双频光栅测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双频光栅测量装置，包括：光源模块，用于产生频率不同的两束光束；光栅；第一探测器；第二探测器；以及光栅测量探头，与所述光源模块和探测器连接，所述光栅测量探头从所述光源模块接收所述两束光束，对所述两束光束进行分光，使两束光束的一部分平行入射至所述光栅，经所述光栅衍射后传送至所述第一探测器，另一部分传送至所述第二探测器。本发明专利技术具有抗干扰能力强、测量精度高、重复测量精度高、无非线性误差影响、结构简单和安装使用便捷的特点，极其适用于高稳定性要求的皮米精度二维测量领域。

【技术实现步骤摘要】
双频光栅测量装置
本专利技术涉及集成电路制造领域，特别涉及一种双频光栅测量装置。
技术介绍
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，该专利技术中光栅与读头的装调难度太大，安装使用不方便。
技术实现思路
本专利技术提供一种双频光栅测量装置，可以实现高精度、高稳定性皮米精度测量任务，并且结构简单、安装使用便捷。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种双频光栅测量装置，包括：光源模块，用于产生频率不同的两束光束；光栅；第一探测器；第二探测器；以及光栅测量探头，与所述光源模块和探测器连接，所述光栅测量探头从所述光源模块接收所述两束光束，对所述两束光束进行分光，使两束光束的一部分平行入射至所述光栅，经所述光栅衍射后传送至所述第一探测器，另一部分传送至所述第二探测器。作为优选，所述光源模块包括激光器、分光器、第一频移器和第二频移器；所述激光器发出的光束经所述分光器分光后分别进入第一频移器和第二频移器产生所述频率不同的两束光束传送至所述光栅测量探头。作为优选，所述光源模块还包括耦合器，所述两束光束经过所述耦合器后传送至所述光栅测量探头。作为优选，所述光栅测量探头包括：第一分光镜、第一角锥棱镜、第二分光镜、第二角锥棱镜、反光镜及分光片；所述两束光束分为第一光束和第二光束；所述第一光束入射至所述第一分光镜，经所述第一分光镜分光后，一部分光束入射至所述光栅，经所述光栅衍射的-1级衍射光入射至所述第一角锥棱镜后再次反射至所述光栅，再经所述光栅衍射后传送至所述第一探测器，另一部分光束经所述反射镜反射至所述分光片；所述第二光束入射至所述第二分光镜，经所述第二分光镜后，一部分光束入射至所述光栅，经所述光栅衍射的+1级衍射光入射至所述第二角锥棱镜后再次反射至所述光栅，再经所述光栅衍射后传送至所述第一探测器，另一部分光束在所述分光片处与所述第一光束的另一部分光束合并后传送至所述第二探测器。作为优选，所述光栅测量探头还包括第一准直器、第二准直器，所述第一光束经所述第一准直器后入射至第一分光镜，所述第二光束经所述第二准直器后入射至第二分光镜。作为优选，所述光栅测量探头还包括角度调整装置，所述角度调整装置设置在所述第一准直器与第一分光镜之间或设置在所述第二准直器与第二分光镜之间。作为优选，所述角度调整装置为楔角片或机械角度调整装置。作为优选，所述角度调整装置为楔角片或机械角度调整装置。作为优选，所述光栅为一维反射光栅或者二维反射光栅。作为优选，所述光栅为一维反射光栅时，所述每组反射棱镜的数目为1个，所述光栅为二维反射光栅时，每组反射棱镜的数目为2个。作为优选，所述光栅测量探头与所述光源模块和探测器均通过光纤连接。作为优选，所述远程耦合器与探测器之间采用多模光纤连接，所述光源模块与光栅测量探头之间的光栅为保偏光纤或者单模光纤。与现有技术相比，本专利技术利用两个频率不同的光束分别入射光栅，并对重合的衍射光进行双频干涉探测，且全程利用光纤传输，具有抗干扰能力强、测量精度高、重复测量精度高、无非线性误差影响、结构简单和安装使用便捷的特点，极其适用于高稳定性要求的皮米精度二维测量领域。附图说明图1为本专利技术实施例1中双频一维光栅测量装置的原理图；图2为本专利技术实施例2中双频二维光栅测量装置的布局示意图；图3为本专利技术实施例2中二维光栅上的测量光斑分布示意图。图中所示：100-光栅测量探头、101-第一角锥棱镜、102-第二角锥棱镜、103-第一准直器、104-第二准直器、105-楔角片对、106-第一远程耦合器、107-第二远程耦合器；111-第一保偏光纤、112-第二保偏光纤、113-第一多模光纤、114-第二多模光纤、115-第一分光镜、116-反光镜、117-分光片、118-第二分光镜；121、123、125-光束；122--1级衍射光；124-+1级衍射光；200-光栅；300-光源模块、301-激光器、302-隔离器、303-分束镜、304-反射镜、305-第一频移器、306-第二频移器、307-第一耦合器、308-第二耦合器；401～408-光束；421～424-角锥棱镜；501～504-光斑。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本专利技术附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。实施例1参照图1，本专利技术的双频光栅测量装置，包括：光栅测量探头100、光栅200和光源模块300。其中，所述光源模块300用于产生两束频率不同的光束，并通过光纤将两束光束传递到所述光栅测量探头100中，所述光栅测量探头100中设置有两组光路，用于分别接收所述两束光束，并对所述两束光束进行分光，使其一部分经光纤传递至探测器，另一部分投射到光栅表面进行衍射后再经光纤传送至探测器。继续参照图1，所述光源模块300包括激光器301、隔离器302、分光器、频移器以及耦合器，分光器包括分束镜303和反射镜304。所述激光器301采用氦氖激光器或者半导体激光器，用于产生激光光束，该激光光束可以为线偏振光或者非线偏振光。激光器301可以采用稳频激光器，所述隔离器302设置在所述激光器301的出口处以阻挡回波反射；所述隔离器302也可以由具有倾斜表面的光纤端头替代，同样可以降低回波反射影响，在激光器301上安装隔离器302或带有倾斜表面的光纤端头可以提高激光器301的稳定性。所述频移器采用声光频移器或者电光频移器，本实施例中的频移器和耦合器均为两组，为示区别分别称之为第一、第二频移器305、306和第一、第二耦合器307、308。激光器301发出的光束经所述分束镜303分为两束，一束经所述第一频移器305产生一定频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双频光栅测量装置，包括：光源模块，用于产生频率不同的两束光束；光栅；第一探测器；第二探测器；以及光栅测量探头，与所述光源模块和探测器连接，所述光栅测量探头从所述光源模块接收所述两束光束，对所述两束光束进行分光，使两束光束的一部分平行入射至所述光栅，经所述光栅衍射后传送至所述第一探测器，另一部分传送至所述第二探测器。

【技术特征摘要】
1.一种双频光栅测量装置，包括：光源模块，用于产生频率不同的两束光束；光栅；第一探测器；第二探测器；以及光栅测量探头，与所述光源模块和探测器连接，所述光栅测量探头从所述光源模块接收所述两束光束，对所述两束光束进行分光，使两束光束的一部分平行入射至所述光栅，经所述光栅衍射后传送至所述第一探测器，另一部分传送至所述第二探测器。2.如权利要求1所述的双频光栅测量装置，其特征在于，所述光源模块包括激光器、分光器、第一频移器和第二频移器；所述激光器发出的光束经所述分光器分光后分别进入第一频移器和第二频移器产生所述频率不同的两束光束传送至所述光栅测量探头。3.如权利要求2所述的双频光栅测量装置，其特征在于，所述光源模块还包括耦合器，所述两束光束经过所述耦合器后传送至所述光栅测量探头。4.如权利要求1所述的双频光栅测量装置，其特征在于，所述光栅测量探头包括：第一分光镜、第一角锥棱镜、第二分光镜、第二角锥棱镜、反光镜及分光片；所述两束光束分为第一光束和第二光束；所述第一光束入射至所述第一分光镜，经所述第一分光镜分光后，一部分光束入射至所述光栅，经所述光栅衍射的-1级衍射光入射至所述第一角锥棱镜后再次反射至所述光栅，再经所述光栅衍射后传送至所述第一探测器，另一部分光束经所述反射镜反射至所述分光片；所述第二光束入射至所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴萍，张志平，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31