可变相位光学组件、光罩的相位差测量装置

技术领域

本发明属于半导体光罩技术领域，尤其涉及一种可变相位光学组件，以及配置有该可变相位光学组件的光罩相位差测量装置。

背景技术

光罩，业内又称光掩模版、掩膜版。光在通过相位移光罩后会产生相位差。同一光源产生的光，经过相位移介质的光与仅经过空气的光相比，会出现相位滞后，出现相位差，而相位光罩所要求的相位差为180°，且对精确度要求十分高。

光罩用的相位差测量机中的关键组件为一组可变相位光学组件，组件中相位零件做X向移动，即可改变通过组件的光束的相位。若改变了相位的光束与原相位的光束汇合后会造成相位干涉，且根据干涉信号和相位零件X轴向的移动距离即能得到相位差值，就能够实现对光罩的相位差测量。

如图1所示，现有的相位差测量装置中包括可变相位光学组件，可变相位光学组件中的相位零件有一面是曲面，光束通过该曲面的时候，会因相位零件在线性执行器的工作下，沿X轴向发生位移，从而影响光束出射的路径，进而影响干涉的位置，造成光电倍增管的量测误差。而实际中针对相位零件曲面的加工难度高，且容易因曲面加工精度的误差导致相位差测量时的误差。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种可变相位光学组件、光罩相位差测量装置，使通过可变相位光学组件的光束路径稳定，保证了发生干涉位置的始终一致，解决了可变相位光学组件加工难和加工误差容易导致测量误差的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一方面，本发明提供的一种可变相位光学组件，包括：

第一光学零件，用于使第一光束垂直入射至第一光学零件的第一平面，并通过第一光学零件的内部介质后，从第一光学零件的第二平面折射出射；

相位零件，用于使从第二平面折射出射的第一光束折射入射至相位零件的第三平面，并通过相位零件的内部介质后，从相位零件的第四平面折射出射；

第二光学零件，用于使从第四平面折射出射的第一光束折射入射至第二光学零件的第五平面，并通过第二光学零件的内部介质后，从第二光学零件的第六平面垂直出射；

所述相位零件能够沿X轴向移动；所述第一光束在第六平面的出射位置始终不变。

本发明的有益效果为：本发明提供的一种可变相位光学组件，通过将相位零件分别与第一光束发生折射入射和折射出射的介质面设置为平面，降低了相位零件的制作工艺难度，减少了制作成本，同时避免了因相位零件曲面制作工艺难度大导致的工艺误差，以及由工艺误差导致的光罩相位差测量误差；本发明设置的第一光学零件和第二光学零件，保证了第一光束垂直入射到可变相位光学组件，且能够实现从可变相位光学组件垂直出射，有效提升了可变相位光学组件设置于光罩相位差测量系统的空间利用率，使光路更加简洁，避免了因多光学元件导致的系统误差。

进一步地，所述相位零件的中心线与X轴重合，且作为相位零件的轴对称线；所述第三平面与第四平面关于相位零件的轴对称线相对称；所述第一平面和第六平面均与X轴相平行；所述第二平面与第三平面相平行；所述第四平面与第五平面相平行。

采用上述进一步方案的有益效果为：本发明通过将第一光学零件、相位零件和第二光学零件关于相位零件中心线的轴对称设置，保证了第一光束在经过第一光学零件、相位零件和第二光学零件介质后，于第六平面的出射位置始终不变，避免了因出射位置发生改变导致的干涉误差。

进一步地，所述第一光学零件和第二光学零件设置于相位零件的两侧；所述第一光学零件和第二光学零件关于相位零件的轴对称线相对称；所述第一光学零件的第二平面与第二光学零件的第五平面关于相位零件的轴对称线相对称；所述第一光学零件的第一平面与第二光学零件的第六平面关于相位零件的轴对称线相对称。

采用上述进一步方案的有益效果为：本发明提供了第一光学零件和第二光学零件关于相位零件的具体摆放位置，通过明确各平面间的对应对称关系，明确了第一光束在可变相位光学组件中的具体光路情况，为保障第一光束在第六平面的出射位置始终不变提供基础。

进一步地，所述第一光学零件、相位零件和第二光学零件均采用玻璃介质。

采用上述进一步方案的有益效果为：本发明提供第一光学零件、相位零件和第二光学零件的介质类型均为玻璃介质，便于光路的稳定和容易控制。

另一方面，本发明还提供一种包括上述可变相位光学组件的光罩相位差测量装置，包括：

光源，用于发射具有等相位面特征的光束至相位移光罩；

相位移光罩，用于使具有等相位面特征的光束经过相位移光罩的相位移介质后，形成具有相位差的光束；

第一分束器，用于将具有相位差的光束分为第一光束和用于对照的第二光束；

第一全反射镜，用于将第一光束反射至可变相位光学组件；

可变相位光学组件，用于通过调整相位零件在X轴向的位置以调整第一光束的相位，并在第一光束出射位置不变的情况下，将相位改变的第一光束出射至第二分束器，得到相位零件在X轴向的移动距离；

对照光学组件，用于提供与第一光学零件和第二光学零件分别完全一致的第三光学零件和第四光学零件，并使相位不变的第二光束通过第三光学零件和第四光学零件后出射至第二全反射镜；

第二全反射镜，用于将相位不变的第二光束反射至第二分束器；

第二分束器，用于将相位改变的第一光束部分透射至干涉位置，并将相位不变的第二光束部分反射至干涉位置，使相位改变的第一光束与相位不变的第二光束在干涉位置发生干涉，得到干涉信号；

光电倍增管，用于接收干涉信号。

本发明的有益效果为：本发明提供的一种包括上述可变相位光学组件的光罩相位差测量装置，通过采用全由平面工艺制成的光学零件所构成的可变相位光学组件，节省了关键组件的制作工艺难度，也有效避免了相位零件制作工艺导致的误差，以及干涉位置发生改变；本发明通过设置对照光学组件和上述可变相位光学组件的设置，保障了除相位零件外，由第一分束器得到的第一光束和第二光束所受光路元件影响一致，且因第三光学零件和第四光学零件分别与第一光学零件和第二光学零件完全一致，均为平面，不会产生因除相位零件外的光程误差。

进一步地，本发明提供的光罩的相位差测量装置还包括线性执行器和位移传感器；

所述线性执行器用于推动相位零件在X轴向进行移动；所述位移传感器用于监测得到相位零件在X轴向的移动距离。

采用上述进一步方案的有益效果为：本发明通过线性执行器控制推动相位零件在X轴进行移动，并利用位移传感器监测相位零件在X轴向的移动距离，为光罩的相位差计算提供基础。

进一步地，本发明提供的光罩的相位差测量装置还包括相位差模块；所述相位差模块用于根据相位零件在X轴向的移动距离和干涉信号，得到光罩的相位差。

采用上述进一步方案的有益效果为：本发明还提供了相位差模块，其根据干涉信号和相位零件X轴向的移动距离即能得到相位差值，就能够实现对光罩的相位差测量。

进一步地，所述对照光学组件包括：

第三光学零件，用于使第二光束垂直入射至第三光学零件的第七平面，并通过第三光学零件的内部介质后，从第三光学零件的第八平面折射出射；

第四光学零件，用于使从第八平面折射出射的第二光束折射入射至第三光学零件的第九平面，并通过第三光学零件的内部介质后，从第三光学零件的第十平面垂直出射至第二全反射镜，其中，第二光束的相位不变；

所述第三光学零件与第四光学零件中心对称；所述第七平面和第十平面均与X轴相平行；所述第八平面与第九平面相平行。

采用上述进一步方案的有益效果为：本发明提供具体的对照光学组件的结构，第三光学零件与第四光学零件中心对称设置后，能够保证第二光束在第三光学零件与第四光学零件中经过的光程，与第一光束在第一光学零件和第二光学零件中经过的光程一致。

针对于本发明还具有的其他优势将在后续的实施例中进行更细致的分析。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为背景技术中现有的相位差测量装置中可变相位光学组件的示意图。

图2为本发明实施例1中可变相位光学组件的示意图。

图3为本发明实施例2中包括可变相位光学组件的光罩相位差测量装置的示意图。

图4为本发明实施例2中相位移光罩的示意图。

图5为本发明实施例2中对照光学组件的示意图。

其中：1、第一光学零件；101、第一平面；102、第二平面；2、相位零件；201、第三平面；202、第四平面；3、第二光学零件；301、第五平面；302、第六平面；4、相位移光罩；401、石英玻璃；402、相位移介质；5、光源；6、第一分束器；7、第三光学零件；701、第七平面；702、第八平面；8、第四光学零件；801、第九平面；802、第十平面；9、第一全反射镜；10、第二全反射镜；11、第二分束器；12、光电倍增管；13、线性执行器；14、位移传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图2所示，在本发明的一个实施例中，本发明提供一种可变相位光学组件，包括：

第一光学零件1，用于使第一光束垂直入射至第一光学零件1的第一平面101，并通过第一光学零件1的内部介质后，从第一光学零件1的第二平面102折射出射；

相位零件2，用于使从第二平面102折射出射的第一光束折射入射至相位零件2的第三平面201，并通过相位零件2的内部介质后，从相位零件2的第四平面202折射出射；所述相位零件2能够沿X轴向移动；图2中position＝X表示相位零件2沿X轴向移动所处的位置。

所述相位零件2的中心线与X轴重合，且作为相位零件2的轴对称线；所述第三平面201与第四平面202关于相位零件2的轴对称线相对称；

第二光学零件3，用于使从第四平面202折射出射的第一光束折射入射至第二光学零件3的第五平面301，并通过第二光学零件3的内部介质后，从第二光学零件3的第六平面302垂直出射；所述第一光束在第六平面302的出射位置始终不变。

本实施例中，所述第一光学零件1、相位零件2和第二光学零件3均采用玻璃介质，其中，玻璃介质可替换为任意透光率高的介质。

所述第一平面101和第六平面302均与X轴相平行；所述第二平面102与第三平面201相平行；所述第四平面202与第五平面301相平行。

所述第一光学零件1和第二光学零件3设置于相位零件1的两侧；所述第一光学零件1和第二光学零件3关于相位零件1的轴对称线相对称；所述第一光学零件1的第二平面102与第二光学零件3的第五平面301关于相位零件2的轴对称线相对称；所述第一光学零件1的第一平面101与第二光学零件3的第六平面302关于相位零件的轴对称线相对称。

实施例2：

如图3所示，在实施例1的基础上，本发明还提供一种包括上述可变相位光学组件的光罩相位差测量装置，包括：

光源5，用于发射具有等相位面特征的光束至相位移光罩4；

相位移光罩4，用于使具有等相位面特征的光束经过相位移光罩4的相位移介质402后，形成具有相位差的光束；

如图4所示，所述相位移光罩4包括石英玻璃401部分和相位移介质402部分，第一光束通过相位移介质402后，因光程变化出现相位差；

第一分束器6，用于将具有相位差的光束分为第一光束和用于对照的第二光束；

第一全反射镜9，用于将第一光束反射至可变相位光学组件；

可变相位光学组件，用于通过调整相位零件2在X轴向的位置以调整第一光束的相位，并在第一光束出射位置不变的情况下，将相位改变的第一光束出射至第二分束器11；

在本实施例中，本发明提供的光罩的相位差测量装置还包括线性执行器13和位移传感器14；所述线性执行器13用于推动相位零件2在X轴向进行移动；所述位移传感器14用于监测得到相位零件2在X轴向的移动距离。相位零件2通过线性执行器13推动在X轴向进行移动，并通过位移传感器14采集得到相位零件2在X轴向的移动距离。

对照光学组件，用于提供与第一光学零件1和第二光学零件3分别完全一致的第三光学零件7和第四光学零件8，并使相位不变的第二光束通过第三光学零件7和第四光学零件8后出射至第二全反射镜10；

关于对照光学组件，本实施例中还提出另一种情况，即无需第三光学零件7和第四光学零件8分别与第一光学零件1和第二光学零件3完全一致，仅相似即可，且通过第三光学零件7和第四光学零件8使第二光束的位置偏移，达到目标的偏移量后使第三光学零件7和第四光学零件8固定不动即可。

如图5所示，所述对照光学组件包括：

第三光学零件7，用于使第二光束垂直入射至第三光学零件7的第七平面701，并通过第三光学零件7的内部介质后，从第三光学零件7的第八平面702折射出射；

第四光学零件8，用于使从第八平面702折射出射的第二光束折射入射至第三光学零件7的第九平面801，并通过第三光学零件7的内部介质后，从第三光学零件7的第十平面802垂直出射至第二全反射镜10，其中，第二光束的相位不变；

本实施例中，第三光学零件7和第四光学零件8均采用玻璃介质，其中，玻璃介质可替换为与第一光学零件1和第二光学零件3相同的任意透光率高的介质。

所述第三光学零件7与第四光学零件8中心对称；所述第七平面701和第十平面802均与X轴相平行；所述第八平面702与第九平面801相平行。本实施例中，第八平面702与第九平面801距中心对称点的距离较第七平面701和第十平面802距中心对称点的距离更近。

第二全反射镜10，用于将相位不变的第二光束反射至第二分束器11；

第二分束器11，用于将相位改变的第一光束部分透射至干涉位置，并将相位不变的第二光束部分反射至干涉位置，使相位改变的第一光束与相位不变的第二光束在干涉位置发生干涉，得到干涉信号；

光电倍增管12，用于接收干涉信号。

此外，本发明提供的光罩的相位差测量装置还包括相位差模块，所述相位差模块用于根据相位零件在X轴向的移动距离和干涉信号，得到光罩的相位差。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。