光栅剪切干涉仪波像差检测的系统误差的消除方法
【专利摘要】一种光栅剪切干涉仪波像差检测的系统误差的消除方法。该方法使用±1级衍射光分别与0级衍射光剪切干涉，对差分信息进行波前重建以及翻转处理，采用数值计算得到影响光栅剪切干涉仪波像差检测精度的主要系统误差项的相关参数：不同级次衍射光汇聚点间距和探测器倾斜角度，消除波像差检测中几何光程误差和探测器倾斜误差，提高波像差检测的准确度。本发明根据实际情况消除重建波前中的几何光程误差和探测器倾斜误差，提高光栅剪切干涉仪波像差检测的准确度。
【专利说明】光栅剪切干涉仪波像差检测的系统误差的消除方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光栅剪切干涉仪，特别是一种光栅剪切干涉仪波像差检测的系统误差的消除方法。
【背景技术】
[0002]光栅剪切干涉仪是一种重要的波前传感器形式，具有结构简单、不需要单独的参考波面、易实现共光路干涉、抗环境干扰等优点。光栅剪切干涉仪有几何光程误差、光栅衍射误差、光栅位置偏移以及探测器倾斜等系统误差，影响波像差检测精度；特别是对于高精度光学系统波像差检测的应用，待测光学系统具有一定数值孔径(NA)，系统准直难度和系统误差随数值孔径增大，待测波像差本身只有几个nm RMS，有可能远小于上述的系统误差，消除系统误差是光栅剪切干涉仪应用于高精度光学系统波像差检测的前提。
[0003]目前，光栅剪切干涉仪检测波像差，主要是在光栅衍射焦点处加窗，消除O级、I级以外的衍射光和采用双光栅结构消除光源的像差(参见在先技术I，Zhiqiang Liu, KasumiSugisaki, Yucong Zhu, et al, “Double-Grating Lateral Shearing Interferometerfor Extreme Ultraviolet Lithography，，，Japanese Journal of Applied PhysicsVol.43，N0.6B, 2004, pp.3718 - 3721)，双光栅位置处于共轭位置，采用多个光阑进行衍射光级次的选择。光栅位置变化影响几何光程误差，进而影响干涉图样相位分布，剪切干涉难以实现波前高精度检测(参见在先技术2, Zhiqiang Liu, Kasumi Sugisaki, MikihikoIshii, et al, “Astigmatism Measurement by Lateral Shearing Interferometer，，，J.Vac.Sc1.Technol.B22(6)，Nov/Dec2004)，采用旋转光栅进行四个方向检测消除部分几何光程误差对像散的影响。剪切干涉中探测器倾斜误差影响差分波前中的像散、离焦，在横向剪切中虚拟焦点的间距严重影响检测结果(参见在先技术3, Ryan Miyakawa, PatrickNaulleau, “Lateral Shearing Interferometry for High-resolution EUV OpticalTesting”，Proc.0f SPIE Vol.796902011SPIE)，通过设定光栅周期以及光栅-探测器二者间距，使用公式预先计算等方法消除几何光程误差。探测器倾斜影响几何光程误差进而影响差分波前中的像散、离焦，以及重建波前的慧差、三波差(参见在先技术4，SeimaKato, Chidane Ouchi, Masanobu Hasegawa, et al, “Comparison of EUV interferometrymethods in EUVA Project”，Proc.0f SPIE Vol.575102005)，采用点衍射干涉技术消除探测器倾斜。探测器倾斜严重影响波像差的检测精度(参见在先技术5，Ryan Miyakawa,Patrick Naulleau, and Ken Goldberg, “Analysis of systematic errors in lateralshearing interferometry for EUV optical testing，，.SPIE Advanced LithographyInternational Society for Optics and Photonics@2009SPIE),通过条纹密度追迹进行探测器准直。以上方法虽然在一定程度上可以实现检测精度的提高，由于光栅定位和系统准直难度较大，并且几何光程误差依旧存在，或根据预先测量相应数据进行理论计算的方法，从实验得到的数据中减去理论上的几何光程误差，仍未根据实际参数进行几何光程误差的消除，残余的几何光程误差和探测器倾斜误差较大，或需要采用辅助手段消除探测器倾斜误差，增加波像差检测难度。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述在先技术的不足，提供一种光栅剪切干涉仪波像差检测的系统误差的消除方法。该方法能消除波像差检测中的几何光程误差和探测器倾斜误差，提高光栅剪切干涉仪检测待测光学系统波像差的准确度。
[0005]本发明的技术解决方案如下，
[0006]一种光栅剪切波像差检测干涉仪，包括光源，沿该光源光束传播方向依次是聚焦镜、滤波小孔、衍射光栅板、光栅位移台、光阑板、光阑对准位移台和二维光电传感器；所述的衍射光栅板置于光栅位移台上，所述的光阑板置于光阑对准位移台上；所述的滤波小孔置于聚焦镜的后焦点上，并置于待测光学系统的物方被测视场点上，待测光学系统置于所述的滤波小孔和衍射光栅板之间，所述的光阑板置于待测光学系统的后焦面上，所述的二维光电传感器置于所述的待测光学系统的像平面上；
[0007]所述的滤波小孔是直径小于待测光学系统物方分辨率的通光圆孔，其直径小于0.5 λ /ΝΑο，其中NAo是待测光学系统的物方数值孔径；
[0008]所述的衍射光栅板由周期T相同，光栅栅线沿Y方向的第一光栅和光栅栅线沿X方向的第二光栅组成，光栅周期T根据剪切率S、光源的输出光的波长λ、待测光学系统像方数值孔径NA、二维光电传感器的直径D和干涉条纹数目η按下式确定，
【权利要求】
1.一种光栅剪切干涉仪波像差检测的系统误差的消除方法，该光栅剪切干涉仪包括光源(1)，沿该光源光束传播方向依次是聚焦镜(2)、滤波小孔(3)、衍射光栅板(5)、光栅位移台(6)、光阑板(7)、光阑对准位移台(8)和二维光电传感器(9);所述的衍射光栅板(5)由栅线沿Y方向的第一光栅(501)和栅线沿X方向的第二光栅(502)组成，所述的光阑板(7)由依坐标四象限顺序的第一方形光阑(701)、第二方形光阑(702)、第三方形光阑(703)和第四方形光阑(704)组成；所述的滤波小孔(3)位于聚焦镜(2)的后焦点上，并位于待测光学系统(4)的物方被测视场点上，待测光学系统(4)置于所述的滤波小孔(3)和衍射光栅板(5)之间，所述的光阑板(5)位于待测光学系统(4)的后焦面上，所述的衍射光栅板(5)置于光栅位移台上(6)，所述的光阑板(7)置于光阑对准位移台(8)上，所述的二维光电传感器(9)位于待测光学系统(4)的像平面上；使用所述的光栅剪切干涉仪进行波像差检测，波像差检测中系统误差的消除方法，其特征在于该方法包含下列步骤: ①根据待测光学系统(4)的物方数值孔径NAo，选择滤波小孔(3)的直径小于0.5入/NAo;将待测光学系统(4)置于所述的滤波小孔(3)和衍射光栅板(5)之间，所述的滤波小孔(3)置于聚焦镜(2)的后焦点上，并置于待测光学系统(4)的物方被测视场点上；所述的光阑板(7)置于待测光学系统(4)的后焦面上，所述的二维光电传感器(9)置于所述的待测光学系统(4)的像平面上； ②根据待测光学系统(4)的像方数值孔径NA，选择衍射光栅板(5)，该衍射光栅板(5)的光栅周期T满足下列关系式:
【文档编号】G01M11/02GK103674493SQ201310646820
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】李 杰, 王向朝, 唐锋, 吴飞斌, 戴凤钊, 余程 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所