[发明专利]光栅测量装置

说明书

本发明公开了一种光栅测量装置，包括：光源模块，用于产生频率不同的两束光束；光栅；信号处理模块以及光栅测量探头，包括双频入光模块、水平向探测模块、参考探测模块及两个对称设置的回射器，双频入光模块用于接收两束光束并将其投射到光栅表面和参考探测模块，两束光束投射到参考探测模块发生干涉形成参考干涉信号，两束光束在光栅表面发生衍射，衍射光分别投射至对应的回射器，经回射器回射到光栅表面发生二次衍射，二次衍射光汇聚投射到水平向探测模块发生干涉形成水平向位移干涉信号；信号处理模块探测水平向位移干涉信号和所述参考干涉信号，并计算光栅的水平向位移。本发明可以针对同一测量点，实现水平面X、Y方向的二维同时探测。

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种光栅测量装置。

背景技术

纳米测量技术是纳米加工、纳米操控、纳米材料等领域的基础。IC产业、精密机械、微机电系统等都需要高分辨率、高精度的位移传感器，以达到纳米精度定位。随着集成电路朝大规模、高集成度的方向飞跃发展，光刻机的套刻精度要求也越来越高，与之相应地，获取工件台、掩模台的六自由度位置信息的精度也随之提高。

干涉仪有较高的测量精度，可达纳米量级，在光刻系统中，被运用于测量工件台、掩模台的位置。然而，目前干涉仪的测量精度几乎达到极限，同时干涉仪测量精度受周围环境影响较大，测量重复精度不高，即便环境很好，误差也会超过1nm，因此，传统干涉仪测量系统很难满足进一步提高套刻精度的要求，所以高精度、高稳定性的皮米测量方案迫切需要。

光栅测量系统在工作中受环境影响较小，有较好的重复精度，在新一代光刻系统中已开始逐渐取代干涉仪，承担高精度、高稳定性皮米精度测量任务。公开号为US7389595的美国专利提出了一种基于光纤传输的二维光栅测量系统，光源和探测信号光均采用光纤传输。该专利方案中，光源为半导体激光器，采用零差探测方式测量光栅与读头之间的位移。然而零差探测的方式抗干扰能力较弱，位置数据容易受到外界杂散光、电磁场及振动干扰的影响。申请号为CN201210449244的中国专利提出了一种双频外差光栅测量系统，该系统可以有效提高测量精度。但其只有探测信号通过光纤传输，激光光源与光栅读头放在一起，体积大，不适用于空间紧凑的使用场景；另外，当光栅相对于读头之间有Rx、Ry角度偏转时，测量系统干涉性能会降低，导致测量系统失效，该发明中光栅与读头的装调难度太大，安装使用不方便。

公开号为US8300233B2的美国专利提出了一种光栅尺测量系统，它采用光束垂直入射光栅，角锥棱镜返回衍射光束后获取水平方向和垂直方向的二维位置数据。由于水平向测量时，X方向的测量点和Y方向测量点的位置不同，导致测量误差较大，且光栅尺所需的通光面尺寸大，成本高。

发明内容

本发明提供一种光栅测量装置，以实现对光栅的水平向位移测量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光栅测量装置，包括：光源模块，用于产生频率不同的两束光束；光栅；信号处理模块；以及光栅测量探头，包括双频入光模块、水平向探测模块、参考探测模块及两个对称设置的回射器，其中，所述双频入光模块用于接收所述两束光束，并将所述两束光束投射到所述光栅表面和参考探测模块，所述两束光束投射到所述参考探测模块发生干涉形成参考干涉信号，所述两束光束在所述光栅表面发生衍射，衍射光分别投射至对应的回射器，经所述回射器回射到所述光栅表面发生二次衍射，两束二次衍射光汇聚投射到所述水平向探测模块发生干涉形成水平向位移干涉信号；所述信号处理模块探测所述水平向位移干涉信号和所述参考干涉信号，并计算所述光栅的水平向位移。

作为优选，所述光栅测量探头还包括：垂向测量模块和垂向探测模块，经所述双频入光模块出射的两束光束中的一束光束经所述垂向测量模块投射至所述光栅表面，经所述光栅表面衍射的衍射光与所述两束光束中的另一束光束投射至所述垂向探测模块发生干涉形成垂向位移干涉信号，所述信号处理模块接收所述垂向位移干涉信号，并结合所述参考干涉信号计算所述光栅的垂向位移。

作为优选，所述回射器可选角锥棱镜。