[發明專利]光柵橫向剪切干涉大數值孔徑波前重建方法

有效

• 申請號: 201710155971.7
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN107063477B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 唐鋒;王向朝;彭常哲;馮鵬
• 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: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種光柵橫向剪切干涉大數值孔徑波前重建方法，該方法利用的光柵橫向剪切干涉儀包括剪切光柵，二維光電探測器；該方法采用光學追跡法獲得光柵橫向剪切干涉儀在二維光電探測器探測面各個像素的剪切量；將每個像素的剪切量帶入表示差分波前的差分多項式，采用最小二乘矩陣系數擬合方法求解待測波前的基函數系數，最后擬合待測波前。本發明解決了光柵橫向剪切干涉儀大數值孔徑波前檢測時剪切量變化引入的重建誤差問題，實現簡單，精度高。

技術領域

本發明涉及一種橫向剪切干涉波前重建，特別是一種基于光柵橫向剪切干涉技術的大數值孔徑波前重建方法。

背景技術

光柵橫向剪切干涉儀是一種重要的波前像差(即波像差)檢測方法，具有結構簡單、不需要單獨的參考波面、易實現共光路干涉、抗環境干擾等優點。在波前傳感、高端光刻機像質檢測等方面有著廣泛應用。

光柵橫向剪切干涉儀直接測得的波前結果不是待測波前本身，而是在剪切方向的差分波前，需要波前重建過程重建出待測波前；現有波前重建方法可以分為模式法和區域法兩類。模式法將待測波前展開為一組基函數，通過差分波前求解基函數系數重建波前，模式法具有計算速度快，噪聲免疫力強等優點。區域法通過最小二乘方法直接求解待測波前一系列離散點上的波前值，區域法相比模式法，具有更高的重建空間分辨率，但內存空間占用大，易受噪聲干擾，重建步驟復雜。無論模式法或區域法波前重建方法，大部分已有技術研究并優化波前重建方法本身的性能及精度，而未與典型的剪切干涉儀結構配套，即波前重建方法是一個普遍適用的，而沒有針對特定干涉儀結構優化波前重建性能；并且，一般均采用固定剪切量進行波前重建。

Ryan Miyakawa詳細分析了光柵剪切干涉儀中的各種系統誤差(參見在先技術1,Ryan H.Miyakawa,“Wavefront metrology for high resolution optical systems”.Thesis(Ph.D.)--University of California,Berkeley,2011)。Ryan Miyakawa提出當光柵剪切干涉應用于大數值孔徑波前像差檢測時，在波前數值孔徑內，由于光柵對不同方向的入射光衍射角不同，不同角度的光線實際上具有不同的剪切量。對于高端投影光刻機投影物鏡，其數值孔徑已大于0.75，其波像差已小于1nm RMS，采用已有固定剪切量波前重建方法進行波前重建，由全數值孔徑范圍內剪切量的變化導致的波前重建誤差已不可忽略。Ryan Miyakawa提出區域法波前重建方法解決該問題，但該方法具有一般區域法共有的問題，內存占用大，噪聲敏感，并且該方法更為復雜；Ryan Miyakawa僅提出了一維區域法變剪切量波前重建方法，并且未考慮光柵基底、傳輸空間折射率變化、參與剪切干涉的級次等實際光柵剪切干涉儀中多種因素的影響。

差分Zernike多項式模式法波前重建方法具有重建精度高、計算簡單的優點(參見在先技術2,F.Dai,F.Tang,X.Wang,O.Sasaki,and P.Feng,“Modal wavefrontreconstruction based on Zernike polynomials for lateral shearinginterferometry:comparisons of existing algorithms,”Appl.Opt.51,5028–5037,2012)，但是采用固定剪切量，不能解決光柵剪切干涉儀大NA測量時剪切量在全數值孔徑范圍內變化的問題。Li等人提出采用Taylor多項式等其他完備的非Zernike多項式基函數進行差分多項式重建，也可實現與差分Zernike多項式模式法波前重建方法等同的精度和優點(參見在先技術3,Jie Li,Feng Tang,Xiangzhao Wang,Fengzhao Dai,Peng Feng andSikun Li,“Wavefront reconstruction for lateral shearing interferometry basedon difference polynomial fitting”,Journal of Optics 17,2015)，但是該技術同樣采用固定剪切量。

發明內容