CN101403866B - 物体位置测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明采用了直接扫描测量的思想，提出了全曝光场测量方案，所需照明结构简单，直接采用扫描组和一种光学补偿结构来实现整个曝光场范围内全覆盖的扫描测量，大幅度提高了测量精度。简要原理如下：扫描组实现光点在硅片面曝光场上的全场扫描，光学补偿结构确保曝光场上的扫描点成像清晰和最终的测量光斑垂直入射到探测器上，这样通过探测就可以获得曝光场上各处的位置信息。

Description

物体位置测量装置及方法 

技术领域

本发明涉及物体位置的测量，特别涉及光刻设备的硅片位置测量装置及方法。 

背景技术

投影光刻机是一种把掩模上的图案通过物镜投影到硅片面上的装置。在投影曝光设备中，必须有自动调焦控制系统把硅片面精确带入到指定的曝光位置，实现该系统有多种不同的技术方案。目前比较常用是非接触式光电测量技术，其中NIKON、CANON、ASML的调焦技术最具代表性，为了得到整个曝光场内高度和倾斜信息，都采用在曝光场内设计多个测量标记，这样对标记板和关机系统的设计加工装调要求很高。而在公开日期为1984年4月18日美国专利号为4823014的CANON专利中提供了一种独特的解决方案，其利用多个不同波长的LD合成宽带波长，以解决层间干涉效应对测量精度的影响，为了利用单点来实现对硅片多点测量，其利用了BRAGG声光衍射效应进行扫描测量和布置不同角度的入射光点两种方式来达到该目的。该方案只需使用一个测量点即可达到多点探测，克服了多光斑测量的缺点。但其也存在以下缺点： 

1)照明光源结构复杂、选择单一，为了实现多束激光的耦合到声光衍射器件，其使用了多个衍射光栅来实现。 

2)为了达到扫描的目的，其采用了声光器件，且扫描角度小，即对曝光场的测量区域有限。 

3)只能实现一维扫描，即只能对过曝光场中心且垂直于调焦系统光轴与投影物镜光轴所构成的面的线上的点进行测量，只能测量一个确定方向的倾斜和离焦信息。降低了对整个曝光场的测量精度。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种物体位置测量装置及方法，以实现对整个曝光场范围内全覆盖的扫描测量。 

为了达到上述的目的，本发明提供一种物体位置测量装置，包括照明单元，投影单元，接受单元，探测单元，其中，照明单元产生测量光，探测单元根据经被测物体面反射的测量光信号来确定被测物体的位置，所述物体位置测量装置还包括扫描单元，前补偿单元和后补偿单元；所述前补偿单元和所述后补偿单元包含多个在空间上按梯级分布排列的补偿反射镜；其中扫描单元控制测量光在被测物体面上沿一维方向或二维方向移动，以实现被测物体面的全场扫描；所述前补偿单元在光路上位于投影单元之前，对投影单元的入射光进行光程补偿；所述后补偿单元在光路上位于接受单元之后，对接受单元的出射光进行光程补偿，前补偿单元中心位于扫描单元焦点处且各反射镜中心线构成的面与扫描单元焦平面成一夹角且构成上述夹角的两面的交线与扫描单元扫描轴平行。 

所述照明单元发出的测量光的波长范围为630nm到980nm；所述投影单元由投影前组镜头和投影后组镜头构成，且所述投影前组和后组镜头构成双远心系统；所述物体位置测量装置还包括一探测成像单元，所述扫描单元包含扫描反射镜和控制器，所述控制器控制扫描反射镜绕该反射镜的镜面中心线旋转；所述接受单元由接受前组镜头和接受后组镜头构成，且所述接受前组和后组镜头构成双远心系统；所述前补偿单元和所述后补偿单元包含多个在空间上按梯级分布排列的补偿反射镜，测量光经过所述前补偿单元补偿后构成的扫描轨迹面与物体表面相对于所述投影单元为物象共轭关系，且满足斜置场面成像条件，测量光经过所述后补偿单元补偿后构成的扫描轨迹面与物体表面满足斜置场面成像条件，且该扫描轨迹面与所述探测成像单元的光轴垂直；所述探测单元由探测成像单元和探测器构成，所述探测成像单元为双远心光学系统，将经过后补偿单元的光信号成像到所述探测器上，所述探测器为面阵CCD阵列或线阵CCD阵列或面阵PSD阵列。 

可选的，所述照明单元由至少三个单色光源和耦合单元构成，所述耦合单元将所述单色光源发出的光准直耦合；所述扫描单元包括扫描运动单元和扫描透镜单元，所述扫描运动单元使照明光对物体表面进行二维扫描，所述扫描透镜单元实现扫描聚焦；所述单色光源为激光二极管或发光二极管。所述耦合单元由与所述单色光源数量相同的准直镜头和与所述单色光源数量相同的合束棱镜组成，所述准直镜头对相应的单色光源准直，所述合束棱镜将经过准直镜头的多个单色准直光耦合成一束准直光。所述每一合束棱镜对相应的单色光源发出的光进行反射，而透射其他单色光源发出的光。 

所述扫描运动单元由两个扫描轴互相垂直的扫描反射镜和一个控制器构成；其中一个扫描反射镜实现物体表面上的横向扫描，另一个扫描反射镜实现物体表面上的纵向扫描；所述控制器控制所述两个扫描反射镜的扫描过程，以实现单个光点对整个曝光场的扫描测量。实现纵向扫描的扫描反射镜位于扫描单元的孔径光阑处，其中心与扫描单元的孔径光阑的中心重合；实现横向扫描的扫描反射镜位于投影单元的孔径光阑位置处，其中心与投影单元的孔径光阑的中心重合。所述扫描透镜单元为像方远心镜头，将准直光束聚焦到其焦平面上，并保证在扫描运动单元扫描时，扫描光线的主光线与扫描透镜单元的焦平面垂直。 

所述前补偿单元中每一个补偿反射镜的宽度大于入射光点的大小，所述后补偿单元的每个补偿反射镜的宽度大于横向扫描宽度。 

可选的，所述照明单元由一个宽带光照明单元构成；所述扫描单元由扫描运动单元和扫描透镜单元构成，所述扫描运动单元使照明光对物体表面进行一维扫描，所述扫描透镜单元是柱面扫描透镜组，用于聚焦扫描光束。所述宽带光照明单元由宽带光源、照明镜头、柱面镜构成；所述照明镜头将宽带光源出射的光成像到无穷远，所述柱面镜单方向压缩从照明镜头出射的光束，压缩方向和扫描方向相同。所述宽带光源为石英卤素光源。 

所述扫描运动单元由纵向扫描反射镜和驱动器组成，经过纵向扫描反射镜产生对物体表面作纵向扫描的扫描光束；所述柱面扫描透镜组为像方远心光学系统，其光焦度所在方向与扫描方向相同，所述扫描光束在柱面扫描透镜组的像方焦面上形成的为一线光斑，所述线光斑与曝光场的横向平行，长度与曝光场的横向相等。所述纵向扫描反射镜位于所述柱面扫描透镜组的物方焦点位置处。 

所述前补偿单元和后补偿单元中的每一个补偿反射镜的宽度均大于等于曝光场的横向大小。 

本发明还提供了一种物体位置测量方法，用于对一被测物体面进行扫描并测量被测物体位置，其包括以下步骤： 

1)产生照明光束，所述照明光束包含至少三种不同波长的照明光； 

2)使所述照明光束在物体表面成像为一个光点，并使该光点位于物体表面第一维方向上的初始位置； 

3)使所述光点沿垂直于所述第一维方向的第二维方向扫描所述物体表面，并获取对应于该第二维方向扫描的探测点信息； 

4)调整所述光点成像在物体表面第一维方向上的位置，经由包含多个在空 间上按阶梯分布排列的补偿反射镜的前补偿单元进行光程补偿，并判断该光点是否已经到达终点位置，若否，重复步骤3，否则，进入步骤5； 

5)综合上述探测点信息，确定物体位置。 

其中，步骤2至4具体包括：初始化扫描反射镜，锁定横向扫描反射镜；驱动纵向扫描反射镜使扫描光点入射到前补偿单元的第一个补偿反射镜的位置后，通过第一个补偿反射镜完成相对于投影系统纵向最远的测量点的光程补偿后，锁定纵向扫描反射镜；驱动横向扫描反射镜，完成曝光场内第一个纵向位置横向扫描后，锁定横向扫描反射镜；驱动纵向扫描反射镜使扫描光点入射到前补偿单元的第二个补偿反射镜的位置后，通过第二个补偿反射镜完成相对于投影系统纵向第二远的测量点的光程补偿后，锁定纵向扫描反射镜；驱动横向扫描反射镜，完成曝光场内第二个纵向位置横向扫描后，锁定横向扫描反射镜；重复以上过程，直到完成曝光场内第n个纵向位置的横向扫描；其中，n为前补偿单元的补偿反射镜个数。 

本发明还提供了另一种物体位置测量方法，用于对一被测物体面进行扫描并测量被测物体位置，其包括以下步骤： 

1)采用宽带光源产生一照明光束； 

2)使所述照明光束在物体表面成像为一条沿第一维方向的线光斑，并使该线光斑位于物体表面垂直于该第一维方向的第二维方向的初始位置； 

3)获取对应于该沿第一维方向的线光斑的探测点信息； 

4)调整所述线光斑在物体表面第二维方向上的位置，经由包含多个在空间上按阶梯分布排列的补偿反射镜的前补偿单元进行光程补偿，并判断是否已经到达终点位置，若否，重复步骤3，否则，进入步骤5； 

5)综合上述探测点信息，确定物体位置。 

其中，步骤2至4具体包括：初始化扫描反射镜，使线光斑入射到前补偿单元第一个补偿反射镜的位置，通过第一个补偿反射镜完成相对于投影系统纵向最远的长条测量光斑的光程补偿后；完成曝光场内对应于线光斑的第一个条形光斑的扫描；驱动扫描反射镜使线光斑入射到前补偿单元第二个补偿反射镜的位置，通过第二个补偿反射镜完成相对于投影系统纵向第二远的长条测量光斑的光程补偿后；完成曝光场内对应于线光斑的第二个条形光斑的扫描；重复以上过程，直到完成曝光场内第n个条形光斑的扫描；其中，n为前补偿单元的补偿反射镜个数。 

本发明采用了扫描测量的思想，提出了全曝光场测量方案，所需照明结构简单，直接采用扫描组和一种光学补偿结构来实现整个曝光场范围内全覆盖的扫描测量，使测量精度得到大幅度提高。 

附图说明

图1是本发明第一实施例的物体位置测量装置的测量原理图； 

图2是本发明第一实施例的照明单元及部分扫描单元结构示意图； 

图3a是本发明第一实施例的纵向扫描及补偿原理图； 

图3b是本发明第一实施例的补偿原理详解图； 

图4是本发明第一实施例的补偿单元结构图； 

图5是本发明第一实施例的横向扫描示意图； 

图6是硅片面上扫描轨迹示意图； 

图7是本发明第二实施例的物体位置测量装置的测量原理图； 

图8是本发明第二实施例的照明单元及部分扫描单元结构示意图； 

图9是本发明第二实施例的补偿单元结构图； 

图10是本发明第二实施例的扫描示意图； 

图11是探测器结构图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。 

本发明第一实施例的物体位置测量装置，应用于光刻设备的硅片位置测量，所述装置由照明单元，扫描单元，投影单元，接受单元和探测单元组成。照明单元提供多波长准直光束，经纵向(在硅片面上表现为z向)扫描反射镜及扫描镜头后聚焦到补偿镜组上，经补偿镜组反射后经过投影及横向(在硅片面上表现为x向)扫描反射镜后投影到硅片上，由硅片面反射后经接受镜头、补偿镜组和探测单元成像在探测器上，经处理后即可获得所需测量信息。 

图1是整个测量装置测量原理示意图，由投影物镜1，硅片2，照明扫描单元(LC)3，扫描透镜单元4，前补偿单元5，投影前组镜头6，横向扫描反射镜7，投影后组镜头8，接受前组镜头9，孔径光阑10，接受后组镜头11，后 补偿单元12，探测成像透镜13、14，光电探测器15组成。其中，投影前组镜头6和投影后组镜头8构成投影单元，接受前组镜头9和接受后组镜头11构成接受单元，探测成像透镜13和14构成探测成像单元。 

LC单元3提供的准直光束经扫描透镜单元4聚焦到前补偿单元5上，经前补偿单元5反射，并经过投影前组镜头6后平行入射到横向扫描反射镜7上，反射后经投影后组镜头8聚焦到硅片面2上，经硅片面2反射后再经过接受单元9和11、后补偿单元12、探测成像单元13和14后成像到探测器15上。当硅片离焦z后，在探测面上得到一个对应的变化量l，通过测量该变化量即得到硅片的离焦量，关系如下： 

l＝2zβ₂β₃sinθ 

其中θ为投影光线的入射角，即投影物镜1的光轴和投影后组镜头8的光轴之间的夹角。β₂为接受单元9和11的光学放大倍率，β₃为探测成像单元13和14的光学放大倍率。 

在上述结构中，投影单元，接受单元和探测成像单元都为双远心结构，保证测量精度。其中横向扫描镜7置于投影前后组镜头6和8的焦阑位置处，以构成远心扫描系统。探测器15为面阵电荷耦合器件(CCD)或是线阵CCD或是位置敏感探测器(PSD)阵列。如果是线阵CCD或PSD阵列，其布局如图11所示，可根据需求布置k个探测器15。 

本发明第一实施例的具体结构如下所述： 

图2为LC单元的结构示意图，其包含了照明单元及扫描单元中纵向扫描部分的结构。其中，照明单元由光源31、32、33，准直镜头311、321、331，合束棱镜312、322、332组成，纵向扫描反射镜34和驱动器35属于扫描单元。 

光源31、32、33为发光二极管(LED)或者激光二极管(LD)光源，波长分别为λ1、λ2、λ3，为了避开曝光波长和光刻胶的层间干涉效应对测量精度的影响，因此光源设计波长选取在630nm～980nm。光源31、32、33发出的光分别经过准直镜头311、321、331准直后，分别平行入射到合束棱镜312、322、332，合束棱镜332的分光面上镀反射波长为λ3的高反膜，合束棱镜322的分光面上镀反射波长λ2而透射λ3的介质膜，合束棱镜312的分光面上镀反射λ1而透射λ2、λ3的介质膜，这样经过三个棱镜后三种不同波长的准直光被耦合成一束后 入射到纵向扫描反射镜34上，纵向扫描反射镜在驱动器35的驱动下以ω₁的角速度运动。 

LC单元中的光源个数可以根据需要调整为多个，但要保证所增加光源的波长在设计波长范围内。 

下面结合图3a至图6进一步分析其工作原理。 

图3a为本发明第一实施例的纵向扫描及补偿原理图，耦合了λ1、λ2、λ3的准直光束入射到纵向扫描反射镜34上，经过扫描透镜单元4后聚焦到前补偿单元5上，再经过投影单元成像到硅片面2上形成单个测量光点O。而此时横向扫描反射镜7不工作，只起到反射镜的作用，图3a是把扫描反射镜7等效光路拉直后的示意图。 

纵向扫描反射镜34置于扫描透镜单元4的物方焦点位置处，形成像方远心扫描结构，以便使其像方扫描主光线始终垂直于其像方焦平面。当纵向扫描反射镜34在驱动器35的驱动下绕过镜面中心垂直于yz平面的轴以ω₁作扫描运动时，在硅片面2上的扫描光点就会沿z方向由A点扫到B。经过后面的接受和探测系统后即可得到扫描点的位置信息。 

为了补偿硅片面AB与光轴的夹角，物方采用了前补偿单元5对不同位置扫描点的光程作补偿，如图3b所示，当扫描反射镜34作扫描运动时，其所在的扫描面为扫描透镜组4的像方焦平面A”B”。前补偿单元5是由空间上位于不同位置的n个反射镜组成的，其除了起补偿作用的面(图4中垂直于c向的面)为反射面外，其他部分都吸收光线。向下的扫描光线经扫描透镜单元4后会聚在A”点，经过前补偿单元5的后反射像为A’点；通过扫描透镜单元4后的光点O’的位置不变；向上的扫描光线经扫描透镜单元4后会聚在B”点，经过前补偿单元5的后反射像为B’点。经前补偿单元5后所成的像点A’、O’、B’共线且与投影前组镜头6的光轴成一定夹角，A，、B’经过双远心投影系统后所成的像为A、B，A’B’经投影单元形成的像AB满足沙伊姆弗勒(scheimpflug)条件(即斜置场面成像条件：倾斜的物成倾斜的像)，这样就能避免硅片面2上的扫描点由于像面的倾斜而扩散从而影响测量的状况。 

为了获取硅片面2上当前曝光场内足够多的信息，可根据需求设计相应的纵向扫描点点数，而纵向扫描点的个数由前补偿单元5所用反射镜的个数而决 定，因此可以由实际需求来设计前补偿单元5的补偿反射镜个数n。每个补偿反射镜的中心高度相同，每个补偿反射镜的宽度(c向视图)只需要比s(光点的大小)大即可满足要求。n个扫描点经过n个反射镜补偿后的镜像也共线，投影单元满足scheimpflug成像条件。 

至此完成了曝光场内纵向扫描的工作过程。 

而硅片面2上的横向扫描过程如图5所示，此时纵向扫描反射镜34不工作，只起到反射镜的作用，此图是把纵向扫描反射镜34和前补偿单元5等效拉直后的示意图。准直光束经过纵向扫描反射镜34反射后进入扫描透镜单元4后聚焦到其焦平面上，经前补偿单元5反射后通过投影前组镜头6入射到横向扫描反射镜7上，再通过投影后组镜头8后成像到硅片面2上。横向扫描反射镜7在驱动器35驱动下绕过该镜面中心且垂直于投影光轴截面的轴以ω₂作扫描运动时，在硅片面2上的扫描光点就会沿x向由C点扫到D点，由于横向扫描反射镜7置于双远心投影单元的孔径光阑位置处，硅片面2上的扫描点始终保持最小，不会发生弥散。经过后面的接受和探测系统后即可得到扫描点的位置信息。 

后补偿单元12的补偿原理和前补偿单元5一样，其补偿镜的个数n也与前补偿单元5相同，其补偿反射镜的宽度要大于横向扫描宽度CD。 

光线由硅片2反射后经接受单元和后补偿单元12补偿后扫描点形成的平面与探测成像单元13、14的光轴垂直，这样最终在探测面上测量点的主光线与探测器15垂直(即主光线在探测器15上的入射角为零)，提高了探测器15的探测效率。 

为了保证该装置对曝光场进行有效的扫描测量，其工作流程如下： 

光源31～33打开后，驱动器35对纵向扫描反射镜34和横向扫描反射镜7进行初始化，然后驱动纵向扫描反射镜34旋转一定角度以使扫描光线进入前补偿单元5的第1个补偿反射镜，形成硅片面上的测量点A，如图6所示，此时驱动器35锁定纵向扫描反射镜34，驱动横向扫描反射镜7开始扫描，完成曝光场x向扫描，扫描位置即图6中线条1所示曝光场的横向长度p，这样在探测方就会形成与探测器15对应的k个位置信息。然后驱动器35锁定横向扫描反射镜7，驱动纵向扫描反射镜34进入第2个补偿反射镜后，锁定纵向扫描反射镜34，驱动横向扫描反射镜7完成曝光场内第2条线上的扫描，在探测方就会形 成与探测器15对应的第2条线上的k个位置信息。重复以上过程，直到完成第n个位置处的扫描，得到第n条线上的k个位置信息。则总测量点的个数为n*k个，得到曝光场内横纵向n*k个位置信息，从而提高了测量精度。 

本发明的第二实施例如下所述： 

如图7为本发明第二实施例的原理示意图，同时也描绘了光线压缩的过程，3’为照明扫描单元(LC’)，4’为柱面扫描透镜组，50为前补偿单元，7’为投影单元的孔径光阑，其余结构与第一实施例相同。 

LC’单元3’出射光线a进入柱面扫描透镜组4’，单方向压缩后在柱面扫描透镜组4’的焦平面上形成一条形光束，经过前补偿单元50，并经过投影单元6、8成像到硅片面2上，测量原理同第一实施例。 

图8所示为本发明第二实施例的照明及扫描单元结构图，其中，36为宽带光源，37为照明镜头，38和39为柱面镜，36～39组成照明单元。34为扫描反射镜，35’为扫描反射镜驱动器。 

光源36可以是石英卤素光源，输出波长范围为630nm～980nm，经过照明镜头37后，进入38和39的柱面镜组构成柱面望远镜扩束系统，以便在z’方向压缩光束宽度而保持另一方向光束的宽度不变。这样经过该照明单元出来的光束为长条形准直光束。假设6和8构成投影单元的倍率为-1，则照明镜头37照明视场直径应为p，以便与曝光场的横向长度相适应。扫描反射镜34位于柱面扫描透镜组4’的物方焦面上，这样经过柱面扫描透镜组4’后形成一个长条形的测量光斑，前补偿单元50的工作原理同第一实施例，不过每个补偿反射镜的宽度(c’向视图)相应的调整为p，以便对柱面扫描透镜组4’焦面条形光斑进行光程补偿，如图9所示。 

图10为本发明第二实施例的扫描光路示意图，图中把扫描反射镜34作了等效光路的拉直处理。光源36出射的光经照明镜头37后进入柱面镜头38、39的非压缩方向，再经过扫描反射镜34和柱面扫描透镜组4’进入前补偿单元50。结合第一实施例的描述，由图10可知最终该光学系统在硅片面2上形成一条形测量光斑C’D’，而第一实施例中为一个点光斑。 

由于第二实施例在硅片面2上形成的是一条横向分布的条形光斑，其横向长度为曝光场的横向大小p，因此只需要驱动扫描反射镜34沿纵向扫描，即可 实现整个曝光场的扫描测量。 

其扫描工作流程如下： 

打开光源36，驱动器35’驱动扫描反射镜34以一定的步距完成对前补偿单元50的第1到第n补偿反射镜的扫描，即可在硅片面2上曝光场内形成如图6所示的1到n条扫描线，假设所用光电探测器15为线阵探测器，在可测量范围内布置为k个，则测量点的个数为n*k个，得到曝光场内n*k个位置信息，由于减少了横向扫描过程，从而在保证测量精度的同时提高了测量速度。

Claims (27)

1.一种物体位置测量装置，包括照明单元，投影单元，接受单元，探测单元，其中，照明单元产生测量光，探测单元根据经被测物体面反射的测量光信号来确定被测物体的位置，其特征在于：所述物体位置测量装置还包括扫描单元，前补偿单元和后补偿单元；所述前补偿单元和所述后补偿单元包含多个在空间上按梯级分布排列的补偿反射镜；其中扫描单元控制测量光在被测物体面上沿一维方向或二维方向移动，以实现被测物体面的全场扫描；所述前补偿单元在光路上位于投影单元之前，对投影单元的入射光进行光程补偿；所述后补偿单元在光路上位于接受单元之后，对接受单元的出射光进行光程补偿，前补偿单元中心位于扫描单元焦点处且各反射镜中心线构成的面与扫描单元焦平面成一夹角且构成上述夹角的两面的交线与扫描单元扫描轴平行。

2.如权利要求1所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述照明单元发出的测量光的波长范围为630nm到980nm。

3.如权利要求1所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述投影单元由投影前组镜头和投影后组镜头构成，且所述投影前组和后组镜头构成双远心系统。

4.如权利要求1所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述扫描单元包含扫描反射镜和控制器，所述控制器控制扫描反射镜绕该反射镜的镜面中心线旋转。

5.如权利要求1所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述接受单元由接受前组镜头和接受后组镜头构成，且所述接受前组和后组镜头构成双远心系统。

6.如权利要求1所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述物体位置测量装置还包括一探测成像单元，测量光经过所述前补偿单元补偿后构成的扫描轨迹面与物体表面相对于所述投影单元为物象共轭关系，且满足斜置场面成像条件；测量光经过所述后补偿单元补偿后构成的扫描轨迹面与物体表面满足斜置场面成像条件，且该扫描轨迹面与所述探测成像单元的光轴垂直。

7.如权利要求1所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述探测单元由探测成像单元和探测器构成。

8.如权利要求7所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述探测成像单元为双远心光学系统，将经过后补偿单元的光信号成像到所述探测器上。

9.如权利要求7所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述探测器为面阵电荷耦合器件阵列或线阵电荷耦合器阵列或面阵位置敏感探测器阵列。

10.如权利要求1～9中任一项所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述照明单元由至少三个单色光源和耦合单元构成，所述耦合单元将所述单色光源发出的光准直耦合；所述扫描单元包括扫描运动单元和扫描透镜单元，所述扫描运动单元使照明光对物体表面进行二维扫描，所述扫描透镜单元实现扫描聚焦。

11.如权利要求10所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述单色光源为激光二极管或发光二极管。

12.如权利要求10所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述耦合单元由与所述单色光源数量相同的准直镜头和与所述单色光源数量相同的合束棱镜组成，所述准直镜头对相应的单色光源准直，所述合束棱镜将经过准直镜头的多个单色准直光耦合成一束准直光。

13.如权利要求12所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述每一合束棱镜对相应的单色光源发出的光进行反射，而透射其他单色光源发出的光。

14.如权利要求10所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述扫描运动单元由两个扫描轴互相垂直的扫描反射镜和一个控制器构成；其中一个扫描反射镜实现物体表面上的横向扫描，另一个扫描反射镜实现物体表面上的纵向扫描；所述控制器控制所述两个扫描反射镜的扫描过程，以实现单个光点对整个曝光场的扫描测量。

15.如权利要求14所述的物体位置测量装置，其特征在于：实现纵向扫描的扫描反射镜位于扫描单元的孔径光阑处，其中心与扫描单元的孔径光阑的中心重合；实现横向扫描的扫描反射镜位于投影单元的孔径光阑位置处，其中心与投影单元的孔径光阑的中心重合。

16.如权利要求10所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述扫描透镜单元为像方远心镜头，将准直光束聚焦到其焦平面上，并保证在扫描运动单元扫描时，扫描光线的主光线与扫描透镜单元的焦平面垂直。

17.如权利要求10所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述前补偿单元和所述后补偿单元包含多个在空间上按梯级分布排列的补偿反射镜，所述前补偿单元中每一个补偿反射镜的宽度大于入射光点的大小，所述后补偿单元的每个补偿反射镜的宽度大于横向扫描宽度。

18.如权利要求1～9中任一项所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述照明单元由一个宽带光照明单元构成；所述扫描单元由扫描运动单元和扫描透镜单元构成，所述扫描运动单元使照明光对物体表面进行一维扫描，所述扫描透镜单元是柱面扫描透镜组，用于聚焦扫描光束。

19.如权利要求18所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述宽带光照明单元由宽带光源、照明镜头、柱面镜构成；所述照明镜头将宽带光源出射的光成像到无穷远，所述柱面镜单方向压缩从照明镜头出射的光束，压缩方向和扫描方向相同。

20.如权利要求19所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述宽带光源为石英卤素光源。

21.如权利要求18所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述扫描运动单元由纵向扫描反射镜和驱动器组成，经过纵向扫描反射镜产生对物体表面作纵向扫描的扫描光束；所述柱面扫描透镜组为像方远心光学系统，其光焦度所在方向与扫描方向相同，所述扫描光束在柱面扫描透镜组的像方焦面上形成的为一线光斑，所述线光斑与曝光场的横向平行，长度与曝光场的横向相等。

22.如权利要求21所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述纵向扫描反射镜位于所述柱面扫描透镜组的物方焦点位置处。

23.如权利要求18所述的物体位置测量装置，其特征在于：所述前补偿单元和所述后补偿单元包含多个在空间上按梯级分布排列的补偿反射镜，所述前补偿单元和后补偿单元中的每一个补偿反射镜的宽度均大于等于曝光场的横向大小。

24.一种物体位置测量方法，用于对一被测物体面进行扫描并测量被测物体位置，其特征在于，包括以下步骤：

1)产生照明光束，所述照明光束包含至少三种不同波长的照明光；

2)使所述照明光束在物体表面成像为一个光点，并使该光点位于物体表面第一维方向上的初始位置；

3)使所述光点沿垂直于所述第一维方向的第二维方向扫描所述物体表面，并获取对应于该第二维方向扫描的探测点信息；

4)调整所述光点成像在物体表面第一维方向上的位置，经由包含多个在空间上按阶梯分布排列的补偿反射镜的前补偿单元进行光程补偿，并判断该光点是否已经到达终点位置，若否，重复步骤3，否则，进入步骤5；

5)综合上述探测点信息，确定物体位置。

25.如权利要求24所述的物体位置测量方法，其特征在于，步骤2至4具体包括：

初始化扫描反射镜，锁定横向扫描反射镜；

驱动纵向扫描反射镜使扫描光点入射到前补偿单元的第一个补偿反射镜的位置后，通过第一个补偿反射镜完成相对于投影系统纵向最远的测量点的光程补偿后，锁定纵向扫描反射镜；

驱动横向扫描反射镜，完成曝光场内第一个纵向位置横向扫描后，锁定横向扫描反射镜；

驱动纵向扫描反射镜使扫描光点入射到前补偿单元的第二个补偿反射镜的位置后，通过第二个补偿反射镜完成相对于投影系统纵向第二远的测量点的光程补偿后，锁定纵向扫描反射镜；

驱动横向扫描反射镜，完成曝光场内第二个纵向位置横向扫描后，锁定横向扫描反射镜；

重复以上过程，直到完成曝光场内第n个纵向位置的横向扫描；

其中，n为前补偿单元的补偿反射镜个数。

26.一种物体位置测量方法，用于对一被测物体面进行扫描并测量被测物体位置，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用宽带光源产生一照明光束；

2)使所述照明光束在物体表面成像为一条沿第一维方向的线光斑，并使该线光斑位于物体表面垂直于该第一维方向的第二维方向的初始位置；

3)获取对应于该沿第一维方向的线光斑的探测点信息；

4)调整所述线光斑在物体表面第二维方向上的位置，经由包含多个在空间上按阶梯分布排列的补偿反射镜的前补偿单元进行光程补偿，并判断是否已经到达终点位置，若否，重复步骤3，否则，进入步骤5；

5)综合上述探测点信息，确定物体位置。

27.如权利要求26所述的物体位置测量方法，其特征在于，步骤2至4具体包括：

初始化扫描反射镜，使线光斑入射到前补偿单元第一个补偿反射镜的位置，通过第一个补偿反射镜完成相对于投影系统纵向最远的长条测量光斑的光程补偿后；

完成曝光场内对应于线光斑的第一个条形光斑的扫描；

驱动扫描反射镜使线光斑入射到前补偿单元第二个补偿反射镜的位置，通过第二个补偿反射镜完成相对于投影系统纵向第二远的长条测量光斑的光程补偿后；

完成曝光场内对应于线光斑的第二个条形光斑的扫描；

重复以上过程，直到完成曝光场内第n个条形光斑的扫描；

其中，n为前补偿单元的补偿反射镜个数。

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