[發明專利]一種二維光柵測量系統

有效

• 申請號: 201510856579.6
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN106813578B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 張志平;吳萍
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備（集團）股份有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

本發明提出一種二維光柵測量系統，利用四個角錐鏡，采用垂直入射和傾斜入射兩種方式相結合，垂直入射的+1級衍射光和?1級衍射光進行干涉，傾斜入射的+1級衍射光和?1級衍射光進行干涉，根據這兩路干涉信號獲取被測光柵的二維位移信號。當在運動臺上合理布局多個測量探頭時，即可獲取運動臺高精度、高穩定性六自由度數據。本專利公布的光柵讀頭，具有體積小，結構簡單，可進行二維測量等特點。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造領域，且特別涉及一種二維光柵測量系統。

背景技術

納米測量技術是納米加工、納米操控、納米材料等領域的基礎。IC產業、精密機械、微機電系統等都需要高分辨率、高精度的位移傳感器，以達到納米精度定位。

隨著集成電路朝大規模、高集成度的方向飛躍發展，光刻機的套刻精度要求也越來越高，與之相應地，獲取工件臺、掩模臺的六自由度位置信息的精度也隨之提高。

干涉儀有較高的測量精度，可達納米量級，在光刻系統中，被運用于測量工件臺、掩模臺的位置。然而，目前干涉儀的測量精度幾乎達到極限，同時干涉儀測量精度受周圍環境影響較大，測量重復精度不高(即便環境很好，也會超過1nm)，傳統干涉儀測量系統很難滿足進一步提高套刻精度的要求。所以高精度、高穩定性的皮米測量方案迫切需要。

光柵尺測量系統在工作中受環境影響較小，有較好的重復精度，在新一代光刻系統中已開始逐漸取代干涉儀，承擔高精度、高穩定性皮米精度測量任務。

專利CN102906545A公布了一種光柵尺測量系統，它實際上是采用干涉儀的結構，只是將被測對象由傳統干涉儀被測反射鏡替換成了被測光柵，通過偏振分光棱鏡、角錐棱鏡、波片等元器件構成的光柵尺讀頭，采用垂直入射的方式，利用+1級衍射光和參考光產生干涉，同時利用-1級衍射光和參考光產生干涉，根據這兩路干涉信號可進行一維測量也可進行二維測量，但該結構由于采用了偏振分光棱鏡進行分光和合光，導致體積相對比較大。專利US4970388公布了一種八倍光學細分的光柵讀頭，采用垂直入射的方式，利用+1級衍射光和-1級衍射光進行干涉，并通回射器使光束在光柵表面產生二次衍射，進而提高光學細分，不過該結構只能進行一維測量。專利US5120132的光柵讀頭結構和US4970388比較類似，進行了簡化，也是利用+1級衍射光和-1級衍射光進行干涉，為四倍光學細分，它的不足之處也是只能進行一維測量。

發明內容

本發明提出一種二維光柵測量系統，具有體積小，結構簡單，可進行二維測量等特點。

為了達到上述目的，本發明提出一種二維光柵測量系統，包括：

光源，用于發出測量光束；

參考光柵，設置于所述光源發出的測量光束路徑上，所述測量光束經過參考光柵衍射成零級光、+1級衍射光和-1級衍射光；

被測光柵，與所述參考光柵平行設置，所述零級光垂直入射所述被測光柵并產生零級光衍射光束，所述+1級衍射光和-1級衍射光入射被測光柵分別產生衍射光束；

第一角錐棱鏡和第二角錐棱鏡，分別設置于所述零級光衍射光束路徑上，其產生偏移光束后再次入射至被測光柵并產生零級光偏移衍射光；

第一探測器，設置于所述零級光偏移衍射光路徑上；

第三角錐棱鏡和第四角錐棱鏡，分別設置于所述+1級衍射光和-1級衍射光入射被測光柵產生的衍射光束路徑上，其產生偏移光束后垂直入射至所述被測光柵后再次產生衍射，所述衍射光束入射至參考光柵產生衍射，分別形成+1級偏移衍射光和-1級偏移衍射光；

第二探測器，設置于所述+1級偏移衍射光和-1級偏移衍射光路徑上。