专利名称：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的制作方法
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勻地压印在基底中。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，S卩，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 )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80 μ m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勻厚度的基底而言，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勻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。
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。
具体实施例方式图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 —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。
权利要求
1.一种楔形误差补偿头部O)，具体地用于对基底(5)进行压印或者印花并且用于执行主动楔形误差补偿，所述楔形误差补偿头部包括静止部件( 和能相对于所述静止部件运动的部件；和在所述两个部件(3和4)之间的至少三个线性致动器(8)，其中，在所述线性致动器(8)与所述能运动的部件(4)或者所述静止部件C3)之间设置有能位移的楔形物(9)。
2.根据权利要求1所述的楔形误差补偿头部O)，其中，所述楔形物(9)一体成形在所述楔形误差补偿头部( 的能运动的部件(4)中或者一体成形在所述楔形误差补偿头部的静止部件(3)中。
3.根据权利要求1或2所述的楔形误差补偿头部O)，其中，所述能运动的部件(4)能够与掩模(6)或者基底( 连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的楔形误差补偿头部O)，其中，每个线性致动器 (8)都包括压电元件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的楔形误差补偿头部O)，包括用于使所述楔形物(9)分别运动的气动或者液压装置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的楔形误差补偿头部O)，包括用于分别控制或者调节各楔形物(9)的运动的控制器。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的楔形误差补偿头部O)，包括用于测量所述楔形误差补偿头部O)的能运动的部件的位置的至少三个测量探针(1 或者至少三个传感器(13)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的楔形误差补偿头部O)，包括用于锁定所述楔形误差补偿头部O)的能运动的部件的位置的多个制动件(7)。
9.一种用于借助根据权利要求1至8中任一项所述的楔形误差补偿头部( 对基底 (5)进行压印或者印花的装置。
10.一种用于通过使用根据权利要求1至8中任一项所述的楔形误差补偿头部(2)主动地补偿楔形误差的方法，其包括以下步骤(a)借助所述楔形物(9)执行所述楔形误差补偿的粗调节；和(b)借助所述线性致动器(8)执行所述楔形误差补偿的精细调节。
11.根据权利要求10所述的方法，包括在步骤(a)内的步骤(al)至(a8)和在步骤(b) 内的步骤(bl)(al)使所述楔形误差补偿头部O)向着掩模(6)或者基底( 运动； (a2)借助测量探针(1 或者传感器(1 测量所述楔形误差补偿头部( 的能运动的部件⑷的位置；(a3)通过施加制动件(7)而锁定在能够带有基底( 或者掩模(6)的所述楔形误差补偿头部( 与所述掩模(6)或者所述基底( 之间的角度；(a4)从所述掩模(6)或者所述基底( 移除所述楔形误差补偿头部O)； (a5)将所述楔形物(9)定位在所述线性致动器(8)与所述楔形误差补偿头部( 的能运动的部件(4)之间；(a6)将所述楔形误差补偿头部( 的能运动的部件(4)与所述楔形物(9)连接并且使所述线性致动器(8)与所述楔形物(9)接触； (a7)打开所述制动件(7)；(a8)借助所述测量探针(15)或者传感器(13)检查所述楔形误差补偿头部(2)的能运动的部件的位置，并且相对应地使所述楔形物(9)对准；以及(bl)借助所述线性致动器(8)和在步骤(^)中测量到的所述楔形误差补偿头部(2) 的能运动的部件的位置而主动地补偿所述楔形误差。
全文摘要
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。
文档编号G03F7/00GK102576189SQ201180004313
公开日2012年7月11日 申请日期2011年2月14日 优先权日2010年2月15日
发明者G·芬克, M·康拉迪, S·汉森 申请人:聚斯微技术平版印刷有限公司