投影曝光设备.pdf

投影曝光设备。缩放倍率校正装置1包括缩放倍率校正光学系统2、压力调节装置3以及控制器4。缩放倍率校正光学系统2被形成为一箱体的形状，该箱体具有一玻璃板20、与板20平行设置的一底部板11以及一框架10。箱体内部是通过连接管12与压力调节装置3相连接的气室24，以便可以改变内部的压力。由电机35通过诸如滚珠丝杠的线性运动装置36来驱动气缸30，并由控制器4来控制电机35。气缸30的移动距离与活塞的移动距离相等，并由电机35的旋转周数确定，而压力调节装置3的闭路容量也被确定。电机35的旋转周数可由控制器4输出的电信号进行控制。

1、  一种投影曝光设备，用于通过将图案曝光到基板上来制造印刷电路板，包括：
绘有图案的光掩模；
投影装置，用于将所述光掩模的图案投影到所述基板上；
光源，用于发射曝光光以通过所述投影装置将伴随所述光掩模所刻绘的图案曝光到所述基板上；
缩放倍率调节装置，位于所述光掩模与所述基板之间，用于校正所述图案的放大或缩小的缩放倍率；其中，
所述缩放倍率校正装置包括：
对所述曝光光透明的板；
形成在所述板的一侧的封闭空间；
用于改变所述封闭空间的压力的装置；
所述板由于所述封闭空间的压力变化发生变形。

2、  根据权利要求1所述的投影曝光设备，其中，
所述板按柱面形状的一部分的形状发生变形。

3、  根据权利要求2所述的投影曝光设备，其中，
所述板为矩形，其两个相对边沿是固定的，而其另外的两个相对边沿是自由的。

4、  根据权利要求1所述的投影曝光设备，其中，
所述板按球面形状的一部分的形状发生变形。

5、  根据权利要求1所述的投影曝光设备，其中，
所述板的变形是可变的。

6、  根据权利要求1所述的投影曝光设备，还包括：
用于使所述缩放倍率校正装置相对所述板旋转以改变缩放倍率校正方向的装置。

7、  根据权利要求1所述的投影曝光设备，其中，
所述用于改变所述封闭空间的压力的装置包括：
与所述封闭空间相连的气缸；
用于驱动该气缸的驱动装置。

8、  根据权利要求7所述的投影曝光设备，还包括：
安装在所述气缸与所述封闭空间之间的气箱。

投影曝光设备
技术领域
本发明涉及投影曝光设备。
背景技术
光刻法已经在许多领域得到广泛应用，其中，由曝光设备将一指定图案以照相的方式印在涂有诸如光刻胶(photo resist)的感光材料的印刷电路基板的表面上，此后，通过刻蚀过程在所述基板上形成所述图案。近年来，也通过使用曝光设备来制造印刷电路板。
投影曝光设备是这样一种设备，其通过利用诸如投影曝光透镜等的光学系统来对光掩模的电路图案进行投影和曝光，以与所述掩模相同的大小或者按某一缩放倍率将所述电路图案刻绘在印刷电路基板上。传统上，应用它来制造集成电路，而近年来，已经尝试将这种投影曝光设备用在印刷电路板的制作中。
由于对高速、多功能以及微型化电子设备的需求日益增加，也就要求印刷电路板更加多层化、更密集和更微小。因此，在制作过程中，由电路板的膨胀和收缩所产生的误差就变得不容忽视。
鉴于这种情况，在投影曝光设备中广泛采用缩放倍率调节装置来补偿电路板的膨胀和收缩。在日本公开No.8-124831中典型地示出了这种缩放倍率校正装置。
发明内容
传统的缩放倍率校正装置包括一玻璃板，该玻璃板被机械地弯曲以改变折射率。有些装置利用透镜光学系统，并且通过移动透镜来改变光学系统的缩放倍率。然而，这些传统装置结构复杂、成本昂贵，而且响应速度慢。
本发明的目的是提供一种改进的投影曝光设备，其将有效地进行缩放倍率校正。
在本发明中，用于通过把图案曝光到基板上来制作印刷电路板的投影曝光设备包括：绘有图案的光掩模；投影装置，用于将光掩模的图案投影到所述基板上；光源，用于射出曝光光，以通过所述投影装置将利用所述光掩模而刻绘的图案曝光至所述基板上；以及，缩放倍率校正装置，位于所述光掩模与所述基板之间，用于对所述图案的放大或缩小的缩放倍率进行校正。
所述缩放倍率校正装置包括：对所述曝光光透明的板、形成在所述板的一侧的封闭空间、用于改变所述封闭空间的压力的装置，并且所述板由于所述封闭空间的压力变化而变形。
在优选实施例中，所述封闭空间是一箱体，该箱体的一个表面是所述板。与所述板相对的一侧必须对所述曝光光是透明的，并且比所述板更硬且更少柔性，从而使得当对所述箱体的内部加压时只有所述板可以发生变形。
在一个实施例中，所述板发生柱面形状的变形，也就是说，以柱面形状的一部分的形状发生变形。可以通过将所述板制成矩形形状，固定其两个相对边沿并且使剩下的两个相对边沿自由，来实现这种变形。
所述板可以按多种形状发生变形，例如，该板可以按球面形状的一部分的形状发生变形。该板优选地为圆盘状，并且固定该板的圆边以产生球面形状的一部分。
通过改变在所述板的边沿处的固定位置，可以改变所述板变形后的形状。
投影曝光设备可以设有用于使所述缩放倍率校正装置相对于所述板旋转以改变缩放倍率校正方向的装置。所述柱面状变形实现了沿一个方向对缩放倍率进行校正。然而，可以通过旋转所述装置来改变校正方向。
在优选实施例中，所述用于改变所述封闭空间的压力的装置包括：连接到所述封闭空间的气缸，和用于驱动该气缸的驱动装置。在所述气缸与所述封闭空间之间可以安装一气箱(air tank)。气缸可以将压力改变的响应改进至实用水平。而且由于使用气箱，可以精确地调节封闭空间的压力。
本发明的投影曝光设备可以有效地进行缩放倍率的校正。
附图说明
图1示出了本发明实施例的示意图。
图2示出了所述实施例中的缩放倍率校正装置1的说明图。
图3示出了所述实施例的操作。
图4示出了所述实施例中的缩放倍率校正光学系统2的平面图。
图5示出了变形后的玻璃板20的一个示例的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明进行说明。
图1示出一用于制作印刷电路板的投影曝光设备，其中将一带有光刻胶的基板W加载在台板(platen)96上。台板96可以沿X、Y、Z方向移动并可沿θ方向旋转。
面对基板W设置有一刻绘有电路图案的掩模M，并且通过光源99发出的曝光光把位于掩模M上的电路图案印在基板W上。
在掩模M与基板W之间设有一投影透镜97，其中，通过按某一缩放倍率进行放大或缩小或者按照原始大小不进行缩放，将掩模M的图案投影在基板W上。
98，98表示反射镜。
在图1中，将掩模M、缩放倍率校正装置1和投影透镜97的光学系统以及台板96都水平地安装在一平坦平面上，并且将它们布置在垂直方向上。但布置并不限于此。也可以沿相反的方向布置它们，或者可以将它们垂直地安装并布置在水平方向上。
此外，除了台板96不动，掩模M和其他部分的光学系统可以是可动的，或者它们都可以是可动的。
现在，说明缩放倍率校正装置1的结构。如图2所示，缩放倍率校正装置1包括缩放倍率校正光学系统2、压力调节装置3以及控制器4。
缩放倍率校正光学系统2被形成为一箱体形状，该箱体具有：玻璃板20，与玻璃板20平行设置的底部板11，以及框架10。箱体内部是气室24，通过连接管12将该气室24连接到压力调节装置3，使得内部压力可以改变。
玻璃板20是曝光光可以透过地由玻璃制成的平面平行板。底部板11也是由玻璃制成的厚的平面平行板，其对于曝光光也是透明的。
玻璃板20很薄，以使它可发生与气室24中的压力变化对应的变形，而底部板11很厚，以使它基本上不发生与气室24中的压力变化对应的变形。
如图3和图4所示，玻璃板20的两相对侧是固定到框架10的固定侧21，从而把玻璃板20限制得不沿固定侧21发生变形。如图3所示，通过密封片25对固定侧21进行固定。
玻璃板20另外的两相对侧为没有固定到框架10的自由侧22，从而玻璃板20可沿着所述两侧22发生变形。因此，如图5所示，本实施例的玻璃板20将以柱面方式变形为柱面的一部分的形状。
当玻璃板20是圆形的并且周边被完全固定时，可以使玻璃板20变形为球面形状。通过改变玻璃板20的初始形状及其固定位置，也可以使玻璃板20发生其他变形。
在玻璃板20的边沿周围设有一密封片25，由该密封片25对玻璃板20与框架10之间的间隙进行密封。底部板11与框架10之间的间隙同样由一密封元件19来密封。这些密封使得气室24成为一气密空间。
如上所述，压力调节装置3通过连接管12与缩放倍率校正光学系统2相连，并且，压力调节装置3连同缩放倍率校正光学系统2形成了一气压的闭路。压力调节装置3包括一气缸(cylinder)30，其改变所述闭路的容量并且进而改变气室24中的压力。气缸30具有一套筒(case tube)和一可在该套筒中作往返移动的活塞，该活塞的移动导致所述套筒的容积发生变化。
由电机35通过一诸如滚珠丝杠的线性运动装置36来驱动气缸30，电机35则由控制器4控制。气缸30的运动距离与所述活塞的运动距离相等，并由电机35旋转周数决定，而压力调节装置3的闭路的容量也同时被确定。电机35的旋转周数可由控制器4输出的电信号进行控制。
在气缸30与连接管12之间设有气箱31、、压力表38和开关阀39。压力表38检测所述闭路中的压力并将所述压力信号传送给控制器4。控制器4依照所述检测压力对电机35进行控制。
气箱31用来增加闭路的容量，这保证了对可能压力的良好调节。
39是用于使所述闭路对大气开通的阀门。该开关阀39可以通过从外部输入电信号把通常状态下闭合的空气回路(air circuit)切换为向大气开通的开路(open circuit)。
以上提到的气缸30、开关阀39、气箱31以及压力表38均由诸如树脂导管或金属导管的导管相互连接，它们共同组成了极少漏气的气压闭路。
在上述组成中，通过按照来自控制器4的命令来驱动电机35并使气缸30运动，可以实现气室24中的压力的调节。当气室24中的压力变得低于大气压时，玻璃板20的形变如图3所示。由于玻璃板20的变形，从如图1所示的光源99发出的曝光光的折射方向会改变，从而将改变投影的缩放倍率。
在本实施例中，如图5所示，玻璃板20被设置得按柱面的一部分的形状发生弯曲，然而，它也可以按球面的一部分的形状发生弯曲。此外，它也可以不按对称方式而是按非对称方式发生弯曲。
而且，可以将缩放倍率校正装置1设置得可以旋转，从而使得可以通过旋转所述装置1来改变缩放倍率校正的方向，并且也可以使用多个所述装置1，以使所述缩放倍率校正方向成倍增加。
下面说明用于根据上述结构中的气室24的指定压力来计算气缸30的移动量的公式。
气室24中的压力与连接到气室24的压力调节装置3的回路压力相等。如上所述，这两个空间为闭路，并且它们的压力与总容量(这两个空间的和)成反比，下面的公式显示了这一关系。
P/P1＝V1/V                        1
P1：回路中的初始压力
V1：初始总容量
P：总容量变为V时所述回路中的压力
分别用ΔP和ΔV来表示压力和容量的变化，则P表示为：
P＝P1+ΔP，V＝V1+ΔV
通过将上式代入公式1并重新整理，得到公式2。
ΔV＝(ΔP×V1)/(P1+ΔP)           2
内部容量的变化ΔV可以表示为如下的公式3。
ΔV＝ΔVa+ΔVb                    3
ΔVa：由于压力变化使玻璃板20变形所产生的容量变化。
ΔVb：由于活塞移动所产生的气缸30的容量变化。
ΔVa被表示为ΔP的函数，并且是公知的，这是因为玻璃板20的变形值是由外压力与内压力的差所决定的。
结果，由公式2和公式3得到公式4。
ΔVb＝(ΔP×V1)/(P1+ΔP)-ΔVa     4
由公式4来决定为产生指定压力而通过移动气缸活塞所产生的必需的容量变化值，并且可以容易地计算出气缸30的活塞的移动值，以满足所述必需的容量变化值。
由控制器4通过电机35和线性运动装置36来控制所述活塞的运动，并且所述活塞将根据控制器4输出的指令进行运动以实现指定的压力。
在所述活塞运动前，把开关阀39改变到与大气连通的位置，并且把气缸30的活塞移动到使气缸30的容量最小以保证该活塞的可移动值最大的位置。
控制器4通过压力表38检测所述回路的压力，并且当所检测到的值与指定值之间的差值达到允许范围时，结束操作。如果所述差值大于允许值，则控制器4利用公式4来计算出一必需移动量以补偿所述差值，并且所述活塞基于此计算再次开始移动。这个操作将重复直到所述差值达到所述允许值。
由于压力与大气压力不同，气室24和压力调节装置3的封闭空间会发生少量的空气泄漏。必须对该泄漏所引起的压力变化进行补偿，并且必须使所述回路的压力保持恒定，这是因为在曝光操作过程中缩放倍率校正必须保持恒定。可以通过由压力表38检测所述回路中的压力并基于该检测到的压力来驱动气缸直到曝光操作结束为止，来实现压力的校正操作。
由公式4可知，当保持ΔVb恒定而使V1增大(气箱31容量增大)时，ΔP将减小。由此显而易见的是，通过增大气箱31的容量，可以容易地提高压力控制的分辨力(resolving power)。
当气箱31的容量增大并且所述分辨力得到提高时，气缸30的活塞必须长距离移动以获得同样的压力变化。这对响应速度是不利的。然而，所述回路与大气之间所必需的压力差实际上很小，并且常规驱动设备(电机35和线性运动装置36)足以获得活塞的运动速度，以实现基本的响应速度。
压力调节装置3使气室24中的压力迅速达到指定压力，并且所述响应得到了改进。因此，可以在短时间内完成投影曝光的缩放倍率校正而不妨碍基板的制造。而且，可以通过增大气箱31的容量来实现高的压力指定分辨力，并且压力调节装置3实现了对细微压力的精确控制，而这不能通过诸如真空调节器的现有设备来实现。