[发明专利]一种二维光栅测量系统

说明书

本发明提出一种二维光栅测量系统，利用四个角锥镜，采用垂直入射和倾斜入射两种方式相结合，垂直入射的+1级衍射光和‑1级衍射光进行干涉，倾斜入射的+1级衍射光和‑1级衍射光进行干涉，根据这两路干涉信号获取被测光栅的二维位移信号。当在运动台上合理布局多个测量探头时，即可获取运动台高精度、高稳定性六自由度数据。本专利公布的光栅读头，具有体积小，结构简单，可进行二维测量等特点。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，且特别涉及一种二维光栅测量系统。

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，也会超过1nm)，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。

光栅尺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。

专利CN102906545A公布了一种光栅尺测量系统，它实际上是采用干涉仪的结构，只是将被测对象由传统干涉仪被测反射镜替换成了被测光栅，通过偏振分光棱镜、角锥棱镜、波片等元器件构成的光栅尺读头，采用垂直入射的方式，利用+1级衍射光和参考光产生干涉，同时利用-1级衍射光和参考光产生干涉，根据这两路干涉信号可进行一维测量也可进行二维测量，但该结构由于采用了偏振分光棱镜进行分光和合光，导致体积相对比较大。专利US4970388公布了一种八倍光学细分的光栅读头，采用垂直入射的方式，利用+1级衍射光和-1级衍射光进行干涉，并通回射器使光束在光栅表面产生二次衍射，进而提高光学细分，不过该结构只能进行一维测量。专利US5120132的光栅读头结构和US4970388比较类似，进行了简化，也是利用+1级衍射光和-1级衍射光进行干涉，为四倍光学细分，它的不足之处也是只能进行一维测量。

发明内容

本发明提出一种二维光栅测量系统，具有体积小，结构简单，可进行二维测量等特点。

为了达到上述目的，本发明提出一种二维光栅测量系统，包括：

光源，用于发出测量光束；

参考光栅，设置于所述光源发出的测量光束路径上，所述测量光束经过参考光栅衍射成零级光、+1级衍射光和-1级衍射光；

被测光栅，与所述参考光栅平行设置，所述零级光垂直入射所述被测光栅并产生零级光衍射光束，所述+1级衍射光和-1级衍射光入射被测光栅分别产生衍射光束；

第一角锥棱镜和第二角锥棱镜，分别设置于所述零级光衍射光束路径上，其产生偏移光束后再次入射至被测光栅并产生零级光偏移衍射光；

第一探测器，设置于所述零级光偏移衍射光路径上；

第三角锥棱镜和第四角锥棱镜，分别设置于所述+1级衍射光和-1级衍射光入射被测光栅产生的衍射光束路径上，其产生偏移光束后垂直入射至所述被测光栅后再次产生衍射，所述衍射光束入射至参考光栅产生衍射，分别形成+1级偏移衍射光和-1级偏移衍射光；

第二探测器，设置于所述+1级偏移衍射光和-1级偏移衍射光路径上。