光刻设备中工件台激光测长原理

　　1 引言

　　目前双频激光干涉仪产生双频的方法主要是利用“塞曼效应”和“声光调制”两种方式。“塞曼效应”受频差闭锁现象影响，产生的双频频差一般较小，通常最大频差不超过 4 MHz。“声光调制”方式得到的频差通常较大，有些能够达到 20 MHz以上。声光调制方法的频率稳定性也非常好，可以利用锁相放大器处理信号;缺点是稳频、调制、合光等环节使得光学结构复杂，调整困难，成本偏高。

　　依靠光学系统，普通干涉仪只能达到半波长的分辨率，即 0.1 μm。为了提高分辨率，采用电子细分的方法提高测量分辨率，国外仪器可以达到2048 细分，最大分辨率达到 0.15 nm，但是伴随出现的是相对误差增大。

　　在纳米精度要求下，有待解决的问题是：非线性误差(对半个波长分割的不均匀性)、空气折射率影响、温度压力效应、环境振动影响。最严重的是非线性误差，因为它发生在半个波长的位移内，即在非常短的量程内也照样存在。空气折射率的影响是干涉仪应用中的主要误差来源，现阶段产品是用温度、压力、湿度传感器测出相应参数，用Edlen 公式计算出折射率和波长值，再与干涉仪测量信号并行输入信号处理系统实现空气折射率补偿。Agilent 公司采用空气折射率干涉仪直接测出空气折射率，并得出波长值，其光源由激光头分光　　复合应用。

　　2 激光干涉仪工作原理

　　2.1 双频激光干涉仪的特点

　　用稳频的氦氖激光器作光源，由于它的相干长度比氪灯长得多，干涉仪的测量范围可以大大扩展。且由于它的光束发散角小，能量集中，因而它产生的干涉条纹可用光电接收器接收，变为电信号，并由计数器接收，从而获得较快的测速和较高的测量精度。但常规的激光干涉仪的一个根本弱点是受环境影响严重。原因在于它是一种直流测试系统，必然具有直流光平和直流电平零漂的弊端，从而影响计数器的计数工作，产生测量误差。而双频激光干涉仪的突出特点就在于，其光源为一只能发射两个光频率的激光器：其一为 f1，另一为　　f2，而干涉信号则是一频率为 f2-f1=1 MHz的交流信号。且在测量过程中，可动棱镜的移动使原有的交流信号频率增加或减小 Δf，结果仍为一　交流信号。这样就可用一放大倍数较大的交流放大器对干涉信号进行放大，即使原有光强衰减90%，仍可得到合适电信号。正因为如此，双频激光干涉仪既可在恒温、恒湿、防震的计量室内进行各种检定测量，也可用在普通车间内进行大型机床的刻度标定;既可以进行几十米的大量程精度检测，也可用于微小精密零件的检测。从而大大开阔了激光干涉测量的应用范围.