CN106154760B - 一种曝光装置及曝光方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种曝光装置，其特征在于，包括：一照明***，用于提供曝光所用之光束；一投影物镜阵列，包括N个投影物镜，用于将位于一掩模板上的图形投影至一基板，N为大于1的自然数；一六自由度探测器阵列，由若干六自由度探测器组成，用于测量一对准标记的水平向和垂直向位置；一掩模台，用于承载所述掩模板并提供位移；一工件台，用于承载所述基板并提供位移；所述掩模板与所述基板相对同步移动。

Description

一种曝光装置及曝光方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种曝光装置及曝光方法。

背景技术

随着液晶显示行业的不断发展，液晶尺寸不断增大，对扫描光刻机的分辨率的要求也不断提高。对准传感器和调焦调平传感器作为光刻机中重要的水平向和垂向位姿测量传感器，对要求更多的测量点，更高的精度，更高的重复性，并且能够适应大玻璃基板的变形和工艺技术的复杂性。于此同时，多物镜阵列的结构，还要求对准和调焦调平传感器具备更小的空间尺寸。

在专利CN100524024中，日本nikon公司提出了一种用于高世代TFT的曝光装置，如图1所示，该曝光装置由透明***IL、掩模台、基板台，物镜阵列PLa~PLg等组成。该装置沿着如附图1所示的X向进行扫描运动，物镜阵列PLa~PLg通过其在基板面的曝光视场50a~50g来实现对玻璃基板的曝光。而在曝光之前，为了保证线条和套刻的精度，必须进行对准测量和调焦测量，如附图2所示，该方案在玻璃基板的宽度范围内，布置了多个对准测量点和多个调焦测量点，可以同时对多个场进行对准测量和调焦测量，从而实现对准测量和调焦测量的并行测量。对于该专利中所提供的技术方案，一方面，在扫描过程中因玻璃基板的变形、翘曲等因素，易使对准标记发生离焦现象，调焦与对准分离布置，无法获得对准标记的精确离焦量，在计算结果中无法进行补偿。另一方面，调焦和对准测量点的分离布置，也会使在整个扫描过程中需对准测量的同时无法进行调焦测量，增加了扫描运行的时间。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种测量精度更高的调焦调平装置。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种曝光装置，包括：一照明***，用于提供曝光所用之光束；一投影物镜阵列，包括N个投影物镜，用于将位于一掩模板上的图形投影至一基板， N为大于1的自然数；一六自由度探测器阵列，由若干六自由度探测器组成，用于测量一对准标记的水平向和垂直向位置；一掩模台，用于承载所述掩模板并提供位移；一工件台，用于承载所述基板并提供位移；所述掩模板与所述基板相对同步移动，扫描曝光方式，可以为沿同一方向同步运动，或者沿相反方向同步运动。

更进一步地，该投影物镜阵列由N个投影物镜，沿X轴交错排列成至少两组，N为大于1的自然数较佳的，该投影物镜阵列由两组投影物镜组成，每组包括三个投影物镜。

更进一步地，该六自由度探测器阵列由N个六自由度探测器沿X轴排列而成，每个六自由度探测器的位置对应一个投影物镜的X向中心。

更进一步地，该六自由度探测器阵列由2N-1个六自由度探测器沿X轴排列而成，其中N个六自由度探测器的位置分别对应一个投影物镜的X向中心，另外N-1个六自由度探测器位于相邻的两个六自由度探测器的中心。

更进一步地，该六自由度探测器阵列由N×2个六自由度探测器沿X轴排列而成，其中沿Y轴平行的两个六自由度探测器的位置对应一个投影物镜的X向中心。

更进一步地，该六自由度探测器包括一水平向探测器和一垂向探测器，该水平向探测器和垂向探测器共用一个分光成像单元。

更进一步地，该分光成像单元的一光源的出射光经一照明镜组后依次经过一第一分光棱镜、第二分光棱镜、成像前组，经该基板反射后经该成像前组后进入该第二分光棱镜，该第二分光棱镜的出射光一部分进入该水平向探测器，另一部分经该第一分光棱镜进入该垂向探测器。

更进一步地，该水平向传感器包括一滤光片、一成像后组以及一面阵CCD，该垂直向传感器包括一探测前组、一棱镜组件、一探测后组以及一线阵CCD。

更进一步地，该分光成像单元的一光源经过一波长选择单元后依次经过一照明镜组、一照明调节单元，一分光棱镜，经该基板反射后进入一分光单元，该分光单元的一部分进入该垂向探测器，另一部分经该分光棱镜进入该水平向探测器。

更进一步地，该垂向探测器为一干涉光探测器，该水平向探测器是一机器视觉探测器。

本发明同时公开一种曝光方法，包括：步骤一、开始扫描测量，将工件台运动至第一个曝光场的扫描起始位置；步骤二、扫描第一列的对准标记，同时计算第一列的对准标记的水平向和垂向位置；步骤三、扫描第二列的对准标记，同时计算第二列的对准标记的水平向和垂向位置；步骤四、第一曝光场扫描完成后，计算第一曝光场的对准位置和调焦位置；如果对准标记的垂向位置有离焦时，对离焦量进行补偿。

与现有技术相比较，本发明利用结构更紧凑的六自由度测量传感器，可增加更多的测量光斑，从而提高调焦调平的测量精度；在曝光场扫描过程中，既能对对准标记进行水平向测量，同时又能进行垂向的测量，不仅提高了产率，而且当对准标记有离焦现象时，可对水平向结果进行补偿，从而提高了对准精度。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是现有技术中一种典型的TFT的曝光装置；

图2是现有技术中调焦与对准测量点分布图；

图3是本发明所涉及的曝光装置的结构示意图；

图4是本发明所涉及的曝光场中曝光装置和对准调焦测量点分布图；

图5是本发明所涉及的对准测量标记分布图；

图6是本发明所涉及的六自由度测量传感器的结构示意图；

图7是本发明所涉及的曝光场扫描流程图；

图8是本发明所涉及的曝光场的扫描示意图之一；

图9是本发明所涉及的曝光场的扫描示意图之二；

图10是本发明所涉及的曝光场的扫描示意图之三；

图11是本发明所涉及的曝光场的扫描示意图之四；

图12是本发明所涉及的曝光场的扫描示意图之五；

图13是本发明提供的第二实施例中的调焦调平与对准测量光斑分布图；

图14是本发明提供的第二实施例中的六自由度测量传感器的结构示意图；

图15是本发明提供的第三实施例中的调焦调平与对准测量光斑分布图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明的目的在于提供一种测量精度更高的调焦调平装置。

图3为本发明所述的曝光装置的示意图，掩模板101经照明***100照明之后，由投影物镜阵列103a~103f曝光玻璃基板107，玻璃基板107由基板台108承载。投影物镜阵列103a~103f对玻璃基板107在基板面的曝光视场分别为105a~105f。投影物镜阵列由N投影物镜，沿X轴交错排列成至少两组，其中N为大于1的自然数。在本实施例中，投影物镜阵列共有两组，一组三个，组成一2*3的阵列。在两组物镜中间放置了6个六自由度探测传感器104a~104f，6个六自由度探测传感器在基板面的测量点为106a~106f，6个六自由度探测传感器沿着X向分布。

图4为玻璃基板上六自由度探测传感器测量点与投影物镜曝光视场的布局示意图，6个六自由度探测传感器测量点106a~106f位于两列曝光视场中心，并且每个测量点与曝光视场X向的中心对应。

图5为基板尺寸与曝光扫描视场、对准测量标记的分布示意图。本实施例假定一张玻璃基板共有4个扫描曝光视场，呈2×2分布。在每个扫描曝光视场有两排对准测量标记，两排对准测量标记平行，每排共有6个对准测量标记，且6个对准测量标记沿X向分布。其中一排位于扫描场的开始区域，另外一排位与扫描场的结束区域。光刻机的扫描方向为Y方向。

图6为一种六自由度测量传感器的结构示意图，其由水平向测量传感器和垂向测量传感器组成，其中光源301、照明镜组302、分光棱镜303和304、成像前组305为共用组件，实现了将光源照射到工件306上。光源经过工件306反射后经过成像前组305，第二分光棱镜304、滤光片307、成像后组308后进入面阵CCD309，共同组成了水平向测量传感器，即对准传感器，其工作原理为典型的机器视觉对准测量原理，可以通过图像处理计算计算获得对准标记的水平向位置。光源经过成像前组305，两个分光棱镜303和304、探测前组310、棱镜组件311、探测后组311后进入线阵CCD312，共同组成了垂向测量传感器，即调焦调平传感器，其工作原理为光谱共焦测量技术，在测量工件处不同离焦量对应着不同波长的单色光，而在线阵CCD端，不同波长的单色光在线阵CCD上的位置不同，通过计算线阵CCD上能量最大的单色光即可转换为相应的离焦量。该测量传感器可实现水平向和垂向的同时测量功能。

图7为玻璃基板的曝光流程示意图，其具体步骤为：

701：通过基板传输将玻璃基板传输至工件台上。

702：通过预对准计算玻璃基板的边缘与工件台的中心位置。

703：开始扫描测量，将工件台运动至第一个曝光场的扫描起始位置，如图8所示。

704：工件台运动至扫描起始位置的同时，调焦调平传感器打开测量缓存的功能，调焦调平传感器按照一定的采样频率缓存6个六自由度测量传感器的垂向测量结果，以及当前工件台的水平向坐标；

705：到工件台扫描至第一列的对准标记位置时，如图9所示，开启六自由度测量传感器种的面阵CCD对每个对准标记进行采图，同时六自由度测量传感器中垂向传感器测量当前玻璃基板的垂向测量结果，即利用六自由度测量传感器实现对对准标记的水平向和垂向位置的同时测量；

706：工件台经过扫描，如图10所示，运动至第二列标记位置时，如图11所示，六自由度测量传感器同时测量对准标记的水平向和垂向位置。

707：工件台继续沿着扫描方向运动，直至该曝光场的扫描结束位置，如图12所示；

708：工件台到达曝光场的扫描结束位置后，调焦调平传感器关闭缓存功能，停止对六自由度测量传感器的垂向测量结果和工件台水平向左边的缓存；

709、710：当扫描测量结束时，可以开始计算该场的对准位置和调焦位置。通过对准传感器的计算可以获得当前曝光场的对准测量信息(Xa1, Ya1)、(Xb1, Yb1)、(Xc1,Yc1)、(Xd1, Yd1)、(Xe1, Ye1) 、(Xf1, Yf1)，以及(Xa2, Ya2)、(Xb2, Yb2)、(Xc2, Yc2)、(Xd2, Yd2)、(Xe2, Ye2) 、(Xf2, Yf2)，对两排标记的位置进行拟合计算，即可求得该场的对准位置X、Y、Rz；同样，通过缓存的调焦测量信息(Xi、Yi、Zi、Rxi、Ryi、Rzi、Za~fi)，对(Xi、Yi、Zi、Rxi、Ryi、Rzi、Za~fi)进行拟合计算，即可获得该曝光场总体的调焦位置Z、Rx、Ry。在此步骤中，当对准标记的垂向位置有离焦时，可在对准的计算结果中进行离焦量的补偿；

711：判断是否所有的曝光场都完成扫描流程；

712：若还有曝光场没完成扫描流程，则驱动工件台至下一曝光场，并重新开始703~710步骤；

713：若完成所有曝光场的扫描，则根据之前扫描计算的每个场的对准及调焦结果对每个场进行曝光；

714：整个流程完成后把玻璃基板从工件台上取下。

图13是本发明提供的第二实施例中的调焦调平与对准测量光斑分布图。第二实施方式与第一实施方式的差别在于：共有406a~406k 11个测量光斑，沿X向直线排列，并且分布于两列曝光视场的中心位置，其中测量光斑406a、406c、406e、406g、406i、406k这6个光斑与实施例1中的6个测量光斑位置一致，并与每个曝光视场的X向中心对应。其余，测量光斑406b位于406a与406c的中心；测量光斑406d位于406c与406e的中心；测量光斑406f位于406e与406g的中心；测量光斑406h位于406g与406i的中心；测量光斑406j位于406i与406k的中心。

如上述的排列方式，其中与每个曝光视场的X向中心对应的光斑都与对准标记相对应，其与对准标记相对应的测量光斑在使用时在对准测量的同时还进行垂向高度测量，其余光斑则只进行垂向高度测量，增加调焦的准确性。

图14是本发明提供的第二实施例中的六自由度测量传感器的结构示意图。在该实施例中，水平向测量仍为传统的机器视觉为原理的对准传感器，而垂向传感器则为白光干涉原理，通过测量参考标记609与工件表面608之间的相干光的光程差来确定垂向高度。

图15是本发明提供的第三实施例中的调焦调平与对准测量光斑分布图。该第三实施方式与第一、第二实施方式的区别在于：在两列拼接物镜之间布置了两列测量光斑，并且每列测量中的每个测量光斑对与每个曝光视场的X向中心对应。

如上述的排列方式，其中一列的光斑与对准标记相对应，其与对准标记相对应的测量光斑在使用时在对准测量的同时还进行垂向高度测量;另一列光斑则只进行垂向高度测量，增加调焦的准确性。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种曝光装置，其特征在于，包括：

一照明***，用于提供曝光所用之光束；

一投影物镜阵列，包括N个投影物镜，用于将位于一掩模板上的图形投影至一基板，N为大于1的自然数；

一六自由度探测器阵列，由若干六自由度探测器组成，用于测量曝光场内对准标记的水平向和垂直向位置，所述六自由度探测器包括一水平向探测器和一垂向探测器，所述水平向探测器和垂向探测器共用一个分光成像单元，可分别测量对准标记的水平向和垂直向位置，当对准标记的垂直向位置有离焦时，在对准位置的计算结果中对离焦量进行补偿；

一掩模台，用于承载所述掩模板并提供位移；

一工件台，用于承载所述基板并提供位移；所述掩模板与所述基板相对同步移动。

2.如权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，所述投影物镜阵列由上述N个投影物镜，沿X轴交错排列成至少两组。

3.如权利要求1或2所述的曝光装置，其特征在于，所述六自由度探测器阵列由N个六自由度探测器沿X轴排列而成，每个六自由度探测器的位置对应一个投影物镜的X向中心。

4.如权利要求1或2所述的曝光装置，其特征在于，所述六自由度探测器阵列由2n-1个六自由度探测器沿X轴排列而成，其中n个六自由度探测器的位置分别对应一个投影物镜的X向中心，另外n-1个六自由度探测器位于相邻的两个六自由度探测器的中心。

5.如权利要求1或2所述的曝光装置，其特征在于，所述六自由度探测器阵列由n×2个六自由度探测器沿X轴排列而成，其中沿Y轴平行的两个六自由度探测器的位置对应一个投影物镜的X向中心。

6.如权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，所述分光成像单元的一光源的出射光经一照明镜组后依次经过一第一分光棱镜、第二分光棱镜、成像前组，经所述基板反射后经所述成像前组后进入所述第二分光棱镜，所述第二分光棱镜的出射光一部分进入所述水平向探测器，另一部分经所述第一分光棱镜进入所述垂向探测器。

7.如权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，所述水平向探测器包括一滤光片、一成像后组以及一面阵CCD，所述垂向探测器包括一探测前组、一棱镜组件、一探测后组以及一线阵CCD。

8.如权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，所述分光成像单元的一光源经过一波长选择单元后依次经过一照明镜组、一照明调节单元，一分光棱镜，经所述基板反射后进入一分光单元，所述分光单元的一部分进入所述垂向探测器，另一部分经所述分光棱镜进入所述水平向探测器。

9.如权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，所述垂向探测器为一干涉光探测器，所述水平向探测器是一机器视觉探测器。

10.一种曝光方法，采用水平向探测器和垂向探测器分别测量曝光场内一对准标记的水平向和垂直向位置，其特征在于，包括：

步骤一、开始扫描测量，将工件台运动至第一个曝光场的扫描起始位置，垂向探测器打开测量缓存的功能，垂向探测器按照一定的采样频率缓存垂向测量结果，以及当前工件台的水平向坐标；

步骤二、扫描曝光场内的第一列的对准标记，水平向探测器和垂向探测器同时分别测量第一列的对准标记的水平向和垂向位置；

步骤三、扫描第二列的对准标记，水平向探测器和垂向探测器同时分别测量第二列的对准标记的水平向和垂向位置；

步骤四、第一曝光场扫描完成后，计算第一曝光场的对准位置和调焦位置；如果对准标记的垂向位置有离焦时，在对准位置的计算结果中对离焦量进行补偿。