CN110770614A - 使用倍频干涉光刻的线栅偏振器制造方法 - Google Patents

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Abstract

本公开整体涉及用于使用Markle‑Dyson曝光系统和双重显影(DTD)倍频制造线栅偏振器(WGP)的方法和系统。在一个实施方式中，所述方法包括：将光刻胶层沉积在涂覆铝的显示器衬底之上；使用Markle‑Dyson系统通过双重显影将所述光刻胶层图案化以形成光刻胶图案；以及将所述光刻胶图案转移到所述涂覆铝的显示器衬底中以制造具有例如小于或等于约100nm的更精细的间距和增大的频率的WGP。

Description

使用倍频干涉光刻的线栅偏振器制造方法
背景
领域
本公开的实施方式一般涉及平板显示器制造工艺。更具体地，公开了用于制造液晶显示器(LCD)的线栅偏振器的系统和方法。
现有技术的描述
LCD是使用夹在交叉偏振器之间的液晶的光调制性质来显示图像的显示器。LCD用于广泛应用中，包括但不限于高清晰度电视机、计算机监视器和移动装置。在典型LCD中，液晶盒在两个线性偏振器之间对准，这两个线性偏振器彼此正交地取向，使得这两者的光轴交叉。偏振器用于通过阻挡内反射光进入观看者的眼睛来增强对比度。
常规地，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，偏振膜非常昂贵。实际上，偏振膜通常占LCD面板的总成本的超过30％。另外地，偏振膜具有较低消光比，这是膜的衰减垂直于膜的透射轴线偏振的光的能力的测量。
最近，已经使用线栅偏振器(Wire Grid Polarizer，WGP)将未偏振束转换为具有单一线性偏振的束。WGP在玻璃衬底上包括微观金属接线水平阵列，所述阵列选择性地透射p偏振光，同时反射s偏振光。WGP放置在垂直于入射光束的平面中。平行(s偏振)于接线对准的电场引起电子的沿所述接线的长度的移动。由于电子在金属栅中自由地移动，因此WGP在反射光时表现得与金属表面的方式类似。小部分的能量因在接线中的加热而损失，并且其余的波沿入射光束向后反射。对于垂直(p偏振)于接线对准的电场，电子不能跨每个接线的宽度移动太远。因此，几乎没有能量损失或反射，并且入射光束能够行进穿过WGP。因此，由于透射波现在仅在垂直于接线的方向上具有电场，因此它变为线性偏振的。
另外地，WGP具有比偏振膜更高的消光比，并且因此具有更好的性能。因此，WGP已经用于发光二极管(LED)，诸如OLED和AMOLED。随着器件尺寸不断缩小和消费者对更高分辨率器件的需求不断增长，这些应用的WGP生产技术变得更复杂，因为线栅需要更细并具有减小的特征间距，以便避免影响LED的效率或显示器的色彩分辨率。
因此，需要的是用于制造具有更精细的特征间距(诸如小于或等于100纳米(nm))的WGP的改进的方法和系统。
发明内容
本公开一般涉及用于使用Markle-Dyson曝光系统和双重显影(DTD)倍频制造线栅偏振器(WGP)的方法和系统。在一个实施方式中，所述方法包括：将光刻胶层沉积在涂覆铝的显示器衬底之上；使用Markle-Dyson系统通过双重显影将所述光刻胶层图案化以形成光刻胶图案；以及将所述光刻胶图案转移到所述涂覆铝的显示器衬底中以制造具有例如小于或等于约100nm的更精细的间距和增大的频率的WGP。
在一个实施方式中，公开了一种用于制造线栅偏振器的方法。所述方法包括：将光刻胶层沉积在涂覆铝的显示器衬底之上；使用Markle-Dyson系统通过双重显影将所述光刻胶层图案化以形成光刻胶图案；以及将所述光刻胶图案转移到所述涂覆铝的显示器衬底中。
在另一个实施方式中，公开了一种线栅偏振器制造方法。所述方法包括：将底部抗反射涂覆层沉积在涂覆铝的显示器衬底之上；将光刻胶层沉积在所述涂覆铝的显示器衬底之上；使用Markle-Dyson系统通过双重显影将所述光刻胶层图案化以形成光刻胶图案；将所述光刻胶图案转移到所述涂覆铝的显示器衬底中；以及将任何剩余的光刻胶从所述涂覆铝的显示器衬底去除。
在又一个实施方式中，公开了一种线栅偏振器制造方法。所述方法包括：将光刻胶层沉积在涂覆铝的显示器衬底之上；使用Markle-Dyson系统通过双重显影将所述光刻胶层图案化以形成光刻胶图案，所述光刻胶图案具有高光曝光强度部分、中光曝光强度部分和低光曝光强度部分，并且所述双重显影包括：使用第一显影溶液去除所述高光曝光强度部分；以及使用第二显影溶液去除所述低光曝光强度部分；将所述光刻胶图案蚀刻到所述涂覆铝的显示器衬底中；以及将任何剩余的光刻胶从所述涂覆铝的显示器衬底去除。
附图说明
为了能够详细地理解本公开的上述特征的方式，可以参考实施方式得到以上简要地概述的本公开的更特定的描述，其中一些实施方式在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了本公开的典型的实施方式，并且因此不应视为对本公开的范围的限制，因为本公开可以允许其他等效实施方式。
图1是根据本文描述的实施方式的用于将WGP图案印刷到显示器衬底上的光刻系统。
图2A是根据本文描述的实施方式的图1的光刻系统的Markle-Dyson曝光系统。
图2B是根据本文描述的实施方式的图2A的Markle-Dyson系统的一部分的放大图。
图2C是根据本文描述的实施方式的图2B的Markle-Dyson系统的部分的一部分的放大图。
图3是在根据本文描述的实施方式的图2A的Markle-Dyson系统中有用的主镜的平面图。
图4是概述根据本文描述的实施方式的方法的流程图。
图5A-5E描绘了根据本文描述的实施方式的在显示器衬底上的WGP的制造阶段的示意性横截面侧视图。
图6是根据本文描述的实施方式的Markle-Dyson系统。
图7是示出根据本文描述的实施方式的沿光栅长度的激光照射束的高斯轮廓的图。
图8是示出根据本文描述的实施方式的沿光栅线的激光照射束的轮廓的图。
图9是示出光栅线高度(或长度)随距中心线的距离的变化的图。
为了便于理解，已经尽可能地使用相同的附图标记标示各图共有的相同元件。另外，一个实施方式中的要素可以有利地适于在本文描述的其他实施方式中使用。
具体实施方式
本公开一般涉及用于使用Markle-Dyson曝光系统和双重显影(DTD)倍频制造线栅偏振器(WGP)的方法和系统。在一个实施方式中，所述方法包括：将光刻胶层沉积在涂覆铝的显示器衬底之上；使用Markle-Dyson系统通过双重显影将所述光刻胶层图案化以形成光刻胶图案；以及将所述光刻胶图案转移到所述涂覆铝的显示器衬底中以制造具有例如小于或等于约100nm的更精细的间距和增大的频率的WGP。
图1是用于将WGP图案印刷到平板显示器衬底上的系统100。系统100包括多个Markle-Dyson(或“半Dyson”)曝光系统102(示出了六个)、激光测量仪104、激光测量镜106和衬底台109。多个Markle-Dyson曝光系统102一般跨衬底台109的宽度均匀地分布，所述衬底台被配置为支撑大面积衬底。例如，当系统100被配置为用于将有约2200毫米(mm)的宽度和约2500mm的长度的第8代平板显示器图案化时，在各个Markle-Dyson曝光系统102之间的间距一般是约367mm。在另外的实施方式中，系统100可以被配置为将第8代、第10代和下一代平板显示器衬底图案化。在操作中，多个Markle-Dyson曝光系统102一般并行地用于将用于大面积衬底的WGP的精细几何线和空间图案化。
如图1所示，系统100具有六个Markle-Dyson曝光系统102，对应于跨平板显示器衬底的宽度的六个列。在使用中，每个列一般并行地操作以写入平板显示器衬底的扫描路径108，例如13.3mm宽扫描路径。在一个实施方式中，Markle-Dyson曝光系统102设置在桥接部107上，所述桥接部在衬底台109上方间隔开来，如图1所示。
图2A是系统100的Markle-Dyson曝光系统102。Markle-Dyson曝光系统102一般包括主镜210、正透镜214、弯月形透镜212和掩模版216。在一个实施方式中，主镜210是弱非球面镜。在一个实施方式中，正透镜214是玻璃透镜。在另一个实施方式中，正透镜214由熔融石英、二氟化钙(CaF2)晶体或任何其他合适的材料制成。在一个实施方式中，掩模版216具有在约10mm与约20mm之间、诸如约14mm的高度，以及在约1mm与约6.36mm之间、诸如约2.286mm的厚度。
图2B是图2A的Markle-Dyson曝光系统102的一部分的放大图。图2C是图2B的Markle-Dyson曝光系统102的部分的一部分的放大图。如图2C所示，平板显示器衬底218可以邻近掩模版216定位。平板显示器衬底218通过第一气隙217与掩模版216分离。第一气隙217一般具有例如在约0.1mm与约0.5mm之间、诸如约0.25mm的任何合适的宽度。掩模版216通过第二气隙215与正透镜214分离，或它可以与光学凝胶或光学胶合剂或任何其他合适的材料光学地耦接。第二气隙215具有例如在约0.1mm和约0.5mm之间、诸如约0.25mm的任何合适的宽度。在一个实施方式中，第二气隙215还被填充光学凝胶或光学胶合剂或任何其他合适的材料。其他材料合适的包括具有与在曝光波长下在任一侧上的光学材料匹配的折射率的那些材料。
图3是Markle-Dyson曝光系统102的主镜210的平面图。主镜210一般包括居于中心的开口330，照射束211通过所述居于中心的开口出现在掩模上并在反射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。来自物镜平面中的光栅的±1衍射级211b和211c一般最终地在光轴的相对侧上正好成像在物镜平面下方。开口330的中心位置一般对应于零衍射级的位置。一般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，消除了零衍射级211a，这会造成要成像的光栅线的倍频。
主镜210的顶点与衬底之间的距离一般在约50mm和约500mm之间，例如，约85mm。较大光学系统产生较大场大小，并且因此需要较少的列就能跨越给定的场，但是每个光学系统成本更高。因此，场大小可能存在经济上的问题。图1和图2A-2C所示的系统的场大小为约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很高。由于使用的是主镜210的非常小的部分，因此增大的NA是可能的，这改善了设计优化过程结果。在操作中，照射束211穿过主镜210的居于中心的开口330，并且将±1衍射级投射到衬底上，但是不投射零级衍射。零衍射级的消除使在衬底上成像的WGP图案的线的频率加倍。Markle-Dyson曝光系统102能够提供具有陡峭轮廓和稳健调制的航拍图像。
双重显影(Dual Tone Development，DTD)是一种双图案化工艺，所述工艺既不利用两个单独的光刻操作，也不利用蚀刻的侧壁间隔件，就能将特征间距减半或将特征频率加倍。相反，DTD在针对单个光刻胶层的单个显影序列中使用正性和负性显影。一般，DTD包括使用正性显影剂水溶液显影正性色调，并且然后使用一种溶剂显影负性色调。常规地，DTD在曝光后烘烤(post-exposure bake，PEB)过程期间利用化学上放大的抗蚀剂(chemically amplified resist，CAR)来使一个光子触发数百至数千次酸催化的脱保护反应；然而，CAR一般不用于显示光刻制造工艺。
由于Markle-Dyson曝光系统102能够提供具有陡峭轮廓和稳健调制的航拍图像，因此可以在与DTD的结合过程中使用，以产生具有小于或等于100nm间距的WGP。
图4是概述根据本文描述的实施方式的用于制造WGP的方法400的流程图。图5A-5E描绘了在方法400的各种操作处上面具有铝涂层552的显示器衬底550的示意性侧剖视图。为了便于说明，将结合图4来说明图5A-5E。
方法400开始于操作410，如图5A所示，在所述操作，在上面具有铝涂层552的显示器衬底550之上沉积双性光刻胶材料层554。在一个实施方式中，将双性光刻胶材料层554沉积在铝涂层552上并与之接触。在一个实施方式中，光刻胶材料554是novolac/DNQ型光刻胶，novolac/DNQ型光刻胶不需要PEB工艺。Novolac一般是甲醛-苯酚摩尔比小于1的酚醛树脂。在一个实施方案中，novolac/DNQ型光刻胶包括酚醛树脂和重氮萘醌(DNQ)的混合物。在另一个实施方式中，光刻胶材料554包括正性作用novolac/DNQ型光刻胶和负性作用聚乙烯醇缩醛聚合物水溶性光活性化合物(photoactive compound，PAC)的混合物，它们使用交联剂来混合在一起。在又一个实施方式中，光刻胶材料554包括正性光刻胶材料，所述正性光刻胶材料与具有可由负性光刻胶显影剂显影的PAC添加剂的负性光刻胶材料共混。在其他实施方式中，光刻胶材料554是不采用脱保护CAR型材料的任何材料或它们的混合物，或具有足够的量子效率的任何材料或它们的混合物。
在一个实施方式中，方法400还包括在衬底之上沉积底部抗反射涂层(BARC)，以控制跨显示器衬底550的表面的临界尺寸(CD)。
在操作420处，通过双重显影将光刻胶材料层554图案化，以使用Markle-Dyson曝光系统102来显影正性色调和负性色调。更特别地，双性显影通过在光刻胶材料层554之上沉积掩模556并通过Markle-Dyson曝光系统102(如上所述)将光刻胶材料554暴露于照射束而开始。当照射束从Markle-Dyson曝光系统102穿过掩模556时，形成具有高光曝光强度的高强度轮廓部分555a、具有中光曝光强度的中等强度轮廓部分555b和具有低光曝光强度的低强度轮廓部分555c的光曝光轮廓555。
当在通过Markle-Dyson曝光系统进行光曝光之后执行第一正性显影工艺时，在具有铝涂层552的衬底550上形成光刻胶材料554的初步图案557，如图5B所示。第一正性显影一般显影和去除光刻胶材料554的与具有高光曝光强度的高强度轮廓部分对应的部分。一般使用第一显影溶液去除这些部分。然后，执行第二负性显影，从而形成光刻胶材料554的第二图案559，如图5C所示。第二负性显影一般显影和去除光刻胶材料554的与具有低光曝光强度的低强度轮廓部分对应的部分，并且留下与具有中光曝光强度的中等强度轮廓部分对应的部分。一般使用第二显影溶液(诸如有机溶剂)去除这些部分。
在操作430处，将光刻胶图案转移到具有铝涂层552的显示器衬底550中，如图5D所示。然后去除剩余的光刻胶材料554(被示出为第二图案559)，使得剩下的是细铝线栅(或WGP)562，细铝线栅(或WGP)562具有细的、单一间距和增大的频率，如图5E所示。在一个实施方式中，细铝线栅562具有小于或等于200nm、例如小于或等于100nm的间距。在一个实施方式中，细铝线栅562具有100nm的间距。当间距为100nm时，光刻胶图案一般包括交替的50nm线和50nm间隔。在另一个实施方式中，细铝线栅562具有50nm的间距。当间距为50nm时，光刻胶图案一般包括交替的25nm线和25nm间隔。在又一个实施方式中，细铝线栅562具有80nm的间距。当间距为80nm时，光刻胶图案一般包括交替的40nm线和40nm间隔。在一个实施方式中，铝线细栅562包括矩形单元的重复图案，每个矩形单元具有相同的间距。在这种实施方式中，铝线细栅562一般不包括任何其他图案或具有不同间距的任何栅单元。
图6是根据另一个实施方式的可用于系统100中的Markle-Dyson曝光系统602。Markle-Dyson曝光系统602包括包括主镜610、正透镜614和掩模版616。在一个实施方式中，主镜610是弱非球面镜。在一个实施方式中，正透镜614是玻璃透镜。掩模版616一般具有例如在约10mm与20mm之间、诸如14mm的任何合适的高度和例如在约1mm与约6.36mm之间、诸如约2.286mm的任何合适的厚度。激光照射束611穿过正透镜614以形成在掩模版616上的垂直入射的准直束。本公开的实施方式还提供了跨场的均匀照射。激光照射束211是高斯形状的。为了提供跨场的均匀曝光剂量，激光照射束211的高斯形状用于照射光栅，其中线的长度取决于该点处的照射束的强度而变化。
图7是示出沿光栅长度的激光照射束211的高斯轮廓的图。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渐缩提供了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是示出沿光栅线的激光照射束211的轮廓的图。更特别地，图8示出了在该轮廓处的最长的光栅线处的激光照射束211的轮廓。
图9是示出光栅线高度(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。当沿光栅朝向场的边缘移动时，光栅线的长度可以渐渐地变长，或高度可以增加，例如约0.1mm长。改变光栅线的长度与激光照射束211的积分强度成反比，如图7-8所示，这造成了跨场提供相同的曝光剂量。曝光剂量是随衬底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7-9所示，就可控制衬底上的曝光剂量。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，但使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。
结合Markle-Dyson曝光系统和DTD的本文公开的方法和系统的益处包括产生具有更细、单一间距(诸如小于或等于约100nm)的WGP。当使用Markle-Dyson曝光系统时，间距由掩模控制，从而减少或消除了间距变化。当使用DTD时，间距的频率加倍，使得Markle-Dyson曝光系统的单一、不变间距在单一操作中被复制或加倍。因此，使用Markle-Dyson曝光系统和DTD工艺产生具有更细、单一间距并减小或消除了间距变化的WGP。另外地，Markle-Dyson产生稳健航拍图像轮廓，所述轮廓具有对比度非常高的改进正弦图像调制。所公开的方法和系统产生具有改善的不均匀性的显示装置，或具有减少的或没有人眼可见的干涉的系统。
尽管前述内容针对的是本公开的实施方式，但是在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以设想本公开的其他和进一步实施方式，并且本公开的范围由所附权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种线栅偏振器制造方法，包括：
将光刻胶层沉积在涂覆铝的显示器衬底之上；
使用Markle-Dyson系统通过双重显影将所述光刻胶层图案化以形成光刻胶图案；以及
将所述光刻胶图案转移到所述涂覆铝的显示器衬底中。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述光刻胶图案包括高光曝光强度部分、中光曝光强度部分和低光曝光强度部分，并且其中所述双重显影还包括：
使用第一显影溶液去除所述高光曝光强度部分；以及
使用第二显影溶液去除所述低光曝光强度部分。
3.如权利要求1所述的方法，其中将所述光刻胶图案转移到所述涂覆铝的显示器衬底中包括蚀刻所述涂覆铝的显示器衬底。
4.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
在将所述光刻胶图案转移到所述涂覆铝的显示器衬底中之后，去除任何剩余的光刻胶层。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述光刻胶层包括酚醛树脂和重氮萘醌。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述光刻胶层包括正性作用酚醛树脂和重氮萘醌光刻胶与负性作用聚乙烯醇缩醛聚合物水溶性光活性化合物的混合物。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述光刻胶层包括与具有可由负性光刻胶显影剂显影的光活性化合物添加剂的负性作用光刻胶材料共混的正性光刻胶材料。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述光刻胶图案由具有单一间距的线栅组成。
9.如权利要求9所述的方法，其中所述单一间距小于或等于约200纳米。
10.一种线栅偏振器制造方法，包括：
将底部抗反射涂覆层沉积在涂覆铝的显示器衬底之上；
将光刻胶层沉积在所述涂覆铝的显示器衬底之上；
使用Markle-Dyson系统通过双重显影将所述光刻胶层图案化以形成光刻胶图案；
将所述光刻胶图案转移到所述涂覆铝的显示器衬底中；以及
将任何剩余的光刻胶从所述涂覆铝的显示器衬底去除。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述光刻胶图案包括高光曝光强度部分、中光曝光强度部分和低光曝光强度部分，并且其中所述双重显影还包括：
使用第一显影溶液去除所述高光曝光强度部分；以及
使用第二显影溶液去除所述低光曝光强度部分。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述光刻胶图案由具有小于或等于约200纳米的单一间距的线栅组成。
13.一种线栅偏振器制造方法，包括：
将光刻胶层沉积在涂覆铝的显示器衬底之上；
使用Markle-Dyson系统通过双重显影将所述光刻胶层图案化以形成光刻胶图案，其中所述光刻胶图案包括高光曝光强度部分、中光曝光强度部分和低光曝光强度部分，并且其中所述双重显影还包括：
使用第一显影溶液去除所述高光曝光强度部分；以及
使用第二显影溶液去除所述低光曝光强度部分；
将所述光刻胶图案蚀刻到所述涂覆铝的显示器衬底中；以及
将任何剩余的光刻胶从所述涂覆铝的显示器衬底去除。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述Markle-Dyson系统包括主镜、耦接到所述主镜的正透镜以及耦接到所述正透镜的掩模版。
15.如权利要求13所述的方法，其中蚀刻的所述光刻胶图案包括具有小于或等于约100纳米的单一不变间距的细铝线栅。
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