CN205353571U - 用于直接光刻和数字微镜设备的装置和系统 - Google Patents

用于直接光刻和数字微镜设备的装置和系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型描述了用于执行光刻工艺的系统和装置。所述系统和装置可包括：光源，所述光源能够发射激光；镜面，所述镜面定位成使所述激光折射；镜面阵列(或数字微镜设备)，所述镜面阵列配置成用于反射所述激光；透镜，所述透镜配置成用于折射所述激光；载物台，所述载物台能够支撑所述激光所指向的基板，其中，所述载物台配置成在X轴方向上移动；以及控制器，所述控制器配置成用于控制所述镜面阵列中的每一个镜面的角度；其中，所述镜面阵列包括第一数目的镜面和第二数目的镜面，所述第一数目的镜面在所述X轴方向上对齐，所述第二数目的镜面在基本上垂直于所述X轴方向的Y轴方向上对齐，所述第二数目大于所述第一数目。

Description

用于直接光刻和数字微镜设备的装置和系统
技术领域
本公开的实施例一般涉及用于处理一个或多个基板的系统和方法，更具体而言，涉及用于执行光刻工艺的系统和方法。
背景技术
光刻广泛用于半导体器件和显示设备(诸如，液晶显示器(LCD))的制造中。大面积基板通常用于LCD的制造中。LCD(或平板)常用于有源矩阵显示器，诸如，计算机、触板设备、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、电视监控器等。通常，平板可以包括形成夹在两个板之间的像素的液晶材料层。当跨液晶材料施加来自电源的电力时，可在像素位置处对穿过液晶材料的光量进行控制，使得能够生成图像。
显微光刻技术一般用来创建作为形成像素的液晶材料层的部分而被并入的电特征。根据这项技术，通常将光敏光刻胶施加至基板的至少一个表面。随后，图案生成器将作为图案的部分的光敏光刻胶的所选区域暴露于光，从而导致选择性区域中的光刻胶发生化学变化，以为后续的材料去除和/或材料添加工艺准备好这些选择性区域以创建电特征。
为了能够继续以消费者要求的价格来向消费者提供显示设备以及其他设备，需要新的装置和方法在基板(诸如，大面积基板)上精确地并且高成本效益地创建图案。
实用新型内容
本文所述的实施例一般涉及用于执行光刻工艺的系统和方法。更具体地，本文所述的实施例使用数字微镜设备(DMD)来实现稳健且可靠的光刻。
在一个实施例中，提供了用于执行光刻工艺的装置。所述装置包括：光源，所述光源能够发射激光；镜面，所述镜面定位成使所述光源发射的所述激光折射；镜面阵列(或数字微镜设备)，所述镜面阵列配置成用于反射所述镜面折射的所述激光；透镜，所述透镜配置成用于折射所述镜面阵列反射的所述激光；载物台，所述载物台能够支撑所述激光所指向的基板，其中，所述载物台配置成在X轴方向上移动；以及控制器，所述控制器配置成用于控制所述镜面阵列中的每一个镜面的角度；其中，所述镜面阵列包括第一数目的镜面和第二数目的镜面，所述第一数目的镜面在所述X轴方向上对齐，所述第二数目的镜面在基本上垂直于所述X轴方向的Y轴方向上对齐，所述第二数目大于所述第一数目。
在另一个实施例中，提供了包括DMD的装置。所述DMD能够将来自光源的光反射至可在扫描方向上移动的基板。所述DMD包括多个数字微镜，所述多个数字微镜布置成在X轴方向上至少一行和在Y轴方向上至少一列，其中，所述至少一行中的数字微镜的数目超过所述至少一列中的数字微镜的数目；并且所述至少一行基本上垂直于扫描方向。
在另一个实施例中，提供了用于光刻的系统。用于光刻的所述系统包括至少一个空间光调制器。每一个空间光调制器包括：光源，所述光源能够发射激光；折射镜，所述光源发射的所述激光可指向至所述折射镜；镜面阵列，所述镜面阵列配置成用于反射所述折射镜折射所述激光；以及透镜，所述透镜配置成用于折射所述镜面阵列反射的所述激光。用于光刻的所述系统进一步包括：载物，所述载物能够支撑所述激光所指向的基板，其中，所述载物台配置成在X轴方向上移动；以及控制器，所述控制器配置成用于控制所述镜面阵列中的每一个镜面的角度。所述镜面阵列包括第一数目的镜面和第二数目的镜面，所述第一数目的镜面在所述X轴方向上对齐，所述第二数目的镜面在基本上垂直于所述X轴方向的Y轴方向上对齐，所述第二数目大于所述第一数目。
附图说明
因此，为了可详细理解本公开案的上述特征的方式，可参照实施例来进行上文简要概述的对本公开的更具体的描述，在所附附图中图示这些实施例中的一些。然而，应当注意，所附附图仅图示本公开的典型实施例，且因此不应被视为限制本公开的范围，因为本公开可以允许其他等效实施例。
图1是可受益于本文所公开的实施例的系统的立体图。
图2是根据一个实施例的图1的系统的横截面侧视图。
图3是根据一个实施例的多个图像投影系统的示意性立体图。
图4是根据一个实施例的图3的多个图像投影系统中的一个图像投影系统的示意性透视图。
图5是根据一个实施例的DMD的两个镜面的放大的立体图。
图6示意性地例示由根据一个实施例的图5的DMD的两个镜面反射的射束。
图7示意性地例示根据一个实施方式的在处理期间通过图5的DMD下方的基板。
图8是提供若干市售类型的DMD的特性的表。
为了促进理解，在凡是可能的地方，已使用完全相同的参考编号来指定各图所共有的完全相同的元件。另外，一个实施例中的元件可有利地适配用于本文所描述的其他实施例。
具体实施方式
本文中的实施例一般而言提供用于光刻的方法、系统和装置。具体来说，本文中的实施例提供用于直接无掩模式光刻的方法、系统和装置。DMD的尺寸影响直接无掩模式光刻的效率和生产量。例如，当数字微镜设备被定位成使其较长的尺寸基本上垂直于正在处理的基板的移动或扫描的方向时，工艺变得更高效。
图1是可受益于本文所公开的实施例的系统100的立体图。系统100包括基架110、平板(slab)120、两个或更多个载物台(stage)130以及处理装置160。基架110可搁置于制造设施的地板上，并且可以支撑平板120。被动式空气隔离器112可定位在基架110与平板120之间。平板120可以是单片的花岗岩，并且两个或更多个载物台130可以设置在平板120上。基板140可由两个或更多个载物台130中的每一个载物台来支撑。多个孔(未示出)可形成在载物台130中以允许多个升降杆(未示出)延伸穿过其中。升降杆可上升到达延伸位置以接收基板140，诸如通过传送机械手(未示出)接收基板。传送机械手可在升降杆上定位基板140，并且升降杆此后可缓缓地将基板140降至载物台130上。
基板140可例如由石英制成，并且可用作平板显示器的部分。在其他实施例中，基板140可由其他材料制成。在一些实施方案中，基板140可以具有形成在其上的光刻胶层。光刻胶对辐射敏感，并且可以是正性光刻胶或负性光刻胶，这意味着，在图案被写入到光刻胶中之后，光刻胶暴露于辐射的部分将分别可溶于或不可溶于施加至光刻胶上的光刻胶显影剂。光刻胶的化学组分确定所述光刻胶将是正性光刻胶还是负性光刻胶。例如，光刻胶可包含以下各项中的至少一种：重氮萘醌、酚醛树脂、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基戊二酰亚胺)以及SU-8。以此方式，可在基板140的表面上创建图案以形成电子电路。
系统100可进一步包括一对支撑件122以及一对轨道124。这一对支撑件122可设置在平板120上，并且平板120和这一对支撑件122可以是单件的材料。一对轨道124可由这一对支撑件122来支撑，并且两个或更多个载物台130可沿轨道124在X轴方向上移动。在一个实施例中，这一对轨道124是一对平行的磁性通道。如图所示，这一对轨道124中的每条轨道124是直线型的。在其他实施例中，轨道124可以具有非直线型的形状。编码器126可耦合至每个载物台130以将位置信息提供给控制器(未示出)。
处理装置160可以包括支撑件162以及处理单元164。支撑件162可设置在平板120上，并且可以包括开口166以供两个或更多个载物台130在处理单元164下方通过。处理单元164可由支撑件162支撑。在一个实施例中，处理单元164是配置成用于在光刻工艺中暴露光刻胶的图案生成器。在一些实施例中，所述图案生成器可配置成用于执行无掩膜光刻工艺。处理单元164可包括设置在壳体165中的多个图像投影系统301(图3所示)。处理装置160可用于执行无掩模的直接图案化。在操作期间，两个或更多个载物台130中的一个沿X轴方向从装载位置(如图1所示)移至处理位置。该处理位置可以是指在载物台130在处理单元164下方通过时的载物台130的一个或多个位置。在操作期间，两个或更多个载物台130可由多个空气轴承202(如图2所示)来升降，并且可从装载位置沿所述一对轨道124移至处理位置。多个竖直导向空气轴承202(如图2所示)可耦合至每一个载物台130，并定位成与每一个支撑件122的内壁128相邻，以便使载物台130的移动稳定。通过沿轨道150移动，两个或更多个载物台130中的每一个载物台还可在Y轴方向上移动，以便处理和/或指引基板140。
图2是根据一个实施例的图1的系统100的横截面侧视图。如图所示，每个载物台130包括用于升降载物台130的多个空气轴承202。每个载物台130还可包括用于沿轨道124来移动载物台130的电机线圈(未示出)。两个或更多个载物台130以及处理装置160可由罩壳(未示出)封闭，以便提供温度和压力的控制。
系统100还包括控制器(未示出)。所述控制器一般被设计成用于促进本文所描述的处理技术的控制和自动化。所述控制器可耦合到处理装置160、载物台130以及编码器126中的一个或多个，或与处理装置160、载物台130以及编码器126中的一个通信。处理装置160以及载物台130可将关于基板处理和基板对齐的信息提供给所述控制器。例如，处理装置160可将信息提供给所述控制器以提醒所述控制器基板处理已经完成。编码器126可将位置信息提供给所述控制器，并且位置信息随后用于控制载物台130以及处理装置160。
所述控制器可以包括中央处理单元(CPU)(未示出)、存储器(未示出)、以及支持电路(或I/O)(未示出)。CPU可以是用于工业设置以控制各种工艺和硬件(例如，图案生成器、电动机和其他硬件)并监视工艺(例如，处理时间和基板位置)的任何形式的计算机处理器中的一种。存储器(未示出)被连接至CPU，并且可以是容易获得的存储器中的一个或多个，诸如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、或任何其他形式的数字存储装置(无论是本地还是远程的)。软件指令以及数据可被编码并存储在存储器内，用于指示CPU。还将支持电路(未示出)连接至CPU，以便以常规方式支持所述处理器。支持电路可以包括常规的缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统等。控制器可读的程序(或计算机指令)确定哪些任务在基板上是可执行的。程序可以是控制器可读的软件，并且可以包括用于监视并且控制例如处理时间和基板位置的代码。
图3是根据一个实施例的多个图像投影系统301的示意性立体图。如图3所示，每个图像投影系统301将多条写入光束产生到基板140的表面304上。随着基板140沿X轴方向和Y轴方向移动，整个表面304可由写入射束302来图案化。图像投影系统301的数目可以基于基板140的尺寸和/或载物台130的速度而变化。在一个实施例中，在处理装置160中存在22个图像投影系统301。
图4是根据一个实施例的图3的多个图像投影系统301中的一个图像投影系统301的示意性立体图。图像投影系统301可以包括光源402、孔隙404、透镜406、镜面408、DMD410、光收集器412、相机414以及投影透镜416。光源402可以是发光二极管(LED)或激光器，并且光源402可以是能够产生具有预定波长的光的。在一个实施例中，预定的波长在蓝光或近紫外(UV)范围内，诸如，小于约450nm。镜面408可以是球面镜。投影透镜416可以是10倍物镜。DMD410可包括多个镜面，并且镜面的数目可对应于所投影的图像的分辨率。在一个实施例中，DMD410包括1920×1080个镜面，这表示高清晰度电视机的像素数目。
在操作期间，具有预定波长(诸如，蓝光范围中的波长)的射束403由光源402产生。由镜面408将射束403反射至DMD410。DMD410包括可单独地受控的多个镜面，并且基于由控制器(未示出)提供给DMD410的掩模数据，DMD410的多个镜面中的每一个镜面可以位于“接通”位置或“关断”位置。当射束403到达DMD410的镜面时，处于“接通”位置的镜面将射束403反射(即，将多个写入射束302形成)至投影透镜416。随后，投影透镜416将写入射束302投影至基板140的表面304。处于“关断”位置的镜面将射束403反射至光收集器412，而非基板140的表面304。
图5是根据一个实施例的DMD410的两个镜面502、504的放大的立体图。如图所示，每一个镜面502、504都设置在倾斜机构506上，该倾斜机构506设置在存储器单元508上。存储器单元508可以是CMOSSRAM。在操作期间，通过将掩模数据加载到存储器单元508中来控制每一个镜面502、504。掩模数据以二进制方式通过静电方式来控制镜面502、504的倾斜。当镜面502、504处于重置模式或未施加电力时，镜面502、504处于不对应于任何二进制位置的平坦位置。在二进制中的零(0)可对应于“关断”位置，这意味着镜面以-10度、-12度、或以负向的任何其他可行的倾斜度倾斜。在二进制中的一(1)可对应于“接通”位置，这意味着镜面以+10度、+12度、或以负向上任何其他可行的倾斜度倾斜。如图5所示，镜面502处于“关断”位置，并且镜面504处于“接通”位置。
图6示意性地例示根据一个实施例的图5的DMD410的两个镜面502、504经反射的射束403。如图所示，处于“关断”位置的镜面502将从光源402生成的光反射至光收集器412。处于“接通”位置的镜面504通过将射束403反射至投影透镜416而形成写入射束302，投影透镜416继而将射束403投影至基板140。
图7示意性地例示当载物台130在处理单元164下方通过时，沿X轴方向(移动或扫描的方向)在图像投影系统301下方传送基板140时DMD410的一个实施例。在每一个处理位置处，DMD410的单独的镜面502、504将光引导向基板140的单独像素或将光引离到光收集器412中。
DMD410的镜面502、504按阵列来布置。如图7所示，DMD410被定位成基本上与基板140对齐，但未完全对齐。DMD410相对于基板140的偏移限制误差。当基板140在DMD410下方移动时，如果基板140的每个像素的大于阈值面积的部分被定位在DMD410下方，则对应于所述位置中的像素的镜面502、504等将接收“接通”或“关断”信号。如果基板140的每个像素的小于阈值面积的部分被定位在DMD410下方，则对应于所述位置中的像素的镜面502、504等将不接收“接通”或“关断”信号。阈值面积可以是像素的表面积的50％。
在一个实施例中，DMD410中的镜面502、504等的阵列可以是矩形的，其中，相比X轴方向，更多的镜面502、504设置在Y轴方向上，，其中，X轴方向基本上对应于载物台130的移动方向，并且因此基本上对应于基板140的移动方向。结果，对于基板140的每一次移动，DMD410可将基板140的更多像素暴露于从镜面502、504等引导而来的光。这个实施例导致更高的效率和生产量，以及减少的生产成本和生产时间。
例如，设置在X轴方向上的镜面502、504的数目与设置在Y轴方向上的镜面502、504的数目的比率可以是约9∶16或约7∶21或约3∶4。图8列举了若干市售类型的DMD以及它们在X轴方向和Y轴方向上的相关联的数目的镜面像素、镜面像素计数和宽高比(aspectratio)。在一个实施方式中，SXGA+类型的DMD在Y轴方向上提供1400个镜面像素，并且在X轴方向上提供1050个镜面像素，实现约150万的镜面像素计数以及约4∶3的宽高比(Y∶X)。在另一个实施例中，1080P类型的DMD在Y轴方向上提供1920个镜面像素，并且在X轴方向上提供1080个镜面像素，实现约200万的镜面像素总计数以及约16∶9的宽高比(Y∶X)。在另一个实施例中，WQXGA类型的DMD在Y轴方向上提供2560个镜面像素，并且在X轴方向上提供1600个镜面像素，实现约400万的镜面像素总计数以及约16∶10的宽高比(Y∶X)。在另一个实施例中，4K类型的DMD在Y轴方向上提供4096个镜面像素，并且在X轴方向上提供2160个镜面像素，实现约800万的镜面像素总计数以及约17∶9的宽高比(Y∶X)。在另一个实施例中，创建类似于4K类型的DMD，但在X轴方向的DMD镜面的数目仅为4K类型的一半，且在Y轴方向上的DMD镜面的数目则为4K类型的两倍。这种类型的DMD(称为半4K+半4K类型的DMD)在Y轴方向上提供8192个镜面像素，并且在X轴方向上提供1080个镜面像素，实现约800万的镜面像素总计数以及约68∶9的宽高比(Y∶X)。在另一个实施例中，可创建在X轴和Y轴方向两者上镜面数目均为4K类型两倍的DMD。这种类型的DMD(称为全4K+全4K类型的DMD)在Y轴方向上提供8192个镜面像素，并且在X轴方向上提供2160个镜面像素，实现约1600万的镜面像素总计数以及约34∶9的宽高比(Y∶X)。
其他实施例也可以是商业上可行的和/或市售的。例如，DMD的一个实施例的特征可以是在X轴方向上的数目为1080个的镜面以及在Y轴方向上的数目为1980个的镜面。在另一个实施例中，DMD的特征可以是在X轴方向上的数目为1600个的镜面以及在Y轴方向上的数目为2560个的镜面。在另一个实施例中，DMD的特征可以是在X轴方向上的数目为1960个的镜面以及在Y轴方向上的数目为3880个的镜面。在另一实施例中，DMD的特征可以是21∶7的宽高比(Y∶X)。
本领域普通技术人员将会理解，其他比率同样是可能的。实施例共享以下特点：在扫描方向上提供更大数目的镜面像素，这增加了扫描效率。然而，只要在Y轴方向上设置的镜面的数目大于在X轴方向上设置的镜面的数目，则特定比率就可随设计和制造而变化。
尽管上述内容针对本公开的实施例，但也可设计本公开的其他和进一步的实施例而不背离本公开的基本范围，并且本公开的范围由所附权利要求书来确定。

Claims (15)

1.一种用于直接光刻的装置，所述装置包括：
光源，所述光源能够发射激光；
镜面，所述镜面定位成使所述光源发射的所述激光折射；
镜面阵列，所述镜面阵列配置成用于反射所述镜面折射的所述激光；
透镜，所述透镜配置成用于折射所述镜面阵列反射的所述激光；
载物台，所述载物台能够支撑所述激光所指向的基板，其中，所述载物台配置成在X轴方向上移动；以及
控制器，所述控制器配置成用于控制所述镜面阵列中的每一个镜面的角度；
其中，所述镜面阵列包括第一数目的镜面和第二数目的镜面，所述第一数目的镜面在所述X轴方向上对齐，所述第二数目的镜面在基本上垂直于所述X轴方向的Y轴方向上对齐，所述第二数目大于所述第一数目。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述镜面阵列中的镜面中的每一个镜面在至少两种设置之间是可移动的，所述设置包括：
表示接通条件的角度；以及
表示关断条件的角度。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，表示所述关断条件的角度将所述激光引导至射束收集器。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，表示所述接通条件的角度经由透镜而将所述光引导向所述基板上的目标。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一数目比所述第二数目的比率在9∶16与7∶21之间。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一数目比所述第二数目的比率为9∶16。
7.一种数字微镜设备，所述数字微镜设备能够将来自光源的光反射至可在移动方向上移动的基板，所述数字微镜设备包括：
多个数字微镜，所述多个数字微镜布置成在X轴方向上至少一行和在X轴方向上至少一列，其中：
所述至少一行中的数字微镜的数目超过所述至少一列中的数字微镜的数目；并且
所述至少一行基本上垂直于所述移动方向。
8.如权利要求7所述的数字微镜设备，其特征在于，所述至少一列中的数字微镜的数目比所述至少一行中的数字微镜的数目的比率在3∶4与9∶68之间。
9.如权利要求7所述的数字微镜设备，其特征在于，所述至少一列中的数字微镜的数目比所述至少一行中的数字微镜的数目的比率在9∶16与7∶21之间。
10.一种用于直接光刻的系统，所述系统包括：
至少一个空间光调制器，每一个空间光调制器包括：
光源，所述光源能够发射激光；
折射镜，所述光源发射的所述激光可被引导至所述折射镜；
镜面阵列，所述镜面阵列配置成用于反射所述折射镜折射的所述激光；以及
透镜，所述透镜配置成用于折射所述镜面阵列反射的所述激光；
载物台，所述载物台能够支撑所述激光所指向的基板，其中，所述载物台配置成在X轴方向上移动；以及
控制器，所述控制器配置成用于控制所述镜面阵列中的每一个镜面的角度；
其中，所述镜面阵列包括第一数目的镜面和第二数目的镜面，所述第一数目的镜面在所述X轴方向上对齐，所述第二数目的镜面在Y轴方向上对齐，所述第二数目大于所述第一数目。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述镜面阵列中的每一个镜面在至少两种设置之间是可移动的，所述设置包括：
表示接通条件的角度；以及
表示关断条件的角度。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，表示所述关断条件的角度将所述激光引导至射束收集器。
13.如权利要求11所述的系统，其特征在于，表示所述接通条件的角度经由透镜将所述光引导向所述基板上的目标。
14.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一数目比所述第二数目的比率在3∶4与7∶21之间。
15.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一数目比所述第二数目的比率为9∶16。
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