一种干涉仪测量装置及其控制方法与流程

本发明涉及一种光机电设备，尤其涉及一种干涉仪测量装置及其控制方法。

背景技术：

在传统的光刻机台干涉仪测量系统中，激光干涉仪常被用于精确测量载物台或硅片台(统称载物台)的位置及旋转。请参考图1，对于光刻机载物台1水平方向x向或y向的测量(在此定义坐标系垂向为z向，水平方向为x向和y向)，一般直接在载物台1侧面安装长条形反射镜2，使激光干涉仪3发出的光垂直入射至长条形反射镜2，用以测量x坐标和y坐标。一般说来，载物台1垂向行程不大，但水平向行程却很大，因此需要在侧面安装和行程相当的长条形反射镜2，可以在大行程内测量载物台1的x坐标和y坐标。因此，在传统的光刻机台干涉仪测量系统中，载物台1的水平向行程通常会受到长条形反射镜2的长度限制，如果要增加载物台1的行程范围，就需要相应的增加长条形反射镜2的长度，但是较长的长条形反射镜2势必会提高加工难度以及制造成本。

因此，如何提供一种在不增加长条形反射镜长度的前提下提升载物台测量行程的干涉仪测量装置及其控制方法，是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

技术实现要素：

本发明提供一种干涉仪测量装置及其控制方法，以解决现有技术中，长条形反射镜过长导致加工难度和制造成本提高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种干涉仪测量装置，包括载物台、激光干涉仪以及安装于所述载物台上的测量镜，其特征在于，所述测量镜由多个平面镜沿水平方向拼接而成，所述激光干涉仪包括第一干涉仪和第二干涉仪，当所述载物台移动，使所述激光干涉仪发出的光对应入射至过渡区域时，所述第一干涉 仪和所述第二干涉仪交替提供位置信息给所述载物台，所述过渡区域为所述第一干涉仪和所述第二干涉仪入射至不同的所述平面镜时经过的区域。

较佳地，所述测量镜由多个长方形的平面镜沿水平方向拼接而成，所述第一干涉仪和第二干涉仪左右分布，所述过渡区域的宽度至少为两倍所述第一干涉仪和第二干涉仪之间的距离。

较佳地，所述测量镜由多个“凸”字型的平面镜沿水平方向拼接而成，相邻两个所述“凸”字型的平面镜的凸起方向相反，所述“凸”字型的平面镜包括基底部和凸起部，所述第一干涉仪和第二干涉仪上下分布，所述过渡区域由相邻两个所述平面镜的基底部组成。

较佳地，所述激光干涉仪采用单轴干涉仪或者双轴干涉仪。

较佳地，所述测量镜安装于所述载物台侧面且垂直于水平面，所述激光干涉仪发射的光束垂直入射至所述测量镜表面后沿原路返回，所述光束的入射方向与所述测量镜的法向量平行。

较佳地，所述测量镜安装于所述载物台侧面并与所述载物台成135°度，所述激光干涉仪还包括位于所述载物台上方的第二平面镜，所述第二平面镜平行于所述载物台的载物面，所述激光干涉仪发射的光束入射至所述测量镜表面后被反射到所述第二平面镜，之后所述光束沿原路返回，所述光束的方向与所述测量镜的法向量成45°。

本发明还提供了一种采用如上所述的干涉仪测量装置的控制方法，当所述第一干涉仪和第二干涉仪发出的光经过所述过渡区域时，所述第一干涉仪和第二干涉仪交替提供当前位置的位置信息，同时交替利用自身测得的位置信息来更新对方的零位基准，对相邻两个所述平面镜的面型非线性差异进行校正。

较佳地，所述交替利用自身测得的位置信息来更新对方的零位基准具体包括以下步骤：

当所述第一干涉仪和第二干涉仪发出的光经过所述过渡区域时，所述第一干涉仪和第二干涉仪中先经过相邻两个所述平面镜拼接处的定义为无效干涉仪，另一个定义为有效干涉仪，此时所述有效干涉仪用于提供所述载物台当前位置信息；在所述无效干涉仪测量的平面镜上选取若干归零点位，根据所述有效干涉仪测得的位置信息和所述过渡区域内相邻两个所述平面镜的面型非线性差异，计算 所述无效干涉仪在所述归零点位的归零偏置，并将所述归零偏置处理后作为所述无效干涉仪的零位基准。

较佳地，所述交替利用自身测得的位置信息来更新对方的零位基准还包括：当所述有效干涉仪也经过相邻两个所述平面镜的拼接处时，利用零位基准被更新后的所述无效干涉仪来更新所述有效干涉仪的零位基准。

较佳地，所述面型非线性差异为所述第一干涉仪和所述第二干涉仪在所述过渡区域的光程数据之差。

与现有技术相比，本发明提供的干涉仪测量装置及其控制方法，该装置包括载物台、激光干涉仪以及安装于所述载物台上的测量镜，其特征在于，所述测量镜由多个平面镜沿水平方向拼接而成，所述激光干涉仪包括第一干涉仪和第二干涉仪，当所述载物台移动，使所述激光干涉仪发出的光对应入射至过渡区域时，所述第一干涉仪和所述第二干涉仪交替提供位置信息给所述载物台，所述过渡区域为所述第一干涉仪和所述第二干涉仪入射至不同的所述平面镜时经过的区域。本发明中，利用多个平面镜的拼接，同时配合两个干涉仪交替更新零位基准，来延展载物台在水平面上的测量行程。

附图说明

图1为现有的干涉仪测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一的干涉仪测量装置的结构示意图；

图3为本发明实施例一的干涉仪测量装置中激光干涉仪的结构示意图；

图4为本发明实施例一的干涉仪测量装置过渡区域中归零点位的排列示意图；

图5a至图5d为本发明实施例一的干涉仪测量装置的控制方法示意图；

图6为本发明实施例二的干涉仪测量装置的结构示意图；

图7为本发明实施例二的干涉仪测量装置中激光干涉仪的结构示意图；

图8a至图8c为本发明实施例二的干涉仪测量装置的控制方法示意图；

图9为本发明实施例三的干涉仪测量装置的结构示意图。

图1中：1-载物台、2-长条形反射镜、3-激光干涉仪；

图2-9中：10-载物台、20-激光干涉仪、21-第一干涉仪、22-第二干涉仪、30- 第一长条镜、31-平面镜、32-过渡区域、33-归零点位、40-45°平面镜、50-第二平面镜。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

本发明提供的干涉仪测量装置，如图2和图3所示，包括载物台10、激光干涉仪20以及安装于所述载物台10侧面的第一长条镜30，所述第一长条镜30由多个平面镜31沿水平方向拼接而成，且相邻的两个平面镜31在连接处形成过渡区域32；所述激光干涉仪20包括第一干涉仪21和第二干涉仪22，当所述载物台10移动，使激光干涉仪20发出的光对应入射至所述过渡区域32时，所述第一干涉仪21和第二干涉仪22发出的光分别对应入射至所述过渡区域32中的两个平面镜31上，所述过渡区域32为所述第一干涉仪21和所述第二干涉仪22入射至不同的所述平面镜31时经过的区域。本发明中，利用多个平面镜31的拼接，同时配合两个干涉仪交替更新零位基准，来延展载物台10在水平面上的测量行程。

请继续参考图2和图3，本实施例中，所述第一长条镜30由多个“凸”字型的平面镜31沿水平方向拼接而成，相邻两个“凸”字型的平面镜31的凸起方向相反，所述第一干涉仪21和第二干涉仪22上下分布。由于在过渡区域32中，两个相邻的平面镜31之间可能存在缝隙，导致拼接误差，此时激光干涉仪20的零位基准会失效，进而影响测量精度，在本实施例中，利用两个干涉仪在过渡区域32中分别对应两个平面镜31，以补偿上述拼接误差。

较佳地，请重点参考图4，所述“凸”字型的平面镜31包括基底部和凸起部，本实施例所述过渡区域32由相邻两个所述“凸”字型的平面镜31的基底部上下拼接而成，所述基底部的边缘处设有若干归零点位33，用以提示激光干涉仪20进入过渡区域32。

较佳地，所述激光干涉仪20可以采用单轴干涉仪，以测量载物台10单个方向上的平移；也可以采用双轴干涉仪，以测量载物台10在单个方向上的平移和旋转。

较佳地，所述激光干涉仪20固定于光刻机的主基板上，所述激光干涉仪20测量行程的方向与所述激光干涉仪20光束的出射方向一致，与所述第一长条镜30的法向量方向平行，使得激光干涉仪20发出的光束垂直照射于所述第一长条镜30上。

本发明还提供了一种如上所述的干涉仪测量装置的控制方法，当所述第一干涉仪21和第二干涉仪22发出的光经过所述过渡区域32时，所述第一干涉仪21和第二干涉仪22交替提供当前位置的位置信息，同时交替利用自身测得的位置信息来更新对方的零位基准，对相邻两个平面镜的面型非线性差异进行校正。

较佳地，所述面型非线性差异为第一干涉仪21和第二干涉仪22的光程数据之差，具体地，在过渡区域32中，载物台10沿着横向运动，此时，记录下不同位置下，测得第一干涉仪21的光程数据为lui，第二干涉仪22的光程数据为ldi，则两个平面镜31的面型非线性差异delta_l＝lui-ldi。

较佳地，当所述第一干涉仪21和第二干涉仪22发出的光经过所述过渡区域32时，所述第一干涉仪21和第二干涉仪22中先经过相邻两个所述平面镜31连接处的定义为无效干涉仪，另一个定义为有效干涉仪，此时所述有效干涉仪用于提供当前位置信息给所述载物台10，所述无效干涉仪的零位基准由有效干涉仪提供的位置信息与面型非线性差异共同修正。

较佳地，所述无效干涉仪的零位基准的修正方法为：在过渡区域32内，取若干沿第一长条镜30长度方向设置的归零点位33，根据所述有效干涉仪测得的位置信息和所述过渡区域32内相邻两个所述平面镜31的面型非线性差异，计算所述无效干涉仪在所述归零点位33的归零偏置h01，h02，h03…，去除其中的粗大点(将与所有归零偏置的平均值的偏差最大和最小的值视为粗大点)，再将剩余的值取平均后作为无效干涉仪更新后的零位基准。

请重点参考图5a至图5d，本发明提供的干涉仪测量装置的控制过程为：

如图5a所示，上部的第一干涉仪21和下部的第二干涉仪22均入射至同一块平面镜31(图中所示平面镜1)，此时选取第二干涉仪22提供位置信息；

如图5b所示，当激光干涉仪20经过过渡区域32时，上部的第一干涉仪21过渡至下一块平面镜31(图中所示平面镜2)，而下部的第二干涉仪22仍然与前一块平面镜31(图中所示平面镜1)对应，由于相邻两个平面镜31之间存在缝隙，此时第一干涉仪21已经过缝隙，因此其读数失效，继续由第二干涉仪22提供位置信息，并用第二干涉仪22提供的位置信息更新第一干涉仪21的零位基准；

如图5c所示，当下部的第二干涉仪22过渡至下一块平面镜31(图中所示平面镜2)时，第二干涉仪22读数失效，此时由补正后的第一干涉仪21提供位置信息给载物台10；

如图5d所示，当激光干涉仪20经过下一个过渡区域32时，上部的第一干涉仪21仍然与第二个平面镜31(图中所示平面镜2)对应，而下部的第二干涉仪22过渡至后一块平面镜31(图中所示平面镜3)，此时由第一干涉仪21提供位置信息更新第二干涉仪22的零位基准，待第一干涉仪21过渡至图示中平面镜3时，改为更新后的第二干涉仪22提供位置信息给载物台10；

依照上述的方式循环，直至第一长条镜30测量完毕。

应用上述方法，既解决了由于长条镜过长导致的加工难度和加工成本过高的问题，同时避免了平面镜31拼接导致的拼接误差对测量精度的影响。

实施例二

较佳地，请重点参考图6和图7，所述第一长条镜30由多个长方形的平面镜31沿水平方向拼接而成，所述第一干涉仪21和第二干涉仪22左右分布，过渡区域32的宽度至少为两倍第一干涉仪21与第二干涉仪22之间的距离。在本实施例中，随着载物台10的移动，第二干涉仪22先过渡至下一个平面镜31上，此时由第一干涉仪21提供位置信息，同时更新第二干涉仪22的零位基准；第一干涉仪21和第二干涉仪22均移动至下一个平面镜31后，由第二干涉仪22提供位置信息，同时更新第一干涉仪21的零位基准；依次循环，完成整个第一长条镜30的测量。

请重点参考图8a至图8c，本实施例提供的干涉仪测量装置的控制过程为：

如图8a所示，左边的第一干涉仪21和右边的第二干涉仪22均入射至同一块平面镜31(图中所示平面镜1)，此时选取第一干涉仪21提供位置信息；

如图8b所示，当第一干涉仪21和第二干涉仪22均入射至过渡区域32时，第二干涉仪22过渡至下一块平面镜31(图中所示平面镜2)，而第一干涉仪21仍然与前一块平面镜31(图中所示平面镜1)对应，此时第二干涉仪22失效，且当第二干涉仪22入射至平面镜31(图中平面镜2)上的归零点位33时，由第一干涉仪21提供位置信息及相邻两个平面镜31(图中平面镜1与平面镜2)的面型非线性差异去修正第二干涉仪22，更新第二干涉仪22的零位基准；

如图8c所示，当第一干涉仪21也过渡至下一块平面镜31(图中所示平面镜2)时，第一干涉仪21读数失效，此时由修正后的第二干涉仪22提供位置信息给载物台10，并由第二干涉仪22提供位置信息更新第一干涉仪21的零位基准，待第二干涉仪22过渡至图示中平面镜3时，改为更新后的第一干涉仪21提供位置信息给载物台10；

依照上述的方式循环，直至第一长条镜30测量完毕。

实施例三

较佳地，请重点参考图9，本实施例与实施例一的区别在于：本发明提供的干涉仪测量装置还包括45°平面镜40和第二平面镜50，所述45°平面镜40设置于所述第一长条镜30的下方，且所述45°平面镜40与第一长条镜30的夹角为135°，与第二平面镜50之间的夹角为45°，所述激光干涉仪20发出的一部分光入射至所述45°平面镜40，经所述45°平面镜40反射后入射至所述第二平面镜50，之后光束沿原路返回，此处，所述45°平面镜40采用实施例一所述的拼接方式延展其测量行程，本实施例可以在测量载物台10水平向自由度的基础上，进一步测量载物台10的垂向自由度。

实施例四

本实施例与实施例三的区别在于：本实施例所述45°平面镜40采用实施例二所述的拼接方式延展其测量行程。

综上所述，本发明提供的干涉仪测量装置及其控制方法，该装置包括载物台10、激光干涉仪20以及安装于所述载物台10侧面的测量镜(为第一长条镜30 和/或45°平面镜40)，所述测量镜由多个平面镜31沿水平方向拼接而成，所述激光干涉仪20包括第一干涉仪21和第二干涉仪22，当所述载物台10移动，使激光干涉仪20发出的光对应入射至所述过渡区域32时，所述第一干涉仪21和第二干涉仪22发出的光分别对应入射至所述过渡区域32中的两个平面镜31上，并由所述第一干涉仪21和所述第二干涉仪22交替提供位置信息给所述载物台10。本发明中，利用多个平面镜31的拼接，同时配合两个干涉仪交替更新零位基准，来延展载物台10在水平面上的测量行程。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。