一種掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量方法
【專利摘要】一種掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量方法屬于半導(dǎo)體制造裝備【技術(shù)領(lǐng)域】；該方法通過四個(gè)激光三角位移傳感器的位置坐標(biāo)構(gòu)成測量變換陣，利用該變換陣求解掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量；由于該方法使用四組獨(dú)立的位移信息，經(jīng)過測量模型解算，能夠精確地得到掩模臺(tái)的垂直運(yùn)動(dòng)分量，因此測量精度高、測量范圍大、直觀、易于實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】一種掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量方法屬于半導(dǎo)體制造裝備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]光刻機(jī)是半導(dǎo)體芯片制造中重要的超精密系統(tǒng)型工程設(shè)備，掩模臺(tái)則是其最為關(guān)鍵的部件之一。為了提高制造芯片的集成度和精度，對掩模臺(tái)的運(yùn)動(dòng)性能提出越來越高的要求。掩模臺(tái)是在高速條件下承載曝光過程中的原始圖形(即掩模板)的載體，與工件臺(tái)配合完成掃描曝光動(dòng)作，通過曝光過程將原始圖形刻蝕到晶圓上。
[0003]掩模臺(tái)Z向位置測量技術(shù)對于提高光刻機(jī)分辨率、套刻精度等具有至關(guān)重要的作用。由于光刻過程中，為提高產(chǎn)能需使掩模臺(tái)具有較高的運(yùn)動(dòng)速度，以減少單片晶圓的加工時(shí)間，客觀上要求掩模臺(tái)的位置測量系統(tǒng)具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；此外，由于硅片刻蝕精度的不斷提高，以及為提高產(chǎn)能，刻蝕的硅片尺寸越來越大，客觀上要求掩模臺(tái)的位置測量精度和測量范圍需進(jìn)一步提高。由此可見，掩模臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)加速度的提高，對微位移測量系統(tǒng)提出更大的挑戰(zhàn)。因此為了對掩模臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確掃描定位控制，必須能夠?qū)ρ谀Ｅ_(tái)六自由度位移進(jìn)行精確的測量。
[0004]提高掩模臺(tái)六自由度位移測量精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性是目前光刻機(jī)掩模臺(tái)定位技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)之一。對于六自由度的測量，可以使用雙頻激光干涉儀進(jìn)行測量。專利CN1362692A采用雙頻激光干涉儀為主要部件，同時(shí)包含了分光鏡、二維位置靈敏器件等部件，通過光路的搭建，組成了激光掃描跟蹤儀，能夠?qū)崿F(xiàn)六自由度測量的功能。但是由于使用部件較多，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，不利于應(yīng)用在掩模臺(tái)六自由度位移的測量。類似的利用干涉儀進(jìn)行多自由度測量的方法，在國外也有很多研究，美國專利US6020964、US7158236、US6980279提出了幾套由激光干涉儀組成的測量系統(tǒng)進(jìn)行位置測量的技術(shù)方案。這些技術(shù)方案同樣因?yàn)闇y量系統(tǒng)越龐大，補(bǔ)償就越復(fù)雜，使得位置測量系統(tǒng)中的位置計(jì)算速度和測量效率大幅降低。電容傳感器具有非接觸、高頻響、高精度等優(yōu)勢，專利CN102221323A提出了一種利用平面電容進(jìn)行多自由度位移測量的方法，該方法由移動(dòng)極板和固定極板組成，固定極板上分布有正方形的電容電極陣列，能夠通過這些陣列在不同位置得到的測量信息，并經(jīng)過解耦得到六自由度位移信息。但是該方法使用的電極共有八組，且測量模型復(fù)雜，難于實(shí)現(xiàn)快速高精度測量，不能滿足掩模臺(tái)的多自由度測量需求。專利CN102768470A掩模臺(tái)垂向測量裝置，提出利用至少三個(gè)電容傳感器，將電容傳感器交錯(cuò)布置于掩模臺(tái)下方。該方法存在的缺點(diǎn)是電容傳感器本身測量范圍小，工作距離短，且當(dāng)將其布置于掩模臺(tái)下方時(shí)，由于實(shí)際要檢測的是承版臺(tái)上表面的姿態(tài)，這時(shí)掩模臺(tái)下表面的形貌誤差必須從電容傳感器的測量數(shù)據(jù)中剔除，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量方法，不僅結(jié)構(gòu)簡單、無需對被測表面進(jìn)行鍍膜等處理，而且測量精度高、測量范圍大、直觀、易于實(shí)現(xiàn)。[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量裝置，包括水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，配置在水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上方，且能夠沿水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌方向運(yùn)動(dòng)的掩模臺(tái)，在掩模臺(tái)上方配置有測量框架，測量框架上固定安裝有第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器、第三激光三角位移傳感器和第四激光三角位移傳感器，其中，第一激光三角位移傳感器與第四激光三角位移傳感器的連線與水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌方向垂直，第一激光三角位移傳感器與第二激光三角位移傳感器的連線與水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌方向平行；第三激光三角位移傳感器與第四激光三角位移傳感器的連線與水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌方向平行；第二激光三角位移傳感器與第三激光三角位移傳感器位于第一激光三角位移傳感器與第四激光三角位移傳感器連線的兩端；所述的測量框架相對于水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌靜止；掩模臺(tái)位于水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌中間位置時(shí)，第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器、第三激光三角位移傳感器和第四激光三角位移傳感器的測量光斑均能照射到掩模臺(tái)上，掩模臺(tái)在水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)，掩模臺(tái)的邊緣不越過第一激光三角位移傳感器與第四激光三角位移傳感器的連線。
[0008]上述的一種掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量裝置，第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器、第三激光三角位移傳感器和第四激光三角位移傳感器類型相同，為漫反射型或鏡反射型。
[0009]上述的一種掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量裝置，所述的測量光斑為點(diǎn)光斑、圓光斑、線光斑或橢圓光斑。
[0010]—種掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量方法，第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器、第三激光三角位移傳感器和第四激光三角位移傳感器的位置坐標(biāo)分別為(XI，O), (x2, y2), (x3, y3), (x4,0),其中:xl = _x4〈0, x2 = _x3〈0, y3 = -y2<0 ;其垂直方向Z的測量值組成矩陣Sens = [Zl, Z2, Z3, Z4]，利用四個(gè)傳感器坐標(biāo)位置構(gòu)成測量變換陣PrinvC,以及公式Dof = PrinvCX Sens,得到掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量Dof = [z Rx Ry],其中z為掩模臺(tái)Z向位置，Rx和Ry分別為掩模臺(tái)繞X軸和y軸的旋轉(zhuǎn)角。
[0011]上述的一種掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量方法，將掩模臺(tái)運(yùn)動(dòng)的y軸方向分成五個(gè)區(qū)域:第一區(qū)域?qū)?yīng)y〈_L/2+y2 ;第二區(qū)域?qū)?yīng)-L/2+y2〈y〈-L/2+y2+2R ;第三區(qū)域?qū)?yīng)-L/2+y2+2R〈y〈L/2+y3-2R ;第四區(qū)域?qū)?yīng)L/2+y3_2R〈y〈L/2+y3 ;第五區(qū)域?qū)?yīng)y>L/2+y3 ;其中，L為掩模臺(tái)的長度，R為光斑y向半寬。
[0012]在第二區(qū)域和第四區(qū)域，采用插值函數(shù)求取矩陣Sens = [Zl, Z2, Z3, Z4]的系數(shù)。
[0013]所述的插值函數(shù)為三次多項(xiàng)式函數(shù)。
[0014]由于本發(fā)明掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量裝置與方法，該裝置采用了激光三角位移傳感器，充分發(fā)揮了其測量位移的優(yōu)勢，因此裝置結(jié)構(gòu)簡單，可根據(jù)被測面不同的表面特性選擇不同類型的傳感器，無需對被測表面進(jìn)行鍍膜等處理；該方法使用四組獨(dú)立的位移信息Zl，Z2，Z3，TA經(jīng)過測量模型解算，能夠精確地得到掩模臺(tái)的垂直運(yùn)動(dòng)分量z、Rx, Ry，該方法測量精度高、測量范圍大、直觀、易于實(shí)現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是圖1的俯視圖。[0017]圖中:101第一激光三角位移傳感器、102第二激光三角位移傳感器、103第三激光三角位移傳感器、104第四激光三角位移傳感器、105測量框架、106掩模臺(tái)、107水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0019]本實(shí)施例的掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，圖2是圖1的俯視圖。該測量裝置包括水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌107，配置在水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌107上方，且能夠沿水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌107方向運(yùn)動(dòng)的掩模臺(tái)106，在掩模臺(tái)106上方配置有測量框架105，測量框架105上固定安裝有漫反射型的第一激光三角位移傳感器101、第二激光三角位移傳感器102、第三激光三角位移傳感器103和第四激光三角位移傳感器104，其中，第一激光三角位移傳感器101與第四激光三角位移傳感器104的連線與水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌107方向垂直，第一激光三角位移傳感器101與第二激光三角位移傳感器102的連線與水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌107方向平行；第三激光三角位移傳感器103與第四激光三角位移傳感器104的連線與水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌107方向平行；第二激光三角位移傳感器102與第三激光三角位移傳感器103位于第一激光三角位移傳感器101與第四激光三角位移傳感器104連線的兩端；所述的測量框架105相對于水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌107靜止；掩模臺(tái)106位于水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌107中間位置時(shí)，第一激光三角位移傳感器101、第二激光三角位移傳感器102、第三激光三角位移傳感器103和第四激光三角位移傳感器104的測量光斑均能照射到掩模臺(tái)106上，掩模臺(tái)106在水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌107上運(yùn)動(dòng)時(shí)，掩模臺(tái)106的邊緣不越過第一激光三角位移傳感器101與第四激光三角位移傳感器104的連線。
[0020]本實(shí)施例的掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量裝置，第一激光三角位移傳感器101、第二激光三角位移傳感器102、第三激光三角位移傳感器103和第四激光三角位移傳感器104還可以選擇為鏡反射型。
[0021]本實(shí)施例的掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量裝置，所述的測量光斑為圓光斑。
[0022]本實(shí)施例的掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量方法，第一激光三角位移傳感器101、第二激光三角位移傳感器102、第三激光三角位移傳感器103和第四激光三角位移傳感器104的位置坐標(biāo)分別為(xl，0), (x2, y2), (x3, y3), (x4,0),其中:xl = _x4〈0, x2 = _x3〈0, y3=_y2〈0 ;其垂直方向Z的測量值組成矩陣Sens = [Zl, Z2, Z3, Z4]，利用四個(gè)傳感器坐標(biāo)位置構(gòu)成測量變換陣PrinvC，以及公式Dof = PrinvCX Sens，得到掩模臺(tái)106垂直運(yùn)動(dòng)分量Dof = [z Rx Ry]，其中z為掩模臺(tái)106Z向位置，Rx和Ry分別為掩模臺(tái)106繞x軸和y軸的旋轉(zhuǎn)角。
[0023]這里規(guī)定SPl = -L/2+y2, SP2 = -L/2+y2+2R, SP3 = L/2+y3_2R，SP4 = L/2+y3,其中，L為掩模臺(tái)106的長度，R為光斑y向半寬；將掩模臺(tái)106運(yùn)動(dòng)的y軸方向分成五個(gè)區(qū)域:第一區(qū)域?qū)?yīng)y〈SPl ;第二區(qū)域?qū)?yīng)SPl〈y〈SP2 ;第三區(qū)域?qū)?yīng)SP2〈y〈SP3 ;第四區(qū)域?qū)?yīng)SP3〈y〈SP4 ;第五區(qū)域?qū)?yīng)y>SP4。
[0024](一 )當(dāng)掩模臺(tái)106位于第一區(qū)域時(shí)，Z3對于z, Rx, Ry的變化不敏感，即Z3不再隨著z，Rx，Ry的變化而變化。對于Zl和Z4，z的變化方向與其相同，所以系數(shù)為I ;Z1和Z4中心位于X軸上，所以其值不受Rx影響；根據(jù)Ry的正向易知，Ry增大，Zl增大，Z4減小。由以上分析可得Zl，Z4的輸出值與z，Rx, Ry具有如下的關(guān)系:
【權(quán)利要求】
1.一種掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量方法，其特征在于:第一激光三角位移傳感器(101)、第二激光三角位移傳感器(102)、第三激光三角位移傳感器(103)和第四激光三角位移傳感器(104)的位置坐標(biāo)分別為(xl,0), (x2,y2), (x3,y3), (x4,0),其中:xl = -χ4<0,x2 = -x3<0, y3 = -y2〈0 ;其垂直方向Z的測量值組成矩陣Sens = [Zl，Z2，Z3，Z4]，利用四個(gè)傳感器坐標(biāo)位置構(gòu)成測量變換陣PrinvC,以及公式Dof = PrinvCX Sens,得到掩模臺(tái)(106)垂直運(yùn)動(dòng)分量Dof = [z Rx Ry]，其中z為掩模臺(tái)(106) Z向位置，Rx和Ry分別為掩模臺(tái)(106)繞X軸和y軸的旋轉(zhuǎn)角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量方法，其特征在于:將掩模臺(tái)(106)運(yùn)動(dòng)的y軸方向分成五個(gè)區(qū)域:第一區(qū)域?qū)?yīng)y〈_L/2+y2 ;第二區(qū)域?qū)?yīng)-L/2+y2〈y〈-L/2+y2+2R ;第三區(qū)域?qū)?yīng)-L/2+y2+2R〈y〈L/2+y3_2R ;第四區(qū)域?qū)?yīng)L/2+y3-2R〈y〈L/2+y3 ;第五區(qū)域?qū)?yīng)y>L/2+y3 ;其中，L為掩模臺(tái)(106)的長度，R為光斑y向半寬。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量方法，其特征在于:在第二區(qū)域和第四區(qū)域，采用插值函數(shù)求取矩陣Sens = [Zl, Z2, Z3, Z4]的系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種掩模臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)分量的測量方法，其特征在于:所述的插值函數(shù)為三次多項(xiàng)式函數(shù)。
【文檔編號】G01B11/03GK104007622SQ201410268177
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月18日
【發(fā)明者】黃向東, 譚久彬 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)