TWI534554B - 感光面上圖像曝光方法及感光面上圖像掃瞄系統 - Google Patents

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Description

感光面上圖像曝光方法及感光面上圖像掃瞄系統 【相關申請案】
本申請案係相關於2009年5月12日提出申請且標題為「光學成像系統(Optical Imaging System)」之以色列專利申請案第198719號，該以色列專利申請案係在作出本發明時被讓與共同受讓人且由共同發明人發明。
本發明係關於無遮罩微影術(maskless lithography)，更具體而言(但非專指地)，係關於無遮罩微影術中之空間解析度(resolution)控制。
在一熟知類別之無遮罩微影系統中，使用例如一數位微鏡裝置(Digital Micro-Mirror Device；DMD)或光柵光閥(Grating Light Valve；GLV)或液晶(liquid crystal；LC)光閥等空間光調變器(spatial light modulator；SLM)來空間調變一光束，以形成一供印刷之影像或圖像(pattern)。DMD係為一種SLM，其中調變元件為幾十萬個微觀反射鏡(microscopic mirror)，該等微觀反射鏡排列成包含複數列及複數行之一矩形陣列。本文所述用的，矩形陣列中的列及行被定義成使列相較於行包含更多之調變元件。陣列中之各該反射鏡可分別轉動至一ON狀態或一OFF狀態。在ON狀態時，來自光源之光被反射至光學系統中，該光學系統將光導向一寫入表面(writing surface)；而且在OFF狀態時，將光引導遠離寫入表面，例如進入一光阱(light trap)或熱沈(heat sink)中。
儘管在無遮罩微影系統中使用DMD，然而DMD主要旨在用於數位光處理投影機及背投影電視機(rear projection television)。因此，將矩形陣列的長寬比(aspect ratio)構造成用於標準畫面格式，例如電視機及投影機螢幕。當將DMD用於無遮罩微影術時，需要進行掃描以提供成像於一區域上，該區域通常顯著地大於自一單個DMD或甚至自若干個DMD所獲得之一曝光區域。
一般來說，掃描最常被執行於平行行之方向。因DMD包含複數列，故掃描區域在每一掃描遍(pass)中被覆寫(overwrite)很多次(對應於該DMD中列之數目)。已提出不同系統及方法來利用該DMD上可用之該等列，例如改良解析度、避免畫素化(pixelation)或其他混疊效應(例如對角圖像中之鋸齒邊緣)、及/或控制曝光強度。
標題為「用於記錄一平面基板上之資料圖像之雷射系統(Laser system for recording data patterns on a planar substrate)」之美國專利第5,208,818號(其內容以引用方式併入本文中)描述一種光掩膜產生器(phototool generator)，該光掩膜產生器使用一脈衝準分子雷射(pulsed excimer laser)將一DMD成像至一基板上。準分子雷射通常具有一高斯(Gaussian)或梯形光束輪廓，其於該基板上形成非均勻曝光。藉由利用一重疊方法來改良利用準分子雷射所獲得之曝光之均勻性，在該重疊方法中，對每一點進行曝光四次且各曝光之間具有一微小之二維位移，使所產生之曝光總和係為均勻的。藉由一步進重複製程(step and repeat process)而執行重疊或覆寫，其中在每次掃描結束時皆使精密平台位移。此步進重複製程之其中之一不可取特徵在於，該製程需要進行多次沿橫向位移掃描。
標題為「無遮罩曝光系統(Maskless Exposure System)」之美國專利第6,425,669號(其內容以引用方式併入本文中)描述一種用於寫入自一畫素面板所產生之一圖像之光微影系統(photolithography system)及方法。畫素面板通常包含複數個DMD或視需要包含一液晶顯示器(liquid crystal display；LCD)。在某些實施例中，來自畫素面板之畫素元素(pixel element)被交替地導引至一第一部位與一第二部位，該第二部位局部地重疊該第一部位。影像層次之重疊能夠補償因影像間之間隙或畫素面板中之不合格畫素而產生之誤差。另外，畫素層次之重疊係用於達成對角投影或非線性結構。在一個實施例中，係由一平行棱鏡(parallel prism)提供重疊，該平行棱鏡定位於畫素面板與晶圓間之光路徑中，用於使影像偏移。一馬達交替地將該棱鏡定位於該光路徑內與該光路徑外，以於第一部位與第二部位之間交替。通常，此一系統特別適用於步進重複式曝光系統。
標題為「用於利用一數位光刻系統形成平滑對角組件之系統及方法(System and method for making smooth diagonal components with a digital photolithography system)」之美國專利第6,537,738號(其內容以引用方式併入本文中)描述一種用於形成平滑對角組件(例如線及邊緣)之數位光微影系統。一DMD提供一第一數位圖像，以用於曝光至複數個晶圓部位上。在曝光之後，將晶圓移置一距離，該距離小於該晶圓之部位長度。然後，該DMD接收一第二數位圖像，以將第二複數個畫素元素曝光至標的物之該等部位上。所曝光之第二複數個畫素元素重疊所曝光之第一複數個畫素元素。該重疊使得在利用一步進重複製程進行曝光之影像中作出增量變化，藉此達成平滑邊緣對角組件之形成。在某些實施例中，畫素面板相對於標的物及掃描方向而傾斜。當系統掃描時，連續之畫素元素於y方向上被略微偏離地曝光。通常，實質之傾斜角對此一系統僅用以達成適度密集之定址，以減輕寫入資料處理之負擔。此繼而導致(mandate)在各掃描遍之間形成實質之掃描帶(swath)重疊。利用傾斜角進行掃描之另一已知缺點在於，傾斜通常會造成所掃描畫素之非笛卡爾定址(non-Cartesian addressing)。
標題為「圖像寫入裝置及圖像寫入方法(Pattern Writing Apparatus and Pattern Writing Method)」之美國專利第6,903,798號(其內容以引用方式併入本文中)描述一種用於利用一DMD寫入一圖像於一感光材料上之圖像寫入裝置。該DMD相對於主掃描方向而傾斜。在排列於主掃描方向上之此種二相鄰輻照區域之間沿掃描方向之一中心距(center to center distance)等於基板上各寫入單元沿掃描方向之間距(pitch)之a倍(a係為一等於或大於2之整數)。此種幾何結構決定一笛卡爾定址空間之定址間距。愈小之DMD轉動角度與愈精細之定址空間相關。
通常，對於小之DMD轉動量及對應地較精細之定址間距，定址均勻性變得易受光學失真及機械失真影響。此外，愈小之DMD轉動量及對應地愈精細之定址間距在實際中會使n值愈大。使n值變大的確可使寫入速度升高，但亦可因在有效訊框時間中之連續運動而造成「模糊(smear)」(或混淆)。以曝光能量利用量為代價，藉由在下一訊框重設之前將光源關閉，則可略微補償此種混淆效應。作為另外一種選擇，藉由僅使用DMD之一部分進行寫入(例如僅使用DMD之可用的768列中之192列，其餘部分則永久保持在OFF位置)，可在減少曝光次數之同時達成更高之寫入速度。當然，此亦可使曝光能量效率降低。
標題為「多次曝光繪圖方法及其裝置(Multi-Exposure Drawing Method and Apparatus Therefore)」之美國專利第7,136,087號(其內容以引用方式併入本文中)描述一種包含一DMD之曝光單元，該DMD在一繪圖方向上以一恆定速度移動，該繪圖方向相對於DMD之元件形成一微小之角度。當DMD在繪圖方向上移動一為「A+a」之距離時，便提供一曝光，其中「A」係為對應於由DMD之一個元件所曝光之一距離之一整數倍，且「a」係為由DMD之一個元件所曝光之一距離之一分數。可調整繪圖方向之傾斜角以及曝光率，以獲得一所期望之解析度。小之DMD轉動量通常需要長之重設間隔(reset interval)，該長之重設間隔會導致實質之運動模糊。通常藉由在任二有效訊框之間將整個DMD變成一OFF狀態來最小化此種效應。儘管以此種方式能減輕運動模糊，然而同樣會降低曝光能量效率。
標題為「連續直接寫入式光學微影術(Continuous Direct-Write Optical Lithography)」之美國專利第7,295,362號(其內容以引用方式併入本文中)描述一種微影方法，該微影方法包含以下步驟：以一由可單獨切換之元件形成之區域陣列照射一空間光調變器；以及投射該空間光調變器之一影像於一基板之一感光面上，同時在該基板之表面上移動該影像。在該影像移動之同時，將該空間光調變器之元件切換成使感光面上之一畫素自該空間光調變器之多個元件連續地接收能量劑量，進而於該表面上形成一潛像(latent image)。使該影像模糊，以達成子畫素解析度特徵邊緣之放置。在掃描期間沿交叉掃描方向於基板表面上所曝光之畫素數目對應於沿空間光調變器之一列之可用元件數目。
標題為「用於多光束曝光之方法及裝置(Method and Apparatus for Multi-Beam Exposure)」之美國專利申請公開案第20060060798號(其內容以引用方式併入本文中)係屬於平版印刷(planographic printing)領域，其描述一種多光束曝光方法及一種如下裝置，該裝置用於當藉由增大可同時於一正交於掃描方向之方向上進行曝光之點數目(光束點數目)而利用一DMD執行曝光過程時，利用一FM螢幕以銳利之點邊緣(dot edge)來記錄一穩定半色調表現(halftone expression)。該裝置包含一畫素區塊位移構件，以在掃描方向上將一DMD所發射之複數個曝光光束點劃分成複數個區塊，且在一正交於掃描方向之方向上使每一畫素區塊相對於另一畫素區塊位移以在所曝光之光束點與另一區塊之曝光光束點之間沿一方向來掃描曝光一空間。通常，區塊位移構件於光學路徑上排列於一微鏡陣列(micro-lens array)之後且靠近該微鏡陣列，以將點聚焦至記錄媒體上。微鏡陣列提供非重疊之曝光光束點。視需要，使用一孔陣列遮罩(aperture array mask)代替微鏡陣列來產生由多個單獨之點形成之陣列。視需要，使用一偏光元件進一步將該等單獨之光束點分裂成局部重疊之點對，以獲得一近似矩形之形狀。
本發明某些實施例之一態樣提供一種系統及方法，用於改良及/或調整使用一DMD或其他SLM進行掃描之無光罩微影系統之印刷品質特性、同時減少或消除與習知傾斜及步進重複方法(tilt and step-and-repeat method)相關之某些或全部問題。根據本發明之某些實施例，藉由於一交叉掃描方向上使一空間調變光束(spatially modulated light beam)發生光學變形來控制一掃描圖像之交叉掃描解析度(resolution)。根據本發明之某些實施例，藉由控制連續曝光區域於掃描方向上之重疊數量來同時控制該掃描方向上之解析度。
如本文所述，掃描方向係指目標物體在單一掃描遍或單一掃描帶中前進之方向，而交叉掃描方向係指一實質垂直於該掃描方向之方向。在多遍掃描(multi-pass scanning)之情形中，通常於交叉掃描方向上進行各遍間之步進。
本發明某些實施例之一態樣提供一種曝光一感光面上之一圖像(pattern)之方法，該方法包含下列步驟：形成一空間調變光束於一表面上，該空間調變光束包含由複數列及複數行中的複數個影像資料所形成之一矩形矩陣圖像，其中該空間調變光束係可操作以對該表面之複數個連續的子曝光區域進行曝光，各子曝光區域與該等影像資料其中之一資料相關；使該空間調變光束之該等列與該等行其中之一對準一掃瞄方向，並使該空間調變光束之該等列與該等行其中之另一者對準一交叉掃瞄方向，以曝光該表面；於該交叉掃瞄方向上使該調變光束之至少一部分相對於該調變光束之一第二部分切變(shear)一數量，該數量小於任二該子曝光區域於該交叉掃瞄方向上的一中心距(center to center distance)；以該切變後之空間調變光束，於該掃瞄方向上曝光該表面；以及於該交叉掃瞄方向上重疊已曝光之該等子曝光區域，以作為一掃瞄結果。
視需要，該等連續的子曝光區域形成一連續曝光區域，且該等連續的子曝光區域間不存在間隙。
視需要，該切變係用於2個至6個由該等影像資料之連續列形成之區塊。
視需要，該切變步驟被界定為連續子曝光區域之間該中心距之1/n，其中n係為該等區塊之一數目。
視需要，該切變步驟界定該交叉掃瞄方向上之一解析度。
視需要，該表面係藉由一笛卡爾定址(Cartesian addressing)進行曝光。
視需要，該空間調變光束係自一單個數位微鏡裝置(Digital Micro-Mirror Device；DMD)形成。
視需要，一掃描間隔被定義為由該調變光束之一子曝光區域所曝光之一面積之一非整數倍。
視需要，一曝光間隔被界定以匹配該交叉掃瞄方向上所提供之一解析度。
視需要，該曝光步驟包括寫入(writing)。
本發明某些實施例之一態樣提供一種掃瞄一表面上之一圖像之系統，該系統包含：一掃瞄器(scanner)，用以沿一掃瞄方向掃瞄該表面；一空間光調變器，用以提供一空間調變光束，該空間調變光束包含排列成由複數列及複數行所形成之一矩陣圖像之複數個影像資料，各該影像資料用以曝光該表面上之一子曝光區域，其中該等行係依該掃瞄方向而排列，而該等列係依一交叉掃瞄方向而排列；一光學切變元件，用以於該交叉掃瞄方向上使該等影像資料之該矩陣圖像之至少一第一部分相對於至少一第二部分位移一數量以形成一切變矩陣圖像，該數量係小於任二該連續的子曝光區域間之一中心距；以及一成像系統，用以曝光該表面上之該切變矩陣圖像，以作為實質上鄰接的該等子曝光區域之圖案，使來自該矩陣圖像之該第一部分與該第二部分其中之一之該等子曝光區域於掃瞄時重疊於該第一部分或該第二部分其中之另一者之子曝光區域。
視需要，該光學切變元件係用於2個至6個由該等影像資料之連續列形成之區塊。
視需要，各區塊包含192個至270個連續列。
視需要，該光學切變元件包含複數個相對於彼此傾斜之透明區段，其中該等透明區段之一數目對應於一預定數目之區塊，其中各該透明區段用以位移該等影像資料之該預定數目之區塊其中之一。
視需要，每一透明區段皆傾斜以提供一位移量，該位移量對應於複數個連續的定址點間之一距離之1/n，其中n係為該等影像資料之區塊之一數目。
視需要，該光學切變元件係為一翹曲面(warped surface)，該翹曲面用以提供一列方向上之一線性切變。
視需要，該光學切變元件係設置於鄰近一目標物體。
視需要，該空間光調變器係為一DMD。
視需要，該系統包含一控制器，用以對應該掃瞄方向上之一所需解析度而設定一掃瞄間隔。
視需要，該掃瞄間隔被界定以匹配該交叉掃瞄方向上所提供之一解析度。
視需要，該掃瞄器係藉由一笛卡爾定址進行掃瞄。
除另有規定外，本文所用之所有技術術語及/或科學術語皆具有本發明所屬領域之通常知識者所通常理解之相同含義。儘管與本文所述者相似或等價之方法及材料亦可用於實踐或測試本發明之實施例，然而下文將闡述實例性方法及/或材料。倘若存在衝突，應以本專利說明書(包括定義)為準。另外，該等材料、方法及實例僅供用於舉例說明，而非用以限制本發明。
本發明係關於無遮罩微影術(maskless lithography)，更具體而言(但非專指地)，係關於無遮罩微影術中之空間解析度(resolution)控制。
本發明某些實施例之一態樣係藉由以在一交叉掃描方向上經光學切變之數位微鏡裝置(Digital Micro-Mirror Device；DMD)影像掃描一曝光目標表面來增大該目標表面之定址密度。根據本發明之某些實施例，切變方向係對準DMD之列方向，且掃描方向係對準DMD之行方向。在其他實施例中，可反相該等方向。根據本發明之某些實施例，DMD影像之位址密度增大會引起曝光區域之重疊。根據本發明之某些實施例，在掃描期間保持一正交定址空間之同時，增大定址之密度。在定址中增大密度會提供平滑且精確之圖像。多次重疊曝光能改良對角邊緣。可保持於每一定址點處具有一相同次數之曝光，以確保圖像邊緣品質。
在某些實例性實施例中，將切變(shear)施加於影像之離散部分之間，例如DMD上由影像資料之連續列形成之所界定區塊之間。在某些實例性實施例中，切變(二相鄰部分間之空間位移)對應於自DMD之一單個元件所曝光的一區域之一尺寸之一分數，例如一曝光面積(點尺寸)之一分數及/或二相鄰定址點間之一距離之一分數。根據本發明之某些實施例，所位移之部分係為一DMD上由連續列形成之所界定區塊。通常，每一區塊中所包含之連續列之數目界定為每一定址點所提供之覆寫(overwriting)之數量。另外，所位移之部分或區塊之數目界定交叉掃描方向上之定址密度。視需要，將交叉掃描方向上之定址密度增大至每曝光區域2至5個定址點。本發明人已發現，藉由將交叉掃描方向上之定址密度增大至每個曝光區域2至5個定址點，會在不顯著增加系統電子設備之寫入資料處理負擔之情況下減輕畫素化及/或混淆效應。
根據本發明之某些實施例，掃描方向上曝光區域間之重疊被界定為匹配交叉掃描方向上之重疊。通常，藉由控制(例如減小)連續訊框間之重設間隔(reset interval)來增大掃描方向上曝光區域間之重疊。根據本發明之某些實施例，可獨立地控制掃描方向及交叉掃描方向上之重疊，以獲得一所期望之定址密度及/或曝光區域間之重疊。
根據本發明之某些實施例，切變會使在交叉掃描方向上來自DMD影像之影像資料之各列間之對準改變一距離，該距離等於DMD元件尺寸之一分數。通常，使每一部分相對於一相鄰部分位移一相同數量，且位移量對應於交叉掃描方向上一DMD元件尺寸之1/n，其中n係為一整數。通常，n對應於定址解析度相對於基本DMD解析度之增加量。空間調變光束之各部分間之子元件位移使定址點之數目增大n，藉此增大交叉掃描方向上之解析度。各部分間之子元件位移亦會減小每一定址點之覆寫之數量。通常，隨著定址點數目之增大，每一定址點之覆寫之數量會減小。
應注意，儘管所併入之屬於平版印刷領域之美國專利申請公開案第20060060798號描述一種可能類似於本發明方法之離散光學切變方法，然而該第20060060798號公開案中所稱之最終光學切變結果係在保持銳利點邊緣之同時趨於增大可於交叉掃描方向上進行曝光之點數目。在該第20060060798號公開案中，於掃描方向或交叉掃描方向上之點曝光模糊受到限制。相反，在本發明中，光學切變提供多次重疊曝光，以獲得針對一寫入系統之平滑且精確之圖像。
本發明人已發現，根據本文所述之系統及方法來增強解析度能提高能量效率並提供高品質之可控輸出。高品質輸出(例如就印刷對角圖像及邊緣而言)已在上文予以論述。本發明人亦發現，藉由使曝光影像切變，亦能改良資料處理之可操縱性(manageability)及提高掃描速度。通常，連續DMD訊框之間所需之重設間隔與來自DMD之連續列之覆寫數量直接相關。
在某些實例性實施例中，對空間調變光束進行切變會減小相鄰掃描間之重疊之數量，同時亦無需在連續DMD訊框間使用空白週期(blanking period)。消除空白週期會增大各次曝光相對於實質連續曝光之負載因數(duty factor)，進而提高能量效率。在某些實例性實施例中，以最小的、低的及/或降低的運動模糊來達成空白週期之消除。關於重疊，減少來自相鄰掃描之重疊通常會減輕資料處理之負擔。視需要，藉由界定DMD影像中相對於其他部分被光學切變之各部分之一尺寸來直接控制相鄰掃描間之重疊數量。
另外，因根據本發明之某些實施例，掃描係平行於行方向執行，故相較於在掃描期間對空間調變資料施加一傾斜(tilt)之系統及方法，相鄰DMD單元或掃描帶(掃描遍)之間於交叉掃描方向上通常所需之重疊減少。藉由減少所需重疊之數量，可減少所需掃描帶之數目(無需增大DMD單元之數目)，進而提高掃描之掃描速度。
現在參照第1A圖及第1B圖，其顯示根據本發明某些實施例自一實例性4列式SLM投射的影像資料於切變之前及之後之代表性排列之簡化示意圖。在第1A圖及第1B圖中，為簡明起見，顯示僅包含4個列及7個行之一曝光圖像。根據本發明之某些實施例，來自一空間調變光束的排列成一曝光圖像100之影像資料被光學改變成經切變之曝光圖像110。通常，影像資料係由複數個連續子曝光區域120構成，連續子曝光區域120間之間隙幾乎不存在及/或實質不存在。通常，每一子曝光區域120皆與一定址點150相關，定址點150居中於每一子曝光區域120上。根據本發明之某些實施例，藉由使曝光圖像100之連續部分(例如如第1B圖所示所有列101、102、103及104(或如下文所述由連續列形成之所有區塊))於一列(交叉掃描)方向135上發生光學位移來獲得切變曝光圖像110。為便於說明，於附圖中顯示一簡化之4列式SLM，其具有單列區塊之切變量。
根據本發明之某些實施例，各列間之位移量等於列方向135上子曝光區域120之尺寸之一分數，例如該列方向上二連續定址點150間之一距離d之一分數。通常，於各該列之間施加一相同之位移量，且該位移量等於由1除以所位移區塊之數目而得到的子曝光區域120之一分數，使子曝光區域120′與定址點150’於該列方向上對稱地位移及/或均一或均勻地分佈、且使該交叉掃描方向上之解析度均勻。
例如，在第1B圖中，將切變曝光圖像110劃分成4部分(n=4)(例如列101、102、103及104)，且使各該部分於列方向135上相對於彼此位移達列方向135上子曝光區域120′尺寸之1/n(1/n=1/4)，例如d/4。響應於該位移，所有定址點150’皆均勻分佈於該列方向上，其於該列方向上所具有之一解析度係四倍於定址點150(第1A圖)之解析度。在其他實例性實施例中，將切變曝光圖像110劃分成二部分，例如列101及102係為一第一部分且列103及104係為一第二部分，且各該部分間之位移量係為d/2。
對於一包含多於四列之空間光調變器矩陣，可使用其他劃分方式及位移大小。例如，可將一包含768列之DMD陣列劃分成4個由192列形成之連續區塊，各該區塊漸進地位移一元件尺寸之1/4。作為另外一種選擇，可將該實例中DMD陣列之768列中之765列劃分成5個由連續列形成之區塊，各該區塊係由153列組成，各該區塊漸進地位移1/5元件尺寸。可使某些列消隱，以使每一區塊中有效列之數目相等。根據本發明之某些實施例，根據在影像資料之所界定部分間所施加之位移數量來直接控制列方向135上之空間解析度。舉例而言，減小位移大小及/或增大所位移部分之數目能提高列方向135上之空間解析度。作為另外一種選擇，增大位移大小及/或減小所位移部分之數目會降低空間解析度。
現在參照第2A圖及第2B圖，其顯示根據本發明某些實施例自一實例性20列式SLM投射的影像資料於切變之前及之後之代表性排列之簡化示意圖。根據本發明之某些實施例，來自一空間調變光束的排列成一曝光圖像200之影像資料被光學改變成一切變曝光圖像210，該切變曝光圖像210包含由複數列形成之區塊，例如於列方向135上漸進地位移之區塊201、202、203及204。通常，每一區塊皆包含複數列，例如相對於彼此對齊(未位移)之列101、102、103、104及105。
根據本發明之某些實施例，各區塊間之位移量等於子曝光區域120之尺寸之一分數及/或連續定址點150間之一距離d之一分數。通常，於每一對連續區塊(例如區塊201與區塊202、區塊202與區塊203、區塊203與區塊204)之間施加一相同之位移量。舉例而言，在被劃分成4個由複數列形成之區塊之切變曝光圖像210中，每一對連續區塊間之位移量皆為d/4。作為該實例性位移之一結果，來自不同區塊之定址點150’平均地分佈於該列方向上，其於該列方向上所具有之一解析度係四倍於曝光圖像200所提供之解析度。在其他實例性實施例中，將曝光圖像200劃分成二部分，且各該部分間之位移量係為列方向135上子曝光區域120之尺寸之1/2，例如d/2。
現在參照第3圖，其顯示根據本發明某些實施例之一種用於以經切變之曝光圖像掃描一表面之實例性方法之簡化流程圖。通常，將欲被印刷之一圖像之曝光資料提供至一DMD以形成影像，例如用於曝光之曝光圖像100或200(方塊230)。通常，在掃描一目標物體之同時，響應於一重設脈衝被提供至DMD，以所界定之曝光間隔提供影像。
根據本發明之某些實施例，將DMD所提供之影像以在交叉掃描方向上所界定之經切變曝光圖像(例如切變曝光圖像110或210)投射至一目標物體上(方塊235)。一般而言，提供一切變模組以將DMD影像切變成經切變影像。通常，對DMD所提供之影像(例如影像資料)加以組態以進行切變。根據本發明之某些實施例，在每一重設間隔之間，更新DMD影像(方塊245)，且使曝光區域於掃描方向上前進一預定距離(方塊250)。在某些實例性實施例中，每當曝光區域於交叉掃描方向上前進一數量d/n(其等於影像之切變部分間之一位移量)，皆提供一後續曝光以產生一曝光定址網格，該曝光定址網格沿掃描方向與交叉掃描方向具有一相同之解析度(相鄰定址點間之距離)。亦可採用其他用於產生同等掃描及交叉掃描定址解析度之重設間隔。舉例而言，在第2B圖所示之4區塊情形中，等於3d/4或等於d/4之某一其他奇數倍之一重設間隔於掃描方向與交叉掃描方向上產生相等之定址解析度。視需要，藉由每當曝光區域前進d*(M+1/n)(其中M係為0或某一整數)便進行一後續曝光，於掃描方向與交叉掃描方向上提供一相同解析度。若在某些應用中需要，本發明之其他實施例可採用不同之重設間隔，例如產生不相等之掃描與交叉掃描解析度。通常，繼續該過程，直至完成目標物體之一掃描為止(方塊240)。若需要進行其他掃描(掃描帶)以掃描未曝光區域(方塊255)，則更新DMD影像(方塊260)，使曝光區域於交叉掃描方向上位移至一未曝光區域(方塊265)，且啟動另一掃描(該次掃描通常係於相反方向上進行)。通常，於各掃描之間提供某一掃描段重疊。掃描帶重疊可用於補償對準容差。通常，一單個SLM影像之總體覆蓋面積(footprint)係處於10毫米至60毫米範圍內，且掃描段重疊之數量通常係處於0.1毫米至1毫米範圍內，此取決於所用SLM之列元件之數目以及印刷解析度。作為另外一種選擇，在本發明之其他實施例中，使用多個SLM裝置或經光學分隔之SLM裝置來跨越基板之整個寬度，如2010年4月22日提出申請之國際專利申請案第PCT/IL2010/000320號中所述，該國際專利申請案之內容以引用方式併入本文中。在此等實施例中，無需進行交叉掃描方向之運動便可在一單一掃描中掃描基板。
現在參見第4A圖及第4B圖，其顯示簡化示意圖，用於將一習知矩形曝光圖像與根據本發明某些實施例自三次連續曝光獲得之一切變曝光圖像相比較。在第4A圖及第4B圖中，為簡明起見，顯示一僅包含4列及7行之曝光圖像。根據本發明之某些實施例，各次曝光間之重設間隔被定義成如上文參照第3圖所述在掃描方向145上在各曝光區域之間提供重疊。
在第4A圖及第4B圖中，將來自各該曝光之定址點繪示成具有不同之形狀，以便可區分該等定址點。點狀之定址點150及150'分別對應於第一曝光影像211及221。三角形之定址點151及151'分別對應於第二曝光影像212及222。星形之定址點152及152'則分別對應於第三曝光影像213及223。
在沿掃描方向145進行掃描過程中，第4A圖中之各該第一曝光影像211、第二曝光影像212及第三曝光影像213以及第4B圖中之各該第一曝光影像221、第二曝光影像222及第三曝光影像223被投影於基板上並部分地相互重疊。各該影像在掃描方向145上位移d/n(在此種情形中為d/4)，但在交叉掃描方向135上則不位移。在第4A圖中，該等影像在交叉掃描方向上之對齊使得仍保持在曝光圖像100中所示之原始交叉掃描定址解析度且未增加新的定址行(addressing column)。解析度(以及定址)僅在掃描方向上增大。視需要，相較於曝光圖像100之原始定址解析度，第4A圖中之定址解析度增大四倍。在第4B圖中，來自第一曝光影像221、第二曝光影像222及第三曝光影像223的經切變之定址點在第4A圖所示各行之間提供額外之定址行，進而使第4B圖中之定址解析度在掃描方向上增大四倍且在交叉掃描方向上亦增大四倍。
現在參見第5A圖，其顯示根據本發明某些實施例在複數次曝光中自經切變之曝光圖像獲得之定址點圖像。為簡明起見，圖中省略各曝光子區域，而僅顯示其相關之定址點。定址點160'對應於自一第一影像(在第4B圖中為第一曝光影像221)獲得之定址點，且定址點150'對應於自所有後續影像畫面(第二曝光影像222及第三曝光影像223等)獲得之定址點。圖中顯示來自13次曝光之定址點，其中曝光間隔對應於子曝光區域120之尺寸之1/4(對應於第一曝光影像221中切變部分之數目分之一)。
用於增大在交叉掃描方向135上之定址解析度之習知方法需要重複地掃描同一區域(例如步進重複方法)、使SLM(通常採用DMD)相對於掃描方向傾斜、及/或使用多於一個SLM或DMD來掃描同一區域。各該習知方法皆具有上述之一或多種缺點。本發明之發明者已發現，排列成一經切變矩陣圖像之影像資料(例如第5A圖所示者)則能夠使用一單個DMD沿掃描方向145在一個連續掃描中在交叉掃描方向與掃描方向二者上達成解析度之提高。
當掃描一經切變矩陣圖像中之影像資料時，每一組定址點(例如第一曝光影像221之定址點160')皆在掃描方向145上選擇性地位移，以將該等影像資料印刷於如第5A圖所示由定址點150'形成之一精細解析度網格上。由於在行方向上存在此種位移，當沿行方向進行掃描時，至少在開始時會提供新的定址點而不覆寫先前之定址點。在第13次曝光中(在第5A圖中所示的最後一次曝光)，恰好填滿一為完整交叉掃描解析度之第一定址列305。
需說明者，如在第1B圖、第4B圖、第5A圖及第5B圖之簡化實例中所示，在區塊係由一單個列構成之實例性情形中，不會發生定址點之覆寫。需說明者，覆寫通常係為DMD印刷之一有用態樣，乃因其與低亮度(非雷射)光源相容。另外，其能於每一點達成對曝光之精密控制。在其他實例性實施例中，通常在一區塊中位移複數個連續之列，例如100個至400個列或192個至270個列。在此等情形中，不會發生覆寫且覆寫取決於每一區塊中所包含之列之數目。通常，定址點覆寫數量與交叉掃描方向上之解析度(例如定址點之數目)反相相關。隨著交叉掃描方向上之解析度增大，定址點之覆寫數量減小。通常，期望具有某一覆寫數量，以例如在將諸如LED及弧光燈(arc lamp)之非同調光源(incoherent light source)與諸如DMD之區域SLM搭配使用時增大並控制曝光強度。視需要，使用較長之重設間隔來減小及/或控制覆寫循環次數，且較長之重設間隔可適用於以較高之速度進行曝光。視需要，可使每一區塊中之某些列消隱。
在第5A圖所示之實例中，在13次曝光之後，即完成一第一定址列305。第5B圖顯示根據本發明之某些實施例，在額外曝光中進行交叉掃描方向之空間位移後所獲得之定址點之簡化示意圖。自第5A圖所示之實例繼續進行，第5B圖顯示在39次曝光之後之定址。在第12次曝光後之每一次曝光皆填充另一定址列。
本文所述系統及方法之一優點在於，因定址點150'對準於掃描方向，故相較於傾斜地成像所需之掃描段重疊，後續掃描所需之掃描段重疊非常小。
現在參見第6圖，其顯示根據本發明某些實施例，對藉由將一SLM劃分成複數個區塊而獲得之影像進行寫入之簡化示意圖，其中該等區塊係由經過空間位移之連續列形成。通常，一DMD型SLM包括大量反射鏡元件(例如1024×768個元件)，該等反射鏡元件分別與一被成像於感光面上之子曝光區域相關。在某些實例性實施例中，DMD影像可在光學上劃分成2至6個區塊，例如4個由連續列形成之區塊，且各該區塊通常包含複數個相對於彼此發生位移之列，例如192個列。
在第6圖所示之簡化實例中，將來自一SLM之影像劃分成區塊501、502、503及504，並沿列方向135在各該區塊之間施加等於子曝光區域之1/4之一預定位移。在此一配置中，在等於1/4子曝光區域位移之一重設間隔進行掃描過程中，每一定址點皆被覆寫複數次，該次數對應於每一區塊中所包含之列數，即在第6圖所示之簡化實例中為12次。在使用相同SLM之另一實施例中，可將重設間隔選擇為3/4子曝光區域，在此種情形中，各定址點將被曝光12/3次(即4次)。
需說明者，子曝光區域(例如子曝光區域120及/或120')可係為一SLM元件或畫素經由一成像光學元件投射之影像，並可因此不具有與SLM之原始畫素完全相同之形狀及大小。視需要，第1A圖、第1B圖、第2A圖、第2B圖、第4A圖、第4B圖、第5A圖、第5B圖及第6圖中各相鄰之定址點150及/或150'之間隔量等於SLM之每二相鄰畫素間之距離乘以成像光學元件之放大倍率(magnification)。
現在參見第7A圖及第7B圖以及第8A圖及第8B圖，第7A圖及第7B圖顯示用於對SLM資料施加交叉掃描空間位移之二實例性光學切變元件，第8A圖及第8B圖則顯示根據本發明某些實施例分別藉由第7A圖及第7B圖所示實例性光學切變元件所獲得之對應切變圖像。根據本發明之某些實施例，光學切變元件530包含複數個傾斜窗口(angled window)531、532、533、534。各該窗口以一專門角度傾斜，以使DMD影像之一部分如上所述沿列方向位移一子曝光區域之一分數。根據本發明之某些實施例，利用一光學切變元件530來使一矩形DMD影像發生切變，以獲得一經切變之DMD影像形狀2530(第8A圖)。為便於圖解說明，極誇大了第7A圖之傾斜角度以及第8A圖之切變量。通常，該等傾斜角度幾乎無法進行視覺辨別。
各該傾斜窗口之數目及大小對應於所需之位移部分之數目以及各該部分之大小。在某些實例性實施例中，傾斜窗口531-534交匯於一公共邊緣539。在其他實例性實施例中，該等傾斜窗口之頂面交匯於沿每一表面之長度中點之一公共線處。當該等表面交匯於沿各該表面之長度中點之一公共線處時，不同表面間之高度差異減小，且因高度差異而造成的與一焦平面(focal plane)之錯位亦得以減小。
在某些實例性實施例中，該光學元件係由相鄰之雙折射材料(birefringent material)板(slab)構成。視需要，該光學元件類似於在上述所併入之美國專利申請案第2006/0060798號中第7圖所示之元件50。通常，藉由經光學元件之折射而提供影像資料之位移。
在某些實例性實施例中，一影像的落於傾斜窗口531-534之邊緣附近之部分之目的地(destination)模糊不清。在某些實例性實施例中，此種模糊起因於漸暈現象(vignetting)、光學切變元件530之容差及/或因表面間之高度差異而引起之遮斷。在某些實例性實施例中，藉由使落於該等表面之邊緣附近之子曝光區域消隱而避免出現此種模糊。
現在參見第7B圖及第8B圖，在某些實例性實施例中，光學元件560以一連續之方式而非離散區塊或部分之形式達成空間橫向位移。視需要，光學元件560之形狀對應於光學切變元件530之一平坦化形式，並如第8B圖所示在交叉掃描方向上達成影像資料之線性切變，以獲得一經切變之影像形狀2560。需說明者，為便於圖解說明而誇大了圖中所示之線性切變量。
較佳地，使光學切變元件(例如光學切變元件530或光學元件560)對準DMD，俾使位移僅處於列方向上。
現在參見第9A圖及第9B圖，其顯示根據本發明某些實施例用於在交叉掃描方向上對曝光資料進行空間位移之二實例性光學系統之簡化示意圖。根據本發明之某些實施例，當入射光束705照射於SLM 710上時，形成一空間調變光束790。在某些實例性實施例中，SLM 710係為一DMD。視需要，光束790穿過一成像系統720，成像系統720將SLM 710成像於一光學切變元件730上。通常，使光束790經過光學切變元件730折射，以使光束之某些部分如上文所述相對於彼此位移一預定位移量。
在某些實例性實施例中，光學切變元件730跨於SLM 710之影像之一焦平面725上及/或周圍。本發明之發明者已發現，藉由使光學切變元件730跨於焦平面725上，會減小因光學切變元件730之不同表面間之不連續性而造成的SLM之不可用部分。在某些實例性實施例中，藉由使光學切變元件730跨於SLM之焦平面上及/或周圍，會減小漸暈效應並避免光束混合。視需要，主成像系統720包括位於SLM與光學切變元件730間之遠心成像(telecentric imaging)。
根據本發明之某些實施例，使用一輔助成像系統750將子光束795聚焦至一表面(例如可寫之表面765)上。通常，輔助成像系統750包含一附加之遠心透鏡系統。通常，子光束795係實質上沿一法向(例如自上而下)照射於該可寫之表面上。
現在參見第9B圖，在某些實例性實施例中，光學切變元件730緊鄰一用於在上面對SLM 710進行成像之可寫表面765進行定位，且不需要使用輔助成像系統750。
需說明者，儘管本發明之實施例係描述在沿行方向進行掃描之同時來位移影像資料之各列，然而應理解，在本發明之某些實施例中，亦可使用本文所述之方法及系統在沿列方向掃描之同時對影像資料之各行進行空間位移。
現在參見第10圖，其顯示根據本發明之某些實施例，一種用於曝光一PCB板上之一圖像之無遮罩式微影系統(maskless lithography system)。通常，一PCB板1510位於一可移動式平台1520上。根據本發明之某些實施例，在一馬達1530以一線性掃描運動形式控制平台1520之運動之同時，一曝光光學頭1550以一預定速率曝光塗覆有光阻劑之PCB上之經切變影像圖像。
通常，在掃描過程中，運動致動器/編碼器1530控制平台1520沿掃描方向1570之運動。視需要，可提供一第二運動致動器，以使平台1520或曝光光學頭1550沿交叉掃描方向1575運動，例如以便進行後續掃描。通常，控制器1540根據掃描方向上之所期望解析度，藉由平台1520之運動速度來調整曝光光學頭1550之曝光速率及定時(例如DMD重設間隔)。通常，控制器1540根據一通常儲存於一記憶體中之電腦輔助製造(Computer Aided Manufacturing；CAM)寫入資料庫(writing database)1560(例如磁碟檔案)來控制影像曝光速率以及平台1520之運動。
在某些實例性實施例中，掃描期間之主運動方向係為掃描方向。儘管圖中顯示馬達1530控制平台1520之運動，然而需說明者，平台1520可係為靜止的，而曝光光學頭1550可在掃描期間沿掃描方向及交叉掃描方向前進。視需要，在掃描期間由一或多個馬達來控制平台1520與曝光光學頭1550之運動。
根據本發明之某些實施例，曝光光學頭1550包括一或多個入射光束源、一或多個SLM(例如DMD)以及一或多個光學系統。通常，光學系統包括一或多個光束切變元件，以提供影像資料沿交叉掃描方向之所界定位移。
用語「包括(comprises或comprising)」、「包含(includes或including)」、「具有(having)」及其同根詞皆意指「包括但不限於」。
用語「由...組成(consisting of)」意指「包括且限於」。
用語「實質上由...組成(consisting essentially of)」意指組合物、方法或結構可包括額外之成分、步驟及/或部件，但僅當該等額外成分、步驟及/或部件不會實質上改變所主張之組合物、方法或結構之基本特性及新穎特性時方可。
應瞭解，為清楚起見而在單獨實施例之上下文中描述之本發明之某些特徵亦可相組合地提供於一單一實施例中。相反，為簡明起見而在一單一實施例之上下文中描述之本發明之各種特徵亦可分別地或以任意適當之子組合形式或適當地提供於本發明之任何其他所述實施例中。在各實施例之上下文中所述之某些特徵不應被視為其他實施例必不可少之特徵，除非在無此等元件時該等實施例無法使用。
100．．．曝光圖像
101、102、103、104、105．．．列
110．．．切變曝光圖像
120、120'．．．子曝光區域
135．．．列方向
145．．．掃描方向
150、150'．．．點狀之定址點
151、151'．．．三角形之定址點
152、152'．．．星形之定址點
160'．．．定址點
201、202、203、204、501、502、503、504．．．區塊
210．．．切變曝光圖像
211、221．．．第一曝光影像
212、222．．．第二曝光影像
213、223．．．第三曝光影像
305．．．第一定址列
530．．．光學切變元件
560．．．光學元件
531、532、533、534．．．傾斜窗口
539．．．公共邊緣
705．．．入射光束
710．．．空間光調變器(SLM)
720．．．成像系統
725．．．焦平面
730．．．光學切變元件
750．．．輔助成像系統
765．．．可寫之表面
790．．．空間調變光束
795．．．子光束
1510．．．PCB板
1520．．．可移動式平台
1530．．．馬達
1540．．．控制器
1550．．．曝光光學頭
1560．．．電腦輔助製造(CAM)寫入資料庫
1570．．．掃描方向
1575．．．交叉掃描方向
2530．．．經切變之DMD影像形狀
2560．．．經切變之影像形狀
本文參照附圖僅以舉例方式描述本發明之某些實施例。現在將具體地詳細參照附圖，應著重指出的是，所示細節只是實例，用於舉例說明本發明實施例之目的。就此而言，結合附圖所作之說明使得本發明實施例之實施方式對於熟習此項技術者而言將一目了然。附圖中：
第1A圖及第1B圖係為根據本發明某些實施例自一實例性4列式SLM獲得的影像資料於切變之前及之後之代表性排列之簡化示意圖；
第2A圖及第2B圖係為根據本發明某些實施例自一實例性20列式SLM投射的影像資料於切變之前及之後之代表性排列之簡化示意圖；
第3圖係為根據本發明某些實施例之一種用於以經切變之曝光圖像掃描一表面之實例性方法之簡化流程圖；
第4A圖及第4B圖係為用於比較一習知矩形定址網格與根據本發明某些實施例自三次連續曝光獲得之一經切變定址網格之簡化示意圖；
第5A圖及第5B圖係為顯示根據本發明某些實施例之一實例性圖像之簡化示意圖，該圖像係由自一切變曝光圖像經13次及39次曝光所獲得之定址點形成；
第6圖係為根據本發明某些實施例自一SLM獲得之寫入影像之簡化示意圖，其中該寫入影像被劃分成在相對於彼此發生空間位移的連續列形成之區塊；
第7A圖及第7B圖係為根據本發明某些實施例用於自一矩形資料矩陣產生SLM資料之交叉掃描空間位移之二實例性光學切變元件；
第8A圖及第8B圖係為根據本發明某些實施例分別利用第7A圖及第7B圖所示實例性光學切變元件所獲得之實例性切變圖像；
第9A圖及第9B圖係為根據本發明某些實施例用於在交叉掃描方向上對曝光資料進行空間位移之二實例性光學系統之簡化示意圖；以及
第10圖係為根據本發明某些實施例之一無遮罩微影系統之簡化示意圖，該無遮罩微影系統用於曝光一PCB面板上之一圖像。

Claims (21)

  1. 一種曝光一感光面上之一圖像(pattern)之方法，該方法包含下列步驟：形成一空間調變光束(spatially modulated light beam)於一表面上，該空間調變光束包含由複數列及複數行中的複數個影像資料所形成之一矩形矩陣圖像，其中該空間調變光束係可操作以對該表面之複數個連續的子曝光區域進行曝光，各子曝光區域與該等影像資料其中之一資料相關；使該空間調變光束之該等列與該等行其中之一對準一掃瞄方向，並使該空間調變光束之該等列與該等行其中之另一者對準一交叉掃瞄方向，以曝光該表面；於該交叉掃瞄方向上使該調變光束之至少一部分相對於該調變光束之另一部分切變(shear)一數量，該數量小於任二該子曝光區域於該交叉掃瞄方向上的一中心距(center to center distance)；以該切變後之空間調變光束，於該掃瞄方向上曝光該表面；以及於該交叉掃瞄方向上重疊已曝光之該等子曝光區域，以作為一掃瞄結果。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該等連續的子曝光區域形成一連續曝光區域，且該等連續的子曝光區域間不存在間隙。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該切變係針對2個至6個由該等影像資料之連續列形成之區塊。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該切變步驟被界定為連續子曝 光區域之間該中心距之1/n，其中n係為該等區塊之一數目。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該切變步驟界定該交叉掃瞄方向上之一解析度(resolution)。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該表面係藉由一笛卡爾定址(Cartesian addressing)進行曝光。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該空間調變光束係自一單個數位微鏡裝置(Digital Micro-Mirror Device；DMD)形成。
  8. 如請求項1所述之方法，其中一重設間隔(reset interval)被定義為由該空間調變光束之一子曝光區域所曝光之一面積之一非整數倍。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該重設間隔被界定以匹配該交叉掃瞄方向上所提供之一解析度。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該曝光步驟包括寫入(writing)。
  11. 一種掃瞄一表面上之一圖像之系統，包含：一掃瞄器(scanner)，用以沿一掃瞄方向掃瞄該表面；一空間光調變器，用以提供一空間調變光束，該空間調變光束包含排列成由複數列及複數行所形成之一矩陣圖像之複數個影像資料，各該影像資料用以曝光該表面上之一子曝光區域，其中該等行係依該掃瞄方向而排列，而該等列係依一交叉掃瞄方向而排列；一光學切變元件，用以於該交叉掃瞄方向上使該等影像資料之該矩陣圖像之至少一第一部分相對於至少一第二部分位移一數量以形成一切變矩陣圖像，該數量係小於任二該連續的子曝光區域間之一中心距；以及 一成像系統，用以曝光該表面上之該切變矩陣圖像，以作為實質上鄰接的該等子曝光區域之圖案，俾使來自該矩陣圖像之該第一部分與該第二部分其中之一之該等子曝光區域於掃瞄時重疊於該第一部分或該第二部分其中之另一者之子曝光區域。
  12. 如請求項11所述之系統，其中該光學切變元件係用以針對2個至6個由該等影像資料之連續列形成之區塊。
  13. 如請求項11所述之系統，其中各區塊包含192個至270個連續列。
  14. 如請求項12所述之系統，其中該光學切變元件包含複數個相對於彼此傾斜之透明區段，其中該等透明區段之一數目對應於一預定數目之區塊，其中各該透明區段用以位移該等影像資料之該預定數目之區塊其中之一。
  15. 如請求項14所述之系統，其中每一透明區段皆傾斜以提供一位移量，該位移量對應於複數個連續的定址點間之一距離之1/n，其中n係為該等影像資料之區塊之一數目。
  16. 如請求項11所述之系統，其中該光學切變元件係為一翹曲面(warped surface)，該翹曲面用以提供一列方向上之一線性切變。
  17. 如請求項11所述之系統，其中該光學切變元件係設置於鄰近該表面。
  18. 如請求項11所述之系統，其中該空間光調變器係為一DMD。
  19. 如請求項11所述之系統，其中更包含一控制器，用以對應該掃瞄方向上之一所需解析度而設定一掃瞄間隔。
  20. 如請求項19所述之系統，其中該掃瞄間隔被界定以匹配該交叉掃瞄方向上所提供之一解析度。
  21. 如請求項11所述之系統，其中該掃瞄器係藉由一笛卡爾定址進行掃瞄。
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