【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及位移测量装置，特别涉及一种位移测量装置和一种光刻设备。
技术介绍
1、纳米测量技术是纳米加工、纳米操控和纳米材料等领域的基础。ic产业、精密机械和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，获取工件台和掩模台的六自由度位置信息的精度也随之提高。
2、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和掩模台的位置。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，也会超过1nm)，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。所以高精度和高稳定性的皮米测量方案迫切需要。光栅尺测量系统的光程可以做到很小，通常为几毫米，其光程和测量范围无关，因此它的测量精度对环境影响不敏感，具有测量稳定性高，结构简单，易于小型化的特点，使其在纳米测量领域占据重要的一席之地。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。
3、专利申请文件cn106931887a公开了一种双频光栅测量装置，该双频光栅测量装置可以直接合束光栅正、负级衍射光，实现光栅尺水平向位移测量。但是该申请所采用的二维测量方案为四光斑布局，在光栅上占据空间大，测量光束间存在相互串扰。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种位移测量装置，可以减少二维位移测量的光斑布
2、为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种位移测量装置。所述位移测量装置包括：
3、衍射元件，包括在光接触面内沿x方向和y方向二维周期性排布的多个重复衍射结构；
4、读头模块，用于接收和引导入射光束传播；第一入射光束在所述读头模块的引导下投射至所述衍射元件并沿所述y方向衍射产生两路第一一次衍射光束，所述两路第一一次衍射光束在所述读头模块的引导下回射至所述衍射元件并沿所述y方向衍射产生至少两路第一二次衍射光束；第二入射光束在所述读头模块的引导下投射至所述衍射元件并沿所述x方向衍射产生第二一次衍射光束，所述读头模块将所述第二一次衍射光束分光形成两路第二一次子衍射光束，所述两路第二一次子衍射光束回射至所述衍射元件并沿所述x方向衍射产生两路第二二次衍射光束；其中，每路所述第一一次衍射光束和每路所述第二一次子衍射光束回射至所述衍射元件的位置至少部分重叠；至少一路所述第一二次衍射光束和一路所述第二二次衍射光束至少部分重叠的射出形成第一干涉光束，至少一路所述第一二次衍射光束和另一路所述第二二次衍射光束至少部分重叠的射出形成第二干涉光束；以及
5、光信号处理模块，基于所述第一干涉光束的相位变化量和所述第二干涉光束的相位变化量确定所述衍射元件在所述x方向和所述y方向的位移量。
6、可选的，所述读头模块包括第一偏振元件和第一角度控制元件；所述第二一次衍射光束经所述第一角度控制元件和所述第一偏振元件后分光形成所述两路第二一次子衍射光束。
7、可选的，所述至少两路第一二次衍射光束包括-m级第一二次衍射光束和+m级第一二次衍射光束；所述第二二次衍射光束包括+n级第二二次衍射光束；m和n均为衍射级次；所述-m级第一二次衍射光束和一路所述+n级第二二次衍射光束至少部分重叠的射出以产生所述第一干涉光束；所述+m级第一二次衍射光束和另一路所述+n级第二二次衍射光束至少部分重叠的射出以产生所述第二干涉光束。
8、可选的，所述读头模块包括多个反向回射元件；所述第一入射光束投射到所述衍射元件后沿所述y方向衍射产生-m级第一一次衍射光束和+m级第一一次衍射光束；所述-m级第一一次衍射光束经第一反向回射元件引导回射至所述衍射元件，并沿所述y方向衍射产生所述-m级第一二次衍射光束；所述+m级第一一次衍射光束经第二反向回射元件引导回射至所述衍射元件，并沿所述y方向衍射产生所述+m级第一二次衍射光束；所述第二入射光束投射到所述衍射元件后沿所述x方向衍射产生+n级第二一次衍射光束，所述+n级第二一次衍射光束经第三反向回射元件引导朝向所述衍射元件回射且在回射过程中分光形成两路+n级第二一次子衍射光束，所述两路+n级第二一次子衍射光束回射至所述衍射元件并沿所述x方向衍射产生两路所述+n级第二二次衍射光束。
9、可选的，所述读头模块包括第二角度控制元件和第三角度控制元件；所述-m级第一一次衍射光束经所述第二角度控制元件后回射到所述衍射元件上；所述+m级第一一次衍射光束经所述第三角度控制元件后回射到所述衍射元件上。
10、可选的，所述读头模块包括第二偏振元件和第三偏振元件；所述-m级第一一次衍射光束经所述第二角度控制元件和所述第二偏振元件后分光形成两路-m级第一一次子衍射光束；所述+m级第一一次衍射光束经所述第三角度控制元件和所述第三偏振元件后分光形成两路+m级第一一次子衍射光束。
11、可选的，所述第二偏振元件和所述第三偏振元件均包括波片、渥拉斯顿棱镜、偏振片、偏振分光棱镜、分光片和透射光栅中的至少一种。
12、可选的，所述衍射元件在所述x方向上的位移量为δx，所述衍射元件在所述y方向上的位移量为δy，
13、
14、其中，p为相邻两个所述重复衍射结构之间的间距，m为所述第一入射光束沿y方向的衍射级次，n为所述第二入射光束沿x方向的衍射级次，为所述第一干涉光束的相位变化量，为所述第二干涉光束的相位变化量。
15、可选的，所述读头模块包括第四角度控制元件和第五角度控制元件；所述第一入射光束和所述第二入射光束分别经过所述第四角度控制元件和所述第五角度控制元件后投射到所述衍射元件上。
16、可选的，所述位置测量装置包括光探测模块，所述光探测模块用于接收所述第一干涉光束和所述第二干涉光束，并输出第一干涉信号和第二干涉信号至所述光信号处理模块。
17、可选的，所述第一干涉光束和所述第二干涉光束的出射方向不同；所述光探测模块包括第一探测器和第二探测器；所述第一探测器接收所述第一干涉光束，所述第二探测器接收所述第二干涉光束。
18、本专利技术另一方面提供一种光刻设备。所述光刻设备包括可相对移动的基片平台和掩模版平台，还包括上述的位移测量装置，其中，所述衍射元件贴附于所述基片平台或所述掩模版平台中的一个。
19、本专利技术的位移测量装置和光刻设备中，第一入射光束在读头模块的引导下投射至衍射元件并沿y方向衍射产生两路第一一次衍射光束，两路第一一次衍射光束在读头模块的引导下回射至衍射元件并沿y方向衍射产生至少两路第一二次衍射光束；第二入射光束在读头模块的引导下投射至衍射元件并沿x方向衍射产生第二一次衍射光束，读头模块将第二一次衍射光束分光形成两路第二一次子衍射光束，两路第二一次子衍射光束回射至衍射元件并沿x方向衍射产生两路第二二次衍射光束；其中，每路第一一次衍射光束和每路第二一次子本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种位移测量装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的位置测量装置，其特征在于，所述读头模块包括第一偏振元件和第一角度控制元件；所述第二一次衍射光束经所述第一角度控制元件和所述第一偏振元件后分光形成所述两路第二一次子衍射光束。
3.如权利要求1所述的位置测量装置，其特征在于，所述至少两路第一二次衍射光束包括-m级第一二次衍射光束和+m级第一二次衍射光束；所述第二二次衍射光束包括+n级第二二次衍射光束；m和n均为衍射级次；
4.如权利要求3所述的位置测量装置，其特征在于，所述读头模块包括多个反向回射元件；
5.如权利要求4所述的位置测量装置，其特征在于，所述读头模块包括第二角度控制元件和第三角度控制元件；所述-m级第一一次衍射光束经所述第二角度控制元件后回射到所述衍射元件上；所述+m级第一一次衍射光束经所述第三角度控制元件后回射到所述衍射元件上。
6.如权利要求5所述的位置测量装置，其特征在于，所述读头模块包括第二偏振元件和第三偏振元件；所述-m级第一一次衍射光束经所述第二角度控制元件和所述第二偏振元件后分光形成
7.如权利要求6所述的位置测量装置，其特征在于，所述第二偏振元件和所述第三偏振元件均包括波片、渥拉斯顿棱镜、偏振片、偏振分光棱镜、分光片和透射光栅中的至少一种。
8.如权利要求3所述的位置测量装置，其特征在于，所述衍射元件在所述X方向上的位移量为ΔX，所述衍射元件在所述Y方向上的位移量为ΔY，
9.如权利要求1至8任一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述读头模块包括第四角度控制元件和第五角度控制元件；所述第一入射光束和所述第二入射光束分别经过所述第四角度控制元件和所述第五角度控制元件后投射到所述衍射元件上。
10.如权利要求1至8任一项所述的位置测量装置，其特征在于，所述位置测量装置包括光探测模块，所述光探测模块用于接收所述第一干涉光束和所述第二干涉光束，并输出第一干涉信号和第二干涉信号至所述光信号处理模块。
11.如权利要求10所述的位置测量装置，其特征在于，所述第一干涉光束和所述第二干涉光束的出射方向不同；所述光探测模块包括第一探测器和第二探测器；所述第一探测器接收所述第一干涉光束，所述第二探测器接收所述第二干涉光束。
12.一种光刻设备，所述光刻设备包括可相对移动的基片平台和掩模版平台，其特征在于，所述光刻设备还包括如权利要求1-11任一项所述的位移测量装置，其中，所述衍射元件贴附于所述基片平台或所述掩模版平台中的一个。
...【技术特征摘要】
1.一种位移测量装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的位置测量装置，其特征在于，所述读头模块包括第一偏振元件和第一角度控制元件；所述第二一次衍射光束经所述第一角度控制元件和所述第一偏振元件后分光形成所述两路第二一次子衍射光束。
3.如权利要求1所述的位置测量装置，其特征在于，所述至少两路第一二次衍射光束包括-m级第一二次衍射光束和+m级第一二次衍射光束；所述第二二次衍射光束包括+n级第二二次衍射光束；m和n均为衍射级次；
4.如权利要求3所述的位置测量装置，其特征在于，所述读头模块包括多个反向回射元件；
5.如权利要求4所述的位置测量装置，其特征在于，所述读头模块包括第二角度控制元件和第三角度控制元件；所述-m级第一一次衍射光束经所述第二角度控制元件后回射到所述衍射元件上；所述+m级第一一次衍射光束经所述第三角度控制元件后回射到所述衍射元件上。
6.如权利要求5所述的位置测量装置，其特征在于，所述读头模块包括第二偏振元件和第三偏振元件；所述-m级第一一次衍射光束经所述第二角度控制元件和所述第二偏振元件后分光形成两路-m级第一一次子衍射光束；所述+m级第一一次衍射光束经所述第三角度控制元件和所述第三偏振元件后分光形成两路+m级第一一次子衍射光束。
7.如权利要求6所述的位置测量装...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴萍，
申请(专利权)人：上海微电子装备集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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