專利名稱：用于投影曝光的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于投影曝光(projection exposure)的裝置和方法，它通過由投影光學(xué)系統(tǒng)將掩模的預(yù)定圖形投影到工件上而用于例如印刷電路板、液晶板或者液晶濾色鏡的工件。
背景技術(shù)：
對(duì)于印刷電路板、液晶板、液晶濾色鏡等，已經(jīng)采用多種用于投影曝光的裝置來形成一定圖形例如電路，該裝置能夠用具有預(yù)定波長的紫外光進(jìn)行曝光。
例如，如圖14所示，用于投影曝光的普通裝置70包括照明單元71、第一反射器72、蠅眼透鏡73、第二反射器74、準(zhǔn)直透鏡75、直接布置在該準(zhǔn)直透鏡75下面的掩模M、投影透鏡76、工件臺(tái)77和圖像捕獲單元78例如CCD照相機(jī)。下面將對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行簡要說明。照明單元71發(fā)射帶有紫外光的光線。第一反射器72反射該光線，以使光線的光路轉(zhuǎn)向。蠅眼透鏡73調(diào)節(jié)由第一反射器72反射的光線。第二反射器74反射通過蠅眼透鏡73的光線，以改變光線的方向。準(zhǔn)直透鏡75布置在由第二反射器74反射的光線的光路中。投影透鏡76垂直布置在掩模M的正下方。位于投影透鏡76正下方的工件W布置在工件臺(tái)77上。圖像捕獲單元78布置在工件臺(tái)77下面。日本公開專利申請(qǐng)平9-115812公開了該相關(guān)技術(shù)。
如圖15A和15B所示，用于投影曝光的另一普通裝置80包括光源81、反射器82、投影透鏡系統(tǒng)83、屋脊棱鏡84、直角棱鏡85、平凸透鏡86、凹凸透鏡87、彎月形透鏡88、反射鏡89和放大調(diào)節(jié)器90。下面將對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行簡要說明。光源81發(fā)射帶有紫外光的光線。反射器82反射由該光源81發(fā)出的光線，以使光線轉(zhuǎn)向。投影透鏡系統(tǒng)83布置在反射器82的正下方。屋脊棱鏡84改變來自投影透鏡系統(tǒng)83的光線的方向。直角棱鏡85在靠近工件W側(cè)布置成對(duì)著屋脊棱鏡84。平凸透鏡86布置成緊鄰兩個(gè)棱鏡84和85。凹凸透鏡87布置成緊鄰平凸透鏡86。彎月形透鏡88位于離凹凸透鏡87預(yù)定距離的位置處。反射鏡89位于離彎月形透鏡88另一預(yù)定距離的位置處。放大調(diào)節(jié)器90布置在直角棱鏡85下面。
放大調(diào)節(jié)器90包括平凹透鏡91；平凸透鏡92，該平凸透鏡92位于離平凹透鏡91給定距離的位置處；以及致動(dòng)器93，該致動(dòng)器93控制它們之間的距離。日本公開專利申請(qǐng)平8-179217公開了該相關(guān)技術(shù)。
不過，表示用于投影曝光的普通裝置的上述實(shí)例具有以下問題。
該普通裝置不能消除灰塵可能落在掩模和工件上的情況，因?yàn)樗鼈兌枷鄬?duì)于其基座水平布置(盡管投影透鏡系統(tǒng)垂直布置)。
當(dāng)其中的凸透鏡和凹透鏡如日本公開專利申請(qǐng)平9-115812所示同軸布置時(shí)，用于投影曝光的裝置的投影透鏡系統(tǒng)通過控制在特定凸透鏡之間的距離或者控制在凹透鏡之間的距離來調(diào)節(jié)用于工件的掩模圖形的放大率。另一方面，在日本公開專利申請(qǐng)平8-179217中所示的投影透鏡系統(tǒng)控制在放大率調(diào)節(jié)器的平凸透鏡和平凹透鏡之間的距離，從而調(diào)節(jié)用于工件的掩模圖形的放大，該放大調(diào)節(jié)器布置在投影透鏡系統(tǒng)的光路中。除了調(diào)節(jié)掩模圖形的放大之外，這些系統(tǒng)必須對(duì)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，這使得在工件上的圖形沒有對(duì)準(zhǔn)焦點(diǎn)。
近來，要求用于投影曝光的裝置容納厚度小于0.5mm的工件。由于該厚度，很難控制工件的曝光表面在垂直方向上的相對(duì)位置。
盡管有些系統(tǒng)在垂直保持工件時(shí)進(jìn)行曝光，但是它們不方便進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)和工件的曝光，因?yàn)樗鼈儾]有能夠調(diào)節(jié)工件曝光表面的幾何狀態(tài)的機(jī)構(gòu)。
某些引入運(yùn)送機(jī)構(gòu)，以便在使用著的掩模和在儲(chǔ)存盒中待用的另一掩模之間進(jìn)行掩模的自動(dòng)更換，這些裝置的缺點(diǎn)是尺寸較大且復(fù)雜。這時(shí)，非常希望有用于更換掩模的緊湊機(jī)構(gòu)。
而且，當(dāng)其中的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)例如快門等單獨(dú)布置在光源和工件之間的光路中或者沿光路布置時(shí)，用于投影曝光的裝置的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或者需要進(jìn)行麻煩的調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種能夠消除這些缺點(diǎn)的用于投影曝光的裝置和方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種將掩模圖形投影到工件上的投影曝光裝置。該裝置有基座、光源、光學(xué)系統(tǒng)、掩模支承機(jī)構(gòu)、工件支承機(jī)構(gòu)以及對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)。下面將對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行簡要說明?；С羞@些部件。光源產(chǎn)生帶有預(yù)定波長的紫外光的光線。光學(xué)系統(tǒng)使光線形成為載有掩模的圖像信息的投影光線，并引導(dǎo)該投影光線通過預(yù)定光路，從而使投影光線能夠投影到工件的曝光表面上。
光學(xué)系統(tǒng)包括投影光學(xué)系統(tǒng)和照明光學(xué)系統(tǒng)(illuminationoptical system)。該投影光學(xué)系統(tǒng)布置在掩模支承機(jī)構(gòu)和工件支承機(jī)構(gòu)之間，并適合垂直于基座布置。照明光學(xué)系統(tǒng)布置在光源和掩模支承機(jī)構(gòu)之間。
掩模支承機(jī)構(gòu)相對(duì)于基座垂直支承掩模。工件支承機(jī)構(gòu)相對(duì)于基座垂直支承工件，這樣，工件的曝光表面能夠與在光路中的成像平面重合。對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)工件的曝光表面和掩模之間的對(duì)準(zhǔn)。
上述裝置可以減小由于灰塵落在工件上而引起的曝光失敗，因?yàn)楣ぜ?、掩模和投影光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)于基座垂直定位。還可以獲得穩(wěn)定的成像性能，因?yàn)橥ㄟ^使投影光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)于基座垂直定位而消除了透鏡元件由于重力而產(chǎn)生的偏心。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于投影曝光的裝置，它的投影光學(xué)系統(tǒng)包括輸入凸透鏡、輸出凸透鏡、反射器、反射補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)以及滑動(dòng)機(jī)構(gòu)。下面對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行簡要說明。投影光線穿過輸入凸透鏡，以便進(jìn)行折射。投影光線通過輸出凸透鏡，且該輸出凸透鏡適于具有與輸入凸透鏡公共的光軸。反射器具有形成預(yù)定角度的第一和第二反射表面，并位于輸入和輸出凸透鏡之間。反射補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)將由第一反射表面反射的投影光線反射回第二反射表面?；瑒?dòng)機(jī)構(gòu)能夠使透鏡沿透鏡的光軸的方向運(yùn)動(dòng)，輸入和輸出凸透鏡以預(yù)定間隔安裝在該滑動(dòng)機(jī)構(gòu)上。
上述裝置能夠在保持圖像聚焦于工件上的情況下調(diào)節(jié)放大率。其原因是因?yàn)檩斎牒洼敵鐾雇哥R同軸布置成使它們相對(duì)于反射補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)和反射器空間對(duì)稱，且它們可以沿光軸的方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)保持預(yù)定距離。
根據(jù)本發(fā)明的還一方面，提供了一種用于投影曝光的裝置，它的工件支承機(jī)構(gòu)具有安裝板、垂直支承框架、安裝部件和第一工件定位機(jī)構(gòu)。下面對(duì)各部件進(jìn)行簡要說明。工件安裝在安裝板上。垂直支承框架相對(duì)于基座垂直地支承安裝有工件的安裝板，且該垂直支承框架有對(duì)著工件的曝光表面的框架開口。安裝部件可安裝或可拆卸地將安裝板固定在垂直支承框架上。第一工件定位機(jī)構(gòu)在工件所處的垂直平面內(nèi)支承垂直支承框架，并使該垂直支承框架在該垂直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。
在上述工件支承機(jī)構(gòu)中，當(dāng)運(yùn)送機(jī)構(gòu)移交置于安裝板上的工件時(shí)，垂直支承框架接收安裝板，同時(shí)工件的曝光表面對(duì)著框架開口，且安裝部件固定安裝板。第一工件定位機(jī)構(gòu)使垂直支承框架在垂直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，安裝板固定在該垂直支承框架上。這樣，即使工件的厚度較小，用于投影曝光的裝置也能夠穩(wěn)定地進(jìn)行精確曝光，因?yàn)橛捎诎惭b板保持工件平面度(flatness)而使得工件的曝光表面的幾何狀態(tài)能夠被適當(dāng)?shù)乜刂啤?br> 根據(jù)本發(fā)明的還一方面，提供了一種用于投影曝光的裝置，它的第一工件定位機(jī)構(gòu)定位在相對(duì)于成像平面更靠近投影光學(xué)系統(tǒng)的一側(cè)，該成像平面與工件的曝光表面重合。
在上述裝置中，工件的傳送和接收可以更容易進(jìn)行，因?yàn)橛捎诘谝还ぜㄎ粰C(jī)構(gòu)不會(huì)與運(yùn)送機(jī)構(gòu)干涉而使該運(yùn)送機(jī)構(gòu)能夠布置成鄰近工件支承機(jī)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的還一方面，提供了一種用于投影曝光的裝置，它的工件支承機(jī)構(gòu)有檢測(cè)器模塊，用于檢測(cè)工件的曝光表面的幾何狀態(tài)；以及第二工件定位機(jī)構(gòu)，用于根據(jù)幾何狀態(tài)而使垂直支承框架沿垂直于工件所處的垂直平面的水平方向運(yùn)動(dòng)。
上述工件支承機(jī)構(gòu)可以穩(wěn)定地進(jìn)行精確曝光，因?yàn)楣ぜ钠毓獗砻娴膸缀螤顟B(tài)被檢測(cè)器模塊和第二工件定位機(jī)構(gòu)適當(dāng)?shù)乜刂?。此外，該裝置能夠?qū)ぜ钠毓獗砻孢M(jìn)行聚焦調(diào)節(jié)，這是由于工件厚度的改變而需要進(jìn)行的。而且，第二工件定位機(jī)構(gòu)能夠同時(shí)調(diào)節(jié)曝光表面的傾斜度和相對(duì)位置，因?yàn)樗袉为?dú)的可活動(dòng)部件。
根據(jù)本發(fā)明的還一方面，提供了一種用于投影曝光的裝置，它的掩模支承機(jī)構(gòu)有掩模支承框架、掩模定位機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。掩模支承框架相對(duì)于基座垂直支承掩模。掩模定位機(jī)構(gòu)在掩模所處的垂直平面內(nèi)支承掩模支承框架，并使該掩模支承框架在該垂直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。該轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)相對(duì)于基座垂直支承掩模支承框架并使該掩模支承框架相對(duì)于基座垂直滑動(dòng)，從而可以更換掩模圖形。轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)還支承著掩模定位機(jī)構(gòu)。
上述裝置能夠快速更換掩模圖形。還可以快速進(jìn)行新圖形的對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)和投影曝光，因?yàn)樵诟鼡Q后只需要進(jìn)行少量調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明的還一方面，提供了一種用于投影曝光的裝置，它的光學(xué)系統(tǒng)有盤，該盤可旋轉(zhuǎn)地布置在光路中。該盤包括可見光濾光器、阻擋部分和開口。下面對(duì)各部件進(jìn)行說明?？梢姽鉃V光器從由光源產(chǎn)生的光線中選擇可見光。阻擋部分布置成緊鄰該濾光器，光線被該阻擋部分遮斷。開口布置成緊鄰該阻擋部分，光線可通過該開口。
上述裝置能夠?qū)⒖梢姽鉃V光器、阻擋部分和開口中的一個(gè)定位在光線的光路中。當(dāng)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)時(shí)，可見光濾光器位于光路中。當(dāng)進(jìn)行曝光時(shí)，開口位于光路中。當(dāng)工件不需要被由光源產(chǎn)生的光線照射時(shí)，阻擋部分位于光路中。這樣，裝置能夠在光源連續(xù)打開時(shí)進(jìn)行放大調(diào)節(jié)(這時(shí)兩個(gè)凸透鏡都沿光軸方向運(yùn)動(dòng))、掩模和工件之間的對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)、以及曝光。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種使用投影光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行投影曝光的方法，該投影光學(xué)系統(tǒng)包括反射器、輸入和輸出凸透鏡以及反射補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)。該反射器有第一和第二反射表面，該第一和第二反射表面使得由光學(xué)系統(tǒng)的光源產(chǎn)生的光線的方向轉(zhuǎn)向。輸入和輸出凸透鏡布置在反射器的兩側(cè)。反射補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)將由第一反射表面反射的光線反射回第二反射表面。
當(dāng)投影光學(xué)系統(tǒng)的放大率調(diào)低時(shí)，該方法有以下步驟使輸入和輸出凸透鏡運(yùn)動(dòng)，從而使輸入凸透鏡能夠沿光軸方向遠(yuǎn)離反射器，和使輸出凸透鏡能夠沿光軸方向接近反射器，同時(shí)使輸入和輸出凸透鏡之間的距離保持恒定，并進(jìn)行投影曝光。
另一方面，當(dāng)投影光學(xué)系統(tǒng)的放大率調(diào)高時(shí)，該方法有以下步驟使輸入和輸出凸透鏡運(yùn)動(dòng)，從而使輸入凸透鏡能夠沿光軸方向接近反射器，并使輸出凸透鏡能夠沿光軸方向遠(yuǎn)離反射器，同時(shí)使輸入和輸出凸透鏡之間的距離保持恒定，并進(jìn)行投影曝光。
在上述方法中，當(dāng)對(duì)放大率為1.0的掩模圖形進(jìn)行曝光時(shí)，兩個(gè)凸透鏡相對(duì)于反射器對(duì)稱布置。當(dāng)放大率調(diào)低時(shí)，兩個(gè)凸透鏡都沿它們的光軸遠(yuǎn)離工件。觀察它們各自相對(duì)于反射器的位置，可以知道輸入凸透鏡遠(yuǎn)離反射器，而輸出凸透鏡接近反射器。這樣，可以在不調(diào)節(jié)焦距的情況下調(diào)節(jié)放大率。當(dāng)放大率調(diào)高時(shí)，可以調(diào)節(jié)成使兩個(gè)透鏡都接近工件。


圖1是表示用于投影曝光的本發(fā)明裝置的整體示意圖。
圖2是表示用于投影曝光的本發(fā)明裝置的側(cè)視圖。
圖3是表示用于投影曝光的本發(fā)明裝置的平面圖。
圖4是表示用于投影曝光的本發(fā)明裝置的掩模支承機(jī)構(gòu)的透視圖。
圖5是表示用于投影曝光的本發(fā)明裝置的投影光學(xué)系統(tǒng)的剖視圖。
圖6是示意表示用于投影曝光的本發(fā)明裝置的投影光學(xué)系統(tǒng)的透視圖。
圖7是表示用于投影曝光的本發(fā)明裝置的工件支承機(jī)構(gòu)的透視圖。
圖8是表示用于投影曝光的本發(fā)明裝置的工件支承機(jī)構(gòu)的分解透視圖。
圖9是表示用于投影曝光的本發(fā)明裝置的第二工件定位機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖10A是表示用于投影曝光的本發(fā)明裝置的第一工件定位機(jī)構(gòu)的正視圖。
圖10B是表示用于投影曝光的本發(fā)明裝置的第一工件定位機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖11是表示用于投影曝光的本發(fā)明裝置的圖像模塊和檢測(cè)器模塊的正視圖。
圖12A和12B是表示用于投影曝光的本發(fā)明裝置的被垂直支承的工件的透視圖。
圖13是表示用于投影曝光的本發(fā)明裝置的、上面布置有工件的安裝板的平面圖。
圖14是表示用于投影曝光的普通裝置的示意圖。
圖15A是表示用于投影曝光的普通裝置的示意圖。
圖15B是表示用于投影曝光的裝置的普通投影光學(xué)系統(tǒng)的透視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖介紹本發(fā)明的示例實(shí)施例。
如圖1所示，用于投影曝光的裝置1包括光源2、光學(xué)系統(tǒng)19、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4、掩模支承機(jī)構(gòu)5、工件支承機(jī)構(gòu)10和對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)。
光源2產(chǎn)生帶有預(yù)定波長的紫外光的光線。包括照明光學(xué)系統(tǒng)3和投影光學(xué)系統(tǒng)6的光學(xué)系統(tǒng)19使得光線經(jīng)過掩模M，以便使光線能夠載有掩模M的信息，并通過預(yù)定光路將光線導(dǎo)向工件W。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4有盤4A，該盤4A布置在由光學(xué)系統(tǒng)19形成的光路中的預(yù)定位置處。掩模支承機(jī)構(gòu)5將掩模M垂直于裝置1的基座BS支承在光路中的預(yù)定位置處。投影光學(xué)系統(tǒng)6布置在光路中的掩模支承機(jī)構(gòu)5和工件W之間。工件支承機(jī)構(gòu)10垂直于基座BS支承工件W。包括可見光濾光器、第一工件定位機(jī)構(gòu)和圖像模塊的對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)通過以掩模標(biāo)記Mm和工件標(biāo)記Wm作為參考來調(diào)節(jié)掩模M和工件W之間的對(duì)準(zhǔn)。
這樣，運(yùn)送機(jī)構(gòu)20作為相對(duì)于裝置1單獨(dú)布置的機(jī)構(gòu)，該運(yùn)送機(jī)構(gòu)20不僅能夠從工件支承機(jī)構(gòu)10接收工件W，而且能夠?qū)⒐ぜ傳送給該工件支承機(jī)構(gòu)10。
如圖1所示，光源2有放電燈2a例如短弧燈，該放電燈2a發(fā)出帶有預(yù)定波長的紫外光的光線；以及橢圓形反射器2b，該反射器2b布置在放電燈2a后面。如上述使光線向上發(fā)射的光源2也可以選擇地通過改變放電燈2a的布置而使光線向下發(fā)射。
如圖1所示，照明光學(xué)系統(tǒng)3有第一反射器3a、第二反射器3b、蠅眼透鏡3c、準(zhǔn)直透鏡3d和第三反射器3e。第一反射器3a將由光源2產(chǎn)生的光線的方向從垂直調(diào)節(jié)成橫向方向。相反，第二反射器3b將光線的方向從橫向調(diào)節(jié)成垂直方向。蠅眼透鏡3c對(duì)由反射器3b反射的光線進(jìn)行調(diào)節(jié)。準(zhǔn)直透鏡3d將通過蠅眼透鏡的光線轉(zhuǎn)變成平行光線。第三反射器3e將由準(zhǔn)直透鏡3d轉(zhuǎn)變的平行光的方向從垂直調(diào)節(jié)成水平方向。
這樣，照明光學(xué)系統(tǒng)3也可以選擇地以與上述不同的方式構(gòu)成，只要它能夠形成從光源2至工件W的曝光表面的合適光路。
如圖1所示，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4有盤4A、旋轉(zhuǎn)軸4c、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)4a例如伺服馬達(dá)或步進(jìn)馬達(dá)、以及連接機(jī)構(gòu)4b。盤4A布置在光路中的第二反射器3b和蠅眼透鏡3c之間，且由旋轉(zhuǎn)軸4c可旋轉(zhuǎn)地支承。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)4a驅(qū)動(dòng)該盤4A，以便使它繞旋轉(zhuǎn)軸4c旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度。連接機(jī)構(gòu)4b將馬達(dá)4a的驅(qū)動(dòng)力傳遞給旋轉(zhuǎn)軸4c。盤4A的旋轉(zhuǎn)軸4c相對(duì)于光軸偏心布置，該盤4A沿它的角度方向有阻擋部分4d，用于遮斷光線；開口4e，用于使光線通過；以及可見光濾光器4f，用于選擇可見光線，因此能夠?qū)饩€的遮斷、行進(jìn)或?yàn)V光進(jìn)行順序轉(zhuǎn)換。
可見光濾光器4f的特征在于它能夠從由放電燈2a產(chǎn)生的光線中選出特定光線，這樣，選定的可見光線具有不會(huì)影響工件W的曝光的波長。例如，可見光濾光器4f選擇可見的黃色光線，該黃色光線適用于調(diào)節(jié)在工件W和掩模M之間的對(duì)準(zhǔn)。優(yōu)選是將吸收光線的材料例如薄膜附加在阻擋部分4d上。這樣，可以在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4A附近布置冷卻風(fēng)扇，或者使冷卻流體在該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4A內(nèi)循環(huán)。
如圖1至3所示，掩模支承機(jī)構(gòu)5布置在第三反射器3e和投影光學(xué)系統(tǒng)6之間。
圖4是表示用于投影曝光的裝置的掩模支承機(jī)構(gòu)的透視圖。該掩模支承機(jī)構(gòu)5包括掩模支承框架5a、掩模定位機(jī)構(gòu)5b和轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5c。掩模支承框架5a垂直于基座BS支承掩模M。掩模定位機(jī)構(gòu)5b使掩模支承框架5a沿預(yù)定方向運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5c支承掩模定位機(jī)構(gòu)5b，并使它垂直滑動(dòng)。
掩模支承框架5a有與掩模M接觸的半透明板以及用于將該掩模M保持在半透明板上的抽吸機(jī)構(gòu)(未示出)。應(yīng)當(dāng)注意，掩模支承框架有至少足以支承沿垂直方向有兩種圖形的掩模M的區(qū)域。
如圖4所示，具有三點(diǎn)定位器的掩模定位機(jī)構(gòu)5b能夠調(diào)節(jié)掩模M的定位。包括驅(qū)動(dòng)部件5b1和從動(dòng)部件5b2的掩模定位機(jī)構(gòu)5b沿掩模支承框架5a的一側(cè)以及另外相鄰的兩側(cè)布置。驅(qū)動(dòng)部件5b1沿左右和上下方向推動(dòng)掩模支承框架5a。從動(dòng)部件5b2橫過掩模支承框架5a對(duì)著驅(qū)動(dòng)部件5b1布置。驅(qū)動(dòng)部件5b1和從動(dòng)部件5b2安裝在垂直板5b3上。
掩模支承框架5a可運(yùn)動(dòng)地支承在平面內(nèi)，因?yàn)樗ㄟ^球形接觸部件(未示出)安裝在垂直板5b3上，并由驅(qū)動(dòng)部件5b1和從動(dòng)部件5b2持續(xù)壓向垂直板5b3。這樣，當(dāng)因?yàn)橄到y(tǒng)控制沿左右(X)方向和上下(Y)方向的平移運(yùn)動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(繞光軸的θ方向)而使掩模M處于設(shè)定位置時(shí)，由掩模框架5a支承的掩模M的位置能相對(duì)于第一工件定位機(jī)構(gòu)13的X-Y軸而正確確定。
垂直板5b3通過轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5c例如線性運(yùn)動(dòng)(LM)引導(dǎo)件由垂直支架5d支承，該轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5c能夠使掩模支承框架5a垂直滑動(dòng)。當(dāng)掩模M有兩種圖形時(shí)，轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5c能夠通過垂直滑動(dòng)而轉(zhuǎn)換圖形。該垂直支架5d和垂直板5b3有對(duì)著掩模M的開口。
下面將介紹投影光學(xué)系統(tǒng)6。圖5是表示本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)的剖視圖。圖6是示意表示投影光學(xué)系統(tǒng)的透視圖。如圖5和6所示，投影光學(xué)系統(tǒng)6有輸入凸透鏡6a、輸出凸透鏡6b、反射器8和反射補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)9。透鏡6a和6b由滑動(dòng)機(jī)構(gòu)7同軸支承且相互之間間隔預(yù)定距離。反射器8布置在透鏡6a和6b之間。反射補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)9將由反射器8轉(zhuǎn)向的光線反射回該反射器8。透鏡6a和6b、反射補(bǔ)償機(jī)構(gòu)9和滑動(dòng)機(jī)構(gòu)7布置在殼體6A內(nèi)。
反射補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)9布置在殼體6A的上部和中間部分內(nèi)，而透鏡6a和6b、反射器8和滑動(dòng)機(jī)構(gòu)7布置在該殼體6A的下部。
透鏡6a和6b布置在反射器8的兩側(cè)。各個(gè)透鏡6a和6b采用相同折射率的單透鏡。
如圖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使得通過輸入凸透鏡6a的光線從水平方向轉(zhuǎn)向成垂直方向。第二反射表面8b使得由反射補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)9反射的光線從垂直方向轉(zhuǎn)向成水平方向。反射器8通過支座8c固定在支承臺(tái)板7a的預(yù)定位置處。固定在支承臺(tái)板7a上的反射器8布置在殼體6A中。
如圖5所示，反射補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)9有補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)9A，該補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)9A補(bǔ)償由反射器8反射的光線的色差；以及凹反射器9B，該凹反射器9B反射通過補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)9A的光線。
由凹反射器9B反射的光線穿過補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)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據(jù)輸入凸透鏡6a、反射器8和補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)9A的空間布置來確定。
補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)9A同軸布置有三個(gè)透鏡，即第一和第二凸透鏡9a和9b以及凹透鏡9c。各個(gè)透鏡9a、9b和9c都是單透鏡。當(dāng)不需要非常精確時(shí)，可以省略第一和第二凸透鏡9a和9b中的一個(gè)。換句話說，對(duì)于補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)9A，除凹透鏡9c之外至少還需要第一和第二凸透鏡9a和9b中的一個(gè)。
如圖6所示，滑動(dòng)機(jī)構(gòu)7有支承臺(tái)板7a、嚙合部件7b、滑軌7c和驅(qū)動(dòng)模塊7d。支承臺(tái)板7a保持輸入和輸出凸透鏡6a和6b，使得它們可以保持預(yù)定距離?；?c可沿光軸方向滑動(dòng)地支承該支承臺(tái)板7a。驅(qū)動(dòng)模塊7d使支承臺(tái)板7a沿滑軌7c運(yùn)動(dòng)，該支承臺(tái)板7a通過嚙合部件7b與驅(qū)動(dòng)模塊7d機(jī)械聯(lián)接。
如圖5和6所示，支座8c通過形成于支承臺(tái)板7a中部的通孔而固定在外殼6A上。與凸透鏡6a和6b的光軸平行的滑軌7c在支承臺(tái)板7a的后表面下面和支座8c的兩側(cè)支承該支承臺(tái)板7a。對(duì)于滑軌7c，可以使用線性引導(dǎo)件例如LM引導(dǎo)件。
驅(qū)動(dòng)模塊7d有驅(qū)動(dòng)馬達(dá)例如伺服馬達(dá)以及機(jī)械聯(lián)接部件例如絲杠，該驅(qū)動(dòng)模塊7d通過嚙合部件7b使支承臺(tái)板7a沿光軸方向運(yùn)動(dòng)，該嚙合部件7b被驅(qū)動(dòng)成平行于滑軌7c滑動(dòng)。還可以選擇氣缸或液壓缸來代替用于驅(qū)動(dòng)模塊7d的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，只要它能夠精確控制支承臺(tái)板7a的位置。
凸透鏡6a和6b由滑動(dòng)機(jī)構(gòu)7驅(qū)動(dòng)沿光軸方向的運(yùn)動(dòng)將以以下步驟進(jìn)行。這樣，需要滑動(dòng)機(jī)構(gòu)7運(yùn)動(dòng)或投影放大率調(diào)節(jié)的原因是，當(dāng)在制造步驟過程中工件W的電路圖形發(fā)生膨脹或收縮時(shí)必需進(jìn)行補(bǔ)償。
當(dāng)對(duì)工件W進(jìn)行比例為1(等尺寸)的投影時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7d控制為使得支承臺(tái)板7a布置成這樣，即在輸入凸透鏡6a和第一反射表面8a之間的距離可以等于在輸出凸透鏡6b和第二反射表面8b之間的距離。放大率和透鏡6a和6b的運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系預(yù)先儲(chǔ)存在屬于滑動(dòng)機(jī)構(gòu)7的控制模塊(未示出)中。
當(dāng)投影比減小時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7d控制成使支承臺(tái)板7a遠(yuǎn)離工件W。因此，輸入凸透鏡6a遠(yuǎn)離反射器8，但是相反，輸出凸透鏡6b接近反射器8。
另一方面，當(dāng)投影比增大時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7d控制成與上述情況相反。這樣，透鏡6a接近反射器8，而透鏡6b遠(yuǎn)離反射器8。
下面介紹工件支承機(jī)構(gòu)10。圖7是表示用于投影曝光的裝置的工件支承機(jī)構(gòu)的透視圖。圖8是表示工件支承機(jī)構(gòu)的分解透視圖。圖9是表示第二工件定位機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖。如圖7和8所示，工件支承機(jī)構(gòu)10有垂直支承框架11、安裝部件12、第一工件定位機(jī)構(gòu)13和第二工件定位機(jī)構(gòu)14。垂直支承框架11有框架開口11d，并保持安裝板21(見圖13)，工件W安裝在該安裝板21上。安裝部件12可拆卸地固定由垂直支承框架11支承的安裝板21。第一工件定位機(jī)構(gòu)13使垂直支承框架11在垂直平面內(nèi)滑動(dòng)。第二工件定位機(jī)構(gòu)14可移動(dòng)地水平支承該垂直框架11，或者沿光軸方向可移動(dòng)地(下文中稱為“Z方向”)支承該垂直框架11。
具有用于工件曝光表面的框架開口11d的垂直框架11有接觸部分11a、圍繞部分11b和托架11c。接觸部分11a與工件W的正面周邊或者安裝板21的周邊接觸。圍繞部分11b有環(huán)繞接觸部分11a的臺(tái)階。從圍繞部分11b上的預(yù)定位置處在Z方向凸出的托架11c與第二工件定位機(jī)構(gòu)14機(jī)械聯(lián)接。
安裝機(jī)構(gòu)12安裝在圍繞部分11b上。該安裝機(jī)構(gòu)12有接觸部件12a，該接觸部件12a通過與安裝板21的背面接觸而保持該安裝板21；以及驅(qū)動(dòng)部件12b，該驅(qū)動(dòng)部件12b驅(qū)動(dòng)接觸部件12a，以便與安裝板21的背面接觸或從該安裝板21背面上退回。盡管如圖7和8所示，安裝部件12有四個(gè)接觸部件12a和驅(qū)動(dòng)部件12b，但是也可以選擇其它數(shù)目和位置。
如圖7至9所示，第二工件定位機(jī)構(gòu)14有在垂直支承框架11上的三個(gè)定位模塊14A。
如圖9所示，第二工件定位機(jī)構(gòu)14有萬向接頭14a、第一運(yùn)動(dòng)部分14b、水平臺(tái)板14d、第二運(yùn)動(dòng)部分14e、垂直支架14f、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)14h、絲杠14g和滑動(dòng)部件14c。在第一運(yùn)動(dòng)部分14b上的萬向接頭14a與垂直支承框架11的托架11c機(jī)械聯(lián)接。水平臺(tái)板14d和第二運(yùn)動(dòng)部分14e布置成使它們分別對(duì)著第一運(yùn)動(dòng)部分14b的底表面和斜對(duì)角表面。垂直支架14f布置成對(duì)著第二運(yùn)動(dòng)部分14e的側(cè)表面。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)14h安裝在垂直支架14f上。絲杠14g使驅(qū)動(dòng)馬達(dá)14h和第二運(yùn)動(dòng)部分14e機(jī)械聯(lián)接，這樣，由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)14h產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力可以傳遞給第二運(yùn)動(dòng)部分14e?；瑒?dòng)部件14c與水平臺(tái)板14d和垂直支架14f可滑動(dòng)地嚙合。垂直支架14f固定在第一工件定位機(jī)構(gòu)13的U形支承框架13C上。
第二工件定位機(jī)構(gòu)14通過驅(qū)動(dòng)馬達(dá)14h驅(qū)動(dòng)絲杠14g，以便使第二運(yùn)動(dòng)部分14e滑動(dòng)，從而使第一運(yùn)動(dòng)部分14b沿Z方向滑動(dòng)。因?yàn)榈诙ぜㄎ粰C(jī)構(gòu)14精確提供與萬向接頭14a嚙合的垂直支承框架11的水平(光軸方向)滑動(dòng)，因此可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)工件W的曝光表面的幾何狀態(tài)。
這樣，可以對(duì)于三個(gè)定位模塊14A分別指定各自不同量的運(yùn)動(dòng)。各個(gè)定位模塊14A的萬向接頭14a根據(jù)由運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的工件W的傾斜而支承垂直支承框架11。這樣，即使工件W的曝光表面傾斜，第二工件定位機(jī)構(gòu)14也可以總是適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)工件W的曝光表面的幾何狀態(tài)，因?yàn)榭梢钥刂迫齻€(gè)定位模塊14A沿Z方向彼此以不同的量運(yùn)動(dòng)。
如圖8所示，第一工件定位機(jī)構(gòu)13有運(yùn)動(dòng)支架13A、垂直運(yùn)動(dòng)框架13B和U形支承框架13C。該U形支承框架13C保持第二工件定位機(jī)構(gòu)14。垂直運(yùn)動(dòng)框架13B使U形支承框架13C在垂直平面內(nèi)沿Y方向(垂直方向)滑動(dòng)。運(yùn)動(dòng)支架13A使垂直運(yùn)動(dòng)框架13B在垂直平面內(nèi)沿X方向(垂直于Y方向)滑動(dòng)。
如圖7和8所示，運(yùn)動(dòng)支架13A有導(dǎo)軌13a和桿13b。用于曝光的開口17a基本形成于運(yùn)動(dòng)支架13A的中部。用于檢測(cè)工件W的曝光表面的幾何狀態(tài)的檢測(cè)器模塊15以及用于對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)的圖像模塊16位于該開口17a周圍。
垂直運(yùn)動(dòng)框架13B有沿導(dǎo)軌13a滑動(dòng)的導(dǎo)軌引導(dǎo)件13c以及與桿13b連接的連接板13d。垂直運(yùn)動(dòng)框架13B有垂直導(dǎo)軌13e，U形支承框架13C沿該垂直導(dǎo)軌13e垂直滑動(dòng)。在垂直運(yùn)動(dòng)框架13B的中部形成開口17b，該開口17b比形成于運(yùn)動(dòng)支架13A中的、用于曝光的開口17a更大。
如圖8所示，第二工件定位機(jī)構(gòu)14固定在U形支承框架13C的前表面上。此外，沿布置在垂直運(yùn)動(dòng)框架13B上的垂直導(dǎo)軌13e滑動(dòng)的垂直導(dǎo)軌引導(dǎo)件13f布置在U形支承框架13C的背面上。
如圖10所示，具有驅(qū)動(dòng)模塊(未示出)例如驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的第一工件定位機(jī)構(gòu)13通過運(yùn)動(dòng)支架13A、垂直運(yùn)動(dòng)框架13B和U形支承框架13C而使垂直支承框架11分別沿導(dǎo)軌13a和垂直導(dǎo)軌13e在垂直平面中沿X和Y方向滑動(dòng)。這樣，第一工件定位機(jī)構(gòu)13使工件W的曝光表面運(yùn)動(dòng)，以便與形成于運(yùn)動(dòng)支架13A中的開口17a的位置相適應(yīng)。還有，在調(diào)節(jié)工件W和掩模M之間的對(duì)準(zhǔn)時(shí)可以使用第一工件定位機(jī)構(gòu)13。
如圖11所示，檢測(cè)器模塊15有三個(gè)檢測(cè)器15A。各個(gè)檢測(cè)器15A有接觸部分15a，該接觸部分15a接觸工件W的表面；主體部分15b，該主體部分15b能夠控制接觸部分15a在Z方向上的位置；以及驅(qū)動(dòng)模塊15c，該驅(qū)動(dòng)模塊15c能夠使主體部分15b運(yùn)動(dòng)。這樣，三個(gè)檢測(cè)器15A中的兩個(gè)與XY驅(qū)動(dòng)模塊16c互鎖運(yùn)動(dòng)。三個(gè)檢測(cè)器15A的相對(duì)位置設(shè)置成使得每個(gè)檢測(cè)器15A占據(jù)等邊或等腰三角形的三個(gè)頂點(diǎn)中的一個(gè)。
在檢測(cè)器模塊15中，三個(gè)接觸部分15a分別以預(yù)定壓力與預(yù)定的三點(diǎn)接觸。且主體部分15b確定工件W的曝光表面的幾何狀態(tài)，該幾何狀態(tài)至少包括曝光表面的傾斜度以及曝光表面和成像平面之間的空間關(guān)系。由檢測(cè)器模塊15這樣檢測(cè)的信息被傳送給第二工件定位機(jī)構(gòu)14，以便確定三個(gè)定位模塊14A中的每一個(gè)所需的運(yùn)動(dòng)。
如圖11所示，圖像模塊16有四個(gè)成像部分16A，每個(gè)成像部分16A有照明部分16a、CCD照相機(jī)16b和XY驅(qū)動(dòng)模塊16c。照明部分16a用載有掩模標(biāo)記Mm(見圖1)的光線照射工件標(biāo)記Wm以進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)。照明部分16a能夠使得用于對(duì)準(zhǔn)的光線與由工件標(biāo)記Wm反射的光線光學(xué)地分開，它們的圖像分別由CCD照相機(jī)16b捕獲。XY驅(qū)動(dòng)模塊16c使照明部分16a和CCD照相機(jī)16b沿X和Y方向運(yùn)動(dòng)。
在裝置1中，如圖1和11所示，由放電燈2a產(chǎn)生的光線導(dǎo)入可見光濾光器4f，以便選擇可見光。然后形成為載有掩模標(biāo)記Mm信息的可見光通過投影光學(xué)系統(tǒng)6由照明部分16a發(fā)射到工件標(biāo)記Wm上。因?yàn)檎彰鞑糠?6a有用于分離光線的裝置(例如單向透視玻璃)，因此CCD照相機(jī)16b能夠捕獲掩模標(biāo)記Mm和工件標(biāo)記Wm的圖像。
在本實(shí)施例中，可見光濾光器4f、圖像模塊16和第一工件定位機(jī)構(gòu)13配合作為對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(參考“發(fā)明內(nèi)容”中所述)。在本實(shí)施例的說明中，假定工件W適于相對(duì)掩模M運(yùn)動(dòng)，該掩模M的位置固定，除了在它更換時(shí)。
如圖12和13所示，用于工件W的運(yùn)送機(jī)構(gòu)20有安裝板21、輥?zhàn)?4和安裝機(jī)構(gòu)23。該安裝板21在輥?zhàn)?4上運(yùn)行，工件W安裝在該安裝板21上。安裝機(jī)構(gòu)23使安裝板21進(jìn)行從水平位置向垂直位置的運(yùn)動(dòng)以及從垂直位置向水平位置的運(yùn)動(dòng)，這樣，安裝板21可以在垂直支承框架11和輥?zhàn)?4之間移交。
如圖13所示，安裝板21有前部板21a、側(cè)板21b和后部板(未示出)。安裝板21通過這些板而形成空心，并被側(cè)板21b分隔成多個(gè)部分。有多個(gè)孔的前部板21a能夠保持工件W，從而通過真空模塊(未示出)而吸住它。優(yōu)選是，可以增加安裝板21的剛度，以便通過在前部板21a和后部板之間插入蜂窩狀芯而使它保持平面度。
因?yàn)檫\(yùn)送機(jī)構(gòu)20能夠獨(dú)立于工件支承機(jī)構(gòu)10布置，因此不僅能夠使得用于投影曝光的裝置1的整個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊，而且增加了它在布局上的靈活性。
下面將介紹用于投影曝光的裝置1的工作情況。如圖12A所示，當(dāng)厚度小于0.3mm時(shí)，工件W在置于安裝板21上時(shí)在輥?zhàn)?4上運(yùn)送。這樣，如果工件的厚度大到足以保持其平面度，就可以在沒有安裝板21的情況下運(yùn)送工件W。當(dāng)安裝板21在預(yù)定位置(安裝機(jī)構(gòu)23處于該預(yù)定位置)停止時(shí)，安裝板21從先前的水平位置定向成垂直位置，并隨后通過安裝機(jī)構(gòu)23而移交給垂直支承框架11。
接收帶有工件W的安裝板21的垂直支承框架11致動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件12b。接觸部件12a牢固保持安裝板21的背面，同時(shí)工件W的外周與接觸部分11a接觸，且工件W的曝光表面對(duì)著框架開口11d。
如圖12B所示，當(dāng)工件W和安裝板21通過安裝部件12固定在垂直支承框架11上時(shí)，工件支承機(jī)構(gòu)10通過垂直導(dǎo)軌13e和垂直導(dǎo)軌引導(dǎo)件13f而使U形支承框架13C垂直運(yùn)動(dòng)。而且，工件支承機(jī)構(gòu)10通過與導(dǎo)軌13a連接的導(dǎo)軌引導(dǎo)件13c以及與桿13b連接的連接板13d而使垂直運(yùn)動(dòng)框架13B橫向運(yùn)動(dòng)，從而使工件W的曝光表面對(duì)著用于曝光的開口17a。
上述步驟稱為工件W的設(shè)置。
在選擇工件W的曝光表面的實(shí)例時(shí)可以預(yù)計(jì)幾種情況。例如，可以提出以下幾種情況，其中，曝光表面占據(jù)工件W的整個(gè)表面以及該曝光表面等分成兩個(gè)或四個(gè)部分。當(dāng)曝光表面定位成對(duì)著開口17a時(shí)，三個(gè)檢測(cè)器15A中的每一個(gè)的接觸部分15a都通過圖像模塊16的XY驅(qū)動(dòng)模塊16c以及檢測(cè)器模塊15的驅(qū)動(dòng)模塊15c而運(yùn)動(dòng)至工件W的預(yù)定位置(例如工件的外周)。然后，接觸部分15a從主體部分15b向工件W運(yùn)動(dòng)，這樣，它的末端能夠與工件W接觸，從而檢測(cè)工件W的曝光表面的相對(duì)位置。
上述步驟稱為工件W的曝光表面的幾何狀態(tài)的檢測(cè)。
即使當(dāng)工件W的曝光表面的傾斜度可接受時(shí)，曝光表面的相對(duì)位置也可能沿Z方向(光軸方向)偏離圖像聚焦平面的位置。因此，檢測(cè)器模塊15向第二工件定位機(jī)構(gòu)14發(fā)出命令信號(hào)，從而使三個(gè)定位模塊14A中的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)相同的量，該運(yùn)動(dòng)量為沿Z方向的偏移量。這樣，第二工件定位機(jī)構(gòu)14使得垂直支承框架11沿Z方向運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)曝光表面的相對(duì)位置。
當(dāng)三個(gè)檢測(cè)器15A的結(jié)果彼此不同時(shí)，檢測(cè)器模塊15發(fā)送命令信號(hào)，從而使三個(gè)定位模塊14A中的每一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。當(dāng)三個(gè)模塊14A分別獨(dú)立運(yùn)動(dòng)時(shí)，工件W的曝光表面的幾何狀態(tài)可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)，因?yàn)榇怪笨蚣?1的托架11c和定位模塊14A通過萬向接頭14a連接。
上述步驟稱為工件W的曝光表面的幾何狀態(tài)的調(diào)節(jié)。
在通過檢測(cè)器模塊15和第二工件定位機(jī)構(gòu)14順序控制工件W的曝光表面的幾何狀態(tài)之后，進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)。首先，使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4的盤4A旋轉(zhuǎn)，從而使可見光濾光器4f代替阻擋部分4d位于光路中。應(yīng)當(dāng)注意，放電燈2a已經(jīng)穩(wěn)定打開。
由光源2產(chǎn)生的、由第一和第二反射器3a和3b反射的光線通過可見光濾光器4f，從而轉(zhuǎn)變成不會(huì)影響工件W的曝光的可見光線。在可見光線通過蠅眼透鏡3c和準(zhǔn)直透鏡3d并由第三反射器3e反射之后，它們照射掩模M，從而轉(zhuǎn)變成載有掩模標(biāo)記Mm的位置信息的可見光線。該光線不僅照射工件標(biāo)記Wm，而且通過光學(xué)系統(tǒng)19和照明部分16a而入射到CCD照相機(jī)16b上。同時(shí)，由工件W反射并載有工件標(biāo)記Wm的位置信息的光線通過照明部分16a而入射到CCD照相機(jī)16b上。
在裝置1中，控制模塊(未示出)根據(jù)工件標(biāo)記Wm和掩模標(biāo)記Mm的位置進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)標(biāo)記Wm和Mm都落在允許范圍內(nèi)時(shí)，控制模塊前進(jìn)到曝光步驟。否則，裝置1通過第一工件定位機(jī)構(gòu)13命令控制模塊，以便通過移動(dòng)工件W的曝光表面而進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)，從而與掩模M的圖形相適應(yīng)。
上述步驟稱為對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)。
在裝置1完成對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)之后，它進(jìn)行工件W的投影曝光。裝置1使圖像模塊16和檢測(cè)模塊15運(yùn)動(dòng)至等待位置，并使盤4A旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度，以便使開口4e代替可見光濾光器4f而定位在光路中。
上述步驟稱為投影曝光。
當(dāng)開口4e位于光路中時(shí)，由光源2產(chǎn)生的光線通過照明光學(xué)系統(tǒng)3、掩模M和投影光學(xué)系統(tǒng)6而以預(yù)定的時(shí)間周期投影到工件W的曝光表面上。
當(dāng)對(duì)工件W的一個(gè)曝光表面完成投影曝光之后，裝置1使阻擋部分4d位于光路中。裝置1與第一工件定位機(jī)構(gòu)13配合而使工件W的下一個(gè)曝光表面運(yùn)動(dòng)成對(duì)著用于曝光的開口17a。隨后，重復(fù)上述步驟，即檢測(cè)幾何狀態(tài)、調(diào)節(jié)幾何狀態(tài)、調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)和投影曝光。這樣，工件W的所有曝光表面都進(jìn)行投影曝光。
在裝置1完成對(duì)工件W的所有曝光表面的投影曝光之后，它使阻擋部分4d代替開口4e位于光路中，從而遮斷由光源2產(chǎn)生的光線。
當(dāng)光線遮斷時(shí)，裝置1命令第一工件定位機(jī)構(gòu)13使垂直支承框架11運(yùn)動(dòng)至安裝機(jī)構(gòu)23所處的位置。隨后，安裝機(jī)構(gòu)23吸住安裝板21，且裝置1釋放安裝部件12，從而將工件W和安裝板21傳送給安裝機(jī)構(gòu)23。
接收了組合的工件W和安裝板21后，安裝機(jī)構(gòu)23將安裝板21傳送給輥?zhàn)?4。運(yùn)送機(jī)構(gòu)20將組合的工件W和安裝板21運(yùn)送至輸送口。當(dāng)工件和安裝板21被送出后，布置在安裝板21上的新工件W送入安裝機(jī)構(gòu)23，并順序進(jìn)行上述步驟。
當(dāng)在對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)時(shí)觀察到工件膨脹或收縮時(shí)，可以通過使投影光學(xué)系統(tǒng)6的輸入和輸出凸透鏡6a和6b沿光軸方向運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行掩模M圖形的放大或縮小。在該操作過程中，滑動(dòng)機(jī)構(gòu)7的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7d使得支承臺(tái)板7a沿光軸方向運(yùn)動(dòng)，該支承臺(tái)板7a使透鏡6a和6b保持預(yù)定距離。放大率和透鏡6a和6b的運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系預(yù)先儲(chǔ)存在屬于滑動(dòng)機(jī)構(gòu)7的控制模塊(未示出)中。
當(dāng)工件W收縮時(shí)，需要減小掩模M的曝光圖形。為了減小放大率，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7d使支承臺(tái)板7a沿滑軌7c運(yùn)動(dòng)，以便使支承臺(tái)板遠(yuǎn)離工件W。這樣，輸入凸透鏡6a遠(yuǎn)離反射器8，但是輸出凸透鏡6b接近反射器8。能夠同時(shí)使兩個(gè)凸透鏡6a和6b遠(yuǎn)離工件W的裝置1可以在不影響聚焦的情況下減小放大率。
另一方面，當(dāng)支承臺(tái)板7a接近工件W時(shí)，可以增加放大率，從而保持上述優(yōu)點(diǎn)。
因此，可以通過在不調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)19的情況下同時(shí)使投影光學(xué)系統(tǒng)6的兩個(gè)透鏡6a和6b運(yùn)動(dòng)，而根據(jù)工件W的狀態(tài)(膨脹或收縮)進(jìn)行投影曝光。
當(dāng)掩模M通過掩模支承機(jī)構(gòu)5的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5c而沿垂直方向滑動(dòng)時(shí)，可以快速替換掩模M的曝光圖形。當(dāng)工件W在兩側(cè)曝光時(shí)，如果使工件W的前側(cè)和后側(cè)的曝光圖形沿上下方向形成于掩模M上，則可以快速更換圖形。
權(quán)利要求
1.一種投影曝光裝置，其將掩模圖形投影到工件上，包括基座；光源，用于產(chǎn)生帶有預(yù)定波長的紫外光的光線；光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)使光線形成為載有掩模的圖像信息的投影光線，并引導(dǎo)該投影光線通過預(yù)定光路，從而使投影光線能夠投影到工件的曝光表面上；掩模支承機(jī)構(gòu)，用于相對(duì)于基座垂直支承掩模；工件支承機(jī)構(gòu)，用于相對(duì)于基座垂直支承工件，這樣，工件的曝光表面能夠與在光路中的成像平面重合；以及對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)節(jié)在工件的曝光表面和掩模之間的對(duì)準(zhǔn)；其中，該光學(xué)系統(tǒng)包括投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)布置在掩模支承機(jī)構(gòu)和工件支承機(jī)構(gòu)之間，其中，該投影光學(xué)系統(tǒng)適于垂直于基座布置；以及照明光學(xué)系統(tǒng)，該照明光學(xué)系統(tǒng)布置在光源和掩模支承機(jī)構(gòu)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該投影光學(xué)系統(tǒng)包括輸入凸透鏡，投影光線穿過該輸入凸透鏡，以便進(jìn)行折射；輸出凸透鏡，投影光線通過該輸出凸透鏡向外行進(jìn)，且該輸出凸透鏡有與輸入凸透鏡共同的光軸；反射器，該反射器有形成預(yù)定角度的第一和第二反射表面，且該反射器位于輸入和輸出凸透鏡之間；反射補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)，該反射補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)將由第一反射表面反射的投影光線反射回第二反射表面；以及滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，輸入和輸出凸透鏡以相互之間間隔預(yù)定距離的方式安裝在該滑動(dòng)機(jī)構(gòu)上；其中，該滑動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠使透鏡沿透鏡的光軸的方向運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該工件支承機(jī)構(gòu)包括安裝板，工件安裝在該安裝板上；垂直支承框架，用于相對(duì)于該基座垂直地支承工件安裝在其上的安裝板，且該垂直支承框架有對(duì)著工件的曝光表面的框架開口；安裝部件，該安裝部件可安裝或可拆卸地將安裝板固定在垂直支承框架上；以及第一工件定位機(jī)構(gòu)，該第一工件定位機(jī)構(gòu)在工件所處的垂直平面內(nèi)支承和移動(dòng)該垂直支承框架。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，該第一工件定位機(jī)構(gòu)定位在相對(duì)于與工件的曝光表面重合的成像平面更靠近投影光學(xué)系統(tǒng)的一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該工件支承機(jī)構(gòu)包括檢測(cè)器模塊，用于檢測(cè)工件的曝光表面的幾何狀態(tài)；以及第二工件定位機(jī)構(gòu)，用于根據(jù)該幾何狀態(tài)而使垂直支承框架沿垂直于工件所處的垂直平面的水平方向運(yùn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該掩模支承機(jī)構(gòu)包括掩模支承框架，該掩模支承框架相對(duì)于基座垂直支承掩模；掩模定位機(jī)構(gòu)，該掩模定位機(jī)構(gòu)在掩模所處的垂直平面內(nèi)支承掩模支承框架，并使該掩模支承框架在該垂直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)；以及轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，該轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)相對(duì)于基座垂直地支承掩模支承框架并使該掩模支承框架相對(duì)于基座垂直地滑動(dòng)，從而可以更換待投影的掩模圖形，且該轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)支承掩模定位機(jī)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該光學(xué)系統(tǒng)包括盤，該盤可旋轉(zhuǎn)地布置在該光學(xué)系統(tǒng)的光路中，該盤包括可見光濾光器，該可見光濾光器從由光源產(chǎn)生的光線中選擇可見光；阻擋部分，該阻擋部分布置成緊鄰該濾光器，光線可被該阻擋部分遮斷；以及開口，該開口布置成緊鄰該阻擋部分，光線通過該開口。
8.一種投影曝光的方法，其使用投影光學(xué)系統(tǒng)，該投影光學(xué)系統(tǒng)包括反射器，該反射器有第一和第二反射表面，該第一和第二反射表面使得由光學(xué)系統(tǒng)的光源產(chǎn)生的光線的方向轉(zhuǎn)向；輸入和輸出凸透鏡，該輸入和輸出凸透鏡布置在所述反射器的兩側(cè)；以及反射補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)，用于將由第一反射表面反射的光線反射回第二反射表面；該方法包括以下步驟當(dāng)投影光學(xué)系統(tǒng)的放大率被調(diào)低時(shí)，使輸入和輸出凸透鏡移動(dòng)，從而使輸入凸透鏡能夠沿光軸方向遠(yuǎn)離反射器，并使輸出凸透鏡能夠沿光軸方向接近反射器，同時(shí)使輸入和輸出凸透鏡之間的距離保持恒定；以及進(jìn)行投影曝光，當(dāng)投影光學(xué)系統(tǒng)的放大率被調(diào)高時(shí)，使輸入和輸出凸透鏡移動(dòng)，從而使輸入凸透鏡能夠沿光軸方向接近反射器，并使輸出凸透鏡能夠沿光軸方向遠(yuǎn)離反射器，同時(shí)使輸入和輸出凸透鏡之間的距離保持恒定；以及進(jìn)行投影曝光。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種將掩模圖形投影到工件上的投影曝光裝置。該裝置有基座、光源、光學(xué)系統(tǒng)、掩模支承機(jī)構(gòu)、工件支承機(jī)構(gòu)以及對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)。光學(xué)系統(tǒng)使光線形成為載有掩模的圖像信息的投影光線，并引導(dǎo)該投影光線通過預(yù)定光路，從而使投影光線能夠投影到工件的曝光表面上。光學(xué)系統(tǒng)包括投影光學(xué)系統(tǒng)和照明光學(xué)系統(tǒng)。該投影光學(xué)系統(tǒng)垂直于基座布置。掩模和工件支承機(jī)構(gòu)分別相對(duì)于基座垂直支承掩模和工件。這樣，工件的曝光表面能夠與在光路中的成像平面重合。
文檔編號(hào)H01L21/027GK1573406SQ20041004555
公開日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者百瀨克已, 山賀勝, 松永真一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Orc制作所