利用空間光調(diào)制器作檢測標(biāo)記的波像差檢測系統(tǒng)及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及波像差檢測系統(tǒng)及檢測方法，特別是一種利用空間光調(diào)制器作為檢測 標(biāo)記的波像差檢測系統(tǒng)及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 波像差檢測技術(shù)大致可以分為兩大類:一類是基于瞳面測量的波像差檢測技術(shù)， 包括Shack-Hartmann傳感器、點(diǎn)衍射干涉儀和剪切干涉儀等；另一類是基于空間像測量的 波像差檢測技術(shù)。兩類技術(shù)風(fēng)格迥異卻各顯千秋。從技術(shù)手段上看，前者是通過某種技術(shù)手 段從當(dāng)前探測結(jié)果中提取出波前信息（如Shack-Hartmann傳感器從光線像差中提取出波像 差的差分?jǐn)?shù)據(jù)，剪切干涉儀從干涉強(qiáng)度中提取出波像差的差分?jǐn)?shù)據(jù)）；而后者則利用光場傳 播過程由測得的空間像反演出瞳面的波像差。從數(shù)值實(shí)現(xiàn)上看，前者一般先得到波像差的 差分?jǐn)?shù)據(jù)，然后再采用某種數(shù)值方法(如Rimmer Method)由波像差的差分?jǐn)?shù)據(jù)得到波像差 數(shù)據(jù);而后者則通過光場傳播過程的迭代優(yōu)化找尋最優(yōu)解，直接得到波像差數(shù)據(jù)。從應(yīng)用范 圍上看，基于瞳面測量的波像差檢測技術(shù)不存在迭代優(yōu)化的過程，因而在計(jì)算速度和穩(wěn)定 性上要優(yōu)于基于空間像測量的波像差檢測技術(shù)，但前者系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，且在應(yīng)用于大 數(shù)值孔徑和低光子通量的光學(xué)系統(tǒng)時(shí)越來越難克服系統(tǒng)誤差;而基于空間像測量的波像差 檢測技術(shù)雖然在計(jì)算速度和穩(wěn)定性上受限于所采用的迭代算法和迭代次數(shù)，但它的優(yōu)勢在 于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，對(duì)系統(tǒng)誤差相對(duì)不敏感，這在應(yīng)用于大數(shù)值孔徑和低光子通量的光 學(xué)系統(tǒng)時(shí)尤為體現(xiàn)。本發(fā)明涉及的利用空間光調(diào)制器作為檢測標(biāo)記的波像差檢測系統(tǒng)采用 的就是基于空間像測量的波像差檢測技術(shù)，它繼承了該技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)不失檢 測精度。
[0003] 本發(fā)明涉及的基于空間像測量的波像差檢測技術(shù)借鑒了掃描相干衍射成像 (Ptychography)技術(shù)的思想。Ptychography技術(shù)（參見在先技術(shù)1，J·Μ·Rodenburg and Η·Μ·L·Faulkner，"A phase retrieval algorithm for shifting illumination"， Applied Physics Letters 85,4795,2004)是一種相位恢復(fù)技術(shù)，與之相應(yīng)的相位恢復(fù)算 法稱為PIE(Ptychographic Iterative Engine)算法，它的原理是將照明光波照射到檢測 標(biāo)記上，檢測標(biāo)記在垂直于光軸的平面內(nèi)做步進(jìn)掃描，每一步掃描均與上一步有部分重疊， 觀測面記錄檢測標(biāo)記在每步掃描時(shí)形成的衍射圖樣，通過檢測標(biāo)記所在平面和觀測面之間 光場傳播過程的反復(fù)迭代運(yùn)算，得到照明光波或檢測標(biāo)記的相位信息。由于在分別恢復(fù)每 步掃描時(shí)的結(jié)果也要同時(shí)滿足其他掃描結(jié)果的約束，最后的恢復(fù)結(jié)果將是所有掃描結(jié)果的 共同解，這也是PIE算法的恢復(fù)精度較之于傳統(tǒng)相位恢復(fù)算法(如GS算法、輸入輸出法)高的 原因。PIE算法最初應(yīng)用于在已知照明光波的情況下恢復(fù)檢測標(biāo)記，而事實(shí)上通過已知檢測 標(biāo)記恢復(fù)照明光波也是可行的（參見在先技術(shù)2，Antoine Wo jdylaa，Ryan Miyakawaa, Patrick Naulleaua,"Ptychographic wavefront sensor for high-NA EUV inspection and exposure tools"，Proc.of SPIE，Vol .9048,904839 ·@20143ΡΙΕ)，故而該方法可以 應(yīng)用到投影物鏡波像差檢測領(lǐng)域中。相關(guān)技術(shù)還有pPIE(parallel ΡΙΕ，參見在先技術(shù)3， Pierre Thibault，Martin Dierolf,01iver Bunka,Andreas Menzela，F(xiàn)ranz Pfeiffer, "Probe retrieval in ptychographi c coherent diffractive imaging"， Ultramicroscopy 109 (2009 )338-343)和eP IE (extended PIE，參見在先技術(shù) 4, Andrew M. Maiden , John M·Rodenburg，"An improved ptychographical phase retrieval algorithm for diffractive imaging"，Ultramicroscopy 109(2009)1256-1262)，這兩種 技術(shù)可以同時(shí)恢復(fù)照明光波和檢測標(biāo)記，可以在檢測標(biāo)記未知的情形下恢復(fù)照明光波。PIE 技術(shù)在應(yīng)用于波像差檢測領(lǐng)域中雖能實(shí)現(xiàn)高精度的測量，但存在以下不足：（1)需要對(duì)檢測 標(biāo)記進(jìn)行多次掃描操作，需要在系統(tǒng)中安置精密機(jī)械掃描部件，降低了系統(tǒng)的緊湊性和穩(wěn) 定性，增加了系統(tǒng)的測試時(shí)間；（2)檢測標(biāo)記的空間分布難以準(zhǔn)確測量，影響照明光波的恢 復(fù)精度；（3)多次掃描下的檢測標(biāo)記相對(duì)于照明光波的位置難以準(zhǔn)確確定，也會(huì)影響照明光 波的恢復(fù)精度。pPIE技術(shù)和ePIE技術(shù)雖能解決PIE技術(shù)中的第(2)點(diǎn)不足，但對(duì)于第（1)點(diǎn)和 第(3)點(diǎn)不足依舊難以克服。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于結(jié)合上述在先技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，克服上述在先技術(shù)的不足，提供一 種利用空間光調(diào)制器作為檢測標(biāo)記的波像差檢測系統(tǒng)及檢測方法。該波像差檢測系統(tǒng)可以 去除系統(tǒng)中精密機(jī)械掃描部件，提高了系統(tǒng)的緊湊性和穩(wěn)定性;消除測量過程中系統(tǒng)對(duì)檢 測標(biāo)記的掃描過程及檢測標(biāo)記對(duì)照明光波的配準(zhǔn)過程，提升了系統(tǒng)的檢測速度。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0006] -種利用空間光調(diào)制器作為檢測標(biāo)記的波像差檢測系統(tǒng)，包括相干點(diǎn)光源，沿該 相干點(diǎn)光源光束傳播方向依次是作為檢測標(biāo)記的二維空間光調(diào)制器和二維光電傳感器，待 測投影物鏡置于所述的相干點(diǎn)光源和所述的二維空間光調(diào)制器之間，所述的相干點(diǎn)光源位 于所述的待測投影物鏡的物面上，所述的二維空間光調(diào)制器位于沿光傳輸方向上的待測投 影物鏡像面之前的標(biāo)記面上，標(biāo)記面與像面之間的距離使標(biāo)記面上有效光斑的直徑小于二 維空間光調(diào)制器陣列面的直徑，所述的二維光電傳感器位于沿光傳輸方向上的待測投影物 鏡像面之后的觀測面上，觀測面與像面之間的距離使觀測面上有效光斑的直徑小于二維光 電傳感器光敏面的直徑；
[0007] 所述的相干點(diǎn)光源的輸出數(shù)值孔徑大于所述的待測投影物鏡的物方數(shù)值孔徑；
[0008] 所述的二維空間光調(diào)制器是由很多像素單元組成的二維陣列，每個(gè)像素單元都能 獨(dú)立地對(duì)入射光實(shí)現(xiàn)開啟和關(guān)閉兩種狀態(tài)，像素單元在開啟狀態(tài)下能實(shí)現(xiàn)入射光的透射 (或反射），而在關(guān)閉狀態(tài)下則阻止入射光的透射(或反射）；像素單元在開啟狀態(tài)下的振幅 透射(或反射)系數(shù)接近于1，記錄其分布值為1，在關(guān)閉狀態(tài)下的振幅透射(或反射)系數(shù)接 近于0,記錄其分布值為0,控制各個(gè)像素單元的開關(guān)狀態(tài)在二維空間光調(diào)制器的陣列面上 實(shí)現(xiàn)二值檢測標(biāo)記圖形;在測量過程中，所述的二維空間光調(diào)制器產(chǎn)生n(n 2 4)個(gè)二值檢測 標(biāo)記圖形;所述的二值檢測標(biāo)記圖形具有如下特征：
[0009] 其一，每個(gè)二值檢測標(biāo)記圖形各不相同，且不具有任何對(duì)稱性和周期性；
[0010] 其二，每個(gè)二值檢測標(biāo)記圖形在入射光波有效光斑范圍內(nèi)的透光(或反光)部分的 占比在40 %~80 %之間；
[0011] 其三，相鄰二值檢測標(biāo)記圖形在入射光波有效光斑范圍內(nèi)的透光(或反光)部分的 交疊率在40 %~80 %之間；
[0012] 其四，所有二值檢測標(biāo)記圖形在各個(gè)像素位置的邏輯和為1;
[0013] 所述的二維空間光調(diào)制器可以是以下中的一種：二維透射振幅式空間光調(diào)制器、 二維反射式微鏡