CN104298079B - 一种曝光系统及曝光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种曝光系统及曝光方法，其中曝光系统包括：发光面板，发光面板包括矩阵式排布的多个发光单元，每个发光单元包括发光层；用于驱动发光面板待发光区域内的发光单元进行发光的驱动模块，待发光区域具有的图形与待形成图形的形状相同；用于将发光面板发出的光转变为平行光的第一透镜；用于对经过第一透镜的光进行过滤，选择透过进行曝光需要的波长的光的滤镜。本发明的技术方案仅通过控制不同区域内的发光单元发光，就能够实现制作不同图形所需的不同区域的曝光，节省了实体的石英掩膜版，从而降低了光刻工艺的成本。

Description

一种曝光系统及曝光方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种曝光系统及曝光方法。

背景技术

光刻工艺是制作半导体器件时常用的工艺，其实质是一个图形转移的过程。光刻工艺大致需要经过涂胶、对位、曝光、显影、烘烤、清洗等步骤，将掩膜版上的图形转移到光刻胶上，然后再转移到基板上的材料层上，形成具有所需要的图形的膜层。

现有技术中，光刻所使用的掩膜版通常为利用光绘机刻蚀形成的石英掩膜版，这种掩膜版的图形是固定的，一种产品的形成往往需要多张具有不同图形的掩膜版，并且由于所要制作的图形是非常精细的，例如：显示器中的TFT((Thin Film Transistor，薄膜晶体管)、集成电路中的MOS管(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等元件，因此掩膜版上的图形也非常精细，这些均会导致掩膜版的成本非常高(按每个产品需要9张掩膜版计算，则总价约600万)，进而造成光刻工艺成本的增加。

发明内容

为克服上述现有技术中的缺陷，本发明所要解决的技术问题为：提供一种曝光系统，以降低光刻工艺的成本。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种曝光系统，包括：发光面板，所述发光面板包括矩阵式排布的多个发光单元，每个所述发光单元包括发光层；用于驱动所述发光面板待发光区域内的发光单元进行发光的驱动模块，所述待发光区域具有的图形与待曝光的膜层所要形成的图形的形状相同；用于将所述发光面板发出的光转变为平行光的第一透镜；用于对经过所述第一透镜的光进行过滤，选择透过进行曝光需要的波长的光的滤镜。

优选的，所述发光面板包括一衬底基板，所述衬底基板上具有矩阵式排布的多个凹坑，一个所述凹坑定义出一个所述发光单元所在的区域，每个所述凹坑内均具有所述发光层。

优选的，所述凹坑的尺寸小于或等于10nm×10nm，深度大于或等于100μm，所述凹坑的坑壁的厚度小于或等于2nm。

优选的，所述发光层的厚度小于或等于所述凹坑的深度的三分之一到三分之二。

优选的，所述发光层的形成材料为阴极射线发光材料或有机电致发光材料。

优选的，所述驱动模块包括：至少一个电子枪，用于发射高速电子束轰击所述发光层，使所述发光层发光；设置于所述电子束从所述电子枪至所述发光面板的路径上的场强控制器，所述场强控制器用于控制所述电子束的方向。

优选的，所述电子束的截面面积大于或等于每个所述发光单元中的发光层的覆盖面积。

优选的，所述发光面板分为多个待扫描区域，所述驱动模块包括多个电子枪，所述多个电子枪与所述多个待扫描区域一一对应，以同时对所述多个待扫描区域中的待发光区域内的发光单元进行逐行扫描轰击。

优选的，所述曝光系统还包括：用于对经过所述滤镜的光进行增强的光学增强器；用于对经过所述光学增强器的光进行汇聚的第二透镜；用于将经过所述第二透镜的光转变为平行光的第三透镜。

优选的，所述第一透镜、所述滤镜、所述第二透镜的尺寸和所述第三透镜的尺寸不小于所述发光面板的尺寸，且所述光学增强器能够接收经过所述滤镜的全部光。

优选的，所述曝光系统还包括：用于改变光线的传播方向的至少一个反射镜或折射镜。

本发明还提供了一种曝光方法，适用于以上所述的曝光系统，所述曝光方法包括：利用所述驱动模块驱动发光面板待发光区域内的发光单元进行发光，所述待发光区域具有的图形与待曝光的膜层所要形成的图形的形状相同；利用所述第一透镜将所述发光面板发出的光转变为平行光；利用所述滤镜对经过所述第一透镜的光进行过滤，选择透过进行曝光需要的波长的光。

优选的，所述曝光系统的驱动模块包括电子枪和场强控制器，所述利用所述驱动模块驱动所述发光面板待发光区域内的发光单元进行发光具体为：利用所述电子枪发射高速电子束，利用所述场强控制器控制所述电子束的方向，所述电子束轰击所述发光面板待发光区域内的发光单元的发光层，使所述发光层发光。

优选的，所述发光面板分为多个待扫描区域，所述驱动模块包括多个电子枪，所述多个电子枪与所述多个待扫描区域一一对应，所述利用所述电子枪发射高速电子束，利用所述场强控制器控制所述电子束的方向，所述电子束轰击所述发光面板待发光区域内的发光单元的发光层，使所述发光层发光具体为：利用所述多个电子枪同时发射高速电子束，利用所述场强控制器控制所述电子束的方向，所述电子束对所述多个待扫描区域中的待发光区域内的发光单元进行逐行扫描轰击。

优选的，所述曝光系统还包括光学增强器、第二透镜和第三透镜，在所述利用所述滤镜对经过所述第一透镜的光进行过滤，选择透过进行曝光需要的波长的光之后还包括：利用所述光学增强器对经过所述滤镜的光进行增强；利用所述第二透镜对经过所述光学增强器的光进行汇聚；利用所述第三透镜将经过所述第二透镜的光转变为平行光。

本发明所提供的曝光系统及方法中，曝光系统包括一发光面板，该发光面板包括多个发光单元，每个发光单元包括发光层，通过驱动特定区域内的发光单元的发光层发光，然后对所发出的光进行平行化和过滤，使光在上投射所形成的图形与待曝光膜层所要形成的图形相同，实现对待曝光膜层待曝光区域的曝光。本发明的技术方案仅通过控制不同区域内的发光单元发光，就能够实现制作不同图形所需的不同区域的曝光，节省了实体的石英掩膜版，从而降低了光刻工艺的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例所提供的曝光系统的结构图；

图2为本发明实施例所提供的曝光系统的发光面板的结构图；

图3为本发明实施例所提供的曝光系统的光学增强器的结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种曝光系统，如图1和图2所示(其中图2中右下角的两小部分分别为虚线圈所圈出的单个发光单元21的俯视结构和侧视结构)，包括：发光面板2，该发光面板2包括矩阵式排布的多个发光单元21，每个发光单元21包括发光层211；用于驱动发光面板2待发光区域内的发光单元21进行发光的驱动模块，待发光区域具有的图形与待曝光的膜层所要形成的图形的形状相同；用于将发光面板2发出的光转变为平行光的第一透镜3；用于对经过第一透镜3的光进行过滤，选择透过进行曝光需要的波长的光的滤镜5。

相应的，本实施例提供了一种用于上述曝光系统的曝光方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1：利用驱动模块驱动发光面板2待发光区域内的发光单元21进行发光.

步骤S2：利用第一透镜3将发光面板2发出的光转变为平行光。

步骤S3：利用滤镜5对经过第一透镜的光进行过滤，选择透过进行曝光需要的波长的光。

上述曝光系统及方法中，利用驱动模块驱动发光面板2特定区域内发光单元的发光层发光，该特定区域具有的图形的形状与待曝光的膜层上待形成图形的形状相同，然后利用第一透镜3对所发出的光进行汇聚，使光线由发散的状态变为平行的状态，利用滤镜5对光线进行过滤，去除进行曝光不需要的波长的光，保留进行曝光需要的波长的光，从而实现基板上的光刻胶层待曝光区域的曝光。本实施例中的曝光系统直接驱动发光面板2上对应待曝光区域的发光层发光，无需使用实体的掩膜版遮挡光线，因此也就省略了高精细度的掩膜版的制作，并且本实施例可根据所要形成的图形的不同改变所驱动的发光层，实现对光刻胶不同区域曝光，无需使用多张掩膜版，极大地节省了进行光刻工艺的成本。

另外，本实施例所提供的曝光系统及方法还可带来以下有益效果：实体的掩膜版所具有的图形十分精细，易损伤，造成在运输和保管的成本较高，由于本实施例中不再需要实际的掩膜版，因此可以节省掩膜版的运输和保管费用；采用本实施例中的曝光系统无需众多的掩膜版的存储设施，也无需频繁更换掩膜版，从而减少了设备投入、人员配置，有利于降低生产成本；由于节省了实体的掩膜版，因此也就节省了制作掩膜版时间，极大地推进了产品开发进度，缓解了掩膜版设计出图日程紧张的局面；由于本实施例中的曝光系统能够实现按需对特定区域进行曝光，相当于一张可重复利用的电子掩膜版，因此需要新产品验证时，无需重新设计和制作掩膜版，掩膜版的二次成本几乎为零，同时本实施例中的设计也便于第一时间对设计纠错和改正；相对于实体的掩膜版，本实施例中的曝光系统易于除尘，能够有效的避免生产中有灰尘造成产品良率降低的问题。

现有技术中的掩膜版一旦形成，其曝光度也就固定，无法随生产需求和实际生产条件的变化而调整，曝光度的不可控造成产品的良率降低。本实施例中的曝光系统优选的可通过对发光面板2中发光层的驱动电压大小的控制，实现对发光层所在发光单元的灰阶的控制，进而控制曝光度，更好的满足生产的需求，在一定程度上提高了产品的良率。

诸如电子束曝光和激光扫描曝光等不依赖实体的掩膜版的曝光技术，依赖于价格高昂的激光器(如：红宝石激光器等)，由于技术的限制，激光扫描时的速度较慢，因此曝光需要很长的时间，需要合适的过程控制，并且激光器的寿命很短，造成这种曝光技术的可导入性极差。比较来说，本实施例中的曝光系统无需价格高昂的激光器，制造成本相对较低，可对不同区域内的发光层同时进行发光驱动，驱动速度比激光扫描速度快，因此曝光过程所需时间短，易于实现，可控性强。

本实施例中发光面板2的结构优选的可为：包括一衬底基板22，该衬底基22板上具有矩阵式排布的多个凹坑，一个凹坑定义出一个发光单元21所在的区域，每个凹坑内均具有发光层211。这种结构中每个发光单元21的发光层形成于凹坑内，各发光层之间通过凹坑的坑壁隔离，能够有效地避免不同发光层之间的光子干涉。

为提高曝光所形成的图形的精细程度，凹坑的尺寸(即单个发光单元21的尺寸)优选的可小于或等于10nm×10nm，深度大于或等于100μm，凹坑的坑壁的厚度优选的可小于或等于凹坑的边长的五分之一，更具体的可为小于或等于2nm。

发光层211的厚度优选的可小于或等于凹坑的深度的三分之一到三分之二，以保证发光单元21具有良好的发光性能。

本实施例中，发光层211的形成材料优选的可为阴极射线发光材料(如：稀土荧光物质)或有机电致发光材料，适用于常见的光刻胶层曝光，发光层211的形成材料进一步可为能够发射紫外光的材料。

需要说明的是，本实施例中所述的“发光层”并不仅仅可为结构为单层的薄膜，为增强发光层的发光性能，发光层还可由多层薄膜层叠构成。

对于驱动发光面板2的驱动模块的具体实现形式，本发明并不限定。驱动模块例如可包括如图1所示的电子枪1和场强控制器10，其中电子枪1的数目为至少一个，可设置于发光面板2的背面(即发光面板2中与发光面相对的一面)，通过发射高速电子束轰击发光层，使发光层发光，其原理类似显像管的原理，具体可为阴极射线电子枪；场强控制器10设置于电子束从电子枪1至发光面板2的路径上，用于控制电子束的方向，更具体来说为通过向场强控制器10输入设计好的掩膜版的电子版，经过数电转换使场强控制器10有一定电场，进而控制电子枪1发出的电子束朝向哪些区域的发光单元21发射，以控制需要区域内的发光单元21点亮，这种结构十分简单，易控制。场强控制器10优选的可包括场线圈，场线圈通电后能够产生直流可变电场，可使其依附于一能够隔绝外部电场的金属壳体(例如可为电子枪1的壳体)上，本实例中使用喇叭形壳体，实际应用中可根据实际情况选择其它形状。

相应的，基于曝光系统的驱动模块包括电子枪1和场强控制器10的技术方案，曝光方法的步骤S1具体可为：利用电子枪1发射高速电子束，利用场强控制器10控制电子束的方向，电子束轰击发光面板2待发光区域内的发光单元21的发光层，使发光层发光，从而使得驱动发光单元21发光的驱动过程更简单、更易控制。

电子枪1所发出的电子束的截面面积优选的与单个发光单元21中发光层211的覆盖面积相等或近似相等，更优选的是电子束的截面面积可大于或等于每个发光单元21中的发光层211的覆盖面积，以使一束电子束能够一次完成一个发光单元21的扫描轰击，进一步提高电子束的扫描速度。

本实施中，可将发光面板2分为多个待扫描区域，对应该多个待扫描区域在驱动模块中设置多个电子枪1，所述多个电子枪与所述多个待扫描区域一一对应，每个电子枪1负责扫描相对应的一个待扫描区域中的发光单元21，对每个待扫描区域中的待发光区域内的发光单元进行扫描的方式优选的可为沿X方向或Y方向的逐行扫描。

相应的，曝光方法的步骤S1更具体可为：利用多个电子枪1同时发射高速电子束，利用场强控制器10控制电子束的方向，电子束对多个待扫描区域中的待发光区域内的发光单元21进行逐行扫描轰击。

发光面板2的发光层211直接发出的光为方向杂乱的散射光，本实施例中第一透镜3优选的可为一凸透镜，以对发光层211所发出的光进行汇聚，将光线变为平行光。第一透镜3的设置位置优选的可在发光面板2的发光面一侧，与发光面板2相邻。

由于发光层211发出的光包含多种波长的光，进行曝光往往需要是特定光波段的光，因此需要对发光层发出的光进行过滤，通过设置滤镜5可实现对光线的选择透过，滤镜5可以是单片滤镜，也可以是多片滤镜的组合。对于光刻工艺中常见的对光刻胶层的曝光来说，要求滤镜5能够滤掉可见光及比可见光波长还长的光波，但是对紫外光无吸收性，以适用光刻胶对紫外光敏感的特性，保证曝光被高质量的完成。

为了使待曝光区域的光刻胶能够被更充分、更快速的曝光，优选的可在本实施例所提供的曝光系统中滤镜5的后方增加用于对经过滤镜5的光进行增强的光学增强器6。如图3所示，沿光线的传播路径，光学增强器6的结构依次包括光学接收部、光学处理单元、及光学发射部。光学接收部包括多个光学接收单元，能够接收从滤镜5中射出的全部光线，为光信号匹配一个唯一坐标；之后光线传输至光学处理单元中，光学处理单元中具有发光材料，当光子打到该些发光材料上时，发光材料能够被激发出比原来能量更高的光子，达到增强光能量的目的，即被光学放大；最后光学放射部将放大后的光线经由唯一光路，如：极细光纤射出。

光线经过光学增强器6后，相位变得不一致，因此优选的可在光学增强器6的后方设置第二透镜7和第三透镜8，其中第二透镜7用于对经过光学增强器6的光进行汇聚，优选为凸透镜，第三透镜8用于将经过第二透镜7的光转变为平行光。第三透镜8与第二透镜7之间的距离要求能使出射的有效光束的大小正好与发光面板2上一个凹坑的大小相当，以保证最终实际形成的曝光图形的尺寸更接近理想尺寸。

需要说明的是，为了保证发光面板2所发出的光线能够全部被进行相应的光学处理，本实施例中，第一透镜3、滤镜5、第二透镜7和第三透镜8的尺寸优选的均不小于发光面板2的尺寸，且光学增强器6能够接收经过滤镜5的全部光。

相应的，在步骤S3之后，光线透射到待曝光的膜层之前，曝光方法优选的还可包括以下步骤：

步骤S4：利用光学增强器6对经过滤镜5的光进行增强。

步骤S5：利用第二透镜7对经过光学增强器6的光进行汇聚.

步骤S6：利用第三透镜8将经过第二透镜7的光转变为平行光。

为了使本实施例所提供的曝光系统能够兼容于现有的曝光机中，可在系统中增设至少一个用于改变光线的传播方向的反射镜或折射镜。例如，如图1所示，可在第一透镜3和滤镜5之间设置一第一反射镜4，将光线由竖直传播改变为水平传播，并在第三透镜8与基板10之间设置一第二反射镜9，将光线由水平传播改变为竖直传播，照射到水平放置的基板10上，此时，第一反射镜4和第二反射镜9均与发光面板2呈45度角。其中，为了增强对光线的过滤作用，第一反射镜4可具有半透半反的性质，以在滤镜5对光线进行过滤之前，对光线进行初步的选择反射。或者，可将第二反射镜9由一折射镜替换，折射镜能够将平行入射的光线以相同的折射角度平行出射，折射镜的折射角度由其自身所具有的折射率决定，折射镜的设置角度(即折射镜与发光面板2所呈的角度)由其自身的折射角和所需要的光线方向决定，通常来说，折射镜与发光面板2所呈的角度可在15度～60度之间。反射镜(或折射镜)的尺寸应当满足的条件为：反射镜(或折射镜)在垂直于光线传播方向的平面上的投影尺寸不小于发光面板2的尺寸，以完成对发光面板2所发出的全部光线的反射(或折射)。

需要说明的是，本实施例所提供的曝光系统中，发光面板2所发出的的光在经过透镜、反射镜、滤镜、光学增强器等一系列的光学元件的作用后，能够以1:1或更小倍率投射到待曝光的光刻胶区域上。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种曝光系统，其特征在于，包括：

发光面板，所述发光面板包括矩阵式排布的多个发光单元，每个所述发光单元包括发光层；

用于驱动所述发光面板待发光区域内的发光单元进行发光的驱动模块，所述待发光区域具有的图形与待曝光的膜层所要形成的图形的形状相同；所述驱动模块包括：至少一个电子枪，用于发射高速电子束轰击所述发光层，使所述发光层发光；设置于所述电子束从所述电子枪至所述发光面板的路径上的场强控制器，所述场强控制器用于控制所述电子束的方向；

用于将所述发光面板发出的光转变为平行光的第一透镜；

用于对经过所述第一透镜的光进行过滤，选择透过进行曝光需要的波长的光的滤镜。

2.根据权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述发光面板包括一衬底基板，所述衬底基板上具有矩阵式排布的多个凹坑，一个所述凹坑定义出一个所述发光单元所在的区域，每个所述凹坑内均具有所述发光层。

3.根据权利要求2所述的曝光系统，其特征在于，所述凹坑的尺寸小于或等于10nm×10nm，深度大于或等于100μm，所述凹坑的坑壁的厚度小于或等于2nm。

4.根据权利要求2所述的曝光系统，其特征在于，所述发光层的厚度小于或等于所述凹坑的深度的三分之一到三分之二。

5.根据权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述发光层的形成材料为阴极射线发光材料或有机电致发光材料。

6.根据权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述电子束的截面面积大于或等于每个所述发光单元中的发光层的覆盖面积。

7.根据权利要求6所述的曝光系统，其特征在于，所述发光面板分为多个待扫描区域，所述驱动模块包括多个电子枪，所述多个电子枪与所述多个待扫描区域一一对应，以同时对所述多个待扫描区域中的待发光区域内的发光单元进行逐行扫描轰击。

8.根据权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，还包括：用于对经过所述滤镜的光进行增强的光学增强器；

用于对经过所述光学增强器的光进行汇聚的第二透镜；

用于将经过所述第二透镜的光转变为平行光的第三透镜。

9.根据权利要求8所述的曝光系统，其特征在于，所述第一透镜、所述滤镜、所述第二透镜和所述第三透镜的尺寸不小于所述发光面板的尺寸，且所述光学增强器能够接收经过所述滤镜的全部光。

10.根据权利要求8所述的曝光系统，其特征在于，还包括：用于改变光线的传播方向的至少一个反射镜或折射镜。

11.一种曝光方法，其特征在于，适用于权利要求1～10任一项所述的曝光系统，所述曝光方法包括：

利用所述驱动模块驱动发光面板待发光区域内的发光单元进行发光，所述待发光区域具有的图形与待曝光的膜层所要形成的图形的形状相同；

利用所述第一透镜将所述发光面板发出的光转变为平行光；

利用所述滤镜对经过所述第一透镜的光进行过滤，选择透过进行曝光需要的波长的光；

其中，所述利用所述驱动模块驱动所述发光面板待发光区域内的发光单元进行发光具体为：利用所述电子枪发射高速电子束，利用所述场强控制器控制所述电子束的方向，所述电子束轰击所述发光面板待发光区域内的发光单元的发光层，使所述发光层发光。

12.根据权利要求11所述的曝光方法，其特征在于，所述发光面板分为多个待扫描区域，所述驱动模块包括多个电子枪，所述多个电子枪与所述多个待扫描区域一一对应，所述利用所述电子枪发射高速电子束，利用所述场强控制器控制所述电子束的方向，所述电子束轰击所述发光面板待发光区域内的发光单元的发光层，使所述发光层发光具体为：利用所述多个电子枪同时发射高速电子束，利用所述场强控制器控制所述电子束的方向，所述电子束对所述多个待扫描区域中的待发光区域内的发光单元进行逐行扫描轰击。

13.根据权利要求11所述的曝光方法，其特征在于，所述曝光系统还包括光学增强器、第二透镜和第三透镜，在所述利用所述滤镜对经过所述第一透镜的光进行过滤，选择透过进行曝光需要的波长的光之后还包括：

利用所述光学增强器对经过所述滤镜的光进行增强；

利用所述第二透镜对经过所述光学增强器的光进行汇聚；

利用所述第三透镜将经过所述第二透镜的光转变为平行光。