[发明专利]光栅剪切干涉投影物镜波像差检测装置及检测方法

说明书

光栅剪切干涉投影物镜波像差检测装置及检测方法，装置包含：光源及照明系统、被测投影物镜、物面衍射光栅版、第一三维位移台、像面衍射光栅版、第二三维位移台、二维光电传感器和计算处理单元。物面衍射光栅版和像面衍射光栅版分别置于待测投影物镜的物面和像面。物面衍射光栅版和像面衍射光栅版上制作有两套小周期(对应的s1和s2剪切率均大于等于12.5％)的物面光栅和光栅像面，两套光栅方向不同、测量得到两组不同剪切方向的差分波前，采用组合剪切波前重建算法，可精确重建待测投影物镜的波像差。该方法由于采用了小周期的光栅，简化了干涉场，减少了相移步数，同时采用组合剪切波前重建算法，既提高了波像差测量精度，又提高了波像差检测速度。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，具体为一种光栅剪切干涉的投影物镜波像差检测装置和检测方法，适用于基于Ronchi光栅剪切干涉的光刻机投影物镜或其他光学成像系统的波像差检测。

背景技术

Ronchi光栅剪切干涉是一种采用扩展光源、并在物面采用光栅对光源的相干性进行调制的剪切干涉仪，具有共光路、动态范围大、不需要单独的理想参考波面、精度高、结构简单等优点。引入相移干涉技术，通过横向移动光栅，采集得到一系列具有不同相移量的干涉图，获取差分波前并进行波前重建，得到被测系统的波像差。

剪切干涉波像差测量过程包含干涉图差分波前的提取和利用差分波前进行波前重建。只有同时保证差分波前提取精度和波前重建精度，才能最终获得波像差的高精度检测。

由于波前剪切时不可避免的存在信息缺失，导致波前重建误差，并且波前重建误差与剪切率大小有关，剪切率越大，波前重建误差越大，剪切率越小，波前重建误差减小。为了提高波前重建精度，需要使用小剪切率的剪切干涉，但是，剪切率越小，干涉场中存在的高阶衍射光的串扰干涉就越多，影响剪切干涉差分波前的提取精度与速度。

在先技术1(Yucong Zhu，Katsumi sugisaki，Katsuhiko Murakami,etal.Shearing Interferometry for at wavelength wavefront measurement ofextreme-ultraviolet lithography projection optics,Jpn.J.Appl.Phys 42,5844-5847,2003)通过采用双窗口掩膜，将高阶衍射光进行滤除，保证只有1级衍射光参与的双光束干涉。这种方法的缺点在于，当剪切方向或者剪切率发生改变时，需要同步更换掩膜滤波器，导致测量操作不便，增加机械结构的复杂性。

在先技术2(卢云君，唐锋，王向朝等，光栅剪切干涉高精度波像差检测方法，中国发明专利，申请号CN202010934328.6)提出一种通用的3n+1步的差分波前精确提取方法，可消除光栅剪切干涉仪系统中除±1级衍射光以外的所有高阶衍射光的影响，其中s为剪切干涉系统的剪切率。虽然该方法完美的解决了干涉场中高阶衍射光的串扰干涉问题，提高了差分波前的提取精度。但是，这种方法主要缺点是，对于小剪切率的干涉场，需要的相移步数多，导致检测速度很低。

在先技术3(C.Elster,Exact wave-front reconstruction from two lateralshearing interferograms,J.Opt.Soc.Am.A,1999,16(9):pp 2281-2285)提出的一种采用组合剪切率波前重建算法，通过将两组波前同时用于最小二乘拟合，可以精确得到待测波前信息。该方法提高了波前重建精度，但是由于需要进行两组差分波前测量，导致测量时间翻倍，测量流程复杂化。