CN117128851A - 位置测量装置、位置测量方法以及光刻设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种位置测量方法、位置测量装置以及光刻设备。所述位置测量方法包括：提供一光束，光束经过第一分光单元分为第一光束和第二光束，所述第一光束垂直入射被测目标，所述第二光束非垂直入射被测目标，所述第一光束经过所述被测目标的多次衍射后形成第一干涉光束，所述第一干涉光束含有被测目标的水平向位移信息，所述第二光束经过所述被测目标的多次衍射后形成第二干涉光束，所述第二干涉光束含有被测目标的水平向和垂向位移信息；将所述第一干涉光束和所述第二干涉光束转换成第一干涉信号和第二干涉信号并进行位移解算以获取所述被测目标的位置信息。本发明中，第一光束的测量通道与第二光束的测量通道不对称，无杂散光相互串扰。

Description

位置测量装置、位置测量方法以及光刻设备

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，特别涉及一种位置测量装置、位置测量方法以及光刻设备。

背景技术

纳米测量技术是纳米加工、纳米操控、纳米材料等领域的基础。集成电路产业、精密机械、微机电系统等都需要采用高分辨率、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、掩模台的六自由度位置信息的精度也随之提高。光栅尺测量系统的光程可以做到很小，通常为几毫米，其光程与测量范围无关，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承担高精度、高稳定性的皮米精度测量任务。

现有的一种二维高精度光栅尺位置测量系统，可通过相移信号测量水平向(X/Y向)和垂向(Z向)的位移，实现水平向和垂向二维高精度光栅尺位置测量，具有抗环境干扰能力强的特点。但是，该方案中水平向和垂向数据需要通过解耦计算获得，水平向测量精度会受垂向测量影响；而且，由于该方案中的两个测量通道完全对称，存在杂散光相互串扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种位置测量装置、位置测量方法以及光刻设备，以解决位置测量装置中存在水平向测量精度会受垂向测量影响和杂散光相互串扰的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种位置测量方法，包括：

提供一光束，所述光束经过第一分光单元分为第一光束和第二光束，所述第一光束垂直入射被测目标，所述第二光束非垂直入射所述被测目标；

所述第一光束经过所述被测目标的多次衍射后形成第一干涉光束，所述第一干涉光束含有被测目标的水平向位移信息；所述第二光束经过所述被测目标的多次衍射后形成第二干涉光束，所述第二干涉光束含有被测目标的水平向位移信息和垂向位移信息；

将所述第一干涉光束和所述第二干涉光束转换成第一干涉信号和第二干涉信号并进行位移解算以获得所述被测目标的位置信息。

可选的，所述第一光束经过所述被测目标的第一次衍射形成第一衍射光束，所述第一衍射光束的±m级次衍射光束相对于垂直于水平向位移的平面对称分布；所述第二光束经过所述被测目标的第一次衍射形成第二衍射光束，所述第二衍射光束的±m级次衍射光束相对于垂直于水平向位移的平面不对称分布；其中，m为衍射级次。

可选的，所述第一衍射光束的±m级次衍射光束经一反向回射单元后进入所述被测目标进行二次衍射；所述第二衍射光束的-m级次衍射光束经一光程补偿单元和所述反向回射单元后进入所述被测目标进行二次衍射，所述第二衍射光束的+m级次衍射光束经所述反向回射单元后进入所述被测目标进行二次衍射。

可选的，所述第一衍射光束和第二衍射光束经过反向回射单元之前，经过折光单元，所述折光单元用于实现所述第一光束的±m级次衍射光束的偏转和所述第二光束的±m级次衍射光束的偏转。

可选的，所述第一衍射光束和第二衍射光束经过所述折光单元之后、经过所述反向回射单元之前，还经过相位延迟单元，所述相位延迟单元用于改变所述第一光束的±m级次衍射光束的偏振状态和所述第二光束的±m级次衍射光束的偏振状态。

可选的，所述第一衍射光束的±m级次衍射光束经过所述被测目标的第二次衍射形成所述第一衍射光束的±m级次衍射光束的二次衍射光束，所述第一衍射光束的±m级次衍射光束的二次衍射光束形成所述第一干涉光束；所述第二衍射光束的±m级次衍射光束经过所述被测目标的第二次衍射形成所述第二衍射光束的±m级次衍射光束的二次衍射光束，所述第二衍射光束的±m级次衍射光束的二次衍射光束形成所述第二干涉光束。

可选的，所述位移解算包括水平向位移和垂向位移，所述水平向位移为通过第一干涉信号独立测量，所述垂向位移通过第一干涉信号和第二干涉信号计算解耦获得。

基于同一发明构思，本发明还提供一种位置测量装置，包括光源、读头以及光信号处理部件，所述读头包括第一分光单元；

所述光源用于提供一光束；

所述第一分光单元用于将所述光束分为第一光束和第二光束，所述第一光束垂直入射被测目标，所述第二光束非垂直入射所述被测目标，所述第一光束的多次衍射光束形成第一干涉光束，所述第一干涉光束含有水平向位移信息，所述第二光束的多次衍射光束形成第二干涉光束，所述第二干涉光束含有水平向位移信息和垂向位移信息；

所述光信号处理部件用于将所述第一干涉光束和所述第二干涉光束转换成第一干涉信号和第二干涉信号，并根据所述第一干涉信号和所述第二干涉信号进行位移解算。

可选的，所述位置测量装置还包括光探测部件，所述光探测部件用于收集所述第一干涉光束和所述第二干涉光束。

可选的，所述位置测量装置还包括光程补偿单元，所述光程补偿单元用于对所述第二光束的-m级次衍射光束进行光程补偿，以使所述第二光束的-m级次衍射光束和所述第二光束的+m级次衍射光束的光程相同，其中，m为衍射级次。

可选的，所述读头还包括反向回射单元，用于反向回射所述第一光束的±m级次衍射光束和所述第二光束的±m级次衍射光束。

可选的，所述反向回射单元为直角棱镜、反射镜组、猫眼反射器、道威棱镜、被测目标反射器中的一种或其任意组合。

可选的，所述读头还包括折光单元，所述折光单元用于实现所述第一光束的±m级次衍射光束的偏转和所述第二光束的±m级次衍射光束的偏转。

可选的，所述读头还包括相位延迟单元，所述相位延迟单元用于改变所述第一光束的±m级次衍射光束的偏振状态和所述第二光束的±m级次衍射光束的偏振状态。

基于同一发明构思，本发明还提供一种光刻设备，包括上述任一项所述的位置测量装置。

在本发明提供的一种位置测量装置、位置测量方法以及光刻设备中，通过第一分光单元将光束分为方向不同的第一光束和第二光束，所述第一光束垂直入射被测目标，所述第二光束非垂直入射被测目标；因此，第一光束的测量通道内±m级次衍射光束相对于垂直于水平向位移的平面对称分布，第二光束的测量通道内±m级次衍射光束相对于垂直于水平向位移的平面不对称分布，抗环境干扰能力强；第一光束的测量通道与第二光束的测量通道不对称，无杂散光相互串扰，从而能够解决位置测量装置中存在杂散光相互串扰的问题。

附图说明

图1是本发明一实施例的位置测量装置的ZX方向结构示意图；

图2是本发明一实施例的位置测量装置的YZ方向结构示意图；

图3是本发明一实施例的位置测量装置的XZ方向结构示意图；

图4是本发明另一实施例的位置测量装置的ZX方向结构示意图；

图5是本发明实施例的猫眼反射器结构示意图；

图6是本发明实施例的道威棱镜结构示意图；

图7是本发明实施例的光栅反射器结构示意图；

图8是本发明实施例的位置测量方法流程图；

图1-8中，

100-读头；110-第一分光单元；111-第二分光单元；120-光程补偿单元；130-折光单元；140-相位延迟单元；140a-第一相位延迟单元；104b-第二相位延迟单元；150-反向回射单元；150a-第一反向回射单元；150b-第二反向回射单元；151-猫眼反射器；1511-透镜；1512-凹面反射镜；152-道威棱镜；153-光栅反射器；1531-光栅；1532-反射棱镜；160-折光与光程补偿单元；170-光探测部件；200-被测目标；611-光束；612-第一光束；613-第二光束；614-第一光束的二次衍射光束；615-第二光束的二次衍射光束；616-第一光束的二次衍射光束的子光束；617-第二光束的二次衍射光束的子光束；621-入射光束；622-出射光束。

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一种位置测量装置、位置测量方法以及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。

具体的，请参考图1，其为是本发明实施例的位置测量装置的ZX方向结构示意图。本实施例中，X向为第一水平向，Y向为第二水平向，Z向为垂向，其中，X向、Y向、Z向相互垂直。如图1所示，本实施例提供一种位置测量装置，包括光源(图中未示出)、被测目标200和读头100。

读头100包括第一分光单元110。光源用于提供一光束611，第一分光单元110用于将光束611分为方向不同的第一光束612和第二光束613，第一光束611垂直入射被测目标200，第二光束非垂直入射被测目标200。第一分光单元110用于实现光束分束效果，也即将光束611分成第一光束612和第二光束613，第一分光单元110例如是分光镜、偏振分光镜或者分光光栅。

被测目标200对第一光束612和第二光束613进行衍射。被测目标200为二维微小周期性的重复结构。在本实施例中，被测目标200例如是反射型光栅。第一光束612到达被测目标200后形成第一光束的衍射光束，第一光束的衍射光束包括±m级次衍射光束，第一光束的±m级次衍射光束经过光程补偿单元120、折光单元130和反向回射单元150后再次到达被测目标200，经过被测目标200形成第一光束的二次衍射光束，第一光束的二次衍射光束包括±m级二次衍射光束，第一光束的±m级二次衍射光束形成第一干涉光束，第一干涉光束含有水平向位移信息。第二光束613到达被测目标200后形成第二光束的衍射光束，第二光束的衍射光束包括±m级次衍射光束，第二光束的±m级次衍射光束经过光程补偿单元120、折光单元130和反向回射单元150后再次到达被测目标200，经过被测目标200形成第二光束的二次衍射光束，第二光束的二次衍射光束包括±m级二次衍射光束，第二光束的±m级二次衍射光束形成第二干涉光束，第二干涉光束含有水平向和垂向位移信息。

第一光束、第一光束的±m级次衍射光束和第一光束的±m级二次衍射光束的光路构成第一测量通道，也即水平向测量通道。水平向测量通道内的第一光束的±m级次衍射光束相对于垂直于水平向位移的平面对称分布，也即第一光束的±m级次衍射光束相对于YZ平面对称分布。第二光束、第二光束的±m级次衍射光束和第二光束的±m级二次衍射光束的光路构成第二测量通道，也即垂向测量通道。垂向测量通道内的第二光束的±m级次衍射光束相对于垂直于水平向位移的平面不对称分布，也即第二光束的±m级次衍射光束相对于YZ平面不对称分布；第一光束的衍射光束形成的干涉信号和第二光束的衍射光束形成的干涉信号抗环境干扰能力强。

读头100还可以包括光程补偿单元120。第二光束613经被测目标200衍射后入射到光程补偿单元120上。光程补偿单元120用于补偿倾斜入射光束的正负级次衍射光束相干长度偏差。在本实施例中，光程补偿单元120至少用于对第二光束的-m级次衍射光束进行光程补偿，以使第二光束的-m级次衍射光束和第二光束的+m级次衍射光束的光程相同。光程补偿单元120例如是窗片等。由于第一光束的-m级次衍射光束和第二光束的-m级次衍射光束距离过近，因此，优选方案中，第一光束的-m级次衍射光束经过了光程补偿单元120，为保证第一光束的±m级次衍射光束的相干长度相同，第一光束的+m级次衍射光束也经过了光程补偿单元120。

读头100还可以包括折光单元130。第二光束的衍射光束经过光程补偿单元120出射后入射到折光单元130上。折光单元130用于实现光束偏转效果，也即折光单元130用于实现第一光束的±m级次衍射光束和第二光束的±m级次衍射光束的偏转。折光单元130例如是分束镜、分光光栅、偏转分束元件中一种或任意组合。

请参考图1，在本发明的一个实施例中，光程补偿单元120和折光单元130为分立的两个光学元件。请参考图4，在本发明的另一个实施例中，折光与光程补偿单元160可起到光程补偿和折光的作用。折光与光程补偿单元160用于实现光束偏转及倾斜入射光束的正负级次衍射光束相干长度偏差补偿效果，至少用于对第二光束613的-m级次衍射光束进行光程补偿，以使第二光束613的-m级次衍射光束和第二光束613的+m级次衍射光束的光程相同。折光与光程补偿单元160例如是棱镜、分束镜、偏转分束元件中的一种或任意组合。由于第一光束的-m级次衍射光束和第二光束的-m级次衍射光束距离过近，因此，优选方案中，第一光束的-m级次衍射光束经过了折光与光程补偿单元160，为保证第一光束的±m级次衍射光束的相干长度相同，第一光束的+m级次衍射光束也经过了折光与光程补偿单元160。

读头100还可以包括相位延迟单元140。第二光束的衍射光束经过折光单元130出射后入射到相位延迟单元140上。相位延迟单元140用于改变光束偏振状态，也即相位延迟单元140用于改变第一光束612的±m级次衍射光束和第二光束613的±m级次衍射光束的偏振状态。相位延迟单元140例如是四分之一波片、八分之一波片、玻璃窗片中的一种或其任意组合。

请参考图1，在本发明的一个实施例中，相位延迟单元140是一个独立的光学元件。请参考图4，在本发明的另一个实施例中，相位延迟单元可以为分立的两个光学元件。具体地，图4中的相位延迟单元140包括第一相位延迟单元140a和第二相位延迟单元140b，第一相位延迟单元140a和第二相位延迟单元140b并列设置，第一相位延迟单元140a位于第一光束的±m级次衍射光束、第二光束的-m级次衍射光束的光路上，第二相位延迟单元140b位于第二光束的+m级次衍射光束的光路上，其中，第二相位延迟单元140b用于延迟第二光束613的+m级次衍射光束。

读头100还可以包括反向回射单元150。第二光束的衍射光束经过相位延迟单元140出射后入射到反向回射单元150上。反向回射单元150用于将光束偏转一定距离，反向回射光束，也即反向回射单元150用于反向回射第一光束612的±m级次衍射光束和第二光束613的±m级次衍射光束。本实施例提供的一种位置测量装置中，反向回射单元150以及被测目标200的二次衍射的旋转行程对测量影响小，Z向行程不影响光斑重合度，冗余度大，可实现较小光斑布局分布。

请参考图1，在本发明的一个实施例中，反向回射单元150是一个独立的光学元件。反向回射单元150例如是直角棱镜、三角棱镜、反射镜组中的一种或者其任意组合。

请参考图4，在本发明的另一个实施例中，反向回射单元150还可以为分立的两个光学元件。具体的，图4中的反向回射单元150包括第一反向回射单元150a和第二反向回射单元150b，第二反向回射单元150b用于反向回射第二光束613的+m级次衍射光束。第一反向回射单元150a和第二反向回射单元150b例如是直角棱镜、三角棱镜、反射镜组中的一种或者其任意组合。

请参考图5、图6和图7，在本发明的又一个实施例中，反向回射单元150也可以由其他替代结构构成，例如，反向回射单元150包括猫眼反射器151、道威棱镜152和光栅反射器153。猫眼反射器151由一个透镜1511和一个凹面反射镜1512组成，凹面反射镜1512的球心置于透镜1511的主点(薄透镜中心)上，透镜1511的焦点在凹面反射镜1512的反射面上；入射光束621由透镜1511会聚到凹面反射镜1512上，被凹面反射镜1512反射，再经过透镜1511后，出射光束622仍平行于原入射光束621，但方向相反且偏移一定距离。入射光束621入射至道威棱镜152，经道威棱镜152反射后出射光束622仍平行于原入射光束621，但方向相反且偏移一定距离。光栅反射器153由光栅1531和反射棱镜或反射镜组1532组成，入射光束621入射光栅1531后发生衍射，衍射光经反射棱镜或反射镜组1532反向回射光栅1531，并在光栅1531再次发生衍射，出射光束622仍平行于原入射光束621，但方向相反且偏移一定距离。

读头100还可以包括第二分光单元111，用于将第一光束的二次衍射光束614分成三个方向不同的第一光束的二次衍射光束的子光束616，每部分经偏振方向相差60度角放置的偏振片后，形成相位相差120度的三路光信号，通过该三路光信号实现相位探测。以及，第二分光单元111将第二光束的二次衍射光束615分成三个方向不同的第二光束的二次衍射光束的子光束617，每部分经偏振方向相差60度角放置的偏振片后，形成相位相差120度的三路光信号，通过该三路光信号实现相位探测。

如图3所示，位置测量装置还可以包括光探测部件170，用于对输出光进行偏振选取，也即光探测部件170用于收集第一干涉光束和第二干涉光束。在本实施例中，光探测部件170例如是偏振器件。

具体实施时，位置测量装置的光源和光探测部件170可以通过光纤实现传输。入光光纤、出光光纤和读头100可以集成为光纤式微型结构，如此有利于减小结构尺寸，提高系统的测量便利性，扩大应用范围。

进一步地，位置测量装置还可以包括光信号处理部件(图中未示出)，用于将第一干涉光束和第二干涉光束转换成第一干涉信号和第二干涉信号，并根据第一干涉信号和第二干涉信号进行位移解算。

本实施例还提供一种光刻设备，包括上述位置测量装置。所述被测目标200为二维微小周期性的重复结构，被测目标200例如是反射型光栅。上述位置测量装置例如是二维高精度光栅尺系统装置。

图8是本发明实施例的位置测量方法流程图。如图8所示，本实施例提供一种位置测量方法，包括：

步骤S10，光源发出光束，所述光束经过第一分光单元分为第一光束和第二光束，第一光束垂直入射被测目标，第二光束非垂直入射被测目标；

步骤S20，所述第一光束经过所述被测目标的多次衍射后形成第一干涉光束，所述第一干涉光束含有被测目标的水平向位移信息；所述第二光束经过所述被测目标的多次衍射后形成第二干涉光束，所述第二干涉光束含有被测目标的水平向位移信息和垂向位移信息；

步骤S30，将所述第一干涉光束转换为第一干涉信号以及将所述第二干涉光束转换为第二干涉信号，并进行位移解算以获得所述被测目标的位置信息。

其中，在步骤S10中，光源发出的光束611可以通过光纤传输，光束611经过第一分光单元110分为方向不同的第一光束612和第二光束613，第一光束612垂直入射被测目标200，第二光束613非垂直入射被测目标200。

图1显示了第一光束和第二光束入射被测目标200和经过第一次衍射后的光路结构，图3显示了第一光束和第二光束经过反向回射单元150反向回射后和经过被测目标200第二次衍射后出射的光路。如图1和图3所示，在步骤S30中，第一光束612经过被测目标200的第一次衍射形成第一衍射光束，第一衍射光束的±m级次衍射光束相对于垂直于水平向位移的平面对称分布，也即第一光束612的±m级次衍射光束相对于YZ平面对称分布。

本实施例中，第一光束612垂直入射被测目标时，根据衍射公式：

P*sinθ1＝mλ；

其中，P为被测目标的栅距，λ为波长，m为衍射级次，±m＝±1,2,3…，θ1为第一光束的衍射角。

可知，沿X方向产生+m级衍射光束，经光程补偿单元120后，经折光单元130改变第一光束方向，经相位延迟单元140后，再经过反向回射单元150偏移一定距离反向回射。反向回射光束再次经过相位延迟单元140、折光单元130、光程补偿单元120后，以角度θ入射被测目标200，第一光束612的二次衍射光束614经过第二分光单元111出射。以及，第一光束612的-m级次衍射光束，同样经过光程补偿单元120、折光单元130、相位延迟单元140和反向回射单元150后，经被测目标200的二次衍射后，第一光束612的-m级二次衍射光束614经过第二分光单元111出射，与第一光束612的+m级二次衍射光束沿同一光路和方向出射。第一光束612的±m级二次衍射光束在出射的光路中形成第一干涉光束，第一干涉光束中包含第一干涉信号φCh1，经第二分光单元111和光探测部件170后，探测第一干涉信号获得被测目标200相对于读头100在水平X向位移信息。

请继续参考图1和图3，第二光束613经过被测目标200的第一次衍射形成第二衍射光束，第二衍射光束的±m级次衍射光束相对于垂直于水平向位移的平面不对称分布，也即第二光束的±m级次衍射光束相对于YZ平面不对称分布，m为衍射级次。

第二光束613以角度γ非垂直入射被测目标200，根据衍射公式：

P*(sinγ+sinθ2)＝mλ，

其中，P为被测目标的栅距，λ为波长，m为衍射级次，±m＝±1,2,3…，θ2为第二光束的衍射角。

可知，沿X方向产生+m级衍射光束，衍射角度θ2＝β，经折光单元130改变光束方向，经相位延迟单元140后，再经过反向回射单元150偏移一定距离反向回射。反向回射光束再次经过相位延迟单元140、折光单元130后，以角度β入射被测目标200，第二光束613的二次衍射光束615经第二分光单元111出射。以及，沿X方向产生-m级衍射光束，衍射角度θ2＝α，经光程补偿单元120后，经折光单元130改变光束方向，经相位延迟单元140后，经过反向回射单元150偏移一定距离反向回射。反向回射光束再次经过相位延迟单元140、折光单元130、光程补偿单元120后，以角度α入射被测目标200，第二光束613的二次衍射光束经第二分光单元111出射。第二光束613的±m级二次衍射光束沿同一光路和方向出射，第二光束613的±m级二次衍射光束在同一光路和方向出射时形成第二干涉光束，第二干涉光束包含第二干涉信号φCh2，经第二分光单元111和光探测部件170后，探测第二干涉信号获得被测目标200相对于读头100在水平X向和垂向Z向的位移信息。

图2是本发明一实施例的位置测量装置的YZ方向结构示意图，即光束611经过第一分光单元100进入，经过被测目标200第一次衍射和反向回射单元150反向回射和被测目标200第二次衍射后，经过第二分光单元111出射。

第一光束、第一光束的±m级次衍射光束和第一光束的±m级二次衍射光束的光路构成第一测量通道，也即水平向测量通道。水平向测量通道内的第一光束的±m级次衍射光束相对于垂直于水平向位移的平面对称分布，也即第一光束的±m级次衍射光束相对于YZ平面对称分布。

第二光束、第二光束的±m级次衍射光束和第二光束的±m级二次衍射光束的光路构成第二测量通道，也即垂向测量通道。垂向测量通道内的第二光束的±m级次衍射光束相对于垂直于水平向位移的平面不对称分布，也即第二光束的±m级次衍射光束相对于YZ平面不对称分布。

在步骤S30中，将第一干涉光束和第二干涉光束转换成第一干涉信号和第二干涉信号并进行位移解算。位移解算包括水平向的位移和垂向位移，水平向的位移为独立测量，垂向位移通过计算解耦获得。

假设当m＝1时，计算出被测目标200相对于读头沿X方向位移量ΔX、沿Z方向位移量ΔZ为：

其中，φCh1为输出第一光束的二次衍射光束的相位变化量，φCh2为输出第二光束的二次衍射光束的相位变化量，P为被测目标的栅距，λ为波长，α为第二光束的-1级衍射角，β为第二光束的+1级衍射角。

综上可见，在本发明提供的一种位置测量装置、位置测量方法以及光刻设备中，通过第一分光单元将光束分为方向不同的第一光束和第二光束，第一光束垂直入射被测目标，第二光束非垂直入射被测目标；因此，第一光束的测量通道内±m级次衍射光束相对于垂直于水平向位移的平面对称分布，第二光束的测量通道内±m级次衍射光束相对于垂直于水平向位移的平面不对称分布，抗环境干扰能力强；第一光束的测量通道与第二光束的测量通道不对称，无杂散光相互串扰，从而能够解决位置测量装置中存在杂散光相互串扰的问题，可以实现高精度、抗环境干扰的二维光栅测量需求。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (15)

1.一种位置测量方法，其特征在于，包括：

提供一光束，所述光束经过第一分光单元分为第一光束和第二光束，所述第一光束垂直入射被测目标，所述第二光束非垂直入射所述被测目标；

所述第一光束经过所述被测目标的多次衍射后形成第一干涉光束，所述第一干涉光束含有被测目标的水平向位移信息；所述第二光束经过所述被测目标的多次衍射后形成第二干涉光束，所述第二干涉光束含有被测目标的水平向位移信息和垂向位移信息；

将所述第一干涉光束转换为第一干涉信号以及将所述第二干涉光束转换为第二干涉信号，并进行位移解算以获得所述被测目标的位置信息。

2.如权利要求1所述的位置测量方法，其特征在于，所述第一光束经过所述被测目标的第一次衍射形成第一衍射光束，所述第一衍射光束的±m级次衍射光束相对于垂直于水平向位移的平面对称分布；所述第二光束经过所述被测目标的第一次衍射形成第二衍射光束，所述第二衍射光束的±m级次衍射光束相对于垂直于水平向位移的平面不对称分布；其中，m为衍射级次。

3.如权利要求2所述的位置测量方法，其特征在于，所述第一衍射光束的±m级次衍射光束经一反向回射单元后进入所述被测目标进行二次衍射；所述第二衍射光束的-m级次衍射光束经一光程补偿单元和所述反向回射单元后进入所述被测目标进行二次衍射，所述第二衍射光束的+m级次衍射光束经所述反向回射单元后进入所述被测目标进行二次衍射。

4.如权利要求3所述的位置测量方法，其特征在于，所述第一衍射光束和第二衍射光束经过反向回射单元之前，经过折光单元，所述折光单元用于实现所述第一光束的±m级次衍射光束的偏转和所述第二光束的±m级次衍射光束的偏转。

5.如权利要求4所述的位置测量方法，其特征在于，所述第一衍射光束和第二衍射光束经过所述折光单元之后、经过所述反向回射单元之前，还经过相位延迟单元，所述相位延迟单元用于改变所述第一光束的±m级次衍射光束的偏振状态和所述第二光束的±m级次衍射光束的偏振状态。

6.如权利要求2所述的位置测量方法，其特征在于，所述第一衍射光束的±m级次衍射光束经过所述被测目标的第二次衍射形成所述第一衍射光束的±m级次衍射光束的二次衍射光束，所述第一衍射光束的±m级次衍射光束的二次衍射光束形成所述第一干涉光束；所述第二衍射光束的±m级次衍射光束经过所述被测目标的第二次衍射形成所述第二衍射光束的±m级次衍射光束的二次衍射光束，所述第二衍射光束的±m级次衍射光束的二次衍射光束形成所述第二干涉光束。

7.如权利要求1至6中任一项所述的位置测量方法，其特征在于，所述位移解算包括水平向位移和垂向位移，所述水平向位移为通过所述第一干涉信号独立测量获得，所述垂向位移通过所述第一干涉信号和所述第二干涉信号计算解耦获得。

8.一种位置测量装置，其特征在于，包括光源、读头以及光信号处理部件，所述读头包括第一分光单元；

所述光源用于提供一光束；

所述第一分光单元用于将所述光束分为第一光束和第二光束，所述第一光束垂直入射被测目标，所述第二光束非垂直入射所述被测目标，所述第一光束的多次衍射光束形成第一干涉光束，所述第一干涉光束含有水平向位移信息，所述第二光束的多次衍射光束形成第二干涉光束，所述第二干涉光束含有水平向位移信息和垂向位移信息；

所述光信号处理部件用于将所述第一干涉光束和所述第二干涉光束转换成第一干涉信号和第二干涉信号，并根据所述第一干涉信号和所述第二干涉信号进行位移解算。

9.如权利要求8所述的位置测量装置，其特征在于，所述位置测量装置还包括光探测部件，所述光探测部件用于收集所述第一干涉光束和所述第二干涉光束。

10.如权利要求8所述的位置测量装置，其特征在于，所述位置测量装置还包括光程补偿单元，所述光程补偿单元用于对所述第二光束的-m级次衍射光束进行光程补偿，以使所述第二光束的-m级次衍射光束和所述第二光束的+m级次衍射光束的光程相同，其中，m为衍射级次。

11.如权利要求8所述的位置测量装置，其特征在于，所述读头还包括反向回射单元，用于反向回射所述第一光束的±m级次衍射光束和所述第二光束的±m级次衍射光束。

12.如权利要求11所述的位置测量装置，其特征在于，所述反向回射单元为直角棱镜、反射镜组、猫眼反射器、道威棱镜、被测目标反射器中的一种或其任意组合。

13.如权利要求8所述的位置测量装置，其特征在于，所述读头还包括折光单元，所述折光单元用于实现所述第一光束的±m级次衍射光束的偏转和所述第二光束的±m级次衍射光束的偏转。

14.如权利要求13所述的位置测量装置，其特征在于，所述读头还包括相位延迟单元，所述相位延迟单元用于改变所述第一光束的±m级次衍射光束的偏振状态和所述第二光束的±m级次衍射光束的偏振状态。

15.一种光刻设备，其特征在于，包括如权利要求8至14中任一项所述的位置测量装置。