TW201409002A - 曝光裝置以及其照明監控裝置 - Google Patents

Abstract

在進行曝光期間可正確地檢測出其照度以及光量，而不導致照明光的輸出下降。對於複數光纖20所構成的光纖，藉由將其纖殼(clad)裸露以從中漏出漏光。光纖群組20被配置在底座60中所形成的凹槽60G上，此時複數光纖20的測量區域(無遮蔽區域)K被彼此緊密的排列成一排。此外，測量區域K的上方更設置具有螢光玻璃70的光傳導元件45，並於其旁邊設置光檢測器50。

Description

曝光裝置以及其照明監控裝置

本發明相關於一種對於曝光裝置的照明光的照度及光量進行測量與調整等之照明裝置，特別係有關其照明光的監控。

曝光裝置用以將放電燈泡、雷射器等光源產生的光透過光纖束傳送至基板側的照明光學系統(例如，可參考專利文件1)。在使用複數個光源的情形下，光纖束連接至各光源並從光纖束的中途起整合成為單一個輸出端。

此外，為了使基板上的照度以及光量固定，在曝光裝置上更設置了光檢測器(例如，可參考專利文件2)。為了將光纖束中行進的光抽出，光纖束其中一部分被分支到光檢測器，或是藉由設置一分光鏡以將光源的一部分光取出，來進行照度及光量的測量與調整。再者，亦可於光纖內部設置光柵(grating)、介電鏡(dielectric mirror)以取出光(參考專利文件3)。

專利文件

專利文件1：日本特開2006-343684號公報

專利文件2：日本特開平7-183207號公報

專利文件3：美國專利公開2010/0202726號說明書

由於取出照明光的一部分的光來檢測，將會產生此部份的光損失，無法最大地利用照明光來進行曝光。此外，因為在光纖束的中途使用光抽出用的光學系統，所以對於光纖性能更對於照度/光量的檢測有不好的影響。

因此，需要一種在使用光纖傳導光的過程中，可以儘可能地抑制光損失而正確地測量照度/光量的方法。

本發明的照明監控裝置係為可適用於曝光裝置之照明監控裝置，可利用將來自光源單元的照明光傳送至曝光裝置之曝光頭的複數光纖來進行照明監控。在此，曝光頭係表示包含照明光學系統、光調變單元陣列或光罩/光掩模(photo mask/reticle)等的圖案形成裝置。

光源單元可使用雷射器或是放電燈泡等。尤其是，可將複數光源各自連接至複數光纖。此時，可將此複數光纖從光纖的中途起整合在一起而形成一光纖纜線並延伸至曝光頭。光纖可應用各種類型的光纖，亦可應用在核心(core)周圍形成有纖殼(clad)的細徑光纖。

在本發明中設置有複數光纖，其中至少一光纖的外周圍形成有發出漏光的無遮蔽區域。無遮蔽區域/區塊係為，由光纖特性必所從纖殼(clad)漏出的光可無遮蔽地向外射出的區域，例如，沒有使用保護膜等遮蔽元件所披覆的結構。亦可延著軸方向形成一既定寬度的無遮蔽區域，或者是，使其 全部成為無遮蔽區域。

再者，本發明的照明監控裝置具有接收漏光的光檢測器，以及設置於無遮蔽區域周圍用以將入射的漏光導引至該光檢測器的導光單元。若光輸出為固定，無遮蔽區域所漏出的光亦實質為固定。藉由檢測此漏光的光量/亮度值，可以檢測出光輸出是否有變動。

導光單元可應用多種光學元件。考慮到用以將入射至光接收器的光儘量均一化，可設置將入射的漏光擴散的光學元件。在此，光擴散係表示入射至光接收器的光無偏差地均一化分散，包括光反射以及散射。

光學元件，考慮到用以擷取全部的無遮蔽區域所洩漏的光，並且以確保光擴散(散射、反射)的空間等來決定適當的形狀即可。例如，其可為具有覆蓋全部無遮蔽區域大小的入射面之長方體形狀。具體的光學元件可為長方體塊狀的壓克力或玻璃，或是具有薄片狀之擴散用薄膜的入射面之光學元件。

此外，亦可構成為傳導對應與光接收器的感度特性的光的結構，例如，設置螢光體，當接收所入射的漏光時，螢光體發出對應光接收器的感度特性的波長的螢光。

光檢測器亦可設置於各種其他位置。特別是在光學元件為長方體形狀的情況下，其可對向設置於該光學元件的側面。例如，將光學元件安裝於內部，以使除了入射面以外的表面不露出於導光單元表面，在光接收器所面對之側面之外的入射面以及導光單元內壁相接的側面將光反射，在光學元件內 部將光反覆的散射及反射。因此，入射至光學元件的漏光可通過面對之側面全部傳導至光檢測器。

在複數光纖各自形成無遮蔽區域的情況下，導光單元可設置引導構件使各光纖的無遮蔽區域排列在一起。漏光就此沒有擴散地導引至導光單元。舉例來說，引導構件可用以將複數光纖於無遮蔽區域彼此緊密連接並以平坦地排列在一起。

照明監控裝置不只進行監控更可調整其輸出，例如，可設置輸出控制單元以根據光檢測器所輸出的亮度信號調整照明光的輸出。輸出控制單元在曝光處理進行中，亦即，形成圖案的照明光正在照射時，對其輸出進行調整。

例如，輸出控制單元可調整其輸出以使亮度信號變為固定。換句話說，控制光輸出以使漏光變為固定，當漏光的亮度值/光量發生了變化時，可調整光輸出來對漏光的亮度值/光量的變化進行補償。

或者是，輸出控制單元可調整輸出以使非曝光體的感度特性所對應的既定目標值與亮度值一致。漏光與光輸出之間呈大約線性關係，其可根據經驗得知，藉此可使光輸出向目標值上升或下降。

另一方面，根據本發明之照明監控裝置的另一型態為用以檢測光纖束漏光的裝置，其利用複數光纖束將來自光源單元的照明光傳送至曝光裝置所提供之曝光頭。上述照明監控裝置具有複數光纖束，在至少一光纖束的外圍形成射出漏光的一無遮蔽區域、用以接收漏光的光檢測器、以及設置於無遮 蔽區域的周圍並將入射的漏光導引至光檢測器之導光單元。

根據本發明之照明監控方法，藉由複數光纖將來自一光源單元的照明光傳送至一曝光裝置所提供的曝光頭，且在至少一光纖的外圍，形成射出漏光的一無遮蔽區域，以及將上述無遮蔽區域所射出的漏光導引至一光檢測器。亦即，根據本發明之照明監控方法的另一型態，藉由複數光纖束將來自一光源單元的照明光傳送至一曝光裝置所提供的曝光頭，且在至少一光纖束的外圍，形成射出漏光的一無遮蔽區域，以及將上述無遮蔽區域所射出的漏光導引至一光檢測器。

因此，藉由本發明可在曝光處理過程中正確地檢測出照明光的照度及光量，而不導致照明光的輸出低下的情況。

10‧‧‧曝光裝置

20‧‧‧光纖群組

20₁、20₂、20_N‧‧‧光纖

30‧‧‧曝光頭

40‧‧‧導光單元

45‧‧‧光傳導元件

50‧‧‧光檢測器

60‧‧‧底座

60G‧‧‧凹槽

70‧‧‧螢光玻璃

70D‧‧‧側面

70S‧‧‧入射面

80‧‧‧控制單元

90‧‧‧光接收單元

100‧‧‧光源單元

100₁、100₂、100_N‧‧‧光源

D1、D2‧‧‧寬度

K‧‧‧測量區域(非遮蔽區域)

S‧‧‧基板

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之曝光裝置之簡略方塊圖。

第2圖係為導光單元以及光檢測器的透視示意圖。

第3圖係為導光單元以及光檢測器的平面示意圖。

第4圖係顯示控制單元進行光輸出調整之流程圖。

以下參考圖式以說明本發明之實施方式。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之曝光裝置之簡略方塊圖。

曝光裝置10為無光罩曝光裝置用以直接形成圖案於基板S上，且具有光源單元100以及曝光頭30，其中基板S具有光阻等感光材料形成於其表面。光源單元100由複數光源100₁~100_N所構成，在此可為發射405nm波長的光的雷射器。

複數個光纖20₁~20_N連接至N個光源100₁~100_N，並於光纖的中途整合以形成光纖群組(以下使用「光纖群組」或「複數光纖」分別記載)。其中，光源100₁~100_N所發出的照明光經由複數光纖20₁~20_N傳送至曝光頭30。

在此，各個光纖20可用石英系統的多模式光纖來組成，且各個入射至光纖的光在其纖殼(clad)反射並在核心(core)內部行進。另一方面，構成各光纖的光纖外圍表面沒有使用保護膜等包覆，根據光纖性能，從纖殼(clad)外圍表面所洩漏出來的光(即，漏光)沒有被遮蔽地向光纖外部射出。

曝光頭30具有照明光學系統、數位微型反射鏡裝置(DMD或Digital micro-mirror device)、投影光學系統等，並根據描繪圖案資料來控制數位微型反射鏡裝置中各個微型反射鏡的開啟/關閉。據此，可將圖案光投影至基板S上。

基板S被設置於描繪平台(圖未顯示)上，繪製平台對於曝光頭30相對地移動以進行掃描操作。在1片基板S的繪製處理結束後，接著運送下一個基板以開始繪製處理。每次繪製處理既定數量(或是一片)的基板後，會暫停繪製處理一段既定時間。

光纖群組20於其中途整合在一起並延伸，在其中一部分所劃分的區域(以下稱測量區域/非遮蔽區域)的周圍 設置導光單元40。導光單元40用以將各光纖束的漏光導引至光檢測器50，其中光檢測器50設置於導光單元40旁邊。

光檢測器50具有用以接收漏光的一或複數個光電二極體(圖未顯示)，並輸出亮度信號。控制單元80根據光檢測器50所提供的亮度信號檢測光源單元100的光量以及亮度並控制其光輸出。因此，藉由配置形成有無遮蔽區域K的光纖群組20、導光單元40及光檢測器50，可不需設置光學元件而偵測到於光纖束內行進的光的一部分。

在此，於繪製處理之間監控漏光，並調整各光源的輸入功率以維持光源固定的照度。當繪製處理於暫停的狀態下，配置有光電二極體的光接收單元90往平台的上方移動，藉此來檢測出實際照射於基板S上面的光的照度/光量。

第2圖係為導光單元以及光檢測器的透視示意圖。第3圖係為導光單元以及光檢測器的平面示意圖。然而，為了方便說明，第3圖的光纖、導光單元以及光檢測器藉由加影線的方框來表示。

如第2圖所示，導光單元40具有長方體/塊狀的光傳導元件45以及支撐光傳導元件45的底座60。底座60上形成有在縱向的方向上延伸的凹槽60G，而光纖群組20的測量區域K密集地排列且平坦地設置於凹槽60G上。

換句話說，複數的光纖束20₁~20_N在引導光纖排列方向的凹槽60G底部上緊密的連接且設置為一排，且不在垂直於其排列方向的縱方向上重疊。此外，光纖群組20的測量區域K亦可以束縛或粘貼的方式來實現一體化。

如第3圖所示，光傳導元件45設置於光纖群組20的測量區域K的上方，並固定於底座60上。測量區域K的長度由光傳導元件45縱方向的長度來定義。在此，光傳導元件45為螢光體的收容器，其內部包括平板狀的螢光玻璃70。

螢光玻璃70具有大於光纖群組20的測量區域K寬度的寬度D1，而覆蓋整個測量區域K，藉此光纖群組20的測量區域K被夾在螢光玻璃70與底座60之間。從測量區域K向各光纖的外部所發出的漏光入射至螢光玻璃70的入射面70S。

螢光玻璃70內部具有螢光體，此螢光體在400nm附近具有激發頻譜峰值，且以610nm為峰值波長。當具有405nm波長的漏光入射至入射面70S時，螢光體發出610nm峰值波長的光。螢光體散佈於螢光玻璃70中，且被漏光所照射。因此，照明光轉換為螢光的同時產生光的擴散。

此外，光在螢光玻璃70的內部散射/反射，且藉由螢光玻璃70與光傳導元件40內部的邊界面(也包括入射面70S)反射。再者，光傳導元件40的組成使得漏光以外的光不會到達螢光玻璃70。因此，螢光玻璃內的漏光或是螢光散射/反射，於玻璃內部擴散。

光檢測器50接觸設置於螢光玻璃70的一個側面70D。光檢測器50的寬度D2大於螢光玻璃70寬度D1，且其尺寸可覆蓋整個側面70D。又，光電二極體面對著側面70D以水平方向並排。其中，光電二極體於610nm附近的感度為405nm附近的感度的二倍。

如上所述，螢光玻璃70之螢光除了側面70D以外也 在邊界面反射，於玻璃內部散射及擴散最後到達光檢測器50的光電二極體。因此，從光纖群組20入射至螢光玻璃70之漏光即使其光量是不均勻的，但在入射至光電二極體時光量已經被均一化。

第4圖係顯示控制單元進行光輸出調整之流程圖。在此以一既定的間隔時間來進行。

在本發明的實施例中，根據漏光來調整光輸出於描繪處理中進行。在描繪處理中，亦即，當判斷進行對基板形成圖案化的處理時(S101)，偵測對應於從光檢測器50所傳送之漏光的亮度信號(S102)。

接著，調整輸入功率以使亮度水準維持常態固定(S103)。控制單元80僅以相同數值或相同比例來提昇或是調降對各光源100₁~100_N的輸入功率。

另一方面，在描繪處理結束的情況下，光接收單元90往平台的方向移動。接著，根據光接收單元90所偵測的亮度信號來輸出光(S105)。在因基板S的感度特性等的改變而需要改變曝光量的情形下，調整輸入功率以使其目標值與所檢測出的亮度信號一致。

根據本發明之一實施例，被構成為從複數光纖20的各個光纖洩漏出漏光。換句話說，將複數光纖20的測量區域(無遮蔽區域)K在底座60上形成之凹槽60G上緊密地排列為一列。此外，於測量區域K的上方配置具有螢光玻璃70的光傳導元件45，並於其旁邊設置光檢測器50。

螢光玻璃70藉由吸收漏光以發出螢光。所入射的 漏光、螢光在螢光玻璃70的邊界面及其內部反射、散射，進而入射至光檢測器50的光電二極體。光輸出調整的處理用以根據所偵測的光量/亮度調整各光源的輸入功率，使得照度在描繪處理中維持固定。

一般來說，瑞利散射(Rayleigh scattering)、光纖構造的不均勻，會使得光纖存在光損失。沒有被光纖內部吸收的損失光的其中一部分往纖殼外側放射。而此種漏光在光纖使用上必然會產生。

在本發明實施例中，由於利用此種漏光來檢測照明光的輸出水準，因此並不會產生如使用光學裝置將照明光的一部分取出所造成的光損失，且可檢測出在描繪處理中的照度以及光量。

此外，藉由螢光玻璃將光的頻譜特性轉換為對應與光電二極體的感度特性的頻譜特性，並且藉由在螢光玻璃內將光擴散而得到的光量均一化的光入射至光檢測器50，藉此來檢測出正確的照度及光量。

特別是塊狀的螢光玻璃70除了入射面70S以外的部份皆不露出地收納於光傳導元件45的內部，並於側面70D設置光檢測器50。因此，漏光藉由反射/散射而分散，此均一化的光被導引至光檢測器50。

光源可為放電燈泡、發光二極體等雷射器以外的光源亦可。此外，光亦可具有任意的頻譜特性，亦可具有複數的峰值波長。光纖亦可具有任意的材質以及傳導模式。

關於各個光纖也可構成為，僅有一部分的範圍形 成不遮蔽漏光的纖殼裸露區域(無遮蔽區域)，除此以外用保護膜包覆。在此情況下，在各個光纖的相同的位置處各自形成無遮蔽區域為佳，由此螢光玻璃70可覆蓋整個無遮蔽區域。此外，亦可僅在一部分的光纖上形成無遮蔽區域，而非在所有的光纖上。

螢光體並非限於螢光玻璃，亦可使用螢光壓克力等。此外，螢光玻璃的入射面或是邊界面，可貼上將光散射的薄膜(高分子薄膜等)等薄片狀的光擴散材料。此種情況下，由於薄膜可將入射的光均一化，可應用於使用擴散不充分的螢光體的情況下。

另一方面，亦可不使用螢光玻璃、螢光壓克力等螢光體，將漏光直接導引至光檢測器。此情況下，光檢測器的光電二極體、光感測器，在漏光的峰值波長附近具有相對較大的感度。另一方面，進行描繪的光輸出相對於光電二極體的性能足夠高的情況下，光電二極體在該波長具有低感度也不會有問題。

因此，在使用螢光玻璃以外的玻璃元件下，亦可在入射面形成磨砂玻璃狀的面，藉由入射面或是其內部將光散射、反射以使擴散的光入射至光檢測器。

此外，本實施例中雖調整各光源的輸入功率以使漏光的輸出值為固定值，然而也可依據基板的感度特性或操作者的目的，將目標值設置為所期望的漏光量，調整光量使得所檢測的漏光輸出值與目標值一致。

從光纖群組20射出的光(亦即，照射至基板S的光) 的輸出與漏光的輸出實質上具有線性關係，其可根據經驗得知。因此，預先計算光纖群組的輸出端所射出光的光量與漏光的光量之間的比例後，可根據此比例決定目標值。

具體來說，每1mm的漏光量、光電二極體電流比、光纖數量的乘積為漏光的總光量，因此可根據上述比例來設定目標值。光電二極體電流比可由螢光體的發光效率、螢光體與光電二極體的光接收長度比例，螢光體的臨界比、螢光體與光電二極體的發射(光接收)面積比例、螢光體與光電二極體的光接收感度比例彼此相乘來求得。

透過此光量調整的進行，依據所描繪目標基板的感度特性來設定目標值，在曝光開始前或改變基板種類的時候等，可對光輸出作回授控制以使其與目標值一致。

本發明實施例雖針對無光罩曝光裝置調整其光輸出，但除此之外亦適用於使用光罩/光掩模的曝光裝置。

再者，對於一個光源提供複數細徑光纖捆束在一起的光纖束，而配置複數光纖束群組亦可。在此狀況下，可對於光纖束形成沒設有保護膜的無遮蔽區域，以使漏光向外射出。

20‧‧‧光纖群組

40‧‧‧導光單元

45‧‧‧光傳導元件

50‧‧‧光檢測器

60‧‧‧底座

60G‧‧‧凹槽

70‧‧‧螢光玻璃

D1、D2‧‧‧寬度

Claims (15)

1. 一種照明監控裝置，包括：複數光纖，將來自一光源單元的照明光傳送至一曝光裝置所提供之一曝光頭，其中，在至少一上述光纖的外圍形成射出漏光的無遮蔽區域；一光檢測器，接收上述漏光；以及一導光單元，設置於上述無遮蔽區域的周圍，將入射的漏光導引至上述光檢測器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之照明監控裝置，其中，上述導光單元具有一光學元件，用以將入射的上述漏光擴散。
3. 如申請專利範圍第2項所述之照明監控裝置，其中，上述光學元件為一長方體，具有覆蓋上述無遮蔽區域大小的入射面。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之照明監控裝置，其中，上述光檢測器對向地配置於上述光學元件的側面。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之照明監控裝置，其中，各上述光纖具有上述無遮蔽區域，且其中，上述導光單元具有一引導構件用以將各上述複數光纖的上述無遮蔽區域排成一列。
6. 如申請專利範圍第5項所述之照明監控裝置，其中，上述引導構件使上述光纖於上述無遮蔽區域緊密連接並以平坦地排列。
7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之照明監控裝置，更包括一輸出控制單元，用以根據上述光檢測器所輸出之 一亮度信號調整上述照明光的輸出。
8. 如申請專利範圍第7項所述之照明監控裝置，其中，上述輸出控制單元調整輸出以使上述亮度信號維持固定。
9. 如申請專利範圍第7項所述之照明監控裝置，其中，上述輸出控制單元調整輸出以使上述亮度信號與非曝光體的感度特性所對應的既定目標值一致。
10. 如申請專利範圍第7項所述之照明監控裝置，其中，上述輸出控制單元於曝光處理中進行調整輸出。
11. 如申請專利範圍第2或第3項中任一項所述之照明監控裝置，其中，上述光學元件具有一藉由入射的漏光發出螢光的螢光體。
12. 一種曝光裝置，具有如申請專利範圍第1項所述之照明監控裝置。
13. 一種照明監控裝置，包括：複數光纖束，將來自一光源單元的照明光傳送至一曝光裝置所提供之一曝光頭，其中，在至少一上述光纖束的外圍形成射出漏光的無遮蔽區域；一光檢測器，接收上述漏光；以及一導光單元，設置於上述無遮蔽區域的周圍，將入射的上述漏光導引至上述光檢測器。
14. 一種照明監控方法，包括：藉由複數光纖將來自一光源單元的照明光傳送至一曝光裝置所提供的一曝光頭，且在至少一光纖的外圍，形成射出漏光的無遮蔽區域； 將上述無遮蔽區域所射出的漏光導引至一光檢測器。
15. 一種照明監控方法，包括：藉由複數光纖束將來自一光源單元的照明光傳送至一曝光裝置所提供的一曝光頭，且在至少一光纖束的外圍，形成射出漏光的無遮蔽區域；將上述無遮蔽區域所射出的漏光導引至一光檢測器。