DE102006059432B4

DE102006059432B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung von Lithographiemasken

Info

Publication number: DE102006059432B4
Application number: DE102006059432.0A
Authority: DE
Inventors: Dr. Hof Albrecht; Günter Maul; Dr. Neugebauer Dietmar; Armin Bich; Monika Frey; Wolfgang Scherm; Stefan Otto; Rainer Maul; Dr. Krause Helmut
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2022-08-25
Anticipated expiration: 2026-12-16
Also published as: US20110205549A1; WO2008071268A1; DE102006059432A1; US8253947B2

Abstract

Vorrichtung zur Vermessung von Lithographiemasken, mit
einem Reticleträger (1) für die zu vermessende Lithographiemaske (2),
einem Meßobjektiv (6) zum Abbilden eines Abschnitts der mit dem Reticleträger (1) gehaltenen Lithographiemaske (2) auf einen Detektor (7),
einem Meßmodul (8) zur Messung der Lage des Reticleträgers (1) relativ zum Meßobjektiv (6), und einem Stellmodul (3), mit dem der Reticleträger (1) bewegt werden kann, um ihn in eine vorbestimmte Lage relativ zum Meßobjektiv (6) zu bringen,
wobei das Meßobjektiv (6) und das Meßmodul (8) direkt an einem Meßtechnikträger (5) örtlich fixiert befestigt sind und
wobei die erste mechanische Eigenschwingungsmode des Meßtechnikträgers (5) bei größer oder gleich 100 Hz liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermessung von Lithographiemasken.
Aufgrund der immer kleiner werdenden Strukturbreiten bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, ist es notwendig, daß die Vorrichtungen zur Inspektion von Lithographiemasken eine immer höhere Auflösung aufweisen. In diesem Zusammenhang ist es erforderlich, daß die Positionierung des Reticleträgers mit der zu vermessenden Lithographiemaske relativ zum Meßobjektiv der Vorrichtung zur Vermessung von Lithographiemasken mit immer größerer Genauigkeit positioniert werden kann. So sollen Vorrichtungen zur Vermessung von Lithographiemasken für eine Wellenlänge von 193 nm z.B. eine Positioniergenauigkeit aufweisen, bei der die Wurzel der mittleren quadratischen Abweichung zwischen der zu vermessenden Lithographiemaske und dem Meßobjektiv in der Ebene der Lithographiemaske für Frequenzen von 1 bis 10 Hz kumuliert nicht größer als 0,3 nm sein darf.
Die DE 101 93 433 T1 zeigt ein Maskeninspektionsgerät mit einer Vakuumkammer, einem Objektiv, einem Motor, einer Steuereinrichtung und einem Laserinterferenzmessinstrument. Die US 2005 / 0 083 501 A1 zeigt einen Belichtungsapparat und die DE 103 35 982 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung der Abbildungseigenschaften von Fotomasken.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Vermessung von Lithographiemasken bereitzustellen, mit der die genannte Positioniergenauigkeit erreicht werden kann. Ferner soll ein entsprechendes Verfahren zur Vermessung von Lithographiemasken bereitgestellt werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Vermessung von Lithographiemasken mit den Merkmalen des Anspruches 1.
Durch die direkte Fixierung sowohl des Meßobjektivs als auch des Meßmoduls wird vorteilhaft erreicht, daß Relativbewegungen zwischen dem Meßobjektiv und dem Meßmodul ausgeschlossen werden können. Dadurch wird es möglich, die gewünschte Positioniergenauigkeit zu erreichen, da mittels des Meßmoduls die Lage des Reticleträgers relativ zum Meßobjektiv mit der erforderlichen Genauigkeit gemessen und dann mittels des Stellmoduls (über die notwendige Aufnahmedauer) eingestellt und gehalten werden kann.
In einer Weiterbildung der Vermessungsvorrichtung ist das Stellmodul nicht direkt am Meßtechnikträger örtlich fixiert. Dadurch ist es möglich, daß das Meßmodul, das den Reticleträger mechanisch bewegen muß, die Meßgenauigkeit nicht negativ beeinflußt, da lediglich das Meßmodul und das Meßobjektiv direkt am Meßtechnikträger befestigt sind.
Der Meßtechnikträger ist besonders steif ausgebildet. Darunter wird hier insbesondere verstanden, daß die erste mechanische Schwingungseigenmode bei ≥100 Hz liegt.
Ferner ist der Meßtechnikträger athermal ausgebildet. Darunter wird hier insbesondere verstanden, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient für die relevante Betriebstemperatur (beispielsweise Raumtemperatur) ≤ 0,1 × 10^-6/K ist.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Meßtechnikträger aus einem Glaskeramikmaterial gebildet ist. Es kann z.B. das von der Firma Schott angebotene Material mit dem Handelsnamen Zerodur verwendet werden. Auch kann eine geeignete Invar-Legierung verwendet werden.
Ferner ist es möglich, daß der Meßtechnikträger einstückig ausgebildet ist. Insbesondere ist er aus einem einzigen Material gebildet. Damit kann die gewünschte mechanische Steifigkeit und die gewünschte athermale Eigenschaft realisiert werden.
Das Meßmodul kann die Lage des Reticleträgers insbesondere interferometrisch messen. Dazu ist es vorteilhaft, daß an dem Reticleträger zumindest ein Spiegel und an dem Meßtechnikträger ebenfalls ein Spiegel befestigt ist oder Teile des Reticleträgers und des Meßtechnikträgers als Spiegel ausgebildet sind.
Insbesondere kann das Meßmodul die Lage des Reticleträgers relativ zum Meßtechnikträger (und damit auch relativ zum Meßobjektiv) in allen sechs voneinander unabhängigen Freiheitsgraden messen. Dabei handelt es sich beispielsweise um drei unabhängige translatorische Freiheitsgrade und drei unabhängige rotatorische Freiheitsgrade.
Bei der erfindungsgemäßen Vermessungsvorrichtung kann das Stellmodul die Lage des Reticleträgers in allen sechs voneinander unabhängigen Freiheitsgraden stellen.
Der Meßtechnikträger kann statisch bestimmt gelagert werden. Dies erhöht die Meßgenauigkeit.
Insbesondere kann der Reticleträger einen Wechselrahmen zur Aufnahme der Lithographiemaske aufweisen, der am Reticleträger statisch bestimmt gelagert ist. Damit ist es leicht möglich, mehrere Lithographiemasken relativ schnell nacheinander zu messen.
Insbesondere kann der Wechselrahmen in verschiedenen Winkellagen um eine Achse gedreht in den Reticleträger eingelegt und in einer Ebene senkrecht zur Achse in mindestens einer Richtung um einige mm verschoben werden. Damit ist es möglich, die Vorrichtung leicht zu kalibrieren.
Bevorzugt ist der Reticleträger so ausgelegt, daß unabhängig von der Winkellage und unabhängig von der Verschiebung des Wechselrahmens im Reticleträger keine Verlagerung des Schwerpunkts des Reticleträgers auftritt.
Das Stellmodul kann pro Freiheitsgrad einen Grobantrieb und einen Feinantrieb aufweisen.
Insbesondere werden das Stellmodul und das Meßmodul zu einem Regelkreis zusammengeschaltet, so daß eine hoch genaue Positionierung des Reticleträgers möglich ist.
Zumindest ein Grobantrieb kann durch rotatorische Motoren mit Spindeltrieben realisiert werden. Für den Feinantrieb zumindest eines Freiheitsgrades können beispielsweise Piezo-Aktuatoren oder auch Lorenz-Aktuatoren eingesetzt werden.
Relativ zum Reticleträger kann ein kartesisches Rechtssystem festgelegt werden, wobei die Fläche der zu vermessenden Lithographiemaske parallel zur x,y-Ebene liegt. Die z-Achse läuft vertikal dazu. Rotationen um diese Achsen werden nachfolgend mit Rx, Ry sowie Rz bezeichnet.
Insbesondere der Feinantrieb für die Freiheitsgrade z, Rx und Ry können mit Piezo-Aktuatoren realisiert werden. Die Feinantriebe für die Freiheitsgrade x, y sowie Rz können mit Lorenz-Aktuatoren durchgeführt werden.
Die Grobantriebe in den Freiheitsgraden x, y, z, Rx, Ry können durch rotatorische Motoren mit Spindeltrieben verwirklicht werden.
Die Spiegelflächen zur interferometrischen Messung des Meßmoduls für die Freiheitsgrade x, y, Rz können direkt am (bewegbaren) Reticleträger angebracht sein. Dabei handelt es sich bevorzugt um Endspiegel des jeweiligen Meßarms der interferometrischen Messung.
Zur Messung in den Freiheitsgraden z, Rx, Ry werden die Meßstrahlen an zwei in x- und y-Richtung am Reticleträger angebrachten Spiegeln um 90° umgelenkt und auf einen Planspiegel gelenkt, der am Meßtechnikträger befestigt ist und ein Endspiegel des entsprechenden Meßarme der interferometrischen Messungen ist.
Die Vorrichtung kann insbesondere in einem gegenüber der Umgebung abgeschlossenen Gehäuse ausgebildet sein. Das Gehäuse kann mehrere voneinander getrennte Unterabschnitte aufweisen. Die Abtrennung kann durch Trennwände und Spaltdichtungen realisiert sein. Insbesondere kann das Gehäuse so ausgebildet sein, daß konditionierte Reinstluft oder Schutzgas z.B. N₂ (Reinheit ungefähr N6 bzw. NG) von dem Unterabschnitt, in dem der Reticleträger bewegt wird, über Spaltdichtungen nach außen strömt.
Die Spaltdichtungen können einen Abstand zwischen benachbarten Platten von 0,1 mm bis 1 mm haben. Die Durchströmungslänge kann einige mm bis einige cm betragen.
Die Vorrichtung kann so ausgebildet sein, daß sie zur Messung evakuiert wird bzw. ist.
Die Vorrichtung weist femer ein Steuermodul auf, das die notwendige Steuerung der Vorrichtung durchführt. Insbesondere werden dem Steuermodul auch die Meßdaten und ggf. die Daten des Detektors zugeführt.
Diese Daten können im Steuermodul oder in einem separaten Auswertemodul ausgewertet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann gemäß den abhängigen Vorrichtungsansprüchen weitergebildet werden.
Es wird femer bereitgestellt ein Verfahren zur Vermessung von Lithographiemasken, bei dem ein Reticleträger mit einer zu vermessenden Lithographiemaske in eine vorbestimmte Lage relativ zu einem Meßobjektiv gebracht wird, die Lage des Reticleträgers relativ zum Meßobjektiv mittels eines Meßmoduls gemessen wird, in dieser Lage mit dem Meßobjektiv ein Abschnitt des Reticles auf einen Detector abgebildet wird, wobei das Meßobjectiv und das Meßmodul direkt an einem Meßtechnikträger örtlich fixiert befestigt sind.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhalber anhand der Figuren noch näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht der Vorrichtung zur Vermessung von Lithographiemasken;
2 eine schematische Draufsicht auf eine zu vermessende Lithographiemaske;
3 eine vergrößerte Ausschnittsansicht von unten auf den Reticleträger 1 von 1;
4 eine schematische Darstellung des Stellmoduls von 1;
5a einen Amplitudengang einer gemessenen Übertragungsfunktion des Reticleträgers 1 von 1 in x-Richtung ohne Regelung;
5b einen Phasengang zur Übertragungsfunktion von 5a;
6a einen ein Amplitudengang einer gemessenen Übertragungsfunktion des Reticleträgers 1 von 1 in x-Richtung mit Regelung, und
6b einen Phasengang zur Übertragungsfunktion von 6a.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung zur Vermessung von Lithographiemasken einen Reticleträger 1 zur Aufnahme der zu vermessenden Lithographiemaske 2. Der Reticleträger 1 kann mittels eines Stellmoduls 3 bewegt werden. Dabei sind translatorische Bewegungen in alle drei Raumrichtungen (x-, y-, z-Richtung) eines kartesischen Rechtssystems (die Zeichenebene liegt in der x-z-Ebene und die y-Richtung erstreckt sich senkrecht zur Zeichenebene) sowie Rotationsbewegungen um jede Achse des Rechtssystems möglich, wobei eine Rotation um die x-Achse mit Rx, eine Rotation um die y-Achse mit Ry und eine Rotation um die z-Achse mit Rz bezeichnet wird.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt ferner eine Meßplattform 4, die einen Meßtechnikträger 5 umfaßt, an dem direkt ein Meßobjektiv 6 örtlich fixiert befestigt ist. An dem Meßobjektiv 6 ist wiederum eine Aufnahmeeinrichtung bzw. ein Detektor 7 (hier in der Form einer CCD-Kamera) befestigt.
Die notwendige Beleuchtungsstrahlungsquelle LQ ist hier schematisch eingezeichnet, wobei hier eine Auflichtbeleuchtung ausgebildet ist. Die Beleuchtungsstrahlunsgquelle LQ kann insbesondere eine Laserquelle umfassen, die gepulste Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 193 nm abgibt. Ferner ist noch schematisch ein Strahlteiler ST und eine Linse L stellvertretend für die Optik des Meßobjektivs 6 dargestellt. Die Beleuchtung kann natürlich auch als Durchlichtbeleuchtung ausgebildet sein.
Die Meßplattform 4 enthält ferner ein Meßmodul 8, das direkt am Meßtechnikträger 5 örtlich fixiert befestigt ist. Das Meßmodul 8 ist hier als interferometrisches Meßmodul ausgebildet, mit dem die Lage des Reticleträgers 1 und somit der Lithographiemaske 2 relativ zum Meßtechnikträger 5 und damit zum Meßobjektiv 6 für alle sechs Bewegungs-Freiheitsgrade (translatorische Bewegungen in x-, y- und z-Richtung, Rotationsbewegungen um die x-, y- und z-Achse) mit äußerst hoher Genauigkeit bestimmt werden kann.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf ein Kalibrierreticle, natürlich ist das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei sonstigen Lithographiemasken anwendbar.
In 2 ist schematisch und nicht maßstabsgetreu in Draufsicht die zu vermessende Lithographiemaske 2 (Kalibrierreticle) dargestellt. Sie weist hier eine rechteckige Form auf, wobei die längere Seite circa 150 mm und die kürzere Seite circa 100 mm lang sein kann. Auf der Lithographimaske 2 sind eine Vielzahl von Marken 9 vorgesehen, die hier im wesentlichen die Form eines Plus-Zeichens aufweisen. Die Marken sind in der Regel 2 - 10 µm groß und liegen zwischen den zur Belichtung benötigten Strukturen (nicht gezeigt) der Maske 2. Die Maske 2 kann ungefähr 200 - 300 solche Marken aufweisen. In diesem Fall beträgt der mittlere Abstand zwischen zwei Marken dann 5 - 8 mm.
Die Vermessungsvorrichtung soll die einzelnen Marken 9 und somit die Lithographiemaske 2 relativ zum Meßobjektiv 6 bzw. zur Meßplattform 4 mit einer solchen Genauigkeit positionieren, daß die Wurzel der mittleren quadratischen Abweichung zwischen der Lithographiemaske 2 und dem Meßobjektiv 6 (bzw. zwischen dem Reticleträger 1 und dem Meßtechnikträger 5) in xy-Richtung nicht größer als 0,3 nm ist.
Um diese geforderte Genauigkeit über die gesamte Lithographiemaske 2 sicher erreichen zu können, weist die Vorrichtung die Meßplattform 4 auf, bei der sowohl das Meßobjektiv 6 als auch das Meßmodul 8 direkt am Meßtechnikträger 5 örtlich fixiert sind. Das Stellmodul 3 ist nicht Bestandteil der Meßplattform 4 und somit auch nicht direkt am Meßtechnikträger 5 befestigt.
Der Meßtechnikträger 5 selbst ist als Glaskeramik ausgebildet, deren Ausdehnungskoeffizient bei einer vorbestimmten Temperatur (beispielsweise der Zimmertemperatur) nominell den Wert 0 aufweist. Ferner ist der Meßtechnikträger 5 besonders steif ausgebildet. Darunter wird hier insbesondere verstanden, daß die erste Eigenmode einer mechanischen Schwingung des Meßtechnikträgers bei ≥ 100 Hz liegt.
Wie in 1 ferner ersichtlich ist, ist ein Gehäuse 10 vorgesehen, in dem die Meßplattform 4 statisch bestimmt gelagert ist. Die statisch bestimmte Lagerung 11 ist insbesondere so ausgebildet, daß auf das Gehäuse 10 einwirkende äußere Kräfte zu keinerlei Geometrieänderungen der Meßplattform 4 führen.
Ferner stellt das Gehäuse 10 eine Meßkammer 12 bereit, deren Atmosphäre äußerst genau vorgegeben und geregelt ist. So kann beispielsweise die Temperatur mit einer Genauigkeit von 0,1 mK eingestellt werden. Auch die Feuchtigkeit in der Meßkammer und sonstige Parameter werden exakt gesteuert. Insbesondere kann die Meßkammer 12 mit Fremdgas gefüllt oder auch evakuiert sein.
Für die interferometrische Messung der Lage des Reticleträgers 1 relativ zum Meßtechnikträger 5 mittels des Meßmoduls 8 weist der Reticleträger 1 an seiner Seite einen ersten Spiegel 13, einen um 45° geneigten zweiten Spiegel 14 sowie an seiner zweiten Seite einen dritten Spiegel 15 und einen um 45° geneigten vierten Spiegel 16 auf. Auf der Oberseite des Meßtechnikträgers 5 ist ein fünften Spiegel 17 vorgesehen. Für die Beschreibung des Meßmoduls 8 wird nachfolgend nur auf die notwendigen Meßstrahlengänge für die interferometrische Messung Bezug genommen. Die optischen Elemente des Meßmoduls 8, wie z.B. Laser, Strahlteiler, ... werden nicht beschrieben. Der Fachmann kann diese zur Ausbildung der nachfolgend beschriebenen Meßstrahlengänge ohne weiteres entsprechend anordnen. Es sind ferner schematisch die Meßstrahlengänge M1, M2, M3, M4, M5, M6 eingezeichnet. Der Meßstrahlengang M1 dient zur Positionsbestimmung in x-Richtung. Der Meßstrahlengang M1 zusammen mit dem Meßstrahlengang M2 dient zur Bestimmung der Lage in z-Richtung.
Aus M4, M5 kann y, Rz, aus M2, M3, M6 und z, Rx, Ry bestimmt werden, nachdem die Messungen in x- und y-Richtung entsprechend subtrahiert werden.
Auf den dritten Spiegel 15 treffen die Meßstrahlengänge M4, M5. Diese Meßstrahlengänge dienen zur Auswertung der Drehung um die y- und x-Achse.
Das Stellmodul 3 und der Reticleträger 1 sind hier so ausgebildet, daß der Bewegungsraum in x- und y-Richtung jeweils ± 80 mm beträgt. Der Bewegungsraum in z-Richtung beträgt ca. ± 2 mm. Die mögliche Drehbewegung Rx, Ry und Rz beträgt jeweils ca. ± 1,5 mrad.
In 4 ist schematisch eine Ausführungsform des Stellmoduls 3 gezeigt. Der Reticleträger 1 ist über drei schematisch eingezeichnete Festkörpergelenke 20, 21, 22 mit den Freiheitsgraden x, y, Rz mit einem Mittelrahmen 23 verbunden. Parallel zu jedem Festkörpergelenk 20, 21 und 22 ist ein Tauchspulmotor 24, 25, 26 vorgesehen, mit denen tangentiale Kräfte auf den Reticleträger 1 ausgeübt werden können. Durch entsprechendes Zusammenschalten und Ansteuern der Tauchspulen können die drei Freiheitsgrade x, y und Rz angesteuert werden. Durch die parallel zu den Tauchspulenmotoren 24 - 26 geschalteten Festkörpergelenke 20 - 22 wird die 1-g-Last abgetragen, wobei gleichzeitig auch eine Resonanz in x-, y- und Rz-Richtung eingeführt wird. Da ein Masse-Feder-System bei weit über der Resonanz liegenden Frequenzen Sperrwirkungen gegen die Störung hat, wird hier die Resonanzfrequenz möglichst niedrig gelegt. Jedoch sollte die Resonanz nicht in den Bereich von 1 Hz gelegt werden, da in diesem Bereich besonders große Störungen aus einer Luftfederlagerung der Lagerung 11 zum Gehäuse 10 und/oder einer Luftfederlagerung des Gehäuses 10 zur Umgebung erwartet werden. Die Federn wurden daher so ausgelegt, daß die Resonanz für f_xRes = f_yRes ≈ 9 Hz und f_RzRes ≈ 11 Hz beträgt.
Der Mittelrahmen 23 ist an jeder seiner drei Ecken über ein Kardan-Festkörpergelenk 27, 28, 29 mit dem Kopfpunkt des an der entsprechenden Ecke vorgesehenen z-Antriebes 30, 31, 32 verbunden. Jeder z-Antrieb weist einen reihegeschalteten Spindel- und Piezo-Antrieb auf, so daß mit den z-Antrieben 30 - 32 die Freiheitsgrade z, Rx und Ry eingestellt werden können. Bei den z-Antrieben 30 - 32 sollten bis mindestens 80 Hz keine Resonanzen oder Eigenmoden vorkommen. Das Kardan-Festkörpergelenk 27 - 30 dient zur Auskopplung von die Piezo-Antriebe störende Kräften, da, obwohl die Piezo-Antriebe sehr empfindlich auf Querkräfte reagieren, sie zur Kippung in Rx und Ry dienen.
Jeder der z-Antriebe 30 - 32 sitzt auf einem x/y-Schlittten 33, 34, 35 die alle in x- und y-Richtung verschiebbar sind. Der Schlitten 34 kann über einen Y-Spindelantrieb 36 gesteuert in y-Richtung verschoben werden. Der Schlitten 35 kann über einen X-Spindelantrieb 37 gesteuert in x-Richtung verschoben werden. Der Schlitten 33 ist passiv und wird mitgeschleppt. Untereinander sind die Schlitten 33 - 35 durch einen Außenrahmen 38 verbunden, um den hier nicht gewollten Freiheitsgrad in Rz-Richtung zu beseitigen.
Der Reticleträger 1 enthält ferner einen Wechselrahmen 39, der die Lithographiemaske 2 trägt und bezüglich des Reticleträgers 1 auswechselbar ist.
Die geforderte Positioniergenauigkeit des Reticleträgers 1 gegenüber dem Meßtechnikträger 5 wird hier durch ein mehrstufiges Antriebskonzept erreicht, bei dem eine Bewegung mit langem Stellweg und geringer Genauigkeit mit einer Bewegung mit kurzem Stellweg und hoher Genauigkeit überlagert wird. Der lange Stellweg wird über die beschriebenen Spindelantriebe 36, 37 erreicht. Zum Feinstellen mit nm-Auflösung werden die Tauchspulmotoren (bzw. Lorenzaktuatoren) für die x- und y-Richtung sowie den Freiheitsgrad Rz eingesetzt. Für die z-Richtung sowie die Freiheitsgrade Rx und Ry werden die Piezo-Antriebe der z-Antriebe 30 - 32 benutzt.
Die Position des Reticleträgers 1 wird mittels des Meßmoduls 8 direkt zwischen dem Meßtechnikträger 5 und dem Reticleträger 1 gemessen, so daß keine Messungen der verschiedenen Antriebsstufen miteinander verkettet werden, so daß zumindest kleine Fehler in der Antriebsmechanik zugelassen werden können.
Da bei der Vorrichtung zur Vermessung der Lithographiemasken die Lithographiemaske 2 natürlich auch während der Aufnahme ruhig stehen und nicht schwingen soll, sind auch die dynamischen Eigenschaften zu berücksichtigen. Bei Bildaufnahmezeiten von typischerweise 30 ms wird daher gefordert, daß bis etwa 30 Hz die Vorrichtung an den meßtechnisch relevanten Stellen ein Effektivwert in der Schwingungsamplitude von maximal ungefähr 1 nm haben darf. Bei höheren Frequenzen sollen keine ausgeprägten oder angeregten Schwingungen auftreten.
Daraus folgt, daß die erste Eigenmode funktionsbestimmender Baugruppen über 30 Hz liegen muß. Da auch Bewegungen des Stellmoduls 3 im geschlossenen Regelkreis eingeschlossen sind, wird die Forderung hier so ausgelegt, daß der Effektivwert der Störbewegungen bis 30 Hz s 1 nm und bis 10 Hz ≤ 0,3 nm sein soll. Damit ein Regler bis zu dieser Frequenz Störungen unterdrücken kann, muß die Reglerbandbreite ebenfalls mindestens in dieser Größenordnung liegen. Somit sollte für alle Elemente der Vorrichtung, die in der Strecke des Regelkreises liegen, die erste Eigenmode möglichst nicht unter 100 Hz liegen. Dies gilt jedoch nicht für Moden, die bewußt im Design so angelegt sind und in der Regelungstechnik berücksichtigt werden.
Das Stellmodul 3 sollte möglichst so arbeiten, daß Stellsignale für niedrige Frequenzen mit Verstärkung 1 ohne Zeitverzug umgesetzt und Störungen damit vollständig unterdrückt werden. In 5a ist beispielhaft eine gemessene Übertragungsfunktion des Reticleträgers 1 in x-Richtung ohne Regelung gezeigt, in 5b der entsprechende Phasenverlauf. Der Amplitudenfrequenzgang liegt nur bis etwa 9 Hz parallel zur 0dB-Linie. Durch geeignete Wahl des Verstärkungsfaktors könnte die Verstärkung 1 eingestellten werden. Bei ca. 9 Hz baut sich eine Resonanz auf, die vom System Kardan-Festkörpergelenk (27 - 29) - Spiegel (13 - 17) gebildet wird. Bewegt man den ungeregelten Reticleträger 1 in x- oder y-Richtung wird daher leicht eine Schwingung mit f = 9 Hz angeregt. Da keine wesentliche Dämpfung in dem System ist, schwingt der Spiegel bei der kleinsten Störung sofort auf.
Wollte man den Reticleträger 1 trotzdem bewegen, müßte man sehr langsame Bewegungen ausführen, so daß keine Bewegungen mit Frequenzanteilen im kritischen Bereich eingeleitet werden. Man sieht an der Kurve auch, daß eingeleitete Bewegungen, die im Frequenzbereich deutlich über der Resonanz liegen, vom Reticleträger nur mit deutlich kleinerer Amplitude ausgeführt werden. Dies ist für die Anwendung sehr erwünscht, denn man kann davon ausgehen, daß Störungen mit hohen Frequenzen aufgrund der Filterwirkung der Lagerung gedämpft werden.
Mit Hilfe der Regelungstechnik werden hier nun die Streckeneigenschaften der Mechanik so weit verbessert, daß die gewünschten Positioniergenauigkeiten (statisch und dynamisch) erfüllt werden, beispielsweise werden die natürlichen Resonanzen bekämpft. Aufgrund der beschriebenen Konstruktion des Stellmoduls kann auch beim Regelungskonzept eine Trennung der Freiheitsgrade x, y, Rz und z, Rx, Ry durchgeführt werden. Dies ist insbesondere möglich, da konstruktiv bei dem Stellmodul 3 darauf geachtet wurde, daß Bewegungen der Piezo-Aktuatoren der z-Antriebe 30 - 32 nicht auf die x, y, Rz-Richtungen wirken und umgekehrt, die Tauchspulenantriebe 24 - 26 nicht in die Freiheitsgrade z, Rx, Ry eingreifen. Besonders wichtig ist, daß diese Wechselwirkungen auch für Bewegungen bis weit in den 100 Hz-Bereich nicht stattfinden darf. Die Übertragungsfunktionen zeigen besonders für z, Rx, Ry bei höheren Frequenzen Resonanzen, die sonst durch die Regelaktivität angeregt werden würden.
Für die Freiheitsgrade x, y, Rz wird daher hier ein MiMo-Regler (multiple-input-multiple-output-Regler) entworfen und benutzt. Aus 9 Einzelmessungen, mit denen die Wechselwirkungen aller Aktuatoren auf alle Richtungen gemessen werden, wird eine 3 x 3-Reglermatrix entwickelt, die alle Kopplungen berücksichtigt und das gewünschte konstante Übertragungsverhalten für die Freiheitsgrade x, y und Rz bis zu einer Brandbreite von circa 30 Hz herstellt. Das Ergebnis für die x-Richtung für den Reticleträger 1 ist in den 6a und 6b dargestellt, die die gemessene Übertragungsfunktion und den zugehörigen Phasenverlauf zeigen.
Es ist auch möglich, drei einzelne Regler (SISO-Regler = single-input-single-output-Regler) mit ungefähr der gleichen Reglergüte einzusetzen, was auch als „sequential loop closing“ bezeichnet werden kann.
Neben den Fein-Antrieben müssen auch die Grob-Antriebe geregelt betrieben werden, wobei insbesondere die Koordination von Grob- und Fein-Antrieb gelöst werden muß, da der Reticleträger 1 unmittelbar an den Fein-Antrieben, aber nur mittelbar an den Grob-Antrieben hängt. Die Position des Reticleträgers 1 kann hier direkt interferometrisch gemessen werden, wohingegen die Position der Grob-Antriebe mit angebauten Drehgebern bestimmt werden.
Eine angeforderte Verfahrbewegung bedeutet zunächst einen neuen Sollwert für die Grob- und Fein-Antriebe. Beide Regelkreise (sowohl für den Grob-Antrieb als auch für den Fein-Antrieb) versuchen mit einer Stellbewegung die Sollposition zu erreichen. Da der Fein-Antrieb schnell reagiert, aber nur einen kleinen Verfahrbereich hat, wird er schnell in die Begrenzung laufen. In der Zwischenzeit fährt der Grob-Antrieb mit Maximalgeschwindigkeit in die gewünschte Position. Sobald der Grob-Antrieb den Fein-Antrieb so weit in die gewünschte Position gefahren hat, daß der Fein-Antrieb die Begrenzung verlassen kann, regeln beide Antriebe. Der Grob-Antrieb fährt auf seine über Drehgeber gemessene Position und hält dort unbeeinflußt von der Stellung des Fein-Antriebs. Der Fein-Antrieb kann nun den Reticleträger 1 auf Basis der Interferometerwerte in die gewünschte Position bringen. Da im nm-Bereich immer Störungseintrag ins System stattfindet, muß der Feinregler die Störung soweit unterdrücken, daß die geforderte Abweichung im Effektivwert erreicht wird. Voraussetzung für diese Strategie ist, daß eine Position hinreichend genau sowohl als Drehgeberposition als auch Interferometer-Position angegeben werden kann. Dazu dürfen insbesondere die Spindel und die Schlitten keine allzu große Linearitätsfehler haben oder diese werden kompensiert.
Das beschriebene Meßmodul 8 ist als interferometrisches Meßmodul mit einer konkreten Anordnung der Meßstrahlengänge beschrieben. Dem Fachmann sind natürlich andere Ausgestaltungen für das interferometrische Meßmodul bekannt, die die erforderliche Meßgenauigkeit aufweisen.

Claims

Vorrichtung zur Vermessung von Lithographiemasken, mit einem Reticleträger (1) für die zu vermessende Lithographiemaske (2), einem Meßobjektiv (6) zum Abbilden eines Abschnitts der mit dem Reticleträger (1) gehaltenen Lithographiemaske (2) auf einen Detektor (7), einem Meßmodul (8) zur Messung der Lage des Reticleträgers (1) relativ zum Meßobjektiv (6), und einem Stellmodul (3), mit dem der Reticleträger (1) bewegt werden kann, um ihn in eine vorbestimmte Lage relativ zum Meßobjektiv (6) zu bringen, wobei das Meßobjektiv (6) und das Meßmodul (8) direkt an einem Meßtechnikträger (5) örtlich fixiert befestigt sind und wobei die erste mechanische Eigenschwingungsmode des Meßtechnikträgers (5) bei größer oder gleich 100 Hz liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Stellmodul (3) nicht direkt am Meßtechnikträger (5) örtlich fixiert ist.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der der Meßtechnikträger (5) einstückig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der der Meßtechnikträger (5) aus einem einzigen Material ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Meßtechnikträger aus einem Glaskeramikmaterial ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Meßtechnikträger aus einem athermalen Material ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der das Meßmodul (8) die Lage des Reticleträgers (1) relativ zum Meßtechnikträger (5) in allen sechs voneinander unabhängigen Freiheitsgraden mißt.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der das Meßmodul die Lage des Reticleträgers (1) interferometrisch mißt.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der das Stellmodul (3) die Lage des Reticleträgers in allen sechs voneinander unabhängigen Freiheitsgraden stellen kann.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der der Meßtechnikträger (5) statisch bestimmt gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der der Reticleträger (1) einen Wechselrahmen (39) zur Aufnahme der Lithographiemaske (2) aufweist, der im Reticleträger (1) statisch bestimmt gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Wechselrahmen (39) in verschiedenen Winkellagen um eine Achse eingelegt und in einer Ebene senkrecht zur Achse in mindestens eine Richtung um einige mm verschoben werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Verschiebung des Wechselrahmens (39) mit der Lithographiemaske keine Verlagerung des Schwerpunktes des Reticleträgers (1) bewirkt.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der ein Meßvolumen (12), in dem der Reticleträger (1) angeordnet ist, bei der Messung mit Reinstgas oder Reinstluft gefüllt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der ein Meßvolumen (12), in dem der Reticleträger angeordnet ist, bei der Messung evakuiert ist.
Verfahren zur Vermessung von Lithographiemasken (2), bei dem ein Reticleträger (1) mit einer zu vermessenden Lithographiemaske in eine vorbestimmte Lage relativ zu einem Meßobjektiv (6) gebracht wird, die Lage des Reticleträgers relativ zum Meßobjektivs mittels eines Meßmoduls (8) gemessen wird, in dieser Lage mit dem Meßobjektiv ein Abschnitt des Reticleträgers auf einen Detektor (7) abgebildet wird, wobei das Meßobjektiv und das Meßmodul direkt an einem Meßtechnikträger örtlich fixiert befestigt sind und wobei die erste mechanische Eigenschwingungsmode des Meßtechnikträgers (5) bei größer oder gleich 100 Hz liegt.