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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Inkrementalgeber und eine Lithographievorrichtung. Insbesondere wird ein Inkrementalgeber zum Erkennen von Verschiebungen oder Bewegungen optischer Elemente vorgeschlagen. Der Inkrementalgeber kann als Teil eines Messgerätes oder eines Codierers zum Messen einer relativen Verschiebung oder Bewegung eingesetzt werden.
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Optische Codierer oder Inkrementalgeber nutzen Beugungserscheinungen an einem Gitter, um Messsignale zu erzeugen und auszuwerten. Beispielsweise werden zyklische Signale erzeugt, durch ein optisches System mit Gittern geleitet und verschiedene Interferenzmuster gemessen. Durch die Phasengitter werden gebeugte Strahlanteile erzeugt, welche beispielsweise von Photosensoren erfasst werden. Aus den Signalen kann eine relative Verschiebung mehrerer Gitter zueinander erkannt werden.
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Aus der
EP 1 970 673 A1 ist eine Codiereinrichtung bekannt, die mehrere Gitter, Strahlteiler, Photoempfänger und Auswerteeinrichtungen in einem Strahlengang umfasst. Gemäß der EP 1 970 673 A1 wird ausgenutzt, dass Informationen über Strahlpositionen von Lichtanteilen, die durch den Strahlteiler auf ein bewegliches Referenzgitter geleitet werden, mit Interferenzmustern, welche aus dem zweiten Lichtanteil erzeugt werden, verglichen werden. Nachteilig ist dabei, dass im Wesentlichen nur eine Bewegungsrichtung des beweglichen Gitters erfasst werden kann. Wünschenswert indes wäre eine Erfassung von mehreren beweglichen Elementen wie Gittern in einem Strahlengang.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Inkrementalgeber oder Codierer bereitzustellen.
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Demgemäß wird ein Inkrementalgeber mit einem ersten beweglichen Referenzgitter, einem zweiten beweglichen Referenzgitter, einem feststehenden Skalengitter in einem Strahlengang und einer Lichterfassungseinrichtung zum gleichzeitigen Detektieren und ersten Strahlanteilen eines ersten Beugungsmusters, welches dem ersten Referenzgitter zuordenbar ist, und von zweiten Strahlanteilen eines zweiten Beugungsmusters, welcher dem zweiten Referenzgitter zuordenbar ist, vorgeschlagen. Dabei haben das erste Referenzgitter und das zweite Referenzgitter unterschiedliche Gitterkonstanten.
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Der vorgeschlagene Inkrementalgeber ermöglicht mit Hilfe nur eines Lichtsensorsystems, beispielsweise der Lichterfassungseinrichtung, die Erkennung von zwei Bewegungsrichtungen des ersten bzw. des zweiten Referenzgitters. Aufgrund der unterschiedlichen Gitterkonstanten lassen sich mit Hilfe nur einer Lichterfassungsvorrichtung die Beugungsmuster jeweils der Beugungsordnung +1 und –1 mit Hilfe von Photoelementen getrennt erfassen. Dadurch kann die jeweilige aktuelle Bewegung erkannt werden.
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In einer Ausführungsform umfasst der Inkrementalgeber ferner:
einen Strahlteiler, welcher eingerichtet ist, auf das erste Referenzgitter gerichtetes Licht in einen ersten Lichtanteil und einen zweiten Lichtanteil zu teilen, wobei der erste Lichtanteil auf das erste Referenzgitter geleitet wird und der zweite Lichtanteil Informationen über eine Einstrahlungsposition des ersten Lichtanteils auf das erste Referenzgitter aufweist
einen Lichtsensor, welcher den zweiten Lichtanteil umfasst und ein Sensorsignal erzeugt; und
eine Auswerteeinrichtung, welche eingerichtet ist in Abhängigkeit von dem Sensorsignal des Lichtsensors die Information über die Einstrahlungsposition des ersten Lichtanteils zu ermitteln.
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Wie in der
EP 1 970 673 ausgeführt ist, erfolgt ein Erkennen von relativen Bewegungen mit Hilfe der beweglichen Referenzgittern unter Berücksichtigung von festen Ortspositionen des Strahlteilers, der Lichtsensoren und des oder der Skalengitter. Allerdings ermöglicht das Vorhalten des ersten und zweiten jeweils beweglichen Referenzgitters mit unterschiedlichen Gitterkonstanten und damit Beugungsmustern die Erfassung von zwei Bewegungen. Beispielsweise kann das erste und zweite Referenzgitter an optischen Elementen befestigt sein, deren Bewegungen mit Hilfe des Inkrementalgebers erfasst werden sollen.
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Ausführungsformen des Inkrementalgebers sehen vor, dass das Skalengitter in einem Strahlgang zwischen dem ersten und dem zweiten Referenzgitter angeordnet ist.
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In Ausführungsformen sind die Referenzgitter im Wesentlichen senkrecht zur Strahlrichtung beweglich.
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Die Referenzgitter können beispielsweise senkrecht zueinander orientiert sein. Dadurch wird ermöglicht, die sich ergebende Beugungsmuster räumlich durch die Lichtsensoren getrennt erfassbar werden.
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In Ausführungsformen des Inkrementalgebers hat die Lichterfassungseinrichtung mehrere Lichtsensoren, welche derart angeordnet sind, dass Strahlanteile von mindestens drei Beugungsordnungen für das erste Referenzgitter und für das zweite Referenzgitter erfasst werden. Es kann sich dabei beispielsweise um die Beugungsordnungen +1, –1 und 0 handeln.
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Ausführungsformen des Inkrementalgebers sehen eine Lichtquelle vor, welche eingerichtet ist, Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen zu erzeugen, wobei eines der Referenzgitter für eine der beiden Wellenlängen im Wesentlichen transparent ist. Man kann die Referenzgitter bezüglich der Lichtwellenlänge derart gestalten, dass die zu erfassenden Beugungsmuster gut einzeln detektierbar sind.
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Der Inkrementalgeber ist in Ausführungsformen derart ausgestaltet, dass das erste und/oder das zweite Referenzgitter für einen Durchlichtbetrieb geeignet sind. Alternativ kann der Inkrementalgeber mit einem ersten und/oder zweiten Referenzgitter ausgestattet sein, welche für einen Reflexionsbetrieb vorgesehen sind.
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Es wird ferner eine Lithographievorrichtung vorgeschlagen, welche mindestens einen Wafer, ein Retikel oder eine Maske und einen Inkrementalgeber wie vorgeschrieben umfasst. Dabei ist das erste Referenzgitter an den Wafer oder eine Waferaufnahme gekoppelt und das zweite Referenzgitter an das Retikel oder die Maske gekoppelt. Damit lassen sich Relativbewegungen des Wafers bzw. des Retikels zueinander leicht mit Hilfe von nur einer Lichterfassungsvorrichtung messen.
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Weitere mögliche Implementierungen oder Varianten des Inkrementalgebers oder der Lithographievorrichtung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserung oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform hinzufügen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für eine Encodereinrichtung mit einem Inkrementalgeber;
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2: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels für eine Encodereinrichtung mit einem Inkrementalgeber; und
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3: eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels für eine Encodereinrichtung mit einem Inkrementalgeber.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für eine Encodereinrichtung mit einem Inkrementalgeber. Der Inkrementalgeber 1 umfasst dabei eine Lichtquelle 10, welche beispielsweise kohärentes Laserlicht erzeugt. Das Licht fällt auf einen beweglichen Drehspiegel 11, welcher von einem Antrieb 12 angetrieben ist. Der Drehspiegel 11 reflektiert das Laserlicht aus der Lichtquelle und ist um die y-Achse gedreht. Das Licht wird dabei auf eine Kollimationslinse 13 umgelenkt, welche das Licht auf ein Referenzgitter 3 strahlt. Die Kollimationslinse 13 erzeugt im Wesentlichen paralleles Licht. In Abhängigkeit von der Winkelorientierung des Spiegels entsteht somit ein periodisch moduliertes Licht hinter der Kollimationslinse 13. Das Referenzgitter 3 ist in der x-Richtung R2 prinzipiell beweglich. Bei dem Referenzgitter 3 handelt es sich um ein Gitter, das beispielsweise parallele geätzte Linien umfasst, die eine Gitterkonstante vorgeben. Das durch das Referenzgitter 3 gebeugte Licht 23 trifft auf eine Skalenplatte oder Skalengitter 4. Man erkennt in der Darstellung der 1, dass das Licht 23 insbesondere die Beugungsordnungen +1 und –1 erzeugt.
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Das von dem Skalengitter 4 gebeugte Licht fällt auf einen halbdurchlässigen Spiegel 6 bzw. einen Strahlteiler. Der Strahlteiler 6 lenkt einen ersten Lichtanteil L1 in Durchlassrichtung auf ein zweites Referenzgitter 2, welches ebenfalls in x-Richtung R1 beweglich ist. Ein zweiter Lichtanteil L2 wird auf ein weiteres Skalengitter 5, das senkrecht zu dem ersten und zweiten Referenzgitter 2, 3 und dem Skalengitter 4 steht, gelenkt. Das entsprechend durch das Skalengitter 5 gelenkte Licht trifft auf einen Lichtsensor 8, der ein entsprechendes Sensorsignal liefert. Das Sensorsignal ist über den gestrichelten Pfeil angedeutet.
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Der in z-Richtung geleitete Lichtanteil L1 durch das bewegliche Referenzgitter 2 fällt auf einen weiteren Lichtsensor 9, der ebenfalls ein als gestrichelter Pfeil dargestelltes Sensorsignal liefert. Die Sensorsignale werden einer Auswerteeinrichtung 22 zugeleitet.
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Die in 1 dargestellten Gitter 3, 4, 2, 5 sind für den Durchlichtbetrieb eingerichtet. Die beiden beweglichen Referenzgitter 3, 2 haben unterschiedliche Gitterkonstanten und damit verschiedene Beugungswinkel für die Beugungsordnungen +1 und –1. Die verschiedenen erzeugten Beugungsmuster überlagern dabei und interferieren. Aufgrund der unterschiedlichen Gitterkonstanten der Referenzgitter 2, 3 lassen sich deren Bewegung R1, R2 entlang der X-Achse, also senkrecht zur Gitterorientierung, bestimmen. Dies erfolgt insbesondere mit nur einem Lichtsensor 9 durch geeignete Auswertung des Sensorsignals.
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Der Lichtanteil L2 umfasst Informationen über den Ort des in Richtung zu dem Referenzgitter
2 gestrahlten Beugungslicht vom Skalengitter
4. Insbesondere kann daher auch eine Auswertung der Sensorsignale der Sensoren
8 und
9 erfolgen, um die Bewegung des Referenzgitters
2 zu bestimmen. Die Auswertung der Sensorsignale erfolgte dabei insbesondere gemäß der
EP 1 970 673 A1 , wie es in den dortigen Absätzen [0019] bis [0026] beschrieben ist. Darüber hinaus ist ein zweites bewegliches Referenzgitter
3 vorgesehen. Die dargestellte Anordnung ermöglicht die gleichzeitige Erfassung der Bewegung der Referenzgitter
2 und
3.
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In der 2 ist eine weitere schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels für eine Encodereinrichtung mit einem Inkrementalgeber 1 dargestellt. Die grundsätzliche Ausführung ist wie in der 1 beschrieben. Dabei erzeugt eine hier nicht dargestellte Lichtquelle insbesondere kohärentes Laserlicht, das durch ein erstes bewegliches Gitter 2 geführt ist, dessen Bewegung erfassbar wird. 2 zeigt dabei schematisch das Beugungsmuster mit Beugungsanteilen erster Ordnung 22+ und 22–. Das gebeugte Licht trifft auf ein zweites bewegliches Gitter 3, das eine andere Gitterkonstante als das erste Referenzgitter 2 hat. Wiederum entstehen Beugungsmuster mit Strahlen erster Ordnung 23+, 23–. Es ist ebenfalls ein Strahl nullter Ordnung 20 dargestellt.
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In der 2 ist nun ein Skalengitter 4 dargestellt, welches ortsfest vorgesehen ist. Alternativ kann eine Kollimationslinse 4' im Strahlengang vorgesehen sein. Im Strahlgang hinter dem ortsfesten Skalengitter 4 bzw. der Kollimationslinse 4' liegen in vorbestimmbaren Beugungswinkeln Strahlen erster Ordnung + und – vor. Dabei stammen die Strahlen 23+, 23– vom zweiten beweglichen Referenzgitter 3, und die Strahlen 22+, 22– vom ersten beweglichen Referenzgitter 2.
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Man erkennt, dass die gebeugten Lichtstrahlen als Beugungsmuster auf eine Lichterfassungseinrichtung 9 treffen. Dabei ist ein Sensor-Array mit Lichtsensoren 14, 15, 24 vorgesehen, wobei die Lichtsensoren 14 zum Empfang des Beugungsmusters vom zweiten Referenzgitter 3 eingerichtet sind und die Lichtsensoren 15 zum Empfangen des Beugungsmusters des ersten Referenzgitters 2. Die durch die Bewegung der Referenzgitter 2, 3 erzeugten Interferenzen lassen sich durch Vergleich der Intensität der Lichtstrahlen der Beugung +, – erfassen. Dies erfolgt durch die Komparatoren 16, 17, an welche die Lichtsensoren 14 bzw. 15 zum Erfassen der beiden Beugungsordnungen +1 und –1 angeordnet sind. Der Strahl nullter Ordnung 20 wird ebenfalls erfasst und dient als Vergleichswert.
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Eine Auswerteeinrichtung 22 vergleicht die erfassten Sensordaten und berechnet daraus die Position bzw. Verschiebung der Referenzgitter 2, 4. Die Referenzgitter 2, 4 können dabei insbesondere an ein Retikel bzw. eine Maske und einen Wafer oder eine Waferaufnahme in einer Lithographievorrichtung gekoppelt sein. Somit lassen sich mit Hilfe nur einer Sensoranordnung 9 gleichzeitig Bewegungen von Retikel und Wafer erfassen.
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Eine Bestimmung der Positionen der Gitter 2, 3 in Abhängigkeit der Interferenzmuster kann beispielsweise mit Hilfe der in „The Interference Systems of Crossed Diffraction Gratings – Theory of Moire Fringes" by J. Guild, Oxford at the Charendon Press (1956) beschriebenen Darstellungen berechnet werden. Die unterschiedlichen Beugungswinkel geben sich durch Anpassung und Einstellung der beiden verschiedenen Gitterkonstanten für die Referenzgitter 2, 3.
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Die 3 zeigt schließlich eine dritte Ausführungsform für einen Inkrementalgeber. Dabei umfasst der Inkrementalgeber 1 wiederum zwei bewegliche Referenzgitter 2, 3. Das Raster ist dabei parallel zur Papierebene gedacht. Ein festes, mit Hilfe eines Fixpunktlagers 7 gehaltenen Skalengitter 4 ist vorgesehen, und ein festes Gitter 19, welches eine Orientierung senkrecht zur Papierebene hat. Es ergeben sich dabei eine getrennte Strahllagen für die Beugungsmuster des ersten beweglichen Referenzgitters 2 und des zweiten Referenzgitters 3. Insofern kann mit Hilfe der Lichtsensoren 14, 15, welche jeweils positionell an die Beugungswinkel des ersten bzw. zweiten Referenzgitters 2, 3 angepasst sind, eine Bewegung der Referenzgitter 2, 3 ermittelt werden. Insofern beschreibt der untere Teil der 3 eine Lichterfassungseinrichtung 9 mit Lichtsensoren 14, 15 und Verstärkern oder Komparatoren 16, 17. Die Details sind dabei beispielsweise wie in der 2 angedeutet zu verstehen.
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Denkbar ist auch eine Anpassung der Referenzgitter
2,
3 an verschiedene Lichtwellenlängen. Insofern ist es möglich, eine oder mehrere Lichtquellen einzusetzen, die verschiedene Wellenlängen erzeugen und damit beispielsweise für das eine oder andere Referenzgitter transparent sind. Alternativ zu den hier dargestellten Inkrementalgebern lassen sich auch Gitterkonfigurationen einsetzen, bei denen das Licht reflektiert und gebeugt wird. Dabei sind geometrische Konfigurationen, wie sie beispielsweise in der
7 oder
9 der
EP 1 970 673 A1 dargestellt sind, denkbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Inkrementalgeber
- 2
- Referenzgitter
- 3
- Referenzgitter
- 4
- Skalengitter
- 4'
- Kollimationslinse
- 5
- Skalengitter
- 6
- Strahlteiler
- 7
- Fixpunktlager
- 8
- Lichtsensor
- 9
- Lichterfassungseinrichtung
- 10
- Lichtquelle
- 11
- Drehspiegel
- 12
- Antrieb
- 13
- Kollimationslinse
- 14
- Lichtsensor
- 15
- Lichtsensor
- 16
- Verstärker
- 17
- Verstärker
- 18
- Nullsignal
- 19
- Gitter
- 20
- nullte Beugungsordnung
- 21
- Beugungsmuster
- 22
- Auswerteeinrichtung
- 23
- Beugungsmuster
- 24
- Lichtsensor
- L1, L2
- Lichtanteil
- R1, R2
- Bewegungsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1970673 A1 [0003, 0026, 0033]
- EP 1970673 [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „The Interference Systems of Crossed Diffraction Gratings – Theory of Moire Fringes” by J. Guild, Oxford at the Charendon Press (1956) [0031]
