TWI844466B - 用於影像點曝光之方法及裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種用於藉助於一光學系統曝光一基板上之包括一光敏感材料(18)之一光敏感層(19)之影像點(1)的方法，其具有以下特徵： -       使該等影像點(1)相對於該光學系統連續移動， -       藉助於該光學系統個別地控制複數個次級光束(16)以實現每一影像點(1)之個別曝光，藉此使該等次級光束(16)進入至一開啟狀態中或進入至一關閉狀態中，其中 a)     次級光束(16)在該開啟狀態中產生指配至該各別次級光束(16)之該影像點(1)之一個別曝光，且 b)     次級光束(16)在該關閉狀態中不產生指配至該各別次級光束(16)之該影像點(1)之任何個別曝光， -       其中，為了產生具有灰色調n＞1之影像點(1)，由不同次級光束(16)以個別劑量D執行個別曝光，其中每一影像點(1)之該灰色調G由該等個別劑量D之總和定義。 此外，本發明係關於一種對應的裝置。

Description

用於影像點曝光之方法及裝置

本申請案係關於一種用於影像點曝光之裝置及方法。

半導體工業正在尋找用於表面之微構造或奈米構造之更佳及更高效的方法。大多數表面藉助於微影來構造。半導體工業中的微影技術可大致分為兩個大的子部分：壓印微影及光微影。在光微影中，在大多數情形下使用用於將一結構投影至一光敏感材料中的遮罩。可藉助於投影技術將此等遮罩按比例縮減地投影至光敏感材料層上，或者可在無需光學縮放之情形下將遮罩結構轉印至光敏感材料中。遮罩之產生係耗時的、成本密集的且易出錯。

此外，近幾年，已開發出所謂的無遮罩微影技術。此等技術係基於以下原理：至少一個影像點(但特定而言複數個影像點)同時經曝光，且在曝光之後，發生光敏感材料與負責影像點曝光之光學系統之間的一相對位移。特定而言，此等係掃描程序。在(尤其無遮罩的)光微影中變得越來越重要之一領域係在法向於相對移動平面之第三方向上光敏感材料之一可控曝光的可能性。此等方法被稱為灰色調微影且最近達成一光敏感材料及因此該材料之構造之一個三維或2.5維光微影曝光。

數十年來，已藉助於光微影方法產生半導體工業中之結構。為了能夠產生三維結構，一般而言必須產生用於複數個曝光程序之複數個遮罩。每一曝光步驟之前係一塗佈程序且每一曝光步驟之後係一顯影步驟。僅在成功曝光之後由光敏感材料製成之遮罩才可用於蝕刻或用於金屬塗佈。

在前述無遮罩曝光技術之情形中，確實不必存在遮罩自身，但需要一多層程序來產生一個三維結構。

已藉由黑白或灰色調微影來擴展無遮罩曝光技術，藉助於該技術，一光敏感材料不僅能夠以二維方式且能夠以三維方式曝光。然而，經驗已展示，所使用的方法未達成最佳產品。特定而言，所曝光輪廓之品質及/或用於曝光之持續時間係不如人意的。

在黑白微影之情形下，一影像點經曝光或未經曝光。

在灰色調微影之情形下，相對於光敏感材料層固定一微鏡裝置(數位微鏡裝置，下文簡稱：DMD)，此後DMD之個別鏡以一方式切換達經良好定義之次數，使得其等將一所期望劑量輸送至各別影像點上。此程序係相當耗時的。

在先前技術中所提及的方法尤其需要使用分步程序(英文：step-and-repeat(分步重複))。因此，先前技術中之問題在於以下事實：不存在用於以三維方式構造一光敏感材料之高效、具成本效益的方法。

本發明係關於一種如技術方案1之方法及一種如技術方案7之裝置。

因此，本發明之問題係提供一種裝置及一種方法，其中可高效地且藉助儘可能簡單及具成本效益的構件執行一光敏感材料之較佳地係三維之一至少2.5維光微影曝光。

藉助技術方案1及7之特徵來解決此問題。在附屬技術方案中陳述本發明之有利改進方案。在說明書、申請專利範圍及/或各圖中陳述之特徵中之至少兩者的所有組合亦屬於本發明之範疇內。在所陳述值範圍之情形下，位於所陳述限制內的值亦應被視為作為限制值而揭示且可以任何組合被主張。

本發明之基本思想係提供一種用於藉助於一光學系統曝光一基板上之包括一光敏感材料之一光敏感層之影像點的方法，其具有以下特徵： -       使該等影像點相對於該光學系統連續移動， -       藉助於該光學系統個別地控制複數個次級光束以實現每一影像點之個別曝光，藉此使該等次級光束進入至一開啟狀態中或進入至一關閉狀態中，其中 a)     次級光束在該開啟狀態中產生指配至該各別次級光束之該影像點之一個別曝光，且 b)     次級光束在該關閉狀態中不產生指配至該各別次級光束之該影像點之任何個別曝光， -       其中，為了產生具有灰色調n＞1之影像點，藉由不同次級光束以個別劑量D執行個別曝光，其中每一影像點之該灰色調G由該等個別劑量D之總和定義。

根據前述發明之一替代、更複雜實施例，藉助於該光學系統個別地控制複數個次級光束以實現每一影像點之個別曝光，其中使該等次級光束進入至一開啟狀態中或進入至一關閉狀態中或者進入至介於該開啟狀態與該關閉狀態之間的一所定義中間狀態中。

此外，本發明係關於一種用於藉助於一光學系統曝光一基板上之包括一光敏感材料之一光敏感層之影像點的裝置，其具有以下特徵： -       用於使該等影像點相對於該光學系統連續移動的構件， -       用於藉助於該光學系統個別控制複數個次級光束以實現每一影像點之個別曝光，藉此可使該等次級光束進入至一開啟狀態中或進入至一關閉狀態中的控制構件，其中 a)     次級光束在該開啟狀態中產生指配至該各別次級光束之該影像點之一個別曝光，且 b)     次級光束在該關閉狀態中不產生指配至該各別次級光束之該影像點之任何個別曝光， -       用於藉由藉助於不同次級光束以個別劑量D進行之n＞1個別曝光產生具有灰色調之影像點的個別曝光構件，其中每一影像點之該灰色調G可由該等個別劑量D之總和定義。

特定而言，本發明闡述用於一光敏感材料之較佳地係三維之至少2.5維光微影曝光的複數種方法及一種裝置。本發明係主要基於複數種不同方法以產生此光微影曝光。基本思想係基於：(i)藉助於特定而言直接地前後配置之一DMD之鏡之一影像點的一多次曝光；及/或 (ii) 使用一數學演算法來調整一影像點圖案；及/或 (iii)對光源之輻射強度及/或每影像點之劑量的變化/控制。

在下文中同時使用2.5維及三維光微影曝光以用於灰階之其他尺寸或個別影像點之多次曝光。

換言之，本發明之一基本部分特定而言在於複數種方法，其等係彼此獨立的但可一起應用，藉助於此等方法達成一個2.5維光微影曝光。該等方法在技術上彼此不同，但可彼此任意組合，以便能夠實施具有最佳化結果的對應組合方法。

根據本發明所闡述的所有方法具有如下共同事實：可用其等執行一光敏感材料之一目標、經局部解析的2.5維曝光。特定而言可以一任意組合來考量或應用之遍及本發明的個別、較佳地獨立之核心態樣係： (i)    特定而言藉由曝光光柵網格之一傾斜位置及/或失真影像來產生個別影像點之一較大定位準確度，及/或 (ii)   與分步程序方法相比的連續曝光方法(無分步重複)，及/或 (iii)  毗鄰影像點之該強度輪廓的疊加，及/或 (iv)  DMD鏡的二進制控制，亦即，每一鏡可僅在兩種狀態(開啟-關閉)之間切換，及/或 (v)   藉由在不同時間點對複數個DMD鏡的組合切換(亦即，特定而言藉由過取樣)來控制一影像點中之劑量，及/或 (vi)  使用數學演算法來產生一圖案，及/或 (vii) 控制初級源/光源之劑量。

本發明之核心思想主要在於以下事實：藉由使用發明性程序中之至少一者，特定而言藉助同時犧牲/降低定位準確度來達成一灰色調微影之產生。

根據本發明之方法以及准許執行該等方法之所闡述要求提供優於先前技術的複數個優點。

與其中主要使用分步重複技術的先前技術相比，一掃描方法(亦即，DMD與光敏感材料之間的一連續相對移動)較佳地用於根據本發明之方法中。由於DMD與光敏感材料之間的相對移動在每一步驟之後皆未停止或至少未減速，因此輸送量藉由使用掃描方法而顯著增加，以便藉助於特定而言對DMD之鏡之一個別控制來提供待以既定劑量曝光於光敏感材料中的影像點。因此，根據本發明之系統及方法尤其適合於大批量製造(HVM)。

根據本發明之方法的另一重要優點及態樣特定而言在於以下事實：同時/同步切換DMD之所有鏡，亦即，同時使所有鏡進入至僅兩種狀態中之一者或另一者中。因此，可以一目標及經局部解析之方式來調整投影至光敏感材料上之劑量。因此，不必個別地在一位置處調整DMD，亦即，DMD之鏡始終全部以同步方式切換。

一基本態樣係藉由沿著平行於相對移動方向之一列定位的複數個鏡之重複曝光來對一影像點中之一灰色調進行目標調整的可能性。藉由根據本發明之此態樣來達成對一灰色調之目標調整。

本發明之另一額外態樣不僅在於藉由過取樣對灰色調進行目標調整，且特定而言亦在於藉由有限寬度之強度輪廓對影像點進行疊加。

特定而言，基於相對寬的強度輪廓同時在橫向方向(法向於相對移動之方向)上發生對影像點之一額外疊加。藉助於根據本發明所揭示的方法，以一不同及/或組合方式進行一灰色調曝光係可能的。

特定而言，根據本發明之方法可用於替換灰色調遮罩及/或多次曝光。

根據本發明，尤其在連續曝光期間，精準地控制及定位基板固持器，其中，與分步程序方法相比，較佳地連續檢查光學系統(DMD)及待曝光層的位置。特定而言，同時執行、監測及控制對已經曝光區域之曝光、移動以及(若合適)量測。為此設置控制電子裝置及/或軟體。

在發生使用演算法在一影像點區域上產生一平均灰色調之情形下，定位準確度至少部分地損失。

為控制每一影像點之曝光強度或灰色調，就根據本發明之控制而言，抗蝕劑之行為特定而言在一寬泛強度範圍內係相關的，以便獲得進一步最佳化結果。

根據本發明，為獲得一影像點中之一較高灰色調數目，對應地在一鏡曝光行中配置較多鏡。藉由控制一大數目之鏡， DMD之最大切換速率下降且待傳輸之資料量變得更大，其中最大掃描速度減小。

灰色調數目因此由掃掠在一影像點上之鏡曝光列的數目限制。可設想，將鏡曝光列分群以形成區塊。可用於調整一灰色調之大量所有鏡曝光列被稱為一鏡曝光列區塊。藉助於實例給出以下實例。藉助於具有900個鏡曝光列之一DMD，可產生具有900個灰色調或900個不同灰色調中之一者之一影像。若將900個鏡曝光列分群為各自具有300個鏡曝光列的三個區塊，則一影像點可僅呈現300個灰色調中之一者，但作為回報，可同時闡述三個影像點。

根據本發明之方法用於在一光敏感材料中產生經曝光之2.5維結構。該光敏感材料藉由本發明先前技術中已知之方法沈積於基板上。

本發明揭示用於以一橫向及垂直目標方式曝光光敏感材料中之影像點的複數種方法。橫向曝光理解為意指一影像點在平行於光敏感材料之表面之平面中的曝光。垂直曝光理解為意指光敏感材料以一所定義深度在一影像點處的一曝光。因此，可能藉助於所闡述的發明性方法來曝光一光敏感材料中之三維結構。在文字之剩餘部分中，始終使用術語3D或三維，此乃因其等係較常用的。

可在其他程序步驟中改進如此曝光的結構且因此產生一個三維、形貌光敏感材料結構，其用於進一步塗佈及/或蝕刻程序。本文中將不再進一步處理該等其他程序步驟。

藉助於使用一DMD來闡述根據本發明之方法。可以與所闡述的DMD類似之一方式所使用的LCD (英文：liquid crystal displays(液晶顯示器))、LCoS (英文：liquid crystal on silicon (矽上液晶))、GLV (英文：grating light valve(光柵光閥))或類似光學元件的使用將亦係可行的。

根據本發明之所有前述方法亦可用於改良習用二進制無遮罩曝光微影中之品質。特定而言，藉由該等所提及方法可減少邊緣效應。然而，將不再詳細處理此等最佳化性質。

術語定義在以下部分中，定義某些重要術語以便能夠更高效地闡述根據本發明之方法。

在文字之剩餘部分中，一 影像點理解為意指待曝光之光敏感材料中之一所定義位置，此位置係由DMD之一個別鏡產生。因此，該影像點係待曝光之光敏感材料上的一空間限制區域。光敏感材料可在每一影像點中曝光至高達一所定義深度。因此，每一影像點不僅具有一橫向擴展，且亦具有一垂直擴展。因此，該影像點係三維的。該垂直擴展(亦即，該影像點之深度)特定而言係與電磁輻射之所接收劑量相關聯。針對每一影像點之此劑量之調整係本發明之一基本態樣。特定而言，光敏感材料曝光之深度由該劑量確定。用於定義一影像點之劑量之根據本發明之最重要方法中之一者在於由複數個DMD鏡重複曝光。特定而言，此等DMD鏡配置成平行於DMD鏡之相繼相對移動方向的一列，能夠在每一情形中於相同影像點上對準。可以一方式控制該等DMD鏡，使得每一者每單位時間將相同的所定義劑量投影或者不投影(開啟-關閉)至影像點上。

一 灰色調由已接收一所定義劑量且因此已經化學改變之影像點之光敏感材料之量導致。所接收劑量越高，則光敏感材料在深度方面經化學及/或物理改變越大。

一 影像點列意指尤其等距離地沿著法向於相對移動方向之一直線分佈於光敏感材料上的若干影像點。

一 影像點行意指尤其等距離地沿著平行於相對移動方向之一直線分佈於光敏感材料上的若干影像點。

在文字之剩餘部分中，一 影像點區域將理解為意指若干尤其毗鄰的影像點。影像點區域之影像點尤其藉助於一數學演算法以一方式曝光，使得所得影像點區域具有一平均灰色調值。此平均灰色調值尤其由所使用的演算法產生，藉助其影像點之個別灰色調值得到控制。當使用數學演算法來建立一灰色調時，影像點區域(且不是影像點)表示實際像素。最大可能解析度由影像點區域之橫向擴展定義。特定而言，本發明之一態樣係影像點區域之橫向數量級與一DMD鏡之尺寸(更精準而言，DMD鏡之投影)係大約相等的。特定而言，影像點區域之面積大於所投影DMD區域之面積的0.5倍，較佳地大於0.75倍，仍更佳地精準至1.0倍，最佳地大於1.5倍，最最佳地大於2.0倍。

一 曝光條帶闡述沿著一方向(尤其在DMD之最長移動路徑之方向上)的若干影像點。舉例而言，在一曲折光柵路徑之情形中，DMD始終沿著一最長可能移動區段移動，特定而言，該區段擴展直至一基板之邊緣，且經由一短的橫向移動自一個移動區段行進至下一移動區段。

一 初級光束理解為意指由一輻射源/初級源/光源在其照射至DMD上之前產生之光束。初級光束起源於光源，且特定而言在其照射至DMD上之前穿過複數個光學元件。

一 次級光束理解為意指由DVD之一(較佳地個別)鏡反射的初級光束之部分，特定而言，每一部分。因此一初級光束由DMD***成複數個次級光束。因此，次級光束起源於DMD之一鏡，且可在其照射至光敏感材料上之前穿過複數個光學元件。

在文字之剩餘部分中，一 強度輪廓理解為意指一次級光束之剖面強度分佈，該次級光束尤其藉助其強度輪廓之主導性強度共用來曝光一影像點。位於彼此旁側之複數個次級光束之強度輪廓較佳地相互交叉，其中一強度輪廓之拐點在每一情形中位於一毗鄰次級光束之一強度輪廓內部。

因此，特定而言，亦在影像點之邊緣處達成影像點曝光之一尤其高的均勻性。

一影像點之 劑量理解為意指在無遮罩寫入程序(曝光)之一任意時間點於一影像點中對光敏感材料起作用之電磁輻射之量。

初級光束之光學功率總計為介於0.01W與1000W之間，較佳地介於0.1W與750W之間，仍更佳地介於1W與500W之間，最佳地介於10W與250W之間，最最佳地介於20W與50W之間。歸屬於一次級光束之光學功率則大約總計為初級光束之光學功率與被照射之DMD鏡之數目之間的比率。舉例而言，一DMD具有1000×1000個像素。因此，在初級光束之一光學功率為25W之情形中，0.000025瓦之一光學功率歸屬於次級光束。假定每影像點之一照射時間為20µs，則每個個別次級光束將5*10 ^-10J或500 pJ之能量傳輸至一影像點上。藉助於過取樣，在DMD之通過期間每影像點之此能量可對應地增加。

特定而言，影像點能量係介於10 ^-12J與1 J之間，較佳地介於10 ^-12J與10 ^-2J之間，更佳地介於10 ^-12J與10 ^-4J之間，最佳地介於10 ^-12J與10 ^-6J之間，最最佳地介於10 ^-12J與10 ^-9J之間。

特定而言，照射時間係介於10 ^-9s與1 s之間，更佳地介於10 ^-9s與10 ^-2s之間，更佳地介於10 ^-9s與10 ^-4s之間，最佳地介於10 ^-9s與10 ^-4s之間，最最佳地介於10 ^-9s與10 ^-6s之間。

因此，特定而言， 個別劑量D係藉助一個別曝光對一影像點起作用的能量。

一影像點之 總劑量理解為意指在一完全結束之無遮罩寫入程序結束時光敏感材料在一影像點中已接收之累積電磁輻射。藉助於輪廓強度之前述較佳重疊，每一影像點亦自毗鄰影像點之次級光束接收劑量之一部分。特定而言，累積劑量建立一影像點之灰色調。

一 鏡列理解為意指沿著DMD參考系統之一第一軸定位的一DMD之若干鏡。若DMD未相對於移動方向旋轉，則此軸係法向於移動方向。

一 鏡行理解為意指沿著DMD參考系統之一第二軸定位的一DMD之若干鏡。此第二軸係法向於DMD參考系統之第一軸。

藉助於DMD相對於移動方向之一旋轉，如根據本發明較佳地，鏡列未配置成法向於移動方向或鏡行未配置成平行於移動方向。

一 鏡曝光列理解為意指沿著法向於移動方向之一列放置的一DMD之若干鏡。若DMD未相對於移動方向旋轉，則曝光列及鏡列相對於橫向配置將係相同的。

一 鏡曝光行將理解為意指沿著平行於移動方向之一列放置的一DMD之若干鏡。若DMD未相對於移動方向旋轉，則曝光行及鏡行相對於橫向配置將係相同的。

一鏡曝光列區塊理解為意指所有影像點之完全曝光所需的若干鏡曝光列。

若一DMD配備有較一鏡曝光區塊所需的更多的列，則額外DMD鏡可執行額外功能。特定而言，其等可用作一冗餘，或者可形成額外鏡曝光列區塊。每鏡曝光列區塊之鏡曝光列之數目有利地係恆定的，亦即，鏡曝光列區塊之數目係鏡曝光列之數目的一整數除數。灰色調數目則由每鏡曝光列區塊之鏡曝光列的數目限制。

在文字之剩餘部分中，揭示不同參數設定，其亦涉及靜態特徵之準確度及精度。

準確度理解為意指一系統誤差。一系統誤差係一參數之所預期值與自隨機樣本量靜態地判定之群體真實值的偏差。準確度越大，則偏差值越小，亦即，系統誤差越小。

精度理解為意指一經量測變數圍繞隨機樣本量之所預期值的離散度。精度越大，則離散度越小。

定位準確度理解為意指可以一一致方式驅動光敏感材料中之一影像點穿過一DMD鏡之中心的準確度。特定而言，藉由DMD相對於DMD與光敏感材料之間的移動方向之一傾斜位置來增加此定位準確度。

裝置根據本發明之裝置包括一基板固持器及一光學系統。該基板固持器具有先前技術中已知用於固定及/或對準及/或移動一基板的技術特徵。

該等固定件用於將待處理之基板固定於裝置中。該等固定件可係： •      機械固定件，特定而言夾緊件，及/或 •      真空固定件，特定而言具有可個別控制的真空軌道或連接至彼此的真空軌道，及/或 •      電固定件，特定而言靜電固定件，及/或 •      磁性固定件，及/或 •      黏合固定件，特定而言，Gel-Pak固定件及/或具有黏合(特定而言，可控制)表面之固定件。

特定而言，該等固定件係可電子控制的。真空固定件係較佳類型之固定件。真空固定件較佳地包括複數個真空軌道，其等出現在基板固持器之表面處。較佳地，真空軌道係可個別控制的。在可以一技術上較佳的方式執行之一應用中，將數個真空軌道聯合以形成真空軌道分段，其等係可個別控制的且因此可被抽空或充滿。較佳地，每一真空分段係獨立於其他真空分段，亦即，較佳地包括可個別控制的真空分段。較佳地，以一環形形式設計真空分段。因此，此達成一目標徑向對稱固定及/或特定而言自內向外地執行之一基板自基板固持器之釋放。

較佳地，基板固持器可相對於一空間固定座標系主動移動。特定而言，在移動期間，連續追蹤、量測及儲存基板固持器之位置。

定位之精度由方差之信賴區間闡述。對於99.7%之一個三西格馬信賴位準，精度具有介於1 nm與100 µm之間、較佳地介於1 nm與10 µm之間、較佳地介於1 nm與1 µm之間、更佳地介於1 nm與100 nm之間、最佳地介於1 nm與10 nm之間、最最佳地介於1 nm與5 nm之間的一信賴區間。

裝置之光學系統包括(特定而言)至少一個光源及(特定而言)一個DMD。用於初級光束之均勻化之光學元件較佳地位於光學路徑中，特定而言至少或排他地位於初級光束之路徑中。所有光學元件較佳地相對於一底座而安裝固定，使得至少在曝光期間一相對移動排他地藉由藉助於基板固持器移動基板而發生。較佳地可在六個空間方向上校準所有光學元件。基板固持器在其上移動之基座或底座較佳地係振動阻尼的。振動阻尼可主動及/或被動發生。較佳地，基座係一花崗岩區塊。仍更佳地，其係一主動振動阻尼的花崗岩區塊。

方法DMD鏡在下文所闡述之方法中構成二進制切換元件，此對應於本發明之一較佳實施例，藉助其可更簡單地闡述本發明。DMD之每一鏡可在一特定時間點處於以下兩種狀態中之一單個狀態中：其將初級光束之其部分反射至光敏感材料上，或者其以一方式反射初級光束之其部分使得後者不照射光敏感材料。一鏡之兩種狀態相應地稱為「開啟」(英文：ON，光敏感材料被照射)或「關閉」(英文：OFF，光敏感材料未被照射)。因此，稱為兩種二進制狀態係更準確的。此命名簡化了對文字之閱讀。根據本發明，可設想使用可執行連續傾斜之鏡。就技術而言，此等鏡則表示二進制可切換鏡之一泛用術語，但就生產以及控制技術兩者而言要複雜且昂貴得多。 較佳地，一DMD之鏡僅可全部同時切換，其中存在於開啟與關閉之間的選擇。特定而言，同時切換所有鏡之切換頻率大於1 Hz，較佳地大於100 Hz，仍更佳地大於1 kHz，最佳地大於100 kHz，最最佳的大於1 MHz。

根據用於根據本發明所闡述的所有方法之一有利、重要的態樣，特定而言，藉由DMD相對於相對移動方向之一傾斜位置來達成定位準確度上的一增加。

作為一替代或除此之外，亦可藉由使用使次級光束失真之光學元件來達成定位準確度上的一增加。在先前技術中仍存在用於增加定位準確度之其他方法，但此處將不個別列出所有此等方法。藉助於實例但不具限制性，藉助於DVD之傾斜位置來闡述增加定位準確度的優點。

根據本發明，具有一單個鏡列之一DMD對於藉助一掃描成像原理之一簡單無遮罩(或更正確動態地經構造的)曝光系統將係足夠的。市場上常見且可用的DMD通常包括極多個鏡列(例如，在一全HD-DMD中於每一情形中具有1080個鏡列與1920個鏡行)。根據本發明，較佳地使用具有多於一個鏡列之此等DMD。特定而言，額外鏡列一方面用於藉助於過取樣來增加定位準確度。舉例而言，在關於印刷技術之US4700235A中闡述過取樣。

然而，若選擇一特定旋轉角度，則法向於移動方向之每長度可曝光較高數目之影像點。特定而言，用以下公式計算及定義旋轉角度α： α =arctan n/m， 其中n係影像點列之間距，且m係兩個下一鏡中心之間的影像點行之間距。

在根據本發明之一第一方法中，在複數個影像點上累積地建立每一影像點之所期望劑量。特定而言，每一個別曝光以相同個別劑量D發生。

影像點中之一者之累積曝光藉由位於相同鏡曝光行中之不同DMD鏡而發生。因此，基於根據本發明之第一思想之構想係，在DMD與光敏感層之間的一相對移動期間，自DMD之n個不同鏡至少n次曝光必須具有一灰色調位準n之一影像點，該等鏡定位成沿著鏡曝光行。舉例而言，若選擇128之一最大灰階深度，且一影像點將接收一灰色調n=13，則來自一鏡曝光行內部之13個鏡中之所有鏡必須精準地輸送1/128之最大可用最大強度作為一劑量。因此，總而言之，所有鏡輸送13/128強度之一劑量，此對於影像點直至基板表面之一100%曝光將係必要的。

藉由根據本發明之此方法，可以一目標方式調整一個別影像點之灰色調。一般而言，在根據本發明之第一方法中，每影像點可產生的灰色調之數目等於鏡曝光列區塊之數目。由於DMD通常包括複數個鏡且對應地複數個影像點亦可同時在每一情形中以相同劑量曝光，因此可同時以此方法產生整個圖案。因此，根據本發明之此方法之態樣亦可因此總結為以下效應：在每一曝光步驟中藉助不同圖案執行相同曝光步驟之一時間相關平均。

在根據本發明之一第二方法(其可與第一方法結合)中，一影像點之所期望劑量藉由以下事實而產生：在每一曝光時間點，一可精準調整的劑量作用於所期望影像點。為能夠獲得一可精準調整的劑量，存在若干基本選項。

在根據本發明之一第一實施例中，初級光束之輻射源之強度以一目標方式改變，同時將DMD定位於一待曝光位置上。然後，一影像點之灰色調由在既定時間點到達影像點之劑量定義。由於輻射源之強度可以一目標方式經調整或改變，因此劑量亦可以一目標方式改變。根據本發明之方法適合於在任一時間點將源輻射強度調整為一所定義值，且由於每DMD鏡因此產生之劑量而適合於根據每一鏡之切換狀態同時以此劑量曝光複數個影像點。

特定而言，可改變輻射源之輻射之頻率，或使用複數個輻射源，其中之每一者可產生具有另一頻率之輻射。一輻射源之輻射之頻率特定而言應與所使用的光敏感材料保持一致，亦即，應能夠以儘可能高效的一化學及/或物理方式改變後者。藉由使用具有不同強度之輻射，特定而言亦可使灰階變化。

在根據本發明之第二方法之一第一實施例中，每影像點可產生的灰色調之最大數目等於2 ^k，其中k表示每鏡曝光列區塊之所使用的鏡曝光列之數目。因此，自一個及僅一個鏡曝光列區塊之k個鏡曝光列曝光或不曝光一影像點。

在根據本發明之第二方法之一第二實施例中，每影像點可產生的灰色調之最大數目等於2 ^k，其中k表示所使用的鏡曝光列區塊之數目。因此，自每一k個鏡曝光列區塊之一個或僅一個鏡曝光列曝光或不曝光一影像點。

特定而言，根據本發明之方法可調適既定鏡曝光列之劑量，較佳地根據一數學定律藉助一改變鏡曝光列來改變劑量。較佳地，第一鏡曝光列可接收全劑量，第二鏡曝光列接收一半劑量，下一鏡曝光列接收四分之一劑量，第k個鏡曝光列接收(1/2) ^k劑量。

可改變輻射源之強度的頻率特定而言大於10 Hz，較佳地大於100 Hz，仍更佳地大於1 kHz，最佳地大於100 kHz，最最佳地大於1 MHz。

在根據本發明最佳且能夠與先前所闡述的方法結合的一第三方法中，使用一遞色演算法(英文：dithering)來在尤其大於一個別影像點之一影像點區域中產生一尤其平均劑量。演算法之原理在於以下事實：以一方式調整位於彼此旁側之影像點之灰色調使得能夠產生用於影像點區域之一平均灰色調值。

特定而言，前述方法可使用先前技術中已知之複數個演算法，藉助於該等演算法來控制一灰色調梯度之產生。特定而言，可應用 •      排序及/或 •      Floyd-Steinberg及/或 •      Jarvis 演算法。除此等較佳演算法之外，存在無數其他演算法，此處未能全面列出。

根據本發明之此方法之態樣亦可總結為以下效應：出於使劑量變化之選項之目的，執行原始過取樣影像點之一相對局部子取樣。

根據本發明之方法產生大於個別影像點之一影像點區域。因此，在DMD之一傾斜位置之情形下達成之定位準確度的優點由於藉由數學演算法獲得之灰色調解析度而至少部分地損失。

根據本發明之方法之另一重要特徵在於在根據本發明之方法之應用期間光敏感材料與DMD之間的一連續(亦即，至少沿著一曝光條帶不中斷)相對移動。因此，根據本發明之方法較佳地並非表示分步程序方法，而是連續移動方法。

根據本發明，若由鏡產生之經反射光束具有至少部分重疊之剖面輪廓，則根據本發明之所有方法係有利的。

根據本發明之所有方法亦可用於習用二進制微影中，以便改良曝光之均勻性且因此改良加工性及影像品質。出於此目的，首先記錄整個DMD影像之強度分佈(例如，在CCD晶片在曝光平面中之情況下或者藉助於一灰色調抗蝕劑之測試曝光或藉助層級選擇性抗蝕劑之複數個曝光)，且然後以一方式校正寫入資料(光柵網格資料)使得個別影像點之曝光強度係更均勻的。

此外，可使用根據本發明之所有方法來改良關鍵結構之影像品質，藉此特定而言，若在微影程序(參見OPC，光學近接校正)中未充分地解析個別影像點，則增加或減少用於個別影像點之劑量。特定而言在此方法中使用抗蝕劑之化學及物理行為之知識，且特定而言在近場中光學行為之知識係有利的。既可在理論上，亦可以資料序列之形式憑經驗(例如，藉由測試曝光)判定此知識。

應用 / 使用特定而言，根據本發明之方法可用於產生以下產品。

在根據本發明之一第一應用中，根據本發明之方法可用於在光敏感材料中產生若干光學元件，特定而言透鏡。菲涅耳(Fresnel)透鏡、凸透鏡或凹透鏡具有顯著的三維形狀，其等可藉助於根據本發明之方法而產生。在根據本發明之一尤其有利的實施例中，此等光學元件產生為一單塊透鏡基板(英文：monolithic lens substrate, MLS)之部分。

根據如本發明之一第二應用，根據本發明之方法可用於產生一印模。特定而言，所產生印模在壓印微影中直接用作工作印模及/或主印模。此等印模具有顯著的2.5維結構。

根據如本發明之一第三應用，根據本發明之方法可用於產生微影遮罩或至少用作微影遮罩之一負片。

在根據本發明之一第四應用中，根據本發明之方法可用於藉助於根據本發明之方法構造一尤其波形及非平面及/或均勻的光敏感材料層。此處，以一方式相對於波形產生灰色調使得光敏感材料之波形對顯影後產生的形貌不具任何影響。因此，可曝光一光敏感材料而不必藉由複雜程序及方法來預先移除波形或僅在一特定程度上執行補償。根據本發明，因此尤其發生時間及成本節省。

在根據本發明之一第五實施例中，根據本發明之方法可用於產生一平坦表面。一般而言，每一基板具備一特定波形及/或粗糙度。沈積於此一基板上之一層部分地呈現位於下方之基板之波形及/或粗糙度。先前技術中存在用於平坦化此波形層之諸多技術。藉助於根據本發明之方法，一旦已量測該層之波形，則可以一方式執行一發明性微影，使得以一方式以微影方式處理該層之波峰，從而使得在曝光及顯影程序之後發生該層之波峰之移除或平坦化。因此，根據本發明之一有利方法可用於該層之平坦化，此並非基於機械方法，而是基於純光微影方法。

在根據本發明之一第六應用中，根據本發明之方法可用於產生MEMS結構。

所有技術上可能的組合及/或排列以及裝置之功能及/或材料部分的重複及與其等相關聯之改變皆被視為以方法步驟或方法中之至少一者來揭示。

圖1展示若干影像點1之一經簡化示意圖示。使用下文所闡述的方法在一光敏感層19之一光敏感材料18之一表面處產生(就此而言尤其參見圖5)或曝光影像點1，光敏感層19沈積於一基板6上。影像點1中之至少某些者經曝光。

相對於影像點1之相對移動方向v旋轉的微鏡裝置(DMD 3)位於影像點1上方，其數目定義一曝光條帶2。為簡化圖示，在圖1中圖示並非DMD 3自身，而是其至光敏感層19上的投影。出於簡化之目的，真實DMD 3及其真實元件與其等投影之間不再進行一區分。以鏡列9z及鏡行9s來配置DMD 3之鏡4、4'、4''。

將鏡列9z配置成相對於移動方向v旋轉角度α。相對移動方向v沿循y軸。光敏感材料18位於其上之基板6固定於一基板固持器14上且在負y方向上與後者一起移動，較佳地，其中至少在曝光期間靜態地固定DMD 3。

對於根據本發明之某些應用，DMD 3可構成行動的，其中此係一欠佳實施例。因此，DMD 3與光敏感材料18或影像點1之間的相對移動由v表示。

影像點1表示可由自鏡4、4'、4''偏轉之次級光束16曝光之位置。次級光束16之寬度較佳地係至少與鏡4、4'、4''一樣大。次級光束16具有一特性(特定而言高斯(Gaussian))強度輪廓5、5'。特性強度輪廓5、5'定義光敏感材料18中或各別影像點1中之強度分佈。

可看到，DMD 3已以一方式相對於相對移動方向v旋轉，使得DMD 3之一鏡4之每一鏡中心4c係與影像點1中之一者一致，影像點1 (如下文所闡述)關於其等之曝光輪廓以一目標方式被曝光。

相對移動應理解為意指DMD 3與待曝光之光敏感層19相對於彼此而移動，其中較佳地移動DMD 3或光敏感層19，而靜態固定未移動之部分。自技術觀點而言，位於基板6上的光敏感層19較佳地相對於一空間固定座標系主動移動，而DMD 3及所有其他光學元件(未展示)相對於空間固定座標系係靜態的。

藉助於實例展示，尤其在連續相對移動之過程中，影像點1首先位於鏡4下方，然後位於鏡4'下方且最終位於鏡4''下方。在此等時間點中之每一者處，鏡4、4'、4''中之一者可以一方式切換使得其將一次級光束反射至光敏感材料18上，從而使得光敏感材料18受一(其他)劑量作用而產生一灰色調G。每一此行動導致灰色調G之一增加。

鏡曝光列10z、10z'、10z''在每一情形下被指配至一對應影像點列且係法向於移動方向v。一鏡曝光行10s表示在移動方向v上行進之一行影像點1 (舉例而言，影像點行11s)，其可藉助配置於鏡曝光行10s中之鏡4來曝光。

在圖1中可看出，總計四個鏡4、4'、4''位於所展示鏡曝光行10s上，其等之鏡中心4c係與鏡曝光行10s一致。因此，在此特定情形中，僅三個鏡4、4'、4''可用於曝光影像點1，而一相對移動發生於DMD 3與光敏感材料18之間。

三個鏡曝光列10z、10z'、10z''指配至一鏡曝光列區塊17。舉例而言，若DMD 3包括六百個鏡曝光列10z，則可舉例而言及有利地將六百個鏡曝光列10z分群在一起以形成兩百個鏡曝光列區塊17。

在此處所展示的實例中，鏡曝光列區塊17中之每一者可因此用於藉助四個灰色調G中之一者來曝光(根本不曝光、以一個劑量、以兩個劑量或以三個劑量來曝光)一影像點1。

曝光條帶2之右下部部分中之圖框表示一影像點區域8，包括總計九個影像點1。影像點區域8較佳地具有與DMD 3之鏡4大致相同的大小。可藉由使用一遞色演算法在此影像區域8中調整一平均灰色調。

根據本發明之另一基本態樣在於以下事實：藉助於光學系統(特定而言，DMD 3)相對於移動方向v及/或影像點列11z之一傾斜位置，發生定位準確度上的一增加，但此又被至少部分地傳遞以有利於在影像區域8中產生一平均灰色調。

光敏感材料18中之結構之解析度不能大於DMD 3中之鏡之解析度。藉由以下事實：一方面，尤其藉由傾斜位置，發生定位準確度上的一增加，且另一方面，將灰色調G分群在一起作為一影像點區域之平均灰色調，可執行一極高效灰色調微影。

圖2展示具有複數個影像點1之一曝光條帶2之一部分的一系列曝光步驟7、7'。特定而言，所圖示的影像序列表示根據本發明之第一及第二方法之組合。出於清晰之目的，如圖1中省略強度輪廓5之圖示，此乃因不能以其他方式看見影像點1之不同灰色調G。每一曝光步驟包括尤其以同步方式執行之個別影像點1之複數次個別曝光。

此處以簡化形式僅由九個鏡4圖示之DMD 3相對於影像點1而移動，其中事實上發生光敏感層19之一移動且DMD 3係固定的，較佳地儘可能安裝成振動阻尼的。

每次，以一方式切換(控制)一鏡4，使得其將次級光束反射至光敏感材料18上，此由鏡4之內部中之一黑點表示。該序列之第一影像包括一曝光條帶2之一部分，其中最下部的五個列之數個影像點1已經曝光。每一經曝光影像點1僅被曝光一次，使得可將一灰色調值1指配至每一經曝光影像點1。根據其等之強度，灰色調值由包含零之一自然數闡述。由於DMD 3與位於下方之光敏感層19之間之連續相對位移，DMD 3之連續鏡4可再次曝光已經曝光之影像點1，只要演算法提供各別影像點之曝光即可。

若查看該序列之最後影像，則可看出，演算法已經設置使得一遞色圖案導致影像點區域8。藉助於實例，用一灰色調G = 1表示該序列之第三影像中之影像點1，同時，由於根據本發明之方法之應用，該序列之第十二影像中之相同影像點具有灰色調 G = 2，亦即，已接收一較強劑量。已透過藉助來自相同鏡曝光行10s之一後續DMD鏡4之一曝光(未圖示)來接收此劑量。

該影像序列一方面展示一遞色演算法之使用，另一方面展示藉由相繼切換之鏡元件之一多次曝光對一灰色調G之調整。

根據本發明用於藉由使用一適合數學演算法來產生一平均影像點區域8之方法當然亦將藉助黑/白(b/w)微影(亦即僅使用兩種灰色調)起作用。然而，由於灰色調深度減少，產生的影像點區域8的深度解析度亦將少得多。透過一經高度解析之灰色調深度光譜與根據本發明之演算法之使用的組合，可關於曝光發生一極佳深度解析度。

圖3a及圖3b展示根據本發明之方法之一實施例之示意圖示，其中用於曝光影像點1之劑量藉由改變一輻射源12之輻射強度而變化。為使圖示保持簡單，展示一狀態，其中再次以一方式切換一DMD 3之僅一個鏡4，使得其在一光敏感材料18上曝光一影像點1。

輻射源12產生一初級光束15，該初級光束在照射DMD 3之前可被光學元件13影響。DMD 3之個別鏡4在彼處產生用於產生個別影像點1之對應數目個個別次級光束16。透過輻射源12之強度，影響及定義劑量之強度、強度輪廓5、5'之形狀及因此灰色調G。可憑經驗或藉由物理化學程序判定該定義。光學系統係光學元件13與DMD 3之總和。

圖4展示藉由根據本發明之方法自平均灰色調產生之一灰色調梯度，其梯度之強度自左至右減弱。圖示包括5個列及4個行之影像點區域8、8'、8''、8'''之一細節。每一影像點區域8、8'、8''、8'''包括九個影像點(未展示)，則存在總計15×12 (亦即，180)個影像點。

影像點區域8具有最強平均灰色調(在未圖示之個別影像點之九個灰色調G之外)。影像點區域8、8'、8''、8'''之平均灰色調自左至右連續減弱。根據如上文所闡述的本發明之方法，一影像點區域8、8'、8''、8'''之每一平均灰色調係藉由使用數學演算法結合個別影像點1 (出於清晰之目的而未展示)之灰色調調整而產生。

圖5展示一基板6之一剖面之一部分，其上已沈積包括一光敏感材料18之一光敏感層19。亦圖示具有一曝光輪廓深度t之一影像點1。可看出，曝光輪廓深度t大致佔光敏感層19之總厚度的三分之一。

1:影像點/個別影像點/經曝光影像點 2:曝光條帶 3:微鏡裝置(DMD)/數位微鏡裝置 4:鏡/後續數位微鏡裝置鏡/後續鏡 4':鏡 4'':鏡 4c:鏡中心 5:特性強度輪廓/強度輪廓 5':特性強度輪廓/強度輪廓 6:基板 7:曝光步驟 7':曝光步驟 8:影像點區域/影像區域/平均影像點區域 8':影像點區域 8'':影像點區域 8''':影像點區域 9s:鏡行 9z:鏡列 10s:鏡曝光行 10z:鏡曝光列 10z':鏡曝光列 10z'':鏡曝光列 11s:影像點行 11z:影像點列 12:輻射源 13:光學元件 14:基板固持器 15:初級光束 16:次級光束/個別次級光束/不同次級光束/各別次級光束 17:鏡曝光列區塊 18:光敏感材料 19:光敏感層/層 D:個別劑量 G:灰色調 m:影像點行之間距 n:影像點列之間距/灰色調位準 t:曝光輪廓深度 v:移動方向(速度) α:旋轉角度/角度

由於在上文文字中及在各圖之後續說明中揭示了程序特徵，後者亦被視為揭示為方法之特徵，且反之亦然。 本發明之其他優點、特徵及細節將自實施例之較佳實例之以下說明及藉助於圖式而得出。在該等圖中： 圖1展示根據本發明具有一裝置之一實施例之一示意圖示，其中一光學系統及一光敏感層配置於一基板上且待被曝光， 圖2展示根據本發明之一方法之一實施例之一示意圖示，其中複數種方法步驟彼此跟隨， 圖3a展示在藉由具有一第一強度光譜之一輻射源之一曝光期間於一方法步驟中根據本發明之裝置之一實施例之一示意圖示， 圖3b展示在藉由具有一第二強度光譜之一輻射源之一曝光期間於一方法步驟中根據本發明之裝置之一實施例之一示意圖示， 圖4展示藉助本發明之一實施例曝光之一光敏感層之一示意圖示，及 圖5展示具有待曝光之光敏感層之基板之一細節之一示意性剖面圖示。 在各圖中，藉助相同元件編號表示相同組件或具有相同功能之組件。

1:影像點/個別影像點/經曝光影像點

2:曝光條帶

3:微鏡裝置(DMD)/數位微鏡裝置

4:鏡/後續數位微鏡裝置鏡/後續鏡

4':鏡

4":鏡

4c:鏡中心

5:特性強度輪廓/強度輪廓

8:影像點區域/影像區域/平均影像點區域

9s:鏡行

9z:鏡列

10s:鏡曝光行

10z:鏡曝光列

10z':鏡曝光列

10z":鏡曝光列

11s:影像點行

11z:影像點列

17:鏡曝光列區塊

m:影像點行之間距

n:影像點列之間距/灰色調位準

v:移動方向(速度)

α:旋轉角度/角度

Claims (18)

1. 一種用於藉助於一光學系統曝光一基板上之包括一光敏感材料之一層之影像點的方法，該方法包括：使該等影像點相對於該光學系統連續移動，藉由使用該光學系統來個別地控制複數個次級光束以實現每一影像點之個別曝光，藉此使該等次級光束進入至一開啟狀態中或進入至一關閉狀態中，其中：a)次級光束在該開啟狀態中產生指配至該各別次級光束之該影像點之一個別曝光，且b)次級光束在該關閉狀態中不產生指配至該各別次級光束之該影像點之任何個別曝光，其中，為了產生具有灰色調n>1之影像點，由不同次級光束以個別劑量D執行n次個別曝光，其中每一影像點之該灰色調G由個別劑量D之總和定義，其中該等灰色調G進一步由歸因於該等次級光束之輻射強度上的一改變而具有不同個別劑量D之n次個別曝光定義俾使該等次級光束之該輻射強度與該等個別劑量D之該總和間之一關係係非線性的，其中該等影像點之至少一者之該灰色調G係藉由下列產生：該等影像點在橫向方向上基於該等次級光束之強度輪廓(intensity profiles)之疊加；及一數位微鏡裝置之連續配置鏡(successively arranged mirrors)，及 其中該等強度輪廓之一寬度大於或等於該等連續配置鏡之一寬度。
2. 如請求項1之方法，其進一步包括：將複數個毗鄰影像點之灰色調分群在一起以形成一影像點區域以產生該影像點區域之一平均灰色調值的定義。
3. 如請求項1之方法，其進一步包括：藉由使用該光學系統由自一輻射源產生之一初級光束產生該等次級光束。
4. 如請求項1之方法，其進一步包括：藉由使用該光學系統以同步方式控制該等次級光束。
5. 如請求項1之方法，其中該光學系統係一無遮罩光學系統。
6. 如請求項1之方法，其中藉由使用一遞色演算法(dithering algorithm)將複數個毗鄰影像點之該等灰色調分群在一起以形成一影像點區域。
7. 如請求項1之方法，其中該光學系統係一微鏡裝置。
8. 如請求項1之方法，其中藉由使用該光學系統排他地以同步方式控制該等次級光束。
9. 如請求項1之方法，其中該數位微鏡裝置之該等鏡包括該等連續配置鏡，且其中該數位微鏡裝置之該等鏡係經同時切換。
10. 如請求項1之方法，其中該等次級光束之該等強度輪廓相對於每一影像點重疊以界定每一影像點之該灰色調G。
11. 一種用於藉助於一光學系統曝光一基板上之包含一光敏感材料之一光敏感層之影像點的裝置，該裝置包括：用於使該等影像點相對於該光學系統連續移動的構件，用於藉助於該光學系統個別控制複數個次級光束以實現每一影像點之個別曝光，藉此可使該等次級光束進入至一開啟狀態中或進入至一關閉狀態中的控制構件；及用於藉由具有個別劑量D之不同次級光束進行個別曝光以產生具有灰色調n>1之影像點的個別曝光構件，其中：a)次級光束在該開啟狀態中產生指配至該各別次級光束之該影像點之一個別曝光，且b)次級光束在該關閉狀態中不產生指配至該各別次級光束之該影像點之任何個別曝光，其中每一影像點之該灰色調G可由該等個別劑量D之總和定義，其中該等灰色調G進一步由歸因於該等次級光束之輻射強度上的一改變而具有不同個別劑量D之n次個別曝光定義俾使該等次級光束之該輻射 強度與該等個別劑量D之該總和間之一關係係非線性的，其中該等影像點之至少一者之該灰色調G係藉由下列產生：該等影像點在橫向方向上基於該等次級光束之強度輪廓之疊加；及一數位微鏡裝置之連續配置鏡，其中該等強度輪廓之一寬度大於或等於該等連續配置鏡之一寬度。
12. 如請求項11之裝置，其中該光學系統由自一輻射源產生之一初級光束產生該等次級光束。
13. 如請求項11之裝置，其中藉助於該光學系統以同步方式控制該等次級光束。
14. 如請求項11之裝置，其中該光學系統係一無遮罩光學系統。
15. 如請求項12之裝置，其中用於由自一輻射源產生之該初級光束來產生該等次級光束之該光學系統係一微鏡裝置。
16. 如請求項13之裝置，其中藉助於該光學系統排他地以同步方式控制該等次級光束。
17. 如請求項11之裝置，其中該數位微鏡裝置之該等鏡包括該等連續配置鏡，且其中該數位微鏡裝置之該等鏡係經同時切換。
18. 如請求項11之裝置，其中該等次級光束之該等強度輪廓相對於每一影像點重疊以界定每一影像點之該灰色調G。