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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsmessung
eines Objektes mit mindestens einem Laser-Interferometersystem zur Bestimmung
einer Positionsverschiebung des Objektes in mindestens einer Raumrichtung,
wobei das mindestens eine Laser-Interferometersystem zusammen mit
dem Objekt in einem Klimaraum untergebracht ist, der einen Bereich
mit Zuluftöffnungen
und einen Bereich mit Abluftöffnungen
aufweist.
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Die
Europäische
Patentschrift
EP 0
974 868 A2 offenbart eine Belichtungsvorrichtung. Die Belichtungsvorrichtung
umfasst einen Tisch auf dem ein Wafer zur Belichtung abgelegt werden
kann. Ferner ist mindestens ein Laserinterferometer vorgesehen, mit
dem die Position des Tisches genau vermessen werden kann. Die Belichtungsvorrichtung
ist von einer Klimakammer umgeben und innerhalb der Klimakammer
sind Luftströmungen
derart ausgebildet, dass sie auf die Laserstrahlen der Interferometer
gerichtet sind. Die spezielle Anordnung der Laserstrahlen, wie im
Patent offenbart, kann der Druckschrift nicht entnommen werden.
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Die
Europäische
Patentanmeldung
EP
0 838 728 A2 offenbart ein Interferometersystem für einen Präzisionstisch,
das mit einem Luftleitsystem versehen ist. Durch das Luftleitsystem
wird ein Gasstrom über
den Tisch in X- und Y-Richtung
geführt.
Der Gasstrom ist dabei entlang der X- und Y-Richtung der Interferometerstrahlen
gerichtet, wodurch sich eine Verbesserung der Messgenauigkeit des
Interferometersystems ergibt.
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Die
internationale Anmeldung WO 2006/038952 A2 offenbart eine optische
Projektionsvorrichtung und einen Belichtungsapparat. Dem optischen
Belichtungsapparat wird ein Bild einer Maske auf die Oberfläche eines
Wafers abgebildet. Zur Temperaturstabilisierung werden Teile des
Belichtungsapparats mit von oben nach unten strömender und temperierter Luft
umspült.
So ist z. B. für
das optische Projektionssystem eine milde und temperierte Luftströmung vorgesehen.
Ebenso ist ein Laser-Interferometer vorgesehen, dass die Relativposition
zwischen dem optischen Projektionssystem und dem Tisch auf dem der
Wafer liegt, auf welchem die Maske projiziert werden soll vorgesehen.
Die Achsen des Laser-Interferometersystems
werden ebenfalls mit einer fallenden Luftströmung umspült, so dass hier ebenfalls
eine Temperaturstabilisierung erreicht wird. Eine spezielle Winkelbeziehung
zwischen der Luftströmung
und dem zu umströmenden
Objekt ist nicht erwähnt.
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Ein
Messgerät
zur Vermessung von Strukturen auf Wafern und zu deren Herstellung
eingesetzten Masken ist in dem Vortragsmanuskript "Pattern Placement
Metrology for Mask Making" von
Frau Dr. Carola Bläsing,
ausgegeben anlässlich
der Tagung Semicon, Education Program in Genf am 31. März 1998,
ausführlich
beschrieben. Die dortige Beschreibung bildet die Grundlage des Koordinaten-Messgeräts Leica
LMS IPRO der Anmelderin. Bezüglich
Einzelheiten zur Funktionsweise und zum Aufbau dieses Messgeräts sei ausdrücklich auf
die genannte Veröffentlichung
sowie die auf dem Markt erhältlichen
Geräte
(derzeit Leica LMS IPRO 3) verwiesen. Da die vorliegende Erfindung
bei einem solchen Messgerät mit
Vorteil eingesetzt werden kann und – ohne Beschränkung der
Allgemeinheit – in
erster Linie in Zusammenhang mit einem solchen Messgerät beschrieben
werden wird, soll dieses Messgerät
im folgenden anhand der beigefügten 1 näher erläutert werden. Das bekannte
Messgerät 1 dient
zur Messung von Strukturen 31 und deren Koordinaten auf
einer Probe 30, wie Masken und Wafern. Im Rahmen vorliegender
Anmeldung sollen die Begriffe "Probe", "Substrat" und der allgemeine
Ausdruck "Objekt" gleichbedeutend
verwendet werden. Bei der Produktion von Halbleiter-Chips, die auf
Wafern angeordnet sind, werden mit immer größerer Packungsdichte die Strukturbreiten
der einzelnen Strukturen 31 immer kleiner. Dementsprechend
steigen die Anforderungen an die Spezifikationen von Koordinatenmessgeräten, die
als Mess- und Inspektionssysteme zur Messung der Kanten und der
Position der Strukturen 31 sowie zur Messung der Strukturbreiten
eingesetzt werden. Bei diesen Messgeräten werden nach wie vor optische
Antastverfahren favorisiert, obwohl die geforderte Messgenauigkeit
(derzeit im Bereich weniger Nanometer) weit unterhalb des mit der
verwendeten Lichtwellenlänge
(Spektralbereich des nahen UV) erzielbaren Auflösungsvermögens liegt. Der Vorteil optischer
Messgeräte
liegt im wesentlich weniger komplizierten Aufbau sowie in der leichteren
Bedienbarkeit im Vergleich zu Systemen mit anderer Antastung, bspw.
mit Röntgen-
oder Elektronenstrahlen.
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Das
eigentliche Messsystem ist bei diesem Messgerät 1 auf einem schwingungsgedämpft gelagerten
Granitblock 23 angeordnet. Die Masken oder Wafer werden
mit einem automatischen Handlingsystem auf einen Messtisch 26 gebracht.
Dieser Messtisch 26 ist auf Luftlagern 27, 28 auf
der Oberfläche
des Granitblocks 23 gelagert. Der Messtisch 26 ist
motorbetrieben in zwei Dimensionen (X/Y) verschiebbar. Die entsprechenden
Antriebselemente sind nicht dargestellt. An zwei zueinander senkrecht stehenden
Seiten des Messtisches 26 sind ebene Spiegel 9 angebracht.
Ein Laser- Interferometersystem 29 wird
dazu verwendet, die Position des Messtisches 26 zu verfolgen.
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Die
Beleuchtung und die Abbildung der zu messenden Strukturen erfolgt über eine
hochauflösende
Mikroskop-Optik im Auflicht und/oder Durchlicht im Spektralbereich
des nahen UV. Eine CCD-Kamera dient als Detektor
34. Aus
den innerhalb eines Messfensters liegenden Pixel des CCD-Detektorarrays werden
Messsignale gewonnen. Durch Bildverarbeitung wird hieraus ein Intensitätsprofil
der gemessenen Struktur abgeleitet, aus dem bspw. die Kantenlage
der Struktur oder der Schnittpunkt zweier sich schneidenden Strukturen ermittelt
werden kann. In der Regel werden die Positionen solcher Strukturelemente
relativ zu einem Bezugspunkt auf dem Substrat (Maske oder Wafer) oder
relativ zur optischen Achse
20 bestimmt. Zusammen mit der
interferometisch gemessenen Position des Messtisches
26 ergeben
sich hieraus die Koordinaten der Struktur
31. Die Strukturen
auf Wafern oder den zur Belichtung verwendeten Masken erlauben nur äußerst geringe
Toleranzen. Zur Überprüfung dieser
Strukturen ist daher eine sehr hohe Messgenauigkeit (derzeit im
Nanometerbereich) erforderlich. Ein Verfahren und ein Messgerät zur Positionsbestimmung
solcher Strukturen ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 100 47 211 A1 bekannt.
Zu Einzelheiten der genannten Positionsbestimmung sei daher ausdrücklich auf
diese Schrift verwiesen.
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In
dem in 1 dargestellten
Beispiel eines Messgeräts 1 ist
der Messtisch 26 als Rahmen ausgebildet, so dass die Probe 30 auch
von unten her durchleuchtet werden kann. Oberhalb der Probe 30 befindet
sich die Beleuchtungs- und Abbildungseinrichtung 2, die
um eine optische Achse 20 herum angeordnet ist. Eine (Auto-)Fokussierung
ist längs
der optischen Achse 20 in z-Richtung möglich. Die Beleuchtungs- und Abbildungseinrichtung 2 besteht
aus einem Strahlteilermodul 32, dem genannten Detektor 34,
einer Alignmenteinrichtung 33 sowie mehreren Beleuchtungseinrichtungen 35 (beispielsweise
für den
Autofokus, eine Übersichtsbeleuchtung
sowie die eigentliche Probenbeleuchtung). Das in z-Richtung verschiebbare
Objektiv ist mit 21 gekennzeichnet.
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In
den Granitblock 23 ist ferner eine Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung
mit einem höhenverstellbaren
Kondensor 17 und einer Lichtquelle 7 eingesetzt,
deren Licht über
eine vergrößernde Einkoppeloptik 3 mit
möglichst
großer
numerischer Eintrittsapertur abgenommen wird. Auf diese Weise wird besonders
viel Licht der Lichtquelle 7 aufgenommen. Das aufgenommene
Licht wird mit der Einkoppeloptik 3 in einen Lichtwellenleiter 4,
etwa ein optisches Faserbündel,
eingekoppelt. Eine Auskoppeloptik 5, die vorzugsweise als
Achromat ausgebildet ist, kollimiert das vom Lichtwellenleiter 4 emittierte
Licht.
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Um
die geforderte Nanometergenauigkeit der Strukturmessung zu erzielen,
ist es wesentlich, störende
Einflüsse
der Umwelt, wie Veränderungen der
Umgebungsluft oder Vibrationen, soweit als möglich zu minimieren. Zu diesem
Zweck kann das Messgerät
in einer Klimakammer untergebracht sein, die die Temperatur und
Feuchtigkeit in der Kammer mit großer Genauigkeit (< 0,01°C bzw. < 1 % relative Feuchte)
regelt. Zur Vermeidung von Vibrationen ist das Messgerät 1 – wie bereits
erwähnt – auf einem Granitblock
mit Schwingungsdämpfern 24, 25 gelagert.
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Die
Genauigkeit der Positionsbestimmung der Strukturen hängt stark
von der Stabilität
und Genauigkeit der zum Bestimmen der X/Y-Tischposition eingesetzten
Laser-Interferometersysteme
ab. Da sich die Laserstrahlen des Interferometers in der Umgebungsluft
des Messgeräts
ausbreiten, hängt
die Wellenlänge
vom Brechungsindex dieser Umgebungsluft ab. Dieser Brechungsindex ändert sich
mit Änderungen
der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit und des Luftdrucks. Trotz der
Regelung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Klimakammer
sind die verbleibenden Variationen der Wellenlänge für die geforderte Messgenauigkeit
zu hoch. Ein Etalon wird daher eingesetzt, um Messänderungen
aufgrund von Änderungen
des Brechungsindex der Umgebungsluft zu kompensieren. In einem solchen
Etalon legt ein Messstrahl eine festgelegte metrische Länge zurück, so dass Änderungen
der entsprechenden gemessenen optischen Länge nur durch Änderungen
des Brechungsindex der Umgebungsluft verursacht sein können. Somit
kann durch die Etalon-Messung der Einfluss einer Brechungsindexänderung
weitgehend kompensiert werden, indem der aktuelle Wert der Wellenlänge fortlaufend
bestimmt und für
die interferometrische Messung berücksichtigt wird.
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Zur
weiteren Erhöhung
der Genauigkeit können
die Linien der Laserwellenlänge
aufgespalten werden und beim Berechnen einer Positionsverschiebung
können
zusätzlich
Interpolationsalgorithmen eingesetzt werden.
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Zur
Beschreibung der Genauigkeit des beschriebenen Messgeräts wird üblicherweise
die dreifache Standardabweichung (3σ) des gemessenen Mittelwerts
einer Koordinate verwendet. Bei einer Normalverteilung von Messwerten
liegen statistisch 99% der Messwerte innerhalb eines 3σ-Bereichs
um den Mittelwert. Angaben zur Wiederholbarkeit werden durch Vermessung
eines Rasters von Punkten in X- und Y-Richtung ge macht, wobei für jede Richtung nach
mehrmaliger Vermessung aller Punkte ein mittlerer und ein maximaler
3σ–Wert angegeben
werden kann. Beispielsweise konnte bei dem Messgerät LMS IPRO
der Anmelderin die Wiederholbarkeit (Maximalwert 3σ) von 4–5 nm auf
unter 3 nm verbessert werden.
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Erstrebenswert
ist eine weitere Verbesserung der Wiederholbarkeit und damit Messgenauigkeit
des beschriebenen Messgeräts.
Das Augenmerk der vorliegenden Erfindung richtet sich hierbei auf
die zur Koordinatenmessung des Messtisches bzw. zur Bestimmung der
Veränderung
der Koordinaten dieses Messtisches eingesetzten Laser-Interferometer. Es
sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
Interferometer in Zusammenhang mit dem beschriebenen Messgerät beschränkt ist, sondern
allgemein bei laserinterferometrischen Messungen eingesetzt werden
kann.
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Aus
der US-5,469,260 ist eine Vorrichtung zur Positionsmessung eines
ein- oder zweidimensional bewegbaren Tisches mittels Laserinterferometrie bekannt.
Hierzu ist ein ortsfester Spiegel beispielsweise am ortsfesten optischen
System befestigt, während
der bewegbare Tisch einen mitbewegten Spiegel trägt. In bekannter Weise wird
ein Laserstrahl derart geteilt, dass ein Teil auf den ortsfesten
Spiegel, der andere Teil auf den mitbewegten Spiegel fällt und reflektiert
wird. Die reflektierten Teilstrahlen werden zur Interferenz gebracht,
wobei durch Verschiebung der Interferenzringe auf eine relative
Verschiebung des mitbewegten Spiegels zum feststehenden Spiegel
geschlossen und der Betrag dieser Verschiebung bestimmt werden kann.
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Als
Beispiel des genannten Messsystems wird in dieser Schrift die Positionsmessung
eines Wafer-Auflagetisches bei der Belichtung eines Wafers über eine
Maske und ein optisches Projektionssystem behandelt (Stepper). Hierbei
wird die Position des Auflagetisches relativ zum ortsfesten optischen Projektionssystem
mittels Interferometrie gemessen. Zur Messung der x-y-Koordinaten
des Tisches in einer Ebene sind entsprechend zwei Interferometer notwendig.
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Die
genannte Druckschrift US-5,496,260 behandelt das Problem lokaler
atmosphärischer
und somit Brechzahl-Schwankungen
entlang der Laserachsen, also des optischen Weges der Laserstrahlen,
die sich als Fluktuationen der Interferometermesswerte niederschlagen
und somit die Messgenauigkeit herabsetzen. Solche atmosphärischen Schwankungen
haben bspw. Temperaturdifferenzen entlang des optischen Messweges
zur Folge. Zur Lösung
des Problems wird in der genannten Schrift vorgeschlagen, die Laserachsen
mit Abdeckungen zu umgeben und ein temperaturgeregeltes Gas (Luft)
in das Innere der Abdeckungen einzuführen. Durch entsprechendes
Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit
dieses zugeführten
Gases lassen sich atmosphärische
Schwankungen niedrigerer Frequenz kompensieren bzw. beseitigen.
Durch diese Maßnahme soll
die Messgenauigkeit in einer Größenordnung von ± 0,04 μm auf ± 0,01 μm erhöht werden.
In dieser Schrift werden verschiedene Ausführungsformen von Abdeckungen
der Laserachsen sowie von Möglichkeiten
der Zuführung
von temperaturgeregelter Luft offenbart. Die Luftströmung kann
in oder entgegen der Richtung des Laserstrahls gerichtet sein.
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Die
vorgeschlagene Vorrichtung weist mehrere Nachteile auf:
zum
einen erweisen sich die Abdeckungen der Laserachsen eines Interferometers
mit zugehörigen
Zuführleitungen
für temperaturgeregelte
Luft als mechanisch-konstruktiv aufwen dig, insbesondere beim Vorhandensein
zweier Interferometer für
zwei Raumrichtungen. Die Abdeckungen erweisen sich außerdem bei
Justierungsarbeiten als hinderlich. Weiterhin treten bspw. bezüglich Temperatur,
Druck und Luftfeuchtigkeit Unterschiede zwischen dem Raum innerhalb
der Abdeckung und dem Raum außerhalb der
Abdeckung auf, die sich langfristig störend auswirken können. Beispielsweise
kann hierdurch die Abdeckung selbst zu einer störenden Wärmequelle werden.
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Aufgabe
vorliegender Erfindung ist daher, die Messgenauigkeit eines Laser-Interferometersystems,
das in einer klimagesteuerten Umgebung eingesetzt wird, zu erhöhen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines Objektes gemäß Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Positionsbestimmung eines Objekts mit mindestens einem Laser-Interferometersystem
zur Bestimmung einer Positionsverschiebung des Objekts in mindestens
einer Raumrichtung, bei der das Laser-Interferometersystem zusammen
mit dem Objekt in einem Klimaraum untergebracht ist, der einen Bereich
mit Zuluft- und einen Bereich mit Abluftöffnungen aufweist, zeichnet
sich dadurch aus, dass Mittel vorgesehen sind, um zumindest einen
Teil der durch den Klimaraum verlaufenden Strömung auf den Bereich der Laserachsen
des mindestens einen Interferometersystems zu lenken.
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Bei
dem genannten Klimaraum handelt es sich um einen weitgehenst gegen äußere atmosphärische Einflüsse abgedichteten Raum
mit einem geregelten Klima, wobei zumindest einer der folgenden Parameter
geregelt wird: Zusammensetzung der Atmosphäre im Klimaraum, Temperatur,
Druck und Feuchtigkeit dieser Atmosphäre. In der Regel wird als Atmosphäre Luft
gewählt,
deren Temperatur und Feuchtigkeit geregelt werden. Im folgenden
soll daher ohne Beschränkung
der Allgemeinheit von einer Luftströmung die Rede sein.
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Es
hat sich überraschenderweise
gezeigt, dass sich die Messgenauigkeit des verwendeten Laserinterferometersystems
signifikant verbessern lässt,
wenn der Klimaraum über
Mittel verfügt,
um gezielt zumindest einen Teil der Luftströmung oder die gesamte Strömung durch
den Klimaraum in den Bereich der Laserachsen des Interferometersystems
zu lenken. Häufig
sind die Laserinterferometersysteme oder die ihnen zugeordneten
Laserstrahlen in den genannten Vorrichtungen zur Positionsbestimmung von
Aufbauten umgeben, die dem mechanischen Verschieben einer Probe
oder der optischen Detektion einer Struktur dienen. Derartige Aufbauten
können
dazu führen,
dass die Laserstrahlen eines Interferometers ganz oder zum Teil
im "Windschatten" der durch den Klimaraum
verlaufenden Strömung
liegen, oder dass ein Luftstau auftritt. Dies hat zur Folge, dass
ein Laserstrahl nicht oder ungleichmäßig der Luftströmung durch
die Klimakammer ausgesetzt ist. Diese atmosphärischen Unterschiede oder Unregelmäßigkeiten
führen,
wie bereits eingangs erläutert, zu
Schwankungen des Brechnungsindex, die die Messgenauigkeit negativ
beeinflussen. Erfindungsgemäß wird daher
dafür gesorgt,
dass auf den Bereich der Laserachsen eines Interferometers ein möglichst
konstanter Luftstrom gelenkt wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der Zuluftöffnungsbereich
und/oder der Abluftöffnungsbereich
des Klima raumes derart dimensioniert und/oder angeordnet, dass zumindest
ein Teil der durch den Klimaraum verlaufenden Strömung auf den
Bereich der Laserachsen gelenkt wird. Beispielsweise wird hierzu
der Abluftöffnungsbereich
in der Nähe
der Laserachsen des zumindest einen Laserinterferometersystems angeordnet,
so dass die Hauptströmung
durch den Klimaraum in Richtung dieser Laserachsen geleitet wird.
Beispielsweise kann auch gleichzeitig mit dieser Maßnahme eine
Verkleinerung des Abluftöffnungsbereichs
einhergehen, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit
der Hauptströmung durch
den Klimaraum erhöht
wird. Eine solche Erhöhung
der Strömungsgeschwindigkeit
kann dafür
sorgen, dass im Bereich der Laserachsen ein ausreichend starker
Luftstrom vorhanden ist. Dementsprechend lässt sich durch entsprechende
geometrische Dimensionierung der Zuluftöffnungs- und/oder Abluftöffnungsbereiche
des Klimaraums oder durch entsprechende Anordnung dieser Bereiche
im Klimaraum dafür
sorgen, dass im Bereich der Laserachsen eine im wesentlichen zeitlich
konstante und laminare Strömung
entsteht. In diesem Bereich sollte die Strömungsgeschwindigkeit mindestens
0,2 m/s, besser 0,3 m/s oder mehr betragen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
Leitbleche im Klimaraum derart anzuordnen, dass zumindest ein Teil
der durch den Klimaraum verlaufenden Strömung auf den Bereich der Laserachsen
gelenkt wird. Diese Maßnahme
lässt sich
zusammen mit der erstgenannten vorteilhaften Ausführungsform,
aber auch unabhängig von
dieser einsetzten. Insbesondere im Falle von Windschatten erzeugenden
Aufbauten, wie sie oben erwähnt
wurden, kann es vorteilhaft sein, Luftleitbleche im Klimaraum derart
anzuordnen, dass ein Teil der Strömung vom Zuluftöffnungsbereich
zum Abluftöffnungsbereich
des Klimaraums gezielt um gelenkt und auf den Bereich der Laserachsen
hingelenkt wird. Hierdurch kann es gleichzeitig zu einer lokalen Erhöhung der
Geschwindigkeit der Luftströmung
in diesem Bereich kommen. Durch Luftleitbleche kann eine im wesentlichen
zeitlich konstante und laminare Strömung im Bereich der Laserachsen
eines Interferometersystems erzeugt werden, so dass sich während Messungen
zur Positionsbestimmung eines Objektes mittels des Inteferometersystems
die atmosphärischen
Bedingungen nicht ändern,
wodurch die Messgenauigkeit erhöht
wird.
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Schließlich lassen
sich in einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform ein oder mehrere
Lüfter im
Bereich der Laserachsen des zumindest einen Interferometersystems
derart anbringen, dass zumindest ein Teil der durch den Klimaraum
verlaufenden Strömung
auf den Bereich der Laserachsen gelenkt wird. Wiederum kann die
Anordnung solcher Lüfter zusätzlich oder
unabhängig
von den oben genannten beiden vorteilhaften Ausführungsformen erfolgen. Die
Lüfter
saugen ihrerseits einen Teil der Strömung im Klimaraum an und geben
ihn mit einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit
in einer bestimmte Richtung ab. Somit lässt sich durch die Anordnung
eines solchen Lüfters
gezielt die Strömung
im Klimaraum beeinflussen. Dennoch sei darauf hingewiesen, dass derartige
eigens angeordnete Lüfter
eine Wärmequelle
und eine etwaige Partikelquelle darstellen können. Bei den hochpräzisen Messgeräten, wie
sie in der Beschreibungseinleitung erwähnt worden sind, können sich
solche Wärme-
oder gar Partikelquellen als ungünstig
erweisen.
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Bei
der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wenn die Richtung der
auf den Bereich der Laserachsen gelenkten Strömung mit der Richtung einer
Laserachse spitze Winkel einschließt, die in einem Winkelbereich
von 25° bis
65°, insbesondere von
35° bis
55°, liegen.
Da die Strömungsvektoren
im Bereich einer Laserachse nicht alle genau dieselbe Richtung haben,
tritt in der Praxis ein bestimmter Bereich von spitzen Winkeln auf,
der mit der Richtung einer Laserachse eingenommen wird. Es hat sich
als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn dieser Bereich in der Gegend
von 45° ± 10° liegt. Bei
Bestimmung einer Positionsverschiebung eines Objektes in zwei Raumrichtungen
(X/Y) werden zwei Laser-Inteferometersysteme
eingesetzt, deren Laserachsen aufeinander senkrecht stehen. Hierbei
hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Vektoren der
Strömungsrichtung
und jede der beiden Laserachsen in der durch die Laserachsen aufgespannten Ebene
spitze Winkel einschließen,
die in einem Winkelbereich von 25° bis
65°, insbesondere
35° bis
55°, liegen.
In der Praxis sollte demnach die Luftströmung so eingestellt werden,
dass die Strömungsrichtung grob
in Richtung der Winkelhalbierenden der beiden Laserachsen verläuft. Durch
diese Maßnahme
ist der Einfluss der gerichteten Strömung auf beide Laserachsen
in etwa gleich groß.
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Im
folgenden sollen Ausführungsbeispiele die
Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern.
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1 zeigt
schematisch ein Koordinaten-Messgerät, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Positionsmessung mit Vorteil eingesetzt werden kann,
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2 zeigt
Messergebnisse für
die X- und Y-Wiederholbarkeit (2A bzw. 2B) bei einem Messsystem gemäß 1 in
bisheriger Nutzungsweise,
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3 zeigt
die Messwerte analog zu 2 jedoch in einem Koordinaten-Messgerät mit erfindungsgemäß ausgestalteter
Vorrichtung zur Positionsmessung,
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4 zeigt
schematisch ein Koordinaten-Messgerät in einem Klimaraum gemäß Erfindung,
-
5 zeigt
schematisch den Einsatz von Luftleitblechen gemäß Erfindung und
-
6 zeigt
schematisch den Einsatz eines Lüfters
gemäß Erfindung.
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Ein
Koordinaten-Messgerät
der in 1 dargestellten Art ist bereits ausführlich in
der Beschreibungseinleitung erläutert
worden.
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Die
Wiederholbarkeit oder Reproduzierbarkeit eines solchen Koordinaten-Messgeräts wird
in der Regel durch Ausmessen eines Messrasters von 15 × 15 Punkten
(Messbereich 6 Inch, 152 × 152
mm) ermittelt. Der Wert der dreifachen Standardabweichung (3σ) wird typischerweise
nach 20 Messungen für
die in X- und Y-Richtung ermittelten Koordinaten bestimmt. Der Maximalwert
dieser dreifachen Standardabweichung repräsentiert die Wiederholbarkeit und
damit die Maschinenperformance.
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Wird
lokal auf einer definierten Maskenposition gemessen, d.h. der X/Y-Messtisch
wird in diesem Fall nicht gefahren, ist dies ein Indikator für die Kurzzeitreproduzierbarkeit.
Diese Messung ermöglicht
eines Aussage über
die Wiederholbarkeit in einem kurzen Zeitraum (sogenannter Nadeltest).
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Die
Ergebnisse dieser Messung, genauer gesagt die jeweiligen Werte der
maximalen dreifachen Standardabweichung (Wiederholbarkeit) sind
in den 2A und 2B für die X- bzw. Y-Richtung
gegen die Messläufe
aufgetragen. Der erste Messlauf ist mit .na0, der zweite mit .na1
u.s.f. gekennzeichnet. Pro Messlauf werden 100 Messwerte aufgenommen.
Es ergibt sich eine Wiederholbarkeit von 1,4 nm in X-Richtung und
1,1 nm in Y-Richtung bei einem Range von 2,8 nm in X-Richtung bzw. 2,3
nm in Y-Richtung, wobei der Range die Differenz zwischen Maximal-
und Minimalwert und damit ein Maß für das Rauschband darstellt.
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Diese
exemplarische Messung erfolgte ohne Modifikation der Strömung durch
den Klimaraum (Klimakammer), in dem das Koordinaten-Messgerät untergebracht
ist.
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Anschießend wurde
die Strömung
durch den Klimaraum derart verändert,
dass der Hauptteil der Strömung
durch den Bereich der Laserachsen der für die X- und Y-Richtungen vorgesehenen
Interferometersysteme verläuft. 3 zeigt
die Ergebnisse der entsprechenden Messung mit Modifikation der Luftströmung. Es
zeigen sich deutliche Unterschiede zu den Messungen gemäß 2.
Die aufgetragenen Größen, Maßstäbe und Einheiten
entsprechen denen in 2. Es zeigt sich eine deutlich
verbesserte Wiederholbarkeit. Die Wiederholbarkeit (3σ) beträgt für die X-Richtung
0,3 nm, für
die Y-Richtung 0,4
nm bei einem Range von 0,7 nm in X-Richtung bzw. 0,9 nm in Y-Richtung.
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4 zeigt
eine Möglichkeit,
die erfindungsgemäße Umlenkung
der durch den Klimaraum verlaufenden Strömung auf den Bereich der Laserachsen
der Interferometersysteme zu erzie len. Dargestellt ist ein Klimaraum 40,
in dem ein Koordinaten-Messgerät,
das nur sehr schematisch und mit den wesentlichen Elementen (vgl. 1)
dargestellt ist, vollständig
untergebracht ist. Der Klimaraum 40 verfügt über einen
Bereich 42 mit Zuluftöffnungen, aus
dem Luft strömt,
deren Temperatur und relative Feuchte exakt geregelt sind. Der Klimaraum 40 verfügt weiterhin über einen
Bereich 44 mit Abluftöffnungen, über die
die Luft aus dem Klimaraum angesaugt wird. Auf diese Weise entsteht
eine Strömung 46 innerhalb
des Klimaraums 40. In dieser Ausführungsform wird der Hauptteil
der Strömung
auf den Bereich der Laserachsen der Interferometersysteme gelenkt, die
Verschiebungen des X/Y-Messtisches 26 erfassen.
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In
der Darstellung der 4 sind das Verschiebungen in
X-Richtung erfassende Interferometer 29 und die Laserachse 52 schematisch
dargestellt, wobei die Laserachse 52 parallel zum Referenzstrahl 56 und
zum Messstrahl 58 des Laserinterferometers 29 verläuft.
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Es
hat sich gezeigt, dass diese Umlenkung der Strömung beispielsweise dadurch
erzielt werden kann, dass der Bereich 44 mit Abluftöffnungen
an einer Stelle im Klimaraum 40 derart angeordnet wird, dass
die resultierende Strömung 46 über den
Bereich der Laserachsen 52, 54 verläuft. In
analoger Weise kann selbstverständlich
auch der Bereich 42 mit Zuluftöffnungen in Relation zum Bereich 44 mit
Abluftöffnungen
zu diesem Zweck positioniert werden. Durch die Wahl der Positionierung
der Bereiche 42 und 44 kann insbesondere erzielt
werden, dass Windschatten oder Luftstaus im Bereich der Laserachsen
der Interferometersysteme vermieden werden. Durch entsprechende
Dimensionierung der Bereiche 42 und 44 kann darüber hinaus
auf die Strömungsgeschwindigkeit
Ein fluss genommen werden. Wird beispielsweise der Bereich 44 mit
Abluftöffnungen,
also der Bereich der Ansaugung verkleinert, so erhöht sich
insgesamt die Geschwindigkeit der Strömung 46.
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Es
ist darauf zu achten, dass im Bereich der Laserachsen der Interferometersysteme
ein möglichst
konstanter Luftstrom mit Strömungsgeschwindigkeiten
im Bereich von 0,2 bis 0,6 m/s, vorzugsweise 0,3 bis 0,5 m/s, entsteht.
Die definierte Strömungsgeschwindigkeit
im Bereich der Laserachsen garantiert eine verbesserte Wiederholbarkeit
des Koordinaten-Messgeräts.
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5 zeigt
eine weitere oder zusätzliche Möglichkeit
des Umlenkens der durch den Klimaraum verlaufenden Strömung auf
den Bereich der Laserachsen 52, 54 der Interferometersysteme
mittels eines Luftleitblechs 50. Das Luftleitblech 50 wird
derart in die Strömung 46 im
Klimaraum 40 (vergleiche 4) eingebracht,
dass eine Umlenkung der Strömung
in den Bereich der beiden Laserachsen 52 und 54 erfolgt. 52 bezeichnet
die Laserachse in X-Richtung, 54 die in Y-Richtung. Das Luftleitblech 50 ist
in etwa so positioniert, dass die Strömung in Richtung der Winkelhalbierenden
der senkrecht zueinander stehenden Laserachsen 52 und 54 gelenkt
wird. Somit werden beide Laserachsen mit einer Strömung beaufschlagt,
deren Vektoren zur Richtung der jeweiligen Laserachse spitze Winkel
einschließen,
die in einem Winkelbereich von etwa 25° bis 65° liegen. Die Beeinflussung der
Atmosphäre
um die Laserachsen 52 und 54 ist durch diese Maßnahme in
etwa gleich groß.
Somit nimmt die Wiederholbarkeit für beide Richtungen in etwa
gleich stark zu.
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6 zeigt
wiederum eine weitere oder zusätzliche
Möglichkeit
des Umlenkens der durch den Klimaraum verlaufenden Strömung auf
den Bereich der Laserachsen 52, 54 der Interferometersysteme mittels
eines Lüfters 48.
Der Lüfter 48 saugt
zumindest einen Teil der Strömung 46 im
Klimaraum 40 (vergleiche 4) an und
lenkt sie in den Bereich der beiden Laserachsen 52 und 54 um. 52 bezeichnet wiederum
die Laserachse in X-Richtung, 54 die in Y-Richtung. Der
Lüfter 48 ist
in etwa so positioniert, dass die Strömung in Richtung der Winkelhalbierenden
der senkrecht zueinander stehenden Laserachsen 52 und 54 gelenkt
wird. Die Wirkung ist somit im wesentlichen dieselbe wie diejenige
bei der Ausgestaltung gemäß 5.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sei daher auf die Ausführungen
zur 5 verwiesen.
-
- 1
- Koordinatenmessgerät
- 2
- Beleuchtungs-
und Abbildungseinrichtung
- 3
- Einkoppeloptik
- 4
- Lichtwellenleiter
- 5
- Auskoppeloptik
- 7
- Lichtquelle
- 9
- Spiegel
- 17
- höhenverstellbarer
Kondensor
- 20
- optische
Achse
- 21
- Objektiv
- 23
- Granitblock
- 24
- Schwingungsdämpfer
- 25
- Schwingungsdämpfer
- 26
- Messtisch
- 27
- Luftlager
- 28
- Luftlager
- 29
- Laser-Interferometer-System
- 30
- Probe,
Objekt, Substrat
- 31
- Strukturen
- 32
- Strahlteilermodul
- 33
- Alignmenteinrichtung
- 34
- Detektor
- 35
- Beleuchtungseinrichtungen
- 40
- Klimaraum
- 42
- Bereich
mit Zuluftöffnungen
- 44
- Bereich
mit Abluftöffnungen
- 46
- Strömung
- 48
- Lüfter
- 50
- Luftleitblech
- 52
- Laserachse
X
- 54
- Laserachse
Y
- 56
- Referenzstrahl
- 58
- Messstrahl