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TWI897171B - 描繪裝置及描繪方法 - Google Patents

描繪裝置及描繪方法

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TWI897171B
TWI897171B TW112151479A TW112151479A TWI897171B TW I897171 B TWI897171 B TW I897171B TW 112151479 A TW112151479 A TW 112151479A TW 112151479 A TW112151479 A TW 112151479A TW I897171 B TWI897171 B TW I897171B
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TW112151479A
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TW202435277A (zh
Inventor
谷口慎也
Original Assignee
日商斯庫林集團股份有限公司
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Abstract

本發明之描繪裝置及描繪方法係使上表面載置有基板的載台移動，一面交互執行朝向主掃描方向的主掃描移動及朝向副掃描方向的副掃描移動，一面自描繪部朝向基板照射光而進行描繪，主掃描方向與副掃描方向相互交叉。藉由讀取頭而讀取與載台一體設置且沿主掃描方向形成有刻度的線性標尺，以檢測主掃描方向之描繪部與載台的相對位置；當載台朝副掃描方向移動時，使讀取頭以與載台的移動量相對應的移動量進行移動。本發明不會招致裝置的大型化及高成本化，而可進行根據線性編碼器之原理的載台位置計測。

Description

描繪裝置及描繪方法
本發明係有關一種於例如在半導體基板、半導體封裝基板、印刷電路配線基板、玻璃基板等基板上描繪圖案的技術。
作為在半導體基板、半導體封裝基板、印刷電路配線基板、玻璃基板等各種基板上形成配線圖案等圖案的技術，具有藉由對表面形成感光層之基板進行與待形成圖案相對應之光照射而使感光層曝光的技術。例如，專利文獻1記載的描繪裝置將根據待描繪圖案而調變的光束照射至基板，藉此在基板上描繪既定的圖案。此外，例如，專利文獻2記載的描繪裝置經由與圖案形狀相對應的遮罩(reticle)而朝基板照射曝光用照明光，藉此以描繪圖案。
於該等描繪裝置中，為了對基板整體進行描繪，一面使光的入射位置變化一面複數次執行局部曝光。具體而言，一面交互地執行使載置基板之載台朝向主掃描方向移動的主掃描移動、及在與其交叉之副掃描方向上對載台進行步進進給的副掃描移動，一面執行曝光。作為此一掃描移動，有時亦被稱為所謂之步進與重復(step and repeat)方式或步進與掃描(step and scan)方式的掃描移動。
為了在基板上的適當位置進行描繪，其需要正確地計測掃描移動時的載台位置。為此目的，於日本專利特開2012-169549號公報(專利文獻1)記載的技術中，採用了使用雷射干涉儀的位置計測部。另一方面，於日本專利第5035247號公報(專利文獻2)記載的技術中，藉由對形成於計測台之二維刻度進行光學讀取之線性編碼器，而計測載台位置。
(發明所欲解決之問題)
在該等位置計測技術之間，由於在計測精度、解析度、長期穩定性方面較為優異的理由，因此迄今為止主要使用雷射干涉儀方式。然而，於進一步謀求提高計測精度時，因雷射光之光路上的環境溫度波動而引起之計測值的短期變動成為較大誤差之主因。
另一方面，近年來，在線性編碼器方式上性能亦不斷被提高，尤其在解析度方面，與雷射干涉儀方式同等以上的技術已經實用化。但是，在線性編碼器方式的位置計測技術中，其需要將刻有刻度之線性標尺與讀取該刻度的讀取頭相互對向配置。因此，為了與伴隨朝向主掃描方向及副掃描方向之移動的步進與重復方式或步進與掃描方式的載台移動進行組合，如專利文獻2所記載，其需要配置多個讀取頭以涵蓋載台之移動範圍整體。
尤其，於圖案越來越高精細化及基板越來越大型化之現狀下，其需要多次對1片基板進行朝向副掃描方向的步進進給。為了對應如此的移動範圍，其需要多個讀取頭。此則會招致裝置的大型化及高成本化，該問題於先前技術中依然存在。 (解決問題之技術手段)
本發明係鑑於上述課題所完成，其目的在於，在一面使載置基板的載台移動一面藉由光進行描繪的技術中，其不會招致裝置的大型化及高成本化，而可進行根據線性編碼器之原理的載台位置計測。
本發明之一態樣係一種描繪裝置，其具備有：載台，其可於上表面載置基板；描繪部，其對被載置於上述載台的上述基板照射光而進行描繪；第1移動機構，其使上述載台對上述描繪部相對地移動，執行朝向主掃描方向的主掃描移動、及朝向與上述主掃描方向交叉的副掃描方向的副掃描移動，上述主掃描方向及上述副掃描方向係與上述上表面平行且相互交叉；及位置檢測部，其檢測上述主掃描方向之上述描繪部與上述載台的相對位置。於該描繪裝置中，上述位置檢測部具有：線性標尺，其與上述載台被一體設置，且沿上述主掃描方向形成有刻度；讀取頭，其讀取上述刻度；及第2移動機構，其使上述讀取頭對上述描繪部沿上述副掃描方向相對地移動；當上述載台藉由上述第1移動機構於上述副掃描方向移動時，上述第2移動機構使上述讀取頭以與上述載台之移動量相對應的移動量進行移動。
於如此構成的本發明中，藉由讀取頭讀取沿主掃描方向延伸設置且與載台一體移動之線性標尺的刻度(尺度)，而檢測載台之主掃描方向的位置。即，位置檢測部根據線性編碼器方式的計測原理，計測載台的主掃描方向位置。另一方面，於載台朝副掃描方向移動時，讀取頭沿副掃描方向以與載台移動量對應的量進行移動。
因此，當與載台一體移動之線性標尺沿著副掃描方向移動，則讀取頭亦隨之沿副掃描方向移動。因此，藉由利用移動後的讀取頭讀取刻度，其可繼續進行載台的位置檢測。如此，根據本發明，即使載台朝副掃描方向的移動次數增加，也無需增加讀取頭的設置數量，而可使用少數量的讀取頭進行載台的位置檢測。
此外，本發明之另一態樣係一種描繪方法，其使上表面載置有基板的載台移動，一面交互執行朝向主掃描方向的主掃描移動及朝向與上述主掃描方向交叉之副掃描方向的副掃描移動，一面自描繪部朝向上述基板照射光而進行描繪，上述主掃描方向及上述副掃描方向係與上述上表面平行且相互交叉；其中，藉由讀取頭讀取與上述載台被一體設置且沿上述主掃描方向形成有刻度的線性標尺，而檢測上述主掃描方向之上述描繪部與上述載台的相對位置，當上述載台朝向上述副掃描方向移動時，使上述讀取頭以與上述載台的移動量對應的移動量進行移動。
於如此構成之本發明中，根據與上述描繪裝置之發明相同的原理，即使於載台朝副掃描方向的移動次數增加的情況下，亦可藉由少數量的讀取頭進行載台的位置檢測。 (對照先前技術之功效)
如上所述，根據本發明，當利用一對線性標尺及讀取頭所構成的線性編碼器來檢測載台位置時，讀取頭亦與載台之副掃描移動相對應而朝副掃描方向移動。因此，即使當載台朝向副掃描方向的移動次數多的情況下，亦可藉由少數量的讀取頭進行位置檢測，而可抑制裝置的大型化及高成本化。
本發明之上述構成及其他目的及新穎特徵，藉由參照附圖且閱讀以下詳細說明，應可更清楚地了解。但是，圖式僅係用於說明，並非用以限制本發明之範圍。
＜第1實施形態＞ 圖1為示意表示作為本發明之描繪裝置的第1實施形態之曝光裝置的概略構成的前視圖。圖2為表示圖1之曝光裝置所具備的電性構成之一例的方塊圖。於圖1及以下圖式中，適當表示作為水平方向的X方向、作為與X方向正交之水平方向的Y方向、作為鉛垂方向的Z方向、及以與Z方向平行的旋轉軸作為中心的旋轉方向θ。
曝光裝置1藉由對形成有抗蝕劑等感光材料之層的基板S(曝光對象基板)照射既定圖案的雷射光，而於感光材料上描繪圖案。作為基板S，例如可適用半導體基板、半導體封裝基板、印刷電路配線基板、各種顯示裝置用的玻璃基板等各種基板。此外，其形狀並無別限制，例如可將圓板狀基板、矩形基板、加工成特定外形的異形基板等作為基板S來使用。
曝光裝置1具備有本體11，本體11由本體框架111、及安裝於本體框架111的蓋板(省略圖示)所構成。並且，於本體11的內部及外部分別配置有曝光裝置1的各種構成要件。
曝光裝置1的本體11內部被區隔成處理區域112及交接區域113。於處理區域112中，主要配置有載台2、載台驅動機構3、曝光單元4、對準單元5及位置檢測機構8。其等各部係配置於基部100上、或者安裝於支架(gantry)狀之支撐框架101，該支架狀支撐框架101係以橫跨基部之方式配置於基部100。此外，於本體11的外部配置有朝對準單元5供給照明光的照明單元6。於交接區域113中，配置有對處理區域112進行基板S之搬入搬出的搬送機器人等搬送裝置7。並且，於本體11內部配置有控制部9。控制部9係與曝光裝置1的各部電性連接，以控制其等各部的動作。
配置於本體11內部之交接區域113的搬送裝置7，係自未圖示的外部之搬送裝置或基板保管裝置接收未處理的基板S，並將其搬入(載入)至處理區域112內，且將處理完畢的基板S自處理區域112搬出(卸載)而朝向外部排出。未處理的基板S的載入及處理完畢的基板S的卸載，係根據來自控制部9的指示而藉由搬送裝置7所執行。
載台2具有平板狀的外形，且將載置於其上表面的基板S保持為水平姿勢。於載台2上表面形成有複數個吸引孔(省略圖示)，藉由對該吸引孔施加負壓(吸引壓)，可將載置於載台2上之基板S固定於載台2上表面。該載台2藉由載台驅動機構3所驅動。
載台驅動機構3係使載台2沿Y方向(主掃描方向)、X方向(副掃描方向)、Z方向及旋轉方向θ(偏轉方向)移動的X-Y-Z-θ驅動機構。載台驅動機構3具有Y軸機器人31、Y移動台32、X軸機器人33、X移動台34、θ軸機器人35、及Z軸機器人37。Y軸機器人31係沿Y方向延伸設置的單軸機器人。Y移動台32藉由Y軸機器人31而沿Y方向被驅動。X軸機器人33係於Y移動台32上表面沿X方向延伸設置的單軸機器人。X移動台34藉由X軸機器人33而沿X方向被驅動。θ軸機器人35係相對於X移動台34沿旋轉方向θ進行驅動，而驅動被支撐於X移動台34上表面的載台2。
因此，載台驅動機構3可藉由Y軸機器人31具有的Y軸伺服馬達沿Y方向驅動載台2，藉由X軸機器人33具有的X軸伺服馬達沿X方向驅動載台2，及藉由θ軸機器人35具有的θ軸伺服馬達沿旋轉方向θ驅動載台2。有關該等伺服馬達，已省略其圖示。此外，載台驅動機構3可藉由Z軸機器人37沿Z方向驅動載台2。該載台驅動機構3根據來自控制部9的指令，藉由使Y軸機器人31、X軸機器人33、θ軸機器人35及Z軸機器人37動作，而使載置於載台2的基板S移動。
為了檢測如此移動之載台2的位置，其設置有位置檢測機構8。具體而言，位置檢測機構8具有：線性標尺81，其於載台2上表面沿Y方向延伸設置；及讀取頭82，其安裝於支撐框架101，讀取刻印於線性標尺81之刻度(尺度)；其等構成線性編碼器。讀取頭82的輸出被輸入至控制部9。
曝光單元4具有曝光頭41及光照射部40。曝光頭41被配置於較載台2上的基板S更靠上方。光照射部40包含光源驅動部42、雷射出射部43及照明光學系統44，對曝光頭41照射雷射光。曝光單元4亦可於X方向上不同位置設置複數個。
藉由光源驅動部42的動作而自雷射出射部43出射的雷射光，經由照明光學系統44朝向曝光頭41照射。曝光頭41係藉由空間光調變器400(以下，亦簡稱為「光調變器」)對自光照射部40出射的雷射光進行調變，且對移動至其正下方的基板S進行落射。如此，藉由利用雷射光束對基板S進行曝光，於基板S上描繪圖案(曝光動作)。
對準單元5具有配置於較載台2上的基板S更靠上方的對準相機51。該對準相機51具有鏡筒、物鏡及CCD圖像感測器，其對在移動至其正下方之基板S上表面所設置的對準標記進行攝像。對準相機51具備之CCD圖像感測器，例如由區域圖像感測器(二維圖像感測器)所構成。
照明單元6經由光纖61而與對準相機51的鏡筒連接，並朝向對準相機51供給照明光。藉由自照明單元6延伸之光纖61導引的照明光，經由對準相機51的鏡筒而被導引至基板S上表面。基板S上的反射光經由物鏡而入射至CCD圖像感測器。藉此，其對基板S上表面進行攝像而取得攝像圖像。對準相機51係與控制部9電性連接，根據來自控制部9的指示取得攝像圖像，且將該攝像圖像傳送至控制部9。
控制部9藉由控制上述各單元的動作而實現各種處理。為此目的，控制部9具備有CPU(Central Processing Unit)91、記憶體(RAM)92、儲存器93、輸入部94、顯示部95及介面部96等。CPU91讀取並執行預先記憶於儲存器93的控制程式931，而執行後述的各種動作。記憶體92用於CPU91的運算處理，或者短暫記憶作為運算處理之結果而生成的資料。儲存器93長期記憶各種資料及控制程式。具體而言，儲存器93係快閃記憶體記憶裝置、硬碟驅動器裝置等非揮發性記憶裝置，除了CPU91執行的控制程式931之外，例如還記憶有表示待描繪之圖案內容的設計資料即CAD(Computer Aided Design)資料932。
輸入部94受理來自使用者的操作輸入，為此目的，其具有鍵盤、滑鼠、觸控面板等適當的輸入裝置(已省略圖示)。顯示部95利用顯示輸出各種資訊以通知使用者，為此目的，其具有適當的顯示裝置、例如為液晶顯示面板。介面部96擔負與外部裝置之間的通信。例如，當曝光裝置1自外部接收控制程式931及CAD資料932時，介面部96則發揮功能。為此目的，介面部96亦可具備有用以自外部記錄媒體讀取資料的構成(例如硬碟驅動器)及功能。
CPU91藉由執行控制程式931，而以軟體方式實現曝光資料生成部911、曝光控制部912、聚焦控制部913、載台控制部914及位置計算部915等功能塊。再者，對於該等功能塊的各者，亦可至少其中一部分藉由專用硬體來實現。
曝光資料生成部911根據來自儲存器93讀出的CAD資料932，生成用以根據圖案而對光束進行調變的曝光資料。當基板S存在歪曲等變形時，利用曝光資料生成部911根據基板S的歪曲量以修正曝光資料，並可進行與基板S的形狀一致的描繪。曝光資料被傳送至曝光頭41，曝光頭41根據該曝光資料對來自光照射部40出射的雷射光進行調變。如此，根據圖案調變後的調變光束被照射至基板S，對基板S表面局部地曝光而描繪出圖案。
曝光控制部912控制光照射部40，而使具有既定之功率及光點尺寸的雷射光束出射。聚焦控制部913控制設於曝光頭41之投影光學系統，而使雷射光束匯聚於基板S表面。
載台控制部914控制載台驅動機構3，而實現用以對準調整之載台2的移動、及用以曝光時掃描移動之載台2的移動。於對準調整中，以載置於載台2之基板S與曝光頭41之間的曝光開始時相對位置關係成為預先決定之關係的方式，將載台2的位置朝X方向、Y方向、Z方向及θ方向調整。另一方面，於曝光時掃描移動中，使主掃描移動與以一定間距朝X方向的步進進給(副掃描移動)進行組合，該主掃描移動係藉由使載台2以一定速度沿Y方向移動，而使基板S通過曝光頭41的下方。位置計算部915根據位置檢測機構8的讀取頭82讀取線性標尺81而輸出的信號，以計算載台2的位置。
圖3A至圖3C為沿Y方向觀察曝光裝置之主要部分的圖，圖4為示意表示載台驅動機構之構成的立體圖。再者，圖3A至圖3C係與沿(+Y)方向觀察曝光裝置1的側視圖相對應，但為了特別明確表示載台驅動機構3的構成，已省略了光照射部40、對準單元5及控制部9等的記載。此外，於該等圖及以下圖式中，裝置各構成附近所示的虛線箭頭及一點鏈線箭頭，係表示該構成的移動方向。
如圖3A所示，支架狀的支撐框架101係以於X方向上橫跨載台驅動機構3及被其支撐之載台2的方式，安裝於基部100。於該支撐框架101安裝有曝光單元4的曝光頭41。此處，僅代表性地表示1個曝光頭41，但設置數量並不受限於此而可為任意數量。當設置複數個彼此具有相同構造的曝光頭41時，其等係於X方向上等間隔地配置。其等於掃描移動中一體地對基板S進行相對移動。
曝光頭41與基板S的相對移動係藉由載台驅動機構3使載台2移動而實現。即，載台驅動機構3交互執行主掃描移動及副掃描移動，該主掃描移動係使載台2沿Y方向連續移動，該副掃描移動係使載台2沿X方向僅進給既定間距。藉此，可使自曝光頭41出射的曝光光束朝向基板S的入射位置改變，最終則實現對基板S整體的曝光動作。
位置檢測機構8擔負該等動作中對載台2的位置檢測。具體而言，如圖4所示，於載台2上表面中(+X)側的端部附近，安裝有沿Y方向延伸的線性標尺81。線性標尺81例如由玻璃板所形成，如後述，其為一種分別沿X方向及Y方向以既定間隔刻印有刻度(尺度)的二維線性標尺。
於以下說明中稱為「X方向刻度」時，意指沿X方向以既定間隔配置刻度，且用以檢測X方向之位置而使用的刻度。同樣地，於以下說明中稱為「Y方向刻度」時，意指沿Y方向以既定間隔配置刻度，且用以檢測Y方向之位置而使用的刻度。
於線性標尺81的上方設置有讀取頭82。讀取頭82光學讀取線性標尺81的刻度，且輸出與讀取結果對應的信號。如後述，讀取頭82係一種二維讀取頭，可分別單獨地讀取設於二維之線性標尺81的X方向刻度及Y方向刻度。來自讀取頭82的輸出信號被輸入至控制部9的位置計算部915。位置計算部915對來自讀取頭82輸出的信號進行計數，而計算出載台2的位置。此外，根據該位置的變化，則可求出移動速度及移動量。
讀取頭82經由將X方向作為可動方向的直動機構83而安裝於支撐框架101。直動機構83根據來自控制部9的控制指令，使讀取頭82於既定的可動範圍內沿X方向移動。作為直動機構，例如可使用線性馬達、滾珠螺桿機構、或齒條齒輪機構等。
讀取頭82被定位於X方向上與線性標尺81相對應的位置。讀取頭82的Y方向位置固定不變。因此，當載台2沿Y方向移動(主掃描移動)時，線性標尺81通過讀取頭82的正下方位置，讀取頭82依序讀取設於線性標尺81的刻度。
另一方面，對應於載台2朝X方向的移動(副掃描移動)，直動機構83以與該移動連動的方式使讀取頭82沿X方向移動。藉此，其可分別於副掃描移動之前後維持讀取頭82與線性標尺81相對向的狀態。
以下參照圖3B及圖3C，對讀取頭82的可動範圍的設定進行說明。圖3B表示自曝光頭41出射之雷射光L入射至基板S(+X)側端部時載台2的位置。此外，圖3C表示自曝光頭41出射之雷射光L入射至基板S(-X)側端部時載台2的位置。
如此，副掃描移動中載台2的移動範圍被設定為，使曝光光束L照射於包含X方向上基板S兩端部的整個區域。因此，讀取頭82的可動範圍亦被設定為，於載台2的整體移動範圍內實現與線性標尺81的對向配置。即，可動範圍被決定為包含下述二者：如圖3B所示，載台2於其移動範圍內位於最靠近(-X)方向的位置時線性標尺81的正上方位置；及如圖3C所示，載台2於其移動範圍內位於最靠近(+X)方向的位置時線性標尺81的正上方位置。
如本例所示，於僅設置1組曝光頭41的構成例中，載台2及讀取頭82的移動量實質上成為與基板S之X方向上的長度大致相同。另一方面，如以下所說明，於曝光頭41沿X方向排列有複數組的構成例中，由於各個曝光頭41只需對基板S的一部分區域進行曝光即可，因此所需之載台2及讀取頭82的移動量變得更小。
圖5A至圖5C為表示設置2組曝光頭的構成例的圖。如圖5A所示，例如，2組曝光頭41、41於其等的排列間距P被設定為基板S之X方向長度Wx的一半長度時，各曝光頭41只要於基板S全表面中分別於X方向上各曝光一半即可。因此，如圖5B及圖5C所示，載台2及讀取頭82的移動量，可小於圖3B及圖3C所示的事例。曝光頭41的配置數量越多，則載台2及讀取頭82的移動量越少。
再者，近年來，由於基板S越來越大型化及圖案越來越微細化，因此藉由一次主掃描移動可曝光的區域係基板S表面的極小一部分。因此，例如即使設置多個曝光頭，也需要進行多次、例如數十步進的副掃描移動。於專利文獻2記載的先前技術中，為了覆蓋此一移動範圍整體，則需要配置多個讀取頭。相對於此，於本實施形態中，由於具有使讀取頭82朝副掃描方向移動的直動機構83，因此其不需要將讀取頭82設置複數個。
圖6A及圖6B為說明位置檢測機構中位置檢測原理的圖。如上所述，本實施形態的位置檢測機構8藉由二維線性標尺81及讀取該二維線性標尺的讀取頭82的組合，進行載台2的位置檢測。具體而言，如圖6A所示，讀取頭82具有分別對刻度進行光學檢測的3個光學感測器821、822、823。另一方面，線性標尺81具有以一定間距沿X方向形成的X方向刻度Sx、及以一定間距沿Y方向形成的Y方向刻度Sy。
再者，此處為了說明原理，已例示具有此一單純刻度圖案的二維線性標尺。然而，作為二維線性標尺，除此以外，各種刻度圖案已被實用化，本發明之實施形態亦可從其等中適當選擇使用。此外，作為刻度的解析度，相較於本裝置的載台位置控制中所需之精度為使用更高的解析度。例如，具有奈米等級解析度的線性標尺已被產品化，而可適當應用於本實施形態。
3個光學感測器中的1個光學感測器823被配置為，讀取Y方向刻度Sy。另一方面，其他2個光學感測器821、822被配置為，讀取X方向刻度Sx，而且，其等的位置於Y方向上不同。於以下說明中，有時亦將可讀取X方向刻度的光學感測器(例如，本例中的光學感測器821、822)簡稱為「X方向感測器」，且將可讀取Y方向刻度的光學感測器(例如，本例中的光學感測器823)簡稱為「Y方向感測器」。
再者，於1個光學感測器可讀取相互正交之2種類刻度的情況下，例如二維圖像感測器，亦可使該1個光學感測器兼具有作為「X方向感測器」的功能及作為「Y方向感測器」的功能。
藉由如此構成之讀取頭82與二維線性標尺81的組合，其位置檢測機構8可檢測分別於X方向及Y方向上載台2的位置、及載台2圍繞與Z軸平行之θ軸的旋轉量(偏轉)。具體而言，根據光學感測器821、822至少一者的讀取結果，可檢測X方向上載台2的位置。此外，根據光學感測器823的讀取結果，可檢測Y方向上載台2的位置。此外，如以下所說明，藉由比較光學感測器821、822的讀取結果，可求出載台2的偏轉量。該等之運算係藉由控制部9的位置計算部915所執行。
如圖6B所示，考慮X方向刻度Sx相對於2個X方向感測器821、822之排列方向即Y方向以角度θ傾斜的狀態。根據2個光學感測器821、822讀取X方向刻度Sx的結果而計算所得之載台2的X方向位置，因該傾斜而導致相互不同。此處，分別藉由符號X1、X2表示根據光學感測器821、822的輸出而計算出之載台2的X方向位置。此外，藉由符號d表示2個光學感測器821、822之間的Y方向的距離。
如此，根據圖6B所示的關係，藉由以下的算式： θ=arctan{(X1-X2)/d}…(式1) 可求出傾斜度θ、即偏轉量。由於在現實中傾斜度θ係微小，因此可使用下述近似式： θ≒(X1-X2)/d…(式2)。
再者，當作為位置檢測之對象物的載台2、及作為檢測主體的讀取頭82同時進行朝向X方向的移動，則無法適當地檢測出載台2相對於曝光頭41的移動量。為了解決該問題，本實施形態中曝光動作係以如下方式所構成。
圖7為表示本實施形態之曝光動作的處理內容的流程圖。該處理係藉由控制部9的CPU91執行記憶於儲存器93的控制程式931而實現。再者，該處理係在預先於載台2載置作為描繪對象的基板S且已進行既定之對準調整的狀態下開始，但由於對準調整技術屬於周知技術，因此在此省略其說明。
於適當位置載置有基板S的載台2係藉由載台驅動機構3而定位於既定的初始位置(步驟S101)。然後，藉由位置檢測機構8開始位置檢測(步驟S102)，並且藉由載台驅動機構3使載台2沿Y方向移動而開始主掃描移動(步驟S103)。於載台2的移動中，隨時藉由位置檢測機構8進行載台位置的檢測，且根據其結果控制載台驅動機構3及曝光頭41的動作。
當載台2移動至曝光開始位置、即自曝光頭41出射之光束L的入射位置接觸至基板S一端部的位置(步驟S104)，則藉由曝光頭41開始對基板S曝光(步驟S105)。此時，根據載台位置的檢測結果，依需要隨時進行載台位置的校正(X方向、θ方向)及曝光頭41(空間光調變器400)的控制(Y方向)。
當載台2於Y方向移動且到達一條帶(stripe)份額之曝光結束的曝光結束位置(步驟S106)，則接著判斷對基板S整體的曝光是否結束(步驟S107)。若對基板S全表面的曝光結束(於步驟S107中為YES)，則結束處理。
另一方面，當基板S殘留有未曝光區域的情況下(於步驟S107中為NO)，繼續進行曝光。即，使載台2以既定間距朝副掃描方向步進移動(步驟S108)。藉此，來自曝光頭41之曝光光束的入射位置於X方向位移。當載台2朝副掃描方向的移動結束，則直動機構83接著根據載台2的移動量使讀取頭82於X方向上移動(步驟S109)。如此，使載台2與讀取頭82於相互不同的時刻分二階段移動，其理由如下。
圖8為表示載台2及讀取頭82之移動方式的圖。再者，於圖8中，為了明確各小圖間的位置關係使之容易理解，雖強調表示X方向刻度Sx中的一個，但於實際機器中則未必進行如此之區別。於步驟S108中，如圖8中箭頭A所示，當讀取頭82(更正確地說，X方向感測器821、822)被固定的狀態下，僅載台2沿X方向例如(+X)方向移動。於此期間，亦藉由X方向感測器821、822動作，可檢測載台2朝X方向的移動量。此時所檢測之移動量M1係載台2相對於固定在支撐框架101之曝光頭41的移動量，且是用於曝光動作之控制的資訊。
另一方面，於步驟S109中，於載台2停止的狀態下，僅讀取頭82朝(+X)方向移動。但是，於圖8中，為了便於說明，如箭頭B所示，表示載台2以讀取頭82為基準相對地朝(-X)方向移動。於此期間，亦藉由讀取頭82之動作，求出讀取頭82相對於載台2的移動量M2。
於用以對應於載台之副掃描移動而預先配置多個讀取頭的構成中，由於各讀取頭的位置係在與移動間距一致的狀態下被固定，因此其不需要考慮與載台之間的位置偏移。相對於此，於本實施形態中，利用讀取頭82自身之移動，藉由與載台2的相對移動而呈現更復雜的情況。具體而言，例如於載台2與讀取頭82之間可能產生位置偏移。如上所述，藉由使兩者於不同的時刻移動，且分別預先檢測其間的移動量，則可單獨地檢測載台2與曝光頭41之間的移動量、及載台2與讀取頭82之間的移動量。
藉此，其可消除上述位置偏移的問題。具體而言，在讀取頭82被固定的狀態下所檢測之載台2的移動量M1、與在載台2被固定的狀態下所檢測之讀取頭82的移動量M2的差，表示讀取頭82相對於載台2的相對移動量即上述「位置偏移」的量ΔM。於第N次(N為自然數)副掃描移動(例如圖8的箭頭A)之後所檢測的載台位置，包含讀取頭82移動時所產生的上述位置偏移。例如，於第(N+1)次的副掃描移動(例如圖8的箭頭C)中根據讀取頭82的檢測結果求出之載台2的移動量M3，包含第N次的載台移動與第(N+1)次的載台移動之間所進行之讀取頭82的移動時所產生的上述位置偏移。
因此，對於第(N+1)次副掃描移動中載台2本來的移動量M4，藉由在根據讀取頭82之檢測結果求出的移動量M3上加上或減去與位置偏移之大小相對應的偏移量ΔM，而可被正確地求出。每當讀取頭82移動時不斷累積相對於載台2的位置偏移。藉此，例如當以初始位置作為基準而求出載台位置時，藉由對每次移動的位置偏移量進行累計，且根據該累計值修正自初始位置開始的載台移動量，則可適當地求出載台位置。
用以使此一處理成為可能之硬體其構成上的要件在於，於載台2的1次副掃描移動的前後雙方，可不使讀取頭82移動而讀取線性標尺81。藉由適當地設定讀取頭82的可讀取範圍(視野)、線性標尺81的X方向尺寸、及讀取頭82相對於線性標尺81的位置，則可滿足此一要件。
當讀取頭82朝向X方向移動時，其Y方向的位置也有可能產生些許變動。為了對應此一問題，於移動讀取頭82時，不僅是對X方向的位置偏移，對Y方向亦利用根據Y方向刻度Sy的讀取結果檢測位置偏移，因此其可使用該資訊進行適當之校正。進而，藉由分別於X方向、Y方向掌握位置偏移，則亦可掌握θ軸、即傾斜方向的偏移。藉由使用該結果，亦可同樣地對載台2的傾斜量(偏轉量)進行校正。
如上所述，於本實施形態的曝光裝置1中，藉由位置檢測機構8檢測主掃描移動及副掃描移動中載台2的位置，該位置檢測機構8係使用將線性標尺81與讀取頭82組合而成之線性編碼器的計測原理。線性標尺81於主掃描方向即Y方向延伸設置，可連續地進行主掃描移動中載台2的位置檢測。
另一方面，對於副掃描方向即X方向，藉由對應於載台2(線性標尺81)的步進移動而使讀取頭82移動，則可於副掃描方向的各位置利用讀取頭82讀取刻度。因此，其不需要於副掃描方向上設置多個讀取頭，而可抑制由此引起之裝置大型化及成本增加。
線性標尺81係二維標尺，為了可分別於X方向及Y方向讀取刻度，讀取頭82具備有複數個光學感測器821〜823。位置檢測機構8根據其等的讀取結果，可檢測於X方向、Y方向上載台2的位置及於θ方向(偏轉方向)上載台2的姿勢。
當讀取頭82移動時，在與載台2之移動不同的時刻，排他地、即彼此的移動期間係於時間上不重疊的方式執行。即，載台2於讀取頭82靜止的狀態下移動，且藉由讀取頭82檢測相對於該讀取頭82的移動量。然後，讀取頭82的移動於載台2靜止的狀態下進行，於此期間藉由讀取頭82檢測讀取頭82相對於載台2的移動量。再者，於此雖然首先使載台2進行副掃描移動，然後使讀取頭82移動，但該順序亦可相反。
藉此，其可預先防範以下之問題，即，由於讀取頭82移動而產生的弊端、即作為本來的計測對象之曝光頭41與載台2的相對位置由於作為計測主體的讀取頭82的位置變化而導致計測精度降低。若轉換角度來思考，即使直動機構83對讀取頭82的定位精度並不太高，但只要有由此引起的位置偏移皆可進行檢測並修正，因此其不會對載台2相對於曝光頭41的位置的計測精度產生影響。由於其不需要高精度的直動機構83，因此可抑制由此引起的成本增加。
＜第2實施形態＞ 圖9A至圖9C及圖10為表示作為本發明之描繪裝置的第2實施形態的曝光裝置1A主要部分的概略構成的圖。更具體而言，圖9A至圖9C為沿Y方向觀察第2實施形態之曝光裝置1A主要部分的圖，圖10為示意表示其中的載台驅動機構3及周邊構成的立體圖。於本實施形態的曝光裝置中，位置檢測機構的構成雖與第1實施形態的構成不同，但其他的構成及基本的動作與第1實施形態的構成相同。因此，對與第1實施形態相同之構成被賦予相同的元件符號，且省略其詳細之說明。
如圖9A及圖10所示，本實施形態之曝光裝置1A的位置檢測機構8A，其具備有：2個線性標尺851、852，其設於載台2上；2個讀取頭861、862；可動構件87，其一體地支撐其等讀取頭；及直動機構88，其使可動構件87沿X方向移動。一個線性標尺851係於載台2(-X)側的端部附近，另一個線性標尺852係於載台2(+X)側的端部附近，且分別沿Y方向延伸設置。
2個讀取頭861、862係使其等位置在X方向上相互不同，且以與載台2上之線性標尺851、852的配置間距相同間距或大致相同間距安裝於沿X方向延伸設置之可動構件87下部。直動機構88根據來自控制部9的控制指令使可動構件87於X方向移動。藉此，2個讀取頭861、862一體地於X方向移動。
再者，如第1實施形態之讀取頭82，亦可設置分別藉由獨立之直動機構所支撐的2個讀取頭。此外，於本實施形態中，曝光頭41的數量亦可為任意數量，藉由配置複數個曝光頭41，其可減小載台2之副掃描移動的移動範圍。於此情況下，位置檢測機構8A亦與曝光頭41的配置數無關，只要設置與載台2之兩端部對應的2組線性標尺及讀取頭即可。藉由減小載台2的移動範圍，各讀取頭的移動範圍亦可減小之點係與上述實施形態相同。
讀取頭861讀取線性標尺851的刻度。另一方面，讀取頭862讀取線性標尺852的刻度。即，於本實施形態中，於載台2的X方向兩端部，分別設置線性編碼器。
根據此一構成，於X方向之載台2兩端部藉由線性編碼器進行位置檢測。包含位置檢測原理及其處理之曝光動作，基本上其與第1實施形態相同。即，於本實施形態中，亦可藉由執行圖7所示的處理而實現曝光動作。
於此情況下，若根據在兩端部的讀取結果分別求出載台2的Y方向位置相互不同，則認為載台2具有θ方向的傾斜。換言之，於載台兩端部進行Y方向之位置檢測時，即使不使用X方向的位置檢測結果，亦可檢測載台2之θ方向的傾斜。
如與圖6B所示的第1實施形態之事例進行比較時，於第2實施形態中，為了檢測載台2之θ方向的傾斜作為比較對象的2個光學感測器的距離，則可被取較大之值。因此，有關傾斜度的檢測精度，第2實施形態係可較第1實施形態更優異。
因此，若讀取頭861、862各個可分別讀取Y方向刻度，則可檢測載台2之Y方向位置及繞θ軸的傾斜量。於此意義上，讀取頭861、862的至少一者，亦可不具有讀取X方向刻度的功能。而與其等相對應的線性標尺851、852，亦不一定需要為二維線性標尺，只要設置有Y方向刻度即足夠。
另一方面，於對載台2的X方向位置進行檢測之目的上，二維線性標尺仍然有用。因此，例如可將線性標尺851、852中的一者設為一維標尺，且將另一者設為二維標尺。於該情況下，對讀取頭861、862中對應之線性標尺為一維標尺的讀取頭，可使用構成為僅讀取Y方向位置的讀取頭。
此外，於第1實施形態的讀取頭82中，為了不僅可檢測X方向的位置，並且還可檢測繞θ軸之載台2的姿勢，其設置有用以讀取X方向刻度的2個光學感測器821、822。然而，於本實施形態中，由於藉由比較載台2兩端部之Y方向位置的檢測結果，而可求出載台2的姿勢，因此讀取X方向刻度的光學感測器亦可僅為一個。
因此，作為位置檢測機構8A的構成，以下兩者皆可成立。 (1)線性標尺851、852皆為二維標尺的構成； (2)線性標尺851、852的一者為二維標尺，另一者為一維(Y方向)標尺的構成。
並且，對2個讀取頭861、862中處於對向關係的線性標尺為二維標尺的讀取頭，以下兩者亦皆可成立。 (A)如圖6A所示，具有2個X方向感測器及1個Y方向感測器的構成； (B)X方向感測器及Y方向感測器各具有一個的構成。 再者，對處於對向關係之線性標尺為一維標尺的讀取頭，只要至少具備一個Y方向感測器即可。
作為現實問題，可被考慮將其等適當組合所成的各種構成，即使藉由其等中的任一種構成，亦可隨時且高精度地檢測主掃描移動及副掃描移動之執行中載台2相對於曝光頭41(或取代此之不動的位置基準)的X方向及Y方向位置、及繞θ軸的傾斜大小。
此外，當例如被使用高精度之直動機構88等而讀取頭861、862朝X方向之移動中定位精度充分高且具有再現性時，則可因讀取頭861、862的移動所引起的位置偏移不會成為問題。於此情況下，亦可將2個線性標尺851、852分別設為一維(Y方向)標尺，讀取頭861、862亦僅具有Y方向感測器。於此一構成中，至少對載台2之Y方向位置及θ方向的傾斜，亦可以與上述實施形態相同的精度而進行檢測。
＜其他＞ 如以上所說明，於上述各實施形態中，曝光裝置1、1A相當於本發明之「描繪裝置」的一態樣。此外，基板S相當於本發明之「基板」，載台2相當於本發明之「載台」。此外，曝光單元4、特別是曝光頭41發揮作為本發明之「描繪部」的功能。此外，載台驅動機構3發揮作為本發明之「第1移動機構」的功能。
此外，線性標尺81、851、852相當於本發明之「線性標尺」，讀取頭82、861、862相當於本發明之「讀取頭」，直動機構83、88相當於本發明之「第2移動機構」，具有其等機構的位置檢測機構8、8A及位置計算部915作為一體，而發揮作為本發明之「位置檢測部」的功能。
再者，本發明並不受限於上述實施形態，只要不超出其意旨，除了上述以外，還可進行各種變更。例如，於上述實施形態中，於載台2之平坦的上表面中X方向的一端部或兩端部，可被安裝有線性標尺。然而，線性標尺只要構成為與載台一體地移動即可，其更佳為，線性標尺只要構成為其等之相對位置關係不變即可，而不需要直接安裝於載台。例如，亦可為相對於共同的基部構件分別安裝有載台及線性標尺的構造。
此外，例如，上述實施形態之位置檢測機構8、8A中讀取頭82、861、862係被安裝於橫跨載台2之支架狀的支撐框架101。因此，其與線性標尺81、851、852的距離變得較大。然而，讀取頭的配置並不受限於此，只要於可讀取線性標尺的位置，其與載台2的移動獨立且以不干擾該移動的狀態被支撐即可。
又，對如何利用由位置檢測機構8、8A所檢測之與載台2的位置及姿勢相關的資訊，可為任意態樣。有關上述實施形態，已對用於曝光頭41或載台驅動機構3之控制的情況進行說明，但除此以外，例如其亦可利用在根據位置檢測結果來進行異常檢測之目的。
此外，於上述第2實施形態中，線性標尺被配置於載台2的X方向上兩端部。然而，2個線性標尺只要被配置於X方向上不同位置即可，例如亦可設於載台之單側的2個部位。
此外，於上述實施形態中，係藉由讀取設於載台2之X方向端部的線性標尺，進行載台2之X方向及Y方向的位置檢測。然而，於本發明中，只要線性標尺至少可「利用線性編碼器的原理檢測主掃描方向上載台的位置」即可。因此，對於X方向的位置檢測，亦可使用其他手段。例如，亦可於載台設置沿X方向(副掃描方向)延伸的線性標尺，藉由讀取該線性標尺而進行X方向的位置檢測。
此外，作為本發明之「描繪裝置」的具體例，上述實施形態之曝光裝置1、1A係使用根據描繪資料進行調變後的光束，對形成有感光層之基板表面進行曝光，藉此以進行圖案描繪的裝置。然而，描繪態樣並不受限於此，其可為任意之態樣，例如亦可為經由光罩(photo mask)、遮罩等曝光而進行描繪的態樣，此外，亦可為藉由雷射光直接加工基板表面而進行描繪的態樣。
此外，上述實施形態之曝光裝置1、1A係具有步進與掃描方式的載台驅動機構之構成，該步進與掃描方式的載台驅動機構係交互地執行朝向主掃描方向的連續載台移動及朝向副掃描方向的步進移動。然而，除此以外，例如，對於一面改變位置一面依序進行每個既定之二維區域的描繪、即步進與重復方式之移動態樣的描繪裝置，亦可適用本發明。
以上，如例示已說明具體之實施形態，於本發明之描繪裝置的位置檢測部中，例如，線性標尺亦可為分別於主掃描方向及副掃描方向設有刻度的二維線性標尺。根據此一構成，其可分別於主掃描方向及副掃描方向相互獨立地檢測載台位置。此外，藉由具備此一構成，位置檢測部根據讀取頭的讀取結果，除了分別於主掃描方向及副掃描方向上檢測載台的位置之外，還可檢測載台的偏轉大小。
此外，例如，位置檢測部亦可具有被設置於副掃描方向上不同位置的複數個線性標尺、及與複數個線性標尺的各個對應所設置的複數個讀取頭。根據此一構成，其可根據複數個讀取頭各自的讀取結果所求出之位置偏移來檢測載台的傾斜。即，此一構成之位置檢測部，除了可檢測主掃描方向上之載台的位置之外，還可檢測載台的偏轉大小。
於此情況下，複數個線性標尺中的至少一個亦可為，分別於主掃描方向及副掃描方向設置有刻度的二維線性標尺。根據此一構成，其可分別於主掃描方向及副掃描方向上相互獨立地檢測載台位置。如此，其可檢測分別於主掃描方向及副掃描方向上載台的位置、及載台的偏轉大小。
此外，於本發明之描繪裝置及描繪方法中，亦可被構成為，載台朝副掃描方向移動的期間、與讀取頭移動的期間互不重疊，即其等之移動於相互不同的時刻排他地進行。根據此一構成，載台於讀取頭靜止的狀態下移動，且可根據此時線性標尺的讀取結果，僅求出載台的移動量。另一方面，於載台靜止的狀態下根據讀取頭移動時線性標尺的讀取結果，可求出讀取頭相對於載台的移動量。若使用其等資訊，則可預先防範應成為計測基準之讀取頭移動所引起可能產生的檢測精度之降低。
以上，已根據特定的實施例而對本發明進行說明，但本說明並非意圖以限制性意思進行解釋。凡精通本技術領域之人員若參照本發明說明，應可如同本發明之其他實施形態，容易理解所揭示的實施形態之各種變形例。因此，於不脫離本發明之實際範圍內，隨附之申請專利範圍應包含該等變形例或實施形態。 (產業上之可利用性)
本發明可適用於用以在例如半導體基板、半導體封裝基板、印刷電路配線基板或玻璃基板等基板上形成圖案而對基板進行描繪的技術領域。
1、1A:曝光裝置(描繪裝置) 2:載台 3:載台驅動機構(第1移動機構) 4:曝光單元 5:對準單元 6:照明單元 7:搬送裝置 8、8A:位置檢測機構(位置檢測部) 9:控制部 11:本體 31:Y軸機器人 32:Y移動台 33:X軸機器人 34:X移動台 35:θ軸機器人 37:Z軸機器人 40:光照射部 41:曝光頭(描繪部) 42:光源驅動部 43雷射出射部 44:照明光學系統 51:對準相機 61:光纖 81、851、852:線性標尺 82、861、862:讀取頭 83、88:直動機構(第2移動機構) 91:CPU 92:記憶體 93:儲存器 94:輸入部 95:顯示部 96:介面部 100:基部 101:支撐框架 111:本體框架 112:處理區域 113:交接區域 400:空間光調變器 821、822:X方向感測器(光學感測器) 823:Y方向感測器(光學感測器) 911:曝光資料生成部 912:曝光控制部 913:聚焦控制部 914:載台控制部 915:位置計算部(位置檢測部) 931:控制程式 932:CAD資料 L:曝光光束(雷射光、光束) S:基板 Sx:X方向刻度 Sy:Y方向刻度 X:副掃描方向 Y:主掃描方向 Z:鉛垂方向 θ:旋轉方向
圖1為示意表示本發明之描繪裝置的第1實施形態的前視圖。 圖2為表示圖1之曝光裝置具備的電性構成之一例的方塊圖。 圖3A為沿Y方向觀察曝光裝置主要部分的圖。 圖3B為沿Y方向觀察曝光裝置主要部分的圖。 圖3C為沿Y方向觀察曝光裝置主要部分的圖。 圖4為示意表示載台驅動機構之構成的立體圖。 圖5A為表示設置2組曝光頭之構成例的圖。 圖5B為表示設置2組曝光頭之構成例的圖。 圖5C為表示設置2組曝光頭之構成例的圖。 圖6A為說明位置檢測機構中位置檢測原理的圖。 圖6B為說明位置檢測機構中位置檢測原理的圖。 圖7為表示本實施形態中曝光動作之處理內容的流程圖。 圖8為表示載台及讀取頭之移動方式的圖。 圖9A為沿Y方向觀察第2實施形態之曝光裝置主要部分的圖。 圖9B為沿Y方向觀察第2實施形態之曝光裝置主要部分的圖。 圖9C為沿Y方向觀察第2實施形態之曝光裝置主要部分的圖。 圖10為示意表示載台驅動機構及周邊構成的立體圖。
2:載台
3:載台驅動機構(第1移動機構)
8:位置檢測機構(位置檢測部)
31:Y軸機器人
32:Y移動台
33:X軸機器人
34:X移動台
35:θ軸機器人
37:Z軸機器人
41:曝光頭(描繪部)
81:線性標尺
82:讀取頭
83:直動機構(第2移動機構)
100:基部
101:支撐框架
L:曝光光束(雷射光、光束)
S:基板
X:副掃描方向
Y:主掃描方向
Z:鉛垂方向

Claims (8)

  1. 一種描繪裝置，其具備有： 載台，其可於上表面載置基板； 描繪部，其對被載置於上述載台的上述基板照射光而進行描繪； 第1移動機構，其使上述載台對上述描繪部相對地移動，執行朝向主掃描方向的主掃描移動、及朝向與上述主掃描方向交叉之副掃描方向的副掃描移動，上述主掃描方向及上述副掃描方向係與上述上表面平行且相互交叉；及 位置檢測部，其檢測上述主掃描方向之上述描繪部與上述載台的相對位置； 上述位置檢測部具有： 線性標尺，其與上述載台被一體設置，且沿上述主掃描方向形成有刻度； 讀取頭，其讀取上述刻度；及 第2移動機構，其使上述讀取頭對上述描繪部沿上述副掃描方向相對地移動； 當上述載台藉由上述第1移動機構於上述副掃描方向移動時，上述第2移動機構使上述讀取頭以與上述載台之移動量相對應的移動量進行移動， 上述載台藉由上述第1移動機構朝向上述副掃描方向移動的期間、與上述讀取頭藉由上述第2移動機構移動的期間互不重疊。
  2. 如請求項1之描繪裝置，其中， 上述線性標尺係分別於上述主掃描方向及上述副掃描方向設有刻度的二維線性標尺。
  3. 如請求項2之描繪裝置，其中， 上述位置檢測部根據上述讀取頭的讀取結果，檢測分別於上述主掃描方向及上述副掃描方向之上述載台的位置、及上述載台的偏轉大小。
  4. 如請求項1之描繪裝置，其中， 上述位置檢測部具有被設置於上述副掃描方向上不同位置的複數個上述線性標尺、及與上述複數個線性標尺的各個相對應所設置的複數個讀取頭。
  5. 如請求項4之描繪裝置，其中， 上述位置檢測部根據上述複數個讀取頭各自的讀取結果，檢測上述主掃描方向之上述載台的位置、及上述載台的偏轉大小。
  6. 如請求項4之描繪裝置，其中， 上述複數個線性標尺中的至少一個係分別於上述主掃描方向及上述副掃描方向設有刻度的二維線性標尺。
  7. 如請求項6之描繪裝置，其中， 上述位置檢測部根據上述複數個讀取頭的讀取結果，檢測分別於上述主掃描方向及上述副掃描方向之上述載台的位置、及上述載台的偏轉大小。
  8. 一種描繪方法，其使上表面載置有基板的載台移動，一面交互執行朝向主掃描方向的主掃描移動、及朝向與上述主掃描方向交叉之副掃描方向的副掃描移動，一面自描繪部朝向上述基板照射光而進行描繪，上述主掃描方向及上述副掃描方向係與上述上表面平行且相互交叉；其中， 藉由讀取頭讀取與上述載台被一體設置且沿上述主掃描方向形成有刻度的線性標尺，而檢測上述主掃描方向之上述描繪部與上述載台的相對位置， 當上述載台朝向上述副掃描方向移動時，使上述讀取頭以與上述載台的移動量對應的移動量進行移動， 上述載台朝向上述副掃描方向移動的期間、與上述讀取頭移動的期間互不重疊。
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