[发明专利]光学系统波像差检测装置无效

专利信息
申请号: 201110127852.3 申请日: 2011-05-18
公开(公告)号: CN102289152A 公开(公告)日: 2011-12-21
发明(设计)人: 金春水;王丽萍;张宇 申请(专利权)人: 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
主分类号: G03F7/20 分类号: G03F7/20;G01M11/02
代理公司: 长春菁华专利商标代理事务所 22210 代理人: 陶尊新
地址: 130033 吉*** 国省代码: 吉林;22
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摘要:
搜索关键词: 光学系统 波像差 检测 装置
【说明书】:

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域,具体涉及一种光学系统波像差检测装置。

背景技术

极紫外光刻技术是建立在传统光学光刻基础上的下一代光刻技术,它最大限度地继承了目前光学光刻的发展成果。极紫外光刻的工作波长为13~14nm的极紫外波段,在光源技术、光学系统、极紫外多层膜技术、反射式掩膜技术、超高精度控制技术、抗蚀剂技术、光学元件加工/检测技术等方面都与传统的光学光刻有重大的区别。作为光刻机核心单元系统之一的投影光刻物镜为了实现光刻分辨率及临界尺寸控制的要求,光学系统的RMS波像差应小于λ/20。如此高精度的光学系统就需要更高精度的检测装置,目前较先进的美国Zygo和Wyko公司的相关干涉仪产品一般都采用标准球面镜头来产生参考球面波,但是由于光学加工和装配等影响,导致参考球面波的像差都大于λ/50,无法进一步减小,这就直接导致了当前干涉仪的检测精度只能达到λ/20-λ/50(λ=632.8nm),远远不能满足极紫外光刻投影物镜系统波像差的检测要求。

因此,寻找超高精度的参考球面波就成为提高检测装置测量精度的关键问题所在。

Raymond N.Smart和J.Strong于1972年发明了点衍射干涉仪,它借助小孔衍射产生的近似理想的球面波作为参考波消除了常规干涉仪参考波面误差的影响,大大的提高了检测精度。随着光学检测要求的不断提高,点衍射干涉仪正日益显现出其优点,并广泛的应用于高精度光学检测中,为极紫外光刻投影物镜系统波像差的高精度检测提供了可能性。

点衍射干涉仪虽然解决了参考球面波的问题,但是点衍射干涉仪中存在的一些误差源如光源的不稳定误差、光电探测器的非线性误差、光电探测器的量化误差、环境误差等仍旧限制着干涉仪的检测精度。

1974年Bruning等人提出了移相干涉术,他把通讯理论中的同步相位探测技术引入到光学干涉测量技术中,是计算机辅助干涉测量技术中的一个重大的发展。其原理是在干涉仪的两相干光的相位差之间引入有序的位移,当参考光程(或相位)变化时干涉条纹的位置也作相应的移动。在此过程中,用光电探测器对干涉图进行采样,经图像采集卡数字化得到计算机能够处理的数字信号,最后由计算机按照一定的数学模型根据光强的变化求得相位分布。移相干涉术的优点在于计算简单、速度快、精度高,关键技术在于通过计算机分析处理测量的数据,从而获得所测的相位值。

为了实现光学检测向超高精度发展,点衍射干涉仪和移相干涉术的有机结合无疑是一个必然趋势。

一种移相点衍射干涉仪是由物面小孔板、透射光栅、像面小孔板以及光电探测器组成,由物面小孔板上的小孔衍射产生理想的球面波经被测光学元件或系统会聚后,经过透射光栅发生衍射,并在像面小孔板上形成若干衍射级,使+1级(或0级)衍射光通过像面小孔板上的一个小孔衍射产生理想球面波作为参考光,0级(或+1级)衍射光经过像面小孔板上一个窗作为测试光,其他衍射级次被像面小孔板的不透明部分遮挡。测试光和参考光在光电探测器上形成干涉条纹,通过横向移动透射光栅实现了移相,采用移相算法对条纹进行分析,提高了测量精度。

另一种移相点衍射干涉仪将透射光栅置于物面小孔板之前,物面小孔板含有小孔和一个较大的窗,0级衍射光经过小孔产生理想的球面波,+1级衍射光直接通过窗。两束光经被检光学元件或系统后,被聚焦到像面小孔板上,这里0级衍射光经过窗作为测试光,+1级衍射光经过小孔衍射作为参考光,这种移相点衍射干涉仪两束光都只经过一次小孔滤波,相对前一种点衍射干涉仪来说提高了参考光的光强,同时提高了条纹对比度。

2005年Gary E.Sommargren在专利US6909,510B2“Application of the phaseshifting diffraction interferometer for measuring convex mirrors and negative lenses”采用两根柔性纤芯的端面代替小孔构成了双光纤点衍射干涉仪,测试光纤出射的光通过被检光学元件照射到参考光纤端面上,反射后和参考光纤出射的衍射波干涉,经成像透镜在光电探测器上形成干涉条纹,检测装置在测试光路中引入了移相,最终双光纤相移点衍射干涉仪实现了对凸透镜和负透镜的高精度检测。

然而,上述现有的波像差检测装置无法在移相过程中消除偏摆误差和横移误差,这就有可能造成检测结果的不精确,从而给实现超高精度的检测带来了困难。

发明内容

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