双频激光干涉多坐标实时精密测量系统研究

　　双频激光干涉坐标测量系统具有高分辨率、高精度和稳定性好等特点，被广泛地应用于现代测试、控制等多种领域.但在测量、控制等场合，了上述性能外，还要求激光测量系统具有良好的动态测量性能.但是，通常的双频激光干涉仪的动态测量速度与分辨率成反比，往往很难在一具有高速运动段的测量过程中实现所需的高分辨率测量.此外，一般的双频激光干涉仅的测量采样上限频率也不高，不适合实时控制及多坐标测量的要求.近年来，国外个别J一家开发出了能满足上述要求的多坐标实时双频激光千涉测量系统(如HP 5527系统)，但是，这种系统专有技术含量高、复杂、价格昂贵，且出口受到管制.在具体使用中，还会遇到系统接口复杂、设置困难等一系列间题.

　　此次介绍另一种已在国外实现具有较简单结构、易于实现的经济型双频激光干涉多坐标实时测量系统.该系统采用粗精祸合方式，可实时地以一定的分辨精度进行高速运动测量，又可在低速下实现最高分辨精度的测量.

　　1多坐标激光干涉测f系统

　　图1所示的为一典型的超大规模集成电路光刻机坐标工作台系统.在光刻机工作中，要求坐标工作台能从一硅片曝光区快速平稳地运动到另一曝光区并进行精确地定位.在实际系统中，需对坐标工作台的6个坐标自由度进行测量控制.此处仅简略示出工作台X, Y, A三坐标测量系统.坐标工作台X, Y, A三坐标由工作台上的X,Y平面镜及x, y,, Yz三通道激光干涉仪构成的测量系统测量数据构成.

　　X, Y, A三坐标与x、Yr Yz、三通道测量断摇的竿蕊加下_

　　更多自由度的坐标可通过相应的线性无关的测量通道的测量数据合成获得.

　　氦氖双频激光干涉仪的波长}1= 0.64u m,采用平面镜干涉仪，由于测量光路的4倍程作用，测量多普勒信号△I的位移周期为}/4= 0,16m.

　　2坐标检测电路

　　21检测电路基本结构及工作原理

　　①检测电路基本结构

　　图2为双频激光干涉坐标检测电路原理.这一特定的单坐标检测电路.可方便地扩展为多坐标检测系统，

　　图2中FR—双频激光参考频率方波信号，

　　}=I一I}二2 MHz.

　　FX测量多普勒方波信号.

　　FX=儿一关士△fl= 1一3MHz.

　　Iz, 1扮-D型触发器。进行输人信号延 迟及锁相倍频信号同步.

　　B1—锁相倍频器.F?A, FI'S = 8 x

　　FR z 16 MHz.

　　lio—分频二进制计数器。F2=FR.

　　16, IP一一D型触发和锁存器.参考信 号相位检测(分辨率= O.OIU m) .

　　I5,I9一一D型触发和锁存器.测量信 号相位检测(分辨率= O.OIU m) .