WO2003085456A2 - Verfahren und vorrichtung zum abbilden einer maske auf einem substrat - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum abbilden einer maske auf einem substrat Download PDF

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WO2003085456A2
WO2003085456A2 PCT/EP2003/003775 EP0303775W WO03085456A2 WO 2003085456 A2 WO2003085456 A2 WO 2003085456A2 EP 0303775 W EP0303775 W EP 0303775W WO 03085456 A2 WO03085456 A2 WO 03085456A2
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illumination
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Roland Kaplan
Jürgen SOLLNER
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Heidelberg Instruments Mikrotechnik Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for imaging a mask on a substrate according to the features specified in the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to an apparatus for performing the method.
  • Such a method and a device for carrying it out are known from DE 39 10 048 C2.
  • This is an alignment system in photolithography with which a mask, a large-area substrate and a transmission system, which contains an illumination unit and an optical unit, can be aligned relative to one another, structures from the mask being transferable to the substrate in small areas .
  • a marking is applied to it, and when the structures of the mask are scanned, the mask is continuously aligned with respect to the substrate in relation to the respective region.
  • the mutual alignment of the mask and the substrate requires a certain amount of equipment, and especially due to time delays and inertia of the alignment system, there are limits to the transmission speed and the achievable throughput.
  • a template is referred to as a mask, which is used for the production of, for example, printed circuit boards or flat screens and is designed as a film, emulsion mask, chrome mask or the like.
  • Such masks contain small structures, such as, for example, conductor tracks or generally geometric structures, which are to be imaged or copied onto a substrate.
  • the typical size of such structures depends on the respective application and is today, for example, 10 to 50 ⁇ m in printed circuit board technology. Structure sizes down to 1 to 2 ⁇ m can be expected in the production of flat screens. The tolerance in the placement of the structures and their positional accuracy is significantly smaller than the structure sizes themselves.
  • Flat, plate-shaped production elements or production benefits are referred to as substrates.
  • Printed circuit boards structuring of the copper surfaces, structuring of flexible printed circuit boards, networking of the solder resist or positive varnish.
  • Screen technology paint image for structuring metallic or non-conductive layers, networking the color filter, creating structures on flexible substrates, such as B. slide screens.
  • Microstructure technology creation of working copies, direct exposure of large flat workpieces, such as B. photovoltaic elements.
  • Flat, flat substrates are usually quite thin and have a thickness of a few ⁇ m (micrometers) to many mm (millimeters) and are coated with a light-sensitive layer that has to be structured. Go through the useful elements Different production steps, where high temperature differences and other mechanical stresses can occur. Such stresses can lead to permanent geometric changes.
  • printed circuit boards are composed of several layers of carrier foils, and this process is often referred to as pressing.
  • the intermediate products that are assembled or pressed in this way have dimensional deviations which must be taken into account in the next production step so that, for example, fine conductor tracks can be covered with equally small vias. Accordingly, the individual picture elements are to be contacted in the production of screens.
  • the distortions of the useful elements occurring in the production process fundamentally limit the structures that can be produced in a minimally sensible manner. So that the desired functions can be realized by means of the structures of different layers or useful elements, a minimal overlap must be guaranteed. For this it is necessary that with a minimum structure size Z and taking into account a manufacturing tolerance dZ the associated counter structure has the size Z + 2 x dZ. This ensures that the structures overlap in the event of a position error dZ. If, on the other hand, the deviation between the structure or the mask and the useful element is too large, the structures assigned to one another no longer overlap. Furthermore, the problems inherent in optical imaging must be taken into account, namely the positional accuracy and the sharpness of the image. This means that the image of the template or mask must be imaged as precisely as possible on the structure or the use and the focal plane of the image must be on the light-sensitive layer of the substrate.
  • the object of the invention is, on the one hand, to design the method and, on the other hand, the device in such a way that, taking into account the relationships shown above, the templates or masks and their small structures on the substrate or the useful element are achieved with a high degree of functional reliability becomes.
  • the creation of precise copies of small structures on preferably large substrates and / or useful elements should be possible without problems. Structures of the mask that are as small as possible are to be imaged and / or generated on the substrate with high positional accuracy.
  • the The method and the device can be used economically and enable a high throughput.
  • the proposed method and the device proposed for carrying out the same enable the creation of precise copies of small structures on in particular large substrates or the production of small structures on a distorted substrate with high positioning accuracy.
  • the mask which represents the original in the nominal dimensions, is corrected and / or distorted in the imaging by means of the optical unit or in the copying process, and thus the image of the mask on the substrate or the useful element is adapted to its individual distortions.
  • this process being referred to below as distorting the mask image.
  • the image of the mask can be individually distorted in each direction and thus corrected and in particular scaled such that distortions of the substrate are compensated for.
  • the height and width of the mask image or its dimensions in the X-plane and the Y-plane of the substrate are adapted to any distortions.
  • compensation of higher orders can be carried out in a preferred manner, the width of the image being a function of the height thereof or vice versa.
  • a rectangular template or mask is transformed into a parallelogram or, more generally, into a trapezoid in accordance with the determined distortions of the substrate.
  • the proposed distortion and / or transformation is determined individually for each benefit element and / or for each partial area of the same or of the substrate.
  • the correction and / or transformation parameters determined in particular according to the distortions of the substrate serve to correct the mask image during the imaging or during the copying process.
  • the mask image is distorted and / or aligned by overlapping and / or continuously joining individual images, each of which is smaller than the total Illustration.
  • the distortions are carried out in the context of the invention in particular by translation and / or rotation and / or shear and / or direction-dependent scaling.
  • the method and / or the device are neither restricted to specific structure sizes, nor are tolerance limits due to the method to be observed. There are also no limits to the size or dimensions of the substrate.
  • both the mask and the substrate preferably have mechanical devices or markings.
  • reference bores can be provided for this purpose, by means of which the position of the mask and of the useful element are individually fixed by means of pins.
  • markings are therefore applied, for example fiduchals or alignment marks or Alipulsion markings, which are evaluated via an associated optics and a camera system. By measuring such markings, information about the position of the mask and / or the position of the useful element is determined.
  • the corresponding measured values are used to calculate the distortion, e.g. the displacement or rotation of the useful element.
  • simple optical components are used, and according to the invention the mask image is distorted and, taking into account the detected distortions of the useful element, mapped to the required correct position of the useful element.
  • the focal plane of the image is imaged on the light-sensitive surface of the substrate.
  • a focusing device is provided, by means of which the length of the optical path between the mask and the useful element can be changed without the imaging scale being influenced.
  • the focusing device is expediently part of the optical unit.
  • the mask and substrate are created in relation to the optical unit, which is also referred to as imaging optics. It is particularly important that the position of the mask with respect to the substrate is not changed during the exposure.
  • the mechanical movement between the optical unit, preferably also the illumination unit, on the one hand, and the mask and the substrate, on the other hand, is advantageously carried out as slowly as possible, the quite high speeds and accelerations that are fundamentally possible with the mechanical system not being exhausted in order to to keep the forces on the optical components or the mask and the substrate as low as possible.
  • the mechanical system preferably contains a cage, by means of which the mask and the substrate are fixed to one another and arranged in the required manner.
  • the largest possible image field is aimed at in order to keep the necessary mechanical movements or cage movements for assembling the overall image small.
  • a small image field is sought so that the distortion, in particular scaling, according to the invention can be carried out.
  • the small image field required for the distortion is moved comparatively quickly over the mask and the useful element by means of the optical unit.
  • a light scan perpendicular to the direction of movement of the mechanical system or the cage is advantageously provided.
  • the movement of the illuminated area on the mask hereinafter referred to as the illumination spot, is composed of two movements.
  • the mechanical system or the cage expediently moves relatively slowly relative to the optical unit, in the order of magnitude of 0.1 to 1 m / sec.
  • the illumination spot moves comparatively quickly relative to the optical unit or imaging optics, preferably in the order of 1 to 10 m / sec.
  • the image is composed of several partial images, the following fact being taken into account for the joints at the edge of the respective partial images. If the drawing files do not fit together exactly, there are gaps in the overall picture, which is therefore unusable. On the other hand, if the partial images overlap, overexposure can occur in such multiple-imaged areas, the structure sizes in multiple-exposed areas of the light-sensitive layer of the substrate being able to deviate from the desired value. Therefore, according to the invention, the exposure intensity is reduced in the edge areas in which partial images overlap. This is achieved in an advantageous manner an illumination unit or a light source is used which has an at least approximately Gaussian beam profile and / or a light intensity distribution at least approximately in accordance with a Gaussian distribution curve.
  • the method according to the invention and the device proposed for carrying out the same enable the mask to be imaged on the substrate arbitrarily and / or taking account of distortions of the substrate or the useful element, the imaging optics or optical unit together with the illumination unit relative to the mask and the substrate is moved.
  • the image field of the imaging optics is preferably smaller than the entire image and provides a predetermined number of individual images.
  • the entire image of the mask is thus composed of individual images.
  • the respective individual image is moved on the substrate by means of active adjustment elements in the imaging optics or the optical unit in the XY plane.
  • the overall image is composed of the individual images in such a way that the required distortion in the overall image is achieved.
  • Said distortion is calculated and / or predefined by measuring marks, in particular alignment marks, on the mask and the substrate or by specifying distortion values, it also being possible to advantageously carry out a combination of measured values and predefined values. Based on the measurement mentioned, relative positions of markings of the mask to markings of the substrate are determined. For the correction method according to the invention, the image is distorted such that the markings on the substrate are imaged. The mask and / or the substrate can be corrected here.
  • Image distortion and / or alignment is preferably carried out by overlapping and / or continuous joining of individual images, each of which is smaller than the overall image of the mask.
  • the distortions are carried out in particular by translation, rotation, shear or direction-dependent scaling.
  • an at least approximately constant intensity over the mask surface is predetermined on average over time by softly fading out the illumination intensity and / or overlapping the individual illumination spots.
  • the illuminated area of the mask is over the optical unit or imaging optics mapped onto the substrate, the imaging representing the structure of the mask with the intensity profile of the illumination on the substrate and / or an at least approximately constant image intensity being achieved on the substrate over time.
  • a Gaussian intensity distribution of the illumination spot is predetermined, in particular by using a laser as the light source.
  • the movement of the illumination spot on the mask is composed of two movements, with a rapid scan movement of the illumination and / or the illumination spot on the one hand and a relatively slower movement of the mechanical unit, in particular a cage, on the other hand, on which the Mask and the substrate are adjusted and fixed.
  • a correction unit and control unit are provided which, depending on the position of the illumination spot on the mask, controls the correction unit, which in particular is integrated in the optical unit.
  • the composite movement of the illumination spot on the mask is taken into account.
  • the lighting intensity on the mask is controlled by controlling the lighting unit or assigned controllable damping elements. This can be done in particular in the case of pulsed lasers by varying the pulse rate. Furthermore, the lighting intensity can be controlled as a function of the position of the lighting spot on the mask. Additionally or alternatively, the lighting intensity can be controlled as a function of the speed of the mechanical unit or the cage. This advantageously achieves an at least approximately constant intensity distribution on average over the mask, although the speed of the mechanical unit is not constant.
  • a reference structure which is referred to as an adjustment camera
  • a camera which is preferably fixed on the table of the mechanical unit, using a light source provided for this purpose or with the existing light source of the illumination unit.
  • the light path is expediently readjusted, specifically via the active elements in the optical path and / or the optical unit.
  • the optical unit contains two lenses or lens systems in a so-called 4f arrangement, the mask being arranged in the front focal point of the first lens system.
  • the substrate is arranged in the rear focal point of the second lens system.
  • the beam path is mirrored in front of the first lens system or after the second lens system, in particular via a retroreflector.
  • the following measures are provided individually or in combination.
  • the beam is displaced parallel to the optical axis by tilting perpendicular to the optical axis.
  • a mirror can be provided, which can be tilted perpendicular to the perpendicular of the incident and emerging rays.
  • a retroreflector can be provided, which can be displaced perpendicular to the optical axis.
  • the light path can be lengthened or shortened by means of the imaging optics, preferably by moving the retroreflector mentioned.
  • the image plane can be expediently imaged precisely on the substrate surface.
  • the setting of the image plane can either be set statically by specifying the setpoint or dynamically by measuring the position of the substrate surface.
  • a plurality of, preferably parallel, beam paths are preferably used to increase the throughput of the system or the device.
  • the illumination unit generates a plurality of illumination spots on the mask, which are imaged on the substrate by a plurality of optical units and / or imaging and correction units.
  • a mask can advantageously be reproduced by generating a plurality of parallel beam paths with a plurality of illumination spots on the mask.
  • a mask can also be reproduced in that a plurality of parallel beam paths are generated on the substrate by means of a beam splitter in the optical unit.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a device for distorted imaging of a mask
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of overlapping illumination spots of an illumination unit with Gaussian intensity distribution in a spatial direction
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of an optical unit with two lens systems in a so-called 4f arrangement with a retroreflector that is adjusted
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of an illumination unit for generating two illumination spots on the mask
  • FIG. 1 shows the principle of image distortion by joining individual images together.
  • a partial area of the mask 1 is imaged on the substrate 2, an illumination spot 3 being generated on the mask 1 by means of an illumination unit and depicted as an individual image 5 on the substrate 5.
  • the entire image is composed of overlapping individual images 5, each individual image being an undistorted 1: 1 image of the mask or the associated respective lighting spot.
  • the distortion of the overall image arises from a displacement of the individual images 5 on the substrate 2 by a correction vector 4.
  • the distortion of the substrate 2 is calculated by measuring markings, in particular alignment marks, on the mask 1 and the substrate 2 or by specifying distortion values , whereby a combination of measured values and default values can also be carried out in an expedient manner.
  • the relative positions of mask marks to substrate marks are determined, the image being distorted in accordance with the correction method in such a way that the mask marks are imaged on the substrate marks mentioned.
  • the mask 1 or the substrate 2 and, if necessary, both can be corrected.
  • the said displacement causes a blurring in the overlap area 6, the maximum offset of two adjacent individual images 5 being predefined in accordance with the tolerable blurring and the size of the overlap area 6.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an embodiment of the device, the mechanical unit of which contains a cage 7, by means of which the mask 1 and the substrate 2 are spaced apart and firmly fixed to one another.
  • An illumination unit 8, an optical unit 9, a mask camera 10 and a substrate camera 11 are arranged separately from the mechanical unit or the cage 7.
  • An X drive 15 and a Y drive 16 are provided for moving the cage 7 in the XY plane.
  • the cage 7 and the components fixed on it can be moved relatively relative to the other components, such as, in particular, lighting unit 8, optical unit 9, which are fixedly mounted to one another and are in a defined geometric association with one another.
  • the mask 1, the substrate 2 and the adjustment camera 12 with the cage 7 are thus arranged so as to be relatively movable relative to all other components of the device.
  • the illumination unit 8 By means of the illumination unit 8, the mask 1 is backlit in a partial area, the aforementioned illumination spot 3.
  • This partial area or illumination spot 5 is imaged on the substrate 2 without distortion and without being enlarged via the optical unit 9.
  • the optical unit 9 contains an imaging and correction unit and is located in the optical path between the mask 1 and the substrate 2.
  • the correction unit mentioned the respective individual image on the substrate 2 is shifted in the XY plane.
  • the positions of registration marks 13 are determined on the mask 1 and the substrate 2 by means of the camera and downstream image processing software of an image processing system.
  • the control data for the imaging and correction unit mentioned are recalculated from the positions of the registration marks 14.
  • the cage 7 is moved into a position in which the reference structure or reference mark 13 is backlit by the lighting unit 8.
  • the reference mark 13 is imaged on the adjustment camera 12 by means of the optical unit 9, which forms the imaging and correction unit.
  • the image of the reference mark 13 is mapped to a standard position on the adjustment camera 12 by appropriate activation of the correction unit of the optical unit.
  • the coordinate system of the mask 1 is thus related to the coordinate system of the substrate 2.
  • the control values determined here are taken into account as offset values in the correction calculation for the subsequent mask mapping.
  • the reference structure or reference mark 13 is then moved under the mask measuring camera 10 and the position of the reference mark 13 is measured. This determines the position of the mask camera 10 in relation to the reference mark 13.
  • the substrate camera 11 the position of the CDC chip in the adjustment camera 12 being used in particular as a reference mark.
  • the position of the mask camera 10 and the substrate camera 11 thus determined are taken into account as offset values when measuring alignment marks on the mask and / or the masks or the substrate and / or the substrates.
  • FIG. 3 shows a schematic overview of a device for distorted imaging of the mask 1.
  • a laser 17 is provided as the light source of the mentioned illumination unit, which preferably has an average power of 1 to 10 W in a usual wave range for exposing printed circuit boards in the range of 350 to 400 nm.
  • the beam expansion unit 18 is used for the respective application. required lighting diameter set.
  • the expanded laser beam is moved perpendicular to the surface of the mask 1 by means of a scanning device 19.
  • the mask 1 and the substrate 2 are held firmly on the cage 7 of the mechanical unit.
  • the optical unit 9 with active elements for position correction and for imaging the illumination spot 3 on the substrate 2 is arranged in the optical path between the mask 1 and the substrate 2.
  • the optical unit 9 contains a plane-parallel plate 20 with a 2-axis tilt drive 21, a lens system or a lens 22, a scanning mirror 23 with an associated 2-axis tilt drive 24, a second lens system 22 and a retroreflector 25 with an associated XYZ drive 26.
  • the image field of the image is so large that the entire illuminated area of the mask 1 is imaged onto the substrate 2 in each position of the illumination scan.
  • the cage 7 can be moved relative to the lighting unit 8 and the optical unit 9 in the required manner by means of the aforementioned XY drives with a position control 27.
  • the position control or regulation of the cage 7, the active elements 20, 23, 25 of the optical unit, the laser 17 and the scanning device or the illumination scanner 19 are connected to a computer system 28 and / or are controlled by means of the computer system 28.
  • an image processing system 29 is assigned to the computer system 28 or integrated therein, the cameras mentioned above being connected to the image processing system 29.
  • the positions of registration marks in the camera images are calculated by means of the image processing system 29, and the absolute position on the mask 1 and / or the substrate is calculated using the detected cage position.
  • a reference mark 13 is arranged on the level of the mask 1 of the cage 7 and the adjustment camera 12 is arranged on the level of the substrate 2.
  • the reference mark 13 is imaged on the adjustment camera 12 by means of the optical unit. In this way, said active elements 20, 23, 25 of the optical unit are readjusted if necessary.
  • the entire computer system 28 is controlled via an operating computer 13, which is assigned a suitable user interface, in particular on a screen or monitor.
  • the lighting intensity on the mask 1 is advantageously controlled by actuating the lighting source, in particular the laser 17, via the computer system 28.
  • the lighting source in particular the laser 17, the pulse rate is varied, or in the case of a CW laser, by controllable damping intensity affected.
  • the system data in particular the position of the illumination spot on the mask or the speed of the table or the cage 7, are made available to the computer system 28 at all times.
  • the intensity is thus controlled as a function of the named and / or other parameters.
  • the intensity is adapted to different speeds of the cage 7 in such a way that the predetermined and / or desired intensity distribution is given in total on the mask 1. This ensures that the exposure can be carried out during the acceleration and / or braking phase of the cage 7.
  • the device according to the invention has the following structure.
  • Illumination path with light source in particular laser 17, expansion optics or beam expansion 18, illumination scanner or scanning device 19.
  • a mask holder which is adapted to different mask types, such as chrome masks, emulsion masks or films.
  • Optical unit 9 with input optics, XY scanner, output optics and focus device.
  • substrate holder which is adapted to various useful elements, such as thin films, continuous films, printed circuit boards or glass substrates.
  • the position of the illumination spot 3 on the mask 1 is determined by the XY position of the cage and the position of the illumination scanner 19.
  • the combination of a rapid scan movement 32 with a relatively slow cage movement 31 results in a strip-wise illumination of the mask 1.
  • the optical unit 9 is designed in such a way that it can image the illumination spot 3 in all scan positions on the substrate 2.
  • the movement of the illumination spot 3 is set such that the illuminated areas overlap. Due to the overlap together with the Gaussian intensity distribution, an approximately constant intensity distribution over the surface of the mask to be illuminated is achieved on average.
  • the illumination intensity is gently faded out, the illumination intensity in the edge region of the illumination spot 3 being smaller by a predetermined amount than in the center of the illumination spot 3, preferably according to the Gaussian intensity distribution of the laser.
  • the illuminated area of the mask 1 is over the optical Unit 9 mapped onto the substrate 2, the image being the structure of the mask 2 with the intensity curve of the illumination. An at least approximately constant image intensity on the substrate 2 is thus achieved on average.
  • the intensity of the lighting is controlled by the computer system. This can be done by controlling the lighting source or controllable damping elements, for example by means of a pulsed laser by varying the pulse rate. Furthermore, the illumination intensity is controlled as a function of the position of the illumination spot 3 on the mask 1. Furthermore, the intensity of the illumination is specified as a function of the speed of the cage within the scope of the invention, so that a constant intensity distribution on the mask 1 over time is reached, although the speed of the cage is not constant. In addition to the variation of the pulse rate in the case of pulsed lasers, in particular in the case of a CW laser, the intensity of the lighting can be predetermined by controllable damping.
  • the system data such as in particular the position of the illumination spot 3 on the mask 1 or the speed of the cage or its table, are available to the computer system at all times. It is thus possible to control the intensity of the lighting as a function of further parameters.
  • the intensity is expediently adapted to different speeds of the cage in such a way that the desired intensity distribution is given in total on the mask 1. Exposure can thus advantageously be carried out during the acceleration or deceleration phase of the cage.
  • the soft masking out of the illumination intensity and overlapping of the illumination spots is specified in particular by means of a laser, the beam intensity of which has a Gaussian profile perpendicular to the beam direction.
  • the control of the lighting intensity and thus the setting of the light intensity is advantageously carried out by varying the pulse rate of the pulsed laser.
  • the rapid movement of the illumination spot 3 in comparison to the cage movement is preferably generated by deflecting on a scanning mirror of the illumination scanner 19.
  • the image on the substrate is distorted in such a way that the mask marks are imaged on the substrate marks, it being irrelevant whether the mask 1, the substrate 2 or both are corrected.
  • These various arbitrary correction options require that the correction Vector ⁇ x and ⁇ y depend on the position of the illumination spot (xb, yb) on mask 2 according to the following equation:
  • the lighting position is vectorially added from the cage position and the scan position.
  • a correction device and control are used in such a way that, depending on the position of the illumination spot 3 on the mask 1, the correction unit of the optical unit 9 is controlled accordingly, the combined movement explained in particular being taken into account.
  • the correction unit is designed in such a way that both the fast scanning movement and the cage movement 31, which is comparatively slower, can take place.
  • the control of the correction device ensures that the position of the illumination spot is determined from the position of the table or the cage and the scan position.
  • the control signals for the correction unit are preferably calculated and generated from these positions in real time and taking into account the predefined corrections, advantageously in accordance with the following equation:
  • the mechanical unit or the cage 7 contains the reference mark 13 and the adjustment camera 12.
  • the reference mark 13 is arranged on the mask level and the adjustment camera 12 is mounted on the substrate level.
  • the optical path is preferably calibrated.
  • the readjustment of the optical path between the mask 1 and the substrate 2 is advantageously carried out via one of the active elements of the optical unit 9.
  • the optical measuring devices are advantageously calibrated using the reference mark 13 and the table camera and / or the adjustment camera, which is arranged on the substrate level.
  • the cage position in the XY plane is continuously monitored by a measuring system. Lich measured.
  • the cameras and the measuring system mentioned are connected to the computer system, by means of which the measured values are evaluated and the drives of the cage and the correction devices are controlled in accordance with the correction values and / or correction vectors determined in this way.
  • any image distortion and alignment is advantageously carried out by overlapping or continuous joining of individual images that are smaller than the overall image.
  • Special cases for the distortions provided for correction according to the invention are translation, rotation, shear and direction-dependent scaling.
  • soft fading out of the illumination intensity and overlapping of the illumination spots 3 an approximately constant intensity over the mask area is advantageously achieved on average over time.
  • the illuminated area or illumination spot 3 of the mask is imaged onto the substrate 2 via the imaging optics.
  • the image thus generated is the structure of the mask with the intensity curve of the lighting.
  • An at least approximately constant image intensity on average over the substrate 2 is advantageously achieved.
  • a laser is advantageously used as the light source, the beam intensity of which has a Gaussian profile perpendicular to the beam direction.
  • the light intensity can be predetermined in a preferred manner, in particular by varying the pulse rate of a pulsed laser.
  • the rapid movement of the illumination spot on the mask 1 is generated in particular by deflecting it by means of a scanning mirror of the illumination scanner
  • the overlap area 6 of the Gaussian profiles shows the overlap, for example, in a spatial direction of lighting spots 3, with lighting using Gaussian profiles or a Gaussian intensity distribution as the basis.
  • the sum intensity 34 on the mask is sufficiently constant except for a residual ripple.
  • the lower the desired ripple the greater the overlap area 6 of the Gaussian profiles.
  • the overlap area changes.
  • the change in the overlap area 6 is specified to be small relative to the absolute size. This results in only a slight change in the ripple, so that the light intensity 35 on the substrate is at least approximately constant.
  • the image on the substrate matches the structure of the mask the intensity curve of the lighting. An approximately constant image intensity on average over the substrate is thus achieved.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of the optical unit, comprising two lens systems 22, which can each also be designed as individual lenses.
  • the two lens systems 22 form a so-called 4-fold arrangement with a retroreflector 25 arranged downstream in the light path.
  • an approximately 1: 1 individual image 5 is generated on the substrate 2 from the object or the illumination spot 3 of the substrate 1.
  • Such an image is undistorted and not mirrored.
  • the retroreflector 25 By moving the retroreflector 25 in the Y direction, the image plane is set on the substrate 2.
  • the image plane can be set once or continuously adjusted within the scope of the invention.
  • the image field and / or the image is shifted in the XY plane.
  • the image field is shifted perpendicular to the optical axis by tilting the axially parallel plate 20.
  • the image field is also shifted by tilting the scanning mirror 23 by means of the 2-axis tilting drive 21 perpendicular to the perpendicular from the incident and reflected beam.
  • the image field is shifted by moving the retroreflector 25 in the XZ plane.
  • an increase in the exposure speed and thus in the throughput of the device is advantageously achieved by providing a plurality of imaging and correction units in parallel.
  • Several illumination spots are generated on the mask, which are imaged on the substrate by several imaging and correction units.
  • the illumination unit is designed such that at least two illumination spots 3 are generated on the mask.
  • the correction values or vectors 4 are preferably predetermined independently of one another by means of the two separate optical units 9.
  • 8 and 9 show arrangements for the simultaneous duplication of the masks. At least two, and possibly more, imaging and correction units arranged in such a way that a mask 1 is reproduced simultaneously on one or more substrates 2. 8 shows the double image by way of example, two illumination spots 3 being present due to two parallel beam paths. According to FIG. 9, a single illumination spot 3 is generated on the mask 1 and the optical unit contains a beam splitter 37, by means of which two parallel beam paths are generated by means of the optical unit 9 in order to generate two individual images 5. It goes without saying that, in the context of the invention, instead of two individual images, a larger number of individual images can be generated analogously.
  • Mask substrate / useful element illumination spot correction vector single image overlap area mechanical unit / cage illumination unit optical unit / imaging and correction unit mask camera substrate camera alignment camera reference mark registration mark X-drive Y-drive laser beam expansion unit lighting scanner adjustment element / plane-parallel plate 2-axis tilt drive of 20 lens system / lens adjustment element / scan element 2-axis tilt drive of 23 adjusting element / retroreflector XYZ drive of 25 position control for cage drive Computer system Image processing system Operating computer with user interface Cage movement Scanning movement Sum intensity on the mask Sum intensity on the substrate Mirror Beam splitter

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abbilden einer Maske (1) auf einem Substrat (2), wobei mittels einer Beleuchtungseinheit (8) und einer optischen Einheit (9) die Maske (1) auf dem Substrat (2) abgebildet wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren und die Vorrichtung sollen dahingehend ausgebildet werden, dass eine präzise Abbildung der Maske (1) und deren kleinen Strukturen auf dem Substrat (2) mit hoher Funktionssicherheit erreicht wird, wobei Verzerrungen des Substrats (2) korrigiert werden sollen. Es wird vorgeschlagen, dass die Beleuchtungseinheit (8) und die optische Einheit (9) relativ zur Maske (1) und dem Substrat (2) bewegt werden, dass Verzerrungen des Substrats (2) erfasst werden, und dass in Abhängigkeit der erfassten Verzerrungen mittels der optischen Einheit (9) die Abbildung der Maske (1) verzerrt und den Verzerrungen des Substrats (2) angepasst wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Abbilden einer Maske auf einem Substrat
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abbilden einer Maske auf einem Substrat gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der DE 39 10 048 C2 sind ein derartiges Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung desselben bekannt. Es handelt sich hierbei um ein Ausrichtsystem in der Photolithographie, mit welchem eine Maske, ein großflächiges Substrat und ein Übertragungssystem, welches eine Beleuchtungseinheit und eine optische Einheit enthält, relativ zueinander ausrichtbar sind, wobei Strukturen von der Maske in kleinen Bereichen auf das Substrat übertragbar sind. Bei der Übertragung bzw. Abbildung der Struktur der Maske auf das Substrat wird auf dieses eine Markierung aufgebracht, und beim Abtasten der Strukturen der Maske erfolgt eine kontinuierliche, auf den jeweiligen Bereich bezogene Ausrichtung der Maske bezüglich des Substrats. Die gegenseitige Ausrichtung der Maske und des Substrats erfordert einen gewissen apparativen Aufwand, und vor allem infolge von Zeitverzögerungen und Trägheiten des Ausrichtsystems sind Grenzen hinsichtlich der Übertragungsgeschwindigkeit und des erzielbaren Durchsatzes gegeben.
BESTATIGUNGSKOPIE Im folgenden wird als Maske eine Vorlage bezeichnet, welche zur Fertigung beispielsweise von Leiterplatten oder Flachbildschirmen verwendet wird und als Film, Emulsionsmaske, Chrommaske oder dergleichen ausgebildet ist. Derartige Masken enthalten kleine Strukturen, wie beispielsweise Leiterbahnen oder allgemein geometrische Strukturen, welche auf ein Substrat abzubilden bzw. zu kopieren sind. Die typische Größe derartiger Strukturen hängt von der jeweiligen Anwendung ab und beträgt heute in der Leiterplattentechnologie beispielsweise 10 bis 50 μm. Bei der Produktion von Flachbildschirmen ist mit Strukturgrößen bis hinab zu 1 bis 2 μm zu rechnen. Die Toleranz bei der Platzierung der Strukturen bzw. deren Lagegenauigkeit ist deutlich kleiner als die Strukturgrößen selbst. Als Substrate werden ebene plattenförmige Produktions-Elemente oder Produktions-Nutzen bezeichnet. So erfordert beispielsweise die Produktion von Leiterplatten das mehrfache Kopieren von unterschiedlichsten Strukturen auf Vorstufen-, Zwischenprodukte und das Endprodukt, welches die Trägerplatte für die elektronischen Bauelemente und die benötigten elektrischen Verbindungen bildet. Die Größe von Leiterplatten liegt heute in der Größenordnung bis zu 600 x 800 mm2, und aufgrund der vorgenannten Vorstufen-, Zwischen- und Endprodukte, wird von einem Mehrfachnutzen gesprochen. Bei der Produktion von Flachbildschirmen treten gleichfalls sehr ähnliche Verfahrensschritte auf, wobei für die Strukturgrößen und Toleranzgrenzen deutlich kleinere Dimensionen zu beachten sind. In der nachfolgenden tabellarischen Zusammenfassung sind typische Anwendungen bzw. Substrate angegeben, die im Folgenden auch Nutzen oder Nutzelemente genannt werden:
1. Leiterplatten: Strukturierung der Kupferflächen, Strukturierung flexibler Leiterplatten, Vernetzung des Lötstopplackes bzw. Positivlackes.
2. Bildschirmtechnologie: Lackbild zur Strukturierung von metallischen oder nichtleitenden Schichten, Vernetzung der Farbfilter, Erstellung von Strukturen auf flexiblen Trägermaterialien, wie z. B. Folienbildschirmen.
3. Mikrostrukturtechnik: Erstellung von Arbeitskopien, Direktbelichtung großer ebener Werkstücke, wie z. B. fotovoltaischer Elemente.
Ebene, flache Substrate sind in der Regel recht dünn und weisen eine Dicke von wenigen μm (Mikrometern) bis vielen mm (Millimetern) auf und sind mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichtet, welche zu strukturieren ist. Die Nutzelemente durchlaufen verschiedene Produktionsschritte, wobei hohe Temperaturunterschiede und sonstige mechanische Beanspruchungen auftreten können. Derartige Beanspruchungen können zu dauerhaften geometrischen Veränderungen führen. So werden Leiterplatten beispielsweise aus mehreren Lagen von Trägerfolien zusammengesetzt, und dieses Verfahren wird oftmals als Verpressen bezeichnet. Die derart zusammengesetzten oder verpress- ten Zwischenprodukte weisen Dimensionsabweichungen auf, welche im nächsten Produktionsschritt berücksichtigt werden müssen, damit beispielsweise feine Leiterbahnen zur Deckung mit ebenso kleinen Durchkontaktierungen gebracht werden können. Entsprechend sind bei der Herstellung von Bildschirmen die einzelnen Bildelemente zur kontaktieren.
Die im Produktionsprozess auftretenden Verzerrungen der Nutzelemente beschränken grundsätzlich die minimal sinnvoll herzustellenden Strukturen. Damit mittels der Strukturen unterschiedlicher Lagen oder Nutzelemente die gewünschte Funktionen realisiert werden können, muss eine minimale Überlappung gewährleistet sein. Hierzu ist es erforderlich, dass bei einer minimalen Strukturgröße Z und unter Berücksichtigung einer Fertigungstoleranz dZ die zugehörende Gegenstruktur die Größe Z + 2 x dZ aufweist. Somit ist sicher gestellt, dass bei einem Lagefehler dZ die Strukturen sich überlagern. Ist hingegen die Abweichung zwischen der Struktur bzw. der Maske und dem Nutzelement zu groß, so überlagern sich die einander zugeordneten Strukturen nicht mehr. Weiterhin sind die bei einer optischen Abbildung grundsätzlich vorhandenen Probleme zu beachten, nämlich die Lagegenauigkeit und die Bildschärfe. Dies bedeutet, dass das Bild der Vorlage bzw. Maske möglichst lagegenau auf der Struktur bzw. dem Nutzen abgebildet werden muss und die Fokusebene des Bildes auf der lichtempfindlichen Schicht des Substrates liegen muss.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zum einen das Verfahren und zum anderen die Vorrichtung dahingehend auszubilden, dass unter Berücksichtigung der vorstehend aufgezeigten Zusammenhänge eine präzise Abbildung der Vorlagen oder Masken und deren kleinen Strukturen auf dem Substrat bzw. dem Nutzelement mit hoher Funktionssicherheit erreicht wird. Die Erstellung präziser Kopien kleiner Strukturen auf bevorzugt großen Substraten und/oder Nutzelementen soll problemlos durchführbar sein. Es sollen möglichst kleine Strukturen der Maske mit hoher Positionsgenauigkeit auf dem Substrat abgebildet und / oder erzeugt werden. Ferner sollen das Verfahren und die Vorrichtung wirtschaftlich einsetzbar sein und einen hohen Durchsatz ermöglichen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens gemäß der im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe gemäß der im Patentanspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst.
Das vorgeschlagene Verfahren und die zur Durchführung desselben vorgeschlagene Vorrichtung ermöglichen mit hoher Funktionssicherheit und einem vergleichsweise geringen Aufwand die Erstellung präziser Kopien von kleinen Strukturen auf insbesondere großen Substraten bzw. die Erzeugung kleiner Strukturen auf einem verzerrten Substrat mit hoher Positionierungsgenauigkeit. Erfindungsgemäß wird die Maske, welche das in den Sollmaßen vorliegende Original darstellt, bei der Abbildung mittels der optischen Einheit bzw. im Kopierprozess korrigiert und/oder verzerrt, und somit wird das Bild der Maske auf dem Substrat bzw. dem Nutzelement dessen individuellen Verzerrungen angepasst. Somit werden selbst kleinste Strukturen mit hoher Positionierungsgenauigkeit auf dem verzerrten Substrat erzeugt, wobei nachfolgend dieser Prozess als Verzerren des Maskenbildes bezeichnet wird.
Das Bild der Maske kann erfindungsgemäß in jede Richtung individuell verzerrt und damit korrigiert und insbesondere derart skaliert werden, dass Verzerrungen des Substrats kompensiert werden. Erfindungsgemäß werden Höhe und Breite des Maskenbildes bzw. dessen Abmessungen in der X-Ebene und der Y-Ebene des Substrats dessen etwaigen Verzerrungen angepasst. Ferner kann in bevorzugter Weise eine Kompensation höherer Ordnungen durchgeführt werden, wobei die Breite des Bildes eine Funktion der Höhe desselben darstellt oder umgekehrt. So wird insbesondere eine rechteckige Vorlage oder Maske entsprechend den festgestellten Verzerrungen des Substrats zu einem Parallelogramm oder ganz allgemein zu einem Trapez transformiert. Die vorgeschlagene Verzerrung und/oder Transformation wird erfindungsgemäß für jedes Nutzenelement und/oder für jeden Teilbereich desselben bzw. des Substrats individuell bestimmt. Die insbesondere gemäß der Verzerrungen des Substrats ermittelten Korrektur- und/oder Transformationsparameter dienen zur Korrektur des Maskenbildes bei der Abbildung bzw. beim Kopierprozess. Die Verzerrung des Maskenbildes und/oder die Ausrichtung erfolgt erfindungsgemäß durch überlappendes und/oder kontinuierliches Aneinanderfügen von Einzelabbildungen, welche jeweils kleiner sind als die Gesamt- abbildung. Die Verzerrungen werden im Rahmen der Erfindung insbesondere durch Translation und/oder Rotation und/oder Scherung und/oder richtungsabhängige Skalierung durchgeführt. Das Verfahren und / oder die Vorrichtung sind weder auf bestimmte Strukturgrößen beschränkt, noch sind verfahrensbedingte Toleranzgrenzen zu beachten. Auch bestehen keine Grenzen hinsichtlich der Größe bzw. Abmessungen des Substrates.
Damit das Bild der Maske oder Vorlage möglichst lagegenau auf dem Substrat bzw. Nutzen abgebildet wird und eine exakte Ausrichtung erreicht wird, weisen sowohl die Maske als auch das Substrat bevorzugt mechanische Vorrichtungen oder Markierungen auf. Im einfachsten Fall können hierzu Referenzbohrungen vorgesehen sein, mittels welchen die Lage der Maske sowie des Nutzelements individuell mittels Stiften fixiert werden. Bei sehr dünnen Nutzelementen und den hierbei auftretenden großen Verzerrungen ist dies nicht zweckmäßig, da das Substrat sich wellen könnte. Bei recht dünnen Nutzelementen werden daher Markierungen angebracht, beispielsweise Fiduchals bzw. Ausrichtmarken oder Alinementmarkierungen, welche über eine zugeordnete Optik und ein Kamerasystem ausgewertet werden. Durch Vermessung derartiger Markierungen werden Informationen über die Lage der Maske und/oder die Lage des Nutzelements festgestellt. Die entsprechenden Messwerte dienen zur Berechnung der Verzerrung, wie z.B. der Verschiebung oder der Rotation des Nutzelements. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zur Durchführung desselben vorgeschlagenen Vorrichtung gelangen einfache optische Komponenten zum Einsatz, und erfindungsgemäß wird das Maskenbild verzerrt, und unter Berücksichtigung der erfassten Verzerrungen des Nutzelements auf der erforderlichen korrekten Position des Nutzelements abgebildet. Ferner wird erfindungsgemäß zur Erhaltung eines optimalen Bildes, insbesondere mit korrekter Strukturgröße, Kantenqualität und Kantensteilheit auf dem Nutzelement, die Fokusebene des Bildes auf der lichtempfindlichen Oberfläche des Substrats abgebildet. Hierzu ist eine Fokussiervorrichtung vorgesehen, mittels welcher die Länge des optischen Pfades zwischen der Maske und dem Nutzelement veränderbar ist, ohne dass der Abbildungsmaßstab beeinflusst wird. Die Fokussiervorrichtung ist in zweckmäßiger Weise Bestandteil der optischen Einheit.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird zu jeder Zeit und / oder jeweils nur ein kleiner Teil der Maske mittels der optischen Einheit auf dem Nutzelement abgebildet. Das Gesamtbild auf dem Nutzelement wird durch Relativbewegung zwischen Maske und Substrat einerseits gegenüber der optischen Einheit andererseits erstellt, welche auch als abbildende Optik bezeichnet wird. Es ist von besonderer Bedeutung, dass die Lage der Maske bezüglich des Substrats während der Belichtung nicht verändert wird. Die mechanische Bewegung zwischen der optischen Einheit, bevorzugt auch der Beleuchtungseinheit, einerseits und der Maske sowie dem Substrat andererseits wird in vorteilhafter Weise so langsam wie möglich durchgeführt, wobei die mit dem mechanischen System grundsätzlich möglichen, recht hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen nicht ausgereizt werden, um die Kräfte auf die optischen Komponenten bzw. die Maske und das Substrat so gering wie möglich zu halten. Das mechanische System enthält bevorzugt einen Käfig, mittels welchem die Maske und das Substrat in der erforderlichen Weise zueinander fixiert und fest angeordnet sind. Zum einen wird ein möglichst großes Bildfeld angestrebt, um die nötigen mechanischen Bewegungen bzw. Käfigbewegungen zum Zusammensetzen des Gesamtbildes klein zu halten. Zum anderen wird ein kleines Bildfeld angestrebt, damit die erfindungsgemäße Verzerrung, insbesondere Skalierung durchgeführt werden kann. Das für die Verzerrung benötigte kleine Bildfeld wird mittels der optischen Einheit vergleichsweise schnell über die Maske und das Nutzelement bewegt. Hierzu wird in vorteilhafter Weise ein Lichtscan senkrecht zur Richtung der Bewegung des mechanischen Systems bzw. des Käfigs vorgesehen. Die Bewegung des beleuchteten Bereiches auf der Maske, im folgenden Beleuchtungsfleck genannt, ist aus zwei Bewegungen zusammengesetzt. In zweckmäßiger Weise bewegt sich das mechanische System bzw. der Käfig relativ zur optischen Einheit vergleichsweise langsam, und zwar in der Größenordnung von 0,1 bis 1 m/sec. Der Beleuchtungsfleck hingegen bewegt sich relativ zur optischen Einheit bzw. abbildenden Optik vergleichsweise schnell, und zwar bevorzugt in der Größenordnung von 1 bis 10 m/sec.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Bild aus mehreren Teilbilclem zusammengesetzt, wobei für die Stoßstellen am Rand der jeweiligen Teilbilder folgender Sachverhalt berücksichtigt wird. Fügen sich die Teilbilder nicht exakt zusammen, so entstehen Lücken im Gesamtbild, welches damit unbrauchbar ist. Überlappen sich hingegen die Teilbilder, so kann es zu einer Überbelichtung in derartigen mehrfach abgebildeten Bereichen kommen, wobei in mehrfach belichteten Bereichen der lichtempfindlichen Schicht des Substrats die Strukturgrößen vom Sollwert abweichen können. Daher wird erfindungsgemäß in den Randbereichen, in welchen sich Teilbilder überlappen, die Belichtungsintensität abgesenkt. In vorteilhafter Weise gelangt hierfür eine Beleuchtungseinheit bzw. eine Lichtquelle zum Einsatz, welche ein zumindest näherungsweise gaußförmiges Strahlprofil und / oder eine Lichtintensitätsverteilung zumindest näherungsweise entsprechend einer gauß'schen Verteilungskurve aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung desselben vorgeschlagene Vorrichtung ermöglichen die beliebig und / oder unter Berücksichtigung von Verzerrungen des Substrats bzw. des Nutzelements verzerrte Abbildung der Maske auf dem Substrat, wobei die abbildende Optik bzw. optische Einheit zusammen mit der Beleuchtungseinheit relativ zur Maske und dem Substrat bewegt wird. In bevorzugter Weise ist das Bildfeld der Abbildungsoptik kleiner als die gesamte Abbildung und liefert eine vorgegebene Anzahl von Einzelabbildungen. Die gesamte Abbildung der Maske wird somit aus Einzelabbildungen zusammengesetzt. Die jeweilige Einzelabbildung wird mittels aktiver Verstellelemente in der abbildenden Optik bzw. der optischen Einheit in der XY-Ebene auf dem Substrat bewegt. Durch entsprechende Ansteuerung der genannten Verstellelemente wird die Gesamtabbildung aus den Einzelabbildungen derart zusammengesetzt, dass die erforderliche Verzerrung in der Gesamtabbildung erreicht wird.
Die genannte Verzerrung wird durch Vermessen von Marken, insbesondere Alignment- Marken, auf der Maske und dem Substrat oder durch Vorgabe von Verzerrungswerten berechnet und / oder vorgegeben, wobei in vorteilhafter Weise auch eine Kombination von Messwerten und Vorgabewerten durchgeführt werden kann. Aufgrund der genannten Vermessung werden Relativpositionen von Markierungen der Maske zu Markierungen des Substrats bestimmt. Für das erfindungsgemäße Korrekturverfahren wird die Abbildung derart verzerrt, dass die Markierungen des Substrats abgebildet werden. Hierbei kann eine Korrektur der Maske und / oder des Substrats durchgeführt werden.
In bevorzugter Weise wird eine Bildverzerrung und / oder Ausrichtung durch überlappendes und / oder kontinuierliches Aneinanderfügen von Einzelabbildungen durchgeführt, welche jeweils kleiner sind als die Gesamtabbildung der Maske. Die Verzerrungen werden insbesondere durch Translation, Rotation, Scherung oder richtungsabhängige Skalierung durchgeführt. In vorteilhafter Weise wird durch weiches Ausblenden der Beleuchtungsintensität und / oder Überlappen der einzelnen Beleuchtungsflecken eine zumindest näherungsweise konstante Intensität über die Maskenfläche im zeitlichen Mittel vorgegeben. Der beleuchtete Bereich der Maske wird über die optische Einheit oder Abbildungsoptik auf das Substrat abgebildet, wobei die Abbildung die Struktur der Maske mit dem Intensitätsverlauf der Beleuchtung auf dem Substrat darstellt und / oder eine zumindest näherungsweise konstante Bildintensität im zeitlichen Mittel auf dem Substrat erreicht wird. In bevorzugter Weise wird eine gaußartige Intensitätsverteilung des Beleuchtungsflecks vorgegeben, und zwar insbesondere durch Einsatz eines Lasers als Lichtquelle.
Ferner wird im Rahmen der Erfindung die Bewegung des Beleuchtungsflecks auf der Maske aus zwei Bewegungen zusammengesetzt, wobei vorteilhaft eine schnelle Scanbewegung der Beleuchtung und / oder des Beleuchtungsflecks einerseits und eine hierzu vergleichsweise langsamere Bewegung der Mechanikeinheit, insbesondere eines Käfigs, andererseits erfolgt, auf welcher die Maske sowie das Substrat justiert und fixiert angeordnet sind. Ferner sind eine Korrektureinheit und Ansteuerungseinheit vorgesehen, welche je nach Position des Beleuchtungsflecks auf der Maske die Korrektureinheit ansteuert, welche insbesondere in die optische Einheit integriert ist. Hierbei wird insbesondere die zusammengesetzte Bewegung des Beleuchtungsflecks auf der Maske berücksichtigt.
In einer besonderen Ausgestaltung erfolgt eine Steuerung der Beleuchtungsintensität auf der Maske, durch Ansteuern der Beleuchtungseinheit oder zugeordneter steuerbarer Dämpfungselemente. Dies kann insbesondere bei gepulsten Lasern durch Variieren der Pulsrate erfolgen. Des Weiteren kann die Steuerung der Beleuchtungsintensität in Abhängigkeit von der Position des Beleuchtungsflecks auf der Maske durchgeführt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung der Beleuchtungsintensität in Abhängigkeit der Geschwindigkeit der Mechanikeinheit bzw. des Käfigs durchgeführt werden. Hierdurch wird vorteilhaft eine zumindest näherungsweise konstante Intensitätsverteilung im zeitlichen Mittel auf der Maske erreicht, obgleich die Geschwindigkeit der Mechanikeinheit nicht konstant ist.
Vorteilhaft wird eine Kalibrierung des optischen Pfades durchgeführt, wobei mit einer hierfür vorgesehenen oder mit der vorhandenen Lichtquelle der Beleuchtungseinheit eine Referenzstruktur auf einer bevorzugt auf dem Tisch der Mechanikeinheit fixierten Kamera abgebildet wird, welche als Justagekamera bezeichnet wird. In zweckmäßiger Weise wird ferner ein Nachjustieren des Lichtpfades durchgeführt, und zwar über das aktive Elemente im Optikpfad und/oder der optischen Einheit. Es erfolgt eine Kalibrie- rung der optischen Messeinrichtungen an der Referenzmarke und der Kamera des Tisches.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält die optische Einheit zwei Linsen oder Linsensysteme in einer sogenannten 4f-Anordnung, wobei die Maske im frontseitigen Brennpunkt des ersten Linsensystems angeordnet ist. Das Substrat ist in dem rückseitigen Brennpunkt des zweiten Linsensystems angeordnet. Hierbei wird der Strahlengang vor dem ersten Linsensystem oder nach dem zweiten Linsensystem insbesondere über einen Retroreflektor punktgespiegelt. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Abbildungsoptik oder optische Einheit mit einer Korrektureinheit derart zu kombinieren, dass die Abbildung senkrecht zur optischen Achse in der Bildebene verschoben wird. Hierzu werden je nach spezifischen Anforderungen die nachfolgenden Maßnahmen einzeln oder in Kombination vorgesehen. Mittels einer planparallelen Platte wird durch Verkippen senkrecht zur optischen Achse das Strahlenbündel parallel zur optischen Achse verschoben. Ferner kann ein Spiegel vorgesehen sein, der senkrecht zum Lot des einfallenden und ausfallenden Strahlenbündels gekippt werden kann. Weiterhin kann ein Retroreflektor vorgesehen sein, der senkrecht zur optischen Achse verschiebbar ist. Des Weiteren kann zur Kalibrierung des Optikpfades der Lichtweg mittels der Abbildungsoptik verlängert oder verkürzt werden, und zwar bevorzugt durch Bewegen des genannten Retroreflektors. Hierdurch kann in zweckmäßiger Weise die Bildebene genau auf der Substratoberfläche abgebildet werden. Die Einstellung der Bildebene kann entweder statisch durch Sollwertvorgabe oder dynamisch durch Lagemessung der Substratoberfläche eingestellt werden.
In bevorzugter Weise werden zur Erhöhung des Durchsatzes des Systems bzw. der Vorrichtung mehrere, bevorzugt parallele Strahlengänge eingesetzt. Hierbei werden mittels der Beleuchtungseinheit mehrere Beleuchtungsflecken auf der Maske erzeugt, welche durch mehrere optische Einheiten und / oder Abbildungs- und Korrektureinheiten auf dem Substrat abgebildet werden. Des Weiteren kann in vorteilhafter Weise eine Vervielfältigung einer Maske dadurch erfolgen, dass mehrere parallele Strahlengänge mit mehreren Beleuchtungsflecken auf der Maske erzeugt werden. Auch kann im Rahmen der Erfindung eine Maske dadurch vervielfältigt werden, dass mittels eines Strahlenteilers in der optischen Einheit mehrere parallele Strahlengänge auf dem Substrat erzeugt werden. Besondere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Figurenbeschreibung angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass insoweit eine Beschränkung erfolgt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Korrektur bzw. Bildverzerrung durch Aneinanderfügen von Einzelabbildungen,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur verzerrten Abbildung einer Maske,
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung zur vektoriellen Addition der Beleuchtungsposition aus der Position der mechanischen Einheit und der Beleuchtungseinheit,
Fig. 5 eine schematische Darstellung sich überlappender Beleuchtungsflecke einer Beleuchtungseinheit mit Gauß'scher Intensitätsverteilung in einer Raum-Richtung,
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer optischen Einheit mit zwei Linsensystemen in einer sogenannten 4f-Anordnung mit einem nachgestellten Retroreflektor,
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinheit zur Erzeugung von zwei Beleuchtungsflecken auf der Maske,
Fig. 8, 9 schematisch Anordnungen zur simultanen Vervielfältigung von Masken bzw. zur Mehrfachabbildung. Fig. 1 zeigt das Prinzip der Bildverzerrung durch Aneinanderfügen von Einzelabbildungen. Ein Teilbereich der Maske 1 wird auf dem Substrat 2 abgebildet, wobei mittels einer Beleuchtungseinheit auf der Maske 1 ein Beleuchtungsfleck 3 erzeugt wird und als Einzelabbildung 5 auf dem Substrat 5 abgebildet wird. Die gesamte Abbildung wird aus überlappenden Einzelabbildungen 5 zusammengesetzt, wobei jede Einzelabbildung eine unverzerrte 1 :1 Abbildung der Maske bzw. des zugeordneten jeweiligen Beleuchtungsflecks ist. Die Verzerrung der Gesamtabbildung entsteht durch eine Verschiebung der Einzelabbildungen 5 auf dem Substrat 2 durch einen Korrekturvektor 4. Die Verzerrung des Substrats 2 wird durch Vermessen von Markierungen, insbesondere Alignmentmar- ken, auf der Maske 1 und dem Substrat 2 oder durch Vorgabe von Verzerrungswerten berechnet, wobei in zweckmäßiger Weise auch eine Kombination von Meßwerten und Vorgabewerten durchführbar ist. Aufgrund der Vermessung werden die Relativpositionen von Maskenmarken zu Substratmarken bestimmt, wobei gemäß des Korrekturverfahrens die Abbildung derart verzerrt wird, dass die Maskenmarken auf die genannten Substratmarken abgebildet werden. Hierbei können die Maske 1 oder das Substrat 2 und gegebenenfalls auch beide korrigiert werden. Die genannte Verschiebung bewirkt im Überlappungsbereich 6 eine Unscharfe, wobei entsprechend der tolerierbaren Unscharfe sowie der Größe des Überlappungsbereiches 6 der maximale Versatz zweier benachbarter Einzelabbildungen 5 vorgegeben wird.
In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung dargestellt, deren Mechanikeinheit einen Käfig 7 enthält, mittels welchem die Maske 1 und das Substrat 2 beabstandet und fest zueinander fixiert sind. Getrennt von der Mechanikeinheit bzw. dem Käfig 7 sind eine Beleuchtungseinheit 8, eine optische Einheit 9, eine Maskenkamera 10 und eine Substratkamera 11 angeordnet. Auf dem Käfig 7 sind ferner eine Justagekamera 12 und eine Referenzmarke 13 fest fixiert. Zur Bewegung des Käfigs 7 in der XY-Ebene sind ein X-Antrieb 15 und ein Y-Antrieb 16 vorgesehen. Der Käfig 7 und die erläuterten auf diesem fixierten Komponenten sind erfindungsgemäß relativ zu den übrigen Komponenten, wie insbesondere Beleuchtungseinheit 8, optische Einheit 9, welche zueinander fest montiert sind und in definierter geometrischer Zuordnung zueinander stehen, relativ bewegbar. Somit sind die Maske 1 , das Substrat 2 und die Justagekamera 12 mit dem Käfig 7 zu allen anderen Komponenten der Vorrichtung relativ bewegbar angeordnet. Mittels der Beleuchtungseinheit 8 wird die Maske 1 in einem Teilbereich, dem genannten Beleuchtungsfleck 3 hinterleuchtet. Dieser Teilbereich bzw. Beleuchtungsfleck 5 wird unverzerrt und unvergrößert über die optische Einheit 9 auf das Substrat 2 abgebildet. Die optische Einheit 9 enthält eine Abbildungs- und Korrektureinheit und befindet sich im optischen Pfad zwischen der Maske 1 und dem Substrat 2. Mittels der genannten Korrektureinheit wird die jeweilige Einzelabbildung auf dem Substrat 2 in der XY-Ebene verschoben. Zur Bestimmung der damit erreichten Verzerrung werden auf der Maske 1 und dem Substrat 2 mittels der Kamera und nachgeschalteter Bildverarbeitungssoftware eines Bildverarbeitungssystems die Positionen von Registriermarken 13 bestimmt. Aus den Positionen der Registriermarken 14 werden die Ansteuerdaten für die genannte Abbildungs- und Korrektureinheit neu berechnet.
Zur Justage des Optikpfades wird der Käfig 7 in eine Position gefahren, in welcher die Referenzstruktur oder Referenzmarke 13 von der Beleuchtungseinheit 8 hinterleuchtet wird. Die Referenzmarke 13 wird mittels der optischen Einheit 9, welche die Abbildungsund Korrektureinheit bildet, auf die Justagekamera 12 abgebildet. Durch entsprechende Ansteuerung der Korrektureinheit der optischen Einheit wird die Abbildung der Referenzmarke 13 auf eine Standardposition auf der Justagekamera 12 abgebildet. Somit ist das Koordinatensystem der Maske 1 auf das Koordinatensystem des Substrats 2 bezogen. Die hierbei ermittelten Ansteuerwerte werden als Offsetwerte in der Korrekturberechnung für die spätere Maskenabbildung mit berücksichtigt. Anschließend wird die Referenzstruktur oder Referenzmarke 13 unter die Maskenmeßkamera 10 gefahren und die Position der Referenzmarke 13 wird vermessen. Hierdurch ist die Position der Maskenkamera 10 in bezug zur Referenzmarke 13 bestimmt. Analog hierzu wird mit der Substratkamera 11 verfahren, wobei als Referenzmarke insbesondere die Position des CDC- Chips in der Justagekamera 12 verwendet wird. Die somit ermittelte Position der Maskenkamera 10 und der Substratkamera 1 1 werden bei der Messung von Alignmentmar- ken auf der Maske und/oder den Masken bzw. dem Substrat und/oder den Substraten als Offsetwerte berücksichtigt.
In Fig. 3 ist eine schematische Übersicht einer Vorrichtung zur verzerrten Abbildung der Maske 1 dargestellt. Als Lichtquelle der erwähnten Beleuchtungseinheit ist ein Laser 17 vorgesehen, welcher vorzugsweise eine mittlere Leistung von 1 bis 10 W in einem üblichen Wellenbereich für Belichtungen von Leiterplatten im Bereich von 350 bis 400 nm aufweist. Mit einer Strahlaufweitungseinheit 18 wird der für die jeweilige Anwen- dung geforderte Beleuchtungsdurchmesser eingestellt. Mittels einer Scaneinrichtung 19 wird der aufgeweitete Laserstrahl senkrecht zur Oberfläche der Maske 1 bewegt. Wie bereits erläutert, sind die Maske 1 und das Substrat 2 fest auf dem Käfig 7 der Mechanikeinheit gehaltert. In dem optischen Pfad zwischen der Maske 1 und dem Substrat 2 ist die optische Einheit 9 mit aktiven Elementen zur Positionskorrektur und zur Abbildung des Beleuchtungsflecks 3 auf dem Substrat 2 angeordnet. Die optische Einheit 9 enthält eine planparallele Platte 20 mit einem 2-Achsen-Kippantrieb 21 , ein Linsensystem oder eine Linse 22, einen Scanspiegel 23 mit zugeordnetem 2-Achsen-Kippantrieb 24, ein zweites Linsensystem 22 sowie einen Retroreflektor 25 mit zugeordneten XYZ- Antrieb 26. Das Bildfeld der Abbildung ist derart groß vorgegeben, dass in jeder Position des Beleuchtungsscans der gesamte beleuchtete Bereich der Maske 1 auf das Substrat 2 abgebildet wird. Der Käfig 7 ist mittels der erwähnten X-Y-Antriebe mit einer Positionsregelung 27 in der erforderlichen Weise unabhängig von der Beleuchtungseinheit 8 und der optischen Einheit 9 relativ zu diesen bewegbar. Die Positionssteuerung bzw. -regelung des Käfigs 7, der aktiven Elemente 20, 23, 25 der optischen Einheit, der Laser 17 und die Scaneinrichtung bzw. der Beleuchtunsscanner 19 sind an ein Rechnersystem 28 angeschlossen und/oder werden mittels des Rechnersystems 28 gesteuert. Zur Bestimmung der für die Korrekturen erforderlichen Meßdaten ist ein Bildverarbeitungssystem 29 dem Rechnersystem 28 zugeordnet bzw. in dieses integriert, wobei an das Bildverarbeitungssystem 29 die oben genannten Kameras anschlössen sind. Mittels des Bildverarbeitungssystems 29 werden die Positionen von Registriermarken in den Kamerabildern berechnet und mit der erfaßten Käfigposition werden deren absolute Position auf der Maske 1 und/oder dem Substrat berechnet. Auf der Ebene der Maske 1 des Käfigs 7 ist eine Referenzmarke 13 angeordnet und auf der Ebene des Substrats 2 ist die Justagekamera 12 angeordnet. Die Referenzmarke 13 wird mittels der optischen Einheit auf die Justagekamera 12 abgebildet. Auf diese Weise werden die genannten aktiven Elemente 20, 23, 25 der optischen Einheit bei Bedarf nachjustiert. Das gesamte Rechnersystem 28 wird über einen Bedienrechner 13 angesteuert, welchem eine geeignete Bedieneroberfläche, insbesondere auf einem Bildschirm oder Monitor zugeordnet ist.
In vorteilhafter Weise erfolgt die Steuerung der Beleuchtungsintensität auf der Maske 1 durch Ansteuern der Beleuchtungsquelle, insbesondere des Lasers 17, über das Rechnersystem 28. So wird beispielsweise bei einem gepulsten Laser 17 durch Variation der Pulsrate oder bei einem CW-Laser durch eine steuerbare Dämpfung die Intensität beeinflusst. Dem Rechnersystem 28 werden jederzeit die Systemdaten, insbesondere die Position des Beleuchtungsflecks auf der Maske oder die Geschwindigkeit des Tisches bzw. des Käfigs 7 zur Verfügung gestellt. Somit wird die Intensität in Abhängigkeit der genannten und/oder anderer Parameter gesteuert. Des Weiteren wird die Intensität an unterschiedliche Geschwindigkeiten des Käfigs 7 derart angepaßt, dass die vorgegebene und/oder gewünschte Intensitätsverteilung in der Summe auf der Maske 1 gegeben ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass während der Beschleunigungs- und/oder Abbremsphase des Käfigs 7 die Belichtung durchgeführt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt nachfolgende Gliederung.
1. Beleuchtungspfad mit Lichtquelle, insbesondere Laser 17, Aufweitungsoptik oder Strahlaufweitung 18, Beleuchtungsscanner oder Scaneinrichtung 19.
2. Eine Maskenhalterung, welche an verschiedene Maskentypen, wie Chrommasken, Emulsionsmasken oder Filme, angepaßt ist.
3. Optische Einheit 9 mit Eingangsoptik, XY-Scanner, Ausgangsoptik und Fokuseinrichtung.
4. Substrathalterung, welche angepaßt ist an verschiedene Nutzelemente, wie dünne Folien, Endlosfolien, Leiterplatten oder Glassubstrate.
Wie in Fig. 4 dargestellt, wird die Position des Beleuchtungsflecks 3 auf der Maske 1 durch die XY-Position des Käfigs und die Stellung des Beleuchtungsscanners 19 bestimmt. Durch die Kombination einer schnellen Scanbewegung 32 mit einer hierzu relativ langsamen Käfigbewegung 31 wird eine streifenweise Beleuchtung der Maske 1 durchgeführt. Die optische Einheit 9 ist dahingehend ausgebildet, dass sie den Beleuchtungsfleck 3 in allen Scanpositionen auf dem Substrat 2 abbilden kann. Die Bewegung des Beleuchtungsflecks 3 wird erfindungsgemäß derart eingestellt, dass sich die beleuchteten Bereiche überlappen. Durch die Überlappung zusammen mit den gaußartigen Intensitätsverteilung wird im zeitlichen Mittel eine annähernd konstante Intensitätsverteilung über die zu beleuchtende Fläche der Maske erreicht. Es wird ein weiches Ausblenden der Beleuchtungsintensität vorgegeben, wobei die Beleuchtungsintensität im Randbereich des Beleuchtungsflecks 3 um einen vorgegebenen Betrag kleiner ist als im Zentrum des Beleuchtungsflecks 3, bevorzugt entsprechend der gaußartigen Intensitätsverteilung des Lasers. Der beleuchtete Bereich der Maske 1 wird über die optische Einheit 9 auf das Substrat 2 abgebildet, wobei das Abbild die Struktur der Maske 2 mit dem Intensitätsverlauf der Beleuchtung ist. Somit wird im zeitlichen Mittel eine zumindest näherungsweise konstante Bildintensität auf dem Substrat 2 erreicht.
Die Intensität der Beleuchtung wird durch das Rechnersystem gesteuert. Dies kann durch Ansteuern der Beleuchtungsquelle oder steuerbarer Dämpfungselemente erfolgen, beispielsweise mittels eines gepulsten Lasers durch Variieren der Pulsrate. Des Weiteren erfolgt die Steuerung der Beleuchtungsintensität in Abhängigkeit von der Position des Beleuchtungsflecks 3 auf der Maske 1. Ferner wird im Rahmen der Erfindung die Intensität der Beleuchtung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Käfigs vorgegeben, so dass eine konstante Intensitätsverteilung im zeitlichen Mittel auf der Maske 1 erreicht wird, obgleich die Geschwindigkeit des Käfigs nicht konstant ist. Außer der Variation der Pulsrate bei gepulsten Lasern kann, insbesondere bei einem CW-Laser, die Intensität der Beleuchtung durch eine steuerbare Dämpfung vorgegeben werden. Dem Rechnersystem stehen jederzeit die Systemdaten, wie insbesondere Position des Beleuchtungsflecks 3 auf der Maske 1 oder die Geschwindigkeit des Käfigs bzw. dessen Tisches zur Verfügung. Somit ist es möglich, die Intensität der Beleuchtung in Abhängigkeit von weiteren Parametern zu steuern. Die Intensität wird zweckmäßig an unterschiedliche Geschwindigkeiten des Käfigs derart angepaßt, dass die gewünschte Intensitätsverteilung in der Summe auf der Maske 1 gegeben ist. Somit kann in vorteilhafter Weise während der Beschleunigungs- oder Abbremsphase des Käfigs belichtet werden.
Das weiche Ausblenden der Beleuchtungsintensität und Überlappen der Beleuchtungsflecken wird insbesondere mittels eines Lasers vorgegeben, dessen Strahlintensität senkrecht zur Strahlrichtung ein gaußartiges Profil aufweist. Die Steuerung der Beleuchtungsintensität und somit die Einstellung der Lichtintensität erfolgt vorteilhaft durch Variieren der Pulsrate des gepulsten Lasers. Die im Vergleich zur Käfigbewegung schnelle Bewegung des Beleuchtungsflecks 3 wird in bevorzugter Weise durch Umlenken an einem Scanspiegel des Beleuchtungsscanners 19 erzeugt.
Für das erfindungsgemäße Korrekturverfahren wird die Abbildung auf dem Substrat derart verzerrt, dass die Maskenmarken auf die Substratmarken abgebildet werden, wobei es unerheblich ist, ob die Maske 1 , das Substrat 2 oder beide korrigiert werden. Diese verschiedenen beliebigen Korrekturmöglichkeiten bedingen, dass der Korrektur- vektor Δx und Δy von der Position des Beleuchtungsflecks (xb, yb) auf der Maske 2 nach folgender Gleichung abhängen:
Δx = fΛ(xb, yb) Δy = /2(xb> yb)
Die Beleuchtungsposition wird vektoriell aus der Käfigposition und der Scanposition addiert. Es erfolgt die Verwendung einer Korrektureinrichtung und Ansteuerung derart, dass je nach Position des Beleuchtungsflecks 3 auf der Maske 1 die Korrektureinheit der optischen Einheit 9 entsprechend angesteuert wird, wobei insbesondere die erläuterte zusammengesetzte Bewegung berücksichtigt wird. Die Korrektureinheit ist derart ausgebildet, dass sowohl die schnelle Scanbewegung als auch die hierzu vergleichsweise langsamere Käfigbewegung 31 erfolgen kann. Hierbei gewährleistet die Ansteuerung der Korrektureinrichtung, dass die Position des Beleuchtungsflecks aus der Position des Tisches bzw. des Käfigs und der Scanposition ermittelt wird. Aus diesen Positionen werden in bevorzugter Weise in Echtzeit sowie unter Berücksichtigung der vorgegebenen Korrekturen, die Ansteuersignale für die Korrektureinheit berechnet und erzeugt, und zwar vorteilhaft gemäß nachfolgender Gleichung:
f bλ γ X.K-a.,fig f^ XscPan
W ysca /
Um eine Langzeitstabilität der Vorrichtung zu gewährleisten, enthält die Mechanikeinheit bzw. der Käfig 7 die Referenzmarke 13 und die Justagekamera 12. Die Referenzmarke 13 ist auf der Maskenebene angeordnet und die Justagekamera 12 ist auf der Substratebene montiert. Durch Abbilden der Referenzstruktur bzw. Referenzmarke, insbesondere mit der in der Beleuchtungseinheit 8 enthaltenen Belichtungsquelle oder alternativ mit einer separaten Belichtungsquelle, auf der fixen Justagekamera 12 wird in bevorzugter Weise eine Kalibrierung des Optikpfades erreicht. Die Nachjustierung des optischen Pfades zwischen der Maske 1 und dem Substrat 2 erfolgt in vorteilhafter Weise über eines der aktiven Elemente der optischen Einheit 9. Die Kalibrierung der optischen Meßeinrichtungen wird in vorteilhafter Weise mittels der Referenzmarke 13 und der Tischkamera und/oder der Justagekamera durchgeführt, welche auf der Substratebene angeordnet ist. Die Käfigposition in der XY-Ebene wird über ein Meßsystem kontinuier- lich gemessen. Die genannten Kameras und das Meßsystem sind an das Rechnersystem angeschlossen, mittels welchem die Meßwerte ausgewertet und die Antriebe des Käfigs sowie die Korrektureinrichtungen entsprechend der derart ermittelten Korrekturwerte und/oder Korrekturvektoren angesteuert werden.
In vorteilhafter Weise wird eine beliebige Bildverzerrung und Ausrichtung durch überlappendes oder kontinuierliches Aneinanderfügen von Einzelabbildungen durchgeführt, die kleiner sind als die Gesamtabbildung. Spezialfälle für die zur Korrektur erfindungsgemäß vorgesehenen Verzerrungen sind Translation, Rotation, Scherung und richtungsabhängige Skalierung. Durch sogenanntes weiches Ausblenden der Beleuchtungsintensität und Überlappen der Beleuchtungsflecke 3 wird in vorteilhafter Weise eine annähernd konstante Intensität über die Maskenfläche im zeitlichen Mittel erreicht. Der beleuchtete Bereich oder Beleuchtungsfleck 3 der Maske wird über die Abbildungsoptik auf das Substrat 2 abgebildet. Die somit erzeugte Abbildung ist die Struktur der Maske mit dem Intensitätsverlauf der Beleuchtung. Es wird in vorteilhafter Weise eine zumindest annähernd konstante Bildintensität im zeitlichen Mittel auf dem Substrat 2 erreicht. Hierzu gelangt in vorteilhafter Weise als Lichtquelle ein Laser zum Einsatz, dessen Strahlintensität senkrecht zur Strahlrichtung ein gaußartiges Profil aufweist. Darüber hinaus kann in bevorzugter Weise die Lichtintensität insbesondere durch Variieren der Pulsrate eines gepulsten Lasers vorgegeben werden. Die schnelle Bewegung des Beleuchtungsflecks auf der Maske 1 wird insbesondere durch Umlenken mittels eines Scanspiegels des Beleuchtungsscanners 19 erzeugt.
In Fig. 5 ist die Überlappung beispielshaft in einer Raum-Richtung von Beleuchtungsflecken 3 dargestellt, wobei eine Beleuchtung mit Gaußprofilen bzw. einer gaußschen Intensitätsverteilung zugrundegelegt ist. Infolge vorgegebener Überlappung der Kurven ist die Summenintensität 34 auf der Maske bis auf eine Restwelligkeit hinreichend konstant. Je geringer die angestrebte Restwelligkeit sein soll, desto größer wird der Überlappungsbereich 6 der Gaußprofile vorgegeben. Bei einer Korrektur der Einzelabbildungen 5, also einem Verschieben in der XY-Ebene verändert sich der Überlappungsbereich. Die Veränderung des Überlappungsbereiches 6 wird relativ zur absoluten Größe klein vorgegeben. Somit ergibt sich nur eine geringe Änderung der Restwelligkeit, so dass die Lichtintensität 35 auf dem Substrat zumindest näherungsweise konstant ist. Es sei festgehalten, dass die Abbildung auf dem Substrat die Struktur der Maske mit dem Intensitätsverlauf der Beleuchtung ist. Somit wird eine annähernd konstante Bildintensität im zeitlichen Mittel auf dem Substrat erreicht.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der optischen Einheit, enthaltend zwei Linsensysteme 22, welche jeweils auch als einzelne Linsen ausgebildet sein können. Die beiden Linsensysteme 22 bilden mit einem im Lichtpfad nachgeordneten Retroreflektor 25 eine sogenannte 4-fach Anordnung. Mit einer derartigen Anordnung wird von dem Objekt bzw. dem Beleuchtungsfleck 3 des Substrats 1 eine annähernd 1 :1 Einzelabbildung 5 auf dem Substrat 2 erzeugt. Eine solche Abbildung ist unverzerrt und nicht punktgespiegelt. Durch Verschieben des Retroreflektors 25 in Y-Richtung wird die Bildebene auf das Substrat 2 eingestellt. In Kombination mit dem Meßsystem, mit welchem die Lage der Substratoberfläche in Z-Richtung erfaßt wird, kann im Rahmen der Erfindung die Bildebene einmalig eingestellt oder kontinuierlich nachgestellt werden. Im optischen Pfad sind drei aktive Elemente vorgesehen, welche je nach Anwendung einzeln oder in verschiedenen Kombinationen, insbesondere in der optischen Einheit enthalten sind. Mit wenigstens einem, vorteilhaft mit allen aktiven Elementen wird das Bildfeld und/oder die Abbildung in der XY-Ebene verschoben. So wird das Bildfeld durch Verkippen der achsparallelen Platte 20 senkrecht zur optischen Achse verschoben. Durch Kippen des Scanspiegels 23 mittels des 2-Achsen-Kippantriebs 21 senkrecht zum Lot vom einfallenden und reflektierten Strahl wird das Bildfeld gleichfalls verschoben. Des Weiteren wird durch das Verschieben des Retroreflektors 25 in der XZ-Ebene das Bildfeld verschoben.
Ferner wird in vorteilhafter Weise eine Erhöhung der Belichtungsgeschwindigkeit und somit des Durchsatzes der Vorrichtung dadurch erreicht, dass mehrere Abbildungs- und Korrektureinheiten parallel vorgesehen werden. Es werden mehrere Beleuchtungsflecken auf der Maske erzeugt, welche durch mehrere Abbildungs- und Korrektureinheiten auf dem Substrat abgebildet werden. Wie in Fig. 7 dargestellt, ist hierzu die Beleuchtungseinheit derart ausgebildet, dass wenigstens zwei Beleuchtungsflecken 3 auf der Maske erzeugt werden. Mittels der beiden separaten optischen Einheiten 9 werden in bevorzugter Weise die Korrekturwerte oder -vektoren 4 unabhängig voneinander vorgegeben.
In Fig. 8 und 9 sind Anordnungen zum simultanen Vervielfältigen der Masken dargestellt. Wenigstens zwei, gegebenenfalls auch mehr Abbildungs- und Korrektureinheiten sind derart angeordnet, dass eine simultane Vervielfältigung einer Maske 1 auf einem oder mehreren Substraten 2 vorgenommen wird. In Fig. 8 ist beispielshaft die zweifache Abbildung dargestellt, wobei zwei Beleuchtungsflecke 3 aufgrund zweier paralleler Strahlengänge vorhanden sind. Gemäß Fig. 9 wird auf der Maske 1 ein einziger Beleuchtungsfleck 3 erzeugt und die optische Einheit enthält einen Strahlteiler 37, mittels welchem zwei parallele Strahlengänge mittels der optischen Einheit 9 zur Erzeugung von zwei Einzelabbildungen 5 erzeugt werden. Es versteht sich, dass im Rahmen der Erfindung an Stelle von zwei Einzelabbildungen analog eine größere Anzahl von Einzelabbildungen erzeugt werden kann.
Bezugszeichen
Maske Substrat / Nutzelement Beleuchtungsfleck Korrekturvektor Einzelabbildung Überlappungsbereich Mechanikeinheit / Käfig Beleuchtungseinheit optische Einheit / Abbildungs- und Korrektureinheit Maskenkamera Substratkamera Justagekamera Referenzmarke Registriermarke X-Antrieb Y-Antrieb Laser Strahlaufweitungseinheit Beleuchtungsscanner Verstellelement / planparallele Platte 2-Achsen-Kippantrieb von 20 Linsensystem / Linse Verstellelement / Scanspiegel 2-Achsen-Kippantrieb von 23 Verstellelement / Retroreflektor XYZ-Antrieb von 25 Positionsregelung für Käfigantrieb Rechnersystem Bildverarbeitungssystem Bedienrechner mit Benutzeroberfläche Käfigbewegung Scanbewegung Summenintensität auf der Maske Summenintensität auf dem Substrat Spiegel Strahlteiler

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Abbilden einer Maske (1) auf einem Substrat (2), wobei mittels einer Beleuchtungseinheit (8) und einer optischen Einheit (9) die Maske (1) auf dem Substrat (2) abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (8) und die optische Einheit (9) relativ zur Maske (1 ) und dem Substrat (2) bewegt werden, dass Verzerrungen des Substrats (2) erfaßt werden, und dass in Abhängigkeit der erfaßten Verzerrungen mittels der optischen Einheit (9) die
Abbildung der Maske (1) verzerrt und den Verzerrungen des Substrats (2) angepaßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Abbildung der Maske (1 ) aus insbesondere überlappenden Einzelabbildungen (5) zusammengesetzt wird, wobei das Bildfeld der optischen Einheit (9) kleiner vorgegeben wird als die gesamte Abbildung, dass die Einzelabbildungen (5) mittels aktiver Verstellelemente (20, 23, 25), insbesondere der optischen Einheit, auf dem Substrat (2) bewegt werden und/oder dass durch Ansteuerung der Verstellelemente (20, 23, 25) die Einzelabbildungen (5) derart zusammengesetzt werden, dass die erforderliche Verzerrung der Gesamtabbildung erreicht wird, wobei jede Einzelabbildung eine unverzerrte 1 : 1 Abbildung der Maske (1) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzerrung des Substrats (2) durch Vermessung von Marken (14) der Maske (1 ) und dem Substrat (2) oder durch Vorgabe von Verzerrungswerten berechnet wird und/oder dass eine Kombination von Meßwerten und Vorgabewerten durchgeführt wird und/oder dass Relativpositionen von Marken (14) der Maske (1 ) zu Marken (14) des Substrats (2) bestimmt werden und/oder dass zur Korrektur die Abbildung derart verzerrt wird, dass die Marken (14) der Maske (1) auf den Marken (14) des Substrats (2) abgebildet werden, wobei die Maske (1) und/oder das Substrat (2) korrigiert werden.
4. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Verzerrung der Abbildung der Maske (1) und/oder eine Ausrichtung durch überlappendes oder kontinuierliches Aneinanderfügen von Einzelabbildungen durchgeführt wird, welche jeweils kleiner sind als die gesamte Abbildung der Maske (1), wobei die Verzerrungen insbesondere durch Translation, Rotation, Scherung oder richtungsabhängige Skalierung vorgenommen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat (2) die Beleuchtungsflecken (3) überlappend vorgesehen werden und/oder dass die Beleuchtungsintensität der Beleuchtungsflecken (3) weich ausgeblendet und/oder in ihrer Randzone gegenüber ihrem Zentrum reduziert wird und/oder dass der Beleuchtungsfleck (3) eine gaußartige Verteilung der Beleuchtungsintensität aufweist und/oder dass als Lichtquelle ein Laser verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Beleuchtungsflecks (3) auf der Maske (1 ) aus zwei Bewegungen zusammengesetzt wird, bevorzugt aus einer schnellen Scanbewegung der Beleuchtung und einer hierzu langsameren Bewegung einer die Maske (1) und das Substrat (2) aufnehmenden Mechanikeinheit (7) und/oder dass entsprechend der Position des Beleuchtungsflecks (3) auf der Maske (1) die Korrektur der Einzelabbildung (5) auf dem Substrat (2) gesteuert wird und/oder dass zur Korrektur und/oder Ansteuerung des Beleuchtungsflecks (3) die zusammengesetzte Bewegung berücksichtigt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsintensität auf der Maske (1 ) durch Ansteuern der Beleuchtungsquelle oder eines steuerbaren Dämpfungselements gesteuert wird und/oder dass die Beleuchtungsintensität unter Einsatz eines gepulsten Lasers durch Variieren der Pulsrate gesteuert wird und/oder dass die Beleuchtungsintensität in Abhängigkeit von der Position des Beleuchtungsflecks (3) auf der Maske (1) gesteuert wird und/oder dass die Beleuchtungsintensität in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der die Maske (1) und das Substrat (2) aufnehmenden Mechanikeinheit gesteuert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung des optischen Pfades durch Abbilden einer Referenzmarke (13) oder Referenzstruktur mittels einer Belichtungsquelle, insbesondere der in der Beleuchtungseinheit (8) enthaltenen Belichtungsquelle auf einer Justagekamera (12) durch- geführt wird, welche ebenso wie die Maske (1) und das Substrat (2) und gemeinsam mit diesen auf der bewegbaren Mechanikeinheit angeordnet ist und/oder dass eine Nachjustierung des optischen Pfades mittels wenigstens einen aktiven Elements (20, 23, 25), insbesondere der optischen Einheit (9) durchgeführt wird und/oder dass eine Kalibrierung der optischen Meßeinrichtungen durchgeführt wird, insbesondere mittels einer Justagekamera (12) und einer Referenzmarke (13), welche auf der bewegbaren Mechanikeinheit (7) angeordnet sind.
9. Vorrichtung zum Abbilden einer Maske (1) auf einem Substrat (2), enthaltend eine Mechanikeinheit (7), auf welcher die Maske (1) und das Substrat (2) beabstandet zueinander angeordnet sind, eine Beleuchtungseinheit (8) zur Erzeugung eines Beleuchtungsflecks (3) auf der Maske (1) und ferner enthaltend im optischen Pfad zwischen der Maske (1) und dem Substrat (2) eine optische Einheit (9), mittels welcher der Beleuchtungsfleck (3) auf dem Substrat (2) abbildbar ist, wobei die Mechanikeinheit (7) wenigstens einen Antrieb (15, 16) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Mechanikeinheit (7) zur festen, während der Abbildung unveränderbaren Aufnahme der Maske (1) und des Substrats (2) ausgebildet ist, dass die Mechanikeinheit (7) zur Beleuchtungseinheit (8) und der optischen Einheit (9), welche fest miteinander gekoppelt sind, bewegbar angeordnet ist und dass die optische Einheit (9) wenigstens ein aktives Verstellelement (20, 23, 25) enthält, zum Verstellen des Beleuchtungsflecks (5) auf dem Substrat (2), wobei das Verstellelement (20, 23, 25) in Abhängigkeit von Verzerrungen des Substrats (2) ansteuerbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildfeld der optischen Einheit (9) und/oder die mittels dieser erzeugte Einzelabbildung (5) kleiner ist als die gesamte Abbildung der Maske (1), wobei die gesamte Abbildung der Maske (1) aus einer vorgegebenen Anzahl der genannten Einzelabbildungen (5) zusammensetzbar ist, und dass ein Rechnersystem (28) zum Ansteuern des aktiven Verstellelements (20, 23, 25) derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit von festgestellten Verzerrungen und/oder diesen entsprechend eine Verzerrung der gesamten Abbildung der Maske (1) durch Zusammensetzung der entsprechend abgelenkten Einzelabbildungen (5) durchführbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die VerStelleinrichtung einen Käfig (7) aufweist, welcher zur gegenseitig fixierten und beabstandeten Anordnung der Maske (1) und des Substrats (2) ausgebildet ist, dass die optische Einheit (9) im Käfig (7) zwischen der Maske (1) und dem Substrat (2) angeordnet ist und/oder dass die optische Einheit (9) und die Beleuchtungseinheit (8), welche miteinander mechanisch gekoppelt sind, relativ zum Käfig (7) bewegbar angeordnet sind und/oder dass der Käfig (7) mittels Antrieben (15, 16) bezüglich der optischen Einheit (9) und der Beleuchtungseinheit (8) bewegbar angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einheit (9) eine Abbildungsoptik mit zwei Linsen oder Linsensystemen (22) in einer insbesondere 4f-Anordnung enthält, dass die Maske (1 ) im frontseitigen Brennpunkt der ersten Linse oder des ersten Linsensystems (22) angeordnet ist und das Substrat (2) der zweiten Linse oder des zweiten Linsensystems (22) angeordnet ist, wobei der Strahlengang vor der ersten Linse bzw. dem ersten Linsensystem (22) oder nach der zweiten Linse bzw. dem zweiten Linsensystem (22) über einen Retroreflektor (25) punktgespiegelt wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einheit (9) eine Korrektureinheit und/oder ein Verstellelement (20, 23, 25), insbesondere zur Verschiebung der Abbildung senkrecht zur optischen Achse in der Bildebene enthält und/oder dass eine planparallele Platte (20) vorgesehen ist, mittels welcher durch Verkippen senkrecht zur optischen Achse das Strahlenbündel parallel zur optischen Achse verschiebbar ist und/oder dass ein Spiegel (23) vorgesehen ist, welcher senkrecht zum Lot des einfallenden und ausfallenden Strahlenbündels kippbar angeordnet ist und/oder dass ein Retroreflektor (25) vorgesehen ist, welcher senkrecht zur optischen Achse verschiebbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Retroreflektor (25) derart bewegbar angeordnet ist, dass der Lichtweg in der Abbildungsoptik verlängerbar oder verkürzbar ist und somit die Bildebene genau auf der Oberfläche des Substrats (2) abbildbar ist, wobei die Einstellung der Bildebene statisch durch Sollwertgabe oder dynamisch durch Lagemessung der Oberfläche des Substrats
(2) einstellbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit zur Erzeugung von wenigstens zwei Beleuchtungsflecken
(3) auf der Maske (1 ) ausgebildet ist, welchen eine entsprechende Anzahl von optischen Einheiten (9) mit Abbildung- und Korrektureinheiten nachgeordnet sind zur Erzeugung von wenigstens zwei oder mehr Einzelabbildungen (5) auf dem Substrat (2).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur insbesondere simultanen Vervielfältigung der Maske (1) auf ein oder mehrere Substrate (2) die Beleuchtungseinheit (8) zur Erzeugung mehrerer Beleuchtungsflecken (3) auf der Maske (1) ausgebildet ist und/oder dass im optischen Pfad zwischen der Maske (1) und dem oder den Substraten (2) ein Strahlteiler (37) derart angeordnet ist, dass durch mehrere, bevorzugt parallele Strahlengänge auf dem oder den Substraten (2) mehrere Einzelabbildungen (5) erzeugbar sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, gekennzeichnet durch die Ausbildung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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