CN108490742A - 曝光设备以及曝光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种曝光设备，包括用于承载基板的载物平台和设置于所述载物平台上方的曝光装置，所述载物平台和所述曝光装置被配置为能在第一方向上彼此相对运动，所述曝光装置包括光源单元、图像传感器和控制单元，所述控制单元控制所述图像传感器获取所述基板的表面轮廓的图像信息，并根据所述图像信息确定曝光作业的聚焦位置，所述控制单元根据确定的聚焦位置控制所述光源单元对所述基板进行曝光作业；其中，所述图像传感器在垂直于所述第一方向的第二方向上具有一定的长度，以使所述图像传感器在所述第二方向上形成线状扫描的方式获取所述图像信息。本发明还公开了一种曝光方法，应用如上所述的曝光设备对基板进行曝光。

Description

曝光设备以及曝光方法
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域,尤其涉及一种曝光设备以及曝光方法。
背景技术
半导体集成电路制造光刻工艺中，首先通过曝光设备(Exposure Equipment)将掩模板上的图案转移到半导体基板的光刻胶层中，形成光刻胶图案；然后以该光刻胶图案作为掩模层，对半导体基板执行后续的刻蚀工艺。
曝光设备在工作时，曝光光源发出的光经过准直后投射于具有半导体集成电路器件某一层图案的掩模板上，穿过该掩模板的光携带有图案的信息，光穿过所述掩模板后，经过成像系统，投射在半导体基板的光刻胶层上，使光刻胶层感光。由于焦距(聚焦位置)变化会引起形成的光刻胶图案的轮廓的变化，进而引起线宽发生变化，而光刻胶图案的线宽以及轮廓会直接影响后续的刻蚀工艺，因而，曝光设备聚焦位置的确定显得尤为重要。
对于表面凹凸不平的半导体基板，知道将被曝光的基板的位置与形貌是很重要的，以始终将基板各个曝光部分持续保持在最佳焦面位置，以获得最优良的曝光效果。为了测量基板的表面形貌，常常使用平行于曝光光学系统设置的测量光学系统。
图1是现有的一种曝光设备的俯视图，如图1所示，曝光设备包括光源单元1和图像传感器2，在曝光行进的方向(如图1中的实线箭头指向的方向)上，多个图像传感器2设置在光源单元1的前方。在进行曝光的过程中，首先由图像传感器2获取被曝光物体的表面的图像信息，然后根据图像信息确定聚焦位置，再根据确定的聚焦位置控制光源单元1进行相应的曝光作业。现有的曝光设备中，图像传感器2采用的是点状扫描，其在某一时刻获取的被曝光基板的表面形貌的数据如图2所示，图2中的7个数据点分别对应为图1中7个图像传感器2获取的表面高度尺寸。如上所述的采用点状扫描的方式，其在曝光行进的方向上可以探测到被曝光基板的表面高度是否发生变化，但是无法探测到位于探测点两侧(在垂直于曝光行进的方向上)的表面高度是否有凸起和下凹，即，现有的探测方式无法准确地反映被曝光基板的表面形貌，进而降低了聚焦位置的精确度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种曝光设备，其可以更加准确地获取被曝光基板的表面形貌，从而提高了在曝光过程中聚焦位置的精确度。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种曝光设备，包括用于承载基板的载物平台和设置于所述载物平台上方的曝光装置，所述载物平台和所述曝光装置被配置为能在第一方向上彼此相对运动，其中，所述曝光装置包括光源单元、图像传感器和控制单元，所述控制单元控制所述图像传感器获取所述基板的表面轮廓的图像信息，并根据所述图像信息确定曝光作业的聚焦位置，所述控制单元根据确定的聚焦位置控制所述光源单元对所述基板进行曝光作业；其中，所述图像传感器在垂直于所述第一方向的第二方向上具有一定的长度，以使所述图像传感器在所述第二方向上形成线状扫描的方式获取所述图像信息。
优选地，所述图像传感器在所述第二方向上的长度为5～30μm。
优选地，所述图像传感器在所述第二方向上的长度为5～20μm。
优选地，所述曝光装置包括两列所述图像传感器，两列所述图像传感器在所述第一方向上分别位于所述光源单元的两侧，每一列所述图像传感器包括沿所述第二方向依次排列的多个图像传感器。
优选地，每一列所述图像传感器中，靠近两端区域的相邻两个图像传感器的间距小于位于中间区域的相邻两个图像传感器的间距。
优选地，所述光源单元包括沿所述第一方向排列的两列光线照射部，每一列光线照射部分别包括沿所述第二方向依次排列的多个光线照射部；其中一列光线照射部的每一个光线照射部对应于另一列光线照射部的间隔区域。
本发明还提供了一种曝光方法，应用如上所述的曝光设备对基板进行曝光，其中，所述曝光方法包括步骤：
将所述基板装载于所述载物平台上；
控制所述载物平台和所述曝光装置沿第一方向上彼此相对运动；
控制所述图像传感器在第二方向上以线状扫描的方式获取所述基板的表面轮廓的图像信息；
根据所述图像信息确定曝光作业的聚焦位置；
根据确定的聚焦位置控制所述光源单元对所述基板进行曝光作业。
优选地，所述图像传感器在第二方向上进行线状扫描的扫描宽度为5～30μm。
优选地，所述图像传感器在第二方向上进行线状扫描的扫描宽度为5～20μm。
优选地，所述控制单元将所述图像信息与预设的曝光图形进行拟合，确定曝光作业的聚焦位置。
相比于现有技术，本发明实施例中提供的曝光设备以及曝光方法，其中的图像传感器在垂直于曝光行进的方向上具有一定的长度，形成线状扫描的探测方式获取被曝光基板的表面形貌，其不仅在曝光行进的方向上可以探测到被曝光物体的表面高度是否发生变化，并且在垂直于曝光行进的方向上也可以探测到被曝光物体的表面高度是否发生变化，更加准确全面地反映被曝光基板的表面形貌，由此提升了在曝光过程中聚焦位置的精确度，进而提高了最终产品的品质。
附图说明
图1是现有的一种曝光设备的俯视图；
图2是如图1的曝光设备在某一时刻所获取的表面形貌的数据图；
图3是本发明实施例提供的曝光设备的侧视图；
图4是本发明实施例提供的曝光设备的俯视图；
图5是本发明实施例的曝光设备在某一时刻所获取的表面形貌的数据图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
本实施例提供了一种曝光设备，如图3所示，所述曝光设备包括相对设置的载物平台10和曝光装置20。所述载物平台10用于承载待曝光的基板30，所述曝光装置20设置于所述载物平台10的上方，所述曝光装置20用于对涂布于所述基板30上的光刻胶层40进行曝光作业，以将曝光掩膜版的图案转移到所述光刻胶层40上。其中，所述载物平台10和所述曝光装置20被配置为能在第一方向(如图3中的X方向)上彼此相对运动。
其中，参阅图3和图4，所述曝光装置20包括光源单元21、图像传感器22和控制单元23，所述控制单元23控制所述图像传感器22获取所述基板30的表面轮廓的图像信息，并根据所述图像信息确定曝光作业的聚焦位置，进一步地，所述控制单元23根据确定的聚焦位置控制所述光源单元21对所述基板30进行曝光作业。具体地，所述图像传感器22在垂直于所述第一方向的第二方向(如图3中的Y方向)上具有一定的长度L，当所述图像传感器22相对于所述基板30沿着X方向移动时，所述图像传感器22在Y方向上形成线状扫描的方式获取所述基板30的表面轮廓的图像信息。其中，线状扫描的扫描宽度取决于所述图像传感器22的长度L。所述图像传感器在所述第二方向上的长度L可以设置在5～30μm的范围内，进行线状扫描的扫描宽度为5～30μm；更为优选的方案中，所述长度L设置为5～20μm，进行线状扫描的扫描宽度为5～20μm。
本实施例中，如图4所示，所述曝光装置20包括两列所述图像传感器22，两列所述图像传感器22在所述第一方向上分别位于所述光源单元21的两侧，每一列所述图像传感器22包括沿所述第二方向间隔排列的多个图像传感器22。需要说明的是，由于需要先获取所述基板30的表面轮廓的图像信息，然后根据图像信息确定聚焦位置，再根据确定的聚焦位置控制光源单元21进行相应的曝光作业，因此，在曝光行进的方向上，所述图像传感器22至少要设置在所述光源单元21的前方，以满足先探测表面形貌再进行曝光的条件。在本实施例中，所述光源单元21的两侧分别设置有一列所述图像传感器22，因此，如图4的视图中，曝光行进的方向可以是在X方向上从左到右或者从右到左。易于理解的是，在另外的一些实施例中，也可以是仅仅设置有一列所述图像传感器22，参考图4的视图，例如可以是仅设置有所述光源单元21右侧的一列所述图像传感器22，此时曝光行进的方向需要设定为在X方向上从左到右。相反地，例如仅设置有所述光源单元21左侧的一列所述图像传感器22，侧此时曝光行进的方向需要设定为在X方向上从右到左。
在本实施例中，如图4所示，每一列所述图像传感器22中，靠近两端区域的相邻两个图像传感器22的间距D1小于位于中间区域的相邻两个图像传感器22的间距D2，即，在对应于所要探测的所述基板30的边缘区域，所述图像传感器22的分布密度要稍大于中间区域的分布密度。
在本实施例中，如图4所示，所述光源单元21包括沿所述第一方向(X方向)排列的两列光线照射部21a、21b，每一列光线照射部21a、21b分别包括沿所述第二方向(Y方向)依次排列的多个光线照射部211。其中第一列光线照射部21a的每一个光线照射部211对应于第二列光线照射部21b的间隔区域212，反之，第二列光线照射部21b的每一个光线照射部211对应于第一列光线照射部21a的间隔区域212。可以这样理解，在将所述两列光线照射部21a、21b的所有的光线照射部211移动至位于同一直线(Y方向)上时，所有的光线照射部211恰好首尾依次连接形成一个连续的直线状光线照射单元。
本实施例还提供了一种曝光方法，应用如上所述的曝光设备对基板进行曝光，下面结合图3和图4对所述曝光方法进行说明。所述曝光方法包括步骤：
步骤S101、将所述基板30装载于所述载物平台10上。其中，所述基板30上涂布有光刻胶层40。
步骤S102、控制所述载物平台10和所述曝光装置20沿第一方向上彼此相对运动。可以是控制所述载物平台10移动，也可以是控制所述曝光装置20移动。
步骤S103、控制所述图像传感器22在第二方向上以线状扫描的方式获取所述基板30的表面轮廓的图像信息。具体地，在控制所述载物平台10和所述曝光装置20开始相对运动的同时，实时获取所述基板30的表面轮廓的图像信息。
步骤S104、根据所述图像信息确定曝光作业的聚焦位置。具体地，所述控制单元23根据所述图像信息确定曝光作业的聚焦位置。进一步地，所述控制单元23中还储存有预设的曝光图形信息，所述控制单元23将所述图像传感器22获取的图像信息与预设的曝光图形进行拟合，再确定曝光作业的聚焦位置，由此可以获得更优的曝光参数。
步骤S105、根据确定的聚焦位置控制所述光源单元21对所述基板30进行曝光作业。具体地，所述控制单元23根据已确定的聚焦位置并结合其他曝光参数，控制所述光源单元21对所述基板30进行曝光。
图5是在曝光作业行进的过程中，所述图像传感器22在某一时刻获取的所述基板30的表面形貌的数据图，图5中的7个数据线条分别对应为图4中7个图像传感器22(其中的一列图像传感器22)获取的表面高度尺寸。每一个图像传感器22在垂直于曝光行进的方向上形成线状扫描的探测方式获取被曝光基板30的表面形貌，随着被曝光基板30的移动，所述图像传感器22不仅在曝光行进的方向上可以探测到基板30的表面高度是否发生变化，并且在垂直于曝光行进的方向上也可以探测到基板30的表面高度是否发生变化，更加准确全面地反映被曝光基板30的表面形貌，由此提升了在曝光过程中聚焦位置的精确度，进而提高了最终产品的品质。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种曝光设备，包括用于承载基板的载物平台和设置于所述载物平台上方的曝光装置，所述载物平台和所述曝光装置被配置为能在第一方向上彼此相对运动，其特征在于，所述曝光装置包括光源单元、图像传感器和控制单元，所述控制单元控制所述图像传感器获取所述基板的表面轮廓的图像信息，并根据所述图像信息确定曝光作业的聚焦位置，所述控制单元根据确定的聚焦位置控制所述光源单元对所述基板进行曝光作业；其中，所述图像传感器在垂直于所述第一方向的第二方向上具有一定的长度，以使所述图像传感器在所述第二方向上形成线状扫描的方式获取所述图像信息。
2.根据权利要求1所述的曝光设备，其特征在于，所述图像传感器在所述第二方向上的长度为5～30μm。
3.根据权利要求2所述的曝光设备，其特征在于，所述图像传感器在所述第二方向上的长度为5～20μm。
4.根据权利要求1-3任一所述的曝光设备，其特征在于，所述曝光装置包括两列所述图像传感器，两列所述图像传感器在所述第一方向上分别位于所述光源单元的两侧，每一列所述图像传感器包括沿所述第二方向依次排列的多个图像传感器。
5.根据权利要求4所述的曝光设备，其特征在于，每一列所述图像传感器中，靠近两端区域的相邻两个图像传感器的间距小于位于中间区域的相邻两个图像传感器的间距。
6.根据权利要求1所述的曝光设备，其特征在于，所述光源单元包括沿所述第一方向排列的两列光线照射部，每一列光线照射部分别包括沿所述第二方向依次排列的多个光线照射部；其中一列光线照射部的每一个光线照射部对应于另一列光线照射部的间隔区域。
7.一种曝光方法，应用如权利要求1-3任一所述的曝光设备对基板进行曝光，其特征在于，所述曝光方法包括步骤：
将所述基板装载于所述载物平台上；
控制所述载物平台和所述曝光装置沿第一方向上彼此相对运动；
控制所述图像传感器在第二方向上以线状扫描的方式获取所述基板的表面轮廓的图像信息；
根据所述图像信息确定曝光作业的聚焦位置；
根据确定的聚焦位置控制所述光源单元对所述基板进行曝光作业。
8.根据权利要求7所述的曝光方法，其特征在于，所述图像传感器在第二方向上进行线状扫描的扫描宽度为5～30μm。
9.根据权利要求8所述的曝光方法，其特征在于，所述图像传感器在第二方向上进行线状扫描的扫描宽度为5～20μm。
10.根据权利要求7所述的曝光方法，其特征在于，所述控制单元将所述图像信息与预设的曝光图形进行拟合，确定曝光作业的聚焦位置。
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