CN103353710A - 曝光装置、曝光系统及曝光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种曝光装置、曝光系统及曝光方法，该曝光装置包括：提供曝光光线的光源系统，所述曝光光线为扩散光线；曝光光线经由掩模板照射到待曝光基板上，将所述掩模板的图案光刻到所述基板上。本发明的技术方案可以有效解决在大尺寸液晶显示装置基板制作过程中，因掩模板弯曲变形造成的基板上曝光图形尺寸偏差的问题，保证了基板图形关键尺寸准确性，进而改善了液晶显示装置的显示品质。

Description

曝光装置、曝光系统及曝光方法

技术领域

本发明涉及一种曝光装置、曝光系统及曝光方法。

背景技术

随着液晶显示技术的发展，液晶显示装置朝着大尺寸、高解析度以及低成本的方向发展。在液晶显示装置生产过程中，利用光刻技术在衬底基板表面形成各膜层的图形是非常重要的步骤，光刻技术包括利用掩模板对待曝光基板进行曝光处理。图1为现有技术的曝光装置结构示意图，图2为现有技术曝光光线示意图，如图1和图2所示，光源1产生的光线入射到第一平面镜2上，经第一平面镜2反射的水平光线入射到复眼透镜3上，经复眼透镜3透射的光线入射到凹面镜4，复眼透镜3与凹面镜4距离为D，经凹面镜4反射的光线入射到第二平面镜5，经第二平面镜5反射的光线垂直入射到掩模板6，且经掩模板6的透光区入射到待曝光基板8上，经过显影工艺在基板8上形成图形。

由于液晶显示装置朝着大尺寸方向发展，曝光工艺中使用的掩模板的尺寸也越来越大，掩模板因重力弯曲变形对于曝光图形尺寸影响的问题越来越明显。图3为现有技术曝光过程中掩模板弯曲的示意图，图4为现有技术曝光过程中的掩模板弯曲边缘区域的示意图。如图3和图4所示，在很小的范围内，可以将掩模板6的弧线近似为直线，对掩模板6的边缘进行放大分析，其中，掩模板6上具有用于形成第二图形7的第一图形11，其中，第一图形11为开口，即：第一图形11为透光区，掩模板6上第一图形11的宽度为L1，在玻璃基板8上形成的第二图形7的宽度为L₂，β为局部范围内掩模板6切线与水平面的夹角，曝光装置的光源系统发出的光线12垂直入射到掩模板6的上表面9上，当光线12入射到掩模板6的上表面9时，光线12在掩模板6中折射后入射到掩模板6的下表面10上，在下表面10上具有用于形成第二图形7的第一图形11。其中，第一图形11的宽度为L₁，第二图形7的宽度为L₂。光线透过第一图形11对玻璃基板8进行曝光，再经显影和刻蚀工艺，在玻璃基板8上形成第二图形7，由几何光学可得，L₁=L₂*cosβ。

发明人在实施本发明的过程中发现如下问题：在大尺寸的液晶显示装置的制作过程中，需要大尺寸的掩模板以形成所需图形。然而在曝光过程中，由于重力的影响，掩模板会弯曲变形，为了保证第二图形的宽度与第一图形的宽度一致，可以采用减小掩模板切线与水平面的夹角β的方式，比如通过挤压、负压等方式，但是这些方式都不能完全使掩模板与水平面平行，从而导致在基板上形成的第二图形有偏差，导致液晶显示技术中的CD（Critical Dimension，关键尺寸）参数不准确。

发明内容

本发明提供一种曝光装置、曝光系统及曝光方法，其可以有效解决在大尺寸液晶显示装置基板制作过程中，因掩模板弯曲变形造成的基板上曝光图形尺寸偏差的问题，保证了基板图形关键尺寸准确性，进而改善了液晶显示装置的显示品质。

为实现上述目的，本发明提供一种曝光装置，该曝光装置包括：

提供曝光光线的光源系统，所述曝光光线为扩散光线；

曝光光线经由所述掩模板照射到所述基板上，将所述掩模板的图案光刻到所述基板上。

进一步地，所述掩模板呈弯曲状态，掩模板边缘处切线与水平面的夹角为α；

所述曝光光线照射至所述掩模板边缘处的光线的扩散角为θ，其中， $\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\α}}{2}.$

进一步地，所述掩模板呈弯曲状态，掩模板任一点处切线与水平面的夹角为α_i；

所述曝光光线照射至所述掩模板任一点处的光线的扩散角为θ_i，其中， ${\mathrm{\θ}}_i=\frac{{\mathrm{\α}}_i}{2}.$

可选地，所述光源系统包括光源、第一平面镜、复眼透镜、凹面镜和第二平面镜，所述光源发出的光线依次经过所述第一平面镜、所述复眼透镜、所述凹面镜和所述第二平面镜后，照射至所述掩模板的光线为扩散光线。

可选地，所述凹面镜的半径为R₁，所述凹面镜的曲率半径为ρ₁，所述凹面镜与所述复眼透镜的距离为d₁，满足：

$d_1=D-\frac{(-\frac{{R_1}^2}{2}+{{\mathrm{\ρ}}_1}^2+R_1\sqrt{{R_1}^2-{\mathrm{\ρ}}_1^2})\tan \mathrm{\θ}}{R_1-(\sqrt{{R_1}^2-{{\mathrm{\ρ}}_1}^2}-\frac{R_1}{2})\tan \mathrm{\θ}},$ 其中，D为

可选地，所述凹面镜的半径R等于所述掩模板外接圆的半径，所述凹面镜的曲率半径为ρ，所述凹面镜与所述复眼透镜的距离为d₁，

$d_1=D-\frac{(-\frac{R^2}{2}+{\mathrm{\ρ}}^2+R\sqrt{R^2-{\mathrm{\ρ}}^2})\tan \mathrm{\θ}}{R-(\sqrt{R^2-{\mathrm{\ρ}}^2}-\frac{R}{2})\tan \mathrm{\θ}},$ 其中，D为

可选地，所述曝光装置包括：

用于承载待曝光基板的机台；

用于承载掩模板的掩模架。

为实现上述目的，本发明提供一种曝光系统，包括掩模板和曝光装置，所述曝光装置采用上述的曝光装置。

为实现上述目的，本发明提供一种曝光方法，曝光光线经由掩模板照射到待曝光基板上，将所述掩模板的图案光刻到所述基板上，所述方法包括：

测定所述掩模板的弯曲度；

根据测定的掩模板的弯曲度调节曝光光线的扩散角。

可选地，所述测定所述掩模板的弯曲度为测定掩模板边缘处切线与水平面的夹角α；

所述调节曝光光线的扩散角为调节曝光光线照射至所述掩模板边缘处的光线的扩散角θ，满足

可选地，所述测定所述掩模板的弯曲度为测定掩模板若干点处切线与水平面的夹角，计算出掩模板上任一点处切线与水平面的夹角α_i，或者直接测定掩模板任一点处切线与水平面的夹角α_i；

所述调节曝光光线的扩散角为调节曝光光线照射至所述掩模板任一点处的光线的扩散角θ_i，满足

本发明提供的曝光装置、曝光系统及曝光方法中，该曝光装置包括：提供曝光光线的光源系统，所述曝光光线为扩散光线；曝光光线经由所述掩模板照射到所述基板上，将所述掩模板的图案光刻到所述基板上，所示光源系统提供的曝光光线扩散光，与呈弯曲状态的掩模板相匹配，可以有效解决在大尺寸液晶显示装置基板制作过程中，因掩模板弯曲变形造成的基板上曝光图形尺寸偏差的问题，保证了基板图形关键尺寸准确性，进而改善了液晶显示装置的显示品质。

附图说明

图1为现有技术的曝光装置的结构示意图；

图2为现有技术曝光光线示意图；

图3为现有技术曝光过程中掩模板弯曲的示意图；

图4为现有技术曝光过程中掩模板弯曲边缘区域的示意图；

图5为本发明实施例一提供的一种曝光装置的结构示意图；

图6为本发明实施例一提供的曝光光线示意图；

图7为本发明实施例一提供的曝光过程中局部区域的示意图；

图8为本发明实施例二提供的一种曝光方法的流程图。

图9为本发明实施例三提供的一种曝光系统的结构示意图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图5为本发明实施例一提供的一种曝光装置的结构示意图，如图5所示，该曝光装置包括：提供曝光光线的光源系统，曝光光线为扩散光线；曝光光线经由掩模板6照射到基板上，将掩模板6的图案光刻到基板上。曝光装置还包括用于承载待曝光基板的机台（图中未示出）和用于承载掩模板的掩模架（图中未示出）。

本实施例中，该光源系统包括光源1、第一平面镜2、复眼透镜3、凹面镜4和第二平面镜5。光源1发出的光线依次经过第一平面镜2、复眼透镜3、凹面镜4和第二平面镜5后，照射至掩模板6的光线为扩散光线。具体地，光源1产生的光线入射到第一平面镜2上，经第一平面镜2反射后的光线入射到复眼透镜3上，经复眼透镜3透射的光线入射到凹面镜4，经凹面镜4反射后的光线入射到第二平面镜5上，这样经第二平面镜5反射的光线入射到掩模板6上，入射到掩模板6的曝光光线为扩散光线。

下面结合图6和图7对本发明实施例一提供的曝光装置的工作过程进行详细描述。图6为本发明实施例一提供的曝光光线示意图，图7为本发明实施例一提供的曝光过程中局部区域的放大示意图，如图6和图7所示，首先，光源1产生的光线入射到第一平面镜2上，经第一平面镜2反射后的光线入射到复眼透镜3上，经复眼透镜3透射的光线入射到凹面镜4上，然后，经凹面镜4反射后的光线入射到第二平面镜5上，经第二平面镜5反射的光线入射到掩模板6上，最后，入射到掩模板6的曝光光线为扩散光线。

具体地，在实际应用中，在制作大尺寸液晶面板过程中，需要大尺寸的掩模板以形成所需图形，由于重力原因掩模板会弯曲变形。本实施例中，以掩模板边缘区域为例进行说明，掩模板6呈弯曲状态，掩模板6边缘处切线与水平面的夹角为α，曝光光线照射至掩模板6边缘处的光线的扩散角为θ，其中，

扩散角为曝光光线与垂直方向的夹角。

进一步地，掩模板6呈弯曲状态，掩模板6任一点处切线与水平面的夹角为α_i；曝光光线照射至掩模板6任一点处的光线的扩散角为θ_i，其中， ${\mathrm{\θ}}_i=\frac{{\mathrm{\α}}_i}{2}.$

在本发明实施例中光源系统包括光源、第一平面镜、复眼透镜、凹面镜和第二平面镜，其中，凹面镜的半径为R₁，凹面镜的曲率半径为ρ₁，凹面镜与复眼透镜的距离为d₁，满足：

$d_1=D-\frac{(-\frac{{R_1}^2}{2}+{{\mathrm{\ρ}}_1}^2+R_1\sqrt{{R_1}^2-{\mathrm{\ρ}}_1^2})\tan \mathrm{\θ}}{R_1-(\sqrt{{R_1}^2-{{\mathrm{\ρ}}_1}^2}-\frac{R_1}{2})\tan \mathrm{\θ}},$ 其中，D为

本实施例中，凹面镜4的半径为R₁，凹面镜4的曲率半径为ρ₁，凹面镜4与复眼透镜3的距离为d₁，经复眼透镜3透射的光线入射到凹面镜4，通过凹面镜4的聚光和反射作用，从而实现曝光光线照射到掩模板6的光线中最外缘光线12’的扩散角为θ，其中，

α为掩模板6边缘切线与水平面的夹角。

进一步优选地，凹面镜4的半径R等于掩模板6外接圆的半径，凹面镜4的曲率半径为ρ，凹面镜4与复眼透镜3的距离为d₁，满足：

$d_1=D-\frac{(-\frac{R^2}{2}+{\mathrm{\ρ}}^2+R\sqrt{R^2-{\mathrm{\ρ}}^2})\tan \mathrm{\θ}}{R-(\sqrt{R^2-{\mathrm{\ρ}}^2}-\frac{R}{2})\tan \mathrm{\θ}},$ 其中，D为

本实施例中，凹面镜4的半径R等于掩模板6外接圆的半径，凹面镜4的曲率半径为ρ，凹面镜4与复眼透镜6的距离为d₁，经复眼透镜3透射的光线入射到凹面镜4，通过凹面镜4的聚光和反射作用，从而实现曝光光线中照射到掩模板6任一点处的光线的扩散角为θ_i，其中，

α_i为掩模板6任一点处切线与水平面的夹角。

如图7所示，在很小的范围内，可以将掩模板6的弧线近似为直线，对掩模板6的边缘进行放大。其中，掩模板6上形成有第一图形11，第一图形11的尺寸为L₁，具体地，第一图形11形成于掩模板6的下表面10上，第一图形11为开口，即：第一图形11为透光区。相应地，基板8上形成有第二图形7’，第二图形7’为曝光图形，第二图形7’的尺寸为L₃。经第二平面镜5反射后的光线入射到掩模板6上。当曝光光线照射至掩模板6的光线中最外缘光线12’以扩散角θ入射到掩模板6的上表面9时，光线12’在掩模板6中折射后入射到掩模板6的下表面10上，光线12’透过第一图形11后照射到基板8上，从而完成对基板8的曝光过程。而后再经过显影、刻蚀工艺，形成第二图形7’，第一图形11的宽度为L₁等于第二图形7’的宽度为L₃，即L₁=L₃。也即，掩模板的第一图形11的尺寸L₁等于基板8上曝光图形的尺寸L₃，满足L₁=L₃。其中，在曝光之前还包括在基板8上涂覆光刻胶的过程。

现有技术中，光源系统中凹面镜4的半径为R，凹面镜4的曲率半径为ρ，复眼透镜3与凹面镜4的距离为D。光源发射的光经光源系统中各部件转化为平行光垂直入射至掩模板6。本发明为解决掩模板6弯曲变形导致的基板8上形成的图形尺寸偏差问题，将平行垂直入射至掩模板6的光变为扩散光，使得基板8上形成的图形与掩模板6上的图形的尺寸一致。本发明实施例可以通过改变复眼透镜3与凹面镜4的距离，使光源系统射出的光线具有一定的扩散角。具体方式是将复眼透镜3向凹面镜4一侧移动，移动的距离为： $d_1=D-\frac{(-\frac{R^2}{2}+{\mathrm{\ρ}}^2+R\sqrt{R^2-{\mathrm{\ρ}}^2})\tan \mathrm{\θ}}{R-(\sqrt{R^2-{\mathrm{\ρ}}^2}-\frac{R}{2})\tan \mathrm{\θ}};$ 也就是凹面镜4与复眼透镜3的距离d₁满足 $d_1=D-\frac{(-\frac{R^2}{2}+{\mathrm{\ρ}}^2+R\sqrt{R^2-{\mathrm{\ρ}}^2})\tan \mathrm{\θ}}{R-(\sqrt{R^2-{\mathrm{\ρ}}^2}-\frac{R}{2})\tan \mathrm{\θ}},$ 其中D为原光源系统中凹面镜4与复眼透镜3之间的距离，复眼透镜3处于凹面镜4焦点的位置，其中，D=ρ/2。本发明实施例也可以通过改变凹面镜4的半径或凹面镜4曲率半径使光源系统射出的光线具有一定的扩散角，或者同时改变凹面镜4半径、凹面镜4曲率半径、凹面镜4与复眼透镜3的距离三个参数中的两个或三个。假设改进后的光学系统中凹面镜4的半径为R₁，凹面镜4的曲率半径为ρ₁，凹面镜与复眼透镜距离为d₁，只要三者满足 $d_1=D-\frac{(-\frac{{R_1}^2}{2}+{{\mathrm{\ρ}}_1}^2+R_1\sqrt{{R_1}^2-{\mathrm{\ρ}}_1^2})\tan \mathrm{\θ}}{R_1-(\sqrt{{R_1}^2-{{\mathrm{\ρ}}_1}^2}-\frac{R_1}{2})\tan \mathrm{\θ}}$ 即可。当然，通过改变光源系统中的其他部件的尺寸、位置或者增加一些元件也可以达到使曝光装置中的光源系统发射的光线为扩散光的目的，在此就不一一赘述。本实施例提供的曝光装置包括：用于承载掩模板的掩模架；提供曝光光线的光源系统所述曝光光线为扩散光线；曝光光线经由所述掩模板照射到所述基板上，将所述掩模板的图案光刻到所述基板上，其可以有效解决在大尺寸液晶显示装置基板制作过程中，因掩模板弯曲变形造成的基板上曝光图形尺寸偏差的问题，保证了基板图形关键尺寸准确性，进而改善了液晶显示装置的显示品质。

图8为本发明实施例二提供的一种曝光方法的流程示意图，如图8所示，该曝光方法基于上述的曝光装置，该曝光方法包括以下步骤：

步骤S101、测定所述掩模板的弯曲度；

具体地，测定所述掩模板的弯曲度为测定掩模板边缘处切线与水平面的夹角α；或者测定掩模板若干点处切线与水平面的夹角，计算出掩模板上任一点处切线与水平面的夹角α_i，或者直接测定任一点处切线与水平面的夹角α_i。

步骤S102、根据测定的掩模板的弯曲度调节曝光光线的扩散角。

具体地，根据测定的掩模板的弯曲度调节曝光光线的扩散角为调节曝光光线照射至掩模板边缘处的光线的扩散角θ，满足

或者调节曝光光线照射至掩模板任一点处的光线的扩散角θ_i，满足

本实施例提供的曝光方法中，掩模板的图形的尺寸为L₁，基板上曝光图形的尺寸为L₃，可通过上述曝光方法实现掩模板的图形的尺寸L₁等于基板上曝光图形的尺寸L₃，即满足L₁=L₃。

结合图7对实现本曝光方法的具体过程进行说明，要实现本曝光方法需要先测定掩模板6的弯曲度，测定掩模板6弯曲度的方法有很多，如通过测定掩模板6上的图形尺寸L₁，曝光光线为平行垂直入射光时，经掩模板6曝光的形成在基板8上的曝光图形的尺寸L₂，可以计算出掩模板6的弯曲度。弯曲度可以通过掩模板6上任一点处的切线与水平面的夹角α_i表征，由几何关系可得，α_i=arcos(L₁/L₂)。

为了使基板各区域形成的图形均与掩模板6图形尺寸一致，需要调整入射至掩模板的曝光光线的角度，入射至掩模板6各处的光线的扩散角均应该满足

其中掩模板6任一点处切线与水平面的夹角α_i。以掩模板6边缘区域为例，测定或计算得到掩模板6边缘处与水平面的夹角为α，调整入射至掩模板边缘区域的曝光光线的扩散角θ，使θ=α/2，根据几何光学，水平设置的基板8上可以形成与掩模板6上的图形尺寸一致的曝光图形。

本实施例提供的曝光方法，该曝光方法基于上述曝光装置，该曝光方法包括：测定所述掩模板的弯曲度；根据测定的掩模板的弯曲度调节曝光光线的扩散角，其可以有效解决在大尺寸液晶显示装置基板制作过程中，因掩模板弯曲变形造成的基板上曝光图形尺寸偏差的问题，保证了基板图形关键尺寸准确性，进而改善了液晶显示装置的显示品质。

图9为本发明实施例三提供的一种曝光系统的结构示意图，如图9所示，该曝光系统包括：掩模板6和曝光装置，该曝光装置采用上述的曝光装置。

本实施例中的曝光装置的具体实施方式请参见上述实施例一中的曝光装置，此处不再具体详细描述。

本实施例提供的曝光系统包括掩模板和曝光装置，该曝光装置包括：用于承载掩模板的掩模架；提供曝光光线的光源系统所述曝光光线为扩散光线；曝光光线经由所述掩模板照射到所述基板上，将所述掩模板的图案光刻到所述基板上，其可以有效解决在大尺寸液晶显示装置基板制作过程中，因掩模板弯曲变形造成的基板上曝光图形尺寸偏差的问题，保证了基板图形关键尺寸准确性，进而改善了液晶显示装置的显示品质。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种曝光装置，其特征在于，包括：

提供曝光光线的光源系统，所述曝光光线为扩散光线；

曝光光线经由掩模板照射到待曝光基板上，将所述掩模板的图案光刻到所述基板上。

2.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

所述掩模板呈弯曲状态，掩模板边缘处切线与水平面的夹角为α；

所述曝光光线照射至所述掩模板边缘处的光线的扩散角为θ，其中， $\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\α}}{2}.$

3.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

所述掩模板呈弯曲状态，掩模板任一点处切线与水平面的夹角为α_i；

所述曝光光线照射至所述掩模板任一点处的光线的扩散角为θ_i，其中， ${\mathrm{\θ}}_i=\frac{{\mathrm{\α}}_i}{2}.$

4.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

所述光源系统包括光源、第一平面镜、复眼透镜、凹面镜和第二平面镜，所述光源发出的光线依次经过所述第一平面镜、所述复眼透镜、所述凹面镜和所述第二平面镜后，照射至所述掩模板的光线为扩散光线。

5.根据权利要求4所述的曝光装置，其特征在于，所述凹面镜的半径为R₁，所述凹面镜的曲率半径为ρ₁，所述凹面镜与所述复眼透镜的距离为d₁，满足：

$d_1=D-\frac{(-\frac{{R_1}^2}{2}+{{\mathrm{\ρ}}_1}^2+R_1\sqrt{{R_1}^2-{\mathrm{\ρ}}_1^2})\tan \mathrm{\θ}}{R_1-(\sqrt{{R_1}^2-{{\mathrm{\ρ}}_1}^2}-\frac{R_1}{2})\tan \mathrm{\θ}},$ 其中，D为

6.根据权利要求5所述的曝光装置，其特征在于，所述凹面镜的半径R等于所述掩模板外接圆的半径，所述凹面镜的曲率半径为ρ，所述凹面镜与所述复眼透镜的距离为d₁，

$d_1=D-\frac{(-\frac{R^2}{2}+{\mathrm{\ρ}}^2+R\sqrt{R^2-{\mathrm{\ρ}}^2})\tan \mathrm{\θ}}{R-(\sqrt{R^2-{\mathrm{\ρ}}^2}-\frac{R}{2})\tan \mathrm{\θ}},$ 其中，D为

7.根据权利要求1-6任一项所述曝光装置，其特征在于，所述曝光装置包括：

用于承载待曝光基板的机台；

用于承载掩模板的掩模架。

8.一种曝光系统，包括掩模板和曝光装置，其特征在于，所述曝光装置采用如权利要求1-7中任一项所述的曝光装置。

9.一种曝光方法，其特征在于，曝光光线经由掩模板照射到待曝光基板上，将所述掩模板的图案光刻到所述基板上，所述方法包括：

测定所述掩模板的弯曲度；

根据测定的掩模板的弯曲度调节曝光光线的扩散角。

10.根据权利要求9所述的曝光方法，其特征在于，

所述测定所述掩模板的弯曲度为测定掩模板边缘处切线与水平面的夹角α；

所述根据测定的掩模板的弯曲度调节曝光光线的扩散角为调节曝光光线照射至所述掩模板边缘处的光线的扩散角θ，满足

11.根据权利要求9所述的曝光方法，其特征在于，

所述测定所述掩模板的弯曲度为测定掩模板若干点处切线与水平面的夹角，计算出掩模板上任一点处切线与水平面的夹角α_i，或者直接测定掩模板任一点处切线与水平面的夹角α_i；

所述根据测定的掩模板的弯曲度调节曝光光线的扩散角为调节曝光光线照射至所述掩模板任一点处的光线的扩散角θ_i，满足

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