CN114384763B - 位移测量装置和光刻设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种位移测量装置和一种光刻设备。所述位移测量装置的读头模块内设置有至少一个光束合光元件以及若干反向回射元件，第一入射光束和第二入射光束相对于衍射元件的法线方向分别以第一角度和第二角度照射到所述衍射元件的不同位置，所产生的衍射光经读头模块引导，进入至少一个所述光束合光元件，获得相应的输出光束，所述输出光束被用于获得衍射元件的位移信息。由于第一入射光束和第二入射光射可以非平行入射到所述衍射元件来获得初始的衍射光束以及相应的输出光束，提高了入射光束的角度容差，具有宽角度适应的优点，有助于减小位移测量装置的安装和姿态控制难度。所述光刻设备包括所述位移测量装置。

Description

位移测量装置和光刻设备

技术领域

本发明涉及位移测量技术领域，特别涉及一种位移测量装置以及一种光刻设备。

背景技术

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，与之相应的，获取工件台、掩模台在各个自由度位置信息的精度要求也随之提高。

传统光刻系统中，获取工件台、掩模台在各个自由度位置信息采用干涉仪测量系统，干涉仪测量系统有较高的测量精度，可达纳米量级，然而，目前干涉仪测量系统的测量精度几乎达到极限，同时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、高稳定性的皮米测量方案迫切需要。

相比于干涉仪测量系统，光栅尺测量系统的光程可以做到较小，且光程与测量范围无关，因此，光栅尺测量系统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，使其在纳米级测量领域占据重要的一席之地。在新一代光刻系统中，光栅测量系统已开始逐渐取代干涉仪测量系统，承担高精度、高稳定性皮米精度的测量任务。

但是，现有的光栅尺测量系统对衍射元件的偏转角度容差小，而且对照射到光栅尺上的入射光的角度要求较为苛刻，例如需要用来进行位移测试的两束入射光平行照射到光栅尺表面，导致光源模块、读头模块以及衍射元件的安装和姿态控制难度很高。

发明内容

本发明提供一种位移测量装置，可以实现宽角度适应的位移测量，有助于降低装置的安装和姿态控制的难度。本发明还提供一种包括所述位移测量装置的光刻设备。

本发明一方面提供一种位移测量装置，包括：

衍射元件，包括光接触面以及沿平行于所述光接触面的方向排布的多个重复衍射单元；

读头模块，用于接收第一入射光束和第二入射光束并输出至少一个输出光束，所述读头模块内设置有至少一个光束合光元件以及若干反向回射元件；

其中，所述第一入射光束和第二入射光束相对于所述衍射元件的法线方向分别以第一角度和第二角度照射到所述衍射元件的不同位置，所产生的衍射光经所述读头模块引导，进入至少一个所述光束合光元件，获得相应的所述输出光束，所述输出光束被用于获得所述衍射元件的位移信息。

可选的，，所述读头模块包括第一光束合光元件；所述第一入射光束经所述衍射元件衍射产生+m级二次衍射光束，所述第二入射光束经所述衍射元件衍射产生-n级二次衍射光束；其中，所述第一入射光束的+m级二次衍射光束和所述第二入射光束的-n级二次衍射光束在所述第一光束合光元件的入射面上部分重合，均进入所述第一光束合光元件并输出平行光束，作为所述读头模块的第一输出光束，m和n指衍射级别。

可选的，所述第一入射光束的+m级二次衍射光束与所述衍射元件的法线之间的夹角为所述第一角度，所述第二入射光束的-n级二次衍射光束与所述衍射元件的法线之间的夹角为所述第二角度。

可选的，所述读头模块包括第二光束合光元件；所述第一入射光束经所述衍射元件衍射产生+n级一次衍射光束，经所述反向回射元件回射并经所述衍射元件反射产生二次反射光束，所述第二入射光束经所述衍射元件衍射产生+m级一次衍射光束；其中，所述第一入射光束的二次反射光束和所述第二入射光束的+m级一次衍射光束在所述第二光束合光元件的入射面上部分重合，均进入所述第二光束合光元件并输出平行光束，作为所述读头模块的第二输出光束，m和n指衍射级别。

可选的，所述第一入射光束的二次反射光束与所述第一入射光束的+n级一次衍射光束平行。

可选的，所述输出光束与所述衍射元件的法线平行。

可选的，所述第一角度和所述第二角度为任意非利特罗角度。

可选的，所述第一入射光束与所述第二入射光束之间的夹角小于等于10°。

可选的，所述衍射元件为光栅。

本发明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，所述光刻设备还包括上述位移测量装置，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，所述读头组件贴附于所述基片平台或所述掩模版平台中的另外一个。

本发明的位移测量装置中，所述读头模块内设置有至少一个光束合光元件以及若干反向回射元件，所述第一入射光束和第二入射光束相对于所述衍射元件的法线方向分别以第一角度和第二角度照射到所述衍射元件的不同位置，所产生的衍射光经所述读头模块引导，进入至少一个所述光束合光元件，获得相应的输出光束。由于第一入射光束和第二入射光射可以非平行入射到所述衍射元件来获得初始的衍射光束以及相应的输出光束，提高了入射光束的角度容差，具有宽角度适应的优点，有助于减小所述位移测量装置的安装和姿态控制难度。

本发明的光刻设备包括上述位移测量装置，其中所述衍射元件贴附于基片平台或掩模版平台中的一个，读头组件贴附于基片平台或掩模版平台中的另外一个，因而，所述光刻设备可以量测所述基片平台和所述掩模版平台间的相对位移，且所述位移测量装置安装和控制起来较为方便，具有较佳的宽角度适应能力，有助于提高所述光刻设备的性能。

附图说明

图1为本发明一实施例的位移测量装置的示意图。

图2a至图2d为本发明实施例的反向回射元件的示意图。

附图标记说明：

100-读头模块；110-第一反向回射元件；111-第二反向回射元件；130-反射元件；1401-透镜；1402-凹面反射镜；200-衍射元件；410-第一采集器；411-第二采集器；430-第一信号传输光纤；431-第二信号传输光纤；500-光信号处理模块；610-第一入射光束；611-第二入射光束；612-第一输出光束；613-第二输出光束；621-入射光束；622-出射光束；700-第一角度控制器；701-第二角度控制器；710-第一光束合光元件；711-第二光束合光元件。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的位移测量装置和光刻设备作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

为了实现宽角度适应的位移测量，降低位移测量装置的安装和姿态控制难度，本发明实施例涉及一种位移测量装置。

所述位移测量装置包括衍射元件和读头模块，所述衍射元件包括光接触面以及沿平行于所述光接触面的方向排布的多个重复衍射单元，所述读头模块用于接收第一入射光束和第二入射光束并输出至少一个输出光束，所述读头模块内设置有至少一个光束合光元件以及若干反向回射元件，其中，所述第一入射光束和第二入射光束相对于所述衍射元件的法线方向分别以第一角度和第二角度照射到所述衍射元件的不同位置，所产生的衍射光经所述读头模块引导，进入至少一个所述光束合光元件，并获得相应的的输出光束，所述输出光束被用于获得所述衍射元件的位移信息。

图1为本发明一实施例的位移测量装置的示意图。如图1所述，所述第一入射光束610和第二入射光束611相对于所述衍射元件200的法线方向分别以第一角度β1和第二角度β2进入所述读头模块100并照射到所述衍射元件200的不同位置，经所述衍射元件200衍射后，第一入射光束610和第二入射光束611的衍射光束再次进入所述读头模块100，经所述读头模块100引导，进入至少一个光束合光元件，获得相应的输出光束。

所述衍射元件200包括光接触面以及沿平行于所述光接触面的方向排布的多个重复衍射单元。本实施例中，所述衍射元件200可以为光栅。所述衍射元件还可以对入射光进行反射。另一实施例中，所述衍射元件还可以是全息衍射结构等其它包括多个重复衍射单元的衍射结构。

当入射光束与衍射元件的法线方向成利特罗角度照射到所述衍射元件上时，入射光束经所述衍射元件会被原路反射，此时无法获得入射光束的衍射光束，也无法利用入射光束的衍射光束实现位移测量的目的。因此，本实施例中，所述第一角度β1和所述第二角度β2可以为任意非利特罗角度。

具体的，为了确保测量精度以及相应输出光束的强度，所述第一入射光束610与所述第二入射光束611之间的夹角可以小于等于10°。

更详细的，所述第一角度β1和所述第二角度β2可以均为0°，即第一入射光束610和第二入射光束611可以沿着所述衍射元件200的法线方向照射到所述衍射元件200的光接触面上。所述第一角度β1和所述第二角度β2的大小可以相等，即第一入射光束610和第二入射光束611可以平行照射到所述衍射元件200的光接触面上。另一实施例中，所述第一角度β1和所述第二角度β2可以大小相等且相对于所述衍射元件法线的偏转方向相反。

本实施例中，所述读头模块100包括至少一个光束合光元件和若干反向回射元件，用于接收第一入射光束610和第二入射光束611并输出至少一个输出光束。

具体的，所述读头模块100可以包括两个反向回射元件(第一反向回射元件110和第二反向回射元件111)。所述反向回射元件可以改变光束的方向，本实施例中第一反向回射元件110和第二反向回射元件111的出射光束与入射光束平行，而方向相反，且出射光束相对于入射光束偏移一定距离。

图2a至图2d为本发明实施例的反向回射元件的示意图。其中，图2a示出了角锥棱镜的结构，图2b示出了直角棱镜的结构，图2c示出了道威棱镜的结构，图2d示出了猫眼反射器。如图2a所示，本实施例中，所述反向回射元件可以是角锥棱镜。如图2b至图2d所示，另一实施例中，反向回射元件还可以是直角棱镜、道威棱镜或猫眼反射器。参考图2d，以猫眼反射器为例对反向回射元件进行说明，所述猫眼反射器由一个透镜1401和一个凹面反射镜1402组成，凹面反射镜1402的球心置于透镜1401的主点(薄透镜中心)上，透镜1401的焦点在凹面反射镜1402的反射面上；入射光束621由透镜1401会聚到凹面反射镜1402上，被凹面反射镜1402反射，再经过透镜1401后出射光束622仍平行于原入射光束621，但方向相反。

参考图1，所述读头模块100可以包括第一光束合光元件710，第一光束合光元件710设置在一个输出光束(记为第一输出光束612)的光路上。所述第一输出光束612例如用来获得所述衍射元件200的横向位移信息。获得所述第一输出光束612的过程如下：所述第一入射光束610经所述衍射元件200衍射产生+m级二次衍射光束，所述第二入射光束611经所述衍射元件200衍射产生-n级二次衍射光束；其中，所述第一入射光束610的+m级二次衍射光束和所述第二入射光束611的-n级二次衍射光束在所述第一光束合光元件710的入射面上部分重合，均进入所述第一光束合光元件710并输出平行光束，该平行光束作为所述读头模块100的第一输出光束612，m和n指衍射级别，可以取大于0的整数，m，n也可以相等。

具体的，所述第一入射光束610和第二入射光束611相对于所述衍射元件200的法线方向分别以第一角度β1和第二角度β2照射到所述衍射元件200的不同位置，经所述衍射元件200衍射后产生均产生一次衍射光束；所述第二反向回射元件111接收第一入射光束610的+m级一次衍射光束(例如+1级一次衍射光束)，并将其反向回射至衍射元件200，再经所述衍射元件200二次衍射后产生第一入射光束610的+m级二次衍射光束；所述第一反向回射元件110接收第二入射光束611的-n级一次衍射光束(例如-1级一次衍射光束)，并将其反向回射至衍射元件200，再经所述衍射元件200二次衍射后产生第二入射光束611的-n级二次衍射光束；通过将所述第一反向回射元件110和第二反向回射元件111设置在适当的位置，所述第一入射光束610的+m级二次衍射光束和所述第二入射光束611的-n级二次衍射光束在所述第一光束合光元件710的入射面上部分重合，均进入所述第一光束合光元件710，所述第一光束合光元件710输出第一输出光束612。所述第一输出光束612可以与所述衍射元件200的法线平行。

其中，所述第一输出光束612相对于所述衍射元件200的出射位置、第一入射光束610和第二入射光束611在衍射元件200上的入射位置均不同，以避免两个入射光束的一次衍射光束彼此干扰以及避免第一输出光束对两入射光束的一次衍射光束的干扰。

应该理解的是，干涉(interference)是两列或两列以上的波在空间中重叠时发生叠加从而形成新的波形的现象，因而发生干涉的必要条件之一是两列或两列以上的波(光束)在空间中重叠。当所述第一入射光束的+m级二次衍射光束和所述第二入射光束的-n级二次衍射光束在所述第一光束合光元件的入射面上部分重合时，经所述光束合光元件的合光作用，所述第一入射光束的+m级二次衍射光束和所述第二入射光束的-n级二次衍射光束的至少部分平行射出且相互重叠，从而可以获得干涉信号(例如第一输出光束612)。

当第一入射光束610和第二入射光束611相对于衍射元件200的法线方向分别以第一角度β1和第二角度β2入射时，通过第一反向回射元件110和第二反向回射元件111的反向回射，所述第一入射光束610的+m级二次衍射光束与所述衍射元件200的法线之间的夹角为所述第一角度β1(即第一入射光束610的+m级二次衍射光束与第一入射光束610平行)，所述第二入射光束611的-n级二次衍射光束与所述衍射元件200的法线之间的夹角为所述第二角度β2(即第二入射光束611的-n级二次衍射光束与第二入射光束611平行)。

也就是说，第一入射光束610的+m级二次衍射光束和第二入射光束611的-n二次衍射光束的出射角度与所述衍射元件200的偏转角度无关，即使衍射元件200在一定范围内相对所述读头模块100发生了偏转，也不会改变第一入射光束610和第二入射光束611的二次衍射光束间的夹角，且两个二次衍射光束间的夹角与第一入射光束610和第二入射光束611的夹角相等，同时使得所述第一入射光束610的+m级二次衍射光束和所述第二入射光束611的-n级二次衍射光束在所述第一光束合光元件710的入射面上部分重合，且均进入所述第一光束合光元件710，获得第一输出光束612，即可消除衍射元件相对于所述读头模块偏转造成的相干光角度分离，减小衍射元件偏转对干涉信号强度(第一输出光束612的强度)的影响，有助于提高所述位移测量装置的角度容差，提高了测量精度，并实现了宽角度适应的位移测量。

以下以第一入射光束610和第二入射光束611的三种不同入射夹角为例对所述位移测量装置进行说明。

当第一入射光束610和第二入射光束611沿所述衍射元件200的法线方向进入即垂直入射所述衍射元件200时，第一角度β1和第二角度β2均为0°，通过第一反向回射元件110和第二反向回射元件111的反向回射后，所述第一入射光束610的+m级二次衍射光束和第二入射光束611的-n级二次衍射光束沿所述衍射元件200的法线方向从所述衍射元件200出射，两个二次衍射光束间的夹角也为0°。由于所述反向回射元件的引导，两个夹角为0°的二次衍射光束至少部分重合，此时，经第一光束合光元件710，能够产生干涉信号(第一输出光束612)。

当第一入射光束610和第二入射光束611平行入射所述衍射元件200时，第一角度β1和第二角度β2相等，即两入射光束的夹角为0°，通过第一反向回射元件110和第二反向回射元件111的反向回射后，所述第一入射光束610的+m级二次衍射光束和第二入射光束611的-n级二次衍射光束也平行出射，即两个二次衍射光束的夹角也为0°，两个二次衍射光束的夹角等于两个入射光束的夹角且为0°。由于所述反向回射元件的引导，两个平行的二次衍射光束至少部分重合，此时，经第一光束合光元件710，能够产生干涉信号(第一输出光束612)。

当第一入射光束610和第二入射光束611相对于衍射元件200的法线方向对称的入射所述衍射元件200时，第一角度β1等于第二角度β2的负值(β1＝-β2，这里的正负值是相对于所述衍射元件200的法线的偏转方向而言)，通过第一反向回射元件110和第二反向回射元件111的反向回射后，所述第一入射光束610的+m级二次衍射光束与所述衍射元件200的法线之间的夹角为第一角度β1，第二入射光束611的-n级二次衍射光束与所述衍射元件200的法线之间的夹角为第二角度β2。此时，两个入射光束和两个二次衍射光束间的夹角均为第一角度β1与第二角度β2的大小之和，在两个二次衍射光束的光路上设置第一光束合光元件710，使得第一入射光束610的二次衍射光束和第二入射光束611的二次衍射光束至少部分重合的平行的出射，能够得到干扰信号(第一输出光束612)。

本实施例中，所述第一输出光束612可以为带有第一方向位移信息(例如横向位移)的干涉信号。具体的，第一输出光束612的相位变化

可以包含所述衍射元件200在第一方向上的位移信息，当m＝n时，/>

可以表示为：

表示式(1)中，p为所述衍射元件的重复衍射单元在第一方向上的间距(即光栅在第一方向的栅距)，Δx为所述衍射元件200在第一方向(图1中X方向)上的位移变化量，m为衍射级别。

本实施例中，所述位移测量装置不仅可以进行第一方向(例如横向)的位移测量，还可以进行第二方向(例如纵向)的位移测量。以下对所述位移测量装置在进行第二方向的位移测量时的情况进行说明。

参考图1，本实施例中，所述读头模块100包括第二光束合光元件711，第二光束合光元件711设置在另一个输出光束(记为第二输出光束613)的光路上。所述第二输出光束613例如用来获得所述衍射元件200的纵向位移信息。获得所述第二输出光束613的过程如下：所述第一入射光束611经所述衍射元件200衍射产生+n级一次衍射光束，经所述反向回射元件回射并经所述衍射元件200反射产生二次反射光束，所述第二入射光束611经所述衍射元件200衍射产生+m级一次衍射光束；其中，所述第一入射光束610的二次反射光束和所述第二入射光束611的+m级一次衍射光束在所述第二光束合光元件711的入射面部分重合，均进入所述第二光束合光元件711并输出平行光束(包括带有微小夹角的光束)，作为所述读头模块100的第二输出光束613，其中，m和n指衍射级别，可以取大于0的整数，m，n也可以相等。

具体的，所述第一入射光束610和第二入射光束611相对于所述衍射元件200的法线方向分别以第一角度β1和第二角度β2照射到所述衍射元件200的不同位置，经所述衍射元件200衍射后产生均产生一次衍射光束；所述第二反向回射元件111接收所述第一入射光束610的+n级一次衍射光束(例如+1级)，并将其反向回射至衍射元件200，经所述衍射元件200的一次反射进入所述第一反向回射元件110，经所述第一反向回射元件110反向回射至衍射元件200，再经衍射元件200的二次反射产生第一入射光束610的二次反射光束，所述第一入射光束610的二次反射光束与衍射元件200的法线之间的夹角为第三夹角θ1；所述第二入射光束611经所述衍射元件200衍射产生+m级一次衍射光束(例如+1级)，所述第二入射光束611的+m级一次衍射光束与衍射元件200的法线之间的夹角为第四夹角θ2；通过将所述第一反向回射元件110和第二反向回射元件111设置在适当的位置，所述第一入射光束610的二次反射光束和所述第二入射光束611的+m级一次衍射光束在所述第二光束合光元件711的入射面部分重合，且均进入所述第二光束合光元件711，所述第二光束合光元件711输出第二输出光束613。所述第二输出光束613可以与所述衍射元件200的法线平行。

其中，所述第一入射光束610的二次反射光束和所述第二入射光束611的+m级一次衍射光束在所述第二光束合光元件711的入射面部分重合目的在于形成有效的干涉信号；所述第二输出光束613相对于所述衍射元件200的出射位置与第一入射光束610和第二入射光束611在衍射元件200上的入射位置均不同，以避免两个入射光束的一次衍射光束彼此干扰以及避免第一输出光束对两入射光束的一次衍射光束的干扰。

上述获得所述第一输出光束612的过程也可以包括反射操作。所述读头模块100还可以包括反射元件130，所述反射元件130用于控制光束的出光方位。具体的，所述第一入射光束610的二次反射光束与所述第二入射光束611的+m级一次衍射光束可以经所述反射元件130反射进入所述第二合束元件711。

由于第一入射光束610的+n级一次衍射光束经所述反向回射元件的两次回射以及在所述衍射元件200上进行了两次反射后产生了第一入射光束610的二次反射光束，所述第一入射光束610的二次反射光束与所述第一入射光束610的+n级一次衍射光束平行。此时，所述第一入射光束610的二次反射光束相对于所述衍射元件200的法线方向的出射角与衍射元件相对于读头模块的偏转角度无关，无论衍射元件200相对所述读头模块100是否发生了偏转，所述第一入射光束610的二次反射光束与所述第一入射光束610的+n级一次衍射光束均平行。对于第二入射光束611的+m级一次衍射光束，其出射角度θ2与第二入射光束611的入射角(第二角度β2)相关，而与衍射元件200相对与读头模块100的偏转角度无关。再通过所述反向回射元件的配合，所述第一入射光束610的二次反射光束和所述第二入射光束611的+m级一次衍射光束在所述第二光束合光元件711的入射面部分重合，且均进入所述第二光束合光元件711，所述第二光束合光元件711输出第二输出光束613，可以消除衍射元件相对于所述读头模块偏转造成的相干光角度分离，减小衍射元件偏转对干涉信号强度(例如第二输出光束613的强度)的影响，有助于提高所述位移测量装置的角度容差，提高了测量精度，并实现了宽角度适应的位移测量。

以下以第一入射光束610和第二入射光束611的三种不同入射夹角在为例对所述位移测量装置进行说明。

当第一入射光束610和第二入射光束611沿所述衍射元件200的法线方向进入即垂直入射所述衍射元件200时，第一角度β1和第二角度β2均为0°，通过第一反向回射元件110和第二反向回射元件111的反向回射后，所述第一入射光束610的二次反射光束与所述第一入射光束610的+n级一次衍射光束平行。由于第一入射光束610和第二入射光束611平行，所以所述第一入射光束610的二次反射光束与第二入射光束611的+m级一次衍射光束平行。经所述反向回射元件的引导，所述第一入射光束610的二次反射光束与所述第二入射光束611的+m级一次衍射光束至少部分重合，此时，经第二光束合光元件711，能够产生干涉信号(例如第二输出光束613)。

以第一入射光束610和第二入射光束611垂直入射所述衍射元件200的情况为例，当m＝n时，所述第一入射光束610的一次衍射光束和第二入射光束611的一次衍射光束与衍射元件200的法线之间的夹角均为θ，所述第二输出光束613为带有第二方向位移信息(例如纵向位移)的干涉信号。具体的，第二输出光束613的相位变化

可以包含所述衍射元件在第二方向上的位移信息，/>

可以表示为：

表示式(2)中，λ为所述衍射元件的重复衍射单元在第二方向上的的间距(即光栅在第二方向的栅距)，θ为入射光束的+m级衍射光束与衍射元件200法线的之间的夹角(即入射光束的+m级衍射角)，Δz1为所述衍射元件在第二方向上的位移变化量，m为衍射级别。

当第一入射光束610和第二入射光束611平行入射所述衍射元件200时，第一角度β1和第二角度β2相等，通过第一反向回射元件110和第二反向回射元件111的反向回射后，所述第一入射光束610的二次反射光束与第二入射光束611的+m级一次衍射光束平行，且经所述反向回射元件的引导，所述第一入射光束610的二次反射光束与所述第二入射光束611的+m级一次衍射光束至少部分重合，此时，经第二光束合光元件711，能够产生干涉信号(例如第二输出光束613)。

当第一入射光束610和第二入射光束611相对于衍射元件200的法线方向对称的入射所述衍射元件200时，第一角度β1等于第二角度β2的负值(β1＝-β2，这里的正负值是相对于所述衍射元件200的法线的偏转方向而言)，通过第一反向回射元件110和第二反向回射元件111的反向回射后，所述第一入射光束610的二次反射光束与衍射元件200的法线之间的夹角为第三夹角θ1；所述第二入射光束611的+m级一次衍射光束与衍射元件200的法线之间的夹角为第四夹角θ2；结合图1，此时，所述第一入射光束610的二次反射光束与所述第二入射光束611的+m级一次衍射光束的夹角Δθ＝θ2-θ1。当第一角度β1和第二角度β2较小时，衍射元件200相对于读头模块的偏转角度对Δθ的影响较小。此时，在第一入射光束610的二次反射光束和所述第二入射光束611的+m级一次衍射光束的光路上设置第一光束合光元件710，使得第一入射光束610的二次反射光束与所述第二入射光束611的+m级一次衍射光束至少部分重合的平行的出射(这里平行包括输出光束带有微小夹角的情况)，能够得到干扰信号(第二输出光束613)。

本实施例中，所述第一入射光束610和第二入射光束611可以均为稳频光束。所述第一入射光束610和第二入射光束611的频率可以相同。所述第一入射光束610和第二入射光束611可以均为激光光束，所述第一入射光束610和第二入射光束611也可以是非激光光束，例如均为LED光束。

所述第一入射光束610和所述第二入射光束611可以均为偏振光。当所述第一入射光束610和所述第二入射光束611为不同偏振态时，所述光束合光元件可以为双折射偏光器件，例如为渥拉斯顿棱镜；当所述第一入射光束610和所述第二入射光束611为相同偏振态时，所述光束合光元件可以为分光元件或楔角元件。

继续参考图1，所述读头模块100还可以包括至少一个光束角度控制器。具体的，所述读头模块可以包括第一角度控制器700和第二角度控制器701，第一角度控制器700可以设置在第一入射光束610的入射光路上，用于调整第一入射光束610相对于所述衍射元件200的法线方向的入射角；第二角度控制器701可以设置在反向回射元件和所述衍射元件200的光路间，用于调整所述反射回射元件的入射光束或出射光束的角度。

所述位移测量装置还可以包括光探测模块。所述光探测模块可以包括至少一个采集器，每个所述采集器可以用于接收一个输出光束。具体的，所述光探测模块可以包括第一采集器410和第二采集器411，所述第一采集器410接收第一输出光束612，所述第二采集器411接收第二输出光束613。

所述位移测量装置还可以包括光信号处理模块500，用于分析所述光探测模块输出的信号，并获得所述衍射元件的位移信息。光探测模块可以通过信号传输光纤与所述光信号处理模块500连接。例如，第一采集器410通过第一信号传输光纤430连接到光信号处理模块500，光信号处理模块500可以对第一输出光束612进行转换和分析，例如根据上述的表示式(1)计算出衍射元件200在第一方向上的位移信息；第二采集器411通过第二信号传输光纤431连接到光信号处理模块500，光信号处理模块500可以对第二输出光束613进行转换和分析，例如根据上述的表示式(2)计算出衍射元件200在第二方向上的位移信息。通过读头模块100、所述衍射元件200、光探测模块和光信号处理模块500的配合，所述位移测量装置可以实现第一方向(水平方向)和第二方向(垂直方向)的位移测量。

为了减小所述位移测量装置的尺寸，提高测量便利性并扩大应用范围，可以将光探测模块、信号传输光纤和读头模块集成为光纤式微型结构。

另一实施例中，所述光探测模块可以包括至少一个探测器，所述探测器可以接收输出光束，并进行光电转换且分析输出光束的相位信息，此时，探测器可以通过电缆与所述光信号处理模块500连接。

本实施例的位移测量装置中，所述读头模块内设置有至少一个光束合光元件以及若干反向回射元件，所述第一入射光束和第二入射光束相对于所述衍射元件的法线方向分别以第一角度β1和第二角度β2照射到所述衍射元件的不同位置，所产生的衍射光经所述读头模块引导，进入至少一个所述光束合光元件，获得相应的输出光束。由于第一入射光束和第二入射光射可以非平行入射到所述衍射元件来获得初始的衍射光束以及相应的输出光束，提高了入射光束的角度容差，具有宽角度适应的优点，有助于减小所述位移测量装置的安装和姿态控制难度。

本发明还提供一种光刻设备，所述光刻设备包括可相对移动的基片平台和掩模版平台，所述光刻设备还包括上述位移测量装置，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，所述读头组件贴附于所述基片平台或所述掩模版平台中的另外一个。

由于所述光刻设备包括上述位移测量装置，其中衍射元件贴附于基片平台或掩模版平台中的一个，读头组件贴附于基片平台或掩模版平台中的另外一个，因而，所述光刻设备可以量测所述基片平台和所述掩模版平台间的相对位移，且所述位移测量装置安装和控制起来较为方便，具有较佳的宽角度适应能力，有助于提高所述光刻设备的性能。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种位移测量装置，其特征在于，包括：

衍射元件，包括光接触面以及沿平行于所述光接触面的方向排布的多个重复衍射单元；

读头模块，用于接收第一入射光束和第二入射光束并输出至少一个输出光束，所述读头模块内设置有至少一个光束合光元件以及若干反向回射元件；

其中，所述第一入射光束和第二入射光束相对于所述衍射元件的法线方向分别以第一角度和第二角度照射到所述衍射元件的不同位置，且所述第一入射光束和所述第二入射光束非平行的入射到所述衍射元件，所产生的衍射光经所述读头模块引导，在每个所述光束合光元件的入射面上部分重合并进入所述光束合光元件，经过所述光束合光元件的合光作用后获得相应的所述输出光束，所述输出光束被用于获得所述衍射元件的位移信息。

2.如权利要求1所述的位移测量装置，其特征在于，所述读头模块包括第一光束合光元件；所述第一入射光束经所述衍射元件衍射产生+m级二次衍射光束，所述第二入射光束经所述衍射元件衍射产生-n级二次衍射光束；其中，所述第一入射光束的+m级二次衍射光束和所述第二入射光束的-n级二次衍射光束在所述第一光束合光元件的入射面上部分重合，均进入所述第一光束合光元件并输出平行光束，作为所述读头模块的第一输出光束，m和n指衍射级别。

3.如权利要求2所述的位移测量装置，其特征在于，所述第一入射光束的+m级二次衍射光束与所述衍射元件的法线之间的夹角为所述第一角度，所述第二入射光束的-n级二次衍射光束与所述衍射元件的法线之间的夹角为所述第二角度。

4.如权利要求1所述的位移测量装置，其特征在于，所述读头模块包括第二光束合光元件；所述第一入射光束经所述衍射元件衍射产生+n级一次衍射光束，经所述反向回射元件回射并经所述衍射元件反射产生二次反射光束，所述第二入射光束经所述衍射元件衍射产生+m级一次衍射光束；其中，所述第一入射光束的二次反射光束和所述第二入射光束的+m级一次衍射光束在所述第二光束合光元件的入射面上部分重合，均进入所述第二光束合光元件并输出平行光束，作为所述读头模块的第二输出光束，m和n指衍射级别。

5.如权利要求4所述的位移测量装置，其特征在于，所述第一入射光束的二次反射光束与所述第一入射光束的+n级一次衍射光束平行。

6.如权利要求1所述的位移测量装置，其特征在于，所述输出光束与所述衍射元件的法线平行。

7.如权利要求1至权利要求6任意一项所述的位移测量装置，其特征在于，所述第一角度和所述第二角度为任意非利特罗角度。

8.如权利要求7所述的位移测量装置，其特征在于，所述第一入射光束与所述第二入射光束之间的夹角小于等于10°。

9.如权利要求1所述的位移测量装置，其特征在于，所述衍射元件为光栅。

10.一种光刻设备，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1-9任意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，所述读头模块贴附于所述基片平台或所述掩模版平台中的另外一个。

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