CN104567671A - 测量分度和具有该测量分度的光电位置测量仪 - Google Patents

测量分度和具有该测量分度的光电位置测量仪 Download PDF

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Abstract

本发明题为“测量分度和具有该测量分度的光电位置测量仪”。本发明定义用于在第一方向(X)和垂直于第一方向伸展的第二方向(Y)测量位置的光电位置测量仪的测量分度(1)，其是可以特别容易地制造的，和通过所述测量分度能够精确地测量位置。测量分度(1)包括由在第一方向(X)和第二方向(Y)周期性地布设的光栅单元(2)构成的相栅。光栅单元(2)各自具有由线条形成的外部轮廓，所述线条包括两个相对的第一直边(K1)和两个垂直于所述第一直边伸展的相对的第二直边(K2)以及第一边(K1)与第二边(K2)之间的连接线(K3)，所述连接线分别合围成钝角(α)。

Description

测量分度和具有该测量分度的光电位置测量仪
技术领域
本发明涉及用于在第一方向和垂直于第一方向伸展的第二方向测量位置的光电位置测量仪的测量分度，其包括具有在第一方向和第二方向周期布设的光栅单元的相栅。
所述测量分度在两维测量的光电位置测量仪中被用作标尺。为了位置测量将光束对准测量分度和通过在测量分度上的衍射生成第一分光束，所述分射束与另一个分光束进行干涉。
本发明此外还涉及具有所述测量分度的光电位置测量仪。所述光电位置测量仪用于测量两个可相对移动的被测目标的位置变化。
其中通过光束扫描测量分度和将测量分度上的依据位置调制的光束输送给扫描装置，所述扫描装置从中形成扫描装置的瞬时位置相对测量分度的尺寸。
背景技术
从EP1106972A1中已知所述类型的测量分度和光电位置测量仪。测量分度由光栅单元构成，其包括在第一方向和第二方向周期性地布设的正方形，其中所述正方形构成具有相邻的90°角的棋盘形状。
在DE 4132941 C2中对另一种类型的测量分度和光电位置测量仪进行了说明。测量分度由在第一方向和第二方向周期性地布设的正方形组成，其中正方形彼此相间隔地布设和不互相接触。
发明内容
本发明的任务在于对用于在第一方向和垂直于第一方向伸展的第二方向测量位置的光电位置测量仪的测量分度进行说明，所述测量分度是可容易地制造的，和通过所述测量分度能够在两个测量方向精确地测量位置。
该任务将通过具有权利要求1的特征的测量分度实现。
按照本发明的测量分度包括具有在第一方向和第二方向周期性地布设的光栅单元的相栅。周期性地布设的光栅单元各自具有由线条形成的外部轮廓，所述线条包括两个相对的第一直边和两个垂直于所述第一直边伸展的相对的第二直边以及第一直边与第二直边之间的连接线，所述连接线分别合围成钝角。
所述线条在由第一方向和第二方向撑起的平面内合围成相关联的几何图案。
钝角α是如下定义：90°＜α＜180°。
各个第一直边与第二直边之间的连接线合围钝角，其中所述连接线分别包含直线条和各个边与所述直线条分别合围钝角。
光栅单元的每个分别由凸出的反射面和相对后缩的反射面区域形成，其中所述后缩的反射面区域包围凸出的反射面。所述两个反射面的高度差被称作阶梯高度并且通过其它参数，例如波长和折射率，以熟知的方式定义射入的光束发生的相移。
按照本发明光栅单元的凸出的反射面或相对后缩的反射面分别具有按照本发明的外部轮廓。
其中相栅可以由两个垂直于第一方向和第二方向彼此相间隔地布设的反射层组成，所述反射层布设在透明的间隔层的两侧。其中所述两个层的其中之一形成凸出的反射面和所述两个层的另一个层形成后缩的反射面。当后缩的反射面是贯通的反射面的时候，相栅特别高效地发挥作用。
优选形成相栅是为了抑制第零衍射级。为此优选，这样地选择光栅单元的凸出的反射面的表面部分和后缩的反射面的表面部分，使得能够反射相同的光强度。
连接线形成为直线使测量分度的制造变得简单。其中还有利的是，合围成负的钝角是相同的，尤其为135°。
此外有利的是，在第一边的相互距离与第二边的相互距离相等时。其中生成包含切角的正方形作为线条。
尤其有利的是光栅单元设计成四轴对称结构。其中外部轮廓与第一对称轴镜面对称地伸展，所述第一对称轴垂直于第一边伸展，和与第二对称轴镜面对称地伸展，所述第二对称轴垂直于第二边伸展，和与第三对称轴镜面对称地伸展，所述第三对称轴与第一对称轴呈45°伸展，和与第四对称轴镜面对称地伸展，所述第四对称轴垂直于第三对称轴伸展。
已经表明，如果第二边的长度分别为第一边的相互距离的10％到90％，和第一边的长度同样分别为第二边的相互距离的10％到90％，相对于背景技术衍射特性得以明显改善。
如果第二边的长度分别为第一边的相互距离的30％到70％和第一边的长度分别为第二边的相互距离的30％到70％，会导致进一步的改善。相互距离定义的是各边之间的距离。
至于将测量分度应用于光电位置测量仪中有利的是，第一边平行于两个测量方向的其中之一个方向定向和第二边平行于两个测量方向的另一个方向定向，或第一边向第一测量方向倾斜45°地定向和第二边向第二测量方向倾斜45°地定向。
此外本发明的任务还涉及对一种光电位置测量仪进行说明，通过所述光电位置测量仪能够精确地测量位置。
该任务将通过具有权利要求13的特征实现。
通过本发明一方面能够将测量分度的衍射效率最大化和另一方面也能够在相对较大的表面上实现衍射特性的均质性。这一直很重要，因为所要求的测量分度的平面膨胀应始终较大。尤其是在光刻-系统中使用测量分度或配置有所述测量分度的光电位置测量仪情况下存在所述要求，这是因为一方面借此实现的测量步骤应越变较小和-由不断变大的晶片导致-所要求的测量行程越变越大。可通过本发明实现的在相对较大的表面上的衍射特性的均质性和由此可实现的电扫描信号的很低的信号波动归因于，在按照本发明的光栅单元的结构形式中第零衍射级的最小值处于第一衍射级的最大值。
通过本发明也能够相对容易地制造测量分度。具有光栅单元的外部轮廓不含锐角以及90°角和在两个方向并排布设的外部轮廓不会彼此接触。能够通过具有可变光束光圈(Variable Shaped Beam Technology＝VSB)的电子束记录仪曝光所述结构的光掩模，因为通过几个矩形和/或正方形和/或三角形形式的形状组合可以曝光按照本发明的外部轮廓。
附图说明
附图1是按照本发明的测量分度的俯视图；
附图2是按照附图1的测量分度的剖面图II-II；
附图3是根据测量分度的光栅单元的形状第一衍射级和第零衍射级的强度变化，和
附图4是根据光栅单元的面积比在按照背景技术的测量分度中和按照本发明的测量分度中第一衍射级和第零衍射级的强度变化。
具体实施方式
附图1所示为用于在第一方向X和垂直于第一方向伸展的第二方向Y测量位置的光电位置测量仪的测量分度1的俯视图。测量分度形成由在第一方向X和第二方向Y周期性地布设的光栅单元构成的相栅。按照本发明光栅单元2各自具有由线条形成的外部轮廓，所述线条包括两个相对的第一直边K1和两个垂直于所述第一直边伸展的相对的第二直边K2以及各第一边K1与第二边K2之间的连接线K3，所述连接线分别合围成钝角α。
以有利的方式连接线K3包含直线。第一边K1与直的连接线K3之间以及第二边K2与直的连接线K3之间的钝角α尤其分别为135°。
此外第一边K1的相互距离A1与第二边K2的相互距离A2相等。
特别有利的扩展方案为四轴对称轮廓。其中外部轮廓
与第一对称轴S1镜面对称，所述第一对称轴垂直于第一边K1伸展，和
与第二对称轴S2镜面对称，所述第二对称轴垂直于第二边K2伸展，和
与第三对称轴S3镜面对称，所述第三对称轴与第一对称轴S1呈45°伸展，和
与第四对称轴S4镜面对称，所述第四对称轴垂直于第三对称轴S3伸展。
所述扩展方案具有该优势，光栅单元2的衍射特性在两个方向X和Y是一致的和因此两个方向X和Y的扫描装置能够相同地构成。一方面为方向X和Y生成相同的空间状况，即待处理的衍射级的角度相对X-Y-平面是一致的和待处理的衍射级也具有相同的强度，由此能够为两个方向X和Y使用相同的处理装置。
尤其是当第一边K1平行于两个测量方向X，Y的其中之一个方向Y定向和第二边K2平行于两个测量方向X，Y的另一个方向X定向，或第一边K1向第一方向X倾斜45°地定向和第二边K2向第二方向Y倾斜45°地定向的时候，产生这个有利的条件。
在所示的实施例中测量分度是反射相栅，所述相栅用于通过所谓的反射光测量位置。反射光意味着，从一侧照射相栅和击中相栅的光束被反射地衍射。为了准确地测量位置要求相栅，形成所述相栅是为了尽可能完全地抑制第零衍射级。已经表明，参数为所选择的光栅单元2的面积比F。P1周期性的光栅单元2布设在第一方向X和P2周期性的光栅单元2布设在第二方向Y。每个光栅单元2由第一表面F1和第二表面F2组成。第一表面F1由具有所述外部轮廓的凸出的反射面形成和第二表面F2由光栅单元2的将所述外部轮廓包围的反射面形成。面积比F是F1/F2并且是这样地选择，从击中的光束中分别反射相同的强度(在不考虑衍射的情况下直接反射的光)。这导致在依赖所使用的光线的波长选取的凸出的反射面F1和相对后缩的反射面F2之间的阶梯高度H的情况下消除第零衍射级。
为了精确的和高分辨率的位置测量有利地周期性P1和P2小于10μm。
此外尤其是P1等于P2。
附图2所示为在附图1中示出的相栅的剖面图II-II。光栅单元2的阶梯高度H在本例中是通过两个垂直于第一方向X和第二方向Y相间隔地布设的反射层3和4形成，所述反射层布设在透明的间隔层5的两侧。结构化的层3与在本实施例中贯通的层4之间的阶梯高度H通过其它参数，例如折射率，确定在表面F1上被反射的光束与在表面F2上将反射的光束之间的行程差。
对于在扫描时所使用的光束的大约980nm的波长产生大约为180nm的必需阶梯高度H，以便消除第零衍射级。
反射层3和4可以包含例如铬，黄金，铝和硅等材料。优选使用膨胀系数近乎为零的玻璃作为反射层4的载体，尤其是ZERODUR或ULE。反射层4是贯通地布设在表面1的下面，或只是部分地在表面F1旁边。
例如含硅的材料，尤其像SiO2，Ta2O5适合作为透明的间隔层。
附图3所示为第一衍射级(1.BO)和第零衍射级(0.BO)的与具有光栅单元2的外部轮廓的形状相关的强度变化。根据第二边K2的长度B与第一边K1的相互距离A1之间的比例标注强度变化。为了更好地理解比例B/A1在数值下面图示出光栅单元2及其外部轮廓。附图3为每一个外部轮廓-在分别为对应的外部轮廓的最佳的表面比F的情况下-显示可达到的第一衍射级(1BO)的最大强度I。
根据背景技术按照DE 4132941 C2该比例为B/A1＝0和按照EP1106972 A1该比例为B/A1＝1。从附图3可以看出，第一衍射级(1.BO)在所述两个极限之间的区域具有其最大值。第零衍射级(0.BO)同样在所述两个极限之间的区域具有其最小值。这个新的知识使用在本发明中。
有利的是，第二边K2的长度B分别为第一边K1的相互距离A1的10％到90％，即在0.1和0.9之间选择比例B/A1。该比例也适用于第一边K1，使得第一边K1的长度C分别为第二边K2的相互距离A2的10％到90％，同样在0.1和0.9之间选择比例C/A2。
如果第二边K2的长度B分别为第一边K1的相互距离A1的30％到70％，即在0.3和0.7之间选择比例B/A1，以及第一边K1的长度C为第二边K2的相互距离A2的30％到70％，即在0.3和0.7之间选择比例C/A2，则实现更好的优化。
附图4所示为根据光栅单元2的面积比F在按照背景技术(DE 4132941C2)的测量分度中和按照本发明的测量分度中第一衍射级(1.BO)和第零衍射级(0.BO)的强度变化。对于所示两个光栅单元第零衍射级的强度变化是一致的。从中可以看出，在按照本发明的扩展方案中在制造技术上也具有优势。基于将衍射效率可靠地降低最大可实现的衍射效率的10％在背景技术中导致将第零衍射级的强度最多提高18％。在按照本发明的扩展方案中一方面产生第一衍射级的较高的最大值并在使用10％公差窗口的情况下额外地导致将第零衍射级的强度最多仅提高6％。因此按照本发明设计的测量分度尤其适合使用在高分辨率的位置测量仪中，在所述位置测量仪中通过位置调制的光束通过在测量分度上的多次衍射(每次使用第一衍射级)转向。
按照附图2的层结构以附图3和附图4中的曲线变化为基础，在所述层结构中表面F1的反射率略大于表面F2的反射率。第零衍射级的最大值由此处于F＜0.5范围。在附图2所示的结构中所示情况是通过下述造成，反射层4被透明层5覆盖和由层4反射的光线被层5吸收。
按照本发明设计的测量分度也可以用于测量垂直于X-Y-平面的位置，对此请参考EP 1762828 A2。

Claims (13)

1.用于在第一方向(X)和垂直于第一方向伸展的第二方向(Y)测量位置的光电位置测量仪的测量分度，其包括具有在第一方向(X)和第二方向(Y)周期性地布设的光栅单元(2)的相栅，其特征在于，所述光栅单元(2)各自具有由线条形成的外部轮廓，所述线条包括两个相对的第一直边(K1)和两个垂直于所述第一直边伸展的相对的第二直边(K2)以及各个第一边(K1)与第二边(K2)之间的连接线(K3)，所述连接线分别合围成钝角(α)。
2.根据权利要求1所述的测量分度，其特征在于，所述连接线(K3)是直线，和所述钝角(α)为135°。
3.根据前述权利要求中任一项所述的测量分度，其特征在于，所述第一边(K1)的相互距离(A1)与所述第二边(K2)的相互距离(A2)相等。
4.根据权利要求3所述的测量分度，其特征在于，所述外部轮廓
与第一对称轴(S1)镜面对称，所述第一对称轴垂直于所述第一边(K1)伸展，和
与第二对称轴(S2)镜面对称，所述第二对称轴垂直于第二边(K2)伸展，和
与第三对称轴(S3)镜面对称，所述第三对称轴与第一对称轴(S1)呈45°伸展，和
与第四对称轴(S4)镜面对称，所述第四对称轴垂直于第三对称轴(S3)伸展。
5.根据前述权利要求中任一项所述的测量分度，其特征在于，所述第二边(K2)的长度B分别为所述第一边(K1)的相互距离(A1)的10％到90％，和所述第一边(K1)的长度(C)分别为所述第二边(K2)的相互距离(A2)的10％到90％。
6.根据权利要求5所述的测量分度，其特征在于，所述第二边(K2)的长度B分别为所述第一边(K1)的相互距离(A1)的30％到70％，和所述第一边(K1)的长度(C)分别为所述第二边(K2)的相互距离(A2)的30％到70％。
7.根据前述权利要求中任一项所述的测量分度，其特征在于，所述第一边(K1)平行于两个方向(X，Y)中的方向(X)定向和所述第二边(K2)平行于两个方向(X，Y)的另一个方向(Y)定向。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的测量分度，其特征在于，所述第一边(K1)向第一方向(X)倾斜45°地定向和所述第二边(K2)向第二方向(Y)倾斜45°地定向。
9.根据前述权利要求中任一项所述的测量分度，其特征在于，如此形成相栅以抑制第零衍射级。
10.根据前述权利要求中任一项所述的测量分度，其特征在于，光栅单元(2)分别由第一表面部分(F1)和第二表面部分(F2)组成，其中所述第一表面部分(F1)由凸出的反射面形成和所述第二表面部分(F2)是将所述外部轮廓包围的反射面，和其中凸出的反射面或将这个面包围的反射面具有所述的外部轮廓。
11.根据权利要求10所述的测量分度，其特征在于，光栅单元(2)第一表面部分(F1)和第二表面部分(F2)是这样地选：反射相同的光强度。
12.根据前述权利要求中任一项所述的测量分度，其特征在于，所述相栅是由两个垂直于第一方向(X)和第二方向(Y)彼此相间隔地布设的反射层(3，4)组成，所述反射层布设在透明的间隔层(5)的两侧。
13.具有根据前述权利要求中任一项所述的测量分度的光电位置测量仪。
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