DE69012644T2

DE69012644T2 - Vorrichtung zur Ermittlung einer Position.

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Publication number: DE69012644T2
Application number: DE69012644T
Authority: DE
Inventors: Toshimitsu Kawase; Toshihiko Miyazaki; Hiroyasu Nose; Takahiro Oguchi; Akihiko Yamano
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-05-17
Filing date: 1990-05-17
Publication date: 1995-04-06
Anticipated expiration: 2010-05-18
Also published as: US5130554A; DE69012644D1; EP0398334A1; EP0398334B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Position, zum Gebrauch bei der Feineinstellung, der Größenmessung, der Entfernungsmessung, der Ortsbestimmung einer Geschwindigkeit, einer Meßgeräteausrüstung und dergleichen und, insbesondere, eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Position zum Gebrauch bei der Bestimmungskontrolle, die eine Auflösung in atomarer Größenordnung (0,1 Nanometer) erfordert.
Insbesondere ist die Erfindung zum Gebrauch in einer hochgenauen Positionier-Vorrichtung einer Positionierung oder dergleichen eines Wafers bei einer ultrafeinen Bearbeitung in der Größenordnung eines Nanometers, wie z. B. beim Zeichnen oder dergleichen eines größtintegrierten Wafer- Musters, geeignet.
Ein Kodierer, der als eine der derartigen konventionellen Vorrichtungen zur Ermittlung der Position erwähnt werden kann, ist mit einem Vergleichsmaßstab gebaut, der Informationen bezüglich Position oder Winkel und Anzeigemittel enthält, welches sich in Bezug zum Vergleichsmaßstab bewegt und Information bezüglich der Lage oder Winkel ermittelt. Solch ein Kodierer ist in Abhängigkeit von dem Vergleichsmaßstab und dem Anzeigemittel in verschiedene Typen eingeteilt. Es sind zum Beispiel ein optischer Kodierer, ein magnetischer Kodierer, ein elektrostatisch-kapazitiver Kodierer und dergleichen bekannt geworden.
Andererseits wird bisher in einer Positioniervorrichtung zur Positionierung zwischen einer Maske und einem Wafer, zwischen einem Arbeitsstrahlkopf und einem Wafer oder dergleichen, bei der ultrafeinen Bearbeitung, nachdem zwei oder drei Schritte der Grobpositionierung erledigt waren, die Feinpositionierung durchgeführt. Unter den lageermittelnden Vorrichtungen, die in jenen Positioniertechniken als Vorrichtung mit großer Auflösung verwendet werden, ist eine Vorrichtung bekannt geworden, in welcher ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl auf eine auf der Oberfläche eines Wafers vorgesehene Einstellmarkierung gestrahlt wird, und in welcher eine Kante eines treppenförmigen Teils der Einstellmarkierung durch die diffusen Lichter oder diffusen Sekundärelektronen festgestellt wird, und es ist eine weitere Vorrichtung bekannt geworden, in welcher eine Gestalt einer Einstellmarkierung wie ein Beugungsgitter oder eine Zonenplatte gebildet ist, und eine Intensitätsänderung des reflektierten Interferenzlichts oder eine Lageabweichung eines fokussierten Strahlenbündels festgestellt wird.
In den obigen herkömmlichen Beispielen ist jedoch das Leistungsvermögen (Auflösung) des Kodierers des optischen Gitterinterferenz-Typs mit der größten Auflösung unter den bisher zur praktischen Anwendung gelangten Vorrichtungen hauptsächlich durch einen Gitterabstand bestimmt. Es ist ein wichtiger Punkt, wie der Gitterabstand bei kleinen Intervallen mit einer großen Genauigkeit gebildet und mit einer großen Präzision erfaßt wird. Entsprechend der gegenwärtigen Feinwerktechnik (zum Beispiel Elektronestrahl-Schreiben oder Ionenstrahl-Bearbeitung) liegt eine Grenze der Genauigkeit bei bis zu 10 Nanometern. Andererseits gilt in der Nachweistechnik (zum Beispiel optische Heterodynmethode) 10 Nanometer als eine Grenze der Auflösung. Wenn für eine Halbleiter- Produktionsvorrichtung oder dergleichen ein Kodierer mit größerer Auflösung benötigt wird, kann deshalb ein solches Erfordernis nicht befriedigt werden.
Unter den obigen herkömmlichen Beispielen ist in der Vorrichtung, in welcher die Kante der Einstellmarkierung mittels eines Laserstrahls oder eines Elektronenstrahls ermittelt wird, die Einstellgenauigkeit durch den Durchmesser des Brennflecks des Laserstrahls oder des Elektronenstrahls begrenzt. Darüber hinaus tritt sogar durch eine fehlerhafte Markierung oder durch eine Verunreinigung oder durch einen während des Arbeitsprozesses versachten Bruch der Markierung leicht ein Fehler bei der Lagebestimmung auf. Andererseits ist die Genauigkeit in der Lageermittlung in der Vorrichtung, in welcher eine Intensität des Interferenzlichts oder eine Abweichung der Position eines fokussierten Strahlenbündels von der Einstellmarkierung eines Beugungsgitters oder einer Zonenplatte festgestellt wird, durch eine Herstellgenauigkeit des Lagezeichens begrenzt. Deshalb ist sogar in jenen Positioniertechniken hoher Auflösung als Positioniergenauigkeit eine Grenze von 0,1 Mikrometern gegeben. Bei der Positionierung eines Wafers, bei der Aufzeichnung oder dergleichen eines entsprechenden Super- LSI-Wafer-Musters, das noch feiner hergestellt wird, ist eine noch größere Genauigkeit erforderlich.
Andererseits ist als anderes konventionelles Beispiel in der JP-A-62-209302 eine Vorrichtung zur Bestimmung paralleler Bewegungsgrößen offenbart geworden, in welcher eine parallele Bewegungsgröße eines Objektträgers oder dergleichen mit einer Auflösung in atomarer Größenordnung ermittelt wird.
Entsprechend einer solchen Nachweisvorrichtung wird in einer parallel beweglichen Vorrichtung eines x-y- Objektträgers, wobei eine Elektrodenspitze und ein Monokristall, dessen Atomabstand bereits bekannt geworden ist, an ein Befestigungsteil beziehungsweise an ein bewegliches Teil befestigt sind, die Anzahl der passierenden Atome von einer Potentialänderung, welche durch Ladungen zustandekommen, die sich zwischen ihnen bewegen, wenn sich die Elektrodenspitze über die Atome bewegt und eine parallele Bewegungsgröße mittels des Zahlenwerts der Anzahl der Atome und des Abstands zwischen Atomen festgestellt.
Sogar in der in der JP-A-62-209302 offenbarten Vorrichtung zum Nachweis der parallelen Bewegungsgröße treten jedoch, herrührend von einem örtlichen Defekt des Monokristalls, von Fehler und Schwingung, oder von einer Störung, wie Temperaturverschiebung und dergleichen, auch Fehler auf. Weiterhin wird, da der Monokristall mit einer zweidimensionalen Atomstruktur benutzt wird und dieselben Signale durch die Bewegungen in den Richtungen x und y erzeugt werden, eine zweidimensionale Bewegungsgröße durch individuelle Erfassung der Bewegungsgrößen in den beiden Richtungen x und y erhalten. Da die Antriebssignale der parallelen Bewegungsgrößen in der x- und y-Richtung vorbekannt sein müssen, kann deshalb ein solches Prinzip nicht direkt auf den Kodierer angewandt werden.
Es gibt eine Literatur (H. Kawakatsu und T. Higuchi, SEISAN KENKYU, Bd. 40, Nr. 12, S. 609 -611), die eine Vorrichtung zur Lösung der obigen Probleme enthält. Entsprechend einer solchen Vorrichtung ist ein unter einem Positioniertisch befestigter Meßkopf zweidimensional an jedem Tisch angetrieben, entgegengesetzte Kristallstrukturen werden zweidimensional abgetastet, eine Musteranpassung wird durch ein zweidimensional gewonnenes STM-Bild ausgeführt und die Lage des Meßkopfs (namentlich die Lage des Tisches) wird berechnet. Die US-A 4 785 189 offenbart eine Oberflächengestaltung ermittelnde Vorrichtung, in welcher ein Meßkopf die Oberflächenhöhe mißt. Der x-y-Antrieb schickt den Meßkopf auf einem gegebenen Abtastweg aus, welcher daraus folgend weder von einer lageerfassenden Vorrichtung aufgezeichnet noch in den x-y-Antrieb rückgekoppelt wird.
Entsprechend dem Aufbau der Vorrichtung muß jedoch der Tisch auch für den Zeitabschnitt, während dem der Meßkopf, um ein zweidimensionales Bild zu erhalten, zweidimensional abgelenkt wird, bewegt werden, so daß es dadurch zum Beispiel in dem Fall, wo ein Werkstück auf den Tisch gegeben wird, einen Mißstand wegen erforderlicher Unterbrechung des Arbeitsvorgangs während der zweidimensionalen Ablenkung des Meßkopfs gibt.
Als Stand der Technik, auf den der Anmelder der vorliegenden Erfindung Bezug nimmt, ist in der EPO 304 893 A2 eine Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung offenbart worden, in welcher Lage-Information oder dergleichen eines Musters jetzt festgestellt worden ist, von einem durch Abtastung mittels Meßkopf erhaltenen Signal gewonnen wurde, eines Gebiets, in welchem eine Muster beinhaltende Lage-Information oder dergleichen gebildet wurde und der Meßkopf auf der Grundlage der Lage- Information auf ein Aufzeichnungsgebiet zubewegt wird. Entsprechend der Lage-Erfassung in der obigen Vorrichtung, wird zuerst ein Muster nur einmal bei einem Positioniervorgang erfaßt, und die Positionierung wird auf der Basis der festgestellten Information durchgeführt.
Deshalb unterscheidet sich eine solche Methode zur Positionsbestimmung von jener, in der ein im selben Gebiet befindliches Muster erfaßt und die Lage in Real-Zeit auf der Grundlage einer Abweichung der Nachweisinformation des erfaßten Musters von einem Vergleichsmuster erkannt wird; dieser Art ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, welche im folgenden beschrieben wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Anbetracht der Mißstände der oben erwähnten, herkömmlichen Beispiele ist es die erste Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Position bereitzustellen, in welcher eine Auflösung in atomarer Größenordnung erhalten wird, die Bewegungsrichtung leicht unterschieden werden kann und, falls ein Gegenstand, dessen Position erfaßt werden soll, zum Beispiel fixiert ist, diese Position sogar auch in Real-Zeit erfaßt werden kann.
Die obigen und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Patentansprüche mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Ausführungsdiagramm einer Einstellvorrichtung, in welcher eine relative Positionsbestimmung unter Verwendung eines Tunnelstroms entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung angewandt wird;
Fig. 2 ist ein schemtisches Diagramm, welches ein zweidimensionales Bild einer Feineinstellmarkierung eines Rauhigkeitsmusters eines Überzugs aus aufgedampftem Gold in einem Mittel, nach Fig. 1, zur Erfassung der Lageverschiebung zweidimensionaler Bilder zeigt;
Fig. 3 ist ein Ausführungsdiagramm einer Einstellvorrichtung, in welcher eine relative Positionsermittlung unter Verwendung eines Tunnelstroms entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung angewandt ist;
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, welches ein zweidimensionales Bild einer Feineinstellmarkierung zeigt, das mit Mitteln, nach Fig. 2, zur Ermittlung der Positionsverschiebung zweidimensionaler Bilder auf einem überzug aus aufgedampftem Gold geschrieben ist;
Fig. 5 ist ein Ausführungsdiagramm eines Kodierers mittels einer Tunnelstromanzeige unter Verwendung eines zweidimensionalen Vergleichsmaßstabs entsprechend der dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm, welches ein zweidimensionales Bild eines zweidimsionalen Vergleichsmaßstabs mittels eines Rauhigkeitsmusters eines Überzugs aus aufgedampftem Gold zeigt, wie es in der Vorrichtung der Fig. 5 benutzt wird; und
Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm, welches ein zweidimensionales Bild eines zweidimensionalen Vergleichsmaßstabs mittels eines Atomgitters einer Spaltungsebene eines leitfähigen Kristalls zeigt, welches in der Vorrichtung der Fig. 5 benutzt wird.

DETAILLIERTE BESCHREIEUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

(Abriß einer Ausführungsform)

Um die obige Aufgabe auszuführen, umfaßt eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Position nach einer im folgenden näher erläuterten Ausführungsform: einen Vergleichsgegenstand mit einer leitfähigen, zweidimensionalen Oberfläche, welcher an einen ersten Gegenstand befestigt ist; einen leitfähigen Meßkopf, der an einem zweiten Gegenstand in solch einer Weise angeordnet ist, daß sich eine Spitze einer zweidimensionalen Oberfläche des Vergleichsgegenstandes nähert; Meßkopfbewegungsmittel zur relativen, zweidimensionalen Bewegung des Meßkopfs entlang der zweidimensionalen Oberfläche des Vergleichsgegenstandes; Stromversorgungsmittel zum Anlegen einer Spannung zwischen dem Vergleichsgegenstand und dem Meßkopf und zur Erzeugung eines Tunnelstroms; Signalnachweismittel, um das Tunnelstromsignal, welches von der Spannungsversorgung erzeugt wird, nachzuweisen; Mittel zur Gewinnung von Daten eines zweidimensionalen Oberflächenbildes des Vergleichsgegenstandes auf der Grundlage des Tunnelstroms, welcher mittels des Signalnachweismittels auf Bewegung durch das Meßkopfbewegungsmittel angezeigt wird;
und Mittel zur Erfassung einer relativen Verschiebungsgröße zwischen dem ersten und zweiten Gegenstand, welche zwischen zwei zweidimensionalen Oberflächenbildern, die zu verschiedenen Zeitpunkten durch das obige Mittel auf der Grundlage der Daten jener zwei zweidimensionalen Oberflächenbilder erhalten worden sind, verursacht ist.
Das Mittel zur Gewinnung der Daten der zweidimensionalen Oberflächenbilder hat zum Beispiel Mittel zur Regelung einer Entfernung zwischen der zweidimensionalen Oberfläche des Vergleichsgegenstandes und dem Meßkopf. Das Entfernungsregelungsmittel regelt die Entfernung zwischen dem Vergleichsgegenstand und dem Meßkopf in solch einer Weise, daß, bei Bewegung des Meßkopfs mittels des Meßkopfbewegungsmittels, der zwischen dem Vergleichsgegenstand und dem Meßkopf fließendende Tunnelstrom konstant gemacht wird. Das Mittel zur Gewinnung der Daten der zweidimensionalen Oberflächenbilder erhält die Daten des zweidimensionalen Oberflächenbildes des Vergleichsgegenstandes von einer Meßgröße in dem Entfernungsregelungsmittel. Oder es ist auch möglich, in solch einer Weise vorzugehen, daß die Entfernung zwischen dem Vergleichsgegenstand und dem Meßkopf auf einen vorbestimmten Wert gesetzt ist und die Daten des zweidimensionalen Oberflächenbildes direkt von einer Änddrung des zwischen ihnen fließenden Tunnelstroms erhalten werden.
In der obigen Konstruktion wird das Prinzip eines Abtast- Tunnelmikroskops (im folgenden durch STM abgekürzt) angewandt. Einem STM entsprechend wird eine Spannung zwischen dem leitfähigen Meßkopf, der bis auf eine Entfernung von ungefähr 1 Nanometer angenähert wurde, und einem leitfähigen Material angelegt und es wird ein dazwischen fließender Tunnelstrom beobachtet, so daß verschiedene Information bezüglich der Oberflächengestalt des leitfähigen Materials und ein Elektronenverteilungszustand mit einer Lateralauflösung von 0,1 Nanometern und mit einer Vertikalauflösung von 0,01 Nanometern erhalten werden kann (G. Binning et al., Phys., Rev., Lett., 49 (1982) 75). Entsprechend der Erfindung wird das obige Prinzip angewandt: durch Anlegen einer Spannung zwischen einem Vergleichsgegenstand und einem Meßkopf, die als erster und zweiter Gegenstand so beschaffen sind, daß sie eine relative Veränderung verursachen, wird einem Tunnelstrom zu fließen gestattet. Und zur selben Zeit wird ein vorbestimmter Bereich auf der zweidimensionalen Oberfläche des Vergleichsgegenstandes durch den Meßkopf zweidimensional abgetastet, wird ein Tunnelstrom an jedem Punkt des zweidimensionalen Bereichs aufgenommen und eine Rauhigkeitsverteilung der zweidimensionalen Oberfläche in der Nähe der Spitze des Meßkopfs wird als zweidimensionale Bilddaten erhalten. Die Bilddaten werden in einer vorbestimmten Zeitspanne abgeleitet. Angenommen, daß zwischen dem ersten und zweiten Gegenstand zu solch einer Zeitspanne eine relative Verschiebung vorkommt, dann erscheint solch eine relative Verschiebung als Ortsabweichung zwischen ben Bilddaten. Ein Ausmaß der relativen Verschiebung zwischen dem ersten und zweiten Gegenstand wird aus der Positionsverschiebungsgröße zwischen den zweidimensionalen Bilddaten nachgewiesen.
Da die Rauhigkeitsinformation der zweidimensionalen Oberfläche des Vergleichsgegenstandes als ein Vergleichsmaßstab zum Erassung der relativen Verschiebungsgröße benutzt wird, wird, entsprechend der obigen Methode, für einen lokalen Defekt der zweidimensionalen Oberfläche des Vergleichsgegenstandes, für Fehler und Schwingung oder für eine Störung, wie Temperaturverschiebung und dergleichen, eine stabilere Erfassung mit weniger Fehlern durchgeführt. Da das Prinzip des STM angewandt wird, wird andererseits die relative Verschiebungsgröße bei einer Auflösung von 0,1 Nanometern nachgewiesen.
Eine Positioniervorrichtung einer Ausführungsform, welche im folgendem erläutert wird, umfaßt: eine Einstellmarkierung mit einer Leitfähigkeit, welche sowohl an einen Gegenstand, an dem ein Arbeitstell (ein Arbeitskopf in einer Ausführungsform, die im folgenden erläutert wird) befestigt ist, als auch an ein Werkstück, welches relativ zum Gegenstand beweglich ist, befestigt ist; ein leitfähiger Meßkopf, der an den anderen Gegenstand und das Werkstück befestigt ist, und in einer Art und Weise angeordnet ist, daß sich eine Spitze nahe der Einstellmarkierung befindet; Äbtastmittel zur Abtastung der Einstellmarkierung mittels des leitfähigen Meßkopfs; Spannungsanwendende Mittel zum Anlegen einer Spannung zwischen der Einstellmarkierung und dem leitfähigen Meßkopf, Strommeßmittel zur Bestimmung eines Wertes eines Tunnelstroms, der bei Abtastung mittels des Abtastmittels zwischen der Einstellmarkierung und dem leitfähigen Meßkopf fließt; Verschiebungsgröße-Erfassungsmittel zur Erfassung einer Größe einer Lageverschiebung eines zweidimensionalen Bildes der Einstellmarkierung, welche auf der Basis der mittels der Stromanzeigemittel festgestellten Tunnelstromstärke erhalten wird; und Antriebsmittel zur Durchführung einer Relativbewegung zwischen dem Arbeitsteil und dem Werkstück auf der Grundlage eines Verschiebungsgrößesignals von dem Verschiebungsgröße- Erfassungsmittel, wobei die Abtastung der Einstellmarkierung mittels des Meßkopfs, die Erfassung der Positionsverschiebungsgröße und die Relativbewegung zwischen zwei Gegenständen parallel zu der Bedienung des Arbeitsteils durchgeführt werden.
Es ist zum Beispiel ein Entfernungsregelungsmittel zur Regelung der Entfernung zwischen der Einstellmarkierung und dem leitfähigen Meßkopf in solch einer Weise vorgesehen, daß ein dazwischen fließender Tunnelstrom auf einen vorbestimmten Wert gesetzt ist, und ein zweidimensionales Bild der Einstellmarkierung von der Änderung der Größe der Entfernung zwischen der Einstellmarkierung und dem Meßkopf erhalten wird.
Im Allgemeinen ist die Einstellmarkierung als ein Rauhigkeitsmuster von einer der Oberflächen desjenenigen Gegenstandes, an das das Arbeitsteil und das Werkstück befestigt ist, gebildet. Nach einer anderen Methode kann jedoch durch Bereitstellung von Mittel zur Anwendung von Impulsspannung zwischen einer die Leitfähigkeit aufweisende Oberfläche und dem an der anderen Oberfläche befestigten, leitfähigen Meßkopf und durch Anlegen einer Impulsspannung durch das Impuls anwendende Mittel eine Rauhigkeitsstruktur auf der die Leitfähigkeit aufweisende Oberfläche gebildet werden. Gewöhnlich wird die Einstellmarkierung auf der Oberfläche, die der Arbeitsoberfläche des Werkstücks gegenüberliegt, gebildet.
Im allgemeinen hat die Vorrichtung darüber hinaus Mittel zur Grobeinstellung des Arbeitsteils und des Werkstücks.
In der obigen Konstruktion wird die Positioniermethode unter Verwendung des oben beschriebenen Tunnelstroms benutzt.
In der Ausführungsform werden der Meßkopf und die Einstellmarkierung bereitgestellt, die so angeordnet sind, daß sich zwei Gegenstände so eng zuwenden, wie es die relative Positionierung erfordert, durch Anlegen einer Spannung wird einem Tunnelstrom gestattet, zwischen dem Meßkopf und der Einstellmarkierung zu fließen, und gleichzeitig wird die Einstellmarkierung zweidimensional von dem Meßkopf abgetastet, so daß ein Tunnelstrom abgeleitet wird.
Eine relative Positionsbeziehung (Positionsverschiebungsgröße) zwischen dem Meßkopf und der Einstellmarkierung wird von solch einem Tunnelstrom oder von einem zweidimensionalen Bild eines Regelsignals erfaßt, wenn der Tunnelstrom auf einen vorbestimmten Wert gesetzt wurde. So ist die Positionierung zwischen zwei Gegenständen, die eine relative Positionierung benötigen, mit einer Auflösung und einer Genauigkeit von 0,1 Nanometern ausgeführt. Darüber hinaus ist die Positionierung ohne irgendeinen durch den Einfluß einer Temperaturverzerrung oder einer Beschädigung einer Markierung während des Vorgangs herrührenden Positionierfehler durchgeführt, denn die Einstellmarkierung ist eng an der rückseitigen Oberfläche der Einstellposition des einzustellenden Gegenstandes ausgebildet.
Deshalb wird, wenn das Arbeitsteil den anderen Gegenstand, wie zum Beispiel einen Wafer oder dergleichen mittels eines Laserstrahls oder eines Elektronenstrahls bearbeitet, eine während eines Arbeitsvorganges zwischen dem Arbeitsteil und dem anderen Gegenstand auftretende Lageverschiebung immer durch das Mittel zur Erfassung der Verschiebungsgröße erfaßt, und solch eine Verschiebung wird durch das Antriebsmittel korrigiert. So wird der Vorgang durchgeführt, während die Ausgangsposition mit großer Genauigkeit gehalten wird. Andererseits wird sogar in dem Fall, wo, nachdem der Wafer und dergleichen bewegt worden sind und die Vorgänge, wie zum Beispiel Ätzen und dergleichen, durchgeführt werden, wieder die Bearbeitung durch das Arbeitsteil durch Verwendung der Ausgangsposition als Bezugsgröße der Lageverschiebungsgröße, die durch das Mittel zur Erfassung der Verschiebungsgröße erfaßt wird, durchgeführt; die Positionierung zur Ausgangsposition wird mit großer Genauigkeit durchgeführt.
Wie oben erwähnt, wird die Einstellung der Positionsbestimmung, Positionsregenerierung, Positionsbewegung und dergleichen, die eine Auflösung und eine Genauigkeit von 0,1 Nanometer haben, mittels einer Einstellmethode unter Verwendung des Tunnelstroms durchgeführt, so daß der Vorgang durch das Arbeitsteil mit großer Präzision durchgeführt wird.
Eine Ausführungstorm der Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

(Erste Ausführungsform)

Fig. 1 ist ein Konstruktionsdiagramm einer Einstellvorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines zweidimensionalen Feineinstellbildes im Falle, wo ein Feinstrukturmuster eines Überzugs aus aufgedampftem Gold als Feineinstellmarkierung in der Vorrichtung der Fig. 1 benutzt wurde. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist in der Vorrichtung ein überzug 104 aus aufgedampftem Gold mit einer Filmdicke von ungefähr 20 Nanometern auf der rückseitigen Oberfläche eines Werkstücks 103, wie zum Beispiel einem Wafer oder dergleichen an ein Ogjektträger 102 befestigt, welcher zu einem Befestigungsmittel 101 beweglich ausgebildet ist. Ein Feinstrukturmuster auf der Oberfläche des Überzugs 104 aus aufgedampftem Gold stellt eine Feineinstellmarkierung 105 dar. Die Markierung 105 kann auch auf der rückwärtigen Oberfläche des Objektträgers 102 ausgebildet sein. Von einem Netzanschlußgerät 106 wird eine Vorspannung an den Überzug 104 gelegt. Ein Tunnelstrom, der zwischen dem Überzug 104 und einem Leitfähigkeit besitzenden Meßkopf 107 fließt, welcher so angeordnet ist, daß er der Feineinstellmarkierung 105 zugekehrt ist und ihm gestattet, sich bis auf eine Entfernung von einem Nanometer oder weniger anzunähern, wird mittels eines Schaltkreises zur Erfassung des Tunnelstroms 108 nachgewiesen. Der Zwischenraum zwischen dem Meßkopf 107 und der Markierung 105 wird durch einen Schaltkreis 109 zur Regelung der vertikalen Position des Meßkopfs und durch Mittel 110 zur Regelung der vertikalen Position des Meßkopfs in solch einer Weise geregelt, daß ein Wert des festgestellten Tunnelstroms auf einen vorbestimmten Wert gesetzt wird (zum Beispiel ein Nanometer), das bedeutet, daß der Abstand zwischen dem Meßkopf 107 und der Markierung 105 auf einen vorbestimmten Wert gesetzt wird. Deshalb wird die Markierung 105 zweidimensional in lateraler Richtung (die zu der Oberfläche des Überzugs 104 parallele Richtung) mittels des Meßkopfs 107 durch Mittel 130 zur zweidimensionalen Abtastung abgetastet. Ein von jedem Punkt des Bereichs abgetatetes und von dem Schaltkreis 109 zur Regelung der vertikalen Position des Meßkopfs gewonnenes Signal zur Regelung der vertikalen Position des Meßkopfs wird von einem Mittel 111 zur zweidimensionalen Bildverarbeitung überwacht. Hiervon herrührend ist die Feineinstellmarkierung 105, namentlich in zweidimensionales Verteilungsbild des Feinstrukturmusters des Überzugs aus aufgedampftem Gold, gewonnen und folgeabhängig in ein Bildspeichermittel 112 gespeichert.
Falls eine relative Verschiebung des Objektträgers 102 zu dem Befestigungsteil 101 auftritt, das heißt, wenn relative Verschiebungen zwischen Arbeitskopf 113 und Meßkopf 107, der an das Befestigungsteil 101 und an das an den Objektträger 102 befestigte Werkstück 103 befestigt ist, auftritt, dann treten zeitabhängige seitliche Verschiebungen in einem zweidimensionalen Verteilungsbild eines Feinstrukturmusters 102a auf der Oberfläche des Überzugs aus aufgedampftem Gold auf, welche durch das Mittel 111 zur zweidimensionalen Bildverarbeitung gewonnen wird. In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel treten zwischen zweidimensionalen Bildinformationen A und B, die zur Zeit to und to + Δt abgeleitet werden, laterale Verschiebungen von ΔX und ΔY auf. Im Mittel 114 zur Erfassung der Positionsverschiebungsgröße zweidimensionaler Bilder werden zwischen der zweidimensionalen Bildinformation, die zur Zeit to + Δt von dem Mittel 111 zur zweidimensionalen Bildverarbeitung gewonnen wurde, und der zweidimensionalen Bildinformation, die zur Zeit to von dem Bildspeichermittel 112 gewonnen wurde, zweidimensionale laterale Verschiebungsgrößen ΔX und ΔY festgestellt. Weiterhin wird ein Grob-Bewegungsgröße-Meßsignal von einer Einrichtung 126 zur Erfassung der Lichtstärke in einem Mittel 115 zur Erfassung der relativen Verschiebungsgröße zu einem Fein-Bewegungsgröße-Meßsignal addiert. Ein Mittel 116 zum Antrieb des Objektträgers treibt den Objektträger 102 in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal des Mittels 115 zur Erfassung der Positionsverschiebungsgröße zweidimensionaler Bilder so an, daß der Abstand zwischen dem Werkstück 103 und dem Arbeitskopf 113 ( das heißt, zwischen der Feineinstellmarkierung 105 und dem Meßkopf 107) auf einen vorbestimmten Wert gesetzt wird.
Eine Grob-Bewegungsgröße-Messung einer relativen Verschiebungsgröße zwischen der Markierung 105 und dem Meßkopf 107 wird zum Beispiel in der folgenden Weise durchgeführt. Und zwar wird ein kohärentes Licht 118 von einer kohärenten Lichtquelle 117 veranlaßt, mittels eines Spiegels 119 auf eine Grobeinstellmarkierung 120, die ein mit einem auf einem Überzug 104 aus aufgedampftem Gold versehenen Beugungsgitter umfaßt, welches auf der rückseitigen Oberfläche des Werkstücks 103 gebildet ist, aufzutreffen. So werden gebeugte Lichtstrahlen 121 und 122 der ±nten Ordnung erhalten. Die gebeugten Lichtstrahlen 121 und 122 werden durch Spiegel 123 und 124 reflektiert. Danach werden die reflektierten Lichtstrahlen in einen Strahlenmischer 125 gegeben. So werden die gebeugten Lichtstrahlen durch den Strahlenmischer 125 zusammengesetzt und als Interferenzlicht in die Einrichtung 126 zur Erfassung der Lichtstärke eingegeben. Angenommen, daß zu dieser Zeit im Interferenzlicht, welches in die Einrichtung 126 zur Erfassung der Lichtstärke eintritt, sich ein Hell/Dunkel-Intensitätswechsel, der von der relativen Verschiebung in der Querrichtung zwischen dem Werkstück 103 und dem Meßkopf 107 herrührt, ereignet, und zum Beispiel, angenommen, daß die relative Verschiebungsgröße im Falle, daß Beugungsstrahlen der unten Ordnung interferieren, gleich einem Linienabstand des Beugungsgitters ist, kommt ein zu zwei Perioden korrespondierender Hell/Dunkel-Wechsel zustande. Die grobe Bewegunggröße kann deshalb auf der Grundlage eines Ausgangssignals der Einrichtung 126 zur Erfassung der Lichtstärke in dem Mittel 115 zur Erfassung der relativen Verschiebungsgröße von der obigen Beziehung erhalten werden.
Der Positionsregelvorgang des Werkstücks 103 während seiner Bearbeitung wird jetzt beschrieben.
Nachdem das Werkstück 103, wie z. B. ein Wafer oder dergleichen, welches noch nicht bearbeitet ist, auf den Objektträger 102 befestigt wurde, als es zuerst von dem Arbeitskopf 113 durch einen Arbeitsstrahl 127 bearbeitet wurde (auf dem ersten Objektträger, wo keine Feineinstellung erforderlich ist), ist die relative Lagebeziehung zwischen der Feineinstellmarkierung 105 und dem Meßkopf 107 an der Einstellposition vorher in das Bildspeichermittel 112 als ein zweidimensionales Verteilungsbild eines Feinstrukturmusters auf der Oberfläche eines Überzugs aus aufgedampftem Gold an der Position der Spitze des Meßkopfs 107 mittels der obigen Methode gespeichert. Während des ersten Arbeitsvorganges wird die Lage des Objektträgers 102, wie oben erwähnt, geregelt, um keine Lageverschiebung zwischen dem Arbeitsstrahl 127 und einem Arbeitsbereich 128 auf dem Werkstück 103 zu verursachen, das heißt, um keine Querverschiebung von dem zuerst gespeicherten zweidimensionalen Verteilungsbild des Rauhigkeitsmusters zu verursachen, einer Querverschiebung, die von einer auf Hitzeerzeugung oder Konvektion während des Arbeitsprozesses, einer externen Erschütterung, einer Entspannung eines beweglichen mechanischen Teils oder dergleichen beruhende, Temperaturverschiebung herrührt. Zu dieser Zeit gestattet das Mittel 130 zur zweidimensionalen Abtastung dem Meßkopf 107, die Feineinstellmarkierurg 105 durch Bewegung des Meßkopfs 107 zum Befestigungsteil 101 abzutasten und es kann die zweidimensionale Abtastung des Meßkopfs 107 unabhängig von dem Antriebszustand des Antriebsmittels 116 des Objektträgers durchführen. Sogar im Fall, wo das Werkstück 103 und das Befestigungsteil 101 während des Arbeitsvorgangs in der festen Anordnung gehalten wird, kann deshalb die Markierung in Real-Zeit festgestellt werden, so daß die Real-Zeit- Positionsbestimmung durchgeführt werden kann.
Nachdem ein Bildmuster auf einen Abdecklack 129 oder dergleichen während der Durchführung der Positionsregelung - wie oben erwähnt - durch den Arbeitsstrahl 127 auf das Werkstück 103 geschrieben wurde, wird das Werkstück 103 von dem Objektträger 102 wegbewegt und die Vorgänge wie Ätzen und dergleichen werden durchgeführt. Das Werkstück 103 wird wieder auf dem Objektträger 102 befestigt und die Position, wo das Werkstück 103 zuerst bearbeitet wurde, ist von dem Arbeitsstrahl 127 regeneriert. Danach wird die nächste Arbeit durchgeführt. Zu dieser Zeit wird die nächste Arbeitsposition in der folgenden Weise regeneriert.
Zuerst wird die Position des Objektträgers 102 in dem Positionierbereich in der Fein-Positioniermethode durch die Grob-Fositioniermethode unter Verwendung von kohärentem Licht 118 regeneriert. Danach wird eine laterale Verschiebungsgröße zwischen dem zweidimensionalen Verteilungsbild des Rauhigkeitsmusters, welches zur Zeit des ersten Arbeitsvorgangs gespeichert wurde, und dem zweidimensionalen Verteilungsbild des Rauhigkeitsmuster, welches an der gegenwärtigen Position erhalten wurde, abgeleitet. Die Lage des Objektträgers 102 wird so geregelt, daß die laterale Verschiebungsgröße auf Null gesetz wird.
Wenn der zweite und folgende Arbeitsvorgang, nachdem die Position zu der Zeit des ersten Arbeitsvorgangs, wie oben erwähnt, regeneriert wurde, durchgeführt ist, wird die laterale Verschiebungsgröße zwischen dein zweidimensionalen Verteilungsbild des Rauhigkeitsmusters, welches bei der ersten Bearbeitung gespeichert wurde, und dem zweidimensionalen Verteilungsbild des Rauhigkeitsmusters, welches durch jeden der zweiten und folgenden Arbeitsvorgänge erhalten wurde, oder eine sequentielle Bewegungsgröße während des Arbeitsvorgangs mit einer Einstellgröße verglichen. Ein gewünschtes Schreibmuster wird während der Regelung der Position des Objektträgers 102 erarbeitet.
Die Feineinstellmarkierung 105 ist, entsprechend der Ausführungsform, an der Position des Werkstücks 103 ausgebildet, wo sich die Oberfläche (rückseitige Oberfläche des Werkstücks 103) der Seite, die dem durch den Arbeitsstrahl 127 gegbenen Arbeitsbereich 128 gegenüberliegt, und die Verlängerungslinie des Arbeitsstrahls 127 kreuzen. Deshalb nimmt die in Querrichtung von der Temperaturänderung des Werkstücks 103 herrührende, relative Positionsveschiebungsgröße zwischen Arbeitsbereich 128 und der Markierung 105 weiter ab. Andererseits ist an den symmetrischen Positionen für die Feineinstellmarkierung 105 eine Vielzahl von Grobeinstellmarkierungen 120 vorgesehen beziehungsweise werden die jeweiligen Grobeinstellvorgänge mit Bezug auf die Markierungen 120 durchgeführt. Deshalb kann die zwischen dem Arbeitsbereich 128 und der Feineinstellmarkierung 105 von der Temperaturänderung des Werkstücks 103 in lateraler Richtung herrührende relative Positionsverschiebungsgröße auf den Niveau der Grobeinstellgenauigkeit ausgeglichen werden. Weiterhin können Beschädigungen der Markierungen während der Arbeitsvorgänge wie Strahlenbildschreiben, Ätzen und dergleichen verhindert werden, denn die Feineinstellmarkierung 105 und die Grobeinstellmarkierung 120 sind auf der dem Arbeitsbereich 128 des Werkstücks 103 gegenüberliegende Seite (rückseitige Oberfläche des Werkstücks 103) vorgesehen.

(Zweite Ausführungsform)

Fig. 3 ist ein Konstruktionsdiagramm einer Positioniervorrichtung entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Feineinstellung eines zweidimensionalen Bildes in dein Fall, wo in der Vorrichtung der Fig. 3 eine auf einen Überzug aus aufgedampftem Gold geschriebene Feineinstellmarkierung verwendet wurde.
Wie in Fig. 3 gezeigt, wird in der Vorrichtung der Zwischenraum zwischen dem Meßkopf 107 und dem Überzug 104 aus aufgedampftem Gold durch einen entsprechenden Vorgang mit einer Vorrichtung geregelt, die der oben erwähnten ersten Ausführurgform entspricht.
In der zweiten Ausführungsform wird jedoch zwischen dem Überzug 104 aus aufgedampftem Gold und der Meßkopf 107 mittels einer Impulsspannung anwendenden Schaltung 301 und einer Spannungsaddierschaltung 302 eine Imulsspannung einer Impulsbreite von 10&supmin;&sup5; Sekunden und einer Spannung von 10 Volt angewandt, wodurch die Feineinstellmarkierung 105 auf den Überzug 104 geschrieben wird. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur in Bezug auf den obige Punkt.
Andererseits ist die Positionsregelung in der Querrichtung des Objektträgers 102 in einer der ersten Ausführungsform entsprechenden Weise durchgeführt. In der zweiten Ausführungsform gibt es, wie in Fig. 4 gezeigt, Beispiele der Querverschiebungen ΔX und ΔY zwischen Bildinformation A' und B' zur Zeit to und to + Δt.
Wenn das Werkstück 103 bearbeitet wird, wird, nachdem das Werkstück 103, wie zum Beispiel ein Wafer oder dergleichen, welches noch nicht bearbeitet ist, auf den Objektträger 102 gesetzt worden ist, die Feineinstellmarkierung 105 an solch einer Sollposition geschrieben. Danach wird das Werkstück, während der Positionseinstellung des Objektträgers 102, im wesentlichen in der gleichen Weise wie die erste Ausführungsform bearbeitet.
Entsprechend der beiden oben beschriebenen Ausführungsformen sind der Meßkopf und die Einstellmarkierung für zwei Gegenstände vorgesehen, was die relative Positionierung erforderlich macht, um sie eineinander dicht gegenüberzustellen. Eine Spannung wird angelegt und zwischen eni Meßkopf und der Einstellmarkierung kann ein Strom fließen. Duch den Meßkopf wird die Einstellmarkierung zweidimensional abgetastet. So wird eine relative Lagebeziehung (Positionsverschiebungsgröße) zwischen dem Meßkopf und der Einstellmarkierung von einen zweidimensionalen, zu der Änderung des Tunnelstroms korrespondierenden Bild, welches von der zweidimensionalen Abtastung der Einstellmarkierung oder der Kontrollsignaländerung abgeleitet ist, festgestellt, um den Tunnelstrom konstant zu machen, wodurch die relative Lage zwischen den beiden Gegenständen geregelt wird. Deshalb kann die Positionierung bei dem Vorgang der Lagefixierung zwischen zwei Gegenständen, Lageregeneration, Positionsverschiebung und dergleichen, mit einer Auflösung und einer Genauigkeit von 0,1 Nanometern durchgeführt werden. Weiterhin kann dadurch, daß die Einstellmarkierung dicht auf der rückwärtigen Oberfläche an dem Einstellplatz des einzustellenden Gegenstandes ein auf einen Einfluß durch die Temperaturänderung oder einer Beschädigung der Markierung während der Bearbeitung beruhender Positionierfehler vermieden werden.
Darüber hinaus bewegt das Mittel, das dem Meßkopf erlaubt, zweidimensional abzutasten, den Meßkopf zu dem Befestigungsmittel, an dem der Meßkopf angeordnet ist, wodurch der Meßkopf veranlaßt wird, ein Werkstück zweidimensional abzutasten. Deshalb kann die zweidlmeiieicnale Abtastung durch den Meßkopf beinahe unabhängig von der relativen Lagebeziehung zwischen dem Befestigungsmittel und dem Wekstück durchgeführt werden. Sogar während der Bearbeitung, bei der sich die Seite des Befestigungsmittels und die Seite des Werkstücks in einer beinahe festen Beziehung befinden müssen, kann so die Erfassung der relativen Lage durch die zweidimensionale Abtastung des Meßkopfs in Real-Zeit durchgeführt werden.

(Dritte Ausführungsform)

Fig. 5 zeigt eine Konstruktion eines Kodierers enntsprechend der dritten Ausführungsform der Erfindung.
Als ein zweidimensionaler Bezugsmaßstab 201 des Kodierers zeigen die Figuren 6 und 7 ein Fein-Rauhigkeitsmuster eines Überzugs aus aufgedampftem Gold beziehungsweise im Falle der Verwendung eines Atomgitters einer Spaltebene eines leitfähigen Kristalls ein zweidimensionales Bild mit Mitteln 202 zur Erfassung der Positionsverschiebungsgröße eines zweidimensionalen Bildes. In dem Kodierer der Fig. 5 sind die Gegenstände 203 und 204 so angeordnet, daß eine relative Verschiebung in der Querrichtung vorkommen kann (die rechte und linke Richtung in der Zeichnung). Ein Meßkopf, der eine Leitfähigkeit hat, ist für den Gegenstand 204 vorgesehen. Der leitfähige zweidimensionale Bezugsmaßstab 201 ist für den Gegenstand 203 vorgesehen. Der Meßkopf 205 ist so angeordnet, daß er dem Maßstab 201 zugekehrt ist, und darf sich bis auf eine Entfernung von einem Nanometer oder weniger annähern. Von einem Netzanschlußgerät 206 ist zwischen dem Meßkopf 205 und dem Maßstab 201 eine Vorspannung angelegt. Ein zwischen ihnen fließender Tunnelstrom wird durch ein Schaltkreis 207 zur Erfassung des Tunnelstroms nachgewiesen. Der Abstand zwischen dem Meßkopf 205 und dem zweidimensionalen Bezugsmaßstab 201 wird mittels eines Schaltkreises 208 zur Regelung der vertikalen Position des Meßkopfs und durch Mittel 109 zur Regelung der vertikalen Position des Meßkopfs in solch einer Weise geregelt, daß die erfaßte Tunnelstromstärke auf einen vorbestimmten Wert (zum Beispiel, ein Nanoampere) gesetz wird, das heißt, die Entfernung zwischen dem Meßkopf 205 und dem zweidimensionalen Bezugsmaßstab 201 wird konstant. Ein von dem Schaltkreis 208 zur Regelung der vertikalen Position des Meßkopfs an jedem Punkt der zweidimensicnalen Ebene aufgenommenes Signal zur Regelung der vertikalen Position des Meßkopfs wird durch Mittel 211 zur zweidimensionalen Bildverarbeitung überwacht. Deshalb wird ein zweidimensionales Bild der Rauhigkeitsverteilung des Maßstabs 201 als ein Ausgangssignal des Mittels 211 zur Bildverarbeitung erhalten und nacheinander in das Bildspeichermittel 212 gespeichert, wenn Mittel 210 zur zweidimensionalen Abtastung dem Meßkopf 205 gestatten, den zweidimensionalen Bezugsmaßstab 201 in der Querrichtung zweidimensional abzutasten. Wenn eine relative Verschiebung zwischen den Gegenständen 203 und 204 auftritt, das heißt, wenn eine relative Verschiebung zwischen dem an den Gegenstand 204 befestigten Meßkopf 205 und dem an den Gegenstand 203 befestigten zweidimensionalen Vergleichsmaßstab 201 auftritt, dann ereignet sich in dem zweidimensionalen, durch das Mittel 211 zur Bildverarbeitung erhaltene Bild der Rauhigkeitsverteilung des Vergleichsmaßstabs 201 eine zeitabhängige seitliche Verschiebung. Die Figuren 6 und 7 zeigen Beispiele für den Fall, wo seitliche Verschiebungen von ΔX und ΔY zwischen den zweidimensionalen Bildinformationen A und B zu den Zeiten to beziehungsweise to + Δt auftreten.
In dem Mittel 202 zur quantitativen Erfassung zweidimensionaler Bilder werden die von dem Mittel 211 zur zweidimensionalen Bildverarbeitung zur Zeit to + Δt zwischen der zweidimensionalen Bildinformation erhaltenen zweidimensionalen seitlichen Verschiebungsgrößen ΔX und ΔY und die zur Zeit to von dem Bildspeichermittel 212 abgeleitete zweidimensionale Bildinformation festgestellt. Von den seitlichen Verschiebungsgrößen ΔX und ΔY und der durch das Mittel 210 zur zweidimensionalen Abtastung gewonnene zweidimensionale Abtastgröße des Meßkopfs 05 wird in dem Mittel 213 zur quantitativen Erfassung relativen Verschiebung eine zweidimensionale relative Verschiebungsgröße zwischen den tatsächlichen Gegenständen 203 und 204 festgestellt. Falls der Maßstab keine Gleichförmigkeit wie ein in Fig. 6 gezeigtes, als Vergleichsmaßstab benutztes, Feinstrukturmuster auf einem Überzug aus aufgedampftem Gold aufweist, ist es erforderlich, als den Bezugsmaßstab 201 einen zweidimensionalen Abtastbereich des Meßkopfs 205 verherzubestimmen. In solch einem bekannten zweidimensionalen Abtastbereich kann eine tatsächliche laterale Verschiebungsgröße von einem lateralen Verschiebungsverhältnis des zweidimensionalen Bildes gewonnen werden. Andererseits kann der Atomgitterabstand als Vergleichsmaßstab benutzt werden, falls ein Maßstab, der eine Gleichförmigkeit aufweist, wie zum Beispiel ein in Fig. 7 gezeigtes Atomgitter einer Spaltungsebene eines leitfähigen Kristalls, als der Bezugsmaßstab 201 benutzt wird. Durch Verwendung eines Gitterabstands als eine Einheit kann deshalb die seitliche Verschiebungsgröße gewonnen werden.
Entsprechend der oben beschriebenen dritten Ausführungsform wird in dem Kodierer zur Erfassung einer relativen Bewegungsgröße zwischen zwei Gegenständen das Prinzip des Rastertunnelmikroskops benutzt, die Lagebeziehung zwischen dem Meßkopf und dem Bezugsgegenstand wird als zweidimensionales Bild der Rauhigkeitsverteilung des Vergleichsgegenstandes in der Nähe der Spitze des Meßkopfs erhalten und es wird eine zeitabhängige laterale Verschiebungsgröße des zweidimensionalen Bildes, welches von der relativen Verschiebung zwischen den beiden Gegenständen verursacht ist, festgestellt. Deshalb kann die Auflösung der Erfassung der relativen Verschiebungsgröße auf 0,1 Nanometer gesetzt werden. Auch kann bei einem örtlichen Fehler des Vergleichsgegenstandes, bei Fehlern und Erschütterung oder bei einer Störung, wie einer Temperaturverschiebung oder dergleichen eine stabile Erfassung durchgeführt werden.
Andererseits wird mittels des Meßkopfs der zweidimensionale Bezugsmaßstab durch Bewegung des Meßkopfs an einem mit dem Meßkopf versehenen Gegenstand zweidimesional abgetastet. Deshalb kann die relative Lage durch eine zweidimensionale Abtastung des Meßkopfs ohne Rücksicht auf den relativen Bewegungszustand zwischen zwei Gegenständen, die relativ bewegt werden können, in Real-Zeit festgestellt werden.

Claims

1. Eine Vorrichtung, umfassend:

- einen ersten Gegenstand (103, 203), der eine Oberfläche hat, die Information trägt,

- einen Meßkopf (107, 205), der so vorgesehen ist, daß er der Oberfläche des ersten Gegenstandes zugewandt ist,

- einen zweiten Gegenstand (101, 204), welcher den Meßkopf trägt,

- erstes Antriebsmittel (130, 210) zur zweidimensionalen Bewegung des Meßkopfs relativ zum ersten und zweiten Gegenstand, um die Oberfläche mittels des Meßkopfs zweidimensional abzutasten,

- zweites Antriebsmittel (116) zur Ausführung zweidimensionaler Relativbewegungen des ersten und zweiten Gegenstandes parallel zur Oberfläche und

- Mittel (108, 207) zum Lesen der Information von der Oberfläche mittels des Meßkopfs,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Vorrichtung weiter umfaßt:

- Nachweismittel (111, 112, 114, 202, 211, 212) zur Erfassung relativer Lagebeziehung des ersten und zweiten Gegenstandes in einer Richtung parallel zu der Oberfläche durch Vergleich zweidimensionalen Verteilungsmusters von Information, ausgelesen durch genanntes Lesemittel während zweidimensionalen Abtastens der Oberfläche mit dem Meßkopf durch genanntes erstes Antriebsmittel, mit einem zweidimensionalen Verteilungsmuster von Bezugsinformation und

- Regelungsmittel zur Regelung genannten zweiten Antriebsmittels in Übereinstimmung mit einem Nachweissignal des Nachweismittels, um relative Positionierung des ersten und zweiten Gegenstandes in der zu der Oberfläche parallelen Richtung durchzuführen.

2. Eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1, worin genannte Information auf der Oberfläche aus einem Feinstrukturmuster (105, 201) zusammengesetzt ist.

3. Eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, worin genanntes Lesemittel

- Mittel (106, 206) zum Anlegen einer Spannung zwischen dem Meßkopf und dem ersten Gegenstand hat und

- das zweidimensionale Verteilungsmuster der Information durch Erfassung eines zwischen dem Meßkopf und dem ersten Gegenstand fließenden Tunnelstroms liest.

4. Eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, worin

- genannter erster Gegenstand ein leitfähiges Material (104) auf der Oberfläche hat und

- die Information mittels des Lesemittels als eine Änderung des Oberflächenzustands des leitfähigen Materials ausgelesen wird.

5. Eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, worin genanntes Regelungsmittel

- Mittel (115, 117, 119, 120, 123, 124, 125, 126) zu Groberfassung der Positionen des ersten und zweiten Gegenstandes umfaßt und

- das zweite Antriebsmittei in Übereinstimmung mit dem Nachweissignal des Mittels zur Erfassung des Positionsverlaufs regelt, um relative Grobpositionierung des ersten und zweiten Gegenstandes in der zur Oberfläche parllelen Richtung durchzuführen.

6. Eine Vorrichtung nach Patentanspruch 5,

worin genanntes Mittel zur groben Lagebestimmung umfaßt:

- ein auf dem ersten Gegenstand vorgesehenes Beugungsgitter (120),

- eine Lichtquelle (117) zur Bestrahlung des Beugungsgitters mit Licht (118),

- ein optisches Interferenzsystem (119, 123, 124, 125), um mittels des mit dem Licht bestrahlten Beugungsgitters Interferenz gebeugten Lichts zu ermöglichen,

- einen Photodetektor (126) zur Erfassung des Interferenzlichts von dem optischen Interferenzsystem und

- Mittel (115) zur Erfassung von Änderung der relativen Lagebeziehung des ersten und zweiten Gegenstands von einem Ausgang des Photodetektors.

7. Eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, ferner umfassend:

- Markierung bildende Mittel (301, 302) zur Bildung einer lagebestimmenden Markierung auf der Oberfläche des ersten Gegenstandes.

8. Eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, weiter umfassend:

Mittel (112) zur Speicherung des zweidimensionalen Verteilungsmusters der zuvor von dem Lesemittel ausgelesenen Information und

das zweidimensionale Verteilungsmuster der in dem Speichermittel gespeicherten Information ist als genanntes zweidimensionales Verteilungsmuster der Bezugsinformation festgestellt.

9. Eine Methode zur Positionierung ersten und zweiten Gegenstands durch Verwendung der Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Oberfläche durch genanntes erstes Antriebsmittel mit dem Meßkopf durch genanntes erstes Antriebsmittel zweidimensional abgetastet wird,

- das zweidimensionale Verteilungsmuster der Information während genannter zweidimensionaler Abtastung durch das Lesemittel ausgelesen wird,

- das zweidimensionale Verteilungsmuster der ausgelesenen Information mit dem zweidimensionalen Verteilungsmuster der Bezugsinformation in dem Nachweismittel verglichen wird, um relative Lagebeziehung des ersten und zweiten Gegenstandes in der zu der Oberfläche parallelen Richtung zu erfassen und

- genanntes zweites Antriebsmittel in Übereinstimmung mit dem Meßergebnis durch genanntes Regelungsmittel geregelt wird,

so daß relative Positionierung des ersten und zweiten Gegenstandes in der zu der Oberfläche parallelen Richtung durchgeführt wird.

10. Eine Arbeitsvorrichtung, die die Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 8 benutzt, worin

- genannnter erster Gegenstand ein Werkstück (103) ist, und

- Arbeitsmittel (113, 127) auf dem zweiten Gegenstand vorgesehen ist.

11. Eine Vorrichtung nach Patentanspruch 10, worin genanntes Werkstück auf der Rückseite der Oberfläche einen Arbeitsbereich (128, 129) hat, der die Information trägt.

12. Eine Vorrichtung nach Patentanspruch 10 oder 11, worin genanntes Arbeitsmittel genanntem Meßkopf zugekehrt ist, um genanntes, dazwischenliegendes Werkstück zu bedecken.