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基于光栅干涉仪的纳米位移台校准方法研究

刘丽琴 管钰晴 邹文哲 郭创为 张玉杰 徐瑞书 傅云霞 雷李华

刘丽琴,管钰晴,邹文哲,等. 基于光栅干涉仪的纳米位移台校准方法研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(6): 37-43 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0114
引用本文: 刘丽琴,管钰晴,邹文哲,等. 基于光栅干涉仪的纳米位移台校准方法研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(6): 37-43 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0114
LIU Liqin, GUAN Yuqing, ZOU Wenzhe, GUO Chuangwei, ZHANG Yujie, XU Ruishu, FU Yunxia, LEI Lihua. Study on the Calibration Method of Nano-Positioning Stages Using Grating Interferometers[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(6): 37-43. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0114
Citation: LIU Liqin, GUAN Yuqing, ZOU Wenzhe, GUO Chuangwei, ZHANG Yujie, XU Ruishu, FU Yunxia, LEI Lihua. Study on the Calibration Method of Nano-Positioning Stages Using Grating Interferometers[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(6): 37-43. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0114

基于光栅干涉仪的纳米位移台校准方法研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0114
基金项目: 上海市2021年度“科技创新行动计划”自然科学基金项目(21ZR1483100);国家重点研发计划青年科学家项目(2021YFF0603300);上海市2021年度“科技创新行动计划”优秀学术/技术带头人项目(21XD1425000)。
详细信息
    作者简介:

    刘丽琴(1983-),上海市计量测试技术研究院助理工程师,研究方向:微纳米计量技术研究,邮箱:liuliqin@simt.com.cn

    通讯作者:

    雷李华(1985-),上海市计量测试技术研究院高级工程师,研究方向:微纳米计量技术研究,邮箱:leilh@simt.com.cn

  • 中图分类号: TB921

Study on the Calibration Method of Nano-Positioning Stages Using Grating Interferometers

  • 摘要: 随着集成电路制造关键尺寸向着5 nm的节点迈进,我国集成电路检测设备产业化的呼声剧增,纳米位移台作为集成电路制造、超精密加工、精密科学仪器制造等领域检测设备的关键器件,研究人员对其重复定位精度、线性度的要求越来越高。光栅干涉仪以光栅作为标准物质溯源到长度基准,因其对环境因素的变化不敏感、抗干扰能力强、稳定性高的优点,成为微纳检测设备产业化的新方向。采用基于标准物质的光栅干涉仪,针对纳米位移台的重复定位精度、线性度分别设计了不同的校准方案,并通过实验验证方案的可行性,最后对该校准方法的测量不确定度和溯源性进行了分析,可以看出设计的校准方案测量稳定、溯源链短。
  • 图  1  光栅干涉仪原理图

    Figure  1.  Schematic of the grating interferometer

    图  2  基于光栅干涉仪的纳米位移台重复性校准方案

    Figure  2.  Calibration scheme for positioning repeatability of the nano-positioning stage using a grating interferometer

    图  3  基于光栅干涉仪的纳米位移台线性度校准方案

    Figure  3.  Calibration scheme for linearity of the nano-positioning stage using a grating interferometer

    图  4  重复定位精度校准实验平台

    Figure  4.  Experiment setup of positioning repeatability calibration system

    图  5  测量信号图

    Figure  5.  Measurement signal diagram

    图  6  校准实验图

    Figure  6.  Calibration experiment diagram

    图  7  基于光栅干涉仪的纳米位移台校准方法溯源性分析

    Figure  7.  Traceability analysis of the calibration method for the nano-positioning stage based on the grating interferometer

    表  1  基于标准物质的光栅干涉仪10次重复性测量结果

    Table  1.   Ten repetitive measurements using the grating interferometer based on a reference material /μm

    序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
    位移值 100.9343 100.9504 100.8810 100.8702 100.8260 100.8178 100.7467 100.7206 100.7382 100.6854
    均值 100.8171
    最大偏差 0.1333
    下载: 导出CSV

    表  2  纳米位移台线性度测量实验结果

    Table  2.   Linearity calibration results for the nano-positioning stage

    采样点
    线性偏差
    (μm)
    序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
    实验1 −0.2457 −0.1305 0.01304 0.1010 0.1451 0.1250 0.0247 0.7074 −0.1947 −0.5476
    实验2 −0.2408 −0.1233 0.0211 0.0892 0.1356 0.1157 0.0646 0.6641 −0.1342 −0.6007
    实验3 −0.2664 −0.1407 −0.0069 0.0691 0.1162 0.1125 0.0386 0.6173 −0.1727 −0.6156
    实验4 −0.2481 −0.12055 0.01609 0.0929 0.1473 0.1380 0.0444 0.6985 −0.1676 −0.5741
    实验5 −0.2465 −0.1216 0.0148 0.0976 0.1355 0.1196 0.0151 0.6760 −0.1150 −0.5765
    最大线性偏差均值(μm) 0.673
    线性度 0.67%
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-04-21
  • 录用日期:  2023-08-01
  • 修回日期:  2023-07-27
  • 网络出版日期:  2023-08-23
  • 刊出日期:  2023-06-18

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