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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung einer Position einer sich in Gestalt eines Strahls ausbreitenden Strahlung in einer Ebene quer zur Strahlrichtung.
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Unter einer Messung einer Position eines derartigen Strahls in einer Ebene quer zur Strahlrichtung wird die Ermittlung zumindest einer Positionskoordinate in der Ebene quer zur Strahlrichtung für die Position des Strahls verstanden. Ein derartiger Strahl kann beispielsweise in Gestalt eines fokussierten Strahls vorliegen, in welchem Fall die Positionsmessung sich auf die Position des Fokus-Ortes bezieht. Bedarf für derartige Messungen besteht beispielsweise in der Mikrolithografie, insbesondere im Strahlengang einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithografie. Herkömmlicherweise werden für derartige Positionsmessungen ortsauflösende Detektoren in Gestalt von intensitätsaufzeichnenden Kameras im Strahlengang der zu vermessenden Strahlung angeordnet. Die Messgenauigkeit, die mit derartigen Detektoren erzielt werden kann, ist nicht immer zufriedenstellend.
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Zugrunde liegende Aufgabe
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere eine Positionsmessung an einem Strahl mit verbesserter Genauigkeit erfolgen kann.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Messvorrichtung zur Messung einer Position einer sich in Gestalt eines Strahls ausbreitenden Strahlung in einer Ebene quer zur Strahlrichtung. Die Messvorrichtung umfasst einen optischen Resonator, welcher zwei Resonatorspiegel zur Erzeugung von Vielstrahlinterferenz eines eingestrahlten Messlichts aufweist. Einer der Resonatorspiegel umfasst ein Dünnschichtelement, welches derart konfiguriert ist, dass das Dünnschichtelement bei punktueller Erwärmung zumindest im Bereich der Erwärmung eine gewölbte Form annimmt.
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Die mittels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung messbare Position kann z. B. der Fokus-Ort eines fokussierten Strahls sein. Erfindungsgemäß sind Resonatorspiegel zur Erzeugung einer Vielstrahlinterferenz vorgesehen. Dies kann beispielsweise nach dem Prinzip eines Fabry-Perot-Resonators erfolgen. Aufgrund der Erzeugung von Vielstrahlinterferenz ist es möglich, den Ort des auf das Dünnschichtelement eingestrahlten Strahls durch interferometrische Detektion der sich durch die Strahlungseinwirkung ergebenen Wölbung mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
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Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung ist das Dünnschichtelement durch eine Membran gebildet. Eine derartige Membran kann auch als Folie bezeichnet werden und ist dadurch gekennzeichnet, dass sie unter Belastung nur Zugkräfte aufnehmen und an ihre Ränder weitergeben kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist eine Seite des Dünnschichtelements strahlungsabsorbierend ausgebildet. Insbesondere ist diese Seite des Dünnschichtelements bezüglich der Strahlung des zu vermessenden Strahls absorbierend ausgebildet. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Strahlungsabsorptionseigenschaft derart konfiguriert, dass mindestens 50%, mindestens 70%, mindestens 90%, mindestens 95% oder mindestens 99% der eingestrahlten Strahlungsintensität vom Dünnschichtelement absorbiert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung bildet die strahlungsabsorbierende Seite des Dünnschichtelements eine Außenseite des optische Resonators. Insbesondere ist die strahlungsabsorbierende Seite entgegengesetzt zu einer ins Resonatorinnere gerichteten Seite des Dünnschichtelements gerichtet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die strahlungsabsorbierende Seite des Dünnschichtelements bezüglich EUV-Strahlung (extrem ultraviolette Strahlung) strahlungsabsorbierend ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist eine Seite des Dünnschichtelements ins Innere des Resonators gerichtet und lichtreflektierend ausgebildet. Insbesondere ist die lichtreflektierend ausgebildete Seite des Dünnschichtelements reflektierend bezüglich des Messlichts, beispielsweise sichtbarem Licht, ausgebildet. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Lichtreflexionseigenschaft derart ausgebildet, dass mindestens 90%, mindestens 95% oder mindestens 99% des eingestrahlten Lichts reflektiert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, die Position des Strahls in der Ebene quer zur Strahlrichtung in zumindest einer Koordinatenrichtung zu messen.
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Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Anordnung bereitgestellt, welche eine Messvorrichtung in einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sowie eine Strahlungsquelle zum Erzeugen der zu vermessenden Strahlung umfasst.
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Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung ist die Strahlungsquelle dazu konfiguriert, den zu vermessenden Strahl auf das Dünnschichtelement zu fokussieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die Anordnung eine Vakuumkammer auf, in welcher ein Strahlengang der zu vermessenden Strahlung ausgebildet ist. Weiterhin weist die Messvorrichtung eine Detektionseinrichtung zum Aufzeichnen eines vom optischen Resonator gebildeten Interferogramms auf, wobei die Detektionseinrichtung außerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die erfindungsgemäße Anordnung als Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie ausgebildet. Gemäß einer Variante handelt es sich dabei um eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage. Insbesondere befindet sich der Belichtungsstrahlengang der Projektionsbelichtungsanlage im Vakuum. Die Messvorrichtung ist gemäß einer Ausführungsvariante derart gelagert, dass sie in dem Belichtungsstrahlengang der Projektionsbelichtungsanlage eingebracht und aus diesem wieder entfernt werden kann.
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Die vorstehend beschriebenen und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in den Ansprüchen und in der Figurenbeschreibung erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:
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1 eine schematisierte Schnittansicht einer Strahlungsquelle zur Erzeugung eines fokussierten Strahls sowie eine Messvorrichtung in einer Ausführungsform nach der Erfindung zur Messung einer Position des Strahls in einer Ebene quer zur Strahlrichtung, sowie
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2 eine beispielhafte Darstellung eines von der Messvorrichtung bei der Positionsmessung aufgezeichneten Interferogramms.
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Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
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In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen 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.
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Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die x-Richtung senkrecht zur Zeichenebene aus dieser heraus, die z-Richtung nach rechts und die y-Richtung nach oben.
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1 veranschaulicht eine Messvorrichtung 10 zum Messen einer Position eines fokussierten Strahls 14 in einer Ebene quer zur Ausbreitungsrichtung des Strahls 14. Im Koordinatensystem der 1 ist die Ausbreitungsrichtung des Strahls 14 in z-Richtung orientiert. Damit erfolgt die Positionsmessung in der x-y-Ebene. Der Strahl 14 wird von einer Strahlungsquelle 12 erzeugt. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei der Strahlungsquelle 12 um eine EUV-Quelle, welche Strahlung 16 im EUV-Wellenlängenbereich, d. h. im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich mit einer Wellenlänge von < 100 nm, wie z. B. 13,5 nm oder 6,8 nm, erzeugt. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann es sich bei der Strahlung 16 auch um elektromagnetische Strahlung mit einer anderen Wellenlänge oder auch um Teilchenstrahlung, wie etwa Elektronenstrahlung oder Protonenstrahlung, handeln.
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Die Messvorrichtung 10 umfasst einen optischen Resonator 20, welcher insbesondere nach Art eines Fabry-Perot-Resonators ausgebildet sein kann. In der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst der optische Resonator 20 einen ersten Resonatorspiegel 22 in Gestalt eines teildurchlässigen Spiegels in Bezug auf eine Messstrahlung 40. Weiterhin umfasst der optische Resonator 20 einen zweiten Resonatorspiegel 24, welcher ein Dünnschichtelement 26 in Gestalt einer Membran sowie einen das Dünnschichtelement 26 haltenden Rahmen 28 umfasst. Das Dünnschichtelement 26 ist auf seiner ins Innere des optischen Resonators 20 gerichteten Seite 32 lichtreflektierend in Bezug auf das Messlicht 40 ausgestaltet. Die der lichtreflektierten Seite 32 entgegengesetzte Seite 30 des Dünnschichtelements 26 und damit die Außenseite des optischen Resonators 20 ist strahlungsabsorbierend in Bezug auf die von der Strahlungsquelle 12 ausgesandten Strahlung 16 ausgebildet.
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Die Messvorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Messlichtquelle 34 in Gestalt eines gepulsten Lasers zur Erzeugung des Messlichts 40. Beim Messlicht 40 kann es sich beispielsweise um Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich mit einer Wellenlänge von insbesondere 532 nm handeln. In der Ausführungsform gemäß 1 wird sowohl die Messlichtquelle 34 als auch die Strahlungsquelle 12 in Gestalt einer gepulsten EUV-Quelle von einem Trigger 35 gesteuert. Mithilfe des Triggers 35 wird sichergestellt, dass die Strahlung 16 und das Messlicht 40 zeitlich synchron von der Strahlungsquelle 12 bzw. der Messlichtquelle 34 abgegeben werden.
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Das von der Messlichtquelle 34 ausgesandte Messlicht durchläuft zunächst einen optischen Lichtleiter 36 in Gestalt einer Monomoden-Faser und wird daraufhin von einer Aufweitungsoptik 38 auf eine Kollimatoroptik 42 eingestrahlt, von welcher das Messlicht 40 als ebene Welle 44 abgestrahlt wird. Die Welle 44 wird daraufhin von einem Strahlteiler 46 auf den optischen Resonator 20 umgelenkt, so dass das Messlicht 40 auf den teildurchlässigen ersten Resonatorspiegel 22 trifft. Ein Teil des Messlichts 40 durchläuft den ersten Resonatorspiegel 22 und wird daraufhin am zweiten Resonatorspiegel 24 reflektiert, durchläuft daraufhin abermals den ersten Resonatorspiegel 22 und interferiert mit Messlicht 40, welches beim ersten Auftreffen auf den Resonatorspiegel 22 von diesem reflektiert wurde.
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Die miteinander interferierenden Messlichtanteile durchlaufen zusammen den Strahlteiler 46 und bilden ein Interferogramm 49 auf einer Detektionseinrichtung 48, welche die Gestalt einer CCD-Kamera aufweist. Der optische Resonator 20 ist in der veranschaulichten Ausführungsform gegenüber der auf ihn vom Strahlteiler 46 eingestrahlten ebenen Messwelle 44 leicht verkippt, so dass das Interferogramm 49, in dem Fall, in dem der zweite Resonatorspiegel 24 eine ebene Form aufweist, ein Streifenmuster mit senkrecht ausgebildeten Streifen ergibt.
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Wie vorstehend bereits angesprochen, wird der fokussierte Strahl 14 auf die strahlungsabsorbierende Seite 30 des Dünnschichtelements 26 eingestrahlt, und zwar derart, dass ein Fokus-Ort 18 des Strahls 14 auf der strahlungsabsorbierenden Seite 30 des Dünnschichtelements 26 angeordnet ist. In diesem Fall erfolgt aufgrund von Strahlungsabsorption eine Erwärmung des Dünnschichtelements 26 am Fokus-Ort 18, d. h. dem Einstrahlort der Strahlung 14 auf dem Dünnschichtelement 26. Dies hat zur Folge, dass das Dünnschichtelement 26 aufgrund der Erwärmung im Bereich um den Fokus-Ort 18 eine Längenausdehnung erfährt.
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Dies wiederum führt dazu, dass das Dünnschichtelement 26 in diesem Bereich eine gewölbte Form annimmt. Die Wölbung führt dazu, dass die Wellenfront der an der lichtreflektierenden Seite 32 des Dünnschichtelements 26 reflektierten Messstrahlung 40 am Ort der Wölbung verstimmt wird, so dass im von der Detektionseinrichtung 48 aufgezeichneten Interferogramm 49 eine Verzeichnung auftritt. Eine derartige Verzeichnung ist beispielhaft in 2 dargestellt. Eine Auswerteeinrichtung 50 bestimmt den Schwerpunkt der im Interferogramm 49 aufgetretenen Verzeichnung und damit die x- und y-Korrdinaten des Fokus-Ortes 18 auf dem zweiten Resonatorspiegel 24.
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Wie vorstehend erwähnt, handelt es sich bei der in 1 gezeigten Strahlungsquelle 12 um eine EUV-Quelle. Diese ist von einer Vakuumkammer 52 derart umgeben, dass der vollständige Strahlengang der Strahlung 16 innerhalb der Vakuumkammer 52 verläuft. In der gezeigten Ausführungsform ist sowohl der optische Resonator 20 als auch der Strahlteiler 46 innerhalb der Vakuumkammer 22 angeordnet. Die Vakuumkammer 52 weist Ein- und Austrittfenster für das Messlicht 40 auf, und zwar einerseits zum Eintritt der von der Kollimatoroptik 42 kommenden ebenen Welle 44 als auch zum Austritt der Messstrahlung 40 vor deren Auftreffen auf die Detektionseinrichtung 48.
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In der dargestellten Ausführungsform ist somit die Detektionseinrichtung 48 außerhalb der Vakuumkammer 52 angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass durch ein mögliches Ausgasen der Detektionseinrichtung 48 oder ein Abstrahlen von Wärme von der Detektionseinrichtung 48 das Vakuum innerhalb der Vakuumkammer 52 nicht beeinflusst wird und damit Störungen im interferometrischen Messverhalten vermieden werden können. Das Vorstehende gilt analog für die Messlichtquelle 34, die Aufweitungsoptik 38 sowie die Kollimatoroptik 42, die gemäß der dargestellten Ausführungsform ebenfalls außerhalb der Vakuumkammer 52 angeordnet sind. Konfigurationen der Vakuumkammer 52, die von der in 1 gezeigten Konfiguration abweichen, sind möglich. So ist es etwa denkbar, auch den Strahlteiler 46 und/oder den ersten Resonatorspiegel 22 außerhalb der Vakuumkammer 52 anzuordnen.
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Die in 1 dargestellte Messvorrichtung 10 kann gemäß einer Ausführungsform innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithografie angeordnet sein. Eine derartige Projektionsbelichtungsanlage dient dazu, Strukturen auf einer Maske mittels eines Projektionsobjektivs auf einen Wafer abzubilder. Dazu weist die Projektionsbelichtungsanlage eine Beleuchtungsoptik auf, welche von einer Strahlungsquelle erzeugte Belichtungsstrahlung in geeigneter Form auf die Maske einstrahlt. Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung ist die Messvorrichtung 10 an einer zur Messung vorgesehenen Stelle des Belichtungsstrahlengangs der Projektionsbelichtungsanlage angeordnet. So kann beispielsweise die Messvorrichtung derart angeordnet sein, dass sich der zweite Resonatorspiegel 24 in der Maskenebene oder alternativ in der Waferebene der Projektionsbelichtungsanlage befindet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Messvorrichtung
- 12
- Strahlungsquelle
- 14
- fokussierter Strahl
- 16
- Strahlung
- 18
- Fokus-Ort
- 20
- optischer Resonator
- 22
- erster Resonatorspiegel
- 24
- zweiter Resonatorspiegel
- 26
- Dünnschichtelement
- 28
- Rahmen
- 30
- strahlungsabsorbierende Seite
- 32
- lichtreflektierende Seite
- 34
- Messlichtquelle
- 35
- Trigger
- 36
- optischer Lichtleiter
- 38
- Aufweitungsoptik
- 40
- Messlicht
- 42
- Kollimatoroptik
- 44
- eingehende ebene Weile
- 46
- Strahlteiler
- 48
- Detektionseinrichtung
- 49
- Interferogramm
- 50
- Auswerteeinrichtung
- 52
- Vakuumkammer
