TWI716936B - 描繪裝置以及描繪方法 - Google Patents

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吉田充宏
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日商斯庫林集團股份有限公司
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/20Exposure; Apparatus therefor

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Abstract

本發明之描繪裝置係將收斂光束照射於基板來進行描繪,即便是在基板表面位置暫時無法檢測出的情況下仍能適當地控制光束之收斂位置。本發明之描繪裝置100係交替地重複進行主掃描移動以及副掃描移動且為了調整光束之收斂位置而在記憶部99記憶有從控制部90提供給聚焦驅動部442的聚焦調整量Vf之履歷,前述主掃描移動係使光束之入射位置沿著預定之掃描方向從基板之一端往另一端移動,前述副掃描移動係使光束之入射位置朝向與掃描方向正交的方向僅移動預定間距。在執行主掃描移動中已發生檢測錯誤時的控制指令中之聚焦調整量Vf係基於已記憶於記憶部99的履歷而決定。

Description

描繪裝置以及描繪方法
本發明係關於一種將收斂光束(convergent light beam)照射於基板來進行描繪的描繪裝置之控制,特別是關於一種光束的收斂位置之控制。
例如作為在半導體晶圓(wafer)以及玻璃基板(glass substrate)等的基板形成圖案(pattern)的方法係有藉由光照射來進行描繪的技術。在該技術中係使已形成感光層的基板作為描繪對象物且使基於描繪資料(data)所調變後的光照射於描繪對象物來使感光層曝光。作為進行如此之光調變用的光學調變器係可以較佳地應用空間光調變元件。例如在本案申請人先前所揭露的日本特開2015-066869號公報(專利文獻1)所記載的描繪裝置中,使線束光(line beam light)入射於空間光調變元件且對空間光調變元件之可動帶構件(movable ribbon member)施加基於描繪資料的控制電壓,藉此來調變藉由空間光調變元件所致的反射光。藉由使如此所調變後的反射光在光學系統收斂且作為收斂光束入射於作為描繪對象物的基板來進行描繪。 在該先前技術中係為了不受基板表面高度之變化等變動主因影響地將光束之收斂位置維持於基板表面而具備有自動對焦(auto focus)機構。自動對焦機構係從使入射於基板表面的光之反射光的受光位置檢測基板表面位置,且依照前述檢測結果使聚焦透鏡(focusing lens)上下移動。藉此,光束就能始終收斂在基板之表面位置。
[發明所欲解決之課題] 在如上述的自動對焦機構中,有時可能暫時無法發揮光學位置檢測的功能。例如光之反射方向由於基板上所設置之凹口等的段差部或已附著於基板的異物而改變係有可能是造成暫時無法發揮光學位置檢測之功能的原因之一。然而,在上述先前技術中一直未編入相對於該問題的對策。 [用以解決課題的手段] 本發明係有鑑於上述課題而開發完成,其目的在於提供一種在將收斂光束照射於基板來進行描繪的描繪裝置中,即便是在基板表面位置暫時無法檢測出的情況下仍可以適當地控制光束之收斂位置的技術。 為了達成上述目的,本發明的描繪裝置之一態樣係具備:載台(stage),係能夠將基板載置於水平姿勢;繪圖頭(plotting head),係將收斂光束照射於前述基板之表面來進行描繪;掃描移動部,係使前述載台與前述繪圖頭相對地移動以在前述基板表面掃描前述光束之入射位置;檢測部,係光學檢測前述光束所入射的前述基板之表面位置;聚焦調整部,係將前述光束之收斂位置調整於光軸方向;控制部,係基於前述檢測部之檢測結果來將指定前述收斂位置之調整量的控制指令提供給前述聚焦調整部;以及記憶部,係記憶前述調整量之履歷;前述掃描移動部係交替地重複進行主掃描移動以及副掃描移動,前述主掃描移動係使前述光束之入射位置沿著預定之掃描方向從前述基板之一端往另一端移動,前述副掃描移動係使前述光束之入射位置朝向與前述掃描方向正交的方向僅移動預定間距(pitch);在執行前述主掃描移動中已發生前述檢測部之檢測錯誤(error)時,前述控制部係基於已記憶於前述記憶部的履歷而決定前述控制指令中的前述調整量。 又,本發明的描繪方法之一態樣,係使已將基板載置於水平姿勢的載台、與將收斂光束照射於前述基板之表面來進行描繪的繪圖頭相對地移動,以在前述基板表面掃描前述光束之入射位置並描繪於前述基板,為了達成上述目的而具備:光學檢測前述光束所入射的前述基板之表面位置的工序;基於前述表面位置之檢測結果來求出前述收斂位置之調整量的工序;依照前述調整量而將前述光束之收斂位置調整於光軸方向的工序;以及記憶前述調整量之履歷的工序;在前述表面位置之檢測結果為正常時,以所檢測出的前述基板之表面位置與前述收斂位置成為相同的方式來決定前述調整量;另一方面,在已發生前述表面位置之檢測錯誤時,基於所記憶的前述履歷而決定前述調整量。 在以此方式所構成的發明中係記憶有已基於基板之表面位置的檢測結果而決定的光束收斂位置之調整量的履歷。藉由使用前述資訊,即便是在表面位置之檢測中暫時發生了錯誤的情況下仍可以從現在的掃描位置周邊之過去的控制結果來決定現在的調整量。基板表面係起因於內建於前述基板表面的電子元件之構造以及附著於表面的異物等而具有微小的凹凸。但是,描繪裝置所應追隨的位置變動,例如是比起因於基板之翹曲等所發生的還緩慢。因此,藉由來自周邊之控制結果的類推來決定現在的調整量之方法係具有充分的實用性。 [發明功效] 如上所述,依據本發明,則在將收斂光束照射於基板來進行描繪的描繪裝置中已發生基板之表面位置的檢測錯誤之情況下,能以基於周邊位置之過去的控制結果所求出的調整量來調整收斂位置。因此,即便是在暫時無法檢測出基板之表面位置的情況下仍可以適當地控制光束之收斂位置。 本發明之前面所述以及其他的目的與新的特徵係只要一邊參照所附圖式一邊閱讀如下的詳細說明就可更完全明白。但是,圖式係專做解說用而非限定本發明之範圍。
圖1係示意性地顯示本發明的描繪裝置之概略構成的前視圖。在以下的各個圖式中係為了統一顯示方向而以圖1所顯示的方式設定XYZ正交座標。在此,XY平面係表示水平面,Z方向係表示鉛直方向。更具體而言,(-Z)方向是表示鉛直向下方向。又,藉由θ軸來表示繞Z軸的旋轉方向。 描繪裝置100係將光照射於形成有阻劑(resist)等感光材料之層的基板W之上表面並描繪圖案的裝置。再者,作為基板W係能夠應用於半導體基板、印刷基板(printed substrate)、彩色濾光片(color filter)用基板、液晶顯示裝置或電漿(plasma)顯示裝置中所具備的平板顯示器(flat panel display)用玻璃基板(glass substrate)、光碟(optical disk)用基板等的各種基板。在圖示例中係在已形成於圓形的半導體基板之上表面的下層圖案重複描繪上層圖案。 描繪裝置100之構成係具有:本體內部,係藉由在由本體框架(frame)101所構成的骨架之頂板面以及周圍面安裝有蓋板(cover panel)(省略圖示)所形成;以及本體外部,係本體框架101之外側,且在此等本體內部和本體外部配置有各種的構成要素。 描繪裝置100之本體內部係被區分成處理區域102和遞送區域103。在此等區域當中的處理區域102係主要配置有載台10、載台移動機構20、光學單元U以及對準單元(alignment unit)60。另一方面,在遞送區域103係配置有進行基板W相對於處理區域102之搬出搬入的搬運機器人(robot)等的搬運裝置70。 又,在描繪裝置100之本體外部係配置有將照明光供給至對準單元60的照明單元61。又,在描繪裝置100之本體係配置有與描繪裝置100所具備之裝置各部電性連接並控制此等各部之動作的控制部90。 在描繪裝置100之本體外部且與遞送區域103鄰接的位置係配置有用以載置片匣(cassette)C的片匣載置部104。與片匣載置部104相對應而被配置於本體內部之遞送區域103的搬運裝置70係取出已被載置於片匣載置部104之片匣C中所收容的未處理之基板W並搬入(裝載(loading))至處理區域102。又,從處理區域102搬出(卸載(unloading))處理完成的基板W並收容於片匣C。片匣C之相對於片匣載置部104之遞送係藉由未圖示的外部搬運裝置所進行。前述未處理基板W的裝載處理以及處理完成基板W的卸載處理係藉由搬運裝置70依照來自控制部90的指示而動作來進行。 載台10係具有平板狀之外形且將基板W以水平姿勢載置於前述載台10之上表面並保持的保持部。在載台10之上表面係形成有複數個吸引孔(省略圖示)。藉由對前述吸引孔賦予負壓(吸引壓力)就可以將已載置於載台10上的基板W固定保持於載台10之上表面。然後,載台10係能藉由載台移動機構20而移動。 載台移動機構20係使載台10朝向主掃描方向(Y軸方向)、副掃描方向(X軸方向)以及旋轉方向(繞Z軸之旋轉方向(θ軸方向))移動的機構。載台移動機構20係具備:底板(base plate)24,係支撐將載台10支撐成能夠旋轉的支撐板22;副掃描機構23,係使支撐板22朝向副掃描方向移動;以及主掃描機構25,係使底板24朝向主掃描方向移動。副掃描機構23以及主掃描機構25係依照來自控制部90的指示而使載台10移動。 對準單元60係拍攝已形成於基板W之上表面之未圖示的對準標記(alignment mark)。對準單元60係具備:對準攝影機 (alignment camera)601,前述對準攝影機601具有鏡筒、物鏡(objective lens)以及CCD(Charge Coupled Device;電荷耦合元件)影像感測器(image sensor)。對準攝影機601所具備的CCD影像感測器,例如是藉由區域影像感測器(二維影像感測器)所構成。又,對準單元60係藉由未圖示的升降機構而支撐成能夠在預定之範圍內升降。 照明單元61係透過光纖(fiber)611來與鏡筒連接且對對準單元60供給照明用的光。藉由從照明單元61延伸之光纖611所導引的光係透過對準攝影機601之鏡筒而導引至基板W之上表面,前述光之反射光係透過物鏡而由CCD影像感測器所受光。藉此,基板W之上表面會被拍攝並可取得拍攝資料。對準攝影機601係與控制部90之未圖示的影像處理部電性連接,且依照來自控制部90之指示取得拍攝資料,並將已取得的拍攝資料發送至控制部90。 控制部90係基於從對準攝影機601所提供的拍攝資料而進行對準處理。對準處理係檢測已設置於基板W之基準位置的基準標記並定位光學單元U與基板W之相對位置的處理。然後,藉由將從光學單元U依照描繪圖案所調變後的雷射光照射於基板W之預定位置來進行圖案描繪。 光學單元U係具備沿著X軸方向排列有二台光學頭4之概略構成,前述光學頭4係基於與描繪圖案對應的分割資料(strip data)而調變雷射光。再者,光學頭4之台數係未被限於此。又,由於該些光學頭4係相互地具備同樣的構成,所以以下係針對與一台光學頭4相關聯的構成進行說明。 在光學單元U係設置有對光學頭4照射雷射光的光照射部5。光照射部5係具有:雷射驅動部51、雷射振盪器52以及照明光學系統53。然後,藉由雷射驅動部51之作動從雷射振盪器52所射出的雷射光係可透過照明光學系統53而往光學頭4照射。光學頭4係藉由空間光調變器來調變從光照射部5所照射來的雷射光,並對在光學頭4之正下方移動的基板W垂直照射。藉此,可對已形成於未處理之基板W的下層圖案重複曝光上層圖案(描繪圖案)。 圖2係示意性地顯示光學頭所具備的詳細構成之一例的示意圖。如圖2所示,在光學頭4中係設置有具有繞射光學元件410的空間光調變器41。具體而言,空間光調變器41係安裝於朝向上下方向(Z方向)延伸設置於光學頭4的支柱400之上部,且在使繞射光學元件410之反射面轉向下方的狀態下透過可動載台414而支撐於支柱400。 在光學頭4中,繞射光學元件410係使前述繞射光學元件410之反射面的法線傾斜於光軸OA所配置。從照明光學系統53所射出來的光係通過支柱400之開口而入射於鏡片(mirror)42且藉由鏡片42反射之後照射於繞射光學元件410。然後,繞射光學元件410的各個通道(channel)之狀態係依照描繪資料且藉由控制部90所切換並調變已入射於繞射光學元件410的雷射光。 從繞射光學元件410作為零次繞射光所反射來的雷射束光(laser beam light)係往投影光學系統43之透鏡入射。另一方面,從繞射光學元件410作為一次以上的繞射光所反射來的雷射光係不往投影光學系統43之透鏡入射。換句話說,基本上是構成為僅有在繞射光學元件410所反射來的零次繞射光會往投影光學系統43入射。 已通過投影光學系統43之透鏡的光係藉由聚焦透鏡(focusing lens)441所收斂並作為收斂光束以預定之倍率往基板W上導引。前述聚焦透鏡441係安裝於聚焦驅動機構442。然後,聚焦驅動機構442係依照來自控制部90的控制指令使聚焦透鏡441沿著鉛直方向(Z軸方向)升降,藉此可使從聚焦透鏡441所射出來的束射光之收斂位置調整於基板上表面Ws。 在光學頭4之框體下部係設置有具有作為自動對焦機構45之功能的照射部451和受光部452。照射部451係使已從由雷射二極體(LD:Laser Diode)所構成的光源射出的光斜向照射於基板上表面Ws。受光部452係由CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor;互補式金屬氧化物半導體)感測器以及CCD(charge coupled device;電荷耦合元件)感測器等的固態攝像元件所構成,且檢測來自基板上表面Ws的反射光。控制部90係根據受光部452之檢測結果來檢測Z方向上的基板上表面Ws之位置,換句話說檢測光學頭4與基板上表面Ws之間的距離。 如圖式中之實線箭頭所示,在基板上表面Ws遠離光學頭4時、或是如虛線箭頭所示在基板上表面Ws已接近光學頭4時,來自基板上表面Ws的反射光之光路徑是分別朝向以實線箭頭以及虛線箭頭所示的方向變化。隨之,受光部452之各個受光位置中的受光量亦會變動。從而,受光部452中的受光量之峰值(peak)位置也會分別如以實線箭頭以及虛線箭頭所示地變化。控制部90係利用此而檢測光學頭4與基板上表面Ws之距離。然後,控制部90係依照檢測距離來使聚焦驅動機構442動作並使聚焦透鏡441上下移動。藉由如此來使聚焦透鏡441之焦點一致於基板上表面Ws以將雷射光之收斂位置準確地調整(自動對焦)於基板上表面Ws。 圖3A以及圖3B係顯示聚焦驅動機構之動作的示意圖。如圖3A所示,聚焦驅動機構442係依照包含從控制部90所提供之聚焦調整量Vf的控制指令來使聚焦透鏡441朝向Z方向升降。例如,即便基板上表面Ws之Z方向位置Zs已藉由基板W之翹曲而變動,聚焦驅動機構442仍會以追隨前述變動的方式來使聚焦透鏡441之Z方向位置Zf變化。藉此,能調整聚焦透鏡441之焦點FP始終位於基板上表面Ws。 如圖3B所示,聚焦透鏡441之Z方向位置Zf係藉由從控制部90提供給聚焦驅動機構442的聚焦調整量Vf所決定。換言之,藉由從控制部90對聚焦驅動機構442提供包含聚焦調整量Vf的控制指令,聚焦透鏡441就可定位於與聚焦調整量Vf相應的Z方向位置Zf。在此例中,聚焦透鏡441之Z方向位置Zf係相對於聚焦調整量Vf做線性變化。再者,若聚焦調整量Vf與聚焦透鏡441之Z方向位置Zf處於一對一關係,則其等聚焦調整量Vf與聚焦透鏡441之Z方向位置Zf的關係亦可不一定是線性。 圖4係顯示前述描繪裝置之控制系統的方塊圖。在控制部90中,藉由未圖示的CPU執行已事先記憶於記憶部99的控制程式、或是藉由專用硬體(hardware)就可實現以下的各個功能方塊91至96。照明控制部91係控制光學單元U之光照射部5來使束射光射出。描繪控制部92係基於已記憶於記憶部99的描繪配方(recipe)來控制驅動器(driver)921,且使控制電壓從驅動器921施加於繞射光學元件410並對應於所應描繪的圖案來調變束射光。 聚焦控制部95係掌管自動對焦動作。具體而言,聚焦控制部95係基於來自自動對焦機構45的受光部452之輸出來檢測基板上表面Ws之位置,且從前述結果來算出為了使收斂光束之焦點FP一致於基板上表面Ws所需的聚焦調整量Vf,且發送至聚焦驅動機構442。載台控制部94係控制載台移動機構20以使載台10對光學頭4相對移動。對準控制部93係基於從對準單元60之對準攝影機601所輸出的影像資料來執行對準處理。 入射位置控制部96係依需要而執行入射位置調整處理。入射位置調整處理係基於來自觀察光學系統80的輸出信號而使空間光調變器41的可動載台414作動並使入射於繞射光學元件410的線束光之位置最佳化的處理,前述觀察光學系統80係被設置於載台10之側方且計測來自光學頭4的光束之入射方向。再者,有關入射位置調整處理以及自動對焦調整、對準調整等之具體的方法,例如能夠應用專利文獻1所記載的內容。 其次,針對如以上所構成的描繪裝置100之動作加以說明。如前面所述,前述描繪裝置100係能夠對各種基板進行藉由曝光所為的描繪。在此,作為基板之一例係採納在大致圓形之半導體基板配置有二維矩陣的複數個半導體裝置區域且說明對前述基板進行描繪時的描繪動作。 圖5A以及圖5B係顯示作為描繪對象物的基板之構成例的示意圖。如圖5A所示,基板W係具有大致圓形之外形且在基板上表面Ws配置有二維矩陣之分別為大致矩形的複數個裝置區域R。前述描繪裝置100係在各個裝置區域R以預定之描繪圖案進行描繪來作為在各個裝置區域R製造半導體裝置的製程之一部分。在各個裝置區域R所描繪的圖案為相同。從而,描繪裝置100係將與事先所提供之描繪資料相應的描繪圖案依順序描繪於各個裝置區域R。此時,使被載置於載台10的基板W與光學頭4相對地水平移動,換句話說掃描移動, 藉此依次變更藉由光學頭4所為的基板上表面Ws之描繪位置。 圖5B係顯示掃描移動的路徑之一例的示意圖。再者,在此係將基板W與光學頭4之相對移動當作來自光學頭4之光入射於基板W的描繪位置相對於基板W移動來說明。但是實際上如同前述,可藉由已載置基板W的載台10朝向XY方向移動來實現掃描移動。在前述描繪動作中,在圖5B中與基板W之左下相當的位置係被作為描繪開始位置Ps。然後,如以點線箭頭所示,首先描繪位置朝向(+Y)方向移動。當描繪位置進行至基板W之左上端部時,描繪位置就朝向(+X)方向僅移動預定間距Px。然後,其次使移動方向往(-Y) 方向反轉並當來到基板W之圖中的下端、換句話說當來到(-Y)側端部時,就再次使描繪位置朝向(+X)方向僅移動預定間距Px且再度進行往(+X)方向之移動。 如此,基板W與光學頭4之相對移動係成為交替地組合往(+Y)方向或(-Y)方向之掃描移動、與往(+X)方向之間距進給移動。最終,只要描繪位置到達與基板W之右下相當的位置就結束掃描移動。以下,將往描繪位置之Y方向的移動稱為「主掃描移動」,將Y方向稱為「主掃描方向」。又,將往描繪位置之X方向的間距進給稱為「副掃描移動」,將X方向稱為「副掃描方向」。 圖6A至圖6C係說明聚焦控制中的問題點之示意圖。在執行如上述之描繪用的掃描移動中,光束之收斂位置係有必要始終一致於基板上表面Ws。然而,如圖6A所示,例如基板上表面Ws之位置會起因於基板W之翹曲而朝向Z方向變動。因此,收斂光束之收斂位置亦有必要使之與基板上表面Ws之變動連動並上下移動。 雖然前述描繪裝置100之自動對焦動作係可以回應如此的要求,但是可能有的情況前述自動對焦動作會暫時失去功能。例如如圖6B所示,有時異物A會附著於基板上表面Ws。藉此,從自動對焦機構45之照射部451照射於基板上表面Ws的光會被遮蔽或反射方向會被改變,藉此有的情況會使受光部452無法正確地受光。又,如圖6C所示,有時從照射部451經由基板上表面Ws往受光部452的光路徑會因為如已設置於基板上表面的凹口B的段差而被遮蔽。 當往受光部452的光入射因為如此的理由而被遮斷或是被散射時,就不可能進行藉由自動對焦機構45所為的基板上表面Ws之位置檢測,結果自動對焦動作變得不具功能。相對於此問題,在本實施形態的描繪裝置100中係進行了以下的對應。具體而言,為了能夠例外地處理無法進行位置檢測的情況,係在受光部452已變得無法接收來自基板W的反射光時、或是已發生超過預定之變化量的受光位置之急劇變化時,將會被當作自動對焦機構45之檢測錯誤來處理。 如圖6A所示, 起因於基板W之翹曲等所引起的Z方向上的基板上表面Ws之位置變動,例如是比聚焦調整動作中的水平方向以及鉛直方向之分解能力還比較緩和的。因此,在普通的動作中係可認為不太有需要使光束之收斂位置急劇地變化。換言之,某個描繪位置中的光束之收斂位置係與前述某個描繪位置之周邊位置上的收斂位置沒有大幅差異。從而,只要記錄有關周邊位置上的收斂位置之調整的履歷,就能夠從前述履歷所記錄的資訊中某程度地推定現在之描繪位置中的光束之收斂位置。 在本實施形態中係基於前述原理來進行已發生自動對焦機構45之檢測錯誤時的聚焦調整。具體而言,為了光束之收斂位置的設定而事先將從控制部90提供給聚焦驅動機構442的聚焦調整量Vf記憶保存於記憶部99一定期間。然後,在基板位置檢測中已發生檢測錯誤的情況下,基於記憶部99所記憶的聚焦調整量Vf之履歷來導出現在時間點的聚焦調整量Vf。 圖7係例示從過去之履歷求出現在的聚焦調整量 時之想法的示意圖。如圖式之點線箭頭所示,描繪位置係相對於基板上表面Ws一邊使X方向位置以一定間距Px變化一邊朝向作為主掃描方向的Y方向往復移動。從而,在X方向上,往基板W之掃描係朝向(+X)方向行進。又,Y方向上的掃描之行進方向係在描繪位置朝向(+Y)方向移動的態樣中是指(+Y)方向,在朝向(-Y)方向移動的態樣中是指(-Y)方向。在如此的掃描移動之行進方向上從現在的描繪位置Pe觀察係能夠使用後方側(上游側)的聚焦調整量Vf之設定值來決定現在位置Pe上的聚焦調整量Vf。 例如如圖7之箭頭Ay所示,在從沿著Y方向的履歷決定現在的聚焦調整量Vf之情況下,可以將現在的主掃描移動中直至現在位置Pe為止的聚焦調整量Vf之推移作為履歷來使用。亦即,作為在今後也繼續現在為止的聚焦調整量Vf之推移係可以從聚焦調整量Vf之變化藉由外插捕入來調整現在的聚焦調整量Vf。 又,如圖7之箭頭Ax所示,從沿著X方向的履歷決定現在的聚焦調整量Vf之方法係可以如下。可以基於在作為主掃描方向的Y方向上與現在的描繪位置Pe相同位置且在作為副掃描方向的X方向上比現在的描繪位置Pe更靠(-X)側之位置中的聚焦調整量Vf之實際值且藉由推定法來求出現在的調整量Vf。只要此等的位置之描繪係已結束,且使描繪時所應用的聚焦調整量Vf事先記憶於記憶部99,就可以讀取前述描繪時所應用的聚焦調整量Vf並求出現在的聚焦調整量Vf。 圖8A至圖8C係說明具體的聚焦調整量之導出方法的原理圖。圖8A係使用Y方向之履歷的方法之例。在往作為主掃描方向的Y方向之掃描移動中係以一定的控制週期檢測出基板上表面Ws之Z方向位置,且以此為基礎而決定聚焦調整量Vf。從而,如圖8A之實線所示,在Y方向上係能以與一控制週期中之掃描移動量對應的一定之間距Py依順序地更新聚焦調整量Vf,且能依此定期地變更聚焦透鏡411之Z方向位置。 假設在圖式之圓圈符號所示的位置已發生自動對焦機構45之檢測錯誤。當如此時,之後就不可能基於位置檢測結果來算出聚焦調整量Vf。於是,如以點線所示,會以直到之前的聚焦調整量Vf之增減在原狀態下延長的方式來決定聚焦調整量Vf。 圖8B係顯示使用X方向之履歷的方法之例的示意圖,具體而言是對當時的X方向位置描繪出Y方向上的描繪位置與現在位置Pe相同時的聚焦調整量Vf的示意圖。因在X方向上係執行預定間距Px之間距進給故而聚焦調整量Vf之變化間距亦成為與前述間距Px相同。在此情況下亦假設在圓圈符號之位置發生了檢測錯誤。在之後的主掃描移動中係以維持前次為止之主掃描移動中的聚焦調整量Vf當中之Y方向位置與現在位置Pe相同所示的變化之方式來決定之後的掃描移動中之聚焦調整量Vf。 如此一來,相對於如基板W之翹曲之頻率成分較低的變動主因,可以從過去的變化實際值類推基板上表面Ws之Z方向位置的變動。為了追隨此而能夠藉由使聚焦透鏡441上下移動來將光束之收斂位置維持於基板上表面Ws。 又,亦可基於X方向之履歷與Y方向之履歷來決定現在的聚焦調整量Vf。亦即,亦可對分別從上面所述的X方向以及Y方向之履歷所求出的聚焦調整量進行適當的運算並導出現在的聚焦調整量Vf。又,從使往X方向之履歷與往Y方向之履歷反映的觀點來看亦能夠使用如下的方法。 如圖8C所示,前述方法係指將檢測錯誤發生後的聚焦調整量Vf作為具有與前次之主掃描移動中的聚焦調整量Vf之變化相同的變化。在圖8C中,折線A係表示現在之主掃描移動中的聚焦調整量Vf之推移。又,折線B係表示前次之主掃描移動中的聚焦調整量Vf之推移,換句話說是表示比現在之X方向位置更以間距Px偏靠(-X)方向側位置之主掃描移動中的聚焦調整量Vf之推移。如圖式所示,連續的二次之主掃描移動中的聚焦調整量Vf之設定值係顯示雖然非為完全相同但是比較類似的變化。根據此,即便是在以圓圈符號所示的檢測錯誤之後仍會作為以與前次之主掃描移動中的聚焦調整量Vf之推移相同的方式來推移並決定聚焦調整量Vf。 此時,就檢測錯誤發生以前而言係將現在之主掃描移動中的聚焦控制之結果假設為正確的。亦即,就前述時間點的聚焦調整量Vf之值而言係在原狀態下作為確定值來使用,就從此以後而言並非是應用前次之主掃描移動中的聚焦調整量Vf之絕對值而是僅應用變化量來決定聚焦調整量Vf。即便如此仍可使用X方向以及Y方向上的履歷之雙方來決定現在之聚焦調整量Vf。從而,與前次之主掃描移動中的聚焦調整量雖然並不一定要成相同值但是其變化相等。 再者,如本實施形態般,在交替地進行(+Y)方向之主掃描移動與(-Y)方向之主掃描移動的態樣中係有必要留意:沿著時間序列所求出的聚焦調整量Vf之值的排列係在空間上顯示相反方向上的聚焦調整量Vf之變化。 以下,針對藉由已編入基於上述原理之聚焦控制的本實施形態之描繪裝置100所為的描繪動作之具體的內容來加以說明。前述描繪動作係藉由控制部90執行事先準備的控制程式且使裝置各部執行預定之動作所實現。 圖9係顯示藉由前述描繪裝置所為之描繪動作的流程圖。在描繪動作中,首先是進行表示應描繪之內容的描繪配方之取得(步驟S101)、以及從作為描繪對象物的未處理基板W之片匣C往載台10之搬入(步驟S102)。描繪配方係記憶保存於記憶部99。其次,藉由對準單元60來進行使基板W與光學頭4之相對位置一致的對準處理(步驟S103)。藉此,可使往基板W之圖案描繪位置精密地一致。 然後,描繪控制部92係基於描繪配方來準備描繪資料(步驟S104)。將前述描繪資料提供給光學頭4之空間光調變器41並一邊調變光束一邊照射於基板W,藉此來進行圖案之描繪處理(步驟S105)。當描繪處理結束時,處理完成的基板W就從載台10搬出且收容於片匣C(步驟S106)。依照需要重複上述處理,藉此就可以對複數個基板W依順序進行描繪。 圖10係顯示描繪處理的流程圖。最初, 裝置各部被初始化成預定之初始狀態(步驟S201)。接著,開始藉由自動對焦機構45所為的聚焦控制、和藉由載台移動機構20所為的基板W往Y方向之掃描移動(步驟S202)。有關聚焦控制處理之詳細內容將於後述。 在前述時間點的掃描移動係不伴同來自光學頭4的光束之照射之所謂預掃描(prescan)的預備掃描(步驟S203)。在預掃描中係不進行載台10往X方向之移動,而是進行從Y方向上的基板W之一端至另一端的掃描移動。此時,執行藉由自動對焦機構45所為的聚焦控制動作。藉由如此就可從描繪之初始階段取得用以使光束之收斂位置一致於基板上表面Ws的基本資訊。 為了此目的,預掃描較期望是在實際之描繪中與最初之主掃描移動所進行的位置相同之位置進行。藉由如此,不僅可以取得上面所述的資訊,還能夠使從預掃描至描繪用之主掃描移動為止之間的基板W與光學頭4之相對移動的量成為最小限且縮短處理時間。 預掃描結束之後,相對於基板W的光學頭4係被定位於預定之描繪開始位置(步驟S204)。例如可以將圖5B所示的位置Ps設為描繪開始位置。只要事先使描繪開始位置成為與預掃描結束時的光學頭4之位置相同就不需要在預掃描結束之後進行光學頭4與載台10之間的移動。 當光學頭4相對於載台10上之基板W而被定位於描繪開始位置時就會開始描繪(步驟S205)。亦即,一邊進行聚焦控制以及往(+Y)方向之主掃描移動一邊從光學頭4對基板W進行光照射,藉此就可描繪於基板上表面Ws。當在第一次之主掃描移動中描繪位置到達Y方向之主掃描結束位置時(步驟S206),描繪位置就會朝向X方向移動1步(step),更詳言之是朝向(+X)方向僅移動進給間距Px(步驟S208)且主掃描移動方向會反轉至(-X)方向(步驟S209)。藉此可開始第二次之主掃描移動。藉由重複上述直至到達與基板W之(+X)方向側端部相當的副掃描結束位置為止(步驟S207)就會針對基板W之裝置區域R的全部結束描繪。 當描繪結束時,就結束來自光學頭4之光束的射出(步驟S211),進而結束聚焦控制以及掃描移動(步驟S212)。然後,執行使裝置各部移行至預定之結束狀態的結束動作(步驟S213),並結束相對於一個基板W的描繪處理。 圖11係顯示聚焦控制處理的流程圖。前述聚焦控制處理係在描繪裝置100執行描繪處理之期間每次預定之調整時序來到時定期地執行。當調整時序來到時(步驟S301),就可基於來自自動對焦機構45的受光部452之受光結果而取得現在的基板上表面Ws之Z方向位置(步驟S302)。在此時的檢測結果為正常值時,換句話說不符合上面所述的檢測錯誤之條件時(步驟S303中的「是」)係可從已取得的基板上表面位置之檢測結果求出為了使光束之收斂位置一致於前述位置所需的聚焦調整量Vf(步驟S304)。 另一方面,只要檢測結果不在正常值之範圍(步驟S303中的「否」),就可當作檢測錯誤並基於過去的控制實際值來求出聚焦調整量Vf(步驟S305)。有關聚焦調整量Vf的具體的求法係可以應用前述之其中任一個方法。再者,在最靠(-X)側之位置所執行的第一次之主掃描移動中係能夠利用預掃描之結果作為相當於「前次之主掃描移動」。 以此方式所求出的聚焦調整量Vf係與前述聚焦調整量Vf之應用位置建立關聯關係並記憶於記憶部99(步驟S306)。又,可基於聚焦調整量Vf來實施聚焦調整(步驟S307)。具體而言,包含已求出之聚焦調整量Vf的控制指令可從控制部90之聚焦控制部95提供給聚焦驅動機構442。可藉由依照此調整聚焦透鏡441之Z方向位置Zf來進行聚焦調整。 藉由依每一預先所決定的調整時序執行上述處理就能以一定之控制週期進行聚焦調整。作為控制週期係可以設為例如1[msec]至10[msec]。藉此,光束之收斂位置可穩定地一致於基板上表面Ws。因此,可以對基板上表面Ws以優異之分解能力進行描繪。有的情況自動對焦機構45無法適當地進行基板上表面Ws之位置檢測而會成為檢測錯誤。即便是在前述情況下仍可從記憶部99讀取現在的描繪位置之近旁中的過去之控制實際值,且可應用從前述實際值所類推的聚焦調整量Vf。藉此,可防止光束之收斂位置大幅地遠離基板上表面Ws。 在前述聚焦控制處理中係在每一控制週期進行基於檢測錯誤之有無的條件分歧。為此,即便一旦在自動對焦機構45已成為檢測錯誤之後,只要能夠再次正常地進行位置檢測則仍可再次開始基於前述檢測結果所為的聚焦控制。根據此,可謂對暫時之檢測錯誤具有優異的允許誤差。 如以上所說明的,在前述實施形態的描繪裝置100中,基板W係相當於本發明的「基板」,基板上表面Ws係相當於本發明的「基板表面」。又,載台10係具有作為本發明之「載台」的功能。又,光學頭4係具有作為本發明之「繪圖頭」的功能,另一方面,載台移動機構20係具有作為本發明之「掃描移動部」的功能。又,自動對焦機構45係具有作為本發明之「檢測部」的功能,另一方面,聚焦驅動機構442係具有作為本發明之「聚焦調整部」的功能。又,控制部90、特別是聚焦控制部95係具有作為本發明之「控制部」的功能。更且,記憶部99係具有作為本發明之「記憶部」的功能。又,本實施形態之主掃描方向(Y方向)係對應於本發明之「掃描方向」。又,本實施形態中的預掃描係相當於本發明之「預備掃描移動」。 再者,本發明並非被限定於上面所述的實施形態,只要是在不脫離本發明之主旨除了上面所述以外其餘仍能夠進行各種的變更。例如,上述實施形態係利用繞射光學元件410作為光束之調變手段的描繪裝置。然而,調變方式係不被限定於此,而是能夠將本發明應用於以任意之調變方式進行描繪的裝置。 又,在上述實施形態中係使光從斜方向入射於基板上表面Ws且從前述正反射光之受光結果來檢測基板表面之位置。然而,本發明之「檢測部」係未被限定於如此的原理,而是能夠利用以光學手法取得基板表面之位置的各種機構。 又,在上述實施形態之聚焦控制中係可求出提供給聚焦驅動機構442的聚焦調整量Vf。取而代之,例如亦可為算出來自現在的聚焦位置之增量或減量並提供給聚焦驅動機構的構成。 更且,本發明之應用對象並非被限定於將晶圓等的半導體基板W作為本發明之「描繪對象物」並對前述基板照射光來進行描繪的裝置。例如可以將印刷電路板以及玻璃基板等的各種基板作為描繪對象物來利用。 以上,如例示具體的實施形態所說明般,在本發明中係可以基於主掃描移動中的調整量之履歷、以及過去之主掃描移動中掃描方向之位置為與現在之掃描位置相等的位置時之調整量的至少一方來決定現在的調整量。依據如此的構成,就能以掃描方向上的過去之調整量的推移、以及與掃描方向正交的方向上之過去的調整量作為基礎來決定現在的調整量。因此,適於使光束之收斂位置追隨基板之表面位置的平緩變化。 又,可以形成以下的構成:以檢測錯誤後之主掃描移動中的掃描方向之調整量的變化、與前次之主掃描移動中的掃描方向之調整量的變化在掃描方向上相互地對應的位置之間成為相同的方式來決定現在的調整量。依據如此的構成,在掃描方向上的基板之表面位置的變化在前次之主掃描移動與現在之主掃描移動之間沒有較大的差異之情況下,能夠使光束之收斂位置追隨基板之表面位置的變化。 又,可以形成以下的構成:在執行第一次之主掃描移動之前先執行一邊使載台與繪圖頭朝向掃描移動方向相對地移動一邊取得有關基板之表面位置的資訊用的預備掃描移動,且基於已記憶於記憶部的預備掃描移動中之履歷來決定第一次之主掃描移動中的調整量。依據如此的構成,即便是在沒有過去之主掃描移動的結果之存儲的第一次之主掃描移動中,仍能夠事先準備在檢測錯誤發生時能夠利用的資訊。 又,可以形成以下的構成:在檢測部之檢測結果為正常時係以收斂位置與藉由檢測部所檢測出的基板之表面位置成為相同的方式來決定調整量。依據如此的構成,則只要可適當地進行表面位置之檢測就能夠一邊使光束穩定地收斂於基板之表面一邊進行描繪。 以上,雖然已按照特定之實施例來說明發明,但是前述說明並非意圖以限定的意思來解釋。只要參照發明之說明,則與本發明之其他的實施形態同樣,已被揭示的實施形態之各種變化例能由精通於該技術者所明白。故而,所附的申請專利範圍係可認為在不脫離發明之真正範圍的範圍內包含前述變化例或實施形態。 前述發明係可以較佳地應用於對描繪對象物照射已調變的光並進行描繪的技術。特別是適合於使用繞射光學元件來調變線束光以進行描繪的技術。
4:光學頭(繪圖頭) 5:光照射部 10:載台 20:載台移動機構(掃描移動部) 22:支撐板 23:副掃描機構 24:底板 25:主掃描機構 41:空間光調變器 42:鏡片 43:投影光學系統 45:自動對焦機構(檢測部) 51:雷射驅動部 52:雷射振盪器 53:照明光學系統 60:對準單元 61:照明單元 70:搬運裝置 80:觀察光學系統 90:控制部 91:照明控制部 92:描繪控制部 93:對準控制部 94:載台控制部 95:聚焦控制部(控制部) 96:入射位置控制部 99:記憶部 100:描繪裝置 101:本體框架 102:處理區域 103:遞送區域 104:片匣載置部 400:支柱 410:繞射光學元件 414:可動載台 441:聚焦透鏡 442:聚焦驅動機構(聚焦調整部) 451:照射部 452:受光部 601:對準攝影機 611:光纖 921:驅動器 A:異物 Ax、Ay:箭頭 B:凹口 C:片匣 FP:焦點 OA:光軸 Pe:描繪位置 Ps:描繪開始位置 Px、Py:間距 R:裝置區域 U:光學單元 Vf:聚焦調整量(調整量) W:基板 Ws:基板上表面(上表面、基板表面) Zf、Zs:Z方向位置
圖1係示意性地顯示本發明的描繪裝置之概略構成的前視圖。 圖2係示意性地顯示光學頭(optical head)所具備的詳細構成之一例的示意圖。 圖3A係顯示聚焦驅動(focus driving)機構之動作的示意圖。 圖3B係顯示聚焦驅動機構之動作的示意圖。 圖4係顯示前述描繪裝置之控制系統的方塊圖。 圖5A係顯示作為描繪對象物的基板之構成例的示意圖。 圖5B係顯示作為描繪對象物的基板之構成例的示意圖。 圖6A係說明聚焦控制中的問題點之示意圖。 圖6B係說明聚焦控制中的問題點之示意圖。 圖6C係說明聚焦控制中的問題點之示意圖。 圖7係顯示從過去之履歷求出現在的聚焦調整量之想法的示意圖。 圖8A係說明具體的聚焦調整量之導出方法的原理圖。 圖8B係說明具體的聚焦調整量之導出方法的原理圖。 圖8C係說明具體的聚焦調整量之導出方法的原理圖。 圖9係顯示藉由前述描繪裝置所為之描繪動作的流程圖(flowchart)。 圖10係顯示描繪處理的流程圖。 圖11係顯示聚焦控制處理的流程圖。
5:光照射部
20:載台移動機構(掃描移動部)
45:自動對焦機構(檢測部)
60:對準單元
80:觀察光學系統
90:控制部
91:照明控制部
92:描繪控制部
93:對準控制部
94:載台控制部
95:聚焦控制部(控制部)
96:入射位置控制部
99:記憶部
100:描繪裝置
410:繞射光學元件
414:可動載台
442:聚焦驅動機構
601:對準攝影機
921:驅動器
U:光學單元
Vf:聚焦調整量(調整量)

Claims (13)

  1. 一種描繪裝置,係具備:載台,係能夠將基板載置於水平姿勢;繪圖頭,係將收斂光束照射於前述基板之表面來進行描繪;掃描移動部,係使前述載台與前述繪圖頭相對地移動以在前述基板表面掃描前述光束之入射位置;檢測部,係光學檢測前述光束所入射的前述基板之表面位置;聚焦調整部,係將前述光束之收斂位置調整於光軸方向;控制部,係基於前述檢測部之檢測結果來將指定前述收斂位置之調整量的控制指令提供給前述聚焦調整部;以及記憶部,係記憶前述調整量之履歷;前述掃描移動部係交替地重複進行主掃描移動以及副掃描移動,前述主掃描移動係使前述光束之入射位置沿著預定之掃描方向從前述基板之一端往另一端移動,前述副掃描移動係使前述光束之入射位置朝向與前述掃描方向正交的方向僅移動預定間距;在執行前述主掃描移動中已發生前述檢測部之檢測錯誤時,前述控制部係基於已記憶於前述記憶部的履歷而決定前述控制指令中的前述調整量,前述檢測錯誤係指檢測不出前述基板之表面位置或於前述基板之表面位置之檢測結果中檢測出超過預定之變化量的變化。
  2. 如請求項1所記載之描繪裝置,其中前述控制部係基於已發生前述檢測錯誤時的前述主掃描移動中之前述調整量的履歷來決定現在的前述調整量。
  3. 如請求項1或2所記載之描繪裝置,其中前述控制部係基於在過去的前述主掃描移動中前述掃描方向的位置為與現在的掃描 位置相等之位置時的前述調整量而決定現在的前述調整量。
  4. 如請求項1或2所記載之描繪裝置,其中前述控制部係以前述檢測錯誤後之前述主掃描移動中的前述掃描方向之前述調整量的變化、與前次之前述主掃描移動中的前述掃描方向之前述調整量的變化在前述掃描方向上相互地對應的位置之間成為相同的方式來決定現在的前述調整量。
  5. 如請求項1或2所記載之描繪裝置,其中前述掃描移動部係在執行第一次之前述主掃描移動之前先執行一邊使前述載台與前述繪圖頭朝向前述掃描移動方向相對地移動一邊取得有關前述基板之表面位置的資訊用的預備掃描移動;前述控制部係基於已記憶於前述記憶部的前述預備掃描移動中的履歷而決定前述第一次之主掃描移動中的前述調整量。
  6. 如請求項1或2所記載之描繪裝置,其中在前述檢測部之檢測結果為正常時,前述控制部係以藉由前述檢測部所檢測出的前述基板之表面位置與前述收斂位置成為相同的方式來決定前述調整量。
  7. 一種描繪方法,係使已將基板載置於水平姿勢的載台、與將收斂光束照射於前述基板之表面來進行描繪的繪圖頭相對地移動,以在前述基板表面掃描前述光束之入射位置並描繪於前述基板,且具備:光學檢測前述光束所入射的前述基板之表面位置的工序;基於前述表面位置之檢測結果來求出前述收斂位置之調整量的工序;依照前述調整量而將前述光束之收斂位置調整於光軸方向的工序;以及記憶前述調整量之履歷的工序;在前述表面位置之檢測結果為正常時,以所檢測出的前述 基板之表面位置與前述收斂位置成為相同的方式來決定前述調整量;另一方面,在已發生前述表面位置之檢測錯誤時,基於所記憶的前述履歷而決定前述調整量,前述檢測錯誤係指檢測不出前述表面位置或於前述表面位置之檢測結果中檢測出超過預定之變化量的變化。
  8. 如請求項7所記載之描繪方法,其中交替地重複進行主掃描移動以及副掃描移動,前述主掃描移動係使前述光束之入射位置沿著預定之掃描方向從前述基板之一端往另一端移動,前述副掃描移動係使前述光束之入射位置朝向與前述掃描方向正交的方向僅移動預定間距。
  9. 如請求項8所記載之描繪方法,其中在執行前述主掃描移動中已發生前述檢測錯誤時,基於已發生前述檢測錯誤時的前述主掃描移動中之前述調整量的履歷來決定現在的前述調整量。
  10. 如請求項7或8所記載之描繪方法,其中基於在過去的前述主掃描移動中前述掃描方向的位置為與現在的掃描位置相等之位置時的前述調整量而決定現在的前述調整量。
  11. 如請求項7或8所記載之描繪方法,其中以前述檢測錯誤後之前述主掃描移動中的前述掃描方向之前述調整量的變化、與前次之前述主掃描移動中的前述掃描方向之前述調整量的變化在前述掃描方向上相互地對應的位置之間成為相同的方式來決定現在的前述調整量。
  12. 如請求項7或8所記載之描繪方法,其中在執行第一次之前述主掃描移動之前先執行一邊使前述載台與前述繪圖頭朝向前述掃描移動方向相對地移動一邊取得有關前述基板之表面位置的資訊用的預備掃描移動;前述第一次之主掃描移動中的前述調整量係基於已記憶於 前述記憶部的前述預備掃描移動中的履歷而決定。
  13. 如請求項7或8所記載之描繪方法,其中在並未發生前述檢測錯誤時,以前述基板之表面位置與前述收斂位置成為相同的方式來決定前述調整量。
TW108125512A 2018-09-21 2019-07-19 描繪裝置以及描繪方法 TWI716936B (zh)

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