專利名稱：激光干涉儀測量裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光機(jī)電設(shè)備，具體涉及一種激光干涉儀測量裝置和方法。
背景技術(shù)：
在光刻機(jī)系統(tǒng)中，激光干涉儀可以精確測量載物臺(tái)或硅片臺(tái)(統(tǒng)稱載物臺(tái))的位 置及旋轉(zhuǎn)。對(duì)于光刻機(jī)載物臺(tái)水平方向X向或Y向的測量(在此定義坐標(biāo)系垂向?yàn)閆向， 水平方向?yàn)閄向和Y向)，可直接在載物臺(tái)側(cè)面安裝垂直于水平方向入射光的長方形反射 鏡，測量X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)。一般說來，載物臺(tái)垂向行程不大，水平向行程卻很大，而載物臺(tái) 側(cè)面無需載物，所以側(cè)面安裝和行程相當(dāng)?shù)拈L方形反射鏡，可以在大行程內(nèi)測量載物臺(tái)的X 坐標(biāo)和Y坐標(biāo)。進(jìn)一步的，同一個(gè)方向上用二個(gè)以上的光軸可測量載物臺(tái)的旋轉(zhuǎn)。比如對(duì) X向和Y向同一個(gè)反射鏡上的各三個(gè)不同點(diǎn)進(jìn)行測量，可測得載物臺(tái)沿水平向X軸或水平 向Y軸的平移、載物臺(tái)繞水平向X軸或水平向Y軸的旋轉(zhuǎn)以及繞垂向ζ軸的旋轉(zhuǎn)(X，Y，Rx， Ry, Rz)。下面，請(qǐng)參考4個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)。文獻(xiàn)1(中國專利，專利號(hào)1699914A)中，安 捷侖公司提出了一種測量晶片臺(tái)平移的激光干涉儀測量裝置，這種裝置的測量結(jié)果包含了 Z向位移和X向位移，如果要分離這兩個(gè)方向的分量，還需要增加測量X方向的干涉儀和相 對(duì)應(yīng)的反射鏡。文獻(xiàn)2(日本專利，專利號(hào)W027001017A1)涉及了一種復(fù)雜的干涉儀測量 方案，這種利用兩個(gè)測量光路組合為一個(gè)垂向測量軸，再參考水平向的運(yùn)動(dòng)，得到硅片臺(tái)的 垂向和水平向運(yùn)動(dòng)距離。對(duì)于這種裝置，其反射鏡安裝方式有特殊要求。對(duì)于文獻(xiàn)1和文 獻(xiàn)2，其垂向測量光路的布置非常復(fù)雜，對(duì)反射鏡的加工、安裝的要求較高。文獻(xiàn)3(美國專 利，專利號(hào)6020964)和文獻(xiàn)4 (美國專利，專利號(hào)7333174B》是ASML公司提出的可同時(shí) 測量硅片臺(tái)水平向和垂向位置的干涉儀。這兩種方案均是水平向和垂向位置單獨(dú)測量，并 且在硅片臺(tái)的同一側(cè)分別安裝45度傾斜干涉儀測量反射鏡和90度垂直測量反射鏡。相對(duì) 于文獻(xiàn)1和文獻(xiàn)2，其垂向測量變簡單，但水平測量和垂向測量仍然分離，因此光路和反射 鏡也需要設(shè)計(jì)為獨(dú)立工作，然后再組合在一起。從上述文獻(xiàn)方案可以看出，對(duì)于載物臺(tái)的測量，最通用的辦法是分別設(shè)計(jì)水平向 和垂向干涉儀及相應(yīng)的測量反射鏡；并且水平向和垂向使用的干涉儀反射鏡均放在硅片臺(tái) 的同一側(cè)，垂向的測量干涉儀需要利用水平向的數(shù)據(jù)來計(jì)算獨(dú)立的垂向位置，這樣就增加 了反射鏡的加工和安裝難度，并且增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)中存在的干涉儀測量裝置安裝難度大、系統(tǒng)復(fù)雜度高等缺點(diǎn)， 本發(fā)明提供一種激光干涉儀測量裝置，所述裝置包括載物臺(tái)；第一反射鏡，位于所述載物 臺(tái)的上方，所述第一反射鏡反射面和所述載物臺(tái)水平面平行；第二反射鏡，固定放置于所述 載物臺(tái)的一側(cè)邊；第一激光干涉儀，位于所述第二反射鏡的一側(cè)，所述第一激光干涉儀出射 的測量光經(jīng)所述第二反射鏡反射后垂直入射所述第一反射鏡并沿原路返回；第三反射鏡，固定放置于所述載物臺(tái)的另一側(cè)邊；第二激光干涉儀，位于所述第三反射鏡的一側(cè)，所述第 二激光干涉儀出射的測量光經(jīng)所述第三反射鏡反射后垂直入射所述第一反射鏡并沿原路 返回?？蛇x的，所述裝置還包括第四反射鏡，固定放置于所述載物臺(tái)的一側(cè)，和所述載 物臺(tái)水平面垂直；第三激光干涉儀，位于所述第四反射鏡的一側(cè)，所述第三激光干涉儀出射 的測量光經(jīng)所述第四反射鏡反射后沿原路返回?？蛇x的，所述第三激光干涉儀出射的測量光數(shù)量為一束。可選的，所述第一激光干涉儀出射的測量光和所述第二反射鏡反射面的夾角為45 度，所述第二反射鏡反射面與所述載物臺(tái)水平面的夾角為45度。可選的，所述第二激光干涉儀出射的測量光和所述第三反射鏡反射面的夾角為45 度，所述第三反射鏡反射面與所述載物臺(tái)水平面的夾角為45度。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種使用權(quán)利要求1的裝置的激光干涉儀測量 方法，所述方法包括以下步驟從第一激光干涉儀出射的測量光經(jīng)所述第二反射鏡反射，垂 直入射第一反射鏡后沿原路被反射回來，與所述第一激光干涉儀內(nèi)的參考光產(chǎn)生干涉而得 到測量信號(hào)；從第二激光干涉儀出射的測量光經(jīng)所述第三反射鏡反射，垂直入射第一反射 鏡后沿原路被反射回來，與所述第二激光干涉儀內(nèi)的參考光產(chǎn)生干涉而得到測量信號(hào)；根 據(jù)多個(gè)所述測量信號(hào)計(jì)算載物臺(tái)的位置?？蛇x的，所述方法還包括第三激光干涉儀出射的測量光經(jīng)所述第四反射鏡反射 后沿原路返回，所述第四反射鏡，固定放置于所述載物臺(tái)的一側(cè)，和所述載物臺(tái)水平面垂 直，所述第三激光干涉儀位于所述第四反射鏡的一側(cè)?？蛇x的，所述第三激光干涉儀出射的測量光數(shù)量為一束?？蛇x的，從所述第一激光干涉儀和所述第二激光干涉儀出射的測量光的數(shù)量為其 中一個(gè)激光干涉儀至少三束測量光，另一激光干涉儀為至少兩束測量光?？蛇x的，所述至少三束測量光和所述至少兩束測量光均分布在兩個(gè)水平面?？蛇x的，從同一激光干涉儀出射的分布在同一水平面的測量光至少有兩束不重I=I O可選的，所述第一激光干涉儀出射的測量光和所述第二反射鏡反射面的夾角為45 度，所述第二反射鏡反射面與所述載物臺(tái)水平面的夾角為45度。可選的，所述第一激光干涉儀出射的測量光和所述第三反射鏡反射面的夾角為45 度，所述第三反射鏡反射面與所述載物臺(tái)水平面的夾角為45度。本發(fā)明所述的一種激光干涉儀測量裝置和方法的有益效果主要表現(xiàn)在本發(fā)明在 載物臺(tái)兩邊各設(shè)置一個(gè)和激光干涉儀出射的測量光成45度角的反射鏡，代替了現(xiàn)有技術(shù) 中復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，從而降低了整個(gè)測量裝置的復(fù)雜度，安裝和調(diào)試也非常的方便。


圖1為本發(fā)明激光干涉儀測量裝置和方法的第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明激光干涉儀測量裝置和方法的第一實(shí)施例的俯視圖；圖3為本發(fā)明激光干涉儀測量裝置和方法的第一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)俯視圖；圖4為本發(fā)明激光干涉儀測量裝置和方法的第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖5為本發(fā)明激光干涉儀測量裝置和方法的第三實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖5的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。首先，請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明激光干涉儀測量裝置和方法的第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示 意圖，具體來講，是將本發(fā)明激光干涉儀測量裝置應(yīng)用于光刻機(jī)中的實(shí)施例。從圖上可以看出，本發(fā)明提供的激光干涉儀測量裝置包括載物臺(tái)103 ；第一反射 鏡108，位于所述載物臺(tái)103的上方，所述第一反射鏡108反射面和所述載物臺(tái)103水平面 平行；第二反射鏡131，固定放置于所述載物臺(tái)103的一側(cè)邊；第一激光干涉儀101，位于所 述第二反射鏡131的一側(cè)，所述第一激光干涉儀101出射的測量光經(jīng)所述第二反射鏡131 反射，垂直入射所述第一反射鏡108后經(jīng)原路返回；第三反射鏡132，固定放置于所述載物 臺(tái)103的另一側(cè)邊；第二激光干涉儀102，位于所述第三反射鏡132的一側(cè)，所述第二激光 干涉儀102出射的測量光經(jīng)所述第三反射鏡132反射，垂直入射所述第一反射鏡108后經(jīng) 原路返回。此外，圖1中還包括主基板106，位于所述第一反射鏡108的上方；硅片104放置 于所述載物臺(tái)103上；曝光系統(tǒng)105，位于所述硅片104的上方，且固定于所述主基板106 上。第一激光干涉儀101出射的測量光和所述第二反射鏡131反射面的夾角為45度，所述 第二反射鏡反射面與所述載物臺(tái)水平面的夾角為45度，所述第二激光干涉儀102出射的測 量光和所述第三反射鏡132反射面的夾角為45度，所述第三反射鏡反射面與所述載物臺(tái)水 平面的夾角為45度，這樣設(shè)計(jì)是為了使得測量光打到第二反射鏡131和第三反射鏡132之 后可以垂直入射第一反射鏡108再沿原路返回。本發(fā)明提供的使用上述裝置進(jìn)行測量的方法包括以下步驟從第一激光干涉儀出 射的測量光經(jīng)所述第二反射鏡反射，垂直入射第一反射鏡后沿原路被反射回來，與所述第 一激光干涉儀內(nèi)的參考光產(chǎn)生干涉而得到測量信號(hào)；從第二激光干涉儀出射的測量光經(jīng)所 述第三反射鏡反射，垂直入射第一反射鏡后沿原路被反射回來，與所述第二激光干涉儀內(nèi) 的參考光產(chǎn)生干涉而得到測量信號(hào)；根據(jù)多個(gè)所述測量信號(hào)計(jì)算載物臺(tái)的位置。從所述第 一激光干涉儀和所述第二激光干涉儀出射的測量光的數(shù)量至少為兩束和三束或者三束和 兩束，本實(shí)施例以均為三束為例加以說明。所述第一激光干涉儀出射的測量光和所述第二 反射鏡反射面的夾角為45度，所述第二反射鏡反射面與所述載物臺(tái)水平面的夾角為45度。 所述第一激光干涉儀出射的測量光和所述第三反射鏡反射面的夾角為45度，所述第三反 射鏡反射面與所述載物臺(tái)水平面的夾角為45度。從圖1上可以看出，第一激光干涉儀101的三個(gè)測量光路L1、L2、L3。第二激光干 涉儀102的三個(gè)測量光路為L4、L5、L6。其中Li、L2、L4、L5在同一平面上，L3、L6在同一 平面上。如圖2所示，a為Ll與L3、L2與L3、L4與L6、L5與L6之間的水平距離。如圖1 所示，d為Ll與L3、L2與L3、L4與L6、L5與L6之間的垂直距離。第一激光干涉儀101和第二激光干涉儀102出射的測量光均經(jīng)對(duì)應(yīng)的反射鏡反 射，垂直入射第一反射鏡108后沿原路被反射回來，與干涉儀內(nèi)部的參考光干涉而得到測 量信號(hào)，再由六束測量光組合計(jì)算得到載物臺(tái)的五個(gè)自由度位置。該計(jì)算推導(dǎo)過程如下6
為了由兩個(gè)激光干涉儀的六個(gè)測量光路得到硅片臺(tái)的五自由度位置，本實(shí)施例暫 作如下假設(shè)假設(shè)1 對(duì)于每個(gè)干涉儀，以測量光束光程變長的方向?yàn)檎瑴y量光束光程變短的 方向?yàn)樨?fù)。假設(shè)2 由于硅片臺(tái)的旋轉(zhuǎn)和傾斜量較小，本專利假設(shè)sin θ = θ，這里θ為旋轉(zhuǎn) 或傾斜角度。假設(shè)3 第一激光干涉儀的測量光路和反射鏡與第二激光干涉儀的測量光路和反 射鏡成對(duì)稱方式布置。假設(shè)4 在某時(shí)刻，假設(shè)六個(gè)測量軸相對(duì)于參考原點(diǎn)的輸出為V11，V12，V13，V14， V15, V16。因此，根據(jù)位置關(guān)系可以得到五自由度位置(Vx，Vz, Vrx, Vry，Vrz)為
權(quán)利要求
1.一種激光干涉儀測量裝置，其特征在于所述裝置包括 載物臺(tái)；第一反射鏡，位于所述載物臺(tái)的上方，所述第一反射鏡反射面和所述載物臺(tái)水平面平行；第二反射鏡，固定放置于所述載物臺(tái)的一側(cè)邊；第一激光干涉儀，位于所述第二反射鏡的一側(cè)，所述第一激光干涉儀出射的測量光經(jīng) 所述第二反射鏡反射后垂直入射所述第一反射鏡并沿原路返回； 第三反射鏡，固定放置于所述載物臺(tái)的另一側(cè)邊；第二激光干涉儀，位于所述第三反射鏡的一側(cè)，所述第二激光干涉儀出射的測量光經(jīng) 所述第三反射鏡反射后垂直入射所述第一反射鏡并沿原路返回。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光干涉儀測量裝置，其特征在于所述裝置還包括 第四反射鏡，固定放置于所述載物臺(tái)的一側(cè)，和所述載物臺(tái)水平面垂直；第三激光干涉儀，位于所述第四反射鏡的一側(cè)，所述第三激光干涉儀出射的測量光經(jīng) 所述第四反射鏡反射后沿原路返回。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光干涉儀測量裝置，其特征在于所述第三激光干涉儀出射 的測量光數(shù)量為一束。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光干涉儀測量裝置，其特征在于所述第一激光干涉儀出射 的測量光和所述第二反射鏡反射面的夾角為45度，所述第二反射鏡反射面與所述載物臺(tái) 水平面的夾角為45度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的激光干涉儀測量裝置，其特征在于所述第二激光干涉儀 出射的測量光和所述第三反射鏡反射面的夾角為45度，所述第三反射鏡反射面與所述載 物臺(tái)水平面的夾角為45度。
6.一種使用權(quán)利要求1的裝置的激光干涉儀測量方法，其特征在于所述方法包括以下 步驟從第一激光干涉儀出射的測量光經(jīng)所述第二反射鏡反射，垂直入射第一反射鏡后沿原 路被反射回來，與所述第一激光干涉儀內(nèi)的參考光產(chǎn)生干涉而得到測量信號(hào)；從第二激光干涉儀出射的測量光經(jīng)所述第三反射鏡反射，垂直入射第一反射鏡后沿原 路被反射回來，與所述第二激光干涉儀內(nèi)的參考光產(chǎn)生干涉而得到測量信號(hào)； 根據(jù)多個(gè)所述測量信號(hào)計(jì)算載物臺(tái)的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光干涉儀測量方法，其特征在于所述方法還包括 第三激光干涉儀出射的測量光經(jīng)所述第四反射鏡反射后沿原路返回，所述第四反射鏡，固定放置于所述載物臺(tái)的一側(cè)，和所述載物臺(tái)水平面垂直，所述第三激光干涉儀位于所 述第四反射鏡的一側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光干涉儀測量方法，其特征在于所述第三激光干涉儀出射 的測量光數(shù)量為一束。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的激光干涉儀測量方法，其特征在于從所述第一激光干涉 儀和所述第二激光干涉儀出射的測量光的數(shù)量為其中一個(gè)激光干涉儀至少三束測量光，另 一激光干涉儀為至少兩束測量光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光干涉儀測量方法，其特征在于所述至少三束測量光和所述至少兩束測量光均分布在兩個(gè)水平面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的激光干涉儀測量方法，其特征在于從同一激光干涉儀出射 的分布在同一水平面的測量光至少有兩束不重合。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光干涉儀測量方法，其特征在于所述第一激光干涉儀出 射的測量光和所述第二反射鏡反射面的夾角為45度，所述第二反射鏡反射面與所述載物 臺(tái)水平面的夾角為45度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的激光干涉儀測量方法，其特征在于所述第一激光干涉儀出 射的測量光和所述第三反射鏡反射面的夾角為45度，所述第三反射鏡反射面與所述載物 臺(tái)水平面的夾角為45度。
全文摘要
本發(fā)明提出一種激光干涉儀測量裝置和方法，所述裝置包括載物臺(tái)；第一反射鏡，位于所述載物臺(tái)的上方；第二反射鏡，固定放置于所述載物臺(tái)的一側(cè)邊；第一激光干涉儀，位于所述第二反射鏡的一側(cè)，所述第一激光干涉儀出射的測量光經(jīng)所述第二反射鏡反射后垂直入射所述第一反射鏡并沿原路返回；第三反射鏡，固定放置于所述載物臺(tái)的另一側(cè)邊；第二激光干涉儀，位于所述第三反射鏡的一側(cè)，所述第二激光干涉儀出射的測量光經(jīng)所述第三反射鏡反射后垂直入射所述第一反射鏡并沿原路返回。本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，能有效的降低成本，安裝方便，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。
文檔編號(hào)G01B9/02GK102042804SQ20091019710
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者單世寶, 唐彩紅, 程吉水 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司