[發(fā)明專利]回射式光柵尺測(cè)量系統(tǒng)及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410114025.4
• 申請(qǐng)日: 2014-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN104949616A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳萍;張志平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時(shí)云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種回射式光柵尺測(cè)量系統(tǒng)及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

納米測(cè)量技術(shù)是納米加工、納米操控、納米材料等領(lǐng)域的基礎(chǔ)。而IC產(chǎn)業(yè)、精密機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)等都需要高分辨率、高精度的位移傳感器，以達(dá)到納米精度定位。

隨著集成電路朝大規(guī)模、高集成度的方向飛躍發(fā)展，光刻機(jī)的套刻精度要求也越來越高，與之相應(yīng)地，獲取工件臺(tái)、掩模臺(tái)的六自由度位置信息的精度也隨之提高。

干涉儀有較高的測(cè)量精度，可達(dá)納米量級(jí)，在光刻系統(tǒng)中，被運(yùn)用于測(cè)量工件臺(tái)、掩模臺(tái)的位置。然而，目前干涉儀的測(cè)量精度幾乎達(dá)到極限，同時(shí)干涉儀測(cè)量精度受周圍環(huán)境影響較大，測(cè)量重復(fù)精度不高（即便環(huán)境很好，也會(huì)超過1nm），傳統(tǒng)干涉儀測(cè)量系統(tǒng)很難滿足進(jìn)一步提高套刻精度的要求。所以高精度、高穩(wěn)定性的皮米測(cè)量方案迫切需要。

光柵尺測(cè)量系統(tǒng)在工作中受環(huán)境影響較小，有較好的重復(fù)精度，在新一代光刻系統(tǒng)中已開始逐漸取代干涉儀，承擔(dān)高精度、高穩(wěn)定性皮米精度測(cè)量任務(wù)。

例如，一種方式是以littrow（利特羅）角度θ入射光柵的測(cè)量系統(tǒng)，可同時(shí)獲得水平方向和垂直方向的二維位置數(shù)據(jù)，所述的littrow角度其中，λ為入射光源的波長(zhǎng)；k為光柵間距。當(dāng)在運(yùn)動(dòng)臺(tái)上合理布局多個(gè)測(cè)量探頭時(shí)，即可獲取運(yùn)動(dòng)臺(tái)六自由度（X、Y、Z、Rx、Ry、Rz）數(shù)據(jù)。

另一種方式，也是利用光柵尺實(shí)現(xiàn)測(cè)量，它采用非littrow角入射光柵，角錐棱鏡返回衍射光束后獲取水平方向和垂直方向的二維位置數(shù)據(jù)。但采用角錐棱鏡的結(jié)構(gòu)，會(huì)限制光柵尺垂直方向（Z）的測(cè)量范圍，使垂直方向的測(cè)量范圍限制在幾個(gè)毫米之內(nèi)，該方案無法滿足大垂向測(cè)量范圍的應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種回射式光柵尺測(cè)量系統(tǒng)及其應(yīng)用，以解決現(xiàn)有的光柵尺測(cè)量系統(tǒng)無法滿足大垂向測(cè)量范圍的應(yīng)用需求的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種回射式光柵尺測(cè)量系統(tǒng)，包括光柵尺測(cè)量探頭和光柵，其中，所述光柵尺測(cè)量探頭包括光源、信號(hào)輸出單元、測(cè)量單元和回射單元，所述光源發(fā)出的光束入射至所述測(cè)量單元，從所述測(cè)量單元出射后以非利特羅角度入射至所述光柵上，經(jīng)光柵衍射后的光束入射至所述回射單元，經(jīng)所述回射單元回射的光束沿入射光方向原路返回所述光柵上，在光柵上發(fā)生第二次衍射后原路返回至所述測(cè)量單元，經(jīng)所述測(cè)量單元作用后，入射至所述信號(hào)輸出單元，從所述信號(hào)輸出單元輸出測(cè)量信號(hào)。

較佳地，所述回射單元為反射鏡、反射光柵、或者透射光柵與反射鏡的組合。

較佳地，所述光源為激光光源。

較佳地，所述激光光源為單頻激光光源或雙頻激光光源。

較佳地，所述光源還包括傳輸光纖和準(zhǔn)直器，所述激光光源發(fā)出的激光束通過所述傳輸光纖遠(yuǎn)程連接至所述準(zhǔn)直器，光束經(jīng)所述準(zhǔn)直器處理入射至所述測(cè)量單元。

較佳地，所述測(cè)量單元包括偏振分光棱鏡、第一四分之一波片、第二反射鏡、角錐棱鏡和第二四分之一波片，所述光源發(fā)出的光束入射至所述偏振分光棱鏡，在所述偏振分光棱鏡的分光面進(jìn)行分光，一部分光束經(jīng)所述第一四分之一波片后入射至所述第二反射鏡，被所述第二反射鏡反射，并再次經(jīng)過所述第一四分之一波片后從所述偏振分光棱鏡的分光面透射至所述角錐棱鏡，經(jīng)所述角錐棱鏡的反射后再次通過所述分光面透射，并依次入射至所述第一四分之一波片和第二反射鏡，被第二反射鏡反射的光束再次經(jīng)過四分之一波片后在分光面發(fā)生反射，進(jìn)入所述信號(hào)輸出單元，作為參考光束；另一部分光束從所述偏振分光棱鏡的分光面透射，經(jīng)第二四分之一波片后以入射角α入射至所述光柵上，并以β角發(fā)生衍射，衍射光束入射至所述回射單元，經(jīng)所述回射單元的回射按原路返回至所述光柵，并沿α角返回測(cè)量單元，再次經(jīng)過所述第二四分之一波片后經(jīng)所述分光面進(jìn)行反射，經(jīng)所述角錐棱鏡再次反射，在所述分光面反射后再次入射至光柵，經(jīng)所述回射單元后原路返回至所述測(cè)量單元，最終從所述分光面透射，入射至所述信號(hào)輸出單元，作為測(cè)量光束。

較佳地，所述信號(hào)輸出單元根據(jù)所述測(cè)量光束與所述參考光束得到干涉條紋數(shù)，并計(jì)算出光柵相對(duì)于所述光柵尺測(cè)量探頭的位移信息。

較佳地，所述信號(hào)輸出單元為探測(cè)器。

較佳地，所述探測(cè)器采用單一探測(cè)器或四象限探測(cè)器。

較佳地，所述探測(cè)器還包括耦合器和探測(cè)光纖，從所述測(cè)量單元輸出的帶有位移信息的信號(hào)光由所述耦合器耦合至所述探測(cè)光纖，并通過所述探測(cè)光纖傳輸至所述探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)。