Qu’est-ce qu’un système de lithographie à écran plat ?
Les systèmes de lithographie à écran plat (FPD) exposent la lumière à un photomasque, qui est la plaque originale sur laquelle le motif du circuit du transistor à couche mince (TFT) doit être formé sur un substrat en verre, dans la fabrication d’écrans à cristaux liquides, d’écrans EL organiques, etc, Le système expose le schéma du circuit du TFT sur la résine photosensible enduite sur le substrat en verre.
La technologie des systèmes de lithographie à écran plat est basée sur la technologie de photolithographie utilisée dans la fabrication des semi-conducteurs, mais contrairement à la technologie d’exposition utilisée dans la fabrication des semi-conducteurs, une nouvelle technologie est nécessaire, telle que l’exposition multiple répétée, parce que la taille d’un côté d’une puce semi-conductrice est d’environ 1 cm, alors qu’une puce à écran plat peut mesurer plusieurs mètres de long.
De plus, le nombre de circuits TFT doit être augmenté proportionnellement au nombre de pixels pour obtenir une meilleure résolution. Par exemple, un écran LCD 4K de plus de 8 millions de pixels nécessite la formation de plus de 24 millions de circuits TFT (8 millions x RGB (trois filtres de couleur rouge, vert et bleu)), tandis qu’une OLED nécessite la formation de plusieurs fois ce nombre de circuits TFT.
Utilisations des systèmes de lithographie à écran plat
Les systèmes de lithographie à écran plat sont utilisés dans la fabrication de divers types d’écrans à cristaux liquides. Les écrans à cristaux liquides (LCD) sont actuellement le type de FPD le plus courant et sont utilisés dans une large gamme d’écrans, depuis les appareils mobiles tels que les smartphones jusqu’au traitement de l’information, en passant par les applications embarquées, aéronautiques et médicales.
Outre les écrans à cristaux liquides, il existe plusieurs autres types d’écrans à cristaux liquides, notamment les écrans PDP, les écrans EL organiques, les écrans EL inorganiques et les tubes d’affichage fluorescents (VFD).
Le mécanisme commun à ces différents types de FPD est la fonction de contrôle des pixels individuels pour afficher les images dans leur ensemble, et le rôle des systèmes de lithographie à écran plat FPD est de former les TFT qui contrôlent ces pixels à l’aide de la technologie d’exposition.
Principe des systèmes de lithographie à écran plat
Les systèmes de lithographie à écran plat comprennent une source de lumière, des systèmes optiques tels que des lentilles et une platine sur laquelle est placé le substrat.
La lumière UV provenant de lampes à mercure à très haute pression est principalement utilisée comme source de lumière, mais la longueur d’onde de la lumière UV devient plus courte à mesure que les circuits TFT deviennent plus fins.
Le système optique contrôle la position et la mise au point du masque photographique et de l’objectif. Comme les circuits TFT de l’ordre du nm doivent être formés avec précision pour obtenir une résolution plus élevée, le système ne se contente pas d’irradier la lumière avec une grande précision, il mesure également la distorsion et la position du photomasque et de la surface du verre mère, et compense cette distorsion et cette position en contrôlant le système optique et la platine.
Types de systèmes de lithographie à écran plat
Systèmes pas à pas et scanners
Il existe deux principaux types de systèmes de lithographie à écran plat : les systèmes de type “stepper” et les systèmes de type “scanner”.
Dans la méthode stepper, toute la surface du photomasque est irradiée en une seule fois, exposant le substrat de verre cible, avant de passer au substrat de verre suivant. Cette méthode permet de traiter un ou plusieurs substrats en verre, par exemple 2 x 2 substrats en verre à la fois, mais elle présente les inconvénients suivants : il est difficile d’obtenir des tailles plus grandes et la résolution globale est plus faible car elle se concentre sur le centre du substrat en verre. C’est pourquoi cette méthode est utilisée pour les petits écrans LCD, etc., mais elle présente l’avantage de maintenir les coûts d’équipement à un niveau peu élevé.
Dans la méthode du scanner, la source de lumière est réduite et irradiée sur une partie du photomasque, et toute la surface du photomasque est exposée lors du balayage de la position irradiée. Cette méthode présente l’avantage de permettre la fabrication de substrats en verre de grande taille et d’augmenter la résolution car seule la lumière provenant du centre est utilisée, mais elle présente l’inconvénient de nécessiter du temps pour balayer toute la surface et de coûter cher en équipement.
Actuellement, la méthode du scanner est la plus répandue en raison de la nécessité d’obtenir des tailles plus grandes et une résolution plus élevée.
Autres technologies
Les systèmes à lentilles multiples sont une technologie disponible pour les substrats plus grands. Cette technologie élargit la zone d’exposition en utilisant plusieurs lentilles côte à côte et s’applique à la fois aux steppers et aux scanners.
La technologie d’exposition conventionnelle utilisant des masques photographiques convient à la production de masse, mais le coût et le temps nécessaires à la création de masques photographiques sont des inconvénients pour le prototypage et la production de faibles volumes et de mélanges importants. C’est pourquoi des technologies d’exposition sans masque qui n’utilisent pas de masques photos sont en cours de développement. Cette technologie utilise un DMD (Digital Micromirror Device) fabriqué à l’aide de la technologie MEMS (Micro Electromechanical System) pour irradier le substrat en commutant plusieurs centaines de milliers de faisceaux individuellement à très grande vitesse. Cela permet de réduire le temps et le coût du prototypage et de la production à faible volume et à mélange élevé.