CN1920475A - 坐标测量器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于判定可穿越台的位置的坐标测量器件，其中将抽空的管插入到两个干涉仪支脚中的较长者中。管由窗口来关闭，窗口具有负的热膨胀系数且可具有用于反射热辐射的涂层。此外，将热补偿板插入到两个光束路径中的较短者中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于判定可穿越台(traversable stage)的位置的坐标测量器件，其中位置判定由干涉仪执行，且其中干涉仪中的测量和参考光束路径的不同路径长度由光透射、关闭的、不可压缩主体来补偿。
背景技术
参考光束干涉仪用于高精度距离和位置测量，且为(例如)半导体工业的掩模和晶片测量装置的重要组件。为了测量目前高度集成的电路的结构，这些器件具有在几纳米范围内的精度。
在高精度干涉仪测量中，在测量光束路径中的可穿越测量物体上的测量镜与参考光束路径中的固定参考镜之间测量相对路径差。出于此目的，返回到镜上的光束重叠，且通过干涉来判定光的相位如何随着测量物体移动而改变。在本文中，光束的波长为测量的基础，且通过将“波长”用作单位来指示相对波长差。光束的波长的长度值为光束所穿过的介质的折射率的函数。其归因于温度、气压和空气湿度的缓慢或快速变化或归因于空气成分的变化而变化。
对一般测量器件的测量的重复性的要求目前在5nm范围内。这就是为什么即使上文所提及的因素中的最小的变化也对测量准确度造成严重影响。为了增加测量准确度，因此有必要减少上文所提及的因素可造成的影响的程度。对于高精度距离测量来说，测量器件因此在人工气候室中操作，在人工气候室中，温度和空气湿度保持恒定。温度和空气湿度的控制准确度具有某些技术限制。同样实际上不可能以合理的努力制造密闭气密的、尤其是压力密封的室，明确地说因为有必要容易且快速地交换测量物体。
US 5,469,260描述干涉仪位置测量的原理。为了增加测量准确度，测量和参考光束路径被围限在两端开口的管内，以规定的方式将温度稳定的空气吹入管中。从DE 196 28 969 C1中已知用于判定可穿越台的位置的一般参考光束干涉仪。在此两光束干涉仪中，通过将光透射、关闭的、不可压缩主体引入到两个干涉仪光束路径中较长的一者中，使得参考光束路径和测量光束路径的延伸到主体外的部分在可穿越测量镜的某一定位处具有相同的长度，来减少波长归因于环境参数而变化的影响。这就是环境因素的变化如何对参考和测量光束路径造成本质上相同的影响且实质上彼此抵消。
当前技术发展水平的缺点在于以下事实：其不再能够达到关于测量的准确度的更严格的要求。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种坐标测量器件，其中环境参数对光束的波长的变化的影响进一步最小化。
通过根据权利要求1所述的装置且通过根据权利要求12、13和14所述的装置来实现此目的。在附属权利要求中界定本发明的有利实施例。
本发明基于以下观点：距离判定中的剩余校正误差实质上归因于参考光束路径与测量光束路径之间的长度差用由环境参数的变化导致的波长变化来衡量。
为了最小化归因于波长的变化的距离判定中的误差，参考光束路径与测量光束路径之间的路径长度的差异因此必须保持尽可能小。
根据本发明，归因于参考镜和测量镜在光束路径中的定位的静态路径长度差由具备窗口的抽空管占用。以此方式，实现了在管内延伸的光束完全屏蔽于环境影响。抽空管内的光束路径的部分为恒定路径长度的距离(即使具有微小的温度变化)，且不受来自波长校正的误差影响。
优选地，前述抽空管的内部压力由传感器监视，且前述抽空管连接到由前述传感器驱动的真空泵。以此方式，可连续地监控真空的品质，且如果有必要可重新调节真空压力。
合适地，前述抽空管的膨胀系数等于或小于钢的膨胀系数，尤其等于或小于玻璃的膨胀系数。这是为了确保管内的恒定路径长度的路径的长度保持实质上不受温度变化影响。
有利地，前述抽空管的壁厚大于内径的10％，尤其大于内径的20％，尤其大于内径的50％，尤其大于内径的100％，尤其大于内径的200％，尤其大于内径的500％，尤其大于内径的1000％。利用这种构造，一方面确保了周围压力的变化和周围温度的变化对管的内部的影响实质上被屏蔽。另一方面，归因于其增加的热容量，前述抽空管很少受快速温度波动影响。这还适用于前述抽空管在长度方面的可能的膨胀。
有利地，抽空管在外侧上具有热绝缘。这是有利的，因为使归因于温度的变化的影响更有效地远离抽空管的内部。
有利地，抽空管为具有特定导热率的材料，前述特定导热率等于或小于铝的导热率(160W/mK)，尤其等于或小于钢的导热率(50W/mK)，尤其等于或小于玻璃的导热率(1W/mK)。这是为了确保使周围温度的变化更有效地远离抽空管的内部。
根据本发明，在一般参考光束干涉仪中解决原先提及的目的，在前述一般参考光束干涉仪中，窗口具有负的热膨胀系数。相应的窗口可包括(例如)N-LAK 21绝缘材料。具有对光束路径有影响的负的热膨胀系数的窗口抵消抽空管的膨胀。
此外，根据本发明在一般参考光束干涉仪中解决原先提及的目的，在前述一般参考光束干涉仪中，窗口具有用于反射热辐射的涂层。因此，避免了热辐射进入抽空管的内部中且使抽空管受到可引起波长变化的温度波动的影响。
根据本发明，在一般参考光束干涉仪中进一步解决原先提及的目的，在前述一般参考光束干涉仪中，将一个或一个以上热补偿板(heatcompensation plate)插入在较短光束路径中，前述一个或一个以上热补偿板对温度和总光学路径的依赖性可与抽空管的窗口对温度和总光学路径的依赖性相当。利用此配置，两个干涉仪光束之间的路径长度变化的温度依赖性由抽空管窗口来补偿。
有利地，前述一个或一个以上补偿板具有与窗口相同的材料，且具有与两个窗口并在一起时相同的总厚度。通过使补偿板在其形式和数目上与抽空管窗口相同，几乎完全消除了抽空管窗口对温度导致的路径长度变化的影响。
尤其有利的是，一个或一个以上补偿板具有稍微小于两个窗口并在一起时的总厚度。它们尤其达到抽空管的长度的1/1000，尤其达到管的长度的1/500，尤其达到管的长度的1/250，比两个窗口并在一起时薄。利用此构造，抽空管的长度的温度依赖性本质上得以补偿。
附图说明
下文将参考对示范性实施例的示意陈述来更详细地描述本发明。在附图中，相同参考标号始终指示相同元件，其中：
图1绘示具有参考光束干涉仪连同其参考光束路径及其测量光束路径的坐标测量器件。
图2绘示用于光束路径补偿的根据本发明的抽空管。
具体实施方式
图1绘示具有参考光束干涉仪10连同其参考光束路径33及其测量光束路径23的坐标测量器件。测量光束冲射在测量镜22上，测量镜22附接在可穿越台20上。可穿越台20相对于固定基座21为可穿越的，且承载测量物体(未图示)。参考光束冲射在参考镜32上，参考镜32附接在固定透镜组合件30上。透镜组合件30聚焦在放置在可穿越台20上的测量物体上的测量点上。在测量过程中，可穿越台20上的测量物体由可穿越台充分移动，使得透镜组合件30聚焦在另一测量点上。两个测量点之间的距离由参考光束干涉仪10来测量，作为可穿越台20相对于透镜组合件30的距离变化。参考光束干涉仪10耦合到用于计算干涉仪的信号的位置判定构件11。在所说明的情况下，参考光束路径33比测量光束路径23长。因此，与测量光束路径23相比，参考光束路径33会更强烈地受波长的变化影响。为了补偿此较强烈的影响，将光束路径补偿以管40的形式插入在参考光束路径33中。因此，对于可穿越台20的假定中心位置而言，参考光束路径33的延伸到管40外的部分的长度大约与测量光束路径23的长度相同，管40通过光透射窗口来关闭，且被抽空。管40内的真空通过管40内的压力传感器50、控制单元51和真空泵52而保持恒定。补偿板60插入在测量光束路径23中，补偿板60本质上与关闭管40的窗口相同。管窗口对参考光束的路径长度变化的温度影响因此被补偿。
图2绘示管40的横截面图。管40由管壁42和用于围限真空41的窗口43组成。窗口43的外侧上具备隔绝热辐射的涂层44。它们可在内侧和外侧上为测量光束附加地提供抗反射涂层(未图示)。管42由热绝缘45环绕。
Claims (16)
1.一种坐标测量器件，其特征在于其包括：
用于判定可穿越台的位置的参考光束干涉仪；
安装在前述可穿越台上的测量镜，其中前述测量镜具有垂直于前述可穿越台的穿越方向的镜表面；
在平行方向上的固定参考镜，测量光束路径朝着前述测量镜对准，且参考光束路径朝着前述固定参考镜对准；
用于从由前述参考光束干涉仪产生的测量信号来判定前述可穿越台的位置的构件；以及
末端处具有光透射窗口的光透射、关闭的、不可压缩的管，插入在前述测量光束路径与前述参考光束路径中的每一较长一者中，使得在前述可穿越台的预定位置处，延伸到前述管外的光束路径的部分在长度方面相等，其中前述管被抽空。
2.根据权利要求1所述的坐标测量器件，其特征在于其中前述管的内部压力由传感器来监视，且前述管连接到由前述传感器驱动的真空泵。
3.根据权利要求1所述的坐标测量器件，其特征在于其中前述管的膨胀系数小于钢的膨胀系数，尤其小于玻璃的膨胀系数。
4.根据权利要求1所述的坐标测量器件，其特征在于其中前述管的壁厚大于内径的10％，尤其大于内径的20％，尤其大于内径的50％，尤其大于内径的100％，尤其大于内径的200％，尤其大于内径的500％，尤其大于内径的1000％。
5.根据权利要求1所述的坐标测量器件，其特征在于其中前述管具有朝着外部的热绝缘。
6.根据权利要求1所述的坐标测量器件，其特征在于其中前述管为具有特定导热率的材料，前述特定导热率等于或小于160W/mK，尤其等于或小于50W/mK，尤其等于或小于1W/mK。
7.根据权利要求1所述的坐标测量器件，其特征在于其中前述光透射窗口具有负的热膨胀系数。
8.根据权利要求7所述的坐标测量器件，其特征在于其中前述光透射窗口具有用于反射热辐射的涂层。
9.根据权利要求1所述的坐标测量器件，其特征在于其中一个或一个以上热补偿板插入在较短光束路径中，前述一个或一个以上热补偿板所具有的对温度和总光学路径的依赖性实质上可与前述光透射窗口对温度和总光学路径的依赖性相当。
10.根据权利要求9所述的坐标测量器件，其特征在于其中前述一个或一个以上补偿板为与前述光透射窗口相同的材料，且所具有的总厚度可与两个前述光透射窗口并在一起时的总厚度相当。
11.根据权利要求9所述的坐标测量器件，其特征在于其中前述一个或一个以上补偿板的总厚度比两个前述光透射窗口并在一起时稍薄，尤其达到前述管的长度的1/1000，尤其达到前述管的长度的1/500，尤其达到前述管的长度的1/250。
12.一种坐标测量器件，其特征在于其包括：
用于判定可穿越台的位置的参考光束干涉仪；
安装在前述可穿越台上的测量镜，前述测量镜的镜表面垂直于前述可穿越台的穿越方向；
在平行方向上的固定参考镜，测量光束路径朝着前述测量镜对准，且参考光束路径朝着前述参考镜对准；
用于从由前述参考光束干涉仪产生的测量信号来判定前述台的位置的构件；以及
末端处具有光透射窗口的光透射、关闭的、不可压缩的管，插入在前述测量光束路径与前述参考光束路径中的每一较长一者中，使得在前述可穿越台的预定位置处，延伸到前述管外的光束路径的部分在长度方面相等，其中前述光透射窗口具有负的热膨胀系数。
13.一种坐标测量器件，其特征在于其包括：
用于判定可穿越台的位置的参考光束干涉仪；
安装在前述可穿越台上的测量镜，前述测量镜的镜表面垂直于前述可穿越台的穿越方向；
在平行方向上的固定参考镜，测量光束路径朝着前述测量镜对准，且参考光束路径朝着前述参考镜对准；
用于从由前述参考光束干涉仪产生的测量信号来判定前述台的位置的构件；以及
末端处具有光透射窗口的光透射、关闭的、不可压缩的管，插入在前述测量光束路径与前述参考光束路径中的每一较长一者中，使得在前述可穿越台的预定位置处，延伸到前述管外的光束路径的部分在长度方面相等，其中前述窗口具有用于反射热辐射的涂层。
14.一种坐标测量器件，其特征在于其包括：
用于判定可穿越台的位置的参考光束干涉仪；
安装在前述可穿越台上的测量镜，前述测量镜的镜表面垂直于前述可穿越台的穿越方向；
在平行方向上的固定参考镜，测量光束路径朝着前述测量镜对准，且参考光束路径朝着前述参考镜对准；
用于从由前述参考光束干涉仪产生的测量信号来判定前述台的位置的构件；以及
末两端处具有光透射窗口的光透射、关闭的、不可压缩的管，插入在前述测量光束路径与前述参考光束路径中的每一较长一者中，使得在前述可穿越台的预定位置处，延伸到前述管外的光束路径的部分在长度方面相等；以及
一个或一个以上热补偿板，插入在前述测量光束路径与前述参考光束路径中的较短者中，前述一个或一个以上热补偿板与前述光透射窗口具有对温度和光学路径的相同的总依赖性。
15.根据权利要求14所述的坐标测量器件，其特征在于其中前述一个或一个以上补偿板为与前述光透射窗口相同的材料，且所具有的总厚度可与两个前述光透射窗口并在一起时的总厚度相当。
16.根据权利要求15所述的坐标测量器件，其特征在于其中前述一个或一个以上补偿板的总厚度比两个前述光透射窗口并在一起时稍薄，尤其达到前述管的长度的1/1000，尤其达到前述管的长度的1/500，尤其达到前述管的长度的1/250。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |