CN102109769B - 工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置及联调方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置及联调方法，该方法包括以下步骤：步骤1，锁定工件台干涉仪；步骤2，将联调装置安装到光刻机中，调节可调连杆，使该联调装置的出射光束与掩模台干涉仪的出射光束之间的间距限定在一定范围内，锁定该可调连杆；卸下联调装置，离线调节角度调整架，使联调装置的出射光束平行于联调装置的入射光束，锁定该角度调整架；步骤3，将联调装置再次安装到光刻机中，调节掩模台干涉仪，使掩模台干涉仪的出射光束平行于联调装置的出射光束，锁定该掩模台干涉仪；步骤4，调节掩模台多面镜工装，使掩模台多面镜工装与掩模台干涉仪的出射光束垂直，锁定该掩模台多面镜工装。

Description

工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置及联调方法

技术领域

本发明涉及光刻机干涉测量系统，尤其涉及一种工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置及联调方法。

背景技术

在光刻机中，工件台和掩模台各自采用一套干涉测量系统进行测量。若工件台干涉仪的出射光束与掩模台干涉仪的出射光束不平行，则会降低工件台和掩模台的对准程度，从而影响光刻机的性能。因此，在安装工件台干涉仪和掩模台干涉仪时，需要保证工件台干涉仪的出射光束与掩模台干涉仪的出射光束平行。

如图1所示，在光刻机中，工件台干涉仪25通过工件台测量支架24连接在主基板22的下方，而掩模台干涉仪27通过掩模台测量支架26连接在主基板22的上方。为保证光刻机的性能，安装工件台干涉仪25和掩模台干涉仪27时，要确保工件台干涉仪25射出的水平光束251与掩模台干涉仪27射出的水平光束271平行，但是，工件台干涉仪25和掩模台干涉仪27之间的间距较大，通常大于1000mm，无法将工件台干涉仪25射出的水平光束251和掩模台干涉仪27射出的水平光束271同时导入测角仪器，因此，无法检测和调节工件台干涉仪25射出的水平光束251与掩模台干涉仪27射出的水平光束271的平行度。

另外，光刻机结构复杂，空间布局紧凑，采用长光程测量法直接检测工件台干涉仪25射出的水平光束251与掩模台干涉仪27射出的水平光束271的平行度将受到空间因素的限制，在实际中很难操作。

在光刻机投入使用后，每隔一段时间需要重新检测和校准工件台干涉仪的出射光束与掩模台干涉仪的出射光束的平行度，而安装好的光刻机可供检测装置使用的空间更加有限，另外，还要求检测和校准方案不能影响到光刻机的正常使用。

针对上述问题，需要设计一种体积小、易装卸的工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置以及操作简单的联调方法，以满足安装工件台干涉仪和掩模台干涉仪时以及后期检测维护时检测和调节的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置及联调方法，该装置体积小、装卸方便，该方法操作简单。

为了达到上述的目的，本发明提供一种工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置，包括可调连杆、分光棱镜、棱镜和角度调整架；所述角度调整架设置在所述可调连杆的一端；所述棱镜与所述角度调整架连接；所述分光棱镜设置在所述可调连杆的另一端；所述可调连杆用于调节所述分光棱镜和所述棱镜之间的距离；所述角度调整架用于调节所述棱镜相对所述分光棱镜的角度；入射光束入射到所述分光棱镜后，一部分光束透过所述分光棱镜，另外一部分光束经所述分光棱镜反射后沿所述可调连杆的内侧壁入射到所述棱镜，经所述分光棱镜反射的光束再经所述棱镜反射后射出。

上述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置，其中，所述分光棱镜采用五角分光棱镜。

上述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置，其中，所述棱镜采用五角棱镜。

本发明的另一种技术方案是，一种使用上述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法，用于光刻机干涉测量系统调节，该光刻机包括工件台干涉仪、工件台多面镜工装、掩模台干涉仪和掩模台多面镜工装，包括以下步骤：步骤1，调节所述工件台干涉仪，使所述工件台干涉仪的出射光束垂直于所述工件台多面镜工装，锁定所述工件台干涉仪；步骤2，锁定所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的可调连杆和角度调整架；将所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置安装到光刻机中，调节所述可调连杆，使所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束与掩模台干涉仪的出射光束之间的间距限定在一定范围内，锁定该可调连杆；卸下所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置，离线调节所述角度调整架，使所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束平行于所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的入射光束，锁定该角度调整架；步骤3，将所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置再次安装到光刻机中，调节所述掩模台干涉仪，使所述掩模台干涉仪的出射光束平行于所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束，锁定该掩模台干涉仪；步骤4，调节所述掩模台多面镜工装，使所述掩模台多面镜工装与所述掩模台干涉仪的出射光束垂直，锁定该掩模台多面镜工装。

上述联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法，其中，所述步骤1中采用迈克耳逊工装检测所述工件台干涉仪的出射光束与所述工件台多面镜工装的垂直度，将所述迈克耳逊工装置于所述工件台干涉仪与所述工件台多面镜工装之间，所述工件台干涉仪的出射光束经所述迈克耳逊工装入射到所述工件台多面镜工装，当所述迈克耳逊工装的干涉条纹最少时，所述工件台干涉仪的出射光束垂直于所述工件台多面镜工装。

上述联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法，其中，所述步骤2中，工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束与掩模台干涉仪的出射光束之间的间距小于30mm。

上述联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法，其中，所述步骤2中，通过所述角度调整架调节棱镜，以改变所述棱镜相对分光棱镜的角度，使所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束平行于所述所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的入射光束。

上述联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法，其中，所述分光棱镜采用五角分光棱镜，所述棱镜采用五角棱镜。

上述联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法，其中，所述步骤3中，让所述掩模台干涉仪的出射光束与所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束同时入射测角仪器，用所述测角仪器检测所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束是否平行于所述掩模台干涉仪的出射光束，如果不平行，则调节所述掩模台干涉仪，使所述掩模台干涉仪的出射光束平行于所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的的出射光束。

上述联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法，其中，所述步骤4中，采用迈克耳逊工装检测所述掩模台多面镜工装与所述掩模台干涉仪的出射光束的垂直度，将所述迈克耳逊工装置于所述掩模台干涉仪与所述掩模台多面镜工装之间，所述掩模台干涉仪的出射光束经所述迈克耳逊工装入射到所述掩模台多面镜工装，当所述迈克耳逊工装的干涉条纹最少时，所述掩模台多面镜工装垂直于所述掩模台干涉仪的出射光束。

本发明工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置及联调方法，该联调装置采用可调连杆调节分光棱镜和棱镜之间的距离，采用角度调整架调节棱镜相对分光棱镜的角度，实现平行提升工件台干涉仪的出射光束，结构简单、体积小，装卸方便；校准本发明工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置采用离线方式，规避了光刻机的空间限制条件，现实可操作；本发明联调方法的联调精度可控制在±82urad之内，精度高；本发明工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置及联调方法既可用于安装工件台干涉仪和掩模台干涉仪，又可用于工件台干涉仪和掩模台干涉仪后期检测和维护，使用灵活，操作简单。

附图说明

本发明的工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置及联调方法由以下的实施例及附图给出。

图1是现有技术中光刻机的示意图。

图2是本发明工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的结构示意图；

图3是本发明工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的原理图；

图4是本发明工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置离线校准精度分析图；

图5是本发明联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法中锁定工件台干涉仪的示意图；

图6是本发明联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法中锁定可调节杆的示意图；

图7是本发明联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法中锁定掩模台干涉仪的示意图；

图8是本发明联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法中锁定掩模台多面镜工装示意图。

具体实施方式

以下将结合图2～图8对本发明的工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置及联调方法作进一步的详细描述。

参见图2，本发明的工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置包括可调连杆11、分光棱镜12、棱镜13和角度调整架14；

所述角度调整架14设置在所述可调连杆11的一端；

所述棱镜13与所述角度调整架14连接；

所述分光棱镜12设置在所述可调连杆11的另一端；

所述可调连杆11用于调节所述分光棱镜12和所述棱镜13之间的距离；

所述角度调整架14用于调节所述棱镜13相对所述分光棱镜12的角度；

入射光束51入射到所述分光棱镜12后，一部分光束透过所述分光棱镜12(如图2中的透射光束52)，另外一部分光束经所述分光棱镜12反射后沿所述可调连杆11的内侧壁入射到所述棱镜13，经所述分光棱镜12反射的光束再经所述棱镜13反射后射出(如图2中的出射光束53)。

本实施例中，所述分光棱镜12采用五角分光棱镜；所述棱镜13采用五角棱镜。

调节本发明工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置可使经所述棱镜13反射的出射光束53平行于入射光束51，其原理如下：

参见图3，所述分光棱镜12的出射面121与所述棱镜13的入射面131平行相对，处于不同高度，所述分光棱镜12的中心与所述棱镜13的中心的连线垂直于所述入射光束51。

以所述入射光束51的入射方向为Y轴正方向，以所述分光棱镜12的中心与所述棱镜13的中心的连线、指向所述棱镜13的方向为Z轴正方向，建立一个三维坐标系；将右手拇指指向Z轴正方向，其余四指握拳，其余四指握拳的方向定义为RZ方向，将右手拇指指向Y轴正方向，其余四指握拳，其余四指握拳的方向定义为RY方向，同理定义RX方向。

所述入射光束51入射到所述分光棱镜12后，一部分光束透过所述分光棱镜12，形成透射光束52；另外一部分光束经所述分光棱镜12反射后入射到所述棱镜13，再经所述棱镜13反射后射出，形成出射光束53。所述透射光束52与所述入射光束51无论在RX方向还是RZ方向都严格平行(误差小于±15urad)，而所述出射光束53与所述入射光束51仅在RX方向严格平行(误差小于±15urad)，在RZ方向上不平行，其不平行度由所述棱镜13相对于所述分光棱镜12的角度决定(所述棱镜13相对于所述分光棱镜12的角度可以认为是所述棱镜13的出射面132与所述分光棱镜12的入射面122之间的夹角)，所述角度调整架14可调节所述棱镜13相对于所述分光棱镜12的角度。

通过所述角度调整架14调节所述棱镜13相对于所述分光棱镜12的角度，使所述出射光束53与所述入射光束51在RZ方向上平行，具体做法如下：在距离联调装置较远处设置一屏幕60，该屏幕60与所述分光棱镜12之间的距离设为Ly(Ly越长，调节精度越高)，所述透射光束52和所述出射光束53分别在所述屏幕60上投影，各自形成一光斑，如图4所示，光斑123为所述透射光束52在所述屏幕60上投影形成的光斑，光斑133为所述出射光束53在所述屏幕60上投影形成的光斑，测量所述光斑123与所述光斑133在X方向上的偏差Lx，通过所述角度调整架14调节所述棱镜13，改变所述棱镜13相对于所述分光棱镜12的角度，使偏差Lx等于0，此时，可认为所述出射光束53与所述透射光束52严格平行，即所述出射光束53与所述入射光束51严格平行。假设人眼测量光斑中心的分辨率为±1mm，Ly为20m，则本发明联调装置的校准分辨率为±1/20000＝±50urad。

本发明工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置结构简单、体积小，装卸方便，校准精度高。

使用上述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置安装并调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法包括以下步骤：

步骤1，安装并调节工件台干涉仪25，以锁定工件台干涉仪25；

参见图5，光刻机包括物镜23、主基板22、工件台多面镜工装21和工件台测量支架24，所述物镜23穿过所述主基板22，所述工件台多面镜工装21设置在所述物镜23正下方，所述工件台测量支架24设置在所述主基板22的底部；

将所述工件台干涉仪25安装到所述工件台测量支架24上，利用迈克耳逊工装30检测所述工件台干涉仪25的出射光束251与所述工件台多面镜工装21的垂直度，当所述迈克耳逊工装30的干涉条纹最少时，所述工件台干涉仪25的出射光束251与所述工件台多面镜工装21的侧表面211垂直，此时，所述工件台干涉仪25达到理想位置，锁定所述工件台干涉仪25；

步骤2，初安装掩模台干涉仪27，调节上述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置，以锁定上述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的可调连杆11以及角度调整架14；

步骤2.1，初安装掩模台干涉仪27，安装并调节所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置，以锁定可调连杆11；

参见图6，上述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置穿过所述主基板22放置，使所述工件台干涉仪25的出射光束251入射到所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的分光棱镜12，该出射光束251经所述分光棱镜12后分成两束光束，一束为透射光束252，另一束为反射光束，该反射光束沿所述可调连杆11的内侧壁入射到棱镜13，该反射光再经所述棱镜13反射后出射，形成所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束253；

所述主基板22的上表面上安装有掩模台测量支架26，所述掩模台干涉仪27初安装在所述掩模台测量支架26上；

调节所述可调连杆11，使所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束253与所述掩模台干涉仪27的出射光束271之间的间距小于30mm，锁定可调连杆11；

步骤2.2，离线调节所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置，使所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束平行于该工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的入射光束，以锁定所述角度调整架14；

取出所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置，采用长光程测量法离线校准所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置，如图3和图4所示，通过所述角度调整架14调节所述棱镜13相对于所述分光棱镜12的角度，使所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束平行于所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的入射光束，此时，锁定所述角度调整架14，完成所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的离线校准；

校准所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置时采用离线方式，规避了光刻机的空间限制条件，可操作；

步骤3，调整所述掩模台干涉仪27，以锁定所述掩模台干涉仪27；

参见图7，将离线校准后的工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置重新穿过所述所述主基板22放置，使所述工件台干涉25的出射光束251入射到所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的分光棱镜12；

让所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的的出射光束253和所述掩模台干涉仪27的出射光束271同时入射测角仪器40，所述测角仪器40检测所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的的出射光束253和所述掩模台干涉仪27的出射光束271的平行度，调节所述掩模台干涉仪27，使所述掩模台干涉仪27的出射光束271平行于所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束253，锁定所述掩模台干涉仪27；

取出所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置和所述测角仪器40；

步骤4，安装并调节掩模台多面镜工装28，以锁定掩模台多面镜工装28

参见图8，初安装掩模台多面镜工装28于所述物镜23的正上方，将迈克耳逊工装30放置于所述掩模台干涉仪27与所述掩模台多面镜工装28之间，使所述掩模台干涉仪27的出射光束271经所述迈克耳逊工装30入射到所述掩模台多面镜工装28，调节所述掩模台多面镜工装28，当所述迈克耳逊工装30的干涉条纹最少时，所述掩模台多面镜工装28的侧表面281垂直于所述掩模台干涉仪27的出射光束271，此时，锁定所述掩模台多面镜工装28；

取下所述迈克耳逊工装30，完成所述工件台干涉仪和所述掩模台干涉仪联合调节。

本发明联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法采用离线校准所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置，可使所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束与入射光束在RX方向上的平行度误差小于±30urad，而在RZ方向上的平行度误差小于±65urad，总体平行度误差小于 $\sqrt{{30}^2+{65}^2}=\±72\mathrm{urad};$ 另外，测角仪器的测量误差可控制在±10urad以内，综合以上两个方面来看，本发明联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法的联调精度可控制在±82urad之内，精度高。

在后期检测和维护光刻机干涉测量系统的过程中，也可使用本发明工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪，具体联合调节方法与上述联合调节方法的区别在于，省去步骤1中安装工件台干涉仪的步骤、步骤2中初安装掩模台干涉仪的步骤、步骤4中安装掩模台多面镜工装的步骤。

本发明联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法操作简单，使用灵活，即可用于安装工件台干涉仪和掩模台干涉仪，又可用于工件台干涉仪和掩模台干涉仪后期检测和维护。

Claims (9)

1.一种工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置，其特征在于，包括可调连杆、分光棱镜、棱镜和角度调整架；

所述角度调整架设置在所述可调连杆的一端；

所述棱镜与所述角度调整架连接；

所述分光棱镜设置在所述可调连杆的另一端；

所述可调连杆用于调节所述分光棱镜和所述棱镜之间的距离；

所述角度调整架用于调节所述棱镜相对所述分光棱镜的角度；

入射光束入射到所述分光棱镜后，一部分光束透过所述分光棱镜，另外一部分光束经所述分光棱镜反射后沿所述可调连杆的内侧壁入射到所述棱镜，经所述分光棱镜反射的光束再经所述棱镜反射后射出。

2.如权利要求1所述的工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置，其特征在于，所述分光棱镜采用五角分光棱镜。

3.如权利要求1所述的工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置，其特征在于，所述棱镜采用五角棱镜。

4.一种使用如权利要求1所述的工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法，用于光刻机干涉测量系统调节，该光刻机包括工件台干涉仪、工件台多面镜工装、掩模台干涉仪和掩模台多面镜工装，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，调节所述工件台干涉仪，使所述工件台干涉仪的出射光束垂直于所述工件台多面镜工装，锁定所述工件台干涉仪；

步骤2，锁定所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的可调连杆和角度调整架；

将所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置安装到光刻机中，调节所述可调连杆，使所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束与掩模台干涉仪的出射光束之间的间距小于30mm，锁定该可调连杆；

卸下所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置，离线调节所述角度调整架，使所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束平行于所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的入射光束，锁定该角度调整架；

步骤3，将所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置再次安装到光刻机中，调节所述掩模台干涉仪，使所述掩模台干涉仪的出射光束平行于所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束，锁定该掩模台干涉仪；

步骤4，调节所述掩模台多面镜工装，使所述掩模台多面镜工装与所述掩模台干涉仪的出射光束垂直，锁定该掩模台多面镜工装。

5.如权利要求4所述的联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法，其特征在于，所述步骤1中采用迈克耳逊工装检测所述工件台干涉仪的出射光束与所述工件台多面镜工装的垂直度，将所述迈克耳逊工装置于所述工件台干涉仪与所述工件台多面镜工装之间，所述工件台干涉仪的出射光束经所述迈克耳逊工装入射到所述工件台多面镜工装，当所述迈克耳逊工装的干涉条纹最少时，所述工件台干涉仪的出射光束垂直于所述工件台多面镜工装。

6.如权利要求4所述的联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法，其特征在于，所述步骤2中，通过所述角度调整架调节棱镜，以改变所述棱镜相对分光棱镜的角度，使所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束平行于所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的入射光束。

7.如权利要求6所述的联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法，其特征在于，所述分光棱镜采用五角分光棱镜，所述棱镜采用五角棱镜。

8.如权利要求4所述的联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法，其特征在于，所述步骤3中，让所述掩模台干涉仪的出射光束与所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束同时入射测角仪器，用所述测角仪器检测所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束是否平行于所述掩模台干涉仪的出射光束，如果不平行，则调节所述掩模台干涉仪，使所述掩模台干涉仪的出射光束平行于所述工件台干涉仪和掩模台干涉仪的联调装置的出射光束。

9.如权利要求4所述的联合调节工件台干涉仪和掩模台干涉仪的方法，其特征在于，所述步骤4中，采用迈克耳逊工装检测所述掩模台多面镜工装与所述掩模台干涉仪的出射光束的垂直度，将所述迈克耳逊工装置于所述掩模台干涉仪与所述掩模台多面镜工装之间，所述掩模台干涉仪的出射光束经所述迈克耳逊工装入射到所述掩模台多面镜工装，当所述迈克耳逊工装的干涉条纹最少时，所述掩模台多面镜工装垂直于所述掩模台干涉仪的出射光束。

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