应用于光刻系统工作台的位移测量光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于光刻系统工作台的位移测量光学系统，第一差频干涉装置用于产生中心波长为第一波长值的差频相干光，分别向第一反射镜和第二反射镜发射两频率成分光，并接收两束光返回后汇合形成的干涉光；第二差频干涉装置用于产生中心波长为第二波长值的差频相干光，分别向第一反射镜和第二反射镜发射两频率成分光，并接收两束光返回后汇合形成的干涉光；第一反射镜位置固定，第二反射镜可随工作台移动，信号处理装置根据两差频干涉装置记录的干涉图像计算消除环境因素扰动后的第二反射镜的位移。本位移测量光学系统利用两种光源波长光基于光学干涉法实现位移测量，将环境因素的影响补偿在整个位移区域中，相比于现有技术可提高测量精度。

Displacement measuring optical system applied to lithography system worktable

The invention discloses a displacement measurement optical system used in a lithography system workbench. The first difference frequency interference device is used to produce a differential coherent light with a central wavelength of a first wave length, transmitting two frequency components light to the first mirror and the second reflector respectively, and receiving the interference light formed after the return of two beams of light; The two differential frequency interference device is used to produce a differential coherent light with a central wavelength of second wavelengths, transmitting two frequency components to the first mirror and the second reflector, and receiving the interference light formed by the return of two beams of light. The first mirror position is fixed, and the second mirror can be moved with the worktable, and the signal processing device root is available. According to the interference image recorded by the two difference frequency interferometer, the displacement of the second mirror after the disturbance of environmental factors is calculated. The standard shift measurement optical system uses two light source wavelengths to measure the displacement based on the optical interference method. The influence of environmental factors is compensated in the whole displacement area. Compared with the existing technology, the measurement accuracy can be improved.

【技术实现步骤摘要】
应用于光刻系统工作台的位移测量光学系统
本专利技术涉及光学测量
，特别是涉及一种应用于光刻系统工作台的位移测量光学系统。
技术介绍
目前，在光刻系统中应用的纳米级的长行程二维工作台，对其位移测量应用较多的是光栅位移测量和差频激光干涉位移测量，但是在长行程位移测量中，要求光栅线数高、长度大，此类光栅刻制困难，存在测量分辨率与量程不能兼顾的矛盾，而且测量精度与光栅的刻制精度有直接的关系，受光栅加工工艺的影响较大。相比而言，基于差频激光干涉的位移测量具有高分辨率、高精度、高测速、长行程以及多通道等显著特点，可以说是纳米级的长行程二维工作台位移测量的最佳选择。然而，激光干涉位移测量系统对环境条件要求高，测量过程中环境因素对测量有相当大的影响。现有技术中，使用温度传感器、气压传感器、湿度传感器来探测测量环境中的相应参数，结合这些环境参数计算出折射率和波长值，再与系统测得的信号并行输入到信号处理系统中，进行空气折射率补偿，通过该补偿方法可以有效提高测量精度。然而由于测量仪器和方法的限制，对于长行程并且是运动的工作台来说，无法准确探测整个位移区域的环境参数，无法实现对环境影响的精确补偿。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供一种应用于光刻系统工作台的位移测量光学系统，用于测量工作台的位移，利用两种光源波长光基于光学干涉法实现位移测量，将环境因素的影响补偿在整个位移区域中，可提高测量精度。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种应用于光刻系统工作台的位移测量光学系统，包括第一差频干涉装置、第二差频干涉装置、第一反射镜、第二反射镜和信号处理装置；所述第一反射镜的位置固定，所述第二反射镜与工作台连接，可随工作台移动；所述第一差频干涉装置用于产生中心波长为第一波长值的差频相干光，分别向所述第一反射镜和所述第二反射镜发射两频率成分光，并接收两束光返回后汇合形成的干涉光；所述第二差频干涉装置用于产生中心波长为第二波长值的差频相干光，分别向所述第一反射镜和所述第二反射镜发射两频率成分光，并接收两束光返回后汇合形成的干涉光；所述信号处理装置用于根据所述第一差频干涉装置记录的干涉图像计算得到以第一波长值描述的第一光程位移量，根据所述第二差频干涉装置记录的干涉图像计算得到以第二波长值描述的第二光程位移量，并根据第一光程位移量和第二光程位移量计算消除环境因素扰动的所述第二反射镜的位移。可选地，还包括第三反射镜；所述第三反射镜固定在曝光系统上；所述第一差频干涉装置还用于分别向所述第一反射镜和所述第三反射镜发射中心波长为第一波长值的两频率成分光，其中向所述第三反射镜发射出与向所述第二反射镜发射的相同频率成分光，并接收两束光返回后汇合形成的干涉光；所述第二差频干涉装置还用于分别向所述第一反射镜和所述第三反射镜发射中心波长为第二波长值的两频率成分光，其中向所述第三反射镜发射出与发射至所述第二反射镜的相同频率成分光，并接收两束光返回后汇合形成的干涉光；所述信号处理装置还用于根据所述第一差频干涉装置记录的干涉图像计算得到以第一波长值描述的第三光程位移量，根据所述第二差频干涉装置记录的干涉图像计算得到以第二波长值描述的第四光程位移量，并根据所述第三反射镜的实际位移、所述第三光程位移量和所述第四光程位移量，计算消除环境因素扰动、光源稳定性扰动以及所述曝光系统由于热膨胀产生扰动的所述第二反射镜的位移。可选地，还包括光学镜：所述第一差频干涉装置的光出射方向与所述第二差频干涉装置的光出射方向垂直，所述光学镜位于所述第一差频干涉装置和所述第二差频干涉装置的出射光束相交处，用于将中心波长为第一波长值的光透过，将中心波长为第二波长值的光反射出。可选地，所述第一差频干涉装置包括：第一光源，用于产生中心波长为第一波长值的差频相干光；第一偏振分光棱镜，用于将第一光源产生的差频相干光的两频率成分光分别入射到第一反射镜和第二反射镜，并将由第一反射镜和第二反射镜返回的光汇合；第一光接收器，与所述信号处理装置相连，用于接收由所述第一偏振分光棱镜传播出的汇合干涉光；所述第二差频干涉装置包括：第二光源，用于产生中心波长为第二波长值的差频相干光；第二偏振分光棱镜，用于将第二光源产生的差频相干光的两频率成分光分别入射到第一反射镜和第二反射镜，并将由第一反射镜和第二反射镜返回的光汇合；第二光接收器，与所述信号处理装置相连，用于接收由所述第二偏振分光棱镜传播出的汇合干涉光。可选地，在所述第一差频干涉装置与所述第一反射镜之间光路上、以及在所述第一差频干涉装置与所述第二反射镜之间光路上均设置有四分之一波片；在所述第二差频干涉装置与所述第一反射镜之间光路上、以及在所述第二差频干涉装置与所述第二反射镜之间光路上均设置有四分之一波片。可选地，所述第一差频干涉装置包括：第一光源，用于产生中心波长为第一波长值的差频相干光；第一分光镜，设置在所述第一光源和第一偏振分光棱镜之间光路上，用于将所述第一光源发出光分成传播方向平行的两束光，入射到所述第一偏振分光棱镜；所述第一偏振分光棱镜，用于将入射的一束差频相干光的两频率成分光分别入射到第一反射镜和第二反射镜，并将由第一反射镜和第二反射镜返回光汇合，将入射的另一束差频相干光的两频率成分光分别入射到第一反射镜和第三反射镜，并将由第一反射镜和第三反射镜返回光汇合；第一光接收器，与所述信号处理装置相连，用于接收由所述第一偏振分光棱镜传播出的、由所述第一反射镜返回光和所述第二反射镜返回光汇合的干涉光；第三光接收器，与所述信号处理装置相连，用于接收由所述第一偏振分光棱镜传播出的、由所述第一反射镜返回光和所述第三反射镜返回光汇合的干涉光；所述第二差频干涉装置包括：第二光源，用于产生中心波长为第二波长值的差频相干光；第二分光镜，设置在所述第二光源和第二偏振分光棱镜之间光路上，用于将所述第二光源发出光分成传播方向平行的两束光，入射到所述第二偏振分光棱镜；所述第二偏振分光棱镜，用于将入射的一束差频相干光的两频率成分光分别入射到第一反射镜和第二反射镜，并将由第一反射镜和第二反射镜返回光汇合，将入射的另一束差频相干光的两频率成分光分别入射到第一反射镜和第三反射镜，并将由第一反射镜返回光和第三反射镜返回光汇合；第二光接收器，与所述信号处理装置相连，用于接收由所述第二偏振分光棱镜传播出的、由所述第一反射镜返回光和所述第二反射镜返回光汇合的干涉光；第四光接收器，与所述信号处理装置相连，用于接收由所述第二偏振分光棱镜传播出的、由所述第一反射镜返回光和所述第三反射镜返回光汇合的干涉光。可选地，在所述第一差频干涉装置与所述第一反射镜之间光路上、在所述第一差频干涉装置与所述第二反射镜之间光路上、以及在所述第一差频干涉装置与所述第三反射镜之间光路上均设置有四分之一波片；在所述第二差频干涉装置与所述第一反射镜之间光路上、在所述第二差频干涉装置与所述第二反射镜之间光路上、以及在所述第二差频干涉装置与所述第三反射镜之间光路上均设置有四分之一波片。可选地，光源包括激光源、声光调制器、第一分光镜、第二分光镜、反射镜、二分之一波片和偏振分光镜；所述激光源用于发出激光；所述声光调制器用于将激光分成频率未变的一路光入射到所述第一分光镜，以及产生频移的另一路光入射到所述第二分光镜；所述第二分光镜、所述反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于光刻系统工作台的位移测量光学系统，其特征在于，包括第一差频干涉装置、第二差频干涉装置、第一反射镜、第二反射镜和信号处理装置；所述第一反射镜的位置固定，所述第二反射镜与工作台连接，可随工作台移动；所述第一差频干涉装置用于产生中心波长为第一波长值的差频相干光，分别向所述第一反射镜和所述第二反射镜发射两频率成分光，并接收两束光返回后汇合形成的干涉光；所述第二差频干涉装置用于产生中心波长为第二波长值的差频相干光，分别向所述第一反射镜和所述第二反射镜发射两频率成分光，并接收两束光返回后汇合形成的干涉光；所述信号处理装置用于根据所述第一差频干涉装置记录的干涉图像计算得到以第一波长值描述的第一光程位移量，根据所述第二差频干涉装置记录的干涉图像计算得到以第二波长值描述的第二光程位移量，并根据第一光程位移量和第二光程位移量计算消除环境因素扰动的所述第二反射镜的位移。

【技术特征摘要】
1.一种应用于光刻系统工作台的位移测量光学系统，其特征在于，包括第一差频干涉装置、第二差频干涉装置、第一反射镜、第二反射镜和信号处理装置；所述第一反射镜的位置固定，所述第二反射镜与工作台连接，可随工作台移动；所述第一差频干涉装置用于产生中心波长为第一波长值的差频相干光，分别向所述第一反射镜和所述第二反射镜发射两频率成分光，并接收两束光返回后汇合形成的干涉光；所述第二差频干涉装置用于产生中心波长为第二波长值的差频相干光，分别向所述第一反射镜和所述第二反射镜发射两频率成分光，并接收两束光返回后汇合形成的干涉光；所述信号处理装置用于根据所述第一差频干涉装置记录的干涉图像计算得到以第一波长值描述的第一光程位移量，根据所述第二差频干涉装置记录的干涉图像计算得到以第二波长值描述的第二光程位移量，并根据第一光程位移量和第二光程位移量计算消除环境因素扰动的所述第二反射镜的位移。2.根据权利要求1所述的应用于光刻系统工作台的位移测量光学系统，其特征在于，还包括第三反射镜；所述第三反射镜固定在曝光系统上；所述第一差频干涉装置还用于分别向所述第一反射镜和所述第三反射镜发射中心波长为第一波长值的两频率成分光，其中向所述第三反射镜发射出与向所述第二反射镜发射的相同频率成分光，并接收两束光返回后汇合形成的干涉光；所述第二差频干涉装置还用于分别向所述第一反射镜和所述第三反射镜发射中心波长为第二波长值的两频率成分光，其中向所述第三反射镜发射出与发射至所述第二反射镜的相同频率成分光，并接收两束光返回后汇合形成的干涉光；所述信号处理装置还用于根据所述第一差频干涉装置记录的干涉图像计算得到以第一波长值描述的第三光程位移量，根据所述第二差频干涉装置记录的干涉图像计算得到以第二波长值描述的第四光程位移量，并根据所述第三反射镜的实际位移、所述第三光程位移量和所述第四光程位移量，计算消除环境因素扰动、光源稳定性扰动以及所述曝光系统由于热膨胀产生扰动的所述第二反射镜的位移。3.根据权利要求1或2所述的应用于光刻系统工作台的位移测量光学系统，其特征在于，还包括光学镜：所述第一差频干涉装置的光出射方向与所述第二差频干涉装置的光出射方向垂直，所述光学镜位于所述第一差频干涉装置和所述第二差频干涉装置的出射光束相交处，用于将中心波长为第一波长值的光透过，将中心波长为第二波长值的光反射出。4.根据权利要求1所述的应用于光刻系统工作台的位移测量光学系统，其特征在于，所述第一差频干涉装置包括：第一光源，用于产生中心波长为第一波长值的差频相干光；第一偏振分光棱镜，用于将第一光源产生的差频相干光的两频率成分光分别入射到第一反射镜和第二反射镜，并将由第一反射镜和第二反射镜返回的光汇合；第一光接收器，与所述信号处理装置相连，用于接收由所述第一偏振分光棱镜传播出的汇合干涉光；所述第二差频干涉装置包括：第二光源，用于产生中心波长为第二波长值的差频相干光；第二偏振分光棱镜，用于将第二光源产生的差频相干光的两频率成分光分别入射到第一反射镜和第二反射镜，并将由第一反射镜和第二反射镜返回的光汇合；第二光接收器，与所述信号处理装置相连，用于接收由所述第二偏振分光棱镜传播出的汇合干涉光。5.根据权利要求4所述的应用于光刻系统工作台的位移测量光学系统，其特征在于，在所述第一差频干涉装置与所述第一反射镜之间光路上、以及在所述第一差频干涉装置与所述第二反射镜之间光路上均设置有四分之一波片；在所述第二差频干涉装置与所述第一反射镜之间光路上、以及在所述第二差频干涉装置与所述第二反射镜之间光路上均设置有四分之...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文昊，刘兆武，巴音贺希格，李晓天，宋莹，姜珊，王玮，吕强，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22