CN105807580B - 一种工件六自由度位置和姿态测量传感器装置 - Google Patents
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Abstract
一种工件六自由度位置和姿态测量传感器装置，用于同时对工件的垂向和水平向进行测量，包括光源，用于提供探测所述工件所需的光束；以及若干光学元件，用于将所述光束投射至所述工件上，并将所述工件上的反射光分别传送至第一光电探测器和第二光电探测器，其特征在于，所述第一光电探测器，用于探测所述工件的垂向度值；所述第二光电探测器，用于探测所述工件的水平度值。
Description
技术领域
本发明涉及光刻技术，尤其涉及用于光刻机的工件六自由度位置和姿态测量传感器装置。
背景技术
随着液晶显示行业的不断发展，液晶尺寸不断增大，对扫描光刻机的分辨率的要求也不断提高。对准传感器和调焦调平传感器作为光刻机中重要的水平向和垂向位置和姿态测量传感器装置，对要求更多的测量点，更高的精度，更高的重复性，并且能够适应大玻璃基板的变形和工艺技术的复杂性。与此同时，多物镜阵列的结构，还要求对准和调焦调平传感器具备更小的空间尺寸。
在专利CN100524024中，日本nikon公司提出了一种用于高世代TFT的曝光装置，图1所示为其提出的曝光单元及调焦调平和对准测量点的分布示意图，在玻璃基板的宽度范围内布置了多个调焦和对准的测量点，实现对整个玻璃基板的扫描测量。在曝光前，会利用调焦传感器扫描整个玻璃基板的面型，用于曝光时对面型的补偿，并在扫描的过程中对对准标记进行测量。对于该专利，一方面，在扫描过程中因玻璃基板的变形、翘曲等因素，易使对准标记发生离焦现象，调焦与对准分离布置，无法获得对准标记的精确离焦量，在计算结果中无法进行补偿。另一方面，调焦和对准测量点的分离布置，也会使在整个扫描过程中需对准测量的同时无法进行调焦测量，增加了扫描运行的时间。
传统的调焦调平传感器测试原理如图2所示，为典型的三角测量原理。该测试方案的优势为在封装光刻机中，可将测量点布置在物镜曝光视场中心，实现曝光视场的精确调焦调平，但是其缺点为需分别放置投影分支和探测分支，所占体积较大。在高世代的扫描光刻机中，FLS布置在拼接物镜中间，无需对曝光视场中心进行测量，因此，用体积更小的基于光谱共焦原理调焦调平传感器更利于空间位置的布置。
发明内容
本发明提出了一种可同时测量工件水平向位置和垂向位置的测量装置，其能对工件的同一位置进行水平向和垂向的位置测量。
本发明的一种工件六自由度位置和姿态测量传感器装置，用于可同时对工件的垂向和水平向进行测量，包括光源，用于提供探测所述工件所需的光束；以及若干光学元件，用于将所述光束投射至所述工件上，并将所述工件上的反射光分别传送至第一光电探测器和第二光电探测器，所述第一光电探测器，用于探测所述工件的垂向度值；所述第二光电探测器，用于探测所述工件的水平度值。
进一步，所述第一光电探测器为线阵探测器或者共焦探测器，所述第二光电探测器为面阵探测器或者二维阵列探测光谱仪。
进一步， 所述若干光学元件至少包括一个分光镜、一个棱镜组件、二个透镜和用于探测所述工件的垂向度值的所述第一光电探测器。
进一步，所述若干光学元件至少包括一个分光镜、一套成像前组光学元件、一套成像后组光学元件和用于探测所述工件的水平度值的所述第二光电探测器。
进一步，其特征在于，所述若干光学元件至少还包括投影狭缝组件、照明镜组、第一分光镜、大色差组件、第二分光镜、成像前组、可见光滤波片、成像后组、水平向成像元件、红外滤波片、第一探测镜组、探测狭缝组件、第二探测镜组、棱镜组件、第三探测镜组和垂向成像元件，所述光源、所述投影狭缝组件、所述照明镜组、所述第一分光镜、所述大色差组件、所述第二分光镜和成像前组为共用组件；所述共用组件与所述可见光滤波片、所述成像后组、所述水平向成像元件和所述第二光电探测器组成水平向测量传感器测量单元；所述共用组件与所述红外滤波片、所述第一探测镜组、所述探测狭缝组件、所述第二探测镜组、所述棱镜组件、所述第三探测镜组、所述垂向成像元件和所述第一光电探测器组成垂向传感器测量单元。
进一步，所述第二光电探测器使用可见光波段进行测量，所述第一光电探测器使用单色可见光或者红外光线进行测量。
进一步，所述若干光学元件至少包括一个快门，所述快门在仅有所述第一光电探测器工作时关闭，在所述第二光电探测器工作时打开。
根据本发明的测量装置，能在对准的同时进行垂向测量，并能知道对准标记的离焦量，从而提高曝光装置的产率。与传统对准和调焦传感器相比，体积更紧凑，更便于空间布置，对准和调焦测量点的数量可增加至少一倍。本发明所提出的六自由度位置和姿态测量传感器可进行不同的布局设计，不仅适用于高世代的TFT光刻机，而且也可适用于双台和90nm步进扫描光刻机。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1所示为现有技术中的调焦及对准测量点分布示意图；
图2所示为现有技术中的调焦调平传感器原理示意图；
图3所示为根据本发明的实施例1的六自由度位置和姿态测量装置的结构示意图；
图4所示为根据本发明的实施例1的六自由度位置和姿态测量装置中的水平向传感器的结构示意图；
图5所示为根据本发明的实施例的六自由度位置和姿态测量装置中水平向传感器的成像元件上所成的图像；
图6所示为根据本发明的实施例1的六自由度位置和姿态测量装置中的垂向传感器的结构示意图；
图7所示为根据本发明的实施例1的垂向传感器的测量原理图；
图8所示为根据本发明的实施例1的六自由度位置和姿态测量装置中的垂向传感器中成像元件上的所成图像经处理后得到的图像；
图9所示为根据本发明的实施例2的六自由度位置和姿态测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
图3所示为根据本发明的工件六自由度位置和姿态测量装置的实施例1的结构示意图，该测量装置包括光源101，投影狭缝组件102，照明镜组103，第一分光镜（分光棱镜）104，大色差组件105，第二分光镜（分光棱镜）106，成像前组107，测量工件108，可见光滤波片109，成像后组110，面阵CCD111，红外滤波片112，第一探测镜组113，探测狭缝组件114，第二探测镜组115，棱镜组件116，第三探测镜组117，线阵CCD（LCCD）118。其中组件101~107为共用组件，其与组件109~111组成水平向测量传感器，同时，共用组件101~107与组件112~118组成垂向传感器。所述的水平向测量传感器使用可见光波段，垂向传感器使用红外波段，在测量上可同步进行测量，互不影响。
图4所示为上述装置中的水平向传感器的结构示意图，其中由光源101发出的光依次经过狭缝102、照明镜组103、第一分光镜（分光棱镜）104、大色差组件105、第二分光镜（分光棱镜）106和成像前组107后照射到工件108上，比如对准标记300上，经对准标记300反射后，反射光依次通过成像前组107、第二分光棱镜106、可见光滤波片109和成像后组110后，在面阵CCD111上生成标记图像，经过图像处理后可获得该对准标记的水平向位置。
图5所示为水平向传感器所测量的标记300在面阵CCD上所成的图像，工件上该标记部分为金属区域，反射率大于非标记区域，从而在CCD上成像后标记区域的灰度值大于非标记区域。通过模板匹配算法，可计算获得标记的水平向位置。
图6所示为垂向传感器的结构示意图，其中由光源101发出的光依次经过狭缝102、照明镜组103、第一分光棱镜104、大色差组件105、第二分光棱镜106和成像前组107后照射到工件108，工件108上的反射光依次经过成像前组107、第二分光棱镜106和大色差组件105形成具有大色差的光束，然后经过第一分光棱镜104和红外滤波片112形成红外光，再经过第一探测镜组112、探测狭缝组件114和第二探测镜组115形成平行光，经过棱镜组件116和第三探测镜组117后在LCCD118上成像。
图7所示为垂向传感器的测量原理示意图，由光源发出的多色光，通过镜组被分成不同波长的单色光，照射到工件上表面后，不同波长的单色光对应着不同的离焦量（可通过测校获得波长与离焦量的关系），然后通过工件反射，经过镜组和棱镜传输后在LCCD上成像，因不同波段的单色光在棱镜上的折射率不同，最后到达并成像在LCCD上的位置也不同。如图中所示，由于绿色光和红色光对应的工件离焦量不同，最后绿光与红光在LCCD上的成像位置不同。
图8所示为图7中的红光与绿光在LCCD上的成像示意图，其中横坐标为LCCD上像素的位置，对应着不同的光谱波段，纵坐标为灰度值，λ1对应绿光光谱，λ2对应红光光谱。该图表示绿光和红光通过棱镜后都能在LCCD上成像，但是当前工件放置于绿光焦点处，则绿光的强度大于红光，在CCD上表示为绿光的灰度值大于红光，因此绿光对应的离焦量为该垂向传感器的测量值。
实施例2
根据本发明的实施例2的测量装置的结构如图9所示，其与实施例1的区别在于调焦和对准传感器都使用白光光源，光路中没有滤波片装置，但是在对准传感器中有一个快门200，该装置一般情况下使用垂向传感器进行测量，当工件运动至标记位置时，则快门打开进行水平向测量。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
Claims (4)
1.一种用于光刻机的工件六自由度位置和姿态测量传感器装置，用于可同时对工件的垂向和水平向进行测量，其特征在于，包括光源，用于提供探测所述工件所需的光束；以及若干光学元件，用于将所述光束投射至所述工件上，并将所述工件上的反射光分别传送至第一光电探测器和第二光电探测器，所述第一光电探测器，用于探测所述工件的垂向度值；所述工件上设有对准标记，所述第二光电探测器，用于探测所述工件上对准标记的水平度值，所述若干光学元件至少包括一个分光镜、一套成像前组光学元件、一套成像后组光学元件和用于探测所述工件的水平度值的所述第二光电探测器，在分光镜与成像后组光学元件之间设有一个快门，所述快门仅在所述工件运动至标记位置时打开，所述第二光电探测器探测所述工件上对准标记的水平度值。
2.根据权利要求1所述的用于光刻机的工件六自由度位置和姿态测量传感器装置，其特征在于，所述第一光电探测器为线阵探测器或者共焦探测器，所述第二光电探测器为面阵探测器或者二维阵列探测光谱仪。
3.根据权利要求1所述的用于光刻机的工件六自由度位置和姿态测量传感器装置，其特征在于，所述若干光学元件至少包括一个分光镜、一个棱镜组件、二个透镜和用于探测所述工件的垂向度值的所述第一光电探测器。
4.根据权利要求1所述的用于光刻机的工件六自由度位置和姿态测量传感器装置，其特征在于，所述若干光学元件包括投影狭缝组件、照明镜组、第一分光镜、大色差组件、第二分光镜、成像前组、可见光滤波片、成像后组、水平向成像元件、红外滤波片、第一探测镜组、探测狭缝组件、第二探测镜组、棱镜组件、第三探测镜组和垂向成像元件，所述光源、所述投影狭缝组件、所述照明镜组、所述第一分光镜、所述大色差组件、所述第二分光镜和成像前组为共用组件；所述共用组件与所述可见光滤波片、所述成像后组、所述水平向成像元件和所述第二光电探测器组成水平向测量传感器测量单元；所述共用组件与所述红外滤波片、所述第一探测镜组、所述探测狭缝组件、所述第二探测镜组、所述棱镜组件、所述第三探测镜组、所述垂向成像元件和所述第一光电探测器组成垂向传感器测量单元。
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