CN1871128A - 图案生成装置和用于测量表面物理特性的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在用于曝光设备的表面写入图案的方法，包括以下步骤：将具有一表面和一厚度(T)的物体设置在图案生成装置的工作台上；将表面分成多个测量点，其中两个相邻测量点间隔距离(P)不超过预定最大距离；在每个测量点确定所述表面的梯度，计算每个测量点在x－y平面的二维局部偏移量(d)，所述二维局部偏移量(d)为梯度和物体的厚度(T)的函数；和利用二维局部偏移量(d)校正在所述表面写入的图案。本发明还涉及图案生成装置，以及用于测量物体表面的物理特性的方法和装置。

Description

图案生成装置和用于测量表面物理特性的装置
技术领域
本发明涉及在用于曝光设备的表面，优选在石英制成的玻璃板上，写入图案的方法，如权利要求1所限定。本发明还涉及测量表面物理特性来确定平板表面形状的方法，如权利要求10所限定。另外，本发明涉及测量表面物理特性来确定平板表面形状的装置，如权利要求15所限定，和在用于曝光设备的表面，优选在石英制成的玻璃板上，或直接在半导体材料上，写入图案的装置，如权利要求21所限定。
背景技术
当生产大显示器或显示器部件、彩色滤光片，以及其它类似应用时，曝光系统从玻璃板将图像转印到相当大的基板，玻璃板优选由高质量石英制成，其具有高达1100mm乘以1300mm或更大尺寸。曝光系统包括定位器或分档器，其通过玻璃板发射光并照射到基板上，参见图1。玻璃板用两根标尺或可替换地用框架保持在适当位置，因此，玻璃板的形状会变形，定位器或分档器补偿该计算的变形。带有图像图案的玻璃板正面设置在标尺上，通过系统在基板上准确复制的图像取决于玻璃板正面的绝对平整。
掩模的定位(即，在笛卡儿坐标系统中的绝对位置)足够精确是非常重要的，让来自不同系统(即，彩色滤光片和TFT阵列)的掩模组合。而且，大的TFT基板可以用两个或更多掩模拼接在一起，以覆盖大的曝光面积。
在用于小平板的图案生成系统中，在图案生成和测量过程中，三角装置用于支撑平板，但是，厚度为10mm和尺寸为1000×1000mm的玻璃板的重量大约是40kg，其不适于放在三个定位销上。可替换的方法是使用气垫用于平板支撑，但是，这会导致象在图案的曝光过程中确定平板准确位置的其它问题。另一可替换的方法是处理将平板直接放在图案形成装置的工作台(即，支架)上时产生的结果，尽管平板会变形。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于在与写入图案时产生的任何物理变形无关的物体表面写入图案的方法和图案发生装置。
该目的通过如权利要求1所限定的方法和如权利要求21所限定的装置来实现。
本发明的另一目的是提供测量与测量物体时产生的任何物理变形无关的物体的表面的方法和装置。
该目的通过如权利要求10所限定的方法和如权利要求15所限定的装置来实现。
本发明的优点是在图案生成装置(或测量装置)的支撑中的不平整不会在图案或测量中引入任何误差。
另一优点是物体(即，玻璃板或半导体材料)的背面和/或正面的任何不平整不会在图案或测量中引入任何误差。
本发明的另一优点是以夹带在物体和支撑之间的颗粒和/或空气形式的污染物可以得到补偿，从而不会在图案或测量中引入任何误差。
另一优点是可能完全校正在曝光设备中产生的变形和在图案写入过程中形成的变形，只要在测量平板时已知在曝光设备中的变形的信息，如相同申请人在出版的国际专利申请WO 00/72090中所公开。
附图说明
图1表示依照现有技术的曝光系统。
图2表示依照现有技术的图案生成装置。
图3图示用于计算依照本发明偏移量的平板弯曲效应。
图4a和4b图示当设置在平板支撑上时，具有平整顶面和成形底面的玻璃板的弯曲效应和参考表面的引入。
图5a和图5b图示当设置在平板支撑上时，具有成形顶面和平整底面的玻璃板的弯曲效应和参考表面的引入。
图6a和图6b图示当设置在成形支撑上时，具有平整顶面和平整底面的玻璃板的平板弯曲效应和参考表面的引入。
图7a和7b表示测量的玻璃板x-y坐标和利用校正函数补偿的相同玻璃板x-y坐标，图7c表示没有补偿的测量和具有补偿的测量之间的差。
图8表示具有使平板形状变形的颗粒的玻璃板的三维测量。
图9a和9b表示图8所示的测量的玻璃板x-y坐标，和利用校正函数补偿的相同玻璃板x-y坐标。
具体实施方式
图1表示使用搁在两根标尺12上的玻璃板11的曝光系统10。当放在标尺12上时，玻璃板11的重量造成玻璃板11弯曲。由重量造成的玻璃板的变形易于计算并能够校正。玻璃板11具有在朝下搁在标尺12上的表面13上设置的图案。光源14将光15照射到玻璃板11上，在玻璃板11的表面13上设置的图案在基板16上产生图案的拷贝。基板16可以是用于TV显示器的TFT。通常，图案以一一对应的关系转印到基板16上。
在图1中没有示出其它必备的光学设备，因为附图的目的是描述功能原理，而不是整个曝光系统。
图2表示图案生成装置20，其也可以用作测量装置，包括写入图案的装置21，例如，引导来自激光器的激光束的反射镜，和测量所述装置20和玻璃板11的表面13之间的高度Hz的装置22，写入图案的表面13朝上放在支撑23上，支撑23称为工作台。图案写入装置21可以在工作台的整个表面上平移，其可以以许多方式实现移动。图2图示工作台具有沿x方向相对图案写入装置21移动其的一种方式，图案写入装置21连接设置在梁25上的滑动支撑24，以沿y方向移动图案写入装置。实现图案写入装置平移的另一种可能方式是提供沿x和y方向移动工作台而不移动图案写入装置的装置，或图案写入装置具有沿x和y方向移动而不移动工作台的装置。
所述装置20还具有通过气垫27在玻璃板11的表面13上以不变距离设置的成角度的脚板26。脚板26和图案写入装置21经过柔性连接28连接滑动支撑24，让滑动支撑24和图案写入装置/脚板之间的距离根据玻璃板11的表面13的粗糙度来变化。可以测量沿z方向变化的距离(即，高度Hz)，以计算表面13沿z方向的表面粗糙度。平行于玻璃板11的表面13的脚板的尺寸具有用于图案写入装置21的激光束的开口，并优选相当大，即，每侧5mm，因为测量的目的是在相当长的距离上检测高度的偏差。由于脚板和玻璃板之间的距离不变，在脚板下面的气垫起图案生成装置的自动聚焦装置的作用。
但是，本发明不应该限于这种使用气垫作为自动聚焦装置的图案生成装置，而是可以使用提供系统聚焦的其它类型的系统。基本部分是装置20具有测量装置和玻璃板11的表面13之间的高度Hz的装置，因此，当图案写入装置21相对工作台23移动并且同时相对表面13移动时，高度变化。
本发明的基本部分是针对计算的高度Hz的差确定参考面。该差用H表示，如图3所示。参考面可以具有任何期望的形状，只要参考面的形状保持不变。优选地，参考面的形状是平面。
如果可能的话，期望使用“自由”(无引力)形式，即，平板的中心线作为参考面，其实际上相当难实现。平板的底面用于参考面不是好的选择，因为分档器或定位器使用顶面作为参考。
另一方面，如果顶面用作参考面，另外需要知道平板的底面形状和支撑的形状。可以获得支撑的形状，但是，实际上非常难知道底面的形状。但是，不知道底面可以测量顶面。由于平板的重量，放在三脚上的大玻璃板会变形，但是，如果知道平板的厚度、平板的材料和三脚的结构，可以计算理想板的变形函数。当放在三脚上时，非理想玻璃板的测量形成变形板的测量。那么，用变形板的测量减去理想板的计算的变形函数计算顶面的形状。
与底面相比，玻璃板的顶面通常更平整，即，相对中心线的高度变化更小，因此，最好的折衷应该是将平板的顶面作为参考面。但是，应该注意，由于在曝光系统的以下步骤中玻璃板的变形，并不证明顶面是最佳选择，如图1所示。如果玻璃板靠近搁在标尺13位置的顶面13出现变化，表在标尺12附近的表面13上的图案会变形。
但是，应该注意，虽然优选顶面，任何表面可以用作参考表面。
图3图示厚度为T的玻璃板的平板弯曲效应。确定参考面30，在这个实例中，参考面是平整的，玻璃板分成几个测量点31，用图2所示的装置22测量每个测量点的高度Hz。用装置20的玻璃板11的表面13的测量高度Hz减去在测量点的参考面30的高度，容易计算参考平面30和玻璃板11的变形表面13之间的高度H。
然后，根据三个变量：玻璃板的厚度(T)、相邻测量点(P)之间的距离和参考面30与玻璃板11的表面13之间的测量高度(H)，计算每个测量点的局部偏移量d(作为x和y的函数)。局部偏移量应该转换成写入图案的位置与参考面的位置偏差，如图4-6所述。在平板表面上的间距P与在参考面上的标称间距Pnom不同。
相邻测量点之间的距离应该不超过预定距离，其取决于从测量得到合理的好结果的测量所需的精度。例如，如果玻璃板11的厚度大约为10mm并且玻璃板的材料是石英，相邻测量点之间的最大距离是50mm。相邻测量点之间的距离还根据玻璃板的厚度变化，以获得相同的测量精度。玻璃板的厚度变化大约为10-15μm，但是，可以更大。测量点可以随机分布在表面13上，但是，优选设置成每个点之间具有预定距离(即，间距)的栅格结构，在x和y方向无需相同。
局部偏移量是每个测量点在x和y方向梯度的函数，可以利用非常简单的表达式计算。
由提供的测量高度H和已知的两个相邻测量点31a之间的距离P可以计算角度α。
对于小角度α：
α = H P
而且，假若α是小的，可以利用公式计算局部偏移量d：
d = T 2 * α = H * T 2 * P
但是，应该注意，上述用于计算局部偏移量d的公式仅仅是确定偏移量d的非限制性实例。每个测量点的梯度可以用系统直接测量，局部偏移量与梯度和平板厚度成比例。
如上所述，图3图示一维的弯曲效应，但是，局部偏移量d是每个测量点偏差的二维函数(dx和dy)。
作为非限制性实例，我们假定两个相邻点31之间的距离为40mm，玻璃板的厚度为10mm，测量高度H为1μm，得到125nm的一维局部偏移量d。
图4a和4b图示当用平整支撑45支撑时，具有平整顶面43和成形底面42的玻璃板41的弯曲效应和参考表面44的引入，其中在该实例中的参考面44是平整的。
当玻璃板41设置在平整支撑45上时，顶面43的形状变化，底面42通常随着平整支撑45。这种结果是在顶面形成的图案(用点46图示)必须扩大，以获得正确的参考面。
图5a和图5b图示当设置在平板支撑45上时，具有成形顶面53和平整底面52的玻璃板51的弯曲效应和参考表面44的引入，其中在这个实例中的参考面44是平整的。
当玻璃板51设置在平整支撑45上时，顶面53的形状不变，底面52将随着平整支撑45。因为位于图1所述的曝光设备中时顶面不平，在顶面上形成的图案(用点55图示)必须扩大，至少在标尺12附近获得正确的参考面。正好位于标尺12之间的部分玻璃板会变形。而且，标尺使玻璃板上的图案变形，除非标尺12的形状与参考面的形状一致。
图6a和图6b图示当设置在成形支撑62上时，具有平整顶面43和平整底面52的玻璃板61的平板弯曲效应和参考表面44的引入，其中在这个实例中的参考面44是平整的。
当玻璃板61设置在成形支撑62上时，顶面43的形状变化，底面52的形状通常随着成形支撑62。当位于图1所示的曝光设备中时，因为顶面不平，在顶面形成的图案(用点64图示)必须扩大，以获得正确的参考面。
图4a-4b，5a-5b，6a-6b图示极端的状况，实际上，在玻璃板上写入图案的处理过程中所有三种变化都存在。
但是，因为来自底面、支撑面和污染物(参见图8，9a和9b)所有误差被消除或至少减小，总误差小得多。
图7a表示测量的参考玻璃板x-y坐标和利用依照本发明的计算校正函数补偿的相同参考玻璃板x-y坐标。图7b表示在参考玻璃板的表面绘出标记的x-y坐标的同时获得的测量高度H(z校正数据)。图7c表示没有补偿的测量和具有补偿的测量之间的差。
在这个实例中，玻璃板的尺寸为800×800mm，图7a中每根虚线70之间的距离为50mm，在每根虚线70之间，两个绘制图表的偏差的刻度(scale)是500nm。灰线71对应于在参考玻璃板上的x和y坐标的测量偏差。基于图7b所示的测量高度H，黑线72对应于利用z校正效应、相同参考玻璃板的补偿x和y坐标。与确定的参考面相比，最小高度为-20.705μm，最大高度为+16.664μm，高度H表示为函数73。在x和y方向的线之间的距离与图7a中的相同，即，50mm，z方向的线之间的距离为2μm。
图7c清楚地图示图7a中的两个函数之间的偏差。当图7b中的测量高度H与图7c中的偏差比较时，容易看出高度变形与局部偏移量之间的关系。当高度变形为零时，如在位置74，局部偏移量d为零。当高度变形大时，如在位置75，局部偏移量d大。
从低H值到高H值的渐增对应于具有“负”弯曲的玻璃板，如图3所示，反之亦然。当在x和y方向的高度变形的变化最大时，计算的局部偏移量(即，灰线与黑线之间的差)最大。
图8表示具有分别放在平板和支撑之间、高度为16μm和6μm的两现有颗粒的玻璃板的三维测量80。利用栅格结构进行测量，测量点之间的距离设定为50mm，平板的厚度为10mm。在z方向的刻度设定为2μm每分度(division)。大颗粒的存在造成图9a所示的x和y方向测量偏差大于500nm。
图9a表示图8所示的测量的玻璃板x-y坐标，图9b表示利用由图8中测量的偏差高度测量所计算的校正函数补偿的相同玻璃板x-y坐标。对于在玻璃板上形成的最终图像，颗粒的影响将大大地减小，如图9b所示。
虽然在本专利申请中玻璃板用作图示的实例，权利要求的范围不应该限于玻璃制成的平板。
而且，图案生成装置当然包括对任何可重复误差的校正函数，这些误差例如是，为了制造TFT阵列在基板中存在的误差，其中TFT阵列在制造基板的过程中插入基板，以及在如上所述的定位器或分档器的制造过程中引入的可重复误差。
当然，该方法可以转化为计算机程序来实施，从而测量和计算每个测量点的局部偏移量。
如本发明背景技术所述，掩模的定位足够精确是非常重要的，以减小在制造平板显示器(诸如薄膜晶体管(TFT)显示器，液晶显示器(LCD)或等离子体显示板(PDP))的过程中使用的掩模之间的差。通过使用用于形成图案的校正方法，如上所述，可能通过放置几层各自带有图案的掩模在彼此的上面构成电路图案。在制造过程中，有些层比另一层容易定位，图案生成方法的使用将增加制造过程的产量。

Claims (39)

1.一种在用于曝光设备的表面写入图案的方法，包括以下步骤：
将具有一表面和一厚度(T)的物体设置在图案生成装置的工作台上，
将所述表面分成多个测量点，其中两个相邻测量点间隔距离(P)不超过预定最大距离，
在每个测量点确定所述表面的梯度，
计算每个测量点在x-y平面的二维局部偏移量(d)，所述二维局部偏移量(d)为所述梯度和物体厚度(T)的函数，和
利用所述二维局部偏移量(d)校正在所述表面写入的图案。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述校正图案的步骤包括以下步骤：
利用每个测量点所测量的二维局部偏移量(d)确定用于所述表面的校正函数，和
用所述图案生成装置利用所述校正函数在所述表面上写入图案。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述确定所述梯度的步骤包括在每个测量点测量所述表面的高度的变化。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述测量所述表面的高度的变化的步骤包括以下步骤：
确定参考面，
测量所述参考面和每个测量点的所述物体表面之间的高度(H)，
从而计算在所述x-y平面的二维局部偏移量(d)，所述二维局部偏移量(d)为所测量高度(H)、与至少一个邻近测量点中的每一个相距的距离(P)和所述物体的厚度(T)的函数。
5.如权利要求4所述的方法，其中利用以下公式计算所述局部偏移量(d)：
              d＝(T*H)/(2*P)
6.如权利要求3所述的方法，其中所述测量点设置成沿x方向具有第一预定间隔和沿y方向具有第二预定间隔的栅格结构。
7.如权利要求4所述的方法，其中所述参考表面和所述物体表面之间的高度(H)是由所述工作台的不平整、和/或所述物体的一个或两个表面的不平整、和/或位于所述工作台和所述物体之间的不期望的物件引起的。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述不期望的物件可以是夹带的空气或颗粒。
9.如权利要求1所述的方法，其中选择所述物体的顶面带有所述图案。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述校正函数在随后的处理步骤中还补偿来自所述曝光设备的预期变形。
11.一种用于测量表面物理特性的方法，包括以下步骤：
将具有一表面和一厚度(T)的物体设置在图案生成装置的工作台上，
将所述表面分成多个测量点，其中两个相邻测量点间隔距离(P)不超过预定最大距离，
在每个测量点确定所述表面的梯度，
计算每个测量点在x-y平面的二维局部偏移量(d)，所述二维局部偏移量(d)为所述梯度和物体厚度(T)的函数，和
利用每个测量点的所计算的二维局部偏移量(d)，确定用于所述表面的校正函数。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述确定梯度的步骤包括在每个测量点测量所述表面的高度的变化。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述测量所述表面的高度的变化的步骤包括以下步骤：
确定参考面，
测量所述参考面和每个测量点的所述物体表面之间的高度(H)，
从而计算在所述x-y平面的二维局部偏移量(d)，所述二维局部偏移量(d)为所测量高度(H)、与至少一个邻近测量点中的每一个相距的距离(P)和所述物体的厚度(T)的函数。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述物体是参考物体，所述表面在每个测量点具有标记。
15.一种用于测量表面的物理特性的测量装置，包括：
支撑具有一表面和一厚度(T)的物体的工作台，所述表面分成多个测量点，其中两个相邻测量点间隔距离不超过预定最大距离，
在每个测量点确定所述表面的梯度的装置，
计算每个测量点在x-y平面的作为梯度和物体厚度(T)的函数的二维局部偏移量(d)的装置，和
利用每个测量点的所测量的二维局部偏移量(d)确定用于所述表面的校正函数的装置。
16.如权利要求15所述的测量装置，其中所述确定梯度的装置包括在每个测量点测量所述表面的高度的变化的装置。
17.如权利要求16所述的测量装置，其中所述测量所述表面的高度的变化的装置包括：
确定参考面的装置，
测量所述参考面和每个测量点的所述物体的表面之间的高度(H)的装置，
从而计算在所述x-y平面的二维局部偏移量(d)，所述二维局部偏移量(d)为所测量高度(H)、与至少一个邻近测量点中的每一个相距的距离(P)和所述物体的厚度(T)的函数。
18.如权利要求15所述的测量装置，其中所述物体是参考物体，所述表面在每个测量点具有标记。
19.如权利要求15所述的测量装置，其中在所述物体上的测量点设置成沿x方向具有第一预定间隔和沿y方向具有第二预定间隔的栅格图案。
20.如权利要求15所述的测量装置，其中在所述物体上的测量点任意设置。
21.一种用于在物体表面上写入图案的图案生成装置，包括：
支撑具有一表面和一厚度(T)的物体的工作台，所述表面分成多个测量点，其中两个相邻测量点间隔距离不超过预定最大距离，
在每个测量点确定所述表面的梯度的装置，
计算每个测量点在x-y平面的作为梯度和物体厚度(T)的函数的二维局部偏移量(d)的装置，和
利用所述二维局部偏移量(d)校正在所述表面写入的图案的装置。
22.如权利要求21所述的图案生成装置，其中所述校正图案的装置包括：
利用每个测量点的所测量的二维局部偏移量(d)确定用于所述表面的校正函数的装置，和
用所述图案生成装置利用所述校正函数在所述表面上写入图案的装置。
23.如权利要求21所述的图案生成装置，其中所述确定梯度的装置包括在每个测量点测量所述表面的高度的变化的装置。
24.如权利要求23所述的图案生成装置，其中所述测量所述表面的高度的变化的装置包括：
确定参考面的装置，
测量所述参考面和每个测量点的所述物体的表面之间的高度(H)的装置，
从而计算在所述x-y平面的二维局部偏移量(d)，所述二维局部偏移量(d)为所测量高度(H)、与至少一个邻近测量点中的每一个相距的距离(P)和所述物体的厚度(T)的函数。
25.如权利要求24所述的图案形成装置，其中利用以下公式计算所述局部偏移量(d)：
             d＝(T*H)/(2*P)
26.如权利要求21所述的图案生成装置，其中在所述物体上的测量点设置成沿x方向具有第一预定间隔和沿y方向具有第二预定间隔的栅格图案。
27.如权利要求21所述的图案生成装置，其中在所述物体上的测量点任意设置。
28.如权利要求24所述的图案生成装置，其中所述参考表面和所述物体之间的高度(H)是由所述工作台的不平整、和/或所述物体的一个或两个表面的不平整、和/或位于所述工作台和所述物体之间的不期望的物件引起的。
29.如权利要求28所述的图案生成装置，其中所述不期望物件可以是夹带的空气或颗粒。
30.如权利要求21所述的图案生成装置，其中所述物体的顶面带有图案。
31.如权利要求21所述的图案生成装置，其所述装置具有计算还在随后的处理步骤中补偿来自曝光设备的预期变形的校正函数的装置。
32.如权利要求21所述的图案生成装置，其中所述物体用于曝光设备。
33.如权利要求32所述的图案生成装置，其中所述物体是玻璃板，当利用所述曝光设备在半导体材料上写入图案时，在将使用的所述玻璃板上形成图案。
34.如权利要求21所述的图案生成设备，其中所述物体是半导体材料，在所述半导体材料的表面上直接形成图案。
35.一种用于进行下列步骤的计算机程序：
确定在厚度(T)的物体的表面上限定的每个测量点的所述表面的梯度，
计算每个测量点在x-y平面的二维局部偏移量(d)，所述二维局部偏移量(d)为所述梯度和物体厚度(T)的函数，
利用每个测量点的所计算的二维局部偏移量(d)，确定用于所述表面的校正函数，或校正在所述表面写入的图案。
36.一种用于承载如权利要求35的计算机程序的计算机程序产品。
37.用于制造平板显示器的至少一个具有图案的掩模的应用，该图案用权利要求1-14任一项所限定的方法形成。
38.如权利要求37所述的应用，其中所述平板显示器是以下组里的任一个：薄膜晶体管(TFT)显示器，液晶显示器(LCD)或等离子体显示板(PDP)。
39.如权利要求37或38所述的应用，其中几个掩模配合在一起，以提供不同系统的所述平板显示器的制造，所述掩模具有用权利要求1-14任一项所限定的方法形成的图案。
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