基于碘吸收譜外調(diào)制三次諧波解調(diào)的Nd-YAG激光器穩(wěn)頻技術(shù)研究.pdf

1、近年來，在各類電子產(chǎn)品需求的推動(dòng)下，微電子光刻機(jī)等半導(dǎo)體制造裝備的加工性能和加工效率性能不斷提升。現(xiàn)有高端微電子光刻機(jī)中普遍采用快速超精密激光干涉儀作為其高速、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)位姿測量手段，其相對(duì)測量準(zhǔn)確度要求達(dá)到10-8量級(jí)；與此對(duì)應(yīng)地，新一代和下一代微電子光刻機(jī)中可能采用性能提升后的快速超精密激光干涉儀或者在干涉儀的基礎(chǔ)上融合平面光柵技術(shù)形成多維光柵干涉儀，以滿足10-9量級(jí)的相對(duì)測量精度需求。隨著下一代快速超精密激光干涉儀、光柵干涉儀的

2、發(fā)展，其對(duì)激光光源的激光頻率準(zhǔn)確度和光源功率的需求，將大大超出現(xiàn)有激光干涉儀中氣體穩(wěn)頻激光器的相應(yīng)能力。為滿足上述干涉光源特性需求，本文以輸出光功率達(dá)到數(shù)十毫瓦的Nd:YAG激光器為對(duì)象，研究基于碘吸收譜外調(diào)制的Nd:YAG激光穩(wěn)頻控制方法和關(guān)鍵技術(shù)。論文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)以光刻機(jī)中典型的激光外差干涉測量系統(tǒng)和光柵干涉測量系統(tǒng)為例，分析激光外差干涉測量和光柵干涉測量的工作原理，并建立測量系統(tǒng)中激光頻率相關(guān)的位移測量誤差

3、模型和干涉光源功率損耗、功率需求模型；在此基礎(chǔ)上，給出下一代微電子光刻機(jī)中對(duì)激光頻率準(zhǔn)確度和光源功率的需求。
　　(2)針對(duì)自由運(yùn)轉(zhuǎn)條件下Nd:YAG激光器起始頻率隨機(jī)范圍大大超出諧振腔PZT掃描范圍，導(dǎo)致不能完整覆蓋預(yù)定吸收譜、無法有序輸出超精細(xì)分量特征信號(hào)的問題，提出激光晶體溫度和諧振腔PZT電壓兩個(gè)參數(shù)分級(jí)掃描的方法，利用激光晶體溫度對(duì)頻率大范圍掃描和諧振腔PZT電壓對(duì)頻率的精細(xì)掃描，實(shí)現(xiàn)激光器頻率對(duì)碘分子超精細(xì)吸收分量的完

4、整掃描覆蓋。
　　(3)針對(duì)碘分子吸收譜包含數(shù)十個(gè)超精細(xì)吸收峰且吸收峰存在光強(qiáng)調(diào)制斜坡噪聲、導(dǎo)致特定吸收峰難以有效識(shí)別和精確鎖定的問題，首先設(shè)計(jì)了基于吸收譜超精細(xì)吸收峰閾值觸發(fā)、首峰判讀和序列計(jì)數(shù)的特征吸收峰識(shí)別方法，并利用滑動(dòng)窗口數(shù)字積分平均方法來消除吸收峰存在的光強(qiáng)調(diào)制斜坡噪聲，實(shí)現(xiàn)激光頻率對(duì)碘分子特定的超精細(xì)吸收分量的精確鎖定。
　　(4)碘吸收譜外調(diào)制三次諧波解調(diào)穩(wěn)頻裝置研制。設(shè)計(jì)了激光頻率調(diào)制光路、碘吸收與差分探測