TW201702749A

TW201702749A - 曝光裝置及曝光方法

Info

Publication number: TW201702749A
Application number: TW105108043A
Authority: TW
Inventors: Yoshinori Kobayashi
Original assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2017-01-16
Also published as: JP2016173535A; JP6537309B2; KR102415432B1; TWI688830B; KR20160112967A

Abstract

在曝光裝置中形成沒有曝光不均的圖樣。在包括DMD之曝光裝置中，對曝光區域規定複數個分割曝光區域，且前端之分割曝光領域的曝光資料在儲存於緩衝記憶體38A後，對應於曝光動作依序移位至緩衝記憶體並進行多重曝光動作。此外，若生成光罩資料並儲存於光罩記憶體，每次曝光動作時，變更針對光罩記憶體的讀出位址以每列資料地循環移位光罩資料。

Description

曝光裝置及曝光方法

本發明係關於透過光調變元件陣列形成圖樣於基板等的無光罩曝光裝置，特別關於使用光罩圖樣的多重曝光動作。

無光罩曝光裝置係使用由複數個微鏡排列為矩陣狀而成之DMD等光調變元件陣列形成直接圖樣。在此，基於圖樣資料生成光柵圖樣，並藉由將光柵資料(曝光資料)輸入至光調變元件陣列以控制各微鏡。

為提升圖樣解析度，DMD設定為使其投影區域(曝光區域)對掃描方向傾斜。在移動搭載基板之描繪平台的期間，根據相鄰微鏡間之投影區域分別在掃描方向、副掃描方向重疊的間距(pitch)間隔，進行多重曝光動作。

在多重曝光中，調整曝光間距以使在1個微鏡之投影區域尺寸(單元尺寸)內曝光照射(shot)時的投影區域中心點(以下稱為曝光點)儘可能分散。藉此，圖樣形成時可得到單元尺寸以下的解析能力(例如，參照專利文獻1)。

在曝光區域對掃描方向稍微傾斜的情況下，藉由在相鄰曝光頭間生成之曝光區域的重疊以及起因於掃描機構的鏡投影區域的蛇行等，曝光區域通過某特定描繪區域時的總曝光量由於照射數的差異等對於各掃描線並非固定。因此，產生曝光不均。

為解決此問題，定時不使用一部分之微鏡，對描繪圖樣重疊決定不使用鏡的光罩圖樣，進行描繪處理(例如，參照專利文獻2)。在此，沿著掃描線預先量測各鏡投影區域的描繪點數(照射數)，生成光罩資料以縮小描繪點數的差異。

【先前技術文獻】

【專利文獻】

專利文獻1 特開2009-44060號公報

專利文獻2 特開2007-253380號公報

在固定透過光罩圖樣不使用之鏡等光調變元件時，若此設定的光調變元件的配置位置有偏移，單元尺寸內之照射位置(曝光點)也會產生偏移。若曝光點分佈不均而產生疏密區域，在圖樣邊緣部分會產生不規則突出的現象，導致圖樣解析度的降低。

因此，利用光罩圖樣進行曝光時，有必要進行多重曝光動作以使曝光點分佈不產生偏移。

本發明之曝光裝置包括：2維配置複數個光調變元件的光調變元件陣列；在對主掃描方向傾斜的狀態下，沿著主掃描方向對被描繪體相對移動上述光調變元件陣列之曝光區域的掃描部；基於圖樣資料生成對應至光柵資料的曝光資料的曝光資料生成部；生成決定曝光動作時不使用之光調變元件的光罩資料的光罩資料生成部；以及基於對應至曝光區域之位置的曝光資料與光罩資料控制上述複數個光調變元件以執行多重曝光動作的曝光控制部。

在本發明中，曝光動作時，上述光罩資料生成部基於對應至副掃描方向的列資料替代光罩資料的至少一部分。但是，在光調變元件陣列中，「列資料」代表投影沿著垂直於主掃描方向之副掃描方向的圖樣的光調變元件的排列方向所對應的資料。藉由列資料的替代，曝光區域通過描繪對象區域時，在單元尺寸位準中曝光點仍分散，光量分佈成為均一。

替代列資料的構成有多種，可為隨機列資料的替代、移位至隔壁列資料之位置。當固定沿著主掃描方向的不使用鏡的數目以進行曝光動作時，以及若考慮到資料的簡單替代處理，光罩資料生成部可循環移位上述光罩資料的至少一部分列資料。在此，「循環移位」代表依序1個1個將列資料移位至隔壁的同時將光罩資料其中一資料端之列資料移位至另一資料端的資料移動。

光罩資料生成部，可循環移位上述光罩資料的至少一部分列資料，在透過光罩資料不使用之光調變元件的分佈有偏移的情況下，可循環移位一部分列資料。光罩資料生成部，也可循環移位上述光罩資料的全體列資料，可更均化曝光點分佈。並且，光罩資料生成部，也可在每次曝光動作時進行循環移位，即使在曝光間距非常短的情況下，曝光點仍分散。

光罩資料生成部，將生成之光罩資料儲存於記憶體，並在從記憶體讀出光罩資料時可替代讀出位址。若決定初始光罩資料，藉由僅變更讀出位址號碼光罩資料的替代為可能的。

曝光資料生成部可生成分別對應至藉由對主掃描方向分割上述曝光區域而規定之複數個分割曝光區域的複數個分割曝光資料。若使記憶體每分割曝光領域地儲存光柵資料，可僅生成對應至前端之分割曝光領域的曝光資料，並依序將此曝光資料移位至其他分割曝光領域的記憶體。在此情況下，上述光罩資料生成部可生成分別對複數個分割曝光資料皆相同圖樣配置的分割光罩圖樣，並替代分割光罩圖樣的至少一部分。當如此使用前端之分割曝光領域的光罩資料時，雖然曝光點分佈的偏移容易產生，但藉由替代列資料可均一分散曝光點分佈。

本發明之曝光方法包括：在對主掃描方向傾斜的狀態下，沿著主掃描方向對被描繪體相對移動2維配置複數個光調變元件之光調變元件陣列的曝光區域；基於圖樣資料生成對應至光柵資料的曝光資料；生成決定曝光動作時不使用之光調變元件的光罩資料；以及基於對應至曝光區域之位置的曝光資料與光罩資料控制上述複數個光調變元件以執行多重曝光動作；其中，曝光動作時，基於對應至副掃描方向的列資料替代光罩資料的至少一部分。

根據本發明，曝光裝置中，可形成沒有曝光不均的圖樣。

10‧‧‧曝光裝置

18‧‧‧描繪平台

20‧‧‧DMD(光調變元件陣列)

21‧‧‧光源

24‧‧‧照明光學系統

26‧‧‧成像光學系統

30‧‧‧曝光頭

32‧‧‧系統控制器電路(光罩資料生成部)

34‧‧‧DMD驅動電路

36‧‧‧光柵轉換電路

37‧‧‧讀出位址控制電路(光罩資料生成部)

38A、38B、38C‧‧‧緩衝記憶體

42‧‧‧描繪平台控制電路

44‧‧‧驅動電路

46‧‧‧X-Y平台機構

48‧‧‧位置檢出感測器

50‧‧‧光罩記憶體

D1、D2、D3‧‧‧分割調變領域

DM‧‧‧微鏡

EA‧‧‧曝光區域

EA1~EA3‧‧‧分割曝光區域

ME‧‧‧光罩資料

MET‧‧‧最前端之列資料

P0~P4‧‧‧曝光位置

RS‧‧‧幅度

RT‧‧‧距離

S101~S105‧‧‧步驟

W‧‧‧基板

第1圖係本實施型態之曝光裝置的區塊圖。

第2圖係表示對於主掃描方向之曝光區域移動方向的圖。

第3圖係表示分割曝光領域以及分割曝光區域的圖。

第4圖係表示基於曝光區域分割之多重曝光過程的圖。

第5圖係表示透過光罩資料而成為不使用之微鏡的配置的圖。

第6圖係表示光罩資料之曝光動作維持中資料移位的圖。

第7A圖係表示光罩資料不循環移位之情況下1個單元內之曝光點分佈的圖。

第7B圖係表示光罩資料循環移位之情況下之曝光點分佈的圖。

第8圖係表示多重曝光處理之流程的圖。

以下參照圖式說明本發明之實施型態。

第1圖係本實施型態之曝光裝置的區塊圖。第2圖係表示對於主掃描方向之曝光區域移動方向的圖。第3圖係表示分割曝光領域以及分割曝光區域的圖。

曝光裝置10為藉由向光阻等感光材料形成於表面之基板W照射光以形成電路圖樣的無光罩曝光裝置，包括設有DMD(Digital Micro-mirror Device)20的曝光頭30。基板W係搭載於描繪平台18，在描繪平台18上，規定沿著主掃描方向(X方向)、副掃描方向(Y方向)的X-Y座標系。

曝光頭30除了DMD20還包括照明光學系統24以及成像光學系統26。從曝光裝置10所包括之光源21(雷射或放電燈泡等)放射的光藉由照明光學系統24導至DMD20。

DMD20，在此為將數μm~數十μm的微小矩形微鏡2維配置為矩陣狀的光調變裝置，例如，由1024×768的微鏡構成。各微鏡以將來自光源21之光束反射至基板W之曝光面方向的第1姿勢(ON狀態)與反射至曝光面外之方向的第2姿勢(OFF狀態)其中任一姿勢安置，姿勢係根據控制訊號(曝光資料)切換。

DMD20選擇性地ON/OFF控制各微鏡，ON狀態之微鏡上所反射的光，通過成像光學系統26，照射至基板W。因此，照射至基板W的光係由各微鏡選擇性地反射之光的光束構成，成為應形成於曝光面上之電路圖樣所對應的圖樣光。

在全部微鏡皆為ON狀態的情況下，於基板W上規定成為具有預定尺寸之矩形投影區域的曝光區域EA(參照第2圖)。舉例而言，在成像光學系統26的倍率為1倍的情況下，曝光區域的尺寸與DMD20的尺寸一致。

曝光頭30配置為使DMD20的曝光區域EA對掃描方向僅傾斜預定的微小角度α。因此，沿著主掃描方向配置的微鏡的微小投影區域的軌跡，係沿著副掃描方向僅位移微小距離。

關於曝光動作，為進行多重曝光，曝光間距(曝光動作時間間隔)係決定為使各微鏡的微小投影區域互相重疊。因此，藉由曝光區域EA以從主掃描方向僅位移微小角度α的方式移動，在1個微小投影區域(單元)內，曝光照射時的微小投影區域中心點(以下稱為曝光點)變成分散。因此，以單元尺寸以下的解析度形成圖樣。

隨著曝光區域EA沿著掃描方向在基板W上連續或間歇地相對移動，電路圖樣將沿著主掃描方向形成於基板W。當沿著1個掃描帶(band)的多重曝光動作完成從基板W一端至一端時，進行沿著下個掃描帶的多重曝光動作。藉由全體地曝光基板W，結束描繪處理。在描繪處理之後，施行顯像處理、蝕刻或者電鍍、光阻剝離處理等，製造形成電路圖樣的基板。

與外部工作站(未圖示)連接的系統控制器電路32，控制描繪處理，並輸出控制訊號至DMD驅動電路34、讀出位址控制電路37、描繪平台控制電路42等各電路。控制曝光動作的程式係預先儲存於系統控制器電路32內的ROM(未圖示)。

自工作站作為CAD/CAM資料傳送的圖樣資料為具有座標資料的向量資料，光柵轉換電路36將向量資料轉換為光柵資料。以1或0之二進位資料表示的光柵資料係決定各微鏡的位置為ON狀態或OFF狀態。所生成之光柵資料儲存於串聯連接的緩衝記憶體38A~38C。

如第3圖所示，在本實施型態中，藉由等分割曝光區域EA，規定3個分割曝光區域(分割曝光領域)EA1、EA2、EA3。分割曝光區域向主掃描方向以曝光區域EA1為首依序並列。DMD20對應於分割曝光區域EA1、EA2、EA3決定3個分割調變領域D1、D2、D3。各分割曝光區域在此對副掃描方向傾斜1像素並且曝光區域EA全體位移3像素。但是，1像素為1個微鏡DM的微小投影區域。

在緩衝記憶體38A、38B、38C中控制各分割調變領域D1、D2、D3之微鏡的光柵資料係作為曝光資料儲存。自工作站傳送的向量資料為僅對應至曝光區域EA1即DMD20之分割調變領域D1的資料，儲存於緩衝記憶體38A。然後，每次執行曝光動作時對應至新的分割調變領域D1的光柵資料係儲存於緩衝記憶體38A，更新光柵資料。

另一方面，緩衝記憶體38A、38B所儲存之光柵資料，與曝光動作一致地分別移位至緩衝記憶體38B、38C。緩衝記憶體38A、38B、38C所儲存之光柵資料與曝光動作一致地傳送至DMD驅動電路34。緩衝記憶體38A、38B、38C的光柵資料讀出、寫入時序係由讀出位址控制電路37控制。

描繪平台控制電路42輸出控制訊號至驅動電路44以控制X-Y平台機構46的移動。位置檢出感測器48藉由檢出描繪平台18的位置以檢出曝光區域EA的相對位置。系統控制器電路32基於透過描繪平台控制電路42檢出的曝光區域EA的相對位置控制DMD驅動電路34、讀出位址控制電路37等。設置於描繪平台邊端的光檢出部(未圖示)接受來自曝光頭30的照明光，並檢出沿著主掃描方向的各掃描線的曝光量。

DMD驅動電路34包括儲存DMD20之微鏡全體的光柵資料(曝光資料)的位元映像記憶體(bitmap memory)，基於二進位資料之光柵資料，選擇性地輸出控制訊號至DMD20。當對應至曝光區域EA之相對位置的光柵資料從緩衝記憶體38A、38B、38C輸入時，同步於與曝光時序一致的時脈脈衝訊號，微鏡之控制訊號作為描繪訊號輸出至DMD20。藉此，DMD的微鏡基於對應的光柵資料進行ON/OFF控制。

另一方面，系統控制器電路32生成決定與圖樣沒有關係而不使用(OFF狀態)之微鏡的光柵資料(以下稱為光罩資料)。所生成之光罩資料係儲存於由緩衝記憶體等構成的光罩記憶體50。曝光動作時由讀出位址控制電路37讀出，與自緩衝記憶體38A~38C輸出的光柵資料重合。

第4圖係表示基於曝光區域分割之多重曝光過程的圖。在此，將A、B、C之文字圖樣表示為描繪圖樣以代替電路圖樣。

在第4圖中，以邊框表示之描繪文字A、B、C分別代表圖樣形成之位置。在此的多重曝光動作，為簡化說明，係執行與曝光位置P2、P3、P4一致的曝光動作。意即，在一次的曝光動作中曝光區域EA的移動距離RT(曝光間距)係決定為三等分之曝光區域EA1、EA2、EA3各沿掃描方向的幅度RS。

當分割曝光區域EA1到達曝光位置P2時，儲存描繪文字「A」之光柵資料於緩衝記憶體38A。緩衝記憶體38B、38C中儲存使DMD20之分割調變領域D2、D3內之微鏡全部安置於OFF狀態的光柵資料。另外，由於曝光區域EA對掃描方向傾斜，在此，最先進入基板W的曝光區域EA頂點為曝光位置。

在分割曝光區域EA1接著僅移動距離RT並到達應圖樣形成文字「B」之曝光位置P3的情況下，分割曝光區域EA2到達曝光位置P2，到達應圖樣形成文字「A」之位置。為此，光柵轉換電路36中新生成的光柵資料，即對應至文字「B」的光柵資料，係儲存於緩衝記憶體38A。與此同時，原儲存於緩衝記憶體38A之對應至文字「A」的光柵資料係儲存於緩衝記憶體38B，原儲存於緩衝記憶體38B之光柵資料係儲存於緩衝記憶體38C。

在分割曝光區域EA1接著僅移動距離RT以到達應圖樣形成文字「C」之曝光位置P4的情況下(參照第7圖)，DMD20的分割調變領域D2到達應圖樣形成文字「B」之曝光位置P3，且分割調變領域D3到達應圖樣形成文字「A」之曝光位置P2。在此情況下，新生成之文字「C」的光柵資料係儲存於緩衝記憶體38A，原儲存於緩衝記憶體38A、38B之對應至文字「B」、「C」的光柵資料係分別儲存於緩衝記憶體38B、38C。

如此，當曝光區域EA1~EA3分別到達曝光位置時，應形成於為首之分割曝光區域EA1之曝光位置的圖樣所對應的光柵資料係基於向量資料形成，並儲存至緩衝記憶體38A。然後，讀出至此原儲存於緩衝記憶體38A、38B之光柵資料，分別傳送至緩衝記憶體38B、38C。另外，曝光間距並不限於此，也可用更短的曝光間距進行多重曝光。

對於光罩資料，與對應至圖樣的曝光資料相同，僅生成針對為首之分割曝光區域EA1的光罩資料。若所生成之光罩資料儲存於光罩記憶體50，對應於曝光區域EA2、EA3分別到達與曝光區域EA1相同之位置，從光罩記憶體50讀出相同的光罩資料。

第5圖係表示透過光罩資料而成為不使用之微鏡的配置的圖。但是，關於DMD20的微鏡配置，與第2圖不同。

在第5圖中，不使用(即變成OFF狀態)之微鏡係以白色表示，黑色的微鏡係基於圖樣資料設定為ON狀態或 OFF狀態。當對1個分割曝光區域EA1設定光罩資料時，其他分割曝光區域EA2、EA3也使用相同的光罩資料。

藉由在實際曝光動作前檢出曝光量分佈的偏移，各掃描線中白色之不使用之微鏡的數量設定為可行的。在此，預先將所有微鏡設為ON狀態下投影圖樣光，光檢出部隨著描繪平台18的移動接受圖樣光，算出1次掃描時各掃描線的總曝光量。然後，基於此時的曝光量分佈的偏移，決定不使用之微鏡。另外，在第5圖中，雖然不使用之微鏡的位置偏向周邊部分，但根據曝光動作環境也有多設定於中心部分的情況。

當利用光罩資料進行多重曝光動作時，DMD20之曝光區域EA通過時的某特定描繪領域的總曝光量，不因掃描線而有差異。意即，沿著副掃描方向之曝光量分佈為均一。儘管如此，當固定不使用之微鏡時，在某投影光投影對象領域中，會產生曝光次數的疏密。

在第5圖中，透過光罩資料而成為不使用之微鏡在沿著副掃描方向的兩端附近較多。為此，不使用之微鏡數較多部分的描繪領域中，曝光動作時的微小投影區域的中心即曝光點重複的部分與曝光點不存在的部分會混合。

當曝光區域EA通過後的單元內曝光點分佈產生偏移而變成不均一時，於曝光量不足之區域部分形成的圖樣邊緣會產生波紋現象。因此在本實施型態中，每次曝光動作時，每列資料地移位光罩資料，替換不使用之微鏡的位置。

第6圖係表示光罩資料之曝光動作維持中資料移位的圖。

在進行第1~第3次曝光動作的情況下，藉由第6圖所示的分割投影區域EA1的光罩資料ME，決定第1次的不使用鏡。在第2次曝光動作時，第1次曝光動作時的最前端之列資料MET係移位至最尾端，而其以外的列資料係向前端方向(主掃描方向)移位至隔壁。在第3次曝光動作時也同樣向前端側依序移位。藉由重複此，光罩資料ME的列資料移位以循環(以下稱為循環移位)。

第7A圖係表示光罩資料不循環移位之情況下1個單元內之曝光點分佈的圖。第7B圖係表示光罩資料循環移位之情況下之曝光點分佈的圖。另外，對於在相同地方曝光點重複的點(spot)，放大描畫曝光點。

比較第7A圖與第7B圖可知道，當光罩資料循環移位時，單元領域內的曝光點變得分散，其相較於疏密顯著的沒有移位的曝光點分佈，並沒有偏移。因此，單元內曝光量沒有變異，圖樣邊緣部分也可形成穩定的線。

另一方面，如此的光罩資料循環移位，由於沿著主掃描方向的不使用鏡的總數為固定不變，各掃描線的總曝光量實質上沒有變化，沿著副掃描方向的曝光量分佈與沒有循環移位的情況有相同的一致分佈。

第8圖係表示多重曝光處理之流程的圖。

當檢出曝光區域的位置而判斷到達曝光位置時(S101、S102)，從對應至前端側之分割曝光區域的緩衝記憶體38A讀出光柵資料同時將緩衝記憶體38A、緩衝記憶體38B所儲存的光柵資料分別傳送至緩衝記憶體38B、緩衝記憶體 38C(S103)。此時，光柵資料係與微小角度α一致地沿著副掃描方向補償。

另一方面，與從緩衝記憶體38B讀出光柵資料一致，從光罩記憶體50讀出循環移位僅1列之列資料的光罩資料(S105)。具體而言，讀出位址控制電路37移位資料讀出時的位址順序。所讀出之光罩資料，輸出自緩衝記憶體38A、38B、38C的光柵資料，藉由與光罩資料邏輯及(logical AND)而修正，對應至光罩資料之位址位置的微鏡(不使用鏡)設定為與圖樣沒有關係的OFF狀態。

如此一來，藉由本實施型態，在包括DMD20的曝光裝置中，對曝光區域EA規定複數個分割曝光領域EA1~EA3，前端之分割曝光領域EA1的曝光資料在儲存於緩衝記憶體38A後，對應於曝光動作依序移位至緩衝記憶體38B、38C並進行多重曝光動作。並且，若生成光罩資料並儲存於光罩記憶體50，每次曝光動作時，變更針對光罩記憶體50的讀出位址以每列資料地循環移位光罩資料。在基於分割曝光區域之多重曝光動作的情況下，雖然1個分割區域的光罩資料係對其他分割曝光區域移轉，但藉由循環移位曝光點分佈沒有偏移。

另外，資料移位並不限定於至隔壁列資料的移位，也可以是預定數量之列的移位。此外，在使曝光點分佈沒有偏移的條件下，也可僅循環移位光罩資料的一部分。另一方面，沒有循環移位，隨機移位也是可能的。

上述光罩資料的每列資料的替代並不限定於基於分割曝光區域的多重曝光動作，對於針對一般DMD全體決定的光罩資料，也可與曝光動作一致地每列地替代資料。在此情況下，也可改善相鄰掃描帶附近的曝光點分佈。

ME‧‧‧光罩資料

MET‧‧‧最前端之列資料

Claims

一種曝光裝置，包括：2維配置複數個光調變元件的光調變元件陣列；在對主掃描方向傾斜的狀態下，沿著主掃描方向對被描繪體相對移動上述光調變元件陣列之曝光區域的掃描部；基於圖樣資料生成對應至光柵資料的曝光資料的曝光資料生成部；生成決定曝光動作時不使用之光調變元件的光罩資料的光罩資料生成部；以及基於對應至曝光區域之位置的曝光資料與光罩資料控制上述複數個光調變元件以執行多重曝光動作的曝光控制部；其特徵為：曝光動作時，上述光罩資料生成部基於對應至副掃描方向的列資料替代光罩資料的至少一部分。
如申請專利範圍第1項所述之曝光裝置，其中上述光罩資料生成部循環移位上述光罩資料的至少一部分列資料。
如申請專利範圍第2項所述之曝光裝置，其中上述光罩資料生成部循環移位上述光罩資料的全體列資料。
如申請專利範圍第2至3項中任一項所述之曝光裝置，其中上述光罩資料生成部在每次曝光動作時循環移位上述光罩資料的至少一部分列資料或全體列資料。
如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之曝光裝置，其中：上述光罩資料生成部將生成之光罩資料儲存於記憶體；上述光罩資料生成部在從上述記憶體讀出光罩資料時替代讀出位址。
如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之曝光裝置，其中：上述曝光資料生成部生成分別對應至藉由對主掃描方向分割上述曝光區域而規定之複數個分割曝光區域的複數個分割曝光資料；上述光罩資料生成部生成分別對複數個分割曝光資料相同圖樣配置的分割光罩圖樣，並替代分割光罩圖樣的至少一部分。
一種曝光方法，包括：在對主掃描方向傾斜的狀態下，沿著主掃描方向對被描繪體相對移動2維配置複數個光調變元件之光調變元件陣列的曝光區域；基於圖樣資料生成對應至光柵資料的曝光資料；生成決定曝光動作時不使用之光調變元件的光罩資料；以及基於對應至曝光區域之位置的曝光資料與光罩資料控制上述複數個光調變元件以執行多重曝光動作；其中，曝光動作時，基於對應至副掃描方向的列資料替代光罩資料的至少一部分。