图像投影装置和系统 |
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| 申请号 | CN201720101928.8 | 申请日 | 2017-01-26 | 公开(公告)号 | CN206975400U | 公开(公告)日 | 2018-02-06 |
| 申请人 | 应用材料公司; | 发明人 | D·马克莱; T·莱迪格; T·N·托马斯; | ||||
| 摘要 | 本实用新型描述了图像投影装置和系统。更具体地，提供用于将图像投影到 基板 上的紧凑装置。在一个实施方式中，图像投影装置包括耦接到第一安装板的光 导管 ，以及耦接到第二安装板的受抑棱镜组件、一个或多个数字微镜器件、一个或多个分束器和一个或多个投影光学器件。所述第一安装板和第二安装板是共面的，使得所述图像投影装置紧凑并且可在具有多个图像投影装置的系统中被对准，每个图像投影装置可易于拆卸和替换。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种图像投影装置，所述图像投影装置包括： |
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| 说明书全文 | 图像投影装置和系统技术领域背景技术[0002] 光刻广泛用于半导体器件和显示器件的制造，诸如液晶显示器(liquid crystal displays； LCD)。大面积基板经常用于LCD的制造中。LCD或平板通常用于有源矩阵显示器，诸如计算机、触摸板设备、个人数字助理(personal digital assistants；PDA)、手机、电视机监视器等等。通常，平板可以包括夹在两个板之间形成像素的液晶材料层。当来自于电源的功率横跨液晶材料被施加时，可在能够产生图像的像素位置处控制穿过该液晶材料的光量。 [0003] 通常采用显微光刻技术来创建电气特征，这些电气特征被并入为形成像素的液晶材料层的一部分。根据这些技术，通常将光敏光刻胶施加到基板的至少一个表面。随后，图案产生器用光来使光敏光刻胶的作为图案的一部分的选定区域曝光，以使可选区域中的光刻胶发生化学变化来为随后的材料移除和/或材料添加工艺准备这些可选区域，以便创建电气特征。 [0004] 为了继续以消费者所需要的价格提供显示器件和其他器件，需要新的装置和方法来在基板(诸如大面积基板)上精确且具有成本效益地创建图案。实用新型内容 [0005] 本实用新型的实施方式总体涉及用于执行光刻工艺的装置和系统。更具体地，提供用于将图像投影到基板上的紧凑装置。在一个实施方式中，图像投影装置包括耦接到第一安装板的光导管，以及耦接到第二安装板的受抑棱镜组件(frustrated prism assembly)、一个或多个数字微镜器件、一个或多个分束器和一个或多个投影光学器件。所述第一安装板和第二安装板是共面的，使得所述图像投影装置紧凑并且可在具有多个图像投影装置的系统中被对准，每个图像投影装置可易于拆卸和替换。 [0006] 在一个实施方式中，公开一种图像投影装置。所述图像投影装置包括：光导管；受抑棱镜组件；一个或多个数字微镜器件，所述一个或多个数字微镜器件耦接到所述受抑棱镜组件；一个或多个分束器，所述一个或多个分束器耦接到所述受抑棱镜组件；一个或多个投影光学器件，所述一个或多个投影光学器件耦接到所述一个或多个分束器；聚焦致动器，所述聚焦致动器耦接到所述一个或多个投影光学器件；以及投影透镜，所述投影透镜耦接到所述聚焦致动器。在另一实施方式中，公开一种图像投影装置。所述图像投影装置包括光导管和光级传感器，所述光级传感器邻近所述光导管。所述图像投影装置进一步包括：受抑棱镜组件；一个或多个数字微镜器件，所述一个或多个数字微镜器件耦接到所述受抑棱镜组件；一个或多个分束器，所述一个或多个分束器耦接到所述受抑棱镜组件；一个或多个投影光学器件，所述一个或多个投影光学器件耦接到所述一个或多个分束器；聚焦致动器，所述聚焦致动器耦接到所述第二投影光学器件；以及投影透镜，所述投影透镜耦接到所述聚焦致动器。所述投影透镜包括耦接到所述聚焦致动器的聚焦单元的组和耦接到所述聚焦单元的组的窗。所述图像投影装置还包括了聚焦传感器和相机。 [0007] 在另一实施方式中，公开一种图像投影系统。所述图像投影系统包括两个或更多个平台和多个图像投影装置，所述多个图像投影装置用于将图像投影到一个或多个基板上。所述两个或更多个平台被配置成固持所述一个或多个基板。所述图像投影装置中的每个包括：光导管；受抑棱镜组件；一个或多个数字微镜器件，所述一个或多个数字微镜器件耦接到所述受抑棱镜组件；一个或多个分束器，所述一个或多个分束器耦接到所述受抑棱镜组件；一个或多个投影光学器件，所述一个或多个投影光学器件耦接到所述一个或多个分束器；聚焦致动器，所述聚焦致动器耦接到所述一个或多个投影光学器件；以及投影透镜，所述投影透镜耦接到所述聚焦致动器。附图说明 [0008] 因此，为了能够详细理解本实用新型的上述特征所用方式，上文所简要概述的本实用新型的更具体的描述可以参考各个实施方式进行，所述实施方式中的一些示出于附图中。然而，应当注意，附图仅示出了本实用新型的典型实施方式，并且因此不应视为对本实用新型的范围的限制，因为本实用新型可允许其他等效实施方式。 [0009] 图1是可受益于本文所公开的实施方式的系统的立体图。 [0010] 图2是根据一个实施方式的图像投影系统的立体示意图。 [0011] 图3是根据一个实施方式的图像投影装置的立体图。 [0012] 图4是根据一个实施方式的光中继器的剖视图。 [0013] 图5是根据一个实施方式的受抑棱镜组件的示意图。 [0014] 图6是根据一个实施方式的数字微镜器件的镜阵列的示意图。 [0015] 图7是根据一个实施方式的聚焦传感机构的示意图。 [0016] 为了便于理解，已尽可能使用相同附图标记来标记附图所共有的相同要素。另外，一个实施方式的要素可有利地适用在本文所述的其他实施方式中。 具体实施方式[0017] 本实用新型的实施方式一般涉及用于执行光刻工艺的装置和系统。更具体地，提供用于将图像投影到基板上的紧凑装置。在一个实施方式中，图像投影装置包括耦接到第一安装板的光导管，以及耦接到第二安装板的受抑棱镜组件、一个或多个分束器、一个或多个投影光学器件和失真补偿器。第一安装板和第二安装板是共面的，使得所述图像投影装置紧凑并且可在具有多个图像投影装置的系统中被对准，每个图像投影装置可易于拆卸和替换。 [0018] 图1是可受益于本文所公开的实施方式的系统100的立体图。系统100包括：基架 110、板件120、两个或更多个平台130和处理装置160。基架110可搁置在制造设施的地面上，并可支撑板件120。无源空气隔离器112可位于基架110和板件120之间。板件120可为整片的花岗岩，并且两个或更多个平台130可设置在板件120上。基板140 可由两个或更多个平台 130中的每个支撑。多个孔(未示出)可形成在平台130中以允许多个升降杆(未示出)延伸穿过其中。升降杆可上升到延伸位置以诸如从一个或多个传送机械手(未示出)接收基板140。 一个或多个传送机械手可用于从两个或更多个平台130装载和卸载基板140。 [0019] 基板140可例如由石英制成并且用作平板显示器的一部分。在其他实施方式中，基板140可由其他材料制成。在一些实施方式中，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，这意味着光刻胶的暴露于辐射的部分将相应地可溶或不可溶于在将图案写入光刻胶之后施加到光刻胶的光刻胶显影剂。光刻胶的化学组分决定光刻胶会是正性光刻胶还是负性光刻胶。例如，光刻胶可包括重氮萘醌、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，可在基板140的表面上创建图案，以便形成电子电路。 [0020] 系统100可进一步包括成对支撑件122和成对轨道124。成对支撑件122可设置在板件120上，并且板件120和成对支撑件122可为单件材料。成对轨道124可由成对支撑件122支撑，并且两个或更多个平台130可沿轨道124在X方向上移动。在一个实施方式中，成对轨道124是成对平行磁性通道。如图所示，成对轨道124中的每个轨道124 是线性的。在其他实施方式中，轨道124可以具有非线性的形状。编码器126可耦接到每个平台130，以便向控制器(未示出)提供位置信息。 [0021] 处理装置160可以包括支撑件162和处理单元164。支撑件162可设置在板件120 上，并且可以包括用于两个或更多个平台130在处理单元164下方穿过的开口166。处理单元164可由支撑件162支撑。在一个实施方式中，处理单元164是图案产生器，所述图案产生器被配置成在光刻工艺中暴露光刻胶。在一些实施方式中，所述图案产生器可配置成执行无掩模光刻工艺。处理单元164可以包括多个图像投影装置(如图2至图 3所示)。在一个实施方式中，处理单元164可以包含84个图像投影装置。每个图像投影装置设置在壳体165中。处理装置160可以用于执行无掩模直接图案化。在操作过程中，两个或更多个平台130中的一个在X方向上从装载位置(如图1所示)移动至处理位置。处理位置可指在平台130穿过处理单元164下方时平台130的一个或多个位置。在操作过程中，两个或更多个平台130可由多个空气轴承(未示出)升降，并且可沿成对轨道124从装载位置移动到处理位置。多个竖直引导空气轴承(未示出)可耦接到每个平台130，并且被定位成邻近每个支撑件122的内壁128，以便稳定平台130的移动。两个或更多个平台130中的每个还可通过沿轨道150移动来在Y方向上移动，以便处理和/或转位(index)基板140。两个或更多个平台130中的每个能够独立操作，并且可沿一个方向扫描基板140，并沿另一方向步进。在一些实施方式中，当两个或更多个平台 130中的一个正在扫描基板140时，两个或更多个平台130中的另一个正在卸载经曝光的基板并且装载待曝光的下一基板。 [0022] 计量系统实时测量两个或更多个平台130中的每个的X和Y横向位置坐标，使得多个图像投影装置中的每个可准确地定位正被写入光刻胶覆盖的基板中的图案。计量系统还提供围绕竖直轴或Z轴的两个或更多个平台130中的每个的角位置的实时测量。角位置测量可在通过伺服机构的扫描期间用于保持角位置恒定，或者它可以用于通过图像投影装置390(在图3中示出)对正被写入基板140上的图案的位置施加校正。这些技术可以组合使用。 [0023] 图2是根据一个实施方式的图像投影系统270的立体示意图。图像投影系统270可以包括：光源272、光圈274、透镜276、受抑棱镜组件288、一个或多个数字微镜器件 (digital micro-mirror devices；DMD)280(示出一个)、光捕集器(light dump)282、聚焦传感器和相机284、以及投影透镜286。受抑棱镜组件288、DMD 280、聚焦传感器和相机284、以及投影透镜286可以是图像投影装置390(在图3中示出)的部分。光源272 可为发光二极管(light emitting diode；LED)或激光器，并且光源272能够产生具有预定波长的光。在一个实施方式中，预定波长在蓝色光或近紫外线(ultraviolet；UV)范围内，诸如小于约450nm。受抑棱镜组件288可以包括多个反射表面。投影透镜286可为10x 物镜。DMD 280可以包括多个镜，并且镜的数量可对应于所投影的图像的分辨率。在一个实施方式中，DMD 280包括1920×1080个镜，这表示高清电视机的像素的数目。 [0024] 在操作过程中，具有预定波长(诸如在蓝色光范围内的波长)的光束273由光源272 产生。光束273由受抑棱镜组件288反射到DMD 280。DMD 280包括可单独控制的多个镜，并且DMD 280的多个镜中的每个镜可基于由控制器(未示出)提供到DMD 280 的掩模数据而处于“开”位置或“关”位置。当光束273到达DMD 280的镜时，处于“开”位置的镜将光束273反射到投影透镜286，即，形成至投影透镜286的多个写入射束。投影透镜286随后将写入射束投射到基板140的表面304。处于“关”位置的镜将光束273 反射到光捕集器282而非基板140的表面。 [0025] 图3是根据一个实施方式的图像投影装置390的立体图。图像投影装置390用于将光聚焦到基板140的竖直平面上的特定点，并最终将图像投影到基板140上。图像投影装置390包括两个子系统。图像投影装置390包括照明系统和投影系统。照明系统包括至少光导管391和非光化光源392。在一个示例中，非光化光源392可为白光照明器件。投影系统包括： 一个或多个DMD 280(示出一个)、受抑棱镜组件288、一个或多个分束器395(示出一个)、一个或多个投影光学器件396a、396b、失真补偿器397、聚焦致动器398和投影透镜286。投影透镜286包括聚焦单元的组286a和窗286b。 [0026] 将光从光源272引入图像投影装置390。光源272可为光化光源。例如，光源272 可为成束光纤，每个光纤包含一个激光器。在一个实施方式中，光源272可为具有约100 个光纤的束。成束光纤可由激光二极管照射。光源272耦接到光导管(或万花筒(kaleido)) 391。在一个实施方式中，光源272通过组合器耦接到光导管391，所述组合器组合所述束中的每个光纤。 [0027] 一旦来自光源272的光(在图2、图5和图7中示为光束273)进入光导管391，光便在光导管391内部反射，使得光在离开光导管391时均匀化和均质化。光可在光导管 391中反射达六或七次。换句话说，光在光导管391内经过六至七次全内反射，这产生了均匀光输出。 [0028] 图像投影装置390可任选地包括各种反射表面(未标示)。各种反射表面捕获穿过图像投影装置390的一些光。在一个实施方式中，各种反射表面可捕获一些光，然后帮助将所述光引向光级传感器393，以便可以监测激光能级。 [0029] 非光化光源392将已由光导管391均匀化的宽带可见光投射到图像投影装置390的投影系统中。具体地，非光化光源392将光引向受抑棱镜组件288，并且最终照射DMD 280镜阵列632。光化光源和宽带光源可彼此独立地打开和关闭。 [0030] 受抑棱镜组件288用于对将投射到基板140的表面上的光进行滤波。具体地，示为光束273的光在受抑棱镜组件288内部的反射表面之间反射，如图5所示。光束273分成将被投射在基板140上的光和不会投射在基板140上的光。使用受抑棱镜组件288导致最小的能量损失，因为全内反射的光射出。受抑棱镜组件288耦接到分束器395。 [0031] 产量是任何光刻系统的重要参数。为实现高产量，每个图像投影装置390可设计为在至少一个方向上尽可能窄，使得许多图像投影装置390可以基板140的宽度被包装在一起。使用受抑棱镜组件288允许如图4所示的高效且紧凑的光中继器。 [0032] DMD 280被包括作为受抑立方体组件的一部分。DMD 280是图像投影装置390的成像器件。DMD 280包括布置在镜阵列632(如图6所示)中的多个微镜634。微镜634 的边缘636沿正交轴布置，所述正交轴可为X轴和Y轴。在考虑到由受抑棱镜组件288 引入的90度折叠之后，这些轴与基板140或平台坐标系所参考的类似轴相同。然而，每个微镜634上的铰链638位于每个镜的对角上，使得铰链638在与X轴和Y轴成45 度的轴上枢转。这些微镜634可以通过改变镜的倾斜角在开位置与关位置之间切换。根据光是否射中打开或关闭的镜，分别地，光将被发送穿过图像投影系统270的其余部分，或者光将不被使用。在一个实施方式中，将未使用光引向并存储在光捕集器282中，如图2所示。在一个实施方式中，DMD 280被制造成使每个微镜634的唯一稳定位置在相对于镜阵列632的表面成正12度或负12度的倾斜角处。为了垂直于镜阵列632的表面来反射入射光，入射光必须以两倍的镜倾斜角(24度)入射，并且入射到相对于X轴和Y轴旋转45度的入射平面中。DMD 280被定位成与基板140的投影齐平。 [0033] 难以示出图6中示出的DMD 280中的镜阵列632的2D示意图中的复合角，但是照射轴和投影系统的轴在示意图的平面中和包含相对于DMD 280的法线的平面中彼此偏离，并且调整镜法线以与DMD的X轴和Y轴成45度角旋转。利用这种布置，从微镜 634反射的光垂直于DMD 280的平面，并且被折叠到投影中继器中，所述投影中继器将光成像在基板140上。 [0034] 微镜634用于调整DMD 280上的照射射束的入射角，使得在反射后，入射射束(on beam)向下指向图像投影装置390的中心，并且照射系统中创建的图像位于投影系统中心。 [0035] DMD 280和受抑棱镜组件288的使用通过使从产生曝光照射的光源272到基板的焦平面的照射流的方向一直保持为大致上垂直于基板140来有助于最小化每个图像投影装置390的占用面积。 [0036] 分束器395用于进一步提取用于对准的光。更具体地，分束器395用于将光分成两个或更多个单独光束。分束器395耦接到一个或多个投影光学器件396。在图3中示出两个投影光学器件396a、396b。 [0037] 在一个实施方式中，聚焦传感器和相机284附接至分束器395。聚焦传感器和相机 284可配置成监控图像投影装置390的成像质量的各个方面，包括但不限于穿过透镜聚焦和对准，以及镜倾斜角变化。另外，聚焦传感器和相机284可以示出图像，所述图像将被投影在基板140上。在进一步的实施方式中，聚焦传感器和相机284可用于捕获基板140上的图像并在这些图像之间进行比较。换句话说，聚焦传感器和相机284可用于执行检查功能。具体地，如图7所示，狭窄光束273被引导穿过投影透镜286中的光瞳 744的一侧。光束273以倾斜角撞击基板140，并且被反射回，使得光束273横穿光瞳 744的相对侧。图像投影指示器746精确测量返回图像的横向位置。基板140的聚焦位置的变化引起在图像投影指示器746上的图像位置的变化。这种变化与散焦量和图像移动方向成比例。与标称位置的任何偏差被转换成与所述偏差成比例的模拟信号，所述模拟信号用于改变投影透镜286的位置，这使散焦的基板140a恢复良好聚焦，如基板140b 所示。在一个实施方式中，聚焦传感器和相机284附接至分束器395的表面。 [0038] 投影光学器件396、失真补偿器397、聚焦致动器398和投影透镜286一起准备用于并最终将图像从DMD 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耦接到聚焦致动器 398。聚焦致动器398耦接到投影透镜286。投影透镜286包括聚焦单元的组286a和窗 286b。聚焦单元的组286a耦接到窗286b。窗286b可以是可替换的。 [0039] 光导管391和非光化光源392耦接到第一安装板341。另外，在包括各种额外反射表面(未标示)和光级传感器393的实施方式中，各种反射表面和光级传感器393也可耦接到第一安装板341。 [0040] 受抑棱镜组件288、一个或多个分束器395、一个或多个投影光学器件396a、396b 和失真补偿器397耦接到第二安装板399。第一安装板341和第二安装板399是平面的，这允许了图像投影装置390的上述部件的精确对准。换句话说，光沿单个光轴穿过图像投影装置390。沿单个光轴的精确对准导致装置紧凑。例如，图像投影装置390可以具有在约80mm和约 100mm之间的厚度。 [0041] 因此，本实用新型的一个益处是能够在单个工具中对准多个紧凑图像投影装置。另外，每个图像投影装置可易于拆卸和替换，从而减少维护所用停机时间。 |
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