光栅剪切干涉光学成像系统波像差检测方法技术方案

技术编号:21395071 阅读:22 留言:0更新日期:2019-06-19 06:00
光栅剪切干涉光学成像系统波像差检测方法,该方法采用的光栅剪切干涉仪系统包含:光学级照明系统、待测光学成像系统、一维衍射光栅版、二维衍射光栅版、二维光电传感器和计算处理单元。一维衍射光栅版和二维衍射光栅版分别置于待测光学成像系统的物面和像面。通过采集N组间隔为

Wave aberration detection method for grating shear interferometric optical imaging system

The wavefront aberration detection method of grating shear interferometer optical imaging system includes optical illumination system, optical imaging system to be measured, one-dimensional diffraction grating plate, two-dimensional diffraction grating plate, two-dimensional photoelectric sensor and computational processing unit. One-dimensional diffraction grating plate and two-dimensional diffraction grating plate are placed on the object surface and image surface of the optical imaging system to be measured respectively. By collecting N groups, the interval is

【技术实现步骤摘要】
光栅剪切干涉光学成像系统波像差检测方法
本专利技术涉及光学测量
,具体为一种光栅剪切干涉仪的相位提取算法,适用于光栅剪切干涉光刻机投影物镜或其他光学成像系统的波像差检测装置及检测方法。
技术介绍
光栅剪切干涉仪具有共光路、没有空间光程差、不需要单独的理想参考波面、精度高、灵敏度高、结构简单等优点。引入相移干涉技术,通过横向移动光栅,采集得到一系列具有不同相移量的干涉图,计算得到剪切相位,然后求出被测系统的波像差。对于剪切干涉仪,利用干涉图进行剪切相位的高精度提取是获得最终波像差高精度检测的前提。与普通的两束光之间的干涉不同,在剪切干涉仪的干涉场中,由于像面光栅的衍射,存在多级高阶衍射光,多级衍射光之间可以发生干涉。虽然通过采用非相干光源,并采用物面光栅对光源相干性进行了调制,抑制了高阶衍射光之间的干涉,从一定程度上简化了干涉场,但是在探测器的接收面上,依然存在除了±1级光以外的其他高阶衍射光与0级光的干涉,严重降低了剪切相位的提取精度。在先技术1(JosephBraat,AugustusJ.E.Janssen.ImprovedRonchitestwithextendedsource,JournaloftheOpticalSocietyofAmericaAVoI.16.No.1.1999,pp:131-140.)提出用扩展光源改进的光栅剪切干涉仪,只采用了±1级衍射光与0级光大干涉进行相位提取,没有考虑高阶衍射级次的影响,从而在算法上引入了系统误差。随着待测光学系统的数值孔径不断增大,系统中存在的高阶衍射光成分越来越多,使用该方法进行相位提取时会引入大量的系统误差,严重降低了相位提取精度。在先技术2(YucongZhu,Katsumisugisaki,KatsuhikoMurakami,etal.ShearingInterferometryforatwavelengthwavefrontmeasurementofextreme-ultravioletlithographyprojectionoptics,Jpn.J.Appl.Phys42,5844-5847,2003)通过采用双窗口掩膜,将高阶衍射光进行滤除,保证只有1级光参与的双光束干涉。这种方法的缺点在于,当剪切方向或者剪切率发生改变时,需要同步更换掩膜滤波器,导致测量操作不便,增加机械结构的复杂性。在先技术3(YucongZhu,SatoruOdate,AyakoSugaya,etal.Methodfordesigningphase-calculationalgorithmsfortwo-dimensionalgratingphaseshiftinginterferometry.AppliedOptics,2011,50(18):pp.2815-2822.)和在先技术4(吴飞斌,唐锋,王向朝等,基于朗奇剪切干涉仪的相位提取方法,中国专利技术专利201410360070.8)均采用±1级衍射光与0级光的干涉进行相位提取,二者的共同之处在于均通过一定的相移方法,消除了±3级和±5级高阶衍射级次光对相位提取的影响,一定程度了提高了相位提取精度。但是对于存在±7级及更高级次的衍射光时,该方法仍然无法消除这些高阶衍射级次的影响。对于大数值孔径的剪切干涉仪测量系统,目前还没有结构简单、操作方便的可高阶衍射光的光栅剪切干涉仪系统,也不存在可消除±7级及以上的更高级次的衍射光的相移方法及相位提取算法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足,提供一种可消除光栅剪切干涉仪系统中除±1级衍射光以外的所有高阶衍射级次光的影响,彻底消除了相位提取过程中存在的系统误差。该方法可根据待测光学成系统的数值孔径或剪切干涉仪系统的剪切率,确定需要的相移步数,具有相位提取精度高、可测的数值孔径范围大、光栅干涉仪的剪切率可调等特点。为了达到上述目的,本专利技术的技术解决方案如下:光栅剪切干涉光学成像系统波像差检测方法,该方法采用的光栅剪切干涉仪系统包含:光源及照明系统、一维衍射光栅版、第一三维位移台、二维衍射光栅版、第二三维位移台、二维光电传感器和计算处理单元。所述的光源及照明系统输出空间非相干光,所述的一维衍射光栅版固定在第一三维位移台上,所述的二维衍射光栅版固定在第二三维位移台上,所述的二维光电传感器的输出端与计算处理单元相连;其特征在于该方法的步骤如下:(1)将待测光学成像系统置于该光栅剪切干涉仪中,使光源及照明系统位于待测光学成像系统的物方,且二维衍射光栅版位于待测光学成像系统的像方,调整第一三维位移台,使一维衍射光栅版位于待测光学成像系统的物面,调整第二三维位移台,使二维衍射光栅版位于待测光学成像系统的像面;(2)根据所述的光栅剪切干涉系统的剪切率s确定相移量:首先确定最大衍射级次为光栅剪切干涉仪系统的衍射级次依次为±1、±3、……、±(2n-1),其中n为剪切干涉仪系统中正级高阶衍射光的总数或负级高阶衍射光的总数,函数ceil(X)返回大于或者等于X的最小整数,函数fix(X)返回小于或者等于X的最大整数;然后根据n确定干涉图采集时的二维衍射光栅版的移动步数N=2(n+1),移动周期为棋盘光栅周期;(3)移动第一三维位移台,使所述的一维光栅衍射版上光栅线沿y轴方向的第一光栅移入待测光学成像系统的物方视场点位置,移动第二三维位移台,使所述的二维衍射版上的棋盘光栅移入待测成像系统的像方视场点位置,棋盘光栅对角线防线与x轴(或y轴)的夹角为45度;(4)沿x轴方向对第二三维位移台按照上述周期棋盘光栅周期移动,每次移动后二维光电传感器采集一幅剪切干涉图并传输至数据处理单元,总共得到N幅剪切干涉条纹图,对中每一个位置的光强进行傅里叶变换:根据公式(2),在频率对角频率为2π的Ix(w)分量求辐角,得到x轴方向的梯度相位其中,angle为求取复数的辐角函数。(5)移动第一三维位移台,使所述的一维光栅衍射版上光栅线沿x轴方向的第二光栅移入待测光学成像系统的物方视场点位置;沿y轴方向对第二三维位移台进行相同的周期移动,每次移动后二维光电传感器采集一幅剪切干涉图并传输至数据处理单元,总共得到N幅剪切干涉条纹图,对中每一个位置的光强进行傅里叶变换:在频域对角频率为2π的Iy(w)分量求辐角,得到y轴方向的梯度相位(6)对x轴方向梯度相位和y轴方向梯度相位进行解包裹,分别得到x轴方向差分波前ΔWx和y轴方向差分波前ΔWy,通过剪切干涉的波前重建算法获得待测光学成像系统的波像差。所述的光栅剪切干涉光学成像系统波像差检测方法,一维衍射光栅版上一维光栅的周期,与二维衍射光栅版上棋盘光栅的周期之比等于待测光学成像系统的放大倍数。本专利技术的技术效果是,通过移动位于像面的二维光栅衍射版,实现高阶衍射光和0级光之间的相移,通过相移算法可消除任意高阶衍射级次光的干涉影响,实现剪切相位的精确提取,提高了待测光学成像系统的波像差检测精度。附图说明图1为光栅剪切干涉的波像差检测装置示意图;图2为一维光栅衍射版的示意图;图3为二维光栅衍射版的示意图;图4为光栅剪切干涉仪系统的剪切率s与数值孔径N.A之间关系的示意图;其中,1、一维衍射光栅版;2、第一三维位移台;3、待测光学成像系统;4、二维衍射光栅版本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.光栅剪切干涉光学成像系统波像差检测方法,该方法采用的光栅剪切干涉仪系统包含:光源及照明系统(8)、一维衍射光栅版(1)、第一三维位移台(2)、二维衍射光栅版(4)、第二三维位移台(5)、二维光电传感器(6)和计算处理单元(7),所述的光源及照明系统(8)输出空间非相干光,所述的一维衍射光栅版(1)固定在第一三维位移台(2)上,所述的二维衍射光栅版(4)固定在第二三维位移台(5)上,所述的一维衍射光栅版(1)上包含两组光栅方向垂直的、占空比为1:1的一维光栅,所述的二维衍射光栅版(4)上包含一组棋盘光栅,所述的二维光电传感器(6)的输出端与计算处理单元(7)相连,建立xyz坐标系,其中,z轴方向沿着系统光轴的方向,x轴沿着一维衍射光栅版(1)上线性光栅(102)的光栅线方向,y轴沿着一维衍射光栅版(1)上线性光栅(101)的光栅线方向,设第一三维位移台(2)和第二三维位移台(5)的运动轴分别为x轴、y轴和z轴,其特征在于该方法的步骤如下:步骤1)将待测光学成像系统(3)置于该光栅剪切干涉仪中,使光源及照明系统(8)位于待测光学成像系统(3)的物方,且二维衍射光栅版(4)位于待测光学成像系统(3)的像方,调整第一三维位移台(2),使一维衍射光栅版(1)位于待测光学成像系统(3)的物面,调整第二三维位移台(5),使二维衍射光栅版(4)位于待测光学成像系统(3)的像面;步骤2)根据所述光栅剪切干涉系统的剪切率s确定二维衍射光栅版(4)的相移量:首先确定最大衍射级次...

【技术特征摘要】
1.光栅剪切干涉光学成像系统波像差检测方法,该方法采用的光栅剪切干涉仪系统包含:光源及照明系统(8)、一维衍射光栅版(1)、第一三维位移台(2)、二维衍射光栅版(4)、第二三维位移台(5)、二维光电传感器(6)和计算处理单元(7),所述的光源及照明系统(8)输出空间非相干光,所述的一维衍射光栅版(1)固定在第一三维位移台(2)上,所述的二维衍射光栅版(4)固定在第二三维位移台(5)上,所述的一维衍射光栅版(1)上包含两组光栅方向垂直的、占空比为1:1的一维光栅,所述的二维衍射光栅版(4)上包含一组棋盘光栅,所述的二维光电传感器(6)的输出端与计算处理单元(7)相连,建立xyz坐标系,其中,z轴方向沿着系统光轴的方向,x轴沿着一维衍射光栅版(1)上线性光栅(102)的光栅线方向,y轴沿着一维衍射光栅版(1)上线性光栅(101)的光栅线方向,设第一三维位移台(2)和第二三维位移台(5)的运动轴分别为x轴、y轴和z轴,其特征在于该方法的步骤如下:步骤1)将待测光学成像系统(3)置于该光栅剪切干涉仪中,使光源及照明系统(8)位于待测光学成像系统(3)的物方,且二维衍射光栅版(4)位于待测光学成像系统(3)的像方,调整第一三维位移台(2),使一维衍射光栅版(1)位于待测光学成像系统(3)的物面,调整第二三维位移台(5),使二维衍射光栅版(4)位于待测光学成像系统(3)的像面;步骤2)根据所述光栅剪切干涉系统的剪切率s确定二维衍射光栅版(4)的相移量:首先确定最大衍射级次光栅剪切干涉仪系统的衍射级次依次为±1、±3、……、±(2n-1),其中n为剪切干涉仪系统中正级高阶衍射光的总数或负级高阶衍射光的总数,函数ceil(X)返回大于或者等于X的最小整数,函数fix(X)返回小于或者等于X的最大整数;然后根据高阶...

【专利技术属性】
技术研发人员:卢云君唐锋王向朝
申请(专利权)人:中国科学院上海光学精密机械研究所
类型:发明
国别省市:上海,31

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