TW201931016A - 用於繞射限制光學系統之透鏡像差之經驗偵測 - Google Patents

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Abstract

一種用以於一光微影系統中定性偵測像差及決定數個像差形式之方法係揭露。此方法包括利用一數位微型反射鏡元件(digital micromirror device，DMD)圖案來投射一光學訊號於一反射之基板上；在不同聚焦高度處(從高於至低於最佳焦點之範圍)從基板取得一返回光學訊號；基於在數種聚焦高度處之返回光學訊號，形成一離焦曲線；比較離焦曲線與一預定曲線，預定曲線係為焦點之一函數；以及決定一透鏡像差是否存在。藉由利用光微影系統之現存硬體來決定一透鏡像差是否存在，成本係維持在最少，及DMD圖案在少於五分鐘中產生一離焦曲線而允許快速的校正。

Description

用於繞射限制光學系統之透鏡像差之經驗偵測
本揭露之數個應用大體上是有關於數種用以處理一或多個基板之系統及方法，及更特別是有關於數種用以執行光微影製程之設備、系統及方法。
光微影(Photolithography)係廣泛地使用於製造半導體裝置及顯示器裝置，例如是液晶顯示器(liquid crystal displays，LCDs)。大面積基板時常利用於LCDs之製造。LCDs、或平面面板通常係使用於主動矩陣顯示器，例如是電腦、觸控面板裝置、個人數位助理(personal digital assistants，PDAs)、行動電話、電視監視器(television monitors)、及類似者。一般來說，平面面板可包括液晶材料層。液晶材料層形成數個像素，此些像素係夾置於兩個板材之間。當來自電源之功率係提供至液晶材料時，通過液晶材料的光總量可在像素位置進行控制而能夠產生影像。
微影技術一般係應用以產生電特徵，合併成形成樣素之液晶材料層的部份。根據此技術，光敏光阻劑通常應用於基板之至少一表面。接著，圖案產生器利用光曝光光敏光阻劑的選擇區域來作為一圖案之部份，以致使在選擇區域中之光阻劑的化學改變來準備後續材料移除及/或材料添加製程之此些選擇區域，而產生電特徵。在處理期間，透鏡焦點係為關鍵參數及可能顯著地影響線路圖案品質及準確性。焦點一般涉及微影系統之光學次系統所產生影像的清晰度(clarity)。焦點之改變可能致使光阻劑分佈的改變及印刷於光阻劑中之線路的形狀。透鏡像差係另一個關鍵製程參數。透鏡像差可能導致印刷於光阻劑中之線路的品質劣化，例如是焦點偏移、圖案失真(distortion)及關鍵尺寸之不一致性。透鏡像差可由檢查印刷之圖案的品質決定；然而，此方法係耗費時間且不可靠。
因此，對光微影裝置來說，用以決定裝置像差測量之改善的光微影系統係有需求的。
本揭露之數個應用大體上有關於數種用以執行光微影製程之方法。於一應用中，此方法包括利用一特定之數位微型反射鏡元件(digital micromirror device，DMD)圖案來投射一光學訊號於一反射之基板上；利用一相機從基板取得返回光學訊號之一圖像；基於處理返回光學訊號，形成一離焦曲線；比較離焦曲線與一預定曲線，預定曲線係為焦點之一函數；以及決定一透鏡像差是否存在。
於另一應用中，揭露一種決定焦點的方法。此方法包括利用一第一DMD圖案來投射一第一光學訊號於一反射之基板上；從基板取得一第一返回光學訊號；基於第一返回光學訊號，形成一第一離焦曲線；比較第一離焦曲線及一預定曲線，預定曲線係為焦點之一函數；決定一透鏡像差是否存在；利用一第二DMD圖案來投射一第二光學訊號於基板上；從基板取得一第二返回光學訊號；利用第二返回光學訊號決定一透鏡像差形式。
根據再另一應用中，揭露一種決定焦點的方法。此方法包括利用一第一DMD圖案來投射一第一光學訊號於一可反射之基板上；從基板取得一第一返回光學訊號；基於第一返回光學訊號，形成一第一離焦曲線；利用一第二DMD圖案來投射一第二光學訊號於基板上；從基板取得一第二返回光學訊號；基於第二返回光學訊號，形成一第二離焦曲線；比較第一離焦曲線及第二離焦曲線，及決定一特定透鏡像差形式。為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
本揭露之數個應用係有關於一種用以在一光微影系統中定性偵測像差之方法。此方法包括利用一數位微型反射鏡元件(digital micromirror device，DMD)來投射一光學訊號或圖案於一反射之基板上；從基板取得一返回光學訊號；基於返回光學訊號，形成一離焦曲線(through focus curve，TFC)；比較離焦曲線與一預定曲線，預定曲線係為焦點之一函數；以及決定一透鏡像差是否存在。藉由利用光微影系統之現存硬體來決定一透鏡像差是否存在，成本係維持在最少，以及基於收集之影像，在不同聚焦高度之DMD圖案與形成TFC之收集影像的總時間係少於五分鐘中，而允許快速的偵測及診斷(diagnostics)。
第1A圖繪示根據此處所揭露實施例之光微影系統100的透視圖。光微影系統100包括底框110、板120、平台130、及處理設備160。底框110設置於製造設施之地板上及支撐板120。 被動空氣隔離器112係位於底框110及板120之間。於一實施例中，板120係為整塊的花崗岩，及平台130係設置於板120上。基板140係藉由平台130支撐。數個洞(未繪示)係形成於平台130中，用以讓數個升舉銷(未繪示)於其延伸通過。於一些實施例中，升舉銷例如是從一或多個傳送機器人(未繪示)升起至延伸位置，以接收基板140。此一或多個傳送機器人係使用，以裝載及從平台130卸載基板140
基板140包括任何適合的材料來作為平板面板顯示器之一部份，適合的材料舉例為石英。於其他實施例中，基板140係以其他材料製成。於一些實施例中，基板140具有光阻層形成於其上。光阻劑係對輻射敏感(sensitive)。正光阻劑包括光阻劑之數個部份，當光阻劑之此些部份暴露於輻射時，將個別可溶解於光阻顯影劑。此光阻顯影劑係在圖案寫入光阻劑中之後提供至光阻劑。負光阻劑包括光阻劑之數個部份，當光阻劑之此些部份暴露於輻射時，將個別不可溶解於光阻顯影劑。此光阻顯影劑係在圖案寫入光阻劑中之後提供至光阻劑。光阻劑之化學成份決定光阻劑將為正光阻劑或負光阻劑。光阻劑之數個例子可包括重氮萘醌(diazonaphthoquinone)、酚醛樹脂(phenol formaldehyde resin)、聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate))、聚甲基戊二酰亞胺(poly(methyl glutarimide))、及SU-8之至少一者，但不以此些為限。於此方式中，圖案可產生於基板140之一表面上，以形成電路。
光微影系統100更包括一對支撐件122及一對軌道124。此對支撐件122設置於板120上，以及板120及此對支撐件122係為一件式材料。此對軌道124係由此對支撐件122支撐，及平台130係在X方向中沿著軌道124移動。於一實施例中，此對軌道124係為一對平行磁性通道。如圖所示，此對軌道124之各軌道124係為線性的。於其他實施例中，一或多個軌道124係為非線性的。編碼器126係耦接於平台130，以提供位置資訊至控制器(未繪示)。
處理設備160可包括支撐件162及處理單元164。支撐件162係設置於板120上，及包括開孔166。開孔166用以讓平台130在處理單元164之下方通過。處理單元164係由支撐件162支撐。於一實施例中，處理單元164係為圖案產生器，裝配以在光微影製程中曝光光阻劑。於一些實施例中，圖案產生器係裝配，以執行無光罩微影製程(maskless lithography process)。處理單元164包括數個影像投射設備(繪示第2A及2B圖中)。於一實施例中，處理單元164包含多達84個影像投射設備。各影像投射設備係設置於盒165中。處理設備160對執行無光罩直接圖案化(maskless direct patterning)係有用的。
在操作期間，平台130係在X方向中從第1圖中所示之裝載位置移動至處理位置。當平台130在處理單元164之下方通過時，處理位置係為平台130之一或多個位置。在操作期間，平台130藉由數個空氣軸承(未繪示)升舉，及從裝載位置沿著此對軌道124移動至處理位置。數個垂直導引空氣軸承(未繪示)耦接於平台130及位於相鄰各支撐件122之內部牆128的位置，以穩定平台130之移動。藉由沿著軌道150移動來處理及/或移動(indexing)基板140，平台130亦在Y方向中移動。平台130係能夠獨立操作，及可於一方向中掃描基板140及於另一方向中步進(step)。
測量系統即時測量平台130之各者的X及Y橫向位置座標，使得此些影像投影設備之各者可準確地定位圖案，圖案係寫入覆蓋基板之光阻劑中。測量系統亦即時測量平台130之各者繞著垂直或Z軸的角位置。角位置測量可在藉由伺服機構掃描期間使用以保持角位置不變，或角位置測量可使用以藉由影像投射設備270供應對寫入基板140上之圖案的位置之修正，如第2A及2B圖中所示。此些技術可結合使用。
第1B圖繪示根據此處所揭露實施例之光微影系統200的透視圖。光微影系統200係類似於光微影系統100；然而，光微影系統200包括兩個平台130。此兩個平台130之各者係能夠獨立操作及可於一方向中掃描基板140及於另一方向中步進。於一些實施例中，當此兩個平台130之其中一者係掃描基板140時，此兩個平台130之另一者係卸載曝光之基板及裝載下一個將曝光之基板。
第1A及1B圖繪示光微影系統之兩個實施例，而此處亦考慮其他系統及裝配。舉例來說，包括任何適合數量之平台的光微影系統係亦考慮。
第2A圖繪示根據一實施例之影像投射設備270的透視圖，而有用於光微影系統，例如是光微影系統100或光微影系統200。影像投射設備270包括一或多個空間光調變器280、對準及檢查系統284、及投射光學器件286。對準及檢查系統284包括焦點感測器283及相機285。影像投射設備的元件根據使用之空間光調變器改變。空間光調變器包括微發光二極體(microLEDs)、數位微型反射鏡元件(digital micromirror devices，DMDs)及液晶顯示器(liquid crystal displays，LCDs)，但不以此些為限。
在操作中，空間光調變器280係使用，以調變投射通過影像投射設備270且至基板之光的一或多個性質，例如是振幅、相位、或偏極。此基板例如是基板140。對準及檢查系統284係使用於對準及檢查影像透射設備270的元件。於一實施例中，焦點感測器283包括數個雷射。此些雷射導引通過相機285之透鏡及通過相機285的透鏡返回，並成像至感測器上，以偵測影像投射設備270是否對準焦點。相機285係使用以使例如是基板140之基板成像，以確保影像投射設備270之對準及光微影系統100或200係正確或在預定公差內。投射光學器件286係使用，以投射光至例如是基板140的基板上。投射光學器件286例如是一或多個透鏡。
第2B圖繪示根據此處所述實施例之影像投射設備281的示意圖。於第2B圖中所示之實施例中，影像投射設備281使用一或多個DMD 289作為空間光調變器。影像投射設備281係為影像投射系統290的一部份。除了對準及檢查系統284及投射光學器件286之外，影像投射系統290包括光源272、孔274、透鏡276、受抑稜鏡組件(frustrated prism assembly)288、一或多個DMD289(繪示出一個)、及光儲存器282。光源272係任何適合的光源，例如是發光二極體(light emitting diode，LED)或雷射，能夠產生具有特定波長之光束。於一或多個實施例中，光束具有從約400 nm至750 nm之範圍中的波長。於另一實施例中，預定波長係在藍光或近紫外線(ultraviolet，UV)範圍中，例如是少於450 nm。舉例來說，光束具有從約360 nm至約410 nm之範圍中的波長。受抑稜鏡組件288包括數個反射表面。作為一例子來說，投射光學器件286係為6x物鏡。
在操作如第2B圖中所示之影像投射設備281期間，具有預定波長之光束273係由光源272產生。此預定波長例如是在藍光範圍中之波長。光束273係由受抑稜鏡組件288反射至DMD 289。DMD包括數個鏡子，及鏡子的數量對應於將投射之像素的數量。於一應用中，DMD 289包括2,560x1,600個鏡子。此些鏡子係可獨立地控制，以及藉由控制器(未繪示)，此些鏡子之各鏡子係基於提供至DMD 289之遮罩資料位在「開啟(on)」位置或「關閉(off)」位置。於一應用中，在「開啟」位置及「關閉」位置中之鏡子的組合係形成所需的圖案。當光束273到達DMD 289之鏡子時，位在「開啟」位置之鏡子係反射光束273，而舉例為形成此些寫入光束至投射光學器件286。投射光學器件286接著投射寫入光線至基板140的表面。位在「關閉」位置的鏡子係反射光束273至光儲存器282，而取代基板140的表面。
第3圖繪示偵測透鏡像差之方法300的流程圖。在操作310，DMD係使用來投射光學訊號圖案至基板上的目標。特別是，窄的光束273經由不同之DMD圖案導引通過投射光學器件286之光瞳之一側。
於一應用中，DMD圖案係為點5x5圖案影像，如第4A圖中所示。於另一方面中，在點5x5圖案中所投射的光學影像具有大的光瞳，如第4B圖中所示，以擷取基板上之光學器件的較大面積。於第4A及4B圖中，「1」表示在「開啟」位置之鏡子，及「0」表示在「關閉」位置之鏡子。
第5A-5E圖係為來自點5x5圖案聚焦曲線之聚焦曲線的圖式。此些聚焦曲線包括沒有像差(第5A圖)、球面(第5B圖)、X/Y彗形像差(coma)(第5C圖)、45°像散(astigmatism)(第5D圖)、及 90°像散(第5E圖)。
於另一應用中，DMD圖案係為水平條紋圖案，如第6A圖中所示。於另一應用中，DMD圖案係為垂直條紋圖案，如第6B圖中所示。於第6A及6B圖中所示，「1」表示在「開啟」位置的鏡子，及「0」表示在「關閉」位置的鏡子。水平及垂直圖案之各者具有繪示出像散之影響的聚焦曲線，如水平條紋圖案(第7A圖)及垂直條紋圖案(第7B圖)的圖式中所示。於另一應用中，DMD圖案係為灰階或45°條紋圖案(未繪示)，例如是水平及垂直圖案之混合。
於另一應用中，使用數個DMD圖案。舉例來說，垂直條紋及水平條紋圖案兩者可結合使用。DMD圖案之不同結合會對特定像差形式敏感。舉例來說，水平及垂直條紋圖案係對像散(90°)像差更為敏感，而45°條紋圖案係對45°像散更為敏感。更特別是，水平條紋圖案係使用以偵測X-彗形像差及垂直條紋圖案係使用於偵測Y-彗形像差。再者，45°條紋圖案可包括+45°條紋圖案及/或-45°條紋圖案。
在方法300之操作320，返回光學訊號係從基板取得。在操作330，離焦曲線係基於返回光學訊號產生。光束273於一斜角射至基板140且反射回來，使得光束行經光瞳之相反側，而產生離焦曲線(through focus curve，TFC)影像。影像投射偵測器或相機準確地測量返回影像之TFC形狀、對稱性、寬度、及強度，以決定是否存有透鏡像差。於一應用中，暗場單通(dark field single pass)光束係產生。於另一應用中，明場雙通(bright field double pass)TFC光束係產生。在操作340及350，TFC影像係接著與預定曲線相較，以決定像差是否存在。預定曲線係為焦點之函數。於一應用中，預定曲線係基板之聚焦曲線，而沒有任何像差。點5x5圖案具有大的光瞳影像，而產生表示出任何局部透鏡像差之表現的TFC曲線。舉例來說，點5x5圖案中的改變可能與球面透鏡像差、彗形像差及像散像差相關聯(correlated)。當與預設曲線相較時，點5x5圖案中之非對稱改變係指示球面透鏡像差。當與預定曲線相較時，點5x5圖案中之擴大改變係指示彗形像差及像散像差。可利用基板140之焦點位置的改變，以使投射光學器件286回到良好的焦點。此改變係與散焦(defocus)之總量及存在之像差的形式所決定之影像移動的方向成比例。
藉由利用光微影系統之現存硬體來決定透鏡相差是否存在，成本係維持在最少。此外，DMD圖案係在少於五分鐘中產生TFC影像而允許快速校正，以消除具有誤差及不再為可使用產品的之浪費的印刷基板。最後，藉由利用數種DMD圖案，不僅是決定出像差，像差之形式係決定而提供有意義的透鏡校正。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧光微影系統
110‧‧‧底框
112‧‧‧被動空氣隔離器
120‧‧‧板
122、162‧‧‧支撐件
124、150‧‧‧軌道
126‧‧‧編碼器
128‧‧‧內部牆
130‧‧‧平台
140‧‧‧基板
160‧‧‧處理設備
164‧‧‧處理單元
165‧‧‧盒
166‧‧‧開孔
270‧‧‧影像投射設備
272‧‧‧光源
273‧‧‧光束
274‧‧‧孔
276‧‧‧透鏡
280‧‧‧空間光調變器
282‧‧‧光儲存器
283‧‧‧焦點感測器
284‧‧‧對準及檢查系統
285‧‧‧相機
286‧‧‧投射光學器件
288‧‧‧受抑稜鏡組件
289‧‧‧DMD
290‧‧‧影像投射系統
300‧‧‧方法
310-350‧‧‧操作
為了使本揭露的上述特徵可詳細地瞭解，簡要摘錄於上之本揭露之更特有的說明可參照數個應用，部份之此些應用係繪示於所附之圖式中。然而，值得注意的是，針對本揭露可承認其他等效應用而言，所附之圖式僅繪示出本揭露之典型應用且因而不視為其之範圍限制。
第1A圖繪示根據此處所揭露實施例之光微影系統的透視圖。
第1B圖繪示根據此處所揭露實施例之光微影系統的透視圖。
第2A圖繪示根據此處所揭露實施例之影像投射設備的透視圖。
第2B圖繪示根據此處所揭露實施例之影像投射設備的透視圖。
第3圖繪示用以偵測透鏡像差之方法的流程圖。
第4A圖繪示根據此處所揭露實施例之點5x5圖案的示意圖。
第4B圖繪示根據此處所揭露實施例之點5x5光瞳影像的示意圖。
第5A-5E圖繪示根據此處所揭露實施例之來自點5x5圖案聚焦曲線的聚焦曲線的圖式。
第6A圖繪示根據此處所揭露實施例之水平條紋圖案的示意圖。
第6B圖繪示根據此處所揭露實施例之垂直條紋圖案的示意圖。
第7A圖繪示根據此處所揭露實施例之水平條紋圖案聚焦曲線的示意圖。
第7B圖繪示根據此處所揭露實施例之垂直條紋圖案聚焦曲線的示意圖。
為了有助於了解，相同之參考標號係在可行處使用，以表示於圖式中通用之相同的元件。將理解的是，一實施例之元件及特徵可有利地合併於其他實施例中，而無需進一步說明。

Claims (20)

  1. 一種決定一光微影系統中的焦點的方法，包括： 利用一數位微型反射鏡元件(digital micromirror device，DMD)圖案來投射一光學訊號於一基板上； 從該基板取得一返回光學訊號； 測量該返回光學訊號之一或多個聚焦高度； 基於該返回光學訊號之該一或多個聚焦高度，形成一離焦曲線； 比較該離焦曲線與一預定曲線，其中該預定曲線係為焦點之一函數；以及 決定一透鏡像差是否存在。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該DMD圖案係為一點(Dots)5x5圖案。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該光學訊號係為一光束。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該光束具有在從約360 nm至約410 nm之一範圍中的一波長。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中在開啟(on)位置及關閉(off)位置之複數個鏡子的一結合係形成該DMD圖案。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該返回光學訊號係為一光束，該光束係從該第一光學訊號之反射及轉換產生。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該返回光學訊號係藉由一相機取得。
  8. 一種決定一像差的方法，包括： 利用一第一數位微型反射鏡元件(digital micromirror device，DMD)圖案來投射一第一光學訊號於一基板上； 從該基板取得一第一返回光學訊號； 基於該第一返回光學訊號，形成一第一離焦曲線； 比較該第一離焦曲線及一預定曲線，其中該預定曲線係為焦點之一函數； 決定一透鏡像差是否存在； 利用一第二DMD圖案來投射一第二光學訊號於該基板上； 從該基板取得一第二返回光學訊號； 基於該第二返回光學訊號，形成一第二離焦曲線；以及 比較該第一離焦曲線與該第二離焦曲線，以決定一透鏡像差形式。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該第一DMD圖案係為一水平條紋。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該光學訊號係為一光束。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該光束具有在從約360 nm至約410 nm之一範圍中的一波長。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該第二 DMD圖案係為一垂直條紋圖案。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該第一DMD圖案係為一點(Dots)5x5圖案。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該第二 DMD圖案係為一垂直條紋圖案。
  15. 一種決定焦點之方法，該方法包括： 利用一第一數位微型反射鏡元件(digital micromirror device，DMD)圖案來投射一第一光學訊號於一基板上； 從該基板取得一第一返回光學訊號； 基於該第一返回光學訊號，形成一第一離焦曲線； 比較該第一離焦曲線及一預定曲線，其中該預定曲線係為焦點之一函數； 利用複數個DMD圖案來投射一第二光學訊號於該基板上； 從該基板取得一第二返回光學訊號；以及 決定一透鏡像差形式。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，更包括： 基於該第二返回光學訊號，形成一第二離焦曲線；以及 比較該第二離焦曲線與一預定曲線，以決定該透鏡像差形式。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該些DMD圖案包括一水平條紋圖案及一垂直條紋圖案。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該光學訊號係為一光束。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該光束具有在從約360 nm至約410 nm之一範圍中的一波長。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該光束具有在從約400 nm至約750 nm之一範圍中的一波長。
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