用于两个可以彼此基本平行定位的物体之间的主动楔形误差补偿的方法和装置

摘要

本发明涉及一种用于扩大在压印或者印花冲程期间可用的线性致动器的行程或者控制位移的方法和装置。楔形误差补偿头部(2)包括可运动部件(4)、静止部件(3)和至少三个线性致动器(8)。每个线性致动器(8)都在一个端部处连接到所述部件中的一个(3，4)并且在另一个端部处通过楔形物(9)连接到所述部件中的另一个(4，3)。借助楔形物(9)，能够粗糙地或者大致地补偿系统的各个子部件的楔形误差和可能的公差。线性致动器(8)仅用于精细补偿或者精确补偿楔形误差。这样，足够的控制位移借助线性致动器可用于压印冲程。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于楔形误差补偿的方法和装置，并且具体地， 本发明涉及一种可以增大可用于楔形误差补偿的控制位移的方法和装 置。

背景技术

当生产微电子部件、微光部件和微机械部件时，借助掩模或者冲 压机通过使用印花或者压印光刻将结构传递到基底。如果掩模的平面 与基底的平面之间的角度改变，则这些结构将不再被均匀地压印在基 底中。这种情况称为楔形误差。因此，楔形误差补偿基本确定压印的 质量。

原则上，有两种楔形误差补偿，即，被动楔形误差补偿和主动楔 形误差补偿。

在被动楔形误差补偿中，楔形误差补偿头部向着掩模或者冲压机 与基底一起运动或者不与基底一起运动。楔形误差补偿头部通过其整 个表面或者经由间隔物接触掩模。在楔形误差补偿头部的可运动部件 或者基底已经接触掩模之后，通过施加制动件而锁定掩模和楔形误差 补偿头部的可运动部件的相对位置。在掩模的平面与基底的平面或者 楔形误差补偿头部的可运动部件的表面之间所形成的角度维持至少一 个工艺周期。

与被动楔形误差补偿有关的问题在于，制动件仅能保持约100N 的较小的力。对于SUSS MicroTec微型透镜压印光刻(SMILE^TM)工 艺、基底一致性压印光刻(SCIL)处理和纳米压印光刻(NIL)工艺 而言，该力太小。

为了克服被动楔形误差补偿的缺点，使用主动楔形误差补偿。主 动楔形误差补偿首先以与被动楔形误差补偿的方式相同的方式进行。 不是将掩模相对于楔形误差补偿头部的可运动部件的相对位置锁定， 而是使用测量探针来对相对位置进行基准测量。然后，楔形误差补偿 头部的可运动部件被放置到三个线性致动器上，所述三个线性致动器 例如以120°的方位角度间隔布置在基准平面中。借助测量探头并且 通过施加线性致动器，能够主动地补偿楔形误差。如果压电元件用来 作线性致动器，则典型地可以补偿长达80μm的位移。就此而论，控 制位移是线性致动器可以使楔形误差补偿头部的可运动部件相对于楔 形误差补偿头部的静止部件运动的最大可用距离。

尤其如果例如压电元件用来作线性致动器，则与该主动楔形误差 补偿有关的问题是较小的控制位移。在紧凑的系统中，可用的构造空 间是有限的。因此，压电元件不能为增大控制位移起见而为细长的。 如果对于在系统中所使用的部件(诸如卡盘、适配器框架、掩模保持 器、基底保持器等)的尺寸的公差补偿而言在很大程度上需要要最大 可用控制位移，则会进一步减小能用于实际的压印冲程的控制位移。 甚至可以出现以下情况，即，仅给实际的压印冲程留下几微米。

发明内容

鉴于现有技术的上述问题，本发明的目的是提供一种增大可用于 楔形误差补偿的控制位移的方法和装置。本发明的另一个目的是能够 将线性致动器的控制位移几乎完全用于压印冲程。这些目的通过权利 要求的特征来实现。

在实现这些目的的过程中，本发明从基本的想法着手，系统中使 用的部件的公差和基底的公差事先例如通过使用楔形物被粗补偿，以 便使得对于剩余的精细楔形误差补偿而言，仅线性致动器的控制位移 的一小部分(例如10％)是必要的。从而，线性致动器的剩余的控制 位移几乎可以完全用于处理基底的压印冲程。

用于补偿楔形误差的楔形误差补偿头部包括静止部件、可运动部 件和线性致动器。可运动部件通过线性致动器与静止部件连接。每个 线性致动器的一个端部直接连接楔形误差补偿头部的两个部件中的一 个，或者抵靠在楔形误差补偿头部的相应部件的反轴承上。在每个线 性致动器的另一个端部与楔形误差补偿头部的另一个部件之间，例如 通过插入楔形物而进行粗补偿。优选地，使用三个线性致动器，所述 三个线性致动器例如以120°的方位角度间隔对称地布置在基准平面 中。从而，楔形误差补偿头部的可运动部件可以根据期望相对于楔形 误差补偿头部的静止部件定位。

楔形物允许对包括基底在内的系统的部件的公差进行粗补偿。例 如，就从一个边缘向另一个边缘厚度减小的不均匀厚度的基底而言， 楔形误差补偿头部的可运动部件可以借助楔形物对准，使得基底与用 于将结构压印到基底中的掩模几乎平行。借助线性致动器，则可以对 基底与掩模的平行度进行精细校正，并且最终可以通过均匀地施加全 部线性致动器而执行用于使基底结构化的压印冲程。

为了实现本发明的装置的紧凑设计，楔形物可以一体成形在楔形 误差补偿头部的可运动部件或者在楔形误差补偿头部的静止部件中。 楔形误差补偿头部的可运动部件可以用于接收基底。在该情况下，楔 形误差补偿头部的可运动部件随同基底一起被压靠在固定掩模上，以 便将结构压印到基底中。或者，掩模可以布置在楔形误差补偿头部的 可运动部件上，以便在施加线性致动器时，掩模被压靠在静止的基底 上以执行压印操作。

线性致动器优选地包括压电元件。对于每个线性致动器而言或者 对于每个楔形物而言，分别借助控制器分别进行线性致动器的偏移或 者楔形物的偏移。楔形物被偏移，即，优选地被气动地位移。

根据实施例，线性致动器是高度精确的，并且尤其仅具有较小的 操作范围(也是在nm范围上的控制位移)。

借助设置在静止的保持器上的测量探针，可以测量楔形误差补偿 头部的可运动部件相对于该静止的保持器的位置，所述静止的保持器 用于接收掩模或者基底并且接触可运动部件的表面。或者，可以使用 其它的传感器。这些传感器测量安装在楔形误差补偿头部的可运动部 件上的传感器销的位置。优选地，使用至少三个这些测量探针或者传 感器中。

通过使用制动件，可以相对于楔形误差补偿头部的静止部件锁定 楔形误差补偿头部的可运动部件的位置。

或者，楔形物没有被主动地对准以补偿楔形误差。在该情况下， 仅在将楔形误差补偿头部的可运动部件对准和锁定之后，才使楔形物 在线性致动器与楔形误差补偿头部的一部分之间运动，以便填充间隙。 这样，也实现用于楔形误差的粗补偿。在释放制动件之后，对于执行 精细楔形误差补偿而言，仅线性致动器的微小的控制位移是必要的。

根据本发明的楔形误差补偿可以说明如下：首先，由包括基底在 内的系统中使用的部件的公差所导致的楔形误差通过定位楔形物而被 粗补偿。然后，可能仍然存在的楔形误差借助线性致动器被精细补偿。 因此，线性致动器的几乎最大控制位移仍然可用在随后的压印冲程中。

详细地，根据本发明的楔形误差补偿可以执行如下：首先，楔形 误差补偿头部或者其可运动部件被压靠在布置在静止的保持器中的掩 模上，以便可以在该位置中确定楔形误差补偿头部的可运动部件的位 置。通过施加制动件，锁定楔形误差补偿头部的表面或者楔形误差补 偿头部上的基底的表面与掩模之间的角度。随后，楔形误差补偿头部 或者楔形误差补偿头部的可运动部件运动远离掩模。然后，楔形物在 线性致动器与楔形误差补偿头部的可运动部件之间运动。随后，打开 制动件。通过借助测量探针或者传感器检查楔形误差补偿头部的可运 动部件的位置，可以相应地重新调节楔形物。然而，也可以省略该楔 形物的重新调节。现在，完成楔形误差补偿头部的可运动部件的位置 的粗调节。随后，借助线性致动器精细调节楔形误差补偿头部的可运 动部件的位置。由于线性致动器的控制位移对于用于楔形误差和可能 的公差的粗补偿不是必要的，所以在用于楔形误差的精细补偿之后， 线性致动器的几乎整个控制位移仍然可用于压印冲程。

附图说明

在下文中，将参照附图更加详细地说明本发明。其中：

图1示出在测量楔形误差补偿头部的可运动部件的位置(基准测 量)之前的楔形误差补偿装置的剖视图；

图2示出在基准测量期间的楔形误差补偿装置的剖视图；以及

图3示出在测量和补偿楔形误差之后且在压印冲程之前的楔形误 差补偿装置的剖视图。

具体实施方式

图1示出用于主动楔形误差补偿的装置的剖视图。该装置适于将 结构压印到基底5中。该装置包括根据本发明的楔形误差补偿头部2 和保持器1，用于将结构压印到基底5中的掩模(或者冲压机)6固定 到所述保持器。

楔形误差补偿头部2包括可运动部件4和静止部件3。在可运动 部件4和静止部件3之间设置有压力弹簧14。可运动部件4和静止部 件3可以通过使用液压或者气动操作装置17而朝向彼此运动，使得固 定到可运动部件4的活塞19通过位于静止部件3中的装置17中的负 压而朝向静止部件3运动。借助制动件7，可以相对于静止部件3锁 定可运动部件4。待处理的基底5被施加到楔形误差补偿头部2的自 由面上。

此外，楔形误差补偿头部2的可运动部件4经由线性致动器8与 楔形误差补偿头部2的静止部件3连接。线性致动器在一个端部上与 楔形误差补偿头部2的静止部件直接连接。在线性致动器8的另一个 端部上设置有支撑元件16。楔形物9可以在为此设置的通道K中运动， 以便可以一方面实现支撑元件16与楔形物9之间的接触，另一方面实 现楔形物9与可运动部件4之间的接触。图1示出两个线性致动器8。 优选地，楔形误差补偿头部2包括三个线性致动器8，所述线性致动 器8以120°的方位角度间隔对称地布置(沿着压印方向Z观察)。 此外，线性致动器8优选地包括压电元件。所有致动器8的同时偏移 导致压印冲程，所述压印冲程将楔形误差补偿头部2的可运动部件4 随同基底5一起加压到掩模6上。

除了掩模6以外，间隔物18也附装到保持器1。间隔物18可以 插入掩模6与基底5之间。

此外，根据图1的装置包括测量探针15。测量探针15通过保持 器1中的膛孔与测量头部12连接。测量头部12检测测量探针15的运 动或者位置并且为控制器(未示出)提供相应的信号。测量探针可以 借助其自由端部或者尖端接触楔形误差补偿头部的可运动部件4的表 面，以便确定可运动部件4的位置。优选地，使用至少三个测量探针 15以便能够精确地测量可运动部件4在平面内的位置，所述三个测量 探针15各自沿着相对于压印轴线Z的方位角方向偏移了120°并且包 括相应的测量头部12。

在楔形误差补偿头部2的静止部件3中设置有传感器13以用于确 定固定到楔形误差补偿头部2的可运动部件4的传感器销11的运动或 者位置。优选地，使用各自沿着相对于压印轴线Z的方位角方向偏移 了120°的至少三对传感器13和传感器销11。传感器13和传感器销 11提供了用于测量楔形误差补偿头部2的可运动部件4的位置的又一 种可能性。

整个楔形误差补偿头部2可以经由提升装置20沿着压印方向Z 运动。例如，必要的是通过提升装置20使楔形误差补偿头部2运动远 离保持器1，以便更换基底5和/或掩模6。

图2示出当测量楔形误差补偿头部2的可运动部件4的位置时的 楔形误差补偿装置的剖视图。为了能够随后补偿楔形误差，首先，必 须执行基准测量。必须确定：楔形误差补偿头部2的可运动部件4在 什么位置时基底5和掩模6之间的角度最小(即当两个元件最优地平 行对准)。因此，可以在基底5与掩模6之间插入间隔物18。然后， 可运动部件4沿着掩模6的方向运动直到间隔物18接触基底5和掩模 6二者为止。

借助测量探针15或者传感器13，执行基准测量。或者，也可以 在没有间隔物18从而使得掩模6和基底5直接接触的情况下执行基准 测量。

图2示出在基准测量之后，楔形物9在为此设置的通道K内运动， 直至楔形物9接触可运动部件4和支撑元件16二者。楔形物9借助用 于加压空气的连接器10气动地运动。

图3示出在移除间隔物18之后的根据本发明的装置。在包括基底 5在内的系统中使用的部件的公差和楔形误差已经通过楔形物9被粗 补偿。通过使用线性致动器8精细补偿楔形误差。由于已经执行了粗 补偿，所以对于精细补偿而言，仅线性致动器8的微小的控制位移是 必要的。例如，对于精细补偿而言，仅线性致动器8的最大可用控制 位移的约10％是必要的。因此，线性致动器8的最大控制位移的约90％ 仍然可用于随后的印花或者压印冲程。

在下文中，说明根据本发明的楔形误差补偿的可能的步骤顺序。

在步骤1中，首先检测楔形物是否处于其基本位置中。如果楔形 物不处于基本位置中，则将楔形物进入基本位置中。基本位置是如图 1中所示楔形物9与线性致动器8相距较远时所处的外部位置。

在步骤2中，楔形误差补偿头部2向着掩模6运动，以便使基底 5或者可运动部件4与掩模6平行地对准。

在步骤3中，测量楔形误差补偿头部2的可运动部件4的位置。 该基准测量对于能够在压印之前将楔形误差补偿头部2的可运动部件 4重新对准在该精确的位置中是必要的。

在步骤4中，通过施加制动件而锁定楔形误差补偿头部2的可运 动部件4或者基底5与掩模6之间的角度。

在步骤5中，楔形误差补偿头部2运动远离掩模6。

在步骤6中，楔形物9通过在线性致动器8与楔形误差补偿头部 2的可运动部件4之间运动而被夹持。

在步骤7中，楔形误差补偿头部2的可运动部件4通过装置17 的活塞19被牵引到线性致动器8上。

在步骤8中，打开制动件7。从而，通过楔形物9的位置确定楔 形误差补偿头部2的可运动部件4的位置。

在步骤9中，可以检查并且改进楔形物9的位置。

在步骤10中，楔形误差被借助线性致动器8被主动地精细补偿。 在步骤3中测量到的楔形误差补偿头部2的可运动部件4的位置用作 基准位置。

然后，本发明已经准备好通过同步控制线性致动器8进行沿着Z 方向的压印冲程。

以上，已经基于具有静止的保持器1的掩模6和处于可运动部件 4上的基底5解释了本发明。作为图1至3中的代表方案的可替代方 案，根据本发明，掩模6也可以布置在楔形误差补偿头部2的可运动 部件4上，其中在该情况下，基底5相应地固定到保持器1。

此外，以上已经解释了楔形物9可以主动地位移，以便尽可能精 确地执行粗楔形误差补偿。或者，仅在测量基准位置并且锁定楔形误 差补偿头部2的可运动部件4之后，可位移的楔形物在线性致动器8 与楔形误差补偿头部的一个部件之间只运动一次。楔形物可以已经接 触线性致动器8和楔形误差补偿头部的对应部件，但是没有导致所包 括的元件的位置的改变。

或者，楔形物仅仅运动为：在楔形物与线性致动器8或者楔形误 差补偿头部的相应部件之间不存在接触。可以例如借助适当的传感器 监测该楔形物的控制位移。在楔形物已经定位之后，释放制动件。因 为楔形物的定位，所以楔形误差已经被粗补偿。对于精细楔形误差补 偿而言，仅需要线性致动器的微小控制位移。

或者，可以不使用压力弹簧14，而使用张力弹簧。在该情况下， 张力弹簧布置在可运动部件4与静止部件3之间。在该情况下，可运 动部件4和不可运动部件3可以通过使用液压或者气动操作装置17 远离彼此运动，使得固定到可运动部件4的活塞19通过位于静止部件 3中的装置17中的正压而运动远离静止部件3。