[發(fā)明專利]一種基于雙波長(zhǎng)干涉的超高精度面形測(cè)量方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010766265.8
• 申請(qǐng)日: 2020-08-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111998790A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉鋒偉;吳永前;肖向海;陳小君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24;G01M11/02
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于雙波長(zhǎng)干涉的超高精度面形測(cè)量方法，屬于光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域。該方法在菲索干涉儀的基礎(chǔ)上引入兩個(gè)不同中心波長(zhǎng)的可調(diào)諧激光器。對(duì)同一被測(cè)鏡進(jìn)行干涉測(cè)量時(shí)，通過(guò)計(jì)算兩個(gè)不同波長(zhǎng)的激光器移動(dòng)相同的相位(比如pi/2)所分別需要的電壓來(lái)對(duì)兩臺(tái)可調(diào)諧激光器進(jìn)行同步移相。利用等步長(zhǎng)/定步長(zhǎng)相移算法處理所得到的若干幀組合干涉條紋即可得到一個(gè)較短合成波長(zhǎng)下的相位。通過(guò)相位解包裹算法可恢復(fù)出最終面形數(shù)據(jù)。與單一波長(zhǎng)干涉儀相比，這類雙波長(zhǎng)干涉儀具備更敏銳的細(xì)節(jié)分辨本領(lǐng)，所測(cè)得的面形數(shù)據(jù)信噪比更高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先進(jìn)光學(xué)制造與檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙波長(zhǎng)干涉的超高精度面形測(cè)量方法。

背景技術(shù)

高面形精度的光學(xué)元件在現(xiàn)代光學(xué)工程比如在大口徑天文望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)、慣性約束核聚變(ICF)裝置、同步輻射系統(tǒng)、引力波探測(cè)系統(tǒng)以及深紫外和極紫外(EUV)投影曝光系統(tǒng)等國(guó)家大科學(xué)工程中扮演極為重要的角色。特別是在集成電路制造領(lǐng)域，深紫外和極紫外光刻機(jī)是半導(dǎo)體光刻的核心設(shè)備。現(xiàn)在，市場(chǎng)上芯片線寬已達(dá)到5nm，并且在半導(dǎo)體光刻領(lǐng)域，摩爾定律依然有效，這歸功于極紫外光刻機(jī)的成功研發(fā)。

目前，荷蘭的ASML幾乎壟斷了市場(chǎng)上的所有高端極紫外光刻機(jī)。日本Nikon在中端光刻機(jī)市場(chǎng)上也占有一定份額。我國(guó)的芯片制造企業(yè)在高端芯片生產(chǎn)上全部依賴進(jìn)口紫外光刻機(jī)，并且，對(duì)于代表最先進(jìn)水平的極紫外光刻設(shè)備，歐美國(guó)家對(duì)我國(guó)采取限制出口政策。因此，光刻機(jī)的研制對(duì)我國(guó)意義重大。

光刻物鏡的鏡頭一般由幾十上百塊球面和非球面組成，并且對(duì)每一個(gè)面都提出了亞納米精度的制造要求。如何保證超高精度面形制造的一個(gè)前提就是超高精度的面形檢測(cè)。針對(duì)光刻鏡頭研發(fā)，日本和德國(guó)均研制出了測(cè)量精度達(dá)到0.1nm的高精度干涉儀?；诜扑鞴补饴方Y(jié)構(gòu)的相移干涉儀和點(diǎn)衍射干涉儀是實(shí)現(xiàn)超高精度干涉測(cè)量的主要測(cè)量?jī)x器。在進(jìn)行亞納米精度面形檢測(cè)時(shí)，測(cè)量環(huán)境以及工裝設(shè)計(jì)都處在非常穩(wěn)定的狀態(tài)，影響面形精度的很大一部分是高頻誤差。一般通過(guò)多次測(cè)量求平均來(lái)抑制隨機(jī)的高頻誤差。然而，更多的平均次數(shù)導(dǎo)致測(cè)量時(shí)間拉長(zhǎng)，進(jìn)而降低環(huán)境和工裝的穩(wěn)定性并最終導(dǎo)致測(cè)量誤差的增大。

針對(duì)這一問(wèn)題，本發(fā)明提出一種利用雙波長(zhǎng)干涉測(cè)量的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)高信噪比的面形測(cè)量結(jié)果的方法。雙波長(zhǎng)干涉測(cè)量技術(shù)常見(jiàn)于通過(guò)合成一個(gè)遠(yuǎn)大于單一波長(zhǎng)的合成波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)大像差和大動(dòng)態(tài)范圍的面形干涉檢測(cè)，已有相關(guān)技術(shù)成功應(yīng)用于非球面檢測(cè)的文獻(xiàn)報(bào)道。相反的，本發(fā)明方法利用雙波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)更短的一個(gè)合成波長(zhǎng)來(lái)用在超高精度面形干涉測(cè)量上。單次測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)更高的細(xì)節(jié)分辨本領(lǐng)，并且相對(duì)于單波長(zhǎng)干涉測(cè)量具有更高的信噪比。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高精度面形干涉測(cè)量方法。該方法基于菲索共光路干涉結(jié)構(gòu)利用兩個(gè)具有一定波長(zhǎng)差的可調(diào)諧激光器對(duì)一個(gè)被測(cè)件進(jìn)行同步測(cè)量?？刂苾膳_(tái)激光器移動(dòng)相同的相移量，然后利用定步長(zhǎng)相移算法可恢復(fù)出一個(gè)較短合成波長(zhǎng)下的相位，進(jìn)而通過(guò)解包裹算法得到面形信息。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于雙波長(zhǎng)干涉的超高精度面形測(cè)量方法，所述方法包括：利用兩臺(tái)具有不同中心波長(zhǎng)的可調(diào)諧激光器基于菲索干涉結(jié)構(gòu)對(duì)被測(cè)件進(jìn)行同步測(cè)量，分別控制兩臺(tái)激光器移動(dòng)預(yù)設(shè)的不同步長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的固定相移步長(zhǎng)，對(duì)CCD采集得到的一系列具有固定相移間隔的組合干涉條紋利用定步長(zhǎng)/等步長(zhǎng)相移算法進(jìn)行相位恢復(fù)可得到一個(gè)較短合成波長(zhǎng)下的對(duì)應(yīng)相位分布，利用解包裹算法可計(jì)算得到最終面形相位。

進(jìn)一步地，所述的兩臺(tái)不同中心波長(zhǎng)的可調(diào)諧激光器中心波長(zhǎng)相差應(yīng)小于10nm以防止干涉系統(tǒng)光學(xué)元件色散誤差。

進(jìn)一步地，所述的被測(cè)件可以使平面也可以是球面和非球面。

進(jìn)一步地，所述的固定相移步長(zhǎng)可以為pi/2，也可以為pi/4。

進(jìn)一步地，所述的較短合成波長(zhǎng)一般為單一波長(zhǎng)長(zhǎng)度的1/2左右，具體可以通過(guò)公式計(jì)算得到，λ₁，λ₂為兩個(gè)激光波長(zhǎng)，λ_s為合成波長(zhǎng)。