CN109075185B - 微led阵列作为照射源 - Google Patents

Abstract

本公开内容的实施方式一般涉及用于执行光刻工艺的设备和系统。更具体地，提供用于将图像投影到基板上的紧凑照射工具。在一个实施方式中，一种照射工具包括微LED阵列，所述微LED阵列包括一个或多个微LED。每个微LED产生至少一个光束。所述照射工具还包括：分束器，与所述微LED阵列相邻；一个或多个耐火透镜部件，与所述分束器相邻；和投影透镜，与所述一个或多个耐火透镜部件相邻。安装板有利地提供具有多个照射工具的系统中的紧凑对准，所述照射工具中的每个是可容易地移除和替换的。

Description

微LED阵列作为照射源

技术领域

本公开内容的实施方式一般涉及用于处理一个或多个基板的设备和系统，并且更具体地涉及用于执行光刻工艺的设备。

背景技术

光刻广泛地用于半导体装置和显示装置(诸如液晶显示器(LCD))的制造。通常利用大面积基板进行LCD的制造。LCD、或是平板常常用于有源矩阵显示器，诸如计算机、触摸面板装置、个人数字助理(PDA)、手机、电视机监视器等。一般，平板可以包括液晶材料层以形成夹在两个板之间的像素。当来自电源的功率施加在液晶材料上时，可以在像素位置处控制通过液晶材料的光量，使得能够生成图像。

显微光刻技术一般用来产生被结合为形成像素的液晶材料层的部分的电特征。根据此技术，光敏光刻胶典型地涂覆到基板的至少一个表面。接着，图案发生器用光曝光光敏光刻胶的选定区域作为图案的部分以导致选择区域中的光刻胶的化学改变，从而使这些选择区域准备好进行后续材料去除和/或材料添加工艺以产生电特征。

为了继续向消费者提供呈消费者需求的价格的显示装置和其它装置，需要新设备和方法以在基板(诸如大面积基板)上精确且成本有效地形成图案。

发明内容

本公开内容的实施方式一般涉及用于执行光刻工艺的设备和系统。更具体地，提供用于将图像投影到基板上的紧凑设备。在一个实施方式中，公开一种照射工具。所述照射工具包括微LED阵列，所述微LED阵列具有一个或多个微LED，其中每个微LED产生至少一个光束。所述照射工具还包括：分束器，与所述微LED阵列相邻；一个或多个耐火透镜部件，与所述分束器相邻；和投影透镜，与所述一个或多个耐火透镜相邻。

在另一个实施方式中，公开一种照射工具。所述照射工具包括微LED阵列。所述微LED阵列包括一个或多个微LED，其中每个微LED产生至少一个光束。所述照射工具还包括：分束器，与所述微LED阵列相邻；一个或多个耐火透镜部件，与所述分束器相邻；投影透镜，与所述一个或多个耐火透镜相邻；和失真补偿器，设置在所述投影透镜与所述分束器之间。

在另一个实施方式中，公开一种照射工具系统。所述照射工具系统包括：两个或更多个台架，所述两个或更多个台架被配置为保持一个或多个基板；和多个照射工具，用于将一个或多个基板图案化。每个照射工具包括微LED阵列。所述微LED阵列包括一个或多个微LED，其中每个微LED产生至少一个光束。每个照射工具还包括：分束器，与所述微LED阵列相邻；一个或多个耐火透镜部件，与所述分束器相邻；和投影透镜，与所述一个或多个耐火透镜相邻。

附图说明

为了可详细地理解本公开内容的上述特征所用方式，上文简要地概述的本公开内容的更特定的描述可以参考实施方式进行，实施方式中的一些示出在随附附图中。然而，将注意，随附附图仅示出了本公开内容的典型实施方式，并且因此不应视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可允许其它等效实施方式。

图1是可受益于本文公开的实施方式的系统的透视图。

图2是根据一个实施方式的照射工具的示意性透视图。

图3是根据一个实施方式的照射工具的透视图。

图4是根据一个实施方式的光继电器的横截面图。

图5是根据一个实施方式的聚焦感测机构的示意图。

图6是根据一个实施方式的微LED阵列的示意图。

为了促进理解，已尽可能使用相同的元件符号指定各图共有的相同元件。另外，一个实施方式中的要素可有利地适于用于本文所述的其它实施方式。

具体实施方式

本公开的实施方式一般涉及用于执行光刻工艺的设备和系统。更具体地，提供用于将图像投影到基板上的紧凑照射工具。在一个实施方式中，一种照射工具包括微LED阵列，所述微LED阵列包括一个或多个微LED。每个微LED产生至少一个光束。所述照射工具还包括：分束器，与所述微LED阵列相邻；一个或多个耐火透镜部件，与所述分束器相邻；和投影透镜，与所述一个或多个耐火透镜部件相邻。安装板有利地提供具有多个照射工具的系统中的紧凑对准，所述照射工具中的每个是可容易地移除和替换的。

图1是可受益于本文公开的实施方式的系统100的透视图。系统100包括基架110、板件120、两个或更多个台架130和处理设备160。基架110可以搁置在制造设施的地板上，并且可以支撑板件120。被动式空气隔离器112可以定位在基架110与板件120之间。板件120可以是整块的花岗岩，并且两个或更多个台架130可以设置在板件120上。基板140可以由两个或更多个台架130中的每个支撑。可以在台架130中形成多个孔洞(未示出)以允许多个升降杆(未示出)从中延伸穿过。升降杆可以上升到延伸位置以接收基板140，诸如从一个或多个传送机器人(未示出)接收。一个或多个传送机器人可以用于从两个或更多个台架130装载和卸载基板140。

基板140可以例如由玻璃制成，并且用作为平板显示器的部分。在一个实施方式中，基板140可以包含石英。基板140可以由其它材料制成。在一些实施方式中，基板140上形成有光刻胶层。光刻胶是对辐射敏感的，并且可以是正性光刻胶或负性光刻胶，这意味着，在将图案写入光刻胶之后，光刻胶暴露于辐射的部分将分别可溶或不可溶于施加到光刻胶的光刻胶显影剂。光刻胶的化学组成确定光刻胶是正性光刻胶还是负性光刻胶。例如，光刻胶可以包含重氮萘醌、酚醛树脂、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基戊二酰亚胺)和SU-8中的至少一种。以此方式，可以在基板140的表面上形成图案以形成电子电路。

系统100可进一步包括支撑件122对和轨道124对。可以将支撑件122对设置在板件120上，并且板件120和支撑件122对可以是整块材料。轨道124对可以由支撑件122对支撑，并且两个或更多个台架130可以在X方向上沿着轨道124移动。在一个实施方式中，轨道124对是一对平行磁性通道。如图所示，轨道124对中的每个轨道124是直线的。在其它实施方式中，轨道124可以具有非直线的形状。编码器126可耦接到每个台架130，以便将位置信息提供到控制器(未示出)。

处理设备160可以包括支撑件162和处理单元164。支撑件162可以设置在板件120上，并且支撑件可以包括供两个或更多个台架130通过处理单元164下方的开口166。处理单元164可以由支撑件162支撑。在一个实施方式中，处理单元164是图案发生器，被配置为在光刻工艺中曝光光刻胶。在一些实施方式中，图案发生器可以被配置为执行无掩模光刻工艺。处理单元164可以包括多个照射工具(图2-3中所示)。在一个实施方式中，处理单元64可以含有84个照射工具。每个照射工具设置在壳体165中。处理设备160可以用来执行无掩模直接图案化。在操作期间，两个或更多个台架130中的一个在X方向上从装载位置(如图1所示)移动到处理位置。处理位置可以是指台架130在台架130通过处理单元164下方时的一个或多个位置。在操作期间，两个或更多个台架130可以由多个空气轴承202(未示出)升降，并且可以沿着轨道124对从装载位置移动到处理位置。多个竖直导向空气轴承(未示出)可以耦接到每个台架130并且定位成与每个支撑件122的内壁128相邻，以便稳定台架130的移动。两个或更多个台架130中的每个还可以通过沿着轨道150移动来在Y方向上移动，以对基板140进行处理和/或转位。两个或更多个台架130中的每个能够进行独立操作，并且可以在一个方向上扫描基板140且在另一个方向上步进。在一些实施方式中，当两个或更多个台架130中的一个正在扫描基板140时，两个或更多个台架130中的另一个正在卸载被曝光的基板并装载下一个要曝光的基板。

计量系统实时测量两个或更多个台架130中的每个的X和Y横向位置坐标，使得多个图像投影设备中的每个可以准确地定位正被写入光刻胶覆盖的基板中的图案。计量系统还提供两个或更多个台架130中的每个关于竖直轴线或Z轴的角位置的实时测量。角位置测量可以用于通过伺服机构在扫描期间保持在角位置恒定，或它可以用于对图像投影设备390在基板140上写入的图案的位置施加校正。这些技术可以组合使用。

图2是根据一个实施方式的照射工具系统270的示意性透视图。照射工具系统270可包括微发光二极管(微LED)阵列280、聚焦传感器284、投影透镜286和相机272。微LED阵列280、聚焦传感器284、投影透镜286和相机272可以是照射工具390(图3中所示)的一部分。微LED阵列280包括一个或多个微LED，其中每个微LED产生至少一个光束。微LED的数量可对应于投影图像的分辨率。在一个实施方式中，微LED阵列280包括1920×1080个微LED，这代表了高清电视机的像素数量。微LED阵列280有利地可以用作能够产生具有预定波长的光的光源。在一个实施方式中，预定波长在蓝色或近紫外(UV)范围内，诸如小于约450nm。投影透镜286可以是10×物镜。

在操作期间，具有预定波长(诸如在蓝色范围内的波长)的光束273由微LED阵列280产生。微LED阵列280包括可单独地控制的多个微LED，并且基于控制器(未示出)提供到微LED阵列280的掩模数据，微LED阵列280的多个微LED中的每个微LED可以处于“打开”位置或“关闭”位置。处于“打开”位置的微LED产生到投影透镜286的光束273，即，形成多个写入光束273。接着，投影透镜286将白色束273投影到基板140。在“关闭”位置的微LED不产生光。在另一个实施方式中，在“关闭”位置的微LED可以产生光束，光束被引导到集光器(lightdump)282而不是基板140。因此，在一个实施方式中，照射工具含有集光器282。

图3是根据一个实施方式的照射工具390的透视图。照射工具390用于将光聚焦到基板140的竖直平面上的某个点并最终地将图像投影到基板140上。吞吐量是任何光刻系统的非常重要的参数。为了实现高吞吐量，每个照射工具390可以被设计成在至少一个方向上尽可能窄，使得许多照射工具390可以在基板140的宽度上被封装在一起。因此，微LED阵列280提供光源和对要投影的图像的独立控制。照射工具可包括微LED阵列280、分束器395、一个或多个投影光学器件396a、396b、失真补偿器397、聚焦电机398和投影透镜286。投影透镜286包括聚焦组286a和窗286b。

在一个实施方式中，从微LED阵列280产生的光可以被引导到光级传感器393，使得可以监视光级。根据来自光级传感器393的反馈，从微LED阵列280中的多个微LED产生的光化且宽带的光源可以彼此独立地打开和关闭。在一个实施方式中，光级传感器耦接到分束器395。

分束器395用于进一步提取光以进行对准。更具体地，分束器395用于将光分成两个或更多个单独的束。分束器395耦接到一个或多个投影光学器件396。图3中示出了两个投影光学器件296a、296b。

投影光学器件396、失真补偿器397、聚焦电机398和投影透镜286一起准备用于并最终地将图像从微LED阵列280投影到基板140上。投影光学器件396a耦接到失真补偿器397。失真补偿器397耦接到投影光学器件396b，投影光学器件396b耦接到聚焦电机398。聚焦电机398耦接到投影透镜286。投影透镜286包括聚焦组286a和窗286b。聚焦组286a耦接到窗286b。窗286b可以是可替换的。

微LED阵列280、分束器395、一个或多个投影光学器件396a、396b和失真补偿器397耦接到安装板399。安装板399允许照射工具390的前述部件的精确对准。换句话说，光沿着单个光轴行进通过照射工具390。这种沿着单个光轴的精确对准产生紧凑设备。例如，照射工具390可以具有在约80mm与约100mm之间的厚度。因此，本公开内容的一个益处是在单个工具中对准多个照射工具的能力。此外，每个图像投影设备是可容易地移除和替换的，从而减少用于维护的停机时间。

在一个实施方式，聚焦传感器284和相机272附接到分束器395。聚焦传感器284和相机272可以被配置为监视图像投影设备390的成像质量的各个方面，包括但不限于，通过透镜聚焦和对准，以及镜倾斜角的变化。另外，聚焦传感器284可以显示将要投影到基板140上的图像。在另外的实施方式中，聚焦传感器284和相机272可以用于在基板140上捕获图像并在那些图像之间进行比较。换句话说，聚焦传感器284和相机272可以用于执行检查功能。

具体地说，如图4所示，窄光束273被引导通过投影透镜286中的光瞳444的一侧。光束273以倾斜角撞击基板140并被反射回来，使得其横穿光瞳444的相对侧。图像投影检测器446准确地测量返回图像的横向位置。基板140的焦点位置的变化导致检测器446上的图像位置的变化。该变化与散焦量和图像运动方向成比例。与标称位置的任何偏差都转换成与偏差成比例的模拟信号，模拟信号用于改变投影透镜286的位置，这使散焦基板140a返回良好聚焦，如基板140b所示。在一个实施方式，聚焦传感器284和相机272附接到分束器395的顶表面。

图5是根据一个实施方式的光继电器的横截面图。光继电器可包括微LED阵列280、分束器395、透镜576和投影透镜286，投影透镜286可以包括聚焦组286a和窗286b。微LED阵列280是照射工具390的成像装置。微LED阵列280包括布置在阵列632中的多个微LED 634(如图6所示)。微LED 634的边缘沿着正交轴线布置，正交轴线可以是X轴和Y轴。这些轴线与基板140参照的类似轴线或台架坐标系一致。通过改变到每个微LED的能量输出，这些微LED634可以在开关位置之间切换。在一个实施方式中，未使用的光被引导到并存储在集光器282中，如图2所示。微LED阵列280被定位成是平坦的，以进行对基板140的投影。

装置封装636用于调整和聚焦来自微LED的照射束的入射角，使得“开”束向下朝向照射工具390的中心，并且照射系统中产生的图像居中。装置封装636可以包括标准3mm、5mm、10mm或其它直径的透镜大小。装置封装636可以是环氧树脂透镜、反射器杯或圆顶。微LED阵列还可以包括引线结合，以及金属引线638。每个微LED可以发射覆盖紫外(UV)、蓝色和绿色波长范围的光。具有由不同的半导体制成的红色、绿色和蓝色的、或像素混合的一个或多个微LED可以封装在相同微LED阵列中。

在照射工具中使用微LED阵列帮助通过保持照射流的方向大致上垂直于基板并消除对包括光系统和投影系统的双系统工具的需要来最小化每个照射工具的占地面积。替代地，光产生和投影系统可以有利地耦接成一个。

虽然前述内容涉及本公开内容的实施方式，但是也可在不脱离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其它和进一步实施方式，并且本公开的范围是由随附的权利要求书确定。

Claims (8)

1.一种照射工具，包括：

微LED阵列，其中所述微LED阵列包括一个或多个微LED，其中每个微LED产生至少一个光束；

分束器，与所述微LED阵列相邻；

一个或多个耐火透镜部件，与所述分束器相邻；

投影透镜，与所述一个或多个耐火透镜部件相邻，其中所述投影透镜包括聚焦组和窗；

聚焦传感器和相机，所述聚焦传感器和所述相机邻近所述分束器设置；

失真补偿器；

光级传感器，其中根据来自所述光级传感器的反馈，从所述微LED阵列中的多个微LED产生的光化且宽带的光源彼此独立地打开和关闭；和

图像投影检测器，其中所述至少一个光束被引导通过所述投影透镜中的光瞳的一侧，其中所述至少一个光束以倾斜角撞击基板并被反射回来，使得所述至少一个光束横穿所述光瞳的相对侧，并且其中所述图像投影检测器测量返回图像的横向位置。

2.如权利要求1所述的照射工具，进一步包括：

集光器。

3.如权利要求2所述的照射工具，其中所述失真补偿器设置在所述投影透镜与所述分束器之间。

4.一种照射工具，包括：

微LED阵列，其中所述微LED阵列包括一个或多个微LED，其中每个微LED产生至少一个光束；

分束器，与所述微LED阵列相邻；

一个或多个耐火透镜部件，与所述分束器相邻；

投影透镜，与所述一个或多个耐火透镜部件相邻，其中所述投影透镜包括聚焦组和窗；

失真补偿器，设置在所述投影透镜与所述分束器之间；

聚焦传感器和相机，其中所述聚焦传感器和所述相机正交地耦接到所述分束器；

光级传感器，其中根据来自所述光级传感器的反馈，从所述微LED阵列中的多个微LED产生的光化且宽带的光源彼此独立地打开和关闭；和

图像投影检测器，其中所述至少一个光束被引导通过所述投影透镜中的光瞳的一侧，其中所述至少一个光束以倾斜角撞击基板并被反射回来，使得所述至少一个光束横穿所述光瞳的相对侧，并且其中所述图像投影检测器测量返回图像的横向位置。

5.如权利要求4所述的照射工具，进一步包括：

集光器。

6.如权利要求4所述的照射工具，进一步包括：

安装板，其中所述失真补偿器、所述微LED阵列、所述分束器和所述一个或多个耐火透镜部件耦接到所述安装板。

7.一种照射工具系统，包括：

两个或更多个台架，其中所述两个或更多个台架被配置为保持一个或多个基板；和

多个照射工具，用于将所述一个或多个基板图案化，其中每个照射工具包括：

微LED阵列，其中所述微LED阵列包括一个或多个微LED，其中每个微LED产生至少一个光束；

分束器，与所述微LED阵列相邻；

一个或多个耐火透镜部件，与所述分束器相邻；

投影透镜，与所述一个或多个耐火透镜部件相邻，

其中所述投影透镜包括聚焦组和窗；

聚焦传感器和相机，所述聚焦传感器和所述相机正交地耦接到所述分束器；

失真补偿器，设置在所述投影透镜与所述分束器之间；

光级传感器，其中根据来自所述光级传感器的反馈，从所述微LED阵列中的多个微LED产生的光化且宽带的光源彼此独立地打开和关闭；和

图像投影检测器，其中所述至少一个光束被引导通过所述投影透镜中的光瞳的一侧，其中所述至少一个光束以倾斜角撞击基板并被反射回来，使得所述至少一个光束横穿所述光瞳的相对侧，并且其中所述图像投影检测器测量返回图像的横向位置。

8.如权利要求7所述的照射工具系统，进一步包括：

集光器。