CN102087475A - 一种扫描光刻机掩模台位置测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种扫描光刻机掩模台位置测量装置及测量方法，采用了若干激光干涉仪取代电容传感器，使水平向和垂直方向的传感器一致，便于信号同步控制，同时也使得垂直方向测量的量程增加。此外，通过在物镜顶部安装45度反射镜，使干涉测量光可以从任意水平方向引入，从而能够在大的运动范围内进行垂直方向的测量，并在测量倾斜量过程中引入对各向测量干涉仪的权重分配，使得对掩模台位置测量更加精确。

Description

一种扫描光刻机掩模台位置测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及位置测量装置及测量方法，具体涉及光刻机掩模台位置测量装置及其测量方法，属于控制调节系统及方位测量技术领域。

背景技术

在光刻曝光过程中，扫描光刻机的掩模台与工件台需要做相对运动以进行扫描。为了使掩模版上的图形能够以良好的成像质量成像于硅片上的相应位置，就需要在曝光过程中实时的获得掩模台在水平横向(X向)、水平纵向(Y向)、绕垂直方向(Z向)的倾斜Rz、垂直方向(Z向)、绕水平横向(X向)的倾斜Rx以及绕水平纵向(Y向)的倾斜Ry这6个自由度上的位置信息，以便通过伺服系统对掩模台在扫描过程中的位置进行控制。

在现有技术中，掩模台的水平位置，即在水平横向(X向)、水平纵向(Y向)、绕垂直方向(Z向)的倾斜Rz普遍采用干涉仪进行测量，而在垂直方向(Z向)、绕水平横向(X向)的倾斜Rx、绕水平纵向(Y向)的倾斜Ry则常通过在投影物镜顶部安装若干个电容传感器，通过与掩模台底部的金属板之间间距的改变测得掩模台的高度和倾斜量。

现有技术中存在的技术缺陷主要有以下几个方面：(1)水平向测量传感器与垂直方向测量传感器类型不一致，使得两套测量系统的信号同步性较差；(2)电容传感器本身的测量范围和线性区有限，这就要求掩模台底部与物镜顶部非常接近，不利于其他传感器的安装和布置；(3)随着曝光线条的关键尺寸不断减小，对图像质量的要求越来越高，因此需要更精密的掩模台垂向控制，而由于边缘电场效应的存在，电容传感器分辨率受到限制，使其难以应用于更精密的光刻机中；(4)电容传感器属于电性测量，位于物镜顶部的传感器和掩模台底面的测量极板需要专门的电路，给掩模台的设计带来了不便。

因此，随着半导体工艺的发展以及集成电路器件尺寸的进一步缩小，现有技术中对掩模台位置的测量方案已难以适应高精度、高分辨率的扫描光刻机的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种扫描光刻机掩模台位置测量装置，在掩模台高度与倾斜量的测量上引入激光干涉仪，便于水平向和垂向信号的同步控制，并增大了垂直方向的测量量程。

为解决上述技术问题，本发明提供的扫描光刻机掩模台位置测量装置包括：水平纵向(y向)测量模块101，水平横向(x向)测量模块102，掩模台103，物镜104和主基板113。其中，水平纵向(y向)测量模块101和水平横向(x向)测量模块102均包含若干干涉仪测量轴；掩模台103面对水平纵向(y向)测量模块101的一侧安装有第一角锥棱镜109和第二角锥棱镜115，面对水平横向(x向)测量模块102的一侧安装有第一长条平面反射镜113，掩模台103底部的两侧沿水平纵向(y向)且关于水平纵向(y向)轴线对称的安装有第二长条平面反射镜110和第三长条平面反射镜114；物镜104顶部和第二长条平面反射镜110、第三长条平面反射镜114正下方，安装有若干45度反射镜和平面反射镜。

本发明提供的扫描光刻机掩模台位置测量装置中，所述水平纵向测量模块(101)至少包括六个干涉仪测量轴，分别为Y1，Y2，YR，Z1，Z2，Z3；所述水平横向测量模块(102)至少包括两个干涉仪测量轴，分别为X1，XR；所述45度反射镜至少为三个，分别为第一45度反射镜(105)，第二45度反射镜(106)，第三45度反射镜(107)；所述平面反射镜至少为两个，分别为第一平面反射镜(111)，第二平面反射镜(112)；所述YR干涉仪测量轴位于水平纵向轴线上，所述XR干涉仪测量轴位于水平横向轴线上。

本发明提供的扫描光刻机掩模台位置测量装置中，所述第一角锥棱镜109、第二角锥棱镜115分别对应于所述干涉仪测量轴Y1、Y2，使所述干涉仪测量轴Y1、Y2的出射光分别能被所述第一角锥棱镜109、第二角锥棱镜115反射后沿原路返回；所述第二平面反射镜112对应于所述干涉仪测量轴YR，使所述干涉仪测量轴YR的出射光能被所述第二平面反射镜112反射后沿原路返回；所述第一长条平面反射镜118对应于干涉仪测量轴X1，使干涉仪测量轴X1的出射光能被所述第一长条平面反射镜118反射后沿原路返回；所述第一平面反射镜111对应于干涉仪测量轴XR，使干涉仪测量轴XR的出射光能被所述第一平面反射镜111反射后沿原路返回；所述第一45度反射镜105、第二45度反射镜106分别对应于干涉仪测量轴Z1、Z2，使所述干涉仪测量轴Z1、Z2的出射光能被所述第一45度反射镜105、第二45度反射镜106反射后到达第二长条平面反射镜110，光束被反射后沿原路，再分别经第一45度反射镜105、第二45度反射镜106返回；所述第三45度反射镜107对应于干涉仪测量轴Z3，使所述干涉仪测量轴Z3的出射光能被所述第三45度反射镜107反射后到达第三长条平面反射镜114，光束被反射后沿原路，再经第三45度反射镜107返回

本发明提供的扫描光刻机掩模台位置测量装置中，所述水平纵向测量模块(101)还包括一个干涉仪测量轴Z4，所述水平横向测量模块(102)还包括一个干涉仪测量轴X2，所述扫描光刻机掩模台位置测量装置还包括第四45度反射镜(108)，所述第四45度反射镜108对应于干涉仪测量轴Z4，使所述干涉仪测量轴Z4的出射光能被所述第四45度反射镜108反射后到达第三长条平面反射镜114，光束被反射后沿原路，再经第四45度反射镜108返回；所述第一长条平面反射镜118对应于干涉仪测量轴X2，使干涉仪测量轴X2的出射光能被所述第一长条平面反射镜118反射后沿原路返回；Y1干涉仪测量轴与所述Y2干涉仪测量轴有一距离dy且关于水平纵向(y向)轴线对称，Z1干涉仪测量轴到水平纵向(y向)轴线有一距离dz，Z2干涉仪测量轴到Z1干涉仪测量轴有一距离cz，且干涉仪测量轴Z1、Z2与干涉仪测量轴Z3、Z4关于水平纵向(y向)轴线对称；干涉仪测量轴X1与干涉仪测量轴X2关于水平横向(x向)轴线对称；上述第一45度反射镜、第二45度反射镜和第三45度反射镜不在同一条直线上；所述物镜(104)顶部安装有两组传感器(116)、(117)，所述传感器均包含有3个一维传感器。

更进一步的，本发明还提供了一种利用上述装置对扫描光刻机掩模台位置进行测量的方法，可实现在6自由度、大量程范围内对掩模台103位置的准确测量。

为实现对扫描光刻机掩模台位置的准确测量，本发明提供的扫描光刻机掩模台位置测量方法所采用的测量装置包括至少八个干涉仪测量轴，测量光沿着掩模台103扫描方向和与扫描方向垂直的方向入射，经至少一次反射到达掩模台103底面的长条平面反射镜，并由测量光所测得的长度变化量转换为掩模台的高度变化量及倾斜变化量。

本发明提供的扫描光刻机掩模台位置测量方法中，由测量光所测得长度变化量计算得到掩模台的高度与倾斜，是通过测量光所测得的长度变化量计算得到掩模台的高度变化量与倾斜变化量，再与掩模台的基准位置叠加，获得掩模台的高度与倾斜；水平纵向(y向)测量模块101干涉仪测量轴Y1、Y2出射的光束沿着水平纵向(y向)到达掩模台103上的第一角锥棱镜109和第二角锥棱镜115，被反射后沿原路返回，被接收器件接收，从而测得水平纵向(y向)测量模块101到掩模台103上的第一角锥棱镜109的长度变化量ly1和到第二角锥棱镜115的长度变化量ly2；水平纵向(y向)测量模块101干涉仪测量轴YR出射的光束沿着水平纵向(y向)到达位于物镜104顶部的第二平面反射镜112，被反射后沿原路返回，被接收器件接收，从而测得水平纵向(y向)测量模块101到物镜104的长度变化量lyr，因此，掩模台103的水平纵向(y向)位移ΔY表示为： $\mathrm{\ΔY}=\frac{1}{2}(\mathrm{ly}1+\mathrm{ly}2)-\mathrm{lyr};$ 掩模台103的旋转变化量ΔRz表示为： $\mathrm{\ΔRz}=\frac{\mathrm{ly}1+\mathrm{ly}2}{\mathrm{dy}}.$

本发明提供的扫描光刻机掩模台位置测量方法中，水平横向(x向)测量模块102干涉仪测量轴X1、X2出射的光束沿着水平横向(x向)到达掩模台103上的第一长条平面反射镜118，被反射后沿原路返回，被接收器件接收，从而测得水平横向(x向)测量模块102到掩模台103上第一长条平面反射镜118的长度变化量lx1、lx2；水平横向(x向)测量模块102干涉仪测量轴XR出射的光束沿着水平横向(x向)到达物镜104顶部的第一平面反射镜111，被反射后沿原路返回，被接收器件接收，从而测得水平横向(x向)测量模块102到物镜104的长度变化量lxr。因此，掩模台103的水平横向(x向)位移ΔX表示为： $\mathrm{\ΔX}=\frac{1}{2}(\mathrm{lx}1+\mathrm{lx}2)-\mathrm{lxr}.$

本发明提供的扫描光刻机掩模台位置测量方法中，垂直方向(z向)测量的光束由干涉仪测量轴Z1～Z4自水平纵向(y向)测量模块101射出，由干涉仪测量轴Z1、Z2、Z3、Z4出射的光束分别沿水平纵向(y向)到达物镜104顶部的第一45度反射镜105、第二45度反射镜106、第三45度反射镜107、第四45度反射镜108，并分别被第一45度反射镜105、第二45度反射镜106、第三45度反射镜107、第四45度反射镜108反射后，到达掩模台103底部的第二长条平面反射镜110或第三长条平面反射镜114，光束被反射后沿原路，再分别经第一45度反射镜105、第二45度反射镜106、第三45度反射镜107、第四45度反射镜108回到水平纵向(y向)测量模块101，被接收器件接收，分别得到测量长度变化量lz1、lz2、lz3、lz4。因此，掩模台103的垂直方向(z向)位移ΔZ表示为： $\mathrm{\ΔZ}=\frac{1}{2}(\mathrm{lz}2+\mathrm{lz}3)-\mathrm{lyr};$ 掩模台103绕水平纵向(y向)的倾斜变化量ΔRy表示为： $\mathrm{\ΔRy}=\frac{\mathrm{lz}3-\mathrm{lz}2}{2(\mathrm{dz}+\mathrm{cz})};$ 掩模台103绕水平横向(x向)的倾斜变化量至少采用3个干涉仪的测量值，由Z2、Z3、Z4的读数来计算绕水平横向(x向)的倾斜变化量ΔRx，则ΔRx可表示为： ${\mathrm{\ΔRx}}_{234}=\frac{\frac{\mathrm{cz}}{2(\mathrm{dz}+\mathrm{cz})}\mathrm{lz}2+\frac{2\mathrm{dz}+\mathrm{cz}}{2(\mathrm{dz}+\mathrm{cz})}-\mathrm{lz}4}{\mathrm{ez}};$ 由Z2、Z3、Z1的读数来计算绕水平横向(x向)的倾斜变化量ΔRx，则ΔRx可表示为 ${\mathrm{\ΔRx}}_{123}=\frac{\frac{\mathrm{cz}+2\mathrm{dz}}{2(\mathrm{dz}+\mathrm{cz})}\mathrm{lz}2+\frac{\mathrm{cz}}{2(\mathrm{dz}+\mathrm{cz})}-\mathrm{lz}1}{\mathrm{ez}},$ 而掩模台103绕水平横向(x向)的倾斜变化量ΔRx为：ΔRx＝w1ΔRx₁₂₃+w2ΔRx₂₃₄，其中，w1、w2为权重因子，是当前掩模台(103)的水平纵向(y向)位置的函数，且该函数在整个水平纵向(y向)运动过程中没有突变，为一阶导数连续。

本发明的技术效果是，在扫描光刻机掩模台103位置测量过程中，采用了若干激光干涉仪取代电容传感器，使水平向和垂直方向的传感器一致，便于信号同步控制，同时，也使得垂直方向测量的测量范围(即量程)增加。此外，通过在物镜顶部安装45度反射镜，使干涉仪测量光可以从任意水平方向引入，从而能够在大的运动范围内进行垂向测量，并在测量倾斜量过程中，引入对各测量干涉仪的权重分配，使得对掩模台103位置测量更加精确。

附图说明

图1为本发明提供的扫描光刻机掩模台位置测量装置俯视结构图；

图2为图1所示扫描光刻机掩模台位置测量装置左视图；

图3为图1所示扫描光刻机掩模台位置测量装置主视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

图1为本发明提供的扫描光刻机掩模台位置测量装置俯视图，图2、图3分别为图1所示扫描光刻机掩模台位置测量装置左视图和主视图。

如图1～图3所示，在本具体实施方式中，扫描光刻机掩模台位置测量装置包括：水平纵向(y向)测量模块101，水平横向(x向)测量模块102，掩模台103，物镜104和主基板113。其中，水平纵向(y向)测量模块101和水平横向(x向)测量模块102上均包括若干干涉仪测量轴；掩模台103面对水平纵向(y向)测量模块101的一侧安装有第一角锥棱镜109和第二角锥棱镜115，面对水平横向(x向)测量模块102的一侧安装有第一长条平面反射镜118，掩模台103底部的两侧沿水平纵向(y向)关于水平纵向(y向)轴线对称的安装有第二长条平面反射镜110和第三长条平面反射镜114；物镜104顶部和第二长条平面反射镜110、第三长条平面反射镜114正下方，安装有若干45度反射镜和平面反射镜。

在本具体实施方式中，物镜104顶部、第二长条平面反射镜110和第三长条平面反射镜114正下方，安装有四个45度反射镜和两个平面反射镜，分别为：第一45度反射镜105、第二45度反射镜106、第三45度反射镜107、第四45度反射镜108和第一平面反射镜111、第二平面反射镜112。水平向直角坐标系(xy坐标系)与物镜104光轴的交点即为该坐标系的原点O，其中，上述四个45度反射镜和上述两个平面反射镜均与物镜104刚性连接；第一45度反射镜105、第二45度反射镜106分别与第四45度反射镜108、第三45度反射镜107关于水平向直角坐标系原点O中心对称；第二45度反射镜106与第三45度反射镜107安装在物镜104水平横向(x向)轴线上，两者之间距离为2(cz+dz)且关于水平纵向(y向)轴线对称；第一45度反射镜105位于第二45度反射镜106沿水平横向(x向)负向移动cz、沿水平纵向(y向)负向移动ez位置处；第三45度反射镜107位于第四45度反射镜108沿水平横向(x向)负向移动cz、沿水平纵向(y向)负向移动ez位置处。此外，物镜104顶部还安装有两组传感器116、117，两组传感器116、117均包含有3个一维传感器，其中，传感器116用于提供被测量对象的绝对高度信息，即可得到掩模台103垂直方向(z向)的信息：垂直方向(z向)的位置Z、绕水平横向(x向)的倾斜量Rx以及绕水平纵向(y向)的倾斜量Ry，而传感器117用于提供被测量对象的水平向信息，即可得到掩模台103水平横向(x向)的位置X、水平纵向(y向)的位置Y以及绕垂直方向(z向)的倾斜量Rz。

在本具体实施方式中，掩模台103与物镜104间无直接刚性连接，水平纵向(y向)测量模块101与水平横向(x向)测量模块102刚性连接于所述主基板113上，而主基板113与物镜104刚性连接，且掩模台103可沿水平纵向(y向)大行程运动，可沿水平横向(x向)和垂直方向(z向)微动。此外，水平纵向(y向)测量模块101包括七个干涉仪测量轴，分别为：Y1，Y2，YR，Z1，Z2，Z3，Z4。其中，YR干涉仪测量轴位于水平纵向(y向)轴线上，Y1干涉仪测量轴与所述Y2干涉仪测量轴有一距离dy且关于水平纵向(y向)轴线对称，Z1干涉仪测量轴到水平纵向(y向)轴线有一距离dz，Z2干涉仪测量轴到Z1干涉仪测量轴有一距离cz，且干涉仪测量轴Z1、Z2与干涉仪测量轴Z3、Z4关于水平纵向(y向)轴线对称。而在水平横向(x向)测量模块102包括三个干涉仪测量轴，分别为X1，X2，XR。其中，干涉仪测量轴XR位于水平横向(x向)轴线上，干涉仪测量轴X1与干涉仪测量轴X2关于水平横向(x向)轴线对称。

在本具体实施方式中，还提供了一种利用上述装置对扫描光刻机掩模台位置进行测量的方法，可实现6自由度、大量程范围内对掩模台103位置的准确测量。

本具体实施方式所采用的扫描光刻机掩模台位置测量装置包括至少8个干涉仪测量轴，测量光沿着掩模台103扫描方向和与扫描方向垂直的方向入射，经至少一次反射到达掩模台103底面的长条平面反射镜，并由测量光所测得的长度变化量转换为掩模台的高度变化量及倾斜变化量。

本具体实施方式提供的扫描光刻机掩模台位置测量方法中，水平纵向(y向)测量模块101干涉仪测量轴Y1、Y2出射的光束沿着水平纵向(y向)到达掩模台103上的第一角锥棱镜109和第二角锥棱镜115，被反射后沿原路返回，被接收器件接收，从而测得水平纵向(y向)测量模块101到掩模台103上的第一角锥棱镜109的长度变化量ly1和到第二角锥棱镜115的长度变化量ly2；水平纵向(y向)测量模块101干涉仪测量轴YR出射的光束沿着水平纵向(y向)到达位于物镜104顶部的第二平面反射镜112，被反射后沿原路返回，被接收器件接收，从而测得水平纵向(y向)测量模块101到物镜104的长度变化量lyr，因此，掩模台103的水平纵向(y向)位移表示为： $\mathrm{\ΔY}=\frac{1}{2}(\mathrm{ly}1+\mathrm{ly}2)-\mathrm{lyr};$ 掩模台103的旋转变化量ΔRz表示为： $\mathrm{\ΔRz}=\frac{\mathrm{ly}1+\mathrm{ly}2}{\mathrm{dy}}.$

本具体实施方式提供的扫描光刻机掩模台位置测量方法中，水平横向(x向)测量模块102干涉仪测量轴X1、X2出射的光束沿着水平横向(x向)到达掩模台103上的第一长条平面反射镜118，被反射后沿原路返回，被接收器件接收，从而测得水平横向(x向)测量模块102到掩模台103上第一长条平面反射镜118的长度变化量lx1、lx2；水平横向(x向)测量模块102干涉仪测量轴XR出射的光束沿着水平横向(x向)到达物镜104顶部的第一平面反射镜111，被反射后沿原路返回，被接收器件接收，从而测得水平横向(x向)测量模块102到物镜104的长度变化量lxr。因此，掩模台103的水平横向(x向)位移表示为： $\mathrm{\ΔX}=\frac{1}{2}(\mathrm{lx}1+\mathrm{lx}2)-\mathrm{lxr}.$

本具体实施方式提供的扫描光刻机掩模台位置测量方法中，垂直方向(z向)测量的光束由干涉仪测量轴Z1～Z4自水平纵向(y向)测量模块101射出，由干涉仪测量轴Z1、Z2、Z3、Z4出射的光束分别沿水平纵向(y向)到达物镜104顶部的第一45度反射镜105、第二45度反射镜106、第三45度反射镜107、第四45度反射镜108，并分别被第一45度反射镜105、第二45度反射镜106、第三45度反射镜107、第四45度反射镜108反射后，到达掩模台103底部的第二长条平面反射镜110或者第三长条平面反射镜114，光束被反射后沿原路，再分别经第一45度反射镜105、第二45度反射镜106、第三45度反射镜107、第四45度反射镜108回到水平纵向(y向)测量模块101，被接收器件接收，分别得到测量长度变化量lz1、lz2、lz3、lz4。因此，掩模台103的垂直方向(z向)位移ΔZ表示为： $\mathrm{\ΔZ}=\frac{1}{2}(\mathrm{lz}2+\mathrm{lz}3)-\mathrm{lyr};$ 掩模台103绕水平纵向(y向)的倾斜变化量ΔRy表示为： $\mathrm{\ΔRy}=\frac{\mathrm{lz}3-\mathrm{lz}2}{2(\mathrm{dz}+\mathrm{cz})}.$

本具体实施方式提供的扫描光刻机掩模台位置测量方法中，掩模台103绕水平横向(x向)的倾斜至少采用3个干涉仪的测量值，由Z2、Z3、Z4的读数来计算绕水平横向(x向)的倾斜变化量ΔRx，则ΔRx可表示为： ${\mathrm{\ΔRx}}_{234}=\frac{\frac{\mathrm{cz}}{2(\mathrm{dz}+\mathrm{cz})}\mathrm{lz}2+\frac{2\mathrm{dz}+\mathrm{cz}}{2(\mathrm{dz}+\mathrm{cz})}-\mathrm{lz}4}{\mathrm{ez}};$ 由Z2、Z3、Z1的读数来计算ΔRx，则ΔRx可表示为 ${\mathrm{\ΔRx}}_{123}=\frac{\frac{\mathrm{cz}+2\mathrm{dz}}{2(\mathrm{dz}+\mathrm{cz})}\mathrm{lz}2+\frac{\mathrm{cz}}{2(\mathrm{dz}+\mathrm{cz})}-\mathrm{lz}1}{\mathrm{ez}}.$ 第二45度反射镜106和第三45度反射镜107位于水平横向(x向)轴线上，因此无论掩模台103如何运动，垂直方向(z向)测量光束Z2、Z3的读数都不会丢失，而垂直方向(z向)测量光束Z1、Z4由于分别经过第一45度反射镜105、第四45度反射镜108的反射，因此读数可能在掩模台103运动至水平纵向(y向)两端时丢失，而在靠近中心位置时，垂直方向(z)向测量光束Z1、Z2、Z3、Z4均能够到达掩模台103，这就使得干涉仪测量结构需要进行切换。

在本实施例中，针对ΔRx₁₂₃与ΔRx₂₃₄进行权重分配，以解决干涉仪的切换问题，掩模台103绕水平横向(x向)的倾斜变化量为ΔRx＝w1ΔRx₁₂₃+w2ΔRx₂₃₄，其中，w1、w2为权重因子，是当前掩模台(103)的水平纵向(y向)位置的函数，且该函数在整个水平纵向(y向)运动过程中没有突变，为一阶导数连续。本实施例中，在水平纵向(y向)坐标Y坐标上划分了py1、py2、py3、py4几个位置，以这几个位置为界，权重函数的解析式改变：

$w2=\left\{\begin{array}{cc}0& \&ForAll;Y\&le;\mathrm{py}1;\\ 0.5{\mathrm{fy}1}^2(3-2\mathrm{fy}1)& \&ForAll;\mathrm{ph}1<Y\&le;\mathrm{py}2;\\ 0.5& \&ForAll;\mathrm{py}2<Y\&le;\mathrm{py}3;\\ 0.5[1+{\mathrm{fy}3}^2(3-2\mathrm{fy}3)]& \&ForAll;\mathrm{py}3<Y\&le;\mathrm{py}4\\ 1& \&ForAll;Y>\mathrm{py}4\end{array}\right.;$

w1＝1-w2。

其中， $\mathrm{fy}1=\frac{Y-\mathrm{py}1}{\mathrm{py}2-\mathrm{py}1},$ $\mathrm{fy}3=\frac{Y-\mathrm{py}3}{\mathrm{py}4-\mathrm{py}3}.$

至此，掩模台103的6个自由度位置均可以精确确定。该具体实施方式提供的方案只涉及一种传感器，便于信号同步，且采用光学干涉测量方法，提高了测量分辨率和测量范围。

在掩模台水平纵向(y向)行程不大的情况下，本具体实施方式提供的掩模台位置测量装置和测量方法只需使用三个45度反射镜及其对应的干涉仪测量轴即可完成对掩模台103位置的测量，且上述三个45度反射镜不在同一条直线上。

根据本具体实施方式提供的扫描光刻机掩模台位置测量装置及测量方法，第一角锥棱镜109、第二角锥棱镜115分别对应于干涉仪测量轴Y1、Y2，使干涉仪测量轴Y1、Y2的出射光分别能被第一角锥棱镜109、第二角锥棱镜115反射后沿原路返回；而第二平面反射镜112对应于干涉仪测量轴YR，使干涉仪测量轴YR的出射光能被第二平面反射镜112反射后沿原路返回；第一长条平面反射镜118对应于干涉仪测量轴X1、X2，使干涉仪测量轴X1、X2的出射光能被第一长条平面反射镜118反射后沿原路返回；而第一平面反射镜111对应于干涉仪测量轴XR，使干涉仪测量轴XR的出射光能被第一平面反射镜111反射后沿原路返回；第一45度反射镜105、第二45度反射镜106分别对应于干涉仪测量轴Z1、Z2，使干涉仪测量轴Z1、Z2的出射光能分别被第一45度反射镜105、第二45度反射镜106反射后到达第二长条平面反射镜110，光束被反射后沿原路，再分别经第一45度反射镜105、第二45度反射镜106返回；第三45度反射镜107、第四45度反射镜108分别对应于干涉仪测量轴Z3、Z4，使干涉仪测量轴Z3、Z4的出射光能分别被第三45度反射镜107、第四45度反射镜108反射后到达第三长条平面反射镜114，光束被反射后沿原路，再分别经第三45度反射镜107、第四45度反射镜108返回。

作为可选实施例，干涉仪测量轴Y1与Y2、Z1与Z4、Z2与Z3不关于水平纵向(y向)轴线对称，干涉仪测量轴X1与X2只选用其中一个，或者选用两个但不关于水平横向(x向)轴线对称时，本技术方案也能实现，但此时掩模台位置变化量ΔX、ΔY、ΔZ、ΔRx、ΔRy、ΔRz的计算公式将会根据掩模台位置的定义作相应变化。进一步，干涉仪测量轴YR可以不位于水平纵向轴线上、干涉仪测量轴XR可以不位于水平横向轴线上。

由于激光干涉仪是相对测量传感器，因此必须标定出其测量的基准位置。根据测量标定的基准位置，在通过本具体实施方式提供的方法测量获得的掩模台水平横向(x向)位移ΔX、水平纵向(y向)位移ΔY、垂直方向(z向)位移ΔZ、绕垂直方向(z向)倾斜变化量ΔRz、绕水平横向(x向)倾斜变化量ΔRx、绕水平纵向(y向)倾斜变化量ΔRy的基础上，得到掩模台位置。作为最佳实施方式，在物镜104顶部安装有两组传感器116、117，每一组传感器中都包含有3个一维传感器，第一组传感器116可以提供被测对象的绝对高度信息，即可以得到掩模台103的垂直方向(z向)信息垂直方向(z向)的位置Z、绕水平横向(x向)的倾斜量Rx以及绕水平纵向(y向)的倾斜量Ry；第二组传感器117则可以提供被测对象的绝对水平向信息，即可以得到掩模台103的水平横向(x向)位置X、水平纵向(y向)位置Y以及绕垂直方向(z向)的倾斜量Rz。当各传感器读数为0时，对应的掩模台103绝对位置时唯一确定的，可利用该位置反算干涉仪的读数值，从而对干涉仪进行置位，获得位置测量的基准。

在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。

Claims (17)

1.一种扫描光刻机掩模台位置测量装置，包括：

水平纵向测量模块(101)，水平横向测量模块(102)，掩模台(103)，物镜(104)和主基板(113)；

其特征在于：

所述水平纵向测量模块(101)和所述水平横向测量模块(102)均包括若干干涉仪测量轴；

所述掩模台(103)面对水平纵向测量模块(101)的一侧安装有第一角锥棱镜(109)和第二角锥棱镜(115)，面对水平横向测量模块(102)的一侧安装有第一长条平面反射镜(118)，所述掩模台(103)底部沿水平纵向安装有第二长条平面反射镜(110)和第三长条平面反射镜(114)；所述物镜(104)顶部和所述第二长条平面反射镜(110)、第三长条平面反射镜(114)正下方，安装有若干45度反射镜和平面反射镜。

2.根据权利要求1所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，所述水平纵向测量模块(101)至少包括六个干涉仪测量轴，分别为Y1，Y2，YR，Z1，Z2，Z3；所述水平横向测量模块(102)至少包括两个干涉仪测量轴，分别为X1，XR；所述45度反射镜至少为三个，分别为第一45度反射镜(105)，第二45度反射镜(106)，第三45度反射镜(107)；所述平面反射镜至少为两个，分别为第一平面反射镜(111)，第二平面反射镜(112)。

3.根据权利要求2所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，所述YR干涉仪测量轴位于水平纵向轴线上，所述XR干涉仪测量轴位于水平横向轴线上。

4.根据权利要求2所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，所述第一角锥棱镜109、第二角锥棱镜115分别对应于所述干涉仪测量轴Y1、Y2，使所述干涉仪测量轴Y1、Y2的出射光分别能被所述第一角锥棱镜109、第二角锥棱镜115反射后沿原路返回；所述第二平面反射镜112对应于所述干涉仪测量轴YR，使所述干涉仪测量轴YR的出射光能被所述第二平面反射镜112反射后沿原路返回。

5.根据权利要求4所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，所述第一长条平面反射镜118对应于干涉仪测量轴X1，使干涉仪测量轴X1的出射光能被所述第一长条平面反射镜118反射后沿原路返回；所述第一平面反射镜111对应于干涉仪测量轴XR，使干涉仪测量轴XR的出射光能被所述第一平面反射镜111反射后沿原路返回。

6.根据权利要求5所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，所述第一45度反射镜105、第二45度反射镜106分别对应于干涉仪测量轴Z1、Z2，使所述干涉仪测量轴Z1、Z2的出射光能被所述第一45度反射镜105、第二45度反射镜106反射后到达第二长条平面反射镜110，光束被反射后沿原路，再分别经第一45度反射镜105、第二45度反射镜106返回；所述第三45度反射镜107对应于干涉仪测量轴Z3，使所述干涉仪测量轴Z3的出射光能被所述第三45度反射镜107反射后到达第三长条平面反射镜114，光束被反射后沿原路，再经第三45度反射镜107返回。

7.根据权利要求6所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，所述水平纵向测量模块(101)还包括一个干涉仪测量轴Z4，所述水平横向测量模块(102)还包括一个干涉仪测量轴X2，所述扫描光刻机掩模台位置测量装置还包括第四45度反射镜(108)，所述第四45度反射镜108对应于干涉仪测量轴Z4，使所述干涉仪测量轴Z4的出射光能被所述第四45度反射镜108反射后到达第三长条平面反射镜114，光束被反射后沿原路，再经第四45度反射镜108返回；所述第一长条平面反射镜118对应于干涉仪测量轴X2，使干涉仪测量轴X2的出射光能被所述第一长条平面反射镜118反射后沿原路返回。

8.根据权利要求7所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，Y1干涉仪测量轴与所述Y2干涉仪测量轴有一距离dy且关于水平纵向(y向)轴线对称，Z1干涉仪测量轴到水平纵向(y向)轴线有一距离dz，Z2干涉仪测量轴到Z1干涉仪测量轴有一距离cz，且干涉仪测量轴Z1、Z2与干涉仪测量轴Z3、Z4关于水平纵向(y向)轴线对称。

9.根据权利要求7所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，干涉仪测量轴X1与干涉仪测量轴X2关于水平横向(x向)轴线对称。

10.根据权利要求7所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，上述第一45度反射镜、第二45度反射镜和第三45度反射镜不在同一条直线上。

11.根据权利要求1所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，所述物镜(104)顶部安装有两组传感器(116)、(117)，所述传感器均包含有3个一维传感器。

12.一种利用如权利要求1～11任意一项所述的装置进行扫描光刻机掩模台位置测量的方法，其特征在于：

所提供的测量装置包括至少八个干涉仪测量轴；

测量光沿着掩模台(103)扫描方向和与扫描方向垂直的方向入射；

测量光经至少一次反射到达掩模台(103)底面的长条平面反射镜；

由测量光所测得长度变化量计算得到掩模台的高度与倾斜。

13.根据权利要求12所述的扫描光刻机掩模台位置测量方法，其特征在于，上述由测量光所测得长度变化量计算得到掩模台的高度与倾斜，是通过测量光所测得的长度变化量计算得到掩模台的高度变化量与倾斜变化量，再与掩模台的基准位置叠加，获得掩模台的高度与倾斜。

14.根据权利要求12所述的扫描光刻机掩模台位置测量方法，其特征在于，采用所述水平纵向测量模块(101)上的干涉仪测量轴测得水平纵向测量模块(101)到掩模台(103)上的第一角锥棱镜(109)的长度变化量ly1和到第二角锥棱镜(115)的长度变化量ly2以及水平纵向测量模块(101)到物镜(104)的长度变化量lyr，则所述掩模台(103)的水平纵向位移ΔY表示为： $\mathrm{\&Delta;Y}=\frac{1}{2}(\mathrm{ly}1+\mathrm{ly}2)-\mathrm{lyr},$ 旋转变化量ΔRz表示为： $\mathrm{\&Delta;Rz}=\frac{\mathrm{ly}1+\mathrm{ly}2}{\mathrm{dy}}.$

15.根据权利要求12所述的扫描光刻机掩模台位置测量方法，其特征在于，采用所述水平横向测量模块(102)上的干涉仪测量轴测得水平横向测量模块(102)到掩模台(103)上第二45度反射镜(106)的长度变化量lx1、lx2以及水平横向测量模块(102)到物镜(104)的长度变化量lxr，则所述掩模台(103)的水平横向位移ΔX表示为： $\mathrm{\&Delta;X}=\frac{1}{2}(\mathrm{lx}1+\mathrm{lx}2)-\mathrm{lxr}.$

16.根据权利要求12所述的扫描光刻机掩模台位置测量方法，其特征在于，所述垂直方向测量的光束由水平纵向测量模块(101)上的干涉仪测量轴Z1、Z2、Z3、Z4射出，分别得到测量长度变化量lz1、lz2、lz3、lz4，则所述掩模台(103)的垂直方向位移ΔZ表示为： $\mathrm{\&Delta;Z}=\frac{1}{2}(\mathrm{lz}2+\mathrm{lz}3)-\mathrm{lyr},$ 所述掩模台(103)绕水平纵向的倾斜变化量ΔRy表示为： $\mathrm{\&Delta;Ry}=\frac{\mathrm{lz}3-\mathrm{lz}2}{2(\mathrm{dz}+\mathrm{cz})}.$

17.根据权利要求16所述的扫描光刻机掩模台位置测量方法，其特征在于，所述掩模台(103)绕水平横向的倾斜变化量ΔRx至少采用3个干涉仪的测量值，由Z2、Z3、Z4的读数来计算绕水平横向的倾斜变化量ΔRx，则ΔRx表示为： $\mathrm{\&Delta;R}{x}_{234}=\frac{\frac{\mathrm{cz}}{2(\mathrm{dz}+\mathrm{cz})}\mathrm{lz}2+\frac{2\mathrm{dz}+\mathrm{cz}}{2(\mathrm{dz}+\mathrm{cz})}-\mathrm{lz}4}{\mathrm{ez}};$ 由Z2、Z3、Z1的读数来计算绕水平横向的倾斜变化量ΔRx，则ΔRx表示为： $\mathrm{\&Delta;R}{x}_{123}=\frac{\frac{\mathrm{cz}+2\mathrm{dz}}{2(\mathrm{dz}+\mathrm{cz})}\mathrm{lz}2+\frac{\mathrm{cz}}{2(\mathrm{dz}+\mathrm{cz})}-\mathrm{lz}1}{\mathrm{ez}},$ 所述掩模台(103)绕水平横向的倾斜变化量ΔRx为：ΔRx＝w1ΔRx₁₂₃+w2ΔRx₂₃₄，其中，w1、w2为权重因子，是所述掩模台(103)当前水平纵向位置的函数，且该函数在整个水平纵向运动过程中没有突变，为一阶导数连续。

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