[發(fā)明專利]一種光刻機(jī)工件臺(tái)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310243147.9
• 申請(qǐng)日: 2013-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN103309177A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱煜;王磊杰;張鳴;劉召;成榮;楊開明;徐登峰;葉偉楠;田麗;張利;秦慧超;張金;穆海華;尹文生;胡金春;趙彥坡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G03F7/20
• 分類號(hào): G03F7/20
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光刻機(jī)工件臺(tái)系統(tǒng)，特別涉及一種利用三自由度外差光柵干涉儀測(cè)量硅片臺(tái)位移的光刻機(jī)工件臺(tái)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體制造裝備中的光刻機(jī)是半導(dǎo)體芯片制作中的關(guān)鍵設(shè)備。超精密工件臺(tái)系統(tǒng)是光刻機(jī)的核心子系統(tǒng)，用于承載掩模板和硅片完成高速超精密步進(jìn)掃描運(yùn)動(dòng)。超精密工件臺(tái)系統(tǒng)以其高速、高加速、大行程、超精密、多自由度等運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)成為超精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中最具代表性的一類系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)動(dòng)，超精密工件臺(tái)通常采用雙頻激光干涉儀測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量超精密工件臺(tái)多自由度位移。然而隨著測(cè)量精度、測(cè)量距離、測(cè)量速度等運(yùn)動(dòng)指標(biāo)的不斷提高，雙頻激光干涉儀以環(huán)境敏感性、測(cè)量速度難以提高、占用空間大、價(jià)格昂貴、測(cè)量目標(biāo)工件臺(tái)動(dòng)態(tài)特性差等存在的一系列問題，從而難以滿足更高的測(cè)量需求。

針對(duì)雙頻激光干涉儀在光刻機(jī)工件臺(tái)位置測(cè)量應(yīng)用中的諸多問題，近年來，世界上光刻機(jī)制造廠商及研究機(jī)構(gòu)開展了一系列研究，研究主要集中于利用光柵測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光刻機(jī)工件臺(tái)不斷提高的測(cè)量需求，研究成果在諸多專利論文中均有揭露。

美國(guó)專利文獻(xiàn)US7,102,729B2（公開日2005年8月4日）公開了一種利用光柵測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量工件臺(tái)多自由度位移的方案，即在工件臺(tái)的側(cè)面和頂面安裝多個(gè)光柵尺，在工件臺(tái)的四周和頂部布置與光柵尺對(duì)應(yīng)的讀數(shù)頭；這種方案的缺陷在于當(dāng)工件臺(tái)在水平面內(nèi)作x方向和y方向大行程運(yùn)動(dòng)時(shí)，側(cè)面讀數(shù)頭不能工作，該專利文獻(xiàn)中沒有給出相應(yīng)的解決方法，該方案中還存在其他缺點(diǎn)，如激光光程較大使測(cè)量易受環(huán)境干擾而影響測(cè)量精度、測(cè)量方案占用空間大等。美國(guó)專利文獻(xiàn)US7,940,392B2（公開日2009年12月24日）公開了另一種利用光柵測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量工件臺(tái)多自由度位移的方案，即在工件臺(tái)上方布置平面光柵，在工件臺(tái)頂面上布置對(duì)應(yīng)的光柵讀數(shù)頭及用于垂直位移測(cè)量的傳感器，該方案不存在測(cè)量回光問題、不易受環(huán)境干擾等問題，但該方案中的光柵讀數(shù)頭僅能測(cè)量水平向位移，垂直向位移測(cè)量采用電渦流或干涉儀等高度傳感器，測(cè)量方案采用多種傳感器不僅影響工件臺(tái)的測(cè)量精度，而且增加了方案的復(fù)雜程度。美國(guó)專利文獻(xiàn)US7,483,120B2（公開日2007年11月15日）給出了上述的測(cè)量方案的具體實(shí)現(xiàn)方法，利用8塊L型平面光柵拼接作為工件臺(tái)測(cè)量光柵，在工件臺(tái)的頂部布置四個(gè)光柵讀數(shù)頭，但該專利方案中未闡述讀數(shù)頭的測(cè)量自由度及工件臺(tái)的位移測(cè)量自由度。美國(guó)專利文獻(xiàn)公開號(hào)US2010/0321665A1（公開日2010年12月23日）公開了能夠配合平面光柵測(cè)量的光柵讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)雖能夠測(cè)量垂直方向位移，但該讀數(shù)頭是采用零差測(cè)量原理，存在測(cè)量易受干擾、信號(hào)難以處理等缺點(diǎn)，而難以實(shí)現(xiàn)很高的測(cè)量精度。中國(guó)專利文獻(xiàn)（申請(qǐng)?zhí)枺?01210449244.9、201210448734.7）分別公開了一種外差光柵干涉儀測(cè)量系統(tǒng)，兩種干涉儀測(cè)量系統(tǒng)的讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)中均采用了四分之一波片用于改變光束的偏振態(tài)，光學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)光學(xué)元件的非理想性將導(dǎo)致測(cè)量誤差，這將加大應(yīng)用該光柵干涉儀測(cè)量工件臺(tái)位移的測(cè)量誤差；兩種干涉儀測(cè)量系統(tǒng)均只能測(cè)量?jī)蓚€(gè)自由度的位移，這將增加布置于硅片臺(tái)上的干涉儀數(shù)量，增加工件臺(tái)位移的解算難度，降低工件臺(tái)位移的測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容

考慮到現(xiàn)有技術(shù)方案的局限性，本發(fā)明的目的是提供一種光刻機(jī)工件臺(tái)系統(tǒng)，該光刻機(jī)工件臺(tái)系統(tǒng)利用大尺寸光柵配合三自由度外差光柵干涉儀進(jìn)行硅片臺(tái)位移測(cè)量。系統(tǒng)所采用的三自由度外差光柵干涉儀能夠在高速、高加速、大行程情況下實(shí)現(xiàn)亞納米量級(jí)的測(cè)量分辨率及精度，同時(shí)具有環(huán)境敏感性小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、體積小、質(zhì)量輕、易于安裝等優(yōu)點(diǎn)。光刻機(jī)工件臺(tái)系統(tǒng)采用大尺寸光柵配合三自由度外差光柵干涉儀的測(cè)量方式可實(shí)現(xiàn)硅片臺(tái)六自由度位移亞納米精度的測(cè)量，同時(shí)可有效的降低整個(gè)工件臺(tái)系統(tǒng)的體積和質(zhì)量，增加硅片臺(tái)的動(dòng)態(tài)性能及降低硅片臺(tái)的控制難度，使光刻機(jī)工件臺(tái)系統(tǒng)性能得到整體提高。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種光刻機(jī)工件臺(tái)系統(tǒng)，包含機(jī)架、基臺(tái)、分別運(yùn)行于曝光工位和預(yù)處理工位的兩個(gè)硅片臺(tái)，其特征在于：所述工件臺(tái)系統(tǒng)還包括測(cè)量光柵、雙頻激光器、三自由度外差光柵干涉儀和信號(hào)接收與處理部件；

所述的測(cè)量光柵采用平面反射型二維光柵，由曝光工位測(cè)量光柵和預(yù)處理工位測(cè)量光柵組成，曝光工位測(cè)量光柵和預(yù)處理工位測(cè)量光柵分別對(duì)應(yīng)安裝于曝光工位和預(yù)處理工位的兩個(gè)硅片臺(tái)上方的機(jī)架上，且刻有二維反射型光柵槽線的表面面向兩個(gè)硅片臺(tái)的上表面；