DE102015209492A1 - Arrangement and method for determining the position of two objects in six degrees of freedom to each other - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Positionsbestimmung von zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden zueinander. Eine erfindungsgemäße Anordnung weist ein erstes Objekt, ein zweites Objekt, wenigstens sechs absolut messende Interferometer (441–446, 541–548) und wenigstens drei Retroreflektoren (451–456, 551–554) auf, wobei diese Retroreflektoren 451–456, 551–554) derart an dem ersten Objekt oder dem zweiten Objekt angeordnet sind, dass zwischen den Retroreflektoren und den absolut messenden Interferometern insgesamt wenigstens sechs unterschiedliche Längenmessstrecken (431–436, 531–538) ausgebildet sind.The invention relates to an arrangement and a method for determining the position of two objects in six degrees of freedom to each other. An arrangement according to the invention comprises a first object, a second object, at least six absolutely measuring interferometers (441-446, 541-548) and at least three retroreflectors (451-456, 551-554), these retroreflectors 451-456, 551- 554) are arranged on the first object or the second object such that a total of at least six different length measuring sections (431-436, 531-538) are formed between the retroreflectors and the absolute measuring interferometers.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Positionsbestimmung von zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden zueinander.The invention relates to an arrangement and a method for determining the position of two objects in six degrees of freedom to each other.
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs. The microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective. The image of a mask (= reticle) illuminated by means of the illumination device is hereby projected onto a substrate (eg a silicon wafer) coated with a photosensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection objective in order to apply the mask structure to the photosensitive coating of the Transfer substrate.
In für den EUV-Bereich (d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm) ausgelegten Projektionsobjektiven werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Typische für EUV ausgelegte Projektionsobjektive, wie z.B. aus
Insbesondere werden mit zunehmenden Abmessungen der Spiegel größere Bearbeitungsmaschinen zur Fertigung benötigt, und es werden strengere Anforderungen an die verwendeten Bearbeitungswerkzeuge (z.B. Schleif-, Läpp- und Poliermaschinen) gestellt. Ferner müssen zur Fertigung größerer Spiegel schwerere Spiegelgrundkörper verwendet werden, welche sich gravitationsbedingt in signifikantem Maß durchbiegen können. In particular, with increasing dimensions of the mirrors, larger processing machines are required for fabrication, and stricter requirements are placed on the processing tools used (e.g., grinding, lapping, and polishing machines). Furthermore, to produce larger mirrors, heavier mirror bases must be used, which can bow to a significant degree due to gravity.
Während der Fertigung eines Spiegels (im Weiteren auch allgemein als „Werkstück“ bezeichnet) ist eine möglichst exakte sowie gegebenenfalls wiederholte Positionsbestimmung relativ zum jeweiligen Bearbeitungswerkzeug (im Weiteren als „Werkzeug“ bezeichnet) erforderlich, damit das Bearbeitungswerkzeug die richtigen Aktionen relativ zur Kontur des Werkstücks durchführt. Diese Positionsbestimmung betrifft sowohl die Startposition für die Bearbeitung als auch die Beibehaltung der Geometrie über die Zeitdauer der Bearbeitung und die Minimierung von Fehlern bei den während der Bearbeitung erforderlichen Verfahrbewegungen.During the production of a mirror (hereinafter also generally referred to as a "workpiece") as precise and possibly repeated position determination relative to the respective machining tool (hereinafter referred to as "tool") required so that the machining tool the correct actions relative to the contour of the workpiece performs. This positional determination relates both to the start position for the machining and the maintenance of the geometry over the duration of the machining and to the minimization of errors in the necessary during the machining traversing movements.
Ein übliches Vorgehen ist beispielsweise, das Werkstück vorübergehend gegen einen Taster auszuwechseln und mit diesem Taster die Lage des Werkstücks in der Maschine auszumessen, woraufhin das Werkstück in Bezug auf das Werkzeug bzw. innerhalb der jeweiligen Bearbeitungsmaschine entsprechend ausgerichtet wird. A common procedure, for example, temporarily replace the workpiece against a button and measure with this button the position of the workpiece in the machine, after which the workpiece is aligned with respect to the tool or within the respective processing machine accordingly.
Hierbei kann in der Praxis insbesondere bei vergleichsweise großen Spiegeln das Problem auftreten, dass nicht sämtliche Freiheitsgrade für die Verfahrbewegungen eines solchen Tasters zugänglich sind. Des Weiteren ist es in der Praxis häufig erforderlich, das Werkstück bzw. den Spiegel nicht nur in Bezug auf ein einziges Bearbeitungswerkzeug, sondern jeweils relativ zu mehreren unterschiedlichen Fertigungseinrichtungen bzw. Bearbeitungswerkzeugen über eine Mehrzahl von Fertigungsschritten hinweg zu positionieren. In practice, the problem may arise in practice, in particular with comparatively large mirrors, that not all degrees of freedom for the travel movements of such a probe are accessible. Furthermore, in practice it is often necessary to position the workpiece or the mirror not only in relation to a single machining tool, but in each case relative to a plurality of different production devices or machining tools over a plurality of manufacturing steps.
Weitere Probleme resultieren aus Geometrieänderungen, welche sich während der Bearbeitung z.B. gravitationsbedingt aus den unterschiedlichen, jeweils auftretenden Lasten ergeben.Further problems result from geometry changes which occur during processing e.g. gravitationally arising from the different, occurring loads.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren zur Positionsbestimmung von zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden zueinander bereitzustellen, welche eine möglichst genaue Positionsbestimmung unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen.It is an object of the present invention to provide an arrangement and a method for determining the position of two objects in six degrees of freedom with respect to one another, which enable as accurate a position determination as possible while avoiding the problems described above.
Diese Aufgabe wird durch die Anordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 bzw. das Verfahren gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 11 gelöst.This object is achieved by the arrangement according to the features of the
Eine Anordnung zur Positionsbestimmung von zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden zueinander weist auf:
- – ein erstes Objekt;
- – ein zweites Objekt;
- – wenigstens sechs absolut messende Interferometer; und
- – wenigstens drei Retroreflektoren;
- – wobei diese Retroreflektoren derart an dem ersten Objekt oder dem zweiten Objekt angeordnet sind, dass zwischen den Retroreflektoren und den absolut messenden Interferometern insgesamt wenigstens sechs unterschiedliche Längenmessstrecken ausgebildet sind.
- A first object;
- A second object;
- - at least six absolutely measuring interferometers; and
- - at least three retroreflectors;
- - These retroreflectors are arranged on the first object or the second object such that a total of at least six different length measuring distances are formed between the retroreflectors and the absolute measuring interferometers.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Längenmessstrecken in der Geometrie einer Stewart-Gough-Plattform ausgebildet. According to one embodiment, the length measuring sections are formed in the geometry of a Stewart-Gough platform.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, Längenmessstrecken in der Geometrie einer Stewart-Gough-Plattform aus absolut messenden Interferometern und diesen zugeordneten Retroreflektoren aufzubauen und so unter Ausnutzung des Prinzips der Trilateration eine Positionsbestimmung von zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden zueinander vorzunehmen.The invention is based in particular on the concept of constructing length measuring distances in the geometry of a Stewart-Gough platform from absolutely measuring interferometers and associated retroreflectors and thus making use of the principle of trilateration to determine the position of two objects in six degrees of freedom relative to one another.
Im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird dabei unter einem „absolut messenden Interferometer“ ein Interferometer verstanden, welches nicht nur zur inkrementellen Messung bzw. nur zur Messung von Längenänderungen geeignet ist, sondern eine absolute Längenmessung ermöglicht. Derartige absolut messende Interferometer sind von der Firma Etalon AG unter der Bezeichnung „Absolute Multiline System“ kommerziell erhältlich.For the purposes of the present application, an "absolutely measuring interferometer" means an interferometer which is not only suitable for incremental measurement or only for measuring changes in length, but also permits absolute length measurement. Such absolutely measuring interferometers are commercially available from Etalon AG under the name "Absolute Multiline System".
Dabei macht sich die Erfindung zunutze, dass aufgrund der kommerziellen Verfügbarkeit von absolut messenden Interferometern z.B. die Lage eines Werkstücks wie etwa eines EUV-Spiegels in der Bearbeitungsmaschine in der Referenzposition unabhängig von der Maschinenstruktur gemessen werden kann (was bei Verwendung der eingangs beschriebenen, anstelle des Werkzeugs eingewechselten Tastern nicht möglich ist). Etwaige Abweichungen der Lage von der Sollposition können dann während der Bearbeitung durch Korrektur der Bahndaten oder durch Verschieben des Werkstücks korrigiert werden. Gemäß einer Ausführungsform ist jeweils zweien dieser Längenmessstrecken ein gemeinsamer Retroreflektor zugeordnet. Mit anderen Worten kann jeweils ein Retroreflektor zwei Längenmessstrecken abschließen.The invention makes use of the fact that, due to the commercial availability of absolute measuring interferometers, e.g. the position of a workpiece such as an EUV mirror in the processing machine can be measured in the reference position independently of the machine structure (which is not possible when using the buttons described in the beginning instead of the tool). Any deviations of the position from the desired position can then be corrected during processing by correcting the web data or by moving the workpiece. According to one embodiment, in each case two of these length measuring sections are assigned a common retroreflector. In other words, in each case a retroreflector complete two length measuring distances.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist jeder der Längenmessstrecken jeweils ein separater Retroreflektor zugeordnet (mit anderen Worten weist die Anordnung für jede der Längenmessstrecken jeweils einen eigenen Retroreflektor auf).According to a further embodiment, each of the length measuring sections is assigned a separate retroreflector (in other words, the arrangement has a separate retroreflector for each of the length measuring sections).
Gemäß einer Ausführungsform kreuzen wenigstens zwei der Längenmessstrecken einander.According to one embodiment, at least two of the length measuring paths intersect each other.
Gemäß einer Ausführungsform sind sämtliche Längenmessstrecken so angeordnet, dass jeweils zwei Längenmessstrecken einander paarweise kreuzen.According to one embodiment, all length measuring sections are arranged so that two length measuring sections intersect each other in pairs.
Gemäß einer Ausführungsform sind wenigstens zwei, insbesondere wenigstens drei, der Längenmessstrecken zueinander parallel.According to one embodiment, at least two, in particular at least three, of the length measuring sections are parallel to one another.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung mehr als sechs absolut messende Interferometer auf. Auf diese Weise kann eine überbestimmte Anordnung (z.B. mit acht oder mehr Längenmessstrecken) geschaffen werden, die zusätzlich zur eigentlichen Positionsbestimmung dazu genutzt werden kann, auch Deformationen z.B. des Werkzeugs (wie etwa eine gravitationsbedingte Durchbiegung) zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich kann eine solche überbestimmte Anordnung auch zur Ermittlung von Messfehlern genutzt werden. According to one embodiment, the arrangement has more than six absolute measuring interferometers. In this way, an overdetermined arrangement (e.g., with eight or more length measuring distances) can be provided, which in addition to the actual position determination can be used to deform also e.g. of the tool (such as gravitational deflection). Alternatively or additionally, such an overdetermined arrangement can also be used to determine measurement errors.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Objekt ein Werkzeug (wie z.B. eine Schleifmaschine) und das zweite Objekt ein von diesem Werkzeug zu bearbeitendes Werkstück (wie z.B. ein Spiegel). Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das erste Objekt und das zweite Objekt jeweils EUV-Spiegel eines für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsobjektivs einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.In one embodiment, the first object is a tool (such as a grinder) and the second object is a workpiece (such as a mirror) to be machined by this tool. According to a further embodiment, the first object and the second object are each EUV mirrors of a projection objective of a microlithographic projection exposure apparatus designed for operation in the EUV.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Positionsbestimmung von zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden zueinander,
- – wobei eine Bestimmung der relativen Lage des ersten Objekts und des zweiten Objekts über wenigstens sechs absolut messende Interferometer erfolgt;
- – wobei diese Interferometer jeweils Längenmessungen zu Retroreflektoren, welche an dem ersten Objekt oder dem zweiten Objekt angeordnet sind, durchführen; und
- – wobei zwischen den Retroreflektoren und den absolut messenden Interferometern insgesamt wenigstens sechs unterschiedliche Längenmessstrecken ausgebildet sind.
- - Wherein a determination of the relative position of the first object and the second object via at least six absolute measuring interferometer takes place;
- - These interferometers each perform length measurements to retroreflectors, which are arranged on the first object or the second object; and
- - Wherein a total of at least six different length measuring distances are formed between the retroreflectors and the absolute measuring interferometers.
Zu bevorzugten Ausgestaltungen und Vorteilen des Verfahrens wird auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen optischen System Bezug genommen.For preferred embodiments and advantages of the method, reference is made to the above statements in connection with the optical system according to the invention.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.
Es zeigen:Show it:
Im Weiteren wird die erfindungsgemäße Positionsbestimmung von zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden zueinander anhand der Anwendung auf die Positionsbestimmung eines Werkstücks relativ zu einem Werkzeug, weiter insbesondere eines EUV-Spiegels in einer Bearbeitungsmaschine wie z.B. einer Schleifmaschine, beschrieben.Furthermore, the position determination according to the invention of two objects in six degrees of freedom with respect to one another is based on the application to the position determination of a workpiece relative to a tool, more particularly an EUV mirror in a processing machine, such as e.g. a grinding machine described.
Hinsichtlich der Beschreibung des Werkzeugs kann auf das übliche Konzept des sogenannten TCP (= „Tool Center Point“) zurückgegriffen werden, bei dem ein gedachter Referenzpunkt, welcher sich an geeigneter Stelle am Werkzeug befindet und z.B. den Ursprung des Werkzeugkoordinatensystems bilden kann, durch seine Position und Orientierung im Raum die Lage des Werkzeugs definiert. Hierbei kann es sich beispielsweise um den Krümmungsmittelpunkt einer Schleifscheibe oder eines anderen Werkzeugs handeln.With regard to the description of the tool can be made of the usual concept of the so-called TCP (= "Tool Center Point"), in which an imaginary reference point, which is located at a suitable position on the tool and, for. form the origin of the tool coordinate system, defined by its position and orientation in space, the position of the tool. This may be, for example, the center of curvature of a grinding wheel or other tool.
Erfindungsgemäß werden nun die zur Positionsbestimmung eingesetzten, absolut messenden Interferometer in konstanter und bekannter Lage zu dem – als solches in der Regel nicht zugänglichen – TCP sowie vorzugsweise nahe am Werkzeug angeordnet, wie lediglich schematisch in
Jedes der Interferometer dient zur absoluten Längenmessung entlang einer Längenmessstrecke, an deren anderem Ende jeweils ein Retroreflektor auf Seiten des Werkstücks angeordnet ist. Each of the interferometers is used for absolute length measurement along a length measuring path, at the other end of which a retroreflector is arranged on each side of the workpiece.
Die einzelnen Längenmessstrecken
Die Erfindung ist nicht auf eine konkrete Anbringung der Interferometer
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind grundsätzlich die Positionen der jeweiligen Interferometer
Zur Halterung bzw. Fixierung der Retroreflektoren
Bei Ausrüstung der aufnehmenden Maschinenstruktur (z.B. eines Drehlagers wie in
Bei typischen Abmessungen des Messstrahls mit z.B. 3mm Durchmesser kann der Durchmesser der Retroreflektoren
Gemäß
Gemäß
Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf
In
Die Messstrecken bzw. Lichtkanäle
Die Anordnung der Messstrecken bzw. Lichtkanäle
Die Gleichungen zur Beschreibung der geometrischen Beziehung zwischen den beiden Objekten sind Polynome. Jeder Freiheitsgrad x, y, z, Rx, Ry, Rz lässt sich dabei mit einem Polynom beschreiben. Die mathematischen Eigenschaften der entstehenden Gleichungssysteme, die Frage der Lösbarkeit sowie gegebenenfalls die Konstruktion von Lösungen werden z.B. in
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung von sechs unterschiedlichen Messstrecken zwischen dem ersten Objekt
Zum anderen ergibt sich – infolge der mit der Überlappung einhergehenden, ausgeprägteren Schrägstellung der Messstrecken – eine größere Sensitivität der Messanordnung in bestimmten Raumrichtungen bzw. gegenüber bestimmten relativen Positionsänderungen der Objekte, wobei diese Raumrichtungen wiederum gerade so gewählt werden können, dass sie den im System besonders kritischen Raumrichtungen entsprechen. Die Ausrichtung und genaue Anordnung der Messstrecken wird also vorzugsweise so vorgenommen, dass sich für die möglichst genau zu bestimmenden Freiheitsgrade auch die maximale Empfindlichkeit ergibt. So können beispielsweise zur Erzielung einer vergleichsweise großen Empfindlichkeit in z-Richtung die Messstrecken
In
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.While the invention has been described in terms of specific embodiments, numerous variations and alternative embodiments, e.g. by combination and / or exchange of features of individual embodiments. Accordingly, it will be understood by those skilled in the art that such variations and alternative embodiments are intended to be embraced by the present invention, and the scope of the invention is limited only in terms of the appended claims and their equivalents.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102009054860 A1 [0009] DE 102009054860 A1 [0009]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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„Stewart-Plattform“ oder Hexapod bezeichnet, vgl. D. Stewart: „A Platform with Six Degrees of Freedom“, UK Institution of Mechanical Engineers Proceedings 1965–66, Vol 180, Pt 1, No 15 [0047] "Stewart platform" or hexapod, cf. D. Stewart: "A Platform with Six Degrees of Freedom", UK Institution of Mechanical Engineers Proceedings 1965-66, Vol 180,
Pt 1, No 15 [0047] - Andrew J. Sommerse, Charles W. Wamper: „The Numerical Solution of Systems of Polynominals“, Word Scientific Publishing, Singapur, 2005 [0048] Andrew J. Sommerse, Charles W. Wamper: "The Numerical Solution of Systems of Polynomials", Word Scientific Publishing, Singapore, 2005 [0048]
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- 2015-05-22 DE DE102015209492.8A patent/DE102015209492A1/en not_active Ceased
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