用于探测物体的平移的探测系统技术方案

本发明专利技术涉及用于探测物体（２）的平移（Ｔ）的系统（１），所述物体具有施加于其上的衍射图案（３）。所述系统包括：用于向所述衍射图案提供入射光束（Ｉ），从而从所述衍射图案获得衍射光束（Ｄ）的装置（４）；用于通过所述入射光束和所述衍射光束之间的干涉测量相位差的装置（４）；用于基于所述的测得的相位差探测所述平移的装置（４）。本发明专利技术还涉及一种用于探测物体（２）的平移的方法；重定向装置６和频率复用系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于探测物体的平移的探测系统
本专利技术涉及用于探测物体的平移的系统。更具体地说，本专利技术涉及通过向衍射图案提供入射光来探测带有所述衍射图案的物体的平移的系统，具体而言，所述平移平行于带有所述衍射图案的平面的法线。本专利技术还涉及用于探测带有衍射图案的物体的平移的方法、重定向装置和频率复用系统。
技术介绍
在各种技术应用中都需要对运动物体的位置或位置变化进行精确测量。例如，在半导体工业中采用的光刻投影工具和晶片检验工具需要有关半导体晶片的位置变化的准确信息。另一应用领域涉及印刷电路板(PCB)工业，其中，在向PCB上安装部件，在PCB上印刷图案或对PCB进行检验时需要有关PCB的位置的信息。典型地，通过向所述物体提供入射光束对所述物体的平移进行光学测量。例如，US4710026公开了一种设备，其包括用于在两光束之间提供预定频率差的装置以及相对于从形成于衬底上的衍射光栅得到的第一和第二衍射光之间的干涉生成光学拍频的装置。所述设备还具有用于探测所述光学拍频与基准信号之间的相位差的装置，所述基准信号的频率对应于两光束之间的频率差，所述设备将根据光学外差干涉法以所述相位差为基础探测衬底的位置。现有技术中的位置探测设备适于测量衬底在衍射图案的平面内的平移。但是所述探测设备不能测量衬底的平面外平移。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种允许在光学系统中探测物体的平面外平移的系统。-->这一目的是通过提供一种用于探测物体的平移的系统实现的，所述物体具有施加于其上的衍射图案，所述系统包括：用于向所述衍射图案提供入射光束，从而从所述衍射图案获得衍射光束的装置；用于通过所述入射光束和所述衍射光束之间的干涉测量相位差的装置；用于基于所述的测得的相位差探测所述平移的装置。不是测量衍射光束之间的相位差，而是通过衍射光束与入射光束的干涉单独测量衍射光束的相位。现有技术中的构思采用衍射图案处存在的干涉图案，这与对众所周知的激光器多普勒效应的经典解释一致，但是在本专利技术中，则在用于测量相位差的装置处采用了干涉。因而，测得的相位差含有有关光栅，进而有关物体的平面外平移的信息。应当认识到，衍射光束不一定是由入射光束得到的结果。还应认识到，根据本专利技术，可以采用每一级的具有足够的光能的衍射光束实现平移探测。此外，应当注意，光束未必一定要入射到衍射光栅上，如权利要求20所界定的，只要光束与来自衍射光栅的衍射光束相干即可。权利要求3中界定的本专利技术的实施例提供了能够探测所有平移的优点，即所述平移包括平面内和平面外平移。在优选实施例中，确定第一入射光束和所得的第一衍射光束之间的相位差、第二入射光束和所得的第二衍射光束之间的相位差以及第三入射光束和所得的第三衍射光束之间的相位差。由权利要求4界定的本专利技术的实施例的优点在于，除了平移外，还能够确定物体的旋转。如果物体旋转，其也会影响用于测量物体的平移的衍射光束的相位。因此，对于具有显著的旋转运动分量的物体而言，应当确定所述旋转，以计算物体的平移。因而，获得了一种能够确定所有自由度的运动的系统。在权利要求5中界定的本专利技术的实施例的优点在于，重定向装置在入射光束和衍射光束之间提供了小角度或者可忽略的角度，所述角度优选为零。因此，所测得的入射光束和衍射光束之间的干涉由具有-->变化强度的单个光斑构成。这样能够采用相对简单的探测器测量干涉。此外，通过使光束在衍射图案处几次衍射，能够以更高的精确度确定物体的平移。在权利要求6中界定了第一重定向装置的尤为有利的实施例。权利要求7中界定的本专利技术的实施例的优点为，对入射光束的相位测量和衍射光束的相位测量均采用了基准光束，从而提高了所测的所述光束之间的相位差的精确度。权利要求8和9中界定的本专利技术的实施例的优点为，来自特定入射光束的衍射光束不会对相位差的测量造成不利影响，即消除或减少了衍射光束之间的串扰。该实施例对每一入射光束采用单独的激光器，其中，这些激光器是非相干的，或者适当地具有大频率差。或者，可以采用单个激光器，并将其光束分割成多个部分。具体而言，可以将这些部分中的至少一个用作外差式系统中的基准光束。权利要求10-13中界定的本专利技术的实施例的优点在于，与权利要求8和9相比，具有降低的复杂性，因而具有降低的成本。用于基准光束的稳定激光器和采用波长触发信号的调制方案是半导体激光器的固有不稳定性和优选高的调制频率的原因。也可以采用其他类型的激光器，例如气体激光器，只要这样的激光器对于朝向所述激光器反射的光敏感即可。调制的高频的目的在于针对衍射图案的平移获得足够数量的样本。这一应用激光器自混合的零差实施例适于应用到对精确度的要求较低的平移探测中。应当认识到，可以将上述实施例或其诸方面结合起来。本专利技术还涉及一种用于探测物体的平移的方法，其中，所述物体具有施加于其上的衍射图案，所述方法包括的步骤有：向所述衍射图案提供入射光束；从所述衍射图案获得衍射光束；通过使所述入射光束与所述衍射光束干来涉测量相位差；基于所述的测得的相位差探测所述平移。根据本专利技术的方法能够通过测得的相位差获得有关光栅，进而获得有关物体的平面外平移的信息。在权利要求15和16界定的本专利技术-->的实施例中，所述方法分别提供了物体所有平移和转动的信息。最后，本专利技术还涉及上述系统的或应用于所述方法的部件。具体而言，本专利技术涉及重定向装置，其用于使入射到所述装置上的光束基本沿同一光路返回，所述装置包括立体角、偏振分束器、半波板和棱镜。在应用于所述系统中，以确定物体的平移时，这一装置的优点在于，重定向装置在入射光束和衍射光束之间提供了小角度，或可忽略的角度，所述角度优选为零。但是，在应当使入射光束沿入射光束的光路重定向的情况下，所述重定向装置能够得到更为一般化的应用。此外，本专利技术还涉及一种频率复用系统，其被设置为向用于探测所述物体的平移的系统中具有衍射图案的物体提供光束，其中，所述频率复用系统包括用于提供具有预定频率的激光束的单个激光源，以及用于将所述激光束划分为多个部分，并使所述部分中的一个或多个发生频移，从而针对所述入射光束获得不同频率的装置，其中，将所述系统设置为，将作为基准光束的所述部分之一与所述入射光束中的每者结合用于令所述系统探测所述物体的平移。附图说明将参考附图对本专利技术做进一步的举例说明，其中，附图示意性地示出了根据本专利技术的优选实施例。应当理解，无论如何本专利技术都不限于所述具体优选实施例。在附图中：图1示出了根据本专利技术的实施例的具有衍射图案的物体和测量头；图2A到图2D示出了衍射图案的平移对衍射光束造成的影响的示意图；图3A和3B示出了根据现有技术的测量相位差的方法；图4A和4B示出了根据本专利技术的实施例的测量相位差的方法；图5示意性地示出了根据本专利技术的实施例的用于探测物体的平移和旋转的系统；-->图6A和6B示出了图5所示的系统的具体方面；图7和图8示出了根据本专利技术的用于探测物体的平移的系统的两个实施例；图9示出了根据本专利技术的实施例的用于图7和图8所示的系统的频率复用器系统；图10和图11示出了根据本专利技术的用于探测物体的平移的系统的另外两个实施例；图12示出了用于测量入射光束和反射光束之间的相位差的图10和11所示的实施例的一部分；图13A-13J示出了用于解释图10-12中应用的方法的特性曲线；图14示出了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于探测具有衍射图案（３）的物体（２）的平移（Ｔ）的系统（１），所述系统包括：用于向所述衍射图案提供入射光束（Ｉ），从而从所述衍射图案获得衍射光束（Ｄ）的装置（４）；用于通过所述入射光束和所述衍射光束之间的干涉测量相位差的装置（４）；用于基于所述的测得的相位差探测所述平移的装置（４）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2004-11-22 04105955.11、一种用于探测具有衍射图案(3)的物体(2)的平移(T)的系统(1)，所述系统包括：用于向所述衍射图案提供入射光束(I)，从而从所述衍射图案获得衍射光束(D)的装置(4)；用于通过所述入射光束和所述衍射光束之间的干涉测量相位差的装置(4)；用于基于所述的测得的相位差探测所述平移的装置(4)。2、根据权利要求1所述的系统(1)，其中，将用于探测所述平移的所述装置设置为探测所述物体平行于具有衍射光栅的平面的法线的平移。3、根据权利要求1所述的系统(1)，其中，所述衍射图案为二维衍射图案(3)，且所述系统包括：用于从第一、第二和第三方向向所述衍射图案提供第一、第二和第三入射光束(I1，I2，I3)，以获得第一、第二和第三衍射光束(D1，D2，D3)的装置(4)，用于测量由所述第一入射光束和所述第一衍射光束、所述第二入射光束和所述第二衍射光束以及所述第三入射光束和所述第三衍射光束构成的对(I1，D1；I2，D2；I3，D3)中的至少一个对之间的相位差的装置。4、根据权利要求3所述的系统(1)，其中，所述系统包括位置敏感探测器(5)，其被设置为接收所述衍射光束(D1，D2，D3)的其他级(0，-1)，以探测所述物体的旋转。5、根据权利要求3所述的系统(1)，其中，所述系统还包括一个或多个重定向装置(6；23)，其用于使所述第一、第二和第三衍射光束(D1，D2，D3)一次或多次朝向所述物体的所述衍射图案重新定向，以获得进一步衍射光束(Dx)。6、根据权利要求5所述的系统(1)，其中，所述重定向装置之一(6)包括立体角(7)、偏振分束器(8)、半波板(9)和棱镜(10)，其被设置为使所述第一、第二和第三衍射光束(D1，D2，D3)沿基本相同的光路朝向所述衍射图案重新定向。7、根据权利要求5所述的系统，其中，用于测量相位差的所述装置包括用于基准光束(RB)的输入、用于测量入射光束(I1，I2，I3)和所述基准光束(RB)之间的相位差的第一探测器(21)以及用于测量所述基准光束(RB)和所述进一步衍射光束(Dx)之间的相位差的第二探测器(22)。8、根据权利要求3所述的系统，其中，所述系统被设置为针对所述第一、第二和第三入射光束(I1，I2，I3)具有不同频率。9、根据权利要求8所述的系统，其中，所述系统包括用于提供具有预定频率的激光束的单个激光源(30)，以及用于将所述激光束分为四个部分，并使三个部分发生频移，从而针对所述入射光束(I1，I2，I3)获得所述不同频率的装置(32，33)，其中，将所述系统设置为将作为基准光束(RB)的第四部分与所述三个部分中的每一部分结合起来用于令所述装置(4)测量相位差。10、根据权利要求3所述的系统(1)，其中，所述系统包括半导体激光器(40)，其被设置为提供所述第一、第二或第三入射光束(I1，I2，I3)中的至少一个，接收所述第一、第二或第三衍射光束(D1，D2，D3)或进一步衍射光束(Dx)，以及将所述入射光束(I1，I2，I3)和所述衍射光束(D1，D2，D3，Dx)的一部分输出至所述用于测量相位差的装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷纳图斯G克拉韦尔，约翰C康普特，皮特范德梅尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]