CN117806127A - 曝光装置和曝光装置的焦点检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供曝光装置和曝光装置的焦点检测方法。在曝光装置中，维持焦点检测精度并且迅速地进行焦点检测。曝光装置(10)在工作台(12)的端部附近具有测定部(40)，测定部(40)具有遮光部(41)和受光部(42)。遮光部(41)具有形成有多个透光部(50)的遮光面(41S)，遮光面(41S)相对于与投影光学系统(23)的光轴(C)垂直的方向倾斜了倾斜角度(θ)。在焦点检测时，一边使工作台(12)移动一边将图案光(FP)投影于测定部(40)的遮光面(41S)，根据从受光部(42)输出的光量信号而取得成像位置，以及进行焦点调整。

Description

曝光装置和曝光装置的焦点检测方法

技术领域

本发明涉及曝光装置，尤其涉及曝光装置的焦点检测。

背景技术

在曝光装置中，为了形成高分辨率的图案，使所要曝光的基板表面与投影光学系统的成像面一致，因此进行焦点检测和焦点调整(校准)。作为焦点检测和焦点调整的方法，已知有如下方法：一边使基板位置在光轴方向上阶段性地移位，一边将焦点检测用图案投影于基板，向具有光电传感器、CCD等的焦点检测装置投影焦点检测用图案，进行焦点检测和焦点调整。

例如，在使用了光调制元件阵列的无掩模曝光装置中，一边使聚焦透镜在光轴方向上移动，一边将具有接近投影光学系统的分辨率极限的周期的L/S(线&空间)图案的光投影于CCD等光传感器。然后，通过图像处理来计算对比度相关值，并将峰值检测位置定为对焦位置(参照专利文献1)。

另一方面，在掩模曝光装置中，已知有将缝形成板搭载于晶片工作台，一边进行扫描一边进行焦点检测的方法(参照专利文献2)。在此，一边使缝形成板在扫描方向上移动一边投影焦点检测用图案的光，取得焦点检测用图案光的强度信号(空间像轮廓)。然后，一边使缝板在光轴方向上阶段性地移动一边比较各位置的空间像轮廓，将缝透射光强度最大的位置判断为对焦位置。

专利文献1：日本特开2009-246165号公报

专利文献2：国际公开第2005/124834号公报

在上述的焦点检测方法中，一边使工作台的位置或图案光的成像位置在光轴方向上移动一边进行焦点检测，因此难以进行准确的焦点位置检测，需要测量时间。

发明内容

因此，在曝光装置中，期求能够维持焦点检测精度并且迅速地进行焦点检测。

本发明的曝光装置能够构成为例如具有DMD(Digital Micro-mirror Device：数字微镜器件)等光调制元件阵列的曝光装置，具有：曝光部，其具有投影光学系统，投影图案光；以及测定部，其测定所述曝光部的成像位置。而且，所述测定部具有：遮光部，形成有多个透光部，该多个透光部的沿着所述投影光学系统的光轴方向的位置互不相同；以及受光部，接收透过各透光部的光，根据从所述受光部输出的与光量对应的信号而取得所述曝光部的成像位置。例如，也可以设置运算部，计算成像位置，也可以说是检测成像位置。曝光装置能够根据所取得的所述曝光部的成像位置而进行所述曝光部的焦点调整。

向透光部投影的方法各种各样，可以构成为使所述遮光部相对于所述曝光部进行相对移动。可以设置能够使遮光部相对于所述曝光部连续地相对移动的移动部，根据在使遮光部相对移动的期间从所述曝光部投影的图案光而取得所述曝光部的成像位置。例如，通过将测定部安装于基板搭载用工作台或一体地构成于基板搭载用工作台而能够相对于投影光学系统沿着扫描方向进行相对移动。

在具有光调制元件阵列的曝光装置的情况下，可以是，曝光部将在使所述遮光部相对移动的期间在所述光调制元件阵列的同一调制区域被反射的光作为所述图案光来投影。

另一方面，可以采用不使遮光部相对于曝光部移动的结构。例如，在具有光调制元件阵列的曝光装置的情况下，可以通过由曝光部将从在所述光调制元件阵列中滚动的调制区域被反射的光作为所述图案光来投影的结构而取得成像位置。

关于遮光部，只要在能够输出如下的光量信号的范围内形成多个透光部即可，该光量信号能够根据透光部沿着彼此的光轴方向的位置的差异而检测成像位置。多个透光部的光轴方向位置可以形成为沿着所述图案光的相对移动方向阶段性地变高或低。例如，可以采用如下结构：遮光部具有形成有所述多个透光部的遮光面，所述遮光面相对于沿着所述投影光学系统的光轴垂直方向的面倾斜。

包括多个透光部的形状在内的结构也是各种各样的，例如，多个透光部可以由在与所述图案光的相对移动方向垂直的方向上延伸的多个缝构成，图案光可以采用在所述遮光部上与所述多个缝平行的线状的图案。

在作为本发明的另一方式的曝光装置的焦点检测方法中，将形成为排列有多个透光部的遮光面配置为相对于沿着投影光学系统的光轴垂直方向的面倾斜规定的角度，将接收透过各透光部的光的受光部配置在所述遮光面之下，相对于所述多个透光部，使图案光沿着所述多个透光部的排列方向相对于所述投影光学系统相对移动，根据从所述受光部输出的与光量对应的信号而取得图案光的成像位置。

根据本发明，在曝光装置中，能够维持焦点检测精度并且迅速地进行焦点检测。

附图说明

图1是作为本实施方式的曝光装置的框图。

图2是工作台和遮光部的概略立体图。

图3是测定部的概略侧视图。

图4是示出了形成于遮光部的多个透光部以及DMD的形成图案的调制区域的俯视图。

图5是从侧面示出了遮光部的遮光面中形成有多个透光部的划区的示意图。

图6是示出了在使成像检测用的图案光扫描时所输出的光量信号的波形的曲线图。

图7是示出了焦点检测和焦点调整的流程图的图。

图8是示出了检测到的光量波形的一例的曲线图。

标号说明

10：曝光装置；12：工作台；20：曝光头(曝光部)；22：DMD(光调制元件阵列)；23：投影光学系统；27：运算装置(运算部)；40：测定部；41：遮光部；42：受光部。

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是本实施方式的曝光装置的框图。

曝光装置10是能够通过向涂敷或粘贴了光致抗蚀剂等感光材料的基板B照射光而形成图案的无掩模曝光装置，这里，构成为具有多个曝光头20的无掩模曝光装置(在图1中，仅图示了1个曝光头)。搭载基板B的工作台12能够借助工作台驱动机构15而在主扫描方向、副扫描方向上移动。

曝光头20具有照明光学系统21、DMD(Digital Micro-mirror Device：数字微镜器件)22、成像光学系统(投影光学系统)23。从光源30射出的光被导向照明光学系统21。光源30例如由激光二极管等构成。

在对微反射镜进行二维排列而得到的DMD 22(光调制元件阵列)中，各微反射镜通过使姿态变化而选择性地切换光的反射方向。通过利用DMD驱动电路24对各反射镜进行姿态控制，将与图案对应的光经由投影光学系统23成像于基板B的表面。

工作台驱动机构15根据来自控制器60的控制信号而使工作台12移动。工作台驱动机构15具有未图示的编码器，测定工作台12的位置。控制器60根据工作台12的位置而对曝光装置10的动作进行控制，向DMD驱动电路24输出控制信号。

在曝光动作中，工作台12沿主扫描方向(相对移动方向)以恒定速度移动。DMD 22整体的投影区域(以下，称为曝光区域)伴随着基板B的移动而在基板B上相对地移动。曝光动作按照规定的曝光间距进行，与曝光间距匹配地，微反射镜被控制为投影与图案对应的光。以下，将主扫描方向设为X，将副扫描方向设为Y，并且将与主扫描方向X、副扫描方向Y垂直的方向设为Z。

通过根据曝光区域的相对位置来调整DMD 22的各微反射镜的控制时机，由此在曝光区域的位置依次投影要描绘的图案的光。然后，通过包括曝光头20在内的多个曝光头而在基板B整体上形成了图案。

另外，作为曝光方式，不仅可以是以恒定速度移动的连续移动方式，也可以是间歇地移动的步进&重复(step&repeat)。并且，也可以进行使微反射镜的像局部重叠而进行曝光的多重曝光(重叠曝光)。

在工作台12的端部附近设置有焦点检测用的测定部40，该测定部40具有遮光部41和光电二极管等受光部42。遮光部41具有遮光面41S，该遮光面41S设置有多个使光透过的透光部，受光部42配置于遮光面41S的下方。运算装置27根据与从受光部42送来的光量对应的信号来检测与投影于基板B的成像检测用图案对应的光的成像位置。

例如在进行了基板的种类变更等的情况下，在曝光前使用未图示的焦点调整机构来进行焦点调整。焦点调整机构可以使用已知技术来进行。当进行焦点调整时，在针对各基板的曝光动作开始前，或者每当曝光作业时间经过规定的时间时，检测/监视是否维持着对焦状态。并且，在偏离了对焦状态的情况下，由控制器60进行焦点调整。

图2是工作台12和遮光部41的概略立体图。图3是测定部40的概略侧视图。

如图2所示，测定部40的遮光部41一体地设置于工作台12的端部附近。在进行焦点检测以及对焦状态的监视时，遮光部41与工作台12一同向沿着主扫描方向X的方向(-X方向)移动。在此期间，从曝光头20投影图案光FP。但是，在图2中，仅示出了来自1个曝光头的图案光。

遮光部41在这里由玻璃掩模构成，在作为其表面的遮光面41S上形成有后述的多个透光部50(在图2中未图示)。遮光面41S相对于工作台12的基板搭载面、即基板B的表面倾斜了规定的角度θ。遮光部41S被未图示的支承部件定位。

检测光强度/光量的受光部42由安装于工作台12的支承机构(未图示)保持。并且，受光部42被定位为其受光面沿着基板B的搭载面。伴随着工作台12的移动，图案光FP相对于遮光面41S向主扫描方向X移动。这里，图案光FP连续地以恒定速度移动。图1所示的运算装置(运算部)27根据在此期间从受光部42输出的一系列的光量信号和工作台12的位置信息来计算图案光FP的成像位置。

图4是示出了形成于遮光部41的多个透光部50以及在DMD 22中用于显示图案光的调制区域的俯视图。如图4的(A)所示，多个透光部50由条状的缝50S构成，沿着图案光FP的相对移动方向、即主扫描方向X以规定的间隔排列。这里，缝50S等间隔地排列。

如图4的(B)所示，图案光FP是通过使在DMD 22中设定的调制区域22A成为ON状态而对来自光源30的光进行调制从而形成的。这里，图案光FP在基板B的表面附近成像为与缝50S的开口形状对应的条状(线状)图案。调制区域22A设定为使图案光FP的像在基板B的表面附近与缝50S大致平行。

调制区域22A的宽度DW根据投影光学系统23的倍率而设定为使得能够获得图案光FP在基板B的表面附近的投影像的宽度(像宽)W。例如，能够设定为比缝50S的宽度SW小。并且，图案光FP在基板B的表面附近的投影像的宽度W设定为比投影光学系统23的分辨率极限大的值，例如设定为宽度10μm。缝50S的宽度SW设定为使得能够充分取得光量的大小，以便光量能够进行焦点检测。

图5是从侧面示出了遮光部41的遮光面41S中形成有多个透光部50的划区的示意图。但是，在图5中，将从与图3相反的一侧观察遮光部41的图作为示意图而示出。

多个透光部50形成于遮光面41S的缝形成区域SL。在沿着主扫描方向X的缝形成区域SL中，在其中央部M附近，通过投影光学系统23的光轴C朝向遮光面41S的两个缘部分41E1、41E2被划分大致各一半，呈对称。

这里，在将图案光FP的作为基准的成像位置定为基准曝光面EM的情况下，基准曝光面EM在缝形成区域SL的大致中央部附近相交。因此，遮光面41S的缘部分41E1位于比在工作台12上搭载有基板B的情况下的基准曝光面EM靠下方的位置，缘部分41E2位于比基准曝光面EM靠上方的位置。

向在这样的具有倾斜角度θ的遮光面41S上形成有多个透光部50的测定部40投影图案光FP，并且使测定部40与工作台12一同移动，使图案光FP相对于多个透光部50进行扫描。在图5中，图案光FP的成像位置相对于基准曝光面EM位于其下方距离Z₀之处。

图6是示出了在使图案光FP扫描时所输出的光量信号的波形的曲线图。另外，这里，示出了缝数比图3～5所示的多个透光部50多时的波形。

当图案光FP开始通过多个缝形成区域SL时，光量增加。然而，由于缝50S的沿着光轴方向的位置大幅远离图案光FP的成像位置，因此在一段时间内持续大致恒定的光量值。

当缝50S的沿着光轴方向的位置接近图案光FP的成像位置时，透过缝50S的成像检测用图案光FP的光强度的变化量变大，会出现具有振幅的光量波形。然后，在通过最接近图案光FP的成像位置的缝50S时，在光量波形之中振幅成为最大。之后，振幅随着图案光FP的移动而衰减，光量值再次成为大致恒定。

以这样的最大光量值(峰值)为中心呈对称并且宽度EW与缝形成区域SL对应的光量波形P是通过来自受光部42的输出信号而得到的。在本实施方式中，根据作为基准的光量波形与检测到的光量波形P沿着相对移动方向的偏差而检测图案光FP的散焦量。

图7是示出了焦点检测和焦点调整的流程图的图。通过DMD 22来投影图案光FP，并且使工作台12移动(S101、S102)。运算装置27根据来自受光部42的光量信号和工作台12的位置信息而取得光量波形，检测图案光FP的成像位置(S103、S104)。

图8是示出了检测到的光量波形的曲线图。在存储器(未图示)中预先存储有图案光FP的成像位置的基准位置(以下，称为主数据)。

在图7的步骤S105中，根据检测到的光量波形而求取散焦量。这里，根据光量波形而生成陡峭地表示峰值附近的光量分布的包络线。具体而言，在对光量波形进行微分运算之后，进行2次幂而进行滤波处理，生成拟合为进行采样处理而得到的曲线图的包络线。然后，将包络线的中心位置确定为峰值位置。

将上述的主数据的峰值位置与检测到的峰值位置之差设为ΔL(以下，称为相对移动方向偏差量)，则散焦量Δf通过以下的式子来求取。

Δf＝ΔL×tanθ····(1)

相对移动方向偏差量ΔL根据图案光FP的成像位置偏离基准曝光面EM的方向而成为正值或负值。在图8中，示出了图案光FP的成像位置从基准曝光面EM向上方侧偏离的情况。在散焦量Δf超过了可视为处于对焦范围内的阈值的情况下，进行焦点调整。另一方面，在散焦量Δf为阈值以下的情况下，判断为处于对焦范围内。

如以上所说明的那样，本实施方式的曝光装置10在工作台12的端部附近具有测定部40，测定部40具有遮光部41和受光部42。遮光部41具有形成有多个透光部50的遮光面41S，遮光面41S相对于与投影光学系统23的光轴C垂直的方向倾斜了倾斜角度θ。在焦点检测时，一边使工作台12移动一边将图案光FP投影于测定部40的遮光面41S，根据从受光部42输出的光量信号而进行焦点检测和焦点调整。

根据实施方式的焦点检测方法，只要使配置于工作台12的端部附近的测定部40与工作台12一同移动即可，不伴随使测定部40沿光轴方向移动的动作。因此，能够迅速地进行焦点检测和焦点调整。

并且，由于是使测定部40的遮光部41倾斜规定的角度θ的结构，因此能够以简易的结构精度良好地进行焦点检测。进而，遮光面41S被定位为使得缝形成区域SL跨越基准曝光面EM。由此，无论图案光FP的成像位置的偏离方向为上下方向中的任意方向，都能够进行检测。

另外，为了避免如实施方式那样测定部40从工作台12的载置面突出的结构，也可以将测定部40设置为测定部40的缘部分41E2成为工作台12的载置面以下，相应地加上偏移值来求取散焦量Δf。

由于使图案光FP的相对移动方向与工作台12的移动方向即主扫描方向X一致，因此仅通过基于工作台移动机构15的工作台12的移动控制，就能够进行焦点检测。另外，也可以将测定部40设为与工作台12独立地移动的机构。并且，遮光部41、受光部42可以一体地移动，或者也可以仅使遮光部41移动。在该情况下，也可以将遮光部41和图案光FP的方向从上述例子中的方向变更而使其沿着副扫描方向Y移动，也可以使其在主扫描方向X、副扫描方向Y以外的方向上移动。

多个透光部50可以各种各样地构成，遮光面14S的倾斜角度、在DMD 22中设定的调制区域22A的宽度DW(参照图4)、缝图案间距SP以及缝图案宽度SW(图4)等可以根据投影光学系统23的分辨力、受光部42的灵敏度特性、工作台12的位置检测能力等来设定。

例如，由于输入给运算装置27的编码器信号的脉冲间隔与焦点检测光学分辨率(optical resolution)有关，因此遮光面41S的倾斜角度θ优选设定为比较小的角度。并且，图案光FP的成像位置附近的像宽W设定为比投影光学系统23的分辨率极限大的值。

并且，缝图案间距SP设定为图案光FP的成像位置附近的像宽W的约数以外。缝图案宽度SW设定为能够充分取得光量的宽度，DMD 22的调制区域22A的宽度DW设定为满足图案光FP的像宽W和缝图案宽度SW的条件。另外，图案光FP不限于条状图案，也可以是正方形状、椭圆形状等的图案。

在本实施方式中，是使测定部40以使遮光面41S通过图案光FP的方式移动的结构，但也可以采用在使测定部40静止的状态下使图案光FP相对于测定部40移动的结构。即，也可以采用如下的结构：不改变测定部40的位置，使DMD 22的调制区域22A移动(滚动)，使图案光FP扫描。在该情况下，只要预先准备与DMD 22的各微反射镜的反射率的差异匹配的校正表，对光量波形进行校正即可。

也可以采用以使多个透光部50沿着相对移动方向阶段性地上升的方式使遮光面41S倾斜的结构。并且，也可以代替形成平坦的遮光面41S，而以阶梯状形成玻璃掩模，并与之相应地设置多个透光部。在该情况下，能够不使遮光面41S倾斜地配置测定部40。

多个透光部50不限于构成为沿着其光轴方向的位置阶段性地上升或下降，也可以形成在互不相同的位置。在该情况下，只要以能够获得接近分辨率极限的空间图像轮廓的方式形成图案光FP和透光部，并检测峰值位置即可。

与上述的焦点检测相关的结构不仅能够应用于具有DMD 22等光调制元件的无掩模曝光装置，也能够应用于掩模曝光装置。在该情况下，只要一边投影图案光FP，一边在工作台搭载面搭载测定部40并使其相对移动即可。

Claims (10)

1.一种曝光装置，其特征在于，

该曝光装置具有：

曝光部，其具有投影光学系统，投影图案光；以及

测定部，其测定所述曝光部的成像位置，

所述测定部具有：

遮光部，其形成有多个透光部，该多个透光部的沿着所述投影光学系统的光轴方向的位置互不相同；以及

受光部，其接收透过各透光部的光，

根据从所述受光部输出的与光量对应的信号而取得所述曝光部的成像位置。

2.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

所述曝光装置具有移动部，该移动部能够使所述遮光部相对于所述曝光部连续地相对移动，

根据在使所述遮光部相对移动的期间从所述曝光部投影的图案光而取得所述曝光部的成像位置。

3.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

所述多个透光部的光轴方向位置沿着所述图案光的相对移动方向阶段性地变高或变低。

4.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

所述遮光部具有形成有所述多个透光部的遮光面，

所述遮光面相对于沿着所述投影光学系统的光轴垂直方向的面倾斜。

5.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

所述曝光部具有光调制元件阵列，

所述曝光部将在使所述遮光部相对移动的期间在所述光调制元件阵列的同一调制区域反射的光作为所述图案光来投影。

6.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

所述曝光部具有光调制元件阵列，

所述曝光部将从在所述光调制元件阵列中滚动的调制区域反射的光作为所述图案光来投影。

7.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

所述多个透光部由在与所述图案光的相对移动方向垂直的方向上延伸的多个缝构成。

8.根据权利要求7所述的曝光装置，其特征在于，

所述图案光是在所述遮光部上与所述多个缝平行的线状的图案。

9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的曝光装置，其特征在于，

根据所取得的所述曝光部的成像位置而进行所述曝光部的焦点调整。

10.一种曝光装置的焦点检测方法，其特征在于，

将形成为排列有多个透光部的遮光面配置为相对于沿着投影光学系统的光轴垂直方向的面倾斜规定的角度，

将接收透过各透光部的光的受光部配置在所述遮光面之下，

相对于所述多个透光部，使图案光沿着所述多个透光部的排列方向相对于所述投影光学系统相对移动，

根据从所述受光部输出的与光量对应的信号而取得图案光的成像位置。