CN102216849B - 光学成像写入*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在光刻制程中处理相邻成像区之间的影像数据的***及方法。在一实施例中，该光学成像写入***包含：复数个空间光调制器(SLM)成像单元，其中各该SLM成像单元包含一或多个照明光源、一或多个定线光源、一或多个投影透镜及复数个微镜，该微镜用于将该一或多个照明光源的光投射至相对应的该一或多个投影透镜；及一用以控制该SLM成像单元的控制器，其中当该SLM成像单元于一光刻制程中将光掩膜数据写入基板时，该控制器可分别调整各该SLM成像单元。

Description

光学成像写入***
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年9月23日递交的第61/099,495号美国临时专利申请“光学成像写入器***”的优先权；本申请也要求2008年12月17日递交的第12/337,504号美国专利申请“光学成像写入器***”的优先权；上述美国申请的全部内容在此以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及光刻制造的领域；详言之，本发明涉及一种在光刻制造工艺中将光掩膜数据图案施用于基板的***及方法。
背景技术
受益于半导体集成电路(IC)技术的突飞猛进，动态矩阵液晶电视(AMLCD TV)及计算机显示器的制程已有长足进步。近年来，液晶电视及计算机显示器的尺寸不断放大，但价格则逐渐大众化。
就半导体IC而言，各技术世代由电路设计规则中的关键尺寸(CD)加以定义。随着技术世代的演进，新世代IC的特征关键尺寸目标值逐渐缩小，误差容许度亦更趋严格。但就平板显示器(FPD)而言，各技术世代依照制程中所用基板的实体尺寸加以分类。例如，FPD分别于2005、2007及2009年进入第六代(G6)、第八代(G8)及第十代(G10)，其对应的基板尺寸(毫米x毫米)分别为1500x1800、2160x2460及2880x3080。
无论是半导体IC或FPD基板，其光刻制程所面临的挑战均为如何一方面加大产品的尺寸，一方面使产品平价化；但两者的制程却截然不同。IC业界的一个主要挑战，是于直径300毫米的晶圆上形成具有小关键尺寸的特征，其目标为尽可能提高晶体管的安装数量，以使相同大小的芯片具有更佳功能。然而，FPD业界的一个主要挑战是尽可能加大可处理的矩形基板尺寸，因为生产线所能处理的FPD基板愈大，则所能制造的电视或显示器愈大，且成本愈低。为提高效能，一般液晶电视及显示器的设计均采用较为复杂的薄膜晶体管(TFT)，但TFT的关键尺寸目标值仍停留在相同的规格范围内。从某一观点而言，FPD制程的一个主要挑战，是使后续各世代的单位时间产出量均具有合理的成本效益，而其中一项重要的考虑因素是令制程良率达到获利水平，同时维持适当的制程窗口。
已知用于制造FPD的光刻技术由制造IC的光刻制程演变而来。FPD基板所用的光刻曝光工具大多为步进式及/或扫描式投影***，其中从光掩膜至基板的投影比例共有二比一(缩小)与一比一两种。为将光掩膜图案投影至基板，光掩膜本身便须依可接受的关键尺寸规格制造。FPD的光掩膜制程与半导体IC的光掩膜制程类似，不同之处在于：制造半导体IC所用的光掩膜尺寸约为每边150毫米(约6英寸)，而制造FPD所用的光掩膜，其每边尺寸在一实例中可为前述每边尺寸的八倍左右，即每边超过一米。
请参阅图1，图中绘示一用以将光掩膜图案扫描至FPD基板的投影曝光工具已知架构。此架构所用的曝光光源主要为高压短弧汞(Hg)灯。入射的照明光经由反射镜102反射后，依序通过光掩膜104及投影透镜106，最后到达FPD基板108。然而，若欲以图1所示的已知光掩膜式曝光工具架构为新世代的FPD进行光刻制程，必须解决光掩膜尺寸日益加大的问题。以第八代FPD为例，其光掩膜尺寸约为1080毫米x1230毫米，而第八代基板的面积则为其四倍。由于TFT的关键尺寸规格在3微米±10％的范围内，如何在每边超过两米的第八代基板上控制TFT的关键尺寸实乃一大挑战；相较于在直径300毫米的硅晶圆上光刻制印先进IC图案并控制其规格，前者难度更高。FPD业界所须解决的问题是如何以符合成本效益的方式建造出适用于新世代FPD的光掩膜式曝光工具，同时保留可接受的光刻制程能力区限(又称制程窗口)。
若欲减少FPD曝光区域内关键尺寸不一致的情形，方法之一是使用多重曝光法，其中标称曝光量由多个依适当比例分配的曝光分量所组成，而每一曝光分量则使用预选波长的照明，并搭配对应的投影透镜以完成扫描及步进。此类曝光工具须包含多于一个投影透镜，但仅配有单一照明光源，其原因在于必须使用以千瓦(KW)计的高输出功率短弧汞灯照明光源。至于选择曝光波长的方式，是于光源处安装适当的滤光镜。在一实例中，此多波长曝光法可降低第八代基板上关键尺寸均一性所可能受到的负面影响，故可使用较平价的透镜及照明设备。
在使用多波长曝光法时，必须为光掩膜本身规定较严格的关键尺寸目标值及关键尺寸均一度。在一实例中，TFT光掩膜的关键尺寸误差容许值小于100纳米，此数值远小于光掩膜关键尺寸标称目标值3微米所需的误差容许值。这对于使用现有曝光工具架构的制程方式而言，较易于掌控FPD光刻制程的制程窗口。然而，对FPD光掩膜关键尺寸规格的要求愈严，将使原本即所费不赀的光掩膜组愈加昂贵。在某些情况下，为第八代FPD制作关键光掩膜的成本极高，且备货期甚长。
已知方法的另一问题在于，使用大型光掩膜时不易进行瑕疵密度管控。以大型光掩膜进行多重曝光的光刻制程时，即使一开始使用全无瑕疵的光掩膜，最后仍有可能出现有害的瑕疵。若制程有产生瑕疵之虞，不但良率将受到影响，光掩膜成本亦随之提高。
图2绘示一用于制造光掩膜的曝光工具的已知架构。在此曝光工具架构中，射向分光镜204的照明光202将局部反射并穿过傅利叶透镜208以照亮空间光调制器(SLM)206。此成像光经反射后，依序通过傅利叶透镜208、分光镜204、傅利叶滤光镜210及缩小透镜212，最后到达空白光掩膜基板216。光掩膜数据214以电子方式传送至空间光调制器206，从而设定微镜像素。反射光在空白光掩膜基板216上产生亮点，而空白光掩膜基板216上无反射光处则形成暗点。藉由控制及编排反射光，即可将光掩膜数据图案转移至空白光掩膜基板216上。
请注意，在此种曝光工具架构中，照明光程经折曲以便垂直射入空间光调制器。此折曲的照明光程与曝光成像路径形成T字形。此类曝光***除使用高功率的照明光源外，亦须使用具有高缩小比率的投影透镜，藉以提高光掩膜图案写入的准确度与精度。基本上，透镜缩小比率约为100比1。使用具有高缩小比率的投影透镜时，单一空间光调制器芯片所产生的曝光区域甚小。空间光调制器的芯片实体尺寸约为一厘米，经缩小100倍后，空间光调制器的写入区域约为100微米。若欲以此极小的写入区域写完一整片第八代FPD光掩膜，其所需时间甚长。
另一已知方法是以多道激光束循序照射空间光调制器。此多道光束由单一照明激光光源经旋转式多面反射镜反射而成。多道照明光束可在特定时间内产生多重曝光，因而提高光掩膜写入速度。在一实例中，以此方法写完一片第八代FPD光掩膜约需20小时。由于写入时间偏长，控制机器并维持其机械及电子运作的成本亦随之增加，进而拉高其FPD光掩膜成品的成本。若将此曝光工具应用于第十代或更新世代的FPD光掩膜，则制造成本恐将更高。
为降低制作少量原型时的光掩膜成本，另一已知方法所用的曝光工具架构是以透明的空间光调制器为光掩膜。此方法是将光掩膜图案读入空间光调制器中，使其显现所需的光掩膜图案，如此一来便不需使用实体光掩膜。换言之，此透明空间光调制器的功能可取代实体光掩膜，从而节省光掩膜成本。就曝光工具的架构而言，此方法基本上与光掩膜式投影***并无二致。然而，若与实体光掩膜相比，此空间光调制器光掩膜的影像质量较低，不符合FPD制程的图案规格要求。
在制造未来世代FPD时所可能面临的上述各种挑战，乃肇因于FPD业界亟须降低成本，而主要动机之一是令新世代产品的制程具有成本效益。光刻技术必须一方面维持产出效率，一方面确保产品良率逐代提升。欲达此目的，必须加大光刻制程的制程窗口，并减少制程瑕疵，以因应日益增大的FPD基板。一如前述，现有曝光工具架构的缺点甚多，其中一主要缺点与光掩膜的使用有关，亦即光掩膜尺寸过大，导致光掩膜的制造不符成本效益。由于光掩膜尺寸势必持续加大方能满足未来世代FPD的需求，此一缺点将愈趋严重。因此，需有一种经改良的成像写入***，以解决已知工具与方法的诸多问题。
发明内容
本发明是关于一种在光刻制程中将光掩膜数据图案施用于基板的***及方法。在一实施例中，该方法包含下列步骤：提供一平行成像写入***，其中该平行成像写入***包含复数个空间光调制器(SLM)成像单元，且该SLM成像单元排列成一或多个平行阵列；接收一待写入该基板的光掩膜数据图案；处理该光掩膜数据图案，以形成复数个对应于该基板不同区域的分区光掩膜数据图案；指派一或多个所述SLM成像单元负责处理各该分区光掩膜数据图案；及控制该SLM成像单元，以将该分区光掩膜数据图案平行写入该基板。
在另一实施例中，一种平行成像写入***包含：复数个空间光调制器(SLM)成像单元，其中各该SLM成像单元包含一或多个照明光源、一或多个定线光源、一或多个投影透镜及复数个微镜，该微镜用于将该一或多个照明光源的光投射至相对应的该一或多个投影透镜；及一用以控制该SLM成像单元的控制器，其中当该SLM成像单元于一光刻制程中将光掩膜数据写入基板时，该控制器可分别调整各该SLM成像单元。
在另一实施例中，一种平行成像写入***包含：复数个空间光调制器(SLM)成像单元，其中各该SLM成像单元包含一或多个照明光源、一或多个定线光源、一或多个投影透镜及复数个微镜，该微镜用于将该一或多个照明光源的光投射至相对应的该一或多个投影透镜；及一用以控制该SLM成像单元的控制器。该控制器包含逻辑设计用以接收一待写入该基板的光掩膜数据图案；逻辑设计用以处理该光掩膜数据图案，以形成复数个对应于该基板不同区域的分区光掩膜数据图案；逻辑设计用以指派一或多个所述SLM成像单元负责处理各该分区光掩膜数据图案；及逻辑设计用以控制该SLM成像单元，以将该分区光掩膜数据图案平行写入该基板。
附图说明
在一并参阅以下针对本发明多种实施例的详细说明及附图后，当可对本发明的技术特征及优点有更完整的了解。附图中：
图1绘示一用以将光掩膜图案扫描至平板显示器(FPD)基板的投影曝光工具已知架构。
图2绘示一用以制造光掩膜的曝光工具已知架构。
图3绘示一根据本发明实施例的数字微镜装置(DMD)范例。
图4绘示一根据本发明实施例的DMD投影***。
图5绘示一根据本发明实施例的栅状光阀(GLV)装置，并同时显示其镜面反射状态与衍射状态的范例。
图6绘示一根据本发明实施例的小型空间光调制器(SLM)成像单元范例。
图7绘示一根据本发明实施例的SLM成像单元平行阵列范例。
图8是图7所示SLM成像单元平行阵列的俯视图。
图9右侧绘示如何利用本发明实施例的阵列式成像***进行局部制程窗口优化，而左侧与之对照者则为一已知单一透镜投影***。
图10绘示本发明实施例中一种将基板局部不平处优化的方法。
图11绘示本发明实施例中光掩膜数据结构的一应用方式。
图12绘示一根据本发明实施例的平行阵列加总曝光法。
图13绘示本发明实施例中一种于成像写入***内形成冗余度的方法。
图14绘示一根据本发明实施例的楔形边界融合法。
图15绘示本发明实施例中一种将SLM成像单元排成阵列的方法。
具体实施方式
本发明提供一种用以在光刻制程中将光掩膜数据图案施用于基板的***及方法。以下的说明，是为使本领域技术人员得以制作及应用本发明。本文有关特定实施例及应用方式的说明仅供例示之用，本领域技术人员可轻易思及多种修改及组合该范例的方式。本文所述的基本原理亦适用于其它实施例及应用而不悖离本发明的精神与范围。因此，本发明并不限于本文所描述及绘示的范例，而应涵盖符合本文所述原理及技术特征的最大范围。
在以下的详细说明中，部分内容的呈现是透过流程图、逻辑方块图，及其它可于计算机***中执行的信息运算步骤的图标。在本文中，任一程序、计算机可执行的步骤、逻辑方块及流程等，均是由一或多道步骤或指令所组成的自相一致的序列，其目的是为达成预定的结果。该步骤是指实际操控物理量的步骤，而物理量的形式则包含可于计算机***中储存、转移、结合、比较，及以其它方式操控的电性、磁性或无线电信号。在本文中，该些信号有时以比特、数值、元素、符号、字符、项、号码或类似名称称之。各步骤的执行者可为硬件、软件、固件，或以上各项的组合。
本发明的实施例使用以空间光调制器(SLM)为基础的影像投射装置。可供使用的SLM影像投射方式共有两种，一种是透过数字微镜装置(DMD)，另一种则是透过栅状光阀(GLV)装置，两种装置均可以以微机电(MEM)制造法制成。
图3绘示一根据本发明实施例的数字微镜装置范例。在此范例中，标号302为单一DMD芯片，而标号304则为该DMD芯片的放大简化图。若欲将DMD用作空间光调制器，可令DMD中的微镜倾斜至固定角度(大多约为±10°或±12°)。DMD的微镜镜面对入射照明光的反射性极高。各微镜可由下方的晶体管控制器使其倾斜(如标号306所示)或维持原本位置不变(如标号308所示)。在一实施例中，DMD的间距可为约14微米，而微镜的间距可为约1微米。单一DMD芯片上的像素数可为1920X1080个微镜像素，此一像素数可与高画质电视(HDTV)的显示器规格兼容。
图4绘示一根据本发明实施例的DMD投影***。在此范例中，微镜共有三种状态：1)倾角约为+10°的“开启”状态402；2)未倾斜的“持平”状态404；以及3)倾角约为-10°的“关闭”状态406。在图4中，光源408所在位置与DMD形成-20°的角度，当此光源射出光束时，处于“开启”状态(或二进制中的“1”)的微镜将反射该光束，使其直接穿过投影透镜410，因而在显示器基板上形成亮点。至于“持平”状态及“关闭”状态(或二进制中的“0”)的微镜，其反射光束将有所偏斜(其角度分别为约-20°及-40°)，并落在该投影透镜的聚光锥之外。换言之，后两种状态的微镜的反射光并不会穿过投影透镜410，因此，显示器基板上将形成暗点。由于微镜的反射光无法以目视方式分解，可将一组投射出的亮点及暗点依适当比例组合，以形成灰阶。此方法可利用百万种灰色调与色彩，投射出逼真的影像。
请注意，来自“持平”状态微镜的较高级数衍射光及来自“关闭”状态微镜的第二级衍射光仍可进入该投影透镜的聚光锥，并产生所不乐见的闪光，进而降低影像对比度。根据本发明的实施例，可利用一精确瞄准及聚焦的高强度照明光源提高像素的衍射效率，藉以将DMD成像写入***的投影光学设计优化。
根据本发明的其它实施例，GLV是另一种投射影像的方法。GLV装置的顶层是一呈线性排列的材料层，又称带状元件(ribbon)，其具有极佳的反射性。在一实施例中，该带状元件的长度可为100至1000微米，宽度可为1至10微米，间距可为0.5微米。基本上，GLV的成像机构是利用可操控的动态衍射光栅，其作用如同相位调制器。GLV装置可包含一组共六条带状元件，其经交替折曲后便形成动态衍射光栅。
图5为一剖视图，显示本发明实施例中一GLV装置的镜面反射状态及衍射状态范例。当GLV带状元件共面时(如标号502所示)，入射光将产生镜面反射，亦即衍射级数为0。当入射光射至一组交替折曲的带状元件(如标号504所示)时，强烈的±1级衍射光及偏弱的0级衍射光将形成衍射图案。若滤除0级衍射光与±1级衍射光其中之一，即可产生高对比的反射影像。换言之，若物镜重新捕集所有0级或±1级衍射光，将不会形成任何影像。GLV与DMD不同之处在于，GLV视野中所形成的整个影像以逐条扫描方式建构而成，因为线性排列的带状元件光栅可一次形成一条线状衍射影像。
可由图1与图2的相关说明得知，为达单位时间的产量要求，必须搭配如已知***所使用的高功率照明光源。在一范例中使用功率达千瓦范围的高压短弧汞灯，而在另一范例中则使用高功率的准分子激光器。由于使用高功率的照明光源，照明光程须来自远处以减少所产生的热能，且须经折曲以产生适当的照明效果。此一设计将照明***与SLM成像***分为两独立单元，且光程与透镜垂直。
为突破已知***与方法的限制，本发明经改良的曝光工具架构避免使用高功率的照明光源。本发明提供一共线成像***，其中各成像单元均包含SLM、照明光源、定线光源、电子控制器及成像透镜。此***若使用低功率的发光二极管(LED)及二极管激光照明光源，其单位时间的曝光处理量较低，但若增加成像单元的数量即可提高单位时间的曝光处理量。使用小型SLM成像单元的一优点在于，可以以该单元构成不同尺寸的阵列以利不同的成像应用。在一应用实例中以超过1000个上述小型SLM成像单元排成阵列，其单位时间的写入处理量高于现有多波长光掩膜式曝光工具架构。
图6绘示一根据本发明实施例的小型SLM成像单元范例。在此范例中，该小型SLM成像单元包含空间光调制器602、一组微镜604、一或多个照明光源606、一或多个定线光源608，及投影透镜610。照明光源606可采用波长小于450纳米的蓝光或近紫外光LED或二极管激光器。定线光源608可采用非光化激光源或LED以便穿透透镜进行对焦及定线调整。投影透镜610可采用缩小比率为5X或10X的透镜。如图6所示，照明光源606及定线光源608均位于该投影透镜的聚光锥之外。在此实施例中，可使用数值孔径NA为0.25且解像力约为1微米的市售透镜。较低的NA值可确保较佳焦深(DOF)。在一光刻制程实例中，光阻关键尺寸目标值为1微米，透镜NA值为0.25，则焦深大于5.0微米。分辨率及焦深的计算根据瑞利准则(Rayleigh criterion)：
最小特征分辨率＝k1(λ/NA)
焦深＝k2(λ/NA2)
其中k1与k2为制程能力因子，λ为曝光波长。在一使用酚醛树脂化学光阻的光刻制程实例中，k1介于0.5与0.7之间，而k2则介于0.7与0.9之间。
为满足小形状因子的要求，照明光源可为蓝光、近紫外光LED或半导体二极管激光器。另为达到足够的照明强度，本案的一设计实例使用多个照明光源，且该照明光源围绕SLM并靠近SLM表面。SLM可为具有适当光学透镜设计的DMD或GLV。在一范例中，基板处的目标照明强度目标值以有效光化曝光波长计，可达每平方厘米10至100毫瓦。
在此曝光工具架构范例中，各小型成像***的电子控制板外壳均符合一指定的小形状因子。为便于通风及散热，此外壳位于SLM的顶部且远离照明光源。单一小型SLM成像单元的实体尺寸取决于所需的成像效能及可用的市售元件，例如投影透镜、LED或二极管激光照明光源，以及对焦/定线用的二极管激光器，各元件均须有其散热空间。或者亦可使用订制元件，以进一步降低单一SLM成像单元实体尺寸的形状因子。一订制的SLM成像单元，其二维剖面尺寸可小至5厘米x5厘米左右；以市售现成元件构成的SLM成像单元，其二维剖面尺寸则约为10厘米x10厘米。
就第十代FPD制程而言，典型的基板尺寸为2880毫米x3130毫米。若使用小型SLM成像单元，则整个***可能包含数百个排列成平行阵列的小型SLM成像单元。图7绘示一根据本发明实施例的SLM成像单元平行阵列范例。在此范例中由600至2400个SLM成像单元平行阵列(702、704、706、708等)同时进行成像写入，且各平行阵列可包含复数个SLM成像单元。
根据本发明的实施例，在计算单位时间的曝光处理量时，可以以一SLM光掩膜写入***的已知单位时间处理量实例(例如以1300毫米x1500毫米的光掩膜曝光20小时)作为计算起始点。单位时间处理量取决于基板所在平面的照明强度。在本范例中，若照明强度为每平方厘米50毫瓦(LED或二极管激光光源均可提供此照明强度)，标称曝光能量为30毫焦耳/平方厘米-秒，则曝光时间为约0.6秒。在另一范例中，曝光工具采用高功率照明光源，因此基板处的照明强度为每平方厘米至少200毫瓦；此光掩膜式步进/扫描***的单位时间处理量约为每小时50片第八代FPD基板。在一范例中，若将高功率与低功率照明光源同时纳入考虑，则单位时间预估处理量为每小时25至100片基板，视各平行阵列中的SLM成像单元密度而定。此一阵列式平行曝光架构的经济性具有竞争优势。
图8是图7所示SLM成像单元平行阵列的俯视图。在此范例中，各行或各列可分别代表一SLM成像单元平行阵列，且各平行阵列可包含复数个SLM成像单元802。光刻制程的良率与制程窗口息息相关。制程窗口在此是指相互搭配且可制印出符合规格的特征关键尺寸的焦点设定范围及曝光量设定范围。换言之，制程窗口愈有弹性，则其容许的失焦设定值及/或曝光量设定值愈为宽松。较大的制程窗口有助于提高产品良率。然而，随着基板尺寸逐代加大，光刻制程的制程窗口则愈变愈小，主要原因在于较大、较薄的基板材料也较容易弯曲及垂陷。为解决此一问题，必须严格规范基板材料的厚度及表面均匀度。就光掩膜式曝光工具而言，若曝光区域单边大于约两米，不仅需耗费极大成本方可维持全区的均匀度及焦点控制，在技术上亦有其困难度。曝光工具须能执行焦点及照明的局部及全面优化，方可落实制程窗口的设定值。
图8所示的平行阵列曝光***即可解决上述问题，因为各小型SLM成像单元均可局部优化，以便在其个别曝光区域内产生最佳的照明及对焦效果。如此一来便可确保各SLM成像单元的曝光区域均有较佳的制程窗口，而各SLM成像单元的优化则可改善整体的制程窗口。
图9是对比已知单一透镜投影***的制程窗口与本发明实施例中阵列式成像***的局部优化制程窗口。图9左侧的已知单一透镜投影***902必须调整至如点线所示的折衷焦平面904。图中实线906代表基板表面的实际剖面形状，双箭头线段908代表单一透镜为图案成像时的最佳焦点设定范围，双圆头线段910代表各成像透镜所对应的基板表面剖面形状最大变化范围，而两条点虚线则分别代表焦点范围的上下限。
如图9所示，对已知单一透镜投影***而言，图中大尺寸基板的弯曲幅度可能已超出透镜的对焦范围，且焦点设定范围的中心点可能仅勉强适用于基板弯曲剖面的峰部及谷部，因而限缩整体制程窗口。图9右侧所示的改良式投影***则使用排成阵列状的成像单元，其中成像单元912的焦点914可为个别成像区而单独调整，因此，各焦点设定范围(如双圆头线段916所示)均适当的位于焦点控制的上下限范围内。除可微调各成像区的焦点外，各成像单元亦可调整其照明，使照明均匀度优于单一透镜***调整照明后的效果。是以，使用阵列式的成像单元***可提供较佳的制程窗口。
图10绘示本发明实施例中一种将基板局部不平处优化的方法。在此范例中已侦测出基板表面形状不平的区域，如标号1002所示。一微调式的优化方法是将一焦点平均程序应用于一SLM成像单元所对应的局部不平整曝光区域以及该SLM成像单元附近的SLM成像单元所对应的区域。该不平整区域附近可纳入此平均程序的成像单元愈多，则整体优化的效果愈佳。本领域技术人员当知，本发明的成像***亦可利用其它平均技术以提高整片基板上的影像均匀度。
在一实施例中，以薄膜晶体管(TFT)为基础的LCD显示器使用以下所述的光掩膜数据格式。请注意，虽可利用阶层式流数据格式GDSII将光掩膜数据交予制造业者，但此种光掩膜数据格式可能不太适用于本案的平行SLM成像***。若欲将阶层式的光掩膜数据扁平化，可使用市售的CAD软件程序，但光掩膜数据在扁平化的后，尚须进一步处理。本案的阵列式平行成像写入***若搭配适当的光掩膜数据结构，将可形成高质量的影像。
就本案的阵列式平行成像写入***而言，光掩膜数据结构经扁平化之后，尚需分割为预定大小的区块，方可适当或均匀传送至各SLM成像单元。光掩膜数据结构内的信息不但指示各光掩膜数据区块相对于其对应成像单元的放置位置，亦指示横跨多个成像单元的特征应如何分割。若欲辨识数据放置位置是否经过微调，可检视相邻成像单元所对应的相邻光掩膜数据区块的相关光掩膜数据结构。图11绘示本发明实施例中光掩膜数据结构的一应用方式。在此范例中，先将一包含多层光掩膜数据实例1102的阶层式光掩膜数据叙述扁平化，使其形成扁平化光掩膜数据1104。然后将此扁平化光掩膜数据1104分割为多个分区光掩膜数据图案，其中一分区光掩膜数据图案在图中以阴影区域1106表示。此阴影区域1106亦出现在图11下方以点线划分的九宫格中，成为其正中央的方块。相邻成像单元之间须有足够的光掩膜图案重迭部分(即图中的水平及垂直长条部分1108)，方可确保边界周围的图案能均匀融合。九宫格中的每一方块分别代表即将由一或多个SLM成像单元成像的一分区光掩膜数据图案。根据本发明的实施例，分区光掩膜数据包含第一组辨识元及第二组辨识元，其中第一组辨识元是用于辨识一SLM成像单元中微镜像素过多的状态(run-in conditions)，而第二组辨识元则用于辨识一SLM成像单元中微镜像素不足的状态(run-out conditions)。若两SLM成像单元间的区域出现过多像素，即为微镜像素过多的状态；若两SLM成像单元间的区域出现像素不足现象，则为微镜像素不足的状态。各分区光掩膜数据图案传送至对应的SLM成像单元进行处理，再由各SLM成像单元将相关的分区光掩膜数据图案写入预定的重迭区域。各SLM成像单元在写入时均以相邻的SLM成像单元为参考依据，以确保影像融合度及均匀度均符合设计准则。分区光掩膜数据图案可经优化以便进行平行加总曝光，进而提高特征关键尺寸的一致性。使用平行加总曝光法(parallel voting exposure)可降低不利于关键尺寸一致性的各种制程变量。进行加总曝光时，若微镜像素的曝光数足够，可去除因使用二极管激光器而产生的高斯斑点。
图12绘示一根据本发明实施例的平行阵列加总曝光法。此方法先将光掩膜数据逐行送至各SLM成像单元，再依序照亮对应于各行光掩膜数据的成行微镜像素，其间是从各行微镜像素的一端开始，次第照亮至另一端。在一范例中，此方法是从方块1201开始，先照亮其最下方的一行微镜像素；然后移至方块1202，照亮其倒数第二行微镜像素；接着在方块1203中，照亮其倒数第三行微镜像素。此方法接续处理方块1204、1205、1206及1207，并照亮其对应行的微镜像素，然后进入方块1208，照亮此范例中的最后一行微镜像素(即方块1208最上方的一行微镜像素)。此一逐行照亮微镜像素的程序将周而复始以完成对应的曝光动作，进而将图案写入基板。由于照亮微镜的速度甚快，特征图案可经由快速的逐行照亮程序多次曝光，直到达到标称曝光量为止。质言之，此一图案写入程序是由复数个微镜像素的个别曝光加总而成。可利用相同的加总曝光程序，并以相互协调的速度及方向移动基板平台，从而完成整片基板的写入作业。
图12所示的逐行循环方式仅为一范例，若欲使各成像单元依序完成平行加总曝光中的局部或细部曝光，亦可采用其它循环方式。在其它实施例中，亦可以以列或斜向的行/列为单位，循序进行，以有效完成平行加总曝光。此外亦可发展出其它加总方式，例如由两相邻SLM成像单元交错进行逐行照亮的程序，或同时以多个数据行为起始行，分别沿多个方向进行，藉此提高光刻制印的效能，但可能尚需搭配平台的进一步移动。
若在大量生产的情况下使用阵列式平行曝光法，可内建一定的冗余度或容错度以防止制程中断。换言之，曝光控制例程一旦侦测出某一SLM成像单元故障，将关闭故障的成像单元，并将其光掩膜数据重新分配至一或多个相邻的成像单元，以便由该相邻的成像单元完成曝光任务，最后再卸除完成曝光的基板。此一曝光修正程序将持续进行，直到整批基板完成曝光为止。而整个流程亦将持续进行，直到成像效能及单位时间处理量均达到可接受的水平为止。
图13绘示本发明实施例中一种于成像写入***内形成冗余度的方法。在此范例中，成像单元212一经发现故障，随即关闭。在相邻的八个成像单元中，可择一取代成像单元212。在此情况下，原本由成像单元212负责的区域须待其它区域曝光完毕后才完成写入。
若因基板弯曲或垂陷导致两相邻SLM成像单元成像扭曲，该两SLM成像单元之间将形成微尺度的不匹配边界(局部与局部之间)。此不匹配边界在图14中以标号1402表示，其中数据图案有部分超出框线区域外，此时重迭区域内的图案融合便需优化。图14绘示一根据本发明实施例的楔形边界融合法。如图14所示，此方法开启位于所选边界末端1404的微镜像素，而此边界末端1404则与相邻的成像单元写入区域1406重迭，以使两区相互匹配。本领域技术人员应可了解，亦可以以其它方式选择性开启所需位置的微镜像素，藉此达成边界融合的目的。
根据本发明的某些实施例，若以交替或互补的方式开启相邻重迭边界间的选定微镜像素，亦可达融合的效果。根据本发明的其它实施例，若在进行逐行照亮的加总曝光程序时，搭配开启选定位置的像素，则其融合效果更佳。
此外，为使本案的阵列式平行成像***达到预定的定线精确度，本案的方法将定线程序依序分为多个精确度等级。第一定线等级强调整体的定线准确度，而次一定线等级则将目标缩小至中阶精准度。本案的方法即利用此一由下而上的程序，达成所需等级的精确度。
在一范例中共分三种精确度等级：单元透镜的放置、透镜中心的微调，以及微镜成像数据的操控。图15绘示本发明实施例中一种将SLM成像单元排成阵列的方法。此方法可将复数个SLM成像单元1502的整体放置准确度控制在数毫米的范围内。然后再以电子方式调整各SLM成像单元中投影透镜总成的位置，使其达到微米等级的精确度。欲达此一目的，可利用氦氖激光器(或其它非光化定线光源)将透镜中心对准平台上的已知参考位置。最后再控制微镜，使其达到纳米等级的定线精确度。
根据本发明的实施例，曝光定线程序可包含下列步骤：
(1)利用平台上的已知参考位置，校准阵列中各SLM成像单元的透镜中心。如此一来便可参照实体透镜阵列，建立一组数学阵列格点。
(2)在写入第一光掩膜层时，由于基板上尚未印出任何定线记号，基板以机械方式定线，且主要依赖平台的精确度。
(3)基板经由先前的光掩膜层取得遍布基板的定线记号，而此定线记号可由对应的SLM成像单元侦得。如此一来便可参照基板上的实际影像位置，建立一格点图。
(4)比较两格点图(SLM成像单元本身的格点图以及从基板测得的光刻制印定线记号格点图)，进而建立可引导平台移动的格点图配对数学模型。
(5)在一范例中针对第十代基板建构一包含2400个SLM成像单元的阵列，而平台的最大水平(X)或垂直(Y)移动距离约为120毫米，此移动距离亦纳入格点图配对的计算中。请注意，此平台移动距离甚短，因此相较于光掩膜式曝光工具在为第十代基板成像时，其平台的移动距离须达基板的全宽及全长，本案的方法具有技术上的优势。由于第十代基板重量可观，若能缩短平台负重移动的距离，将可提高***运作的精确度。
(6)为微调至次微米等级的定线精确度，本案的方法将修正因子内建于传送至对应成像单元的光掩膜数据中。换言之，各成像单元的修正因子可能互不相同，需视各成像单元在基板上成像的相对位置而定。此外，由于各基板的弯曲状况不同，修正因子也可能随基板而变化。各基板的弯曲状况可于曝光前先行侦得。
本发明的实施例不仅适用且有利于FPD及其光掩膜的光刻制程(亦即在玻璃基板上形成独一无二的原尺寸图案或其精密复制品)，亦适用且有利于集成电路、计算机产生的全像(CGH)、印刷电路板(PCB)等微尺度与中尺度的大型成像显示应用。
本发明的实施例亦适用且有利于无光掩膜的光刻制程，例如可将预定的光掩膜数据图案直接写入基板，藉以省去光掩膜成本并免除相关问题。本发明的实施例使曝光工具得以执行无光掩膜式曝光，并使其单位时间的处理量超越第十代及以上基板所需的水平。更重要者，本发明的设计可改善制程窗口，进而确保光刻制程的良率。
以上虽藉由不同的功能单元及处理器阐明本发明的实施例，但所述功能显然可于不同的功能单元与处理器间以任何适当的方式分配而不悖离本发明的精神与范围。举例而言，由不同处理器或控制器执行的功能可改由同一处理器或控制器完成。因此，本文在提及特定功能单元时，是指可提供所述功能的适当手段，而非指特定的逻辑或实体结构或组织。
本发明可以以任何适当形式实现，包括硬件、软件、固件或其任一组合。本发明的部分内容可视需要而落实为可由一或多个数据处理器及/或数字信号处理器执行的计算机软件。本发明任一实施例中的元件，其实体、功能及逻辑均可以以任何适当方式实施。所述功能可以以单一单元或复数个单元实现，抑或落实为其它功能单元的一部分。因此，本发明可为单一单元，或将其实体与功能分配至不同的单元与处理器。
本领域技术人员应可明了，本文所揭露的实施例可以以多种方式修改及组合，但仍保留本发明的基本机构及方法。为便于解说，前文针对特定实施例加以说明。然而，以上说明并未穷尽所有可能的实施方式，亦未将本发明限缩于本文所揭示的特定形态。本领域技术人员在参阅以上说明后，或可思及多种修改及变化的方式。之所以选择并描述特定实施例，乃为阐释本发明的原理及其实际应用，使本领域技术人员得以依特定用途进行修改，以善用本发明及各种实施例。

Claims (27)

1.一种在光刻制程中将光掩膜数据图案施用于基板的方法，包含下列步骤：
提供一平行成像写入***，其中该平行成像写入***包含复数个空间光调制器SLM成像单元，且该复数个SLM成像单元排列成一或多个平行阵列；并且其中所述复数个SLM成像单元的每一个包括一个或多个照明光源、一个或多个定线光源、一个或多个投影透镜和复数个微镜，所述复数个微镜被配置成将光从所述一个或多个照明光源投影到对应的一个或多个投影透镜；
接收一待写入该基板的光掩膜数据图案；
处理该光掩膜数据图案，以形成复数个对应于该基板不同区域的分区光掩膜数据图案；
指派一或多个所述SLM成像单元负责处理各该分区光掩膜数据图案；及
控制该SLM成像单元，以将该等分区光掩膜数据图案平行写入该基板，其中每个SLM成像单元是单独受控的。
2.如权利要求1的方法，其中处理该光掩膜数据图案的步骤包含：
接收一扁平化光掩膜数据图案；
将该扁平化光掩膜数据图案分割为复数个所述分区光掩膜数据图案，其中各该分区光掩膜数据图案具有一预定尺寸；及
将各该分区光掩膜数据图案传送至对应的所述SLM成像单元以进行处理。
3.如权利要求1的方法，其中指派一或多个所述SLM成像单元的步骤尚包含：
侦测一故障的所述SLM成像单元；
终止该故障SLM成像单元的运作；及
将该故障SLM成像单元的相关分区光掩膜数据图案分配至一或多个相邻的所述SLM成像单元以进行处理。
4.如权利要求1的方法，其中控制该等SLM成像单元的步骤包含：
根据该基板局部曝光区域的实际状况，将各该SLM成像单元的照明优化。
5.如权利要求1的方法，其中控制该等SLM成像单元的步骤尚包含：
根据该基板局部曝光区域的实际状况，将各该SLM成像单元的焦点优化。
6.如权利要求5的方法，其中将各该SLM成像单元的焦点优化包含：
将一焦点平均程序应用于各该SLM成像单元所对应的局部不平整曝光区域及该基板的邻近区域。
7.如权利要求1的方法，其中控制该等SLM成像单元的步骤尚包含：
藉由该SLM成像单元的个别贡献，将整个制程窗口的照明优化。
8.如权利要求1的方法，其中控制该等SLM成像单元的步骤尚包含：
藉由该SLM成像单元的个别贡献，将整个制程窗口的焦点优化。
9.如权利要求1的方法，其中控制该等SLM成像单元的步骤尚包含：
应用一平行加总程序，藉以减少会影响所述分区光掩膜数据图案的关键尺寸一致性的制程变量，其中该平行加总程序包含加总复数个微镜像素的曝光。
10.如权利要求9的方法，其中该平行加总程序至少包含下列其中之一：
依序记录各行所述分区光掩膜数据图案的贡献；
依序记录各列所述分区光掩膜数据图案的贡献；及
依序记录各斜排所述分区光掩膜数据图案的贡献。
11.一种在光刻制程中将光掩膜数据图案施用于基板的装置，包括：
用于提供一平行成像写入***的装置，其中该平行成像写入***包含复数个空间光调制器SLM成像单元，且该复数个SLM成像单元排列成一或多个平行阵列；并且其中所述复数个SLM成像单元的每一个包括一个或多个照明光源、一个或多个定线光源、一个或多个投影透镜和复数个微镜，所述复数个微镜被配置成将光从所述一个或多个照明光源投影到对应的一个或多个投影透镜；
用于接收一待写入基板的光掩膜数据图案的装置；
用于处理该光掩膜数据图案以形成复数个对应于该基板不同区域的分区光掩膜数据图案的装置；
用于指派一或多个所述SLM成像单元负责处理各该分区光掩膜数据图案的装置；及
用于控制该复数个SLM成像单元以将复数个分区光掩膜数据图案平行写入该基板的装置，其中每个SLM成像单元是单独受控的。
12.一种平行成像写入***，包含：
复数个空间光调制器SLM成像单元，其中各该SLM成像单元包含一或多个照明光源、一或多个定线光源、一或多个投影透镜及复数个微镜，该等微镜是用于将该一或多个照明光源的光投射至相对应的该一或多个投影透镜；及
一用以控制该等SLM成像单元的控制器，其中当该等SLM成像单元于一光刻制程中将光掩膜数据写入基板时，该控制器可分别调整各该SLM成像单元。
13.如权利要求12的平行成像写入***，其中各该SLM成像单元是一数字微镜装置，其中该数字微镜装置可以以预定的角度倾斜，因而分别呈现开启、关闭及持平状态。
14.如权利要求12的平行成像写入***，其中各该SLM成像单元是一可以以镜面方式反射入射光的栅状光阀装置。
15.如权利要求12的平行成像写入***，其中：
该等SLM成像单元排列成一平行阵列，且该等SLM成像单元间的精密度可达毫米等级；且
该等微镜经控制后可达纳米等级的精密度。
16.如权利要求15的平行成像写入***，其中该等投影透镜以电子方式调整，以达微米等级的精密度。
17.如权利要求12的平行成像写入***，其中该光掩膜数据包含：
第一组辨识元，用于辨识一所述SLM成像单元中微镜像素过多的状态；及
第二组辨识元，用于辨识一所述SLM成像单元中微镜像素不足的状态。
18.一种平行成像写入***，包含：
复数个空间光调制器SLM成像单元，其中各该SLM成像单元包含一或多个照明光源、一或多个定线光源、一或多个投影透镜及复数个微镜，该等微镜用于将该一或多个照明光源的光投射至相对应的该一或多个投影透镜；及
一用以控制该等SLM成像单元的控制器，该控制器包含：
逻辑设计用以接收一待写入该基板的光掩膜数据图案；
逻辑设计用以处理该光掩膜数据图案，以形成复数个对应于该基板不同区域的分区光掩膜数据图案；
逻辑设计用以指派一或多个所述SLM成像单元负责处理各该分区光掩膜数据图案；及
逻辑设计用以控制该等SLM成像单元，以将该等分区光掩膜数据图案平行写入该基板，其中每个SLM成像单元是单独受控的。
19.如权利要求18的平行成像写入***，其中用以处理该光掩膜数据图案的逻辑包含：
逻辑设计用以接收一扁平化光掩膜数据图案；
逻辑设计用以将该扁平化光掩膜数据图案分割为复数个所述分区光掩膜数据图案，其中各该分区光掩膜数据图案具有一预定尺寸；及
逻辑设计用以将各该分区光掩膜数据图案传送至对应的所述SLM成像单元以进行处理。
20.如权利要求18的平行成像写入***，其中用以指派一或多个所述SLM成像单元的逻辑尚包含：
逻辑设计用以侦测一故障的所述SLM成像单元；
逻辑设计用以终止该故障SLM成像单元的运作；及
逻辑设计用以将该故障SLM成像单元的相关分区光掩膜数据图案分配至一或多个相邻的所述SLM成像单元以进行处理。
21.如权利要求18的平行成像写入***，其中用以控制该等SLM成像单元的逻辑包含：
逻辑设计用以根据该基板局部曝光区域的实际状况，将各该SLM成像单元的照明优化。
22.如权利要求18的平行成像写入***，其中用以控制该等SLM成像单元的逻辑尚包含：
逻辑设计用以根据该基板局部曝光区域的实际状况，将各该SLM成像单元的焦点优化。
23.如权利要求22的平行成像写入***，其中用以将各该SLM成像单元的焦点优化的逻辑包含：
逻辑设计用以将一焦点平均程序应用于各该SLM成像单元所对应的局部不平整曝光区域及该基板的邻近区域。
24.如权利要求18的平行成像写入***，其中用以控制该等SLM成像单元的逻辑尚包含：
逻辑设计用以藉由该等SLM成像单元的个别贡献，将整个制程窗口的照明优化。
25.如权利要求18的平行成像写入***，其中用以控制该等SLM成像单元的逻辑尚包含：
逻辑设计用以藉由该等SLM成像单元的个别贡献，将整个制程窗口的焦点优化。
26.如权利要求18的平行成像写入***，其中用以控制该等SLM成像单元的逻辑尚包含：
逻辑设计用以应用一平行加总程序，藉以减少会影响所述分区光掩膜数据图案的关键尺寸一致性的制程变量，其中该平行加总程序包含加总复数个微镜像素的曝光。
27.如权利要求26的平行成像写入***，其中逻辑设计用以该平行加总程序至少包含下列其中之一：
逻辑设计用以依序记录各行所述分区光掩膜数据图案的贡献；
逻辑设计用以依序记录各列所述分区光掩膜数据图案的贡献；及
逻辑设计用以依序记录各斜排所述分区光掩膜数据图案的贡献。
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