一種剪切位移散斑測量方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種剪切位移散斑測量方法，包括：將兩激光光束合束后投射至一粗糙表面后得到一散射光，將該散射光經(jīng)一半透半反鏡后改變方向并分成兩束光，其中第一光束分別經(jīng)過第一透鏡和第一探測器獲得該散射光的多色散斑圖，根據(jù)該多色散斑圖得到被測表面偏轉(zhuǎn)俯仰角度，第二光束分別經(jīng)過一濾波片、第二透鏡和第二探測器獲得該散射光的單色散斑圖，根據(jù)該單色散斑圖得到被測表面的移動距離，將該移動距離消除該被測表面偏轉(zhuǎn)后獲得一剪切位移。本發(fā)明同時公開一種剪切位移散斑測量裝置。
【專利說明】一種剪切位移散斑測量方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種集成電路裝備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種剪切位移散斑測量方法及
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)及光電測試中，對探測器位置準(zhǔn)確進(jìn)行測量是保證精度的一個前提。對微小位移精確探測的非接觸式方法中用得最普遍的是激光干涉法，此法通過對比被測光路光程與其內(nèi)部參考光路光程差來實(shí)現(xiàn)對被測對象沿光路方向位置改變，具有很高的測量精度，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，而且受溫度氣壓等因素影響，對環(huán)境要求嚴(yán)格，操作復(fù)雜。
[0003]散斑相關(guān)法是另一種非接觸測量方法，這種方法精度不及激光干涉儀，但有結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便的特點(diǎn)。隨機(jī)粗糙表面在相干光照射下將產(chǎn)生散斑。散斑是由粗糙面上不同面元散射光在探測面疊加形成的無序相干圖樣，它的空間強(qiáng)度分布服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，用CCD相機(jī)在遠(yuǎn)場對其進(jìn)行采集，得到的是一組隨機(jī)分布的顆粒狀亮暗斑點(diǎn)。散斑統(tǒng)計(jì)信息與被照射表面形貌密切相關(guān)，被照粗糙面發(fā)生移動或偏轉(zhuǎn)時，散斑斑粒也同步移動。當(dāng)入射激光中包括兩種或兩種以上波長鄰近(幾十納米)的光時，遠(yuǎn)場觀測到的是一種呈輻射狀分布的多色散斑場。多色散斑場是由波長擴(kuò)散效應(yīng)產(chǎn)生:兩束共軸入射光產(chǎn)生的散斑場分布以光軸為中心，斑粒沿徑向有一定錯位，從而形成沿徑向發(fā)散的散斑圖樣。
[0004]在已公開技術(shù)中，如CN2391169、CN1275712及CN1844844中所公開的技術(shù)方案所示，現(xiàn)有技術(shù)中主要使用的散斑相關(guān)法包括:精度較高的有飛秒透射激光散斑相關(guān)法，粗糙樣板反射激光散斑相關(guān)法，兩者 都是根據(jù)運(yùn)動前后散斑圖相關(guān)度計(jì)算出被測面位移量，精度可達(dá)亞像素級，但測量精度受被測對象運(yùn)動時偏擺影響。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中需要一種新高精度的剪切位移散斑測量方法及裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種剪切位移散斑測量方法及裝置，該技術(shù)方案對散斑測量法中存在的角度偏差進(jìn)行了修正，保證了測試精度。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種剪切位移散斑測量方法，包括:將兩激光光束合束后投射至一粗糙表面后得到一散射光，將該散射光經(jīng)一半透半反鏡后改變方向并分成兩束光，其中第一光束分別經(jīng)過第一透鏡和第一探測器獲得該散射光的多色散斑圖，根據(jù)該多色散斑圖得到被測表面偏轉(zhuǎn)俯仰角度，第二光束分別經(jīng)過一濾波片、第二透鏡和第二探測器獲得該散射光的單色散斑圖，根據(jù)該單色散斑圖得到被測表面的移動距離，將該移動距離消除該被測表面偏轉(zhuǎn)后獲得一剪切位移。
[0008]本發(fā)明還同時公開一種剪切位移散斑測量裝置，包括:第一光源和第二光源，該第一第二光源所發(fā)出的光束經(jīng)一合束器后投射至一粗糙表面后得到一散射光，該散射光經(jīng)一半透半反鏡后分成兩束光，其中第一光束分別經(jīng)過第一透鏡和第一探測器獲得該散射光的多色散斑圖，根據(jù)該多色散斑圖得到被測表面偏轉(zhuǎn)俯仰角度，第二光束分別經(jīng)過一濾波片、第二透鏡和第二探測器獲得該散射光的單色散斑圖，根據(jù)該單色散斑圖得到被測表面的移動距離，將該移動距離消除該被測表面偏轉(zhuǎn)后獲得一剪切位移。
[0009]更進(jìn)一步地，該第一光源和第二光源均為激光光源。該合束器為光纖耦合器。該第一第二探測器為CCD探測器。該濾波器為窄帶濾波器。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明采用被測對象位置狀態(tài)改變前后兩次反射單色散斑圖像的相關(guān)程度來確定剪切位移量，并通過多色散斑角度測量裝置來監(jiān)測被測對象在實(shí)際運(yùn)動過程中傾斜俯仰的變化，在結(jié)果中消除這部分影響，從而保證剪切位移測量精度。散斑場由半導(dǎo)體激光照射隨機(jī)粗糙樣板產(chǎn)生，在反射方向由CCD相機(jī)采集得到，樣板安裝在被測對象上，激光器和探測器在被測對象同一側(cè)。整個裝置包括兩個半導(dǎo)體激光器，兩個半透半反鏡，兩個聚焦透鏡，一塊隨機(jī)粗糙樣板及兩個CCD相機(jī)。采用統(tǒng)計(jì)方法對圖像進(jìn)行分析可以避免條紋識別和計(jì)數(shù)的繁瑣，提高了處理速度，可實(shí)現(xiàn)在線測量，精度達(dá)到亞像素級。與激光干涉儀相比，，具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡便，節(jié)省成本，節(jié)省空間等特點(diǎn)；與散斑相關(guān)法現(xiàn)有技術(shù)相比，加入了角度修正裝置，保證了測試精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。
[0012]圖1是本發(fā)明所涉及的剪切位移散斑測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是多色散斑示意圖；
圖3是多色散斑各區(qū)域斑粒方向的示意圖；
圖4是移動前后散斑圖及相關(guān)函數(shù)仿真結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的一種具體實(shí)施例的磁浮平面電機(jī)及應(yīng)用該電機(jī)的光刻裝置。然而，應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明理解成并不局限于以下描述的這種實(shí)施方式，并且本發(fā)明的技術(shù)理念可以與其他公知技術(shù)或功能與那些公知技術(shù)相同的其他技術(shù)組合實(shí)施。
[0014]在以下描述中，為了清楚展示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工作方式，將借助諸多方向性詞語進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)將“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“內(nèi)”、“向外”、“向內(nèi)”、“上”、“下”等詞語理解為方便用語，而不應(yīng)當(dāng)理解為限定性詞語。
如圖1中所示，圖1是本發(fā)明所涉及的剪切位移散斑測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。半導(dǎo)體激光器Ia和2b發(fā)出激光經(jīng)光纖耦合器2合束后垂直照射在標(biāo)準(zhǔn)隨機(jī)粗糙樣板3上。隨機(jī)粗糙樣板3表面在相干光照射下將產(chǎn)生散斑。散斑是由粗糙面上不同面元散射光在探測面疊加形成的無序相干圖樣，它的空間強(qiáng)度分布服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，用CCD相機(jī)在遠(yuǎn)場對其進(jìn)行采集，得到的是一組隨機(jī)分布的顆粒狀亮暗斑點(diǎn)。散斑統(tǒng)計(jì)信息與被照射表面形貌密切相關(guān)，被照粗糙面發(fā)生移動或偏轉(zhuǎn)時，散斑斑粒也同步移動。當(dāng)入射激光中包括兩種或兩種以上波長鄰近(幾十納米)的光時，遠(yuǎn)場觀測到的是一種呈輻射狀分布的多色散斑場。多色散斑場是由波長擴(kuò)散效應(yīng)產(chǎn)生:兩束共軸入射光產(chǎn)生的散斑場分布以光軸為中心，斑粒沿徑向有一定錯位，從而形成沿徑向發(fā)散的散斑圖樣。入射光在粗糙樣板3表面發(fā)生散射，散射光由半透半反鏡41改變傳播方向，再由一半透半反鏡42分成兩路進(jìn)入光路采集單元4。兩路散射光進(jìn)入光路采集單元4，其中一路包括一個聚焦透鏡44及其后焦面上的CXD相機(jī)46，進(jìn)行角度監(jiān)測。另一路先經(jīng)過一片窄帶濾波片濾波43，再由聚焦透鏡45和CXD相機(jī)47采集，進(jìn)行剪切位移監(jiān)測。實(shí)測時兩CCD相機(jī)同時對被測表面運(yùn)動前后的散斑場進(jìn)行采集，其中CCD相機(jī)46采集到的為多色散斑圖，CCD相機(jī)47采集到的為單色散斑圖。設(shè)計(jì)算法進(jìn)行圖像處理，多色散斑場得到被測表面偏轉(zhuǎn)俯仰角度，單色散斑場得到移動距離。需要說明的是，單色散斑圖處理得出的移動距離是被測表面平移和偏轉(zhuǎn)共同疊加的結(jié)果，消除由偏轉(zhuǎn)部分影響所得到的才是需要的剪切位移。
[0015]1、角度測量:
多色散斑場中心為入射合束光主反射光軸與探測面的交點(diǎn)，當(dāng)被測面在運(yùn)動過程中發(fā)生偏轉(zhuǎn)或俯仰時，光線主反射方向發(fā)生變化，CXD相機(jī)46探測到的多色散斑場中心位置也隨著變化。計(jì)算出運(yùn)動前后多色散斑場中心位置的變化量，即可推算出被測表面的偏轉(zhuǎn)俯仰量。
[0016]多色散斑場一個顯著的特征是斑粒延伸效應(yīng)(speckle elongation effect),即散斑場中心附近一個環(huán)形區(qū)域內(nèi)斑粒呈延長狀，不同區(qū)域斑粒延長軸相交于場中心。一個區(qū)域的散斑特性可以通過該區(qū)域光強(qiáng)自相關(guān)函來表征:
【權(quán)利要求】
1.一種剪切位移散斑測量方法，其特征在于，包括:將兩激光光束合束后投射至一粗糙表面后得到一散射光，將所述散射光經(jīng)一半透半反鏡后改變方向并分成兩束光，其中第一光束分別經(jīng)過第一透鏡和第一探測器獲得所述散射光的多色散斑圖，根據(jù)所述多色散斑圖得到被測表面偏轉(zhuǎn)俯仰角度，第二光束分別經(jīng)過一濾波片、第二透鏡和第二探測器獲得所述散射光的單色散斑圖，根據(jù)所述單色散斑圖得到被測表面的移動距離，將所述移動距離消除所述被測表面偏轉(zhuǎn)后獲得一剪切位移。
2.如權(quán)利要求1所述的剪切位移散斑測量方法，其特征在于，所述濾波器為窄帶濾波器。
3.一種剪切位移散斑測量裝置，其特征在于，包括:第一光源和第二光源，所述第一第二光源所發(fā)出的光束經(jīng)一合束器后投射至一粗糙表面后得到一散射光，所述散射光經(jīng)一半透半反鏡后分成兩束光，其中第一光束分別經(jīng)過第一透鏡和第一探測器獲得所述散射光的多色散斑圖，根據(jù)所述多色散斑圖得到被測表面偏轉(zhuǎn)俯仰角度，第二光束分別經(jīng)過一濾波片、第二透鏡和第二探測器獲得所述散射光的單色散斑圖，根據(jù)所述單色散斑圖得到被測表面的移動距離，將所述移動距離消除所述被測表面偏轉(zhuǎn)后獲得一剪切位移。
4.如權(quán)利要求3所述的剪切位移散斑測量裝置，其特征在于，所述第一光源和第二光源均為激光光源。
5.如權(quán)利要求3所述的剪切位移散斑測量裝置，其特征在于，所述合束器為光纖耦合器。
6.如權(quán)利要求3所述的剪切位移散斑測量裝置，其特征在于，所述第一第二探測器為CCD探測器。
7.如權(quán)利要求3所述的剪切位移散斑測量裝置，其特征在于，所述濾波器為窄帶濾波器。
【文檔編號】G01B11/02GK103471508SQ201210186751
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月8日
【發(fā)明者】池景春, 蘭艷平 申請人:上海微電子裝備有限公司