CN107806822B - 一种测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测量装置，包括：工作台、光栅基底、步进方向测量镜、步进方向干涉仪、光学曝光装置以及全息体光栅相位定位测量装置；光栅基底与步进方向测量镜固定于工作台的同一表面；步进方向干涉仪与步进方向测量镜相对设置；光学曝光装置以第一预设距离固定于工作台上方；全息体光栅相位定位测量装置以第二预设距离固定于工作台上方；依据步进方向干涉仪与步进方向测量镜之间的光程和/或依据检测已完成曝光的全息体光栅的相位变化，对工作台进行定位测量。该测量装置解决了随着工作台步进距离的增大导致步进方向干涉仪的测量精度和重复性不符合要求的问题，有效提高了光栅衍射波前的质量，也降低了对环境控制的成本和技术。

Description

一种测量装置

技术领域

本发明涉及大尺寸光栅制造技术领域，更具体地说，尤其涉及一种测量装置。

背景技术

随着科学技术的不断发展，扫描干涉场曝光技术为制作大尺寸、高衍射波前质量光栅的主要途径之一，已逐渐取代机械刻划技术。

扫描干涉场曝光技术具有机械刻划技术容易实现光栅衍射波前控制的优点，又具备全息曝光技术低杂光、无鬼线和制作效率高等优点，以干涉条纹作为“刀具”，采用扫描-步进的曝光方式进行大面积光栅制作。由于参与曝光的干涉场尺寸小，更容易控制光栅衍射波前，同时结合全息曝光技术，每次扫描曝光都有上千条干涉条纹，与机械刻划技术相比较，极大程度的提高了光栅制作效率。

扫描干涉场曝光技术的工作原理为曝光光斑静止，工作台承载光栅基底通过扫描-步进的曝光方式实现光栅掩膜制作，其中，由于相邻扫描周期之间的干涉条纹在相位上需要实现精确拼接，因此需要精密的工作台位置测量装置。工作台位置测量装置用于定位承载光栅基底的工作台位置，也就是说用于获取已曝光区域的相位，工作台位置测量精确度直接决定光栅衍射波前的制作精度，在光栅制作过程中具有极其重要的作用。

现有的工作台位置测量装置，如图1所述，包括：激光器1、分束镜2、X方向干涉仪3、Y方向干涉仪4、X方向测量镜5、Y方向测量镜6、工作台7以及光栅基板8。当工作台沿X轴方向步进运动时，X方向干涉仪从固定在工作台上的X方向测量镜上读取X轴方向信号。

在制作大尺寸光栅时，前期由于工作台沿X轴步进方向的位移较小，X方向干涉仪与X方向测量镜之间的激光的光程相对较短，外界环境对激光波长的影响较小，此时X方向干涉仪的测量精度和重复性符合要求。

但是，当X轴步进方向的位移过大时，X方向干涉仪与X方向测量镜之间的激光的光程就会不断增大，外界环境对X方向干涉仪的扰动就会增大，导致X方向干涉仪的测量精度和重复性不符合要求，且制作的光栅衍射波前质量也随着步进距离的增大而变差。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种测量装置，解决了随着工作台步进距离的增大导致步进方向干涉仪的测量精度和重复性不符合要求的问题，有效提高了光栅衍射波前的质量，也降低了对环境控制的成本和技术。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种测量装置，用于扫描干涉场曝光装置工作台步进方向定位测量，所述装置测量装置包括：工作台、光栅基底、步进方向测量镜、步进方向干涉仪、光学曝光装置以及全息体光栅相位定位测量装置；

其中，所述光栅基底与所述步进方向测量镜固定于所述工作台的同一表面；所述步进方向干涉仪与所述步进方向测量镜相对设置；所述光学曝光装置以第一预设距离固定于所述工作台上方，用于发射出曝光光束；所述全息体光栅相位定位测量装置以第二预设距离固定于所述工作台上方，用于发射出测量光束实时测量已完成曝光的全息体光栅的相位变化；

所述测量装置包括：第一测量阶段、第二测量阶段以及第三测量阶段，用于依据所述步进方向干涉仪与所述步进方向测量镜之间的光程和/或依据所述测量已完成曝光的全息体光栅的相位变化，对所述工作台进行定位测量。

优选的，在上述测量装置中，当所述测试装置处于所述第一测量阶段时，所述工作台背离所述步进方向干涉仪进行步进运动，依据所述步进方向干涉仪与所述步进方向测量镜之间的光程对所述工作台进行定位测量；

当所述工作台进行扫描运动时，所述步进方向干涉仪结合所述光学曝光装置进行曝光相位实时补偿；所述工作台在步进运动或扫描运动的过程中，曝光光束在所述光栅基底上进行曝光，形成全息体光栅。

优选的，在上述测量装置中，当所述测量装置处于所述第二测量阶段时，所述步进方向干涉仪与所述步进方向测量镜之间的光程达到第一距离，所述全息体光栅相位定位测量装置开始工作，检测在所述第一测量阶段曝光形成的全息体光栅的相位变化；

依据所述相位变化以及所述步进方向干涉仪与所述步进方向测量镜之间的光程对所述工作台进行定位测量且对扫描运动时的曝光相位实时补偿；

所述工作台在步进运动或扫描运动的过程中，曝光光束在所述光栅基底上进行曝光，形成全息体光栅。

优选的，在上述测量装置中，当所述测量装置处于第三测量阶段时，所述步进方向干涉仪与所述步进方向测量镜之间的光程达到第二距离，所述步进方向干涉仪停止工作，所述全息体光栅相位定位测量装置开始工作，检测在所述第二测量阶段曝光形成的全息体光栅的相位变化；

依据所述相位变化对所述工作台进行定位测量且对扫描运动的曝光相位实时补偿。

优选的，在上述测量装置中，所述光学曝光装置发射出的曝光光束与所述全息体光栅相位定位测量装置发射出的检测光束之间满足设定距离。

优选的，在上述测量装置中，所述全息体光栅相位定位测量装置包括：

测量读数头，所述测量读数头用于形成两束测量光束，并接收所述测量光束经光栅衍射后的反馈光束；

接收器，所述接收器设置于所述测量读数头的光出射端，用于对所述反馈光束进行处理；

光阑，所述光阑设置于所述测量读数头的光入射端，用于对打开或关闭所述测量读数头的光入射端。

优选的，在上述测量装置中，所述接收器包括：

光电转换装置，所述光电转换装置用于将所述反馈光束转换成相对应的电信号；

信号放大装置，所述信号放大装置用于对所述相对应的电信号进行放大处理。

优选的，在上述测量装置中，所述测量装置还包括：激光发生装置；

其中，所述激光发生装置与所述测量读数头的光入射端相对设置，且相对位置不变。

优选的，在上述测量装置中，所述激光发生器与所述测量读数头之间通过光纤进行激光传输。

通过上述描述可知，本发明提供的一种测量装置包括：工作台、光栅基底、步进方向测量镜、步进方向干涉仪、光学曝光装置以及全息体光栅相位定位测量装置；其中，所述光栅基底与所述步进方向测量镜固定于所述工作台的同一表面；所述步进方向干涉仪与所述步进方向测量镜相对设置；所述光学曝光装置以第一预设距离固定于所述工作台上方，用于发射出曝光光束；所述全息体光栅相位定位测量装置以第二预设距离固定于所述工作台上方，用于发射出测量光束实时测量已完成曝光的全息体光栅的相位变化；依据所述步进方向干涉仪与所述步进方向测量镜之间的光程和/或依据所述测量已完成曝光的全息体光栅的相位变化，对所述工作台进行定位测量。

也就是说，当步进方向干涉仪与步进方向测量镜之间的光程过大时，通过对已完成曝光的全息体光栅的相位作为测量基准，进一步对工作台进行定位测量，极大程度解决了随着工作台步进距离的增大导致步进方向干涉仪的测量精度和重复性不符合要求以及制作的光栅衍射波前质量变差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中扫描干涉场曝光技术工作台定位测量装置的原理示意图；

图2为本发明实施例提供的一种测量装置的原理示意图；

图3为本发明实施例提供的第一测量阶段对工作台定位测量的原理示意图；

图4为本发明实施例提供的第二测量阶段对工作台定位测量的原理示意图；

图5为本发明实施例提供的第三测量阶段对工作台定位测量的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图2，图2为本发明实施例提供的一种测量装置的原理示意图。

所述测量装置包括：工作台20、光栅基底21、步进方向测量镜22、步进方向干涉仪23、光学曝光装置24以及全息体光栅相位定位测量装置25。

其中，所述光栅基底21与所述步进方向测量镜22固定于所述工作台20的同一表面；所述步进方向干涉仪23与所述步进方向测量镜22相对设置；所述光学曝光装置24以第一预设距离固定于所述工作台20上方，用于发射出曝光光束26；所述全息体光栅相位定位测量装置25以第二预设距离固定于所述工作台20上方，用于发射出测量光束27实时测量已完成曝光的全息体光栅的相位变化。

所述测量装置包括：第一测量阶段、第二测量阶段以及第三测量阶段，用于依据所述步进方向干涉仪23与所述步进方向测量镜22之间的光程和/或依据所述测量已完成曝光的全息体光栅的相位变化，对所述工作台20进行定位测量。

如图2所示，所述光学曝光装置24以及所述全息体光栅相位定位测量装置25固定于一基板28上，且该基板28位置固定不变，保证所述光学曝光装置24以及所述全息体光栅相位定位测量装置25均位于所述光栅基底21的同一上方。

基板28的表面平行于X轴与Z轴构成的平面，Y轴方向垂直于基板28的表面。

优选的，所述第一预设距离与所述第二预设距离相同，且所述光学曝光装置24以及所述全息体光栅相位定位测量装置25紧邻设置，保证全息体光栅相位定位测量装置25检测的光栅为光学曝光装置24最后曝光完成的光栅，进一步增加精确度。

在本发明实施例中，当步进方向干涉仪23与步进方向测量镜22之间的光程过大时，通过对已完成曝光的全息体光栅的相位作为测量基准，进一步对工作台20进行定位测量，极大程度解决了随着工作台步进距离的增大导致步进方向干涉仪的测量精度和重复性不符合要求以及制作的光栅衍射波前质量变差的问题。

基于本发明上述实施例，在本发明另一实施例中，参考图3，图3为本发明实施例提供的第一测量阶段对工作台定位测量的原理示意图。

其中，所述测量装置处于所述第一测量阶段，所述工作台20背离所述步进方向干涉仪23进行步进运动，依据所述步进方向干涉仪23与所述步进方向测量镜22之间的光程对所述工作台20进行定位测量。

当所述工作台20进行扫描运动时，所述步进方向干涉仪23结合所述光学曝光装置24进行曝光相位实时补偿；所述工作台20在步进运动或扫描运动的过程中，曝光光束26在所述光栅基底21上进行曝光，形成全息体光栅。

也就是说，在扫描曝光制作光栅的前期阶段，全息体光栅相位定位测量装置25不进行工作，工作台20沿着图3中X轴的正方向进行步进运动，该阶段依据所述步进方向干涉仪23与所述步进方向测量镜22之间的光程对所述工作台20进行定位测量。

由于在该阶段工作台20步进距离较短，因此所述步进方向干涉仪23与所述步进方向测量镜22之间的光程短，那么所述步进方向干涉仪23的测量和定位精度以及重复性均容易控制，所述光学曝光装置24发射出的曝光光束26在光栅基底21的光刻胶上能够曝光理想的周期结构。该周期结构是由于曝光光束26在光栅基底21的光刻胶上形成干涉场，明暗条纹对光刻胶作用不同，使得光刻胶产生了周期性的折射率变化，即全息体光栅，其光栅刻槽为折射率周期变化的光刻胶，并且该全息体光栅通过实验证明满足光栅方程。

在本发明实施例中，由于工作台20步进距离较短，因此所述步进方向干涉仪23与所述步进方向测量镜22之间的光程较短，受外界环境干扰的影响可忽略不计，因此通过步进方向干涉仪23对工作台进行定位测量。

基于本发明上述实施例，在本发明另一实施例中，参考图4，图4为本发明实施例提供的第二测量阶段对工作台定位测量的原理示意图。

其中，所述测量装置处于所述第二测量阶段，当所述步进方向干涉仪23与所述步进方向测量镜22之间的光程达到第一距离时，所述全息体光栅相位定位测量装置25开始工作，检测在所述第一测量阶段曝光形成的全息体光栅的相位变化。

依据所述相位变化以及所述步进方向干涉仪23与所述步进方向测量镜22之间的光程对所述工作台20进行定位测量且对扫描运动时的曝光相位实时补偿。在测量的过程中，二者之间进行相互补偿，相互矫正，保证曝光出的全息体光栅满足要求。

所述工作台在步进运动或扫描运动的过程中，曝光光束26在所述光栅基底21上进行曝光，形成全息体光栅。

首先对所述全息体光栅相位定位测量装置25的结构进行具体阐述，如图4所示，所述全息体光栅相位定位测量装置25包括：测量读数头41、接收器42以及光阑43。

其中，所述测量读数头41用于形成两束测量光束27，并接收所述测量光束27经光栅衍射后的反馈光束。

具体的，所述测量读数头41中集成设置了光学装置，该光学装置用于改变光束的偏振态以及对光束进行分束和合束。

所述接收器42设置于所述测量读数头41的光出射端，用于对所述反馈光束进行处理。

具体的，所述接收器42包括：

光电转换装置，所述光电转换装置用于将所述反馈光束转换成相对应的电信号。

信号放大装置，所述信号放大装置用于对所述相对应的电信号进行放大处理。

所述光阑43设置于所述测量读数头41的光入射端，用于对打开或关闭所述测量读数头41的光入射端。

具体的，所述光阑43对入射至所述测量读数头41的激光进行阻挡或放行，优选的，所述光阑43通过控制系统进行自动控制。

其中，如图4所示，所述测量装置还包括与所述测量读数头41的光入射端相对设置的激光发生装置44，且二者之间相对位置不变；该激光发生装置44用于发射出激光至所述测量读数头41的光入射端。优选的，所述激光发生装置44与所述测量读数头41之间通过光纤进行激光传输，进而减小外界环境对激光波长的影响。

其次，在第二测试阶段，当所述步进方向干涉仪23与所述步进方向测量镜22之间的光程达到第一距离时，所述步进方向干涉仪23与所述步进方向测量镜22之间的光程受到了一些外界环境因素的影响，此时，全息体光栅相位定位测量装置25准备进行工作状态。当工作台20完成第一测量阶段的扫描运动后，开始进入步进运动时，光阑43打开，激光发生装置44发射出的激光进入测量读数头41，从测量读数头41出射的激光以对称的光路入射到第一测试阶段曝光完成的相对应的全息体光栅上，经过全息体光栅的相位调制，衍射光沿原路返回并发生干涉，该干涉信号被接收器42接收后进行相应的处理。

在本发明实施例中，在工作台20步进的过程中，测量读数头41以受环境影响极小的全息体光栅的“栅距”，即光刻胶相位为测量基准对工作台20进行定位测量。需要说明的是，在第二测试阶段中，步进方向干涉仪23也在持续工作，因此是通过特定的算法将二者之间的数据进行对比处理，实现对工作台20的最终的定位测量。

基于本发明上述实施例，在本发明另一实施例中，参考图5，图5为本发明实施例提供的第三测量阶段对工作台定位测量的原理示意图。

其中，所述测量装置处于所述第三测量阶段，当所述步进方向干涉仪23与所述步进方向测量镜22之间的光程达到第二距离时，所述步进方向干涉仪23停止工作，所述全息体光栅相位定位测量装置25开始工作，检测在所述第二测量阶段曝光形成的全息体光栅的相位变化。

依据所述相位变化对所述工作台进行定位测量且对扫描运动的曝光相位实时补偿。

也就是说，当所述步进方向干涉仪23与所述步进方向测量镜22之间的光程达到第二距离时，再进行步进运动时，所述步进方向干涉仪23对工作台20的定位测量已经严重受到外界环境的影响，定位测量数据误差极大，此时所述步进方向干涉仪23停止工作，仅仅通过所述全息体光栅相位定位测量装置25对所述工作台20进行定位测量，其定位测量原理与第二测量阶段中的原理相同。

基于本发明上述全部实施例，本发明提供的一种测量装置，当步进方向干涉仪对工作台定位测量不准确或不能进行测量时，通过对前期曝光出的全息体相位光栅的相位为基准，控制工作台进行精密步进以及扫描运动完成后期的光刻胶曝光作业。

也就是说，步进方向干涉仪停止工作之前所曝光部分的光栅符合要求，那么即使工作台步进距离不断增加，测量读数头的测量和定位精度以及重复性也不会降低。完美的解决了随着工作台步进距离的增大导致步进方向干涉仪的测量精度和重复性不符合要求的问题，有效提高了光栅衍射波前的质量，也降低了对环境控制的成本和技术。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种测量装置，用于扫描干涉场曝光装置工作台步进方向定位测量，其特征在于，所述测量装置包括：工作台、光栅基底、步进方向测量镜、步进方向干涉仪、光学曝光装置以及全息体光栅相位定位测量装置；

其中，所述光栅基底与所述步进方向测量镜固定于所述工作台的同一表面；所述步进方向干涉仪与所述步进方向测量镜相对设置；所述光学曝光装置以第一预设距离固定于所述工作台上方，用于发射出曝光光束；所述全息体光栅相位定位测量装置以第二预设距离固定于所述工作台上方，用于发射出测量光束实时测量已完成曝光的全息体光栅的相位变化；

其中，所述全息体光栅相位定位测量装置包括：

测量读数头，所述测量读数头用于形成两束测量光束，并接收所述测量光束经光栅衍射后的反馈光束；

接收器，所述接收器设置于所述测量读数头的光出射端，用于对所述反馈光束进行处理；

光阑，所述光阑设置于所述测量读数头的光入射端，用于对打开或关闭所述测量读数头的光入射端；

所述测量装置还包括：激光发生装置；

其中，所述激光发生装置与所述测量读数头的光入射端相对设置，且相对位置不变；

其中，通过打开所述光阑，所述激光发生装置发射出的激光进入所述测量读数头，从所述测量读数头出射的激光以对称的光路入射到曝光完成的相对应的全息体光栅上，经过全息体光栅的相位调制，衍射光沿原路返回并发生干涉，所述接收器接收干涉信号进行处理；

所述测量装置包括：第一测量阶段、第二测量阶段以及第三测量阶段，用于依据所述步进方向干涉仪与所述步进方向测量镜之间的光程和/或依据所述测量已完成曝光的全息体光栅的相位变化，对所述工作台进行定位测量；

其中，当所述测量装置处于所述第一测量阶段时，所述工作台背离所述步进方向干涉仪进行步进运动，依据所述步进方向干涉仪与所述步进方向测量镜之间的光程对所述工作台进行定位测量；

当所述工作台进行扫描运动时，所述步进方向干涉仪结合所述光学曝光装置进行曝光相位实时补偿；所述工作台在步进运动或扫描运动的过程中，曝光光束在所述光栅基底上进行曝光，形成全息体光栅；

其中，当所述测量装置处于所述第二测量阶段时，所述步进方向干涉仪与所述步进方向测量镜之间的光程达到第一距离，所述全息体光栅相位定位测量装置开始工作，检测在所述第一测量阶段曝光形成的全息体光栅的相位变化；

依据所述相位变化以及所述步进方向干涉仪与所述步进方向测量镜之间的光程对所述工作台进行定位测量且对扫描运动时的曝光相位实时补偿；

所述工作台在步进运动或扫描运动的过程中，曝光光束在所述光栅基底上进行曝光，形成全息体光栅；

其中，当所述测量装置处于第三测量阶段时，所述步进方向干涉仪与所述步进方向测量镜之间的光程达到第二距离，所述步进方向干涉仪停止工作，所述全息体光栅相位定位测量装置开始工作，检测在所述第二测量阶段曝光形成的全息体光栅的相位变化；

依据所述相位变化对所述工作台进行定位测量且对扫描运动的曝光相位实时补偿。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光学曝光装置发射出的曝光光束与所述全息体光栅相位定位测量装置发射出的检测光束之间满足设定距离。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述接收器包括：

光电转换装置，所述光电转换装置用于将所述反馈光束转换成相对应的电信号；

信号放大装置，所述信号放大装置用于对所述相对应的电信号进行放大处理。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述激光发生装置与所述测量读数头之间通过光纤进行激光传输。

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