TW201730510A - 一種干涉儀測量裝置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一種干涉儀測量裝置及其控制方法，該裝置包括載物台、雷射干涉儀以及安裝於該載物台上的測量鏡，其中，該測量鏡由多個平面鏡沿水平方向拼接而成，該雷射干涉儀包括第一干涉儀和第二干涉儀，該第一干涉儀和該第二干涉儀設置為當該載物台相對於該雷射干涉儀沿水平方向移動，使該第一干涉儀和第二干涉儀發出的光對應射入至相鄰兩個平面鏡的過渡區域時，該第一干涉儀發出的光射入至該相鄰兩個平面鏡中的一個，該第二干涉儀發出的光射入至該相鄰兩平面鏡中的另一個，且該第一干涉儀和該第二干涉儀交替提供位置資訊給該載物台。本發明中，利用多個平面鏡的拼接，同時配合兩個干涉儀交替更新零位基準，來延展載物台在水平面上的測量行程。

Description

一種干涉儀測量裝置及其控制方法
本發明有關於一種光機電設備，特別有關於一種干涉儀測量裝置及其控制方法。
在傳統的光蝕刻機台的干涉儀測量系統中，雷射干涉儀常被用於精確測量載物台或矽片台(統稱載物台)的位置及旋轉。請參考圖1，對於光蝕刻機載物台1的水平方向的X方向或Y方向的測量(在此定義座標系統的垂直方向為Z方向，水平方向為X方向和Y方向)，一般直接在載物台1側面安裝長條形反射鏡2，使雷射干涉儀3發出的光垂直射入至長條形反射鏡2，用以測量X座標和Y座標。一般說來，載物台1垂直方向行程不大，但水平方向行程卻很大，因此需要在側面安裝和行程相當的長條形反射鏡2，可以在大行程內測量載物台1的X座標和Y座標。因此，在傳統的光蝕刻機台的干涉儀測量系統中，載物台1的水平方向行程通常會受到長條形反射鏡2的長度限制，如果要增加載物台1的行程範圍，就需要相應的增加長條形反射鏡2的長度，但是較長的長條形反射鏡2勢必會提高加工難度以及製造成本。
因此，如何提供一種在不增加長條形反射鏡長度的前提下提升載物台測量行程的干涉儀測量裝置及其控制方法，是本領域技術人員亟待解決的一個技術問題。
本發明提供一種干涉儀測量裝置及其控制方法，以解決現有技術中，長條形反射鏡過長導致加工難度和製造成本提高的技術問題。
為解決上述技術問題，本發明提供一種干涉儀測量裝置，包括載物台、雷射干涉儀以及安裝於該載物台上的測量鏡，其中，該測量鏡由多個平面鏡沿水平方向拼接而成，該雷射干涉儀包括第一干涉儀和第二干涉儀，該第一干涉儀和該第二干涉儀設置為當該載物台相對於該雷射干涉儀沿水平方向移動，使該第一干涉儀和第二干涉儀發出的光對應射入至相鄰兩個平面鏡的過渡區域時，該第一干涉儀發出的光射入至該相鄰兩個平面鏡中的一個，該第二干涉儀發出的光射入至該相鄰兩平面鏡中的另一個，且該第一干涉儀和該第二干涉儀交替提供位置資訊給該載物台。
較佳地，該測量鏡由多個長方形的平面鏡沿水平方向拼接而成，該第一干涉儀和第二干涉儀左右分佈，該過渡區域的寬度定義為至少為兩倍該第一干涉儀和第二干涉儀之間的距離。
較佳地，該測量鏡由多個「凸」字型的平面鏡沿水平方向拼接而成，相鄰兩個該「凸」字型的平面鏡的凸起方向相反，該「凸」字型的平面鏡包括底部和凸起部，該第一干涉儀和第二干涉儀上下分佈，該過渡區域由相鄰兩個該平面鏡的底部定義。
較佳地，該雷射干涉儀採用單軸干涉儀或者雙軸干涉儀。
較佳地，該測量鏡安裝於該載物台側面且垂直於水平面，該雷射干涉儀發射的光束垂直射入至該測量鏡表面後沿原路返 回，該光束的射入方向與該測量鏡的法線向量平行。
較佳地，該測量鏡安裝於該載物台側面並與該載物台的側面成135°，該雷射干涉儀還包括位於該載物台上方的第二平面鏡，該第二平面鏡平行於該載物台的載物面，該雷射干涉儀發射的光束射入至該測量鏡表面後被反射到該第二平面鏡，之後該光束沿原路返回，該光束的方向與該測量鏡的法線向量成45°。
本發明還提供一種採用如上所述的干涉儀測量裝置的控制方法，當該第一干涉儀和第二干涉儀發出的光經過該過渡區域時，該第一干涉儀和第二干涉儀交替提供目前測得的位置資訊給該載物台，同時交替利用其中一個干涉儀測得的位置資訊來更新其中另一個干涉儀的零位基準，以對相鄰兩個該平面鏡的面型非線性差異進行校正。
較佳地，交替利用其中一個干涉儀測得的位置資訊來更新其中另一個干涉儀的零位基準具體包括以下步驟：當該第一干涉儀和第二干涉儀發出的光經過該過渡區域時，該第一干涉儀和第二干涉儀中其發出的光先經過相鄰兩個該平面鏡的拼接處的該干涉儀定義為無效干涉儀，另一個定義為有效干涉儀；由該有效干涉儀提供目前測得的位置資訊給該載物台及該無效干涉儀；由該無效干涉儀根據該有效干涉儀測得的位置資訊和該過渡區域內相鄰兩個該平面鏡的面型非線性差異，計算該無效干涉儀的更新後的零位基準。
較佳地，交替利用其中一個干涉儀測得的位置資訊來 更新其中另一個干涉儀的零位基準還包括：當該有效干涉儀發出的光也經過相鄰兩個該平面鏡的拼接處時，利用更新後的零位基準來更新該有效干涉儀的零位基準。
較佳地，該面型非線性差異為該第一干涉儀和該第二干涉儀在該過渡區域的光程資料之差。
與現有技術相比，本發明提供的干涉儀測量裝置及其控制方法，該裝置包括載物台、雷射干涉儀以及安裝於該載物台上的測量鏡，其特徵在於，該測量鏡由多個平面鏡沿水平方向拼接而成，該雷射干涉儀包括第一干涉儀和第二干涉儀，當該載物台移動，使該雷射干涉儀發出的光對應射入至過渡區域時，該第一干涉儀和該第二干涉儀交替提供位置資訊給該載物台，該過渡區域為該第一干涉儀和該第二干涉儀射入至不同的該平面鏡時經過的區域。本發明中，利用多個平面鏡的拼接，同時配合兩個干涉儀交替更新零位基準，來延展載物台在水平面上的測量行程。
1‧‧‧載物台
2‧‧‧長條形反射鏡
3‧‧‧雷射干涉儀
10‧‧‧載物台
20‧‧‧雷射干涉儀
21‧‧‧第一干涉儀
22‧‧‧第二干涉儀
30‧‧‧第一長條鏡
31‧‧‧平面鏡
32‧‧‧過渡區域
33‧‧‧歸零點位
40‧‧‧45°平面鏡
50‧‧‧第二平面鏡
圖1為現有的干涉儀測量裝置的結構示意圖；圖2為本發明實施例一的干涉儀測量裝置的結構示意圖；圖3為本發明實施例一的干涉儀測量裝置中雷射干涉儀的結構示意圖；圖4為本發明實施例一的干涉儀測量裝置過渡區域中歸零點位的排列示意圖；圖5a至圖5d為本發明實施例一的干涉儀測量裝置的控制方法示意圖； 圖6為本發明實施例二的干涉儀測量裝置的結構示意圖；圖7為本發明實施例二的干涉儀測量裝置中雷射干涉儀的結構示意圖；圖8a至圖8c為本發明實施例二的干涉儀測量裝置的控制方法示意圖；以及圖9為本發明實施例三的干涉儀測量裝置的結構示意圖。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。需說明的是，本發明附圖均採用簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、清晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[實施例一]
本發明提供的干涉儀測量裝置，如圖2和圖3所示，包括載物台10、雷射干涉儀20以及安裝於該載物台10側面的第一長條鏡30，該第一長條鏡30由多個平面鏡31沿水平方向拼接而成，且相鄰的兩個平面鏡31在連接處形成過渡區域32；該雷射干涉儀20包括第一干涉儀21和第二干涉儀22，當該載物台10移動，使雷射干涉儀20發出的光對應射入至該過渡區域32時，該第一干涉儀21和第二干涉儀22發出的光分別對應射入至該過渡區域32中的兩個平面鏡31上，該過渡區域32為該第一干涉儀21和該第二干涉儀22射入至不同的該平面鏡31時經過的區域。本發明中，利用多個平面鏡31的拼接，同時配合兩個干涉儀交替更新零位基準，來延展載物台10在水平面上的測量行程。
請繼續參考圖2和圖3，本實施例中，該第一長條鏡30由多個「凸」字型的平面鏡31沿水平方向拼接而成，相鄰兩個「凸」字型的平面鏡31的凸起方向相反，即一個平面鏡31的凸起方向朝上，而另一個平面鏡31的凸起方向朝下。該第一干涉儀21和第二干涉儀22上下分佈。
當採用拼接平面鏡且使用單個雷射干涉儀時，由於在相鄰平面鏡的拼接位置，兩個相鄰的平面鏡之間可能存在縫隙，導致拼接誤差，此時單個雷射干涉儀的零位基準會失效，進而影響測量精度。而在本實施例中，利用兩個干涉儀在過渡區域32中分別對應兩個平面鏡31，以補償上述拼接誤差。
較佳地，請重點參考圖4，「凸」字型的平面鏡31包括底部和凸起部，本實施例所述過渡區域32由相鄰兩個「凸」字型的平面鏡31的底部上下拼接而成，該底部的邊緣處設有若干歸零點位33，用以提示雷射干涉儀20進入過渡區域32。圖4中僅作為示意繪示出四個歸零點位33，不應以此限制本發明，該歸零點位33的個數可以根據過渡區域32的長度、干涉儀的採樣頻率、載物台10的移動速度等參數中的一個或多個來確定。
較佳地，該雷射干涉儀20可以採用單軸干涉儀，以測量載物台10單個方向上的平移；也可以採用雙軸干涉儀，以測量載物台10在單個方向上的平移和旋轉。
較佳地，該雷射干涉儀20固定於光蝕刻機的主基板上，該雷射干涉儀20測量行程的方向與該雷射干涉儀20光束的射出方向一致，與該第一長條鏡30的法線向量方向平行，使得雷射干涉儀20發出的光束垂直照射於該第一長條鏡30上。
本發明還提供一種如上所述的干涉儀測量裝置的控制方法，當該第一干涉儀21和第二干涉儀22發出的光經過該過渡區域32時，該第一干涉儀21和第二干涉儀22交替提供目前位置的位置資訊，同時交替利用自身測得的位置資訊來更新對方的零位基準，對相鄰兩個平面鏡的面型非線性差異進行校正。
較佳地，該面型非線性差異為第一干涉儀21和第二干涉儀22的光程資料之差，具體地，在過渡區域32中，載物台10沿著橫向運動，此時，記錄下不同位置下，測得第一干涉儀21的光程資料為lui，第二干涉儀22的光程數據為ldi，則兩個平面鏡31的面型非線性差異delta_l=lui-ldi。
較佳地，當載物台10承載著第一長條鏡30相對於雷射干涉儀20平移時，也可以理解為雷射干涉儀20發出的光對第一長條鏡30進行掃描。當該第一干涉儀21和第二干涉儀22發出的光對該過渡區域32進行掃描時，該第一干涉儀21和第二干涉儀22中，其光束先掃描經過相鄰兩個該平面鏡31連接處的該干涉儀定義為無效干涉儀，另一個定義為有效干涉儀，此時該有效干涉儀用於提供目前位置資訊給該載物台10，該無效干涉儀則對其零位基準進行修正，其中，該零位基準由有效干涉儀提供的位置資訊及相鄰兩個該平面鏡31的面型非線性差異delta_l共同修正。
較佳地，該無效干涉儀的零位基準的修正方法為：在過渡區域32內，取若干沿第一長條鏡30長度方向設置的歸零點位33，根據該有效干涉儀測得的位置資訊和該過渡區域32內相鄰兩個該平面鏡31的面型非線性差異，計算該無效干涉儀在該歸零點位33的歸零偏置h01，h02，h03...，去除其中的粗大點(將與所有 歸零偏置的平均值的偏差最大和最小的值視為粗大點)，再將剩餘的值取平均後作為無效干涉儀更新後的零位基準。
請重點參考圖5a至圖5d，本發明提供的干涉儀測量裝置的控制過程為：如圖5a所示，上部的第一干涉儀21和下部的第二干涉儀22發出的光束均射入至同一塊平面鏡31(圖中所示平面鏡1)，此時選取第二干涉儀22提供位置資訊；如圖5b所示，當雷射干涉儀20經過過渡區域32時，上部的第一干涉儀21過渡至下一塊平面鏡31(圖中所示平面鏡2)，而下部的第二干涉儀22仍然與前一塊平面鏡31(圖中所示平面鏡1)對應，由於相鄰兩個平面鏡31之間存在縫隙，此時第一干涉儀21先掃描經過縫隙，因此第一干涉儀21為無效干涉儀，其讀數失效，繼續由第二干涉儀22提供位置資訊，並用第二干涉儀22提供的位置資訊更新第一干涉儀21的零位基準；如圖5c所示，當下部的第二干涉儀22過渡至下一塊平面鏡31(圖中所示平面鏡2)時，第二干涉儀22讀數失效，此時由補正後的第一干涉儀21提供位置資訊給載物台10；如圖5d所示，當雷射干涉儀20經過下一個過渡區域32時，上部的第一干涉儀21仍然與第二個平面鏡31(圖中所示平面鏡2)對應，而下部的第二干涉儀22過渡至後一塊平面鏡31(圖中所示平面鏡3)，此時由第一干涉儀21提供位置資訊更新第二干涉儀22的零位基準，待第一干涉儀21過渡至圖示中平面鏡3時，改為更新後的第二干涉儀22提供位置資訊給載物台10；依照上述的方式迴圈，直至第一長條鏡30測量完畢。
應用上述方法，既解決由於長條鏡過長導致的加工難度和加工成本過高的問題，同時避免平面鏡31拼接導致的拼接誤差對測量精度的影響。
[實施例二]
較佳地，請重點參考圖6和圖7，該第一長條鏡30由多個長方形的平面鏡31沿水平方向拼接而成，該第一干涉儀21和第二干涉儀22左右分佈，過渡區域32的寬度至少為兩倍第一干涉儀21與第二干涉儀22之間的距離。在本實施例中，隨著載物台10的移動，第二干涉儀22先過渡至下一個平面鏡31上，此時由第一干涉儀21提供位置資訊，同時更新第二干涉儀22的零位基準；第一干涉儀21和第二干涉儀22均移動至下一個平面鏡31後，由第二干涉儀22提供位置資訊，同時更新第一干涉儀21的零位基準；依次迴圈，完成整個第一長條鏡30的測量。
請重點參考圖8a至圖8c，本實施例提供的干涉儀測量裝置的控制過程為：如圖8a所示，左邊的第一干涉儀21和右邊的第二干涉儀22均射入至同一塊平面鏡31(圖中所示平面鏡1)，此時選取第一干涉儀21提供位置資訊；如圖8b所示，當第一干涉儀21和第二干涉儀22均射入至過渡區域32時，第二干涉儀22過渡至下一塊平面鏡31(圖中所示平面鏡2)，而第一干涉儀21仍然與前一塊平面鏡31(圖中所示平面鏡1)對應，此時第二干涉儀22失效，且當第二干涉儀22射入至平面鏡31(圖中平面鏡2)上的歸零點位33時，由第一干涉儀21提供位 置資訊及相鄰兩個平面鏡31(圖中平面鏡1與平面鏡2)的面型非線性差異去修正第二干涉儀22，更新第二干涉儀22的零位基準；如圖8c所示，當第一干涉儀21也過渡至下一塊平面鏡31(圖中所示平面鏡2)時，第一干涉儀21讀數失效，此時由修正後的第二干涉儀22提供位置資訊給載物台10，並由第二干涉儀22提供位置資訊更新第一干涉儀21的零位基準，待第二干涉儀22過渡至圖示中平面鏡3時，改為更新後的第一干涉儀21提供位置資訊給載物台10；依照上述的方式迴圈，直至第一長條鏡30測量完畢。
[實施例三]
較佳地，請重點參考圖9，本實施例與實施例一的區別在於：本發明提供的干涉儀測量裝置還包括45°平面鏡40和第二平面鏡50，該45°平面鏡40設置於該第一長條鏡30的下方，且該45°平面鏡40與第一長條鏡30的夾角為135°，與第二平面鏡50之間的夾角為45°，該雷射干涉儀20發出的一部分光射入至該45°平面鏡40，經該45°平面鏡40反射後射入至該第二平面鏡50，之後光束沿原路返回，此處，該45°平面鏡40採用實施例一所述的拼接方式延展其測量行程，本實施例可以在測量載物台10水平方向自由度的基礎上，進一步測量載物台10的垂直方向自由度。
[實施例四]
本實施例與實施例三的區別在於：本實施例所述45°平面鏡40採用實施例二所述的拼接方式延展其測量行程。
綜上所述，本發明提供的干涉儀測量裝置及其控制方法，該裝置包括載物台10、雷射干涉儀20以及安裝於該載物台10側面的測量鏡(為第一長條鏡30和/或45°平面鏡40)，該測量鏡由多個平面鏡31沿水平方向拼接而成，該雷射干涉儀20包括第一干涉儀21和第二干涉儀22，當該載物台10移動，使雷射干涉儀20發出的光對應射入至該過渡區域32時，該第一干涉儀21和第二干涉儀22發出的光分別對應射入至該過渡區域32中的兩個平面鏡31上，並由該第一干涉儀21和該第二干涉儀22交替提供位置資訊給該載物台10。本發明中，利用多個平面鏡31的拼接，同時配合兩個干涉儀交替更新零位基準，來延展載物台10在水平面上的測量行程。
顯然，本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明請求項及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。
10‧‧‧載物台
20‧‧‧雷射干涉儀
30‧‧‧第一長條鏡
31‧‧‧平面鏡
32‧‧‧過渡區域

Claims (10)

  1. 一種干涉儀測量裝置，包括一載物台、一雷射干涉儀以及安裝於該載物台上的一測量鏡，其特徵在於：該測量鏡由多個平面鏡沿水平方向拼接而成，該雷射干涉儀包括一第一干涉儀和一第二干涉儀，該第一干涉儀和該第二干涉儀設置為當該載物台相對於該雷射干涉儀沿水平方向移動，使該第一干涉儀和該第二干涉儀發出的光對應射入至相鄰兩個平面鏡的過渡區域時，該第一干涉儀發出的光射入至該相鄰兩個平面鏡中的一個，該第二干涉儀發出的光射入至該相鄰兩平面鏡中的另一個，且該第一干涉儀和該第二干涉儀交替提供位置資訊給該載物台。
  2. 如請求項1之干涉儀測量裝置，其中，該測量鏡由多個長方形的平面鏡沿水平方向拼接而成，該第一干涉儀和該第二干涉儀左右分佈，該過渡區域的寬度定義為至少為兩倍該第一干涉儀和該第二干涉儀之間的距離。
  3. 如請求項1之干涉儀測量裝置，其中，該測量鏡由「凸」字型的該等平面鏡沿水平方向拼接而成，「凸」字型的該相鄰兩個平面鏡的凸起方向相反，「凸」字型的該等平面鏡包括底部和凸起部，該第一干涉儀和該第二干涉儀上下分佈，該過渡區域由該相鄰兩個平面鏡的底部定義。
  4. 如請求項1之干涉儀測量裝置，其中，該雷射干涉儀採用單軸干涉儀或者雙軸干涉儀。
  5. 如請求項1至3中任一項之干涉儀測量裝置，其中，該測量鏡安裝於該載物台側面且垂直於水平面，該雷射干涉儀發射的光束垂直射入至該測量鏡表面後沿原路返回，該光束的射入方向與該測量 鏡的法線向量平行。
  6. 如請求項1至3中任一項之干涉儀測量裝置，其中，該測量鏡安裝於該載物台側面並與該載物台的側面成135°，該雷射干涉儀還包括位於該載物台上方的一第二平面鏡，該第二平面鏡平行於該載物台的載物面，該雷射干涉儀發射的光束射入至該測量鏡表面後被反射到該第二平面鏡，之後該光束沿原路返回，該光束的方向與該測量鏡的法線向量成45°。
  7. 一種採用請求項1至6中任一項之干涉儀測量裝置的控制方法，其步驟在於：當該第一干涉儀和該第二干涉儀發出的光經過該過渡區域時，該第一干涉儀和該第二干涉儀交替提供目前測得的位置資訊給該載物台，同時交替利用其中一個干涉儀測得的位置資訊來更新其中另一個干涉儀的零位基準，以對該相鄰兩個平面鏡的一面型非線性差異進行校正。
  8. 如請求項7之控制方法，其中，交替利用其中一個干涉儀測得的位置資訊來更新其中另一個干涉儀的零位基準包括以下步驟：當該第一干涉儀和該第二干涉儀發出的光經過該過渡區域時，該第一干涉儀和該第二干涉儀中其發出的光先經過該相鄰兩個平面鏡的拼接處的干涉儀定義為一無效干涉儀，另一個定義為一有效干涉儀；由該有效干涉儀提供目前測得的位置資訊給該載物台及該無效干涉儀；由該無效干涉儀根據該有效干涉儀測得的位置資訊和該過渡區域內該相鄰兩個平面鏡的該面型非線性差異，計算該無效干涉儀的更新後的零位基準。
  9. 如請求項8之控制方法，其中，交替利用其中一個干涉儀測得的位置資訊來更新其中另一個干涉儀的零位基準還包括：當該有效干涉儀發出的光也經過該相鄰兩個平面鏡的拼接處時，利用更新後的零位基準來更新該有效干涉儀的零位基準。
  10. 如請求項7或8之控制方法，其中，該面型非線性差異為該第一干涉儀和該第二干涉儀在該過渡區域的光程資料之差。
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