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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie.
Derartige Projektionsbelichtungsanlagen weisen üblicherweise eine Maskenhalteeinrichtung
in Gestalt eines Maskentisches oder einer sogenannten „Retikel-Stage" zum Halten einer
Maske bzw. eines sogenannten „Retikels" mit darauf angeordneten
Maskenstrukturen auf. Weiterhin umfasst eine derartige Projektionsbelichtungsanlage üblicherweise
eine Substrathalteeinrichtung in Gestalt einer sogenannten „Wafer-Stage" zum Halten eines
Substrats in Gestalt eines Wafers sowie eine Projektionsoptik zum
Abbilden der Maskenstrukturen auf das Substrat.
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Bei
herkömmlichen
Projektionsbelichtungsanlagen leidet die Qualität des Bildes oftmals unter
einer Verschmierung. Driftet die Bildlage während der Belichtung eines
Feldes auf dem Wafer, so wird das latente Bild im Photolack verschmiert.
Das wirkt sich auf Überlagerungsfehler
bzw. sogenannte „Overlay"-Fehler in den gedruckten
Strukturen aus. Diese Verschmierungsprobleme treten in besonderem
Ausmaß bei
EUV-Projektionsbelichtungsanlagen auf. EUV-Projektionsbelichtungsanlagen
belichten Strukturen mit Licht einer Wellenlänge im extrem ultravioletten
Wellenlängenbereich,
z. B. bei einer Wellenlänge
von 13,5 nm. In der Roadmap der Halbleiterindustrie spielt die optische
Lithographie im EUV eine Schlüsselrolle.
Als optische Komponenten kommen hierbei lediglich Spiegel in Frage.
Bei Spiegeloptiken führt
eine Änderung
der Spiegelposition und/oder der Spiegelkippstellung in erster Näherung zu
einer Verschiebung des Bildes. Die Anforderungen an die mechanische
Stabilität
der optischen Komponenten sind im Vergleich zu refraktiven Systemen deutlich
verschärft.
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Bei
konventionellen Projektionsbelichtungsanlagen wird die Feldlage
im Verlauf der Belichtung eines Wafers mehrfach mit geeigneten Justage-
bzw. sogenannten „Alignment"-Sensoren kontrolliert
und entsprechende Korrekturmaßnahmen
eingeleitet. Dazu wird der eigentliche Belichtungsvorgang des Photolacks
unterbrochen. Zwischen den Kontrollmessungen vertraut man auf die
Kurzzeitstabilität
des Projektionssystems. Konventionelle Systeme weisen eine im Vergleich
mit EUV-Systemen relativ hohe Kurzzeit-Stabilität auf. Die Stabilitätsanforderungen
für die
Bildlage bei Fortschreibung des konventionellen Konzepts der Bildlagenkontrolle
führt zu
einer Anhebung der mechanischen Stabilitätsanforderung in der Bildlage
von 1 nm bei konventionellen Systemen auf 0,2 nm bei EUV-Systemen über den
Zeitraum von 5 Minuten. Ein Haupffehlerbeitrag bei der Stabilität der Spiegelpositionen
ist die thermische Ausdehnung der mechanischen Grundstruktur des
Objektivs. Um die geforderten hohen Anforderungen an die Bildstabilität zu erreichen,
wird gegenwärtig
der Weg beschritten, Materialien mit extrem niedrigen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten für
die Struktur des Projektionsobjektivs zu verwenden. Derartige Materialien
sind jedoch extrem kostenintensiv, empfindlich und schwer zu bearbeiten.
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Zugrundeliegende Aufgabe
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, die vorgenannten Probleme zu lösen und
insbesondere eine Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen,
bei der eine Verschmierung des latenten Bildes im Photolack weitgehend
verhindert wird.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer
Projektionsbelichtungsanlage für
die Mikrolithographie gelöst,
welche umfasst: eine Maskenhalteeinrichtung zum Halten einer Maske
mit darauf angeordneten Maskenstrukturen, wobei die Maskenhalteeinrichtung
gegenüber
einem Referenzelement der Projektionsbelichtungsanlage verschiebbar
gelagert ist, eine Substrathalteeinrichtung zum Halten eines Substrats,
eine Projektionsoptik zum Abbilden der Maskenstrukturen auf das
Substrat während
eines Belichtungsvorganges, sowie eine Messeinrichtung zum Überwachen
der lateralen Abbildungsstabilität
der Projektionsoptik während
des Belichtungsvorganges. Die Messeinrichtung umfasst: eine Messstruktur,
welche an dem Referenzelement ortsfest angeordnet ist, sowie einen
Detektor mit einer Erfassungsfläche
zum Erfassen eines durch Abbildung mittels der Projektionsoptik
auf dem Detektor erzeugten Bildes der Messstruktur, wobei die Messstruktur
und der Detektor derart angeordnet sind, dass im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage
die Abbildung der Maskenstrukturen auf das Substrat und die Abbildung
der Messstruktur auf den Detektor, jeweils mittels der Projektionsoptik,
gleichzeitig erfolgen. Die Messeinrichtung umfasst weiterhin eine
Auswerteeinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine laterale
Lage des Bildes der Messstruktur auf der Erfassungsfläche des
Detektors während
des Belichtungsvorganges zu ermitteln.
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Die
vorgenannte Aufgabe ist weiterhin gelöst mit einer Projektionsbelichtungsanlage
für die
Mikrolithographie mit: einer Projektionsoptik zum Abbilden einer
Maske auf ein Substrat während
eines Belichtungsvorganges, einer in Bezug auf die Projektionsoptik
ortsfest angeordneten Messstruktur, einem Detektor zum Erfassen
eines durch Abbildung mittels der Projektionsoptik erzeugten Bildes
der Messstruktur, sowie einer Auswerteeinrichtung, welche dazu konfiguriert
ist, eine laterale Lage des Bildes der Messstruktur während des
Belichtungsvorganges zu ermitteln. Ortsfeste Anordnung der Messstruktur
in Bezug auf die Projektionsoptik bedeutet in diesem Zusammenhang
nicht unbedingt eine absolut starre Anordnung der Elemente zueinander, sondern
vielmehr dass die Messstruktur bezüglich der Projektionsoptik
nicht aktiv beweglich ist. Die Messstruktur kann hingegen durchaus
von der Projektionsoptik durch eine Vibrationsisolation getrennt
sein.
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Gemäß der Erfindung
wird weiterhin ein Verfahren zum Überwachen der lateralen Abbildungsstabilität einer
Projektionsoptik einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie
bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte:
Halten einer Maske mit darauf angeordneten Maskenstrukturen mittels
einer Maskenhalteeinrichtung, welche gegenüber einem Referenzelement der Projektionsbelichtungsanlage
verschiebbar gelagert ist, wobei an dem Referenzelement eine Messstruktur
ortsfest angeordnet ist, Abbilden der Maskenstrukturen auf ein Substrat
in einem Belichtungsvorgang, sowie Abbilden der Messstruktur auf
eine Erfassungsfläche
eines Detektors, wobei das Abbilden der Maskenstrukturen und das
Abbilden der Messstruktur, jeweils mittels einer Projektionsoptik
der Projektionsbelichtungsanlage, gleichzeitig erfolgt, Erfassen
des Bildes der Messstruktur mittels des Detektors sowie Ermitteln
einer lateralen Lage des Bildes der Messstruktur in der Erfassungsfläche des
Detektors während
des Belichtungsvorganges.
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Die
erfindungsgemäß bereitgestellte
Messeinrichtung ist darauf ausgelegt, die laterale Lage des Bildes
der Messstruktur auf der Erfassungsfläche des Detektors, welche vorteilhafterweise
eine ebene Fläche
ist, während
des Belichtungsvorganges zu ermitteln. Unter der lateralen Lage
wird die Position des Bildes quer zur Ausbreitungsrichtung der das
Bild auf der Erfassungsfläche
des Detektors erzeugenden Strahlung verstanden. Insbesondere ist
die laterale Lage die Position des Bildes in der Ebene, in der sich
die Erfassungsfläche
erstreckt. Trifft der die Messstruktur abbildende optische Strahl
nach Durchtritt durch die Projektionsoptik direkt, d. h. ohne Ablenkung
auf die Erfassungsfläche,
so ist die laterale Lage des Bildes der Messstruktur die Position des
Bildes in einer Ebene quer zur optischen Achse der Projektionsoptik.
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Das
Referenzelement, an dem die Messstruktur angeordnet ist, kann z.
B. ein Referenzrahmen eines Maskentisches bzw. einer sogenannten „Retikel-Stage" sein. Die Maskenhalteeinrichtung
ist gegenüber
einem derartigen Referenzrahmen verschiebbar gelagert. Dies gilt
sowohl für
den Fall, in dem die Projektionsbelichtungsanlage als sogenannter „Stepper" ausgebildet ist
als auch in dem Fall, in dem die Projektionsbelichtungsanlage als
sogenannter „Scanner" ausgeführt ist.
Bei Ausführung
als „Stepper" wird vor der Belichtung
eines Feldes die Maskenhalteeinrichtung gegenüber dem Referenzrahmen zur
optimalen Ausrichtung der Maske bei der Belichtung verschoben. Bei
einem „Scanner" erfolgt zusätzlich bei
der Belichtung des jeweiligen Feldes eine Verschiebung der Maskenhalteeinrichtung
gegenüber
dem Referenzrahmen und damit gegenüber der Projektionsoptik.
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Wie
bereits aufgeführt,
ist erfindungsgemäß ein Detektor
zum Erfassen eines durch die Abbildung mittels der Projektionsoptik
auf dem Detektor erzeugten Bildes der Messstruktur vorgesehen. Vorteilhafterweise ist
dieser Detektor unabhängig
vom Substrat-Typ. Damit funktioniert der Detektor auch dann, wenn
in die Substrathalteeinrichtung kein Substrat, z. B. in Gestalt
eines Wafers, eingelegt ist. Der Detektor ist insbesondere als elektrooptischer
Detektor ausgeführt,
welcher optische Signale in elektrische Signale umwandelt.
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Der
Strahlengang des auf dem Detektor erzeugten Bildes der Messstruktur
weist vorteilhafterweise eine eindeutig herstellbare Korrelation
zum Strahlengang der auf dem Substrat abgebildeten Maskenstrukturen
auf und ist für
die mechanische Bewegung der Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage
repräsentativ.
Damit kann die laterale Lage des auf dem Substrat erzeugten Bildes
der Maskenstrukturen mit hoher Genauigkeit aus der lateralen Lage
des Bildes der Messstruktur erschlossen werden. Dazu ist ggf. die
Bewegung der Substrathalteeinrichtung während des Belichtungsvorganges
relativ zum Detektor zu berücksichtigen.
Wie bereits vorstehend aufgeführt,
sind erfindungsgemäß die Messstrukturen
des Detektors derart angeordnet, dass im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage
die Abbildung der Maskenstrukturen auf das Substrat und die Abbildung
der Messstruktur auf den Detektor, jeweils mittels der Projektionsoptik,
gleichzeitig erfolgen. Dabei ist vorteilhafterweise die Abbildung
der Maskenstrukturen auf das Substrat unbeeinflusst von der Abbildung der
Messstrukturen auf den Detektor. Dadurch, dass die jeweilige Abbildung
der Maskenstrukturen sowie der Messstruktur gleichzeitig erfolgen,
ist es möglich,
während
der Abbildung der Maskenstrukturen die laterale Lage der Abbildung
zu korrigieren. Vorteilhafterweise ist die Projektionsbelichtungsanlage
dazu eingerichtet, mittels der von der Auswerteeinrichtung ermittelten
lateralen Lage des Bildes der Messstruktur die Position der lateralen
Lage des Bildes während
des Belichtungsvorgangs zu korrigieren.
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Die
erfindungsgemäße Lösung beruht
auf der Erkenntnis, dass die bei herkömmlichen Projektionsbelichtungsanlagen
beobachtete Verschmierung des latenten Bildes im Photolack zu einem
wesentlichen Teil durch einen Drift in der Bildlage während der
Belichtung eines Feldes auf dem Substrat hervorgerufen wird. Durch
das erfindungsgemäße Bereitstellen
einer Messstruktur und eines zugehörigen Detektors, das derartige Anordnen
derselben, dass im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage die
jeweilige Abbildung der Maskenstrukturen und der Messstruktur gleichzeitig
erfolgt, sowie das Ermitteln der lateralen Lage des Bildes wird
es möglich,
eine Korrektur des Abbildungsverhaltens während des Vorgangs der Abbildung
der Maskenstrukturen vorzunehmen.
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In
einer Ausführungsform
nach der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert,
die laterale Lage des auf der Erfassungsfläche des Detektors erzeugten
Bildes der Messstruktur während
des Belichtungsvorganges in Echtzeit zu ermitteln. Damit ermittelt
die Auswerteeinrichtung die laterale Lage des Bildes der Messstruktur
zu demjenigen Zeitpunkt, an dem die Messstruktur erzeugt wird. Dadurch
ist eine sofortige Korrektur des Abbildungsverhaltens der Projektionsbelichtungsanlage
möglich,
wodurch eine Bildverschmierung besonders wirksam verhindert werden
kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, aus
der in Echtzeit ermittelten lateralen Lage des Bildes der Messstruktur
auf dem Detektor eine im zeitlichen Verlauf eintretende Veränderung
der lateralen Lage des Bildes zu erkennen und die Projektionsbelichtungsanlage
weist weiterhin eine Stelleinrichtung auf, die dazu konfiguriert
ist, mindestens ein Element der Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere
die Maskenhalteeinrichtung, die Substrathalteeinrichtung und/oder
ein optisches Element der Projektionsoptik, in seiner Position zur
Korrektur der lateralen Lage des Bildes der Messstruktur auf dem
Detektor zu verändern.
Die Stelleinrichtung kann konzertiert auf mehrere Elemente der Projektionsoptik
wirken. In dem Fall, in dem die Projektionsbelichtungsanlage als
sogenannter „Scanner” ausgebildet
ist, kann die Korrektur der Position der Maskenhalteeinrichtung
bzw. der Substrathalteeinrichtung eine Korrektur des während der
Abbildung eines Feldes von der Maskenhalteeinrichtung bzw. der Substrathalteeinrichtung
durchgeführten
Bewegungsablaufs beinhalten. Die laterale Lage des Bildes der Messstruktur
kann auch durch ein Verändern
der Position bzw. der Stellung eines optischen Elements der Projektionsoptik,
wie etwa eines einzelnen Spiegels in der Projektionsoptik oder durch
koordinierte Bewegung mehrerer Spiegel, korrigiert werden. Ziel
der Korrekturmassnahmen der Stelleinrichtung ist es, die laterale
Lage des Bildes der Messstruktur auf dem Detektor während des
Belichtungsvorganges konstant zu halten und damit eine Abweichung
der lateralen Lage des Bildes der Maskenstrukturen auf dem Substrat
von seiner lateralen Solllage während
des Belichtungsvorganges zu verhindern.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung ist die Projektionsbelichtungsanlage dazu konfiguriert,
die Maskenstrukturen mit Licht im EUV- und/oder höherfrequenten
Wellenlängenbereich
auf das Substrat abzubilden. Das heißt, die Projektionsbelichtungsanlage
ist als EUV-Belichtungsanlage
ausgelegt, welche mit einer Belichtungswellenlänge im extrem ultravioletten
Wellenlängenbereich,
von z. B. 13,5 nm, betrieben wird. Wie bereits eingangs erwähnt, besteht
die Projektionsoptik einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage in der
Regel ausschließlich
aus reflektiven optischen Elementen. Da eine Änderung der Position eines
derartigen reflektiven optischen Elements in erster Näherung zu
einer Verschiebung des Bildes auf dem Substrat führt, profitiert eine derartige
EUV-Projektionsbelichtungsanlage in besonderem Maße von der
erfindungsgemäßen Bestimmung
der lateralen Bildlage während
des Belichtungsvorganges.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, aus
dem vom Detektor erfassten Bild der Messstruktur die laterale Lage
des auf dem Substrat erzeugten Bildes der Maskenstrukturen zu ermitteln.
Unter lateraler Lage des Bildes der Maskenstrukturen wird die Position des Bildes
in der Abbildungsebene verstanden. In der Regel befindet sich das
Substrat, z. B. in Gestalt eines Wafers, in dieser Abbildungsebene.
Die mittels der erfindungsgemäßen Messeinrichtung
bestimmte laterale Lage des Bildes der Maskenstrukturen ist in diesem
Fall die Lage des Bildes auf der Oberfläche des Substrates. Durch die
Ermittlung der lateralen Lage des Bildes der Maskenstrukturen werden
genauere Korrekturmassnahmen während
der Belichtung möglich,
wodurch die Qualität
des auf dem Substrat erzeugten Bildes erhöht wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung ist die Messstruktur maskenseitig und der Detektor
substratseitig bezüglich
der Projektionsoptik angeordnet. Alternativ kann die Anordnung auch
umgekehrt erfolgen, d. h. die Messstruktur kann in diesem Fall substratseitig
und der Detektor maskenseitig angeordnet sein. Vorteilhafterweise
sind die Messstrukturen und der Detektor in Ebenen, die zur Maskenebene
bzw. zur Substratebene konjugiert sind, angeordnet. In einer alternativen
Ausführungsform
können
die beiden Elemente in anderen zueinander konjugierten Schärfeebenen
angeordnet sein.
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In
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
der Variante, bei der die Messstruktur maskenseitig und der Detektor
substratseitig angeordnet ist, ist die Maskenhalteeinrichtung Teil
eines Maskentisches und das Referenzelement ist der Referenzrahmen
des Maskentisches. Somit bleibt die an dem Referenzelement angeordnete
Messstruktur statisch gegenüber
der Bewegung der Maske während
der Belichtung im Fall eines sogenannten „Scanners". Der Referenzrahmen des Maskentisches
ist im Wesentlichen stationär zur
Projektionsoptik. Der Referenzrahmen kann dabei fest mit der Projektionsoptik
verbunden sein oder auch über
eine Vibrationsisolation mit dieser gekoppelt sein. In der Variante,
in der die Messstruktur substratseitig und der Detektor maskenseitig
angeordnet ist, ist vorteilhafterweise die Substrathalteeinrichtung
Teil eines Substrattisches und das Referenzelement ist der Referenzrahmen
des Substrattisches.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung ist die Substrathalteeinrichtung gegenüber dem Detektor
verschiebbar gelagert. Insbesondere weist die Projektionsbelichtungsanlage
ein zweites Referenzelement auf, gegenüber dem die Substrathalteeinrichtung
verschiebbar gelagert ist. Dies zweite Referenzelement kann in einer
Ausführungsform
der Referenzrahmen eines Substrattisches bzw. einer sogenannten „Waferstage" sein, welcher auch
bzw. welche die Substrathalteeinrichtung umfasst.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung ist sowohl die Messstruktur als auch der Detektor
auf einer Seite der Projektionsoptik angeordnet und ein reflektives
Element ist auf der anderen Seite der Projektionsoptik derart angeordnet,
dass die von der Messstruktur erzeugte Strahlung nach einem ersten Durchlaufen
der Projektionsoptik von dem reflektiven Element in die Projektionsoptik
zurückreflektiert
wird und nach einem zweiten Durchlaufen der Projektionsoptik auf
den Detektor trifft. In dieser Konfiguration kann der substratseitig
für die
Messeinrichtung erforderliche Bauraum gering gehalten werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung weist die Messeinrichtung mindestens einen zweiten
Detektor zum Erfassen eines durch Abbildung mittels der Projektionsoptik
auf dem zweiten Detektor erzeugten Bildes einer zweiten Messstruktur
auf, wobei die Projektionsbelichtungsanlage derart konfiguriert ist,
dass die das Bild der zweiten Messstruktur erzeugende elektromagnetische
Strahlung einen anderen Strahlengang durch die Projektionsoptik
durchläuft
als die das Bild der ersten Messstruktur erzeugende elektromagnetische
Strahlung. Insbesondere sind die Strahlengänge derart konfiguriert, dass
das Bild der ersten Messstruktur und das Bild der zweiten Messstruktur
an unterschiedlichen Positionen in Bezug auf das auf dem Substrat
abgebildete Feld angeordnet sind. Damit kann das Abbildungsverhalten
der Projektionsoptik sowohl hinsichtlich Lateralverschiebung als
auch Drehung der abgebildeten Strukturen ermittelt werden. In einer
Ausführungsform
nach der Erfindung sind sowohl der erste Detektor als auch der zweite
Detektor zur Messung des Abbildungsverhaltens der Projektionsoptik
hinsichtlich Lateralverschiebung in x- und y-Richtung konfiguriert.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung weist die Messstruktur jeweils zwei alternierend angeordnete
erste und zweite Strukturelemente auf, wobei die ersten Strukturelemente
in ihrer Abbildung auf den Detektor eine höhere Lichtintensität bewirken
als die zweiten Strukturelemente. Die ersten Strukturelemente können auch
als sogenannte helle Strukturelemente bezeichnet werden. Sie führen auf
dem Detektor zu hellen Bereichen im Gegensatz zu den zweiten „dunklen" Strukturelementen,
die zu entsprechenden dunklen Bereichen auf dem Detektor führen. Die
hellen Strukturelemente können
im Vergleich zu den dunklen Strukturelementen z. B. eine höhere Transmissionsfähigkeit
bei Ausführung
der Messstruktur als Transmissionsmaske oder eine höhere Reflexivität bei Ausführung der
Messstruktur als Reflexionsmaske aufweisen. Dadurch, dass die Messstruktur
jeweils zwei alternierend angeordnete erste und zweite Strukturelemente
der vorgenannten Art aufweist, ist die Messstruktur als „Muster", im Gegensatz zu
einer punktförmigen
Messstruktur gestaltet. Durch die Gestaltung der Messstruktur als „Muster" kann die Position
des Bildes der Messstruktur auf dem Detektor mit einer im Vergleich
zu einer punktförmigen
Gestalt der Messstruktur höheren
Genauigkeit ermittelt werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung weist die Messstruktur eine periodische Struktur,
insbesondere eine Gitterstruktur, auf. Damit umfasst die Messstruktur
periodisch alternierend angeordnete erste und zweite Strukturelemente.
Die Ausführung
der Messstruktur als periodische Struktur ermöglicht eine besonders genaue
Positionsbestimmung des Bildes der Messstruktur auf den Detektor.
In weiteren Ausführungsformen
nach der Erfindung weist die Messstruktur kombinierte Gitter, Punktemuster,
Schachbrettmuster, nichtperiodische Linien und/oder Muster mit unterschiedlichen
Linienstärken
und Abstandskodierungen auf. Weiterhin kann die Messstruktur bei
Ausführung
als Gitterstruktur eine räumliche
Variation des Gitterabstandes, eine räumliche Variation der Linienbreite
und/oder eine Variation der Richtungen der Linien aufweisen. In einer
weiteren Ausführungsform
sind in der Messstruktur separate Muster für x- und y-Positionsmessung
implementiert oder die Messmuster sind für die beiden Koordinatenrichtungen
geschickt kombiniert.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung weist der Detektor einen ortsauflösenden Flächensensor
sowie eine vor dem Flächensensor
angeordnete Detektorstruktur, insbesondere in Gestalt eines Detektorgitters
auf, und der Detektor ist dazu eingerichtet, das durch Abbildung
mittels der Projektionsoptik auf dem Detektor erzeugte Bild dadurch
zu erfassen, indem der Detektor ein durch Überlagerung des Bildes der Messstruktur
mit der Detektorstruktur erzeugtes Muster erfasst. Durch die Überlagerung
der vorteilhafterweise ebenfalls als Gitter ausgeführten Messstruktur
mit der Detektorstruktur ist eine besonders genaue Positionsermittlung
möglich.
Die Messstruktur und die Detektorstruktur können die jeweils mit den vorstehend
aufgeführten
Strukturen gestaltet sein, sind jedoch vorteilhafterweise entsprechend
aufeinander abgestimmt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung weist die Messstruktur ein Messgitter auf und der
Detektor weist einen ortsauflösenden
Flächensensor
sowie ein vor dem Flächensensor
angeordnetes Detektorgitter auf, wobei das Detektorgitter derart
auf das Messgitter abgestimmt ist, dass eine Relativverschiebung
der Gitter zueinander mittels des Moiré-Messverfahrens messbar ist.
Das dem Fachmann grundsätzlich bekannte
Moiré-Messverfahren
nutzt den Moiré-Effekt
aus, bei dem langperiodische Helligkeitsmodulationen durch die Überlagerung
zweier Liniengitter, deren Gitterkonstanten nur geringfügig voneinander
abweichen, erzeugt werden. Durch die Auswertung des erzeugten Musters
lässt sich
eine Relativverschiebung der beiden Gitter zueinander mit hoher
Genauigkeit ermitteln. Die erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung führt vorteilhafterweise
die Moiré-Auswertung
anhand des mittels des ortsauflösenden
Flächensensors
ermittelten zweidimensionalen Intensitätsmusters durch. Das Detektorgitter
ist vorteilhafterweise derart auf das Messgitter abgestimmt, dass
sich die Periode des Messgitters in Abbildung auf das Detektorgitter
geringfügig
von der Periode des Detektorgitters unterscheidet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung umfasst das Detektorgitter n Teilgitter, wobei
n mindestens zwei, vorteilhafterweise mindestens vier beträgt, die
Perioden der Teilgitter stimmen jeweils mit der Periode des Messgitters überein,
und benachbarte Teilgitter sind jeweils um ein n-tel der Periode
des Messgitters zueinander periodenversetzt angeordnet. Durch die
Verwendung von Teilgittern konstanter Periode lässt sich an n verschiedenen
Messpunkten mit unterschiedlicher Phasenverschiebung das jeweilige
Signal mit einer relativ großen
Detektormessfläche
ohne Signalauswaschung erfassen. Im Gegensatz zur Messmethode, bei
der das Mess- und das Detektorgitter unterschiedliche Gitterkonstanten
aufweisen und damit nur an diskreten Punkten eine bestimmte Phasenverschiebung
vorliegt, liegt bei der Verwendung von Teilgittern jeweils für das gesamte
Teilgitter die gleiche Phasenverschiebung vor. Damit kann durch
die Verwendung der Teilgitter für
jeden Messpunkt das Moiré-Muster über eine
ausgedehnte Detektorfläche
gemessen werden und somit der Kontrast des Messsignals erhöht werden.
Die Periode des Moiré-Musters
lässt sich
dann aus den an den n Messpunkten gemessenen Messsignalen ermitteln.
Das Detektorgitter kann lediglich zwei Teilgitter umfassen, wenn
Einschränkungen
im Fangbereich hingenommen werden. Bei Verwendung von mindestens
vier Teilgittern sind diese Einschränkungen nicht notwendig. Sollen
zwei Raumrichtungen gemessen werden, so sind vorteilhafterweise
zwei Detektorgitter vorgesehen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung ist die Maske als Reflexionsmaske ausgebildet und
die Projektionsbelichtungsanlage ist dazu konfiguriert, die Reflexionsmaske
auf das Substrat abzubilden. Insbesondere umfasst die Projektionsbelichtungsanlage
die Reflexionsmaske. Durch die Verwendung einer Reflexionsmaske
kann eine ebenfalls reflektiv ausgeführte Messstruktur in den Strahlengang
der die Maske beleuchtenden Strahlungsquelle derart eingeführt werden,
dass die Maskenbeleuchtungsstrahlung auch für die Abbildung der Messstruktur
verwendet werden kann, ohne dass auf der Maske ein Bereich für den Durchtritt
der zur Abbildung der Messstruktur verwendeten Strahlung freigehalten
werden muss. In dem Fall, in dem die Maske als Transmissionsmaske
ausgeführt
ist, und die Beleuchtungsstrahlung der Maske auch zur Abbildung
der Messstruktur verwendet werden soll, muss die für die Abbildung
der Messstruktur verwendete Beleuchtungsstrahlung zweckmäßigerweise
zuerst durch die Maske treten. Dazu muss ein Bereich auf der Maske
zum Durchtritt dieser Strahlung freigehalten werden, was die zur
Abbildung der Maskenstrukturen nutzbare Maskenoberfläche verringert.
Die Ausführung
der Maske als Reflexionsmaske ermöglicht dagegen die Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ohne Verlust an nutzbarer Maskenoberfläche.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung umfasst die Projektionsoptik ausschließlich reflektive
optische Elemente bzw. Spiegel. Eine Veränderung der Position bzw. Lage
jedes einzelnen der reflektiven optischen Elemente führt zu einer
Verschiebung der lateralen Position des Bildes sowohl der Messstruktur
als auch der Maskenstrukturen. Die erfindungsgemäße Messung der lateralen Bildposition
während
der Belichtung ermöglicht
bei einer derartigen Projektionsoptik eine Verbesserung der Bildqualität in besonderem Masse.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung ist die Projektionsbelichtungsanlage als sogenannter „Scanner" konfiguriert. Unter
einem „Scanner" versteht der Fachmann
eine Projektionsbelichtungsanlage, bei der während der Belichtung eines
Feldes sowohl die Maske als auch das Substrat kontinuierlich gegenüber der
Projektionsoptik verschoben werden. Derartige Anlagen sind auch
als sogenannte „Steg-und Scan"-Belichtungsanlagen
bekannt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung weist die Projektionsbelichtungsanlage weiterhin
eine Strahlungsquelle zum Beleuchten der Maske mit Beleuchtungsstrahlung
auf, wobei sowohl die Maske als auch die Messstruktur mit der gleichen
Beleuchtungsstrahlung beleuchtet wird. Diese Beleuchtungsstrahlung
weist insbesondere eine Wellenlänge
im EUV- oder höherfrequenten
Wellenlängenbereich
auf.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung weist die Projektionsbelichtungsanlage eine erste
Strahlungsquelle zum Beleuchten der Maske mit Beleuchtungsstrahlung
einer ersten Wellenlänge,
insbesondere im EUV-Wellenlängenbereich,
sowie eine zweite Strahlungsquelle zum Beleuchten der Messstruktur
mit Beleuchtungsstrahlung einer zweiten Wellenlänge auf, wobei die zweite Wellenlänge im Wellenlängenbereich
von 120 nm bis 1100 nm liegt, insbesondere 365 nm beträgt. Die
erste Wellenlänge
unterscheidet sich von der zweiten Wellenlänge. Die Beleuchtungsstrahlung
der ersten Wellenlänge
weist nicht die zweite Wellenlänge
auf, und umgekehrt weist die Beleuchtungsstrahlung der zweiten Wellenlänge nicht
die erste Wellenlänge
auf. Bei Verwendung von Beleuchtungsstrahlung im UV-Wellenlängenbereich
kann die Messstruktur mittels für
den UV-Bereich entwickelter Detektoren erfasst werden. Eine Auflösungsverbesserung
kann durch eine Verringerung der Luftbildperiode mittels Verringerung
des k1-Faktors, z. B. mittels schräger Beleuchtung, bewirkt werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung weist die Projektionsbelichtungsanlage eine Vakuumkammer
auf, in der die Abbildung der Maskenstrukturen mittels der Beleuchtungsstrahlung
der ersten Wellenlänge
im EUV-Wellenlängenbereich
auf das Substrat erfolgt, und bei der die Messstruktur innerhalb
der Vakuumkammer angeordnet ist. Vorteilhafterweise wird die von
der zweiten Strahlungsquelle erzeugte Beleuchtungsstrahlung mittels
eines Lichtleiters in die Vakuumkammer geleitet und trifft dort
auf die Messstruktur.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung wird die Beleuchtungsstrahlung der zweiten Wellenlänge mittels
eines Prismas oder Spiegels in den Strahlengang der Projektionsoptik
geleitet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung bewegen sich ein die Maskenhalteeinrichtung, das
Referenzelement in Gestalt eines Maskentisch- Referenzrahmens sowie die Messstruktur
umfassender Maskentisch, die Projektionsoptik, sowie ein die Substrathalteeinrichtung,
einen Substrattisch-Referenzrahmen,
sowie den Detektor umfassender Substrattisch während der Belichtung mechanisch
frei zueinander. Aus der ermittelten lateralen Lage des Bildes der
Messstruktur auf dem Detektor wird ein Steuersignal für eine Stelleinrichtung
ermittelt, die Stelleinrichtung verändert aufgrund des Steuersignals
mindestens ein Element der Projektionsbelichtungsanlage während der
Belichtungsvorganges derart in seiner Position, dass dadurch die Bewegungen
zwischen dem Maskentisch, der Projektionsoptik und dem Substrattisch
in Ihrer Wirkung auf die laterale Lage des Bildes der Messstruktur
auf dem Detektor kompensiert werden.
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Gemäß der Erfindung
wird weiterhin eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie,
insbesondere gemäß einer
der vorausgehenden Projektionsbelichtungsanlagen, bereitgestellt
mit: einer Maskenhalteeinrichtung zum Halten einer Reflexionsmaske
mit darauf angeordneten Maskenstrukturen, einer Projektionsoptik
zum Abbilden der Maskenstrukturen auf ein Substrat, einer Strahlungsquelle,
welche dazu konfiguriert ist, einen schräg auf die Reflexionsmaske eingestrahlten
Beleuchtungsstrahl zu erzeugen, so dass die Ausbreitungsrichtung
eines durch Reflexion des Beleuchtungsstrahls an der Reflexionsmaske
erzeugten und auf die Projektionsoptik gerichteten reflektierten
Strahls gegenüber
der umgekehrten Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungsstrahls verkippt
ist, sowie einer Abzweigungseinrichtung zum Abzweigen eines Messstrahls aus
dem Beleuchtungsstrahl. Die Abzweigungseinrichtung umfasst: eine
Ein-/Auskoppeleinrichtung sowie einen eine Messstruktur aufweisenden
Messspiegel, wobei die Ein-/Auskoppeleinrichtung
und der Messspiegel derart im Strahlengang des Beleuchtungsstrahls
angeordnet sind, dass im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage
ein Teilstrahl des Beleuchtungsstrahls von der Ein-/Auskoppeleinrichtung
auf die Messstruktur des Messspiegels gelenkt wird, von dort auf
die Ein-/Auskoppeleinrichtung zurückreflektiert wird und von
dieser als der Messstrahl in den Strahlengang des von der Reflexionsmaske
reflektierten Strahls eingekoppelt wird. Vorteilhafterweise weist
der eingekoppelte Teilstrahl die gleiche Ausbreitungsrichtung wie
der reflektierte Strahl auf. Die Ein-/Auskoppeleinrichtung kann in Gestalt
lediglich eines Spiegels ausgeführt
sein oder auch zwei einzelne Spiegel, einen zur Auskopplung des
Teilstrahls aus dem Beleuchtungsstrahl und einen zur Einkopplung des
Messstrahls in den Strahlengang des reflektierten Strahls umfassen.
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Weiterhin
wird gemäß der Erfindung
ein Verfahren zum Bestimmen einer Eigenschaft eines auf einem Substrat
erzeugten Bildes, insbesondere gemäß eines der vorgenannten Ausführungsformen
des Verfahrens zum Bestimmen der lateralen Lage eines mittels einer
Projektionsbelichtungsanlage auf einem Substrat erzeugten Bildes,
bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte:
Halten einer Reflexionsmaske mit darauf angeordneten Maskenstrukturen,
Erzeugen eines Beleuchtungsstrahls mittels einer Strahlungsquelle
und schräges
Einstrahlen des Beleuchtungsstrahls auf die Reflexionsmaske, so
dass durch Reflexion des Beleuchtungsstrahls an der Reflexionsmaske
ein reflektierter Strahl erzeugt wird, der gegenüber der umgekehrten Ausbreitungsrichtung
des Beleuchtungsstrahls verkippt ist, sowie Abzweigen eines Messstrahls aus
dem Beleuchtungsstrahl durch Anordnen einer Ein-/Auskoppeleinrichtung
sowie eines Messspiegels derart im Strahlengang des Beleuchtungsstrahls,
dass ein Teilstrahl des Beleuchtungsstrahls von der Ein-/Auskoppeleinrichtung
zurückreflektiert
wird und von dieser als der Messstrahl in den Strahlengang des von
der Reflexionsmaske reflektierten Strahls eingekoppelt wird. Vorteilhafterweise
wird der Teilstrahl von der Ein-/Auskoppeleinrichtung derart in
den Strahlengang des von der Reflexionsmaske reflektierten Strahls
eingekoppelt, dass der eingekoppelte Teilstrahl die gleiche Ausbreitungsrichtung
wie der reflektierte Strahl aufweist.
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Die
erfindungsgemäße Abzweigungseinrichtung
ermöglicht
es, die Messstruktur auf einen Detektor mit der gleichen Strahlung
abzubilden, wie die Maskenstrukturen auf das Substrat. Durch die
Verwendung der gleichen Strahlung lässt sich eine besonders genaue
Korrelation zwischen der Abbildung der Messstruktur und der Abbildung
der Maskenstrukturen herstellen. Die erfindungsgemäße Abzweigungseinrichtung
ermöglicht weiterhin
das Abzweigen des Messstrahls ohne Beeinträchtigung der Abbildung der
Messstrukturen, insbesondere ohne die Notwendigkeit, auf der Maske
Bereiche für
die Abbildung der Messstruktur vorzuhalten. Die Verwendung der zur
Abbildung der Maskenstrukturen genutzten Beleuchtungsstrahlung auch
zur Abbildung der Messstruktur ermöglicht die Bestimmung einer
Positionsabweichung des Bildes der Messstruktur auf dem Detektor
mit einer vergleichbaren Genauigkeit, mit der auch die Maskenstrukturen
auf das Substrat gedruckt werden. Die erfindungsgemäße Abzweigungseinrichtung
ermöglicht
damit eine besonders genaue Ermittlung der lateralen Lage des auf
dem Substrat erzeugten Bildes der Maskenstrukturen, wodurch eine
Verschmierung des latenten Bildes der Maskenstrukturen im Photolack
weitgehend verhindert wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Projektionsbelichtungsanlage sowie des Verfahrens nach der Erfindung
liegt die Wellenlänge
des Beleuchtungsstrahls im EUV- und/oder höherfrequenten Wellenlängenbereich.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung ist die Abzweigungseinrichtung derart konfiguriert,
dass die optische Weglänge
für die
Strahlung des vom Ein-/Auskoppelspiegel aus dem Beleuchtungsstrahl
abgezweigten Teilstrahls bis zum Eintritt als Messstrahl in den
Strahlengang des reflektierten Strahls maximal um 0,5 mm von der
optischen Weglänge,
die die elektromagnetische Strahlung des von der Ein-/Auskoppeleinrichtung
nichtabgezweigten Teilstrahls des Beleuchtungsstrahls bis zum Eintritt
des Messstrahls in den reflektierten Strahl durchlaufen hat, abweicht.
Insbesondere sind die beiden optischen Weglängen identisch. Damit ist die
Abbildung der Messstruktur auf den Detektor mit den gleichen Abbildungsfehlern
behaftet wie die Abbildung der Maskenstrukturen auf das Substrat.
Dies ermöglicht
eine besonders genaue Korrelation zwischen der Detektormessung und
der lateralen Verschiebung des Bildes der Maskenstrukturen. Vorteilhafterweise
ist die Projektionsoptik hinsichtlich der Abbildung der Maskenstrukturen
in Bezug auf Abbildungsfehler, insbesondere sphärische Aberrationen, optimiert.
Gemäß der vorstehend
aufgeführten
Ausführungsform ist
damit auch die Abbildung der Messstruktur auf den Detektor hinsichtlich
auftretender Abbildungsfehler optimiert.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung weist die Projektionsbelichtungsanlage eine Messeinrichtung
zum Überwachen
einer Abbildungseigenschaft der Projektionsoptik auf, wobei die
Messeinrichtung umfasst: die Abzweigungseinrichtung, einen Detektor
zum Erfassen eines Bildes der Messstruktur, welche von dem Messstrahl
auf dem Detektor erzeugt wird, nachdem dieser die Projektionsoptik
durchlaufen hat, sowie eine Auswerteeinrichtung, welche dazu konfiguriert
ist, aus dem vom Detektor erfassten Bild der Messstruktur die Abbildungseigenschaft
der Projektionsoptik zu ermitteln. Die von der Messeinrichtung bestimmte
Abbildungseigenschaft ist insbesondere die vorstehend beschriebene
laterale Abbildungseigenschaft.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung sind die Messstruktur und der Detektor derart angeordnet,
dass im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage die Abbildung der
Maskenstrukturen auf das Substrat und die Abbildung der Messstruktur
auf den Detektor, jeweils mittels der Projektionsoptik, gleichzeitig erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, aus
dem vom Detektor erfassten Bild der Messstruktur eine Strahlungsintensität zu ermitteln
und mittels der ermittelten Strahlungsintensität die Dosis der von der Strahlungsquelle
bereitgestellten Strahlung zu steuern. Damit ist es möglich, die
Abzweigungseinrichtung im Bereich des reflektierten, für die Abbildung
der Maskenstrukturen auf das Substrat genutzten Nutzstrahls, der
gewöhnlich
zur Dosiskontrolle der Projektionsbelichtungsanlage verwendet wird,
anzuordnen. Damit steht zur Abbildung der Maskenstrukturen auf das
Substrat der gleiche Strahlbereich zur Verfügung wie bei herkömmlichen
Projektionsbelichtungsanlagen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung ist die Ein-/Auskoppeleinrichtung
derart angeordnet, dass der von der Ein- /Auskoppeleinrichtung auf die Messstruktur
gelenkte Teilstrahl gegenüber
der Ebene, die von dem Ausbreitungsvektor des Beleuchtungsstrahl
und dem Ausbreitungsvektor des dazu verkippten reflektierten Strahl
aufgespannt ist, derart verschwenkt ist, dass der Messspiegel außerhalb
des Strahlenganges des von der Reflexionsmaske reflektierten Strahls
angeordnet ist. Insbesondere ist die Ein-/Auskoppeleinrichtung derart
angeordnet, dass der Strahlengang des ausgekoppelten Teilstrahls
zwischen der Ein-/Auskoppeleinrichtung und dem Messspiegel gegenüber der
optischen Achse der Projektionsoptik verschwenkt ist. In einer weiteren
Ausführungsform
nach der Erfindung ist der Messspiegel außerhalb des Strahlenganges
des von der Reflexionsmaske reflektierten Strahls in Projektion
entlang der aufgespannten Ebene angeordnet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung ist der Messspiegel außerhalb des Strahlengangs des
von der Reflexionsmaske reflektierten Strahls angeordnet. Dies ermöglicht es,
die Messung der lateralen Position der abgebildeten Messstruktur
ohne Beeinträchtigung
der Abbildung der Maskenstrukturen durchzuführen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung weist die Projektionsbelichtungsanlage ein Referenzelement
auf, gegenüber
dem die Maskenhalteeinrichtung verschiebbar gelagert ist, und an
dem die Abzweigungseinrichtung angeordnet ist. Dieses Referenzelement
kann insbesondere der Referenzrahmen eines Maskentisches sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der die Abzweigungseinrichtung aufweisenden Projektionsbelichtungsanlage
ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, die laterale Lage
des auf der Erfassungsfläche
des Detektors erzeugten Bildes der Messstruktur während des
Belichtungsvorganges in Echtzeit zu ermitteln. In einer weiteren
Ausführungsform
nach der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert,
aus der in Echtzeit ermittelten lateralen Lage des Bildes der Messstruktur
auf dem Detektor eine im zeitlichen Verlauf eintretende Veränderung
der lateralen Lage des Bildes zu erkennen und die Projektionsbelichtungsanlage
weist weiterhin eine Stelleinrichtung auf, die dazu konfiguriert
ist, ein Element der Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere
die Maskenhalteeinrichtung, die Substrathalteeinrichtung und/oder
ein optisches Element der Projektionsoptik, in seiner Position zur
Korrektur der lateralen Lage des Bildes der Messstruktur auf dem
Detektor zu verändern.
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In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung ist die die Abzweigungseinrichtung aufweisende
Projektionsbelichtungsanlage dazu konfiguriert, die Maskenstrukturen
mit Licht im EUV- und/oder höherfrequenten
Wellenlängenbereich
auf das Substrat abzubilden. In einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert,
aus dem vom Detektor erfassten Bild der Messstruktur die laterale
Lage des auf dem Detektor erzeugten Bildes der Maskenstrukturen
zu ermitteln. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der die Abzweigungseinrichtung
aufweisenden Projektionsbelichtungsanlage ist die Maskenhalteeinrichtung
Teil eines Maskentisches und das Referenzelement ist der Referenzrahmen
des Maskentisches. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Substrathalteeinrichtung
gegenüber
dem Detektor verschiebbar gelagert ist. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
der die Abzweigungseinrichtung aufweisenden Projektionsbelichtungsanlage
weist die Messeinrichtung mindestens einen zweiten Detektor zum
Erfassen eines durch Abbildung mittels der Projektionsoptik auf
dem zweiten Detektor erzeugten Bildes einer zweiten Messstruktur
auf, wobei die Projektionsbelichtungsanlage derart konfiguriert
ist, dass die das Bild der zweiten Messstruktur erzeugende elektromagnetische
Strahlung einen anderen Strahlengang durch die Projektionsoptik
durchläuft
als die das Bild der ersten Messstruktur erzeugende elektromagnetische Strahlung.
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In
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
der die Abzweigungseinrichtung aufweisenden Projektionsbelichtungsanlage
weist die Messstruktur jeweils zwei alternierend angeordnete erste
und zweite Strukturelemente auf, wobei die ersten Strukturelemente
in ihrer Abbildung auf den Detektor eine höhere Lichtintensität bewirken
als die zweiten Strukturelemente. In einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung weist die Messstruktur eine periodische Struktur,
insbesondere eine Gitterstruktur, auf. In einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung weist der Detektor einen ortsauflösenden Flächensensor
sowie eine vor dem Flächensensor
angeordnete Detektorstruktur auf, und der Detektor ist dazu eingerichtet,
das durch Abbildung mittels der Projektionsoptik auf dem Detektor
erzeugte Bild zu erfassen, indem der Detektor ein durch Überlagerung
des Bildes der Messstruktur mit der Detektorstruktur erzeugtes Muster
erfasst. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der die Abzweigungseinrichtung
aufweisenden Projektionsbelichtungsanlage weist die Messstruktur
ein Messgitter auf und der Detektor weist einen ortsauflösenden Flächensensor
sowie ein vor dem Flächensensor
angeordnetes Detektorgitter auf, wobei das Detektorgitter derart auf
das Messgitter abgestimmt ist, dass eine Relativverschiebung der
Gitter zueinander mittels des Moiré-Messverfahrens messbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung umfasst das Detektorgitter n Teilgitter, wobei
n mindestens zwei, vorteilhafterweise mindestens vier beträgt, die
Perioden der Teilgitter stimmen jeweils mit der Periode des Messgitters überein,
und benachbarte Teilgitter sind jeweils um ein n-tel der Periode
des Messgitters zueinander periodenversetzt angeordnet. In einer
weiteren Ausführungsform nach
der Erfindung ist die Maske als Reflexionsmaske ausgebildet und
die Projektionsbelichtungsanlage ist dazu konfiguriert, die Reflexionsmaske
auf das Substrat abzubilden.
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In
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
der die Abzweigungseinrichtung aufweisenden Projektionsbelichtungsanlage
umfasst die Projektionsoptik ausschließlich reflektive optische Elemente bzw.
Spiegel. In einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung ist die Projektionsbelichtungsanlage als sogenannter „Scanner" konfiguriert. In
einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung weist die Projektionsbelichtungsanlage weiterhin
eine Strahlungsquelle zum Beleuchten der Maske mit Beleuchtungsstrahlung auf,
wobei sowohl die Maske als auch die Messstruktur mit der gleichen
Beleuchtungsstrahlung beleuchtet werden. In einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung weist die Projektionsbelichtungsanlage eine erste
Strahlungsquelle zum Beleuchten der Maske mit Beleuchtungsstrahlung
einer ersten Wellenlänge,
insbesondere im EUV-Wellenlängenbereich,
sowie eine zweite Strahlungsquelle zum Beleuchten der Messstruktur
mit Beleuchtungsstrahlung einer zweiten Wellenlänge auf, wobei die zweite Wellenlänge im Wellenlängenbereich
von 120 nm bis 1100 nm liegt, insbesondere 365 nm beträgt. In einer
weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung weist die Projektionbelichtungsanlage eine Vakuumkammer
auf, in der die Abbildung der Maskenstrukturen mittels der Beleuchtungsstrahlung
der ersten Wellenlänge
im EUV-Wellenlängenbereich
auf das Substrat erfolgt, und bei der die Messstruktur innerhalb
der Vakuumkammer angeordnet ist. In einer weiteren Ausführungsform
wird die Beleuchtungsstrahlung der zweiten Wellenlänge mittels
eines Prismas oder Spiegels in den Strahlengang der Projektionsoptik
geleitet.
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In
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die Maskenstrukturen mit Licht im EUV- und/oder höherfrequenten
Wellenlängenbereich
auf das Substrat abgebildet. In einer weiteren Ausführungsform
nach der Erfindung wird die laterale Lage des auf dem Detektor erzeugten
Bildes der Messstruktur während
des Belichtungsvorganges in Echtzeit ermittelt. In einer weiteren
Ausführungsform
nach der Erfindung wird ein Bild der zweiten Messstruktur durch
Abbildung mittels der Projektionsoptik auf einem zweiten Detektor
erzeugt, und die das zweite Bild erzeugende elektromagnetische Strahlung
durchläuft
einen anderen Strahlengang durch die Projektionsoptik als die das
erste Bild erzeugende elektromagnetische Strahlung. In der weiteren
Ausführungsform
nach der Erfindung weist der Detektor einen ortsauflösenden Flächensensor sowie
ein vor dem Flächensensor
angeordnetes Detektorgitter auf und das Erfassen des Bildes der
Messstruktur erfolgt mittels des Detektors, indem das durch Überlagerung
der Messstruktur mit dem Detektorgitter erzeugte Muster von dem
Detektor erfasst wird. In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung
wird bei der Ermittlung der Lage des auf dem Detektor erzeugten
Bildes der Messstruktur eine Relativverschiebung zwischen dem Bild
der Messstruktur und dem Detektor mittels des Moiré-Messverfahrens
ermittelt. In einer weiteren Ausführungsform wird während des
Abbildens der Maskenstrukturen auf das Substrat die Maske gegenüber der
Projektionsoptik verschoben.
-
Die
bezüglich
der vorstehend aufgeführten
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage
angegebenen Merkmale können
entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen
werden. Die sich daraus ergebenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens
sollen von der Offenbarung der Erfindung ausdrücklich umfasst sein. Weiterhin
beziehen sich die bezüglich
der Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage
vorstehend aufgeführten
Vorteile damit auch auf die entsprechenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage
sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens
anhand der beigefügten
schematischen Zeichnungen näher
erläutert. Es
zeigt:
-
1 eine
schematisierte Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage
mit einer Messeinrichtung zum Bestimmen der lateralen Lage eines
auf einem Substrat erzeugten Bildes von Maskenstrukturen,
-
2 eine
stark schematisierte Ansicht einzelner Elemente der Projektionsbelichtungsanlage
gemäß 1,
-
3 eine
Veranschaulichung der Funktionsweise der Messeinrichtung gemäß 1,
-
4 einen
maskenseitigen Abschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
der in 1 gezeigten Projektionsbelichtungsanlage,
-
5 einen
substratseitigen Abschnitt der Projektionsbelichtungsanlage gemäß 4,
-
6 eine
Veranschaulichung einer ersten Ausführungsform der Auswertung einer
auf einen Detektor der Messeinrichtung abgebildeten Messstruktur,
-
7 eine
Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform der Auswertung einer
auf einem Detektor der Messeinrichtung abgebildeten Messstruktur,
-
8 einen
maskenseitigen Abschnitt einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage
in einer ersten Ansicht,
-
9 eine
gegenüber
der ersten Ansicht gemäß 8 um
90° gedrehte
weitere Ansicht des maskenseitigen Abschnittes der Projektionsbelichtungsanlage
gemäß 8,
-
10 einen
substratseitigen Abschnitt der in 8 veranschaulichten
Projektionsbelichtungsanlage,
-
11 eine Draufsicht auf einen Belichtungsstreifen
in der Substratebene,
-
12 eine
schematisierte Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage,
sowie
-
13 eine
schematisierte Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform
einer endungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage.
-
Detaillierte Beschreibung
erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
-
In
den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind funktionell
oder strukturell einander ähnliche
Elemente soweit wie möglich
mit den gleichen oder ähnlichen
Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen
Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels
auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine
Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
-
1 veranschaulicht
eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage 10 in
Gestalt einer als sogenannter „Scanner" ausgeführten EUV-Projektionsbelichtungsanlage. 2 zeigt
schematisch einzelne Elemente der Projektionsbelichtungsanlage 10 gemäß 1 zur
Veranschaulichung mechanischer Kopplungen der einzelnen Elemente
zueinander. In 2 sind mechanisch starre Massverkörperungen
zwischen einzelnen Elementen mit durchgehenden Doppellinien 19 dargestellt.
Verschiebbare Lagerungen einzelner Elemente zueinander sind mit
an beiden Enden Pfeile aufweisenden durchgezogenen Linien 17 veranschaulicht.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst einen Maskentisch 12,
der auch als sogenannte „Retikel-Stage" bezeichnet wird.
Der Maskentisch 12 umfasst eine Maskenhalteeinrichtung 14 zum
Halten einer Maske 18 in Gestalt einer reflektierenden
Maske bzw. Reflexionsmaske. Die Maskenhalteeinrichtung ist an einem
Referenzrahmen 16 des Maskentisches 12 in der
x/y-Ebene gemäß 1 verschiebbar
angeordnet, insgesamt jedoch in sechs Freiheitsgraden verstellbar.
Die verschiebbare Lagerung der Maskenhalteeinrichtung 14 gegenüber dem
Referenzrahmen 16 ist in 2 mit der
Linie 17 veranschaulicht.
-
Die
Maske 18 weist an ihrer unteren Oberfläche Maskenstrukturen 20 zur
Abbildung auf ein Substrat 30 in Gestalt eines mit Photolack 32 beschichteten Wafers
auf. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst ein erstes
Beleuchtungssystem 22 mit einer ersten Strahlungsquelle 23 in
Gestalt einer EUV-Strahlungsquelle zur Erzeugung von extrem ultravioletter
Strahlung mit einer Wellenlänge
von 13,5 nm. Weiterhin umfasst das erste Beleuchtungssystem 22 eine
strahlformende Beleuchtungsoptik 24 in Gestalt eines reflektiven
Elements, mittels der ein Beleuchtungsstrahl 25 auf die
Maske 18 gerichtet wird. Weiterhin umfasst die Projektionsbelichtungsanlage 10 eine
Projektionsoptik 26 mit einer senkrecht zur Maske 18 ausgerichteten
optischen Achse 27. Die Projektionsoptik 26 umfasst
eine Reihe reflektiver optischer Elemente 28. Vier derartige
optische Elemente 28 sind exemplarisch in 1 dargestellt.
-
In 1 ist
weiterhin ein Strahlengang 29 der bei der Abbildung der
Maskenstrukturen 20 durch die Projektionsoptik 26 laufenden
elektromagnetischen Strahlung dargestellt. Das Substrat 30 ist
auf einem Substrattisch 34 in Gestalt einer sogenannten „Wafer-Stage" angeordnet. Der
Substrattisch 34 umfasst eine Substrathalteeinrichtung 36 zum
Halten des Substrats 30 sowie ein Referenzelement in Gestalt
eines Referenzrahmens 38, gegenüber dem die Substrathalteeinrichtung 36 verschiebbar
angeordnet ist.
-
Bei
Belichtung des Substrats 30 wird sowohl die Maskenhalteeinrichtung 14 als
auch die Substrathalteeinrichtung 36 zur Erzeugung eines
Feldes auf dem Substrat 30 verschoben bzw. „gescannt". Die Verschiebung
erfolgt in der Regel in der kurzen Richtung des Feldes, d. h. in
der y-Richtung gemäß 1.
Vor der Belichtung eines weiteren Feldes wird das Substrat 30 in
der x/y-Ebene um einen vorgegebenen Abstand zwischen den Feldern
versetzt.
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Die
Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst weiterhin eine
Messeinrichtung 40 zum Bestimmen der lateralen Lage des
durch das Abbilden der Maskenstrukturen 20 auf dem Substrat 30 erzeugten
Bildes der Maskenstrukturen 20. Die Messeinrichtung 40 umfasst
eine Messstruktur 48 sowie ein zweites Beleuchtungssystem 42 zum
Beleuchten der Messstruktur 48. Das zweite Beleuchtungssystem 42 umfasst
eine zweite Strahlungsquelle 44, die elektromagnetische
Strahlung im sichtbaren oder ultravioletten Wellenlängenbereich, z.
B. mit einer Wellenlänge
von 193 nm, 248 nm oder 365 nm, aussendet. Weiterhin umfasst das
Beleuchtungssystem 42 eine Beleuchtungsoptik 46 in
Gestalt einer Transmissionsoptik zum Lenken der von der Strahlungsquelle 44 erzeugten
Strahlung als Messbeleuchtungsstrahl 47 auf zwei Messstrukturen 48.
Wie im Folgenden ausgeführt,
kann die Projektionsbelichtungsanlage 10 in einer weiteren
Ausführungsform
auch lediglich eine einzige Strahlungsquelle aufweisen, mit der
sowohl die Maskenstrukturen 20 als auch die Messstrukturen 48 beleuchtet
werden.
-
Die
Messstrukturen 48 gemäß 1 sind
in Gestalt eines Reflexionsgitters ausgebildet und an dem Referenzelement
in Gestalt eines Referenzrahmens 16 des Maskentisches 12,
jeweils in der Nähe
von gegenüberliegenden
Randbereichen der Maske 18, ortsfest angeordnet. Diese
ortsfeste Anordnung ist in 2 mit der
Doppellinie 19 veranschaulicht. Die Messstrukturen 48 bewegen
sich damit beim Scanvorgang während der
Belichtung eines Feldes nicht mit der Maske 18 mit. Sie
bleiben im Wesentlichen ortsfest gegenüber der Projektionsoptik 26,
gegenüber
welcher der Referenzrahmen mit einer Vibrationsisolationseinrichtung
gekoppelt ist. Die jeweiligen Strahlengänge 50 der Strahlung,
die zur Abbildung der Messstrukturen 48 auf die jeweiligen
substratseitig angeordneten Detektoren 52 die Projektionsoptik 26 durchläuft, ist
teilweise in 1 mit unterbrochenen Linien
veranschaulicht. Die Detektoren 52 sind in der Nähe von zwei
gegenüberliegenden Randbereichen
des Substrats 30 an dem Referenzrahmen 38 des
Substrattisches 34 ortsfest angeordnet, wie mit der Doppellinie 19 gemäß 2 veranschaulicht.
Die Detektoren 52 bewegen sich damit wie die Messstrukturen 48 beim
Scanvorgang während
der Belichtung eines Feldes nicht mit. Die Detektoren 52 bleiben
im Wesentlichen ortsfest gegenüber
der Projektionsoptik 26 und gegenüber den Messstrukturen 48,
müssen
aber nicht starr mit diesen Elementen verbunden sein. Der Referenzrahmen 38 der
Substrattisches 34 kann mit der Projektionsoptik 26 über eine
Vibrationsisolationseinrichtung gekoppelt sein. Der Referenzrahmen 38 kann sich
mitsamt der Substrathalteeinrichtung 36 langsam in Bezug
auf die Projektionsoptik 26 bewegen. Die Messeinrichtung 40 kompensiert
eine derartige Bewegung. Wie in 2 dargestellt,
muss der Referenzrahmen 16 des Maskentisches 12 nicht
starr mit dem Referenzrahmen 38 des Substrattisches 34 verbunden
sein. Auch ist sowohl der Referenzrahmen 16 als auch der
Referenzrahmen 38 nicht notwendigerweise mit der Projektionsoptik 26 verbunden.
In der dargestellten Ausführungsform
können
sich vielmehr die Referenzrahmen 16 und 38 zueinander
und zur Projektionsoptik 26 bewegen. Die Funktion der Messeinrichtung 40 wird
dadurch nicht beeinträchtigt.
-
Die
das Bild einer ersten der beiden Messstrukturen 48 erzeugende
elektromagnetische Strahlung durchläuft einen anderen Strahlengang 50 durch
die Projektionsoptik 26 als die das Bild der zweiten der
Messstrukturen 48 erzeugende elektromagnetische Strahlung.
Das Bild der ersten Messstruktur 48 wird auf eine Erfassungsfläche 51 eines
ersten der Detektoren 52 und das Bild einer zweiten Messstruktur 48 auf
eine Erfassungsfläche 51 des
zweiten Detektor 52 abgebildet. Mittels des ersten und
des zweiten Detektors 52 wird jeweils die laterale Lage
des Bildes in x- und in y-Richtung bestimmt, wie nachstehend näher erläutert.
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Die
Projektionsbelichtungsanlage 10 weist weiterhin eine Auswerteeinrichtung 54 auf,
welche dazu konfiguriert ist, aus den von den Detektoren 52 erfassten
Bildern der jeweiligen Messstrukturen 48 die laterale Lage
des Bildes der Messstrukturen 48 auf der Erfassungsfläche 51 der
Detektoren 52 während
des Belichtungsvorganges zu ermitteln. Wie in 3 veranschaulicht,
werden dabei mittels der beiden Detektoren 52 jeweilige
x/y-Verschiebungen 53 der an zwei Randpositionen des Bildfeldes 56 auf
dem Substrat 30 erzeugten Abbildungen der jeweiligen Messstruktur 48 in
Bezug auf eine Soll-Position derselben bestimmt. Diese Verschiebungswerte 53 werden
mittels einer Recheneinheit 58 der Auswerteeinrichtung
zu einer lateralen Bildlage 60, definiert durch die Bildposition
sowie die Bildrotation, ausgewertet. Das heißt, die Recheneinheit 58 bestimmt
einerseits die Verschiebung des Bildfeldes senkrecht zur optischen
Achse 27 als auch die Drehung des Bildfeldes um die optische
Achse 27.
-
Die
gesamte Messeinrichtung 40 kann auch als sogenannter „Line-of-Sight-Sensor" bezeichnet werden.
Eine Stellsignalerzeugungseinheit 62 der Auswerteeinrichtung 54 berücksichtigt
die Sensitivitäten
der Projektionsoptik, ermittelt aus der Abweichung des Bildfeldes 56 während der
Scanbewegung des Belichtungsvorganges ein Stellsignal 64 und übermittelt
das Stellsignal 64 an ein Element der Projektionsbelichtungsanlage 10.
In 3 ist exemplarisch für ein derartiges das Stellsignal 64 aufnehmendes
Element der Projektionsbelichtungsanlage 10 eine Scansteuereinrichtung 66 dargestellt,
welche die Bewegung des Maskentisches 12 sowie des Substrattisches 34 steuert.
Alternativ oder zusätzlich
kann das Stellsignal 64 auch zur Veränderung der Lage eines der
reflektierenden optischen Elemente 28 der Projektionsoptik 26,
wie in 1 veranschaulicht, verwendet werden.
-
Das
Stellsignal 64 bewirkt, dass die mittels der Detektoren 52 gemessene
jeweilige laterale Bildlage der Messstrukturen 48 und damit
in guter Näherung
auch die laterale Bildlage der Maskenstrukturen 20 auf dem
Substrat 30 während
des gesamten Belichtungsvorganges konstant bleibt. Eine mittels
des Stellsignals 64 bewirkte Änderung des Bewegungsablaufs
des Maskentisches 12 und/oder des Substrattisches 34 während der
Belichtung des Substrates 30 bzw. die Veränderung
der Lage eines oder mehrerer optischer Elemente 28 ergibt über die
Abbildung durch die Projektionsoptik 26 eine Rückkopplung
auf die Positionen der mittels der Detektoren 52 gemessenen
Bildlagen im Feld 56.
-
Im
Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage gemäß 1 erfolgt
die Abbildung der Maskenstrukturen 20 auf das Substrat 30 und
die Abbildung der Messstrukturen 48 auf die zugeordneten
Detektoren 52 gleichzeitig. Das heißt, die laterale Bildlage wird
während
der Belichtung des Substrats 30 in Echtzeit ermittelt.
Die Korrektur mittels des Stellsignals 64 erfolgt damit
ebenfalls in Echtzeit, d. h. während
der Belichtung eines Feldes, bei der die vorstehend erläuterte Scanbewegung
der Maske 18 sowie des Substrats 30 stattfindet.
-
Mit
anderen Worten wird ein Maß für die tatsächliche
Lage des von der Projektionsoptik 26 erzeugten Bildfeldes
online mit sehr hoher Genauigkeit und sehr hoher Wiederholfrequenz
während
der Belichtung des Photolacks 32 gemessen und mit einer
entsprechenden Steuerung auf dem Substrat 30 stabil gehalten.
Die Messstrukturen 48 sowie die Detektoren 52 gemäß 1 befinden
sich in Ebenen, die zur Maskenebene und zur Substratebene konjugiert
sind. Alternativ können
die beiden Elemente auch in anderen zueinander konjugierten Schärfeebenen
angeordnet sein.
-
Die 4 und 5 zeigen
einen maskenseitigen bzw. einen substratseitigen Abschnitt einer
weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage 10.
Diese unterscheidet sich von der Projektionsbelichtungsanlage 10 gemäß 1 lediglich
in den in den 4 und 5 unterschiedlich dargestellten
und nachstehend erläuterten
Elementen. Das in 4 dargestellte zweite Beleuchtungssystem 42 umfasst
neben der zweiten Strahlungsquelle 44 einen Lichtleiter 68,
welcher eine Vakuumunterbrechung 70 aufweist. Die Strahlung
der Strahlungsquelle 44 mit einer Wellenlänge im sichtbaren
oder nahen UV-Bereich wird mittels des Lichtleiters 68 in
eine Vakuumkammer eingebracht. In der Vakuumkammer befindet sich der
gesamte Strahlengang 29 für die zur Abbildung der Maskenstrukturen 20 verwendete
EUV-Strahlung.
-
Die
von dem Lichtleiter 68 bereitgestellte Strahlung wird mittels
der Beleuchtungsoptik 46 auf die Messstruktur 48 in
Gestalt eines Gitters gelenkt. Die die Messstruktur 48 durchtretende
Messstrahlung wird mittels einer Strahlumlenkeinrichtung 71,
z. B. in Gestalt eines Prismas oder Spiegels, in den Strahlengang 50 umgelenkt.
Sowohl die Beleuchtungsoptik 46, die Messstruktur 48 als
auch die Strahlumlenkeinrichtung 71 befinden sich innerhalb
der Vakuumkammer. Die substratseitige Detektion des Messstrahls
kann entweder mittels des an der rechten Seite des Strahlengangs 29 in 5 dargestellten
Detektors 52a oder mittels des an der linken Seite des
Strahlengangs 29 in 5 dargestellten
Detektors 52b erfolgen.
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Bei
dem Detektor 52a wird die Messstrahlung 50 mittels
eines Prismas 78 auf ein Detektorgitter 74 gelenkt.
Die Überlagerung
des Bildes der Gitterstruktur der Messstruktur 48 mit dem
Detektorgitter 74, welche nachfolgend im Detail beschrieben
wird, wird mittels einer Mikroskoplinse 80 sowie einem
Umlenkspiegel 82 auf einen ortsauflösenden Flächensensor 76a in
Gestalt einer CCD-Kamera gelenkt. Beim in 5 linksseitig bezüglich des
Strahlenganges 29 dargestellten Detektor 52b wird
die Messstrahlung 50 mittels eines Spiegels 72 in
Gestalt eines Mehrschichtspiegels auf einen ebenfalls ortsauflösenden Flächensensor 76b in
Gestalt eines Multi-Element-Intensitätssensors mit einem auf der
Erfassungsoberfläche
des Sensors 76b angeordneten Detektorgitter 74 gelenkt.
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Das
Gitter der Messstruktur
48, das im Folgenden als Messgitter
48 bezeichnet
wird, und das Detektorgitter
74 sind derart aufeinander
abgestimmt, dass eine Relativverschiebung der Gitter zueinander
mittels des Moiré-Messverfahrens
in einer Dimension messbar ist. Zur Messung der Lateralverschiebung
in x- und y-Richtung
sind jeweils zwei zueinander orthogonal angeordnete Messgitter
48 und
Detektorgitter
74 vorgesehen.
6 veranschaulicht
eine erste Ausführungsform
des Moiré-Messverfahrens.
In diesem Fall ist die Periode des Messgitters
48 derart
gewählt,
dass die Periode ihres Luftbildes
84 am Ort des Detektorgitters
74 geringfügig von
der Periode des Detektorgitters
74 abweicht. Das mittels
der Projektionsoptik
26 verkleinert abgebildete Messgitter
48,
das auch als Objektgitter bezeichnet werden kann, erzeugt substratseitig
eine Luftbildstruktur mit der Periode P
L.
In einer zur Substratebene konjugierten Ebene befindet sich, wie
bereits vorstehend in unterschiedlichen Ausführungsformen beschrieben, das
Detektorgitter
74, auch Bildgitter genannt, dessen Periode
P
D sich von der Periode des Luftbilds geringfügig unterscheidet.
Die Überlagerung
aus Luftbild
84 und Detektorgitter
74 führt zu einer
räumlich
periodischen Intensitätsmodulation
einer Moiré-Struktur
86 mit der
Periode P
M, wie in
6 dargestellt.
Die Beziehung
zwischen Luftbild-Periode
P
L und Detektorgitter-Periode P
D sorgt
dafür,
dass die Moiré-Periode
P
M um den Verstärkungsfaktor S größer ist
als die Detektorgitter-Periode
P
D.
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-
Der
Flächensensor 76a bzw. 76b misst
den räumlichen
Verlauf der Intensität
hinter dem Detektorgitter 74. Der Intensitätsverlauf
l(x) ist in 6 unterhalb der Moiré-Struktur 86 als
Diagramm dargestellt. Die Periode des Luftbilds 84 muss
nicht aufgelöst
werden. Es ist ausreichend, wenn die Moiré-Periode aufgelöst wird. Der
räumliche
Verlauf der Moiré-Intensität, insbesondere
die räumliche
Lage der Intensitäts-Minima
der Moiré-Struktur 86 lässt einen
Rückschluss
auf die Verschiebung zwischen Luftbild 84 und Detektorgitter 74 zu.
Die Verschiebung des Intensitätsminimums
ist um den Faktor S größer als
die Verschiebung des Luftbildes 84.
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Damit
sind Luftbildverschiebungen leichter messbar sind als mit einem
direkt abbildenden Sensor, mit dem ein räumlicher Schwerpunkt der Intensität oder andere
Kriterien, wie z. B. ein maximaler Gradient oder eine Kantenlage
einer abgebildeten Struktur zur Messung der Verschiebung herangezogen
werden. Aus dem mittels des ortsauflösenden Flächensensors 76a bzw. 76b bestimmten
Intensitätsverlauf
des Moiré-Musters wird
die Phasenlage des Moiré numerisch
bestimmt. Dazu können
verschiedene Algorithmen verwendet werden, wie z. B. das sogenannte
Shift-Verfahren, die schnelle Fourier-Transformation (FFT) oder
das Phasenstufenverfahren. Alle diese dem Fachmann bekannten Auswerteverfahren
bestimmen zunächst
nur die Phasenlage in Bezug auf den Flächensensor 76a bzw. 76b.
Besonderes Augenmerk verdient die Maßverkörperung zwischen dem Kamerabild
und dem Sensor 76a bzw. 76b. Dazu können auf
dem Detektorgitter 76 Marken angebracht sein, die mit dem Bezugssystem
des Sensors 76a bzw. 76b verbunden sind, und die
im Kamerabild erscheinen. Die Marken werden simultan mit der Moiré-Struktur
ausgewertet und etablieren jederzeit die Maßverkörperung.
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7 veranschaulicht
eine weitere Ausführungsform
der Auswertung der Relativverschiebung des Messgitters 48 bezüglich des
Detektorgitters 74 mittels des Moiré-Messverfahrens. In dieser
Ausführungsform weist
das Detektorgitter 74 vier Teilgitter 88 auf,
wobei die Perioden der Teilgitter 88 jeweils die gleiche
Periode wie das Messgitter 48 in Abbildung auf das Detektorgitter 74 aufweist.
Die benachbarten Teilgitter 88 sind jeweils um ein Viertel
der Periode des Messgitters 48 in Abbildung auf das Detektorgitter 74 zueinander
periodenversetzt angeordnet. Das Detektorgitter 74 kann
auch mehr als vier Teilgitter 88 umfassen. Es genügen jedoch
vier Teilgitter 88, da vier Pixel ausreichen, um die Moiré-Phase
zu rekonstruieren.
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Bei
dem Sensor 76a bzw. 76b gemäß 5 kann es
sich bei Durchführung
des Moiré-Messverfahrens gemäß 7 um
einzelne Photodioden oder um eine Photodioden-Zeile handeln. Aus
Intensitätsgründen werden
vergleichsweise großflächige Sensoren
bevorzugt. Die Geometrie des Detektorgitters 74 ist an
die Sensorgeometrie angepasst. Das Detektorgitter 74 ist,
wie bereits vorstehend beschrieben, in vier Teilgitter 88 bzw. Zonen
eingeteilt, die gleiche Periode aber unterschiedliche Phasen zueinander
aufweisen. Die einzelnen Teilgitter 88 sind zueinander
jeweils um eine viertel Periode verschoben. In der Zone eines jeden
Teilgitters 88 wird die integrierte Intensität gemessen.
Aus der Phasenlage φ ergibt
sich die Verschiebung x des Luftbildes 84 zum Detektorgitter 74.
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Der
Regelkreis sollte den aktuellen Verschiebungswert x während des
Belichtungsvorgangs möglichst konstant
halten.
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8 und 9 veranschaulichen
einen maskenseitigen Abschnitt einer weiteren Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage 10.
Diese Projektionsbelichtungsanlage 10 unterscheidet sich
von der in 1 gezeigten Projektionsbelichtungsanlage 10 darin,
dass sowohl die Maskenstrukturen 20 als auch die Messstruktur 48 mittels
lediglich einer Strahlungsquelle, nämlich der die EUV-Strahlung erzeugenden
ersten Strahlungsquelle 23 abgebildet werden. Der von dem
Beleuchtungssystem 22 erzeugte Beleuchtungsstrahl 25 wird
schräg
auf die als Reflexionsmaske ausgeführte Maske 18 eingestrahlt.
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Die
Ausbreitungsrichtung des von der Maske 18 reflektierten
Strahls 95, welcher im Folgenden die Projektionsoptik 26 durchläuft, ist
gegenüber
der umgekehrten Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungsstrahls 25 verkippt.
Diese Verkippung beträgt
beispielsweise 12°,
d. h. der Beleuchtungsstrahl 25 ist gegenüber der Oberflächennormalen
der Maske 18 um 6° verkippt.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 gemäß der 8 und 9 weist
eine Abzweigungseinrichtung 89 zum Abzweigen eines Messstrahls 96 aus
dem Beleuchtungsstrahl 25 auf. Die Abzweigungseinrichtung 89 umfasst
eine Ein-/Auskoppeleinrichtung 90 in
Gestalt eines Mehrschichtspiegels sowie einen Messspiegel 92,
auf dem die Messstruktur 48 in Gestalt von Absorber-Gitterstrukturen
aufgebracht ist. Die Ein-/Auskoppeleinrichtung 90 ist in
dem gezeigten Beispiel als ein Spiegel ausgeführt, der sowohl eine Ein- als
auch eine Auskoppelfunktion, wie nachstehend beschrieben, erfüllt. Alternativ
kann die Ein-/Auskoppeleinrichtung 90 auch
zwei separate Spiegel aufweisen, einen für die Einkoppelfunktion und
einen für
die Auskoppelfunktion.
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8 zeigt
die Abzweigungseinrichtung 89 in Draufsicht auf die Ebene,
die von dem Ausbreitungsvektor 25a des Beleuchtungsstrahls 25 und
dem Ausbreitungsvektor 95a des dazu verkippten reflektierten Strahls 95 aufgespannt
wird, und 9 zeigt die Abzweigungseinrichtung 89 in
einer um 90° um
die Flächennormale
der Maske 18 gedrehten Ansicht. In der Ansicht gemäß 9 verdeckt
der reflektierte Strahl 95 den dahinterliegenden Beleuchtungsstrahl 25.
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Die
Ein-/Auskoppeleinrichtung 90 ist derart im Strahlengang
des Beleuchtungsstrahls 25 angeordnet, dass ein Teilstrahl 94 des
Beleuchtungsstrahls 25 von der Ein-/Auskoppeleinrichtung 90 auf
die Messstruktur 48 des Messspiegels 92 gelenkt
wird. Der Messspiegel 92 ist derart angeordnet, dass der
Teilstrahl 94 von diesem als Messstrahl 96 zur
Ein-/Auskoppeleinrichtung 90 zurückreflektiert
wird und von dieser in den Strahlengang des von der Maske 18 reflektierten
Strahls 95 eingekoppelt wird. Der eingekoppelte Messstrahl 96 weist
die gleiche Ausbreitungsrichtung wie der reflektierte Strahl 95 auf.
Die Abzweigungseinrichtung 89 ist derart konfiguriert,
dass die optische Weglänge
für den
von der Ein-/Auskoppeleinrichtung 90 aus dem Beleuchtungsstrahl 25 abgezweigten
Teilstrahl 94 bis zum Eintritt als Messstrahl 96 in
den Strahlengang des reflektierten Strahls 95 identisch
ist mit der optischen Weglänge,
die die Strahlung des an der Ein-/Auskoppeleinrichtung 90 nicht-abgezweigten
Teilstrahls 93 bis zum Eintritt des Messstrahls 96 in
den reflektierten Strahl 95 durchlaufen hat.
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Wie
aus 9 ersichtlich, ist die Ein-/Auskoppeleinrichtung 90 derart
angeordnet, dass der von diesem Spiegel auf die Messstruktur 48 gelenkte
Teilstrahl 94 gegenüber
der Ebene, die von dem Beleuchtungsstrahl 25 und dem dazu
verkippten reflektierten Strahl 95 aufgespannt ist, d.
h. der Zeichnungsebene gemäß 8,
verschwenkt ist. Die Verschwenkung ist derart groß, dass
der Messspiegel 92 außerhalb
des Strahlenganges des reflektierten Strahls 95 in Projektion
entlang der aufgespannten Ebene angeordnet ist, wie in 9 veranschaulicht.
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Die
Ein-/Auskoppeleinrichtung 90 ist in einem Bereich des Beleuchtungsstrahls 25 bzw.
des reflektierten Strahls 95 angeordnet, der üblicherweise
zur Dosiskontrolle verwendet wird. 11 veranschaulicht
einen Querschnitt des reflektierten Strahls 95, welcher
einen zur Abbildung der Maskenstrukturen 20 genutzten Bereich 100 sowie
zwei für
bei herkömmlichen
Systemen für
die Dosismessung genutzte Bereiche 102 aufweist. Die Abzweigungseinrichtung 89 ist
derart angeordnet, dass der Bereich 102 für die Messung
der lateralen Bildposition genutzt wird. Die Auswerteeinrichtung 54 gemäß 1 ist
weiterhin dazu konfiguriert, aus dem von den Detektoren 52 erfassten
Bild der Messstrukturen 48 eine Strahlungsintensität zu ermitteln
und mittels der ermittelten Strahlungsintensität die Dosis der von der Strahlungsquelle 23 bereitgestellten
Strahlung zu steuern. Das heißt,
die Funktion der Dosiskontrolle wird weiterhin mittels der dafür bei herkömmlichen
Systemen vorgesehenen Strahlbereiche 102 bewerkstelligt.
Der zur Abbildung genutzte Bereich 100 wird nicht weiter
beeinträchtigt.
-
10 zeigt
den substratseitigen Abschnitt der Projektionsbelichtungsanlage 10 gemäß 8 und 9.
Dieser unterscheidet sich von dem in 5 dargestellten
Abschnitt im Wesentlichen darin, dass zur Auskopplung des Messstrahls
in jedem Fall Spiegel 72 verwendet werden, da die Wellenlänge des
Messstrahls 96 im EUV-Bereich liegt. Die Detektorgitter 74 können als
Transmissionsgitter ausgebildet sein, welche Absorberstrukturen
auf EUV-transmittierender Membran, z. B. aus Si-Si3N4 oder Zirkon, aufweisen. Die Detektorgitter 74 können auch
als direkt auf den Sensor 76a oder einen Quantenkonverter 98 geschriebene
Absorbergitter ausgebildet sein. Bei dem ortsauflösenden Flächensensor
kann es sich um eine EUV-CCD-Kamera 76a handeln oder um
eine Anordnung 76c aus einem Quantenkonverter 98 in
Gestalt eines Szintillator-Fluoreszenzglases mit anschließendem Mikro-Objektiv 80 und
einer CCD-Kamera 99. Auch kann ein Szintillator bzw. ein
Fluoreszenzmaterial auf einem Bildleiter angeordnet sein, an den
sich eine CCD-Kamera anschließt. Die
Kamera kann in diesem Fall außerhalb
der Vakuumkammer angeordnet sein. Der Detektor 52 kann
bildgebend zur Durchführung
des Moiré-Messverfahrens
gemäß 6 oder
mehrkanalig zur Durchführung
des Moiré-Messverfahrens
gemäß 7 ausgebildet
sein. Es ist möglich,
EUV-Photodioden bzw. Diodenzeilen zu verwenden und das Sensorgitter
lithographisch direkt auf die Dioden zu schreiben. Alternativ kann
eine frei tragende Membran mit Absorber-Gittern vor den Photodioden
platziert werden.
-
12 zeigt
eine weitere Ausführungsform 110 einer
erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage.
Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der Projektionsbelichtungsanlage gemäß 1 darin, dass
die Messgitter 48 nicht wie in 1 maskenseitig
sondern substratseitig angeordnet ist. Die Detektoren 52 sind
in der Ausführungsform
gemäß 12 maskenseitig,
anstatt substratseitig gemäß 1 angeordet. Die
Messgitter 48 gemäß der in 12 gezeigten
Ausführungsform
jeweils auf einem Spiegel 149 angeordnet. Damit wird verhindert,
dass das Beleuchtungssystem 42 im Bereich des Substrattisches 34 angeordnet
ist. In einer alternativen Ausführungsform
des Beleuchtungssystems 42 ist die zweite Strahlungsquelle 44 als
LED ausgeführt
und die Beleuchtungsoptik 46 weist geeignete Mikrolinsen
auf. Damit ist Beleuchtungssystem 42 ausreichend miniaturisiert,
um in dem Bauraum innerhalb des mit dem Bezugszeichen 149 gekennzeichneten Rahmens
Platz zu finden. In diesem Fall kann die Messstruktur 48 als
Transmissionsstruktur ohne zugeordneten Spiegel ausgeführt werden.
Diese Ausführungsform
des Beleuchtungssystems kann auch in der Projektionsbelichtungsanlage
gemäß 1 zur
Anwendung kommen.
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13 zeigt
eine weitere Ausführungsform 210 einer
erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage.
Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der Projektionsbelichtungsanlage gemäß 1 darin, dass
sowohl die Messstrukturen 48 als auch die Detektoren 52 maskenseitig
angeordnet sind. Die von dem Beleuchtungssystem 42 erzeugte
Strahlung durchläuft
nach Reflexion an einer auf einem Spiegel 249 angeordneten
Messstruktur 48 die Projektionsoptik 26 in einem
einlaufenden Strahlengang 250a und wird mittels einem unterhalb
der Bildebene 255 angeordneten Katzenaugenreflektor 257 in
die Projektionsoptik 26 zurückreflektiert. Der Katzenaugenreflektor 257 reflektiert
die eintreffende Welle derart, dass diese im wesentlichen in sich
zurückläuft. Dazu
ist dieser z. B. sphärenförmig gestaltet.
Der zum Feldpunkt der Messstruktur 48 konjugierte substratseitige
Feldpunkt sitzt in der Nähe
des Sphärenmittelpunktes.
Der Katzenaugenreflektor 257 ist mit der gleichen Präzision massverkörpert wie
der Detektor 52 und ist an dem Referenzrahmen 38 des
Substrattisches 34 ortsfest befestigt.
-
Die
von dem Katzenaugenreflektor 257 reflektierte Strahlung
durchläuft
die Projektionsoptik 26 abermals in einen rücklaufenden
Strahlengang 250b, der sich nur geringfügig von dem einlaufenden Strahlengang 250a unterscheidet
und wird an einem ebenfalls auf dem Spiegel 249 angeordneten
Detektorgitter 274 reflektiert und von einem ortsauflösenden Flächensensor 76a,
beispielweise in Gestalt einer CCD-Kamera, erfasst. Der Katzenaugenreflektor 257 wird
so justiert, dass das Bild der Messstruktur 48 auf dem
Detektorgitter 274 zu liegen kommt, so dass das vorstehend
beschriebene Moiré-Messverfahren
angewendet werden kann. Die Ausführungsform
gemäß 13 nutzt
den maskenseitig in der Regel im Vergleich zur Substratseite großzügiger dimensionierten
Bauraum. Die Linienbreite des Detektorgitters 274 ist um
den Abbildungsmaßstab
der Projektionsoptik 26, in der Regel 4 oder 5, größer im Vergleich
zu einer substratseitigen Anordnung des Detektors 52. Dies
erleichtert die Herstellung der Detektorgitters 274.
-
- 10
- Projektionsbelichtungsanlage
- 12
- Maskentisch
- 14
- Maskenhalteeinrichtung
- 16
- Referenzrahmen
- 17
- verschiebbare
Lagerung
- 18
- Maske
- 19
- mechanisch
starre Massverkörperung
- 20
- Maskenstrukturen
- 22
- erstes
Beleuchtungssystem
- 23
- erste
Strahlungsquelle
- 24
- Beleuchtungsoptik
- 25
- Beleuchtungsstrahl
- 25a
- Ausbreitungsvektor
des Beleuchtungsstrahls
- 26
- Projektionsoptik
- 27
- optische
Achse
- 28
- reflektives
optisches Element
- 29
- Strahlengang
der Maskenstrukturen
- 30
- Substrat
- 32
- Photolack
- 34
- Substrattisch
- 36
- Substrathalteeinrichtung
- 38
- Referenzrahmen
- 40
- Messeinrichtung
- 42
- zweites
Beleuchtungssystem
- 44
- zweite
Strahlungsquelle
- 46
- Beleuchtungsoptik
- 47
- Messbeleuchtungsstrahl
- 48
- Messstruktur
- 50
- Strahlengang
einer Messstruktur
- 51
- Erfassungsfläche
- 52,
52a, 52b
- Detektor
- 53
- x/y-Verschiebung
- 54
- Auswerteeinrichtung
- 56
- Bildfeld
- 58
- Recheneinheit
- 60
- laterale
Bildlage
- 62
- Stellsignalerzeugungseinheit
- 64
- Stellsignal
- 66
- Scansteuereinrichtung
- 68
- Lichtleiter
- 70
- Vakuum-Unterbrechung
- 71
- Strahlumlenkeinrichtung
- 72
- Spiegel
- 74
- Detektorgitter
- 76a
- ortsauflösender Flächensensor
- 76b
- ortsauflösender Flächensensor
- 76c
- ortsauflösender Flächensensor
- 78
- Prisma
- 80
- Mikroskop-Linse
- 82
- Umlenkspiegel
- 84
- Luftbild
des Messgitters
- 86
- Moiré-Struktur
- 88
- Teilgitter
- 89
- Abzweigungseinrichtung
- 90
- Ein-/Auskoppeleinrichtung
- 92
- Messspiegel
- 93
- nicht-abgezweigter
Teilstrahl
- 94
- abgezweigter
Teilstrahl
- 95
- reflektierter
Strahl
- 95a
- Ausbreitungsvektor
des reflektierten Strahls
- 96
- Messstrahl
- 98
- Quantenkonverter
- 99
- CCD-Kamera
- 100
- zur
Abbildung genutzter Bereich
- 102
- zur
Dosismessung genutzter Bereich
- 110
- Projektionsbelichtungsanlage
- 149
- Spiegel
- 210
- Projektionsbelichtungsanlage
- 249
- Spiegel
- 250a
- einlaufender
Strahlengang einer Messstruktur
- 250b
- rücklaufender
Strahlengang einer Messstruktur
- 255
- Bildebene
- 257
- Katzenaugenreflektor
- 274
- Detektorgitter