TW201546565A - 微影製程之影像資料處理方法及其系統 - Google Patents

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Abstract

一種於微影製程(lithography manufacturing process)中應用光罩資料圖案至基板之系統與方法係被揭露。在一實施例中，平行成像寫入器系統包含多個空間光調變器(spatial light modulator,SLM)成像單元、及被配置以控制多個SLM成像單元之一控制器。多個成像單元的各者包含一個或多個照明(illumination)光源、一個或多個對準(alignment)光源、一個或多個投影鏡、及多個微鏡(micro mirror)。多個微鏡被配置以將來自一個或多個照明光源的光線投影至對應的一個或多個投影鏡。在微影製程中，於寫入光罩資料至基板時，控制器同步多個SLM成像單元的移動與基板的移動。

Description

微影製程之影像資料處理方法及其系統
本發明是有關於一種用於製程之微影的領域，且特別是有關於一種在微影製程中應用光罩資料圖案至基板的系統與方法。
受惠於半導體積體電路(integrated circuit,IC)工業技術之突飛猛進，主動矩陣液晶顯示器(Active Matrix Liquid Crystal Display,AMLCD)電視及電腦螢幕顯示器之製程已有長足進步。近年來，液晶顯示器(LCD)電視及電腦顯示器之尺寸不斷加大，而價格卻愈趨平價。
在半導體IC業界中，技術世代係由電路設計規則之關鍵尺寸(critical dimension,CD)所定義。隨著各個技術世代演進，新世代IC之特徵CD目標值逐漸縮小，誤差容許度亦更趨嚴格。另一方面，就平板顯示器(Flat Panel Display,FPD)而言，技術世代係依照製程中所用基板之實體尺寸加以分類。在一例子中，FPD 於2005年為第六代(G6)、2007年為第八代(G8)、及2009年為第十代(G10)，而基板尺寸(公厘x公厘)分別為1500x1800、2160x2460及2880x3080。
就半導體IC與FPD基板之製造而言，其微影製程所面臨之挑戰均在於試著使得大尺寸產品更平價化。然而，此兩者從製程觀點來看是截然不同的。IC業界之一主要挑戰，係於圓形的300公厘之晶圓上形成具有小的CD特徵。目標為儘可能提高電晶體之包裝數量，俾使相同晶粒大小能達成更佳的功能。然而，FPD業界之一主要挑戰，係儘可能加大可處理之矩形基板尺寸。生產線上所能處理之FPD基板愈大，則所能製造之TV或螢幕愈大，且成本愈低。為提高效能，典型之液晶TV及螢幕之設計係採用較為複雜之薄膜電晶體(thin film transistor,TFT)。但TFT之CD目標值仍停留在相同之規格範圍內。從某一觀點而言，FPD製程之一主要挑戰，係使後續各世代之產出量有合理之成本效益，而其中一項重要之考量因素係令製程良率達到獲利水準，同時維持適當之製程窗口。
習知中，用於製造FPD之微影技術係由製造半導體IC之微影製程演變而來。製造FPD基板所用之微影曝光工具大多為投影步進式及/或掃描式系統。這些不是二倍縮小就是一比一的光罩至基板投影。為了將光罩圖案投影至基板，光罩首先須依可接受之CD規格而被製造。FPD之光罩製程與半導體IC之光罩製程類似，不同之處在於：製造半導體IC所用之光罩尺寸約為 每邊150公厘(或6英吋)，而製造FPD所用之光罩，其每邊尺寸在一實例中可為前述每邊尺寸之八倍左右，或實體上每邊超過一公尺。
請參閱第1圖，其繪示一用以將光罩圖案掃描至FPD基板之投影曝光工具之習知架構。此架構中，所用之曝光光源主要為高壓短弧汞(Hg)燈。入射之照明光係由反射鏡102反射，反射光通過光罩104及投影鏡片106後，到達FPD基板108。使用如第1圖所示之習知光罩式曝光工具架構為新世代之FPD微影製程之考量，在於處理光罩實體尺寸日益加大的問題。以第八代FPD為例，其光罩尺寸約為1080公厘x 1230公厘，而第八代基板之面積則為其四倍。由於TFT之CD特徵規格在3微米±10%之範圍內。相較於在直徑300公厘之矽晶圓上控制所印製之先進IC特徵的規格，如何在每邊超過兩公尺之第八代基板上控制TFT之CD，實更具挑戰性。FPD業界所面臨的挑戰，係如何以符合成本效益之方式建造出適用於新世代FPD之光罩式曝光工具，同時保留可接受之微影製程窗口。
為了減少整個FPD曝光區域內CD不均勻之問題，一種作法係使用多重曝光法，其中標稱曝光量(nominal exposure)係由多個依適當比例分配之曝光分量所組成，而每一曝光分量則使用預選波長之照明，並搭配對應之投影鏡片以進行掃描及步進。此類曝光工具須包含多於一個投影鏡，但僅裝配單一照明光源，其原因在於必須使用以千瓦(KW)計之高輸出功率短弧汞燈照明 光源。至於選擇曝光波長之方式，係於光源處安裝適當之濾光鏡。在一實例中，此多波長曝光法可降低第八代基板上CD均勻性所受到之負面影響，故可使用較平價之鏡片及照明設備。
在使用多波長曝光法時，需為光罩本身訂定較嚴格之CD目標值及均勻度。在一實例中，TFT光罩之CD誤差容許值小於100奈米，此數值遠小於光罩CD標稱目標值3微米所需之誤差容許值。原因之一在於這對於使用現有曝光工具架構而言，FPD微影製程之製程窗口可較易於掌控。然而，對FPD光罩CD規格之要求愈嚴，將使原本即所費不貲之光罩組愈加昂貴。在某些情況下，為第八代FPD製作關鍵位階光罩之成本極高，且備貨期(delivery lead time)甚長。
習知作法之另一問題在於，使用大尺寸光罩時之瑕疵密度管控。以大尺寸光罩進行多重曝光之微影製程時，即使一開始使用全無瑕疵之光罩，最後仍有可能出現有害之瑕疵。若製程有產生瑕疵之虞，不但良率將受到影響，最終光罩成本亦隨之提高。
第2圖繪示一用於製造光罩之曝光工具之習知架構。在此曝光工具架構中，照明光202係傳送至分光鏡204，接著經過傅利葉鏡片208而被局部反射以照亮空間光調變器(spatial light modulator,SLM)206。之後，此成像光線反射回來，通過傅利葉鏡片208、光束分光鏡204、傅利葉濾光鏡210及縮小鏡片212，最後到達光罩空白基板216。光罩資料214係以電子方式傳 送至SLM 206，從而設定微鏡像素。反射光在空白光罩基板216上產生亮點，或者是空白光罩基板216上無反射光處則形成暗點。藉由控制及編排反射光，即可將光罩資料圖案轉移至空白光罩基板216上。
請注意，在此種曝光工具架構中，照明光程係經折疊(fold)以便垂直入射至SLM。此折疊之照明光程與曝光成像路徑形成T字形交會點。此類曝光系統除使用高功率之照明光源外，亦須使用具有高縮小比率之投影鏡片，藉以提高光罩圖案寫入之準確度與精度。典型地，鏡片縮小比率約為100倍。使用具有高縮小比率之投影鏡片時，單一SLM晶片所產生之曝光區域甚小。SLM之晶片實體尺寸約為1公分，經縮小100倍後，SLM之寫入區域減縮至約100微米。因寫入區域尺寸很小，故若欲寫完一整片第八代FPD光罩，其所需時間甚長。
另一習知作法係以多道雷射光束連續照射SLM。此多道光束係由單一照明雷射光源經旋轉式多面反射鏡反射而成。多道照明光束可在特定時間內產生多重曝光，從而提高光罩寫入速度。在一實例中，以此架構寫完一片第八代FPD光罩約需20小時。由於寫入時間偏長，控制機器並維持其機械及電子運作之成本亦隨之增加，進而增加其FPD光罩成品之成本。若將此曝光工具應用於第十代或更新世代之FPD光罩，則製造成本恐將更高。
另一習知作法中，為解決低量原型應用之光罩成本 問題，一種曝光工具架構係使用透明之SLM為光罩。此作法係將光罩圖案讀入SLM中，以顯現所需之光罩圖案，如此一來便不需使用實體光罩。此透明SLM之功能可取代實體光罩。這能節省光罩成本。就曝光工具之架構來看，此方法實質上與光罩式投影系統相同。然而，若與實體光罩相比，SLM光罩之影像品質較低，不符合FPD製程之圖案規格要求。
另一習知作法中，藉由在網狀基板上同步微影曝光之顯示器卷軸式(roll-to-roll)製程方法，係描述在第6,906,779號美國專利(以下簡稱第’779號專利)，此’779專利教示一種方法以曝光光罩圖案在成卷的基板上。此外，另一種用於卷軸式微影之習知方法可參見Se Hyun Ahn等人之專文「用於撓性塑膠基板之高速卷軸式奈米壓印微影術(Hight-Speed Roll-to-Roll Nanoimprint Lithography on Flexible Plastic Substrates)」(Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA,Weinheim，先進材料(Advanced Materials)，2008，20，第2044-2049頁)(以下簡稱Ahn專文)。
然而，上述兩種習知方法限用預定實體尺寸之光罩，而光罩實體尺寸則實質上限縮可製造之撓性顯示器之大小。第’779號專利及Ahn專文所述習知方法之另一問題在於，為了達到適當之製印效果，曝光階段中必須將成捲之基板拉平。如此一來，基板表面之平整度將遜於典型之LCD TV顯示器所用之硬式玻璃基板。應用此種光罩式微影技術時，焦深(depth of focus,DOF)會 因基板表面不平整而受限，因此，上述習知方法恐難形成CD為5微米或以下之圖案TFT特徵。若欲使TFT顯示器之解析度達一定水準，則TFT光罩圖案之CD需為3微米左右。
如上所述之在製造未來世代FPD時所可能面臨之挑戰，是由於FPD業界降低成本之需求所產生的。主要動機之一，係令新世代產品之製程具有成本效益。微影技術需要一方面維持產出效率，一方面確保產品良率逐代提升。這需要更寬的微影製程窗口、以及更少的製程瑕疵，並滿足大型之FPD基板。如上所述，現有曝光工具架構之缺點甚多，其中一主要缺點係與光罩之使用有關。光罩的尺寸過大而無法符合製造成本效益。由於光罩尺寸勢必持續加大以滿足未來世代FPD之需求，此一缺點將愈趨嚴重。因此，需有一種經改良之成像寫入系統，以解決習知工具與方法之諸多問題。
本發明係有關於在微影製程中，應用光罩資料圖案至基板的系統與方法。在一實施例中，此方法包含：提供一平行成像寫入器系統，其中此平行成像寫入器系統包含多個多帶電粒子束(multiple charged-particle beam,MCB)成像單元，此些MCB成像單元排列為一個或多個平行陣列；接收將被寫入至一基板之一光罩資料圖案；處理光罩資料圖案以形成多個分區光罩資料圖案以對應至基板的不同區域；識別在基板之一區域中的一個或多個物件，此一個或多個物件將被對應之MCB成像單元成像；以 及藉由控制多個MCB成像單元平行地寫入多個分區光罩資料圖案，來執行多重曝光(multiple exposure)以成像此基板之此區域中的一個或多個物件。
在另一實施例中，一種用於微影製程之影像資料處理之系統，包括一平行成像寫入器系統及一控制器。其中此平行成像寫入器系統包含多個MCB成像單元，此些MCB成像單元排列為一個或多個平行陣列。控制器被配置以控制此多個MCB成像單元。其中此控制器包含：用於接收將被寫入至一基板之一光罩資料圖案之邏輯電路；用於處理光罩資料圖案，以形成多個分區光罩資料圖案以對應至基板的不同區域之邏輯電路；用於識別在基板之一區域中的一個或多個將由對應之MCB成像單元成像之物件之邏輯電路；以及用於藉由控制多個MCB成像單元以平行地寫入多個分區光罩資料圖案，來執行多重曝光以成像此基板之此區域中的一個或多個物件之邏輯電路。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
1、3、5、6、7、8、9‧‧‧SLM
102‧‧‧反射鏡
104‧‧‧光罩
106‧‧‧投影鏡片
108‧‧‧FPD基板
110‧‧‧光源
112‧‧‧第一投影鏡片
114‧‧‧光罩
116‧‧‧第二投影鏡片
118‧‧‧晶圓
120‧‧‧晶圓平台
122‧‧‧光罩投影成像區
130‧‧‧光罩
131‧‧‧投影鏡片
132‧‧‧基板晶圓
202‧‧‧照明光
204‧‧‧分光鏡
206‧‧‧空間光調變器
208‧‧‧傅利葉鏡片
210‧‧‧傅利葉濾光鏡
212‧‧‧縮小鏡片
214‧‧‧光罩資料
216‧‧‧空白光罩基板
302、304‧‧‧數位微鏡裝置(DMD)或空間光調變器晶片(SLM)
306‧‧‧傾斜之微鏡
308‧‧‧維持原本位置不變之微鏡
402‧‧‧啟動狀態
404‧‧‧持平狀態
406‧‧‧關閉狀態
408‧‧‧光源
410‧‧‧投影鏡片
502‧‧‧共面之柵狀光閥(GLV)帶狀元件
504‧‧‧交替折曲之柵狀光閥(GLV)帶狀元件
602‧‧‧空間光調變器
604‧‧‧微鏡
606‧‧‧照明光源
608‧‧‧對準光源
610‧‧‧投影鏡片
702、704、706、708‧‧‧SLM成像單元平行陣列
802、1502、1602、1802‧‧‧SLM成像單元
902‧‧‧單一鏡片投影系統
904‧‧‧折衷焦平面
906‧‧‧基板表面之實際剖面形狀
908‧‧‧單一鏡片為圖案成像時之最佳聚焦設定範圍
910‧‧‧各成像鏡片所對應之基板表面剖面形狀最大變化範圍
912‧‧‧成像單元
914‧‧‧聚焦
916‧‧‧焦深設定範圍
1002‧‧‧基板表面形狀不平之區域
1102‧‧‧光罩資料
1104‧‧‧扁平化光罩資料
1106‧‧‧分區光罩資料圖案
1108‧‧‧光罩圖案重疊部分
1201至1208‧‧‧部份SLM成像方塊
1402‧‧‧不匹配邊界
1404‧‧‧邊界末端
1406‧‧‧成像單元寫入區域
1600‧‧‧二維陣列式無光罩成像寫入系統
1702‧‧‧藍光及紅光二極體雷射
1704‧‧‧孔口
1706‧‧‧鏡片
1708‧‧‧球面鏡
1710‧‧‧數位微鏡裝置(DMD)或空間光調變器晶片(SLM)
1712‧‧‧印刷電路板
1714‧‧‧光束收集裝置
1716‧‧‧分光鏡
1718‧‧‧CCD攝影機
1720‧‧‧鏡片組件
1722‧‧‧紅光雷射二極體
1723、1724、1725、1726‧‧‧藍光雷射二極體
1804、1904‧‧‧可撓性卷軸式基板
1902、2002‧‧‧SLM成像單元二維陣列
2006、2008、2010、2012、2014‧‧‧基板設計
2102‧‧‧SLM成像單元線性陣列
2104‧‧‧基板表面
2202、2204‧‧‧明暗像素
2206、2208‧‧‧準焦狀態之明暗像素
2210‧‧‧失焦狀態之明暗像素
2302‧‧‧成像光源
2304‧‧‧分光鏡
2306‧‧‧物鏡
2308‧‧‧外殼
2310‧‧‧第一攝影感測器
2312‧‧‧第一馬達
2314‧‧‧第一折射盤
2316‧‧‧第一光程差調變器
2317‧‧‧圓形光學裝置
2318‧‧‧區段
2322‧‧‧第二攝影感測器
2326‧‧‧第二光程差調變器
2330‧‧‧第三光程差調變器
2502‧‧‧聚焦設定
2504‧‧‧最終焦深
2600、2700、2800、2900‧‧‧MCB成像單元
3002、3004、3006、3008、3010、3012、3014、3016、3018‧‧‧步驟
3022、3202、3204、3301、3303‧‧‧物件
3024、3410、3412‧‧‧評估點
3025、3027、3102、3104、3106、3112、3113、3114、3115、3116‧‧‧像素
3026、3206、3208、3302、3304、3312、3320‧‧‧像素網格
3028‧‧‧矩形
3030‧‧‧陰影區域
3032、3034‧‧‧步階函數
3108‧‧‧1/8量化子像素網格
3110‧‧‧1/16量化子像素網格
3118、3210、3212、3214‧‧‧查詢表
3216、3217、3218、3219‧‧‧64位元長字元
3314、3306、3322‧‧‧左側帶
3305‧‧‧增量X
3307‧‧‧增量Y
3308、3316、3324‧‧‧中間帶
3310、3318、3326‧‧‧右側帶
3332、3342‧‧‧導通的像素
3334、3344‧‧‧關閉的像素
3336、3346、3356、3358‧‧‧特徵
3352、3354‧‧‧像素掃描線
3402‧‧‧簡化的像素網格
3404‧‧‧失真的像素網格
3406‧‧‧將被成像之物件
3408‧‧‧反向函數
3409‧‧‧環形區域
3414‧‧‧垂直線
3416‧‧‧失真線
3418‧‧‧垂直線的中央點
3420‧‧‧失真線的中央點
3422、3424、3426、3428、3430‧‧‧成像之未處理區域
3432、3434、3436、3438、3440‧‧‧成像之已處理區域
3442、3472、3473、3474、3475‧‧‧矩形電路元件
3444、3446、3448、3450‧‧‧曝光成像之不準確性
3452、3464‧‧‧曝光成像
3462‧‧‧內部最大矩形
3470‧‧‧所產生之曝光成像
3476‧‧‧關鍵區域
3478‧‧‧內部
在一併參閱本發明多種實施例之詳細說明及附圖後，當可對本發明上述之技術特徵及優點有更完整之瞭解。
第1圖繪示用於掃描光罩圖案至FPD基板上之投影曝光工具的習知架構。
第2圖繪示習知之製造光罩之曝光工具的架構。
第3圖繪示依據本發明實施例之範例性數位微鏡裝置。
第4圖繪示依據本發明實施例之基於DMD的投影系統。
第5圖繪示依據本發明實施例之柵狀光閥(grating light valve,GLV)裝置之範例性鏡面反射狀態與繞射狀態。
第6圖繪示根據本發明實施例之小型空間光調變器(spatial light modulator,SLM)成像單元之範例。
第7圖繪示根據本發明實施例之範例性SLM成像單元之平行陣列。
第8圖繪示依據本發明實施例之第7圖的SLM成像單元之平行陣列之對應的俯視圖。
第9圖繪示習知單一鏡片投影系統與依據本發明實施例之使用陣列式成像系統之局部製程窗口最佳化之比較。
第10圖繪示依照本發明實施例之一種將基板局部不平處最佳化之方法。
第11圖繪示依照本發明實施例之光罩資料結構之一應用例。
第12圖繪示依照本發明實施例之平行陣列加總曝光之方法。
第13圖繪示依照本發明實施例之於成像寫入器系統中形成冗餘度之方法。
第14圖繪示依照本發明實施例之梯形(Keystone)邊界融合法。
第15圖繪示依照本發明實施例之將SLM成像單元排成陣列之方法。
第16圖繪示依照本發明實施例之用以製造可撓性顯示器之無光罩成像寫入器系統的範例性實施方式。
第17圖繪示依照本發明實施例之SLM成像單元。
第18圖繪示依照本發明實施例之使用線性陣列之SLM成像單元於卷軸式無光罩微影的方法。
第19圖繪示依照本發明實施例之使用二維陣列之SLM成像單元於卷軸式無光罩微影的方法。
第20圖繪示依照本發明實施例之使用無光罩微影以成像多個基板尺寸的方法。
第21圖繪示依照本發明實施例之將各SLM成像單元對應局部基板之表面狀況進行定位之方法。
第22圖繪示依照本發明實施例之偵測像素聚焦之方法。
第23a至23c圖繪示依照本發明實施例之用於運作中(on-the-fly)偵測SLM成像單元聚焦之範例性設備。
第24圖繪示依照本發明實施例之可實施像素加總曝光法之範例性成像圖案。
第25圖繪示依照本發明實施例之透過像素加總曝光法改善焦深之方法。
第26圖繪示依照本發明實施例之多帶電粒子束成像單元之一範例性實施方式。
第27圖繪示依照本發明實施例之多帶電粒子束成像單元之另一範例性實施方式。
第28圖繪示依照本發明實施例之多帶電粒子束成像單元之又一範例性實施方式。
第29圖繪示依照本發明實施例之多帶電粒子束成像單元之另一範例性實施方式。
第30a至30d圖繪示依照本發明實施例之成像物件的方法。
第31a與31b圖繪示依照本發明實施例之計算評估點運算累加照射量之方法。
第32圖繪示依照本發明實施例之藉由處理一組評估點以成像物件的方法。
第33a至33d圖繪示依照本發明實施例之對成像物件進行最佳化的方法。
第33e圖繪示依照本發明實施例之執行像素融合曝光之方法。
第34a圖繪示依照本發明實施例之對光學成像寫入器系統進行校正之方法。
第34b圖繪示依照本發明實施例之應用像素融合曝光於多帶電粒子束鄰近效應之校正之方法。
第34c圖繪示依照本發明實施例之應用像素融合曝光於多帶電粒子束鄰近效應之校正之另一方法。
第34d圖繪示依照本發明實施例之應用像素融合曝光於多帶電粒子束鄰近效應之校正之又一方法。
在本說明書中，相同之元件均使用相同標號。
本發明提供於微影製程中應用光罩資料至基板的系統及方法。以下之說明，係為使具有通常知識者得以製作及應用 本發明。本文有關特定實施例及應用方式之說明僅供例示之用，具有通常知識者可輕易思及多種修改及組合此些範例之方式。本文所述之基本原理亦適用於其他實施例及應用而不悖離本發明之精神與範圍。因此，本發明並不限於本文所描述及繪示之範例，而應涵蓋符合本文所述原理及技術特徵之最大範圍。
在以下之詳細說明中，部分內容之呈現係透過流程圖、邏輯方塊圖、及其他可於電腦系統中執行之資訊運算步驟之符號表示式。在本文中，任一程序、電腦可執行之步驟、邏輯方塊及流程等，均係由一或多道步驟或指令所組成之自相一致之序列，以達成預定之結果。此些步驟係指實際操控物理量之步驟，而物理量之形式則包含可於電腦系統中儲存、轉移、結合、比較，及以其他方式操控之電性、磁性或無線電訊號。在本文中，該些訊號有時以位元、數值、元素、符號、字元、項、號碼或類似名稱以被稱呼。各步驟之執行者可為硬體、軟體、韌體，或以上各項之組合。
本發明之實施例使用以空間光調變器(spatial light modulator,SLM)為基礎之影像投影裝置。有兩種SLM為基礎之影像投影方式可供使用，一種係數位微鏡裝置(digital micro-mirror device,DMD)，另一種則是柵狀光閥(gating light valve,GLV)裝置，兩種裝置均可以微機電(micro-electro-mechanical,MEM)製造方法而被製成。
第3圖繪示根據本發明實施例之範例性DMD。在此 範例中，單一DMD晶片由標號302表示，而相同的DMD晶片之放大簡化圖由標號304表示。若DMD要作為SLM，可藉由使DMD中之微鏡傾斜至固定角度(典型地約為±10度或±12度)來定址(address)DMD。DMD之微鏡鏡面對入射照明光之反射性極高。各微鏡可由下方之電晶體控制器所操控而傾斜(如標號306所示)或維持不變(如標號308所示)。在一實作中，DMD之間距尺寸(pitch dimension)可為約14微米，而每個微鏡之間的距離為約1微米。單一DMD晶片上之像素數可為1920 x 1080個微鏡像素，和高畫質電視(High Definition Television,HDTV)之顯示器規格相容。
第4圖繪示一根據本發明實施例之基於DMD之投影系統。在此範例中，微鏡有三種狀態：1)傾角約為+10度之「啟動」狀態402；2)無傾斜之「持平」狀態404；以及3)傾角約為-10度之「關閉」狀態406。光源408所在位置係與DMD形成-20度之角度，當光束之一射線由一光源射出時，處於「啟動」狀態(或二進制中之「1」)之微鏡會反射光束以直接穿過投影鏡片410，從而在顯示器基板上形成亮點。至於「持平」狀態及「關閉」狀態(或二進制中之「0」)之微鏡，光束將以落在此投影鏡片之聚光錐(collection cone)之外(角度分別為約-20度及-40度)之角度被反射。如此，從此些鏡的位置而來的光線無法穿過，而在顯示器基板上形成暗點。由於每個微鏡之反射無法以人眼目視解析，故可藉由一組投影出之亮點及暗點以一比例組合，以形成灰色調(gray shade)。此方法可藉由百萬種灰色調與色彩，實現逼真影像之投 影。
請注意，來自「持平」狀態微鏡之較高階之繞射光及來自「關閉」狀態微鏡之第二階繞射光仍可進入此投影鏡片之聚光錐，這可能產生吾人所不樂見之閃光(flare)，進而降低所要影像之對比度。根據本發明之實施例，可利用一精確瞄準及聚焦之高強度照明光源來提高像素之繞射效率，藉以將使用DMD作為成像寫入器(imaging writer)之投影光學的設計最佳化。
根據本發明之其他實施例，柵狀光閥(grating light valve,GLV)係另一種實現影像投影之方法。GLV裝置之頂層係一材料之線性陣列，又稱帶狀元件(ribbon)，其具有高反射性。在一實施例中，帶狀元件之長度可為100至1000微米，寬度可為1至10微米，緊密地以0.5微米間隔。GLV之成像機制主要是可定址之動態繞射光柵，其作用如同一相位調變器。GLV裝置可包含六個一組之交替之偏斜的(deflected)帶狀元件，以形成動態繞射光柵。
第5圖繪示依據本發明實施例之GLV裝置之範例性反射狀態與散射狀態。當GLV帶狀元件(剖面視角)為共平面(co-planar)時(如標號502所示)，入射光將產生鏡面反射，亦即全部都是第0級繞射級數。當入射光射至一組交替偏斜(deflected)之帶狀元件(如標號504所示)時，具有強的第±1級及被抑制的第0級之散射圖案係形成。藉由濾除第0級或第±1級，可產生高對比之反射影像。亦即，若重新擷取物鏡中所有第0級或第±1級， 將不會形成任何影像。與DMD不同之處在於，由GLV所產生之視野中之整個影像係以逐條掃描方式形成，因為線性陣列之光柵帶狀元件可一次形成一條繞射影像。
如配合第1圖與第2圖所述，為達成產出量之要求，習知系統需使用高功率照明光源。在一例中，係使用功率達千瓦範圍之高壓短弧汞燈，而在另一例中，則使用高功率之準分子雷射(Excimer laser)。由於使用高功率之照明光源，照明光路徑須來自遠處以減少所生之熱能，且須經折曲以產生適當之照明效果。此一設計將照明系統與SLM成像系統分為兩獨立單元，且光路徑係與鏡片垂直。
為說明習知系統與方法之限制，改良之曝光工具架構減少了使用高功率之照明光源之需求。一共線(in-line)成像系統係被配置，其中各成像單元包含SLM、照明光源(illumination source)、對準光源(alignment illumination)、電子控制器及成像鏡片。當此系統使用低功率之發光二極體(light emitting diode,LED)及二極體雷射照明光源時，此系統的曝光產出量可能較低。然而，可藉由增加成像單元之數量提高曝光產出量。使用小型SLM成像單元之一優點在於，可以此些單元構成不同尺寸之陣列以利不同之成像應用。在一應用實例中，當以超過1000個此種小型SLM成像單元排成陣列時，其寫入產出量高於現有多波長光罩式曝光工具架構。
第6圖繪示一根據本發明實施例之小型SLM成像單 元之一例。在此範例中，此小型SLM成像單元包含SLM 602、一組微鏡604、一或多個照明光源606、一或多個對準光源608、及投影鏡片610。照明光源606可由波長小於450奈米之藍光或近紫外光的LED或二極體雷射來實現。為了穿透鏡片之對焦(ghrough-the-lens focus)及對準調整，對準光源608可由非光化(non-actinic)雷射源或LED來實現。投影鏡片610可由縮小比率為5X或10X之鏡片來實現。如第6圖所示，照明光源606及對準光源608均位於此投影鏡片之聚光錐角之外。在此實施之例中，可使用數值孔徑NA為0.25且解析力(resolving power)約為1.mu.m之市售(off-the-shelf)投影鏡片。較低之NA值可確保較佳焦深(depth of focus,DOF)。在一微影製程實例中，針對1微米之光阻關鍵尺寸(critical dimension,CD)目標值使用之NA值為0.25時，DOF可大於5.0微米。解析度及DOF之計算係根據雷利準則(Rayleigh criterion)： 最小特徵解析度=k1(λ/NA)
DOF=k2(λ/NA2)
其中k1與k2為製程能力因子。依據基於酚醛樹酯化學光阻劑(Novolak chemistry photoresist)之顯微製程的實作，k1介於0.5與0.7之間，而k2介於0.7與0.9之間，而λ為曝光波長。
為了符合小成形因子，照明光源可為藍光、近紫外光LED或半導體二極體雷射。為達足夠之照明強度，在一設計例中，多個照明光源係被放置在靠近SLM表面處且可有多個照明光 源被放置以圍繞SLM。此SLM可為具有適當光學鏡片設計之DMD或GLV並相互匹配。在一範例中，基板上的目標照明強度層級可介於光化曝光波長之每平方公分10至100毫瓦。
在此曝光工具架構之例中，各小型成像系統之電子控制板外殼符合一指定之小型成形因子(compact factor)。此外殼係位於SLM之頂部且遠離照明光源，以利於通風及散熱。單一小型SLM成像單元之實體尺寸取決於所需之成像效能及可用之市售元件，例如投影鏡片、LED或二極體雷射照明光源、以及對焦/對準用之二極體雷射，各元件均需有散熱空間。另一種作法中使用訂製元件，以進一步降低單一SLM成像單元之實體尺寸甚至成為小型的型式。訂製之SLM成像單元之二維剖面尺寸可約為至5公分x 5公分；相較於以市售現成元件構成之SLM成像單元，其二維剖面尺寸則約為10公分x 10公分。
就第十代FPD製程而言，典型之基板尺寸為2880公厘x 3130公厘。使用小型SLM成像單元的實體尺寸來看，則整個系統可能包含數百個排列成平行影像單元陣列之小型SLM成像單元。第7圖繪示根據本發明實施例之範例性SLM成像單元之平行陣列。在此範例中，係由600至2400個SLM成像單元之平行陣列(702、704、706、708等)同時進行成像寫入，且各平行陣列可包含多個SLM成像單元。
根據本發明之實施例，在計算曝光產出量時，可以一SLM光罩寫入器之已知的範例產出量(例如以1300公厘x 1500 公厘之光罩大小曝光20小時)作為計算起始點。產出量取決於基板所在平面之照明強度。在此作法中，照明強度為每平方公分50毫瓦(LED或二極體雷射光源均可提供此照明強度)，標稱曝光能量為30毫焦耳/平方公分-秒，曝光時間為約0.6秒。在另一作法中，曝光工具係採高功率照明光源，因此基板處之照明強度為每平方公分至少200毫瓦或更高；此光罩式步進/掃描系統之產出量約為每小時50片第八代FPD基板。藉由將高功率與低功率照明光源同時納入考量，則產出量預估為每小時25至100片基板，端視各陣列中之SLM成像單元密度而定。這顯示了此一陣列式平行曝光架構之經濟性具有競爭優勢。
第8圖係第7圖所示SLM成像單元之平行陣列對應之俯視圖。在此範例中，各列或各行可分別代表一SLM成像單元之平行陣列，且各平行陣列可包含多個SLM成像單元802。微影製程之良率與製程窗口(process window)直接相關。製程窗口在此係指可製印出符合規格之特徵CD之聚焦設定範圍(配合曝光量設定之範圍)。亦即，製程窗口愈強建(robust)，則其容許之失焦設定值及/或曝光量設定值愈為寬鬆。較大之製程窗口有助於提高產品良率。隨著基板尺寸逐代加大，微影製程之製程窗口則愈變愈小，主要原因在於較大、較薄之基板材料也較容易彎曲及垂陷。為解決此一問題，必須嚴格規範基板材料之厚度及表面均勻度。就光罩式曝光工具而言，若曝光區域單邊大於約兩公尺，曝光區域全區之均勻度維持及聚焦控制不僅需耗費極大成本，在技術上 亦有困難度。為了確認製程窗口是可作用的，曝光工具需能執行聚焦及照明之局部(local)及全區(global)最佳化。
如第8圖所示，此平行陣列曝光系統即可解決上述問題，因為各小型SLM成像單元均可局部最佳化，以便在其個別曝光區域內產生最佳之照明及對焦效果。如此一來便可確保各SLM成像單元之曝光區域均有較佳之製程窗口。使用SLM成像單元之最佳化分布，整個製程窗口可獲得全區性的改善。
第9圖繪示習知單一鏡片投影系統與依據本發明實施例之使用陣列式成像系統之局部製程窗口最佳化之比較。如第9圖左側所示，習知單一鏡片投影系統902必須調整至如虛線所示之折衷焦平面904。實線906代表基板表面之實際剖面形狀，雙箭頭線段908代表單一鏡片為圖案成像時之最佳聚焦設定，雙圓頭線段910代表各成像鏡片所對應之基板表面剖面形狀最大變化範圍(maximum contour range)，而多條點虛線則分別代表聚焦範圍之上下限。
如第9圖所示，對習知單一鏡片投影系統而言，大尺寸基板之彎曲幅度可能已超出鏡片之對焦範圍，且對焦範圍之中心可能僅最低限度地適用於基板彎曲之峰部及谷部。整體製程窗口變得很受限。另一方面，第9圖右側顯示了使用排成陣列狀之成像單元之改良式投影系統。成像單元912之聚焦914可針對每個局部的區域而個別被調整。如此，各聚焦設定範圍(如線段916所示)均妥適位於聚焦控制之上下限範圍內。除可微調所涵蓋 之各局部區域之聚焦外，各成像單元的亮度(illumination)亦可被調整，使均勻度優於單一鏡片系統所能達到者。是以，使用陣列式之成像單元系統可達到較佳之製程窗口。
第10圖繪示依照本發明實施例之一種將基板局部不平處最佳化之方法。在此範例中，已偵測出基板表面形狀不平之區域，如標號1002所示。一調整之最佳化方法係將一聚焦平均程序應用於一SLM成像單元所對應之局部不平整曝光區域以及此SLM成像單元附近之多個SLM成像單元所對應之多個區域。此不平整區域附近可納入此平均程序之成像單元愈多，則整體最佳化之效果愈佳。具有通常知識者當知，本發明之成像系統亦可利用其他的平均技術，以得到整片基板上之整體更均勻的影像。在一實施例中，以薄膜電晶體(thin film transistor,TFT)為基礎之液晶顯示器係使用以下所述之光罩資料格式。請注意，雖然階層式資料串流格式GDSII可用於將光罩資料下線(tape out)，但此種光罩資料格式可能不太適用於此平行SLM成像系統。為了將階層式之光罩資料轉換成扁平化型式(flat format)，可使用市售之CAD軟體程式。但光罩資料在扁平化之後，尚須進一步處理此光照資料。此陣列式平行成像寫入器系統搭配光罩資料結構，以形成較高品質之影像。
就陣列式平行成像寫入器系統而言，光罩資料結構可被扁平化，並可被分割為預定大小之區塊，以妥適或均勻傳送至各SLM成像單元。光罩資料結構內包括指示各光罩資料區塊相 對於其對應成像單元之放置位置的資訊，而且，光照資料結構包括橫跨多個成像單元之特徵應如何在它們之中被分割的資訊。可藉由檢視多個相鄰成像單元所對應之多個相鄰光罩資料區塊之光罩資料結構，來辨識出資料放置位置的微調。
第11圖繪示依照本發明實施例之光罩資料結構之一應用例。在此範例中，階層式敘述之光罩資料(表示為多層光罩資料例1102)首先被扁平化，以形成扁平化光罩資料1104。然後，將此扁平化光罩資料1104分割為多個分區光罩資料圖案，其中一分區光罩資料圖案在圖中係以陰影區域1106表示。此陰影區域1106亦出現在第11圖下方以虛線劃分之九宮格中，成為其正中央之方塊。相鄰成像單元之間需有足夠之光罩圖案重疊部分(即圖中之水平及垂直長條部分1108)，方可確保邊界周圍之圖案能均勻融合(blending)。每一方塊分別代表即將由一或多個SLM成像單元成像之一分區光罩資料圖案。根據本發明之實施例，分區光罩資料包含第一組辨識元(identifier)及第二組辨識元，其中第一組辨識元係用於辨識一SLM成像單元中微鏡像素過多之狀態(run-in conditions)，而第二組辨識元則用於辨識一SLM成像單元中微鏡像素不足之狀態(run-out conditions)。若兩SLM成像單元間之區域出現過多像素，即為微鏡像素過多之狀態；若兩SLM成像單元間之區域出現像素不足現象，則為微鏡像素不足之狀態。各分區光罩資料圖案係傳送至對應之SLM成像單元進行處理，再由各SLM成像單元將相關之分區光罩資料圖案寫入預定之重疊 區域。各SLM成像單元在寫入時均以相鄰之SLM成像單元為參考依據，俾確保影像融合度及均勻度均符合設計準則。分區光罩資料圖案可經最佳化以便進行平行加總曝光(parallel voting exposure)，進而提高特徵CD之一致性。在此情況下，係使用平行加總曝光法以降低不利於CD一致性之各種製程變數。進行加總曝光時，藉由使用足夠的微鏡像素曝光之數目，可去除因使用二極體雷射而產生之高斯斑點。
第12圖繪示依照本發明實施例之平行陣列加總曝光之方法。此方法先將光罩資料以逐列方式送至各SLM成像單元，再從此列之一端開始點亮(flash)，然後點亮下一個，直到達到另一端的方式點亮此列微鏡像素。在一範例中，此方法係從方塊1201開始，並點亮其最下一列之微鏡像素；然後移至方塊1202，點亮其倒數第二列之微鏡像素；接著在方塊1203中，點亮其倒數第三列之微鏡像素。此方法接續處理方塊1204、1205、1206及1207，並點亮其對應列之微鏡像素。在方塊1208中，在此特定例子中，本方法已到達最後一列微鏡像素(即最上列)。同樣的微鏡像素之走列(walking-row)從開始至結束一次又一次地循環。此走列式之循環係對應至將圖案寫入至基板上之曝光動作。由於微鏡點亮速率(flashing rate)夠快，特徵圖案經由快速移動走列方式多次曝光，直到達到標稱曝光量為止。因此，此一圖案寫入程序係由多個微鏡像素之個別曝光加總而成。利用相同之加總曝光程序，並以相互協調之步調及方向移動基板平台，可完成整片基 板之寫入作業。
第12圖所示之走列式作法僅為循環走列式之一範例，提供一種局部或次局部的平行加總曝光之一種類型以用於各成像單元。在其他實施例中，基於行或斜向之行/列為單位的循環方法也可被使用以有效完成平行加總曝光。此外亦可發展出其他加總方式，例如兩相鄰SLM成像單元之交錯走列式，或配合多個資料列使用多個行走方向等，也可被使用以提高微影製印之效能，但可能尚需搭配額外之平台之移動。
若在大量生產之情況下使用陣列式平行曝光法，可內建一定之冗餘度(redundancy)或容錯度(fault-tolenrance)以防止中斷。亦即，當曝光控制常式(routine)偵測出某一SLM成像單元故障，將採取關閉故障之成像單元之動作，並將其光罩資料重新分配至一或多個相鄰之成像單元，並使得此些相鄰之成像單元完成曝光任務，然而再卸除完成曝光之基板。此一曝光修正常式將持續進行，直到整批基板完成曝光為止。而整個流程亦將持續進行，直到成像效能及產出量(throughput hit)均達到被認為是可接受的為止。
第13圖繪示依照本發明實施例於成像寫入系統中實現冗餘度之方法。在此範例中，在偵測到成像單元212故障後，此單元會被停止操作。可選擇相鄰之八個成像單元之一來接替成像單元212。在此情況下，在其他區域已經曝光完畢之後，成像單元212之區域的寫入動作也完成了。
當因基板卷曲(warping)或下垂(sagging)導致成像扭曲時，此兩個鄰近的SLM成像單元之間將形成微尺度之不匹配邊界(局部與局部之間)。此係以標號1402表示，其中資料圖案超出框線區域外。於此情況，重疊區域內之圖案融合需被最佳化。第14圖繪示依照本發明實施例之梯形(Keystone)邊界融合法。如第14圖所示，此方法導通位於所選邊界末端1404之微鏡像素，以允許與相鄰之成像單元寫入區域1406有較佳的重疊匹配。具有通常知識者應可瞭解，亦可以其他方式藉由選擇性導通所需位置之微鏡像素，以達成邊界融合之目的。
根據本發明之一些實施例，可藉由交替或互補之方式導通相鄰重疊邊界間之選定微鏡像素，來執行融合。根據本發明之其他實施例，可將走列式曝光加總動作與在選定位置導通額外的像素此兩種作法合併，以達成更佳融合效果。
為使陣列式平行成像系統達到預定之對準正確度與精確度，本案之方法將對準程序分為串級排列的多個精確度等級。第一對準等級用於全域(global)對準準確度，而次一對準等級則縮小至中等的精準度。本案之方法即利用此一由下而上之作法，達成所需精確度等級。
在一種作法中，定義了三種精確度等級：單元鏡片陣列放置、鏡片中心調整、以及微鏡成像資料之操控。第15圖繪示依照本發明實施例之將SLM成像單元排成陣列之方法。此方法可將多個SLM成像單元1502之全域放置準確度控制在公厘之 範圍內。然後再以電子方式調整各SLM成像單元中投影鏡片組件之位置，使其達到微米等級之精確度。這可利用氦氖雷射(或其他非光化對準光源)將鏡片中心對準平台上之已知參考位置來完成。最後再控制微鏡，使其達到奈米等級之精確度的對準要求。
根據本發明之實施例，曝光對準程序可由下列步驟來完成：
(1)利用平台上之已知參考位置，首先校準陣列中各SLM成像單元之鏡片中心。此可允許參照實體鏡片陣列而建立一組數學網格陣列點。
(2)對於第一光罩層，當沒有印出任何對準記號時，板子之對準係以機械方式完成，且主要依賴平台之精確度。
(3)當基板的板子經由先前光罩層而被印製遍布板子的對準記號時，此些對準記號可由對應之SLM成像單元偵測而得。如此，可參照位於基板上之實際影像位置，建立一網格圖。
(4)藉由比較兩網格圖(SLM成像單元相對於從基板測得之微影製印對準記號)，進而建立可引導平台移動之網格圖配對數學模型。
(5)在一範例中，藉由考量第十代基板之2400個SLM成像單元之陣列，而平台之最大水平(X)或垂直(Y)移動距離約為120公厘。此亦納入網格圖配對之計算中。請注意，此平台移動距離甚短，因此相較於用於第十代之光罩式曝光工具所需之平台的移動距離為基板之全寬及全長，本方法具有技術上之優勢。第十代基板質量很高。承載如此大之質量的平台的移動距離越短，可達到之 系統運作之正確度越高。
(6)為微調至次微米等級之對準精確度，本方法將修正因子內建於傳送至對應成像單元之光罩資料中。亦即，各成像單元之修正因子可能互不相同，需視各成像單元在基板上成像之相對位置而定。由於各基板之卷曲狀況不同，修正因子也可能隨基板而變化且可於曝光每個板子前先行偵測取得。
第16圖繪示依照本發明實施例之用以製造可撓性顯示器之無光罩成像寫入系統的範例性實作。如第16圖所示，無光罩成像寫入系統1600係由一或多個SLM成像單元陣列所組成，其中多個SLM成像單元之一的例子係以標號1602表示。此一或多個SLM成像單元陣列可依特定應用之需要而形成特定形狀，如圓形。在另一示範性實施方式中，無光罩成像寫入系統可用於製造非撓性顯示器。
第17圖繪示依照本發明實施例之一SLM成像單元。SLM成像單元包含藍光及紅光二極體雷射1702、孔口1704、鏡片1706、球面鏡1708、安裝於印刷電路板1712上之DMD 1710、光束收集裝置(beam dump)1714、分光鏡1716、電荷耦合元件(CCD)攝影機1718以及鏡片組件1720。藍光及紅光二極體雷射1702進一步包含一個紅光雷射二極體(非光化性)1722及四個藍光雷射二極體(光化性)1723、1724、1725與1726。此些雷射二極體之排列方式可如第17圖所示。位於中央之紅光雷射二極體屬於非光化性，主要係於初始聚焦設定時作對準或瞄準(catching)之用，四個 藍光雷射二極體屬於光化性，並用於產生曝光。視雷射二極體封裝之實體大小，使用不同數量之雷射二極體的其他排列形式也是可行的，只要能達成均勻的照明強度。在另一作法中，亦可利用光纖束傳輸此光化照明。在此情況下，各雷射二極體係發光(shine)於光纖束之一端，再由光纖將光化光線傳送至光纖束之另一端出光。在其他實施例中，亦可以使用LED而非二極體雷射。在此排列例子中，可將多個藍光LED緊密的放在一起，以提供均勻之照明強度，而將多個紅光LED分別放置於可供對準及初始對焦之相對位置。在此範例中，藍光及紅光二極體雷射1702經由孔口1704及鏡片1706投影光線至球面鏡1708。接著光線從球面鏡1708反射至DMD 1710。依據DMD之中各鏡子的狀態，光線可被傳送至光束收集裝置1714，或經由鏡片組件1720而傳送至於基板。如此，形成於基板上之影像將向上反射回來，穿過鏡片1720與分光鏡1716，最後到達CCD攝影機1718。
第18圖繪示依照本發明實施例之使用線性陣列之SLM成像單元於卷軸式無光罩微影的方法。在此範例中，多個SLM成像單元1802係排成單一線性陣列，如第18圖所示。基板1804可被控制以沿基板移動方向(X方向)移動，而SLM成像單元1802之線性陣列則可被控制以於基板1804所在之平面上沿著垂直於此基板移動方向之方向(Y方向)來回移動。SLM成像單元線性陣列之曝光可被調整以同步於卷軸式基板的移動而處理基板1804之特定區域。如此，SLM成像單元線性陣列可被控制以對實 體大小大於SLM成像單元線性陣列之大小的基板進行成像。由於可控制此些SLM成像單元沿基板移動方向移動，亦可沿垂直於基板移動之方向而移動，故第18圖所示之成像寫入系統克服了第’779號專利及Ahn專文所述習知方法對實體光罩之尺寸限制。
第19圖繪示依照本發明實施例之使用二維陣列之SLM成像單元於卷軸式無光罩微影的方法。此圖係顯示SLM成像單元二維陣列1902之上視圖，其中每一圓圈代表一個SLM成像單元。類似於第18圖所示之範例，第19圖中之基板1904可被控制以沿X方向移動，而SLM成像單元二維陣列1902則可被控制以於基板1904所在之平面上沿Y方向來回移動。SLM成像單元二維陣列之曝光可被調整以同步於卷軸式基板移動而處理基板1904之特定區域，如此，SLM成像單元二維陣列可被控制以對實體大小大於SLM成像單元二維陣列之大小之基板進行成像。因此，第19圖所示之成像寫入系統克服了第’779號專利及Ahn專文所述習知方法對實體光罩之尺寸限制。請注意，在某些實施例中，此SLM成像單元二維陣列可以交錯(staggered)或非交錯之陣列形式形成。
第20圖繪示依照本發明實施例之使用無光罩微影以成像多個基板尺寸的方法。與第19圖所示之方法類似，第20圖中之成像寫入系統亦使用一SLM成像單元二維陣列2002。由於SLM成像單元二維陣列2002可被控制以自動連續接收並處理成像資料，此成像寫入系統可藉由無縫地載入一新的TFT光罩資 料庫，以從一種基板設計轉換至另一種不同的基板設計，而不需如同第’779號專利及Ahn專文所述之習知方法需停止運作並更換新的光罩。在第20圖所示範例中，當包含不同尺寸之基板設計的卷軸式基板移動時，不同尺寸之基板設計(如標號2006、2008、2010、2012及2014所示)可被SLM成像單元二維陣列2002於運作中(on-the-fly)進行處理。
第21圖繪示依照本發明實施例之將各SLM成像單元對應至局部基板表面狀況而定位之方法。此範例中，此方法係於曝光過程中檢查基板表面2104之不平整度，並對應的調整SLM成像單元線性陣列2102。於此例中，係以誇大方式顯示基板2104之不平整度，以說明將各SLM成像單元調整至最佳高度之優點。對於從1至5微米的所需解析度CD，此種作法允許達到自動調焦至位於DOF的範圍。本方法之細節將進一步說明如後。
在一作法中，對於印製基於TFT之光伏(photo voltaic,PV)板，最小特徵CD可超過50微米。在此製印解析度範圍內，往往將噴墨印刷法視為成本較低之選擇。然而，噴墨印刷法之一主要缺點在於，墨水霧滴有可能造成瑕疵，此為小滴墨水流之副作用。噴墨印刷法原本即不如微影製程乾淨，或許可適用於圖案化光罩特徵，此種特徵不形成主動裝置或主要用在被動察看(passive view)之目的。對於值得以卷軸式微影印製法製造主動式TFT裝置之生產而言，尺寸可縮放之SLM成像單元陣列提供了較佳之無光罩式微影技術方案，原因為生產之元件良率較高。 此方法中，放大投影係被用於無光罩式成像。亦即，SLM成像單元之曝光鏡片並非縮小物鏡而係放大物鏡，此放大物鏡可將產品特徵尺寸從25微米放大至數百微米。
為了在未必完全平整之基板各處維持最佳對焦狀態，方法之一係於曝光過程中監視並調整SLM成像單元之聚焦。第22圖繪示依照本發明實施例之偵測像素聚焦之方法。一種監視聚焦的作法係利用可穿透鏡片之監視攝影機擷取曝光中之成像。影像被擷取後，分析所擷取之暗-亮像素影像，並與預期之曝光圖案比較，以推導出失焦程度之一相對度量。如第22圖所示範例，為一對亮暗像素(2202與2204)及其對焦(in-focus)(2206與2208)與失焦(2210)狀態。在亮暗交界處之過渡圖案上，此對對焦之像素呈現銳利之過渡圖案，而此對失焦之像素則具有模糊之過渡圖案。模糊過渡之程度可被映射而參照至失焦之程度。在其他作法中，吾人可監測並分析影像中之空間頻率。由於對焦誤差優先降低較高之空間頻率，可藉由比較擷取之影像中高頻成分之損失量即可評估失焦之程度。另一方法係監視並分析一組亮暗圖案之影像對比度，使用最佳聚焦設定之影像具有最高對比度，而對比度之損失則對應於失焦之程度。
上述方法雖可有效監視對焦誤差之大小，但卻無法指明誤差之方向。為解決此一問題，本系統可於軟體之控制下，在以目標對焦為中心之一範圍內不斷微幅變化對焦位置，同時更新目標對焦位置，以維持在最佳對焦。此種作法可藉由在所述範 圍兩端之誤差之間取得平衡而被最靈敏地決定。然而，避免故意使曝光影像失焦之需求是有好處的。一種方法在於以可受控之方式擾動(perturb)攝影機之聚焦，但不改變曝光成像之聚焦。此種作法可藉由改變攝影機與物鏡間之有效光程長度而於可穿透鏡片之監視攝影機完成此作法。就一階近似而言，改變鏡片在攝影機側之焦距(23a圖中之f2)與同比例改變f1之效果相同。此種聚焦變化可將攝影機前後振動、或利用振動之鏡子反射成像，或者如第23a圖所示，使光線通過一轉盤，其中此轉盤具有多個厚度及/或折射率不同之片段(segment)，俾使有效光程長度產生所需之變化而來達成。此部分係顯示為第一光程差(optical path difference,OPD)調變器2316及第二OPD調變器2326。相仿地，亦可利用一有鏡子的圓盤反射成像，其中此圓盤具有多個不同高度之片段。
第23a圖繪示依照本發明實施例之用於運作中(on-the-fly)偵測SLM成像單元聚焦之範例性設備。如第23a圖所示，此設備包含成像光源2302、分光鏡2304、物鏡2306，以及物鏡2306之外殼2308。成像光源2302之一範例如第17圖所示，包含元件1702至1714。此設備亦包含第一攝影感測器2310(以下亦簡稱攝影機或感測器)、第一馬達2312、第一折射盤2314及第一OPD調變器2316。第一OPD調變器2316可由一圓形光學裝置2317所形成，此圓形光學裝置2317可具有多個區段(sector)(如標號2318所示)。各區段係以具有不同折射率之材料製成，或者係以具有相同折射率但不同厚度之材料製成，其中此些不同厚度 可形成光程差。
另一種決定聚焦調整方向之方法係利用兩台攝影機以不同之光程長度擷取影像，如第23b與23c圖所示。第23b與23c圖繪示根據本發明實施例中另兩種可運作中偵測SLM成像單元聚焦之範例性設備。除第23a圖所示元件外，此些範例性設備更包含第二攝影感測器2322(以下亦簡稱攝影機或感測器)及第二OPD調變器2326。第23c圖也包含第三OPD調變器2330。第二OPD調變器2326與第三OPD調變器2330之形成方式可與第一OPD調變器2316類似。當使用此兩攝影感測器2310與2322時，此兩個個別具有不同折射率之OPD調變器2316與2326可被安裝以決定聚焦調整方向。在另一實施例中，只要直接將對應的攝影機2310與2322放置在不同的實體距離處，即可讓不同的OPD調變器2316與2326產生效果。
第23b與23c圖所示之範例從第一攝影感測器至第二攝影感測器檢查影像，藉以比較並分析聚焦調整方向，並調整聚焦設定以使兩攝影感測器所測得之失焦程度相等，從而確保最佳聚焦係達成在兩攝影感測器之間的OPD中間。在此，第一及第二攝影感測器被配置以透過互補之聚焦偏移量觀測基板，以決定目標聚焦之方向。另一方法則不以上下移動物鏡之方式調整聚焦，而係將第三OPD調變器2330放置於物鏡2306之外殼2308上方，進而透過改變有效光程長度之方式調整聚焦。
運作中之聚焦之監視與調整可以下述方式執行：
1)將基板表面與物鏡之間距設定在對焦範圍內。
2)首先，影像係藉由使用非光化照明而被形成與擷取。此作法不會對曝光用之感光材料造成任何破壞。亦即，藉由使用非光化照明設定初始聚焦，然後配合調整物鏡，以達最佳聚焦。
3)當曝光平台開始沿基板之移動方向(X方向)移動時，開始光化曝光。
4)在光化照明下監視所擷取之影像，並對應調整物鏡。
5)請注意，每次調整聚焦之動作係用於下一個曝光位置，但基於上一個曝光位置所決定之最佳聚焦來調整。
6)根據f1與f2之量測的OPD，決定物鏡之聚焦調整。
如上所述，成像寫入可在曝光過程中藉由一或多台攝影機而被即時監控。透過微鏡像素加總曝光法，每一成像圖案係由多個DMD微鏡像素曝光與形成。此曝光機制本質上在初始曝光階段允許較大之對焦誤差裕度(margin)，因為每一微鏡像素所提供之曝光僅為所需總曝光能量之一小分量。在進行像素加總曝光時，各SLM成像單元之聚焦可被調整與即時調整。如第24圖之例所示，在寫入由暗區包圍之獨立「孔狀」圖案或由亮區包圍之獨立「島狀」圖案時，此對焦誤差裕度尤為重要。原因在於上述兩種特徵圖案在擾動聚焦設定之過程中因缺少成像之變化， 故不易於初始階段設定其最佳聚焦。然而，待多次曝光後最佳聚焦可被決定。
在另一作法中，前述之自動對焦機制可用於完成「聚焦加總曝光」以擴大整體DOF。第25圖繪示依照本發明實施例之透過像素加總曝光法改善DOF之方法。在第25圖所示範例中，可在像素加總曝光過程中動態調整最佳曝光設定。此作法允許像素加總曝光可藉由DOF內之不同最佳聚焦位階而被完成。此機制使得最終之影像圖案可藉由多種聚焦設定2502之多次加總而被曝光與形成，而此些聚焦設定2502亦將延伸至整體之總的DOF 2504。
第26圖繪示依照本發明實施例之多帶電粒子束成像單元之一範例性實作。依據本揭露之多個方面，如第2圖、第16圖或第17圖所示之SLM成像單元可被修改以形成如第26圖所示之多帶電粒子束(multiple charged-particle beam,MCB)，接著可被使用以作為MCB成像單元陣列中的一個單元，此陣列類似於如第7、8、15、16圖所示的SLM成像單元陣列。在一實施例中，MCB成像單元2600可包含電子源、可程式孔板、空白板、電子束投影光學元件(optic)。電子束投影光學元件可包含靜電多電極加速鏡片(electrostatic multi-electrode accelerating lense)、第一組磁鏡片(magntic lenses)、止板、光束操縱多路系統(multiple)、與第二組磁鏡片。MCB成像單元可選擇性地包含光阻塗佈空白光 罩。
依照本揭露的多個方面，為了簡潔起見，MCB這個技術用語可意指多電子束或多離子束、或多電子束與多離子束的組合。多電子束及/或多離子束可合稱為多帶電粒子束。此處所述之曝光方法可應用至電子束與離子束。對於電子束與離子束，光學鏡片架構可實質上相同，不同之處在於帶電離子(電子束與離子束)之源的產生方式。此外，不同形式的光子可被用於製造曝光，包含但不受限於可見、UV、真空UV(vacuum UV,VUV)、深UV(deep UV,DUV)、超UV(extreme UV,EUV)、與X光。請注意，對於光子作用曝光而言，總曝光能量單位可參照為毫焦耳(milli-Joule,mJ)，而對於帶電粒子束曝光而言，累積曝光帶電能量單位可參照為微庫侖(micro-coulomb,μC)，光子和帶電粒子束的曝光係以平方公分的單位面積而被量測。
在一實作中，取自槍位階(gun-level)的電子首先可通過多電極堆(stack)，多電極堆作用如同壓縮機(condenser)並產生直徑25mm的寬型均質(homogeneous)電子束。電子束接著可垂直地撞擊(impinge)在可程式孔徑板上，在此版上微米尺寸的電子束可被形成。再者，各電子束可藉由CMOS控制之微偏折器(deflector)而被各別偏折(deflect)，接著電子束(偏斜及非偏斜)可進入至MCB成像單元的投影光學元件，於此處電子束係在靜電多電極透鏡之中被加速(例如是從5keV至50keV電子束能量)，並藉由一個或多個位在MCB成像單元底部的磁鏡片而被縮小。 非偏折電子束可被傳送至基板平面。偏折的電子束可在投影光學元件的孔徑止板之處被過濾掉。多導電粒子束可經由資料路徑依據被送至MCB成像單元2600的資料而被導通(switch on)或切斷(switch off)。
第27圖繪示依照本發明實施例之多帶電粒子束成像單元之另一範例性實作。相仿於上述之MCB成像單元2600，MCB成像單元2700也可適用於作為MCB成像單元陣列中的一個單元使用，此陣列類似於如第7、8、15、16圖所示的SLM成像單元陣列。在一實施例中，MCB成像單元2700可包含電子源、一個或多個準直鏡(collimator lens)、一孔徑陣列、一電子束熄滅陣列、一電子束偏折陣列、及一投影鏡片陣列。
第28圖繪示依照本發明實施例之多帶電粒子束成像單元之又一範例性實作。相仿於上述之MCB成像單元2600，MCB成像單元2800也可適用於作為MCB成像單元陣列中的一個單元，此陣列類似於如第7、8、15、16圖所示的SLM成像單元陣列。在一實施例中，MCB成像單元2800可包含電子源、一可程式孔徑板、一空白板、電子束投影光學元件。電子束投影光學元件可包含靜電多電極加速鏡片、第一組磁鏡片、止板、電子束操縱多路系統、與第二組磁鏡片。
第29圖繪示依照本發明實施例之多帶電粒子束成像單元之另一範例性實作。相仿於上述之MCB成像單元2600，MCB成像單元2900也可適用於作為MCB成像單元陣列中的一 個單元，此陣列類似於如第7、8、15、16圖所示的SLM成像單元陣列。在一實施例中，MCB成像單元2900可包含電子源、一可程式孔徑板、一空白板、電子束投影光學元件。電子束投影光學元件可包含靜電多電極加速鏡片、第一組磁鏡片、止板、電子束操縱多路系統、與第二組磁鏡片。
依據本揭露之多個方面，當正光阻受到電子束曝光時，光阻分子中的一些分子鏈(molecular chain)會斷開，故而降低平均的分子量。這伴隨著溶解度增加以及增加蝕刻率。對於電子束微影而言，希望知道的是被帶電粒子束曝光後之光阻內能量沈積的三維分布。現今典型的電子束微影機器使用每電子10-100keV能量的電子束。因此，電子的自由路徑可為10μm或更高，這至少是大於光阻厚度的量級。是以，電子可輕易地穿越光阻層並到達基板。當電子穿越光阻層與基板時，電子會遭遇散射(scattering)事件，例如前向散射與背向散射。
在前向散射中，一個電子可與基板或光阻內多個原子之其中一個原子的電子撞擊。此入射電子可改變其方向並傳送其部分能量至原子。由於這多餘的能量，原子會變成激態(excited)(其中一個電子達至激態位階)、或離子化(一個電子離開原子，在材料中產生二次(secondary)原子)。當目標原子變成光阻分子的部分時，分子鏈會因此激態或離子化而斷開。基於非彈性散射的散射角度典型地是很小的。
在背向散射中，一個電子可與較重的原子核撞擊， 從而造成彈性散射事件。在大多情況下，電子保留其能量，但會改變其方向。散射角度在此情況下會較大。在大角度散射發生在基板中之後，電子會從入射電子束以顯著的距離經由光阻返回，從而造成額外的光阻曝光。此背向散射可導致鄰近效應(proximity effect)，將進一步說明如下文。
當主要電子減速時，其大部分能量會以二次電子的形式散逸，能量為2至50eV的範圍。大部分的光阻曝光可源自此些電子。由於此些電子具有低能量，範圍可為數個奈米(nanometer)，對鄰近效應的貢獻很少。然而，此種現象伴隨前向散射，可造成曝光區域的加寬，這可為帶電粒子束微影曝光系統解析度的限制因素。電子在失去其能量前的行進距離取決於主要電子的能量以及電子所行進之材料的種類。背向散射的部分電子(也就是e)，與電子束能量大致上是獨立無關的，而是相關於所使用的基板材料。舉例來說，具有低原子序的基板可提供的背向散射係少於高原子序的基板。
對於與原子核的迎面撞擊，能量E的傳送可決定如下：E=E0(1.02+E0/106)/(465.7A)其中E0係入射電子束能量而A係靶材的原子序。若E超過與原子量、鍵結強度與晶格相關的移位能(displacement energy)Ed，晶核(nuclei)可被移位而晶體結構可能會被破壞。
除了因晶核移位導致的破壞之外，也可能因高曝光 量所導致之基板加熱而造成破壞。加熱也可改變光阻敏感度，這可導致不樂見的線寬變異。此問題將參照第33e圖及第34b-34d圖說明如後。
第30a至30d圖繪示依照本發明實施例之成像物件的方法。在第30a圖所示之範例性作法中，此方法起始於方塊3002，接著移至方塊3004，在3004中此方法選擇沿著將被成像之物件邊緣的評估點。第30b圖繪示選擇沿著待被成像之物件邊緣的評估點的範例。如第30b圖所示，梯形表示將被成像的物件3022。評估點(黑點)3024係被選擇以用於監視物件3022邊緣上的曝光。物件3022的位置係參照至像素網格3026，其中像素網格3026中的各矩形3028代表一像素。資料結構可被產生以儲存與各評估點有關的資訊，包含相對於像素網格的各評估點的位置、相關於像素網格的邊緣的角度、一評估點位於曝光區域中的次數(即評估點被曝光的次數)、及至此時此評估點所累積的曝光照射量。依據本發明實施例，任何兩評估點之間的距離係小於像素的一半，而此些評估點之間的距離係均等間隔。換言之，評估點的選取方式係滿足尼奎斯特定理(Nyquist criterion)，而將被成像物件3022的取樣頻率係高於兩倍的原始訊號頻率(由像素網格的頻率表示)。在其他實作中，評估點的距離可選為畫素的1/3、1/4、或其他分數，只要尼奎斯特定理可被滿足。
在方塊3006中，此方法執行曝光以成像物件3022。在由方塊3006執行的各曝光之中，此方法更執行以下操作。首 先，在方塊3012中，此方法首先例如使用掃描線幾何演算法以填補物件3022的內部像素。這由第30b圖中陰影區域3030所示。請注意，第30b圖所示之範例假設影像從白色轉換至黑色，其中多曝光照射量可在物件3022的邊界內被接收。具有通常知識者應了解一種相仿但反相的操作方式可被執行以成像具有從黑色至白色之轉換的物件。
在方塊3014中，此方法檢查物件的邊緣像素並依據多個因子進行曝光調整，包含：相對於像素網格之部分邊緣像素的面積、相對於目標曝光照射量位階之目前曝光量位階、來自鄰近像素之曝光影響、錯誤/失真校正的量、以及其他效能最佳化考量。若像素主要是在物件的邊緣(及其對應的評估點)外側，例如是第30b圖的像素3025，相關評估點的抖動(dithering)針對大部分的曝光而被關閉。另一方面，若像素主要係在物件的邊緣(及其對應的評估點)內側，例如是第30b圖的像素3027，相關評估點的抖動係針對大部分的曝光係被開啟(turn on)。
在方塊3016中，此方法累積成像寫入系統的曝光照射量。第30c圖和第30d圖繪示此種曝光照射量從初始照射量位階至目標曝光照射量位階的累加。在第30c圖和第30d圖所示之情況之下，雖然曝光照射量的總量是相同的(目標曝光照射量)，但藉由針對每次曝光調整邊緣畫素使不同的邊緣轉變效應可被達成。從每次曝光之照射量的累加及使用提供一回饋機制，以允許成像寫入系統適應性地調整在被成像之物件邊界上的成像輪 廓(profile)，並同時確保能維持總目標曝光照射量。在方塊3018，此方法移動像素網格3026以用於後續曝光。此部分將配合第33a-33d圖進一步描述如下。
在方塊3008中，決定預設目標曝光次數(count)是否已到達。若未到達目標曝光次數(3008_No)，此方法移至方塊3006並執行另一曝光以成像物件3022。如此一來，多重曝光可被執行以成像物件。或者，若已到達目標曝光次數(3008_Yes)，此方法移至方塊3010，而物件的成像操作係被終止。
依據本發明實施例，多重曝光可被執行在物件上。此多重曝光可藉由透過不同的SLM多次經過成像區域而被達成，以提供預定的曝光量至感興趣的成像區域。在一實作中，約400次曝光可被執行於各成像位置，而每次的曝光照射量係在每個評估點上被累積。典型地，第一次曝光係任意的。對於後續的曝光，此方法比較成像位置上的累積照射量與成像位置之目標曝光照射量之一分量(fraction)(N/400*總目標曝光照射量)。若累積照射量低於目標照射量，則像素針對此次曝光而會被導通。另一方面，若累積照射量高於目標照射量，則像素針對此次曝光會被關閉(turned off)。於後續曝光，此方法比較成像位置內的累積照射量與成像位置之目標曝光照射量之一分量，藉已完成之曝光數按比例計算(對於400次中之N次的曝光，與N/400*總目標曝光照射量做比較)。
依據本發明實施例，第30c圖與第30d圖繪示調整 邊緣像素的不同實作。在第30c圖中，垂直軸代表曝光照射量的累積總量，而水平軸代表在物件3022成像過程中所供給之曝光的次數。此例中，曝光照射量線性的相對於曝光次數的增加而增加。在步階函數3032後，邊緣的曝光照射量從初始照射量位階增加至目標曝光照射量位階。如此，模糊的(smeared)或平滑(smoothed)的轉換可產生在將被成像物件的邊緣上。請注意總目標曝光照射量可在執行多重曝光前依實驗、理論而被決定，或藉由實驗及理論分析綜合決定。在其他作法中，早期曝光中的曝光照射量可相對於步階函數3032而過量(overshoot)或不足量(undershoot)。然而，隨著曝光次數增加，此曝光照射量過量或不足量可在後續曝光中被校正，並隨著曝光次數之尾端而收斂至目標曝光照射量。
另一方面，在第30d圖中，曝光照射量的總量初始時緩慢的增加，接著在曝光的中段時相對快速的增加，接著在曝光的尾端減慢，如步階函數3034所示。只要在結束時達到所要的目標照射量，此步階函數或任何其他步階函數可被使用。範例性的總目標照射量可為每平方公分20毫焦(mJ/cm2)。
在第30c圖及第30d圖之範例中，每次曝光的臨界比例(threshold ratio)可被控制。舉例來說，在物件的邊界，若像素主要係在物件的邊緣(及其對應的評估點)外側，例如是第30b圖的像素3025，曝光的臨界比例可設為較高值以產生較高之使像素可被關閉之機率。然而，若像素主要係在物件的邊緣(及其對應 的評估點)內側，例如是第30b圖的像素3027，曝光的臨界比例可設為較低以產生較高之使像素可被導通的機率。在邊緣(及其對應的評估點)大約落在像素中間的情況下，例如是第30b圖的像素3029，在大約一半的曝光中像素會被導通，在大約另一半的曝光中像素會被關閉。當像素網格係大部分的像素係在內部時，藉由調整臨界值以有利於邊緣像素的曝光，而非單純地將邊緣像素暴露在任何照射量係低於目標值的中間曝光量之下，可在邊緣上取得較銳利的成像輪廓。
第31a與31b圖繪示依照本發明實施例之對評估點運算累加照射量之方法。藉由考量由像素及其鄰近像素之曝光貢獻度，此方法運算像素P 3102中評估點的累加照射量。在一實作中，在像素P 3102內的位置，來自緊接的鄰近像素N1 3104及第二鄰近像素N2 3106的照射量貢獻度係被決定並儲存。一般而言，一個像素對其鄰近像素的貢獻度的波形形狀相似於(Sin X/X)2，而貢獻度在第二階鄰近像素N2 3106外側處係顯著地減小。在第31a圖所示之例中，像素的寬度係被選為1平方微米，而像素P 3102對其鄰近2μm遠的貢獻度係視為可忽略的。在其他實施例中，更高階(3階或更高)的像素P 3102的效應可基於成像寫入系統所需的準確度而被考量。
在第31a圖所示之範例中，像素可被進一步量化為像素的1/8粒度(granularity)，如子像素網格3108所示，以在成像像素P 3102中考量更精確的準確度。此些較精密的格點之各者 的各鄰近像素的照射量貢獻度係被預先運算，而於此些點之最近點(或一些最近的較精密格點的組合)的值，係在累加評估點上之照射量時被使用。基於成像寫入系統的準確度需求，可依據本發明實施例將像素P量化為1/16(如標號3110所示)、或其他更小的量化因子。
在成像物件之前，模擬係被執行以收集資訊以產生一系列的查詢表(lookup-table,LUT)。此些LUT係被使用以在成像操作期間計算物件每次曝光的曝光照射量。在一作法中，LUT可如下述方式來產生。如上文中相關於第31a圖所討論者，像素的曝光可貢獻至其第一級鄰近像素(N1)及第二級鄰近像素(N2)。使用量化像素之1/8粒度，各像素可進一步分割為64個子畫素區域。再者，針對一個成像區域，400次曝光可被累加，而臨界比例係約其總曝光強度的一半。因此，每次曝光可傳送完整曝光量的1/800。假設每次曝光量精準度為2.25%(1/40)，則此方法需量化至全照射量的1/32,000，可由約15位元來表示。15位元取整值為16位元，表示16位元(2位元組)可被用於表示在64子像素位置的每個位置上的一個像素的照射量貢獻度。換言之，對於成像過程中考量的各評估點，5x5陣列像素係被檢視；各像素具有64子像素區域；而各子像素區域係由2位元組所表示。如此，各個表可具有的大小約為3200位元組(25x64x2)。具有通常知識者應理解，為了達成不同的所需準確度，不同的陣列(如6x6、8x8等)像素可被考量；不同次數的曝光(如500、1000等)可採用；不 同的精確度百分比(如1%、2%等)可被使用；不同的位元數(如20、21位元等)可被用於表示64子像素位置的各者。舉例來說，對於21位元表示一子像素區域的範例而言，64位元長字元可被用於表示三個此子像素區域。取決於成像寫入系統的所需準確度，可產生不同尺寸之對應的LUT。
對於第31a圖所示之例，為了計算在每個評估點上之一曝光所貢獻的照射量，使用傳統作法需要25次表格查詢，包含用於像素P 3102之鄰近像素(N1及N2)的對照表。此作法可能耗時且消耗大量的處理功率。第31b圖繪示依據本發明實施例之一種處理第31a圖的像素P的方法。在一種作法中，像素P 3102及其第一級鄰近像素N1與第二級鄰近像素N2可排列成五列，每列五個像素，如第31b圖所示之3112、3113、3114、3115、及3116。查詢表3118可被安排的方式為各次的表格查詢動作可接收一行五個像素的資訊。請注意在此作法中，並非對每個像素使用25個不同的表，而是大約100K位元組(3.2Kx32)的合併表可被產生並一起用於擷取5像素群組的資訊。在此方式中，執行表格查詢的效率可增為5倍。
在另一種作法中，LUT 3118可被安排為不同方式，使得各個表格查詢動作可接收一列五個像素。在此作法中，像素P 3102及其第一級鄰近像素N1及第二級鄰近像素N2可被排列成為5行，每行五個像素(未繪示)。為了存取查詢表3118，部分的位址可由一行五個像素的位元組合型態(bit pattern)得到。舉例來 說，10101的位元組合型態可用於表示一行的五個像素，其中位元數值1可指示像素為導通(ON)，位元數值0可指示像素為關閉(OFF)，或基於設計工程師之實作選擇而有相反之定義。以此種五個像素之群組安排的作法，各表格查詢是較有效率的，因為能夠同時擷取五個像素的資料，而非如習知方法中僅對一個像素擷取資料。
請注意，評估點之間的距離係實質上相同的，且係被選擇為相互靠近彼此。將此些特性納入考量，第32圖繪示依照本發明實施例之藉由處理一組評估點以成像物件的方法。於此例中，兩物件3202及3204係被成像，且係參照至像素網格3206。如上所述，由黑點表示的評估點係沿著各物件的邊緣而被選擇。在一實作中，評估點可以四個點為一個群組的方式被處理，而對應的查詢表可被建立以用於處理特定形式的邊緣。舉例來說，查詢表3208可被提供以用於處理水平邊緣；查詢表3210可被提供以用於處理垂直邊緣；查詢表3212可被提供以用於處理具有角度A的邊緣；查詢表3214可被提供以用於處理具有角度B的邊緣等。由此範例可知，表的數量取決於多個因素，例如是將被成像之物件的形狀(邊緣的角度)。一般而言，一參照表係針對整個成像寫入系統被產生，而各種復合表如表3208、3210、3212、3214係被產生，以用於因應不同的情況。
如第32圖所示，4個評估點一組可作為一個群組被處理。以垂直方向的此組4個評估點的群組為例，其可跨越約小 於2像素的距離。請注意，在一些情況下，一組4個評估點可跨越3個像素以上；而在此些情況下，此3個像素及其對應的鄰近像素會在成像4個評估點之群組中被考慮。假設一個像素可被距離其2個像素遠的鄰近像素所影響。2個鄰近像素可被附加在此4垂直評估點的各端上，以形成6至7個垂直像素一組的群組。依據本發明實施例，用於垂直邊緣的查詢表可被產生以允許一次儲存並擷取4個垂直評估點的照射量貢獻度。由於此些照射量貢獻度的每一個可由16位元所表示，此組4個垂直評估點可被合併以形成一個64位元的長字元，如標號3217所示。以此方式，為了運算用於成像的此組4個垂直評估點，約6至7個查詢表係被執行，相對於習知方式中各評估點可能需要5個查詢表，此方式係改進了約3倍。依以上敘述，具有通常知識者應知相仿的作法也可被應用以產生用於某種特定角度的表，如用於水平邊緣的查詢表3208、用於具有角度的邊緣A的查詢表3212、用於具有角度的邊緣B的查詢表3214等。用於水平邊緣3208所形成之64位元長字元的例子、用於具有角度的邊緣A之查詢表3212的64位元長字元的例子、及用於角度邊緣B之查詢表3214的64位元長字元的例子，係分別顯示為標號3216、3218、3219。
請注意，各個64位元的長字元係以在模擬過程中各個16位元單位不會溢位的方式被建立。這是透過控制由16位元字元所表示之各照射量數值之縮放比例(scaling)而完成的。藉由將4評估點之照射量貢獻度包裝(packing)在64位元的長字元，表 的大小係增加4倍。以配合第31圖所述之表為例，新表的大小可為400K位元組(100Kx4)。也請注意物件的邊緣可能不會總是可被打散成4個評估點的群組。為了處理靠近邊緣之末端的剩餘評估點，此些剩餘評估點可仍然被處理為一組4個評估點，除了不被使用的那些評估點(「不理會」評估點)不採取任何動作之外。舉例來說，64位元長字位的上半部係不被使用而被遮住(mask out)。在特別的情況下，邊緣出現奇怪的角度且沒有特別的表被產生，邊緣的評估點可被分成1個的群組，而使用任何邊緣角度的此些表進行模擬後，僅1個評估點被使用於各組的4個評估點。因此，仍可使用如上述方式處理此邊緣，然一次僅1個評估點會被處理，而4個評估點中的3個會被忽略。在此特別情況下，非常小的百分比(也許是1%)的情況下會慢3倍，但特別的表僅需被產生以用於設計中所發現的一般的邊緣角度。請注意很重要的是控制查詢表的大小使得查詢表可被儲存在快取記憶體中，以避免在模擬過程中從硬碟擷取資料。舉例來說，當處理水平角度時，用於水平邊緣3208的查詢表應被快取；當處理垂直角度時，用於垂直邊緣3210的查詢表應被快取。
減少在成像處理過程中產生的資料量，是被期望的。此部分很重要的原因在於可減少如第30a圖所示之在調整邊緣像素3014及累加曝光照射量3016所耗費的時間，另外也可減少傳送至各個SLM的資料傳輸量。第33a-33d圖繪示依照本發明實施例之對成像物件進行最佳化的方法。在第33a圖所示之例中，將 被成像之物件3301及3303係由像素網格3302(為了清楚表示故未繪示網格，然此網格係相仿於第30b圖所示者)所參照。在其他實施例中，一個或多個物件可由像素網格3302所參照，且可被同時處理。假設多個物件可佔領像素網格3302之中的任何區域。在一實作中，像素網格3302的寬度為768個像素，長度為1024個像素。在其他實作中，不同大小的像素網格可被使用。對於第一次曝光，整個像素網格的每一個像素位置係被運算，而運算結果係被儲存。
在第一次曝光後，像素網格3302係以增量(Delta)X 3305的量水平移位、並以增量Y 3307的量垂直移位。在一實作中，增量X 3305的量可為8.03個像素，而增量Y 3307的量可為0.02個像素。請注意偏移(offset)的增量X與增量Y並非多個像素的整數。此作法意於在成像所有圖式邊緣時達成一致性。若偏移量係選為多個像素的整數，此些像素網格會被彼此對齊。在此情況下，若邊緣落在像素網格上，會成像出一個銳利的邊緣；然而若邊緣落在像素網格之間，會成像出一個模糊的邊緣。以非整數的多個像素作為偏移量，當約400次曝光係被覆加(overlay)與累加時，邊緣係以相仿的方式被成像，有不同的像素網格位置，致使邊緣有時會落在像素邊界，有時會落在像素的其他位置之中。此種抖動式像素平均法(jittered pixel averaging,JPA)提供子像素邊緣位置的解析度，以及對所有邊緣有一致性的成像效果。
第33b圖繪示像素網格3302已藉由增量X與增量Y 而被移位，並繪示如3304。請注意為了示範之目的，此圖式並非依比例繪製，且增量X與增量Y的量已被誇示。一般而言，像素網格可被移位一個小數量，例如從一個像素位置(如第33a圖所示)至下一個像素位置(如第33b圖所示)，使得對於前一次曝光所用之大部分的執行運算可使用於目前的曝光。因此，運算量可被減小。請注意垂直移位係僅0.02個像素，此在實務上係可忽略的，即使在一些垂直移位之後亦同。在像素網格3304之中，最左側的帶(strip)3306(8.03x1024)中的像素係被運算，因為此次可能為用於此些像素之曝光照射量係被運算與調整的最後一次(像素網格中將被移出的像素)。最右側的帶3310(8.03x1024)也被運算，因為此些像素係新引進的，之前未曾被運算過(移入像素)。中間的帶3308(約752x1024、斜線繪示、也稱為是重疊像素)係從第33a圖所執行之前一次運算中被複製。由於中間的帶3308並非在每次像素網格被移位時重新運算，故成像寫入系統的效能係顯著地增進。
第33c圖繪示像素網格3304已藉另一增量X與增量Y而被移位，且顯示為3312。相仿於第33b圖之情況，在像素網格3312之中，最左側的帶3314(8.03x1024)中的像素係被運算，因為此次可能為用於此些像素之曝光照射量係被運算與調整的最後一次。最右側的帶3318(8.03x1024)也被運算，因為此些像素係新引進的，之前未曾被運算過。中間的帶3316(約752x1024、斜線繪示)係從第33b圖所執行之前一次運算中被複製。
第33d圖繪示像素網格3312已藉另一增量X與增量Y而被移位，且顯示為3320。相仿於第33c圖之情況，在像素網格3320之中，最左側的帶3322(8.03x1024)中的像素係被運算，因為此次可能為用於此些像素之曝光照射量係被運算與調整的最後一次。最右側的帶3326(8.03x1024)也被運算，因為此些像素係新引進的，之前未曾被運算過。中間的帶3324(約752x1024、斜線繪示)係由第33c圖所執行之前一次運算中被複製。在三次連續像素網格移位後，此方法可重新開始並重覆如第33a-33d圖所述的過程。
複製像素前一次曝光的好處之一在於，配合第30a圖所述之填入內部像素3012與調整邊緣像素3014的過程可被跳過。再者，方塊3016有關的運算可藉由產生用來表示四次曝光之效果的另一照射量表而被最佳化，並提供恆定的像素資料與介於其間的已知增量X與增量Y的值。接著對於在一組四次曝光之中維持不變的像素，單一組查詢表可於方塊3016中被執行，而非執行四組查詢表。另外的好處在於，SLM的資料傳送量可減少。如此一來，成像寫入系統的總效能可被增進。因複製像素前一次曝光所致之權衡(tradeoff)在於，二次曝光皆假設為具有相同的照射量，這表示調整邊緣亮度的機會是較少的。然而，在具有約400次曝光的系統中，這相較系統效能的高增益對邊緣解析度而言是影響輕微的折衷作法(compromise)。
請注意後在連續三次移位之後，Y方向上移位的總 量為0.06像素，此數量係可忽略的。X方向上移位的總量為24.09像素，而在像素網格每次移位後此些像素係被緊密的追蹤且被運算。第33a-33d圖繪示之系統實施連續的三次移位。應用相同的原理，具有通常知識者應知系統可被設計以實現不同次數的移位，例如一次、兩次、四次、或其他次數的移位。此外，不同增量X與增量Y的值，例如是增量X之8.10像素及增量Y之0.03像素可被使用。
相較於光子曝光的方式中並沒有攜帶電荷，在高產出之多帶電粒子束成像系統，成像作法可使用高電流密度及高閃光率。兩者可產生出不樂見的區域特徵形狀之失真或CD錯誤，而可能在一些特定特徵形狀下變得更嚴重。依據本揭露之方面，區域特徵CD錯誤的各種肇因可有關於能量傳送與帶電粒子束的累加，包含但不受限於光束能量、光阻種類、光阻厚度、曝光時間(照射量)、顯影時間、圖案密度、及照射量曝光速率。
在一些實施例中，本揭露之MCB成像系統可被配置以解決造成區域特徵CD錯誤之加熱效應問題，此問題可以是與時間相關的。再者，本揭露之MCB成像系統也可以被配置以解決帶電粒子束之鄰近效應問題，此問題可以是與時間較無相關的，但是由庫侖斥力效應所造成的。此些問題皆可藉MCB成像系統而被減小，如下進一步述明。
依據本揭露之方面，可感應特徵配置錯誤的區域加熱效應肇因於不均勻的基板擴張，此效應可藉控制基板中的熱散 逸而被減輕。舉例來說，用於降低區域加熱效應的一種方法係對一給定資料圖案執行多重曝光通道，其中每個曝光通道可具有較低的光束電流及有效的時間延遲，功用如同在多個成像曝光通道之間的加熱緩和時間。
在比較單一通道曝光(使用全量電流)與四通道曝光(每通道使用較少量的電流但總量相同)，不同曝光通道之此兩種方法之間所累加的曝光照射量的結果係是相當不一樣的。請注意在使用多重曝光通道而各通道具有較少量電流的照射量中，可有效地降低區域加熱效應。再者，在多帶電粒子束成像系統中使用時間延遲可有效地降低特徵CD錯誤，原因係提供緩和時間，如此反而允許熱能散逸從而降低區域加熱效應。
第33e圖繪示依照本發明實施例之執行像素融合曝光之方法。在範例性實作中，各光束像素曝光已可以是相當低的光束電流照射量，原因為各特徵可藉多次部分曝光的重疊而被形成，例如是20至200次之間的曝光。此方法本質上可具有較低的區域加熱效應，因每次曝光可在較低的照射量下被處理。再者，MCB成像系統可被配置以藉由分析目標特徵的形狀並間歇的在連續掃描曝光中選擇性地導通/關閉特定的光束像素曝光，以進一步減小區域加熱效應的問題，亦即，致能基於所識別之可能具有區域加熱效應而造成CD錯誤的特徵的閃光率的調變。在此作法中，介於”導通”像素光束之間的緩和時間可接著被”內建(built-in)”，而各個部分曝光照射量可被補償以達成所需的標稱 照射量。請注意此作法不會遭受可觀的產出率損失，因為大量的像素光束可被統計上地(statistically)分散在像素融合曝光過程之中。
在掃描像素融合曝光範例之中，一組像素光束可被指定以曝光特徵的特定區域。舉例來說，在產生掃描曝光之掃描過程中，連續的多個像素光束可被對應地導通。此些像素光束可被指定以曝光特徵的區域，其中各像素光束可貢獻標稱曝光照射量之固定分量。在另一例子中，當決定有降低區域加熱效應之需求時，在以曝光特徵3336的一個區域時，標稱曝光照射量的較大部分分量可被指定至各個”導通”的像素3332光束，但會關閉每隔一個像素3334光束。此作法有效地降低閃光率，或插入像素融合曝光之連續模式的時間延遲，以在各曝光之間允許緩和時間而用於熱散逸。對於另一範例，額外的時間延遲但配合標稱照射量的較大分量係用於各「導通」像素3342光束，但會有三個「關閉」像素3344。在其他實作中，不同的「導通」及「關閉」像素序列可被應用於曝光特徵3346的不同區域，並配合光束能量的條件、光阻種類、光阻厚度、曝光時間、顯影時間、圖案密度、及照射量曝光速率。
依據本揭露之方面，不同像素掃描線可使用不同像素圖案，例如繪示於兩組像素掃描線3352及3354。舉例來說，在第一組像素掃描線3352中，第一像素掃描線可包含重複的像素圖案「導通-關閉-關閉-關閉」並配合第一標稱照射量，第二像 素掃描線可包含重複的像素圖案「導通-導通-導通-導通」並配合第二標稱照射量，第三像素掃描線可包含重複的像素圖案「導通-關閉-導通-關閉」並配合第三標稱照射量，第四像素掃描線可具有與第三像素掃描線相同的像素圖案與電子能量位階。此例顯示MCB成像系統可被配置以導通或關閉像素，並在曝光一特徵時供給任何預定能量位階(照射量)至任何像素。在第33e圖所示之例中，MCB成像系統也可被配置以應用空間反置(spatially inverted)之像素圖案，例如圖案3354係3352的空間反置圖案。不同曝光圖案(如3352及3354)可分別被應用於一特徵的不同區域，如3356及3358。再者，圖案3352可被應用於第一掃描方向，圖案3354可被應用於不同於第一掃描方向的第二掃描方向。如此，本揭露之MCB成像系統可被配置以藉由使用多重通道而達成曝光之充分統計上的散布。在一些實作中，像素可使用單一MCB成像單元而被曝光。在一些其他實作中，像素可使用多個MCB成像單元而被曝光，此些MCB像成單元係被配置成以一致(coherent)的方式運作。
當影像寫入系統被建立時，不準確性的各種來源會被引入，如系統所用之各種元件的排列不準確性、透鏡及其他光學元件之製造缺陷的不準確性。以下段落討論依據本發明實施例決定並校正不準確性之多種方法。
為了決定影像寫入系統的準確性，多種度量(measurement)係被決定：1)鄰近SLM之間的距離；2)DMD鏡陣 列之旋轉量或傾斜量；及3)從SLM(DMD)至基板之光學放大/縮小的量。在一種作法中，已知圖案係放置在平台上且多種度量已被用於收集上述感興趣之參數的資料。成像係透過SLM的透鏡而被取得，實際上攝影機像素的尺寸可被決定。為了量測SLM的旋轉/傾斜，傅利葉(Fourier)轉換係執行於所收集的資料以決定旋轉的角度。在另一作法中，預製校正基板可被放置在平台上並首先透過透鏡攝影機從中央視點進行檢查。接著，沿著使用者定義的軸向以某種預定距離(例如增量X或增量Y)移動此平台，並重複透過各SLM之攝影機對預製校正基板進行之檢查動作。
在系統參數已被量測完成後，此種資料可被用於校正系統的不準確性。在一作法中，基板可藉由對應的SLM被分為將被成像的多個區域。基於SLM之間100mm的間隔，系統提供充分的重疊於兩鄰近SLM之間，例如最高為數個微米，以確保基板的任何區域可藉由對應地置換(displace)此些SLM之座標空間中的圖案而適當地受到覆蓋。在另一作法中，當像素網格係放置在基板上時，像素網格可被擴張或壓縮以校正從SLM至基板之放大/縮小的變異。舉例來說，若目標降低比例為10：1，10.1：1的降低比例已引入1%的變異至光路，而此變異可藉由像素網格而被補償。在另一作法中，參考評估點的位置可被決定，接著，對應評估點的距離及/或角度可使用參考評估點及因實際系統所量測之不準確性的變異而被決定。請注意此校正可典型地影響物件的邊緣，配合第30a圖所述之成像處理的基板流程可維持相同。
除了系統組件的不準確性之外，失真也可藉由透鏡或投影機制的其他元件而被引入。依據本發明實施例，失真效應(例如是針墊失真(pin cushion distortion))可被描述為在極座標中的位置，其中r係以特定量被修改，例如r'=r-0.02*r3。請注意此作法之校正失真錯誤係相仿於校正縮放比例錯誤之作法。在兩種情況下，為了決定邊緣(或評估點)係位在哪個像素，此方法需量測像素的尺寸，因像素的尺寸可能因幾何變異及其他效應而有些許改變。
實務中，失真的總量係相關於成像寫入系統所用之透鏡的品質，高品質透鏡產生較低的失真。此失真可在設計過程藉由模擬而被決定，或在製成透鏡後藉由量測而決定。在一作法中，成像寫入系統可使用相當高品質透鏡並應用此處所述之方法以校正相當小量的失真。為了校正因失真所致之錯誤，此系統首先決定失真的函數，接著應用成像物件時之失真的反向函數以校正失真。請注意，此校正失真之作法可應用至其他形式及形狀的失真，只要失真函數可被取得而反向函數可被產生以校正失真。此作法將進一步配合第34a圖說明如下。
第34a圖繪示依照本發明實施例之對光學成像寫入系統進行校正之方法。在第34圖所示之例中，標號3402表示簡化的像素網格，標號3404表示失真的像素網格。標號3406表示將被成像之物件，標號3408表示用於校正物件3406之失真的反向函數。請注意，靠近中央處，失真像素網格3404之中心矩形 (center square)係質實上相同於原始像素網格3402。然而，在角落處，失真像素網格的「矩形」看起來更像不規則四邊形。具有通常知識者應知其他形式及形狀的像素網格也可被使用，例如是尺寸為1024x768像素的矩形像素網格。
請注意像素網格3402描述一個將以一個SLM進行成像的區域、或描述一個將以此SLM進行成像的區域的一部分。在SLM所操控之不同曝光中，由像素網格所述之區域可相對於SLM及其曝光區域的位置而被四處移動。因此，失真的形狀可視SLM及曝光的位置而改變。一般而言，靠近中央的區域失真較小，但靠近角度的區域失真較大。
如第34a圖所示之例，為了取樣物件3406，系統將物件的座標轉換為SLM陣列的座標，並由物件3406至3408的轉換所表示。實質上，系統採用物件3406的形狀，並以反向方向提供失真(由3408所表示)，接著，SLM的失真透鏡(其可看見失真針墊3404形式之原始像素網格3402)可被用以成像物件。
如第30a及30b圖所述，評估點係沿著物件3406的邊緣而被選取。圓形區域3409繪示小部分的邊緣3406及其對應的反向函數3408。標號3410表示沿著物件3406的四個評估點，標號3412表示對應的四個評估點將落在沿著反向函數3408之處。環形區域3409係被放大且繪示於第34a圖之右側。
請注意對於4個評估點的此些組而言，其間的間隔係由透鏡最大解析度之尼奎斯特(Nyquist)定理所決定。典型地， 評估點之間的間隔可為像素的一分量，如像素的1/2或1/3等。在此些情況下，失真可更小於像素的分量。遍及四個評估點的距離範圍，失真可能是非常小的，例如為像素的1/25的等級，而因失真所致之四個評估點的曲率是可忽略的。
如第34a圖之圓圈所示(圖示並未依比例繪製，失真係被誇飾)，左側上沿著垂直線3414之四個範例性評估點可被映射至右側上沿著失真線3416的四個評估點，以形成失真函數的反函數。對應地，垂直線的中央點3418係映射至失真線的中央點3420，其作用如同失真線的四個評估點的參考點。請注意第34a圖已誇飾偏離失真線之評估點的偏差量。依據本發明之實作，偏差量係非常小，典型地小於從基準中央點3420遠離約像素的百分之0.1。以上述架構，此組四個失真評估點可使用如上述第30圖至第33圖所述方法之而被運算。
依據本發明實施例，如第31a圖所述之以1/8像素之量化方式考量此組四個評估點，若失真為像素的1/25，且中央點係對應(snap to)於像素網格的1/8，產生之錯誤為像素的1/16。以不同SLM及曝光位置透過多重曝光進行成像的過程中，有個趨勢為此些錯誤係相互抵銷。舉例來說，在一些曝光中，SLM可能會傾斜於一個方向上，而在另些曝光中，SLM可能會傾斜於另個方向上。如此，成像可獲得平滑的邊緣。換言之，除了此些錯誤係小至足以被視為可忽略的情況之外，錯誤還可被平均掉。在決定此4個評估點落於哪個像素網格的1/8的過程中，校正係使用 失真的4個評估點3420的中央的新位置而被進行。請注意在此例中，中央點3420可垂直或水平移位。
第34b圖繪示依照本發明實施例之應用像素融合曝光於多帶電粒子束鄰近效應之校正之方法。依據本揭露之多個方面，鄰近效應校正方法需要因一個點或像素曝光而沈積在電子光阻層之能量密度輪廓的準確知識。一般而言，此輪廓為系統設定的函數。假設是平面且均勻的基板，此輪廓的特性之一在於形狀可不相關於與照射量以及位置。此輪廓可估算為兩高斯分佈(Gaussian distributions)之和f(r)=C1exp(-(r/B1)2)+C2exp(-(r/B2)2)表示前向及背向散射電子。C1、C2、B1、B2為常數，r為從電子入射點起算的距離。一種作法為將此表示如下： 其中η為背向散射能量與前向散射能量的比例，α為前向散射範圍參數，β為背向散射範圍參數。上述等式可被正規化，致使η為背向散射能量與前向散射能量的比例，α為前向散射範圍參數，β為背向散射範圍參數。上述等式可被正規化使得
在一些實施例中，由於能量沈積輪廓提供單一像素(點)曝光的響應(response)，電路圖案的曝光可藉摺積(convolution)而以數學表示如下： 其中E(x,y)為沈積於光阻上的能量，f(r)為點曝光輪廓而d(x,y)為沈積函數的輸入照射量。顯影成像E’(x,y)可從E(x,y)計算如下： 其中τ為實驗上決定的顯影臨界值。E’(x,y)=0及E’(x,y)=1分別表示未顯影及已顯影的光阻。
依據本揭露之方面，小像素尺寸可被使用以藉由使用初始形狀(如矩形)的累進分布函數(cumulative distributin function)而取得準確的成像。再者，記憶體需求可藉分割總曝光量為兩個成份而被降低，一部分緣於銳利且短程的前向散射成份(由於局部曝光)；另一部分緣於平坦且長程的背向散射成份(由於全區曝光)。局部曝光可在關鍵感興趣點附近於小視窗中被評估，而全區曝光可在較大(coarser)的格中被評估而不需犧牲大量的準確性。
請參照第34b圖，上半部成像顯示不需應用鄰近效應校正的技術之測試圖案。如此，在測試圖案中有多個未處理區域，標示為標號3422、3424、3426、3428、及3430。另一方面， 藉由應用此處所述之鄰近效應校正，下半部成像顯示先前未處理處已獲得處理，標示為標號3432、3434、3436、3438、及3440。
依據本揭露之方面，三種方法可被應用於鄰近效應校正，亦即背景校正曝光、形狀修改、及照射量修改。舉例來說，在照射量修改中，不同照射量可應用至各個像素。在一作法中，MCB成像系統可被配置以實作如配合第30c及30d圖所述之照射量校正演算法，以決定各像素的照射量。令Qi為應用至像素j的照射量，令N為像素的總量。像素i上的總能量為： 其中 其中rij為i及j之像素中心之間的距離。此等式可對所有i以矩陣表示法重寫如下：[E i ]=[R ij ][Q j ]以矩陣運算解上述之等式可獲得鄰近效應之校正圖案。
第34c圖繪示依照本發明實施例之應用像素融合曝光於多帶電粒子束鄰近效應之校正之另一方法。在形狀修改的一些實作中，單一照射量可用於電路特徵。在一些其他實作中，多重照射量可被使用於電路特徵。圖案成像所獲得的形狀可被修改， 使得顯影成像相當相似於所需成像。舉例來說，圖案可被分割為矩形電路元件。各個電路元件接著可被各自調整。在特定應實作中，各矩形可被置換為對應的內部最大矩形(inner maximal rectangle,IMR)，如第34c圖所示。請參照第34c圖，上半部成像顯示未以形狀修改進行曝光之矩形電路元件3442。因此，所產生的曝光成像3452可含有不準確性(相對於矩形)，而顯示為標號3444、3446、3448、及3450。下半部成像顯示相同的矩形電路元件3442，但係以形狀修改進行曝光，並使用內部最大矩形3462。如此，所產生的曝光成像3464相較上半部成像之曝光成像3452，含有較少的不準確性。
接著，在不同電路元件之間的相互效應可被校正。面對其他電路元件的各邊緣可被調整，使得邊緣的中間點可等於實驗所決定之顯影臨界值。接著，電路元件的形狀可在關鍵點被修改，關鍵點例如介於鄰近矩形之間的交界處，如第34d圖所示。
第34d圖繪示依照本發明實施例之應用像素融合曝光於帶電粒子束鄰近效應之校正的又一方法。第34d圖所示之範例中，為了達成如右側所示之結果曝光成像3470，一種作法係將電路特徵分割為兩個或多個矩形電路元件(3472及3474)、應用對應的IMR至各個矩形電路元件(3473及3475)、識別過度曝光可能發生之關鍵區域3476、從兩個或多個矩形電路元件移除部分內部3478。如此，藉由應用上述方法，背向散射問題可實質上被降低，如右側顯示之所產生的曝光成像3470。
本發明之實施例不僅適用且有利於FPD製程及FPD光罩之微影製程(亦即在玻璃基板上形成獨一無二或原尺寸工藝之精密複製之成品)，亦適用且有利於積體電路、電腦產生之全像(computer generated holograms,CGH)、印刷電路板(printed circuit board,PCB)之製造，以用於微尺度與中尺度之大型成像顯示應用。
本發明之實施例進一步係適用且有利於無光罩之微影製程，例如可將所要之光罩資料圖案直接寫入基板。以此方式，可省去光罩成本並免除相關問題。本發明之實施例使得無光罩式曝光方法之曝光工具的產出率超越第十代及第十代以上之基板所需之水準。更重要者，本發明之設計可改善製程窗口，進而確保較佳的微影良率。
以上雖藉由不同之功能單元及處理器闡明本發明之實施例，但所述功能顯然可於不同之功能單元與處理器間以任何適當之方式分配而不悖離本發明之精神與範圍。舉例而言，由不同處理器或控制器執行之功能可改由同一處理器或控制器完成。因此，本文在提及特定功能單元時，係指可提供所述功能之適當作法，而非指特定之邏輯或實體結構或組織。
本發明可以任何適當形式實現，包括硬體、軟體、韌體或其任一組合。本發明之部分內容可視需要而實現為可由一或多個資料處理器及/或數位訊號處理器執行之電腦軟體。本發明任一實施例中之元件，其實體、功能及邏輯均可以任何適當方式 實施。所述功能可以單一單元或多個單元實現，抑或實現為其他功能單元之一部分。因此，本發明可由單一單元實現，或將其實體與功能分配至不同之單元與處理器。
具有通常知識者應可明瞭，本文所揭露之實施例可以多種方式修改及組合，但仍保留本發明之基本機構及方法。為便於解說，前文係針對特定實施例加以說明。然而，以上說明並未窮盡所有可能之實施方式，亦未將本發明限縮於本文所揭示之特定形態。具有通常知識者在參閱以上說明後，或可思及多種修改及變化之方式。之所以選擇並描述特定實施例，乃為闡釋本發明之原理及其實際應用，使具有通常知識者得依特定用途進行修改，以善用本發明及各種實施例。
3002~3018‧‧‧流程步驟

Claims (20)

  1. 一種微影製程(lithography manufacturing process)之影像資料處理方法，包括：提供一平行成像寫入器系統，其中該平行成像寫入器系統包含複數個多帶電粒子束(multiple charged-particle beam,MCB)成像單元，該些MCB成像單元排列為一個或多個平行陣列；接收將被寫入至一基板之一光罩資料圖案；處理該光罩資料圖案，以形成對應至該基板的不同區域之複數個分區光罩資料圖案；識別在該基板之一區域中將被對應之MCB成像單元成像的一個或多個物件；以及藉由控制該複數個MCB成像單元以平行地寫入該複數個分區光罩資料圖案，來執行多重曝光(multiple exposure)以成像該基板之該區域中的該一個或多個物件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中執行多重曝光以成像該一個或多個物件之步驟包括：使用一像素柵格關聯(referencing)該一個或多個物件；使用該像素柵格以執行該一個或多個物件的曝光動作；(a)關於該一個或多個物件，以預設增量移位該像素柵格至一下一個像素柵格的位置；及(b)使用該下一個像素柵格的位置，以執行該一個或多個物件的曝光動作；及 重複步驟(a)及(b)直到一目標曝光量已被達成。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中使用該像素柵格執該行一個或多個物件的曝光動作之步驟包括：填補該一個或多個物件的內部像素；依據該像素柵格，調整多個邊緣像素的曝光；及根據像素位置所接收的曝光照射量，累加各像素位置的照射量。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中以預設增量移位該像素柵格之步驟包括：以一非整數數量的像素個數距離，相對於該基板沿著一水平方向移位該像素柵格；及以一非整數數量的像素個數距離，相對於該基板沿著一垂直方向移位該像素柵格。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中使用該下一個像素柵格，以執行該一個或多個物件的曝光動作之步驟包括：識別該下一個像素柵格的一第一區域，其中該第一區域中的像素的曝光照射量係以將該第一區域中的像素當作將被移出(shifted-out)之像素的方式來做運算；識別該下一個像素柵格的一第二區域，其中該第二區域中的像素的曝光照射量係由將前一個像素柵格當作與該第二區域中的像素重疊(overlapping)的像素之方式所得之運算結果來得到；及 識別該下一個像素柵格的一第三區域，其中該第三區域的像素的曝光照射量係以將該第三區域的像素當作最近移入之像素的方式來做運算。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中調整多個邊緣像素的曝光之步驟包括：參照該像素柵格，依據該部分邊緣像素的區域，調整部分邊緣像素的曝光量；參照一目標曝光照射量位階，調整曝光照射量位階；參照多個錯誤校正的量，調整曝光照射量位階；調整曝光的臨界值，以成型(model)一所要的照射量累加函數。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中參照該目標曝光照射量位階，調整曝光照射量位階之步驟包括：對沿著該一個或多個物件邊緣之各個被選擇的評估點上的累加照射量、與該評估點之目標曝光照射量之一分量(fraction)，進行比較；當累加照射量低於目標曝光照射量之該分量時，導通涵蓋該用於曝光之評估點的像素；及當累加照射量高於目標曝光照射量之該分量時，關閉涵蓋該用於曝光之評估點的像素。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中執行多重曝光以成像一個或多個物件的步驟更包括： 使用具有一第一電子能量位階之一第一照射量(dose)，選擇性地曝光一第一組像素位置；及使用具有一第二電子能量位階之一第二照射量，選擇性地曝光一第二組像素位置。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該第一組像素位置係暴露在一第一掃描方向中；該第二組像素位置係暴露在一第二掃描方向中；其中該第一組掃描方向係不同於該第二組掃描方向；及其中該第一電子能量位階係不同於該第二電子能量位階。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中執行多重曝光以成像一個或多個物件的步驟更包括至少下列其中之一：使用其中一個MCB成像單元執行多重曝光；或使用其中一組MCB成像單元執行多重曝光。
  11. 一種用於微影製程之影像資料處理之系統，包括：一平行成像寫入器系統，其中該平行成像寫入器系統包含複數個MCB成像單元，該些MCB成像單元排列為一個或多個平行陣列；一控制器，被配置以控制該複數個MCB成像單元，其中該控制器包含：用於接收將被寫入至一基板之一光罩資料圖案之邏輯電路；用於處理該光罩資料圖案，以形成對應至該基板的不同 區域之複數個分區光罩資料圖案之邏輯電路；用於識別在該基板之一區域中將被對應之MCB成像單元成像之一個或多個物件之邏輯電路；以及用於藉由控制該複數個MCB成像單元以平行地寫入該複數個分區光罩資料圖案，來執行多重曝光以成像該基板之該區域中的該一個或多個物件之邏輯電路。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之系統，其中用於執行多重曝光以成像該一個或多個物件之邏輯電路包括：用以使用一像素柵格關聯(referencing)該一個或多個物件之邏輯電路；用以使用該像素柵格以執行該一個或多個物件的曝光之邏輯電路；(a)用以關於該一個或多個物件，以預設增量移位該像素柵格至下一個像素柵格的位置之邏輯電路；及(b)用以使用該下一個像素柵格的位置，以執行該一個或多個物件的曝光之邏輯電路；及用以重複步驟(a)及(b)直到一目標曝光量已被達成之邏輯電路。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之系統，其中用以使用該像素柵格以執行該一個或多個物件的曝光之邏輯電路包括：用以填補該一個或多個物件的內部像素之邏輯電路；用以依據該像素柵格，調整多個邊緣像素的曝光之邏輯電路； 及用以根據該像素位置所接收的曝光照射量，累加各像素位置的照射量之邏輯電路。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之系統，其中用於以預設增量移位該像素柵格之邏輯電路包括：用於以一非整數數量的像素個數距離，相對於該基板沿著一水平方向移位該像素柵格之邏輯電路；及用於以一非整數數量的像素個數距離，相對於該基板沿著一垂直方向移位該像素柵格之邏輯電路。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之系統，其中用以使用該下一個像素柵格，以執行該一個或多個物件的曝光之邏輯電路包括：用以識別該下一個像素柵格的一第一區域之邏輯電路，其中該第一區域中的像素的曝光照射量係以將該第一區域中的像素當作將被移出之像素的方式來做運算；用以識別該下一個像素柵格的一第二區域之邏輯電路，其中該第二區域中的像素的曝光照射量係由將一前一個像素柵格運算當作與該第二區域中的像素重疊的像素之方式所得之運算結果來得到；及用以識別該下一個像素柵格的一第三區域之邏輯電路，其中該第三區域的像素的曝光照射量係以將該第三區域的像素當作最近移入之像素的方式來做運算。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之系統，其中用以調整多個邊緣像素的曝光之邏輯電路包括：用以參照該像素柵格，依據一部分邊緣像素之一區域，調整部分邊緣像素的曝光量之邏輯電路；用以參照一目標曝光照射量位階，調整曝光照射量位階之邏輯電路；用以參照多個錯誤校正的量，調整曝光照射量位階之邏輯電路；用以調整曝光的臨界值，以成型(model)一所要的照射量累加函數之邏輯電路。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之系統，其中用以參照該目標曝光照射量位階調整曝光照射量位階之邏輯電路包括：用以對沿著該一個或多個物件邊緣之各個被選擇的評估點上的累加照射量、與該評估點之目標曝光照射量之一分量，進行比較之邏輯電路；用以當該累加照射量低於目標曝光照射量之該分量時，導通涵蓋該用於曝光之評估點的像素之邏輯電路；及用以當該累加照射量高於目標曝光照射量之該分量時，關閉涵蓋該用於曝光之評估點的像素之邏輯電路。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之系統，其中用以執行多重曝光以成像一個或多個物件之邏輯電路更包括：用以使用具有一第一電子能量位階之一第一照射量，選擇性 地曝光一第一組像素位置之邏輯電路；及用以使用具有一第二電子能量位階之一第二照射量，選擇性地曝光一第二組像素位置之邏輯電路。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之系統，其中該第一組像素區域係暴露在一第一掃描方向中；該第二組像素區域係暴露在一第二掃描方向中；其中該第一組掃描方向係不同於該第二組掃描方向；及其中該第一電子能量位階係不同於該第二電子能量位階。
  20. 如申請專利範圍第11項所述之系統，其中用以執行多重曝光以成像一個或多個物件之邏輯電路更包括至少下列其中之一：用以使用其中一個MCB成像單元執行多重曝光之邏輯電路；用以使用其中一組MCB成像單元執行多重曝光之邏輯電路。
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