CN102564303A - 一种测量装置及方法 - Google Patents
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本发明提供一种长行程工件台测量装置及方法，应用在第一方向和第二方向上互相垂直的两套测量系统，通过所述测量系统中的移动干涉仪与工件台反射镜分别监控测量工件台沿着该第一或第二方向的移动位置，通过所述测量系统中的固定干涉仪与干涉仪反射镜补偿所述移动干涉仪与工件台反射镜对工件台移动位置测量的误差，避免大尺寸长条形反射镜的加工制造困难，实现工件台长行程位置高精度测量。
Description
技术领域
本发明涉及光刻机系统应用领域，尤其涉及一种应用于光刻机工件台行程位置的测量装置及方法。
背景技术
在大规模的半导体集成电路的前端制造设备中，光刻机是最复杂、要求最高的设备，而工件台是光刻机设备中非常重要的结构，提供了一个能够精确定位和快速移动的载物平台。在平面运动中，需要控制3个参数：X向的移动，Y向的移动以及绕Z轴的转动RZ。目前，现有光刻机中，工件台行程位置主要通过在工件台上放置长条形反射镜，并控制水平向上相互垂直的两轴干涉仪进行测量得到，如错误！未找到引用源。所示，工件台10做Y向运动时，运动通过Y向的2个干涉仪11和工件台10上的Y向长条形反射镜12得到Y向移动的数据和工件台RZ的数据做闭环控制；工件台10做X向运动，运动通过X向干涉仪13和工件台10上的X向长条形反射镜14得到X向移动的数据，并通过Y向的2个干涉仪11和工件台10上的Y向长条形反射镜12得到的工件台RZ的数据做闭环控制。
由于光刻对象的规格越来越大，工件台的行程也随之增大，由于长条形反射镜的长度比行程还长一些，因此长条形反射镜加工制造难度也越来越大。
美国专利US6285457B2提出了一种测量工件台在三维垂直方向及旋转位置(X、Y、Z、Rx、Ry、Rz)的干涉仪布局方案，虽然能实现高精度定位，但仍不能解决随着工件台行程的增大，长条反射镜的长度也随之增大的问题。因此提供一种工件台长行程位置测量装置及方法是非常必要的。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种工件台长行程位置测量装置及测量方法，避免大尺寸长条形反射镜的加工制造困难，实现工件台长行程位置高精度测量。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种测量装置，应用于光刻机系统的长行程工件台的精密运动和位置测量，包括在第一方向和第二方向上互相垂直的两套测量系统，所述测量系统包括：
移动干涉仪，位于所述工件台移动方向的平行线上，与所述工件台同步移动；
工件台反射镜，安装在所述工件台边缘同步移动并光路连接所述移动干涉仪；
干涉仪反射镜，安装固定在所述移动干涉仪的一侧；
固定干涉仪，安装固定于所述干涉仪反射镜远离所述移动干涉仪的一侧，并光路连接所述干涉仪反射镜。
进一步的，所述两套测量系统中，所述第一方向上的移动干涉仪包括两个干涉仪，分别与所述第一方向上的工件台反射镜光路连接；所述第二方向上的移动干涉仪包括至少一个干涉仪，与所述第二方向上的工件台反射镜光路连接。
进一步的，所述移动干涉仪安装在平行于所述工件台移动方向的干涉仪导轨滑块上，沿所述干涉仪导轨与所述工件台同步移动。
进一步的，所述移动干涉仪配有直线电机驱动以实现与所述工件台同步移动。
进一步的，所述工件台反射镜为平面镜或角锥镜。
进一步的，所述工件台反射镜位于所述工件台边缘的中部。
进一步的，所述干涉仪反射镜为平面镜或角锥镜。
进一步的，所述固定干涉仪包括两个干涉仪，分别与所述干涉仪反射镜光路连接。
进一步的，所述移动干涉仪和工件台反射镜间的光路与所述固定干涉仪和干涉仪反射镜间的光路在同一平面内且互相垂直。
进一步的，通过正交测试后固件补偿干涉仪光束角度的方式使所述移动干涉仪与工件台反射镜间的光路与所述固定干涉仪与干涉仪反射镜间的光路在同一平面内且互相垂直。
根据本发明的另一面，提供一种应用上述测量装置的工件台长行程位置测量方法，包括：
所述工件台沿着该第一方向移动，利用所述第一方向的移动干涉仪和工件台反射镜之间的光路测量所述工件台第一方向的移动位置，利用所述第一方向的固定干涉仪和干涉仪反射镜之间的光路测量所述第一方向的移动干涉仪的移动位置；将所述第一方向的移动干涉仪和所述第一方向的固定干涉仪的测量偏差补偿所述工件台在第一方向移动的测量值；
所述工件台沿着该第二方向移动，利用所述第二方向的移动干涉仪和工件台反射镜之间的光路测量所述工件台第二方向的移动位置，利用所述第二方向的固定干涉仪和干涉仪反射镜之间的光路测量所述第二方向的移动干涉仪的移动位置；将所述第二方向的移动干涉仪和所述第二方向的固定干涉仪的测量偏差补偿所述工件台在第二方向移动的测量值。
进一步的，通过将所述第一方向的固定干涉仪测得的旋转角度偏差补偿所述第一方向的移动干涉仪测得的旋转角度偏差，得到所述工件台的旋转角度偏差。
进一步的，通过将所述第二方向的固定干涉仪测得的旋转角度偏差补偿所述第二方向的移动干涉仪测得的旋转角度偏差，得到所述工件台的旋转角度偏差。
与现有技术相比，本发明应用在第一方向和第二方向上互相垂直的两套测量系统，通过所述测量系统中的移动干涉仪与工件台反射镜分别监控测量工件台沿着该第一或第二方向的移动位置，通过所述测量系统中的固定干涉仪与干涉仪反射镜补偿所述移动干涉仪与工件台反射镜对工件台移动位置测量的误差，避免大尺寸长条形反射镜的加工制造困难，实现工件台长行程位置高精度测量。
附图说明
图1是现有技术下的工件台行程位置的测量装置结构示意图；
图2是本发明具体实施例的测量装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的测量装置及方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图2所示，本发明提供一种测量装置，应用于光刻机系统的长(大)行程工件台的精密运动和位置测量，包括相互垂直的第一方向测量系统和第二方向测量系统。以下说明中均设定“X向”为“第一方向”，“Y向”为“第二方向”。
所述Y向测量系统包括：Y向移动干涉仪21a，包括2个干涉仪，安装于Y向干涉仪导轨滑块23上，通过与Y向干涉仪导轨滑块23连接的Y向直线驱动电机24在Y向干涉仪导轨25上与所述工件台20同步沿X向移动；Y向工件台反射镜22a，固定安装在所述工件台20的X向边缘的中部位置，与Y向移动干涉仪21a光路连接；Y向干涉仪反射镜22b，位于安装固定在所述Y向移动干涉仪21a一侧；Y向固定干涉仪21b，包括2个干涉仪，位于Y向干涉仪反射镜22b远离Y向移动干涉仪21a的一侧，并与Y向干涉仪反射镜22b光路连接；通过固件调节干涉仪光束的方式使Y向移动干涉仪21a和Y向工件台反射镜22a间的干涉光路与Y向固定干涉仪21b和Y向干涉仪反射镜22b间的干涉光路在同一平面内且互相垂直。
所述X向测量系统包括：X向移动干涉仪31a为1个干涉仪，安装于X向干涉仪导轨滑块33上，通过与X向干涉仪导轨滑块33连接的X向直线驱动电机34在X向干涉仪导轨35上与所述工件台20同步沿Y向移动；X向工件台反射镜32a，固定安装在所述工件台20的Y向边缘的中部位置，与X向移动干涉仪31a光路连接；X向干涉仪反射镜32b，安装固定在所述X向移动干涉仪31a一侧；X向固定干涉仪31b，包括2个干涉仪，位于X向干涉仪反射镜32b远离X向移动干涉仪31a的一侧，并与X向干涉仪反射镜32b光路连接；通过固件调节干涉仪光束的方式使X向移动干涉仪31a和X向工件台反射镜32a间的干涉光路与X向固定干涉仪31b和X向干涉仪反射镜32b间的干涉光路在同一平面内且互相垂直。
其中，Y向工件台反射镜22a、Y向干涉仪反射镜22b、X向工件台反射镜32a及X向干涉仪反射镜32b可以选择小型平面反射镜或角锥镜。
根据本发明的另一面，提供一种应用上述测量装置的工件台长行程位置测量方法，包括：
S1，所述工件台沿着该第一方向移动，利用所述第一方向的移动干涉仪和工件台反射镜之间的光路测量所述工件台第一方向的移动位置，利用所述第一方向的固定干涉仪和干涉仪反射镜之间的光路测量所述第一方向的移动干涉仪的移动位置；将所述第一方向的移动干涉仪和所述第一方向的固定干涉仪的测量偏差补偿所述工件台在第一方向移动的测量值。
请参考图2，工件台20沿着Y向移动，此时，Y向移动干涉仪21a不动，利用Y向移动干涉仪21a和Y向工件台反射镜22a之间的光路，由Y向移动干涉仪21a读取工件台20的Y向移动位置；利用Y向固定干涉仪21b和干涉仪反射镜22b之间的光路，由Y向固定干涉仪21b读取Y向移动干涉仪21a的移动位置；通过将所述Y向固定干涉仪21b测得的旋转角度补偿Y向移动干涉仪21a测得的旋转角度偏差，得到所述工件台20的旋转角度偏差，以保证所述工件台在Y向移动的测量精度。移动过程中X向直线驱动电机34控制X向移动干涉仪31a在X向干涉仪导轨35上与工件台20同步Y向移动，为工件台20做X向移动时的测量做准备。
S2，所述工件台沿着该第二方向移动，利用所述第二方向的移动干涉仪和工件台反射镜之间的光路测量所述工件台第二方向的移动位置，利用所述第二方向的固定干涉仪和干涉仪反射镜之间的光路测量所述第二方向的移动干涉仪的移动位置；将所述第二方向的移动干涉仪和所述第二方向的固定干涉仪的测量偏差补偿所述工件台在第二方向移动的测量值。
请参考图2，工件台20沿着X向移动，此时，保持S1步骤中的X向干涉仪31a的位置不动，利用X向移动干涉仪31a和X向工件台反射镜32a之间的光路，由X向移动干涉仪31a读取工件台20的X向移动位置；利用X向固定干涉仪31b和干涉仪反射镜32b之间的光路，由X向固定干涉仪31b读取X向移动干涉仪31a的移动位置；由于本实施例中，X向移动干涉仪31a为1个干涉仪，所以需要通过将所述X向固定干涉仪31b测得的旋转角度偏差补偿所述Y向移动干涉仪21a测得的旋转角度偏差，得到所述工件台20的旋转角度偏差，以保证所述工件台在X向移动的测量精度。移动过程中Y向直线驱动电机24控制Y向移动干涉仪21a在Y向干涉仪导轨25上与工件台20同步X向移动，为工件台20的再次Y向移动时的测量做准备。
综上所述，本发明应用在第一方向和第二方向上互相垂直的两套测量系统，通过所述测量系统中的移动干涉仪与工件台反射镜分别监控测量工件台沿着该第一或第二方向的移动位置，通过所述测量系统中的固定干涉仪与干涉仪反射镜补偿所述移动干涉仪与工件台反射镜对工件台移动位置测量的误差，避免大尺寸长条形反射镜的加工制造困难，实现工件台长行程位置高精度测量。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (13)
1.一种测量装置，应用于光刻机系统的长行程工件台的精密移动和位置测量，其特征在于，包括在第一方向和第二方向上互相垂直的两套测量系统，所述测量系统包括：
移动干涉仪，位于所述工件台移动方向的平行线上，与所述工件台同步移动；
工件台反射镜，安装在所述工件台边缘同步移动并光路连接所述移动干涉仪；
干涉仪反射镜，安装固定在所述移动干涉仪的一侧；
固定干涉仪，安装固定于所述干涉仪反射镜远离所述移动干涉仪的一侧，并光路连接所述干涉仪反射镜。
2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述两套测量系统中，所述第一方向上的移动干涉仪包括两个干涉仪，分别与所述第一方向上的工件台反射镜光路连接；所述第二方向上的移动干涉仪包括至少一个干涉仪，与所述第二方向上的工件台反射镜光路连接。
3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述移动干涉仪安装在平行于所述工件台移动方向的干涉仪导轨滑块上，沿所述干涉仪导轨与所述工件台同步移动。
4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述移动干涉仪配有直线电机驱动以实现与所述工件台同步移动。
5.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述工件台反射镜为平面镜或角锥镜。
6.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述工件台反射镜位于所述工件台边缘的中部。
7.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述干涉仪反射镜为平面镜或角锥镜。
8.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述固定干涉仪包括两个干涉仪，分别与所述干涉仪反射镜光路连接。
9.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述移动干涉仪和工件台反射镜间的光路与所述固定干涉仪和干涉仪反射镜间的光路在同一平面内且互相垂直。
10.如权利要求9所述的测量装置，其特征在于，通过正交性测试后固件补偿干涉仪光束角度的方式使所述移动干涉仪和工件台反射镜间的光路与所述固定干涉仪和干涉仪反射镜间的光路在同一平面内且互相垂直。
11.一种应用如权利要求1所述的测量装置的工件台长行程位置测量方法，包括：
所述工件台沿着该第一方向移动，利用所述第一方向的移动干涉仪和工件台反射镜之间的光路测量所述工件台第一方向的移动位置，利用所述第一方向的固定干涉仪和干涉仪反射镜之间的光路测量所述第一方向的移动干涉仪的移动位置；将所述第一方向的移动干涉仪和所述第一方向的固定干涉仪的测量偏差补偿所述工件台在第一方向移动的测量值；
所述工件台沿着该第二方向移动，利用所述第二方向的移动干涉仪和工件台反射镜之间的光路测量所述工件台第二方向的移动位置，利用所述第二方向的固定干涉仪和干涉仪反射镜之间的光路测量所述第二方向的移动干涉仪的移动位置；将所述第二方向的移动干涉仪和所述第二方向的固定干涉仪的测量偏差补偿所述工件台在第二方向移动的测量值。
12.如权利要求11所述的工件台长行程位置测量方法，其特征在于，通过将所述第一方向的固定干涉仪测得的旋转角度偏差补偿所述第一方向的移动干涉仪测得的旋转角度偏差，得到所述工件台的旋转角度偏差。
13.如权利要求11所述的工件台长行程位置测量方法，其特征在于，通过将所述第二方向的固定干涉仪测得的旋转角度偏差补偿所述第二方向的移动干涉仪测得的旋转角度偏差，得到所述工件台的旋转角度偏差。
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