CN104035284A - 圆筒形掩模板系统、曝光装置和曝光方法 - Google Patents

圆筒形掩模板系统、曝光装置和曝光方法 Download PDF

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Abstract

一种圆筒形掩模板系统、曝光装置和曝光方法，曝光装置包括：基台；晶圆载物台组，包括若干晶圆载物台，若干晶圆载物台依次在基台上的第一位置和第二位置之间循环移动；对准检测单元，进行晶圆的对准；圆筒形掩模板系统，用于装载圆筒形掩膜板，并使所述圆筒形掩膜板绕中心轴旋转；光学投影单元，将透过圆筒形掩膜板的光投射到晶圆载物台上晶圆的曝光区；当晶圆载物台从第一位置移动到第二位置，然后沿扫描方向的单方向扫描时，圆筒形掩膜板绕中心轴旋转，透过圆筒形掩膜板的光投射到晶圆载物台上的晶圆上，对晶圆上的沿扫描方向排列的某一列曝光区进行曝光。进行曝光时，晶圆载物台不需要改变扫描方向，从而节省了曝光时间，提高了曝光效率。

Description

圆筒形掩模板系统、曝光装置和曝光方法
技术领域
本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种圆筒形掩模板系统、曝光装置和曝光方法。
背景技术
光刻作为半导体制造过程中的一道非常重要的工序，它是将掩模板上的图形通过曝光转移到晶圆上的工艺过程，被认为是大规模集成电路制造中的核心步骤。半导体制造中一系列复杂而耗时的光刻工艺主要是由相应的曝光机来完成。而光刻技术的发展或者说曝光机技术的进步主要是围绕着线宽、套刻(overlay)精度和产量这三大指标展开的。
在半导体制作中，曝光过程主要包括三大步骤：更换载物台(stage)上晶圆的步骤；对载物台上的晶圆进行对准的步骤；将掩模板上的图案转移到晶圆上的步骤。上述三个步骤依次反复的在同一个载物台上进行。
光刻作为半导体制作流程中一个关键的步骤，因此现实生产中如何提高曝光装置的产量是一个很重要的课题。
近年来，为了进一步提高曝光装置的产量，出现了各种具有双载物台的曝光装置，利用双载物台同时进行晶片的更换动作、对准动作和曝光动作。
参考图1，为现有具有双载物台（twin-stage）的曝光装置的结构示意图，包括：第一载物台101和第二载物台102，用于放置晶圆；准检测单元103，用于检测晶圆上对准标记，对晶圆进行对准；掩模板载物台107，用于装载掩模板108；光学投影单元104，位于掩模板载物台107下方，用于将透过掩模板108的光投射到第一载物台101或第二载物台102上的晶圆上，对晶圆进行曝光；照明单元109，位于掩模板载物台107上方，用于提供曝光光源。
上述曝光装置的曝光过程为：当第一载物台101上的第一晶圆106完成对准后，第一载物台101移动到光学投影单元104下方，光学投影单元104将透过掩模板108的光投射到第一载物台101的第一晶圆106上，对第一晶圆106进行曝光，同时第二载物台102上装置第二晶圆105，移动到对准检测单元103下方，对准检测单元103检测第二载物台102上的第二晶圆105上的对准标记，进行对第二晶圆105的对准；在第一载物台101上的第一晶圆106曝光完成后，在第一载物台101装载新的晶圆，第一载物台101移动到对准检测单元103下方，对准检测单元103对新装载的晶圆进行对准，同时第二载物台102移动到光学投影单元104下方，光学投影单元104对第二晶圆105进行曝光。
现有曝光装置的曝光效率和单位时间内的产出量较低。
更多关于双载物台的曝光装置的介绍请参考公开号为US2005/0139790A1的美国专利。
发明内容
本发明解决的问题是提高曝光装置的曝光效率。
为解决上述问题，本发明技术方案提供了一种圆筒形掩模板系统，包括：基座，固定于基座一侧的轴柄；第一轴承和第二轴承，第一轴承位于轴柄上靠近基座一端，第二轴承位于轴柄上远离基座一端，所述第一轴承和第二轴承均包括轴承外圈、轴承内圈和位于轴承外圈和轴承内圈之间的滚动体，第一轴承和第二轴承的轴承内圈固定于轴柄上；圆筒形掩模板，所述圆筒形掩模板为中空的圆柱，所述圆筒形掩模板包括位于中间的图像区域和位于图像区域的两边的非图像区域，圆筒形掩模板套在第一轴承和第二轴承的轴承外圈上，圆筒形掩模板的非图像区域的内表面与第一轴承和第二轴承的轴承外圈相接触，当第一轴承和第二轴承绕轴柄旋转时，圆筒形掩模板也一起绕轴柄旋转。
可选的，所述轴柄为中空轴柄，所述中心轴柄的中空区域用于放置曝光光源。
可选的，中空轴柄的下部具有贯穿轴柄本体的狭缝，所述狭缝与中空轴柄的中轴线平行，曝光光源发出的光通过狭缝照射在圆筒形掩模板的图像区域。
可选的，所述狭缝的长度等于圆筒形掩模板图像区域的宽度，所述狭缝的宽度为1～20毫米。
可选的，所述圆筒形掩模板系统还包括第一驱动单元，第一驱动单元与第一轴承和/或第二轴承相连，以驱动第一轴承和第二轴承绕轴柄旋转。
可选的，所述第一轴承和第二轴承的轴承外圈上具有第一夹紧装置，当圆筒形掩模板的非图像区域套在在第一轴承和第二轴承的轴承外圈表面时，第一夹紧装置能在圆筒形掩模板的非图像区域的内表面产生一个压力，使得圆筒形掩模板固定在轴承外圈上。
可选的，所述圆筒形掩模板系统还包括第二驱动单元，第二驱动单元用于在第一轴承和第二轴承的轴承外圈上装载和卸载圆筒形掩模板。
本发明技术方案提供的一种圆筒形掩模板系统，包括：基座，固定于基座一侧的轴柄；第一轴承和第二轴承，第一轴承位于轴柄上靠近基座一端，第二轴承位于轴柄上远离基座一端，所述第一轴承和第二轴承均包括轴承外圈、轴承内圈和位于轴承外圈和轴承内圈之间的滚动体，第一轴承和第二轴承的轴承内圈固定于轴柄上，第一轴承和第二轴承的轴承外圈的相对的一侧的侧面具有卡槽；圆筒形掩模板，所述圆筒形掩模板为中空的圆柱，所述圆筒形掩模板包括位于中间的图像区域和位于图像区域的两边的非图像区域，圆筒形掩模板的非图像区域卡在第一轴承和第二轴承的轴承外圈的的卡槽内，轴柄穿过圆筒形掩模板中空部分，当第一轴承和第二轴承绕轴柄旋转时，圆筒形掩模板也一起绕轴柄旋转。
可选的，所述第二轴承为可拆卸轴承，第二轴承与第三驱动单元相连接，第三驱动单元使得第二轴承与轴柄固定或脱离。
可选的，所述第一轴承和第二轴承的轴承外圈上具有第二夹紧装置，当圆筒形掩模板的非图像区域第一轴承和第二轴承的轴承外圈的的卡槽内，第二夹紧装置能在圆筒形掩模板的非图像区域的外表面产生一个压力，使得圆筒形掩模板固定在轴承外圈上。
本发明技术方案提供了一种曝光装置，包括：基台；晶圆载物台组，用于装载晶圆，位于基台上，所述晶圆载物台组包括若干晶圆载物台，若干晶圆载物台依次在基台上的第一位置和第二位置之间循环移动；对准检测单元，位于基台的第一位置上方，用于检测晶圆载物台上的晶圆上的对准标记，进行晶圆的对准；圆筒形掩模板系统，位于基台的第二位置上方，用于装载圆筒形掩膜板，并使所述圆筒形掩膜板绕圆筒形掩模板系统的中心轴旋转；光学投影单元，位于圆筒形掩模板系统和基台之间，将透过圆筒形掩膜板的光投射到晶圆载物台上晶圆的曝光区；当晶圆载物台从第一位置移动到第二位置，然后沿扫描方向的单方向扫描时，圆筒形掩膜板绕圆筒形掩模板系统的中心轴旋转，透过圆筒形掩膜板的光投射到晶圆载物台上的晶圆上，对晶圆上的沿扫描方向排列的某一列曝光区进行曝光。
可选的，所述圆筒形掩模板系统包括：基座，固定于基座一侧的轴柄；第一轴承和第二轴承，第一轴承位于轴柄上靠近基座一端，第二轴承位于轴柄上远离基座一端，所述第一轴承和第二轴承均包括轴承外圈、轴承内圈和位于轴承外圈和轴承内圈之间的滚动体，第一轴承和第二轴承的轴承内圈固定于轴柄上；圆筒形掩模板，所述圆筒形掩模板为中空的圆柱，所述圆筒形掩模板包括位于中间的图像区域和位于图像区域的两边的非图像区域，圆筒形掩模套在第一轴承和第二轴承的轴承外圈上，圆筒形掩模板的非图像区域的内表面与第一轴承和第二轴承的轴承外圈相接触，当第一轴承和第二轴承绕轴柄旋转时，圆筒形掩模板也一起绕轴柄旋转。
可选的，所述圆筒形掩模板系统包括：基座，固定于基座一侧的轴柄；第一轴承和第二轴承，第一轴承位于轴柄上靠近基座一端，第二轴承位于轴柄上远离基座一端，所述第一轴承和第二轴承均包括轴承外圈、轴承内圈和位于轴承外圈和轴承内圈之间的滚动体，第一轴承和第二轴承的轴承内圈固定于轴柄上，第一轴承和第二轴承的轴承外圈的相对的一侧的侧面具有卡槽；圆筒形掩模板，所述圆筒形掩模板为中空的圆柱，所述圆筒形掩模板包括位于中间的图像区域和位于图像区域的两边的非图像区域，圆筒形掩模板的非图像区域卡在第一轴承和第二轴承的轴承外圈的的卡槽内，轴柄穿过圆筒形掩模板中空部分，当第一轴承和第二轴承绕轴柄旋转时，圆筒形掩模板也一起绕轴柄旋转。
可选的，所述光学投影单元和圆筒形掩模板系统之间具有圆柱透镜单元，所述圆柱透镜单元具有一个平面和与平面相对的凹面，圆柱透镜单元的平面朝向圆筒形掩模板系统。
可选的，所述圆柱透镜单元为若干柱面透镜的组合。
可选的，所述圆筒形掩膜板外壁周长经圆柱透镜单元和光学投影单元投射到晶圆上的长度等于晶圆上的一个曝光区的长度，或者等于多个曝光区的总长度。
可选的，所述晶圆载物台的顶部表面包括晶圆装载区域和包围所述晶圆装载区域的外围区域，晶圆装载区域的外围区域具有掩模板对准标记检测单元，用于检测圆筒形掩模板的掩模板对准标记，建立圆筒形掩模板与晶圆载物台之间的位置关系，进行圆筒形掩模板的对准。
本发明技术方案还提供了一种曝光方法，包括：步骤1，在若干晶圆载物台上依次装载晶圆；步骤2，装载有晶圆的载物台依次移动到第一位置，对准检测单元检测晶圆载物台上的晶圆上的对准标记，进行晶圆的对准；步骤3，晶圆对准后，装载有该晶圆的晶圆载物台依次从第一位置移动到第二位置，进行圆筒形掩模板进行对准，然后晶圆载物台沿扫描方向的单方向扫描时，圆筒形掩膜板绕圆筒形掩模板系统的中心轴旋转，透过圆筒形掩膜板的光投射到晶圆载物台上的晶圆上，对晶圆上的沿扫描方向排列的第一列曝光区进行曝光；步骤4，对晶圆上的第一列曝光区进行曝光后，装载有该晶圆的晶圆载物台依次从第二位置移动到第一位置；步骤5，重复步骤2至步骤4直至所有晶圆载物台上的晶圆的第N列曝光区完成曝光。
可选的，在对晶圆进行对准之前，第二驱动单元完成对圆筒形掩膜板的装载。
可选的，所述圆筒形掩膜板绕圆筒形掩模板系统的中心轴旋转的一周的时间等于晶圆载物台沿扫描方向移动一个曝光区的时间，或者等于晶圆载物台沿扫描方向移动多个曝光区的总时间。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：
本发明技术方案的圆筒形掩模板为中空的圆柱，所述圆筒形掩模板包括位于中间的图像区域和位于图像区域的两边的非图像区域，圆筒形掩模板套在第一轴承和第二轴承的轴承外圈上，圆筒形掩模的非图像区域的内表面与第一轴承和第二轴承的轴承外圈相接触，当第一轴承和第二轴承绕轴柄旋转时，圆筒形掩模板也一起绕轴柄旋转，使得透过圆筒形掩模板的光通过光学投影单元投射到晶圆载物台上的晶圆上的曝光区，对晶圆进行曝光。
进一步，所述第一轴承和第二轴承的轴承外圈上具有若干第一夹紧装置，当圆筒形掩模板的非图像区域套在在第一轴承和第二轴承的轴承外圈表面时，第一夹紧装置能在圆筒形掩模板的非图像区域的内表面产生一个压力，使得圆筒形掩模板更紧密的固定在轴承外圈上。
本发明技术方案的曝光装置具有圆筒形掩模板和多个载物台，圆筒形掩膜板绕圆筒形掩模板系统的中心轴旋转，同时晶圆载物台沿扫描方向单方向扫描，透过圆筒形掩膜板的光投射到晶圆载物台上的晶圆上，从而实现对晶圆上的沿扫描方向排列的某一列曝光区进行曝光，在对某一列曝光区进行曝光时，由于圆筒形掩膜板旋转一周即回到原点，并完成对某一列的一个或多个曝光区进行曝光，圆筒形掩膜板维持旋转方向不变，晶圆载物台维持扫描方向不变，即可完成对该列的其他曝光区进行曝光，因此本发明实施例的曝光装置在对同一列中的每个或多个曝光区进行曝光时，不需要进行加速过程和减速过程，大大的减少了整个曝光过程花费的时间，从而提高了曝光设备的单位时间内的产出量。
本发明技术方案的曝光方法，晶圆对准后，装载有该晶圆的晶圆载物台依次从第一位置移动到第二位置，然后沿扫描方向的单方向扫描时，圆筒形掩膜板绕圆筒形掩模板系统的中心轴旋转，透过圆筒形掩膜板的光投射到晶圆载物台上的晶圆上，对晶圆上的沿扫描方向排列的第一列曝光区进行曝光；对晶圆上的第一列曝光区进行曝光后，装载有该晶圆的晶圆载物台依次从第二位置移动到第一位置然后进行晶圆的对准，重复上述过程，直至完成对整个晶圆的曝光。在曝光时，晶圆载物台扫描方向和圆筒形掩膜板的旋转方向均不需要改变，就可对第一列曝光区中的第二个曝光区进行曝光，直至第一列曝光区中的最后一个曝光区完成曝光，晶圆载物台也不需要加速和减速过程，使得曝光过程的时间大幅减少。
进一步，所述圆筒形掩膜板绕圆筒形掩模板系统的中心轴旋转的一周的时间等于晶圆载物台沿扫描方向移动一个曝光区的时间或多个曝光区的总时间，从而可以将圆筒形掩膜板上的掩膜图形完整的转移到晶圆上的一个曝光区上或多个曝光区上，从而实现对晶圆上的曝光区的单方向步进扫描曝光。
附图说明
图1是本现有技术曝光过程的结构示意图；
图2为现有的曝光装置对每一个曝光区的扫描方向示意图；
图3～图8是本发明实施例曝光装置的结构示意图；
图9～图16为本发明实施例曝光过程的结构示意图。
具体实施方式
现有曝光装置在进行曝光时，第一载物台沿扫描方向移动，同时圆筒形掩模板系统沿与扫描方向相反的方向移动，从而完成对一个曝光区的曝光，在对一个曝光区进行曝光后，接着对第二曝光区进行曝光，具体请参考图2，图2为现有的曝光装置对每一个曝光区的扫描方向示意图，图2所述的第一晶圆106上具有多个曝光区，第一载物台在沿第一方向扫描完成第一个曝光区11的曝光后，然后沿与第一方向相反的方向扫描完成对相邻的第二曝光区12的曝光，依此重复上述过程，直至完成对第一晶圆106上所有曝光区的曝光。上述方法对每一个曝光区进行曝光时，每一个扫描过程（或每一个曝光过程）包括加速过程、扫描曝光过程和减速过程，加速过程和减速过程的存在是为了实现曝光区的转化时提高精度和效率，其对晶圆的实际曝光没有贡献，占用整个曝光过程的时间，造成时间的损耗，使得单位时间内的曝光装置的产出量较低。
本发明实施例提供了一种曝光装置及其曝光方法，所述曝光装置具有圆筒形掩模板和多个载物台，圆筒形掩膜板绕圆筒形掩模板系统的中心轴旋转，同时晶圆载物台沿扫描方向单方向扫描，透过圆筒形掩膜板的光投射到晶圆载物台上的晶圆上，从而实现对晶圆上的沿扫描方向排列的某一列曝光区进行曝光，在对某一列曝光区进行曝光时，由于圆筒形掩膜板旋转一周即回到原点，并完成对某一列的一个或多个曝光区进行曝光，圆筒形掩膜板维持旋转方向不变，晶圆载物台维持扫描方向不变，即可完成对该列的其他曝光区进行曝光，因此本发明实施例的曝光装置在对同一列中的每个或多个曝光区进行曝光时，不需要进行加速过程和减速过程，大大的减少了整个曝光过程花费的时间，从而提高了曝光设备的单位时间内的产出量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
图3～图8为本发明实施例曝光装置的结构示意图；图9～图16为本发明实施例曝光过程的结构示意图。
本发明实施例首先提供了一种曝光装置，请参考图3，所述曝光装置包括：
基台（图中未示出），所述基台提供晶圆载物台的移动区域；
晶圆载物台组，用于装载晶圆，位于基台上，所述晶圆载物台组包括若干晶圆载物台301，若干晶圆载物台301依次在基台上的第一位置（晶圆预对准位置）和第二位置（预曝光位置）之间循环移动；
对准检测单元302，位于基台的第一位置上方，用于检测位于第一位置的晶圆载物台301上的载物台基准标记，以及该晶圆载物台301上的晶圆上的对准标记，进行晶圆的对准；
圆筒形掩模板系统305，位于基台的第二位置上方，用于装载圆筒形掩膜板303，并使所述圆筒形掩膜板303绕圆筒形掩模板系统的中心轴旋转；
光学投影单元309，位于圆筒形掩模板系统305和基台之间，将透过圆筒形掩膜板303的光投射到晶圆载物台301上晶圆的曝光区；晶圆载物台301从第一位置移动到第二位置，然后沿扫描方向的单方向扫描时，圆筒形掩膜板303绕圆筒形掩模板系统的中心轴旋转，透过圆筒形掩膜板303的光投射到晶圆载物台301上的晶圆上，对晶圆上的沿扫描方向排列的某一列曝光区进行曝光；
所述曝光装置还包括主控制单元（图中未示出），主控制单元跟晶圆载物台301、对准检测单元302、圆筒形掩模板系统305和光学投影单元309之间进行通信，对晶圆的对准和曝光过程进行管理。所述主控制单元还包括用于发出各种控制命令、接收各单元的反馈信息、相关位置信息管理、晶圆载物台301和掩膜板载物台305平移系数、转动系数和放大系数等系数的计算的功能；
所述曝光装置还包括时间基准单元，用于提供基准时间信号，使晶圆的对准和曝光过程对所有的信号和数据的采集跟时间相关。
下面将对上述曝光装置的具体结构进行详细的描述。
圆筒形掩模板系统的第一实施例，请参考图4和图5，所述圆筒形掩模板系统305（参考图3）包括基座328、第一轴承304a、第二轴承304b、圆筒形掩模板303：
其中，所述基座328作为支撑圆筒形掩模板303的平台，基座328的一侧固定有轴柄329；
第一轴承304a和第二轴承304b，第一轴承304a位于轴柄329上靠近基座328的一端，第二轴承304b位于轴柄329上远离基座328的一端，所述第一轴承304a和第二轴承304b均包括轴承外圈、轴承内圈和位于轴承外圈和轴承内圈之间的滚动体，第一轴承304a和第二轴承304b的轴承内圈固定于轴柄329上；
圆筒形掩模板303，所述圆筒形掩模板303为中空的圆柱，所述圆筒形掩模板303包括位于中间的图像区域331和位于图像区域331的两边的非图像区域332，圆筒形掩模板303套在第一轴承304a和第二轴承304b的轴承外圈上，圆筒形掩模303的非图像区域332的内表面与第一轴承和第二轴承的轴承外圈相接触，当第一轴承304a和第二轴承304b绕轴柄329旋转时，圆筒形掩模板303也一起绕轴柄329（轴柄329的中轴线相当于圆筒形掩模板系统的中心轴）旋转。
请继续参考图4，所述轴柄329为中空轴柄，所述中心轴柄的中空区域用于放置曝光光源308。中空轴柄的下部具有贯穿轴柄329本体的狭缝335，所述狭缝335与中空轴柄329的中轴线平行，曝光光源308发出的光通过狭缝335照射在圆筒形掩模板303的图像区域331，透过圆筒形掩模板303的光通过光学投影单元309投射到晶圆载物台上的晶圆上的曝光区，对晶圆进行曝光。
在具体的实施例中，所述曝光光源308可以使用Krf准分子激光（波长248nm）或Arf准分子激光（波长193nm）等远紫外光，所述照射光IL也可使用F2激光（波长157nm），极紫外（波长13.5nm左右）等真空紫外光，所述照射光IL还可以使用来自超高压汞灯的紫外区域的辉光（g线、i线等）。
所述狭缝335的长度（x轴方向）等于圆筒形掩模板303的图像区域331的宽度（x轴方向），所述狭缝335的宽度为1～20毫米。
所述第一轴承304a和第二轴承304b的轴承外圈上具有若干第一夹紧装置334，当圆筒形掩模板303沿x轴方向移动，圆筒形掩模板303的非图像区域332套在在第一轴承304a和第二轴承304b的轴承外圈表面时，第一夹紧装置334能在圆筒形掩模板303的非图像区域332的内表面产生一个压力，使得圆筒形掩模板303更紧密的固定在轴承外圈上。
在具体的实施例中，所述第一夹紧装置334包括一个凸起部和与凸起部相连的驱动部，当圆筒形掩模板303套在（装载）第一轴承304a和第二轴承304b的轴承外圈表面时，驱动部使得凸起部向外移动（远离轴柄329的方向），使得凸起部与圆筒形掩模板303的非图像区域332的内表面相接触，向非图像区域332的内表面产生一个压力；当圆筒形掩模板303需要从第一轴承304a和第二轴承304b的轴承外圈表面脱离（卸载）时，驱动部使得凸起部向内运动（指向轴柄329的方向），使凸起部与圆筒形掩模板303的非图像区域332的内表面脱离，圆筒形掩模板303可以从第一轴承304a和第二轴承304b的轴承外圈上移出。
第一夹紧装置334的凸起部的凸出量可通过与凸起部相连的驱动部调节。
所述第一夹紧装置334等角度的分布在第一轴承304a和第二轴承304b的轴承外圈上，且第一轴承304a和第二轴承304b上的第一夹紧装置334的数量相同，使得第一夹紧装置334施加在圆筒形掩模板303的非图像区域332的内表面的压力比较均匀，防止圆筒形掩模板303变形、并提高圆筒形掩模板303安装的精度。
所述圆筒形掩模板系统还包括第二驱动单元（图中未示出），第二驱动单元用于在第一轴承304a和第二轴承304b的轴承外圈上装载（沿x轴正方向）和卸载（沿x轴负方向）圆筒形掩模板303。
所述圆筒形掩模板系统还包括第一驱动单元（图中未示出），第一驱动单元与第一轴承304a和/或第二轴承304b相连，以驱动第一轴承和第二轴承绕轴柄329旋转。
所述圆筒形掩模板303的图像区域331上还具有掩模板对准标记333，后续通过晶圆载物台上的掩模板对准标记检测单元检测位于圆筒形掩模板303上的掩模板对准标记333，建立圆筒形掩模板303与晶圆载物台之间的位置关系。
请参考图5，所述光学投影单元309和圆筒形掩模板系统之间具有圆柱透镜单元330，圆柱透镜单元330位于圆筒形掩模板303的图像区域331的正下方，所述圆柱透镜单元331具有一个平面和与平面相对的凹面，圆柱透镜单元331的平面朝向圆筒形掩模板系统。所述圆柱透镜单元330用于校准透过圆筒形掩模板303光的焦平面，使得透过圆筒形掩模板303光的柱面的焦平面转换为平面的焦平面，通过圆柱透镜单元330和光学投影单元309能准确的投射到晶圆上的曝光区。
所述圆柱透镜单元330为若干柱面透镜的组合。
所述圆筒形掩膜板303外壁周长经圆柱透镜单元和光学投影单元投射到晶圆上的长度等于晶圆上的一个曝光区的长度（沿扫描方向的尺寸），即当圆筒形掩膜板303绕轴柄329旋转一周，同时晶圆载物台沿扫描方向扫描一个曝光区的距离时，能将圆筒形掩膜板303上的掩膜图形完整的转移到晶圆上的一个曝光区，圆筒形掩膜板303继续旋转、晶圆载物台继续沿扫描方向扫描时，能将圆筒形掩膜板303上的掩膜图形转移到沿扫描方向分布的下一个曝光区，重复上述过程时，可以实现对晶圆上沿扫描方向排布的一列曝光区的曝光，对一列曝光区进行曝光的过程中，圆筒形掩膜板303不需要改变旋转方向、晶圆载物台不需要改变扫描方向，因此在转换曝光区时，晶圆载物台不需要加速和减速的过程，在对晶圆上沿扫描方向排布的一列曝光区的进行曝光时，晶圆载物台可以始终保持一定扫描速度，极大的减小了曝光过程需要的时间，从而提高了曝光装置的曝光效率。
在本发明的其他实施例中，所述圆筒形掩膜板303外壁周长经光学投影单元309投射到晶圆上的长度等于多个曝光区的总长度，当圆筒形掩膜板303旋转一周时，对晶圆上沿扫描方向排列的一列曝光区中的多个曝光区进行曝光。
光学投影单元309，将透过圆筒形掩膜板303的光投射到晶圆载物台301上晶圆的曝光区。
当以Krf准分子激光或Arf准分子激光等作为照射光IL时，所述光学投影单元309可以为仅由折射光学元件（透镜）构成的折射系统；当采用F2激光作为照射光IL时，所述光学投影单元309可以为将折射光学元件和反射光学元件（凸面镜、分光镜等）组合的反折射系统、或者仅由反射光学元件构成的反射系统、或者也可使用折射系统。
所述圆筒形掩模板系统的基座328连接至第四驱动单元，使得基座328可以沿x轴方向、y轴方向、z轴方向移动以及绕x轴方向、y轴方向、z轴方向转动。
圆筒形掩模板系统的第二实施例，圆筒形掩模板系统包括：基座，固定于基座一侧的轴柄；第一轴承和第二轴承，第一轴承位于轴柄上靠近基座一端，第二轴承位于轴柄上远离基座一端，所述第一轴承和第二轴承均包括轴承外圈、轴承内圈和位于轴承外圈和轴承内圈之间的滚动体，第一轴承和第二轴承的轴承内圈固定于轴柄上，第一轴承和第二轴承的轴承外圈的相对的一侧的侧面具有卡槽；圆筒形掩模板，所述圆筒形掩模板为中空的圆柱，所述圆筒形掩模板包括位于中间的图像区域和位于图像区域的两边的非图像区域，圆筒形掩模板的非图像区域卡在第一轴承和第二轴承的轴承外圈的的卡槽内，轴柄穿过圆筒形掩模板中空部分，当第一轴承和第二轴承绕轴柄旋转时，圆筒形掩模板也一起绕轴柄（轴柄的中轴线相当于圆筒形掩模板系统的中心轴）旋转。
所述圆筒形掩模板系统还包括第二驱动单元，第二驱动单元用于将圆筒形掩模板装载在第一轴承和第二轴承的轴承外圈的的卡槽内以及将圆筒形掩模板从第一轴承和第二轴承的轴承外圈的的卡槽内卸载。
所述第二轴承为可拆卸轴承，第二轴承与第三驱动单元相连接，第三驱动单元使得第二轴承与轴柄固定或脱离。为了方便第二轴承的固定，所述轴柄上具有若干呈等角度分布的凸起，所述第二轴承的轴承内圈表面上具有与所述凸起相对应的凹槽，当第二轴承的轴承内圈上的凹槽与轴柄上的凸起相互咬合时，第二轴承固定在轴柄上。
进行圆筒形掩模板的装载过程为：首先第三驱动单元使得第二轴承从轴柄上脱离时；然后第二驱动单元装载圆筒形掩模板使得圆筒形掩模板的一边的非图像区域卡在第一轴承的轴承外圈的卡槽内；接着第三驱动单元装载着第二轴承，使第二轴承固定在轴柄上，并使圆筒形掩模板的另一边的非图像区域卡在第二轴承的轴承外圈的卡槽内。本发明实施例的圆筒形掩模板在装载时，圆筒形掩模板的中空区域的尺寸大于轴承的尺寸，并且在装载时不会与第一轴承和第二轴承的轴承外圈的表面接触，从而可以防止圆筒形掩模板的内表面被轴柄、第一轴承和第二轴承刮伤，并且圆筒形掩模板装载在第一轴承和第二轴承之间，使得第一轴承和第二轴承便于与第二驱动单元连接。
所述第一轴承和第二轴承的轴承外圈上具有第二夹紧装置，当圆筒形掩模板的非图像区域第一轴承和第二轴承的轴承外圈的的卡槽内，第二夹紧装置能在圆筒形掩模板的非图像区域的外表面产生一个压力，使得圆筒形掩模板固定在轴承外圈上。
接着，请继续参考图3，所述晶圆载物台301采用磁悬浮装置驱动，使晶圆载物台301可以在xy平面内沿扫描方向移动，并使晶圆载物台301从第一位置移动到第二位置，本发明实施例中，晶圆载物台301在xy平面内，晶圆载物台301可以沿y轴正方向（扫描方向）移动、y轴负方向移动、x轴正方向移动、x轴负方向移动、还可以沿着z轴正负方向移动。
所述磁悬浮装置为磁悬浮平面电机，磁悬浮平面电机的定子设置在基台的顶部表面，磁悬浮平面电机的转子设置在晶圆载物台301的底部表面。所述磁悬浮平面电机为动圈式永磁磁悬浮平面电机、动铁式永磁磁悬浮平面电极或磁悬浮感应式平面电机。
所述晶圆载物台301在基台上循环移动，当装载有晶圆的若干晶圆载物台301依次在第一位置进行对准后，可以依次移动到第二位置，同时圆筒形掩膜板303绕圆筒形掩模板系统305的中心轴旋转，透过圆筒形掩膜板303的光投射到晶圆载物台301上的晶圆上，从而实现对晶圆上的沿扫描方向排列的某一列曝光区进行曝光，在对某一列曝光区进行曝光后，然后晶圆载物台301再依次从第二位置移动到第一位置，如此构成图3所述的流水线式的循环，直至完成对每一个晶圆载物台301上晶圆的所有列的曝光区的曝光，因此，在进行曝光时，晶圆载物台301不需要改变扫描方向，同时圆筒形掩膜板303旋转时也不需要改变旋转方向，使得本发明的曝光装置对每一个曝光区进行曝光时不需要加速过程和减速过程，针对每一个曝光区进行曝光的时间大幅减小，单位时间内曝光装置的产出量大幅提高。
所述每个晶圆载物台301具有对应的子控制单元（图中未示出），子控制单元位于晶圆载物台301内，用于控制晶圆载物台301的定位、晶圆载物台301的移动以及晶圆的对准，子控制单元与主控制单元、磁悬浮装置、对准检测单元302和圆筒形掩模板系统305等之间进行通信。
由于本发明实施例中，在曝光时，晶圆载物台301沿y轴单方向的实现流水线式的扫描，同时圆筒形掩膜板303绕圆筒形掩模板系统305的中心轴旋转，透过圆筒形掩膜板303的光投射到晶圆载物台301上的晶圆上，实现对晶圆上的某一列曝光区进行曝光，因此，所述晶圆载物台301的数量大于等于2个，以增加装载晶圆的数量，提高曝光的效率，较佳的，所述晶圆载物台301的数量为2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、20个、21个、22个、23个、24个、25个。
晶圆载物台301的数量为2个时，晶圆载物台301上的子控制单元与主控制单元、对准检测单元302和圆筒形掩模板系统305等之间可以采用有线电缆进行通信。在其他的实施例中，晶圆载物台301的数量为2个时，晶圆载物台301上的子控制单元与外部电路（包括：主控制单元、对准检测单元302和圆筒形掩模板系统305等）之间可以采用无线通信技术进行通信。
晶圆载物台301的数量为大于2个时，所述晶圆载物台301上的子控制单元与外部电路（包括：主控制单元、对准检测单元302和圆筒形掩模板系统305等）之间采用无线通信技术进行通讯，由于晶圆载物台301在基台上循环移动，防止采用电缆连接时，电缆布线和载物台移动困难等问题。
所述无线通信技术包括：蓝牙技术(Bluetooth)，红外线数据通讯技术(1nfrared Data Association，IrDA)，无线保真技术(Wireless Fidelity，Wi-Fi)、无线应用协议(Wireless Application Protocol，WAP)、超宽带技术（UltraWideband）或近距离无线传出技术（Near Field Communication，NFC）等。
当晶圆载物台301采用无线通信技术与外部电路进行通信时，本发明实施例的所述每个晶圆载物台301上还具有电能存储单元（图中未示出），用于存储晶圆载物台301工作用的电量，包括：晶圆载物台301移动所需的电量、子控制单元工作需要的电量、晶圆载物台301与外部电路进行通信时所需的电量。所述电能存储单元为可快速充电的电池组或超大电容组件，以存储较多的电量和并能较快速度的充满电荷。
为了向所述晶圆载物台301上的电能存储单元进行充电，所述曝光装置还包括充电电缆307和与电能存储单元的相连的充电接口310，当充电电缆307与充电接口310连接时，充电电缆307向电能存储单元进行充电。
晶圆载物台301的数量为2个时，充电电缆307与充电接口310为固定连接。
晶圆载物台301的数量大于等于2个时，所述曝光装置还包括电缆连接单元（图中未示出），用于将充电电缆307与所述晶圆载物台上的电能存储单元的充电接口310进行可拆卸连接，当晶圆载物台301移动到某一位置时，充电电缆307与充电接口310进行连接时，充电电缆307向电能存储单元进行充电，当充电电缆307随着晶圆载物台301移动到下一位置时，充电电缆307与充电接口310断开，完成充电过程，当多个晶圆载物台301循环移动时，有效解决充电电缆307布线困难的问题。
所述可拆卸连接具体为：当晶圆载物台301移动到某一位置（比如：基台上的第一位置）时，电缆连接单元将充电电缆307与所述晶圆载物台301上的电能存储单元的充电接口310进行连接，通过充电电缆307对电能存储单元进行充电，当充电电缆307随着晶圆载物台301移动到下一位置（比如：基台上的第二位置）时，电缆连接单元使得充电电缆307与晶圆载物台301上的电能存储单元的充电接口310断开，这样方式可以应用在曝光装置工作过程中；或者，当晶圆载物台301移动到某一位置时，电缆连接单元将充电电缆307与所述晶圆载物台301上的电能存储单元的充电接口310进行连接，通过充电电缆307对电能存储单元进行充电，晶圆载物台301和电缆连接单元在这个位置保持静止，一段时间后，电缆连接单元将充电电缆307与晶圆载物台301上的电能存储单元的充电接口310断开，这样方式可以应用在曝光装置空闲状态。
所述电缆连接单元包括夹持单元和驱动单元，所述夹持单元用于夹持充电电缆307、并使充电电缆307微移动，所述驱动单元用于使夹持单元沿x轴、y轴、z轴移动、并使夹持单元沿x轴、y轴、z轴转动。
为了实现多个晶圆载物台301的精确定位，所述曝光装置还具有位置检测单元，用于检测晶圆载物台301的位置信息，请参考图3和图6，所述位置检测单元包括位于对准检测单元302、光学投影单元309与晶圆载物台301之间的编码光栅板306，以及位于晶圆载物台301顶部表面的编码光栅读取器313。
接着，请参考图6，所述晶圆载物台301的顶部表面包括晶圆装载区域314和包围所述晶圆装载区域314的外围区域315，编码光栅读取器313位于晶圆载物台301的顶部表面的外围区域315，每个编码光栅读取器313包括两个编码检测单元318，每个编码检测单元318包括光发射单元、光接收单元和子识别单元（图中未示出），光发射单元用于发射检测光，光接收单元用于接收从编码光栅板306反射的反射光，并将光信号转换为随时间变化的电信号，所述子识别单元用于对电信号进行放大、滤波、辨向、脉宽计算和计数等处理，得到晶圆载物台的位移。当编码光栅读取器313的数量为多个时，所述每个子识别单元将经放大、滤波等处理后的电信号发送给总识别单元，总识别单元对所有电信号进行辨向、脉宽计算和计数等处理，并通过一定的数据运算处理，获得晶圆载物台的位移。所述光发射单元发出的发射光的照射方向倾斜于编码光栅板，即发射光的照射方向与编码光栅板的法线之间存在一个交角，使从编码光栅板反射的光信号强度较大，并且两个编码检测单元318上的发射光的均向两个编码检测单元318相对的方向倾斜，使得晶圆载物台301沿z轴方向移动时，两个编码检测单元318具有不同的相位，从而可以测量z轴方向的位移。所述编码光栅读取器313的数量至少为三个，三个编码光栅读取器313分别位于晶圆载物台301的外围区域315的不同位置。本实施例中，所述编码光栅读取器313的为四个，分别位于晶圆载物台301的外围区域315的四个角上，每个编码光栅读取器313到晶圆装载区域314中心的距离相等或不相等。
每个编码光栅读取器313还具有一个零位标记检测单元317，所述零位标记检测单元317用于检测位于编码光栅板上的零位标记。作为一个实施例，所述零位标记检测单元317可以为成像式的对准传感器，所述零位标记检测单元317包括：光源（例如卤素灯）、光学成像系统及摄像元件（比如：CCD）等。零位标记检测单元317通过来自光源的宽带光，对编码光栅板上的零位标记进行照明，并将来自零位标记的反射光通过光学成像系统，由摄像元件接收，使零位标记成像在摄像元件的视场范围上，并通过对摄像元件上的图像信号进行信号处理，获得零位标记相对于视场范围中央的位置关系，零位标记检测单元317将测量结果反馈给晶圆载物台301上的子控制单元，驱动晶圆载物台301调整位置，直至零位标记出现在摄像元件的视场范围中央，获得晶圆载物台的粗位置信息（编码光栅读取器313检测的信息），完成对晶圆载物台301的粗对准。
零位标记检测单元317的摄像元件的捕捉范围为100～300微米，在晶圆载物台301的粗对准后，晶圆载物台301的定位精度大约为正负2微米，这个精度足够进行后续的晶圆对准和圆筒形掩模板对准。
所述晶圆载物台301的外围区域315表面上还具有载物台基准标记316，当零位标记检测单元317在检测零位标记，完成粗对准后，晶圆载物台301移动，使得对准检测单元302检测到晶圆载物台301上的载物台基准标记316，获得晶圆载物台301（或载物台基准标记316）的精准位置信息（编码光栅读取器313检测的信息），此时晶圆载物台301的精准位置信息作为晶圆载物台301位置坐标系的零点（原点），实现对晶圆载物台的精对准。在本发明其他实施例中，在实现对晶圆载物台的精对准后，相应的将编码检测单元318（参考图6）中检测的信息清零，将清零后的零位信息作为晶圆载物台301位置坐标系的零点（原点）。
由于晶圆载物台301装载的晶圆和掩模板对准标记检测单元均是位于晶圆载物台301表面，且晶圆载物台301装载的晶圆与载物台基准标记316位置是固定的，掩模板对准标记检测单元与载物台基准标记316的位置也是固定的，因此在进行晶圆载物台的精对准的精对准后，晶圆载物台301移动，对准检测单元302（参考图3）检测晶圆上的对准标记，可以获得晶圆上的对准标记与载物台基准标记316的位置关系，进行晶圆的对准；然后，晶圆载物台301移动，通过掩模板对准标记检测单元检测圆筒形掩模板上的掩模板对准标记，获得圆筒形掩模板上的掩模板对准标记与载物台基准标记316的位置关系，进行圆筒形掩模板的对准，通过上述两个过程，从而可以建立圆筒形掩模板于晶圆的位置关系，实现对晶圆上的曝光区的准确曝光。
对准检测单元302检测载物台基准标记316时，通过对准检测单元302的光学系统对载物台基准标记316进行照明，载物台基准标记316的反射光通过光学系统成像在对准检测单元302的摄像元件视场范围内，并通过对摄像元件上的图像信号进行信号处理，获得载物台基准标记316相对于视场范围中央的位置关系，对准检测单元302将测量结果反馈给晶圆载物台的晶圆载物台301上的子控制单元，驱动晶圆载物台301调整位置，直至载物台基准标记316出现在摄像元件的视场范围中央。
所述载物台基准标记316为不同方向排布的多组光栅组成，具体的，所述载物台基准标记316有x方向排布的第一光栅和y方向排布的第二光栅构成。
请继续参考图3，所述编码光栅板306固定于曝光装置的固定基座（图中未示出）上，所述编码光栅板306的宽度大于晶圆载物台301的宽度，编码光栅板306的长度大于对准检测单元302和光学投影单元309之间的直线距离，以使得晶圆载物台301在第一位置、第二位置、以及从第一位置向第二位置移动时均能通过对准检测单元302和编码光栅板306构成的位置检测单元获得精确的位置，在对准时和曝光时获得精确的位置信息，提高曝光的精度。晶圆载物台301在基台上的其他位置移动时，可以通过其他的方式进行定位，比如：导轨、光电传感器、干涉仪等。
所述编码光栅板306上具有第一开口311和第二开口312，第一开口311的位置与对准检测单元302的位置相对应，具体的，第一开口311位于对准检测单元302的下方，第一开口311为对准检测单元302与晶圆载物台301之间的光学通道；第二开口312的位置与光学投影单元309的位置相对应，具体的，第二开口312位于光学投影单元309下方，第二开口312为光学投影单元309与晶圆载物台301之间的光学通道。
所述编码光栅板306的具体结构请参考图7，所述编码光栅板306上具有若干等间距平行排布的凹槽326和凸起325，凹槽326和凸起325构成反射光栅，凹槽326和凸起325间隔排布，编码光栅板306具有凹槽326和凸起325的表面朝向晶圆载物台的顶部表面。编码光栅板306上相邻凹槽326和凸起325之间的间距相等。所述编码光栅板306的材料为玻璃基板，通过刻蚀玻璃基板形成间隔排布的凹槽326和凸起325。
在本发明的其他实施例中，也可以在透明的玻璃基板上形成若干平行的不透光条状物，不透光条状物和相邻不透光条状物之间的玻璃基板构成反射光栅。具体的，所述不透光条状物为金属薄膜。
本实施例中，所述编码光栅板306包括左右相互对称的第一子光栅板320和第二子光栅板321，第一子光栅板320和第二子光栅板321之间的对称线AB与对准检测单元和光学投影单元中心之间的连线位于垂直于基台的同一个平面，第一子光栅板320和第二子光栅板321之间的对称线AB与第一开口311和第二开口312中心之间的连线重合。在具体的实施例中，所述第一子光栅板320的凸起325（凹槽326）与第二子光栅板321上凸起325（凹槽326）在对称线AB左右两侧相互对称，并且所述第一子光栅板320上的凸起325（凹槽326）与对称线AB相交具有第一夹角31，第二子光栅板321上的凸起325（凹槽326）与对称线AB相交具有第二夹角32，第一夹角31等于第二夹角32相等，使得第一子光栅板320和第二子光栅板321的精度保持一致，编码光栅读取器313检测的晶圆载物台301的位置坐标精准度高，通过判断编码光栅读取器313检测信号的相位变化、间距变化和脉冲数量等参数即可获得晶圆载物台的移动方向和位移。
所述第一夹角31和第二夹角32的大小为5～85度，所述第一夹角31和第二夹角32的大小为10度、20度、30度、40度、45度、50度、60度、70度或80度，当晶圆载物台301在第一子光栅板320和第二子光栅板321下沿不同方向（沿x轴、y轴或z轴）直线移动时，单个编码检测单元318单元检测获得的两个电信号之间或者多个编码检测单元318单元获得的多个电信号之间存在相位和/间距的变化，从而可以判断和计算晶圆载物台301的移动方向和位移。
本发明实施例中，编码光栅读取器313的数量至少为三个，每个编码光栅读取器313包括两个编码检测单元318，编码光栅读取器313与第一子光栅板320和第二子光栅板321构成的测量系统，每个编码光栅读取器313可以实现晶圆载物台301两个自由度的测量，包括：x方向（或者y方向）和z方向，通过至少三个编码光栅读取器313可以实现晶圆载物台301六个自由度的测量，包括：x方向、y方向、z方向、x方向转动、y方向转动、z方向转动，测量的方向简单，精度较高，并且数据的处理较为简单。
下面以四个编码光栅读取器与第一子光栅板320和第二子光栅板321构成的测量系统测量晶圆载物台的位置作为示例，请参考图8，其中，四个编码光栅读取器包括第一编码光栅读取器313a、第二编码光栅读取器313b、第三编码光栅读取器313c、第四编码光栅读取器313d，第一编码光栅读取器313a、第二编码光栅读取器313b、第三编码光栅读取器313c和第四编码光栅读取器313d到晶圆载物台表面中心的距离相等，为r，并且四个编码光栅读取器中心间连线构成的图形为矩形，第一子光栅板320和第二子光栅板321与两者之间的对称线的夹角为45度，上述测量系统获得的晶圆载物台的x轴坐标Cx、y轴坐标Cy、z轴坐标Cz、x轴转动系数Rx、y轴转动系数Ry和z轴转动系数Rz为：
Cx = E 1 + E 4 - E 2 - E 3 4 2 ; Cy = E 1 + E 2 + E 3 + E 4 4 2 ; Cz = E 1 z + E 2 z + E 3 z + E 4 z 4 2 ;
Rx = E 1 z + E 2 z - E 3 z - E 4 z 4 S y ; Ry = E 2 z + E 3 z - E 1 z - E 4 z 4 S x ; Rz = E 4 - E 3 2 r
其中，E1、E2、E3、E4分别为第一编码光栅读取器313a、第二编码光栅读取器313b、第三编码光栅读取器313c、第四编码光栅读取器313d在晶圆载物台沿x或y方向运动时的测量值，E1z、E2z、E3z、E4z分别为第一编码光栅读取器313a、第二编码光栅读取器313b、第三编码光栅读取器313c、第四编码光栅读取器313d在晶圆载物台沿z方向运动时的测量值，Sy为第一编码光栅读取器313a和第二编码光栅读取器313b的中心连线与晶圆载物台表面中心之间的垂直距离，Sx为第一编码光栅读取器313a和第四编码光栅读取器313d中心之间的连线与与晶圆载物台表面中心之间的垂直距离。
采用编码光栅板306（参考图7）和编码检测单元318（参考图7）构成的位置检测单元，位置检测单元的测量精度为1～10纳米，使得晶圆载物台301的在编码光栅板306范围内移动时，晶圆载物台301的位置误差小于1～10纳米，实现晶圆载物台301、晶圆载物台301上装载的晶圆和圆筒形掩膜板303之间的精准位置关系，使本发明实施例的曝光装置曝光的精度较高。
继续参考图7，第一开口311外围的编码光栅板306上还具有零位标记322，零位标记322的数量与零位标记检测单元317的数量相等，编码光栅板上306零位标记322的排布与晶圆载物台301上零位标记检测单元317的排布相同，以实现晶圆载物台301的精确定位。所述排布相同是指编码光栅板上306零位标记322中心连线构成的图形与晶圆载物台301上零位标记检测单元317上中心连线构成的图形相重合。
本实施例中，零位标记322的数量与所述零位标记检测单元317的数量相对应，所述零位标记322的数量为四个，每个零位标记包括沿y轴方向排列的第一光栅323和沿x轴方向排列的第二光栅324。
本发明实施例还提供了一种采用上述曝光装置进行曝光的方法，本实施例中，以四个晶圆载物台作为示例对上述曝光装置的曝光方法进行详细的说明，图9～图16为本发明实施例曝光装置的曝光过程的结构示意图。
参考图9，所述曝光装置具有四个晶圆载物台，包括第一晶圆载物台3011、第二晶圆载物台3012、第三圆载物台3013和第四圆载物台3014，在第一晶圆载物台3011、第二晶圆载物台3012、第三圆载物台3013和第四圆载物台3014上依次装载第一晶圆1、第二晶圆2、第三晶圆3、第四晶圆4。
在曝光装置未工作时，第一晶圆载物台3011、第二晶圆载物台3012、第三圆载物台3013和第四圆载物台3014呈队列分布在基台上，当要进行曝光操作时，首先向曝光装置加载曝光程序，然后在四个晶圆载物台上依次装载晶圆，装载有晶圆的晶圆载物台依次向基台上的第一位置方向移动，到第一位置进行晶圆的对准，并在对第一晶圆载物台3011上的第一晶圆1进行对准之前，装载圆筒形掩模板。
第一晶圆载物台3011、第二晶圆载物台3012、第三圆载物台3013和第四圆载物台3014在光栅板之外的区域移动时，可以通过轨道，干涉计，光栅板等进行定位，其定位的累计误差在100微米范围内。
接着，请参考图10，第一晶圆载物台3011移动到基台上的第一位置（编码光栅板306的第一开口311的下方进行预对准的位置），第一晶圆载物台3011上的零位标记检测单元317（参考图7）检测位于编码光栅板306上的零位标记322，获得第一晶圆载物台3011的粗位置信息，完成对第一晶圆载物台3011的粗对准。
在具体的实施例中，当第一晶圆载物台3011上的至少三个零位标记检测单元317均检测到相对应的零位标记322时，视为第一晶圆载物台3011的粗对准过程的完成，反之则需重新进行检测。
在完成对第一晶圆载物台3011的粗对准后，第一晶圆载物台3011可以快速的移动到对准检测单元302（参考图3）下方，对准检测单元302检测位于第一晶圆载物台3011上的载物台基准标记316，获得第一晶圆载物台3011（或载物台基准标记316）的精准位置信息，此时第一晶圆载物台3011的精准位置信息作为晶圆载物台301位置坐标系的零点（原点），实现对第一晶圆载物台3011的精对准。在本发明其他实施例中，在实现对第一晶圆载物台3011的精对准后，相应的将第一晶圆载物台3011上的编码光栅读取器313中检测的信息清零，将清零后的零位信息作为第一晶圆载物台3011位置坐标系的零点（原点）。主控制单元保存并计算第一晶圆载物台3011的精对准时相对于第一晶圆载物台3011的粗对准时的位移偏移量。
在对准检测单元302检测到第一晶圆载物台3011上载物台基准标记316后，第一晶圆载物台3011移动，对准检测单元302检测位于第一晶圆载物台3011上的第一晶圆1上的对准标记，获得晶圆上的对准标记的位置信息，主控制单元根据载物台基准标记316的位置信息和对准标记的位置信息，将对准标记的位置信息转换为以载物台基准标记316的位置信息作为原点的位置坐标，实现对第一晶圆1上的曝光区的位置管理，并将相关位置信息和位置坐标存储在主控制单元中，完成第一晶圆1的对准过程。主控制单元保存并计算第一晶圆载物台3011的在检测第一晶圆1上的对准标记时相对于第一晶圆载物台3011的精对准时的位移偏移量。
请参考图11，在第一晶圆1完成对准后，第一晶圆载物台3011从第一位置移动到第二位置（编码光栅板306的第二开口312的下方进行预曝光的位置），然后第一晶圆载物台3011沿扫描方向（本实施例为y轴正方向）的单方向扫描时，同时圆筒形掩膜板303（参考图3）绕圆筒形掩模板系统305的中心轴旋转，透过圆筒形掩膜板303的光通过光学投影单元309（参考图3）投射到第一晶圆载物台3011上的第一晶圆1上，对第一晶圆1上的沿扫描方向排列的第一列曝光区进行曝光；同时，第二晶圆载物台3012移动到基台上的第一位置，对位于第二晶圆载物台3012上的第二晶圆2进行对准。
在对第一晶圆1进行曝光前，还包括：第一晶圆载物台3011上的掩膜板对准标记检测单元检测位于圆筒形掩膜板303上的掩膜板对准标记，获得掩膜板对准标记的位置信息，建立圆筒形掩膜板303与第一晶圆载物台3011之间的位置关系，从而建立圆筒形掩膜板303与第一晶圆1的位置关系，完成对圆筒形掩膜板303的对准，并将相关位置信息和位置坐标存储在主控制单元中。
对第一晶圆1的第一列曝光区进行曝光时，第一晶圆载物台3011保持y轴正方向的扫描方向不变，圆筒形掩膜板303绕圆筒形掩模板系统305的中心轴旋转的方向不变，因此在对第一列曝光区上的第一个曝光区进行曝光后，第一晶圆载物台3011扫描方向和圆筒形掩膜板303的旋转方向均不需要改变，就可对第一列曝光区中的第二个曝光区进行曝光，直至第一列曝光区上的最后一个曝光区完成曝光，因此，第一晶圆1的第一列曝光区进行曝光时，第一晶圆载物台3011也不需要加速和减速过程，使得曝光过程的时间大幅减少。
在对第一晶圆1的第一列曝光区的第一个曝光区进行曝光前，第一晶圆载物台3011有一个加速过程，在对第一列曝光区的最后一个曝光区进行曝光后，第一晶圆载物台3011有一个减速的过程。
本发明实施例中，由于第一晶圆载物台3011扫描方向保持不变，因此在保持较高的曝光精度的前提下，可以提高扫描速度，所述第一晶圆载物台3011的扫描速度为100毫米-10米/秒，甚至更加高，物理上除了位置探测和反馈需要时间外没有太多限制。
所述圆筒形掩膜板303绕圆筒形掩模板系统305的中心轴旋转的一周的时间等于第一晶圆载物台3011沿扫描方向移动一个曝光区的时间，从而可以将圆筒形掩膜板303上的掩膜图形完整的转移到第一晶圆1上的一个曝光区上，从而实现对第一晶圆1曝光区的单方向步进扫描曝光。
在本发明的其他实施例中，所述圆筒形掩膜板绕圆筒形掩模板系统的中心轴旋转的一周的时间等于第一晶圆载物台3011沿扫描方向移动多个曝光区的总时间，当圆筒形掩膜板303旋转一周时，对晶圆上沿扫描方向排列的一列曝光区中的多个曝光区进行曝光。
当第一晶圆载物台3011上的第一晶圆1的第一列曝光区的曝光还未完成时，第二晶圆载物台3012上的第二晶圆2完成对准后，第二晶圆载物台3012从第一位置向第二位置移动或者在基台上靠近第二位置的地方等待进行曝光，第三晶圆载物台3013移动到第一位置进行第三晶圆3的对准、第四晶圆载物台3014在装载第四晶圆4后向基台上的第一位置方向移动。
对第二晶圆2的对准，请参考对第一晶圆1的对准，在此不再赘述。
参考图12，当第一晶圆载物台3011上的第一晶圆1的第一列曝光区的完成曝光后，第一晶圆载物台3011沿y轴正方向继续移动；第二晶圆载物台3012移动到第二位置，然后第二晶圆载物台3012沿扫描方向（本实施例为y轴正方向）的单方向扫描时，同时圆筒形掩膜板303（参考图3）绕圆筒形掩模板系统305的中心轴旋转，透过圆筒形掩膜板303的光通过光学投影单元309（参考图3）投射到第二晶圆载物台3012上的第二晶圆2上，对第二晶圆2上的沿扫描方向排列的第一列曝光区进行曝光；同时，第三晶圆3进行对准后，第三晶圆载物台3013从第一位置向第二位置移动，第四晶圆载物台3014移动到第一位置，对第四晶圆4进行对准。
在对第二晶圆2进行曝光前，还包括：第二晶圆载物台3012上的掩膜板对准标记检测单元检测位于圆筒形掩膜板303上的掩膜板对准标记，获得掩膜板对准标记的位置信息，建立圆筒形掩膜板303与第二晶圆载物台3012之间的位置关系，完成对圆筒形掩膜板303的对准，并将相关位置信息和位置坐标存储在主控制单元中。
参考图13，第一晶圆载物台3011向基台上第一位置移动；对第二晶圆2上的沿扫描方向排列的第一列曝光区进行曝光后，第二晶圆载物台3012离开基台上的第二位置；同时，第三晶圆载物台3013移动到第二位置，然后第三晶圆载物台3013沿扫描方向（本实施例为y轴正方向）的单方向扫描时，同时圆筒形掩膜板303（参考图3）绕圆筒形掩模板系统305的中心轴旋转，透过圆筒形掩膜板303的光通过光学投影单元309（参考图3）投射到第三晶圆载物台3013上的第三晶圆3上，对第三晶圆3上的沿扫描方向排列的第一列曝光区进行曝光；同时，第四晶圆4进行对准后，第四晶圆载物台3014从第一位置向第二位置移动。
在对第三晶圆3进行曝光前，还包括：第三晶圆载物台3013上的掩膜板对准标记检测单元检测位于圆筒形掩膜板303上的掩膜板对准标记，获得掩膜板对准标记的位置信息，建立圆筒形掩膜板303与第三晶圆载物台3013之间的位置关系，完成对圆筒形掩膜板303的对准，并将相关位置信息和位置坐标存储在主控制单元中。
接着，请参考图14，第一晶圆载物台3011移动到基台上的第一位置（编码光栅板306的第一开口311的下方进行预对准的位置），对第一晶圆载物台3011上的第一晶圆1进行对准；第四晶圆载物台3014移动到第二位置，然后第四晶圆载物台3014沿扫描方向（本实施例为y轴正方向）的单方向扫描时，同时圆筒形掩膜板303（参考图3）绕圆筒形掩模板系统305的中心轴旋转，透过圆筒形掩膜板303的光通过光学投影单元309（参考图3）投射到第四晶圆载物台3014上的第四晶圆4上，对第四晶圆4上的沿扫描方向排列的第一列曝光区进行曝光。
由于主控制单元保存并计算第一晶圆载物台3011的精对准时相对于第一晶圆载物台3011的粗对准时的位移偏移量，以及第一晶圆载物台3011的在检测第一晶圆1上的对准标记时相对于第一晶圆载物台3011的精对准时的位移偏移量，因此对第一晶圆载物台3011上的第一晶圆1再次进行对准时，只需要零位标记检测单元317（参考图7）检测位于编码光栅板306上的零位标记322，第一晶圆载物台3011粗位置信息，主控制单元根据通过一定的计算即可获得第一晶圆1上对准标记位置坐标，实现对第一晶圆1上的曝光区的位置管理，从而节省第一晶圆1再次对准的时间。
在本发明的其他实施例中，第一晶圆1再次进行对准时，对准检测单元302（参考图3）检测第一晶圆载物台3011上载物台基准标记和第一晶圆上的对准标记。
接着，请参考图15，第一晶圆载物台3011从第一位置移动到第二位置（编码光栅板306的第二开口312的下方进行预曝光的位置），然后第一晶圆载物台3011沿扫描方向（本实施例为y轴正方向）的单方向扫描时，同时圆筒形掩膜板303（参考图3）绕圆筒形掩模板系统305的中心轴旋转，透过圆筒形掩膜板303的光通过光学投影单元309（参考图3）投射到第一晶圆载物台3011上的第一晶圆1上，对第一晶圆1上的沿扫描方向排列的第二列曝光区进行曝光；同时，第二晶圆载物台3012移动到基台上的第一位置，对位于第二晶圆载物台3012上的第二晶圆2进行对准。
本发明实施例中，由于在对第一晶圆1上的第一列曝光区进行曝光时，已建立圆筒形掩膜板303与第一晶圆载物台3011之间的位置关系，不需要检测掩模板对准标记，主控制单元可以直接根据已建立的圆筒形掩膜板303与第一晶圆载物台3011之间的位置关系和第一晶圆载物台3011沿x方向的位移的变化值（第一晶圆对准后，对第一晶圆1上的第二列曝光区进行曝光前，第一晶圆载物台3011相对于第一次曝光时的x方向的位移需移动一个曝光区的距离），即可获得对第一晶圆1上的第二列曝光区进行曝光时，圆筒形掩膜板303与第一晶圆载物台3011之间的位置关系，有效的节省曝光时间。
在本发明的其他实施例中，在对第一晶圆1上的第二列曝光区进行曝光前，掩模板对准标记检测单元检测圆筒形掩膜板303上的掩模板对准标记，获得圆筒形掩膜板303与第一晶圆载物台3011的位置关系。
接着，参考图16，当第一晶圆载物台3011上的第一晶圆1的第二列曝光区的完成曝光后，第一晶圆载物台3011沿y轴正方向继续移动，并向基台上的第一位置移动；第二晶圆载物台3012移动到第二位置，然后第二晶圆载物台3012沿扫描方向（本实施例为y轴正方向）的单方向扫描时，同时圆筒形掩膜板303（参考图3）绕圆筒形掩模板系统305的中心轴旋转，透过圆筒形掩膜板303的光通过光学投影单元309（参考图3）投射到第二晶圆载物台3012上的第二晶圆2上，对第二晶圆2上的沿扫描方向排列的第二列曝光区进行曝光；同时，第三晶圆3进行对准后，第三晶圆载物台3013从第一位置向第二位置移动，第四晶圆载物台3014移动到第一位置，对第四晶圆4进行对准。
第一晶圆载物台3011、第二晶圆载物台3012、第三圆载物台3013和第四圆载物台3014在基台上的第一位置和第二位置之间呈流水线式的循环移动，重复其上装载的晶圆对准曝光的过程，直至对第一晶圆1、第二晶圆2、第三晶圆3、第四晶圆4上所有列的曝光区完成曝光，当某一晶圆载物台上的晶圆的所有列的曝光区完成曝光时，在相应的晶圆载物台上装载新的晶圆。
综上，本发明实施例的曝光装置具有圆筒形掩模板和多个载物台，圆筒形掩膜板绕圆筒形掩模板系统的中心轴旋转，同时晶圆载物台沿扫描方向单方向扫描，透过圆筒形掩膜板的光投射到晶圆载物台上的晶圆上，从而实现对晶圆上的沿扫描方向排列的某一列曝光区进行曝光，在对某一列曝光区进行曝光时，由于圆筒形掩膜板旋转一周即回到原点，并完成对某一列的一个或多个曝光区进行曝光，圆筒形掩膜板维持旋转方向不变，晶圆载物台维持扫描方向不变，即可完成对该列的其他曝光区进行曝光，因此本发明实施例的曝光装置在对同一列中的每个或多个曝光区进行曝光时，不需要进行加速过程和减速过程，大大的减少了整个曝光过程花费的时间，从而提高了曝光设备的单位时间内的产出量。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (20)

1.一种圆筒形掩模板系统，其特征在于，包括：
基座，固定于基座一侧的轴柄；
第一轴承和第二轴承，第一轴承位于轴柄上靠近基座一端，第二轴承位于轴柄上远离基座一端，所述第一轴承和第二轴承均包括轴承外圈、轴承内圈和位于轴承外圈和轴承内圈之间的滚动体，第一轴承和第二轴承的轴承内圈固定于轴柄上；
圆筒形掩模板，所述圆筒形掩模板为中空的圆柱，所述圆筒形掩模板包括位于中间的图像区域和位于图像区域的两边的非图像区域，圆筒形掩模板套在第一轴承和第二轴承的轴承外圈上，圆筒形掩模板的非图像区域的内表面与第一轴承和第二轴承的轴承外圈相接触，当第一轴承和第二轴承绕轴柄旋转时，圆筒形掩模板也一起绕轴柄旋转。
2.如权利要求1所述的圆筒形掩模板系统，其特征在于，所述轴柄为中空轴柄，所述中心轴柄的中空区域用于放置曝光光源。
3.如权利要求2所述的圆筒形掩模板系统，其特征在于，中空轴柄的下部具有贯穿轴柄本体的狭缝，所述狭缝与中空轴柄的中轴线平行，曝光光源发出的光通过狭缝照射在圆筒形掩模板的图像区域。
4.如权利要求2所述的圆筒形掩模板系统，其特征在于，所述狭缝的长度等于圆筒形掩模板图像区域的宽度，所述狭缝的宽度为1～20毫米。
5.如权利要求1所述的圆筒形掩模板系统，其特征在于，所述圆筒形掩模板系统还包括第一驱动单元，第一驱动单元与第一轴承和/或第二轴承相连，以驱动第一轴承和第二轴承绕轴柄旋转。
6.如权利要求1所述的圆筒形掩模板系统，其特征在于，所述第一轴承和第二轴承的轴承外圈上具有第一夹紧装置，当圆筒形掩模板的非图像区域套在在第一轴承和第二轴承的轴承外圈表面时，第一夹紧装置能在圆筒形掩模板的非图像区域的内表面产生一个压力，使得圆筒形掩模板固定在轴承外圈上。
7.如权利要求1所述的圆筒形掩模板系统，其特征在于，所述圆筒形掩模板系统还包括第二驱动单元，第二驱动单元用于在第一轴承和第二轴承的轴承外圈上装载和卸载圆筒形掩模板。
8.一种圆筒形掩模板系统，其特征在于，包括：
基座，固定于基座一侧的轴柄；
第一轴承和第二轴承，第一轴承位于轴柄上靠近基座一端，第二轴承位于轴柄上远离基座一端，所述第一轴承和第二轴承均包括轴承外圈、轴承内圈和位于轴承外圈和轴承内圈之间的滚动体，第一轴承和第二轴承的轴承内圈固定于轴柄上，第一轴承和第二轴承的轴承外圈的相对的一侧的侧面具有卡槽；
圆筒形掩模板，所述圆筒形掩模板为中空的圆柱，所述圆筒形掩模板包括位于中间的图像区域和位于图像区域的两边的非图像区域，圆筒形掩模板的非图像区域卡在第一轴承和第二轴承的轴承外圈的的卡槽内，轴柄穿过圆筒形掩模板中空部分，当第一轴承和第二轴承绕轴柄旋转时，圆筒形掩模板也一起绕轴柄旋转。
9.如权利要求8所述的圆筒形掩模板系统，其特征在于，所述第二轴承为可拆卸轴承，第二轴承与第三驱动单元相连接，第三驱动单元使得第二轴承与轴柄固定或脱离。
10.如权利要求8所述的圆筒形掩模板系统，其特征在于，所述第一轴承和第二轴承的轴承外圈上具有第二夹紧装置，当圆筒形掩模板的非图像区域第一轴承和第二轴承的轴承外圈的的卡槽内，第二夹紧装置能在圆筒形掩模板的非图像区域的外表面产生一个压力，使得圆筒形掩模板固定在轴承外圈上。
11.一种曝光装置，其特征在于，包括：
基台；
晶圆载物台组，用于装载晶圆，位于基台上，所述晶圆载物台组包括若干晶圆载物台，若干晶圆载物台依次在基台上的第一位置和第二位置之间循环移动；
对准检测单元，位于基台的第一位置上方，用于检测晶圆载物台上的晶圆上的对准标记，进行晶圆的对准；
圆筒形掩模板系统，位于基台的第二位置上方，用于装载圆筒形掩膜板，并使所述圆筒形掩膜板绕圆筒形掩模板系统的中心轴旋转；
光学投影单元，位于圆筒形掩模板系统和基台之间，将透过圆筒形掩膜板的光投射到晶圆载物台上晶圆的曝光区；
其中，当晶圆载物台从第一位置移动到第二位置，然后沿扫描方向的单方向扫描时，圆筒形掩膜板绕圆筒形掩模板系统的中心轴旋转，透过圆筒形掩膜板的光投射到晶圆载物台上的晶圆上，对晶圆上的沿扫描方向排列的某一列曝光区进行曝光。
12.如权利要求11所述的曝光装置，其特征在于，所述圆筒形掩模板系统包括：基座，固定于基座一侧的轴柄；第一轴承和第二轴承，第一轴承位于轴柄上靠近基座一端，第二轴承位于轴柄上远离基座一端，所述第一轴承和第二轴承均包括轴承外圈、轴承内圈和位于轴承外圈和轴承内圈之间的滚动体，第一轴承和第二轴承的轴承内圈固定于轴柄上；圆筒形掩模板，所述圆筒形掩模板为中空的圆柱，所述圆筒形掩模板包括位于中间的图像区域和位于图像区域的两边的非图像区域，圆筒形掩模套在第一轴承和第二轴承的轴承外圈上，圆筒形掩模板的非图像区域的内表面与第一轴承和第二轴承的轴承外圈相接触，当第一轴承和第二轴承绕轴柄旋转时，圆筒形掩模板也一起绕轴柄旋转。
13.如权利要求11所述的曝光装置，其特征在于，所述圆筒形掩模板系统包括：基座，固定于基座一侧的轴柄；第一轴承和第二轴承，第一轴承位于轴柄上靠近基座一端，第二轴承位于轴柄上远离基座一端，所述第一轴承和第二轴承均包括轴承外圈、轴承内圈和位于轴承外圈和轴承内圈之间的滚动体，第一轴承和第二轴承的轴承内圈固定于轴柄上，第一轴承和第二轴承的轴承外圈的相对的一侧的侧面具有卡槽；圆筒形掩模板，所述圆筒形掩模板为中空的圆柱，所述圆筒形掩模板包括位于中间的图像区域和位于图像区域的两边的非图像区域，圆筒形掩模板的非图像区域卡在第一轴承和第二轴承的轴承外圈的的卡槽内，轴柄穿过圆筒形掩模板中空部分，当第一轴承和第二轴承绕轴柄旋转时，圆筒形掩模板也一起绕轴柄旋转。
14.如权利要求12或13所述的曝光装置，其特征在于，所述光学投影单元和圆筒形掩模板系统之间具有圆柱透镜单元，所述圆柱透镜单元具有一个平面和与平面相对的凹面，圆柱透镜单元的平面朝向圆筒形掩模板系统。
15.如权利要求14所述的曝光装置，其特征在于，所述圆柱透镜单元为若干柱面透镜的组合。
16.如权利要求14所述的曝光装置，其特征在于，所述圆筒形掩膜板外壁周长经圆柱透镜单元和光学投影单元投射到晶圆上的长度等于晶圆上的一个曝光区的长度，或者等于多个曝光区的总长度。
17.如权利要求11所述的曝光装置，其特征在于，所述晶圆载物台的顶部表面包括晶圆装载区域和包围所述晶圆装载区域的外围区域，晶圆装载区域的外围区域具有掩模板对准标记检测单元，用于检测圆筒形掩模板的掩模板对准标记，建立圆筒形掩模板与晶圆载物台之间的位置关系，进行圆筒形掩模板的对准。
18.一种曝光方法，其特征在于，包括：
步骤1，在若干晶圆载物台上依次装载晶圆；
步骤2，装载有晶圆的晶圆载物台依次移动到第一位置，对准检测单元检测晶圆载物台上的晶圆上的对准标记，进行晶圆的对准；
步骤3，晶圆对准后，装载有该晶圆的晶圆载物台依次从第一位置移动到第二位置，进行圆筒形掩模板进行对准，然后晶圆载物台沿扫描方向的单方向扫描时，圆筒形掩膜板绕圆筒形掩模板系统的中心轴旋转，透过圆筒形掩膜板的光投射到晶圆载物台上的晶圆上，对晶圆上的沿扫描方向排列的第一列曝光区进行曝光；
步骤4，对晶圆上的第一列曝光区进行曝光后，装载有该晶圆的晶圆载物台依次从第二位置移动到第一位置；
步骤5，重复步骤2至步骤4直至所有晶圆载物台上的晶圆的第N列曝光区完成曝光。
19.如权利要求18所述的曝光方法，其特征在于，还包括：在对晶圆进行对准之前，第二驱动单元完成对圆筒形掩膜板的装载。
20.如权利要求18所述的曝光方法，其特征在于，所述圆筒形掩膜板绕圆筒形掩模板系统的中心轴旋转的一周的时间等于晶圆载物台沿扫描方向移动一个曝光区的时间，或者等于晶圆载物台沿扫描方向移动多个曝光区的总时间。
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