专利名称：一种采用ccd摄像机的曝光系统的准直装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用CCD摄像机的曝光系统中的准直装置，尤其是涉及一种用于带CCD摄像机的曝光系统中的能够使工件位置精确对准的准直装置。
通常在曝光系统中有许多CCD摄像机被用于校准要曝光的图形校准以达到精确位置。采用这些系统时，图形被刻在半导体晶片掩膜母版上或液晶显示器基片上。
如上所述，采用大量CCD摄像机时，首先将透镜设置成低倍放大率而搜索到用于对要曝光的图形定位的准直刻线。在第一次找到准直刻线之后，将透镜设置成高倍放大率，对要曝光的图形精确定位。这样就需要在每个CCD摄像机中安装多个光学准直系统。
CCD摄像机上的透镜的放大率可通过在光学准直系统中设置附加透镜来改变。例如，使用Nikon公司生产的CCD时，可通过插入或去掉附加的透镜来改变像的放大率。因此，正如上所述的，为改变放大率，每个CCD摄像机都要设置附加透镜，这使摄像机的制造成本增加，结构变得复杂。
因此，本发明的目的是给采用CCD摄像机的曝光系统提供一准直装置，使该摄像机通过改变准直光线的放大率来精确校准工件的位置。
本发明的第一个实施例公开一种曝光系统的准直装置。该装置包括多个光学准直系统，每个准直系统产生一束通过光路的准直光。准直光对应于工件上的准直刻线。该装置还包括一个有基准刻线的屏，基准刻线对应于工件的准直位置。一个具有许多反射面的棱镜反射大量的准直光线并在屏上产生准直光束。然后，穿过屏的准直光束通过成像透镜成像，该像对应于基准刻线和准直刻线。CCD摄像机将入射通过成像透镜的准直光转换成相应的图像信息并产生一个图像信号。图像处理器根据CCD摄像机产生的图像信息，在计算了基准刻线和准直刻线的差别后产生一个相应于工件的位置变化的位置信号。信息显示器显示出相应于图像处理器产生的图像信号的信息。最后，平台控制器根据图像处理器产生的位置信号来移动上面放置有工件的平台。
第二实施例公开了的本发明的曝光系统的另一准直装置。该装置包括许多光学准直系统，每个系统有一个选择变化的工作状态，每个系统还产生通过光路的准直光束。准直光和形成于工件之上的准直刻线吻合。该装置还包括一个有基准刻线形成于其上的屏，基准刻线对应于工件的准直位置。一镜子把光学准直系统产生的准直光经过一个光路反射并在屏上产生准直光束。通过屏的准直光束通过一成像透镜成像，所成的像对应于基准刻线和准直刻线。CCD摄像机将入射通过成像透镜的准直光线转换成相应的图像信息，产生一个图像信号。图像处理器根据CCD摄像机产生的图像信号，在计算了基准刻线和准直刻线的差别后产生一个相应于工件的位置变化的位置信号。信息显示器显示对应于图像处理器产生的图像信号的信息。最后，平台控制器根据图像处理器产生的位置信号来移动上面放置有工件的平台。
第三个实施例公开了本发明的曝光系统的又一准直装置。该装置包括具有一选择变化的工作状态的许多光学准直系统，每个系统经过光路产生一准直光束。准直光束和形成在工件之上的准直刻线吻合。该装置还包括形成有基准刻线的屏。基准刻线对应于工件的准直位置。五棱镜将从许多光学准直系统中产生的准直光线经过一光路导向屏。通过屏的准直光线通过成像透镜形成一个像，所成的像对应于基准刻线和准直刻线。CCD摄像机把入射通过成像透镜的准直光束转换成相应的图像信息并产生一个图像信号。图像处理器根据CCD摄像机产生的图像信息，在计算了基准刻线和准直刻线的差别后产生一个对应于工件的位置变化的位置信号。信息显示器显示对应于图像处理器产生的图像信号的信息。最后，平台控制器根据图像处理器产生的位置信号来移动上面放置有工件的平台。
本发明的其它目的及部分优点将在下列描述中部分地进行说明，其它的特点在结合附图阅读说明书后变得显而易见，也可通过实施本发明而了解这些特点。
图1是本发明第一实施例中采用的CCD摄像机的曝光系统的准直装置的透视图；图2A为本发明的一优选实施例的准直装置中准直刻线的平面图；图2B是本发明的一优选实施例的准直装置中的准直刻线的截面图3示出了本发明的优选实施例的准直装置中上面形成有基准刻线的掩膜和棱镜；图4是本发明的优选实施例的准直装置的有基准刻线和准直刻线交叠其上的掩膜平面图；图5是本发明第二实施例中利用光阀代替棱镜的准直装置透视图；图6是利用CCD摄像机和五棱镜的本发明的第三实施例的准直装置透视图。
以下将参考本发明的优选实施例及附图对本发明进行详细描述。
图1示出了本发明第一实施例中采用CCD摄像机的曝光系统的准直装置。该准直装置包括多个光学准直系统10、20、30，每个系统分别向棱镜40发射准直光束100、200、300。棱镜40有多个反射面，用以反射入射到每个反射面的多束准直光。
有基准刻线形成于其上的屏50接收来自棱镜40的准直光束并将此光束透射到成像透镜60。透过屏50的光束由透镜60成像。CCD摄像机70把出自成像透镜60的光束转换成电信号并产生一个图像信号。之后，图像处理器83对来自CCD摄像机70的图像信号进行处理，产生图像数据和相应于被处理的图像数据的位置信息。还有一个用于显示由图像处理器83产生的图像数据的监视器80。图像处理器83输出的位置信息提供给平台控制器85。平台控制器85根据接受的位置信息改变平台19的安装位置。工件17放置在平台19上。
以下将对光学准直系统10、20和30进行描述。根据本发明的实施例，三个光学准直系统在结构是一样的。因此，只对第一光学准直系统10进行描述。
第一光学准直系统10包括一个与光纤12连接的光源11，光纤12用于传递从光源11发射的光束。滤光器13接收来自光纤12的光并且只传递光导材料对其频率不敏感的光。第一透镜14把被滤光后的光扩束成适当的尺寸。光分束器15根据放置状态传递第一透镜14发出的光束。第二透镜16会聚从光分束器15发出的光并将光朝装有工件17的平台19的方向传递。从而刻有准直刻线的工件17由第二透镜16会聚的光曝光。
以下将解释本发明第一实施例中采用CCD摄像机的曝光系统的准直装置的操作。从光源11射出的光通过光纤12入射到滤光器13上。使光导材料曝光的光的分量由滤光器13滤光。被过滤的光入射到第一透镜14并投射到光分束器15上。通过光分束器15的光束被第二透镜16会聚并对工件17曝光。
如图2A和2B所示，形成在工件17上的准直刻线有一个凹凸的部分。因此，对有准直刻线107形成其上的工件17曝光的光束被工件17反射并回射到光分束器15上。从光分束器15反射的光入射到棱镜40上。第二和第三光学准直系统20和30以与第一光学准直系统10同样的方法操作，并产生相应的准直光束通过各自分离的光路。
从多个光学准直系统10、20和30发射的准直光束100、200和300入射到棱镜40的对应的反射面上。因此，如图3所示，对应于工件上的准直刻线101、201和301的准直光入射到棱镜40的每一个反射面上。
根据本发明的优选实施例，棱镜40是一个有一截面为斜面的三角形棱镜，如图3所示。参见图3，从设置在三个方向上的多个光学准直系统10、20和30中发出的多束准直光束100、200和300被棱镜40的各个反射面反射。一旦被反射，光束100、200和300就在位于棱镜40上面的屏50上形成一个像。此时，在屏50上形成像的棱镜40所反射的准直刻线101、201和301分别叠加在基准刻线51、53和55上。这些基准刻线原本地形成在屏50上。准直刻线101、201、301叠加在基准刻线51、53和55上形成的像如图4所示。在图4中，虚线表示准直刻线101、201和301，而实线表示三条基准刻线51、53和55。如上所述，和基准刻线分别叠加的准直刻线在屏50上形成图像。
在屏50上形成图像的光束经过成像透镜60(图1)入射到CCD摄像机70上。也即是具有相应于准直刻线101、201和301及在屏50上形成图像的基准刻线51、53和55的图像的成像光束输入到CCD摄像机70。光被转换成电信号，并根据图像处理器83中的图像处理程序进行处理。图像处理器83根据从CCD摄像机70输出的代表成像光束的信号，计算基准刻线51、53和55和准直刻线101、201和301之间的位置差。然后，图像处理器83再计算出刻有准直刻线的工件17的当前位置。接着，处理器83判断位置坐标的变化，从而把工件精确地带动到正确的位置。
当在屏50上形成图像的光束通过成像透镜60输入到CCD摄像机70上时，改变图像的放大率，以便更精确地搜寻形成在CCD摄像机70上的图像中的准直刻线。与传统技术不同，本发明的该优选实施例利用一个包括控制器65的变焦距透镜改变放大率。用于穿过屏50在CCD摄像机70上成像的成像透镜60由变焦距透镜制成。为精确地准直，将此透镜置为高倍放大率。可首先如在低倍显微镜下观察物体一样的方式进行准直，然后，为精确地搜索，逐渐改变为高倍放大率。
然而，根据具体情况，为使图像处理更容易些，采用预定的不连续的步骤来改变变焦透镜60的放大率。图像处理由于放大率按照不连续的步骤变化而被简化。也就是说，当准直刻线的坐标在图像处理程序中被确定时，如果放大率的变化不是连续的，可以很容易地确定从图像处理得到的准直刻线的坐标变化与实际的准直刻线的坐标变化之间的关系。也就是说，只有当使用者准确地知道对每对一种情况的放大率值时，从图像处理结果得到的坐标变化值才能转换成实际准直刻线的坐标变化值。因而使用者能够通过这个程序将工件17摆放在平台19上适当的位置处。如上所述，通过改变变焦透镜60的放大率，不用插入或移去附加透镜就可改变放大率。
响应于根据上述操作而由CCD摄像机测得的图像信号，图像处理器83将计算结果传递给监视器80并由监视器80显示。另外，监视器80显示出形成图像的准直刻线101、201、301与基准刻线51、53、55之差。用这种方式，系统可搜索到精确的位置。
另外，根据处理的结果，给平台控制器85提供相应于工件17在平台19上的位置的位置信息。平台控制器85根据图像处理器83发出的位置信息改变平台19的位置，从而将工件17置于准确的位置。
以下将参考图5对本发明第二实施例的采用CCD摄像机的曝光系统的准直装置的操作进行说明。该装置分别包括一个第一、第二和第三准直系统110、210和310。曝光系统中还有一个镜子44。镜子44将出自光学准直系统110、210和310其中之一的准直光束反射到屏50上。该曝光系统中还有一个变焦透镜60，一个CCD摄像机70，一个监视器80，一个图像处理器83和一个平台控制器85。
本发明第二优选实施例中的光学准直系统110、210和310中的每个都是利用同一光源11，通过光纤12向每个准直系统传输光束。从光纤12发出的光由每个准直系统的滤光器13、23和33滤光。然后，被过滤的光传到光阀18、28和38，并根据ON/OFF状态来传递被过滤的光。光再被传递到第一透镜14、24和34、光分束器15、25和35、第二透镜16、26和36，然后传递到工件17、27和37。
上面提到的每个结构组件的操作与本发明第一实施例中的操作是一样的。然而，准直光束利用附加镜子44和光阀18、28和38代替棱镜40在屏50上成像。
以下描述第一和第二实施例的区别。在本发明的第一实施例中，每个光学准直系统形成一个分离的光路并且准直刻线通过棱镜在屏上成像。然而，在本发明的第二实施例中，多个光学准直系统形成一个光路。为了从设有光阀的对应的光学准直系统110、210和310中的一个所发射的准直光束中选择一束，要通过控制光阀18、28和38的ON/OFF状态的操作来完成。用选取的准直光束在屏50上将相应的准直刻线成像。
例如，考虑这样一种情况，仅希望工件17由光源11曝光，并且从第一光学准直系统110中发射的准直光束在CCD摄像机上成像。在这种情况下，通过将第一光学准直系统110的光阀18打开而使工件17由光源11发出的光曝光。通过关闭第二和第三光学准直系统210和310的光阀28和38而控制光源11发出的光不对工件27和37曝光。从第一光学准直系统110发出的光被镜子44反射。从而在有基准刻线形成其上的屏50上形成图像并输送到CCD摄像机上。
另外，当用第三光学准直系统310发出的准直光束成像时，可通过仅开启光阀38而使光照射到工件37上完成。照射到工件37上的光被反射到光分束器29上，并通过镜子44在屏50上成像。在CCD摄像机70上成像之后，用于形成有准直刻线的工件的位置变化的操作与本发明第一实施例相同。
以下将参照图6对本发明的第三实施例中采用CCD摄像机的曝光系统的准直装置的操作进行描述。该装置包括一个第一、第二和第三光学准直系统110、210和310。曝光系统包括一个五棱镜48。该五棱镜48通过一条光路将由第一、第二和第三光学准直系统110、210和310产生的准直光束反射到一个屏50上。该曝光系统还包括一个变焦透镜60、一个CCD摄像机70、一个监视器80、一个图像处理器83和一个平台控制器85。
本发明第三实施例中的光学准直系统110、210和310的结构与本发明第二实施例中的一样。第三实施例的操作中与第二实施例相同之处是，多个光学准直系统有一个公共光路，准直光被输入到CCD摄像机内。然而，第二实施例和第三实施例也有不同之处，比每个光学准直系统110、210和310的光路分离地形成。经过分离的光路输入的光束利用五棱镜48经过一个光路被发射，然后输入到CCD摄像机。
因此，设置在多个光学准直系统110、210和310中的光阀18、28和38的ON/OFF操作被控制，使得只有对应于被选取的光学准直系统的准直光束被发射。被选取的准直光束经过五棱镜48沿一个输出光路产生，并在CCD摄像机70上形成图像。在CCD摄像机70上形成图像之后，进行与第一实施例相同的探测工件位置变化的操作，其中工件上有准直刻线形成。
在本发明的第一、第二和第三实施例中，利用屏来探测工件位置的变化，其中工件上有准直刻线形成，屏上有基准刻线形成。然而，根据本发明的另一实施例，对应于基准刻线的数据储存在设置于CCD摄像机里的图像处理器中。在屏50的准直刻线成像之后，通过对输入的准直刻线与储存的基准刻线的比较，可测得工件的位置变化。
如上所述，本发明的作用在于具有CCD摄像机的曝光系统的准直装置能够准确的判断工件的准直位置。这是通过改变从多个光学准直系统发出的准直光的放大率而实现的。准直光经过变焦透镜传递到棱镜并再传递到形成图像的单个CCD摄像机中。
根据本文公开的本发明的说明书及实施例，本领域的技术人员可以清楚地了解其它实施例。说明书及实施例旨在作为范例，本发明的真正范围及宗旨由所附的权利要求书限定。
权利要求
1.用于曝光系统的准直装置，包括多个光学准直系统，每个准直系统产生经过一个光路的准直光，并且该准直光对应于形成于工件上的准直刻线；一个棱镜，有多个反射面，反射多束准直光束并在屏上产生准直光束；一个屏，有一个基准刻线形成其上，基准刻线对应于工件的准直位置；一个成像透镜，由穿过屏的准直光束形成图像，所形成的图像对应于基准刻线和准直刻线；一个CCD摄像机，把入射并穿过成像透镜的准直光束转换成相应的图像信息并产生一个图像信号；一个图像处理器，在根据CCD摄像机产生的图像信息计算了基准刻线和准直刻线之间的差别后，产生一个对应于工件位置变化的位置信号；一个信息显示器，显示相应于图像处理器产生的图像信号的信息；和一个平台控制器，根据图像处理器产生的位置信号来移动有工件放置在其上的平台。
2.根据权利要求1所述的准直装置，其特征在于，多个光学准直系统包括一个发射光束的光源；一个传递从光源发出的光束的光纤；一个滤光器，对经光纤传递的光束进行滤光，使滤光后的光束成分对光导材料曝光；一个第一透镜，将滤光后的光束扩展成一个扩大尺寸的光束；一个第二透镜，将穿射第一透镜的光束会聚以对工件曝光，其中准直刻线刻在工件上；和一个光分束器，由被工件反射、经过第二透镜的光束在一个相应的光路上产生准直光束。
3.根据权利要求1所述的准直装置，其特征在于，成像透镜是一个变焦透镜。
4.根据权利要求3所述的准直装置，其特征在于，变焦透镜包括对变焦透镜不连续变化的放大率的控制。
5.一个用于曝光系统的准直装置，包括多个光学准直系统，每个都有一个可选择改变的工作状态，还有一个经过一条光路产生准直光束的光源，其中准直光束对应于形成在工件上的准直刻线；一个有基准刻线形成其上的屏，基准刻线对应于工件的准直位置；一个成像透镜，由穿过屏的准直光束形成图像，所形成的图像对应于基准刻线和准直刻线；一个CCD摄像机，把穿过成像透镜的准直光束转变成相应的图像信息并产生一个图像信号；一个图像处理器，在根据CCD摄像机产生的图像信息计算了基准刻线和准直刻线之间差别后，产生一个相应于工件位置变化的位置信号；一个信息显示器，显示相应于图像处理器产生的图像信号的信息；和一个平台控制器，根据图像处理器产生的位置信号移动一个有工件放置在其上的平台。
6.根据权利要求5所述的准直装置，其特征在于，多个光学准直系统包括一个发射光束的光源；一个传递从光源发出的光束的光纤；一个滤光器，对经过光纤传递的光束进行滤光，使滤光后的光束成分对光导材料曝光；一个光阀，根据光阀的状态是开还是关来传递滤光后的光；一个第一透镜，将滤光后的光束扩展成一个扩大尺寸的光束；一个第二透镜，将穿射第一透镜的光束会聚以对工件曝光，其中准直刻线刻在工件上；和一个光分束器，由被工件反射、经过第二透镜的光束在一个相应的光路上产生准直光束。
7.根据权利要求5所述的准直装置，其特征在于，成像透镜是一个变焦透镜。
8.根据权利要求7所述的准直装置，其特征在于，变焦透镜包括对变焦透镜不连续变化的放大率的控制。
9.根据权利要求5所述的采用CCD摄像机的曝光系统的准直装置，还包括一个镜子，用于反射光学准直系统产生的经过一光路的准直光束，并在屏上产生同样的光束。
10.一种用于曝光系统的准直装置，包括多个具有一可选择变化的工作状态的光学准直系统，每个系统产生一束经过一光路的准直光束， 其中准直光束对应于工件上的准直刻线；一个有一基准刻线形成于其上的屏，基准刻线对应于工件的准直位置；一个五棱镜，将由多个光学准直系统产生的准直光束经一条光路导向屏；一个成像透镜，由透过屏的准直光束成像，所成的像对应于基准刻线和准直刻线；一个CCD摄像机，把入射到成像透镜上的准直光束转换成相应的图像信息并产生一个图像信号；一个图像处理器，在根据CCD摄像机产生的图像信息计算了基准刻线和准直刻线之间差别后，产生一个相应于工件位置变化的位置信号；一个信息显示器，显示相应于图像处理器产生的图像信号的信息；和一个平台控制器，根据图像处理器产生的位置信号移动一个有工件放置于其上的平台。
11.根据权利要求10所述的准直装置，其特征在于，多个光学准直系统包括一个发射光束的光源；一个传递从光源发出的光束的光纤；一个滤光器，对经过光纤传递的光束进行滤光，使滤光后的光束成分对光导材料曝光；一个光阀，根据光阀的状态是开还是关来传递滤光后的光；一个第一透镜，将透过光阀的滤光后的光束扩展成一个扩大尺寸的光束；一个第二透镜，将穿射第一透镜的光束会聚而对工件曝光，其中准直刻线刻在工件上；和一个光分束器，由被工件反射、经过第二透镜的光束在一个相应的光路上产生准直光束。
12.根据权利要求10所述的准直装置，其特征在于，成像透镜是一个变焦透镜。
13.根据权利要求12所述的准直装置，其特征在于，变焦透镜包括对变焦透镜不连续变化的放大率的控制。
全文摘要
一种采用了CCD摄像机的曝光系统的准直装置。该装置包括多个光学准直系统，一个屏，一个棱镜，一个成像透镜，一个CCD摄像机，一个图像处理器，一个信息显示器，一个平台控制器，准直装置通过改变从多个光学准直系统发射的准直光束的放大率来对工件精确地定位。这是经过棱镜传递光束，经变焦透镜并传递到形成图像的单个CCD摄像机来实现的。
文档编号G02B27/30GK1156261SQ96122800
公开日1997年8月6日 申请日期1996年9月28日 优先权日1996年9月28日
发明者金相哲 申请人:三星航空产业株式会社