專利名稱：一種利用激光干涉儀測量硅片臺多自由度位移的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光干 涉儀測量裝置，特別涉及一種利用干涉儀測量硅片臺多自由度位移的裝置。
背景技術(shù)：
在光刻機(jī)系統(tǒng)中，硅片臺是用于承載硅片做步進(jìn)掃描運(yùn)動的運(yùn)動平臺，光刻機(jī)的產(chǎn)率和套刻精度決定了硅片臺高速、高加速、大行程、超精密的運(yùn)動特點(diǎn)。硅片臺六自由度位移的測量通常采用激光干涉儀測量系統(tǒng)。定義坐標(biāo)系水平方向?yàn)棣窒蚝蛓向，垂向?yàn)棣葡?，繞χ、y、ζ向的轉(zhuǎn)動分別為Rx、Ry、Rz。娃片臺六自由度位移中，χ向和y向線性位移很大，ζ向線性位移和轉(zhuǎn)角位移卻很小。硅片臺六自由度位移測量方案配置在χ向和y向共布置不少于六軸的激光干涉儀；硅片臺側(cè)面安裝與行程相當(dāng)?shù)拈L反射鏡配合激光干涉儀，實(shí)現(xiàn)χ向和I向大行程線性位移的測量向線性位移的測量是利用在硅片臺側(cè)面χ向或I向長反射鏡上集成45°反射鏡將激光干涉儀出射的水平測量光轉(zhuǎn)化為垂直測量光的方法實(shí)現(xiàn)；轉(zhuǎn)角位移的測量則是采用在χ向或y向上布置兩束及以上的測量光通過差動方法實(shí)現(xiàn)。比如在χ向不同位置布置四束測量光、在I向不同位置布置兩束測量光，即可測得硅片臺χ向、y向、ζ向線性位移與Rx向、Ry向、Rz向轉(zhuǎn)角位移。硅片臺六自由度位移測量系統(tǒng)及方案在諸多專利中均有揭露。荷蘭ASML公司美國專利US 6, 020, 964B2 (
公開日2000年2月I日)、日本Nikon公司美國專利US
6,980, 279B2 (
公開日2005年12月27日)、美國Agilent公司美國專利US 7，158，236B2(
公開日2007年I月2日)、美國Agilent公司美國專利US 7，355，719B2(
公開日2008年4月8日)中均揭露了類似的硅片臺的相應(yīng)測量系統(tǒng)及方案，即在水平方向布置六軸以上的激光干涉儀，在硅片臺側(cè)面安裝長反射鏡、45°反射鏡，在ζ向安裝反射鏡，實(shí)現(xiàn)硅片臺六自由度位移的測量。上述專利中所述測量系統(tǒng)及方案容易實(shí)施，經(jīng)精密裝調(diào)后可滿足硅片臺六自由度位移測量行程、測量精度等的需求，但在硅片臺的側(cè)面安裝長反射鏡及45°反射鏡將大大增加硅片臺厚度，繼而加重硅片臺的體積和質(zhì)量，帶來硅片臺系統(tǒng)動態(tài)性能降低、能耗增大、發(fā)熱嚴(yán)重等一系列問題，這將給硅片臺的設(shè)計(jì)、制造、控制帶來極大的挑戰(zhàn)?？紤]到上述技術(shù)方案的局限，尋求一種配置有反射透射棱鏡的激光干涉儀測量裝置，該裝置能夠在保證硅片臺多自由位移測量需求的基礎(chǔ)上，大大降低硅片臺的厚度、質(zhì)量，進(jìn)而降低硅片臺的設(shè)計(jì)、制造、控制難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用激光干涉儀測量硅片臺多自由度位移的裝置，使其在滿足硅片臺多自由度位移測量需求的基礎(chǔ)上，能夠有效降低長反射鏡及硅片臺質(zhì)量，提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種利用激光干涉儀測量硅片臺多自由度位移的裝置，包括激光器、第一平面鏡干涉儀、長反射鏡、平面反射鏡，接收器和讀數(shù)單元，測量多自由度位移的裝置還包括偏振裝置；長反射鏡安裝于硅片臺上，平面反射鏡安裝于測量機(jī)架上；其特征在于所述的長反射鏡采用反射透射棱鏡，反射透射棱鏡含有偏振鏡面和反射鏡面，反射鏡面與硅片臺的一個側(cè)面平行或重合，偏振鏡面與反射鏡面呈銳角，該銳角通常為45° ;所述偏振鏡面能夠使振動方向相互垂直的兩束線偏振測量光中的一束透射，另一束反射；偏振裝置位于第一平面鏡干涉儀與反射透射棱鏡之間的一條光路上；所述的第一平面鏡干涉儀至少出射兩束測量光。激光器發(fā)出的光經(jīng)第一平面鏡干涉儀后，至少出射兩束沿χ向測量光，其中一束測量光經(jīng)偏振裝置后，光矢量振動方向改變90°，該束測量光入射至反射透射棱鏡的偏振鏡面后發(fā)生反射，反射的光束沿ζ向入射至平面反射鏡后再發(fā)生反射，繼而沿原光路返回至第一平面鏡干涉儀；其余測量光入射至偏振鏡面后發(fā)生透射，透射光束入射至反射鏡面后發(fā)生反射，反射光束沿原光路返回第一平面鏡干涉儀；當(dāng)硅片臺在多個自由度方向上運(yùn)動時，第一平面鏡干涉儀處將形成包含多個自由度位移信息的光信號，光信號經(jīng)光纖傳播由接收器接收后轉(zhuǎn)化為電信號，電信號經(jīng)讀數(shù)單元進(jìn)行計(jì)數(shù)、解算，最終輸出硅片臺的多自由度位移測量值。本發(fā)明的另一技術(shù)特征是所述裝置還包括第二平面鏡干涉儀、分光鏡和反射鏡，第二平面鏡干涉儀出光方向與y向平行，激光器出射的光經(jīng)分光鏡分光后，一束入射至第一平面鏡干涉儀，另一束入射至第二平面鏡干涉儀，反射鏡安裝于硅片臺的一個側(cè)面上，且與反射透射棱鏡的安裝面相鄰；所述的反射鏡通常采用平面長反射鏡。本技術(shù)方案可實(shí)現(xiàn)更多自由度位移的測量。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果在滿足硅片臺多自由位移測量需求的基礎(chǔ)上，顯著降低了長反射鏡及硅片臺體積和質(zhì)量，使硅片臺系統(tǒng)的動態(tài)性能、功耗、散熱等方面性能得到了提升，最終降低了硅片臺的設(shè)計(jì)、制造和控制難度。


圖I為本發(fā)明利用激光干涉儀測量硅片臺多自由度位移的裝置實(shí)施例的簡單示意圖。圖2為第一平面鏡干涉儀兩測量軸的側(cè)視圖。圖3為反射透射棱鏡安裝在硅片臺上的結(jié)構(gòu)示意圖，其中有兩束光通過反射透射棱鏡。圖4為第一平面鏡干涉儀三測量軸的側(cè)視圖。圖5為反射透射棱鏡安裝在硅片臺上的結(jié)構(gòu)示意圖，其中有三束光通過反射透射棱鏡。圖6為第一平面鏡干涉儀四測量軸的側(cè)視圖。圖7為反射透射棱鏡安裝在硅片臺上的結(jié)構(gòu)示意圖，其中有四束光通過反射透射棱鏡。 圖8為采用兩個平面鏡干涉儀測量硅片臺六自由度位移的實(shí)施例的簡單示意圖。圖9為第二平面鏡干涉儀兩測量軸的側(cè)視圖。
其中1 一激光器；2—第一平面鏡干涉儀，2a—第一平面鏡干涉儀ζ向測量軸，2b—第一平面鏡干涉儀χ向測量軸；3—偏振裝置；4一反射透射棱鏡；4a—偏振鏡面；4b—反射鏡面；5—硅片臺；6—平面反射鏡；7—測量機(jī)架；8—接收器；9一讀數(shù)單元；10—反射鏡；11 一第二平面鏡干涉儀；IIa—第二平面鏡干涉儀y向測量軸；12—分光鏡。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。請參考圖1，圖I為本發(fā)明利用激光干涉儀測量硅片臺多自由度位移的裝置實(shí)施 例的簡單示意圖，如圖I所示，一種利用激光干涉儀測量硅片臺多自由度位移的裝置，包括激光器I、第一平面鏡干涉儀2、長反射鏡、平面反射鏡6，接收器8和讀數(shù)單元9，測量多自由度位移的裝置還包括偏振裝置3 ;長反射鏡安裝于硅片臺5上，平面反射鏡6安裝于測量機(jī)架7上；所述的長反射鏡采用反射透射棱鏡4，反射透射棱鏡4含有偏振鏡面4a和反射鏡面4b，反射鏡面4b與硅片臺5的一個側(cè)面平行或重合，偏振鏡面4a與反射鏡面4b呈銳角，該銳角通常為45° ;所述偏振鏡面4a能夠使振動方向相互垂直的兩束線偏振測量光中的一束透射，另一束反射；偏振裝置3位于第一平面鏡干涉儀2與反射透射棱鏡4之間的一條光路上；所述的第一平面鏡干涉儀2至少出射兩束測量光。激光器I發(fā)出的光經(jīng)第一平面鏡干涉儀2后，至少出射兩束沿χ向的測量光，其中一束測量光經(jīng)偏振裝置3后，光矢量振動方向改變90°，該束測量光入射至反射透射棱鏡4的偏振鏡面4a后發(fā)生反射，反射的光束沿ζ方向入射至平面反射鏡6后再發(fā)生反射，繼而沿原光路返回至第一平面鏡干涉儀2 ;其余測量光入射至偏振鏡面4a后發(fā)生透射，透射光束入射至反射鏡面4b后發(fā)生反射，反射光束沿原光路返回第一平面鏡干涉儀2 ；當(dāng)硅片臺5在多個自由度方向上運(yùn)動時，第一平面鏡干涉儀2處將形成包含多個自由度位移信息的光信號，光信號經(jīng)光纖傳播由接收器8接收后轉(zhuǎn)化為電信號，電信號經(jīng)讀數(shù)單元9進(jìn)行計(jì)數(shù)、解算，最終輸出硅片臺5的多自由度位移測量值。
請參考圖2和圖3，圖2為第一平面鏡干涉儀兩測量軸的側(cè)視圖；圖3為反射透射棱鏡安裝在硅片臺上的結(jié)構(gòu)示意圖，其中有兩束光通過反射透射棱鏡。所述第一平面鏡干涉儀ζ向測量軸2a用于測量ζ向位移，硅片臺5沿ζ向運(yùn)動時，所述測量裝置輸出ζ向位移測量值。所述的第一平面鏡干涉儀χ向測量軸2b用于測量χ向位移，硅片臺5沿χ向運(yùn)動時，所述測量裝置輸出χ向位移測量值。隨著位移測量需求的提高，需配置更多測量軸的平面鏡干涉儀。請參考圖4、圖5、圖6和圖7。圖4為第一平面鏡干涉儀三測量軸的側(cè)視圖；圖5為反射透射棱鏡安裝在硅片臺上的結(jié)構(gòu)示意圖，其中有三束光通過反射透射棱鏡。所述的第一平面鏡干涉儀ζ向測量軸2a用于測量ζ向位移，硅片臺5沿ζ向運(yùn)動時，所述測量裝置輸出ζ向位移測量值。所述的第一平面鏡干涉儀χ向測量軸2b用于測量χ向位移和繞ζ向轉(zhuǎn)角，硅片臺5沿χ向運(yùn)動和繞ζ向轉(zhuǎn)動時，所述裝置的χ向測量值分別為xl、x2，所述測量裝置輸出的χ向位移和繞ζ向轉(zhuǎn)角Rz通過解算xl和x2得出。圖6為第一平面鏡干涉儀四測量軸的側(cè)視圖，圖7為反射透射棱鏡安裝在硅片臺上的結(jié)構(gòu)示意圖，其中有四束光通過反射透射棱鏡。所述的第一平面鏡干涉儀ζ向測量軸2a用于測量ζ向位移，所述的第一平面鏡干涉儀χ向測量軸2b用于測量χ向位移、繞ζ向轉(zhuǎn)角、繞y向轉(zhuǎn)角。所述測量裝置輸出ζ向位移為測量值z，所述裝置的χ向測量值分別為xl、x2、x3，所述測量裝置輸出的χ向位移、繞ζ向轉(zhuǎn)角Rz和繞y向轉(zhuǎn)角Ry通過解算測量值xl、x2、x3得出。通過配置多軸平面鏡干涉儀可增加測量自由度和提高測量精度。硅片臺通常需六自由度超精密位移測量，需對一種利用激光干涉儀測量硅片臺多自由度位移的裝置進(jìn)行擴(kuò)展，即在y向增加平面鏡干涉儀及相應(yīng)測量部件。所述測量裝置還包括第二平面鏡干涉儀U、分光鏡12和反射鏡10，第二平面鏡干涉儀11出光方向與y向平行，激光器I出射的光經(jīng)分光鏡12分光后，一束入射至第一平面鏡干涉儀2，另一束入射至第二平面鏡干涉儀11，反射鏡10安裝在硅片臺5的一個側(cè)面上，且與反射透射棱鏡4的安裝面相鄰，反射鏡10常采用平面長反射鏡。
圖8為采用兩個平面鏡干涉儀測量硅片臺六自由度位移實(shí)施例的簡單示意圖。請參考圖8，激光器I出射激光至分光鏡12，一束入射至沿χ向布置的第一平面鏡干涉儀2，側(cè)視圖請參考圖6 ;另一束入射至沿y向布置的平面鏡干涉儀11，側(cè)視圖請參考圖9。所述的第一平面鏡干涉儀ζ向測量軸2a用于測量ζ向位移，所述的第一平面鏡干涉儀χ向測量軸2b用于測量χ向位移、繞ζ向轉(zhuǎn)角、繞y向轉(zhuǎn)角。所述測量裝置輸出ζ向位移為測量值z，所述裝置的χ向測量值分別為xl、x2、x3，所述測量裝置輸出的χ向位移、繞ζ向轉(zhuǎn)角Rz和繞y向轉(zhuǎn)角Ry通過解算測量值xl、x2、x3得出。第二平面鏡干涉儀y向測量軸Ila出射測量光入射到反射鏡10后反射，反射光沿原光路返回，用于測量y向位移和繞χ向轉(zhuǎn)角。所述裝置的I向測量值分別為yl、y2，所述測量裝置輸出的y向位移和繞χ方向轉(zhuǎn)角通過解算測量值yl、y2得出。為了提高六自由度位移測量精度，大于六軸的測量配置方案常被采用。圖8中僅描述了利用本發(fā)明測量裝置測量硅片臺六自由度位移的一種實(shí)施例。上述的測量裝置、測量配置方案，在保證硅片臺測量需求的基礎(chǔ)上，能夠較大的降低硅片臺體積和質(zhì)量，使硅片臺的動態(tài)性能、能耗等指標(biāo)得到提升，降低硅片臺的設(shè)計(jì)、制造、控制難度。
權(quán)利要求
1.一種利用激光干涉儀測量硅片臺多自由度位移的裝置，包括激光器(I)、第一平面鏡干涉儀(2)、長反射鏡、平面反射鏡(6)，接收器(8)和讀數(shù)單元(9)，測量多自由度位移的裝置還包括偏振裝置(3);長反射鏡安裝于硅片臺(5)上，平面反射鏡(6)安裝于測量機(jī)架(7)上；其特征在于所述的長反射鏡采用反射透射棱鏡(4)，反射透射棱鏡(4)含有偏振鏡面(4a)和反射鏡面(4b)，反射鏡面(4b)與硅片臺(5)的一個側(cè)面平行或重合，偏振鏡面(4a)與反射鏡面(4b)呈銳角；所述偏振鏡面(4a)能夠使振動方向相互垂直的兩束線偏振測量光中的一束透射，另一束反射；偏振裝置(3)位于第一平面鏡干涉儀(2)與反射透射棱鏡(4)之間的一條光路上；所述的第一平面鏡干涉儀(2)至少出射兩束測量光。
激光器(I)發(fā)出的光經(jīng)第一平面鏡干涉儀(2)后，至少出射兩束沿χ向的測量光，其中一束測量光經(jīng)偏振裝置(3)后，光矢量振動方向改變90°，該束測量光入射至反射透射棱鏡(4)的偏振鏡面(4a)后發(fā)生反射，反射的光束沿ζ向入射至平面反射鏡(6)后再發(fā)生反射，繼而沿原光路返回至第一平面鏡干涉儀(2);其余測量光入射至偏振鏡面(4a)后發(fā)生透射，透射光束入射至反射鏡面(4b)后發(fā)生反射，反射光束沿原光路返回第一平面鏡干涉儀(2);當(dāng)硅片臺(5)在多個自由度方向上運(yùn)動時，第一平面鏡干涉儀(2)處將形成包含多個自由度位移信息的光信號，光信號經(jīng)光纖傳播由接收器(8)接收后轉(zhuǎn)化為電信號，電信號經(jīng)讀數(shù)單元(9)進(jìn)行計(jì)數(shù)、解算，最終輸出硅片臺(5)的多自由度位移測量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用激光干涉儀測量硅片臺多自由度位移的裝置，其特征在于所述裝置還包括第二平面鏡干涉儀(11 )、分光鏡(12)和反射鏡(10)，第二平面鏡干涉儀(11)出光方向與y向平行，激光器(I)出射的光經(jīng)分光鏡(12)分光后，一束入射至第一平面鏡干涉儀(2)，另一束入射至第二平面鏡干涉儀(11)，反射鏡(10)安裝在硅片臺(5)的一個側(cè)面上，且與反射透射棱鏡(4)的安裝面相鄰。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種利用激光干涉儀測量硅片臺多自由度位移的裝置，其特征在于偏振鏡面(4a)與反射鏡面(4b)呈45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用激光干涉儀測量硅片臺多自由度位移的裝置，其特征在于反射鏡(10)采用平面長反射鏡。
全文摘要
一種利用激光干涉儀測量硅片臺多自由度位移的裝置，該測量裝置包括激光器、平面鏡干涉儀、接收器、讀數(shù)單元、偏振裝置、平面反射鏡以及安裝于硅片臺上的反射透射棱鏡，反射透射棱鏡具有偏振鏡面和反射鏡面。平面鏡干涉儀沿水平方向至少出射兩束光，其中一束經(jīng)偏振裝置與反射透射棱鏡的偏振鏡面，傳播方向由水平方向變?yōu)榇怪狈较?，用于測量垂向位移；其余未經(jīng)偏振裝置的測量光，用于測量水平等方向位移。本發(fā)明在滿足硅片臺測量需求的基礎(chǔ)上，極大地降低了硅片臺體積和質(zhì)量，提高了硅片臺系統(tǒng)動態(tài)性能、功耗等性能指標(biāo)。
文檔編號G01B11/02GK102721369SQ20121018014
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者劉召, 劉昊, 尹文生, 張鳴, 徐登峰, 朱煜, 楊開明, 王磊杰, 胡金春 申請人:清華大學(xué)