用于相对于工件定位工具的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于相对于工件定位工具的装置，具有用于容纳工件的能运动的工作台，其中在加工工件期间该工作台在两个主运动方向上运动，还具有一个或者多个平面的量具，其位置固定地围绕工具布置并且沿主运动方向的平面扩展，还具有用于检测工作台相对于量具的位置的探针头，其安装在工作台的至少三个角中，其中利用探针头能在六个自由度上确定工作台的位置。在角中的至少一个之内，存在一个或者多个具有总共至少三个测量轴线的、用于在三个独立的空间方向上进行3D位置检测探针头。在此测量轴线的灵敏度矢量为了3D位置检测既不平行于XZ平面也不平行于YZ平面。以这种方式，当在主运动方向上运动工作台时，所有的测量轴线都提供周期性的信号。
【专利说明】用于相对于工件定位工具的装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于相对于工件定位工具的 装置，利用该装置能够高度精准地确定两个相对运动的物体的相对位置，并且因此能够非 常精准地进行定位。
【背景技术】
[0002] 首先，在结构尺寸远远低于微米的集成电路的生产领域，需要将半导体衬底（还 有晶片或者在本申请的意义内被称为工件）非常准确地定位在工具下方，例如曝光器件的 透镜下方，然后在曝光器件的帮助下将最精密的结构传递给事先涂在晶片上的光敏漆。
[0003] 为此例如由US 7483120B2中已知的是，将晶片放在可运动的、能够相对于曝光器 件的透镜定位的工作台上。围绕着透镜在XY平面内布置了四个栅板作为量具，并且将其尽 可能刚性地与透镜连接。透镜的光学轴线垂直于栅板的平面，并且决定了 Z方向。工作台 和晶片平行于栅板或量具。在工作台的角上布置了位置测量仪的探针头，这些探针头用光 扫描栅板。如果工作台相对于栅板运动，那么探针头形成周期性的信号，从中能够通过对周 期计数和精确地再划分单个周期（内插法）获取位置改变量的高度准确的值。如果例如一 旦通过参考标志确定了绝对位置，那么确定了位置变化就意味着确定了绝对位置，因为可 以以参考位置为出发点，从位置变化中计算出绝对位置。
[0004] "工作台的角"这个概念在这里是指工作台的相互不同的、并且对于给定的工作台 大小尽可能相互远离的边沿区域。出于许多不同的原因，将探针头布置在这种"角"内是符 合目的的。探针头只能布置在（放置在工作台中间位置上的）工件占据的区域以外。此 夕卜，探针头之间的间距尽可能地大还使得能够从角内测得的线性移动量中更准确地计算旋 转量。此外，工作台的单个角或边沿区域可以进入工具的区域，使得布置在那里的探针头不 再能够扫描栅板。为了能够持续高度精准地确定位置，考虑以下问题是有意义的，即探针头 能够在任何时候从工作台的尽可能相互远离的区域进行扫描。为此有利的是，将多个角区 域内的探针头集中起来，其中绝不能有超过一个的探针头进入工具的区域。
[0005] 在这样的角内相互邻近的、用于不同测量方向的探针头减少了为了栅板所需要的 大小。以理想的方式也可以在一个唯一的探针头中集成测量，为此在后面会举例说明。
[0006] 在本申请的意义内，当用于不同测量方向的两个探针头的间距比工作台的延伸度 小时，这两个探针头就在"工作台的同一个角内"。如果两个探针头的间距与工作台的尺寸 差不多，那么这两个探针头在不同的角或边沿区域内。当两个探针头的间距大于工作台的 延伸度的十分之一时，那么这两个探针头就肯定在工作台的不同角内。对于圆形的工作台， 延伸度可以是其直径，对于矩形或方形的工作台，延伸度是其对角线。
[0007] 为了在XY平面内定位工作台，必须检测其在这个平面内的自由度。这被称为在X 或Y方向上的移动量以及围绕着Z轴线的旋转量rZ，总结起来也被称为平面自由度，因为所 有的三个自由度都在XY平面内。为了检测这三个自由度X、Y、rZ要满足的是，例如在工作 台的两个角内测量X内的移动量，在一个另外的角内测量Y内的移动量。然后就可以容易地 计算出旋转量rZ。但是，因为当工作台在曝光晶片的过程中发生移动时，一个单个的角可能 进入靠近透镜的、其中不再能够扫描栅板的区域，所以工作台的每一个角可以具有探针头。 在US 7483120B2中还公开的是，有利的是，在角中的至少一个内，不仅仅测量在X方向上的 移动量，而是还测量在Y方向上的移动量。冗余的测量结果可以被用来通过算平均值提升 测量准确性，或者也可以用于例如考虑工作台的热膨胀或振荡。
[0008] US 7483120B2还进一步提到，在角中分别也可以完成一次与栅板的间距的测量， 也就是工作台角在Z方向上的位置测量。利用这些测量也能够检测工作台的其他三个自由 度，也就是Z方向上的线性移动量和绕着X轴或Y轴的旋转量rX和rY。于是，此外还能够 实现的是，在任何时间提供尽可能靠近工具的起效地点（工具中心点）的角区域内的、在所 有三个空间方向上的测量结果。通过在角内的这种3D位置检测，提高了加工工具相对于工 件的定位准确度。
[0009] 从 申请人:的EP 1762828A2中已知一种适合这种应用场合的光学位置测量装置。 这种位置测量装置包括量具（这里是栅板中的一个）以及用于扫描量具的探针头，该探针 头布置在工作台的角内。
[0010] 在此，以如下方式构造探针头，即使得通过该探针头能够沿着工作台的侧向的移 动方向（即例如X)并且沿着工作台的垂直的移动方向（Z)同时进行位置确定。因此，探针 头具有两个测量轴向。为了在侧向的和垂直的移动方向上进行位置确定，构造了第一和第 二扫描光路（每个测量轴线对应一个扫描光路），在这些扫描光路中，能够分别从两个非镜 面对称的、干扰性的分光束中在输出侧制产生相位差的信号群，这些信号相互干扰并且在 光电探测器中产生周期性的信号。
[0011] 在此观察类型的高度精准的位置测量装置中有必要的是，在信号的振幅、偏移和 相位方面对在探针头中生成的周期性信号进行补偿，因为只有这样才能在一个信号周期内 非常精密地确定位置。因为在测量运行时连续不断地进行这种补偿，所以这种补偿也被称 为在线补偿。
[0012] 因此，在EP 1762828A2所述的位置测量装置中要注意的是，即使仅仅在侧向的移 动方向上进行移动时，也在所有的光电探测器中形成周期性的信号，尽管在垂直的移动方 向上不发生运动。
[0013] 这根据EP 1762828A2得以实现，为此，探针头的测量轴线的两个灵敏度矢量没有 准确地指示侧向或垂直方向，而是设置成与这些方向形成特定的夹角。在此，测量轴线的灵 敏度矢量说明了运动方向，在该运动方向中，相应的测量轴线的位置信号在每个经历的单 位长度增高最快。因此，这说明了测量轴线的特征。通过计算两个获取的周期性信号能够 获得在理想的测量方向上（侧向和垂直方向）的实际的运动。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的在于，提出一种用于相对于工件定位工具的装置，利用这种装置能 够更加准确地检测并且从而设置相对位置。
[0015] 根据本发明，该目的通过具有权利要求1所述特征的装置实现。
[0016] 根据本发明的光学位置装置的有利的实施方式由在从属权利要求中实施的措施 中得出。
[0017] 这描述了一种用于相对于工件定位工具的装置，具有用于容纳工件的、能运动的 工作台，其中，该工作台在加工工件期间在两个主运动方向上运动，还具有一个或者多个平 面的量具，该量具位置固定地围绕工具布置，并且在主运动方向的平面内扩展，还具有用于 检测工作台相对于量具的位置的探针头，这些探针头安置在工作台的至少三个角内，其中， 利用探针头能够在六个自由度上确定工作台的位置。在角中的至少一个内，存在一个或者 多个总共具有至少三个测量轴线的探针头，用于在三个独立的空间方向上进行3D位置检 测。在此，这至少三个用于3D位置检测的测量轴线的灵敏度矢量既不平行于XZ平面，也不 平行于YZ平面。
[0018] 以这种方式，当工作台在主运动方向（X，Y)上运动时，所有的测量轴线都提供周 期性信号。因此，当工作台在X或Y方向上发生任何运动时，都可以补偿这些信号。
[0019] 利用本发明能够在工作台的一个角内检测三个独立的空间方向上的位置测量值。 在机器活动期间，不会因为在测量轴线中的一个内没有进行在线补偿而影响测量的准确 性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图中示出
[0021] 图1是灵敏度矢量在极化坐标系中的朝向，
[0022] 图2是根据现有技术的用于两个测量方向的探针头，
[0023] 图3是作为第一实施例的、用于三个测量方向的探针头，
[0024] 图4是作为第二实施例的、用于总共四个测量方向的、布置在一个角内的两个探 针头，
[0025] 图5是作为第三实施例的、覆盖第二实施例的四个测量方向的探针头，
[0026] 图6是用于相对于工件定位工具的装置的侧视图。
【具体实施方式】
[0027] 在接下来阐述根据本发明的光学位置测量装置的具体实施例之前，首先简短地阐 述由EP 1 762 828A2中已知的位置测量装置的设计理念。这种位置测量装置正如开头提 到的那样适合用于检测沿着两个移动方向的位置变化。在相应的探针头中相互倾斜地或非 对称地构造了两个扫描光路。其中，由光源提供的光束经由构造成单模纤维的第一光导体 输送给扫描系统，并且在从光导体中退耦以后经由准直光学元件对准。然后，对准后的光束 来到分裂栅格上，其中，该光束分裂成两个用于两个测量轴线的扫描光路。这两个测量轴线 在后面也被称为位置测量装置的A轴和B轴。沿着侧向的移动方向X和垂直的移动方向Z 的真正重要的位置信息是通过根据以下等式Ia和Ib对位置信号A，B求和和求差得出的：
[0028] X = (A+B) /2 (等式 la)
[0029] Z = (A-B) /2*SPz/SPx (等式 2b)
[0030] 在此，SPz是指在Z方向上的信号周期，SPx是指在X方向上的信号周期。
[0031] 在这些等式中反映的是，当仅在X方向上运动时，不仅位置测量装置的A轴，还有 B轴都提供周期性信号，从其总和中能够检测X中实际的移动量，并且从其差值中能够检测 Z中实际的移动量。
[0032] 光束在相应的扫描光路中首先达到构造成反射栅的量具（栅板）上，经由量具分 裂成衍射等级为+/-1.的分光束，并且衍射回扫描系统。在那里，每个分光束通过能衍射的 屋脊棱镜引导回到量具的方向。在量具上，两个分光束总是相互干扰，重叠的分光束紧接着 传导给由聚焦透镜和场透镜构成的退耦光学元件，并且紧接着退耦进入包括六个多模光导 纤维的第二光导体。
[0033] 为了更好地理解本发明，在这里更详尽地阐述灵敏度矢量这个概念。
[0034] 每个测量轴线都可以对应一个标准化的灵敏度矢量V。灵敏度矢量具体指出了测 量轴线的位置信号在每个经历的单位长度增高最快的运动方向。如果测量轴线相对于量具 的位置有运动矢量Δ§的改变，那么由标积V. Δ§给出测量轴线的位置信号的改变（线性 逼近）。也可以如下地用两个夹角θ、φ表示测量轴线的灵敏度矢量ν，参见图1:
[0035]
【权利要求】
1. 一种用于相对于工件定位工具的装置，具有 用于容纳工件（4)的、能运动的工作台（2)，其中，所述工作台（2)在加工所述工件期间 实施沿两个主运动方向（X，Y)的运动， 一个或者多个平面的量具（5)，所述量具位置固定地围绕所述工具（3)布置，并且在所 述主运动方向（X，Y)的平面内扩展， 用于检测所述工作台（2)相对于所述量具（5)的位置的探针头所述探针头安 装在所述工作台（2)的至少三个角中，其中，利用所述探针头能够在六个自由度（X， Y，Z，rX，rY，rZ)上确定所述工作台⑵的位置， 其中，在所述角中的至少一个中，存在一个或者多个具有总共至少三个测量轴线的、用 于在三个独立的空间方向（X，Y，Z)上进行3D位置检测的探针头（1，1'）， 其特征在于， 用于所述3D位置检测的所述测量轴线的灵敏度矢量（Vl，v2，V3，v4)既不平行于XZ平 面，也不平行于YZ平面。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于所述3D位置检测的所述测量轴线的 所述灵敏度矢量（￥1，￥2，￥3， ￥4)与所述乂2平面或所述12平面形成至少一个1°的夹角。
3. 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，用于所述3D位置检测的第一测量轴 线和第二测量轴线的第一灵敏度矢量和第二灵敏度矢量（vl，v2)关于XY平面镜面对称。
4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，关于所述XY平面镜面对称的所述第一灵 敏度矢量和第二灵敏度矢量（vl，v2)在所述XY平面上的投影提供两个相同的矢量，所述矢 量相对于X方向在所述XY平面内旋转45,135, 225或315度。
5. 根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，第三测量轴线的第三灵敏度矢量 (v3)处在所述XY平面内，并且与两个关于所述XY平面镜面对称的灵敏度矢量（vl，v2)线 性无关。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第三灵敏度矢量（v3)垂直于关于所 述XY平面镜面对称的所述灵敏度矢量（vl，v2)。
7. 根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，为了所述3D位置检测，存在具有第三 灵敏度矢量和第四灵敏度矢量（v3, v4)的第三测量轴线和第四测量轴线，所述灵敏度矢量 分别通过绕着所述第一测量轴线和第二测量轴线的所述第一灵敏度矢量或第二灵敏度矢 量（vl，v2)的Z方向旋转90度来获得。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一测量轴线和第二测量轴线集成 在第一探针头（1)中，并且所述第三测量轴线和第四测量轴线集成在第二探针头（1'）中。
9. 根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于，所有用于所述3D位置检测的 测量轴线都集成在唯一的探针头（1)中。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在所述工作台（2)的至少三 个角内存在用于所述3D位置检测的测量轴线。
【文档编号】G12B5/00GK104511794SQ201410525163
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年10月8日 优先权日:2013年10月7日
【发明者】沃尔夫冈·霍尔扎普费尔, 约尔格·德雷谢尔, 凯蒂·多德德斯-伊登, 伯恩哈德·默施 申请人:约翰内斯﹒海德汉博士有限公司