CN112445072A

CN112445072A - 气帘装置及光栅尺测量系统

Info

Publication number: CN112445072A
Application number: CN201910803739.9A
Authority: CN
Inventors: 张楠
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2021-03-05

Abstract

本发明提供一种气帘装置及光栅尺测量系统，在光栅尺测量系统中的读头周围设置气帘装置，所述气帘装置包括出风口、气体流道、进气管路及气帘支架，所述气帘支架支撑所述气体流道固定在工件台上，气体通过所述进气管路进入所述气体流道结构，经气体流道缓冲后从所述出风口流出，在读头周围形成相对微环境。本发明通过在读头周围设置气帘装置以隔离热源，使光栅尺测量系统中光路区域内的温度波动保持在较小范围内，减少温度波动对读头测量的干扰，提高测量准确性；进一步的，气帘装置可以隔离外部环境和其他气流的干扰，保证光路区域的微环境稳定，使湿度和压力均匀分布，减少对读头测量的影响，保证工件台位置测量的精确性。

Description

气帘装置及光栅尺测量系统

技术领域

本发明涉及一种光刻设备，特别涉及一种气帘装置及光栅尺测量系统。

背景技术

纳米测量技术是纳米加工、纳米操控、纳米材料等领域的基础。IC产业、精密机械、微机电系统等都需要高分辨率、高精度的位移传感器，以达到纳米精度定位。随着集成电路朝大规模、高集成度的方向飞跃发展，光刻机的套刻精度要求也越来越高，与之相应地，获取工件台、掩模台的六自由度位置信息的精度也随之提高。

干涉仪有较高的测量精度，可达纳米量级，在光刻系统中，被运用于测量工件台、掩模台的位置。然而，目前干涉仪的测量精度几乎达到极限，同时干涉仪测量精度受周围环境影响较大，测量重复精度不高(即便环境很好，也会超过1nm)，传统干涉仪测量系统很难满足进一步提高套刻精度的要求。所以高精度、高稳定性的皮米测量方案迫切需要。相比之下，光栅尺测量系统的光程可以做到很小，通常为几毫米，其光程和测量范围无关，因此它的测量精度对环境影响不敏感，具有测量稳定性高，结构简单，易于小型化的特点，使其在纳米测量领域占据重要的一席之地。在新一代光刻系统中已开始逐渐取代干涉仪，承担高精度、高稳定性皮米精度测量任务。但光栅尺测量系统的光路区温度波动过大、光路湿度、压力分布不均的问题对测量结果产生干扰，影响测量的准确性。

发明内容

本发明提供一种气帘装置及光栅尺测量系统，使光栅尺测量系统中光路区域内的温度波动保持在较小范围内，减少温度波动对读头测量的干扰，提高测量准确性。

本发明提供一种气帘装置，包括：出风口、气体流道、进气管路及气帘支架，所述气帘支架支撑所述气体流道，所述出风口设置在所述气体流道上，所述进气管路设置在所述气体流道异于出风口的一端，气体通过所述进气管路进入所述气体流道，并从所述出风口流出。

可选的，所述气体流道包括小孔-狭缝结构。

可选的，所述小孔-狭缝结构中相对于狭缝靠近所述进气管路设置。

可选的，所述小孔-狭缝结构中小孔的直径大于等于狭缝宽度的3倍，孔的长度等于狭缝的长度。

可选的，所述出风口包括狭缝出风口和小孔出风口。

可选的，所述小孔-狭缝结构中狭缝的宽度等于所述狭缝出风口中狭缝的宽度或小孔出风口中小孔的直径。

可选的，所述气帘装置还包括：设置在所述出风口的隔栅板，通过所述隔栅板改变出风角度。

可选的，所述出风角度为75°～90°。

本发明还提供一种光栅尺测量系统，包括：若干如上述任一项所述的气帘装置，所述气帘装置围绕读头设置一工件台上。

可选的，所述气帘装置的气帘支架设置在工件台的粗动台上，所述气帘装置的气体流道和读头设置在工件台的微动台上。

可选的，所述气体流道与读头的安全距离为1mm。

可选的，在读头周围设置二层气帘装置，第一层气帘装置的出风角度为85°～90°，第二层气帘装置的出风角度为75°～85°。

可选的，在读头周围设置三层气帘装置，第一层气帘装置的出风角度为85°～90°，第二层气帘装置的出风角度为80°～85°，第三层气帘装置的出风角度为75°～80°。

综上，本发明提供一种气帘装置及光栅尺测量系统，在光栅尺测量系统中的读头周围设置气帘装置，所述气帘装置包括出风口、气体流道、进气管路及气帘支架，所述气帘支架支撑所述气体流道固定在工件台上，气体通过所述进气管路进入所述气体流道结构，经气体流道缓冲后从所述出风口流出，在读头周围形成相对微环境。本发明通过在读头周围设置气帘装置以隔离热源，使光栅尺测量系统中光路区域内的温度波动保持在较小范围内，减少温度波动对读头测量的干扰，提高测量准确性；进一步的，气帘装置可以隔离外部环境和其他气流的干扰，保证光路区域的微环境稳定，使湿度和压力均匀分布，减少对读头测量的影响，保证工件台位置测量的精确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的光栅尺测量系统的结构示意图；

图2A为本发明实施例提供的气帘装置的结构示意图；

图2B为本发明实施例提供的气帘装置中气体流道和气帘支架的剖面示意图；

图3A为本发明实施例提供的气帘装置中狭缝出风口的结构示意图；

图3B为本发明实施例提供的气帘装置中小孔出风口的结构示意图；

图4A为本发明实施例中在读头周围设置两层气帘装置的结构示意图；

图4B为本发明实施例中在读头周围设置三层气帘装置的结构示意图。

附图标记：

1-光栅尺测量系统；2-激光光源；3-相位卡；4-控制机箱；5-光纤；6-工件台；7-读头；8-气帘装置；9-测量光束；10-平面光栅；81-出风口；82-气体流道；83-气帘支架；84-进气管路；811-狭缝出风口；812-小孔出风口

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。

如图1所示，光栅尺测量系统包括激光光源2、相位卡3、控制机箱4、光纤5、读头7、平面光栅10。激光光源2经由光纤5将双频激光传输至读头7，读头7将测量路激光9传至平面光栅10并根据光栅衍射回的测量路激光9与参考路激光产生测量信号，再经由光纤5将测量信号传至相位卡3，相位卡3接收读头7传输回的干涉信号后解算得出位移信息，并将其传至控制机箱4。但光栅尺测量系统中存在光路温度波动过大、光路湿度、压力分布不均等问题，影响了读头的测量准确性，进而干扰工件台位置测量的精确性。

本发明实施例提供一种气帘装置及光栅尺测量系统，在光栅尺测量系统中的读头周围设置气帘装置，所述气帘装置包括出风口、气体流道、进气管路及气帘支架，所述气帘支架支撑所述气体流道固定在工件台上，气体通过所述进气管路进入所述气体流道结构，并从所述出风口流出，以稳定读头周围的微环境。本发明通过在读头周围设置气帘装置以隔离热源，使光栅尺测量系统中光路区域内的温度波动保持在较小范围内，减少温度波动对读头测量的干扰，提高测量准确性；进一步的，气帘装置可以隔离外部环境和其他气流的干扰，保证光路区域的微环境稳定，使湿度和压力均匀分布，减少对读头测量的影响，保证工件台位置测量的精确性。

请参图2A和图2B，本发明实施例提供一种气帘装置，所述气帘装置包括：出风口81、气体流道82、气帘支架83及进气管路84。所述气帘支架83支撑所述气体流道82，所述出风口81设置在所述气体流道82上，所述进气管84设置在所述气体流道82异于出风口81的一端，气体通过所述进气管路84进入所述气体流道82，并从所述出风口81流出。

因气体从气帘装置8的一侧进风，为使出风口81能均匀出风，且流动状态为层流，将气体流道82的结构设计为小孔-狭缝结构。其中，为使气体在进入狭缝前得到充分缓冲，所述小孔-狭缝结构中小孔位于狭缝的下方，即小孔相对狭缝更靠近进气管路84设置，小孔的直径D1应至少为狭缝的宽度D2的三倍，即D1:D2≥3，小孔的长度L1等于狭缝的长度L2，即L1＝L2。为得到更好的缓冲效果，所述气体流道82内可以设置多级小孔-狭缝结构，示例性的，如图2B所示，所述气体流道82内设置两级小孔-狭缝结构，同理，第二级小孔-狭缝结构中，小孔的直径D3应至少为狭缝的宽度D4的三倍，即D3:D4≥3，小孔的长度L3等于狭缝的长度L4，即L3＝L4，且第二级小孔的直径D3、长度L3及狭缝的宽度D4、长度L4均小于第一级小孔的直径D1、长度L1及狭缝的宽度D2、长度L2，即D1>D3，D2>D4，L1＝L2>L3＝L4。需要说明的是，本发明实施例中所述气体流道82的结构同样可用于其他流体从单侧进入的场景，并根据尺寸设置多级小孔-狭缝结构。示例性的，对于28nm光刻机台，D1:D2＝D3:D4＝3，D1＝1.2×D3，D2＝1.2×D4，L1＝L2＝2×L3＝2×L4。

如图3A和3B所示，气帘装置中8的出风口81根据形状可分为狭缝出风口811和小孔出风口812，其中，则狭缝出风口811中狭缝和小孔出风口812的小孔与气体流道82内小孔-狭缝结构中的狭缝对应设置，气体流道82内气体通过狭缝出风口811中狭缝或小孔出风口812的小孔流出。例如，若出风口81设置为狭缝出风口811，则狭缝出风口811中狭缝的宽度D等于气体流道82内小孔-狭缝结构中狭缝的宽度，对于多级小孔-狭缝结构，狭缝出风口811中狭缝的宽度D等于最接近出风口81的小孔-狭缝结构中狭缝的宽度，示例性的，对于两级小孔-狭缝结构，狭缝出风口811中狭缝的宽度D等于第二级小孔-狭缝结构中狭缝宽度D4。若出风口81设置为小孔出风口812，同理，小孔出风口812中小孔的直径d等于气体流道82内小孔-狭缝结构中狭缝的宽度，对于多级小孔-狭缝结构，小孔出风口812中小孔的直径d等于最接近出风口81的小孔-狭缝结构中狭缝的宽度。同流量情况下，在狭缝出风口811的狭缝宽度D等于小孔出风口812中小孔直径d时，即D＝d时，狭缝出风口811相对小孔出风口812的流场更为平稳。

另外，本实施例提供的气帘装置还包括：设置在所述出风口81的隔栅板(图中2A未示出)，通过所述隔栅板可以改变出风口81的出风角度，优选的，所述出风角度为75°～90°。

如图1所示，本发明实施例还提供一种光栅尺测量系统，包括若干上述气帘装置8，所述气帘装置8围绕读头7设置在工件台6上，具体的，所述气帘装置8的气帘支架84设置在工件台6的粗动台上，所述气帘装置8的气体流道82和读头7设置在工件台6的微动台上。如图1所示。将气帘装置8引入光栅尺测量系统1，可通过气帘装置8释放温度波动较小的气体以隔离周围热源，使温度波动保持在较小范围内，减少温度波动对读头7测量的干扰，提高读头7的测量准确性，继而对工件台全行程工作场景提供更精确的位置测量。

其中，光栅尺测量系统1中平面光栅10为光路提供测量基准，其下表面与读头7上表面需保持一定距离X。对于28nm光刻机台，此距离X为10mm，即平面光栅10下表面与气帘装置8同样需保持距离X。气帘装置8用于稳定读头7周围微小空间内，需结合实际情况进行空间约束。此外，气帘装置8与读头7的安全距离至关重要。对于28nm光刻机台，气帘装置8空间尺寸75mm×70mm×75mm，与读头7的安全距离Y为1mm，需要说明的是，气帘装置8空间尺寸是指位于工件台6微动台上的空间尺寸，即气体流道82和出风口81的空间尺寸，气帘装置8与读头7的安全距离Y是指气体流道82与读头7的安全距离。另外，为节省气帘装置8的安装体积，气帘装置8设置单条气体流道82，如图2B所示，所述单条气体流道82呈倒“L”。在本发明其他实施例中，可以根据实际工况设置气帘装置8中气体流道82的条数和具体排布情况。对于28nm光刻机台，狭缝出风口811中狭缝的宽度为2mm，气体流量小于等于1L/min，即出口流速小于等于0.06m/s，初期后气体流动状态为层流。

为能更好的隔离外部热源和外部环境对光栅尺测量系统光路区域的影响，在单层气帘装置的基础上增加多层气帘装置，增强隔离效果。由于空间尺寸限制及成本考虑，一般可设置为1～3层气帘装置。

多层气帘装置的出风口可通过设置隔栅板等方式，改变出风的方向。如图4A所示，读头7周围设置两层气帘装置时，第一层气帘装置的出风角度α1在85°～90°范围内，第二层气帘装置的出风角度α2在75°～85°范围内，优选的，当α1＝85°、α2＝75°时效果最佳。如图4B所示，读头7周围设置三层气帘装置时，第一层气帘装置的出风角度β1在85～90°范围内，第二层气帘装置的出风角度β2在80～85°范围内，第三层气帘装置的出风角度β3在75～80°范围内，优选的，当β1＝85°、β2＝80°、β3＝75°时隔离效果最佳。

综上所述，本发明提供一种气帘装置及光栅尺测量系统，在光栅尺测量系统中的读头周围设置气帘装置，所述气帘装置包括出风口、气体流道、进气管路及气帘支架，所述气帘支架支撑所述气体流道固定在工件台上，气体通过所述进气管路进入所述气体流道，经气体流道缓冲后从所述出风口流出，在读头周围形成相对微环境。本发明通过在读头周围设置气帘装置以隔离热源，使光栅尺测量系统中光路区域内的温度波动保持在较小范围内，减少温度波动对读头测量的干扰，提高测量准确性；进一步的，气帘装置可以隔离外部环境和其他气流的干扰，保证光路区域的微环境稳定，使湿度和压力均匀分布，减少对读头测量的影响，保证工件台位置测量的精确性。

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

1.一种气帘装置，其特征在于，包括：出风口、气体流道、进气管路及气帘支架，所述气帘支架支撑所述气体流道，所述出风口设置在所述气体流道的一端，所述进气管路设置在所述气体流道异于出风口的一端，气体通过所述进气管路进入所述气体流道，并从所述出风口流出。

2.根据权利要求1所述的气帘装置，其特征在于，所述气体流道包括小孔-狭缝结构。

3.根据权利要求2所述的气帘装置，其特征在于，所述小孔-狭缝结构中小孔相对于狭缝靠近所述进气管路设置。

4.根据权利要求2所述的气帘装置，其特征在于，所述小孔-狭缝结构中小孔的直径大于或等于狭缝宽度的3倍，小孔的长度等于狭缝的长度。

5.根据权利要求4所述的气帘装置，其特征在于，所述出风口包括狭缝出风口和小孔出风口。

6.根据权利要求5所述的气帘装置，其特征在于，所述小孔-狭缝结构中狭缝的宽度等于所述狭缝出风口中狭缝的宽度或所述小孔出风口中小孔的直径。

7.根据权利要求1所述的气帘装置，其特征在于，所述气帘装置还包括：设置在所述出风口的隔栅板，通过所述隔栅板改变出风角度。

8.根据权利要求7所述的气帘装置，其特征在于，所述出风角度为75°～90°。

9.一种光栅尺测量系统，其特征在于，包括：若干如权利要求1-8任一项所述的气帘装置，所述气帘装置围绕读头设置工件台上。

10.根据权利要求9所述的光栅尺测量系统，其特征在于，所述气帘装置的气帘支架设置在工件台的粗动台上，所述气帘装置的读头设置在工件台的微动台上。

11.根据权利要求9所述的光栅尺测量系统，其特征在于，所述气体流道与读头的安全距离为1mm。

12.根据权利要求9所述的光栅尺测量系统，其特征在于，在读头周围设置二层气帘装置，第一层气帘装置的出风角度为85°～90°，第二层气帘装置的出风角度为75°～85°。

13.根据权利要求9所述的光栅尺测量系统，其特征在于，在读头周围设置三层气帘装置，第一层气帘装置的出风角度为85°～90°，第二层气帘装置的出风角度为80°～85°，第三层气帘装置的出风角度为75°～80°。