(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定範囲を拡大するために順番に並べられた少なくとも一つの第一の基準尺（１）と少なくとも一つの第二の基準尺（２，２．１）、並びに
光ビームを放射する光源（４１）を備えた走査機器（４）、
を有し、
第一の基準尺（１）が、当たって来る光ビームを第一の回折効率により所与の回折次数で回折させる、第一の周期的なマーキング（１０）を備えた反射位相格子を有する、
位置測定装置において、
第二の基準尺（２，２．１）が、第一の周期的なマーキング（１０）と形状が異なる第二の周期的なマーキング（２０，２０．１）を備えた反射位相格子を有し、そのため、第二の基準尺（２，２．１）の相対的な回折効率が第一の基準尺（１）の相対的な回折効率よりも高くなっていることと、
第一の基準尺（１）と第二の基準尺（２，２．１）がそれぞれ一つの透明なスペーサ層（１１，２１，２１．１）とこのスペーサ層（１１，２１，２１．１）の両側に配置された二つの反射体（１２，１３，２２，２３，２２．１，２３．１）とから成る層スタックを有し、第一の基準尺（１）の走査機器（４）の方を向いた反射体（１２）が第一の周期的なマーキング（１０）を構成し、第二の基準尺（２，２．１）の走査機器（４）の方を向いた反射体（２２，２２．１）が第二の周期的なマーキング（２０，２０．１）を構成することと、
第二の基準尺のスペーサ層の下の反射体の反射率が第一の基準尺のスペーサ層の下の反射体の反射率よりも小さいか、或いはスペーサ層（２１，２１．１）とこのスペーサ層（２１，２１．１）の下に配置された反射体（２３，２３．１）の間に減衰層（２４，２４．１）を配置することによって、第二の基準尺（２，２．１）の位相格子の反射率は、当たって来る光ビームが第一の回折効率により所与の回折次数で回折するように、第一の基準尺（１）の位相格子の反射率と比べて低減されていることと、
を特徴とする位置測定装置。
【請求項２】
第二の基準尺（２，２．１）の位相格子の反射率が第一の基準尺（１）の位相格子と比べて５％〜２０％だけ低減されている請求項１に記載の位置測定装置。
【請求項３】
第一の基準尺（１）の位相格子と第二の基準尺（２，２．１）の位相格子がそれぞれ０次の回折次数を抑制するように構成されている請求項１又は２に記載の位置測定装置。
【請求項４】
当該の所与の回折次数が１次の回折次数である請求項１から３までのいずれか一つに記載の位置測定装置。
【請求項５】
当該の透明なスペーサ層（１１，２１，２１．１）が誘電材料から構成されている請求項１から４までのいずれか一つに記載の位置測定装置。
【請求項６】
当該の減衰層（２４，２４．１）が３ｎｍ〜１５ｎｍの厚さを有する請求項１から５までのいずれか一つに記載の位置測定装置。
【請求項７】
第一のマーキング（１０）と第二のマーキング（２０，２０．１）が互いに直角に配置された方向に周期的に配置されることによって、第一の基準尺（１）と第二の基準尺（２，２．１）がそれぞれ二つの互いに直角に配置された方向（Ｘ，Ｙ）において位置を計測するように構成されている請求項１から６までのいずれか一つに記載の位置測定装置。
【請求項８】
第一の周期的なマーキング（１０）が第二の周期的なマーキング（２０，２０．１）の外側輪郭と異なる外側輪郭を有する請求項１から７までのいずれか一つに記載の位置測定装置。
【請求項９】
当該の第一の周期的なマーキング（１０）が長方形の外側輪郭を有する請求項８に記載の位置測定装置。
【請求項１０】
第二の周期的なマーキング（２０，２０．１）がそれぞれ８角形の外側輪郭、円形の外側輪郭、弧を組み合わせた外側輪郭又は弧と直線を組み合わせた外側輪郭を有するか、或いは二つの互いに対向する直線状の第一の辺（Ｋ１）、それらに対して直角に延びる二つの互いに対向する直線状の第二の辺（Ｋ２）及びそれぞれ鈍角（α）を成すそれぞれ第一の辺（Ｋ１）と第二の辺（Ｋ２）の間の接続線（Ｋ３）から構成される連続した線から成る外側輪郭を有する請求項８又は９に記載の位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一つの方向において位置を計測するための位置測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような位置測定装置は、二つの互いに相対的に動く物体の位置変化を測定するために用いられる。その場合、基準尺は、光ビームによって走査されて、基準尺で位置に応じて変調された光ビームが走査機器に供給され、走査機器は、その光ビームから基準尺に対する走査機器の瞬間的な位置に関する尺度を生成する。
【０００３】
比較的より大きな長さを測定するために、複数の基準尺が順番に並べられて、それらの複数の基準尺が、走査機器により順次走査される。実現可能な測定ステップを益々より小さくすべきである一方、ウェーハが益々大きくなっているために、その必要とされる測定行程が益々長くなっているので、そのような必要性は、特に、リソグラフィシステムにおいて位置測定装置を使用する場合に生じる。新しいリソグラフィシステムのより高い精度要求とより大きなウェーハに向けた開発のために、測定行程は、益々位置精度をより良くするとともに、益々大きくしなければならない。
【０００４】
このカテゴリーに属する特許文献１は、リソグラフィシステムにおける測定範囲を拡大するために複数の基準尺を順番に並べた位置測定装置を提示している。それらの複数の基準尺は、それぞれ反射位相格子を有する。それらの基準尺は、二つの基準尺を突き合わせることにより、連続した位置計測が可能なように支持体（計測フレーム）に配置されている。そのために、走査機器は、その突き合わせ部分に渡る連続した位置計測が可能なように構成されている。特許文献１では、基準尺は格子板（グリッドプレート）として示されて、二つの互いに直角に配置された方向において位置を計測するように構成されている。
【０００５】
多数のパラメータによって反射位相格子の回折効率を調節できることが知られている。
【０００６】
この相対的な回折効率は、位相ステップの形状によって調節されている。その形状に関するパラメータは、位相ステップのプロフィール、特に、フランク角と位相ステップの反射面の外側輪郭とである。
【０００７】
特許文献２により、位相ステップのプロフィールを好適に選択することにより反射位相格子の回折効率を最適化できることが周知である。そのフランク角の好適な選択によって、相対的な回折効率を最適化することができる。
【０００８】
特許文献３には、基準尺の位相格子のマーキングの外側輪郭を長方形にすることができ、それらの反射する長方形を互いに角を接したチェス盤形状で二次元に配置することが開示されている。更に、それに代わって、それらのマーキングを円環状に構成できることも一般的に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】欧州特許公開第１７６２８９７号明細書
【特許文献２】欧州特許第０８４９５６７号明細書
【特許文献３】欧州特許公開第１１０６９７２号明細書
【特許文献４】欧州特許第１５５７７０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、大きな測定範囲に渡る精密な位置計測が可能な位置測定装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
しばしば単に回折効率とも呼ばれる、反射位相格子の絶対的な回折効率と相対的な回折効率の間が区別される。
【００１２】
基準尺の反射位相格子の回折効率に関する重要なパラメータは、位相ステップの形状である。この場合、「形状」とは、位相ステップの高さ方向のプロフィールの形状と位相格子の位相ステップの反射面の外側輪郭とを意味する。
【００１３】
別の重要なパラメータは、使用する反射体の反射率に依存する、位相格子の反射率である。
【００１４】
形状と反射率の二つのパラメータは、絶対的な回折効率とも呼ばれる位相格子の回折効率を決定する。位相格子の回折効率は、位相格子に入射する所定の波長の光ビームの強度に対する所定の立体角（回折次数）に回折する光ビームの強度の比率である。
【００１５】
基準として使用する材料の反射率を同じとして、位相ステップの幾何学的な形状（位相ステップの幾何学的な外側輪郭とプロフィール、特に、フランク角）だけを考慮する場合は、相対的な回折効率に関して言及している。
【００１６】
冒頭で述べた従来技術が示す通り、位相格子の形状は、相対的な回折効率の向上のために益々最適化されている。ここで、多くの用途に関して、これまで使用されてきた基準尺よりも高い回折効率を有する新たに最適化された基準尺が入手可能となる。多くの場合、基準尺の製造業者は、位相格子の形状を最適化した最適化された基準尺の製造に切り換えている。
【００１７】
ここで、既存の位置測定装置において、複数の基準尺の中の一つを置き換える必要性が生じた場合に問題となる。位相格子の形状が最適化されているために、新しい基準尺の相対的な回折効率の方がより高いために、新しい基準尺を走査した場合に、古い基準尺の走査と比べてより大きな走査信号が得られ、そのことは、更なる評価の際に問題を引き起こす可能性が有る。
【００１８】
本発明によって、位相格子の形状が最適化された、即ち、相対的な回折効率がより高い基準尺を位置測定装置の基準尺の代替品として使用できることが実現され、その代替品の基準尺は、その反射率を低減することによって、残りの基準尺の回折効率に適合されている。
【００１９】
この場合、「反射率」とは、位相格子の形状と関係の無い、光ビームの反射強度と入射強度の比率を表す。
【００２０】
本発明において、位置測定装置は、測定範囲の拡大のために順番に並べられた少なくとも一つの第一の基準尺と少なくとも一つの第二の基準尺を有する。この位置測定装置は、更に、光ビームを放射する光源を備えた走査機器を有し、第一の基準尺は、第一の周期的なマーキングを備えた反射格子を有し、この反射格子は、入射する光ビームを第一の回折効率により所与の回折次数で回折させる。第二の基準尺は、第一の周期的なマーキングと異なる形状の第二の周期的なマーキングを備えた反射格子を有する。第二の基準尺の位相格子の反射率を第一の基準尺の位相格子の反射率と比べて低減することによって、第二の基準尺の所与の回折次数の回折効率が第一の基準尺の回折効率に適合されている。
【００２１】
第二の基準尺のマーキングの最適化された形状のために、そのため、異なる形状のために、第二の基準尺の相対的な回折効率が第一の基準尺の相対的な回折効率よりも高くなっている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による位置測定装置の断面図
【図２】図１の位置測定装置の第一の基準尺の平面図
【図３】図１の位置測定装置の第二の基準尺の平面図
【図４】第二の基準尺の別の実施例の平面図
【図５】図４の第二の基準尺のＶ−Ｖ線に沿った断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１には、位置測定装置の主要な構成要素が模式的に図示されている。この位置測定装置は、測定範囲を拡大するために少なくとも一つの測定方向Ｘに順番に並べられた少なくとも一つの第一の基準尺１と少なくとも一つの第二の基準尺２を有する。従って、物理的な制限のために、高い分解能と高い精度を有する基準尺１，２が限定された大きさでしか製造できないので、これらの基準尺１，２を順番に並べることが行なわれている。ナノメートル又はサブナノメートル範囲の位置計測は、特に、リソグラフィシステムにおいて必要とされ、そのために、基準尺１，２は、１０μｍよりも小さい周期的なマーキング１０，２０を有する。これらのマーキング１０，２０は、上方の反射面が所定の形状、即ち、所定のプロフィール形状と所定の外側輪郭を有する位相ステップである。この上方の反射面は、それぞれ下方の反射体１３，２３及びスペーサ層１１，２１と共に位相格子を構成する。測定方向Ｘに複数の基準尺１，２を順番に並べることによって、二つの基準尺１，２の当接部に渡る連続的な位置計測が可能である。基準尺１，２を同じ平面内で互いに当接させるのが特に有利である。更に、基準尺１，２は、共通の支持体３上に配置され、この支持体３は、計測フレームとも呼ばれる。
【００２４】
基準尺１，２を光電式に走査するために、走査機器４が配備され、この走査機器は、位置計測時に基準尺１，２の中の一つに当たって、そこで回折する光ビームを放射する光源４１を備えている。この走査機器４は、更に、回折した光ビームを受信する受信ユニット４２を備えている。図１には、測定方向Ｘに関する受信ユニット４２が模式的に図示されている。
【００２５】
第一の基準尺１の第一の周期的なマーキング１０は、反射体１２，１３及びスペーサ層１１と共に、当たって来る光ビームを第一の回折効率により所与の回折次数で回折させる位相格子を構成する。
【００２６】
第二の基準尺２は、第二の基準尺２の相対的な回折効率が第一の基準尺１の相対的な回折効率よりも高くなるように第一の周期的なマーキング１０と異なる形状にした第二の周期的なマーキング２０を備えた反射位相格子を構成する。
【００２７】
第一の位相格子用の基板１５及び第二の位相格子用の基板２５として、有利には、熱膨張率の小さい材料、特に、ガラス、セラミックガラス又は酸化アルミニウムセラミック（コーティエライト）が使用される。そのような材料は、ＺＥＲＯＤＵＲ、ＵＬＥ又はＮＥＸＣＥＲＡとの名称でも知られている。
【００２８】
第二の基準尺２が入射して来る光ビームを第一の基準尺１と同じ回折効率により所与の回折次数で回折させるように、第二の基準尺２の反射率が第一の基準尺１の反射率と比べて低減されている。それによって、第二の基準尺２の回折効率が第一の基準尺１の回折効率の高さに適合されている。
【００２９】
第一の基準尺１と比べて第二の基準尺２のマーキング２０の形状が最適化されている場合、第二の基準尺２の反射率を第一の基準尺１と比べて５％〜２０％低減させる必要が有る。
【００３０】
有利な手法では、第一の基準尺１の位相格子及び第二の基準尺２の位相格子は、それぞれ０次の回折次数を抑制するように構成され、この場合、評価すべき回折次数、そのため、所与の回折次数は１次の回折次数である。
【００３１】
第一の基準尺１の位相格子及び第二の基準尺２の位相格子は、一つの透明なスペーサ層１１，２１とこのスペーサ層１１，２１の両側にそれぞれ配置された二つの反射体１２，１３，２２，２３とから成る層スタックをそれぞれ有し、走査機器４の方を向いた第一の基準尺１の反射体１２は、第一の周期的なマーキング１０を構成し、走査機器４の方を向いた第二の基準尺２の反射体２２は、第二の周期的なマーキング２０を構成する。
【００３２】
この透明なスペーサ層１１，２１は、有利には、それぞれ誘電材料、例えば、ホウ素、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などから構成されて、所与の回折次数のための移相器を構成する。
【００３３】
複数の第一の基準尺１が存在する際に位置測定装置の一つの基準尺１を交換する必要が有る場合、本発明では、残りの第一の基準尺１と比べて相対的な回折効率が大きいが、（絶対的な）回折効率が第一の基準尺１の回折効率に適合された第二の基準尺２を用いる。
【００３４】
スペーサ層２１と反射体２２から成る位相偏移を引き起こす層群を第一の基準尺１から変更せずに引き継ぐことによって、第二の基準尺２の反射率を低減するのが特に有利であることが分かった。この場合、「変更せずに引き継ぐ」と意味するものは、材料と厚さである。適合すべきパラメータとしては、第二の基準尺２のスペーサ層２１の下の反射体２３の反射率が特に好適であることが分かっている。
【００３５】
有利な手法では、第二の基準尺２のスペーサ層２１の下の反射体２３の反射率を第一の基準尺１のスペーサ層１１の下の反射体１３の反射率よりも小さく選定することによって、第二の基準尺２の反射率を第一の基準尺１の反射率よりも小さく選定する。この反射率は、反射体２３の材料の好適な選定又は表面の変化によって適合させることができる。
【００３６】
第二の基準尺２のスペーサ層２１とこのスペーサ層２１の下に配置された反射体２３の間に減衰層２４を配置することによって、第一の基準尺１と比べて第二の基準尺２の反射率を低減するのが特に有利であることが分かっている。その利点は、位相偏移の実証された特性と共に第一の基準尺１の実証された層構造を引き継ぐことができることである。技術手法的には、第二の基準尺２の反射体２３とスペーサ層２１の間に反射率を低減するための減衰層２４を導入することだけが必要である。
【００３７】
この減衰層２４は、半透明の層、特に、例えば、クロム、ニッケル、チタン又はシリコンを含む、数ナノメートル、特に、３ｎｍ〜１５ｎｍの範囲内の厚さの薄い金属層である。
【００３８】
本発明は、特に有利には、二つの互いに直角に配置された方向Ｘ，Ｙにおいて位置を計測するように構成された位置測定装置に採用することが可能である。その場合、第一のマーキング１０と第二のマーキング２０をそれぞれ互いに直角に周期的に配置することによって、第一の基準尺１と第二の基準尺２は、それぞれ二つの互いに直角に配置された方向Ｘ，Ｙにおいて位置を計測するように構成される。
【００３９】
図２は、第一の基準尺１の実施例を平面図で図示している。この場合、第一の周期的なマーキング１０は、直角形の外側輪郭を有する。
【００４０】
図３は、第二の基準尺２の実施例を図示している。この場合、第二の周期的なマーキング２０は、直角形の外側輪郭を有する。図示されていない手法では、この外側輪郭を楕円形に構成するか、さもなければ第二の基準尺２のマーキング２０の外側輪郭を弧の組合せとするか、或いは弧と直線の組合せとすることもできる。
【００４１】
図４と５は、第一の方向とそれに対して直角に延びる第二の方向Ｙにおいて位置計測するための第二の基準尺２．１の別の実現可能な実施形態を図示している。この基準尺２．１は、反射マーキング２０．１が第一の方向Ｘと第二の方向Ｙに周期的に配置された位相格子を備えている。
【００４２】
これらのマーキング２０．１は、それぞれ二つの互いに対向する直線状の第一の辺Ｋ１、それらに対して直角に延びる二つの互いに対向する直線状の第二の辺Ｋ２及びそれぞれ鈍角αを成すそれぞれ第一の辺Ｋ１と第二の辺Ｋ２の間の接続線Ｋ３から構成される連続した線から成る外側輪郭を有する。
【００４３】
有利な手法では、これらの接続線Ｋ３は直線である。第一の辺Ｋ１と直線状の接続線Ｋ３の間及び第二の辺Ｋ２と直線状の接続線Ｋ３の間の鈍角αは、特に、それぞれ１３５°である。
【００４４】
更に、第一の辺Ｋ１の相互間隔Ａ１は、第二の辺Ｋ２の相互間隔Ａ２と同じである。
【００４５】
特に有利な実施形態は、４軸対称の外側輪郭である。その場合、外側輪郭は、第一の辺Ｋ１に対して直角に延びる第一の対称軸Ｓ１に対して鏡面対称であり、第二の辺Ｋ２に対して直角に延びる第二の対称軸Ｓ２に対して鏡面対称であり、第一の対称軸Ｓ１に対して４５°の角度で延びる第三の対称軸Ｓ３に対して鏡面対称であり、第三の対称軸Ｓ３に対して直角に延びる第四の対称軸Ｓ４に対して鏡面対称である。
【００４６】
この実施形態は、二つの方向ＸとＹにおけるマーキング２０．１の回折特性が同じとなり、そのため、二つの方向ＸとＹに関して走査機器を同じに構成できるとの利点を有する。一方で、二つの方向ＸとＹに関して同じ空間的な状況、即ち、ＸＹ平面に対する評価すべき回折次数の角度が同じになるとともに、評価すべき回折次数の強度も同じとなり、その結果、二つの方向ＸとＹに関して同じ評価ユニットを使用できるとの状況が得られる。
【００４７】
これらの有利な条件は、特に、第一の辺Ｋ１が二つの方向Ｘ，Ｙの中の第一の方向Ｙに対して平行の方向を向き、第二の辺Ｋ２が二つの方向Ｘ，Ｙの中の第二の方向Ｘに対して平行の方向を向くか、或いは第一の辺Ｋ１が第一の方向Ｘに対して４５°傾斜し、第二の辺Ｋ２が第二の方向Ｙに対して４５°傾斜する場合に得られる。
【００４８】
この位相格子は、０次の回折次数を出来る限り完全に抑制するように構成される。これらのマーキング２０．１は、第一の方向Ｘに周期Ｐ１で配置され、第二の方向Ｙに周期Ｐ２で配置される。有利な手法では、精密かつ高分解能な位置計測のために、これらの周期Ｐ１とＰ２は、１０μｍよりも小さい。更に、Ｐ１は、特に、Ｐ２と等しい。
【００４９】
第二の辺Ｋ２の長さＢがそれぞれ第一の辺Ｋ１の相互間隔Ａ１の１０％〜９０％である、即ち、比率Ｂ／Ａ１が０．１〜０．９の間で選定されるのが有利である。この比率は、第一の辺Ｋ１に関しても有効であり、その結果、第一の辺Ｋ１の長さＣがそれぞれ第二の辺Ｋ２の相互間隔Ａ２の１０％〜９０％である、即ち、比率Ｃ／Ａ２が同じく０．１〜０．９の間に有る。
【００５０】
第二の辺Ｋ２の長さＢがそれぞれ第一の辺Ｋ１の相互間隔Ａ１の３０％〜７０％である、即ち、比率Ｂ／Ａ１が０．３〜０．７の間で選定され、第一の辺Ｋ１の長さＣがそれぞれ第二の辺Ｋ２の相互間隔Ａ２の３０％〜７０％である、即ち、比率Ｃ／Ａ２が０．１〜０．９の間で選定される場合に、一層良好な最適化が実現される。
【００５１】
図５は、図４に図示された基準尺２．１のＶ−Ｖ線での断面を図示している。
【００５２】
そのように構成された基準尺２．１は、極めて高い相対的な回折効率を有する。ここで、そのように構成された基準尺２．１を基準尺の既存の配置構成において代替品として使用できるようにするために、本発明では、基準尺２．１の反射率を低減している。特別な手法では、この低減は、位相偏移を引き起こす層スタックが変更されずに維持されるように行なわれる。それは、下方の反射体２３．１と透明なスペーサ層２１．１の間に減衰層２４．１を配備することによって実現される。この減衰層２４．１は、特に、５％〜２０％の間の値だけ、そこに当たる光ビームの反射を弱める半透明の層である。
【００５３】
全ての実施例に関して、反射体１２，１３，２２，２３，２２．１，２３．１を薄い層とすることができ、それが、クロム、金、銅、チタン、ニッケル、アルミニウム、銀又はシリコンの材料を含むことができると言える。基板１５，２５，２５．１として、有利には、膨張率がほぼゼロのガラス、セラミックガラス又は酸化アルミニウムセラミックが、特に、ＺＥＲＯＤＵＲ、ＮＥＸＣＥＲＡ又はＵＬＥが使用される。
【００５４】
透明なスペーサ層１１，２１，２１．１としては、特に、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などの誘電材料が適している。
【００５５】
第一の基準尺１の位相格子と比べて向上された第二の基準尺２の位相格子の相対的な回折効率をマーキング２０，２０．１の外側輪郭の形状によって実現した例により本発明を説明した。第二の位相格子の相対的な回折効率は、位相ステップのプロフィール形状、特に、フランク角の最適化によっても向上することができる。それに関して、特許文献２と４を参照する。その場合でも、本発明を成功裏に採用することが可能である。
【００５６】
図１の走査光線は、模式的にのみ図示されている。本発明に基づき構成された位置測定装置は、有利には、光ビームが基準尺１，２，２．１での複数回の回折によって位置に応じて変調されるように構成することもできる。
【符号の説明】
【００５７】
１                第一の基準尺
２，２．１        第二の基準尺
３                支持体
４                走査機器
１０                第一の周期的なマーキング
１１                スペーサ層
１２                反射体
１３                反射体
１５                基板
２０，２０．１      第二の周期的なマーキング
２１，２１．１      スペーサ層
２２，２２．１      反射体
２３，２３．１      反射体
２４，２４．１      減衰層
２５，２５．１      基板
４１                光源
４２                受信ユニット
Ａ１，Ａ２        辺の相互間隔
Ｂ                辺の長さ
Ｃ                辺の長さ
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３  辺
Ｐ１，Ｐ２        マーキングの周期
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３  対称軸
Ｖ−Ｖ            断面線
Ｘ                測定方向
Ｙ                測定方向
α                辺の成す角度
【図１】
0006271601.tif 000002
【図２】
0006271601.tif 000003
【図３】
0006271601.tif 000004
【図４】
0006271601.tif 000005
【図５】
0006271601.tif 000006