[發明專利]光刻機掩模臺六自由度位移測量系統

有效

• 申請號: 202111137159.4
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113758428B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 王磊杰;朱煜;郭子文;張鳴;葉偉楠;成榮
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 董永輝;曹素云

本發明公開一種光刻機掩模臺六自由度位移測量系統，包括：光柵安裝板，固定在光刻機的掩模臺上，第一平面光柵和第二平面光柵，相對固定在光柵安裝板的兩側，第一平面光柵包括相互垂直的柵線，且柵線方向是在掩模臺的平移平面的x軸和y軸方向上，第二平面光柵至少包括在掩模臺的平移平面的x軸或y軸方向上的柵線；三個探測器，任一探測器都具有掩模臺的平移平面內和垂直于掩模臺的平移平面方向的二自由度測量功能。本發明解決了現有的掩模臺六自由度位移測量系統存在傳感器數量過多而導致的傳感器位置布置難題，可以簡化六自由度位移測量模型，且不采用二維光柵即可實現掩模臺六自由度位移測測量，降低制造難度及生產成本。

技術領域

本發明涉及光柵測量領域，尤其是涉及一種光刻機掩模臺六自由度位移測量系統。

背景技術

掩模臺作為光刻機的重要核心分系統，是光刻機實現超微圖形高效保真轉移的關鍵分系統之一。其在高速、多自由度下的定位精度將直接影響到光刻機的套刻精度，掩模臺的位移測量系統則在掩模臺的精確定位與控制中發揮最為關鍵作用。傳統的光刻機掩模臺六自由度位移測量系統，采用多個單激光干涉儀和電容傳感器配合實現掩模臺六自由度的位移測量。在這個測量過程中，激光干涉儀和電容傳感器屬于機制不同的兩種位移測量傳感器類型，需要進行信息融合從而實現掩模臺六自由度的位移測量，難以避免的造成測量精度的損失。除此之外，光刻機在進行光刻工作時，掩模臺需要進行面內大行程的步進運動以及五個小范圍內的平移或轉動，此時激光干涉儀由于其較長的光路而及其容易受到環境擾動的影響，造成較大的環境擾動誤差；而平面光柵測量系統則可以憑借其極短的光路而獲取極高的環境魯棒性，從而相較于激光干涉儀在超精密測量領域中更具優勢。

ASML在美國專利(專利號：US7651270)中提出了利用二維平面光柵來實現掩模臺三自由度的位移測量。其將光柵干涉儀的兩個讀數頭固定安裝在掩模臺上，它可以測得水平方向上的平移(X、Y)和旋轉(RZ)三個自由度，而對垂向的三個自由度(Z、RX、RY)的測量是通過安裝在Z軸方向上的多個差動傳感器得到的。該方案獲得六自由度需要利用較多傳感器才能實現，結構復雜，且增大了傳感器布置的難度；除此之外，該方案全部采用了大尺寸二維光柵，增加了制造難度且提高了生產成本。

發明內容

為解決以上問題，本發明提供一種光刻機掩模臺六自由度位移測量系統，包括：光柵安裝板，固定在光刻機的掩模臺上，第一平面光柵和第二平面光柵，相對固定在光柵安裝板的兩側，使得平面光柵與光柵安裝板的板面平行，其中，第一平面光柵包括相互垂直的柵線，且柵線方向是在所述掩模臺的平移平面的x軸和y軸方向上，第二平面光柵至少包括在所述掩模臺的平移平面的x軸或y軸方向上的柵線，其中x軸和y軸是直角坐標系的坐標軸；

三個探測器，任一探測器都具有掩模臺的平移平面內和垂直于掩模臺的平移平面方向的二自由度測量功能。

可選地，掩模臺的平移平面內的測量功能是指平行于光柵平面且垂直于柵線的位移測量；

垂直于掩模臺的平移平面方向的測量功能是指垂直于光柵平面的位移測量。

可選地，所述探測器包括探測器鏡組，以及入光/回光信號接收器，所述探測器鏡組與所述入光/回光信號接收器設置在所述掩模臺的下方，所述探測器鏡組用于產生激光干涉信號，所述入光/回光信號接收器用于提供輸入信號及接收輸出干涉信號。

可選地，任一探測器是光柵干涉儀或光柵編碼器。

可選地，具有平移平面內的測量功能且測量位移方向一致的探測器，不在同一條直線上。

可選地，所述第一平面光柵和第二平面光柵是通過范德華力或者膠合的方式連接在所述光柵安裝板的下表面。

可選地，所述第一平面光柵包括第一區域和第二區域，第一區域與第二區域的柵線相互垂直，第二平面光柵的柵線平行于第一區域或第二區域的柵線。