CN102129180A - 微镜器件的筛选方法、微镜器件筛选装置以及无掩膜曝光装置 - Google Patents

微镜器件的筛选方法、微镜器件筛选装置以及无掩膜曝光装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种微镜器件的筛选方法、微镜器件筛选装置以及无掩膜曝光装置。该微镜器件筛选装置用于在无掩膜曝光装置中获得在宽度方向和厚度方向上都无凹陷的线性良好的描画图案。在该微镜器件筛选装置中具备：将照明光照射到微镜器件(2)的微镜(21)的照明系统；使通过微镜(21)产生的衍射光入射到摄像元件(79)的光学系统；以及对通过摄像元件(79)拍摄到的衍射光分布图像进行处理，进行微镜器件(2)为合格品或不合格品的判定的处理系统(9)。

Description

微镜器件的筛选方法、微镜器件筛选装置以及无掩膜曝光装置
技术领域
本发明涉及在显示设备用面板或半导体掩膜上、复制烧制图案的无掩膜曝光装置中配备的微镜器件的筛选方法及微镜器件筛选装置，特别是涉及微镜器件的微镜的平坦性的检测。
背景技术
通过把描画在掩膜上的电路图案印制在基板上来制造液晶或有机EL(电致发光)等面板。作为工序，在玻璃基板上堆积薄膜之后涂敷光刻胶，将电路图案曝光，进行显影。接着经由光刻胶图案对底层的薄膜进行蚀刻，形成薄膜图案。多次重复该工序来层叠薄膜图案，由此生成能够控制各像素的明暗的电路图案。
为了进行彩色显示，将彩色滤波器制作在与电路图案的玻璃基板不同的玻璃基板上。首先，最初形成划分红、绿、蓝的区域的被称为黑阵(black matrix)的遮光带。接着涂敷包含红色颜料的光刻胶，进行曝光、显影，由此作成红色的彩色滤波器。
绿色、蓝色也重复同样的工序。最后通过薄膜层叠、光刻胶涂敷、曝光、显影、刻蚀形成公共的透明电极图案，由此制造红绿蓝(RGB)的彩色滤波器。在液晶面板中，通过形成了电路图案的玻璃基板和彩色滤波器包围液晶，在照明侧设置光源和偏振板，在出射侧设置与光源垂直的方向的偏振板，液晶显示面板完成。
如上述那样，在制造工序中，频繁使用在光刻胶上印制图案的曝光。在曝光中使用掩膜，但是在开发新的显示装置时掩膜的交货期成为短期开发的瓶颈。另外，在制造大型电视机用面板时，如果在成为废弃的多余的空间中根据市场情况分割成小型面板，能够有效使用资源。
如果是不使用掩膜的无掩膜曝光装置，则能够应对这些。例如在美国专利第6493867号说明书(专利文献1)中公开了一种无掩膜曝光装置。
在无掩膜曝光装置中，通过微镜器件(以下称为MMD)代替掩膜来形成图案。通过晶体管来控制二维排列的镜组中的每一个反射镜的倾角，由此进行反射光角度的切换。
MMD经由投影透镜在基板上成像，形成透过投影透镜的反射角的像素为白色、无法透过的发射角的像素为黑色的图案。与配备有基板的平台的移动连动控制MMD的各微镜的倾角，由此在基板上复制图案。相对平台移动方向倾斜1/M弧度来设置MMD，由此能够以像素间距的1/M的分辨率来控制图案复制位置。
另外，关于掩膜的复制图案像的仿真，例如在Y.Yoshitake et al、“Multispotscanning exposure system for excimer laser stepper”、SPIE、1463、(1991)678(非专利文献1)中进行了公开。
【专利文献1】美国专利第6493867号说明书
【非专利文献1】Y.Yoshitake et al、“Multispot scanning exposure system forexcimer laser stepper”、SPIE、1463、(1991)678
发明内容
在上述的无掩膜曝光装置中，通过将与像素对应的微镜图像复制在基板上形成图案。在此，首先使用图11及图12来说明MMD的功能。图11是表示MMD的接通(ON)状态的截面图，图12是表示MMD的微镜的断开(OFF)状态的截面图。
如图11所示那样，微镜21被固定在轭板(yoke)22上，通过电极24的静电扭转铰链23，轭板22发生倾斜，结果微镜21倾斜角度α。
当使照明光110以相对基板面26的法线方向2α的角度入射时，反射光111沿MMD的基板面26的法线方向反射。
另一方面，如果接通电极25时，则如图12所示那样，微镜21向与图11相反方向倾斜。结果，反射光111在相对于MMD的基板面26的法线方向为4α的方向上进行反射。
即，在电极25断开时的微镜21的倾角α为12度时，当把电极25接通时，在相对于MMD的基板面26的法线方向48度的方向上进行反射。通过未图示的遮光带对断开状态的反射光进行遮光。
通过图13对无掩膜曝光装置的结构进行说明。图13是表示无掩膜曝光装置的结构的结构图。
在图13中，使从光源11出射的照明光110折返，通过反射镜12以预定的角度照射在MMD2上。MMD2反射的光通过投影透镜3，经由投影透镜光孔31在基板5上形成MMD2的投影图像4。将基板5装配在平台6上，通过平台6的移动，使投影图像4在基板5的整个面上多重曝光。
通过图14对多重曝光的方法进行说明。图14是用于说明通过MMD的各微镜进行的多重曝光方法的图。
如图14所示那样，相对于平台6的移动方向50倾斜角度θ地设置MMD2。MMD2的各微镜图像401～406与平台6的移动连动，切换接通/断开状态。把在接通/断开状态的切换周期期间平台6前进的移动量作为描绘间距PP，当选择比微镜图像的间距P大的PP时，则微镜图像仅稍稍错开地在基板上的像素区域51中多重曝光。
在此，通过图15～图17对多重曝光时的各微镜图像的X方向的光强度分布进行说明。图15是表示多重曝光时的各微镜图像的X方向的光强度分布的图，图16是表示图15所示的光强度分布的合计光强度分布的图，图17是表示3像素×1像素图案的光强度分布的图。
与微镜图像401～406对应的、与平台6的移动方向50垂直的方向X的光强度分布为图15的4001～4006所示的分布，将其相加后的光强分布为图16的4011所示的分布。
另外，如图17所示那样，设为在X方向上3像素，在平台移动方向Y上1像素的描画图案，当把各像素的光强度分布4011～4013相加时，能够获得光强度分布4100。通过相加相邻的光强度分布，各像素的光强度分布4011～4013的倾斜部变得平坦。结果，二维图案4110能够获得具有良好线性的图案。
以上说明了微镜图像的光强度分布为矩形的理想状态，但是在此，通过图18～图20对高斯分布光强度分布的情况进行说明。图18是表示多重曝光时的各微镜图像的高斯分布光强度分布的图，图19是表示图18所示的光强度分布的合计光强度分布的图，图20是表示通过高斯分布状微镜图像生成的3像素×1像素图案的光强度分布的图。
如图18所示那样，光强度分布4021～4026与微镜图像401～406对应。将图18所示的光强度分布相加后的光强度分布为图19的4031所示那样。在图19中，相对于将矩形的微镜图像4001～4006相加所获得的光强度分布4011，倾斜部的宽度变窄。
另外，如图20所示，设为在X方向上3像素、在Y方向上1像素的描画图案，当把各像素的光强度分布4031～4033相加时，因为光强度分布4031～4033的倾斜部的宽度较窄，因此将各像素相加后的光强度分布4200的像素边界部的光强度弱。
结果，在XY平面的二维图案4210的像素边界产生宽度方向的凹陷4211和厚度方向的凹陷4212。在把图案作为晶体管的栅极使用时，宽度方向的凹陷4211使晶体管的特性发生变化。另外，在彩色滤波器中，光刻胶本身作为图案残留下来，因此厚度方向的凹陷4212可能引起像素的亮度变化。
本发明的目的在于提供一种用于在无掩膜曝光装置中获得在宽度方向和厚度方向上都没有凹陷的良好线性的描画图案的MMD的筛选方法及MMD筛选装置。
根据本说明书的记述及附图，本发明上述以及其它的目的和新特征将会变得明确。
下面对本申请中公开的发明中的代表性部分的概要进行简单说明。
即，代表性部分的概要为：具备对MMD的微镜照射照明光的照明系统；使微镜产生的衍射光入射到摄像元件的光学系统；以及对摄像元件拍摄到的衍射光分布图像进行处理，进行MMD为合格品或不合格品的判定的处理系统。
以下对通过在本申请中公开的发明中的代表性的部分获得的效果进行简单说明。
即，通过代表性部分获得的效果是：能够简单且迅速地筛选平坦性良好的MMD，所以在使用了MMD的无掩膜曝光装置中能够获得在宽度方向和厚度方向上都没有凹陷的线性良好的复制图案，能够提高无掩膜曝光装置的品质及可靠性。
另外，因为能够监视在无掩膜曝光装置中配备的MMD的平坦性的随时间恶化，所以能够提前防止复制图案的线性恶化，能够在液晶或有机EL等面板或半导体掩膜的制造中维持成品率。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的微镜器件(MMD)筛选装置的结构的结构图。
图2用于说明使用微镜的平坦性良好的MMD的必要性。
图3是表示本发明实施方式1的MMD筛选装置的微镜中心与周围的高度差Zh的图。
图4是表示将本发明实施方式1的MMD筛选装置的Zh作为参数的微镜凹面化时的曝光仿真结果的图。
图5是本发明实施方式1的MMD筛选装置的楔形玻璃、直角棱镜以及微镜部的放大图。
图6是表示本发明实施方式1的MMD筛选装置的微镜平坦性判定处理的流程的流程图。
图7是表示本发明实施方式1的MMD筛选装置的衍射光分布图像的区域划分的图。
图8是表示本发明实施方式1的MMD筛选装置的微镜中心与周围的高度差Zh与评价值S的关系的图。
图9是表示本发明实施方式2的无掩膜曝光装置的结构的结构图。
图10是表示本发明实施方式2的无掩膜曝光装置的照明系统的旋转式孔径的图。
图11是表示MMD的微镜的接通状态的截面图。
图12是表示MMD的微镜的断开状态的截面图。
图13是表示无掩膜曝光装置的结构的结构图。
图14是用于说明通过MMD的各微镜的多重曝光方法的图。
图15是表示多重曝光时的各微镜图像的X方向的光强度分布的图。
图16是表示图15所示的光强度分布的合计光强度分布的图。
图17是表示3像素×1像素图案的光强度分布的图。
图18是表示多重曝光时的各微镜图像的高斯分布光强度分布的图。
图19是表示图18所示的光强度分布的合计光强度分布的图。
图20是表示通过高斯分布微镜图像生成的3像素×1像素图案的光强度分布的图。
符号说明
2微镜器件(MMD)；3投影透镜；4投影图像；5基板；6平台；9处理系统；21微镜；22轭板；23铰链；24、25电极；26MMD的基板面；31投影透镜光孔；55基板的表面；70光源；71光纤；72准直透镜；73楔形玻璃；74直角棱镜；75、77、78透镜；76光圈；79摄像元件；80衍射光分布图像；91控制系统；900显示系统
具体实施方式
以下参照附图对本发明实施方式进行详细说明。另外，在用于说明实施方式的全图中，原则上对相同部件赋予相同符号，并省略其重复说明。
(实施方式1)
通过图1对本发明实施方式1的微镜器件(以下称为MMD)筛选装置的结构进行说明。图1是表示本发明实施方式的MMD筛选装置的结构的结构图。
在图1中，MMD筛选装置由MMD2、处理部9、照明系统即光源70及光纤71、作为光学系统的准直透镜72、楔形玻璃73、直角棱镜74、透镜75、77、78以及光圈76、摄像元件79、显示系统900构成。MMD2由微镜21构成。
在本实施方式中，以预定角度对MMD2照射平行光，并通过透镜对反射的光进行平行校正，通过透镜系统将衍射光分布缩小成像在摄像元件上，通过处理部9进行图像处理，对衍射光分布的特征进行量化，检测微镜21的平坦性。
首先，通过图2对使用微镜21的平坦性良好的MMD2的必要性进行说明。图2是用于说明使用微镜21的平坦性良好的MMD2的必要性的说明图，表示有关平坦性不好的微镜21的作用。
如图2所示，微镜21由于制作MMD2时的热应力或照明光照射引起的热应力而弯曲成凹面。因此微镜21具有将平行光110变换成会聚光112的作用，在微镜21的基板5上的像如光强度分布4021那样成为高斯分布状。
如图20中说明的那样，这成为在图案内像素边界部产生凹陷的原因。因此，首先具有筛选使用具有良好平坦性的微镜21的必要性。能够通过激光共焦显微镜进行平坦性的测定，但是测定需要花费劳力和时间，因此在本实施方式中使用了衍射光分布的特性。
接着，通过图3以及图4，说明本发明实施方式1的MMD筛选装置的检测具有良好平坦性的微镜的原理。图3表示本发明实施方式1的MMD筛选装置的微镜中心与周围的高度差Zh，图4表示将本发明实施方式1的MMD筛选装置的Zh作为参数的微镜凹面化时的曝光仿真结果。
在本实施方式中，着眼于微镜21凹面化时的衍射光分布的特性。在凹面化时具有相对于平面，在周围部分的相位偏离变大，与此相伴，高阶的衍射光强度变大的特性。在此，如图3所示，把通过抛物面对微镜的凹面化进行近似时的中心与周围的高度差设为Zh。
图4所示的曝光仿真结果表示微镜的尺寸为13.7μm角的情况。如图4所示，随着Zh变大，在光孔上发生高阶衍射光，基板上的微镜图像因凹面的会聚作用而变圆。拍摄光孔上的衍射光分布，如果通过评价值对高阶衍射光位置的亮度进行量化，则能够对凹面化的程度进行量化，并且能够通过该评价值筛选具有平坦性良好的微镜的MMD。
接下来，通过图1以及图5～图8对本发明实施方式1的MMD筛选装置的动作进行说明。图5～图8是用于说明本发明实施方式1的MMD筛选装置的动作的说明图，图5是MMD筛选装置的楔形玻璃、直角棱镜以及微镜部的放大图，图6是表示微镜平坦性判定处理的流程的流程图，图7是表示衍射光分布图像的区域划分的图，图8是表示微镜中心与周围的高度差Zh和评价值S的关系的图。
首先，如图1所示，光源70产生的照明光通过光纤71出射，通过准直透镜72变为平行光，通过楔形玻璃73偏转角度θ1。当把楔形玻璃73的折射率设为n1时，通过以下的公式1给出角度θ1和楔形玻璃73的角度β的关系。
θ1＝(n1-1)β          (1)
在楔形玻璃73出射的照明光710入射到直角棱镜74，并入射到MMD2的微镜21，通过直角棱镜74的斜面对反射光进行全反射。
在此，使用图5对直角棱镜74内部的照明光710的中心光线711的光路进行说明。
以下表示微镜的倾角α为12度的情况。希望注意的是θ1～θ5按照以下的公式2～公式5，随α的值而变化。为了使反射光垂直入射到直角棱镜，需要使入射角θ5为24度。此时，如果将直角棱镜的折射率设为n2，则通过公式2给出θ5和θ4的关系。
sinθ4＝sinθ5/n2     (2)
如果设n2＝1.5，因为θ5＝24度，所以θ4为15.73度。另一方面，θ4和θ3的关系为下面的公式3那样，因此θ3为29.27度。
θ3＝45-θ4           (3)
另外，下面的公式4给出直角棱镜74的斜边的折射率。
sinθ2＝n2·sinθ3    (4)
由此，求出θ2为47.17度。θ1和θ2的关系为下面的公式5那样，因此θ1为2.17度。
θ1＝45-θ2           (5)
如果假设n1＝1.5，则通过公式1可知实现使反射光垂直入射到直角棱镜的楔形玻璃21的角度β为1.09度。
在此，再次返回到图1，对通过微镜21产生的衍射光712的光路进行说明。通过透镜75对衍射光712进行平行校正后，通过设置在透镜75的焦距f1的位置上的光圈76去掉在测定中不需要的部分。
光圈76的位置是微镜21的傅里叶变换面，衍射光分布是分离最好地检测的位置。光圈76比摄像元件79的视野大。
因此，通过透镜77和透镜78构成中继缩小光学系统。将光圈76缩小到透镜77的焦距f2和透镜78的焦距的比即f3/f2倍，在摄像元件79上成像。
在此，将透镜77和透镜78的距离设为焦距之和f2+f3。通过处理系统9对摄像元件79拍摄到的衍射光分布图像实施图像处理，判定微镜21的凹面性。
接下来通过图6所示的流程图对通过处理系统9进行的微镜21的凹面性判定方法进行说明。
首先，在步骤901中通过摄像元件79拍摄衍射光分布。接着，在步骤902划分成各衍射光区域。
根据图4所示的仿真结果可知，在微镜21具有良好的平坦性时，衍射光强度中心附近的4个强，但是随着凹面化，周围的衍射光强度逐渐变强。
因此如图7所示那样，把衍射光分布图像80的光圈轮廓图像760内的区域划分成中心部801～804和周围部811～822。
接着，在步骤903计算各区域的亮度平均值。使用该平均值通过步骤904计算评价值S。把中心部801～804的平均亮度设为I1～I4，把I1～I4的平均值设为m1，把周围部的平均亮度设为I11～I12，把I11～I12的平均值设为m2，通过下面的公式6来表示评价值S。
S = m 1 m 2 1 11 Σ j = 11 22 ( Ij - m 2 ) 2 1 3 Σ i = 1 4 ( Ii - m 1 ) 2 - - - ( 6 )
S是I1～I4的平均值与标准方差的比除以I11～I22的平均值与标准方差的比而得的值，向I1～I4的衍射光的会聚越高，即平坦性越好，值越大。
通过公式6计算的评价值和微镜21的中心与周围的高度差Zh的关系如图8所示。从图8所示的关系中可知相对Zh评价值S单调减少，能够通过评价值S来监视Zh。
如图8所示，当设Zh的允许值为75nm时，对应的评价值S的阈值为3.42。
在图8所示的例子中，区域830为平坦性良好的合格品的范围。在图6的步骤905中使用该阈值，在评价值S比阈值大时，在步骤907中在显示系统900上显示“合格品”及衍射光分布图像，在为阈值以下时，在步骤906中在显示系统900中显示“不合格品”及衍射光分布图像显示。
通过以上的处理，在本实施方式中能够筛选微镜21的平坦性良好的MMD。
(实施方式2)
本实施方式是将实施方式1的MMD筛选装置装配在无掩膜曝光装置上的方式。
通过图9及图10对本发明实施方式2的无掩膜曝光装置的结构及动作进行说明。图9是表示本发明实施方式2的无掩膜曝光装置的结构的结构图，图10是本发明实施方式2的无掩膜曝光装置的照明系统的旋转式孔径的图。
在本实施方式中，在无掩膜曝光装置上监视衍射光分布。
在图9中，无掩膜曝光装置与图1所示的MMD筛选装置一样，具有：MMD2、处理系统9、光源70、光纤71、准直透镜72、楔形玻璃73、直角棱镜74、透镜75、77、78、光圈76、摄像元件79以及显示系统900。通过透镜75、77以及光圈76构成无掩膜曝光装置的投影透镜3。此外，具备配备基板5的平台6、控制系统91、孔径100、孔径驱动部103。
在图10中，孔径100由衍射光用孔径101及曝光用孔径102构成。
首先，从作为通常的无掩膜曝光装置的使用状态，控制系统91驱动平台6，使基板5退让，使透镜78和摄像元件79移动到投影透镜3的光轴300上。
另外，控制系统91使孔径驱动部103旋转，从图10所示的曝光用孔径102切换到衍射光监视用孔径101。衍射光用孔径101的半径rA用下面的公式7来决定。另外，半径rA只要比该值小即可。
rA＝f0·λ/P    (7)
在此，f0为准直透镜172的焦距，λ为照明光波长，P为微镜21的倾斜方向的间距。通过该公式来决定rA，由此能够相互间无重叠地检测衍射光分布。
光源产生的照明光710通过光纤71出射，经由孔径100通过准直透镜172变成平行光，并通过楔形玻璃173发生偏转，入射到直角棱镜174并透过，然后对MMD2的微镜21进行照明。
中心光线711表示照明光710的中心光路。微镜21产生的衍射光712通过由透镜75、透镜77以及光圈76构成的投影透镜3在基板5的表面55的位置上成像，在通过透镜78进行平行校正后，通过摄像元件79进行拍摄。
把透镜78设置在相距基板表面55焦距f4的距离上，将摄像元件79设置在透镜78的后面，焦距f2的位置上。由此，通过透镜77和透镜78使光圈76在摄像元件79上成像。通过处理系统9对通过摄像元件79拍摄到的衍射光分布80实施与实施方式1同样的处理，并在显示系统900上显示判定结果以及衍射光分布图像。
把判定结果发送给控制系统91，在判定为“不合格品”时，控制系统通过警报音或画面显示、发送电子邮件等手段生成报警，作为报警日志记录在未图示的控制系统91的记录部中。
通过以上的结构，能够评价微镜21在装配到无掩膜曝光装置后是否进行了凹面化。在超过阈值进行了凹面化的情况下，能够迅速进行MMD2的更换等对策来提前防止超过容许值的复制图案的线性恶化。
以上，根据实施方式对本发明者提出的发明进行了具体说明，但是本发明并不限于所述实施方式，可以在不脱离其宗旨的范围内进行各种变更。
例如，在实施方式1、2中使用公式6计算评价值，判断“合格品”、“不合格品”，但是也可以如图4所示那样，准备多个曝光仿真结果的衍射光分布图像，比较图像本身，判断“合格品”、“不合格品”。
本发明能够广泛应用在显示设备用面板或半导体掩膜等上，复制印制图案的无掩膜曝光装置或投影曝光装置等中。

Claims (8)

1.一种微镜器件的筛选方法，该微镜器件生成用于进行无掩膜曝光的复制图案，该筛选方法的特征在于，具备如下步骤：
对所述微镜器件的微镜照射照明光，拍摄来自所述微镜的衍射光分布；
把基于曝光仿真结果的多个衍射光分布的信息与来自所述微镜的衍射光分布的信息进行比较；以及
根据所述比较结果，显示所述微镜器件为合格品或不合格品的信息以及所述衍射光分布的图像。
2.一种微镜器件的筛选方法，该微镜器件生成用于进行无掩膜曝光的复制图案，该筛选方法的特征在于，具备如下步骤：
对所述微镜器件的微镜照射照明光，拍摄来自所述微镜的衍射光分布；
计算按照所述衍射光分布的区域划分的亮度平均值；
根据所述亮度平均值计算所述微镜的评价值；
把所述评价值与阈值进行比较；以及
根据所述比较结果，显示所述微镜器件为合格品或不合格品的信息以及所述衍射光分布的图像。
3.一种微镜器件筛选装置，其对生成用于进行无掩膜曝光的复制图案的微镜器件进行筛选，该微镜器件筛选装置的特征在于，具备：
照明系统，对所述微镜器件的微镜照射照明光；
光学系统，使通过所述微镜产生的衍射光入射到摄像元件；以及
处理系统，其对所述摄像元件拍摄到的衍射光分布图像进行处理，进行所述微镜器件为合格品或不合格品的判定。
4.根据权利要求3所述的微镜器件筛选装置，其特征在于，
具备显示所述衍射光分布图像和所述判定结果的显示系统。
5.根据权利要求3所述的微镜器件筛选装置，其特征在于，
所述照明系统包含楔形玻璃和直角棱镜。
6.一种无掩膜曝光装置，其通过投影透镜把微镜器件生成的图案投影在基板上，该无掩膜曝光装置的特征在于，具备：
照明系统，对所述微镜器件照射照明光；
摄像元件；
平台，使所述基板及所述摄像元件移动；
控制系统，在进行所述微镜器件为合格品或不合格品的判定时，使所述平台移动，使来自所述微镜器件的微镜的衍射光入射到所述摄像元件，控制所述照明系统的光圈的大小；以及
处理系统，对所述摄像元件拍摄到的衍射光分布图像进行处理，根据所述衍射光分布图像的处理结果，进行所述微镜器件为合格品或不合格品的判定。
7.根据权利要求6所述的无掩膜曝光装置，其特征在于，
具备显示所述衍射光分布图像及所述判定结果的显示系统。
8.根据权利要求6所述的无掩膜曝光装置，其特征在于，
在把所述照明系统的准直透镜的焦距设为f，将所述照明光的波长设为λ，将所述微镜器件的微镜的间距设为P时，进行所述微镜器件为合格品或不合格品的判定时的所述照明系统的光圈的半径小于λ·f/P。
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