Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Nanometrologie, Maskenmessung, Messmikroskop, Photomasken, Glasmassstäbe, Vakuum-Luftlager, XY-Tisch, Interferometer
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Nanometrology, mask measurements, measuring microscope, photomasks, line scales, vacuum air-bearings, xy-stage, interferometer.
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Die lithographischen Verfahren zur Herstellung von Photomasken mittels Elektronenstrahlschreiber oder Laserplotter sind auf sehr hohem Niveau angelangt. Solche Masken werden für die Herstellung von ICs, LCD-Bildschirmen, Linear- und Winkelencoder, etc. benötigt. Höchste Genauigkeit ist dabei unabdingbar. Auch werden heute vermehrt optisch messende Koordinaten-Messmaschinen auf dem Markt angeboten, da digitale Kameras und elektronische Bildverarbeitungsmöglichkeiten einfach erhältlich sind.
Um entsprechende Normale am METAS kalibrieren zu können, soll ein flexibles Photomaskenmesssystem entwickelt und aufgebaut werden. Ein solches Messsystem besteht im Wesentlichen aus einem hochgenauen XY-Verschiebetisch für das Positionieren der Maske, einem Video-Mikroskop zum Lokalisieren der zu vermessenden Strukturen und einem differentiellen 2 Achsen Planspiegel-Interferometer mit einem ein XY-Zerodurspiegel als Bezugssystem.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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The photolithographical processes for the manufacturing of photomasks with electron beam writers and with laser plotters have reached a high level. Such masks are needed for the production of ICs, LCD displays, linear and angular encoders, etc. Highest accuracy is necessary. Also optically measuring coordinate measuring machines are increasingly offered on the market as digital cameras and electronic image processing have become easily available.
To calibrate the respective standards at METAS, a flexible photomask measuring system shall be developed and built. Such a system consists mainly of a high precision xy-stage for the positioning of the mask, a video image system for the localisation of the structures to be measured and a differential two axis plane mirror interferometer with an xy-zerodur mirror as the reference system.
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Projektziele
(Deutsch)
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Ziel des Projekts ist es, am EAM einen flexiblen Maskenmessplatz höchster Genauigkeit und mit grossem Messbereich für das Kalibrieren von Strukturen auf Glas (Photomasken) aufzubauen.
Messbereich 400mm x 300mm:
Ziel: Messunsicherheit pro x,y Koordinate: U95 = 30nm + 1E-7 * L
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Projektziele
(Englisch)
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The aim of this project is the development of a flexible mask measuring system of highest precision with a large measurement range which shall be used for the calibration of structures on photomasks at METAS.
Measurement range: 400 mm x 300 mm.
Goal: Measurement uncertainty per x,y axis: U95 = 30nm + 1E-7 * L
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Abstract
(Deutsch)
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Am METAS wurde ein neues 2D-Photomaskenmessgerät höchster Genauigkeit entwickelt. Es erlaubt die Kalibrierung verschiedenster Strukturen auf Photomasken mit Grössen bis zu 400 mm x 300 mm. Das Messgerät besteht aus einem luftgelagerten xy-Verschiebetisch zur Positionierung der Photomaske mit geringsten Winkelfehlern und einem differentiellen, zweiachsigen Planspiegelinterferometer zur Messung der Position des Tisches. Ein Videomikroskop mit digitaler Bildauswertung lokalisiert die Strukturen auf der Photomaske. Die erreichte Wiederholbarkeit für Linienabstände bis 400 mm beträgt 3 nm (Standardunsicherheit).
Die Messunsicherheit pro x-, y-Koordinate beträgt U = 25 nm + 1E-7 * L (k=2).
Um auch bei 2D-Messungen eine kleine Messunsicherheit zu erreichen, wurde eine umfangreiche Charakterisierung vorgenommen. Ein wichtiger Beitrag zur Messunsicherheit ist die Formabweichung des verwendeten Zerodur-Referenzspiegelsystems. Ein speziell entwickeltes Kalibrierverfahren erlaubt die Bestimmung dieser Formabweichung mit einer Genauigkeit von etwa 10 nm. Das Referenzspiegelsystem ist leider sehr empfindlich auf wechselnde äussere Kräfte. Geringfügige Modifikationen sollten dieses Problem demnächst verkleinern.
Das Photomaskenmessgerät wurde bereits bei einem internationalen Messvergleich (CCL: Nano3) eingesetzt.
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Abstract
(Englisch)
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A new 2D photomask measuring instrument of highest precision was developed at METAS. The instrument allows the calibration of various structures on photomasks with sizes up to 400 mm x 300 mm. The measuring instrument consists of an air bearing xy-stage for the positioning of the photomask with smallest angular distortions and of a differential two axis plane mirror interferometer for the measurement of the stage position. A video microscope with digital image evaluation is used for the localisation of the structures on the photomask. The obtained repeatability for line distances up to 400 mm is 3 nm (standard deviation). The measurement uncertainty per x-,y-co-ordinate is U = 25 nm + 1E-7 * L (k=2). In order to obtain small uncertainties for 2D measurements, a detailed characterisation of the instrument was performed. An important contribution in the uncertainty budget is the shape deviation of the reference mirror system made of Zerodur. A special calibration procedure was developed which allows the determination of the shape deviation with an uncertainty of about 10 nm. Unfortunately, the reference mirror system is very sensitive to external forces. Small modifications should reduce this problem soon.
The photomask measuring instrument has already participated in an international line scale comparison (CCL: Nano3).
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Mit dem neu entwickelten Photomaskenmessgerät kann METAS erweiterte Dienstleistungen auf dem Gebiet der Nanometrologie anbieten. Das Instrument erlaubt die Vermessung beliebiger Strukturen auf 2D-Photomasken, es wird jedoch hauptsächlich für die Kalibrierung von Strichmassen eingesetzt.
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Umsetzung und Anwendungen
(Englisch)
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The newly developed photomask measuring instrument expands the METAS services in the field of nanometrology. The instrument allows the measurement of structures on any type of 2D photomasks. It is, however, mainly used for the calibration of line scales.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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F. Meli, N. Jeanmonod, Ch. Thiess and R. Thalmann,
"Calibration of a 2D reference mirror system of a photomask measuring instrument",
Proc. SPIE Conference Lasers in Metrology and Art restoration, Vol. 4401, June 2001, Munich, Germany, p.227-233.
F. Meli
"Development of an optical 2D measuring instrument at METAS"
Proc. of 159. PTB-Seminar, Braunschweig, Germany, H. Bosse and J. Flügge (Eds.), PTB-Bericht, PTB-F-45, Nov. 2001, p.187-201.
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Publikationen / Ergebnisse
(Englisch)
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F. Meli, N. Jeanmonod, Ch. Thiess and R. Thalmann,
"Calibration of a 2D reference mirror system of a photomask measuring instrument",
Proc. SPIE Conference Lasers in Metrology and Art restoration, Vol. 4401, June 2001, Munich, Germany, p.227-233.
F. Meli
"Development of an optical 2D measuring instrument at METAS"
Proc. of 159. PTB-Seminar, Braunschweig, Germany, H. Bosse and J. Flügge (Eds.), PTB-Bericht, PTB-F-45, Nov. 2001, p.187-201.
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