CN105823415B - 位置测量设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及位置测量设备，利用其通过在至少一个测量方向(X)上的大测量区域实现准确的位置测量，其方式为具有反射的相栅的多个码尺(1，2)彼此相接。在最后的时间如此优化相栅的外形参数，使得其具有非常高相对衍射效率。当前为了可以使用这种码尺作为码尺(1)的现有布置的替代根据本发明新码尺(2)的绝对衍射效率匹配到现***尺（1），其方式为减小该码尺（2）的相栅的反射率。反射率的减小可以通过设置衰减层(24)实现。

Description

位置测量设备
技术领域
本发明涉及用于在至少一个方向上的位置测量的位置测量设备。
这种位置测量设备用于测量两个相对彼此运动的对象的位置变化。在此码尺由光束探测并且在码尺上位置相关调制的光束馈送到探测设备，探测设备从中形成探测设备相对于码尺的瞬间位置的测量。
为了测量相对较大的长度多个码尺彼此相接并且多个码尺相继由探测设备探测。这种要求特别在在光刻-***中使用位置测量设备时给出，这是因为一方面可实现的测量步长应总是更小并且–由于总是变得更大的晶片-要求的测量路径总是变得更大。由于新光刻-***的较高的精度要求和到较大晶片的发展测量路径必须总是位置更准确并且总是更大。
背景技术
种类构成的（gattungsbildende）EP1762897A1示出具有光刻-***中的多个码尺的位置测量设备，其彼此相接用于放大测量区域。多个码尺分别具有反射的相栅。码尺在载体(度量框架)如此布置，使得通过推动两个码尺离开实现持续位置测量。探测设备构造成通过推动离开实现持续位置测量。码尺在EP1762897A1中称为栅板(英语：grid plates（栅板）)并且构造成用于两个彼此垂直布置的方向上的位置测量。
已知，反射的相栅的衍射效率可通过多个参数影响。
相对衍射效率由相位级（Phasenstufen）的外形影响。外形的参数为相位级的轮廓-尤其是侧缘角度–和相位级的反射的面的外轮廓。
从EP0849567B1已知，反射的相栅的衍射效率可通过合适选择相位级的轮廓优化。通过适当选择侧缘角度可以优化相对衍射效率。
在EP1106972A1中公开，码尺的相栅的标志的外轮廓可以是矩形，其中反射的矩形以具有彼此相邻的棱角的棋盘-图案的外形二维地布置。此外通常给出，标志备选地还可以构造成圆环形。
文件EP 2 051 047 A1所公开的是，反射的相栅的衍射效率可通过合适地选择级高度根据光波长来优化。
在文件US 2013/0112860 A1中所说明的是，相栅的衍射效率可通过级高度以及通过不同的反射率在周期标记的突出的区域和分级的区域中被优化。
发明内容
本发明任务在于创造位置测量设备，用位置测量设备实现通过大测量区域的准确的位置测量。
反射的相栅的绝对衍射效率（常常仅称为衍射效率）和相对衍射效率之间有所区别。
码尺的反射的相栅的衍射效率的基本参数是相位级的外形。外形在此表示相位级的高度轮廓的外形和相栅的相位级的反射表面的外轮廓。
其他基本参数是相栅的反射率，其取决于使用的反射器的反射率。
两个参数外形和反射率确定相栅的衍射效率，其也称为衍射效率。相栅的衍射效率是以确定的空间角度(衍射级次)衍射的光束之间的强度与确定波长的光束的射入相栅的强度的比例。
如果仅考虑相位级的几何外形(几何外轮廓和相位级的轮廓，尤其是侧缘角度)，在作为参考使用材料的反射率相同的情况下，则讨论相对衍射效率。
如开始所述的背景技术所示，总是更多优化相栅的外形以便提高相对衍射效率。对于相多应用现在提供新优化的码尺，其具有比至今使用的码尺较高衍射效率。经常码尺的制造商在其制造时调整到具有相栅的优化外形的优化码尺。
现在在现有位置测量设备的情况下存在替换多个码尺之一的要求产生问题。由于新码尺的较高相对衍射效率由于相栅的优化外形在新码尺的探测的情况下导致相对于旧码尺的探测的较大探测信号，这在进一步分析时可导致问题。
用本发明实现，可以使用具有相栅的优化外形（也就是具有较高相对衍射效率）的码尺作为对于位置测量设备的码尺的替换，其中该替换码尺匹配到保留码尺的衍射效率，其方式为降低其反射率。
反射率在此表示与相栅的外形无关的光束的反射和射入强度的比例。
根据本发明位置测量设备具有至少一个第一码尺或至少一个第二码尺，其彼此相接用于放大测量区域。此外位置测量设备包括具有用于发出光束的光源的探测设备，其中第一码尺具有具有第一周期性的标志的反射的相栅，其将击中的光束以在给定的衍射级次中的第一衍射效率衍射。第二码尺具有带第二周期性的标志的反射的相栅，其外形与第一周期性的标志不同。第二码尺的给定的衍射级次的衍射效率匹配到第一码尺的衍射效率，其方式为第二码尺的相栅的反射率相对于第一码尺的相栅的反射率减少。
由于第二码尺的标志的优化并且因此不同的外形第二码尺的相对衍射效率比第一码尺的相对衍射效率更高。
附图说明
其中
图1以截面示出根据本发明的位置测量设备;
图2示出根据图1的位置测量设备的第一码尺的平面图;
图3示出根据图1的位置测量设备的第二码尺的平面图;
图4示出第二码尺的另一实施例的平面图，以及
图5示出根据图4的第二码尺的截面V-V。
具体实施方式
在图1中示意性示出位置测量设备的基本元件。该位置测量设备包括至少一个第一码尺1和至少一个第二码尺2，其在至少一个测量方向X上彼此相接用于放大测量区域。因此实现码尺1，2的彼此相接，至少因为物理有限制地具有较高分辨率和教导精度的码尺1，2可以仅以受限的大小完成。尤其是在光刻-***中要求在纳米-或亚纳米-范围中的位置测量，其中对此码尺1，2具有小于10μm的周期性的标志10，20。标志10，20是相位级，该相位级具有确定的外形，也就是具有上反射面的确定的轮廓形状和确定的外轮廓。上反射面与下反射器13，23以及间隔层11，21一起分别形成相栅。通过多个码尺1，2在测量方向X上的彼此相接通过两个码尺1，2的推动离去实现连续位置测量。特别有利的是，码尺1，2在相同的平面上彼此相碰。此外码尺1，2布置在共同的载体3上，其中载体3还称为度量框架。
为了光电探测码尺1，2设置探测设备4，探测设备具有光源41用于发出光束，光束在位置测量时撞击在码尺1，2之一上并且在那里衍射。探测设备4此外包括接收单元42用于接收衍射的光束。在图1中仅示意性示出用于测量方向X的接收单元42。
第一码尺1的第一周期性的标志10与反射器12，13和间隔层11形成相栅，相栅将击中的光束以在给定的衍射级次中的第一衍射效率衍射。
第二码尺2形成具有第二周期性的标志20的反射的相栅，其外形与第一周期性的标志10如此不同，使得第二码尺2的相对衍射效率比第一码尺1的相对衍射效率更高。
作为用于第一相栅的衬底15和作为用于第二相栅的衬底25优选地使用具有较小热膨胀系数的材料，尤其是玻璃，玻璃陶瓷或氧化铝陶瓷(堇青石)。这种材料也称为ZERODUR，ULE或NEXCERA。
第二码尺2的反射率相对于第一码尺1的反射率如此减少，使得第二码尺2将具有与第一码尺1相同衍射效率的击中的光束在给定的衍射级次中衍射。第二码尺2的衍射效率因此匹配到第一码尺1的衍射效率的高度。
在相对于第一码尺1的第二码尺2的标志20的优化外形的情况下要求，第二码尺2的反射率相对于第一码尺1减少5%到20%。
以有利的方式第一码尺1的相栅和第二码尺2的相栅分别构造成抑制第零衍射级次，其中分析的并因此给定的衍射级次是第一衍射级次。
第一码尺1的相栅和第二码尺2的相栅分别具有层堆，层堆由透明的间隔层11，21和两个反射器12，13，22，23组成，两个反射器分别对间隔层11，21的两侧布置，其中第一码尺1的面向探测设备4的反射器12形成第一周期性的标志10并且第二码尺2的面向探测设备4的反射器22形成第二周期性的标志20。
透明的间隔层11，21优选地分别由绝缘的材料如SiO2，TiO2，Ta2O5组成并且形成用于给定的衍射级次的移相器。
在要求选择位置测量设备的码尺1（其中存在多个第一码尺1）的情况下，根据本发明使用第二码尺2，其中相对衍射效率相对于保留的第一码尺1较大，但是(绝对)衍射效率匹配到第一码尺1的衍射效率。
证明为特别有利的是，第二码尺2的反射率通过下列方式减少，产生相偏的层系（其由间隔层21和反射器22组成）从第一码尺1被不变地接管。不变地接管在此表示材料和厚度。示出了，作为要匹配的参数在第二码尺2的间隔层21下的反射器23的反射率是特别适合。
第二码尺2的反射率以有利的方式选择为比第一码尺1的反射率更小，其方式为第二码尺2的间隔层21下的反射器23的反射率选择为比在第一码尺1的间隔层11下的反射器13的反射率更小。反射率可以通过适当选择材料或通过改变反射器23的表面匹配。
表明为特别有利的是，第二码尺2的反射率相对于第一码尺1减小，其方式为在间隔层21和反射器23（其布置在第二码尺2的间隔层21下）之间布置衰减层24。这具有该优点，可以接管具有相偏的保持的特性的第一码尺1的保持的层结构。工业流程上仅需要，在反射器23和第二码尺2的间隔层21之间引入衰减层24用于减小反射率。
衰减层24是部分透明的层，尤其是薄金属层，例如包括具有几个nm尤其是在3nm到15nm范围中的厚度的铬，镍，钛或硅，。
本发明可在位置测量设备中特别有利地使用，其构造成在两个彼此垂直布置的方向X，Y中进行位置测量。在此第一码尺1和第二码尺2分别构造成在两个彼此垂直布置的方向X，Y中位置测量，其方式为第一标志10和第二标志20分别垂直彼此周期性布置。
图2示出以平面图第一码尺1的实施例。第一周期性的标志10在此具有矩形外轮廓。
图3示出第二码尺2的实施例。第二标志20在此具有圆形外轮廓。以未示出的方式外轮廓还可以形成椭圆或第二码尺2的标志20的外轮廓由弧形组成或由弧形和直线组成。
图4和5示出用于在第一方向X中并且在与之垂直延伸的第二方向Y上位置测量的第二码尺2.1的另一可能扩展方案。码尺2.1包括相栅，其具有在第一方向X上和在第二方向Y上反射的标志20.1的周期性的布置。
标志20.1分别具有外轮廓，其由多线条形成，其包括两个彼此位置相对的第一直线边缘K1和两个垂直于其延伸的彼此位置相对的第二直线边缘K2以及分别包括钝的角度α的各第一边缘K1和第二边缘K2之间的连接线K3。
连接线K3以有利的方式包括直线。第一边缘K1和直线连接线K3以及第二边缘K2和直线连接线K3之间的钝的角度α分别尤其是135°。
此外第一边缘K1的双方的间隔A1等于第二边缘K2的双方的间隔A2。
特别有利的扩展方案四轴对称的外轮廓。在此外轮廓
与第一对称轴S1镜像对称，其垂直于第一边缘K1延伸，以及
与第二对称轴S2镜像对称，其垂直于第二边缘K2延伸，以及
与第三对称轴S3镜像对称，其45°于第一对称轴S1延伸，以及
与第四对称轴S4镜像对称，其垂直于第三对称轴S3延伸。
该扩展方案具有该优点，标志20.1在两个方向X和Y上的衍射特征相同并且因此两个方向X和Y的探测设备可相同构造。一方面对于两个方向X和Y给出相同空间事实，也就是，要分析的衍射级次相对于X-Y平面的角度相同并且要分析的衍射级次还具有相同强度，使得对于两个方向X和Y可以使用相同分析单元。
尤其是给出该有利条件，即第一边缘K1平行于两个方向X，Y的方向Y并且第二边缘K2平行于两个方向X，Y的另一方向X对准，或第一边缘K1 45°倾斜于第一方向X并且第二边缘K2 45°倾斜于第二方向Y对准。
如此构造相栅使得尽可能完全抑制第零衍射级次。标志20.1以周期性P1在第一方向X上布置并且以周期性P2在第二方向Y上布置。对于准确的并且高分辨率的位置测量周期性P1和P2以有利的方式小于10μm。此外P1尤其是等于P2。
有利的是，第二边缘K2的长度B分别第一边缘K1的双方的间隔A1的10%到90%，比例B/A1也选择在0.1和0.9之间。该比例也适合于第一边缘K1，使得第一边缘K1的长度C分别是第二边缘K2的双方的间隔A2的10%到90%，比例C/A2同样在0.1和0.9之间。
可实现还更好的优化，即，第二边缘K2的长度B分别是第一边缘K1的双方的间隔A1的30%到70%，比例B/A1因此选择在0.3和0.7之间，以及第一边缘K1的长度C分别第二边缘K2的双方的间隔A2的30%到70%，比例C/A2因此选择在0.3和0.7之间。
图5示出在图4中示出的码尺2.1的截面V-V。
如此设计的码尺2.1具有极其高相对衍射效率。为了现在可以使用如此构造的码尺2.1在码尺的已经存在的布置中作为替换根据本发明减小码尺2.1的反射率。该减小以特别的方式如此实现，使得产生相偏的层堆保持不变。这通过下列方式实现，使得在下反射器23.1和透明的间隔层21.1之间布置衰减层24.1。该衰减层24.1是部分透明的层，其减弱击中的光束的反射，尤其是减弱在5%到20%之间的值。
对于所有实施例适用，反射器12，13，22，23，22.1，23.1可以时薄层，其材料可以包含铬，金，铜，钛，镍，铝，银或硅。作为衬底15，25，25.1优选地使用玻璃，玻璃陶瓷或具有接近零的膨胀系数的氧化铝陶瓷，尤其是ZERODUR，NEXCERA或ULE。
绝缘的材料，如尤其是SiO2，TiO2，Ta2O5适合作为透明的间隔层11，21，21.1。
本发明对示例解释，示例中相对于第一码尺1的第二码尺2，2.1的相栅的相栅提高的相对衍射效率通过标志20，20.1的外轮廓的外形实现。相对第二相栅的衍射效率还可以通过优化相位级的轮廓形状，尤其是侧缘角度来实现。对此引用EP0849567B1和EP1557701B1。还可以成功使用本发明。
在图1中仅示意性示出探测光路。根据本发明设计的位置测量设备还可以优选地如此设计，使得光束通过在码尺1，2，2.1上多次衍射位置相关地调制。

Claims (13)

1.一种位置测量设备，具有
至少一个第一码尺(1)和至少一个第二码尺(2，2.1)，其彼此相接用于放大测量区域，并且具有
具有用于发出光束的光源(41)的探测设备(4)，其中所述第一码尺(1)具有带第一周期性的标志(10)的反射的相栅，其将击中的光束以在给定的衍射级次中的第一衍射效率衍射，其特征在于，
所述第二码尺(2，2.1)具有带第二周期性的标志(20，20.1)的反射的相栅，所述第二周期性的标志的外形与第一周期性的标志(10)不同，并且所述第二码尺(2，2.1)的相栅的反射率相对于所述第一码尺(1)的相栅如此减少，使得其将击中的光束以在给定的衍射级次中的第一衍射效率衍射。
2.如权利要求1所述的位置测量设备，其中所述第二码尺(2，2.1)的相栅的反射率相对于所述第一码尺(1)的相栅减少5%到20%。
3.如权利要求1所述的位置测量设备，其中所述第一码尺(1)的相栅和第二码尺(2，2.1)的相栅分别设计成抑制第零衍射级次。
4.如权利要求1所述的位置测量设备，其中所述给定的衍射级次是第一衍射级次。
5.如权利要求1-4之一所述的位置测量设备，其中第一码尺(1)和第二码尺(2，2.1)分别具有层堆，所述层堆由透明的间隔层(11，21，21.1)和在间隔层(11，21，21.1)的两侧布置的两个反射器(12，13，22，23，22.1，23.1)组成，其中第一码尺(1)的面对探测设备(4)的反射器(12)形成第一周期性的标志(10)并且第二码尺(2，2.1)的面对探测设备(4)的反射器(22，22.1)形成第二周期性的标志(20，20.1)。
6.如权利要求5所述的位置测量设备，其中所述透明的间隔层(11，21，21.1)由绝缘的材料组成。
7.如权利要求5所述的位置测量设备，其中所述第二码尺的相栅的反射率相对于所述第一码尺的相栅的反射率减少，其方式为第二码尺的间隔层下的反射器的反射率比第一码尺的间隔层下的反射器反射率更小。
8.如权利要求5所述的位置测量设备，其中所述第二码尺(2，2.1)的相栅的反射率相对于第一码尺(1)的相栅的反射率减少，其方式为在间隔层(21，21.1)和布置在间隔层(21，21.1)下的反射器(23，23.1)之间布置衰减层(24，24.1)。
9.如权利要求8所述的位置测量设备，其中所述衰减层(24，24.1)具有3nm到15nm的厚度。
10.如权利要求1-4之一所述的位置测量设备，其中所述第一码尺(1)和所述第二码尺(2，2.1)分别构造成在两个彼此垂直布置的方向(X，Y)上进行位置测量，其方式为第一标志(10)和第二标志(20，20.1)在彼此垂直布置的方向上周期性布置。
11.如权利要求1-4之一所述的位置测量设备，其中所述第一周期性的标志(10)具有外轮廓，所述外轮廓与第二周期性的标志(20，20.1)的外轮廓不同。
12.如权利要求11所述的位置测量设备，其中所述第一周期性的标志(10)具有矩形外轮廓。
13.如权利要求11所述的位置测量设备，其中所述第二周期性的标志(20，20.1)分别具有八角形的外轮廓，或
圆形外轮廓，或
由弧形构成的外轮廓，或
由弧形和由直线构成的外轮廓，
或
具有由多线条形成的外轮廓，其包括两个彼此位置相对的第一直线边缘(K1)和两个垂直于其延伸的彼此位置相对的第二直线边缘(K2)以及分别包括钝的角度(a)的在各第一边缘(K1)和第二边缘(K2)之间的连接线(K3)。
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