椭球面的无像差绝对检验方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种椭球面的无像差绝对检验方法。
【背景技术】
[0002]光学面形误差的检验常用波面干涉仪。波面干涉仪通常配备标准的平面镜头或球面镜头，发出平面测试波或球面测试波，可对光学平面或球面进行零位检验，即若被测面形没有误差，将得到零条纹的干涉图。对于非球面检验，则需要利用专门设计的补偿器，将干涉仪发出的平面或球面测试波变换为与被测非球面匹配的非球面波。椭球面、双曲面和抛物面等二次非球面则可利用其一对共轭焦点(例如抛物面的焦点和无穷远点)的性质，实现无像差零位检验。但是上述方法均是相对测量，测得的面形误差是以干涉仪镜头上的参考面为基准的，即测量精度始终受限于镜头参考面的精度。对于深紫外或极紫外光刻物镜中光学元件的面形误差测量，精度要求达到亚纳米级，远远高于干涉仪镜头商业化产品的精度，因此必须将干涉仪镜头参考面误差分离出来。
[0003]为了使干涉测量精度不受镜头参考面误差影响，可在测量之前利用更高精度的表面校准参考面，然后在测量数据中将其减去。这种方法的缺点是显然的，一是校准程序非常严格，对环境要求苛刻，而且不易操作，实时性差；另外更高精度的表面往往难以实现。为此人们提出绝对检验方法，在测量的同时分离出参考面误差，而不需要预先进行校准。
[0004]通常光学面形检验时可采用多位置平均法，将被测面形绕其光轴等间隔回转360° /N，在这N个位置分别进行测量，测量结果取平均将分离出面形误差中除回转对称分量和kN0阶谐波分量外的所有误差分量。这个方法适用于所有零位检验，包括平面、球面和非球面的补偿检验等，缺点是回转对称的误差分量无法分离。为了分离出回转对称分量，引入被测面的平移调制，即平移旋转法，适用于平面和球面，但是平面的离焦(power)分量无法获得。对于非球面，因为平移会引入轴外像差，因此平移旋转法不适用。不过对于平面，可在多位置平均法的基础上结合三平面互检，获得除kN Θ阶谐波分量外的所有误差分量。
[0005]光学球面的三位置方法绝对检验则是利用共焦位置和猫眼位置，其中共焦位置上有两个测量位置，分别对应被测球面绕光轴回转180°前后。三个位置上的测量数据经过简单的数学运算即可分完全离出参考面误差。
[0006]非球面补偿检验时没有猫眼位置，所以无法直接应用三位置方法。一种方法是通过双波前计算机生成全息图(CGH)在测试和校准时分别产生非球面波和球面波，并假设两者的差异可忽略。首先用双CGH产生会聚球面波，对一个球面进行三位置方法绝对检验，获得干涉仪的系统误差；再用双CGH产生发散球面波前对同一个球面进行测试，分离出CGH的图样误差；最后用双CGH产生非球面波前对被测非球面进行零位检验，获得其面形误差。该方法中，双CGH所产生的非球面波和球面波的差异会影响测试精度，而且双CGH作为全息补偿器，制作成本高，只适合于特定非球面。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简易、精度高的椭球面的无像差绝对检验方法。
[0008]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0009]一种椭球面的无像差绝对检验方法，包括以下步骤:
[0010]S1:测量:利用球面波干涉仪和球面反射镜对椭球面进行无像差零位检验和猫眼位置检验，具体按以下分步骤执行；
[0011]Sll:所述球面波干涉仪向椭球面发出球面测试波，且球面测试波的球心与椭球面的远焦点fl重合，所述球面反射镜置于球面波干涉仪与椭球面之间，且球面反射镜朝向椭球面，球面反射镜的曲率中心与椭球面的近焦点f2重合，进行无像差零位检验并测得第一组数据，并存盘为Wl ;
[0012]S12:将所述椭球面绕光轴回转180°，其余检验条件保持不变，进行无像差零位检验并测得第二组数据，并存盘为W2 ;
[0013]S13:将所述椭球面绕光轴回转-180°回到原位置，所述球面反射镜向其曲率中心移动，使得球面反射镜的顶点与椭球面的焦点f2重合，进行猫眼位置检验并测得第三组数据，并存盘为W3 ；
[0014]S14:翻转所述球面反射镜将球面反射镜朝向球面波干涉仪，并移动球面反射镜，使得其顶点与球面测试波的球心重合，进行猫眼位置检验并测得第四组数据，并存盘为W4 ；
[0015]S2:计算所述椭球面的面形误差绝对检验结果T:T = (Wl-W2+2W3-2W4)/4。
[0016]作为上述技术方案的进一步改进:
[0017]所述步骤SI中，椭球面满足无像差零位检验条件，椭球面、球面波干涉仪和球面反射镜光轴重合。
[0018]所述步骤S13和步骤S14中，球面反射镜处于猫眼检验位置，入射光线被球面反射镜反射后，沿着关于中心对称的位置返回，干涉图样呈现猫眼图案。
[0019]所述椭球面的夹具设有以下调节自由度:沿光轴Z方向的移动自由度、在垂直光轴Z的平面内的二维平移自由度、以垂直光轴Z的水平轴X为轴心的俯仰自由度，以正交于光轴Z和水平轴X的正交轴Y为轴心的偏摆自由度；所述球面反射镜的夹具设有以下调节自由度:沿光轴Z方向的移动自由度、在垂直光轴Z的平面内的二维平移自由度。
[0020]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0021]本发明的椭球面的无像差绝对检验方法，首先通过球面波干涉仪和球面反射镜，对椭球面分别进行无像差零位检验和猫眼位置检验，通过四个检验位置完全分离出球面波干涉仪系统误差和球面反射镜的面形误差，获得椭球面的绝对检验结果，具有操作简易和精度高的优点。
【附图说明】
[0022]图1是本发明第一组数据Wl的无像差零位检验的原理图。
[0023]图2是本发明第二组数据W2的无像差零位检验的原理图。
[0024]图3是本发明第三组数据W3的猫眼位置检验的原理图。
[0025]图4是本发明第四组数据W4的猫眼位置检验的原理图。
[0026]图5是本发明中猫眼位置测量时猫眼干涉图样。
[0027]图6是将本发明中椭球面替换成双曲面的第一组数据W5的无像差零位检验的原理图。
[0028]图7是将本发明中椭球面替换成双曲面的第二组数据W6的无像差零位检验的原理图。
[0029]图8是将本发明中椭球面替换成双曲面的第三组数据W7的猫眼位置检验的原理图。
[0030]图9是将本发明中椭球面替换成双曲面的第四组数据W8的猫眼位置检验的原理图。
[0031]图中各标号表不:1、椭球面；2、球面波干涉仪；3、球面反射镜；4、球面测试波的球心；5、曲率中心；7、双曲面。
【具体实施方式】
[0032]图1至图5示出了本发明椭球面的无像差绝对检验方法的一种实施例，该方法包括以下步骤:
[0033]S1:测量:利用球面波干涉仪2和球面反射镜3对椭球面I进行无像差零位检验和猫眼位置检验，具体按以下分步骤执行:
[0034]Sll:球面波干涉仪2向椭球面I发出球面测试波，且球面测试波的球心4与椭球面I的远焦点fl重合，球面反射镜3置于球面波干涉仪2与椭球面I之间，且球面反射镜3朝向椭球面1，球面反射镜3的曲率中心5与椭球面I的近焦点f2重合，进行无像差零位检验并测得第一组数据，并存盘为Wl，Wl (X，y) = TS (X，y) +2T (x, y) +RS (x, y)，其中TS (x, y)是球面波干涉仪2的球面镜头的参考面误差，T(X，y)是被测椭球面I的面形误差，RS(X，y)是球面反射镜3的面形误差(下同)；
[0035]S12:将椭球面I绕光轴回转180°，其余检验条件保持不变，进行无像差零位检验并测得第二组数据，并存盘为 W2，W2 (X，y) = TS (x, y) +2T (-χ, -y) +RS (x, y)；
[0036]S13:将椭球面I绕光轴回转-180°回到原位置，球面反射镜3向其曲率中心5移动，使得球面反射镜3的顶点与椭球面I的焦点f2重合，进行猫眼位置检验并测得第三组数据，并存盘为W3，猫眼位置反射使得测试光束沿着绕光轴对称的方向返回到球面波干涉仪 2，W3(x, y) = l/2L(x, y)-l/2L(-x, -y)-l/2n[TS (x, y) -TS (-χ, -y) ]-1/2 [TS (χ, y) +TS (-χ，-y) ] + [Τ (χ, y) +T (-χ, -y)]，其中L (χ, y)是球面干涉仪2的球面镜头除参考平面21误差外引入的透过波前误差；
[0037]S14:翻转球面反射镜3并将球面反射镜3朝向球面波干涉仪2，并移动球面反射镜3，使得其顶点与球面测试波的球心4重合，进行猫眼位置检验并测得第四组数据，并存盘为 W4,W4 (x, y) = l/2L(x, y)-l/2L(-x, -y)-l/2n[TS (x, y) -TS (-χ, -y) ]-1/2 [TS (x, y) +TS(-x, -y)];
[0038]S2:计算椭球面I的面形误差绝对检验结果T:T = (Wl-W2+2W3-2W4)/4。
[0039]本实施例中，被测椭球面I的顶点曲率半径为R = 478.56mm，通光口径为D =330mm，二次常数