TWI530986B - ３ｄ堆疊式集成電路之微影製程方法及系統 - Google Patents

Description

3D堆疊式集成電路之微影製程方法及系統

本發明涉及積體電路之製造。詳言之，本發明係關於一種製造三維(3-D)積體電路之系統及方法。

本申請案為2009年5月29日提出申請之第12/475,114號美國正式專利申請案之部分延續案，並依美國專利法第120條主張該正式專利申請案之優先權。該第12/475,114號美國正式專利申請案主張2008年12月17日提出申請之第12/337,504號美國正式專利申請案之優先權，而該第12/337,504號美國正式專利申請案則主張2008年9月23日提出申請之第61/099,495號美國臨時專利申請案「光學成像寫入系統」之優先權。本申請案亦主張2010年9月3日提出申請之第61/379,732號美國臨時專利申請案「製造三維積體電路之系統及方法」之優先權。上開美國專利申請案之全部內容，在此以引用之方式併入本文。

受惠於半導體積體電路(IC)技術之突飛猛進，動態矩陣液晶電視(AMLCD TV)及電腦顯示器之製程已有長足進步。近年來，液晶電視及電腦顯示器之尺寸不斷放大，但價格則逐漸大眾化。

就半導體IC而言，各技術世代係由電路設計規則中之關鍵尺寸(CD)加以定義。隨著技術世代之演進，新世代IC之圖徵關鍵尺寸目標值逐漸縮小，誤差容許度亦更趨嚴格。但就平板顯示器(FPD)而言，各技術世代係依照製程中所用基板之實體尺寸加以分類。例如，FPD分別於2005、2007及2009年進入第六代(G6)、第八代(G8)及第十代(G10)，其對應之基板尺寸(公厘x公厘)分別為1500x1800、2160x2460及2880x3080。

無論是半導體IC或FPD基板，其微影製程所面臨之挑戰均為如何一方面加大產品之尺寸，一方面使產品平價化；但兩者之製程卻截然不同。IC業界之一主要挑戰，係於直徑300公厘之晶圓上形成具有小關鍵尺寸之圖徵，其目標為儘可能提高電晶體之安裝數量，俾使相同大小之晶片具有更佳功能。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，因為生產線上所能處理之FPD基板愈大，則所能製造之電視或顯示器愈大，且成本愈低。為提高效能，一般液晶電視及顯示器之設計均採用較為複雜之薄膜電晶體(TFT)，但TFT之關鍵尺寸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，係使後續各世代之單位時間產出量均具有合理之成本效益，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。

習知用於製造FPD之微影技術係由製造IC之微影製程演變而來。FPD基板所用之微影曝光工具大多為步進式及/或掃描式投影系統，其中從光罩至基板之投影比例共有二比一(縮小)與一比一兩種。為將光罩圖案投影至基板，光罩本身便須依可接受之關鍵尺寸規格製造。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(約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，即每邊超過一公尺。

請參閱第1a圖，圖中繪示一用以將光罩圖案掃描至FPD基板之投影曝光工具習知架構。此架構所用之曝光光源主要為高壓短弧汞(Hg)燈。入射之照明光經由反射鏡102反射後，依序通過光罩104及投影透鏡106，最後到達FPD基板108。然而，若欲以第1a圖所示之習知光罩式曝光工具架構為新世代之FPD進行微影製程，必須解決光罩尺寸日益加大之問題。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之關鍵尺寸規格在3微米±10%之範圍內，如何在每邊超過兩公尺之第八代基板上控制TFT之關鍵尺寸實乃一大挑戰；相較於在直徑300公厘之矽晶圓上微影製印先進IC圖案並控制其規格，前者難度更高。FPD業界所須解決之問題，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能力區限(又稱製程窗口)。

若欲減少FPD曝光區域內關鍵尺寸不一致之情形，方法之一係使用多重曝光法，其中標稱曝光量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，並搭配對應之投影透鏡以完成掃描及步進。此類曝光工具須包含多於一個投影透鏡，但僅配有單一照明光源，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關鍵尺寸均一性所可能受到之負面影響，故可使用較平價之透鏡及照明設備。

在使用多波長曝光法時，必須為光罩本身訂定較嚴格之關鍵尺寸目標值及關鍵尺寸均一度。在一實例中，TFT光罩之關鍵尺寸誤差容許值小於100奈米，此數值遠小於光罩關鍵尺寸標稱目標值3微米所需之誤差容許值。這對於使用現有曝光工具架構的製程方式而言，較易於掌控FPD微影製程之製程窗口。然而，對FPD光罩關鍵尺寸規格之要求愈嚴，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製作關鍵光罩之成本極高，且備貨期甚長。

習知方法之另一問題在於，使用大型光罩時不易進行瑕疵密度管控。以大型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，光罩成本亦隨之提高。

第1b圖繪示習知曝光工具之另一種架構。如第1b圖所示，該曝光工具包含光源110、第一投影透鏡112、光罩114、第二投影透鏡116、晶圓118及晶圓平台120。吾人可控制光源110，使其光線經由第一投影透鏡112射至光罩114，其中該光罩含有待成像於晶圓118之圖案。部分光線將被光罩114阻擋，而部分光線則可通過光罩114並穿透第二投影透鏡116，致使晶圓118曝光。通過光罩114之光線將使晶圓118之特定區域曝光，從而產生一組對應於光罩122上所形成之IC設計圖案之圖案影像。

請注意，該晶圓係固定於晶圓平台120上，而該晶圓平台則可在吾人之控制下沿箭頭所示方向移動。在一習知步進系統中，光源110可為藍色可見光或近紫外光，第一投影透鏡112、光罩114與第二投影透鏡116係固定不動，至於晶圓118及用以固定該晶圓之晶圓平台120則可移動，俾使晶圓118上之不同區域曝光。此步進系統可用於製造解析精度達1至3微米之設計圖案，例如可製造小尺寸光罩、發光二極體(LED)，以及***與更早世代之平板顯示器。在一習知掃描系統中，光源110、第一投影透鏡112及第二投影透鏡116均固定不動，而光罩114、晶圓118及用以固定該晶圓之晶圓平台120則均可移動，以便使晶圓118上之不同區域曝光。相較於步進系統，掃描系統處理大尺寸光罩及平板顯示器之效率較高，但其價格亦較高。掃描系統大多用於製造基板甚大之第六代或更新世代之平板顯示器。

第1c至1e圖繪示習知曝光工具固定光罩之多種方式，以及習知曝光工具如何使光罩對準以進行曝光。在第1c圖中係令光罩130與基板晶圓132保持接觸，故此系統一般稱為接觸式對準系統。在第1d圖中，光罩130係固定於鄰近基板晶圓132之位置，故此系統一般稱為接近式對準系統。習知接觸式對準系統與接近式對準系統大多用於製造印刷電路板、觸控面板(25至40微米)、發光二極體(3至5微米)及太陽能板(＞100微米)，至於接觸式對準系統與接近式對準系統之缺點則包括無法處理高解析度之設計圖案、翹曲之晶圓或大於4吋之基板。

第1e圖繪示一習知投影式對準系統，其於光罩130與基板晶圓132之間另設有一投影透鏡131。此系統大多用於製造5至10微米之電路。此種投影式對準系統較適合以大尺寸之光罩製造平板顯示器之彩色濾光片，但大尺寸光罩之價格甚高。因此，若無法接受較高之光罩成本，則以投影式對準系統製造印刷電路板及發光二極體便無成本效益可言。

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，射向分光鏡204之照明光202將局部反射並穿過傅利葉透鏡208以照亮空間光調變器(SLM)206。此成像光經反射後，依序通過傅利葉透鏡208、分光鏡204、傅利葉濾光鏡210及縮小透鏡212，最後到達空白光罩基板216。光罩資料214係以電子方式傳送至空間光調變器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，而空白光罩基板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，照明光程係經折曲以便垂直射入空間光調變器。此折曲之照明光程與曝光成像路徑形成T字形。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透鏡，藉以提高光罩圖案寫入之準確度與精度。基本上，透鏡縮小比率約為100比1。使用具有高縮小比率之投影透鏡時，單一空間光調變器晶片所產生之曝光區域甚小。空間光調變器之晶片實體尺寸約為一公分，經縮小100倍後，空間光調變器之寫入區域約為100微米。若欲以此極小之寫入區域寫完一整片第八代FPD光罩，其所需時間甚長。

另一習知方法係以多道雷射光束循序照射空間光調變器。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，因而提高光罩寫入速度。在一實例中，以此方法寫完一片第八代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，進而拉高其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。

為降低製作少量原型時之光罩成本，另一習知方法所用之曝光工具架構係以透明之空間光調變器為光罩。此方法係將光罩圖案讀入空間光調變器中，使其顯現所需之光罩圖案，如此一來便不須使用實體光罩。換言之，此透明空間光調變器之功能可取代實體光罩，從而節省光罩成本。就曝光工具之架構而言，此方法基本上與光罩式投影系統並無二致。然而，若與實體光罩相比，此空間光調變器光罩之影像品質較低，不符合FPD製程之圖案規格要求。

第6,906,779號美國專利(以下簡稱第’779號專利)則揭露另一種製造顯示器之習知方法，該方法係利用一捲軸式製程對網狀基板進行同步微影曝光。簡言之，第’779號專利係將光罩圖案曝光至成捲之基板上。另一種習知之捲軸式微影製程可參見Se Hyun Ahn等人之專文「用於撓性塑膠基板之高速捲軸式奈米壓模微影術(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尺寸之光罩，而光罩尺寸則實質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，若欲達到適當之微影製印效果，曝光過程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一般液晶電視螢幕所用之硬式玻璃基板。應用此種光罩式微影技術時，焦深(DOF)會因基板表面不平而受限，因此，上述習知方法恐難以形成關鍵尺寸為5微米或以下之TFT圖徵。若欲使TFT顯示器之解析度達一定水準，則TFT光罩圖徵之關鍵尺寸須為3微米左右。

在製造未來世代FPD時所可能面臨之上述各種挑戰，乃肇因於FPD業界亟須降低成本，而主要動機之一，係令新世代產品之製程具有成本效益。微影技術必須一方面維持產出效率，一方面確保產品良率逐代提升。欲達此目的，必須加大微影製程之製程窗口，並減少製程瑕疵，以因應日益增大之FPD基板。一如前述，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，亦即光罩尺寸過大，導致光罩之製造不符成本效益。由於光罩尺寸勢必持續加大方能滿足未來世代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。

本發明係關於多種用以在微影製程中將光罩資料圖案施用於基板之系統及方法。在一實施例中，本發明之成像系統包含複數個空間光調變器(SLM)成像單元，其中各SLM成像單元包含一或多個照明光源、一或多個對準光源、一或多個投影光源及複數個微鏡，該等微鏡可將光線從該一或多個照明光源投射至對應之一或多個投影透鏡。此成像系統尚包含一用以控制該等SLM成像單元之控制器，該控制器可在各SLM成像單元將光罩資料寫入一基版之微影製程中，分別調整該等SLM成像單元。

在另一實施例中，一種製造一三維積體電路之方法包含下列步驟：提供一具有複數個SLM成像單元之成像寫入系統，其中該等SLM成像單元係排列成一或多個平行陣列；接收待寫入該三維積體電路中一或多層之光罩資料；處理該光罩資料，俾形成複數個對應於該三維積體電路中該一或多層之分區光罩資料圖案；指派一或多個SLM成像單元負責處理各分區光罩資料圖案；以及控制該等SLM成像單元，俾將該等分區光罩資料圖案平行寫入該三維積體電路之該一或多層。

指派一或多個SLM成像單元負責處理各分區光罩資料圖案之步驟至少包含下列其中之一：根據該等SLM成像單元，對該等分區光罩資料圖案進行縮放比例修正，其中各分區光罩資料圖案均有一對應之縮放比例修正動作；根據該等SLM成像單元，對該等分區光罩資料圖案進行對準狀態修正，其中各分區光罩資料圖案均有一對應之對準狀態修正動作；根據該等SLM成像單元，對該等分區光罩資料圖案進行視點間距修正，其中各分區光罩資料圖案均有一對應之視點間距修正動作；根據該等SLM成像單元，對該等分區光罩資料圖案進行轉動因子修正，其中各分區光罩資料圖案均有一對應之轉動因子修正動作；以及根據該等SLM成像單元，對該等分區光罩資料圖案進行基板變形修正，其中各分區光罩資料圖案均有一對應之基板變形修正動作。控制該等SLM成像單元之步驟包含：針對各SLM成像單元，使其對應之分區光罩資料圖案獨立於該成像寫入系統中其他SLM成像單元而曝光。

在另一實施例中，一種在一印刷電路板(PCB)上平行製造複數個設計圖案之方法包含下列步驟：提供一具有複數個SLM成像單元之成像寫入系統，其中該等SLM成像單元係排列成一或多個平行陣列；提供一已劃分出複數區域之印刷電路板，其中各區域均包含一待製造之設計圖案；接收待寫入該印刷電路板該複數區域之光罩資料；處理該光罩資料，俾形成複數個對應於該印刷電路板該複數區域之分區光罩資料圖案；指派一或多個SLM成像單元負責處理各分區光罩資料圖案，其中所述指派包含至少執行下列其中之一：縮放比例修正、對準狀態修正、視點間距修正、轉動因子修正與基板翹曲修正；以及控制該等SLM成像單元，俾將該等分區光罩資料圖案平行寫入該印刷電路板之該複數區域。

在另一實施例中，一種利用部分晶圓之製造方法包含下列步驟：提供一具有複數個SLM成像單元之成像寫入系統，其中該等SLM成像單元係排列成一或多個平行陣列；提供一或多個待加工製造之部分晶圓；接收光罩資料，其中該光罩資料係供寫入該一或多個部分晶圓之基板；處理該光罩資料以形成複數個分區光罩資料圖案，該等分區光罩資料圖案係對應於該一或多個部分晶圓之基板；指派一或多個SLM成像單元負責處理各分區光罩資料圖案，其中所述指派包含至少執行下列其中之一：縮放比例修正、對準狀態修正、視點間距修正、轉動因子修正與基板翹曲修正；以及控制該等SLM成像單元，俾將該等分區光罩資料圖案平行寫入該一或多個部分晶圓之基板。

在另一實施例中，一種平行製造複數個發光二極體(LED)之方法包含下列步驟：提供一具有複數個SLM成像單元之成像寫入系統，其中該等SLM成像單元係排列成一或多個平行陣列；提供一或多個對應於該等待製造之LED之基板；接收光罩資料，其中該光罩資料係供寫入該一或多個對應於該等LED之基板；處理該光罩資料以形成複數個分區光罩資料圖案，該等分區光罩資料圖案係對應於該等LED之該一或多個基板；指派一或多個SLM成像單元負責處理各分區光罩資料圖案；以及控制該等SLM成像單元，俾將該等分區光罩資料圖案平行寫入該等LED之該一或多個基板。

處理該光罩資料之步驟至少包含下列其中之一：處理該光罩資料以形成複數個分區光罩資料圖案，其中該等分區光罩資料圖案係對應於該等LED之該一或多個基板，且為相同之設計；以及處理該光罩資料以形成複數個分區光罩資料圖案，其中該等分區光罩資料圖案係對應於該等LED之該一或多個基板，且為不同之設計。控制該等SLM成像單元之步驟至少包含下列其中之一：偵測各SLM成像單元相關基板上各局部區域之變形狀況，並根據各基板上各局部區域之變形狀況調整對應SLM成像單元之焦點；偵測各SLM成像單元相關基板上各局部區域之轉動誤差，從而決定對應分區光罩資料圖案之轉動修正因子，並將該等轉動修正因子應用於各SLM成像單元相關基板之各局部區域所對應之分區光罩資料圖案；以及偵測各SLM成像單元相關基板上各局部區域因基板變形所造成之圖案扭曲，從而決定對應分區光罩資料圖案之圖案修正因子，並將該等圖案修正因子應用於各SLM成像單元相關基板之各局部區域所對應之分區光罩資料圖案。

在另一實施例中，一種執行自動光學檢查之方法包含下列步驟：提供一具有複數個SLM成像單元之成像寫入系統，其中該等SLM成像單元係排列成一或多個平行陣列；提供一或多個待檢查之圖案化基板；將該一或多個圖案化基板劃分為複數區域；接收對應於該一或多個圖案化基板之參考光罩資料；處理該參考光罩資料以形成複數個分區光罩資料圖案，該等分區光罩資料圖案係對應於該一或多個圖案化基板之該複數區域；利用該等SLM成像單元擷取該一或多個圖案化基板該複數區域之資訊；以對應之複數個分區光罩資料圖案為參照對象，分析該複數區域之資訊，從而產生檢查結果；以及將該等檢查結果儲存於一記憶體裝置中。

分析該複數區域之資訊之步驟包含：檢查該一或多個圖案化基板之該複數區域與對應之複數個分區光罩資料圖案是否有所差異；以及若在該一或多個圖案化基板之一或多個區域中找出差異，則在該一或多個圖案化基板中辨識出該一或多個區域以便修復。

檢查差異之步驟至少包含下列其中之一：以對應之複數個分區光罩資料圖案為參照對象，檢查該一或多個圖案化基板之該複數區域是否出現基板圖案扭曲，若在該一或多個圖案化基板之一或多個區域中發現基板圖案扭曲，則在該一或多個圖案化基板中辨識出該一或多個區域以便修復；檢查該一或多個圖案化基板之該複數區域是否包含不應出現在基板上之額外電路元件，若在該一或多個圖案化基板之一或多個區域中發現不應出現之額外電路元件，則在該一或多個圖案化基板中辨識出該一或多個區域以便修復；檢查該一或多個圖案化基板之該複數區域是否缺漏本應出現在基板上之電路元件，若在該一或多個圖案化基板之一或多個區域中發現缺漏之電路元件，則在該一或多個圖案化基板中辨識出該一或多個區域以便修復；以及檢查該一或多個圖案化基板之該複數區域是否出現外來微粒而不當影響圖案，若在該一或多個圖案化基板之一或多個區域發現外來微粒，則在該一或多個圖案化基板中辨識出該一或多個區域以便修復。

該執行自動光學檢查之方法尚包含下列步驟：在該一或多個圖案化基板之該一或多個經辨識為須予以修復之區域上，重新塗佈基板光阻；在該一或多個圖案化基板之該一或多個經辨識為須予以修復之區域上，執行圖案之重建；利用該等SLM成像單元，重新檢查該一或多個圖案化基板之該一或多個經辨識為須予以修復之區域；以及根據該重新檢查所得之資訊，更新該等檢查結果。

該執行自動光學檢查之方法尚包含下列步驟：在該一或多個圖案化基板之該複數區域上，重新塗佈基板光阻；在該一或多個圖案化基板之該複數區域上，執行圖案之重建；利用該等SLM成像單元，重新檢查該一或多個圖案化基板之該複數區域；以及根據該重新檢查所得之資訊，更新該等檢查結果。

本發明提供一種製造三維(3-D)積體電路之系統及方法。以下之說明，係為使熟習此項技藝之人士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，熟習此項技藝者可輕易思及多種修改及組合該等範例之方式。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圖示。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，其目的係為達成預定之結果。該等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、號碼或類似名稱稱之。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(SLM)為基礎之影像投射裝置。可供使用之SLM影像投射方式共有兩種，一種係透過數位微鏡裝置(DMD)，另一種則係透過柵狀光閥(GLV)裝置，兩種裝置均可以微機電(MEM)製造法製成。

第3圖繪示一根據本發明實施例之數位微鏡裝置範例。在此範例中，標號302為單一DMD晶片，而標號304則為該DMD晶片之放大簡化圖。若欲將DMD用作空間光調變器，可令DMD中之微鏡傾斜至固定角度(大多約為±10°或±12°)。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使其傾斜(如標號306所示)或維持原本位置不變(如標號308所示)。在一實施例中，DMD之間距可為約14微米，而微鏡之間距可為約1微米。單一DMD晶片上之像素數可為1920 X 1080個微鏡像素，此一像素數可與高畫質電視(HDTV)之顯示器規格相容。

第4圖繪示一根據本發明實施例之DMD投影系統。在此範例中，微鏡共有三種狀態：1)傾角約為+10°之「啟動」狀態402；2)未傾斜之「持平」狀態404；以及3)傾角約為-10°之「關閉」狀態406。在第4圖中，光源408所在位置係與DMD形成-20°之角度，當此光源射出光束時，處於「啟動」狀態(或二進制中之「1」)之微鏡將反射該光束，使其直接穿過投影透鏡410，因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，其反射光束將有所偏斜(其角度分別為約-20°及-40°)，並落在該投影透鏡之聚光錐之外。換言之，後兩種狀態之微鏡之反射光並不會穿過投影透鏡410，因此，顯示器基板上將形成暗點。由於微鏡之反射光無法以目視方式分解，吾人可將一組投射出之亮點及暗點依適當比例組合，以形成灰階。此方法可利用百萬種灰色調與色彩，投射出逼真之影像。

請注意，來自「持平」狀態微鏡之較高級數繞射光及來自「關閉」狀態微鏡之第二級繞射光仍可進入該投影透鏡之聚光錐，並產生吾人所不樂見之閃光，進而降低影像對比度。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提高像素之繞射效率，藉以將DMD成像寫入系統之投影光學設計最佳化。

根據本發明之其他實施例，GLV係另一種投射影像之方法。GLV裝置之頂層係一呈線性排列之材料層，又稱帶狀元件(ribbon)，其具有極佳之反射性。在一實施例中，該等帶狀元件之長度可為100至1000微米，寬度可為1至10微米，間距可為0.5微米。基本上，GLV之成像機構係利用可操控之動態繞射光柵，其作用如同相位調變器。GLV裝置可包含一組共六條帶狀元件，其經交替折曲後便形成動態繞射光柵。

第5圖為一剖視圖，顯示本發明實施例中一GLV裝置之鏡面反射狀態及繞射狀態範例。當GLV帶狀元件共面時(如標號502所示)，入射光將產生鏡面反射，亦即繞射級數為0。當入射光射至一組交替折曲之帶狀元件(如標號504所示)時，強烈之±1級繞射光及偏弱之0級繞射光將形成繞射圖案。若濾除0級繞射光與±1級繞射光其中之一，即可產生高對比之反射影像。換言之，若物鏡重新捕集所有0級或±1級繞射光，將不會形成任何影像。GLV與DMD不同之處在於，GLV視野中所形成之整個影像係以逐條掃描方式建構而成，因為線性排列之帶狀元件光柵可一次形成一條線狀繞射影像。

吾人可由第1圖與第2圖之相關說明得知，為達單位時間之產量要求，必須搭配如習知系統所使用之高功率照明光源。在一範例中係使用功率達千瓦範圍之高壓短弧汞燈，而在另一範例中則使用高功率之準分子雷射。由於使用高功率之照明光源，照明光程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，且光程係與透鏡垂直。

為突破習知系統與方法之限制，本發明經改良之曝光工具架構避免使用高功率之照明光源。本發明提供一共線成像系統，其中各成像單元均包含SLM、照明光源、對準光源、電子控制器及成像透鏡。此系統若使用低功率之發光二極體(LED)及二極體雷射照明光源，其單位時間之曝光處理量較低，但若增加成像單元之數量即可提高單位時間之曝光處理量。使用小型SLM成像單元之一優點在於，可以該等單元構成不同尺寸之陣列以利不同之成像應用。在一應用實例中係以超過1000個上述小型SLM成像單元排成陣列，其單位時間之寫入處理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成像單元範例。在此範例中，該小型SLM成像單元包含空間光調變器602、一組微鏡604、一或多個照明光源606、一或多個對準光源608，及投影透鏡610。照明光源606可採用波長小於450奈米之藍光或近紫外光LED或二極體雷射。對準光源608可採用非光化雷射源或LED以便穿透透鏡進行對焦及對準調整。投影透鏡610可採用縮小比率為5X或10X之透鏡。如第6圖所示，照明光源606及對準光源608均位於該投影透鏡之聚光錐之外。在此實施例中，可使用數值孔徑NA為0.25且解像力約為1微米之市售透鏡。較低之NA值可確保較佳焦深(DOF)。在一微影製程實例中，光阻關鍵尺寸目標值為1微米，透鏡NA值為0.25，則焦深大於5.0微米。解析度及焦深之計算係根據雷利準則(Rayleigh criterion)：

最小圖徵解析度=k ₁(λ/NA)

焦深=k ₂(λ/NA²)

其中k₁與k₂為製程能力因子，λ為曝光波長。在一使用酚醛樹脂化學光阻之微影製程實例中，k₁介於0.5與0.7之間，而k₂則介於0.7與0.9之間。

為滿足小形狀因數之要求，照明光源可為藍光、近紫外光LED或半導體二極體雷射。另為達足夠之照明強度，本案之一設計實例使用多個照明光源，且該等照明光源係圍繞SLM並靠近SLM表面。SLM可為具有適當光學透鏡設計之DMD或GLV。在一範例中，基板處之目標照明強度目標值以有效光化曝光波長計，可達每平方公分10至100毫瓦。

在此曝光工具架構範例中，各小型成像系統之電子控制板外殼均符合一指定之小形狀因數。為便於通風及散熱，此外殼係位於SLM之頂部且遠離照明光源。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，例如投影透鏡、LED或二極體雷射照明光源，以及對焦/對準用之二極體雷射，各元件均須有其散熱空間。或者亦可使用訂製元件，以進一步降低單一SLM成像單元實體尺寸之形狀因數。一訂製之SLM成像單元，其二維剖面尺寸可小至5公分x 5公分左右；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。若使用小型SLM成像單元，則整個系統可能包含數百個排列成平行陣列之小型SLM成像單元。第7圖繪示一根據本發明實施例之SLM成像單元平行陣列範例。在此範例中係由600至2400個SLM成像單元平行陣列(702、704、706、708等)同時進行成像寫入，且各平行陣列可包含複數個SLM成像單元。

根據本發明之實施例，在計算單位時間之曝光處理量時，可以一SLM光罩寫入系統之已知單位時間處理量實例(例如以1300公厘x 1500公厘之光罩曝光20小時)作為計算起始點。單位時間處理量取決於基板所在平面之照明強度。在本範例中，若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，則曝光時間為約0.6秒。在另一範例中，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；此光罩式步進/掃描系統之單位時間處理量約為每小時50片第八代FPD基板。在一範例中，若將高功率與低功率照明光源同時納入考量，則單位時間預估處理量為每小時25至100片基板，端視各平行陣列中之SLM成像單元密度而定。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成像單元平行陣列之俯視圖。在此範例中，各列或各行可分別代表一SLM成像單元平行陣列，且各平行陣列可包含複數個SLM成像單元802。微影製程之良率與製程窗口息息相關。製程窗口在此係指相互搭配且可製印出符合規格之圖徵關鍵尺寸之焦點設定範圍及曝光量設定範圍。換言之，製程窗口愈有彈性，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。然而，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，不僅需耗費極大成本方可維持全區之均勻度及焦點控制，在技術上亦有其困難度。曝光工具須能執行焦點及照明之局部及全面最佳化，方可落實製程窗口之設定值。

第8圖所示之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，而各SLM成像單元之最佳化則可改善整體之製程窗口。

第9圖係對比習知單一透鏡投影系統之製程窗口與本發明實施例中陣列式成像系統之局部最佳化製程窗口。第9圖左側之習知單一透鏡投影系統902必須調整至如點線所示之折衷焦平面904。圖中實線906代表基板表面之實際剖面形狀，雙箭頭線段908代表單一透鏡為圖案成像時之最佳焦點設定範圍，雙圓頭線段910代表各成像透鏡所對應之基板表面剖面形狀最大變化範圍，而兩條點虛線則分別代表焦點範圍之上下限。

如第9圖所示，對習知單一透鏡投影系統而言，圖中大尺寸基板之彎曲幅度可能已超出透鏡之對焦範圍，且焦點設定範圍之中心點可能僅勉強適用於基板彎曲剖面之峰部及谷部，因而限縮整體製程窗口。第9圖右側所示之改良式投影系統則使用排成陣列狀之成像單元，其中成像單元912之焦點914可為個別成像區而單獨調整，因此，各焦點設定範圍(如雙圓頭線段916所示)均妥適位於焦點控制之上下限範圍內。除可微調各成像區之焦點外，各成像單元亦可調整其照明，使照明均勻度優於單一透鏡系統調整照明後之效果。是以，使用陣列式之成像單元系統可提供較佳之製程窗口。

第10圖繪示本發明實施例中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。一微調式之最佳化方法係將一焦點平均程序應用於一SLM成像單元所對應之局部不平整曝光區域以及該SLM成像單元附近之SLM成像單元所對應之區域。該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。熟習此項技藝之人士當知，本發明之成像系統亦可利用其他平均技術以提高整片基板上之影像均勻度。

在一實施例中，以薄膜電晶體(TFT)為基礎之液晶顯示器(LCD)係使用以下所述之光罩資料格式。請注意，吾人雖可利用階層式資料串流格式GDSII將光罩資料交予製造業者，但此種光罩資料格式可能不太適用於本案之平行SLM成像系統。若欲將階層式之光罩資料扁平化，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。本案之陣列式平行成像寫入系統若搭配適當之光罩資料結構，將可形成高品質之影像。

就本案之陣列式平行成像寫入系統而言，光罩資料結構經扁平化之後，尚需分割為預定大小之區塊，方可妥適或均勻傳送至各SLM成像單元。光罩資料結構內之資訊不但明訂各光罩資料區塊相對於其對應成像單元之放置位置，亦明訂橫跨多個成像單元之圖徵應如何分割。若欲辨識資料放置位置是否經過微調，可檢視相鄰成像單元所對應之相鄰光罩資料區塊之相關光罩資料結構。

第11圖繪示本發明實施例中光罩資料結構之一應用方式。在此範例中，先將一包含多層光罩資料實例1102之階層式光罩資料敘述扁平化，使其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圖下方以點線劃分之九宮格中，成為其正中央之方塊。相鄰成像單元之間須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。九宮格中之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，進而提高圖徵關鍵尺寸之一致性。使用平行加總曝光法可降低不利於關鍵尺寸一致性之各種製程變數。進行加總曝光時，若微鏡像素之曝光數足夠，可去除因使用二極體雷射而產生之高斯斑點。

第12圖繪示一根據本發明實施例之平行陣列加總曝光法。此方法先將光罩資料逐列送至各SLM成像單元，再依序照亮對應於各列光罩資料之成列微鏡像素，其間係從各列微鏡像素之一端開始，次第照亮至另一端。在一範例中，此方法係從方塊1201開始，先照亮其最下方之一列微鏡像素；然後移至方塊1202，照亮其倒數第二列微鏡像素；接著在方塊1203中，照亮其倒數第三列微鏡像素。此方法接續處理方塊1204、1205、1206及1207，並照亮其對應列之微鏡像素，然後進入方塊1208，照亮此範例中之最後一列微鏡像素(即方塊1208最上方之一列微鏡像素)。此一逐列照亮微鏡像素之程序將周而復始以完成對應之曝光動作，進而將圖案寫入基板。由於照亮微鏡之速度甚快，特徵圖案可經由快速之逐列照亮程序多次曝光，直到達到標稱曝光量為止。質言之，此一圖案寫入程序係由複數個微鏡像素之個別曝光加總而成。吾人可利用相同之加總曝光程序，並以相互協調之速度及方向移動基板平台，從而完成整片基板之寫入作業。

第12圖所示之逐列循環方式僅為一範例，若欲使各成像單元依序完成平行加總曝光中之局部或細部曝光，亦可採用其他循環方式。在其他實施例中，亦可以行或斜向之行/列為單位，循序進行，以有效完成平行加總曝光。此外亦可發展出其他加總方式，例如由兩相鄰SLM成像單元交錯進行逐列照亮之程序，或同時以多個資料列為起始列，分別沿多個方向進行，藉此提高微影製印之效能，但可能尚需搭配平台之進一步移動。

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或容錯度以防止製程中斷。換言之，曝光控制常式一旦偵測出某一SLM成像單元故障，將關閉故障之成像單元，並將其光罩資料重新分配至一或多個相鄰之成像單元，以便由該等相鄰之成像單元完成曝光任務，最後再卸除完成曝光之基板。此一曝光修正程序將持續進行，直到整批基板完成曝光為止。而整個流程亦將持續進行，直到成像效能及單位時間處理量均達到可接受之水準為止。

第13圖繪示本發明實施例中一種於成像寫入系統內形成冗餘度之方法。在此範例中，成像單元212一經發現故障，隨即關閉。在相鄰之八個成像單元中，可擇一取代成像單元212。在此情況下，原本由成像單元212負責之區域須待其他區域曝光完畢後才完成寫入。

若因基板翹曲或垂陷導致兩相鄰SLM成像單元成像扭曲，該兩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)。此不匹配邊界在第14圖中以標號1402表示，其中資料圖案有部分超出框線區域外，此時重疊區域內之圖案融合便需最佳化。第14圖繪示一根據本發明實施例之楔形邊界融合法。如第14圖所示，此方法開啟位於所選邊界末端1404之微鏡像素，而此邊界末端1404則與相鄰之成像單元寫入區域1406重疊，俾使兩區相互匹配。熟習此項技藝之人士應可瞭解，亦可以其他方式選擇性開啟所需位置之微鏡像素，藉此達成邊界融合之目的。

根據本發明之某些實施例，若以交替或互補之方式開啟相鄰重疊邊界間之選定微鏡像素，亦可達融合之效果。根據本發明之其他實施例，若在進行逐行照亮之加總曝光程序時，搭配開啟選定位置之像素，則其融合效果更佳。

此外，為使本案之陣列式平行成像系統達到預定之對準精確度，本案之方法將對準程序依序分為多個精確度等級。第一對準等級強調整體之對準準確度，而次一對準等級則將目標縮小至中階精準度。本案之方法即利用此一由下而上之程序，達成所需等級之精確度。

在一範例中共分三種精確度等級：單元透鏡之放置、透鏡中心之微調，以及微鏡成像資料之操控。第15圖繪示本發明實施例中一種將SLM成像單元排成陣列之方法。此方法可將複數個SLM成像單元1502之整體放置準確度控制在數公厘之範圍內。然後再以電子方式調整各SLM成像單元中投影透鏡總成之位置，使其達到微米等級之精確度。欲達此一目的，可利用氦氖雷射(或其他非光化對準光源)將透鏡中心對準平台上之已知參考位置。最後再控制微鏡，使其達到奈米等級之對準精確度。

根據本發明之實施例，曝光對準程序可包含下列步驟：

(1)利用平台上之已知參考位置，校準陣列中各SLM成像單元之透鏡中心。如此一來便可參照實體透鏡陣列，建立一組數學陣列格點。

(2)在寫入第一光罩層時，由於基板上尚未印出任何對準記號，基板係以機械方式對準，且主要依賴平台之精確度。

(3)基板經由先前之光罩層取得遍布基板之對準記號，而此些對準記號可由對應之SLM成像單元偵得。如此一來便可參照基板上之實際影像位置，建立一格點圖。

(4)比較兩格點圖(SLM成像單元本身之格點圖以及從基板測得之微影製印對準記號格點圖)，進而建立可引導平台移動之格點圖配對數學模型。

(5)在一範例中係針對第十代基板建構一包含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，此移動距離亦納入格點圖配對之計算中。請注意，此平台移動距離甚短，因此相較於光罩式曝光工具在為第十代基板成像時，其平台之移動距離須達基板之全寬及全長，本案之方法具有技術上之優勢。由於第十代基板重量可觀，若能縮短平台負重移動之距離，將可提高系統運作之精確度。

(6)為微調至次微米等級之對準精確度，本案之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。換言之，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。此外，由於各基板之翹曲狀況不同，修正因子也可能隨基板而變化。各基板之彎曲狀況可於曝光前先行偵得。

第16圖繪示本發明實施例中一種製造撓性顯示器之無光罩成像寫入系統範例。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，其中單一SLM成像單元以標號1602表示。該一或多個SLM成像單元陣列可依特定應用之需要，形成特定形狀，如圓形。在另一實施例中，該無光罩成像寫入系統可用於製造非撓性顯示器。

第17圖繪示一根據本發明實施例之SLM成像單元。該SLM成像單元包含藍光及紅光二極體雷射1702、孔口1704、透鏡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以及透鏡總成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。該等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，主要係於初始焦點設定時作對準或瞄準之用，至於四個屬於光化性之藍光雷射二極體則用於曝光。該等雷射二極體之數量及排列方式，亦可視雷射二極體之封裝大小而採用不同設計，只要其照明強度均勻即可。在另一範例中，亦可利用光纖束傳輸該光化照明。在此情況下，各雷射二極體係照射於光纖束之一端，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LED取代二極體雷射。若採用此一設計，可將多個藍光LED緊密靠攏以提供均勻之照明強度，另將多個紅光LED分別置於可供對準及初始對焦之位置。在此範例中，藍光及紅光二極體雷射1702所發出之光線依序穿過孔口1704及透鏡1706，然後照射至球面鏡1708，再由球面鏡1708反射至DMD 1710。該DMD可利用其不同狀態之微鏡，將光線直接反射至光束收集裝置1714，抑或使光線經由透鏡總成1720而照射於基板。形成於基板上之影像將向上反射，穿過透鏡1720與分光鏡1716，最後到達CCD攝影機1718。

第18圖繪示本發明實施例中一種使用SLM成像單元線性陣列之捲軸式無光罩微影法。在此範例中，SLM成像單元1802係排成單一線性陣列，如第18圖所示。基板1804可在吾人之控制下，沿基板移動方向(X方向)移動，而SLM成像單元1802之線性陣列則可在吾人之控制下，於基板1804所在之平面上，沿著垂直於該基板移動方向之方向(Y方向)來回移動。吾人可調整該SLM成像單元線性陣列之曝光，使其隨著基板捲動而同步處理基板1804之特定區域。如此一來便可控制該SLM成像單元線性陣列，使其為大於該SLM成像單元線性陣列之基板成像。第18圖所示之成像寫入系統不但可控制該等SLM成像單元，使其沿基板移動方向移動，亦可使其垂直於基板移動方向而移動，故可突破第’779號專利及Ahn專文所述習知方法對實體光罩尺寸之限制。

第19圖繪示本發明實施例中一種使用SLM成像單元二維陣列之捲軸式無光罩微影法。第19圖係以俯視方式繪示SLM成像單元二維陣列1902，其中每一圓圈代表一SLM成像單元。類似於第18圖所示之範例，第19圖中之基板1904可在吾人之控制下沿X方向移動，而SLM成像單元二維陣列1902則可在吾人之控制下，於基板1904所在之平面上，沿Y方向往復移動。吾人可調整該SLM成像單元二維陣列之曝光，使其隨著基板捲動而同步處理基板1904之特定區域，如此一來便可控制該SLM成像單元二維陣列，使其為大於該SLM成像單元二維陣列之基板成像。因此，第19圖所示之成像寫入系統可突破第’779號專利及Ahn專文所述習知方法對實體光罩尺寸之限制。請注意，在某些實施例中，該SLM成像單元二維陣列可以交錯或非交錯之方式排列。

第20圖繪示本發明實施例中一種利用無光罩微影法為多種不同尺寸之基板成像之方法。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。SLM成像單元二維陣列2002可在吾人之控制下，自動連續接收並處理成像資料，因此，此成像寫入系統若以無縫方式載入不同之TFT光罩資料，便可切換不同之基板設計圖案；相較之下，第’779號專利及Ahn專文所述之習知方法則須停止運作以便更換不同光罩。在第20圖所示範例中，基板包含不同尺寸之基板設計圖案，如標號2006、2008、2010、2012及2014所示，而當基板捲動時，SLM成像單元二維陣列2002可即時處理該等不同尺寸之基板設計圖案。

第21圖繪示本發明實施例中一種依照基板表面局部狀況定位各SLM成像單元之方法。此範例之方法係於曝光過程中檢視基板表面2104之不平整度，並據此調整SLM成像單元線性陣列2102。第21圖係以誇大方式顯示基板2104之不平整度，藉此突顯本方法將各SLM成像單元調整至最佳高度之優點。透過調整各SLM成像單元之最佳高度，自動調焦時便可將焦點調整至預定解析度關鍵尺寸1至5微米所需之焦深範圍內。本方法之細節容後述。

在一範例中，為微影製印以TFT為基礎之太陽能板(PV panel)，最小圖徵關鍵尺寸可能超過50微米。在此微影製印解析度範圍內，吾人往往將噴墨印刷法視為一成本較低之選擇。但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，或許可用於微影製印光罩圖徵，但不宜以此形成電路驅動線元件；噴墨印刷法主要適用於製印非電路驅動線之資訊讀取。以捲軸微影製印法製造主動式TFT元件時，尺寸可縮放之SLM成像單元陣列由於元件良率較高，仍為較佳之無光罩式微影技術方案。此方法係透過放大投影完成無光罩式成像；詳言之，SLM成像單元之曝光透鏡並非縮小物鏡而係放大物鏡，此放大物鏡可在吾人之控制下，將產品圖徵尺寸從25微米放大至數百微米。

為能在未必絕對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成像單元之焦點。第22圖繪示本發明實施例中一種偵測像素焦點之方法。若欲監視焦點，可利用可穿透透鏡之監視攝影機擷取曝光中之影像，然後分析所擷取之明暗像素影像，並與預期之曝光圖案比較，以取得失焦程度之一相對度量。第22圖所示範例為一對明暗像素(2202與2204)及其準焦(2206與2208)與失焦狀態(2210)。就明暗交界處之過渡圖案而言，該對準焦之明暗像素呈現對比度相對較大之過渡圖案，而該對失焦之明暗像素則呈現模糊之過渡圖案，其中模糊過渡之程度可以測繪方式對應於失焦之程度。在其他範例中，吾人可監視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，吾人在擷取影像後，僅需比較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明暗圖案之影像對比度，其中使用最佳焦點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，本發明之系統可於軟體之控制下，在以目標焦點為中心之一範圍內不斷微幅變化焦點位置，同時更新目標焦點所在位置，以維持最佳對焦狀態。吾人僅需在所述範圍兩端之誤差之間取得平衡，即可靈敏調整至最佳對焦狀態，但最好避免故意使曝光影像失焦。欲達此一目的，可以受控之方式擾動攝影機之焦點，但不改變曝光影像之焦點；例如，若使用可穿透透鏡之監視攝影機，則可改變攝影機與物鏡間之有效光程。就一階近似而言，改變透鏡在攝影機側之焦距(23a圖中之f₂)與同比例改變f₁之效果相同。欲使焦點產生此一變化，可將攝影機前後振動、或利用一振動之反射鏡反射影像，或者如第23a圖所示，使光線通過一轉盤，其中該轉盤具有複數個厚度及/或折射率不同之扇形部分，俾使有效光程產生所需之變化。上述轉盤即圖式中之第一光程差(OPD)調變器2316及第二OPD調變器2326。此外，亦可利用一附有反射鏡之圓盤反射影像，其中該圓盤具有複數個不同高度之扇形部分。

第23a圖繪示本發明實施例中一種可即時偵測SLM成像單元焦點之裝置範例。如第23a圖所示，該裝置包含成像光源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。該裝置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，該圓形光學裝置2317可具有複數個扇形部分(如標號2318所示)。各扇形部分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，其中該等不同厚度可形成光程差。

另一種判定焦點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圖繪示本發明實施例中另兩種可即時偵測SLM成像單元焦點之裝置範例。除第23a圖所示元件外，此兩裝置範例尚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圖尚包含第三OPD調變器2330。第二與第三OPD調變器2326、2330之構造可與第一OPD調變器2316類似。使用該兩攝影感測器2310與2322時，可對應置該兩具有不同折射率之OPD調變器2316與2326以決定焦點調整方向。在另一實施例中，該兩不同OPD調變器2316與2326之實施方式僅係將對應之攝影機2310與2322設於不同距離處。

第23b與23c圖所示之範例分別檢查第一攝影感測器與第二攝影感測器之影像，藉以比較並分析焦點調整方向，然後調整焦點設定，以使兩攝影感測器所測得之失焦程度相等，如此一來便可確保最佳對焦狀態係由兩攝影感測器間之一光程差決定。第一及第二攝影感測器係透過互補之焦點偏移量觀測基板，以決定目標焦點之方向。另一方法則不以上下移動物鏡之方式調整焦點，而係將第三OPD調變器2330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焦點。

焦點之即時監視與調整包含下列步驟：

1)將基板表面與物鏡之間距設定在對焦範圍內。

2)首先，以非光化照明成像並擷取此影像，此步驟不會對曝光用之感光材料造成任何破壞。換言之，利用非光化照明設定初始焦點，然後配合調整物鏡，以達最佳對焦狀態。

3)曝光平台一旦開始沿基板之移動方向(X方向)移動，即開始光化曝光。

4)在光化照明下監視所擷取之影像，並配合調整物鏡。

5)請注意，每次調整焦點之動作係以上一個曝光位置之最佳曝光狀態為依據，但卻用於下一個曝光位置。

6)根據f1與f2之光程差量測值，決定物鏡之調焦幅度。

一如前述，吾人可在曝光過程中利用一或多台攝影機即時監控影像之寫入。透過微鏡像素加總曝光法，每一影像圖案均由多個DMD微鏡像素曝光而成。此曝光法在初始曝光階段原本即具有較大之對焦誤差裕度，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部分；而後在進行像素加總曝光時，尚可即時調整各SLM成像單元之焦點。在寫入由暗區包圍之獨立「孔狀」圖案(如第24圖所示)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，其原因在於上述兩種特徵圖案在吾人擾動焦點設定之過程中缺少影像之變化，故不易於初始階段設定其最佳對焦狀態，須待多次曝光後方可決定其最佳對焦狀態。

在另一範例中，前述之自動對焦機構可用於「焦點加總曝光」以擴大整體焦深。第25圖繪示本發明實施例中一種透過像素加總曝光法改善焦深之方法。在第25圖所示範例中，吾人可在像素加總曝光過程中動態調整最佳曝光設定，如此一來便可透過焦深範圍內之不同最佳對焦狀態完成像素加總曝光。經由此一方式，最終之影像圖案係利用多種焦點設定2502共同曝光而成，而該等焦點設定2502亦將擴大整體之最終焦深2504。

第26a與26b圖繪示本發明實施例中利用重疊區域接合相鄰成像區之方法。第26a圖顯示兩相鄰成像區2602、2606及其對應之SLM 2604、2608。兩相鄰成像區2602與2606間之區域定義為重疊區域2610。SLM 2604之成像範圍可跨越理論邊界2612並延伸至成像區2606內之使用者自訂邊界2614(虛線)，而SLM 2608之成像範圍同樣可跨越理論邊界2612並延伸至成像區2602內之另一使用者自訂邊界2616(虛線)。由於重疊區域2610同時涵蓋在SLM 2604與2608之成像範圍內，此方法可利用該兩相鄰成像區中之某一區補償另一區之不一致性，例如位置上之不匹配或曝光量之差異。

第26b圖顯示另兩相鄰成像區2622、2626及其對應之SLM 2624、2628。在此範例中，該兩SLM及其對應之成像區均採水平設置，而非如第26a圖所示之垂直設置。第26a與26b圖中重疊區域之走向雖然不同，但均可應用類似之技術。在其他實施例中，水平重疊區域之處理方式亦可與垂直重疊區域不同。與第26a圖類似，兩相鄰成像區2622、2626間之區域定義為重疊區域2630，其中SLM 2624之成像範圍可跨越理論邊界2632並延伸至成像區2626內之使用者自訂邊界2634(虛線)，而SLM 2628之成像範圍同樣可跨越理論邊界2632並延伸至成像區2622內之另一使用者自訂邊界2636(虛線)。

若欲在重疊區域2630內成像，可令兩SLM 2624及2628之成像強度朝彼此遞減。折線2638與折線2639(虛線)分別概略顯示SLM 2624與2628之成像強度。在重疊區域2630中，SLM 2624之強度從完整強度漸變至零，而SLM 2628之強度則從零漸變至完整強度。請注意，在此範例中，若理論邊界實質對齊成像區之實際漸變段(例如兩者之距離在50奈米以內)，則可產生良好之成像效果。

自動化光學檢查(AOI)可應用於積體電路(IC)、印刷電路板(PCB)及平板顯示器(FPD)之製造。以當前最先進之超大型積體電路(VLSI)製程而言，其設計規範中之關鍵線寬已達深紫外光(DUV)曝照波長之若干分之一，約為193奈米。若欲確保PCB、FPD及類似線寬等級之電子裝置之生產良率，則AOI乃製程中之一關鍵步驟。例如，AOI可用於檢查線寬、捕捉遠小於目標線寬之微粒、偵測基板表面之污染狀況，並找出缺漏、扭曲或多餘之圖案。

AOI可以多種方法判定一PCB是否符合產品品質規範。第一種方法係將AOI所得之影像與一已知參考圖案(又稱PCB黃金參考標準)之影像進行比對。第二種方法係將所擷取之影像圖案與已知且預先儲存之良好PCB影像及劣等PCB影像進行比對。第三種方法係衍生自第二種方法，並採用統計學之圖案比對技術。詳言之，第三種方法之比對對象包含一已知黃金參考標準及多個不合格度輕重有別之劣等PCB影像，如此一來便可在容許些微偏差之條件下進行統計學判定。

就PCB及使用類似基板與類似線寬等級之電子裝置而言，AOI之主要目的係協助使用者迅速判定不合格之根本原因，以便及早修正，避免大量電路板發生相同問題，同時亦可快速淘汰無法使用之瑕疵零件，進而確保產品之整體出貨品質。受限於成本、資源與時間因素，若非為了特定工程目的，否則PCB之瑕疵品絕少送修。在一般量產生產線中，此等瑕疵品可能均標示為淘汰品。

另就FPD及使用類似基板與類似線寬等級之電子裝置而言，實施AOI之目的同樣係為執行各項檢查，例如偵測微粒、污染狀況及不應出現之圖案瑕疵。在各類圖案瑕疵中，mura(即日文「斑」)係指對比低但可目視察覺並影響目視效果之拍頻干擾圖案。其他類型之圖案瑕疵則包括圖案缺漏、額外多出之圖案，或兩者兼有；以上三者均會造成圖案畸變。

在處理尺寸甚大之基板時，AOI之硬體機構可採用不同之配置方式。例如，原本為掃描及擷取基板不同位置之影像而以高架方式安裝於一快速移動之X-Y軌道平台上之攝影機，可改為沿水平方向緊密排成一列，至於其掃描整塊基板之方式係令基板沿著垂直於該列攝影機之方向水平移動，並從下方完全通過該列攝影機。基板以此單線軸向方式移動時，其移動速度可保持與影像擷取速率一致，其位置亦可維持在成列攝影機下方之焦距範圍內。此外，各攝影機可擷取上萬條掃描線影像，且各像素線可具有8位元之像素，其他細節則不予詳述。在一範例中，可使用解析度為7.5微米之攝影機檢查線寬為8至10微米之TFT彩色濾光片面板產品。若所欲檢查之線寬更窄，例如欲檢查1至3微米之TFT陣列，則可使用解析度更高之攝影機。在此例中，線寬將接近照明波長，故資料量及影像處理之演算法亦須配合調整。

一高解析度面板產品若為視覺傳達方面之應用，則任何目視可見之瑕疵均將導致無法出貨。然而，由於製造新世代產品所需之基板愈來愈大，基板材料價格亦隨之上揚，吾人實有必要針對經由AOI檢出瑕疵之所有面板進行修復，而非將高價之基板材料報廢。因此，瑕疵修復已成為FPD及類似電子裝置之一重要製程步驟。

以第十代FPD之基板為例，一解決方案係透過AOI找出瑕疵所在位置，然後修復圖案以去除瑕疵。由於基板尺寸甚大，可達2.88x3.08公尺，若以人工方式修復將十分困難，最好能以機器人進行自動化修復。吾人可設置機器人，使其自動執行各種瑕疵修復工序，例如去除表面外來微粒、以雷射蝕刻或強力氣流移除多餘之圖案，以及在圖案稀疏處局部沉積與製程相容之薄膜以增補缺漏之部分圖案。以上工序均可透過軟體運算法執行。AOI可提供精確之位置、定義待修復之區域、辨別圖案瑕疵之類型(例如缺漏或多餘)，並與預定之參考圖案進行比對，因此，後續須處理之問題即為如何從兼有缺漏圖案及多餘圖案之畸變圖案瑕疵中重建所需之圖案。

在找出畸變圖案後，若欲利用雷射去除法及局部薄膜沉積法進行圖案之重建，就初級影像處理而言，必須先辨識圖案之哪些部分出現缺漏及/或出現不應有之多餘圖案。為此，可利用一SLM成像單元擷取瑕疵影像，並使所擷取之影像與原始光罩圖案產生關聯。詳言之，可利用一SLM成像單元陣列執行影像掃描，但該等SLM成像單元僅擷取圖案影像而未實際進行曝光。或者，可在一AOI系統中安裝單一SLM成像單元。該AOI系統在完成瑕疵類型之分析，並判定有必要進行後續之瑕疵檢視及分類後，將命令該額外設置之SLM成像單元執行上述動作。在第28c圖之左側圖式中，元件2810已判定為一瑕疵，詳言之則為兩平行矩形2812間之一多餘圖案。在第28c圖之右側圖式中，瑕疵2810經判定後已從原始光罩上移除(以虛線間之白色區域表示)。

根據本發明之實施例，另一種在AOI後重建圖案之方法係利用SLM成像單元在出現瑕疵之局部區域以無光罩成像法修復圖案。此成像法須搭配光阻之局部或全面重塗。若須局部重塗，光阻僅塗佈於部分區域，隨即顯影。但若基板上有多處圖案需要重建，最好整塊基板均重新塗上光阻。

此方法類似於單線軸向移動之微影製程，其不同處在於，僅瑕疵圖案需再次成像以達圖案重建之目的。此方法可以單一SLM成像單元或一SLM成像單元陣列完成再次圖案化，其首要步驟係對準已圖案化之區域，一如以SLM成像單元執行光罩對準之動作。但就此局部成像法而言，此對準動作係對準前次之光罩層，而非如首次微影曝光時可將光罩圖案平行寫入。詳言之，在重建圖案時係對準已完成蝕刻之光罩層圖案，因此，所對準之光罩圖案可能在外觀上已與原光罩圖案不同，端視其實際經歷之製程條件而定。重建圖案時須將製程條件列入考量因素，方能使重建後之圖案與周遭圖案更加匹配。換言之，重新成像時須納入製程修正因子，例如將重建圖案區放大或縮小。

在第28d圖中，左側之瑕疵圖案已加入一已知製程修正因子，右側圖式則顯示瑕疵圖案之成像對準關聯性，亦即以瑕疵所在位置實際所見之圖案與先前擷取之瑕疵圖案相比。位於右側圖式中央之小型深色區域2820顯示對準關聯性甚高，故可精確判定瑕疵位置(即圖案重建位置)。在將製程條件因子納入重建之影像後，即可進行無光罩曝光以完成局部圖案之重建。

第27a與27b圖繪示本發明實施例中量測及使用相鄰SLM成像單元中心間之視點間距之方法。在第27a圖所示實施例中係使用四個排成一列之SLM。視點間距(IOD)係兩相鄰SLM中心間之向量值距離。舉例而言，IOD-x係SLM 2702與SLM 2704兩者中心間之距離；同樣地，IOD-y係SLM 2702與SLM 2706兩者中心間之距離。在第27b圖中，整個成像區係分割為一網格中之多個子區，如子區2708、2710、2712及2714。各子區對應於一SLM之成像區。在此例中，用以為子區2708及2710成像之兩SLM間之視點間距經量測為IOD-x，用以為子區2710及2714成像之兩SLM間之視點間距經量測為IOD-y。一旦測得系統中對應SLM間之IOD，系統即可利用此訊息進行校準，並產生用以控制系統中各SLM曝光方式之光罩資料。透過IOD之應用，即便各SLM並非位於其成像區之中央，系統仍可利用IOD製備光罩資料，從而補償SLM在系統中之任何對準誤差。

第28a與28b圖繪示本發明實施例中成像寫入系統量測及修正對準狀態之方法。在第28a圖中，部分SLM係經轉動，例如SLM 1與SLM 3係略向右轉，SLM 5、6、8係略向左轉，而SLM成像單元7、9則略向右轉(所有轉動幅度在圖中均誇大表示)。此等轉動誤差可於常規之系統設定或系統維護作業中偵得並加以判定。在此例中，轉動修正因子經量測為θ_SLM。一旦測得系統中各SLM之θ_SLM，系統即可利用此資訊進行校準，並產生用以控制系統中各SLM曝光方式之光罩資料。透過轉動修正因子之應用，即便各SLM相對於其成像區之方位並不完全準確，系統仍可利用轉動修正因子製備光罩資料，從而補償SLM在方位上之任何誤差。舉例而言，SLM #7 2803其成像區之轉動修正因子經量測為θ_SLM。在製備光罩資料時，系統將納入此等轉動修正因子，並產生對準之光罩資料2804。

第28b圖繪示本發明實施例中之一圖案識別同形對準法。在此例示方法中可以多個預定圖案作為地標，俾以圖案識別為基礎擷取對準目標之影像。舉例而言，可沿成像區之邊緣使用加號(+)2805作為邊界之識別符號。此外，可以既有之設計圖案(即圖中之E及F)2807標示相鄰SLM間成像區之角落。根據本發明之實施例，SLM可同步尋找對準目標。一旦使用對準目標，系統便可求得一組修正因子，例如偏移量、轉動修正量、及縮放因子。若有足夠之額外對準記號，更可計算出非線性畸變(例如軸線彎曲或梯形畸變)之修正量。系統可據以產生光罩資料，進而利用上述之修正因子，使所需之圖案2808對準對準記號之實際量測位置。

過去四十年來，互補式金屬氧化物半導體(CMOS)之設計尺寸在摩爾定律(Moore’s Law)之驅使下不斷縮小，使IC元件製造商得以在相同之晶片面積內，隨著元件世代之更迭而加入愈來愈多功能或電晶體，同時提高元件之操作頻率，並降低整體之晶片成本。但經濟效益終已到達極限。由於縮小CMOS尺寸之技術難度已愈來愈高，若欲製造小於20奈米之次世代元件，所需之資本投資已非業界一般廠商所能負擔。光就微影曝光工具一項而言，預期之升級成本可能連業界龍頭都望之怯步。為能以成本較低之方式達成提升系統效能及尺寸微小化之目標，抑或為了落實「超越摩爾定律」之概念，業界已於十年前開始注重系統之整合，而非一味增加電晶體密度。

近來，透過矽通孔(TSV)互連而實現之三維封裝技術已提供一種可突破摩爾定律之尺寸縮小途徑。三維封裝技術使異質整合具有可行性，從而使吾人得以在空間狹小之封裝體內整合射頻(RF)、邏輯、記憶體及MEM感測器等元件。三維封裝技術既不同於系統單晶片(SOC)，亦不同於「超越摩爾定律」之概念；系統單晶片係不斷增加二維晶片面積內之電晶體數量，而「超越摩爾定律」之概念則須將設計尺寸縮小至極致。三維封裝技術之資本投資門檻較低，對諸如智慧型行動裝置等次世代消費性裝置之製造商而言，其經濟效益極具吸引力。其實，上述裝置早已成為三維封裝技術之主要推動力之一。在強大之市場需求帶動下，儘管全球景氣衰退，業界仍快速開發出三維系統整合封裝所需之各種製造工具、製程及技術。

三維封裝技術共有兩種，一種稱為「三維矽(Si)整合」，另一種則稱為「三維IC整合」，兩者皆以矽通孔為基礎，但各有不同等級之製造難度。三維矽整合技術又稱為晶圓鍵合，此方法可提供較佳之電性效能，且耗能較低，產品之高度與重量亦較低，單位時間產出量則較高。

三維IC整合技術可用以增加數位相機內CMOS影像感測器之密度。欲達此目的，可以三維IC互連技術搭配矽通孔。記憶體之相關應用也可使用三維堆疊技術，藉以縮小產品所佔面積，同時滿足提高記憶體密度之嚴格要求。第29a至29d圖繪示本發明實施例中之三維積體電路無光罩平行製造法。第29a圖共顯示三種形成矽通孔之方式，亦即先鑽孔(via-first)、製程中鑽孔(via-middle)及後鑽孔(via-last)；顧名思義，三者分別表示矽通孔係於IC製造完成前、製造過程中及製造完成後形成。在第29a圖之範例中，三種類型之矽通孔均以剖面圖顯示。無論何種類型之矽通孔(深灰色)，其通孔圖案皆先透過微影技術形成，然後於矽基板上蝕刻出一深溝，並以披覆方式在溝內填入導電金屬，如銅。接著研磨矽基板之背面，使基板逐漸變薄，終致使矽通孔露出於基板背面。如此一來，露出之矽通孔便可直接連接至具有相配矽通孔設計之另一晶片。

矽通孔之設計規則係以「直徑/間距」及「高寬比」(即深度與直徑之比)訂定之。在一範例中，直徑/間距比可為50/250微米，高寬比則為5:1。在另一範例中，直徑/間距比可縮小為10/100微米，高寬比為10:1；或直徑/間距比為5/50微米，高寬比為16:1；或直徑/間距比為3/50微米，高寬比為16:1；或直徑/間距比為1/20微米，高寬比為20:1。就圖案之微影形成技術及蝕刻技術而言，上述直徑/間距比屬於合理範圍，但深溝披覆技術則尚難配合該等比值。為提供成熟之製造工序，實有必要改良既有開發流程，例如提升通孔形成技術之電性可靠度、改善對嚴重彎曲/翹曲之薄晶圓之處理方式、提高熱能管理效率，及改進堆疊晶片之測試方式等。

方法之一係將矽通孔製程與半導體製程結合，然而，晶粒良率卻可能受到負面影響。例如，若一具有許多良品晶粒之晶圓在完成後鑽孔製程後必須報廢，則對晶粒良率之影響甚大。另一方法係直接與另一晶片接合，但此另一晶片可能係由另一業者設計，且未必係由相容之半導體製程製造而成。

再一方法係以傳統製程製作IC晶片並獨立測試之，以便與其他晶片互連。此方法係使用具有矽通孔之被動中介層，並將IC晶片黏附於此中介層上，之後再行封裝。中介層可為矽或玻璃製之基板材料，其形狀/尺寸則類似矽晶圓或矩形之玻璃基板。中介層之作用係承載具有大量輸出/入端子及高密度路由線(自封裝體至PCB)之IC。此種被動中介層並未設置主動元件，可由代工廠或以外包方式另行製造。

第29b圖係一中介層實施例之剖面圖，其中一特定應用積體電路(ASIC)邏輯晶片與一動態隨機存取記憶體(DRAM)晶片堆疊體係比鄰設置，且接合於同一被動中介層。在該DRAM堆疊體之各記憶體晶片之間可使用另一類型之矽通孔。

若欲在主動中介層上形成圖案，亦即使矽通孔之圖案形成於IC元件晶圓上，可利用SLM陣列(Array of SLMs，以下縮寫為AOS)無光罩直接成像工具搭配整合元件製造商(IDM)或代工廠之既有曝光工具，並以混搭(mix-n-match)方式曝光，其單位時間產出量可達一定水準。以製程中鑽孔而言，應在設置電晶體及鎢質接點之光罩層後執行一光罩步驟，然後再形成多層銅質互連體，以便在通孔至通孔間距較大之矽通孔內形成直徑3至5微米之互連結構。至於後鑽孔製程之實施方式係先將晶圓打薄，再將晶圓暫時黏合於載體上，然後從晶圓背面以蝕刻方式形成矽通孔，直到蝕刻至阻擋層為止；此種矽通孔之直徑介於8與10微米之間。

用於行動裝置之第三代雙倍資料率同步動態隨機存取記憶體(DDR3 DRAM)必須縮小尺寸並降低耗能。就記憶體IC而言，10至50微米厚之矽材可設置高寬比(AR)為5:1至10:1之通孔，並以電鍍方式在通孔內形成銅質互連體；換言之，通孔直徑為2至5微米。此直徑範圍大致符合可交由IDM及代工廠製作之矽通孔之直徑。

若欲透過被動中介層形成矽通孔之圖案，可由封測代工廠(OSAT)代勞。此種中介層之最終矽材目標厚度可為100至140微米。中介層之厚度若減至100微米以下，硬質矽晶圓將變為撓性矽箔。就通孔直徑而言，若高寬比為5:1，則矽通孔直徑之成像目標可能在20至30微米左右。一矽質中介層包含由被覆銅線所組成之重分布層(RDL)，其中被覆銅線之線寬與間距分別接近對應矽通孔之直徑與間距。

上述之線寬及直徑均在本案以405奈米曝光波長進行AOS無光罩直接成像之能力範圍內。中介層可以多種方式運用，例如，可透過中介層使原本過時之元件得以應用於難以重新設計之電路板上。OSAT若欲與代工廠或IDM在中介層之商業應用上一較高下，可提供矽質中介層之快速設計、原型製作，以及小量乃至大量生產之服務，並透過在中介層上重新布置路由線之方式，使複雜之基板符合標準大小；此外尚可有其他相關服務。在執行上述作業時，本案之AOS無光罩直接成像技術可提供快速轉換，其靈活度為習知光罩式曝光工具(包括步進式系統及光罩對準系統)所無法企及。

本案之AOS無光罩直接成像系統尚可在處理有變形之虞(例如彎曲與翹曲)之超薄基板時提供適切之對準功能。透過本文所揭露之方法，本發明之AOS無光罩直接成像系統可有效率地「拉伸」光罩資料以配合既有之基板圖案，從而達成局部對準之目的。習知光罩式微影技術則無此功能。

在另一方法中，本案之AOS無光罩直接成像系統係用於形成主動矽質中介層上之矽通孔圖案。為將三維IC整合元件之熱性質及電氣性質最佳化，或有必要在研究或開發階段，或者在為同一晶圓進行不同應用目的之分割設計時，針對矽通孔在主動晶粒上之設置方式進行實驗設計(DOE)。本案之AOS無光罩直接成像系統可有效率地達成此一目的，故無須為此訂購任何光罩。

第29c圖係一二維積體電路之配置圖。如本範例所示，配置圖中之各區塊(即A、B、C、D、E、F、G)分別代表該積體電路之一部分及其在一晶圓上之對應區域。延伸於區塊A與C之間、區塊A與E之間及區塊C與G之間之線段分別代表該等區塊彼此互通所需之路由線。熟習此項技藝者即可明瞭，在一具有數十億個電晶體之積體電路中，區塊間通訊信號之路由十分複雜，其設計難度甚高，所涉及之問題包括電阻電容延遲效應、串音干擾、耗能及形狀因數等，在在均對積體電路之成本有直接影響。

本發明所揭露之系統及方法可解決第29c圖中系統單晶片之設計問題，特別是用於晶粒至晶粒、晶粒至晶圓以及晶圓至晶圓之三維接合，俾以更有效之方式製造三維積體電路。如第29d圖所示，積體電路可以三維方式排列，因而大幅縮短各區塊間通訊信號之路由長度。在此例中，區塊A與C係位於積體電路之第一層，而區塊B、D、E、F、G則位於積體電路之第二層。凡熟習此項技藝之人士即可明瞭，該積體電路內之層數亦可多於兩層，以達該積體電路之特定設計及成本目的。延伸於區塊A與E之間、區塊A與D之間、區塊A與F之間、區塊C與B之間、區塊C與F之間，及區塊C與G之間之垂直線代表圖示積體電路中不同層區塊間之通訊信號路由。由於此等路由線係以三維方式排列，其長度已大幅縮短。在其他實施例中，可將類比電路與數位電路分設於三維積體電路之不同層內。在另些實施例中，亦可將電路之電源及接地平面分設於三維積體電路之不同層。

若以習知方法製造三維積體電路，積體電路之每一層均須使用一光罩，但在設計過程中往往必須多次迭代方可同時滿足功能、效能及成本等各方面之設計標準。換言之，在設計及驗證過程中，積體電路各層所對應之光罩有可能需要修改，因而增加積體電路之開發成本及開發時間。但若使用本發明之成像寫入系統，各層電路設計圖案之形成便不須借助光罩。此外，若採用本發明成像寫入系統之多晶圓直接成像法，則積體電路中之複數層將可平行製造，進而減少積體電路之開發成本並縮短開發時間。

根據本發明之實施例，本案之成像寫入系統可用於矽通孔之「先鑽孔」製程，以利三維積體電路晶片之接合。本案之無光罩方法可取代一使用光罩之習知填充步驟，此填充步驟原為前段製程(FEOL)前之加工工序(工序1)中之第二步驟，或為前段製程後之加工工序(工序2)中之第三步驟。同樣地，本案之成像寫入系統可用於矽通孔之「後鑽孔」製程，以利三維積體電路晶片之接合。本案之無光罩方法可取代一使用光罩之習知填充步驟，此填充步驟原為後段製程(BEOL)前之加工工序(工序3)中之第三步驟，或為後段製程後之加工工序(工序4)中之第五步驟。

請注意，由於矽通孔之通孔光罩圖案大多採用尺度不同於其他光罩圖案之關鍵尺寸，本案無光罩方法之靈活度恰可發揮極大之助益；因為若採用習知方法，則以最先進之曝光工具製作通孔光罩圖案之經濟效益甚低，相較之下，以最先進之曝光工具在前段製程中形成光罩層則符合經濟效益。一如前述，本案成像寫入系統可在成像過程中進行縮放比例修正、視點間距修正及轉動因子修正，故可降低產品開發成本並縮短產品開發時程。

第30圖繪示本發明實施例中一種多晶圓之直接成像法。在第30圖所示範例中係以一3x6 SLM陣列為兩枚直徑300公厘之晶圓平行成像，其中第一晶圓3002可由第一組3x3 SLM陣列成像，第二晶圓3004可由第二組3x3 SLM陣列成像。透過此一方法，各晶圓可包含一三維積體電路之不同設計圖案或不同層。此外，各SLM可為不同類型之通孔成像。再者，各SLM可用於執行不同之影像接合運算、縮放比例修正、視點間距修正及轉動因子修正。

根據本發明之實施例，本案之SLM陣列可平行處理複數枚晶圓。例如，一3x3 SLM陣列可為九枚2吋晶圓成像而不須進行影像之接合，其中各枚2吋晶圓係由一對應之SLM直接成像，且本案之成像寫入系統可分別控制各SLM以使九枚晶圓平行曝光。類似於第30圖之範例，各SLM亦可執行不同之影像接合運算、縮放比例修正、視點間距修正及轉動因子修正。在另一方法中，可利用一3x3 SLM陣列為九塊2吋PCB成像，其中各PCB係由一對應之SLM直接成像，且本案之成像寫入系統可分別控制各SLM以使九塊PCB平行曝光。凡熟習此項技藝者即可瞭解，所述SLM陣列可有所調整以因應不同之製造需求，例如，可使用一4x6、5x5或12x12 SLM陣列為複數個以對應方式排列之2吋晶圓或PCB平行成像。

在第30圖所示範例中，該AOS無光罩直接成像系統之排列方式可為複數枚300公厘晶圓或矩形中介層基板(可用於主動或被動矽通孔中介層)曝光。就主動中介層而言，晶圓之裝載方式可設計為與光罩式曝光系統相容。就矩形中介層基板而言，由於其解析度與對準精確度之要求較低，除可以機器自動裝載外，尚可以手動方式裝載。此種AOS曝光系統可將多於一枚晶圓或基板裝載於同一曝光平台上以便同時掃描曝光，端視所需之單位時間產出量而定。第30圖所示之範例係為兩枚晶圓平行曝光。

在晶圓裝載過程中，須先辨別晶圓之方位，然後再將晶圓裝載於指定位置。各SLM可針對其所對應之曝光區域獨立執行「區域對準」之功能。一旦計算出各區域之欠對準修正因子，即可將其分別應用於各SLM所對應之光罩資料。請注意，若使用本案之方法便不須針對各晶圓執行精密之預對準作業，只要各對準目標係在對應之對準攝影機之視野內，或在若干平方公厘之區域內即可。然而，由於各SLM成像單元之光罩資料可單獨接受欠對準修正，後續仍可進行對準修正。透過上述功能，本案之AOS無光罩直接成像系統便可為複數枚晶圓曝光。在為複數枚晶圓進行AOS曝光之過程中，所有基板均位於同一曝光平台上，因此，AOS可依方位及距離進行實體掃描。由於在曝光前即可將包含修正因子之光罩資料分別施用於各SLM，所得之晶圓圖案與透過單一實體光罩形成者並無二致。第28b圖即為本方法之圖示。如第28b圖所示，吾人可在同一晶圓內，針對各SLM成像單元所對應之光罩資料分別進行區域性之對準修正。此外，兩不同晶圓可能產生不同之預對準誤差，例如第一晶圓之預對準誤差為(θ_x1,θ_y1)，第二晶圓之預對準誤差為(θ_x2,θ_y2)，兩誤差可分別接受修正，然後施用於光罩資料以修正光罩資料。請注意，吾人亦可運用類似之方法，使AOS為矩形基板曝光，並視需要控制及施用修正因子。各SLM成像單元所對應之光罩資料亦可分別接受區域性之對準修正。

高亮度LED(HB-LED)市場之蓬勃發展乃受惠於各種顯示器之背光應用，包括手持式裝置、電視、電腦監視器、廣告看板等。為降低LED晶片之製造成本，方法之一係使用較大之晶圓，例如從2吋晶圓改為4至6吋之晶圓。但高亮度LED之磊晶晶圓製程不同於以矽為基礎之IC製程，前者係以藍寶石或碳化矽為材料，然後以金屬有機物化學氣相沉積法(MOCVD)沉積一氮化鎵(GaN)薄膜。氮化鎵係一堅硬、具有機械穩定性、高熱容量及高導熱性之寬能隙半導體材料。氮化鎵之晶格常數與藍寶石或碳化矽均不匹配。沉積於基板上之氮化鎵薄膜雖具有抗裂性，但卻使晶圓嚴重翹曲及彎曲，且基板尺寸愈大，晶圓翹曲之問題愈嚴重。例如，2吋藍寶石晶圓上之氮化鎵薄膜可使晶圓產生20至25微米之翹曲及彎曲，4吋藍寶石晶圓上之氮化鎵薄膜可使晶圓產生100微米以上之翹曲及彎曲，至於6吋晶圓，其平度範圍往往超過250微米。相較之下，6吋矽磊晶晶圓之平度範圍可能僅若干微米。因此，在加大高亮度LED之晶圓時，上述問題實為一大挑戰。

目前用以製造LED晶片之主流晶圓大小為2吋。若欲以具有成本效益之方式，利用微影製程製造出直徑大於2吋之LED晶片用晶圓，所用之微影工具不僅須具備必要之解析度，更須具有足夠之焦深。此焦深至少須涵蓋具有氮化鎵薄膜之藍寶石晶圓在各曝光範圍內之典型翹曲及彎曲幅度。在晶圓平度欠佳之情況下，層與層間之對準度是否夠高亦為一重要考量因素。因此，傳統之接觸式對準系統並不適合製造大於2吋且供高亮度LED晶片使用之晶圓。

第31圖繪示根據本發明實施例之一無光罩掃描曝光系統。如第31圖所示，該系統之曝光範圍較小，故可根據基板表面狀況而以更靈活之方式追蹤焦點以進行掃描曝光。此系統對於嚴重翹曲及彎曲之藍寶石晶圓之容忍度亦較高。

請注意，此種無光罩掃描曝光系統可排成一陣列，以便分別為同一平台上之複數枚晶圓進行掃描曝光。或者，可將此種無光罩掃描曝光系統相互接合排列，俾為一大尺寸晶圓平行曝光。

若欲對同一平台上之複數枚晶圓分別進行掃描曝光，須先將所有晶圓安放於個別之定位，此時各晶圓將有一組特有之轉動誤差。經過晶圓裝載過程中一粗略之預對準步驟後，上述轉動誤差可調整至預設之限值內。之後若欲以對準狀態進行無光罩曝光，尚須掃描各晶圓上之對準記號(如第28b圖所示)，藉以確定實際之圖案範圍。

除了圖案轉動(如第28a圖所示)外，各晶圓也可能因為晶格常數不匹配之狀況在各熱處理循環中愈加明顯而出現翹曲或彎曲之現象，進而導致圖案偏移或扭曲。各個無光罩掃描曝光單元(即SLM成像單元)可獨立求出光罩資料之圖案修正因子，並將該等圖案修正因子分別應用於各SLM成像單元所對應之光罩資料。

一如前述，一線性排列之SLM陣列(AOS)可在同一平台上以平行方式同時執行無光罩掃描曝光。為達此目的，該SLM陣列中之各SLM具有相同之光罩資料，但各SLM之光罩資料分別包含一組對應於待曝光晶圓之特有修正因子。在另一範例中，一包含兩具SLM之SLM陣列可處理同一晶圓，其中晶圓映射及光罩資料修正之步驟實質相同，不同之處僅在於此處係由兩具SLM成像單元為同一晶圓曝光。

本案之AOS無光罩掃描曝光系統優點甚多，其不僅能以更有效率之方式隨基板表面追蹤焦點，更可對各枚待曝光之晶圓分別施以不同之光罩修正圖案。此外，由於該系統可同時為複數枚晶圓平行曝光，製造系統之單位時間產出量係乘以同時曝光之晶圓數，且其間亦不致影響各晶圓光罩圖案之修正。請注意，在將晶圓裝載於曝光平台之過程中，本案AOS無光罩掃描曝光系統對預對準誤差之容忍度頗大，此誤差可在數公厘之內，或在各SLM成像單元中對準攝影機之影像擷取限制範圍內。最好搭配使用機器人之晶圓裝載及卸載機構，但若有必要，亦可由一熟練之操作人員以手動方式裝載晶圓以執行AOS無光罩掃描曝光。

在一方法中，本案之SLM陣列可為複數枚圖案化藍寶石基板(PSS)發光二極體(LED)平行成像。由於每具SLM可為一枚PSS LED晶圓曝光，單位時間之產出量甚高。舉例而言，若使用一5x5SLM陣列，且每枚PSS LED之曝光時間為一分鐘，則每分鐘可為25枚晶圓曝光，亦即每小時可為1500枚晶圓曝光。此等單位時間產出量超過以習知曝光工具製造PSS LED時之水準。請注意，上述PSS LED製程往往使晶圓承受高應力，進而導致基板大幅翹曲；通常每枚晶圓之翹曲幅度為100微米左右。此外，每一批次之晶圓可能具有不同之基板翹曲特性，若使用習知曝光工具則難以在製程中因應此種變化，其原因在於習知接近式對準系統原本即不適合處理翹曲之基板，而習知步進系統則將額外增加光罩相關之成本。為解決此一問題，本案之成像寫入系統可獨立控制各SLM之焦點，藉以在各SLM所對應之局部區域產生最佳成像效果。此種以調適焦點之手段解決基板翹曲問題之方法如第9圖及第21圖所示。

第32a與32b圖繪示本發明實施例中直接在部分晶圓基板上成像之方法。第32a圖係由一1x3 SLM陣列執行同形對準曝光。在此方法中，成像圖案可由各SLM分別曝光。請注意，此一處理部分晶圓之功能在製造砷化鎵(GaAs)晶圓時尤其有用，因為砷化鎵晶圓較矽晶圓更容易破裂。若使用習知工具則難以處理部分晶圓，其原因在於光罩可能無法搭配部分晶圓使用。即使光罩可搭配部分晶圓使用，兩者也不易相互對準。但若使用本案之成像寫入系統，吾人在為部分晶圓成像時便可分別控制各SLM，俾針對縮放比例、IOD及轉動因子修正等項目進行補償。如此一來，部分晶圓無須精確對準也可完成曝光。同樣地，第32b圖繪示如何利用一1x2 SLM陣列對兩部分晶圓執行平行同形對準曝光，其中各晶圓係分別由一對應之SLM曝光。請注意，在第32b圖所示範例中，兩部分晶圓不須彼此對準，且兩部分晶圓可有各自之偏位角，該等偏位角可在曝光過程中由SLM於行進間加以補償。第32c與32d圖則繪示本發明實施例中為不同形狀之設計圖案進行直接成像之方法。詳言之，第32c圖中之心形可撓性基板之設計圖案3202可由一1x4 SLM陣列以無光罩之方式直接成像，而第32d圖中彎曲可撓性基板之矩形設計圖案3204則可由一2x4 SLM陣列以無光罩之方式直接成像。在以上範例中，吾人可將各SLM程式化，俾針對翹曲、縮放比例、IOD及轉動因子修正等項目進行補償。

第33a與33b圖繪示本發明實施例中之無光罩製造法。詳言之，第33a圖係一使用光罩之習知製造法，第33b圖則為一使用本發明成像寫入系統之無光罩製造法。在第33a圖中，習知製造法於方塊3302中接收定案之產品設計圖案，然後分別於方塊3304、3306及3308中執行光罩廠預備作業、光罩寫入及光罩之檢查與修復。方塊3304至3308之作業統稱光罩廠作業。若在方塊3308中發現瑕疵，可針對瑕疵進行修復，有時則須重覆方塊3306之光罩寫入作業，因而增加額外之成本(圖中以$表示)，此新增成本包括所用材料之成本，以及在方塊3306中製備新光罩所耗費之時間成本。在完成光罩廠作業後，光罩將於方塊3310中接受品管測試。倘於測試期間發現錯誤則須重製光罩，換言之，必須返回方塊3306以製造新光罩，然此舉將增加更多成本(圖中以$$表示)，新增之成本包括材料成本及重製光罩所耗費之時間成本。方塊3312則為產品製造驗證。若於驗證期間發現功能或效能上之問題，產品可能必須重新設計，亦即必須重覆上述流程，並於方塊3302中重新提出定案之產品設計圖案。此一情況所增加之成本更高(圖中以$$$表示)，實際金額可達數百萬美元。若產品順利通過方塊3312之製造驗證，即可進入方塊3314之量產程序。

在第33b圖中，該無光罩製造法係於方塊3302中接收定案之產品設計圖案。然後，根據本發明之實施例，本案之成像寫入系統將接收此設計資料並加以處理，以便利用一SLM陣列進行後續之成像及平行曝光。在處理設計資料以供成像之過程中，本案之成像寫入系統可針對各SLM執行對準狀態修正、縮放比例修正、晶圓翹曲修正、視點間距修正及轉動因子修正。上述修正動作係以基板上特定區域之參數為基礎，且各SLM係分別接受控制以執行該等修正動作。

第33b圖之方塊3312與第33a圖中之對應方塊相同，均為產品製造驗證。若驗證後發現功能或性能上之問題，產品可能必須重新設計，亦即必須重覆上述流程，並於方塊3302中重新提出定案之產品設計圖案。此時，由於並未使用實體光罩，且亦不須執行光罩廠作業(方塊3304至3308)或光罩品管作業，重製光罩之時程將較第33a圖所示之習知製造法為短，產品開發成本亦較低(如方塊3312至方塊3302之虛線所示)。若順利完成方塊3312之產品製造驗證，即可進入方塊3314之量產程序。

根據本發明之實施例，本案之成像寫入系統可執行積體電路之自動光學檢查，其中SLM陣列可如第23a至23c圖所示擷取基板之影像。例如，感測器2310及2322可擷取一基板某一區域之一或多個影像，而該基板則代表一接受檢查之積體電路之一部分。所擷取之每個影像將接受分析以找出異常之圖案，例如不應出現之瑕疵及外來微粒等。在一實施例中，本案之成像寫入系統可執行下列三種檢查：1)找出基板與光罩資料庫間之差異；2)找出與基板圖案相關之畸變；及3)找出基板上之外來微粒。相較於習知檢查方法，以本案之成像寫入系統進行自動光學檢查之優點甚多。首先，由於SLM陣列可以平行方式比對光罩資料庫，系統之單位時間產出量極高。其次，本案之成像寫入系統可執行影像接合，故可為大型設計圖案進行基板圖案與光罩資料庫之比對檢查。再者，各SLM可獨立檢查基板之一特定區域，因此可以更有效之方式因應該區域內之各種狀況，例如可進行對準狀態修正、縮放比例修正、IOD修正、轉動因子修正及基板翹曲修正。此種自動光學檢查技術適用於非常大型之基板，例如第十代及更新世代之平板顯示器。

本發明之實施例不僅適用且有利於FPD及其光罩之微影製程(亦即在玻璃基板上形成獨一無二之原尺寸圖案或其精密複製品)，亦適用且有利於積體電路、電腦產生之全像(CGH)、PCB等微尺度與中尺度之大型成像顯示應用。

本發明之實施例亦適用且有利於無光罩之微影製程，例如可將預定之光罩資料圖案直接寫入基板，藉以省去光罩成本並免除相關問題。本發明之實施例使曝光工具得以執行無光罩式曝光，並使其單位時間之處理量超越第十代及以上基板所需之水準。更重要者，本發明之設計可改善製程窗口，進而確保微影製程之良率。

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手段，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、靭體或其任一組合。本發明之部分內容可視需要而落實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複數個單元實現，抑或落實為其他功能單元之一部分。因此，本發明可為單一單元，或將其實體與功能分配至不同之單元與處理器。

熟習此項技藝之人士應可明瞭，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。熟習此項技藝之人士在參閱以上說明後，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，使熟習此項技藝之人士得依特定用途進行修改，以善用本發明及各種實施例。

1、3、5、6、7、8、9．．．SLM

102．．．反射鏡(先前技術)

104．．．光罩(先前技術)

106．．．投影透鏡(先前技術)

108．．．FPD基板(先前技術)

110．．．光源(先前技術)

112．．．第一投影透鏡(先前技術)

114．．．光罩(先前技術)

116．．．第二投影透鏡(先前技術)

118．．．晶圓(先前技術)

120．．．晶圓平台(先前技術)

122．．．光罩投影成像區(先前技術)

130．．．光罩(先前技術)

131．．．投影透鏡(先前技術)

132．．．基板晶圓(先前技術)

202．．．照明光(先前技術)

204．．．分光鏡(先前技術)

206．．．空間光調變器(先前技術)

208．．．傅利葉透鏡(先前技術)

210．．．傅利葉濾光鏡(先前技術)

212．．．縮小透鏡(先前技術)

214．．．光罩資料(先前技術)

216．．．空白光罩基板(先前技術)

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．．．投影透鏡

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．．．投影透鏡

702、704、706、708．．．SLM成像單元平行陣列

802．．．SLM成像單元

902．．．單一透鏡投影系統(先前技術)

904．．．折衷焦平面(先前技術)

906．．．基板表面之實際剖面形狀(先前技術)

908．．．單一透鏡為圖案成像時之最佳焦點設定範圍(先前技術)

910．．．各成像透鏡所對應之基板表面剖面形狀最大變化範圍(先前技術)

912．．．成像單元

914．．．焦點

916．．．焦深設定範圍

1002．．．基板表面形狀不平之區域

1102．．．光罩資料實例

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

1502．．．SLM成像單元

1600．．．二維陣列式無光罩成像寫入系統

1602．．．SLM成像單元

1702．．．藍光及紅光二極體雷射

1704．．．孔口

1706．．．透鏡

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．．．透鏡總成

1722．．．紅光雷射二極體

1723、1724、1725、1726．．．藍光雷射二極體

1802．．．SLM成像單元

1804．．．可撓性捲軸式基板

1902．．．SLM成像單元二維陣列

1904．．．可撓性捲軸式基板

2002．．．SLM成像單元二維陣列

2006、2008、2010、2012、2014．．．不同「光罩數據」設計圖案

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．．．扇形部分

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．．．不同焦點設定

2504．．．最終焦深

2602．．．成像區

2604．．．空間光調變器

2606．．．成像區

2608．．．空間光調變器

2610．．．重疊區域

2612．．．理論邊界

2614、2616．．．使用者自訂邊界

2622．．．成像區

2624．．．空間光調變器

2626．．．成像區

2628．．．空間光調變器

2630．．．重疊區域

2632．．．理論邊界

2634、2636．．．使用者自訂邊界

2638、2639．．．折線

2702、2704、2706．．．SLM之中心點

2708、2710、2712、2714．．．各SLM成像區

2802．．．SLM #7直接成像區

2803．．．SLM #7

2804．．．光罩資料

2805．．．「+」邊界之識別符號

2806．．．所量測之圖案

2807．．．相鄰SLM間成像區之角落

2808．．．所需之圖案

2810．．．瑕疵

2812．．．平行矩形

2820．．．小型深色區域

3002．．．第一晶圓

3004．．．第二晶圓

3202．．．心形可撓性基板之設計圖案

3204．．．彎曲可撓性基板之矩形設計圖案

A、B、C、D、E、F、G．．．積體電路內之各部設計功能區塊

在一併參閱本發明多種實施例之詳細說明及附圖後，當可對本發明之技術特徵及優點有更完整之瞭解。附圖中：

第1a至1e圖繪示多種用以製造積體電路、印刷電路板及平板顯示器之習知曝光工具。

第2圖繪示一用以製造光罩之曝光工具習知架構。

第3圖繪示一根據本發明實施例之數位微鏡裝置(DMD)或空間範例。

第4圖繪示一根據本發明實施例之DMD投影系統。

第5圖繪示一根據本發明實施例之柵狀光閥(GLV)裝置，並同時顯示其鏡面反射狀態與繞射狀態之範例。

第6圖繪示一根據本發明實施例之小型空間光調變器(SLM)成像單元範例。

第7圖繪示一根據本發明實施例之SLM成像單元平行陣列範例。

第8圖係第7圖所示SLM成像單元平行陣列之俯視圖。

第9圖右側繪示如何利用本發明實施例之陣列式成像系統進行局部製程窗口最佳化，而左側與之對照者則為一習知單一透鏡投影系統。

第10圖繪示本發明實施例中一種將基板局部不平處最佳化之方法。

第11圖繪示本發明實施例中光罩資料結構之一應用方式。

第12圖繪示一根據本發明實施例之平行陣列加總曝光法。

第13圖繪示本發明實施例中一種於成像寫入系統內形成冗餘度之方法。

第14圖繪示一根據本發明實施例之楔形邊界融合法。

第15圖繪示本發明實施例中一種將SLM成像單元排成陣列之方法。

第16圖繪示本發明實施例中一種用以製造撓性顯示器之無光罩，二維陣列式成像寫入系統範例。

第17圖繪示一根據本發明實施例之SLM成像單元。

第18圖繪示本發明實施例中一種使用SLM成像單元線性陣列之捲軸式無光罩微影法。

第19圖繪示本發明實施例中一種使用SLM成像單元二維陣列之捲軸式無光罩微影法。

第20圖繪示本發明實施例中一種利用無光罩微影法為多種產品因光罩數據尺寸不同，在同一可撓性捲轉式基板成像之方法。

第21圖繪示本發明實施例中一種依照基板表面局部狀況定位各SLM成像單元之方法。

第22圖繪示本發明實施例中一種偵測像素焦點之方法。

第23a至23c圖繪示本發明實施例中三種用於即時偵測SLM成像單元焦點之裝置範例。

第24圖繪示本發明實施例中一適用像素加總曝光法之成像圖案範例。

第25圖繪示本發明實施例中一種透過像素加總曝光法改善焦深(DOF)之方法。

第26a與26b圖繪示本發明實施例中利用重疊區域接合相鄰成像區之方法。

第27a與27b圖繪示本發明實施例中量測及利用相鄰SLM成像單元中心間之視點間距之方法。

第28a與28b圖繪示本發明實施例中成像寫入系統量測及修正對準狀態之方法。

第28c與28d圖繪示本發明實施例中元件瑕疵判定及利用對準關連性確定瑕疵所在位置之方法。

第29a至29d圖繪示本發明實施例中之三維積體電路無光罩平行製造法。

第30圖繪示本發明實施例中之一或多個晶圓直接成像法。

第31圖繪示根據本發明實施例之一無光罩掃描曝光系統。

第32a與32b圖繪示本發明實施例中利用部分晶圓之無光罩平行製造法。

第32c與32d圖繪示本發明實施例中為不同形狀可撓性基板之設計圖案直接成像之方法。

第33a與33b圖繪示本發明實施例中之無光罩製造法。

在本說明書中，相同之元件均使用相同標號。

第30圖繪示本發明實施例中，

3002．．．為第一晶圓

3004．．．為第二晶圓

以無光罩平行曝光方式形成一或多個平行陣列，接收矽鑽孔光罩資料，並採用各別縮放比例修正、對準狀態修正、視點間距修正、轉動因子修正及基板變形修正等，可同步在一個或多晶圓形成一層或多層相關性矽鑽孔成像。使各部電晶體設計功能區塊得以三維積體電路方式連結製造之方法。

Claims (16)

1. 一種製造一三維積體電路之方法，包含下列步驟：提供一成像寫入系統，其中該成像寫入系統包含複數個空間光調變器(SLM)成像單元，該複數個SLM成像單元係排列成一或多個平行陣列；接收光罩資料，其中該光罩資料係供寫入該三維積體電路之一或多層；處理該光罩資料，俾形成對應於該三維積體電路中該一或多層之複數個分區光罩資料圖案，其中處理該光罩資料之步驟包括：排列一或多個配置區塊的一設置於該三維積體電路之該一或多層中，及識別矽通孔以用於在該三維積體電路之該一或多層中之該一或多個配置區塊間路由通訊信號；指派一或多個所述SLM成像單元負責處理各該分區光罩資料圖案；以及控制該複數個SLM成像單元，俾將該複數個分區光罩資料圖案平行寫入該三維積體電路之該一或多層。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中指派一或多個所述SLM成像單元之步驟包含：根據該複數個SLM成像單元，對該複數個分區光罩資料圖案進行縮放比例修正，其中各該分區光罩資料圖案均具有一對應之縮放比例的修正。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中指派一或多個所述SLM成像單元之步驟尚包含：根據該複數個SLM成像單元，對該複數個分區光罩資料圖案進行對準狀態修正，其中各該分區光罩資料圖案均具有一對應之對準狀態的修正；且在該分區光罩資料圖案的多重曝光中進行後續對準狀態修正。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中指派一或多個所述SLM成像單元之步驟尚包含：根據該複數個SLM成像單元，對該複數個分區光罩資料圖案進行視點間距修正，其中各該分區光罩資料圖案均具有一對應之視點間距的修正，其中進行視點間距修正之步驟包括：量測該複數個SLM成像單元間之該等視點間距，使用該等視點間距校準該複數個分區光罩資料圖案以用於控制各SLM成像單元之曝光；及補償在該複數個SLM成像單元的對準中之誤差。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中指派一或多個所述SLM成像單元之步驟尚包含：根據該複數個SLM成像單元，對該複數個分區光罩資料圖案進行轉動因子修正，其中各該分區光罩資料圖案均具有一對應之轉動因子的修正，且其中進行轉動因子修正之步驟包括：偵測該複數個SLM成像單元之轉動誤差，對在該複數個SLM成像單元中 之各該SLM成像單元量測轉動修正因子，及校準該複數個分區光罩資料圖案以控制由該複數個SLM成像單元之曝光。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中指派一或多個所述SLM成像單元之步驟尚包含：根據該複數個SLM成像單元，對該複數個分區光罩資料圖案進行基板變形修正，其中各該分區光罩資料圖案均具有一對應之基板變形的修正。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中控制該複數個SLM成像單元之步驟包含：針對各該SLM成像單元，使一對應之所述分區光罩資料圖案獨立於該成像寫入系統中其他所述SLM成像單元而曝光。
8. 一種製造一三維積體電路之系統，包含：複數個空間光調變器(SLM)成像單元，該複數個SLM成像單元係排列成一或多個平行陣列；及一配置以控制該複數個SLM成像單元之控制器，其中該控制器包含：用以接收光罩資料之邏輯，其中該光罩資料係供寫入該三維積體電路之一或多層；用以處理該光罩資料之邏輯，以形成對應於該三維積體電路中該一或多層之複數個分區光罩資料圖案，其中用以處理該光罩資料之該邏輯包括：排列一或多個配置區塊的一設置於該三維積體電路之該一或多層中，及用於識別矽通孔以 用於在該三維積體電路之該一或多層中之該一或多個配置區塊間路由通訊信號之邏輯；用以指派一或多個所述SLM成像單元之邏輯，指派一或多個所述SLM成像單元負責處理各該分區光罩資料圖案；以及用以控制該複數個SLM成像單元之邏輯，將該複數個分區光罩資料圖案平行寫入該三維積體電路之該一或多層。
9. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該用以指派一或多個所述SLM成像單元之邏輯包含：根據該複數個SLM成像單元，對該複數個分區光罩資料圖案進行縮放比例修正之邏輯，其中各該分區光罩資料圖案均具有一對應之縮放比例的修正。
10. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該用以指派一或多個所述SLM成像單元之邏輯尚包含：根據該複數個SLM成像單元，對該複數個分區光罩資料圖案進行對準狀態修正之邏輯，其中各該分區光罩資料圖案均具有一對應之對準狀態的修正。
11. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該用以指派一或多個所述SLM成像單元之邏輯尚包含：根據該複數個SLM成像單元，對該複數個分區光罩資料圖案進行視點間距修正之邏輯，其中各該分區光罩資料圖案均具有一對應之視點間距的修正。
12. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該用以指派一或多個所述SLM成像單元之邏輯尚包含：根據該複數個SLM成像單元，對該複數個分區光罩資料圖案進行轉動因子修正之邏輯，其中各該分區光罩資料圖案均具有一對應之轉動因子的修正。
13. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該用以指派一或多個所述SLM成像單元之邏輯尚包含：根據該複數個SLM成像單元，對該複數個分區光罩資料圖案進行基板變形修正之邏輯，其中各該分區光罩資料圖案均具有一對應之基板變形的修正。
14. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該用以控制該複數個SLM成像單元之邏輯包含：針對各該SLM成像單元，使一對應之所述分區光罩資料圖案獨立於該成像寫入系統中其他所述SLM成像單元而曝光之邏輯。
15. 一種利用部分晶圓之製造方法，包含下列步驟：提供一成像寫入系統，其中該成像寫入系統包含複數個空間光調變器(SLM)成像單元，該複數個SLM成像單元係排列成一或多個平行陣列；提供待加工製造之一或多個部分晶圓；接收光罩資料，其中該光罩資料係供寫入該一或多個部分晶圓之基板； 處理該光罩資料以形成複數個分區光罩資料圖案，該等分區光罩資料圖案係對應於該一或多個部分晶圓之該等基板；指派一或多個所述SLM成像單元負責處理各該分區光罩資料圖案，其中所述指派包含至少執行下列其中之一：縮放比例修正、對準狀態修正、視點間距修正、轉動因子修正或基板變形修正，其中指派一或多個所述SLM成像單元負責處理各該分區光罩資料圖案包括：根據該複數個SLM成像單元，對該複數個分區光罩資料圖案進行對準狀態修正，其中各該分區光罩資料圖案均具有一對應之對準狀態的修正，及在該分區光罩資料圖案的多重曝光中進行後續對準狀態修正；以及控制該複數個SLM成像單元，俾將該複數個分區光罩資料圖案平行寫入該一或多個部分晶圓之該等基板。
16. 一種在一印刷電路板(PCB)上平行製造多個設計之方法，包含下列步驟：提供一成像寫入系統，其中該成像寫入系統包含複數個空間光調變器(SLM)成像單元，該複數個SLM成像單元係排列成一或多個平行陣列；提供一印刷電路板，其中該印刷電路板已劃分為多個區域，且各該區域包含一待製造之設計；接收光罩資料，其中該光罩資料用來寫入該印刷電路板之該等多個區域； 處理該光罩資料，以形成對應於該印刷電路板之該等多個區域之複數個分區光罩資料圖案；指派一或多個所述SLM成像單元負責處理各該分區光罩資料圖案，其中所述指派包含至少執行下列其中之一：縮放比例修正、對準狀態修正、視點間距修正、轉動因子修正或基板變形修正，其中指派一或多個所述SLM成像單元負責處理各該分區光罩資料圖案包括：根據該複數個SLM成像單元，對該複數個分區光罩資料圖案進行對準狀態修正，其中各該分區光罩資料圖案均具有一對應之對準狀態的修正，及在該分區光罩資料圖案的多重曝光中進行後續對準狀態修正；以及控制該複數個SLM成像單元，俾將該複數個分區光罩資料圖案平行寫入該印刷電路板之該等多個區域。