位移测量系统及光刻设备的制作方法

1.本发明涉及光栅测量技术领域，尤其是涉及一种位移测量系统及光刻设备。


背景技术：

2.平面光栅作为常见的能产生衍射现象的光学器件，主要应用于光谱分析和光波长的测量等。现有测量系统中的测量光栅包括依次设置的曝光位光栅和预处理位光栅，并配合特定的工件台探测器为光栅干涉测量系统提供测量基准，实现位移测量。基于测量精度的需要，一方面，对切换的解算过程进行优化，提高解算的效率及精度，另一方面，还可以从测量系统的各组件着手，其中，光栅布局形式也是影响因素之一。
3.现有技术中采用八片l型二维光栅拼接而成的两个口字型光栅，其中一个形成曝光位光栅，另一个形成预处理位光栅，曝光位光栅与预处理位光栅之间具有一条狭缝，且曝光位光栅和预处理位光栅内也各存在一条狭缝，通常每个探测器经过狭缝时都需要经过转换才能完成测量，因此，在探测器进行测量时，狭缝越多，平面光栅边缘的切换过程就越复杂，也就难以满足更高的测量需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种位移测量系统及光刻设备，以缓解了现有光栅拼接方法存在的平面光栅边缘切换过程复杂，难以满足更高的测量需求的技术问题。
5.本发明提供的位移测量系统，包括光栅安装板以及沿第一方向依次设置在所述光栅安装板上的曝光位光栅和预处理位光栅，所述曝光位光栅和所述预处理位光栅分别包括一回字型光栅；
6.所述位移测量系统还包括工件台以及间隔设置在所述工件台表面的探测机构，所述工件台与所述光栅安装板沿第二方向间隔设置，所述探测机构与所述曝光位光栅和预处理位光栅配合，用于提供所述位移测量系统的测量基准；
7.所述第一方向与所述第二方向垂直。
8.进一步的，所述回字型光栅包括两个沿第三方向间隔且相对设置的“c”字型平面光栅；
9.所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向相互垂直。
10.进一步的，所述回字型光栅为平面反射型二维光栅，且所述回字型光栅的下表面平行于所述工件台的表面。
11.进一步的，所述回字型光栅通过范德华力或者胶合方式连接在所述光栅安装板的下表面。
12.进一步的，所述探测机构包括四个探测器，所述工件台为矩形结构，所述矩形结构的每个角设置有一个所述探测器，四个所述探测器在所述第一方向上的投影不重合；
13.当一个探测器处于无效区域时，无法接收到平面光栅的衍射回光，只能凭借其它探测器的位移测量值，解算出六自由度位移，不同探测器陆续经过无效区域，需要不断切换
解算所需的测量值。
14.进一步的，所述探测器为具有二自由度测量功能的光栅干涉仪或光栅编码器。
15.进一步的，所述探测器包括探测器镜组、入光/回光信号接收器和安装座组件；所述探测器镜组与所述入光/回光信号接收器通过所述安装座组件固定在所述工件台的表面；
16.所述探测器镜组用于产生激光干涉信号，所述入光/回光信号接收器用于提供输入信号及接收输出干涉信号。
17.进一步的，所述位移测量系统还包括驱动机构，所述驱动机构与所述工件台连接，用于驱动所述工件台和所述探测机构在所述第一方向、所述第二方向和第三方向移动，其中，所述第三方向为分别与所述第一方向和所述第二方向垂直的方向。
18.进一步的，所述位移测量系统还包括延伸位光栅，所述延伸位光栅连接在所述曝光位光栅远离所述预处理位光栅的一侧。
19.本发明提供的光刻设备，包括所述的位移测量系统。
20.本发明提供的位移测量系统，包括光栅安装板以及沿第一方向依次设置在所述光栅安装板上的曝光位光栅和预处理位光栅，所述曝光位光栅和所述预处理位光栅分别包括一回字型光栅；所述位移测量系统还包括工件台以及间隔设置在所述工件台表面的探测机构，所述工件台与所述光栅安装板沿第二方向间隔设置，所述探测机构与所述曝光位光栅和预处理位光栅配合，用于提供所述位移测量系统的测量基准；所述第一方向与所述第二方向垂直。
21.与现有技术相比，本发明提供的位移测量系统中，曝光位光栅和预处理位光栅分别包括一回字型光栅，当工件台沿第一方向由预处理位向曝光位换台操作时，探测机构仅需要经过曝光位光栅和预处理位光栅之间的一个狭缝，因此，其在切换时通过相对简单的解算过程即可完成测量，从而简化了平面光栅测量系统边缘切换，能够满足更高的测量需求。
22.本发明提供的光刻设备，包括所述的位移测量系统，因此，所述光刻设备也具备所述位移测量系统的优点。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明实施例提供的位移测量系统的曝光位光栅和预处理位光栅的拼接示意图；
25.图2为本发明实施例提供的位移测量系统的曝光位光栅和预处理位光栅与光栅安装板的连接示意图；
26.图3为本发明实施例提供的位移测量系统的“c”字型光栅与工件台的位置示意图；
27.图4为本发明实施例提供的位移测量系统的工件台处于预处理位时与预处理光栅的位置示意图；
28.图5为本发明实施例提供的位移测量系统的工件台处于预处理位时与预处理光栅的位置示意图；
29.图6为本发明实施例提供的位移测量系统的第一探测器处于预处理位光栅与曝光位光栅之间狭缝的示意图；
30.图7为本发明实施例提供的位移测量系统的第二探测器处于预处理位光栅与曝光位光栅之间狭缝的示意图；
31.图8为本发明实施例提供的位移测量系统的第三探测器处于预处理位光栅与曝光位光栅之间狭缝的示意图；
32.图9为本发明实施例提供的位移测量系统的第四探测器处于预处理位光栅与曝光位光栅之间狭缝的示意图；
33.图10为本发明实施例提供的位移测量系统的第一探测器处于延伸位光栅时第二探测器失效区域的示意图；
34.图11为本发明实施例提供的位移测量系统的探测器进行二自由度测量示意图；
35.图12为本发明实施例提供的位移测量系统的回字型光栅的一种布局示意图；
36.图13为本发明实施例提供的位移测量系统的回字型光栅的另一种布局示意图。
37.图标：101
‑“
c”字型平面光栅；110
‑
预处理位光栅；120
‑
曝光位光栅；130
‑
延伸位光栅；200
‑
工件台；210
‑
探测器；211
‑
探测器一；212
‑
探测器二器；213
‑
探测器三；214
‑
探测器四；300
‑
光栅安装板；400
‑
光源。
具体实施方式
38.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.如图1至图13所示，本实施例提供的位移测量系统，包括光栅安装板300以及沿第一方向依次设置在光栅安装板300上的曝光位光栅120和预处理位光栅110，曝光位光栅120和预处理位光栅110分别包括一回字型光栅。
40.位移测量系统还包括工件台200以及间隔设置在工件台200表面的探测机构，工件台200与光栅安装板300沿第二方向间隔设置，探测机构与曝光位光栅120和预处理位光栅110配合，用于提供位移测量系统的测量基准；其中，第一方向与第二方向垂直。
41.与现有技术相比，本实施例提供的位移测量系统中，曝光位光栅和预处理位光栅分别包括一回字型光栅，当工件台沿第一方向由预处理位向曝光位换台操作时，探测机构仅需要经过曝光位光栅和预处理位光栅之间的一个狭缝即可完成测量，从而简化了平面光栅测量系统边缘切换，能够满足更高精度的测量需求。
42.具体地，如图12所示为回字型光栅的一种布局示意图，其结构可以为方形光栅中有一个方形缺口，当两个上述结构的回字型光栅组合在一起，形成上述的曝光位光栅和预处理位光栅，该方案能够实现系统边缘切换过程问题的简单化，而且制造过程也更加简单。
43.如图13所示为回字型光栅的另一种布局示意图，与上述的回字型光栅的区别在于方型光栅中间为一个圆形缺口，该方案同样也能够实现系统边缘切换过程问题的简单化。
44.通常情况下，曝光位光栅和预处理位光栅的整体尺寸要求相对较大(≥800mm
×
800mm)，制造难度增加，为了在不增加切换过程解算难度的前提下，降低制造难度，节省成本。具体地，本发明另一个实施例中，回字型光栅可以包括两个沿第三方向间隔且相对设置的“c”字型平面光栅101；其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向相互垂直。具体地，曝光位光栅120和预处理位光栅110均包括两个沿第三方向间隔且相对设置的“c”字型平面光栅101，需要说明是的，当回字型光栅包括两个“c”字型平面光栅101时，这里的回字型光栅可以包括以下两种结构形式，一方面，形成一个回字型光栅的两个“c”字型平面光栅101可以相互贴合，拼接成一个完整的回字；另一方面，形成一个回字型光栅的两个“c”字型平面光栅101也可以相对设置，且两者之间具有间隙，拼接成一个近似回字结构。
45.探测机构包括四个探测器210，工件台200为矩形结构，矩形结构的每个角设置有一个所述探测器210，四个探测器210在第一方向上的投影不重合，当一个探测器210处于无效区域时，无法接收到平面光栅的衍射回光，只能凭借其它探测器210的位移测量值，解算出六自由度位移，不同探测器210陆续经过无效区域，需要不断切换解算所需的测量值。
46.需要说明的是，上述的无效区域指的是探测器210运动到平面光栅外，无法接收到平面光栅的衍射回光的区域。本实施例中，具体可以包括预处理位光栅110与曝光位光栅120、曝光位光栅120与延伸位光栅130之间的狭缝，以及回字型光栅中间的方型或者圆形缺口。
47.具体地，位移测量系统包括工件台200以及间隔设置在工件台200的表面的四个探测器210，四个探测器210在第一方向上的投影不重合，工件台200与光栅安装板300沿第二方向间隔设置，四个探测器210与曝光位光栅120和预处理位光栅110配合，用于提供位移测量系统的测量基准。
48.与现有技术相比，本实施例提供的位移测量系统中，曝光位光栅120和预处理位光栅110均由两个相对设置的“c”字型平面光栅101拼接形成口字型光栅，当工件台200沿第一方向由预处理位向曝光位换台操作时，能够保证任何时刻都有三个探测器210进行工作，从而进行六自由度位移解算，探测器210仅需要经过曝光位光栅120和预处理位光栅110之间的一个狭缝，并经过四次转换即可完成测量，从而简化了平面光栅测量系统边缘切换。
49.需要说明的是，当采用现有技术中的拼接光栅时，在探测器一211、探测器二212过曝光位光栅120和预处理位光栅110之间的狭缝时，探测器三213、探测器四214会过预处理位光栅110中间的狭缝，此时需要四次连续切换，而本实施例中，在预处理位光栅110和曝光位光栅120内均不存在狭缝，从而减少了切换过程，减少了数据处理过程，简化了运算，提高测量精度。
50.需要说明的是，运行于曝光位和预处理位的工件台200分别相对于曝光位光栅120和预处理位光栅110运动时，信号接收与处理部件各输出四组平行于工件台200运动方向和垂直于工件台200运动方向的测量位移，分别利用八组测量值解算出运行于曝光位和预处理位的工件台200的空间六自由度位移。单个探测器210可以探测面内和面外两组位移信息，四组平行或垂直指的是平行与光栅的x/y轴位移信息和垂直于光栅的z轴位移信息，其中，六自由度指的是工件台200质心的六自由度位移系信息。如图3所示，图中的x轴表示第三方向；y轴表示第一方向；z轴表示第二方向。
51.带有四个探测器210的工件台200处于光栅安装板300的下方，形成预处理位光栅
110和曝光位光栅120的“c”字型平面光栅101设置在光栅安装板300的下方向且与探测器210相对设置，光源400设置在光栅安装板300的上方。
52.位移测量系统还包括延伸位光栅130，延伸位光栅130连接在曝光位光栅120远离预处理位光栅110的一侧。其中，延伸位光栅130为一块矩形二维光栅，位于换台区域的固定机架上。其中，一个回字型光栅安装于曝光位工件台200上方的平面光栅安装板300上，形成上述的曝光位光栅120；另一个回字型光栅安装于预处理位工件台200上方的平面光栅安装板300上，形成上述的预处理位光栅110；延伸位光栅130位于换台区域的固定机架上，在位移测量系统中的曝光位光栅120、预处理位光栅110和延伸位光栅130配合工件台200上的探测器210为测量系统提供测量基准，该位移测量系统简化了位移测量系统边缘切换过程复杂的问题。
53.本实施例中，工件台200为矩形结构，矩形结构的每个角设置有一个探测器210。如图3所示，分别为探测器一211、探测器二212、探测器三213和探测器四214，且四个探测器210在第一方向，也即y轴的投影不重合，当工件台200由预处理位光栅110向延伸位光栅130方向移动时，可以先后通过相邻两个光栅之间的狭缝，从而保证始终有三个探测器210处于有效区域。
54.形成回字型光栅的两个“c”字型平面光栅101为平面反射型二维光栅，该平面反射型二维光栅的远离光栅安装板300的一侧刻有二维反射型光栅槽线，且“c”字型平面光栅101的下表面平行于工件台200的表面。
55.光栅安装板300作为基准部件为“c”字型平面光栅101提供了稳定可靠的安装接口，且“c”字型平面光栅101被安装到基准部件上并且被布置使得每个目标的目标表面基本上平行于基准面；同时，“c”字型平面光栅101通过范德华力或者胶合方式连接在光栅安装板300的下表面。
56.探测器210能够进行激光探测，且探测器210为具有测量工件台200二自由度运动各项指标的功能，可以为光栅干涉仪或光栅编码器。
57.探测器210具体包括探测器镜组、入光/回光信号接收器和安装座组件；探测器镜组与入光/回光信号接收器通过安装座组件固定在工件台200的表面；探测器镜组用于产生激光干涉信号，入光/回光信号接收器用于提供输入信号及接收输出干涉信号，当一个探测器210过狭缝时，无法接收到平面光栅的衍射回光，只能凭借其它探测器210的位移测量值，解算出六自由度位移，不同探测器210陆续经过狭缝，需要不断切换解算所需的测量值。
58.具体地，平面光栅平行设置于探测器210的上方，激光器出射的激光经探测器210作用后以利特罗角度射向“c”字型平面光栅101，“c”字型平面光栅101产生的衍射光沿原路返回探测器210，“c”字型平面光栅101为位移测量系统提供测量基准的重要部件。
59.其中，曝光位光栅120和预处理位光栅110为位移测量系统提供测量基准，配合工件台200上的四个探测器210完成对目标工件台200的空间六自由度位移测量。每个探测器210都能够探测出平面光栅的面内和垂向二自由度位移，四个探测器210共探测出四组平面光栅面内位移四组平面光栅垂向位移，最终解算出目标工件台200空间六自由度位移。
60.安装座组件可以通过螺栓固定在工件台200的表面，探测器镜组粘接于安装座组件。
61.需要说明的是，本实施例中，探测器镜组和入光/回光信号接收器可以采用现有技
术中能够实现相应功能的元器件，这里不再赘述。
62.本实施例中，位移测量系统还包括驱动机构，驱动机构与工件台200连接，用于驱动工件台200和探测器210在第一方向、第二方向和第三方向移动。
63.具体地，曝光位光栅120和预处理位光栅110固定在光栅安装板300上；驱动机构与工件台200连接，四个探测器210固定在工件台200上，随着工件台200一起运动，从而产生探测器210与“c”字型平面光栅101的相对运动。
64.如图4至图9所示，对本实施例提供的位移测量系统的运动方式进行详细的描述。
65.四个探测器210相对于光栅的运动过程分为以下几个阶段：四个探测器210分别为探测器一211、探测器二212、探测器三213和探测器四214。
66.首先，探测器一211、探测器二212、探测器三213和探测器四214在预处理位光栅110或曝光位光栅120的中间位置运动时，四个探测器210均处于有效状态，在预处理位上的运动如图4所示，可得到八组位移测量值，可解算出六自由度位移。工件台200的尺寸应与两个“c”字型平面光栅101的尺寸以及其在x方向的间距相适配，以图5为例，当工件台200在预处理位的x方向移动时，当探测器二212和探测器三213运动到下面的“c”字型平面光栅101的下边界，且当探测器二212处于左下角时，探测器一211也运动到上面的“c”字型平面光栅101的下边界，且均处于有效状态，而探测器四214处于两个“c”字型平面光栅101的间隙处，其处于无效状态，即工件台200上的探测器210能够保持有三个处于有效状态，得到六组测量值，解算出六自由度位移，同理，当探测器一211处于左上角、探测器三213处于右下角或者探测器四处于右上角时，同样能够保证有三个处于有效状态。可以理解的是，工件台200处于曝光位时，其工作原理与处于预处理位相同，这里不再赘述。
67.如图6所示，需要说明的是，当工件台200换台时，即由预处理位向曝光位切换时，其只从两个平面光栅相接处的狭缝所在的中间位置通过。
68.其次，探测器一211、探测器二212、探测器三213和探测器四214在预处理位光栅110或曝光位光栅120上运动到极限状态时，即一个探测器210运动到无效区域，其余三个均处于有效状态，可得到六组位移测量值，可解算出六自由度位移。
69.具体地，探测器210由预处理位光栅110向曝光位光栅120运动，当探测器210由预处理位光栅110向曝光位光栅120运动时，探测器一211首先移出预处理位，处于曝光位与预处理位之间的无效测量区域内，此时只有探测器二212、探测器三213和探测器四214处于工作状态，可输出六组相应的测量值进行解算，得出工件台20012的六自由度位移，运动示意图如图6所示；随后，探测器二212移出预处理位，处于曝光位与预处理位之间的无效测量区域内，此时只有探测器一211、探测器三213和探测器四214处于工作状态，可输出六组相应的测量值进行解算，得出工件台20012的六自由度位移，运动示意图如图7所示；探测器三213移出预处理位，处于曝光位与预处理位之间的无效测量区域内，此时只有探测器一211、探测器二212和探测器四214处于工作状态，可输出六组相应的测量值进行解算，得出工件台200的六自由度位移，运动示意图如图8所示；探测器四214移出预处理位，处于曝光位与预处理位之间的无效测量区域内，此时只有探测器一211、探测器二212和探测器三213处于工作状态，可输出六组相应的测量值进行解算，得出工件台200的六自由度位移，运动示意图如图9所示。
70.再次，探测器210由曝光位光栅120向延伸位光栅130上运动，运动示意图如图10所
示：当探测器210移出到曝光位，探测器二212处于失效状态，探测器一211、探测器三213和探测器四214可得到六组位移测量值，可解算出六自由度位移。
71.综上，本实施例中，预处理位光栅110与曝光位光栅120之间具有一个狭缝；曝光位光栅120与延伸位光栅130之间具有一个狭缝，关于本实施例中“c”字型平面光栅101换台经过狭缝的问题。图5及图6为探测器一211和探测器二212第一次经过狭缝，图7及图8是探测器三213和探测器四214第一次经过狭缝，图9是探测器二212第二次经过狭缝。(四个探测器应该采用在y轴方向上投影不重合的布置方式，此布置的特点是换台操作时，探测器一211、探测器二212、探测器三213和探测器四214不是同一时间通过狭缝，保证任何时刻都有至少三个探测器210进行工作，从而始终可以进行六自由度位移解算)。
72.如图10所示，继续向延伸位光栅移动时，探测器一211经过一次狭缝，探测器二212运动到无效区域，控制器三213和探测器四214留在曝光位光栅，需要经过2次转换可以完成测量。现有技术中，控制器三213和探测器四214还需要各经过一次l型光栅拼接出的狭缝，需要经过4次转换才可完成测量，因此，本实施例简化了位移测量系统边缘切换过程复杂的问题，光栅的拼接及使用都将更加简单方便。
73.需要说明的是，四个探测器210全部在光栅平面内，可以获得八个位移信息，其中四组位移信息是包含面内x/y轴的，另外四组是包含面外z轴的，利用八组数据可以冗余解算工件台200质心六自由度；当工件台200运动时，其中一个工件台200探测器210运动出平面光栅，剩余三个探测器210处于平面光栅范围内，可以获得三组面内位移信息x/y轴的，三组面外z轴的，利用六组位移信息解算工件台200质心的六自由度。
74.本实施例提供的光刻设备，包括上述的位移测量系统，光栅简化了位移测量系统边缘切换过程复杂的问题，光栅的制造方法、拼接及使用方法都将更加简单，因此，光刻设备也具有位移测量系统的优点。
75.综上所述，本发明提供的位移测量系统，包括光栅安装板300以及沿第一方向依次设置在光栅安装板300上的曝光位光栅120和预处理位光栅110；曝光位光栅120和预处理位光栅110均包括两个沿第三方向间隔且相对设置的“c”字型平面光栅101。还包括工件台200以及间隔设置在工件台200的表面的四个探测器210，四个探测器210在第一方向上的投影不重合，工件台200与光栅安装板300沿第二方向间隔设置，四个探测器210与曝光位光栅120和预处理位光栅110配合，用于提供位移测量系统的测量基准。第一方向、第二方向和第三方向相互垂直。与现有技术相比，本发明提供的位移测量系统中，曝光位光栅120和预处理位光栅110均由两个相对设置的“c”字型平面光栅101拼接形成回字型光栅，当工件台200沿第一方向由预处理位向曝光位换台操作时，能够保证任何时刻都有三个探测器210进行工作，从而进行六自由度位移解算，探测器210仅需要经过曝光位光栅120和预处理位光栅110之间的一个狭缝，并经过四次转换即可完成测量，从而简化了平面光栅测量系统边缘切换。
76.本发明提供的光刻设备，包括上述的位移测量系统，因此，光刻设备也具备位移测量系统的优点，这里不再赘述。
77.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。