CN102269934A - 曝光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种曝光装置，结构简单且可以获得极高的对准精度。该曝光装置是一种使既定的掩模(18a)图形曝光于目标工件(23)上的曝光装置(10)。具备：对准照明组件(30)，能够将采用了曝光光的对准光照射在掩模(18a)的掩模侧对准标记(51)上；对准照相机组件(40)，用来使从对准照明组件(30)出射的、经过掩模(18a)以及投影透镜(20)的对准光入射。对准照相机组件(40)具有：成像光学系统，将掩模侧对准标记像(53)形成在虚设工件区域(42a)，该虚设工件区域(42a)相对于被入射的对准光照射下的掩模(18a)，位于不同于目标工件(23)的位置而与该目标工件(23)在光学上的位置关系同等；摄像光学系统，目标工件(23)和虚设工件区域相对于摄像装置的光学上位置关系同等。

Description

曝光装置
技术领域
本发明涉及用于制造印制电路基板和液晶基板等基板的曝光装置。
背景技术
光刻法被广泛应用于各种领域，利用曝光装置，在涂敷了光致抗蚀剂等感光材料的目标工件的表面，对既定掩模图形进行曝光，然后通过刻蚀工序在基板上形成掩模图形，印制电路基板和液晶基板等也使用曝光装置来制造(例如参考专利文献1)。在这种曝光装置中，曝光光使用紫外线，并利用投影透镜，使透过形成有既定图形的掩模的紫外线成像在目标工件上，从而将既定的掩模图形形成在目标工件上。
在此处，在印制电路基板等中，伴随着对电子设备的高速化、多功能化、小型化的要求，不断要求多层化、高密度化、微细化。例如，所谓“多层化”是指其它图形与形成在基板上的图形的上部相叠合而形成。像这样在叠合图形形成的情况，在“上”、“下”的图形之间，为了在既定位置保证导通或者绝缘的关系，而必须使“上”图形相对于“下”图形以形成既定的位置关系的方式来叠合。因而，在上述曝光装置中，相对于目标工件的掩模图形的曝光装置的对位、即所谓的对准，要求极高的精度。
然而，在上述曝光装置中，投影透镜对曝光用的紫外线进行高精度的像差校正，从而可以使掩模图形更高精度地形成在目标工件上。但是，对于不使目标工件曝光的光(以下也称为非曝光光)，并没有进行像差校正。因而，优选的情况是，在曝光装置中作为对准光采用作为曝光光的紫外线，将经过投影透镜的对准光照射到目标工件上，从而就掩模相对目标工件的位置进行对准。然而，由于紫外线会致使目标工件曝光，因而不能够将紫外线用于对准光并将该对准光照射到目标工件上。据此，作为不使目标工件曝光而进行对准的方法来说，一般考虑采用非曝光光的轴外(离轴)对准方式和TTL(透过透镜)对准方式。
关于上述轴外对准方式，设置对准光学系统，该对准光学系统有别于投影透镜，将使用了非曝光光的对准光照射到目标工件，通过该对准光学系统对掩模相对于目标工件的位置进行对准。
此外，关于TTL对准方式，把投影透镜设计成即使对于用于对准的非曝光光而言也可进行像差校正、即所谓的两种波长进行像差校正(消色差)；或者是，设置能够对投影透镜中的非曝光光进行像差校正的校正光学系统，将透过投影透镜的非曝光光照射到目标工件，从而对掩模相对目标工件的位置进行对准。
(现有技术文献)
(专利文献1)日本特开2006-292902号公报
然而，在轴外对准方式的情况下，由于使用没有通过投影透镜的对准光来进行对准，所以很难获得极高的对准精度。此外，还需要极高精度地对对准光学系统相对投影透镜的位置进行设定，因而浪费人力和时间，导致成本上升，且难以完全消除该投影透镜与对准光学系统在位置设定中的误差，很难获得极高的对准精度。
此外，在TTL对准方式的情况下，最难的是生成对曝光光以及用于对准的非曝光光两种波长进行像差校正的投影透镜，因而，难以控制成本上升，很难高精度地将掩模图形形成在目标工件上，而且难以获得极高的对准精度。此外，即使设置一种能够对在投影透镜中的非曝光光的像差进行校正的校正光学系统，生成这种校正光学系统也很难，因而，难以控制成本上升，很难能够将掩模图形高精度地形成在目标工件上，而且难以获得极高的对准精度。
发明内容
本发明正是鉴于上述情况而提出，其目的在于提供结构简单、可以获得极高的对准精度的曝光装置。
技术方案1中所述的发明涉及一种曝光装置，将曝光光照射到形成有图形和掩模侧对准标记的掩模上，利用投影透镜使透过该掩模的曝光光成像于目标工件，使既定的掩模图形曝光于该目标工件，其特征在于，包括：对准照明组件，能够将使用了波长范围属于曝光光中的光的对准光照射到所述掩模的所述掩模侧对准标记；对准照相机组件，具有用来获取图像的摄像装置，并使从所述对准照明组件出射而经过所述掩模及所述投影透镜的对准光入射，所述对准照相机组件具有：成像光学系统，将由借助对准光得到的掩模侧对准标记像形成在虚设工件区域，该虚设工件区域相对于被入射的对准光照射下的所述掩模，位于不同于所述目标工件的位置而与该目标工件在光学上的位置关系同等；摄像光学系统，使所述目标工件和所述虚设工件区域相对于所述摄像装置的光学上位置关系同等。
技术方案2中所述的发明的特征在于，在技术方案1中所述的曝光装置中，所述成像光学系统具有：虚设工件部，在所述虚设工件区域形成平面；反射部，用来使从所述对准照明组件出射的、并经过所述掩模以及所述投影透镜而入射到所述对准照相机组件的对准光，朝向所述虚设工件部行进，所述掩模和所述虚设工件部在经过所述投影透镜以及所述反射部的光路中，在光学上是共轭的位置关系。
技术方案3中所述的发明的特征在于，在技术方案2中所述的曝光装置中，所述反射部是半透半反镜，所述摄像光学系统具有：所述反射部和设置在从所述目标工件经过所述反射部而直至所述摄像装置的光路中的成像透镜，所述虚设工件部和所述摄像装置在透过所述反射部的光路中，在光学上是共轭的位置关系，所述目标工件和所述摄像装置在经过所述反射部的光路中，在光学上是共轭的位置关系。
技术方案4中所述的发明的特征在于，在技术方案1～3任一项中所述的曝光装置中，所述对准照相机组件具有曝光光遮断部，该曝光光遮断部防止被入射的对准光到达所述目标工件。
技术方案5中所述的发明的特征在于，在技术方案1～3任一项中所述的曝光装置中，所述对准照相机组件具有由非曝光光照明所述目标工件的照明部。
技术方案6中所述的发明的特征在于，在技术方案1～3任一项中所述的曝光装置中，对准照明组件相对把曝光光照射于所述掩模的照射光路而以进退自如的方式设置，所述对准照相机组件相对把所述掩模图形投影到所述目标工件的投影光路，以进退自如的方式设置在所述投影透镜和所述目标工件之间。
根据本发明的曝光装置，作为对准光使用属于曝光光的波长范围的光，并使该对准光通过曝光用的投影透镜而进行对准，从而，可以极高精度地调整目标工件经由投影光学系统而相对掩模的用于曝光的位置。
此外，在曝光装置中，由于在虚设工件区域形成利用对准光的掩模侧对准标记像，因而，可以使用经由投影透镜的对准光进行对准，而又不使对准光到达目标工件。
而且，在曝光装置中，由于能够将形成在虚设工件区域中的掩模侧对准标记像叠合在目标工件上而显示在摄像装置获取的图像内，因此，对准光通过作为投影光学系统的投影透镜而不会到达目标工件，从而可以根据图像中在目标工件上的掩模侧对准标记像的直接的位置关系进行对准。
在曝光装置中，由于投影透镜可以被设定成仅可对曝光光进行高精度像差校正，因此，与为采用TTL对准方式而由两种波长进行像差校正的设定相比，可极易具有高精度的光学性能。因而，可以把掩模图形极高精度地形成在目标工件上。
除了上述结构之外，所述成像光学系统具有：虚设工件部，在所述虚设工件区域形成平面；反射部，用来使从所述对准照明组件出射的、并经过所述掩模以及所述投影透镜而入射到所述对准照相机组件的对准光，朝向所述虚设工件部行进。若所述掩模和所述虚设工件部在经过所述投影透镜以及所述反射部的光路中是在光学上的共轭的位置关系，则成像光学系统可以由简单的结构形成。
除了上述结构之外，所述反射部是半透半反镜，所述摄像光学系统具有：所述反射部、和设置在从所述目标工件经过所述反射部而直至所述摄像装置的光路中的成像透镜，所述虚设工件部和所述摄像装置在透过所述反射部的光路中，在光学上是共轭的位置关系，所述目标工件和所述摄像装置在经过所述反射部的光路中，在光学上是共轭的位置关系。由此摄像光学系统可以由简单的结构形成。
除了上述结构之外，所述对准照相机组件具有曝光光遮断部，该曝光光遮断部防止被入射的对准光到达所述目标工件。若像这样，则可以可靠地防止由于进行对准使目标工件曝光。
除了上述结构之外，所述对准照相机组件具有由非曝光光照明所述目标工件的照明部。若像这样，则可以更可靠且明确地识别在由摄像装置获取的图像内的目标工件的状况。
除了上述结构之外，所述对准照明组件相对把曝光光照射于所述掩模的照射光路而以进退自如的方式设置，所述对准照相机组件相对把所述掩模图形投影到所述目标工件的投影光路，以进退自如的方式设置在所述投影透镜和所述目标工件之间。若像这样的话，可以简单进行对准，不妨碍曝光目标工件的动作。
附图说明
图1是模式化表示本申请发明所涉及的曝光装置10的结构的说明图。
图2是模式化表示在曝光装置10中各对准照明组件30以及各对准照相机组件40的结构的说明图。
图3用来说明对准照明组件30和对准照相机组件40的结构的说明图。
图4是用来说明在曝光装置10中的对准状况的说明图，(a)模式化表示由对准照相机组件40的照相机44获取的图像，(b)模式化表示在(a)的状态中目标工件23相对于对准照相机组件40的位置关系，(c)模式化表示在已预先对准时，由对准照相机组件40的照相机44获取的图像，(d)模式化表示在(c)的状态中目标工件23相对于对准照相机组件40的位置关系。
图5是基于4个掩模侧对准标记像53和4个工件侧对准掩模52的位置关系，用来说明目标工件23经由投影光学系统而相对于掩模18a的对准的状况。
附图标记说明：
10曝光装置
18a掩模
20投影透镜
23目标工件
30对准照明组件
40对准照相机组件
41a(作为反射部的)接合面
41c(设置有用作曝光光遮断部的紫外线遮断膜)下端面
42(作为虚设工件部的)镜子
42a(作为虚设工件区域的)反射面
43(作为成像透镜的一部分的)成像透镜
44(作为摄像装置的)照相机
45(作为曝光光遮断部的)遮光部件
46(作为照明部的)环状照明体
51掩模侧对准标记
53掩模侧对准标记像
具体实施方式
下面，参考附图来说明本申请发明所涉及的曝光装置的发明的实施方式。
(实施例)
首先，对于本申请发明所涉及的曝光装置10的概要结构进行说明。图1是模式化表示作为本申请发明所涉及的曝光装置的一例的曝光装置10的结构的说明图。曝光装置10如图1所示，沿光轴方向自出射侧起依序具有：光源11、冷镜12、曝光快门13、紫外线带通滤波器14、积分透镜15、准直透镜16、平面镜17、掩模台18、掩模盲区部19、投影透镜20、倍率校正部21和投影曝光台22。该曝光装置10的曝光光采用紫外线。
光源11出于紫外线的照射的目的而设置，所述紫外线作为用于曝光的曝光光。本实施例中，光源11的水银灯11a构成为，配置在椭圆反射镜(椭圆镜)11b的第1焦点位置。在该光源11中，从水银灯11a出射的出射光反射到椭圆反射镜11b，并向冷镜12行进。
冷镜12使入射进来的光之中的红外线区域的红外线透过，并且反射其它波长范围的光，从而可以从入射光中分离出红外线区域的红外线。由此，从光源11发出的出射光，在由冷镜12分离红外线区域的红外线后，朝向曝光快门13或者紫外线带通滤波器14行进。
就所述曝光快门13而言，在冷镜12朝向紫外线带通滤波器14的光路(后述照射光路)上可自由出入，从而能够将从冷镜12反射的出射光在透过以及遮断之间进行切换。该曝光快门13从光路上退避，则如后所述可以将目标工件23曝光；若位于光路上，则使后述的目标工件23的曝光停止。
紫外线带通滤波器14仅允许入射进来的光之中的紫外线透过。在本实施例中，由允许波长为365nm的水银的光谱线、即i线透过的i线带通滤波器构成。因而，由冷镜12反射的出射光，经过紫外线带通滤波器14而仅留紫外线(i线)的波长范围的光(实际是在i线的波长范围附近的高强度的光)，并朝向积分透镜15行进。另外，除i线以外，h线、i线和h线的组合、或者属于两者间的波长均可加以利用。
积分透镜15用于消除入射光的照度不均，使照射面上的照度分布明亮均匀地分布至周边。因而，通过紫外线带通滤波器14而成为仅是紫外线(i线)的波长范围的光的入射光，经过积分透镜15后照度均匀分布，进而朝向积分透镜16行进。另外，即使所述积分透镜15和紫外线带通滤波器14颠倒位置配置，也可获取同样的作用。
准直透镜16将入射进来的光作为平行光(光束)出射。因而，经积分透镜15而成为照度均匀分布的出射光，在准直透镜16作用下成为平行光并向平面镜17行进，由该平面镜17反射朝向掩模台18行进。
掩模台18使形成有图形的掩模18a位于由平面镜17反射的出射光的光路上，且在与该光路的光轴正交的方向上可移动保持。此外，在图中没有进一步表示，掩模台18的掩模18a是可装拆的，可以替换成不同于掩模18a的、其它形成有图形的掩模。在本实施例中，包含掩模18a在内的作为替换对象的各掩模中，均设置有4个掩模侧对准标记51(参考图2)。所述4个掩模侧对准标记51与后述目标工件23的4个工件侧对准掩模52构成对应的位置关系。为此，由平面镜17反射的出射光，透过掩模18a而依照形成在掩模18a上的图形的形状朝投影透镜20行进。
根据上述内容，在曝光装置10中，发自光源11且经过冷镜12、曝光快门13、紫外线带通滤波器14、积分透镜15、准直透镜16以及平面镜17的光路，作为用于由作为曝光光用的紫外线(i线)照射掩模18a的照射光学系统发挥功能。
在所述掩模台18和投影透镜20之间设置有掩模盲区部19。掩模盲区部19进退自如地设置在经过掩模18a的出射光的光路上，为了使在掩模18a的掩模图形之中的、仅是期望区域的掩模图形像适当地形成在被放置于投影曝光台22的后述目标工件23上，掩模盲区部19根据掩模18a的掩模图形适当地进出于光路上。
投影透镜20用来将形成在掩模18a上的图形恰当地曝光在投影曝光台22上的后述目标工件23上，并且适当改变保持在掩模台18上的掩模18a的图形的像(以下也称为掩模图形像)的倍数而形成在放置于投影曝光台22的后述目标工件23的表面。也就是说，投影透镜20以放置于投影曝光台22的状态下的目标工件23的表面作为成像面，该成像面与掩模18a在光学方面形成共轭的位置关系。如上所述，在曝光装置10中，紫外线(i线)用作曝光光，因而，投影透镜20设定成对作为曝光光的紫外线(i线)进行高精度像差校正。因而，若透过掩模18a的出射光被入射，则投影透镜20可将掩模18a的掩模图形像恰当地形成在投影曝光台22上的成像面(后述目标工件23上)。
在所述的投影透镜20和投影曝光台22之间设置有倍率校正部21。根据在投影曝光台22上放置的后述目标工件23的应变，倍率校正部21使形成在投影曝光台22上的成像面上的图形像变形。沿正交于光路的面观察，该倍率校正部21是通过使任意方向上的倍率适当改变，使得成像面内的图形像变形。倍率校正部21可以通过如下结构来实现，即：该结构例如构成为，沿光路方向并排排列数张玻璃板并使各玻璃板适当弯曲或者旋转。
像这样，在曝光装置10中，掩模盲区部19、投影透镜20以及倍率校正部21作为投影光学系统发挥作用，所述投影光学系统，使从形成有既定图形的掩模18a穿过的用于曝光光的紫外线，作为掩模图形像成像于投影曝光台22上的成像面(后述目标工件23上)。
在投影曝光台22上放置目标工件23以便掩模图形的曝光。关于该投影曝光台22，使所放置的目标工件23的表面与投影透镜20的成像面保持一致并可以保持目标工件23，而且，能够使保持的目标工件23沿正交于投影光路的面移动。在本实施例中，该投影曝光台22中的目标工件23的移动是在设置在投影曝光台22内部的驱动控制部(未图示)的控制下进行的。另外，投影曝光台22中的目标工件23的移动可以由手动来进行。在本实施例中，目标工件23在预先对准过的状态下，被放置于投影曝光台22上。所谓“预先对准”是指：使目标工件23处于投影光学系统中的基准位置，不必达到由掩模相对目标工件23的曝光位置所要求的位置精度。
该目标工件23按照如下方式形成，在硅片、玻璃基板或者印制电路基板等上涂敷或者贴附对于紫外线(i线)出现光反应的光致抗蚀剂等感光材料。因而，目标工件23能够利用紫外线(i线)的照射进行曝光。在本实施例中，在目标工件23上设置有4个工件侧对准掩模52(参考图2)。所述4个工件侧对准掩模52在本实施例中，使目标工件23的表面呈凹状形成，且与上述的4个掩模侧对准标记51一一对应地设置。
在曝光装置10中，在照射光学系统中从光源11出射的出射光经过冷镜12、紫外线带通滤波器14、积分透镜15、准直透镜16以及平面镜17，向着掩模台18传递，从而可利用紫外线(i线)均等地照射保持在掩模台18上的掩模18a。于是，在曝光装置10中，利用作为投影光学系统的掩模盲区部19、投影透镜20以及倍率校正部21的功能，使利用紫外线(i线)得到的掩模图形像适当地形成在投影曝光台22上的成像面。据此，在曝光装置10中，目标工件23位于沿成像面的适当的位置，由此可以使掩模图形像恰当地曝光在目标工件23上。目标工件23相对该掩模图形像的位置、即目标工件23相对于在光学上经由投影光学系统(主要指投影透镜20)的掩模18a的位置，可以通过使由投影曝光台22保持的目标工件23在成像面上适当移动来调整(对准)。
在本发明所述的曝光装置10中，为了对目标工件23相对于在光学上经由投影光学系统的掩模18a的位置进行对准，如图2所示，设置有4个对准照明组件30和4个对准照相机组件40。对准照明组件30以及对准照相机组件40像这样分别设置为4个，其依据如上所述，在掩模18a上设置有4个掩模侧对准标记51，并且在目标工件23上设置有4个工件侧对准掩模52。
4个对准照明组件30以独自对应于4个掩模侧对准标记51的方式设置，而且，4个对准照相机组件40以独自对应于4个工件侧对准标记52的方式设置。也就是说，单个的对准照明组件30和单个的对准照相机组件40，按照单个的对应关系与掩模侧对准标记51以及工件侧对准标记52相对应。在此处，在各对准照明组件30中以及在各对准照相机组件40中，其中每一者的结构均相同，形成相等的对应关系，由此，使用图3就单个准照明组件30以及单个对准照相机组件40进行说明。
对准照明组件30具有光源31、准直透镜32和反射棱镜33。光源31能够将作为对准光的、与曝光光同样的波长范围的光出射，在本实施例中可以出射紫外线(i线)。准直透镜32用于使入射进来的光成为平行光(光束)出射，并使从光源31出射的紫外线(i线)作为平行光朝向反射棱镜33行进。反射棱镜33用于把利用准直透镜32形成平行光的紫外线(i线)的行进方向改变为与掩模18a正交的方向。该反射棱镜33形成对准照明组件30的紫外线(i线)的出射面33a。另外，也可使用反射镜来替代反射棱镜33。此外，也可不用棱镜或者镜子而直线式配置。
所述对准照明组件30在掩模18的邻接位置以可在照射光路中进退的方式设置，在进行对准时，出射面33a与在掩模18a中的所对应的掩模侧对准标记51相对置。该对准照明组件30能够使沿着照射光路方向的平行光即对准光朝向对应着的掩模侧对准标记51出射。该对准光是紫外线(i线)，因而，掩模侧对准标记像53可适当形成在成像面内的、依在投影透镜20中设定的倍率决定的位置上(参考由双点划线表示的对准光)。其取决于：如上所述，投影透镜20设定成对紫外线(i线)进行高精度像差校正，成像面和掩模18a在光学上是共轭的位置关系。在从所述对准照明组件30出射而经过掩模18a以及投影透镜20的对准光的光路上，对准照相机组件40被设置在投影透镜20和目标工件23之间。
该对准照相机组件40具有合成棱镜41、镜子42、成像透镜43、照相机44、遮光部件45和环状照明体46。
合成棱镜41具有相对投影光轴倾斜45度的接合面41a。该接合面41a具有半透半反镜的性能，既反射行进到的光的一部分，也允许光的其它部分透过。就所述合成棱镜41而言，它的上端面形成对准照相机组件40的入射面41b，它的下端面41c形成作为阻止作为对准光的紫外线(i线)的透过、允许可视光透过的紫外线遮断膜。该紫外线遮断膜可以例如通过蒸镀镀膜作为用来允许比紫外线(i线)更长的波长范围透过的长波长光通滤波器来形成。因而，在合成棱镜41中，由接合面41a对从入射面41b入射进的对准光进行反射，使其朝向直角方向行进，并且，还将防止透过下端面41c的对准光到达目标工件23。在从该入射面41b入射进而由接合面41a反射的对准光的行进方向上设置有镜子42。
镜子42按照如下方式设置，即：形成沿与从接合面41a起的反射光路正交的面的、平面状的反射面42a。在经过投影透镜20而由接合面41a反射的光路中，该镜子42的位置被设定使得反射面42a和掩模18a形成光学上的共轭的位置关系。为此，当利用来自对准照明组件30的对准光照射掩模18a的掩模侧对准标记51时，在镜子42的反射面42a中，掩模侧对准标记像53可适当形成在依投影透镜20中设定的倍率决定的位置上。因而，在对准照相机组件40中，镜子42的反射面42a视为虚设工件区域，所述的镜子42的反射面42a在不同于目标工件23的位置，相对射入的对准光下的掩模18a而言，在光学上的位置关系与目标工件23同等。镜子42作为虚设工件部发挥作用。另外，作为虚设工件部可以使用虚设的基板、白色板等。此外，在对准照相机组件40中，镜子42和合成棱镜41的接合面41a作为利用入射进的对准光以形成掩模侧对准标记像53的成像光学系统发挥作用。若从入射面41b向合成棱镜41入射而透过接合面41a的对准光一直到达目标工件23，则在该目标工件23(它的表面)上形成掩模侧对准标记像53，镜子42的反射面42a可以形成与获取掩模侧对准标记像53的区域(视为假设成像区域)大小尺寸相等的虚设工件区域。所述假设成像区域和虚设工件区域可以认为是按最大情况下利用投影透镜20得到的成像区域。在本实施例中，根据合成棱镜41的各面的大小尺寸来规定上限。在由该镜子42(反射面42a)反射的对准光的行进方向上，从镜子42侧目视在透过了合成棱镜41(它的接合面41a)的位置上设置有成像透镜43以及照相机44。
为了使照相机44获取图像54(参考图4)而设置有所述成像透镜43，而且，以形成在镜子42的反射面42a上形成的掩模侧对准标记像53与设置在目标工件23上的工件侧对准标记52作为所述图像54。成像透镜43按照如下方式来设定，即：通过成像透镜43与照相机44的光学系统(未图示)的协同运动，在从镜子42透过合成棱镜41(它的接合面41a)而传达至照相机44的光路中，镜子42的反射面42a和照相机44的摄像面44a在光学上形成共轭的位置关系。另外，成像透镜43还按照如下方式来设定，即：通过成像透镜43与照相机44的光学系统(未图示)的协同运动，在从目标工件23起，由合成棱镜41的接合面41a反射而传达至照相机44的光路中，目标工件23的表面(成像面)和照相机44的摄像面44a在光学上形成共轭的位置关系。因而，在对准照相机组件40中，成像透镜43、照相机44的光学系统(未图示)以及合成棱镜41的接合面41a一同作为摄像光学系统发挥作用，在该摄像光学系统中，确保目标工件23与镜子42的反射面42a(虚设工件区域)相对照相机44而言，在光学上的位置关系成为同等。
照相机44是用来获取图像的摄像装置，且至少对作为对准光的波长范围和环状照明体46的出射的波长范围具有敏感度。在本实施例中，照相机44对视为属于曝光光的波长范围的对准光、即紫外线(i线)的波长范围和可视光范围具有敏感度。照相机44能够以在大小尺寸至少与上述的假设成像区域相等的区域作为图像来获取，在本实施例中，根据合成棱镜41的各面的大小尺寸来规定上限。在本实施例中，对准照相机组件40按照如下方式来设定，即：与预先对准过的目标工件23相比处于适当位置的相对目标工件23的位置偏离量、以及预先对准过的目标工件23相比掩模18a的位置偏离量相比，照相机44的获取区域是比上述位置偏离量更大的区域。在把光向该照相机44引导的合成棱镜41的下端面41c一侧，设置有遮光部件45。
遮光部件45可防止来自对准照明组件30的对准光照射目标工件23，而不妨碍照相机44经过合成棱镜41获取目标工件23的图像。在本实施例中，该遮光部件45至少由阻挡紫外线(i线)透过的平板状部件组成，并且以包围合成棱镜41的下端面41c的方式设置。因而，遮光部件45作为曝光遮断部发挥作用，所述曝光遮断部可防止由属于曝光光的波长范围的光组成的对准光到达目标工件23。环状照明体46设置在该遮光部件45和目标工件23之间。
该环状照明体46是为了由非曝光光在目标工件23上进行照明，而将从目标工件23且经由合成棱镜41的接合面41a直至照相机44的摄影光路的中心包覆设置的照明部。在本实施例中，环状照明体46能够出射可视光的波长范围的光。该环状照明体46，通过对目标工件23的表面以凹状形成的工件侧对准标记52的内周缘部进行照明，从而可以提高工件侧对准标记52在由照相机44获取的图像54(参考图4)中的可视性。另外，为了提高在由照相机44获取的图像54(参考图4)中的工件侧对准标记52的可视性，环状照明体46可以用非曝光光在目标工件23上进行照明(例如，可以是同轴表面照明)，但并不限定于本实施例。
对准照相机组件40以可在投影光路中进退的方式设置在投影透镜20和目标工件23之间。对准照相机组件40进行对准时，从与之相对的对准照明组件30出射的且通过了投影透镜20的对准光入射到入射面41b，在照射光轴方向上观察，合成棱镜41的下端面41c与目标工件23的工件侧对准标记52相对置配置。在本实施例中，对准照相机组件40根据在预先对准过的状态下被放置在投影曝光台22上的目标工件23的工件侧对准标记52的位置来配置。于是，可以使形成在镜子42的反射面42a上的掩模侧对准标记像53和目标工件23的工件侧对准标记52，位于照相机44获取的图像54内(参考图4)。其取决于：如上所述，照相机44能够获取的区域需要超过预先对准过的目标工件23相对于位于合适位置的目标工件23的位置偏离量、以及预先对准过的目标工件23相对于掩模18a的位置偏离量。
下面，使用图4以及图5，就在本发明所述的曝光装置10中使用了对准照明组件30和对准照相机组件40进行目标工件23相对掩模18a的位置的对准的情况进行说明。另外，在所述图4以及图5中，为了便于理解，着重显示出掩模侧对准标记像53与工件侧对准标记52的位置偏离量(掩模18a与目标工件23的位置偏离量)，然而这未必与实际的位置偏离量一致。此外，在所述图4以及图5中，为了便于理解，用标号×表示掩模侧对准标记像53，同时用标号○表示工件侧对准标记52。在所述图4以及图5中，照相机44获取的图像形象取为用附图标记54所示的圆形，所述图像54的中心位置取为摄影光轴Pa。
在曝光装置10中，在掩模台18上设置掩模18a，在预先对准过的状态下将目标工件23放置在投影曝光台22上，从而开始进行目标工件23相对掩模18a的位置的对准。曝光装置10进行对准时，如上所述，对准照明组件30按照如下方式进行配置，即：对准照明组件30的出射面33a正对着掩模18a上的对应的掩模侧对准标记51；对准照相机组件40根据目标工件23的工件侧对准标记52的位置来配置。在这种状态下，对准光(紫外线(i线))从对准照明组件30出射，在对准照相机组件40中，环状照明体46开始照明，并且照相机44开始摄影。上述对准动作是在图示省略的驱动控制部的控制下统筹进行。于是，如上所述，通过对准照明组件30以及对准照相机组件40的设定，如图4(a)所示，形成在镜子42的反射面42a上的掩模侧对准标记像53和目标工件23的工件侧对准标记52，位于对准照相机组件40的照相机44获取的图像54内。
在此处，如上所述，在对准照相机组件40中，镜子42的反射面42a与目标工件23的表面相对于通过投影透镜20所见的掩模18a而言，两者在光学上的位置关系视为同等。此外，如上所述，镜子42的反射面42a与目标工件23的表面相对于通过成像透镜43以及照相机44的光学系统(未图示)所见的照相机44的摄像面44a而言，两者在光学上的位置关系视为同等。
为此，在对准照相机组件40中，能够使形成在虚设工件区域中的掩模侧对准标记像53叠合在目标工件23上而显示在照相机44所获取的图像54中。因而，在曝光装置10中，为了使掩模侧对准标记像53和工件侧对准标记52在图像54中达成一致，通过相对移动掩模18a和目标工件23，从而能够使目标工件23经由投影光学系统而相对掩模18a的位置变得适合。在本实施例中，保持在掩模台18上的掩模18a一直被固定，使由投影曝光台22保持的目标工件23沿正交于投影光路的面适当移动，由此目标工件23相对掩模18a的位置变得适合。
在图4(a)中所示的图像54中，利用对准光形成的掩模侧对准标记像53相对摄影光轴Pa发生了位置变化。造成这种情况出现的原因在于：相对于按照在预先对准过的状态下的目标工件23的位置来配置的对准照相机组件40而言，掩模18a的位置产生了偏离。另外，在图4(a)中所示的图像54中，工件侧对准标记52相对摄影光轴Pa发生了位置变化。造成这种情况出现的原因在于：对准照相机组件40按照在预先对准过的状态下的目标工件23的位置来配置，而产生了由预先对准的精度引起的位置偏离。
在此处，在本实施例中，由于可以如上述那样对经过投影光学系统的掩模18a和目标工件23的相对准置进行调节，因而，可避免在图像54中有掩模侧对准标记像53以及工件侧对准标记52相对于摄影光轴Pa的位置偏离的问题的产生。为此，在图像54中，为了使工件侧对准标记52位于掩模侧对准标记像53上(参考图4(a)中的箭头A1)，而使目标工件23沿正交于照射光路的面移动(参考图4(b)中的箭头A2)。通过上述移动，在图像54中，若工件侧对准标记52与掩模侧对准标记像53如图4(c)所示的那样达成一致，则如图4(d)所示的那样，假设不考虑对准照相机组件40，目标工件23的工件侧对准标记52与通过对准照明组件30的照射而形成掩模侧对准标记像53的位置达成一致。由此，可以对目标工件23经过投影光学系统而相对掩模18a的位置进行对准。
在本实施例的曝光装置10中，如上所述，在掩模18a上设置有4个掩模侧对准标记51，同时在目标工件23上设置有4个工件侧对准标记52，4个对准照明组件30以独自对应于4个掩模侧对准标记51的方式设置，4个对准照相机组件40以独自对应于4个工件侧对准标记52的方式设置。由此，在曝光装置10中，如图5所示，基于在各对准照相机组件40的照相机44所获取的4个图像54中的掩模侧对准标记像53与工件侧对准标记52的位置关系，计算出目标工件23经过投影光学系统而相对掩模18a的x方向的位置偏离量dx、正交于x方向的y方向的位置偏离量dy、以及在x-y平面上所见的旋转偏离角dθ。在本实施例中，上述各偏离量的计算是通过上述驱动控制部(未图示)的图像解析来进行。接下来，由投影曝光台22保持的目标工件23沿正交于投影光路的面移动，以消除算出的各偏离量。由此结束对准，从而可以使目标工件23经由投影光学系统而相对掩模18a的位置变得适合。
像这样，在本发明所述的曝光装置10中，作为对准光与曝光光同样采用紫外线(i线)，并使所述对准光通过曝光用的投影透镜20以进行对准，由此，可以极高精度地调整目标工件23经由投影光学系统而相对掩模18a的用于曝光的位置。
此外，在曝光装置10中，为确保镜子42的反射面42a与目标工件23的表面相对于通过投影透镜20所见的掩模18a的在光学上的位置关系同等，而在镜子42处形成虚设工件部，并且在该镜子42(它的反射面42a)上形成利用作为紫外线(i线)的对准光形成的掩模侧对准标记像53，因而，可以使用经由投影透镜20的对准光进行对准，而又不使对准光到达目标工件23。
而且，在曝光装置10中，由于能够将形成在虚设工件区域中的掩模侧对准标记像53叠合在目标工件23上而显示在照相机44获取的图像54内，因此，对准光通过作为投影光学系统的投影透镜20而不会到达目标工件23，从而可以根据图像54中的掩模侧对准标记像53与工件侧对准标记52的直接的位置关系进行对准。
在曝光装置10中，在对准光入射进的各对准照相机组件40中，在合成棱镜41的下端面41c设置紫外线遮断膜和遮光部件45，借助该紫外线遮断膜和遮光部件45可以防止作为紫外线(i线)的对准光到达目标工件23，可以防止由于进行对准使得目标工件23曝光。
在曝光装置10中，在各对准照相机组件40中以包覆合成棱镜41的下端面41c的方式设置遮光部件45，因而，即使因发生预料之外的状况而导致从各对准照明组件30出射的对准光偏离入射面41b的情况，也可以防止作为紫外线(i线)的对准光到达目标工件23，可以防止由于进行对准使得目标工件23曝光。
在曝光装置10中，对准照明组件30以出射面33a与掩模18a的掩模侧对准标记51相对置的方式来配置；同时，对准照相机组件40根据在预先对准过的状态下放置于投影曝光台22上的目标工件23的工件侧对准标记52的位置来配置，从而可以使掩模侧对准标记像53和工件侧对准标记52位于由该对准照相机组件40的照相机44获取的图像54内，因而，可以很容易进行对准的准备作业。
在曝光装置10中，也可以设定成使投影透镜20仅对作为曝光光的紫外线(i线)高精度地进行像差校正，因而，与采用TTL对准方式按两种波长进行像差校正的设定相比，可以极其容易地具有高精度的光学性能。因而，可以使掩模图形以极高精度形成在目标工件23上。
在曝光装置10中，照相机44对于可视光的波长范围的光具有敏感度，而且还设置有用可视光的波长范围的光在目标工件23上进行照明的环状照明体46，由此，在图像54(参考图4)内，可以进一步可靠且明确地识别工件侧对准标记52的位置。
在曝光装置10中，镜子42可以被用作虚设工件部，由此，在图像54(参考图4)内，可以进一步可靠且明确地识别形成在虚设工件区域中的掩模侧对准标记像53的位置。
因而，在本发明所述的曝光装置10中，依靠简单的结构即可获得极高的对准精度。
另外，在上述实施例中，针对作为本发明所述的曝光装置的一例的曝光装置10进行了说明，然而，并不限定于上述实施例，也可采取如下的曝光装置，该曝光装置包括：对准照明组件，能够将使用了曝光光的对准光照射到掩模的掩模侧对准标记；对准照相机组件，具有用来获取图像的摄像装置，并使从所述对准照明组件出射而经过所述掩模及所述投影透镜的对准光入射，所述对准照相机组件具有：成像光学系统，将由借助对准光得到的掩模侧对准标记像形成在虚设工件区域，该虚设工件区域相对于被入射的对准光照射下的所述掩模，位于不同于目标工件的位置而与该目标工件在光学上的位置关系同等；摄像光学系统，所述目标工件和所述虚设工件区域相对于所述摄像装置的光学上位置关系同等。
此外，在上述实施例中，曝光光使用了紫外线(i线)的波长范围的光，同时照明目标工件的非曝光光使用了可视光的波长范围的光。然而，也可使用不同的波长范围的光作为曝光光以及非曝光光，因此并不限定于上述实施例。
而且，在上述实施例中，掩模侧对准标记51和工件侧对准标记52分别设置为4个，与之对应，对准照明组件30和对准照相机组件40分别设置为4个，然而，只要能够使目标工件23经由投影光学系统而相对于掩模18a的位置保持适当，则各设置为至少1个以上也可以，因此并不限定于上述实施例。
在上述实施例中，在下端面41c设置了作为曝光光遮断部的紫外线遮断膜，然而，只要不妨碍照相机44经过合成棱镜41获取目标工件23的图像，并可防止由来自对准照明组件30的对准光照射目标工件23即可，因此并不限定于上述实施例。也就是说，该曝光光遮断膜只要可阻隔在曝光光中所包含的波长范围的对准光的透过、并允许用于照相机44获取目标工件23(工件侧对准标记52)的图像的非曝光光的波长范围的光透过即可。此外，所述曝光光遮断部具有上述作用即可，因而也可不必设置在合成棱镜41的下端面41c上，例如可以作为滤波器设置在环状照明体46的上端面或下端面，因此并不限定于上述实施例。
以上基于实施例说明了本发明的曝光装置，然而，具体的结构并不限定于所述各例以及各实施例，只要不脱离本发明的主旨，设计的变更或是追加等均被允许。

Claims (6)

1.一种曝光装置，将曝光光照射到形成有图形和掩模侧对准标记的掩模上，利用投影透镜使透过该掩模的曝光光成像于目标工件，使既定的掩模图形曝光于该目标工件上，其特征在于，
包括：
对准照明组件，能够将使用了波长范围属于曝光光中的光的对准光照射到所述掩模的所述掩模侧对准标记；
对准照相机组件，具有用来获取图像的摄像装置，并使从所述对准照明组件出射而经过所述掩模及所述投影透镜的对准光入射，
所述对准照相机组件具有：
成像光学系统，将由借助对准光得到的掩模侧对准标记像形成在虚设工件区域，该虚设工件区域相对于被入射的对准光照射下的所述掩模，位于不同于所述目标工件的位置而与该目标工件在光学上的位置关系同等；
摄像光学系统，使所述目标工件和所述虚设工件区域相对于所述摄像装置的光学上位置关系同等。
2.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，
所述成像光学系统具有：
虚设工件部，在所述虚设工件区域形成平面；
反射部，用来使从所述对准照明组件出射的、并经过所述掩模以及所述投影透镜而入射到所述对准照相机组件的对准光，朝向所述虚设工件部行进，
所述掩模和所述虚设工件部在经过所述投影透镜以及所述反射部的光路中，在光学上是共轭的位置关系。
3.根据权利要求2所述的曝光装置，其特征在于，
所述反射部是半透半反镜，
所述摄像光学系统具有：所述反射部和设置在从所述目标工件经过所述反射部而直至所述摄像装置的光路中的成像透镜，
所述虚设工件部和所述摄像装置在透过所述反射部的光路中，在光学上是共轭的位置关系，
所述目标工件和所述摄像装置在经过所述反射部的光路中，在光学上是共轭的位置关系。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的曝光装置，其特征在于，
所述对准照相机组件具有曝光光遮断部，该曝光光遮断部防止被入射的对准光到达所述目标工件。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的曝光装置，其特征在于，
所述对准照相机组件具有由非曝光光照明所述目标工件的照明部。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的曝光装置，其特征在于，
所述对准照明组件相对把曝光光照射于所述掩模的照射光路而以进退自如的方式设置，
所述对准照相机组件相对把所述掩模图形投影到所述目标工件的投影光路，以进退自如的方式设置在所述投影透镜和所述目标工件之间。
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