[发明专利]一种掩膜台光栅尺测量系统和测量方法

说明书

本发明提供一种掩膜台光栅尺测量系统和测量方法，这种结构包括一掩膜台的承版台、一固定于承版台侧面的光栅尺、光栅尺的刻线面垂直于承版台上固定光栅尺的侧面、承版台固定光栅尺的侧面上还固定有一反射面。本发明在入射光束入射光栅尺刻线面后发生衍射后，在被衍射光束发射到的掩膜台的侧面上设置反射面，使得原本被掩膜台遮挡的衍射光束被反射面反射出，这样所有的衍射光束皆可被机器接收，避免了掩膜台对光栅尺测量的影响，同时也不必增加光栅尺的质量和尺寸，节省了测量系统的空间，提高测量系统机械模态稳定性能。

技术领域

本发明涉及半导体光刻领域，特别涉及一种掩膜台光栅尺测量系统及测量方法。

背景技术

纳米测量技术是纳米加工、纳米操控、纳米材料等领域的基础。IC产业、精密机械、微机电系统等都需要高分辨率、高精度的位移传感器，以达到纳米精度定位。

随着集成电路朝大规模、高集成度的方向飞跃发展，光刻机的套刻精度要求也越来越高，与之相应地，获取工件台、掩膜台的六自由度位置信息的精度也随之提高。

干涉仪有较高的测量精度，可达纳米量级，在光刻系统中，被运用于测量工件台、掩膜台的位置。然而，目前干涉仪的测量精度已达到极限，同时干涉仪测量精度受周围环境影响较大，测量重复精度不高，即便不受测量环境的影响，每两次测量之间的误差也会超过1nm，因此传统干涉仪测量系统很难满足进一步提高套刻精度的要求。此时具有高精度、高稳定性的皮米测量方案被迫切需要。在皮米测量方案中，使用光栅测量系统的测量方法在工作中受环境影响较小，且有较好的重复精度，在新一代光刻系统中已开始逐渐取代干涉仪，承担高精度、高稳定性皮米精度测量任务。

在为掩膜台配备光栅尺测量系统时，通常将光栅安装在掩膜台两侧作为测量基准。为了避免产生阿贝误差，光栅衍射面应与掩膜台的硅片面处于同一高度，也就是说光栅衍射面高于掩膜台的下底面(即面对工件台的一面)。而用于光栅尺测量的+/-1级衍射光会以一定角度衍射，当光栅衍射面高于掩膜台下底面时，部分朝向掩膜台方向的衍射光会被掩膜台遮挡而不能返回光栅读头，导致信号丢失。

现有技术中公布了一种光栅读头结构，如图1所示，激光器9提供入射光，入射光采用垂直入射的方式，即入射光垂直于光栅尺3，随即产生了衍射，衍射光分别被第一回射器41和第二回射器42反射，反射的光回到光栅尺3，并互相干涉，干涉后产生的光信号依次通过分光系统6、成像系统2最后达到控制系统1，由控制系统1显示出数据。该专利方案用于掩膜台测量时，朝向掩膜台的衍射光束会被遮挡，如图2所示，以水平向右为X正向，以垂直向上为Z正向，图中光栅尺110被粘接于掩膜台的承版台100一侧，一般地，承版台100是高于用于放置掩膜的掩膜面101的，光栅尺110的刻线面111与掩膜面101齐平，因此刻线面111朝下，从下往上发射入射光束140至刻线面111上并产生衍射，衍射光束分别为被遮挡光束141和未被遮挡光束142，其中被遮挡光束141由于光路方向上遇到掩膜台，从而被掩膜台遮挡，从而无法被第一回射器121接收，未被遮挡光束142的光路上没有掩膜台的遮挡，可以被第二回射器122接收，这样导致其中一个回射器即第一回射器121无法接收光信号。

为了解决该专利中衍射光束被掩膜台遮挡的问题，可以采用增大光栅尺的光栅面尺寸，将光栅面上工作光斑外移的方法，如图3所示，图中光栅尺210被粘接于掩膜台的承版台200一侧，承版台200是高于用于放置掩膜的掩膜面201的，光栅尺210的刻线面211与掩膜面201齐平，因此刻线面211朝下，从下往上发射入射光束240至刻线面211上并产生衍射光束241，衍射光束241被回射器220反射至刻线面211，图中同样以水平向右方向为X正向，垂直向上的方向为Z正向，建立坐标轴，由于Y方向为垂直于纸面，因此并未标出，一般地，X方向即为光刻时的扫描方向，也是带动掩膜移动的掩膜台的移动方向。