专利名称：光学处理方法及其实施装置的制作方法
技术领域：
本发明总的说来涉及处理或加工工件的光学处理方法和装置，例如，采用激光之类的光束能量，在多层印刷基板上形成所谓穿孔、通孔之类的孔。更确切地说，本发明涉及一种形成高精确度孔的光学钻孔方法和装置。
为了更好地理解本发明的基本原理，首先将结合附图较详细地描述上述类型的光学处理或加工装置。图20描述了一个典型的光学处理装置，下面对此作一简略描述。为更确切起见，请参见“Collec-tion of Theses in 28th Convention of Laser Processing Engineersof Japan″pp.51—58，(1992)。
参见图20，其中的光学处理装置通常含有用来产生照射掩膜3的光束的光源系统1、一移动或移置掩膜3的掩膜移动机构4、一将掩膜3的图案图像复制或传送到一工件7的成像透镜5以及一移动或移置工件7的工件移动机构6。
光源系统1含有一准分子(excimer)激光振荡器11，该准分子激光振荡器作为一光源，用来辐射截面呈矩形的激光束A。位于准分子激光振荡器11下一级的是一个光路调节系统12，用来调节从准分子激光振荡器11辐射的激光束A的射束方向和射束旋转角。为此，光路调节系统12由三个镜面12a、12b和12c构成。
另一方面，光路调节系统12的下一级是一个光束成形光学系统13，该光束成形光学系统13由二组发散柱面透镜13a、13b以及会聚柱面透镜13c、13d构成，用来将激光束A线性会聚成一平面激光束B，其中，上述透镜元件固定安装在固定支架13e上。离开光束成形光学系统13的激光束B经入射角调节镜14反射而投射到掩膜3上。
参见图21，掩膜3由一作为底板的透光基片3a构成，该基片由一种合成石英材料组成，使激光束B可以从中透过。在透光基片3a上面通过汽相淀积工艺淀积呈一预定图形的反射部分3b。该反射部分3b由一种具有高反射率(例如反射率不低于99％)的如铝膜、多层介电膜之类的薄膜组成。反射部分3b含有大量精细通孔形式的透光部分3C，在预定位置上的每一通孔的直径数量级为20μm，使得离开光束成形光学系统13的激光束13能够穿过通孔，从而形成与掩膜图形对应的光图像图形。正如图20所示的那样，掩膜3可以由掩膜移动机构4分别沿X方向和Y方向移动。
掩膜3的上方是一个位置与之相对的高反射率镜面2，用来将反射部分3b反射的激光束B导向掩膜3。另一方面，成像透镜5位于掩膜3的下方，而工件7位于掩膜3的下方。
工件7固定安装在一工件固定平台74上，工件固定平台借助于安装在防振固定平台200上的工件移动机构6，分别可以沿X方向和Y方向移动。工件移动机构6和掩膜移动机构4二者的运行受精密驱动控制系统201的控制，该精密驱动控制系统可以由一个相应编程的计算机构成。另外，工件7的定位以及形成的孔的观测是通过处理监测系统202来实施的。
下面回过来描述具有上述结构的光学处理装置的运行。
再参见图21，在侧端部分(图中为右侧)倾斜入射到掩掩膜3上的一部分成形激光束B的光线通过透光部分3C传送出去形成一光束，构成光学处理，而其他光线被反射部分3b反射到高反射率镜面2，将入射光线再次反射到掩膜3上。如图21所示，由高反射率镜面2反射的连续投射掩膜3的光线，相对于掩膜3的入射位置，与先前投射掩膜3的光线相背离。换言之，平直激光束B在掩膜3和高反射率镜面2之间经历了多次反射。
由于掩膜3和高反射率镜面2之间平直光束B的重复或多次反射，从而平直光束B保持其光强面不出现衰耗。通过透光部分3C传送的激光束B经成像透镜5聚焦到工件7上。结果，在工件7上形成其图形与掩膜3透光部分3C图形相对应的穿孔7a。
此时，应该指出，成像透镜5是由高性能透镜系统来实现的，该系统的像差在成像平面的大部分区域内尽可能取最大，从而将掩膜3中形成的图形高精度地光学转换或复制到工件7上。举例来说，在工件7为多层印刷基片的情况下，其尺寸通常为100mm×100mm的数量级。因此，当以一个步骤对该区域进行光学处理时，必须采用极其昂贵的透镜系统作为成像透镜5。
这种情况下的前述光学处理装置中，工件7上大面积的光学处理是通过采用激光束来扫描掩膜3和工件7来实现的，即如图20所示，是能过对掩膜3和工件7进行所谓同步扫描来实现的。
举例来说，当成像透镜5的放大倍数M为“1/2”时，掩膜3是用横截面为平面的激光束B以速度V沿X方向扫描的，而工件7同时以V/2的速度沿相反的方向(即(—X)方向)进行扫描。在完成X方向的扫描以后，沿Y方向对工件7逐步移置再进行上述扫描。通过以这种方式重复该扫描操作，可以对工件7的整个表面进行光学处理。
图23描述的另一例光学处理装置见1992年1月日本NikkanKogyon Shinbun-sha出版的“表面封装技术(Surface PackageTechnique)”中揭示的内容。在这种已知的光学处理装置中，具有形成一图形的透光部分31a的金属掩膜31用作实现上述同一目的的掩膜。
所设计的这种已知的光学处理装置以与图20中描述的光学处理装置同样的方式进行光学处理和机械加工。
更具体地说，通过光束成形光学系统13使准分子激光振荡器11辐射的激光束A形成一准直激光束，其中，掩膜31由平直光束B辐照。通过掩膜31透光部分31a传送的平直光束B到达成像透镜5，从而在成像透镜5的光学作用下，透光部分31a的图形被成像到工件7上。通过这种方式，可以实现诸如孔、槽、标记之类形式的磨蚀处理。
然而，图20中所示的光学处理装置有下面几个问题。
首先要指出的问题是成像透镜5的放大倍数M与设计值之间有一偏差。
更具体地说，当采用具有高强度的紫外线激光束进行光学处理而像准分子激光器产生的激光束那样容易在玻璃材料中引入应力时，放大倍数开始时极其严格或精确调整的成像透镜5的折射率将在使用了一定时间后发生变化，从而导致放大倍数的变化，尽管这一变化很小。另外，更换掩膜3时，由于掩膜厚度的变化，掩膜3和成像透镜5之间的位置偏差也会使放大倍数发生改变。此外，当工件7为一多层印刷基板时，成像透镜5和工件7之间的距离将随堆积或迭加的接线层和绝缘层的数量而发生变化，这就导致工件7的厚度发生变化，致使成像透镜5和工件7之间的距离发生变化，从而改变了放大倍数。
当成像透镜5的放大倍数M由于上述原因而偏离设计值，即使偏离的幅度极小，工件7中形成的孔的几何形状和图形也将发生变形。
举例来说，假定掩膜3中形成的图形孔径为40μm，入射在成像透镜5上的激光束的直径为20mm，放大倍数M为“1/2”，同步扫描沿X方向进行。在这种情况下，放大倍数M变化0.1％将使形成的穿孔的中心位置偏差±5μm，从而如图22所示，形成的孔沿X方向从要求的直径拉长10μm。
因此，在前述已知的光学处理装置中，放大倍数偏离设计值不可避免地伴随着工件7中形成的穿孔几何形状的失真，以及穿孔定位精度的误差而出现。换言之，前述光学处理装置的问题是，不能以所要求的精度或精确性进行光学处理。
作为解决上述问题的一种方法，构思了一种不采用同步扫描的结构。即使在这种情况下，在上述假定下，孔的位置仍将偏离设计位置约5μm。因此，应该指出的是，在多层印刷基片的情况下，接线图形是用与光学处理装置分离的一个装置形成的，因此，二装置中的偏差将导致形成孔的几何形状和位置有很大的偏差。
为了解决上述问题，本领域的技术人员可以在激光束B的焦点没有对准时，将从另一光源辐射的光束投射到成像透镜5的入射一侧，用一传感器检测工件7处的反射光，从而利用该传感器的输出信号实现焦点的调节或对准。
然而，与已知光学处理装置一样，在高反射率镜面2置于非常靠近掩膜3上方的光学处理装置中，将难以安置上述的辅助聚焦光学系统。
另一方面，图23所示的光学处理装置具有下述几个方面的缺陷。
总的说来，工件7由一种高分子薄膜构成，如聚酰亚胺(poly-imide)、聚乙烯之类，或一种陶瓷片(本领域中称为生片(greensheet))。
当工件7用上述材料构成时，采用能量密度在0.5至10(J/cm2)这一宽广范围内的平直光束B来处理工件7的表面。因此，当成像透镜5的放大倍数为常数时，会出现下述情况，即必须用强度大于所谓损伤阈值强度的平直光束B来照射掩膜31，这就意味着，激光强度会通过一次脉冲辐射面损伤掩膜。
因此，如果采用强度高于掩膜31损伤阈值的平直激光束B来由一种介电材料组成的，其反射率将下降。
另外，应该理解的是，即使平直激光束B的强度低于前述损伤阈值，持续较长时间用激光束照射掩膜31也将损伤掩膜31。在设计必须处理大量工件7的大规模生产的光学处理装置时，要求掩膜能够承受不少于109次激光束脉冲的辐照。然而，在前述已知的光学处理装置中，用强度低于前述损伤阈值的激光束在延长的时间内连续辐照掩膜31，会损伤掩膜31，从而使掩膜功能下降，这在大批量生产中对制造所需器件显然是不利的。
至于金属掩膜31，有已知的不锈钢掩膜，上面具有如孔、槽之类的透光部分31a，掩膜可以涂覆铬(Cr)、铝(Al)之类的玻璃基片构成，上面含有所需的图形。当采用这种类型的金属掩膜31时，大量的激光能量将被掩膜31吸收，其结果是在一定时间的使用之后，掩膜会发生热变形，从而使图形制作的精度劣化，这是另一个缺陷。
为了解决上述问题，可以用强度大大低于损伤阈值水平的激光束B来辐照图23所示装置的掩膜31，从而使掩膜免受损伤，同时保证了用更小放大倍数的成像透镜5来实现表面处理所需的能量级。然而，在这种情况下，光学处理装置必须在一大尺寸规膜上来构制。此外，因为成像透镜5和工件7之间的距离b(见图23)必须较短，所以成像透镜5在相当短的时间内将被溅射材料污染，这对大批量生产所需的光学处理装置的实施来说是不利的。
考虑到上述情况，本发明的一个目的是提供一种采用光束来对某一工件进行处理的光学处理装置，该装置能够将成像放大倍数自动调整到某一预定值，并且同时，不管掩膜和工件的调换与否，均使成像放大倍数保持为常数。
本发明的另一个目的是提供上述类型的光学处理装置，该装置确保掩膜的使用寿命延长，同时确保令人满意的掩膜功能。
本发明又一个目的在于提出一种自动调节上述光学处理装置中成像放大倍数的方法。
考虑到上述目的以及随着本说明书的逐光展开而变得清晰起来的其他目的，本发明的一个发明点在于提供了一种光学处理装置，该装置包括一光源系统，用来产生一辐照具有预定图形的掩膜的光束；一成像透镜，用来将掩膜的图形图像转送或复制到一工件上；一掩膜移动机构，用来沿垂直于成像透镜光轴的方向移动掩膜；一工件移动机构，用来沿垂直于成像透镜的光轴方向移动工件；一成像放大倍数改变机构，用来改变掩膜、成像透镜和工件之间的距离；一中央控制单元，其中，中央控制单元含有一实际成像放大倍数算法模块，用来按照复制的图形图像和预定的掩膜图形之间的图形比例，对实际的成像放大倍数作出运算判定；一放大倍数判定模块，用来确定实际成像放大倍数值和所需要的成像放大倍数值之间的差是否小于一允许值；一Z轴(光轴)位移控制模块，用来响应于差值超过允许值的放大倍数模块的显示，根据实际成像放大倍数值和所要求的成像放大倍数值，对实际成像放大倍数值等于所要求的成像放大倍数值的掩膜/透镜/工件之间距离作出运算判定，从而控制成像放大倍数改变机构，使掩膜/透镜/工件距离与运算判定的距离吻合；以及一位移控制模块，用来控制掩膜移动机构和工件移动机构。
具有上述结构的光学处理装置，其实际成像放大倍数值与所要求的成像放大倍数值相吻合的掩膜/透镜/工件之间的距离可以由Z轴(光轴)位移控制模块作运算判定，从而控制成像放大倍数改变机构，使实际掩膜/透镜/工件之间的距离取计算值。所以，即使由于成像透镜的折射率发生变化或由于其他原因使成像透镜的实际放大倍数发生变化，也可以通过自动调整而自动回到所要求的成像放大倍数。因此，采用本发明的光学处理装置，当与前述已知的光学处理装置相比，可以大大提高光学处理的精确性和精度。
在实施本发明的一种较佳方式中，光学处理装置还可以包括一工件图形观测装置，用来观察或观测复制到工件上去的图形图像；以及一图像处理单元，用来处理通过工件图形观测装置拾取的图形图像，其中，中央处理单元的实际成像放大倍数运算模块根据图像处理单元提供的有关图形图像的信息，运算判定实际成像放大倍数值。
采用上述结构的光学处理装置，测量的实际成像放大倍数值可以具有极高的精确性。
在实施本发明的另一种模式中，工件图形观察装置可以包括一用来放大图像的放大透镜和一用来拾取被放大图形图像的二维CCD摄像机(camera)。
由于上述结构，可以以高精度高速测量实际成像放大倍数值。
在实施本发明的又一种较佳方式中，成像放大倍数改变机构可以包括至少两个Z轴(光轴)掩膜移动机构，用来沿光轴方向移动掩膜；Z轴(光轴)成像透镜移动机构，用来沿光轴方向移动成像透镜以及Z轴(光轴)工件移动机构，用来沿光轴移动工件，其中，中央控制单元的Z轴(光轴)位移控制模块对给定的Z轴掩膜移动机构、Z轴成像透镜移动机构和Z轴工件移动机构中的两个进行控制，从而使掩膜/透镜/工件之间的距离与运算判定的距离值吻合。
上述结构的优点是可以调节成像放大倍数而无须向成像透镜的成像聚焦特性施加任何负面影响。
在实施本发明的再一种较佳方式中，掩膜可以具有一测试图形，该测试图形包括至少两个标记，其中，中央控制单元的实际成像放大倍数运算模块可以对复制到工件上去的标记图像之间距和标记实际间距之间的比例作出运算判定，该比例代表实际成像放大倍数值。
采用上述结构，可以高精度地测出实际成像放大倍数值。
在实施本发明的再一种较佳方式中，掩膜可以具有一测试图形，该测试图形包括一预定形状的孔，其中，中央控制单元的实际成像放大倍数运算模块可以将复制到工件上的孔的图像尺寸和掩膜孔的实际尺寸之间的比例运算判定为实际成像放大倍数值。
上述结构可以得到一个优点，即，成像放大倍数的调整可以借助于一种很简单的结构的测试图形来完成。
在实施本发明的再一种较佳模式中，光学处理装置可以进一步包括至少两个同步掩膜移动机构，用来沿垂直于成像透镜的光轴方向移动该掩膜；一同步成像透镜移动机构，用来沿垂直于光轴方向移动成像透镜；以及一同步工件移动机构，用来沿垂直于成像透镜的光轴方向移动工件，其中，在用光束辐照掩膜时，位移控制模块控制同步掩膜移动机构、同步成像透镜移动机构以及同步工件移动机构中的两个，从而使掩膜与成像透镜之组合、或者成像透镜和工件之组合、或者掩膜与工件之组合以相应于所要求的成像放大倍数值的速率比例沿相反的方向同步移动。
上述结构的光学处理装置之优点及益处在于，即使工件的面积很大，也能得到满意的处理。
在实施本发明的又一种较佳模式中，上述同步移动可以仅沿一个方向进行，其中，中央控制单元的实际成像放大倍数运算模块将同步移动期间复制到工件上去的图形孔像尺寸与掩膜图形孔尺寸之间的比率运算判定为实际成像放大倍值。
由于采用了上述结构，可以无需使用为测试目的而准备的掩膜来实施成像放大倍数的调整，只要实际使用的掩膜孔的大小是已知的就行。
在实施本发明的一种较佳模式中，同步掩膜移动机构还可以起到掩膜移动机构的作用，同步工件移动机构也可以起到工件移动机构的作用。
这种结构的优点是，可以以较低成本，用一种简单的结构来制造该光学处理装置。
在实施本发明的另一种较佳模式中，工件可以有一个较准标记，当工件由于工件移动机构使其移动而处于固定状态时，较准标记的位置与复制图形观测装置的成像平面中心吻合。
上述结构的优点在于，校准标记之测量专用的观测装置可以是一个条件，从而不会使光学处理装置价格很昂贵。
在实施本发明的又一种较佳模式中，光学处理装置可以包括一掩膜支架，用来支托掩膜，使其掩膜图形表面处于一预定位置；以及一工件支架，用来支托工件，使待处理的工件表面处于一预定位置。
采用上述结构的光学处理装置，即使掩膜和(或)工件的厚度由于更换而发生变化，成像放大倍数也能保持不变。因此，在更换掩膜和(或)工件以后，不必调整成像放大倍数，这就意味着一个更大的优越性，即光学处理可以顺利、高速并以高效率进行。
按照本发明的另一个发明点，光学处理装置包括一光源；一掩膜，掩膜上含有透光部分，使光源辐射的光束能够透过该透光部分，掩膜上还含有一光反射部分，用来反射光束；位置与透光部分相对的反射装置，用来将光反射部分反射的光线导向掩膜；一待光学处理的工件；一成像透镜，用来将通过掩膜传播的光线而形成的图形复制到工件上；一装置，用来沿与成像透镜光轴正交的方向，移动相互平行的掩膜、成像透镜和工件中的两个，从而对工件进行光学处理；一掩膜支架，用来支托掩膜，使其图形表面处于一预定位置；以及一工件支架，用来支托工件，使待处理的工件表面处于一预定位置。
采用上述结构的光学处理装置，即使当由于更换而使掩膜和(或)工件厚度发生改变时，成像放大倍数也不会发生变化。这样，在更换掩膜和(或)工件以后，就不必调整成像放大倍数，这就意味着一个更大的优点，即光学处理可以以更顺利、快速且高效率地进行。
在实施本发明的又一种较佳模式中，掩膜可以具有一预定厚度，并且安装在掩膜支架上，其位置使得掩膜的图形表面朝向成像透镜。
采用这种结构可以提高光能的利用率，从而提高光学处理的速度。
在实施本发明的再一种较佳模式中，掩膜支架可以配有一个测试图形，该测试图形或者由至少两个标记构成，或者由一个预定形状的孔构成。
采用这种结构，可以完全自动地调节成像放大倍数。
在实施本发明的又一种较佳模式中，工件支架可以包括一推进装置(urging means)，用来将工件推向成像透镜；以及一保持构件，用来保持工件待处理的表面，并且其表面朝向成像透镜。
采用上述结构，工件支架的制作便宜，从而可以相应降低光学处理装置的制造成本。
在实施本发明的又一种较佳模式中，光学处理装置可以进一步包括一工件高度测量装置，用来测量工件沿光轴方向的位置。
由于有了这一工件高度测量装置，使得即使当工件出现变形或失真时，也可以高精确度地测量工件沿光轴方向的位置。从而可以提高光学处理的精度和准确性。
在实施本发明的再一种较佳模式中，该工件高度测量装置可以或者由一激光型长度测量装置构成，或者由一接触型长度测量装置构成。
采用这一结构可以进一步提高光学处理的准确性。
在实施本发明的另一种较佳模式中，工件高度测量装置可以被设计成检测投射到工件上的掩膜图形图像的聚焦状态，其中，中央控制单元的Z轴(光轴)位移控制模块控制着Z轴(光轴)工件移动机构，从而使该工件定位于图形图像被聚焦的位置。
由于这一结构，工件高度测量装置可以做成一种简单的结构，有利于从总体上降低光学处理装置的制造成本。
在实施本发明的又一种较佳模式中，光源系统可以由一个准分子激光系统构成。子激光系统构成。
由于采用这种准分子激光器作为光源系统，可以进行工件的精密光学处理。
在实施本发明的再一种较佳模式中，工件可以是一个用于多层印刷基片的生片，该多层印刷基片含有准备在光束辐照下烘烤的聚酰亚胺或陶瓷。
这种结构的光学处理装置可以用来对更高密度的多层印刷基片进行光学处理。
在实施本发明的再一种较佳模式中，工件移动机构可以配置一位置检测器，用来检测工件的位移。
采用这种结构的光学处理装置，可以高精度地测量标记图像之间的距离以及孔像的大小，从而可以使测量的实际成像放大倍数值具有极高精确性。
本发明还给出了一种调整上述光学处理装置中的成像放大倍数的方法。因此，按照本发明的另一个发明点，本发明提供了一种调整成像放大倍数的方法，该方法包括第一移动步骤，通过工件移动机构移动工件，从而将前述测试图形的标记图像定位于复制图形观测装置的观测位置；一通过复制图形观测装置观察标记图像的第一运算步骤，从而借助于图像处理单元，运算判定标记图像与复制图形观测装置的成像平面中心的偏差；第二移动步骤，借助于工件移动机构移动工件，从而将标记图像平移到成像平面的中心，移动的距离与该偏差对应；通过复制图形观测装置观察向成像平面中心移动的标记图像的第二运算步骤，从而通过图像处理单元运算判定标记图像与中心的偏差；一由工件移动机构移动工件的第三移动步骤，从而将标记图像平移到成像平面的中心，移动的距离与第二运算步骤判定的偏差对应；以及一距离运算步骤，分别对位置检测装置检测的标记图像之总位移作出运算判定，从而根据总位移之间的差异判定至少两个上述方法使实际成像放大倍数值的测量可以具有高精确性，可以高精确性地调整成像放大倍数。
在实施本发明的另一种较佳模式中，掩膜可以含有透光基片，通过交替淀积折射率不同的两种不同的介电材料而在透光基片上形成介电薄膜；以及一沿介电薄膜延伸形成的图形，而光源系统可以由一种激光装置构成，该激光装置能够用能量密度保持在300至500mJ/cm2范围内的激光束辐照掩膜的介电薄膜，其中，成像放大倍数按照能量密度最佳值设置，用来在WP上进行磨蚀处理。
采用上述结构，可以通过相当低辐照能量密度的激光束之辐照，确保在待处理工件的表面上有所需的最佳处理光能。从而可以延长掩膜的使用寿命，同时确保工件处理的高质量。
在实施本发明的再一种较佳模式中，所要求的成像放大倍数值可以或者用300至500mJ/cm2范围内的最佳能量密度进行复制所需的成像放大倍数值给出，或者由最小能量密度为300mJ/cm2进行复制的建议成像放大倍数给出。
由于这一结构，光学处理后得到的工件可以进一步提高其质量。
在实施本发明的进一步较佳模式中，高反射率镜面可以置于与掩膜的介电薄膜相对的位置上，从而在高反射率镜面和介电薄膜之间出现光束的多次反射。
采用这种结构，可以高效率地用激光束辐照掩膜。
在实施本发明的又一个较佳模式中，掩膜的透光基片可以由合成石英玻璃或氟石构成。另外，两种介电薄膜中，具有高折射率的介电材料可以由氧化铪或者氧化钪构成，具有较低折射率的介电材料可以由氧化硅或者氟化镁构成，高折射率和低折射率的介电材料可以堆积20至30层。
采用这种结构，可以高效率地实现高反射率镜面的多次反射，而不会引起工件光学处理实际使用的激光束能量有任何显著损耗。
在实施本发明的再一个较佳模式中，光学处理装置使用的掩膜在介电薄膜一预定位置形成参考光束透光部分，从而使一部分激光束可以通过该参考光束透光部分，该光学处理装置还进一步包括一第一激光强度传感器，用来检测通过参考光透光部分的激光束的强度。
具有上述结构的光学处理装置，不仅可以提高光学处理的可靠性，而且可以提高光学处理中高光束能量的利用率。
在实施本发明的又一种较佳模式中，可以配备一个第二激光强度传感器，用一检测用于辐射待处理工件表面的激光束的强度。
具有这种结构的光学处理装置，不仅可以提高光学处理的可靠性，而且可以提高光学处理中高光束能量的利用率。
在实施本发明的进一步较佳模式中，激光束可以是KrF激光器辐射的激光束，波长为248nm。
采用KrF激光器作为光源系统，光束在空气传播过程中的能量吸收可以被抑制到最小，从而光学处理的进行不受环境条件的限制。
在实施本发明的再一种较佳模式中，提供了一种对工件进行光学处理的方法，该方法包含通过成像透镜将掩膜图形复制到工件上去的步骤，成象透镜的焦距长度，能够在理论上实现所要求的成像放大倍数和可建议的成像放大倍数；以及一调整成像放大倍数的步骤，从而使实际成像放大倍数值与要求的成像放大倍数值吻合。
采用这种结构，可以高精确度地调整成像放大倍数，即使在Z轴成像透镜移动机构和Z轴工件移动机构的移动距离受到限制的情况下也是如此。
在结合附图通过阅读对举例的最佳实施例的描述以后，本发明的特点及其附带优点就更易于理解。
下面结合附图描述本发明。
图1是描述本发明第一种实施例的光学处理装置的结构示意图；图2是图1所示光学处理装置中掩膜支架的截面图；图3是图1所示光学处理装置中央处理单元结构的总体方框示意图；图4是描述图1所示光学处理装置中放大倍数调节过程的流程图；图5描述的是图1所示光学处理装置中的聚焦过程；图6是复制到工件上孔的图像的顶视图；图7是描述测量实际成像放大倍数值操作或过程的透视图；图8是通过工件图形观测装置观察到工件处于十字线状态的示意顶视图；图9是示意描述带有测试掩膜的掩膜支架透视图；图10是描述工件支架结构的截面图；图11是描述本发明另一种实施例光学处理装置总体结构的示意图；图12是用本发明装置进行光学处理的工件分子结构图；图13是可用于本发明光学处理装置的掩膜结构截面图；图14是各种介电材料的折射率表；图15是一种改进形式的掩膜结构截面图；图16是描述掩膜介电薄膜表面状态或条件之变化或改变的特性图；图17图示描述了KrF激光束的辐照能量密度和蚀刻速率之间的关系；图18以表格形式描述了最佳处理能量密度、要求的成像放大倍数和可建议的成像放大倍数之间的关系；图19是描述本发明另一种实施例光学处理装置中激光密度调节过程的流程图20描述了一个典型的已知光学处理装置；图21是描述已知的光学处理装置中图形复制操作的示意图；图22描述的是用已知光学处理装置形成的孔的变形或偏差；图23描述另一例已知的光学处理装置。
下面参考附图详细描述至此被认为是本发明的最佳或典型实施例。在后文的描述中，相同的标号表示相同或相应的部件。同时在后文的描述中，应该理解，词语“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”仅为方便起见而使用的词语，而非限定性词语。
实施例1图1是按照本发明的第一个实施例的一种光学处理装置的结构示意图。在图1中，与图20所示的相关技术中使用的相同或类似的部件标以图20使用的相同的参考符号。
参见图1，按照本发明的直接的实施例的光学处理装置，包含一个采用准分子激光器11发射的激光束进行相应成形而获得的平直激光束B照射掩膜3的光源系统1(该系统依次由准分子激光器11、光路调节系统12、光束成形光学系统13和入射角调整镜14组成)、用于沿垂直于光轴L的方向(即X方向)移动掩膜3的掩膜移动机构4和同步掩膜移动机构42。将掩膜3的图案图像复制到工件7上的成像透镜5、用于沿垂直于光轴L的方向(即X方向)移动工件7的工件移动机构6和同步工件移动机构62、通过沿平行于光轴L的方向(也称Z轴)移动成像透镜5和工件7来改变掩膜3与工件7之间距离的成像放大倍数改变机构(51；61)、用来观察或检查和/或摄取用作直观检查的工件7上形成的图案图像的复制图案观察装置8、用于处理由复制图案观察装置8摄取的图案图像的图像处理单元83和负责控制整个装置的操作并用来完成所需的数据处理和算法操作的中央控制单元9。为此，中央处理单元可以由计算机构成。
如图2所示，掩膜3由掩膜支架30夹住，该支架由一个易于紧固在同步掩膜移动机构42的下夹持件31和一个顶盖32构成。下夹持件31的边框上冲有开孔，从而将掩膜3固定住，使激光束B能够穿过掩膜3。具体而言，掩膜3固定在下夹持件31上，印制有图案的表面3d与下面(即沿着与强反射率镜2放置面相反方向)保持接触状态。随后顶盖32装在掩膜3上并用螺丝33拧紧。
采用上述掩膜装配结构时，在图1中所示的光学处理装置中的掩膜3与成像透镜5之间的距离由印有图案的表面3d与成像透镜5的主平面之间的距离确定。因此，如果掩膜3的放置使其印有图案的表面朝上，由于掩膜3和成像透镜5之间的距离随着调换掩膜3时产生的透光基片3a厚度的差异而变化，高度精确或准确地复制掩膜图案变得困难起来。
反过来，如前所述，将掩膜3装配在掩膜支架30上，使印有图案的表面3d朝下，可以保持掩膜3和成像透镜5之间的距离不变，使得掩膜3的透光基片3a尽管不同，仍可高精度地进行图案复制或图案转移，这是因为印有图案的表面3d的位置总是由下夹持件31确定的。
掩膜支架30反过来又以同步掩膜移动机构42(其功能将在后面描述)为连动机构，紧固在掩膜移动机构4上。
如图1所示，掩膜移动机构4包括的X-Y工作台以垂直于成像透镜的光轴而安装在固定支架110的顶面111上，并且适于在中央控制单元9的控制下与同步掩膜移动机构42一起沿X方向和Y方向移动。附带说明的是，在图1所示的光学处理装置中，Z轴方向与光轴L的方向一致。
另一方面，所提供的同步掩膜移动机构42在沿X和Y方向移动掩膜3时，使得工件7同步移动，并被用来对掩膜3的位置作细微的调整。因此，光轴有时将被人作Z轴。
成像透镜5由一个将掩膜3的图案图像复制或投影到工件7上的光学透镜系统构成，并且通过设计用作使成像透镜沿一致于或平行于光轴L的Z轴方向移动的Z轴透镜移动机构51从动机构，安装在固定支架110上。附带说明的是，提供的成像透镜5是一个焦距为150mm、有效孔径视角为20mm及设计放大倍数M为0.5000(＝1/2)的远心光路系统。
成像放大倍数改变机构(51；61)由前述的Z轴透镜移动机构51和设计用来沿与光轴L一致的Z方向移动工件7并被安装在固定支架110的底部墙面112上的Z轴工件移动机构61组成。前述的工件移动机构6安装在Z轴工件移动机构61上。
具体而言，工件移动机构6包括一个与成像透镜的光轴L垂直配置而安装在Z轴工件移动机构61上的X-Y工作台并适于在中央控制单元9的控制下使工件7与同步工件移动机构62一起沿X和Y方向移动。
工件移动机构6带有一个检测工件7位移的位置检测器(未画出)。位置检测器可以廉价地由一个转动编码器构成，该转动编码器随作为移动工件移动机构6的驱动源使用的电动机的输出转轴一起提供。但是，在按照本发明的直接实施例的光学处理装置中，位置探测器为诸如线标尺或类似部件形式的高精密仪器，安装在构成工件移动机构6的X-Y台上，能以小于或等于1微米量级的高分辩率测量出工件7的位移。
同步工件移动机构62被设计用来在X和/或Y方向上对工件7执行精细的定位调节，并与掩膜3的位移保持同步。工件7紧固在工件固定装置配台74上，而它又安装在工件移动同步机构62上。复制或转移到工件7上面的图案图像可以通过一般标以数字8的复制图案观测装置观察。复制图案观测装置由用于放大投影到工件7上的图案图像的放大透镜81和摄取放大图案图像的两维CCD(电荷耦合器件)摄像机82组成。
另一方面，随掩膜3提供的掩膜图案观测装置20，包括用以放大掩膜3图案的放大透镜21和摄取掩膜3被放大图案图像的两维CCD(电荷耦合器件)摄像机22。
图像处理单元83被设计用于处理两维CCD摄像机22和82提供的信号，并由此将图像处理得到的图像信息输出到中央控制单元9。
中央控制单元9负责控制光源系统1中的准分子激光器11、掩膜移动机构4和同步掩膜移动机构42、成像放大倍数改变机构(51；61)、工件移动机构6和同步工件移动机构62及成像处理单元83。
具体而言，如图3所示，中央控制单元9内含有实际成像放大倍数运算模块91、放大倍数确定模块92和Z轴位移控制模块93。
实际成像放大倍数算法模块91设计用来通过从运算决定实际成像放大倍数值M’，它表示工件7上图案图像与根据图像处理单元83提供的图案图像信息的掩膜3的图案图像之间的比率。另一方面，放大倍数确定模块92判断实际成像放大倍数运算模块91确定的实际成像放大倍数值M’与期望成像放大倍数值M(成像透镜5放大倍数的设计值)之间的差异是否在允许值δ的范围之内。
当放大倍数确定模块92判断上述差异超出允许值的范围δ时，Z轴位移控制模块93就通过运算确定或计算出掩膜、成像透镜和工件之间的距离，在当前实际成像放大倍数值M’的基础上，使实际放大倍数M’与期望成像放大倍数M相等，据此控制成像放大倍数改变机构(51；61)，使掩膜3、成像透镜5和工件7之间的距离与运算确定的距离值相一致。具体而言，参照图2，Z轴位移控制模块93计算出掩膜3和成像透镜5之间的掩膜-透镜距离△a并控制成像透镜51，从而使掩膜3与成像透镜5之间的实际距离和计算的掩膜-透镜距离△a一致。此外，Z轴位移控制模块93计算出掩膜3与工件7之间的掩膜-工件距离△W并控制Z轴工件移动机构61，从而使掩膜3与工件7之间的实际距离和计算的掩膜-工件距离△W一致。
如图3所示，中央控制单元9配备的位移控制模块94一方面负责控制掩膜移动机构4和同步掩膜移动机构42，另一方面负责控制工件移动机构6和同步工件移动机构62。而且，如图1所示，位移控制模块94具有控制掩膜移动机构4和工件移动机构6的功能，因而在分别将掩膜3和工件7移动到与掩膜图案观测装置20和复制图案观测装置8相隔一预定距离时，可以分别在掩膜图案观测装置20和复制图案观测装置8上产生的图像的中心，使掩膜3和工件7上的对准标记定位。因此，当对准标记分别偏离掩膜图案观测装置20和复制图案观测装置8产生的图像的中心时，就表明掩膜3和工件7未准确定位。
更具体地讲，在多层印刷基片中准备开孔的光学处理过程中，掩膜3和工件7在调换后要求作精密的定位，原因是必须以高精度对层间孔的位置予以对准。
与此相关的是，在按照本发明的直接实施例的光学处理装置中，假定掩膜3和工件7上面的对准标记是由放大倍数数为5的放大透镜21和81及0.5英寸的二维CCD摄像机22和82检测的。因为二维CCD摄像机22和82的像素点间距约为2微米，所以采用放大倍数为5的放大透镜21和81时，像素点间距约为10微米。
经过图像处理单元83对二维CCD摄像机22和82输出信号所作的求均和投影处理，对准分辩率达到0.2微米数级，小于像素点间距。因此，借助于掩膜图案观测装置20和复制图案观测装置8，可以判断掩膜3与工件7是否非常精确地定位了。
而且，在按照本发明的直接实施例的光学处理装置中，还带有测量与光轴L方向一致的工件7高度的工件高度测量装置10。所配置的工件高度测量装置10为一个基于激光的长度或距离测量装置。根据工件高度测量装置10输出的测量信息，中央控制单元9配备的Z轴位移控制模块93控制着Z轴工件移动机构61。
为了通过检查成像透镜5的放大倍数是否变化而将其自动调节至目标值或期望成像放大倍数值，首先需要利用如图5所示的测试专用掩膜3-1进行操作。
如图5所示，测试专用掩膜3-1上有一通孔3-2和由一对十字刻线3-3和3-4构成的测试图案。通孔3-2是一直径20微米的圆孔。而每根十字刻线3-3和3-4的线长0.5毫米，线宽100微米，它们之间的十字刻线间距L1为10.000毫米。
测试专用掩膜3-1以图2所示的方式装在掩膜支架30上，而工件7固定在工件固定装配台74上。
接下来完成成像透镜5的调焦操作。首先，如图5所示，控制掩膜移动机构4，使通孔3-2定位于光轴L，用构成光源系统1主要部件的准分子激光振11发射的激光束B照射测试专用掩膜3-1。
接着，在中央控制单元9的Z轴位移控制模块93的控制下，Z轴工件移动机构61在成像透镜5焦点附近逐步进动(即步进方式)，在每一次Z轴工件移动机构61的步进位移下，在工件7上形成通孔3-2的图像。然后，经过光学处理在工件7上形成的通孔图像通过放大透镜81由二维CCD摄像机82摄取，从而使图像处理单元83计算出通孔图像的直径。此后，经过选择，确定出形成最小孔径时的工件7的高度。
具体而言，在如图6所示的工件7上形成的圆孔7-1—7-5中，选择孔径最小的圆孔7-3用来指示工件7在对应于成像透镜5焦点的光轴L方向上的位置，以此控制Z轴工件移动机构61使工件7进入上述装置。
接下来完成成像放大倍数调整操作，以下将借助于图4表示放大倍数调整操作的流程图的图4进行描述。
在图4所示的步骤S1中，将新工件7放置在工件固定安装台74上，如图7所示，位移控制模块94控制掩膜移动机构，使十字刻线3-3和3-4之间的中点对准光轴L。
在这种状态下，在图4的步骤S2中，驱动光源系统1的准分子激光器11，使激光束B照射测试专用掩膜3-1，以在工件7上同时形成十字刻线3-3和3-4的图像。
如图8所示，在工件7上形成的每根十字刻线图像7-6和7-7由复制图案观测装置8读出，中央控制单元9根据图像处理单元83提供的信息，经过运算确定十字刻线图像7-6和7-7之间的距离。
值得一提的是，在通过二维CCD摄像机82观察形成于工件7上的刻线图像7-6(7-7)时，如果在远离放大透镜81的光轴处观察刻线图像7-6，那么受放大透镜81的象差影响，在位置测量过程中会引入误差。因此，为了高精度地测量刻线标记图像7-6的位置，最好移动工件7，将刻线图像7-6放置在放大透镜81光轴的附近(换一种说法即为二维CCD摄像机82的中心附近，因为二维CCD摄像机82的中心与放大稳定镜81的光轴一致)，放大透镜81在该处的象差影响被减少到最低程度。
由于上述原因，需要采用下面将要阐述的位置调整步序。
首先，移动工件移动机构6，可以观察到刻线图像对7-6和7-7中的刻线图像7-6，从而将刻线图像7-6定位在放大透镜81的下方(图4步骤S3)。
在该状态下，经放大透镜81观察到刻线图像7-6，刻线图像7-6与二维CCD摄像机82的中心位置的偏离量由图像处理单元83经过运算确定(图4的步骤S4)。
偏离量信息由图像处理单元83传送到中央控制单元9，借此用位移控制模块94对工件移动机构6进行控制，使工件7向二维CCD摄像机82的中心位置移动一段相应于上述偏离量的距离(图4中的步骤S5)。在那种情形下，工件7的位移由前述的位置检测器探测。
在该状态下，刻线图像7-6的中心有可能略微偏离二维CCD摄像机82的中心。因此，通过二维CCD摄像机82再一次观察刻线图像7-6，以使图像处理单元83经过运算确定出刻线图像7-6的中心对二维CCD摄像机82的中心可能产生的位置偏离。(图4的步骤S6)。
若存在任何轻微偏离，该信息就从图像处理单元83送往中央控制单元9，其中的位移控制单元94对工件移动机构6进行控制，使刻线图像7-6向二维CCD摄像机82的中心位置位移一段相应于二次检测偏离量的距离(图4的步骤7)。
因此，刻线图像7-6进入其中心基本上对准二维CCD摄像机82中心的位置上。在这种情形下，刻线图像7-6的位移被确定下来。
刻线图像7-6如上所述的两次移动产生的总位移由前面提及的位置检测器检测。因此，刻线图像7-6的总位移可以由中央控制单元9根据位置检测器提供的信息确定，这表明刻线图像7-6的中心位置可以高精度地确定下来。
对于刻线图像7-7，为了精确地确定其中心位置，也执行相似的定位步序。
而且，中央控制单元9根据刻线图像7-6和7-7之间的总位移之差计算出它们之间的图像间距L2，该差被输入实.际成像放大倍数运算模块91(图4的步骤S8)。
实际成像放大倍数运算模块91通过计算，确定了代表图像间距L2和前面已知的刻线间距L1之间比率的实际成像放大倍数值M’(＝L2/L1)。随后，实际成像放大倍数值M’的信息输入至放大倍数判断模块92(图4的步骤S9)。
放大倍数判断模块92被设计用来判断实际成像放大倍数值M’与期望成像放大倍数值M之差是否落入允许值δ的范围之内(图4的步骤S10)。
当判断步骤S10的结果为肯定的“YES”时，即完成了放大倍数信号操作，进而启动光学处理操作(图4的步骤S11)。否则(即当判断步骤S10的应答是否定的“NO”时)，就会向Z轴位移控制模块93发出相应的信号，以进行放大倍数调整操作(图4的步骤S12)。
在Z轴位移控制模块93中，根据下列表达式(1)和(2)，在期望成像放大倍数值M、实际成像放大倍数值M’和成像透镜焦距f的基础上，可以计算出掩膜与成像透镜之间的掩膜-透镜距离计算值△a和掩膜与工件之间的掩膜-工件距离计算值△W△a＝fx((1/M’)－(1/M))……(1)△W＝fx((M’－M＋(1/M’)－(1/M))……(2)随后，通过控制成像透镜51，使掩膜3与成像透镜5之间的实际距离与掩膜-透镜距离计算值△a一致，同时控制Z轴工件移动机构61，使掩膜3与工件7之间的实际距离与掩膜-工件距离计算值△W一致。按照这种方式，就可以实现放大倍数的自动调整。
在放大倍数自动调整之后，换上新的工件7，再次执行上述步序，以确认自动调整的放大倍数与期望成像放大倍数值M是否一致(图4的步骤S13)。
下面将介绍一个与自动调整放大倍数有关的数字实例。
所用的是一块刻线间距L1为10.000毫米的测试专用掩膜3-1。图像间距L2为5.001毫米。图像间距L2的测量分辩率约为0.5微米。因此，实际成像放大倍数值M’为0.5001。所以，由表达式(1)和(2)可以确定，掩膜-透镜距离计算值△a为-60微米，掩膜-工件距离计算值△W为-45微米。根据掩膜-工件距离计算值△a和掩膜-工件距离计算值△W，对成像透镜5和工件7的位置进行调整。随后，再次测量放大倍数，结果表明，实际成像放大倍数M’已校正至期望成像放大倍数值M0.5000。
正如前面所指出的，受准分子激光器光束的影响，构成成像透镜5的材料或成分的性能或多或少要随时间而降低，同时折射率也要相应变化。毫无疑问，对于按照本发明的光学处理装置来说，由于Z轴位移控制模块93根据表达式(1)和(2)得出了掩膜-透镜距离计算值△a和掩膜-工件距离计算值△W，并且实际成像放大倍数值M’经校正后已与期望成像放大倍数值M一致，所以能够保证在没有任何未定误差的情况下高精度施行复制和处理操作。
在完成上述放大倍数调整步序之后，就开始进行内部光学处理操作(图4中的步骤S11)。
具体而言，用于光学处理的掩膜3现在将以前面描述的方式装在掩膜支架30上，而工件7(将用激光束进行光学处理或机械加工)紧固在工件固定安装台74上。为了高精度地进行光学复制和处理(机械加工)，必须对掩膜支架30上的掩膜3和工件固定安装台74上的工件7在X和Y方向上精确定位。
定位操作可以按照下面解释的方式进行。
中央控制单元9内的位移控制模块94控制掩膜移动机构4和工件移动机构6，使掩膜3和工件7分别向掩膜图案观测装置20和复制图案观测置8移动一设定的距离。
分别通过掩膜图案观测装置20和复制图案观测装置8检测掩膜3和工件7上的对准标记的位置。当这些对准标记的位置偏离掩膜图案观测装置20和复制图案观测装置8的成像平面上的参考位置时，就控制掩膜移动机构4和工件移动机构6，使对准标记和参考点对准。
而且，为了进行光学复制和处理(机械加工)，必须在已经通过前述的放大倍数调节步序确定的Z方向(即沿光轴L)上的某一距离处设定已在上述X和Y方向上定位的掩膜3和工件7之间的距离。
Z方向上的定位可以按照下述方式进行。
在这一点上，显而易见的是加工所用的工件所作的光学复制与处理，可以通过更换不同的掩膜3来进行。在那种情况下，各掩膜的厚度可以有所不同。
但是，在按照本发明的直接实施例的光学处理装置中，如图2所示，掩膜3以图案面3d朝下的方式装在掩膜支架30上。因此，即使是透光基片3a的厚度随掩膜的不同而不同，图案面3d总是由下夹持件31定位在一个预定的位置上。因此，尽管更换了掩膜，放置在支架30上的掩膜3与成像透镜5之间的距离可以保持为通过前述的自动调节步序而建立的掩膜-透镜距离计算值△a。
在完成了工件7的光学复制操作以后，必须换用新的工件。在那种情况下，工件7经过处理后，其厚度与刚更换上时的厚度通常会有所变化。
尤其是在工件7为多层印制基片的情况下，随着每次堆积新的一层，基片的厚度约增加50微米。另一方面，在调节好成像透镜5的放大倍数后，必须使工件7的顶面(即处理面)与成像透镜5之间的距离保持怛定。在这种情况下，由基于激光的距离或长度测量装置构成的工件高度测量装置10测量待处理工件7达到顶面的高度，测量的高度值存储在中央控制单元9中以作为有关高度的参照值随后使用。
在将经受处理的工件7更换为新的之后，就对到安装好的未处理工件7的距离进行测量，这里由Z轴位移控制模块93控制Z轴工件移动机构61的位置，使得新测得的高度与高度参照值相等。采用这种办法，尽管更新了工件7，掩膜3和工件7之间的距离仍可以保持为通过前述的放大倍数调节步序设定的掩膜-工件距离计算值△W。
通过使掩膜3与工件7同步位移并利用位于上述X、Y和Z方向上的掩膜3进行工件7的光学复制操作。
具体而言，具有大面积图案面3d的掩膜3首先被装在掩膜支架30上。随后借助于中央控制单元9内的位移控制模块94控制同步掩膜移动机构42和同步工件移动机构62，激光束分别沿相反方向以一个对应于前述的期望成像放大倍数值M的速度对掩膜3和工件7同步扫描，从而将掩膜3的大面积图案图像转移到工件7上。
从前面的描述显而易见的是，采用按照本发明的直接实施例的光学处理装置后，利用测试专用掩膜3-1，可以将复制或转移掩膜图案到工件的放大倍数调整至期望的成像放大倍数值M。此外，一旦调整好了成像放大倍数，掩膜3和工件7就可以自动定位而使上述期望成像放大倍数M保持恒定。
因此，按照本发明的直接实施例的光学处理装置，可以有利地应用于未烘烤的作为多层印制基片的中间绝缘层的聚酰亚胺或陶瓷—所谓的生片的光学处理。在生片的光学复制处理中，孔间尺寸必须高度精确。此外，生片需要频繁更换。在那种情况下，生片厚度随着每次更换都有所不同。因此，在每次更换生片后，必须对准层间图案。在这一点上，利用按照本发明的直接实施例的光学处理装置处理生片，可以实现自动对准，同时也提高了产量。
上述的光学处理装置允许进行下面将要简述的众多改动或改进。
已经描述过的一对十字刻线3-3和3-4与测试专用掩膜3-1结合使用。但是值得指出的是，可以使用三条或三条以上的十字刻线作为测试图案。在那种情况下，由于增加了测量的数据量，因而可以进一步改善测量精度。
此外，可以用尺寸为10毫米×10毫米的矩形测试图案代替十字刻线3-3和3-4。在那种情况下，利用复制图案观测装置8和图像处理单元83测量矩形图案的边长，与采用十字刻线3-3和3-4时一处理单元83测量矩形图案的边长，与采用十字刻线3-3和3-4时一样，同样可以计算出实际成像放大倍数值M’。即，测量出平行于Y轴延伸矩形测试图案的边在X轴上的位置，而后根据这两条边在X方向上位置之差计算出实际成像放大倍数值M’。当然，不言而喻的是，使用矩形以外的图案也可以达到基本相同的效果。
此外，测试专用掩膜3-1的通孔3-2可以用来确定光学复制处理中的放大倍数，而不是确定前述的焦点。在这种情况下，通过驱动同步掩膜移动机构42和同步工件移动机构62进行光学复制处理，使激光束同步扫描掩膜3和工件7。利用实例的方法，假定成像透镜5设置的期望成像放大倍数值M为5，通过中央控制单元9对同步工件移动机构62和同步掩膜移动机构42的控制，工件7在同步工件移动机构62的作用下沿X方向以1/2V的速度移动，而掩膜3在同步掩膜移动机构42的作用下沿相反的X方向以速度V移动。随后，测量出通过上述同步光学复制处理在工件7上形成的并沿扫描方向(即沿X方向)延伸的扩展槽的长度。
在那种情况下，当用d1表示如图13所示扩展槽的短直径而d2表示其长直径，而且用D表示成像透镜5的有效入口孔径时(见图22)，实际成像放大倍数运算模块91就可以按照下面的表达式(3)决定实际成像放大倍数值M’M’－M＝M×M×(d2－d1)/(D—M×(d2－d1))……(3)而且，在前述的光学处理装置的情形中，测试专用掩膜3-1用于调整成像放大倍数，而掩膜3用于光学复制处理。经是，通过采用在结构上能够同时夹持掩膜3和测试专用掩膜3-1的掩膜支架30，可以实现成像放大倍数调整的完全自动化。而且，采用同时带有通孔3-2与十字刻线3-3和3-4的掩膜3也基本上可以达到同样的效果。
在按照本发明的第一个实施例的光学处理装置中，掩膜3装在掩膜支架30上，其图案面3d相对于高反射率镜面2朝下放置。顺便因在掩膜3和高反射率镜面2之间来回反射过程中被吸收而引起的能量损失更是微不足道。但是这个问题也可以通过将掩膜3图案面3d朝上(即朝向高反射率镜面Z)放置而加以解决。在那种情况下，最好使用透光基片3a和厚度基本相同的掩膜3，从而使透光基片3a与成像透镜5之间的距离保持恒定。利用实例的方法，在成像放大倍数为0.5的情形下，采用厚度容差在±30微米内的掩膜3，可以将离散或偏离控制在±0.001的范围之内。实施例2按照本发明的第二个实施例的光学处理装置与第一个实施例的不同之处在于，采用了接触型长度测量装置(未画出)作为工件高度测量装置10。具体而言，采用接触型长度测量装置作为工件高度测量装置10来测量工件7沿平行于光轴L方向上的高度，这里中央控制单元9内的Z轴位移控制模块93设计用来控制Z轴(光轴)工件移动机构61。在这一点上，值得一提的是，当在按照本发明的第一个实施例的光学处理装置中采用激光型长度测量装置时，如果工件7是透明的，测量结果或多或少会产生误差。但是，采用了接触型长度没量装置后，即使工件7是透明的，也基本上可以避免这种误差，由此可以保证光学复制处理的高度精确。就其它方面而言，按照本发明的第二个实施例的光学处理装置与第一个实施例的相似。所以，重复之处不再描述。实施例3按照本发明的第三个实施例的光学处理装置与第二个实施例的不同之处在于，构成复制图案观察装置8的放大透镜81和二维CCD摄像机82还承担起工件高度测量装置10的功能。
具体而言，在按照本发明的直接实施例的光学装置中，采用短焦距的透镜作放大透镜81放大投射到工件7上的图像，该图像由二维CCD摄像机82摄取并送往图像处理单元83，在那里图像处理单元83确认摄取的图像是否位于焦点处。当判定摄取的图像偏出焦距时，中央控制单元9内的Z轴位移控制单元93就控制Z轴工件移动机构61，从而使工件7放置在焦点位置。但是，对于这一点，应该提及的是，即采用二维CCD摄像机以外的其它光电检测器件，也基本上能达到相同的效果。就其它方面而言，按照本发明的直接实施例的光学处理装置基本上与本发明的第一、二个实施例的相同，因此没有必要重复说明。实施例4按照本发明的第四个实施例的光学处理装置与第一到三个实施例的不同之处在于，采用工件夹具代替了工件高度测量装置10。参照图10，工件夹具70安装在固定底板74上。由图可见，工件夹具70包含放置工件7的工件安装台71、数根将工件安装台71沿着向工件高度测量装置10的方向压紧而使其处于悬于固定底板74之上状态的弹簧72以及紧固在固定底板74上的支架73。
在上述的工件夹具70的结构中，放置在工件安装台71上的工件7在弹簧72的弹力作用下压向工件高度测量装置10，从而又使待处理的工件7的表面与支架73的锁挡面73a靠紧。
因此，即使工件7的厚度不同，其待处理面也总是定位于由锁挡面73a决定的一个预定位置上，由此即使更换工件7后工件厚度有所变化，也可以避免工件7成像透镜5之间的距离发生改变。结果，掩膜3与工件7之间的距离保持为通过前述于本发明第—个实施例的自动调整步序设定的掩膜-工件距离计算值△W，而不管在完成光学处理操作后更换工件7而带来的厚度的可能差异。
附带说明的是，本发明的直接实施例也便于改动。利用实例的方式，可以用橡胶或类似的弹性件来代替压缩弹簧72。此外，同样也可以采取利用螺丝将工件安装台71推向成像透镜5的设施。
就其它方面而言，按照本发明的直接的实施例的光学处理装置基本上与第一到三个实施例的相同。因此，没有必要进一步描述第四个实施例。实施例5按照本发明的第五个实施例的光学处理装置与第一到第四个实施例的不同之处在于，提供了沿平行于光轴L方向移动或位移掩膜3的Z轴(光轴)掩膜移动机构(未画出)。
有关的Z轴掩膜移动机构可以安装在同步掩膜移动机构42上，其中掩膜支架30又紧固在Z轴掩膜移动机构上。
因此，在中央控制单元9内的Z轴位移控制模块93的控制下，利用上述的Z轴掩膜移动机构可以使掩膜3沿平行于光轴的方向移动。
因此，在按照本发明的直接的实施例的光学处理装置中，成像放大倍数改变机构可以采取Z轴掩膜移动机构和Z轴工件移动机构61的组合形式或者Z轴掩膜移动机构和Z轴(光轴)透镜移动机构51的组合形式。
具备上述结构后，在聚焦操作、放大倍数自动调整操作和工件高度测量操作以及工件更换方面，都可以保持期望成像放大倍数值M不变。
就其它方面而言，按照本发明的第五个实施例的光学处理装置基本上与第一到四个实施例的相似，因此不作进一步的描述。实施例6在按照本发明的第六个实施例的光学处理装置中，另外提供了一个同步透镜移动机构(未画出)，以使成像透镜5沿着与光轴L正交的方向移动。在这一方面，直接的实施例与上述的第一到五个实施例不同。
有关的同步透镜移动机构安装在Z轴透镜移动机构51和成像透镜5之间。通过中央控制单元9内的位移控制模块94对同步透镜移动机构的控制，成像透镜5可以沿着与光轴L正交的方向位移。
在其它方面，按照本发明的第六个实施例的光学处理装置基本上与第一到五个实施例的相似。因此，没有必要进一步描述这些内容。实施例7在按照本发明的第七个实施例的光学处理装置中，掩膜移动机构4安排成担负起同步掩膜移动机构42的功能，同时工件移动机构6担负起同步工件移动机构62的功能。
在上述安排下，整个光学处理装置的结构可以用较少的费用以一种简化的结构来实现。
在其它方面，按照本实施的光学处理装置与第一个到第六个实施例的基本相同。因此，没有必要作进一步的描述。实施例8图11是按照本发明的第八个实施例的光学处理装置的结构框图。在图中，与图1所示的光学处理装置相同或相似的部件标以相同的参考字符。而且，需要说明的是，为了阐明按照本实施例的装置的主要部分，在图11中省略了同步掩膜移动机构42、同步工件移动机构62和其它部件。
首先应该指出的是，以适合于大批量生产的方式实施按照本发明的这个实施例的光学处理装置，要求掩膜的功能在经过延长的周期后仍然保持完好。在这一方面，出于现在这种考虑的光学处理装置与先前在第一到第七个实施例中描述的是不同的。
现从图11可见，光学处理装置包含准分子激光器11、光束成形光学系统13、入射角调整镜14和高反射率镜2，其中由准分子激光器11发射并透过掩膜100的透光部分100a的激光束B在成像透镜5的光学变换下在工件7上形成衰减的掩膜100的图案。因此，在工件7待处理的表面上的掩膜图像部分受到周期为纳秒量级的脉中类件7待处理的表面上的掩膜图像部分受到周期为纳秒量级的脉冲类照射，这样在所谓的磨蚀现象的作用下，工件7在成像区域的材料从顶层到底层都被去除，由此在工件7上形成了掩膜100的图像。
通过在掩膜100上方相对放置一块高反射率镜2，使激光束B在高反射率镜2与掩膜100之间来回反射(即激光束B的多重反射)。因此，同样从经济观点来看，也提高了昂贵的准分子激光器的利用率。
现在考虑的光学处理装置中的准分子激光器11由KrF激光器(氟化氪激光器)构成，这是因为对于在本实施例中具体实现的本发明，光学处理装置是打算用来在由诸如聚酰亚胺(PI)、对酞酸盐聚乙烯(PET)、聚乙烯(PE)、聚氨脂(PUF)、聚氯乙烯(PVC)及其类似原料之类的高分子材料(聚合物)构成的工件上或由铝系及锆系材料构成的工件上进行磨蚀处理的。
具体而言，为了完成磨蚀处理以形成孔、槽、标记和/类似结构，必须用激光束断开工件原料的分子结构或链。依实例的方式，(由图12可见)聚酰亚受(PI)膜的分子结构含有C-C键和C-H键。因此，为了完成磨蚀处理，就需要使用具有能够拆开上述连接键的能级的激光束。关于这一点，C-H键能为3.5电子伏特而C-H键能为4.3电子伏特。因此，为了在聚酰亚胺膜的工件上实现光学处理，需要使用能够提供高于上述键能的能级的KrF激光束(5电子伏特)或ArF(氟化氩)激光束。
但是，ArF激光束在空气或光学元件中传播时会被强烈吸收，当然这依赖于光学元件所使用的材料。因此，ArF激光束局限于在真空中使用，也就是说，ArF激光束光学处理的缺点是局限性较大。另一方面，KrF激光束基本上不受上述问题的制约。实际上，KrF激光束在空气中的吸收很小。基于这些理由，在按照本发明的这个实施例的光学处理装置中，采用波长为248纳米的KrF激光束成功地完另一方面，由于上述如此高的能量的KrF激光束的照射，掩膜100必须具备能够经受106到107次激光照射的结构。下面将详细描述满足该目的的掩膜结构。
图13是一张显示掩膜100结构的剖面图，图14是一张用于构成掩膜的介电材料的折射系数的表。
如图13所示，掩膜100包含透光基片101和一般用数字102标示的介电薄膜。
透光基片101由人造石英玻璃、荧石(如氟化钙)或类似材料构成，从而使透过介电薄膜102的KrF激光束B几乎无透过损耗，并使透光基片101在KrF激光束长期照射下不出现性能老化或变化。
另一方面，介电薄膜102由高折射率的介电层103与低折射率的介电层104相互交叠而成。沿着高折射率的介电层103和低折射率的介电层104伸展下去，形成有预制图案的光透射部分100a。
附带地，为了实现激光束在如图11所示的高反射率镜2和掩膜100之间的多次反射，高反射率镜2和掩膜100的介电薄膜102的反射率不得低于99％。
由于上述原因，高折射率的介电层103由氧化铪(HfO2)、、氧化钪(Sc2O2)和氧化铝中的一种构成，而低折射率的介电层104由氧化硅(SiO2)或氟化镁(MgF2)构成。通过以20-30层交叠的高折射率的介电层103与低折射率的介电层104而形成介电薄膜102，可以使掩膜100的反射率达到99％或者更高，而且可以承受激光功率为1焦耳/平方厘米或更强的KrF激光束13。
另一方面，为了获得能够承受强激光功率的介电薄膜102，需要使形成的高折射率的介电层103和低折射率的介电层104尽可能地均匀，并使其层数尽可能地少，以避免在介电薄膜102内产生内应力，同时是大程度地抑制KrF激光束的能量吸收。为了形成满足上述条件的介电薄膜102，应该选择使介电层103和104的折射率相差较大的原材料作高折射率介电层103和低折射率介电层104。
介电层103和104分别具有图14的表列出的折射率n。
因此，通过从图14所示的表中选择折射率差异大的材料作高折射率介电层103和低折射率介电层104，以形成介电薄膜102，可以得到高反射率和强激光功率承受能力的掩膜100。
在本实施例中，选择折射率n最大的氧化铪(HfO2)构成高折射率介电层103，同时选择易由商业途径获得的高纯的氧化硅(SiO2)构成低折射率介电层104，由此可以使掩膜100具有99％或更高的反射率和不低于1焦耳/平方厘米的激光功率承受能力。
再次参照图13，在介电薄膜102顶端面的左侧形成一测试表面区域105，并在该区域形成一参考光束透射部分(通孔)100b，从而可以探测到透过透光部分100b用于测试目的的参考激光束B1。
顺便说明的是，掩膜100的结构并不局限于图13所示的结构，而是可以在各个方面加以改进。利用实例的方式，可以在透光基片101和介电薄膜102之间插入防反射膜106和金属膜107，以改善掩膜100的光学特性。
接下来将转而描述照射掩膜100的KrF激光束B的辐射能量密度。
图16是表示掩膜100的介电薄膜102的表面状态或条件发生变化和差异的特性图。在图中，介电薄膜102上的辐射能量密度沿纵坐标排列，而KrF激光束B的照射次数沿横坐标排列。
从图16可见，当用辐射能量密度为0.8焦耳/平方厘米的KrF激光束B对介电薄膜102照射1×108次后，在介电薄膜102的表面形成直径不大于1微米的颗料。但是，观察不到介电薄膜102的反射率有变化。而且，在用辐射能量密度为1.15焦耳/平方厘米的KrF激光束B照射2×106次后，不会引起介电薄膜102表面状况变化。在用能量密度为1.3焦耳/平方厘米的KrF激光束B照射1×106在用能量密度为1.3焦耳/平方厘米的KrF激光束B照射1×106次后，情况同样如此。
从上述分析可以理解，介电薄膜102承受激光功率的能力与辐射能量密度有关。关于这一点，将要进一步说明的是，在辐射能量密度为1.5-1.6焦耳/平方厘米这样一个接近于并高于损伤阈值的范围内(图16所示的范围A)，介电薄膜102承受激光功率的能力急剧下降，结果在介电薄膜102的表面出现白色混浊。
因此，可以得出结论，采用辐射能量密度约为激光功率承受能力的(见图16中区域B)的1/2的KrF激光束B，可以使照射次数提高1-2倍。因此，把介电薄膜102的辐射能量密度最大值设定成不大于500毫焦/平方厘米，就可以使掩膜100的使用寿命延长到超过1×109次照射。
但是，如果辐射能量密度调整为如上所述的较小值，虽然掩膜使用寿命增加了，但是除非采用大尺寸掩膜100，否则将降低生产率。因此，在同时考虑到生产率和下面将要描述的成像放大倍数调整条件时，对于本发明的这个实施例，应把KrF激光束B的辐射能量密度设置在300-500毫焦/平方厘米的范围内(见图16中的区域C)。
接下来，在作出采用KrF激光束B对工件7进行磨蚀处理的假定下，将讨论优化工作能量密度与成像放大倍数之间的关系。
图17用曲线表示在由聚酰亚胺膜(PI)形成的待处理工件7上，KrF激光束B的辐射能量密度与磨蚀速率之间的关系。由图可见，用于光学处理前述材料构成的工件7的优化辐射能量密度为0.4-1.2焦耳/平方厘米。辐射能量密度低于此范围时，磨蚀速率下降，并导致生产率下降。反过来，辐射能量密度超出上述范围时，受KrF激光束B的热效应的影响，形成的图案尺寸和几何形状将会损坏。
通常情形下，激光束的辐射能量密度Rm、工作能量密度(即作用在工件7表面的激光能量密度)Rw和成像透镜5放大倍数之间的关
Rw/Rm＝1/M2……(4)从上面的表达式(4)可以理解，为了用辐射能量密度Rm为300-500毫焦/平方厘米的KrF激光束B照射掩膜100，以便用0.4-1.2焦耳/平方厘米这样一个KrF激光束B优化的工作能量密度范围处理工件7表面，要求成像透镜5的成像放大倍数M在1/0.9到1/2.0的范围内。换句话说，所需的成像透镜5的成像放大倍数为1/0.9到1/2.0。下面将把此放大倍数称作需求成像放大倍数。
但是，为了在一个延长的周期内实现稳定的磨蚀处理而不损伤掩膜100，必须用辐射能量密度Rm更小的KrF激光束B照射掩膜100。因此，为了达到辐射能量密度Rm最小值300毫焦/平方厘米而优化工作能量密度0.4-1.2焦耳/平方厘米，最好把成像放大倍数M选定在1/1.3-1/2.0的范围内。后面将把上述成像放大倍数称作推荐成像放大倍数。
因此，当工件7由聚酰亚胺膜(PI)构成时，优化的工作能量密度在0.4-1.2焦耳/平方厘米的范围内，其需求成像放大倍数的范围为1/0.9到1/2.0，而推荐的成像放大倍数范围为1/1.3到1/2.0。
通过同样的步序，对于由钛酸盐聚乙烯(PET)、聚乙烯(PE)、聚氨酯(PUR)、聚氯乙烯(PVC)、铝系材料和锆系材料生片构成的工作7，分别确定了优化工作能量密度、需求成像放大倍数和推荐成像放大倍数之间的关系。结果汇总在图18所示的表中。由图可见，采用表列的推荐成像放大倍数，掩膜100即使受到低至300毫焦/平方厘米的辐射能量密度的KrF激光束B的照射，也可以获得适合于在上述各种材料的工件上完成磨蚀处理的优化工件能量密度。因此，掩膜100的使用寿命可以显著延长。
为了在实际应用中实现上述的需求成像放大倍数和推荐成像放大倍数，需要能够改变由掩膜100、成像透镜5和工件7构成的光学系统的成像放大倍数。因此，按照本发明的这个实施例的光学处理装置，配备了复制图案观测装置8、图像处理单元83、Z轴透镜移动机构51、Z轴工件移动机构61和中央控制单元9，其中的Z轴透镜移动机构51和Z轴工件移动机构61如前面第一个实施例所述，适于由中央控制单元9根据从图像处理单元83获得的图像或视频信息对其进行控制。
具体而言，通过光学复制操作在工件7上形成的图案通过复制图案观测装置8观察。从图像处理单元83获得的信息输入到中央控制单元9的实际成像放大倍数运算模块91。因此，实际成像放大倍数运算模块91就计算出实际成像放大倍数M’。计算结果输入到中央控制单元92，据此判定实际成像放大倍数M’和作为期望成像放大倍数值的需求成像放大倍数M(或推荐成像放大倍数M)之差是否位于允许值δ范围内。除非差值落入允许值范围δ内，否则指示信号送至Z轴位移控制模块93，而它根据在前面第一个实施例中所述的表达式(1)和(2)，根据需求成像放大倍数M(或推荐成像放大倍数M)、实际成像放大倍数M’及焦距f确定掩膜-透镜距离计算值△a和掩膜-工件距离计算值△W作出响应。此后，中央控制单元9控制Z轴透镜移动机构51，使掩膜100和成像透镜5之间的实际距离等于掩膜-透镜距离计算值△a，同时中央控制单元9控制Z轴工件移动机构61，使掩膜100与工件7之间的实际距离等于掩膜-工件距离计算值△W。采用这种方法完成了成像放大倍数的自动调整。
如上所述，在按照本发明的这个实施例的光学处理装置中，用辐射能量密度为300-500毫焦/平方厘米的KrF激光束B对掩膜100照射，其中掩膜-透镜距离计算值△a和掩膜-工件距离计算值△W自动调整，从而在该给定材料构成的工件7实现最优化工件能量密度方面，定出所需的需求成像放大倍数(或推荐成像放大倍数)M。然而，为实现高精度的磨蚀处理，照射能量密度实际上必须保持在300～500毫焦/平方厘米2，而且照射由给定材料构制的工件7的能量密度实际上就是优化工件能量密度。
顺便指出的是，由于结构或操作上的原因而使Z轴透镜移动机构51和Z轴工件移动机构61的可移动距离受到限制时，可以通过更换成像透镜5来调整需求成像放大倍数(或推荐成像放大倍数)。
从理论上讲，下述的表达式(5)和(6)是适用的△a＋△b＝△W＝f(M＋1)2/M……(5)f＝△W×M/(M＋1)2……(6)这里△a表示掩膜100与透镜5之间的距离，△b表示透镜5与工件7之间的距离(即△b＝△W－△a)，f表示成像透镜5的焦距，而M表示需求成像放大倍数(或推荐成像放大倍数)。
具体而言，在已经确定了需求成像放大倍数(或推荐成像放大倍数)M和掩膜-工件距离计算值△W之后，根据表达式(6)确定用以导出需求成像放大倍数(或推荐成像放大倍数)M的焦距f。通过选择具有所确定的焦距f的成像透镜5，就能设定光学处理装置的需求成像放大倍数(或推荐成像放大倍数)M。但是在那种情形下，经常会发生的情况是实际成像放大倍数M’与需求成像放大倍数(或推荐成像放大倍数)M不一致。因此，在安装完上述所需的焦距f的成像透镜5之后，最好要进行前面第一个实施例中描述的自动微调。
按照本发明的这个实施例的光学处理装置，还带有作为第一和第二激光强度传感装置的激光强度传感器120和121。第一激光强度传感器120用来检测穿过掩膜100的参考光束透射部分100b的探针光束B1的光强，其上产生的检测信号输出至中央控制单元9。为此，第一激光光强传感器120安装在掩膜移动机构4的掩膜支架30上。另一方面，第二激光强度传感器121的输出信号同样被送往中央控制单元9。第二激光强度传感器121安装在工件移动机构6上面的工件支架70上。
中央控制单元9响应于来自第一激光光强传感器120的检测信中央控制单元9响应于来自第一激光光强传感器120的检测信号，根据输入信号确认出现在的辐射能量密度，然后判断现在的辐射能量密度是否位于300-500毫焦/平方厘米的范围内。利用这种安排，就能够通过在沿水平方向移动第一激光强度传感器120的同时相应控制掩膜移动机构4以对掩膜100整个表面的KrF激光束B光强进行检测来发现光强分布的异常。当发现在局部KrF激光束B的强度超过300-500毫焦/平方厘米的能量范围时，调整准分子激光器11的输出功率来消除光强分布的异常。在这种情况下，可以防止掩膜100的性能提前退化。
同样，根据来自第二激光强度传感器121的信号指示的强度确定出当前的工作能量密度，以此判断所确定的能量密度是否位于优化工作能量密度范围内。通过控制工件移动机构6，沿水平方向移动第二激光强度传感器121，能够检测出在工件7整个待处理的表面上KrF激光束B的光强分布可能存在的异常。当在局部KrF激光束B超出优化工作能量密度范围时，调整准分子激光器11的输出功率以消除异常。因此确实可以防止工件7产生缺陷。
现在将对按照本发明的这个实施例的光学处理装置的操作进行描述。
图19是表示激光强度调节步序的流程图。为方便描述起见，假定期望成像放大倍数即表示需求成像放大倍数。
由图19可见，在步骤S1中，选择用于磨蚀处理的工件。当选用聚酰亚胺膜构成的工件进行处理时，在步骤S2中参照图18中的表，优化工作能量密度确定为一个在0.4-1.2焦耳/平方厘米范围内的值。并且，掩膜100上的KrF激光束B的辐射能量密度设定在300-500毫焦/平方厘米的范围内，同时参照图18所示的数据表，把实现0.4-1.2焦耳/平方厘米的工件7优化工作能量密度的需求成像放大倍数M设定在1/0.9-1/2.0的范围内(见图19中的步骤S3)。
在确定了需求成像放大倍数M之后，根据表达式(6)计算出需求成像放大倍数达到1/0.9-1/2.0的焦距f。接着，选择焦距为f的成像透镜5并把它装在Z轴透镜移动机构51上。随后，把掩膜100固定在掩膜支架30上，使介电薄膜103背朝高反射率镜2，而工件7固定在工件支架70上(见图19中的步骤S4)。
在这种情况下，掩膜100受到KrF激光束B的照射。KrF激光束B在高反射率镜2与掩膜100的介电薄膜102之间多次反射，最后导致辐射能量密度为300-500毫焦/平方厘米的KrF激光束B穿过透光部分100a。在成像透镜5的光学作用下，具有理论值为0.4-1.2焦耳/平方厘米的优化工作能量密度的激光束照射到工件7上。但是，在实际应用中，实际成像放大倍数M’常常与需求成像放大倍数M不同。因此，要借助于Z轴透镜移动机构51和Z轴工件移动机构61对成像放大倍数进行微调，以确立最终的图像尺寸(见图19中的步骤S5)。
具体而言，掩膜100的图案由KrF激光束B复制到工件7上。复制图案通过工件图案观测装置8观察。随后由图像处理单元83发出的有关信息输入中央控制单元9的实际成像放大倍数运算模块91，以确定实际成像放大倍数M’。在成像放大倍数判断模块92中，判断实际成像放大倍数M’与需求成像放大倍数M之差是否在允许值范围δ内，否则Z轴位移控制模块93由前述第一个实施例中的表达式(1)和(2)根据M、实际成像放大倍数M’和成像透镜5的焦距f确定掩膜-透镜距离计算值△a和掩膜-工件距离计算值△W。接下来，控制Z轴透镜移动机构51，使掩膜100与成像透镜5之间的实际距离等同于掩膜-透镜距离计算值△a，同时控制Z轴工件移动机构61，使掩膜100与工件7之间的实际距离等同于掩膜-工件距离计算值△W。这样就自动调整了成像放大倍数。
在以上述方式微调了成像放大倍数之后，中央控制单元9根据量密度，并判断辐射能量密度是否落入300-500毫焦/平方厘米的范围内(见图19中的步骤S6)。
当判断出辐射能量密度在300-500毫焦/平方厘米范围之外时，经过对准分子激光器11的激光功率(不止一次地)进行调整后，再次执行前述的判断步骤(见图19中当回答为否定的“NO”时接在步骤S6后面的步骤S7)。
另一方面，当判断辐射能量密度落在300-500毫焦/平方厘米的范围内时，调整后的工件7上的工作能量密度根据来自第二激光强度传感器121的信号指示的激光强度予以确定，以判断工作能量密度是否落入优化工作能量密度范围(见图19中的步骤S8)。
当判断出有关的工作能量密度在优化工作能量密度范围之外时，就要选择成像透镜5和更换其它部件(见当S8的回答是“NO”时跟随其后的步骤S4)。相反，当判断有关的工作能量密度位于优化工作能量密度范围之内时就完成了激光辐射强度调整步序(即图19中由肯定回答“YES”而来的步骤S8)，由此开始了磨蚀处理操作(见响应步骤S10的肯定输出而执行的图4中的步骤S11)。
当工件7采用聚酰亚胺膜以外的材料时，当然能够参照图18所示的数据表确定优化工作能量密度和需求成像放大倍数M，以此通过前述的调节步序实现需求成像放大倍数M。
因此，就按照本发明的这个实施例的光学处理装置而言，通过把掩膜100上的辐射能量密度设定在300-500毫焦/平方厘米的范围，同时改变光学系统的成像放大倍数以保证满足工件7的磨蚀处理要求的优化工作能量密度，可以确保延长掩膜100的使用寿命并高质量地处理工件。
而且，通过把高折射率的介电层103与低折射率的介电层104以20-30层交叠在一起构成介电薄膜102，可以以更高的效率实现经高反射率镜2的多次反射。
此外，由于中央控制单元9被赋予对准分子激光器11的辐射能量密度的控制能力，同时结合第一激光强度传感器120和第二激光强度传感器121的措施，因此保证了高度的处理可靠性并能够提高工作能量利率。
就其它方面而言，按照本实施例的光学处理装置基本上与第一到第七个实施例的相同。因此，没有必要对本实施例作进一步的描述。
从详细描述中可以明显看出本发明的许多特征和优点，因此所附的权利要求用来涵盖系统所有属于本发明的实质精神和范围的这些特征和优点。而且，由于本领域的技术人员很容易提出众多的改进和组合，所以用来举例和描述的精确构造和操作并无限定本发明之目的。
利用实例的方式，在上述第一到第七个实施例的情形中，采用的是准分子激光器11。这是因为在进行量级为50微米以下的处理时准分子激光器的效果较好。但是需要注意的是，对于不需要细微处理的应用，同样可以采用诸如YAG-激光器、CO2激光器或类似的具有长发射波长的激光器。在第一到第七个实施例的情形中，诸如Z轴(光轴)透镜移动机构51、Z轴工件移动机构61及其类似的成像放大倍的改变机构用来实现成像放大倍数的微调。对于形成直径小于20微米的微孔或定位误差控制在±5微米之内来说，这种配置的效果很好。换句话说，在对尺寸没有严格要求的应用中，可以省去上述成像放大倍数改变机构。而且，在按照第一到第七个实施例的光学处理装置中，复制图案观测装置8是以放大透镜81和二维CCD摄像机82组合形式实现的。但是很显然，也可以采用其它结构来实现复制图案观测装置8。在按照本发明的第八个实施例的光学处理装置中，随着构成工件7的材料的不同来调整成像放大倍数。但是，本发明对此并无作出严格规定。该实施例是在并未说明同样可以按照图18所示的推荐的成像放大倍数进行调整的情况下实施的。在那种情形下，对于投射到掩膜100上的KrF激光束B来说，300毫焦/平方厘米的辐射能量密度就足够了。因此，掩膜100的使用寿命可以进一步延长。而且，在按照第八个实施例的光学处理装置中，通过将Z轴(光轴)掩膜移动机构和Z轴工件移动机构61组合起来或者将Z轴掩膜移动机构和Z轴透镜移动机构51组合起来，能够提供用于沿平行于光轴L的方向移动掩膜100的Z轴(光轴)掩膜移动机构，以构成成像放大倍数改变机构。在这种配备下，可以改变掩膜100与工件7之间的距离△W，也即在不损失光学系统调焦能力的情况下仅仅通过这种配备调节成像放大倍数。对于按照本发明的第八个实施例的光学处理装置来说，应该进一步指出的是，当根据照射到掩膜100上的KrF激光束B的辐射能量密度和成像放大倍数将优化工作能量密度以一般经验确定为0.4-1.2焦耳/平方厘米时，可以省略图19中所示的步骤S6到S8。在那种情况下，可以在省去第一激光强度传感器120和第二激光强度传感器121的同时，也可省去中央控制单元9相应的功能。
此外，所有适宜的改进和等同都可以归入本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种光学处理装置，其特征在于，它包含一光源系统，用来产生辐照具有预定图形掩膜的光束；一成像透镜，用来将所述掩膜的图形图像复制到一工件上；一掩膜移动机构，用来沿垂直于所述成像透镜之光轴方向移动所述掩膜；一工件移动机构，用来沿垂直于所述成像透镜之所述光轴方向移动所述工件；一成像放大倍数改变机构，用来改变所述掩膜、所述成像透镜和所述工件之间的掩膜/透镜/工件之间距；以及一中央控制单元；其中，所述中央控制单元包括一实际成像放大倍数运算装置，用来按照所述复制图形图像与所述预定图像之间的图形比例，运算判定一实际成像放大倍数值；放大倍数判定装置，用来确定所述实际成像放大倍数值和期望成像放大倍值之差是否小于一允许值；光轴位移控制装置，用来响应于所述差值超过所述允许值的所述放大倍数判定装置之指示，根据所述实际成像放大倍数值和所述期望成像放大倍数值，运算判定所述实际成像放大倍数值与所述期望成像放大倍数值相等的所述掩膜/透镜/工件之间距，以此控制所述成像放大倍数改变机构，从而使所述掩膜/透镜/工件之间距与所述运算判定之间距吻合；以及位移控制装置，用来控制所述掩膜移动机构和所述工件移动机构。
2.如权利要求1所述的光学处理装置，其特征在于，它还包含工件图形观测装置，用来观测复制到所述工件上去的所述图形图像；以及成像处理装置，用来处理通过所述工件图形观测装置摄取的图形图像；其中，所述中央处理单元的所述实际成像放大倍数运算装置根据所述成像处理装置提供的有关所述图形像的信息，运算判定所述实际成像放大倍数值。
3.如权利要求2所述的光学处理装置，其特征在于，所述工件图形观测装置包括一用来放大所述图形图像的放大透镜；以及一用来摄取所述放大图形图像的二维CCD摄像机。
4.如权利要求1至3任何一个权利要求中所述的光学处理装置，其特征在于，所述成像放大倍数改变机构包括用来沿所述光轴方向移动所述掩膜的光轴掩膜移动机构、用来沿所述光轴方向移动所述成像透镜的光轴成像透镜移动机构以及用来沿所述光轴移动所述工件的光轴工件移动机构中的至少两个机构；以及所述中央控制单元中的所述光轴位移控制装置控制所述光轴掩膜移动机构、所述光轴成像透镜移动机构和所述光轴工件移动机构中的两个给定机构，从而使所述掩膜/透镜/工件间距与所述运算判定间距吻合。
5.如权利要求1至3中任何一个权利要求所述的光学处理装置，其特征在于，所述具有一测试图形的掩膜包括至少两个标记，所述中央控制单元的所述实际成像放大倍数运算装置在所述复制到所述工件上的标记之所述图像之间距离与所述标记之间的实际距离之间，运算判定一个比例，作为所述实际成像放大倍数值。。
6.如权利要求1至3任何一个权利要求中所述的光学处理装置，其特征在于，所述具有一测试图形的掩膜包括一预定形状的单孔，所述中央控制单元的所述实际成像放大倍数运算装置在复制到所述工件上去的所述孔之图像的大小与所述掩膜的所述孔之实际大小之间运算判定一比例，作为实际成像放大倍数值。
7.如权利要求1至3中任何一个权利要求所述的光学处理装置，它还包含下述机构中的至少两个机构同步掩膜移动机构，用来沿垂直于所述成像透镜之光轴方向移动所述掩膜；同步成像透镜移动机构，用来沿垂直于光轴方向移动成像透镜；以及同步工件移动机构，用来沿垂直于所述成像透镜之光轴方向移动所述工件；其中，在用所述光束辐照所述掩膜时，所述位移控制装置控制所述同步掩膜移动机构、所述同步成像透镜移动机构和所述同步工件移动机构中的两个机构，从而使所述掩膜和所述成像透镜之组合、或者所述成像透镜和所述工件之组合或者所述掩膜与所述工件之组合以对应于所述期望成像放大倍数值的速率比例，分别沿相反的方向同步移动。
8.如权利要求6和7中任一权利要求所述的光学处理装置，其特征在于，所述同步运动仅沿一个方向进行，所述中央控制单元的所述实际成像放大倍数运算装置将所述同步运动期间复制到所述工件上去的图形孔成像之大小与所述掩膜之所述图形孔的实际大小之间的比例运算判定为所述实际成像放大倍数值。
9.如权利要求7和8任一权利要求所述的光学处理装置，其特征在于，所述同步掩膜移动机构还用作所述掩膜移动机构，所述同步工件移动机构还用作所述工件移动机构。
10.如权利要求1至9中任一权利要求所述的光学处理装置，其特征在于，当所述工件由所述工件移动机构平移而处于固定状态时，所述工件经定位，使其对准标记与所述复制图形观测装置的成像平面中心吻合。
11.如权利要求1至10中任一权利要求所述的光学处理装置，其特征在于，它还包含掩膜支架装置，用来使所述掩膜支托在这样一个状态，即所述掩膜图形表面被置于一预定位置；以及工件移动机构，用来使所述工件支托在这样一个状态，即待处理的所述工件表面被置于一预定位置。
12.一光学处理装置，其特征在于，它包含一光源；一掩膜，所述掩膜有一使从所述光源辐射的光束能够通过的透光部分和一个反射所述光束的光反射部分；位于与所述透光部分相对位置上的反射装置，用来将所述光反射部分反射的光线导向所述掩膜；一待光学处理的工件；一成像透镜，用来将通过所述掩膜传送的光线所形成的图形复制到所述工件上；用来沿与所述成像透镜光轴正交的方向移动互为平行的所述掩膜、所述成像透镜和所述工件中的两个的装置，从而对所述工件进行光学处理；掩膜支架装置，用来使所述掩膜支托在这样一个状态，即所述掩膜的图形表面位于一预定位置；以及工件支架装置，用来将所述工件支托在这样一个状态，即待处理的所述工件表面位于一预定位置。
13.如权利要求12所述的光学处理装置，其特征在于，所述掩膜具有一预定厚度，并且安装在所述掩膜支架上的位置使得所述掩膜的图形表面面向所述成像透镜。
14.如权利要求12和13中任一权利要求所述的光学处理装置，其特征在于，所述掩膜支架装置上具有由至少两个标记或一个预定形状的单孔形成的测试图形。
15.如权利要求12至14中任何一个权利要求所述的光学处理装置，其特征在于，所述工件支架装置包括一推进装置，用来把所述工件推向所述成像透镜；以及一固定构件，用来使所述工件固定在待处理的表面，并面向所述成像透镜。
16.如权利要求1至15中任一权利要求所述的光学处理装置，其特征在于，它还包含一工件高度测量装置，用来沿所述光轴方向测量所述工件的位置。
17.如权利要求16所述的光学处理装置，其特征在于，所述工件高度测量装置由一激光型长度测量装置或一接触型长度测量装置构成。
18.如权利要求16所述的光学处理装置，其特征在于，所述工件高度测量装置适宜于用来检测投射到所述工件上的所述掩膜图形图像的聚焦状态，所述中央控制单元的所述光轴位移控制装置控制所述光轴工件移动机构，从而所述工件处于所述图形图像被聚焦的位置。
19.如权利要求1至18中任一权利要求所述的光学处理装置，其特征在于，所述光源系统由一个准分子激光系统构成。
20.如权利要求1至19中任一权利要求所述的光学处理装置，其特征在于，所述工件是由一含有聚酰亚胺或在所述光束辐照下烘烤的陶瓷的多层印刷基片之生片组成的。
21.如权利要求1至20中任一权利要求所述的光学处理装置，其特征在于，它还包含一位置与所述工件移动机构相关联的位置探测器，用来探测所述工件的位移。
22.一种在光学处理装置中判定成像放大倍数的方法，所述光学处理装置包含一光源系统，用来产生光束并辐射具有预定图形的掩膜；一成像透镜，用来将所述掩膜的图形图像复制到一工件上；一掩膜移动机构，用来沿与所述成像透镜光轴垂直的方向移动所述掩膜；一工件移动机构，用来沿与所述成像透镜光轴垂直的方向移动所述工件；一成像放大倍数改变机构，用来改变所述掩膜、所述成像透镜和所述工件之间的掩膜/透镜/工件之间距；以及一中央控制单元，其中，所述中央控制单元包括实际成像放大倍数运算装置，用来按照复制图形图像和所述预定图形之间的图形比例，运算判定一实际成像放大倍数值；放大倍数判定装置，用来判定所述实际成像放大倍值和一期望成像放大倍数值之间的差是否小于一允许值；光轴位移控制装置，用来响应于所述差值超过所述允许值的所述放大倍数判定装置之指示，根据所述实际成像放大倍值和所述期望成像放大倍数值，运算判定实际成像放大倍数值变得与所述期望成像放大倍数值相等的掩膜/透镜/工件之间距，以此控制所述成像放大倍数改变机构，从而使所述掩膜/透镜/工件之间距与所述运算判定间距吻合；以及位移控制装置，用来控制所述掩膜移动机构和所述工件移动机构，所述具有一测试图形的掩膜包括至少两个标记，其中，所述中央控制单元的所述实际成像放大倍数运算装置将复制到所述工件上去的所述标记图像之间的距离和所述标记之间的实际距离之比运算判定为所述实际成像放大倍数值，其特征在于，所述方法包含借助于所述工件移动机构移动所述工件的第一移动步骤，从而将所述测试图像的标记图像置于所述复制图形观测装置的观测位置；通过所述复制图形观测装置来观测所述标记图像的第一运算步骤，从而借助于所述图像处理装置，运算判定所述标记图像偏离所述复制图形观测装置的图像平面中心的状况；借助于所述工件移动机构移动所述工件的第二移动步骤，从而将标记图像移向图像平面的所述中心，移动的距离与所述偏差对应；通过所述复制图形观测装置观测向所述图像平面中心移动的所述标记图像之第二运算步骤，从而由所述图像处理装置运算判定所述标记图像偏离所述中心的状况；通过所述工件移动机构移动所述工件的第三移动步骤，从而将所述标记图像向所述图像平面中心平移，平移的距离与第二运算步骤中判定的偏离相对应；以及用来运算判定位置检测装置分别检测的所述标记图像之总位移的距离运算步骤，从而根据所述总位移之间的差，判定所述至少两个标记图像之间的距离。
23.如权利要求1所述的光学处理装置，其特征在于，所述掩膜由一透光基片、一通过交替淀积两种不同折射率的不同介电材料，在所述透光基片上形成的介电薄膜、以及在所述介电薄膜上延伸形成的一图形而构成；所述光源系统由一激光装置构成，所述激光装置能够用能量密度落在300至500mJ/cm2内的激光束辐射所述掩膜的所述介电薄膜；其中所述成像放大倍数值按照能量密度最佳值来设置，用来实施所述WP上的磨蚀处理。
24.如权利要求23所述的光学处理装置，其特征在于，所述期望成像放大倍数值是由用落在300至500mJ/cm2范围内优化能量密度进行复制所需的需求成像放大倍数值或者用300mJ/cm2的最小能量密度进行复制的可建议成像放大倍数给出的。
25.如权利要求23和24中任一权利要求所述的光学处理装置，其特征在于，所述高反射率镜面置于与所述掩膜的介电薄膜相对的位置上，从而在所述高反射率镜面和所述介电薄膜之间发生所述光束的多次反射。
26.如权利要求23至25中任一权利要求所述的光学处理装置，其特征在于，所述掩膜的所述透光基片或者是一种合成石英玻璃或者是一氟石，其中，所述两种介电薄膜中，具有较高折射率的介电材料或者是氧化铪，或者是氧化钪，以及其中，具有较低折射率的介电材料或者是氧化硅，或者是氟化镁，所述高折射率和低折射率的介电材料被堆积成20至30层。
27.如权利要求23至26中任一权利要求所述的光学处理装置，其特征在于，所述掩膜在所述介电薄膜的预定部分形成一参考光束透光部分，用来使一部分激光束能够从中通过，所述光学处理装置还包括第一激光强度传感器，用来检测通过所述参考光透射部分的激光束的强度。
28.如权利要求23至27中任一权利要求所述的光学处理装置，其特征在于，第二激光强度传感器用于检测辐照所述待处理工件表面的激光束强度。
29.如权利要求23至28中任一权利要求所述的光学处理装置，其特征在于，所述激光束是由一KrF激光器辐射的，并具有波长248nm。
30.如权利要求23至129中任一权利要求所述的光学处理装置中对工件进行光学处理的方法，其特征在于，它包含下述步骤通过具有一焦距的成像透镜，将所述掩膜的图形复制到所述工件上，所述成像透镜能够从理论上实现需求成像放大倍数和可推荐的成像放大倍数，以及调整成像放大倍数，从而使实际成像放大倍数值与所述期望成像放大倍数值吻合。
全文摘要
一种用光束对工件进行光学处理的光学处理装置。该装置不管是否更换掩模和工件，均能自动将成像放大倍数调整至一预定值，并同时使成像放大倍数保持为常数，并能延长掩模的使用寿命。该装置包括一光源、一成像透镜、一掩模移动机构、一工件移动机构、一成像放大倍数改变机构以及一中央控制单元。该中央控制单元含有一实际成像放大倍数运算模块、一放大倍数判定模块、一光轴位移控制模块以及一位移控制模块。
文档编号H05K3/00GK1119975SQ95106168
公开日1996年4月10日 申请日期1995年6月2日 优先权日1994年6月2日
发明者中谷元, 杉立厚志, 出云正雄, 皆川忠郎, 八木俊憲, 头本信行, 南谷靖史, 松下嘉文 申请人:三菱电机株式会社