[发明专利]纳米度量计

说明书

本发明涉及用于测量物体的位移至纳米精度的设备和方法，特别是用于制造现代化信号处理元件的设备和方法。

在很多现代化信号处理元件的制造中，需要以高至微米的精度来制造复杂的图案。这些元件包括半导体集成电路、表面声波(SAW)器件、磁和光存储器以及诸如DFB激光器、集成光学器件和空间光调制器的许多光学元件。因此，在几平方厘米量级的面积中以微米的精度产生并测量用于制造这种元件的设备的位移的能力，是必要的。在这些技术中，有一种尽可能地使元件小型化的趋势，因为例如这样不仅能够在单位面积上获得更多的晶体管，而且更小的晶体管的运算速度更快。类似地，小的特征扩展了激光器和SAW元件的频率范围和保真度。因此要求在几平方厘米量级的面积内以纳米精度测量位移。

在过去，这种信号处理元件经常是利用掩膜制作设备并随后进行摄影还原而制成的，该掩膜制作设备采用了大型的高精度机械平移平台。更近一些，采用了激光干涉仪，其中从装在一个平移平台上的镜反射的激光束与一个基准激光束相干涉以产生一个条纹图案。对于平移平台等于激光的波长的一半的位移，该条纹图案将移动一个周期。高至条纹的一半的精度的条纹图案移动是容易测量的，所以对于500nm的典型激光波长，能够获得125nm的精度。这种精度能够借助条纹之间的内插而被改善到最终由信号噪声比确定的程度。激光干涉仪使得能够例如通过采用电子束平版印刷技术而将元件或用于元件的掩膜上的结构以最后的大小直接写入。

本发明的一个目的，是提供一种设备，它能够在至少几平方厘米的区域中以高至纳米的精度测量一个物体的位移。本发明进一步的目的，是提供一种方法，它能够以高至纳米的精度，在至少几平方厘米的区域上测量一个物体的位移。

根据本发明的第一个方面，提供了用于测量一个物体的位移的设备，它包括：

一个射频(rf)源，用于产生一个初级稳定rf电信号，

一个传感装置，用于至少部分地利用该初级rf电信号产生一个中间信号，所述中间信号具有小于初级rf电信号的波长的波长，

一个相移装置，它在该设备的使用中与该中间信号进行相互作用并以这样的方式与物体发生联系，即使得物体的位移造成该相移装置把该中间信号的路径长度改变与该位移直接相关的量，

一个相位传递装置，用于至少部分地利用与相移装置发生作用之后的中间信号来以这样的方式产生一个次级稳定rf电信号，即使得该经过作用的中间信号的相位被传递到该次级rf电信号，以及

一个相位检测器，用于测量次级rf电信号的相位在物体位移时相对于初级rf电信号的改变。

当使一个物体产生一个位移d时，在中间信号与相位传递装置进行作用之前，其路径长度改变了一个与该位移直接有关的量。路径长度的这个改变d’，使中间信号在与相位传递装置作用时的相位改变了等于360×d’/l度的相移p，其中l是该中间信号的波长。该中间信号的波长小于从其中导出的rf电信号的波长，该中间信号通常是一个声或光信号，其相位难于以高精度进行测量。然而，两个射频电信号之间的相对相位能够以高至一度以内的精度被测量出来。本设备将来自中间信号的相移p传递到一个rf电信号，从而在物体发生位移时能够通过测量初级和次级rf电信号之间的相位改变，来以一度以内的精度对p的值进行测量。如果能够以例如五分之一度的精度测量该相移p，则根据本发明的设备就能够以l的l/1800的精度对位移d进行测量。因此，l越小，对位移d的测量就越精确。

例如，如果该中间信号是一个声波信号，诸如波长一般在3000nm至8000nm之间的体或表面声波，则能够以高至3000×1/1800nm和8000×1/1800nm之间的—即4.4nm和1.6nm之间的精度(假定d＝d’且相移p能够以高至一度的五分之一的精度进行测量)，对物体的位移d进行测量。如果该中间信号是一个光信号且其波长一般在几百nm，则能够以高至小于1nm的精度对物体的位移进行测量。借助诸如电子束平版印刷技术，本发明使得一个元件或用于元件的掩膜上的结构能以最后的大小直接被写入到几平方厘米的区域上。

该中间信号最好是光信号，因为这使得所测位移的精度小于1nm。另外，来自电—光技术的标准技术也可被用于该设备。