具有绝对零位的三自由度光栅位移测量技术研究

发布时间：2023-04-08 22:10

　　光栅位移测量技术具有精度高、不易受环境干扰、体积小、操作方便、成本低等优点,因而被广泛地用于光刻机等高端超精密装备的测量系统中。目前,对具有绝对零位对准功能的大量程、高分辨力多自由度光栅位移测量系统需求迫切。针对上述需求,本文设计了一种具有绝对零位对准功能的大量程、高分辨力的三自由度光栅位移测量系统,用来解决光刻机系统中工件台微位移测量的问题,同时具有零位对准功能,用来解决位移测量前扫描光栅与标尺光栅的定位问题。课题的主要研究内容如下:首先,设计了三自由度光栅位移测量系统光路结构,分析了X向、Y向以及Z向位移测量的原理。其中X向和Y向的位移测量的实现是基于双光栅干涉测量原理,Z向位移测量的实现是基于迈克尔逊干涉仪原理;为了提高光学细分倍数从而达到高分辨力,在对X向以及Y向位移测量时,使用标尺光栅的2级衍射光进行干涉测量,实现2×2^1/2倍的光学细分;设计透射型组合扫描光栅结构,分析了实现三自由度测量时各光栅结构参数之间的关系;通过矢量衍射分析方法,设计透射型组合扫描光栅以及二维反射型标尺光栅的各项结构参数。其次,分析了零位对准系统的原理。通过将激光光源由光纤导入以...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 光栅位移测量技术的研究现状
        1.2.1 国外关于光栅位移测量技术的研究现状
        1.2.2 国内关于光栅位移测量技术的研究现状
    1.3 光栅零位对准技术的研究现状
        1.3.1 国外关于光栅零位对准技术的研究现状
        1.3.2 国内关于光栅零位对准技术的研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第2章 2×2^1/2细分光栅位移测量系统的光路设计以及光栅参数优化
    2.1 引言
    2.2 2×2^1/2 2细分光栅位移测量系统原理
        2.2.1 X向和Y向的位移测量原理
        2.2.2 Z向的位移测量原理
    2.3 2级衍射光与光学细分倍数的仿真分析
    2.4 扫描光栅参数设计与优化
    2.5 标尺光栅参数设计与优化
    2.6 本章小结
第3章 光栅零位对准系统的光学结构设计与分析
    3.1 引言
    3.2 光栅零位对准系统的原理
    3.3 光栅零位对准系统的小型化光路设计
        3.3.1 激光光源的光纤导入
        3.3.2 小型化光电探测器的选择
        3.3.3 光电转换电路的设计
    3.4 光栅零位对准系统的参数设计
        3.4.1 光栅总体尺寸设计
        3.4.2 光栅零位对准系统对准标记编码设计
        3.4.3 光栅对准标记内部结构参数设计
    3.5 位移测量系统与对准系统总体小型化结构设计
    3.6 本章小结
第4章 光栅测量与零位对准系统电路设计
    4.1 引言
    4.2 电路部分原理分析
        4.2.1 光栅测量系统电路原理分析
        4.2.2 光栅零位对准系统电路原理分析
    4.3 光栅测量与零位对准系统板卡硬件设计
        4.3.1 光栅测量与零位对准系统板卡主控系统设计
        4.3.2 光栅测量与零位对准系统板卡外设设计
    4.4 光栅测量与零位对准系统板卡程序设计
    4.5 本章小结
第5章 实验及测量结果分析
    5.1 引言
    5.2 光栅的加工与衍射特性分析
        5.2.1 位移测量系统的光栅衍射特性分析
        5.2.2 对准系统的光栅衍射特性分析
    5.3 光栅位移测量实验
        5.3.1 位移测量实验平台的搭建
        5.3.2 X向位移测量信号分析
        5.3.3 Y向位移测量信号分析
        5.3.4 Z向位移测量信号分析
    5.4 零位对准实验
        5.4.1 零位对准实验平台的搭建
        5.4.2 实验所需光斑信号的检测
        5.4.3 基于激光干涉仪的对准评价实验
        5.4.4 影响对准精度的因素
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3786562