[发明专利]一种检测小孔衍射球面波光学面形的检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种检测小孔衍射球面波光学面形的检测装置及方法。

背景技术

点衍射干涉仪是利用小孔衍射产生标准参考球面波来进行干涉测量，另外点衍射干涉仪也可以结合绝对测量的方法，来移除小孔不理想造成的测量误差。

点衍射干涉仪(Point Diffraction Interferometer，PDI)的提出解决了高精度测量中参考面加工的难题，其主要特点在于不采用传统的参考面，而从波动光学的观点出发，利用小孔衍射来产生理想参考球面波，从而消除了参考面加工水平对测量精度的限制，使面向亚纳米量级的高精度测量成为可能。

1933年，W.Linnk首次提出可以用小孔衍射产生的理想球面波作为干涉仪的参考波面，形成了点衍射干涉仪理论的雏形，但由于受到当时技术水平的限制，并没有真正应用到测量上。1975年，R.N.Smartt和W.H.Steel在其发表的文章中正式阐述了点衍射干涉仪的原理及其应用，奠定了现代点衍射干涉仪发展的基础。他们所发明的点衍射干涉仪，其主要部分是一个透过率为1％的薄膜，上面含有一个很小的针孔(pinhole)，较低的透过率是为了使两束光的光强接近。当会集的被测光经过薄膜平板时，透射的被测光除了能量下降之外，波面形状基本不发生变化；而在有像差的弥散斑区域，位于焦点附近的小孔发生衍射，产生了理想的标准球面波，成为测量中的参考光波，与透过的被测光波形成干涉条纹，通过分析干涉条纹的形状就可以得到被测波前的信息。这种干涉仪结构和原理非常简单，同时由于采用了共光路结构，环境因素的影响比较小；其缺点是光能利用率太低，同时不能进行移相测量，导致其精度很难得到提高。

1996年，美国劳伦斯-伯克利国家实验室的H.Medecki、E.Tejnil等人提出了移相点衍射干涉仪(Phase-shifting Point-diffraction interferometer，PS-PDI)的概念，即在点衍射干涉仪的基础上引入一个衍射光栅作为分光元件，并将像平面的半透明掩膜改为不透明掩膜，使得点衍射干涉仪性能获得了很大提高。这种点衍射干涉仪的基本结构，当照明球面波入射到移相光栅之后形成了不同的衍射级次，它们经过被测系统后会聚到像平面的不同位置，在像面上放置一个空间滤波器，使得携带被测系统信息的零级衍射光经方孔直接通过，而一级衍射光经过小孔衍射滤波产生理想参考球面波，其他级次都被吸收，探测器(CCD)上得到的是这两束光的干涉条纹。当上下移动光栅时，两束光之间就会有位相差变化，这样就可以进行移相干涉测量。

为了不断满足对EUV(极紫外)光刻系统的测量要求，1996年以来，劳伦斯-伯克利国家实验室的研究者采用13.4nm的同步辐射光源成功研制了EUV相移点衍射干涉仪，其对EUV系统的RMS测量精度达到亚纳米量级，为极紫外光刻技术的发展扫清了障碍。

从上世纪末开始，日本研究者也开始了对点衍射干涉仪的研究。为了对EUV光刻系统进行检测，日本超先进电子技术研究协会(Association of Super-Advanced Electronics Technology，ASET)和Nikon等公司对点衍射干涉仪进行了研究，其采用的一种点衍射干涉仪采用一个具有小孔的反射板，小孔衍射球面波的一部分作为参考光波，而另一部分光经过被测面和反射面的两次反射，与参考光发生干涉。由于此结构不是共光路系统，所以对光源的相干性以及环境的稳定性要求很高，所有测量都要在隔振、充氦气的环境中完成。

从点衍射干涉仪的发展及使用原理可以看出，点衍射干涉仪是用小孔产生理想衍射球面波的原理进行测量，在实际应用中，小孔的加工成为难题，无论是电子束加工，原子束加工，离子束加工等加工工艺，对于纳米级的精度来说，很难加工出理想的小孔，小孔很难做到完美的圆度和光滑度。在已有的贾辛申请的专利中，通过采用绝对测量的方法来对小孔产生的衍射球面波进行标定，测量结果就可以移除小孔圆度不高等引起的衍射球面波的误差，从而提高测量的精度，同时也可以降低小孔加工的成本。

在已有的专利中，主要是使用三个小孔互相检测，需要更换小孔。在本专利中，加入了一个可以自身旋转的夹持架，同时夹持架上有三个固定小孔的装置，位置一、位置二、位置三。这三个位置还可以单独旋转。这样就可以把三个待测小孔同时放置在夹持架上，利用计算机控制夹持架和位置一、位置二、位置三的旋转来测量三个小孔产生衍射球面波的面形。

发明内容