用于精密和超精密测长的双频激光干涉仪

　　1概述

　　精密和超精密测长技术随着光学、物理光学的发展，有了飞速的发展，在科学技术和工业生产需求的推动下，尤其是0.633拜mHe一Ne激光问世以来，激光干涉仪以其特有的大测量范围、高分辨率、测量精度高等优点，在精密和超精密测长领域获得了广泛的应用.由于仪器与计算机相匹配，丰富的软件和各种附件的支持，使它不但能测量物体的线位移和长度，还能测量物体的线速度、小转角、直线度、垂直度、平行度、平面度等.因此它是精密机械工业不可缺少的测量工具，是全息光栅尺、玻璃线纹尺等长度计量工具所不能取代的.

　　激光干涉仪还广泛用于直接重复分步投影光刻机(以下简称l〕S哟的X、Y工作台的精密定位系统，它是DSW的关键部件之一，其作用是:①参与确定X、Y工作台的初始X、Y、p坐标;②确定X、Y工作台的瞬时坐标;③为X、Y工作台的定位伺服系统提供位置和速度信息，完成硅片与掩模板的对准等.大规模集成电路的集成度，不但取决于芯片制作过程中基光的光刻物镜的分辨率，还取决于光刻机的套刻精度，它直接与X、Y工作台的测量系统双频激光干涉仪的性能有关.所以，世界上各发达国家对激光干涉仪的发展都给予高度的重视，目前世界上有3种比较典型的、也是应用比较成熟的激光干涉仪，如:奖国Hewktthe油Id公司生产的HP系列双频激光干涉仪，美国ZygO公司研制的用于现W光刻机X、Y工作台直线及角位移测量的双频激光干涉测量系统，以及英国Renishaw公司的激光校准系统.

　　2双频激光干涉仪基本原理

　　基本工作原理以HP系列为例加以说明，见图1.

　　稳频的双频He一Ne激光器(l)，发出一束差频为LS~3M比偏振方向相互垂直的激光，经过望远光学系统(2)扩束，并被分光镜(3)分成两束，一束双频激光参与目标位移测量，另一束光又被分光镜(4)分成两束，其中一束双频激光被光电器件转换成频差信号，经激光谐振电路处理后参与激光器的稳频，另一束双频激光的频差被光电器件转换成电信号，其频差信号作为激光干涉仪的参考信号，输给激光定位转换电子系统，并与含有测盘位移信息的测量信号求差.

　　与目标位移测量的两频激光五和几其偏振方向相互垂直，并在干涉仪(5)内被分开，儿频率的激光作为参考信号，不频率的激光作为测量用并经过靶镜(6)折回.当靶镜运动时由于多普勒效应使f:变成关土△刀，在干涉仪内与参考激光相干，其频差即为儿一(f.士△关).在光电接收器(刀内将其变成电信号，在激光定位转换电子箱内与参考信号儿一求差，最终得到与向后反射镜位移速度成正比的士△石频率信号.此信号对时间的积分即与向后反射镜的位移成正比.