TWI497231B - 以超越繞射極限光子直接寫入之裝置及方法 - Google Patents

Description

以超越繞射極限光子直接寫入之裝置及方法

本發明係關於微影技術，尤其是利用光子直接寫入之超解析度微影裝置及方法。

自1960年代起，半導體裝置製造業已依靠光學微影技術來製造更密集、更強大之積體電路(integrated circuit,IC)晶片。然而繼續減少IC晶片之最小幾何形狀之能力已達到基本材料限制。由於運用越來越複雜之透鏡及更短的操作波長，使光學微影技術能夠持續的使用。現今，微影透鏡靠著液浸來增加數值孔徑(numerical aperture,NA)至約1.33之最大值。

同樣地，用來曝光光阻之光波長已由原本的汞光源之g-line(436奈米)減少至ArF準分子雷射所發出之深紫外光波長之193奈米。低於193奈米，已沒有適合做為透鏡之玻璃材料，且透過空氣傳輸此種短波長光是有問題的。雖然現已努力朝向使用X射線區(X-ray region)中13.5奈米之極紫外光(extreme-ultra-violet，EUV)波長來與反射鏡系統組合，但仍不清楚EUV微影技術系統在商業上是否可行。

光學微影技術仰賴於光阻對照射於其上之光線的反應能力，且因此記錄一銳利的光阻圖像。通常光罩式光學顯影技術主要是受限於投影成像過程之繞射極限。

美國專利第7,713,681號(以下稱’684專利)中描述一直寫(即，非光罩式，非投影式)光學微影技術，為將一薄膜放置於一光阻層上。該薄膜可經由一第一波長光漂白，並經由一第二波長光成為不透明。’684專利描述一技術，其包含建立該 第二波長之一區塊，其中心包含一小黑洞。該洞被一大於其之圖像所照射，且該洞是由第一波長光所形成，若疊加的第二波長光之強度夠低，則經由第一波長光漂白，進而曝露底下的光阻層。

所得到的光阻圖像之尺寸較僅使用第一波長所形成之圖像尺寸小1/13。此技術及後述相關技術中，使用直寫在光阻中形成一圖像以達到一解析度遠超出常見光蝕刻之通常解析度限制，在此技術領域中被稱為超解析度微影技術(super-resolution lithography,SRL)。

雖然超解析度微影技術已被證實且表示是可行的，但仍需要使其在商業上是可行的。這包括開發系統及方法，使超解析度微影技術可在製造環境中實施，且在某種程度上可提供如同目前使用上慣用的光罩式光學微影技術之晶圓生產量。

一種直寫微影裝置，其具有較先前技術之直寫微影系統更高之生產量。

一種直寫微影裝置及方法，其中一轉換器圖像及一干涉圖案圖像(以下稱「干涉圖像」)疊加在由一基板所支持之一光阻層上。該轉換器圖像具有一曝光波長，且包含具有一第一尺寸之複數亮點。該干涉圖像具有一抑制波長，且包含複數暗點，較理想地，該些暗點具有在中心之強度為零，而在中心附近則為一約拋物線型強度分布。該些亮點與暗點被對準，且該些暗點用來修整形成於光阻層中之該些光阻像素之尺寸，使其被修整多於當該些光阻像素是單獨由該些亮點所形成時。結果即為超解析度光阻像素之一稀疏矩陣。疊加的多次曝光，每一曝光包含一稀疏矩陣之超解析度像素，成為包含一所須配置之 超解析度像素。

在本文中，「裝置」和「系統」可互換使用。

用來寫入該圖案之二維矩陣光束，由可產生2,000,000獨立寫入光束之一市售反射鏡陣列開始。

單一寬頻物鏡同時成像所有2,000,000像素，而不需要為每一像素使用一個別的物鏡。一折射透鏡有效地收集所有來自一圖像轉換器像素之光，並集中在圖像上之一小區域上。此種方法不能使用在波帶片(zone plate)上，假設它們是由透明及不透明材料之交替環(alternating rings)所製成，則具有非常小的區域、非常有限的頻譜範圍及約40%之效率。

顏色校正成像系統對於用來照明圖像轉換器之曝光光源、用來產生正交條紋圖案之抑制光源、或用來照明校正用的基板之預先存在圖像之光源，不採用嚴格的光譜限制。

校正系統使得抑制干涉圖案及曝光圖像轉換器像素圖案能同時或快速連續地由一相機觀察到，以準確校正。校正系統亦允許使用各種不同波長，進行圖像轉換器圖案與基板上預先存在圖案之「經由透鏡」校正。這對於一基於波帶片陣列系統來說是不可能的。

一延伸情形，二維、抑制波長的干涉圖案在一相當大的焦點深度(~10微米)下，能夠變形成非常高對比的成像，並延伸至二干涉光束重疊的整個區域。經由比較LumArray逼近法(LumArray approach)需要使用一分離的二向色波帶片(dichroic zone-plate)來產生每一抑制波長洞，且其焦點深度與一透鏡使用相同波長及數值孔徑(NA)所得到的焦點深度大約是相同的，一般小於1微米。波帶片在單一波長下效果最好。一二向色波帶片損害了二波長的效率，以便在二個波長下 操作。

非常高的寬帶定位系統可以相當快速且準確地移動抑制干涉圖案，以將高解析度特徵定位在所需位置。此種能力降低了階台之性能要求，並簡化轉換圖形資料庫系統(graphic database system,GDS)遮蔽資料成為趨動圖像轉換器所需之資料之作業。高寬帶定位系統是通過在用來產生二正交干涉圖案之光束路徑中，使用勃克爾盒(Pockels cell)、克爾盒(Kerr cell)、壓電光學裝置(piezo-optic device)、或聲波調換器(acoustic modulator)來達成。

一同步掃描系統允許由干涉圖案建立之超解析度像素在曝光期間與基板同步移動。通常，在曝光時，干涉圖案不斷地沿著掃描階台移動，而靜止的圖像轉換器圖案則維持不動，圖像轉換器圖案僅在二曝光之間會有改變。通常來自一單一圖像轉換器像素的靜止圖像之寬度約為在一曝光時超解析度像素行進距離之二倍。同步掃瞄消除了若基板移動而圖像不動所出現之圖像模糊，且大大地降低一曝光所需之光源亮度。

一曝光光源可包括複數雷射二極體(laser diode)耦合到一光導管，光導管之輸出端係成像在圖像轉換器上，且該些二極體係間歇地發光來曝光基板。此種設置已知是用來產生約1%之一照明均勻性，此為一微影照明系統的基本要求。

超解析度微影之可行性是根據在抑制干涉圖案中獲得一非常高的對比比率(contrast ratio)之能力。任何在正交條紋間的暗點(黑洞)中心中之可見抑制光會導致一曝光不足或缺少圖像。經由使用一常見雷射光源及一繞射光柵來產生±1階(order)，並限制其他可能的階數，可確保一非常高的對比。即使穿過光柵之照明是不均勻的，若在圖像對比上沒有其他影 響，此不均勻性將會很小，因為光柵是直接成像於基板上。此種嚴謹度在無法排除其他可能階級之波帶片來說是不可行的。它將證明要達到所需圖像對比是非常困難的，尤其是對於一二向色波帶片來說。

用於大量製造之微影系統的可靠度是最重要的。在圖像轉換器中一單一像素、在抑制或曝光照明路徑中一單一二極體、或條紋移位器之其一有未偵測到的損壞，可能導致數百萬美元的產品晶圓報廢。此些組件中任一個偶然的損壞可能無法被排除，但對於所述系統，此些組件中任一損壞可以被快速且容易地偵測到。

相機單元可以被用來監看在圖像轉換器中之每一像素、每一條紋移位器、及甚至是抑制及曝光照明系統之亮度和均勻性之表現。此外，一外加的強度監視器可被用來評估由任一像素、任一組合的像素、或所有像素所提供之圖像強度。此種封閉迴路監測不出現在所述使用雙色、超解析成像之其他系統之一部份。

每一物鏡及其相關焦矩與照明子系統之非常緊密配置允許此種系統之一陣列(行)被定位在一基板上，如此生產量會正比於每一列之覆蓋面積而不是基板面積。對於一直徑300毫米的基板，一二維陣列的行數可被用來增加32倍的生產量。

技術選擇之組合範圍自各種市售圖像轉換器，其包含多至約200萬像素，至範圍可從一行到二維陣列的行數，其中每一行包含一物鏡。每一技術選擇提供一生產量對成本比(throughput-to-cost ratio)，其是與目前最佳技術之微影裝置相比較，但投資成本範圍很廣，由一小研究組之需求到一大製造廠之不同需求。再加上使用一習知且常見技術使解析度至約 10奈米之能力，將提供足夠的誘因來推動雙色光阻系統及具有更多像素與其他性能的圖像轉換器之發展，尤其是符合微影技術需求之性能。從前的硬體概念無法達到可實行於大量生產之生產量門檻，且因此，無法吸引所需資金，以用來贊助光阻與圖像轉換器基礎設備。

如接下來所述，本發明包括一些不同的概念。

本發明之一概念是一直寫微影系統，具有一或多個圖像轉換器，其包括以行及列所排列之像素。一照明系統以曝光輻射照明該一或多個圖像轉換器。一物鏡成像該一或多個圖像轉換器至一基板表面。圖像轉換器可被反射或吸收。一基板支持一光阻層或在上表面具有塗層之一光阻層，其暴露於曝光輻射中，其中經由抑制輻射，該曝光是抑制的。直寫微影系統包括一干涉圖案產生器，用以產生二同相相關之抑制輻射光束。該些光束被聚焦在物鏡之光瞳的相對側，使重疊的準直光束被投射至基板平面，其中該些光束因干涉形成一平行條紋圖案，以平行轉換器圖像中之像素列。

干涉圖案產生器亦形成另外二同相相關之抑制輻射光束，其可以是未與其他二光束同相相關，或者是正交偏振於其他二光束。第二對光束被聚焦在相對第一對光束及物鏡之光瞳的相對側，使重疊的準直光束被投射至基板平面。二對光束之每一對定義一組平行條紋，其以直角相交，故在光阻層中整體定義了一格柵圖案。在一例中，可使用一第三對同相相關之光束，使三對光束彼此間對稱排列。

在一例中，條紋移位器被用來相對基板上之轉換器圖像轉移每一條紋圖案，以使界於重疊條紋圖案間之強度最小值(暗點)能夠以轉換器圖像中每一亮點之中心做排列。

在一例中，一計量平臺支持該基板。

在一例中，一圖像轉換器控制系統使用破裂的圖案資料來產生一系列的曝光畫面。每一畫面包含分離像素之一稀疏圖案，每一圖案小於用來曝光其之圖像轉換器像素之圖像，且當疊加在基板上時，這些畫面形成一圖案，其具有受最小分離像素之尺寸所限制之最小特徵尺寸。

直寫微影系統包括一校正系統，設置來使干涉圖像及轉換器圖像彼此對齊，故在曝光過程中，每一「開啟」像素圖像是經由條紋圖案最小值及像素圖像所在之圖像轉換器像素所定義。

直寫微影系統亦具有一曝光控制系統。當校正完成後，曝光控制系統允許曝光輻射，以足以傳遞所需曝光量之一持續時間，照射到基板上，且設定在曝光期間抑制與曝光強度間之比例至所需數值。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中活化像素排列為類似一西洋棋棋盤上之白色方格。在一例中，圖像轉換器為一數位反射裝置(digital mirror device,DMD)，像是德州儀器(Texas instrument)的1080p DMD。使用此種數位反射裝置，直寫微影系統可在20,000Hz畫面更新率下，一次寫入2,073,600像素。假設為20奈米解析度，此速率相當於16.6 mm² /s的寫入速率。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中在該抑制光束路徑中之相位偏移器係用來在曝光期間，使該條紋之移動與基板之移動同步，因此不會有圖像拖影(image smearing)。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中使該條紋平行該掃描方向移動之相位偏移器，在每一N次曝光後，在像素位 置產生一差階，如此在圖像中之像素方向會維持與在圖像轉換器中之像素方向相同。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中系統包括一手段，用來微調在物鏡之光瞳中抑制輻射之四點光源的位置，如此二條紋圖案之方向及間距(放大倍數)也可被微調。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中圖像轉換器以其最大畫面更新率運作，階台以一固定速度在一直線上行進，且在掃描方向上，偏及整個基板的圖像轉換器中，一固定畫素之圖像的加速動作，在自一曝光至另一曝光時，以一不規則的方式變化，因此階台速度會隨著在掃描方向上的圖像轉換器中之像素數目除以N² 做變化。其中，N² 是用以完全填充一畫素周圍區域之曝光數量，且除完後之結果可能為一分數。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中系統包括一手段，在維持曝光強度相對固定下，藉由改變抑制強度以改變成像的像素尺寸至一較大範圍，且亦包括：a)用於階台及條紋圖案之一可變掃描速率，其定向正交於曝光期間之掃描速度；b)曝光間，在掃描方向上，基板上一固定圖像轉換器像素圖像之不同且可能不規則的行進增加；以及c)一破裂圖案資料庫(fractured database)考慮到在曝光間，在掃描方向上所需像素尺寸及不規則的行進距離增加。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中單一像素之曝光強度峰值，理想為在像素中心對任何殘留抑制輻射進行補償後之閥值的1.5倍，且閥值範圍在1.333與1.82內。

另一概念是利用多個系統來同時並有效率地在具有一給定尺寸及形狀之一基板上執行微影。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中圖案邊緣的可能 位置會隨著圖像尺寸而增大，且不試圖提供一灰階用以定位在部份像素增大時之一圖案邊緣。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中系統包括一二向色分光器，將抑制光之同相相關的光束帶至物鏡之成像路徑中，使光束聚焦在物鏡之光瞳的相對側，且亦將來自圖像轉換器之曝光輻射帶至物鏡。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中系統包括光纖，用來將抑制光之同相相關的光束帶至物鏡中。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中系統包括一校正系統，可經由量測自光阻層之一理想位置至所需充分對齊之偏移量，來校正重疊誤差，然後應用於階台之偏移量，藉此使重疊誤差減到最小。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中系統亦包括並排配置之二圖像轉換器，但在行及列方向上，具有一像素一半之一小相對配準誤差，因此來自每一轉換器的圖像之重疊導致基板上的重疊像素，這使得在一半像素的增大下之一邊緣位置可以被界定。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中系統包括一裝置，用以引進少量的抑制光均勻地分布在物鏡成像區，物鏡成像區設定一最小強度使光阻曝光能自任何漫射曝光光線發生。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中圖像轉換器上，每一像素之有用面積是限制於在中心的一小區域，從而減少陣列中由一像素所產生之光量，且從而防止增加一相鄰像素之圖像中心所接收的光。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中系統包括在每一 對干涉光束路徑中之一條紋移位器。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中系統包括一控制器，用於控制每一條紋移位器。控制器接收條紋位置誤差訊號及產生驅動訊號給條紋移位器，以使位置誤差訊號歸零。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中一相機透過與用來形成圖像轉換器之一圖像相同之物鏡，來查看基板之圖像。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中相機所見範圍涵蓋大於基板上圖像轉換器之圖像的一半區域。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中相機具有比包含在相機所見範圍內之圖像轉換器數量的至少多4倍的像素。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中系統包括一階台控制系統，比較量測到的階台位置與圖案資料所需之理想階台位置，以產生位置誤差訊號給條紋移位器。

基於上述直寫微影系統之另一概念，其中階台沿著相對於Y軸微偏之路徑掃描，Y軸是由圖像轉換器像素方向所定義，且連續曝光是沿著與Y軸對齊、在X軸上偶爾有差階之另一路徑。

本發明之另一概念是使用上述直寫微影系統之方法，其中上述相機被用來量測抑制條紋圖案相對於圖像轉換器位置之位置。相對位置是與理想校準位置相比較，同時考慮到因聲音調幅器系統引起的任何位置偏移，以對階台位置誤差進行補償，且比較結果被用來產生條紋位置校正訊號。

本發明之另一概念是使用上述直寫微影系統之方法，其中方法包含減少在曝光期間，因階台上基板動作所造成之重疊誤差。在晶圓上一既有圖案之位置的繪製，是剛好在使用校正標 記或其他位置基準的區域曝光之前。估計位置與量測位置之差異被用來對成像做即時修正，如此以減少在既有圖案及目前正產生之圖案的任何重疊。

本發明之另一概念是使用上述直寫微影系統之方法，其中上述相機是被用來比較在二正交方向上，抑制條紋間之間距與圖像轉換器像素間之間距，以及產生正比於間距差之訊號。

本發明之另一概念是基於上述的直寫微影系統，其中曝光光源是為曝光而被開啟，且暗點是隨著基板移動，並在曝光期間修整轉換器圖像之亮點的部份寬度。

本發明之另一概念是基於上述的直寫微影系統，其中一分光器被引入至成像透鏡與圖像轉換器間之路徑，提供使光自基板反射，以用來查看基板圖案及疊加的轉換器與干涉圖像。

本發明之另一概念是基於上述的直寫微影系統，其中上述相機是單色的，即不會產生彩色照片，且跨越頻譜，延伸自用來照明影像轉換器之曝光波長，一直到用來產生交叉條紋圖案之抑制波長。

本發明之另一概念是使用上述直寫微影系統之方法，其中頻譜選擇過濾器是置入於分光器與相機間之光路徑中，因此，抑制條紋圖案、受曝光波長照明之圖像轉換器圖案、或基板上既有圖案、或上述任意組合，在由相機產生的照片中會被加重或增強。

本發明之另一概念是使用上述直寫微影系統之方法，其中上述相機被用來量測抑制條紋圖案相對於圖像轉換器位置之位置，以及將投影在基板上之圖案位置與由基板上既存標記推得之理想校準位置相比較。同時考慮到因條紋移位器系統引起的任何位置偏移，對階台位置誤差進行補償，且比較結果被用 來產生條紋位置校正訊號。

本發明之另一概念是使用上述直寫微影系統之方法，其中上述相機被用來比較二正交方向上，在干涉圖像中抑制條紋間之間距與在轉換器圖像中圖像轉換器像素間之間距，以及對應產生代表間距差之訊號。

本發明之另一概念是基於上述的直寫微影系統，其中系統包括在干涉圖案產生器中，每二個光柵上之電致動細微傾斜角調節器，其使得光柵傾斜，以與平行於光柵線且較佳地穿過光柵中心之軸平行。

本發明之另一概念是使用上述直寫微影系統之方法，其中該抑制條紋間距誤差訊號被用來沿著平行於光柵線方向且靠近光柵中心之軸，旋轉每一個正交光柵，以改變相對於圖像轉換器像素間距之抑制條紋間距。

本發明之另一概念是基於上述的直寫微影系統，其中系統包括一檢測器或檢測器陣列，查看來自圖像轉換器朝向成像物鏡之部份光，且被用來量測曝光光束之強度及均勻度。

本發明之另一概念是使用上述直寫微影系統之方法，其中方法包含一檢測器陣列查看來自圖像轉換器朝向成像物鏡光瞳之部份光，且用來量測在物鏡光瞳中之光分布。

本發明之另一概念是基於上述的直寫微影系統，其中系統包括一受挫式反射稜鏡，其以一入射角傳送入射照明至圖像轉換器上，該入射角以反射傾斜角度二倍之角度偏離正常入射的入射角，且受挫式反射稜鏡反射是朝向經由圖像轉換器反射之成像透鏡正常入射光。

本發明之另一概念是基於上述的直寫微影系統，其中每一 像素之一有效區域是被限制至在每一微反射基板中心之一小區域，以減少由陣列中任一像素所產生之光量，從而防止增加一相鄰像素之圖像的中心所接收的光。

本發明之另一概念是使用上述直寫微影系統之方法，其中方法包含檢查在圖像轉換器中每一像素之表現，其是經由關掉所有像素，檢查相機圖像來看是否有任何仍舊開啟的像素，接著一個接一個或以一小群組打開像素，並利用相機量測做為結果之曝光強度。

本發明之另一概念是基於上述的直寫微影系統，其中系統包括一資料路徑，其結合一超級電腦，接收一完全壓縮、光柵化之積體晶片層，儲存在記憶體中，並輸出一未壓縮資料至一或多個圖像轉換器。

本發明之另一概念是基於上述的直寫微影系統，其中物鏡範圍包含設置有二個或以上圖像轉換器，因此二圖像轉換器間最接近之邊緣是正交於掃描方向。

本發明之另一概念是基於上述的直寫微影系統，其中物鏡之光瞳欄(pupil stop)未被填滿，故採用一空間同相照明。

本發明之另一概念是使用上述直寫微影系統之方法，其中四活化像素相較一給定像素，最接近具有在曝光波長下一相移之給定像素，且其中相移被最佳化，以最小化由給定像素所產生，在曝光時對周圍的像素之影響。

本發明之另一概念是基於上述的直寫微影系統，其中物鏡之光瞳欄(pupil stop)未被填滿，因而採用一空間同相照明。

本發明之另一概念是基於上述的直寫微影系統，其中複數曝光系統被組裝在一起，並以正交於基板掃描方向之一直線陣 列設置。

本發明之另一概念是使用上述直寫微影系統之方法，其中曝光系統被設置在跨越要被曝光的基板之一二維陣列中。

本發明之另一概念揭露一種直寫微影系統，用來在一基板上之一光阻層中圖案化次解析度像素。系統包括：一照明系統設置以提供能活化光阻之一曝光波長的均勻照明光；至少一圖像轉換器具有可配置轉換器像素之一陣列，其設置以接收及選擇性地調整照明光；一物鏡設置以接收來自至少一影像轉換器之調整照明光，並在光阻層上形成具有複數排列亮點之一轉換器圖像，每一亮點具有一第一尺寸且是經由一相對應活化的轉換器像素所形成；一干涉圖案產生器相對物鏡設置，且適用於產生能抑制光阻活化之一抑制波長之複數光束。其中，物鏡設置來接收光束，以在光阻層上形成一干涉圖像。干涉圖像具有一格柵圖案用來定義一暗點陣列。干涉圖像及轉換器圖像被疊加在光阻層上以執行一曝光，使每一亮點對準相對應之一暗點，因此各對準之暗點修整相對應之亮點之周圍，以致亮點形成具有一尺寸小於當暗點不存在時之複數次解析度光阻像素。

直寫微影系統之另一概念，其中亮點具有各自的中心，且干涉圖樣產生器包括複數條紋移位器，其配置來移動干涉圖像之格柵圖案，以相對各亮點之各中心移動暗點，條紋移位器具有40千赫茲或更高之一伺服頻寬。

直寫微影系統之另一概念，其中可配置轉換器像素是排列如一西洋棋棋盤上之白色方格。

直寫微影系統之另一概念，直寫微影系統更包括：一相機單元設置來查看基板，並透過物鏡來擷取干涉圖像及轉換器圖像在基板上所形成之一圖像；一移動階台可操作地支撐著基 板，且基板包括一校正標記；以及一校正系統可操作地耦合至相機單元及移動階台，校正系統設置以量測疊加的轉換器圖像及干涉圖樣與校正標記間之相對位置。

直寫微影系統之另一概念，其中曝光波長約為405奈米，且抑制波長約為532奈米。

直寫微影系統之另一概念，直寫微影系統更包括支撐基板之一移動階台，干涉圖案產生器包括複數條紋移位器，且其中一控制系統使條紋移位器在曝光期間以同步於移動階台之動作的方式移動格柵干涉圖案。

直寫微影系統之另一概念，其中基板具有一面積，移動階台被設置以在曝光期間，定速來回掃描在物鏡下之基板，且在各曝光之間曝光基板所有面積。

直寫微影系統之另一概念，其中次解析度像素具有一尺寸，其在5奈米至100奈米之範圍中。

直寫微影系統之另一概念，其中轉換器像素是微反射鏡，其具有一第一狀態及一第二狀態，在第一狀態，微反射鏡被來自一第一方向之照明光所照射，且在第二狀態，微反射鏡被來自一第二方向之抑制光所照射，其中曝光光及抑制光是經由物鏡導向光阻層。

本發明之另一概念揭露一種在一光阻層上實行直寫微影之方法。方法包含：在光阻層上形成一第一轉換器圖像，其具有一曝光波長及包含複數第一亮點之一第一陣列；在位於光阻層上之轉換器圖像上疊加二或三個干涉條紋圖案彼此相互對稱，且具有一抑制波長，抑制波長形成一干涉圖像以定義一暗點陣列；以及經由校準複數第一暗點及第一亮點以實行一第一曝光，其中各第一暗點修整相對應校準的第一亮點之周圍，以 致第一亮點形成具有一尺寸小於當暗點不存在時之一第一組次解析度光阻像素。

上述方法之另一概念更包含形成複數第二亮點之一第二陣列；以及在校準複數第二暗點與第二亮點後實行一第二曝光，以形成一第二組次解析度光阻像素。

本發明之另一概念揭露一種在一光阻層上實行直寫微影之方法。方法包含：在光阻層上形成一轉換器之一圖像，轉換器具有一選擇方向之一轉換器像素陣列，轉換器圖像具有一曝光波長且包含一第一尺寸之複數亮點之一陣列，以對應激活在轉換器像素陣列中之轉換器像素；在位於光阻上之轉換器圖像上疊加二或三個干涉條紋圖樣，其以垂直於光阻層之一軸線相互對稱，且具有一抑制波長，抑制波長形成一干涉圖像以定義一暗點陣列；以及經由校準暗點及亮點以實行一曝光，其中各被校準之暗點修整相對應之亮點的周圍，以致亮點形成具有一尺寸小於當暗點不存在時之複數次解析度光阻像素。

上述方法之另一概念，其中干涉圖像具有一圖案，形成圖案之方法包含：產生二或三對之光束，每一對中之光束能夠彼此干涉，不同對中之光束不能夠彼此干涉；將每一對光束中之至少一光束通過相對應的條紋移位器，以使每一對光束中之光束間產生一相對相位位移；以及以一物鏡校正二或三對之相位位移光束，並將校正後之相位位移光束導向基板。

上述方法之另一概念，更包含重複曝光步驟以形成複數列之次解析度像素，其具有與轉換器像素陣列之選擇方向相同之一方向。

上述方法之另一概念，其中干涉圖像定義具有一位置之一圖案，且重複曝光步驟包含在一選定數量之曝光後，利用條紋 移位器在格柵圖案位置產生一差階，以維持相同方向。

上述方法之另一概念，包含調整每一組二或三個干涉條紋圖案之條紋間之一空間。

上述方法之另一概念，包含調整二或三個干涉條紋圖案之一角方位。

上述方法之另一概念，其中轉換器包含一數位反射裝置，其具有至少100萬像素。

上述方法之另一概念，其中干涉圖像定義一圖案，且更包含在曝光時，相對轉換器圖像同步移動基板及圖案。

上述方法之另一概念，其中干涉圖像定義一格柵圖案，且更包括移動干涉圖像之格柵圖案以校準暗點與亮點。

上述方法之另一概念，包含定義由次解析度像素所組成之一圖案之一邊緣，其中邊緣定義為單一次解析度像素之尺寸之一解析度。

上述方法之另一概念，包含：透過一物鏡擷取疊加的干涉圖像與轉換器圖像之一圖像；以及利用擷取的圖像來校正疊加的干涉圖像與轉換器圖像。

上述方法之另一概念，更包含執行光阻層之複數曝光，每一曝光包含分離的超解析度像素之一稀疏圖案，藉此形成超解析度像素組合，其具有一密度大於稀疏圖案之密度。

上述方法之另一概念，更包含執行複數次曝光，以形成由次解析度像素所組成之一圖案，其中每一曝光利用所有轉換器像素。

上述方法之另一概念，其中光阻具有一閥值曝光量，且每 一亮點具有一曝光量，曝光量至少為閥值曝光量之1.5倍。

本發明附加之特徵及優點，將在下述之實施方式中提出。對於所屬技術領域之通常知識者而言，透過說明或了解，經由實行下述實施例，包括接下來的實施方式、申請專利範圍及圖式，部份內容將是顯而易見的。申請專利範圍構成說明書的一部份，且將引入實施方式中。

可以了解，上面的描述及接下來的實施方式都是提供一概述或架構，以理解本發明申請專利範圍之性質和特徵。所附圖式提供來對本發明有更進一步的了解，且被引入並構成說明書之一部份。圖式示意本發明之各種實施例，並與實施方式一起用於解釋本發明之原理和操作方式。

在下文中將參照圖示描述本發明之多個實施例。如下所述之申請專利範圍皆已納入並構成實施方式之一部份。本文件中引用的所有文獻均引入實施方式中做為參考。

本發明是關於微影技術，特別是指利用光子直接寫入的超解析度微影裝置及方法。結合干涉微影及直寫微影允許大量多點寫入的同時，也實現在所使用的波長及數值孔徑(numerical aperture,NA)之繞射極限以下能良好的成像。一般來說，干涉微影產生延伸整個空間且具等距離間距線及間距之一陣列。更具體地來說，在本例中，經由抑制一聚合反應或其他光化學過程之抑制光，使線及間距在二正交方向上延伸遍及一微影目標之區域，或可能地以120°角間距之三方向。

在本文中，「抑制」一字是指用來抑制光阻曝光之波長，而「曝光」一字是指用來促進光阻曝光之波長。

在其他情況下，「抑制」及「曝光」可指相同波長，但抑 制是一較低階輻射，其以較多或較少的方式連續提供以產生抑制曝光的二維干涉圖案，而曝光是一更短、更高強度脈衝的輻射，主要在由抑制照明所產生的二維干涉圖案中之最低強度點上造成曝光。干涉圖案達到最小強度的區域被稱為「暗點」，也可被稱為「黑洞」，因為它們代表在干涉圖像中消失的光。

同樣地，「列」(row)及「行」(column)是做為參考，並非用來限制方位，這些名詞可以互換使用。

接下來的定義將用在本文中：區間(period)：在物鏡成像平面或基板平面上相鄰像素間的距離。

框架(frame)：在基板上由一單一曝光所產生的光阻圖案。

柱(column)：一組件，包含一物鏡及至少一影像轉換器，能夠圖案化一光阻層。

數位反射裝置(Digital Micro-mirror Device,DMD)：一特定類型的圖像轉換器，使用一微反射鏡陣列，每一微反射鏡可被傾斜，以使反射鏡法線落在裝置法線的任一側。

DMD像素(DMD pixel)：一單獨的數位反射裝置微反射鏡。

光阻像素(photoresist pixel)：在光阻層上的區域，對應於一圖像轉換器(如DMD)像素之幾何圖像。

圖像像素(image pixel)：一單獨的圖像元素，像是形成於基板上的一DMD微反射鏡(像素)之圖像。

曝光光(exposure light)：具有活化(曝光)光阻以形成一光阻圖案之一曝光波長λ 1的光。

抑制光(inhibition light)：具有導致光阻對曝光光不敏感之一抑制波長λ 2的光。

廣義的直寫微影裝置

第1圖為本發明一廣義的直寫微影裝置(簡稱「裝置」)10之示意圖。裝置10包括一照明系統IL(簡稱「照明器」)，其光連通至一圖像轉換器150，像是一數位反射裝置(DMD)。圖像轉換器150與一成像系統IS光連通，成像系統IS則光連通至由一基板階台系統SS所支持之一基板30。圖像轉換器150設置在一像素與像素之基礎上，以接收及調整光，如通過反射、透射、吸收、或其他已知的光調整方式。

一相機單元CU經由穿過成像系統IS傳遞回來至一分光器之反射光56S與基板30光連通，分光器導引光至相機單元，之後將更詳細解釋。裝置10亦包括一干涉圖案產生器IPG通過成像系統IS與基板30光連通。裝置10包括一主軸線A0，沿著成像系統IS與基板階台系統SS存在。

基板30包括一上表面32，其上支撐一層光阻層40。在一例中，光阻層40可以包含化學成份，其光化學地反應曝光光(光化性)，經由一顯影劑導致光阻溶解度改變，且可經由抑制光被關閉或無效。另外，光阻層40可包含一常見的光阻材料40b(簡稱「層」)其上舖設一層光致變色材料40a(簡稱「層」)，其可經由曝光光被淡化，而經由抑制光變為不透明(見第1圖之插圖)。光阻組成物，在曝光於光化輻射之後變成不可溶，這通常是由於一聚合反應，此光阻組成物稱為「負光阻」。同樣地，光阻在光化輻射後變成可溶，這通常是由於在鹼性顯影劑中，自一非極性化合物變為具極高溶解度的一極性化合物，此光阻稱為「正光阻」。

因此，光阻層40可由一單一層或一第一層40a及一第二層40b所組成，其中層40a是由波長λ 2之光激活的一抑制層，而層40b是一曝光層對波長λ 1之曝光光敏感。其中亦可包括其他層在光阻及抑制層之外，在此未特別指出。例如可包括抗反射塗層。

裝置10亦包括一校正系統AS，使用相機單元CU來查看基板30及通過成像系統IS投射在基板以形成於其上之轉換器圖像。

一般操作裝置10時，照明器IL產生一第一(曝光)波長λ 1且大致均勻的照明光56。均勻照明光56被圖像轉換器150接收，在本例中DMD包括大量(如超過100萬，而在另一例中約200萬)可傾斜反射鏡元件(簡稱「微反射鏡」)152。當被光56照射時，微反射鏡152可切換以產生一系列圖案，光反射自此而形成的反射光56R包括一系列圖案。來自圖像轉換器150的大部份反射光56R經由成像系統IS成像至光阻層40，且形成一轉換器圖像58(參閱第4圖)。部份反射光56自基板30反射，再度通過成像系統IS並經由一分光器導向相機單元CU，以在其上形成基板圖案與疊加的轉換器之一圖像及干涉圖像，且對應產生一電轉換器圖像訊號ST(參閱第2圖)。前層之疊加圖像施加到基板30上，且投射的圖像轉換器圖案可被用來校準。

同時，干涉圖案產生器IPG產生一第二波長λ 2之干涉光256，當成像系統IS成像在光阻層40時，形成一干涉圖像158，其在一例中由第一及第二條紋圖案160X及160Y所組成，160X與160Y的方向是彼此正交且不互相干涉(參閱第3圖)。另外，也可以增加一第三條紋，且在此情況下，條紋圖案彼此以120°排列，而圖像轉換器像素被設置在具有3軸對稱的緊 密堆積陣列中。因此，在光阻層40上之圖像具有一細緻的格柵圖案疊加在轉換器圖像58上。之後將更詳細討論，在光阻層40、轉換器圖像58與干涉圖像158的交互作用之動態表現，以在一相對高生產率下，達到相當高的成像解析度圖案化。校正系統AS被設置來擷取重疊的干涉圖像158及轉換器圖像58，並量測這些圖像的校準量，如下所述。當圖像轉換器150包括或由一DMD組成時，轉換器圖像58是一DMD圖像。

裝置10亦包括一控制器CO，其可操作地連接到照明器IL，且被設置來控制照明器IL、圖像轉換器150、相機單元CU、校正系統AS、干涉圖案產生器IPG、及基板階台系統SS之操作。關於各種裝置元件及其操作將詳細記載如下。

直寫微影系統一實施例

第2A圖為第1圖之直寫微影裝置10一較詳細之示意圖。裝置10包括一階台20，具有一上表面22被設置來支持基板30。所示之階台20被一平臺19所支持，且階台經由空氣軸承或磁浮懸吊系統能在平臺上移動。

基板30可為一矽晶圓。階台20包括一卡盤(圖未示)用來支持基板30。階台20可操作地連接至一階台驅動器24及一精密量測系統用以監看階台位置。量測系統可為一干涉定位系統26，其使用反射自基板30上之反射元件28之測量光27來量測階台20之位置。階台20、階台驅動器24及干涉定位系統26(包括反射元件28)構成基板階台系統SS之一部份。

裝置10亦包括，作為照明器IL之一部份，沿一第一軸線A1依序為一光源LS、具有一輸入端62及一輸出端64之一光集中器60(light uniformizer)、具有一輸入端72及一輸出端74之一中繼光學系統70、一光束分離元件(簡稱「分光器」) BS1、及一基準偵測器90。光源LS包括一雷射或一或多個雷射二極體52經由各自光纖部份54光耦合至光集中器60之輸入端62。在一例中，一或多個雷射二極體52產生波長λ 1之非均勻光56，其中一例為405nm。在一例中，光源LS是被一光源控制器59所控制，其是響應一光源控制訊號S0。在適當情形下，光56也被稱為光束56，也被稱為非均勻或均勻光，取決於其在裝置10光路徑中的位置。

光集中器60之一例包括或由具有一截面形狀類似於圖像轉換器150形狀之一光導管所組成。此種光導管可為空心且具有反射壁，或可為實心且全內反射運作。

在一例中，中繼光學系統70包括一準直透鏡76a及一聚焦透鏡76b，一可調孔徑78設置於這些透鏡之間。可調孔徑78可操作地連接到一孔徑驅動器80，其配置以對應一控制訊號S1來調整孔徑尺寸。孔徑78控制位於準直透鏡76a與聚焦透鏡76b間之光束56之準直部份的尺寸，並由此調整中繼光學系統70之數值孔徑。

分光器BS1被配置以反射由中繼光學系統70之輸出端74離開之大部份光束56。在一例中，分光器BS1導引光束56，使得光束沿與軸線A1大致成直角之方向前進。光束56的其餘部份，表示為光束56P，穿過分光器BS1至基準偵測器90。響應於此，基準偵測器90產生一基準偵測訊號SDR，其代表檢測到的光功率量。由偵測器90檢測到的功率正比於圖像轉換器150上的入射光功率，所以圖像轉換器上的入射光功率可經由此校正技術來量測。

全內反射(total-internal-reflection,TIR)稜鏡組件100(簡稱「稜鏡組件」)被設置來接收被分光器BS1反射之部份光束 56，即光束56P。TIR稜鏡組件100包括第一稜鏡部份100a及第二稜鏡部份100b，其定義一輸入面102、一裝置面103、一輸出面104及一交界面106。稜鏡組件100將在之後更詳細討論。

光源LS、光集中器60、中繼光學系統70、分光器BS1、基準偵測器90、及TIR稜鏡組件100構成照明器IL，其提供大致均勻照明光束56至圖像轉換器150。

裝置10之圖像轉換器150可操作地設置於鄰近稜鏡組件100之裝置面103。一基於DMD的圖像轉換器150具有上述的微反射鏡152陣列(參閱第1圖)，其可被開啟或關閉(如傾斜角之靜電偏轉)以建立一選擇圖案對應於一轉換器控制訊號ST。因此，圖像轉換器150被離開稜鏡組件100之裝置面103的均勻化光束56P所照明。由圖像轉換器150反射的光56R接著自稜鏡組件100之交界面106被反射且離開稜鏡組件100之輸出面104，沿主軸線A0行進。如前所述，基於DMD的圖像轉換器150具有大量的微反射鏡152，如100萬，且在另一例約為200萬。亦可使用直到現階段DMD技術之上限值的大量微反射鏡152。

裝置10包括沿軸線A0設置的物鏡170，其可操作地設置於鄰近晶圓30及晶圓階台20。物鏡170具有一輸入端172及一輸出端174，且包括一光瞳176，其定義一光瞳平面176P。物鏡170為顏色校正(color-corrected)且亦為遠心鏡(telecentric)。物鏡170被設置以在輸入端172接收來自圖像轉換器150之反射光56R，及在基板30上的光阻層40形成一轉換器的圖像(如轉換器圖像58)，其位於鄰近成像透鏡之輸出端174。

裝置10包括第二分光器BS2及第三分光器BS3位於沿軸線A0的稜鏡組件100與物鏡170之間，且分別定義第二軸線A2及第三軸線A3。一成像光檢測器200位於第二軸線A2上，且在一成像透鏡210之外。成像透鏡210被配置來接收來自第二分光器BS2之反射光56R，並在光檢測器200上形成一光瞳圖像，其對應形成於中繼透鏡光瞳的圖像。

用來查看基板30之相機單元CU包括一成像檢測器350。在檢測器200上之光瞳圖像允許量測每一微反射鏡152或任一群組的微反射鏡之照明反射離開之方向和強度。因此，若微反射鏡152的鉸鍊毀壞及任何型式的不正常偏轉，則問題可被快速地確認及鎖定位置。相機單元CU被用來測定在基板30上之校準靶、在圖像轉換器150中單獨的「開啟」像素、及正交條紋圖案160X及160Y位置的相對位置。相機單元CU可被用來量測在每一暗點300D之底部的抑制光量。使用為此目的提供的調整，此測量可被用來最小化在每一暗點300D中之抑制光量，且使其盡可能地均勻。

裝置10包括沿第三軸線A3的至少一光源250，其產生上述波長λ 2之光256。光源250之一例為一雷射二極體。一準直透鏡260使來自光源250之光256準直，並導引其通過一相位光柵266，其繞射光束256以形成沿著不同方向行進之二繞射光束256D。相位光柵266可操作地連接至一驅動器267，其精確地調整相位光柵之週期，這是經由沿平行於光柵上的線之一軸線輕微旋轉光柵，及通過光軸A3來獲得。

在第2A圖中未示出的有一第二光源、準直透鏡及相位光柵，這些被設置於光軸線A3的二側且在第2A圖之平面外，用來產生一第二組繞射光束。第2B圖為干涉圖案產生器IPG之一範例之局部放大圖，圖中顯示所有四繞射光束256D、所 有四條紋移位器270、二雷射光源250、及二相位光柵266。一可摺疊反射鏡271被用來導引二平面外繞射光束256D至與另外二平面內繞射光束同一方向。

四繞射光束256D各自通過條紋移位器270。條紋移位器270可為勃克爾盒(Pockels cells)、克爾盒(Kerr cells)、及包含聲光調變器(acousto-optic modulator)的裝置。條紋移位器270在二同相連接的干涉光束256D引起一路徑長度改變，從而使得條紋圖案160X及160Y偏移位置至與條紋方向垂直。由於條紋圖案160X及160Y的位置決定了被寫入的超解析度像素位置，條紋移位器270提供一非常快速且簡單的方式來調整像素位置，以補償階台20之掃描動作或任何階台位置的小誤差。

一成像透鏡280與第三分光器BS3一同使用來聚焦位於物鏡170之光瞳176之邊緣周圍四對稱位置之每一繞射光束256D。在通過物鏡170之後，每一繞射光束256D被準直。準直的繞射光束256D部份重疊在光阻層40中的圖像平面上，以形成X與Y格柵干涉圖像158。條紋移位器270可操作地連接至一驅動單元274，其又連接至一控制單元275，以在曝光期間使條紋位置與階台20之位置同步。一零階光阻擋構件282被沿軸線A3設置且鄰近第三分光器BS3，因此只有來自四±1階繞射光束256D之光通過分光器及物鏡170。

請參閱第3圖，在物鏡聚焦平面中成像的四繞射光束256D之淨效果為具有均等的線及間距之結實干涉圖像158，均等的線及間距在X及Y方向上橫跨物鏡區域，因此形成XY格柵。在條紋圖案160X及160Y間之間距被設置為與在基板30上圖像轉換器150之像素間之間距相同。條紋最亮的部份是與圖像轉換器150之列與行間之邊界對齊。條紋最暗的部份是與圖像 轉換器150每一像素之中心重疊，因此形成前述之暗點300D，其中，若是以曝光輻射λ 1填滿，每一暗點會形成一超解析度光阻像素40P(參閱第6圖)。

在遠離每一暗點300D中心部份距離處，形成干涉圖像158的抑制輻射之強度增加至使得曝光輻射無效的點，且因此限制每一超解析度光阻像素40P之尺寸。在此，「點」(spot)指的是位於強度下降的一個洞或尖銳部。在一例中，暗點300D之強度分布是用來修整曝光點之尺寸，形成一像素尺寸LD(參閱第3圖)。理想的情況下，暗點300D具有一拋物線形狀，在每一暗點中心之強度為0。此形狀用於修整圖像轉換器150中一相對應像素之受繞射極限圖像為倒拋物線形狀。

每一暗點300D具有一非常大的區域深度，因為它們無處不在的與干涉繞射光束256D部份重疊。光阻層40被設置，因此當第一波長λ 1之曝光波長用來曝光光阻時，第二波長λ 2之抑制光用來抑制光阻之曝光。因此，若整個光阻層40除了非常小部份，如暗點300D，被第二波長λ 2之抑制光所照射，那麼曝光光56可曝光光阻層的唯一地方，即是由暗點所定義之區域。

一般來說，一個亮點300B之尺寸是大於一個暗點300D之尺寸。暗點300D所定義之圖像尺寸取決於所接受到曝光輻射之量，以及抑制光強度與曝光光56強度間之比例。若強度比例越高，則超解析度光阻像素40P之尺寸越小。超解析度光阻像素40P之尺寸亦取決於光阻層40之特性。一些光阻層40是較其他更為敏感，且抑制輻射之有效性可能隨著一種光阻成份至另一種而有些微改變。用來曝光或抑制之波長亦會影響解析度。然而，每一暗點300D所產生之曝光抑制通常會使得超解析度光阻像素40P之尺寸小於當超解析度光阻像素40P僅由 亮點300B所形成時，像是當曝光抑制暗點不存在時。

由於DMD可被精確地製造，在轉換器圖像58中之光可被確切地導向所選擇暗點300D所在之處，以在光阻層40中形成所需光阻圖案。每一DMD微反射鏡152之角度決定在物鏡光瞳176中照明光束56之位置，且由於照明光束通常小於光瞳，所以不需要給予非常準確的反射鏡傾斜角度。然而，在此一具體實施例中，微反射鏡152的1°角度變化使其使用於小於光瞳176之一照明光來說是不切實際的，且因此有必要使照明光56填滿光瞳，以使整個轉換器圖像58達到良好的照明均勻性。

第4圖為一模擬的轉換器圖像58，其顯示了假設在每一西洋棋棋盤圖案中之其他超解析度光阻像素40P關閉時，由一圖像轉換器150所產生的部份像素圖案。在這個狀況下，照明被假定為高空間同相的(σ =0)。明亮白點300B直接在干涉圖案暗點300D及超解析度光阻像素40P被開啟之位置。圖案化的光阻層40及基板30接著進行標準光微影技術以在基板中形成次解析度微影特徵。

物鏡

做為物鏡170使用之市售物鏡通常為無限遠校正。因此，在如第5圖所示之一成像系統IS之實施例中，一第一補償透鏡CL被沿軸線A0設置以產生具有有限共軛距離(finite conjugate distance)之一後焦平面。這可經由將一第二補償透鏡CL2置於受挫式稜鏡100(frustrated prism)與第二分光器BS2之間來達成。這需要使照明器IL在圖像轉換器150及在靠近光集中器60的物鏡空間中為遠心。因此，在一例中，成像系統IS由物鏡170、第二分光器BS2、第三分光器BS3、以 及受挫式稜鏡組件100之稜鏡部份100a(參閱第2A圖)所組成，在另一例中，成像系統還包括第一補償透鏡CL與第二補償透鏡CL2二者或其一。

X-Y格柵干涉圖像

第三分光器BS3允許四繞射光束256D被聚焦在物鏡170之光瞳平面176P上，接著通過物鏡以形成四準直光束覆蓋在基板平面32上(或是在光阻層40上)之物鏡區域，以定義干涉圖像158，如第3圖所示。所有四繞射光束256D可由同一雷射二極體250所產生，並特別注意以確保在二正交干涉條紋圖案160X及160Y間不會有干涉的可能性。然而，在如第2B圖所示之另一例中，為防止二正交干涉條紋圖案160X及160Y間的干涉效應，使用分離的雷射二極體250，因此在Y平面上之繞射光束256D是由一雷射二極體所產生，而在X平面上之繞射光束256D是由另一雷射二極體所產生。

相對的成對繞射光束256D是同相相連的，因此它們干涉以產生條紋圖案160X及160Y。然而，在二交錯條紋圖案160X及160Y間之干涉是不需要的。這種干涉可以藉由偏振使產生一組繞射光束256D之光與產生另一組繞射光束之光成直角來避免。如此確保X方向條紋圖案160X及Y方向條紋圖案160Y不會互相干涉，且單一條紋圖案之光強度可被一正弦平方函數(sine-squared function)所描述。在條紋圖案160X及160Y之中心部份重疊處之亮強度是一條紋圖案之中心落在另一條紋圖案波谷處二倍之高。

繞射光束256D在此亦被稱為抑制光束，因為它他被用來經由轉換器圖像58抑制光阻層40之曝光。因此，抑制光束256D中，二個在XZ平面中傳播，而二個在YZ平面上傳播。

相位光柵266產生±1階繞射/抑制光束256D，其在到達成像透鏡280前發散。成像透鏡280用來聚焦抑制光束256D在物鏡170之光瞳平面170P上。第三分光器BS3是光譜選擇性分光器，因此它可以反射由一或多個雷射二極體250所產生之第二波長λ 2。零階光阻擋構件282自準直透鏡260阻擋零階光256D-0(參閱第21圖)，其中，若是未阻擋，可能產生使一定量之曝光輻射無效的一均勻級別抑制輻射。第三分光器BS3有效地反射用來形成XY格柵干涉圖案158之抑制波長λ 2(參閱第3圖)，且有效地傳送形成轉換器圖像58的反射光56R之曝光波長λ 1。

在一實施例中，若光源250為充份單色光，二繞射光束256D可使用一50：50分光器來產生。使用如相位光柵266(亦可使用一反射光柵)之光柵的優點為二繞射階級之強度通常會非常接近相等，且每一繞射光束256D幾何形狀偏向短對稱路徑長度。

具有同等強度之繞射光束256D是有利的，因只有同等強度會產生完全暗點300D(黑洞)。

雖然圖中所示為二對繞射光束256D，亦可使用三對繞射光束256D。通常，可使用二或三對繞射光束256D，其中二或三對繞射光束256D是對稱設置以產生干涉圖像158。

簡介曝光閥值

在一些情況下，可被證明是值得採用一小的、均勻量之抑制光256D至每一洞300D中，以做為一閥值，防止來自周圍的像素40P之低階照明(曝光)光56產生一部份曝光。這可以經由使繞射光束256D強度間產生一輕微的不均衡而容易達到。

有很多方式可以產生此種輕微的不均衡。方法之一包括使繞射光束256D之其一較另一使用中的繞射光束256D減弱較多，如設置一選擇性衰減器在繞射光束之其一。在聲光調變器及二繞射光束256D完全分開的區域前引入一視窗(window)，其允許被一光束使用之部份視窗被有效的抗反射塗層所覆蓋，而被其他光束使用之部份視窗具有較少有效塗層。

轉換器圖像

如上所述，圖像轉換器150被使用照明器IL之均勻光56所照射。稜鏡組件100由上述被一小空氣間隙所分開之二稜鏡部份100a及100b所組成，小空氣間隙定義交界面106。當光以接近直角入射此間隙，光56可通過此間隙，但當以接近45°角入射時會被反射。

因此，以至法線24°角入射在圖像轉換器150上的光56輕易地通過稜鏡組件100。但來自旋轉至12°角之微反射鏡152的反射光56R以45°角入射至稜鏡組件100之交界面106，且被沿主軸線A0向下朝向物鏡170完全反射。若微反射鏡152是旋轉至-12°角，一數位反射鏡的唯一其他選擇，則入射光56會以至法線48°角被反射，且從光路徑消失。

因此，圖像轉換器150定義一曝光輻射圖案(如轉換器圖像58)，其被疊加在基板30上光阻層40中之二維XY抑制干涉圖像158上。理想的情況下，在曝光期間，此重疊是像每一曝光像素58P(如來自一給定微反射鏡152之光)位於一暗點300D之中心。淨效果是一曝光像素58P所在之處，在光阻層40的相對應位置會產生一非常小光阻像素40P。在由干涉圖像158引起的曝光造成光阻層40對由波長λ 之曝光光56引 起的活化變得不敏感之處，光阻像素40P被抑制光阻40I所包圍。光阻像素40P之大小(尺寸)是取決於形成轉換器圖像58的曝光光56R之量，以及周圍抑制曝光的干涉圖像158之抑制條紋圖案160X及160Y之強度。在一例中，所得到的光阻像素40P可具有一尺寸LP，其為圖像轉換器150上低放大像素(de-magnified pixel)尺寸的1/20，如LP=(0.05)．LM/M，其中LM是DMD微反射鏡152之相對應大小，而M是由基板30至圖像轉換器之放大倍率。

第6圖顯示一實施例，圖中所示為被405nm輻射所照射之單一DMD圖像的繞射極限圖像(實線)及由遵循一正弦平方函數之532nm輻射所產生的周圍干涉圖案。假設1瓦特的532nm輻射完全抵消一近似強度的405nm輻射，強度分布結果接近第6圖中虛線所示。請注意，由虛線所表示的像素曲線結果是較由實線所表示的繞射極限像素狹窄得多。增加干涉強度會使狹窄的像素寬度更加狹窄。

用於重疊之階台位置補償

裝置10優點之一是它不需要控制階台20之位置至超解析度光阻像素40P之尺寸LP之一小部份，以在基板30上使現有圖案與先前建立圖案達到良好的重疊結果。在一例中，微反射鏡152之尺寸LM可為約10.6微米，而由物170所提供之放大倍數可為約36.6。這將在基板30上產生L’M(參閱第4圖)=LP(參閱第6圖)=0.29微米之一像素圖像尺寸(如一光阻像素40P之尺寸)其中L’M是在轉換器圖像58中一圖像像素58P之尺寸。經由在暗點300D上形成亮點300B，以一係數18修整像素圖像尺寸產生LP=16nm之一像素尺寸。為此幾何尺寸所需重疊可為3nm。在有振動及其他影響下要準確定位階台至此準確度是困難的，因為基板階台系統SS之相關控 制系統的頻寬通常小於100赫茲(Hz)，且因為有更高頻率成份的擾亂。

基板階台系統SS之定位能力之缺點，其是非常小，可經由上述條紋移位器270被校正。條紋移位器270被置於產生抑制條紋圖案160X及160Y之每一繞射光束256D中。在繞射光束256D路徑中任一增加或減少使得在干涉圖像158中之條紋位移。條紋移位器270之一例包括勃克爾盒(Pockels cell)及克爾盒(Kerr cell)、壓電光學裝置(piezo-optic device)及聲波調換器(acoustic modulator)。聲波調換器(亦稱為聲光調變器)的操作是在一透明材料中一移動聲波使反射光偏移。此聲波可具有一聲波約為100Hz，且這些裝置的頻寬可能在100+ kHz或更多。

由條紋移位器270所提供之(相位)位移總範圍只需要約1個波長，大致為相鄰圖像像素間之距離，因為他們僅需要在曝光時操作。在這個時間中，干涉圖像158可被維持靜止或是以連續移動方式朝任何方向移動。假如階台位置誤差相對一單一曝光像素58P之尺寸L’M0.295微米(microns)是小的，剩餘誤差可經由條紋移位器270移動暗點300D位置來校正。在實際狀況下，干涉圖像158之條紋圖案可被鎖定至基板30上，因此在曝光期間會與基板一起移動。因此，超解析度微影系統之定位能力是由條紋移位器270之頻寬所決定的，而不是由基板階台系統SS之頻寬所決定。

校正及強度監看系統

同時參閱第1圖及第2A圖，校正系統AS使用來自相機單元CU的圖片之一實施例。校正系統AS包括一數位相機350，其經由第二分光器BS2查看基板30，並擷取重疊的干涉 圖案158、轉換器圖像58與先前置於基板30上的圖案圖像之一數位圖像。重疊的干涉圖案、轉換器與先前圖像之一數位圖像被轉換為一重疊訊號SO，其被用來辯識及決定校正標記34之位置(參閱第6圖)，校正標記34相對於重疊的干涉圖案158與轉換器圖像58被包含在基板30上先前建立的層中。

在數位相機350前插入不同濾片354之一濾片更換器356被用來允許數位相機能在不同波長或波長帶成像，以便在基板30上得到校正標記34之一最佳化圖像。在一例中，可具體化頻譜以增強各種圖像組成之外觀的不同濾片354被使用。濾片更換器356可操作地連接至一控制器CO。裝置10執行形成於基板30上的先前圖案與使用轉換器圖像58與干涉圖案158在基板上所形成的新圖案間之校正。

數位相機350亦可被用來測量用來產生干涉圖像158的干涉光256與用來照射圖像轉換器150的曝光光56之相對強度。為得到一絕對強度測值，基板30之反射係數必須確知。這可以經由在基板階台上表面22使用一反射元件38來達成。反射元件38具有一已知的、反射比對波長之特性，且在一例中是與基板上表面32置於同一平面。

為得到基板30上一既有圖案與下一圖案間一準確重疊，自數位相機350至基板之光路徑(optical path)必需非常良好的校正。在一例中，數位相機350包括四個以上圖像感測像素用於轉換器圖像58中每一曝光像素58P。第二分光器BS2可以是光譜中性(spectrally neutral)的，且僅需要反射通過它的一小部份光56。

失真修正

在許多情況下，在基板30上光阻層40中的光阻圖案需要 被準確地與先前被形成在光阻層中或基板表面中的既有圖案重疊。

然而，光阻圖案並不總是完美的幾何圖案。增加至基板30上，結合向異性電路圖案的壓縮及拉伸層導致基板扭曲，此外，光罩圖案及定義先前圖案之光學系統可能不會被完美地開始。

為實現在一既有基板圖案與一後續圖案間一非常緊密重疊，通常需要勘測多個晶片位置或甚至是在每一晶片中一些位置，接著扭曲被重疊的圖案，使其與底下的圖案最佳相合。裝置10優點之一是它提供了調整干涉圖像158與轉換器圖像58之形狀及位置上很大的靈活性。經由增加一小校正至所需階台位置做為階台位置之一函數，使得它能夠扭曲被疊加的特定圖案，因此其可與在底下(既有)的圖案準確地相符合。

量測平台

市售基板階台未具有最先進微影技術所需的度量精度。經由干涉定位系統26與反射元件28之雷射計量提供次奈米解析度，只要測量光27(雷射光束)行經通過的空氣路徑能充份地熱穩定。在大部份工業環境中，準確度約為20nm。

裝置10之另一概念為在一熱惰性基板30上使用一二維參考格柵(圖未示)，其位在基板聚焦平面之水平面上，且在任一基板位置外側。參考格柵被位於階台20上之轉換器所讀取。一格柵由0.5微米的線與間距所組成，可在1間距中再分為500，得到約為1nm的一解析度。

抑制條紋大小及旋轉校正

干涉圖像158與轉換器圖像58的校正可能需要干涉圖案 大小或倍率的調整。這可以經由使用干涉圖案產生器IPG來實現，使得干涉圖像158稍微大於所需，接著傾斜相位光柵266(相對於主光軸線A0)以稍微減小圖像尺寸。在此情況下，大小以光柵法線與光軸線A0間之角度的餘弦值變化。此校正可使用電動致動器自動執行，以旋轉每一相位光柵266至平行於光柵線之線，並通過光柵中心。條紋圖案160X及160Y之角方位可經由沿光軸線A0旋轉相位光柵266被調整。

在另一例中，光源250、準直透鏡260及相位光柵266被配置來聚焦每一±1階光束256D至光纖中，其被帶進物鏡組且使用一小中繼透鏡(圖未示)傳遞至光瞳平面176P。經由調整小中繼透鏡、光纖之發射端或一些中間元件之位置，干涉圖像158之週期可以被改變，且圖像被旋轉。

不同解析度

裝置10被配置以提供一不同程度的解析度。低解析度成像較高解析度成像可被更快速地執行，因此對於被形成的給定圖案可應用適當的解析度。舉例來說，需要一像素尺寸為40nm之一圖案完成時間約4倍快於需要一像素尺寸為20nm之一圖案。

改變裝置10之解析度，在一例中，來自雷射光源250之光256的強度被改變，其改變干涉圖像158之強度及由暗點300D建立的像素大小LD。一不同像素大小LD需要一不同光柵化數據資料庫，以及一不同掃描軌跡和掃描速度。請注意在此暗點不具有一明確的尺寸。暗點是由一大致拋物線的強度分布所定義，因此超解析度光阻像素40P是由曝光強度與抑制強度之比例所決定。

熱補償

在一個奈米級別下，在成像過程中之熱效應需要被控制，因為在如此小尺寸下熱穩定是難以達成的。在用來產生干涉圖像158之繞射光束256D間的空氣路徑中，小溫度改變可能導致條紋位置的移動。在物鏡170及干涉圖案產生器IPG中的元件內的小溫度改變會緩慢改變轉換器圖像58與干涉圖像158間之校正。因此，最好是具有一位置參考標準，並不斷地根據標準定位其他重要元件。舉例來說，由數位相機350所見之圖像轉換器150之位置可被選擇做為位置參考標準，且干涉圖像158之預期位置，考慮到用於階台位置誤差校正，可與實際位置相比較以產生一校正訊號。當應用至條紋移位器270，此訊號可校正短時間空氣路徑熱波動，以及在裝置10內的長時間熱變化。

資料傳輸

在裝置10大部份配置中，圖像轉換器150是最有可能被做為資料傳輸的閘門。舉例來說，德州儀器的1080pDMD具有每秒20,000畫面的最大畫面更新率，其相對應於41.5Gb/s的資料傳輸速率。使用一64或128位元寬排線，此畫面更新率對大部份應用來說不是問題。然而，對於裝置10要達到一生產量媲美現有DUV掃描器，資料傳輸速率需要更高，如12Tb/s，或是約為一典型DMD資料傳輸速率的290倍。

第7圖是一流程圖，其顯示一實現足夠高的資料傳輸速率，使裝置10實現一合理生產量的資料傳輸方法400之一實施例。參閱步驟402，裝置10以使用晶圓30形成一晶片的光柵化、壓扁佈局(layout)開始。佈局被儲存在一大量儲存系統(mass storage system,MSM)中，如第1圖所示，為方便圖示即為控制器CO的一部份。參閱步驟404，在步驟402中被壓縮的佈局接著傳輸至處理器，其具有足夠的記憶體以一次儲 存一層，如2TB的記憶體及每秒3×10¹² 次浮點運算(3 TeraFLOPS)或以上的處理能力。

在一傳輸速率範例中，此特定傳輸為約35Gb/s。接著參閱步驟406及408，處理器接著傳輸壓縮佈局至圖像轉換器150以約42Tb/s的資料傳輸速率。圖像轉換器150包括一大量的解碼器及寫入元件。解碼器的輸出是未壓縮佈局資料，其被送到寫入元件。第7圖之資料傳輸方法400受益於自提供有效率及無損壓縮與解壓縮演算法，以及錯誤檢查。

為實現12Tb/s的資料傳輸速率或甚至高於的資料傳輸速率以擴展此技術，資料傳輸方法400可使用現有超級電腦技術來實現，其具有高達每秒3×10¹² 或6×10¹² 次浮點運算(3 or 6 TeraFLOPS)運算速度。此運算能力亦可支持非常高的資料傳輸速率，像是上述的42Tb/s。近期才實現的超越運算能力，可減少解碼器的需求，使其能夠直接傳輸資料自處理器至圖像轉換器150，而不需要通過方法400中的解碼步驟406。

照明均勻度及曝光量控制

位於光檢測器200上物鏡出射光瞳176之一圖像可被用來不是確定經由開啟所有圖像轉換器像素(如微反射鏡152)的平均曝光量，就是確定經由在整個區域上逐步開啟小群組像素的變化量。圖像轉換器微反射鏡152之傾斜角度變化量可被量測，其是經由關閉在中繼光學系統70中的孔徑78，並量測在成像光檢測器200上圖像光瞳位置。在基於像素至像素的照明區塊之中心位置的量測得到整個DMD微反射鏡陣列的反射鏡傾斜角度之總變化。

控制器

控制器CO可操作地連接至在裝置10中所有電控裝置及 組件。控制器CO包括做為操作界面的一顯示器及一鍵盤。大量儲存系統(MSM)被用來儲存圖案資訊以使用於圖像轉換器150。

在一實施例中，控制器CO包括一裝置，如一軟碟機、一CD-ROM光碟機、一DVD光碟機、一磁光碟片(magnetic optical disk,MOD)裝置(圖未示)、或其他數位裝置包括一網路連接裝置像是一乙太網路裝置(Ethernet device)或一基於網路的光纖(圖未示)，用於自一電腦可讀媒件，如一CD-ROM、一DVD、一磁光碟片(magnetic optical disk,MOD)、或其他數位來源像是一網路(network)或網際網路(internet)，以及其他尚未被開發的數位裝置讀取指令和/或資料。在另一實施例中，控制器CO在處理器或記憶體中執行儲存於韌體或軟體中的指令。

在一例中，控制器CO被配置(如程序設計)來執行本文所述功能，以及在本文中被使用。控制器CO可包括一或多台電腦、處理器、微控制器、微電腦、可編程式控制器(programmable logic controllers)、特殊應用積體電路、或其他可編程電路等。

軟體可被用來執行或幫助執行本發明的概念。電腦系統的軟體功能涉及編程，包括可執行編碼，可被用來實現本發明所述之方法。軟體可被編碼為由控制器CO所執行，編碼及可能的相關資料記錄被存在電腦及控制程式中，或儲存在外部。因此，在此所述之本實施例可包含以至少一機器可讀媒介所攜帶的一或多個編碼模組之一或多個軟體產品。

在此所使用的，一機器可讀媒介指的是參與提供指令給用於執行的一處理器之任何媒介。此種媒介可為許多種形式，包 括，但不限於，非易揮發媒介、易揮發媒介、及傳輸媒介。非易揮發媒介包括，舉例來說，光碟片或磁碟片，像是在上述之任何電腦中做為伺服器平台之一的任何儲存裝置。易揮發媒介包括動態記憶體，像是電腦平台之主記憶體。物理傳輸媒介包括同軸電纜、銅線及光纖，包括在電腦系統中包含的排線。載波傳輸媒介可採取電子或電磁訊號形式，或是像在射頻(radio requency,RF)及紅外線(infrared,IR)資料通訊期間所產生的聲波或光波形式。

電腦可讀媒介之一般形式包括，舉例來說，一軟碟片、軟性磁碟、一硬碟、磁帶或任何其他磁性媒介；一CD-ROM、一DVD及任何其他光學媒介；較不常見的可用媒介如打孔卡片、紙帶及任何其他具有孔洞圖案之物理媒介；一動態隨機存取記憶體(RAM)、一可程式唯讀記憶體(PROM)、可抹除可程式唯讀記憶體(EPROM)、一快閃可抹除可程式唯讀記憶體(FLASH-EPROM)及任何其他記憶晶片或戴具；一載波傳輸資料或指令；纜線或連接傳輸此種載波；或一電腦可讀取程式化編程及/或資料的任何其他媒介。這些許多種電腦可讀媒介可被用於攜帶一或多個指令之一或多個序列，以在處理器中執行。

控制器CO可被配置(如經由硬體、軟體、或二者組合)來提供進一步的資料傳輸、資料壓縮及本領域中已知的製程技術，以便於處理及執行大量資料。此種系統及方法之例，如公開的美國專利第7,590,996號，標題為「用於高性能圖案產生器之資料路徑」，以及由Cramer等人所著公開於由Daniel J.C.Herr所編，SPIE所發行之替代式微影技術Ⅱ期刊(Alternative Lithograpic Technologies Ⅱ)2010年4月2日第7637卷第7637頁之「用於REBL直寫電子光束微影系統之無損壓縮演算 法」，上述專利及文章皆做為本發明的參考文獻。

實施例

一實施例之裝置10具有含微反射鏡152之一基於DMD圖像轉換器150，其具有一中心至中心距離SC為10.8 microns(微米)的像素，一抑制波長λ 2=532nm，以及一數值孔徑NA=0.9的物鏡170。在基板30上條紋圖案160X及160Y之間距SF如下式所示：SF=λ/2NA=(0.532 microns)/(2 x 0.9)=0.2956 microns抑制條紋間距SF等於DMD像素尺寸L’M=LM/M，其中，M是物鏡170的低放大倍率(de-magnification)。因此：L’_M =(10.8 microns)/M=0.2956 microns因此，放大倍率M為：M=10.8/0.2956=36.541假設解析度R是基板像素尺寸的1/20，其與實驗結果相符，可被成像的最小特徵尺寸LP如下式所示：L_P =(0.2956 microns)/20=14.8 nm。

光學模型

第3圖顯示以沉積形成於基板30或光阻層40中交錯的干涉圖像158之一小部份。規律圖案的暗點300D清楚可見。第4圖顯示轉換器圖像58之一小部份，其中每一其他DMD微反射鏡152被關閉之處形成西洋棋棋盤效果。

第8圖為圖像位置(微米)對強度(標準化)之曲線圖，顯示在X或Y方向上通過轉換器圖像58之一像素58P中間之一截面。第8圖的曲線圖顯示為非同相照明(σ =∞)的一 405nm「開啟」像素(微反射鏡152)之強度曲線，以及位於像素邊緣任一側中心位置的干涉圖像158之抑制條紋。次放大DMD像素寬度為L’M=0.295 microns，其亦可為自一干涉條紋中心至另一條紋中心之距離。請注意，在下一像素58P之中心，曝光照射強度較第一像素下降約6.3%。

第9圖為位置(微米)對強度(相對單位)之曲線圖，顯示部份干涉圖像(虛線)在第二波長λ 2=532nm(奈米)及部份轉換器圖像在第一波長λ 1=405nm。第9圖所示之曲線圖顯示對角相鄰相素58P如何產生貢獻。在此例中，來自最靠近對角相素58P的貢獻量僅為1.0%，而對於四個最靠近對角相素58P之總合量約為4%。因此，來自四相鄰相素58P與最接近對角相素的總貢獻約為29%。根據光阻的性質(高或低對比度)以及微影系統的預期效能，來自相鄰像素58P在最壞情況下29%貢獻可能可以或可能無法被接受。

最容易受來自一「開啟」像素152的散射或繞射光影響的區域為位於鄰近「關閉」像素中心的暗點300D。在基板30上位於二暗點300D間任何位置的一點，是在一相對較高條紋強度位置，所以並不易被來自散射或繞射光的部份曝光所影響。因此，對於一第一近似值，只需要考慮來自暗點300D至另一暗點300D之散射光，以及可允許忽視在基板上被改變的黑洞位置處的其他相鄰曝光。

一種情況，其中在一「關閉」轉換器圖像像素58P中建立一顯著的背景，使來自周圍轉換器像素152之光56可被減輕，而不經由使用在圖像轉換器150中之所有像素152。在此情況下，在成像期間，圖像轉換器150中之一些像素152被關閉。有許多方式可以在一「關閉」像素152中得到一減少曝光背景。

第10圖為部份圖像轉換器150之示意圖，顯示每一其他像素152可如何被關閉，以使最靠近的「開啟」像素間之中心至中心距離較各像素間距增加√2倍。在此例中，像素至像素間距被增加，但圖像曲線仍大致維持相同。圖像轉換器150之像素152陣列可利用使每一其他像素永久關閉而形成，或「關閉」像素可被與在掃描間的「開啟」像素交換，以維持微反射鏡工作周期大致恆定。在此例中，僅僅相鄰像素152在對角線上，且增加僅4%的總貢獻量。來自最接近X或Y方向像素(除去這二個像素)之每一像素的貢獻量僅為0.27%，並得到約5%的總貢獻量。

第11圖為與第10圖近似之示意圖，顯示活化「開啟」像素間152之間距如何被增加至像素間距距離的2倍(2．SC)。然而，活化像素152之數量被減少至總像素數量的1/4。來自鄰近像素光量的貢獻量比較如表1所示。在表中的數值僅為對應問題的一第一近似值，因為僅考慮來自最接近及下一最接近相鄰像素的貢獻量，且假設沒有干涉效應。表1顯示西洋棋棋盤排列減少幾乎4倍來自鄰近像素的貢獻量，且減少約2倍活化像素數量，其對生產量具有直接影響。

基於上述分析，顯示雖然原則上可利用一DMD的每一像素152形成轉換器圖像58，仍會有一些鄰近效應，如來自相鄰像素對曝光強度的貢獻量。施予一單一像素的最壞曝光情況估計約為29.4%。另外，列於表1中的總貢獻量假設在一最壞影響下，若在關注的一像素之所有相鄰像素被開啟，則其可能是或可能不是此種結果。

圖像轉換器像素尺寸與形狀

減少鄰近效應的一種方法是簡單地改變圖像轉換器像素152之形狀。第12A圖為與第11近似之示意圖，顯示部份的圖像轉換器150，其中像素152具有一圓形形狀。假設圓形像素152之直徑等於正方像素之寬LM，光收集效率會減少1-π/4=21.5%，而鄰近效應會稍微降低。第12B圖為與第12A近似之示意圖，但每一像素152之反射部具有縮小尺寸。

第13圖為圖像位置(微米)對強度(標準化)之曲線圖，顯示各種形狀與尺寸的圖像轉換器像素之模擬強度曲線。在所有情況下，曲線表示在X或Y方向上通過像素152中心之橫截面。

正方向素152之優點是其可被緊密地填充，且有效地照射。然而不需要為可由一DMD微反射鏡152傳輸至另一DMD微反射鏡的像素中心之最小量光56做最佳化排列。

如第13圖中所示的比較曲線圖，圓形像素152具有一直徑等於正方像素之寬，且小圓形像素具有一直徑等於50%的正方像素之寬。表2總結了對於不同形狀與尺寸的像素152之漫 射光比較。

干涉效應：西洋棋棋盤陣列

特別是低於1的光照sigma(σ )值，來自非相鄰的像素152有很大貢獻，且各貢獻量之相對相位需要被考慮。最接近於一參考像素152的四像素之相位可因沉積塗布至像素上而被改變，其產生一相位位移且可影響來自周圍像素之貢獻量。此影響如表3所示，其總結接下來的例子中，在像素152中，對於直接圍繞參考像素的多個不同相位位移：1)「所有像素關閉」指的是當所有像素包括參考像素為關閉時，在參考像素中心之強度；2)「參考像素關閉」指的是當所有像素除了參考像素為開啟時，在參考像素中心之強度；3)「參考像素開啟」指的是當所有像素除了參考像素外為關閉時，在參考像素中心之強度；4)「所有像素開啟」指的是當所有像素包括參考像素都開啟時，在參考像素中心之強度。

請注意，在「參考像素關閉」與「參考像素開啟」中，最大變化出現在當σ=0時。在此情況下，在最接近像素152上的相位位移最佳值為0。若σ=1，則正好相反：相位位移最佳值為180°。當σ=0.5，最佳值出現在0。

對於一個典型的DMD來說，微反射鏡152傾斜角度公差為±1°，其造成反射自微反射鏡的每一光束56R在方向上一±2°的改變。這種改變結果大於物鏡光瞳176一半角，使得它必需考慮充滿物鏡光瞳以確保照明光束56不會在光瞳產生顆粒狀。在這些條件下，無法經由在最接近相鄰像素152上放上一相位位移塗布得到最佳解決辦法。即使具有一最佳化相位位移，因為鄰近效應造成的線寬變化仍可能無法接受。

另一種移動像素152分開以避免鄰近效應的方法為增加足夠的抑制輻射，因此在「關閉」像素中將沒有足夠的部份曝 光。這可以經由下述方式來完成：經由增加干涉抑制光256到照射至圖像轉換器150的曝光光束56、經由在光瞳176中心增加一些零階干涉抑制輻射、經由不完全平衡干涉抑制輻射強度，及經由以抑制輻射在相對曝光光束角度之角度，照射「關閉」像素152。所有這些除了最後一種方式外，需要增加曝光強度以抵消因加入抑制輻射而增加的閥值。

具有不同規則的不同技術

由於傳統微影技術迫使繞射極限之k₁ 值至接近理論極限的0.25，有朝向減少圖案平均信息量的趨勢，如簡化遮罩圖案使其可較精確的被製造且具有較平滑邊緣。在一些最先進的晶片中，臨界層出現以一等間距、平行線被破壞或接合的陣列來形成。一些成像可以利用偶極或雙偶極照射方式來形成。

運用與直寫系統一相似原理從微影技術來看提供了很強的優點，且也在電路設計上帶來緊密約束，但不同技術會有不同的規則。舉例來說，不可能在一DMD上建立輔助特徵以用於超解析度，以及任何類比以模擬在DMD上一相位位移遮罩濃縮至在一西洋棋棋盤排列中每一其他像素152上放置一180°相位位移的簡單解決方案。

裝置10採用來自德州儀器(Texas Instruments)的最新版本之DMD，其不適合使用任何種類的部份同相照明。自微反射鏡152至微反射鏡及自一裝置至另一裝置之傾斜角度變化使其必須充滿物鏡光瞳176，以確保在每一像素圖像中一致的強度。在此條件下最佳實施是在σ值接近1時，且改變相鄰像素152之相位以使最小化交互作用扮演一相對較不重要的角色。

只有在σ等於無限大時才能實現真正的空間非同相性。因 此，位移以接近180°角反射自最接近像素152的光56R之相位，以最小化來自周圍像素之貢獻量，仍可能是值得的。第14圖為最接近的相鄰圖像轉換器像素152如何被相位位移之一範例示意圖。對應於一四分之一波長的一90°相對位移，被選為一實施例，用來圖示在最接近相鄰之間的相位位移如何被組織。第14圖亦顯示為何相鄰像素152間的任一相位位移必需以互補方式操作，如用來減少，較佳為相同，在未位移間及相位位移像素群組間的交互作用。

像素寫入策略

在用來寫入遮罩圖案之一典型電子束系統中，最佳的位址結構為(address structure)最小特徵尺寸的1/5至1/10。這允許電路設計者在圖案邊緣位置有很大的靈活性，但亦增加必須處理以產生遮罩的資訊量，並阻礙了生產量。一般來說，有許多方法來處理較寫入光束覆蓋區更為精細的位址結構。一種方法為使複數圖像之每一圖像相對於另一圖像重疊放置，如此最後圖像邊緣是由靠近標記的圖像邊緣所定義。另一方法是使用灰階調整，其中光束強度被調整，使得關鍵曝光平面，如一小改變導致光阻維持或消失的曝光平面，能在所需的線邊緣位置。這二種方法涉及轉換及寫入大量資訊，而這阻礙了生產量。

對於超解析度微影技術(super-resolution lithography,SRL)，理想是在相鄰像素152間具有一些重疊，以最小化線邊緣粗糙度。對於一合理的良好近似，在一單獨的SRL像素152中曝光E是一倒拋物線，其可以E=1-ar² 的函數表示，其中「a」是一常數取決於像素尺寸，而r是自像素中心之徑向距離。

第15圖為最小化因將圓形像素對接在一起所造成之幾何 線邊緣粗糙度(扇形邊緣)之方法之示意圖。此方法涉及選擇常數a，因此在標示為A的3個點之曝光量是相同的，若像素直徑為10nm的話，其中二個是在像素中心5nm處。因此：E=1-a(5)² =2(1-a(5² +5² ))

a(100-25)=1

a=1/75=0.013333'曝光閥值則如下式所示：T=1-5² /75=0.666線邊緣曲線結果如第16圖所示，其繪製輪廓(nm)對沿著邊緣的位置(nm)之曲線圖。

使用0.666之閥值，由相接的10nm像素產生的幾何粗糙度會降至約0.6nm。在此情況下，在曝光量等於0之處像素半徑為8.66nm。幾何線邊緣糙度LER會與排列在轉換器像素152之列與行中的線邊緣相同，且在對角線上稍微退化。理想閥值0.666是基於假設在每一像素152中心，即條紋圖案160X及160Y具有最小強度之處，沒有抑制光256。若事實上在每一像素152中心有一些殘留抑制光，則在產生一曝光量的有效的曝光光的量會降低，且理想閥值必需使用下降的曝光光量來計算。

一般來說，部份重疊的部份之像素152，若是分離的話，會在閥值之上增加需要被傳輸的資料量，且導致需增加一偏壓至或減少一偏壓自複數個重疊像素形成的線寬。部份重疊的曝光像素58P之一例如第17圖所示。產生的線段之邊緣曲線沒有被準確表現，因為有部份曝光的面積圍繞每一曝光的曝光像素58P，因此，若像素夠接近，會導致在之間的間隔一完全曝 光。部份重疊的像素58P減低用於在一給定光阻層40增加曝光層之閥值，使閥值點的邊緣斜率變陡，且減少幾何緣邊緣粗糙度。

填滿空格

在操作裝置10的一例中，在圖像轉換器150上圖案的一單一曝光經由物鏡170建立亮點300B之一稀疏陣列。每一亮點300B是到下一最接近亮點距離寬度的一小部份。此即如第18圖中所示，亮點300B(如一DMD像素圖像58P的亮點300B)的寬度被表示為「s」，且在亮點300B間之區間被表示為「p」。X與Y軸線由在轉換器像素152陣列中列及行之方向所定義，且掃描是沿Y軸線為主。

使用亮點300B以建構一任意圖案，這些稀疏陣列之間距可經由重疊複數曝光被填滿。被重疊的曝光次數大致等於(p/s)² 。若p/s=N，N是需要被填滿與相鄰超解析度像素間之間隔的超解析度像素58P之數量，那麼需要用來填滿整個區域的曝光次數為N² 。對於一二維圖像轉換器150，這可以經由使用基板階台系統SS，特別是干涉定位系統26，並以一選擇的方式移動被支撐的階台20及基板30，而在單一掃描中被完成。

曝光順序之一例如第19圖所示，其中在每一亮點300B(圖像像素)中之數字表示曝光次數(如1=第一次曝光，2=第二次曝光)。因此，第19圖之轉換器圖像58實際上是由複數曝光所形成的一合成圖像。所示的曝光順序之優點為被印上的像素300B仍維持X及Y軸線排列。然而像素300B之排列需要一差階路徑JP穿過下一列，且每一次完成一列的超解析度像素，如圖中虛線所示。此差階不可能僅使用基板階台系統SS， 因為在差階路徑JP中的差階部份必須在曝光之間或約30微秒(microseconds)內完成。

若階台掃描軸是相對於列(Y)方向輕微地偏斜，則像素300B會排列如第20圖所示。舉例來說，經由相對於由圖像轉換器150所產生之稀疏圖案之軸向輕微地朝向階台方向離開，且經由增加在每一曝光間的階台位置，曝光區域之連續線LE被建立。線LE表示掃描路徑。

這個結果可經由採用多種方法中的任一來達成。一種方法涉及移動基板30一距離，其約等於在每一曝光間，Y方向上的s，以及X方向上的s/N，其中N是完成一單一列所需的曝光次數。另一方法涉及階台20之一距離，其約等於在每一曝光間，p加上s，或在Y方向上距離的數倍。最理想的方法是經由使部份圖案離開或不使用部份的微反射鏡152陣列，以使階台移動增加量每一次皆相同，而不需要雙重曝光。舉例來說，若需要N次曝光來測量在第一次曝光時產生的亮點300B間的距離，且圖像轉換器150在掃描方向上包含N² 個元件，則增加的基板30位置之一距離約等於p加上s，維持在每一曝光之間相同的距離增加量。

同樣地，若像素轉換器150具有3N² 個元件，則基板30之位置一距離增加量，其約等於3p加上s，以維持在每一曝光間相同的距離增加量。由於每一部份圖案必需看見微反射鏡152陣列之一完整面以被完成，在陣列中的所有微反射鏡152完全被使用，即使在每一次掃描的一開始與結束會有一些無效。因此，自基板30一側掃描至其他，較試圖曝光單一小區域來說是更有效率的。第19圖所示完成一任意圖案所需的重疊曝光次數N² 。

第20圖中偏斜的複合轉換器圖像58呈現相較於第19圖之複合轉換器圖像58之一資料處理挑戰。然而，如上所述，階台20在X方向執行快速步驟所需時間是與畫面間消逝時間相比較，且是無法接受的。

在曝光方法之一例中，在X方向上步進作業是由階台20及條紋移位器270所分攤，其可使用來在X方向移動條紋圖案160X及160Y。條紋移位器270可被用來完成在X方向上的差階。這使得階台20不受拘束的連續且平滑地在一微偏斜方向移動，而條紋移位器270維持暗點300D在Y方向上行進直到得到在X方向上需要的差階。此種作業的劃分維持了在圖案中格柵資料方向對準圖像轉換器150的X及Y軸線，且簡化了資料處理。

一相關概念包含在掃描方向一曝光間，用於差階或空間的非均勻性增加。一例用來說明這一點。假設在轉換器圖像58中每一像素300B是由干涉圖像158以係數20所修整，那麼完成填充間隔仍是在第一曝光之後，需要額外(N² -1)=399曝光。另外，假設在掃描方向中圖像轉換器150有1080像素152，且掃描系統每一次曝光只前進1區間。在此種情況下，在圖像轉換器150的後緣到達原始圖案前端前，整個原始圖案會被長久地填入，需要大多數的轉換器被關閉。

經由在曝光間使基板30前進2區間(如加倍掃描速度及維持曝光速率不變)，更高的效率可以被實現。然而如此仍會留下一些掃描像素152，在圖像轉換器150的後緣到達第一曝光前緣之前無事可做。理想地，基板30增加的動作量是等同於在掃描方向中圖像轉換器像素152之數量Q除以N² 。在上述例中，Q/N² =1080/(20)² =2.7。通常，Q/N² 不是一個整數。

改變在曝光間階台20之掃描速度是不切實際的。然而，經由選擇階台掃描速度之平均值(2.7p/曝光間增加的時間)，以及經由隨著佈局資料與調整的條紋位置，改變在連續曝光間區間p之數量，得到一非整數比，像是2.7。舉例來說，在280個每一個3區間前進中，插入120個每一個2區間前進，在400次曝光中產生總共1080區間前進。為使圖像轉換器150在當曝光間平均階台移動增加量為圖像轉換器像素152之分數時，以最高效率操作，條紋干涉圖像158必需使用條紋移位器270快速地移動。

操作模式

裝置10被配置經由控制器CO來進行不同方法的疊加連續曝光。這些方法包括：步進與曝光(步進與重複) ：當階台位置增加，曝光被執行，則階台位置再次增加，另一曝光執行，以此類推。

掃描與閃光 ：階台連續地移動，且每一次在到達下一標記時曝光光源會發出閃光。在閃光之間，在圖像轉換器的圖案會被改變。

補償的掃描與閃光 ：相同於掃描與閃光，除了在閃光時，黑洞會與以同步於階台的移動方式移動。

步進與曝光操作模式需要階台20加速、減速、然後暫停，直到所產生的振動在曝光實行前已經停止。此種方法簡單但速度慢，且並不適合量產。掃描與閃光操作方法是較適合高量產速率，但會導致在掃描方向中一些圖像拖影。更高掃描速度需要更高的照明強度，且最大照明強度是有極限限制的。補償的掃描與閃光操作方法最適合用於高批量生產及高解析度成像。此方法在照明系統IL上有相對較少的需求，且在圖像質 量上沒有妥協。

雷射功率和閃光持續時間

掃描與閃光方法維持階台20以一等速移動，但為避免圖像拖影，閃光持續時間必須非常短。舉例來說，對於一典型DMD，最大畫面更新率是20,000畫面每秒。若我們假設階台20在曝光間移動一等於3p的距離，而s=p/20，且最大可允許圖像拖影是s/4，則閃光持續時間必需為閃光工作周期的約1/(3 x 20 x 4)=1/240。此值約等於0.208微秒。在基板30，對於50mJ/cm² 曝光量，瞬間雷射強度等於240,000 W/cm² 。

在補償的掃描與閃光操作方法中，定義曝光區域的干涉圖像158之暗點300D在曝光間以同步基板30方式移動。在曝光期間，使用條紋移位器270則暗點300D的位置可以輕易地被鎖定至階台20之位置，因此在曝光時其與階台一起移動。使用一電光裝置的條紋移位器270則很容易可以做到，條紋移位器270允許使用一非常高頻寬伺服器使條紋被鎖定至基板上的位置。

假設曝光可在暗點300D行進通過一像素一半且在曝光閃光間總行進為3像素時被完成，那麼曝光持續時間為閃光工作周期的1/(2 x 3)=1/6或約為8.33微秒，且瞬間雷射強度約為6,000 W/cm² 。因此，補償的掃描與閃光模式減少所需的曝光強度約係數40倍，且基本上或完全消除由掃描速度所導致的圖像拖影。

保持圖案掃描軸線與圖像轉換器陣列152對準，需要布於穿過掃描方向的條紋圖案160X及160Y中的區間差階(period jogs)，及當暗點300D行進曝光圖像曲線的上部份時，實行曝光。假設曝光圖像曲線的上部份約等於p/2，可允許曝光時間 延伸至約工作周期的1/6，其約為較未補償的步進與閃光模式增加40倍。相對應所需的雷射功率約為11瓦(watts)。在波長為405nm時，此功率量可以由約2打雷射二極體52被得到。然而，製造誤差會導致DMD微反射鏡152約±1°的傾斜角變化，造成一±2°的偏轉角誤差。

照明光束56入射至圖像轉換器150之理論數值孔徑(NA)是物鏡170之數值孔徑除以放大倍率M，如0.9/36.61=0.0246，其相對應於2．arcsin(0.0246)=2.82°的圓錐角。為確定物鏡光瞳176被反射光56R所填滿，需要以在傾斜角之方向，以一額外4°的照明展開過度填滿物鏡光瞳176。此過度填滿可經由光源LS以係數(2.82+4)/2.82=2.42或總共約27瓦，增加所需的雷射功率，除此之外需要額外光56以彌補在光源與基板30間的傳輸損耗。若雷射二極體52僅為曝光而被開啟，且大部份時間為關閉，那麼其可較連續操作的情況下，以一較高功率操作。此工作周期的優點可被用來減少約一半的總功率。

達到條紋穩定性

困擾大部份干涉儀系統的問題之一是如何維持不同光束通過時空氣的熱均勻性。為定位暗點300D至條紋間隔的1/100，干涉圖像158需要穩定至條紋圖案160X及160Y的1/100。這需要一路徑溫度差不差過0.006℃，假設路徑長為300nm。

最佳的環境控制腔室提供約0.1℃的溫度穩定度，只要沒有熱產生元件，如階台，提供對流氣流至空氣路徑。為穩定暗點300D的位置，需要監看暗點300D之位置，並使用條紋移位器270校正任何位置誤差。由於此種監看在X與Y方向皆 需要，在干涉圖案產生器IPG的每一對干涉儀臂中採用至少一條紋移位器270。

若條紋移位器270為聲波調換器，那麼在每一路徑中提供二聲波調換器，如第21圖所示。需要二聲波調換器是因為每一聲波調換器引起一小波長位移。為得到不動的條紋圖案160X及160Y，此波長位移必須相同。其他條紋移位器270在正交光束中，正交光束是垂直於第21圖的平面，且顯示於第2B圖中。監看在干涉圖像158中條紋圖案160X及160Y之位置可以通過使校正系統AS來完成，任選地與濾片354相結合，其過濾掉波長λ 1之曝光光56。測量在干涉圖像158中條紋圖案160X及160Y之確切位置(相位)的方法之一為經由使用條紋圖像的快速傅立葉轉換(fast Fourier transform,FFT)，且分析在FFT圖像之相位分量的改變量。FFT可在控制器CO中執行。

曝光條紋

使照明圖像產生器150的效率達到係數2之潛在增加亦可經由以由一曝光光源或光源建立的正交條紋照明圖像產生器來達到。曝光條紋以完全類似產生條紋圖案160X及160Y之方式被產生。舉例來說，二正交方向的相位光柵244以空間同相照明被照射，剩餘的零階被消除，且來自每一光柵的±1階繞射光被以校正角相結合，以在圖像轉換器150上建立所需的干涉圖案。

生產量

在上述實施例中，使用波長405nm的曝光光56及具有數值孔徑0.9的物鏡170，產生18nm直徑的像素40P。若只有DMD陣列150的每一其他像素(微反射鏡152)是有用的， 那麼每一畫面可被寫入1,080 x 1,920/2=1,036,800像素40P。1,080DMD的最大畫面更新率為20kHz。因此每秒2.07 x 10¹⁰ 像素40P可被印刷在光阻層40上。此速率相對應至(2.07 x 10¹⁰ /s)(18 nm)² =6.72 x 10¹² nm² /s或6.72 mm² /s的一面積速率。在一2cm² 的晶片上寫入一層的光阻像素40P需要約200/6.72=29.8秒。

裝置改善

裝置10的解析度可經由增加物鏡170的數值孔徑至1.33而被擴大，這使得物鏡為浸沒透鏡。另外，抑制波長λ 2可被擴大至約300nm。這二方面的改善會增加解析度由16.4nm至16.4(0.9/1.33)(300/532)=6.3 nm。典型的DMD無法操作低於290nm，因為用於微反射鏡的內滑劑會被短波長光破壞。因此，擴大曝光波長λ 1至約230nm需要一不同的潤滑劑或消除潤滑劑的需求。進一步的改善也可經由改進頻譜敏感光阻外套層來實現。

值得注意的是，典型市售DMD未設計做為微影技術應用。典型市售DMD一般是用於投影電視及光學投影機，其中使用者眼睛的解析度扮演了重要的角色，且限制像素的實際數量。如果沒有此種商業限制，相信用於特定微影技術的DMD的微反射鏡152之數量可被增加20倍，且畫面更新率變為3倍以增加60倍的生產量，量測單位為像素/秒(pixels/s)。這允許裝置10以60 x(2.07 x 10¹⁰ pixels/s)=1.24 x 10¹² pixels/s寫入。考慮5.5nm之改善解析度，面積率將會為(1.24 x 10¹² pixels/s)(5.5 nm)2=3.76 x 10¹³ nm² /s=37.6 mm² /s。寫入一2cm² 晶片將花費約5.3秒，且此晶片較先前包含8.9倍多的電路。

本發明之另一概念包括使用複數裝置10寫入光阻像素40P。舉例來說，裝置10之二維陣列被定位在晶圓30上，使每一裝置僅需要寫入等於其覆蓋區的面積，其在一例中為50mm x 50mm。因此，總共32個裝置10可覆蓋一300mm直徑晶圓之面積。寫入此面積所需時間為約(50 mm)² /(37.6 mm² /s)=66.5秒。在增加一額外的10秒以加載或卸載後，這對應於生產量約47晶圓/小時(wafers/hour)，解析度將會小約5.5nm。

本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，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。

10‧‧‧裝置

19‧‧‧平臺

20‧‧‧階台

24‧‧‧階台驅動器

26‧‧‧干涉定位系統

28‧‧‧反射元件

30‧‧‧基板、晶圓

32‧‧‧基板平面、上表面

34‧‧‧校正標記

38‧‧‧反射元件

40‧‧‧光阻層

40a‧‧‧光致變色材料

40b‧‧‧光阻材料

40P‧‧‧超解析度光阻像素

40I‧‧‧抑制光阻

52‧‧‧雷射二極體

54‧‧‧光纖

56‧‧‧光、曝光光、照明光、光束

56P‧‧‧光束

56R,56S‧‧‧反射光

58‧‧‧轉換器圖像

58P‧‧‧曝光像素

59‧‧‧光源控制器

60‧‧‧光集中器

62‧‧‧輸入端

64‧‧‧輸出端

70‧‧‧中繼光學系統

72‧‧‧輸入端

74‧‧‧輸出端

76a‧‧‧準直透鏡

76b‧‧‧聚焦透鏡

78‧‧‧孔徑

80‧‧‧孔徑驅動器

90‧‧‧基準偵測器

100‧‧‧稜鏡組件

100a,100b‧‧‧稜鏡部份

102‧‧‧輸入面

103‧‧‧裝置面

104‧‧‧輸出面

106‧‧‧交界面

150‧‧‧圖像轉換器

152‧‧‧微反射鏡、轉換器像素

158‧‧‧干涉圖像

160X,160Y‧‧‧條紋圖案

170‧‧‧物鏡

172‧‧‧輸入端

174‧‧‧輸出端

176‧‧‧光瞳

176P‧‧‧光瞳平面

200‧‧‧成像光檢測器

210‧‧‧成像透鏡

250‧‧‧雷射二極體

256‧‧‧光

256D‧‧‧繞射光束

256D-0‧‧‧零階光

260‧‧‧準直透鏡

266‧‧‧相位光柵

267‧‧‧驅動器

270‧‧‧條紋移位器

271‧‧‧可摺疊反射鏡

274‧‧‧驅動單元

275‧‧‧控制單元

280‧‧‧成像透鏡

282‧‧‧零階光阻擋構件

300B‧‧‧亮點

300D‧‧‧暗點

350‧‧‧成像檢測器、數位相機

354‧‧‧濾片

356‧‧‧濾片更換器

400‧‧‧資料傳輸方法

A0‧‧‧主軸線

A1‧‧‧第一軸線

A2‧‧‧第二軸線

A3‧‧‧第三軸線

AS‧‧‧校正系統

BS1‧‧‧分光器

BS2‧‧‧第二分光器

BS3‧‧‧第三分光器

CO‧‧‧控制器

CU‧‧‧相機單元

CL‧‧‧第一補償透鏡

CL2‧‧‧第二補償透鏡

E‧‧‧曝光

IL‧‧‧照明器

IS‧‧‧成像系統

JP‧‧‧差階路徑

LD‧‧‧像素尺寸

LER‧‧‧線邊緣糙度

LP‧‧‧特徵尺寸

LS‧‧‧光源

LM‧‧‧尺寸

MSM‧‧‧大量儲存系統

NA‧‧‧數值孔徑

S0‧‧‧光源控制訊號

S1‧‧‧控制訊號

SC‧‧‧中心至中心距離

SDR‧‧‧基準偵測訊號

SF‧‧‧間隔

SS‧‧‧基板階台系統

SO‧‧‧重疊訊號

ST‧‧‧轉換器控制訊號

IPG‧‧‧干涉圖案產生器

λ 1‧‧‧波長、曝光輻射

λ 2‧‧‧波長

第1圖為本發明一廣義的直寫微影裝置之示意圖。

第2A圖為第1圖之直寫微影裝置一較詳細之示意圖。

第2B圖為干涉圖案產生器之一範例之局部放大圖，圖中顯示二雷射光源、二相位光柵與四相位偏移器，以及伴隨的四繞射光束。

第3圖為干涉圖像之一範例之局部放大圖，包括一暗點陣列。

第4圖為轉換器圖像之一範例之局部放大圖，包括在干涉圖像中與所選擇的暗點校準之一亮點陣列。

第5圖為用於第1圖的直寫微影裝置之成像系統之一範例示意圖。

第6圖為顯示干涉圖像之強度與轉換器圖像如何相結合以在光阻層上形成一超解析度像素之示意圖。

第7圖為達到足夠高的資料轉換率使直寫微影裝置具有一合理生產量的方法之一實施例之流程圖。

第8圖為圖像位置(微米)對強度(標準化)之曲線圖，顯示在X或Y方向上通過轉換器圖像之一像素中間之一截面。

第9圖為位置(微米)對強度(相對單位)之曲線圖，顯示部份干涉圖像(虛線)在第二波長λ 2=532nm(奈米)及部份轉換器圖像在第一波長λ 1=405nm，對角相鄰相素如何對整體強度分佈亦產生貢獻。

第10圖為部份圖像轉換器之示意圖，顯示每一其他像素可如何被關閉，以使最靠近的「開啟」像素間之中心至中心距離較各像素間距增加√2倍。

第11圖為與第10圖近似之示意圖，顯示活化(開啟)像素間之間距如何被增加至像素間距距離的2倍。

第12A及12B圖為與第11近似之示意圖，顯示圖形轉換器像素之範例。

第13圖為圖像位置(微米)對強度(標準化)之曲線圖，顯示各種形狀與尺寸的圖像轉換器像素之模擬強度曲線。

第14圖為最接近的相鄰圖像轉換器像素如何被相位位移之一範例示意圖。

第15圖為最小化因將圓形像素對接在一起所造成之幾何線邊緣粗糙度(扇形邊緣)之方法之示意圖。

第16圖為繪製第15圖的方法，輪廓(nm)對沿著邊緣的位置(nm)之曲線圖。

第17圖為部份重疊的像素圖像之一範例示意圖。

第18圖為一稀疏陣列之亮點之示意圖。

第19圖及第20圖為亮點的曝光順序之範例示意圖，其是使用稀疏陣列之亮點以形成一密集曝光圖案。

第21圖為部份干涉圖案產生器之放大側視圖，顯示一光遮斷元件遮斷第0級繞射光束。

第22圖為部份干涉圖案產生器在X方向上所看到的準直透鏡 之示意圖，顯示沿著第0級光束定位四繞射光束之範例。

盡可能的，在所有圖中，使用相同或相似的參考數字或符號來指向相同或相似的部份。圖式不一定按比例繪製，所屬技術領域通常知識者皆了解圖式已被簡化以說明本發明之主要概念。

在一些圖式中，提供笛卡爾坐標系做為參考，但不被用來限制本發明中所述之系統與裝置之具體方向與方位。

Claims (39)

1. 一種直寫微影裝置，用以在一基板上之光阻層印刷次解析度像素，包括：一可移動式階台系統，設置以可移動地支持該基板；一照明系統，其設置以提供能活化該光阻之一曝光波長的照明光；至少一影像轉換器，具有可配置轉換器像素之一陣列，其設置以接收及選擇性地調整該照明光；一物鏡，設置以接收來自該至少一影像轉換器之該調整照明光，並在該光阻層上形成具有複數排列亮點之一轉換器圖像；以及一干涉圖案產生器，相對該物鏡設置，且適用於產生能抑制該光阻活化之一抑制波長之複數光束，其中，該物鏡設置來接收該些光束，以在該光阻層上形成一干涉圖像，其具有一格柵圖案用來定義一暗點陣列，其中，該些亮點大於該些暗點，且該轉換器圖像於該干涉圖像形成後始形成或與該干涉圖像同時形成；其中，該可移動式階台系統與該干涉圖案產生器分別以同步方式相對該轉換器圖像移動該基板與該干涉圖像以曝光該光阻層，該些暗點穿過對應之該亮點的至少一部份，使得每一該暗點修整對應之該亮點的周圍且無拖影，以在該光阻層形成複數次解析度像素。
2. 如請求項1所述之直寫微影裝置，其中該干涉圖樣產生器包括複數條紋移位器，其配置來移動該干涉圖像之該格柵圖案，以相對該轉換器圖像之該些亮點移動該些暗點。
3. 如請求項2所述之直寫微影裝置，其中該些條紋移位器具有40千赫茲或更高之一伺服頻寬。
4. 如請求項1所述之直寫微影裝置，其中該些可配置轉換器像素係排列如一西洋棋棋盤上之白色方格。
5. 如請求項1所述之直寫微影裝置，其中該基板包括一校正標記，該直寫微影裝置更包括：一相機單元，設置來查看該基板，並透過該物鏡來擷取該干涉圖像及該轉換器圖像在該基板上所形成之一圖像；以及一校正系統，可操作地耦合至該相機單元及該可移動式階台系統，該校正系統設置以量測該疊加的轉換器圖像及干涉圖樣與該校正標記間之相對位置。
6. 如請求項1所述之直寫微影裝置，其中該曝光波長為405奈米，且該抑制波長為532奈米。
7. 如請求項6所述之直寫微影裝置，其中該基板具有一面積，該可移動式階台系統被設置以在曝光期間，定速來回掃描在該物鏡下之該基板，且在各曝光之間曝光該基板所有面積。
8. 如請求項1所述之直寫微影裝置，其中形成於該光阻層之該些次解析度像素具有一尺寸，其在5奈米至100奈米之範圍中。
9. 如請求項1所述之直寫微影裝置，其中該些轉換器像素係由複 數微反射鏡所定義，其具有一第一狀態及一第二狀態，在該第一狀態，該複數微反射鏡被來自一第一方向之該照明光所照射，且在該第二狀態，該複數微反射鏡被來自一第二方向之該抑制光所照射，其中該曝光光及該抑制光是經由該物鏡導向該光阻層。
10. 一種在一光阻層上實行直寫微影之方法，包含：(a)在該光阻層上形成二或三個干涉條紋圖案，該些干涉條紋圖案彼此相互對稱且具有一抑制波長，該些干涉條紋圖案作用於該光阻層上以抑制該光阻層之曝光，該些干涉條紋圖案形成一干涉圖像，該干涉圖像定義一第一暗點陣列；(b)在位於該光阻層上之一第一轉換器圖像上疊加該干涉圖像，且該第一轉換器圖像包含大於該些第一暗點的複數第一亮點，其中相鄰之該些第一亮點間的最小距離等於該些第一暗點之間的距離，作用於該光阻層上之該第一轉換器圖像具有一曝光波長以曝光該光阻層，且該第一轉換器圖像於該干涉圖像形成後始形成或與該干涉圖像同時形成；以及(c)相對於該第一轉換器圖像以同步之方式移動該干涉圖像與該基板，使得該些第一暗點穿過對應之該第一亮點的至少一部分，其中每一該第一暗點修整對應之該第一亮點的周圍且無拖影，以形成一第一組次解析度光阻像素。
11. 如請求項10所述之方法，更包含：形成複數第二亮點之一第二陣列；以及 對該複數第二亮點重複步驟(a)與步驟(b)，以形成一第二組次解析度光阻像素。
12. 一種在一基板所支持之一光阻層上實行直寫微影之方法，包含：在該光阻層上形成二或三個干涉條紋圖像，該些干涉條紋圖像以垂直於該光阻層之一軸線相互對稱，且具有一抑制波長，該些干涉條紋圖像作用於該光阻層上，以抑制該光阻層之曝光，其中，該些干涉條紋圖像形成一干涉圖像，該干涉圖像定義一暗點陣列；在一轉換器之一轉換器圖像上疊加該干涉圖像，該轉換器具有一選擇方向之一轉換器像素陣列，該轉換器像素陣列匹配於該暗點陣列，該轉換器圖像具有該曝光波長且包含一亮點陣列，該亮點陣列是該轉換器像素陣列中被活化的該些轉換器像素之圖像，其中該轉換器圖像於該干涉圖像形成後形成或與該干涉圖像同時形成，且該些亮點大於該些暗點；以及在每一閃光曝光期間，當閃光曝光該轉換器圖像以掃描該些暗點遍及該些亮點時，以同步方式移動該干涉圖像與該基板，其中每一該亮點被對應之該暗點修整以形成具有一尺寸小於當該些暗點不存在時之一次解析度光阻像素。
13. 如請求項12所述之方法，其中該干涉圖像具有一圖案，形成該圖案之方法包含：產生二或三對之光束，每一對中之該些光束能夠彼此干 涉，不同對中之該些光束不能夠彼此干涉；將每一對光束中之至少一光束通過相對應的條紋移位器，以使每一對該些光束中之光束間產生一相對相位位移，且包含調整該至少一條紋移位器之相位，以致使該干涉圖像之移動；以及以一物鏡校正該二或三對之相位位移光束，並將校正後之該相位位移光束導向該基板。
14. 如請求項12所述之方法，更包含形成複數列與行之次解析度像素，其具有與該轉換器像素陣列之該選擇方向相同之一方向。
15. 如請求項14所述之方法，其中該干涉圖像於該基板上定義具有一位置之一圖案，且更包括利用該條紋移位器改變該圖案之位置。
16. 如請求項12所述之方法，包含調整每一該二或三個干涉條紋圖案之該條紋間之一空間。
17. 如請求項12所述之方法，包含相對該轉換器圖像調整該二或三個干涉條紋圖案之一角方位。
18. 如請求項12所述之方法，更包含於不同曝光之間對準該基板與該些暗點。
19. 如請求項12所述之方法，包含定義由該些次解析度像素所組成之一圖案之一邊緣，其中該邊緣係定義為單一次解析度像素之該尺寸之一解析度。
20. 如請求項12所述之方法，其中該光阻具有一閥值曝光量，且每一亮點具有一曝光量，該曝光量介於該閥值曝光量的1.333倍與1.82倍之間。
21. 如請求項10所述之方法，更包含利用一影像轉換器產生該第一轉換器圖像，其中該影像轉換器具有活化轉換器像素與非活化轉換器像素，且活化轉換器像素係排列如一西洋棋棋盤上之白色方格。
22. 如請求項10所述之方法，其中該干涉圖像係由一干涉圖案產生器所形成，其中該干涉圖案產生器包含複數條紋移位器，且移動該干涉圖像之該步驟包含調整該複數條紋移位器。
23. 一種在一基板所支持之一光阻層上實行直寫微影以形成複數次解析度光阻像素之方法，包含：至少二干涉條紋圖像以一抑制波長透過一物鏡成像形成於該光阻層，該至少二干涉條紋圖像作用於該光阻層以抑制該光阻層之曝光，該至少二干涉條紋圖像定義一干涉圖像，該干涉圖像具有一暗點陣列；在一轉換器之低放大的一轉換器圖像上疊加該干涉圖像，該轉換器具有一轉換器像素陣列，該轉換器圖像具有該曝光波長且包含一亮點陣列，該些亮點大於該干涉圖像中之該些暗點，其中該轉換器圖像於該干涉圖像形成後始形成或與該干涉圖像同時形成；以及當閃光該轉換器圖像以相對於該些亮點掃描該些暗點 時，以同步之方式移動該干涉圖像與該基板，以於光阻層形成無拖影之複數次解析度光阻像素。
24. 如請求項23所述的方法，更包含：透過該物鏡擷取該疊加的干涉圖像與該轉換器圖像之一圖像；及利用該擷取的圖像來量測該干涉圖像與該轉換器圖像之間的偏移量。
25. 如請求項23所述的方法，更包含利用量測取得的該偏移量來移動該干涉圖像。
26. 如請求項23所述的方法，其中該干涉圖像係由一干涉圖案產生器所形成，其中該干涉圖案產生器包含複數條紋移位器，且移動該干涉圖像之該步驟包含調整該複數條紋移位器。
27. 如請求項23所述的方法，更包含於掃描之間對準該基板與該些暗點。
28. 如請求項23所述的方法，更包含調整每一該二或三個干涉條紋圖案之該條紋間之一空間。
29. 一種在一基板所支持之光阻層實行直寫微影的直寫微影裝置，該直寫微影裝置包含：一種用以形成二或三個干涉條紋圖像之手段，該些干涉條紋圖像以垂直於該光阻層之一軸線相互對稱，且具有一抑制波長，該些干涉條紋圖像作用於該光阻層上，以抑制該光阻層之曝光，其中，該些干涉條紋圖像形成一干涉圖像，該干涉圖像 定義一暗點陣列；一種用以在一轉換器之一轉換器圖像上疊加該干涉圖像之手段，該轉換器具有一選擇方向之一轉換器像素陣列，該轉換器像素陣列匹配於該暗點陣列，該轉換器圖像具有該曝光波長且包含一亮點陣列，該亮點陣列是該轉換器像素陣列中被激活的該些轉換器像素之圖像，其中該轉換器圖像於該干涉圖像形成後形成或與該干涉圖像同時形成，且該些亮點大於該些暗點；及一種用以在每一閃光曝光期間，當閃光曝光該轉換器圖像以掃描該些暗點遍及該些亮點時，以同步方式移動該干涉圖像與該基板之手段，其中每一該亮點被對應之該暗點修整以形成具有一尺寸小於當該些暗點不存在時之一次解析度光阻像素。
30. 一種在一基板所支持之光阻層實行直寫微影以形成複數次解析度光阻像素的直寫微影裝置，該直寫微影裝置包含：一可移動式階台系統，可移動地支持該基板；一物鏡，相鄰於該基板設置；一照明系統，設置以產生照明光的閃光；一干涉圖案產生器，相對該物鏡設置而相對於該基板，且該干涉圖案產生器與該物鏡共同產生可移動的至少二干涉條紋圖像於該光阻層，該至少二干涉條紋圖像具有一抑制波長，該至少二干涉條紋圖像作用於該光阻層上，以抑制該光阻層之曝光，該至少二干涉條紋圖像定義具有一暗點陣列的可移動之 一干涉圖像；及一影像轉換器，具有可配置轉換器像素之一陣列，其設置以接收及選擇性地調整從該照明系統入射於其上之該照明光，且與該物鏡共同形成一轉換器圖像於該光阻層，該轉換器圖像具有該曝光波長且包含比該干涉圖像中之該些暗點大的一亮點陣列，其中該轉換器圖像於該干涉圖像形成後始形成或與該干涉圖像同時形成；其中，當該照明系統以該照明光的閃光照射該影像轉換器時，該可移動式階台系統與該干涉圖案產生器分別致使該基板與該干涉圖像以同步之方式移動，使得該些暗點之掃描相對於該些亮點以曝光該光阻層來形成無拖影之複數次解析度光阻像素於該光阻層。
31. 如請求項30所述的直寫微影裝置，其中該干涉圖樣產生器包括複數條紋移位器，其配置來移動該干涉圖像中之可移動之該至少二干涉條紋圖像，以相對該些亮點移動該些暗點。
32. 如請求項31所述的直寫微影裝置，其中該些條紋移位器具有40千赫茲或更高之一伺服頻寬。
33. 如請求項30所述的直寫微影裝置，其中該基板包括一校正標記，該直寫微影裝置更包括：一相機單元，設置來查看該基板，並透過該物鏡來擷取該干涉圖像及該轉換器圖像在該基板上所形成之一圖像；以及一校正系統，可操作地耦合至該相機單元及該可移動式階 台系統，該校正系統設置以量測該疊加的轉換器圖像及干涉圖樣與該校正標記間之相對位置。
34. 如請求項30所述的直寫微影裝置，其中該曝光波長為405奈米，且該抑制波長為532奈米。
35. 如請求項30所述之直寫微影裝置，其中該基板具有一面積，該可移動式階台系統被設置以在曝光期間，定速來回掃描在該物鏡下之該基板，且在各曝光之間曝光該基板所有面積。
36. 如請求項30所述之直寫微影裝置，其中該些次解析度光阻像素具有一尺寸，其在5奈米至100奈米之範圍中。
37. 如請求項30所述之直寫微影裝置，其中該些轉換器像素係由複數微反射鏡所定義，該複數微反射鏡具有一第一狀態及一第二狀態，在該第一狀態，該複數微反射鏡被來自一第一方向之該照明光所照射，且在該第二狀態，該複數微反射鏡被來自一第二方向之該抑制光所照射，其中該曝光光及該抑制光是經由該物鏡導向該光阻層。
38. 如請求項30所述之直寫微影裝置，其中該物鏡形成一低放大轉換器圖像。
39. 如請求項30所述之直寫微影裝置，其中該光阻層具有一閥值曝光量，且每一該亮點具有一曝光量，該曝光量介於該閥值曝光量的1.333倍與1.82倍之間。