[发明专利]一种掩膜台垂直运动分量的测量装置与方法

说明书

技术领域

一种掩膜台垂直运动分量的测量装置与方法属于半导体制造装备技术领域，主要涉及一种掩膜台垂直运动分量的测量方法与装置。

背景技术

光刻机是半导体芯片制造中重要的超精密系统型工程设备，掩膜台则是其最为关键的部件之一。为了提高制造芯片的集成度和精度，对掩膜台的运动性能提出越来越高的要求。掩膜台是在高速条件下承载曝光过程中的原始图形(即掩膜板)的载体，与工件台配合完成扫描曝光动作，通过曝光过程将原始图形刻蚀到晶圆上。

掩膜台Z向位置测量技术对于提高光刻机分辨率、套刻精度等具有至关重要的作用。由于光刻过程中，为提高产能需使掩膜台具有较高的运动速度，以减少单片晶圆的加工时间，客观上要求掩膜台的位置测量系统具有较快的动态响应特性；此外，由于硅片刻蚀精度的不断提高，以及为提高产能，刻蚀的硅片尺寸越来越大，客观上要求掩膜台的位置测量精度和测量范围需进一步提高。由此可见，掩膜台的运动速度和运动加速度的提高，对微位移测量系统提出更大的挑战。因此为了对掩膜台实现精确扫描定位控制，必须能够对掩膜台六自由度位移进行精确的测量。

提高掩膜台六自由度位移测量精度和动态响应特性是目前光刻机掩膜台定位技术发展的目标之一。对于六自由度的测量，可以使用双频激光干涉仪进行测量。专利CN1362692A采用双频激光干涉仪为主要部件，同时包含了分光镜、二维位置灵敏器件等部件，通过光路的搭建，组成了激光扫描跟踪仪，能够实现六自由度测量的功能。但是由于使用部件较多，整个系统的结构非常复杂，不利于应用在掩膜台六自由度位移的测量。类似的利用干涉仪进行多自由度测量的方法，在国外也有很多研究，美国专利US6020964、US7158236、US6980279提出了几套由激光干涉仪组成的测量系统进行位置测量的技术方案。这些技术方案同样因为测量系统越庞大，补偿就越复杂，使得位置测量系统中的位置计算速度和测量效率大幅降低。电容传感器具有非接触、高频响、高精度等优势，专利CN102221323A提出了一种利用平面电容进行多自由度位移测量的方法，该方法由移动极板和固定极板组成，固定极板上分布有正方形的电容电极阵列，能够通过这些阵列在不同位置得到的测量信息，并经过解耦得到六自由度位移信息。但是该方法使用的电极共有八组，且测量模型复杂，难于实现快速高精度测量，不能满足掩膜台的多自由度测量需求。专利CN102768470A掩模台垂向测量装置，提出利用至少三个电容传感器，将电容传感器交错布置于掩模台下方。该方法存在的缺点是电容传感器本身测量范围小，工作距离短，且当将其布置于掩模台下方时，由于实际要检测的是承版台上表面的姿态，这时掩模台下表面的形貌误差必须从电容传感器的测量数据中剔除，增加了系统的复杂度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种掩膜台垂直运动分量的测量装置与方法，不仅结构简单、无需对被测表面进行镀膜等处理，而且测量精度高、测量范围大、直观、易于实现。

本发明的目的是这样实现的：

一种掩膜台垂直运动分量的测量装置，包括水平运动导轨，配置在水平运动导轨上方，且能够沿水平运动导轨方向运动的掩膜台，在掩膜台上方配置有测量框架，测量框架上固定安装有第一激光三角位移传感器、第二激光三角位移传感器、第三激光三角位移传感器和第四激光三角位移传感器，其中，第一激光三角位移传感器与第四激光三角位移传感器的连线与水平运动导轨方向垂直，第一激光三角位移传感器与第二激光三角位移传感器的连线与水平运动导轨方向平行；第三激光三角位移传感器与第四激光三角位移传感器的连线与水平运动导轨方向平行；第二激光三角位移传感器与第三激光三角位移传感器位于第一激光三角位移传感器与第四激光三角位移传感器连线的两端；所述的测量框架相对于水平运动导轨静止；掩膜台位于水平运动导轨中间位置时，第一激光三角位移传感器、第二激光三角位移传感器、第三激光三角位移传感器和第四激光三角位移传感器的测量光斑均能照射到掩膜台上，掩膜台在水平运动导轨上运动时，掩膜台的边缘不越过第一激光三角位移传感器与第四激光三角位移传感器的连线。

上述的一种掩膜台垂直运动分量的测量装置，第一激光三角位移传感器、第二激光三角位移传感器、第三激光三角位移传感器和第四激光三角位移传感器类型相同，为漫反射型或镜反射型。

上述的一种掩膜台垂直运动分量的测量装置，所述的测量光斑为点光斑、圆光斑、线光斑或椭圆光斑。