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Die Erfindung betrifft ein Messverfahren zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Messanordnung zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements, aufweisend wenigstens eine primäre Sensoreinrichtung, wenigstens eine sekundäre Sensoreinrichtung, sowie eine Steuereinrichtung zur Berechnung der Position und/oder Orientierung des optischen Elements.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie mit einem Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik, welche ein optisches Element aufweist.
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Aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung von Halbleiterschaltungen erhöhen sich die Anforderungen an Auflösung und Genauigkeit von Projektionsbelichtungsanlagen gleichermaßen. Entsprechend hohe Anforderungen werden auch an die dort verwendeten optischen Elemente, die unter anderem den Strahlengang innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage beeinflussen, gestellt. Insbesondere auch die Anforderungen an die Positionierung der optischen Elemente, beispielsweise der Spiegel einer EUV („Extreme Ultra Violet“) - Projektionsbelichtungsanlage, sind auflösungsbedingt mittlerweile sehr hoch.
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Die für eine ausreichend genaue Regelung erforderliche Positionserfassung der optischen Elemente einer Projektionsbelichtungsanlage kann in der Regel sehr genau unter Verwendung von interferometrischen Sensoreinrichtungen erfolgen. Hierzu können optisch reflektierende sogenannte „Targetspiegel“, nachfolgend auch in verallgemeinerter Form als „Messtarget“ bezeichnet, an den optischen Elementen, beispielsweise an den Spiegeln, befestigt und deren Abstand zu einer Rahmenstruktur unter Verwendung eines Interferometers gemessen werden. Auf Grundlage dieser Abstandsmessung kann schließlich auf die Ausrichtung des optischen Elements geschlossen werden. Eine beispielhafte interferometrische Messanordnung ist aus der
DE 10 2019 201 146 A1 bekannt, die eine interferometrische Messanordnung in einem optischen System, insbesondere in einem optischen System für die Mikrolithografie, betrifft.
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Aufgrund der geforderten hohen Genauigkeit müssen die Positionen und/oder Orientierungen der optischen Elemente teilweise in allen sechs Freiheitsgraden präzise bestimmt werden, um Aberrationen und damit einhergehende Beeinträchtigungen des Abbildungsergebnisses zu vermeiden oder zumindest auf ein tolerierbares Maß zu reduzieren. Im Rahmen der Positionsbestimmung optischer Elemente einer Projektionsbelichtungsanlage können zum Beispiel über eine Weglänge von einem Meter Genauigkeiten der Längenmessung im Pikometerbereich gefordert sein.
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In der Regel werden die Messtargets an den optischen Elementen über eine Klebstoffverbindung befestigt. Im späteren Betrieb kann es durch Temperaturänderungen oder Feuchtigkeitsschwankungen zu einer Beeinträchtigung des Klebstoffs kommen, wodurch das Messtarget eine parasitäre Targetbewegung erfährt bzw. driftet. Diese parasitäre Targetbewegung kann schließlich zu einem nicht unwesentlichen Fehler bei der Positionsbestimmung des optischen Elements führen.
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Das Problem von Feuchtigkeitsschwankungen besteht selbst bei EUV-Projektionsbelichtungsanlagen, deren Projektionsobjektiv im Betrieb einem Vakuum ausgesetzt ist, da deren Projektionsobjektiv im Rahmen von Wartungsarbeiten belüftet und nachfolgend wieder entlüftet werden muss. Bei diesem Vorgang kann der Kleber bzw. Klebstoff Luftfeuchtigkeit aufnehmen und/oder abgeben. Die mitunter mehrere Tage dauernde Veränderung der Luftfeuchtigkeit in der Umgebung der Klebstoffverbindung(en) während der Wartung kann schließlich zu der genannten unerwünschten parasitären Targetbewegung und einer anschließenden Messabweichung führen.
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Ferner können ggf. auch andere Umweltbedingungen und/oder die Alterung der Klebstoffverbindung zu einer parasitären Targetbewegung führen.
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Das Problem wird insbesondere auch in den Druckschriften
DE 10 2018 218 162 A1 sowie
DE 10 2019 200 746 A1 beschrieben. In der
DE 10 2018 218 162 A1 wird zur Vermeidung des Problems vorgeschlagen, ein Maß für die relative Feuchte in der Umgebung der Klebestelle zwischen dem optischen Element und dem Messtarget zu bestimmen und anhand dieses Maßes auf die Volumenänderung des Klebstoffs an der Klebestelle zu schließen. In der
DE 10 2019 200 746 A1 wird hingegen vorgeschlagen, speziell konstruierte Messtargets zu verwenden, die eine Volumenänderung der Klebeverbindung zu kompensieren vermögen.
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In Anbetracht des bekannten Stands der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein alternatives Messverfahren zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements bereitzustellen, bei dem eine parasitäre Targetbewegung eines Messtargets vorteilhaft berücksichtigt werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine alternative Messanordnung zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements bereitzustellen, bei der eine parasitäre Targetbewegung eines Messtargets vorteilhaft berücksichtigt werden kann.
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Schließlich ist es auch Aufgabe der Erfindung, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie bereitzustellen, bei der die Position und/oder Orientierung eines optischen Elements mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann, insbesondere um die Ausrichtung des optischen Elements mit hoher Präzision regeln zu können.
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Die Aufgabe wird für das Messverfahren mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Hinsichtlich der Messanordnung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Bezüglich der Projektionsbelichtungsanlage wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.
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Die abhängigen Ansprüche und die nachfolgend beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
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Es ist ein Messverfahren zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements vorgesehen.
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Bei dem optischen Element kann es sich insbesondere um eine Linse oder um einen Spiegel, vorzugsweise einer Projektionsbelichtungsanlage, handeln. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann grundsätzlich die Position und/oder Orientierung eines beliebigen optischen Elements ermittelt werden.
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Erfindungsgemäß erfasst wenigstens eine primäre Sensoreinrichtung, die einen von dem optischen Element beabstandeten Primärsensor und ein dem Primärsensor zugeordnetes, mittels einer stoffschlüssigen Verbindung an dem optischen Element befestigtes, primäres Messtarget aufweist, eine primäre Ist-Distanz zwischen dem Primärsensor und dem primären Messtarget.
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Bei einer „stoffschlüssigen Verbindung“ kann es sich im Rahmen der Erfindung insbesondere um eine Klebstoffverbindung handeln. Grundsätzlich sei an dieser Stelle erwähnt, dass anstelle einer Klebstoffverbindung zur Befestigung des wenigstens einen Messtargets an dem optischen Element aber auch andere stoffschlüssige Verfahren bzw. Verbindungen in Frage kommen können.
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Vorzugsweise sind alle stoffschlüssigen Verbindungen möglichst identisch ausgebildet, beispielsweise unter Verwendung desselben Klebstofftyps und/oder einer identischen oder ähnlichen Geometrie.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eine sekundäre Sensoreinrichtung, die einen von dem optischen Element beabstandeten Sekundärsensor und ein dem Sekundärsensor zugeordnetes, mittels einer stoffschlüssigen Verbindung an dem optischen Element befestigtes, sekundäres Messtarget (auch als „LRA“-Target bekannt) aufweist, eine sekundäre Ist-Distanz zwischen dem Sekundärsensor und dem sekundären Messtarget erfasst. Eine Steuereinrichtung gleicht die von den (primären und sekundären) Sensoreinrichtungen erfassten (primären und sekundären) Ist-Distanzen miteinander ab, um eine parasitäre Targetbewegung des wenigstens einen primären Messtargets und des wenigstens einen sekundären Messtargets zu bestimmen. Die Steuereinrichtung berechnet schließlich die Position und/oder Orientierung des optischen Elements anhand der wenigstens einen erfassten primären Ist-Distanz der wenigstens einen primären Sensoreinrichtung unter Berücksichtigung der parasitären Targetbewegung.
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Es kann insbesondere von Vorteil sein, eine parasitäre Targetbewegung der Messtargets in Richtung auf den dem jeweiligen Messtarget zugeordneten Sensor zu erfassen. Insbesondere eine derartige parasitäre Drift bzw. Abstandsänderung (beispielsweise aufgrund von Feuchtigkeitsänderungen, Temperaturänderungen oder einer Alterung der Verbindungsstelle) kann zu einer Fehlinterpretation der Ausrichtung des optischen Elements und somit insbesondere zu einer fehlerhaften Korrektur der Ausrichtung, beispielsweise einer Verkippung des optischen Elements, durch eine Positionsregelung führen.
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Die erwähnte Steuereinrichtung kann als Mikroprozessor ausgebildet sein. Anstelle eines Mikroprozessors kann auch eine beliebige weitere Einrichtung zur Implementierung der Steuereinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise eine oder mehrere Anordnungen diskreter elektrischer Bauteile auf einer Leiterplatte, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder eine sonstige programmierbare Schaltung, beispielsweise auch ein Field Programmable Gate Array (FPGA), eine programmierbare logische Anordnung (PLA) und/oder ein handelsüblicher Computer.
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In vorteilhafter Weise wird vorliegend ein Lösungsansatz verfolgt, bei dem auf Grundlage von redundanten Messungen, beispielsweise ausgehend von unterschiedlichen, dem optische Elemente benachbarten Rahmenstrukturen innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage, eine parasitäre Targetdrift der stoffschlüssigen Verbindungsstellen der Messtargets ermittelt werden kann. Die gewonnenen Informationen können schließlich verwendet werden, um die tatsächliche Targetbewegung aufgrund einer Veränderung der Position oder Verkippung des optischen Elements von einer parasitären Targetbewegung bzw. von einer Drift der Messtargets zu bereinigen. Hierdurch können insbesondere sogenannte „Line-of-Sight“ (LOS) - Fehler einer Projektionsbelichtungsanlage minimiert werden.
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Insofern alle parasitären Targetbewegungen vollständig korreliert sind, ist es erfindungsgemäß möglich, bis zu 100 % der parasitären Targetbewegung aus der tatsächlichen Bewegung des optischen Elements herauszufiltern.
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Vorzugsweise sind die Primärsensoren und die Sekundärsensoren jeweils auf einer Rahmenstruktur angeordnet. Besonders bevorzugt sind alle Primärsensoren auf einer ersten Rahmenstruktur und alle Sekundärsensoren auf einer zweiten Rahmenstruktur angeordnet, um die parasitäre Targetdrift besonders verlässlich mithilfe redundanter Messungen, ausgehend von zwei verschiedenen Messsystemen, zu bestimmen.
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Vorzugsweise sind die Primärsensoren auf einer ersten Rahmenstruktur angeordnet, die das optische Element vorzugsweise teilweise oder vollständig umgibt. Bei der ersten Rahmenstruktur kann es sich um einen sogenannten „Sensorframe“ handeln, der zur definierten Anordnung verschiedener Sensoren einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere zur Anordnung von Sensoren zur Erfassung von Ausrichtungen optischer Elemente einer Projektionsoptik bzw. einer sogenannten „Projektionsoptischen Baugruppe“ (POB) dienen kann. Die primäre Ist-Distanz und damit die Position des entsprechenden primären Messtargets kann somit bezogen auf den Sensorframe der Projektionsbelichtungsanlage erfasst werden.
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Vorzugsweise sind die Sekundärsensoren an einer zweiten Rahmenstruktur angeordnet, die das optische Element vorzugsweise teilweise oder vollständig umgibt. Bei der zweiten Rahmenstruktur kann es sich um einen sogenannten „Waferstage-Frame“ handeln, der zur Lagerung und Ausrichtung des Wafers einer Projektionsbelichtungsanlage dienen kann. Die sekundäre Ist-Distanz und damit die Position des entsprechenden sekundären Messtargets kann somit bezogen auf den Waferstage-Frame der Projektionsbelichtungsanlage erfasst werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine primäre Sensoreinrichtung als interferometrische Sensoreinrichtung ausgebildet ist, wonach als Primärsensor ein Interferometer verwendet wird, welches zur Erfassung der primären Ist-Distanz auf ein optisch reflektierendes primäres Messtarget ausgerichtet wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine sekundäre Sensoreinrichtung als interferometrische Sensoreinrichtung ausgebildet ist, wonach als Sekundärsensor ein Interferometer verwendet wird, welches zur Erfassung der sekundären Ist-Distanz auf ein optisch reflektierendes sekundäres Messtarget ausgerichtet wird.
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Die primäre Messung und/oder die sekundäre Messung kann somit interferometrisch erfolgen.
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Es sei allerdings erwähnt, dass sich die Erfindung grundsätzlich auch zur Verbesserung der Messgenauigkeit anders ausgebildeter primärer und/oder sekundärer Sensoreinrichtungen eignen kann, bei denen ein optisch, elektronisch oder taktil erfassbares Messtarget mittels einer Klebstoffverbindung an dem optischen Element befestigt wird.
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Insbesondere zur Verwendung innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage hat sich eine interferometrische Messung bzw. ein interferometrisches Messverfahren allerdings als besonders geeignet herausgestellt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass genau eine primäre Sensoreinrichtung verwendet wird, vorzugsweise zwei primäre Sensoreinrichtungen, besonders bevorzugt drei primäre Sensoreinrichtungen, weiter bevorzugt vier primäre Sensoreinrichtungen, noch weiter bevorzugt fünf primäre Sensoreinrichtungen, und ganz besonders bevorzugt sechs primäre Sensoreinrichtungen.
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Vorzugsweise sind genau sechs primäre Sensoreinrichtungen vorgesehen, um die Ausrichtung bzw. Position und/oder Orientierung des optischen Elements in allen sechs Freiheitsgraden erfassen zu können. Es können aber auch noch mehr primäre Sensoreinrichtungen vorgesehen sein. Eine vorteilhafte Anzahl primärer Sensoreinrichtungen kann sich auch aus der Geometrie des optischen Elements und/oder des Gesamtsystems ergeben.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass genau eine sekundäre Sensoreinrichtung verwendet wird, vorzugsweise zwei sekundäre Sensoreinrichtungen, besonders bevorzugt drei sekundäre Sensoreinrichtungen, weiter bevorzugt vier sekundäre Sensoreinrichtungen, noch weiter bevorzugt fünf sekundäre Sensoreinrichtungen, und ganz besonders bevorzugt sechs sekundäre Sensoreinrichtungen.
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Vorzugsweise sind genau sechs sekundäre Sensoreinrichtungen vorgesehen, um die Ausrichtung bzw. Position und/oder Orientierung des optischen Elements in allen sechs Freiheitsgraden erfassen zu können. Es können aber auch noch mehr sekundäre Sensoreinrichtungen vorgesehen sein. Eine vorteilhafte Anzahl sekundärer Sensoreinrichtungen kann sich auch aus der Geometrie des optischen Elements und/oder des Gesamtsystems ergeben.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Bestimmung der parasitären Targetbewegung Sensorgruppen aus Sensoreinrichtungen gebildet werden, deren Messrichtungen zur Erfassung der jeweiligen Ist-Distanzen vollständig oder zumindest teilweise übereinstimmen.
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Grundsätzlich können beliebige Sensorgruppen aus primären Sensoreinrichtungen und/oder sekundären Sensoreinrichtungen gebildet werden, beispielsweise Sensorgruppen, die ausschließlich primäre Sensoreinrichtungen umfassen, Sensorgruppen, die ausschließlich sekundäre Sensoreinrichtungen umfassen, und/oder Sensorgruppen, die primäre sowie sekundäre Sensoreinrichtungen umfassen.
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Es können beliebig viele Sensorgruppen gebildet werden, beispielsweise zwei Sensorgruppen, drei Sensorgruppen, vier Sensorgruppen oder noch mehr Sensorgruppen. Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft anhand von zwei Sensorgruppen (eine erste Sensorgruppe und eine zweite Sensorgruppe) beschrieben.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine erste Sensorgruppe Sensoreinrichtungen umfasst, die jeweilige Ist-Distanzen zumindest teilweise entlang einer x-Achse erfassen und/oder dass eine zweite Sensorgruppe Sensoreinrichtungen umfasst, die jeweilige Ist-Distanzen zumindest teilweise entlang einer zu der x-Achse orthogonalen y-Achse erfassen.
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Das Koordinatensystem, das die genannte x- und y-Achse umfasst kann insbesondere auch eine dritte Achse (z-Achse) umfassen. Der Ursprung des Koordinatensystems kann beispielsweise dem Mittelpunkt der reflektierend beschichteten Oberfläche des optischen Elements entsprechen. Die x-Achse und die y-Achse können (in der Ruhelage bzw. Grundposition des optischen Elements) auf der Oberfläche des optischen Elements liegen. Bei der x-Achse kann es sich insbesondere um die sogenannte „Lens Reference Axis“ (LRA) der Waferstage der Projektionsbelichtungsanlage handeln. Die z-Achse kann orthogonal zu der optisch aktiven Oberfläche des optischen Elements ausgerichtet sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Sensorgruppe zwei sekundäre Sensoreinrichtungen umfasst (oder aus den zwei sekundären Sensoreinrichtungen besteht), deren sekundäre Messtargets entlang der x-Achse auf gegenüberliegenden Seiten des optischen Elements befestigt sind.
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Im Falle von vollständig korrelierten parasitären Targetbewegungen können unter Verwendung der ersten Sensorgruppe bis zu 100 % der parasitären Targetbewegung herausgefiltert werden.
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Ist beispielsweise die Änderung der von den sekundären Sensoreinrichtungen mittels an gegenüberliegenden Seiten des optischen Elements befestigten, sekundären Messtargets erfassten sekundären Ist-Distanzen identisch, kann auf eine parasitäre Targetbewegung geschlossen werden. Nur wenn sich die Ist-Distanz auf einer der beiden Seiten vergrößert, während sich die Ist-Distanz auf der anderen Seite gleichermaßen verringert, kann auf eine tatsächliche Bewegung des optischen Elements geschlossen werden. Diese Annahme gilt selbstverständlich nur im vollständig korrelierten Fall.
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Selbst im Falle von nicht oder nicht vollständig korrelierenden parasitären Targetbewegungen kann aber nach wie vor ein Großteil der parasitären Targetbewegung herausgefiltert werden, beispielsweise für den vollständig unkorrelierten Fall bis zu 70 %.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die zweite Sensorgruppe wenigstens eine primäre Sensoreinrichtung, vorzugsweise vier primäre Sensoreinrichtungen, und wenigstens eine sekundäre Sensoreinrichtung, vorzugsweise zwei sekundäre Sensoreinrichtungen, umfasst.
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Unter Verwendung der zweiten Sensorgruppe können bezüglich der entlang der y-Achse gemessenen Ist-Distanzen im vollständig korrelierten Fall bis zu 50 % der parasitären Targetbewegung herausgefiltert werden. Der Wert sinkt zwar im Falle von unkorrelierten Targetbewegungen; selbst bei einer vollständig unkorrelierten Situation können allerdings nach wie vor bis zu 20 % der parasitären Targetbewegung in y-Richtung herausgefiltert werden.
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Die Erfindung betrifft auch eine Messanordnung zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements. Die Messanordnung weist wenigstens eine primäre Sensoreinrichtung auf, die einen von dem optischen Element beabstandeten Primärsensor aufweist, der zur Erfassung einer primären Ist-Distanz zwischen dem Primärsensor und einem dem Primärsensor zugeordneten, mittels einer stoffschlüssigen Verbindung an einem optischen Element befestigten, primären Messtarget ausgebildet ist. Die Messanordnung weist ferner wenigstens eine sekundäre Sensoreinrichtung auf, die einen von dem optischen Element beabstandeten Sekundärsensor aufweist, der zur Erfassung einer sekundären Ist-Distanz zwischen dem Sekundärsensor und einem dem Sekundärsensor zugeordneten, mittels einer stoffschlüssigen Verbindung an dem optischen Element befestigten, sekundären Messtarget ausgebildet ist. Außerdem weist die Messanordnung eine Steuereinrichtung auf, die zum Abgleich der von den Sensoreinrichtungen erfassten Ist-Distanzen eingerichtet ist, um eine parasitäre Targetbewegung des wenigstens einen primären Messtargets und des wenigstens einen sekundären Messtargets zu bestimmen, wobei die Steuereinrichtung ferner eingerichtet ist, um die Position und/oder Orientierung des optischen Elements anhand der wenigstens einen erfassten primären Ist-Distanz der wenigstens einen primären Sensoreinrichtung unter Berücksichtigung der parasitären Targetbewegung zu berechnen.
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Das erfindungsgemäße Messverfahren bzw. die erfindungsgemäße Messanordnung kann eingerichtet sein, um eine jeweilige Messung während des Betriebs der Gesamtanlage, beispielsweise einer Projektionsbelichtungsanlage, und/oder zu definierten Kalibrierungszeiten, beispielsweise während der Ersteinrichtung oder Wartung der Anlage, durchzuführen.
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Um durch einen Abgleich der mittels der primären Sensoreinrichtung erfassten Ist-Distanzen mit den mittels der sekundären Sensoreinrichtung erfassten Ist-Distanzen die parasitären Targetbewegungen herausfinden zu können, können sich beispielsweise Starrkörpersimulationen auf Basis einer physikalischer Modellierung der Objekte eignen. Insofern die mittels der primären Sensoreinrichtung erfassten Daten von den mittels der sekundären Sensoreinrichtung erfassten Daten abweichen bzw. widersprüchliche Ergebnisse vorliegen, kann auf eine parasitäre Targetbewegung geschlossen und dieselbe herausgefiltert werden.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie mit einem Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik, welche ein (vorzugsweise auszurichtendes) optisches Element aufweist, wobei die Position und/oder Orientierung des optischen Elements mittels eines Messverfahrens gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen ermittelt wird.
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Das Problem einer Drift bzw. parasitären Targetbewegung von Messtargets, insbesondere von Interferometertargets bzw. optisch reflektierenden Messtargets, aufgrund von die Dehnung einer stoffschlüssigen Verbindung (beispielsweise einer Klebstoffverbindung) beeinflussenden Umgebungsbedingungen, kann somit erfindungsgemäß durch redundante Messungen mittels der wenigstens einen sekundären Sensoreinrichtung bestimmt und bei der Ermittlung der Position und/oder Orientierung des optischen Elements berücksichtigt bzw. herausgerechnet werden.
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Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung mit einer mikrolithografischen DUV („Deep Ultra Violet“) - Projektionsbelichtungsanlage und ganz besonders zur Verwendung mit einer mikrolithografischen EUV-Projektionsbelichtungsanlage. Eine mögliche Verwendung der Erfindung betrifft auch die Immersionslithographie.
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Merkmale, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Messverfahren beschrieben wurden, sind selbstverständlich auch für die Messanordnung und die Projektionsbelichtungsanlage vorteilhaft umsetzbar - und umgekehrt. Ferner können Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Messverfahren genannt wurden, auch auf die Messanordnung und die Projektionsbelichtungsanlage bezogen verstanden werden - und umgekehrt.
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Es sei erwähnt, dass die als Stand der Technik zitierten Druckschriften
DE 10 2019 201 146 A1 ,
DE 10 2018 218 162 A1 und
DE 10 2019 200 746 A1 ergänzende Merkmale und Weiterbildungen enthalten können, die auch vorteilhaft im Rahmen der vorliegenden Erfindung umgesetzt bzw. mit der vorliegenden Erfindung kombiniert werden können. Der Inhalt der genannten Druckschriften sei aus diesem Grunde durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung integriert.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe wie „umfassend“, „aufweisend“ oder „mit“ keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe wie „ein“ oder „das“, die auf eine Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Merkmalen oder Schritten aus - und umgekehrt.
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In einer puristischen Ausführungsform der Erfindung kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die in der Erfindung mit den Begriffen „umfassend“, „aufweisend“ oder „mit“ eingeführten Merkmale abschließend aufgezählt sind. Dementsprechend kann eine oder können mehrere Aufzählungen im Rahmen der Erfindung als abgeschlossen betrachtet werden, beispielsweise jeweils für jeden Anspruch betrachtet. Die Erfindung kann beispielswiese ausschließlich aus den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bestehen.
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Ferner sei betont, dass die vorliegend beschriebenen Werte und Parameter Abweichungen oder Schwankungen von ±10% oder weniger, vorzugsweise ±5% oder weniger, weiter bevorzugt ±1 % oder weniger, und ganz besonders bevorzugt ±0,1% oder weniger des jeweils benannten Wertes bzw. Parameters mit einschließen, sofern diese Abweichungen bei der Umsetzung der Erfindung in der Praxis nicht ausgeschlossen sind. Die Angabe von Bereichen durch Anfangs- und Endwerte umfasst auch all diejenigen Werte und Bruchteile, die von dem jeweils benannten Bereich eingeschlossen sind, insbesondere die Anfangs- und Endwerte und einen jeweiligen Mittelwert.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
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Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann ohne Weiteres zu weiteren sinnvollen Kombinationen und Unterkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen schematisch:
- 1 eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage;
- 2 eine DUV-Projektionsbelichtungsanlage;
- 3 eine immersionslithographische Projektionsbelichtungsanlage;
- 4 eine erfindungsgemäße Messanordnung mit einem optischen Element, zwei beispielhaften primären Sensoreinrichtungen, zwei beispielhaften sekundären Sensoreinrichtungen und einer Steuereinrichtung;
- 5 einen Spiegel einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit sechs über jeweilige Klebstoffverbindungen mit dem Spiegel verbundenen primären Messtargets und sechs sekundären Messtargets;
- 6 einen Ausschnitt auf eine Sensoreinrichtung, beispielsweise eine Sensoreinrichtung gemäß 4, mit einem Sensor und einem Messtarget;
- 7 eine Draufsicht auf das optische Element der 5;
- 8 eine Seitenansicht des optischen Elements der 5;
- 9 eine Darstellung beispielhaft erfasster Targetbewegungen;
- 10 beispielhafte Simulationsergebnisse zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Vorteile für vollständig korrelierte Targetbewegungen und für nicht vollständig korrelierte Targetbewegungen entlang der x-Achse und entlang der y-Achse; und
- 11 weitere Simulationsergebnisse zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Vorteile für vollständig korrelierte Targetbewegungen und für nicht vollständig korrelierte Targetbewegungen entlang der x-Achse und entlang der y-Achse.
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1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 für die Halbleiterlithographie, für die die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem 401 der Projektionsbelichtungsanlage 400 weist neben einer Strahlungsquelle 402 eine Optik 403 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 404 in einer Objektebene 405 auf. Beleuchtet wird ein im Objektfeld 404 angeordnetes Retikel 406, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 407 gehalten ist. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 408 dient zur Abbildung des Objektfeldes 404 in ein Bildfeld 409 in einer Bildebene 410. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 406 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 409 in der Bildebene 410 angeordneten Wafers 411, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 412 gehalten ist.
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Die Strahlungsquelle 402 kann EUV-Strahlung 413, insbesondere im Bereich zwischen 5 Nanometer und 30 Nanometer, emittieren. Zur Steuerung des Strahlungswegs der EUV-Strahlung 413 werden optisch verschieden ausgebildete und mechanisch verstellbare optische Elemente 415, 416, 418, 419, 420 eingesetzt. Die optischen Elemente sind bei der in 1 dargestellten EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 als verstellbare Spiegel in geeigneten und nachfolgend nur beispielhaft erwähnten Ausführungsformen ausgebildet.
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Die mit der Strahlungsquelle 402 erzeugte EUV-Strahlung 413 wird mittels eines in der Strahlungsquelle 402 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass die EUV-Strahlung 413 im Bereich einer Zwischenfokusebene 414 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor die EUV-Strahlung 413 auf einen Feldfacettenspiegel 415 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 415 wird die EUV-Strahlung 413 von einem Pupillenfacettenspiegel 416 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 416 und einer optischen Baugruppe 417 mit Spiegeln 418, 419, 420 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 415 in das Objektfeld 404 abgebildet.
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In 2 ist eine beispielhafte DUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 dargestellt. Die Projektionsbelichtungsanlage 100 weist ein Beleuchtungssystem 103, eine Retikelstage 104 genannten Einrichtung zur Aufnahme und exakten Positionierung eines Retikels 105, durch welches die späteren Strukturen auf einem Wafer 102 bestimmt werden, einen Waferhalter 106 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung des Wafers 102 und eine Abbildungseinrichtung, nämlich ein Projektionsobjektiv 107, mit mehreren optischen Elementen 108, die über Fassungen 109 in einem Objektivgehäuse 140 des Projektionsobjektivs 107 gehalten sind, auf.
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Die optischen Elemente 108 können als einzelne refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elemente 108, wie z. B. Linsen, Spiegel, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen, ausgebildet sein.
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Das grundsätzliche Funktionsprinzip der Projektionsbelichtungsanlage 100 sieht vor, dass die in das Retikel 105 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 102 abgebildet werden.
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Das Beleuchtungssystem 103 stellt einen für die Abbildung des Retikels 105 auf den Wafer 102 benötigten Projektionsstrahl 111 in Form elektromagnetischer Strahlung bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in dem Beleuchtungssystem 103 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 111 beim Auftreffen auf das Retikel 105 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
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Mittels des Projektionsstrahls 111 wird ein Bild des Retikels 105 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 107 entsprechend verkleinert auf den Wafer 102 übertragen. Dabei können das Retikel 105 und der Wafer 102 synchron verfahren werden, so dass praktisch kontinuierlich während eines sogenannten Scanvorganges Bereiche des Retikels 105 auf entsprechende Bereiche des Wafers 102 abgebildet werden.
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In
3 ist eine dritte Projektionsbelichtungsanlage
200 in Ausbildung als immersionslithographische DUV-Projektionsbelichtungsanlage beispielhaft dargestellt. Zum weiteren Hintergrund einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage
200 wird beispielsweise auf die
WO 2005/069055 A2 verwiesen, deren Inhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung integriert sei; auf die genaue Funktionsweise wird an dieser Stelle deshalb nicht im Detail eingegangen.
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Erkennbar ist, vergleichbar mit der DUV-Projektionsbelichtungsanlage 100 gemäß 2, eine Retikelstage 104, durch welche die späteren Strukturen auf dem Wafer 102, der auf dem Waferhalter 106 bzw. Wafertisch angeordnet ist, bestimmt werden. Die Projektionsbelichtungsanlage 200 der 3 weist hierzu ebenfalls mehrere optische Elemente, insbesondere Linsen 108 und Spiegel 201, auf.
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Die Verwendung der Erfindung ist nicht auf den Einsatz in Projektionsbelichtungsanlagen 100, 200, 400 beschränkt, insbesondere nicht auf Projektionsbelichtungsanlagen 100, 200, 400 mit dem beschriebenen Aufbau. Die erfindungsgemäße Messanordnung, und das erfindungsgemäße Messverfahren eignen sich grundsätzlich zur Ermittlung der Ausrichtung bzw. Position und/oder Orientierung beliebiger optischer Elemente.
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Die nachfolgenden Figuren stellen die Erfindung lediglich beispielhaft und stark schematisiert dar.
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4 zeigt eine erfindungsgemäße Messanordnung 1 zur Ermittlung der Position und/oder Orientierung eines optischen Elements 2. Das optische Element 2 ist rein beispielhaft als optisches Element 2 einer Projektionsbelichtungsanlage 100, 200, 400 für die Halbleiterlithografie ausgebildet. Das optische Element 2 umfasst ein Substrat 3 und eine reflektierende Beschichtung 4, die zur Reflexion der EUV-Strahlung 413 ausgebildet ist. Beispielhaft ist eine Kippachse 6 dargestellt (vgl. auch 5), um die das optische Element 2 zur Steuerung des Strahlengangs der EUV-Strahlung 413 verkippt werden kann.
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An dem optischen Element 2 sind beispielhaft zwei primäre Messtargets 7 mittels einer stoffschlüssigen Verbindung 8 (z. B. Klebstoffverbindung) befestigt. Die primären Messtargets 7 sind Teil einer jeweiligen primären Sensoreinrichtung 9, die im Ausführungsbeispiel - rein beispielhaft - als interferometrische Sensoreinrichtung ausgebildet ist.
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Ferner sind - ebenfalls beispielhaft - zwei sekundäre Messtargets 10 dargestellt, die mittels einer stoffschlüssigen Verbindung 8 (z. B. Klebstoffverbindung) an dem optischen Element 2 befestigt sind. Die sekundären Messtargets 10 sind Teil einer jeweiligen sekundären Sensoreinrichtung 11, die im Ausführungsbeispiel - rein beispielhaft - als interferometrische Sensoreinrichtung analog zu der primären Sensoreinrichtung 9 ausgebildet ist.
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Die Messtargets 7, 10 weisen jeweils ein Trägersubstrat 12 sowie eine optisch reflektierende Funktionsfläche 13 auf. Ein dem jeweiligen primären Messtarget 7 zugeordneter Primärsensor 14 bzw. ein dem jeweiligen sekundären Messtarget 10 zugeordneter Sekundärsensor 15 (im Ausführungsbeispiel Interferometer) sendet eine Messstrahlung aus (strichliniert dargestellt), die von dem jeweiligen Messtarget 7, 10 reflektiert und zu dem Sensor 14, 15 zurückgeworfen wird. Die Sensoren 14, 15 ermöglichen es, die jeweiligen Abstände zu den ihnen zugeordneten Messtargets 7, 10 auf optische Weise zu erfassen. Die Primärsensoren 14 erfassen primäre Ist-Distanzen LIST,P zu den ihnen zugeordneten primären Messtargets 7 und die Sekundärsensoren 15 sekundäre Ist-Distanzen LIST,S zu den ihnen zugeordneten sekundären Messtargets 10.
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Eine in 4 strichliniert angedeutete Steuereinrichtung 16 berechnet die Position und/oder Orientierung des optischen Elements 2 anhand der erfassten Ist-Distanzen LIST,P, LIST,S der Sensoreinrichtungen 9, 11.
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Die Erfinder haben erkannt, dass es zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Erfassung der Position bzw. Orientierung des optischen Elements 2 von Vorteil ist, parasitäre Targetbewegungen der an dem optischen Element 2 befestigten Messtargets 7, 10 durch einen Abgleich der mittels der primären Sensoreinrichtung 9 erfassten primären Ist-Distanzen LIST,P und der mittels der sekundären Sensoreinrichtungen 11 erfassten sekundären Ist-Distanzen LIST,S zu ermittelt und bei der Berechnung der tatsächlichen Bewegung des optischen Elements 2 zu kompensieren.
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In vorteilhafter Weise können zwei dem optischen Element 2 benachbarte Rahmenstrukturen 17, 18 als Basis für die primäre und die sekundäre Messung vorgesehen sein. Hierzu können insbesondere die Primärsensoren 14 an einer ersten Rahmenstruktur 17, insbesondere dem sog. Sensorframe einer Projektionsbelichtungsanlage 100, 200, 400 und die Sekundärsensoren 15 an einer zweiten Rahmenstruktur 18, insbesondere der sog. Waferstage, angeordnet sein. Die redundanten Messungen können somit ausgehend von verschiedenen Messsystemen erfolgen.
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In 5 ist beispielhaft ein optisches Element 2 bzw. ein Spiegel einer Projektionsbelichtungsanlage 100, 200, 400 in perspektivischer Darstellung gezeigt. Vorzugsweise soll im Rahmen des erfindungsgemäßen Messverfahrens die Position und/oder Orientierung des optischen Elements 2 in allen sechs Freiheitsgraden erfasst werden.
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Diesbezüglich kann es von Vorteil sein, mehrere primäre Sensoreinrichtungen 9 bestehend aus jeweils einem Primärsensor 14 und einem dem Primärsensor 14 zugeordneten, primären Messtarget 7 zu verwenden, vorzugsweise sechs primäre Sensoreinrichtungen 9. Ferner kann es von Vorteil sein, mehrere sekundäre Sensoreinrichtungen 11 bestehend aus jeweils einem Sekundärsensor 15 und einem dem Sekundärsensor 15 zugeordneten, sekundären Messtarget 10 zu verwenden, vorzugsweise sechs sekundäre Sensoreinrichtungen 11. Besonders vorteilhafte, aber die Erfindung nicht einschränkende Positionen von entsprechenden primären Messtargets 7 und sekundären Messtargets 10 auf dem optischen Element 2 sind der 5 entnehmbar.
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Das Grundprinzip der Ermittlung der Position bzw. Ausrichtung des optischen Elements 2 unter Verwendung wenigstens einer der Sensoreinrichtungen 9, 11 ist in 6 dargestellt.
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Der Sensor 14, 15 bzw. das Interferometer ist unmittelbar, d. h. ohne eine Klebstoffverbindung, an der dem optischen Element 2 benachbarten Rahmenstruktur 17, 18 angeordnet und erfasst somit seine Ist-Distanz LIST,P, LIST,S zu dem ihm zugeordneten Messtarget 7, 10. Die erfasste Ist-Distanz LIST,P, LlST,S kann schließlich zur Ermittlung der Ausrichtung des optischen Elements 2 herangezogen werden. Problematisch bei dieser Art der Messung ist es, dass eine parasitäre Targetbewegung des Messtargets 7, 10, insbesondere in Richtung auf den zugeordneten Sensor 14, 15, zu einem Messfehler führen kann. Somit kann beispielsweise eine feuchtigkeitsbedingte oder eine temperaturbedingte Dehnung der stoffschlüssigen Verbindung 8 die gemessene Ist-Distanz LIST,P, LIST,S um den Messfehler ΔLIST verkürzen und somit zu einer ungenau bzw. falsch erfassten Ausrichtung des optischen Elements 2 führen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, durch Verwendung von (redundanten) Messungen am Sensorframe (erste Rahmenstruktur 17) und an der Waferstage (zweite Rahmenstruktur 18) eine Targetdrift zu erkennen und bei der Ermittlung der Position und/oder Orientierung des optischen Elements 2 herauszurechnen.
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7 zeigt das optische Element 2 der 5 in einer Draufsicht. Das optische Element 2 ist ferner in 8 in einer Seitenansicht dargestellt.
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Der erfindungsgemäße Ansatz lässt sich anschaulich anhand der Messung der sekundären Ist-Distanzen LIST,S von sekundären Sensoreinrichtungen 11 erklären, deren zugeordnete sekundäre Messtargets 10 entlang der x-Achse auf gegenüberliegenden Seiten des optischen Elements 2 befestigt sind. Sofern auf beiden Seiten eine identische Targetbewegung in Richtung auf die jeweilige sekundäre Sensoreinrichtung 11 festgestellt wird, kann als Auslöser eine Bewegung des optischen Elements 2 ausgeschlossen und hingegen auf eine parasitäre Targetbewegung geschlossen werden - zumindest im vollständig korrelierten Fall der parasitären Targetbewegungen. Es kann somit eine erste Sensorgruppe 19 aus den genannten beiden sekundären Sensoreinrichtungen 11 gebildet werden, die die genannten sekundären Messtargets 10 entlang der x-Achse umfasst (in 7 strichliniert dargestellt).
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Im Falle einer unvollständigen Korrelation der parasitären Targetbewegungen oder im Falle einer Messung entlang der y-Achse hinsichtlich des dargestellten, beispielhaften optischen Elements 2, treten die erfindungsgemäßen Vorteile allerdings in etwas abgeschwächter Form zutage.
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Bezüglich einer Messung entlang der y-Achse kann eine zweite Sensorgruppe 20 gebildet werden, die wenigstens eine primäre Sensoreinrichtung 9, vorzugsweise die vier innerhalb der strichliniert dargestellten zweiten Sensorgruppe 20 gezeigten, primären Messtargets 7 der jeweiligen primären Sensoreinrichtung 9 und wenigstens eine sekundäre Sensoreinrichtung 11, vorzugsweise die entlang der y-Achse ausgerichtete, sekundäre Sensoreinrichtung 11 bezogen auf die innerhalb der zweiten Sensorgruppe 20 dargestellten sekundären Messtargets 10, umfasst. Obwohl die primären Messtargets 7 nicht vollständig in y-Richtung ausgerichtet sind, vermögen diese zumindest teilweise eine Messung entlang der y-Achse bereitzustellen.
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In 9 sind beispielhaft erfasste parasitäre Targetbewegungen im Vergleich zu Targetbewegungen, die auf eine tatsächliche Bewegung des optischen Elements 2 zurückgehen, dargestellt, wobei das optische Element 2 zur besseren Darstellbarkeit nur teiltransparent gezeigt ist.
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Die 10 und 11 zeigen beispielhafte Simulationsergebnisse zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Vorteile für vollständig korrelierte Targetbewegungen (jeweilige linke Seite der 10 und 11) und für nur teilweise korrelierte Targetbewegungen (jeweilige rechte Seite der 10 und 11). Die Ergebnisse sind für Messungen entlang der x-Achse (oberer Teil der 10 und 11) und für Messungen entlang der y-Achse (unterer Teil der 10 und 11) gezeigt. Die 10 und 11 zeigen schematisch die Simulationsergebnisse anhand von jeweils 1.000 Samples.
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Im besten Fall können 100 % der parasitären Targetbewegungen entlang der x-Achse herausgefiltert werden (korrelierter Fall). Im schlechtesten Fall können zumindest noch 20 % der parasitären Targetbewegungen herausgefiltert werden (bezüglich der y-Achse im unkorrelierten Fall).
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In 95 % der Fälle ist die parasitäre Targetbewegung zumindest bis zu 50 % herausfilterbar - sogar im unkorrelierten Fall und für die y-Achse.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019201146 A1 [0005, 0055]
- DE 102018218162 A1 [0010, 0055]
- DE 102019200746 A1 [0010, 0055]
- WO 2005/069055 A2 [0071]
