CN220288635U - 激光干涉仪测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种激光干涉仪测量系统。该激光干涉仪测量系统包括：激光器模块，激光器模块包括激光头和激光发射部；干涉仪模块，干涉仪模块包括干涉仪、视窗法兰、转接板和激光接收部；反射镜模块；真空室，反射镜模块设置于真空室内且至少部分设置在位移台上，视窗法兰安装在真空室的侧壁上，转接板位于真空室外，转接板安装在视窗法兰上，激光发射部和激光接收部均安装于转接板上，干涉仪设置于视窗法兰和反射镜模块之间。根据本实用新型的激光干涉仪测量系统，能够使得真空室外部的部件和真空室内部的部件均处于相同的振动环境中，避免了不同固定方式受振动产生不同的影响，降低了调试难度和后期数据处理的难度。

Description

激光干涉仪测量系统

技术领域

本实用新型涉及激光测量技术领域，具体而言，涉及一种激光干涉仪测量系统。

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，尤其是真空和精度要求。半导体产业离不开真空技术，因在高真空环境下,洁净度高、水蒸气很少，对零部件的污染较小。另一方面为了制造和检查精细图案，必须将晶片精确地移动到所需位置。通常采用激光长度测量装置作为确认晶片是否已经移动到期望位置的装置。

为避免激光脱气及其热量、磁性对真空室内器件的影响，真空激光干涉仪系统往往部分设置在真空室内，部分设置在真空室外。当前为保证较稳定的光路，往往会把部分器件设置在真空室内，真空激光干涉仪系统各部件处于真空室内和真空室外两个环境，两个环境均存在振动影响，需要进行不同的处理。即使在相同环境，由于各器件固定方式的不同，振动还是会对各部件产生不同的影响，需要进行不同的处理，故系统设置起来相当繁琐。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种激光干涉仪测量系统，能够使得真空室外部的部件和真空室内部的部件均处于相同的振动环境中，避免了不同固定方式受振动产生不同的影响，降低了调试难度和后期数据处理的难度。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一方面，提供了一种激光干涉仪测量系统，包括：

激光器模块，激光器模块包括激光头和激光发射部；

干涉仪模块，干涉仪模块包括干涉仪、视窗法兰、转接板和激光接收部；

反射镜模块；

真空室，反射镜模块设置于真空室内且至少部分设置在位移台上，视窗法兰安装在真空室的侧壁上，转接板位于真空室外，转接板安装在视窗法兰上，激光发射部和激光接收部均安装于转接板上，干涉仪设置于视窗法兰和反射镜模块之间。

进一步地，转接板包括柔性部，转接板通过柔性部连接在视窗法兰上。

进一步地，真空室安装视窗法兰的侧壁上设置有隔振装置，隔振装置位于视窗法兰与真空室的底部之间。

进一步地，真空室与地面之间设置有减振装置；和/或，位移台与真空室的底部之间设置有减振装置。

进一步地，干涉仪吊装于真空室的顶部。

进一步地，真空室的顶部设置有支撑支架和吊顶平台，吊顶平台通过支撑支架吊装在真空室的顶部，干涉仪吊装在吊顶平台的底部。

进一步地，支撑支架包括减振部和/或调节装置，调节装置被构造为调整吊顶平台的初始姿态。

进一步地，激光器模块还包括光纤连接部，光纤连接部位于激光头和激光发射部之间，并通过光纤与激光发射部连接，以将激光头发射的激光束传输至激光发射部。

进一步地，光纤连接部、激光发射部、干涉仪模块和反射镜模块为多套且一一对应设置，激光器模块还包括导光件，激光头发射的激光束经导光件改变光路传输方向后分别传输给各光纤连接部。

进一步地，激光发射部、干涉仪模块和反射镜模块为多套且一一对应设置，激光器模块还包括分光镜，分光镜设置在激光头与激光发射部之间，激光头发射的激光束经分光镜改变光路传播方向并分别传输至各激光发射部，激光头和分光镜的底部均设置有减振部件。

进一步地，激光器模块还包括底板，激光头安装在底板上。

应用本实用新型的技术方案，在视窗法兰的外部增设转接板，使得激光发射部和激光接收部均能够安装在转接板上，从而将激光发射部和激光接收部这些主要部件全部固定在一个转接板上，进而通过转接板固定在位于真空室侧壁的视窗法兰上，使得原本固定在地面上的部件也固定在了真空室的侧壁上，减少了地面对各部件的影响，使真空室外部的部件与真空室内部的部件均与真空室相对固定，处于相同的振动环境中，避免了不同固定方式受振动产生不同的影响，降低了调试难度和后期数据处理的难度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的一个实施例的激光干涉仪测量系统的俯视结构示意图；

图2示出了本实用新型的一个实施例的激光干涉仪测量系统的结构示意图；

图3示出了本实用新型的一个实施例的激光干涉仪测量系统的支撑支架的结构示意图；

图4示出了本实用新型的一个实施例的激光干涉仪测量系统的俯视结构示意图；

图5示出了本实用新型的一个实施例的激光干涉仪测量系统的俯视结构示意图；以及

图6示出了本实用新型的一个实施例的激光干涉仪测量系统的隔振结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、激光器模块；11、激光头；12、光纤连接部；13、光纤；14、激光发射部；15、底板；16、导光件；17、分光镜；2、干涉仪模块；21、干涉仪；22、视窗法兰；23、转接板；24、激光接收部；3、反射镜模块；4、真空室；41、吊顶平台；42、支撑支架；421、减振部；422、调节装置；43、隔振装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

结合参见图1至图6所示，根据本实用新型的实施例，激光干涉仪测量系统包括：激光器模块1，激光器模块1包括激光头11和激光发射部14；干涉仪模块2，干涉仪模块2包括干涉仪21、视窗法兰22、转接板23和激光接收部24；反射镜模块3；真空室4，反射镜模块3设置于真空室4内且至少部分设置在位移台上，视窗法兰22安装在真空室4的侧壁上，转接板23位于真空室4外，转接板23安装在视窗法兰22上，激光发射部14和激光接收部24均安装于转接板23上，干涉仪21设置于视窗法兰22和反射镜模块3之间。

本实施例的激光干涉仪测量系统在视窗法兰22的外部增设转接板23，使得激光发射部14和激光接收部24均能够安装在转接板23上，从而将激光发射部14和激光接收部24这些主要部件全部固定在一个转接板23上，进而通过转接板23固定在位于真空室4侧壁的视窗法兰22上，使得原本固定在地面上的部件也固定在了真空室4的侧壁上，减少了地面对主要部件的影响，使真空室4外部的部件和真空室4内部的主要部件均与真空室4相对固定，处于相同的振动环境中，避免了不同固定方式受振动产生不同的影响，降低了调试难度和后期数据处理的难度。

需要说明的，半导体设备内往往会有多个振源，多个振源会通过不同介质影响到不同的器件，如真空室4内的位移台在运动时会对真空室4底部产生振动影响，从而影响到与底部直接或间接固定的器件；外部真空泵工作时同样会对地面产生影响，从而影响到与地面直接或间接固定的器件。另外，本文所述的地面仅是一个较为平坦面的总称，其可以是真实的地面，也可以是某楼层地面或某个基台的平面等。

在本实施例中，激光器模块1布置在真空室4外侧并且向干涉仪模块2提供激光束，反射镜模块3布置在真空室4内并且反射测试光给干涉仪模块2。激光接收部24通过光纤与外部处理终端连接(图中未画出)。

具体地，将激光器模块1发射的激光束传输给干涉仪模块2，激光束照射到真空室4内的反射镜模块3，可以通过检测干涉仪测试轴的干涉光来测量被测镜的实时位置，实现高精度位移测量。

反射镜模块3固定于位移台上，反射镜模块3为激光干涉仪系统的被测物，可将照射到镜面的光束反射回干涉仪21，并与干涉仪21的参考光束形成干涉，实现实时监测和控制位移台的运动轨迹。反射镜模块3中的反射镜可以直接竖直设置在位移台侧边，用于测试位移台的水平位移；也可以通过部分设置在位移台上、部分设置在真空室4顶部的组合测试位移台的垂向位移；根据测量需求可对反射镜模块3内的反射镜进行不同组合，此处不一一举例。

在一个实施例中，转接板23包括柔性部，转接板23通过柔性部连接在视窗法兰22上。转接板23通过柔性部与视窗法兰22之间实现柔性连接，能够利用柔性部起到隔振作用，有效减少视窗法兰22与转接板23之间的振动传递，降低设置在转接板23上的激光发射部14和激光接收部24所受到的振动作用，提高位移检测精度。

视窗法兰22包括玻璃视窗和法兰盘并固定于真空室4侧壁上，玻璃视窗安装在法兰盘上，转接板23固定于视窗法兰22的法兰盘上，激光发射部14、激光接收部24固定于转接板23上。通过转接板23的设置，能够简化激光发射部14和激光接收部24的固定方式，并减缓地面振动对激光干涉仪测量系统的影响。

在一个实施例中，视窗法兰22为刀口法兰，玻璃为低热膨胀材料，镀有高透低反膜层，能实现激光束的高效率传输。转接板23为固定激光发射部14和激光接收部24的基板，采用低热膨胀材料，以保证激光发射部14的中心轴与干涉仪21的入射光轴保持一致；激光接收部24的中心轴与干涉仪21的出射光轴保持一致。激光接收部24实现空间光耦合进光纤，实现测试光的干涉。激光接收部24通过光纤与外部处理终端(图中未示出)相连接并通过干涉光束条纹变化计算出位移量。

在一个实施例中，真空室4安装视窗法兰22的侧壁上设置有隔振装置43，隔振装置43位于视窗法兰22与真空室4的底部之间。

在本实施例中，通过在视窗法兰22与真空室4的底部之间设置隔振装置43，能够有效减少地面振动对真空室4侧壁的影响，同时也可减少位移台振动对视窗法兰22和转接板23的影响。

隔振装置43可以仅设置在视窗法兰22所在侧的真空室4的侧壁上，也可以在真空室4的每个侧壁上均设置隔振装置43，从而更加有效地隔断传振路径，提高隔振效果。

在一个实施例中，真空室4与地面之间设置有减振装置。

在一个实施例中，位移台与真空室4的底部之间设置有减振装置。

在真空室4与底面之间以及位移台与真空室4的底部之间均设置减振装置，能够进一步减少地面和位移台振动对视窗法兰22和转接板23的影响，减少地面和位移台之间的相互影响，同时使得激光发射部14和激光接收部24的振动补偿基础一致，提高激光干涉仪测量系统的检测精度。

在一个实施例中，干涉仪21吊装于真空室4的顶部，能够使得干涉仪21远离振动源，减少振动源对于干涉仪21的光路影响，提高激光干涉仪测量系统的稳定性。此外，由于干涉仪21吊装于真空室4的顶部，因此干涉仪21的振动受到隔振装置43上侧的真空室4的侧壁的影响，而激光发射部14和激光接收部24的振动也受到隔振装置43上侧的真空室4的侧壁的影响，因此能够使干涉仪21、激光发射部14和激光接收部24的振动补偿基础一致，降低振动补偿难度，提高激光干涉仪测量系统的检测精度。

在一个实施例中，真空室4的顶部设置有支撑支架42和吊顶平台41，吊顶平台41通过支撑支架42吊装在真空室4的顶部，干涉仪21吊装在吊顶平台41的底部。在本实施例中，真空室4的顶部设置有吊顶平台41，吊顶平台41通过至少3个支撑支架42与真空室4的顶部相连接。

在一个实施例中，支撑支架42包括减振部421和/或调节装置422，调节装置422被构造为调整吊顶平台41的初始姿态。减振部421可以进一步减少位移台对真空室4的振动影响，调节装置422可以调整吊顶平台41的初始姿态，使得吊顶平台41的初始姿态能够更加精确，从而具有更加良好的适配性，可以适配不同的安装误差和装配误差，提高配合精度。

在一个实施例中，激光器模块1还包括光纤连接部12，光纤连接部12位于激光头11和激光发射部14之间，并通过光纤13与激光发射部14连接，以将激光头11发射的激光束传输至激光发射部14。光纤连接部12例如为耦合器，耦合器将激光头11发射的空间激光束耦合进光纤13中，并通过光纤13将激光传输到激光发射部14中，再由激光发射部14将激光发射到干涉仪模块2中。

在一个实施例中，激光头11为外差双频激光器，可为氦氖激光器、双折射激光器、声光调制激光器。光纤13为单模保偏光纤，激光发射部14为保偏光纤准直器。

在一个实施例中，激光器模块1还包括底板15，激光头11安装在底板15上。底板15材料具有高刚度、低热膨胀系数，可减小外部压力和温度变化对材料变形的影响，以保持各光学部件间的相对位置不变。其中底板15的材料刚度大于或等于25.3N/m，膨胀系数小于或等于9*10^-6/℃。激光头11放置于大气中以防止脱气，且离真空室4之间的距离大于1m，以减小激光头11的热量和磁性对真空室4内器件的影响。

本实施例的激光干涉仪测量系统的隔振效果说明如下：

本实施例的激光干涉仪测量系统将激光发射部14、激光接收部24通过转接板23和视窗法兰22相对真空室4侧壁固定，这样的设置方式将激光干涉仪系统的主要部件全固定在一个转接板23上，使原本固定在地面上的部件固定在了真空室4的侧壁上，减少了地面对各部件的影响，使真空室4外部的部件与真空室4内部的部件均与真空室4相对固定，处于相同的振动环境中。

视窗法兰22与真空室4地面的侧壁上设置有隔振装置43，这样有效地隔离了地面振动和位移台振动对激光发射部14的影响，另外转接板23与视窗法兰22通过柔性件连接，有效减少了真空室4内的位移台对真空室4侧壁的振动影响。本实施例中采用耦合器和光纤13的组合将激光传输至激光发射部14中，该部分光路传输基本为介质传输，故地面振动对该部分光路影响可以忽略。

另外，真空室4内的位移台的振动主要影响真空室4底部，干涉仪21通过吊顶平台41固定在真空室4内，这样使干涉仪21固定位置远离振动源位移台，大大减少了振动的影响。

通过分别对激光干涉仪系统在真空室4内部和外部的部件进行隔振处理，能有效提高各环境振动对激光干涉仪系统的影响，提高测量精度；此外，部分统一了激光干涉仪系统各部件的固定方式，真空室4外的部件均固定在转接板23上，真空室4内的部件均固定在吊顶平台41上，避免了不同固定方式受振动产生不同的影响，降低了调试难度和后期数据处理的难度。

结合参见图4所示，在一个实施例中，光纤连接部12、激光发射部14、干涉仪模块2和反射镜模块3为多套且一一对应设置，激光器模块1还包括导光件16，激光头11发射的激光束经导光件16改变光路传输方向后分别传输给各光纤连接部12。

在本实施例中，激光器模块1中部分部件为两套，干涉仪模块2有两套，反射镜模块3为两套，真空激光干涉仪系统能够在两个方向进行测量。上述数量不限于2套，也可以是多套。

导光件16的作用在于，使得激光头11发射出的激光束能够经导光件16改变光路传输方向之后，能够分别传输给两个耦合器，起到分开光路的作用，实现一个激光头11的多个光路传输。

多个干涉仪21均固定在吊顶平台41上，优选的，吊顶平台41为一个整体，这样即使有轻微振动能通过吊顶平台41影响干涉仪模块2，多个干涉仪模块2的振动情况也是相同的，激光干涉仪系统的处理终端可通过相同方式进行光路的补偿，无需针对每个干涉仪模块2进行不同的光路补偿。

结合参见图5所示，在一个实施例中，激光发射部14、干涉仪模块2和反射镜模块3为多套且一一对应设置，激光器模块1还包括分光镜17，分光镜17设置在激光头11与激光发射部14之间，激光头11发射的激光束经分光镜17改变光路传播方向并分别传输至各激光发射部14，激光头11和分光镜17的底部均设置有减振部421件。此处的激光发射部14例如为反射镜。

在本实施例中，省去了耦合器和光纤13，直接利用分光镜17对激光头11发射的激光束进行分光。

激光头11发射出激光束，直线传播经分光镜17改变光路传播方向并分别传输给两个激光发射部14，固定在转接板23上的激光发射部14再将激光束反射入真空室4内的干涉仪21中。由于本实施例中激光束未通过光纤13传播至激光发射部14内，故需要在激光头11、分光镜17与底板15之间设置隔振部件，来减少地面对真空室4外部光路的影响。

需要说明的，干涉仪模块2可以只有1套，此时激光器模块1只有1套，即反射镜只有1个，可以没有分光镜17，激光头11发射的激光束直接射入一个反射镜中。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种激光干涉仪测量系统，其特征在于，包括：

激光器模块(1)，所述激光器模块(1)包括激光头(11)和激光发射部(14)；

干涉仪模块(2)，所述干涉仪模块(2)包括干涉仪(21)、视窗法兰(22)、转接板(23)和激光接收部(24)；

反射镜模块(3)；

真空室(4)，所述反射镜模块(3)设置于所述真空室(4)内且至少部分设置在位移台上，所述视窗法兰(22)安装在所述真空室(4)的侧壁上，所述转接板(23)位于所述真空室(4)外，所述转接板(23)安装在所述视窗法兰(22)上，所述激光发射部(14)和所述激光接收部(24)均安装于所述转接板(23)上，所述干涉仪(21)设置于所述视窗法兰(22)和所述反射镜模块(3)之间。

2.根据权利要求1所述的激光干涉仪测量系统，其特征在于，所述转接板(23)包括柔性部，所述转接板(23)通过所述柔性部连接在所述视窗法兰(22)上。

3.根据权利要求1所述的激光干涉仪测量系统，其特征在于，所述真空室(4)安装所述视窗法兰(22)的侧壁上设置有隔振装置(43)，所述隔振装置(43)位于所述视窗法兰(22)与所述真空室(4)的底部之间。

4.根据权利要求3所述的激光干涉仪测量系统，其特征在于，所述真空室(4)与地面之间设置有减振装置；和/或，所述位移台与所述真空室(4)的底部之间设置有减振装置。

5.根据权利要求1所述的激光干涉仪测量系统，其特征在于，所述干涉仪(21)吊装于所述真空室(4)的顶部。

6.根据权利要求5所述的激光干涉仪测量系统，其特征在于，所述真空室(4)的顶部设置有支撑支架(42)和吊顶平台(41)，所述吊顶平台(41)通过所述支撑支架(42)吊装在所述真空室(4)的顶部，所述干涉仪(21)吊装在所述吊顶平台(41)的底部。

7.根据权利要求6所述的激光干涉仪测量系统，其特征在于，所述支撑支架(42)包括减振部(421)和/或调节装置(422)，所述调节装置(422)被构造为调整所述吊顶平台(41)的初始姿态。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的激光干涉仪测量系统，其特征在于，所述激光器模块(1)还包括光纤连接部(12)，所述光纤连接部(12)位于所述激光头(11)和所述激光发射部(14)之间，并通过光纤(13)与所述激光发射部(14)连接，以将所述激光头(11)发射的激光束传输至所述激光发射部(14)。

9.根据权利要求8所述的激光干涉仪测量系统，其特征在于，所述光纤连接部(12)、激光发射部(14)、所述干涉仪模块(2)和所述反射镜模块(3)为多套且一一对应设置，所述激光器模块(1)还包括导光件(16)，所述激光头(11)发射的激光束经所述导光件(16)改变光路传输方向后分别传输给各所述光纤连接部(12)。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的激光干涉仪测量系统，其特征在于，所述激光发射部(14)、所述干涉仪模块(2)和所述反射镜模块(3)为多套且一一对应设置，所述激光器模块(1)还包括分光镜(17)，所述分光镜(17)设置在所述激光头(11)与所述激光发射部(14)之间，所述激光头(11)发射的激光束经所述分光镜(17)改变光路传播方向并分别传输至各所述激光发射部(14)，所述激光头(11)和所述分光镜(17)的底部均设置有减振部(421)件。

11.根据权利要求1至7中任一项所述的激光干涉仪测量系统，其特征在于，所述激光器模块(1)还包括底板(15)，所述激光头(11)安装在所述底板(15)上。