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Die
Erfindung betrifft eine Koordinaten-Messmaschine zur strukturierten
Beleuchtung von Substraten. Im Besonderen betrifft die Erfindung eine
Koordinaten-Messmaschine zur strukturierten Beleuchtung von Substraten,
mit einer Auflichtbeleuchtungseinrichtung und/oder einer Durchlichtbeleuchtungseinsrichtung,
die jeweils einen Beleuchtungsstrahlengang definiert.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur strukturierten Beleuchtung
von Substraten. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein Verfahren
zur strukturierten Beleuchtung von Substraten mit einer Auflichtbeleuchtungseinrichtung
und/oder einer Durchlichtbeleuchtungseinrichtung, die jeweils einen Beleuchtungsstrahlengang
definiert.
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Eine
Koordinaten-Messmaschine zur Vermessung von Strukturen auf Substraten,
die für die Herstellung von Wafern verwendet wird, kann
dem Vortragsmanuskript „pattern placement metrology
for mask making" von Frau Dr. Carola Bläsing entnommen
werden. Dieser Vortrag wurde gehalten anlässlich der Tagung
Semicon, Edjucation Program in Genf am 31. März 1998.
Bezüglich der Einzelheiten zur Funktionsweise und zum Aufbau
des Koordinaten-Messgeräts sei ausdrücklich auf
die genannte Veröffentlichung, sowie die auf dem Markt
erhältlichen Geräte (derzeit IPRO III) verwiesen.
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Da
die vorliegende Erfindung bei einer Koordinaten-Messmaschine mit
Vorteil eingesetzt werden kann, wird ohne Beschränkung
der Allgemeinheit in erster Linie eine solchen Koordinaten-Messmaschine beschrieben.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung sollen die Begriffe „Proben", „Substrat"
und der allgemeine Ausdruck „Objekt" gleichbedeutend verwendet
werden. Bei der Produktion von Halbleiterchips, die auf Wafern angeordnet
sind, werden mit immer größerer Packungsdichte
die Strukturbreiten der einzelnen Strukturen immer kleiner. Dementsprechend
steigen die Anforderungen an die Spezifikation von Koordinaten-Messmessmaschinen,
die als Mess- und Inspektionssysteme zur Messung von Kanten und
Positionen von Strukturen, sowie zum Messen der Strukturbreiten
eingesetzt werden.
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Zudem
werden die modernen Masken in der Halbleiterindustrie sehr häufig
mit einer strukturierten Beleuchtung im Stepper verwendet, so dass
mit dieser strukturierten Beleuchtung die Strukturen auf dem Wafer
abgebildet werden. Für den Anwender ist es von enormer
Bedeutung, zu wissen, wie die Position und die Dimension einer Struktur
auf einem Substrat ist, welche mit einer Beleuchtung beleuchtet wird,
wie sie auch im Stepper bei der Produktion verwendet wird. Wie die
genaue Geometrie dieser Beleuchtung letztendlich aussieht, hängt
von den Strukturen auf der Maske bzw. dem Substrat ab. So wird bei
Masken, auf denen hauptsächlich dichte Linienarrays abzubilden
sind, sehr häufig mit einer Dipol-Beleuchtung gearbeitet.
Dies hat den Vorteil, dass der Kontrast des Maskenbildes auf dem
Wafer größer ist, als dies bei einer homogen ausgeleuchteten,
rotationssymmetrischen Pupille der Fall wäre. Bei den bisher
im Stand der Technik verwendeten Koordinaten-Messmaschinen wird
mit einer homogen ausgeleuchteten Pupille fester Größe
gearbeitet. Pupillengröße oder Form lassen sich
nicht einstellen. Zudem wird auch mit unpolarisiertem Licht gearbeitet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Koordinaten-Messmaschine bereit zu stellen,
mit der die Lage und Dimension von Strukturen auf einem Substrat unter
Berücksichtigung der in einem Stepper verwendeten Beleuchtung
bestimmt werden kann.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch eine Koordinaten-Messmaschine,
die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Eine
weitere Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist es, ein
Verfahren bereitzustellen, mit dem die Lage bzw. die Dimension von
Strukturen auf einem Substrat derart gemessen werden, so dass die Beleuchtung
für einen Stepper bei der Herstellung von Wafern in Betracht
gezogen wird.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, dass die Merkmale
des Anspruchs 36 umfasst.
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Es
ist von besonderem Vorteil, wenn eine Koordinaten-Messmaschine zur
strukturierten Beleuchtung von Substraten mit einer Auflichtbeleuchtungseinrichtung
und/oder einer Durchlichtbeleuchtungseinrichtung versehen ist. Sowohl
die Auflichtbeleuchtungseinrichtung, als auch die Durchlichtbeleuchtungseinrichtung
definieren einen Beleuchtungsstrahlengang. Die Auflichtbeleuchtungseinrichtung
und/oder die Durchlichtbeleuchtungseinrichtung haben einen Pupillenzugriff
ausgebildet, über den mindestens ein optisches Element
in den Beleuchtungsstrahlengang positionierbar ist. Die Größe und/oder
die Art und/oder die Polarisation der Pupillenausleuchtung ist dabei
derart manipulierbar, dass die strukturierte Beleuchtung des Substrats
in der Koordinaten-Messmaschine der strukturierten Beleuchtung dieses
Substrats im Belichtungsprozess mit einem Stepper entspricht.
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Ebenso
vorteilhaft ist ein Verfahren zur strukturierten Beleuchtung von
Substraten mit einer Auflichtbeleuchtungseinrichtung und/oder einer
Durchlichtbeleuchtungseinrichtung, die jeweils einen Beleuchtungsstrahlengang
definieren. Bei dem Verfahren wird zunächst mindestens
ein optisches Element im Beleuchtungsstrahlengang positioniert.
Durch das optische Element werden die Größe und/oder
die Art und/oder die Polarisation der Pupillenausleuchtung derart
manipuliert, dass die Beleuchtungsart während der Messung
an die strukturierte Beleuchtung eines Steppers für dieses
Substrat angepasst wird.
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Die
Durchlichtbeleuchtungseinrichtung der Koordinaten-Messmaschine umfasst
einen Beleuchtungskondensor, der eine Pupille ausgebildet hat. Bei einer
Durchlichtbeleuchtung des Substrats wird das optische Element an
eine bestimmte Stelle in einer Zwischenbildebene positioniert, in
der die Abbildung der Pupille erfolgt. Ebenso ist es möglich,
dass bei der Durchlichtbeleuchtung des Substrats, das optische Element
im Pupillenzugriff des Beleuchtungskondensors durchgeführt
wird.
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Die
Auflichtbeleuchtungseinrichtung umfasst ein Objektiv, das eine Pupille
ausgebildet hat. Bei einer Auflichtbeleuchtung des Substrats kann
das optische Element in einer Zwischenbildebene positioniert werden,
in der die Abbildung der Pupille erfolgt.
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Das
mindestens eine optisches Element kann auf einem Austauschelement
angebracht sein, und kann so je nach Bedarf und der ausgewählten Beleuchtungsart
im Beleuchtungsstrahlengang positioniert werden.
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Das
mindestens eine optische Element kann eine plattenförmige
Gestalt besitzen. Dabei kann das optische Element auch als eine
planparallele Platte ausgebildet sein. Ebenso kann das optische
Element in Form einer nicht planparallelen Platte ausgebildet sein.
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Das
optische Element kann derart ausgestaltet sein, dass sich eine Beleuchtung
mit einer definiert einstellbaren Apertur NA ergibt. Dabei kann
das optische Element eine verstellbare Irisblende sein. Ebenso ist
denkbar, dass das optische Element eine feste Blende mit festem
Durchmesser ist.
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Mehrere
feste Blenden sind auf einem Träger angebracht. Mittels
des Trägers kann je nach Erfordernis diejenige Blende im
Beleuchtungsstrahlengang positioniert werden, die für die
Beleuchtung in der Koordinaten-Messmaschine erforderlich ist.
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Das
optische Element kann derart ausgestaltet sein, dass sich eine ringförmige
Beleuchtung ergibt.
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Das
optische Element kann derart ausgestaltet sein, dass sich eine Beleuchtung
mit zwei Beleuchtungspolen ergibt.
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Das
optische Element kann derart ausgestaltet sein, dass sich eine Beleuchtung
mit vier Beleuchtungspolen ergibt.
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Das
optische Element kann derart ausgestaltet sein, dass Bereiche rotationssymmetrisch
aufgebracht sind, um die Beleuchtungspupille zu apodisieren.
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Das
optische Element kann derart ausgestaltet sein, dass Bereiche mit
Materialien aufgebracht sind, die sich im Transmissions-, bzw. Reflexionsgrad unterscheiden.
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Das
optische Element kann lithographisch oder durch Bedampfen mit Materialien
unterschiedlicher Eigenschaften hergestellt werden.
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Das
optische Element kann aus einem Array von Mikrospiegeln bestehen,
so dass über die Stellung der Mikrospiegel gezielt eine
Beleuchtungsstruktur eingestellt werden kann. Das optische Element
kann auch ein LCD-Display sein, so dass am optischen Element unterschiedliche
Transmissionen eingestellt werden können.
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Die
Pupille kann mit einer Hintergrundbeleuchtung beleuchtet werden.
So kann z. B. die Intensitätsverteilung in der Pupille
ringförmig ausgestaltet sein. Ebenso kann man dazu eine
kreisförmige Beleuchtung der Pupille ergänzen.
Das optische Element kann also mit einer Hintergrundbeleuchtung
der Pupille kombiniert werden. Ferner kann das optische Element
mit mindestens einem polarisierenden Element kombiniert werden,
das ebenfalls im Beleuchtungsstrahlengang anordenbar ist.
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Das
polarisierende Element kann ein Polarisationsfilter sein. Der Polarisationsfilter
ist als Folienfilter ausgebildet. Der Polarisationsfilter kann auch als
Kristallfilter ausgebildet sein. Der Kristallfilter kann ein Nicol-,
Glan-Thompson-, Glan-Tylor-, Rochon-, oder Wollastenprisma sein.
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Das
polarisierende Element kann ein Lambda/4 oder ein Lambda/2 Plättchen
sein, dass auf die Wellenlänge des Beleuchtungslichts abgestimmt
ist.
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Das
optische Element kann aus einem segmentierten polarisierenden Element
bestehen ohne zwangsläufig mit einem Mikrolinsenarray gekoppelt zu
sein. Beispielsweise kann das Mikrolinsenarray auch ohne Polfilter
verwendet werden. Es gibt hierzu eine Reihe von Kombinationsmöglichkeiten.
Es kann nur ein Element zur geometrischen Formung vorgesehen werden,
so dass dadurch ein Kreis oder ein Ring oder Pole erzeugt werden
können. Eine weitere Möglichkeit ist, dass ein
Element zur Polarisation vorgesehen sein kann. Dieses Element kann
auch segmentiert sein. Ebenso können mehrere Elemente mit unterschiedlichen
optischen Eigenschaften kombiniert werden. Als Spezialfall kann
jedem Element des Mikrolinsenarrays ein eigener Polfilter vorgeschaltet sein.
Dabei kann das Beleuchtungslicht linear polarisiert, zirkular polarisiert,
radial polarisiert oder tangential polarisiert sein.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen
entnommen werden.
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Im
Folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung und
ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren erläutert
werden. Dabei zeigen:
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1 einen
schematischen Aufbau einer Koordinaten-Messmaschine, wie sie zur
Verwirklichung der gegenwärtigen Erfindung Verwendung findet;
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2a eine
kreisförmige Beleuchtung mit einer kleinen Apertur für
die Beleuchtung;
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2b eine
Ringblende mit einer größeren Apertur als in 2a;
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3a eine
ringförmige Beleuchtung, wobei die äußere
Apertur des Rings in etwa dem Aperturdurchmesser des Objektivs entspricht;
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3b eine
weitere Ausführungsform einer Ringbeleuchtung;
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3c eine weitere Ausführungsform
einer Ringbeleuchtung, wobei die Differenz zwischen innerer und äußerer
Apertur größer ist als in den 3a und 3b;
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3d eine weitere Ausführungsform
einer Ringbeleuchtung;
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4a eine
schematische Darstellung einer Dipol-Beleuchtung (zwei Beleuchtungspole);
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4b eine
schematische Darstellung einer Dipol-Beleuchtung, bei der die Dipole
um 90° im Vergleich zu 4a gedreht
sind;
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4c eine
schematische Darstellung der Dipol-Beleuchtung, bei der die Dipole
um –45° bzgl. der vertikalen Achse gedreht sind;
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4d eine schematische Darstellung einer Dipol-Beleuchtung,
bei der die Dipole um +45° bzgl. der Vertikalen gedreht
sind;
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5a eine
schematische Darstellung einer Quadrupol-Beleuchtung;
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5b eine
schematische Darstellung der Quadrupol-Beleuchtung aus 5a,
wobei die Quadrupole um 45° gegenüber der in 5a gezeigten Darstellung
gedreht sind;
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6a eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Beleuchtung,
die aus einer kreisförmigen Hintergrundbeleuchtung und
einer Ringbeleuchtung erzeugt wird;
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6b eine
andere Ausführungsform als die in 6a dargestellte
Beleuchtungsart;
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6c eine
andere Ausführungsform der Beleuchtung als die in 6a dargestellte
Beleuchtung;
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6d eine
andere Ausführungsform der Beleuchtung als die in 6a dargestellte
Beleuchtungsart;
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7a eine
kombinierte Beleuchtung aus einer kreisförmigen Hintergrundbeleuchtung
und einer Dipol-Beleuchtung;
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7b eine
um 90° gedrehte Ausführungsform der Dipol-Beleuchtung
im Vergleich zu 7a;
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7c eine
weitere Ausführungsform der Beleuchtungsart, wie sie in 7a dargestellt
ist;
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7d eine weitere Ausführungsform
der Beleuchtung, wie sie in 7a dargestellt
ist;
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8a eine
kombinierte Beleuchtung aus kreisförmiger Hintergrundbeleuchtung
und einer Quadrupol-Beleuchtung;
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8b eine
weitere Ausführungsform der in 8a dargestellten
Beleuchtung, wobei die Quadrupole um 45° gegenüber
der in 8a dargestellten Ausführungsform
gedreht sind;
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9a eine
schematische Darstellung eines Beispiels einer linear polarisierten
Beleuchtungspupille, die aus mehreren Segmenten aufgebaut ist, wobei
die einzelnen Segmente linear polarisiert in X-Richtung ausgerichtet
sind;
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9b eine
weitere Ausführungsform der linear polarisierten Beleuchtungspupille,
wobei die einzelnen Segmente in Y-Richtung ausgerichtet sind;
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10a eine weitere Ausführungsform der Beleuchtungspupille,
wobei durch die Polarisation der einzelnen Segmente eine radiale
Polarisation erzeugt wird;
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10b eine weitere Ausführungsform der Beleuchtungspupille,
wobei durch die Polarisation der einzelnen Segmente eine tangentiale
Polarisation erzeugt wird;
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11a ein Beispiel für eine zirkulare Polarisation,
wobei die einzelnen hexagonalen Segmente der Beleuchtungspupille
durch eine zirkulare Polarisation gebildet werden;
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11b eine weitere Ausführungsform der zirkularen
Polarisation, die mit einem orthogonalen Array gebildet wird; und
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12 eine
apodisierte Beleuchtungspupille.
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1 zeigt
eine Koordinaten-Messmaschine, wie sie seit längerem bereits
aus dem Stand der Technik für die Vermessung von Strukturen
auf Masken und/oder Wafern bekannt ist. Mit dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel einer Koordinaten-Messmessmaschine 1 können
Substrate 2 optisch inspiziert und vermessen werden. Bei
dem Substrat 2 handelt es sich um eine Maske, welche beispielsweise
aus Quarzglas besteht und für die Herstellung von Halbleitern
verwendet wird. Auf der Maske sind mehrere Strukturen 3 aufgebracht,
welche mit der Koordinaten-Messmaschine 1 vermessen werden
können. Die Koordinaten-Messmaschine 1 umfasst
zwei Beleuchtungsstrahlengänge 4 und 5,
wobei der Beleuchtungsstrahlengang 4 für den Durchlichtmodus
und der Beleuchtungsstrahlengang 5 für den Auflichtmodus
vorgesehen sind. Ebenso ist ein inverser Aufbau der Koordinaten-Messmaschine möglich.
Inverser Aufbau bedeutet, dass diejenige Oberfläche des
Substrats 2, welche die Strukturen 3 trägt,
in Richtung der Erdanziehungskraft gerichtet ist. Für den
Durchlichtmodus ist eine Lichtquelle 6 vorgesehen, welche
das Licht über einen Spiegel 7 in Richtung eines
Kondensors 8 leitet. Das Licht des Beleuchtungsstrahlengangs 4 tritt
durch das Substrat 2 und wird zumindest größtenteils
von dem Messobjektiv 9 aufgesammelt und auf einem Detektor 10 abgebildet.
Der Detektor 10 besteht aus einem CCD-Chip 11,
der die von Messobjektiv 9 gesammelten optischen Signale
in elektrische Signale umwandelt.
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Das
vom Messobjektiv 9 gesammelte Licht wird mittels eines
Spiegels 12 auf den Detektor 10 (als Kamera ausgebildet),
bzw. den CCD-Chip 11 gerichtet. Ferner ist im Auflichtstrahlengang 5 ebenfalls eine
Lichtquelle 14 vorgesehen, mit der das Substrat 2,
bzw. die Strukturen 3 beleuchtet werden. Das Messobjektiv 9 ist
mit einer Fokuseinrichtung 15 versehen, die das Messobjektiv 9 in
Z-Koordinatenrichtung bewegt. Somit können durch das Messobjektiv 9 die
Strukturen 3 auf dem Substrat 2 in unterschiedlichen
Fokusebenen aufgenommen werden. In gleicher Weise ist es möglich,
dass der Kondensor 8 in Z-Koordinatenrichtung verschoben
wird.
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Der
CCD-Chip 11 des Detektors 10 ist mit einer Computer-Auswerteeinheit 16 verbunden,
mit der die vom CCD-Chip 11 gewonnenen Daten ausgelesen
und entsprechend verrechnet werden können. Ebenso ist die
Computer-Auswerteeinheit 16 für die Steuerung
des Messtisches 20 in Y-Koordinatenrichtung und in X-Koordinatenrichtung
vorgesehen. Über die Computer-Auswerteeinheit 16 kann
ebenfalls ein Benutzer Eingaben machen, damit mit der Koordinaten-Messmaschine 1 entsprechende
Mess-, bzw. Auswerteverfahren durchgeführt werden können. Hinzu
kommt, dass mit der Computer-Auswerteeinheit 16 optische
Elemente, bzw. optische Bauteile in den Auflichtstrahlengang 5,
bzw. Durchlichtstrahlengang 4 geschwenkt, bzw. verbracht
werden können. In der in 1 dargestellten
Ausführungsform haben das Messobjektiv 9 eine
Pupille 9a und der Kondensor 8 eine Pupille 8a.
Der Kondensor hat einen Pupillenzugriff 31 ausgebildet, über
den ein optisches Element (hier nicht dargestellt) in den Durchlichtstrahlengang 4 gebracht
werden kann. Im Durchlichtstrahlengang 4 kann das optische
Element 35 (siehe z. B. 2a) ebenfalls
in einer Zwischenbildebene 8b positioniert werden, in die
die Pupille 8a des Kondensors 8 abgebildet wird.
Das optische Element 35 kann auch im Auflichtstrahlengang 4 positioniert
werden. Die Stelle, an der das optische Element 35 positioniert
ist, ist ebenfalls eine Zwischenbildebene 9b in der die
Pupille 9a des Messobjektivs 9 abgebildet wird.
Ebenso ist in 1 ein Austauschelement 30 dargestellt,
mit dem mehrere optische Elemente, nach Wahl des Benutzers, in den
Strahlengang der Koordinaten-Messmaschine 1 gebracht werden
können. Obwohl hier nur die Anordnung des Austauschelements 30 in
der Zwischenbildebene 9b in der die Pupille 9a des
Messobjektivs 9 dargestellt ist, ist es für einen
Fachmann selbstverständlich, dass ein Austauschelement 30 auch
am Pupillenzugriff 31 des Kondensors 8 oder in
der Zwischenbildebene 8b, der Abbildung der Pupille 8a des
Kondensors 8 positioniert werden kann.
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Das
Substrat 2 befindet sich auf einem Messtisch 20,
der wie bereits erwähnt in X-Koordinatenrichtung und in
Y-Koordinatenrichtung bewegbar gelagert ist. Die Bewegung des Messtisches 20 erfolgt über
Luftlager 21. Lediglich schematisch ist ein Laserinterferometersystem 24 angedeutet,
mit welchem über einen Lichtstrahl 23 die Position
des Messtisches interferometrisch bestimmt werden kann. Der Messtisch 20 ist
dabei durch die Luftlager 21 quasi reibungsfrei auf dem
Granitblock 25 positionierbar und kann somit in X-Koordinatenrichtung
und in Y-Koordinatenrichtung bewegt werden. Der Granitblock 25 selbst
steht dabei auf schwingungsgedämpft gelagerten Füßen 26.
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2a zeigt
eine Ausführungsform eines optischen Elements 35,
welches in den Strahlengang der Koordinaten-Messmaschine 1 verbracht
werden kann. Das optische Element 35 kann, wie bereits
erwähnt, in den Pupillenzugriff 31 des Kondensors 8 oder
in einer Zwischenbildebene der Abbildung der Pupille 8a des
Kondensors oder der Pupille 9a des Messobjektivs 9 positioniert
werden. Die Beleuchtung wird in diesem Fall so ausgelegt, dass ohne Blende
die Objektivpupille vollständig homogen ausgeleuchtet ist
(bzw. bei Durchlicht der Bereich, der durch den Kondensor bedient
wird). Die Strukturierung der Pupille lässt sich dann am
einfachsten in einer Zwischenbildebene der Eintrittspupille erreichen. Diese
ist bei geeigneter Abbildungsoptik dann ebenfalls homogen ausgeleuchtet.
In der Zwischenbildebene kann dann z. B., wie in 1 dargestellt,
eine Blende eingesetzt werden, die die benötigte Struktur aufweist.
Damit lässt sich sehr einfach die gewünschte Beleuchtung
realisieren. Das in 2a dargestellte Ausführungsbeispiel
des optischen Elements 35 zeigt eine kreisförmige
Beleuchtung. Die Beleuchtungspupille 37 füllt
die Objektivpupille 38 (durch gestrichelte Linie gekennzeichneter
Kreis) nur zu einem kleinen Teil. Über eine Irisblende
(hier nicht dargestellt) kann der Grad der Füllung der
Objektivpupille 38 verändert werden. Ebenso ist
es vorstellbar, dass mehrere Blenden mit unterschiedlichen Durchmesser über
das Aus tauschelement 30 in den Strahlengang der Koordinaten-Messmaschine 1 gebracht werden. 2b stellt
dabei den Fall dar, dass die Beleuchtungspupille 37 größer
ist als in 2a. Dennoch ist die Beleuchtungspupille
kleiner als die Objektivpupille 38.
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Wie
bereits oben erwähnt, lässt sich der Radius der
Beleuchtungspupille 37 NA3 z. B. über
eine Iris- oder Lochblende (nicht dargestellt) im Pupillenzugriff 31 oder
in einer der beiden Zwischenbildebenen 8b und 9b,
bis zur vollständigen Fülle der Objektivpupille 38 einstellen.
Der hier zu kontrollierende Parameter ist folglich der Radius der
jeweils verwendeten Beleuchtungspupille 37.
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In
den 3a, 3b, 3c und 3d ist eine Ringbeleuchtung als Ausführungsform
für das optische Element 35 dargestellt. Der Ring 40 für
die Ringbeleuchtung ist dabei kleiner als die Objektivpupille 38.
In den hier dargestellten Figuren sind unterschiedliche Größen
des Ringes 40 für die Ringbeleuchtung dargestellt.
Die Größe des Rings 40 kann durch eine
innere Apertur 41 und eine äußere Apertur 42 eingestellt
werden. Die innere Apertur 41 und die äußere
Apertur 42 sind die hier einzustellenden bzw. zu kontrollierenden
Parameter. Wie letztendlich die Geometrie der Beleuchtung aussieht,
hängt von den Strukturen auf dem Substrat bzw. der Maske
ab, an Hand derer der Benutzer die Beleuchtung auswählt.
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Die 4a, 4b, 4c und 4d zeigen eine weitere Ausführungsform
des optischen Element 35, das hauptsächlich bei
Masken oder Substraten Verwendung findet, auf denen dichte Linienarrays
abzubilden sind. Hier wird eine sog. Dipolbeleuchtung verwendet.
Innerhalb des Durchmessers der Objektivpupille 38 sind
dabei zwei Beleuchtungspole 43 angeordnet. Die Beleuchtungspole 43 sind dabei
gegenüberlie gend angeordnet. Bei diesem optischen Element 35 sind
die zu kontrollierenden Parameter der Radius 44 auf dem
die Beleuchtungspole 43 angeordnet sind. Hinzu kommt, dass
auch die Apertur NADipol der Beleuchtungspole 43 veränderbar ist.
Eine weitere Möglichkeit ist die Orientierung der einzelnen
Beleuchtungspole 43. In 4b sind
die Beleuchtungspole 43 um 90° bzgl. der in 4a dargestellten
Anordnung gedreht. In 4c ist die Anordnung der Beleuchtungspole 43 um
45° bzgl. der Anordnung der Beleuchtungspole 43 in 4a gedreht.
Eine weitere Anordnung der Beleuchtungspole 43 ist in 4d gezeigt, wobei die Beleuchtungspole 43 um
135° bzgl. der Anordnung der Beleuchtungspole 43 in 4a gedreht
sind. Es ist selbstverständlich, dass weitere Orientierungen
eingestellt werden können. Der Radius 44, auf
dem die beiden Beleuchtungspole 43 in der Dipolanordnung
angeordnet sind, wird dabei an das Pitch-Maß der Maske,
bzw. des Substrat angepasst.
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Das
in den 5a und 5b dargestellte optische
Element 35 zeigt eine Quadrupolanordnung der Beleuchtungspole 45.
Die einzelnen Beleuchtungspole 45 der Quadrupol-Beleuchtung
liegen dabei ebenfalls innerhalb des Radius der Objektivpupille 38.
Die hier einzustellenden Parameter sind ebenfalls der Radius 44 auf
dem die einzelnen Beleuchtungspole 45 für die
Beleuchtung angeordnet sind. Ein weiterer Parameter ist die Apertur
NAQuadrupol der einzelnen Beleuchtungspole 45 der
Quadrupol-Beleuchtung. Hinzu kommt, dass auch die Orientierung der
einzelnen Beleuchtungspole 45 in der Quadrupol-anordnung
eingestellt werden kann. In 5b ist dabei
eine um 45° gedrehte Orientierung der einzelnen Beleuchtungspole 45 dargestellt.
Es ist selbstverständlich, dass weitere Orientierungen
eingestellt werden können.
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Die 6a, 6b, 6c und 6d zeigen
eine weitere Ausführungsform des optischen Elements 35 zur
Erzeugung einer Beleuchtungsstruktur für das Substrat,
bzw. die Maske. Die Ringbeleuchtung 40 ist dabei mit der
Ringbeleuchtung 40 in den 2a, 2b, 2c und 2d vergleichbar.
Der in dieser Ausführungsform dargestellte Unterschied ist
darin begründet, dass zusätzlich zu der Ringbeleuchtung 40 eine
Hintergrundbeleuchtung 50 verwendet wird. So stellt sich
in dieser Ausführungsform eine kombinierte Beleuchtung
aus kreisförmiger Hintergrundbeleuchtung 50 und
einer Ringbeleuchtung 40 dar. Die hier einzustellenden
Parameter sind der Radius 51 der Hintergrundbeleuchtung,
die innere Apertur 41 der Ringbeleuchtung 40,
die äußere Apertur 42 der Ringbeleuchtung 40,
sowie das Verhältnis der Intensitäten zwischen
Ringbeleuchtung 40 und Hintergrundbeleuchtung 50 in
der Objektivpupille 38.
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In
den 7a, 7b, 7c und 7d ist eine weitere Ausführungsform
der strukturierten Beleuchtung dargestellt. Die strukturierte Beleuchtung ist
eine Kombination aus kreisförmiger Hintergrundbeleuchtung 50 und
einer Dipol-Beleuchtung mit zwei Beleuchtungspolen 43.
Dabei ist die Anordnung der Beleuchtungspole 43 mit der
in den 3a, 3b, 3c und 3d dargestellten
Anordnung der Beleuchtungspole 43 vergleichbar. Die in
dieser Ausführungsform einzustellenden Parameter der strukturierten
Beleuchtung sind der Radius 51 der Hintergrundbeleuchtung,
der Radius 44 auf dem die Beleuchtungspole 43 der
Dipol-Beleuchtung liegen, die Apertur der einzelnen Beleuchtungspole 43,
die Orientierung der Beleuchtungspole 43 und das Verhältnis zwischen
den Intensitäten der Beleuchtung durch die Beleuchtungspole 43 und
der Hintergrundbeleuchtung 50 in der Objektivpupille 38.
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In
der Ausführungsform, welche in den 8a und 8b dargestellt
ist, ist eine Quadrupol-Anordnung der Beleuchtungspole 45 dargestellt, die
mit einer kreisförmigen Hintergrundbeleuchtung 50 kombiniert
ist. Die hier zu kontrollierenden, bzw. einzustellenden Parameter
sind ebenfalls der Radius 51 der Hintergrundbeleuchtung 50,
der Radius 44 auf dem die Beleuchtungspole 45 der
Quadrupol-Beleuchtung liegen, die Apertur der einzeln Beleuchtungspole 45,
die Orientierung der Quadrupol-Anordnung und das Verhältnis
der Intensitäten zwischen der Hintergrundbeleuchtung 50 und
der Beleuchtung durch die Beleuchtungspole 45.
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9a und 9b zeigen
ein optisches Element 88, mit dem z. B. die Polarisation
des Beleuchtungslichts auf dem Substrat 2 eingestellt werden kann.
Damit die Polarisation eingestellt werden kann, benötigt
man mindestens ein optisches Element 88 im Beleuchtungsstrahlengang,
welches die Polarisation beeinflusst. In 9a ist
das optische Element 88 dargestellt, mit dem eine linear
polarisierte Beleuchtung in der Objektivpupille 38 erzeugt
werden kann. Diese Beleuchtungsart lässt sich einfach durch einen
Polarisationsfilter in einer Zwischenbildebene 8b oder 9b der
Pupille 8 oder 9 (oder auch direkt im Pupillenzugriff 31 des
Kondensors 8) realisieren.
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Das
optische Element 88 kann auch aus einem Mikrolinsenarray
in Kombination mit einem polarisierenden Element bestehen. Aus dieser
Kombination resultiert dann eine hexagonale Anordnung der Polarisation.
Wobei die einzelnen Pupillenelemente 90 dazu dienen eine
Feldhomogenisierung zu erzeugen und jeweils entsprechende Polarisation
besitzen. Obwohl hier mit einer hexagonalen Anordnung gearbeitet
wird, ist dies nicht zwingend erforderlich. Jede andere Form der
geometrischen Ausgestaltung der Anordnung ist denkbar, so lange
eine homogene Feldausleuchtung bzw. Ausleuchtung der Objektivpupille 38 dadurch
erzielt werden kann. Die hier dargestellte Anordnung der Pupillenelemente 90 soll
in keinster Weise als Beschränkung aufgefasst werden. In
der in 9a dargestellten Anordnung sind
alle Pupillenelemente 90 in X-Richtung polarisiert. Dies erreicht
man, wenn man einen Polarisationsfilter mit dem Mikrolinsenarray
kombiniert. Die in 9b dargestellte Anordnung zeigt
eine Polarisierung aller Pupillenelemente 90 in Y-Richtung.
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Die
in den 10a und 10b dargestellten
Ausführungsformen des optischen Elements 88 zeigen
eine weitere Einstellmöglichkeit der Polarisation der einzelnen
Pupillensegmente 90. In 10a wird
die Polarisation der einzelnen Pupillensegmente 90 derart
eingestellt, dass eine radiale Polarisation der Beleuchtungspupille 38 erzielt
werden kann. Bei der in 10b dargestellten
Anordnung sind die einzelnen Pupillensegmente 90 derart
hinsichtlich der Polarisation eingestellt, dass eine insgesamt tangentiale
Polarisation der Beleuchtungspupille 38 erzielt werden
kann.
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Die 11a und 11b zeigen
eine weitere Ausführungsform der Einstellung der Polarisation des
weiteren optischen Elements 88. In 11a sind die
einzelnen hexagonalen Pupillenelemente 90 zirkular polarisiert.
Dadurch ergibt sich eine insgesamt gesehene zirkulare Polarisation
der gesamten Objektivpupille 38. Das in 11b dargestellte Ausführungsbeispiel
zeigt ebenfalls eine zirkulare Polarisation der einzelnen Pupillenelemente 100.
Hier haben jedoch die einzelnen Pupillenelemente keine hexagonale
Struktur, sondern sind quadratisch ausgebildet. Ebenfalls kann mit
dieser Anordnung eine gesamte zirkulare Polarisation der Objektivpupille 38 eingestellt
werden.
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12 zeigt
eine weitere Ausführungsform des optischen Elements 35,
das in dem Beleuchtungsstrahlengang der Koordinaten-Messmaschine 1 eingeführt
werden kann. Hierbei handelt es sich ebenfalls um eine kreisförmige
Beleuchtungspupille, die innerhalb der Objektivpupille 38 angeordnet
ist. Die Beleuchtungspupille ist als apodisierte Beleuchtungspupille
ausgebildet.
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Leichte
Defekte an den Strukturelementen können dazu führen,
dass in einer Koordinaten-Messmaschine 1 die Struktur abhängig
von der Beleuchtung an leicht unterschiedlichen Positionen gemessen
wird. Abhängig von der Art der Beleuchtung kann somit die
Struktur mit einem systematischen Messfehler gemessen werden. Um
die Position und/oder Dimension der verschiedenen Strukturelemente
auf der Maske richtig zueinander zu vermessen, ist es daher günstig,
die gleiche Beleuchtung, wie in einem Stepper einzusetzen, damit
der Kunde entscheiden kann, ob die in dem Resist belichteten Strukturen
die richtigen geometrischen Abmaße bzw. Position besitzen.
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Zusätzlich
lässt sich bei geeigneter Struktur auf der Maske der Kontrast
auf dem Wafer noch durch eine geeignete Wahl der Polarisation der
Objektivpupille beeinflussen. Kleine Defekte oder Strukturen können
wieder abhängig von der Polarisation des verwendeten Lichts
zu leicht unterschiedlichen Messergebnissen führen. Diese
systematischen Messfehler beeinflussen die Qualität der
Messung. Je nach Strukturen auf der Maske, kann es günstig sein,
mit einer linearen Polarisation (siehe 9a oder 9b),
einer zirkularen Polarisation (siehe 10a)
oder einer tangentialen Polarisation (siehe hierzu 10b) oder ei ne radialen Polarisation oder ohne
Polarisation zu arbeiten. Auch in diesem Fall ist es für
den Kunden günstig während der Messung des Substrats 2 mit
dem gleichen Polarisationszustands wie bei der Belichtung im Stepper
zu arbeiten.
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Daneben
kann es unter Umständen günstig sein, mit einer
nicht homogenen, in der Regel aber rotationssymmetrischen Pupillenausleuchtung
zu arbeiten (sieh hierzu 12). Diese
Verfahren werden unter dem Stichwort Apodisation zusammengefasst. Damit
lassen sich systematische Messfehler, die in der Nähe der
Auflösungsgrenze durch benachbarte Strukturen hervorgerufen
werden, minimieren.
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Es
gibt mehrere Möglichkeiten, die Strukturierung der Beleuchtungspupille
zu erreichen. Die Strukturierung der Pupille lässt sich
am einfachsten in einem Zwischenbild der Eintrittspupille erreichen. Diese
ist bei geeigneter Abbildungsoptik (Messobjektiv) dann ebenfalls
homogen ausgeleuchtet. In diese Ebene kann dann z. B. eine Blende
eingesetzt sein, die die für die Beleuchtung benötigte
Struktur aufweist. Damit lässt sich sehr einfach eine Dipol-
oder Quadrupol-Beleuchtung realisieren. Dazu lässt man an
den Stellen der Pupille das Licht passieren, an denen man es in
der Beleuchtung benötigt. Ringpupillen lassen sich mit
diesem Verfahren nicht herstellen. Es sei denn, dass die Stege,
die zum Haltern der inneren Abschattung benötigt werden,
keinen negativen Einfluss auf die Messergebnisse der Koordinaten-Messmaschine 1 haben.
Dies wird in der Regel aber nicht der Fall sein. Durch einfache
Blenden lässt sich auch die Größe der
Beleuchtungspupille reduzieren und damit der gewünschte
Kohärenzgrad einstellen.
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In
einer weitern Ausführungsform kann man in das Zwischenbild
der Pupille auch eine Platte mit einer struk turierten Fläche
einsetzen. Die strukturierte Fläche kann z. B. durch Aufdampfen
von Metallschichten erzeugt werden. Chrom stellt dabei ein mögliches
Element dar, mit dem die strukturierten Flächen erzeugt
werden können. Die Flächen können dann
derart strukturiert werden, dass Licht nur an gewünschten
Stellen passieren kann. Wie bereits erwähnt, lässt
sich diese Struktur durch Aufdampfen oder einen lithographischen
Prozess herstellen. Wird die Platte als Träger verwendet,
können mit diesem Verfahren auch Ringblenden hergestellt
werden. Mit den bekannten Beschichtungstechniken lassen sich hier
auch teiltransparente Strukturen realisieren, die es erlauben, die
Intensität in der Beleuchtungspupille noch feiner zu unterteilen.
Damit ist es z. B. möglich, eine kreisförmige
Hintergrundbeleuchtung mit einer Dipol-Beleuchtung zu kombinieren
(siehe hierzu 6 bis 8).
Blenden für die Beleuchtungsapodisation lassen sich ebenfalls
mit diesem Verfahren herstellen. Bringt man eine inverse Struktur
auf die Trägerplatte auf, kann man diese Struktur als reflektierende
Maske verwenden.
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Eine
weitere, bereits erwähnte Möglichkeit ist die
Polarisation in der Pupille. Der Polarisationszustand in der Pupille
kann unpolarisiert sein, was bereits Stand der Technik ist. Gemäß der
gegenwärtigen Erfindung ist es nun möglich, gezielt
die Polarisation einzustellen. Damit die Polarisation eingestellt werden
kann, benötigt man mindestens ein optisches Element im
Beleuchtungsstrahlengang, das die Polarisation beeinflusst. Dies
sind im einfachsten ein Polarisationsfilter und/oder ein Lambda/4
Plättchen. Damit lassen sich lineare und zirkulare Polarisationen einstellen.
Die aufwendigere radiale, bzw. tangentiale Polarisation (siehe hierzu 10a und 10b)
erfordern den Einsatz von optischen Elementen, die in einzelne Segmente
unterteilt sind. Mit diesen optischen Elementen kann die Po larisation
abhängig vom Ort in der Pupille unterschiedlich eingestellt
werden. Insbesondere im Fall der Feldhomogenisierung in Verbindung
mit Mikrolinsenarrays lässt sich dies einfach realisieren.
Die Pupille ist in diesem Fall nicht homogen gefüllt, sondern
weist die Struktur der verwendeten Mikrolinsen auf. Auf die einzelnen
Elemente der Mikrolinsenarrays können jetzt die Polarisationsfilter
so aufgebracht werden, dass sich die gewünschte Gesamtpolarisation
ergibt. An den Segmentgrenzen gibt es in diesem Fall auch keine
störenden Randeffekte, da die Beleuchtungsintensität an
diesen Stellen in der Pupille 0 ist.
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Die
Erfindung wurde in Bezug auf besondere Ausführungsformen
beschrieben. Es ist dennoch für einen Fachmann selbstverständlich,
dass Abwandlungen und Änderungen der Erfindung gemacht
werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden
Ansprüche zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „pattern
placement metrology for mask making" von Frau Dr. Carola Bläsing
entnommen werden. Dieser Vortrag wurde gehalten anlässlich
der Tagung Semicon, Edjucation Program in Genf am 31. März
1998 [0003]