衍射光栅测距技术在半导体光刻设备中的应用与优势分析

衍射光栅测距/位移计量技术是依托光栅微纳结构的光学衍射效应实现高精度位置、距离测量的技术方案，目前主流的落地技术路线和特性说明如下：

1. 核心工作原理
   当前主流的高精度平面光栅测量系统基于外差干涉原理搭建：双频激光器发出两束不同频率的线偏振光垂直入射被测光栅表面，分别走+1级和−1级衍射路径，衍射光经过角锥反射镜后再次入射被测光栅完成二次衍射，最终合并后沿垂直光栅表面的方向返回。利用被测光栅与光栅干涉仪发生相对运动时产生的多普勒频移，结合会合光束的拍频计算出多普勒频移，就能精准得到被测物体的位移值；如果把一维光栅替换为二维平面光栅，还可以直接实现二维维度的高精度测量 【1】 。
2. 技术核心优势
   对比传统双频激光干涉仪测距方案，衍射光栅平面测量系统从原理层面就克服了大量程测量场景下，激光干涉仪精度易受环境温湿度、气流扰动影响的缺陷，长期测量稳定性更强，更适配复杂工业环境下的高精度测距需求 【1】 。
3. 产业落地应用进展
   该技术最早由ASML实现产业化落地，2008年推出的Twinscan NXT：1950i浸没式光刻机就采用平面光栅测量技术，通过在主基板下方布置8块大面积高精度平面光栅，搭配两个工件台上各4个平面光栅读数头，实现对工件台六自由度位置的亚纳米级精密测量。尼康也推出了混合测量方案，将平面光栅和双频激光干涉仪结合，在读头切换阶段用激光干涉仪做在线校准，兼顾两类技术的优势 【2】 。