本文關鍵詞：高精度平面光柵干涉儀的設計與研究

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【摘要】：測量技術與科學技術各部門、國民經濟各領域的發(fā)展都有十分密切的聯系。隨著科技的快速發(fā)展,各行業(yè)對高精度測量技術的要求都越來越高,尤其是涉及到納米技術、MEMS技術和航空航天技術的行業(yè),這些迫切的需求促使一批針對精密測試計量的新理論和新方法大量涌現,從而大大提高了精密測試計量的精度與效率,成為了科技進步的保障。在微機電系統(tǒng)和精密機械等產業(yè)中,更是迫切要求一種高效的精密測量與定位技術,無論是精密數控加工平臺或是高精度運動臺,都需要對工作臺的多個自由度進行精確的測量與定位,這是保證其他功能實現的基礎與保障。在微位移測量方法中,平面光柵測量技術具有精度高、量程大、對測量環(huán)境要求相對較低等優(yōu)點而廣泛應用,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用中提供了廣闊的應用前景。二維光柵尺可同時測量平面內兩個維度的位移,結構緊湊。與激光干涉儀相比,抗干擾性好,成本較低；與用兩個一維光柵尺測量平面位移相比,能夠減小因入射點不一致引起的阿貝誤差,消除兩維度安裝不垂直的影響。隨著平面電動機的出現,用二維光柵尺測量平面位移在精密加工、納米測量等領域顯現出較強的應用前景。本文圍繞高精度平面光柵干涉儀的關鍵技術進行了系統(tǒng)深入的研究,針對應用于光刻機工件臺中的光柵干涉儀,詳細分析了工件臺測量需求,據此總結了相關設計方法,包括干涉信息的有效利用,衍射光束、光學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值仿真的方法詳細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量不確定度。最終在設計方法和誤差分析的指導下設計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現大量程二自由度測量,光柵平面法向可實現量程±1mm的測量,以滿足光刻機工件臺的六自由度位移測量。設計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、細分,同時簡化了干涉儀的光學結構。輔以光學細分和電子細分,可實現三自由度亞納米分辨率的位移測量。另外,該設計光路短,測量精度受外界影響小,且體積小,質量輕,可提高光刻機工件臺的位移測量精度、優(yōu)化其動態(tài)性能。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH744.3
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本文編號：1165697