DE102006042007A1

DE102006042007A1 - Interferometer mit geringer Abweichung

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Publication number: DE102006042007A1
Application number: DE102006042007A
Authority: DE
Inventors: William Clay Los Altos Schluchter
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2007-06-14
Also published as: US20060087659A1; NL1033024C2; CN1979086A; JP2007163479A; NL1033024A1; US7362447B2

Abstract

Ein Interferometer kann einen großen Dynamikbereich für Messungen entlang einer vertikalen und einer horizontalen Richtung unter Verwendung eines ersten Messkanals, der eine Großer-Dynamikbereich-Messung eines Pfades liefert, die Komponenten umfasst, die parallel bzw. senkrecht zu dem Abstand zwischen Optiksystem und Objekt sind, und unter Verwendung eines zweiten Messkanals, der eine Großer-Dynamikbereich-Messung mit lediglich einer senkrechten Komponente liefert, erzielen. Ferner ermöglicht eine Verwendung derselben Techniken an mehreren Stellen rundherum einen großen Dynamikbereich für Messungen der Freiheitsgrade eines Objekts.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Patentschrift ist eine Teilfortsetzung und beansprucht den Nutzen des früheren Einreichdatums der US-Patentanmeldung 10/783,199, die am 20. Februar 2004 eingereicht wurde und durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in das vorliegende Dokument aufgenommen ist.

Beschreibung

Ein Planspiegel-Interferometer kann die Position und/oder Orientierung von Objekten wie z.B. eines Präzisionstisches in einem Waferverarbeitungssystem messen. Für eine derartige Verwendung wird ein Planspiegel üblicherweise an dem gemessenen Tisch angebracht, und das Interferometer lenkt einen oder mehrere Messstrahlen zum Zweck von Reflexionen von dem Planspiegel. Jeder Messstrahl entspricht allgemein einem separaten Messkanal und ist mit einem entsprechenden Referenzstrahl zur Signalverarbeitung kombiniert, die die Messung erzeugt. Um einen Winkelabstand zwischen einem Messstrahl und dem entsprechenden Referenzstrahl zu verringern, verwenden manche Interferometer (die üblicherweise als Doppelweg-Interferometer bezeichnet werden) Retroreflektoren, um jeden Messstrahl zum Zweck einer zweiten Reflexion von dem Planspiegel zurückzulenken, bevor das Interferometer den Mess- und den Referenzstrahl kombiniert. Diese Doppelweg-Interferometer verdoppeln effektiv die Pfadlänge des Messstrahls, was Nachteile aufweisen kann.

Interferometersysteme, die die Position und Orientierung eines Tisches oder eines anderen Objekts messen, müssen oft mehrere Freiheitsgrade messen. Beispielsweise weist ein starres dreidimensionales Objekt allgemein sechs unabhängige Freiheitsgrade auf, z.B. X-, Y- und Z-Koordinaten, die eine Position relativ zu einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse angeben, und Roll-, Stampf- und Gierungswinkel, die einer Drehung des Objekts um die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse entsprechen. Allgemein definieren zumindest zwei der Messachsen, z.B. die Y-Achse und die Z-Achse, Richtungen, bei denen zumindest eine Komponente senkrecht zu einem Abstand zwischen der Interferometeroptik und dem Messspiegel ist. Demgemäß verwendet ein Interferometersystem, das alle Freiheitsgrade eines Objekts misst, oft mehrere Messspiegel und Interferometeroptikgeräte in mehreren Positionen um den Tisch herum.

Interferometersysteme, die eine senkrecht zu dem Abstand zwischen Optiksystem und Spiegel erfolgende Verschiebung messen, wurden entwickelt, um zu verhindern, dass Interferometeroptiksysteme andere Verarbeitungssystemkomponenten wie z.B. eine Projektionslinse beeinträchtigen. Beispielsweise beschreiben die US-Patentschriften Nrn. 6,020,964 und 6,650,419 Interferometersysteme, die in der Lage sind, eine Höhe eines Tisches relativ zu einer Projektionslinse zu messen. Bei derartigen System reflektiert ein an einem Tisch angebrachter Reflektor einen Messstrahl von einem horizontalen Einfallspfad (z.B, entlang einer X-Achse) zu einem vertikalen reflektierten Pfad (z.B. entlang einer Z-Achse). Ein über dem Tisch angebrachter Reflektor reflektiert den vertikal gelenkten Messstrahl zurück zu dem Reflektor auf dem Tisch, wo der Messstrahl zu einem horizontalen Rückleitungspfad zurück zu der Interferometeroptik umgelenkt wird. Die gesamte Doppler-Verschiebung des Messstrahls gibt somit eine Bewegung entlang eines Pfades an, die eine horizontale und eine vertikale Komponente aufweist. Ein separater Messkanal kann die horizontale Komponente der Bewegung messen, so dass die vertikale Komponente bzw. eine Höhenmessung extrahiert werden kann.

Der Dynamikbereich für jeden gemessenen Freiheitsgrad wird allgemein durch Spiegeldrehungen (z.B. Roll-, Stampf- oder Gierungsdrehungen) begrenzt, die den Messstrahl ablenken können, was bewirkt, dass der reflektierte Messstrahl von dem Pfad, der für eine Rekombination mit einem Referenzstrahl erforderlich ist, „abwandert" bzw. abweicht. Ein akzeptables Maß einer Abweichung (und dementsprechend der Dynamikbereich für eine Messung) hängt allgemein von dem Strahlradius w und der Länge des optischen Pfades L, die sich von der Interferometeroptik bis zu dem Messspiegel erstreckt, ab. Beispielsweise beträgt der Dynamikbereich für ein herkömmliches Doppelweg-Interferometer üblicherweise etwa w/4L Radiane, wenn eine Versetzung entlang des Abstands zwischen der Interferometeroptik und dem Messspiegel gemessen wird. Die in den US-Patentschriften Nrn. 6,020,964 und 6,650,419 beschriebenen Höhenmessungen unterliegen allgemein zumindest auf Grund des Erfordernisses, eine horizontale Komponente zu messen und zu subtrahieren, ähnlichen Einschränkungen bezüglich des Dynamikbereichs. Um einen großen Dynamikbereich zu erzielen, erfordern herkömmliche Interferometer somit breite Strahlen und/oder kurze Abstände zwischen dem Optiksystem und den gemessenen Objekten. Große Strahlbreiten und kurze Abstände sind oft schwer in die räumlichen und funktionellen Anforderungen vieler Systeme, einschließlich Waferverarbeitungsgeräte, zu integrieren. Außerdem erhöht das Integrieren großer Strahlen die Größe und die Kosten optischer Komponenten in dem Interferometer.

Angesichts der Einschränkungen existierender Interferometer werden Systeme und Verfahren gesucht, die den dynamischen Messbereich für Messungen unter Verwendung von Planspiegel-Interferometern verbessern können, ohne große optische Elemente oder kurze Abstände zu erfordern.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein System, das ein Interferometer umfasst, das Messungen in horizontaler und vertikaler Richtung liefert und einen großen Dynamikbereich von Objektorientierungen erlaubt;
2 eine Draufsicht eines Systems, das ein Interferometer umfasst, das alle sechs Freiheitsgrade eines starren Objekts misst;
3A eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, das ein Interferometer umfasst, das Messungen in horizontaler und vertikaler Richtung liefert und einen großen Dynamikbereich von Objektorientierungen erlaubt;
3B einen Messreflektor und die Reflexionsbereiche für Strahlen, die bei dem System der 3A erzeugt werden;
4A und 4B eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels, das ein Interferometer umfasst, das Messungen eines Gierungswinkels und einer horizontalen Bewegung liefert und einen großen Dynamikbereich von Objektorientierungen erlaubt;
4C einen Messreflektor und die Reflexionsbereiche für Strahlen, die bei dem System der 4A und 4B erzeugt werden;
5A und 5B eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels, das ein Interferometer umfasst, das Winkelmessungen um zwei senkrechte Achsen herum liefert und einen großen Dynamikbereich von Objektorientierungen erlaubt; und
5C einen Messreflektor und die Reflexionsbereiche für Strahlen, die bei dem System der 5A und 5B erzeugt werden.
Eine Verwendung derselben Bezugssymbole in unterschiedlichen Figuren weist auf ähnliche oder identische Posten hin.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ein Interferometer einen großen Dynamikbereich für Messungen entlang einer vertikalen und einer horizontalen Richtung unter Verwendung eines ersten Messkanals, der eine Großer-Dynamikbereich-Messung eines Pfades liefert, die Komponenten umfasst, die parallel bzw. senkrecht zu dem Abstand zwischen Optiksystem und Objekt sind, und unter Verwendung eines zweiten Messkanals, der eine Großer-Dynamikbereich-Messung mit lediglich einer senkrechten Komponente liefert, erzielen. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ein Interferometersystem einen großen Dynamikbereich für Messungen aller sechs Freiheitsgrade eines starren Objekts wie z.B. eines bei einer Verarbeitungsausrüstung verwendeten Tisches erzielen.
1 veranschaulicht ein System 100, das eine Interferometeroptik 110 zum Messen von horizontalen und vertikalen Versetzungen eines Objekts umfasst. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das System 100 ein Teil einer Photolithographieausrüstung, und das gemessene Objekt ist ein Tisch 120 zum Positionieren eines Werkstücks wie z.B. eines Halbleiterwafers 125 relativ zu einer Projektionslinse 130. Die Interferometeroptik 110 weist bezüglich der Projektionslinse 130 vorzugsweise eine feststehende Position auf. In der Photolithographie müssen der Tisch 120 und/oder ein (nicht gezeigtes) Positionierungssystem für die Projektionslinse 130 in der Lage sein, den Wafer 125 bezüglich einer optischen Achse der Projektionslinse 130 präzise zu positionieren, so dass die Projektionslinse 130 das gewünschte Muster auf den richtigen Bereich des Wafers 125 projizieren kann. Ferner kann der Tisch 120 oder ein Fokussierungssystem für die Projektionslinse 130 den Abstand zwischen dem Wafer 125 und der Projektionslinse 130 steuern oder sich an denselben anpassen, um ein scharf fokussiertes Muster zu projizieren. Wie Fachleuten einleuch ten wird, ist eine Messung des Tisches 120 bei einer Waferverarbeitungsausrüstung lediglich eine veranschaulichende Anwendung eines Interferometersystems, und allgemeiner gesagt können Interferometer, die den hierin beschriebenen ähneln, eine Vielzahl von Objekten in einer Vielzahl von Systemen messen.
Die Interferometeroptik 110 empfängt einen Eingangsstrahl IN (EIN) von einer Strahlquelle 112 und erzeugt drei Strahlen 152, 154 und 156, die anfänglich in einer X-Richtung auf den Tisch 120 gelenkt werden. Wie weiter unten noch beschrieben wird, dienen die Strahlen 152 und 154 einem ersten Großer-Dynamikbereich-Messkanal, der eine Versetzung g des Tisches 120 in einer Z-Richtung misst, und der Strahl 156 dient einem zweiten Großer-Dynamikbereich-Messkanal für eine Messung, die Komponenten in der Z- und der X-Richtung aufweist. Eine Großer-Dynamikbereich-Messung der Versetzung in der X-Richtung lässt sich feststellen, indem man die Messung aus dem ersten Messkanal verwendet, um die Z-Komponente der unter Verwendung des zweiten Messkanals gemessenen kombinierten X- und Z-Bewegung zu beseitigen.
Die Interferometeroptik 110 umfasst bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel eine Strahlteileroptik 113, einen polarisierenden Strahlteiler (PBS – polarizing beam splitter) 114, Polarisationsveränderungselemente wie z.B. Viertelwellenplättchen (QWPs – quarter-wave plates) 115 und 116, einen Drehspiegel 117 und einen Referenzreflektor 118. Die Strahlquelle 112 lenkt den Eingangsstrahl IN in die Strahlteileroptik 113, die zwei separate Strahlen IN1 und IN2 erzeugt, die den zwei Messkanälen des Systems 100 entsprechen. Alternativ dazu können zwei separate Strahlquellen direkt die Eingangsstrahlen IN1 und IN2 erzeugen.
Bei einem Interferometer 110 eines Ausführungsbeispiels ist jeder der Eingangsstrahlen IN, IN1 und IN2 ein heterodyner Strahl, der eine erste Komponente mit einer ersten Frequenz F1 und einer ersten linearen Polarisierung und eine zweite Komponente mit einer zweiten Frequenz F2 und einer zweiten linearen Polarisierung, die zu der ersten linearen Polarisierung senkrecht ist, aufweist. Viele Strahlquellen sind in der Lage, einen heterodynen Strahl zu erzeugen, der die gewünschten Eigenschaften aufweist. Beispielsweise kann die Strahlquelle 112 ein Laser sein, der die gewünschte Differenz bei den Frequenzen F1 und F2 durch eine Zeeman-Aufspaltung und/oder mit einem akustooptischen Modulator (AOM – acousto-optic modulator) erzeugt. Andere Quellen von heterodynen Strahlen, die bekannt sind oder eventuell entwickelt werden, können ebenfalls geeignet sein. Alternativ dazu könnte die Strahlquelle 112 ein Langkohärenzlängen-Einzelfrequenzlaser sein, bei dem die erforderliche Kohärenzlänge von der Differenz zwischen den Längen der optischen Pfade abhängt, beispielsweise des Messstrahls 156 und seines zugeordneten Referenzstrahls 158. Eine Verwendung von heterodynen Strahlen kann bevorzugt sein, da Interferometer, die Einzelfrequenzstrahlen verwenden, üblicherweise mehrere Phasenmessungen erfordern, um die Effekte von Strahlleistungsschwankungen zu eliminieren.
Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel erzeugt die Strahlteileroptik 113 Kanaleingangsstrahlen IN1 bzw. IN2 für den ersten bzw. zweiten Messkanal des Interferometersystems 100. Für die Strahlteileroptik 113 ist eine nicht polarisierende Strahlteilung bevorzugt, so dass die Kanaleingangsstrahlen IN1 und IN2 dieselbe Polarisierungs- und Frequenzcharakteristika aufweisen wie der Eingangsstrahl IN von der Strahlquelle 112. Insbesondere können der Eingangsstrahl IN und die Kanaleingangsstrahlen IN1 und IN2 allesamt heterodyne Strahlen mit getrennten Frequenzkomponenten, die orthogonale Polarisierungen aufweisen, sein. Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel, das heterodyne Strahlen verwendet, wird im Folgenden beschrieben, um ein spezifisches Beispiel zu liefern. Jedoch sollte man verstehen, dass die Beschreibung veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll.
Der PBS 114 trennt Komponenten des Eingangsstrahls IN1 nach der Polarisierung, um Strahlen 152 und 154 zu erzeugen, und trennt desgleichen Komponenten des Eingangsstrahls IN2 nach der Polarisierung, um die Strahlen 156 und 158 zu erzeugen. Folglich weisen die Strahlen 152 und 154 orthogonale lineare Polarisierungen auf, wie dies auch für die Strahlen 156 und 158 der Fall ist. Wenn die Eingangsstrahlen IN1 und IN2 heterodyne Strahlen sind, sind die Orientierung der Polarisierungsachsen der Eingangsstrahlen und des PBS 114 derart, dass die Polarisierungsteilung die Frequenzkomponenten jedes Eingangsstrahls IN1 oder IN2 trennt. Die Strahlen 152, 154, 156 und 158 sind somit bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel Einzelfrequenzstrahlen. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der PBS 114 derart, dass der Messstrahl 156 die lineare Polarisierung aufweist, die der PBS 114 überträgt, und der Referenzstrahl 158 weist anfänglich eine lineare Polarisierung auf, die der PBS 114 reflektiert. Wie Fachleuten einleuchten wird, könnten alternative Ausführungsbeispiele der Interferometeroptik 110 den anfänglich in dem PBS 114 reflektierten Strahl als Messstrahl verwenden, und den anfänglich in dem PBS 114 übertragenen Strahl als Referenzstrahl. Obwohl der PBS 114 in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel als einen polarisierenden Dünnfilm aufweisend gezeigt ist, der zwischen Winkelprismen angeordnet ist, könnte der PBS 114 zudem unter Verwendung anderer Strukturen wie z.B. doppelbrechender optischer Elemente implementiert werden, die die Strahlteilungs- und Kombinationsfunktionen, die von dem PBS 114 gefordert werden, durchführen. Bei Ausführungsbeispielen, die monochromatische Eingangsstrahlen verwenden, kann der PBS 114 ferner durch einen nicht-polarisierenden Strahlteiler ersetzt werden.
Das System 100 kann eine relative Bewegung des Tisches 120 entlang der horizontalen X-Richtung und der vertikalen Z-Richtung überwachen. Bezüglich der vertikalen Messung verwendet der erste Messkanal einen Messreflektor 140, der reflektierende Facetten bzw. Flächen 142 und 144 an dem Tisch 120 liefert, und der Winkel, den die Facette 142 mit einer Seite des Tisches 120, die nominell senkrecht zu der X-Achse ist, bildet, ist eine Ergänzung zu dem Winkel, den die Facette 144 mit dieser Seite des Tisches 120 bildet. Die Interferometeroptik 110 lenkt die Strahlen 152 bzw. 154 durch das QWP 115, damit sie von den Facetten 142 bzw. 144 abreflektiert werden. Die Facetten 142 und 144 lenken den Strahl 152 bzw. 154 an Porro-Prismen 146 bzw. 148, die dahin gehend orientiert sind, die Strahlen 152 und 154 an den Reflektor 140 zurückzugeben. Wenn der Tisch 120 keine Neigung aufweist, sind die zu den Facetten 142 bzw. 144 führenden Rückpfade der Strahlen 152 und 154 parallel, jedoch in der Y-Richtung von den jeweiligen Pfaden, die auf die Porro-Prismen 146 und 148 treffen, versetzt.
Der zurückgegebene Strahl 152 wird wiederum von der Facette 142 abreflektiert, passiert das QWP 115, wird von dem Drehspiegel 117 abreflektiert und tritt wieder in den PBS 114 ein. Der zurückgegebene Strahl 154 wird wiederum von der Facette 144 abreflektiert, passiert das QWP 115 und tritt erneut direkt in den PBS 114 ein. Das zweimalige Passieren des QWP 115 dreht die lineare Polarisierung jedes der Strahlen 152 und 154 effektiv um 90°, so dass der PBS 114 den rückgeführten Strahl 152 überträgt und den zurückgeführten Strahl 154 reflektiert, um einen ersten Ausgangsstrahl OUT1 zu bilden, der in das Detektorsystem 160 eintritt.
Doppler-Verschiebungen, die sich daraus ergeben, dass sich der Tisch 120 bei der veranschaulichten Konfiguration in der X-Richtung bewegt, sind für die Pfade beider Strahlen 152 und 154 dieselben, jedoch bewirkt eine Bewegung des Tisches 120 in der Z-Richtung bei dem Strahl 152 eine Doppler-Verschiebung, die zu der bei dem Strahl 154 bewirkten Doppler-Verschiebung entgegengesetzt ist. Demgemäß hängt eine Schwebungsfrequenz, die sich aus der Frequenzdifferenz der Strahlen 152 und 154 ergibt, wenn die Strahlen 152 und 154 zu dem Strahl OUT1 kombiniert werden, von der Differenz bezüglich der Doppler-Verschiebung ab und gibt somit die Bewegung des Tisches 120 in der Z-Richtung an. Man sollte beachten, dass das Interferometersystem, das den Reflektor 140 umfasst, um die X-Achse gedreht werden kann, so dass die Messung unter Verwendung des Reflektors 140 nicht mehr vertikal entlang der Z-Richtung erfolgt, sondern entlang jeder beliebiger Richtung erfolgt, die senkrecht zu dem Abstand zwischen dem Interferometer 110 und dem Tisch 120 ist.
Das Detektorsystem 160 misst oder analysiert den Ausgangsstrahl OUT1 zur Bestimmung einer Verschiebung des Tisches 120 in der Z-Richtung. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel misst das Detektorsystem 160 eine Differenz der Frequenzen der Strahlen 152 und 154, und die Differenz kann dann dazu verwendet werden, eine Differenz bezüglich der Doppler-Verschiebungen und somit die vertikale Geschwindigkeit oder die Verschiebung des Tisches 120 entlang der Z-Richtung zu bestimmen. Bei einem heterodynen Interferometer, bei dem die Strahlen 152 und 154 anfänglich die Frequenzen F1 und F2 aufweisen, weisen die zurückgegebenen Strahlen 152 und 154 Frequenzen F1' und F2' auf, die von Doppler-Verschiebungen abhängen, die infolge von Reflexionen von jeweiligen Facetten 142 und 144, wenn sich der Tisch 120 bewegt, aufgetreten sein mögen. Wie oben beschrieben wurde, sind die Winkel der Facetten 142 und 144 derart, dass eine Bewegung des Tisches 120 in der X-Richtung oder der Y-Richtung dieselbe Doppler-Verschiebung bei beiden Strahlen 152 und 154 bewirkt, jedoch eine Bewegung in der Z-Richtung bei den Strahlen 152 und 154 entgegengesetzte Doppler-Verschiebungen bewirkt. Demgemäß verändert eine horizontale Bewegung des Tisches 120 nicht die Frequenzdifferenz F1'-F2' zwischen zurückgegebenen Strahlen 152 und 154, jedoch verändert eine vertikale Bewegung die Frequenzdifferenz F1'-F2'. Herkömmliche Lichtdetektoren und eine herkömmliche Elektronik in dem Detektorsystem 160 kann einen Ausgangsstrahl OUT1 empfangen und ein elektronisches Signal, das die Schwebungsfrequenz F1'-F2' aufweist, erzeu gen. Desgleichen kann durch eine direkte Messung eines Teils des Eingangsstrahls IN oder IN1 ein elektronisches Referenzsignal erzeugt werden, das die Schwebungsfrequenz F1-F2 aufweist.
Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel des Detektorsystems 160 umfasst ferner eine Phasenerfassungsschaltung, die die Phase des Schwebungssignals, das die Frequenz F1'-F2' aufweist, relativ zu dem Referenzschwebungssignal, das die Frequenz F1-F2 aufweist, misst. Eine Änderung der relativen Phase gibt an, dass sich die Schwebungsfrequenzen F'1-F2' und F1-F2 unterscheiden, und ermöglicht eine Messung einer Netto-Doppler-Verschiebung in dem Ausgangsstrahl OUT1, was eine Geschwindigkeit in der Z-Richtung angibt. Eine Integration der ermittelten Geschwindigkeitskomponente weist auf eine Versetzung entlang der Z-Richtung hin.
Die Messung der Versetzung in der Z-Richtung unter Verwendung der Strahlen 152 und 154 toleriert einen breiten Dynamikbereich von Drehungen des Tisches 120. Insbesondere sind Porro-Prismen 146 und 148 Retroreflektoren für Drehungen des Tisches 120 um die Z-Achse. Drehungen des Tisches 120 um die Y-Achse weisen Effekte auf, die den Strahlen 152 und 154 gemein sind. Der Effekt der Drehungen des Tisches 120 um die X-Achse wird durch die Porro-Prismen 146 und 148 aufgehoben und wird dadurch minimiert, dass ein kleiner Winkel zwischen den Reflektoren 142 und 144 gewählt wird. Der erste Messkanal weist eine Optischer-Pfad-Länge auf, die kürzer ist als die Optischer-Pfad-Länge eines herkömmlichen Doppelweg-Messkanals, was zu einem besseren Dynamikbereich für den ersten Messkanal als für ein Doppelweg-Interferometer führt. Die US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 2005/0185193 mit dem Titel „System and Method of using a Side-Mounted Interferometer to Acquire Position Information" beschreibt ferner ähnliche und andere geeignete Systeme mit einem großen Dynamikbereich zum Messen einer senkrechten Versetzung eines Objekts.
Die Interferometeroptik 110 erzeugt ferner einen Messstrahl 156 für den zweiten Messkanal. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der Messstrahl 156 die Komponente des Eingangsstrahls IN2, die durch den PBS 114 gelangt. Der Messstrahl 156 wandert anfänglich in der X-Richtung durch das QWP 115 zu einem an dem Tisch 120 angebrachten Reflektor 170. Der Reflektor 170 ist vorzugsweise ein Prisma mit konstanter Abweichung wie z.B. ein Penta-Prisma und lenkt den Strahl 156 auf einen Reflektor 132 an einer Anbringstruktur 134, die relativ zu der Projektionslinse 130 befestigt sein kann. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Reflektor 170 ein Penta-Prisma, das einen Scheitel, der sich in 1 in der Y-Richtung erstreckt, eine reflektierende Oberfläche 172, die nominell 22,5° von der Vertikalen abweicht, und eine reflektierende Oberfläche 174, die nominell 22,5° von der Horizontalen abweicht, aufweist; und der Reflektor 132 ist ein extrudiertes Porro-Prisma, das einen sich entlang der X-Richtung erstreckenden Scheitel aufweist. Alternativ dazu könnte jegliches Prisma mit konstanter Abweichung oder jeglicher Reflektor, der den Strahl 156 um 90 Grad biegt, verwendet werden. Der Reflektor 132 ist dahin gehend orientiert und positioniert, den Messstrahl 156 für eine beliebige erlaubte Position des Tisches 120 zu dem Reflektor 170 zurückzureflektieren. Der Reflektor 170 gibt dann den Messstrahl 156 durch das QWP 115 an den PBS 114 zurück. Reflexionen des Messstrahls 156 von dem Tisch 120 bewirken eine Doppler-Verschiebung, die Komponenten aufweist, die sich aus einer Bewegung des Tisches 120 in der X-Richtung und in der Z-Richtung ergeben, und die zwei Durchtretungen des QWP 115 verändern die Polarisation des Strahls 156 so, dass der zurückgegebene Strahl 156 von dem PBS 114 abreflektiert wird und einen Bestandteil des Ausgangsstrahls OUT2 für den zweiten Messkanal bildet.
Der Referenzstrahl 158, der auch bei dem zweiten Messkanal verwendet wird, weist einen optischen Pfad auf, der in der Interferometeroptik 110 verbleibt, bis der Referenzstrahl 158 und der Messstrahl 156 zu dem Ausgangsstrahl OUT2 kombiniert werden. Insbesondere wird der Referenzstrahl 158 anfänglich in dem PBS 114 zu einem Pfad durch das QWP 116 zu dem Referenzreflektor 118 reflektiert. Der Referenzreflektor 118, der ein Porro-Prisma oder ein anderer Reflektor sein kann, das bzw. der einen reflektierten Strahl mit einem Versatz erzeugt, der mit dem Versatz übereinstimmt, den der Reflektor 132 erzeugt, gibt den Referenzstrahl 158 durch das QWP 116 an den PBS 114 zurück, wo der Referenzstrahl 158 anschließend durch den PBS 114 gelangt, um einen Bestandteil des Ausgangsstrahls OUT2 zu bilden.
Veränderungen der Schwebungsfrequenz, die sich ergeben, wenn der Messstrahl 156 mit dem Referenzstrahl 158 kombiniert wird, geben die gesamte Doppler-Verschiebung an, die durch Reflexionen des Messstrahls 156 von dem Tisch 120 bewirkt wird. Das Detektorsystem 160 kann die gesamte Doppler-Verschiebung für den zweiten Messkanal auf dieselbe Weise ermitteln, wie die Netto-Doppler-Verschiebung für den ersten Messkanal gefunden wird. Wie oben angemerkt wurde, ist die gesamte Doppler-Verschiebung die Summe einer Doppler-Verschiebung, die einer Bewegung des Tisches 120 in der X-Richtung zugeordnet ist, sowie einer Doppler-Verschiebung, die einer Bewegung des Tisches 120 in der Z-Richtung zugeordnet ist. Die Bewegungsrichtung des Tisches 220, die die Phasendifferenz zwischen den Strahlen 156 und 158 maximiert, ist parallel zu dem Vektor, der in der positiven X-Richtung und der negativen Z-Richtung gleiche Komponenten aufweist. Da jedoch der erste Messkanal eine Messung der Bewegung in der Z-Richtung erzeugt, können Informationen von beiden Messkanälen kombiniert werden, um eine Bewegung in der X-Richtung zu messen.
Der zweite Messkanal liefert eine Messung in einem großen dynamischen Bereich, da der Reflektor 170, z.B. ein Penta-Prisma, über eine große Bandbreite von Stampfdrehungen des Tisches 120 um die Y-Achse einen relativ einheitlichen vertikalen Pfad für den Strahl 158 liefern kann, das Porro- Prisma 170 desgleichen als Retroreflektor agiert, der alle Rolldrehungen des Tisches 120 um die X-Achse herum kompensiert. Überdies kompensiert das Porro-Prisma 132 Drehungen des Tisches 120 sowohl um die X- als auch um die Z-Achse. Wiederum ist die Optischer-Pfad-Länge für den zweiten Messkanal allgemein kürzer als die Optischer-Pfad-Länge für ein herkömmliches Doppelweg-Interferometer, wodurch dem zweiten Messkanal des Messsystems 100 ein besserer Dynamikbereich verliehen wird. Eine weitere Beschreibung der Funktionsweise und alternative Ausführungsbeispiele mancher Interferometersysteme, die für den zweiten Messkanal des Systems 100 geeignet sind, finden sich in der US-Patentschrift Nr. 6,650,419. Die resultierende Messung der horizontalen Versetzung entlang der X-Achse, die durch eine Kombination von Messungen aus dem ersten und dem zweiten Kanal erreicht wird, weist für Drehungen des Tisches 120 einen großen Dynamikbereich auf, da beide Messkanäle bezüglich Drehungen des Tisches 120 tolerant sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ein Interferometersystem einen großen Dynamikbereich zum Messen von sechs Freiheitsgraden eines Objekts wie z.B. eines Wafertisches liefern. Allgemein wird das Messen von sechs Freiheitsgraden dadurch vereinfacht, dass eine Messung aus unterschiedlichen Positionen um das gemessene Objekt herum durchgeführt wird. Beispielsweise zeigt 2 ein System 200, das an vier Positionen um einen gemessenen Tisch 220 herum Interferometersysteme 300, 300', 400 und 500 aufweist. Dieses Ausführungsbeispiel ist ein Lithographiesystem, bei dem die Interferometersysteme 300, 300', 400 und 500 relativ zu einer Projektionslinse 230 feststehende Positionen aufweisen. Der Tisch 220 bewegt sich nach Bedarf dahin gehend, einen Wafer 225 relativ zu der Projektionslinse 230 zu positionieren und zu orientieren. Über und unter einem Tisch 320 können Reflektoren 330, 330' und 430 angebracht sein, die zur Messung einer vertikalen Bewegung des Tisches 220 verwendet werden.
Ein Prozessor 250, der ein Mehrzweck-Computer sein kann, der eine entsprechende Software ausführt, kann Messungen von verschiedenen Kanälen eines oder mehrerer Interferometersysteme 300, 300', 400 oder 500 kombinieren, um eine spezifische Messung zu ermitteln, z.B. um eine X-Messung aus Signalen zu ermitteln, die einer X-Z-Messung bzw. einer Z-Messung gemäß der obigen Beschreibung entsprechen. Der Prozessor 250 kann auch Messsignale von getrennten Interferometersystemen 300, 300', 400 und 500 kombinieren, um Drehmessungen präzise zu bestimmen, wie nachstehend näher beschrieben wird.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des Systems 200 wird das Interferometersystem 300 dazu verwendet, eine horizontale Bewegung entlang einer X-Richtung in 2 und eine vertikale Bewegung entlang einer Z-Richtung zu messen. Wie oben beschrieben wurde, kann das Interferometersystem 100 der 1 sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Bewegung messen und kann als System 300 verwendet werden. Jedoch zeigt 3A ein alternatives Ausführungsbeispiel des Interferometersystems 300, das dem System 100 ähnlich ist, jedoch einen ersten Messkanal aufweist, der zum Messen der Verschiebung in der Z-Richtung eine andere Technik verwendet.
Der erste Messkanal des Interferometersystems 300 verwendet eine Strahlquelle 312, einen PBS 340, einen Drehspiegel 352, einen ersten Messreflektor 322, einen vertikal verschobenen Reflektor 330, ein Polarisationsveränderungselement (z.B. ein QWP) 354, einen Referenzreflektor 324, einen Retroreflektor 355 und ein Detektorsystem 362. Die Strahlquelle 312 erzeugt einen Eingangsstrahl IN1, der bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ein heterodyner Strahl ist, wie oben beschrieben wurde. Der PBS 340 teilt den Eingangsstrahl IN1 in einen Messstrahl 372 und einen Referenzstrahl 374. Der Messstrahl 372 wird bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel von dem PBS 340 abreflektiert und wird anschließend von dem Drehspiegel 352 abreflektiert und bewegt sich in der X-Richtung zu dem Messreflektor 322.
Der Messreflektor 322 ist ein Planspiegel, der in einem Winkel (vorzugsweise 45°) bezüglich der X-Achse an dem Tisch 220 angebracht ist. Der Messreflektor 322 reflektiert den Messstrahl 372 von der horizontalen X-Richtung zu der vertikalen Z-Richtung. Auf dem vertikalen Pfad trifft der Messstrahl 372 auf den Reflektor 330, der bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ein Porro-Prisma ist, das einen mit der Mitte der Linse 130 ausgerichteten Scheitel aufweist. Der Reflektor 330 gibt den Messstrahl 372 entlang eines Pfades, der vertikal und in der Y-Richtung versetzt ist, an den Messreflektor 322 zurück. Der Messstrahl 372 wird dann von dem Messreflektor 322, dem Drehspiegel 352 und dem PBS 340 reflektiert und bildet einen Bestandteil eines Ausgangsstrahls an das Detektorsystem 362.
Der Referenzstrahl 374 von dem PBS 340 gelangt durch das QWP 354 und wird von dem Reflektor 324 abreflektiert. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Reflektor 324 ein Planspiegel, der an dem Tisch 220 angebracht ist und nominell senkrecht zu der X-Achse ist. Wenn der Tisch 220 keine Neigung aufweist, kehrt der Referenzstrahl 374 entlang desselben Pfades von dem Referenspiegel 324 zurück, gelangt durch das QWP 354 und tritt in den PBS 340 ein. Die ersten zwei Durchgänge durch das QWP 354 verändern die Polarisierung des Referenzstrahls 374, so dass der Referenzstrahl 374 anschließend von dem PBS 340 zu dem Retroreflektor 355 reflektiert wird. Der Retroreflektor 355 ist vorzugsweise ein Porro-Prisma, das dem reflektierten Referenzstrahl 374 denselben Versatz verleiht, den das Porro-Prisma 330 dem Messstrahl 372 verleiht. Von dem Retroreflektor 355 wird der Referenzstrahl 374 in dem PBS 340 reflektiert, gelangt durch das QWP 354, wird ein zweites Mal von dem Reflektor 324 reflektiert, kehrt durch das QWP 354 zurück und passiert anschließend den PBS 340, um sich mit dem Mess strahl 372 zu dem Ausgangsstrahl an den Detektor 362 zu vereinigen.
3B zeigt Bereiche von Reflektoren 322 und 324, wo die Strahlen 372 und 374 von dem Tisch 220 reflektiert werden. Der Messstrahl 372 wird zweimal von dem Messreflektor 322 abreflektiert und empfängt jedes Mal eine Doppler-Verschiebung, die eine Komponente aufweist, die einer Bewegung des Tisches 220 in der X-Richtung und einer Bewegung des Tisches 220 in der Z-Richtung entspricht. Desgleichen wird der Referenzstrahl 374 zweimal von dem Reflektor 374 auf dem Tisch 220 abreflektiert und empfängt jedes Mal eine Doppler-Verschiebung, die von der Geschwindigkeit des Tisches 220 in der X-Richtung abhängt. Wenn sich der Tisch 220 in der Z-Richtung bewegt, erfolgt lediglich bei dem Strahl 372 eine Doppler-Verschiebung. Eine Bewegung des Tisches 220 in der X-Richtung erzeugt bei dem Strahl 374 die doppelte Doppler-Verschiebung verglichen mit dem Strahl 372, und die Bewegungsrichtung des Tisches 220, die die Phasendifferenz zwischen den Strahlen 372 und 374 maximiert, ist parallel zu einem Vektor, der in der X- und der Z-Richtung gleiche Komponenten aufweist. Die gemessene Frequenz ist die Veränderungsrate der Phasendifferenz zwischen den Strahlen 372 und 374 und gibt die Geschwindigkeit entlang des Vektors, der gleiche X- und Z-Komponenten aufweist, an. Dieser erste Messkanal liefert eine Messung in einem großen Dynamikbereich, da das Porro-Prisma 330 als Retroreflektor agiert, der eine Rolldrehung des Tisches 220 kompensiert, und da andere Drehungen des Tisches 220 sowohl den Messstrahl 372 als auch den Referenzstrahl 374 beeinflussen. Allgemein beeinflusst eine Gierungsdrehung die Strahlen 372 und 374 in unterschiedlichem Ausmaß, sie wird jedoch durch die Reflektoren 330 bzw. 355 kompensiert. Die US-Patentanmeldung Nr. 11/205,368 mit dem Titel „Interferometer for Measuring Perpendicular Translations" beschreibt ferner ähnliche und geeignete alternative Ausführungsbeispiele für Messkanäle, die vertikale Verschiebungen messen.
Der zweite Messkanal des Interferometersystems 300 in der 3A umfasst eine Strahlquelle 314, die einen Eingangsstrahl IN2 erzeugt, ansonsten jedoch im Wesentlichen auf dieselbe Weise wie der zweite Messkanal des Systems 100 der 1 arbeitet. Insbesondere können bei dem zweiten Messkanal des Interferometersystems 300 der PBS 340, das QWP 354, die Reflektoren 326 und 328, das Porro-Prisma 330, das QWP 356, das Porro-Prisma 357 und das Detektorsystem 364 denselben Aufbau aufweisen und dieselben Funktionen erfüllen wie der PBS 114, das QWP 115, die Reflektoren 172 und 174, das Porro-Prisma 132, das QWP 116, der Referenzreflektor 118 bzw. das Detektorsystem 160. Die Beschreibung dieser Elemente und Funktionen finden sich oben. Da der erste Messkanal des Interferometersystems 300 eine maximale Phasendifferenz für eine Tischbewegung in der X+Z-Richtung erzeugt, und der zweite Messkanal des Interferometersystems 300 eine maximale Phasendifferenz für eine Tischbewegung in der X-Z-Richtung erzeugt, messen diese Kanäle zwei orthogonale Richtungen in der XZ-Ebene. Eine Tischbewegung in der X- und der Z-Richtung können somit mit einer maximalen Auflösung aus den Messergebnissen der zwei Kanäle des Systems 300 berechnet werden.
Das Interferometersystem 300' der 2 misst bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel auch eine horizontale und vertikale Bewegung des Tisches 220. Jedoch ist das Interferometersystem 300' so positioniert, dass die Trennung zwischen dem System 300 und dem Tisch 220 entlang der Y-Richtung verläuft. Systeme 300' wie das System 300 können beispielsweise unter Verwendung von Interferometersystemen der Typen implementiert werden, die durch 1 oder 3A veranschaulicht sind.
Die Interferometersysteme 300 und 300' liefern zusammen Messungen einer Tischbewegung in der X-, der Y- und der Z-Richtung. Die Systems 300 und 300' messen verschiedene Punkte auf dem Tisch 220 und liefern somit Informationen bezüglich einer Drehung des Tisches 220. Beispielsweise be wirkt eine Neigung des Tisches 220 um einen nicht null betragenden Rollwinkel oder Stampfwinkel, dass sich die Z-Messung aus dem System 300 von der Z-Messung aus dem System 300' unterscheidet. Ferner können Drehungen des Tisches 220 unter Verwendung zusätzlicher Interferometersysteme entweder an denselben Positionen wie die Systeme 300 und/oder 300' oder an den Positionen der Interferometersysteme 400 und/oder 500 gemessen werden.
4A bzw. 4B veranschaulichen eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht eines Interferometersystems 400, das gegenüber dem Interferometersystem 300 positioniert sein kann, wie in 2 gezeigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Interferometersystem 400 einen ersten Messkanal auf, der eine X+Z-Versetzung misst, und einen zweiten Messkanal, der eine Gierungswinkeldrehung des Tisches 220 um die Z-Achse misst. Das Interferometersystem 400 misst die X+Z-Versetzung, von der eine Z-Versetzung an einem Punkt auf dem Tisch 220, der dem Messpunkt des Interferometersystems 300 gegenüberliegt, und Z-Messungen, die aus den Systemen 300 und 400 ermittelt werden, dazu verwendet werden können, eine Stampfdrehung des Tisches 220 zu ermitteln. Ferner kann eine Rollwinkeldrehung um die X-Achse aus der Kombination der Z-Messung aus dem Interferometersystem 300', die einen Punkt misst, der in der Y-Richtung von den Punkten versetzt ist, die die Systeme 300 und 400 messen, und der Z-Messungen aus den Systemen 300 und 400 ermittelt werden. Demgemäß sind die Systeme 300, 300' und 400 ausreichend zum Messen der sechs Freiheitsgrade (z.B. X, Y, Z, Stampfen, Gieren und Rollen) des Tisches 220.
Der erste Messkanal des Interferometersystems 400 verwendet eine Strahlquelle 412, einen PBS 442, einen Drehspiegel 456, einen Messreflektor 422, ein Porro-Prisma 430, ein Polarisationsveränderungselement (oder QWP) 452, einen Referenzreflektor 454 und ein Detektorsystem 462, die denselben Aufbau und dieselbe Funktionsweise aufweisen können wie die Strahlquelle 312, der PBS 340, der Drehspiegel 352, der Messreflektor 322, das Porro-Prisma 330, das QWP 354, der Referenzreflektor 355 bzw. das Detektorsystem 362 der 3A. Alternativ dazu kann das Interferometersystem 400 eine Bewegung in der Z-Richtung unter Verwendung der Strukturen und Techniken messen, die oben für den ersten Messkanal des Systems 100 der 1 beschrieben wurden. Beide Ausführungsbeispiele liefern einen großen Dynamikbereich für die Z-Richtung-Messung, und folglich weist eine Stampfdrehungsmessung unter Verwendung der Z-Messungen aus den Systemen 300 und 400 eine hohe Toleranz bezüglich einer Neigung des Tisches 220 auf. Außerdem bewirken Systeme 300 und 400, die an gegenüberliegenden Enden des Tisches 220 Z-Messungen durchführen, dass Stampfdrehungen einen maximalen Effekt auf die Differenz bezüglich Z-Messungen aufweisen, was die Genauigkeit der Stampfmessung verbessert.
4B veranschaulicht am besten den zweiten Messkanal des Interferometersystems 4B. Wie gezeigt ist, ist der zweite Messkanal ein Winkelinterferometer, das eine Strahlquelle 414, einen PBS 444, ein Polarisationsveränderungselement 452, einen Drehspiegel 458, einen planaren Reflektor 424 und ein Detektorsystem 464 aufweist. Der PBS 444 teilt einen Eingangsstrahl von der Strahlquelle 414, um ein Paar von Strahlen YAW_M (GIEREN_M) und YAW_R (GIEREN_R) zu erzeugen. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird der Strahl YAW_M anfänglich von dem PBS 444 reflektiert und gelangt auf dem Weg zu dem planaren Reflektor 424 durch das QWP 452. Der Strahl YAW_M wird dann von dem Reflektor 424 abreflektiert, kehrt zu dem QWP 452 zurück und weist die Polarisation auf, die den PBS 444 passiert, um einen Bestandteil eines Ausgangsstrahls an den Detektor 464 zu bilden. Der Strahl YAW_R passiert anfänglich den PBS 444, wird von dem Drehspiegel 458 abreflektiert und passiert auf dem Weg zu dem planaren Reflektor 424 das QWP 452. Der Strahl YAW_R wird von dem Reflektor 424 abreflektiert, kehrt durch das QWP 452 zurück und weist anschließend die Polarisation auf, die in dem PBS 444 reflektiert wird, um einen Bestandteil eines Ausgangsstrahls an den Detektor 464 zu bilden.
Beide Strahlen YAW_M und YAW_R empfangen, wenn sie von dem Reflektor 424 reflektiert werden, Doppler-Verschiebungen, die die Geschwindigkeit des Tisches 220 in der X-Richtung angeben. Demgemäß zeigen etwaige Veränderungen der Frequenzdifferenz zwischen den Strahlen YAW_M und YAW_R an dem Detektor 464 eine Differenz der X-Geschwindigkeiten an Punkten, die in der Y-Richtung getrennt sind, auf dem Tisch 220 an und zeigen somit eine Drehung des Tisches 220 um die Z-Achse an. Wie in 4C gezeigt ist, ist die Trennung zwischen den Reflexionsbereichen der Strahlen YAW_M und YAW_R an dem Reflektor 424 vorzugsweise groß, um die durch Gierungsdrehungen bewirkte Geschwindigkeitsdifferenz zu erhöhen. Im Gegensatz dazu ist der Abstand von Reflexionsbereichen der Referenzstrahlen 474 an dem Reflektor 424 und der Abstand von Reflexionsbereichen der Messstrahlen 472 an dem Reflektor 422 geringer, um die Auswirkungen der Tischdrehung zu minimieren.
Bei dem System 200 des exemplarischen Ausführungsbeispiels der 2 liefern die Interferometersysteme 300, 300' und 400 kollektiv Messungen, innerhalb eines großen Dynamikbereichs, der Bewegung in der X-, der Y- und der Z-Richtung sowie einer Stampf-, einer Gierungs- und einer Rolldrehung. Jedoch kann das Interferometersystem 200 der 2 optional ein Interferometersystem 500 einsetzen, um redundante Messungen zu liefern und/oder die Genauigkeit der Messungen zu verbessern. Bei einem Ausführungsbeispiel führt das Interferometersystem 500 eine Messung, in einem großen Dynamikbereich, der Z-Bewegung an einem Punkt auf dem Tisch 220 durch, der dem gegenüberliegt, wenn das Interferometersystem 300' die Z-Bewegung misst. Eine derartige Messung der Z-Bewegung kann beispielsweise unter Verwendung einer Struktur und eines Prozesses des Typs durchgeführt werden, der oben in Bezug auf 1 oder 3A beschrieben wurde. Der große Abstand der Z-Geschwindigkeitsmessungen entlang der Y-Richtung maximiert das Messsignal für eine präzise Messung von Rolldrehungen.
Rollwinkeldrehungen können alternativ dazu unter Verwendung eines Winkelinterferometers gemessen werden, das dem zweiten Messkanal des Interferometersystems 400 der 4B ähnelt, jedoch dahin gehend orientiert ist, zwischen Reflexionsbereichen an einem zu der Y-Achse senkrechten planaren Reflektor einen Abstand entlang der Z-Richtung zu liefern. 5A und 5B zeigen ein Ausführungsbeispiel des Interferometersystems 500, das sowohl die Roll- als auch die Gierungsdrehung des Tisches 220 misst.
5A veranschaulicht am besten einen ersten Messkanal des Interferometersystems 500. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Messkanal ein Winkelinterferometer, das sich bezüglich seiner Geometrie etwas von dem Winkelinterferometer unterscheidet, das den zweiten Messkanal des Interferometersystems 400 der 4B bildet. Das Rollwinkel-Interferometer bei dem Interferometersystem 500 verwendet eine Strahlquelle 512, einen PBS 542, ein Polarisationsveränderungselement (z.B. ein QWP) 552, einen Planaren Reflektor 520, einen Drehspiegel 554 und ein Detektorsystem 562. Der PBS 542 teilt einen Eingangsstrahl von der Strahlquelle 512, um ein Paar von Strahlen ROLL_M (ROLLEN_M) und ROLL_R (ROLLEN_R) zu erzeugen. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel passiert der Strahl ROLL_M auf dem Weg zu dem planaren Reflektor 520 anfänglich den PBS 542 und das QWP 452. Der Strahl ROLL_M wird von dem Reflektor 520 abreflektiert, kehrt durch das QWP 552 zurück und weist dann die Polarisation auf, die in dem PBS 542 reflektiert wird, um einen Bestandteil eines Ausgangsstrahls an den Detektor 562 zu bilden. Der Strahl ROLL_R wird anfänglich in dem PBS 542 reflektiert, wird von dem Drehspiegel 554 abreflektiert und passiert auf dem Weg zu dem planaren Reflektor 520 das QWP 552. Der Strahl ROLL_R wird anschließend von dem Reflektor 520 abreflektiert, kehrt durch das QWP 552 zurück und weist anschließend die Polarisation auf, die den PBS 542 passiert, um einen Bestandteil eines Ausgangsstrahls an den Detektor 562 zu bilden.
Eine Differenz der Doppler-Verschiebungen der Strahlen ROLL_M und ROLL_R, die durch Reflexionen von dem planaren Reflektor 520 bewirkt werden, geben eine Differenz bei Y-Geschwindigkeiten von Punkten an, die in der Z-Richtung beabstandet sind, und geben somit Rolldrehungen um die X-Achse an. Demgemäß kann das Detektorsystem 562 die Änderungen der Frequenzdifferenz zwischen den Strahlen ROLL_M und ROLL_R messen und die Rolldrehungen des Tisches 220 ermitteln. Wie in 5C gezeigt ist, sollte der Abstand zwischen Reflexionsbereichen der Strahlen ROLL_M und ROLL_R an dem Reflektor 520 so groß wie möglich sein, um die Messgenauigkeit zu verbessern.
5B veranschaulicht, dass das Interferometersystem 500 auch einen zweiten Messkanal umfassen kann, um eine alternative oder redundante Gierungsdrehungsmessung durchzuführen. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der zweite Messkanal ein Winkelinterferometer, das eine andere Orientierung, jedoch dieselbe Struktur aufweist wie der zweite Messkanal des Interferometersystems 400. Insbesondere verwendet der zweite Messkanal des Interferometersystems 500 eine Strahlquelle 514, einen PBS 544, ein QWP 552, einen Messreflektor 520, einen Drehspiegel 556 und eine Detektorelektronik 564, die im Wesentlichen genau so aufgebaut sein und fungieren können wie die Strahlquelle 414, der PBS 444, das QWP 452, der Drehspiegel 458, der Reflektor 424 bzw. die Detektorelektronik 464 der 4B.
Das Interferometersystem 200 des exemplarischen Ausführungsbeispiels der 2 kann somit sechs Freiheitsgrade des Tisches 220 messen, indem es unterschiedliche Messungen in unterschiedlichen Teilsystemen 300, 300', 400 und 500 durchführt. Jedoch können Teilsysteme auf verschiedene Art neu angeordnet werden, um verschiedene Messungen in verschiedenen Systemen durchzuführen und/oder um manche der Teilsysteme 300, 300', 400 und 500 gänzlich zu eliminieren.
Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Ausführungsbeispiele von Systemen und Prozessen beschreibt, liefert die Beschreibung lediglich Beispiele von Systemen und Prozessen gemäß den vorliegenden Lehren, die nicht als Einschränkung der Patentansprüche angesehen werden sollten. Obwohl sich die obige Offenbarung beispielsweise auf ein Interferometer konzentrierte, das Doppler-Verschiebungen misst, um die Geschwindigkeit eines Objekts zu identifizieren, könnten Interferometer gemäß alternativen Ausführungsbeispielen Phasendifferenzen messen, um Entfernungen direkt zu messen. Fachleuten werden angesichts des Nutzens der vorliegenden Lehren verschiedene andere Adaptationen und Kombinationen von Merkmalen der offenbarten Ausführungsbeispiele einfallen, die somit in den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche fallen.

Claims

Interferometersystem, das folgende Merkmale aufweist: einen ersten Messkanal, der ein erstes Signal liefert, das eine Messung entlang eines Pfades (156) angibt, die eine erste Komponente entlang einer ersten Richtung zu einem gemessen Objekt (120) und eine zweite Komponente entlang einer zweiten, zu der ersten Richtung senkrechten Richtung aufweist; einen zweiten Messkanal, der ein zweites Signal liefert, das eine Messung angibt, die zumindest eine Komponente entlang der zweiten Richtung aufweist; und ein Verarbeitungssystem (250), das das erste Messsignal und das zweite Messsignal dazu verwendet, eine Messung entlang der ersten Richtung zu ermitteln.
System gemäß Anspruch 1, bei dem der erste Messkanal folgende Merkmale aufweist: einen an dem Objekt (120) angebrachten ersten Reflektor (170), einen in der zweiten Richtung von dem Objekt (120) beabstandeten zweiten Reflektor (132); eine Interferometeroptik (110), die einen Messstrahl in der ersten Richtung zu dem ersten Reflektor (170) lenkt, wobei der Messstrahl von dem ersten Reflektor (170) zu dem zweiten Reflektor (132) reflektiert wird, von dem zweiten Reflektor (132) zu dem ersten Reflektor (170) zurückkehrt; ein Detektorsystem (160), das das erste Signal aus dem Messstrahl und einem dem Messstrahl zugeordneten Referenzstrahl erzeugt.
System gemäß Anspruch 2, bei dem sowohl der erste Reflektor (170) als auch der zweite Reflektor (132) ein Prisma einer konstanten Abweichung umfasst.
System gemäß Anspruch 2, bei dem der erste Reflektor (170) ein Penta-Prisma umfasst.
System gemäß Anspruch 2, bei dem der zweite Reflektor (132) ein Porro-Prisma umfasst, das einen Scheitel entlang der ersten Richtung aufweist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der zweite Messkanal folgende Merkmale aufweist: eine erste und eine zweite reflektierende Facette (142, 144), die an dem Objekt (120) angebracht sind, wobei sich die erste reflektierende Facette (142) in einem Winkel zu der zweiten reflektierenden Facette (144) befindet und die erste und die zweite reflektierende Facette (142, 144) entweder zu der ersten oder der zweiten Richtung nicht-parallel sind; eine Interferometeroptik (110), die einen Strahlkombinierer (114) umfasst und dahin gehend positioniert ist, einen ersten Strahl (152) zum Auftreffen der ersten reflektierenden Facette (142) in die erste Richtung zu lenken, und einen zweiten Strahl (154) zum Auftreffen der zweiten reflektierenden Facette (144) in die erste Richtung zu lenken; ein Detektorsystem (160), das das zweite Signal aus dem ersten und dem zweiten Strahl (152, 154) nach entsprechenden Reflexionen von der ersten und der zweiten Facette (142, 144) erzeugt; und Strahlführungsbauglieder (146, 148), die bezüglich der ersten und der zweiten reflektierenden Facette (142, 144) dahin gehend angeordnet sind, den ersten und den zweiten Strahl (152, 154) dahin gehend zu manipulieren, das Detektorsystem (160) zu erreichen.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der zweite Messkanal folgende Merkmale aufweist: einen Messreflektor (322), der an dem Objekt (220) angebracht und dahin gehend orientiert ist, einen Messstrahl (372) von einem Wandern in der ersten Richtung zu einem Wandern in der zweiten Richtung umzulenken; einen Referenzreflektor (324), der an dem Objekt (220) angebracht und dahin gehend orientiert ist, einen Referenzstrahl, der in der ersten Richtung wandert, zu einer entgegengesetzten Richtung umzulenken; ein optisches System (300), das den Messstrahl (372) in der ersten Richtung bezüglich eines ersten Durchlaufs zu dem Messreflektor (322) lenkt und den Referenzstrahl (374) in der ersten Richtung bezüglich eines ersten Durchlaufs zu dem Referenzreflektor (324) und anschließend bezüglich eines zweiten Durchlaufs zu dem Referenzreflektor (324) lenkt; einen darüber liegenden Reflektor (330), der in der zweiten Richtung von dem Objekt (220) beabstandet ist und dahin gehend positioniert ist, den Messstrahl (372) zurück zu dem Messreflektor (322) zu lenken, der den Messstrahl (372) anschließend zu dem optischen System (300) umlenkt; und ein Detektorsystem (362), das das zweite Signal aus dem Mess- und dem Referenzstrahl (372, 374) erzeugt.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem ein erstes optisches System, das entlang der ersten Richtung von dem Objekt beabstandet ist, Strahlen manipu liert, die der erste Messkanal und der zweite Messkanal verwenden, um das erste Signal beziehungsweise das zweite Signal zu erzeugen.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen dritten Messkanal, der ein drittes Signal liefert, das eine Messung entlang eines Pfades angibt, die eine erste Komponente entlang einer dritten Richtung und eine zweite Komponente entlang der zweiten Richtung aufweist, wobei die dritte Richtung senkrecht zu der ersten und der zweiten Richtung ist; und einen vierten Messkanal, der ein viertes Signal liefert, das eine Messung angibt, die zumindest eine Komponente entlang der zweiten Richtung aufweist, wobei: das Verarbeitungssystem das dritte Messsignal und das vierte Messsignal dazu verwendet, eine Messung entlang der dritten Richtung zu ermitteln; und ein zweites optisches System, das entlang der dritten Richtung von dem Objekt beabstandet ist, manipuliert Strahlen, die der dritte Messkanal und der vierte Messkanal verwenden, um das erste Signal beziehungsweise das zweite Signal zu erzeugen.
System gemäß Anspruch 9, bei dem die Messungen entlang der ersten, der zweiten und der dritten Richtung X-, Z- und Y-Messungen des Objekts liefern.
System gemäß Anspruch 9 oder 10, das ferner einen fünften Messkanal umfasst, der ein fünftes Signal liefert, das eine Messung angibt, die zumindest eine Komponente entlang der zweiten Richtung aufweist, wobei der fünfte Messkanal und der erste Messkanal Messre flektoren verwenden, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des Objekts befinden.
System gemäß Anspruch 11, das ferner einen sechsten Messkanal umfasst, der eine Drehung des Objekts um die zweite Richtung misst.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das Objekt einen Tisch zum Positionieren eines Werkstücks in einem Lithographiesystem umfasst.
Verfahren zum Messen eines Objekts, das folgende Schritte umfasst: Betreiben eines ersten Messkanals in einem Interferometersystem (100), um eine erste Messung entlang eines Pfades zu bestimmen, die eine erste Komponente entlang einer ersten Richtung zu einem gemessenen Objekt und eine zweite Komponente entlang einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung senkrecht ist, aufweist; Betreiben eines zweiten Messkanals des Interferometersystems (100), um eine zweite Messung zu bestimmen, die zumindest eine Komponente entlang der zweiten Richtung aufweist; und Bestimmen einer dritten Messung, die entlang der ersten Richtung erfolgt, aus der ersten Messung und der zweiten Messung.
Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem das Betreiben des ersten Messkanals folgende Schritte umfasst: Lenken eines Messstrahls (156) in der ersten Richtung auf einen ersten Reflektor (170), der an dem Objekt (120) angebracht und dahin gehend orientiert ist, den Messstrahl (156) zu einem zweiten Reflektor (132) zu reflektieren, der in der zweiten Richtung von dem Objekt (120) beabstandet ist; Bilden eines kombinierten Strahls (OUT2) aus dem Messstrahl (156) nach der Reflexion von dem ersten und dem zweiten Reflektor (170, 132) mit einem Referenzstrahl (158); und Messen des kombinierten Strahls (OUT2) für einen Prozess, der die erste Messung bestimmt.
Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem das Betreiben des zweiten Messkanals ferner folgende Schritte umfasst: Lenken eines ersten Strahls (152) in der ersten Richtung zum Auftreffen einer ersten reflektierenden Facette (142) an dem Objekt (120); und Lenken eines zweiten Strahls (154) in der ersten Richtung zum Auftreffen einer zweiten reflektierenden Facette (144), wobei sich die zweite reflektierende Facette (144) in einem Winkel zu der ersten reflektierenden Facette (142) befindet und die erste und die zweite reflektierende Facette (142, 144) entweder zu der ersten oder der zweiten Richtung nicht-parallel sind; und Messen einer Kombination (OUT2) des ersten und des zweiten Strahls (152, 154) nach entsprechenden Reflexionen von der ersten und der zweiten Facette (142, 144).
Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem das Betreiben des zweiten Messkanals folgende Schritte umfasst: Lenken eines Messstrahls (372) in der ersten Richtung bezüglich eines einzigen Durchlaufs zu einem Messreflektor (324), wobei der einzige Durchlauf eine Refle xion von einem ersten Reflektor an dem Objekt und eine Reflexion von einem zweiten Reflektor (330), der von dem Objekt in der zweiten Richtung beabstandet ist, umfasst; Lenken eines Referenzstrahls (374) in der ersten Richtung bezüglich eines ersten Durchlaufs zu und von einem dritten Reflektor (324) an dem Objekt (220); Lenken des Referenzstrahls (374) bezüglich eines zweiten Durchlaufs zu und von dem dritten Reflektor (324); und Messen einer Kombination des Messstrahls (372) und des Referenzstrahls (374), wenn der Messstrahl (372) den einzigen Durchlauf abgeschlossen hat und der Referenzstrahl (374) den ersten und den zweiten Durchlauf abgeschlossen hat.