CN108345180B - 一种曝光和光配向一体的装置及其使用方法 - Google Patents

一种曝光和光配向一体的装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明将提供的曝光和光配向一体的装置和方法，在照明光调整单元中放置起偏器，并设置一旋转机构，在作正常曝光时，直接放置掩模版和基底即可曝光；当作光配向时，使用旋转机构旋转所述起偏器或者工件台上的待配向物料，从而找到合适的配向角，在设置完配向角后，再进行光配向。使用上述装置和方法，结构上只需设置起偏器、旋转机构即可，使得结构较为简单，方法上，仅需作配向角设置后即可从曝光模式转变为光配向模式，操作方便，在占用空间小的同时简化了操作流程。

Description

一种曝光和光配向一体的装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及平板制造领域，特别涉及一种曝光和光配向一体的装置和方法。
背景技术
平板行业中曝光设备是最高端的装备之一，传统上在TFT-array(薄膜晶体管阵列)工艺段一般采用高端的投影曝光机，而芯片工艺段一般采用接近接触式的曝光机。随着技术的进步，一些投影曝光机比如Canon机台也被应用于芯片工艺段的比较高端的制造，能提高制程的分辨率。但是投影曝光设备比较昂贵，限制其在芯片工艺段的应用。光配向也是平板行业中的芯片工艺制程最关键的设备之一，在实验室里，空间狭小，对产能要求不高，同时放置曝光设备和光配向设备，造成实验室空间拥挤。
因此有必要发明一种曝光和光配向一体的装置和方法，将曝光设备和光配向合二为一，使得显著降低设备投资，节省实验室空间。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种曝光和光配向一体的装置和方法，使得曝光设备和光配向设备合二为一，解决上述问题。
为达到上述目的，本发明提供一种曝光和光配向一体的装置，包括照明光源、照明光调整单元、掩模台、投影单元、工件台及旋转机构，所述照明光调整单元中具有一起偏器，光配向作业时，所述旋转机构驱动所述起偏器/所述工件台上的待配向物料旋转，进行配向角设置。
作为优选，所述起偏器为金属线栅。
作为优选，所述照明光调整单元包括耦合透镜，所述金属线栅位于所述耦合透镜内。
作为优选，所述耦合透镜包括一滤光片，所述金属线栅位于所述滤光片远离所述照明光源的一侧。
作为优选，所述装置还包括位于所述掩模台上的检偏器和所述工件台上的能量传感器，所述旋转机构驱动所述起偏器旋转，所述能量传感器测量依次透过所述起偏器和检偏器后的光强，进行配向角设置。
作为优选，所述旋转机构包括金属线栅夹持结构，位于所述照明光调整单元中，用于夹持所述金属线栅。
作为优选，所述金属线栅夹持结构为圆环状，所述金属线栅固定在所述金属线栅夹持结构的内圆内，所述金属夹持结构带动所述金属线栅沿自身圆周旋转。
作为优选，所述旋转机构设置在所述工件台中，包括旋转手和交接手，所述旋转手连接有旋转电机和升降组件，所述升降组件带动所述旋转电机作升降动作，所述旋转电机驱动所述旋转手上的待配向物料旋转，进行配向角设置，所述交接手用于将所述待配向物料吸附在所述工件台上。
作为优选，所述工件台内还设置有一光栅尺，位于所述旋转电机一侧，用于测量所述待配向物料的旋转角度。
本发明还提供一种如上所述的曝光和光配向一体的装置的使用方法，包括以下步骤：
当需要作曝光时，在所述掩模台上放置掩模，所述工件台上放置基底，进行曝光；
当需要作光配向时，旋转所述起偏器/所述工件台上的待配向物料，进行配向角设置。
作为优选，进行所述配向角设置具体为，在所述掩模台上放置一检偏器，旋转所述起偏器，同时利用所述工件台上的能量传感器测量依次透过所述起偏器和检偏器后的光强，根据不同起偏角度下测得的光强进行拟合，使所述起偏器的起偏角度满足配向需求。
作为优选，所述起偏器为金属线栅，所述检偏器为检偏光栅，所述检偏光栅与标准掩模尺寸一致，且带有对准标记，所述检偏光栅中的光栅图形与标准掩模中的掩模图型区位置一致。
作为优选，在同批次的光配向作业前进行所述配向角设置，将所述起偏器旋转到满足配向需求的起偏角度后固定；在同批次的光配向作业中，定期将所述检偏器上载至所述掩模台，通过所述能量传感器测量依次透过所述起偏器和检偏器后的光强，将测得的光强与进行所述配向角设置时测得的最大光强比较，若不一致则微调所述起偏器的起偏角度，实现对所述起偏器的起偏角度的校正。
作为优选，进行所述配向角设置具体为，所述起偏器的起偏角度固定不变，旋转所述工件台上的待配向物料至预设角度，使所述工件台上的待配向物料相对所述起偏器的旋转角度满足配向需求。
作为优选，采用步进方式进行光配向。
作为优选，采用步进扫描方式进行光配向，所述步进扫描方式为沿着Y方向扫描，在X方向步进。
作为优选，采用步进扫描方式进行光配向，所述步进扫描方式为沿着平行于曝光区域的对角线的方向扫描，再沿着Y方向步进，并循环该方式。
本发明将提供的曝光和光配向一体的装置和方法，在照明光调整单元中放置起偏器，并设置一旋转机构，在作正常曝光时，直接放置掩模版和基底即可曝光；当作光配向时，使用旋转机构旋转所述起偏器或者工件台上的待配向物料，从而找到合适的配向角，在设置完配向角后，再进行光配向。使用上述装置和方法，结构上只需设置起偏器、旋转机构即可，使得结构较为简单，方法上，仅需作配向角设置后即可从曝光模式转变为光配向模式，操作方便，在占用空间小的同时简化了操作流程。
附图说明
图1为本发明实施例一曝光和光配向一体的装置结构示意图；
图2为本发明实施例一金属线栅工作原理图；
图3为本发明实施例一金属线栅夹持结构示意图；
图4为图3俯视图；
图5为本发明实施例一检测偏校示意图；
图6为本发明实施例一曝光视场示意图；
图7为本发明实施例一扫描步进方式示意图；
图8为本发明实施例二工件台结构示意图；
图9为本发明实施例一和实施例二的光配向工作流程图；
图10为本发明实施例三扫描步进方式示意图；
图11为本发明实施例四扫描步进方式示意图。
图中：100-照明光源、110-汞灯、120-椭球反射镜、130-冷光镜、140-保护窗口、200-照明光调整单元、210-快门、220-耦合透镜、221-金属线栅、222-滤波片、223-ED模块、224-金属线栅夹持结构、225-滤光片、231-微透镜阵列、232积分棒、240-VS模块、250-中渗透镜组、251-孔径光阑、252-反射镜、300-掩模台、400-物镜、410-可动镜片、420-光阑、500-工件台、510-硅片面、520-旋转电机、530-光栅尺、540-玻璃片、550-真空吸附装置、600-能量传感器、700-检偏光栅。
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，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
请参照图1，本发明提供一种曝光和光配向一体的装置，依次包括
一照明光源100，用于提供照明光；
一照明光调整单元200，用于调整照明光，所述照明光调整单元200中还具有一起偏器；
一载板结构，所述载板结构包括：
一掩模台300，用于放置掩模；
一工件台500，用于放置基底或者待进行光配向的待配向物料；
还设置一旋转机构，使得所述起偏器相对于所述载板结构旋转；
当需要作光配向时，使用旋转机构旋转起偏器或者工件台500上的待配向物料。
具体地，请参照图1，照明光源100中由汞灯110提供照明光，汞灯110固定在椭球反射镜120凹面的中心部位，并向下方冷光镜130的镜面上照射，并由冷光镜130接收到的光穿过保护窗口140反射至照明光调整单元200中。
照明光调整单元200中依次为与照明光源100靠近的快门210、耦合透镜220、微透镜阵列231、积分棒232、VS模块240、中渗透镜组250，中渗透镜组250又依次包括靠近VS模块240的两个孔径光阑251以及反射镜252，从照明光源100中发出的光按照上述的顺序依次穿过后被中渗透镜组250中的反射镜252反射至掩模台300上，在曝光时，该光从掩模上透光处穿过后经过物镜400的调整后照射在放置在工件台500的硅片面510上，该过程皆为曝光的过程。
物镜400与公知的物镜结构相同，主要包括与掩模台300靠近的可动镜片410和光阑420。
在本发明中，在耦合透镜220中放入金属线栅221作为起偏器，耦合透镜220中依次包括靠近快门210的滤光片225、滤波片222、ED模块223，金属线栅221就放置在滤光片225和滤波片222之间。
在本实施例中，当需要作光配向时，可仅使用检偏器作光配向，但较佳地，应使用与起偏器对应的检偏器进行光配向，则将与起偏器即金属线栅221对应的检偏器放置在掩模台300上，也即将掩模更换为检偏器，然后使用旋转机构使金属线栅221相对于检偏器旋转。
请参照图3和图4，具体地，旋转机构固定在耦合透镜220中，为圆环状的金属线栅夹持结构224，而金属线栅221固定在金属线栅夹持结构224内圆上，当金属线栅夹持结构224旋转时，带动内圆上的金属线栅221旋转，使得金属线栅221相对于检偏器旋转。
本发明提供的具有上述结构的装置的使用方法为：
当需要作曝光时，则掩模台300上取下检偏器，放置掩模，进行正常的曝光即可，请参照图2，金属线栅221位于耦合透镜220内，对照明光源100入射的非偏振光进行起偏，形成偏振光，形成的光强如下：
Ip＝I0×Tf×Tp
Ie＝I0×Tf×Te
其中：
I0为滤光片225上方光强；
Tf为滤光片225透过率；
Tp、Te分别为金属线栅221的P光和E光透过率；
Ip、Ie分别为穿过金属线栅221后P光和E光强；
那么消光比E＝Ip/Ie；
经过分析表明在照明系统和物镜杂散光不大的情况下，增加金属线栅221后，整个曝光装置的消光比仍能较高。
请参照图6，I-line曝光机采用5寸的掩模，分辨率为1um，工件台500的定位精度50nm，物镜400的倍率4:1，整个曝光视场大小为100mm×100mm，在曝光时，扫描辐照区域大小为16mm×16mm，视场光强均匀性1％。增加金属线栅221后，将近一半的光反射回汞灯110，因此必须加大汞灯110的气浴，从而加强散热。照明光通过金属线栅221后，形成的波长为365nm偏振光，其能量相对原来的非偏振光降为一半左右，仍能使微米级别掩模图像成像到像面上，仍能正常曝光。
当需要作光配向时，则将掩模台300上的掩模更换为检偏光栅700，需要先设置配向角，在本实施例中配向角的设置通过以下方法来实现：
首先，通过检偏光栅700来进行检偏测校：请参照图5，本实施例采用的检偏光栅700具体也采用金属制成的线栅，该线栅周围仍有各种对准标记，将其放置在掩模台300上，照明光通过作为起偏器的金属线栅221的起偏后形成的偏振光照射到检偏光栅700上，只有部分光强通过，在工件台500上放置能量传感器600，使用能量传感器600测量工件台500上接收到的光强。不断旋转金属线栅221，用能量传感器600跟踪测量光强，当能量传感器600测量得到的光强最大时，则此时起偏方向和检偏方向一致；当能量传感器600测量得到光强最小时，则起偏方向和检偏方向垂直，记录下不同位置的光强，拟合曲线，并记录相应的起偏角度，如此检偏测校完毕；
其次，进行配向角设置：按上述方式检偏测校后，保持照明光强和检偏测校时一样不变，设备就可以正常曝光和光配向两用。当需要曝光的时候，上正常的掩模，使用偏振光对衬底进行正常曝光，分辨率仍能达到1um。当作为光配向使用的时候，在掩模台300上放置检偏光栅700，然后旋转金属线栅夹持结构224使得金属线栅221到达预定的配向角度，并用能量传感器600测量工件台500上接收到的光强，如果测量得到的光强与测校时候该能量对应的配向角度不一样，那么就微调整金属线栅221的旋转角度，并实时使用能量传感器600测量实时光强所对应的能量值，直到测量到的能量和测校时候一致，配向角才完成配置，然后将检偏光栅700从掩模台300取出，进行光配向工艺。
请参照图9，进行光配向时，先将汞灯110打开，将快门210关闭，然后将涂有配向膜的基底放置在工件台500上，然后按照设置好的配向角旋转金属线栅221，打开快门210，按照指定剂量进行扫描步进完成光配向，最后将完成光配向的基底移出工件台500。
由于采用的曝光机的工件台500定位精度很高，而光配向应用的屏幕亚像素为10um，因此可以通过扫描步进方式正常进行光配向的拼接而不影响拼接效果。光配向时照明光的剂量通过快门210控制，使得光强均匀性和正常曝光一样能达到1％，远优于光配向一般的5％的均匀性要求。
扫描步进方式可选用如图6所示的曝光的扫描步进方式，也可参照图7，在Y方向上扫描，在X方向上步进，这样扫描辐照区域大小变为16mm×96mm，这种步进扫描方式使得在Y方向上光强更加均匀。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，工件台500上设置了真空吸附装置550，当做光配向时，玻璃片540放置在真空吸附装置550上，旋转机构为工件台500内部的旋转电机520，旋转电机520具有升降装置，使得旋转电机520可作升降动作，旋转电机520的一侧还设置有光栅尺530，可用于测量旋转电机520的旋转量，当需要使玻璃片540旋转时，旋转电机520一边旋转一边将玻璃片540顶起，并且吸附玻璃片540带动其作旋转，光栅尺530测量其旋转的角度，然后下降，使得玻璃片540吸附在真空吸附装置550上。
采用该结构时，作为起偏器的金属线栅221则无需旋转机构使其旋转，经过装调校准后出厂前直接锁定。
当需要曝光的时候，在掩模台300上正常的掩模，使用偏振光对硅片面510进行正常曝光，分辨率仍能达到1um。当作为光配向使用的时候，在工件台500上放置玻璃片540并对准后，可使用电脑程序控制启动旋转电机520，使玻璃片540旋转到预设角度，然后进行光配向工艺。具体地流程如图9所示，其它步骤皆与实施例一相同。
采用实施例一和实施例二提供的装置与方法进行曝光和光配向，曝光分辨率仍能保持1um，光配向的消光比能保持50:1，光强均匀性达到1％，配向角度能按客户要求进行设置，达到曝光和光配向两用的要求。
实施例三
本实施例与实施例一的区别在于，光配向时扫描步进的方式如图10所示，其为沿着XY对角线的方式先进行扫描，然后步进，接着继续扫描，其扫描辐照区域为16mm×16mm，实现光配向光强剂量的均匀。
实施例四
本实施例与实施例一的区别在于，光配向时扫描步进的方式如图11所示，其为通过加工有平行四边形透光图案的掩模，其扫描辐照区域为16mm×16mm，配合工件台500的扫描方式实现光配向光强剂量的均匀化。
本发明将提供的曝光和光配向一体的装置和方法，在照明光调整单元200中放置起偏器，并设置一旋转机构，在作正常曝光时，直接放置掩模版和基底即可曝光；当作光配向时，使用旋转机构旋转所述起偏器或者工件台500上的待配向物料，从而找到合适的配向角，在设置完配向角后，再进行光配向。使用上述装置和方法，结构上只需设置起偏器、以及旋转机构即可，使得结构较为简单，方法上，仅需作配向角设置后即可从曝光模式转变为光配向模式，操作方便，在占用空间小的同时简化了操作流程。
本发明对上述实施例进行了描述，但本发明不仅限于上述实施例，显然本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (17)

1.一种曝光和光配向一体的装置，其特征在于，包括照明光源、照明光调整单元、掩模台、投影单元、工件台及旋转机构，所述照明光调整单元中具有一起偏器，光配向作业时，所述旋转机构驱动所述起偏器或所述工件台上的待配向物料旋转，进行配向角设置。
2.如权利要求1所述的曝光和光配向一体的装置，其特征在于，所述起偏器为金属线栅。
3.如权利要求2所述的曝光和光配向一体的装置，其特征在于，所述照明光调整单元包括耦合透镜，所述金属线栅位于所述耦合透镜内。
4.如权利要求3所述的曝光和光配向一体的装置，其特征在于，所述耦合透镜包括一滤光片，所述金属线栅位于所述滤光片远离所述照明光源的一侧。
5.如权利要求1所述的曝光和光配向一体的装置，其特征在于，还包括位于所述掩模台上的检偏器和所述工件台上的能量传感器，所述旋转机构驱动所述起偏器旋转，所述能量传感器测量依次透过所述起偏器和检偏器后的光强，进行配向角设置。
6.如权利要求2所述的曝光和光配向一体的装置，其特征在于，所述旋转机构包括金属线栅夹持结构，位于所述照明光调整单元中，用于夹持所述金属线栅。
7.如权利要求6所述的曝光和光配向一体的装置，其特征在于，所述金属线栅夹持结构为圆环状，所述金属线栅固定在所述金属线栅夹持结构的内圆内，所述金属夹持结构带动所述金属线栅沿自身圆周旋转。
8.如权利要求1所述的曝光和光配向一体的装置，其特征在于，所述旋转机构设置在所述工件台中，包括旋转手和交接手，所述旋转手连接有旋转电机和升降组件，所述升降组件带动所述旋转电机作升降动作，所述旋转电机驱动所述旋转手上的待配向物料旋转，进行配向角设置，所述交接手用于将所述待配向物料吸附在所述工件台上。
9.如权利要求8所述的曝光和光配向一体的装置，其特征在于，所述工件台内还设置有一光栅尺，位于所述旋转电机一侧，用于测量所述待配向物料的旋转角度。
10.一种如权利要求1所述的曝光和光配向一体的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：当需要作曝光时，在所述掩模台上放置掩模，所述工件台上放置基底，进行曝光；当需要作光配向时，旋转所述起偏器或所述工件台上的待配向物料，进行配向角设置。
11.如权利要求10所述的使用方法，其特征在于，进行所述配向角设置具体为，在所述掩模台上放置一检偏器，旋转所述起偏器，同时利用所述工件台上的能量传感器测量依次透过所述起偏器和检偏器后的光强，根据不同起偏角度下测得的光强进行拟合，使所述起偏器的起偏角度满足配向需求。
12.如权利要求11所述的使用方法，其特征在于，所述起偏器为金属线栅，所述检偏器为检偏光栅，所述检偏光栅与标准掩模尺寸一致，且带有对准标记，所述检偏光栅中的光栅图形与标准掩模中的掩模图型区位置一致。
13.如权利要求11所述的使用方法，其特征在于，在同批次的光配向作业前进行所述配向角设置，将所述起偏器旋转到满足配向需求的起偏角度后固定；在同批次的光配向作业中，定期将所述检偏器上载至所述掩模台，通过所述能量传感器测量依次透过所述起偏器和检偏器后的光强，将测得的光强与进行所述配向角设置时测得的最大光强比较，若不一致则微调所述起偏器的起偏角度，实现对所述起偏器的起偏角度的校正。
14.如权利要求10所述的使用方法，其特征在于，进行所述配向角设置具体为，所述起偏器的起偏角度固定不变，旋转所述工件台上的待配向物料至预设角度，使所述工件台上的待配向物料相对所述起偏器的旋转角度满足配向需求。
15.如权利要求10～14中任意一项所述的使用方法，其特征在于，采用步进方式进行光配向。
16.如权利要求15所述的使用方法，其特征在于，所述步进扫描方式为沿着Y方向扫描，在X方向步进。
17.如权利要求15所述的使用方法，其特征在于，所述步进扫描方式为沿着平行于曝光区域的对角线的方向扫描，再沿着Y方向步进，并循环该方式。
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