[發明專利]利用刀口作為檢測標記的波像差檢測系統及檢測方法

有效

• 申請號: 201610115183.0
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105651493B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（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

技術領域

本發明涉及波像差檢測系統及檢測方法，特別是一種利用刀口作為檢測標記的波像差檢測系統及基于刀口測試技術和掃描相干衍射成像(Ptychography)技術的波像差檢測方法。

背景技術

波像差檢測技術大致可以分為兩大類：一類是基于瞳面測量的波像差檢測技術，包括Shack-Hartmann傳感器、點衍射干涉儀和剪切干涉儀等；另一類是基于空間像測量的波像差檢測技術。兩類技術風格迥異卻各顯千秋。從技術手段上看，前者是通過某種技術手段從當前探測結果中提取出波前信息(如Shack-Hartmann傳感器從光線像差中提取出波像差的差分數據，剪切干涉儀從干涉強度中提取出波像差的差分數據)；而后者則利用光場傳播過程由測得的空間像反演出瞳面的波像差。從數值實現上看，前者一般先得到波像差的差分數據，然后再采用某種數值方法(如Rimmer Method)由波像差的差分數據得到波像差數據；而后者則通過光場傳播過程的迭代優化找尋最優解，直接得到波像差數據。從應用范圍上看，基于瞳面測量的波像差檢測技術不存在迭代優化的過程，因而在計算速度和穩定性上要優于基于空間像測量的波像差檢測技術，但前者系統結構相對復雜，且在應用于大數值孔徑和低光子通量的光學系統時越來越難克服系統誤差；而基于空間像測量的波像差檢測技術雖然在計算速度和穩定性上受限于所采用的迭代算法和迭代次數，但它的優勢在于系統結構相對簡單，對系統誤差相對不敏感，這在應用于大數值孔徑和低光子通量的光學系統時尤為體現。本發明涉及的利用刀口作為檢測標記的波像差檢測系統采用的就是基于空間像測量的波像差檢測技術，它繼承了該技術結構簡單的優點，同時不失檢測精度。

本發明涉及的基于空間像測量的波像差檢測技術借鑒了刀口測試技術和掃描相干衍射成像(Ptychography)技術的思想。刀口測試技術(參見在先技術1，L.M.Foucault,Description des procedes employes pour reconnaitre la configuration des surfaces optiques,C.R.Acad.Sci.Paris,47,958,1858)的原理是用刀口切割待測系統的焦面或像面，在焦面或像面之后的觀測面會得到介于全亮與全暗之間的近乎均勻的陰影圖，根據陰影圖的明暗分布可判斷待測系統的波像差。這種測量方法的優點是結構簡單，操作方便，靈敏度高，便于現場檢測，但定性的成分比較大。改進的刀口測試技術(參見在先技術2，Donald E.Vandenberg,William D.Humbel,Alan Wertheimer,"Quantitative evaluation of optical surfaces using an improved Foucault test approach",Proc.SPIE 1542,Active and Adaptive Optical Systems,534,December 1,1991)可進行定量分析，但需要在觀測面采集一系列的陰影圖以確定每個像素的暗場閾值所對應的刀口位置，這不僅需要額外的設備和操作，增加了檢測設備的復雜性和系統的測試時間，而且檢測精度也受限于刀口的移動精度和陰影圖的采集數量。Ptychography技術(參見在先技術3，J.M.Rodenburg and H.M.L.Faulkner,“A phase retrieval algorithm for shifting illumination”,Applied Physics Letters 85,4795,2004)是一種相位恢復技術，與之相應的相位恢復算法稱為PIE(Ptychographic Iterative Engine)算法，它的原理是將照明光波照射到檢測標記上，檢測標記在垂直于光軸的平面內做步進掃描，每一步掃描均與上一步有部分重疊，觀測面記錄檢測標記在每步掃描時形成的衍射圖樣，通過檢測標記所在平面和觀測面之間光場傳播過程的反復迭代運算，得到照明光波或檢測標記的相位信息。由于在分別恢復每步掃描時的結果也要同時滿足其他掃描結果的約束，最后的恢復結果將是所有掃描結果的共同解，這也是PIE算法的恢復精度較之于傳統相位恢復算法(如GS算法、輸入輸出法)高的原因。PIE算法最初應用于在已知照明光波的情況下恢復檢測標記，而事實上通過已知檢測標記恢復照明光波也是可行的(參見在先技術4，Antoine Wojdylaa,Ryan Miyakawaa,Patrick Naulleaua,“Ptychographic wavefront sensor for high-NA EUV inspection and exposure tools”,Proc.of SPIE,Vol.9048,904839·2014SPIE)，故而該方法可以應用到投影物鏡波像差檢測領域中。Ptychography技術在應用于波像差檢測領域中雖能實現高精度的測量，但存在以下不足：1)引入了圖樣復雜的檢測標記和需要進行多次掃描操作，增加了檢測設備的復雜性和系統的測試時間，2)檢測標記的空間分布難以準確測量，3)多次掃描下的檢測標記相對于照明光波的位置難以準確確定。