专利名称：激光干涉仪测量装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种光机电设备，具体涉及一种激光干涉仪测量装置和方法。
背景技术：
在光刻机系统中，激光干涉仪可以精确测量载物台或硅片台(统称载物台)的位 置及旋转。对于光刻机载物台水平方向X向或Y向的测量(在此定义坐标系垂向为Z向， 水平方向为X向和Y向)，可直接在载物台侧面安装垂直于水平方向入射光的长方形反射 镜，测量X坐标和Y坐标。一般说来，载物台垂向行程不大，水平向行程却很大，而载物台 侧面无需载物，所以侧面安装和行程相当的长方形反射镜，可以在大行程内测量载物台的X 坐标和Y坐标。进一步的，同一个方向上用二个以上的光轴可测量载物台的旋转。比如对 X向和Y向同一个反射镜上的各三个不同点进行测量，可测得载物台沿水平向X轴或水平 向Y轴的平移、载物台绕水平向X轴或水平向Y轴的旋转以及绕垂向ζ轴的旋转(X，Y，Rx， Ry, Rz)。下面，请参考4个现有技术的文献。文献1(中国专利，专利号1699914A)中，安 捷仑公司提出了一种测量晶片台平移的激光干涉仪测量装置，这种装置的测量结果包含了 Z向位移和X向位移，如果要分离这两个方向的分量，还需要增加测量X方向的干涉仪和相 对应的反射镜。文献2(日本专利，专利号W027001017A1)涉及了一种复杂的干涉仪测量 方案，这种利用两个测量光路组合为一个垂向测量轴，再参考水平向的运动，得到硅片台的 垂向和水平向运动距离。对于这种装置，其反射镜安装方式有特殊要求。对于文献1和文 献2，其垂向测量光路的布置非常复杂，对反射镜的加工、安装的要求较高。文献3(美国专 利，专利号6020964)和文献4 (美国专利，专利号7333174B》是ASML公司提出的可同时 测量硅片台水平向和垂向位置的干涉仪。这两种方案均是水平向和垂向位置单独测量，并 且在硅片台的同一侧分别安装45度倾斜干涉仪测量反射镜和90度垂直测量反射镜。相对 于文献1和文献2，其垂向测量变简单，但水平测量和垂向测量仍然分离，因此光路和反射 镜也需要设计为独立工作，然后再组合在一起。从上述文献方案可以看出，对于载物台的测量，最通用的办法是分别设计水平向 和垂向干涉仪及相应的测量反射镜；并且水平向和垂向使用的干涉仪反射镜均放在硅片台 的同一侧，垂向的测量干涉仪需要利用水平向的数据来计算独立的垂向位置，这样就增加 了反射镜的加工和安装难度，并且增加了系统的复杂度。
发明内容
为了克服已有技术中存在的干涉仪测量装置安装难度大、系统复杂度高等缺点， 本发明提供一种激光干涉仪测量装置，所述装置包括载物台；第一反射镜，位于所述载物 台的上方，所述第一反射镜反射面和所述载物台水平面平行；第二反射镜，固定放置于所述 载物台的一侧边；第一激光干涉仪，位于所述第二反射镜的一侧，所述第一激光干涉仪出射 的测量光经所述第二反射镜反射后垂直入射所述第一反射镜并沿原路返回；第三反射镜，固定放置于所述载物台的另一侧边；第二激光干涉仪，位于所述第三反射镜的一侧，所述第 二激光干涉仪出射的测量光经所述第三反射镜反射后垂直入射所述第一反射镜并沿原路 返回。可选的，所述装置还包括第四反射镜，固定放置于所述载物台的一侧，和所述载 物台水平面垂直；第三激光干涉仪，位于所述第四反射镜的一侧，所述第三激光干涉仪出射 的测量光经所述第四反射镜反射后沿原路返回。可选的，所述第三激光干涉仪出射的测量光数量为一束。可选的，所述第一激光干涉仪出射的测量光和所述第二反射镜反射面的夹角为45 度，所述第二反射镜反射面与所述载物台水平面的夹角为45度。可选的，所述第二激光干涉仪出射的测量光和所述第三反射镜反射面的夹角为45 度，所述第三反射镜反射面与所述载物台水平面的夹角为45度。为了实现上述目的，本发明还提供一种使用权利要求1的装置的激光干涉仪测量 方法，所述方法包括以下步骤从第一激光干涉仪出射的测量光经所述第二反射镜反射，垂 直入射第一反射镜后沿原路被反射回来，与所述第一激光干涉仪内的参考光产生干涉而得 到测量信号；从第二激光干涉仪出射的测量光经所述第三反射镜反射，垂直入射第一反射 镜后沿原路被反射回来，与所述第二激光干涉仪内的参考光产生干涉而得到测量信号；根 据多个所述测量信号计算载物台的位置。可选的，所述方法还包括第三激光干涉仪出射的测量光经所述第四反射镜反射 后沿原路返回，所述第四反射镜，固定放置于所述载物台的一侧，和所述载物台水平面垂 直，所述第三激光干涉仪位于所述第四反射镜的一侧。可选的，所述第三激光干涉仪出射的测量光数量为一束。可选的，从所述第一激光干涉仪和所述第二激光干涉仪出射的测量光的数量为其 中一个激光干涉仪至少三束测量光，另一激光干涉仪为至少两束测量光。可选的，所述至少三束测量光和所述至少两束测量光均分布在两个水平面。可选的，从同一激光干涉仪出射的分布在同一水平面的测量光至少有两束不重I=I O可选的，所述第一激光干涉仪出射的测量光和所述第二反射镜反射面的夹角为45 度，所述第二反射镜反射面与所述载物台水平面的夹角为45度。可选的，所述第一激光干涉仪出射的测量光和所述第三反射镜反射面的夹角为45 度，所述第三反射镜反射面与所述载物台水平面的夹角为45度。本发明所述的一种激光干涉仪测量装置和方法的有益效果主要表现在本发明在 载物台两边各设置一个和激光干涉仪出射的测量光成45度角的反射镜，代替了现有技术 中复杂的结构，从而降低了整个测量装置的复杂度，安装和调试也非常的方便。
图1为本发明激光干涉仪测量装置和方法的第一实施例结构示意图；图2为本发明激光干涉仪测量装置和方法的第一实施例的俯视图；图3为本发明激光干涉仪测量装置和方法的第一实施例的旋转俯视图；图4为本发明激光干涉仪测量装置和方法的第二实施例结构示意图5为本发明激光干涉仪测量装置和方法的第三实施例结构示意图；图6为图5的侧视图。
具体实施例方式下面，结合附图对本发明作进一步的说明。首先，请参考图1，图1为本发明激光干涉仪测量装置和方法的第一实施例结构示 意图，具体来讲，是将本发明激光干涉仪测量装置应用于光刻机中的实施例。从图上可以看出，本发明提供的激光干涉仪测量装置包括载物台103 ；第一反射 镜108，位于所述载物台103的上方，所述第一反射镜108反射面和所述载物台103水平面 平行；第二反射镜131，固定放置于所述载物台103的一侧边；第一激光干涉仪101，位于所 述第二反射镜131的一侧，所述第一激光干涉仪101出射的测量光经所述第二反射镜131 反射，垂直入射所述第一反射镜108后经原路返回；第三反射镜132，固定放置于所述载物 台103的另一侧边；第二激光干涉仪102，位于所述第三反射镜132的一侧，所述第二激光 干涉仪102出射的测量光经所述第三反射镜132反射，垂直入射所述第一反射镜108后经 原路返回。此外，图1中还包括主基板106，位于所述第一反射镜108的上方；硅片104放置 于所述载物台103上；曝光系统105，位于所述硅片104的上方，且固定于所述主基板106 上。第一激光干涉仪101出射的测量光和所述第二反射镜131反射面的夹角为45度，所述 第二反射镜反射面与所述载物台水平面的夹角为45度，所述第二激光干涉仪102出射的测 量光和所述第三反射镜132反射面的夹角为45度，所述第三反射镜反射面与所述载物台水 平面的夹角为45度，这样设计是为了使得测量光打到第二反射镜131和第三反射镜132之 后可以垂直入射第一反射镜108再沿原路返回。本发明提供的使用上述装置进行测量的方法包括以下步骤从第一激光干涉仪出 射的测量光经所述第二反射镜反射，垂直入射第一反射镜后沿原路被反射回来，与所述第 一激光干涉仪内的参考光产生干涉而得到测量信号；从第二激光干涉仪出射的测量光经所 述第三反射镜反射，垂直入射第一反射镜后沿原路被反射回来，与所述第二激光干涉仪内 的参考光产生干涉而得到测量信号；根据多个所述测量信号计算载物台的位置。从所述第 一激光干涉仪和所述第二激光干涉仪出射的测量光的数量至少为两束和三束或者三束和 两束，本实施例以均为三束为例加以说明。所述第一激光干涉仪出射的测量光和所述第二 反射镜反射面的夹角为45度，所述第二反射镜反射面与所述载物台水平面的夹角为45度。 所述第一激光干涉仪出射的测量光和所述第三反射镜反射面的夹角为45度，所述第三反 射镜反射面与所述载物台水平面的夹角为45度。从图1上可以看出，第一激光干涉仪101的三个测量光路L1、L2、L3。第二激光干 涉仪102的三个测量光路为L4、L5、L6。其中Li、L2、L4、L5在同一平面上，L3、L6在同一 平面上。如图2所示，a为Ll与L3、L2与L3、L4与L6、L5与L6之间的水平距离。如图1 所示，d为Ll与L3、L2与L3、L4与L6、L5与L6之间的垂直距离。第一激光干涉仪101和第二激光干涉仪102出射的测量光均经对应的反射镜反 射，垂直入射第一反射镜108后沿原路被反射回来，与干涉仪内部的参考光干涉而得到测 量信号，再由六束测量光组合计算得到载物台的五个自由度位置。该计算推导过程如下6
为了由两个激光干涉仪的六个测量光路得到硅片台的五自由度位置，本实施例暂 作如下假设假设1 对于每个干涉仪，以测量光束光程变长的方向为正，测量光束光程变短的 方向为负。假设2 由于硅片台的旋转和倾斜量较小，本专利假设sin θ = θ，这里θ为旋转 或倾斜角度。假设3 第一激光干涉仪的测量光路和反射镜与第二激光干涉仪的测量光路和反 射镜成对称方式布置。假设4 在某时刻，假设六个测量轴相对于参考原点的输出为V11，V12，V13，V14， V15, V16。因此，根据位置关系可以得到五自由度位置(Vx，Vz, Vrx, Vry，Vrz)为
权利要求
1.一种激光干涉仪测量装置，其特征在于所述装置包括 载物台；第一反射镜，位于所述载物台的上方，所述第一反射镜反射面和所述载物台水平面平行；第二反射镜，固定放置于所述载物台的一侧边；第一激光干涉仪，位于所述第二反射镜的一侧，所述第一激光干涉仪出射的测量光经 所述第二反射镜反射后垂直入射所述第一反射镜并沿原路返回； 第三反射镜，固定放置于所述载物台的另一侧边；第二激光干涉仪，位于所述第三反射镜的一侧，所述第二激光干涉仪出射的测量光经 所述第三反射镜反射后垂直入射所述第一反射镜并沿原路返回。
2.根据权利要求1所述的激光干涉仪测量装置，其特征在于所述装置还包括 第四反射镜，固定放置于所述载物台的一侧，和所述载物台水平面垂直；第三激光干涉仪，位于所述第四反射镜的一侧，所述第三激光干涉仪出射的测量光经 所述第四反射镜反射后沿原路返回。
3.根据权利要求2所述的激光干涉仪测量装置，其特征在于所述第三激光干涉仪出射 的测量光数量为一束。
4.根据权利要求1所述的激光干涉仪测量装置，其特征在于所述第一激光干涉仪出射 的测量光和所述第二反射镜反射面的夹角为45度，所述第二反射镜反射面与所述载物台 水平面的夹角为45度。
5.根据权利要求1或4所述的激光干涉仪测量装置，其特征在于所述第二激光干涉仪 出射的测量光和所述第三反射镜反射面的夹角为45度，所述第三反射镜反射面与所述载 物台水平面的夹角为45度。
6.一种使用权利要求1的装置的激光干涉仪测量方法，其特征在于所述方法包括以下 步骤从第一激光干涉仪出射的测量光经所述第二反射镜反射，垂直入射第一反射镜后沿原 路被反射回来，与所述第一激光干涉仪内的参考光产生干涉而得到测量信号；从第二激光干涉仪出射的测量光经所述第三反射镜反射，垂直入射第一反射镜后沿原 路被反射回来，与所述第二激光干涉仪内的参考光产生干涉而得到测量信号； 根据多个所述测量信号计算载物台的位置。
7.根据权利要求6所述的激光干涉仪测量方法，其特征在于所述方法还包括 第三激光干涉仪出射的测量光经所述第四反射镜反射后沿原路返回，所述第四反射镜，固定放置于所述载物台的一侧，和所述载物台水平面垂直，所述第三激光干涉仪位于所 述第四反射镜的一侧。
8.根据权利要求7所述的激光干涉仪测量方法，其特征在于所述第三激光干涉仪出射 的测量光数量为一束。
9.根据权利要求6或7所述的激光干涉仪测量方法，其特征在于从所述第一激光干涉 仪和所述第二激光干涉仪出射的测量光的数量为其中一个激光干涉仪至少三束测量光，另 一激光干涉仪为至少两束测量光。
10.根据权利要求9所述的激光干涉仪测量方法，其特征在于所述至少三束测量光和所述至少两束测量光均分布在两个水平面。
11.根据权利要求10所述的激光干涉仪测量方法，其特征在于从同一激光干涉仪出射 的分布在同一水平面的测量光至少有两束不重合。
12.根据权利要求6所述的激光干涉仪测量方法，其特征在于所述第一激光干涉仪出 射的测量光和所述第二反射镜反射面的夹角为45度，所述第二反射镜反射面与所述载物 台水平面的夹角为45度。
13.根据权利要求12所述的激光干涉仪测量方法，其特征在于所述第一激光干涉仪出 射的测量光和所述第三反射镜反射面的夹角为45度，所述第三反射镜反射面与所述载物 台水平面的夹角为45度。
全文摘要
本发明提出一种激光干涉仪测量装置和方法，所述装置包括载物台；第一反射镜，位于所述载物台的上方；第二反射镜，固定放置于所述载物台的一侧边；第一激光干涉仪，位于所述第二反射镜的一侧，所述第一激光干涉仪出射的测量光经所述第二反射镜反射后垂直入射所述第一反射镜并沿原路返回；第三反射镜，固定放置于所述载物台的另一侧边；第二激光干涉仪，位于所述第三反射镜的一侧，所述第二激光干涉仪出射的测量光经所述第三反射镜反射后垂直入射所述第一反射镜并沿原路返回。本发明整体结构设计简单，能有效的降低成本，安装方便，降低了系统的复杂度。
文档编号G01B9/02GK102042804SQ20091019710
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月13日 优先权日2009年10月13日
发明者单世宝, 唐彩红, 程吉水 申请人:上海微电子装备有限公司