CN108885289A - 线栅偏振器制造方法 - Google Patents

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Abstract

本公开内容一般涉及用于使用干涉光刻制造用于LCD的线栅偏振器的系统和方法，所述系统和方法也可用于产生大面积光栅图案。在一个实施方式中，一种方法包括：在铝涂覆的平板显示器基板上方沉积底部抗反射涂覆层；在底部抗反射涂覆层上方沉积光刻胶层；和利用来自相位光栅掩模的图像将光刻胶层曝光。利用相位光栅掩模的曝光通过使用半Dyson光学系统将来自相位光栅掩模的±1衍射级成像到基板上来完成。多个半Dyson系统一般并行地用于图案化大面积基板的线栅偏振器的精细的几何线和空间。每个半Dyson系统包括主镜、正透镜和掩模版。

Description

线栅偏振器制造方法
背景
技术领域
本公开内容的实施方式总体涉及平板显示器制造工艺。更特定地，公开用于制造用于液晶显示器的线栅偏振器的系统和方法。
背景技术
液晶显示器(LCD)是使用夹在交叉的偏振器之间的液晶的光调制性质来显示图像的显示器。LCD广泛用于多种应用，包括但不限于高清电视机、计算机监视器和移动装置。在典型的LCD中，液晶单元对准在两个线性偏振器之间，这两个线性偏振器彼此正交地取向。
已经使用偏振膜作为线性偏振器。偏振膜允许垂直于偏振器的导体线(conductorline)偏振的光通过，同时反射平行于偏振器的导体线偏振的光。然而，偏振膜很昂贵。实际上，偏振膜通常占LCD面板的总成本的30％以上。因此，已经使用线栅偏振来偏振LCD。线栅偏振包括用线栅直接地图案化玻璃基板而不是施加另外的膜。线栅偏振器使用精细图案化的线的阵列，精细图案化的线的阵列被图案化到玻璃基板上，以选择性地透射具有垂直于栅格线的电矢量的光，同时反射具有在平行方向上的电矢量的光。然而，非常大的LCD面板的精细图案化是非常有挑战性的。
因此，本领域中需要用于产生用于LCD的线栅偏振器的系统和方法。
发明内容
本公开内容一般涉及用于使用干涉光刻制造用于LCD的线栅偏振器的系统和方法，所述系统和方法也可用于产生大面积光栅图案。在一个实施方式中，一种方法包括：在铝涂覆的平板显示器基板上方沉积底部抗反射涂覆层；在底部抗反射涂覆层上方沉积光刻胶层；和利用来自相位光栅掩模的图像将光刻胶层曝光。利用相位光栅掩模的曝光通过使用半Dyson光学系统将来自相位光栅掩模的±1衍射级成像到基板上来完成。多个半Dyson系统一般并行地用于图案化用于大面积基板的线栅偏振器的精细的几何线和空间。每个半Dyson系统包括主镜、正透镜和掩模版(reticle)。
在一个实施方式中，公开一种用于图案化平板显示器的系统。系统包括：激光测量仪；激光测量镜；和多个半Dyson系统。每个半Dyson系统包括主镜、正透镜和掩模版。
在另一实施方式中，公开一种方法。方法包括：在基板上方沉积铝层并且接着沉积底部抗反射涂覆层；在底部抗反射涂覆层上方沉积光刻胶层；使用相位光栅掩模来图案化光刻胶层；和将来自相位光栅掩模的±1衍射级成像到基板上。用相位光栅掩模图案化包括：将激光照射束通过在主镜的中心中的开口引导到掩模版；和将激光照射束从掩模版衍射到主镜的边缘附近的相对的区域。来自相对的区域的束在基板处组合并干涉以形成具有的空间频率为相位光栅掩模上的光栅的两倍的光栅图案。
在又一实施方式中，公开一种方法。方法包括：在铝涂覆的基板上方沉积底部抗反射涂覆层；在底部抗反射涂覆层上方沉积光刻胶层；通过将两个衍射级成像到基板上来以第一图案图案化光刻胶层。图案化第一图案包括：将激光照射束通过在主镜的中心中的开口引导到掩模版；和将激光照射束从掩模版通过折射部分衍射到主镜的边缘附近的相对的区域。这之后是光刻胶显影操作、蚀刻操作和去除剩余的光刻胶和抗反射涂覆层的操作。在此特定的情况下，曝光和蚀刻操作安排在铝涂层中的沟槽中，沟槽是基板上的光栅周期的四分之一。对基板成像包括用第二相同图案来图案化光刻胶层，第二相同图案定位使得通过第二相同图案产生的沟槽居中落在第一图案的沟槽之间。正如第一曝光一样，曝光和蚀刻参数安排成产生约为基板上的光栅周期的四分之一的沟槽。在显影、蚀刻和剥离操作之后，得到的是精细铝线栅格，精细铝线栅格的光栅周期是任一曝光操作形成的周期的一半。
附图说明
为了可详细地理解本公开内容的上述特征所用方式，上文简要概述的本公开内容的更特定的描述可以参考实施方式进行，实施方式中的一些图示于在附图中。然而，应注意，附图仅图示了本公开内容的典型实施方式，并且因此不视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可允许其他等效实施方式。
图1是用于将线栅偏振器图案印刷到平板显示器基板上的光刻系统。
图2A是图1的系统的半Dyson系统。
图2B是图2A的半Dyson系统的部分的放大图。
图2C是图2B的半Dyson系统的所述部分的部分的放大图。
图3是主镜的平面图，主镜可用于图2A的半Dyson系统中。
图4是根据一个实施方式的概括方法的流程图。
图5A-5I描绘根据本文所述的实施方式的平板显示器基板上的线栅偏振器的制造阶段的示意性截面侧视图。
图6是根据另一实施方式的图1的系统的半Dyson光学系统。
图7是图示沿相位光栅掩模的长度的衍射受限的激光照射束的强度分布的图表。
图8是图示沿相位光栅掩模的光栅线的激光照射束的强度分布的图表。
图9是图示光栅线高随距相位光栅掩模上的中心线的距离的变化的图表。
为了促进理解，已尽可能使用相同的参考数字指示附图共有的相同元件。另外，一个实施方式中的元素可有利地适于在本文所述的其他实施方式中使用。
具体实施方式
本公开内容一般涉及用于使用干涉光刻制造用于LCD的线栅偏振器的系统和方法，所述系统和方法也可用于产生大面积光栅图案。在一个实施方式中，一种方法包括：在铝涂覆的平板显示器基板上方沉积底部抗反射涂覆层；在底部抗反射涂覆层上方沉积光刻胶层；和利用来自相位光栅掩模的图像将光刻胶层曝光。利用相位光栅掩模的曝光通过使用半Dyson光学系统将来自相位光栅掩模的±1衍射级成像到基板上来完成。多个半Dyson系统一般并行地使用以图案化大面积基板的线栅偏振器的精细的几何线和空间。每个半Dyson系统包括主镜、正透镜和掩模版。
图1是用于将线栅偏振器图案印刷到平板显示器基板上的系统100。系统100包括多个半Dyson系统102(示出了六个)、激光测量仪104、激光测量镜106和基板台109。多个半Dyson系统102可以跨基板台109的宽度均匀地分布，基板台经配置以支撑大面积基板。例如，当系统100经配置以用于图案化具有约2200毫米(mm)的宽度和约2500mm的长度的Gen 8平板显示器时，每个半Dyson系统102之间的间隔可以是约367mm。系统100可经配置以对Gen8、Gen 10和下一代平板显示器基板进行图案化。
如图1所示，系统100具有六个半Dyson系统102，六个半Dyson系统102对应于跨平板显示器基板的宽度的六列。在使用中，每列可并行地操作以写入平板显示器基板的13.3mm宽扫描路径108。半Dyson系统102可以设置在桥接部(bridge)107上，桥接部107在基板台109上方间隔开，如图1所示。
图2A是系统100的半Dyson系统102。半Dyson系统102包括主镜210、正透镜214、弯月形透镜212和掩模版216。主镜210可以是弱非球面镜(weakly aspheric mirror)。正透镜214可以是玻璃透镜，或者正透镜214可以由熔融石英、二氟化钙(CaF2)晶体或任何其他合适的材料制成。掩模版216可具有在约10mm至约20mm之间的高度，例如14mm，和在约1mm与约6.35mm之间的厚度，例如约2.286mm。图2B是图2A的半Dyson系统102的部分的放大图。图2C是图2B的半Dyson系统102的所述部分的部分的放大图。如图2C所示，平板显示器基板218可以邻近掩模版216定位。平板显示器基板218通过第一气隙217与掩模版216分隔。第一气隙217可具有在约0.1mm和约0.5mm之间的宽度，例如约0.25mm。掩模版216可通过第二气隙215与正透镜214分隔，或者掩模版216可以与光学凝胶或光学胶合剂(optical cement)或任何其他合适的材料光学耦合。第二气隙215可具有在约0.1mm和约0.5mm之间的宽度，例如约0.25mm。第二气隙215也可填充有光学凝胶或光学胶合剂或任何其他合适的材料。例如，合适的材料可具有在曝光波长处在任一侧与光学材料匹配的折射率。
图3是主镜210的平面图，主镜210可用于半Dyson系统102中。主镜210可以包括开口330，开口330位于中心，并且照明束211通过开口330出现在掩模上并在反射的相位光栅掩模上准直以产生±1衍射级211b和211c以占据位于主镜210的顶部边缘或第一侧的区域332和位于主镜210的底部边缘或相对侧的区域334。来自物平面(object plane)中的光栅的±1衍射级211b和211c最终可在光轴的相对侧上正好在物平面下方成像。应具有相对小的强度的零衍射级211a通过主镜210中的开口330返回。零衍射级211a未被成像。换句话说，消除零衍射级211a，这造成要成像的光栅线的两倍的频率。主镜210的顶点与基板之间的距离可以在约50mm和约500mm之间，例如约85mm。较大的光学系统产生较大的场大小，因此需要较少的列来跨越给定的场，但是每个光学系统的成本更高。因此，场大小可能是经济问题。图1和图2A-2C所示的系统的场大小是约2mm×约13.3mm，并且数值孔径(NA)为0.8875，这对于这种光学系统来说是高的。由于使用主镜210的非常小的部分，增加的NA是可能的，这改善了设计优化过程的结果。
图4是根据一个实施方式的概括方法400的流程图。图5A-图5E描绘根据本文所述的实施方式的平板显示器基板218上的线栅偏振器的制造阶段的示意性截面侧视图。
图4中所示的方法400开始于操作410，在平板显示器基板218上方沉积底部抗反射涂覆层(BARC)560，底部抗反射涂覆层可具有铝涂层561，如图5A所示。BARC层560可以沉积在涂覆铝的平板显示器基板218上并与之接触。BARC层560可包括任何合适的BARC材料。BARC层560可包括吸收355nm的光并且对400nm以上的光透明的材料，使得BARC层560可在整个方法400中保持在适当的位置，直到下面讨论的光刻胶层562从蚀刻线图案剥离。BARC层560的沉积提供对跨平板显示器基板218的表面的临界尺寸(CD)的控制。
在操作420处，在BARC层560上方沉积光刻胶层562，如图5B所示。光刻胶层562可沉积在BARC层560上并与之接触。光刻胶层562可包括任何合适的光刻胶材料。
在操作430处，来自相位光栅掩模的两个衍射级(±1衍射级)从掩模版216的第一部分216a投射到基板218上，如图2B所示。具体地，激光照射束211通过主镜210的开口330投射，如图2A和图2B所示。主镜210中的开口330处于与零衍射级211a将落下的位置相同的位置，从而防止任何零衍射级到达基板。通过消除零衍射级，待成像的光栅线的频率加倍。激光器可以是市售的16瓦(W)/355纳米(nm)激光器。激光照射束211穿过主开口330并穿过正透镜214，以在掩模版216上形成垂直入射的准直束。
更特定地，激光照射束211从掩模版216的底表面衍射，相位光栅掩模位于掩模版216的底表面，并且±1衍射级211b和211c前进到在主镜210的边缘附近的相对侧上的两个区域332和334，如图2所示。在从主镜反射并在第二次通过折射部分之后，±1衍射级211b和211c被准直并叠加，在此它们进行干涉以在基板218上形成条纹图案，条纹图案具有的空间频率是掩模版216上的光栅图案的两倍。
在平板显示器基板218已被成像之后，使平板显示器基板218的光刻胶层562显影以露出光栅图案。方法400进一步包括将抗蚀剂图案转移到铝层中并剥离抗蚀剂和抗反射层的操作440。在剥离光刻胶层562和BARC层560之后，剩下的全部是基板上的铝线561的精细栅格。图5C中图示图案化光刻胶层562，图5D中图示图案转移操作，并且图5E中图示所得铝线561的栅格。
由于在系统100中采用例如均匀分布的Dyson系统102的阵列，使用基板台109在半Dyson系统102下扫描平板显示器基板218，并且在扫描结束时使平板显示器基板218沿正交方向步进并沿相反方向扫描等等，以在整个平板显示器基板218上方对相位光栅图案成像。
在一个示例中，当系统100用于执行用于图案化Gen 8基板的方法400时，扫描路径108可以具有约13.3mm的宽度。为了图案化整个基板，必须执行至少约30次扫描。通过在多个半Dyson系统102下方移动基板台109来进行扫描。激光测量仪104使用激光测量镜106作为参考，以精确地设定并维持步进距离为整数个条纹。理想地，半Dyson系统102的光轴和激光照射束的轴线应沿基板表面上的直线布置，以使阿贝偏移误差最小化。扫描速度可能受最大级速度的限制。最大级速度可在约0.1米/秒(m/s)和约3m/s之间，例如约2m/s。每次扫描可能需要约1.66秒。因此，扫描和图案化整个Gen 8基板可能需要约49.8秒。
通过改变曝光剂量和蚀刻系统参数，可将蚀刻线宽与光栅周期比减小到约1:4的比率。这在剩余的过大铝线中留出空间以交错(interleave)进行第二曝光和蚀刻操作，使所得的光栅周期减半。在第一图案已被曝光、显影和蚀刻之后，可以重复操作410至440，来以第二曝光在平板显示器基板218上交错第二相同图案。
第二曝光可以与图像位置的非常小的调整结合，使得蚀刻操作以第一曝光产生的每个铝线561为中心。这在图5F至图5I中示出。例如，在方法400已经完成一次之后，平板显示器基板218可以具有200nm间距的150nm线。第二曝光的基板位置将从第一位置偏移100nm。在使用相同相位光栅掩模重复操作430和440之后，平板显示器基板218将具有100nm周期的相等的线和空间图案。
在铝层中形成的沟槽的宽度取决于抗蚀剂参数、曝光剂量和蚀刻参数。例如，如果使用正性抗蚀剂，那么可以使用较小的曝光剂量和较少的侵蚀性蚀刻来实现较窄的沟槽。
图6是根据另一实施方式的可用于系统100的半Dyson系统602。半Dyson系统包括602包括主镜610、正透镜614和掩模版616。主镜610可以是弱非球面镜。正透镜614可以是玻璃透镜。掩模版616可具有在约10mm与约20mm之间的高度，例如14mm，和在约1mm与约6.35mm之间的厚度，例如约2.286mm。激光照射束611穿过正透镜614以形成入射在掩模版616上的垂直入射的准直束。
虽然上述实施方式考虑使用用于制造偏振器的工艺，但是所公开的工艺也可用于制造光栅，光栅已被用于多种应用，包括计量和高功率激光束压缩和拉伸。此外，本文描述的方法和系统可以与自对准压印光刻(SAIL)结合使用。SAIL工艺具有高通量和高产量，并且更具成本效益。SAIL包括三个操作工艺流程，包括材料沉积、用掩模压印和蚀刻。具体地，方法和系统可用于形成SAIL掩模的相位光栅，或者SAIL可用于形成本文所述的方法的相位光栅。
本公开内容的另一个目的是提供跨场的均匀照射。激光照射束211是高斯形状的。为了跨场提供均匀的曝光剂量，激光照射束211的高斯形状可以用于照射光栅，其中线的长度取决于那一点处照射束的强度而变化。
图7是图示沿光栅长度的激光照射束211的高斯分布的图。曲线的部分770表示激光照射束211的不与相邻束重叠的部分。端部部分780a和780b表示曲线的与相邻束重叠的部分。端部部分780a和780b的曝光剂量从100％线性地渐缩至0％，因此重叠曝光造成重叠区域中的均匀剂量。使端部部分780a和780b渐缩提供看似无缝的重叠曝光剂量，因为小的重叠误差不会产生突发的曝光差异。
图8是图示沿光栅线的激光照射束211的分布的图。更特别地，图8图示在该分布处的最长的光栅线处的激光照射束211的分布。
图9是图示光栅线高度(或长度)随距中心线的距离的变化的图。为了控制曝光剂量，激光照射束211在中心中最强，因此最靠近中心的光栅线较短，或具有较低的高度，例如约0.03mm。当沿光栅朝场的边缘移动时，光栅线的长度可逐渐变长，或高度可增加，例如约0.1mm长。如图7-图8所示，与激光照射束211的积分强度成反比地改变光栅线的长度，造成跨场提供相同的曝光剂量。曝光剂量是随基板上的点被曝光的时间的积分强度。曝光时间与光栅线的长度或高度成比例。
通过改变跨场的光栅线的长度，如图7-图9所示，可控制基板上的曝光剂量。更特定地，虽然激光照射束211实际上具有非常不均匀的高斯形状，但光栅线的长度跨场的变化造成从光栅的一端到另一端的均匀的曝光剂量。
虽然前述内容针对本公开内容的实施方式，但是可在不脱离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其他和进一步的实施方式，并且本公开内容的范围是由随附的权利要求书确定的。

Claims (15)

1.一种用于图案化平板显示器的系统，包括：
激光测量仪；
激光测量镜；和
多个半Dyson系统，其中每个半Dyson系统包括：
主镜；
正透镜；和
掩模版。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述正透镜包括熔融二氧化硅或二氟化钙。
3.如权利要求1所述的系统，进一步包括：
弯月形透镜；和
基板台。
4.如权利要求3所述的系统，进一步包括桥接部，所述桥接部在所述基板台上方间隔开并且具有设置在所述桥接部上的多个半Dyson系统。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述主镜在中心中具有开口以提供照射束的通路，所述照射束用准直光照射物光栅并且提供消除任何零级衍射的手段。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述主镜反射来自物平面中的光栅的±1衍射级。
7.一种方法，包括：
在铝涂覆的基板上方沉积底部抗反射涂覆层；
在所述底部抗反射涂覆层上方沉积光刻胶层；
通过将相位掩模光栅成像到所述基板上来图案化所述基板，其中图案化所述基板包括：
将激光照射束通过主镜的开口引导到包括所述相位掩模光栅的掩模版；和
使所述激光照射束从所述掩模版衍射到所述主镜的边缘附近的相对的区域；和
将±1衍射级成像到所述基板上。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述底部抗反射涂覆层沉积在所述铝涂覆的基板上并与所述铝涂覆的基板接触，并且其中所述光刻胶层沉积在所述底部抗反射涂覆层上并与所述底部抗反射涂覆层接触。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述底部抗反射涂覆层包括吸收355nm光并且对400nm以上的光透明的材料。
10.如权利要求7所述的方法，进一步包括：显影所述光刻胶层。
11.如权利要求7所述的方法，进一步包括：在所述基板上方执行铝蚀刻。
12.一种光栅线图案，包括：
中心线；和
多个光栅线，每个光栅线距所述中心线一定距离，多个光栅线中的每个光栅线的高度随着距所述中心线的距离增加到远离所述中心线的距离的点而增加。
13.如权利要求12所述的光栅线图案，其中在所述中心线的近端的光栅线的所述高度小于在所述中心线的远端的光栅线的所述高度。
14.如权利要求13所述的光栅线图案，其中所述光栅线的所述高度与高斯形状的激光照射束的强度成反比，并且其中所述光栅线的所述高度与暴露于激光照射束的时间成比例。
15.如权利要求12所述的光栅线图案，其中在所述中心线的远端的所述光栅线的所述高度在远离所述中心线的所述距离的所述点之后渐缩到0mm。
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