CN107247389A - 曝光方法和聚光透镜以及曝光机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种曝光方法和聚光透镜以及曝光机，在聚光透镜中加入挡光装置，调节挡光装置以减小聚光透镜的数值孔径，从而提高曝光机的成像焦深，进而得到更加优化的曝光图像，有利于增加产品量产稳定性。

Description

曝光方法和聚光透镜以及曝光机
技术领域
本发明属于显示器领域，尤其涉及一种曝光方法和聚光透镜以及曝光机。
背景技术
LTPS-TFT LCD(即低温多晶硅--薄膜晶体管液晶显示器；其中LTPS，LowTemperature poly-silicon，低温多晶硅；TFT，Thin film transistor，薄膜晶体管；LCD，Liquid Crystal Display，液晶显示器)具有高分辨率、反应速度快、高亮度、高开口率等优点，加上由于LTPS-TFT LCD的硅结晶排列较非晶硅(a-Si)有次序，使得电子移动率相对高100倍以上，可以将外围驱动电路同时制作在玻璃基板上，达到系统整合的目标、节省空间及驱动IC的成本。
LTPS屏幕是通过对传统非晶硅TFT-LCD面板增加激光处理制程来制造的，元件数量可减少40％，而连接部分更可减少95％，极大的减少了产品出现故障的几率。这种屏幕在能耗及耐用性方面都有极大改善，水平和垂直可视角度都可达到170度，显示响应时间达12ms，显示亮度达到500尼特，对比度可达500：1。
现有的LTPS制程包含曝光工艺，通常TFT厂曝光部的生产工艺如下，玻璃基板经过涂布光阻(Coater)后，会进行减压干燥(VCD，vacuum dry),以便去除光阻中大部分的溶剂，再经过烘烤，进入曝光机，利用光罩(Mask)在玻璃基板上对光阻定义图形；最后经过显影制程显示图形。曝光机中一般都含有聚光透镜。在上述曝光工艺中，如图1A所示，通常情况下入射光5透过光罩2后通过聚光透镜3，在玻璃基板4上成像。由于光罩2上的狭缝宽度P通常小于或等于入射光的波长，因此，当入射光5透过光罩2时会发生较为明显的衍射。如图1B所示，由于大于二阶的衍射光能量非常微弱，所以一般情况下曝光机利用光线-1、光线0、光线+1三条光线。衍射角θ与狭缝宽度P具有如下代数关系：
由式(1)可以看出，当狭缝宽度P减小时衍射角θ会逐步增大。而随着技术的发展，光罩上的线宽(即狭缝宽度P)越来越小已经成为必然的趋势，但通常情况下折射率n和入射光波长λ并不会改变，于是衍射角θ将逐步增大，以致于三条光线中只有中间的一条光线0可以进入聚光透镜3，如图2所示，此时，玻璃基板上便无法成像了。针对该问题尼康公司曾提出了RET(Resolution Ehance Technology，分辨率增强技术)曝光模式，具体为一种离轴(off axis)曝光模式，如图3所示，入射光5并非垂直于光罩2的入射面入射，而是与光罩2的入射面形成一个夹角γ，如此，则舍弃了光线-1，保证有光线0和光线+1两条光线进入聚光透镜3中，靠两条光线在玻璃基板4上成像，这样一来，原来不能在玻璃基板上成像的光罩2上狭缝宽度相对较小的图像，现在也可以在玻璃基板上成像出来，也就提高了光学系统的分辨率。
通过对现有技术的分析，我们发现，同一光罩上的线宽往往大小不一，上文中提到的这种RET曝光模式在处理光罩线宽较小的图像时有非常好的效果。但是，如图4所示，当遇到光罩上线宽较大的图像时，衍射光的衍射角θ变小，原本落在聚光透镜外的光线-1和光线+1也落在了聚光透镜内，此时曝光机的焦深为DOF2，相较于光罩线宽较小时的焦深DOF1，焦深DOF2要小得多，因此，在玻璃基板上成像困难。
发明内容
为解决上述现有技术中焦深较小导致玻璃基板上成像困难的技术问题，本发明提供一种曝光方法和聚光透镜以及曝光机，具体方案如下：
一种曝光方法，玻璃基板经过涂布光阻后，进行减压干燥,以去除光阻中大部分的溶剂，再经过烘烤，进入曝光机，利用光罩在玻璃基板上对光阻定义图形；最后经过显影制程显示图形；
所述曝光机中包含聚光透镜，所述聚光透镜中设有挡光装置；
调节挡光装置以减小聚光透镜的数值孔径；
采用离轴曝光模式，入射光线与光罩的入射面呈第一夹角；
入射光经光罩狭缝衍射后，由于聚光透镜的数值孔径减小，原本不该进入聚光透镜而事实上进入聚光透镜的衍射光线将被挡光装置挡住而不能透过聚光透镜从而改善了曝光机的成像焦深。
优选的，所述挡光装置只包含一个挡光圈，所述挡光圈与对焦执行部同轴，减小挡光圈自身的内径以减小聚光透镜的数值孔径。
优选的，所述挡光装置包含多个挡光圏，有且仅有一个挡光圈与对焦执行部同轴，各挡光圈具有不同的内径，以旋转换位的形式切换不同内径的挡光圈与对焦执行部同轴，从而减小聚光透镜的数值孔径。
优选的，所述挡光圈表面涂布黑色吸光材料，利用黑色吸收入射到挡光圈上的光线。
优选的，所述数值孔径的最小值不得小于0.45。
一种聚光透镜，包括对焦执行部、转换部和挡光装置；
所述挡光装置包括至少一个挡光圈，有且仅有一个挡光圈与对焦执行部同轴；
所述挡光装置的挡光圈位于对焦执行部和转换部之间，挡光装置的挡光圈的外径大于或等于对焦执行部的外径；
调节所述挡光装置以减小聚光透镜的数值孔径。
优选的，所述挡光装置仅包含一个挡光圈，所述挡光圈内径可调。
优选的，所述挡光装置包含多个挡光圏及转轴，各挡光圈具有不同的内径，各挡光圈周向均匀地布置在转轴上，各挡光圈在转轴的轴向上的位置相同；各挡光圈的中心轴线到转轴中心轴线的距离相等；各挡光圈跟随转轴一起旋转实现换位。
优选的，挡光圈采用不锈钢材料制作，表面涂布黑色吸光材料。
一种曝光机，包括如上所述的聚光透镜。
与现有技术相比，本发明提供的一种曝光方法和聚光透镜以及曝光机，通过对聚光透镜中的挡光装置进行调节，减小了聚光透镜的数值孔径，进而提高曝光机的曝光成像焦深，能够得到更加优化的曝光图像，有利于增加产品量产稳定性。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为现有技术中光罩线宽较大时曝光机工作原理示意简图；
图2为现有技术中光罩线宽较小时玻璃基板上无法成像的原理分析示意简图；
图3为现有技术中针对光罩线宽较小时的离轴曝光模式原理示意简图；
图4为现有技术中离轴曝光模式遇上光罩线宽较大时难以成像的原理分析示意简图；
图5为本发明实施例中提高曝光机焦深的原理分析示意简图；
图6为本发明一个实施例中，曝光机组成及聚光透镜内部结构分解图；
图7为本发明另一个实施例中，曝光机组成及聚光透镜内部结构分解图；
图8为图7所示实施例中挡光装置及对焦执行部俯视图；
图9为本发明的方法流程图。
在附图中，相同的部件采用相同的附图标记，附图并未按实际比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明。
本实施例提供一种曝光方法以提高成像焦深，成像焦深与聚光透镜的数值孔径息息相关，其数学关系式如下：
式(2)中，DOF为成像焦深；k2为工艺因子；λ为光波波长；NA为数值孔径。
通常工艺因子k2和光波波长λ为常数，从式(2)可以看出，当数值孔径NA减小时，成像焦深DOF会增大。TFT曝光部的生产工艺为玻璃基板经过涂布光阻后，进行减压干燥,以去除光阻中大部分的溶剂，再经过烘烤，进入曝光机，利用光罩在玻璃基板上对光阻定义图形；最后经过显影制程显示图形；本实施例中，该曝光机中包含聚光透镜3，在聚光透镜3中设有挡光装置320；调节挡光装置320以减小聚光透镜3的数值孔径；并采用离轴曝光模式，入射光线5与光罩2的入射面呈第一夹角γ；入射光5经光罩狭缝衍射后，由于聚光透镜3的数值孔径减小，原本不该进入聚光透镜3而事实上进入聚光透镜3的衍射光线将被挡光装置320挡住而不能透过聚光透镜3从而改善了曝光机的成像焦深。与现有技术相比，本发明提供的一种曝光方法通过对聚光透镜中的挡光装置进行调节，减小了聚光透镜的数值孔，进而提高曝光机的曝光成像焦深，能够得到更加优化的曝光图像，有利于增加产品量产稳定性。图5为利用挡光装置320减小聚光透镜3的数值孔径，进而提高成像焦深的原理示意简图，如图所示，图5A、图5B中，两束入射光5均与光罩2的入射面呈第一夹角γ，当两束入射光5通过光罩2上较宽的狭缝宽度时，衍射角θ减小，在衍射出的四条光线，即两束光线0、一束光线-1和一束光线+1中，原本没有进入透镜的光线-1和光线+1此时也入射到透镜中，但由于挡光装置320的存在，光线-1和光线+1将无法穿过聚光透镜，只有中间的两束光线0可以穿过聚光透镜3而在玻璃基板4上成像，孔径角与数值孔径的关系式如下：
NA＝nsinα (3)
式(3)中n为折射率，数值孔径NA为无因次量，α为孔径角，由式(3)可知数值孔径NA与孔径角α正相关，孔径角越小，则数值孔径越小，由孔径角的一般定义可知其为最边缘光线与光轴的夹角，即如图5B所示光线0与光轴的夹角α。结合图5-图8可知，挡光装置320中与对焦执行部310同轴的挡光圈的内径A01的大小决定了孔径角α的大小，内径A01的直径越小，则孔径角α越小，相应的数值孔径NA也就越小，从而提高成像焦深。如图5所示，利用挡光装置320最终获得的成像焦深为DOF1，比未利用挡光装置320时的成像焦深DOF2大。
改变与对焦执行部310同轴的挡光圈的内径A01的方式有多种，图6和图7、图8分别示出透镜系统的内部结构分解图，并展示了两种调节挡光圈内径的方法。在一个实施例中，如图6所示，挡光装置320仅包含一个挡光圈321，挡光圈321位于对焦执行部310和转换部330之间，挡光圈321与对焦执行部310同轴，挡光圈321的外径大于或等于聚光透镜3中的对焦执行部310的外径，以保证衍射光线不会从聚光透镜3的边缘穿过聚光透镜而影响成像焦深。减小挡光圈321自身的内径，即减小了与对焦执行部310同轴的挡光圈的内径A01，从而可减小聚光透镜3的数值孔径，本实施例中，挡光圈321内径的调节方式与常规虹膜光圈的光圈大小的调节方式类似，此不再赘述。
在另一个实施例中，如图7、图8所示，挡光装置320包括转轴322和多个挡光圈323，本实施例中，挡光圈323的数量为4个。4个挡光圈323均位于对焦执行部310和转换部330之间，每个挡光圈323具有不同的内径，如图8所示，各挡光圈323的内径分别为A011、A012、A013及A014，其大小各不相同。多个挡光圈323中有且仅有一个挡光圈与对焦执行部310同轴，如图8所示，与对焦执行部310同轴的挡光圈的内径A01＝A014。通过电机带动转轴322旋转，4个挡光圈323跟随转轴322一起旋转以切换不同内径的挡光圈与对焦执行部310同轴，从而使得与对焦执行部310同轴的挡光圈的内径A01可以在4个不同的内径值A011、A012、A013及A014之间切换以减小与对焦执行部310同轴的挡光圈的内径A01，进而减小聚光透镜的数值孔径。
上述曝光方法流程如图9所示。
优选的，挡光圈321和挡光圈323的表面均涂布黑色吸光材料，尽可能地吸收入射到挡光圈上的光线，如此则避免了被挡光线-1和被挡光线+1在挡光装置320上的反射或散射，对其他衍射光线的影响。
优选的，数值孔径的值也不是越小越好，较小的数值孔径虽然可以获得较大的成像焦深，但过小的数值孔径又会影响玻璃基板4上的成像线宽，进而影响图像的分辨率。玻璃基板4上的成像线宽R与数值孔径的数学关系式如下：
式(4)中，R表示玻璃基板4上的成像线宽，k1为工艺因子；λ为光波波长；NA为数值孔径，无因次量。
通常工艺因子k1和光波波长λ为常数，当数值孔径NA过小时，玻璃基板4上的成像线宽R将过大，使得图像分辨率过小而影响图像品质。因此，在本实施例所提供的曝光方法中，减小数值孔径NA以增大成像焦深DOF时，数值孔径NA不得小于一最小值，取数值孔径最小值NAmin＝0.45。
本实施例提供一种聚光透镜，如图6所示，该聚光透镜3包括对焦执行部310、挡光装置320、转换部330及其余光学部件340。对焦执行部310、转换部330及其余光学部件340均为现有技术中的已知结构。挡光装置320仅包含一个挡光圈321，挡光圈321位于对焦执行部310和转换部330之间，挡光圈321与对焦执行部310同轴，挡光圈321的外径大于或等于对焦执行部310的外径，以防止光线从聚光透镜3的边缘穿过聚光透镜3。通过减小挡光圈321自身的内径，就能够减小聚光透镜3的数值孔径。所述挡光圈321的结构与现有技术中虹膜光圈结构类似，采用与虹膜光圈调节光圈大小的相同方式对挡光圈321的内径进行调节。入射光经光罩2后发生衍射，形成4道衍射光线，挡光圈321内径减小，则聚光透镜3的数值孔径减小，光线-1和光线+1无法穿过聚光透镜，两束光线0经过对焦执行部310、挡光装置320和转换部330及其余光学部件340后，在玻璃基板4上成像，提高了成像焦深。挡光圈采用不锈钢材料制作表面涂布黑色吸光材料，尽可能地吸收入射到挡光圈上的光线，如此则避免了被挡光线在挡光装置320上的反射或散射，对其他衍射光线的影响。
本实施例提供一种聚光透镜，如图7、图8所示，本实施例所提供的一种聚光透镜与图6所示实施例的聚光透镜的区别在于挡光装置320的不同，相同部分不再赘述。如图7、图8所示，挡光装置320包括转轴322和多个挡光圈323，本实施例中，挡光圈323的个数为4个，4个挡光圈323周向均匀地布置在转轴322上，4个挡光圈323位于对焦执行部310与转换部330之间，4个挡光圈323具有不同的内径，分别为A011、A012、A013和A014，4个挡光圈323的外径均大于等于对焦执行部310的外径，以防止光线从聚光透镜3的边缘穿过聚光透镜3。4个挡光圈323中有且仅有一个挡光圈与对焦执行部310同轴，具体如图8所示的状态，则是内径为A014的挡光圈与对焦执行部310同轴，此时，与对焦执行部310同轴的挡光圈的内径A01＝A014。4个挡光圈323在转轴322的轴向上的位置相同。4挡光圈323中，任一挡光圈的中心轴线3231与转轴322的中心轴线3221的距离相等，从而在驱动装置(图中未示出)的作用下，转轴322带动4个挡光圈旋转，使在4个挡光圈323均能准确地切换至与对焦执行部310同轴，实现不同内径的挡光圈的切换。4个挡光圈均采用不锈钢材料制作表面涂布黑色吸光材料，尽可能地吸收入射到挡光圈上的光线，如此则避免了被挡光线在挡光装置320上的反射或散射，对其他衍射光线的影响。
本发明聚光透镜的实施例可应用于曝光机中，本发明的曝光机的实施例还请参考前述聚光透镜的实施例，此处不再重复。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以对其中部分或者全部技术特征进行等同替换。尤其是，只要不存在逻辑或结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种曝光方法，其特征在于，玻璃基板经过涂布光阻后，进行减压干燥,以去除光阻中大部分的溶剂，再经过烘烤，进入曝光机，利用光罩在玻璃基板上对光阻定义图形；最后经过显影制程显示图形；
所述曝光机中包含聚光透镜，所述聚光透镜中设有挡光装置；
调节挡光装置以减小聚光透镜的数值孔径；
采用离轴曝光模式，入射光线与光罩的入射面呈第一夹角；
入射光经光罩狭缝衍射后，由于聚光透镜的数值孔径减小，原本不该进入聚光透镜而事实上进入聚光透镜的衍射光线将被挡光装置挡住而不能透过聚光透镜从而改善了曝光机的成像焦深。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述挡光装置只包含一个挡光圈，所述挡光圈与对焦执行部同轴，减小挡光圈自身的内径以减小聚光透镜的数值孔径。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述挡光装置包含多个挡光圏，有且仅有一个挡光圈与对焦执行部同轴，各挡光圈具有不同的内径，以旋转换位的形式切换不同内径的挡光圈与对焦执行部同轴，从而减小聚光透镜的数值孔径。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述挡光圈表面涂布黑色吸光材料，利用黑色吸收入射到挡光圈上的光线。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数值孔径的最小值不得小于0.45。
6.一种聚光透镜，其特征在于，包括对焦执行部、转换部和挡光装置；
所述挡光装置包括至少一个挡光圈，有且仅有一个挡光圈与对焦执行部同轴；
所述挡光装置的挡光圈位于对焦执行部和转换部之间，挡光装置的挡光圈的外径大于或等于对焦执行部的外径；
调节所述挡光装置以减小聚光透镜的数值孔径。
7.根据权利要求6所述的一种聚光透镜，其特征在于，所述挡光装置仅包含一个挡光圈，所述挡光圈内径可调。
8.根据权利要求6所述的一种聚光透镜，其特征在于，所述挡光装置包含多个挡光圏及转轴，各挡光圈具有不同的内径，各挡光圈周向均匀地布置在转轴上，各挡光圈在转轴的轴向上的位置相同；各挡光圈的中心轴线到转轴中心轴线的距离相等；各挡光圈跟随转轴一起旋转实现换位。
9.根据权利要求6所述的一种聚光透镜，其特征在于，挡光圈采用不锈钢材料制作，表面涂布黑色吸光材料。
10.一种曝光机，其特征在于，包括权利要求6-9中任一项所述的聚光透镜。
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