CN112540510B - 曝光装置及其性能评价方法 - Google Patents

Abstract

提供曝光装置及其性能评价方法。课题在于在曝光装置中，同时评价多个评价项目。在曝光装置中，使条状图案光(PL1～PL3)排列而成的图案列(PT)透过狭缝(ST)。此时，将图案列(PT)的图案间隔(PP)、图案宽度(PW)、狭缝(ST)的狭缝宽度(SP)形成为使得谷部分(V)得到平坦的光量分布波形(AT)。

Description

曝光装置及其性能评价方法

技术领域

本发明涉及一种使用光调制元件阵列等形成图案的曝光装置，尤其是涉及一种性能评价。

背景技术

在无掩模曝光装置中，一边使搭载有基板的载物台沿扫描方向移动，一边通过DMD(Digital Micro-mirror Device：数字微镜器件)等光调制元件阵列将图案光投影到基板上。在此，控制呈二维状排列的光调制元件(微镜等)，使得根据载置于载物台上的基板上的投影区域(曝光区域)的位置来投影图案光。

当曝光装置的载物台机构、投影光学系统的配置结构等发生了一些障碍(变化)时，曝光面的位置偏离聚焦范围。此外，当水蒸气等附着于投影透镜表面时，成像性能降低。作为检测这种光学性能的劣化的方法，公知的是投影线和空间图案(以下，称为L/S图案)的光，并根据其输出信号进行判断(参照专利文献1、2)。

一边使载物台移动一边对狭缝照射L/S图案的光，根据透过狭缝后的光，检测空间上的光量分布波形。根据该波形的振幅，判定是否位于聚焦范围，或者分辨率是否满足基准。此外，也公知如下的方法：即，通过CCD对L/S图案的光进行摄像，计算对比度来检测聚焦状态的方法、以及测量光源输入侧和投影透镜射出侧的光量，来检测光学系统的劣化的方法(参照专利文献3、4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016－111197号公报

专利文献2：日本特开2016－111200号公报

专利文献3：日本特开2009－246165号公报

专利文献4：日本特开2015－064525号公报

发明内容

[发明要解决的问题]

在进行光学性能评价的情况下，存在多个评价项目，具有焦点偏移、DMD或投影光学系统的元件劣化、光源输出变动、光量分布等种种。然而，使用对这些评价值分别进行测量、运算的方法来进行调查，作业效率差，期待同时测量多个评价项目。

然而，在专利文献1、2的情况下，针对聚焦状态、分辨率中的任意评价项目，运算值以及比较判断均基于波形的振幅。因此，即使检测到振幅不满足基准振幅，也不能判断聚焦状态、分辨率中的哪一个劣化。

因此，在曝光装置中，要求能够同时评价多个评价项目。

[用于解决问题的手段]

本发明的曝光装置具有：至少1个狭缝，其沿曝光对象的曝光面形成；测光部，其在使排列有多个条状图案的图案列的光、即线和空间(以下，称为L/S)图案光依次通过狭缝时，进行受光；以及运算部，其根据基于测光部的输出而检测出的光量分布波形，运算与至少2个光学性能相关的评价值。在此，光量分布波形表示利用以图案光的相对移动量(移动时间)为横轴而绘制从测光部按照时间序列输出的信号的值而得到的轨迹的空间上的波形。

在本发明中，将L/S图案光的图案间隔、L/S图案光的图案宽度以及狭缝的狭缝宽度确定成使光量分布波形的谷部分为大致平坦。在此，“谷部分大致平坦”不是如正弦波那样倾斜持续到峰值附近的波形，而是表示倾斜在宽度方向上实际上恒定，或者位于其允许范围内。例如，能够设为浴盆曲线那样的波形，即，光量分布波形成为从谷部分的两端朝向山部分的顶部呈直线地倾斜的波形。此外，也包含梯形波形、帽型波形等。通过构成这种平坦部分，从而能够对与至少2个光学性能相关的评价值进行运算。

由于形成平坦部分，因此可以将图案宽度设为狭缝宽度的3倍以上的长度。此外，可以将图案间隔设为狭缝宽度的3倍以上的长度，尤其是可以设为6倍以上的长度。

运算部能够针对光量分布波形计算各种各样的特性(参数)，例如，能够计算光量分布波形的高度和偏移值。在该情况下，还可以设置判断光学元件的性能劣化的评价部。

此外，运算部也能够计算光量分布波形的谷部分的宽度的长度。在该情况下，还可以设置根据被检测的谷部分的宽度的长度的减少程度(例如差值)，判断是否是聚焦范围的评价部。

作为本发明的其它方式的曝光装置的性能评价方法，在所述性能评价方法中，使排列有多个条状图案的图案列的光即线和空间图案光，即L/S图案光依次通过狭缝，在测光部对透过狭缝的光进行受光，根据基于测光部的输出而检测出的光量分布波形，运算与至少2个光学性能相关的评价值，根据至少2个评价值，评价光学性能，其中，将L/S图案光以及狭缝形成为使得光量分布波形的谷部分为大致平坦。

[发明效果]

根据本发明，在曝光装置中，能够同时评价多个评价项目。

附图说明

图1是作为第1实施方式的曝光装置的框图。

图2是示出遮光部和性能评价的图案列的图。

图3是示出光传感器和遮光部的配置的概略侧视图。

图4是示出条状图案的光依次通过1个狭缝时的光量分布波形的图。

图5是示出由元件劣化引起的光量分布波形的变化的图。

图6是示出由焦点偏移引起的空间上的光量分布波形的变化的图。

图7是示出性能评价处理的流程的图。

标号说明：

10 曝光装置

22 DMD(光调制元件阵列)

27 运算部

28 光检测部(测光部)

30 控制器(评价部)

40 遮光部

PD 光传感器

PT 图案列

ST 缝隙

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是作为第1实施方式的曝光装置的框图。

曝光装置10是通过向涂覆或者粘贴了光致抗蚀剂等感光材料的基板(曝光对象)W照射光而形成图案的无掩模曝光装置，搭载基板W的载物台12设置成可沿扫描方向移动。载物台驱动机构15能够使载物台12沿主扫描方向X、副扫描方向Y移动。

曝光装置10具有投影图案光的多个曝光头(在此，仅图示1个曝光头18)，曝光头18具有DMD22、照明光学系统(未图示)、成像光学系统23、焦点调整用棱镜25。光源20例如由放电灯(未图示)构成，被光源驱动部21驱动。

当向曝光装置10输入由矢量数据等构成的CAD/CAM数据时，向栅格(Raster)转换电路26发送矢量数据，将矢量数据转换为栅格数据。所生成的栅格数据在被临时存储在缓冲存储器(未图示)中之后，被发送到DMD驱动电路24。

DMD22是呈二维地排列微小微镜而成的光调制元件阵列，各微镜通过改变姿势从而选择性地切换光的反射方向。通过DMD驱动电路24对各反射镜进行姿势控制，从而经由成像光学系统23将与图案对应的光投影(成像)到基板W的表面。由此，在基板W上形成图案像。

载物台驱动机构15按照来自控制器30的控制信号，使载物台12移动。控制器30控制曝光装置10的动作，并向载物台驱动机构15、DMD驱动电路24输出控制信号。

设置于遮光部40的下方的光检测部28具有光传感器PD、以及脉冲信号产生部29，设置在载物台12的端部附近。在性能评价以及对齐调整时使用光检测部28。运算部27根据从光检测部28发送来的信号，计算与性能评价相关的值。

设置在成像光学系统23与遮光部40之间的光路上的焦点调整用棱镜25是使2个楔型棱镜以彼此斜面接触的方式对置配置的光学系统，棱镜驱动部33使2个棱镜彼此相对移动，使得光轴方向的厚度发生变化。通过驱动棱镜25，从而成像光学系统23的焦点位置沿基板垂直方向(z轴方向)移动。在进行了基板的种类变更等的情况下，根据基板W的厚度等进行焦点调整。

在曝光动作过程中，载物台12以恒定速度沿扫描方向X移动。基于DMD22整体的投影区域(以下，称为曝光区域)伴随基板W的移动而在基板W上相对地移动。按照规定的曝光间距进行曝光动作，控制成使微镜基于曝光间距而投影图案光。

按照曝光区域的相对位置来调整DMD22的各微镜的控制定时，从而依次投影应在曝光区域的位描绘置的图案的光。并且，通过包含曝光头18在内的多个曝光头来描绘基板W整体，从而在基板W整体上形成图案。

在本实施方式中，在针对各基板的曝光动作的开始前、批量生产的开始前、或者曝光作业时间经过规定时间时等，进行光学性能评价。具体来说，一边按照恒定速度使载物台12移动一边投影性能评价用的图案光，并根据光检测部28的输出信号，判定是否存在光学性能的劣化。以下，对此进行详述。

图2是示出遮光部和性能评价用的图案列的图。图3是示出光传感器和遮光部的配置的概略侧视图。

遮光部40配置在光传感器PD的光源侧上方，多个狭缝ST沿主扫描方向X等间隔地形成。在图2中，示出与主扫描方向X垂直、即与副扫描方向Y平行的2个条状狭缝。另外，狭缝数量也可以是3个以上，也可以是1个。

配置在遮光部40的正下方的光传感器PD仅接受通过狭缝ST后的光，由安装于载物台12的支撑机构60保持(参照图3)。遮光部40的表面沿着基板W的曝光面，光传感器PD的受光面PS与遮光部40的表面平行。支撑遮光部40的支撑机构50被支撑机构60保持。

如图2所示，用于性能评价的图案列PT是L/S图案，由排列有多个与主扫描方向X垂直，即与副扫描方向Y平行的条状图案的图案列构成。图案列PT的最小结构是满足PA(图案列PT的整体宽度)＜SP(遮光部40的相邻的狭缝间隔)的2条以上的条状图案，在此，由沿相邻的图案的主扫描方向X隔开间隔PP排列的3个条状图案PL1、PL2、PL3构成。在载物台12移动的期间朝向遮光部40投影图案列PT的光，从而图案列PT的光依次通过狭缝。

条状图案PL1、PL2、PL3的各图案宽度PW比形成于遮光部40的狭缝ST的狭缝宽度SW大。此外，图案间隔PP也比狭缝宽度SW大。条状图案PL1、PL2、PL3的各图案宽度PW被确定为与多个微镜像对应的宽度。沿着图案列PT的主扫描方向X的整体宽度PA比相邻的狭缝间隔SP小。

通过这种图案宽度PW、狭缝宽度SW、图案间隔PP的长度的关系，在起始的条状图案PL1完全地通过1个狭缝ST之后，下一个条状图案PL2开始通过狭缝ST，此外，在图案列PT的最末尾的条状图案PL3按照恒定速度结束通过1个狭缝ST之后，起始的条状图案PL1开始通过下一个狭缝ST。

图4是示出条状图案的光依次通过1个狭缝时的光量分布的曲线图的图。

在图案列PT的光按照恒定速度通过遮光部40时，由于条状图案PL1、PL2、PL3的光透过狭缝ST，从光传感器PD输出的信号(以下，称为光量信号)呈时间序列地连续变化。

在图4中，示出相对于载物台12的位置的移动连续地绘制出由光传感器PD检测出的时间序列上的光量信号值的轨迹。以下，将载物台12的位置表示为横轴的在该空间上示出的波形状的光量分布AT称为光量分布波形。在此，通过相同的标号表示与图2的图案宽度PW、图案间隔PP对应的区间。但是，在此，示出沿着X方向的光量的变化的情况。

在光量分布波形AT中，山部分M的倾斜呈直线状地延伸，包含波形峰值的区间A构成大致平坦。此外，谷部分V在该区间B中构成大致平坦。山部分M和谷部分V形成相当于浴盆(Bathtub)曲线的波形、或者梯形这样的波形。将连接区间A与区间B的倾斜部分设为区间C。

谷部分V的平坦的区间B与图案宽度PW相同，或者更宽。在谷部分V的区间B中，由于光的散射等的影响，检测出微弱的光量，将其平均值表示为偏移值s。此外，连接山部分M的区间A与谷部分V的区间B的区间C表示条状图案的端部通过狭缝宽度SW时的光量变化，但由条状图案的轮廓的模糊引起的光量也会产生影响。

这种光量分布波形AT基于上述的图案宽度PW、图案间隔PP、狭缝宽度SW的长度的关系，使山部分M、谷部分V实现大致平坦的波形。为了确保山部分M、谷部分V的平坦的区间A、B，将图案宽度PW以及图案宽度PP确定为狭缝宽度SW的3倍以上即可。尤其是，为了充分确保谷部分V的平坦的区间B，将图案间隔PP确定为狭缝宽度SW的6倍以上即可。

图5是示出由光学元件劣化引起的光量分布波形AT的变化的图。当成像光学系统23、光调制元件阵列22这样的光学元件发生劣化时，分辨率的降低、光的散射的影响增强，波形高度h变低，另一方面，偏移值s增加。因此，通过调查波形高度h的变化量、偏移值s的变化量，从而能够进行光学元件劣化的判定。

图6是示出由焦点偏移引起的光量分布波形AT的变化的图。当产生了焦点偏移时，焦点位置与曝光面不一致、或者偏离允许弥散圆的范围。其结果，由于光束变宽的影响，对山部分M的区间A和倾斜的区间C进行合计得到的区间的宽度变宽，谷部分V的区间B变窄。因此，通过调查区间B的长度的变化，从而能够进行焦点偏移的判定。

图7是示出基于控制器30的控制的评价性能处理的流程的图。

当开始处理时，一边使载物台12移动，一边将图案列PT投影到遮光部40(S101)。从光检测部28输出的光量信号是按照规定的采样频率得到的光量信号，因此计算1个光量分布波形的光量信号的山部分M的区间A的平均值以及谷部分V的区间B的平均值，分别作为光量波形分布的波形高度h和偏移值s。并且，将这些平均值的比(s/h)求出为性能评价值(S102)。通过计算偏移值s与波形高度h之比，从而不会受到光的强度的影响。

在计算出的比超过规定值的情况下、即在波形高度h减小、偏移值s增加的情况下，判断为产生了光学元件的劣化，进行警告显示(S103、S104)。用户根据警告显示，检查光学元件即可。另外，可以根据光量分布波形整体求出平均值s、h。此外，可以通过h/s表示平均值的比，根据是否为规定值以下来判断光学元件劣化。

另一方面，在谷部分V的区间B中，光量信号被检测为大致恒定的值。因此，通过调查为大致相同的值的光量信号的样本数量，从而能够检测谷部分V的宽度的变化。在此，计算被视为偏移值s的样本数量与作为基准的样本数量之差(S105)。在差值的绝对值超出阈值的情况下，判断为偏离聚焦范围，进行警告显示(S106、S107)。

由此，根据本实施方式，通过形成谷部分V得到平坦的光量分布波形AT这样的图案列PT以及狭缝ST，从而能够通过1个测量方法检测与元件劣化相关的评价值(波形高度h与偏移值s之比)以及与焦点偏移相关的评价值(谷部分V的区间B的长度与基准长度的差值)，从而能够同时评价判定元件劣化和焦点偏移这样的不同的评价项目。

由于根据判定结果明确了劣化的原因，因此用户实施焦点位置的校准、或者光学系统的维护中的某一个即可。另外，不仅进行警告显示，也可以将检测到的值记录在存储器等中。也能够计算维护实施时间等。此外，只要以与使用了通常的基板的曝光动作相同的方式投影图案光即可，因此能够提高性能评价的作业效率。

可以根据光量分布波形来评价判定光源输出变化等。例如，如果在与元件劣化相关的评价值以及与焦点偏移相关的评价值未发生变化时光量的绝对值发生了变化，则能够判定为光源输出发生了变化。由此，能够根据光量分布波形AT针对许多的评价项目同时计算评价值，此外，能够根据评价值确定光学性能劣化的原因。

在本实施方式中，在光量波形分布中波形的顶部为大致平坦，但也可以通过正弦波这样的曲线形成。

Claims (7)

1.一种曝光装置，其特征在于，所述曝光装置具有：

至少1个狭缝，其沿曝光对象的曝光面形成；

测光部，其在使排列有多个条状图案的图案列的光、即线和空间图案光，即L/S图案光依次通过所述狭缝时，进行受光；以及

运算部，其根据基于所述测光部的输出而检测出的光量分布波形，至少运算与光学元件的性能劣化相关的评价值和与焦点偏移相关的评价值，

将L/S图案光的图案间隔和L/S图案光的图案宽度确定成所述狭缝的狭缝宽度的3倍以上，使得光量分布波形的山部分的顶部和谷部分为大致平坦。

2.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

光量分布波形为从谷部分的两端朝向山部分的顶部直线状地倾斜的波形。

3.根据权利要求2所述的曝光装置，其特征在于，

所述运算部计算光量分布波形的高度和偏移值。

4.根据权利要求3所述的曝光装置，其特征在于，所述曝光装置还具有：

评价部，其根据偏移值与光量分布波形的高度之比，判断光学元件的性能劣化。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的曝光装置，其特征在于，

所述运算部计算光量分布波形的谷部分的宽度。

6.根据权利要求5所述的曝光装置，其特征在于，所述曝光装置还具有：

评价部，其根据被检测的谷部分的宽度的减少程度，判断是否是聚焦范围。

7.一种曝光装置的性能评价方法，在所述性能评价方法中，

使排列有多个条状图案的图案列的光即线和空间图案光，即L/S图案光依次通过沿曝光对象的曝光面形成的至少1个狭缝，

在测光部对透过所述狭缝的光进行受光，

根据基于所述测光部的输出而检测出的光量分布波形，运算与光学元件的性能劣化相关的评价值和与焦点偏移相关的评价值，

根据运算出的光学元件的性能劣化的评价值和焦点偏移的评价值，评价光学元件的性能劣化和焦点偏移，

其特征在于，

将L/S图案光的图案间隔和L/S图案光的图案宽度确定成所述狭缝的狭缝宽度的3倍以上，使得光量分布波形的山部分的顶部和谷部分为大致平坦。