一种高容差的二自由度外差光栅干涉测量方法及系统技术方案

一种高容差的二自由度外差光栅干涉测量方法及系统，该系统包括分别调制外差激光模块、光栅干涉镜组、光电探测与信号处理单元；分别调制外差激光模块同时输出两束频率不同的激光平行入射到第一分光面分光，一部分入射后向反射器产生参考光束入射第三分光面，另一部分经过被测光栅‑后向反射器构成的二次衍射结构得到两束测量光束，并入射第二分光面分为两部分，其中一部分合光形成第一干涉光束，另一部分入射第三分光面与对应的参考光束合光形成第二和第三干涉光束，三束干涉光的光学拍频信号经过光电探测与信号处理解算出光栅的水平和垂直方向位移信息，该方法和系统在提高光学细分数的同时提高对光栅偏摆的角度容差。

【技术实现步骤摘要】
一种高容差的二自由度外差光栅干涉测量方法及系统
本专利技术涉及一种光栅测量方法及系统，特别涉及一种高容差的二自由度外差光栅干涉测量方法及系统。
技术介绍
光刻机是集成电路制造领域中的核心装备，用于对晶圆进行对准曝光。其中，超精密工件台是光刻机的核心子系统之一，用于承载晶圆完成米秒级速度下的纳米—亚纳米级超精密步进扫描运动。而实际运动中，工件台会产生微弧度至毫弧度量级的偏摆和微米量级的垂向偏移。因此，为了实现超精密工件台的运动与定位，工件台测量系统需要具备高速、高分辨力、多自由度测量等特性。目前，外差激光干涉测量系统是常用的超精密工件台测量方案。然而随着测量精度、测量距离、测量速度等运动指标的不断提升，双频激光干涉仪以环境敏感性高、多自由度布局占用空间大等问题难以满足测量需求。针对上述问题，国内外超精密测量领域的各公司及研究机构展开了一系列研究，其中的一个主要研究方向是基于衍射干涉原理的外差光栅测量系统，研究成果在诸多专利和论文中均有揭露。清华大学中国专利CN103307986A(公开日2013年9月18日)、CN105823422A(公开日2016年8月3日)分别公开了一种二自由度外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高容差的二自由度外差光栅干涉测量方法，其特征在于：外差激光器同时输出两束激光，其中第一束激光为第一个频率，第二束激光为第二个频率，在空间上分开传输至第一分光面得到对应的参考光束和测量光束，其中两参考光束经过后向反射器结构形成第一参考光束和第二参考光束，入射第三分光面；两测量光束垂直入射被测光栅，经过光栅‑后向反射器形成的二次衍射结构得到对应的第一测量光束和第二测量光束，并经过第二分光面分为两部分，其中一部分经过合光镜组形成第一干涉光束，另一部分入射第三分光面；在第三分光面上，第一参考光束和第二测量光束、第二参考光束和第一测量光束各自汇合形成第二干涉光束和第三干涉光束，三干涉光束各自产生...

【技术特征摘要】
1.一种高容差的二自由度外差光栅干涉测量方法，其特征在于：外差激光器同时输出两束激光，其中第一束激光为第一个频率，第二束激光为第二个频率，在空间上分开传输至第一分光面得到对应的参考光束和测量光束，其中两参考光束经过后向反射器结构形成第一参考光束和第二参考光束，入射第三分光面；两测量光束垂直入射被测光栅，经过光栅-后向反射器形成的二次衍射结构得到对应的第一测量光束和第二测量光束，并经过第二分光面分为两部分，其中一部分经过合光镜组形成第一干涉光束，另一部分入射第三分光面；在第三分光面上，第一参考光束和第二测量光束、第二参考光束和第一测量光束各自汇合形成第二干涉光束和第三干涉光束，三干涉光束各自产生光学拍频干涉，其光学拍频信号经光电探测与信号处理得到被测光栅的水平位移和垂直位移信息。2.根据权利要求1所述高容差的抗光学混叠二自由度外差光栅干涉测量方法，所述的第一分光面、第二分光面、第三分光面可以由三个不同分光面实现，也可以由两个或一个分光面实现。3.一种高容差的二自由度外差光栅干涉测量系统，包括分别调制的外差激光光源模块(1)、光学干涉镜组(2)、被测光栅(3)、光电探测器和信号处理模块(4)，其特征在于：由单频激光器(11)发出一固定频率的空间光束，经耦合器(12)耦合进入保偏光纤，由1×2分束器(13)分为第一光束和第二光束，经过光纤法兰盘(14a)和(14b)分别进入不同调制频率的光纤声光移频器(15a)和(15b)，经调制，第一光束为第一频率，第二光束为第二频率，经过光纤法兰盘(16a)和(16b)进入保偏光纤(21a)和(21b)，由带有偏振片的光纤准直器(22a)和(22b)调整为椭圆偏振或圆偏振的准直空间光束，命名为第一入射光束(51a)和第二入射光束(51b)，进入干涉镜组(23)；首先由入射光束反射棱镜(231a)和(231b)转换为垂直光栅平面方向，经过中心分光镜组(232)的偏振分光面，分为第一反射光束(52a)、第二反射光束(52b)和第一透射光束(54a)、第二透射光束(54b)，两束反射光束(52a)和(52b)经过后向反射器结构(233)产生交叉偏移，得到第一参考光束(53a)和第二参考光束(53b)，另一方面，透射光束垂直入射光栅(3)发生第一次衍射，产生第一透射光束的+1级衍射光(55a)和第二透射光束的-1级衍射光(55b)，并经过后向反射器结构的(234a)和(234b)的各个相关表面折射、反射得到产生偏移的第一回射光束(56a)和第二回射光束(56b)，再次经过折射面后斜入射光栅(3)，发生第二次衍射，产生垂直光栅出射的第一束(+1,+1)级二次衍射光束(57a)和第二束(-1,-1)级二次衍射光束(57b)，并再次进入中心分光棱镜(232)，经过中心分光棱镜的非偏振分光平面分光，其反射部分(58a)和(58b)入射平行光合光镜组(235)，产生第一干涉光束(61)；其透射部分命名为第一测量光束(59a)和第二测量光束(59b)并再次经过中心分光棱镜的偏振分光平面，此处，第二测量光束(59b)和第一参考光束(53a)、第一测量光束(59a)...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡鹏程，常笛，谭久彬，
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