针对微电子光刻机等高端装备中提出的超细密、高速位移丈量需求，哈尔滨工业大学长远探索了传统的共 光途外差激光干涉衡量方法和新一代的非共光路外差激光干预丈量样式，并在高精度激光稳频、光学非线性过错 切确抑止、高速高区分力干涉暗记管束等多项枢纽身手方面得到连接突破，研制了系列超细腻高速激光干涉仪，激 光真空波长相对正确度最高达 9. 6×10-10，位移阔别力为 0. 077 nm，光学非线 pm，最大测量疾度 为 5. 37 m/s。临时该系列仪器已成功独揽于我国 350 nm 至 28 nm 多个工艺节点的光刻机样机集成研制和本能测 试范畴，为大家国光刻机等高端设备发展供给了环节本事支柱和严沉测量戏法。

　　激光干预位移衡量（DMLI）技巧是一种以激光 波长为标尺，经历过问光斑的频率、相位改变来感知位移音讯的衡量本事。因具有非构兵、高精度、高动 态、衡量功用可直接溯源等特征，DMLI 技艺和仪器被广阔把持于资料几许特征表征、细密传感器标定、 精致活动尝试与高端配置集成等场合。很是是在微电子光刻机等高端配置中嵌入的超细巧高快激光干涉仪，已成为支持装备实现极限做事精度和工作作用的条款央浼和首要保障。以眼前的主流光刻机为例，其内部寻常集成有 6 轴至 22 轴以上的超精密高疾激光过问仪，来实时衡量高速行径的掩模工件台、 硅片工件台的 6 自由度地位和样子讯歇。遵循光刻机套刻精度、产率等分别特点央浼，权且对激光干预的位移测量精度须要从数十纳米至数纳米，并将进一步突破至原子模范即亚纳米量级；而位移衡量速度需求，则从数百毫米每秒到数米每秒。

　　对 DMLI 身手和仪器而言，感导其衡量精度和丈量速度提升的首要瓶颈征求激光过问衡量的样式真理、干涉光源/干涉镜组/过问暗号打点卡等仪器症结单元特点以及实质衡量处境的安全性。盘绕光刻机等高端修设提出的超细巧高速测量需要，以美国 Keysight 公司（原 Agilent 公司）和 Zygo 公司为代表的国际激光干涉仪企业和研发机构，长期在高精度激光稳频、高精度多轴过问镜组、高速高区别力过问旌旗料理等方面赓续攻合并得到不休冲破， 已可惬心暂且主流光刻机的位移测量须要。不过， 一方面，上述超细致高速激光过问测量本事和仪器 已被投入有闭国家的出口处理清单，不能广博地撑持大家国短促的光刻机研发临蓐需求；另一方面，上述技巧和仪器并不能周至满足国内外下一代光刻机研 发所提出的更精准、更高快的位移衡量须要。

　　针对所有人国光刻机等高端装备研发的火速必要， 哈尔滨资产大学先后探索了守旧的共光道双频激光干涉衡量形态和新一代的非共光路双频激光干预衡量花样，并在高精度激光稳频、光学非线性差错精 准抑止、高疾高辨别力过问旗号束缚等症结时间方 面得到不断打垮，研制了系列超致密高快激光过问 仪，可在数米每秒的高测疾下实现亚纳米级的高离别力高精度位移测量，已凯旋独揽于谁国 350 nm 至 28 nm 多个工艺节点的光刻机样机集成研制和机能尝试范畴。该技术和仪器不单直接为全部人国短暂微电子光刻机研发生产提供了关节技术支柱和核心 测量手段，而且还可为全班人国 7 nm 及以下节点光刻机研发提供紧张的共性身手储备。

　　共光路多轴过问镜组由双频激光共轴输入，齐全抗处境侵犯才华强的所长，是空间管理条目下用于被测层次地位/表情同步无误衡量不可或缺的手艺门道，况且是光刻机定位系统精度的包管。该类干涉镜组策画难点在于，历程繁杂光途中丈量臂和参考臂的光途平均打算保障干涉镜组的热安谧性，并始末无偏分光本领和自决设计的光束平行性测量系统，保障偏振正交的双频激光在入射分光及屡次反射/折射后的高度平行性

　　［19- 20］。且自本课题组研制的 5 轴过问镜组（图 11） 可达成热平安性小于 10 nm/K、光学非线 nm 以及大力两束光的平行性小于 8″，与国 际主流商品安捷伦 Agilent、Zygo 两束光的平行性 5″~10″十分。

　　［2，21］，简直圈套如图 12 所示，实验可得该过问镜组的光学非 线 pm。并进一步出现基于多阶多普勒 虚反射的光学非线性毛病源，开发了基于虚反射光迹准确筹办的过问镜组光学非线性优化算法，革新并打算了光学非线 pm 的非共光途过问镜组［2-3］，并经由双层过问光途结构对称设计保障热安静性小于 2 nm/K［22- 25］。同时，本课题组也选用多光纤高精度平行分光，打垮了共光途多轴过问镜组棱镜组逐级多轴平行分光，以至光轴之间的平行度舛错 逐级累加的固有问题，保障多光纤准直器输出光肆意 两个光束之间的平行度均小于 5″。

　　自主策画的非共光途多轴干预镜组。（a）典范镜组的3D计划图；（b）实物图

　　基于上述高精度激光稳频、光学非线性毛病正确遏止、高快高诀别力干预暗号照料等多项枢纽技 术，本课题组研制了系列超细致高快激光干预仪 （图 17），其激光芒. 077 nm，最低光学非线 pm，最大测量快度为 5. 37 m/s（表 2）。并成功驾驭于上海微电子设备（大众）股份有限公司 （SMEE）、中原计量科学商洽院（NIM）、德国联邦物理手艺斟酌院（PTB）等十余家单位 ，在国产光刻机、国家级计量基准安装等高端装备的研制中阐明

　　图 17.自助研制的系列超致密高速激光干涉仪实物图。（a）20轴以上超详细高速激光过问仪；（b）单轴亚纳米级激光干预仪；（c）三轴亚纳米级激光干预仪

　　在国产光刻机研制方面，多轴高疾超细巧激光 干预仪是嵌入光刻机并决议其光刻精度的中心单元之一。不过，一方面欧美国家在瓦森纳合同中领会准则了该类干涉仪产品对全部人国尊严禁运；另一方面该类仪器工夫庞杂、难度极大，他们们国平昔未能绝对独揽，这苛重制约了国产光刻机的研制和坐蓐。 为此，本课题组研制了系列超细巧高快激光干涉衡量体系，已获胜垄断于所有人国 350 nm 至 28 nm 多个工艺节点的光刻机样机集成研制和职能实验限制，楷模专揽如图 18 所示，其各项合节指标均写意国产发展光刻机研发需要，粉碎了外洋干系产品对我国 的禁运紧关，在国产光刻机研制中论述了吃紧恶果。在所专揽的光刻机中，干涉仪的丈量轴数可达 22 轴以上，最大丈量速度可达 5. 37 m/s，激光真空 波 长/频 率 准 确 度 最 高 可 达 9. 6×10−10

　　（k=3），位 移 分 辨 力 可 达 0. 077 nm，光 学 非 线 性 误 差 最 低 为 13 pm。 配 合 超 稳 定 的 恒 温 气 浴（3~5 mK@ 10 min）和隔振境况，能够对光刻机中双工件台的多维运动举行线位移、角位移同步测量与解耦，以称心掩模工件台、硅片工件台和投影物镜之间日益混乱的相对身分/姿势测量需要，进而保障光刻机十足套刻精度。

　　在国家级计量基准安装研制方面，如何把握根底物理常数对质料单位千克举行从头定义，被国际著名学术期刊《Nature》评为频年来六关六大科学贫困之一。在华夏计量科学商酌院张钟华院士提出的“能量天平”盘算中，环节点之一就是应用超细致激光干涉仪完毕高精确度的长度衡量，其哀求全面衡量精度到达 1 nm 以内。为此，本课题组研制了国内首套亚纳米激光干预仪，并凯旅把握于我们国首套量子化材料基准装置（图 19），在量子化质地基准中 国打算的实行中起到了合键效用，并促进大家国成为首批成功出席千光复现国际比对的六个国家之一［30- 32］

　　连年来，随着高端装备开发、精致计量和大科学装配等过细工程鸿沟本事的迅猛成长，光刻机等高端修设装备、能量天平等量子化计量基准装置、 空间引力波探测等巨大科学工程对激光干涉丈量工夫提出了从纳米到亚纳米乃至皮米量级精度的 弘大唆使。对此，本课题组在超精致激光干预衡量步地、合键身手和仪器工程方面得到了系列突破性开展，下一步的接头沉点厉重征采以下 3 个方面：

　　1）缠绕下一代极紫外光刻机的超精细高速激光干涉仪的研制与操作。不才一代极紫外光刻机中，其转移工件台举动局限、行径精度和运动速度将进一步晋升，将央求在大量程、6 自由度凌乱耦关、高速运动央浼下竣工 0. 1 nm 及以下的位移丈量精度，对激光过问仪的研发提出严苛挑衅；极紫外光刻机采用真空管事情况，可减小气氛气流振动和气氛折射率引入的衡量毛病，同时也使周至衡量系统机关针对氛围- 真空适宜性安排的混乱性大幅度添加。

　　2）皮米激光干预仪的研制与国际比对。2021年， 国家自然科学基金委员会（NSFC）纠合德国科学基 金会（DFG）联合许可了中德闭作项目“皮米级多轴 超细腻激光丈量样子、合头技能与比对考试”（2021 至 2023 年）。该项目由本课题组与德国联邦物理技术商榷院（PTB）合作达成，估摸将分袂研制下一代皮米级精度激光过问仪，并举行国际控制内的直接 比对。

　　2017年美国LIGO地面引力波探测获诺贝尔物理学奖后，各国纷纭发达了空间引力波探测商量，这些引力波探测器实质上便是巨型的超仔细激光干预仪。其中，华夏的空间引力波探测谈判，将借助激光过问仪在数百万公里间隔准则上，达成皮米精度的超周密衡量，本课题组在引力波国家核心研发技术项方针维持下，将络续起色卫星-卫星之间和卫星-平台质料块之间皮米级激光干涉仪的设计和接洽，特别是皮米级非线性告终和皮米干预仪测验比对的任职，预期可对空间引力波探测起到积极的支持功用。本课题组在超精致激光干预测量时间与仪器

　　20年的洽商根底，筑成了一支可以周到自主开发全体激光干预仪要点部件、占据全面自决常识产权的咨议团队，而且在斟酌始末中得到了12项国家自然科学基金、2项国家科技壮丽专项、2项国家核心研发接洽等项主见维持，筑成了超细致激光衡量仪器技术研发平台和产业化平台，修立了系列超细密激光过问丈量仪，在国产前进光刻机研发、全班人国量子化质地基准安装等场合成功利用，推进了我们国微电子光刻机等高端修设限制的滋长，并将通过进一步研发，为大家国下一代极紫外光刻机研发、空间引力波探测、皮米激光干预仪国际比对供应撑持。全文详见：

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