JP2019521396A - 照明源としてのマイクロｌｅｄアレイ - Google Patents

Abstract

本開示の実施形態は概して、フォトリソグラフィプロセスを実施するための装置及びシステムに関する。更に具体的には、基板上に画像を投影するための小型照明ツールが提供されている。一実施形態では、照明ツールは、一または複数のマイクロＬＥＤを含むマイクロＬＥＤアレイを含む。各マイクロＬＥＤは、少なくとも１つの光線を発する。照明ツールはまた、マイクロＬＥＤアレイに隣接するビームスプリッタと、ビームスプリッタに隣接する一または複数の耐熱レンズ要素と、一または複数の耐熱レンズ要素に隣接する投影レンズも含む。取付板は、各々が簡単に取り外し可能及び交換可能な複数の照明ツールを有するシステムにおいて、コンパクトなアライメントを有益に提供する。【選択図】図３

Description

［０００１］本開示の実施形態は概して、一または複数の基板を処理するための装置及びシステムに関し、より具体的には、フォトリソグラフィプロセスを実施するための装置に関する。

［０００２］フォトリソグラフィは、半導体デバイス及び液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイデバイスの製造において、広範に使用される。ＬＣＤの製造では、大面積基板が利用されることが多い。ＬＣＤ又はフラットパネルは、一般的に、コンピュータ、タッチパネルデバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、テレビのモニタなどといった、アクティブマトリクスディスプレイに使用される。通常、フラットパネルは、２枚のプレートの間に挟まれた、ピクセルを形成する液晶材料の層を含みうる。電源からの電力が液晶材料全体に印加されると、液晶材料を通過する光の量がピクセル位置で制御され、画像の生成が可能になりうる。

［０００３］ピクセルを形成する液晶材料層の一部として組み込まれた電気的特徴を作り出すために、通常、マイクロリソグラフィ技法が用いられる。この技法により、典型的には、基板の少なくとも１つの表面に感光性フォトレジストが付けられる。次いで、パターン生成装置が、パターンの一部として選択された感光性フォトレジストの領域に光を照射して、選択領域内のフォトレジストに化学変化を引き起こし、これらの選択領域に、電気的特徴を作り出す後続の材料除去及び／又は材料追加のプロセスのための準備を行う。

［０００４］ディスプレイデバイス及びその他のデバイスを、消費者が求める価格で、消費者に継続的に提供するために、大面積基板などの基板に正確に、かつ良好なコストパフォーマンスでパターンを作り出す、新たな装置及び取り組みが必要とされている。

［０００５］本開示の実施形態は概して、フォトリソグラフィプロセスを実施するための方法及び装置に関する。より具体的には、基板上に画像を投影するための小型装置が提供される。一実施形態では、照明ツールが開示される。照明ツールは、各々が少なくとも１つの光線を発する一または複数のマイクロＬＥＤを含むマイクロＬＥＤアレイを含む。照明ツールはまた、マイクロＬＥＤアレイに隣接するビームスプリッタと、ビームスプリッタに隣接する一または複数の耐熱レンズ要素と、一または複数の耐熱レンズに隣接する耐熱レンズも含む。

［０００６］別の実施形態では、照明ツールが開示される。照明ツールは、マイクロＬＥＤアレイを含む。マイクロＬＥＤアレイは、各々が少なくとも１つの光線を発する一または複数のマイクロＬＥＤを含む。照明ツールはまた、マイクロＬＥＤアレイに隣接するビームスプリッタと、ビームスプリッタに隣接する一または複数の耐熱レンズ要素と、一または複数の耐熱レンズに隣接する投影レンズと、投影レンズとビームスプリッタとの間に配置された歪み補正器も含む。

［０００７］別の実施形態では、照明ツールシステムが開示される。照明ツールシステムは、一または複数の基板を保持するように構成された２つ以上のステージと、一または複数の基板をパターニングするための複数の照明ツールとを含む。各照明ツールは、マイクロＬＥＤアレイを含む。マイクロＬＥＤアレイは、各々が少なくとも１つの光線を発する一または複数のマイクロＬＥＤを含む。各照明ツールはまた、マイクロＬＥＤアレイに隣接するビームスプリッタと、ビームスプリッタに隣接する一または複数の耐熱レンズ構成要素と、一または複数の耐熱レンズに隣接する投影レンズも含む。

［０００８］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、上記に要約した本開示を、一部が添付の図面に例示されている実施形態を参照しながら、より具体的に説明する。しかし、添付の図面は本開示の典型的な実施形態のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定するものと見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。

本書に開示の実施形態から恩恵を受けうるシステムの斜視図である。 一実施形態に係る照明ツールの概略斜視図である。 一実施形態に係る照明ツールの斜視図である。 一実施形態に係る光リレーの断面図である。 一実施形態に係る焦点感知機構の概略図である。 一実施形態に係るマイクロＬＥＤアレイの概略図である。

［００１５］理解を容易にするため、可能な場合、図に共通する同一の要素を指し示すために同一の参照番号が使用されている。さらに、一実施形態の要素を、本書に記載の他の実施形態で利用するために有利に適合させてもよい。

［００１６］本開示の実施形態は概して、フォトリソグラフィプロセスを実施するための装置及びシステムに関する。更に具体的には、基板上に画像を投影するための小型照明ツールが提供される。一実施形態では、照明ツールは、一または複数のマイクロＬＥＤを含むマイクロＬＥＤアレイを含む。各マイクロＬＥＤは、少なくとも１つの光線を発する。照明ツールはまた、マイクロＬＥＤアレイに隣接するビームスプリッタと、ビームスプリッタに隣接する一または複数の耐熱レンズ要素と、一または複数の耐熱レンズ要素に隣接する投影レンズも含む。取付板は、各々が簡単に取り外し可能及び交換可能な複数の照明ツールを有するシステムにおいて、コンパクトなアライメントを有益に提供する。

［００１７］図１は、本書に開示の実施形態から恩恵を受けうるシステム１００の斜視図である。システム１００は、ベースフレーム１１０、板状体（ｓｌａｂ）１２０、２つ以上のステージ１３０、及び処理装置１６０を含む。ベースフレーム１１０は、製造施設のフロアに置かれてよく、かつ、板状体１２０を支持しうる。受動空気アイソレータ１１２が、ベースフレーム１１０と板状体１２０との間に位置付けられうる。板状体１２０は花崗岩の一枚板であってよく、２つ以上のステージ１３０は、板状体１２０の上に配置されうる。基板１４０は、２つ以上のステージ１３０の各々によって支持されうる。複数の孔（図示せず）がステージ１３０に形成されてよく、それにより、複数のリフトピン（図示せず）がそれらの孔を通って延在することが可能になる。リフトピンは、例えば一または複数の移送ロボット（図示せず）から基板１４０を受容するために、伸長位置に上昇しうる。一または複数の移送ロボットを使用して、２つ以上のステージ１３０から基板１４０をロード及びアンロードすることができる。

［００１８］基板１４０は、例えばガラスで作製され、フラットパネルディスプレイの一部として使用されうる。一実施形態では、基板１４０は石英を含みうる。基板１４０は、他の材料でも作製されうる。一部の実施形態では、基板１４０の上にフォトレジスト層が形成される。フォトレジストは、放射線に感応し、かつ、ポジ型フォトレジスト又はネガ型フォトレジストでありうる。つまり、放射線に露光されるフォトレジストの部分は、それぞれ、パターンがフォトレジストに書き込まれた後にフォトレジストに塗布されるフォトレジスト現像液に、可溶性になるか、又は不溶性になる。フォトレジストの化学組成により、そのフォトレジストがポジ型フォトレジストになるか、又はネガ型フォトレジストになるかが決まる。例えば、フォトレジストは、ジアゾナフトキノン、フェノールホルムアルデヒド樹脂、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（メチルグルタルイミド）、及びＳＵ−８のうちの少なくとも１つを含みうる。電子回路を形成するために、この様態で、パターンが基板１４０の表面上に作り出されうる。

［００１９］システム１００は、支持体１２２の対と、軌道１２４の対とを更に含みうる。支持体１２２の対は板状体１２０上に配置されてよく、板状体１２０と支持体１２２の対は一体成型材でありうる。軌道１２４の対は支持体１２２の対によって支持されてよく、２つ以上のステージ１３０は、軌道１２４に沿ってＸ方向に動きうる。一実施形態では、軌道１２４の対は磁気チャネルの平行な対である。図示したように、軌道１２４の対の各軌道１２４は線形である。他の実施形態では、軌道１２４は非線形の形状を有しうる。コントローラ（図示せず）に位置情報を提供するために、エンコーダ１２６が各ステージ１３０に連結されうる。

［００２０］処理装置１６０は、支持体１６２及び処理ユニット１６４を含みうる。支持体１６２は、板状体１２０の上に配置されてよく、２つ以上のステージ１３０が処理ユニット１６４の下を通るための開口部１６６を含みうる。処理ユニット１６４は、支持体１６２によって支持されうる。一実施形態では、処理ユニット１６４は、フォトリソグラフィプロセスにおいてフォトレジストを露光させるよう構成された、パターン生成装置である。一部の実施形態では、パターン生成装置は、マスクレスリソグラフィプロセスを実施するよう構成されうる。処理ユニット１６４は、複数の照明ツール（図２〜３に示す）を含みうる。一実施形態では、処理ユニット１６４は８４個の照明ツールを含みうる。各照明ツールは、ケース１６５内に配置されている。処理装置１６０は、マスクレス直接パターニングを実施するために利用されうる。動作中、２つ以上のステージ１３０のうちの一方は、図１に示すロード位置から処理位置へと、Ｘ方向に動く。処理位置とは、ステージ１３０が処理ユニット１６４の下を通る際の、ステージ１３０の一又は複数の位置のことでありうる。動作中、２つ以上のステージ１３０は、複数の空気軸受（図示せず）によって上昇し、ロード位置から処理位置に、軌道１２４の対に沿って動きうる。ステージ１３０の動きを安定させるために、複数の垂直ガイド空気軸受（図示せず）が、各ステージ１３０に連結され、かつ、各支持体１２２の内壁１２８に隣接して位置付けられうる。２つ以上のステージ１３０の各々は、基板１４０の処理及び／又は割り出し（ｉｎｄｅｘ）のために、軌道１５０に沿って動くことによってＹ方向にも動きうる。２つ以上のステージ１３０は各々、独立して動作することができ、基板１４０を一方向にスキャンし、他方向に前進することができる。ある実施形態では、２つ以上のステージ１３０のうちの一方が基板１４０をスキャンしているときに、２つ以上のステージ１３０のうちの他方が露光された基板をアンロードし、露光される次の基板をロードする。

［００２１］計測システムは、複数の画像投影装置の各々が、フォトレジストで覆われた基板に書き込まれたパターンを精確に位置づけすることができるように、２つ以上のステージ１３０の各々のＸ及びＹの横位置座標をリアルタイムで測定する。計測システムは、２つ以上のステージ１３０の各々の、垂直軸又はＺ軸の周りの角度位置のリアルタイムの測定も提供する。角度位置の測定を使用して、サーボ機構の手段によるスキャン中に角度位置を一定に保持することができる。あるいは、角度位置の測定を使用して、画像投影装置３９０によって基板１４０に書き込まれたパターンの位置に訂正を加えることができる。これらの技法を、組み合わせて使用することが可能である。

［００２２］図２は、一実施形態に係る照明ツールシステム２７０の概略斜視図である。照明ツールシステム２７０は、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）アレイ２８０と、焦点センサ２８４と、投影レンズ２８６と、カメラ２７２とを含みうる。マイクロＬＥＤアレイ２８０と、焦点センサ２８４と、投影レンズ２８６と、カメラ２７２は、照明ツール３９０の一部でありうる（図３に示す）。マイクロＬＥＤアレイ２８０は、一または複数のマイクロＬＥＤを含み、各マイクロＬＥＤは、少なくとも１つの光線を発する。マイクロＬＥＤの数は、投影された画像の解像度に相当しうる。一実施形態では、マイクロＬＥＤアレイ２８０は１９２０×１０８０のマイクロＬＥＤを含み、この数は、高解像度テレビのピクセルの数を表す。マイクロＬＥＤアレイ２８０は、所定の波長を有する光を発することができる光源として有益に機能しうる。一実施形態では、所定の波長とは、約４５０ｎｍ未満などの青色範囲又は近紫外（ＵＶ）範囲内のものである。投影レンズ２８６は、１０倍の対物レンズでありうる。

［００２３］動作中、マイクロＬＥＤアレイ２８０によって、青色範囲内の波長などの所定の波長を有する光線２７３が発される。マイクロＬＥＤアレイ２８０は個別に制御されうる複数のマイクロＬＥＤを含み、マイクロＬＥＤアレイ２８０の複数のマイクロＬＥＤの各マイクロＬＥＤは、コントローラ（図示せず）によりマイクロＬＥＤアレイ２８０に提供されるマスクデータに基づいて、「オン（ｏｎ）」位置又は「オフ（ｏｆｆ）」位置になりうる。「オン（ｏｎ）」位置のマイクロＬＥＤは、光線２７３を発する、すなわち、投影レンズ２８６に対して複数の書き込みビーム２７３を形成する。投影レンズ２８６は次いで、基板１４０に書き込みビーム２７３を投影する。「オフ（ｏｆｆ）」位置のマイクロＬＥＤは、光を発しない。別の実施形態では、「オフ（ｏｆｆ）」位置のマイクロＬＥＤは、基板１４０の代わりに光ダンプ（ｄｕｍｐ、投棄所）２８２へ方向づけされる光線を発しうる。したがって、一実施形態では、照明ツールは光ダンプ２８２を含む。

［００２４］図３は、一実施形態に係る照明ツール３９０の斜視図である。照明ツール３９０は、基板１４０の垂直平面の特定の場所に光の焦点を合わせて、最終的に基板１４０上に画像を投影するのに使用される。スループットは、全てのリソグラフィシステムの非常に重要なパラメータである。高スループットを達成するために、各照明ツール３９０を少なくとも一方向にできる限り細くなるように設計することができ、これにより、基板１４０の幅に多数の照明ツール３９０を一緒にパッケージングすることが可能になる。このように、マイクロＬＥＤアレイ２８０は、光源と、投影される画像の独立した制御の両方を提供する。照明ツールは、マイクロＬＥＤアレイ２８０と、ビームスプリッタ３９５と、一または複数の投影光学機器３９６ａ、３９６ｂと、歪み補正器３９７と、焦点モータ３９８と、投影レンズ２８６とを含みうる。投影レンズ２８６は、焦点群２８６ａと、ウインドウ２８６ｂとを含む。

［００２５］ある実施形態では、マイクロＬＥＤアレイ２８０から発した光は、光レベルセンサ３９３に方向づけされ得、これにより光レベルが監視されうる。マイクロＬＥＤアレイ２８０の複数のマイクロＬＥＤから発した化学線及び広帯域光源は、光レベルセンサ３９３からのフィードバックに応じて、互いに独立してオン及びオフに切り替えることができる。一実施形態では、光レベルセンサはビームスプリッタ３９５に連結される。

［００２６］ビームスプリッタ３９５を使用して、アライメントのために光が更に抽出される。より具体的には、ビームスプリッタ３９５を使用して、光が２つ以上の別々のビームに分割される。ビームスプリッタ３９５は、一または複数の投影光学機器３９６に連結される。２つの投影光学機器２９６ａ、２９６ｂを図３に示す。

［００２７］投影光学機器３９６、歪み補正器３９７、焦点モータ３９８、及び投影レンズ２８６は協働して準備し、最終的にマイクロＬＥＤアレイ２８０から基板１４０上に画像を投影する。投影光学機器３９６は、歪み補正器３９７に連結される。歪み補正器３９７は、焦点モータ３９８に連結された投影光学機器３９６ｂに連結される。焦点モータ３９８は、投影レンズ２８６に連結される。投影レンズ２８６は、焦点群２８６ａとウインドウ２８６ｂとを含む。焦点群２８６ａは、ウインドウ２８６ｂに連結される。ウインドウ２８６ｂは交換可能でありうる。

［００２８］マイクロＬＥＤアレイ２８０、ビームスプリッタ３９５、一または複数の投影光学機器３９６ａ、３９６ｂ、及び歪み補正器３９７は、取付板３９９に連結される。取付板３９９により、照明ツール３９０の前述した構成要素の正確なアライメントが可能になる。つまり、光は単一の光軸に沿って照明ツール３９０を通って伝わるということである。この単一の光軸に沿った正確なアライメントにより、小型の装置が得られる。例えば、照明ツール３９０は、約８０ｍｍから約１００ｍｍの厚さを有し得る。したがって、本開示の１つの恩恵は、単一のツールにおいて複数の照明ツールをアライメントする能力である。更に、各画像投影装置は簡単に取り外し可能及び交換可能であり、その結果、メンテナンスのためのダウンタイムが削減される。

［００２９］一実施形態では、焦点センサ２８４とカメラ２７２は、ビームスプリッタ３９５に取り付けられる。焦点センサ２８４とカメラ２７２は、非限定的に、レンズの焦点合わせ及びアライメント、及びミラー傾斜角の変化を通して、画像投影装置３９０の撮像品質の様々な態様を監視するように構成されうる。更に、焦点センサ２８４は、基板１４０上にこれから投影される画像を示しうる。別の実施形態では、焦点センサ２８４とカメラ２７２を使用して、基板１４０の画像をキャプチャして、これらの画像の比較を行うことが可能である。言い換えると、焦点センサ２８４とカメラ２７２を使用して、検査機能を実施することができるということである。

［００３０］具体的には、図４に示すように、細い光線２７３が投影レンズ２８６の瞳孔４４４の片側を通るように方向づけされる。光線２７３は、基板１４０と斜角にぶつかって反射することにより、瞳孔４４４の反対側を横切る。画像投影検出器４４６は、戻ってきた画像の横の位置を精確に測定する。基板１４０の焦点位置の変化により、検出器４４６上の画像位置が変化する。この変化は、焦点がぼやける量と画像の動きの方向に比例する。公称位置からの全ての逸脱は、逸脱に比例するアナログ信号に変換され、アナログ信号を使用して投影レンズ２８６の位置が変更されることにより、ぼやけた基板１４０ａの焦点が、基板１４０ｂに示すように再び良好になる。一実施形態では、ビームスプリッタ３９５の上面に焦点センサ２８４とカメラ２７２が取り付けられる。

［００３１］図５は、一実施形態に係る光リレーの断面図である。光リレーは、マイクロＬＥＤアレイ２８０と、ビームスプリッタ３９５と、レンズ５７６と、焦点群２８６ａとウインドウ２８６ｂとを含みうる投影レンズ２８６とを含みうる。マイクロＬＥＤアレイ２８０は、照明ツール３９０の撮像素子である。マイクロＬＥＤアレイ２８０は、（図６に示すように）アレイ６３２に配置された複数のマイクロＬＥＤ６３４を含む。マイクロＬＥＤ６３４のエッジは、Ｘ軸及びＹ軸であってよい直交軸に沿って配置される。これらの軸は、基板１４０又はステージ座標系を基準とする同様の軸と一致する。これらのマイクロＬＥＤ６３４は、各マイクロＬＥＤへのエネルギー出力を変更することによってオン位置とオフ位置とを切り替えることができる。一実施形態では、利用されない光は、図２に示すように光ダンプ２８２へ方向づけされ、保存される。マイクロＬＥＤアレイ２８０は、基板１４０の投影に対して平坦になるように位置づけされる。

［００３２］マイクロＬＥＤからの照明ビームの入射角を調節し、焦点を合わせるためにデバイスパッケージング６３６が使用され、これにより「ｏｎ」ビームが照明ツール３９０の中心に向いて、照明システムで作り出された画像がセンタリングされる。デバイスパッケージング６３６には、標準の３ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、又は他の直径レンズサイズが含まれうる。デバイスパッケージング６３６は、エポキシレンズ、リフレクタカップ、又はドームであってよい。マイクロＬＥＤアレイにはまた、ワイヤボンド、及び金属鉛６３８も含まれうる。各マイクロＬＥＤは、光被覆紫外線（ＵＶ）、青色及び緑色波長範囲を放射しうる。異なる半導体、又はピクセル混合から製造された赤色、緑色、及び青色を有する一または複数のマイクロＬＥＤを、同じマイクロＬＥＤアレイ内にパッケージングすることができる。

［００３３］照明ツールにおいてマイクロＬＥＤアレイを使用することで、照明の流れ方向を基板に対しておおよそ垂直に保ち、光システムと投影システムとを含む２つのシステムツールの必要をなくすことによって、各照明ツールの占有面積を最小限に抑えやすくなる。代わりに、光生成及び投影システムを有益に１つに連結することができる。

［００３４］以上の記述は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱せずに本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. 各々が少なくとも１つの光線を発する一または複数のマイクロＬＥＤを含むマイクロＬＥＤアレイと、
   前記マイクロＬＥＤアレイに隣接するビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタに隣接する一または複数の耐熱レンズ要素と、
   前記一または複数の耐熱レンズ要素に隣接する投影レンズと
   を備える照明ツール。
2. 前記投影レンズは更に、
   焦点群と、
   ウインドウと
   を備える、請求項１に記載の照明ツール。
3. 焦点センサと、
   カメラと
   を更に備える、請求項２に記載の照明ツール。
4. 前記焦点センサとカメラは、前記ビームスプリッタに隣接して配置されている、請求項３に記載の照明ツール。
5. 光投棄所と、
   光レベルセンサと、
   歪み補正器と
   を更に備える、請求項４に記載の照明ツール。
6. 前記歪み補正器は、前記投影レンズと前記ビームスプリッタとの間に配置されている、請求項５に記載の照明ツール。
7. 各々が少なくとも１つの光線を発する一または複数のマイクロＬＥＤを含むマイクロＬＥＤアレイと、
   前記マイクロＬＥＤアレイに隣接するビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタに隣接する一または複数の耐熱レンズ要素と、
   前記一または複数の耐熱レンズ要素に隣接する投影レンズと、
   前記投影レンズと前記ビームスプリッタとの間に配置された歪み補正器と
   を備える照明ツール。
8. 前記投影レンズが更に、
   焦点群と、
   ウインドウと
   を備える、請求項７に記載の照明ツール。
9. 焦点センサと、
   カメラと
   を更に備え、
   前記焦点センサと前記カメラは前記ビームスプリッタに対して直角に連結されている、
   請求項８に記載の照明ツール。
10. 光投棄所
    を更に備える、請求項９に記載の照明ツール。
11. フラストレート（ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ）立方体アセンブリと、前記マイクロＬＥＤアレイと、前記ビームスプリッタと、前記一または複数の耐熱レンズ要素とが連結された取付板と、
    光レベルセンサと
    を更に備える、請求項１０に記載の照明ツール。
12. 一または複数の基板を保持するように構成された２つ以上のステージと、
    前記一または複数の基板をパターニングするための複数の照明ツールであって、各照明ツールが、
    各々が少なくとも１つの光線を発する一または複数のマイクロＬＥＤを含むマイクロＬＥＤアレイと、
    前記マイクロＬＥＤアレイに隣接するビームスプリッタと、
    前記ビームスプリッタに隣接する一または複数の耐熱レンズ要素と、
    前記一または複数の耐熱レンズ要素に隣接する投影レンズと
    を備える、複数の照明ツールと
    を備える、照明ツールシステム。
13. 前記投影レンズは更に、
    焦点群と、
    ウインドウと
    を備える、請求項１２に記載の照明ツールシステム。
14. 焦点センサと、
    カメラと
    を更に備え、
    前記焦点センサと前記カメラは前記ビームスプリッタに対して直角に連結されている、
    請求項１３に記載の照明ツールシステム。
15. 光投棄所
    を更に備える、請求項１４に記載の照明ツールシステム。

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