專利名稱：帶有光源的自動聚焦控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上說涉及利用橢圓形光的自動聚焦控制裝置。本發(fā)明涉及在用于平版印刷半導(dǎo)體制造和CD盤(CD)播放機(jī)的設(shè)備中、利用橢圓形光將工件置于投影透鏡的聚焦深度(focus-depth)范圍或?qū)D盤置于讀出光束的聚焦面上的自動聚焦控制裝置。
用于平版印刷半導(dǎo)體制造的曝光裝置把在掩模上幾何形的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體晶片的一薄膜覆蓋的表面上。為了轉(zhuǎn)移掩膜上的圖形，該晶片和工件必須在投影透鏡的聚焦景深之內(nèi)。
在光盤上以凹痕形式記錄信息，再用光源讀出該信息。一般以激光器生成讀出光束的光源。在讀出信息之后，根據(jù)由反射光轉(zhuǎn)換的電信號，閱讀器將光盤置于激光束的焦點(diǎn)處。
在用于半導(dǎo)體制造和CD播放機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)中，使用自動聚焦裝置將盤、晶片和工件置于精確的聚焦平面上。
在曝光和光讀出裝置中，自動聚焦控制利用圓形光。但是，激光二極管發(fā)射的為橢圓形的像散光。
例如，曝光裝置中的透鏡將圓形光會聚到晶片或工件上。然后，曝光裝置將反射光會聚到光檢測器上。此時，可檢測位置的任何變化，也檢測晶片和工件的聚焦位置，并將晶片和工件置于聚焦景深之內(nèi)。
自動聚焦控制裝置可以利用象散光。例如，在CD播放機(jī)中，將激光二極管發(fā)射的橢圓形光束轉(zhuǎn)換為圓形光束，像散能將光盤置位于聚焦平面上。這樣，盡管設(shè)計(jì)攝影透鏡以減小像散，但光讀出裝置卻使用最大可能的像散來檢測聚焦誤差。
利用像散的自動聚焦控制裝置將發(fā)射光轉(zhuǎn)換為圓形光。然后，柱面透鏡將圓形光透鏡為橢圓形光。球面透鏡將光會聚到工件上。四邊分開的方形檢測器對工件的反射光進(jìn)行檢測，并通過檢測信號檢測工件的位置。在上述方式中，自動聚焦控制裝置用柱面透鏡和球面透鏡產(chǎn)生像散。
在下文的介紹中將陳述本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和目的，由該說明或通過本發(fā)明的實(shí)施可明顯看出或了解到這些優(yōu)點(diǎn)和目的。借助于在所附權(quán)利要求中具體指出的元件和系統(tǒng)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和目的將被實(shí)現(xiàn)和達(dá)到。
本發(fā)明的目的之一是提供使用單一激光二極管的自動控制器。
本發(fā)明的另一個目的是提供用橢圓形光而不將橢圓形光轉(zhuǎn)換為圓形光來對物體進(jìn)行自動定位的自動控制器。
本發(fā)明的再一個目的是提供將工件、晶片和/或光盤置于投影光學(xué)系統(tǒng)的聚焦深度之內(nèi)的自動控制器。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如下。光源發(fā)射由光源產(chǎn)生的橢圓形光。第一反射器反射來自第一球面透鏡的橢圓形光并將其傳送到一物體上而進(jìn)行位置檢測。
第二反射器反射由該物體反射的光來進(jìn)行位置檢測。第二球面透鏡會聚由第二反射器反射的光。光檢測器將來自第二球面透鏡的光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號而輸出該信號。根據(jù)來光檢測器的電信號，控制裝置讀出相應(yīng)物體的位置信息而檢測位置，并根據(jù)所讀出的信息輸出控制信號。位置調(diào)節(jié)部分接收控制信號并調(diào)節(jié)物體的位置。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例的光源通常由激光二極管構(gòu)成。本發(fā)明并不限于這里所描述的實(shí)施例而可以在本發(fā)明的精神范圍內(nèi)進(jìn)行修改。
可以理解到，上述的概述和下文的詳述都僅僅是解釋性和示例性的，并不限定如權(quán)利要求所述的本發(fā)明。
附圖是構(gòu)成本發(fā)明說明書的組成部分，它圖示出本發(fā)明的幾個實(shí)施例，結(jié)合附圖及其說明用來解釋本發(fā)明的原理，附圖中

圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例的自動聚焦控制裝置的透視圖；圖2是激光二極管的示意圖；圖3是本發(fā)明的第一實(shí)施例的透射光束橫截面形狀的示意圖；圖4A-4C是照射到光檢測器上的光的橫截面的狀態(tài)圖；和圖5是本發(fā)明的第二實(shí)施例的自動聚焦控制裝置的透視圖。
按照本發(fā)明的一最佳實(shí)施例，光學(xué)定位裝置使用像散光學(xué)元件。激光二極管發(fā)射不經(jīng)校正的像散的橢圓形光。第一透鏡會聚該光并將其透射到要定位的物體上。當(dāng)物體移動時，監(jiān)測該物體的反射光。由于像散，第一透鏡并不具有實(shí)焦點(diǎn)。但是，總有一點(diǎn)處透射光的水平和垂直分量相等。第一透鏡放置為使物體所要求的位置對應(yīng)于這個平衡點(diǎn)。
參見圖1，本發(fā)明的第一實(shí)施例是投影光學(xué)半導(dǎo)體制造裝置。掩膜1具有要投影的圖形。投影透鏡2投影穿過掩膜1的光。工件3包括一晶片和一工件來轉(zhuǎn)移掩膜上的圖形。
激光二極管4發(fā)射檢測工件3的位置的橢圓形光。第一球面透鏡5會聚由激光二極管4發(fā)射的橢圓形光。第一反射器6將由球面透鏡5會聚的光反射到工件3上。第二反射器7將由第一反射器反射的光再次反射到工件3上。第二球面透鏡8會聚由第二反射器7反射的光并輸出該光。光檢測器9檢測來自第二球面透鏡8的透射光，然后輸出相應(yīng)的電信號。
放大/增益控制器10放大來自光檢測器9的電信號。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器11接收已放大的電信號并將該模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號?？刂撇糠?2接收數(shù)字信號并確定工件3的位置。然后，控制部分12輸出用以定位工件3的控制信號。根據(jù)控制部分12發(fā)出的控制信號，位置調(diào)節(jié)裝置13控制工件3的位置。
在非吸入式平臺(non-drawn stage)(未示出)上重新放置工件3。位置調(diào)節(jié)裝置13移動非吸入式平臺，以使該平臺位于成像位置。
本發(fā)明可用作曝光設(shè)備的光調(diào)整裝置，以讀出光盤上的信息。
非吸入式(non-drawn)激光功率控制器被用作曝光設(shè)備中的調(diào)整光源，它也發(fā)射規(guī)則成形的光量。
當(dāng)使用者操作功率裝置時，激光二極管4發(fā)射光。如圖2所示，激光二極管4發(fā)射的光有像散和橢圓形。第一球面透鏡5會聚來自激光二極管4的橢圓形光，然后反射器6將其傳送到工件3。
在本申請中，像散指的是光束的垂直和水平分量之間聚焦點(diǎn)的差異。圖3示出了由激光二極管4發(fā)射并經(jīng)第一球面透鏡5會聚的光的橫截面。由于激光二極管4發(fā)射的光有像散，水平光被聚焦在a處；垂直光被聚焦在c處；在b處的橫截面為圓形。
回到圖3，由于水平光在位置a聚焦而垂直光并不在此聚焦，因而在a處光為橢圓形。由于在位置a處垂直軸不成焦，該橫截面的垂直分量就大于水平分量。
透鏡5將光的垂直分量聚焦在位置c，但在位置c處水平分量不成焦。光的橫截面為具有較長(不成焦的)水平軸的橢圓形。
在位置b，光的水平和垂直分量都不成焦。但在位置b處水平和垂直分量相等而不成焦，因而產(chǎn)生圓形的橫截面。
反射器6將光反射到工件3上。把透鏡5和反射器6置位成，如果工件3放置合適的話，圓形橫截面的光將照射在工件3上，如圖3中位置b所示。
在優(yōu)選實(shí)施例中，光檢測器9具有按圖4A所示進(jìn)行配置的四個光電二極管。光檢測器將光束分為四份a-d而輸出相應(yīng)的電信號。放大/增益控制器10將來自光檢測器9的信號調(diào)整為適當(dāng)?shù)闹?，再由?數(shù)轉(zhuǎn)換器11進(jìn)行轉(zhuǎn)換。根據(jù)上述數(shù)字信號，控制部分12調(diào)整晶片和工件，即載有工件的平臺位置。
圖4A示出照射到光檢測器9的對應(yīng)位置a的光的形狀和位置。圖4B示出當(dāng)工件3準(zhǔn)確地被置于對應(yīng)于位置b的投影透鏡2的成像點(diǎn)處時照射到光檢測器9的光的形狀和位置。圖4c示出當(dāng)工件3被置于對應(yīng)于位置c的投影透鏡2的成像點(diǎn)內(nèi)側(cè)時照射到光檢測器9的光的形狀和位置。
根據(jù)來自光檢測器9的信號a-d，控制部分12確定工件3的位置?？刂撇糠?2進(jìn)行如下計(jì)算(a+b)-(c+d)＝α(1)(a+c)-(b+d)＝β(2)位置調(diào)整裝置13移動工件3而計(jì)算一系列的α值和β值。當(dāng)α和β為最小值或零時，上述控制部分12就認(rèn)為工件3位于投影透鏡2的成像點(diǎn)處。根據(jù)光檢測器9的檢測信號，控制部分12調(diào)整工件3的位置。最好將工件3置于投影透鏡2的焦點(diǎn)或至少在可接受的景深范圍內(nèi)。
位置調(diào)整部分13和控制部分12是可調(diào)的。
本發(fā)明的第二實(shí)施例也是使用激光二極管的自動聚焦控制裝置。參見圖5，第二實(shí)施例包括用于增加像散的位于激光二極管4和第一球面透鏡5之間的柱面透鏡14。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，柱面透鏡14相對于圓形光來說具有像散。由光檢測器9獲得工件3的位置信息，其操作系統(tǒng)類似于第一實(shí)施例中的系統(tǒng)。但是，由柱面透鏡14發(fā)射的光的像散增加了，在位置a、b和c之間的間距被拉長。因此，光檢測器9易于獲取位置信息。
激光二極管發(fā)射的橢圓形光并未被轉(zhuǎn)換為圓形光，定位裝置也能進(jìn)行工作。曝光設(shè)備的工件或CD播放機(jī)的光盤固定于聚焦深度范圍內(nèi)或準(zhǔn)確的聚焦點(diǎn)處。本發(fā)明與組合有柱面透鏡和球面透鏡、并在將橢圓形光變形為圓形光之后產(chǎn)生像散的裝置不同。
本發(fā)明旨在檢測位置信息。并且，采用激光二極管的自動聚焦控制裝置減少了產(chǎn)品成本和所占據(jù)的面積。
根據(jù)本文所公開的有關(guān)本發(fā)明的說明和實(shí)施例，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以明了本發(fā)明的其它實(shí)施例。說明書和實(shí)施例僅僅是示范說明，所附的權(quán)利要求書則代表本發(fā)明的實(shí)際范圍和實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種利用像散光學(xué)元件而不進(jìn)行像散校正的物體定位裝置，該裝置包括一用于發(fā)射有像散并且是橢圓形光的光源；一用于會聚由光源發(fā)射的橢圓形光并將其傳送到物體上的第一透鏡；一用于會聚從物體上反射的光的第二透鏡；一用于接收來自第二透鏡的光并將該接收的光轉(zhuǎn)換為電信號的光檢測器；和一用于接收電信號并根據(jù)該電信號控制物體位置的控制裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中第一和第二透鏡為球面透鏡。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，還包括一位于第一透鏡和物體之間的光徑上的第一反射器和一位于該物體與第二透鏡之間的光徑上的第二反射器。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中該光檢測器包括四個光電二極管。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中該控制裝置包括一用于接收和調(diào)節(jié)電信號的放大電路；一用于將來自放大電路的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器；一用于接收該數(shù)字信號并根據(jù)該數(shù)字信號確定物體位置的處理器電路，該處理器電路還產(chǎn)生控制信號；和一根據(jù)控制信號移動物體的裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該光源包括激光二極管。
7.一種包括權(quán)利要求1中所述裝置的光盤播放機(jī)。
8.一種包括權(quán)利要求1中所述裝置的用于制造半導(dǎo)體器件的投影光學(xué)系統(tǒng)。
9.一種利用像散光學(xué)元件而不進(jìn)行像散校正的物體定位裝置，該裝置包括一用于發(fā)射有像散并具有橢圓形光的光源；一用于會聚由光源發(fā)射的橢圓形光并將其傳送到物體上的第一透鏡；一位于光源和物體之間的光徑上的柱面透鏡；一用于會聚從物體上反射的光的第二透鏡；一用于接收來自第二透鏡的光并將該接收的光轉(zhuǎn)換為電信號的光檢測器；和一用于接收電信號并根據(jù)該電信號控制物體位置的控制裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中第一和第二透鏡為球面透鏡。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，還包括一位于第一透鏡和物體之間的光徑上的第一反射器和一位于該物體和第二透鏡間的光徑上的第二反射器。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中該光檢測器包括四個光電二極管。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中該控制裝置包括一用于接收和調(diào)節(jié)電信號的放大電路；一用于將來自放大電路的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器；一用于接收數(shù)字信號并根據(jù)該數(shù)字信號確定物體位置的處理器電路，該處理器電路產(chǎn)生控制信號；和一用于根據(jù)控制信號移動物體的裝置。
14.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中該光源由激光二極管組成。
15.一種包括權(quán)利要求9中所述裝置的光盤播放機(jī)。
16.一種包括權(quán)利要求9中所述裝置的用于制造半導(dǎo)體器件的投影光學(xué)系統(tǒng)。
17.一種利用像散光學(xué)元件而不進(jìn)行像散校正的將物體定位于預(yù)定位置的方法，該方法包括以下步驟提供一像散光束，該像散光束具有水平分量和垂直分量，并且該像散光束還具有該水平和垂直分量等同脫離焦點(diǎn)的一平衡點(diǎn)；將光傳送到物體上；移動該物體；監(jiān)測從物體上反射的光；和檢測該平衡點(diǎn)。
全文摘要
一種利用像散光學(xué)元件的光學(xué)定位裝置。激光二極管發(fā)射橢圓形的不用校正的像散光。第一透鏡會聚該光并將該光傳送到要定位的物體上。當(dāng)物體移動時，監(jiān)測從物體上反射的光。由于像散，第一透鏡并不具有實(shí)焦點(diǎn)。然而，存在某一點(diǎn)，傳送的光的水平和垂直分量相等。第一透鏡放置成使該物體位于相應(yīng)于該平衡點(diǎn)處。
文檔編號C04B41/52GK1159593SQ96104090
公開日1997年9月17日 申請日期1996年2月10日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月10日
發(fā)明者金相哲 申請人:三星航空產(chǎn)業(yè)株式會社