CN117949959A - 位置测量装置、半导体器件制造设备、器件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种位置测量装置、半导体器件制造设备、半导体器件的制造方法、可移动工作台的参考位置的测量方法。涉及定位方法技术领域。提供一种可以实现六个自由度位置测量的装置。该位置测量的装置包括第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器、第一测角传感器和第二测角传感器，处理器通过这些传感器输出的信号，实现多个自由度的确定，从而，确定承载台相对参考系的参考位置。另外，利用测角传感器测量和测距传感器测量，可以解决参数耦合，提升测量精度。

Description

位置测量装置、半导体器件制造设备、器件的制造方法

技术领域

本申请涉及定位方法技术领域，尤其涉及一种位置测量装置，比如可以用于确定可移动物体的参考位置，还涉及包含位置测量装置的半导体器件制造设备，以及还涉及位置测量方法和半导体器件的制造方法。

背景技术

确定两个可运动部件的相对位置是半导体器件制造设备、机器人控制乃至航天领域的重要关键技术。特别是对于半导体器件制造设备领域，运动部件之间的位置测量精度往往需要达到纳米级的测量精度。

比如，在用于形成集成电路的光刻机的位置测量系统中，为了实现如此高的测量精度，通常使用激光干涉仪、光栅尺等测量仪器。激光干涉仪、光栅尺等测量仪器属于增量传感器，只能够提供相对位移的精确测量，无法实现绝对距离的直接测量，因此，在利用激光干涉仪、光栅尺等测量之前，需要用零位传感器为激光干涉仪或者为光栅尺提供一个初始位置，这个位置为绝对参考位置，在使用激光干涉仪或者为光栅尺进行位移测量时，以这个绝对参考位置为基准点。

零位传感器在与激光干涉仪或者光栅尺相配合工作时，需要实现多个自由度的检测，比如，六个自由度的测量。

发明内容

本申请提供一种位置测量装置、包含该位置测量装置的半导体器件制造设备、半导体器件的制造方法、可移动工作台的参考位置的测量方法。提供的位置测量装置可以实现多自由度检测。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

一方面，本申请提供了一种位置测量装置，该位置测量装置可以作为一种零点传感器，以为增量传感器提供一个初始位置，比如，该位置测量装置可以被应用在光刻设备中。其中，该位置测量装置包括：处理器、测量框架、承载台、设置在测量框架上的第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器、第一测角传感器和第二测角传感器，还包括设置在承载台上的第一测距参考面、第二测距参考面、第三测距参考面、第一测角参考面和第二测角参考面；第一测距传感器用于测量第一测距传感器至第一测距参考面之间的距离，第二测距传感器用于测量第二测距传感器至第二测距参考面之间的距离，第三测距传感器用于测量第三测距传感器至第三测距参考面之间的距离，且第一测距参考面、第二测距参考面和第三测距参考面中的每两个参考面相交；第一测角传感器用于测量第一测角传感器的测量轴与第一测角参考面的法线之间的二维夹角；第二测角传感器用于测量第二测角传感器的测量轴与第二测角参考面的法线之间的二维夹角，第一测角参考面和第二测角参考面相交；处理器用于根据第一测距传感器的输出、第二测距传感器的输出、第三传感器的输出、第一测角传感器的输出和第二测角传感器的输出，获取承载台的位置信息。

本申请给出的位置测量装置中，利用第一测距传感器、第二测距传感器和第三测距传感器分别测量三个方向上的轴向位置，比如，可以测量三维坐标系下在X方向、Y方向和Z方向的位置；以及，可以利用第一测角传感器和第二测角传感器测量绕三个方向的角度，比如，第一测角传感器测量绕X方向和绕Y方向的角度，第二测角传感器测量绕X方向和绕Z方向的角度。从而，实现六个自由度的测量。

还有，在本申请中，利用测距传感器来测量距离，利用测角传感器来测量角度，可以解决参数耦合，进而，还可以提升测量精度。

在一种可以实现的方式中，第一测距参考面和第一测角参考面处于同一平面内。

即就是，第一测距参考面和第一测角参考面可以共用同一参考面，这样，可以减少参考面的数量，简化该位置测量装置的结构。

在一种可以实现的方式中，第二测距参考面和第二测角参考面处于同一平面内。

和上述类似，第二测距参考面和第二测角参考面可以共用同一参考面，以减少参考面的数量，简化该位置测量装置的结构。

在一种可以实现的方式中，第一测距参考面、第二测距参考面、第三测距参考面、第一测角参考面和第二测角参考面为五个彼此独立的参考面。

也就是，该五个测量参考面可以是五个不同的面。

在一种可以实现的方式中，第一测距参考面、第二测距参考面和第三测距参考面中任意两个参考面相垂直。

在一种可以实现的方式中，第一测距参考面、第二测距参考面和第三测距参考面均位于承载台的第一位置，且第一测距参考面和第二测距参考面共用同一侧边，第二测距参考面和第三测距参考面共用同一侧边，第三测距参考面和第一测距参考面共用同一侧边。

该实现方式中的第一测距参考面、第二参考面和第三参考面中的每两个面相交，即将第一测距参考面、第二测距参考面和第三测距参考面集中在一个多面体中。

在一种可以实现的方式中，第一测距参考面位于承载台的第一位置，第二测距参考面位于承载台的第二位置，第三测距参考面位于承载台的第三位置，第一位置、第二位置和第三位置中的每两个位置之间具有间距。

在此实现结构中，第一测距参考面、第二测距参考面和第三测距参考面是分散布设的，分别设置在不同的位置。这样在具体实施时，可以根据承载台的结构，布设第一测距参考面、第二测距参考面和第三测距参考面。

在一种可以实现的方式中，第一测距参考面的表面形成有光反射层。类似的，第二测距参考面的表面、第三测距参考面的表面也可以均形成有光反射层。

此结构中，第一测距传感器、第二测距传感器和第三测距传感器中的任意一个测距传感器为激光测距仪、光谱共焦传感器中的一种。

在一种可以实现的方式中，第一测距参考面为表面形成有金属层。类似的，第二测距参考面的表面、第三测距参考面的表面也可以均形成有金属层。

此结构中，第一测距传感器、第二测距传感器和第三测距传感器中的任意一个测距传感器为电涡流传感器或者电容传感器中的一种。

在一种可以实现的方式中，第一测角传感器和第二测角传感器中的任意一个测角传感器为自准直仪。

在一种可以实现的方式中，承载台的位置信息包括：沿第一方向、第二方向和第三方向的移动自由度，以及，绕第一方向、第二方向和第三方向的转动自由度；第一方向、第二方向和第三方向中的每两个方向相交。

另一方面，本申请还提供了一种半导体器件制造设备，该半导体器件制造设备包括辐射系统，第一承载台、第二承载台、投影系统，以及，上述实现方式涉及的位置测量装置，辐射系统用于投射辐射束，第一承载台用于承载掩膜版，掩膜版位于辐射系统的辐射束上，第二承载台用于承载待光刻基板，投影系统用于将经掩膜版的图案化的辐射束投影至待光刻基板上，并且，上述位置测量装置中的承载台为所述的第一承载台和第二承载台中的其中一个。

本申请提供的半导体器件制造设备中，比如，光刻设备，由于包括了上述可实现方式中的位置测量装置，当该位置测量装置中的承载台为承载掩膜版的第一承载台时，那么，利用该位置测量装置可以测量该第一承载台的六个自由度，以确定该第一承载台的零点位置。

在一种可以实现的方式中，半导体器件制造设备还包括增量位置传感器；增量位置传感器装置与处理器电连接，处理器根据第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器、第一测角传感器和第二测角传感器，以及增量位置传感器的输出信号，确定第一承载台或者第二承载台的绝对位置。

即利用上述涉及的位置测量装置和增量位置传感器，就可以确地绝对位置。

再一方面，本申请还提供了一种半导体器件的制造方法，该制造方法包括：

利用位置测量装置获取承载台的参考位置；

将辐射束投射至位于承载台上的物体上；

其中，位置测量装置包括设置在测量框架上的第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器、第一测角传感器和第二测角传感器；以及，还包括设置在承载台上的第一测距参考面、第二测距参考面、第三测距参考面、第一测角参考面和第二测角参考面，第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器、第一测角传感器和第二测角传感器均与处理器电连接，第一测距参考面、第二测距参考面和第三测距参考面中的每两个参考面相交，第一测角参考面和第二测角参考面相交；

利用位置测量装置获取承载台的参考位置，包括：

第一测距传感器测量第一测距传感器至第一测距参考面之间的距离；第二测距传感器测量第二测距传感器至第二测距参考面之间的距离；第三测距传感器测量第三测距传感器至第三测距参考面之间的距离；第一测角传感器测量第一测角传感器的测量轴与第一测角参考面的法线之间的夹角；第二测角传感器测量第二测角传感器的测量轴与第二测角参考面的法线之间的夹角；处理器用于根据第一测距传感器的输出信号、第二测距传感器的输出信号、第三测距传感器的输出信号、第一测角传感器的输出信号和第二测角传感器的输出信号，获取承载台的参考位置。

本申请给出的半导体器件的制造方法中，在对承载台的参考位置进行测量时，利用第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器、第一测角传感器和第二测角传感器，可以测量承载台的六个自由度，以确定承载台的参考位置。

在一种可以实现的方式中，制造方法还包括：处理器根据承载台的参考位置，获取承载台的绝对位置。

在一种可以实现的方式中，第一测距参考面和第一测角参考面处于同一平面内，第二测距参考面和第二测角参考面处于同一平面内。

即第一测距参考面和第一测角参考面共面，第二测距参考面和第二测角参考面共面。以减少参考面的数量。

在一种可以实现的方式中，第一测距参考面、第二测距参考面、第三测距参考面、第一测角参考面和第二测角参考面为彼此独立的五个参考面。

又一方面，本申请还提供了一种可移动工作台的参考位置的测量方法，该测量方法包括：

第一测距传感器测量第一测距传感器至第一测距参考面之间的距离；

第二测距传感器测量第二测距传感器至第二测距参考面之间的距离；

第三测距传感器测量第三测距传感器至第三测距参考面之间的距离，第一测距参考面、第二测距参考面和第三测距参考面中的每两个参考面相交；

第一测角传感器测量第一测角传感器的测量轴与第一测角参考面的法线之间的夹角；

第二测角传感器测量第二测角传感器的测量轴与第二测角参考面的法线之间的夹角，第一测角参考面和第二测角参考面相交；

处理器用于根据第一测距传感器的输出信号、第二测距传感器的输出信号、第三测距传感器的输出信号、第一测角传感器的输出信号和第二测角传感器的输出信号，获取可移动工作台的参考位置；

其中，第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器、第一测角传感器和第二测角传感器设置在测量框架上，第一测距参考面、第二测距参考面、第三测距参考面、第一测角参考面和第二测角参考面设置在可移动工作台上。

本申请给出的可移动工作台的参考位置的测量方法中，在对承载台的参考位置进行测量时，利用第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器、第一测角传感器和第二测角传感器，可以测量承载台的六个自由度，以确定承载台的参考位置。

附图说明

图1为本申请实施例提供的光刻设备的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种位置测量装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种位置测量装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种测角传感器的测量原理图；

图5为本申请实施例提供的一种位置测量装置的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种位置测量装置的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种位置测量装置的结构示意图；

图8为图7的俯视图；

图9为本申请实施例提供的一种测角传感器的测量原理图；

图10为本申请实施例提供的一种位置测量装置的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的一种位置测量装置的结构示意图

图12为图11的俯视图；

图13为本申请实施例提供的一种位置测量装置的结构示意图；

图14为图13的俯视图；

图15为本申请实施例提供的一种位置测量装置的结构示意图；

图16为本申请实施例提供的一种位置测量装置的结构示意图。

附图标记：

100-辐射系统；

200-第一承载台；

300-投影系统；

400-第一承载台；

500-掩膜版；

600-待光刻基板；

700-第一位置测量装置；

800-第二位置测量装置；

901-第一参考框架；

902-第二参考框架；

T1-测量框架；

T2-支撑台；

D-测距传感器；D1-第一测距传感器；D2-第二测距传感器；D3-第三测距传感器；

A-测角传感器；A1-第一测角传感器；A2-第二测角传感器；A3-第三测角传感器；

M1、M2、M3、M4、M5、M6-参考面。

具体实施方式

在许多设备中，会涉及两个部件之间发生相对运动，比如，半导体器件制造设备(如光刻设备)、机器人、航空航天设备。当需要确定两个可运动部件的相对位置时，需要在这些设备中设置位置测量装置，下述以光刻设备为例，介绍相关的可运动部件和用于对可动部件的位置进行检测的位置测量装置。

图1简易示出了光刻设备的结构。该光刻设备包括辐射系统100、第一承载台200、投影系统300和第二承载台400。其中，示例的，第一承载台200可以用于承载掩模版500，第二承载台400可以用于承载待光刻基板600，比如待光刻晶圆。

辐射系统100可以用于提供辐射束，例如，紫外线(ultraviolet，UV)辐射束，或者，极紫外线(Extreme ultraviolet，EUV)辐射束。这些辐射束可以经掩模版500，进入投影系统300，投影系统300使得辐射束具有期望的形状和强度分布，然后，经投影系统300的辐射束照射至示例的涂有抗蚀剂的待光刻基板600上。

在一些示例中，辐射系统100可以包括汞灯、准分子激光器、激光产生或放电等离子体源等。

在一些示例中，投影系统300可以包括准直器、分束器、聚焦透镜等。

上述图1所示光刻设备可以具有两种不同的工作模式。

一种为：在步进模式中，承载掩模版500的第一承载台200基本上保持静止，掩模版500上的掩模图像可以一次投影到待光刻晶圆的目标部分C上，然后，第二承载台400在X方向和/Y方向上移动，使得不同的目标部分C被辐射束照射。

另一种为：在扫描模式中，承载掩模版500的第一承载台200可以在X方向和Y方向上移动，从而使得辐射系统100投射的辐射束扫描掩模版500，同时，第二承载台400也在X方向和Y方向上移动，这种模式可以曝光相对较大的目标部分C。

基于此两种不同的工作模式，继续见图1，在一些示例中，该光刻设备还可以包括第一位置测量装置700，第一承载台200可以与第一位置测量装置700连接，例如，第一位置测量装置700可以用于确定掩模版500的位置。

在另外一些示例中，如图1，该光刻设备还包括第二位置测量装置800，第二承载台400可以与第二位置测量装置800连接。比如，第二位置测量装置800可以用于确定待光刻晶圆的位置。

在诸如上述的第一位置测量装置700或者第二位置测量装置800中，可以包括增量式位置传感装置((incremental-type sensor)和零点式位置传感装置。

其中，增量式位置传感装置比如可以是激光测距仪，增量式位置传感装置是以任意点为起点并从该点起的增减部分作为输出的传感装置。

在位置测量之前，需要利用零点式位置传感装置为增量式位置传感装置提供初始位置，这个位置为绝对参考位置，即在使用增量式位置传感装置进行位置测量时，以这个绝对参考位置为基准点。

本申请实施例给出了一些位置测量装置，这些位置测量装置可以作为上述涉及的零点式位置传感装置，即作为一种寻零装置，比如，可以采用零点式位置传感装置的输出值，利用驱动装置驱动第二承载台400运动，以使得待光刻晶圆发生运动，直至零点式位置传感装置给出零输出值。在另外一些实现结构中，本申请实施例给出的位置测量装置也可以不作为零点式位置传感装置，而是测量两个相对运动物件之间的相对位置。

图2是本申请实施例给出的位置测量装置的结构图。见图2，该位置测量装置包括设置在测量框架T1上的测距传感器D和测角传感器A，以及，还包括设置在承载台T2上的多个参考面，比如，参考面abc、参考面acd、参考面abd。

在图2所示的位置测量装置中，测量框架T1和承载台T2中的至少一个能够运动，比如，测量框架T1是静止的，而承载台T2是运动的；再比如，测量框架T1是运动的，而承载台T2是静止的；又比如，测量框架T1和承载台T2均是运动的。

结合图1和图2，图2中的位置测量装置可以被应用在第一位置测量装置700中，也可以被应用在第二位置测量装置800中。示例的，当被应用在第一位置测量装置700中时，承载有参考面abc、参考面acd和参考面abd的承载台T2可以是第一承载台200，承载有测距传感器D和测角传感器A的测量框架T1可以是设置在第一承载台200附近的第一参考框架901。

类似的，当被应用在第二位置测量装置700中时，承载有参考面abc、参考面acd和参考面abd的承载台T2可以是第二承载台400，承载有测距传感器D和测角传感器A的测量框架T1可以是设置在第二承载台400附近的第二参考框架902。

测距传感器D是一种用于测量距离的传感器结构。在测距传感器D中，包括可以投射辐射束的辐射源，以及，还包括能够接收辐射束的探测器。比如，在一些可以实现的结构中，测距传感器D可以是辐射束包含光束的传感器结构，例如，该测距传感器D可以是激光测距仪，或者，可以是光谱共焦传感器等光学传感器；再例如，该测距传感器D可以是电涡流传感器或者电容传感器等电信号传感器。

如图2，参考面能够接收测距传感器D的辐射源的辐射，且测距传感器D的探测器能够接收自参考面回射的辐射。

在一些可以实现的结构中，比如，采用光学传感器作为测距传感器D时，由参考面回射至探测器的返回光路，可以与辐射源至参考面的辐射光路平行且偏离，也可以平行不偏离。该实施例中的偏离可以理解为：辐射光路与返回光路不重合。

在一些可以实现的结构中，当测距传感器D为测量距离的光学传感器时，参考面的表面形成有用于反射辐射的光反射层。在另外一些可以实现的结构中，当测距传感器D为测量距离的电信号传感器时，参考面的表面形成有用于使得探测器感知的金属层。

下面以光学传感器中的激光测距仪为例介绍测距传感器D的工作过程。具体如下：激光测距仪中的激光器射出激光束，激光束投射至参考面上，并经过参考面反射后，被探测器接收，通过计算激光束从发射到接收的时间，计算出从测距传感器D到参考面的距离。例如，如图3所示，测距传感器D为激光测距仪时，参考面abd上形成有反射膜层，激光器射出激光束投射至参考面abd上，经参考面abd反射的激光束再被测距传感器D接收，通过计算发射到接收的时间，计算出从测距传感器D到参考面abd的距离。

下面再以电信号传感器中的电涡流传感器为例介绍测距传感器D的工作过程。具体如下：电涡流传感器中的线圈通过高频正弦交变电流时，线圈周围的空间就会产生交变磁场，此交变磁场会在作为参考面的金属参考面上产生电涡流，该电涡流也产生交变磁场阻止外磁场的变化，由于磁场的反作用，被探测器感应到，使得线圈的电流和相位发生变化，引起线圈阻抗和电感量发生变化，从而，利用线圈阻抗的变化来确定从测距传感器到参考面的距离。

图4是本申请实施例给出的图2所示的测角传感器A的测角结构图，并且，在图4中，是以图2中的测角传感器A和参考面abc为例介绍的。见图4所示，测角传感器A是用来测量测角传感器A的测量轴L与参考面abc的法线P之间的夹角α。

基于上述对本申请实施例提供的位置测量装置的描述，可以得知，本申请实施例是通过设置的测距传感器测量承载台T2沿轴向位置，比如，可以测量三维坐标系中在X轴向的位置。另外，本申请实施例是通过设置在测角传感器测量承载台T2绕轴向旋转的角度，比如，可以测量三维坐标系中沿Y轴旋转的角度。

即在本申请实施例中，通过配置的测角结构测量角度，配置的测距结构测量距离。这样的话，可以解决参数耦合，进而，可以提升测量精度。

在一些结构中，可以利用位置测量装置测量两个自由度、三个自由度，或者更多的自由度，比如，六个自由度，即沿第一方向(例如X方向)、第二方向(例如Y方向)和第三方向(例如Z方向)的移动自由度，以及，绕第一方向、第二方向和第三方向的转动自由度。

示例的，图5是本申请实施例给出的一种位置测量装置，该位置测量装置可以包括设置在测量框架T1上的第一测距传感器D1和第一测角传感器A1，以及设置在承载台T2上的参考面abc和参考面acd。其中，第一测距传感器D1用于测量第一测距传感器D1至参考面abc的距离，第一测角传感器A1用于测量第一测角传感器A1的测量轴参考面acd的法线之间的夹角。即利用第一测距传感器D1和第一测角传感器A1可以至少测量两个自由度。

再示例的，图6是本申请实施例给出的另一种位置测量装置。图6所示结构和图5所示结构类似，均包括第一测距传感器D1和第一测角传感器A1。然而，图6所示结构中，第一测距传感器D1和第一测角传感器A1共用同一参考面abc，而在图5中，采用两个参考面分别作为第一测距传感器D1和第一测角传感器A1相对应的参考面。

再次参照图5，当采用两个不同的参考面时，两个参考面可以是图5所示的相交。或者，也可以是两个参考面相平行，即共用同一参考面。

为了实现更多个自由度的检测，可以设置多个测距传感器D和多个侧角传感器A。比如，图7给出的是可以测量六个自由度的位置检测装置，示例的，可以测得(x，y，z，Rx，Ry，Rz)。

图7和图8给出的是实现六个自由度检测的其中一种实现结构，图8是图7的俯视图。一并结合图7和图8，在此实施例中，包括第一测距传感器D1、第二测距传感器D2、第三测距传感器D3、第一测角传感器A1和第二测角传感器A2，这些测距传感器和测角传感器可以被固定在测量框架T1上。除外，还包括可以形成在承载台T2上的参考面abc、参考面acd和参考面abd。

图7和图8给出的是参考面为三角形平面，此结构仅是一种示例，当然，也可以为其他形状的平面，比如，圆形、椭圆形或者矩形的平面。

继续参阅图7和图8，在此实施例中，参考面abc不仅作为第一测距传感器D1的参考面，还同时作为第一测角传感器A1的参考面。类似的，参考面acd不仅作为第二测距传感器D2的参考面，还同时作为第二测角传感器A2的参考面。参考面abd作为第三测距传感器D3的参考面。

并且，第一测距传感器D1的参考面abc、第二测距传感器D2的参考面acd和第三测距传感器D3的参考面abd，中的任意两个参考面相交。以及，第一测角传感器A1的参考面abc和第二测角传感器A2的参考面acd相交。

即可以理解为：测距传感器的多个参考面之间需要彼此相互相交，以及，测角传感器的多个参考面之间也需要彼此相互相交。

在图7和图8所示的测量六个自由度的测量装置中，具体的测距方法如下：

第一测距传感器D1用于测量第一测距传感器D1至参考面abc之间的距离，参考面abc接收第一测距传感器D1的辐射，且参考面abc回射的辐射被第一测距传感器D1接收。

第二测距传感器D2用于测量第二测距传感器D2至参考面acd之间的距离，参考面acd接收第二测距传感器D2的辐射，且参考面acd回射的辐射被第二测距传感器D2接收。

第三测距传感器D3用于测量第三测距传感器D3至参考面abd之间的距离，参考面abd接收第三测距传感器D3的辐射，且参考面abd回射的辐射被第三测距传感器D3接收。

在图7和图8所示的测量六个自由度的测量装置中，第一测角传感器A1和第二测角传感器A2中的任意一个测角传感器均为双轴测角传感器，比如，可以选择自准直仪。双轴测角传感器可以敏感两个轴向的角度，具体测量方法如图9所示。

在图9中，每个测角传感器能够测量两个轴的倾角，当两个测角传感器测量两个不同的空间平面时，则可以完全测量到3个角度轴，即Rx，Ry，Rz。

如此的话，利用第一测角传感器A1和第二测角传感器A2就可以测得绕X轴旋转的、绕Y轴旋转的和绕Z轴旋转的Rx、Ry和Rz。

从而，利用图7和图8所示的第一测距传感器D1、第二测距传感器D2和第三测距传感器D3，以及第一测角传感器A1和第二测角传感器A2就可以实现六个自由度的获取。

即就是，处理器用于根据第一测距传感器的输出信号、第二测距传感器的输出信号、第三测距传感器的输出信号、第一测角传感器的输出信号和第二测角传感器的输出信号，获取位置信息，即获得六个自由度。

在可以实现的测量方式中，第一测距传感器D1、第二测距传感器D2和第三测距传感器D3，可以参考一个坐标系，而第一测角传感器A1和第二测角传感器A2可以参考另外一个坐标系。当然，第一测距传感器D1、第二测距传感器D2和第三测距传感器D3，以及第一测角传感器A1和第二测角传感器A2可以参考同一坐标系。

在图7和图8所示的结构中，参考面abc、参考面acd和参考面abd可以是彼此相互垂直的三个面，比如，图7和图8所示的包含参考面abc、参考面acd和参考面abd的结构可以是从正方体切割下的角棱锥结构。

图10是本申请实施例给出的另外一种位置测量装置的结构图。图10所示实施例和上述图7和图8所示实施例不同的是：在图10中，位于承载台T2上的多个参考面被嵌入在承载台T2内，而在图7中，多个参考面可以被形成在承载台T2的表面之上。

当多个参考面被嵌入在承载台T2内时，无论是测角传感器输出的信号，还是测距传感器输出的信号都可以被隐藏的参考面所接收。

诸如图7和图10所示的实施例中，多个参考面被设置在承载台T2的同一位置处，相交的参考面之间也共用同一侧边，比如，在图10中，作为第一测距传感器D1和第一测角传感器A1的共用参考面abc，与第三测距传感器D3的参考面abd共用了侧边ab。

图11是本申请实施例给出的再一种位置测量装置的结构图，图12是图11的俯视图。一并结合图11和图12，同样的也包括第一测距传感器D1、第二测距传感器D2、第三测距传感器D3、第一测角传感器A1和第二测角传感器A2。和上述图10所示结构不同的是，在此实施例中，作为第一测距传感器D1和第一测角传感器A1的共用参考面M1、作为第二测距传感器D2和第二测角传感器A2的共用参考面M2，和作为第三测距传感器D3的参考面M3是分散布设的，未如图10所示的集中设置在承载台T2的一个位置处，而是被分布在不同的位置。

这样的话，在实施时，可以根据承载台T2的空间位置，灵活的布设这些多个参考面。例如，一些参考面如图10所示的集成设置，一些参考面如图11所示的分散布设；再例如，一些参考面被设置在承载台T2的表面之上，一些参考面被设置在承载台T2内。又例如，一些集成设置的参考面被设置在承载台T2的表面之上，一些分散布设的参考面被设置在承载台T2内。以此不同的设置方式，可以不局限承载台T2的空间限定，灵活的布设测量参考面。

关于图11和图12示出的参考面M1、参考面M2和参考面M3的形状，图11和图12仅是一种示例，不构成对具体形状，具体设置位置的绝对限定。

图13是本申请实施例给出的又一种位置测量装置的结构图，图14是图13的俯视图。一并结合图13和图14，和上述实施例类似，也包括第一测距传感器D1、第二测距传感器D2、第三测距传感器D3、第一测角传感器A1和第二测角传感器A2。和上述实施例不同的是：该实施例不仅包括参考面M1、参考面M2和参考面M3，除此之外，还包括参考面M4和参考面M5。

也就是，在图13和图14所示结构中，并未采用共用参考面，而是每一个传感器相对应设置一个参考面。

在上述涉及的图7、图10、图11和图13所示的不同结构的位置检测装置中，测角传感器均为图9所示的双轴测角传感器。在另外一些可以实现的结构中，也可以采用单轴测角传感器。

例如，图15是本申请实施例给出的又一种位置测量装置的结构图。此实施例中，不仅包括第一测距传感器D1、第二测距传感器D2、第三测距传感器D3、第一测角传感器A1和第二测角传感器A2，还包括第三测角传感器A3。

其中，第一测角传感器A1、第二测角传感器A2和第三测角传感器A3均是一种单轴测角传感器。

那么，利用第一测距传感器D1、第二测距传感器D2、第三测距传感器D3可以分别测得沿三个轴向移动的距离，以及，利用第一测角传感器A1、第二测角传感器A2和第三测角传感器A3可以分别测得沿三个轴向旋转的角度，进而，获得六个自由度。

图16是本申请实施例给出的又一种可以测得六个自由度的位置检测装置。图16所示结构和图15所示实施例均包括用于测量三个轴向移动距离的第一测距传感器D1、第二测距传感器D2和第三测距传感器D3，以及均包括用于测量三个绕轴向转动角度的第一测角传感器A1、第二测角传感器A2和第三测角传感器A3。

在图16所示实施例中，第一测距传感器D1和第一测角传感器A1共用一个参考面，第二测距传感器D2和第二测角传感器A2共用一个参考面，以及，第三测距传感器D3和第三测角传感器A3共用一个参考面。

而在图15所示实施例中，三个测距传感器和三个测角传感器和六个参考面是一一对应的。

本申请实施例还给出了一种可移动工作台的参考位置的测量方法，比如，可以对图1所示的用于承载待光刻基板600的第二承载台400的参考位置进行测量。具体的，可以实现的测量方法包括：

设置在承载台上的第一参考面接收设置在测量框架上的第一测距传感器的辐射，且第一参考面回射的辐射被第一测距传感器接收，以测量第一测距传感器至第一参考面之间的距离。

设置在测量框架上的第一测角传感器测量第一测角传感器的测量轴与第二参考面的法线之间的夹角，第二参考面设置在承载台上。

即通过第一测距传感器，可以确认沿轴向移动的自由度。通过第一测角传感器，可以获取沿轴向转动的自由度。从而，可以获取至少两个自由度。

为了获取六个自由度时，测量方法还可以包括：

设置在承载台上的第三参考面接收设置在测量框架上的第二测距传感器的辐射，且第三参考面回射的辐射被第二测距传感器接收，以测量第二测距传感器至第三参考面之间的距离；

设置在承载台上的第四参考面接收设置在测量框架上的第三测距传感器的辐射，且第四参考面回射的辐射被第三测距传感器接收，以测量第三测距传感器至第四参考面之间的距离；

设置在测量框架上的第二测角传感器测量第二测角传感器的测量轴与第五参考面的法线之间的夹角，第五参考面设置在承载台上，以测量承载台的六个自由度。

另外，在上述测量方法中，第三参考面和第五参考面可以是共用的一个参考面，或者，第一参考面和第二参考面可以是共用的一个参考面。

也可以是，第一参考面、第二参考面、第三参考面、第四参考面和第五参考面为彼此独立的五个参考面。

当上述多个实施例涉及的位置测量装置作为零点式位置传感器时，可以与增量式位置传感器相配合，以确定绝对位置。

示例的，如图1，可以利用本申请实施例给出的位置测量装置确认第二承载台400相对第二参考框架902的参考位置，以确定待光刻基板600的参考位置，再利用增量式位置传感器确定第二承载台400相对第二参考框架902的相对位置。

即本申请实施例给出的位置测量装置和增量式位置传感器可以与处理器电连接，处理器根据第一测距传感器、第一测距传感器和增量位置传感器装置的输出信号，获取第一承载台或者第二承载台的绝对位置。

本申请实施例还给出了一种半导体器件的制造方法，该制备方法可以包括以下步骤：

步骤S1：用位置测量装置测量承载台相对参考系的参考位置。

步骤S2：辐射束投射至位于所述承载台上的物体上；

在执行步骤S1时，可以采用上述本申请实施例给出的可移动工作台的参考位置的测量方法，测量图1所示的第一承载台200和/或第二承载台400。在此不再赘述。

在执行步骤S1后，还可以根据步骤S1测得的承载台相对参考系的参考位置，确定承载台的绝对位置。

若采用步骤S1测量图1所示的第一承载台200的参考位置时，在执行步骤S2时，包括：将辐射束投射至位于第一承载台200上的掩膜版500形成图案化的辐射束。图案化的辐射束再经过投影系统300，聚焦在待光刻基板600上，以对待光刻基板600进行光刻处理。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种位置测量装置，其特征在于，包括：

测量框架；

设置在所述测量框架上的第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器、第一测角传感器和第二测角传感器；

承载台；

设置在所述承载台上的第一测距参考面、第二测距参考面、第三测距参考面、第一测角参考面和第二测角参考面；

处理器，所述第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器、第一测角传感器和第二测角传感器均与所述处理器电连接；

所述第一测距传感器用于测量所述第一测距传感器至所述第一测距参考面之间的距离；

所述第二测距传感器用于测量所述第二测距传感器至所述第二测距参考面之间的距离；

所述第三测距传感器用于测量所述第三测距传感器至所述第三测距参考面之间的距离，所述第一测距参考面、所述第二测距参考面和所述第三测距参考面中的每两个参考面相交；

所述第一测角传感器用于测量所述第一测角传感器的测量轴与所述第一测角参考面的法线之间的夹角；

所述第二测角传感器用于测量所述第二测角传感器的测量轴与所述第二测角参考面的法线之间的夹角，所述第一测角参考面和所述第二测角参考面相交；

所述处理器用于根据所述第一测距传感器的输出信号、所述第二测距传感器的输出信号、所述第三测距传感器的输出信号、所述第一测角传感器的输出信号和所述第二测角传感器的输出信号，获取所述承载台的位置信息。

2.根据权利要求1所述的位置测量装置，其特征在于，所述第一测距参考面和所述第一测角参考面处于同一平面内。

3.根据权利要求1或2所述的位置测量装置，其特征在于，所述第二测距参考面和所述第二测角参考面处于同一平面内。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述第一测距参考面、所述第二测距参考面和所述第三测距参考面中任意两个参考面相垂直。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述第一测距参考面和所述第二测距参考面共用同一侧边，所述第二测距参考面和所述第三测距参考面共用同一侧边，所述第三测距参考面和所述第一测距参考面共用同一侧边。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的位置测量装置，其特征在于，

所述第一测距参考面的表面形成有光反射层；

或者，

所述第一测距参考面为表面形成有金属层。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述承载台的位置信息包括：沿第一方向、第二方向和第三方向的移动自由度，以及，绕所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向的转动自由度；

所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向中的每两个方向相交。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述第一测距传感器、所述第二测距传感器和所述第三测距传感器中的任意一个测距传感器为激光测距仪、光谱共焦传感器、电涡流传感器或者电容传感器中的一种。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述第一测角传感器和所述第二测角传感器中的任意一个测角传感器为自准直仪。

10.一种半导体器件制造设备，其特征在于，包括：

辐射系统，用于投射辐射束；

第一承载台，用于承载掩膜版，所述掩膜版位于所述辐射系统的辐射束上；

第二承载台，用于承载待光刻基板；

投影系统，用于将经所述掩膜版的图案化的辐射束投影至所述待光刻基板上；

如权利要求1-9中任一项所述的位置测量装置，所述承载台为所述第一承载台和所述第二承载台中的其中一个。

11.根据权利要求10所述的半导体器件制造设备，其特征在于，所述半导体器件制造设备还包括：

增量位置传感器；

所述增量位置传感器装置与所述处理器电连接，所述处理器根据所述第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器、第一测角传感器和第二测角传感器，以及所述增量位置传感器的输出信号，确定所述第一承载台或者所述第二承载台的绝对位置。

12.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：

利用位置测量装置获取承载台的参考位置；

将辐射束投射至位于所述承载台上的物体上；

其中，所述位置测量装置包括设置在测量框架上的第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器、第一测角传感器和第二测角传感器；以及，还包括设置在所述承载台上的第一测距参考面、第二测距参考面、第三测距参考面、第一测角参考面和第二测角参考面，所述第一测距传感器、所述第二测距传感器、所述第三测距传感器、所述第一测角传感器和所述第二测角传感器均与处理器电连接，所述第一测距参考面、所述第二测距参考面和所述第三测距参考面中的每两个参考面相交，所述第一测角参考面和所述第二测角参考面相交；

所述利用位置测量装置获取承载台的参考位置，包括：

所述第一测距传感器测量所述第一测距传感器至所述第一测距参考面之间的距离；

所述第二测距传感器测量所述第二测距传感器至所述第二测距参考面之间的距离；

所述第三测距传感器测量所述第三测距传感器至所述第三测距参考面之间的距离；

所述第一测角传感器测量所述第一测角传感器的测量轴与所述第一测角参考面的法线之间的夹角；

所述第二测角传感器测量所述第二测角传感器的测量轴与所述第二测角参考面的法线之间的夹角；

所述处理器用于根据所述第一测距传感器的输出信号、所述第二测距传感器的输出信号、所述第三测距传感器的输出信号、所述第一测角传感器的输出信号和所述第二测角传感器的输出信号，获取所述承载台的参考位置。

13.根据权利要求12所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：

所述处理器根据所述承载台的参考位置，获取所述承载台的绝对位置。

14.根据权利要求12或13所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述第一测距参考面和所述第一测角参考面处于同一平面内，所述第二测距参考面和所述第二测角参考面处于同一平面内。

15.一种可移动工作台的参考位置的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

第一测距传感器测量所述第一测距传感器至第一测距参考面之间的距离；

第二测距传感器测量所述第二测距传感器至第二测距参考面之间的距离；

第三测距传感器测量所述第三测距传感器至第三测距参考面之间的距离，所述第一测距参考面、所述第二测距参考面和所述第三测距参考面中的每两个参考面相交；

第一测角传感器测量所述第一测角传感器的测量轴与第一测角参考面的法线之间的夹角；

第二测角传感器测量所述第二测角传感器的测量轴与第二测角参考面的法线之间的夹角，所述第一测角参考面和所述第二测角参考面相交；

处理器根据所述第一测距传感器的输出信号、所述第二测距传感器的输出信号、所述第三测距传感器的输出信号、所述第一测角传感器的输出信号和所述第二测角传感器的输出信号，获取可移动工作台的参考位置；

其中，所述第一测距传感器、所述第二测距传感器、所述第三测距传感器、所述第一测角传感器和所述第二测角传感器设置在测量框架上，所述第一测距参考面、所述第二测距参考面、所述第三测距参考面、所述第一测角参考面和所述第二测角参考面设置在所述可移动工作台上。