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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsmessung
mindestens einer Struktur auf einem Substrat. Hierzu ist ein Messtisch vorgesehen,
der in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung verfahrbar
ist. Auf dem Messtisch ist ein Spiegelkörper vorgesehen, in dem das Substrat
liegt.
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Ein
Koordinaten-Messgerät
ist hinlänglich aus
dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise wird dabei auf das
Vortragsmanuskript „Pattern Placement
Metrology for Mask making” von
Frau Dr. Carola Bläsing
verwiesen. Der Vortrag wurde gehalten anlässlich der Tagung Semicon,
Education Program in Genf am 31. März 1998, in dem die Koordinaten-Messmaschine
ausführlich
beschrieben worden ist. Der Aufbau einer Koordinaten-Messmaschine,
wie er z. B. aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird in der
nachfolgenden Beschreibung zu der
1 näher erläutert. Ein
Verfahren und ein Messgerät
zur Positionsbestimmung von Strukturen auf einem Substrat 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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Die
Deutsche Patentschrift
DE
199 49 019 C2 offenbart ein Messgerät zum Vermessen von Strukturen
auf Substraten verschiedener Dicke. Die Substrate sind dabei in
einem X/Y-Schlitten eingelegt. Der X/Y-Schlitten besitzt einen umlaufenden Rand.
Das Messgerät
selbst ist mit einer Beleuchtungsoptik ausgestattet, wobei mehrere
Ausgleichselemente vorgesehen sind, die für die Kompensation der optischen
Weglänge
benötigt
werden. Diese Ausgleichselemente werden in Abhängigkeit von dem zu vermessenden
Substrat entspre chend ausgewählt. Die
Ausgleichselemente befinden sich in Aufbewahrungsfächern am
umlaufenden Rand der Aussparung des X/Y-Schlittens. Je nach benötigtem Ausgleichselement
werden diese mittels der Beleuchtungsoptik aus dem Aufbewahrungsfach
entnommen. Somit wird erreicht, dass unabhängig von der mechanischen Dicke
des verwendeten Substrats eine gleiche optische Dicke des gesamten
Systems aus Ausgleichselement und Substrat erreicht wird. Ein Nachteil
ist, dass die Ausgleichselemente lediglich auf der Beleuchtungsoptik
sitzen und somit eine weitere Fehlerquelle liefern können, was
zu einer Fehlmessung mit dem Messgerät führen kann.
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Das
Dokument
DE 100 31
719 A1 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung mit einer
Lichtquelle, einem optischen Faserbündel, einer Einkoppeloptik vor
und einer Auskoppeloptik nach dem Faserbündel sowie einer Beleuchtungsoptik.
Eine Homogenisierungsoptik zwischen der Auskoppeloptik und der Beleuchtungsoptik
bewirkt eine Homogenisierung der Intensitätsverteilung im Bildfeld. Die
Homogenisierungsoptik besteht aus einem Mikrowabenkondensator und
einem Linsenglied, welche die Austrittsöffnung des Faserbündels in
einer Zwischenbildebene zu einem homogenen Zwischenbild überlagern.
Das Koordinaten-Messgerät
selbst umfasst einen X/Y-Messtisch zur Aufnahme eines Substrates
mit einer zu vermessenden Struktur und dem oben erwähnten Beleuchtungssystem.
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Das
Dokument
DE 198 58
428 C2 offenbart einen verfahrbaren x/y-Messtisch mit zwei orthogonal angeordneten
Messspiegeln zur interferometrischen Positionsbestimmung. Der verfahrbare
Messtisch, ein die Messspiegel tragender Spiegelkörper und
die Aufnahme für
das Substrat (
9) sind als separate Bauelemente ausgeführt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen,
mit der es möglich
ist, für
alle Substrate die gleiche optische Dicke zu erreichen und dabei
mögliche
Fehlerquellen bei der Erreichung der gleichen optischen Dicke auszuschließen.
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Die
obige Aufgabe wird gelöst
durch eine Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Es
ist von erheblichem Vorteil, wenn in dem Spiegelkörper mindestens
eine flächige
Einlage eingelegt werden kann. Die Einlage ist dabei derart beschaffen,
dass unabhängig
von der mechanischen Dicke des Substrats für das Substrat und die Einlage zusammen
immer die gleiche optische Dicke vorliegt.
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Die
Einlage weist dabei mindestens eine derartige Größe auf, dass sie in der Projektion
auf das Substrat mindestens die Fläche des Substrats abdeckt.
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Die
Vorrichtung ist eine Koordinaten-Messmaschine, die in einem Gehäuse zumindest
mit einer Ablage für
mehrere Einlagen und für
mehrere Substrate vorgesehen ist. Die Einlagen unterscheiden sich dabei
hinsichtlich ihrer optischen Dicke.
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Im
Innern des Gehäuses
ist ein Transportsystem vorgesehen, das in Abhängigkeit von der optischen
und/oder mechanischen Dicke des gerade zu vermessenden Substrats
eine entsprechende Einlage auswählt
und in den Spiegelkörper
legt. Die Substrate können
dabei codiert sein, so dass die Vor richtung automatisch die entsprechend
benötigten
Einlagen auswählen
kann, damit eine gleiche optische Dicke der Kombination aus Einlage
und Substrat erreicht wird. Ferner weiß das System anhand des abzuarbeitenden
Messrezepts, welche Substrate und welcher Typ von Substrat verwendet
wird. Anhand dieser Information kann bereits vor Ablage des Substrats
in den Spiegelkörper
die entsprechende Einlage ausgewählt
und in den Spiegelkörper
positioniert werden.
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Die
Koordinaten-Messmaschine besitzt eine Durchlichtbeleuchtungseinrichtung
für das
Substrat. Die Durchlichtbeleuchtungseinrichtung umfasst einen Kondensor.
Die Einlage wird dabei derart in den Spiegelkörper gelegt, dass die Einlage
direkt dem Kondensor gegenüberliegt.
Diejenige Oberfläche
des Substrats, welche die Strukturen trägt, liegt dem Messobjektiv
der Koordinaten-Messmaschine
gegenüber.
Das Messobjektiv selbst liegt ebenfalls gegenüber dem Kondensor.
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Der
Koordinaten-Messmaschine ist ein Rechner zugeordnet, der anhand
der Codierung der Substrate mittels eines Transportsystems diejenige Einlage
in den Spiegelkörper
legt, damit eine vorbestimmte optische Dicke von Substrat und Einlage
eingestellt ist.
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Dem
Spiegelkörper
ist mindestens ein Laser-Interferometer zugeordnet, so dass über den
auf dem Messtisch befindlichen Spiegelkörper die Position des Messtisches
in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung bestimmbar
ist.
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Halteelemente
für das
Substrat können
in einer Ausführungsform
die Eckpunkte eines Dreiecks bilden. Die Halteelemente sind bevorzugt
punktförmig
ausgebildet. Von besonderem Vorteil für die theoretische Berechnung
der Durchbiegung des Substrats ist, wenn die Halteelemente an den
Eckpunkten eines gleichschenkligen Dreiecks angeordnet sind. Ebenso
ist es vorstellbar, dass die punktförmig ausgebildeten Halteelemente
an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind.
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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 eine Koordinaten-Messmaschine, gemäß dem Stand der Technik.
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2 zeigt
schematisch den inversen Aufbau einer Koordinaten-Messmaschine.
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3 zeigt
eine schematische Draufsicht auf die Anordnung einer Koordinaten-Messmaschine in
Verbindung mit mehreren Ablagepositionen, welche als Zusatzgeräte für die Koordinaten-Messmaschine
ausgebildet sind.
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4 zeigt
eine schematische Seitenansicht der Ablage eines Substrats in einem
Spiegelkörper, der
auf einem Tisch vorgesehen ist.
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5 zeigt
schematisch eine Draufsicht auf einen Spiegelkörper, der drei Halteelemente
ausgebildet hat, auf denen das Substrat ruht.
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Ein
Koordinaten-Messgerät 1 der
in 1 dargestellten Art ist bereits mehrfach aus dem
Stand der Technik bekannt. Der Vollständigkeit halber wird jedoch
die Funktionsweise und die Anordnung der einzelnen Elemente des
Koordinaten-Messgeräts 1 beschrieben.
Das Koordinaten-Messgerät 1 umfasst einen
Messtisch 20, der auf Lagern 21 (die Lager 21 können z.
B. als Luftlager ausgebildet sein) in einer Ebene 25a in
X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung
verfahrbar angeordnet ist. Die Ebene 25a ist dabei aus
einem Element 25 gebildet. Das Element 25 ist
in einer bevorzugten Ausführungsform ein
Granit. Es ist jedoch für
einen Fachmann selbstverständlich,
dass das Element 25 auch au einem anderen Material ausgebildet
sein kann, welches eine exakte Ebene 25a für die Verschiebung
des Messtisches 20 gewährleistet.
Die Position des Messtisches 20 wird mittels mindestens
eines Laser-Interferometers 24 gemessen,
welches zur Messung einen Lichtstrahl 23 aussendet. Hierzu
ist auf dem Messtisch ein Spiegelkörper 20a aufgesetzt,
der auch das zu vermessende Substrat 2 trägt. Das
Element selbst ist auf Schwin gungsdämpfern 26 gelagert,
um somit Gebäudeschwingungen
von dem Messgerät
fernzuhalten.
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In
den Spiegelkörper 20a ist
ein Substrat 2 gelegt, welches die zu vermessenden Strukturen 3 trägt. Das
Substrat 2 kann mit einer Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 und/oder
einer Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 beleuchtet werden.
Das Licht der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 gelangt über einen
Umlenkspiegel 7 und einen Kondensor 8 auf das
Substrat 2. Ebenso gelangt das Licht der Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 über ein Messobjektiv 9 auf
das Substrat 2. Das Messobjektiv 9 ist mit einer
Verstelleinrichtung 15 versehen, die es erlaubt, das Messobjektiv 9 in
Z-Koordinatenrichtung zu verstellen. Das Messobjektiv 9 sammelt
das vom Substrat 2 ausgehende Licht und lenkt es aus der Auflichtbeleuchtungsachse 5 mittels
eines teildurchlässigen
Umlenkspiegels 12 heraus und richtet es dabei auf eine
Kamera 10, die mit einem Detektor 11 versehen
ist. Der Detektor 11 ist mit einem Rechnersystem 16 verbunden,
das aus den vom Detektor 11 ermittelten Messwerten digitale
Bilder erzeugt.
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Es
ist ebenfalls denkbar, dass die Koordinaten-Messmaschine 1 derart
ausgestaltet ist, dass eine Maske bzw. ein Substrat 2 derart
eingelegt ist, dass die Oberfläche 2a der
Maske, welche die Strukturen 3 trägt, in Richtung der Erdanziehung
weist. Diese Anordnung ist ein sog. inverser Aufbau einer Koordinaten-Messmaschine 1.
Dies hat den Vorteil, dass die Masken 2 in der Koordinaten-Messmaschine
sich in der gleichen Orientierung befinden, wie sie bei einem Stepper
zur Belichtung der Masken auf einen Wafer angeordnet sind. In diesem
Zusammenhang sei auf 2 verwiesen, die ausführlich den
inversen Aufbau beschreibt.
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Für die Beschreibung
der 2 werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen
Bauteile wie in 1 verwendet. 2 zeigt
die Koordinaten-Messmaschine 1 mit
dem inversen Aufbau. Das Substrat 2, das auf einer Oberfläche 2a mehrere Strukturen 3 trägt, ist
dabei in einem Messtisch 20 eingelegt. Die Position des
Messtisches 20 wird ebenfalls mit einem Laserstrahl 23,
der von einem Laser-Interferometer 24 ausgeht, gemessen. Über eine
Beleuch tungseinrichtung 6 kann ggf. über einen Umlenkspiegel 7 oder
einen Lichtleiter Beleuchtungslicht für die Durchlichtbeleuchtung
des Substrats 2 eingespiegelt werden. Das Beleuchtungslicht breitet
sich entlang des Beleuchtungsstrahlengangs 4 aus, der mit
der optischen Achse mindestens eines Messobjektivs 9 zusammen
fällt.
Das Messobjektiv 9 ist gegenüber den Strukturen 3 auf
dem Substrat 2 angeordnet. Die Beleuchtungseinrichtung 14 ist
für die
Auflichtbeleuchtung der Strukturen 3 vorgesehen. Die Bezeichnungen „Substrat” und „Maske” für die Halbleiterherstellung
sollen gleichbedeutend verwendet werden.
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Das
Substrat 2 ist während
der Messung der Position der Strukturen 3, bzw. der Bestimmung
der Strukturbreiten der Strukturen 3 derart in der Koordinaten-Messmaschine 1 gehaltert,
dass die Oberfläche 2a,
welche die Strukturen 3 trägt, in Richtung der Gewichtskraft 30 weist.
Mit anderen Worten, ein Normalvektor 30, der von der Oberfläche ausgerichtet ist,
die die Strukturen 3 trägt,
ist im Wesentlichen parallel zum Vektor 33 der Gewichtskraft.
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3 zeigt
eine schematische Draufsicht des Systems zur Bestimmung von Positionen
von Strukturen auf einem Substrat oder einer Maske 2. Dabei
ist die Anordnung der einzelnen Elemente des Systems im Innern des
Gehäuses 50 dargestellt.
Das Koordinaten-Messgerät 1 wird
hier lediglich schematisch durch die Darstellung des Messtisches 20 (verfahrbar
in X-Koordinatenrichtung und/oder Y-Koordinatenrichtung) und dem
auf dem Spiegelkörper 20a positionierten
Substrat 2 wiedergegeben. Innerhalb des Gehäuses 50,
welches als Klimakammer ausgebildet ist, kann z. B. ein Magazin 42 angeordnet
sein, in dem z. B. die zu vermessenden Substrate 2 für die Temperierung
abgelegt werden können.
Ebenso können
in dem Magazin 42 die bereits vermessenen Substrate 2 (Masken
für die
Halbleiterherstellung) abgelegt werden, bevor diese dann wieder über eine Ladeöffnung 45 ausgegeben
werden. Der Ladeöffnung 45 ist
eine Ladestation 48 zugeordnet, über die die Substrate 2 in
das System, bzw. in das Gehäuse 50 eingegeben
werden können.
Zwischen der Ladestation 48, dem Magazin 42 und
der Koordinaten-Messmaschine 1 ist eine Transporteinrichtung 46 angeordnet,
die sich entlang des Doppelpfeils 40 bewegen kann. Mit
der Transporteinrichtung 46 können die Substrate 2 zu
den einzelnen Stationen, bzw. Elementen innerhalb des Gehäuses 50 transportiert werden.
Für einen
Fachmann ist es selbstverständlich,
dass die Ladeöffnungen
für die
Substrate 2 verschließbar
ausgebildet sind. Mit der Transporteinrichtung 46 werden
die Substrate 2 selbstverständlich auch auf dem Messtisch 20 oder
dem Spiegelkörper 20a abgelegt.
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4 zeigt
eine schematische Ansicht des Spiegelkörpers 20a, der auf
einem Messtisch 20 angeordnet ist. Im Spiegelkörper 20a sind
mehrere Halteelemente 35 vorgesehen, auf dem das zu vermessende
Substrat 2 ruht. Die Halteelemente sind in der hier dargestellten
Ausführungsform
derart angeordnet, dass sie diejenige Oberfläche des Substrats 2 berühren, die
keine Strukturen 3 trägt.
Die Halteelemente 35 für
das Substrat sind dabei derart ausgebildet, dass sie punktförmig das
Substrat berühren.
In der Regel werden für
die Halteelemente 35 Rubinkugeln verwendet, so dass das
Substrat an einem Punkt der Kugel aufliegt. Ebenso ist in dem Spiegelkörper 20a eine
Einlage 38 vorgesehen. Die Einlage 38 ist dabei
derart großflächig ausgebildet,
dass sie die gesamte Fläche
des Substrats 2 bedeckt. In anderen Worten ist die Einlage 38 derart
groß ausgebildet,
dass sie in ihrer Projektion auf das Substrat 2 die gesamte
Fläche
des Substrats 2 bedeckt. In der hier dargestellten Ausführungsform
ist die Einlage derart ausgestaltet, dass sie an den Stellen der
Halteelemente 35 jeweils eine Aussparung ausgebildet hat, so
dass die Einlage 38 zusätzlich
durch die Halteelemente 35 geführt wird. Es ist für einen
Fachmann selbstverständlich,
dass auch eine andere Ausgestaltung der Einlage 38 möglich ist.
Die in 4 beschriebene Ausgestaltung der Einlage soll
keine Beschränkung
der Erfindung darstellen.
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5 zeigt
eine schematische Draufsicht auf den Spiegelkörper 20a, in dem das
Substrat mittels dreier Halteelemente 35 gehaltert ist.
In der hier dargestellten Ausführungsform
sind die drei Halteelemente an den Eckpunkten eines Dreiecks angeordnet.
In der Regel hat der Spiegelkörper
eine Aussparung 20b ausgebildet, in der das Substrat eingelegt wird.
Der Spiegelkörper 20a weist
ferner eine Aussparung 37 auf, in die die Einlage 38 abgelegt
werden kann. In der hier dargestellten Ausführungsform ist die Aussparung 37 etwas
größer ausgebildet,
als das Substrat 2. Somit ist die Einlage 38 in
ihrer Fläche
größer als
das Substrat 2. Wie bereits oben beschrieben, ist die Koordinaten- Messmaschine im Innern
eines Gehäuses 50 angeordnet.
In dem Gehäuse 50 ist
dabei eine Vielzahl von Ablagen vorgesehen. In den Ablagen können sowohl
die Substrate 2, als auch die für die unterschiedlichen Substrate 2 benötigten Einlagen 38 abgelegt
werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse 50 als Klimakammer
ausgebildet. Dies ist deshalb notwendig, damit das Substrat 2 und/oder
die Einlagen 38 ein Temperaturgleichgewicht und ein mechanisches Gleichgewicht
erreichen. In den Ablagen können
die erforderlichen Relaxationsprozesse ablaufen, damit keine Gleichgewichtsveränderungen
die Messwerte beeinflussen, die mittels der Koordinaten-Messmaschine 1 gewonnen
werden. Mit dem Transportsystem 36 können somit die Substrate, bzw.
die Einlagen in den Spiegelkörper 20a gelegt
werden.
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Die
Erfindung wurde in Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. Es ist dennoch denkbar, dass Abwandlungen oder Änderungen
gemacht werden können,
ohne den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.