CN1299145C - 用于投影曝光的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种将掩模图形投影到工件上的投影曝光装置。该装置有基座、光源、光学系统、掩模支承机构、工件支承机构以及对准机构。光学系统使光线形成为载有掩模的图像信息的投影光线，并引导该投影光线通过预定光路，从而使投影光线能够投影到工件的曝光表面上。光学系统包括投影光学系统和照明光学系统。该投影光学系统垂直于基座布置。掩模和工件支承机构分别相对于基座垂直支承掩模和工件。这样，工件的曝光表面能够与在光路中的成像平面重合。

Description

用于投影曝光的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于投影曝光(projection exposure)的装置和方法，它通过由投影光学系统将掩模的预定图形投影到工件上而用于例如印刷电路板、液晶板或者液晶滤色镜的工件。

背景技术

对于印刷电路板、液晶板、液晶滤色镜等，已经采用多种用于投影曝光的装置来形成一定图形例如电路，该装置能够用具有预定波长的紫外光进行曝光。

例如，如图14所示，用于投影曝光的普通装置70包括照明单元71、第一反射器72、蝇眼透镜73、第二反射器74、准直透镜75、直接布置在该准直透镜75下面的掩模M、投影透镜76、工件台77和图像捕获单元78例如CCD照相机。下面将对各个部件进行简要说明。照明单元71发射带有紫外光的光线。第一反射器72反射该光线，以使光线的光路转向。蝇眼透镜73调节由第一反射器72反射的光线。第二反射器74反射通过蝇眼透镜73的光线，以改变光线的方向。准直透镜75布置在由第二反射器74反射的光线的光路中。投影透镜76垂直布置在掩模M的正下方。位于投影透镜76正下方的工件W布置在工件台77上。图像捕获单元78布置在工件台77下面。日本公开专利申请平9-115812公开了该相关技术。

如图15A和15B所示，用于投影曝光的另一普通装置80包括光源81、反射器82、投影透镜系统83、屋脊棱镜84、直角棱镜85、平凸透镜86、凹凸透镜87、弯月形透镜88、反射镜89和放大调节器90。下面将对各个部件进行简要说明。光源81发射带有紫外光的光线。反射器82反射由该光源81发出的光线，以使光线转向。投影透镜系统83布置在反射器82的正下方。屋脊棱镜84改变来自投影透镜系统83的光线的方向。直角棱镜85在靠近工件W侧布置成对着屋脊棱镜84。平凸透镜86布置成紧邻两个棱镜84和85。凹凸透镜87布置成紧邻平凸透镜86。弯月形透镜88位于离凹凸透镜87预定距离的位置处。反射镜89位于离弯月形透镜88另一预定距离的位置处。放大调节器90布置在直角棱镜85下面。

放大调节器90包括：平凹透镜91；平凸透镜92，该平凸透镜92位于离平凹透镜91给定距离的位置处；以及致动器93，该致动器93控制它们之间的距离。日本公开专利申请平8-179217公开了该相关技术。

不过，表示用于投影曝光的普通装置的上述实例具有以下问题。

该普通装置不能消除灰尘可能落在掩模和工件上的情况，因为它们都相对于其基座水平布置(尽管投影透镜系统垂直布置)。

当其中的凸透镜和凹透镜如日本公开专利申请平9-115812所示同轴布置时，用于投影曝光的装置的投影透镜系统通过控制在特定凸透镜之间的距离或者控制在凹透镜之间的距离来调节用于工件的掩模图形的放大率。另一方面，在日本公开专利申请平8-179217中所示的投影透镜系统控制在放大率调节器的平凸透镜和平凹透镜之间的距离，从而调节用于工件的掩模图形的放大，该放大调节器布置在投影透镜系统的光路中。除了调节掩模图形的放大之外，这些系统必须对整个光学系统进行单独调节，这使得在工件上的图形没有对准焦点。

近来，要求用于投影曝光的装置容纳厚度小于0.5mm的工件。由于该厚度，很难控制工件的曝光表面在垂直方向上的相对位置。

尽管有些系统在垂直保持工件时进行曝光，但是它们不方便进行对准调节和工件的曝光，因为它们并没有能够调节工件曝光表面的几何状态的机构。

某些引入运送机构，以便在使用着的掩模和在储存盒中待用的另一掩模之间进行掩模的自动更换，这些装置的缺点是尺寸较大且复杂。这时，非常希望有用于更换掩模的紧凑机构。

而且，当其中的调节机构例如快门等单独布置在光源和工件之间的光路中或者沿光路布置时，用于投影曝光的装置的缺点是结构复杂，或者需要进行麻烦的调节。

发明内容

考虑到上述缺点，本发明的目的是提供一种能够消除这些缺点的用于投影曝光的装置和方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种将掩模图形投影到工件上的投影曝光装置。该装置有基座、光源、光学系统、掩模支承机构、工件支承机构以及对准机构。下面将对各个部件进行简要说明。基座支承这些部件。光源产生带有预定波长的紫外光的光线。光学系统使光线形成为载有掩模的图像信息的投影光线，并引导该投影光线通过预定光路，从而使投影光线能够投影到工件的曝光表面上。

光学系统包括投影光学系统和照明光学系统(illuminationoptical system)。该投影光学系统布置在掩模支承机构和工件支承机构之间，并适合垂直于基座布置。照明光学系统布置在光源和掩模支承机构之间。

掩模支承机构相对于基座垂直支承掩模。工件支承机构相对于基座垂直支承工件，这样，工件的曝光表面能够与在光路中的成像平面重合。对准机构调节工件的曝光表面和掩模之间的对准。

上述装置可以减小由于灰尘落在工件上而引起的曝光失败，因为工件、掩模和投影光学系统相对于基座垂直定位。还可以获得稳定的成像性能，因为通过使投影光学系统相对于基座垂直定位而消除了透镜元件由于重力而产生的偏心。

在上述发明的第一方面中，它的投影光学系统包括输入凸透镜、输出凸透镜、反射器、反射补偿光学系统以及滑动机构。下面对各个部件进行简要说明。投影光线穿过输入凸透镜，以便进行折射。投影光线通过输出凸透镜，且该输出凸透镜适于具有与输入凸透镜公共的光轴。反射器具有形成预定角度的第一和第二反射表面，并位于输入和输出凸透镜之间。反射补偿光学系统将由第一反射表面反射的投影光线反射回第二反射表面。滑动机构能够使透镜沿透镜的光轴的方向运动，输入和输出凸透镜以预定间隔安装在该滑动机构上。

上述装置能够在保持图像聚焦于工件上的情况下调节放大率。其原因是因为输入和输出凸透镜同轴布置成使它们相对于反射补偿光学系统和反射器空间对称，且它们可以沿光轴的方向运动，同时保持预定距离。

根据本发明的还一方面，提供了一种用于投影曝光的装置，它的工件支承机构具有安装板、垂直支承框架、安装部件和第一工件定位机构。下面对各部件进行简要说明。工件安装在安装板上。垂直支承框架相对于基座垂直地支承安装有工件的安装板，且该垂直支承框架有对着工件的曝光表面的框架开口。安装部件可安装或可拆卸地将安装板固定在垂直支承框架上。第一工件定位机构在工件所处的垂直平面内支承垂直支承框架，并使该垂直支承框架在该垂直平面内运动。

在上述工件支承机构中，当运送机构移交置于安装板上的工件时，垂直支承框架接收安装板，同时工件的曝光表面对着框架开口，且安装部件固定安装板。第一工件定位机构使垂直支承框架在垂直平面内运动，安装板固定在该垂直支承框架上。这样，即使工件的厚度较小，用于投影曝光的装置也能够稳定地进行精确曝光，因为由于安装板保持工件平面度(flatness)而使得工件的曝光表面的几何状态能够被适当地控制。

根据本发明的还一方面，提供了一种用于投影曝光的装置，它的第一工件定位机构定位在相对于成像平面更靠近投影光学系统的一侧，该成像平面与工件的曝光表面重合。

在上述装置中，工件的传送和接收可以更容易进行，因为由于第一工件定位机构不会与运送机构干涉而使该运送机构能够布置成邻近工件支承机构。

根据本发明的还一方面，提供了一种用于投影曝光的装置，它的工件支承机构有：检测器模块，用于检测工件的曝光表面的几何状态；以及第二工件定位机构，用于根据几何状态而使垂直支承框架沿垂直于工件所处的垂直平面的水平方向运动。

上述工件支承机构可以稳定地进行精确曝光，因为工件的曝光表面的几何状态被检测器模块和第二工件定位机构适当地控制。此外，该装置能够对工件的曝光表面进行聚焦调节，这是由于工件厚度的改变而需要进行的。而且，第二工件定位机构能够同时调节曝光表面的倾斜度和相对位置，因为它有单独的可活动部件。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于投影曝光的装置，在第一方面的基础上，它的掩模支承机构有掩模支承框架、掩模定位机构和转换机构。掩模支承框架相对于基座垂直支承掩模。掩模定位机构在掩模所处的垂直平面内支承掩模支承框架，并使该掩模支承框架在该垂直平面内运动。该转换机构相对于基座垂直支承掩模支承框架并使该掩模支承框架相对于基座垂直滑动，从而可以更换掩模图形。转换机构还支承着掩模定位机构。

上述装置能够快速更换掩模图形。还可以快速进行新图形的对准调节和投影曝光，因为在更换后只需要进行少量调节。

根据本发明的还一方面，提供了一种用于投影曝光的装置，它的光学系统有盘，该盘可旋转地布置在光路中。该盘包括可见光滤光器、阻挡部分和开口。下面对各部件进行说明。可见光滤光器从由光源产生的光线中选择可见光。阻挡部分布置成紧邻该滤光器，光线被该阻挡部分遮断。开口布置成紧邻该阻挡部分，光线可通过该开口。

上述装置能够将可见光滤光器、阻挡部分和开口中的一个定位在光线的光路中。当进行对准调节时，可见光滤光器位于光路中。当进行曝光时，开口位于光路中。当工件不需要被由光源产生的光线照射时，阻挡部分位于光路中。这样，装置能够在光源连续打开时进行放大调节(这时两个凸透镜都沿光轴方向运动)、掩模和工件之间的对准调节、以及曝光。

根据本发明的第三方面，提供了一种使用投影光学系统进行投影曝光的方法，该投影光学系统包括反射器、输入和输出凸透镜以及反射补偿光学系统。该反射器有第一和第二反射表面，该第一和第二反射表面使得由光学系统的光源产生的光线的方向转向。输入和输出凸透镜布置在反射器的两侧。反射补偿光学系统将由第一反射表面反射的光线反射回第二反射表面。

当投影光学系统的放大率调低时，该方法有以下步骤：使输入和输出凸透镜运动，从而使输入凸透镜能够沿光轴方向远离反射器，和使输出凸透镜能够沿光轴方向接近反射器，同时使输入和输出凸透镜之间的距离保持恒定，并进行投影曝光。

另一方面，当投影光学系统的放大率调高时，该方法有以下步骤：使输入和输出凸透镜运动，从而使输入凸透镜能够沿光轴方向接近反射器，并使输出凸透镜能够沿光轴方向远离反射器，同时使输入和输出凸透镜之间的距离保持恒定，并进行投影曝光。

在上述方法中，当对放大率为1.0的掩模图形进行曝光时，两个凸透镜相对于反射器对称布置。当放大率调低时，两个凸透镜都沿它们的光轴远离工件。观察它们各自相对于反射器的位置，可以知道输入凸透镜远离反射器，而输出凸透镜接近反射器。这样，可以在不调节焦距的情况下调节放大率。当放大率调高时，可以调节成使两个透镜都接近工件。

附图说明

图1是表示用于投影曝光的本发明装置的整体示意图。

图2是表示用于投影曝光的本发明装置的侧视图。

图3是表示用于投影曝光的本发明装置的平面图。

图4是表示用于投影曝光的本发明装置的掩模支承机构的透视图。

图5是表示用于投影曝光的本发明装置的投影光学系统的剖视图。

图6是示意表示用于投影曝光的本发明装置的投影光学系统的透视图。

图7是表示用于投影曝光的本发明装置的工件支承机构的透视图。

图8是表示用于投影曝光的本发明装置的工件支承机构的分解透视图。

图9是表示用于投影曝光的本发明装置的第二工件定位机构的侧视图。

图10A是表示用于投影曝光的本发明装置的第一工件定位机构的正视图。

图10B是表示用于投影曝光的本发明装置的第一工件定位机构的侧视图。

图11是表示用于投影曝光的本发明装置的图像模块和检测器模块的正视图。

图12A和12B是表示用于投影曝光的本发明装置的被垂直支承的工件的透视图。

图13是表示用于投影曝光的本发明装置的、上面布置有工件的安装板的平面图。

图14是表示用于投影曝光的普通装置的示意图。

图15A是表示用于投影曝光的普通装置的示意图。

图15B是表示用于投影曝光的装置的普通投影光学系统的透视图。

具体实施方式

下面将参考附图介绍本发明的示例实施例。

如图1所示，用于投影曝光的装置1包括光源2、光学系统19、旋转机构4、掩模支承机构5、工件支承机构10和对准机构。

光源2产生带有预定波长的紫外光的光线。包括照明光学系统3和投影光学系统6的光学系统19使得光线经过掩模M，以便使光线能够载有掩模M的信息，并通过预定光路将光线导向工件W。旋转机构4有盘4A，该盘4A布置在由光学系统19形成的光路中的预定位置处。掩模支承机构5将掩模M垂直于装置1的基座BS支承在光路中的预定位置处。投影光学系统6布置在光路中的掩模支承机构5和工件W之间。工件支承机构10垂直于基座BS支承工件W。包括可见光滤光器、第一工件定位机构和图像模块的对准机构通过以掩模标记Mm和工件标记Wm作为参考来调节掩模M和工件W之间的对准。

这样，运送机构20作为相对于装置1单独布置的机构，该运送机构20不仅能够从工件支承机构10接收工件W，而且能够将工件W传送给该工件支承机构10。

如图1所示，光源2有：放电灯2a例如短弧灯，该放电灯2a发出带有预定波长的紫外光的光线；以及椭圆形反射器2b，该反射器2b布置在放电灯2a后面。如上述使光线向上发射的光源2也可以选择地通过改变放电灯2a的布置而使光线向下发射。

如图1所示，照明光学系统3有第一反射器3a、第二反射器3b、蝇眼透镜3c、准直透镜3d和第三反射器3e。第一反射器3a将由光源2产生的光线的方向从垂直调节成横向方向。相反，第二反射器3b将光线的方向从横向调节成垂直方向。蝇眼透镜3c对由反射器3b反射的光线进行调节。准直透镜3d将通过蝇眼透镜的光线转变成平行光线。第三反射器3e将由准直透镜3d转变的平行光的方向从垂直调节成水平方向。

这样，照明光学系统3也可以选择地以与上述不同的方式构成，只要它能够形成从光源2至工件W的曝光表面的合适光路。

如图1所示，旋转机构4有盘4A、旋转轴4c、驱动马达4a例如伺服马达或步进马达、以及连接机构4b。盘4A布置在光路中的第二反射器3b和蝇眼透镜3c之间，且由旋转轴4c可旋转地支承。驱动马达4a驱动该盘4A，以便使它绕旋转轴4c旋转预定角度。连接机构4b将马达4a的驱动力传递给旋转轴4c。盘4A的旋转轴4c相对于光轴偏心布置，该盘4A沿它的角度方向有：阻挡部分4d，用于遮断光线；开口4e，用于使光线通过；以及可见光滤光器4f，用于选择可见光线，因此能够对光线的遮断、行进或滤光进行顺序转换。

可见光滤光器4f的特征在于它能够从由放电灯2a产生的光线中选出特定光线，这样，选定的可见光线具有不会影响工件W的曝光的波长。例如，可见光滤光器4f选择可见的黄色光线，该黄色光线适用于调节在工件W和掩模M之间的对准。优选是将吸收光线的材料例如薄膜附加在阻挡部分4d上。这样，可以在旋转机构4A附近布置冷却风扇，或者使冷却流体在该旋转机构4A内循环。

如图1至3所示，掩模支承机构5布置在第三反射器3e和投影光学系统6之间。

图4是表示用于投影曝光的装置的掩模支承机构的透视图。该掩模支承机构5包括掩模支承框架5a、掩模定位机构5b和转换机构5c。掩模支承框架5a垂直于基座BS支承掩模M。掩模定位机构5b使掩模支承框架5a沿预定方向运动。转换机构5c支承掩模定位机构5b，并使它垂直滑动。

掩模支承框架5a有与掩模M接触的半透明板以及用于将该掩模M保持在半透明板上的抽吸机构(未示出)。应当注意，掩模支承框架有至少足以支承沿垂直方向有两种图形的掩模M的区域。

如图4所示，具有三点定位器的掩模定位机构5b能够调节掩模M的定位。包括驱动部件5b1和从动部件5b2的掩模定位机构5b沿掩模支承框架5a的一侧以及另外相邻的两侧布置。驱动部件5b1沿左右和上下方向推动掩模支承框架5a。从动部件5b2横过掩模支承框架5a对着驱动部件5b1布置。驱动部件5b1和从动部件5b2安装在垂直板5b3上。

掩模支承框架5a可运动地支承在平面内，因为它通过球形接触部件(未示出)安装在垂直板5b3上，并由驱动部件5b1和从动部件5b2持续压向垂直板5b3。这样，当因为系统控制沿左右(X)方向和上下(Y)方向的平移运动以及旋转运动(绕光轴的θ方向)而使掩模M处于设定位置时，由掩模框架5a支承的掩模M的位置能相对于第一工件定位机构13的X-Y轴而正确确定。

垂直板5b3通过转换机构5c例如线性运动(LM)引导件由垂直支架5d支承，该转换机构5c能够使掩模支承框架5a垂直滑动。当掩模M有两种图形时，转换机构5c能够通过垂直滑动而转换图形。该垂直支架5d和垂直板5b3有对着掩模M的开口。

下面将介绍投影光学系统6。图5是表示本发明的投影光学系统的剖视图。图6是示意表示投影光学系统的透视图。如图5和6所示，投影光学系统6有输入凸透镜6a、输出凸透镜6b、反射器8和反射补偿光学系统9。透镜6a和6b由滑动机构7同轴支承且相互之间间隔预定距离。反射器8布置在透镜6a和6b之间。反射补偿光学系统9将由反射器8转向的光线反射回该反射器8。透镜6a和6b、反射补偿机构9和滑动机构7布置在壳体6A内。

反射补偿光学系统9布置在壳体6A的上部和中间部分内，而透镜6a和6b、反射器8和滑动机构7布置在该壳体6A的下部。

透镜6a和6b布置在反射器8的两侧。各个透镜6a和6b采用相同折射率的单透镜。

如图5和6所示，反射器8有第一反射表面8a、第二反射表面8b和支座8c。第一反射表面8a使得通过输入凸透镜6a的光线从水平方向转向成垂直方向。第二反射表面8b使得由反射补偿光学系统9反射的光线从垂直方向转向成水平方向。反射器8通过支座8c固定在支承台板7a的预定位置处。固定在支承台板7a上的反射器8布置在壳体6A中。

如图5所示，反射补偿光学系统9有：补偿光学系统9A，该补偿光学系统9A补偿由反射器8反射的光线的色差；以及凹反射器9B，该凹反射器9B反射通过补偿光学系统9A的光线。

由凹反射器9B反射的光线穿过补偿光学系统9A，然后入射到第二反射表面8b上。凹反射器9B的曲率和焦距以及它的垂直位置都根据输入凸透镜6a、反射器8和补偿光学系统9A的空间布置来确定。

补偿光学系统9A同轴布置有三个透镜，即第一和第二凸透镜9a和9b以及凹透镜9c。各个透镜9a、9b和9c都是单透镜。当不需要非常精确时，可以省略第一和第二凸透镜9a和9b中的一个。换句话说，对于补偿光学系统9A，除凹透镜9c之外至少还需要第一和第二凸透镜9a和9b中的一个。

如图6所示，滑动机构7有支承台板7a、啮合部件7b、滑轨7c和驱动模块7d。支承台板7a保持输入和输出凸透镜6a和6b，使得它们可以保持预定距离。滑轨7c可沿光轴方向滑动地支承该支承台板7a。驱动模块7d使支承台板7a沿滑轨7c运动，该支承台板7a通过啮合部件7b与驱动模块7d机械联接。

如图5和6所示，支座8c通过形成于支承台板7a中部的通孔而固定在外壳6A上。与凸透镜6a和6b的光轴平行的滑轨7c在支承台板7a的后表面下面和支座8c的两侧支承该支承台板7a。对于滑轨7c，可以使用线性引导件例如LM引导件。

驱动模块7d有驱动马达例如伺服马达以及机械联接部件例如丝杠，该驱动模块7d通过啮合部件7b使支承台板7a沿光轴方向运动，该啮合部件7b被驱动成平行于滑轨7c滑动。还可以选择气缸或液压缸来代替用于驱动模块7d的驱动马达，只要它能够精确控制支承台板7a的位置。

凸透镜6a和6b由滑动机构7驱动沿光轴方向的运动将以以下步骤进行。这样，需要滑动机构7运动或投影放大率调节的原因是，当在制造步骤过程中工件W的电路图形发生膨胀或收缩时必需进行补偿。

当对工件W进行比例为1(等尺寸)的投影时，驱动机构7d控制为使得支承台板7a布置成这样，即在输入凸透镜6a和第一反射表面8a之间的距离可以等于在输出凸透镜6b和第二反射表面8b之间的距离。放大率和透镜6a和6b的运动之间的关系预先储存在属于滑动机构7的控制模块(未示出)中。

当投影比减小时，驱动机构7d控制成使支承台板7a远离工件W。因此，输入凸透镜6a远离反射器8，但是相反，输出凸透镜6b接近反射器8。

另一方面，当投影比增大时，驱动机构7d控制成与上述情况相反。这样，透镜6a接近反射器8，而透镜6b远离反射器8。

下面介绍工件支承机构10。图7是表示用于投影曝光的装置的工件支承机构的透视图。图8是表示工件支承机构的分解透视图。图9是表示第二工件定位机构的侧视图。如图7和8所示，工件支承机构10有垂直支承框架11、安装部件12、第一工件定位机构13和第二工件定位机构14。垂直支承框架11有框架开口11d，并保持安装板21(见图13)，工件W安装在该安装板21上。安装部件12可拆卸地固定由垂直支承框架11支承的安装板21。第一工件定位机构13使垂直支承框架11在垂直平面内滑动。第二工件定位机构14可移动地水平支承该垂直框架11，或者沿光轴方向可移动地(下文中称为“Z方向”)支承该垂直框架11。

具有用于工件曝光表面的框架开口11d的垂直框架11有接触部分11a、围绕部分11b和托架11c。接触部分11a与工件W的正面周边或者安装板21的周边接触。围绕部分11b有环绕接触部分11a的台阶。从围绕部分11b上的预定位置处在Z方向凸出的托架11c与第二工件定位机构14机械联接。

安装机构12安装在围绕部分11b上。该安装机构12有：接触部件12a，该接触部件12a通过与安装板21的背面接触而保持该安装板21；以及驱动部件12b，该驱动部件12b驱动接触部件12a，以便与安装板21的背面接触或从该安装板21背面上退回。尽管如图7和8所示，安装部件12有四个接触部件12a和驱动部件12b，但是也可以选择其它数目和位置。

如图7至9所示，第二工件定位机构14有在垂直支承框架11上的三个定位模块14A。

如图9所示，第二工件定位机构14有万向接头14a、第一运动部分14b、水平台板14d、第二运动部分14e、垂直支架14f、驱动马达14h、丝杠14g和滑动部件14c。在第一运动部分14b上的万向接头14a与垂直支承框架11的托架11c机械联接。水平台板14d和第二运动部分14e布置成使它们分别对着第一运动部分14b的底表面和斜对角表面。垂直支架14f布置成对着第二运动部分14e的侧表面。驱动马达14h安装在垂直支架14f上。丝杠14g使驱动马达14h和第二运动部分14e机械联接，这样，由驱动马达14h产生的驱动力可以传递给第二运动部分14e。滑动部件14c与水平台板14d和垂直支架14f可滑动地啮合。垂直支架14f固定在第一工件定位机构13的U形支承框架13C上。

第二工件定位机构14通过驱动马达14h驱动丝杠14g，以便使第二运动部分14e滑动，从而使第一运动部分14b沿Z方向滑动。因为第二工件定位机构14精确提供与万向接头14a啮合的垂直支承框架11的水平(光轴方向)滑动，因此可以适当地调节工件W的曝光表面的几何状态。

这样，可以对于三个定位模块14A分别指定各自不同量的运动。各个定位模块14A的万向接头14a根据由运动产生的工件W的倾斜而支承垂直支承框架11。这样，即使工件W的曝光表面倾斜，第二工件定位机构14也可以总是适当地调节工件W的曝光表面的几何状态，因为可以控制三个定位模块14A沿Z方向彼此以不同的量运动。

如图8所示，第一工件定位机构13有运动支架13A、垂直运动框架13B和U形支承框架13C。该U形支承框架13C保持第二工件定位机构14。垂直运动框架13B使U形支承框架13C在垂直平面内沿Y方向(垂直方向)滑动。运动支架13A使垂直运动框架13B在垂直平面内沿X方向(垂直于Y方向)滑动。

如图7和8所示，运动支架13A有导轨13a和杆13b。用于曝光的开口17a基本形成于运动支架13A的中部。用于检测工件W的曝光表面的几何状态的检测器模块15以及用于对准调节的图像模块16位于该开口17a周围。

垂直运动框架13B有沿导轨13a滑动的导轨引导件13c以及与杆13b连接的连接板13d。垂直运动框架13B有垂直导轨13e，U形支承框架13C沿该垂直导轨13e垂直滑动。在垂直运动框架13B的中部形成开口17b，该开口17b比形成于运动支架13A中的、用于曝光的开口17a更大。

如图8所示，第二工件定位机构14固定在U形支承框架13C的前表面上。此外，沿布置在垂直运动框架13B上的垂直导轨13e滑动的垂直导轨引导件13f布置在U形支承框架13C的背面上。

如图10所示，具有驱动模块(未示出)例如驱动马达的第一工件定位机构13通过运动支架13A、垂直运动框架13B和U形支承框架13C而使垂直支承框架11分别沿导轨13a和垂直导轨13e在垂直平面中沿X和Y方向滑动。这样，第一工件定位机构13使工件W的曝光表面运动，以便与形成于运动支架13A中的开口17a的位置相适应。还有，在调节工件W和掩模M之间的对准时可以使用第一工件定位机构13。

如图11所示，检测器模块15有三个检测器15A。各个检测器15A有：接触部分15a，该接触部分15a接触工件W的表面；主体部分15b，该主体部分15b能够控制接触部分15a在Z方向上的位置；以及驱动模块15c，该驱动模块15c能够使主体部分15b运动。这样，三个检测器15A中的两个与XY驱动模块16c互锁运动。三个检测器15A的相对位置设置成使得每个检测器15A占据等边或等腰三角形的三个顶点中的一个。

在检测器模块15中，三个接触部分15a分别以预定压力与预定的三点接触。且主体部分15b确定工件W的曝光表面的几何状态，该几何状态至少包括曝光表面的倾斜度以及曝光表面和成像平面之间的空间关系。由检测器模块15这样检测的信息被传送给第二工件定位机构14，以便确定三个定位模块14A中的每一个所需的运动。

如图11所示，图像模块16有四个成像部分16A，每个成像部分16A有照明部分16a、CCD照相机16b和XY驱动模块16c。照明部分16a用载有掩模标记Mm(见图1)的光线照射工件标记Wm以进行对准调节。照明部分16a能够使得用于对准的光线与由工件标记Wm反射的光线光学地分开，它们的图像分别由CCD照相机16b捕获。XY驱动模块16c使照明部分16a和CCD照相机16b沿X和Y方向运动。

在装置1中，如图1和11所示，由放电灯2a产生的光线导入可见光滤光器4f，以便选择可见光。然后形成为载有掩模标记Mm信息的可见光通过投影光学系统6由照明部分16a发射到工件标记Wm上。因为照明部分16a有用于分离光线的装置(例如单向透视玻璃)，因此CCD照相机16b能够捕获掩模标记Mm和工件标记Wm的图像。

在本实施例中，可见光滤光器4f、图像模块16和第一工件定位机构13配合作为对准机构(参考“发明内容”中所述)。在本实施例的说明中，假定工件W适于相对掩模M运动，该掩模M的位置固定，除了在它更换时。

如图12和13所示，用于工件W的运送机构20有安装板21、辊子24和安装机构23。该安装板21在辊子24上运行，工件W安装在该安装板21上。安装机构23使安装板21进行从水平位置向垂直位置的运动以及从垂直位置向水平位置的运动，这样，安装板21可以在垂直支承框架11和辊子24之间移交。

如图13所示，安装板21有前部板21a、侧板21b和后部板(未示出)。安装板21通过这些板而形成空心，并被侧板21b分隔成多个部分。有多个孔的前部板21a能够保持工件W，从而通过真空模块(未示出)而吸住它。优选是，可以增加安装板21的刚度，以便通过在前部板21a和后部板之间插入蜂窝状芯而使它保持平面度。

因为运送机构20能够独立于工件支承机构10布置，因此不仅能够使得用于投影曝光的装置1的整个结构紧凑，而且增加了它在布局上的灵活性。

下面将介绍用于投影曝光的装置1的工作情况。如图12A所示，当厚度小于0.3mm时，工件W在置于安装板21上时在辊子24上运送。这样，如果工件的厚度大到足以保持其平面度，就可以在没有安装板21的情况下运送工件W。当安装板21在预定位置(安装机构23处于该预定位置)停止时，安装板21从先前的水平位置定向成垂直位置，并随后通过安装机构23而移交给垂直支承框架11。

接收带有工件W的安装板21的垂直支承框架11致动驱动部件12b。接触部件12a牢固保持安装板21的背面，同时工件W的外周与接触部分11a接触，且工件W的曝光表面对着框架开口11d。

如图12B所示，当工件W和安装板21通过安装部件12固定在垂直支承框架11上时，工件支承机构10通过垂直导轨13e和垂直导轨引导件13f而使U形支承框架13C垂直运动。而且，工件支承机构10通过与导轨13a连接的导轨引导件13c以及与杆13b连接的连接板13d而使垂直运动框架13B横向运动，从而使工件W的曝光表面对着用于曝光的开口17a。

上述步骤称为工件W的设置。

在选择工件W的曝光表面的实例时可以预计几种情况。例如，可以提出以下几种情况，其中，曝光表面占据工件W的整个表面以及该曝光表面等分成两个或四个部分。当曝光表面定位成对着开口17a时，三个检测器15A中的每一个的接触部分15a都通过图像模块16的XY驱动模块16c以及检测器模块15的驱动模块15c而运动至工件W的预定位置(例如工件的外周)。然后，接触部分15a从主体部分15b向工件W运动，这样，它的末端能够与工件W接触，从而检测工件W的曝光表面的相对位置。

上述步骤称为工件W的曝光表面的几何状态的检测。

即使当工件W的曝光表面的倾斜度可接受时，曝光表面的相对位置也可能沿Z方向(光轴方向)偏离图像聚焦平面的位置。因此，检测器模块15向第二工件定位机构14发出命令信号，从而使三个定位模块14A中的每一个运动相同的量，该运动量为沿Z方向的偏移量。这样，第二工件定位机构14使得垂直支承框架11沿Z方向运动，从而调节曝光表面的相对位置。

当三个检测器15A的结果彼此不同时，检测器模块15发送命令信号，从而使三个定位模块14A中的每一个独立运动。当三个模块14A分别独立运动时，工件W的曝光表面的几何状态可以适当地调节，因为垂直框架11的托架11c和定位模块14A通过万向接头14a连接。

上述步骤称为工件W的曝光表面的几何状态的调节。

在通过检测器模块15和第二工件定位机构14顺序控制工件W的曝光表面的几何状态之后，进行对准调节。首先，使旋转机构4的盘4A旋转，从而使可见光滤光器4f代替阻挡部分4d位于光路中。应当注意，放电灯2a已经稳定打开。

由光源2产生的、由第一和第二反射器3a和3b反射的光线通过可见光滤光器4f，从而转变成不会影响工件W的曝光的可见光线。在可见光线通过蝇眼透镜3c和准直透镜3d并由第三反射器3e反射之后，它们照射掩模M，从而转变成载有掩模标记Mm的位置信息的可见光线。该光线不仅照射工件标记Wm，而且通过光学系统19和照明部分16a而入射到CCD照相机16b上。同时，由工件W反射并载有工件标记Wm的位置信息的光线通过照明部分16a而入射到CCD照相机16b上。

在装置1中，控制模块(未示出)根据工件标记Wm和掩模标记Mm的位置进行计算。当标记Wm和Mm都落在允许范围内时，控制模块前进到曝光步骤。否则，装置1通过第一工件定位机构13命令控制模块，以便通过移动工件W的曝光表面而进行对准调节，从而与掩模M的图形相适应。

上述步骤称为对准调节。

在装置1完成对准调节之后，它进行工件W的投影曝光。装置1使图像模块16和检测模块15运动至等待位置，并使盘4A旋转预定角度，以便使开口4e代替可见光滤光器4f而定位在光路中。

上述步骤称为投影曝光。

当开口4e位于光路中时，由光源2产生的光线通过照明光学系统3、掩模M和投影光学系统6而以预定的时间周期投影到工件W的曝光表面上。

当对工件W的一个曝光表面完成投影曝光之后，装置1使阻挡部分4d位于光路中。装置1与第一工件定位机构13配合而使工件W的下一个曝光表面运动成对着用于曝光的开口17a。随后，重复上述步骤，即检测几何状态、调节几何状态、调节对准和投影曝光。这样，工件W的所有曝光表面都进行投影曝光。

在装置1完成对工件W的所有曝光表面的投影曝光之后，它使阻挡部分4d代替开口4e位于光路中，从而遮断由光源2产生的光线。

当光线遮断时，装置1命令第一工件定位机构13使垂直支承框架11运动至安装机构23所处的位置。随后，安装机构23吸住安装板21，且装置1释放安装部件12，从而将工件W和安装板21传送给安装机构23。

接收了组合的工件W和安装板21后，安装机构23将安装板21传送给辊子24。运送机构20将组合的工件W和安装板21运送至输送口。当工件和安装板21被送出后，布置在安装板21上的新工件W送入安装机构23，并顺序进行上述步骤。

当在对准调节时观察到工件膨胀或收缩时，可以通过使投影光学系统6的输入和输出凸透镜6a和6b沿光轴方向运动来进行掩模M图形的放大或缩小。在该操作过程中，滑动机构7的驱动机构7d使得支承台板7a沿光轴方向运动，该支承台板7a使透镜6a和6b保持预定距离。放大率和透镜6a和6b的运动之间的关系预先储存在属于滑动机构7的控制模块(未示出)中。

当工件W收缩时，需要减小掩模M的曝光图形。为了减小放大率，驱动机构7d使支承台板7a沿滑轨7c运动，以便使支承台板远离工件W。这样，输入凸透镜6a远离反射器8，但是输出凸透镜6b接近反射器8。能够同时使两个凸透镜6a和6b远离工件W的装置1可以在不影响聚焦的情况下减小放大率。

另一方面，当支承台板7a接近工件W时，可以增加放大率，从而保持上述优点。

因此，可以通过在不调节光学系统19的情况下同时使投影光学系统6的两个透镜6a和6b运动，而根据工件W的状态(膨胀或收缩)进行投影曝光。

当掩模M通过掩模支承机构5的转换机构5c而沿垂直方向滑动时，可以快速替换掩模M的曝光图形。当工件W在两侧曝光时，如果使工件W的前侧和后侧的曝光图形沿上下方向形成于掩模M上，则可以快速更换图形。

Claims (7)

1.一种投影曝光装置，其将掩模图形投影到工件上，包括：

基座；

光源，用于产生带有预定波长的紫外光的光线；

光学系统，该光学系统使光线形成为载有掩模的图像信息的投影光线，并引导该投影光线通过预定光路，从而使投影光线能够投影到工件的曝光表面上；

掩模支承机构，用于相对于基座垂直支承掩模；

工件支承机构，用于相对于基座垂直支承工件，这样，工件的曝光表面能够与在光路中的成像平面重合；以及

对准机构，用于调节在工件的曝光表面和掩模之间的对准；

其中，该光学系统包括：

投影光学系统，该投影光学系统布置在掩模支承机构和工件支承机构之间，其中，该投影光学系统适于垂直于基座布置；以及

照明光学系统，该照明光学系统布置在光源和掩模支承机构之间；其中，该投影光学系统包括：

输入凸透镜，投影光线穿过该输入凸透镜，以便进行折射；

输出凸透镜，投影光线通过该输出凸透镜向外行进，且该输出凸透镜有与输入凸透镜共同的光轴；

反射器，该反射器有形成预定角度的第一和第二反射表面，且该反射器位于输入和输出凸透镜之间；

反射补偿光学系统，该反射补偿光学系统将由第一反射表面反射的投影光线反射回第二反射表面；以及

滑动机构，输入和输出凸透镜以相互之间间隔预定距离的方式安装在该滑动机构上；

其中，该滑动机构能够使透镜沿透镜的光轴的方向运动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该工件支承机构包括：

安装板，工件安装在该安装板上；

垂直支承框架，用于相对于该基座垂直地支承工件安装在其上的安装板，且该垂直支承框架有对着工件的曝光表面的框架开口；

安装部件，该安装部件可安装或可拆卸地将安装板固定在垂直支承框架上；以及

第一工件定位机构，该第一工件定位机构在工件所处的垂直平面内支承和移动该垂直支承框架。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，该第一工件定位机构定位在相对于与工件的曝光表面重合的成像平面更靠近投影光学系统的一侧。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该工件支承机构包括：

检测器模块，用于检测工件的曝光表面的几何状态；以及

第二工件定位机构，用于根据该几何状态而使垂直支承框架沿垂直于工件所处的垂直平面的水平方向运动。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该光学系统还包括盘，该盘可旋转地布置在该光学系统的光路中，该盘包括：

可见光滤光器，该可见光滤光器从由光源产生的光线中选择可见光；

阻挡部分，该阻挡部分布置成紧邻该滤光器，光线可被该阻挡部分遮断；以及

开口，该开口布置成紧邻该阻挡部分，光线通过该开口。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

该掩模支承机构包括：

掩模支承框架，该掩模支承框架相对于基座垂直支承掩模；

掩模定位机构，该掩模定位机构在掩模所处的垂直平面内支承掩模支承框架，并使该掩模支承框架在该垂直平面内运动；以及

转换机构，该转换机构相对于基座垂直地支承掩模支承框架并使该掩模支承框架相对于基座垂直地滑动，从而可以更换待投影的掩模图形，且该转换机构支承掩模定位机构。

7.一种投影曝光的方法，其使用投影光学系统，该投影光学系统包括：

反射器，该反射器有第一和第二反射表面，该第一和第二反射表面使得由光学系统的光源产生的光线的方向转向；

输入和输出凸透镜，该输入和输出凸透镜布置在所述反射器的两侧；以及

反射补偿光学系统，用于将由第一反射表面反射的光线反射回第二反射表面；

该方法包括以下步骤：

当投影光学系统的放大率被调低时，

使输入和输出凸透镜移动，从而使输入凸透镜能够沿光轴方向远离反射器，并使输出凸透镜能够沿光轴方向接近反射器，同时使输入和输出凸透镜之间的距离保持恒定；以及

进行投影曝光，

当投影光学系统的放大率被调高时，

使输入和输出凸透镜移动，从而使输入凸透镜能够沿光轴方向接近反射器，并使输出凸透镜能够沿光轴方向远离反射器，同时使输入和输出凸透镜之间的距离保持恒定；以及

进行投影曝光。

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