曝光装置和曝光方法与流程

1.本发明涉及曝光装置，尤其涉及投影到基板等上的图案的位置检测。


背景技术：

2.在无掩模曝光装置中，一边使搭载有基板的工作台沿着扫描方向移动，一边通过dmd(digital micro-mirror device：数字微镜装置)等光调制元件阵列将图案光投影到基板上。这里，对载置于工作台的基板上的投影区(曝光区)的位置进行检测，从而以投影与该位置对应的图案光的方式对呈二维状排列的微镜等光调制元件进行控制。
3.在形成微细图案的情况下，需要准确地检测基板的位置并以不产生位置偏移的方式投影图案光。但是，由于dmd的温度变化等，有时图案光的投影位置产生偏移而使图案形成位置产生误差。
4.为了防止这种情况，在搭载基板的工作台等上形成缝隙，接收透过缝隙的光来检测曝光位置的偏差。通过一边使工作台移动一边投影规定的位置检测用的图案像，按照时间序列检测光量，根据从光量计算出的曝光位置与作为基准的曝光位置之差来进行曝光数据的校正或安装位置调整等。
5.在检测曝光位置的二维坐标的情况下，公知有设置两个扫描区域而形成不同的缝隙，分别投影与缝隙一致的图案像的方法(参照专利文献1)。这里，对一方的扫描区域形成与副扫描方向平行的缝隙，投影与该缝隙平行的图案。在另一方的扫描区域中形成相对于副扫描方向倾斜的缝隙，投影与该倾斜缝隙平行的图案。
6.另外，为了检测曝光对象区内的各个部位的曝光位置，公知有沿副扫描方向排列折线状缝隙，使点状的图案光进行扫描的方法(参照专利文献2)。这里，根据从通过成对的折线缝隙的图案光检测出的光量，检测曝光位置。
7.专利文献1：日本特开2015-142036号公报
8.专利文献2：日本特开2018-91896号公报
9.伴随着图案的微细化，要求在曝光对象区中设定更狭窄的区域，高精度地检测该区域中的曝光位置。但是，如专利文献1那样，在两个扫描区域中设置不同的缝隙的检测方法中，难以进行狭窄的区域设定。另一方面，如专利文献2那样，在投影点状的图案的方法中，有可能因光量不足而导致测量精度下降。


技术实现要素：

10.因此，在曝光装置中，即使在狭小的区域中，也要求高精度地检测曝光位置。
11.本发明的曝光装置具有：遮光部，其在主扫描方向上排列有相对于副扫描方向具有正负相反的倾斜角度的第1缝隙和第2缝隙；曝光部，其能够对遮光部投影位置检测图案的光；受光部，其接收透过第1缝隙和第2缝隙的光；以及检测部，其根据在使位置检测图案的光沿主扫描方向进行扫描时从受光部输出的信号，检测曝光位置。例如，能够形成相对于副扫描方向对称的第1、第2缝隙部。另外，多个第1缝隙和多个第2缝隙也可以构成为沿着主
扫描方向分别汇集并依次排列。
12.而且，曝光部能够将位置检测图案的光投影到遮光部，该位置检测图案由与第1缝隙平行的连续或离散的第1图案要素和与第2缝隙平行的连续或离散的第2图案要素构成，并且第1图案要素和第2图案要素的一部分是共有的。
13.位置检测图案的光能够根据第1、第2缝隙的形状、尺寸、配置、数量等构成各种形状的位置检测图案，能够由离散或连续的第1、第2图案要素构成。例如，曝光部能够将由第1图案要素和第2图案要素相互交叉而成的交叉状图案的光作为位置检测图案的光投影到遮光部。
14.作为离散的交叉状图案的光，曝光部能够将交叉状图案的光投影到遮光部，该交叉状图案由离散的第1图案要素和离散的第2图案要素构成，并且在第1图案要素和第2图案要素的中心或中心附近共有位置子图案，其中，该第1图案要素由隔开规定的间隔而排列的多个子图案构成，该第2图案要素由隔开规定的间隔而排列的多个子图案构成。例如，第1和第2图案要素的离散的子图案能够投影出圆状或矩形状图案。
15.特别是，曝光部能够将交叉状图案的光投影到遮光部，该交叉状图案由离散的第1图案要素和离散的第2图案要素构成，并且在第1图案要素和第2图案要素的中心或中心附近共有位置子图案，其中，该第1图案要素由隔开规定的间隔而排列的多个子图案构成，该第2图案要素由隔开规定的间隔而排列的多个子图案构成。
16.在投影这样的交叉状图案的光的情况下，能够形成第1图案要素的相邻的子图案的距离间隔与第1缝隙的距离间隔和缝隙宽度的长度对应并且第2图案要素的相邻的子图案的距离间隔与第2缝隙的距离间隔和缝隙宽度的长度对应的图案光。
17.另一方面，在投影连续的第1图案、第2图案要素的位置检测图案的光的情况下，曝光部也能够将由线状的连续的第1图案要素和线状的连续的第2图案要素构成的交叉状图案的光投影到遮光部。例如，曝光部将由排列有多个的线状的连续的第1图案要素和排列有多个的线状的连续的第2图案要素构成的交叉状图案的光投影到遮光部，只要以第1图案要素和第2图案要素的线宽分别比第1缝隙的缝隙宽度和第2缝隙的缝隙宽度小的方式投影交叉状图案的光即可。
18.特别是，能够投影连续的第1图案要素的排列距离间隔与第1缝隙的距离间隔和缝隙宽度的长度对应并且连续的第2图案要素的排列距离间隔与第2缝隙的距离间隔和缝隙宽度的长度对应的交叉状图案的光。
19.本发明的另一方式的曝光方法对在主扫描方向上排列有相对于副扫描方向具有正负相反的倾斜角度的第1缝隙和第2缝隙的遮光部投影位置检测图案的光，根据在使位置检测图案的光沿主扫描方向进行扫描时从接收透过第1缝隙和第2缝隙的光的受光部输出的信号，检测曝光位置，其中，将位置检测图案的光投影到遮光部，该位置检测图案由与第1缝隙平行的连续或离散的第1图案要素和与第2缝隙平行的连续或离散的第2图案要素构成，并且第1图案要素和第2图案要素的一部分是共有的。
20.本发明的另一方式的曝光装置具有遮光部，该遮光部形成有相对于副扫描方向具有正负相反的倾斜角度的第1缝隙和第2缝隙，在使位置检测图案的光相对于遮光部进行扫描时，由分别与第1缝隙和第2缝隙平行的子图案构成的位置检测图案能够依次通过第1缝隙和第2缝隙。例如，能够沿着副扫描方向等特定的方向形成对称的第1、第2缝隙。
21.根据本发明，在曝光装置中，即使在狭小的区域中，也能够高精度地检测曝光位置。
附图说明
22.图1是第1实施方式的曝光装置的框图。
23.图2是示出了遮光部的一部分的俯视图。
24.图3是示出了位置检测图案的图。
25.图4是位置检测图案pt通过第2缝隙su2时的图。
26.图5是示出了在位置检测图案pt通过第2缝隙su2时由光传感器pd检测的光量时间序列分布的曲线图。
27.图6是示出了缝隙的曝光位置偏移的图。
28.图7是示出了第2实施方式的位置检测图案的图。
29.图8是示出了第2实施方式的位置检测图案通过第2缝隙su2时的状态的图。
30.图9是示出了第3实施方式的位置检测图案的图。
31.图10是示出了第3实施方式的位置检测图案pt”通过第2缝隙su2时的图。
32.图11是示出了在第3实施方式的位置检测图案pt”通过第2缝隙su2时由光传感器pd检测的光量时间序列分布的曲线图。
33.图12是示出了位置检测图案的变形例的图。
34.标号说明
35.10：曝光装置；22：dmd(光调制元件阵列)；27：位置计算部；28：位置检测部(测光部)；30：控制器(曝光控制部)；40：遮光部；pd：光传感器。
具体实施方式
36.以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
37.图1是第1实施方式的曝光装置的框图。
38.曝光装置(描绘装置)10是通过向涂覆或粘贴有光致抗蚀剂等感光材料的基板w照射光而形成图案的无掩模曝光装置，将搭载基板w的工作台12设置为能够沿着扫描方向移动。工作台驱动机构15能够使工作台12沿着主扫描方向x和副扫描方向y移动。
39.曝光装置10具有投影图案光的多个曝光头(这里仅图示一个曝光头18)，曝光头18具有dmd 22、照明光学系统以及成像光学系统(均未图示)。光源20例如由放电灯(未图示)构成，被光源驱动部21驱动。
40.当由矢量数据等构成的cad/cam数据被输入到曝光装置10时，矢量数据被发送给栅格转换电路26，矢量数据被转换为栅格数据。所生成的栅格数据在暂时保存于缓冲存储器(未图示)中之后，被发送给dmd驱动电路24。
41.dmd 22是将微小微镜二维排列而成的光调制元件阵列，各微镜通过使姿势变化而能够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，由此，与图案对应的光通过成像光学系统而投影到基板w的表面。
42.工作台驱动机构15具有未图示的线性编码器，根据从控制器30发送来的控制信号使工作台12移动，并且测量工作台12的位置并反馈给控制器30。
43.位置检测部28设置于工作台12的端部附近，具有光传感器pd和未图示的脉冲信号产生部。这里，光传感器pd由单一的传感器构成。在位置检测部28的上方设置有使光部分地通过的遮光部40。位置计算部27根据从位置检测部28发送来的信号，计算曝光位置、即基板w(工作台12)相对于曝光头18的位置。
44.在曝光动作中，工作台12沿着主扫描方向x以恒定速度移动。dmd 22整体所投影的投影区(以下称为曝光区)伴随着基板w的移动而在基板w上相对地移动。曝光动作按照规定的曝光间距来进行，控制为微镜根据曝光间距来投影图案光。
45.通过按照曝光区的相对位置来调整dmd 22的各微镜的控制时机，依次投影应描绘在曝光区的位置上的图案的光。然后，通过包含曝光头18的多个曝光头对基板w整体进行描绘，由此在基板w整体上形成图案。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，还可以是间歇地移动的步进和重复方式。另外，也可以是将曝光投射时的投影区局部重叠起来的多重曝光(重叠曝光)。
46.在开始曝光动作的前阶段等中，为了在准确的位置形成图案，进行与曝光开始位置相关的校正处理。具体而言，一边使工作台12以恒定速度移动，一边使位置检测用的图案的光在遮光部40上进行扫描。控制器30根据从位置计算部27发送来的曝光位置信息，对曝光开始位置进行校正。
47.以下，使用图2～图6对曝光位置的检测和校正进行说明。
48.图2是示出了遮光部的一部分的俯视图。图3是示出了位置检测图案的图。
49.在遮光部40的缝隙区st中沿着主扫描方向x形成有缝隙su。遮光部40与光传感器pd的受光面和基板w的描绘面平行，使工作台12移动以使位置检测图案的光在缝隙区st上通过。
50.缝隙su由第1缝隙su1和第2缝隙su2构成，并且按照规定的间距间隔排列，其中，该第1缝隙su1和第2缝隙su2分别由多个(这里均为15个)缝隙构成。第1缝隙su1和第2缝隙su2分别相对于副扫描方向y倾斜θ1、θ2。
51.第1缝隙su1和第2缝隙su2以如下的方式沿着同一扫描线形成：在使位置检测图案的光沿着主扫描方向x扫描时依次通过第1缝隙su1和第2缝隙su2。另外，第1缝隙su1和第2缝隙su2以相对于副扫描方向y对称(线对称)的方式相对于副扫描方向y具有正负相反的倾斜角度θ1、θ2。这里，相对于副扫描方向y为相同的倾斜角度(|θ1|＝|θ2|)，被确定为
±
45
°
。另外，间距间隔和缝隙宽度l也被确定为相等。
52.图3所示的位置检测图案pt由5个矩形状图案(以下称为子图案)构成，并相互按规定的间隔分开。位置检测图案pt由位于中心部的子图案(以下也称为中心子图案)pt1、沿着与第1缝隙su1平行的方向位于中心子图案pt1的两侧的2个子图案pt2、pt3以及沿着与第2缝隙su2平行的方向位于中心子图案pt1的两侧的2个子图案pt4、pt5构成。
53.在本实施方式中，位置检测图案pt构成为按照以中心子图案pt1为中心相对于主扫描方向x、副扫描方向y对称的方式配置有5个子图案pt1～pt5的离散的x型的图案。换言之，在将沿着第1缝隙su1的方向排列的子图案pt1、pt2、pt3设为第1图案要素pe1，将沿着第2缝隙su2的方向排列的子图案pt4、pt1、pt5设为第2图案要素pe2的情况下，位置检测图案pt由第1图案要素pe1和第2图案要素pe2在中心部垂直并且共有中心子图案pt1的交叉状图案构成。
54.子图案pt1～pt5的矩形尺寸都相等，这里，子图案pt1～pt5由边长为d的正方形图案构成。另外，在沿着第1缝隙su1的第1图案要素pe1中，彼此相邻的子图案pt1、pt2、pt3的距离间隔相互相等(da1)，在沿着第2缝隙su2的第2图案要素pe2中，子图案pt4、pt1、pt5的彼此的距离间隔也相等(da1)。
55.图4是位置检测图案pt通过第2缝隙su2时的图。图5是示出了在位置检测图案pt通过第2缝隙su2时由光传感器pd检测的光量时间序列分布的曲线图。
56.子图案pt1～pt5的边长d(尺寸)比第2缝隙su2的缝隙宽度l大，比相邻的缝隙距离间隔m小。另外，子图案pt1～pt5的相邻的距离间隔da也比缝隙宽度l大。另外，子图案pt1～pt5的间距间隔p与相邻的缝隙距离间隔m和缝隙宽度l的长度对应。但是，这里，间距间隔p沿着第1缝隙su1和第2缝隙su2的方向表示。
57.这里的缝隙宽度l比dmd 22的1个微小微镜的曝光区尺寸(也称为单元尺寸)大，在工作台移动方向即主扫描方向上也较大(例如，能够构成为具有2倍的宽度)。子图案pt1～pt5都是由规定数量的块部分的微小微镜形成的图案，但在位置检测图案pt通过第1缝隙su1和第2缝隙su2时，通过该缝隙宽度l而检测到的光量以在主扫描方向上来自多个微小微镜的光为基础。
58.在具有这样的尺寸和与缝隙的配置间隔的位置检测图案pt通过某特定的第2缝隙su2时，第1图案要素pe1的子图案pt2最先通过第2缝隙su2。然后，包含中心子图案pt1的第2图案要素pe2通过该缝隙，最后第1图案要素pe1的子图案pt3通过。
59.在图4的上段，示出了位置检测图案pt位于远离遮光部40的第2缝隙su2的位置并且分别即将进入下一个第2缝隙su2之前的状态。另一方面，在图4的下段，示出了位置检测图案pt的子图案pt1～pt5分别处于通过第2缝隙su2的过程中且位于中间地点的状态。
60.如上所述，子图案pt1～pt5的长度d比缝隙宽度l大且比缝隙距离间隔m小，因此在子图案pt1～pt5分别通过对应的第2缝隙su2的期间，始终由光传感器pd检测光量。另一方面，一部分图案不会进入到相邻的第2缝隙su2。
61.如上所述，光传感器pd的尺寸比缝隙区st大。因此，在位置检测图案pt通过规定的第2缝隙su2时，能够得到图5所示的光量时间序列分布。图5的光量时间序列分布(a)表示在位置检测图案pt通过第2缝隙su2中的最上段的缝隙时光传感器pd所检测的光量时间序列分布，光量时间序列分布(b)表示位置检测图案pt通过第2缝隙su2的上位2段时的光量时间序列分布。而且，光量时间序列分布(c)表示位置检测图案pt通过上位3段的第2缝隙su2时的光量时间序列分布。
62.以后，在位置检测图案pt通过规定的第2缝隙su2的期间，子图案pt1～pt5分别通过对应缝隙，由此光传感器pd持续检测光量时间序列分布(d)。这里，将在光量信号的上升和下降中跨过阈值时的位置平均处检测为缝隙位置。在位置检测图案pt通过第1缝隙su1时，也能够得到同样的光量时间序列分布。
63.在产生曝光头的组装误差等的情况下，在所测量的缝隙位置与预先确定的基准缝隙位置之间产生偏差。这表示在本来应该测量到的定时处位置检测图案pt的光未通过缝隙。因此，将所测量的缝隙位置(即曝光位置)与作为基准的曝光位置之差检测为偏移量。
64.另外，例如如日本特开2015-142036号公报所示，上述说明的基于光量时间序列分布的偏移量检测的方法是以沿着主扫描方向的光强度分布/光量分布和基于传感器检测的
时间序列的光量分布都成为大致高斯分布而具有相关关系为前提的偏移量检测，通过将子图案pt1～pt5的宽度d设定为充分大于缝隙宽度l，能够提高偏移检测精度。
65.图6是示出了缝隙的曝光位置偏移的图。这里，将位置检测图案pt简化为由一个子图案pt1构成的图案，对第1缝隙su1和第2缝隙su2的曝光位置偏移计算的一例进行说明。
66.在缝隙位置产生偏移的情况下，沿着主扫描方向x的子图案pt1的位置偏移量dx分别在第1缝隙su1和第2缝隙su2中直接被测量。另一方面，由于沿着副扫描方向y的子图案pt1的偏移量的缝隙倾斜角度为45
°
，因此与在第1缝隙su1中沿着主扫描方向x的位移量dx相等，在第2缝隙su2中求出为相反方向(矢量反向)的位移量-dx。因此，su1的测量值d1和su2的测量值d2由以下的式子表示。
67.d1＝dx+dy d2＝dx-dy
····
(1)
68.因此，对于第1缝隙su1和第2缝隙su2，沿着主扫描方向x的缝隙位置偏移量dx和沿着副扫描方向y的缝隙位置偏移量dy通过由(1)式求出的以下的(2)式求出。这里，例示出仅具有第1缝隙su1和第2缝隙su2这两条缝隙的情况，但即使在第1缝隙su1和第2缝隙su2分别由多个缝隙构成的情况下，通过测量第1缝隙su1和第2缝隙su2各自的各缝隙的dx和dy并分别计算平均值，也能够求出平均dx和平均dy并代入到式中。
69.dx＝(d1+d2)/2dy＝(d1-d2)/2
···
(2)
70.以上，对将位置检测图案pt简化为1个子图案pt的情况下的缝隙位置偏移的计算进行了说明，但实际上，根据通过图4和图5所示的位置检测图案pt的缝隙而得到的光量时间序列分布，基于上述(2)式来计算缝隙位置偏移量。因此，本实施方式的曝光位置的偏移量计算方法可以说根据光量时间序列分布来计算曝光位置的偏移量，而不用具有点亮特定的微小微镜来检测其单元图案的位置信息和通过缝隙位置时的缝隙位置信息的功能。
71.另外，在第1缝隙su1、su2以倾斜角度45
°
以外的倾斜角度形成的情况下，也能够通过考虑tangentθ来计算缝隙位置的偏移。另外，第1缝隙su1和第2缝隙su2也可以不相对于副扫描方向y对称，也可以将第1缝隙su1和第2缝隙su2设定为不同的倾斜角度或者交替地排列第1缝隙su1、su2。另外，只要使缝隙su1和su2都不与主扫描方向平行或者使su1和su2的至少一方不与副扫描方向平行即可。
72.这样，根据本实施方式，曝光装置10具有遮光部40，该遮光部40设置有沿着主扫描方向x排列的第1缝隙su1、第2缝隙su2，该曝光装置10使配置有正方形状的子图案pt1～pt5的x型的离散的位置检测图案pt的光相对于遮光部40的第1、第2缝隙su1、su2沿着主扫描方向x进行扫描。
73.通过形成正负相反且相对于副扫描方向y线对称的、在主扫描方向x上沿同一扫描线排列的第1缝隙su1、su2，并且使由与第1缝隙su1、su2平行的第1图案要素pe1和第2图案要素pe2构成的位置检测图案pt进行扫描，能够在副扫描方向y上形成狭小的缝隙区st，另外，能够通过一次扫描检测曝光位置。
74.另外，通过由离散排列的子图案pt1～pt5形成位置检测图案pt，并且设定尺寸和距离间隔以设置无法检测光量的期间，能够在检测光量最大值时使用光传感器pd的整个范围来进行光量检测。通过整个范围的光量检测，光量时间序列分布的上升和下降变得陡峭，检测精度提高。
75.另外，也可以通过5个以外的子图案来形成离散的位置检测图案pt，但为了防止在
将阈值设定为最大光量的半值时检测到错误的光量，可以设定为奇数个。
76.接着，使用图7和图8对第2实施方式的曝光装置进行说明。在第2实施方式中，位置检测图案由连续的棒状图案要素构成。
77.图7是示出了第2实施方式的位置检测图案的图。位置检测图案pt’构成为使棒状的第1、第2图案要素pe’1、pe’2以具有对称性的方式在中心部交叉而成的x型图案。相对于第1实施方式所示的由子图案pt1～pt5构成的离散的位置检测图案pt，位置检测图案pt’相当于消除了相邻的子图案的间隙的图案形状。
78.图8是示出了第2实施方式的位置检测图案通过第2缝隙su2时的状态的图。在由连续的图案要素pe’1、pe’2构成的位置检测图案pt’中，也能够得到与第1实施方式相同的光量时间序列分布。因此，能够与第1实施方式同样地计算缝隙的位置(曝光位置)。其中，第1、第2图案要素pe’1、pe’2的长度d’被确定为在第2图案要素pe’2位于第2缝隙su2的中间位置时，第1图案要素pe’1的两端与相邻的第2缝隙su2重叠。
79.接着，使用图9～图11对第3实施方式的曝光装置进行说明。在第3实施方式中，位置检测图案由细线的子图案构成。
80.图9是示出了第3实施方式的位置检测图案的图。位置检测图案pt”由第1图案要素pe”1和第2图案要素pe”2构成，该第1图案要素pe”1由棒状的子图案pt”1～pt”3构成，该第2图案要素pe”2由棒状的子图案pt”4～pt”6构成。子图案pt”2比两个相邻的子图案pt”1、pt”3长，第1图案要素pe”1相对于子图案pt”2对称(线对称)。第2图案要素pe”2也同样如此，子图案pt”5比两个相邻的子图案pt”4、pt”6长，并且成为对称的配置。
81.位置检测图案pt”是子图案pt”2、pt”5分别在中心部交叉的相对于主扫描方向x对称的图案，子图案pt”1～pt”6的宽度d”比缝隙宽度l短。子图案pt”1～pt”3的间距间隔p与缝隙距离间隔m和缝隙宽度l的长度对应。
82.图10是第3实施方式的位置检测图案pt”通过第2缝隙su2时的图。图11是示出了在第3实施方式的位置检测图案pt”通过第2缝隙su2时由光传感器pd检测的光量时间序列分布的曲线图。
83.在第3实施方式中，也能够得到与第1、第2实施方式相同的光量时间序列分布，但由于子图案pt”1～pt”6的宽度d”为细线且比缝隙宽度l短，因此光量时间序列分布的上升和下降变得更陡峭。因此，能够高精度地检测缝隙位置。
84.以上，在第1～第3实施方式中，例示了由离散或连续的子图案构成的交叉状的位置检测图案，但也可以是除此以外的结构，只要构成由与第1缝隙su1和第2缝隙su2分别平行的第1图案要素、第2图案要素构成并且将图案一部分在中心部或其以外的部分共有化的位置检测图案即可。
85.图12是示出了位置检测图案的变形例的图。如图12的(a)～(f)所示，也可以由t字型或点状的子图案构成，另外，也可以组合连续的子图案和离散的子图案。由于曝光装置10是具有dmd 22的无掩模曝光装置，因此能够投影各种位置检测图案的光。