CN102445149A - 一种工件台位置测量装置与测量方法 - Google Patents

Abstract

一种工件台位置测量装置，包括：反射镜，设置于该工件台的一侧面；干涉仪，置于该工件台设有该反射镜的一侧，该干涉仪与该反射镜之间建立一外部光路，且该干涉仪用于测量该外部光路的光程；具有多个探头之传感器，该些探头沿该外部光路方向设置，用以探测该外部光路外围的微环境数据；数据处理单元，与该干涉仪及该传感器电性连接，用以读取该光程以及该些探头中处于该光程内的探头测得的该外部光路外围的微环境数据，并依据所读取的该外部光路外围的微环境数据对该光程进行分段补偿，并依据补偿后的该光程计算该工件台的位置。

Description

一种工件台位置测量装置与测量方法

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及光刻领域中的工件台测量装置。

背景技术

干涉仪位置测量的技术被越来越广泛应用于各种精加工设备中。相对于其它测量方法，干涉仪测量有着光学非接触、高精度等诸多优点。作为精加工设备的光刻机，更是把干涉仪测量作为其位置测量的重要工具。典型的，用于承放硅片的工件台和掩模的掩模台，其位置测量一般采用干涉仪，位置测量精度很高。Agilent公司美国专利US7,355,719B2(公开日2008年4月8日)和ASML公司美国专利US 6,020,964(公开日2000年2月1日)和Nikon公司美国专利US 6,980,279B2(公开日2005年12月27日)中提到多种干涉仪测量方案。但是，利用光学干涉仪测量位置有一个明显的缺点，就是外部光路容易受到微环境的影响，特别是可动装置(比如工件台或掩模台)运动时候对周围环境的冲击，使得外部光路周围环境快速变化，一般干涉仪装置仅附带一个传感器，其所采用的单点环境补偿模型举例如下：

wif_len_actua＝wif_len＊(1+f(P，T))；

其中，wif_len为干涉仪外部光路光程(光程总读数值-内部光路光程)；

wif_len_actual为干涉仪环境补偿后外部光路光程；

f(P，T)＝(P*a/(T-b)-c)；为温度压力补偿公式，其中所包含的变量：

P为传感器探头所测量的空气压力值；

T为传感器探头所测量的空气温度值；

a，b，c为常数。

这样的装置只能对大环境的缓慢变化进行补偿，无法对光路中各处的微环境变化进行补偿，因此，常常会引入较大的环境冲击误差。但是，在当前高精度的干涉仪测量系统中，微环境变化的影响突出，以致无法忽视。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工件台位置测量装置，该装置能有效补偿微环境变化对干涉仪产生的影响。

根据本发明的工件台位置测量装置，包括：

反射镜，设置于该工件台的一侧面；

干涉仪，置于该工件台设有该反射镜的一侧，该干涉仪与该反射镜之间建立一外部光路，且该干涉仪用于测量该外部光路的光程；

具有多个探头之传感器，该些探头沿该外部光路方向设置，用以探测该外部光路外围的微环境数据；

数据处理单元，与该干涉仪及该传感器电性连接，用以读取该光程以及该些探头中处于该光程内的探头测得的该外部光路外围的微环境数据，并依据所读取的该外部光路外围的微环境数据对该光程进行分段补偿，并依据补偿后的该光程计算该工件台的位置。

其中，该些探头沿着该外部光路方向等距离设置。

其中，该些探头沿着该外部光路方向不等距设置。

其中，该数据处理单元是依据所读取的微环境数据并调用一微环境补偿模型对该外部光路的光程进行分段补偿。

其中，该数据处理单元是依据补偿后的该光程并调用一干涉仪模型计算该工件台位置。

其中，该数据处理单元为一传感器板卡。

其中，该传感器板卡集成在该干涉仪内部。

其中，该传感器板卡独立于该干涉仪之外。

一种利用上述工件台位置测量装置进行工件台位置测量的方法，包括：

利用该干涉仪测量该外部光路的光程；

利用该传感器的多个探头探测该外部光路外围的微环境数据；

利用该数据处理单元读取该光程；

利用该数据处理单元对该些探头所测得的数据进行筛选以读取该些探头中处于该光程内的探头测得的该外部光路外围的微环境数据；

根据该数据处理单元依据所读取的微环境数据对该光程进行分段补偿；以及

利用该数据处理单元依据补偿后的该光程计算该工件台的位置。

其中，利用该数据处理单元对该些探头所测得的数据进行筛选之方法包括：

利用该数据处理单元读取每一探头于该外部光路方向上的位置；

利用该数据处理单元比较每一探头于该外部光路方向上的位置与该外部光路的光程，以确定处于该光程内的探头；以及

利用该数据处理单元读取处于该光程内的探头测得的该外部光路外围的微环境数据。

其中，该数据处理单元是依据所读取的微环境数据并调用一微环境补偿模型对该外部光路的光程进行分段补偿。

其中，该数据处理单元是依据补偿后的该光程并调用一干涉仪模型计算该工件台位置。

本发明装置的特征在于干涉仪外部光路附近安装若干个传感器。通过多个传感器，分段测量干涉仪外部光路附近的微环境，建立多点环境补偿模型对干涉仪外部光路光程进行环境影响补偿。采用这样的方法减少了干涉仪外部光路附近各处微环境不一致以及各处微环境变化对干涉仪外部光路光程的影响，减少了光程与所代表的实际距离的偏差，提高了干涉仪位置测量精度。

附图说明

图1所示为根据本发明的工件台位置测量装置的结构示意图；

图2所示为根据本发明的测量方法的流程图；

图3所示为根据本发明的工件台位置测量装置的结构示意图；

图4所示为根据本发明的工件台位置测量装置中各部件的位置关系示意图；

图5所示为根据本发明的工件台位置测量装置中各部件的位置关系示意图；

具体实施方式

下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。

根据本发明的工件台位置测量装置的实施例的结构如图1所示，该装置包括干涉仪1，传感器3，反射镜4、以及数据处理单元6，所述传感器3的多个探头在干涉仪外部光路附近。图1中还示意性地给出了反射镜4和干涉仪外部光路5的大致位置。

如图1所示，本发明的工件台位置测量装置中，反射镜4设置于工件台2的一侧面。干涉仪1置于该工件台2设有该反射镜4的一侧，该干涉仪1与该反射镜4之间建立该外部光路5，且该干涉仪1用于测量该外部光路5的光程；具有多个探头(如图4所示之探头31、32、33、……3k)之传感器3，该些探头沿该外部光路5方向设置，用以探测该外部光路5外围的微环境数据。该数据处理单元6与该干涉仪1及该传感器3电性连接，用以读取该干涉仪1所测得的该外部光路5的光程以及该些探头中处于该光程内的探头测得的该外部光路5外围的微环境数据，并依据所读取的该外部光路5外围的微环境数据对该光程进行分段补偿，并依据补偿后的该光程计算该工件台2的位置。

该数据处理单元6为一传感器板卡。如图1所示该传感器板卡独立于该干涉仪之外，如图3所示，该传感器板卡集成在该干涉仪1内部。

使用根据本实施例的补偿装置进行补偿的方法的流程如图2所示，该方法具有下述步骤：

利用该干涉仪测量该外部光路的光程；

利用该传感器的多个探头探测该外部光路外围的微环境数据；

利用该数据处理单元读取该光程；

利用该数据处理单元对该些探头所测得的数据进行筛选以读取该些探头中处于该光程内的探头测得的该外部光路外围的微环境数据；

根据该数据处理单元依据所读取的微环境数据利用特定的环境补偿模型对该光程进行分段补偿；以及

利用该数据处理单元依据补偿后的该光程按照干涉仪模型计算该工件台的位置。

根据本发明的工件台位置测量装置的实施例的更详细的结构如图3所示，该装置包括干涉仪1，工件台2，传感器3，传感器板卡6，传感器3的各个探头被安装在工件台下方的大理石台上的导轨上，工件台上具有有反射镜4，干涉仪外的光路5被称为外部光路。X向和Y向每隔50mm安装一个传感器探头(于本发明之其他实施例中，传感器的各个探头亦可沿着干涉仪外部光路方向不等距安放，该些探头的放置只要达成队微环境数据进行多点采集即可)，共安装16个传感器探头。

测量的具体流程为：

通过干涉仪读取微环境补偿的干涉仪外部光路光程；

读取传感器各个探头位置，与干涉仪外部光路光程比较，根据比较结果，读取光路附近的传感器探头测量结果；此时，通过传感器板卡读取光路附近的传感器探头测量结果(包括温度、压力等)，如图4所示，其中工件台2从实线位置移动至虚线位置，反射镜4的位置随之移动，在工件台下方有31，32，33，...，3k等多个传感器探头，在移动至虚线位置后，其中只有31，32两个传感器探头在光路附近，此时就只需要读取31，32两个传感器探头的测量结果；

根据环境补偿模型，对干涉仪外部光路光程进行补偿；

根据补偿后的光程，按干涉仪模型计算工件台的位置。

因为现有技术只有一个传感器探头测量微环境数据，所以所测量的一个位置的环境代表了光路附近所有位置的环境，无法反应光路附近各处环境对光路光程的影响，这样补偿得到的光程就不准确，本实施例中，多个传感器探头测量光路附近各处的微环境，对光路光程分段进行微环境补偿，得到的光程更准确。

本实施例中，所采用的多点环境补偿模型如下：

$\mathrm{wif}\_\mathrm{len}\_\mathrm{actual}=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{wif}\_{\mathrm{len}}_i*(1+f(P_i,T_i))$

$=\mathrm{wif}\_\mathrm{len}+\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{wif}\_{\mathrm{len}}_i*f(P_i,T_i)$

$=\mathrm{wif}\_\mathrm{len}+\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{wif}\_{\mathrm{len}*w}_i*f(P_i,T_i)$

其中，

wif_len为干涉仪外部光路光程读数；

wif_leni为第i个传感器探头最近光路的光程，i＝1，2，…，k；

k为当前光路附近有效传感器探头的个数，此和工件台当前位置相关；

wi为第i个传感器探头最近一段光路权重，其值为第i个传感器探头最近一段光路光程与总外部光路光程的比值；

为温度压力补偿公式，其中所包含的变量：

P_i为传感器探头所测量的空气压力值；

T_i为传感器探头所测量的空气温度值；

a，b，c为常数。

为了进一步说明wi的含义，本实施例中，举例如图5：传感器的各个探头沿着干涉仪外部光路等距离L安放(于本发明之其他实施例中，传感器的各个探头亦可沿着干涉仪外部光路方向不等距安放，该些探头的放置只要达成队微环境数据进行多点采集即可)，反射干涉仪外部光路的工件台反射镜到干涉仪距离为WS_Dist，那么

$w_i=\left\{\begin{array}{c}L/\mathrm{WS}\_\mathrm{Dsit},i=\mathrm{1,2},...,k-1\\ (\mathrm{WS}\_\mathrm{Dist}-(k-1)*L)/\mathrm{WS}\_\mathrm{Dist},i=k\end{array}\right.$

其中WS_Dist是采用微环境补偿的干涉仪外部光路光程(工件台反射镜到干涉仪的距离)。

因此有

$\mathrm{wif}\_\mathrm{len}\_\mathrm{actual}=\mathrm{wif}\_\mathrm{len}+\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}L/\mathrm{WS}\_\mathrm{Dist}*\mathrm{wif}\_\mathrm{len}*f(P_i,T_i)$

$+(\mathrm{WS}\_\mathrm{Dist}-(k-1)*L)/\mathrm{WS}\_\mathrm{Dist}*\mathrm{wif}\_\mathrm{len}*f(P_k,T_k)$

通过该多点补偿模型，可以直接根据干涉仪读数和各处传感器读数，计算出补偿后的干涉仪光程。

需要说明的是，传感器探头的数量和补偿精度相关，原则上，传感器探头的数量越多，所测量的环境的空间分布就越细，环境各处的变化越容易被识别，干涉仪外部光路被分成越多段进行环境补偿，补偿后的光程就越准确。但是，受制于传感器探头的尺寸和成本的影响，只需要若干个探头就可以。以封装光刻机为例，每隔50mm安装一个传感器探头，计算表明，在微环境温度有0.05度和压力有200mbar梯度和变化的情况下，干涉仪测量误差从70nm左右提高到了20nm以内(TBC)。

本实施例中同时采用多个传感器测量干涉仪外部光路附近各处的微环境，并通过各处环境的测量值，对光路动态分段补偿，通过多点环境补偿模型，计算出干涉仪外部光路光程的总补偿值。因此，该方法有效降低各处微环境不一致或工件台运动造成各处微环境变化对干涉仪外部光路光程影响，本实施例多点补偿后光程比单点补偿后的光程更准确，工件台位置测量结果也更准确。

本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (12)

1.一种工件台位置测量装置，包括：

反射镜，设置于该工件台的一侧面；

干涉仪，置于该工件台设有该反射镜的一侧，该干涉仪与该反射镜之间建立一外部光路，且该干涉仪用于测量该外部光路的光程；

具有多个探头之传感器，该些探头沿该外部光路方向设置，用以探测该外部光路外围的微环境数据；

数据处理单元，与该干涉仪及该传感器电性连接，用以读取该光程以及该些探头中处于该光程内的探头测得的该外部光路外围的微环境数据，并依据所读取的该外部光路外围的微环境数据对该光程进行分段补偿，并依据补偿后的该光程计算该工件台的位置。

2.根据权利要求1所述的工件台位置测量装置，其特征在于，该些探头沿着该外部光路方向等距离设置。

3.根据权利要求1所述的工件台位置测量装置，其特征在于，该些探头沿着该外部光路方向不等距设置。

4.根据权利要求1所述的工件台位置测量装置，其特征在于，该数据处理单元是依据所读取的微环境数据并调用一微环境补偿模型对该外部光路的光程进行分段补偿。

5.根据权利要求1所述的工件台位置测量装置，其特征在于，该数据处理单元是依据补偿后的该光程并调用一干涉仪模型计算该工件台位置。

6.根据权利要求1所述的工件台位置测量装置，其特征在于该数据处理单元为一传感器板卡。

7.根据权利要求6所述的工件台位置测量装置，其特征在于，该传感器板卡集成在该干涉仪内部。

8.根据权利要求6所述的工件台位置测量装置，其特征在于，该传感器板卡独立于该干涉仪之外。

9.一种利用上述权利1要求中的工件台位置测量装置进行工件台位置测量的方法，包括：

利用该干涉仪测量该外部光路的光程；

利用该传感器的多个探头探测该外部光路外围的微环境数据；

利用该数据处理单元读取该光程；

利用该数据处理单元对该些探头所测得的数据进行筛选以读取该些探头中处于该光程内的探头测得的该外部光路外围的微环境数据；

根据该数据处理单元依据所读取的微环境数据对该光程进行分段补偿；以及

利用该数据处理单元依据补偿后的该光程计算该工件台的位置。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，利用该数据处理单元对该些探头所测得的数据进行筛选之方法包括：

利用该数据处理单元读取每一探头于该外部光路方向上的位置；

利用该数据处理单元比较每一探头于该外部光路方向上的位置与该外部光路的光程，以确定处于该光程内的探头；以及

利用该数据处理单元读取处于该光程内的探头测得的该外部光路外围的微环境数据。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该数据处理单元是依据所读取的微环境数据并调用一微环境补偿模型对该外部光路的光程进行分段补偿。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该数据处理单元是依据补偿后的该光程并调用一干涉仪模型计算该工件台位置。

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