Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Verfahrbereiche
in Z-Koordinatenrichtung für die Bestimmung von Positionen
von Strukturen auf einem Substrat, wobei die Strukturen in einer
zur Z-Koordinatenrichtung senkrechten Ebene vorgesehen sind.The
The present invention relates to a method for determining the travel ranges
in the Z coordinate direction for the determination of positions
of structures on a substrate, the structures in one
are provided to the Z-coordinate direction vertical plane.
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 10047211 A1 bekannt.
Zu Einzelheiten der genannten Positionsbestimmung sei daher ausdrücklich
auf diese Schrift verwiesen.A coordinate measuring machine is well known in the art. For example, it will be on the lecture manuscript "Pattern Placement Metrology for Mask Making" by Dr. Ing. Carola Bläsing directed. The presentation was given at the Semicon, Education Program in Geneva on March 31. 1998 in which the coordinate measuring machine has been described in detail. The structure of a coordinate measuring machine, as z. B. is known in the prior art, in the following description of the 1 explained in more detail. A method and a measuring device for determining the position of structures on a substrate is known from the German Offenlegungsschrift DE 10047211 A1 known. For details of the above position determination is therefore expressly made to this document.
Ferner
ist eine Koordinaten-Messmaschine aus einer Vielzahl von Patentanmeldungen
bekannt, wie z. B. aus der DE
19858428 , aus der DE 10106699 oder
aus der DE 102004023739 .
In allen hier genannten Dokumenten des Standes der Technik wird
eine Koordinaten-Messmaschine offenbart, mit der Strukturen auf
einem Substrat vermessen werden können. Dabei ist das Substrat
auf einem in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren
Messtisch gelegt, über dem eine mikroskopische Messeinrichtung
mit einem in Z-Koordinatenrichtung verfahrbaren Messobjektiv fest
installiert ist. Die Position des Messtisches in X- und Y-Richtung
wird mit Interferometern mit nm- und sub-nm-Genauigkeit bestimmt.
Damit können alle Strukturen des Substrats in den Messbereich
der Mikroskopoptik verfahren und zusammen mit dem Messobjektiv hochgenau
in ihrer relativen Lage zueinander vermessen werden. Eben so gilt
es, das Objektiv derart in Z-Koordinatenrichtung zu verstellen, dass
die zu messenden Kanten der Strukturen scharf abgebildet werden.
Scharf bedeutet dabei auf wenige nm in Z-Richtung reproduzierbar.Furthermore, a coordinate measuring machine from a variety of patent applications is known, such. B. from the DE 19858428 , from the DE 10106699 or from the DE 102004023739 , In all of the prior art documents mentioned here, a coordinate measuring machine is disclosed with which structures on a substrate can be measured. In this case, the substrate is placed on a movable in the X coordinate direction and in the Y coordinate direction measuring table, via which a microscopic measuring device with a movable in the Z coordinate direction measuring lens is permanently installed. The position of the measuring stage in the X and Y directions is determined with interferometers with nm and sub-nm accuracy. Thus, all structures of the substrate can be moved into the measuring range of the microscope optics and measured together with the measuring objective with high precision in their relative position to each other. The same applies to the objective to be adjusted in the Z coordinate direction in such a way that the edges of the structures to be measured are sharply imaged. Sharp means reproducible to a few nm in the Z direction.
Die
Fokusebene kann mit verschiedenen Methoden und den daraus resultierenden
Genauigkeiten und Fokus-Messzeiten bestimmt werden. Durchfährt
man die Fokusebene durch die Z-Bewegung des Messobjektivs und bestimmt
die optimale Fokusebene durch die Auswertung der synchronisiert
mit der Z-Bewegung und dem Messobjektiv aufgenommenen Strukturbilder
(Z-Scan) über den Kontrast der Struktur, erhält
man eine optimale Fokuslage. Dieses Verfahren wird TV-Autofokus
genannt. Sowohl die Verfahrgeschwindigkeit der Z-Bewegung als auch
die maximale Bildrate (~25/sec) sind beschränkt. So kann
das Auffinden der optimalen Fokuslage mit dem Messobjektiv eine
erhebliche Zeit in Anspruch nehmen, die sich mit der Länge
des Verfahrbereiches vergrößert. Somit wird der
Durchsatz bei der Vermessung von Substraten erheblich reduziert.
Nach dem Stand der Technik wird daher vor jedem Z-Scan die Fokuslage
mittels eines zusätzlichen Fokus-Systems bestimmt. Bei
dem hier beschriebenen Typ einer Koordinaten-Messmaschine für
Substrate der Halbleiterindustrie handelt es sich um einen Laser-Autofokus,
der in der U.S. Patentschrift 4,7989,48 beschrieben
ist und der Fokusebenen mit einer Reproduzierbarkeit (~100 nm) einstellt,
die im Bereich der Tiefenschärfe des Messobjektivs liegt. Die
Reproduzierbarkeit dieses Verfahrens ist jedoch in der Regel nicht
hinreichend, so dass mittels TV-Autofokus gemessen wird. Der LaserAutofokus-Wert dient
somit als Startpunkt. Andere Verfahren zur Bestimmung der Fokuslage
durch eine zusätzliche durch das Messobjektiv führende
optische Einrichtung oder eine räumlich getrennte Einrichtung
bedingen Nachteile durch den komplexeren Aufbau, unterschiedliche
Fokuslagen und gegebenenfalls Abstriche in der Qualität
des Messobjektivs. Letzteres ergibt sich, wenn Mess- und Fokuseinrichtung
nicht bei der gleichen Wellenlänge betrieben werden können. Hinzu
kommt, dass das Messobjektiv nahe (typisch 200 Mikrometer) am zu
vermessenden Substrat positioniert werden muss. Somit kann es vorkommen, dass
sich der Verfahrbereich des Messobjektivs mit den Dickenschwankungen
des Substrats überschneidet. Zusätzlich zu den
Dickenschwankungen des Substrats kommen noch Schwankungen hinsichtlich
der Parallelität der Oberfläche des Substrats in
Bezug auf die X-/Y-Ebene. Somit kann es vorkommen, dass sich der
Verfahrbereich des Messobjektivs mit der Lage der Oberfläche
des zu vermessenden Substrats überschneidet. Dies ist gefährlich,
da es bei der Einstellung der Fokuslage dazu kommen kann, dass das
Messobjek tiv auf das Substrat auffährt. Dies wiederum führt
zu einer Beschädigung des Messobjektivs und/oder des Substrats.The focus plane can be determined using various methods and the resulting accuracies and focus measurement times. By passing the focal plane through the Z-movement of the measuring objective and determines the optimal focus plane by evaluating the recorded synchronized with the Z-movement and the measuring objective structure images (Z-scan) on the contrast of the structure, you get an optimal focus position. This procedure is called TV autofocus. Both the traverse speed of the Z motion and the maximum frame rate (~ 25 / sec) are limited. Thus, finding the optimum focus position with the measuring objective can take a considerable amount of time, which increases with the length of the movement range. Thus, the throughput in the measurement of substrates is significantly reduced. According to the prior art, therefore, the focus position is determined by means of an additional focus system before each Z-scan. The type of coordinate measuring machine for substrates of the semiconductor industry described here is a laser autofocus, which is described in US Pat US Pat. No. 4,798,948 is described and sets the focal plane with a reproducibility (~ 100 nm), which is in the range of the depth of field of the measuring objective. However, the reproducibility of this method is usually not sufficient, so that is measured by means of TV autofocus. The laser autofocus value thus serves as a starting point. Other methods for determining the focus position by means of an additional optical device which leads through the measuring objective or a spatially separated device cause disadvantages due to the more complex structure, different focal positions and, if appropriate, compromises in the quality of the measuring objective. The latter arises when measuring and focus device can not be operated at the same wavelength. In addition, the measuring objective must be positioned close to (typically 200 micrometers) on the substrate to be measured. Thus, it may happen that the travel range of the measuring lens overlaps with the thickness variations of the substrate. In addition to the thickness variations of the substrate, variations in the parallelism of the surface of the substrate with respect to the X / Y plane still occur. Thus, it may happen that the travel range of the measuring objective overlaps with the position of the surface of the substrate to be measured. This is dangerous because it may come in the setting of the focus position that the Messobjek tiv on the substrate. This in turn leads to damage of the measuring objective and / or the substrate.
Somit
ist es Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung, ein Verfahren
zu schaffen, mit dem der Durchsatz bei der Vermessung von Substraten
hochgehalten wird und wobei eine mögliche Beschädigung
des Substrats und/oder des Objektivs bei der Fokussierung vermieden
wird.Consequently
It is the object of the present invention to provide a method
to create, with the throughput in the measurement of substrates
being held up and being a possible damage
the substrate and / or the lens during focusing avoided
becomes.
Die
obige Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen
des Verfahrbereichs für die Fokussierung auf ein Substrat,
das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.The
The above object is achieved by a method for determining
the travel range for focusing on a substrate,
which comprises the features of claim 1.
Die
Dicke der zur Zeit gebräuchlichen Masken- bzw. Substrat-Typen
beträgt nominell 6,350 mm. Die Substrate können
dabei mit einer Dickentoleranz von +/– 0,1 mm hergestellt
werden. Die Ebenheit der Oberfläche des Substrats 2 kann
sich in einem Bereich von 0,00025 bis 0,02 mm bewegen. Die maximale
Durchbiegung des Substrats, welches sich aus einer Dreipunktauflage
am Rand des Substrats und dem Elastizitätsmodul errechnet,
liegt dabei bei etwa 0,0005 mm. Die Lage der Oberfläche
Zsurf ist somit eine komplexe Funktion der
Position des Messtisches in X/Y-Ebene, Zsurf =
f(X, Y).The thickness of currently common mask or substrate types is nominally 6.350 mm. The substrates can be produced with a thickness tolerance of +/- 0.1 mm. The flatness of the surface of the substrate 2 can range from 0.00025 to 0.02 mm. The maximum deflection of the substrate, which is calculated from a three-point support at the edge of the substrate and the modulus of elasticity, is approximately 0.0005 mm. The position of the surface Z surf is thus a complex function of the position of the measuring table in X / Y plane, Z surf = f (X, Y).
Die
Lage der Oberfläche ergibt sich aus der Substratdicke und
Ebenheit, sowie der Höhenlage der Auflagepunkte. Abweichungen
davon resultieren aus der Durchbiegung, die bei Kenntnis der nominellen
Substratgeometrie und dem Elastizitätsmodul sehr gut berechnet
werden kann. Durch das Messen der Höhen an mindestens drei
Stellen auf dem Substrat und den bekannten Durchbiegungsdaten wird die
Lage der Gesamtoberfläche des Substrats berechnet. Das
Messen kann z. B. mit einem Autofokussystem erfolgen. Somit ist
die Lage der Gesamtoberfläche durch einen Datensatz bestimmt.
Diese Höhen müssen dann noch in Relation zur Lage
des Messobjektivs gebracht werden. Wurden die Daten bereits in Verbindung
mit der Koordinaten-Messmaschine erzeugt, z. B. dadurch, dass das
Substrat in dem zur Koordinatenmessung vorgesehenen, in X-Koordinatenrichtung
und in Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren Messtisch lag, liegt diese
Relation bereits vor.The
Location of the surface results from the substrate thickness and
Flatness, as well as the altitude of the support points. deviations
of which result from the deflection, with knowledge of the nominal
Substrate geometry and the modulus of elasticity very well calculated
can be. By measuring the heights at least three
Positions on the substrate and the known deflection data is the
Position of the total surface of the substrate calculated. The
Measuring can z. B. done with an autofocus system. Thus is
the location of the total surface determined by a record.
These heights must then still in relation to the situation
of the measuring lens are brought. Were the data already connected
generated with the coordinate measuring machine, z. B. in that the
Substrate in the intended for coordinate measurement, in the X coordinate direction
and in the Y coordinate direction movable measuring table, this is
Relation already before.
Wird
die Bestimmung der Lage der Gesamtoberfläche in einer Messeinrichtung
durchgeführt, muss mit dem Messobjektiv in der Koordinaten-Messmaschine,
welche die Position der Strukturen auf dem Substrat bestimmt, mindestens
an einem Punkt der Abstand Aobj zwischen
dem Messobjektiv und der Substratoberfläche bestimmt werden. Weiterhin
muss in diesem Fall die unterschiedliche Kippung KAuflage durch
die verschiedenen Auflagepunkte berücksichtigt werden.
Die Kippung KAuflage kann einmalig für
das Gesamtsystem bestimmt werden und bleibt im Rahmen der benötigten
Genauigkeit konstant. Aus diesen Daten ergibt sich zusammen mit der
Kenntnis der Daten des Messobjektivs, hier insbesondere die Tiefenschärfe
TMobj, der Verfahrbereich des Messobjektivs
VMobj für jeden Punkt der Oberfläche.
Die Tiefenschärfe TMobj bleibt
mit dem Messobjektiv konstant. Somit ist VMobj eine
Funktion von KAuflage, TMobj,
Zsurf und Aobj.
VMobj = f(KAuflage,
TMobj, Zsurf, Aobj)If the determination of the position of the total surface is carried out in a measuring device, the measuring objective in the coordinate measuring machine, which determines the position of the structures on the substrate, must determine the distance A obj between the measuring objective and the substrate surface at least at one point. Furthermore, it has different tilt pad K are taken into account by the various points of support in this case. The tilting pad K can be determined once for the entire system and remains constant within the required accuracy. From these data, together with the knowledge of the data of the measurement objective , here in particular the depth of field T Mobj , the range of movement of the measurement objective V Mobj results for each point of the surface. The depth of field T Mobj remains constant with the measuring objective . Thus, V Mobj is a function of K pad , T mobj , Z surf and A obj .
V mobj = f (K pad , T mobj , Z surf , A obj )
Weiterhin
ist somit klar, dass die optimale Fokuslage an der jeweiligen Stelle
(X, Y), an der sich das Messobjektiv über dem Substrat
befindet, innerhalb des somit beschränkten Verfahrbereichs
des Messobjektivs in Z-Koordinatenrichtung liegen muss.Farther
It is therefore clear that the optimal focus position at the respective location
(X, Y), where the measuring objective is above the substrate
within the thus limited travel range
of the measuring objective must lie in the Z-coordinate direction.
Das
Verfahren hat den Vorteil, dass an mindestens drei Stellen auf dem
Substrat die Lage der Z-Position des Substrats mit einer Fokus-Vorrichtung gemessen
wird. Es muss dann nicht mehr an jeder Messposition mit der Fokus-Vorrichtung
gemessen werden. Die Lage der Gesamtoberfläche wird durch einen
Datensatz bestimmt, der sich aus der gemessenen Lage der mindestens
drei Stellen ergibt. Der gewonnene Datensatz wird dazu verwendet,
die Verfahrbereiche eines Messobjektivs in Z-Koordinatenrichtung
in Abhängigkeit von der Lage der Gesamtoberfläche
des Substrats festzulegenThe
Method has the advantage that at least three places on the
Substrate, the position of the Z-position of the substrate measured with a focus device
becomes. It no longer has to be at every measuring position with the focus device
be measured. The location of the total surface is determined by a
Data set determined by the measured position of at least
three digits. The obtained data set is used
the travel ranges of a measuring objective in the Z coordinate direction
depending on the location of the total surface
of the substrate
Eine
Möglichkeit ist, dass die Lage der Z-Position des Substrats
an den mindestens drei Stellen und somit die Lage der Gesamtoberfläche
des Substrats in einer Messeinrichtung vermessen wird, die von einer
Koordinaten-Messmaschine separiert ist. Vor der Aufnahme von mehreren
Bildern einer Struktur in der Koordinaten-Messmaschine, wobei die mehreren
Bilder in unterschiedlichen Positionen der Z-Koordinatenrichtung
aufgenommen werden, wird über mindestens eine Referenzstruktur
die Lage der Gesamtoberfläche relativ zum Messobjektiv
der Koordinaten-Messmaschine bestimmt, so dass der Verfahrbereich
des Messobjektivs an jeder Stelle der Gesamtoberfläche
bestimmt ist.A
Possibility is that the location of the Z position of the substrate
in the at least three places and thus the location of the total surface
of the substrate is measured in a measuring device by a
Coordinate measuring machine is separated. Before taking several
Pictures of a structure in the coordinate measuring machine, the several
Images in different positions of the Z coordinate direction
will be taken over at least one reference structure
the position of the total surface relative to the measuring objective
the coordinate measuring machine determines, so that the traversing range
of the measuring objective at each point of the overall surface
is determined.
Eine
andere Möglichkeit ist, dass die Lage der Z-Position des
Substrats an den mindestens drei Stellen und somit die Lage der
Gesamtoberfläche des Substrats in einer Koordinaten-Messmaschine vermessen
wird. Die Lage der Gesamtoberfläche des Substrats ist mit
dem Koordinatensystem der Koordinaten-Messmaschine gekop gelt, so
dass aus der Position des Messobjektivs in Bezug auf das Koordinatensystem
der Messmaschine der Verfahrbereich des Messobjektivs an jeder Stelle
der Gesamtoberfläche bestimmt ist.A
Another possibility is that the location of the Z position of the
Substrate at the least three places and thus the location of
Total surface of the substrate measured in a coordinate measuring machine
becomes. The location of the total surface of the substrate is with
gekop gelt the coordinate system of the coordinate measuring machine, so
that from the position of the measuring objective with respect to the coordinate system
the measuring machine, the traversing range of the measuring lens at each point
the total surface is determined.
Wenn
möglich sollte es vermieden werden das Fokussystem nicht
direkt in das Messsystem der Koordinaten-Messmaschine zu integrieren.
Im anderen Fall kann ein Fokussystem extern benutzt werden. Ebenso
bietet sich die Möglichkeit, dass im Messsystem das Fokussystem über
eine zweite optische Achse bzw. einem zweiten Objektiv realisiert
ist. Über das zweite Objektiv kann ein Fokussystem betrieben
werden.If
possible it should be avoided the focus system not
directly into the measuring system of the coordinate measuring machine.
In the other case, a focus system can be used externally. As well
offers the possibility that the focus system in the measuring system over
realized a second optical axis and a second lens
is. A focus system can be operated via the second objective
become.
Zur
Bestimmung der Lage der Gesamtoberfläche des Substrats
kann z. B. die Koordinaten-Messmaschine eingesetzt werden. Ebenso
ist es denkbar, dass zur Bestimmung der Lage der Gesamtoberfläche
des Substrats eine der Koordinaten-Messmaschine zugeordnete Messeinrichtung verwendet
wird. Die der Koordinaten-Messmaschine zugeordnete Messeinrichtung
kann z. B. ein Rotator sein, mit dem die Orientierung des Substrats
eingestellt werden kann. Dem Rotator können dann auch ein
Mittel zur Bestimmung der Dicke und oder der Keiligkeit des Substrats
und ein Mittel zur Bestimmung der Lage der Gesamtoberfläche
des Substrats zugeordnet sein.To determine the position of the total surface of the substrate may, for. B. the coordinate measuring machine can be used. Likewise, it is conceivable that a measuring device associated with the coordinate measuring machine is used to determine the position of the total surface of the substrate. The coordinate measuring machine associated measuring device can, for. B. be a rotator, with which the orientation of the substrate can be adjusted. The rotator can then also a means for determining the thickness and or or Wedge of the substrate and a means for determining the location of the total surface of the substrate to be assigned.
Die
Lage der Gesamtoberfläche kann z. B. mit einem TV-Autofokus
während des so genannten Random-Walks bestimmt werden.
Der Random-Walk dient dazu das Substrat vor der eigentlichen Messung
hinsichtlich der Temperatur hinreichend genau an die Umgebungsbedingungen
auf dem verfahrbaren Tisch anzupassen. Hierzu verfährt
der Tisch das Substrat in beliebiger Art und Weise über
den X-Y-Messbereich. Während dieser Zeit kann an mindestens
drei Stellen die Fokuslage mit dem TV-Autofokus bestimmt werden.
Die weitere Möglichkeit zur Bestimmung der Lage der Gesamtoberfläche
mit einem TV-Autofokus ist, dass der TV-Autofokus an mindestens
drei vorbestimmte Stellen des Substrats fährt und anhand
dieser Messung die Lage der Gesamtoberfläche des Substrats
bestimmt.The
Location of the total surface can be z. B. with a TV autofocus
during the so-called random walk.
The Random-Walk serves the substrate before the actual measurement
with respect to the temperature sufficiently accurate to the ambient conditions
to adapt to the movable table. To do this
the table overflows the substrate in any way
the X-Y measuring range. During this time, at least
three places the focus position can be determined with the TV autofocus.
The further possibility to determine the position of the total surface
with a TV autofocus is that the TV autofocus on at least
moves three predetermined locations of the substrate and based
this measurement the location of the total surface of the substrate
certainly.
Die
Lage der Gesamtoberfläche des Substrats kann auch mit einem
Laser-Autofokus, dessen Wellenlänge sich von der Messwellenlänge
der Koordinaten-Messmaschine unterscheidet, und dem Messobjektiv
bestimmt werden. Ebenso ist es möglich, dass die Lage der
Gesamtoberfläche mit einem Laser-Autofokus und einem Alignment-Objektiv
bestimmt wird. Dabei werden mindestens drei Stellen auf dem Sub strat
ausgewählt, anhand derer die Bestimmung der Lage der Gesamtoberfläche
des Substrats durchgeführt wird.The
Location of the overall surface of the substrate can also be combined with a
Laser autofocus whose wavelength is different from the measurement wavelength
the coordinate measuring machine differs, and the measuring objective
be determined. Likewise, it is possible that the location of
Total surface with a laser autofocus and an alignment lens
is determined. At least three places on the sub strat
selected, on the basis of which the determination of the position of the total surface
of the substrate is performed.
Die
Lage der Gesamtoberfläche kann auch mit dem Messlicht,
z. B. erzeugt von einem Laser, der Koordinaten-Messmaschine bestimmt
werden. Hierzu wird dieser Lasermessstrahl benutzt, um die Lage der
Gesamtoberfläche des Substrats an mindestens drei Stellen
auf dem Substrat zu ermitteln. Der Lasermessstrahl wird dabei in
die optische Achse des Fokussystems eingekoppelt.The
Location of the overall surface can also be measured with the measuring light,
z. B. generated by a laser, the coordinate measuring machine determines
become. For this purpose, this laser measuring beam is used to determine the position of the
Total surface of the substrate in at least three places
to determine on the substrate. The laser measuring beam is in
the optical axis of the focus system coupled.
Im
Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und
ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher
erläutern.in the
Below are embodiments of the invention and
their advantages with reference to the accompanying figures closer
explain.
1 zeigt
schematisch eine Koordinaten-Messmaschine gemäß dem
Stand der Technik. 1 schematically shows a coordinate measuring machine according to the prior art.
2 zeigt
die Ablage des Substrats auf dem Messtisch, wobei das Substrat in
einem Spiegelkörper eingelegt ist, der auf dem Messtisch
positioniert ist. 2 shows the tray of the substrate on the measuring table, wherein the substrate is placed in a mirror body, which is positioned on the measuring table.
3 zeigt
eine schematische Anordnung einer Koordinaten-Messmaschine, der
weitere Messeinrichtungen, bzw. Stationen zugeordnet sind, mit denen
die Substrate gehandhabt werden und letztlich in die Koordinaten-Messmaschine
eingelegt werden. 3 shows a schematic arrangement of a coordinate measuring machine, the other measuring devices, or stations are assigned, with which the substrates are handled and ultimately inserted into the coordinate measuring machine.
4 zeigt
eine Außenansicht des Gehäuses, in dem die Koordinaten-Messmaschine
und die weiteren Stationen angeordnet sind. 4 shows an outside view of the housing in which the coordinate measuring machine and the other stations are arranged.
5 zeigt
eine schematische Ansicht eines Rotators, mit dem die Lage der Gesamtoberfläche des
Substrats und weitere Parameter des Substrats bestimmt werden können. 5 shows a schematic view of a rotator, with which the position of the total surface of the substrate and other parameters of the substrate can be determined.
6 zeigt
den optischen Aufbau, wie er bei der Koordinaten-Messmaschine Verwendung
findet. 6 shows the optical structure as used in the coordinate measuring machine.
7 zeigt
eine schematische Ansicht einer Koordinaten-Messmaschine, bei der
die Einrichtungen für den Alignment- und den Fokusteil
weggelassen sind. 7 shows a schematic view of a coordinate measuring machine, in which the means for the alignment and the focus part are omitted.
8 zeigt
eine schematische Ansicht einer Koordinaten-Messmaschine, bei der
mittels eines weiteren Objektivs und somit eines weiteren Strahlengangs
das Alignment und die Lage der Gesamtoberfläche ermittelt
werden. 8th shows a schematic view of a coordinate measuring machine in which the alignment and the position of the total surface are determined by means of a further lens and thus a further beam path.
9 zeigt ein schematisches Bild von der Oberfläche
des Substrats, welches mit einem Objektiv mit geringer Vergrößerung
aufgenommen worden ist. 9 shows a schematic image of the surface of the substrate, which has been taken with a low magnification lens.
10 zeigt
schematisch die Aufnahme der in 7 mit dem
gestrichelten Rechteck gekennzeichneten Struktur, wobei die Aufnahme
mit einem Hochleistungsobjektiv durchgeführt worden ist. 10 shows schematically the recording of in 7 with the dashed rectangle marked structure, wherein the recording has been carried out with a high-power lens.
11 zeigt
die Aufnahme des in 8 mit dem gestrichelten Rechteck
gekennzeichneten Bereichs der Struktur, wobei die Aufnahme mit dem Messobjektiv
der Koordinaten-Messmaschine durchgeführt worden ist. 11 shows the recording of the in 8th Area of the structure marked with the dashed rectangle, wherein the photograph was taken with the measuring objective of the coordinate measuring machine.
1 zeigt
eine Koordinaten-Messmaschine 1 zum Vermessen der Positionen
von Strukturen 3 auf Substraten 2. Die Koordinaten-Messmaschine 1 umfasst
eine optische Einrichtung 100 zum Messen von Positionen
von Strukturen 3 auf einem Substrat 2. Auf einem
Substrat 2 sind auf einer Oberfläche 2a eine
Vielzahl von Strukturen vorgesehen. Das Substrat 2 ist
dabei selbst in einen Messtisch 20 gelegt (kann auch zusätzlich
noch in einen Spiegelkörper 20a eingelegt sein),
der in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung verschiebbar
angeordnet ist. Der Messtisch 20 ist somit in einer Ebene 25a verschiebbar,
die durch ein Element 25 gebildet wird. In der Regel ist
dieses Element 25 aus Granit hergestellt. Das Element 25 ist
ebenfalls auf schwingungsgedämpft gelagerten Füßen 26 aufgestellt.
Der Messtisch 20 wird mittels mehrerer Lager 21 in
der Ebene 25a verfahren. In einer bevorzugten Ausführungsform
können die Lager 21 als Luftlager ausgebildet
sein. Die Position des Messtisches 20, der durch die X-Koordinatenrichtung
und Y-Koordinatenrichtung aufgespannten Ebene wird mittels mindestens
eines Laser-Interferometers 24 gemessen. Hierzu sendet
das Laser-Interferometer 24 einen entsprechenden Messlichtstrahl 23 aus.
In dem hier beschriebenen Fall hat das Laser-Interferometer eine Wellenlänge
von 633 nm. 1 shows a coordinate measuring machine 1 for measuring the positions of structures 3 on substrates 2 , The coordinate measuring machine 1 includes an optical device 100 for measuring positions of structures 3 on a substrate 2 , On a substrate 2 are on a surface 2a provided a variety of structures. The substrate 2 is himself in a measuring table 20 placed (can also additionally in a mirror body 20a be inserted), which is arranged displaceably in the X-coordinate direction and in the Y-coordinate direction. The measuring table 20 is thus in one plane 25a slidable by an element 25 is formed. In general, this element is 25 made of granite. The element 25 is also on vibration-dampened feet 26 established. The measuring table 20 becomes by means of several bearings 21 in the plane 25a method. In a preferred embodiment, the bearings 21 be designed as an air bearing. The position of the measuring table 20 passing through the X coordinate direction and Y coordinates Direction spanned level is by means of at least one laser interferometer 24 measured. For this purpose, the laser interferometer transmits 24 a corresponding measuring light beam 23 out. In the case described here, the laser interferometer has a wavelength of 633 nm.
Für
die Beleuchtung des Substrats 2 ist eine Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 vorgesehen, die
das Licht in einen Durchlichtbeleuchtungsstrahlengang 4 aussendet.
Das Licht von der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung gelangt über
einen Umlenkspiegel 7 in den Durchlichtbeleuchtungsstrahlengang 4.
Ein Kondensor 8 formt das von der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 kommende
Licht und richtet es letztendlich auf das Substrat 2. Für
den Fall, dass eine Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 benötigt wird,
ist diese ebenfalls vorgesehen. Über das Messobjektiv 9 gelangt
das Licht im Auflichtbeleuchtungsstrahlengang 5 auf das
Substrat 2 und wird ebenfalls durch das Messobjektiv 9 letztendlich über
einen Teilerspiegel 12 auf eine Kamera gelenkt. Dieses
erfolgt sowohl im Auflicht, als auch im Durchlicht. Die Kamera 10 umfasst
einen Detektor 11. Der Detektor 11 ist mit einem
Rechner 16 verbunden, der aus den mit dem Detektor aufgenommenen
Signalen ein digitales Bild ermittelt. Zusammen mit dem Rechner 16 wird dann
die Position, bzw. die Breite einer Struktur berechnet. Ebenso kann
der Block 25 noch auf schwingungsgedämpft gelagerten
Füssen 26 aufgestellt sein.For the illumination of the substrate 2 is a transmitted light illumination device 6 provided, the light in a transmitted light illumination beam path 4 sending out. The light from the transmitted light illumination device passes through a deflection mirror 7 in the transmitted light illumination beam path 4 , A condenser 8th forms this from the transmitted light illumination device 6 coming light and ultimately align it to the substrate 2 , In the event that a Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 is needed, this is also provided. About the measuring lens 9 the light enters the incident light illumination beam path 5 on the substrate 2 and also through the measuring lens 9 ultimately via a divider mirror 12 directed to a camera. This takes place both in incident light and in transmitted light. The camera 10 includes a detector 11 , The detector 11 is with a calculator 16 connected, which determines a digital image from the signals recorded with the detector. Together with the calculator 16 Then the position or the width of a structure is calculated. Likewise, the block 25 still on vibration-dampened feet 26 be positioned.
2 zeigt
eine schematische Darstellung, bei der das Substrat 2 auf
einem Messtisch 20 gelegt ist. In der Regel befindet sich
auf dem Messtisch 20 ein Spiegelkörper 20a,
in den das Substrat 2 eingelegt wird. Das Substrat 2 hat
auf der Oberfläche 2a eine Vielzahl von Strukturen 3 ausgebildet.
Im Spiegelkörper 20a liegt das Substrat auf mindestens
drei Auflagepunkten 30 auf. Durch diese Auflagepunkte 30,
durch die Dicke des Substrats 2 selbst und durch die verbleibende
Keilform des Substrats wird letztendlich die Lage der Oberfläche 2a des
Substrats bestimmt. 2 shows a schematic representation in which the substrate 2 on a measuring table 20 is laid. Usually located on the measuring table 20 a mirror body 20a in which the substrate 2 is inserted. The substrate 2 has on the surface 2a a variety of structures 3 educated. In the mirror body 20a the substrate lies on at least three support points 30 on. Through these support points 30 , by the thickness of the substrate 2 itself and by the remaining wedge shape of the substrate ultimately the position of the surface 2a of the substrate.
3 zeigt
eine schematische Darstellung der Anordnung einer Koordinaten-Messmaschine 1 mit
weiteren zusätzlichen Elementen, die für die Handhabung
der Substrate 2 und für die Positionierung der
Substrate 2 in der Koordinaten-Messmaschine 1 Verwendung
finden. Die Koordinaten-Messmaschine 1 und die weiteren
Geräte sind dabei in einem Gehäuse 50 angeordnet.
Der Übersicht halber ist die Koordinaten-Messmaschine 1 sehr
schematisch dargestellt, so dass hier lediglich der Messtisch 20 und
das auf dem Messtisch 20 positionierte Substrat 2 dargestellt
sind. Der Koordinaten-Messmaschine 1 ist dabei innerhalb
des Gehäuses 50 eine Temperierstation 32,
ein Rotator 34 und eine Übergabestation 38 zugeordnet.
Ebenso ist (sind) innerhalb des Gehäuses 50 ein
ein oder zwei 3-Achsen-Transportroboter 36 vorgesehen.
Der Transportroboter 36 ist dafür verantwortlich,
dass die Substrate 2 zu den verschiedenen Stationen bzw.
von und zu der Koordinaten-Messmaschine transportiert werden. An
mindestens einer Gehäusewand 50a des Gehäuses
ist eine Überabgabeöffnung 35 ausgebildet,
mit der Substrate von außen in das Gehäuse 50 für
die Koordinaten-Messmaschine 1 eingebracht werden können. 3 shows a schematic representation of the arrangement of a coordinate measuring machine 1 with additional additional elements necessary for the handling of the substrates 2 and for the positioning of the substrates 2 in the coordinate measuring machine 1 Find use. The coordinate measuring machine 1 and the other devices are in a housing 50 arranged. For clarity, the coordinate measuring machine 1 shown very schematically, so that here only the measuring table 20 and that on the measuring table 20 positioned substrate 2 are shown. The coordinate measuring machine 1 is inside the case 50 a temperature control station 32 , a rotator 34 and a transfer station 38 assigned. Likewise is (are) inside the case 50 a one or two 3-axis transport robots 36 intended. The transport robot 36 is responsible for the substrates 2 be transported to the various stations or to and from the coordinate measuring machine. On at least one housing wall 50a the housing is a Überabgabeöffnung 35 formed, with the substrates from the outside into the housing 50 for the coordinate measuring machine 1 can be introduced.
4 zeigt
eine Frontansicht des Gehäuses 50, bei der, wie
bereits in 3 erwähnt, die Übergabeöffnung 35 in
einer Gehäusewand ausgebildet ist. Ebenso können
am Gehäuse 50 ein Display 61 und eine
Eingabeeinheit 62 vorgesehen sein. Mit der Eingabeeinheit
kann der Benutzer verschiedene Messprozesse für die Koordinaten-Messmaschine,
bzw. die zusätzlich im Gehäuse vorhandenen Geräte
eingeben. In der in 4 dargestellten Ausführungsform
ist der Rechner 16 außerhalb des Gehäuses
angeordnet. Dies ist von Vorteil, da somit die durch den Rechner
verursachte Wärmeentwicklung nicht das im Gehäuse 50 vorhandene
Mikroklima beeinflusst. 4 shows a front view of the housing 50 , in which, as already in 3 mentioned, the transfer opening 35 is formed in a housing wall. Likewise, on the housing 50 a display 61 and an input unit 62 be provided. With the input unit, the user can enter different measuring processes for the coordinate measuring machine or the additional devices present in the housing. In the in 4 illustrated embodiment is the computer 16 arranged outside the housing. This is advantageous, since thus the heat development caused by the computer is not that in the housing 50 existing microclimate influences.
5 zeigt
eine schematische Darstellung einer der Koordinaten-Messmaschine
zugeordneten Einrichtung, mit der die Lage der Gesamtoberfläche 2a des
Substrats vermessen werden kann. Ebenso können mit der
Einrichtung weitere Parameter des Substrats, wie z. B. Dicke und
Ebenheit bestimmt werden. In der hier dargestellten Ausführungsform wird
zur Bestimmung der Lage der Gesamtoberfläche 2a des
Substrats 2 und der weiteren Parameter des Substrats 2 der
Rotator 34 verwendet. Mit dem Rotator 34 kann
die Orientierung des Substrats 2 in bestimmten Lagen eingestellt
werden. Der Rotator 34 umfasst einen Drehteller 34a,
mit dem die verschiedenen Orientierungen des Substrats 2 eingestellt
werden können. Ebenso ist ein Anschlag 200 vorgesehen,
um eine definierte Lage des Substrats 2 im Rotator 34 zu
gewährleisten. Auf die Oberfläche 2a des
Substrats 2 ist eine Kamera, bzw. ein Objektiv gerichtet.
Mittels des Objektivs wird an mindestens drei unterschiedlichen
Stellen die Lage der Gesamtoberfläche 2a des Substrats
bestimmt. Dies kann dabei mittels dreier ausgewählter Positionen
geschehen. Die Daten werden mit dem Rechner 16 ausgewertet,
der anhand der aufgenommenen Messwerte letztendlich die Lage der
Gesamtoberfläche 2a des Substrats ZSurf in
Abhängigkeit von der X- und Y-Position bestimmt. Wie bereits
in 4 erwähnt, kann dem Rechner 16 ferner
ein Display 61 zugeordnet sein. 5 shows a schematic representation of a coordinate measuring machine associated device, with the location of the total surface 2a of the substrate can be measured. Likewise, with the device further parameters of the substrate, such. B. thickness and flatness can be determined. In the embodiment shown here, the determination of the position of the total surface 2a of the substrate 2 and the other parameter of the substrate 2 the rotator 34 used. With the rotator 34 can the orientation of the substrate 2 be set in certain positions. The rotator 34 includes a turntable 34a with which the different orientations of the substrate 2 can be adjusted. Likewise is a stop 200. provided to a defined position of the substrate 2 in the rotator 34 to ensure. On the surface 2a of the substrate 2 is a camera, or a lens directed. By means of the lens, the position of the total surface is at least three different locations 2a of the substrate. This can be done by means of three selected positions. The data will be with the calculator 16 evaluated based on the recorded measurements ultimately the location of the total surface 2a of the substrate Z Surf as a function of the X and Y position. As already in 4 mentioned, can the calculator 16 also a display 61 be assigned.
6 zeigt
einen detaillierten Aufbau der optischen Einrichtung 100,
wie er bei der Koordinaten-Messmaschine 1 bisher eingesetzt
wird. Dabei werden für gleiche Teile, wie sie bereits in 1 beschrieben
worden sind, gleiche Bezugszeichen verwendet. Die optische Einrichtung 100 umfasst
ein Messobjektiv 9, mit dem im Wesentlichen die Strukturen
auf der Oberfläche 2a des Substrats 2 abgebildet
werden. Das Messobjektiv besitzt dabei einen geringen Arbeitsabstand 140 von
der Oberfläche 2a des Substrats 2. Für
die Beleuchtung des Substrats 2 sind eine Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 und eine
Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 vorgesehen. Das Licht
der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 wird in eine Faser 6a eingekoppelt
und wird mittels der Faser 6a zu einem Kondensor 8 geführt,
der letztendlich das Beleuchtungslicht für das Substrat 2 zur Verfügung
stellt. Ebenso ist es möglich, eine Auflichtbeleuchtung
mittels der Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 durchzuführen.
Das Licht der Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 wird ebenfalls
in eine Faser 14a eingekoppelt. Über eine Strahlformoptik 108 gelangt
das aus der Lichtleitfaser 14a austretende Licht zu einer
Blende und von dort auf einen zweiten semitransparenten Strahlteiler 132,
der das Licht In die optische Achse 5 des Messobjektivs 9 einkoppelt. Ebenso
ist eine Beleuchtungseinrichtung 102 für die Alignment-Beleuchtung
vorgesehen. Das Licht der Beleuchtungseinrichtung 102 wird
ebenfalls in eine Faser 102a eingekoppelt. Über
eine Strahlformoptik 106 gelangt das Licht der Beleuchtungseinrichtung 102 zu
einem vierten semitransparenten Strahlteiler 134, der somit
ebenfalls das Licht für das Alignment in die optische Achse 5 des
Messobjektivs 9 einkoppelt. Ferner ist ein Laserautofokussystem 120 vorgesehen,
dessen Messlicht ebenfalls zu einem semitransparenten Strahlteiler 133 gelangt,
der ebenfalls das Messlicht des Autofokussystems 120 in
die optische Achse 5 des Messobjektivs koppelt. Das von der
Oberfläche 2a des Substrats zurückkommende Licht
des Laserautofokussystems 120 wird dann mittels des dritten
Strahlteilers 133 wieder in das Laserautofokussystem eingekoppelt,
der letztlich daraus den Fokuszustand und damit VMobj ermittelt.
Das von der Alignment-Beleuchtung von der Oberfläche 2a des
Substrats 2 reflektierte Licht wird ebenfalls mittels dem
Messobjektiv 9 gesammelt und gelangt zu einer Abbildungsoptik 104 für
das Alignment-System. Das von der Optik 104 austretende
Licht wird einer CCD-Kamera 110 zugeführt. Mit
der CCD-Kamera 110 wird letztendlich die Auswertung hinsichtlich
des Alignments durchgeführt. Das von der Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 kommende
Licht wird mittels des Messobjektivs 9 auf die Oberfläche 2a des Substrats 2 abgebildet.
Dieses von der Oberfläche dann ausgehende Licht wird mittels
des Messobjektivs 9 gesammelt und gelangt über
einen ersten Strahlteiler 131 zu einer CCD-Kamera 10.
Ebenso wird das von der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 kommende
Licht mit dem Messobjektiv 9 gesammelt und gelangt ebenfalls über
den ersten Strahlteiler 131 zu der Kamera 10.
Dem ersten Strahlteiler 131 sind eine Tubuslinse 112 und
eine Feldlinse 114 nachgeschaltet. Mit diesen Linsensystemen
wird das von dem Messobjektiv 9 gesammelte Licht auf den CCD-Chip
der Kamera 10 abgebildet. 6 shows a detailed structure of the optical device 100 as with the coordinate measuring machine 1 previously used. It will be for the same parts as they are already in 1 have been described, the same reference numerals ver applies. The optical device 100 includes a measuring objective 9 , with essentially the structures on the surface 2a of the substrate 2 be imaged. The measuring lens has a small working distance 140 from the surface 2a of the substrate 2 , For the illumination of the substrate 2 are a transmitted light illumination device 6 and an incident illumination device 14 intended. The light of the transmitted light illumination device 6 gets into a fiber 6a coupled in and by means of the fiber 6a to a condenser 8th finally, the illumination light for the substrate 2 provides. It is also possible to have reflected-light illumination by means of the reflected-light illumination device 14 perform. The light of the incident illumination device 14 also gets into a fiber 14a coupled. About a beam shape optics 108 this gets out of the optical fiber 14a emerging light to a diaphragm and from there to a second semitransparent beam splitter 132 , the light in the optical axis 5 of the measuring objective 9 couples. Likewise, a lighting device 102 intended for alignment lighting. The light of the lighting device 102 also gets into a fiber 102 coupled. About a beam shape optics 106 enters the light of the lighting device 102 to a fourth semitransparent beam splitter 134 , which thus also the light for the alignment in the optical axis 5 of the measuring objective 9 couples. Further, a laser autofocus system 120 provided, the measuring light also to a semi-transparent beam splitter 133 which also receives the measuring light of the autofocus system 120 in the optical axis 5 of the measuring lens couples. That from the surface 2a of the substrate returning light of the laser auto focus system 120 is then by means of the third beam splitter 133 again coupled into the laser autofocus system, which ultimately determines the focus state and thus V Mobj . That of the alignment lighting from the surface 2a of the substrate 2 Reflected light is also transmitted by means of the measuring objective 9 collected and reaches an imaging optics 104 for the alignment system. That of the optics 104 leaking light becomes a CCD camera 110 fed. With the CCD camera 110 Finally, the evaluation is carried out with regard to the alignment. That of the incident illumination device 14 coming light is made by means of the measuring lens 9 on the surface 2a of the substrate 2 displayed. This light then emanating from the surface is detected by means of the measuring objective 9 collected and passes through a first beam splitter 131 to a CCD camera 10 , Likewise, that of the transmitted light illumination device 6 coming light with the measuring lens 9 collected and also passes through the first beam splitter 131 to the camera 10 , The first beam splitter 131 are a tube lens 112 and a field lens 114 downstream. With these lens systems that of the measuring lens 9 collected light on the CCD chip of the camera 10 displayed.
7 zeigt
einen Teilbereich der in 6 gezeigten optischen Einrichtung 100.
Das Alignment-System und Autofokussystems 120 sind weggelassen.
Nur die Messvorrichtung verbleibt, mit der die Breite und/oder Position
von Strukturen auf einem Substrat 2 vermessen werden können.
Die Fokussierung kann hier über die Kanten 122a der
Feldblende 122 oder einen TV-Autofokus erfolgen. Zur Bestimmung
der Fokuslage werden die Grauwerte im Bildfeld der Kamera 10 ausgewertet. 7 shows a subsection of in 6 shown optical device 100 , The alignment system and autofocus system 120 are omitted. Only the measuring device remains, with the width and / or position of structures on a substrate 2 can be measured. Focusing can be done over the edges here 122a the field stop 122 or a TV autofocus. To determine the focus position, the gray values in the image field of the camera 10 evaluated.
8 zeigt
eine Ausführungsform des Aufbaus der optischen Einrichtung 100 bei
der ein Messobjektiv 9 und ein Übersichts- und
Alignmentobjektiv 209 vorgesehen sind. Das Übersichts-
und Alignmentobjektiv 209 ist fokustauglich ausgelegt.
Das Ü bersichts- und Alignmentobjektiv 209 definiert
eine optische Achse 231 und ebenso legt das Messobjektiv 9 eine
optische Achse 5 fest. Zur Messung wird das Substrat 2 in
die optische Achse 5 des Messobjektivs 9 verfahren.
Das Übersichts- und Alignmentobjektiv 209 und
das Messobjektiv 9 sind in der optischen Einrichtung 100 in
einer festen räumlichen Zuordnung zueinander montiert,
so dass der Unterschied in den Fokuslagen zwischen Übersichts-
und Alignmentobjektiv 209 und Messobjektiv 9 einen
konstanten Wert besitzt. Dies setzt voraus, dass das Übersichts-
und Alignmentobjektiv 209 und Messobjektiv 9 mittels
derselben Einrichtung 300 in Z-Richtung bewegt werden. 8th shows an embodiment of the structure of the optical device 100 at the a measuring lens 9 and an overview and alignment lens 209 are provided. The overview and alignment lens 209 is designed to be suitable for spectacles. The review and alignment lens 209 defines an optical axis 231 and also puts the measuring objective 9 an optical axis 5 firmly. The substrate is measured 2 in the optical axis 5 of the measuring objective 9 method. The overview and alignment lens 209 and the measuring objective 9 are in the optical device 100 mounted in a fixed spatial relationship to each other, so that the difference in the focal positions between survey and alignment lens 209 and measuring lens 9 has a constant value. This assumes that the overview and alignment lens 209 and measuring lens 9 by the same device 300 be moved in the Z direction.
9 zeigt eine schematische Darstellung der
Grobpositionierung des Substrats mit einem gering vergrößernden
Objektiv. Das gering vergrößernde Objektiv besitzt
eine etwa 4-fache Vergrößerung. Daraus resultiert
ein Gesichtsfeld 170, das ungefähr eine Abmessung
von 2 mm auf 1,8 mm besitzt. In dem Gesichtsfeld 170 ist
somit eine Vielzahl von Strukturen 3 zu erkennen. Anhand
derjenigen Struktur 3, die in 9 mit
einem gestrichelten Rechteck 140 gekennzeichnet ist, wird
dann anschließend ein Alignment durchgeführt.
Das Alignment dient dazu die X-Y-Position des Substrats relativ
zum Tisch- bzw. X-Y-Messsystem und die Rotation des Substrats nach
der Ablage auf dem Tisch zu bestimmen. 9 shows a schematic representation of the coarse positioning of the substrate with a low-magnification lens. The low-magnification lens has an approximately 4-fold magnification. This results in a visual field 170 which has approximately a dimension of 2 mm by 1.8 mm. In the field of vision 170 is thus a multitude of structures 3 to recognize. Based on that structure 3 , in the 9 with a dashed rectangle 140 then an alignment is then performed. The alignment is used to determine the XY position of the substrate relative to the desktop or XY measuring system and the rotation of the substrate after placement on the table.
In 10 ist
das Gesichtsfeld 180 dargestellt, welches sich ergibt,
wenn das Alignment an der Struktur 3 mittels eines hoch
vergrößernden Objektivs durchgeführt
wird. Das hoch vergrößernde Objektiv besitzt dabei
eine 50-fache Vergrößerung. Die Beleuchtungseinrichtung
für das Alignment sendet sichtbares Licht aus. Aufgrund
der 50-fachen Vergrößerung des hochauflösenden
Objektivs ergibt sich ein Gesichtsfeld 180 von 200 μm auf
200 μm. Das gering vergrößernde Objektiv
(4-fach) ist nicht fokustauglich. Das hoch vergrößernde
Objektiv (Vergrößerung 50-fach) ist fokustauglich,
dabei wird die Wellenlänge der Laserdiode 122 des
Laserautofokussystems 120 verwendet. Die Wellenlänge
der Laserdiode beträgt 904 nm.In 10 is the visual field 180 shown, which results when the alignment on the structure 3 is performed by means of a high-magnification lens. The high-magnification lens has a 50-fold magnification. The illumination device for the alignment emits visible light. Due to the 50-fold magnification of the high-resolution lens, a field of view 180 results from 200 μm to 200 μm. The low-magnification lens (4-fold) is not suitable for focus. The high-magnification lens (50x magnification) is suitable for use in the field of vision length of the laser diode 122 of the laser car focus system 120 used. The wavelength of the laser diode is 904 nm.
11 zeigt
eine schematische Darstellung, bei der ein Fein-Alignment durchgeführt
worden ist. Das Fein-Alignment wurde anhand des Strukturelements 3a durchgeführt,
welches in 10 mit einem gestrichelten Rechteck 160 umrandet
ist. Das Fein-Alignment wird mit dem hoch auflösenden Objektiv
(50-fach) durchgeführt. Dabei wird das Strukturelement 3a mit
dem Messobjektiv 9 und der Tubuslinse 112 auf
die Kamera 10 abgebildet. Hieraus resultiert ein Gesichtsfeld 190,
welches eine Größe von 23 auf 23 μm besitzt. 11 shows a schematic representation in which a fine alignment has been performed. The fine alignment was based on the structural element 3a performed in which 10 with a dashed rectangle 160 is bordered. The fine alignment is performed with the high-resolution lens (50x). This is the structural element 3a with the measuring objective 9 and the tube lens 112 to the camera 10 displayed. This results in a visual field 190 , which has a size of 23 to 23 microns.
Für
die Messung der Position der Strukturen, bzw. der Breite der Strukturen
wird Licht der Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 und/oder
Licht der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 verwendet.
Die Wellenlänge für das Licht, welches für
die Messung verwendet wird, besitzt einen Wellenlängenbereich von
360 nm bis 410 nm. Das von der Alignment-Beleuchtungseinrichtung 102 ausgehende
Licht besitzt eine Wellenlänge von 450 nm bis 650 nm. Wie
bereits erwähnt, besitzt die Laserdiode 122 des
Laserautofokussystems eine Wellenlänge von ca, 904 nm.
Zukünftige Messsysteme werden bei Wellenlängen
von 248 nm und 193 nm statt dem Wellenlängenbereich von
360 nm bis 410 nm betrieben. Dabei wird es nur mit sehr großen
Aufwendungen und oder Einschränkungen hinsichtlich der
Messtauglichkeit möglich sein, das Messobjektiv sowohl
für Alignment- als auch Fokuszwecke zu benutzen, wenn diese
bei anderen Wellenlängen betrieben werden. Nutzt man im Falle
eines Lasers diesen als Beleuchtungsquelle für Alignment
und oder Fokus, so ergibt sich auf Grund der mit der Anzahl der
Laserpulse beschränkten Lebensdauer des Laser wiederum
eine Beschränkung hinsichtlich der Einsatzdauer des Lasers
bzw. Einschränkungen bei der Nutzung sowie höherer
Unterhaltungskosten.For the measurement of the position of the structures, or the width of the structures is light of Auflichtlichtbeleuchtungseinrichtung 14 and / or light of the transmitted light illumination device 6 used. The wavelength for the light used for the measurement has a wavelength range of 360 nm to 410 nm. That of the alignment illumination device 102 outgoing light has a wavelength of 450 nm to 650 nm. As already mentioned, the laser diode has 122 The laser autofocus system has a wavelength of approx. 904 nm. Future measuring systems will operate at wavelengths of 248 nm and 193 nm instead of the wavelength range of 360 nm to 410 nm. It will only be possible to use the measuring objective for both alignment and focus purposes if they are operated at different wavelengths, with very great expense and / or limitations in terms of measuring capability. If, in the case of a laser, this is used as the illumination source for alignment and or focus, then due to the laser laser's limited service life of the laser, there is again a limitation with regard to the duration of use of the laser or restrictions on use and higher maintenance costs.
Die
zu untersuchende Struktur, bzw. die zu messende Struktur 2 wird
mittels des Messtisches 20 in der optischen Achse 5 des
Messobjektivs 9 positioniert. Dann erfolgt eine Fokussierung
auf ca. 50 nm in Z-Richtung genau. Dadurch wird eine Z-Position des
Messobjektivs festgelegt, um die herum das Messobjektiv in Z-Koordinatenrichtung
verfahren werden kann. Das Fokussystem wird ausgeschaltet. Das Messobjektiv 9 wird
dann in Z-Koordinatenrichtung verfahren. Dies wird als Z-Scan bezeichnet.
Der Bereich des Z-Scans umfasst ca. 1000 nm bis 1500 nm bei einem
Objektiv mit einer Apertur von 0,9 und einem Arbeitsabstand von
200 μm. Wird ein Objektiv mit einer Apertur von 0,6 und
einem Arbeitsabstand von ca. 6,9 mm verwendet, spricht man von einem Long-Working-Distance-Objektiv.
Der Bereich, innerhalb dessen das Messobjektiv 9 in Z-Koordinatenrichtung
dann verfahren wird, ist ca. 3000 nm. Die hier angegebenen Apertur-Werte
sind typisch für Objektive mit möglichst hohem
Auflösungsvermögen. Die Arbeitsabstände
sind bedingt durch zwei Substrattypen, Substrate mit und ohne Schutzfolie
(Pellicle). Das Pellicle befindet sich mm oberhalb der Substratoberfläche
und darf vom Objektiv nicht berührt werden. Die Verfahrbereiche
ergeben sich aus der Tiefenschärfe des jeweiligen Objektivs
gekoppelt mit den Bedingungen für einen sicheren Mess-Betrieb über
die gesamte Substratoberfläche.The structure to be examined, or the structure to be measured 2 is by means of the measuring table 20 in the optical axis 5 of the measuring objective 9 positioned. Then focus on about 50 nm in the Z direction exactly. This defines a Z position of the measuring objective around which the measuring objective can be moved in the Z coordinate direction. The focus system is turned off. The measuring objective 9 is then moved in the Z coordinate direction. This is called Z-scan. The range of the Z-scan comprises about 1000 nm to 1500 nm for a lens with an aperture of 0.9 and a working distance of 200 microns. If a lens with an aperture of 0.6 and a working distance of about 6.9 mm is used, it is called a long-working-distance lens. The area within which the measuring objective 9 in the Z-coordinate direction is then about 3000 nm. The aperture values given here are typical for lenses with the highest possible resolution. The working distances are due to two substrate types, substrates with and without protective film (pellicle). The pellicle is located mm above the substrate surface and must not be touched by the lens. The traversing ranges result from the depth of focus of the respective objective coupled with the conditions for safe measuring operation over the entire substrate surface.
Die
Maskendicke, bzw. die Substratdicke beträgt nominell 6,350
mm. Die Substrate können dabei mit einer Dickentoleranz
von +/– 0,1 mm hergestellt werden. Die Ebenheit der Oberfläche
des Substrats 2 kann sich in einem Bereich von 0,00025
bis 0,02 mm bewegen. Die maximale Durchbiegung des Substrats, welches
sich aus einer Dreipunktauflage am Rand des Substrats errechnet,
liegt dabei bei etwa 0,0005 mm. Da die Messung der Position der
Strukturen auf dem Substrat mittels des hochauflösenden Objektivs
durchgeführt wird, das je nach Apertur ein Arbeitsbereich
von ca. 1500 nm oder 3000 nm aufweist, überschneidet sich
somit der Verfahrbereich des Messobjektivs mit der möglichen
Lage der Oberfläche des Substrats. Da das Messobjektiv
für die Fokussierung nicht verwendet werden kann, würde
somit ohne Kenntnis der Lage der Gesamtoberfläche des Substrats
das Risiko bestehen, dass bei dem Verfahrweg des Objektivs die Möglichkeit
eintreten kann, dass das Objektiv auf das Substrat auffährt. Dies
würde letztendlich zu einer Beschädigung des Objektivs
und/oder des Substrats führen. Dieses gilt es auf jeden
Fall zu vermeiden, was durch die gegenwärtige Erfindung
erreicht wird.The mask thickness or the substrate thickness is nominally 6.350 mm. The substrates can be produced with a thickness tolerance of +/- 0.1 mm. The flatness of the surface of the substrate 2 can range from 0.00025 to 0.02 mm. The maximum deflection of the substrate, which is calculated from a three-point support at the edge of the substrate, is approximately 0.0005 mm. Since the measurement of the position of the structures on the substrate is carried out by means of the high-resolution objective which, depending on the aperture, has a working range of approximately 1500 nm or 3000 nm, the travel range of the measuring objective thus overlaps with the possible position of the surface of the substrate. Since the measuring objective can not be used for the focusing, it would thus be possible, without knowing the position of the entire surface of the substrate, that the path of the objective may lead to the possibility that the objective will hit the substrate. This would eventually result in damage to the lens and / or the substrate. This is in any case to avoid what is achieved by the present invention.
Die
Erfindung wurde in Anbetracht auf eine bevorzugte Ausführungsform
beschrieben. Es ist für einen Fachmann jedoch selbstverständlich,
dass Änderungen und Abwandlungen durchgeführt
werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden
Ansprüche zu verlassen.The
Invention has been made in view of a preferred embodiment
described. However, it is obvious for a person skilled in the art
that changes and modifications are made
can, without losing the scope of the following
To leave claims.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
- DE 10047211
A1 [0002] DE 10047211 A1 [0002]
-
- DE 19858428 [0003] - DE 19858428 [0003]
-
- DE 10106699 [0003] - DE 10106699 [0003]
-
- DE 102004023739 [0003] - DE 102004023739 [0003]
-
- US 4798948 [0004] US 4798948 [0004]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
-
- 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 [0002] - the lecture manuscript "Pattern Placement Metrology for Mask Making" by Dr. Ing. Carola Bläsing directed. The presentation was given at the Semicon, Education Program in Geneva on March 31. 1998 [0002]