专利名称：一种扫描光刻机掩模台位置测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及位置测量装置及测量方法，具体涉及光刻机掩模台位置测量装置及其 测量方法，属于控制调节系统及方位测量技术领域。
背景技术：
在光刻曝光过程中，扫描光刻机的掩模台与工件台需要做相对运动以进行扫描。 为了使掩模版上的图形能够以良好的成像质量成像于硅片上的相应位置，就需要在曝光过 程中实时的获得掩模台在水平横向(X向)、水平纵向(Y向)、绕垂直方向(Z向)的倾斜 Rz、垂直方向(Z向)、绕水平横向(X向)的倾斜Rx以及绕水平纵向(Y向)的倾斜Ry这6 个自由度上的位置信息，以便通过伺服系统对掩模台在扫描过程中的位置进行控制。在现有技术中，掩模台的水平位置，即在水平横向(X向)、水平纵向(Y向)、绕垂 直方向(ζ向)的倾斜Rz普遍采用干涉仪进行测量，而在垂直方向(Z向)、绕水平横向(X 向)的倾斜Rx、绕水平纵向(Y向)的倾斜Ry则常通过在投影物镜顶部安装若干个电容传 感器，通过与掩模台底部的金属板之间间距的改变测得掩模台的高度和倾斜量。现有技术中存在的技术缺陷主要有以下几个方面(1)水平向测量传感器与垂直 方向测量传感器类型不一致，使得两套测量系统的信号同步性较差；( 电容传感器本身 的测量范围和线性区有限，这就要求掩模台底部与物镜顶部非常接近，不利于其他传感器 的安装和布置；(3)随着曝光线条的关键尺寸不断减小，对图像质量的要求越来越高，因此 需要更精密的掩模台垂向控制，而由于边缘电场效应的存在，电容传感器分辨率受到限制， 使其难以应用于更精密的光刻机中；(4)电容传感器属于电性测量，位于物镜顶部的传感 器和掩模台底面的测量极板需要专门的电路，给掩模台的设计带来了不便。因此，随着半导体工艺的发展以及集成电路器件尺寸的进一步缩小，现有技术中 对掩模台位置的测量方案已难以适应高精度、高分辨率的扫描光刻机的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种扫描光刻机掩模台位置测量装置，在掩模 台高度与倾斜量的测量上引入激光干涉仪，便于水平向和垂向信号的同步控制，并增大了 垂直方向的测量量程。为解决上述技术问题，本发明提供的扫描光刻机掩模台位置测量装置包括水平 纵向(y向)测量模块101，水平横向(X向)测量模块102，掩模台103，物镜104和主基板 113。其中，水平纵向(y向)测量模块101和水平横向(χ向)测量模块102均包含若干干 涉仪测量轴；掩模台103面对水平纵向(y向)测量模块101的一侧安装有第一角锥棱镜 109和第二角锥棱镜115，面对水平横向(χ向)测量模块102的一侧安装有第一长条平面 反射镜113，掩模台103底部的两侧沿水平纵向(y向)且关于水平纵向(y向)轴线对称的 安装有第二长条平面反射镜110和第三长条平面反射镜114 ；物镜104顶部和第二长条平 面反射镜110、第三长条平面反射镜114正下方，安装有若干45度反射镜和平面反射镜。
本发明提供的扫描光刻机掩模台位置测量装置中，所述水平纵向测量模块(101) 至少包括六个干涉仪测量轴，分别为Y1，Y2，YR，Z1，Z2，Z3 ；所述水平横向测量模块(102)至 少包括两个干涉仪测量轴，分别为XI，XR ；所述45度反射镜至少为三个，分别为第一 45度 反射镜(105)，第二 45度反射镜(106)，第三45度反射镜(107)；所述平面反射镜至少为两 个，分别为第一平面反射镜(111)，第二平面反射镜(112)；所述YR干涉仪测量轴位于水平 纵向轴线上，所述XR干涉仪测量轴位于水平横向轴线上。本发明提供的扫描光刻机掩模台位置测量装置中，所述第一角锥棱镜109、第二角 锥棱镜115分别对应于所述干涉仪测量轴Yl、Y2，使所述干涉仪测量轴Yl、Y2的出射光分 别能被所述第一角锥棱镜109、第二角锥棱镜115反射后沿原路返回；所述第二平面反射镜 112对应于所述干涉仪测量轴YR，使所述干涉仪测量轴YR的出射光能被所述第二平面反射 镜112反射后沿原路返回；所述第一长条平面反射镜118对应于干涉仪测量轴XI，使干涉 仪测量轴Xl的出射光能被所述第一长条平面反射镜118反射后沿原路返回；所述第一平面 反射镜111对应于干涉仪测量轴XR，使干涉仪测量轴XR的出射光能被所述第一平面反射镜 111反射后沿原路返回；所述第一 45度反射镜105、第二 45度反射镜106分别对应于干涉 仪测量轴Z1、Z2，使所述干涉仪测量轴Z1、Z2的出射光能被所述第一 45度反射镜105、第二 45度反射镜106反射后到达第二长条平面反射镜110，光束被反射后沿原路，再分别经第一 45度反射镜105、第二 45度反射镜106返回；所述第三45度反射镜107对应于干涉仪测量 轴Z3，使所述干涉仪测量轴Z3的出射光能被所述第三45度反射镜107反射后到达第三长 条平面反射镜114，光束被反射后沿原路，再经第三45度反射镜107返回本发明提供的扫描光刻机掩模台位置测量装置中，所述水平纵向测量模块(101) 还包括一个干涉仪测量轴Z4，所述水平横向测量模块(102)还包括一个干涉仪测量轴X2， 所述扫描光刻机掩模台位置测量装置还包括第四45度反射镜(108)，所述第四45度反射镜 108对应于干涉仪测量轴Z4，使所述干涉仪测量轴Z4的出射光能被所述第四45度反射镜 108反射后到达第三长条平面反射镜114，光束被反射后沿原路，再经第四45度反射镜108 返回；所述第一长条平面反射镜118对应于干涉仪测量轴X2，使干涉仪测量轴X2的出射光 能被所述第一长条平面反射镜118反射后沿原路返回；Yl干涉仪测量轴与所述Y2干涉仪 测量轴有一距离dy且关于水平纵向(y向)轴线对称，Zl干涉仪测量轴到水平纵向(y向) 轴线有一距离dz，Z2干涉仪测量轴到Zl干涉仪测量轴有一距离cz，且干涉仪测量轴Z1、Z2 与干涉仪测量轴Z3、Z4关于水平纵向(y向)轴线对称；干涉仪测量轴Xl与干涉仪测量轴 X2关于水平横向(χ向)轴线对称；上述第一 45度反射镜、第二 45度反射镜和第三45度 反射镜不在同一条直线上；所述物镜(104)顶部安装有两组传感器(116)、(117)，所述传感 器均包含有3个一维传感器。更进一步的，本发明还提供了一种利用上述装置对扫描光刻机掩模台位置进行测 量的方法，可实现在6自由度、大量程范围内对掩模台103位置的准确测量。为实现对扫描光刻机掩模台位置的准确测量，本发明提供的扫描光刻机掩模台位 置测量方法所采用的测量装置包括至少八个干涉仪测量轴，测量光沿着掩模台103扫描方 向和与扫描方向垂直的方向入射，经至少一次反射到达掩模台103底面的长条平面反射 镜，并由测量光所测得的长度变化量转换为掩模台的高度变化量及倾斜变化量。本发明提供的扫描光刻机掩模台位置测量方法中，由测量光所测得长度变化量计算得到掩模台的高度与倾斜，是通过测量光所测得的长度变化量计算得到掩模台的高度变 化量与倾斜变化量，再与掩模台的基准位置叠加，获得掩模台的高度与倾斜；水平纵向(y 向)测量模块101干涉仪测量轴Yl、Y2出射的光束沿着水平纵向(y向)到达掩模台103 上的第一角锥棱镜109和第二角锥棱镜115，被反射后沿原路返回，被接收器件接收，从而 测得水平纵向(y向)测量模块101到掩模台103上的第一角锥棱镜109的长度变化量Iyl 和到第二角锥棱镜115的长度变化量ly2 ；水平纵向(y向)测量模块101干涉仪测量轴YR 出射的光束沿着水平纵向(y向)到达位于物镜104顶部的第二平面反射镜112，被反射后 沿原路返回，被接收器件接收，从而测得水平纵向(y向)测量模块101到物镜104的长度
变化量lyr，因此，掩模台103的水平纵向(y向)位移Δ Y表示为
权利要求
1.一种扫描光刻机掩模台位置测量装置，包括水平纵向测量模块(101)，水平横向测量模块(102)，掩模台(103)，物镜(104)和主基 板(113)；其特征在于所述水平纵向测量模块(101)和所述水平横向测量模块(10 均包括若干干涉仪测量轴；所述掩模台(10 面对水平纵向测量模块(101)的一侧安装有第一角锥棱镜(109) 和第二角锥棱镜(115)，面对水平横向测量模块(102)的一侧安装有第一长条平面反射镜 (118)，所述掩模台(10 底部沿水平纵向安装有第二长条平面反射镜(110)和第三长条平 面反射镜(114)；所述物镜(104)顶部和所述第二长条平面反射镜(110)、第三长条平面反 射镜(114)正下方，安装有若干45度反射镜和平面反射镜。
2.根据权利要求1所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，所述水平纵 向测量模块(101)至少包括六个干涉仪测量轴，分别为Yl, Y2，YR, Zl, Z2，Z3 ；所述水平横 向测量模块(102)至少包括两个干涉仪测量轴，分别为XI，XR;所述45度反射镜至少为三 个，分别为第一 45度反射镜(105)，第二 45度反射镜(106)，第三45度反射镜(107)；所述 平面反射镜至少为两个，分别为第一平面反射镜(111)，第二平面反射镜(112)。
3.根据权利要求2所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，所述YR干涉 仪测量轴位于水平纵向轴线上，所述狀干涉仪测量轴位于水平横向轴线上。
4.根据权利要求2所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，所述第一角 锥棱镜109、第二角锥棱镜115分别对应于所述干涉仪测量轴Yl、Y2，使所述干涉仪测量轴 Y1、Y2的出射光分别能被所述第一角锥棱镜109、第二角锥棱镜115反射后沿原路返回；所 述第二平面反射镜112对应于所述干涉仪测量轴YR，使所述干涉仪测量轴YR的出射光能被 所述第二平面反射镜112反射后沿原路返回。
5.根据权利要求4所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，所述第一长 条平面反射镜118对应于干涉仪测量轴Xl，使干涉仪测量轴Xl的出射光能被所述第一长条 平面反射镜118反射后沿原路返回；所述第一平面反射镜111对应于干涉仪测量轴XR，使 干涉仪测量轴狀的出射光能被所述第一平面反射镜111反射后沿原路返回。
6.根据权利要求5所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，所述第一45 度反射镜105、第二 45度反射镜106分别对应于干涉仪测量轴Z1、Z2，使所述干涉仪测量轴 ZU Z2的出射光能被所述第一 45度反射镜105、第二 45度反射镜106反射后到达第二长 条平面反射镜110，光束被反射后沿原路，再分别经第一 45度反射镜105、第二 45度反射镜 106返回；所述第三45度反射镜107对应于干涉仪测量轴12,使所述干涉仪测量轴的出 射光能被所述第三45度反射镜107反射后到达第三长条平面反射镜114，光束被反射后沿 原路，再经第三45度反射镜107返回。
7.根据权利要求6所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，所述水平纵 向测量模块(101)还包括一个干涉仪测量轴Z4，所述水平横向测量模块(10 还包括一个 干涉仪测量轴X2，所述扫描光刻机掩模台位置测量装置还包括第四45度反射镜(108)，所 述第四45度反射镜108对应于干涉仪测量轴Z4，使所述干涉仪测量轴Z4的出射光能被所 述第四45度反射镜108反射后到达第三长条平面反射镜114，光束被反射后沿原路，再经第四45度反射镜108返回；所述第一长条平面反射镜118对应于干涉仪测量轴X2，使干涉仪 测量轴X2的出射光能被所述第一长条平面反射镜118反射后沿原路返回。
8.根据权利要求7所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，Yl干涉仪测 量轴与所述Y2干涉仪测量轴有一距离dy且关于水平纵向(y向)轴线对称，Zl干涉仪测量 轴到水平纵向(y向)轴线有一距离dz，Z2干涉仪测量轴到Zl干涉仪测量轴有一距离cz， 且干涉仪测量轴Zl、Z2与干涉仪测量轴Z3、Z4关于水平纵向(y向)轴线对称。
9.根据权利要求7所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，干涉仪测量 轴Xl与干涉仪测量轴X2关于水平横向(χ向)轴线对称。
10.根据权利要求7所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，上述第一45 度反射镜、第二 45度反射镜和第三45度反射镜不在同一条直线上。
11.根据权利要求1所述的扫描光刻机掩模台位置测量装置，其特征在于，所述物镜 (104)顶部安装有两组传感器(116)、(117)，所述传感器均包含有3个一维传感器。
12.一种利用如权利要求1 11任意一项所述的装置进行扫描光刻机掩模台位置测量 的方法，其特征在于所提供的测量装置包括至少八个干涉仪测量轴； 测量光沿着掩模台(10 扫描方向和与扫描方向垂直的方向入射； 测量光经至少一次反射到达掩模台(103)底面的长条平面反射镜； 由测量光所测得长度变化量计算得到掩模台的高度与倾斜。
13.根据权利要求12所述的扫描光刻机掩模台位置测量方法，其特征在于，上述由测 量光所测得长度变化量计算得到掩模台的高度与倾斜，是通过测量光所测得的长度变化量 计算得到掩模台的高度变化量与倾斜变化量，再与掩模台的基准位置叠加，获得掩模台的 高度与倾斜。
14.根据权利要求12所述的扫描光刻机掩模台位置测量方法，其特征在于，采用所述 水平纵向测量模块(101)上的干涉仪测量轴测得水平纵向测量模块(101)到掩模台(103) 上的第一角锥棱镜(109)的长度变化量Iyl和到第二角锥棱镜(11 的长度变化量ly2以 及水平纵向测量模块(101)到物镜(104)的长度变化量lyr，则所述掩模台(10 的水平纵1 /、/vl + /ν 2向位移Δ Y表示为Δ7 = + Iyl)-Iyr ,旋转变化量Δ Rz表示为-A虹=^ ^。
15.根据权利要求12所述的扫描光刻机掩模台位置测量方法，其特征在于，采用所 述水平横向测量模块(10 上的干涉仪测量轴测得水平横向测量模块(10 到掩模台 (103)上第二 45度反射镜(106)的长度变化量1x1、1x2以及水平横向测量模块(102) 到物镜(104)的长度变化量lxr，则所述掩模台(10 的水平横向位移ΔΧ表示为SX = ^(lxl +1x2)-Ixr。
16.根据权利要求12所述的扫描光刻机掩模台位置测量方法，其特征在于，所述垂 直方向测量的光束由水平纵向测量模块(101)上的干涉仪测量轴Zl、Z2、Z3、Z4射出，分 别得到测量长度变化量lzl、1ζ2、1ζ3、1ζ4，则所述掩模台(103)的垂直方向位移ΔΖ表示为ΔΖ=4(/ζ2 + /ζ3)-如，所述掩模台(103)绕水平纵向的倾斜变化量ARy表示为
17.根据权利要求16所述的扫描光刻机掩模台位置测量方法，其特征在于， 所述掩模台(10 绕水平横向的倾斜变化量ARx至少采用3个干涉仪的测量 值，由Z2、Z3、Z4的读数来计算绕水平横向的倾斜变化量ARx，则ARx表示为
全文摘要
一种扫描光刻机掩模台位置测量装置及测量方法，采用了若干激光干涉仪取代电容传感器，使水平向和垂直方向的传感器一致，便于信号同步控制，同时也使得垂直方向测量的量程增加。此外，通过在物镜顶部安装45度反射镜，使干涉测量光可以从任意水平方向引入，从而能够在大的运动范围内进行垂直方向的测量，并在测量倾斜量过程中引入对各向测量干涉仪的权重分配，使得对掩模台位置测量更加精确。
文档编号G03F7/20GK102087475SQ200910200089
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月8日 优先权日2009年12月8日
发明者许琦欣 申请人:上海微电子装备有限公司