位置测量系统、用于位置测量系统的光栅、以及方法
【专利说明】位置测量系统、用于位置测量系统的光栅、以及方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年11月19日提交的美国临时申请61/728，071的权益，并且将其通过整体引用并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及位置测量系统、用于位置测量系统的光栅、以及方法。
【背景技术】
[0004]光刻设备是将期望的图案应用到衬底上(通常到衬底的目标部分上)的机器。例如，可以在集成电路(IC)的制造中使用光刻设备。在这种情况下，可以使用图案形成装置(备选地称为掩模或者掩模版)来产生将在IC的单独层上形成的电路图案。该图案可以被转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或者几个裸片的一部分)上。图案的转移通常经由成像到设置在衬底上的辐射敏感材料层(抗蚀剂)上。一般而言，单个衬底将包含被连续图案化的相邻目标部分的网络。常规光刻设备包括所谓的步进器和所谓的扫描器，在步进器中通过将整个图案一次暴露到目标部分上来辐射每个目标部分，在扫描器中通过在给定的方向(“扫描”方向)上通过辐射束扫描图案同时平行或者反平行于该方向同步地扫描衬底来辐射每个目标部分。也可以通过将图案压印到衬底上来将图案从图案形成装置转移到衬底。
[0005]在已知的光刻设备中，使用可移动物体，诸如可移动衬底支撑件和可移动图案形成装置支撑件。这些可移动物体可以以高精确度移动。为了确定可移动物体的位置，提供了能够以高精确度测量位置的位置测量系统。例如，干涉仪系统和编码器测量系统已经被提供用于光刻设备中的可移动物体的高精确度位置测量。
[0006]编码器型测量系统包括至少一个编码器头和光栅，例如被布置在参考板或者其他参考元件上。编码器头可以是能够读取光栅的任何类型的编码器传感器。
[0007]编码器头可以被安装在第一物体上，并且光栅被安装在第二物体上。光栅包括光栅线的周期性阵列，并且编码器头被配置为读取光栅线的周期性阵列，以便通过计数在相对移动期间通过的光栅线来确定第一物体相对于第二物体的相对位置的变化。在一些实施例中，编码器头可以在相对较小数量的光栅线的范围内确定相对于光栅线的这个范围的绝对位置。因为在全局上编码器头仅能够确定编码器头相对于光栅的位置变化而不是绝对位置，所以期望知道编码器头相对于光栅的零位置或者起始位置，以便使得确定第一物体相对于第二物体的绝对全局位置成为可能。
[0008]光栅可以是被配置为在至少两个测量方向上使用的二维光栅。这样的二维光栅包括在第一方向上的光栅线的第一阵列和在第二方向上的光栅线的第二阵列，其中光栅线的第一阵列和光栅线的第二阵列重叠。第一方向和第二方向相对于彼此垂直。光栅线的第一阵列和光栅线的第二阵列将入射在光栅上的测量束衍射为第一方向上的至少一个第一衍射束和第二方向上的至少一个第二衍射束。至少一个第一衍射束和/或至少一个第二衍射束由编码器头接收并且分别用于在第一方向和第二方向上的位置测量。
[0009]光栅可以由在光栅的平面中具有不同的测量方向的不同的编码器传感器使用。
[0010]在具有二维光栅的已知的编码器型位置测量系统中，随着增加为了增加位置测量系统的总体准确性而需要的编码器头的数目，需要更多的激光功率以充分地使用编码器头。该激光功率由一个或者多个激光源提供，例如，激光盒。增加激光功率需要具有增加的功率的激光源或者多个激光源。具有增加的功率的激光源或者多个激光源可以显著地增加成本、重量和体积，以用于一个或者多个激光源的集成。多个激光源进一步需要不同的激光源的同步。
[0011]进一步地，在已知的编码器型位置测量系统中，已知的光栅不适合确定编码器头相对于光栅的绝对位置，而不对绝对全局位置被测量的位置处的高精确度测量产生负面影响。
[0012]在已知的位置测量系统的实施例中，提供了配置为确定编码器头相对于光栅的绝对位置的单独的绝对位置传感器。该绝对位置传感器包括配置为读取相对于光栅被布置在固定位置处的标记的传感器。
[0013]在另一已知的实施例中，光栅本身设置有局部标记。当位置测量系统的编码器头与该局部标记对准时，编码器头将确定该标记的存在，并且作为结果，编码器头关于光栅的绝对位置可以被确定。然而，这样的局部标记的存在对局部标记的区域处的高精确度测量具有负面影响。因此，这样的局部标记不适合用于确定其中需要高精确度测量的区域中的绝对位置。
【发明内容】
[0014]总体而言，期望提供一种改进的位置测量系统，具体地，一种有效地使用可用的测量束功率的包括衍射光栅的编码器型测量系统。进一步地，可以期望降低关于位置测量系统的期望的精确度所需要的激光功率。此外，可以期望提供光栅，该光栅提供用于位置测量系统的编码器头的归零位置。
[0015]根据本发明的实施例，提供了一种被配置为确定第一物体相对于第二物体的位置的位置测量系统，包括:安装在第一物体上的编码器头，安装在第二物体上的光栅，其中光栅包括第一方向上的光栅线的第一阵列和第二方向上的光栅线的第二阵列，以将入射在第一和第二阵列上的测量束衍射为第一方向上的至少一个第一衍射束和第二方向上的至少一个第二衍射束，其中至少一个第一衍射束用于第一方向上的位置测量并且其中至少一个第二衍射束用于第二方向上的位置测量，其中测量束具有功率量，并且其中光栅被配置为将功率量不均匀地分布在至少一个第一衍射束和至少一个第二衍射束之上。
[0016]根据本发明的实施例，提供了一种用于位置测量系统的光栅，其中光栅包括第一方向上的光栅线的第一阵列和第二方向上的光栅线的第二阵列，以将入射在第一和第二阵列上的测量束衍射为第一方向上的至少一个第一衍射束和第二方向上的至少一个第二衍射束，其中至少一个第一衍射束用于第一方向上的位置测量，并且其中至少一个第二衍射束用于第二方向上的位置测量，其中测量束具有功率量，并且其中光栅被配置为将功率量不均匀地分布在至少一个第一衍射束和至少一个第二衍射束之上。
[0017]根据本发明的实施例，提供了一种确定第一物体相对于第二物体的位置的方法，包括:在第一物体上提供编码器头；在第二物体上提供光栅，其中光栅包括第一方向上的光栅线的第一阵列和第二方向上的光栅线的第二阵列，以将入射在第一和第二阵列上的测量束衍射为第一方向上的至少一个第一衍射束和第二方向上的至少一个第二衍射束，其中至少一个第一衍射束用于第一方向上的位置测量，并且其中至少一个第二衍射束用于第二方向上的位置测量；通过编码器头将测量束投射在光栅上，其中测量束具有功率量，并且其中光栅被配置为将功率量不均匀地分布在至少一个第一衍射束和至少一个第二衍射束之上；通过编码器头接收至少一个第一衍射束和至少一个第二衍射束；以及基于至少一个第一衍射束和/或至少一个第二衍射束确定第一物体相对于第二物体的位置。
【附图说明】
[0018]现在将参考所附示意图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中对应的附图标记指示对应的部分，并且其中:
[0019]图1描绘了根据本发明的实施例的光刻设备；
[0020]图2示意性地描绘了编码器头和二维光栅上的侧视图；
[0021]图3示意性地描绘了编码器头和二维光栅上的顶视图；
[0022]图4示意性地描绘了现有技术的二维光栅上的顶视图；
[0023]图5和图6描绘了具有在不同的位置处的衬底平台的光刻设备的位置测量系统上的顶视图；
[0024]图7示意性地描绘了根据本发明的实施例的二维光栅上的顶视图；以及
[0025]图8示意性地描绘了根据本发明的实施例的二维光栅上的顶视图。
【具体实施方式】
[0026]图1示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的光刻设备。该设备包括照射系统(照射器)IL和支撑结构或者图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT，照射系统IL被配置为调节辐射束B (例如，UV辐射或者任何其他合适的辐射)，支撑结构或者图案形成装置支撑件MT被构造为支撑图案形成装置MA并且连接到被配置为根据某些参数精确定位图案形成装置的第一定位装置PM。该设备还包括衬底台WT (例如，晶片台或者衬底支撑件)，被构造为保持衬底(例如，涂布抗蚀剂的晶片)W并且连接到被配置为根据某些参数精确定位衬底W的第二定位装置PW。该设备进一步包括投射系统PS，被配置为将通过图案形成装置MA给予辐射束B的图案投射到衬底W的目标部分C (例如，包括一个或者多个裸片)上。
[0027]照射系统IL可以包括各种类型的光学部件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或者其他类型的光学部件，或其任何组合，用于定向、成形或者控制辐射。
[0028]支撑机构MT支撑图案形成装置MA，即承受图案形成装置MA的重量。它以依赖于图案形成装置MA的定向、光刻设备的设计和诸如例如图案形成装置MA是否被保持在真空环境中的其他条件的方式保持图案形成装置MA。支撑结构MT可以使用机械、真空、静电或者其他夹持技术保持图案形成装置MA。支撑结构MT可以是框架或者台，例如，其可以被固定或者按照要求可动。支撑结构MT可以确保图案形成装置MA在期望的位置处，例如相对于投射系统PS。
[0029]本文所使用的术语“图案形成装置”应当被广义地解释为指可以用于在辐射束的截面中给予辐射束以图案以便在衬底的目标部分中创建图案的任何装置。应当注意，给予辐射束的图案可以不精确地对应于衬底的目标部分中的期望的图案，例如，如果图案包括相移特征或者所谓的辅助特征。总体而言，给予辐射束的图案将对应