CN106610570B

CN106610570B - 一种实现运动台定位的装置及方法

Info

Publication number: CN106610570B
Application number: CN201510681592.2A
Authority: CN
Inventors: 沈鑫
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2015-10-21
Filing date: 2015-10-21
Publication date: 2020-11-13
Anticipated expiration: 2035-10-21
Also published as: CN106610570A

Abstract

本发明公开一种实现运动台定位的装置及方法，所述装置包括：基准板，所述基准板上设有测量标记；照明光源，用于照亮所述测量标记；图像传感器，用于得到所述测量标记的成像信息；反射单元，将照亮所述测量标记后的光反射至所述运动台，经所述运动台后再反射至所述图像传感器；及控制单元，处理所述测量标记的成像信息，得到所述运动台的位置信息，对所述运动台进行定位。与现有技术相比，本发明具有结构简单、捕获精度高等特点。

Description

一种实现运动台定位的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种通过图像传感器实现运动台定位的装置及方法。

背景技术

现有技术中大部分光刻机运动台归零都是通过运动台自身的基础框架测量系统实现的，相当于运动台的零位是固定在基础框架（大理石等）上，该技术方案不能直接让运动台和主基板建立起直接联系，且捕获精度不高，此外，在前道光刻机中，多采用固定在主基板上的归零传感器对运动台进行归零，该方案需要至少3个归零传感器，一定程度上会增加整机成本。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种通过图像传感器与光刻装置本身所具有的部件以实现运动台归零的装置及方法。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种实现运动台定位的装置及方法，所述装置包括：基准板，所述基准板上设有测量标记；照明光源，用于照亮所述测量标记；图像传感器，用于得到所述测量标记的成像信息；反射单元，将照亮所述测量标记后的光反射至所述运动台，经所述运动台后再反射至所述图像传感器；及控制单元，处理所述测量标记的成像信息，得到所述运动台的位置信息，对所述运动台进行定位。

更进一步地，所述反射单元包括第一反射模块和第二反射模块，所述第一反射模块位于所述运动台上，接收所述第二反射模块的反射光，并反射至所述图像传感器，所述第二反射模块位于所述基准板上，将照亮所述测量标记后的光反射。

更进一步地，所述第二反射模块为一角棱镜，所述角棱镜位于所述测量标记的后方。

更进一步地，所述第二反射模块为一平面镜，所述平面镜以一定的倾斜角安装在所述测量标记的后方。

更进一步地，所述第一反射模块为一平面镜，所述平面镜以一定的倾斜角安装在所述运动台上。

更进一步地，所述第一反射模块和所述第二反射模块的数量均与所述测量标记的数量相一致，且均与所述测量标记一一对应。

更进一步地，所述测量标记为一组，实现所述运动台的二自由度定位。

更进一步地，所述测量标记为三组，实现所述运动台的六自由度定位。

更进一步地，三组所述测量标记分别布设在所述基准板的第一、第三及第四象限。

更进一步地，对应的所述第一反射模块设有三个，三个所述第一反射模块分别布设在所述运动台的第一、第三及第四象限。

更进一步地，对应的所述第一反射模块设有三个，三个所述第一反射模块均布设在所述运动台的一个象限。

本发明还公开一种实现运动台定位的方法，其特征在于，包括：一照明光束经所述运动台上表面的第一反射模块后入射至一测量标记表面形成一测量标记像，所述测量标记像经一第二反射模块、所述第一反射模块后成像至一图像传感器的接收范围内，所述图像传感器根据一参考标记和所述测量标记像的位置关系计算所述测量标记的位置，并根据所述测量标记的位置计算得到所述运动台的位置信息，对所述运动台实现定位。

更进一步地，所述照明光束与所述图像传感器的光轴平行。

更进一步地，所述照明光束与所述图像传感器的光轴重合。

更进一步地，所述测量标记为一组，移动所述运动台，测量对应的所述第一反射镜反射的测量标记像的位置，获得所述测量标记像的1×2个自由度信息，经过转换得到对应的所述运动台的1×2个自由度信息，实现所述运动台的二自由度定位。

更进一步地，所述测量标记为三组，移动所述运动台，测量对应的三个所述第一反射镜反射的测量标记像的位置，获得所述测量标记像的3×2个自由度信息，经过转换得到对应的所述运动台的3×2个自由度信息，实现所述运动台的六自由度定位。

更进一步地，三个所述第一反射模块分别布设在所述运动台的第一、第三及第四象限。

更进一步地，三个所述第一反射模块均布设在所述运动台的一个象限。

与现有技术相比较，本发明的技术优势在于：

第一、本发明采用单个图像传感器进行归零，也可直接采用对准的图像传感器，具有较高的捕获重复性。第二、作为基本的归零传感器装置，采用基准板和反射镜相配合，实现二自由度的测量。第三、本发明采用多标记基准板和不同角度反射镜相配合，实现对运动台多个自由度的测量。第四、图像传感器以及基准板都是固定在光刻机主基板上的，实现归零的时候运动台和主基板直接建立位置关系。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本发明所提供的运动台定位的装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一中基准板的结构示意图；

图3是本发明实施例二中基准板的结构示意图；

图4是本发明实施例二中反射镜的位置示意图之一；

图5是本发明所提供的运动台定位的装置的反射镜的位置示意图之二；

图6a是运动台X自由度运动时，测量标记的移动方向示意图；

图6b是运动台Y自由度运动时，测量标记的移动方向示意图；

图6c是运动台Z自由度运动时，测量标记的移动方向示意图；

图6d是运动台Rx自由度运动时，测量标记的移动方向示意图；

图6e是运动台Ry自由度运动时，测量标记的移动方向示意图；

图6f是运动台Rz自由度运动时，测量标记的移动方向示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明的目的在于提供一种通过图像传感器与光刻装置本身所具有的部件（基准板、反射镜）以实现运动台定位的装置及方法。

实施例一

本发明所提供的实现运动台定位的装置的包括照明光源、图像传感器10、基准板20、角棱镜30以及反射镜40。如图1所示，图像传感器10固定于光刻装置的主基板1下，其光轴方向垂直向下，本实施例中图像传感器10为CCD或CMOS；照明光源提供与图像传感器10的光轴方向平行或重合的光束；基准板20固定在主基板1下，基准板20为透明板，并布置有测量标记201，本实施例选用正方形标记，如图2所示；照明光源提供的光束照亮测量标记201形成测量标记像；角棱镜30固定在基准板20上，且布置在测量标记201之后，反射测量标记像；反射镜40为平面镜，平面镜以一定的倾斜角安装在运动台50上，将测量标记像反射到图像传感器10的视场内，本实施例反射镜40的尺寸量级约为2~3mm。

本发明装置实现运动台二自由度定位具体为：测量标记201为一组，照明光源提供的光束从图像传感器10垂直向下射出，经过运动台50上反射镜40后入射到测量标记201的表面，之后光束经过角棱镜30反射后沿原角度返回，再次经过反射镜40反射后在图像传感器10上形成测量标记像，通过图像匹配算法获取测量标记像在图像传感器视场内的二维位置信息，当运动台50水平向或者垂向运动的时候都会影响图像传感器获取的测量标记像的二维位置信息，因此，实现运动台定位时，移动运动台50，测量对应的测量标记像的二维位置信息，经过转换得到对应的运动台50的二维位置信息，实现运动台50的二自由度定位。

实施例二

运动台50具有六自由度，为了对运动台50的六自由度（平移，垂直，旋转，倾斜）进行定位，需要在基准板20上设置多个测量标记201，对应的在运动台50上也要设置多个反射镜。

如图3所示的实例，本实施例与实施例一不同的是，在基准板上设置3个测量标记201，分别分布在第一、第三、第四象限，对应的，也在运动台50上布置三个反射镜40，三个反射镜40分别布置在运动台50的第一、第三、第四象限，如图4所示。

图像传感器10测得的测量标记像的信息为两个自由度，而当运功台50自由度运动的时候，会影响图像传感器10测得的测量标记像的两个自由度的信息，通过在运动台50上布置三个角度不同的反射镜40以及在基准板20上对应布置三个测量标记201，通过移动运动台50测量不同反射镜40下的测量标记像的位置，获得测量标记像的3×2个自由度，经过转换便可得到对应的运动台50的3×2个自由度信息，实现运动台50的六自由度定位，具体如图6a-6f所示，当运动台的单个自由度发生变化时，图像传感器测得标记的3×2个读数趋势各不同，也就是说，运动台的六自由度和图像传感器的3×2个读数可以互相转换。

实施例三

与实施例二不同的是，本实施例将三个反射镜40均布置在第一象限，减少在定位过程中的运动台50的运动时间，具体如图5所示，此处反射镜40为以60°倾斜角安装在运动台50上的平面镜，三个平面镜的法向量分别为[1,1,sqrt(6)]，[-1,-1,sqrt(6)]，[1,-1,sqrt(6)]。

以下为本发明提供的一种实现运动台定位的方法。

对于对准单个测量标记201而言，存在如下转换关系：

其中：

xi,yi：为图像传感器测量测量标记像的二维位置信息的测量值；

xi0,yi0：为标定时测量标记像的测量值；

Gij:运动台自由度到图像传感器测量值的转换矩阵；

X，Y，Z，Rx，Ry，Rz：运动台六自由度；

Xi0，Yi0，Zi0，Rxi0，Ryi0，Rzi0：标定时运动台的六自由度。

本发明提供的实现运动台定位的方法具体如下：

步骤一：移动运动台三次，依次走到(X10, Y10, Z10, Rx10, Ry10, Rz10)、(X20,Y20, Z20, Rx20, Ry20, Rz20）、(X30, Y30, Z30, Rx30, Ry30, Rz30)，获取对应的图像传感器10的读数(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)；

步骤二：如果在测量标记成像的过程中图像匹配度过低，则执行步骤三，否则执行步骤五；

步骤三：垂向移动运动台50使得图像匹配度大于设定阈值，此时运动台垂向位置为Z1，Z2，Z3，计算当前运动台50位置对应的图像传感器读数(x1c，y1c)、(x2c，y2c)、(x3c，y3c)，具体如下；

；

当前运动台其他自由度均为标定值，所以只保留z向分量；

步骤四：获取测量值(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)与计算值(x1c，y1c)、(x2c，y2c)、(x3c，y3c)的偏差，得到最终测量值与标定值之间的偏差(Δx1，Δy1)、(Δx2，y2)、(Δx3，Δy3)，具体为：

；

再执行步骤六；

步骤五、计算测量值与标定值之间的偏差(Δx1，Δy1)、(Δx2，y2)、(Δx3，Δy3)，具体为：

；

步骤六、反算当前运动台50位置的偏差

：

；

步骤七、该偏差便是当前运动台实际零位相对于名义零位的偏差，对于运动台的测量系统而言，该偏差即是该测量系统的零位偏差。

以上过程可以迭代多次，降低平面镜面型对精度的影响。

与现有技术相比较，本发明的技术优势在于：

第一、本发明采用单个图像传感器进行定位归零，也可直接采用对准的图像传感器，具有较高的捕获重复性；第二、可作为基本的归零装置，采用基准板和反射镜相配合，实现二自由度的测量；第三、本发明也可采用多标记基准板和不同角度反射镜相配合，实现对运动台多个自由度的测量；第四、图像传感器以及基准板都是固定在光刻机主基板上的，实现归零的时候运动台和主基板直接建立位置关系。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，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

1.一种实现运动台定位的装置，其特征在于，包括：

基准板，所述基准板上设有测量标记；

图像传感器，用于得到所述测量标记的成像信息；

照明光源，用于照亮所述测量标记，所述照明光源提供与所述图像传感器的光轴方向平行或重合的光束；

反射单元，所述反射单元包括三个第一反射模块和三个第二反射模块，所述第一反射模块位于所述运动台上，接收所述第二反射模块的反射光，并反射至所述图像传感器，所述第二反射模块位于所述基准板上，将照亮所述测量标记后的光反射至所述运动台，经所述运动台后再反射至所述图像传感器，其中，所述第一反射模块和所述第二反射模块的数量均与所述测量标记的数量相一致，且均与所述测量标记一一对应，三个所述第一反射模块为三个角度不同的反射镜，所述反射镜将垂直入射光以倾斜方向反射至所述基准板上对应的测量标记处；

及控制单元，处理所述测量标记的成像信息，得到所述运动台的位置信息，对所述运动台进行定位；

所述基准板和所述图像传感器均固定于主基板。

2.如权利要求1所述的运动台定位的装置，其特征在于，所述第二反射模块为一角棱镜，所述角棱镜位于所述测量标记的后方。

3.如权利要求1所述的运动台定位的装置，其特征在于，所述第二反射模块为一平面镜，所述平面镜以一定的倾斜角安装在所述测量标记的后方。

4.如权利要求1所述的运动台定位的装置，其特征在于，所述第一反射模块为一平面镜，所述平面镜以一定的倾斜角安装在所述运动台上。

5.如权利要求1所述的运动台定位的装置，其特征在于，所述测量标记为三组，实现所述运动台的六自由度定位。

6.如权利要求5所述的运动台定位的装置，其特征在于，三组所述测量标记布设在所述基准板的第一、第三及第四象限。

7.如权利要求6所述的运动台定位的装置，其特征在于，对应的所述第一反射模块设有三个，三个所述第一反射模块分别布设在所述运动台的第一、第三及第四象限。

8.如权利要求6所述的运动台定位的装置，其特征在于，对应的所述第一反射模块设有三个，三个所述第一反射模块均布设在所述运动台的一个象限。

9.一种实现运动台定位的方法，其特征在于，包括：一照明光束经所述运动台上表面的第一反射模块后入射至一测量标记表面形成一测量标记像，所述测量标记像经一第二反射模块、所述第一反射模块后成像至一图像传感器的接收范围内，所述图像传感器根据一参考标记和所述测量标记像的位置关系计算所述测量标记的位置，并根据所述测量标记的位置计算得到所述运动台的位置信息，对所述运动台实现定位，其中，所述第一反射模块和所述第二反射模块的数量为三个，所述测量标记为三组，所述第一反射模块和所述第二反射模块与所述测量标记一一对应，移动所述运动台，测量对应的三个所述第一反射模块反射的测量标记像的位置，获得所述测量标记像的3×2个自由度信息，经过转换得到对应的所述运动台的3×2个自由度信息，实现所述运动台的六自由度定位，三个所述第一反射模块为三个角度不同的反射镜，所述反射镜将垂直入射光以倾斜方向反射至基准板上对应的测量标记处。

10.如权利要求9所述的运动台定位的方法，其特征在于，所述照明光束与所述图像传感器的光轴平行。

11.如权利要求9所述的运动台定位的方法，其特征在于，所述照明光束与所述图像传感器的光轴重合。

12.如权利要求11所述的运动台定位的方法，其特征在于，三组所述测量标记分别布设在所述基准板的第一、第三及第四象限。

13.如权利要求12所述的运动台定位的方法，其特征在于，三个所述第一反射模块分别布设在所述运动台的第一、第三及第四象限。

14.如权利要求12所述的运动台定位的方法，其特征在于，三个所述第一反射模块均布设在所述运动台的一个象限。