[发明专利]无掩膜曝光系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及无掩膜直写数字光刻技术，尤其涉及无掩膜曝光系统、无掩膜曝光方法、元件的制造方法和图像扫描方法。

背景技术

平板显示器（FPD）基板已被广泛用于个人电脑、电视机等地方。这种液晶显示器（LCD）基板是在一个感光基板上通过光刻制备透明薄膜电极而制造出来的。为了实现光刻曝光，通过光学投影系统将模板图案投影到玻璃基板上的光刻胶的曝光仪器已经生产和使用。

近来大家都预计平板显示器基板的面积会进一步加大。相应地，投影曝光装置中的曝光面积也就需要进一步增大。

对于大型薄膜晶体管液晶显示器来说，如果能在一块玻璃基板上同时生产6个或8个板通常是最有效的。由于更大液晶显示器需求的持续增长，制造商已在大规模生产过程中将玻璃母板尺寸从10年前的680×880毫米加大到现在的2880×3080毫米。目前已有几家公司正在建设10代线，它们使用是2880×3080毫米的玻璃基板。

为了增加曝光面积，目前在传统掩膜光刻的基础上已提出了一个所谓的步进-扫描式曝光系统（步进-扫描系统曝光装置）。采用这个系统曝光，掩模板和感光基板将在曝光时根据投影光学系统进行扫描-移位操作。掩模板和感光基板将在垂直于扫描的方向上移位特定距离，然后再进行下一个扫描式曝光。

在10代线的液晶显示器制造过程中，像素单元阵列和彩色滤光片在图案化处理流程中的技术要求和制造成本方面都遇到了很大的挑战。典型的非晶硅薄膜晶体管有大约3.5微米临界尺寸和±1μm的对齐精度。在彩色滤光片制造过程中，只有黑色矩阵（一个彩色滤光片上形成的黑屏似的图案用于防止漏光，提高了对比度和分开RGB子像素）要求小于10μm的分辨率和小于±3μm的对准精度。RGB像素，隔片和垂直对齐突起，通常不需要小于20μm的分辨率精度。与半导体相比，虽然液晶曝光的规格是非常宽松的，但它在大面积曝光和维系产能方面，同样面临非常大的挑战。

由于基板的增大，维持生产力增长的主要方法是靠增加掩模板和曝光区域的大小。

现在用于生产8代线的最大掩模板是1220×1400毫米，厚度为13毫米。附上一块薄膜（用于防止颗粒污染掩模板表面透明薄膜），这样的一块二进制掩模板成本就很容易超过35万美元。为了维持10代线的产能并在2880×3080毫米基板上进行四次扫描曝光，光刻和掩膜板公司正在开发面积更大的1600×1800毫米(厚度为17毫米)的掩模板。大体上说这些非常沉重的石英掩模板耗资超过1百万美元。

并且在传统掩模光刻中，高分辨率应用的图案化掩模板或胶片通常非常昂贵，而且寿命很短。此外，光学掩膜板需要一个很长的采购交货时间，这对需要在很短时间内开发的产品来说是一个问题。如果发现一个特定的掩模版设计需要进行图案设计修改时，即使是一个无论多么小的变化，相应的模板修改成本和交货时间都可能会在生产所需产品过程中导致一些严重问题。

因此，目前的光刻技术对于实现大面积曝光还存在生产率低、曝光质量较差以及成本高等问题。

发明内容

为此，本发明实施例提供了一种无掩膜曝光系统、无掩膜曝光方法、元件的制造方法和图像扫描方法，能够实现大面积曝光并对准。

一方面，本发明实施例提供了一种无掩膜曝光系统，该无掩膜曝光系统包括：光学引擎阵列，设置在基板的上方，用于生成曝光图案并将该曝光图案转换到该基板上；平移装置，用于驱动该光学引擎阵列沿着第一方向平移；扫描平台，固定在该无掩膜曝光系统的基座上，用于承载该基板并驱动该基板沿着第二方向移动，该第二方向与该第一方向垂直；运动控制及数据处理系统，用于控制该平移装置和该扫描平台的运动，并处理曝光图案数据，以便于该光学引擎阵列生成该曝光图案；其中，该光学引擎阵列包括的光学引擎以（M，N）阵列排布，M和N为自然数，且M与N的乘积大于或等于2；该扫描平台还设置有至少一个第二方向位置传感器，用于检测该扫描平台移动时沿该第二方向的位置信息，以同步该光学引擎阵列包括的各光学引擎。