[发明专利]一种高精度横向剪切干涉仪相移装置

说明书

技术领域

本发明涉及横向剪切干涉仪中的高精度相移装置，特别涉及一种高精度横向剪切干涉仪相移装置。

背景技术

现代半导体、微电子制备工业领域是光学技术、精密机械及自动控制技术等相关技术研究的中心。在半导体器件的制作工艺流程中光刻工艺直接决定器件的尺寸，是整个微电子制备工艺流程中的核心的部分。光刻工艺中复制的掩模图形作为进一步刻蚀工艺中的刻蚀掩模，在光学复刻中使用的光刻物镜的工作波长决定着半导体器件的集成度。新一代光刻物镜工作在193nm的极紫外波段，光刻物镜组装完成后的波相差精度要求达到3nm～4nm(PV)。其对应的波相差测试系统——干涉仪系统的仪器精度相应的达到1nm～2nm(PV)。常规的相移式干涉仪基于菲索型或泰曼-格林形干涉光路，其中的相移器件是由平面反射镜以及与其直接连接的压电陶瓷器件构成组件实现相移功能。采用上述干涉光路与相移系统的干涉仪其最高测试精度只能达到6nm～10nm，无法满足投影光刻物镜波相差检测的需求。

剪切干涉法是另一种常用的光学干涉测量手段之一，不同于基于标准反射镜的干涉光路，它将待测波面与其复制波面产生干涉，避免了采用标准波面时所引入的系统误差，具有极高的测量精度，可应用于对波像差测试精度要求较高的应用领域。

波面剪切干涉方法由于不需要设置专门的参考光路，这使它具有比传统的干涉仪高得多的测试精度，可以对诸如紫外光刻投影物镜、大范围流体场等高精度应用领域进行检测研究。由于物光与参考光来自同一光路，对环境的振动和温度、气流的变化能产生彼此共摸抑制，一般无需隔振和恒温条件也能获得稳定的干涉条纹，有利于实现现场测试，此外通常的横向剪切干涉仪还可以通过调节剪切比来改变测量精度，所以横向剪切干涉仪技术在光学元件和光学系统质量以及波面检测方面具有独到的优势。采用横向剪切干涉法对紫外光刻投影物镜波像差进行检测，其测试原理如图1所示。测试光路包括由针孔、显微物镜构成的空间滤波单元、待测的投影光刻物镜、相移系统以及CCD探测器。其中相移系统由二维剪切光栅、掩模板、移像台组成。当进行波相差检测时，二维剪切光栅需要在子午面内连续进行四次相移运动，同时CCD连续采集四幅干涉条纹图，而掩模板在相移过程中需要相对光路保持静止。同时相移机构需要在设备整体调试、自检过程中具备微调定位功能，并且可以在不同视场进行上述相移运动。

根据物镜的工作波长以及仪器的整体精度，本发明中的相移装置的相移分辨率为48.25nm，响应频率40Hz，微调定位精度为10nm，调整行程为10mm，同时相移器件的轴向尺寸需小于10mm。常规的平移机构采用导轨作为运动导向机构，丝杠等传动副作为运动执行单元。类似机构的分辨率极限可达到1μm。同时由于临界摩擦状态导致的“爬行”现象使其响应频率无法达到10Hz以上，类似装置的尺寸也相对较大。因此常规的导轨-丝杠系统无法满足相移系统的指标要求。压电陶瓷是一种电至伸缩晶体，其与柔性铰链机构组成的平移装置可以实现极高的运动分辨率(纳米级)以及较高的响应频率。但受制于柔性铰链结构的限制，上述运动机构的行程较小，通常只能达到几十微米。此外，为保证较高的动态响应，运动机构的轴向尺寸较大(30mm～50mm)，无法满足剪切干涉仪轴向尺寸小于10mm的技术要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高精度横向剪切干涉仪相移装置，该装置解决了现有技术存在的无法满足投影光刻物镜波相差检测的要求，响应频率过低，尺寸过大，行程较小和轴向尺寸较大的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种高精度横向剪切干涉仪相移装置，该装置包括：剪切光栅、掩模板组件和基座，该装置还包括：一维小行程高分辨率位移组件、一维大行程位移组件和相移器调平组件；所述剪切光栅位于一维小行程高分辨率位移组件内并固定在一维小行程高分辨率位移组件上；掩模板组件固定在一维小行程高分辨率位移组件底部，与一维小行程高分辨率位移组件保持相对静止，一维小行程高分辨率位移组件固定在一维大行程位移组件上，一维大行程位移组件固定在基座上，相移器调平组件与基座底部连接。

本发明的有益效果是：本发明具有高运动分辨力(纳米级)、高动态响应(百Hz以上)，并且能够在相对较大行程范围内(25mm)进行高精度微调定位，同时轴向尺寸紧凑的特点。

附图说明

图1横向剪切干涉法对紫外光刻投影物镜波像差检测原理图。

图2本发明一种高精度横向剪切干涉仪相移装置的结构俯视图。