[發(fā)明專利]利用刀口作為檢測標記的波像差檢測系統(tǒng)及檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610115183.0
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105651493B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設計）人: 方偉;唐鋒;王向朝;朱鵬輝;李杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 張澤純,張寧展

1.一種利用刀口作為檢測標記的波像差檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括相干點光源(1)，沿該相干點光源(1)光束傳播方向依次是作為檢測標記的刀口圖形(3)、固定該刀口圖形(3)的檢測標記調節(jié)位移臺(4)和二維光電傳感器(5)；待測投影物鏡(2)置于所述的相干點光源(1)和所述的刀口圖形(3)之間，所述的相干點光源(1)位于所述的待測投影物鏡(2)的物面上，所述的刀口圖形(3)固定于所述的檢測標記調節(jié)位移臺(4)上，并通過檢測標記調節(jié)位移臺(4)置于所述的待測投影物鏡(2)的像面上，所述的二維光電傳感器(5)位于待測投影物鏡(2)像面之后的觀測面上，觀測面與像面之間的距離使觀測面上有效光斑的直徑小于二維光電傳感器(5)光敏面的直徑；

所述的相干點光源(1)的輸出數值孔徑大于所述的待測投影物鏡(2)的物方數值孔徑；

所述的刀口圖形(3)是由不透光部分和透光部分組成的二值圖形，該二值圖形含有n條刀口分界線，n≥3，刀口分界線的長度大于待測投影物鏡(2)像面光斑的直徑；所述的檢測標記調節(jié)位移臺(4)是XYZ三軸位移臺，它將刀口圖形(3)固定于待測投影物鏡(2)的像面上，并使刀口圖形(3)其中一條刀口分界線切割待測投影物鏡(2)的像面光斑，且使該刀口分界線與光軸的距離在0.5λ/NA_i之內，其中NA_i是待測投影物鏡(2)的像方數值孔徑，λ是相干點光源(1)發(fā)出光的波長。

2.根據權利要求1所述的利用刀口作為檢測標記的波像差檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的二維光電傳感器(5)是CCD、CMOS、或二維光電探測器陣列。

3.利用權利要求1或2所述的波像差檢測系統(tǒng)進行波像差檢測的方法，其特征在于，該方法包含下列步驟：

①選擇輸出數值孔徑大于待測投影物鏡(2)的物方數值孔徑的相干點光源(1)，將該相干點光源(1)放置在待測投影物鏡(2)的物面上，使相干點光源(1)發(fā)出的相干光進入待測投影物鏡(2)后成像于待測投影物鏡(2)的像面上，將二維光電傳感器(5)放置在待測投影物鏡(2)像面之后的觀測面上，該觀測面與像面之間的距離能使觀測面上有效光斑的直徑小于二維光電傳感器(5)光敏面的直徑，所述的二維光電傳感器(5)記錄無刀口時觀測面上的衍射圖樣I₀(u,v)，其中u,v為系統(tǒng)在觀測面上的坐標；

②將刀口圖形(3)固定于檢測標記調節(jié)位移臺(4)上，沿光軸方向調整所述的檢測標記調節(jié)位移臺(4)的位置，使刀口圖形(3)位于所述的待測投影物鏡(2)的像面上，在垂直光軸的平面內調整檢測標記調節(jié)位移臺(4)的位置，使刀口圖形(3)其中一條刀口分界線切割待測投影物鏡(2)的像面光斑，且刀口分界線與光軸的距離在0.5λ/NA_i之內，二維光電傳感器(5)記錄此時觀測面上的衍射圖樣I₁(u,v)；

③優(yōu)化如下目標函數，得到當前方向下的刀口分界線函數a₁x+b₁y＝1的兩個參量a₁,b₁：

mina1,b1Σx,yP0(x,y)P0*(x,y)B1(x,y)Σx,yP0(x,y)P0*(x,y)-Σu,vI1(u,v)Σu,vI0(u,v)]]>

其中P₀(x,y)為系統(tǒng)在無像差的情況下待測投影物鏡(2)像面上的光場分布，為P₀(x,y)的共軛，B₁(x,y)為當前方向下的刀口函數，它是由刀口分界線函數a₁x+b₁y＝1決定的二值函數：

B1(x,y)=0a1x+b1y≤11a1x+b1y>1]]>

x,y為系統(tǒng)在待測投影物鏡像面上的坐標；

④在垂直光軸的平面內調整檢測標記調節(jié)位移臺(4)的位置，依次使刀口圖形(3)的其它n-1條刀口分界線切割待測投影物鏡(2)的像面光斑，并使刀口分界線與光軸的距離在0.5λ/NA_i之內，二維光電傳感器(5)記錄其它n-1個方向下刀口在觀測面上的衍射圖樣I_i(u,v)，其中i＝2,…,n；重復步驟③，得到其它n-1個方向下的刀口函數B_i(x,y)，其中i＝2,…,n；n的選取原則是：一方面使相鄰刀口函數透光部分的交疊率在30％以上，另一方面使所有刀口函數在各個位置的邏輯和為1，即B₁(x,y)∨B₂(x,y)∨…∨B_n(x,y)≡1，其中∨代表邏輯加；

⑤執(zhí)行下述迭代過程：

由猜測的照明函數P_g(x,y)和刀口函數B_i(x,y)之乘積得到猜測的出射光場：

其中初始猜測的照明函數為系統(tǒng)在無像差的情況下待測投影物鏡(2)像面上的光場分布P₀(x,y)，B₀(x,y)≡1；

對猜測的出射光場作菲涅爾衍射變換得到猜測的衍射光場：

其中FST{·}代表菲涅爾衍射變換；

由I_i(u,v)對猜測的衍射光場ψ_g,i(u,v)進行振幅約束得到更新的衍射光場：

ψc,i(u,v)=Ii(u,v)ψg,i(u,v)|ψg,i(u,v)|,i=0,1,2,...,n]]>

對更新的衍射光場ψ_c,i(u,v)作菲涅爾衍射逆變換得到更新的出射光場：

其中FST^-1{·}代表菲涅爾衍射逆變換；

更新照明函數：

上述迭代過程以更新的衍射光場與猜測的衍射光場之間的誤差平方和SSE達到充分小時終止，SSE表達式如下：

SSE=Σu,v(|ψc,i(u,v)|-|ψg,i(u,v)|)2MN]]>

其中MN為出射波函數矩陣中總的采樣點數；

⑥由步驟⑤最終得到的照明函數P_c(x,y)經光場逆?zhèn)鞑ブ链郎y投影物鏡(2)的光瞳面并去掉一個相當于理想透鏡的二次相位因子得到待測投影物鏡(2)的光瞳函數，提取光瞳函數的相位，即可得到待測投影物鏡(2)的波像差。