DE69900557T2

DE69900557T2 - Vorrichtung zur Kontrolle und/oder Bearbeitung eines Musters

Info

Publication number: DE69900557T2
Application number: DE69900557T
Authority: DE
Inventors: Dr. Frosien; Shinpei Takeshita
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1999-08-16
Filing date: 1999-08-16
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2019-08-17
Also published as: EP1085294B1; JP2001116869A; EP1085294A1; US6509969B1; DE69900557D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Überprüfung und/oder Bearbeitung einer Probe auf einem mit einer Prüf- oder Abbildungsvorrichtung versehenen Tisch.
Hochauflösende Lithographie- und Mikrobearbeitungswerkzeuge (z. B. ein Elektronenstrahl - Lithographiesystem, ein Stepper für den fernen UV-Bereich), Uberprüfungs- und Prozeßsteuerungsmittel (z. B. ein CD-SEM, Hilfsmittel zur Auffindung und Nachprüfung von Defekten) sowie Analyse- und Prüfmittel (ein SEM, VIB, AFM, hochauflösende Hilfsmittel, welche Lichtquellen im UV-Bereich, im fernen UV-Bereich bzw. im EIN-Bereich verwenden) benötigen Tische zur Halterung und Bewegung der zu überprüfenden und/oder zu bearbeitenden Probe.
Mit steigenden Anforderungen an das Auflösungsvermögen dieser Systeme erhöhen sich auch ständig die Anforderungen an die Tische im Hinblick auf Stabilität und Positioniergenauigkeit. Zulässige Meßunsicherheiten und Stabilitätsabweichungen liegen hierbei unter 100 Nanometern und werden möglicherweise unter 1 Nanometer sinken. Die mechanische Ausführung und die Mechanik des Tisches kann dieser Herausforderung nicht länger alleine gerecht werden, so daß es notwendig ist, Positionssteuermittel zur Unterstützung der Positioniergenauigkeit und Tischstabilität einzusetzen.
Die Tischpositionssteuerung erfolgt hauptsächlich mit Hilfe zweier Hilfsmittel, nämlich eines linearen optischen Kodierers und eines Laser-Interferometers. Ein linearer Kodierer besteht aus optischen Gittern bzw. optischen Einteilungen, die mit dem Tisch verbunden sind und deren Bewegung durch geeignete am nicht beweglichen Teil der Tischanordnung vorgesehene optische Sensoren gelesen wird. Die Laser-Interferometersteuerung nutzt die Interferenz zwischen einem reflektierten Strahl, der durch einen mit dem Tisch verbundenen Spiegel erzeugt wird, und einem Referenzstrahl. Da die Wellenlänge des Laserstrahls als Maßeinheit verwendet wird, bieten Laserinterferometer eine viel bessere Positioniergenauigkeit (im Bereich von 10 nm) als optische Kodierer, die eine Genauigkeit im Bereich von 100 nm aufweisen.
Der Nachteil linearer Kodierer besteht in ihrer begrenzten Genauigkeit. Laser-Interferometer sind hingegen bedeutend genauer, aber dabei auch sehr komplex und kostenintensiv. Die Genauigkeit wird hierbei durch Veränderungen im Brechungsindex des optischen Lichtpfades sowie durch die Qualität der Spiegel begrenzt. Im übrigen werden Laser-Interferometer vorzugsweise für x-y- Koordinatenmessungen eingesetzt. Einrichtungen für eine dreidimensionale Koordinatenmessung der Tischposition sind hingegen sehr schwer zu realisieren.
Aus der EP-A-0 559 402 und der US-A-3 936 716 sind Stabilisiersysteme zur Stabilisierung einer Plattform mit Hilfe von Gyroskopmitteln bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein System gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 7 zu schaffen, das präzise, einfache und kostengünstige Positionssteuermittel umfaßt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, Mittel vorzusehen, die sowohl die genaue Steuerung der Position des Tisches relativ zur Prüf- oder Abbildungsvorrichtung als auch die mechanische Ermittlung und die Stabilisierung mechanischer Störungen (z. B. Schwingungen, Abdrift) ermöglichen.
Die genannten Aufgaben werden durch die Merkmale des Anspruches gelöst.
Die Positionssteuermittel lassen sich vorzugsweise in einem Prüfsystem (Korspuskularstrahlsystem, Atomkraft- Mikroskopen, hochauflösende Hilfsmittel) einsetzen
Die Gyroskopmittel sind zur Messung von Bewegungen in einer, zwei oder drei Dimensionen ausgelegt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist wenigstens ein Motor zur Bewegung des Tisches und/oder der Prüf- oder Abbildungsvorrichtung vorgesehen, der mit den Positionssteuermitteln in Wirkverbindung steht.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das System zur Überprüfung und/oder Bearbeitung von Proben gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt eine Prüf- oder Abbildungsvorrichtung. Die Prüf- und/oder Abbildungsvorrichtung gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht aus einer Rastersonde oder einer Säule mit Strahlerzeugungsmitteln und Mitteln zur Strahlablenkung. Ist eine Säule vorgesehen, so ist diese mit Säulengyroskopmitteln zur Ermittlung von Bewegungen der optischen Säule ausgestattet. Zudem stehen die Steuermittel in Wirkverbindung mit den Ablenkmitteln, um unkontrollierte Bewegungen (Schwingungen, Abdrift) des Tisches relativ zur Säule zu kompensieren.
Weitere Ausführungsbeispiele und Vorteile der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Schemadarstellung des beweglichen Tisches,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten beweglichen Tisches,
Fig. 3 eine Schemadarstellung des beweglichen Tisches gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
Fig. 4 eine Schemadarstellung der eine optische Säule umfassenden Vorrichtung.
Die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele umfassen jeweils einen beweglichen Tisch. Allerdings kann stattdessen auch die Prüf- oder Abbildungsvorrichtung (d. h. die Säule) bewegt werden. In einem solchen Fall sind die Gyroskopmittel zumindest an der Prüf- oder Abbildungsvorrichtung befestigt.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Tisch 1 mit einer Tragplatte 1a und einer Probenplatte 1b. Auf der Probenplatte 1b ist eine zu untersuchende Probe 2 gehaltert. Der Tisch läßt sich mit Hilfe eines ersten Motors 1d und eines zweiten Motors 1e in X- und Y-Richtung bewegen. Zusätzlich kann ein dritter Motor für eine Bewegung in Z-Richtung vorgesehen werden. Ein derartiger beweglicher Tisch ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt.
Am beweglichen Tisch 1 sind Tischgyroskopmittel 3 befestigt, wobei die Gyroskopmittel vorzugsweise an der Rückseite der Probenplatte 1b gehaltert sind.
Gyroskopmittel sind in der Lage, Bewegungen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu entdecken und zu messen. Jüngste Entwicklungen in der mikroelektromechanischen Technologie versprechen eine erhebliche Reduzierung von Größe, Gewicht und Kosten derartiger Sensoren. Es existieren bereits tunneleffektgestützte Gyroskope, bei denen die hohe Verschiebungssensibilität bei der Quantentunnelung zur Erzielung der gewünschten Auflösung eingesetzt wird.
Die Gyroskopmittel 3 sind zur Messung von Bewegungen des Tisches 3 in einer, zwei oder drei Dimensionen ausgelegt. Diese Messung läßt sich entweder durch Verwendung von Gyroskopelementen realisieren, die in allen gewünschten Richtungen ansprechen, oder durch den Einsatz von Gyroskopelementen für eine oder zwei der zu messenden Dimensionen. Üblicherweise überwachen die Gyroskopmittel zumindest die Bewegungsrichtungen, in denen sich durch die Tischmotoren Bewegungen durchführen lassen. Allerdings kann es von Vorteil sein, selbst dann, wenn sich der Tisch nur in X- und Y-Richtung bewegen läßt, unkontrolliert e Bewegungen auch in der dritten Richtung (Z-Richtung) zu erfassen.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem Gyroskopmittel 3, 3', 3" an unterschiedlichen Stellen am beweglichen Tisch 1b gehaltert sind. Bei einer solchen Anordnung kann man Messungen an drei voneinander unabhängigen Stellen durchführen, wodurch sich die Position jedes Punktes am Tisch mit sehr hoher Genauigkeit bestimmen läßt. Einwirkungen und Meßfehler aufgrund von Leergangbewegungen (Drehungen des Tisches um undefinierte Achsen) lassen sich mit einer solchen Anordnung eliminieren. Natürlich ist es auch möglich, zwei oder mehr als drei unabhängige Gyroskopelemente zur Messung derselben Dimensionen einzusetzen. Durch Verwendung von drei Gyroskopen für jede Dimension ist es möglich, die dreidimensionale Position jedes Punktes des Tisches oder der Vorrichtung zu bestimmen.
Das System zur Überprüfung und/oder Bearbeitung einer Probe gemäß Fig. 3 umfaßt zudem ein Positionssteuermittel, das die Ausgangssignale vom Tischgyroskopmittel 3 empfängt. Das Steuermittel 4 steht in Wirkverbindung mit den Motoren 1d und 1e des Tisches. Dementsprechend ist es möglich, den Tisch sehr präzise zu bewegen und zudem unkontrollierte Bewegungen zu kompensieren, die beispielsweise auf Schwingungen oder Abdrift zurückgehen.
Das System zur. Überprüfung und/oder Bearbeitung von Proben umfaßt zudem eine Prüf- oder Abbildungsvorrichtung. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht diese Vorrichtung in einem Beobachtungshilfsmittel oder einer optischen Säule 5, bei der normalerweise ein Strahl (Licht, Elektronenstrahl, Ionenstrahl) oder eine Sonde zum Einsatz kommt. Zur Messung der Tischposition relativ zur optischen Säule sind Säulengyroskopmittel 6 an der optischen Säule 5 befestigt. Durch Bewertung der Ausgangssignale von den Tischgyroskopmitteln 3 und den Säulengyroskopmitteln 6 durch Steuermittel 4 ist es möglich, die Position des Tisches 1 relativ zur optischen Säule 5 zu bestimmen. Die Säulengyroskopmittel 6 sind zudem in der Lage, Bewegungen in einer, zwei oder drei Dimensionen zu messen.
Dementsprechend lassn sich Kipp- und/oder Drehbewegungen des Tisches und/oder der Prüf- oder Abbildungsvorrichtung messen.
Die in Fig. 4 gezeigte optische Säule enthält zudem Mittel 5a zur Erzeugung eines Strahls 7 (z. B. eines Lichtstrahls oder Korpuskularstrahls) und Ablenkmittel 5b zur Ablenkung des Strahls 7.
Zur Kompensierung mechanischer Schwingungen und Abdrift, die Störungen in das System einführen und Verzerrungen und Auflösungsverluste verursachen, wird eine Rückkopplungsschleife vorgeschlagen. Das Steuermittel 4 empfängt dabei die Ausgangssignale der Tisch- und/oder der Säulengyroskopmittel 3, 6 und erzeugt Korrektursignale, die den zeitabhängigen Bewegungen des Tisches 3 relativ zur optischen Säule 5 proportional sind. Nach Verstärkung und Kalibrierung dieser Signale werden sie den Ablenkmitteln 5b zugeführt, um die Interferenzwirkungen von Schwingungen oder Abdrift zu kompensieren.

Claims

1. System zur Überprüfung und/oder Bearbeitung einer auf einem Tisch (1) befindlichen Probe (2) mit Hilfe einer Prüf- oder Abbildungsvorrichtung (5), wobei die Prüf- oder Abbildungsvorrichtung durch eine optische Säule (5) gebildet wird, welche Strahlerzeugungsmittel (5a) und Mittel (5b) zur Ablenkung des Strahls umfaßt, und wobei die Position des Tisches relativ zur Prüf- oder Abbildungsvorrichtung mit Hilfe von Positionssteuermitteln (4) gesteuert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Positionssteuermittel Gyroskopmittel (3) umfassen, welche am Tisch und/oder der Prüf- oder Abbildungsvorrichtung befestigt sind und mit den Ablenkmitteln in Wirkverbindung stehen, um ungewollte Bewegungen des Tisches relativ zur Säule zu kompensieren.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gyroskopmittel (3) dazu ausgelegt sind, Bewegungen in einer, zwei oder drei Dimensionen zu messen.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede zu messende Dimension wenigstens zwei Gyroskopelemente (3, 3', 3") vorgesehen sind.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionssteuermittel (4) dazu ausgelegt sind, Bewegungen des Tisches und/oder der Prüf- oder Abbildungsvorrichtung zu messen und zu steuern.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Motor zur Bewegung des Tisches (1) und/oder der Prüf- oder Abbildungsvorrichtung (5) vorgesehen ist, welcher mit den Positionssteuermitteln (4) in Wirkverbindung steht.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (4) dazu ausgelegt sind, Kipp- und/oder Drehbewegungen des Tisches (1) und/oder der Prüf- oder Abbildungsvorrichtung (5) zu messen.