移相式点衍射干涉仪的几个关键技术

极紫外光刻技术作为下一代光刻技术的最佳候选技术,为了得到衍射极限的分辨率,光学系统的RMS波像差应小于其工作波长的1/14,约为1 nm,这对检测技术提出了前所未有的要求。本文以应用于极紫外光刻光学系统波像差检测中的移相式点衍射干涉仪为基础,对干涉仪中几个关键技术进行了讨论,并给出了相应的解决方法。     

移相干涉仪环境振动自动测量系统

环境振动和半导体激光器输出扰动都会引起移相干涉仪(PSI)光学干涉场变化,为了评估环境振动对PSI的影响,在干涉仪内部,用两只光电管分别测量光学干涉场某点辐射功率的变化及半导体激光器输出功率的扰动,可析取移相干涉仪的环境振动信息。两路光电测量信号经单片机进行模数转换后由串行通信接口传输到PC机,通过可视化软件编程技术实现信号的图形化显示和环境振动信息的析取。     

基于光强自标定移相算法检测光学面形

考虑菲佐型波长移相干涉仪中波长可调谐激光器光强与调节电压之间的关系会对相位计算精度造成影响,本文提出了一种基于光强自标定的波长移相算法。首先,分析了波长可调谐激光器调节电压与输出光强之间的关系,建立了数学模型;然后,依据最小二乘判据,推导出了波长移相干涉仪的光强自标定移相算法。最后,实施了仿真实验,通过计算机生成背景光强具有一定变化的12幅干涉图,利用所提出的算法进行了相位恢复。结果表明,提出的算法可以很好地免疫激光器的光强变化,实现高精度的相位恢复。对口径为100mm的平面镜的测量结果显示RMS为0.005λ,PV为0.073λ。与ZYGO干涉仪测量结果的比较显示,两次测量面形的偏差RMS为0.0014λ,PV为0.022λ。得到的结果证明了算法的可行性及在菲佐型波长移相干涉仪中的实用性。     

可实现误差估计的移相量计算方法

针对移相干涉仪中移相器的标定,提出了一种基于干涉图计算移相量的迭代方法。该方法分为两步:首先假设移相量已知,构建三元最小二乘方程计算位相;然后假设位相已知,构建二元最小二乘方程计算移相量,同时依据三角函数关系和遍历原则,建立估算移相量计算误差的参数。利用计算机仿真和实验验证了提出方法的有效性。计算机仿真显示:提出的方法比已有算法计算精度更高,而且误差估计值与实际计算误差偏离小于15%。在Fizeau干涉仪上开展了验证实验,利用两个电容位移传感器测量了镜架的位移。计算结果与电容传感器测量结果非常吻合,最大偏差仅为0.7nm。另外,利用本文方法得到的误差估计值为0.52nm,显示测量结果和计算结果的偏差在误差估计值范围内。所提出的方法可以高精度地提取移相量,且能给出移相量计算误差,是一种简单可靠的移相器标定方法。     

移相式数字光学轮廓仪的研制

相移干涉技术是表面轮廓测量领域中得到了广泛应用的可实现高精度测量的技术方法.本文将相移干涉技术与上海光学仪器厂的6JA型干涉显微镜结合起来,研制成功了移相式数字光学轮廓仪,其测量范围0.5nm～1um,精度达到了σ＜0.05nm(Ra),σ＜0.7nm(P-V).由于相关技术的突破,该仪器可以对多种材料、多种轮廓形状的表面实现测量,并得到了较好的结果.     

波长移相干涉仪的算法研究

叙述了波长移相干涉仪的基本原理,分析了其特点,对传统硬件移相干涉仪和波长移相干涉仪进行了比较,指出了它们的优缺点和应用范围.以美国New Focus公司的可调谐半导体激光器为例,简述了实现波长调谐的硬件.文中将波长移相干涉仪算法分成三类:加权多步波长移相算法、基于傅里叶变换的波长移相算法和多波长算法,对这三类算法进行了较详细的叙述和分析,指出了各自的优缺点和应用范围.基于傅里叶变换的波长移相算法,提出了结合差分运算的适合于台阶测量的新算法,克服了已有算法中需要参考基准和参考面的缺点,提高了算法的实用性.     

红外干涉仪调试和测量技术的研究

从干涉计量术方面对自行研制的移相式CO₂红外激光干涉仪进行了研究并提供了精确定位红外光路的调试技术,应用该干涉仪对红外光学元件及系统进行了测量;最后,对本干涉仪的系统误差作了测试和分析.结果表明,本仪器系统误差优于λ/20(λ=10.6μm).     

抗振型移相干涉测量术的进展

移相干涉术易受环境振动的干扰,影响高精度的测量目的。为了进行振动环境下在线光干涉测试,必须采用有效的抗振技术。从移相算法、干涉图采集、光学结构、振动探测与补偿等方面介绍了移相干涉仪抗振技术的研究进展。目前具有抗振功能的移相干涉测试技术日益受到重视。     

移相式激光偏振仪的原理及误差分析

本文介绍了移相式激光偏振仪的原理及误差分析。在塞纳蒙补偿器系统中,通过改变检偏器方位角对输出光强进行移相,然后测量输出光强并作傅立叶分析,就可精确获得被测件的相位延迟量。     

扫描干涉光刻机的超精密移相锁定系统

扫描干涉光刻机移相锁定是实现大面积高精度全息光栅曝光拼接的关键之一。为了实现大面积高精度全息光栅高精度曝光拼接,针对扫描干涉光刻机步进扫描拼接轨迹,重点开展了移相锁定系统的研究。在零差移频式相位锁定分系统和外差利特罗式光栅位移测量干涉仪的基础上,阐述了扫描干涉光刻机的新型移相锁定系统原理。针对新型的移相锁定系统原理,构建了移相锁定控制系统实验装置。最后,基于移相锁定控制实验装置,针对移相锁定定位性能,开展了移相锁定定位控制实验以及影响控制精度的因素分析,实现了±3.27nm (3σ,Λ=251nm)的定位控制精度;针对移相跟踪控制性能,在移相跟踪控制精度实验分析的基础上,利用陷阱滤波PID控制实现了±4.17nm(3σ,Λ=251nm)的跟踪控制精度。     

平面度误差数据处理新方法

将直线度偏差数据转换为平面度偏差数据,然后用矩阵对平面度偏差数据进行简捷处理,得出的最大元素值与最小元素值之差即为平面度误差,既符合ＪＪＧ１１７－７８《平板检定规程》,又易于手工计算和计算机处理。     

评定平面度误差的算法与实现

讨论了评定平面度误差的三种方法，并用VB编写了评定平面度误差的Windows应用程序。通过实际运用，证明了算法和程序的有效性。     

载重车底盘车架的平面度检测与数据处理

本文介绍了载重车底盘车架平面度检测的两点法、三点法和四点法,利用旋转变换法进行数据处理并得到车架的平面度值。该方法对于汽车底盘生产制造以及质量管控具有一定的参考价值。     

平面度误差测量及数据处理研究

介绍了平面度误差的评定方法及平面度误差常用的几种测量方法,提出了采用旋转法处理数据,使之符合最小条件,从而计算出平面度误差。     

新一代GPS中平面度公差域的研究

在现代制造行业中,技术标准的发展成为影响制造业的重要因素,目前推行的为新一代产品几何技术规范(geometrical product specification and verification,简称GPS)。如何根据新一代GPS的要求,制定一系列标准规范已成为很多国家的重要课题。本文根据新一代GPS的要求,利用尺寸公差和几何公差的独立原则,通过对平面度相关自由度变量的确定来规范所要求的平面,并分析平面度公差域的范围;通过实例分析求解平面度公差域的变化范围,得出一种求平面度公差域范围的方法。     

采用相移干涉原理的平面度测量系统误差分析与校正

相移干涉法具有非接触、快速和高精度等优点,采用实验室组建的相移干涉系统进行平面度测量时,会产生280nm左右的测量误差。通过对系统误差的分析,发现由扩束器产生的波像差是测量误差的主要来源。为了校正该测量误差,采用Zernike多项式拟合波前像差,然后在平面度测量时扣除该数值拟合结果。实验结果表明,这种误差校正方法可以使λ/4平面反射镜的测量结果从误差校正前的320nm左右减小到120nm左右。     

四步数字相移全息干涉术三维变形测量

针对目前相移控制器件费用高、操作复杂等不足,提出了一种数字相移方法.并将其与全息干涉术相结合,进行了相移全息干涉术的实验研究.应用MATLAB软件,结合图像处理方法,通过对全息干涉条纹精确控制使其定向移动,实现了四步相移,获得4个干涉图.应用四步相移法原理和相位去包裹方法,最终成功求得物体变形引起的三维位相差,实现物体变形的三维测试.实验表明,该方法不仅简化了全息干涉测试的光学装置,避免传统相移器件相移精度低、容易造成相移误差的缺点,且操作简单,测试精度高,其精度容易达到1/10波长.     

平面度误差的测量及数据处理的教学体会

<互换性与测量技术>是机械类、仪器仪表类及机电结合类各专业必修的一门实践性很强的专业技术基础课程.文章针对‘平面度误差的测量及数据处理'知识点的教学体会进行了总结,介绍了平面度误差的测量的测量方法,并结合实例对平面度评定误差的数据处理进行了分析.     

油液监测黏度传感器标定方法优化研究

针对黏度传感器存在的测试准确性不足的问题,基于黏度测量原理提出数据处理算法模型对黏度传感器进行标定,设计并搭建实验测试平台,在较大温度范围内进行流体的黏度测量,并对提出的标定算法进行了验证。结果表明：采用改进的标定算法模型对黏度传感器进行标定,提升了传感器的测量精度和稳定性,能够将黏度测量平均绝对误差控制在5%以内。设计的黏度传感器对油液黏度变化具有较好的响应和较高的灵敏度,较好地满足了流体黏度的工程在线实时测量需求。