[发明专利]一种波长调谐相移点衍射干涉测量装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于基于相移点衍射干涉仪的光学元件面形检测装置及方法领域，具体涉及一种波长调谐相移点衍射干涉测量装置及其方法。

背景技术

投影光刻物镜为了实现要求的分辨率及临界尺寸，需要光学系统波像差达到衍射极限.极紫外光刻的工作在波长为13～14nm的极紫外波段,这就要求光学系统的波像差要小于1nmRMS，而对单个反射镜镜面的面形偏差更是要到0.25nmRMS。要实现如此高精度的光学加工，首先要实现高精度的光学检测技术。常规干涉检测技术诸如菲索干涉仪、泰曼干涉仪受制于参考面精度的限制，难以达到如此高精度的光学系统波像差和光学元件面形检测。

点衍射干涉仪利用针孔衍射产生近似理想的球面波作为参考波，技术上消除了常规干涉仪中参考面带来的误差，提高了检测精度，可以用于极紫外投影光刻物镜中光学元件面形检测。检测光学元件面形时，由针孔衍射而出的近理想球面波分成两部分，一部分作为测试光经被检球面反射后，附带了被检球面的面形信息，在针孔板反射后通过中继光学系统打到光电探测器上；另一部分作为参考光经中继光学系统后直接打到光电探测器上。两路光干涉得到干涉图，对采集到的干涉图做处理后就能够得到被检球面的面形信息。在干涉测量技术中，精度最高的应属相移干涉术，将相移干涉术与点衍射干涉仪相结合的产物就是相移点衍射干涉仪。

文章《Development of the point diffraction interferometer for extreme ultraviolet lithography:Design,fabrication,and evaluation》J.Vac.Sci.Technol.B20,2449(2002);描述了一种通过压电陶瓷相移器（PZT）移动被检镜实现相移干涉测量的点衍射干涉仪。这种相移方法有两个缺点，第一是当被检镜面形尺寸较大时，需要用载重大的相移器，而大载重相移器的制作技术难度大，成本高；同时在相移过程中会产生机械应力的变化，引入误差，从而影响测量结果。第二个是由于被检镜是球面或非球面光学元件，而相移方向是沿着被检镜光轴方向，导致被检镜边缘与中心在法线方向相移量不等。

文章《Visible lightpoint-diffraction interferometer for testing of EUVL optics》Proc.of SPIE Vol.6151,61510E,(2006)描述了一采用短相干激光器中利用压电陶瓷移动角锥反射镜实现相移测量的点衍射干涉仪，这种方法能够解决移动被检镜进行相移的缺点。但是在这种形式的干涉仪中，必须将参考光和测试光分开，形成双臂结构，这样就会导致参考光和测试光之间的非共光路，增大对环境的敏感度。

发明内容

为了解决现有利用压电陶瓷相移器（PZT）实现相移干涉测量的点衍射干涉仪对球面或非球面的被检镜测量时，其沿着被检镜光轴方向的相移的方式会导致被检镜边缘与其中心在法线方向相移量不等，以及当被检光学元件面形尺寸较大时，所用大载重相移器制作难度大，并会在相移时因自重应力而使测量结果引入误差。而采用短相干激光器中利用压电陶瓷移动角锥反射镜实现相移测量的点衍射干涉仪则必须将参考光和测试光分开并形成双臂结构，从而导致参考光和测试光之间的非共光路，增大对环境的敏感度的技术问题，本发明提供一种波长调谐相移点衍射干涉测量装置及方法。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种波长调谐相移点衍射干涉测量装置包括可调谐激光光源模块、点衍射干涉模块和控制系统，可调谐激光光源模块包括可调谐激光器、第一分光镜、第二分光镜、波长计和功率计；点衍射干涉模块包括光束调整镜组、针孔板、干涉仪成像镜组和CCD相机；控制系统包括可调谐激光器控制模块、CCD相机采集控制模块和主控计算机；

所述可调谐激光器的出射光入射第一分光镜并被分为第一透射光和第一反射光，第一透射光入射第二分光镜并被分为第二透射光和第二反射光，第二透射光经过光束调整镜组聚焦后入射到针孔板的针孔上并发生小孔衍射，形成近理想球面波衍射光，所述衍射光的一部分作为参考光直接入射干涉仪成像镜组；所述衍射光的另一部分作为检测光，检测光首先入射到被检光学元件上并发生反射，所述反射检测光再入射到针孔板的背面并再次发生反射，经针孔板反射后的检测光再入射干涉仪成像镜组；经过干涉仪成像镜组合束后的出射参考光和检测光共同照射到CCD相机的像面上并形成干涉图像，所述干涉图像被CCD相机成像；