基于衍射光栅的位移测量系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于光栅的位移测量系统和方法，通过设置光源、棱镜与衍射光栅以及光电探测器，并配置相应的控制系统，由于棱镜固定在能够移动的工作台上，衍射光栅固定在整机框架上，当能够移动的工作台相对于光刻机的整机框架作位移时，光源发出的光通过衍射光栅衍射后产生的干涉条纹则发生变化，因此通过控制系统对干涉条纹的变化计算可得出能够移动的工作台相对于光刻机的整体框架的位移量。这种测量系统结构简单，安装方便，由于放置在密闭包装箱体中进行测量，在测量时受到外界的干扰较小，因此相对于传统的干涉仪测量精度更高。

【技术实现步骤摘要】
基于衍射光栅的位移测量系统及方法
本专利技术涉及半导体光刻机领域，特别涉及一种基于衍射光栅的位移测量系统及方法。
技术介绍
随着集成电路要求器件尺寸不断减小，光刻机作为集成电路中，将掩膜版上的特征图形转移到基底上的设备，对其精度要求也在不断提高，尤其是需要不断提高对光刻机内可动元部件位置的测量精度。光刻机内可动元部件主要是指承载掩膜版的掩膜台以及承载硅片的工件台，在光刻过程中，掩膜台或者工件台皆相对于光刻机的整体框架作位移，测量掩膜台或者工件台相对于光刻机的整体框架的位移量可以实时掌握光刻进度、速度，从而控制光刻过程。现有技术中采用干涉仪测量系统测量可动元部件的位移，将干涉仪测量系统设置在掩膜台或者工件台的每一个侧边，当掩膜台或者工件台相对于整机框架作移动时，干涉仪通过发射的光信号产生的变化测得掩膜台或者工件台相对于整机框架的位移量。但是传统的干涉仪位移测量系统的测量光与参考光暴露在空气中，受到空气扰动的影响较大，已逐渐不能满足日益提高的精度要求。现有技术中描述了一种位移测量系统，包含了两个部件在六个自由度上的相对位移测量功能，其结构包含至少两个衍射光栅、传感器、线偏振器、至少两个强度辐射检测器等，但由于其结构较复杂，占用空间大，因此安装费时费力。因此有必要专利技术一种基于衍射光栅的位移测量系统及方法，能够简化结构，并且提高位移测量系统的测量精度。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种基于衍射光栅的位移测量系统及方法，通过设置光源、棱镜与衍射光栅以及光电探测器，并配置相应的控制系统，由于棱镜固定在能够移动的工作台上，衍射光栅固定在整机框架上，当能够移动的工作台相对于光刻机的整机框架作位移时，光源发出的光通过衍射光栅衍射后产生的干涉条纹则发生变化，因此通过控制系统对干涉条纹的变化计算可得出能够移动的工作台相对于光刻机的整体框架的位移量。为达到上述目的，本专利技术提供一种基于衍射光栅的位移测量系统，依次包括：一光源，用于提供测量光；一棱镜，固定在能够移动的工作台一侧，用于反射测量光；一衍射光栅，固定在整机框架上，用于接收被棱镜反射后的测量光；一光电探测器，用于接收测量光从衍射光栅衍射后的衍射光，衍射光在所述光电探测器上形成干涉条纹；一密闭包装箱体，用于包裹所述光源、所述棱镜、所述衍射光栅、所述光电探测器；一控制系统，用于电路连接所述光电探测器，根据光电探测器接收的衍射光形成的干涉条纹的位置及相位的变化计算能够移动的工作台相对于整机框架的位移。作为优选，所述密闭包装箱体内具有真空环境。作为优选，所述棱镜为反射棱镜。作为优选，测量光被所述反射棱镜反射后形成的光线与所述衍射光栅表面相交。作为优选，测量光被所述反射棱镜反射后形成的光线与所述衍射光栅表面垂直。作为优选，所述光电探测器位于测量光在所述衍射光栅上衍射的衍射光路上。作为优选，所述光电探测器的平面与所述衍射光栅表面平行。作为优选，所述光电探测器为线阵CCD。作为优选，所述棱镜为分光棱镜。作为优选，还包括耦合器系统，接收测量光从衍射光栅衍射的衍射光和测量光被分光棱镜折射形成的参考光，并发送给所述光电探测器。作为优选，所述耦合器系统与所述分光棱镜、所述光电探测器之间分别通过光纤连接。作为优选，所述耦合器系统分别包括接收测量光从衍射光栅衍射的衍射光的第一耦合器、接收测量光被分光棱镜折射形成的参考光的第二耦合器、接收第一耦合器与第二耦合器分别通过光纤传送的光信号的第三耦合器。作为优选，所述光电探测器为面阵CCD。作为优选，所述能够移动的工作台为承载掩膜版的掩膜台或者承载硅片的工件台。作为优选，所述棱镜的长度与所述棱镜对应的能够移动的工作台的边长度相等。作为优选，能够移动的工作台每一条边对应一个所述基于衍射光栅的位移测量系统，并且所有的基于衍射光栅的位移测量系统的排布关于能够移动的工作台的中心对称。作为优选，还包括干涉仪测量系统，位于能够移动的工作台一侧，且干涉仪测量系统的最低端与能够移动的工作台的底面位于同一水平面。作为优选，所述密闭包装箱体的材料为不透光材料。作为优选，所述衍射光栅为透射式二元相位光栅。本专利技术提供一种使用如上所述的基于衍射光栅的位移测量系统的位移测量方法，通过光源向棱镜发射测量光，并被所述棱镜将测量光反射至衍射光栅形成了相互干涉的衍射光，光电探测器接收相互干涉的衍射光形成的干涉条纹，当能够移动的工作台相对于整机框架作位移时，干涉条纹发生相位变化，由控制系统根据光电探测器上的干涉条纹相位的变化计算出能够移动的工作台相对于整机框架所作出的位移量。作为优选，所述棱镜为反射棱镜。作为优选，所述棱镜为分光棱镜，通过光源向分光棱镜发出光，并由分光棱镜将光分为测量光和参考光，分光棱镜将测量光反射至衍射光栅形成衍射光，将参考光折射，设置耦合器将衍射光与参考光收集并耦合后反馈至光电探测器，光电探测器上显示成衍射光形成的干涉条纹以及参考光形成的参考光条纹，当能够移动的工作台相对于整机框架作位移时，干涉条纹相对于参考光条纹发生相位变化，由控制系统根据光电探测器上的干涉条纹相对于参考光条纹发生的相位的变化计算出能够移动的工作台相对于整机框架所作出的位移量。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种基于衍射光栅的位移测量系统，依次包括：一光源，用于提供测量光；一棱镜，固定在能够移动的工作台一侧，用于反射测量光；一衍射光栅，固定在整机框架上，用于接收被棱镜反射后的测量光；一光电探测器，用于接收测量光从衍射光栅衍射后的衍射光，衍射光在所述光电探测器上形成干涉条纹；一密闭包装箱体，用于包裹所述光源、所述棱镜、所述衍射光栅、所述光电探测器；一控制系统，用于电路连接所述光电探测器，根据光电探测器接收的衍射光形成的干涉条纹的位置及相位的变化计算能够移动的工作台相对于整机框架的位移。本专利技术提供一种使用如上所述的基于衍射光栅的位移测量系统的位移测量方法，通过光源向棱镜发射测量光，并被所述棱镜将测量光反射至衍射光栅形成了相互干涉的衍射光，光电探测器接收相互干涉的衍射光形成的干涉条纹，当能够移动的工作台相对于整机框架作位移时，干涉条纹发生相位变化，由控制系统根据光电探测器上的干涉条纹相位的变化计算出能够移动的工作台相对于整机框架所作出的位移量。本专利技术通过设置光源、棱镜与衍射光栅以及光电探测器，并配置相应的控制系统，由于棱镜固定在能够移动的工作台上，衍射光栅固定在整机框架上，当能够移动的工作台相对于光刻机的整机框架作位移时，光源发出的光通过衍射光栅衍射后产生的干涉条纹则发生变化，因此通过控制系统对干涉条纹的变化计算可得出能够移动的工作台相对于光刻机的整体框架的位移量。这种测量系统结构简单，安装方便，由于放置在密闭包装箱体中进行测量，在测量时受到外界的干扰较小，因此相对于传统的干涉仪测量精度更高。较佳地，本专利技术还提供一种使用如上所述的基于衍射光栅的位移测量系统的位移测量方法，其中的棱镜为分光棱镜，通过光源向分光棱镜发出光，并由分光棱镜将光分为测量光和参考光，分光棱镜将测量光反射至衍射光栅形成衍射光，将参考光折射，设置耦合器将衍射光与参考光收集并耦合后反馈至光电探测器，光电探测器上显示成衍射光形成的干涉条纹以及参考光形成的参考光条纹，当能够移动的工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于衍射光栅的位移测量系统，其特征在于，依次包括：一光源，用于提供测量光；一棱镜，固定在能够移动的工作台一侧，用于反射所述测量光；一衍射光栅，固定在整机框架上，用于接收被所述棱镜反射后的测量光；一光电探测器，用于接收所述测量光从所述衍射光栅衍射后的衍射光，所述衍射光在所述光电探测器上形成干涉条纹；一非空气传播光路结构，设置在所述衍射光栅和所述光电探测器之间，用于在非空气传播光路中，传播所述衍射光；一控制系统，用于电路连接所述光电探测器，根据光电探测器接收的所述干涉条纹的位置及相位的变化计算所述工作台相对于整机框架的位移。

【技术特征摘要】
1.一种基于衍射光栅的位移测量系统，其特征在于，依次包括：一光源，用于提供测量光；一棱镜，固定在能够移动的工作台一侧，用于反射所述测量光；一衍射光栅，固定在整机框架上，用于接收被所述棱镜反射后的测量光；一光电探测器，用于接收所述测量光从所述衍射光栅衍射后的衍射光，所述衍射光在所述光电探测器上形成干涉条纹；一非空气传播光路结构，设置在所述衍射光栅和所述光电探测器之间，用于在非空气传播光路中，传播所述衍射光；一控制系统，用于电路连接所述光电探测器，根据光电探测器接收的所述干涉条纹的位置及相位的变化计算所述工作台相对于整机框架的位移。2.如权利要求1所述的基于衍射光栅的位移测量系统，其特征在于，所述非空气传播光路结构为密闭包装箱体，用于包裹或者部分包裹所述衍射光栅和所述光电探测器。3.如权利要求2所述的基于衍射光栅的位移测量系统，其特征在于，所述密闭包装箱体内具有真空环境。4.如权利要求2所述的基于衍射光栅的位移测量系统，其特征在于，所述密闭包装箱体内设置有透明光学元件。5.如权利要求1或2或3或4所述的基于衍射光栅的位移测量系统，其特征在于，所述棱镜为反射棱镜。6.如权利要求5所述的基于衍射光栅的位移测量系统，其特征在于，所述测量光被所述反射棱镜反射后形成的光线与所述衍射光栅表面相交。7.如权利要求6所述的基于衍射光栅的位移测量系统，其特征在于，所述测量光被所述反射棱镜反射后形成的光线与所述衍射光栅表面垂直。8.如权利要求5所述的基于衍射光栅的位移测量系统，其特征在于，所述光电探测器位于测量光在所述衍射光栅上衍射的衍射光路上。9.如权利要求8所述的基于衍射光栅的位移测量系统，其特征在于，所述光电探测器的平面与所述衍射光栅表面平行。10.如权利要求5所述的基于衍射光栅的位移测量系统，其特征在于，所述光电探测器为线阵CCD。11.如权利要求1或2或3或4所述的基于衍射光栅的位移测量系统，其特征在于，所述棱镜为分光棱镜。12.如权利要求11所述的基于衍射光栅的位移测量系统，其特征在于，还包括耦合器系统，接收所述测量光从所述衍射光栅衍射的衍射光，和所述测量光被所述分光棱镜折射形成的参考光，并发送给所述光电探测器。13.如权利要求12所述的基于衍射光栅的位移测量系统，其特征在于，所述耦合器系统与所述分光棱镜、所述光电探测器之间分别通过光纤连接。14.如权利要求13所述的基于衍射光栅的位移测量系统，其特征在于，所述耦合器系统分别包括接收所述测量光从所述衍射光栅衍射的衍射光的第一耦合器、接收所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈南曙，
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