CN111750774A - 光学测量装置及方法 - Google Patents

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CN111750774A CN201910250350.6A CN201910250350A CN111750774A CN 111750774 A CN111750774 A CN 111750774A CN 201910250350 A CN201910250350 A CN 201910250350A CN 111750774 A CN111750774 A CN 111750774A
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Abstract

本发明提供了一种光学测量装置及方法，承载模块上设置有运动模块，运动模块包括一第一滑块及两个对称设置的第二滑块，所述第一滑块能够沿X方向移动，两个所述第一滑块分别与所述第一滑块的一端连接以带动所述第一滑块沿Y方向移动，一光学测量模块固定于所述第一滑块上并用于以获取所述基底上标记的位置信息；一运动位置测量模块用于获取所述第一滑块及所述第二滑块的位姿信息；校正模块利用所述运动位置测量模块获取的位姿信息校正所述光学测量模块获取的位置信息，以补偿第一滑块及第二滑块在运动时姿态变化产生的影响以提高光学测量模块获取的位置信息的精度，并提高了测量的重复性。

Description

光学测量装置及方法
技术领域
本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种光学测量装置及方法。
背景技术
在半导体集成电路制造过程中，一个完整的芯片通常需要经过多次光刻曝光才能制作完成。光刻即在已经涂布光刻胶的基底上曝光显影形成线路，在已经进行过光刻的基底上再次进行光刻，则皆为套刻。在进行光刻时，影响光刻精度的因素主要有基底与掩模版的位置偏差、光刻形成的线路的线宽和光刻胶自身的胶厚以及套刻偏差。
目前市场上的光学测量装置通常为膜厚测量、位置测量以及套刻偏差测量集一体的测量设备。这种光学测量设备在自由度运动方向配置了位置测量传感器(干涉仪)，非自由度运动方向无位置测量传感器(干涉仪)配置，所以测量过程中会将运动台姿态的随机误差引入测量结果中，会导致结果测量重复性不好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学测量装置及方法，通过补偿滑块运动过程中的姿态变化产生的影响以提高光学测量的测量精度和重复性。
为了达到上述目的，本发明提供了一种光学测量装置，包括：
承载模块，包括承载平台和载台框架，所述承载平台用于承载带有标记的基底，所述载台框架包括相对所述承载平台对称设置的两个侧壁及连接两个所述侧壁的横梁，所述横梁上设置有第一运动导轨，两个所述侧壁的顶端均设置有第二运动导轨，所述第一运动导轨与所述第二运动导轨在同一水平面内；
运动模块，包括一第一滑块和两个第二滑块，所述第一滑块设置于所述第一运动导轨上并能够沿着所述第一运动导轨在X方向上移动，两个所述第二滑块分别设置于两个所述第二运动导轨上并能够沿着所述第二运动导轨在Y方向上移动，所述第一滑块和所述第二滑块在同一X轴上；
光学测量模块，固定于所述第一滑块上并随着所述第一滑块移动，以获取所述基底上标记的位置信息；
运动位置测量模块，用于获取所述第一滑块及所述第二滑块的位姿信息；
校正模块，利用所述运动位置测量模块获取的位姿信息校正所述光学测量模块获取的位置信息。
可选的，所述运动位置测量模块包括第一干涉仪测量单元及两个第二干涉仪测量单元，所述第一干涉仪测量单元沿着所述第一滑块移动的方向设置，以发射多个第一测量光束至所述第一滑块上，并测量所述第一滑块的位姿信息，两个所述第二干涉仪测量单元分别沿两个所述第二滑块移动的方向设置，以发射多个第二测量光束至两个所述第二滑块上，并测量两个所述第二滑块的位姿信息。
可选的，所述第一干涉仪测量单元设置于至少一个所述第二滑块上，并发射出反射面在同一YOZ平面的三个第一测量光束，三个所述第一测量光束分别为第一光束S1、第二光束S2及第三光束S3，所述第一光束S1及所述第二光束S2的反射面在同一Y轴上，以测量所述第一滑块沿X方向的位移及绕Z方向的旋转，所述第三光束S3与所述第一光束S1或所述第二光束S2的反射面在同一Z轴上，以测量所述第一滑块绕Y方向的倾斜，其中，Z方向与X方向及Y方向均垂直。
可选的，两个所述第二干涉仪测量单元分别对准两个所述第二滑块，并分别发射出反射面在同一XOZ平面的两个所述第二测量光束，两个所述第二测量光束分别为第四光束S4及第五光束S5，两个所述第四光束S4及两个所述第五光束S5的反射面均在同一X轴上，以测量所述第二滑块沿Y方向的位移及绕Z方向的旋转，每个所述第二干涉仪测量单元发出的所述第四光束S4及所述第五光束S5的反射面均在同一Z轴上，以测量所述第二滑块绕X方向的倾斜，其中，Z方向与X方向及Y方向均垂直。
可选的，所述光学测量模块包括位置粗测量单元、位置精测量单元及高度测量单元，所述位置粗测量单元用于测量所述基底与所述承载模块的偏差，以使所述基底上的标记位于所述位置精测量单元的测量视场内，所述位置精测量单元用于测量所述基底上指定标记之间的位置偏差，所述高度测量单元用于测量其距离所述基底上表面的高度。
可选的，所述光学测量装置还包括：
高度调整模块，用于调整所述光学测量模块与所述基底上表面的距离。
可选的，所述光学测量装置还包括：
支撑底座，用于放置所述承载模块及固定所述载台框架，所述支撑底座下还设置有减震模块。
可选的，所述光学测量装置还包括：
整机防护框架，所述支撑底座、承载模块、运动模块、光学测量模块、运动位置测量模块及校正模块均位于所述整机防护框架内；
整机气浴恒温控制模块，用于使所述整机防护框架内的温度在一设定范围内。
本发明还提供了一种利用所述的光学测量装置进行光学测量的方法，包括：
提供一带测量标记的基底于承载模块上；
第一滑块和/或第二滑块移动以使所述测量标记位于光学检测模块的测量视场内；
所述光学检测模块获取所述测量标记的位置信息，运动位置测量模块同步获取所述第一滑块和所述第二滑块的位姿信息；
校正模块根据所述运动位置测量模块获取的位姿信息校正所述光学检测模块获取的位置信息。
可选的，所述光学检测模块获取到的所述位置信息为(Xi_m，Yi_m)，所述运动位置测量模块获取到的所述第一滑块的位姿信息包括所述第一滑块沿X方向的位移D1i、绕Z方向的旋转Rzxi及绕Y方向的倾斜Ryxi，所述运动位置测量模块获取到的所述第二滑块的位姿信息包括所述第二滑块沿Y方向的位移D2i、绕Z方向的旋转Rzyi及绕X方向的倾斜Rxyi，根据所述第一滑块和所述第二滑块的位姿信息利用如下公式校正所述测量标记的位置信息以得到校正后的位置信息(Xi_f，Yi_f)：
Xi_f＝Xi_m+A*D1i+B*Rzxi+C*Ryxi；
Yi_f＝Xi_m+D*D2i+E*Rzyi+F*Rxyi；
其中，Z方向与X方向及Y方向均垂直，i为所述测量标记的标号，A为X方向平移修正系数，B为X方向旋转修正系数，C为X方向倾斜修正系数，D为Y方向平移修正系数，E为Y方向旋转修正系数，F为Y方向倾斜修正系数。
可选的，测量所述基底上多个所述测量标记的位置信息并进行校正，并根据如下公式得到任意两个所述测量标记之间的位置偏差Djk：
Figure BDA0002012230510000041
其中，(Xj_f，Yj_f)、(Xk_f，Yk_f)分别为两个所述测量标记j、k校正后的位置信息，(Xj，Yj)和(Xk，Yk)分别为两个所述测量标记j、k在基底上的名义位置信息。
可选的，所述基底上还设置有n个对位标记，n为大于或等于1的整数，所述光学测量模块包括位置粗测量单元、位置精测量单元及高度测量单元，在对所述测量标记进行测量之前，所述光学测量方法还包括：
所述第一滑块和/或所述第二滑块移动以使所述对位标记位于所述位置粗测量单元下，所述高度测量单元获取其距离所述对位标记的高度值；
根据所述高度值调整所述光学测量模块距离所述对位标记的高度，以使所述对位标记位于所述位置粗测量单元的最佳焦面处；
所述位置粗测量单元对所述对位标记进行对准，以获取所述对位标记的粗对准位置信息；
重复以上步骤，直至n个所述对位标记完成对准，得到每个所述对位标记的粗对准位置信息(Xn_c，Yn_c)。
可选的，得到每个所述对位标记的粗对准位置信息之后，按照如下公式对n个所述粗对准位置信息进行拟合：
Xn_c＝Tx_c+Xn*M_c-Yn*Rz_c+Res_xn_c；
Yn_c＝Ty_c+Yn*M_c+Xn*Rz_c+Res_yn_c；
以及，根据拟合结果利用如下公式得到n个所述对位标记的精对准期望位置信息(Xn_e，Yn_e)：
Xn_e＝Tx_c+Xn*M_c-Yn*Rz_c；
Yn_e＝Ty_c+Yn*M_c+Xn*Rz_c；
其中，Tx_c和Ty_c为粗测基底整体X向和Y向平移；M_c为粗测基底整体缩放倍率；Rz_c为粗测基底整体旋转；Res_xn_c和Res_yn_c分别为粗测对位标记在X方向和Y方向的拟合位置残差；Xn和Yn分别为所述对位标记在基底上的名义位置。
可选的，得到n个所述对位标记的精对准期望位置信息之后，所述光学测量方法还包括：
所述位置精测量单元依次获取n个所述对位标记的精对准位置信息(Xn_f，Yn_f)；
按照如下公式对n个所述精对准位置信息进行拟合：
Xn_f＝Tx_f+Xn*M_f-Yn*Rz_f+Res_xn_f；
Yn_f＝Ty_f+Yn*M_f+Xn*Rz_f+Res_yn_f；
根据拟合结果利用如下公式得到所述测量标记的精对准期望位置信息(Xi_e，Yi_e)：
Xi_e＝Tx_f+Xi*M_f-Yi*Rz_f；
Yi_e＝Ty_f+Yi*M_f+Xi*Rz_f；
其中，Tx_f和Ty_f为精测基底整体X向和Y向平移；M_f为精测基底整体缩放倍率；Rz_f为精测基底整体旋转；Res_xn_f和Res_yn_f分别为精测对位标记在X方向和Y方向的拟合位置残差，(Xi，Yi)分别为所述测量标记i在所述基底上的名义位置。
可选的，所述位置精测量单元进行测量之前，调整所述光学测量模块距离所述对位标记或所述测量标记的高度，以使所述对位标记或所述测量标记位于所述位置精测量单元的最佳焦面处。
在本发明提供的光学测量装置及方法中，承载模块上设置有运动模块，运动模块包括一第一滑块及两个对称设置的第二滑块，所述第一滑块能够沿X方向移动，两个所述第一滑块分别与所述第一滑块的一端连接以带动所述第一滑块沿Y方向移动，一光学测量模块固定于所述第一滑块上并用于以获取所述基底上标记的位置信息；一运动位置测量模块用于获取所述第一滑块及所述第二滑块的位姿信息；校正模块利用所述运动位置测量模块获取的位姿信息校正所述光学测量模块获取的位置信息，以补偿第一滑块及第二滑块在运动时姿态变化产生的影响以提高光学测量模块获取的位置信息的精度，并提高了测量的重复性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的光学测量装置在XZ平面的剖面示意图；
图2为本发明实施例提供的光学测量装置的在XY平面的俯视图；
图3为本发明实施例提供的光学测量模块发出的测量光束的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的第一测量光束的光路示意图；
图5为本发明实施例提供的第二测量光束的光路示意图；
图6为本发明实施例提供的位置、旋转及倾斜参数的示意图；
图7为本发明实施例提供的基底上对位标记和测量标记的分布图；
图8为本发明实施例提供的两个测量标记之间长寸的示意图；
图9为本发明实施例提供的光学测量方法的流程图；
其中，100-整机防护框架；200-运动模块；210-第一滑块；220-第二滑块；300-承载平台；310-基底；410-第二运动导轨；420-第一运动导轨；500-光学测量模块；510-位置粗测量单元；511-位置精测量单元；512-高度测量单元；610-第一Y向干涉仪；610’-第一Y向干涉仪；611-第二Y向干涉仪；611’-第二Y向干涉仪；620-第一X向干涉仪；621-第二X向干涉仪；622-第三X向干涉仪；700-侧壁；800-支撑底座；900-减震模块；
S1-第一光束；S2-第二光束；S3-第三光束；S4-第四光束；S4’-第四光束；S5-第五光束；S5’-第五光束；
a-对位标记；i-测量标记。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1及图2所示，以水平向右为X方向，竖直纸面向里为Y方向，竖直向上为Z方向，建立XYZ三维坐标系，本实施例提供的光学测量装置包括：
整机防护框架100，用于提供防护和保温功能，所述整机防护框架100内设置有整机气浴恒温控制模块，其包括温度测量单元及温度控制气浴单元，以保证整机内部环境的稳定，具体可以是保证整机防护框架100内的温度在一设定范围内，所述设定范围例如是23摄氏度-26摄氏度。
所述整机防护框架100内设置有：
支撑底座800，所述支撑底座800例如是一方形大理石台，用于支撑整个光学测量装置，并减弱测量过程中的运动冲量，所述支撑底座800下方还可以设置减震模块900，用于在测量过程提供震动消除作用。
承载模块，设置于支撑底座800的中央，包括承载平台300及载台框架，所述承载平台300用于承载和吸附基底310，并可以带有基底恒温冷却模块，用于冷却所述基底310并保证所述基底310的温度恒定，如图7所示，所述基底310为可以是玻璃板或金属板，也可以为硅或蓝宝石等半导体基底，所述基底310的四周设置有对位标记a，用于实现基底310的对准，本实施例中在所述基底310的四角各分布一个对位标记a，共有4个对位标记a；所述基底310上还设置有周期分布的测量标记i，任意两个测量标记i之间的距离称为“长寸”，具体如图8所示。可以理解的是，所述基底310上的测量标记i的位置在基底的设计阶段已经确定，即任意两个所述测量标记i之间的距离均有设计好了(即每个所述测量标记i具有名义位置)，但是实际在形成所述测量标记i时，每个所述测量标记i可能并非在其名义位置，而是与其名义位置具有位置偏差。
载台框架，所述载台框架包括两个沿Y方向延伸的侧壁700，且两个所述侧壁700对称设置，所述载台框架还包括连接所述侧壁700的横梁，所述侧壁700的顶端均设置有第二运动导轨420，所述横梁上设置有第一运动导轨410，所述第一运动导轨420与所述第二运动导轨410在同一水平面内。
运动模块200设置于所述载台框架上并悬于所述基底310上方，具体的，所述运动模块200包括一第一滑块210及两个对称设置的第二滑块220，两个所述第二滑块220分别设置于两个所述侧壁700的所述第二运动导轨410上，并能够通过所述第二运动导轨410一起沿Y方向运动。两个所述第二滑块220之间通过所述横梁连接，所述横梁上设置有第一运动导轨420，所述第一滑块210设置于所述第一运动导轨420上，并能够通过所述第一运动导轨420沿X方向移动，这样一来，所述第一滑块210和所述第二滑块220在任意时刻下都是在同一X轴和Z轴上的，且所述第一滑块210具有了X方向和Y方向的自由度。
所述第一滑块210上固定有一光学测量模块500，可以理解的是，所述光学测量模块500可以随着所述第一滑块210移动，测量并获取所述基底310上标记(对位标记a和/或测量标记i)的位置信息。所述光学测量模块500包括位置粗测量单元510、位置精测量单元511及高度测量单元512，将上述测量单元结合在一个光学测量模块500上，当所述光学测量模块500在所述第一滑块210的带动下沿X方向或Y方向移动时，可选上述几种测量单元任意组合进行测量，也可各自单独测量。在测量所述基底310上的数据时，上述测量单元能够同时对应相同的位置，因此更利于分析，尤其有利于分析所述基底310上图形的特征尺寸。进一步，所述位置粗测量单元510用于测量所述基底310相对于所述承载平台300的偏差，保证所述基底310上的标记位于所述位置精测量单元511的测量视场内；所述位置精测量单元511测量精度较所述位置粗测量单元510的测量精度更高，用于测量所述基底310上指定标记之间的位置偏差，当然，其也可以测量所述基底310上的光刻胶线路、特征尺寸的线宽和套刻偏差；所述高度测量单元512用于测量其距离所述基底310上表面的高度。
可选的，在所述光学测量模块500上设置有一高度调整模块，也即安装在所述光学测量模块500一侧的垂向运动机构控制器，所述高度调整模块能够控制所述光学测量模块500相对于所述第一滑块210在Z向上的运动，这样也就调整了光学测量模块500相对于基底310的高度。
进一步，请继续参阅图1和图2，所述光学测量装置还包括一运动位置测量模块，用于获取所述第一滑块210及所述第二滑块220的位姿信息。具体的，所述运动位置测量模块包括第一干涉仪测量单元及两个第二干涉仪测量单元，所述第一干涉仪测量单元用于测量所述第一滑块210的位姿信息，两个所述第二干涉仪测量单元分别用于测量两个所述第二滑块220的位姿信息，由于两个所述第二滑块220是对称设置于两个侧壁700上的，所以两个所述第二滑块220在X方向上的位置始终不变，且在Y方向上的位置始终相同，若不考虑X方向，可以认为两个所述第二滑块220的位姿是近似相等的。
本实施例中，所述第一干涉仪测量单元包括三个X向干涉仪，分别为第一X向干涉仪620、第二X向干涉仪621及第三X向干涉仪622，三个X向干涉仪可以沿着所述第一滑块210移动的方向设置，本实施例将三个X向干涉仪均设置于一个第二滑块220上，以使每个所述X向干涉仪发出的第一测量光束均能够照射至所述第一滑块210上，可以理解的是，每个所述X向干涉仪发出的第一测量光束对准所述第一滑块210的位置上均设置有反射镜，用于反射所述第一测量光束。进一步，如图3及图4所示，所述第一X向干涉仪620与所述第二X向干涉仪621沿着Y方向设置，所述第一X向干涉仪620与所述第三X向干涉仪622沿着Z方向设置，即所述第一X向干涉仪620与所述第二X向干涉仪621在X方向和Z方向的位置相同，所述第一X向干涉仪620与所述第三X向干涉仪622在Y方向和X方向的位置相同。如图6所示，所述第一X向干涉仪620、第二X向干涉仪621及第三X向干涉仪622发出三个第一测量光束，分别为第一光束S1、第二光束S2及第三光束S3，所述第一光束S1及所述第二光束S2的反射面在同一Y轴上，以测量所述第一滑块210沿X方向的位移D1i及绕Z方向的旋转Rzxi，所述第三光束S3与所述第一光束S1或所述第二光束S2的反射面在同一Z轴上，以测量所述第一滑块210绕Y方向的倾斜Ryxi。
本实施例中，所述第二干涉仪测量单元均包括两个Y向干涉仪，分别为第一Y向干涉仪610、第二Y向干涉仪611、第一Y向干涉仪610’及第二Y向干涉仪611’，四个Y向干涉仪可以分别沿着所述第二滑块220移动的方向设置，本实施例将四个Y向干涉仪均设置于两个所述侧壁700的末端，以使每个所述Y向干涉仪发出的第二测量光束均能够照射至所述第二滑块220上，可以理解的是，每个所述Y向干涉仪发出的第二测量光束对准所述第二滑块220的位置上均设置有反射镜，用于反射所述第二测量光束。进一步，如图1及图5所示，所述第一Y向干涉仪610及第二Y向干涉仪611沿着Y方向设置，所述第一Y向干涉仪610’及第二Y向干涉仪611’沿着Y方向设置，即所述第一Y向干涉仪610及第二Y向干涉仪611在X方向和Z方向的位置相同，所述第一Y向干涉仪610’及第二Y向干涉仪611’在X方向和Z方向的位置也相同。如图3、图5及图6所示，所述第一Y向干涉仪610、第二Y向干涉仪611、第一Y向干涉仪610’及第二Y向干涉仪611’发出四个第二测量光束，分别为第四光束S4、第五光束S5、第四光束S4’、第五光束S5’，所述第四光束S4及第四光束S4’的反射面均在同一X轴上，所述第五光束S5及第所述五光束S5’的反射面均在同一X轴上，以测量所述第二滑块220沿Y方向的位移D2i及绕Z方向的旋转Rzyi，所述第四光束S4及第五光束S5的反射面在同一Z轴上，所述第四光束S4’及所述第五光束S5’的反射面在同一Z轴上，以测量所述第一滑块210绕X方向的倾斜Rxyi(两组光束的测量结果取平均值)。
终上，通过运动位置测量模块可获取所述第一滑块210的位姿信息(D1i，Rzxi，Ryxi，)及第二滑块220的位姿信息(D2i，Rzyi，Rxyi)，另外本实施例提供的光学测量装置还包括一校正模块，通过所述校正模块利用所述第一滑块210及所述第二滑块220的位姿信息校正所述光学测量模块500获取的位置信息，即可以补偿第一滑块210及第二滑块220在运动时姿态变化产生的影响以提高光学测量模块500获取的位置信息的精度，并提高了测量的重复性。
基于此，请参阅图1-图9，本实施例还提供了一种利用所述光学测量装置进行光学测量的方法，包括如下步骤：
首先如图7所示，提供一带对位标记a和测量标记i的基底310于承载平台300上，所述对位标记a例如有n(n≥1)个，本实施例中是n＝4，所述测量标记i周期性的分布于所述基底310上，且每个所述测量标记i的名义位置已知，任意两个所述测量标记i之间的“长寸”已知，具体参阅图8。
所述第一滑块210沿X方向移动和/或第二滑块200沿Y方向移动，使任一对位标记a位于所述光学检测模块500的位置粗测量单元510下方，此时，所述高度测量单元512测量其距离该对位标记a的高度值Zn，然后计算该对位标记a位于所述位置粗测量单元510最佳焦面处时对应高度偏差dZn(dZn＝Zn-Z1bf，Z1bf为距离最佳焦面处的高度值)，然后所述高度调整模块将所述第一滑块210在Z方向的高度调整dZn，使得该对位标记a位于所述位置粗测量单元510的最佳焦面处，然后所述位置粗测量单元510进行对位标记对准，得到该对位标记a的粗对准位置，重复以上步骤，直至n个所述对位标记a均完成对准，得到每个所述对位标记a的粗对准位置信息(Xn_c，Yn_c)。
接下来，将n个所述对位标记a的粗对准位置信息(Xn_c，Yn_c)按照如下公式进行拟合计算：
Xn_c＝Tx_c+Xn*M_c-Yn*Rz_c+Res_xn_c； (1)
Yn_c＝Ty_c+Yn*M_c+Xn*Rz_c+Res_yn_c； (2)
利用拟合计算，可以求出公式(1)和公式(2)中的参数Tx_c、Ty_c、M_c、Rz_c、Res_xn_c和Res_yn_c，其中，Tx_c和Ty_c为粗测基底整体X向和Y向平移；M_c为粗测基底整体缩放倍率；Rz_c为粗测基底整体旋转；Res_xn_c和Res_yn_c分别为粗测对位标记在X方向和Y方向的拟合位置残差；Xn和Yn分别为所述对位标记a在基底上的名义位置。
接下来，可以根据求出的参数根据如下公式得到n个所述对位标记a的精对准期望位置信息(Xn_e，Yn_e)：
Xn_e＝Tx_c+Xn*M_c-Yn*Rz_c； (3)
Yn_e＝Ty_c+Yn*M_c+Xn*Rz_c； (4)
每个所述对位标记a的精对准期望位置信息得到之后，所述位置精测量单元511即可在测量每个所述对位标记a的精对准位置信息之前，利用该对位标记a的对准期望位置信息去寻找该对位标记a，这样所述位置精测量单元511就知道去哪个位置寻找所述对位标记a。
进一步，所述位置精测量单元511依次获取n个所述对位标记a的精对准位置信息(Xn_f，Yn_f)，然后再按照如下公式对n个所述对位标记a的精对准位置信息(Xn_f，Yn_f)进行拟合计算：
Xn_f＝Tx_f+Xn*M_f-Yn*Rz_f+Res_xn_f； (5)
Yn_f＝Ty_f+Yn*M_f+Xn*Rz_f+Res_yn_f； (6)
利用拟合计算，可以求出公式(5)和公式(6)中的参数Tx_f、Ty_f、M_f、Rz_f、Res_xn_f和Res_yn_f，其中，Tx_f和Ty_f为精测基底整体X向和Y向平移；M_f为精测基底整体缩放倍率；Rz_f为精测基底整体旋转；Res_xn_f和Res_yn_f分别为精测对位标记在X方向和Y方向的拟合位置残差，Xn和Yn分别为所述对位标记a在基底上的名义位置。
接下来，根据拟合结果利用如下公式得到所述测量标记i的精对准期望位置信息(Xi_e，Yi_e)：
Xi_e＝Tx_f+Xi*M_f-Yi*Rz_f； (7)
Yi_e＝Ty_f+Yi*M_f+Xi*Rz_f； (8)
(Xi，Yi)分别为所述测量标记i在所述基底上的名义位置，每个所述测量标记i的精对准期望位置信息得到之后，所述位置精测量单元511即可在测量每个所述测量标记i的精对准位置信息之前，利用该测量标记i的对准期望位置信息去寻找该测量标记i，这样所述位置精测量单元511就知道去哪个位置寻找所述测量标记i。
可以理解的是，所述位置粗测量单元510和所述位置精测量单元511每次在进行测量之前，都需要调整所述光学测量模块500距离所述对位标记a或所述测量标记i的高度，以使所述对位标记a或所述测量标记i位于所述位置粗测量单元510或所述位置精测量单元的最佳焦面处。
进一步，所述第一滑块210和/或第二滑块220移动以使任一所述测量标记i位于光学检测模块500的测量视场内，然后所述光学检测模块500去获取所述测量标记的位置信息。具体的，所述测量标记i的位置信息是采用所述位置精测量单元511去获取的所述测量标记i的精对准位置信息(Xi_m，Yi_m)。所述位置精测量单元511在测量时，所述运动位置测量模块同步获取所述第一滑块210和所述第二滑块220的位姿信息(D1i，Rzxi，Ryxi，)、(D2i，Rzyi，Rxyi)。
然后校正模块根据所述第一滑块210的位姿信息(D1i，Rzxi，Ryxi，)和所述第二滑块220的位姿信息(D2i，Rzyi，Rxyi)利用如下公式校正每个所述测量标记i的位置信息以得到校正后的位置信息(Xi_f，Yi_f)：
Xi_f＝Xi_m+A*D1i+B*Rzxi+C*Ryxi； (9)
Yi_f＝Xi_m+D*D2i+E*Rzyi+F*Rxyi； (10)
其中，A为X方向平移修正系数，B为X方向旋转修正系数，C为X方向倾斜修正系数，D为Y方向平移修正系数，E为Y方向旋转修正系数，F为Y方向倾斜修正系数，可以理解的是，A、B、C、D、E和F均是标定好的已知量。
每个所述测量标记i的校正后的位置信息(Xi_f，Yi_f)即为每个所述测量标记i的实际位置信息，可选的，可以根据如下公式得到任意两个所述测量标记i(例如是测量标记j和测量标记k)之间的位置偏差(长寸偏差)Djk：
Figure BDA0002012230510000121
其中，(Xj_f，Yj_f)、(Xk_f，Yk_f)分别为两个所述测量标记j、k校正后的位置信息，(Xj，Yj)和(Xk，Yk)分别为两个所述测量标记j、k在基底上的名义位置信息。
综上，在本发明实施例提供的光学测量装置及方法中，承载模块上设置有运动模块，运动模块包括一第一滑块及两个对称设置的第二滑块，所述第一滑块能够沿X方向移动，两个所述第一滑块分别与所述第一滑块的一端连接以带动所述第一滑块沿Y方向移动，一光学测量模块固定于所述第一滑块上并用于以获取所述基底上标记的位置信息；一运动位置测量模块用于获取所述第一滑块及所述第二滑块的位姿信息；校正模块利用所述运动位置测量模块获取的位姿信息校正所述光学测量模块获取的位置信息，以补偿第一滑块及第二滑块在运动时姿态变化产生的影响以提高光学测量模块获取的位置信息的精度，并提高了测量的重复性。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种光学测量装置，其特征在于，包括：
承载模块，包括承载平台和载台框架，所述承载平台用于承载带有标记的基底，所述载台框架包括相对所述承载平台对称设置的两个侧壁及连接两个所述侧壁的横梁，所述横梁上设置有第一运动导轨，两个所述侧壁的顶端均设置有第二运动导轨，所述第一运动导轨与所述第二运动导轨在同一水平面内；
运动模块，包括一第一滑块和两个第二滑块，所述第一滑块设置于所述第一运动导轨上并能够沿着所述第一运动导轨在X方向上移动，两个所述第二滑块分别设置于两个所述第二运动导轨上并能够沿着所述第二运动导轨在Y方向上移动，所述第一滑块和所述第二滑块在同一X轴上；
光学测量模块，固定于所述第一滑块上并随着所述第一滑块移动，以获取所述基底上标记的位置信息；
运动位置测量模块，用于获取所述第一滑块及所述第二滑块的位姿信息；
校正模块，利用所述运动位置测量模块获取的位姿信息校正所述光学测量模块获取的位置信息。
2.如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，所述运动位置测量模块包括第一干涉仪测量单元及两个第二干涉仪测量单元，所述第一干涉仪测量单元沿着所述第一滑块移动的方向设置，以发射多个第一测量光束至所述第一滑块上，并测量所述第一滑块的位姿信息，两个所述第二干涉仪测量单元分别沿两个所述第二滑块移动的方向设置，以发射多个第二测量光束至两个所述第二滑块上，并测量两个所述第二滑块的位姿信息。
3.如权利要求2所述的光学测量装置，其特征在于，所述第一干涉仪测量单元设置于至少一个所述第二滑块上，并发射出反射面在同一YOZ平面的三个第一测量光束，三个所述第一测量光束分别为第一光束S1、第二光束S2及第三光束S3，所述第一光束S1及所述第二光束S2的反射面在同一Y轴上，以测量所述第一滑块沿X方向的位移及绕Z方向的旋转，所述第三光束S3与所述第一光束S1或所述第二光束S2的反射面在同一Z轴上，以测量所述第一滑块绕Y方向的倾斜，其中，Z方向与X方向及Y方向均垂直。
4.如权利要求2所述的光学测量装置，其特征在于，两个所述第二干涉仪测量单元分别对准两个所述第二滑块，并分别发射出反射面在同一XOZ平面的两个所述第二测量光束，两个所述第二测量光束分别为第四光束S4及第五光束S5，两个所述第四光束S4及两个所述第五光束S5的反射面均在同一X轴上，以测量所述第二滑块沿Y方向的位移及绕Z方向的旋转，每个所述第二干涉仪测量单元发出的所述第四光束S4及所述第五光束S5的反射面均在同一Z轴上，以测量所述第二滑块绕X方向的倾斜，其中，Z方向与X方向及Y方向均垂直。
5.如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，所述光学测量模块包括位置粗测量单元、位置精测量单元及高度测量单元，所述位置粗测量单元用于测量所述基底与所述承载模块的偏差，以使所述基底上的标记位于所述位置精测量单元的测量视场内，所述位置精测量单元用于测量所述基底上指定标记之间的位置偏差，所述高度测量单元用于测量其距离所述基底上表面的高度。
6.如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，所述光学测量装置还包括：
高度调整模块，用于调整所述光学测量模块与所述基底上表面的距离。
7.如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，所述光学测量装置还包括：
支撑底座，用于放置所述承载模块及固定所述载台框架，所述支撑底座下还设置有减震模块。
8.如权利要求7所述的光学测量装置，其特征在于，所述光学测量装置还包括：
整机防护框架，所述支撑底座、承载模块、运动模块、光学测量模块、运动位置测量模块及校正模块均位于所述整机防护框架内；
整机气浴恒温控制模块，用于使所述整机防护框架内的温度在一设定范围内。
9.一种利用如权利要求1-8中任一项所述的光学测量装置进行光学测量的方法，其特征在于，包括：
提供一带测量标记的基底于承载模块上；
第一滑块和/或第二滑块移动以使所述测量标记位于光学检测模块的测量视场内；
所述光学检测模块获取所述测量标记的位置信息，运动位置测量模块同步获取所述第一滑块和所述第二滑块的位姿信息；
校正模块根据所述运动位置测量模块获取的位姿信息校正所述光学检测模块获取的位置信息。
10.如权利要求9所述的光学测量方法，其特征在于，所述光学检测模块获取到的所述位置信息为(Xi_m，Yi_m)，所述运动位置测量模块获取到的所述第一滑块的位姿信息包括所述第一滑块沿X方向的位移D1i、绕Z方向的旋转Rzxi及绕Y方向的倾斜Ryxi，所述运动位置测量模块获取到的所述第二滑块的位姿信息包括所述第二滑块沿Y方向的位移D2i、绕Z方向的旋转Rzyi及绕X方向的倾斜Rxyi，根据所述第一滑块和所述第二滑块的位姿信息利用如下公式校正所述测量标记的位置信息以得到校正后的位置信息(Xi_f，Yi_f)：
Xi_f＝Xi_m+A*D1i+B*Rzxi+C*Ryxi；
Yi_f＝Xi_m+D*D2i+E*Rzyi+F*Rxyi；
其中，Z方向与X方向及Y方向均垂直，i为所述测量标记的标号，A为X方向平移修正系数，B为X方向旋转修正系数，C为X方向倾斜修正系数，D为Y方向平移修正系数，E为Y方向旋转修正系数，F为Y方向倾斜修正系数。
11.如权利要求10所述的光学测量方法，其特征在于，测量所述基底上多个所述测量标记的位置信息并进行校正，并根据如下公式得到任意两个所述测量标记之间的位置偏差Djk：
Figure FDA0002012230500000031
其中，(Xj_f，Yj_f)、(Xk_f，Yk_f)分别为两个所述测量标记j、k校正后的位置信息，(Xj，Yj)和(Xk，Yk)分别为两个所述测量标记j、k在基底上的名义位置信息。
12.如权利要求9所述的光学测量方法，其特征在于，所述基底上还设置有n个对位标记，n为大于或等于1的整数，所述光学测量模块包括位置粗测量单元、位置精测量单元及高度测量单元，在对所述测量标记进行测量之前，所述光学测量方法还包括：
所述第一滑块和/或所述第二滑块移动以使所述对位标记位于所述位置粗测量单元下，所述高度测量单元获取其距离所述对位标记的高度值；
根据所述高度值调整所述光学测量模块距离所述对位标记的高度，以使所述对位标记位于所述位置粗测量单元的最佳焦面处；
所述位置粗测量单元对所述对位标记进行对准，以获取所述对位标记的粗对准位置信息；
重复以上步骤，直至n个所述对位标记完成对准，得到每个所述对位标记的粗对准位置信息(Xn_c，Yn_c)。
13.如权利要求12所述的光学测量方法，其特征在于，得到每个所述对位标记的粗对准位置信息之后，按照如下公式对n个所述粗对准位置信息进行拟合：
Xn_c＝Tx_c+Xn*M_c-Yn*Rz_c+Res_xn_c；
Yn_c＝Ty_c+Yn*M_c+Xn*Rz_c+Res_yn_c；
以及，根据拟合结果利用如下公式得到n个所述对位标记的精对准期望位置信息(Xn_e，Yn_e)：
Xn_e＝Tx_c+Xn*M_c-Yn*Rz_c；
Yn_e＝Ty_c+Yn*M_c+Xn*Rz_c；
其中，Tx_c和Ty_c为粗测基底整体X向和Y向平移；M_c为粗测基底整体缩放倍率；Rz_c为粗测基底整体旋转；Res_xn_c和Res_yn_c分别为粗测对位标记在X方向和Y方向的拟合位置残差；Xn和Yn分别为所述对位标记在基底上的名义位置。
14.如权利要求13所述的光学测量方法，其特征在于，得到n个所述对位标记的精对准期望位置信息之后，所述光学测量方法还包括：
所述位置精测量单元依次获取n个所述对位标记的精对准位置信息(Xn_f，Yn_f)；
按照如下公式对n个所述精对准位置信息进行拟合：
Xn_f＝Tx_f+Xn*M_f-Yn*Rz_f+Res_xn_f；
Yn_f＝Ty_f+Yn*M_f+Xn*Rz_f+Res_yn_f；
根据拟合结果利用如下公式得到所述测量标记的精对准期望位置信息(Xi_e，Yi_e)：
Xi_e＝Tx_f+Xi*M_f-Yi*Rz_f；
Yi_e＝Ty_f+Yi*M_f+Xi*Rz_f；
其中，Tx_f和Ty_f为精测基底整体X向和Y向平移；M_f为精测基底整体缩放倍率；Rz_f为精测基底整体旋转；Res_xn_f和Res_yn_f分别为精测对位标记在X方向和Y方向的拟合位置残差，(Xi，Yi)分别为所述测量标记i在所述基底上的名义位置。
15.如权利要求14所述的光学测量方法，其特征在于，所述位置精测量单元进行测量之前，调整所述光学测量模块距离所述对位标记或所述测量标记的高度，以使所述对位标记或所述测量标记位于所述位置精测量单元的最佳焦面处。
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