-
Die
Erfindung betrifft eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme eines Objekts,
bevorzugt einer Photolithographiemaske, wobei die Aufnahmevorrichtung
mindestens eine Auflagefläche
aufweist, auf der das Objekt aufliegt, und wobei das Objekt mindestens
eine durch eine oder mehrere Kanten begrenzte, optisch wirksame
Fläche
aufweist, die in der Aufnahmevorrichtung im wesentlichen nach unten weist,
d. h. daß bei
einer ebenen Fläche
die Normale im wesentlichen parallel zur Schwerkraftrichtung liegt.
Die Erfindung bezieht sich auf das Problem der Verschmutzung und
Beeinträchtigung
der optisch wirksamen Fläche
bei der Lagerung in der Aufnahmevorrichtung.
-
Zur
Strukturierung, Beobachtung und Vermessung von Objekten – wie beispielsweise
Photolithographiemasken für
die Halbleiterindustrie – ist
es erforderlich, das Objekt in einer Aufnahmevorrichtung zu halten.
Solche Aufnahmevorrichtungen können
das Objekt umlaufend aufnehmen, häufig aber liegt das Objekt
mit einer optisch wirksamen Fläche auf
entsprechenden, kleinen Auflageflächen der Aufnahmevorrichtung
auf. Bei der Vermessung von Photolithographiemasken beispielsweise
haben sich Dreipunktauflagen als Mittel der Wahl etabliert. Eine optisch
wirksame Fläche
des Objektes bzw. der Photolithographiemaske ist dabei eine Fläche, die
den Verlauf eines Lichtstrahles, der von der einen Seite auf die
Fläche
trifft, beeinflußt.
Dies können
Beeinflussungen der Intensität,
der Richtung, bei kohärentem
Licht aber auch der Phase des Lichtes sein. Auch zu vermessende
Spiegelflächen
beispielsweise bei Präzisionsspiegeln
sind solche optisch wirksamen Flächen.
Häufig
weisen die Objekte auch zwei optisch wirksame Flächen auf, durch die der Lichtstrahl
tritt, und die einander gegenüberliegen.
-
Unabhängig von
der Form und dem Material, aus dem die Auflageflächen bestehen, besteht dabei ein
großes
Risiko, daß die
optisch wirksame Fläche des
Objektes verschmutzt. Um dies zu verhindern, wird im Stand der Technik
die Maske an den Kanten der optisch wirksamen Flächen angrenzend mit Fasen versehen,
d. h. angeschrägten
Flächen,
die mit der optisch wirksamen Fläche
in der Regel einen Winkel von etwa 45° einschließen. Die Aufnahmevorrichtung
wird dann so konzipiert, daß das
Objekt nur an den Fasen aufgenommen wird, d. h. Aufnahmeflächen und
Fasen liegen aufeinander. insbesondere dann, wenn es sich bei den
Objekten um Photolithographiemasken handelt, bei deren Vermessung
bzw. Einsatz es auf höchste
Präzision
ankommt, ist diese Art der Lagerung jedoch unbefriedigend: Aufgrund von
Toleranzen in den Abmessungen der Fasen sowie bei der Länge und
Breite der Photolithographiemaske führt die Lagerung auf den Fasen
zu großen Schwankungen
im Abstand der optisch wirksamen Flächen der Maske zum Meßsystem.
So weisen die Masken in ihrer Breite eine Toleranz von ±0,4 mm auf,
die Toleranz der Fasen liegt zwischen 0,2 und 0,6 mm. Insgesamt
führt dies
zu Höhendifferenzen von
mehreren 100 μm
bis zum mm-Bereich. Diese Höhenunterschiede
müssen
dann durch eine entsprechende Höhenverstellung
der Fokussiereinrichtung ausgeglichen werden.
-
Insbesondere
bei der Vermessung von Photolithographiemasken jedoch verwendet
man bevorzugt piezoelektrische Antriebe zur Höhenverstellung der Fokussiereinrichtung,
da diese sich durch eine hohe Auflösung des Stellwegs sowie eine
hohe Steifigkeit auszeichnen. Mit solchen Antrieben läßt sich maximal
eine Höhenverstellung
von etwa 200 μm
erzielen. Mit Hilfe einer Übersetzung
des Antriebs lassen sich zwar höhere
Stellwege erreichen, allerdings geht dies auf Kosten der Steifigkeit.
Das stellt eine massive Beeinträchtigung
der erreichbaren Parameter für
Systeme dar, bei denen es auf hohe Stabilität des Meßsystems in bezug auf das Objekt
in beliebigen Koordinatenrichtungen ankommt.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Aufnahmevorrichtung
für zu
vermessende Objekte zu schaffen, die eine Lagerung ermöglicht, ohne
das die optisch wirksamen Flächen
durch Verschmutzung beeinträchtigt
werden, wobei gleichzeitig die Variation des Abstands der optisch
wirksamen Fläche
des Objekts zum Meßsystem
so gering wie möglich
gehalten werden, so daß eine
Verwendung hochpräziser,
piezoelektrischer Verstellmechanismen ohne die Einführung zusätzlicher Übersetzungen
möglich
wird.
-
Diese
Aufgabe wird bei einer Aufnahmevorrichtung der eingangs beschriebenen
Art dadurch gelöst,
daß die
mindestens eine Auflagefläche
mit der optisch wirksamen Fläche
einen von Null verschiedenen Winkel derart einschließt, daß das Objekt
nur an den Kanten der optisch wirksamen Fläche auf der mindestens einen
Auflagefläche
aufliegt. Zum einen wird so verhindert, daß das Objekt mit der optisch wirksamen
Fläche
aufliegt. Infolge dessen erfolgt auch keine Verschmutzung dieser
Fläche.
Zum anderen variiert jedoch der vertikale Abstand zwischen Meßobjekt
und zur Optik des Meßsystems
aufgrund von Abmessungstoleranzen beim Objekt nur noch geringfügig. Weist
das Objekt Fasen auf, so ist der Winkel, den die Auflagefläche mit
der optisch wirksamen Flächen
einschließt,
selbstverständlich
kleiner als der Fasenwinkel.
-
Je
kleiner der Winkel ist, desto weniger Einfluß haben die Maskentoleranzen.
Wird der Winkel allerdings zu klein, so besteht wiederum die Gefahr des
Kontakts und damit der Beeinträchtigung
der optisch wirksamen Fläche
durch Verschmutzung. Bevorzugt beträgt der Winkel daher weniger
als 5°,
besonders bevorzugt 1°.
Auch die Verwendung anderer Winkel ist möglich, wobei dann die genannten
Nachteile in Kauf genommen werden müssen.
-
Die
Auflagefläche
kann dabei so ausgestaltet sein, daß die Kante bzw. die Kanten
des Objekts an jedem Punkt der Auflagefläche aufliegen, die Auflagefläche ist
in diesem Fall umlaufend ausgestaltet. Insbesondere dann, wenn es
sich bei dem Objekt um eine Photolithographiemaske handelt, weist
die Aufnahmevorrichtung vorteilhaft mehrere, bevorzugt drei Auflageflächen auf.
Auf diese Weise sind auch die Randbereiche der Photolithographiemaske
der Vermessung zugänglich,
dennoch wird die Maske stabil in der Aufnahmevorrichtung gelagert.
-
Prinzipiell
wird das Objekt, wenn es in der Aufnahmevorrichtung gehalten wird,
allein durch die Gravitationskraft fixiert. Dies ist in der Regel
ausreichend, wenn die Aufnahmevorrichtung keine oder nur langsame
Bewegungen in den drei Raumrichtungen ausführt. Soll bei der Vermessung
von Objekten jedoch ein hoher Durchsatz erzielt werden, so ist eine Beschleunigung
des Meßvorgangs,
was insbesondere ein schnelles Wechseln der Objekte erfordert, unabdingbar.
Die Aufnahmevorrichtung, die in eine halb- oder vollautomatisches
Meßanlage
integriert sein kann, wird in diesem Fall schneller zwischen einer
Position, wo das Objekt aufgenommen wird, einer Position, wo das
Objekt vermessen wird, und einer Position, wo das Objekt wieder
abgegeben wird, bewegt. Die durch die Gravitationswirkung verursachte Haftreibung
zwischen Objekt und Auflagefläche reicht
in diesem Fall unter Umständen
nicht aus, um das Objekt in seiner Position in der Aufnahmevorrichtung
zu halten. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verfügt die Aufnahmevorrichtung
daher über
Mittel zum Festklemmen des Objektes.
-
Diese
Mittel können
auf verschiedene Weise ausgestaltet sein, beispielsweise kann das
Objekt, nachdem es in die Aufnahmevorrichtung eingebracht wurde
und dort auf den Auflageflächen
lagert, zusätzlich
von oben mittels Klemmen gegen die Auflageflächen gedrückt werden. Dies ist beispielsweise
dann ohne weiteres möglich,
wenn die nach oben weisende Fläche,
die der optisch wirksamen Fläche,
die nach unten weist, gegenüberliegt,
selbst nicht optisch wirksam ist, da dann keine Verschmutzungen
zu befürchten
sind. Handelt es sich bei der nach oben weisenden Fläche um eine
optisch wirksame Fläche, so
ist eine Klemmung ebenfalls von oben möglich, wobei jedoch die Aufnahmeflächen mit
der nach oben weisenden optisch wirksamen Fläche ebenfalls einen von Null
verschiedenen Winkel, der bevorzugt kleiner als 5° und besonders
bevorzugt 1° beträgt, einschließt. Diese
Art der Halterung ist jedoch relativ aufwendig.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Mittel
zum Festklemmen daher mindestens eine mindestens horizontal bewegliche Seitenwand
der Aufnahmevorrichtung.
-
Wenn
das Objekt mit den Kanten der optisch wirksamen Fläche auf
der mindestens eine Auflagefläche
aufliegt, so wird die Seitenwand in Bewegung versetzt und kontaktiert
schließlich
eine entsprechende Seitenfläche
des Objektes. Diese Seiten fläche
sowie die Fläche
der Seitenwand liegen bevorzugt parallel zueinander, so daß ein entsprechend
guter Kontakt gewährleistet
ist. Sie können
aber auch einen von Null verschiedenen Winkel einschließen. Durch die
horizontale Bewegung der Seitenwand wird das Objekt gegen eine der
beweglichen Seitenwand in Bewegungsrichtung gegenüberliegende
Seitenwand gedrückt.
Die bewegliche Seitenwand kann dann festgestellt werden, so daß das Objekt
fixiert ist. Auch mehrere bewegliche Seitenwände, beispielsweise zwei einander
gegenüberliegende,
können
verwendet werden. Bei einer Aufnahmevorrichtung mit einer Dreipunktauflage
für Photolithographiemasken
sind üblicherweise
zwei der Auflageflächen
an einer Seite, die dritte Auflagefläche an einer dieser gegenüber liegenden
Seite der Aufnahmevorrichtung angebracht. Zum Festklemmen können nun
wahlweise entweder die Seitenwände,
an denen sich die Auflageflächen
befinden oder die Seitenwände,
an denen sich keine Auflageflächen
befinden, bewegt werden. Letzteres hat den Vorteil, daß die Auflage
der Maske auf den Auflageflächen
nicht beeinflußt
wird, während
es im ersten Fall in der Ausgestaltung der Seitenwand durchaus zu
einer Verlagerung der Maske auf der Auflagefläche kommen kann. Auch eine
Kombination der Bewegung der Seitenwände ist selbstverständlich möglich.
-
In
einer einfachen Ausgestaltung dieser Ausführung ist die eine Seitenwand
mit der Auflagefläche fest
verbunden. Bewegt sich die Seitenwand, so bewegt sich mit ihr auch
die Auflagefläche,
wobei das Objekt dann geringfügig
nach oben verschoben wird. Bei einem kleinen Winkel von etwa 1° beeinträchtigt dies
jedoch die Maskenauflage nicht. Bei einem solchen Winkel beträgt die maximale
Höhendifferenz
für übliche Maskengrößen mit
15 cm Seitenlänge
etwa 2 μm,
was mit den gängigen
hochpräzisen
piezoelektrischen Hubvorrichtungen ohne weiteres einstellbar ist.
-
In
einer anderen Ausgestaltung dieser Ausführung ist die mindestens eine
Seitenwand relativ zu der mindestens einen Auflagefläche beweglich
angeordnet. In diesem Fall bleibt das Objekt einmal in die Aufnahmevorrichtung
eingelegt, auf den Aufnahmeflächen
liegen, nur die Seitenwand fährt
heran und klemmt die Maske in der Aufnahmerichtung fest. Zwar ist
dieser Mechanismus etwas komplizierter als der vorangehend beschriebene,
er bietet allerdings den Vorteil, daß keine Haftreibung der Kanten
an den Auflageflächen
auftreten kann. Eine Verlagerung der Maske erfolgt somit nicht.
-
Es
versteht sich, daß die
vorstehend genannten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen,
sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar
sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen,
die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 den
prinzipiellen Aufbau einer Aufnahmevorrichtung,
-
2a und
b eine Aufnahmevorrichtung mit einer Seitenwand, die relativ zur
Auflagefläche
beweglich ist, und
-
3a und
b eine Aufnahmevorrichtung mit einer Seitenwand, die mit der Auflagefläche fest
verbunden ist.
-
In 1 ist
zunächst
der grundlegende Aufbau einer Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme von Objekten,
die vermessen werden sollen, im Querschnitt ausschnittsweise gezeigt.
Bei dem dargestellten Objekt handelt es sich um eine Photolithographiemaske 1.
Die Photolithographiemaske 1 weist eine optisch wirksame
Fläche 2 auf,
die in der Aufnahmevorrichtung nach unten weist, sowie eine optisch wirksame
Fläche 3,
die nach oben weist. Eine oder beide optisch wirksame Flächen 2 und 3 sind
mit Strukturen versehen, die den Weg des Lichtes beeinflussen können. Dies
betrifft eine Beeinflussung der Intensität, der Richtung, bei kohärentem Licht
auch der Phase des Lichts. Die optisch wirksamen Flächen 2 und 3 sind
umlaufend durch Kanten 4 begrenzt. Senkrecht zu den optisch
wirksamen Flächen 2 und 3 weist
die Photolithographiemaske 1 Seitenflächen 5 auf. Die ursprünglichen
Kanten zwischen der Seitenfläche 5 und
der optisch wirksamen Fläche 2 bzw. 3 sind
abgeschrägt
und mit einer Fase 6 versehen. Die Kanten 4 werden
also zwischen den Fasen 6 und den optisch wirksamen Flächen 2 bzw. 3 gebildet.
Die Photolithographiemaske 1 bzw. allgemein das Objekt muß jedoch
nicht notwendig mit einer solchen Fase versehen sein.
-
Die
Photolithographiemaske 1 ist in einer Aufnahmevorrichtung
gelagert, von der hier nur das für
die Auflage der Photolithographiemaske 1 wesentliche Auflageelement 7 gezeigt
ist. Das Auflageelement 7 verfügt über eine Auflagefläche 8,
die mit der optisch wirksamen Fläche
einen von Null verschiedenen Winkel α derart einschließt, daß die Photolithographiemaske 1 nur
an den Kanten 4 der optisch wirksamen Fläche 2 auf
der Auflagefläche 8 aufliegt.
Der Winkel α sollte
dabei einerseits so klein wie möglich
sein, um durch Schiefauflage der Photolithographiemaske entstehende
Höhendifferenzen
in bezug auf das Meßsystem bzw.
den Fokuspunkt so gering wie möglich
zu halten, so daß die
einzustellenden Höhendifferenzen
bei der Fokussierung durch Präzisionshubvorrichtungen
auf piezoelektrischer Basis ohne weiteres eingestellt werden können. Zum anderen
darf der Winkel α aber
nicht so klein sein, daß bei
der Auflage die optisch wirksame Fläche 2 beschädigt werden
könnte.
Ein besonders bevorzugter Wert für
den Winkel α ist
etwa 1°,
jedoch auch alle anderen Winkel, die die beiden oben genannten Bedingungen
erfüllen,
sind gleichermaßen
geeignet.
-
Die
in den 2a und 2b gezeigte
Aufnahmevorrichtung unterscheidet sich von der in 1 gezeigten
Aufnahmevorrichtung dadurch, daß sie über Mittel
zum Festklemmen der Photolithographiemaske in der Aufnahmevorrichtung
verfügt.
Die Mittel zum Festklemmen umfassen dabei eine mindestens horizontal
bewegliche Seitenwand 9 der Aufnahmevorrichtung. Die Seitenwand 9 ist
hier relativ zur Auflagefläche 8 beweglich
angeordnet. Das Auflageelement 7 mit der Auflagefläche 8 ist
also ortsfest. Wenn die Photolithographiemaske 1 in die
Aufnahmevorrichtung eingelegt wurde, wird die horizontal bewegliche
Seitenwand 9 auf der Auflagefläche 8 gleitend an
dieser entlang geschoben, bis sie mit der Seitenfläche 5 der
Photolithographiemaske 1 in Kontakt steht. Anschließend wird
sie in dieser Position fixiert. Auf der gegenüberliegenden Seite kann ein
entsprechendes Auflageelement 7 mit einer entsprechenden
beweglichen Seitenwand 9 angeordnet sein, so daß die Maske
auf diese Weise festgeklemmt wird. Der Klemmvorgang läßt sich
jedoch auch mit einer einseitig beweglichen Seitenwand 9 erreichen.
Statt auf der Aufnahmefläche 8 entlang
zu gleiten, was einer Bewegung schräg nach unten entspricht, kann
die Seitenwand auch allein mit einem Horizontalantrieb bewegt werden,
wobei dann weitere Mittel zur vertikalen Fixierung der Seitenwand 9 notwendig
sind, da aufgrund der Schräge
der Auflagefläche 8 ein
Zwischenraum zwischen der Seitenwand 9 und der Auflagefläche 8 bzw.
dem Auflageelement 7 entsteht.
-
In 2b ist
die Photolithographiemaske in der Aufnahmevorrichtung in fixiertem
Zustand gezeigt, die bewegliche Seitenwand 9 und die Seitenfläche 5 stehen
hier in Kontakt miteinander. Sie können allerdings auch einen
von Null verschiedenen Winkel einschließen
-
In
den 3a und 3b schließlich ist
eine alternative Ausgestaltung der Aufnahmevorrichtung gezeigt,
bei der die Mittel zum Festklemmen der Photolithographiemaske ebenfalls über eine
bewegliche Seitenwand 10 verfügen, wobei die Seitenwand 10 jedoch
mit der Auflagefläche 8 fest
verbunden ist. Sowohl die Auflagefläche 8 als auch die
Seitenwand 10 sind Bestandteil des Auflageelements 7,
was ein- oder mehrstückig
ausgebildet sein kann. In diesem Fall wird das gesamte Auflageelement 7 horizontal bewegt,
angedeutet durch den Pfeil. In 3b ist
die Photolithographiemaske 1 im festgeklemmtem Zustand
gezeigt, Seitenwand 10 und Seitenfläche 5 stehen in Kontakt
zueinander. Bei der Bewegung des Auflageelements 7 wird
die Maske nach oben verschoben, sie liegt jedoch weiterhin nur auf
der Kante 4 auf. Ein entsprechend bewegliches Auflageelement 7 kann
auch auf der anderen Seiten vorgesehen sein, weitere bewegliche
Auflageelemente können
zur Verstärkung
der Fixierung ebenfalls vorgesehen sein, beispielsweise mit Bewegungsrichtungen
senkrecht zur Zeichenebene. Als Antrieb für den Klemmechanismus eignen
sich piezoelektrische Antriebe, aber auch andere Antriebsarten sind
verwendbar. Schließlich
sind auch einfachste Verstellmöglichkeiten
mittels einer Schraube oder anderen Mitteln mit gleicher Funktion
möglich.
-
Selbstverständlich ist
es auch möglich,
die hier gezeigten Ausführungsbeispiele
miteinander zu kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
- 1
- Photolithographiemaske
- 2,
3
- optisch
wirksame Fläche
- 4
- Kante
- 5
- Seitenfläche
- 6
- Fase
- 7
- Auflageelement
- 8
- Auflagefläche
- 9,
10
- Seitenwand
- α
- Winkel