DE102024206938A1

DE102024206938A1 - Measuring arrangement for position and/or distance measurement in a photonic integrated circuit

Info

Publication number: DE102024206938A1
Application number: DE102024206938.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Sauter; Klaus Thurner; Sonja Schnippering; Daniel Seibold; Dagmar Paarmann
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2024-07-24
Filing date: 2024-07-24
Publication date: 2025-07-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Messanordnung (100) zur Positions- und/oder Distanzmessung einer Komponente mit einem Sensor (101), umfassend einen Sensorkopf (102), einer Detektoreinheit (103) zur Detektion des vom Sensorkopf (102) erfassten Sensorsignals und einer Steuer- und/oder Auswerteeinheit (119), wobei die Detektoreinheit (103) als ein Quadraturdetektor gebildet ist. Zumindest ein Teil der Detektoreinheit (103) ist als ein photonisch integrierter Schaltkreis (104) auf einem Träger (105) ausgebildet.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Projektionsbelichtungsanlage, eine Beleuchtungsanlage, eine Lithographieanlage, eine Inspektionsanlage und eine Koordinatenmessmaschine.

The invention relates to an optical measuring arrangement (100) for measuring the position and/or distance of a component with a sensor (101), comprising a sensor head (102), a detector unit (103) for detecting the sensor signal acquired by the sensor head (102), and a control and/or evaluation unit (119). The detector unit (103) is designed as a quadrature detector. At least part of the detector unit (103) is designed as a photonic integrated circuit (104) on a carrier (105).
The invention further relates to a projection exposure system, a lighting system, a lithography system, an inspection system and a coordinate measuring machine.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Messanordnung zur Positions- und/oder Distanzmessung einer Komponente mit einem Sensor, umfassend einen Sensorkopf, einer Detektoreinheit zur Detektion des vom Sensorkopf erfassten Sensorsignals und einer Steuer- und/oder Auswerteeinheit, wobei die Detektoreinheit als ein Quadraturdetektor gebildet ist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Beleuchtungsanlage für eine Lithographieanlage, eine Projektionsbelichtungsanlage, eine Lithographieanlage, eine Inspektionsanlage und eine Koordinatenmessmaschine.The invention relates to an optical measuring arrangement for measuring the position and/or distance of a component with a sensor, comprising a sensor head, a detector unit for detecting the sensor signal acquired by the sensor head, and a control and/or evaluation unit, wherein the detector unit is designed as a quadrature detector. The invention further relates to an illumination system for a lithography system, a projection exposure system, a lithography system, an inspection system, and a coordinate measuring machine.

Projektionsbelichtungsanlagen werden zur Erzeugung feinster Strukturen, insbesondere auf Halbleiterbauelementen oder anderen mikrostrukturierten Bauteilen verwendet. Das Funktionsprinzip der genannten Anlagen beruht dabei darauf, mittels einer in der Regel verkleinernden Abbildung von Strukturen auf einer Maske, einem sogenannten Retikel, auf einem mit photosensitivem Material versehenen zu strukturierenden Element, einem sogenannten Wafer, feinste Strukturen bis in den Nanometerbereich zu erzeugen. Die minimalen Abmessungen der erzeugten Strukturen hängen dabei direkt von der Wellenlänge des verwendeten Lichts ab. Dieses wird zur optimalen Ausleuchtung des Retikels in einer Beleuchtungsoptik geformt. In jüngerer Zeit werden vermehrt Lichtquellen mit einer Emissionswellenlänge im Bereich weniger Nanometer, beispielsweise zwischen 1 nm und 120 nm, insbesondere im Bereich von 13,5 nm verwendet. Der beschriebene Wellenlängenbereich wird auch als EUV-Bereich bezeichnet.Projection exposure systems are used to create extremely fine structures, particularly on semiconductor devices or other microstructured components. The operating principle of these systems is based on creating extremely fine structures down to the nanometer range by means of a generally reduced-size image of structures on a mask, a so-called reticle, on an element to be structured, a so-called wafer, which is provided with photosensitive material. The minimum dimensions of the created structures depend directly on the wavelength of the light used. This light is shaped in an illumination optics for optimal illumination of the reticle. Recently, light sources with an emission wavelength in the range of a few nanometers, for example between 1 nm and 120 nm, particularly in the range of 13.5 nm, have been increasingly used. This wavelength range is also referred to as the EUV range.

Die mikrostrukturierten Bauteile werden außer mit im EUV-Bereich arbeitenden Systemen auch mit den im Markt etablierten DUV-Systemen mit einer Wellenlänge zwischen 100 nm und 400 nm, insbesondere von 193 nm hergestellt. Mit der Anforderung, immer kleinere Strukturen herstellen zu können, sind auch die Anforderungen an die optische Korrektur in den Systemen weiter gestiegen. Mit jeder neuen Generation von Projektionsbelichtungsanlagen im EUV-Bereich oder DUV-Bereich wird zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Durchsatz erhöht.In addition to systems operating in the EUV range, the microstructured components are also manufactured using the market-established DUV systems with a wavelength between 100 nm and 400 nm, particularly 193 nm. With the demand for ever smaller structures, the requirements for optical correction in the systems have also increased. With each new generation of projection exposure systems operating in the EUV or DUV range, throughput is increased to increase cost-effectiveness.

Im Betrieb mikrolithographischer Projektionsbelichtungsanlagen, bei dem üblicherweise Maske und Wafer in einem Scan-Prozess relativ zueinander bewegt werden, müssen die Positionen der teilweise in allen sechs Freiheitsgraden beweglichen optischen Elemente, insbesondere Spiegel, zueinander mit hoher Genauigkeit eingestellt werden sowie diese Position/Ausrichtung beibehalten werden, um Aberrationen und damit einhergehende Beeinträchtigungen des Abbildungsergebnisses oder auch Verschiebungen des Bildes zu vermeiden oder wenigstens zu reduzieren.In the operation of microlithographic projection exposure systems, in which the mask and wafer are usually moved relative to each other in a scanning process, the positions of the optical elements, in particular mirrors, which are sometimes movable in all six degrees of freedom, must be adjusted to each other with high precision and this position/alignment must be maintained in order to avoid or at least reduce aberrations and the associated impairments of the imaging result or shifts of the image.

Im Stand der Technik sind diverse Ansätze bekannt, um die Position der einzelnen optischen Elemente, insbesondere Spiegel sowie auch des Wafers bzw. der Waferstage und der Retikel bzw. Retikelstage zu vermessen. Dabei ist neben interferometrischen oder auf Encodern basierenden Messanordnungen auch die frequenzbasierte Positions- und/oder Distanzmessung unter Verwendung eines optischen Resonators bekannt.Various approaches are known in the prior art for measuring the position of individual optical elements, particularly mirrors, as well as the wafer or wafer stage and the reticle or reticle stage. In addition to interferometric or encoder-based measurement setups, frequency-based position and/or distance measurement using an optical resonator is also known.

Um die Position der Komponenten, beispielsweise der Spiegel, in mehreren oder allen sechs Starrkörperfreiheitsgraden zu erfassen, sind mehrere Messanordnungen notwendig, für die entsprechend Bauraum zur Verfügung gestellt werden muss.In order to measure the position of the components, for example the mirrors, in several or all six rigid body degrees of freedom, several measuring arrangements are necessary, for which appropriate installation space must be provided.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Messanordnung, eine Beleuchtungsanlage, eine Projektionsbelichtungsanlage und eine Lithographieanlage bereit zu stellen, die die oben genannten Nachteile beseitigt oder reduziert.It is therefore the object of the present invention to provide a measuring arrangement, an illumination system, a projection exposure system and a lithography system which eliminates or reduces the above-mentioned disadvantages.

Die die Messanordnung betreffende Aufgabe wird durch eine Messanordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die die Beleuchtungsanlage betreffende Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Die die Projektionsbelichtungsanlage betreffende Aufgabe wird durch eine Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Die die Lithographieanlage betreffende Aufgabe wird mit einer Lithographieanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Die die Inspektionsanlage betreffende Aufgabe wird mit einer Inspektionsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst. Die die Koordinatenmessmaschine betreffende Aufgabe wird mit Koordinatenmessmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 21 gelöst.The problem concerning the measuring arrangement is solved by a measuring arrangement according to the features of claim 1. The problem concerning the illumination system is solved by an illumination system with the features of claim 17. The problem concerning the projection exposure system is solved by a projection exposure system with the features of claim 18. The problem concerning the lithography system is solved by a lithography system with the features of claim 19. The problem concerning the inspection system is solved by an inspection system with the features of claim 20. The problem concerning the coordinate measuring machine is solved by a coordinate measuring machine with the features of claim 21.

Die optische Messanordnung zeichnet sich dabei insbesondere dadurch aus, dass zumindest ein Teil der Detektoreinheit als ein photonisch integrierter Schaltkreis (PIC), insbesondere auf einem Träger, ausgebildet ist. Die als Quadraturdetektor konfigurierte Detektoreinheit ist erfindungsgemäß durch die Ausbildung als photonisch integrierter Schaltkreis miniaturisiert, wodurch weniger Bauraum zur Verfügung gestellt werden muss. Besonders bevorzugt ist die Detektoreinheit vollständig als photonisch integrierter Schaltkreis auf einem Träger gebildet. Die Detektoreinheit kann dabei auch auf mehreren, insbesondere auf mehreren voneinander beabstandeten Trägern ausgebildet sein.The optical measuring arrangement is characterized in particular in that at least part of the detector unit is designed as a photonic integrated circuit (PIC), in particular on a carrier. According to the invention, the detector unit configured as a quadrature detector is miniaturized by being designed as a photonic integrated circuit, which requires less installation space. Particularly preferably, the detector unit is formed entirely as a photonic integrated circuit on a carrier. The detector unit can also be formed on multiple carriers, in particular on multiple spaced-apart carriers.

Besonders bevorzugt ist es aber, wenn die Detektoreinheit vollständig als der photonisch integrierte Schaltkreis gebildet ist und auf einem einzigen Träger ausgebildet ist, wenn also die gesamte Detektoreinheit als ein photonisch integrierter Schaltkreis gebildet ist.However, it is particularly preferred if the detector unit is completely designed as the photonically integrated rated circuit and is formed on a single carrier, i.e. when the entire detector unit is formed as a photonic integrated circuit.

Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Detektoreinheit zumindest einen Lichtleiter, mindestens einen Strahlteiler und mindestens zwei Photodioden aufweist, sowie dass der Lichtleiter im Strahlengang nach dem Strahlteiler in zwei Pfade aufspaltet, die zu den mindestens zwei Photodioden führen, wobei in einem der Pfade ein Phasenschieber angeordnet ist, der die Phase des im Pfad propagierenden Lichts um 90° gegenüber dem im anderen Pfad propagierenden Licht verschiebt. Dies ermöglicht die Erzeugung eines Quadratursignals am Detektor. Besonders bevorzugt weist die Detektoreinheit zusätzlich vor den Photodioden mindestens eine Polarisationsoptik auf. Insbesondere kann der Strahlteiler als ein polarisierender Strahlteiler gebildet sein.It is particularly advantageous if the detector unit has at least one optical fiber, at least one beam splitter, and at least two photodiodes, and if the optical fiber splits into two paths downstream of the beam splitter, which lead to the at least two photodiodes. A phase shifter is arranged in one of the paths, which shifts the phase of the light propagating in the path by 90° compared to the light propagating in the other path. This enables the generation of a quadrature signal at the detector. Particularly preferably, the detector unit additionally has at least one polarization optics upstream of the photodiodes. In particular, the beam splitter can be designed as a polarizing beam splitter.

Besonders bevorzugt ist es allerdings, wenn die Detektoreinheit vier Photodioden umfasst und, dass in den beiden Pfaden noch jeweils ein polarisierender Strahlteiler angeordnet ist, der die zwei Pfade in vier zu den Photodioden führende Subpfade aufspaltet. Zwei der Photodioden detektieren folglich ein cosinus-Signal mit jeweils voneinander abweichenden Polarisationsrichtungen. Die anderen beiden Photodioden detektieren jeweils ein Sinus-Signal, mit jeweils voneinander abweichenden Polarisationsrichtungen. Das von den vier Photodioden detektierte Signal ist somit an jeder der Photodioden um 90° gegenüber den anderen Photodioden phasenverschoben.However, it is particularly preferred if the detector unit comprises four photodiodes and if a polarizing beam splitter is arranged in each of the two paths, which splits the two paths into four sub-paths leading to the photodiodes. Two of the photodiodes therefore detect a cosine signal with different polarization directions. The other two photodiodes each detect a sine signal with different polarization directions. The signal detected by the four photodiodes is thus phase-shifted by 90° at each of the photodiodes compared to the other photodiodes.

Weiterhin ist es von Vorteil, um noch weniger Bauraum zur Verfügung stellen zu müssen, wenn mindestens ein zusätzliches Element in den photonisch integrierten Schaltkreis integriert ist, wobei das zusätzliche Element ausgewählt ist aus der Liste Lichtquelle, Steuereinheit und/oder Auswerteeinheit, Verstärker, elektrisches Bauteil, Wandler, insbesondere als ein Analog zu Digital Wandler (ADW). Es können auch alle oder einige der zusätzlichen Elemente in den photonisch integrierten Schaltkreis integriert sein.Furthermore, in order to further reduce the installation space required, it is advantageous if at least one additional element is integrated into the photonic integrated circuit, wherein the additional element is selected from the list of light source, control unit and/or evaluation unit, amplifier, electrical component, converter, in particular as an analog-to-digital converter (ADC). All or some of the additional elements can also be integrated into the photonic integrated circuit.

Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass mindestens ein zusätzliches optisches Element in den photonisch integrierten Schaltkreis integriert ist. Dies führt zu einer weiteren Miniaturisierung der optischen Messanordnung.Alternatively or additionally, it is possible to integrate at least one additional optical element into the photonic integrated circuit. This leads to further miniaturization of the optical measuring arrangement.

Dabei kann das mindestens eine zusätzliche optische Element ein polarisierender und/oder nicht-polarisierender Strahlteiler ist. Insbesondere können mehrere polarisierende und/oder nicht-polarisierende Strahlteiler in den photonisch integrierten Schaltkreis integriert sein. Alternativ kann eines oder einige oder alle zusätzlichen optischen Elemente auch in einen zusätzlichen photonisch integrierten Schaltkreis integriert sein, der mit dem anderen photonisch integrierten Schaltkreis verbunden ist. Das mindestens eine zusätzliche optische Element kann auf dem gleichen Träger wie die Detektoreinheit ausgebildet sein oder auch auf einem separaten nahe an dem Träger der Detektoreinheit angeordneten zweiten Träger. Eine weitere Alternative besteht darin, dass mindestens ein zusätzliches optisches Element separat vom photonisch integrierten Schaltkreis ausgebildet ist. Ein oder einige oder alle zusätzlichen optischen Elemente können folglich entweder in den photonisch integrierten Schaltkreis integriert sein oder separat davon ausgebildet sein.The at least one additional optical element can be a polarizing and/or non-polarizing beam splitter. In particular, a plurality of polarizing and/or non-polarizing beam splitters can be integrated into the photonic integrated circuit. Alternatively, one or some or all of the additional optical elements can also be integrated into an additional photonic integrated circuit that is connected to the other photonic integrated circuit. The at least one additional optical element can be formed on the same carrier as the detector unit or on a separate second carrier arranged close to the carrier of the detector unit. A further alternative is that at least one additional optical element is formed separately from the photonic integrated circuit. One or some or all of the additional optical elements can therefore either be integrated into the photonic integrated circuit or formed separately therefrom.

Alternativ oder zusätzlich kann das mindestens eine zusätzliche optische Element ein Kollimator zum Einkoppeln eines Lichtstrahls in den Sensorkopf und/oder zum Auskoppeln des Lichtstrahls aus dem Sensorkopf in die Detektoreinheit sein. Vorzugsweise sind ein Kollimator zum Einkoppeln des Lichtstrahls in den Sensorkopf und ein separater Kollimator zum Auskoppeln des Lichtstrahls aus dem Sensorkopf in die Detektoreinheit vorhanden.Alternatively or additionally, the at least one additional optical element can be a collimator for coupling a light beam into the sensor head and/or for coupling the light beam from the sensor head into the detector unit. Preferably, a collimator for coupling the light beam into the sensor head and a separate collimator for coupling the light beam from the sensor head into the detector unit are provided.

Weiterhin kann der Kollimator ein Ablenkelement aufweisen oder als ein Ablenkelement gebildet sein, zur Ablenkung des Lichtstrahls um einen Winkel größer 20°, bevorzugt größer 45°, besonders bevorzugt größer 80° und ganz besonders bevorzugt um 90°.Furthermore, the collimator can have a deflection element or be formed as a deflection element for deflecting the light beam by an angle greater than 20°, preferably greater than 45°, particularly preferably greater than 80° and most preferably by 90°.

Alternativ oder zusätzlich kann das mindestens eine zusätzliche optische Element als ein Lichtwellenleiter gebildet sein. Der Lichtwellenleiter ist dabei insbesondere ausgebildet, Licht von der Lichtquelle in den Sensorkopf und/oder Licht vom Sensorkopf zur Detektoreinheit zu leiten. Der Lichtwellenleiter kann auch nur teilweise in den photonisch integrierten Schaltkreis integriert sein. Insbesondere kann der Lichtwellenleiter auf den Träger der photonisch integrierten Schaltung gedruckt sein.Alternatively or additionally, the at least one additional optical element can be formed as an optical waveguide. The optical waveguide is particularly designed to guide light from the light source into the sensor head and/or light from the sensor head to the detector unit. The optical waveguide can also be only partially integrated into the photonic integrated circuit. In particular, the optical waveguide can be printed onto the carrier of the photonic integrated circuit.

Alternativ oder zusätzlich kann das zusätzliche optische Element als ein Spiegel oder als eine Linse gebildet ist.Alternatively or additionally, the additional optical element may be formed as a mirror or as a lens.

Ferner ist es von Vorteil, wenn mindestens ein weiterer Träger vorhanden ist, der mit dem photonisch integrierten Schaltkreis elektrisch verbunden ist. Der mindestens eine weitere Träger kann dabei nahe des Trägers mit dem photonisch integrierten Schaltkreis angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der weitere Träger als eine weitere auf dem photonisch integrierten Schaltkreis angeordnete Schicht gebildet sein. Der weitere Träger kann insbesondere elektrische Bauteile aufweisen. Dies ermöglicht die von den elektrischen Bauteilen erzeugte Abwärme von dem photonisch integrierten Schalkreis, insbesondere von der Optik abzuschirmen.Furthermore, it is advantageous if at least one further carrier is present which is electrically connected to the photonic integrated circuit. The at least one further carrier can be arranged close to the carrier with the photonic integrated circuit. Alternatively or additionally, the further carrier can be formed as a further layer arranged on the photonic integrated circuit. The further carrier can in particular have electrical components. This enables the To shield waste heat from the photonic integrated circuit, especially from the optics.

In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn auf dem mindestens einen weiteren Träger eine Lichtquelle und/oder eine Steuereinheit und/oder eine Auswerteeinheit und/oder ein Wandler und/oder ein optisches Element ausgebildet ist. Die Steuereinheit und/oder die Auswerteeinheit kann dabei insbesondere als FGPA (engl. field programmable gate array) konfiguriert sein.In this context, it is advantageous if a light source and/or a control unit and/or an evaluation unit and/or a converter and/or an optical element is formed on the at least one further carrier. The control unit and/or the evaluation unit can be configured in particular as an FGPA (field programmable gate array).

Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn der Sensor als ein optischer Encoder gebildet ist. Der optische Encoder weist insbesondere eine als Gitter gebildete Skala als Messtarget auf der Komponente auf. Der Sensorkopf umfasst dabei eine Mehrzahl von gekrümmten Spiegeln und einen Strahlteiler. Der Sensorkopf ist dabei bevorzugt separat zu dem photonisch integrierten Schaltkreis gebildet.Furthermore, it is advantageous if the sensor is designed as an optical encoder. The optical encoder has, in particular, a grating-shaped scale as a measurement target on the component. The sensor head comprises a plurality of curved mirrors and a beam splitter. The sensor head is preferably designed separately from the photonic integrated circuit.

Alternativ ist es von Vorteil, wenn der Sensor als ein Interferometer gebildet ist. Das an der Komponente ausgebildete Messtarget ist dabei als ein Spiegel oder eine reflektierende Fläche gebildet. Der Sensorkopf umfasst einen polarisierenden oder nicht polarisierenden Strahlteiler, sowie mindestens einen Referenzspiegel. Das Interferometer kann als heterodynes oder homodynes Interferometer gebildet sein. Der Sensor kann darüber hinaus auch einen Resonator umfassen zur Ausbildung einer stehenden Welle. Insbesondere kann der Sensor zur frequenzbasierten Lägenmessung eingerichtet sein. Alternatively, it is advantageous if the sensor is designed as an interferometer. The measurement target formed on the component is in the form of a mirror or a reflective surface. The sensor head comprises a polarizing or non-polarizing beam splitter and at least one reference mirror. The interferometer can be designed as a heterodyne or homodyne interferometer. The sensor can also comprise a resonator for forming a standing wave. In particular, the sensor can be configured for frequency-based length measurement.

Weiterhin ist es insbesondere von Vorteil, wenn eine Mehrzahl von Messanordnungen aufweist, die eingerichtet sind, die Position der Komponente, insbesondere in mehreren Freiheitsgraden, vorzugsweise in sechs Freiheitsgraden, zu erfassen.Furthermore, it is particularly advantageous if a plurality of measuring arrangements are arranged to detect the position of the component, in particular in several degrees of freedom, preferably in six degrees of freedom.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungsanlage für eine Lithographieanlage weist mindestens eine erfindungsgemäße Messanordnung auf. Diese ist eingerichtet die Position oder den Abstand einer Komponente der zu erfassen. Die Komponente kann dabei insbesondere ein optisches Element oder eine Tragstruktur sein. Die mindestens eine Messanordnung ist dazu mittelbar oder unmittelbar mit der zu vermessenden Komponente verbunden oder verbindbar. Die Beleuchtungsanlage einer Lithographieanlage umfasst dabei insbesondere eine Lichtquelle, die eingerichtet ist Licht in einem EUV- oder DUV-Wellenlängenbereich zu erzeugen und eine Mehrzahl von optischen Elementen, die eingerichtet sind, das von der Lichtquelle erzeugte Licht umzulenken und in die Projektionsbelichtungsanlage einzukoppeln. Die zu der Messanordnung genannten Vorteile und Ausführungsformen gelten dabei auch für die mindestens eine Messanordnung umfassende Beleuchtungsanlage. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Beleuchtungsanlage eine Mehrzahl von Messanordnungen zur Positionserfassung der Komponente in mehreren, vorzugsweise 6, Freiheitsgraden zu erfassen.The illumination system according to the invention for a lithography system has at least one measuring arrangement according to the invention. This is designed to detect the position or distance of a component. The component can in particular be an optical element or a support structure. For this purpose, the at least one measuring arrangement is or can be connected directly or indirectly to the component to be measured. The illumination system of a lithography system comprises in particular a light source designed to generate light in an EUV or DUV wavelength range and a plurality of optical elements designed to deflect the light generated by the light source and couple it into the projection exposure system. The advantages and embodiments mentioned for the measuring arrangement also apply to the illumination system comprising at least one measuring arrangement. In particular, it is advantageous if the illumination system comprises a plurality of measuring arrangements for detecting the position of the component in several, preferably 6, degrees of freedom.

Die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage, weist mindestens eine erfindungsgemäße Messanordnung auf. Die mindestens eine Messanordnung ist eingerichtet, die Position oder den Abstand einer Komponente der Projektionsbelichtungsanlage zu erfassen. Die Komponente kann dabei insbesondere ein bewegliches oder unbewegliches optisches Element sein, aber auch jedes andere Bauteil einer Projektionsbelichtungsanlage, beispielsweise auch Tragstrukturen oder Aktuatoren. Die mindestens eine Messanordnung ist dazu mittelbar oder unmittelbar mit der zu vermessenden Komponente verbunden oder verbindbar. Die zu der Messanordnung genannten Vorteile und Ausführungsformen gelten dabei auch für die mindestens eine Messanordnung umfassende Projektionsbelichtungsanlage. Die zu der Messanordnung genannten Vorteile und Ausführungsformen gelten dabei auch für die mindestens eine Messanordnung umfassende Beleuchtungsanlage. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Projektionsbelichtungsanlage eine Mehrzahl von Messanordnungen zur Positionserfassung der Komponente in mehreren, vorzugsweise 6, Freiheitsgraden zu erfassen.The projection exposure system according to the invention has at least one measuring arrangement according to the invention. The at least one measuring arrangement is configured to detect the position or distance of a component of the projection exposure system. The component can in particular be a movable or immovable optical element, but also any other component of a projection exposure system, for example also support structures or actuators. For this purpose, the at least one measuring arrangement is or can be connected directly or indirectly to the component to be measured. The advantages and embodiments mentioned for the measuring arrangement also apply to the projection exposure system comprising at least one measuring arrangement. The advantages and embodiments mentioned for the measuring arrangement also apply to the illumination system comprising at least one measuring arrangement. In particular, it is advantageous if the projection exposure system has a plurality of measuring arrangements for detecting the position of the component in several, preferably six, degrees of freedom.

Die erfindungsgemäße Lithographieanlage weist mindestens eine erfindungsgemäße Messanordnung auf. Die mindestens eine Messanordnung ist dabei eingerichtet eine Position oder einen Abstand einer beweglichen oder unbeweglichen Komponente zu erfassen. Die Komponente kann dabei ein optisches Element oder eine Tragstruktur oder ein Aktuator oder ein wafer bzw. eine wafer stage oder ein Retikel bzw. eine Retikelstage sein. Die Komponente kann allerdings auch jedes andere Bauteil einer Lithographieanlage sein, deren Position oder Abstand zu einer Referenz gemessen werden muss. Die mindestens eine Messanordnung ist dazu mittelbar oder unmittelbar mit der zu vermessenden Komponente verbunden oder verbindbar. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn jeder Komponente mehrere Messanordnungen zugeordnet sind, um die Position oder einen Abstand entlang mehrerer Freiheitsgrade zu erfassen. Die zu der Messanordnung genannten Vorteile und Ausführungsformen gelten dabei auch für die mindestens eine Messanordnung umfassende Lithographieanlage.The lithography system according to the invention has at least one measuring arrangement according to the invention. The at least one measuring arrangement is configured to detect a position or a distance of a movable or immovable component. The component can be an optical element, a support structure, an actuator, a wafer or a wafer stage, or a reticle or a reticle stage. However, the component can also be any other component of a lithography system whose position or distance from a reference must be measured. For this purpose, the at least one measuring arrangement is or can be connected directly or indirectly to the component to be measured. In particular, it is preferred if several measuring arrangements are assigned to each component in order to detect the position or a distance along several degrees of freedom. The advantages and embodiments mentioned for the measuring arrangement also apply to the lithography system comprising at least one measuring arrangement.

Die erfindungsgemäße Inspektionsanlage zur Überprüfung eines optischen Elements oder eines wafers, einer waferstage, eines Retikels oder einer Retikelstage weist mindestens eine erfindungsgemäße Messanordnung auf. Die Messanordnung ist dabei eingerichtet, die relative Position oder den Abstand einer Komponente also beispielsweise eines optischen Elements, eines wafers, einer waferstage, eines Retikels oder einer Retikelstage zu erfassen. Dabei ist vorzugsweise eine Auswerteeinheit vorhanden, die die erfassten Positionen oder Abstände, insbesondere von Strukturen der Komponente mit vorgegebenen Abständen oder Positionen der Strukturen oder der Komponenten vergleicht und bei einer Abweichung um einen vorgegebenen Grenzwert das Ergreifen von Maßnahmen veranlasst. Die mindestens eine Messanordnung ist dazu mittelbar oder unmittelbar mit der zu vermessenden Komponente verbunden oder verbindbar. Die zu der Messanordnung genannten Vorteile und Ausführungsformen gelten dabei auch für die mindestens ein Messanordnung umfassende Inspektionsanlage. Ein Beispiel einer derartigen Inspektionsanlage zur Masken- oder Waferinspektion (ohne der erfindungsgemäßen optische Messanordnung) ist aus der Druckschrift DE 10 2012 205 181 A1 bekannt, deren gesamter Inhalt per Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.The inspection system according to the invention for checking an optical element or a wafer, a wafer stage, a reticle, or a reticle stage has at least one measuring arrangement according to the invention. The measuring arrangement is configured to measure the relative position or distance of a component, for example of an optical element, a wafer, a wafer stage, a reticle, or a reticle stage. Preferably, an evaluation unit is provided that compares the detected positions or distances, in particular of structures of the component, with predetermined distances or positions of the structures or components and initiates measures in the event of a deviation by a predetermined limit value. The at least one measuring arrangement is connected or connectable directly or indirectly to the component to be measured. The advantages and embodiments mentioned for the measuring arrangement also apply to the inspection system comprising at least one measuring arrangement. An example of such an inspection system for mask or wafer inspection (without the optical measuring arrangement according to the invention) is known from the publication DE 10 2012 205 181 A1 known, the entire contents of which are incorporated into the present application by reference.

Die Erfindung kann ebenso in einer Messmaschine zur Erfassung einer Lage, Geometrie oder Form eines Bauteils eingesetzt werden. Die Messmaschine weist dann mindestens eine erfindungsgemäße optische Messanordnung auf. Die mindestens eine optische Messanordnung ist dabei vorzugsweise mit dem Bauteil mittelbar oder unmittelbar verbunden sein. Die Messmaschine kann dabei insbesondere im Rahmen der Fertigungstechnik oder der industriellen Messtechnik im Maschinenbau eingesetzt werden, beispielsweise in der Automobilindustrie oder der Luftfahrttechnik. Die mindestens eine optische Messanordnung ist dazu mittelbar oder unmittelbar mit der zu vermessenden Komponente verbunden oder verbindbar. Die zu der optische Messanordnung genannten Vorteile und Ausführungsformen gelten dabei auch für die mindestens eine optische Messanordnung umfassende Messmaschine.The invention can also be used in a measuring machine for detecting a position, geometry or shape of a component. The measuring machine then has at least one optical measuring arrangement according to the invention. The at least one optical measuring arrangement is preferably connected directly or indirectly to the component. The measuring machine can be used in particular in the context of production technology or industrial measurement technology in mechanical engineering, for example in the automotive industry or aeronautical engineering. The at least one optical measuring arrangement is or can be connected directly or indirectly to the component to be measured. The advantages and embodiments mentioned for the optical measuring arrangement also apply to the measuring machine comprising at least one optical measuring arrangement.

Die erfindungsgemäße Koordinatenmessmaschine weist mindestens eine erfindungsgemäße Messanordnung auf. Koordinatenmessmaschinen werden zur Inspektion oder Vermessung von Bauteilen eingesetzt, wobei das Bauteil üblicherweise abgetastet wird und anhand der Abtastung Abstände oder Positionen bestimmt werden. Dazu ist ein optisches System sowie eine verfahrbare Rahmenstruktur und/oder ein hochgenaues Positioniersystem vorhanden, die das zu inspizierende Bauteil oder Objekt trägt. Messanordnung ist vorzugsweise mittelbar oder unmittelbar mit dieser verfahrbaren Komponente, d.h. Rahmenstruktur oder Positioniersystem, verbunden. Mittels der mindestens einen Messanordnung lässt sich die Position oder der Abstand der verfahrbaren Komponente bestimmen, wodurch das Abtasten des Objekts gesteuert werden kann. Darüber hinaus kann die Messanordnung auch eingesetzt werden, um den Abstand oder die Position des Bauteils selbst zu erfassen und damit zu inspizieren. Die zu der Messanordnung genannten Vorteile und Ausführungsformen gelten dabei auch für die mindestens eine Messanordnung umfassende Koordinatenmessmaschine. Ein Beispiel einer derartigen Koordinatenmessmaschine (ohne der erfindungsgemäßen optische Messanordnung) ist aus der Druckschrift DE 10 2019 213 794A1 bekannt, deren gesamter Inhalt per Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.The coordinate measuring machine according to the invention has at least one measuring arrangement according to the invention. Coordinate measuring machines are used for the inspection or measurement of components, wherein the component is usually scanned and distances or positions are determined based on the scanning. For this purpose, an optical system as well as a movable frame structure and/or a high-precision positioning system are provided, which supports the component or object to be inspected. The measuring arrangement is preferably directly or indirectly connected to this movable component, i.e., frame structure or positioning system. By means of the at least one measuring arrangement, the position or distance of the movable component can be determined, whereby the scanning of the object can be controlled. Furthermore, the measuring arrangement can also be used to detect the distance or position of the component itself and thus to inspect it. The advantages and embodiments mentioned for the measuring arrangement also apply to the coordinate measuring machine comprising at least one measuring arrangement. An example of such a coordinate measuring machine (without the optical measuring arrangement according to the invention) is known from the publication DE 10 2019 213 794A1 known, the entire contents of which are incorporated into the present application by reference.

Die erfindungsgemäße Messanordnung ist auch in einer Messmaschine einsetzbar. Die Messmaschine weist mindestens eine erfindungsgemäße Messanordnung auf. Die mindestens eine Messanordnung ist dabei vorzugsweise mit dem Bauteil mittelbar oder unmittelbar verbunden sein. Die Messmaschine kann dabei insbesondere im Rahmen der Fertigungstechnik oder der industriellen Messtechnik im Maschinenbau eingesetzt werden, beispielsweise in der Automobilindustrie oder der Luftfahrttechnik. Die mindestens eine optische Messanordnung ist dazu mittelbar oder unmittelbar mit der zu vermessenden Komponente verbunden oder verbindbar. Die zu der optische Messanordnung genannten Vorteile und Ausführungsformen gelten dabei auch für die mindestens eine optische Messanordnung umfassende Messmaschine.The measuring arrangement according to the invention can also be used in a measuring machine. The measuring machine has at least one measuring arrangement according to the invention. The at least one measuring arrangement is preferably connected directly or indirectly to the component. The measuring machine can be used in particular in the context of production technology or industrial measurement technology in mechanical engineering, for example in the automotive industry or aerospace engineering. The at least one optical measuring arrangement is or can be connected directly or indirectly to the component to be measured. The advantages and embodiments mentioned for the optical measuring arrangement also apply to the measuring machine comprising at least one optical measuring arrangement.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsvarianten unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. Alle bisher und im Folgenden beschriebenen Merkmale sind dabei sowohl einzeln als auch in einer beliebigen Kombination miteinander vorteilhaft. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsvarianten stellen lediglich Beispiele dar, welche den Gegenstand der Erfindung jedoch nicht beschränken. Dabei zeigen:

1a eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage,
1b eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im DUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage,
2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer optischen Messanordnung,
3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer optischen Messanordnung,
4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer optischen Messanordnung, und
5 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer optischen Messanordnung.

Further features, properties, and advantages of the present invention are described in more detail below using embodiments with reference to the accompanying figures. All features described so far and below are advantageous both individually and in any combination. The embodiments described below are merely examples and do not limit the subject matter of the invention. They show:

1a a schematic representation of a microlithographic projection exposure system designed for operation in the EUV,
1b a schematic representation of a microlithographic projection exposure system designed for operation in DUV,
2 a schematic representation of a first embodiment of an optical measuring arrangement,
3 a schematic representation of a second embodiment of an optical measuring arrangement,
4 a schematic representation of a third embodiment of an optical measuring arrangement, and
5 a schematic representation of a fourth embodiment of an optical measuring arrangement.

1a zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 600, in welcher die vorliegende Erfindung realisierbar ist. Die Erfindung kann aber auch in anderen Nanopositioniersystemen eingesetzt werden. 1a shows a schematic representation of an exemplary projection exposure system 600 designed for operation in the EUV, in which the present invention can be implemented. However, the invention can also be used in other nanopositioning systems.

Gemäß 1a weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 600 einen Feldfacettenspiegel 603 und einen Pupillenfacettenspiegel 604 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 603 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 601 und einen Kollektorspiegel 602 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 604 sind ein erster Teleskopspiegel 605 und ein zweiter Teleskopspiegel 606 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 607 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 651-656 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 621 auf einem Maskentisch 620 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 661 auf einem Wafertisch 660 befindet.According to 1a An illumination device in a projection exposure system 600 designed for EUV comprises a field facet mirror 603 and a pupil facet mirror 604. The light from a light source unit, which comprises a plasma light source 601 and a collector mirror 602, is directed onto the field facet mirror 603. A first telescope mirror 605 and a second telescope mirror 606 are arranged in the light path downstream of the pupil facet mirror 604. A deflection mirror 607 is arranged downstream in the light path, which deflects the radiation incident on it onto an object field in the object plane of a projection objective comprising six mirrors 651-656. At the location of the object field, a reflective structure-bearing mask 621 is arranged on a mask table 620, which is imaged with the aid of the projection lens into an image plane in which a substrate 661 coated with a light-sensitive layer (photoresist) is located on a wafer table 660.

Die Erfindung kann ebenso in einer DUV-Anlage verwendet werden, wie in 1b dargestellt. Eine DUV-Anlage ist prinzipiell wie die oben beschriebene EUV-Anlage aus der 1a aufgebaut, wobei in einer DUV-Anlage Spiegel und Linsen als optische Elemente verwendet werden können und die Lichtquelle einer DUV-Anlage eine Nutzstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 100 nm bis 400 nm emittiert.The invention can be used in a DUV system as well as in 1b A DUV system is basically like the EUV system described above from the 1a constructed, whereby mirrors and lenses can be used as optical elements in a DUV system and the light source of a DUV system emits useful radiation in a wavelength range from 100 nm to 400 nm.

Die in 1b dargestellte DUV-Lithographieanlage 700 weist eine DUV-Lichtquelle 701 auf. Als DUV-Lichtquelle 701 kann beispielsweise ein ArF-Excimerlaser vorgesehen sein, welcher Strahlung 702 im DUV-Bereich bei beispielsweise 193 nm emittiert. Ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 703 leitet die DUV-Strahlung 702 auf eine Photomaske 704. Die Photomaske 704 ist als transmissives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 703, angeordnet sein. Die Photomaske 704 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 705 verkleinert auf einen Wafer 706 oder dergleichen abgebildet wird. Das Projektionssystem 705 weist mehrere Linsen 707 und/oder Spiegel 708 zur Abbildung der Photomaske 704 auf den Wafer 706 auf. Dabei können einzelne Linsen 707 und/oder Spiegel 708 des Projektionssystems 705 symmetrisch zur optischen Achse 709 des Projektionssystems 705 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Linsen 707 und Spiegel 708 der DUV-Lithographieanlage 700 nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Linsen 707 und/oder Spiegel 708 vorgesehen sein. Insbesondere weist das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 703 der DUV-Lithographieanlage 700 mehrere Linsen 707 und/oder Spiegel 708 auf. Des Weiteren sind die Spiegel i.d.R. an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt. Ein Luftspalt 710 zwischen der letzten Linse 707 und dem Wafer 706 kann durch ein flüssiges Medium ersetzt sein, welches einen Brechungsindex > 1 aufweist. Das flüssige Medium kann beispielsweise hochreines Wasser sein. Ein solcher Aufbau wird auch als Immersionslithographie bezeichnet und weist eine erhöhte photolithographische Auflösung auf.The 1b The DUV lithography system 700 shown has a DUV light source 701. An ArF excimer laser, for example, can be provided as the DUV light source 701, which emits radiation 702 in the DUV range at, for example, 193 nm. A beam shaping and illumination system 703 directs the DUV radiation 702 onto a photomask 704. The photomask 704 is designed as a transmissive optical element and can be arranged outside the systems 703. The photomask 704 has a structure that is imaged in a reduced size onto a wafer 706 or the like by means of the projection system 705. The projection system 705 has a plurality of lenses 707 and/or mirrors 708 for imaging the photomask 704 onto the wafer 706. Individual lenses 707 and/or mirrors 708 of the projection system 705 can be arranged symmetrically to the optical axis 709 of the projection system 705. It should be noted that the number of lenses 707 and mirrors 708 of the DUV lithography system 700 is not limited to the number shown. More or fewer lenses 707 and/or mirrors 708 can also be provided. In particular, the beam shaping and illumination system 703 of the DUV lithography system 700 has a plurality of lenses 707 and/or mirrors 708. Furthermore, the mirrors are usually curved at their front side for beam shaping. An air gap 710 between the last lens 707 and the wafer 706 can be replaced by a liquid medium having a refractive index > 1. The liquid medium can be, for example, ultrapure water. Such a setup is also called immersion lithography and has an increased photolithographic resolution.

2 zeigt eine Messanordnung 100 zur Positions- und/oder Distanzmessung einer nicht näher dargestellten Komponente vorzugsweise in einer Lithographieanlage mit einem Sensor 101, umfassend einen Sensorkopf 102, einer Detektoreinheit 103 zur Detektion des vom Sensorkopf 101 erfassten Sensorsignals und einer Steuer- und/oder Auswerteeinheit 119. Die Detektoreinheit 103 ist als ein Quadraturdetektor gebildet, wobei der Quadraturdetektor als ein photonisch integrierter Schaltkreis (PIC) 104 auf einem Träger 105 ausgebildet ist. Durch die Ausbildung des Quadraturdetektor als ein photonisch integrierter Schaltkreis 104 wird die Detektoreinheit 103 miniaturisiert, wodurch weniger Bauraum für die Messanordnung 100 zur Verfügung gestellt werden muss. Vorliegend ist die Detektoreinheit 103 vollständig als der photonisch integrierte Schaltkreis 104 gebildet und auf einem einzigen Träger 105 angeordnet. Alternativ kann auch lediglich ein Teil des Quadraturdetektors als photonisch integrierter Schaltkreis 104 gebildet sein, oder der Quadraturdetektor kann als mehrere miteinander verbundene photonisch integrierte Schaltkreise 104 gebildet sein. Weiterhin ist es auch möglich, dass der Quadraturdetektor auf mehreren Trägern 105 angeordnet ist. 2 shows a measuring arrangement 100 for measuring the position and/or distance of a component (not shown in detail), preferably in a lithography system, with a sensor 101, comprising a sensor head 102, a detector unit 103 for detecting the sensor signal acquired by the sensor head 101, and a control and/or evaluation unit 119. The detector unit 103 is formed as a quadrature detector, wherein the quadrature detector is designed as a photonic integrated circuit (PIC) 104 on a carrier 105. By designing the quadrature detector as a photonic integrated circuit 104, the detector unit 103 is miniaturized, whereby less installation space must be made available for the measuring arrangement 100. In the present case, the detector unit 103 is formed entirely as the photonic integrated circuit 104 and arranged on a single carrier 105. Alternatively, only a part of the quadrature detector can be formed as a photonic integrated circuit 104, or the quadrature detector can be formed as several interconnected photonic integrated circuits 104. Furthermore, it is also possible for the quadrature detector to be arranged on several carriers 105.

Die Detektoreinheit 103 umfasst zumindest einen Lichtleiter 106, mindestens einen Strahlteiler 107, vorliegend einen nicht polarisierenden Strahlteiler 108, und mindestens zwei Photodioden 108. Der Lichtleiter 106 spaltet im Strahlengang nach dem nicht-polarisierenden Strahlteiler 107 in zwei Pfade 109a,b auf, die zu den beiden Photodioden 108 führen. Der Lichtleiter ist vorzugsweise auf den Träger 105 des photonisch integrierten Schaltkreises 104 gedruckt. In einem der Pfade 109a ist ein Phasenschieber 110 angeordnet, welcher eingerichtet ist, die Phase des im Pfad propagierenden Lichtstrahls um λ/4, insbesondere um 90°, gegenüber dem im anderen Pfad 109b propagierenden Licht zu verschieben. Dies ermöglicht die Erzeugung eines Quadratursignals am Detektor, also eines Sinus-Signals an einer der Photodioden 108 und eines cosinus-Signals an der anderen der Photodioden 108. Zwischen dem Strahlteiler 107 und den Photodioden 108 kann weiterhin in den Pfaden 109a,b jeweils ein nicht näher dargestellter Polarisator vorhanden sein. Im Pfad 109a ist der Polarisator bevorzugt dem Phasenschieber 110 nachgelagert. Das von den Photodioden 108 detektierte Signal wird über einen nicht näher dargestellte Analog zu Digital Wandler, der vorzugsweise ebenfalls in den photonisch integrierten Schaltkreis 104 integriert ist, an eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit 119 gesendet.The detector unit 103 comprises at least one optical fiber 106, at least one beam splitter 107, in this case a non-polarizing beam splitter 108, and at least two photodiodes 108. The optical fiber 106 splits the beam path after the non-polarizing beam splitter 107 into two paths 109a,b, which lead to the two photodiodes 108. The optical fiber is preferably printed onto the carrier 105 of the photonic integrated circuit 104. A phase shifter 110 is arranged in one of the paths 109a, which is configured to shift the phase of the light beam propagating in the path by λ/4, in particular by 90°, compared to the light propagating in the other path 109b. This enables the generation of a quadrature signal at the detector, i.e., a sine signal at one of the photodiodes 108 and a cosine signal at the other of the photodiodes 108. Furthermore, a polarizer (not shown in detail) can be present between the beam splitter 107 and the photodiodes 108 in each of the paths 109a,b. In path 109a, the polarizer is preferably arranged downstream of the phase shifter 110. The signal detected by the photodiodes 108 is sent to a control and/or evaluation unit 119 via an analog-to-digital converter (not shown in detail), which is preferably also integrated into the photonic integrated circuit 104.

Vorliegend ist der Sensor 101 als ein optischer Encoder gebildet, kann aber auch als ein Interferometer, insbesondere als ein heterodynes oder homodynes Interferometer gebildet sein. Dazu ist die nicht näher dargestellte Komponente mit einer als Gitter 121 ausgebildeten Skala als ein Messtarget verbunden. Das Gitter 121 bewegt sich mit der Komponente in Pfeilrichtung. Der Sensorkopf 102 umfasst zwei gekrümmte Spiegel 122, um einen parallelen Strahlengang zu ermöglichen. Das vom Gitter 121 gebeugte Licht wird jeweils auf einen der gekrümmten Spiegel 122 gelenkt und wieder auf das Gitter 121 zurückreflektiert. Das am Gitter 121 erneut gebeugte Licht wird in die Detektoreinheit 103 gelenkt und interferiert dort. Darüber hinaus ist eine Lichtquelle 114 vorhanden, sowie zwei Kollimatoren 116. Der eine Kollimator 116 ist eingerichtet, dass von der Lichtquelle 114 emittierte Licht in den Sensorkopf 102 einzukoppeln, während der andere Kollimator 116 eingerichtet ist, den vom Gitter in den Sensorkopf gebeugten Lichtstrahl in einen Lichtwellenleiter 117 einzukoppeln, der mit dem Lichtleiter 106 der Detektoreinheit 103 optisch verbunden oder als dieser gebildet ist. Weiterhin kann der Kollimator 116 auch ein Ablenkelement aufweisen oder als ein Ablenkelement gebildet sein, zur Ablenkung des Lichtstrahls um einen Winkel größer 20°, bevorzugt größer 45°, besonders bevorzugt größer 80° und ganz besonders bevorzugt um 90°.In the present case, the sensor 101 is formed as an optical encoder, but can also be formed as an interferometer, in particular as a heterodyne or homodyne interferometer. For this purpose, the component (not shown in detail) is connected to a scale designed as a grating 121 as a measurement target. The grating 121 moves with the component in the direction of the arrow. The sensor head 102 comprises two curved mirrors 122 to enable a parallel beam path. The light diffracted by the grating 121 is directed onto one of the curved mirrors 122 and reflected back onto the grating 121. The light diffracted again by the grating 121 is directed into the detector unit 103, where it interferes. In addition, a light source 114 and two collimators 116 are provided. One collimator 116 is configured to couple the light emitted by the light source 114 into the sensor head 102, while the other collimator 116 is configured to couple the light beam diffracted by the grating into the sensor head into an optical waveguide 117, which is optically connected to or formed as the optical waveguide 106 of the detector unit 103. Furthermore, the collimator 116 can also have a deflection element or be formed as a deflection element for deflecting the light beam by an angle greater than 20°, preferably greater than 45°, more preferably greater than 80°, and most preferably by 90°.

Mindestens ein zusätzliches optisches Element 115 ist ebenfalls in den photonisch integrierten Schaltkreis 104 integriert. Das zusätzliche optische Element kann beispielsweiser ein weiterer polarisierender Strahlteiler 120 sein. Dieser ist im Strahlengang der Lichtquelle 114 nachgelagert und trennt den Lichtstrahl in zwei Pfade mit voneinander abweichenden Polarisationsrichtungen (z.B. in einen Pfad mit s-polarisierten und einem Pfad mit p-polarisierte Licht). Das zusätzliche optische Element 115 kann alternativ oder zusätzlich auch einer oder beide Kollimatoren 116 sein, die vorliegend in den photonisch integrierten Schaltkreis 104 integriert sind. Das mindestens eine zusätzliche optische Element 115 kann auch als der Lichtwellenleiter 117 gebildet sein, der auf den Träger 105 aufgedruckt und in die photonisch integrierten Schaltkreis 104 funktionell integriert ist. Der Lichtwellenleiter 117 ist dabei insbesondere ausgebildet, Licht von der Lichtquelle 114 in den Sensorkopf 102 und/oder Licht am Gitter 121 gebeugtes Licht vom Sensorkopf 102 zur Detektoreinheit 103 zu leiten. Die Detektoreinheit detektiert ein Interferenzsignal des phasenverschobenen Lichts unterschiedlicher Polarisationsrichtungen. Der Lichtwellenleiter 117 kann auch nur teilweise in den photonisch integrierten Schaltkreis 104 integriert sein.At least one additional optical element 115 is also integrated into the photonic integrated circuit 104. The additional optical element can, for example, be another polarizing beam splitter 120. This is arranged downstream of the light source 114 in the beam path and splits the light beam into two paths with differing polarization directions (e.g., a path with s-polarized light and a path with p-polarized light). The additional optical element 115 can alternatively or additionally be one or both of the collimators 116, which are integrated into the photonic integrated circuit 104 in this case. The at least one additional optical element 115 can also be formed as the optical waveguide 117, which is printed onto the carrier 105 and functionally integrated into the photonic integrated circuit 104. The optical waveguide 117 is particularly designed to guide light from the light source 114 into the sensor head 102 and/or light diffracted at the grating 121 from the sensor head 102 to the detector unit 103. The detector unit detects an interference signal of the phase-shifted light of different polarization directions. The optical waveguide 117 can also be only partially integrated into the photonic integrated circuit 104.

Alternativ können ein oder einige oder alle zusätzlichen optischen Elemente 115 aber auch separat zu dem photonisch integrierten Schaltkreis 104 ausgebildet sein. Die zusätzlichen optischen Elemente 115 können auf einem gemeinsamen Träger 105 oder auf separaten Trägern angeordnet sein.Alternatively, one or some or all of the additional optical elements 115 may also be formed separately from the photonic integrated circuit 104. The additional optical elements 115 may be arranged on a common carrier 105 or on separate carriers.

Darüber hinaus ist auch mindestens ein zusätzliches Element 113 in den photonisch integrierten Schaltkreis 104 integriert. Vorliegend ist die Lichtquelle 114 in den photonisch integrierten Schaltkreis 104 integriert. Alternativ oder zusätzlich können auch die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 119 und/oder ein anderes elektrisches Bauteil, beispielsweise ein Wandler oder ein Verstärker, in den photonisch integrierten Schaltkreis 104 integriert sein. Diese zusätzlichen Elemente 113 können aber auch separat zu dem photonisch integrierten Schaltkreis 104 ausgebildet sein. Die zusätzlichen Elemente 113 können auf einem gemeinsamen Träger oder auf separaten Trägern angeordnet sein.In addition, at least one additional element 113 is also integrated into the photonic integrated circuit 104. In the present case, the light source 114 is integrated into the photonic integrated circuit 104. Alternatively or additionally, the control and/or evaluation unit 119 and/or another electrical component, for example a converter or an amplifier, can also be integrated into the photonic integrated circuit 104. However, these additional elements 113 can also be formed separately from the photonic integrated circuit 104. The additional elements 113 can be arranged on a common carrier or on separate carriers.

Weiterhin ist vorliegend ein weiterer Träger 118 vorhanden, der mit dem photonisch integrierten Schaltkreis 104 elektrisch, vorzugsweise über genau eine Verbindung (genau ein Kabel), verbunden ist. Der mindestens eine weitere Träger 118 kann dabei nahe des Trägers 105 mit dem photonisch integrierten Schaltkreis 104 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der weitere Träger 118 als eine weitere auf dem photonisch integrierten Schaltkreis 104 angeordnete Schicht gebildet sein. Der weitere Träger 118 kann insbesondere elektrische Bauteile aufweisen. Vorliegend ist auf dem weiteren Träger 118 die Steuer und/oder Auswerteinheit 119 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Lichtquelle 114 und/oder ein Wandler auf dem weiteren Träger angeordnet sein. Dies ermöglicht die von den elektrischen Bauteilen erzeugte Abwärme von dem photonisch integrierten Schalkreis 104, insbesondere von der Optik abzuschirmen und damit die Detektoreinheit und/oder den Sensor insensitiver gegenüber Temperaturschwankungen zu konfiguieren. Die Steuer- und/oder die Auswerteeinheit kann dabei insbesondere als FGPA (engl. field programmable gate array) konfiguriert sein.Furthermore, in the present case, a further carrier 118 is provided, which is electrically connected to the photonic integrated circuit 104, preferably via exactly one connection (exactly one cable). The at least one further carrier 118 can be arranged close to the carrier 105 with the photonic integrated circuit 104. Alternatively or additionally, the further carrier 118 can be formed as a further layer arranged on the photonic integrated circuit 104. The further carrier 118 can, in particular, comprise electrical components. In the present case, the control and/or evaluation unit 119 is arranged on the further carrier 118. Alternatively or additionally, the light source 114 and/or a converter can also be arranged on the further carrier. This makes it possible to shield the waste heat generated by the electrical components from the photonic integrated circuit 104, in particular from the optics, and thus to configure the detector unit and/or the sensor to be less sensitive to temperature fluctuations. The control and/or evaluation unit can be configured in particular as an FGPA (field programmable gate array).

Die in der 3 dargestellte Messanordnung weicht dabei darin ab, dass die Detektoreinheit 103 vier Photodioden 108 umfasst und, dass in den beiden Pfaden 109a,b noch jeweils ein polarisierender Strahlteiler 111 angeordnet ist, der die zwei Pfade 109 in vier zu den Photodioden 108 führende Subpfade 112 aufspaltet. Zwei der Photodioden 108 detektieren folglich ein cosinus-Signal mit jeweils voneinander abweichenden Polarisationsrichtungen. Die anderen beiden Photodioden 108 detektieren jeweils ein Sinus-Signal, mit jeweils voneinander abweichenden Polarisationsrichtungen. Die Photodioden 108 detektieren folglich jeweils um 90° gegenüber den anderen Photodioden 108 phasenverschobene Signale.The 3 The measurement arrangement shown differs in that the detector unit 103 comprises four photodiodes 108 and that a polarizing beam splitter 111 is arranged in each of the two paths 109a,b, which splits the two paths 109 into four sub-paths 112 leading to the photodiodes 108. Two of the photodiodes 108 therefore detect a cosine signal with different polarization directions. The other two photodiodes 108 each detect a sine signal with different polarization directions. The photodiodes 108 therefore each detect signals that are 90° out of phase with the other photodiodes 108.

Die in der 4 dargestellte Messanordnung 100 weicht dabei darin ab, dass das vom Gitter 121 gebeugte Licht vor dem auskoppelnden Kollimator 116 in zwei nach ihren Polarisationsrichtung getrennte Pfade 117a, 117b mittels zusätzlicher nicht polarisierender Strahlteiler 123 aufgeteilt wird. Beide Lichtpfade werden auf das sich bewegende Gitter 121 gelenkt. An diesem wird das Licht gebeugt. Je nach Gitterperiode des Gitters wird unterschiedlich viel Licht in den verschiedenen Beugungsordnungen erwartet. Die Beugungsordnung mit der höchsten Intensität wird bei beiden Lichtwegen verwendet und auf die Spiegel 122 gelenkt. Von dort wird das Licht erneut auf das Gitter gelenkt und separat zurück in den Lichtwellenleiter 117 geleitet. Der photonisch integrierte Schaltkreis weist zwei Lichtwellenleiter 117a,b auf in der das gebeugte Licht mit den voneinander abweichenden Polarisationsrichtungen propagiert und zum nichtpolarisierenden Strahlteiler 107 gelenkt, dort zusammengeführt und in die beiden Pfade 109a,b aufgeteilt wird. Mittels der polarisierenden Strahlteiler 111 interferieren das Licht mit den abweichenden Polarisationsrichtungen miteinander und werden dann in die 4 Subpfade 112a,b,c,d aufgeteilt die zu den vier Photodioden 108 führen. Zwei der Photodioden 108 detektieren ein cosinus-Signal mit jeweils voneinander abweichenden Polarisationsrichtungen. Die anderen beiden Photodioden 108 detektieren jeweils ein Sinus-Signal, mit jeweils voneinander abweichenden Polarisationsrichtungen. Die Photodioden 108 detektieren folglich jeweils um 90° gegenüber den anderen Photodioden 108 phasenverschobene Signale. Dies ermöglicht, dass die Messanordnung insensitiver gegenüber Weglängenänderungen im Sensorkopf 102 ist.The 4 The measurement arrangement 100 shown differs in that the light diffracted by the grating 121 is split upstream of the outcoupling collimator 116 into two paths 117a, 117b, separated according to their polarization direction, by means of additional non-polarizing beam splitters 123. Both light paths are directed onto the moving grating 121, where the light is diffracted. Depending on the grating period of the grating, different amounts of light are expected in the various diffraction orders. The diffraction order with the highest intensity is used for both light paths and directed onto the mirrors 122. From there, the light is directed back onto the grating and guided separately back into the optical waveguide 117. The photonic integrated circuit has two optical waveguides 117a,b in which the diffracted light with the differing polarization directions propagates and is directed to the non-polarizing beam splitter 107, where it is combined and split into the two paths 109a,b. By means of the polarizing beam splitters 111, the light with the differing polarization directions interferes with each other and is then split into the four sub-paths 112a,b,c,d that lead to the four photodiodes 108. Two of the photodiodes 108 detect a cosine signal with differing polarization directions. The other two photodiodes 108 each detect a sine signal with differing polarization directions. The photodiodes 108 therefore each detect signals that are 90° out of phase with the other photodiodes 108. This makes the measuring arrangement less sensitive to path length changes in the sensor head 102.

Das in der 5 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel darin, dass analog zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die Detektoreinheit 103 lediglich zwei Detektoren 108 aufweist. Die beiden Pfade 109a,b können zudem zusätzlich jeweils einen Polarisator aufweisen, wobei der Polarisator in dem Pfad 109a dem Phasenschieber 110 vorzugsweise nachgelagert ist.The 5 The embodiment shown differs from the one in 4 illustrated embodiment is that analogous to the one in 2 In the illustrated embodiment, the detector unit 103 has only two detectors 108. The two paths 109a,b can also each have a polarizer, wherein the polarizer in path 109a is preferably arranged downstream of the phase shifter 110.

Die erfindungsgemäße Messanordnung 100, kann in einer Projektionsbelichtungsanlage 600, 700, in einer Beleuchtungsanlage, in einer Lithographieanlage, in einer Inspektionsanlage, in einer Messmaschine, oder in einer Koordinatenmessmaschine eingesetzt werden.The measuring arrangement 100 according to the invention can be used in a projection exposure system 600, 700, in an illumination system, in a lithography system, in an inspection system, in a measuring machine, or in a coordinate measuring machine.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE SYMBOLS

100100: MessanordnungMeasuring arrangement
101101: Sensorsensor
102102: SensorkopfSensor head
103103: DetektoreinheitDetector unit
104104: photonisch integrierter Schaltkreis (PIC)photonic integrated circuit (PIC)
105105: Messtrahlmeasuring beam
106106: Lichtleiterlight guide
107107: Strahlteilerbeam splitter
108108: PhotodiodePhotodiode
109109: Pfadpath
110110: PhasenschieberPhase shifter
111111: polarisierender Strahlteilerpolarizing beam splitter
112112: SubpfadSubpath
113113: zusätzliches Element (in PIC integriert)additional element (integrated in PIC)
114114: Lichtquellelight source
115115: zusätzliches optisches Element (in PIC integriert)additional optical element (integrated in PIC)
116116: KollimatorCollimator
117117: LichtwellenleiterOptical fiber
118118: weiterer Trägeradditional carrier
119119: SteuereinheitControl unit
120120: weiterer Strahlteileradditional beam splitter
121121: GitterGrid
122122: gekrümmte Spiegelcurved mirrors
123123: zusätzlicher Strahlteileradditional beam splitter
600600: ProjektionsbelichtungsanlageProjection exposure system
601601: PlasmalichtquellePlasma light source
602602: KollektorspiegelCollector mirror
603603: FeldfacettenspiegelField facet mirror
604604: PupillenfacettenspiegelPupillary facet mirror
605605: erster Teleskopspiegelfirst telescope mirror
606606: zweiter Teleskopspiegelsecond telescope mirror
607607: UmlenkspiegelDeflecting mirror
620620: MaskentischMask table
621621: Maskemask
651651: Spiegel (Projektionsobjektiv)Mirror (projection lens)
652652: Spiegel (Projektionsobjektiv)Mirror (projection lens)
653653: Spiegel (Projektionsobjektiv)Mirror (projection lens)
654654: Spiegel (Projektionsobjektiv)Mirror (projection lens)
655655: Spiegel (Projektionsobjektiv)Mirror (projection lens)
656656: Spiegel (Projektionsobjektiv)Mirror (projection lens)
660660: WafertischWafer table
661661: beschichtetes Substratcoated substrate
700700: DUV-LithographieanlageDUV lithography system
701701: DUV-LichtquelleDUV light source
702702: DUV-Strahlung /StrahlengangDUV radiation / beam path
703703: Strahlformungs- und Beleuchtungssystem (DUV)Beam shaping and illumination system (DUV)
704704: PhotomaskePhotomask
705705: ProjektionssystemProjection system
706706: Waferwafers
707707: Linselens
708708: SpiegelMirror
709709: optische Achseoptical axis

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2012 205 181 A1 [0028]
DE 10 2019 213 794A1 [0030]

Claims

Optical measuring arrangement (100) for position and/or distance measurement of a component with a sensor (101), comprising a sensor head (102), a detector unit (103) for detecting the sensor signal recorded by the sensor head (102) and a control and/or evaluation unit (119), wherein the detector unit (103) is designed as a quadrature detector, characterized in that at least part of the detector unit (103) is designed as a photonic integrated circuit (104) on a carrier (105).

Optical measuring arrangement (100) according to Claim 1 , characterized in that the detector unit (103) is formed entirely as the photonic integrated circuit (104) and is formed on a single carrier (105).

Measuring arrangement (100) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the detector unit (103) has at least one light guide (106), at least one beam splitter (107) and at least two photodiodes (108), and that the light guide (106) splits into two paths (109) in the beam path after the beam splitter (107), which paths lead to the at least two photodiodes (108), wherein a phase shifter (110) is arranged in one of the paths (109a), which shifts the phase of the light propagating in the path (109a) by 90° compared to the light propagating in the other path (109b).

Measuring arrangement (100) according to Claim 3 , characterized in that the detector unit (103) comprises four photodiodes (108) and that a polarizing beam splitter (111) is arranged in each of the two paths (109), which splits the two paths (109) into four sub-paths (112) leading to the photodiodes (108).

Measuring arrangement (100) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that at least one additional element (113) is integrated into the photonic integrated circuit (104), and that the additional element (113) is selected from the list of light source (114), control unit, evaluation unit, converter, amplifier and/or electrical component.

Measuring arrangement (100) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that at least one additional optical element (115) is integrated into the photonic integrated circuit (104).

Measuring arrangement (100) according to Claim 6 , characterized in that the at least one additional optical element (115) is a polarizing and/or non-polarizing beam splitter (120).

Measuring arrangement (100) according to Claim 6 or 7 , characterized in that the at least one additional optical element (115) is a collimator (116) for coupling a light beam into the sensor head (102) and/or for coupling the light beam out of the sensor head (102) into the detector unit (103).

Measuring arrangement (100) according to Claim 8 , characterized in that the collimator (116) has a deflection element or is formed as a deflection element for deflecting the light beam by an angle greater than 20°.

Measuring arrangement (100) according to one of the Claims 6 until 9 , characterized in that the at least one additional optical element (116) is formed as an optical waveguide (117).

Measuring arrangement (100) according to Claim 10 , characterized in that the optical waveguide (117) is designed to guide light from the light source (114) into the sensor head (102) and/or light from the sensor head (102) to the detector unit (103).

Measuring arrangement (100) according to one of the Claims 1 until 11 , characterized in that at least one further carrier (118) is present which is electrically connected to the photonic integrated circuit (104).

Measuring arrangement (100) according to Claim 12 , characterized in that the further carrier (118) is formed as a further layer arranged on the photonic integrated circuit (104).

Measuring arrangement (100) according to one of the Claims 12 or 13 , characterized in that a light source (114) and/or a control unit (119) and/or an evaluation unit and/or a converter and/or an optical element is formed on the at least one further carrier (118).

Optical measuring arrangement (100) according to one of the Claims 1 until 14 , characterized in that the sensor (101) is formed as an optical encoder.

Optical measuring arrangement (100) according to one of the Claims 1 until 14 , characterized in that the sensor (101) is formed as an interferometer.

Illumination system for a lithography system with at least one measuring arrangement (100) according to one of the Claims 1 until 16 .

Projection exposure system (600, 700) for a lithography system with at least one measuring arrangement (100) according to one of the Claims 1 until 16 .

Lithography system with at least one measuring arrangement (100) according to one of the Claims 1 until 16 .

Inspection system for inspecting a shape, position or geometry of an object with at least one measuring arrangement (100) according to one of the Claims 1 until 16 .

Coordinate measuring machine with at least one measuring arrangement (100) according to one of the Claims 1 until 16 .