用于在基板上的无掩模光刻术的实时自动聚焦

摘要

本文所论述的系统和方法的实施方式通过预处理经由成像系统的通道接收的图像数据来使成像设备自动聚焦，所述成像系统包括激光束和传感器，所述传感器被配置为当在跨基板的像素级应用中跨基板施加激光束时，接收图像数据。所述基板可包括光刻胶和金属材料两者，并且所述传感器所接收的所述图像包括来自所述金属材料的噪声。在所述图像数据的预处理期间，确定要从所述图像数据去除的噪声百分比，并且对图像数据进行滤波。针对每个通道计算所述基板的质心，并且确定用于曝光的聚焦偏差。可使用一个或多个滤波机制来组合多个质心，并且所述成像系统可通过在一个或多个方向中移动工作台和/或曝光源而在曝光位置自动聚焦。

说明书

领域

本公开内容的实施方式总体涉及用于处理一个或多个基板的设备、系统和方法，并且更特别地涉及用于执行光刻工艺(photolithography process)的设备、系统和方法。

相关技术的说明

光刻术广泛地使用于制造半导体装置和显示器装置，例如液晶显示器(LCD)。经常在LCD制造中利用大面积基板。LCD，或者平面面板通常用于有源矩阵显示器，例如计算机、触摸面板装置、个人数字助理(PDA)、移动电话、电视监视器和类似物。一般来说，平面面板可包括液晶材料层，液晶材料层形成夹置于两个板之间的像素。当跨液晶材料施加来自电源的功率时，可在像素位置处控制通过液晶材料的光量而能够产生图像。

已经采用微光刻术技术来产生电特征，电特征合并成形成像素的液晶材料层的部分。根据这些技术，将光敏光刻胶施加于基板的至少一个表面。接着，图案产生器利用光来曝光光敏光刻胶的选择区域以作为图案的部分，以使在选择区域中的光刻胶的化学改变为了后续的材料移除和/或材料添加工艺而准备这些选择区域，以产生电特征。在光刻术期间图案化的基板可跨基板具有厚度的变化，此厚度的变化大于微光刻术系统的自由度。这可致使系统相对于基板焦距未对准，并且导致在显示器中的一个或多个像素的模糊，而产生显示器中的云纹(mura)或其他不希望的影响。

为了持续提供消费者所需价位的显示装置和其他装置，需要新的设备和方法来精确并且有成本效益地在基板上产生图案，例如是在大面积基板上产生图案，新的设备和方法包括在曝光基板之前，用于成像设备的实时自动聚焦的设备和方法。

在一个实施方式中，一种图案化基板的方法，包括：当基板相对于成像设备的曝光源位于成像设备中的工作台上的初始位置时，跨基板施加多个激光束，基板包括光刻胶和金属材料；响应于施加多个激光束，通过耦接到成像设备的多个传感器接收多个像素的每个像素的多个图像；和响应于将多个激光束施加至基板的金属材料，确定用于多个像素的每个像素的从每个传感器接收的多个图像中的噪声百分比。另外，在实施方式中，所述方法包括：从用于多个像素的每个像素的来自每个传感器的图像滤波掉噪声百分比；接着，基于多个图像，计算基板的质心；基于针对多个传感器的每个传感器的质心的计算，确定聚焦偏差；和将基板从初始位置调整到曝光位置，曝光位置不同于初始位置，并且调整曝光源将曝光源自动聚焦于基板上。

在一个替代实施方式中，一种图案化基板的方法，包括：在成像设备中定位基板，基板包括光刻胶和金属材料，基板相对于成像设备的曝光源定位于成像设备中的工作台上的初始位置；通过存储于服务器的非暂时性存储器上并且由处理器可执行的应用，确定用于成像设备的曝光位置，此确定曝光位置包括：将多个激光束施加至多个像素的每个像素；响应于施加多个激光束，通过耦接到成像设备的多个传感器来接收来自多个像素的每个像素的多个图像；确定用于多个像素的每个像素的每个传感器的多个图像的噪声百分比；和从来自用于多个像素的每个像素的每个传感器的多个图像滤波掉噪声百分比；接着，计算用于多个传感器的每个传感器的基板的质心；基于用于多个传感器的每个传感器的质心的计算，确定聚焦偏差；组合用于每个传感器的每个质心；和基于此组合和聚焦偏差，确定曝光源的曝光位置。另外，在实施方式中，所述方法包括通过此应用，将工作台或曝光源的至少一者从初始位置调整到曝光位置，曝光位置不同于初始位置，并且调整曝光源将曝光源自动聚焦于基板上。

在一个实施方式中，一种非暂时性计算机可读介质，包括指令，这些指令被配置为使计算系统执行：确定用于成像设备的曝光位置，此确定曝光位置包括：将多个激光束施加到基板的多个像素的每个像素；响应于施加多个激光束，通过耦接到成像设备的多个传感器来接收来自多个像素的每个像素的多个图像；确定用于多个像素的每个像素的每个传感器的多个图像的噪声百分比；从来自用于多个像素的每个像素的每个传感器的多个图像滤波掉噪声百分比；接着，计算用于多个传感器的每个传感器的基板的质心；基于用于多个传感器的每个传感器的质心的计算，确定聚焦偏差；组合用于每个传感器的每个质心；和基于此组合和聚焦偏差，确定曝光源的曝光位置。另外，在实施方式中，从初始位置将基板调整到曝光位置，曝光位置不同于初始位置，并且曝光源的此调整将曝光源自动聚焦于基板上。

为了可详细地理解本公开内容的上述特征，可参考实施方式获得简要概述于上的本公开内容的更具体说明，在附图中图示实施方式中的一些。然而，将注意的是，附图仅图示示例性实施方式并且因此不视为对本公开内容的范围的限制，并且可允许其他等效实施方式。

图1A是根据本文所公开的实施方式的光刻系统的透视图。

图1B是根据本文所公开的实施方式的替代的光刻系统的透视图。

图2A是通过根据本文所公开的实施方式的图像投影设备的透视示意图。

图2B是根据本文所述实施方式的图像投影设备。

图3图示根据本公开内容的实施方式的多个图像投影设备的示意图。

图4是根据本公开内容的实施方式的固态发射器装置的局部示意图。

图5是在基板图案化操作期间自动聚焦于基板上的方法500的流程图。

图6A是跨基板的反射高度强度数据的示例图形。

图6B示出在理想情况中，基板上的像素高度数据的示例图形，此像素高度数据具有正态或近正态的高斯分布。

图6C图示在产生从峰的中心偏移的质心值的示例图形上的质心计算。

图6D图示根据本公开内容的实施方式的跨基板像素高度和质心计算的示例图形。

为了有助于了解，已尽可能使用相同的参考数字来表示图中共有的相同元件。将理解的是，一个实施方式的元件和特征可有利地合并于其他实施方式中，而无需进一步说明。

本公开内容的实施方式在数字光刻期间提供自动聚焦的改善。可使用数字光刻技术制造各种尺寸的显示器。本文所讨论的数字光刻系统(可称为成像系统)使用一个或多个曝光源，曝光源包括固态发射器装置，用于包括图案化光刻胶的操作。

相较于在图案化只包含硅的基板时维持聚焦，显示器尺寸的玻璃基板的各种特征(例如基板成分和尺寸)使得在图案化期间维持聚焦困难。例如，显示器基板可具有1500mmx 1850mm或更大的尺寸，并且可跨基板具有非常不均匀的厚度。厚度和跨基板的厚度的不均匀性可能随着层形成和图案化而进一步变化。不均匀性不能使用化学机械抛光(CMP)而移除(平整化)。

由于使用于亚微米印刷分辨率的小焦深(depth-of-focus)透镜，数字光刻系统针对聚焦误差具有小的公差，例如，+/-3微米。数字光刻系统公差因此小于跨基板的均匀性的变化，跨基板的均匀性的变化可能改变+/-10微米或更多。因此，当基板的尺寸增加并且在成分上变化时，使成像系统自动聚焦更加地困难。

本文所讨论的系统和方法涉及在图案化基板期间自动聚焦成像设备。本文所述的自动聚焦是通过相对于基板将曝光源定位于曝光位置而实现的。如本文所述，“曝光位置”是相对于成像设备的曝光源的成像设备中的工作台的位置，并且工作台是成像系统的部件，被配置为在数字光刻期间固定基板。曝光位置通过像素级(pixel-wise)应用来实时确定。本文所述的像素级图像处理包括处理多个图像。像素级图像处理用于本文中的自动聚焦，并且包括针对传感器接收的数据在基板上的位置上运行例程(routine)，和接着实时地在多个位置上再运行(re-run)相同的例程(例如，本文所述的基板高度分析)。在一个示例中，基板包括多个像素，并且例程在每个像素上运行。在此像素级自动聚焦操作中，相对于曝光源位置的基板位置是使用成像数据来确定的，包括预处理成像数据以移除本文中称为“噪声”的来自底层的无关的反射并且改善自动聚焦的准确性。本文所使用的自动聚焦输入数据经由设置于成像设备中的多个线性成像传感器提供，线性成像传感器例如是互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)传感器。传感器耦接到成像设备，以采集基板表面反射的聚焦激光。在一个示例中，当基板在图案化之前定位于成像设备中时，实时地扫描跨基板的每个像素的表面。在未图案化的金属或玻璃板上，CMOS传感器将采集与基板反射相关的单一高斯状(Gaussian-like)峰，其中峰的位置表示表面至传感器的距离。

然而，在图案化的基板的上方，例如是在包括金属材料和光刻胶的图案化的基板上方，金属反射以各种不期望的方式使光刻胶反射失真，而负面地影响系统聚焦的能力，更不用说允许实时自动聚焦。

通过采集和预处理基板的多个图像，本文所述的自动聚焦可应用于包括混合材料的基板，混合材料例如是光刻胶和金属材料。曝光位置可通过以下方式来确定：收集来自跨基板的每个像素的多个图像数据，和确定(1)百分位数滤波器(percentile filter)来从图像移除随着时间变化的金属反射造成的噪声；以及(2)质心计算来估计聚焦偏差；和(3)卡尔曼滤波器(Kalman filter)以结合来自多个传感器跨多个像素实时获取的数据。此信息如下所述地结合和使用，以在图案化基板之前确定曝光位置而进行自动聚焦。当曝光位置确定时，成像设备在曝光和图案化基板之前将工作台(基板定位于所述工作台上)和/或曝光源调整到曝光位置。因此，使用像素级应用，与自动聚焦相关的云纹在具挑战性的多层基板上方消除或减少，所述云纹是下述的不期望影响。

当一个曝光或多个曝光在焦距未对准的情况下在基板上执行时，称为云纹的不期望的视觉现象发生。云纹放大微小的聚焦偏差的微观影响，而导致有缺陷的显示器。此挑战对于具有不同组成的显示器基板增加，例如是在基板包括光刻胶以及金属材料时。当使用包括激光束的聚焦束来确定曝光源的位置时，响应于光刻胶和金属材料反射的激光束，传感器所接收的反射将有所不同。本文所述的基板的组成包括金属材料和光刻胶，光刻胶在曝光之前设置于金属材料(和例如是介电层的可形成于基板上的其他材料)的上方。利用在此所述的系统和方法，定位于成像设备中的基板暴露于曝光源(也就是基板进行图案化)。基板在曝光源聚焦于基板上并且在曝光位置中时曝光。基于跨基板的像素高度之间的偏差确定曝光位置。基于此实施方式，工作台、曝光源、或此两者可在执行本文所述的方法之后沿着一个或多个轴被调整到曝光位置，以在基板图案化期间使成像系统自动聚焦。

本文所述的自动聚焦允许例如是数字光刻系统的成像系统的连续调整，以在图案化工艺(图案化工艺也可称为蚀刻工艺)期间的一个或多个曝光期间对基板产生最佳的、聚焦的曝光。成像设备包括多个通道(channel)，每个通道包括激光束和例如是CMOS传感器的传感器。本文所述的图像包括低频率的光刻胶信号和随着时间变化、高频率的金属信号。两种信号是正的并且加成的，仅取得信号的质心可能无法产生聚焦的曝光，因为金属材料的无关的反射可能在质心计算中造成误差。在从0.1ms至5ms的时间跨度内，例如是用于收集本文所述的图像的时间跨度内，来自光刻胶的信号比来自金属的信号具有较少的变化。来自金属的信号具有更多的变化并且增加噪声至图像。此外，CMOS传感器噪声为正的和负的。因此，当使用本文所述的方法而通过移除来自金属材料的噪声来预处理图像时，来自传感器的信号不会放大。因此，通过基于跨基板的像素的高度来相对于基板确定成像设备的曝光位置，此像素级应用在曝光之前自动聚焦成像系统。

使用适应性百分位数滤波(adaptive percentile filtering)来滤波本文所述的收集的图像。实时进行扫描，并且自动聚焦在扫描期间连续地执行。所述滤波移除来自传感器所接收的图像的噪声的一部分。来自基板的底层的不期望的噪声无关反射源自于金属材料反射激光束。所述滤波移除来自图像的多个噪声，并且带来自动聚焦的增加的准确性，而减少云纹形成或显示器中其他不希望的影响的情况。通过在图案化的基板上方扫描，图像由低频光刻胶信号和随着时间变化的高频金属信号生成。因此，在大于图案的特征尺寸的整个扫描窗口，光刻胶信号将近似地恒定，而金属信号将不是近似地恒定。另外，光刻胶和金属信号为正的并且加成的。因为金属反射迅速地改变，这意味在没有传感器噪声的情况下，取出一系列的画面(frame)的最小像素值(例如，像素高度)会产生光刻胶信号的最接近的近似值(也就是高频的金属引起的信号将被移除)。另外，在自动聚焦期间产生少量的正传感器噪声和负传感器噪声。照此，通过确定从多个图像移除的预定的噪声百分位数，针对每个基板产生更准确、实时的自动聚焦的确定，而在无需放大较小的传感器噪声的情况下，平衡消除(较大的)金属噪声。自动聚焦输入是多维的，包括在基板范围的x坐标和y坐标、曝光源位置、线性传感器像素位置和光强。如本文所述，在自动聚焦操作期间，成像系统中的工作台(基板位于工作台上)和/或曝光源中的任一者或两者可在x方向、y方向或z方向中移动。

常规的技术可确定用于跨基板的n个像素的每个像素的像素幅度(高度)的图形的峰。峰可为CMOS或成像系统的其他图像传感器提供反射光的形式。然而，使用本文所述的自动聚焦系统和方法执行质心计算来确定像素幅度曲线的平均(mean)，例如，不必然是峰。这在下方讨论并且示出于图6A-图6D中。成像系统的多个传感器的每个传感器产生用于基板上的每个像素的至少一个图像。在多个基板之间结合并且分析这些图像，针对从多个传感器的每个传感器产生的每个图像确定质心。质心是质量测量的中心，每个像素乘以所述像素的位置(高度)并且除以扫描的像素的总数以确定像素高度的中心测量值(例如，平均)。也就是说，每个像素具有例如，施加到所述像素的三个激光，并且每个传感器被配置为从每个激光采集图像。因此，每个像素产生3个图像，并且来自每个传感器的图像被结合，以形成基板的图像。本文所述的质心是由每个传感器接收的多个图像的质量测量的中心，并且被假设具有高斯分布。使用质心来确定聚焦偏差，也就是确定相对于基板的曝光源的初始位置是如何不同于将用于图案化基板的曝光源的第二、曝光位置。使用从目标基板的质心偏移和目前的工作台位置以估计基板的高度。使用滤波器结合本文所述的用于每个传感器所计算的质心，以产生曝光位置的模型估计，滤波器例如是如下所述的卡尔曼滤波器(Kalmanfilter)、线性滤波器(linear filter)、或PID滤波器。计算和模型可被结合和/或比较，以确定如下所述的曝光位置。

图1A是根据本文所公开的实施方式的光刻系统100A的透视图。系统100A包括底框110、板120、工作台130和处理设备160。底框110置于制造设施的底面上并且可支撑板120。多个被动空气隔离器112位于底框110与板120之间。在一个实施方式中，板120是整块的花岗岩，并且工作台130设置于板120上。基板140由工作台130支撑。多个孔(未示出)形成于工作台130中，用于允许多个升降杆(未示出)通过所述孔延伸。在一些实施方式中，升降杆例如是从一个或多个传送机械手(未示出)升起至延伸的位置，以接收基板140。使用一个或多个传送机械手来从工作台130装载和卸载基板140。

基板140包括例如，石英的任何适合的材料，被使用来作为平板显示器的部分。在其他实施方式中，基板140以能够作为平板显示器的部分的其他材料制成。在一些实施方式中，基板140具有形成于基板140上的光刻胶层，光刻胶层对辐射敏感(sensitive)。正光刻胶包括光刻胶的部分，当暴露于辐射时，在图案被写入到光刻胶中之后，光刻胶的这些部分分别可溶于在图案写入光刻胶中后被提供至光刻胶的光刻胶显影剂。负光刻胶包括光刻胶的部分，当暴露于辐射时，光刻胶的这些部分分别不可溶于在图案写入光刻胶中后被提供至光刻胶的光刻胶显影剂。光刻胶的化学成分确定光刻胶将为正光刻胶或负光刻胶。光刻胶的示例包括但不限于重氮萘醌(diazonaphthoquinone)、酚醛树脂(phenolformaldehyde resin)、聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate))、聚甲基戊二酰亚胺(poly(methyl glutarimide))和SU-8中的至少一种。以此方式，可在基板140的表面上产生图案，以形成电路。

系统100A包括一对支撑件122和一对轨道124。此对支撑件122设置于板120上，并且板120和此对支撑件122是单件的材料。此对轨道124由此对支撑件122支撑，并且工作台130在X方向中沿着轨道124移动，X方向如图1A中所示的坐标系所指示的。在一个实施方式中，此对轨道124是一对平行磁性通道。如图所示，此对轨道124的每个轨道124是线性的。在其他实施方式中，一个或多个轨道124是非线性的。编码器126耦接到工作台130，编码器126被配置为提供位置信息至控制器190。

在一个实施方式中，处理设备160包括支撑件162和处理单元164。支撑件162设置于板120上，并且包括开口166。开口166用于让工作台130在处理单元164下方通过。处理单元164由支撑件162支撑。在一个实施方式中，处理单元164是图案产生器，被配置为在光刻工艺中曝光光刻胶。在一些实施方式中，图案产生器被配置为执行无掩模光刻术工艺(maskless lithography process)。处理单元164包括多个图像投影设备(示出于图2A和图2B中)。在一个实施方式中，处理单元164包含多如84个图像投影设备。每个图像投影设备设置于壳体165中。处理设备160对于执行无掩模直接图案化(maskless direct patterning)是有用的。

控制器190有助于本文所述的处理技术的控制和自动化。控制器190耦接到一个或多个处理设备160、一个或多个工作台130和编码器126，或与一个或多个处理设备160、一个或多个工作台130和编码器126通信。处理设备160和一个或多个工作台130提供信息至有关于基板处理和对准的控制器。例如，处理设备160提供信息至控制器190，以提醒控制器190基板处理完成。在另一示例中，控制器190被配置为执行多个指令，以通过逐像素(pixel-by-pixel)扫描基板来在曝光(图案化)基板之前，实时确定用于成像设备的曝光位置以自动聚焦曝光源。在一个示例中，当基板定位于一个或多个工作台上或一个或多个工作台中时，控制器190将一个或多个工作台130调整到初始位置。在又另一示例中，控制器190被配置为执行多个指令，以通过逐像素扫描基板来在曝光(图案化)基板之前，实时确定用于成像设备的曝光扫描的速度和曝光位置来自动聚焦曝光源。

控制器190包括中央处理单元(CPU)192、存储器194和支持电路(或I/O)196。CPU192是使用于工业环境中的计算机处理器的任何形式中的一种，用于控制各种工艺和硬件(例如，图案产生器、马达和其他硬件)和/或监控工艺(例如，处理时间和基板位置)。存储器194连接到CPU 192。存储器194是本地或远程的一个或多个容易取得的存储器，例如是随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘(floppy disk)、硬盘或任何其他形式的数字储存器。软件指令和数据被编码并且储存于存储器194中，用于指示CPU 192。支持电路196也连接到CPU，用于以常规方式支持处理器。支持电路包括常规的高速缓存(cache)、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统和类似物。可称作成像程序的程序(或计算机指令)是通过控制器为可读的来确定哪些任务是在基板上可执行的。程序是通过控制器可读取的软件，并且包括代码(code)来监控和控制例如，处理时间和基板位置。

在操作期间，工作台130从如图1A中所示的装载(第一)位置以预定速度在X方向中移动至处理(第二)位置。处理位置是在工作台130通过处理单元164下方时工作台130的一个或多个位置。在操作期间，工作台130通过多个空气轴承(未示出)升举，并且工作台130可在被升举的同时从装载位置沿着此对轨道124移动至处理位置。多个垂直导引空气轴承(未示出)耦接到工作台130并且相邻于每个支撑件122的内部壁128定位，以使工作台130的移动稳定。通过沿着轨道150移动，工作台130也在Y方向中移动，以处理基板140和/或对基板140进行改址(index)。工作台130能够独立操作，并且可于一个方向中扫描基板140而于另一方向中步进(step)。

计量系统(未示出)实时测量每个工作台130的X横向位置坐标和Y横向位置坐标，使得多个图像投影设备的每一个可准确地定位被写入光刻胶所覆盖的基板140中的图案。计量系统还提供绕着垂直轴或Z轴的工作台130的角位置的实时测量。角位置测量可在通过伺服机构(未示出)扫描期间使用，以保持工作台130的角位置不变，或者角位置测量可使用，以施加对通过图像投影设备200A和图像投影设备200B写入基板140上的图案的位置的校正，图像投影设备200A和图像投影设备200B如在2A-图2B中所示并且在下方讨论的。在一些示例中，这些技术可结合使用。

图1B是根据本文所公开的实施方式的光刻系统100B的透视图。系统100B类似于系统100A；然而，系统100B包括第一工作台130A和第二工作台130B。两个工作台130A和130B的每一个能够独立操作，使得系统可在第一方向中扫描基板140A或140B和在第二、其他方向中步进。在一些实施方式中，当两个工作台130A或130B中的一个工作台扫描基板140时，两个工作台130A或130B的另一个工作台卸载已曝光的基板并且装载要被曝光的下一个基板。在一个示例中，第一工作台130A扫描基板140A，而第二工作台130B卸载已曝光的基板140B并且装载下一个要曝光的基板(未示出)。图1B中还示出第一编码器126A和第二编码器126B，分别与工作台130A和130B共同定位。

虽然图1A-图1B各自描绘光刻系统(分别为100A和100B)的一个实施方式，本文也预期其他的系统和配置。例如，也预期包括任何适当数量的工作台(例如，3个或更多个工作台130)的光刻系统。

图2A是根据一个实施方式的图像投影设备200A的透视图。图像投影设备200A对光刻系统可为有用的，光刻系统例如是图1A和图1B中的系统100A或100B。图像投影设备200A包括一个或多个空间光调制器202、对准和检查系统208和多个投影光学器件210，对准和检查系统208包括聚焦传感器204和相机206。在一些示例中，图像投影设备200A可称为“通道”。图像投影设备200A的部件可根据使用的空间光调制器202的类型而改变。空间光调制器202包括但不限于固态发射器、数字微镜装置(DMD)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、液晶显示器(LCD)和电磁辐射的其他固态发射器。固态发射器发射电磁辐射并且是微观的，例如，在最大的尺寸小于约100μm。在一些示例中，可采用例如是微LED的发光二极管。固态发射器装置的各种示例可在用于数字光刻的成像系统的曝光源中布置为阵列。每个固态发射器可与显示器的至少一个像素相关联。在一些实施方式中，多个子像素可与每个像素相关联。本文所述的固态发射器发射电磁辐射并且可被使用于发光装置(light-emittingdevice，LED)、uLED、垂直腔面发射激光器(VCSEL)和其他装置中。可根据所使用的固态发射器的类型而使用各种电压。在采用uLED的示例中，施加的电压可为从100mV至7V。

在操作中，使用空间光调制器202以发射光和/或调制投射通过图像投影设备200A并且到达基板(例如是图1A中的基板140)的光的一个或多个性质，例如是幅度、相位或偏振。对准和检查系统208用于对准和检查图像透射设备200A或200B的部件。在一个实施方式中，聚焦传感器204包括多个激光，这些激光被导引通过相机206的透镜并且接着通过相机206的透镜返回，并且被成像至传感器上，以检测图像投影设备200A是否焦距对准。相机206用于使例如是基板140的基板成像，包括以确保图像投影设备200A和光刻系统100A或100B的对准正确或在预定公差内。使用投影光学器件210(例如是一个或多个透镜)以投射(经调制或未调制的)光至例如是基板140的基板上。

图2B是根据本文所述实施方式的图像投影设备200B。在图2B中所示的实施方式中，类似于图像投影设备200A，也可称为“通道”的图像投影设备200B包括作为空间光调制器的固态发射器装置212、聚焦传感器204和检查系统208和投影光学器件210。在一个实施方式中，图像投影设备200B进一步包括分束器(未示出)。本文所述的自动聚焦采用图2A和图2B的图像投影设备，利用收集的图像数据来在图案化基板之前自动聚焦投影光学器件210，以避免云纹的形成。

图3图示多个图像投影设备200B的示意图300。将理解的是，虽然示出图像投影设备200B，预期的是，图像投影设备200A可取代图像投影设备200B使用，或附加于图像投影设备200B使用。多个图像投影设备200B可使用于光刻系统中，例如是系统100A和100B。在操作中，每个图像投影设备200B产生多个写入束302于基板140的表面304上。当基板在X方向和/或Y方向中移动时，如图3中的坐标系所示，表面304(例如，从边缘至边缘的跨基板140的整个表面)通过写入束302而图案化。在各种实施方式中，包括在系统中的图像投影设备200B的数量基于例如是以下项的因素而改变：基板140的尺寸和/或一个或多个工作台130(如图1A和图1B中所示)的速度。

转至图4，示出固态发射器装置212的一个示例400。如图4中所示，固态发射器装置212包括阵列中的多个固态发射器402。由于固态发射器是自发射的(self-emitting)，外侧光源不包括于说明固态发射器装置212的图像投影设备200B中。此外，不像在“开启(on)”和“关闭(off)”状态之间可被配置的DMD微镜，每个固态发射器具有可变化的强度，这实现增强的灰阶可控制性。固态发射器装置212可包括4个侧边，侧边可在本文中称为“边缘”。“边缘”是基板的物理边界，并且每个固态发射器装置212可包括四个边缘，第一边缘408A、第二边缘408B、第三边缘408C和第四边缘408D。在一些示例中，第一边缘408A可称为“北”边缘，第二边缘408B可称为“西”边缘，第三边缘408C可称为“南”边缘，第四边缘408D可称为“东”边缘。因此，对“北-南”可调整性(adjustability)或方向性的参照指的是从408A至408C(和408C至408A)的方向410，对“东-西”可调整性或方向性的参照指的是从408B至408D(和408D至408B)的方向412。本文所讨论的东-西可调整性指的是施加至固态发射器装置212的电压的可调谐性(tunability)以及栅极偏压的可调谐性(可设定成0或设定成大于0)。在一个示例中，当基板从第四边缘408D移动至第二边缘408B，并且基板和固态发射器装置212两者如果尺寸不相同则为大体上相同形状时，多个“条(stripe)”在由来自固态发射器装置212的一些发射器接收电压时形成。在一些示例中，基板大于固态发射器装置212并且固态发射器装置212的数个通路(pass)在基板的上方。

固态发射器402布置成阵列，阵列包括多个行404A-404F和多个列406A-406G。虽然六行和七列示出于图4中而作为一个示例，在其他实施方式中，固态发射器装置212可包括数百万个固态发射器402，每个固态发射器402对应于显示器中的一个像素。例如，固态发射器装置的一个实施方式具有1024乘以2048个像素的尺寸。各种脉冲可施加至多个行404A-404F和/或列406A-406G，或施加至单独的固态发射器402，或施加至有别于本文所述的行和列的固态发射器402的群组。在方向410和/或方向412中施加脉冲至跨基板的各个区域的固态发射器装置212因而形成期望(目标)特征尺寸的在基板上的多个图案化的特征。在替代实施方式中，脉冲可施加至单独的固态发射器402，或施加到有别于图4中所图示的行和列的固态发射器的群组。

自动聚焦成像设备包括使用三个聚焦(激光)束采集图像，三个聚焦(激光)束可为本文中称为通道的图像射设备的部分。每个激光束被实时施加至跨基板的每个像素。本文所述的图像预处理取出成像设备的CMOS传感器所接收的图像，并且移除噪声百分比来考虑(account for)金属反射噪声，而不放大传感器噪声。这促使成像系统以像素级应用采集基板的多个图像，以稍后拣选“n”个像素来从这些图像消除预定的百分比的噪声。接着，经滤波的数据经由估计而被提取(distilled)成单点位置/高度测量结果，接着针对每个传感器的图像确定质心。此信息被放入例如是卡尔曼滤波器的滤波器中，以实时追踪基板高度一段时间并且结合质心图像来确定曝光位置，在曝光之前，将工作台和/或曝光源调整到曝光位置。

图5是在基板图案化操作期间在基板上自动聚焦的方法500的流程图。在方法500中，在操作502处，将基板设置于成像设备中，例如是图1A中的成像设备102A或图1B中的102B。在操作502处，基板可定位于成像设备中的工作台上，例如是图1A中的工作台130或图1B中的工作台130A或130B。成像设备在操作502处被配置于与工作台相对于曝光源的位置相关的初始位置中。

在操作504处，多个激光束施加至跨基板的每个像素。多个激光束的每个激光束被配置为在不同角度接触每个像素。接着，在操作506处，响应于在操作504处的激光施加，例如是图2中的聚焦传感器204的多个传感器从跨基板的每个像素接收多个图像。在操作506处接收的图像可能因噪声而失真，因为金属材料所反射的激光束可能导致图像中的噪声而阻碍自动聚焦。在一个实施方式中，在操作506处，确定曝光源的初始(目前)位置(例如，以微米为单位)，并且以像素为单位确定偏移值。在操作506处接收的图像通过增加所确定的偏移而向图像指标(image pointer)来转移(shift)。这可以是在确定曝光位置之前，配衡(tare)成像系统的方式。转移的图像可以针对每个像素而存储在固定尺寸优先级队列(fixed-size priority queue)中，使得针对跨基板上的每个像素来说存在包括该像素的高度值的缓冲，所以第一个像素是画面N，第二个像素是画面N+1，以此类推。

照此，在操作508处，分析图像以确定噪声百分比至滤波器。可取决于多个因素确定要滤波的噪声百分比，包括激光束的强度和激光束是否击中光刻胶材料或是在光刻胶下方的金属材料。在一个实施方式中，从接收的图像的至滤波器的噪声百分比是从1％至30％，或从5％至25％，或从10％至20％，或其他合适的范围。本文所述的被滤波的噪声是非高斯噪声，也就是具有概论密度函数(probability density function)的噪声是在正态统计分布(高斯分布)之外。

在操作510处，图像被滤波，以移除在操作508处确定的噪声百分比。通过包括操作508和510的预处理滤波噪声有助于自动聚焦成像系统，因为滤波噪声移除金属成分的部分反射，金属成分的部分反射可能致使曝光位置测量不正确，因而产生云纹。在操作510处滤波的噪声百分比可从0％至30％或更大。

在操作512处，在操作510处滤波噪声并且使用经滤波的图像之后，取得在最佳聚焦位置处的反射的质心，以确定用于在曝光之前进行调整的目标质心值。也就是说，针对每个传感器的图像计算一个质心。在操作512处的质心计算包括背景亮度测量结果和亮度阈值，在计算质心之前从图像减去背景亮度测量结果和亮度阈值中的每一个。当曝光源自动聚焦时，激光束(聚焦束)反射至与每个束相关的CMOS传感器上的特定位置上。使用z高度改变与传感器像素转移的经校正比值，可通过将目标质心值与实际质心值之间的差转换成以微米测量的z轴偏差来确定后续地在操作514处确定的聚焦偏差的大小和方向。

在操作514处，基于在操作512处的质心确定，确定聚焦偏差。因为例如，基于基板的每个像素的测量，接收图像的传感器上的位置表示曝光源与基板之间的相对距离，所以聚焦偏差被确定。聚焦偏差是相对于基板的曝光源的初始位置如何与用于曝光源的第二个、曝光位置相异。曝光位置是下述操作522处的曝光期间的曝光源将在的位置。

在操作516处，组合在操作514处计算的质心，以产生曝光位置的模型估计。在操作516处执行质心的组合，以组合由来自每个传感器的从每个图像确定的质心。使用卡尔曼滤波、比例-积分-微分滤波(proportional-integral-derivative filtering)、或线性滤波来在操作516处执行质心的组合。卡尔曼滤波器组合来自传感器实时、经过一段时间取得的多个测量结果，以提供曝光位置的估计。也可在操作516处采用卡尔曼滤波器，以在每个传感器之间权衡(weight)测量品质。

在一个示例中，在操作516处使用卡尔曼滤波器，以组合质心计算结果并且确定用于曝光源的曝光位置。卡尔曼滤波器是贝叶斯统计滤波器(Bayesian statisticalfilter)，使用系统模型和测量模型组合一段时间内的一系列测量，以产生用于系统状态的单个最佳估计。在一个实施方式中，在操作516处使用卡尔曼滤波器，以组合来自全部三个传感器的质心的测量结果，而产生基板高度的单个估计。卡尔曼滤波器的使用使得能够实现可实时执行的模型估计，并且例如是基板成分、基板尺寸和历史成像数据的知识可在卡尔曼滤波器中使用，以产生操作516处的模型。通过组合来自全部三个传感器的测量，在操作516处确定用于焦距对准的曝光的模型曝光位置。

如上所述的曝光位置是相对于基板位置的曝光源位置，并且可在x方向、y方向和z方向中一个或多个方向中定义曝光位置。根据此实施方式，并且部分根据基板和曝光源(例如，来自图2A和图2B的210或212)的初始位置，曝光位置并且可通过移动曝光源或工作台(例如，来自图1的工作台130)中的一个或两个来获得。卡尔曼滤波器从多个传感器所采集的图像取出“干净”数据(已经被滤波以移除预定百分比的噪声的图像数据)，此数据视为来自每个传感器的独立的高斯分布并且可建模。经由激光束取得的测量数据是高斯噪声并且包括来自包括组成物(合金、聚合物等)和基板的组成物的各种表面因素的未知测量噪声。操作516处的卡尔曼滤波产生模型估计，连同操作514处的质心计算一起使用以确定曝光位置。

在操作518处，基于在操作516处的质心的组合和在操作514处确定的聚焦偏差，确定曝光位置。此确定可包括比较在操作504处确定的偏移和在操作512处确定的聚焦偏差与在操作516处使用卡尔曼滤波器产生的模型。在替代实施方式中，操作518可包括进一步的分析，以确定曝光位置。包括在操作508处的移除噪声的预处理图像数据提供比常规方法更简单并且更可靠的自动聚焦的曝光，而无需针对曝光操作而在周期时间上妥协。另外，于方法500中，在操作520处，或者工作台(基板定位于所述工作台上)被移动或者曝光设备被移动(调整)至在操作518处确定的曝光位置。

基于此实施方式，当曝光位置被确定时，工作台和/或曝光源(例如，固态发射器，例如是图2A的投影光学器件或图2B的固态发射器装置212)可在各种方向中移动，以将曝光源自动聚焦于基板上。例如，调整工作台至曝光位置包括以下的一项或多项：沿着x轴、y轴或z轴移动工作台，并且在一些实施方式中可包括调整工作台的一个侧边或一个角落，使得工作台不平行于x轴。在操作522处，在成像设备内建立曝光位置之后，基板被曝光和图案化。在一些示例中，图案化基板包括在操作522处的一个或多个曝光，并且可执行操作504-520中的一些或全部，以确定在操作522处的后续曝光的曝光位置。在一个实施方式中，操作504-520在从0.3ms至5ms的时段、或从0.5ms至3ms的时段、或从0.8ms至1.2ms的时段或适用于预定数量的像素的其他时段中实时执行。预定数量的像素可为从2个至100个、10个至50个、5个至10个或适用于基板的尺寸和成分的像素数的其他范围或目标。在操作522处的一个或多个曝光是焦距对准地执行，而减少云纹的可能性和发生。

图6A是针对跨基板的多个像素所测量的像素幅度的示例图形。图6A示出像素幅度(高度)和与该高度相关联的像素的数量的关系曲线。图6A示出针对跨基板上的多个像素测量时，有多少个像素处于特定的高度。当可使用数字光刻执行一个或多个曝光以图案化基板时，本文所述的曝光可用于整个基板或基板的部分，因为本文所述的分析和曝光位置调整在基板图案化期间实时执行。如上文所提及，常规的技术可确定6A中图形的峰。然而，例如，如果峰是不规则的形状时，基板的质心可能并非峰的中心。讨论使用本文所述的自动聚焦系统和方法执行质心计算来确定像素幅度曲线的平均，例如，不必然是峰。

图6B示出在理想情况中，跨基板的像素高度数据的示例图形，此像素高度数据具有正态(normal)或近正态的高斯分布(near-normal Gaussian distribution)。图6B是理想情况，所以峰的中心约为数据的平均，在图6B中标示为质心线602。然而，例如，因为噪声并且/或者因为跨基板的像素之间的高度变化，本文取得的数据可能并非理想的，跨基板的像素之间的高度变化可能是由装置制造期间的各种操作造成的。

图6C图示在产生从峰的中心偏移的质心值的示例图形上的质心计算。图6C图示使用跨基板的整组图像采集数据结果的求平均操作来确定质心604，质心604位于峰的外侧。

图6D图示根据本公开内容实施方式的跨基板的像素高度和质心计算的示例图形。图6D是图6C的图形，显示出使用常规方法计算的质心604和根据实施方式确定的第二个质心606，在画线框(shaded box)608所示的数据子组上执行质心的计算。图6D还图示移除阈值610以下的背景噪声。为了获得更准确的质心值，使用本文所述的经滤波的数据，在经滤波的数据中，预定比例的背景噪声已经从数据组移除，图像采集数据的子组用于质心计算。示出于图6C和图6D中并且参照图6C和图6D讨论的背景噪声可包括如上所述的来自金属材料的噪声，并且可如图5中的方法500中所述的被确定并且后续地被滤波。在替代的实施方式中，由610所表示的背景噪声可包括金属材料反射和/或传感器噪声或其他背景噪声。

本公开内容的实施方式和示例可以在各种组合中结合。在一种图案化基板的示例方法中，所述方法包括：当所述基板相对于成像设备的曝光源位于所述成像设备中的工作台上的初始位置时，跨所述基板施加多个激光束，所述基板包括光刻胶和金属材料；响应于施加所述多个激光束，通过耦接到所述成像设备的多个传感器来接收所述多个像素的每个像素的多个图像；和响应于施加所述多个激光束至所述基板的所述金属材料，确定从用于所述多个像素的每个所述像素的每个所述传感器接收的所述多个图像中的噪声百分比。在此示例中，所述方法进一步包括从来自用于所述多个像素的每个像素的每个传感器的所述多个图像滤波掉所述噪声百分比；接着，基于所述多个图像，计算所述基板的质心；基于针对所述多个传感器的每个传感器的所述质心的所述计算，确定聚焦偏差；和将所述基板从所述初始位置调整到曝光位置，所述曝光位置不同于所述初始位置，并且所述调整所述曝光源使所述曝光源自动聚焦于所述基板上。

在可与其他示例结合的一些实施方式中，所述方法进一步包括在调整所述基板之后，曝光所述基板于所述曝光源，其中曝光所述基板在所述基板中形成多个特征。此外所述方法可包括结合针对所述多个传感器的每个传感器的每个质心，其中所述结合包括卡尔曼滤波、比例-积分-微分滤波或线性滤波；和基于所述结合和所述聚焦偏差，确定所述曝光源的所述曝光位置。

在方法的一个示例中，所述基板包括光刻胶和金属材料，并且其中所述噪声百分比是在所述多个激光束的所述施加期间响应于所述金属材料反射的所述多个激光束而接收的所述多个图像中的噪声。在方法的另一个示例中，其中所述噪声百分比是从1％至30％。在方法的又一个示例中，方法包括使用所述多个图像的子组确定所述质心。

在另一个示例中，一种图案化基板的方法包括：在成像设备中定位所述基板，所述基板包括光刻胶和金属材料，所述基板相对于所述成像设备的曝光源定位于所述成像设备中的工作台上的初始位置中；和通过存储于服务器的非暂时性存储器上并且由处理器可执行的应用，确定用于所述成像设备的曝光位置。所述确定所述曝光位置包括施加多个激光束至所述多个像素的每个像素；响应于施加所述多个激光束，通过耦接到所述成像设备的多个传感器来接收来自所述多个像素的每个像素的多个图像；确定用于所述多个像素的每个像素的每个传感器的所述多个图像的噪声百分比；和从来自用于所述多个像素的每个像素的每个传感器的所述多个图像滤波掉所述噪声百分比。所述方法可进一步包括，在所述滤波之后，针对所述多个传感器的每个传感器计算所述基板的质心；基于针对所述多个传感器的每个传感器的所述质心的所述计算，确定聚焦偏差；结合针对每个传感器的每个质心；和基于所述结合和所述聚焦偏差，确定所述曝光源的所述曝光位置。方法可进一步包括通过所述施加，将所述工作台或所述曝光源中的至少一个从所述初始位置调整到所述曝光位置，所述曝光位置不同于所述初始位置，并且所述调整所述曝光源使所述曝光源自动聚焦于所述基板上。

在一些示例中，此方法进一步包括在调整所述工作台之后，曝光所述基板于所述曝光源，其中曝光所述基板在所述基板中形成多个特征。在其他示例中，所述结合包括卡尔曼滤波、比例-积分-微分滤波或线性滤波。所述基板具有跨所述基板表面的高度，如垂直于所述基板测量的，不是均匀的。所述基板包括光刻胶和金属材料，并且其中所述噪声百分比是所述多个激光束的所述施加期间响应于所述金属材料反射的所述多个激光束而接收的所述多个图像中的噪声。所述噪声百分比可以是从1％至30％。所述方法进一步包括基于所述结合和所述聚焦偏差，通过所述施加，将所述基板的速度从第一速度调整到第二速度。

在一示例中，一种非暂时性计算机可读介质包括指令，这些指令被配置为使得计算系统执行：确定成像设备的曝光位置。所述确定所述曝光位置包括使得计算系统执行：施加多个激光束于基板的多个像素的每个像素；响应于施加所述多个激光束，通过耦接到所述成像设备的多个传感器来接收来自所述多个像素的每个像素的多个图像；确定用于所述多个像素的每个像素的每个传感器的所述多个图像的噪声百分比；从来自用于所述多个像素的每个像素的每个传感器的所述多个图像滤波掉所述噪声百分比；接着，针对所述多个传感器的每个传感器计算所述基板的质心；基于针对所述多个传感器的每个传感器的所述质心的所述计算，确定聚焦偏差；结合针对每个传感器的每个质心；和基于所述结合和所述聚焦偏差，确定曝光源的所述曝光位置。所述计算系统可进一步被配置为将所述基板从初始位置调整到所述曝光位置，所述曝光位置不同于所述初始位置，并且所述曝光源的所述调整使所述曝光源自动聚焦于所述基板上。这些指令进一步经配置，以在所述基板的调整之后，曝光所述基板于所述曝光源，以在所述基板上形成多个特征。在一些示例中，这些指令进一步经配置，以通过卡尔曼滤波、比例-积分-微分滤波滤波或线性滤波来结合每个质心。所述基板跨所述基板表面的高度，如垂直于所述基板测量的，是不均匀的。所述基板包括光刻胶和金属材料，并且其中所述噪声百分比是所述多个激光束的所述施加期间响应于所述金属材料反射所述多个激光束而接收的所述多个图像中的噪声。在一些示例中，所述噪声百分比是从1％至30％，并且，在其他示例中，所述噪声百分比是从5％至20％。

使用本文所述的系统和方法，通过执行跨基板(基板包括光刻胶以及金属材料)的像素的高度变化的像素级分析，数字光刻术成像系统实时地自动聚焦于无掩模基板上。使用三个激光束和三个传感器执行所述分析，当基板相对于成像系统的曝光源的在初始位置中定位在工作台上时，三个传感器的每一个接收来自跨基板的每个像素的图像。从收集的图像滤波掉预定的噪声百分比，并且分析经滤波的图像以确定质心。使用质心来确定从初始位置的偏移，此偏移将在曝光期间有助于成像系统的自动聚焦。分析经滤波的数据以确定曝光位置，包括使用例如，卡尔曼滤波器来确定用于每个传感器的质心并且结合质心。当成像设备调整到曝光位置时，曝光源自动聚焦于基板上，以减少或消除云纹和源自于未聚焦的曝光的其他不期望特征的产生。

虽然上述内容针对本公开内容的实施方式，但是可在不脱离本公开内容的基本范围的情况下，设计本公开内容的其他和进一步的实施方式，并且本公开内容的范围由所附的权利要求书确定。