CN104749890A - 光刻工艺的曝光方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光刻工艺的曝光方法及系统，该方法将获取掩膜图案的相位全息信息通过全息再现光学系统再现形成掩膜图像，并将掩膜图像聚焦在待曝光的基板上。在曝光光源与基板之间设置有能够遮挡掩膜图像中心亮斑的掩板。曝光光源在对基板进行一次曝光后，通过移动基板，使曝光光源对基板一次曝光时未曝光的区域进行补偿曝光。这种掩膜图像能够替代传统光刻工艺中所使用的掩膜版。其与传统光刻工艺相比，不需要掩膜版和现有的复杂掩膜版制作工艺，能够大大降低光刻成本。此外，根据设计的掩膜图案快速转换成相位全息信息，载入全息再现光学系统，并对基板进行成像曝光，还能够减少新产品从设计到验证阶段的时间，提高新产品的开发效率。

Description

光刻工艺的曝光方法及系统

技术领域

本发明涉及一种光刻工艺，特别是涉及一种用于TFT背板光刻工艺的曝光方法。

背景技术

有机发光显示（OLED）是一种主动发光显示器件，相比目前主流的薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD)来说，其具有高对比度、视角广、低功耗、响应速度快，体积薄等优点，有望成为继LCD之后的下一代平板显示技术。

OLED的TFT背板在制造过程中，通常需要采用多道掩膜工艺成膜，并对所成的膜层进行光刻曝光，从而在基板上形成所需要的图案。不同的膜层图案需要采用不同的掩膜版进行曝光，由于掩膜工艺本身的精度要求比较高，价格昂贵，且，每开发一种不同规格的新产品，都需要根据新产品的要求生产一套具有不同膜层图案掩膜版。为了确保蚀刻质量，掩膜版需要经常性地维护，且需要定期更换，这就导致掩膜版的成本居高不下。与此同时，也提高了光刻成本，增加了光刻工艺的复杂性。此外，由于传统技术的光刻工艺本身所需要的加工时间过长，这样也会降低新产品的开发效率。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够减少光刻工艺中掩膜版的使用及提高新产品开发效率的光刻工艺的曝光方法。

一种光刻工艺的曝光方法，包括如下步骤：

获取掩膜图案的相位全息信息；

将掩膜图案的相位全息信息通过全息再现光学系统再现，并形成掩膜图像；

将掩膜图像聚焦在待曝光的基板上；

在曝光光源与基板之间设置掩板，调节掩板位置并使掩板能够遮挡掩膜图像的中心亮斑；

曝光光源照射掩板及掩膜图像，对基板进行一次曝光；及，

将基板移动一定距离，曝光光源照射掩板及掩膜图像，并对基板未曝光的区域进行补偿曝光。

在其中一个实施例中，所述掩板包括边框及跨接在所述边框上的挡光板，所述挡光板将所述边框所围成的区域分为能够透光的透光区域以及能够遮光的遮光区域。

在其中一个实施例中，所述挡光板的中轴线与所述边框的中轴线重合或平行。

在其中一个实施例中，所述挡光板将所述边框所围成的区域分为面积相等的第一透光区域、第二透光区域及遮光区域。

在其中一个实施例中，所述获取掩膜图案的相位全息信息的步骤包括：

将掩膜图案的各点分别赋予灰度值，并转换为计算机能够识别的二值平面灰度阵列图像；及，

将二值平面灰度阵列图像通过傅立叶变换迭代计算，形成掩膜图案的相位全息信息。

一种光刻工艺的曝光方法，所述将掩膜图案的相位全息信息通过全息再现光学系统再现，并形成掩膜图像的步骤包括：

根据全息再现方式建立全息再现光学系统；

将掩膜图案的相位全息信息通过空间光调制器调制后形成掩膜图案的相位全息图；及，

相干光光源照射掩膜图案的相位全息图，经过全息再现后形成掩膜图像。

一种光刻工艺的曝光系统，包括：

运算处理模块，用于获取掩膜图案的相位全息信息；

全息再现光学系统，用于将运算处理模块中获取的掩膜图案的相位全息信息再现，并形成掩膜图像；所述全息再现光学系统与所述运算处理模块电性连接；及，

曝光处理模块，用于对基板进行一次曝光及补充曝光；所述曝光处理模块包括用于基板曝光的曝光光源、用于遮挡掩膜图像中心亮斑的掩板及用于承载并移动基板的工作台，所述掩板设置在所述曝光光源与所述基板之间。

在其中一个实施例中，所述全息再现光学系统包括：相干光光源、光学透镜及相位调制空间光调制器。

在其中一个实施例中，所述全息再现光学系统还包括：横向依次设置的相干光光源、扩束准直镜、起偏器、光阑、分光棱镜及反射式相位调制空间光调制器，且所述相干光光源、所述扩束准直镜、所述起偏器、所述光阑、所述分光棱镜及所述反射式相位调制空间光调制器的光学中心位于同一光轴上；及，所述全息再现光学系统还包括：垂直于所述分光棱镜的光学透镜及位于所述分光棱镜与所述光学透镜之间的检偏器，且所述分光棱镜、所述检偏器及所述光学透镜的光学中心位于同一光轴上。

上述光刻工艺的曝光方法，将获取掩膜图案的相位全息信息通过全息再现光学系统再现形成掩膜图像，并将掩膜图像聚焦在待曝光的基板上。在曝光光源与基板之间设置有能够遮挡掩膜图像中心亮斑的掩板。曝光光源在对基板进行一次曝光后，通过移动基板，使曝光光源对基板一次曝光时未曝光的区域进行补偿曝光。这种掩膜图像能够替代传统光刻工艺中所使用的掩膜版。其相比较传统光刻工艺，不需要掩膜版和现有的复杂掩膜版制作工艺，可大大降低光刻成本。此外，根据设计的掩膜图案快速转换成相位全息信息，载入全息再现光学系统，并对基板进行成像曝光，从而能够减少新产品从设计到验证阶段的时间，提高了新产品的开发效率。

附图说明

图1为光刻工艺的曝光方法的流程图；

图2为掩膜图案的示意图；

图3为获取掩膜图案的相位全息信息方法的流程图；

图4为形成掩膜图像方法的流程图；

图5为全息再现光学系统的结构示意图；

图6为掩膜图案的相位全息图；

图7为掩膜图像的光能量仿真图；

图8为掩板结构示意图。

其中，重要元件对应编号列表如下：

100、全息再现光学系统                                    110、相干光光源

120、扩束准直镜                                          130、起偏器

140、光阑                                                150、分光棱镜

160、反射型空间光调制器                                  170、光学透镜

180、检偏器                                              200、掩板

210、边框                                                211、内框

212、外框                                                220、挡光板

231、第一透光区域                                        232、第二透光区域

240、遮光区域                                            300、运算处理模块

具体实施方式

请参图1，本实施方式揭示了一种光刻工艺的曝光方法，其主要利用光全息技术，对待蚀刻基板进行曝光。其中，光全息技术主要是指将物体O发出的光波（简称物光波）与参考光波叠加并形成的干涉条纹信息（简称全息信息）并用全息记录介质记录下来，将上述全息信息经过一定的处理得到全息图。全息图再经过相干光照射后，使被记录的物体O所发出的光波被再现并形成与物体O相同的物像O`。

其具体包括如下步骤：

步骤S110：获取掩膜图案的相位全息信息。

其中，掩膜图案根据需要蚀刻的实际图案设计。该掩膜图案与传统掩膜版上所使用的掩膜图案相同，其包括具有透光功能的透光区域及具有遮光功能的遮光区域。在光全息技术中，所设计的掩膜图案即被视作物体O。请参图2，为本实施方式所使用的掩膜图案，图2中所示的掩膜图案为黑白相间的若干田字格形状的图形。

请参图3，获取掩膜图案的相位全息信息的步骤包括：

步骤S111：将掩膜图案的各点分别赋予灰度值，并转换为计算机能够识别的二值平面灰度阵列图像。例如，将掩膜图案的透光区域所对应像素点的值设为1（灰度值为255），将掩膜图案的遮光区域所应像素点的值设为0（灰度值为0）。在光全息技术中，上述二值平面灰度阵列图像即被视作物光波。

步骤S112：将上述二值平面灰度阵列图像添加随机相位阵列并通过傅立叶变换迭代计算，形成掩膜图案的相位全息信息。所添加的随机相位阵列各阵列单元与二值平面灰度阵列图像各阵列单元一一对应，它是一个复指数阵列，具体是exp（j2πR），其中，j是复数项，R是软件程序产生的随机阵列，其值在0和1之间。随机相位阵列的添加主要是对傅立叶频谱起到平滑的作用。

步骤S120：将掩膜图案的相位全息信息通过全息再现光学系统再现，并形成掩膜图像。请参图4，形成掩膜图像的步骤包括：

步骤S121：根据全息再现方式建立全息再现光学系统。该全息再现光学系统至少包括相干光光源、光学透镜及空间光调制器。

其中，相干光光源优选为激光器。空间光调制器一般按照读出光的读出方式不同，可以分为反射式及透射式；按照信号调制方式的不同，可以分为振幅调制及相位调制。上述不同类型的空间光调制器均可用在本发明所介绍的具体实施方式中。本实施方式中，优选为反射式相位调制空间光调制器。

请参图5，本实施方式的全息再现光学系统100由左至右依次横向设置有相干光光源110、扩束准直镜120、起偏器130、光阑140、分光棱镜150、反射型空间光调制器160，及，垂直于分光棱镜150的光学透镜170及位于所述分光棱镜150与所述光学透镜170之间的检偏器180。其中，相干光光源110、扩束准直镜120、起偏器130、光阑140、分光棱镜150及反射型空间光调制器160的光学中心位于同一光轴上；分光棱镜150、检偏器180及光学透镜170的光学中心位于同一光轴上。

步骤S122：将掩膜图案的相位全息信息通过空间光调制器调制后形成掩膜图案的相位全息图。请参图6，为本实施方式中图2所示的掩膜图案所形成的相位全息图。

步骤S123：相干光光源照射掩膜图案的相位全息图，经过全息再现后形成掩膜图像。上述掩膜图像即光全息技术中所谓的物像O`。

请参图7为图6所述相位全息图经过全息再现光学系统再现后的掩膜图像的光能量仿真图；从图中可以看出，经过全息再现后的掩膜图像能够再现图2所示的原始掩膜图案。

步骤S130：将掩膜图像聚焦在待曝光的基板上，根据对基板的位置及对光学透镜的调整，使掩膜图像与基板之间的定位点对位。其中，掩膜图像与基板之间的最佳曝光高度为5μm-1000μm。

步骤S140：在曝光光源与基板之间设置掩板，调节掩板位置并使掩板能够遮挡掩膜图像的中心亮斑。

由于载入全息图的空间光调制器硬件参数限制，如像素尺寸、开口率等参数的限制，其属于某种意义上的光栅图形，其在相干光的照射下，所成的掩膜图像的中心会形成亮斑，两边是正、负一级像和高级次像。因此，在曝光的过程中，掩膜图像的中心部分会因为过渡曝光而导致图形失真。因此，在本实施方式中，在曝光光源与基板之间设置有能够遮挡中心亮斑的掩板。

请参图8，掩板200包括边框210及跨接在边框210上的挡光板220，挡光板220将边框210所围成的区域分为能够透光的透光区域以及能够遮光的遮光区域240。本实施方式中，挡光板220的中轴线与边框210的中轴线重合或平行，从而将边框210所围成的区域分为位于中部的遮光区域240及位于两边的第一透光区域231和第二透光区域232。其中，遮光区域240的面积与第一透光区域231、第二透光区域232的面积相等。

步骤S150：曝光光源照射掩板及掩膜图像，对基板进行一次曝光。使用时，将掩板固定设置在曝光光源与基板之间，并与掩膜图像对位。曝光时，将掩膜图像投射到待曝光基板上，利用掩板遮挡掩膜图像的中心亮斑，对基板进行一次曝光。

步骤S160：基板移动一定距离，曝光光源照射掩板及掩膜图像，并对基板未曝光的区域进行补偿曝光。当一次曝光结束后，将基板移动一定距离，曝光光源照射掩板及掩膜图像，并对基板未曝光的区域进行补偿曝光。从而实现了对掩板遮挡的区域的曝光补偿。

下面结合图8对基板一次曝光及补偿曝光的方法进一步说明：假定掩板200的横向长度为3a，且第一透光区域231、遮光区域240及第二透光区域232的横向长度均为a。对基板进行一次曝光时的曝光区域为第一透光区域231及第二透光区域232，未曝光区域为遮光区域240。之后，将基板横向移动a距离，并对一次曝光时遮光区域240所遮挡的未曝光的基板区域进行补偿曝光。最终实现整个基板的曝光。

请参图5，本实施方式还揭示了一种光刻工艺的曝光系统，该光刻工艺的曝光系统包括：

用于获取掩膜图案相位全息信息的运算处理模块300；

用于将从运算处理模块中获取的掩膜图案的相位全息信息再现，并形成掩膜图像的全息再现光学系统；及，

用于对基板进行一次曝光及补充曝光的曝光处理模块。

其中，运算处理模块300首先根据实际需要蚀刻的图案设计掩膜图案，并将掩膜图案上的各点分别赋予灰度值，转换为计算机能够识别的二值平面灰度阵列图像，最后，将二值平面灰度阵列图像通过傅立叶变换迭代计算，形成掩膜图案的相位全息信息。

全息再现光学系统左至右依次横向设置有相干光光源110、扩束准直镜120、起偏器130、光阑140、分光棱镜150、反射型空间光调制器160，及，垂直于分光棱镜150的光学透镜170及位于分光棱镜150与光学透镜170之间的检偏器180。其中，反射型空间光调制器160与运算处理模块300电性连接，运算处理模块300所得到的掩膜图案的相位全息信息经过反射型空间光调制器160调制后形成掩膜图案的相位全息图。从相干光光源110发出的相干光通过扩束准直镜120扩束，通过起偏器130产生线偏振光，通过光阑140限束并滤除杂光，最后通过分光棱镜150照射反射型空间光调制器160，并将掩膜图案的相位全息图中载有的掩膜图案的相位信息反射回分光棱镜150中，经过检偏器180滤除杂光，经过光学透镜170聚焦后，并形成与原始掩膜图案相同的掩膜图像。

曝光处理模块包括用于基板曝光的曝光光源、用于遮挡掩膜图像中心亮斑的掩板及用于承载并移动基板的工作台。其中，掩板设置在曝光光源与基板之间。当掩膜图像聚焦在待曝光的基板上后，曝光光源照射掩板及掩膜图像，对基板进行一次曝光，一次曝光结束后，工作台使基板移动一定距离，掩板及掩膜图像固定不动，曝光光源再次照射掩板及掩膜图像，并对基板未曝光的区域进行补偿曝光，从而实现整个基板的曝光。

综上所述，本实施方式所揭示的光刻工艺的曝光方法及曝光系统，通过物空间和频谱空间的迭代傅立叶变换生成对应设计掩膜图案的频谱空间的相位全息图，将其载入可以进行纯相位调制的空间光调制器中，使用全息再现光学系统将掩膜图案的相位全息图聚焦在基板上，同时采用设计好的掩板遮挡零级亮斑，避免中心区域曝光不良，然后移动基板和利用掩板进行扫描式曝光，并对中心区域进行曝光补偿，上述曝光方法在避免了掩膜图案中心亮斑的同时，实现了基板的无掩膜版曝光。采用本方法将传统的掩膜版替换为掩膜图像，能够大大降低光刻成本，并提高了新产品的开发效率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种光刻工艺的曝光方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取掩膜图案的相位全息信息；

将掩膜图案的相位全息信息通过全息再现光学系统再现，并形成掩膜图像；

将掩膜图像聚焦在待曝光的基板上；

在曝光光源与基板之间设置掩板，调节掩板位置并使掩板能够遮挡掩膜图像的中心亮斑；

曝光光源照射掩板及掩膜图像，对基板进行一次曝光；及，

将基板移动一定距离，曝光光源照射掩板及掩膜图像，并对基板未曝光的区域进行补偿曝光。

2.根据权利要求1所述光刻工艺的曝光方法，其特征在于，所述掩板包括边框及跨接在所述边框上的挡光板，所述挡光板将所述边框所围成的区域分为能够透光的透光区域以及能够遮光的遮光区域。

3.根据权利要求2所述光刻工艺的曝光方法，其特征在于，所述挡光板的中轴线与所述边框的中轴线重合或平行。

4.根据权利要求2或3所述光刻工艺的曝光方法，其特征在于，所述挡光板将所述边框所围成的区域分为面积相等的第一透光区域、第二透光区域及遮光区域。

5.根据权利要求1所述光刻工艺的曝光方法，其特征在于，所述获取掩膜图案的相位全息信息的步骤包括：

将掩膜图案的各点分别赋予灰度值，并转换为计算机能够识别的二值平面灰度阵列图像；及，

将二值平面灰度阵列图像通过傅立叶变换迭代计算，形成掩膜图案的相位全息信息。

6.根据权利要求1所述光刻工艺的曝光方法，其特征在于，所述将掩膜图案的相位全息信息通过全息再现光学系统再现，并形成掩膜图像的步骤包括：

根据全息再现方式建立全息再现光学系统；

将掩膜图案的相位全息信息通过空间光调制器调制后形成掩膜图案的相位全息图；及，

相干光光源照射掩膜图案的相位全息图，经过全息再现后形成掩膜图像。

7.一种光刻工艺的曝光系统，其特征在于，包括：

运算处理模块，用于获取掩膜图案的相位全息信息；

全息再现光学系统，用于将运算处理模块中获取的掩膜图案的相位全息信息再现，并形成掩膜图像；所述全息再现光学系统与所述运算处理模块电性连接；及，

曝光处理模块，用于对基板进行一次曝光及补充曝光；所述曝光处理模块包括用于基板曝光的曝光光源、用于遮挡掩膜图像中心亮斑的掩板及用于承载并移动基板的工作台，所述掩板设置在所述曝光光源与所述基板之间。

8.根据权利要求7所述光刻工艺的曝光系统，其特征在于，所述全息再现光学系统包括：相干光光源、光学透镜及相位调制空间光调制器。

9.根据权利要求7所述光刻工艺的曝光系统，其特征在于，

所述全息再现光学系统还包括：横向依次设置的相干光光源、扩束准直镜、起偏器、光阑、分光棱镜及反射式相位调制空间光调制器，且所述相干光光源、所述扩束准直镜、所述起偏器、所述光阑、所述分光棱镜及所述反射式相位调制空间光调制器的光学中心位于同一光轴上；及，

所述全息再现光学系统还包括：垂直于所述分光棱镜的光学透镜及位于所述分光棱镜与所述光学透镜之间的检偏器，且所述分光棱镜、所述检偏器及所述光学透镜的光学中心位于同一光轴上。