无掩膜曝光系统及方法

专利名称：无掩膜曝光系统及方法
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680X880毫米加大到现在的2880X3080毫米。目前已有几家公司正在建设10代线，它们使用是2880X3080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± I μ m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 IOym的分辨率和小于±3 μ m的对准精度。RGB像素，隔片和垂直对齐突起，通常不需要小于20 μ m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1220X1400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2880X3080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1600X 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I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。
另一方面，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根 据本发明实施例的第一无掩膜曝光系统，设置在基板的上方；根据本发明实施例的第二无 掩膜曝光系统，设置在该基板的下方，其中该第一无掩膜曝光系统或该第二无掩膜曝光系 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。
再一方面，本发明实施例提供了 一种无掩膜曝光方法，该无掩膜曝光方法包括生 成步骤，使用根据本发明实施例的无掩膜曝光系统，生成预定的曝光图案；曝光步骤，使用 根据本发明实施例的曝光系统，将该预定的曝光图案转换到感光性基板的表面。
再一方面，本发明实施例提供了一种元件的制造方法，该制造方法包括生成步 骤，使用根据本发明实施例的无掩膜曝光系统，生成预定的曝光图案；曝光步骤，使用根据 本发明实施例的无掩膜曝光系统，将该预定的曝光图案转换到感光性基板的表面；显影步 骤，对该曝光步骤所曝光的该感光性基板进行显影。
再一方面，本发明实施例提供了一种图像扫描方法，该图像扫描方法包括使用根 据本发明实施例的无掩膜曝光系统，将该无掩膜曝光系统的空间光调制器生成的曝光图案 转换成图像传感器采集的图像。
本发明已经考虑了上述问题，将提供一个可以实现超大面积扫描曝光的无掩膜曝光装置。它具有出色的成像性能，并具有运行成本低、工作周期时间短、不会降低产能等特 点。其中的一个技术进步就是采用了一种新型的无掩膜光学引擎和光刻方法，将直接由空 间光调制器(SLM)给超大基板的特定位置提供数字图像，并通过视觉系统检测光学引擎和 超大基板间的对准标记和错位，从而克服传统曝光系统掩模板交货时间长，成本高等缺点。
在本发明实施例中，无掩膜扫描曝光装置可以使用紫外光源，空间光调制器 (SLM),无掩模光学引擎，移动电机系统，位置检测器，视觉系统，控制系统，数据转换和数据 处理软件和计算机系统中的一个或多个设备来进行实行超大面积曝光。其原理是由计 算机生成图案数据，将通过由空间光调制器(SLM)，比如数字微镜器件DMD、液晶显示器件 LCD、硅基液晶器件LCOS和其它两维显示面板实现的无掩模光学系统，投影到移动平台上 的超大基板表面。它也可以通过多个无掩模光学引擎形成阵列，用于加快超大基板的曝光。
每一个无掩膜光学引擎都可以是具有多种功能。其中的一个功能就是每个复合无 掩膜光学引擎都可以包括位置探测器，该位置探测器可能是CCD相机、激光位置检测器或 其他位置检测器用于读取固定在平台或基板上的参考线或标记的位置；第二功能是在基 板上特定位置形成计算机设计的图案，其中的位置信息由控制器从光栅尺和位置检测器读 出；第三个功能是自动对焦系统可以自动检测基板表面的焦距，来调整无掩膜光学引擎的 位置，从而可以随时得到最佳焦点。
为了实现上述目标，本发明实施例的超大尺寸FPD无掩膜曝光系统的第一个特征 是采用光感材料进行曝光的超大型基板，而位于上方的复合无掩膜光学引擎包括光源和 无掩膜光学引擎(无掩膜光学引擎可以共享一个光源)，带光源的视觉系统，其波长为与曝 光光源的波长不同，基板上的感光材料对该波长不敏感；每个无掩膜光学引擎上安装有视 觉系统，其光轴通过分光镜与无掩膜光学引擎对齐。该分光镜对曝光激光几乎透明，而对视 觉系统照明光是半反射半透明的，其焦平面位置与无掩膜光学引擎相同。视觉系统监视光 学引擎的起始位置，其功能是检查光学引擎位置，同时也可用于对准超大基板上图案的位 置。每个无掩膜光学引擎都可能有一个可单独控制的Z轴步进电机，用于改变无掩膜光学 弓丨擎和基板之间的距离，并实现自动对焦检测功能。
由控制系统控制的Y轴电机平台与无掩膜光学引擎同步，平台可以使无掩膜光学 引擎和基板之间进行相对移动；在一种实体中，系统可包括一排以上的复合无掩膜光学引 擎，用于在超大基板生生成图案和大量的像素单元。复合无掩膜光学引擎被安装在X轴电 机上，并也由控制系统控制。沿扫描方向Y轴两边都固定有两个位置传感器在X轴电机上， 并在移动平台上或基板上刻写了一根参考基线或标记。无掩膜光学引擎的移动平台上也有 起点位置标记。一般来说，一个无掩膜光学引擎的曝光区域是一个矩形区域并且矩形相对 与扫描方向倾斜角度约I 10度。在曝光过程中，首先关闭曝光光源，打开视觉系统光源。 因为标记的位置经过准确地校准，即使超大型基板的表面没有任何图案，无掩膜引擎也可 以直接由视觉系统读取在移动平台上的参考标记来纠正自己的位置。这两个在X轴电机上 的位置传感器将在垂直扫描方向上读取相对参考线的位置误差，因为Y轴可能由于移动和 温度，振动而导致移动平台和无掩膜光学引擎的位置误差。计算机系统将基于位置信息数 据产生图案，然后打开曝光光源，并开始扫描。在扫描过程中，这两个位置传感器记录移动 平台上的位置误差，并和计算机系统一起纠正发送到无掩膜光学引擎的图像数据。如果在 基板上表面有一个事先确定的图案，视觉系统就可以读取图案中的标志位置，然后将其保存在计算机和矫正曝光数据并进行曝光。如果对整个基板需要进行多行扫描，X轴需要移 动同单次曝光区域宽度相同的距离，并由视觉系统读取每个无掩膜光学引擎扫描起点的标 志。在这种情况下，由于多个无掩膜光学引擎的曝光区域预先进行精心设计，在垂直与扫描 方向超大基板上的每个点在扫描方向上经过曝光区域的长度总和不变，因此也就是说，在 整个基板表面的曝光量为常量。同样在所有平行于扫描方向上曝光矩形区在垂直与扫描方 向的长度总和是常数.这里存在一个两次扫描间的拼接区.由于曝光矩形区倾斜，拼接区 可以从一次扫描到下一次扫描平滑过渡，因此可以精确和平滑地实现多行扫描曝光，由紧 凑无掩膜光学引擎的小曝光区形成一个大曝光面积。由于每个无掩膜光学引擎非常紧凑， 扫描曝光可以尽量减少像差的产生，保持了很好的成像性能。为了提高曝光速度，无掩膜光 学引擎还可以增加排成几排形成交错模式。
本发明的另一个特征可以是基板的上下两面都有光敏材料用于曝光；无掩膜 复合光学引擎置于基板上方形成MXN阵列排布；计算机控制下的XY移动平台与无掩膜复 合引擎同步，XY移动平台可以使基板相对复合掩膜引擎进行移动；平台上或基板上的参考 标记板对曝光光源透明，而反射视觉系统照明光，参考标记板位于视觉系统焦平面，其中 参考标记包括对每个无掩模复合引擎的标线和标记。一般来说，一个无掩膜光学引擎的曝 光区域是一个矩形区域并且根据曝光参数的选择，矩形相对与扫描方向倾斜角度约I 10 度。在曝光过程中，首先关闭曝光光源，打开视觉系统光源。因为标记的位置经过准确地校 准，即使超大型基板的表面没有任何图案，无掩膜引擎也可以直接由视觉系统读取在移动 平台上的参考标记来纠正自己的位置。因为参考标记板上的标记位置都是经过严格标定 的。视觉系统也具有位置传感器功能读取在移动平台上的参考标记来纠正自己的位置。计 算机系统将基于位置信息数据产生图案，然后打开曝光光源，并开始扫描。在扫描过程中， 视觉系统实时地探测移动平台的位置误差，并和计算机系统一起纠正图像数据并发送到无 掩膜光学引擎。如果在基板上表面已有一个图案，视觉系统就可以读取该图案中的标志位 置，然后将其保存在计算机和矫正曝光数据并进行曝光。如果对整个基板需要进行多行扫 描，X轴需要移动同单次曝光区域宽度相同的距离，并由视觉系统读取每个无掩膜光学引擎 扫描起点的标志。在这种情况下，由于多个无掩膜光学引擎的曝光区域预先进行精心设计， 在垂直与扫描方向超大基板上的每个点在扫描方向上经过曝光区域的长度总和不变，因 此也就是说，在整个基板表面的曝光量为常量。同样在所有平行于扫描方向上曝光矩形区 在垂直与扫描方向的长度总和是常数.这里存在一个两次扫描间的拼接区.由于曝光矩形 区倾斜，拼接区可以从一次扫描到下一次扫描平滑过渡，因此可以精确和平滑地实现多行 扫描曝光。同时在每个无掩膜光学引擎的小曝光区的开始和结束同样存在一个拼接区，为 了平滑过渡这一区域一种方法可以是采用灰度曝光，另一方法可以是控制曝光的光强使一 个无掩膜光学引擎的小曝光区平滑过渡到另一个无掩膜光学引擎的小曝光区。由紧凑无掩 膜光学引擎的小曝光区形成一个大曝光面积。由于每个无掩膜光学引擎非常紧凑，扫描曝 光可以尽量减少像差的产生，保持了很好的成像性能。
本发明的其中一个目的是消除传统曝光系统的缺点，提供一个具有标记识别系统 的超大面积无掩膜曝光装置。它的标记识别系统可以通过简单设计大大提高图案对准精度。
本发明实施例进一步提供了 一种无掩模曝光装置，当第一个目标和第二个目标在相对于第三个目标的某一方向上移动时，可以将第一个目标产生的超级大的图像成像到第 二个目标上。该装置由以下几个部分组成第一个目标的一排无掩模光引擎，用来在第二个 目标上成SLM像；每个无掩模光引擎配有一个自动对焦系统，用来确保将SLM像成在第二个 目标上；每个无掩模光学系统配有一个视觉系统或者位置传感器，用来探测相对于第二个 目标的位置误差；第三个目标配有两个位置传感器，用来探测在移动时相对于第二个目标 的位置误差；第三个或者第二个目标上有一个参考标记，用来标记每个无掩模光学引擎校 准相对于第一个目标在起始点的位置误差；第二个目标的两面各有一个参考线条，用来校 准第二个目标相对于第一个目标的位置误差。
同时，每个无掩模光学引擎可以包括光源，用来在第二个目标表面曝光光敏材 料；SLM,用来在第二个目标的表面成像素像；光学系统,其两个成像共轭点之一和第一个 目标的SLM重合,另一个共轭点位于第二个目标的表面上；视觉系统,其光源的波长对第二 个物体上的光敏材料不敏感。
本发明实施例又进一步提供了 一种无掩模曝光装置，当第一个目标和第二个目标 在相对于第三个目标的某一方向上移动时，可以将第一个目标产生的超级大的图像成像到 第二个目标上。该装置可以由以下几个部分组成几排第一个目标的无掩模光引擎，用来成 SLM像在第二个目标上成SLM像，这几排无掩模光学引擎在列方向上交错排列；每个无掩模 光引擎配有一个自动对焦系统，用来确保将SLM像成在第二个目标上；每个无掩模光学系 统配有一个视觉系统或位置传感器，用来探测相对于第二个目标的位置误差；第三个目标 配有两个位置传感器，用来探测在移动时相对于第二个目标在移动过程中的位置误差；第 三个或者第二个目标上有一个参考标记，用来标记每个无掩模光学引擎校准相对于第一个 目标在起始点的位置误差；第二个目标的两面有两条参考线条，用来校准第二个目标相对 于第一个目标的位置误差。
同时，每个无掩模光学引擎可以由以下几个部分组成光源，用来在第二个目标表 面曝光光敏材料；空间光调制器SLM，用来在第二个目标的表面成像素像；光学系统，其两 个共轭成像点之一和第一个目标的SLM重合，另一个共轭点位于第二个目标的表面上；视 觉系统，其光源的波长对第二个目标上的光敏材料不敏感。
本发明实施例更进一步提供了 一种无掩模曝光系统，用于将第一个目标成的超级 大的像直接成在第二个目标上。该无掩模曝光系统可以包括由第一个目标的无掩模光引 擎组成的阵列，用来在第二个目标上成SLM像；每个无掩模光引擎具有自动对焦系统，用来 确保将SLM像成在第二个目标上；无掩模光学引擎的视觉系统，用来探测相对于第二个目 标的位置误差；第二个目标上有一个参考标记平板，用来校准每个无掩模光引擎相对于第 一个目标的位置误差。
同时，每个光引擎可以由以下几个部分组成光源，用来在第二个目标表面曝光光 敏材料；SLM，用来在第二个目标的表面成像素像；光学系统，其两个成像共轭点之一和第 一个目标的SLM重合，另一个共轭点位于第二个目标的表面上；视觉系统，其光源的波长对 第二个物体上的光敏材料不敏感。其中，该视觉系统的光轴和无掩模光学引擎通过一个分 光器重合；同时第二个目标上的参考平板是可以透过曝光用的光线，反射视觉系统的光线； 第二个目标上的参考平板和第二个目标可以固定在一起，随着第二个物体的运动而运动； 参考平板上的标记和线条对于第一个目标的曝光用光线也是透明的。
本发明实施例还进一步提供了 一种无掩模曝光系统，用于将第一个目标成的超级 大的像直接成在第二个目标上。该无掩模曝光系统可以包括由第一个目标的无掩模光引 擎组成的阵列，用来在第二个目标上成SLM像；无掩模光引擎的自动对焦系统，用来确保将 SLM像成在第二个目标上；无掩模光学引擎的观测系统，用来探测相对于第二个目标的位 置误差；第二个目标上有一个参考标记平板，用来校准每个无掩模光引擎相对于第一个目 标的位置误差。
同时，每个光引擎可以由以下几个部分组成光源，用来在第二个目标表面曝光光 敏材料；SLM,用来在第二个目标的表面成像素像；光学系统,其两个共轭点之一和第一个 目标的SLM重合，另一个共轭点位于第二个目标的表面上。其中，第二个目标的参考标记平 板可以在第一个目标之上，并会反射视觉系统的光线；第二个目标上的参考标记平板和第 二个目标可以固定在一起，并随着第二个目标的运动而运动；视觉系统的光源的波长对第 二个目标上的光敏材料不敏感，视觉系统的焦点可以在参考标记平板上。
基于上述技术方案，本发明实施例的无掩膜曝光系统、无掩膜曝光方法、元件的制 造方法和图像扫描方法，通过采用无掩膜的光学引擎阵列，并通过检测扫描平台的位置信 息以确保光学引擎阵列中的各光学引擎同步，能够显著减小大面积曝光时各扫描平台的扫 描距离和扫描时间，由此在大面积曝光时一方面能够显著提高生产率、降低生产成本，另一 方面能够提闻曝光质量。


为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。
图1是根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的示意性框图。
图2是根据本发明实施例的无掩膜曝光系统扫描形成的缝合区域的示意性框图。
图3是根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的整个扫描区域被两排光学引擎一 次扫描曝光以后形成的缝合区域的示意性框图。
图4是根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的另一示意性框图。
图5是根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的相邻两个光学引擎在扫描方向的 缝合区域和光强变化的示意性框图。
图6是根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的参考标记平板的示意性框图。
图7是根据本发明实施例的无掩膜曝光系统包括的无掩膜光学引擎的示意性框 图。
图8是根据本发明实施例的包括视觉系统的无掩膜光学引擎的示意性框图。
图9是根据本发明实施例的包括共轴视觉系统的无掩膜光学引擎的示意性框图。
图10是根据本发明实施例的包括共轴视觉系统的无掩膜光学引擎的另一示意性 框图。
图11是根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的参考标记平板的另一示意性框 图。〔0045〕图12是根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的参考标记平板的再一示意性框 图。
〔0046〕图13是根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的参考标记平板的再一示意性框 图。
〔0047〕图14是根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的再一示意性框图。
〔0048〕图15是根据本发明实施例的无掩膜曝光方法的示意性流程图。
〔0049〕图16是根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的示意性透视图。
〔0050〕图17是图16中所示的根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的示意性俯视图。
〔0051〕图18是根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的另一示意性透视图。
〔0052〕图19是图18中所示的根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的示意性前视图。
〔0053〕图20是图18中所示的根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的示意性俯视图。
〔0054〕图21是根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的再一示意性透视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
应理解，本发明涉及无掩膜光刻或直写数字成像技术，特别涉及单面无掩模曝光系统或双面无掩模曝光系统，该曝光系统能够同时对平板的一侧或两侧进行曝光，该平板例如为用于印刷电路板PCB的基板，或用于引线框的片板等。本发明期望的主要应用场景是用于印刷电路板、IC封装和液晶显示器制造中的双面曝光；然而，本发明还可以用于文件印刷、照相复制等。下文中将以PCB中的曝光应用为例进行说明，但本发明并不限于此， 本发明还可以应用于其它领域。
图1示出了根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的示意性框图。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。
因此，本发明实施例的无掩膜曝光系统，通过采用无掩膜的光学引擎阵列，并通过检测扫描平台的位置信息以确保光学引擎阵列中的各光学引擎同步，能够显著减小大面积曝光时各扫描平台的扫描距离和扫描时间，由此在大面积曝光时一方面能够显著提高生产率、降低生产成本，另一方面能够提高曝光质量。
具体而言，例如如图1所示，无掩膜曝光系统包括的光学引擎阵列以(1，2)阵列排 布，如图1中的区域514和507所示，该光学引擎阵列设置在超大基板517的上方，用于在 运动控制及数据处理系统的控制下，生成曝光图案并将该曝光图案转换到该基板上；该光 学引擎阵列例如装载在平移装置(未示出)上，驱动该光学引擎阵列沿着第一方向即χ方向 平移；扫描平台504固定在该无掩膜曝光系统的基座上，该基座例如为大理石基座，用于承 载该基板517并驱动该基板沿着第二方向即y方向移动；该扫描平台504还设置有两个y 方向的诸如线性编码器的位置传感器510、512，用于检测该扫描平台504移动时沿y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。
在本发明实施例中,可选地,在该第一方向和该第二方向平行于该基板时，该无掩 膜曝光系统还包括至少两个第一方向位置参考系统，分别沿该扫描平台的与该第二方向 平行的两边缘设置；其中，该扫描平台或该基板上设置有与该第二方向平行的至少两条参 考基线，该至少两条参考基线位于该至少两个第一方向位置参考系统的下方；并且该至少 两个第一方向位置参考系统用于在该扫描平台移动时，检测该光学引擎阵列相对于该基板 在该第一方向上的位置误差。
例如，如图1所示，χ方向和y方向平行于基板517，该无掩膜曝光系统还包括两个 第一方向位置参考系统515和508，该位置参考系统可以是位置传感器；扫描平台504或基 板517上设置有与y方向平行的两条参考基线516和505，这两条参考基线516和505分别 位于位置参考系统515和508的下方；并且这两个第一方向位置参考系统515和508用于 在该扫描平台504移动时，检测该光学引擎阵列相对于该基板517在χ方向上的位置误差。
在本发明实施例中，可选地，该扫描平台或该基板上设置有起始标记，例如如图1 中的交叉记号519所示，用于标识该光学引擎阵列包括的每个光学引擎的起始扫描位置； 其中，该光学引擎阵列的每个光学引擎包括视觉系统，用于根据该起始标记校准该光学引 擎与该基板的相对位置。
可选地，在本发明实施例中，该光学引擎阵列的每个光学引擎包括对焦装置，用于 沿与该基板垂直的方向驱动该光学引擎，以使得该光学引擎输出的曝光图案成像在该基板 的表面上。
具体而言，如图1所示，如区域514和507所示的两个无掩模光学引擎设置在同一 排上，用来在超大基板517上产生图案和产生大量像素点；基板517被真空桌504托住，并 可以在控制系统的控制下沿y方向运动并和无掩模光学引擎保持同步。区域514和507是 基板517上两个无掩模光学引擎的空间光调制器SLM像。无掩模光学引擎被装载在X平台 (这里没有显示)上，该平台也被控制系统所控制。X平台的梁上固定着两个位置传感器515 和508，他们在桌子504的边缘上，沿着扫描方向Y。在位置传感器515和508下面各有一 条参考线条(或标记)516和505，位于平台504或者基板517上。在平台504上无掩模复合 引擎的下面也有位置标记(交叉记号)519，位于每一次扫描的起始点。通常，无掩模光学引 擎的曝光区域514和507是长方形的，根据曝光参数的选择，长方形514和507相对于扫描 方向Y具有一个广10度的倾斜角。Y平台504被两个直线导轨501和503支撑，位于花岗 岩基座502上，该基座带有振动隔离器(这里没有显示)。由于Y平台较大，在平台504的两 侧有两个直线电动机512和510和两个直线编码器513和509，用于Y平台位置的反馈。
在曝光过程中，首先曝光光源关闭，无掩模光学引擎的视觉系统的光源开启。如果 基板517的表面上没有图案，那么视觉系统可以直接读取平台504上的标记519来校准它 自己的位置，因为这些标记的位置在系统安装时是经过精确校准的。两个位置传感器515 和508将读取在垂直扫描方向(Y方向)Y平台504相对于参考线516和505的位置误差，因 为Y平台504可能会出现在运动过程中偏离、直线和颠簸误差。控制系统基于位置信息产 生图像数据，然后开启曝光光源并开始扫描。当Y平台504在扫描时，两个位置传感器515 和508 —直在读入Y平台在垂直于扫描方向的位置误差，然后控制系统校准图像数据并把 它传到这两个无掩模复合引擎上。如果基板表面上已经有了一个图案，无掩模复合引擎上 的视觉系统可以读取基板上的对准标记的位置，然后把位置数据存入计算机里，并校准那 些和基板位置相匹配的图像数据，再开始曝光。图1所示为整个基板的多次扫描曝光，X平 台需要移动一段相当于曝光区域514和507宽度的距离，视觉系统需要在每个无掩模引擎 扫描的起始点读入标记519。在扫描的过程中，两个编码器513和509可能不会得到相同 的数字，这意味着Y平台的两边不在同一个位置。假设存在位置差dy=Yl-Y0，YO是从编码 器513得到的数据，而Yl是从编码器509得到的数据，则根据每个无掩模光学引擎的X位 置，可以确定无掩膜光学引擎的Y位置为Y=dy*X/L+Y0 ;其中，L是两个编码器之间的距离； 这里的X的值需要很精确，因为dy是个很小的值。计算机根据Y值产生数据，用于每个无 掩模复合引擎的同步。在图1中整个基板的曝光过程中，无掩模复合引擎507和514进行 了四次扫描518和506。
因此，本发明实施例的无掩膜曝光系统，通过采用无掩膜的光学引擎阵列，并通过 检测扫描平台的位置信息以确保光学引擎阵列中的各光学引擎同步，能够显著减小大面积 曝光时各扫描平台的扫描距离和扫描时间，由此在大面积曝光时一方面能够显著提高生产 率、降低生产成本，另一方面由于扫描平台的扫描距离和扫描时间的减小，并且通过位置参 考系统和视觉系统进行对准，能够显著提高大面积曝光时的曝光质量。
图2示出了根据本发明实施例的无掩膜曝光系统扫描形成的缝合区域的示意性 框图。如图2所示，无掩模曝光系统将通过在超大基板517上形成的无掩模光学引擎514和 507产生多个曝光区域。曝光区域601和606的安排使得在扫描方向603和605上的像素 长度之和在垂直于扫描方向603和605的方向上是常数,也就是说,一定量的曝光光束在基 板517的整个表面上是常数。由于曝光区域601和606是倾斜的,它们的在扫描方向603和 605的排列使得在垂直于扫描方向603和605的方向上曝光区域的宽度之和是常数。两次 扫描603和605之间有一个缝合区域602，607。由于长方形601，606是倾斜的，线602，607 之间的缝合区域是两次扫描之间的平滑过渡，所以多次扫描曝光可以得到一个很大的曝光 区域，整个基板上的曝光精确且平整，使用紧凑的无掩模光引擎，因此可以得到小的曝光区 域。同时，由于每个无掩模复合引擎结构紧凑，所以我们在扫描曝光是可以做到减少像差和 确保优秀的成像效果。为了增加曝光速度，可以交错增加几排无掩模引擎。
图3示出了根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的整个扫描区域被两排光学引 擎一次扫描曝光以后形成的缝合区域的示意性框图。在图3所示的例子中，整个基板的曝 光只需要一次扫描。曝光区域701、721、720、719是第一排，曝光区域704、712、711是第二 排。第一排沿着路径703、705、708、710扫描，第二排沿着路径705、707、709扫描。缝合区 域为702、714、715、716、717、718。由于无掩模引擎的间距和每个无掩模光学引擎的有效扫描宽度相同，这个交错的引擎设置只需要单次扫描曝光，可以不需要X平台。
在本发明实施例中，在该第一方向垂直于该基板时，可选地，该扫描平台还用于驱动该基板沿着第三方向移动，该第三方向与该第二方向垂直，且该第三方向平行于该基板； 该扫描平台还设置有至少一个第三方向位置传感器，用于检测该扫描平台移动时沿该第三方向的位置信息，以同步该光学引擎阵列包括的各光学引擎。
例如，如图4所示，在该第一方向(Z方向)垂直于该基板即与X方向和y方向垂直时，扫描平台807还用于沿X方向驱动基板808，并且该扫描平台807还设置有两个第三方向位置传感器806和802，用于检测该扫描平台807移动时沿该χ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813、815、819和820。
具体而言,在图1所不的无掩模曝光系统中，基板517只在Y方向移动,无掩模光学引擎507、514在X方向移动；而在图4所示的无掩模曝光系统中，基板808在XY两个方向移动，Y方向依然是扫描方向。四个无掩模复合引擎813、815、819、820在基板808上组成了一个无掩膜光学引擎矩阵。该XY平台可以设在花岗岩基座801上，该基座被振动隔离器支撑(这里没有显示)。X和Y方向有两对编码器806、802、812、809。由于有一个2x2的无掩模光引擎矩阵，XY平台运动的长度只需要1/2Χ1/2基板的尺寸808。无掩模光学引擎 813、815、819、820被装载在带有一个Z轴基板808上或者一个单独的Z轴上。引擎813沿着线814扫描，引擎819沿着线817扫描。线818和816显示由两排引擎813,820和815、 819引起的重叠区域。
由于这个重叠区域位于和扫描方向垂直的方向，无掩模光学引擎的倾斜不会在扫描方向对两个相邻曝光区域之间的平滑起作用。一种方法可以是在线818、816之间使用灰阶曝光，但是该方法不适用于二元曝光。解决方法是在线818、816之间逐步降低第一个无掩模引擎813、820的光源输出并逐步增加第二个无掩模引擎815、819的光源输出。引擎813、820的扫描在Υ3线启动或者停止，当扫描速度从Υ2到Υ3降到O时，引擎818、816 停止。引擎815、819的扫描在YO线启动或者停止，当扫描速度从Yl到YO降到O时，引擎 815,819 停止。
图5示出了光强以及YO和Υ3之间的扫描速度变化。线902、903引擎813、820的光输出和位置关系图，线904、906所示为引擎815、819的光输出。同时曲线905所示为引擎813、820的速度，曲线901所示为引擎815、819的速度。
可选地，该无掩膜曝光`系统还包括参考标记平板，用于标识该光学引擎阵列的运动轨迹，该运动轨迹包括该光学引擎阵列中的每个光学引擎的起始标记、停止标记和扫描路线；该光学引擎阵列的每个光学引擎包括视觉系统，用于根据该参考标记平板中的运动轨迹校准该光学引擎与该基板的相对位置。
如图6所示，因为平台807在X和Y方向移动，参考标记不能和图1中的系统相同。 修正平台807的位置需要一个平板来显示无掩模复合引擎的整个运动轨迹。在图6中，交叉记号1001、1004是引擎813、820的起始或者停止位置。交叉标记1003、1006是引擎815、 819的起始或者停止记号。线1002是引擎813的扫描轨迹，线1005是引擎815的扫描轨迹，线1002和1005是完全相同的。线1010和1008是引擎820和819的扫描轨迹。长方形区域1007是有效曝光区域。
在本发明实施例中，如图7所示，可选地，该光学引擎阵列的每个光学引擎100包括
曝光光源101,对该光学引擎100提供曝光光束；
空间光调制器103，用于生成曝光图案；
成像转换系统105，用于将该曝光图案转换到该基板107，该成像转换系统105的其中一个成像共轭点位于该基板107的表面上。
应理解，在本发明实施例中，例如该曝光光源101提供UV光，以对涂有诸如光刻胶的光敏材料的基板107进行曝光。该光源系统101例如还可以包括光纤以及光准直匀化装置，曝光光源101发射的曝光光束通过光纤进入光准直匀化装置，以对曝光光束进行准直和/或均匀化处理。应理解，曝光光源可以仅包括单独的曝光光源，也可以包括输出光束已经经过准直和/或均匀化处理的曝光光源，本发明并不限于此。
具体而言，例如，无掩模光学引擎100包括带有光纤116的曝光光源101，光准直器和均光器102 ；102的输出光被镜面104反射到空间光调制器(SLM) 103，透镜105将SLM 103成像到基板107上。基板107的表面有光致抗蚀剂涂层。光准直器和均光器102为SLM 103提供了一束均匀光束，表面平板108用来支撑基板107。平板108在控制系统的控制下可以在XY方向移动。空间光调制器103产生需要的像素图案(像素掩模图案)。像素掩模图案可以在空间光调制器103上保留一段特定的时间并和平板108的运动同步。从空间光调制器103发出的光然后经过成像转换系统105。从成像转换系统105出来的光然后聚焦到基板107的表面上。基板107可以是IXD玻璃平板，PCB板，或者半导体晶片。然而，需要指出的是，很多不同基板可以从本发明中得益，包括进一步的例子，如非平坦基板。我们希望使用无掩模曝光系统在基板107上投射图案。系统中有Z轴方向的移动机制，用在无掩模光学引擎100的聚焦调节上。
在本发明实施例中，可选地，该曝光光源包括紫外光、红外光、可见光、电子束、离子束和X射线中的至少一种能量辐射。可选地，该成像转换系统包括将来自该空间光调制器的曝光图案转换到该基板上的成像透镜；或将来自该空间光调制器的每个象素的光聚焦为点阵列并转换到该基板上的点阵列成像系统；或将来自该空间光调制器的曝光图案划分成子图像阵列并转换到该基板上的子图像阵列成像系统。
S卩，该成像转换系统105包括将来自该空间光调制器103的曝光图案投影到基板 107上的成像透镜；即成像转换系统105采用直接成像法；可选地，该成像转换系统105包括将来自该空间光调制器103的每个象素的光聚焦为点阵列并成像到该基板107上的点阵列成像系统；即成像转换系统105采用点阵列法。可选地，该成像转换系统105包括将来自该空间光调制器103的曝光图案划分成子图像阵列并成像到该基板107上的子图像阵列成像系统；即成像转换系统105采用子图像阵列法。
应理解，在本发明实施例中，即光学引擎可以分别具有独立的曝光光源，或各光学引擎也可以共用曝光光源；曝光光源与校准光源可以单独设置，也可以整体设置，本发明实施例并不限于此。
应理解，在本发明实施例中，该光学引擎阵列包括的光学引擎还可以具体其它结构，例如本发明实施例中的光学引擎还可以采用US637986 7、US6473237、US6493867或 US7932993中所述的光学引擎，本发明实施例并不限于此。
在本发明实施例中，可选地，该视觉系统包括第一校准光源、第一分束装置和第一成像装置；其中，该第一校准光源具有对该基板上的光敏材料不敏感的光波长，该第一校 准光源发射的校准光束在透过该第一分束装置后，由该扫描平台或该基板反射回该第一分 束装置，并且经由该第一分束装置反射进入到该第一成像装置。
应理解，在本发明实施例中，术语“第一”、“第二”仅为了区分不同的器件，而不应 对器件的数量构成任何限定，并且“第一”和“第二”可以互换，本发明实施例并不限于此。
具体而言，例如，如图8所示，该视觉系统可以有以下几个部分组成摄像头203、 成像透镜204、校准光源201 (不会对基板107上的光敏材料曝光，如黄光或红光)、准直透 镜202和光分束器206，其中，准直透镜202用来聚集从光源201来的光，并通过一个光分 束器206照射到基板107上，该分束器206的反射率和透光率一般为50%和50%，从而使得 光可以从基板107反射回来，进入成像透镜204和摄像头203。因此，如果基板上有图案的 话，摄像头可以读入该图案。在这个例子中视觉系统用来读入标记，并且该视觉系统的光轴 205与无掩模光学系统的光轴106是不共轴的。如果无掩模光学系统的光轴106由于温度、 振动或者其它因素而有改动的话，视觉系统不能用来作在线实时检查。为了检查该光轴的 一致性，我们需要曝光测试并测量光轴205和106的位置。下面将结合图9和图10进行说 明。
如图9和图10所示，在本发明实施例中，可选地，该光学引擎包括第二分束装 置301，用于对经过该光学引擎100的入射光束进行分光；该视觉系统包括第二校准光源 201、202，第三分束装置206和第二成像装置203、204 ;其中，该第二校准光源201、202具有 对该基板上的光敏材料不敏感的光波长，该第二校准光源201、202发射的校准光束在分别 经由该第三分束装置206和该第二分束装置301反射后，分别由该扫描平台或该基板以及 该第二分束装置301反射回该第三分束装置206，并且再经由该第三分束装置206透射后进 入到该第二成像装置203、204。
具体而言，例如，如图9所示，在成像转换系统105的前面加入了光分束器301，其 目的是为了将视觉系统的光轴和无掩模光学系统的光轴106结合到一起。分束器301对于 从曝光光源101中发出的光来说几乎是透明的，对于从校准光源201发出的光来说是半反 射的。成像转换系统105需要根据光分束器301优化，从而得到更好的成像质量。
应理解，本发明实施例仅以第二校准光源包括校准光源201以及准直透镜202为 例进行说明，并且以第二成像装置包括图像透镜203和相机204为例进行说明，但本发明实 施例并不限于此，例如，第二校准光源可以仅包括校准光源201，第二成像装置也可以仅包 括相机204。
在本发明实施例中，可选地，该第二分束装置设置在该光学引擎和该基板之间，例 如，如图9所示，第二分束装置301设置在光学引擎100与基板107之间；可选地，在本发明 实施例中，该第二分束装置设置在该光学引擎的空间光调制器和该光学引擎的投影系统之 间，例如，如图10所示，第二分束装置301设置在光学引擎100的空间光调制器103和该光 学引擎的投影系统105之间。
在本发明实施例中，可选地，该参考标记平板固定在该扫描平台上与该基板同时 运动，该参考标记平板位于该基板的上方且位于该光学引擎阵列的下方；该参考标记平板 透射该光学引擎阵列的曝光光束，并反射该视觉系统的校准光束。
例如，如图11所示，参考标记平板1106是一块透明的玻璃平板，对曝光光源101是透明的，它通过连接件1101固定在XY平台1102上。该无掩模光学引擎产生曝光图案， 并投射到基板808的表面1103上。参考标记可以在表面1104或者1105上。这些标记对 于曝光光源101是透明的，但是会反射视觉系统的光201。所以视觉系统聚焦在标记的表 面上，而不是基板的表面1103上。这里的无掩模光学引擎可以被图8至图10中的光学引 擎所代替。有若干方法可以将视觉系统的焦平面设定在表面1103上。一种方法是在表面 1104或者1105上成参考标记的全息图，参考标记的虚像成在表面1103上。另一种简单的 方法是将参考标记成在表面1104上，表面1105镀上光线201的反射膜但是对曝光光线101 透光。所以表面1105可以当做表面1104上的参考标记的镜子。如果表面1104和1105之 间的距离等于表面1103和1105之间的距离，那么表面1104上的参考标记的虚像就成在表 面1103上。由于参考平板上的标记是非常精细的线或者点，大部分视觉系统的光201可以 经过表面1104且不降低成像质量，所以光线从表面1105反射到探测器203。
在本发明实施例中，可选地，该参考标记平板固定在该扫描平台上，且位于该光学 引擎阵列的上方。
例如，如图12所示，参考标记平板1204被放在无掩模复合引擎的顶部，视觉系统 也聚焦在顶部而不是基板表面1202。参考标记平板1204通过连接件1203连接到平台1201 上。这些标记可能对光源101和102不透明。共轴无掩模复合引擎不适用于这个例子。
在本发明实施例中，可选地，该参考标记平板固定在该扫描平台上与该基板同时 运动，且位于该基板的下方，该基板透射该视觉系统的校准光束。
例如，如图13所示，参考标记平板1303位于基板的下方，视觉系统通过基板表面 1302聚焦到参考标记上。参考标记平板1204和平台1301直接相连。在这个例子中，基板 必须对于光源201透明。
因此，本发明实施例的无掩膜曝光系统，通过采用无掩膜的光学引擎阵列，并通过 检测扫描平台的位置信息以确保光学引擎阵列中的各光学引擎同步，能够显著减小大面积 曝光时各扫描平台的扫描距离和扫描时间，由此在大面积曝光时一方面能够显著提高生产 率、降低生产成本，另一方面能够提高曝光质量。
图14示出了根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的示意性框图。如图14所示， 计算机系统获取视觉系统及位置传感器的信息，用于控制系统进行平台的运动控制，并用 于生成图像数据；数据生成板在计算机系统的控制下生成图像数据，由SLM驱动器驱动光 学引擎包括的SLM产生与图像数据相应的图像，并经过自动聚焦系统成像在基板上；另一 方面，控制系统控制平台控制系统驱动XYZ平台，以使得基板的运动与图像的生成与成像 同步。
图15示出了根据本发明实施例的无掩膜曝光方法的示意性流程图。如图15所 示，无掩膜曝光开始时，将平台移动到起始位置并开始扫描，并通过检测位置误差和线性编 码器位置，使得光学引擎阵列包括的各光学引擎对准并且同步，在对系统位置进行校正后 各光学引擎生成新图案并发送到SLM，系统在进行位置检查后进行图像的转换。如果图像 转换没有完成，则增加曝光光强，重新进行位置误差和线性编码器位置的检测等后续流程； 如果图像转换完成，则检测位置误差和线性编码器位置、校正位置、生成新图案、发送到SLM 并检查位置，如果扫描停止则整个曝光流程结束；如果扫描没有完成则继续进行位置误差 和线性编码器位置的检测等后续流程；如果扫描已经完成，则在减小曝光光强后继续进行位置误差和线性编码器位置的检测等后续流程。
图16示出了根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的示意性透视图。如图16所 示，该系统包括在XYZ平台上的4个无掩模复合引擎1614，1613，1612，1611。每个引擎可 以有一个单独的Z平台，用于自聚焦。基板1605不在基座平板1604上移动。这些引擎 1614，1613，1612，1611相对于基板1605进行扫描。梁1606在Y方向通过两个带有直线编码 器1601，1609的直线电动机1603，1607驱动，并被设置在直线导轨1602，1608上。梁1606 上有两个位置传感器1615，1610上，用来探测相对于图5中所示的参考线的位置误差。参 考标记被固定在基座平板1604上。
图17是图16中所示的根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的示意性俯视图。在 图17中，基板1605不在系统中移动。轨迹1701显示引擎1614的扫描路径，其他引擎的扫 描路径和这条相似。
图18示出了根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的另一示意性透视图。如图18 所示，4x4的无掩模复合引擎1805被装载在花岗岩平板1804上。参考标记平板被放在图 11所示的XY平台1802上并带有部件1801。
图19是图18中所示的根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的示意性前视图，如 图19所示，标记平板1803在矩阵引擎和基板之间，使得引擎1805的视觉系统聚焦在标记 平板上，该标记平板位于XY平台1802上；
图20是图18中所示的根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的示意性俯视图，如 图20所示，矩形2002、2005、2007所示分别为引擎2003、1805、2006的扫描区域。轨迹2004 所示为引擎1805的扫描路径。由于是4x4的无掩模引擎的矩阵，所以每个引擎只要在基板 上曝光I/(4x4)的区域。XY平台只需要基板尺寸1/4 X和1/4 Y的移动长度。
图21示出了根据本发明实施例的无掩膜曝光系统的再一示意性透视图。如图21 所示，该系统包括10x10的无掩模引擎1805矩阵。平台2105设置在花岗岩基座2104上， 并在X，Y方向上移动。平台2015的XY位置通过激光干涉仪2102，2101测量。基板2103 的尺寸可以达到3mx3m，并且应该使用自动机制加载和卸载。XY平台2105只需要移动基板 尺寸的1/10，也就是说这里是300mm。这是一个很大的优势,可以节约超大FPD尺寸曝光系 统的平台成本和系统成本。参考标记平板可以是在矩阵引擎的顶部或者在基板2103的上 方。
因此，本发明实施例的无掩膜曝光系统，通过采用无掩膜的光学引擎阵列，并通过 检测扫描平台的位置信息以确保光学引擎阵列中的各光学引擎同步，能够显著减小大面积 曝光时各扫描平台的扫描距离和扫描时间，由此在大面积曝光时一方面能够显著提高生产 率、降低生产成本，另一方面能够提高曝光质量。
本发明实施例还提供了一种无掩膜曝光系统，该无掩膜曝光系统包括根据本发 明实施例的第一无掩膜曝光系统，设置在基板的上方；根据本发明实施例的第二无掩膜曝 光系统，设置在该基板的下方，其中该第一无掩膜曝光系统或该第二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。
应理解，在本发明实施例中，术语“第一”、“第二”仅为了区分不同的器件，而不应 对器件的数量构成任何限定，例如，第一无掩膜曝光系统可以包括一个或多个无掩膜曝光 系统；并且“第一”和“第二”可以互换，本发明实施例并不限于此。
因此，本发明实施例的无掩膜曝光系统，通过采用无掩膜的光学引擎阵列，并通过 检测扫描平台的位置信息以确保光学引擎阵列中的各光学引擎同步，能够显著减小大面积 曝光时各扫描平台的扫描距离和扫描时间，由此在大面积曝光时一方面能够显著提高生产 率、降低生产成本，另一方面能够提高曝光质量。
在本发明实施例中,可选地,在该第一方向和该第二方向平行于该基板时，该第一 无掩膜曝光系统或该第二无掩膜曝光系统还包括至少两个第一方向位置参考系统，分别 沿该扫描平台的与该第二方向平行的两边缘设置；其中，该扫描平台或该基板上设置有与 该第二方向平行的至少两条参考基线，该至少两条参考基线位于该至少两个第一方向位置 参考系统的下方；并且该至少两个第一方向位置参考系统用于在该扫描平台移动时，检测 该光学引擎阵列相对于该基板在该第一方向上的位置误差。
在本发明实施例中，可选地，该扫描平台或该基板上设置有起始标记，用于标识该 光学引擎阵列包括的每个光学引擎的起始扫描位置；其中，该光学引擎阵列的每个光学引 擎包括视觉系统，用于根据该起始标记校准该光学引擎与该基板的相对位置。
在本发明实施例中，可选地，该光学引擎阵列的每个光学引擎包括对焦装置，用于 沿与该基板垂直的方向驱动该光学引擎，以使得该光学引擎输出的曝光图案成像在该基板 的表面上。
在本发明实施例中，可选地，在该第一方向垂直于该基板时，该扫描平台还用于驱 动该基板沿着第三方向移动，该第三方向与该第二方向垂直，且该第三方向平行于该基板； 该扫描平台还设置有至少一个第三方向位置传感器，用于检测该扫描平台移动时沿该第三 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。
在本发明实施例中，可选地，该第一无掩膜曝光系统或该第二无掩膜曝光系统还 包括参考标记平板，用于标识该光学引擎阵列的运动轨迹，该运动轨迹包括该光学引擎阵 列中的每个光学引擎的起始标记、停止标记和扫描路线；该光学引擎阵列的每个光学引擎 包括视觉系统，用于根据该参考标记平板中的运动轨迹校准该光学引擎与该基板的相对位置。
在本发明实施例中，可选地，该参考标记平板固定在该扫描平台上与该基板同时 运动，该参考标记平板位于该基板的上方且位于该光学引擎阵列的下方；该参考标记平板 透射该光学引擎阵列的曝光光束，并反射该视觉系统的校准光束。可选地，在本发明实施 例中，可选地，该参考标记平板固定在该扫描平台上与该基板同时运动，且位于该基板的下 方，该基板透射该视觉系统的校准光束。可选地，该参考标记平板固定在该扫描平台上，且 位于该光学引擎阵列的上方。
在本发明实施例中，可选地，该视觉系统包括第一校准光源、第一分束装置和第一成像装置；其中，该第一校准光源具有对该基板上的光敏材料不敏感的光波长，该第一校 准光源发射的校准光束在透过该第一分束装置后，由该扫描平台或该基板反射回该第一分 束装置，并且经由该第一分束装置反射进入到该第一成像装置。
在本发明实施例中，可选地，该光学引擎包括第二分束装置，用于对经过该光学 引擎的入射光束进行分光；该视觉系统包括第二校准光源、第三分束装置和第二成像装 置；其中，该第二校准光源具有对该基板上的光敏材料不敏感的光波长，该第二校准光源发 射的校准光束在分别经由该第三分束装置和该第二分束装置反射后，分别由该扫描平台或 该基板以及该第二分束装置反射回该第三分束装置，并且再经由该第三分束装置透射后进 入到该第二成像装置。
在本发明实施例中，可选地，该第二分束装置设置在该光学引擎和该基板之间；或 该第二分束装置设置在该光学引擎的空间光调制器和该光学引擎的投影系统之间。
在本发明实施例中，可选地，该光学引擎阵列的每个光学引擎包括曝光光源，对 该光学引擎提供曝光光束；空间光调制器，用于生成曝光图案；成像转换系统，用于将该曝 光图案转换到该基板，该成像转换系统的其中一个成像共轭点位于该基板的表面上。可选 地，该曝光光源包括紫外光、红外光、可见光、电子束、离子束和X射线中的至少一种能量辐 射。可选地，该成像转换系统包括将来自该空间光调制器的曝光图案转换到该基板上的成 像透镜；或将来自该空间光调制器的每个象素的光聚焦为点阵列并转换到该基板上的点阵 列成像系统；或将来自该空间光调制器的曝光图案划分成子图像阵列并转换到该基板上的 子图像阵列成像系统。
因此，本发明实施例的无掩膜曝光系统，通过采用无掩膜的光学引擎阵列，并通过 检测扫描平台的位置信息以确保光学引擎阵列中的各光学引擎同步，能够显著减小大面积 曝光时各扫描平台的扫描距离和扫描时间，由此在大面积曝光时一方面能够显著提高生产 率、降低生产成本，另一方面能够提高曝光质量。
本发明实施例还提供了一种无掩膜曝光方法，该无掩膜曝光方法包括
生成步骤，使用根据本发明实施例的无掩膜曝光系统，生成预定的曝光图案；
曝光步骤，使用根据本发明实施例的曝光系统，将该预定的曝光图案转换到感光 性基板的表面。
应理解，根据本发明实施例的无掩膜曝光方法所采用的无掩膜曝光系统与上述实 施例中的无掩膜曝光系统相应，为了简洁，在此不再赘述。
因此，本发明实施例的无掩膜曝光方法，通过采用无掩膜的光学引擎阵列，并通过 检测扫描平台的位置信息以确保光学引擎阵列中的各光学引擎同步，能够显著减小大面积 曝光时各扫描平台的扫描距离和扫描时间，由此在大面积曝光时一方面能够显著提高生产 率、降低生产成本，另一方面能够提高曝光质量。
本发明实施例还提供了一种元件的制造方法，该制造方法包括
生成步骤，使用根据本发明实施例的无掩膜曝光系统，生成预定的曝光图案；
曝光步骤，使用根据本发明实施例的无掩膜曝光系统，将该预定的曝光图案转换 到感光性基板的表面；
显影步骤，对该曝光步骤所曝光的该感光性基板进行显影。
应理解，根据本发明实施例的元件的制造方法所采用的无掩膜曝光系统与上述实施例中的无掩膜曝光系统相应，为了简洁，在此不再赘述。
因此，本发明实施例的元件的制造方法，通过采用无掩膜的光学引擎阵列，并通过 检测扫描平台的位置信息以确保光学引擎阵列中的各光学引擎同步，能够显著减小大面积 曝光时各扫描平台的扫描距离和扫描时间，由此在大面积曝光时一方面能够显著提高生产 率、降低生产成本，另一方面能够提高曝光质量。
本发明实施例还提供了一种图像扫描方法，该图像扫描方法包括
使用根据本发明实施例的无掩膜曝光系统，将该无掩膜曝光系统的空间光调制器 生成的曝光图案转换成图像传感器采集的图像。
应理解，根据本发明实施例的图像扫描方法所采用的无掩膜曝光系统与上述实施 例中的无掩膜曝光系统相应，为了简洁，在此不再赘述。
因此，本发明实施例的图像扫描方法，通过采用无掩膜的光学引擎阵列，并通过检 测扫描平台的位置信息以确保光学引擎阵列中的各光学引擎同步，能够显著减小大面积曝 光时各扫描平台的扫描距离和扫描时间，由此在大面积曝光时一方面能够显著提高生产 率、降低生产成本，另一方面能够提高曝光质量。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单 元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件 和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这 些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专 业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不 应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系 统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以 通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的 划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件 可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨 论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合 或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显 示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个 网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案 的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以 是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的 单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用 时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质 上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形 式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的 全部或部分步骤。而前述的存储介质包括U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM, Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程 序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替 换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利 要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种无掩膜曝光系统，其特征在于，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所述曝光图案转换到所述基板上； 平移装置，用于驱动所述光学引擎阵列沿着第一方向平移； 扫描平台，固定在所述无掩膜曝光系统的基座上，用于承载所述基板并驱动所述基板沿着第二方向移动，所述第二方向与所述第一方向垂直； 运动控制及数据处理系统，用于控制所述平移装置和所述扫描平台的运动，并处理曝光图案数据，以便于所述光学引擎阵列生成所述曝光图案； 其中，所述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 ;所述扫描平台还设置有至少一个第二方向位置传感器，用于检测所述扫描平台移动时沿所述第二方向的位置信息，以同步所述光学引擎阵列包括的各光学引擎。
2.根据权利要求1所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，在所述第一方向和所述第二方向平行于所述基板时，所述无掩膜曝光系统还包括 至少两个第一方向位置参考系统，分别沿所述扫描平台的与所述第二方向平行的两边缘设置； 其中，所述扫描平台或所述基板上设置有与所述第二方向平行的至少两条参考基线，所述至少两条参考基线位于所述至少两个第一方向位置参考系统的下方；并且所述至少两个第一方向位置参考系统用于在所述扫描平台移动时，检测所述光学引擎阵列相对于所述基板在所述第一方向上的位置误差。
3.根据权利要求2所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述扫描平台或所述基板上设置有起始标记，用于标识所述光学引擎阵列包括的每个光学引擎的起始扫描位置；其中，所述光学引擎阵列的每个光学引擎包括视觉系统，用于根据所述起始标记校准所述光学引擎与所述基板的相对位置。
4.根据权利要求2所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述光学引擎阵列的每个光学引擎包括对焦装置，用于沿与所述基板垂直的方向驱动所述光学引擎，以使得所述光学引擎输出的曝光图案成像在所述基板的表面上。
5.根据权利要求1所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，在所述第一方向垂直于所述基板时，所述扫描平台还用于驱动所述基板沿着第三方向移动，所述第三方向与所述第二方向垂直，且所述第三方向平行于所述基板； 所述扫描平台还设置有至少一个第三方向位置传感器，用于检测所述扫描平台移动时沿所述第三方向的位置信息，以同步所述光学引擎阵列包括的各光学引擎。
6.根据权利要求1所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述无掩膜曝光系统还包括 参考标记平板，用于标识所述光学引擎阵列的运动轨迹，所述运动轨迹包括所述光学引擎阵列中的每个光学引擎的起始标记、停止标记和扫描路线； 所述光学引擎阵列的每个光学引擎包括视觉系统，用于根据所述参考标记平板中的运动轨迹校准所述光学引擎与所述基板的相对位置。
7.根据权利要求6所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述参考标记平板固定在所述扫描平台上与所述基板同时运动，所述参考标记平板位于所述基板的上方且位于所述光学引擎阵列的下方；所述参考标记平板透射所述光学引擎阵列的曝光光束，并反射所述视觉系统的校准光束。
8.根据权利要求6所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述参考标记平板固定在所述扫描平台上与所述基板同时运动，且位于所述基板的下方，所述基板透射所述视觉系统的校准光束。
9.根据权利要求6所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述参考标记平板固定在所述扫描平台上，且位于所述光学引擎阵列的上方。
10.根据权利要求3、4、6、7、8或9所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述视觉系统包括 第一校准光源、第一分束装置和第一成像装置； 其中，所述第一校准光源具有对所述基板上的光敏材料不敏感的光波长，所述第一校准光源发射的校准光束在透过所述第一分束装置后，由所述扫描平台或所述基板反射回所述第一分束装置，并且经由所述第一分束装置反射进入到所述第一成像装置。
11.根据权利要求3、4、6、7或8所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述光学引擎包括 第二分束装置，用于对经过所述光学引擎的入射光束进行分光； 所述视觉系统包括 第二校准光源、第三分束装置和第二成像装置； 其中，所述第二校准光源具有对所述基板上的光敏材料不敏感的光波长，所述第二校准光源发射的校准光束在分别经由所述第三分束装置和所述第二分束装置反射后，分别由所述扫描平台或所述基板以及所述第二分束装置反射回所述第三分束装置，并且再经由所述第三分束装置透射后进入到所述第二成像装置。
12.根据权利要求11所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述第二分束装置设置在所述光学引擎和所述基板之间；或 所述第二分束装置设置在所述光学引擎的空间光调制器和所述光学引擎的投影系统之间。
13.根据权利要求1至9中任一项所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述光学引擎阵列的每个光学引擎包括 曝光光源，对所述光学引擎提供曝光光束； 空间光调制器，用于生成曝光图案； 成像转换系统，用于将所述曝光图案转换到所述基板，所述成像转换系统的其中一个成像共轭点位于所述基板的表面上。
14.根据权利要求13所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述曝光光源包括紫外光、红外光、可见光、电子束、离子束和X射线中的至少一种能量辐射。
15.根据权利要求13所述的无掩膜曝光系统，其特征在于，所述成像转换系统包括 将来自所述空间光调制器的曝光图案转换到所述基板上的成像透镜；或 将来自所述空间光调制器的每个象素的光聚焦为点阵列并转换到所述基板上的点阵列成像系统；或 将来自所述空间光调制器的曝光图案划分成子图像阵列并转换到所述基板上的子图像阵列成像系统。
16.—种无掩膜曝光系统,其特征在于,包括 根据权利要求1至15中任一项所述的第一无掩膜曝光系统，设置在基板的上方； 根据权利要求1至15中任一项所述的第二无掩膜曝光系统，设置在所述基板的下方。
17.—种无掩膜曝光方法,其特征在于,包括 生成步骤，使用根据权利要求1至16中任一项所述的无掩膜曝光系统，生成预定的曝光图案； 曝光步骤，使用根据权利要求1至16中任一项所述的曝光系统，将所述预定的曝光图案转换到感光性基板的表面。
18.—种元件的制造方法，其特征在于，包括 生成步骤，使用根据权利要求1至16中任一项所述的无掩膜曝光系统，生成预定的曝光图案； 曝光步骤，使用根据权利要求1至14中任一项所述的无掩膜曝光系统，将所述预定的曝光图案转换到感光性基板的表面； 显影步骤，对所述曝光步骤所曝光的所述感光性基板进行显影。
19.一种图像扫描方法,其特征在于,包括 使用根据权利要求1至16中任一项所述的无掩膜曝光系统，将所述无掩膜曝光系统的空间光调制器生成的曝光图案转换成图像传感器采集的图像。
全文摘要
本发明公开了一种无掩膜曝光系统和方法。该系统包括光学引擎阵列；平移装置，用于驱动光学引擎阵列沿着第一方向平移；扫描平台，用于承载基板并驱动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，用于控制平移装置和扫描平台的运动，并处理曝光图案数据；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。本发明实施例的无掩膜曝光系统和方法，能够实现大面积曝光并对准，从而能够提高生产率和曝光质量。
文档编号G03F7/20GK103048885SQ201210363540
公开日2013年4月17日 申请日期2012年9月26日 优先权日2011年10月11日
发明者梅文辉, 杜卫冲, 曲鲁杰 申请人:中山新诺科技有限公司