CN1800991B - 扫描曝光方法以及扫描曝光装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扫描曝光方法，用于利用弧形照射光照射掩膜上的图形，并且用于将由照射光学系统照射的掩膜上的图形投影到板片上，扫描曝光设备相对于投影光学系统同步扫描掩膜和板片，所述方法包括如下步骤：曝光焦距测量图形掩膜；由板片上的焦距测量图形图像的光强度或分辨率性能，测量特定区域的聚焦位置；线性内插测量结果并确定图像平面位置；计算用于倾斜掩膜和/或板片的倾斜角度，使得将板片表面置于图像表面位置的聚焦平面中；根据计算的数据，校正掩膜托架和/或板片托架的倾斜；以及曝光实际的掩膜。本发明还提供了一种装置制造方法包括如下步骤：使用上述扫描曝光方法将装置图形曝光到板片上，并将已被曝光的板片显影。

Description

扫描曝光方法以及扫描曝光装置的制造方法

本申请是2003年6月27日所提交的申请号为03148254.6、发明名称为“扫描曝光设备和方法，以及装置制造方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及扫描曝光设备的扫描曝光方法以及使用该扫描曝光设备的装置制造方法，尤其涉及适于曝光大掩膜的曝光设备。

背景技术

近期的显示器，如个人计算机(“PC”)的显示器和电视机的显示器，经常使用液晶显示(“LCD”)基片。LCD基片使用光刻法在玻璃板片上形成预定形状的带有图形的透明薄膜电极，并且光刻法使用投影曝光设备，用于将形成于掩膜上的原始图形通过投影光学系统，曝光在玻璃板片的光刻胶层上。

投影光学设备包括那类所谓的“分步重复”及镜面投影方式。

随着近期对大LCD基片的需求，需要投影曝光设备扩大它的曝光区域。图13是常规的普通镜面投影型扫描曝光设备中主要部件的示意图。在图13中，1表示掩膜，2表示用于扫描掩膜1的掩膜托架(mask stage)，4表示投影光学系统，5表示诸如玻璃板片的板片，以及6表示用于扫描板片5的板片托架(plate stage)。对UV敏感的光刻胶被涂敷于板片5的表面上。13是来自照射系统7的弧形照射光。

如所阐述的，照射系统7利用放置在掩膜1正前方或者位于与掩膜1光共轭位置处的弧形缝隙或狭长缝隙，产生弧形照射光13。另外，使用如圆柱形透镜的光学元件也可以提供类似的弧形照射光。

11表示XYZ坐标系统。被照射的扫描曝光设备将弧形照射光13的纵向与X轴方向对准，将掩膜托架2和板片托架6的横向或扫描方向与Y轴方向对准，将与XY平面垂直的方向与Z轴方向对准。

现在给出操作原理的简要说明。掩膜1上的图形只有被弧形照射光照射的部分10被投影和转移。按照箭头9的方向以特定速度扫描掩膜1，也可以按照箭头8的方向并以前面的速度乘以投影光学系统4的图像放大倍率所得到的速度扫描板片托架6，掩膜1上的整个电路图形被投影和转移到板片5上。

托架控制系统将掩膜1和板片5同步，并控制它们的扫描。整个电路图形被转移后，板片托架6在X方向和Y方向上移动或步进一个确定的量，以便以上述相同的方法重复对板片5上多个不同位置的图形转移，并曝光掩膜上比画出的区域更大的区域。

具有大掩膜的扫描曝光有效地令用于宽阔曝光区域的曝光设备可以曝光大板片，如具有高处理能力的大尺寸液晶屏，并要求掩膜上的图形聚焦在横跨整个宽阔曝光区域的板片上。

阴极片，如掩膜，当被水平支撑时，由于其自身的重量将变形。根据材料的强度，掩膜的重量变形与掩膜一侧长度的四次方成比例，并当掩膜变大时该重量变形显著增加。例如，下面的等式给出了具有自由支撑的两个边缘的水平掩膜的最大变形量y_max：

y_max＝(5wL⁴)/384EI    (1)

其中w是每单位长度的重量，L是被支撑距离的长度，E是杨氏系数(Young’s modulus)，I是几何转动惯量。

具有固定的两个边缘的水平掩膜的最大变形量y_max由下面的等式给出：

y_max＝(wL⁴)/384EI    (2)

例如，L＝500mm、厚度为10mm的石英掩膜具有被支撑的两个边缘时的最大变形量y_max＝30μm，或者具有固定的两个边缘时的Y_max＝6μm。

另一方面，镜面投影型投影光学系统具有大约±30μm的景深(“DOF”)

因此，相对于掩膜图形投影图像的DOF不能忽略掩膜的重量变形，并且其将使如分辨率的转移特性恶化。

即使当掩膜支撑设备14如图5所示在同一个平面上支撑掩膜的四个周边时，掩膜也发生了如图6所示具有不同截面形状的复杂变形。

发明内容

因此，本发明的代表性的目的在于提供一种扫描曝光设备的扫描曝光方法以及利用该扫描曝光设备的装置制造方法，该扫描曝光设备利用弧形照射光将掩膜上的图形通过使用扫描曝光方法的投影光学系统曝光在一个板片上，使得照射由于自身重量而变形的掩膜的具有高分辨率的大屏幕上的投影曝光更容易。

本发明的一个方面的扫描曝光方法，用于利用弧形照射光照射掩膜上的图形，并且用于将由照射光学系统照射的掩膜上的图形投射到一个板片上，扫描曝光设备相对于投影光学系统同步扫描掩膜和该板片，并使掩膜支撑机构仅在与扫描方向平行的两边支撑所述掩膜，该方法包括如下步骤：曝光焦距测量图形掩膜，由板片上的焦距测量图形图像的光强度或分辨率，测量特定区域的聚焦位置，线性内插测量结果并确定图像平面位置，计算用于倾斜掩膜和/或该板片的倾斜角度，以便将所述板片表面置于图像平面位置的聚焦板片上，根据计算的数据校正掩膜托架和/或板片托架的倾斜面，并曝光实际的掩膜。

扫描曝光方法在由焦距测量图形测量特定区域的聚焦位置时，在扫描方向上仅扫描焦距测量图形掩膜，以及根据置于特定曝光区域中的光量检测器的输出，确定图像平面位置。

该扫描曝光方法在由焦距测量图形测量特定区域的聚焦位置时，在扫描方向上，曝光焦距测量图形掩膜和涂敷了感光材料的板片，由该板片上被感光的图像检验所述聚焦位置，以及根据该检验数据确定图像平面位置。

本发明的另一方面的扫描曝光装置的制造方法包括如下步骤：使用上述扫描曝光方法将装置图形曝光到板片上，并将已被曝光的板片显影。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施方式主要部件的示意图；

图2是根据本发明的第二实施方式主要部件的示意图；

图3是根据本发明的第三实施方式主要部件的示意图；

图4是根据本发明的第四实施方式主要部件的示意图；

图5是承受四边的掩膜支撑方法的示意图；

图6是用于解释承受四边的掩膜支撑方法中重量变形的图；

图7是在扫描方向上承受两边的掩膜支撑方法的示意图；

图8是用于解释承受两边的掩膜支撑方法中重量变形的图；

图9是用于解释第一至第四实施方式和托架校正量的图；

图10是用于获得倾斜校正量的流程图；

图11是用于解释根据本发明的装置制造方法的流程图；

图12是用于解释根据本发明的装置制造方法的流程图；以及

图13是常规的扫描曝光设备中主要部件的示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明的第一实施方式主要部件的示意图，其中1表示掩膜。掩膜支撑方法使用图7所示掩膜支撑机构15，以便在扫描方向上，沿掩膜两边承受和支撑掩膜，并使得其在如图8所示的方向或者与扫描方向或者X方向垂直的Y方向上由于其自身重量而变形。该方法提供了具有恒定截面形状的掩膜。支撑掩膜托架2的掩膜托架支脚3为了校正掩膜上被照射的弧形图形10成像位置的偏移量而向一个方向倾斜，或者为了校正掩膜被照射的弧形区域和板片之间的光程而向一个方向倾斜。在此状态下，掩膜上的图形被曝光于板片5上。4是投影光学系统，6是用于支撑由玻璃板片制成的板片5的板片托架。对UV敏感的光刻胶被涂敷在板片5的表面。

另外，本发明可以将板片5倾斜而不是将掩膜1倾斜(如第二实施方式)或如在后面进行描述的将两者同时倾斜(如第三实施方式)。

13是来自照射系统7的弧形照射光。如已阐述的，照射系统7利用放置在掩膜1正前方或者位于与掩膜1光共轭位置处的弧形缝隙或狭长缝隙，提供弧形照射光13。另外，使用如圆柱形透镜的光学元件也可以提供类似的弧形照射光，并在掩膜图形表面形成弧形照射区域图形10。

如所阐述的，11表示XYZ坐标系统。被照射的扫描曝光设备将弧形照射光13的纵向与X轴方向对准，将掩膜托架2和板片托架6的横向或扫描方向与Y轴方向对准，将与XY平面垂直的方向与Z轴方向对准。

本实施方式仅将掩膜1上受到弧形照射光曝光的图形部分10进行了投影和转移。通过在箭头9的方向上以特定速度扫描掩膜1，或者在箭头8的方向上以前面的速度乘以投影光学系统4的成像放大倍率所得到的速度扫描板片托架6，掩膜1上的整个电路图形被投影并被转移到板片5上。

托架控制系统使掩膜托架2和板片托架6同步，并控制它们的扫描。整个电路图形被转移后，板片托架6在X方向和Y方向上移动或步进特定的量，以便以上述相同的方法重复转移板片5上多个不同位置的图形。

在支撑掩膜1时，掩膜支撑设备15不能在机械上截断上述投影光学系统的光路。当掩膜1和板片5相对于投影光学系统被扫描时，可以仅在掩膜1的边缘支撑它。因此，掩膜1由于其自身的重量而在重力方向变形。当掩膜1的重量变形从投影光学系统观看时，掩膜1的中心部分在投影光学系统的光轴方向上接近板片5，而边缘沿光轴方向与板片分离。结果，通过投影光学系统，图像平面位置的图形或图像的形状使得弧形被照射图形的中心部分散焦，而在边缘聚焦。

本实施方式通过保持掩膜1上被照射区域10和板片5上被照射区域之间距离的恒定，以如下方式抵偿掩膜的变形：

图7中的掩膜支撑设备15首先支撑掩膜1，使得掩膜1在特定方向上由于其自身的重量而变形，由此掩膜1达到动态稳定。然后，掩膜1或掩膜托架支脚3倾斜，以使掩膜1上被照射区域10和板片5之间的距离保持恒定，由此由弧形照射光曝光的图形部分与投影光学系统的对象表面大致对应。由于通过光学系统成像的图形图像平面与板片5的表面大致对应，所以弧形图形图像聚焦于板片5的表面获得最佳曝光。

掩膜的重量变形在与扫描方向垂直的方向上放大被投影的图像。掩膜或板片从扫描方向向光轴方向的倾斜，放大了扫描方向上的图形图像。

由本申请人提交的日本专利NO.8-306618中公开的放大率校正光学系统4a适用于校正在与扫描方向垂直的方向上的成像放大倍率。托架控制系统改变掩膜1和板片5之间的速率，以便校正扫描方向上的投影或扫描放大倍率。

对掩膜边缘的圆定支撑不会令掩膜图形表面形成极好的圆柱状表面，并将在被投影的图像中引起失真。然而，这可以由光校正设备(未示出)进行校正。

因此，本实施方式将历来是困难的整个弧形狭长区域适当地聚焦，并提供了与投影光学系统的操作相对应的图形图像。

图2是根据本发明的第二实施方式主要部件的示意图。该实施方式与图1的第一实施方式不同，其在将掩膜1上的图形曝光在板片5上时，倾斜的是板片5而不是掩膜1。其他结构几乎都相同。

类似地，当掩膜1的边缘被支撑时，掩膜1由于其自身的重量而变形。本实施方式中的掩膜变形，而板片5上的图形图像平面在向掩膜1弯曲的圆柱形侧表面上形成弧形图形图像的中心部分。考虑到这一情况，第二实施方式相应地倾斜板片5并对其进行扫描以便进行曝光。

可以使用倾斜板片5的设备，例如，用于板片托架的倾斜机构。

因此，本实施方式将历来是困难的整个弧形狭长区域适当地聚焦，并提供了具有高分辨率的图形图像。

图3是根据本发明的第三实施方式主要部件的示意图。该实施方式与图1的第一实施方式不同，其为了将掩膜1上的图形曝光在板片上，相对于扫描方向倾斜掩膜1和板片5。其他结构几乎都相同。

类似地，当掩膜1的边缘被支撑时，掩膜1由于其自身的重量而变形。本实施方式中的掩膜变形，而板片5上的图形图像平面在向掩膜1弯曲的圆柱形侧表面上形成弧形图形图像的中心部分。对曝光系统中的这一现象进行处理，第三实施方式相应地倾斜掩膜1和板片5并对其进行扫描以便进行曝光。

本实施方式使用图7所示的掩膜支撑设备15支撑掩膜1，然后，相对于扫描方向同时倾斜掩膜1和板片5，而保持掩膜1上的被照射弧形区域10和板片5之间的距离恒定。

换句话说，不象第一实施方式中仅倾斜掩膜1或者象第二实施方式中仅倾斜板片5，本实施方式同时倾斜掩膜1和板片5。

本实施方式为了校正散焦，同时倾斜掩膜1和板片5比仅分别倾斜掩膜1和板片5中的一个具有较小的倾斜量。

已讨论的三个实施方式只是简单地将掩膜1和/或板片5进行倾斜，并在其纵向上对它们进行扫描。上述实施方式是相对简单和有效的实施方式。

下面根据这些实施方式，将对成功地处理了图4和图5所示具有变形的有问题的掩膜1的本发明进行描述。

上述三个实施方式通过支撑掩膜1和/或板片5，以便在其纵向被扫描，在适当的时候调整它们的倾斜面，并且优选地根据它们的扫描位置调整它们的倾斜角度的情况也是有效的。

例如，当倾斜角度根据掩膜1的扫描位置线性变化时，如图4和5所示的由于其自身重量而引起的掩膜1的变形是可以校正的。

将参照图9进行描述，图9是用于解释在上述三个实施方式中扫描位置和支撑掩膜1和/或板片5的托架倾斜角度之间关系的图。

上述三个实施方式可以以图9中几乎恒定的倾斜角度“A”进行扫描。在此情况下，可以对托架的倾斜角度进行机械地调整或控制。另一方面，这对于图4和图5所示变形的掩膜1是相当复杂的。最初，本发明对于具有二维曝光区域的设备是相当有效的。本发明的一个代表性的目的是将光轴方向上最前面和最后面的扫描图形的位置与板片5对准。

对于图4和图5所示的变形掩膜1而言，重要的是二维曝光区域与板片5的上表面在统计上一致。如图9中“B”所示，该实施方式线性改变了托架位置与托架倾斜角度之间的关系。图9中虚线所示部分表明在扫描方向上轴对称的二维曝光区域，而图9中“B”在扫描方向上不对称。扫描不对称区域需要平衡扫描图形中最前面和最后面的图形之间的聚焦状态。

由于掩膜1在所有工序中具有恒定的厚度，所以可以使用对于一种曝光工序是可用的有代表性的掩膜，以便准备倾斜角度台。另外，根据掩膜1变形量的计算结果，可以计算掩膜1和/或板片5的倾斜量，并用于控制倾斜角度。

图10是通过收集上述用于调整和校正的必要数据获得倾斜校正量的流程图。为了获得校正量，首先准备用于焦距测量的图形掩膜，并将其安装在曝光设备上。下面的代表性步骤至少在二维狭长图形图像区域的三个位置上安装一个光量测量设备，该设备在虚拟板片表面位置上设置其测量焦距的位置，并利用焦距测量图形掩膜进行扫描曝光。利用图形掩膜上曝光位置和已测量的光量之间的关系以及数据的线性内插处理，可以对由于变形的掩膜产生的图像平面位置的细微变化进行分析。分析结果将为倾斜机构和校正台提供计算出的调整量。

另一个实施方式准备了一种焦距测量掩膜图形，将其装入曝光设备，然后，对在其上涂敷了感光材料的焦距评估板片进行扫描曝光。二维曝光区域的聚焦状态可以通过评估已被显影的图形进行测量。

为了进行快速而价廉的评估，通过实际曝光确定聚焦位置的方法可以使用具有无需显影的感光材料(如对光反应变色的材料)的板片，取代具有需要显影的感光材料(如光刻胶)的板片。为此，可以对板片上的整个区域进行测量，但是为了节省测量和处理的时间，可以对板片上的特定区域进行测量。

线性内插焦距数据，用于曝光区域中的特定的具有代表性的点并根据托架位置确定托架倾斜角度。在调整机构时，根据该数据计算倾斜设备的调整量。

这样对该机构进行调整。在根据托架位置控制托架倾斜面时，为了完全控制托架位置，例如可以准备和使用校正台。

然后，说明通常的曝光步骤。

下面将对使用上述投影曝光设备的液晶屏制造方法的实施方式进行描述。

图11是用于制造液晶屏的流程图。在本实施方式中，步骤1(阵列设计步骤)设计一个液晶阵列电路。步骤2(掩膜制造步骤)形成具有所设计的阵列图形的掩膜。步骤3(板片制造步骤)制造玻璃板片。步骤4(阵列制造步骤)，其也被称作“预处理”，利用准备好的掩膜和板片通过光刻法在玻璃板片上形成实际的电路。

步骤5(屏制造步骤)，其也被称作“后处理”，将已在分开的步骤中制造的滤色镜粘在一起的后边缘密封，并注入液晶。步骤6(检查步骤)对已安装翼片和背光的液晶屏模块进行各种检测，如性能检测和耐久性检测，并在步骤5之后进行老化测试。通过这些步骤，液晶屏制造完成并被装运(步骤7)。

图12是步骤4中构造阵列的详细流程图。步骤11(薄膜形成之前进行清洁)在玻璃板片表面形成薄膜之前，对其进行清洁的预处理。步骤12(PCVD)在玻璃板片表面形成薄膜。步骤13(抗蚀剂涂敷步骤)将需要的抗蚀剂涂敷到玻璃板片的表面，并烘烤它。步骤14(曝光步骤)将掩膜上的阵列图形曝光在使用上述曝光设备的玻璃板片上。

步骤15(显影步骤)将曝光的玻璃板片显影。步骤16(蚀刻步骤)对被显影的抗蚀剂图像以外的部分进行蚀刻。步骤17(抗蚀剂剥离步骤)在蚀刻后移除废弃的抗蚀剂。重复这些步骤直到在板片上形成多层电路图形。

利用本实施方式的制造方法将容易地制造出优质的液晶屏。

上述实施方式使得对本发明的理解变得更容易，但是它并不限制本发明的范围。上述实施方式中公开的每个部件意在包括本发明范围内的所有改进的和等同的方案。

例如，当上述实施方式讨论镜面投影方式下与实物大小相同的扫描曝光设备时，本发明对于利用弧形照射光照射掩膜的曝光设备，如具有象投影光学系统的兼有反射光和折射光学系统的分步扫描缩影投影曝光设备而言是适用的。

图4是本发明的第四实施方式主要部件的示意图。该实施方式不同于第一到第三实施方式，其投影光学系统是兼有反射光和折射光的系统。其他结构与上面的相同。

该实施方式可以倾斜掩膜1、板片5，或者掩膜1和板片5。

在扫描方向上的放大倍率校正和在垂直扫描方向的方向上的放大倍率校正与第一实施方式所述相同。

与图2相比，本实施方式形成的图像与镜面投影型反转180°，使用如图4所示的用于掩膜1和板片5的反转的扫描方向，以及因此反转的倾斜方向。其他结构与上面的相同。

用于曝光的照射光可以使用水银灯发出的任何一种射线(例如，g射线，和i射线)，KrF激态原子激光(波长为248nm)，ArF激态原子激光(波长为193nm)，F₂激光(波长为157nm)，Ar₂激光(波长为126nm)，YAG激光以及其他更高的谐波。

本发明不仅适用于制造LCD装置的曝光设备，而且适用于制造半导体器件、薄膜磁头以及图像拾取装置(CCD及类似装置)的设备，以及那些将电路图形转移到玻璃板片、硅晶片或类似物以便获得标线片或掩膜的设备。

因此，本发明可以提供一种扫描曝光设备的扫描曝光方法以及利用该扫描曝光设备的装置制造方法，该扫描曝光设备利用弧形照射光将掩膜上的图形通过使用扫描曝光方法的投影光学系统曝光在一个板片上，使得在照射由于自身重量而变形的掩膜时在高分辨率的大屏幕上的投影曝光更容易。当使用弧形照射光照射掩膜时，掩膜上的图形由利用扫描曝光方法的投影光学系统投影并曝光在板片上。本发明可以提供一种扫描曝光设备的扫描曝光方法和一种利用该该扫描曝光设备的装置制造方法，其可以方便地在高分辨率的大屏幕上进行投影和曝光，而通过将掩膜变形为适当的形状可以将该掩膜变形，并校正掩膜弧形照射区域和板片之间的距离。

此外，本发明可以令具有弧形照射光的扫描曝光设备，通过倾斜板片或同时倾斜掩膜和板片，调整整个弧形照射区域的聚焦。

本发明可以有效地校正由于掩膜的重量变形引起的散焦。

Claims (4)

1.一种扫描曝光方法，用于利用弧形照射光照射掩膜上的图形，并且用于将由照射光学系统照射的所述掩膜上的所述图形投影到一个板片上，扫描曝光设备相对于投影光学系统同步扫描所述掩膜和所述板片，并使掩膜支撑机构仅在与扫描方向平行的两边支撑所述掩膜，所述方法包括如下步骤：

曝光焦距测量图形掩膜；

由所述板片上的焦距测量图形图像的光强度或分辨率，测量特定区域的聚焦位置；

线性内插测量结果并确定图像平面位置；

计算用于倾斜所述掩膜和/或所述板片的倾斜角度，使得将所述板片表面置于图像平面位置的聚焦平面中；

根据计算的数据，校正掩膜托架和/或板片托架的倾斜；以及

曝光实际的掩膜。

2.根据权利要求1所述的扫描曝光方法，在由所述焦距测量图形测量所述特定区域的聚焦位置时，仅在扫描方向上扫描所述焦距测量图形掩膜；以及

根据置于特定曝光区域中的光量检测器的输出，确定所述图像平面位置。

3.根据权利要求1所述的扫描曝光方法，在由所述焦距测量图形测量所述特定区域的所述聚焦位置时，在扫描方向上曝光所述焦距测量图形掩膜和被涂敷了感光材料的板片，并由所述板片上被感光的图像，检验所述聚焦位置；以及

根据检验数据，确定所述图像平面位置。

4.一种扫描曝光装置的制造方法，包括如下步骤：

利用扫描曝光方法将装置图形曝光到一个板片上；以及

显影被曝光的所述板片，

其中所述扫描曝光方法利用弧形照射光照射掩膜上的图形，并将由照射光学系统照射的所述掩膜上的所述图形投影到板片上，扫描曝光设备相对于投影光学系统同步扫描所述掩膜和所述板片，并使掩膜支撑机构仅在与扫描方向平行的两边支撑所述掩膜，所述扫描曝光方法包括如下步骤：

曝光焦距测量图形掩膜；

由所述板片上的焦距测量图形图像的光强度或分辨率，测量特定区域的聚焦位置；

线性内插测量结果并确定图像平面位置；

计算用于倾斜所述掩膜和/或所述板片的倾斜角度，使得将所述板片表面置于图像平面位置的聚焦平面中；

根据计算的数据，校正掩膜托架和/或板片托架的倾斜；以及

曝光实际的掩膜。

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