專利名稱：抗輻射退化的液晶單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及液晶單元，更具體地說，涉及抗輻射退化的液晶單元。
背景技術(shù)：
通常使用光刻來生產(chǎn)微電子電路和電路板。一般的光刻系統(tǒng)利用紫外(UV)光來使用掩膜施加圖案。圖案化的UV光然后轟擊到已用UV光敏感的光刻膠涂覆的襯底或電路板上。曝光到UV光的光刻膠產(chǎn)生化學(xué)變化，這種化學(xué)變化允許利用化學(xué)制品將曝光到UV光的光刻膠移除(但是不影響未曝光的光刻膠)，或者保護(hù)曝光到UV的光刻膠免受移除未曝光的光刻膠的化學(xué)制品影響。在任一情形中，光刻都允許掩膜上的圖案被復(fù)制到襯底上。圖案化的襯底然后被處理來生產(chǎn)微電子電路。
圖1示出了一般的光刻系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括UV光源11。來自光源11的UV光通過照明系統(tǒng)12的光學(xué)元件提供給掩膜13。具有掩膜13的圖案的UV光被投影系統(tǒng)14的光學(xué)元件引導(dǎo)到襯底15。在某些系統(tǒng)中，同時照明整個掩膜。在其他系統(tǒng)中，每次只照明一部分掩膜。在這些系統(tǒng)中，照明系統(tǒng)12、投影系統(tǒng)14和支撐襯底15和/或掩膜13的平臺16中的一個或多個可以被移動來照明掩膜13的不同區(qū)域。
這種布置存在若干問題。一個問題在于生成最簡單的微電子電路都需要許多掩膜。諸如處理器之類的復(fù)雜電路可能要求更多。因此，每次要形成不同的層時，就需要使用不同的掩膜。從而，許多掩膜必須被載入光刻機(jī)并從光刻機(jī)卸載。必須小心地搬運、存儲和檢查每塊掩膜。任何污染或損壞都將導(dǎo)致有缺陷的產(chǎn)品。另一個問題在于一旦創(chuàng)建了掩膜，就不能改變它們。因此，簡單的設(shè)計變化，即使比例變化也將要求創(chuàng)建一組新的掩膜。
在試圖解決這些問題之前已使用了空間光調(diào)制器(SLM)來替換掩膜。由SLM形成的圖像是動態(tài)的，因此，一個SLM可以替換所有的掩膜。SLM可以容易地改變來反映設(shè)計改變。這還解決了與搬運、存儲和檢查掩膜相關(guān)的問題。一類SLM是液晶SLM。然而，現(xiàn)有的液晶SLM不能用在光刻系統(tǒng)中，這是因為紫外光會導(dǎo)致液晶材料分解，從而使SLM無法使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例涉及抗電磁或離子化輻射的液晶單元，所述輻射例如是具有100nm到400nm之間的波長的光，通稱為UV輻射。然而，本發(fā)明的實施例可以與使液晶(LC)材料退化的其他波長或離子化輻射一起使用。本發(fā)明液晶單元可以用作替換光刻成像系統(tǒng)中光刻膠的空間光調(diào)制器(SLM)。LC單元的一個示例是硅上液晶(LCOS)單元。這些類型的液晶先前已用在其他光學(xué)技術(shù)中，例如用于投影系統(tǒng)的微顯示設(shè)備；然而，試圖將其用到在UV波長范圍中的光時未成功。這些液晶單元中的材料一般是有機(jī)的，因此在暴露至UV光時會分解。先前的液晶單元可能隨著液晶單元表面上的殘渣沉積、或者離子物質(zhì)(ionic species)的形成的增加而出現(xiàn)退化。這兩種效果都最終導(dǎo)致液晶單元的電學(xué)或光學(xué)失效。取決于光源的強(qiáng)度，失效可能僅在數(shù)分鐘內(nèi)就發(fā)生。相反，本發(fā)明的液晶單元具有數(shù)千小時的壽命，從而使得LCOS單元器件能夠與UV照明一起使用。
本發(fā)明的一個實施例是增加在液晶單元內(nèi)存儲的液晶材料的容量。本實施例的示例是在液晶單元的周圍和/或在液晶單元的一個或多個有源元件周圍提供溝槽。這些溝槽提供存儲額外的液晶材料的貯液器。由于UV曝光所產(chǎn)生的污染物可以通過液晶材料擴(kuò)散，所以本實施例可以工作。對本實施例的增強(qiáng)是在溝槽中放置電極，并且在電極之間施加DC電壓。這些電極將吸引污染物的離子物質(zhì)，從而使這些污染物從有源區(qū)遷移走然后進(jìn)入溝槽。
本發(fā)明的另一個實施例使用無機(jī)層(例如，二氧化硅)作為液晶單元中的對準(zhǔn)層，而不是使用有機(jī)材料作為對準(zhǔn)層。無機(jī)層應(yīng)當(dāng)是透明的，并且/或者不吸收入射到該層上的光，例如UV光。在暴露至UV光時，有機(jī)層會快速分解。沒有對準(zhǔn)層，液晶單元工作很差。此外，來自分解的層的分解副產(chǎn)品或污染物還使液晶單元的工作退化。另一方面，無機(jī)對準(zhǔn)層對于UV光譜中的光實質(zhì)上是透明的，因此可以實現(xiàn)對液晶材料的必要的對準(zhǔn)。
本發(fā)明的又一個實施例使用泵來使液晶材料循環(huán)通過液晶單元。泵或其他器件用來使液晶材料移過有源區(qū)。從而，退化的材料被從液晶單元移除，并且用新的或者退化較少的材料替換。對本實施例的增強(qiáng)是在液晶單元中包括微溝道來引導(dǎo)或促使液晶材料在特定方向和/或路徑上流動。
注意，各種實施例可以與其他實施例組合使用。例如，液晶單元可以實現(xiàn)無機(jī)對準(zhǔn)層實施例、以及溝槽實施例或流動的液晶單元實施例之一。另一種液晶單元可以同時實現(xiàn)溝槽實施例和流動的液晶單元實施例。在這種液晶單元中，溝槽可以充當(dāng)貯液器以及流動溝道，以向低速移動的液晶材料“河流”提供路徑。另一種液晶單元可以實現(xiàn)本發(fā)明的所有三種實施例。注意，本發(fā)明的實施例使液晶單元能夠抗輻射退化，例如，電磁或離子化輻射。輻射的波長可以是紫外波長或另一種波長。注意，本發(fā)明的實施例可以用在使用液晶單元的任何情況，包括在光刻中使用的SLM。


圖1示出了使用掩膜的一般的現(xiàn)有技術(shù)光刻系統(tǒng)；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的液晶單元的示例；圖3A和3B示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的液晶單元的另一個示例；圖4A和4B示出了根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的液晶單元的又一個示例；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例在光刻系統(tǒng)中用作SLM的液晶單元的示例；以及圖6示出了根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的液晶單元的又一個示例。
具體實施例方式
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的液晶(LC)單元20的示例。該單元具有頂極板22和具有有源區(qū)23的襯底21。頂極板具有電極(未示出)。有源區(qū)23具有多個像素電極，該多個像素電極與頂極板電極一起用來產(chǎn)生開關(guān)液晶材料的電場。注意，為了簡化，未示出液晶單元工作所需的具他層，例如，對準(zhǔn)層、極化層、抗反射層、電介質(zhì)層等。密封25將液晶材料28保持在頂極板22和襯底21之間。來自光源(未示出)的光27例如UV光轟擊有源區(qū)23。在美國專利No.6,329,974中公開了液晶單元的一個示例，該專利的公開通過引用結(jié)合于此。
液晶單元還具有兩個對準(zhǔn)層(在圖2中未示出)，一個接近頂極板，另一個接近有源區(qū)。對準(zhǔn)層在沒有外加場時對準(zhǔn)液晶材料?；陧敇O板電極和像素電極產(chǎn)生的外加場，液晶材料將改變其對準(zhǔn)。從而，各種像素電極可以被激活，像素電極被激活又影響接近被激活的像素電極的液晶材料的對準(zhǔn)，這又影響液晶單元的光學(xué)特性。
在本實施例中，額外的液晶流體被存儲在一個或多個貯液器中的單元中。
(多個)貯液器減少了由于液晶材料暴露給輻射而產(chǎn)生的分解所導(dǎo)致的污染物在有源區(qū)上的累積。例如，如圖2所示，一個或多個溝槽24作為貯液器繞液晶單元形成在襯底21中。另外，如圖6所示，可以繞液晶單元的一個或多個有源元件62(例如，像素電極)形成溝槽61、63和64。溝槽61可以在一個方向上取向，或者溝槽63、64可以完全圍繞有源元件。從而，(多個)溝槽可以完全包圍有源區(qū)，或者可以僅部分地包圍有源區(qū)。相對于液晶材料的分解量，這增加了液晶材料的總的容量。隨著液晶材料被瓦解并且形成污染物，污染物通過液晶材料擴(kuò)散。利用這種較大的容量，減小了污染物的濃度。
可以通過切割或蝕刻襯底來形成溝槽。在硅襯底的情形中，也可以利用諸如KOH之類的各向異性蝕刻劑來對襯底進(jìn)行微機(jī)械加工。注意，溝槽可以位于被UV光照明的區(qū)域的外部。這保護(hù)了位于(多個)溝槽內(nèi)的液晶材料免受由UV光引起的不必要的退化。
一般而言，頂極板22和襯底21之間的距離為數(shù)微米。作為示例，取決于LC單元的面積，200微米深1毫米寬的溝槽將使在液晶單元中存儲的液晶材料的容量增加10-50倍。因此，如果UV光每小時使1微升退化，并且液晶單元通過使用貯液器存儲1000微升，那么在需要替換和/或維修之前液晶單元可以持續(xù)1000小時。
通過從液晶材料中濾除瓦解污染物可以可選地增強(qiáng)本實施例。一種方法是使用具有施加到它們之間的DC電勢的電極。一個或多個電極26a和26b位于液晶單元中，例如，位于一個或多個溝槽的底部中。液晶材料的瓦解可能導(dǎo)致該材料分解為離子物質(zhì)，即，某些污染物具有正離子電荷，而其他的具有負(fù)離子電荷。這些污染物將被吸引到溝道底部的(多個)帶電電極，從而從被照明的區(qū)域27遷移走。在圖2所示的示例中，電極26a和電極26b可能具有施加到它們之間的電勢。在另一個實施例中，兩個電極26c和26d可能被置于溝槽中，并且具有施加在它們之間的電勢。電極26(注意26指示26a、26b、26c和26d)可以暴露至液晶材料，或者電極可以埋在襯底21中。電極26產(chǎn)生的電場可以與頂極板電極和像素電極產(chǎn)生的電場正交。這將降低來自電極26的電場對LC單元的工作的影響，并提供凈動力來將離子污染物掃到它們各自的電極26，從而從LC器件內(nèi)的循環(huán)中移除。
從液晶材料濾除污染物的另一種方法是在液晶單元中設(shè)置過濾器29，來從液晶材料中分離污染物?？梢允褂脙?nèi)部驅(qū)動流(例如，動電效應(yīng))來在液晶單元周圍移動液晶材料。從而可以從該流中分離出污染物。利用電極和/或過濾器將通過減少有源區(qū)中的污染物，從而有助于延長液晶單元的壽命。
圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的液晶單元30的另一個示例的側(cè)視圖。圖3B示出了圖3A的單元30的內(nèi)側(cè)立體圖。在本發(fā)明的該實施例中，利用無機(jī)材料替換了有機(jī)材料(除了液晶材料外)。例如，現(xiàn)有技術(shù)的液晶單元使用薄的有機(jī)材料薄涂層(即，聚酰亞胺)作為對準(zhǔn)層。對準(zhǔn)層確立液晶材料的對準(zhǔn)。這些材料吸收一些UV光，結(jié)果逐漸分解從而形成使液晶單元的工作退化的污染物。
本發(fā)明的該實施例使用無機(jī)材料(例如，二氧化硅(SiO2))層作為對準(zhǔn)層。二氧化硅在光譜的紫外部分中實質(zhì)上是透明的，因此將不會因為暴露至UV光而快速退化或以其他方式改變。該層的表面特征將實現(xiàn)所要求的液晶材料的對準(zhǔn)。二氧化硅層可以通過將蒸發(fā)的SiO2傾斜地沉積在頂極板32上(形成對準(zhǔn)層33)和/或襯底3 1的有源區(qū)上(形成對準(zhǔn)層34)而形成。在沉積蒸發(fā)的SiO2時，極板和/或襯底一般以5度角(從水平表面或從法向軸85度)取向來提供適當(dāng)?shù)娜∠?6。本實施例對于2到10度之間的取向都應(yīng)當(dāng)可行。該層可以形成8-12納米(nm)厚，一般為1 0nm厚。還要注意，二氧化硅具有與頂極板的折射系數(shù)類似的折射率，這將減少UV光的折射損失。因此，二氧化硅減少了由于液晶材料暴露至輻射而產(chǎn)生的分解導(dǎo)致的污染物的累積。
注意，其他無機(jī)材料也可以用于該對準(zhǔn)層，只要該無機(jī)材料對工作波長的光或者感興趣的光是透明的并且/或者吸收較小。此外，不是利用獨立的層，而是對準(zhǔn)圖案或區(qū)域可以是LC單元的另一組件的一部分，例如，是頂極板的一部分和/或襯底的一部分(例如，電極)。對準(zhǔn)圖案應(yīng)當(dāng)與液晶材料接觸，并且應(yīng)當(dāng)具有實現(xiàn)所要求的液晶材料的對準(zhǔn)的表面特征。組件的對準(zhǔn)圖案對工作波長的光或者感興趣的光應(yīng)當(dāng)也是透明的并且/或者吸收較小。
圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的液晶單元40的又一個示例的側(cè)視圖。圖4B示出了圖4A的示例的不同布置93的俯視圖。在本實施例中，液晶材料被抽吸通過液晶單元。該流減小或者防止了由于液晶材料暴露至輻射而產(chǎn)生分解導(dǎo)致的污染物在有源區(qū)中的累積。這是很重要的，因為污染物可能吸收UV光因而被加熱，而沒有污染物的液晶材料吸收UV光最小。熱量累積可能損壞或毀壞液晶單元。因此，利用本實施例，由于UV光而導(dǎo)致退化的液晶材料被更新，這增加了液晶單元的壽命?？梢酝ㄟ^以下方式更新液晶材料在一遍之后丟棄該材料；將該材料在容器中混合然后將該材料重新循環(huán)回到液晶單元；以及/或者在該材料返回液晶單元之前過濾或以其他方式提純該材料。
圖4A示出了具有液晶材料流的液晶單元40的示例。液晶單元40具有入口44、出口46、泵43、液晶源91和液晶終點92。泵43可以位于源91中或終點92中，或者在液晶單元40中。泵43可以是旋轉(zhuǎn)泵、注射泵，或者可以是動電泵。泵可以連續(xù)工作或者以各種(或者預(yù)定的)時間間隔間歇工作。在任何情形中，液晶材料47都從入口44通過有源區(qū)流動到出口46。液晶單元由頂極板42、襯底41和密封45限界。
液晶源91可以是貯液器或罐，保存用于液晶單元的液晶材料。新的液晶材料將按需被添加到源。液晶終點92也可以是貯液器或罐，用于保存來自液晶單元的用過的液晶材料。來自該終點的用過的液晶材料可以按需被處理?；蛘撸?1和終點92可以是回收系統(tǒng)的一部分，回收系統(tǒng)使用過的液晶材料移回到液晶單元中。例如，源91和終點92可以是將用過的液晶材料混合來稀釋液晶材料中污染物的單個罐的多個端口。一段時間后，應(yīng)當(dāng)替換掉罐中的材料?；蛘?，罐中的材料在返回液晶單元之前可以被提純和/或過濾來從液晶材料中移除污染物。
圖4A的布置對于低縱橫比的有源區(qū)(例如，正方形或圓形)足夠了。然而，對于高縱橫比的有源區(qū)，例如矩形、橢圓形等，使液晶材料在短軸方向上移過有源區(qū)是有益的。這意味著液晶材料可以以較低的速度通過有源區(qū)，并且仍舊防止了污染物累積。如果材料沿長軸移動，則要么流速應(yīng)該增加(這可能導(dǎo)致液晶單元工作較差)，要么污染物可能累積。
圖4B是一種布置的平面視圖，該布置可用于高縱橫比的有源區(qū)。圖4B的液晶單元包括微流體溝道48和94，這些微流體溝道48和94沿長軸方向分配液晶材料。這允許液晶材料沿短軸方向流過有源區(qū)。溝道48和94使在入口44處接收到的液晶材料均勻擴(kuò)散過有源區(qū)，并且從有源區(qū)的另一端均勻收集以傳送到出口46。由于液晶材料通過有源區(qū)的短軸，所以可以降低流速。降低的流速減小了壓力效應(yīng)，并且防止流動缺陷影響LC單元的正常工作。高流速可能影響液晶材料的對準(zhǔn)，并且導(dǎo)致LC單元工作較差。對于給定的流率，使液晶材料沿短軸方向流動允許更低的流速。溝道48和94可以內(nèi)置在硅襯底41中，或者可以固定附著在液晶單元中。這些溝道也可以形成在頂極板中，尤其是貯液器位于襯底中時。
另外，液晶單元可以具有內(nèi)密封環(huán)49，內(nèi)密封環(huán)49可以充當(dāng)隔離環(huán)。該環(huán)厚度一般為1到10微米，提供液晶單元的頂和底極板之間的正確間隔。另外，密封環(huán)還防止液晶材料在沒有完全穿過有源區(qū)的情況下從入口44直接流到溝道94。通過提供密封環(huán)，流體通過溝道48進(jìn)入有源區(qū)，然后均勻地分配通過液晶單元。環(huán)49一般用例如金屬之類的不透明材料制成，其將一般是環(huán)氧化物的外密封45從散射的UV光屏蔽開。即使環(huán)氧化物的外密封不直接暴露至散射的UV光，長時間暴露至散射的UV光也可能使密封退化并且危及液晶單元的機(jī)械完整性。注意，已針對UV光描述了實施例，但是這些實施例也可以用于其他波長的光或離子化輻射。
注意，各種實施例可以與其他實施例組合使用。例如，液晶單元可以具有圖3A和3B的實施例的無機(jī)對準(zhǔn)層33、圖2的實施例的(多個)溝槽24。作為另一示例，液晶單元可以具有圖3A和3B的實施例的無機(jī)對準(zhǔn)層33、圖4A的泵43和/或圖4B的微流體溝道48和94。又一個液晶單元可以具有圖2的實施例的(多個)溝槽24、圖4A的泵43和/或圖4B的微流體溝道48和94。在這種液晶單元中，溝槽可以充當(dāng)貯液器以及流動溝道，以向低速移動的液晶材料“河流”提供路徑。另一種液晶單元還可以具有本發(fā)明的所有三種實施例的特征。
圖5示出了包括空間光調(diào)制器(SLM)53的一般的光刻系統(tǒng)50。SLM包括具有圖2、3A、3B、4A和4B的實施例中的任何一個的一個或多個特征的液晶單元。系統(tǒng)50包括UV光源51。來自光源51的UV光通過照明系統(tǒng)52的光學(xué)元件被提供給SLM 53。具有SLM 53的圖案的UV光被投影系統(tǒng)54的光學(xué)元件引導(dǎo)到襯底55。在大多系統(tǒng)中，同時照明整個SLM。在這些系統(tǒng)中，投影系統(tǒng)54和支撐襯底55的平臺56中的一個或多個被移動來照明襯底55的不同區(qū)域。針對襯底55的每個不同區(qū)域，SLM上的圖案可以改變也可以不改變。注意，SLM 53是反射SLM，但是，對于透射SLM，本發(fā)明的實施例也將工作。
注意，通過使用SLM，可以按需改變圖案，例如，針對設(shè)計改變或針對正制造的產(chǎn)品的每個不同層進(jìn)行的處理。因此，利用本發(fā)明的SLM，可以實時改變圖像比例。還要注意，SLM的圖案可以針對每個部分改變，從而允許每個部分可以具有在每個部分上編碼的唯一標(biāo)識符，例如，序列號。
在生成集成電路器件、離散電路器件、印刷電路板、平板顯示器和IC封裝時可以使用本發(fā)明的實施例。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件(20、30、40或93)，包括透明頂極板(22、32或42)；包括有源區(qū)的襯底(23、31或41)，所述襯底和所述頂極板共同限定空腔；所述空腔內(nèi)的液晶材料；以及用于減少由于暴露至輻射而使所述液晶材料分解所導(dǎo)致的污染物累積的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其中用于減少的裝置包括限定在所述襯底(23)和所述頂極板(22)至少一個中的與所述空腔流體連通的貯液器(24或28)；以及所述貯液器內(nèi)的額外的液晶材料。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其中用于減少的裝置包括限定在所述頂極板(32)和所述襯底(31)至少一個中的無機(jī)對準(zhǔn)圖案(33)，其中所述無機(jī)對準(zhǔn)圖案與所述液晶材料接觸。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其中用于減少的裝置包括可工作來通過穿過所述有源區(qū)的所述空腔抽取所述液晶材料的泵(91)。
5.如權(quán)利要求3或4所述的光學(xué)元件，其中用于減少的裝置還包括限定在所述襯底和所述頂極板至少一個中的與所述空腔流體連通的貯液器；以及所述貯液器內(nèi)的額外的液晶材料。
6.如權(quán)利要求2或5所述的光學(xué)元件，其中用于減少的裝置還包括與所述貯液器流體連通的微流體溝道(48、94)。
7.如權(quán)利要求2或5所述的光學(xué)元件，還包括位于所述貯液器中可工作來吸引離子污染物的電極(26)。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)元件，其中，所述電極是第一電極(26a)，并且所述液晶光調(diào)制器還包括第二電極(26b)，所述第一和第二電極可連接來接收電勢差。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件，其中，所述電極可工作來產(chǎn)生與所述頂極板平行的電場。
10.如權(quán)利要求2-9所述的光學(xué)元件，其中，利用紫外光照明所述光學(xué)元件。
全文摘要
本發(fā)明的實施例涉及抗UV的液晶單元。本發(fā)明的一個實施例是增加在液晶單元內(nèi)存儲的液晶材料的容量。例如，可以利用溝槽來提供存儲額外的液晶材料的貯液器(24、28)。本發(fā)明的另一個實施例在液晶單元中使用無機(jī)對準(zhǔn)層(33)，而不是使用有機(jī)材料作為對準(zhǔn)層。本發(fā)明的又一個實施例使用泵(91)來使液晶材料循環(huán)過液晶單元。本發(fā)明的液晶單元可以用作光刻成像系統(tǒng)(50)中的SLM(53)。
文檔編號G03F7/20GK1894621SQ200480037290
公開日2007年1月10日 申請日期2004年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月15日
發(fā)明者查爾斯·D·霍克, 彼得·R·洛博石, 雷內(nèi)·P·海爾兵, 西村健 申請人:安捷倫科技有限公司