[发明专利]点衍射干涉波像差测量仪及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及干涉测量领域，特别是一种点衍射干涉波像差测量仪及检测方法。

背景技术

波像差是描述小像差成像光学系统性能的重要参数。高品质的显微物镜和空间望远镜的波像差需小于λ/4PV或λ/14RMS（λ为工作波长，RMS为均方根值）。深紫外光刻投影物镜的波像差要求达到几个nm RMS，极紫外光刻投影物镜的波像差需达到1nm RMS以下。这对波像差检测技术提出了很高的要求。

在先技术1（参见H.Medecki,E.Tejnil,K.A.Goldberg,“Phase-shifting point diffraction interferometer”,OPTICS LETTERS Vol.21,No.19，1526-1528,1996）描述了一种相移点衍射干涉仪用于光学系统波像差的检测。此后，美国LBNL(Lawrence Berkeley National Laboratory)、日本EUVA(Extreme UltraViolet Lithography System Development Association)研发的极紫外光刻投影物镜波像差检测点衍射干涉仪均采用了该技术，测试重复性达到了0.1nm RMS。该技术通过小孔滤波产生标准球面波，采用衍射光栅作为分光元件和相移元件。衍射光栅0级衍射光和1级衍射光中的任一个作为测量光波，另一个通过小孔滤波后产生参考光波。通过衍射光栅的横向移动在0级衍射光和1级衍射光间引入相移，实现高精度检测。但是，0级衍射光和1级衍射光的光强由衍射光栅的衍射效率决定，不可调。当采用1级衍射光通过小孔滤波产生参考光波时，干涉条纹可见度太低；当采用0级衍射光通过滤波小孔产生参考光波时，光栅衍射产生的彗差会影响测量精度，并且很难标定。并且，采用衍射光栅作为相移元件，衍射光栅位于被测成像系统的成像光路中，需要增加额外的位移平台进行移相，导致系统结构复杂，增加了系统成本。衍射光栅基底材料折射率不均匀、厚度不均匀、衍射光栅图形的缺陷、灰尘等因素也会产生波前畸变，产生系统误差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种点衍射干涉波像差测量仪及检测方法，以实现对光学系统波像差的高精度检测。该干涉仪具有结构简单、相移元件不产生系统误差、高干涉条纹可见度和可标定系统误差的优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种点衍射干涉波像差测量仪，其特征在于它由光源，分光器，第一光强与偏振态调节器，相移器，第二光强与偏振态调节器，理想波前发生单元，物方精密调节台，被测光学系统，像方波前检测单元，像方精密调节台，数据处理单元组成。

上述各组成部分的位置与连接关系是：

在光源的输出光前进方向上是分光器；分光器将入射光分为光程可调光路和光程固定光路；光程可调光路上连接第一光强与偏振态调节器，相移器，之后接入理想波前发生单元的第一输入端，第一光强与偏振态调节器可以连接在相移器之前或之后；光程固定光路上连接第二光强与偏振态调节器，之后接入理想波前发生单元的第二输入端；理想波前发生单元的第一输出端和第二输出端位于被测光学系统的物面；理想波前发生单元由物方精密调节台支撑并精密定位；像方波前检测单元位于被测光学系统的像方；像方波前检测单元由像方精密调节台支撑并精密定位；像方波前检测单元的输出信号输入数据处理单元进行处理，提取波像差信息。

所述的光源是激光器、发光二极管、超辐射发光二极管，或单色仪。所述的光源可以是光纤输出的光源，也可以是自由空间准直输出的光源。

所述的分光器是能够将入射光分成两束光的分光元件，如光纤耦合器，分光棱镜，一面镀有分光膜的玻璃平板。

所述的第一光强与偏振态调节器和第二光强与偏振态调节器是可以调节通过光的光功率和偏振态的器件，可以由可调衰减器和偏振控制器组成，也可以仅由一个可旋转的检偏器构成；

所述的第一光强与偏振态调节器和第二光强与偏振态调节器也可以只是可以调节通过光路的光功率的器件，可以由偏振控制器和检偏器组成，也可以仅由一个可调衰减器构成；

所述的第一光强与偏振态调节器和第二光强与偏振态调节器可以采用相同的结构，也可以采用不同的结构。

所述的可调衰减器是只调节光功率而不改变光的偏振态的器件，如在不同扇形区域镀有不同衰减膜的旋转玻璃片、通过遮挡光路调节光功率的可变光阑。