用于使移动的基板上的薄膜图案化的方法及工具的制作方法

专利名称：用于使移动的基板上的薄膜图案化的方法及工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光烧蚀方法及工具。具体地说，涉及在用于制造平板显示器的大面积玻璃基板上对薄膜进行激光烧蚀处理的领域。本发明是新颖的，它只使用小掩模来烧蚀甚至最大的显示器的全部区域，并在移动中的基板上进行操作。
背景技术：
制造平板显示器('FPD')的各组成部分需要多个加工步骤，所述步骤包括:从掩模进行光刻图案转移，以在合适的光敏抗蚀层中形成图像，然后在稍后的蚀刻加工期间用该图像在该抗蚀层下面的薄膜中限定一图案。
为产生高分辨率的图案， 一般需要使用光学投影系统，其中利用合适的投影透镜将掩模图案成像到抗蚀层的表面上。这种系统通常使用在紫外区操作的灯作为辐射源来照明该掩模并使该抗蚀层曝光。该抗蚀层表面处的辐射强度是较低的，使得要实现所要求的抗蚀层曝光剂量就意味着需要多达数秒的曝光时间。在曝光期间，需要掩模和基板准确地保持在正确的相关位置中，以确保良好的图像逼真度。这可以通过一种以所谓的分步重复模式使掩模和基板保持静止的方法来实现；或是以所谓的曝光扫描模式使掩模和基板图案保持对准这样一种方式来同时移动掩模和基板的方法来实现。如果用发射短脉冲辐射的激光源来取代用于照明掩模的灯源，基板表面处的辐射强度就可能超过烧蚀阀值,而且可能在不使用抗蚀剂和任何蚀刻加工的情况下就直接除去基板材料。
这种激光烧蚀工具广泛用于在小区域上直接地使薄膜结构化，但是至目前为止，尚未广泛用于FPD制造中的大面积基板的直接图案化。其原因与用于将图像投影到FPD装置的基板上所需要的掩模的尺寸有关。用于FPD制造的大部分扫描光刻工具使用lx放大投影系统，其中掩模尺寸与将形成的图像的尺寸相同。这是由于使用lx掩模可使掩模与基板运动的协作较为简单。在此情况下，在基板处实现直接烧蚀就意味着使掩模经历会导致其受损的能量密度。只有通过使用一般具有2倍或更高倍数的縮小因子的縮小投影光学系统，才能安全地使用石英掩模上的标准铬来直接烧蚀。用于使掩模图案縮小的光学投影系统意味着掩模尺寸须大于图像尺寸，因此，对于大型FPD基板的移动烧蚀工具而言掩模尺寸的问题变得更为困难。
本发明寻求解决此问题以及与加工大面积基板的扫描烧蚀工具相关的高成本。本文描述了一种使用縮小光学投影系统的激光烧蚀处理和激光烧蚀工具，其中所用的小型固定掩模可用于在移动的大型基板表面上产生复杂的重复
的图案。本发明特别适合于FPD装置制造。

发明内容
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种用脉冲激光束(3, IO)的辐射直接在基板(l, 5)上的薄膜(2)上进行烧蚀，以在该薄膜中形成有规律地重复的图案的方法，其特征在于，使辐射束(3, 10)穿过用于描绘该图案的合适的掩模(7),通过合适的投影透镜(8)将掩模图案的图像縮小到薄膜(2)的表面上，使得薄膜处的能量密度足够高，以使薄膜经烧蚀被直接除去，执行以下印刻步骤
(i) 在使用掩模(7)的一连串重复的不连续激光烧蚀步骤中，掩模相对于投影透镜(8)是固定的，而且只代表基板(1,5)总区域中的一小部分，并在每一步骤中都使用单一短脉冲辐射(3)来照明掩模(7),在基板(l, 5)处的辐射脉冲所具有的能量密度高于薄膜(2)的烧蚀阀值；以及
(ii) 通过沿着与将要在基板上形成的图案的一个轴相平行的方向(Xl)移动激光束(3, IO)或基板(I, 5)并且当基板(1, 5)或射束(3， IO)已移动了一段相当于基板(1,5)上的重复图案的整倍数周期的距离时立即激活脉冲激光掩模照明光源，在基板(l)的整个表面区域上重复上述一连串的不连续激光烧蚀步骤，从而给出包含多个像素的完整图案。
根据本发明第一方面的第一较佳方案，该方法的特征在于，在印刻期间,在平行于基板(l, 5)或射束(3， IO)移动方向的方向(XI)中，基板照明区的尺寸是足够大的，使得当基板在照明区下面通过之后，薄膜的每一部分都接收到足够数量的脉冲辐射而使其完全烧蚀。根据本发明第一方面或其第一较佳方案的第二较佳方案，该方法的特征在于，印刻期间利用光学投影系统(8)将掩模图案转移到基板(1, 5)上。
根据本发明第一方面或其任一在前的较佳方案的第三较佳方案，该方法的
特征在于，脉冲激光束的源是uv准分子激光器。
根据本发明第一方面或其第一或第二较佳方案的第四较佳方案，该方法的
特征在于，脉冲激光束的源是IR固态激光器。
根据本发明第一方面或其任一在前的较佳方案的第五较佳方案，该方法的特征在于，在印刻期间，基板(l, 5)上待烧蚀的区域的边缘是由可移动的刀片(ll)来限定的，刀片(11)靠近掩模(7)的表面的部分(9)。
根据本发明第一方面或其任一在前的较佳方案的第六较佳方案，该方法的特征在于，在移动的激光烧蚀处理期间或之后,使掩模(7)在适当的时间移动，以将非重复的图案边界区印刻在基板(l, 5)上。
根据本发明第一方面或其任一在前的较佳方案的第七较佳方案，该方法的特征在于，在一连串平行的条带上烧蚀基板(l, 5),在条带交迭区域中的照明辐射的剂量是利用图像成型掩模来控制的，该图像成型掩模在掩模图案的每一侧具有梯状的或不规则的透射分布，该梯级或不规则特征对应于FPD阵列中的一个或多个完整单元。
根据本发明的第二方面，提供了一种激光烧蚀工具，其特征在于，其适合于实施本发明的第一方面或其任一前述较佳方案的方法。
根据本发明的第三方面，提供了一种由本发明的第一方面或其任一前述较佳方案的方法形成的产品。
具体实施例方式
本发明涉及一种新颖的光学投影方法，用于烧蚀薄膜，只使用小型掩模就能在大面积的FPD上产生高分辨率、密集的、有规律地重复的图案。该光学系统一般类似于激光烧蚀工具中所用的，其中图像与掩模相比其尺寸縮小了。本发明依赖于使用脉冲光源(诸如UV准分子激光器或IR固态激光器)来产生薄膜烧蚀辐射。在有规律地重复的图案的情况中，掩模在激光烧蚀处理期间相对于投影透镜保持固定，而同时涂有薄膜的FPD基板在投影透镜的图像平面中连
6续地移动，或者，通过与特定扫描及成像投影透镜协作使用的射束扫描系统，使上述图像在基板表面上移动。在该情况中，如果需要在邻接重复图案的区域中形成单一的(不重复的)图案，则掩模可在上述重复图案掩模区周围包含这些
图案，而且以这样一种方式使该掩模移动在FPD基板移动期间或之后的某一合适瞬间，将非重复图案区引入到射束中。
成功实现该处理的关键在于，待烧蚀的图案在基板和图像相对移动的方向上具有规则的节距，而且在非常准确的时间激活脉冲激光源，使得在连续的激光烧蚀脉冲之间的时间内，基板或图像移动经过的距离恰好等于(或成倍于)该图案节距。我们将这种处理同步化图像扫描(SIS)称之为光源发射，因此，在FPD基板上烧蚀图像的产生过程刚好与基板或射束移动同步，使得连续的图像按图案节距的整倍数进行位移。
若要SIS激光烧蚀处理有效地产生适合于FPD的图案，则有几个关键条件是必需的。所需条件如下。
首先，使用的投影透镜需要具有低失真以及足够大的分辨率和场尺寸。一般而言，FPD中需要的最精细图案尺寸为几微米，使得光学分辨率的范围需要是几个微米。这种数值用目前通用于激光烧蚀(尤其是在UV和IR区)的透镜就能轻易实现。当在石英掩模上使用常规的铬并且必须限制掩模处的能量密度以避免损害掩模时，这种透镜按照范围为2至IO的典型縮小因子将掩模图案縮小(减小)到FPD上。分辨率和波长的组合导致了这样的需要，即透镜数值孔径(NA)的范围通常需要是0.05至0.2。这种透镜的场尺寸的范围为1毫米至数十毫米。这种数值适合于这里讨论的SIS激光烧蚀处理。只要基板处的能量密度足以使其烧蚀并且掩模处的能量密度不足以对其造成损坏，则透镜放大因子可以是任何方便的数值。
对于利用IR固态激光器来进行SIS烧蚀这种情况，透镜必须是特别设计的,使得它可与射束扫描单元协作，用于高分辨率成像。这种透镜的不同寻常之处在于，需要在投影透镜的全视场上非常精密地保持图像逼真度。
可用于UV准分子激光器和IR固态激光SIS烧蚀这两种情况的透镜一般被设计成在图像一侧是焦阑的(telecentric)。这确保了当基板沿光轴从精确图像平面稍稍发生位移时图像的尺寸保持不变。其次，产生烧蚀辐射的光源的持续时间足够短是很重要的。由于待烧蚀的 基板或激光束连续地移动，而且光脉冲须足够短来"冻结"其移动，从而使产 生的图像不模糊。对于以每秒若干米的速度移动的基板或射束而言，为将图像 模糊度限制到小于1微米，需要脉冲源的持续时间小于一微秒(10—6秒)。由于 这个原因，脉冲激光器产生作为发射脉冲的理想光源通常是持续时间在1微秒 以下，因而不会出现模糊图像效果，即使当基板和图像之间的相对速度超过每 秒很多米。UV准分子激光器和IR固态激光器是特别好的光源，因为它们以能
够轻易烧蚀普通薄膜的波长发射脉冲，而且具有方便的重复率(几Hz至几十 kHz)。这意味着，可以用该SIS激光烧蚀方法按照适度的射束或平台速率，对 其图案节距尺寸介于不到lmm(例如50um)和超过lmm之间的FPD进行处理。 例如，在基板移动方向上具有100" m节距的FPD图案可由准分子激光器以 300Hz发射而图案化，从而在同步发射情况下形成了在移动方向上的宽度为 lmm的图像，使得在基板相对于图像仅以每秒60mm的速度移动时，图像每隔 一个图案节距就交迭。在此情况中，该图像在整个射束宽度中包含10个重复图 案，使得在基板移动经过整个图像区域后，每一个区域将接收5次激光辐照。 如果薄膜为薄型且仅需要一次激光辐照就能使它完全去除，则在这种情况下基 板将以每秒300mm的速度移动。如果薄膜为厚型且需要10次辐照才能完全使 它去除，则基板的速度仅为每秒10mm。再例如，在一个方向中具有100um节 距的FPD图案可由IR固态激光器以20kHz发射而图案化，从而在激光发射同 步的情况下形成了一个通过射束扫描系统使其在该方向上移动的图像，而且该 图像在射束移动方向上的宽度为0.6mm，使得在射束以每秒2米的速度移动时, 这些图像每个图案节距都交迭。在此情况中，由于图像在整个宽度中包含6个 重复图案，使得整个射束在基板上经过之后，每一区域将接收6次激光辐照。
成功实施这种SIS激光烧蚀处理的第三个关键条件是，激光发射相对于平 台或射束移动必须在时间上准确。对于基于准分子激光器的SIS图案烧蚀而言, 其中图像是固定的且基板在投影透镜的图像平面内移动，或者基板是固定的且 掩模和投影透镜相对于基板移动，这意味着平台需装配高分辨率编码器而且是 高度可重复的。这还意味着，需要快速且无抖动的控制电子设备，根据平台编 码器信号来产生激光发射脉冲，使得小的平台速度变化(是由于伺服控制回路延迟而导致的)不会影响图像的准确定位。在标准CNC平台控制系统中很容易 获得这种电子设备。对于使用IR固态激光器且通过射束扫描系统使图像在基
板上移动的情况，准确的控制以及射束扫描系统与激光脉冲的同步是很关键的。
成功实施SIS激光烧蚀的第四个重要条件是，由每一个激光脉冲在图像平 面处所产生的辐射的能量密度要高于直接烧蚀薄膜所需的能量密度阀值。
因此，最佳利用这种带准分子激光器的SIS激光烧蚀处理的设想方法是在 FPD表面处产生掩模的图像，该掩模相对于投影透镜保持静止，FPD表面接下 来在光学投影系统下方移动，以横跨FPD的一条轴而烧蚀薄膜条带。烧蚀完一 个条带后，使光学系统向侧面地移步到与己烧蚀的第一条带相邻的另一条带 处。很明显，侧跨的距离必须是步进方向中图案节距的整数，使得烧蚀的第二 条带图案准确地对准第一条带。通常，烧蚀的每一条带的宽度应该是这样的, 当全部扫描完成后，FPD的全部区域也已完成烧蚀。这是想要的结果，但不是必 要的，这将在稍后进行讨论。
还可以利用不同的方法来执行基于准分子激光器的SIS烧蚀，以实现光学 系统和基板的正确的相对运动。在一个案例中，使包括投影透镜和掩模的光学 系统一直保持静止，而使基板在两个正交方向上移动。在另一个案例中，使基 板一直保持静止，而使光学掩模投影系统能在两个正交方向上移动。
为使FPD SIS激光烧蚀处理的速度达到最大，必须减少平行条带的总数, 并使FPD以可能的最高速度移动。通过产生尽可能宽的图像来满足前者的要求， 尽管这受限于能否有合适透镜。以可能的最高速度扫描的要求通过以下面的方 式满足。
FPD通常为矩形，而且具有大致上呈方形的像素，每一个像素被分成至少 3个子像素或单元，用于代表形成全色显示所必需的不同颜色。这意味着在两 个不同的FPD轴中重复图案的节距是不同的。通常将像素沿FPD的长轴分成 多个子像素或单元，使FPD长轴中的单元比短轴中的单元多很多(x5或x6)。可 以实施本文讨论的准分子激光器SIS激光烧蚀技术，使基板或射束在平行于短 或长FPD轴的方向中移动，虽然平行于长轴移动具有某些优点，即，覆盖整个 FPD区域需要的穿行次数比平行于短轴移动时要少，因此,基板必须慢下来、停 下来并在相反方向上再次加速的次数是最少的，从而处理速率是最大的。由于准分子激光器烧蚀处理要求FPD和图像在各个激光脉冲之间相对于 彼此移动的距离是整数(l或以上)个单元，所以可以通过在各个激光脉冲之间 移动超过l个单元节距来增加相对的速度。可用两个、三个或更多个单元节距
的移动来增加速度。增加烧蚀脉冲之间移动的距离的结果是，在FPD处的烧蚀 射束的尺寸在移动方向内增加。作为例子考虑，FPD的像素尺寸为0.6 x 0.6 mm。 每一个像素被分成尺寸为0.6 x 0.2 mm的3个单元。如果使用300Hz的激光发 射且FPD或射束在单元短轴(FPD长轴)方向内移动，则若基板或射束每次激光 脉冲仅移动一个单元节距就可达到每秒60mm的速度。在激光烧蚀脉冲之间移 动2个单元长度，速度会增加至每秒120mm。
要求FPD的每个区域接收一定量的脉冲来将其完全烧蚀，这意味着射束在 扫描方向中的尺寸由单元节距、各脉冲之间移动的单元数以及每个区域所需要 的烧蚀脉冲数的乘积(product)给出。对于上述的例子，单元节距是0.2mm且各 脉冲之间移动了 2个单元长度，如果需要5次脉冲在薄膜中实现正确的剂量, 则在移动方向上射束的尺寸是2mm。
最佳使用这种带IR固态激光器的SIS激光烧蚀处理的设想方法，是在FPD 表面处产生静止的掩模的图像，该FPD表面通过射束扫描系统而移动，从而烧 蚀平行于FPD的一条轴的窄薄膜条带上的一行像素。当一行像素被图案化后, 射束扫描仪倒转方向，其中射束正移动去烧蚀相邻的平行的行。重复这种来回 移动过程，同时使基板在垂直于射束扫描方向的方向上连续地移动。以此方式, 使平行于基板移动方向的连续条带图案化。我们将这种与基板运动相结合以处 理重复结构的条带的射束扫描称为"蝴蝶领结扫描(BTS)"。当烧蚀完一条带 后，使包括掩模、扫描单元和投影透镜的光学系统向侧面移步，接着烧蚀与刚 烧蚀的条带相邻的另一条带。很明显，侧跨的距离必须是步进方向上图案节距 的整数，以使烧蚀的第二条带图案准确地对准第一条带。通常，烧蚀的每一条 带的宽度应该是这样的当所有的条带完成之时，FPD的全部区域也亦被烧蚀。 这是想要的结果，但非必要的结果，这将在稍后进行讨论。
为实现光学系统和基板的正确的相对运动，还可使用不同方法来执行基于 IR固态激光器的SIS烧蚀。在一案例中，包括投影透镜、射束扫描单元和掩模 的光学系统一直保持静止，而基板则在两个正交方向上移动。在另一案例中,
10基板一直保持静止，而光学掩模投影和扫描系统则能够在两正交方向上移动。
当使用SIS和BTS技术由UV准分子激光器或IR固态激光器按条带来烧 蚀薄膜时必须非常小心，以确保条带之间的边界处没有中断。这种条带边界中 断有时称之为"接缝误差"或接缝Mura效果。避免这些条带边界Mura效果 的一个方法是利用以下事实:每次激光辐照时印刻在薄膜表面上的图像区都由 重复相同单元的二维图案组成，而且可以形成印刻图案的两侧边缘，以产生梯 状的单元结构，或者具有单独的单元图案。这些结构的形状可以是这样的一 条带的侧边缘与相邻条带的侧边缘在扫描边界处精确地交错，使得所有的单元 接收相同数量的激光辐照，且用于使任何两个相邻条带结合的线条不再是精确 笔直的。该技术可应用到UV准分子激光器SIS烧蚀，或是应用到IR固态激光 器SIS烧蚀。
对于UV准分子激光器SIS烧蚀的情况，印刻在薄膜表面上的典型图像在 垂直于移动方向的方向上可以是100-200个像素那么长，并且在平行于移动方 向的方向上可以是数十个像素那么长。在平行于移动方向的方向上的多个单元 使得有可能形成梯状单元或更复杂的图案，在该图案侧笔缘处有单独的单元， 从而使射束边缘呈梯状或非笔直状。很多成梯状的或单独的单元图案是可能的, 只要每个图像的两端按某种方式对称地图案化，以确保条带内以及条带之间的 交迭区中的所有单元经历同样数量的激光辐照就可以。
对于IR固态激光器SIS烧蚀的情况，印刻在薄膜表面上的典型图像非常小 但是仍能包含多个单元。作为在基板的每个区域上需要5个激光辐照来完全地 烧蚀薄膜这样一种激光烧蚀处理的例子，上述图像在平行于移动方向的方向上 将会是5单元那么长，而在垂直于移动方向的方向上是相似的数目。在垂直于 移动方向的方向上的多个单元使得有可能形成梯状单元或更复杂的图案，在该 图案的侧边缘处有单独的单元，从而使射束边缘呈梯状或非笔直状。很多梯状 的或单独的单元图案是可能的，只要每个图像的两侧按某种方式对称地图案化
以确保扫描条带内以及条带之间的交迭区中的所有单元经历同样数量的激光
辐 "、、o
对于UV准分子激光器SIS烧蚀的情况，在扫描方向上基板的每个区所接 收的、正好到达FPD装置的2个边界的激光辐照数量的控制是个重要问题。这是SIS激光烧蚀处理的潜在问题，因为在扫描方向上的射束宽度是这样的在
每个激光脉冲上烧蚀了很多图案。如果在每个区上都需要多个激光脉冲，则基 板或射束在各个激光脉冲之间仅移动图像宽度的一小部分，并且如果烧蚀激光
的触发在FPD的边界突然停止，则在图像的一部分上将会出现一个延伸的区, 其中传送到每个区的辐照数量是不完整的。根据每个区所需要的辐照数量，这 种经部分烧蚀的条带几乎将会达到该图像在扫描方向上的整个宽度，而且在此 距离上由每个区接收的激光烧蚀辐照的数量将会从1变为最大值。很明显，这 是非常不想要的结果，因此需要一种方法来防止这种情况。
为了在条带边界区控制Mura效果，如果使用的射束边缘呈梯状或是不连 续的，则在FPD的边处也存在同样的问题。在用于烧蚀FPD的最后的条带的外 边缘处，将会产生与射束端部的结构化区域等宽的经部分烧蚀的区域。在该区 域中，由每个区接收的激光蝠照的数量将会由全值降到1。很明显，这是非常不 想要的结果，因此需要一种方法来控制这种情况。
所描述的两种边缘问题可通过同一方法来解决，该方法包括使用靠近掩模 定位的刀片，该掩模移动到射束中以遮掩边界区域内的图像。由平台控制系统 对这些刀片进行马达驱动和控制，以致能够在处理期间在正确的时间被驱进到 射束中。将这些刀片定向成使其平面平行于掩模表面，并定位成非常靠近掩模 表面，以使刀片边缘被准确地成像到基板表面上。总共需要四片刀片， 一片刀 片对应基板四个边界中的一个。实践中,将刀片成对地安装在双轴CNC平台系 统上，而且被设计成这样这些刀片边缘精确地平行于FPD(和掩模)图案。
为解决移动方向边缘问题，将某一刀片移动到掩模处的射束中以縮小因接 近FPD边界而逐渐增大的射束宽度。也就是说，必须使刀片的移动与主FPD平 台的移动在位置上准确地同步。这正是标准光刻曝光工具(lithographk exposure tools)中所使用的方法，以使掩模平台与晶片台连结，因此能在控制系统中轻易 实现该方法。很明显，藉由透镜放大率，刀片必须以与主平台相关的速度移动 一段距离。
使用侧边界刀片来除去FPD每一侧边缘处的窄的不完全烧蚀的条带，还可 用其控制FPD表面上经烧蚀的区域的总宽度。可将每一条带的宽度设定成这样: 当完成了所有条带后，FPD装置的宽度亦也被精确地覆盖。这样一种方案使得加工速率最大，但设置复杂。实践中，较好使用这样的条带，这些条带的宽度比准确装入全宽度FPD的尺寸要宽一点点(例如1单元宽度)。在此情况下，用于遮掩外部条带每一外侧上不完全烧蚀的条带的射束遮掩刀片接下来进一步前进到射束中，以使外部条带"修剪"成需要的宽度从而产生尺寸精准的FPD。
对于使用BTS模式处理的IR固态激光SIS烧蚀的情况，射束是在垂直于基板和光学系统的相对移动方向的方向上进行扫描的，以在FPD上产生图案化条带，因此在每一个条带的开头和结尾处一般不会有边缘问题，因为在FPD表面上的移动的图像是平行于每一个条带的端部而移动的。然而，可能会发生有关沿着条带长度形成正确数量的像素的问题，因为在垂直于射束移动方向的方向上的图像中的有限数量的像素可能没有正确分成为FPD设计所需的像素数量。如果是这种情况，则跨越每一条带的射束的最后扫描由射束扫描控制器沿着条带在位置上进行调整，以产生沿条带长度的正确数量的像素。这种程序导致在跨越条带的射束的最后扫描中某些单元的线条接收到相比其它条带两倍数量的激光辐照，但由于一般使用该方法来除去较低基板上的薄膜材料，因此辐照过度通常不成问题。
在使用以IR固态激光器进行加工的BTS模式的SIS烧蚀中，相邻条带之间的接合线必须予以控制，使得边界区域中的全部单元接收相同数量的激光辐照。这可以通过以下方式实现使一条带中由射束扫描敷设的最后一个图像与相邻条带中由射束扫描敷设的第一个图像小心地重迭。作为此情况中的一个例子，移动的图像在扫描方向上含有一排4个单元并且在垂直方向上含有4个单元(总共16个单元)，调节射束扫描速度和激光发射率，使得在扫描方向上激光器每一个单元节距就发射一次，然后在每一个扫描线的主要部分中，基板的每一个部分将接收总共4次激光辐照，但当激光在扫描线末尾处停止发射时，最后的图像将含有未被完全烧蚀的单元，因为它们的含量逐渐少于激光辐照的全量。在这里给定的情况下，最后的图像含有4个单元宽的列(columns),其中每个单元区域的辐照数在图像上由4减至3，减至2，再减至l。通过将每个条带边缘处未完全烧蚀的区与相邻条带上相应的未完成烧蚀的区交迭，来实现使其完全烧蚀。在这里给定的情况下，这意味着使相邻条带上的图像交迭3个单元,使得在一个条带上只接收3次辐照的单元接收额外一次来自相邻条带的辐照，在一条带上只接收2次辐照的单元接收额外两次来自相邻条带的辐照，在一条带上只接收1次辐照的单元接收额外三次来自相邻条带的辐照。以这样一种方式，这些条带边界合并在一起形成连续的图案，其中所有单元正确地接收相同数量的激光辐照。
这种处理对FPD本体内的条带之间的所有边界是有效的，但是很明显，对于第一个条带和最后的条带的外边缘处仍然有未完全烧蚀的单元这一问题存
在。如果需要完全清除这些侧缘处的所有单元，则可通过以下方式实现执行额外的处理步骤，S卩，使FPD的每一个侧边缘处的窄条带图案化，其中相同区域作多次扫描，且最后的单元位置对应FPD单元图案的最外缘，使得这些最外边的单元接收正确数量的激光辐照。在上面讨论的情况中，射束含有4乘4单元阵列，目的是使最外边的单元在该附加处理期间经历4次激光辐照，射束必须另外扫描该单元3次以使其完全烧蚀。这解决了 FPD最外侧处未烧蚀的问题,但是在处理中导致一条带的单元所接收的激光辐照量比完全烧蚀所需的量多很多。对此情况，在窄条带的宽度上进行处理，以清除每一个侧边缘的单元接收16次辐照，其中4次辐照是在标准条带图案处理期间施加的，另外12次辐照是在对最外边的单元施加4次辐照而需要的3次额外的扫描期间施加的。
所有上面讨论涉及的情况，其中将印刻的图案在全部区域范围上以规则方法进行重复。然而，可能会出现这样的情况靠近重复区域会立即出现特定的非重复图案。这种情况的例子是将边界区域中围绕LCD滤色组件上的BM矩阵边缘的几毫米宽的BM树脂薄膜完全去除，从LCD滤色组件的边界区域去除的ITO层相应于装配模块中的驱动芯片的位置，或是围绕FPD像素矩阵的边缘形成对准和参照掩模的位置。在这些情况中，因为移动激光烧蚀处理继续进行到FPD装置的边缘，需要将这些接近于掩模上的常规特征的非常规特征合并，并将掩模装在某些型号的平台系统上，使得这些非常规特征可移动到射束中，并因此转移到基板上。当使用UV准分子激光器SIS处理时， 一种轻易烧蚀这些非重复区域的方法是以步进重复过程模式将它们印刻，其中掩模和基板在每次激光烧蚀处理中都是固定的。在此情况下，边缘特征可加入到所知位置处的掩模中，且该掩模装在双轴平台系统上，使得当基板或光学系统移动到FPD上的相应位置时，掩模上的适当区域可同时移动到射束中，使得正确的边缘特征准确地印刻在基板上的正确位置处。这样一种处理是有效的，但可能慢，因为 需要几个分别的步骤，因此烧蚀整个FPD区所需的时间延长了。
在某些准分子激光器的情况中，可使用非常快速的方法来烧蚀这些边缘特 征。该方法需要掩模和基板都相对于投影透镜而作相对运动。在此情况下，边 缘特征图案必须位于掩模上且非常接近有规律的特征图案，且掩模和基板必须 以透镜放大率设定的相关速度准确对齐地一起移动。这是高级的高吞吐量IC
半导体曝光工具和lxFPD曝光工具中所使用的移动处理的类型。当然，如果掩
模必须在激光烧蚀处理期间移动，则其移动(以及基板的移动)必须一直服从以
下要求当发射激光以使有规律的基板FPD图案正确地交迭时，它处于正确的 位置。由于基板及与其关联的卡盘(chuck)和平台为块状，因此不能轻易地改变 速度，重要的是，掩模和关联平台能够轻易地加速至适当的速度。
由于非重复特征总是围绕FPD上的规则图案的边缘发生，基板平台在处理 中通常在其通过FPD的末尾时慢下来，目的是倒头和掉转方向。因此，在掩模 平台需要移动的同时，基板很可能会慢慢地移动，因而，为了变得与基板平台 同步，掩模需要达到的速度是适度的。
对于带有IR固态激光器的SIS烧蚀处理，因激光的重复率和射束速度太高, 而不能使掩模在激光发射时移动。在此情况下，为了产生围绕着主重复FPD结 构的特定的非重复特征，将适当的掩模移动到射束中以在FPD表面上形成相宜 形状的小型图像，然后，如果需要的话，利用射束扫描控制和平台移动，使射 束在FPD表面上移动，以烧蚀清除所期望的区域的薄膜。这种2D扫描处理在 激光标记和雕刻系统的领域是众所周知的。
用于在SIS激光烧蚀工具上照明掩模的辐射来源很广。主要要求的辐射的 波长是这样的足以被薄膜吸收而将该薄膜有效地烧蚀，且辐射源必须发射足 够短的脉冲，以避免在基板移动过程中图像模糊。
可用于本发明的可能的激光源的例子如下
a) 以248nm, 308nm或351nm操作的准分子激光器；
b) 基于作为激活介质的钕、以1064nm、 532nm， 355nm或266nm操作的、 用二极管或灯泵浦的固态激光器；
c) 任何其它的脉冲激光源，其以被要求烧蚀的薄膜可吸收的波长且持续小于一微秒的脉冲发射辐射。
很明显，在所有情况中，光学系统必须用于在掩模处产生均匀的辐射场， 以确保在图像区内的薄膜处的激光烧蚀剂量一致。


SIS激光烧蚀工具体系结构的实施方案现将参照附图1, 2, 3, 4和5作简
要描述。 图1
图中示出SIS激光烧蚀方法的原理。涂有薄膜层2的基板1相对于烧蚀 脉冲辐射束3沿方向Y逐渐地移动。射束在薄膜上产生与要求的像素或FPD 的单元图案相应的图像。本图所示的图像在基板移动方向中含有6个像素单元。 因此每一脉冲辐射烧蚀6单元宽的薄膜条带。在各个激光脉冲之间，基板刚好 移动l个单元节距(pitch),使得下一脉冲产生的图案刚好与前一个的交迭，但位 移l个单元节距。如图所示，激光束为6单元宽，薄膜的每一个区接收6次脉 冲辐射，然后从射束移开。
图2
图中示出准分子激光器SIS投影烧蚀工具的可能几何结构。玻璃基板5, 涂有LCD滤色片或TFT阵列成分的薄膜，薄膜上再涂敷薄氧化铟锡(ITO)层， 该玻璃基板支承在能够沿正交的XI和Yl方向移动的双轴台6上。带有待转移 图案的掩模7装在投影透镜8上面的射束中。射束遮光刀片11支承在另一个 能够沿正交的X2和Y2方向移动的双轴台9上。如有需要，该掩模可装在用于 印刻围绕着规则图案区边缘的非重复图案的第三双轴移动平台组件上。双轴台 6、 9的两个方向Yl和Y2(以及X1和X2)必须设置成准确地彼此平行。
将来自准分子激光器以351nm， 308nm， 248nm，甚或193nm操作的射束 IO成形及加工，以在掩模7处建立均匀的场。通过利用縮小因子(例如)为2的 投影透镜8，借助于掩模7而提供的照明区12被成到基板5的薄膜表面上。
在操作中，系统运作如下。利用定位摄影机(图2中未示出)使基板转动 地及空间地对准。然后，将该基板移动到通过在方向Y1上移动FPD而烧蚀的 薄膜13的一个边缘和条带上。很明显，由于这是边缘条带，需要遮掩图像一侧
16的结构边缘，以防止部分的激光烧蚀，通过在X方向上使刀片平台移动正确的 量，使得刀片及其平行于Y方向的边缘移动到射束中。在每次的Y方向移动开
始和结束时，固定到双轴台9上的刀片沿方向Y逐渐地移动到射束10中，以在 控制下遮掩该射束，从而准确地限定烧蚀条带的边缘。完成该条带后，遮掩图 像边缘结构的刀片从射束移开，基板向侧面(在方向XI中)移开某一适当的距离, 该距离与图像的平均尺寸相应。然后，重复使基板沿Yl方向移动。对于最后 的条带，适合的侧刀片需要移动到射束中以遮掩建构的图像边缘。完成覆盖该 基板后，处理也即完成。
图2显示了 FPD在平行于短轴的方向中移动且需要10个条带来覆盖 FDP全部区域的情况。根据显示器和透镜视场尺寸以及选择的移动方向，扫描 数量可大于或小于10。典型的透镜视场直径可以达至50mm,但通常是较小的。 允许建构的图像边缘形状(即，侧面移步距离)可以典型地在20至45nm的范围 内，使得当在短轴方向中移动时，可用多达50个或更多的条带覆盖52"FPD的 全部区域，而当在长轴方向中扫描时，可能只需要20个条带来完成42"FPD的 激光烧蚀。
图3
图中示出另一个可能的激光烧蚀工具装置。该图中的基板平台非常大， 使得可以烧蚀带有多个FPD的玻璃板14。由于基板尺寸较大，将该平台的移动 限制到一条轴(Y1)较为方便。这样，射束相对于基板在X方向中的移动可以通 过在滑架上装设掩模和透镜组件来实现，所述滑架设在基板上方的台架上并沿 X方向在平台上方移动。由于减小了工具装置的台面面积，利用分离轴的这样 一种装置对大型基板来说较为方便。
图3还显示了使用两个平行的相同的光投影通道在FPD基板15上同时 产生两个烧蚀区(A,A')。这样一种装置减少了总的激光烧蚀时间，而无须增加 平台移动速度。当然在技术上还可能有两个以上的平行投影通道在同一时间进 行操作。如果待加工的薄板是很大的，可以考虑用单个或多个激光器传动的具 有8个或更多光头的系统。实际应用中的限制是由光头上的掩模和刀片平台的 接近度以及增加的工具复杂性来设定的。
不同于图2和图3中示出的那些工具体系结构也是可行的。在基板非常大的情况下，在激光烧蚀期间保持基板稳定以及使光学掩模投影系统在双轴中 移动是可能的。在此情况中，掩模和投射光学系统承载在滑架上，该滑架可在 基板顶部上方的台架上沿两条轴移动。
一种替代装置是与保持在竖直板中的基板协同操作。这种装置可适用于 图2和图3所示的两种体系结构，但似乎更易于用在图3所示的分离轴系统中。
这样，待烧蚀的(大型)基板将会保持在其边缘上，且当掩模平台在平行的Y2的 方向中移动时，其在Y1方向中横向移动。沿每一个FPD的长度移动的激光烧 蚀图案是这样实现的使掩模滑架在X1方向中竖直地移步，通过在平行的X2 的方向中移动，对掩模位置进行相应的校正。 图4
图中示出一种类似于图2所示的装置，但这里的射束扫描单元包括在光 学投影系统中，使得可用来自IR固态激光器10的射束进行SIS烧蚀。这样，通 过垂直于Yl方向的XI方向中的射束扫描单元，图像相对于基板以BTS模式 移动，其中，基板正在移动且位于每一条带末尾时，使基板在X1方向上向侧面 移步至相当于该条带宽度的距离。
如用准分子激光器的情况，其它工具几何形状对于IR固态激光SIS烧蚀 也是可能的。基板可一直保持静止，由投影透镜、扫瞄单元以及掩模组成的光 学系统沿两个正交轴移动，或者，基板可以只在一个方向中移动，而光学系统 在其它方向中移动。垂直方向的基板也是可能的。
权利要求
1. 一种用来自脉冲激光束(3，10)的辐射直接对基板(1，5)上的薄膜(2)进行烧蚀从而在薄膜中形成有规律地重复的图案的方法，其特征在于，使辐射束(3，10)穿过用于描绘该图案的合适的掩模(7)，通过合适的投影透镜(8)将掩模图案的图像缩小到薄膜(2)的表面上，使得薄膜处的能量密度足够高以使薄膜(2)经烧蚀而被直接除去，执行以下印刻步骤(i)在一连串重复的不连续的激光烧蚀步骤中，使用掩模(7)，掩模(7)相对于投影透镜(8)是静止的而且只代表基板(1，5)的整个区域的一小块区域，并且在每一个步骤中使用单一短脉冲辐射(3)来照明掩模(7)，辐射脉冲在基板(1，5)处的能量密度高于用于烧蚀薄膜(2)的阀值；以及(ii)通过沿着与将要在基板上形成的图案的一个轴相平行的方向(X1)移动激光束(3，10)或基板(1，5)并且当基板(1，5)或激光束(3，10)已移动了一段相当于基板(1，5)上重复的图案的整倍数周期的距离时立即激活脉冲激光掩模照明光源，在基板(1)的整个表面区域上重复上述一连串的不连续的激光烧蚀步骤，从而给出包含多个像素的完整图案。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，在印刻期间，在平行于基板(1，5)或激光束(3, 10)移动方向的方向(X1)中，基板处被照明的区域的尺寸是足够大的，以便当基板在被照明的区域下面穿过之后，薄膜的每一个部分都接收到足够数量的脉冲辐射从而将它完全烧蚀。
3. 如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，印刻期间利用光学投影系统(8)将掩模图案转移到基板(1, 5)上。
4. 如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，脉冲激光束的源是UV准分子激光器。
5. 如权利要求1、 2或3所述的方法，其特征在于，脉冲激光束的源是IR固态激光器。
6. 如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在印刻期间，基板(l， 5)上待烧蚀的区域的边缘是由可移动的刀片(ll)限定的，刀片(ll)被定位在靠近掩模(7)的表面之处(9)。
7. 如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在移动的激光烧蚀处理期间或之后，使掩模(7)在适当的时间移动，以允许将要被印刻在基板(l, 5)上的图案具有非重复的边界区域。
8. 如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，基板(l, 5)是以一连串平行的条带来烧蚀的，在这些条带交迭的区域处照明辐射的剂量是利用图像形成掩模来控制的，该图像形成掩模在掩模图案的每一侧具有梯状或不规则的透射分布,该梯状或不规则特征对应于FPD阵列中的一个或多个完整的单元。
9. 一种激光烧蚀工具，其特征在于，它适合于实施前述任一项权利要求所述的方法。
10. —种产品，其特征在于，它由前述权利要求1至8中的任一项所述的方法制成。
全文摘要
一种用来自脉冲激光束(3，10)的辐射直接对基板(1，5)上的薄膜(2)进行烧蚀从而在薄膜中形成有规律地重复的图案的方法，其特征在于，使辐射束(3，10)穿过用于描绘该图案的合适的掩模(7)，通过合适的投影透镜(8)将掩模图案的图像缩小到薄膜(2)的表面上，使得薄膜处的能量密度足够高以使薄膜(2)经烧蚀而被直接除去，执行以下印刻步骤(i)在一连串重复的不连续的激光烧蚀步骤中，使用掩模(7)，掩模(7)相对于投影透镜(8)是静止的而且只代表基板(1，5)的整个区域的一小块区域，并且在每一个步骤中使用单一短脉冲辐射(3)来照明掩模(7)，辐射脉冲在基板(1，5)处的能量密度高于用于烧蚀薄膜(2)的阀值；以及(ii)通过沿着与将要在基板上形成的图案的一个轴相平行的方向(X1)移动激光束(3，10)或基板(1，5)并且当基板(1，5)或激光束(3，10)已移动了一段相当于基板(1，5)上重复的图案的整倍数周期的距离时立即激活脉冲激光掩模照明光源，在基板(1)的整个表面区域上重复上述一连串的不连续的激光烧蚀步骤，从而给出包含多个像素的完整图案。
文档编号G03F1/00GK101490618SQ200780027222
公开日2009年7月22日 申请日期2007年5月15日 优先权日2006年5月19日
发明者R·阿洛特 申请人:厄利肯鲍泽斯涂层(英国)有限公司