点衍射干涉波像差测量仪及光学系统波像差的检测方法技术方案

一种点衍射干涉波像差测量仪及光学系统波像差的检测方法之二,该测量仪由光源、分光器、第一光强与偏振态调节器、相移器、第二光强与偏振态调节器、理想波前与点光源发生单元、物方精密调节台、被测光学系统、像方波前检测单元、像方精密调节台和数据处理单元组成。本发明专利技术测量仪在被测光学系统物面仅需要产生一路标准球面波输出，降低了系统复杂性，提高了光能利用率；该测量仪也降低了系统精密度要求及操作复杂性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及干涉测量领域，特别是一种点衍射干涉波像差测量仪及光学系统波像 差的检测方法。
技术介绍
波像差是描述小像差成像光学系统性能的重要参数。高品质的显微物镜和空间望 远镜的波像差需小于A/4PV或A/14RMS(A为工作波长，RMS为均方根值）。深紫外光刻投影物 镜的波像差要求达到几个nm RMS，极紫外光刻投影物镜的波像差需达到lnm RMS以下。这对 波像差检测技术提出了很高的要求。 在先技术(参见唐锋、王向朝等，点衍射干涉波像差测量仪及检测方法，专利技术专利， 【申请号】201310126148.5)提出了一种点衍射干涉波像差测量仪及检测方法，在被测光学系 统物面产生两个标准球面波，两个标准球面波的光强、偏振态、光程差可调，能够产生高的 干涉可见度，测量结果可消除系统误差。但是，首先，该干涉仪在被测光学系统物面需要产 生两个标准球面波，增加了系统复杂性和成本，采用小孔器件产生标准球面波时，对准难度 极高。其次，该干涉仪光能利用率较低，这是由于在物面产生两个标准球面波会降低输出光 功率，当物面两个标准球面波成像至像面，通过像方掩模上的滤波圆孔再次产生标准球面 波时，光功率会进一步降低;为了得到足够清晰的干涉图，需要增大曝光时间，导致测量系 统帧速降低，对振动等环境扰动的敏感性变大，影响检测重复性。第三，该干涉仪需要理想 波前发生单元的第一输出端和第二输出端均位于被测光学系统的物面，增加了系统精密度 要求和操作复杂性。
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，提供一种点衍射干涉波像差测量仪 及光学系统波像差的检测方法，以实现对光学系统波像差的高精度检测。该测量仪在被测 光学系统物面仅需要产生一路标准球面波输出，降低了系统复杂性，提高了光能利用率;该 测量仪也降低了系统精密度要求及操作复杂性。 本专利技术的技术解决方案如下： -种点衍射干涉波像差测量仪，该测量仪的构成包括:光源、分光器、第一光强与 偏振态调节器、相移器、第二光强与偏振态调节器、理想波前与点光源发生单元、物方精密 调节台、被测光学系统、像方波前检测单元、像方精密调节台和数据处理单元;所述的像方 波前检测单元由像方掩模、光电传感器、支架构成，像方掩模包括透光窗口和滤波圆孔，所 述的光电传感器包括一个二维探测器;其特点在于所述的理想波前与点光源发生单元是将 从其第一输入端输入的光转换成在被测光学系统的物方数值孔径范围内是标准球面波，并 从其理想波前输出端输出，将从其第二输入端输入的光转换成输出数值孔径大于等于被测 光学系统的物方数值孔径，但非理想球面波的点光源，并从其点光源输出端输出的光学组 件;所述的理想波前与点光源发生单元的理想波前输出端和点光源输出端之间的中心距离 大于被测光学系统像点弥散斑的直径除以被测光学系统的放大倍数;所述的理想波前与点 光源发生单元的理想波前输出端位于被测光学系统的物面，理想波前与点光源发生单元的 点光源输出端位于被测光学系统的物面或物面附近。 利用上述点衍射干涉波像差测量仪检测被测光学系统波像差的方法，其特点在于 该方法包括下列步骤： 1)移动物方精密调节台，使理想波前与点光源发生单元的理想波前输出端位于被 测光学系统需要测量的视场点的位置； 2)移动像方精密调节台，进行精密对准，使理想波前与点光源发生单元的理想波 前输出端的像点与像方掩模的滤波圆孔的中心对准，点光源输出端的像点位于像方掩模的 透光窗口内部； 3)调节第一光强与偏振态调节器和第二光强与偏振态调节器，使光电传感器采集 到的干涉图的强度达到光电传感器的饱和光强的0.6~0.9,干涉可见度达到0.6以上;通过 所述的相移器进行相移量S的相移共m次，m为大于2的正整数，每次所述的光电传感器采集 一幅干涉图，得到一组干涉图的光强分布依次为Ial，Ia2,…，lam;对该组干涉图进行相位 提取和相位解包裹后得到相位分布W a; 4)进行精密对准，使理想波前与点光源发生单元的两个输出端的像点都位于像方 掩模的透光窗口内部； 5)调节第一光强与偏振态调节器和第二光强与偏振态调节器，使光电传感器采集 到的干涉图的强度达到光电传感器饱和光强的0.6~0.9,干涉可见度达到0.6以上;通过所 述的相移器进行相移量S的相移共m次，m为大于2的正整数，每次所述的光电传感器采集一 幅干涉图，得到另一组干涉图的光强分布依次为：此1，此2，-_，113 111;对该组干涉图进行相位 提取和相位解包裹后得到相位分布Wb; 6)利用公式W=Wa-Wb计算被测光学系统在该视场点的波像差W。本专利技术具有以下优点： 1)理想波前与点光源发生单元仅需要产生一路标准球面波输出，另一路为点光源 即可，降低了系统复杂性，提高了光能利用率； 2)仅需要理想波前与点光源发生单元的理想波前输出端位于被测光学系统的物 面，点光源输出端位于被测光学系统的物面附近即可，降低了系统精密度要求及操作复杂 性。【附图说明】 图1是本专利技术点衍射干涉波像差测量仪的结构示意图； 图2是本专利技术第一光强与偏振态调节器的几个实施例的结构示意图； 图3是本专利技术相移器的两个实施例的结构示意图； 图4是本专利技术理想波前与点光源发生单元的第一个实施例的结构示意图； 图5是本专利技术理想波前与点光源发生单元的第二个实施例的结构示意图； 图6是本专利技术理想波前与点光源发生单元的实施例中物面掩模的结构示意图； 图7是本专利技术理想波前与点光源发生单元的第三个实施例的结构示意图；图8是本专利技术像方波前检测单元的几个实施例的结构示意图； 图9是本专利技术像方掩模的几个实施例结构示意图； 图10是本专利技术点衍射干涉波像差测量仪一个实施例的结构示意图； 图11是本专利技术点衍射干涉波像差测量仪一个实施例的结构示意图。【具体实施方式】 下面结合附图与实施例对本专利技术做进一步说明，但不应以此实施例限制本专利技术的 保护范围。 如图1所示，本专利技术点衍射干涉波像差测量仪包括:光源1，分光器2,第一光强与偏 振态调节器3，相移器4，第二光强与偏振态调节器5，理想波前与点光源发生单元6，物方精 密调节台7,被测光学系统8,像方波前检测单元9,像方精密调节台10和数据处理单元11。所 述的像方波前检测单元9由像方掩模901、光电传感器902、支架903构成，像方掩模901包括 透光窗口 90lb和滤波圆孔901a(可以有多个滤波圆孔，如第一滤波圆孔90lal、第二滤波圆 孔901a2等），光电传感器902包括一个二维探测器902b。所述的理想波前与点光源发生单元 6是将从其第一输入端6A输入的光转换成在被测光学系统8的物方数值孔径范围内是标准 球面波，并从其理想波前输出端6C输出，将从其第二输入端6B输入的光转换成输出数值孔 径大于等于被测光学系统8的物方数值孔径，但非理想球面波的点光源，并从其点光源输出 端6D输出的光学组件;所述的理想波前与点光源发生单元6的理想波前输出端6C和点光源 输出端6D之间的中心距离s。大于被测光学系统8像点弥散斑的直径除以被测光学系统8的 放大倍数。 上述各组成部分的位置与连接关系是：在光源1输出光前进方向上是分光器2;分光器2将入射光分为光程可调光路2A和 光程固定光路2B;光程可调光路2A上连接第一光强与偏振态调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种点衍射干涉波像差测量仪，该测量仪的构成包括：光源(1)、分光器(2)、第一光强与偏振态调节器(3)、相移器(4)、第二光强与偏振态调节器(5)、理想波前与点光源发生单元(6)、物方精密调节台(7)、被测光学系统(8)、像方波前检测单元(9)、像方精密调节台(10)和数据处理单元(11)；所述的像方波前检测单元(9)由像方掩模(901)、光电传感器(902)、支架(903)构成，像方掩模(901)包括透光窗口(901b)和滤波圆孔(901a)，所述的光电传感器(902)包括一个二维探测器(902b)；其特征在于所述的理想波前与点光源发生单元(6)是将从其第一输入端(6A)输入的光转换成在被测光学系统(8)的物方数值孔径范围内是标准球面波，并从其理想波前输出端(6C)输出，将从其第二输入端(6B)输入的光转换成输出数值孔径大于等于被测光学系统(8)的物方数值孔径，但非理想球面波的点光源，并从其点光源输出端(6D)输出的光学组件；所述的理想波前与点光源发生单元(6)的理想波前输出端(6C)和点光源输出端(6D)之间的中心距离(so)大于被测光学系统像点弥散斑的直径除以被测光学系统的放大倍数；所述的理想波前与点光源发生单元的理想波前输出端位于被测光学系统的物面，理想波前与点光源发生单元的点光源输出端位于被测光学系统的物面或物面附近。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐锋，王向朝，冯鹏，郭福东，卢云君，
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