CN100549834C - 位置测量系统和光刻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了用于测量目标位置的位置测量系统，该系统包括：第一增量测量单元，用于测量在基准框架和目标之间的间距中第一间距步长的第一数量，其中所述第一数量等于第一整数值加第一小数部分，以及第二增量测量单元，用于测量在基准框架和目标之间的间距中第二间距步长的第二数量，其中所述第二数量等于第二整数值加第二小数部分，其中所述位置测量系统构造和布置成根据第一数量和第二小数部分初始化第二增量测量单元。

Description

位置测量系统和光刻装置
技术领域
本发明涉及位置测量系统和光刻装置。
背景技术
光刻装置是将期望的图案施加到基底上通常是基底靶部上的一种装置。光刻装置例如可以用于集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件或者可称为掩模或中间掩模版，它可用于产生形成在IC的一个单独层上的电路图案。该图案可以被传递到基底(例如硅晶片)的靶部上(例如包括一部分，一个或者多个管芯)。通常这种图案的传递是通过成像在涂敷于基底的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。一般地，单一的基底将包含被相继构图的相邻靶部的网格。已知的光刻装置包括所谓的步进器，它通过将整个图案一次曝光到靶部上而辐射每一靶部，已知的光刻装置还包括所谓的扫描器，它通过在辐射束下沿给定的方向(“扫描”方向)扫描所述图案，并且同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底来辐射每一靶部。还可以通过将图案压印到基底上把图案从构图部件传递到基底上。
为了精确地将图案传递到基底靶部上，应该了解图案和靶部的相对位置。因此，光刻装置通常具有一个或多个测量系统，以确定如基底或构图部件的位置。这种测量系统的实例有干涉仪系统或编码系统。这两种系统都可以称为增量系统。利用这种位置测量系统，可以确定目标相对选定参照物为预定长度增量的整数倍(或周期)的位置。利用干涉仪，该增量例如可以相应于干涉激光的波长的四分之一。在编码系统的情况下，该增量例如可以相应于编码光栅的周期的四分之一。
为了改进这种增量测量系统的分辨率，研究出多种方法来提供在一个增量(或周期)之中的内插。
这种位置测量系统通常包括增量测量单元，其包括具有传感器的第一部分和与该第一部分的传感器配合的第二部分。在干涉仪系统的情况下，第二部分可以包括反射镜，用于将来自干涉仪激光器的光束反射到传感器。在编码系统的情况下，第二部分可以包括与传感器(在这种情况下该传感器通常包括编码头)配合的一维或二维光栅。由于例如反射镜或光栅的尺寸受到限制，因此限制了测量系统的工作范围。为了增大工作范围，测量系统可以配备有多个传感器，该传感器在所需的工作范围中布置在不同的位置，从而确保在全部所需的工作范围上执行位置测量。在这种多传感器测量系统中，在从第一传感器的位置测量过渡到第二传感器的位置测量的过程中可能产生多个问题。常规地，在所述过渡期间使用第一传感器的一个(或多个)测量值来初始化第二传感器(这种初始化是需要的，因为第二传感器的初始测量可能与参照物无关)。由于这种初始化以第一传感器和第二传感器的测量结果为基础，也就是以可能包含测量误差的测量结果为基础，因此该初始化会对第二传感器导致增大的测量误差。在下一次过渡(或者是从第二传感器的测量过渡到第三传感器的测量，或者是从第二传感器的测量过渡到第一传感器的测量)期间，可能导致测量误差进一步增大。因此，以常规方式使用的多传感器测量系统的精度会由于从一个传感器的测量过渡到另一个传感器的测量而恶化。
发明内容
本发明的实施例包括改进的位置测量系统。在本发明的实施例中，在测量系统的两个传感器之间的接管处理期间改进位置测量系统的精度。
根据本发明的一个实施例，提供一种测量目标位置的位置测量系统，包括：
第一增量测量单元，用于测量在基准框架和目标之间的间距中第一间距步长的第一数量，其中所述第一数量等于第一整数值加第一小数部分，
第二增量测量单元，用于测量在基准框架和目标之间的间距中第二间距步长的第二数量，其中所述第二数量等于第二整数值加第二小数部分，
其中所述位置测量系统构造和布置成根据第一数量和第二小数部分初始化第二增量测量单元。
根据本发明的另一个实施例，提供一种光刻装置，包括：
配置成调节辐射束的照射系统；
构造成支撑构图部件的支座，所述构图部件能够给辐射束在其截面赋予图案以便形成带图案的辐射束；
构造成保持基底的基底台；以及
配置成将带图案的辐射束投影到基底靶部的投影系统，
其中所述装置还包括根据本发明的位置测量系统。
附图说明
现在仅仅通过实例的方式，参考随附的示意图描述本发明的各个实施例，其中相应的参考标记表示相应的部件，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的光刻装置；
图2a和2b示意性地示出了多传感器增量位置测量系统；
图3a-3c示意性地示出了增量位置测量系统中的接管处理(takeover process)；
图4a-4c示意性地示出了根据本发明的接管处理；
图5a-5c示意性地示出了干涉仪系统中的接管处理；
图6a-6e示意性地示出了在包括多个光栅和多个传感器的测量系统中的接管处理；
图7a-7c示意性地示出了包括两个传感器和两个光栅的X-位置测量系统的顶视图；
图8示意性地示出了包括一个传感器和一个光栅的X-位置测量系统的顶视图。
具体实施方式
图1示意性地表示了根据本发明的一个实施例的光刻装置。该装置包括：
照射系统(照射器)IL，其配置成调节辐射束B(例如UV辐射或EUV辐射)。
支撑结构(例如掩模台)MT，其配置成支撑构图部件(例如掩模)MA，并与配置成依照某些参数精确定位该构图部件的第一定位装置PM连接。
基底台(例如晶片台)WT，其构造成保持基底(例如涂敷抗蚀剂的晶片)W，并与配置成依照某些参数精确定位该基底的第二定位装置PW连接。
投影系统(例如折射投影透镜系统)PS，其配置成将由构图部件MA赋予给辐射束B的图案投影到基底W的靶部C(例如包括一个或多个管芯)上。
照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如包括用于引导、整形或者控制辐射的折射光学部件、反射光学部件、磁性光学部件、电磁光学部件、静电光学部件或其它类型的光学部件，或者其任意组合。
支撑结构可以支撑即承受构图部件的重量。它可以一种方式保持构图部件，该方式取决于构图部件的定向、光刻装置的设计以及其它条件，例如构图部件是否保持在真空环境中。支撑结构可以使用机械、真空、静电或其它夹紧技术来保持构图部件。掩模支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。支撑结构可以确保构图部件例如相对于投影系统位于期望的位置。这里任何术语“中间掩模版”或者“掩模”的使用可以认为与更普通的术语“构图部件”同义。
这里使用的术语“构图部件”应广义地解释为能够给辐射束在其截面赋予图案从而在基底的靶部中形成图案的任何装置。应该注意，赋予给辐射束的图案可以不与基底靶部中的期望图案精确一致，例如如果该图案包括相移特征或所谓的辅助特征。一般地，赋予给辐射束的图案与在靶部中形成的器件如集成电路的特殊功能层相对应。
构图部件可以是透射的或者反射的。构图部件的实例包括掩模，可编程反射镜阵列，以及可编程LCD板。掩模在光刻中是公知的，它包括如二进制型、交替相移型、和衰减相移型的掩模类型，以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的一个实例采用微小反射镜的矩阵排列，每个反射镜能够独立地倾斜，从而沿不同的方向反射入射的辐射束。倾斜的反射镜可以在由反射镜矩阵反射的辐射束中赋予图案。
这里使用的术语“投影系统”应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括折射光学系统，反射光学系统、反折射光学系统、磁性光学系统、电磁光学系统和静电光学系统，或其任何组合，如适合于所用的曝光辐射，或者适合于其他方面，如浸没液体的使用或真空的使用。这里任何术语“投影透镜”的使用可以认为与更普通的术语“投影系统”同义。
如这里所指出的，该装置是透射型(例如采用透射掩模)。或者，该装置可以是反射型(例如采用上面提到的可编程反射镜阵列，或采用反射掩模)。
光刻装置可以具有两个(双工作台)或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种“多工作台式”装置中，可以并行使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台或支撑上进行准备步骤，而一个或者多个其它台或支撑用于曝光。
光刻装置还可以是这样一种类型，其中至少部分基底由具有相对高的折射率的液体如水覆盖，从而填充投影系统和基底之间的空间。浸没液体也可以应用于光刻装置中的其他空间，例如应用于掩模和投影系统之间。浸没技术在本领域中是公知的，其用于增大投影系统的数值孔径。这里使用的术语“浸没”不表示结构如基底必须浸没在液体中，而是表示液体在曝光期间位于投影系统和基底之间。
参考图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。辐射源和光刻装置可以是独立的机构，例如当辐射源是受激准分子激光器时。在这种情况下，不认为辐射源构成了光刻装置的一部分，辐射束借助于光束输送系统BD从源SO传输到照射器IL，所述光束输送系统包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器。在其它情况下，辐射源可以是光刻装置的组成部分，例如当源是汞灯时。源SO和照射器IL，如果需要连同光束输送系统BD一起可以称作辐射系统。
照射器IL可以包括调节装置AD，其用于调节辐射束的角强度分布。一般地，至少可以调节在照射器光瞳平面上强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。此外，照射器IL可以包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。照射器可以用于调节辐射束，从而使该光束在其横截面上具有期望的均匀度和强度分布。
辐射束B入射到保持在支撑结构(如掩模台MT)上的构图部件(如掩模MA)上，并由构图部件进行构图。横向穿过掩模MA后，辐射束B通过投影系统PS，该投影系统将光束聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位装置PW和位置传感器IF(例如干涉测量器件、线性编码器或电容传感器)的辅助下，可以精确地移动基底台WT，从而例如在辐射束B的光路中定位不同的靶部C。类似地，例如在从掩模库中机械取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM和另一个位置传感器(图1中未明确示出)来使掩模MA相对于辐射束B的光路精确定位。一般地，借助于长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可以实现掩模台MT的移动，所述长行程模块和短行程模块构成第一定位装置PM的一部分。类似地，利用长行程模块和短行程模块也可以实现基底台WT的移动，其中长行程模块和短行程模块构成第二定位装置PW的一部分。在步进器的情况下(与扫描装置相对)，掩模台MT可以只与短行程致动装置连接，或者固定。可以使用掩模对准标记M1、M2和基底对准标记P1、P2对准掩模MA与基底W。尽管如所示出的基底对准标记占据了指定的靶部，但是它们也可以设置在各个靶部(这些标记是公知的划线对准标记)之间的空间中。类似地，在其中在掩膜MA上提供了超过一个管芯的情况下，可以在各个管芯之间设置掩膜对准标记。
所示的装置可以按照下面模式中的至少一种使用：
1.在步进模式中，掩模台MT和基底台WT基本保持不动，而赋予辐射束的整个图案被一次投影到靶部C上(即单次静态曝光)。然后沿X和/或Y方向移动基底台WT，使得可以曝光不同的靶部C。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单次静态曝光中成像的靶部C的尺寸。
2.在扫描模式中，当赋予辐射束的图案被投影到靶部C时，同步扫描掩模台MT和基底台WT(即单次动态曝光)。基底台WT相对于掩模台MT的速度和方向通过投影系统PS的放大(缩小)和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单次动态曝光中靶部的宽度(沿非扫描方向)，而扫描动作的长度确定了靶部的高度(沿扫描方向)。
3.在其他模式中，当赋予辐射束的图案被投影到靶部C上时，掩模台MT基本保持不动地支撑可编程构图部件，同时移动或扫描基底台WT。在该模式中，一般采用脉冲辐射源，并且在每次移动基底台WT之后，或者在扫描期间两个相继的辐射脉冲之间根据需要更新可编程构图部件。这种操作模式可以容易地应用于采用可编程构图部件的无掩模光刻中，所述可编程构图部件例如是上面提到的可编程反射镜阵列型。
还可以采用上述使用模式的组合和/或变化，或者采用完全不同的使用模式。
为了将图案投影到预定的基底靶部上，光刻装置需要精确的测量系统，用于确定基底台和构图部件的位置。发现干涉仪系统和编码系统适合于精确地确定目标(例如基底台或掩模台)的位置。两个测量系统可以称为增量位置测量系统。在这两种系统中，可以确定目标相对选定参照物作为预定长度间距步长的整数倍(或周期或增量)的位置。在一个增量或间距步长中，可以通过插值确定位置，以便改进测量分辨率。这样，利用下面的公式(1)可以描述位置测量系统的输出信号XOUT，其表示目标的位置(例如X-位置)：
Figure C20061012672800111
其中
p＝测量系统的间距步长
IC＝初始化常数
N＝表示间距步长P数的整数
Figure C20061012672800112
＝介于0和1之间的小数部分
ε＝测量误差
公式(1)中的小数部分
Figure C20061012672800113
也可以表示为位置测量的相位。
一般地，增量位置测量包括增量位置测量单元，该增量位置测量单元包括具有传感器的第一部分和与所述第一部分的传感器配合的第二部分。在干涉仪系统的情况下，第二部分可以包括反射表面(例如反射镜)，用于将来自干涉激光器的光束反射到传感器。在编码系统的情况下，第二部分可以包括与所述传感器配合的一维或二维光栅。第一部分或第二部分安装在目标上，其位置待定(作为一个实例，目标可以是用于保持基底的目标台或光刻装置的构图部件)。
一般地，增量位置测量系统不提供绝对位置测量，而是通过计算间距步长p的数量和在一个周期内利用插值，提供有关在第一位置和第二位置之间移动的距离的信息，所述间距步长数量在从第一位置向第二位置的移动过程中进行检测。因此，为了提供表示目标如相对参照物的位置的输出信号XOUT，或者为了定义基准位置例如零基准，需要进行校准。作为一个实例，从目标的已知位置(例如相对框架的位置)开始，在校准顺序的过程中设定初始化常数IC，使得测量系统的输出信号相应于该已知位置。可替换地，初始化常数IC还可以用于为测量结果定义零基准。还应该注意所述校准可以以另一个位置测量为基础。
位置测量系统的测量范围通常由第二部分的尺寸限制，也就是在干涉仪系统的情况下是反射表面或者在编码系统的情况下是光栅。在其位置待定的目标的工作范围大于测量范围的情况下，人们倾向于增大第二部分的尺寸(例如，增大反射表面或光栅的长度)，或者选择沿所需的工作范围设置多个传感器。图2a中示出了后一种情况。图2a示意性地示出了用于测量具有直线光栅22的目标20的X-位置的测量装置。作为一个实例，所述目标可以是光刻装置的掩模台。直线光栅22示意性地示出为黑白方形的阵列，其表示周期为p的光栅周期。所述测量装置还包括布置成与所述光栅22配合的传感器30的阵列(包括传感器30.1、30.2、30.3和30.4)。为了进行测量，光学传感器应该能够看到光栅22。这样，很明显的是允许目标的位置测量的X-位置的范围在X-方向由光栅的长度确定，因此在仅应用了一个传感器的情况下其仅受X-方向上光栅的长度的限制。利用适当布置的传感器阵列，当第一传感器达到其测量范围的限度时，第一传感器的位置测量可以由相邻的第二传感器接管。图2b示意性地示出了目标20的X-位置，其中光栅位于两个传感器30.1和30.2的前面(假定传感器30.1的输出信号表示目标的位置)。在该位置，两个传感器用于提供表示目标位置的信号。然而，如所论述的，由传感器30.2最初产生的信号并不表示目标的位置；因此需要初始化。该初始化可以使传感器30.2提供表示目标位置的信号，使得传感器30.2接管传感器30.1的位置测量。
图3a、3b和3c示意性地以更详细的方式示出了从一个传感器到另一个传感器的接管处理。图3a示意性地示出了具有光栅22的目标20的初始位置，所述光栅具有周期p。可以进一步假定目标相对基准框架32的X-位置是已知的处于如所示的初始位置(X0)。该位置基准(X0)可以用于校准测量系统，使得传感器30.1的输出信号大体上等于初始位置中的X0。
这可以按照以下方式实现：当测量系统联机地处于初始位置时，传感器30.1可以在进行下面的初始化之前产生输出信号X1OUT_0
Figure C20061012672800121
公式(2)包括初始化常数IC0。最初地，初始化常数可以具有任意值或设定为零。最初地，N10表示在两个位置之间移动的周期数量，其设定为零或具有任意值。
Figure C20061012672800131
表示由测量系统在初始位置确定的相位。参考图3a，
Figure C20061012672800132
可以相应于周期28的小数部分，ε·p表示实际的测量误差。应该注意，测量误差是由标准偏差σε表征的随机变量。这样，包括误差的两个信号相减通常不会消除误差，因为这两个信号的误差是独立地进行考虑的。相反地，相减所得的标准偏差(由其可能分布确定)会产生比σε更大的标准偏差。具有标准偏差a和b的两个独立信号相加(或相减)可导致具有标准偏差为的信号。
为了提供相应于X0的输出信号，数值ICa可以增加到初始化常数IC0的初始值上：
ICa＝X0-X1out_i    (3)
通过以上处理，输出信号就相应于X0。当校准测量系统时，就可以在传感器30.1的测量范围内执行对X-位置的测量。在目标20被移动到传感器30.1的测量范围之外时，需要利用传感器30.2接管位置测量。这种接管可以在如图3b中示意性所示的位置中执行。
用Xt表示如所示的位置中的X-位置，则在该位置(X1OUT_t)传感器30.1的输出信号可以描述为：
Figure C20061012672800134
公式(4)中的IC0表示校准后传感器30.1的初始化常数。
当传感器30.2处于如图3b所示的位置中时，其在下面的初始化之前产生输出信号X2OUT_t：
如所指出的，该输出信号包括在初始化之前最初具有任意值的初始化常数IC2。此外N2t最初具有任意值。一般地，因为还未执行初始化，所以X2OUT_t不相应于Xt。为了获得这种对应(即传感器30.2的输出信号和X-位置Xt之间的对应)，初始化常数ICa可以增加到初始化常数IC2的初始值上：
ICa＝Xt-X2out_t    (6)
当初始化时，就可以从传感器30.2的输出信号获得位置测量。这样，可以形成传感器30.1和传感器30.2之间的接管处理。因此，目标20的位置测量可以由在如图3c所指出的位置中的传感器30.2执行，即在所述位置传感器30.1不再执行位置测量，由此增大目标的工作范围。
如图3a至3c所描述的过程可以总结如下：
首先，第一测量传感器例如根据一基准位置进行校准。为了从第一传感器接管位置测量，使用来自第一传感器的输出信号初始化第二传感器，所述第一传感器处于其中两个传感器能够执行位置测量的位置中。
当目标20处于如图3c所示的位置中时，要求其可以再次重新定位到一个位置，其中所述位置仅可以使用传感器30.1进行测量。
按照惯例，这种从使用传感器30.2的位置测量回到使用传感器30.1的位置测量的接管可以一种方式执行，所述方式类似于从使用传感器30.1的位置测量转到使用传感器30.2的位置测量的接管的方式，也就是说，为了从传感器30.2接管位置测量，使用来自传感器30.2的输出信号初始化传感器30.1，所述传感器30.2处于其中两个传感器都能够执行位置测量的位置。
应该注意，该方法对测量的位置精度具有很大的影响。具体如下所说明的：
假定第一传感器布置成测量目标的位置，则所述传感器如上所述地在基准位置被初始化。传感器的输出信号通常用公式(1)描述，并包含一定的测量误差ε·p(注意，所述测量误差还可以描述为分离误差，而不是周期p的小数部分)。因为初始化常数IC(参见公式(3))以测量为基础，所以该常数还包括测量误差ε·p(假定使用处于不同位置上的传感器或使用传感器阵列中不同的传感器获得的测量误差ε·p对于所有测量大体上相等，以及假定所有误差彼此独立)。
因此，因为初始化常数具有测量误差ε·p，并且实际测量受测量误差ε·p的影响，所以在初始化之后使用处于任意位置的第一传感器的位置测量可能具有比ε·p更大的测量误差。利用标准偏差σε表征测量误差，第一传感器的位置测量的标准偏差大体上等于
Figure C20061012672800141
(因为相加(或相减)独立且具有标准偏差a和b的两个信号可获得等于的标准偏差)。
在利用第二传感器的位置测量的接管处理中，使用第一传感器的位置测量初始化第二传感器。根据公式(6)确定第二传感器的初始化常数。根据公式(6)的初始化常数是第一传感器的测量结果(具有的标准偏差)和第二传感器的初始测量结果(具有标准偏差σε)的函数。因此，第二传感器的初始化常数具有等于
Figure C20061012672800152
的标准偏差。因此，由于受的标准偏差影响的初始化以及由于受标准偏差σε影响的实际测量，在初始化之后使用处于任意位置的第二传感器的位置测量可能进一步导致测量误差增大。在两个误差是独立的情况下，第二传感器的输出信号的标准偏差等于
Figure C20061012672800154
在随后从使用第二传感器的位置测量回到使用第一传感器的位置测量的接管期间重复同一步骤的情况下，第一传感器的标准偏差增大到
Figure C20061012672800155
正如可以看到的，在期望大量的接管处理的情况下，所述接管处理可能会累积接管误差，并导致测量精度显著地降低。
应该注意，通过在多个测量样本的平均值的基础上计算初始化常数，可以在一定程度上减小接管误差的累积。然而，为了使该方法更加有效，应该及时地在比较大的周期上执行求平均值，因为一般来说测量误差ε·p的主要部分是低频的。作为一个实例，频谱可以包括重要的所谓的1/f元件，其含义是频率范围中误差的大小与频率f的倒数成比例。通过求平均值显著地减小接管误差在几个十分之一秒上取样。在大多数情况下，这将导致不期望的产量减小。
在根据本发明的测量系统中，为了减小或缓解接管误差的累积，在接管处理期间可采用不同的方法。
本发明中采用的方法注意到，如所描述的测量系统相对测量相位
Figure C20061012672800156
是明确的：用特定传感器测量的重复的目标位置将导致相同的相位
Figure C20061012672800157
或者可以认为测量相位
Figure C20061012672800158
表示一个周期p(除测量误差之外)内的绝对位置。在传感器阵列中不同传感器之间的相对位置大体上保持不变的情况下，可以很容易地知道一个传感器的测量相位和另一个传感器的测量相位之间的差值在重复的目标位置中同样大体上保持不变。具体如下所说明的：
图4a示意性地示出了目标40、安装在目标上的光栅44(该光栅表示为具有周期p的、另一种黑白方形的阵列(44.1、44.2、44.3和44.4))。图4a还示出了安装在基准框架42上并布置成与光栅44配合的两个传感器46.1和46.2，其用于测量目标的X-位置。假定传感器46.1已经被初始化(例如通过使传感器输出信号等于基准位置中的预定值)，可以从传感器46.1的输出信号获得目标40的位置(即X-位置X1)。
当目标40移动到如图4b所示的位置(X-位置等于X2)时，传感器46.1可以提供表示目标的X-位置的输出信号，所述输出信号可以用初始化常数IC特征化，整数N1表示从基准位置和相位(描述了在实际位置的周期内的位置，即具有基准数量44.1的周期)行进的间距步长(或增量)的数量。为了使传感器46.2接管传感器46.1的位置测量，可以根据传感器46.1的输出信号(表示X-位置X2)和传感器46.2的输出信号之间的差值执行初始化。当传感器46.2联机时，它可以产生通常可表示为下式的任意输出信号Xa：
Figure C20061012672800162
其中IC2表示初始化常数。公式(7)中的下标2表示传感器46.2的变量/常量。公式(7)中的
Figure C20061012672800163
相应于如图4b所示位置中的传感器46.2的相位测量(这样，
Figure C20061012672800164
表示光栅44的周期44.4的小数部分)。当传感器46.2联机时，IC2和N2具有任意的、但是已知的数值(作为一个实例，两个可以都设定为零)。如图4b(X2)所示的目标的X-位置可以用下式描述：
Figure C20061012672800165
IC1、N1和
Figure C20061012672800166
是已知的，并与如图4b所示的X-位置相关。
因此传感器46.1的输出信号(表示X-位置X2)和传感器46.2的输出信号(Xa)之间的差值Δ可以写成：
Figure C20061012672800167
注意，公式9为差值Δ引入了误差ε″·p，其可能比输出信号Xa和X2的测量误差ε·p更大。差值Δ的标准偏差可以用
Figure C20061012672800168
表示，其中σε相应于输出信号Xa和X2的测量误差ε·p的标准偏差。公式9提供了变量N1、N2、
Figure C20061012672800169
和初始化常数IC1、IC2之间的关系。进一步可以发现，对于给定的位置，相位差
Figure C20061012672800171
大体上不变，并由测量系统的几何结构确定。因此，重复的目标位置可以获得相同的相位测量
Figure C20061012672800172
以及相同的相位差
Figure C20061012672800173
为了使传感器46。2接管目标的位置测量，差值Δ可以用于初始化传感器46.2。通过在输出信号Xa上增加差值Δ，例如通过将初始化常数IC2设定为IC2+Δ的初始值，可以实现所述接管。(注意，这与如上所述的常规方法一致)。当初始化传感器46.2时，可以使用传感器46.2测量如图4c所示的目标的X-位置。注意，在如所示的情况下，传感器46.1不提供相应于目标的X-位置的输出信号。在目标随后返回到如图4b所示的位置时，常规方法将根据传感器46.2和传感器46.1的输出信号初始化传感器46.1。然而，如上所述，这将导致测量误差增大。
在根据本发明的测量系统中，之前在传感器46.1和46.2之间形成的关系(如公式9所描述的)可用于以下面的方式(不是在输出信号Xa上增加差值Δ，例如通过将初始化常数IC2设定为IC2+Δ的初始值)初始化传感器46.1：
为了校准传感器46.1使得其输出信号表示目标40的位置，需要IC1、N1和
Figure C20061012672800174
(参见公式8)。因为相位测量
Figure C20061012672800175
是明确的，因此其可以从测量系统获得。这样，待确定的唯一未知的是N1。根据本发明，可以通过之前在传感器参数(例如公式(9))之间形成的关系计算N1。例如通过舍入到最接近的整数值可以实现上述计算。这样，可以消除测量误差，只要这些误差小于半个周期p(通常都是这种情况)。从而，可以大体上校准传感器46.1，而不引入附加的误差。应该注意，可以在一个位置执行从传感器46.2回到传感器46.1的接管，所述位置不同于确定根据公式9的关系的位置。一般地，公式9提供N1、N2、
Figure C20061012672800176
和
Figure C20061012672800177
之间的关系，其概括如下：
Figure C20061012672800178
其中C是常数。
公式10例如可以根据下面的公式11a和11b在N2、
Figure C20061012672800179
和已知时用于确定N1，或者在N1、
Figure C200610126728001711
和
Figure C200610126728001712
已知时确定N2：
Figure C20061012672800181
Figure C20061012672800182
其中round()用于表示已知的对最接近整数的舍入函数。
这样，可以通过类似的方式执行随后从使用传感器46.1的位置测量到使用传感器46.2的位置测量的接管，并且大体上不会引入附加的测量误差。很明显的是当存在超过两个传感器的情况下，例如可以在第二传感器和第三传感器之间确定类似的关系，以便执行从使用第二传感器的位置测量到使用第三传感器的位置测量的接管。
应该注意，还可以在第二传感器的初始化处理期间引用舍入处理。其说明如下：假定第一传感器46.1在已知的目标位置被校准，从而知道IC1、N1和
Figure C20061012672800183
当传感器46.2联机时，应该确定IC2、N2。从传感器46.2的测量结果获得
Figure C20061012672800184
为了初始化N2，可以将IC2设定为零，并使用公式11b初始化N2。当发现N2的数值用于产生输出信号时，由于用来获得N2的舍入函数，输出信号通常不对应于实际位置。为了使输出信号对应于实际位置，通过使其等于实际位置(例如对应于第一传感器46.1的输出信号)减去传感器46.2的输出信号(在引入计算的N2之后)，可以校准IC2。
测量系统可以包括控制单元，用于处理传感器阵列中各个传感器的输出信号。控制系统可以布置成选择和/或处理一个或多个输出信号，以便产生适合于例如在位置控制器中使用的输出信号。当传感器参数N1、N2、
Figure C20061012672800185
和
Figure C20061012672800186
之间的关系形成(例如参见公式9或10)时，其例如可以应用于测量系统的控制单元或分离单元中，从而执行根据本发明的接管处理。测量系统的控制单元可以进一步地布置成执行舍入处理，从而确定表示从待初始化的传感器的基准位置行进的周期数的整数。
应该注意，根据本发明的接管处理还可以应用于零差或外差干涉测量系统。这种测量系统同样需要使用第一传感器的位置测量到使用第二传感器的位置测量的接管。
图5a示意性地示出了一种干涉仪测量系统，其用于测量目标50(例如光刻装置的基底台)相对基准框架60的Y-位置。该测量系统包括传感器62的阵列，所述阵列具有安装在基准框架60上的第一传感器62.1和第二传感器62.2。一反射镜(通常是反射表面)64安装在目标50上，以便将激光束反射到传感器62.1和62.2上。通过计算被检测到的周期数(例如每个周期相应于激光束的波长的四分之一)和通过在一个周期内插值，可以利用干涉仪测量系统确定目标的Y-位置。通过使用传感器阵列，可以沿X-方向在移动范围上确定目标的Y-位置，所述移动范围大于反射镜沿X-方向的长度。图5b和5c示意性地示出了目标50的两个X-位置。在如图5b所示的X-位置，使用传感器62.1确定目标的Y-位置。在如图5c所示的X-位置，使用传感器62.2确定目标的Y-位置。为了将目标从如图5b所示的位置移动到如图5c所示的位置，同时保持Y-位置测量，可以在传感器62.1和62.2之间执行根据本发明的接管处理。在外差干涉仪系统中，可以相对基准信号计算增量的数量和插值以确定相位。一般地，两个传感器可以使用相同的基准信号，或者在基准信号之间存在固定的偏移。这样，可以形成在如公式10所描述的传感器参数之间的关系，从而应用本发明的接管处理。
应该注意，激光束66和68可以来自同一激光源或来自不同激光源。在后一种情况下，用传感器62.1执行的Y-测量具有的周期(或增量)与使用传感器62.2执行的Y-测量的周期不同。
一般地，当对于两个传感器应用不同的周期时，可以通过类似的方式应用根据本发明的接管处理。在这种布置中，在参数N1、N2、和
Figure C20061012672800192
之间形成的关系(表示相位的测量和传感器经过的整数个周期)可以扩展成包括第一传感器的周期p1和第二传感器的周期p2。这可以按照以下方式操作。假定增量位置测量系统如干涉仪系统或编码系统(例如Y-测量)包括第一(下标1)传感器和以不同周期操作的第二(下标2)传感器，则第一传感器的输出信号YOUT_1和第二传感器的输出信号YOUT_2可以描述为下式：
Figure C20061012672800193
                (12)
Figure C20061012672800195
其中p1，p2＝各个传感器的增量测量系统的周期
IC1、IC2＝各个传感器的初始化常数
N1、N2＝表示各个传感器的周期数量的整数
＝介于0-1之间表示在各个传感器的一个周期内插值的小数部分
ε＝测量误差。
两个传感器的输出信号之间的差值Δ’可以采取以下形式：
Figure C20061012672800202
并且可以用于导出参数N1、N2、
Figure C20061012672800203
p1和p2之间的以下关系：
Figure C20061012672800204
其中C′是常数。
注意，关于如公式13所指出的误差，对于公式9所作出的考虑是正确的，即差值Δ’的标准偏差可以大于公式12中输出信号的标准偏差。公式14可以根据下面的公式15a和15b在N2、
Figure C20061012672800205
和
Figure C20061012672800206
已知时用于确定N1，或者在N1、
Figure C20061012672800207
和已知时确定N2：
Figure C200610126728002010
其中round()用于表示已知的对最接近整数的舍入函数。
利用公式15a和15b，当以不同的周期操作涉及的传感器时，可以执行在本发明中使用的接管处理。
根据本发明的接管处理还可以应用于包括多个光栅和多个传感器的测量系统。图6a示意性地示出了这种布置，其包括安装在基准框架84上的两个光栅80、82、沿X-方向相对框架88移动的目标86以及布置成与所述光栅80、82配合的两个传感器90、92，所述两个传感器沿X-方向彼此相邻布置并安装在目标86上。在这种布置中，可以应用如本发明中所应用的接管处理，从而从使用第一光栅的位置测量转到使用第二光栅的位置测量。从如图6b所示的初始位置(由与光栅80配合的传感器92执行位置测量)出发，目标可以移动到如图6c所示的位置。在目标移动到如图6d所示的位置时，位置测量首先应该由与光栅80配合的传感器90接管。这可以使用在本发明中应用并在图4b中说明的接管处理来实现。当位置测量由与光栅80配合的传感器90接管时，目标86可以移动到如图6d所示的位置。在如图6d所示的位置中，通过在本发明中应用的接管处理，使用与光栅80配合的传感器90的位置测量可以变化到使用与光栅82配合的传感器92的位置测量。注意，光栅82具有与光栅80不同的周期。当使用与光栅82配合的传感器92建立位置测量时，目标例如可以移动到如图6e所示的位置。
应该注意，所描述的发明还可以应用于监控测量系统中某些移动元件，例如从传感器到传感器的距离或光栅的长度。根据本发明的接管处理应用之前在从不同传感器获得的参数(例如参见公式10-14)之间形成的关系。该关系例如可在测量系统的校准过程中建立。在相对慢移动的测量系统中，传感器参数之间的关系可以随时间而变化。因为每次执行接管处理时都可以确定传感器参数之间的关系，所以可以监控这种变化，从而获得C的实际值。将该实际值与初始形成的值比较可提供测量系统随时间而移动的信息。通过监控作为时间的函数的C，并对其校正，根据本发明的接管处理还可以应用于相对慢移动的系统。
应该注意，本发明同样可以应用于布置成在超过一个自由度中测量位置的测量系统。作为一个实例，本发明可以应用于2D编码测量系统。这种系统包括构造和布置成与二维光栅配合的多个传感器，从而确定目标在X-方向和Y-方向上的位置。为了执行根据本发明的接管处理，可以对这两个方向形成如公式9或10中描述的关系。通过组合以编码器为基础的测量系统和以干涉仪为基础的测量系统也可以获得多维测量系统。在这种系统中，根据本发明的传感器接管可以应用于这两个测量系统。在一个具体的实施例中，这种多维测量系统包括沿第一方向与一传感器配合的光栅图案，其用于测量光栅相对传感器在所述第一方向的位置，所述传感器进一步布置成测量光栅相对传感器在第二方向的位置，所述第二方向大体上垂直于包括所述光栅图案的平面。为了测量传感器相对光栅在第二方向的位置，使用光栅作为反射表面以将测量光束(其例如来自干涉激光器)反射到传感器。这种测量系统例如可以应用于光刻装置中，用于测量平台沿X-方向和Z-方向的位置。本发明可在这种系统中为两种位置测量提供传感器接管。
还应该注意，根据本发明的接管处理还可以应用于如图7a-7c所示的情况。图7a示意性地示出了一种位置测量系统，其使用两个光栅100、105和两个传感器120和125测量目标110的X-位置，所述传感器安装在目标上并布置成与光栅配合，从而确定目标沿X-方向相对光栅的位置。每个光栅100、105包括沿X方向交替并沿Y方向延伸的图案，使得目标110可以沿Y-方向移动，同时传感器保持与所述光栅配合。当目标沿Y-方向移动相对大的距离时，所述配合可能失效。在目标110沿Y-方向移动到如图7b所示的位置时，传感器120不再能够与光栅100配合而提供X-位置测量。可替换地，当目标处于如图7c所示的Y-位置时，不能使用与光栅105配合的传感器125执行X-位置测量。为了允许目标110沿Y-方向例如从图7b的位置移动到图7c的位置且不丢失X-位置信息，当传感器处于如图7a所示的位置时，可以在传感器120和125之间应用根据本发明的接管处理。初看起来，提供两个光栅和两个传感器来执行如所示的X-位置测量看起来有些麻烦。可以设想，通过使用一个扩大的、与一个传感器配合的光栅，可以避免所述接管处理，如图8所示。图8示意性地示出了光栅140，其布置成与安装在目标160上的传感器150配合，其中所述光栅和传感器布置成相互配合，用于提供目标的X-位置测量。然而应该注意，这种如图8所示的布置可能具有一些实际的缺点。首先，在各种情况下都应用如图8所示的较大的光栅是不可行的，因为可能要求在某一部分Y-范围上具有开口，例如允许投影光束通过。其次，从制造的观点来看，有利的是使用多个较小的光栅，而不是一个较大的光栅。至少对于这些原因，在一些情况中如图7a-7c所示的布置是优选的或所需的。
尽管在本申请中可以具体参考使用该光刻装置制造IC，但是应该理解这里描述的光刻装置可能具有其它应用，例如，用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等等。本领域技术人员应该理解，在这种可替换的用途范围中，这里任何术语“晶片”或者“管芯”的使用可以认为分别与更普通的术语“基底”或“靶部”同义。在曝光之前或之后，可以在例如涂布显影装置(通常将抗蚀剂层施加于基底上并将已曝光的抗蚀剂显影的一种工具)、计量工具和/或检验工具中对这里提到的基底进行处理。在可应用的地方，这里的公开可应用于这种和其他基底处理工具。另外，例如为了形成多层IC，可以对基底进行多次处理，因此这里所用的术语基底也可以指已经包含多个已处理的层的基底。
尽管在上面可以具体参考在本申请的光学光刻法中使用本发明的实施例，但是应该理解本发明可以用于其它应用，例如压印光刻法，在本申请允许的地方，本发明不限于光学光刻法。在压印光刻法中，构图部件中的外形限定了在基底上形成的图案。构图部件的外形还可以挤压到施加于基底上的抗蚀剂层中，并在基底上通过施加电磁辐射、热、压力或上述方式的组合使抗蚀剂固化。在抗蚀剂固化之后，可以将构图部件从抗蚀剂中移出而留下图案。
这里使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有大约365，355、248，193，157或者126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围内的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。
本申请使用的术语“透镜”可以表示任何一个各种类型的光学部件或其组合，包括折射光学部件、反射光学部件、磁性光学部件、电磁光学部件和静电光学部件。
尽管上面已经描述了本发明的具体实施例，但是应该理解可以不同于所描述的实施本发明。例如，本发明可以采取计算机程序的形式，该计算机程序包含一个或多个序列的描述了上面所公开的方法的机器可读指令，或者包含其中存储有这种计算机程序的数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)。
上面的描述是为了说明，而不是限制。因此，对本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离下面描述的权利要求的范围的条件下，可以对所描述的发明进行各种修改。

Claims (17)

1.一种用于测量目标位置的位置测量系统，包括；
第一增量测量单元，用于测量在基准框架和目标之间的间距中第一间距步长的第一数量，其中所述第一数量等于第一整数值加第一小数部分，
第二增量测量单元，用于测量在基准框架和目标之间的间距中第二间距步长的第二数量，其中所述第二数量等于第二整数值加第二小数部分，
其中所述位置测量系统构造和布置成根据第一数量和第二小数部分初始化第二增量测量单元。
2.如权利要求1所述的位置测量系统，其中在第二增量测量单元的初始化过程中，根据第一整数值、第一小数部分、第二整数值和第二小数部分之间的预定关系确定第二整数值。
3.如权利要求1所述的位置测量系统，其中所述位置测量系统构造和布置成根据位置测量利用第一增量测量单元校准第二增量测量单元。
4.如权利要求2所述的位置测量系统，其中第一增量测量单元XOUT1的输出信号等于
Figure C2006101267280002C1
其中：
p1＝第一间距步长的大小
IC1＝初始化常数
N1＝第一整数值
ε1＝测量误差
以及其中第二增量测量单元XOUT2的输出信号等于
Figure C2006101267280002C3
其中：
p2＝第一间距步长的大小
IC2＝初始化常数
N2＝第二整数值
Figure C2006101267280003C1
ε2＝测量误差。
5.如权利要求4所述的位置测量系统，其中通过使在测量位置处的第一增量测量单元的输出信号XOUT1等于在测量位置处第二增量测量单元的输出信号XOUT2，获得预定的关系或校准。
6.如权利要求4所述的位置测量系统，其中通过以下步骤获得预定的关系，
校准第一测量位置处的增量测量单元，由此初始化IC1和N1，
初始化第二测量位置处的第二增量测量单元，使得在第二测量位置处的第二增量测量单元的输出信号XOUT2相应于在第一测量位置处的第一增量测量单元的输出信号XOUT1，由此初始化IC2。
7.如权利要求4所述的位置测量系统，其中第二增量测量单元的初始化包括利用舍入操作来换算第二整数值N2。
8.如权利要求1所述的位置测量系统，其中第一增量测量单元包括光栅以及构造和布置成与所述光栅配合的第一编码器，其中第二增量测量单元包括构造和布置成与所述光栅配合的第二编码器，并且其中第一间距步长是光栅节距的函数。
9.如权利要求8所述的位置测量系统，其中光栅安装在基准框架上，第一和第二编码器安装在目标上。
10.如权利要求8所述的位置测量系统，其中光栅安装在目标上，第一和第二编码器安装在基准框架上。
11.如权利要求9所述的位置测量系统，其中第二增量测量单元包括另一个光栅，所述另一个光栅构造和布置成与第一编码器或与第二编码器配合。
12.如权利要求1所述的位置测量系统，第一增量测量单元包括反射表面，所述反射表面构造和布置成将位置测量系统中干涉仪的辐射束反射到第一增量测量单元的第一光学传感器或第二增量测量单元的第二光学传感器上，并且其中第一间距步长是辐射束的波长的函数。
13.如权利要求12所述的位置测量系统，其中反射表面安装在目标上，光学传感器安装在基准框架上。
14.如权利要求12所述的位置测量系统，反射表面安装在基准框架上，光学传感器安装在目标上。
15.如权利要求12所述的位置测量系统，其中第二增量测量单元包括另一个反射表面，该另一个反射表面构造和布置成将位置测量系统中干涉仪的辐射束反射到第一光学传感器或第二光学传感器上。
16.如权利要求1所述的位置测量系统，其中位置测量系统构造和布置成根据第二数量和第一小数部分初始化第一增量测量单元。
17.一种光刻装置，包括：
配置成调节辐射束的照射系统；
构造成支撑构图部件的支座，所述构图部件给辐射束在其截面赋予图案从而形成带图案的辐射束；
构造成保持基底的基底台；和
配置成将带图案的辐射束投影到基底靶部上的投影系统；
其中所述装置还包括根据权利要求1的位置测量系统，其用于测量基底或基底台的位置。
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