基于超表面光栅的纳米级二维位移测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于超表面光栅的纳米级二维位移测量装置及方法，包括光源模块、超表面光栅、反射模块和探测模块；所述的超表面光栅作用是将光源模块产生的左旋或右旋圆偏振光分至不同衍射级；通过反射模块使得入射光两次经过超表面光栅调控，其出射光的两个正交偏振分量强度分别映射超表面相对于光轴的二维横向位移；通过探测模块测量出射光两个正交偏振的功率，对测量功率求解相位进而得到面内位移量。该装置和方法利用超表面测量二维横向位移，结构简单、量程大、灵敏度高。灵敏度高。灵敏度高。

【技术实现步骤摘要】
基于超表面光栅的纳米级二维位移测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及光学精密位移测量
，尤其涉及一种超表面光栅的纳米级二维位移测量装置及方法。

技术介绍

[0002]光学位移测量作为一种快速、非接触的方法在半导体制造等领域发挥着重要作用。随着先进集成电路制造中光刻技术向10纳米及以下工艺节点的延伸，光刻技术对套刻精度的要求达到了亚纳米量级，同时也对多自由度位移测量提出了需求。
[0003]基于衍射的套刻误差测量方法(DBO)是最常用的方法之一，它被证明是一种有效的套刻误差测量技术，具有亚纳米级的测量精度和良好的重复性，在工业上被广泛用于光刻工艺。然而，为实现二维面内位移量测量，DBO标记物通常需要包含多组光栅，占用大量晶圆面积，导致最终成品器件数量低。另一方面，近年来在纳米光子学领域出现了多种集成度高的光学精密位移测量方案，例如利用光学天线对与结构光照明结合的方案可以达到亚纳米分辨率，但是其只能测量一维位移，不适用于多维度位移测量的场景。而利用球型光学天线的定向散射可以用于平面内二维位移测量，但其测量量程只有百纳米，且需要复杂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超表面光栅的纳米级二维位移测量装置，其特征在于，包括光源模块、超表面光栅(12)、反射模块和探测模块；所述的光源模块包括激光器(1)、半波片(2)、第一偏振分光棱镜(3)、第一反射镜(4)、第一声光调制器(5)、第二声光调制器(6)、第二反射镜(7)、第二偏振分光棱镜(8)、第一四分之一波片(9)、第一非偏振分光棱镜(10)、监测功率计(11)；所述的反射模块包括依次排列的透镜(13)、空间滤波片(14)、第三反射镜(15)；所述的探测模块包括第二非偏振分光棱镜(16)、第二四分之一波片(17)、第一检偏器(18)、第一测量功率计(19)、第三四分之一波片(20)、第二检偏器(21)、第二测量功率计(22)。2.根据权利要求1所述的一种基于超表面光栅的纳米级二维位移测量装置，其特性在于，所述的超表面光栅(12)将入射平行光衍射至多个衍射级，其中三个衍射级分别实现三种偏振的投影过程；所述的超表面光栅(12)包括在透光基底上加工出纳米精度的椭圆柱状颗粒阵列；所述的超表面光栅(12)在二维横向移动过程中始终位于所述的透镜(13)的焦平面上。3.根据权利要求2所述的一种基于超表面光栅的纳米级二维位移测量装置，其特征在于，所述超表面光栅(12)的超表面结构参数由优化算法得到，所述优化算法包括多参数梯度下降法。4.根据权利要求3所述的一种基于超表面光栅的纳米级二维位移测量装置，其特征在于，所述超表面光栅(12)的椭圆柱状颗粒的材料为金属或者高折射率介质，包括金、银、硅、GaAs或TiO2。5.根据权利要求1至4任一项所述的一种基于超表面光栅的纳米级二维位移测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：所述的光源模块中的激光器(1)出射的线偏振平行光束经过半波片(2)后线偏振方向旋转，再经过第一偏振分光棱镜(3)，得到功率相等、偏振相互垂直的两路平行光；其透射光为p偏振，经过第一反射镜(4)反射后经过第一声光调制器(5)后由一级衍射出射；其反射光为s偏振，经过第二声光调制器(6)后的一级衍射光经过第二反射镜(7)反射；第一声光调制器(5)和第二声光调制器(6)均由射频信号源控制，快速交替切换两条光路开关状态；透射光和反射光由第二偏振分光棱镜(8)在空间上合束；合束后的光经第一四分之一波片(9)分别生成左旋和右旋圆偏振光，并照射到第一非偏振分光棱镜(10)上；经所述的第一非偏振分光棱镜(10)反射光照明到监测功率计(11)上，得到监测功率，即、，R表示右旋圆偏光入射，L表示左旋圆偏光入射；经所述的第一非偏振分光棱镜(10)透射光照明到超表面光栅上(12)；所述的超表面光栅(12)将左旋或右旋偏振光映射...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧昊峰，鲁拥华，王沛，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：