本发明专利技术提供了一种高精度热膨胀系数测量装置及测量方法，涉及膨胀系数测量技术领域，包括真空腔、设置在真空腔内的用于放置待测样品的恒温器、设置在真空腔内用于采集到待测样品两端的距离的距离采集机构，所述距离采集机构位于恒温器外侧，还包括用于测量距离采集机构的两端采集点之间距离的总长测量组件。基于本发明专利技术的技术方案，采用多个激光干涉仪在真空环境中对待测样品的长度变化量进行测量，真空环境有效的避免了环境因素的干扰，通过合理的结构设计、加工精度要求和装配要求，可以有效的消除多项误差，从而提高测量精度。从而提高测量精度。从而提高测量精度。
【技术实现步骤摘要】
一种高精度热膨胀系数测量装置及测量方法
[0001]本专利技术涉及膨胀系数测量
，特别地涉及一种高精度热膨胀系数测量装置及测量方法。
技术介绍
[0002]在先进光刻设备中，比如深紫外光刻机(DUVL)和极紫外光刻机(EUVL)，为了获得极高的刻蚀精度，对一些关键零部件的热稳定性有极高的要求，要求这些零部件在一定温度范围内(5～35℃)能够最小化的受温度影响，尤其是其中的透镜、反射镜等，在曝光过程中，激光照射到镜片上不可避免的会产生热效应，则可能会因为热胀冷缩导致镜片面型发生变化而带来相差，这将直接影响照射到硅片表面的光斑质量，进而影响刻蚀精度。因此通常选用极低热膨胀系数的材料来制造这些零部件，比如康宁公司的超低热膨胀ULE系列玻璃、OHARA公司的CLEARCERAM玻璃和肖特的ZERODUR微晶玻璃。对于极低热膨胀系数材料的研制离不开高精度的热膨胀系数测量方法的开发。激光干涉仪法测量精度非常高，适合用于极低热膨胀系数的测量。由于激光干涉仪测量原理与激光的波长有关，波长越稳定其测量误差越小，而波长与光通过介质的折射率有关。空气的折射率受温度、气压、湿度、气流扰动等因素的影响，因此为了消除这些影响因素，通常将测量过程放在真空环境中。一般认为当气压达到10
‑3Pa量级时，气体的气流扰动、对流热交换等可以忽略。光刻机中的镜片等零部件的工作温度范围大约在20℃到50℃之间，因此对其材料的热膨胀系数的测量范围也只需要覆盖这个温度范围。在热膨胀系数测量装置中，对待测样品进行温度控制的恒温器是其核心零部件之一。对恒温器有两点要求，第一、恒温区的范围能够保证待测样品各个位置的温度是均匀的；第二、非常高的温度控制精度。
[0003]常见的激光干涉法是固定待测样品一端，用一个干涉仪测量待测样品另一端的位移，该方法的固定端受影响因素多，精度有限。同时，常见方案均采用电加热的方式来改变待测样品的温度，电加热方法对于较高温度范围非常适用，但对于室温附近的温度控制比较难实现，因为稳定温度需要加热和冷却的平衡，在室温附近并且在真空中，由于被动的自然散热效率很低，在没有主动散热的情况下，很难达到热平衡。
[0004]如果能克服上述这些干扰因素，是本领域技术人员需要努力的方向。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于：为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提出了一种高精度热膨胀系数测量装置。
[0006]为了实现上述目的本专利技术提出了如下技术方案：
[0007]一种高精度热膨胀系数测量装置，包括真空腔、恒温器、距离采集机构及总长测量组件；恒温器设置在所述真空腔内，恒温器用于放置待测样品；
[0008]距离采集机构包括两个距离采集器，两个所述距离采集器滑动设置在所述真空腔内，两个所述距离采集器之间的间距可调节，两个所述距离采集器分别位于所述恒温器外
部两侧；总长测量组件用于测量两个所述距离采集器之间距离。
[0009]在一个实施方式中，两个所述距离采集器分别为设置在所述恒温器两侧的第一测距组件和第二测距组件。
[0010]在一个实施方式中，所述恒温器、所述第一测距组件和所述第二测距组件均设置在同一底座上，所述底座位于所述真空腔内，所述底座的材质为低热膨胀系数的材料，为了最大限度避免系统误差，例如殷钢、微晶玻璃等，所底座上设置有用于支撑恒温器的安装支座。
[0011]在一个实施方式中，所述第一测距组件包括第一安装支架及第一干涉仪；
[0012]第一干涉仪设置在所述第一安装支架上，且用于测量其到待测样品一端的距离；
[0013]所述第二测距组件包括第二安装支架及第二干涉仪：
[0014]第二干涉仪设置在所述第二安装支架上，且用于测量其到待测样品另一端的距离；
[0015]其中，所述第一安装支架和所述第二安装支架均滑动设置在所述底座上且二者分别位于所述恒温器外部两侧。
[0016]在一个实施方式中，所述总长测量组件包括第三干涉仪及反射镜；第三干涉仪安装在所述第一安装支架或所述第二安装支架的对应侧，且其光轴位于所述待测样品上方，反射镜安装在所述第二安装支架或所述第一安装支架上，且与所述第三干涉仪配合。
[0017]在一个实施方式中，所述第一干涉仪的光轴、所述第二干涉仪的光轴、所述第三干涉仪的光轴和所述待测样品放置方向相互平行。保持四者之间的平行度，以减小余弦误差。
[0018]在一个实施方式中，所述恒温器两侧对称设置有供所述第一干涉仪的光轴、所述第二干涉仪的光轴、所述第三干涉仪的光轴穿过的测量通孔。
[0019]另外，两个通孔对称设置能够通过三个干涉仪的光轴是优先方式，两个通孔也可以不是对称设置，只要保证第三干涉仪的光轴从待测样品表面通过两个通孔，第一干涉仪的光轴通过其中一个测量通孔与待测样品一端接触，第二干涉仪的光轴通过另外一个测量通孔与待测样品另一端接触。
[0020]在一个实施方式中，所述第一安装支架或第二安装支架内部均设置有使得对应干涉仪处于恒温状态的水冷结构。以保证干涉仪处于恒温状态，以避免干涉仪受温度波动影响而出现热漂移。
[0021]在一个实施方式中，所述第一安装支架与所述恒温器之间、所述第二安装支架与所述恒温器之间均设置有热屏蔽结构。避免恒温器温度的变化影响对应干涉仪的测量值。
[0022]在一个实施方式中，所述恒温器为夹层的结构，所述恒温器内设有控温介质，所述恒温器上设置有与其内部连通的介质导入管和介质导出管，所述介质导入管和所述介质导出管均与位于所述真空腔外部的控温器相连。
[0023]具体来说，控温器中一定温度的水从介质导入管流入夹层，在恒温器内循环流动，使恒温器的内壁的温度均匀且稳定，然后通过恒温器的内壁的热辐射对待测样品进行温度控制。
[0024]本实施例采用水循环方式为待测样品变温，根据所需的热膨胀系数测量温度范围可以选择油、液氮、液氦、电阻加热、辐射加热等变温方式。
[0025]在一个实施方式中，所述待测样品通过托架放置在所述恒温器内，在所述待测样
品表面设置有用于检测所述待测样品温度的温度传感器，所述温度传感器与控温器电性连接。
[0026]一种高精度热膨胀系数测量方法，使用上述高精度热膨胀系数测量装置，包括如下步骤：
[0027]S1、把所述待测样品放置在所述恒温器内部；
[0028]S2、设定测量温度为t(K)，测量该温度下各个距离参数：测量所述第三干涉仪到所述反射镜的距离L1、测量所述第一干涉仪到所述待测样品的一端面的距离L2，测量所述第二干涉仪到所述待测样品的右端面的距离L3，可以得到如下关系式：
[0029]L1+σ1＝L2+L+L3
ꢀꢀꢀ
(1)；
[0030]式中，L为待测样品的原始长度；σ1为系统误差，来源于设计公差、加工误差、安装误差，在测量过程中不会发生变化；
[0031]S3、当待测样品温度变化d
t
(K)，待测样品长度变为L+d本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高精度热膨胀系数测量装置，其特征在于，包括：真空腔；恒温器，其设置在所述真空腔内，用于放置待测样品；距离采集机构，其包括两个距离采集器，两个所述距离采集器滑动设置在所述真空腔内，两个所述距离采集器之间的间距可调节，两个所述距离采集器分别位于所述恒温器外部两侧；以及总长测量组件，其用于测量两个所述距离采集器之间距离。2.根据权利要求1所述的高精度热膨胀系数测量装置，其特征在于，两个所述距离采集器为分别设置在所述恒温器两侧的第一测距组件和第二测距组件。3.根据权利要求2所述的高精度热膨胀系数测量装置，其特征在于，所述恒温器、所述第一测距组件和所述第二测距组件均设置在同一底座上，所述底座位于所述真空腔内。4.根据权利要求3所述的高精度热膨胀系数测量装置，其特征在于，所述第一测距组件包括：第一安装支架，以及第一干涉仪，其设置在所述第一安装支架上，且用于测量其到待测样品一端的距离；所述第二测距组件包括：第二安装支架，以及第二干涉仪，其设置在所述第二安装支架上，且用于测量其到待测样品另一端的距离；其中，所述第一安装支架和所述第二安装支架均滑动设置在所述底座上且二者分别位于所述恒温器外部两侧。5.根据权利要求4所述的高精度热膨胀系数测量装置，其特征在于，所述总长测量组件包括：第三干涉仪，其安装在所述第一安装支架或所述第二安装支架上，且其光轴位于所述待测样品上方，以及反射镜，其安装在所述第二安装支架或所述第一安装支架的对应侧，且与所述第三干涉仪配合。6.根据权利要求5所述的高精度热膨胀系数测量装置，其特征在于，所述第一干涉仪的光轴、所述第二干涉仪的光轴、所述第三干涉仪的光轴和所述待测样品放置方向相互平行。7.根据权利要求5所述的高精度热膨胀系数测量装置，其特征在于，所述恒温器两侧对称设置有供所述第一干涉仪的光轴、所述第二干涉仪的光轴、所述第三干涉仪的光轴穿过的测量通孔。8.根据权利要求4或5所述的高精度热膨胀系数测量装置，其特征在于，所述第一安装支架或所述第二安装支架内部均设置有使得对应干涉仪处于恒温状态的水冷结构。9.根据权利要求4或5所述的高精度热膨胀系数测量装置，其特征在于，所述第一安装支架与所述恒温器之间、所述第二安装支架与所述恒温器之间均设置有热屏蔽结构。10.根据权利要求1
‑
7任一权利要求所述的高精度热膨胀系数测量装置，其特征在于，所述恒温器为夹层的结构，所述恒温器内设有控温介质，所述恒温器上设置有与其内部连通的介质导入管和介质导出管，所述介质导入管和所述介质导出管均与...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘相波，高中彭，张鸣，杨开明，朱煜，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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