DE102011111372A1

DE102011111372A1 - Messvorrichtung, Positioniervorrichtung und Metrologiesystem

Info

Publication number: DE102011111372A1
Application number: DE201110111372
Authority: DE
Inventors: Albrecht Hof; Stefan Otto
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2012-10-04

Abstract

Es ist eine Messvorrichtung zur Erfassung der Position eines Messkörpers (28) angegeben, der in einer ersten Translationsrichtung (x) über eine Bewegungsstrecke (Dx) bewegbar ist. Eine erste Abstandssensoreinrichtung (48.1, 48.2), mit welcher die Position des Messkörpers (28) bezogen auf die erste Translationsrichtung (x) erfassbar ist, umfasst einen Messkopf (50.1, 50.2) und eine plane Messfläche (56a) am Messkörper (28), wobei der Messkopf (50.1, 50.2) einen Messstrahl (52.1, 52.2) erzeugt, der senkrecht auf die Messfläche (56a) auftrifft. Eine zweite Abstandssensoreinrichtung (48.3, 48.4), mit welcher die Position des Messkörpers (28) bezogen auf eine zweite Translationsrichtung (z) erfassbar ist, die senkrecht auf der ersten Translationsrichtung (x) steht, umfasst einen Messkopf (50.3, 50.4) und eine plane Messfläche (56b, 56c) am Messkörper (28), wobei der Messkopf (50.3, 50.4) einen Messstrahl (52.3, 52.4) erzeugt, der senkrecht auf die Messfläche (56b, 56c) auftrifft. Eine Erstreckung (LM) der Messfläche (56b, 56c) der zweiten Abstandssensoreinrichtung (48.3, 48.4) in der ersten Translationsrichtung (x) bei einer Projektion dieser Messfläche (56b, 56c) in eine Bezugsebene (xy), die senkrecht auf der zweiten Translationsrichtung (z) steht, ist kleiner als die Bewegungsstrecke (Dx) des Messkörpers (28) in der ersten Translationsrichtung (x). Bei einer Positioniervorrichtung zum Positionieren einer Tragstruktur (28) für eine Lithographie-Maske (14) ist ein zweites Antriebsglied (24) relativ zu einem ersten Antriebsglied (60; 18; 112) bewegbar und mit der Tragstruktur (28) verbunden, wobei das erste Antriebsglied (60; 18; 112) und das zweite Antriebsglied (24) berührungslos miteinander gekoppelt sind. Ein Metrologiesystem zur Vermessung einer Lithographie-Maske umfasst eine solche Messvorrichtung (44) und/oder eine solche Positioniervorrichtung (10).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Messsystem zur Erfassung der Position eines Messkörpers, der in einer ersten Translationsrichtung über eine Bewegungsstrecke bewegbar ist, mit

a) einer ersten Abstandssensoreinrichtung, mit welcher die Position des Messkörpers bezogen auf die erste Translationsrichtung erfassbar ist und welche einen Messkopf und eine plane Messfläche am Messkörper umfasst, wobei der Messkopf einen Messstrahl erzeugt, der senkrecht auf die Messfläche auftrifft;
b) einer zweiten Abstandssensoreinrichtung, mit welcher die Position des Messkörpers bezogen auf eine zweite Translationsrichtung erfassbar ist, die senkrecht auf der ersten Translationsrichtung steht, und welche einen Messkopf und eine plane Messfläche am Messkörper umfasst, wobei der Messkopf einen Messstrahl erzeugt, der senkrecht auf die Messfläche auftrifft.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Positioniervorrichtung zum Positionieren einer Tragstruktur für eine Photolithographie-Maske mit

a) einem ersten Antriebsglied;
b) einem zweiten Antriebsglied, welches relativ zu dem ersten Antriebsglied bewegbar und mit der Tragstruktur verbunden ist.

Zudem befasst sich die Erfindung mit einem Metrologiesystem zur Vermessung einer Lithographie-Maske mit

a) einem verfahrbaren Maskenträger, der eine Lithographie-Maske aufnimmt;
b) einer Abbildungs- und Detektionseinheit, mittels welcher ein Luftbild der Maske erfassbar ist;
c) einer Positioniervorrichtung, mittels welcher die Position der Maske gegenüber der Abbildungs- und Detektionseinheit einstellbar ist;
d) einem Messsystem, mittels welchem die Position der Maske erfassbar ist.

2. Beschreibung des Standes der Technik
Zur Herstellung von Halbleiterstrukturen werden mittels mikrolithographischer Projektionsbelichtungsanlagen Strukturen, die auf einer so genannten Maske angeordnet sind, auf eine lichtempfindliche Schicht wie beispielsweise einen Photolack oder dergleichen übertragen, die sich auf einem Wafer oder einem anderen Substrat befindet. Hierzu wird mittels einer Beleuchtungseinrichtung aufbereitetes Projektionslicht auf die Maske gerichtet und durch ein Projektionsobjektiv verkleinert auf die lichtempfindliche Schicht abgebildet.
Je kürzer die Wellenlänge des Projektionslichtes ist, desto kleinere Strukturen lassen sich mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage auf der lichtempfindlichen Schicht definieren. Aus diesem Grund wird heutzutage vermehrt Projektionslicht im extremen ultravioletten Spektralbereich, also so genannte EUV-Strahlung, verwendet, dessen mittlere Wellenlänge bei 13,5 nm liegt. Derartige Projektionsbelichtungsanlagen werden daher häufig kurz als EUV-Projektionsbelichtungsanlagen bezeichnet.
Da eine Maske zur Herstellung einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen verwendet wird, wirken sich Fehler in der Maske bzw. in den darauf befindlichen Strukturen fatal auf den gesamten Produktionsprozess der Halbleiterbauelemente aus. Aus diesem Grund muss eine Maske mit entsprechender Sorgfalt hergestellt und die Genauigkeit und Güte der Maskenstruktur vor ihrer Verwendung in einer Projektionsbelichtungsanlage mit besonderem Augenmerk geprüft werden.
Zur Qualitätsüberprüfung der Maske haben sich Analysemethoden etabliert, bei denen ein so genanntes Luftbild der Maske unter den gleichen optischen Bedingungen und unter den gleichen Umgebungsbedingungen erzeugt wird, die in einer Projektionsbelichtungsanlage vorliegen. Dabei wird das Bild der Maske jedoch nicht verkleinert auf einen Wafer, sondern durch eine Abbildungsoptik vergrößert auf einen Detektor, beispielsweise auf einen CCD-Sensor, abgebildet.
Eine solche Anlage zur Erzeugung von Luftbildern der Carl Zeiss AG ist beispielsweise unter dem Namen AIMS^TM (Aerial Image Metrologie System) vom Markt her bekannt. Das erhaltene Luftbild der Maske spiegelt den Ist-Zustand der Maske wider und wird mit einem Simulationsbild, das auf der Grundlage der bekannten und gewünschten Masken-Topografie erstellt werden kann und den Soll-Zustand der Maske vorgibt, verglichen. Dieser Vergleich zeigt vorhandene Fehlstellen in der Maske auf und erlaubt eine Beurteilung, ob die Maske verwendbar ist oder auch, ob vorhandenen Defekte mittels bekannter Reparaturverfahren behoben werden können oder nicht.
Die Aufnahme des Luftbildes der Maske erfolgt in einem Scanbetrieb, bei dem die Maske gegenüber dem Projektionslichtstrahl ausgerichtet und bewegt wird. Damit die Maske insgesamt mit der geforderten Genauigkeit im Raum ausgerichtet und bewegt werden kann, ist sie von einem Maskenträger getragen, der seinerseits mittels Aktuatoren in einer Bewegungsebene durch Überlagerung zweier Translationsbewegungen verfahrbar ist, wobei die beiden Translationsrichtungen senkrecht aufeinander stehen. Dabei bedeutet Überlagerung, dass auch eine Bewegung in nur die eine Translationsrichtung oder in nur die anderen Translationsrichtung möglich ist.
Zwar soll die Bewegung des Maskenträgers mit der Maske nur in dieser Bewegungsebene bewirkt werden. Es kommt jedoch durch äußere Einflüsse und bauliche Toleranzen dazu, dass der Maskenträger seine Position auch in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsebene ändert oder eine Rotation in einem der drei Rotationsfreiheitsgrade des Maskenträgers erfährt, wodurch sich seine Orientierung im Raum ändert. Da sich derartige Positions- oder Orientierungsänderungen des Maskenträgers mit der Maske auf das zu erstellende Luftbild auswirken, muss die Position und Orientierung des Maskenträgers und damit der Maske im Raum überwacht werden.
Dies erfolgt beispielsweise mittels einer Messvorrichtung zur Positionserfassung der eingangs genannten Art, die mit Abstandssensoren arbeitet. Hierzu haben sich Abstandssensoren etabliert, bei denen ein stationärer Messkopf einen Messstrahl erzeugt und mit einer Gegenfläche zusammenarbeitet, die an dem beweglichen Maskenträger angebracht ist und senkrecht zu dem Messstrahl ausgerichtet ist. Beispielsweise kann ein interferometrisches Messsystem genutzt werden.
Bei vom Markt her bekannten Messsystemen ist für jeden Translationsfreiheitsgrad wenigstens eine Messeinheit vorhanden, wobei der zu vermessende Körper entsprechend in drei Raumrichtungen von dem zugehörigen Messkopf flankiert ist. Somit muss in Richtung der Bewegungsebene neben dem Körper Bauraum für wenigstens zwei Sendeeinheiten und in Richtung senkrecht zur Bewegungsebene Bauraum für wenigstens eine Sendeeinheit neben dem Körper vorhanden sein.
Damit jede Messeinheit den Körper in allen Positionen im Raum erfassen kann, hat bei dieser Anordnung jede zu einer Sendeeinheit gehörende Gegenfläche an dem Körper in den beiden anderen Bewegungsrichtungen eine Erstreckung, die der maximalen Bewegungsstrecke des Körpers in diesen Richtungen entspricht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein erste Aspekt der Erfindung befasst sich damit, eine Messvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der benötigte Bauraum reduziert ist, zugleich aber eine hinreichend genaue Positionserfassung aufrechterhalten bleibt.
In diesem Zusammenhang ergibt sich die Schwierigkeit, dass auch eine genaue Positionserfassung nur zu guten Luftbildern führt, wenn die Positionierung der Maske gegenüber der Abbildungs- und Detektionseinheit ebenfalls mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden kann. Die Position und Orientierung der Maske wird in der Regel mit einer Positioniervorrichtung der eingangs genannten Art eingestellt, welche die Tragstruktur antreibt. Dabei werden jedoch Vibrationen der Bauteile, die z. B. durch Aktuatoren verursacht sind, von dem ersten Antriebsglied auf das zweite Antriebsglied und darüber auf die Tragstruktur und weiter auf die Maske übertragen. Grundsätzlich ist jede Art der Störung unerwünscht und störende Vibrationen können auch auf andere Weise und auch durch von der Anlage entfernt vorhandene Quellen verursacht sein, die dann beispielsweise über den Fußboden auf die Anlage übertragen werden. Hierdurch verschlechtert sich jedoch die Aufnahmequalität der erhaltenen Luftbilder, da die Maske dann nicht genau gegenüber der Abbildungs- und Detektionseinheit positioniert und/oder orientiert ist.
Daher befasst sich ein zweiter Aspekt der Erfindung damit, eine Positioniervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche diese Schwierigkeiten beseitigt oder zumindest vermindert.
Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anlage zur Vermessung einer Lithographie-Maske der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche den obigen Gedanken Rechnung trägt.
Im Hinblick auf die Messvorrichtung wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass

c) eine Erstreckung der Messfläche der zweiten Abstandssensoreinrichtung in der ersten Translationsrichtung bei einer Projektion dieser Messfläche in eine Bezugsebene, die senkrecht auf der zweiten Translationsrichtung steht, kleiner ist als die Bewegungsstrecke des Messkörpers in der ersten Translationsrichtung.

Bei der bekannten Anordnung ist die Erstreckung der Messfläche der zweiten Abstandssensoreinrichtung in der ersten Translationsrichtung bei einer Projektion dieser Messfläche in die Bezugsebene stets wenigstens so groß wie die Bewegungsstrecke des Messkörpers in der ersten Translationsrichtung.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine von der bekannten Anordnung abweichende Anordnung der Messfläche und des damit zusammenarbeitenden Messkopfs möglich ist, bei der Bauraum gespart, die Messung jedoch mit ausreichender Genauigkeit durchgeführt werden kann.
Vorzugsweise verläuft die Messfläche der zweiten Abstandssensoreinrichtung gegenüber der Bezugsebene in einem Winkel β, der nicht 0° und nicht 90° beträgt. Dann kann der zugehörige Messkopf in der ersten Translationsrichtung versetzt angeordnet sein. Je größer der Winkel β, desto größer kann dieser Versatz sein. Hierdurch kann Bauraum in Richtung der zweiten Translationsrichtung neben dem Messkörper freigemacht werden, der sonst von dem Messkopf eingenommen wird.
In der Praxis hat es sich als besonders günstig herausgestellt, wenn der Winkel β = 60° ist.
Vorzugsweise ist die Anordnung dabei so, dass der Messkopf und/oder der Messstrahl der zweiten Abstandssensoreinrichtung bei einer Projektion in eine Konturebene, die senkrecht auf der zweiten Translationsrichtung steht, außerhalb der lichten Kontur des Messkörpers angeordnet ist, die sich aus einer Projektion des Messkörpers in diese Konturebene ergibt.
Wenn die Messvorrichtung derart eingerichtet ist, dass außerdem die Orientierung des Messkörpers bezogen auf wenigstens einen Rotationsfreiheitsgrad erfassbar ist, kann vorteilhaft die Lage, also die Kombination der Position und der Orientierung, des Messkörpers im Raum erfasst werden.
Dies kann bei dem Rotationsfreiheitsgrad bezogen auf die Achse der zweiten Bewegungsrichtung des Messkörpers beispielsweise dann erfolgen, wenn

a) die zweite Abstandssensoreinheit wenigstens einen ersten Messkopf und einen zweiten Messkopf umfasst;
b) der erste Messkopf auf einer ersten Seite des Messkörpers angeordnet ist, welcher auf dieser ersten Seite eine erste Messfläche trägt;
c) der zweite Messkopf auf einer zweiten Seite des Messkörpers angeordnet ist, welcher auf dieser zweiten Seite eine zweite Messfläche trägt.

Außerdem ist es für die Lageerfassung günstig, wenn eine dritte Abstandssensoreinrichtung vorhanden ist, mit welcher die Position des Messkörpers bezogen auf eine dritte Translationsrichtung erfassbar ist, die senkrecht auf der ersten und auf der zweiten Translationsrichtung steht, und welche einen Messkopf und eine plane Messfläche am Messkörper umfasst, wobei der Messkopf einen Messstrahl erzeugt, der senkrecht auf die Messfläche auftrifft.
Besonders gute Messungen können erzielt werden, wenn die erste Abstandsensoreinrichtung und/oder die zweite Abstandssensoreinrichtung und/oder gegebenenfalls die dritte Abstandssensoreinrichtung interferometrisch arbeitet.
Im Hinblick auf die Positioniervorrichtung wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass

c) das erste Antriebsglied und das zweite Antriebsglied berührungslos miteinander gekoppelt sind.

Bei einer berührungslosen Kopplung kann erreicht werden, dass eine, beispielsweise eine Schwingung oder Vibration, des ersten Antriebsgliedes sich nicht auf das zweite Antriebsglied überträgt, wodurch sonst eine unerwünschte Bewegung auf die Tragstruktur und damit auf die Maske selbst übertragen wird.
Dabei ist die Kopplung zwischen dem ersten Antriebsglied und dem zweiten Antriebsglied vorzugsweise eine Kraftkopplung, die bevorzugt elektromagnetisch erfolgt.
Hierfür ist es günstig, wenn die Kopplung zwischen dem ersten Antriebsglied und dem zweiten Antriebsglied durch eine oder mehrere Aktuatoreneinheiten bewirkt wird, wobei eine Statoreinheit eines Magnet/Stator-Paares einer Aktuatoreinheit an einem der beiden Antriebsglieder und eine Magneteinheit dieses Magnet/Stator-Paares an dem anderen der beiden Antriebsglieder befestigt ist. Bei einer solchen Anordnung kann des zweite Antriebsglied mechanisch von dem ersten Antriebsglied entkoppelt angetrieben werden, da die Kraft, die bei Bestromung einer Spule als Stator-Einheit auf die Magneteinheit ausgeübt wird, unabhängig von der Relativlage der Magneteinheit zu dieser Stator-Einheit ist. Wenn also das erste Antriebsglied einer Vibration ausgesetzt ist, überträgt sich diese nicht auf das zweite Antriebsglied; dieses kann jedoch dennoch bewegt werden.
Ein günstiges Aktuatorenkonzept ist dabei, wenn

a) eine erste Aktuatoreinheit einen Linearantrieb oder einen Lorentz-Aktuator umfasst, mittels welchem das zweite Antriebsglied gegenüber dem ersten Antriebsglied in einer ersten Translationsrichtung bewegbar ist;
b) eine zweite Aktuatoreinheit einen Linearantrieb oder einen Lorentz-Aktuator umfasst, mittels welchem das zweite Antriebsglied gegenüber dem ersten Antriebsglied in einer zweiten Translationsrichtung bewegbar ist, die senkrecht auf der ersten Translationsrichtung steht.

Linearantriebe und insbesondere eisenlose Linearantriebe sowie Lorentz-Aktuatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Mittels eines Linearantriebs können dabei größere Wegstrecken des zweiten Antriebsgliedes gegenüber dem ersten Antriebsglied in einer Bewegungsrichtung bewirkt werden als es mit einem Lorentz-Aktuator möglich ist.
Wenn

a) die erste Aktuatoreinheit einen Linearantrieb umfasst, der an einem Außenrand des zweiten Antriebsgliedes angreift;
b) die zweite Aktuatoreinheit einen ersten Lorentz-Aktuator und einen zweiten Lorentz-Aktuator umfasst, welche den Linearantrieb symmetrisch flankieren und ebenfalls an dem Außenrand des Antriebsgliedes angreifen,

Um dabei auch einen Antrieb für eine lange Wegstrecke in die zweite Translationsrichtung zu erhalten, ist es günstig, wenn das erste Antriebsglied ein Schlitten ist, welcher in die zweite Translationsrichtung bewegbar gelagert ist.
Bei einem alternativen Konzept ist vorgesehen, dass

a) die erste Aktuatoreinheit einen Lorentz-Aktuator umfasst, der an einem Außenrand des zweiten Antriebsgliedes angreift;
b) die zweite Aktuatoreinheit einen ersten Lorentz-Aktuator und einen zweiten Lorentz-Aktuator umfasst, welche den Lorentz-Aktuator der ersten Aktuatoreinheit symmetrisch flankieren und ebenfalls an dem Außenrand des Antriebsgliedes angreifen.

In diesem Fall erfolgt die Positionierung der Tragstruktur in den beiden Translationsachsen und deren Orientierung bezogen auf eine zu beiden Translationsrichtungen senkrechte Rotationsachse als Feineinstellung nur durch Lorentz-Aktuatoren.
Um auch hier eine grobe Voreinstellung der Position und Orientierung der Tragstruktur vornehmen zu können, ist es günstig, wenn das erste Antriebsglied ein Schlitten ist, welcher in die erste Translationsrichtung und die zweite Translationsrichtung bewegbar gelagert ist.
Bei einem nochmals alternativen Konzept ist vorgesehen, dass

a) die erste Aktuatoreinheit einen Linearantrieb umfasst, der an dem zweiten Antriebsglied aus einer Richtung senkrecht zu einer Bewegungsebene angreift, die senkrecht zur ersten und zur zweiten Translationsrichtung verläuft;
b) die zweite Aktuatoreinheit einen Linearantrieb umfasst, der an dem zweiten Antriebsglied aus einer Richtung senkrecht zu einer Bewegungsebene angreift, die senkrecht zur ersten und zur zweiten Translationsrichtung verläuft.

In diesem Fall können die Kräfte besser auf das zweite Antriebsglied übertragen werden, da kein Angriff von der Seite mehr erfolgt.
Besonders günstig ist die Kräfteverteilung, wenn die erste oder die zweite Aktuatoreinheit einen ersten Linear-Aktuator und einen zweiten Linear-Aktuator umfassen, die so angeordnet sind, dass an das zweite Antriebsglied bezogen auf dessen Schwerpunkt symmetrisch angegriffen wird. Vorzugsweise greifen die Kräfte in der ersten und der zweiten Translationsrichtung im Schwerpunkt des zweiten Antriebsglieds an.
Dabei kann das erste Antriebsglied vorteilhaft ein gegenüber dem zweiten Antriebsglied stationäres Bauteil sein.
Als bauliche Variante kann das erste Antriebsglied eine Trägerbrücke sein, welche das zweite Antriebsglied überspannt.
In diesem Fall kann die erste Aktuatoreinheit einen Linear-Aktuator umfassen, der bezogen auf eine zur Bewegungsebene des zweiten Antriebsgliedes senkrechte Achse koaxial zu dessen Schwerpunkt angreift.
Im Hinblick auf das Metrologiesystem der eingangs genannten Art wird die obige Aufgabe dadurch gelöst, dass

e) das Messsystem eine Messvorrichtung mit einigen oder allen oben dazu erläuterten Merkmalen umfasst; und/oder
f) die Positioniervorrichtung eine Positioniervorrichtung mit einigen oder allen oben dazu erläuterten Merkmalen ist.

Die, Vorteile entsprechen den oben zur Messvorrichtung oder zur Positioniervorrichtung erläuterten Vorteilen.
KÜRZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachfolgend werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
1 einen Schnitt einer Positioniervorrichtung einer Vorrichtung zum Vermessen einer Maske für die Photolithographie entlang der gewinkelten Schnittlinie I-I in 2;
2 einen Schnitt der Positioniervorrichtung von 1 entlang der dortigen gewinkelten Schnittlinie II-II;
3 eine Ansicht von unten auf die Positioniervorrichtung aus Richtung des Pfeils III in 1;
4 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer Aktuatoreinrichtung zur Bewegung eines Maskenträgers in einer Bewegungsebene;
5 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer Aktuatoreinrichtung zur Bewegung des Maskenträgers in der Bewegungsebene;
6 im Schnitt ein drittes und ein viertes Ausführungsbeispiel einer Aktuatoreinrichtung zur Bewegung des Maskenträgers in der Bewegungsebene;
7 eine Draufsicht auf die Aktuatoreinrichtungen nach 6 in teilweiser Durchsicht;
8 im Schnitt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Aktuatoreinrichtung zur Bewegung des Maskenträgers in der Bewegungsebene;
9 eine Draufsicht auf die Bewegungseinrichtungen nach 8 in teilweiser Durchsicht.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In 1 ist eine Positioniervorrichtung 10 eines insgesamt mit 12 bezeichneten Metrologiesystems zum Vermessen einer Lithographie-Maske 14 für eine mikrolithographische EUV-Projektionsbelichtungsanlage gezeigt. Eine solche Maske wird auch als Retikel bezeichnet. Ein in den Figuren gezeigtes Bezugskoordinatensystem sei drehfest mit dem Metrologiesystem 12 verankert, so dass es sich bei dessen Bewegung im Raum mitbewegt. Nachstehend wird von einer Ausrichtung des Metrologiesystems 12 ausgegangen, bei der die positive z-Richtung vertikal nach oben und die xy-Ebene horizontal verlaufen. Die bezogen auf das Bezugskoordinatensystem möglichen drei Translations- und Rotationsfreiheitsgrade werden nachfolgend kurz mit x, y, z und Rx, Ry, Rz bezeichnet. Beispielsweise wird eine Bewegung in eine der beiden möglichen x-Richtungen dabei als x-Bewegung, eine Drehung um eine zur x-Achse parallele Achse als Rx-Rotation bezeichnet.
Das Metrologiesystem 12 umfasst einen evakuierbaren Probenraum 16, der von einem Gehäuse 18 begrenzt wird. In dem Probenraum 16 befindet sich eine lediglich in 1 und dort auch nur gestrichelt und stark schematisch angedeutete Abbildungs- und Detektionseinheit 20. Eine solche Abbildungs- und Detektionseinheit 20 ist an und für sich bekannt und umfasst eine für EUV-Strahlung geeignete Reflexions-Abbildungsoptik 20a, die ein Luftbild auf einen Detektor 20b wie einen EUV-CCD-Detektor abbildet, wozu die Maske 14 mit einer hier nicht eigens gezeigten Beleuchtungseinrichtung mit Projektionslicht im EUV-Bereich bestrahlt wird.
Die Maske 14 ist in einem Maskenträger 22 gelagert, der zum Scannen der Maske 14 gegenüber der Abbildungs- und Detektionseinheit 20 bewegt werden kann. Der Maskenträger 22 umfasst eine Lagerplatte 24, die über eine Verbindungshülse 26 mit einem Tragkörper 28 verbunden ist, der als Tragstruktur für die Maske 14 dient und diese aufnimmt. Das Gehäuse 18 des Probenraums 16 ist nach oben hin offen und weist dort einen Durchgang 30 auf. Die Verbindungshülse 26 des Maskenträgers 22 erstreckt sich derart durch diesen Durchgang 30, dass sich die Lagerplatte 24 außerhalb und der Tragkörper 28 innerhalb des Probenraums 16 befinden. Der Maskenträger 22 weist eine vertikale Hauptachse M auf. In einer Null-Lage des Maskenträgers 22, in welcher dieser koaxial zum Durchgang 30 und gegenüber einer xy-Ebene ausgerichtet ist, verläuft diese Hauptachse M in z-Richtung.
In 3 ist der Maskenträger 22 beispielsweise gegenüber dieser Null-Lage in x- und y-Richtung versetzt gezeigt.
In einem den Durchgang 30 umgebenden Randbereich 32 des Gehäuses 18 ist in an und für sich bekannter Weise ein Luftlager 34 ausgebildet, auf dem die Lagerplatte 24 und damit der gesamte Maskenträger 22 gleitend gelagert ist. Die Lagerplatte 24 ist zugleich ein bewegliches Antriebsglied einer Langweg-Aktuatoreinrichtung 36, mittels welcher der Maskenträger 22 gegenüber dem Gehäuse 18 in den beiden Freiheitsgraden x, y in einer horizontalen xy-Ebene bewegt werden und eine Rz-Rotation durchführen kann.
Die Langweg-Aktuatoreinrichtung 36 dient zur groben Vorpositionierung der Maske 14. Mittels der Langweg-Aktuatoreinrichtung 36 kann der Maskenträger 22 durch eine Überlagerung einer x-Bewegung und einer y-Bewegung in einem Bewegungsfenster von mehreren mm² positioniert werden. Die Endpositionen des Maskenträgers 22 bezogen auf eine Bewegungsstrecke Dx in x-Richtung sind in 1 durch gestrichelt gezeigte Konturbilder K1 und K2 veranschaulicht. Eine entsprechende Bewegungsstrecke Dy kann von dem Maskenträger 22 in y-Richtung zurückgelegt werden (siehe 2). In der Praxis kann der Maskenträger 22 durch die Langweg-Aktuatoreinrichtung 36 beispielsweise in einem Bewegungsfenster von 160 × 160 mm² bewegt werden. Auf Details der Langweg-Aktuatoreinrichtung 36 wird weiter unten nochmals näher eingegangen.
Der Tragkörper 28 begrenzt eine nach unten offene Maskenkammer 38, die in 1 zu erkennen ist, wo ein Teil des Tragkörpers 28 weggebrochen gezeigt ist. In dieser Maskenkammer 38 ist ein Tragrahmen 40, der die Maske 14 aufnimmt, gegenüber dem Tragkörper 28 in allen sechs Freiheitsgraden x, y, z, Rx, Ry, Rz beweglich gelagert.
Um den Tragrahmen 40 mit der Maske 14 zu bewegen, ist der Tragrahmen 40 mit einer zur Feinpositionierung der Maske 14 dienenden Kurzweg-Aktuatoreinrichtung 42 gekoppelt, die ihrerseits an dem Maskenträger 22 verankert ist.
Durch das Zusammenspiel der Langweg-Aktuatoreinrichtung 36 und der Kurzweg-Aktuatoreinrichtung 42 kann die Lage der Maske 14, d. h. die Position und die Orientierung der Maske 14, in den drei Translations-Freiheitsgraden x, y, z auf mindestens 10 nm und idealerweise auf 0,1 nm und in den drei Rotations-Freiheitsgraden Rx, Ry, Rz auf mindestens 10 nrad und idealerweise auf 0,1 nrad genau eingestellt werden. In der Praxis haben sich Genauigkeiten von 1 nm für die Translations-Freiheitsgrade x, y, z und von 1 nrad für die Rotations-Freiheitsgraden Rx, Ry, Rz bewährt.
Um die Position und Orientierung der Maske 14 im Raum bezogen auf definierte Bezugskoordinaten zu erfassen und zu überwachen, umfasst das Metrologiesystem 12 ein Messsystem, welches zwei Lage-Messvorrichtungen 44 und 46 umfasst. Die erste Messvorrichtung 44 dient zur Erfassung der Position und Orientierung des Maskenträgers 22 im Raum bezogen auf die Abbildung- und Detektionseinheit 20, wobei der Tragkörper 28 als Messkörper dient. Die zweite Messvorrichtung 46 dient zur Erfassung der Position und Orientierung des Tragrahmens 40 mit der Maske 14 im Raum bezogen auf den Maskenträger 22 bzw. den Tragkörper 28.
Die erste Messvorrichtung 44 arbeitet mit Abstandssensoren, mit denen der Abstand eines Messkopfes zu einer Gegenfläche am Maskenträger 22 bestimmt werden kann. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind hierzu sechs Interferometereinheiten 48 vorhanden, die in den 1 bis 3 mit 48.1, 48.2, 48.3, 48.4, 48.5 und 48.6 bezeichnet sind. Die Interferometereinheiten 48.1, 48.2, 48.3, 48.4, 48.5 und 48.6 sind an der Abbildung- und Detektionseinheit 20 befestigt, was in den Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht eigens gezeigt ist. Auf diese Weise kann die Position und Orientierung des Tragkörpers 28 und hieraus die Position und Orientierung der Maske 14 gegenüber der Abbildungs- und Detektionseinheit 20 bestimmt werden.
Anstelle von interferometrisch arbeitenden Abstandssensoren können auch andere Sensorprinzipien zum Einsatz kommen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Jede Interferometereinheit 48.1, 48.2, 48.3, 48.4, 48.5, 48.6 umfasst einen Messkopf 50.1, 50.2, 50.3, 50.4, 50.5 bzw. 50.6, aus dem ein Messstrahl 52.1, 52.2, 52.3, 52.4, 52.5 bzw. 52.6 austritt, der nach Reflektion an einer Spiegelfläche wieder in den jeweiligen Messkopf 50.1, 50.2, 50.3, 50.4, 50.5 bzw. 50.6 eintritt.
Bei der ersten Messvorrichtung 44 sind die Messköpfe 50.1, 50.2 der mit 48.1 und 48.2 bezeichneten ersten und zweiten Interferometereinheiten in y-Richtung voneinander beabstandet und geben ihre Messstrahlen 52.1 und 52.2 jeweils in x-Richtung auf einen am Tragkörper 28 des Maskenträgers 22 angebrachten ersten Spiegel 54a ab. Dieser weist als Messfläche eine plane Spiegelfläche 56a auf, die in der oben erläuterten Null-Lage des Maskenträgers 22 originär in einer yz-Ebene verläuft und dann zu den Messstrahlen 52.1, 52.2 senkrecht ist. Mit den Interferometereinheiten 48.1 und 48.2 kann so in an und für sich bekannter Weise die Position des Maskenträgers 22 in einer ersten Bewegungsrichtung, hier der x-Richtung, und dessen Orientierung bezogen auf eine erste Rotationsachse, hier eine Rz-Achse, die parallel zur z-Achse ist, erfasst und überwacht werden.
Unter der Anordnung, nach welcher eine Messfläche senkrecht zu einem Messstrahl verläuft, soll hier und nachfolgend nicht geometrisch, sondern im sensortechnischen Sinne verstanden werden, dass der Messstrahl stets so auf den zugehörigen Messkopf zurückreflektiert wird, dass der reflektierte Strahl von dem Messkopf erfasst werden kann. Es versteht sich, dass dies beispielsweise für die Interferometereinheiten 48.1 und 48.2 auch dann der Fall sein muss und ist, wenn der Maskenträger 22 beispielsweise gegenüber der Null-Lage eine leichte Rz-Rotation durchgeführt hat, die mittels der Interferometereinheiten 48.1 und 48.2 erfasst werden kann. In diesem Fall verläuft die Messfläche 56a geometrisch tatsächlich nicht mehr senkrecht zu den Messstrahlen 52.1 und 52.2. In der Praxis werden bevorzugt Plan-Spiegel-Interferometer verwendet, wie sie an und für sich bekannt sind. Diese lassen eine Verdrehung des Messkopfes gegenüber der Messfläche zu.
Dabei sind die Messköpfe 50.1 und 50.2 bzw. zumindest die Messstrahlen 52.1, 52.2 bei einer Projektion in eine yz-Konturebene innerhalb der lichten Kontur des Tragkörpers 28 angeordnet, die sich aus einer Projektion des Tragkörpers 28 in diese yz-Konturebene ergibt. Allgemein ausgedrückt ist die Konturebene eine Ebene, die senkrecht auf der durch die betrachteten Interferometereinheiten 48.1, 48.2 erfassbare Messrichtung steht, die hier durch die x-Richtung vorgegeben ist.
Mit der dritten und der vierten Interferometereinheit 48.3 und 48.4 kann die Position des Maskenträgers 22 in einer zweiten Bewegungsrichtung, hier der z-Richtung, und dessen Orientierung bezogen auf eine zweite (Ry-)Rotationsachse, die hier parallel zur y-Achse ist, erfasst und überwacht werden.
Bei der dritten und bei der vierten Interferometereinheiten 48.3 und 48.4 definiert die xy-Ebene eine Ebene, die senkrecht auf der erfassbaren Messrichtung, hier der z-Richtung, steht. Abweichend von dem Prinzip bei der ersten und zweiten Interferometereinheit 48.1 und 48.2 sind die Messköpfe 50.3 und 50.4 bzw. die Messstrahlen 52.3, 52.4 der Interferometereinheiten 48.3 und 48.4 bei einer Projektion in eine xy-Konturebene nicht innerhalb der lichten Kontur des Tragkörpers 22 angeordnet, die sich aus einer Projektion des Tragkörpers 28 in diese xy-Konturebene ergibt. Vielmehr befinden sich die Messköpfe 50.3 und 50.4 bzw. die Messstrahlen 52.3, 52.4 außerhalb dieser lichten Kontur. Darüber hinaus sind der Messkopf 50.3 auf einer ersten Seite 28a und der Messkopf 50.4 auf einer der ersten Seite 28a gegenüberliegenden Seiten 28b des Tragkörpers 28 angeordnet.
Die Messköpfe 50.3, 50.4 der dritten und vierten Interferometereinheiten 48.3 und 48.4 geben ihre Messstrahlen 52.3 und 52.4 jeweils in eine Richtung auf einen am Tragkörper 28 des Maskenträgers 22 angebrachten zweiten Spiegel 54b bzw. dritten Spiegel 54c ab, die auf den gegenüberliegenden Seiten 28a, 28b des Tragkörpers 28 angeordnet sind. Die Messstrahlen 52.3 und 52.4 der dritten und vierten Interferometereinheiten 48.3 und 48.4 verlaufen dabei in einem von 0° und 90° verschiedenen Winkel α zur xy-Ebene. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Winkel α = 30° bezogen auf die xy-Ebene.
Der zweite und dritte Spiegel 54b, 54c haben als Messflächen plane Spiegelflächen 56b bzw. 56c, die zum jeweils zugehörigen Messkopf 50.3 bzw. 50.4 weisen und in der Null-Lage des Maskenträgers 22 gegenüber der xy-Ebene in einem Winkel β = (90° – α) verlaufen, der also ebenfalls nicht 0° und nicht 90° beträgt, so dass die Messstrahlen 52.3 und 52.4 dann jeweils im rechten Winkel auf die Spiegelflächen 56b bzw. 56c auftreffen und dort reflektiert werden.
Die Anordnung der fünften und sechsten Interferometereinheiten 48.5 und 48.6 entspricht dagegen wieder dem Aufbau der ersten und zweiten Interferometereinheiten 48.1 und 48.2. Dementsprechend sind die Messköpfe 50.5, 50.6 6 nun in z-Richtung voneinander beabstandet und geben ihre Messstrahlen 52.5 und 52.6 jeweils in y-Richtung auf einen vierten Spiegel 54d ab, der am Tragkörper 28 des Maskenträgers 22 angebracht ist. Der vierte Spiegel 54d weist als Messfläche eine plane Spiegelfläche 56d auf, die in der Null-Lage des Maskenträgers 22 originär in einer xz-Ebene verläuft und dann zu den Messstrahlen 50.5, 50.6 senkrecht ist. Mit den Interferometereinheiten 48.5 und 48.6 kann so in an und für sich bekannter Weise die Position des Maskenträgers 22 in einer dritten Bewegungsrichtung, hier der y-Richtung, und dessen Orientierung bezogen auf eine dritte (Rx-)Rotationsachse, die hier parallel zur x-Achse ist, erfasst und überwacht werden.
Dabei sind die Messköpfe 50.5 und 50.6 bzw. die Messstrahlen 52.5, 52.6 wieder bei einer hier entsprechenden Projektion in eine xz-Ebene innerhalb der lichten Kontur des Tragkörpers 22 oder auch des Maskenträgers 22 angeordnet, die sich aus einer Projektion des Maskenträgers 22 in diese xz-Ebene ergibt. Allgemein ausgedrückt ist die xz-Ebene auch hier eine Ebene, die senkrecht auf der durch die betrachteten Interferometereinheit 48.3, 48.4 erfassbare Messrichtung steht, die hier durch die x-Richtung vorgegeben ist.
Bei der hier beschriebenen Anordnung der Spiegelflächen 56c und 56d der dritten und vierten Interferometereinheiten 48.3, 48.4, welche die z-Translation und Ry-Rotation des Maskenträgers 22 überwachen, müssen deren Messköpfe 50.3 und 50.4 nicht unter- oder oberhalb des Maskenträgers 22 angeordnet sein, um dessen z-Bewegung und Ry-Rotation zu erfassen und zu überwachen.
Bei einer z-Bewegung des Maskenträgers 22 oder bei dessen Ry-Rotation verändert sich der Abstand zwischen den Messköpfen 50.3 und 50.4 und den zugehörigen Spiegelflächen 56b und 56c nicht in dem Ausmaß, wie sich der Abstand zwischen den Messköpfen 50.1, 50.2 bzw. 50.5, 50.6 und den zugehörigen Spiegelflächen 56a bzw. 56d bei einer x- bzw. y-Bewegung des Maskenträgers 22 oder einer Rotation um die erste (Rz-)Rotationsachse bzw. um die dritte (Rx-)Rotationsachse verändert.
Dies geht zwar zu Lasten der Auflösung, mit der eine Translationsbewegung des Maskenträgers 22 in z-Richtung oder dessen Rotation um die zweite (Ry-)Rotationsachse gegenüber den Bewegungen des Maskenträgers 22 in den anderen Freiheitsgraden x, y, Rx, Rz erfasst werden kann.
Durch die Anordnung und Geometrie der Interferometereinheiten 48.3 und 48.4 wird jedoch Bauraum ober- oder unterhalb des Maskenträgers 22 gewonnen bzw. eingespart, da dort nun keine Messköpfe angeordnet werden müssen.
Insgesamt ist die erzielbare Auflösung für die Translationsbewegung des Maskenträgers 22 in z-Richtung oder dessen Rotation um die zweite (Ry-)Rotationsachse jedoch ausreichend, um die Position und Orientierung in z-Richtung und bezogen auf die Ry-Rotationsachse der Maske 14 für den Scanvorgang des Metrologiesystems 12 hinreichend exakt zu ermitteln.
Bei der oben erläuterten Konfiguration ist die x-Richtung ein Beispiel für eine erste Translationsrichtung und die z-Richtung ein Beispiel für eine zweite Translationsrichtung, in welche der Maskenträger 22 und damit der Tragkörper 28 bewegt werden kann. Die Interferometereinheiten 48.1 und 48.2 sind also ein Beispiel für eine erste Abstandssensoreinrichtung, mit welcher eine Bewegung des Maskenträgers 22 in die erste Translationsrichtung x erfasst werden kann. Entsprechend sind die Interferometereinheiten 48.3 und 48.4 ein Beispiel für eine zweite Abstandssensoreinrichtung, mit welcher eine Bewegung des Maskenträgers 22 in die zweite Translationsrichtung z erfasst werden kann.
Dabei ist eine Erstreckung LM der Spiegelflächen 56b und 56c in der ersten Translationsrichtung x bei einer Projektion der Spiegelflächen 56b und 56c in eine Bezugsebene, die senkrecht auf der zweiten Translationsrichtung z steht, kleiner als die Bewegungsstrecke Dx des Maskenträgers 22 in der ersten Translationsrichtung x. Dies insbesondere aus 1 ersichtlich. Diese Bezugsebene ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine xy-Ebene.
Auch die zweite Messvorrichtung 46 zur Erfassung der Position und Orientierung des Tragrahmens 40 mit der Maske 14 im Raum bezogen auf den Maskenträger 22 bzw. den Tragkörper 28 arbeitet mit Abstandssensoren. Dort wird der Abstand eines Messkopfes zu einer Gegenfläche am Tragrahmen 40 oder gegebenenfalls an der Maske 14 selbst bestimmt.
Auch die zweite Messvorrichtung 46 kann interferometrisch arbeiten. Hierbei sind wieder sechs Interferometereinheiten vorhanden, um die Bewegung des Tragrahmens 40 bzw. der Maske 14 in allen sechs Freiheitsgraden x, y, z, Rx, Ry, Rz zu erfassen und zu überwachen. Auch hier können alternative Abstandssensoren verwendet werden, wobei als Beispiel induktive oder kapazitive Abstandssensoren genannt seien.
Die Abstandssensoren, d. h. die Interferometereinheiten 48, der ersten Messvorrichtung 44 und die Abstandssensoren der zweiten Messvorrichtung 46 kommunizieren mit einer nur in 1 gezeigten Steuer- und Regeleinheit 58, was in 1 durch gepunktete Linen angedeutet ist. Die Steuer- und Regeleinheit 58 wertet die von den Abstandssensoren erhaltenen Signale aus und steuert die Aktuatoreinrichtungen 36 und 42 auf der Basis dieser Signale in Verbindung mit vorgegebenen Steuerparametern an, um die Position und Orientierung der Maske 14 gegenüber der Abbildungs- und Detektionseinheit 20 beim Positionier- oder Scanvorgang korrekt einzustellen.
In 4 ist nun ein erstes Ausführungsbeispiel der Langweg-Aktuatoreinrichtung 36 gezeigt. Diese umfasst einen Primärschlitten 60, der in einer Lagereinheit 62 gelagert ist und in dieser mittels eines Stellmotors 64 in y-Richtung verfahren werden kann.
Der Primärschlitten 60 bildet ein erstes Antriebsglied und ist berührungslos, d. h. ohne direkte mechanische Verbindung, mit der Lagerplatte 24 des Maskenträgers 22 gekoppelt. Die Lagerplatte 24 dient somit als zweites Antriebsglied und ist als solches relativ zu dem ersten Antriebsglied bewegbar und mit dem Tragkörper 28 verbunden.
Die berührungslose Kopplung zwischen dem Primärschlitten 60 und der Lagerplatte 24 wird durch eine Kraftkopplung verwirklicht. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Kraftkopplung elektromagnetisch, wofür zwei Aktuatoreneinheiten vorhanden sind. Eine erste Aktuatoreinheit liegt als Linearantrieb, hier als eisenloser Linearantrieb in Form eines Linear-Aktuators 66 vor, der symmetrisch von einem ersten Lorentz-Aktuator 68 und einem zweiten Lorentz-Aktuator 70 flankiert ist, die gemeinsam eine zweite Aktuatoreinheit bilden. Linearantriebe und insbesondere eisenlose Linearantriebe sowie Lorentz-Aktuatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Mittels des Linearantriebs 66 kann die Lagerplatte 24 in x-Richtung bewegt werden. Hierzu greift der Linearantrieb 66 an einem Außenrand 24a der Lagerplatte 24 an, wo diese eine Linear-Magneteinheit 72 trägt, die als Linearläufer berührungslos mit einer Linear-Statoreinheit in Form einer Spule 74 zusammenarbeitet, die starr am Primärschlitten 60 befestigt ist.
Die Polung der Linear-Magneteinheit 72 und die Ausrichtung der Spule 74 sind dabei so gewählt, dass auf die Linear-Magneteinheit 72 abhängig von der Bestromung der Spule 74 eine Kraft in eine der beiden x-Richtungen ausgeübt wird, wodurch der mit der Linear-Magneteinheit 72 verbundene Maskenträger 22 in die entsprechende Richtung bewegt wird. Die Bewegungsstrecke Dx, die Maskenträgers 22 in x-Richtung zurücklegen kann, ist dabei entsprechend durch die Länge der Linear-Magneteinheit 72 in x-Richtung vorgegeben.
Der Primärschlitten 60 und der Linearantrieb 66 ermöglichen eine Bewegung des Maskenträgers 22 in dem oben angesprochenen Bewegungsfenster von 160 × 160 mm² in x- und y-Richtung. Bei einer anderen Auslegung des Primärschlittens 60 und des Linearantriebs 66 kann der Maskenträger 22 analog auch in anderen Bewegungsfenstern bewegt werden.
Die Position des Maskenträgers 22 in x-Richtung kann durch die erste Aktuatoreinheit, d. h. durch den Linerantrieb 66 auf 1 nm genau eingestellt werden. Der Primärschlitten 60 kann mittels des Stellmotors 64 jedoch nur beträchtlich ungenauer bewegt werden.
Mittels der zweiten Aktuatoreinheit, d. h. mittels des ersten und des zweiten Lorentz-Aktuators 68 und 70 kann daher darüber hinaus eine Feinbewegung des Maskenträgers 22 mittels der Langweg-Aktuatoreinrichtung 36 erzielt werden, durch die der Maskenträger 22 in dem Translations-Freiheitsgrad y auf 1 nm genau und in dem Rotations-Freiheitsgrad Rz auf 1 nrad genau ausgerichtet werden kann.
Hierzu greifen der erste und der zweite Lorentz-Aktuator 68, 70 an dem Rand 24a der Lagerplatte 24 an. Dabei umfasst der erste Lorentz-Aktuator 68 eine erste Lorentz-Magneteinheit 76, die starr am Rand 24a mit der Lagerplatte 24 verbunden und neben der Linear-Magneteinheit 72 angeordnet ist und als Läufer mit einer ersten Lorentz-Statoreinheit in Form einer Spule 78 am Primärschlitten 60 zusammenarbeitet. Analog hierzu umfasst der zweite Lorentz-Aktuator 70 eine entsprechende zweite Lorentz-Magneteinheit 80, die auf der von der Lorentz-Magneteinheit 76 abliegenden Seite der Linear-Magneteinheit 72 starr am Rand 24a mit der Lagerplatte 24 verbunden ist, so dass die Linear-Magneteinheit 72 von den beiden Lorentz-Magneteinheiten 76 und 80 auf derselben Seite der Lagerplatte 24 flankiert ist. Die zweite Lorentz-Magneteinheit 80 des zweiten Lorentz-Aktuators 70 arbeitet als Läufer mit einer entsprechenden zweiten Lorentz-Statoreinheit in Form einer Spule 82 am Primärschlitten 60 zusammen.
Die Polung der Lorentz-Magneteinheiten 76 und 80 und die Ausrichtung der zugehörigen Spulen 78 und 82 sind dabei so gewählt, dass auf die Lorentz-Magneteinheiten 76, 80 abhängig von der Bestromung der Spulen 78, 82 eine Kraft in eine der beiden y-Richtungen ausgeübt wird, wodurch die mit der Lorentz-Magneteinheiten 76 und 80 verbundene Maskenträger 22 in die entsprechende Richtung bewegt wird. Wenn die Bestromung der Spulen 78, 82 unterschiedlich erfolgt, wirken unterschiedliche Kräfte auf die Lagerplatte 24 ein, so dass der Maskenträger 22 insgesamt um eine z-Achse rotiert.
Die Erstreckung der Lorentz-Magneteinheiten 76, 80 in y-Richtung gibt entsprechend die jeweils mögliche Bewegungsstrecke Dy des Maskenträgers 22 in y-Richtung gegenüber dem Primärschlitten 60 vor.
Die beiden Lorentz-Magneteinheiten 76 und 80 haben in x-Richtung dieselbe Länge wie die Linear-Magneteinheit 72 des Linearantriebs 66. In der Null-Lage des Maskenträgers 22 sind die Spule 74 und die beiden Lorentz-Statoreinheiten 78, 82 jeweils mittig über der zugehörigen Magneteinheit 72 bzw. 76 und 80 angeordnet. So können die beiden Lorentz-Aktuatoren 68, 70 über die gesamte Bewegungsstrecke Dx des Maskenträgers 22 in x-Richtung dessen Bewegung in y-Richtung oder dessen Rz-Rotation bewirken.
Der Maskenträger 22 ist somit insgesamt nur durch das Luftlager 34 sowie über die Kraftkopplung zu dem Primärschlitten 60 gelagert. Hierdurch ist der Maskenträger 22 und damit auch die von diesem getragene Maske 14 von dem Gehäuse 18 und den weiteren Komponenten des Metrologiesystems 12 entkoppelt. Eine Vibration beispielsweise des Gehäuses 18 wird so nicht auf den Maskenträger 22 übertragen. Die Kräfte, die durch die Aktuatoren 66, 68 und 70 auf die Lagerplatte 24 ausgeübt werden, sind unabhängig von einer Veränderung der Relativlage der Spulen 74, 78 und 82 zu den zugehörigen Magneteinheiten 72, 76, 80, die bei einer Vibration erfolgt.
Der zwischen den Spulen 74, 78 und 82 zu den zugehörigen Magneteinheiten 72, 76, 80 erforderliche Luftspalt wird durch das Luftlager 34 aufrechterhalten, auch wenn die Spulen 74, 78, 82 nicht bestromt werden, wenn der Maskenträger 22 seine gewünschte Soll-Lage eingenommen hat.
In 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Langweg-Aktuatoreinrichtung 36 gezeigt. Dort sind Komponenten, die bereits vorhergehend erläutert wurden, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Dort ist die Lagereinheit 62 Teil eines Sekundärschlittens 84, der seinerseits in einer Lagereinheit 86 gelagert ist und in dieser mittels eines Stellmotors 88 in x-Richtung verfahren werden kann. Insgesamt kann der Primärschlitten auf diese Weise in x-Richtung und y-Richtung bewegt werden. Dabei wird die Position des Primärschlittens 60 und hierüber die Position des Maskenträgers 22 mittels der Stellmotoren 64 und 88 in der xy-Ebene grob eingestellt.
Für die Feineinstellung der y-Position und der Rz-Rotation des Maskenträgers 22 sind wieder der erste und der zweite Lorentz-Aktuator 68, 70 vorgesehen. Um nun auch in x-Richtung eine Feineinstellung des Maskenträger 22 vornehmen zu können, ist als erste Aktuatoreinheit anstelle des Linearantriebs 66 ein dritter Lorentz-Aktuator 90 vorgesehen, der eine Lorentz-Magneteinheit 92 an der Lagerplatte 24 und eine Lorentz-Statoreinheit in Form einer Spule 94 an dem Primärschlitten 60 umfasst.
Die Polung dieser Lorentz-Magneteinheit 92 und die Ausrichtung der zugehörigen Spulen 94 sind entsprechend so gewählt, dass auf die Lorentz-Magneteinheit 92 abhängig von der Bestromung der Spule 94 eine Kraft in eine der beiden x-Richtungen ausgeübt wird, wodurch der Maskenträger 22 in die entsprechende Richtung bewegt wird.
Bei beiden oben erläuterten Ausführungsbeispielen der Langweg-Aktuatoreinrichtung 36 greifen die beiden für die x-Translation und die Rz-Rotation zuständigen Lorentz-Aktuatoren 68 und 70 sowie der Linearantrieb 66 oder der dritte Lorentz-Aktuator 90 jeweils am Rand 24a der Lagerplatte 24 und bezogen auf die Rotationsachse Rz verhältnismäßig weit vom Schwerpunkt S entfernt an, der in den 4 bis 7 symbolisiert ist.
Hierdurch kann es zu Ungenauigkeiten bei der x- oder y-Bewegung des Maskenträgers 22 oder dessen Rz-Rotation kommen.
Die 6 und 7 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der Langweg-Aktuatoreinrichtung 36, welches dies berücksichtigt. Dort sind Komponenten, die bereits vorhergehend erläutert wurden, wieder mit denselben Bezugszeichen versehen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Langweg-Aktuatoreinrichtung 36 drei Linear-Aktuatoren 96, 98 und 100 mit jeweils einem Magnet/Stator-Paar, d. h. einem Magnet/Spulen-Paar 102, 104 bzw. 106, von denen der Linear-Aktuator 100 als erste Aktuatoreinheit eine x-Bewegung des Maskenträgers 22 und die beiden Linear-Aktuatoren 96, 98 als zweite Aktuatoreinheit eine y-Bewegung und/oder Rz-Rotation und bewirken. Die Spulen sind dabei jeweils radial außen neben dem Randbereich 32 mit dem Luftlager 34 in dem Gehäuse 18 angeordnet, wogegen die Magneteinheiten auf der zum Gehäuse 18 weisenden Seite der Lagerplatte 24 des Maskenträgers 22 vorhanden sind.
Dabei sind die beiden Linear-Aktuatoren 96 und 98 in x-Richtung symmetrisch neben dem Schwerpunkt S des Maskenträgers 22 angeordnet. Hierdurch werden die Kräfte bei aktiven Linear-Aktuatoren 96, 98 gleichmäßiger auf die Lagerplatte 24 und damit auf den Maskenträger 22 übertragen.
Bei einer Abwandlung kann die erste Aktuatoreinheit einen weiteren Linear-Aktuator 108 mit einem Magnet/Spulenpaar 110 umfassen sein, welcher in 7 mit länger gestrichelten Linien angedeutet ist und wie der Linear-Aktuator 100 eine x-Bewegung des Maskenträgers 22 auslösen kann. Dieser Linear-Aktuator 108 ist so gegenüber von dem Linear-Aktuator 102 angeordnet, dass auch hier eine zum Schwerpunkt S symmetrische Kraftbeaufschlagung für eine x-Bewegung des Maskenträgers 22 erfolgen kann.
Bei diesen Ausführungsbeispielen bildet das Gehäuse 18 des Metrologiesystems 12 das erste Antriebsglied, welches in diesem Fall ein gegenüber der Lagerplatte 24 stationäres Bauteil ist und berührungslos, d. h ohne direkte mechanische Verbindung, mit der Lagerplatte 24 des Maskenträgers 22 gekoppelt ist. Die Lagerplatte 24 dient somit wieder als entsprechendes zweites Antriebsglied und ist als solches relativ zu dem ersten Antriebsglied bewegbar und mit dem Tragkörper 28 verbunden.
In den 8 und 9 ist eine Abwandlung dieses Konzepts für die Langweg-Aktuatoreinrichtung 36 gezeigt. Dort überspannt eine Trägerbrücke 112 die Lagerplatte 24 des Maskenträgers 22 über dessen Schwerpunkt S hinweg. Dort ist die Trägerbrücke 112 das erste Antriebsglied, welches ebenfalls ein gegenüber der Lagerplatte 24 stationäres Bauteil ist.
Es sind wieder drei Linear-Aktuatoren 96, 98 und 100 vorhanden, von denen die beiden Linear-Aktuatoren 96, 98 eine y-Bewegung und/oder Rz-Rotation und der Linear-Aktuator 100 eine x-Bewegung des Maskenträgers 22 bewirken. Die Spulen der Linear-Aktuatoren 96 und 98 sind nun jeweils radial außen am Rand der Lagerplatte 24 auf deren zur Trägerbrücke 112 weisenden Seite und wieder in x-Richtung symmetrisch zum Schwerpunkt S vorgesehen. Die zugehörigen Magneteinheiten sind von der Trägerbrücke 112 auf deren zur Lagerplatte 24 weisenden Seite getragen.
Die zum Magnet/Spulenpaar 106 gehörende Spule des Linear-Aktuators 100 für eine Bewegung in x-Richtung ist dagegen konzentrisch zum Schwerpunkt S des Maskenträgers 22 angeordnet. Die zugehörige Magneteinheit ist entsprechend mittig über der Spule des Linear-Aktuators 100 von der Trägerbrücke 112 gehalten. Hierdurch greift der Linear-Aktuator 100 bezogen auf eine zur xy-Bewegungsebene der Lagerplatte 24 senkrechte Achse koaxial zu deren Schwerpunkt (S) an.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den 6 bis 9 greifen die involvierten Aktuatoren somit an der Lagerplatte 24 aus einer Richtung senkrecht zu deren Bewegungsebene xy an. Bei den Ausführungsbeispielen nach den 6 und 7 greifen die beteiligten Aktuatoren von unten, bei den Ausführungsbeispielen nach den 8 und 9 von oben an.
Bei allen oben erläuterten Ausführungsbeispielen wird die Ist-Position und Ist-Orientierung der Maske 14 wird beim Scanvorgang mittels der Messvorrichtungen 44 und 46 erfasst und mittels der Steuer- und Regeleinheit 58 mit der jeweils vorgegebenen Soll-Position und Soll-Orientierung verglichen.
Bei einer Abweichung von der Soll-Position und/oder Soll-Orientierung der Maske 14 werden die entsprechenden Aktuatoren der Langweg-Aktuatoreinrichtung 36 oder der Kurzweg-Aktuatoreinrichtung 42 entsprechend angesteuert. Auch wenn die Lorentz-Aktuatoren 68, 70 und gegebenenfalls 90 eine Positionierung auf 1 nm bzw. 1 nrad genau erlauben, wird die endgültig Lage des Maskenträgers 22 durch das Zusammenspiel der Langweg-Aktuatoreinrichtung 36 und der Kurzweg-Aktuatoreinrichtung 42 eingestellt.
Obwohl der Maskenträger 22 durch die Langweg-Aktuatoreinrichtung 36 nur in einer xy-Ebene bewegt werden kann, so kann es durch Toleranzen und äußere Einflüsse dazu kommen, dass der Maskenträger 22 sich auch in z-Richtung bewegt, was durch die beiden Interferometereinheiten 48.3 und 48.4 erfasst wird. Da sich Abweichungen von der Soll-Position in z-Richtung lediglich im nm-Bereich bewegen, reicht es aus, dass nur bei der Kurzweg-Aktuatoreinrichtung 42 ein Aktuator vorhanden ist, mittels welchem die Maske 14 in z-Richtung bewegt werden kann.
Die Kurzweg-Aktuatoreinrichtung 42 umfasst dabei insgesamt sechs Aktuatoren, die hier nicht eigens gezeigt sind und durch welche der Tragrahmen 40 in allen sechs Freiheitsgraden x, y, z, Rx, Ry, Rz bewegt werden kann. Der Bewegungsbereich des Tragrahmens 40 beträgt in der Praxis in den drei Translations-Freiheitsgraden x, y, z jeweils etwa 1 mm bei einer Auflösung von mindestens 10 nm. Die Aktuatoren der Kurzweg-Aktuatoreinrichtung 42 arbeiten ebenfalls kraftgekoppelt, so dass Störungen, wie beispielsweise Vibrationen, aus dem Maskenträger 22 nicht auf den Tragrahmen 40 übertragen werden.
Eine mögliche Anordnung der sechs Aktuatoren umfasst z. B. drei Aktuatoren in z-Richtung und drei Aktuatoren, die in tangentialer Richtung in der xy-Ebene an dem Tragrahmen 40 angreifen. Da in diesem Fall die drei z-Aktuatoren das Gewicht des Tragrahmens 40 und der Maske 14, das etwa 1 g beträgt, tragen müssten, sind zur Lastaufnahme in z-Richtung nicht eigens gezeigte weiche Federeinheiten vorhanden. Derartige Federeinheiten können beispielsweise durch an und für sich bekannte Luftfedern oder Magnetanordnungen gebildet sein.

Claims

Messvorrichtung zur Erfassung der Position eines Messkörpers (28), der in einer ersten Translationsrichtung (x) über eine Bewegungsstrecke (Dx) bewegbar ist, mit a) einer ersten Abstandssensoreinrichtung (48.1, 48.2), mit welcher die Position des Messkörpers (28) bezogen auf die erste Translationsrichtung (x) erfassbar ist und welche einen Messkopf (50.1, 50.2) und eine plane Messfläche (56a) am Messkörper (28) umfasst, wobei der Messkopf (50.1, 50.2) einen Messstrahl (52.1, 52.2) erzeugt, der senkrecht auf die Messfläche (56a) auftrifft; b) einer zweiten Abstandssensoreinrichtung (48.3, 48.4), mit welcher die Position des Messkörpers (28) bezogen auf eine zweite Translationsrichtung (z) erfassbar ist, die senkrecht auf der ersten Translationsrichtung (x) steht, und welche einen Messkopf (50.3, 50.4) und eine plane Messfläche (56b, 56c) am Messkörper (28) umfasst, wobei der Messkopf (50.3, 50.4) einen Messstrahl (52.3, 52.4) erzeugt, der senkrecht auf die Messfläche (56b, 56c) auftrifft, dadurch gekennzeichnet, dass c) eine Erstreckung (LM) der Messfläche (56b, 56c) der zweiten Abstandssensoreinrichtung (48.3, 48.4) in der ersten Translationsrichtung (x) bei einer Projektion dieser Messfläche (56b, 56c) in eine Bezugsebene (xy), die senkrecht auf der zweiten Translationsrichtung (z) steht, kleiner ist als die Bewegungsstrecke (Dx) des Messkörpers (28) in der ersten Translationsrichtung (x).
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messfläche (56b, 56c) der zweiten Abstandssensoreinrichtung (48.3, 48.4) gegenüber der Bezugsebene (xy) in einem Winkel β verläuft, der nicht 0° und nicht 90° beträgt.
Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel β = 60° ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (50.3, 50.4) und/oder der Messstrahl (52.3, 52.4) der zweiten Abstandssensoreinrichtung (48.3, 48.4) bei einer Projektion in eine Konturebene (xy), die senkrecht auf der zweiten Translationsrichtung (z) steht, außerhalb der lichten Kontur des Messkörpers (28) angeordnet ist, die sich aus einer Projektion des Messkörpers (28) in diese Konturebene (xy) ergibt.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (44) derart eingerichtet ist, dass außerdem die Orientierung des Messkörpers (28) bezogen auf wenigstens einen Rotationsfreiheitsgrad (Rx, Ry, Rz) erfassbar ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass a) die zweite Abstandssensoreinheit (48.3, 48.4) wenigstens einen ersten Messkopf (50.3) und einen zweiten Messkopf (50.4) umfasst; b) der erste Messkopf (50.3) auf einer ersten Seite (28a) des Messkörpers (28) angeordnet ist, welcher auf dieser ersten Seite (28) eine erste Messfläche (56b) trägt; c) der zweite Messkopf (50.4) auf einer zweiten Seite (28b) des Messkörpers (28) angeordnet ist, welcher auf dieser zweiten Seite (28b) eine zweite Messfläche (56c) trägt.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Abstandssensoreinrichtung (48.5, 48.6) vorhanden ist, mit welcher die Position des Messkörpers (28) bezogen auf eine dritte Translationsrichtung (y) erfassbar ist, die senkrecht auf der ersten und auf der zweiten Translationsrichtung (X, z) steht, und welche einen Messkopf (50.5, 50.6) und eine plane Messfläche (56d) am Messkörper (28) umfasst, wobei der Messkopf (50.5, 50.6) einen Messsstrahl (52.5, 52.6) erzeugt, der senkrecht auf die Messfläche (56d) auftrifft.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abstandsensoreinrichtung (48.1, 48.2) und/oder die zweite Abstandssensoreinrichtung (48.3, 48.4) und/oder bei Rückbezug auf Anspruch 7 die dritte Abstandssensoreinrichtung (48.5, 48.6) interferometrisch arbeitet.
Positioniervorrichtung zum Positionieren einer Tragstruktur (28) für eine Lithographie-Maske (14) mit a) einem ersten Antriebsglied (60; 18; 112); b) einem zweiten Antriebsglied (24), welches relativ zu dem ersten Antriebsglied (60; 18; 112) bewegbar und mit der Tragstruktur (28) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass c) das erste Antriebsglied (60; 18; 112) und das zweite Antriebsglied (24) berührungslos miteinander gekoppelt sind.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung zwischen dem ersten Antriebsglied (60; 18; 112) und dem zweiten Antriebsglied (24) eine Kraftkopplung ist.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftkopplung elektromagnetisch erfolgt.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung zwischen dem ersten Antriebsglied (60; 18; 112) und dem zweiten Antriebsglied (24) durch eine oder mehrere Aktuatoreneinheiten (66; 68, 70; 90; 96, 98; 100; 100, 108) bewirkt wird, wobei eine Statoreinheit eines Magnet/Stator-Paares (72/74; 76/78, 80/82; 92/94; 102, 104; 106; 106, 110) einer Aktuatoreinheit (66; 68, 70; 90; 96, 98; 100; 100, 108) an einem (60, 24; 18, 24; 112, 24) der beiden Antriebsglieder (60, 24; 18, 24; 112, 24) und eine Magneteinheit dieses Magnet/Stator-Paares (72/74; 76/78, 80/82; 92/94; 102, 104; 106; 106, 110) an dem anderen (24, 60; 24, 18; 24, 112) der beiden Antriebsglieder (60, 24; 18, 24; 112, 24) befestigt ist.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine erste Aktuatoreinheit einen Linearantrieb (66; 100; 100, 108) oder einen Lorentz-Aktuator (90) umfasst, mittels welchem das zweite Antriebsglied (24) gegenüber dem ersten Antriebsglied (60; 18, 112) in einer ersten Translationsrichtung (x) bewegbar ist; b) eine zweite Aktuatoreinheit einen Linearantrieb (96, 98) oder einen Lorentz-Aktuator (68, 70) umfasst, mittels welchem das zweite Antriebsglied (24) gegenüber dem ersten Antriebsglied (60; 18; 112) in einer zweiten Translationsrichtung (y) bewegbar ist, die senkrecht auf der ersten Translationsrichtung (x) steht.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass a) die erste Aktuatoreinheit einen Linearantrieb (66) umfasst, der an einem Außenrand (24a) des zweiten Antriebsgliedes (24) angreift; b) die zweite Aktuatoreinheit einen ersten Lorentz-Aktuator (68) und einen zweiten Lorentz-Aktuator (70) umfasst, welche den Linearantrieb (66) symmetrisch flankieren und ebenfalls an dem Außenrand (24a) des Antriebsgliedes (24) angreifen.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebsglied (60) ein Schlitten ist, welcher in die zweite Translationsrichtung (y) bewegbar gelagert ist.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass a) die erste Aktuatoreinheit einen Lorentz-Aktuator (90) umfasst, der an einem Außenrand (24a) des zweiten Antriebsgliedes (24) angreift; b) die zweite Aktuatoreinheit einen ersten Lorentz-Aktuator (68) und einen zweiten Lorentz-Aktuator (70) umfasst, welche den Lorentz-Aktuator (90) der ersten Aktuatoreinheit symmetrisch flankieren und ebenfalls an dem Außenrand (24a) des Antriebsgliedes (24) angreifen.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebsglied (60) ein Schlitten ist, welcher in die erste Translationsrichtung (x) und die zweite Translationsrichtung (y) bewegbar gelagert ist.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass a) die erste Aktuatoreinheit einen Linearantrieb (100; 100, 108) umfasst, der an dem zweiten Antriebsglied (24) aus einer Richtung senkrecht zu einer Bewegungsebene (xy) angreift, die senkrecht zur ersten und zur zweiten Translationsrichtung (x, y) verläuft; b) die zweite Aktuatoreinheit einen Linearantrieb (96, 98) umfasst, der an dem zweiten Antriebsglied (24) aus einer Richtung senkrecht zu einer Bewegungsebene (xy) angreift, die senkrecht zur ersten und zur zweiten Translationsrichtung (x, y) verläuft.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste oder die zweite Aktuatoreinheit einen ersten Linear-Aktuator (96; 100) und einen zweiten Linear-Aktuator (98; 108) umfassen, die so angeordnet sind, dass an das zweite Antriebsglied (24) bezogen auf dessen Schwerpunkt (S) symmetrisch angegriffen wird.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebsglied (18; 112) ein gegenüber dem zweiten Antriebsglied (24) stationäres Bauteil ist.
Positioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebsglied (112) eine Trägerbrücke (112) ist, welche das zweite Antriebsglied (24) überspannt.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Aktuatoreinheit einen Linear-Aktuator (100) umfasst, der bezogen auf eine zur Bewegungsebene (xy) des zweiten Antriebsgliedes (24) senkrechte Achse koaxial zu dessen Schwerpunkt (S) angreift.
Metrologiesystem zur Vermessung einer Lithographie-Maske mit a) einem verfahrbaren Maskenträger (22), der eine Lithographie-Maske (14) aufnimmt; b) einer Abbildungs- und Detektionseinheit (20), mittels welcher ein Luftbild der Maske (14) erfassbar ist; c) einer Positioniervorrichtung (10), mittels welcher die Position der Maske (14) gegenüber der Abbildungs- und Detektionseinheit (20) einstellbar ist; d) einem Messsystem (44, 46), mittels welchem die Position der Maske (14) erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass e) das Messsystem (44, 46) eine Messvorrichtung (44) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst; und/oder f) die Positioniervorrichtung (10) eine Positioniervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 22 ist.