CN1278190C - 投影曝光装置、位置对准装置以及位置对准方法 - Google Patents

投影曝光装置、位置对准装置以及位置对准方法 Download PDF

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Abstract

一种可进行精确位置对准的投影曝光装置。印刷电路板76置于移动平台70上的状态下，由紫外线照明装置6的紫外线光源60照射掩模标记90时，掩模标记90的像通过投影曝光透镜71与半反射镜11，以紫外线反射面镜10反射，再通过分光器34与成像透镜32，成像于CCD30上，并由图像识别装置2对其中心坐标做计测。其次，由红外线照明装置5的红外线光源50照射印刷电路板标记91，标记91的像通过紫外线反射面镜10、半反射镜11、分光器34、反射镜43、成像透镜42以及分光器52，成像于CCD40上。对应于紫外线用的CCD30上的掩模标记90的中心坐标，使红外线用CCD40上的印刷电路板标记91的中心坐标吻合，控制移动机构81，使移动平台70在XY及θ方向旋转移动而做位置对准。

Description

投影曝光装置、位置对准装置以及位置对准方法
技术领域
本发明涉及一种投影曝光装置及位置对准装置及位置对准方法。
背景技术
将划在掩模上的所定的图案，通过曝光装置烧附(imprint)在涂布光刻胶等感光材料的印刷电路板表面上，之后通过蚀刻工艺在印刷电路板上形成图案的光影蚀刻法，广泛地应用于各种领域中，印刷电路板也用近来的曝光装置制造。
投影曝光装置是将掩模的电路图案，经过投影曝光透镜等光学系统做投影曝光，藉此将图案用与掩模同一或一定的倍率划在印刷电路板上，已知用于集成电路的制造，近来用该等投影曝光装置试用于印刷电路板的制造。
用曝光装置做曝光之际，掩模与印刷电路板的位置必须对准，通常掩模侧与印刷电路板侧双方均配置有对准位置用的标记，掩模上的位置对准标记投影在印刷电路板上，与印刷电路板上的位置对准标记，通过观察显微镜等使其吻合。此时，投影掩模侧的标记之际，所用的曝光波长光，由于印刷电路板上的光刻胶会感光，使用曝光波长光以外的波长是普通的。通常作为曝光波长光是使用紫外线，标记投影是使用红外线。
但是，在投影曝光装置上，因为经由配合曝光波长的投影曝光透镜等的光学系统将掩模的标记做投影，用与曝光波长相异的波长光做投影的状况下，标记的成像位置有无法对准至正确位置的问题产生。为解决此问题，必须有修正镜头及供修正镜头做位置控制的装置，有增加装置成本的问题。
本发明的目的为解决上述现有技术的问题。
发明内容
为达成上述的目的，本发明的发明1的投影曝光装置包括：掩模，描绘有电路图案等；平台，支持对该掩模的图案做曝光之曝光对象；位置对准装置，用于通过移动所述掩模或平台、或者二者来调整所述掩模和所述曝光对象之间的位置关系；光学投影系统，利用曝光波长将该掩模之图案相对于曝光对象予以放大/缩小的曝光；掩模标记，设于所述掩模上，用于位置对准；曝光对象标记，设于所述曝光对象上，用于位置对准；掩模标记光源，用和曝光波长相同的波长的光照射所述掩模标记；对象标记光源，用与曝光波长相异的第二波长的光照射所述对象标记；可拆卸的曝光波长反射体，设于该光学投影系统与该曝光对象之间，并反射与该曝光波长同一波长的光，且使与曝光波长相异的第二波长光透过；掩模标记摄影装置，通过该曝光波长反射体所反射的光对该掩模标记进行摄影；对象标记摄影装置，对由穿透该曝光波长反射体的该第二波长的光所照射的对象标记进行摄影；以及控制装置，根据该被摄影之掩模标记和对象标记，通过控制该位置对准装置把该掩模与曝光对象对准。
本发明的发明2的投影曝光装置，包括发明1的所有特征，并且其中曝光波长反射体与所述平台平行设置。
本发明的发明3的投影曝光装置，包括发明1的所有特征，并且其中曝光波长反射体被可拆卸地安装，该投影曝光装置还包括：平台标记，设于该平台上，用于位置对准；以及用于在该曝光波长反射体被除去的情况下获得利用该掩模标记光源、由掩模标记摄影装置拍摄的平台标记的图像的位置，和在插入该曝光波长反射体的情况下获得利用该对象标记光源、由对象标记摄影装置拍摄的平台标记的图像的位置。
本发明的发明4的投影曝光装置，包括发明1的所有特征，并且还包括焦点修正透镜，该透镜可拆卸地设于该平台标记与该掩模标记摄影装置之间，用于在拍摄该平台标记期间的焦点修正。
在以上的构造中，由于通过与曝光波长同一波长的光将掩模的标记做投影，不会产生由投影曝光透镜所产生的位置误差(扭曲偏差)、成像位置的错位等。因此精确的位置对准成为可能。
而且，通过设于该投影光学系统与该曝光对象之间的曝光波长反射体反射与曝光波长同一波长的光，由于无法到达曝光对象，因此无曝光对象的光刻胶感光等的弊害发生。
而且，因为该对象标记是用与曝光波长相异波长的光照射的，由曝光对象的光刻胶之感光，或由光刻胶所产生的吸收等造成的使位置对准标记之外观恶化被减轻。
本发明还可以实现光掩模位置对准，其中成为位置对准基准的掩模位置与装置的基准位置对准。
而且，本发明可作为投影曝光装置，也可作为位置对准装置。本发明的发明5涉及一种在投影曝光装置中的位置对准装置，该投影曝光装置包括：掩模，描绘有电路图案等；平台，支持对该掩模的图案做曝光之曝光对象；位置对准装置，用于通过移动所述掩模或平台、或者二者来调整所述掩模和所述曝光对象之间的位置关系；光学投影系统，利用曝光波长将该掩模之图案相对于曝光对象予以放大/缩小的曝光；掩模标记，设于所述掩模上，用于位置对准；曝光对象标记，设于所述曝光对象上，用于位置对准；该位置对准装置包括：掩模标记光源，用和曝光波长相同的波长的光照射所述掩模标记；对象标记光源，用与曝光波长相异的第二波长的光照射所述对象标记；曝光波长反射体，设于该光学投影系统与该曝光对象之间，并反射与该曝光波长同一波长的光，且使与曝光波长相异的第二波长光透过；掩模标记摄影装置，通过该曝光波长反射体所反射的光对该掩模标记进行摄影；对象标记摄影装置，对由穿透该曝光波长反射体的该第二波长的光所照射的对象标记进行摄影；以及控制装置，根据该被摄影之掩模标记和对象标记，通过控制该位置对准装置把该掩模与曝光对象对准。
本发明的发明6的位置对准装置，包括发明5的所有特征，并且并且其中该曝光波长反射体被可拆卸地安装，该投影曝光装置还包括：平台标记，设于该平台上，用于位置对准；以及用于在该曝光波长反射体被除去的情况下获得利用该掩模标记光源、由掩模标记摄影装置拍摄的平台标记的图像的位置，和在插入该曝光波长反射体的情况下获得利用该对象标记光源、由对象标记摄影装置拍摄的平台标记的图像的位置。
本发明的发明7的投影曝光装置，包括发明5的所有特征，并且其中曝光波长反射体与所述平台平行设置。
本发明的发明8的投影曝光装置，包括发明5的所有特征，并且还包括焦点修正透镜，该透镜可拆卸地设于该平台标记与该掩模标记摄影装置之间，用于在拍摄该平台标记期间的焦点修正。
本发明的发明9涉及一种在如发明3所述之投影曝光装置中把掩模和曝光对象对准的方法，包括下列步骤：根据该平台标记之图像的位置，决定与该图像位置具有指定位置关系的掩模位置；由上述步骤决定掩模位置后，实现该掩模与曝光对象之间的位置对准。
本发明的发明10涉及一种在如发明3所述之投影曝光装置中把掩模和曝光对象对准的方法，包括下列步骤：由掩模标记摄影装置拍摄该平台标记，通过使用该图像把该平台、掩模标记拍摄装置、和对象标记拍摄装置之间的位置关系设置为一定的位置关系，并存储该图像的位置；然后，由对象标记摄影装置拍摄该平台标记，并存储该图像位置；移动掩模，以把该掩模标记与平台标记图像的所述存储位置之一对准。
附图说明
图1表示本发明之一实施形态之概略图。
图2表示本发明之一实施形态之部分放大图。
图3表示本发明之一实施形态之动作的部分放大说明图。
图4表示本发明之一实施形态中，位置对准用标记的说明图。
图5表示本发明之一实施形态中，位置对准用标记的说明图。
具体实施方式
以下根据附图对本发明之实施形态做说明。
图1为供制造印刷电路板的投影曝光装置，施加光刻胶的印刷电路板76设置于移动平台70上，通过控制装置所控制的移动机构81可移动于XYZ及θ方向。
而且，控制装置80不仅控制移动机构81，还控制装置全体。
描绘曝光电路等图案的掩模75，隔着投影曝光透镜71，与印刷电路板76相向设置，该位置可调整。通过来自曝光光源72的紫外线之曝光，将电路等的图案做投影以投影曝光透镜71决定之指定的倍率放大、缩小或等倍地烧着于印刷电路板76上。
而且，图1中掩模75与印刷电路板76是配置于上下方向，但对此并无限定，反之亦可，或者是掩模75与印刷电路板76垂直直立配置亦可。
而且，也可能印刷电路板76不移动，而是掩模75移动，甚至可能是两者皆移动。
掩模标记90设于掩模75上，印刷电路板76设有印刷电路板标记91。而且，移动平台70上设有平台标记92。由此，掩模标记90、印刷电路板标记91以及平台标记92用于做位置对准。
标记识别装置1具有图像识别装置2、紫外线成像观察光学系统3、红外线成像观察光学系统4、红外线照明装置5以及紫外线照明装置6。紫外线照明装置6具有紫外线光源60、聚光镜61以及反射镜62。曝光波长之紫外线仅照射掩模标记90部分，藉由投影曝光透镜71将如第3图所示之掩模标记90的像用反射表面镜10反射成像于掩模反射成像面13上。该掩模标记90的像是经由紫外线成像观察光学系统3并由图像识别装置2所识别。由于该掩模标记90是由曝光波长成像，不会产生成像位置错位的问题。又由紫外线反射表面镜10反射的缘故，也不会对印刷电路板76上的光刻胶感光。
针对其构造及作用，后面会做更详细的说明。
另一方面，印刷电路板76的标记91是通过来自红外线照明装置5的红外线照射，经由红外线成像观察系统4并通过图像识别装置2所识别。由于照射光是红外线，印刷电路板76上的光刻胶不会感光。
该标记识别装置1的构造由图2与图3做更详细的说明。
来自投影曝光透镜71的光通过半反射镜11成像于如图3所示之掩模像成像面12或掩模像反射成像面13。掩模像成像面12为移动平台70或印刷电路板76的表面。在该掩模像成像面12的上方，平行于移动平台70平面，设置紫外线反射面镜10，该紫外线反射面镜10是可拆卸或可进退地设置。紫外线反射面镜10具有使红外线穿透而紫外线反射的的性质。具有该紫外线反射面镜10时，来自投影曝光透镜71的紫外线用紫外线反射面镜10做反射，掩模标记90的像成像于反射成像面13上。
紫外线反射面镜10是从掩模像成像面12起距离d平行设置。通过该紫外线反射面镜10所反射之像而成像的掩模像反射成像面13，也同样地从紫外线反射面镜10之表面起距离d平行设置。即，掩模像成像面12与掩模像反射成像面13有距离2d的位置关系，掩模像反射成像面13之掩模像是由紫外线用成像透镜32，成像于紫外线用CCD30上的紫外线像成像面31。
修正镜33保持使掩模像反射成像面13及掩模像成像面12吻合于成像面31的作用，并由单一或多个透镜构成。该修正镜33也是可拆卸或可进退，必须对应图标之位置插入而构成。
该掩模标记90的像是从半反射镜11起，通过分光镜34，又经由修正镜33、成像透镜32，成像于CCD30的成像面31上，该图像信号由图像识别装置2识别。
半反射镜11为由影响成像程度小的构件制成的半反射镜，使投影曝光透镜71的光线穿透，且将用紫外线反射面镜10反射的光线导入分光镜34。分光镜34是分离紫外线像与红外线像的光路，将紫外线像反射至紫外线观察光学系统3侧，红外线则穿透而至红外线观察光学系统4侧。
用分光镜34反射的紫外线，经由该焦点位置修正用的修正镜33与紫外线用的成像透镜32后，成像于CCD30的成像面31上，掩模标记90是通过图像识别装置2识别，并存储其位置。
对红外线像观察光学系统4做说明。
红外线像观察光学系统4是用于识别印刷电路板76上之标记91，包括CCD40与成像透镜42及反射镜43。红外线照明装置5之红外线用分光镜52介于CCD40与成像透镜42之间，来自红外线光源50的红外光经由聚光镜51而放射。
来自红外线光源50的红外光用分光镜52在成像透镜42的方向上折屈，再经由反射镜43、分光镜34、反射镜43及成像透镜42，通过分光镜52后，照射于印刷电路板标记91上。该印刷电路板标记91的像，经由半反射镜11、分光镜34、反射镜43及成像透镜42，并通过分光镜52后成像于CCD40的成像面41上。该印刷电路板标记91亦通过图像识别装置2识别，并存储其位置。
由上所述，在紫外线反射面镜10插入的状态下，掩模像成像面12与红外线像的成像面41为光学共轭的关系。
而且，上述构造的标记识别装置1，对应于掩模标记90与印刷电路板标记91以及平台标记92的数量，可适当地增减。
图4为掩模75与该掩模75上的掩模标记90之一例的放大模块图。于此例中，加入掩模75与印刷电路板76之位置对准用的掩模标记90后，对掩模75与移动平台70的位置对准，即，设有基准位置对准用的掩模标记90。藉此，该标记事实上为，对应电路图案部78，非常小、数毫米角度之物。又于此，圆形地图标出该标记的形状，该形状只要通过图像识别适合于做位置测定，任何形状均可，并无限定。
图5为设于移动平台70侧之标记的配置做模块化的图。第5图为与大的印刷电路板76同一电路图案做复数曝光，并烧附而成型。移动平台70上，设有一对或复数对的平台基准位置对准用的平台标记92，而成为位置对准的基准。平台标记92是于图中描绘于印刷电路板76上。实际上，该平台标记92不会成为印刷电路板76装配于移动平台70上时的障碍，而设于移动平台70上。
而且，印刷电路板标记91形成于由前一工艺所烧附的电路图案部78上。
而且，该控制装置80对标记识别装置1与曝光装置全体做控制。
现在说明其动作。
首先说明掩模基准位置对准的顺序。
首先将移动平台70配置于预定的基准位置上。
其次点亮紫外线照明装置6的紫外线光源60，照射平台标记92。此时，除紫外线反射表面镜10外，插入修正透镜33。由此，平台标记92通过成像透镜32后，成像于CCD30的成像面31上。于其概略之中心，由平台标记92决定标记识别装置1全体与移动平台70的位置关系。CCD30的成像是通过识别装置2识别。
其次于该状态，导通红外线照明装置5之红外线光源50，插入紫外线反射面镜10后，对平台标记92做照明，通过成像透镜42，成像于CCD40的成像面41上。在此状态，由图像识别装置2识别后，对成像于CCD30与CCD40的平台标记92的紫外线像与红外线像的各中心坐标分别存储。此为使平台标记92的紫外线像与红外线像的各中心坐标在图像识别装置2内达到吻合，将以此为基准的掩模75配置于基准位置上，并实现电路图案的定位。
其次，修正透镜33以外，在插入紫外线反射面镜10后的状态下，点亮紫外线照明装置6的紫外线光源60，并以紫外线照射掩模标记90。由投影曝光透镜71与紫外线反射面镜10掩模标记90是反射成像于掩模像反射成像面13上，使该像通过成像透镜32，成像于CCD30的成像面上。经由图像识别装置2做计测，使其中心位置坐标与存储于前段之平台标记92的中心坐标相吻合，藉此调整掩模75的位置。由此，掩模75对应于平台70设置于基准的位置。
由以上的结果，平台标记92的中心坐标被拍摄于标记识别装置1的CCD30与CCD40，存储于图像识别装置2，还使掩模标记90亦吻合于平台标记92，掩模75的位置决定该移动平台70以作为基准。
其次，针对位置配合的顺序，对掩模75与印刷电路板76做说明。
首先，印刷电路板76置于移动平台70上的状态下，通过紫外线照明装置6的紫外线光源60照射掩模标记90，掩模标记90的像通过投影曝光透镜71、半反射镜11，在紫外线反射面10反射，再通过分光镜34与成像透镜32成像于CCD30上。该掩模标记90的像由于是由曝光波长光形成的缘故，因此无移动平台70所造成的位置错位。通过图像识别装置2对该像的中心坐标做计测。
其次，印刷电路板76上的标记91由红外线照明装置5的红外线照明光源50照明，该像通过紫外线反射面镜10、半反射镜11、分光镜34、反射镜43、成像透镜42以及分光镜52成像于CCD40上。由于印刷电路板标记91被与曝光波长相异的红外线照射，印刷电路板76的光刻胶不感光。又不由光刻胶吸收，印刷电路板标记91也不会产生恶化。
此时，由于预先保证标记识别装置1的CCD30与CCD40的中心坐标在图像识别装置2内吻合，对于紫外线用的CCD30上之掩模标记90的中心坐标，使红外线用的CCD40上的印刷电路板标记91的中心坐标与之吻合，来控制移动机构81后，使移动平台70在XY方向及θ方向旋转移动，实现位置对准。
由以上的说明之后，本发明的投影曝光装置具有精确位置对准的效果。

Claims (10)

1.一种投影曝光装置，包括：
掩模(75)，描绘有电路图案；
平台(70)，支持对该掩模(75)的图案做曝光之曝光对象(76)；
位置对准装置(81)，用于通过移动所述掩模(75)或平台(70)、或者二者来调整所述掩模(75)和所述曝光对象(76)之间的位置关系；
光学投影系统(71)，利用曝光波长将该掩模(75)之图案相对于曝光对象(76)予以放大/缩小的曝光；
掩模标记(90)，设于所述掩模(75)上，用于位置对准；
曝光对象标记(91)，设于所述曝光对象(76)上，用于位置对准；
掩模标记光源(60)，用和曝光波长相同的波长的光照射所述掩模标记(90)；
对象标记光源(50)，用与曝光波长相异的第二波长的光照射所述对象标记(91)；
曝光波长反射体(10)，设于该光学投影系统(71)与该曝光对象(76)之间，并反射与该曝光波长同一波长的光，且使与曝光波长相异的第二波长光透过；
掩模标记摄影装置(3)，通过该曝光波长反射体(10)所反射的光对该掩模标记(90)进行摄影；
对象标记摄影装置(4)，对由穿透该曝光波长反射体(10)的该第二波长的光所照射的对象标记(91)进行摄影；以及
控制装置(80)，根据该被摄影之掩模标记(90)和对象标记(91)，通过控制该位置对准装置(81)把该掩模(75)与曝光对象(76)对准。
2.如权利要求1所述之投影曝光装置，其中该曝光波长反射体(10)与该平台(70)平行设置。
3.如权利要求1所述之投影曝光装置，其中该曝光波长反射体(10)被可拆卸地安装，该投影曝光装置还包括：
平台标记，设于该平台(70)上，用于位置对准；以及
用于在该曝光波长反射体(10)被除去的情况下获得利用该掩模标记光源(60)、由掩模标记摄影装置(3)拍摄的平台标记的图像的位置，和在插入该曝光波长反射体的情况下获得利用该对象标记光源(50)、由对象标记摄影装置(4)拍摄的平台标记的图像的位置。
4.如权利要求3所述之投影曝光装置，其还包括焦点修正透镜，该透镜可拆卸地设于该平台标记与该掩模标记摄影装置(3)之间，用于在拍摄该平台标记期间的焦点修正。
5.一种在投影曝光装置中的位置对准装置，该投影曝光装置包括：掩模(75)，描绘有电路图案；平台(70)，支持对该掩模(75)的图案做曝光之曝光对象(76)；位置对准装置(81)，用于通过移动所述掩模(75)或平台(70)、或者二者来调整所述掩模(75)和所述曝光对象(76)之间的位置关系；光学投影系统(71)，利用曝光波长将该掩模(75)之图案相对于曝光对象(76)予以放大/缩小的曝光；掩模标记(90)，设于所述掩模(75)上，用于位置对准；曝光对象标记(91)，设于所述曝光对象(76)上，用于位置对准；该位置对准装置包括：
掩模标记光源(60)，用和曝光波长相同的波长的光照射所述掩模标记(90)；
对象标记光源(50)，用与曝光波长相异的第二波长的光照射所述对象标记(91)；
曝光波长反射体(10)，设于该光学投影系统(71)与该曝光对象(76)之间，并反射与该曝光波长同一波长的光，且使与曝光波长相异的第二波长光透过；
掩模标记摄影装置(3)，通过该曝光波长反射体(10)所反射的光对该掩模标记(90)进行摄影；
对象标记摄影装置(4)，对由穿透该曝光波长反射体(10)的该第二波长的光所照射的对象标记(91)进行摄影；以及
控制装置(80)，根据该被摄影之掩模标记(90)和对象标记(91)，通过控制该位置对准装置(81)把该掩模(75)与曝光对象对准(76)。
6.如权利要求5所述之位置对准装置，其中该曝光波长反射体(10)被可拆卸地安装，该位置对准装置还包括：
平台标记，设于该平台(70)上，用于位置对准；以及
用于在该曝光波长反射体(10)被除去的情况下获得利用该掩模标记光源(60)、由掩模标记摄影装置(3)拍摄的平台标记的图像的位置，和在插入该曝光波长反射体的情况下获得利用该对象标记光源(50)、由对象标记摄影装置(4)拍摄的平台标记的图像的位置。
7.如权利要求5所述之位置对准装置，其中该曝光波长反射体(10)与该平台(70)平行设置。
8.如权利要求5所述之位置对准装置，其还包括焦点修正透镜，该透镜可拆卸地设于该平台标记与该掩模标记摄影装置(3)之间，用于在拍摄该平台标记期间的焦点修正。
9.一种在如权利要求3所述之投影曝光装置中用于把掩模(75)和曝光对象(76)对准的方法，包括下列步骤：
根据该平台标记之图像的位置，决定与该图像位置具有指定位置关系的掩模(75)位置；
由上述步骤决定掩模位置后，实现该掩模(75)与曝光对象(76)之间的位置对准。
10.一种在如权利要求3所述之投影曝光装置中把掩模(75)和曝光对象(76)对准的方法，包括下列步骤：
由掩模标记摄影装置(3)拍摄该平台标记，通过使用该图像把该平台、掩模标记拍摄装置(3)、和对象标记拍摄装置(4)之间的位置关系设置为一定的位置关系，并存储该图像的位置；
然后，由对象标记摄影装置(4)拍摄该平台标记，并存储该图像位置；
移动掩模(75)，以把该掩模标记(90)与平台标记图像的所述存储位置之一对准。
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