[發明專利]一種用于測量運動臺六自由度的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810337864.0
• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN108519053B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 張文濤;杜浩;熊顯名;黨寶生;張玉婷
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 石燕妮

本發明提供一種用于測量運動臺六自由度的裝置，包括第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡，第一反射鏡與第二反射鏡分別設置于運動臺相鄰的兩個側面，第三反射鏡設置于第二反射鏡所在側面的下部且第三反射鏡的反射面與第二反射鏡的反射面呈鈍角設置；還包括設置于運動臺上的三個二維光柵尺測量讀頭；其中一個二維光柵測量讀頭沿第二反射鏡所在側面的邊沿設置，另外兩個二維光柵測量讀頭沿與第二反射鏡面所在側面相對的側面的邊沿設置；每個二維光柵尺測量讀頭對應一個平面光柵，二維光柵尺測量讀頭用于測量運動臺與平面光柵間的相對位移。本發明滿足使用激光干涉儀與平面光柵尺兩套測量系統同時測量運動臺六自由度的需求。

技術領域

本發明涉及一種測量裝置，具體涉及一種滿足激光干涉儀測量系統和平面光柵尺測量系統同時測量運動臺六自由度的裝置及方法。

背景技術

光刻技術是利用曝光的方法將掩模上的電路圖案投射到涂覆于晶圓表面的光刻膠上，對光敏感的光刻膠經曝光后發生化學性變，然后經過顯影、刻蝕、摻雜等工藝，最終在晶圓上形成硅基電路。光刻是集成電路制造的主要環節，光刻工藝的高低是決定芯片集成度和性能的關鍵。光刻機是生產半導體芯片的核心設備，在半導體芯片制造的過程中光刻機的掩膜臺、工件臺的定位精度直接影響半導體芯片加工的線寬。光刻分辨率、套刻精度以及產率是衡量光刻機性能的三個主要指標，這三個指標中，除光刻分辨率是與物鏡系統相關外，其余兩個均與工件臺和掩模臺直接相關。工件臺是搭載晶圓的六自由度精密運動臺，在步進掃描光刻機中，工件臺要完成超精密定位以及超精密的姿態調整以滿足對準系統和調平調焦系統的要求。因此，在光刻機中需設置高精度的位置測量系統以保證掩膜臺和工件臺的定位精度。

工件臺位置測量系統是光刻機工件臺的重要子系統之一，它為工件臺伺服控制系統提供工件臺位置反饋信息，由此形成閉環回路，所以測量精度也是影響套刻精度的重要因素。精確的位置信息是工件臺運動定位、調平調焦以及對準等過程的先決條件，在光刻機工件臺系統的研發中，工件臺六自由度超精密測量系統是一項關鍵技術。目前，滿足工件臺六自由度位置測量的測量系統有激光干涉儀測量系統和平面光柵尺測量系統。

激光干涉儀是目前應用十分廣泛的一種精密位移測量系統，可以分為單頻激光干涉儀和雙頻激光干涉儀。激光干涉儀的測量分辨力可以達到納米量級，測量范圍可以達到數十米，是一種適合測量大行程、高精度位移的精密測量儀器，并在光刻機中得到了廣泛的應用。激光干涉儀以激光波長作為位移測量基準，當激光源的波長和空氣的折射率因環境中的溫度、濕度等發生變化時，激光干涉儀的測量精度會受到嚴重的影響。因此，激光干涉儀在使用時對測量環境有著十分嚴格的要求。

平面光柵尺測量系統是除激光干涉儀外另一種應用十分廣泛的精密位移測量系統。平面光柵尺測量系統以光柵的柵距作為位移量的測量基準，從原理上消除了光源波長變化對位移測量的影響。當采用零膨脹系數的材料制造光柵時，環境中的溫度變化不會引起光柵柵距的變化，因此平面光柵尺測量系統對測量環境的要求相比激光干涉儀寬松很多。平面光柵尺測量系統的分辨力可以達到納米量級，測量范圍取決于光柵的大小，一般可以達到數十到上百毫米。相比于激光干涉儀，平面光柵尺測量系統結構簡單、系統體積小，更適合應用在本身結構就比較復雜的制造裝備或測量儀器中。

在研究更高精度的平面光柵尺測量系統過程中，需要一種能夠滿足激光干涉儀測量系統和平面光柵尺測量系統同時測量運動臺六自由度的裝置。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種用于測量運動臺六自由度的裝置，以解決現有技術中使用激光干涉儀測量系統和平面光柵尺測量系統不能同時測量運動臺六自由度位置的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種用于測量運動臺六自由度的裝置，該裝置包括第一反射鏡5、第二反射鏡6和第三反射鏡7，所述第一反射鏡與第二反射鏡分別設置于運動臺相鄰的兩個側面，所述第三反射鏡設置于第二反射鏡所在側面的下部且第三反射鏡的反射面與第二反射鏡的反射面呈鈍角設置；