高精度平面光柵干涉儀的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、測量技術(shù)與科學(xué)技術(shù)各部門、國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的發(fā)展都有十分密切的聯(lián)系。隨著科技的快速發(fā)展，各行業(yè)對高精度測量技術(shù)的要求都越來越高，尤其是涉及到納米技術(shù)、MEMS技術(shù)和航空航天技術(shù)的行業(yè)，這些迫切的需求促使一批針對精密測試計(jì)量的新理論和新方法大量涌現(xiàn)，從而大大提高了精密測試計(jì)量的精度與效率，成為了科技進(jìn)步的保障。在微機(jī)電系統(tǒng)和精密機(jī)械等產(chǎn)業(yè)中，更是迫切要求一種高效的精密測量與定位技術(shù)，無論是精密數(shù)控加工平臺或是高精度運(yùn)動(dòng)臺，都需要對工作臺的多

2、個(gè)自由度進(jìn)行精確的測量與定位，這是保證其他功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)與保障。
　　在微位移測量方法中，平面光柵測量技術(shù)具有精度高、量程大、對測量環(huán)境要求相對較低等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用，特別是近年來光柵測量系統(tǒng)向納米級精度發(fā)展，為光柵的在高精度測量應(yīng)用中提供了廣闊的應(yīng)用前景。二維光柵尺可同時(shí)測量平面內(nèi)兩個(gè)維度的位移，結(jié)構(gòu)緊湊。與激光干涉儀相比，抗干擾性好，成本較低；與用兩個(gè)一維光柵尺測量平面位移相比，能夠減小因入射點(diǎn)不一致引起的阿貝誤差，消除兩維度安

3、裝不垂直的影響。隨著平面電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，用二維光柵尺測量平面位移在精密加工、納米測量等領(lǐng)域顯現(xiàn)出較強(qiáng)的應(yīng)用前景。
　　本文圍繞高精度平面光柵干涉儀的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，針對應(yīng)用于光刻機(jī)工件臺中的光柵干涉儀，詳細(xì)分析了工件臺測量需求，據(jù)此總結(jié)了相關(guān)設(shè)計(jì)方法，包括干涉信息的有效利用，衍射光束、光學(xué)倍程及信號處理方式的選擇等。另外通過瓊斯矩陣建模和數(shù)值仿真的方法詳細(xì)分析了光柵干涉儀中存在的混疊誤差和對齊誤差，給出了光柵干涉儀的測

4、量不確定度。最終在設(shè)計(jì)方法和誤差分析的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)出一種新型高精度三自由度平面光柵干涉儀測量系統(tǒng)。該測量系統(tǒng)可同時(shí)測量光柵矢量方向和光柵平面法向的線性位移。其中光柵矢量方向可實(shí)現(xiàn)大量程二自由度測量，光柵平面法向可實(shí)現(xiàn)量程±1mm的測量，以滿足光刻機(jī)工件臺的六自由度位移測量。設(shè)計(jì)中采用外差信號處理方式，降低環(huán)境對位移測量的影響，提高信噪比，外差信號易處理、細(xì)分，同時(shí)簡化了干涉儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)。輔以光學(xué)細(xì)分和電子細(xì)分，可實(shí)現(xiàn)三自由度亞納米分辨率的