點衍射干涉波像差測量儀及光學(xué)系統(tǒng)波像差的檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及干涉測量領(lǐng)域，特別是一種點衍射干涉波像差測量儀及光學(xué)系統(tǒng)波像 差的檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 波像差是描述小像差成像光學(xué)系統(tǒng)性能的重要參數(shù)。高品質(zhì)的顯微物鏡和空間望 遠鏡的波像差需小于λ/4Ρν或A/14RMS(A為工作波長，RMS為均方根值）。深紫外光刻 投影物鏡的波像差要求達到幾個rimRMS，極紫外光刻投影物鏡的波像差需達到lnmRMS以 下。這對波像差檢測技術(shù)提出了很高的要求。
[0003] 在先技術(shù)（參見唐鋒、王向朝等，點衍射干涉波像差測量儀及檢測方法，發(fā)明專 利，【申請?zhí)枴?01310126148. 5)提出了一種點衍射干涉波像差測量儀及檢測方法，（參見圖 1)在被測光學(xué)系統(tǒng)物面產(chǎn)生兩個標(biāo)準(zhǔn)球面波，兩個標(biāo)準(zhǔn)球面波的光強、偏振態(tài)、光程差可 調(diào)，能夠產(chǎn)生高的干涉可見度，測量結(jié)果可消除系統(tǒng)誤差。但是，在該技術(shù)中，當(dāng)像方波前檢 測單元中光電傳感器不采用變換光學(xué)鏡組，只是二維探測器時，被測光學(xué)系統(tǒng)數(shù)值孔徑邊 緣小部分區(qū)域會存在干涉數(shù)據(jù)缺失，不能實現(xiàn)完整數(shù)值孔徑的系統(tǒng)誤差消除，而且測量步 驟較為復(fù)雜。
[0004] 此外，當(dāng)被測光學(xué)系統(tǒng)波像差很小時，上述在先技術(shù)系統(tǒng)誤差將遠大于被測光學(xué) 系統(tǒng)波像差，檢測結(jié)果受系統(tǒng)隨機噪聲影響較大，需要進行多次測量求平均以提高檢測精 度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種點衍射干涉波像差測量儀 及光學(xué)系統(tǒng)波像差的檢測方法，以實現(xiàn)對光學(xué)系統(tǒng)波像差的高精度檢測。該測量儀檢測步 驟簡單、檢測方法具有平均效應(yīng)、隨機噪聲影響小的優(yōu)點，并且被測光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑邊 緣不存在干涉數(shù)據(jù)缺失，可實現(xiàn)完整數(shù)值孔徑的系統(tǒng)誤差標(biāo)定和消除。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0007] -種點衍射干涉波像差測量儀，構(gòu)成包括：光源、分光器、第一光強與偏振態(tài)調(diào)節(jié) 器、相移器、第二光強與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、理想波前發(fā)生單元、物方精密調(diào)節(jié)臺、被測光學(xué)系 統(tǒng)、像方波前檢測單元、像方精密調(diào)節(jié)臺和數(shù)據(jù)處理單元；所述的理想波前發(fā)生單元是將從 其第一輸入端和第二輸入端輸入的光轉(zhuǎn)換成在待測光學(xué)系統(tǒng)的物方數(shù)值孔徑范圍內(nèi)是標(biāo) 準(zhǔn)球面波，并分別從其第一輸出端或第二輸出端輸出的光學(xué)組件；其特點在于所述的理想 波前發(fā)生單元的第一輸出端和第二輸出端之間的中心距離s。小于被測光學(xué)系統(tǒng)的等暈區(qū) 的直徑，而大于被測光學(xué)系統(tǒng)像點彌散斑的直徑除以被測光學(xué)系統(tǒng)的放大倍數(shù)。
[0008] 利用上述點衍射干涉波像差測量儀對被測光學(xué)系統(tǒng)波像差的檢測方法，其特點在 于該方法包括下列步驟：
[0009] 1)移動物方精密調(diào)節(jié)臺，使理想波前發(fā)生單元的第一輸出端或第二輸出端位于被 測光學(xué)系統(tǒng)需要測量的視場點的位置；
[0010] 2)移動像方精密調(diào)節(jié)臺，進行精密對準(zhǔn)，使理想波前發(fā)生單元的第一輸出端的像 點與像方掩模的濾波圓孔的中心對準(zhǔn)，第二輸出端的像點位于像方掩模的透光窗口內(nèi)部；
[0011] 3)調(diào)節(jié)第一光強與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器和第二光強與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器，使光電傳感器采集 到的干涉圖的強度達到光電傳感器的飽和光強的〇. 6~0. 9,干涉可見度達到0. 6以上；通 過所述的相移器進行相移量S的相移，所述的光電傳感器采集干涉圖，再通過所述的相移 器進行相移量S的相移，所述的光電傳感器采集另一幅干涉圖，重復(fù)m次，得到一組依次相 應(yīng)的m幅干涉圖：Ial，Ia2，…，lam;對該組干涉圖進行相位提取和相位解包裹后得到相位 分布Wa;
[0012] 4)移動像方精密調(diào)節(jié)臺，進行精密對準(zhǔn)，使理想波前發(fā)生單元的第二輸出端的像 點與像方掩模的濾波圓孔的中心對準(zhǔn)，第一輸出端的像點位于像方掩模的透光窗口內(nèi)部；
[0013] 5)調(diào)節(jié)第一光強與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器和第二光強與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器，使光電傳感器采集 到的干涉圖的強度達到光電傳感器飽和光強的〇. 6~0. 9,干涉可見度達到0. 6以上；通過 所述的相移器進行相移量S的相移共m次，每次所述的光電傳感器采集一幅干涉圖，得到 一組干涉圖的光強分布依次為Ibl，Ib2，…，Ibm;對該組干涉圖進行相位提取和相位解包 裹后得到相位分布Wb;
[0014] 6)利用公式計算被測光學(xué)系統(tǒng)在所測量的視場點的波像差W，利 用公式FSYS =備計算點衍射干涉波像差測量儀的系統(tǒng)誤差。 2
[0015] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0016] (1)檢測結(jié)果可標(biāo)定及消除被測光學(xué)系統(tǒng)完整數(shù)值孔徑范圍內(nèi)的系統(tǒng)誤差；
[0017] (2)測量方法具有平均效果，能夠獲得更高的測量精度和測量重復(fù)性；
[0018] (3)檢測步驟簡單。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明點衍射干涉波像差測量儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明第一光強與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器的幾個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明相移器的兩個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明理想波前發(fā)生單元的第一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖5是本發(fā)明理想波前發(fā)生單元的第二個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6是本發(fā)明理想波前發(fā)生單元的實施例中物面掩模的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖7是本發(fā)明理想波前發(fā)生單元的第三個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖8是本發(fā)明像方波前檢測單元的幾個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖9是本發(fā)明像方掩模的幾個實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖10是本發(fā)明點衍射干涉波像差測量儀一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖11是本發(fā)明點衍射干涉波像差測量儀一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明，但不應(yīng)以此實施例限制本發(fā)明的 保護范圍。
[0031] 如圖1所示，本發(fā)明點衍射干涉波像差測量儀包括：光源1，分光器2,第一光強與 偏振態(tài)調(diào)節(jié)器3,相移器4,第二光強與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器5,理想波前發(fā)生單元6,物方精密調(diào)節(jié) 臺7,被測光學(xué)系統(tǒng)8,像方波前檢測單元9,像方精密調(diào)節(jié)臺10和數(shù)據(jù)處理單元11。所述 的像方波前檢測單元9由像方掩模901、光電傳感器902、支架903構(gòu)成，像方掩模901包括 透光窗口 90lb和濾波圓孔90la(可以有多個濾波圓孔，如第一濾波圓孔90lal、第二濾波圓 孔901a2等），光電傳感器902包括一個二維探測器902b;理想波前發(fā)生單元6的第一輸出 端6C和第二輸出端6D之間的中心距離s/J、于被測光學(xué)系統(tǒng)8的等暈區(qū)的直徑，而大于被 測光學(xué)系統(tǒng)8像點彌散斑的直徑除以被測光學(xué)系統(tǒng)8的放大倍數(shù)。
[0032] 上述各組成部分的位置與連接關(guān)系是：
[0033] 在光源1輸出光前進方向上是分光器2 ;分光器2將入射光分為光程可調(diào)光路2A 和光程固定光路2B;光程可調(diào)光路2A上連接第一光強與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器3,相移器4,之后接 入理想波前發(fā)生單元6的第一輸入端6A，第一光強與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器3可以放置在相移器4 之前或之后；光程固定光路2B上放置第二光強與偏振態(tài)調(diào)節(jié)器5,之后接入理想波前發(fā)生 單元6的第二輸入端6B;理想波前發(fā)生單元6的第一輸出端6C和第二輸出端6D位于被測 光學(xué)系統(tǒng)8的物面；理想波前發(fā)生單元6由物方精密調(diào)節(jié)臺7支撐并精密定位；像方波前檢 測單元9位于被測光學(xué)系統(tǒng)8的像方，像方波前檢測單元9的像方掩模901位于被測光學(xué) 系統(tǒng)8的像面，光電傳感器902的二維探測器902b位于沿光前進方向像方掩模901之后； 像方波前檢測單元9由像方精密調(diào)節(jié)臺10支撐并精密定位；像方波前檢測單元9的輸出信 號輸入數(shù)據(jù)處理單元11。
[0034] 本發(fā)明的工作原理和工作過程如下：
[0035] 光源1的輸出光經(jīng)過分光器2后分為光程可調(diào)光路2A和光程固定光路2B;經(jīng)過 光程可調(diào)光路2