【技术实现步骤摘要】
一种使用双频激光和衍射光栅的三维位移测量装置
本专利技术涉及一种超精密位移测量技术及光栅位移测量系统,特别涉及一种使用双频激光和衍射光栅的三维位移测量装置。
技术介绍
近年来,超精密测量已成为世界测量领域的研究热点。考虑到测量范围、精度、系统尺寸和工作环境等因素的影响,用小体积多自由度的测量方法来实现高精度测量在现代位移测量中的需求也越来越突出。在半导体加工领域,光刻机中的掩膜台和工件台的定位精度和运动精度是限制半导体芯片加工线宽的主要因素,为了保证掩膜台和工件台的定位精度和运动精度,光刻机中通常采用具有高精度、大量程的双频激光干涉仪测量系统进行位移测量。目前市场上现有的半导体芯片的线宽已经逼近14nm,不断提高的半导体加工要求对超精密位移测量技术提出了更大的挑战,而双频激光干涉仪测量系统由于其长光程测量易受环境影响,且存在系统体积大、价格高昂等一系列问题,难以满足新的测量需求。针对上述问题,国内外超精密测量领域的各大公司及研究机构都投入了大量精力进行研究,其中一个主要研究方向包括研发基于衍射光栅的新型位移测量系统。基于衍射光栅的位移测量系统经过数十年的发展,已有较多的研究成果,在诸多专利和论文中均有揭露。德国HEIDENHAIN公司的专利US4776701A(公开日1988年10月11日)提出了利用光束通过折射光栅和反射光栅后实现相干叠加与光学移相的方式来测量X方向位移的方法。该方法利用光栅本身的结构参数调整实现了干涉信号移相,同时测量结果不受Y方向和Z方向位移的影响。由于该方法不需额外的移相元件,因此系统体积较小,但是该方法只能用于X方向的位移测量。荷 ...
【技术保护点】
一种使用双频激光和衍射光栅的三维位移测量装置,包括标尺光栅(4)和读数头,其特征在于:所述的读数头包括双频激光光源(1)、Z向干涉部件(2)、扫描分光光栅部件(3)、X向探测部件(5)、Y向探测部件(6)、Z向探测部件(7)、信号处理部件(8);所述的双频激光光源(1)包括双频激光器(11)、分光棱镜(12)、偏振片A(13);所述的Z向干涉部件(2)包括偏振分光棱镜(21)、1/4波片A(22)、反射部件(23)、1/4波片B(24)、偏振片B(25);所述的扫描分光光栅部件(3)包括扫描分光光栅(31)、光阑(32);所述的扫描分光光栅(31)的栅线所在平面和标尺光栅(4)的栅线所在平面平行;所述的扫描分光光栅(31)为组合光栅,包括位于扫描分光光栅(31)中间区域的二维正交光栅(312)以及位于二维正交光栅(312)两侧的一维光栅A(311)和一维光栅B(313),二维正交光栅(312)、一维光栅A(311)和一维光栅B(313)的栅线共面,一维光栅A(311)和一维光栅B(313)的栅线方向相互垂直,且分别平行于二维正交光栅(312)的两个栅线方向,二维正交光栅(312)、一维 ...
【技术特征摘要】
1.一种使用双频激光和衍射光栅的三维位移测量装置,包括标尺光栅(4)和读数头,其特征在于:所述的读数头包括双频激光光源(1)、Z向干涉部件(2)、扫描分光光栅部件(3)、X向探测部件(5)、Y向探测部件(6)、Z向探测部件(7)、信号处理部件(8);所述的双频激光光源(1)包括双频激光器(11)、分光棱镜(12)、偏振片A(13);所述的Z向干涉部件(2)包括偏振分光棱镜(21)、1/4波片A(22)、反射部件(23)、1/4波片B(24)、偏振片B(25);所述的扫描分光光栅部件(3)包括扫描分光光栅(31)、光阑(32);所述的扫描分光光栅(31)的栅线所在平面和标尺光栅(4)的栅线所在平面平行;所述的扫描分光光栅(31)为组合光栅,包括位于扫描分光光栅(31)中间区域的二维正交光栅(312)以及位于二维正交光栅(312)两侧的一维光栅A(311)和一维光栅B(313),二维正交光栅(312)、一维光栅A(311)和一维光栅B(313)的栅线共面,一维光栅A(311)和一维光栅B(313)的栅线方向相互垂直,且分别平行于二维正交光栅(312)的两个栅线方向,二维正交光栅(312)、一维光栅A(311)和一维光栅B(313)的光栅周期相等;所述的扫描分光光栅(31)在放置时,其栅线方向与标尺光栅(4)的栅线方向成45°;所述的标尺光栅(4)为二维正交光栅,具有后向零级衍射光,其周期为扫描分光光栅周期的所述的X向是与扫描分光光栅(31)的栅线所在平面平行,且垂直于一维光栅A(311)栅线的方向;所述的Y向是与扫描分光光栅(31)的栅线所在平面平行,且垂直于一维光栅B(313)栅线的方向;所述的Z向是与扫描分光光栅(31)的栅线所在平面垂直的方向;所述的双频激光器(11)出射的双频正交偏振光入射到分光棱镜(12),其反射光透过偏振片A(13)后入射到Z向探测部件(7),形成的拍频信号作为Z向测量的一路参考信号,其透射光入射到偏振分光棱镜(21)后分为参考光和测量光;所述的参考光透过1/4波片A(22),并由反射部件(23)反射后,依次透过1/4波片A(22)、偏振分光棱镜(21)、偏振片B(25)入射到Z向探测部件(7);所述的测量光透过1/4波片B(24)后沿Z方向入射...
【专利技术属性】
技术研发人员:谭久彬,陆振刚,魏培培,
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学,
类型:发明
国别省市:黑龙江,23
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