专利名称：用于把掩模投影到衬底上的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分中给出的特征把掩模投影到衬底上的方法。此外，本发明还涉及一种用于执行该方法的装置。
在DE 3910048C2中公开了这种方法以及用于执行该方法的装置。在此涉及光刻技术中的校准系统，利用该系统可以使掩模、大面积的衬底和包含照明元件和光学元件的传输系统相对地相互对准，其中小区域内的掩模的结构可以传输到衬底上。在把掩模的结构传输或投影到衬底上时，在该衬底上作上标记，并且在扫描该掩模的结构时连续地针对各个区域将掩模对准衬底。使掩模和衬底相互对准需要一定的设备费用，并且特别是由于校正系统的时延和惯性，所以在传输速度和可达到的处理能力方面具有极限。
在下文中，被例如用于生产印刷电路板或平面屏幕并且被构造为薄膜、乳化模、铬模等的模板被称为掩模。这种掩模不包含可被投影到衬底上或可被复制的结构、例如线路或一般的几何结构。这种结构的典型大小取决于各个应用并且目前在印刷电路板技术中例如为10至50μm。在生产平面屏幕时，可以期待1至2μm以上的结构大小。在结构定位时的容差或其位置精确度明显小于结构大小本身。平板形生产元件或生产有用物被称为衬底。因此例如印刷电路板的生产需要把不同结构多次复制到初级产品、中间产品和最终产品上，该最终产品构成用于电子元件和所需的电气连接的基板。目前，印刷电路板的大小的数量级直至600×800mm2，并且基于所述的初级、中间和最终产品，将涉及多次利用。在生产平面屏幕时，同样出现非常相似的方法步骤，其中对于结构大小和容差极限，很明显应考虑更小的尺寸。在下面表格式的归纳中给出了典型应用以及下文中也称为有用物或有用元件的衬底1.印刷电路板铜面的结构，柔性印刷电路板的结构，阻焊膜以及阳极层的交联。
2.屏幕工艺用于构造金属层或非导电层的涂层图像，颜色滤波器的交联，柔性基体材料上的结构制造，例如薄膜屏幕。
3.微结构技术复制工作的完成，大平面工件、例如光电元件的直接曝光。
通过平面衬底很薄，并且具有几个μm(微米)至几个mm(毫米)的厚度，并且涂有可被构造的光敏层。有用元件经历不同的生产步骤，其中能够出现很高的温度差异和其他的机械要求。这种要求可能导致持续的几何变化。因此，印刷电路板例如由多层基体薄膜组成，并且该方法通常被称为压制。这样组成的或压制的中间产品具有尺寸偏差，在接下来的生产步骤中必须考虑该尺寸偏差，由此例如精细的线路可以与同样小的通孔敷镀叠加。相应地，在制造屏幕时可以接通单个图像元件。
在生产过程中出现的有用元件的变形原则上限制了在最小意义上可制造的结构。因此，借助于不同层或有用元件的结构可以实现所期望的功能，但必须保证最小的重叠。为此必要的是，在最小结构大小为Z时并且在考虑加工容差dZ的情况下所属的反面结构大小为Z+2×dZ。从而保证在位置误差为dZ时结构相互重叠。如果与此相反，结构或掩模和有用元件之间的偏差太大，那么相互所属的结构不再重叠。此外，应注意在进行光学投影时基本上存在的问题，即位置精确度和图像清晰度。这意味着，必须把模板或掩模尽可能位置精确地投影到结构或有用物上，并且图像的聚焦面必须位于衬底的光敏层上。
由此出发，本发明所基于的任务是，如下构造一种方法和装置，即在考虑如上所述的相互关系的情况下，用高的工作可靠性把模板或掩模及其小结构精确地投影到衬底或有用元件上。应该能够毫无问题地完成优选地为大的衬底和/或有用元件上的小结构的复制。应尽可能用高的位置精确度在衬底上投影和/或产生小的掩模结构。此外，应可以经济地采用该方法和该装置，并且可以实现高处理能力。
在方法方面，按照权利要求1中给出的特征来解决该任务。在装置方面，按照权利要求9中给出的特征来解决该任务。
所建议的方法和所建议的用于执行该方法的装置能够用高的工作可靠性和较低的费用实现精确地复制尤其是大衬底上的小结构或在变形的衬底上产生具有高的位置精确度的小结构。按照本发明，表示以标定尺寸存在的原型的掩模在投影时借助于光学单元或在复制过程中被校正和/或变形，从而衬底或有用元件上掩模的图像与其各自的变形一致。因此在变形的衬底上产生甚至具有高的位置精确度的最小结构，其中下面将这个过程称为掩模图像的变形。
按照本发明，掩模的图像可能在每个方向上分别变形，因此可以被校正，尤其可以被这样放缩，使得衬底的变形被补偿。按照本发明，掩模图像的高度和宽度或其在衬底的X平面和Y平面中的尺寸与其可能的变形一致。此外，可以用优选的方式进行较高级的补偿，其中图像宽度是该图像高度的函数或反之。这样，根据已确定的衬底的变形把尤其是矩形模本或掩模转换为平行四边形或更一般地转换为梯形。按照本发明，针对每个有用元件和/或针对每个有用元件或衬底的每个子域分别确定所建议的变形和/或转换。尤其按照衬底的变形求出的校正/或转换参数用于在投影时或者在复制过程中校正掩模图像。按照本发明，通过单个图像的叠加和/或连续的接合使掩模图像变形和/或进行校准，其中单个图像分别小于总图像。在本发明的范围内，尤其通过平移和/或旋转和/或剪切和/或依赖于方向的放缩来实现变形。该方法和/或该装置不受特定的结构大小的限制，也无需注意由方法决定的容差极限。而且在衬底的大小或尺寸方面也不存在极限。
不仅掩模而且衬底都优选地具有机械装置或标记，从而可以把掩模或模本的图像尽可能位置精确地投影到衬底或有用物上并且实现精确的校准。在最简单的情况下，可以为此设置参考孔，借助于参考孔并分别借助于销钉固定掩模以及有用元件的位置。在有用元件非常薄并且同时出现大的变形时，这是不合适的，因为衬底会卷曲。在有用元件很薄时，因此安插标记、例如Fiduchals或校准标记或定线标记，其通过所分配的镜组和照相机系统进行分析。通过测量这种标记确定关于关于掩模的位置和/或有用元件的位置的信息。相应的测量值用于计算变形、例如有用元件的偏移或旋转。在本发明方法和所建议的用于执行该方法的装置中，使用简单的光学元件，并且按照本发明使掩模图像变形，并且在考虑检测到的有用元件的变形情况下把该掩模图像投影到所要求的有用元件的正确位置上。此外，按照本发明，为了获得最佳图像、尤其是有用元件上具有正确的结构大小、边缘质量和边缘斜率的图像，把该图像的聚焦平面投影到衬底的光敏表面上。为此设有聚焦装置，借助于该装置可改变掩模和有用元件之间的光路径的长度，而不影响投影比例。有利地，聚焦装置是光学单元的组成部分。
在本发明的一个优选扩展方案中，随时和/或每次借助于光学单元只把一小部分掩模投影到有用元件上。通过掩模相对于光学单元和衬底相对于光学单元之间的相对移动来完成有用元件上的总图像，该光学单元也被称为投影镜组。特别有意义的是，在曝光期间掩模相对于衬底的位置不改变。有利地，光学单元、优选地也即照明单元和掩模以及衬底之间的机械移动尽可能慢地执行，其中不用尽利用机械系统原则上可行的很高的速度和加速度，以便尽可能低地保持对光学元件或掩模和衬底的作用力。该机械系统优选地包括一个保持架，借助于该保持架使掩模和衬底以所要求的方式相互固定并且固定地被安装。一方面力求小的像区，因而可以执行按照本发明的变形、尤其是放缩。借助于光学单元在掩模和有用元件上方较快地移动变形所需的像区。为此，有利地规定光扫描垂直于机械系统或保持架的移动方向。掩模上被照亮的区域、下文中称为光斑的移动由两种移动组合成。有利地，机械系统或保持架相对于光学单元较慢地、更具体地说以0.1至1m/s的数量级移动。与此相反，光斑相对于光学单元或投影镜组较快地、具体地说优选地以1至10m/s的数量级移动。
在本发明的一个优选扩展方案中，图像由多个子图像组合成，其中针对各个子图像边缘上的接合处考虑以下情况。如果子图像没有精确地接合，则在总图像中产生缝隙，因而该总图像是无用的。相反，如果子图像重叠，则在这种被多次投影的区域内产生过度曝光，其中在衬底光敏层的多次曝光区内结构大小可能偏离额定值。因此，按照本发明，在子图像重叠的边缘区域内降低曝光强度。有利地，为此使用这样的照明单元或光源，其具有至少近似于高斯形状的光线轮廓和/或至少近似地根据高斯分布曲线的光强分布。
本发明方法和所建议的用于执行该方法的装置能够把掩模任意和/或在考虑衬底或有用元件的变形情况下变形地投影到衬底上，其中投影镜组或光学单元和照明单元一起相对于掩模和衬底被移动。优选地，投影镜组的像区小于总图像并且提供预定数量的子图像。因此，掩模的总图像由子图像组合成。借助于投影镜组或光学单元中有效调节元件在衬底上的XY平面内移动各个子图像。通过相应地控制所述调节元件，这样由子图像组合成总图像，使得在总图像中实现所要求的变形。
通过测量掩模和衬底上的标记、尤其是定线标记或通过预先给定变形值来计算和/或预定所述变形，其中也可以有利地结合测量值和预定值。根据所述的变形确定掩模的标记与衬底的标记的相对位置。对于本发明的校正方法，使图像这样变形，以致衬底的标记被投影。同时可以执行掩模和/或衬底的校正。
优选地，通过子图像的叠加和/或连续的接合来实现图像变形和/或校准，其中子图像分布小于掩模的总图像。变形尤其通过平移、旋转、剪切或依赖于方向的放缩来实现。有利地，通过照明强度的柔和渐隐(weiches Ausblenden)和/或光斑的重叠预先给定掩模平面上方从平均时间看来至少近似恒定的强度。掩模被照亮的区域通过光学单元或投影镜组被投影到衬底上，其中该投影利用衬底上照明强度曲线来表示掩模的结构和/或在衬底上实现从平均时间看来至少近似恒定的图像强度。优选地，预先给定高速形状的光斑强度分布，而且尤其通过使用激光器作为光源。
此外，在本发明的范围内，掩模上光斑的移动由两种移动组合成，其中有利地一方面光照和/或光斑进行快速的扫描移动和/或另一方面机械单元、尤其是保持架进行相对较慢的移动，在该保持架上调节和固定安装掩模以及衬底。此外，设有校正单元和控制单元，该控制单元根据光斑在掩模上的位置控制校正单元，该校正单元尤其集成在光学单元中。在此，尤其考虑光斑在掩模上的组合移动。
在一个特别的扩展方案中，通过控制照明单元或所属的可控衰减元件对掩模上的光照强度进行控制。这尤其在脉冲式激光器的情况下可以通过改变脉冲率来实现。另外，可以根据光斑在掩模上的位置来实现对光照强度的控制。附加地或替代地可以根据机械单元或保持架的速度来对光照强度进行控制。由此，有利地实现掩模上从平均时间看来至少近似恒定的强度分布，尽管机械单元的速度不是恒定的。
有利地，对光学路径进行校准，其中利用为此设置的或利用已存在的照明单元的光源把参考结构投影到优选地固定在机械单元的工作台上的照相机上，该照相机被称为校准照相机。有利地，此外还进行光路径的再调整，更具体地说通过镜组路径和/或光学单元中的有效元件进行调整。在参考标记和工作台的照相机上对光学测量装置进行校准。
在本发明的另一个扩展方案中，光学单元包含所谓的4f装置中的两个透镜或透镜系统，其中掩模被布置在第一透镜系统的前端的焦点上。衬底被布置在第二透镜系统的后端的焦点上。在此，第一透镜系统之前或第二透镜系统之后的光程尤其通过一个后反射镜被点反射。此外，已证明有利的是，这样组合投影镜组或光学单元和校准单元，使得图像垂直于像平面中的光轴移动。为此，按照特殊的要求规定了以下单个或组合的措施。借助于面平行的平板，通过垂直于光轴的倾斜而平行于光轴移动光束。此外可以设置一个反射镜，其可以垂直于射入和射出的光束的法线而倾斜。此外还可以设置一个后反射镜，其可垂直于光轴而移动。另外，为了校准光学路径，可以借助投影镜组、更具体地说优选地通过移动所述后反射镜延长或缩短光路。由此，可以有利地把像平面精确地投影倒衬底表面上。静态地通过预先给定额定值或动态地通过测量衬底表面的位置可以调节像平面。
有利地，为了提高系统或装置的处理能力，采用多个、优选地平行的光程。同时借助于照明单元在掩模上产生多个光斑，该掩模通过多个光学单元和/或投影和校正单元被投影到衬底上。另外，可以有利地通过以下方式对掩模进行复制，即利用掩模上的多个光斑产生多个平行光程。在本发明范围内，还可以通过以下方式复制掩模，即借助于光学单元中的分光器在衬底上产生多个平行的光程。
在从属权利要求以及下面的
中给出了本发明的特别的扩展方案和改进方案。
下面根据附图所示的实施例来详细讲述本发明，而不是对本发明进行限制。其中图1示出了通过单个图像的接合来进行校正或使图像变形的原理图；图2示出了所述装置的一个实施例的示意图；图3示出了用于变形地投影掩模的装置的示意图；图4示出了由机械单元和照明单元的位置获得照明位置的矢量和的原理图；图5示出了照明单元在空间方向上具有高斯强度分布的重叠的光斑的示意图6示出了具有两个所谓的4f装置中的透镜系统的光学单元的实施例，该4f装置具有一个后置的后反射镜；图7示出了用于在掩模上产生两个光斑的照明单元的示意图；图8、9示意地示出了用于同时复制掩模或用于多重投影的装置。
图1示出了通过接合单个图像使图像变形的原理。掩模1的子域被投影到衬底2上，其中借助于照明单元在掩模1上产生光斑3并且将其作为子图像5投影到衬底5上。总图像由重叠的子图像5组合成，其中每个子图像是掩模或所属的各个光斑的没有变形的1∶1图像。总图像的变形通过使子图像5在衬底2上偏移校正矢量4而产生。通过测量掩模1和衬底2上的标记、尤其是定线标记和通过预先给定变形值来计算衬底2的变形，其中也可以有利地结合测量值和预定值。根据所述测量确定掩模标记和衬底标记的相对位置，其中按照校正方法使图像这样变形，以致掩模标记被投影到所述衬底标记上。在此可以对掩模1或衬底2进行校正，以及必要时可以对两者都进行校正。所述偏移导致在重叠区域6中不清晰，其中根据重叠区域6的可容许的不清晰度以及大小预定两个相邻子图像5的最大偏差。
在图2中示出了所述装置的一个实施例的示意图，该装置的机械单元包含一个保持架7，借助于该保持架将掩模1和衬底2相互间隔地并且牢固地固定。与该机械单元或保持架7分离地布置一个照明单元8、光学单元9、掩模照相机10和衬底照相机11。在保持架7上此外还牢固地固定了一个校准照相机12和参考标记13。为了在XY平面内移动保持架，设有X传动装置15和Y传动装置16。按照本发明，保持架7和固定在其上的所述部件可以相对于其余部件、尤其是照明单元8、光学单元9移动，所述其余部件相互固定地被安装并且相互有确定的几何关系。因此，掩模1、衬底2和校准照相机12可以和保持架7一起相对于装置的所有其他部件移动地被安装。
借助于照明单元8从后面照射在子域、即所谓的光斑3中的掩模1。通过光学单元9把该子域或光斑5不变形地并且不放大地投影到衬底2上。该光学单元9包含一个投影和校正单元，并且位于掩模1和衬底2之间的光学路径中。借助于所述校正单元使衬底2上的各个子图像在XY平面内移动。为了确定由此获得的变形，在掩模1和衬底2上借助照相机和后置的图像处理系统的图像处理软件测定记录标记13的位置。从记录标记14的位置重新计算出用于所述投影和校正单元的控制数据。
为了校准光学路径，将保持架7移动到一个位置，在该位置上参考结构或参考标记13被照明单元8照射。参考标记13借助于构成投影和校正单元的光学单元9被投影到校准照相机12上。通过相应地控制光学单元的校正单元把参考标记13的图像投影到校准照相机12的标志位置上。从而将掩模1的坐标系统和衬底2的坐标系统联系起来。在此计算得到的控制值作为校正计算中的偏离值被一起考虑用于稍后的掩模投影。接着，在标记测量照相机10的下方移动参考结构或参考标记13并且测量参考标记13的位置。由此确定标记照相机10相对于参考标记的位置。与此相似地，利用衬底照相机11进行处理，其中尤其校准照相机12中的CDC芯片的位置被用作为参考标记。由此求出的掩模照相机10和衬底照相机11的位置在测量掩模和/或多个掩模或衬底和/或多个衬底上的定线标记时被考虑作为偏离值。
在图3中示出了用于变形地投影掩模1的装置的示意图。设置激光器17作为所述照明单元的光源，该激光器优选地在用于曝光350至400nm范围的印刷电路板的通常波段内具有1至10W的平均功率。利用光束扩张单元18调节各个应用所要求的光照直径。借助于扫描装置19使被扩张的激光束垂直与掩模1的表面移动。如上所述，掩模1和衬底被固定地保持在机械单元的保持架7上。具有用于位置校正和用于把光斑3投影到衬底2上的有效元件的光学单元9被布置在掩模1和衬底2之间的光学路径中。该光学单元9包含具有两轴倾斜传动装置21的面平行的平板20、透镜系统或透镜22、具有所属的两轴倾斜传动装置24的扫描镜23、第二透镜系统22以及具有所属的XYZ传动装置26的后反射镜25。这样预定图像像区的大小，使得在光照扫描的每个位置上把掩模1的被照亮的总区域投影到衬底2上。借助于所述的X-Y传动驱动器和位置调节器27可以以所要求的方式不依赖于照明单元8和光学单元9但相对于它们移动保持架7。保持架7的位置控制器或调节器、光学单元的有效元件20、23、25、激光器17和扫描装置或光扫描仪19连接到计算机系统28上和/或借助于计算机系统28来控制。为了确定校正所需的测量数据，为计算机系统28分配了图像处理系统29或将该图像处理系统29集成在计算机系统28中，其中上述照相机被连接到该图像处理系统29上。借助于该图像处理系统29计算照相机图像中的记录标记的位置，并且利用检测到的保持架位置计算这些记录标记在掩模1和/或衬底上的绝对位置。在保持架7的掩模1的平面上布置一个参考标记13并且在衬底2的平面上布置校准照相机12。该参考标记借助于光学单元被投影到校准照相机12上。在需要时用这种方式校准光学单元的所述有效元件20、23、25。整个计算机系统28通过操作计算机13控制，为该操作计算机分配尤其是在屏幕或监视器上的适当的操作界面。
有利地，通过经由计算机系统28来控制光源、尤其是激光器17来实现对掩模1上的光照强度的控制。这样，在脉冲式激光器17的情况下通过脉冲率的变化或在CW激光器的情况下通过可控的衰减来影响强度。随时为计算机系统28提供系统数据、尤其是掩模上光斑的位置或工作台或保持架7的速度。从而根据所述和/或其它的参数控制强度。另外，使强度这样匹配保持架7的不同速度，使得在掩模1上从总数上看存在预定的和/或所期望的强度分布。由此保证在保持架7加速或制动阶段期间能够进行曝光。
按照本发明的装置具有以下部分。
1.具有光源、尤其是激光器17、扩张镜组或光束扩张器18、光扫描仪或扫描装置19的光照路径。
2.掩模支架，其匹配不同类型的掩模、例如有色掩模、乳化掩模或薄膜。
3.具有输入镜组、XY扫描仪、输出镜组和聚焦装置的光学单元9。
4.衬底支架，其匹配不同类型的有用元件、例如薄膜、穿孔薄膜、印刷电路板或玻璃衬底。
如图4所示，通过保持架的XY位置和光扫描仪19的位置来确定掩模1上的光斑3的位置。通过结合快速的扫描移动32和与其相比较慢的保持架移动31实现对掩模1的带状照射。如下构造光学单元9，即其可以把所有扫描位置上的光斑投影到衬底2上。按照本发明这样调节光斑3的移动，使得被照亮的区域重叠。结合高斯形状的强度分布的叠加来实现掩模需被照亮的平面上从平均时间来看近似恒定的强度分布。优选地根据激光的高斯形状的强度分布规定光照强度的柔和渐隐，其中光斑3的边缘区域内的光照强度比光斑3的中心的光照强度小预定的数量。掩模1的被照亮的区域通过光学单元9被投影到衬底2上，其中图像是具有光照强度分布的掩模2的结构。从而实现从平均时间来看衬底2上的图像强度至少近似恒定。
光照强度由计算机系统控制。这可以通过控制光源或可控的衰减元件来实现，例如借助于脉冲式激光器通过脉冲率的变化。另外，根据掩模1上的光斑3的位置来控制光照强度。此外，在本发明的范围内根据保持架的速度预定光照强度，从而实现从平均时间来看掩模1上恒定的强度分布，尽管保持架的速度不是恒定的。除了在脉冲式激光器的情况下改变脉冲率之外，尤其在CW激光器的情况下可以通过可控的衰减来预定光照强度。随时为计算机系统提供系统数据、尤其是掩模1上的光斑3的位置或保持架或其工作台的速度。从而可以根据其它的参数控制光照强度。有利地，使强度这样匹配保持架的不同速度，使得在掩模1上从总数上看存在所期望的强度分布。从而可以有利地在保持架加速或制动阶段期间进行曝光。
尤其借助于激光器来预定光照强度的柔和渐隐和光斑的重叠，其中激光器的光线强度在垂直于光线方向上具有高斯形状的轮廓。有利地，通过改变脉冲式激光器的脉冲率来控制光照强度，从而调节光强。与保持架的移动相比而言较快的光斑3的移动优选地通过在光扫描仪19的扫描镜上的偏转而产生。
对于按照本发明的校正方法，使衬底上的图像这样变形，使得掩模标记被投影到衬底标记上，其中不重要的是，掩模1、衬底2或这两者是否被校正。这些不同的任意的校正可能性决定了校正矢量Δx和Δy按照以下公式依赖于掩模2上光斑的位置(xb，yb)Δx＝f1(xb，yb)Δy＝f2(xb，yb)。
由保持架位置和扫描位置的矢量相加获得光照位置。使用校正装置并这样进行控制，使得按照掩模1上的光斑3的位置相应地控制光学单元9的校正单元，其中尤其考虑所述的组合移动。这样构造校正单元，使得不仅可以实现快速的扫描移动，而且可以实现与其相比较慢的保持架的移动31。在此，校正装置的控制确保从工作台或保持架的位置和扫描位置计算出光斑的位置。有利地，实时地并且在考虑预定的校正的情况下从这些位置中计算出并产生用于校正单元的控制信号，更具体地说按照以下公式进行计算 为了保证装置长时间稳定，机械单元或保持架7包含参考标记13和校准照相机12。参考标记13被布置在掩模平面上，校准照相机12被安装在衬底平面上。优选地，通过尤其利用包含在照明单元8中的曝光源或替代地利用单独的曝光源把参考结构或参考标记投影到固定的校准照相机12上来实现光学路径的校准。有利地，通过光学单元9的有效元件中的一个来对掩模1和衬底2之间的光学路径进行校准。有利地，借助于参考标记13和工作台照相机和/或校准照相机对光学测量装置进行校准，其中校准照相机被布置在衬底平面上。保持架在XY平面内的位置通过测量系统连续地进行测量。所述照相机和测量系统被连接到计算机系统上，借助于该计算机系统对测量值进行分析，并且根据这样求出的校准值和/或校准矢量来控制保持架的传动装置以及校正装置。
有利地，通过单个图像的叠加或连续地接合来实现任意的图像变形和校准，其中单个图像小于总图像。按照本发明，规定用于校正的变形的特殊情况是平移、旋转、剪切和依赖于方向的放缩。有利地，通过光照强度的所谓的柔和渐隐和光斑3的叠加来实现从平均时间来看掩模平面上近似恒定的强度。掩模的被照亮的区域或光斑3通过投影镜组被投影到衬底2上。由此产生的图像是具有光照强度分布的掩模结构。有利地，在衬底2上实现从平均时间来看至少近似恒定的图像强度。为此，有利地使用激光器作为光源，其中激光器的光线强度在垂直于光线的方向上具有高斯形状的轮廓。此外，可以优选地尤其通过改变脉冲式激光器的脉冲率来预定光强。掩模1上的光斑的快速移动尤其通过借助光扫描仪19的扫描镜的偏转来产生。
在图5中示出了光斑3例如在一个空间方向上的叠加，其中以具有高斯形状或高斯强度分布的光照为基础。由于预定的曲线叠加，掩模上的总强度34包括剩余波纹度在内都充分恒定。力求越小的剩余波纹度，预定的高斯形状的重叠区域6就越大。在校正单个图像5、即在XY平面内偏移时，重叠区域发生变化。相对于绝对大小，预定重叠区域6的变化较小。从而剩余波纹度只产生细小的变化，因此衬底上的光强35至少是近似恒定的。应保持衬底上的图像是具有光照强度分布的掩模结构。从而在衬底上实现从平均时间来看近似恒定的图像强度。
图6示出了光学单元的一个实施例，该光学单元包含两个也可以分别被构造为单个透镜的透镜系统22。这两个透镜系统22和光路径中后置的后反射镜25一起构成所谓的4倍装置。利用这种装置，对象或衬底1的光斑3在衬底2上产生近似1∶1的单个图像5。这种图像没有变形并且不是点反射。通过在Y方向上移动后反射镜25来调节衬底2上的像平面。结合测量系统，在本发明的范围内可以对像平面进行一次调节或对其进行连续地再调节，利用该测量系统测定衬底表面在Z方向上的位置。在光学路径中设有三个有效元件，其根据应用而单个地或以不同的组合尤其被包含在光学单元中。利用至少一个有效元件，有利地利用所有的有效元件在XY平面内移动像区和/或图像。因此通过轴平行的平板20的倾斜而垂直于光轴移动像区。同样地，通过借助于垂直于入射和反射光线的法线的2轴倾斜传动装置21使扫描镜23倾斜来移动像区。另外，通过在XZ平面内移动后反射镜25来移动像区。
此外，有利地通过以下方式来实现曝光速度和装置的处理能力的提高，即并行地设置多个投影和校正单元。在掩模上产生多个光斑，其通过多个投影和校正单元被投影到衬底上。如7所示，为此这样构造照明单元，使得在掩模上至少产生两个光斑3。有利地，借助于两个分离的光学单元9相互独立地预定校正值和校正矢量4。
在图8和9中示出了用于同时复制掩模的装置。这样布置至少两个、必要时多个投影和校正单元，使得在一个和多个衬底2上同时复制掩模1。在图8中示例性地示出了双重投影，其中基于两个并行的光程而存在两个光斑3。按照图9，在掩模1上产生唯一的光斑3，并且光学单元包含一个分光器37，借助于该分光器并通过用于产生两个单个图像5的光学单元9而产生两个并行的光程。应理解的是，在本发明的范围内可以类似地产生更多数量的单个图像以代替两个单个图像。
附图标记1掩模2衬底/有用元件3光斑4校正矢量5单个图像6重叠区域7机械单元/保持架8照明单元9光学单元/投影和校正单元10 掩模照相机11 衬底照相机12 校准照相机13 参考标记14 记录标记15 X传动装置16 Y传动装置17 激光器18 光束扩张单元19 光扫描仪20 调节元件/面平行的平板21 20的2轴倾斜传动装置22 透镜系统/透镜23 调节元件/扫描镜24 23的2轴倾斜传动装置25 调节元件/后反射镜26 25的XYZ传动装置27 保持架传动装置的位置调节器28 计算机系统29 图像处理系统30 具有操作界面的操作计算机
31保持架的移动32扫描移动34掩模上的总强度35衬底上的总强度36反射镜37分光器
权利要求
1.用于把掩模(1)投影到衬底(2)上的方法，其中借助于一个照明单元(8)和一个光学单元(9)把所述掩模(1)投影到所述衬底(2)上，其特征在于，相对于所述掩模(1)和所述衬底(2)移动所述照明单元(8)和所述光学单元(9)，测定所述衬底(2)的变形，以及根据所测定的变形借助于所述光学单元(9)使所述掩模(1)的图像变形并且匹配所述衬底(2)的变形。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掩模(1)的总图像尤其由重叠的单个图像(5)组合成，其中预先规定所述光学单元(9)的像区小于所述总图像，借助于有效的调节元件(20，23，25)、尤其是所述光学单元在所述衬底(2)上移动所述单个图像(5)，和/或通过控制所述调节元件(20，23，25)这样组合所述单个图像(5)，使得实现所要求的所述总图像的变形，其中每个单个图像是所述掩模(1)的没有变形的1∶1的图像。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过测量所述掩模(1)和所述衬底(2)的标记(14)或通过预定变形值来计算所述衬底(2)的变形，和/或对测量值和预定值进行组合，和/或确定所述掩模(1)的标记(14)相对于所述衬底(2)的标记(14)的位置，和/或为了进行校正，使图像这样变形，以致所述掩模(1)的标记(14)被投影到所述衬底(2)的标记(14)上，其中所述掩模(1)和/或所述衬底(2)被校正。
4.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，通过单个图像的叠加或连续的接合实现所述掩模(1)的图像的所要求的变形和/或校准，所述单个图像分别小于所述掩模(1)的总图像，其中尤其通过平移、旋转、剪切或依赖于方向的放缩来进行变形。
5.如权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，在所述衬底(2)上重叠地设置光斑(3)，和/或使所述光斑(3)的光照强度柔和渐隐和/或相对于所述光斑(3)的中心而降低边缘区域中所述光斑(3)的光照强度，和/或所述光斑(3)具有高斯形状的光照强度分布，和/或使用激光器作为光源。
6.如权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述掩模(1)上的所述光斑(3)的移动由两种移动、优选地由快速的光照扫描移动和与其相比较慢的容纳所述掩模(1)和所述衬底(2)的机械单元(7)的移动组合成，和/或根据所述掩模(1)上的所述光斑(3)的位置控制对所述衬底(2)上的单个图像(5)的校正，和/或为了进行校正和/或控制所述光斑(3)，考虑所述组合成的移动。
7.如权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，通过控制照射源和可控的衰减元件来控制所述掩模(1)上的光照强度，和/或在使用脉冲式激光器的情况下通过改变脉冲率来控制所述光照强度，和/或根据所述掩模(1)上的所述光斑(3)的位置来控制所述光照强度，和/或根据所述容纳所述掩模(1)和所述衬底(2)的机械单元的速度来控制所述光照强度。
8.如权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，通过借助于曝光源、尤其是包含在所述照明单元(8)中的曝光源把参考标记(13)或参考结构投影到校准照相机(12)上来进行光学路径的校准，所述校准照相机(12)正如所述掩模(1)和所述衬底(2)一样并且和它们一起被布置在可移动的机械单元上，和/或借助于至少一个有效元件(20，23，25)、尤其是所述光学单元(9)对所述光学路径进行校准，和/或尤其借助于布置在所述可移动的机械单元(7)上的校准照相机(12)和参考标记(13)对光学测量装置进行校准。
9.用于把掩模(1)投影到衬底(2)上的装置，包含一个机械单元(7)，在其上相互间隔地布置所述掩模(1)和所述衬底(2)，一个照明单元(8)，用于在所述掩模(1)上产生光斑(3)，以及一个光学单元(9)，被包含在所述掩模(1)和所述衬底(2)之间的光学路径中，借助于所述光学单元可把所述光斑(3)投影到所述衬底(2)上，其中所述机械单元(7)包含至少一个传动装置(15，16)，其特征在于，所述机械单元(7)被构造用于固定、在投影期间不可变地容纳所述掩模(1)和所述衬底(2)，相对于固定地相互耦合的所述照明单元(8)和所述光学单元(9)可移动地布置所述机械单元(7)，以及所述光学单元(9)包括至少一个有效的调节元件(20，23，25)，用于调节所述衬底(2)上的光斑(5)，其中可以根据所述衬底(2)的变形来控制所述调节元件(20，23，25)。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述光学单元(9)的像区和/或借助于所述光学单元(9)产生的单个图像(5)小于所述掩模(1)的总图像，其中所述掩模(1)的总图像可由预定数量的所述单个图像(5)组合成，以及这样构造用于控制所述有效的调节元件(20，23，25)的计算机系统(28)，使得能够依赖于所确定的变形和/或根据这些变形通过组合被相应地偏转的单个图像(5)而实现所述掩模(1)的总图像的变形。
11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述调节装置具有保持架(7)，其被构造用于相互固定地并间隔地布置所述掩模(1)和所述衬底(2)，所述光学单元(9)被布置在所述掩模(1)和所述衬底(2)之间的保持架(7)中，和/或相对于所述保持架(7)可移动地布置用机械方式相互连接的所述光学单元(9)和所述照明单元(8)，和/或借助于传动装置(15，16)相对于所述光学单元(9)和所述照明单元(8)可移动地布置所述保持架(7)。
12.如权利要求9至11之一所述的装置，其特征在于，所述光学单元(9)包含具有尤其是4f装置中的两个透镜和透镜系统(22)的投影镜组，所述掩模(1)被布置在第一透镜或第一透镜系统(22)的前端的焦点上，以及布置第二透镜或第二透镜系统(22)的衬底(2)，其中所述第一透镜或第一透镜系统(22)之前或所述第二透镜或第二透镜系统(22)之后的光程通过后反射镜(25)被点反射。
13.如权利要求9至12之一所述的装置，其特征在于，所述光学单元(9)包含一个尤其用于在像平面内垂直于光轴移动图像的校正单元和/或调节元件(20，23，25)，和/或设有一个面平行的平板(20)，借助于其通过垂直于光轴的倾斜可以平行于光轴移动光束，和/或设有一个反射镜(23)，可以垂直于射入和射出的光束的法线倾斜地布置所述反射镜，和/或设有一个后反射镜(25)，其可垂直于光轴移动。
14.如权利要求9至13之一所述的装置，其特征在于，这样可移动地布置所述后反射镜(25)，使得可以延长或缩短所述投影镜组中的光路，从而可以把像平面精确地投影到所述衬底(2)的表面上，其中可以静态地通过预先给定额定值或动态地通过测量所述衬底(2)的表面的位置来调节像平面。
15.如权利要求9至14之一所述的装置，其特征在于，所述照明单元被构造用于在所述掩模(1)产生至少两个光斑(3)，在所述光斑(3)之后布置相应数量的具有投影和校正单元的光学单元(9)，用于在所述衬底(2)上产生至少两个或更多的单个图像(5)。
16.如权利要求9至15之一所述的装置，其特征在于，为了在一个或多个衬底(2)上尤其是同时复制所述掩模(1)，构造用于在所述掩模(1)上产生多个光斑(3)的所述照明单元(8)，和/或在所述掩模(1)和所述一个或多个衬底(2)之间的光学路径中这样布置一个分光器(37)，使得通过多个、优选地并行的光程在所述一个或多个衬底(2)上可以产生多个单个图像(5)。
17.如权利要求9至16之一所述的装置，其特征在于，用于执行如权利要求1至8之一所述的方法的构造。
全文摘要
本发明涉及一种用于把掩模(1)投影到衬底(2)上的方法，其中借助于一个照明单元(8)和一个光学单元(9)把所述掩模(1)投影到所述衬底(2)上。此外本发明还涉及一种用于执行所述方法的装置。应如下构造所述方法和装置，即用高的工作可靠性把所述掩模(1)及其小结构精确地投影到所述衬底(2)上，其中应校正所述衬底(2)的变形。本发明建议相对于所述掩模(1)和所述衬底(2)移动所述照明单元(8)和所述光学单元(9)，测定所述衬底(2)的变形，以及根据所测定的变形借助于所述光学单元(9)使所述掩模(1)的图像变形并且匹配所述衬底(2)的变形。
文档编号G03F7/20GK1659478SQ03812896
公开日2005年8月24日 申请日期2003年4月11日 优先权日2002年4月11日
发明者R·卡普兰, J·索尔纳 申请人:海德堡显微技术仪器股份有限公司