CN220039374U - 一种激光干涉仪测量设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体技术领域，公开一种激光干涉仪测量设备。其中激光干涉仪测量设备包括真空室、待测量组件、干涉仪模块和激光器模块。真空室设置有真空腔；待测量组件设置于真空腔内，待测量组件包括反射镜和待测量物体，反射镜安装于待测量物体的侧壁；激光器模块与干涉仪模块连接，激光器模块用于向干涉仪模块发射光束；干涉仪模块设置于真空腔内，干涉仪模块对应反射镜设置，干涉仪模块用于测量反射镜的位移。本实用新型中，真空腔可以保持一定真空度，为干涉仪模块提供良好的工作环境，可以大大优化环境颗粒、气流抖动和空气折射率变化等因素对高精密测量的影响，因此提高了干涉仪模块对待测量物体的检测精度。

Description

一种激光干涉仪测量设备

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种激光干涉仪测量设备。

背景技术

随着信息科学半导体技术的发展和需求，对半导体设备的要求越来越高，同时，对高精度测量的要求也越来越高，目前纳米级精度的检测通常用激光干涉仪来实现。激光干涉仪以光波长为测量尺度，具有超高分辨率的测量能力，是测量领域中最精密的测量仪器之一。国产激光干涉仪常应用在大气环境中对待测物体进行测量，但是，由于大气环境下，激光束容易受到空气波动和大气中气压变化的影响，对激光干涉仪的测量精度产生不良影响。

基于此，亟需一种激光干涉仪测量设备，以解决上述存在的问题。

实用新型内容

基于以上所述，本实用新型的目的在于提供一种激光干涉仪测量设备，真空腔可以保持一定真空度，为干涉仪模块提供良好的工作环境，提高干涉仪模块对待测量物体的检测精度。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种激光干涉仪测量设备，包括：

真空室，其设置有真空腔；

待测量组件，其设置于所述真空腔内，所述待测量组件包括反射镜和待测量物体，所述反射镜安装于待测量物体的侧壁；

干涉仪模块和激光器模块，所述激光器模块与所述干涉仪模块连接，所述激光器模块用于向所述干涉仪模块发射光束；所述干涉仪模块设置于所述真空腔内，所述干涉仪模块对应所述反射镜设置，所述干涉仪模块用于测量所述反射镜的位移。

作为一种激光干涉仪测量设备的优选技术方案，所述干涉仪模块包括基座、干涉仪和准直器，所述干涉仪和所述准直器安装于所述基座上，所述基座连接于所述真空腔的侧壁。

作为一种激光干涉仪测量设备的优选技术方案，所述基座的材质为陶瓷。

作为一种激光干涉仪测量设备的优选技术方案，所述激光器模块设置于所述真空室的外侧；

所述激光干涉仪测量设备还包括光纤连接模块，其密封安装于所述真空腔的侧壁，所述激光器模块通过所述光纤连接模块连接于所述干涉仪模块。

作为一种激光干涉仪测量设备的优选技术方案，所述激光器模块包括底板和安装于所述底板上的激光器、导光组件和耦合器，所述激光器、所述导光组件和所述耦合器依次设置，所述激光器用于发射所述光束，所述导光组件将所述光束导向至所述耦合器，所述耦合器用于将所述光束耦合至所述光纤连接模块。

作为一种激光干涉仪测量设备的优选技术方案，所述激光器为双频激光器。

作为一种激光干涉仪测量设备的优选技术方案，所述光纤连接模块包括第一光纤法兰和保偏光纤，所述第一光纤法兰密封连接于所述真空腔的侧壁，所述保偏光纤密封穿设于所述第一光纤法兰，且所述保偏光纤一端连接于所述耦合器，另一端连接于所述干涉仪模块。

作为一种激光干涉仪测量设备的优选技术方案，所述光纤连接模块包括第二光纤法兰和多模光纤，所述第二光纤法兰密封连接于所述真空腔的侧壁，所述多模光纤密封穿设于所述第二光纤法兰，且所述多模光纤一端连接于轴卡，另一端连接于所述干涉仪模块。

作为一种激光干涉仪测量设备的优选技术方案，所述保偏光纤的长度小于1米。

作为一种激光干涉仪测量设备的优选技术方案，所述反射镜为多个，多个反射镜安装于所述待测量物体的不同侧壁上，所述干涉仪模块为多个，多个所述干涉仪模块与多个所述反射镜一一对应。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供一种激光干涉仪测量设备，其中，干涉仪模块和待测量组件均位于真空室内，激光器模块向干涉仪模块发射光束，干涉仪模块用于测量反射镜的位移，进而实现对待测量物体进行测量。本实用新型中，由于干涉仪模块和待测量物体均位于真空环境下，真空腔可以保持一定真空度，为干涉仪模块提供良好的工作环境，可以大大优化环境颗粒、气流抖动和空气折射率变化等因素对高精密测量的影响，真空腔内无气流波动，且气压保持恒定，因此提高了干涉仪模块对待测量物体的检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型具体实施方式提供的激光干涉仪测量设备的第一视角的结构示意图；

图2是本实用新型具体实施方式提供的激光干涉仪测量设备的第二视角的结构示意图。

图中标记如下：

1、真空室；11、真空腔；

2、待测量组件；21、反射镜；22、待测量物体；

3、干涉仪模块；31、基座；32、干涉仪；33、准直器；

4、激光器模块；41、底板；42、激光器；43、导光组件；431、分光镜；432、全反镜；44、耦合器；441、第一耦合器；442、第二耦合器；

5、光纤连接模块；51、第一光纤法兰；52、第二光纤法兰；

6、轴卡。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1和图2所示，本实施例提供一种激光干涉仪测量设备，该激光干涉仪测量设备包括真空室1、待测量组件2、干涉仪模块3和激光器模块4。

具体地，真空室1设置有真空腔11；待测量组件2设置于真空腔11内，待测量组件2包括反射镜21和待测量物体22，反射镜21安装于待测量物体22的侧壁；激光器模块4与干涉仪模块3连接，激光器模块4用于向干涉仪模块3发射光束；干涉仪模块3设置于真空腔11内，干涉仪模块3对应反射镜21设置，干涉仪模块3用于测量反射镜21的位移。

其中，干涉仪模块3和待测量组件2均位于真空室1内，激光器模块4向干涉仪模块3发射光束，干涉仪模块3用于测量反射镜21的位移，进而实现对待测量物体22进行测量。本实施例中，由于干涉仪模块3和待测量物体22均位于真空环境下，真空腔11可以保持一定真空度，为干涉仪模块3提供良好的工作环境，可以大大优化环境颗粒、气流抖动和空气折射率变化等因素对高精密测量的影响，真空腔11内无气流波动，且气压保持恒定，因此提高了干涉仪模块3对待测量物体22的检测精度。

本实施例中，待测量物体22可以为位移台。反射镜21采用微晶玻璃作为基底进行加工制造，微晶玻璃为低热膨胀材料，其反射面镀有高反膜，能实现超过99％的反射。反射镜21为干涉仪模块3的被测物，可通过干涉仪模块3输出光信号实时监测位移台的运动轨迹。

优选地，反射镜21为多个，多个反射镜21安装于待测量物体22的不同侧壁上，干涉仪模块3为多个，多个干涉仪模块3与多个反射镜21一一对应，以实现对待测量物体22多个自由度的运动轨迹进行测量。需要说明的是，实际应用中干涉仪模块3至少为1个，至少可以测试待测量物体22的一个自由度。

本实施例中，反射镜21为两个，干涉仪模块3也为两个，其中一个反射镜21安装于待测量物体22沿第一方向一侧的侧壁上，另一个反射镜21安装于待测量物体22沿第二方向一侧的侧壁上。本实施例中，第一方向为X、第二方向为Y，第一方向垂直于第二方向，以实现干涉仪模块3对待测量物体22在XY平面内轨迹的高精度测量。

本实施例中，如图1和图2所示，干涉仪模块3包括基座31、干涉仪32和准直器33，干涉仪32和准直器33安装于基座31上，基座31连接于真空腔11的侧壁。基座31选用高刚度材料，同时材料还需满足低热膨胀系数，以保持准直器33和干涉仪32与基座31的相对位置不变。例如，基座31采用陶瓷、陶瓷与金属的复合材料或低热胀系数金属等。本实施例中，基座31的材质为陶瓷。

进一步地，干涉仪32是以激光波长为测量基准的，对环境温度、压强和湿度指标控制很严格，而高精度的温度、压强和湿度控制系统成本很高。同时，气流抖动会造成光束波面的改变，从而也会对测量精度造成影响。该激光干涉仪测量设备的干涉仪模块3布置在真空腔11内，以大大降低干涉仪32光程受到空气波动和大气中空气折射率变化的影响，提高测量精度。本实施例中，准直器33和干涉仪32内部的胶水均为低释气率材料，以适用于真空环境，抽真空测试后干涉仪32本体放气率低于10^-7Pa·m³/s。

由于激光器模块4为热源，容易对激光的波长产生影响。优选地，激光器模块4设置于真空室1的外侧，可防止热源对干涉仪模块3的测量产生影响；激光干涉仪测量设备还包括光纤连接模块5，光纤连接模块5密封安装于真空腔11的侧壁，激光器模块4通过光纤连接模块5连接于干涉仪模块3。

进一步地，如图1和图2所示，激光器模块4包括底板41和安装于底板41上的激光器42、导光组件43和耦合器44，激光器42、导光组件43和耦合器44依次设置，激光器42用于发射光束，导光组件43将光束导向至耦合器44，耦合器44用于将光束耦合至光纤连接模块5。

其中，底板41为低热膨胀系数材料，具有小于9×10^-6的线性膨胀系数，可减小温度变化对材料形变的影响，从而减小光纤耦合效率的变化。同时，底板41为高刚度材料，以支撑激光器42、导光组件43和耦合器44，不发生形变，且保持后三者的相对位置不发生变化。具体地，底板41的材质可以为陶瓷、陶瓷与金属的复合材料或低热胀系数金属等。激光器42为双频激光器，具体可以为氦氖激光器、双折射激光器或声光调制激光器。

导光组件43用于改变光束的传播方向，同时不改变偏振光的特性。具体地，导光组件43包括分光镜431和全反镜432，耦合器44包括第一耦合器441和第二耦合器442，光束照射于分光镜431时，一部分透过分光镜431射到第一耦合器441上，另一部分通过全反镜432反射到第二耦合器442上，导光组件43能保持光束传输过程中不改变光束的原有偏振特性。分光镜431表面镀有等比的分光膜层，全反镜432镀有高反膜，反射率大于99％。

更进一步地，如图1和图2所示，光纤连接模块5包括第一光纤法兰51和保偏光纤，第一光纤法兰51密封连接于真空腔11的侧壁，保偏光纤密封穿设于第一光纤法兰51，且保偏光纤一端连接于耦合器44，另一端连接于干涉仪模块3。本实施例中，使用2根保偏光纤和2个准直器33，两个准直器33分别沿着X向和Y向设置；2根保偏光纤均密封穿设于第一光纤法兰51，其中一根保偏光纤的两端分别连接第一耦合器441和其中一个准直器33；另外一根保偏光纤的两端分别连接第二耦合器442和另外一个准直器33。保偏光纤在光信号传输时可保持线偏振光的偏振特性，可将激光器42发出的正交偏振光稳定保持原偏振态，并传输到真空室1内。耦合器44为三维可调结构，第一耦合器441和第二耦合器442连接保偏光纤，耦合器44用于将激光器42发射的空间激光束耦合进保偏光纤中，耦合效率可达70％。激光器模块4数量至少为一个，具体数量由实际应用时干涉仪32测试轴数量决定。本实施例中，单根保偏光纤的长度优选小于1米，即激光器模块4与真空室1的距离小于1米，可减小保偏光纤的长度，以保持光束偏振特性的稳定传输。需要说明的是，第一耦合器441和第二耦合器442的结构相同，该具体结构及工作原理可参考专利申请CN202122773303.5，此处不再赘述。

光纤连接模块5包括第二光纤法兰52和多模光纤，第二光纤法兰52密封连接于真空腔11的侧壁，多模光纤密封穿设于第二光纤法兰52，且多模光纤一端连接于轴卡6，另一端连接于干涉仪模块3。本实施例中，使用2根多模光纤，两个干涉仪32分别沿着X向和Y向设置。2根多模光纤均密封穿设于第二光纤法兰52，其中一根多模光纤的两端分别连接轴卡6和其中一个干涉仪32；另外一根多模光纤的两端分别连接轴卡6和另外一个干涉仪32。具体实施时，多模光纤的数量可依据干涉仪32的数量来确定。多模光纤的另一端连接于干涉仪32。多模光纤接收干涉仪32的测试轴的光信号，以传输干涉仪32测试到的光信号。轴卡6用于接收干涉仪模块3输出的光信号，将光信号进行光电转换为电信号，滤波放大处理后解算出反射镜21的位移量。

工作时，激光器模块4与光纤连接模块5连接，将激光器模块4发射的激光束通过光纤连接模块5传输到真空室1内，并经过干涉仪模块3后转变成空间光，空间光经干涉仪模块3后照射至反射镜21后反射，反射光再经由干涉仪模块3传输给光纤连接模块5。需要说明的是，干涉仪模块3、激光器模块4、光纤连接模块5彼此配合测量反射镜21的轨迹，其工作原理为现有技术，此处不再赘述。

本实施例中，第一光纤法兰51和第二光纤法兰52均为刀口法兰，刀口法兰与真空腔11的侧壁之间，采用无氧铜进行密封，能满足超高真空小于1*10-5Pa环境使用。同时，第一光纤法兰51与保偏光纤的密封方式以及第二光纤法兰52与多模光纤的密封方式为玻璃焊接方式，能实现漏率小于10^-11Pa·m³/s的应用。光纤连接模块5朝向真空室1一侧的光纤套管采用低释气率材料，例如PTFE和金属等。光纤连接模块5朝向真空室1一侧的光纤接头也采用低释气率材料。需要说明的是，无氧铜进行密封以及玻璃焊接方式均为现有技术。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种激光干涉仪测量设备，其特征在于，包括：

真空室(1)，其设置有真空腔(11)；

待测量组件(2)，其设置于所述真空腔(11)内，所述待测量组件(2)包括反射镜(21)和待测量物体(22)，所述反射镜(21)安装于待测量物体(22)的侧壁；

干涉仪模块(3)和激光器模块(4)，所述激光器模块(4)与所述干涉仪模块(3)连接，所述激光器模块(4)用于向所述干涉仪模块(3)发射光束；所述干涉仪模块(3)设置于所述真空腔(11)内，所述干涉仪模块(3)对应所述反射镜(21)设置，所述干涉仪模块(3)用于测量所述反射镜(21)的位移。

2.根据权利要求1所述的激光干涉仪测量设备，其特征在于，所述干涉仪模块(3)包括基座(31)、干涉仪(32)和准直器(33)，所述干涉仪(32)和所述准直器(33)安装于所述基座(31)上，所述基座(31)连接于所述真空腔(11)的侧壁。

3.根据权利要求2所述的激光干涉仪测量设备，其特征在于，所述基座(31)的材质为陶瓷。

4.根据权利要求1所述的激光干涉仪测量设备，其特征在于，所述激光器模块(4)设置于所述真空室(1)的外侧；

所述激光干涉仪测量设备还包括光纤连接模块(5)，其密封安装于所述真空腔(11)的侧壁，所述激光器模块(4)通过所述光纤连接模块(5)连接于所述干涉仪模块(3)。

5.根据权利要求4所述的激光干涉仪测量设备，其特征在于，所述激光器模块(4)包括底板(41)和安装于所述底板(41)上的激光器(42)、导光组件(43)和耦合器(44)，所述激光器(42)、所述导光组件(43)和所述耦合器(44)依次设置，所述激光器(42)用于发射所述光束，所述导光组件(43)将所述光束导向至所述耦合器(44)，所述耦合器(44)用于将所述光束耦合至所述光纤连接模块(5)。

6.根据权利要求5所述的激光干涉仪测量设备，其特征在于，所述激光器(42)为双频激光器。

7.根据权利要求5所述的激光干涉仪测量设备，其特征在于，所述光纤连接模块(5)包括第一光纤法兰(51)和保偏光纤，所述第一光纤法兰(51)密封连接于所述真空腔(11)的侧壁，所述保偏光纤密封穿设于所述第一光纤法兰(51)，且所述保偏光纤一端连接于所述耦合器(44)，另一端连接于所述干涉仪模块(3)。

8.根据权利要求4所述的激光干涉仪测量设备，其特征在于，所述光纤连接模块(5)包括第二光纤法兰(52)和多模光纤，所述第二光纤法兰(52)密封连接于所述真空腔(11)的侧壁，所述多模光纤密封穿设于所述第二光纤法兰(52)，且所述多模光纤一端连接于轴卡(6)，另一端连接于所述干涉仪模块(3)。

9.根据权利要求7所述的激光干涉仪测量设备，其特征在于，所述保偏光纤的长度小于1米。

10.根据权利要求1所述的激光干涉仪测量设备，其特征在于，所述反射镜(21)为多个，多个反射镜(21)安装于所述待测量物体(22)的不同侧壁上，所述干涉仪模块(3)为多个，多个所述干涉仪模块(3)与多个所述反射镜(21)一一对应。