节控制。

本发明实施方式的技术方案包括：

一种曝光系统(10)，包括微反射镜装置(100)、弧形反射镜(200)、光源(300)、聚光镜(400)和基板(600)，所述基板(600)上依次有薄膜(700)和光阻剂(800)，所述弧形反射镜(200)、聚光镜(400)以及微反射镜装置(100)的几何中心在同一直线上；

所述光源(300)发出的光线入射到所述弧形反射镜(200)，经第一次反射形成第一反射光线，所述第一反射光线经过聚光镜(400)形成平行光线入射到所述微反射镜装置(100)，经第二次反射形成第二反射光线，所述第二反射光线投射到位于所述薄膜(700)上的光阻剂(800)的上表面，通过调节所述微反射镜装置(100)的反射角控制所述光阻剂(800)的上表面的曝光图像形状。

一种曝光方法，包括：

光源发出的光线入射到弧形反射镜，经第一次反射形成第一反射光线；

所述第一反射光线经过聚光镜后形成平行光线再入射到微反射镜装置；

所述微反射镜装置经第二次反射形成第二反射光线，将所述第二反射光线投射到位于基板上的薄膜上的光阻剂的上表面，并通过调节所述微反射镜装置针对所述第二反射光线的反射角控制所述光阻剂的上表面的曝光图像形状。

从上述技术方案可以看出，在本发明实施方式的曝光系统中，微反射镜装置可以针对入射光线调节反射角。光源发出的光线入射到弧形反射镜经第一次反射形成第一反射光线，第一反射光线经过聚光镜形成平行光线入射到微反射镜装置。通过调节微反射镜装置的反射角，可以控制光阻剂的上表面的曝光图像形状。因此，应用本发明实施方式后，通过调节微反射镜装置的反射角，可以对曝光图案进行控制调节，从而可以重复利用曝光系统形成各种曝光图案，这就显著节约了成本。

另外，在本发明实施方式中，可以利用图形精缩棱镜将微反射镜装置反射的第二反射光线投射到光阻剂的上表面，基于调节光阻剂与图形精缩棱镜的距离，可以调节图形精缩棱镜的缩放比例，从而进一步调节光阻剂的上表面的曝光图像面积，这就能够提供更多面积大小选项的曝光图像。

附图说明

图1为本发明一实施方式的曝光系统结构图；

图2为本发明一实施方式的曝光系统中图形精缩棱镜的工作原理示意图；

图3为本发明一实施方式的曝光光强和正性光阻剂的溶解率之间的响应关系曲线图；

图4为本发明一实施方式中使用图形精缩棱镜对曝光图案连续性的影响对比示意图；

图5为本发明一实施方式的曝光方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步的详细阐述。

在本发明实施方式中，微反射镜装置能够针对入射光线调节反射角，因此通过调节微反射镜装置上复数个微反射镜的反射角可以对曝光图案进行控制调节。

比如，在投影仪领域，目前普遍采用的是数字光处理系统(DLP，DigitalLight Processing)。数字光处理系统采用核心元件数字微反射镜装置(DMD，Digital Mirror Device)来控制该数字光处理系统中的光束。DMD是由美国德州仪器(TI，Texas Instruments)公司研制出来的一种微投影型显示元件。下面结合图1说明本发明实施方式的曝光系统采用数字微镜反射装置的工作原理。

图1为本发明一实施方式的曝光系统结构图。

如图1所示，其为本发明一实施方式的采用数字微反射镜装置的曝光系统10。曝光系统10包括微反射镜装置100、弧形反射镜200、光源300、聚光镜400、基板600，基板600上依次有薄膜700和光阻剂800。弧形反射镜200、聚光镜400以及微反射镜装置100的几何中心在同一直线上。

优选的，数字微反射镜装置100包括：基底101、复数个支撑部102，复数个微反射镜103以及多个电极(图1中未示出)。支撑部102通过扭臂梁铰链固定微反射镜103。基底101上可以集成有多个存储器(图1中未示出)，每一存储器具有两条寻址电极和两个搭接电极，该多个电极通过从外部输入电压信号产生静电场以控制支撑部102的运动，然后固定在支撑部102上的微反射镜103可以分别相对于基底101逆时针旋转10°或顺时针旋转10°。微反射镜103尺寸为16μm*16μm，微反射镜之间的距离为1μm。其中，该数字微反射镜装置的设置为基底101所在的平面与水平面的夹角为20°。

优选的，曝光系统10还包括图形精缩棱镜500，该图形精缩棱镜500被设置于微反射镜装置100与基板600上的光阻剂800之间。进一步地，该图形精缩棱镜500的缩小比例为：5∶1。

优选的，曝光系统10还包括光阑900，该光阑900被设置于光源300与聚光镜400之间，光阑900的几何中心与光源300以及聚光镜400的几何中心在同一直线上。

在图1所示的示范性曝光系统中，数字微反射镜装置100可以通过多个电极电连接到个人电脑(图1中未示出)，从而通过个人电脑的编程控制能够得到曝光工作所需的图案。

较优的，弧形反射镜200的形状可以为椭圆的弧形，聚光镜400可以为凸透镜。其中，弧形反射镜200、聚光镜400、光阑900以及数字微反射镜装置100的几何中心在同一直线上。更进一步地，弧形反射镜200与聚光镜400的焦点重合并且与其几何中心在同一直线上，光源300位于弧形反射镜200与聚光镜400的同一焦点处。

光源300发出的光线入射到弧形反射镜200的内表面经过第一次反射，第一反射光线按照原入射光线的路径经过光阑900，入射到聚光镜400。因为光源300位于聚光镜400的焦点处，所以第一反射光线经过聚光镜400后变成平行光线，该平行光线照射数字微反射镜装置100的微反射镜103，该平行光的入射方向垂直于数字微反射镜装置100的基底101，该平行光相对于该微反射镜103以第一入射角θ入射，以反射角θ被第二次反射，该第二反射光线再次以平行光入射图形精缩棱镜500。

在该示范性曝光系统10中，通过调节光阑900的孔隙宽度，可以控制第一反射光线的宽度，从而控制入射数字微反射装置100的平行光线的宽度。此时，在该数字微反射镜装置100中，向设置于基底101上的多个电极输入一电压信号，该多个电极产生静电场以控制复数个支撑部102上的复数个微反射镜103分别相对于基底101逆时针旋转10°或顺时针旋转10°。其中，入射到逆时针旋转10°的微反射镜上的平行光被第二次反射并将该第二反射光线反射经过图形精缩棱镜500投射在位于薄膜700上的光阻剂800上表面。入射到顺时针旋转10°的平行光被反射到光阻剂800以外的无效区域，其中，通过调节控制逆时针旋转10°的微反射镜的数目或顺时针旋转10°的微反射镜的数目来达到调节控制附载在第二反射光线上的图形，从而达到调节控制投射在位于薄膜700上的光阻剂800上表面的图形。

在该实施方式中，若光阻剂800上需要曝光，微反射镜103相对于基底101逆时针旋转10°，则入射到微反射镜103上的第一反射光线与微反射镜103之间的夹角为10°，第二反射光线相对于第一反射光线逆时针偏转20°，第二反射光线垂直于待曝光的光阻剂800平面；若光阻剂800上有不需要曝光的部分，微反射镜相对于基底101顺时针旋转10°，反射光线顺时针偏转10°，则入射微反射镜103的第一反射光线与微反射镜103之间的夹角也为10°，第二反射光线相对于第一反射光线顺时针偏转20°，则第二反射光线被第二次反射到光阻剂外的其他区域，即光阻剂800上无光线照射。

以上结合图1详细阐述了数字微反射镜装置100的具体结构。本领域技术人员可以意识到，这种阐述是示范性而并非穷举目的。实际上，数字微反射镜装置100还可以具有其它类似结构。比如：数字微反射镜装置100可以不采用电极，而是通过由电机控制的机械结构或磁控制结构来控制其上的微反射镜103的转动。

下面再详细描述图形精缩棱镜500的工作原理。

利用图形精缩棱镜500可以将数字微反射镜装置100反射的第二反射光线投射到位于基板600上的薄膜700上的光阻剂800的上表面，并根据缩放比例调节光阻剂800的上表面的曝光图像面积。优选地，本实施例中的图形精缩棱镜500可以采用凸透镜，进一步地，通过调节基板600上的光阻剂800与图形精缩棱镜500之间的距离，可以控制图形精缩棱镜500的具体缩放比例。

比如，图2为本发明一实施方式的曝光系统中图形精缩棱镜500的工作原理示意图。在图2中，基板600上的光阻剂800与图形精缩棱镜500的距离L为该图形精缩棱镜500焦距f的1.2倍。依据成像原理，入射图形精缩棱镜500的平行光线的宽度被缩小至原宽度的1/5，相应地，入射至光阻剂800上表面的潜在图案的面积缩小为原图案的1/25。

在本实施方式中，以基板600为阵列基板为例来进行示例性说明。薄膜晶体管阵列基板上的图案一般为线状图案，最小线宽为4μm～5μm。在本实施方式中，图1中的数字微反射镜装置100所在的平面为物平面，如图2所示，图形精缩棱镜500为凸透镜，视为物镜，光阻剂800所在的平面视为像平面，依据瑞利公式：

w＝k1*λ/NA

其中，k1为物理及相关工艺因子，为常数，k1≈1.2，NA为物镜数值孔径，NA＝nsinα，n为物镜与光阻剂800之间媒质折射率，α为物镜孔径角的1/2，λ为波长。在本实施方式中采用I线(波长λ为365nm)光源，NA≈0.73，则该曝光系统能够分辨得的最小线宽为0.6μm。

在数字微反射镜100装置的微反射镜103之间具有1μm的间隙，则对于该相邻的微反射镜103之间的该间隙，入射的光线不会被第二次反射，当微反射镜103向第二方向偏转-10°时，第二反射光线照射到光阻剂800之外的区域，数字微反射镜装置100上的数字微反射镜103之间的间隙与微反射镜103向第二方向偏转-10°的面积之和垂直映射到光阻剂800上的区域不会被曝光，经过本实施方式中5∶1倍率的图形精缩棱镜500，光阻剂800上不会被曝光的区域的线宽为：

(1+16+1)*cos20°/5＝3.38μm。

该值3.38μm大于图形精缩棱镜500的分辨率0.6μm，故该线宽值满足薄膜晶体管阵列基板制造工艺对最小线宽的要求。

光阻剂800一般为感光材料，在本实施方式中可以使用正光阻剂，被微反射镜103反射的平行光经过图形精缩棱镜500后，照射在光阻剂800的上表面，因为复数个微反射镜103可以分别相对于基底101逆时针旋转10°和顺时针旋转10°，可以通过调节控制分别逆时针旋转10°或顺时针旋转10°的微反射镜的数目使得其反射的第二反射光线形成不同的图案，该第二反射光线照射在感光材料上，使得光阻剂800上表面具有了潜在的图案，始完成曝光工艺。而后将光阻剂上表面所具有的潜在的图案显现出来，则始完成显影工艺。该显影工艺同公知技术的显影工艺，故此处不再作赘述。

图3为本发明一实施方式的曝光光强和正性光阻剂的溶解率之间的响应关系曲线图。当曝光光强很小时，光阻剂不会溶解，随着曝光光强的增大，光阻剂在曝光光强达到某一特殊值时会溶解。光阻剂由不溶解到溶解有一曝光光强的极窄的过渡区域，此区域的光强范围为ΔE，此光强范围的中间点位置处的曝光光强为E_th，称之为阈值光强。当曝光光强大于此阈值光强时，光阻剂能够溶解，当曝光光强小于此阈值光强时，光阻剂不能溶解。

图4为本发明一实施方式中使用图形精缩棱镜500对曝光图案连续性的影响对比示意图。在数字微反射镜装置100上的微反射镜103之间具有1μm的间隙，由于微反射镜103的反射镜面大部分进行的是镜面反射，由于实际的微反射镜103具有一定的厚度，当该微反射镜103转过一个角度时，该微反射镜103的边缘与第一反射光线发生接触，然后该第一反射光线在微反射镜103之间的间隙处发生不规则的散射，故在该微反射镜103之间的间隙之间具有一定程度的光能量分布，如图4中所示。在图4中上半部分坐标示意图中，在1μm的间隙处垂直映射到光阻剂上的平行光线的曝光光强在阈值光强之下，因此在显影后光阻剂会有残留(如图4中上半部分坐标示意图中，在横轴上具有模糊区域的光阻剂残留)。在图4中下半部分坐标示意图中，采用5∶1倍率的图形精缩棱镜500，第二反射光线经过该5∶1倍率的图形精缩棱镜500，不会曝光的模糊区域宽度变为原来的1/5，即0.2μm，此时垂直映射到光阻剂800上表面的曝光光强在阈值光强值之上，因此显影后光阻剂不会有残留，这样即可以形成连续的被蚀刻掉的薄膜区域。

以上结合图2、图3和图4详细描述了图形精缩棱镜500的工作原理。本领域技术人员可以意识到，如果不期望高精度地调节光阻剂的上表面的曝光图像面积，或者基于成本节约等其它因素考量，可以去除图形精缩棱镜500。此时，可以直接将第二反射光线投射到位于薄膜700上的光阻剂800的上表面以形成曝光图像。

基于上述分析，本发明实施方式还提出了一种曝光方法。

图5为本发明一实施方式的曝光方法流程示意图。

如图5所示，该方法包括：

步骤501：光源发出的光线入射到弧形反射镜，经第一次反射形成第一反射光线；

步骤502：第一反射光线经过聚光镜后形成平行光线再入射到微反射镜装置；

步骤503：微反射镜装置经第二次反射形成第二反射光线，将第二反射光线投射到位于基板上的薄膜上的光阻剂的上表面，并通过调节微反射镜装置针对第二反射光线的反射角控制光阻剂的上表面的曝光图像形状。

在该方法中，可以进一步利用图形精缩棱镜将微反射镜装置反射的第二反射光线投射到位于基板上的薄膜上的光阻剂的上表面，并根据缩放比例调节光阻剂的上表面的曝光图像面积。优选的，可以通过调节基板上的光阻剂与图形精缩棱镜之间的距离来控制具体的缩放比例。

在该方法中，还可以进一步包括，利用与弧形反射镜、聚光镜以及微反射镜装置的几何中心在同一直线上的光阑，调节第一反射光线的宽度。

本发明虽然以较佳实施方式公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1、一种曝光系统(10)，其特征在于，包括微反射镜装置(100)、弧形反射镜(200)、光源(300)、聚光镜(400)和基板(600)，所述基板(600)上依次有薄膜(700)和光阻剂(800)，所述弧形反射镜(200)、聚光镜(400)以及微反射镜装置(100)的几何中心在同一直线上；

所述光源(300)发出的光线入射到所述弧形反射镜(200)，经第一次反射形成第一反射光线，所述第一反射光线经过聚光镜(400)形成平行光线入射到所述微反射镜装置(100)，经第二次反射形成第二反射光线，所述第二反射光线投射到位于所述薄膜(700)上的光阻剂(800)的上表面，通过调节所述微反射镜装置(100)的反射角控制所述光阻剂(800)的上表面的曝光图像形状。

2、根据权利要求1所述的曝光系统(10)，其特征在于，进一步在所述微反射镜装置(100)和基板(600)之间包括图形精缩棱镜(500)，用于将所述微反射镜装置(100)反射的第二反射光线投射到位于所述基板(600)上的薄膜(700)上的光阻剂(800)的上表面，并根据缩放比例调节所述光阻剂(800)的上表面的曝光图像面积。

3、根据权利要求1或2所述的曝光系统(10)，其特征在于，所述微反射镜装置(100)包括基底(101)、复数个支撑部(102)、复数个微反射镜(103)以及至少两个电极，所述支撑部(102)通过扭臂梁铰链固定微反射镜(103)，该至少两个电极通过输入电压信号产生静电场以控制所述支撑部(102)的运动，从而控制固定在所述支撑部(102)上的微反射镜(103)转动。

4、根据权利要求3所述的曝光系统(10)，其特征在于，所述复数个微反射镜(103)可以相对于基底(101)逆时针旋转10°或顺时针旋转10°。

5、根据权利要求1或2所述的曝光系统(10)，其特征在于，进一步包括与所述弧形反射镜(200)、聚光镜(400)以及微反射镜装置(100)的几何中心在同一直线上的光阑(900)，用于调节所述第一反射光线的宽度。

6、根据权利要求5所述的曝光系统(10)，其特征在于，所述图形精缩棱镜(500)为凸透镜。

7、根据权利要求6所述的曝光系统(10)，其特征在于，所述基板(600)上的光阻剂(800)与图形精缩棱镜(500)的距离，为该图形精缩棱镜(500)焦距的1.2倍。

8、一种曝光方法，其特征在于，包括：

光源发出的光线入射到弧形反射镜，经第一次反射形成第一反射光线；

所述第一反射光线经过聚光镜后形成平行光线再入射到微反射镜装置；

所述微反射镜装置经第二次反射形成第二反射光线，将所述第二反射光线投射到位于基板上的薄膜上的光阻剂的上表面，并通过调节所述微反射镜装置针对所述第二反射光线的反射角控制所述光阻剂的上表面的曝光图像形状。

9、根据权利要求8所述的曝光方法，其特征在于，该方法进一步包括：

利用图形精缩棱镜将所述微反射镜装置反射的所述第二反射光线投射到位于所述基板上的薄膜上的光阻剂的上表面，并根据缩放比例调节所述光阻剂的上表面的曝光图像面积。

10、根据权利要求9所述的曝光方法，其特征在于，通过调节所述基板上的光阻剂与图形精缩棱镜之间的距离控制所述缩放比例。

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