-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Positionen
von Strukturen auf einem Substrat. Im Besonderen betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum Bestimmen von Positionen von Strukturen auf einem
Substrat, wobei das Verfahren mindestens einen in X-Koordinatenrichtung
und in Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren Messtisch, ein Messobjektiv
und eine Kamera zur Bestimmung der Positionen der Strukturen auf
dem Substrat aufweist. Ebenso ist ein Interferometer zur Bestimmung
der Lage des Messobjektivs und des Messtisches vorgesehen. Das System
zur Durchführung
des Verfahrens ist dabei von einem Gehäuse umgeben, das eine Klimakammer
darstellt.
-
Mit
einer Klimakammer wird im Wesentlichen die Temperatur und die Feuchte
geregelt. Obwohl die Koordinaten-Messmaschine in einer Klimakammer untergebracht
ist, wirken sich dennoch Schwankungen des Luftdrucks auf das Messergebnis
der Interferometer aus, welche die Lage des Messobjektivs und des
Messtisches in Bezug auf ein Koordinatensystem bestimmen. Der Einfluss
von Druckschwankungen des Umgebungsdrucks wird durch die Klimakammer
nicht abgefedert.
-
Ein
Messgerät
zur Vermessung von Strukturen auf Wafern und/oder Masken ist in
dem Vortragsmanuskript „Pattern
Placement Metrology for Mask Making” von Frau Dr. Carola Bläsing offenbart.
Der Vortrag wurde anlässlich
der Tagung Semicon, Edjucation Program in Genf am 31. März 1998
gehalten. Dort ist eine Koordinaten-Messmaschine ausführlich beschrieben. Ebenso
ist erwähnt,
dass die Koordinaten-Messmaschine
in einer Klimakammer untergebracht ist, welche die Temperatur < +–0,01°C und die Feuchtigkeit
auf < +–1% relative
Feuchtigkeit regelt. Ebenso ist ein Laser-Interferometer offenbart,
mit dem die Position des Messtisches innerhalb der X/Y-Ebene bestimmt
werden kann. Zur Bestimmung der Schwankungen der Temperatur und
der Feuchtigkeit wird ein Etalon eingesetzt.
-
Die
Deutsche Patentschrift
DE
196 28 969 C1 offenbart ebenfalls eine Koordinaten-Messvorrichtung
und spricht dabei ebenfalls die Problematik an, die durch klimatische
Luftdruckänderungen
und Luftfeuchtigkeitsänderungen,
auch nach dem Öffnen von
Türen der
Klimakammer auftreten und somit einen Einfluss auf die Wellenlänge des
Lichts haben, welches zur Erzielung von Messergebnissen verwendet
wird. Zur Lösung
dieser Problematik wird ein Zweistrahl-Interferometer mit wirksam
reduziertem Einfluss der Wellenlängenänderungen
auf die Positionsmessung offenbart. Dies wird erreicht, durch Einfügen eines
lichtdurchlässigen,
geschlossenen, inkompressiblen Körpers
in den Referenzstrahlengang oder den Messtrahlengang, so dass die
außerhalb des
Körpers
verlaufenden Anteile von Referenzstrahlengang und Messstrahlengang
bei einer bestimmten Positionierung des verfahrbaren Messtisches
gleich lang sind. Der Messtisch ist dazu an einer bestimmten Stelle
mit einer spiegelnden Oberfläche
versehen.
-
Die
US 5,469,260 A wird
insbesondere auf den Einfluss von schnellen, zufälligen Luftbewegungen eingegangen,
wie sie beispielsweise nach Türöffnen oder
-schließen
oder nach Bewegungen in der Umgebung des Messgeräts auftreten. Die dadurch verursachten örtlich begrenzten
Luftdruckschwankungen bewirken lokale Änderungen des Brechungsindex
und damit Wellenlängenänderungen
im Lichtstrahl. Zur Lösung
des Problems wird vorgeschlagen, den Mess- und den Referenzstrahlengang
mit an beiden Enden offenen Rohren zu umhüllen. In die Rohre soll definiert
temperaturstabilisierte Luft oder temperaturstabilisiertes Gas eingeblasen
werden. Für
den längenvariablen
Messstrahlengang sind Rohre mit teleskopartigem Verlängerungsmechanismus
vorgeschlagen. Durch die weitgehende Umhüllung des Lichtstrahls wird
der Einfluss schneller Luftdruckschwankungen weitgehend verhindert.
-
Die
Deutsche Offenlegungsschrift
DE 199 49 005 A1 offenbart eine Einrichtung
und ein Verfahren zum Einbringen verschiedener transparenter Substrate
in ein hochgenaues Messgerät.
Das System ist in einem klimatisierten Raum untergebracht.
-
Die
Deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2005 052 757 A1 offenbart eine Vorrichtung
zur Positionsmessung eines Objekts mit einem Laser-Interferometersystem.
Dabei ist das mindestens eine Laser-Interferometersystem zusammen
mit dem Objekt in einem Klimaraum untergebracht. Der Klimaraum weist
in einem Bereich Zuluftöffnungen
auf und in einem anderen Bereich mehrere Abluftöffnungen. Ferner sind im Klimaraum
Mittel vorgesehen, um im Betrieb zumindest einen Teil der durch
den Klimaraum verlaufenden Strömung
aus dem Bereich der Laserachsen des mindestens einen Laser-Interferometersystems
zu lenken. Es wird jedoch nicht die Problematik der Messgenauigkeit,
bzw. der Reproduzierbarkeit der Messergebnisse angesprochen, falls Druckschwankungen
der Umgebungsluft diese beeinflussen.
-
Die
US 6,267,131 B1 beschreibt
ein Verfahren zur Kontrolle des Druckes in einer Kammer. Es ist ein
Verfahren zur Kontrolle des Druckes in einer Kammer offenbart, wobei
der Druck in einer Kammer, in welcher die Messung mit einem Laser
durchgeführt wird,
auf einem konstanten Druck gehalten werden soll. Das Druckniveau
in der Kammer soll über
dem Umgebungsdruck liegen. Hierzu wird der Umgebungsluftdruck gemessen.
Es wird ein Druckniveau eingestellt, das deutlich über den
kurzzeitigen Druckschwankungen des Umgebungsluftdrucks liegt. Um das
vorgegebene Druckniveau zu erreichen, wird Luft in die Kammer eingeführt.
-
Die
US 2007/00 85 986
A1 offenbart eine Belichtungsvorrichtung und ein Verfahren
zur Korrektur der Aberration der Belichtungsvorrichtung. Der in
der Belichtungsvorrichtung herrschende Luftdruck wird gemessen und
anhand der Messergebnisse werden dann optische Parameter, wie z.
B. Wellenlänge
oder Linsen entsprechend eingestellt, um den durch die Luftdruckänderung
bedingten Fehler zu korrigieren.
-
Die
US 6,580,087 B1 offenbart
eine Inspektionsvorrichtung. Es sind zwei Gebläse vorgesehen, die einen ausreichenden
Strom von gereinigter Luft in die Inspektionsvorrichtung blasen.
Mit dieser Vorrichtung wird jedoch kein konstantes Druckniveau oder ein
Druckniveau über
dem Umgebungsluftdruck erzielt.
-
Der
Artikel von Dieter Adam, u. a. „First Measurement Data Obtained
On The New Vistec LMS IPRO4”.
Proc. of SPIE vol. 6533, no. 65330I, 7 Seiten, Januar 2007, spricht
die Problematik der Reproduzierbarkeit von Messungen an. Es wird
lediglich angesprochen, dass bei der die Messeinrichtung umgebenden
Klimakammer die Temperatur und die Feuchtigkeit wesentlich besser
kontrolliert werden muss.
-
Die
bisherigen Systeme des Standes der Technik benötigten aufwendige Systeme bzw.
Bauteile, um die durch Luftdruckschwankungen verursachten Änderungen
der Messwellenlängen
zu eliminieren.
-
Es
ist Aufgabe der gegenwärtigen
Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Luftdruckbedingungen,
Temperatur und Feuchte in einer Klimakammer derart eingestellt werden,
dass zum Bestimmen von Koordinaten und Strukturen auf einem Substrat
der Einfluss der Luftdruckschwankungen auf das Messergebnis der
Position der Strukturen eliminiert ist.
-
Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zum Bestimmen von Positionen von Strukturen
auf einem Substrat, welches die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
-
Es
ist von Vorteil, wenn das System zur Durchführung des Verfahrens von einem
Gehäuse umgeben
ist, welches eine Klimakammer darstellt. Die Klimakammer ist dabei
mit einer aktiven Regulierung für
den innerhalb der Klimakammer herrschenden Luftdruck versehen.
-
Das
Verfahren ist von Vorteil, da der Luftdruck der Umgebung um die
Klimakammer ermittelt wird. Schließlich wird der Luftdruck innerhalb
der Klimakammer zumindest für
die Dauer mindestens einer Messung vom mindestens einem Substrat
auf einem konstanten Niveau über
dem Luftdruck der Umgebung um die Klimakammer gehalten. Ferner kann mit
der Klimakammer die Temperatur auf besser als 10 mK reguliert werden.
Ebenso regelt die die Klimakammer die relative Feuchte auf besser
als 2%.
-
Bei
dem System ist von Vorteil, dass der Luftdruck innerhalb der Klimakammer
für zumindest
die Dauer der Messung eines Substrats auf einem definiertem, konstantem
Niveau über
dem herrschenden Umgebungsluftdruck eingestellt ist.
-
Innerhalb
des Gehäuses
herrscht ein Überdruck
vor, so dass Druckschwankungen der Umgebungsluft um das Gehäuse der
Klimakammer herum keinen Einfluss auf die Druckverhältnisse
im Inneren der Klimakammer haben. Insbesondere kann ein Ansteigen
des Luftdrucks der Umgebung dadurch kompensiert werden.
-
Im
Gehäuse
ist ein Magazin für
Substrate und/oder eine Ladestation für Substrate vorgesehen. Ebenso
kann im Gehäuse
zwischen der Ladestation und dem Magazin und/oder dem Messtisch
eine Transporteinrichtung vorgesehen sein, so dass die Substrate
zu den entsprechenden Stationen innerhalb des Gehäuses transportiert
werden können.
-
Am
Gehäuse
der Klimakammer ist mindestens eine Ladeöffnung ausgebildet. Über die
Ladeöffnung
können
z. B. Substrate manuell in das Gehäuse eingeführt werden. Ebenso ist es möglich, dass
eine Übergabeschnittstelle
am Gehäuse
ausgebildet ist, an die ein automatisches Ladesystem für Substrate anfahrbar
ist. Somit können
die Substrate automatisch in das Gehäuse eingeführt werden.
-
Bei
der Ausführung
des Verfahrens wird nach jeder Messung eines Substrats geprüft wie sich der
Luftdruck der Umgebung entwickelt. An Hand der Entwicklung des Luftdrucks
der Umgebung wird entschieden, ob das Niveau des für die Dauer
einer Messung konstanten Überdrucks
angehoben oder abgesenkt werden muss.
-
Ein
weiterer Vorteil ist, dass dem Benutzer des Systems eine Warnung
ausgegeben wird, falls der Luftdruck der Umgebung während einer
Messung eines Substrats über
das konstant eingestellte Niveau des Luftdrucks innerhalb der Klimakammer ansteigt.
Der Benutzer selbst entscheidet, ob die gerade ausgeführte Messung
wiederholt werden soll.
-
Vor
dem Start einer jeden Messung eines Substrats wird der Luftdruck
der Umgebung und das eingestellte Niveau des Luftdrucks in der Klimakammer
kontrolliert. Das Niveau des Luftdrucks in der Klimakammer wird
automatisch angepasst, damit kein unnötig hoher Überdruck in der Klimakammer
vorherrscht.
-
Das
Niveau des Überdrucks
in der Klimakammer wird für
alle Messungen eines Loses von Substraten auf einem konstantem Niveau über dem herrschenden
Luftdruck der Umgebung gehalten.
-
Im
Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die
Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern.
-
1 zeigt
schematisch ein Koordinaten-Messgerät gemäß dem Stand der Technik.
-
2 zeigt
einen schematischen Verlauf des in der Umgebung herrschenden Luftdrucks
und die damit verbundene Angleichung des Niveaus des Lufdrucks in
der Klimakammer.
-
3 zeigt
eine schematische Frontansicht eines Gehäuses, welches um das Koordinaten-Messgerät angeordnet
ist.
-
4 zeigt
eine schematische Draufsicht eines Systems zum Bestimmen von Koordinaten
von Strukturen auf einem Substrat und dessen schematische Anordnung
der einzelnen Messstationen im Innern des Gehäuses.
-
5 zeigt
eine andere schematische Anordnung des Systems zur Bestimmung von
Koordinaten von Strukturen auf einem Substrat.
-
Ein
Koordinaten-Messgerät 1 der
in 1 dargestellten Art ist bereits mehrfach aus dem
Stand der Technik bekannt. Der Vollständigkeit halber wird jedoch
die Funktionsweise und die Anordnung der einzelnen Elemente des
Koordinaten-Messgeräts 1 beschrieben.
Das Koordinaten-Messgerät 1 umfasst einen
Messtisch 20, der auf Luftlagern 21 in einer Ebene 25a in
X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung
verfahrbar angeordnet ist. Die Ebene 25a ist dabei aus
einem Element 25 gebildet. Das Element 25 ist
in einer bevorzugten Ausführungsform ein
Granit. Es ist jedoch für
einen Fachmann selbstverständlich,
dass das Element 25 auch aus einem anderen Material ausgebildet
sein kann, welches eine exakte Ebene 25a für die Verschiebung
des Messtisches 20 gewährleistet.
Die Position des Messtisches 20 wird mittels mindestens
eines Laser-Interferometers 24 gemessen, welches zur Messung
einen Lichtstrahl 23 aussendet. Das Element selbst ist
auf Schwingungsdämpfern 26 gelagert,
um somit Gebäudeschwingungen
von dem Messgerät fernzuhalten.
-
Auf
dem Messtisch 20 ist ein Substrat 2 aufgelegt,
welches die zu vermessenden Strukturen 3 trägt. Das
Substrat 2 kann mit einer Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 und/oder
einer Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 beleuchtet werden.
Das Licht der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 gelangt über einen
Umlenkspiegel 7 und einen Kondensor 8 auf das
Substrat 2. Ebenso gelangt das Licht der Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 über ein Messobjektiv 9 auf
das Substrat 2. Das Messobjektiv 9 ist mit einer
Verstelleinrichtung 15 versehen, die es erlaubt, das Messobjektiv 9 in
Z- Koordinatenrichtung zu
verstellen. Das Messobjektiv 9 sammelt das vom Substrat 2 ausgehende
Licht und lenkt es aus der Auflichtbeleuchtungsachse 5 mittels
eines teildurchlässigen
Umlenkspiegels 12 heraus und richtet es dabei auf eine
Kamera 10, die mit einem Detektor 11 versehen
ist. Der Detektor 11 ist mit einem Rechnersystem 16 verbunden,
das aus den vom Detektor 11 ermittelten Messwerten digitale
Bilder erzeugt.
-
2 zeigt
einen schematischen Verlauf 60 des in der Umgebung herrschenden
Luftdrucks und die damit verbundene Angleichung des Niveaus 60n des Luftdrucks in der Klimakammer 50.
Für die n-Messungen 611 , 612 ,
..., 61n von n-Substraten 2 wird
auch der Luftdruck der Umgebung überwacht. An
Hand der Messung des Luftdrucks der Umgebung um die Klimakammer 50 kann
für jede
der n-Messungen der n-Substrate 2 ein
konstantes Niveau des Luftdrucks 601 , 602 , ...60n innerhalb
der Klimakammer 50 definiert werden. Obwohl in der in 2 gezeigten
Darstellung für
jede der Messung ein anderes Niveau des Luftdrucks eingestellt wird,
ist es für
einen Fachmann selbstverständlich,
dass mit einem über
mehrere Messungen konstantem Niveau des Überdrucks oder auch über alle
Messungen eines Loses von Substraten mit einem konstantem Niveau des Überdrucks
in der Klimakammer 50 gearbeitet werden kann. Die in 2 dargestellte
Ausführungsform
des Verfahrens soll nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst
werden. Das Zeitintervall, das für
die Ausführung
der Messungen an einem Substrat 2 erforderlich ist, wird
durch den Abstand der in 2 gezeigten, gestrichelten Linien
repräsentiert.
Obwohl in der hier gewählten
Darstellung die Zeitintervalle gleich groß sind, ist dies ebenfalls
nicht als eine Beschränkung
der Erfindung aufzufassen.
-
3 zeigt
eine schematische Frontansicht des Systems zum Bestimmen von Positionen
von Koordinaten auf einem Substrat. Das System ist von einem Gehäuse 51 umgeben.
Mit dem Gehäuse 51 der Klimakammer 50 ist
eine aktive Regeleinrichtung 52 verbunden. Durch die aktive
Regeleinrichtung 52 wird es möglich, innerhalb des Gehäuses 51 der
Klimakammer 50 einen entsprechenden Überdruck herzustellen, so dass
sich Luftdruckschwankungen der Umgebung um das Gehäuse 51 nicht
auf die Messergebnisse, bzw. auf die für die Gewinnung der Messergebnisse
erforderlichen Elemente oder Lichtstrahlen auswirken. Durch das
Gehäuse 51 der
Klimakammer 50 wird somit der Druck auf einem konstanten Niveau über dem
Umgebungsdruck gehalten. Das Gehäuse 51 der
Klimakammer 50 kann ferner mit einem Display 54 versehen
sein, über
das der Benutzer Informationen über
den Messablauf der Koordinaten-Messmaschine 1 im
Innern des Gehäuses 51 erhalten
kann. Ebenso ist eine Eingabeeinheit 55 vorgesehen, über die
entsprechende Befehle oder Rezepte zur Vermessung des Substrats 2 im
Innern des Gehäuses 51 der
Klimakammer 50 aufrufbar, bzw. erstellbar sind.
-
4 zeigt
eine schematische Draufsicht des Systems zur Bestimmung von Positionen
von Strukturen auf einem Substrat. Dabei ist die Anordnung der einzelnen
Elemente des Systems im Innern des Gehäuses 51 der Klimakammer 50 dargestellt. Das
Koordinaten-Messgerät 1 wird
hier lediglich schematisch durch die Darstellung des Messtisches 20 und
dem auf dem Messtisch 20 positionierten Substrat 2 wiedergegeben.
Innerhalb des Gehäuses 51 der
Klimakammer 50 kann z. B. ein Magazin 32 angeordnet
sein, in dem z. B. die zu vermessenden Substrate 2 für die Temperierung
abgelegt werden können.
Ebenso können
in dem Magazin die bereits vermessenden Substrate 2 abgelegt
werden, bevor diese dann wieder über
eine Ladeöffnung 35 ausgegeben
werden. Der Ladeöffnung 35 ist
eine Ladestation 38 zugeordnet, über die die Substrate 2 in
das System, bzw. in das Gehäuse 51 der
Klimakammer 50 eingegeben werden können. Zwischen der Ladestation 38,
dem Magazin und der Koordinaten-Messmaschine
ist eine Transporteinrichtung 36 angeordnet, die sich entlang
des Doppelpfeils 40 bewegen kann. Mit der Transporteinrichtung 36 können die
Substrate zu den einzelnen Stationen, bzw. Elementen innerhalb des
Gehäuses 51 transportiert werden.
Für einen
Fachmann ist es selbstverständlich,
dass die Ladeöffnungen
für die
Substrate verschließbar
ausgebildet sind. Denn nur so ist es gewährleistet, dass mit der aktiven
Druckregulierung (wie in 2 dargestellt) innerhalb des
Gehäuses 51 der
Klimakammer 50 ein ausreichender Überdruck herstellbar ist und
ebenso auch damit konstant gehalten werden kann.
-
5 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Systems zur Bestimmung von Koordinaten von Strukturen auf einem
Substrat 2. Der Übersicht
halber ist hier auch die aktive Druckregulierung nicht dargestellt.
Das Gehäuse 51 der
Klimakammer 50 ist mit einem Interface 42 verbunden,
mit dem ein automatisches Ladesystem 34 verbunden werden
kann. Somit können über das
automatische Ladesystem 34 nacheinander mehrere Substrate
in das Gehäuse 51 der
Klimakammer 50 transportiert werden. Dabei kann dann in
dem fest mit dem Gehäuse 51 der
Klimakammer 50 verbundenen automatischen Ladesystem 34 ebenfalls
der gleiche Druck vorherrschen, wie er durch die automatische Druckregulierung
im Gehäuse 51 der
Klimakammer 50 erzeugt wird.