一种深紫外光学系统波像差检测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种深紫外光学系统波像差检测装置和方法，所述装置包括准分子激光器(1)、能量控制器(2)、平凹柱面镜(3)、平凸柱面镜(4)、分束镜(5)、能量探测器(6)、第一平面反射镜(7)、衍射光学元件(8)、傅里叶透镜(9)、第一准直物镜(10)、第一1/4波片(11)、第一1/2波片(12)、第二平面反射镜(13)、第一聚焦物镜(14)、小孔板(15)、第二准直物镜(16)、第二1/2波片(17)、偏振分光棱镜(18)、第二1/4波片(19)、第二聚焦物镜(20)、待测深紫外光学系统(21)、球面反射镜(22)、第一中继镜(23)、第二中继镜(24)和夏克‐哈特曼波前传感器(25)。本发明专利技术的装置和方法实现了深紫外光学系统集成装调过程中系统波像差的快速高精度检测。

【技术实现步骤摘要】
一种深紫外光学系统波像差检测装置和方法
本专利技术涉及光学测量
，具体涉及一种采用夏克‐哈特曼法进行深紫外光学系统波像差的检测装置和方法。
技术介绍
在科学研究领域和工业领域，工作于深紫外波段的光学系统起着越来越重要的作用，如半导体微光刻用的投影光学系统、半导体工业中所使用的观察系统、微纳结构制造过程中所使用的紫外光学系统等等，这些工作在深紫外波段的光学系统通常要求具有极小的波像差(几个纳米量级)。因此，这些光学系统系统在加工、集成及工作的各个环节都要进行波像差检测。深紫外光学系统波像差检测方法主要有基于光干涉原理和基于夏克‐哈特曼波前传感器两种方法。基于光干涉原理的方法包括衍射型的点衍射干涉仪(PDI)和线衍射干涉仪(LDI)，剪切型的横向剪切干涉仪(LSI)、双光栅剪切干涉仪(DLSI)、交叉光栅剪切干涉仪(CGLSI)和数字泰伯干涉仪(DTI)。基于夏克‐哈特曼波前传感器的方法主要是Nikon公司采用的iPot。美国专利US6975387、US6914665和文献《PortablephasemeasuringinterferometerusingShack‐Hartmannmethod》(Proc.SPIE,2003,5038:726～732)给出了采用夏克‐哈特曼波前传感器测量深紫外光刻物镜波像差的装置及测量方法，但是该装置需要大数值孔径的准直物镜，给波像差检测带来了困难。中国专利CN1016092668通过在掩模台上集成主机和第一标准镜，在硅片台上集成第二标准镜，有效克服了大数值孔径准直物镜所带来的困难，但该系统的能量利用率、信噪比、检测精度都有待提高。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种深紫外光学系统波像差检测装置，可以实现深紫外光学系统集成装调过程中系统波像差的快速高精度检测。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术公开一种深紫外光学系统波像差检测装置，其特征在于，该装置包括准分子激光器(1)、能量控制器(2)、平凹柱面镜(3)、平凸柱面镜(4)、分束镜(5)、能量探测器(6)、第一平面反射镜(7)、衍射光学元件(8)、傅里叶透镜(9)、第一准直物镜(10)、第一1/4波片(11)、第一1/2波片(12)、第二平面反射镜(13)、第一聚焦物镜(14)、小孔板(15)、第二准直物镜(16)、第二1/2波片(17)、偏振分光棱镜(18)、第二1/4波片(19)、第二聚焦物镜(20)、待测深紫外光学系统(21)、球面反射镜(22)、第一中继镜(23)、第二中继镜(24)和夏克‐哈特曼波前传感器(25)；其中，准分子激光器(1)出射的狭长矩形光斑经能量控制器(2)后得到能量大小适宜的矩形光斑，经平凹柱透镜(3)和平凸柱透镜(4)后，成为方形光斑，方形光斑经过分束镜(5)后分成两个部分，一部分经分束镜(5)反射后进入探测器(6)，另一部分透过分束镜(5)后，通过第一平面反射镜(7)反射，传输到衍射光学元件(8)，在傅里叶透镜(9)的焦面上得到能量均匀分布的圆形光斑，该圆形光斑经第一准直物镜(10)后成为平行光束，该平行光束分别经过第一1/4波片(11)和第一1/2波片(12)后得到P偏振光，经第二平面反射镜(13)反射后，被第一聚焦物镜(14)聚焦到小孔板(15)上，从小孔板(15)出射的波前经第二准直物镜(16)准直后，通过第二1/2波片(17)调整偏振方向，得到P偏振光，该P偏振光分别经过偏振分光棱镜(18)和第二1/4波片(19)后成为圆偏振光，经过第二聚焦物镜(20)聚焦后进入待测深紫外光学系统(21)，然后通过球面反射镜(22)反射后再一次进入待测深紫外光学系统(21)，经第二聚焦物镜(20)和第二1/4波片(19)后成为S偏振光，S偏振光经偏振分光棱镜(18)反射后，进入第一中继镜(23)和第二中继镜(24)，最后在夏克‐哈特曼波前传感器(25)的探测面上得到光斑阵列，由光斑阵列的位置信息计算得待测深紫外光学系统(21)的波像差信息。优选地，所述衍射光学元件(8)在两个正交方向上具有不同的发散角，用于将第一平面反射镜(7)反射得到的能量分布不均匀的方形光斑转换成能量分布均匀的圆形光斑。优选地，所述傅里叶透镜(9)的后焦面和第一准直物镜(10)的前焦面重合，且和第一聚焦物镜(14)的后焦面共轭。优选地，所述小孔板(15)位于第一聚焦物镜(14)的后焦面上，小孔板(15)所在平面与第二聚焦物镜(20)后焦面、夏克‐哈特曼波前传感器(25)探测面共轭。优选地，所述小孔板(15)是通过刻蚀介质掩模上的介质膜得到的，其激光损伤阈值可达3J/cm2。优选地，所述小孔板(15)包括熔石英或氟化钙基底(151)、在所述熔石英或氟化钙基底(151)上交叠镀制的多层低折射率材料(152)和多层高折射率材料(153)，其最外面一层是低折射率材料(152)，其厚度为工作波长的一半；所述小孔板(15)还包括小孔(154)，所述小孔(154)是通过刻蚀所述交叠镀制的多层低折射率材料(152)和多层高折射率材料(153)形成的。优选地，其特征在于，所述第二聚焦物镜(20)为像方远心，其出瞳位置和待测深紫外光学系统(21)的入瞳位置重合。优选地，所述球面反射镜(22)，其数值孔径比待测深紫外光学系统(21)的数值孔径大，其表面镀有深紫外波段专用的高反射膜。一种深紫外光学系统波像差检测方法，其采用上述的深紫外光学系统波像差检测装置，所述方法包括以下步骤：(1)、调整平凹柱面镜(3)和平凸柱面镜(4)的间距，使从平凸柱面镜(4)后出射的光斑形状为方形；(2)、旋转衍射光学元件(8)，使得在傅里叶透镜(9)的后焦面上获得能量均匀分布的圆形光斑；(3)、调整第一聚焦物镜(14)的位置，使从小孔板(15)出射的光束能量最大，调整小孔板(15)的位置，使其位于第二准直物镜(16)的后焦面上；(4)、旋转第一1/4波片(11)、第一1/2波片(12)、第二1/2波片(17)和第二1/4波片(19)，使夏克‐哈特曼波前传感器(25)探测面上的能量最大；(5)、测量球面反射镜(22)在初始位置、旋转45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°位置及平移位置时的波前T0(x,y)、T45(x,y)、T90(x,y)、T135(x,y)、T180(x,y)、T225(x,y)、T270(x,y)和T315(x,y)及TShift(x,y)，计算球面反射镜(22)的面形误差F(x,y)；(6)、将球面反射镜(22)放置于第二聚焦物镜(20)下方，使球面反射镜(22)的曲率中心和第二聚焦物镜(20)的后焦点重合，测量球面反射镜(22)在初始位置、旋转45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°位置及平移位置的波前T′0(x,y)、T′45(x,y)、T′90(x,y)、T′135(x,y)、T′180(x,y)、T′225(x,y)、T′270(x,y)和T′315(x,y)及T′Shift(x,y)，计算此时球面反射镜(22)的面形误差F′(x,y)，计算得系统误差Wsystem为Wsystem(x,y)＝T′0(x,y)‐2F′(x,y)；(7)、计算待测深本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深紫外光学系统波像差检测装置，其特征在于，该装置包括准分子激光器(1)、能量控制器(2)、平凹柱面镜(3)、平凸柱面镜(4)、分束镜(5)、能量探测器(6)、第一平面反射镜(7)、衍射光学元件(8)、傅里叶透镜(9)、第一准直物镜(10)、第一1/4波片(11)、第一1/2波片(12)、第二平面反射镜(13)、第一聚焦物镜(14)、小孔板(15)、第二准直物镜(16)、第二1/2波片(17)、偏振分光棱镜(18)、第二1/4波片(19)、第二聚焦物镜(20)、待测深紫外光学系统(21)、球面反射镜(22)、第一中继镜(23)、第二中继镜(24)和夏克‐哈特曼波前传感器(25)；其中，准分子激光器(1)出射的狭长矩形光斑经能量控制器(2)后得到能量大小适宜的矩形光斑，经平凹柱透镜(3)和平凸柱透镜(4)后，成为方形光斑，方形光斑经过分束镜(5)后分成两个部分，一部分经分束镜(5)反射后进入探测器(6)，另一部分透过分束镜(5)后，通过第一平面反射镜(7)反射，传输到衍射光学元件(8)，在傅里叶透镜(9)的焦面上得到能量均匀分布的圆形光斑，该圆形光斑经第一准直物镜(10)后成为平行光束，该平行光束分别经过第一1/4波片(11)和第一1/2波片(12)后得到P偏振光，经第二平面反射镜(13)反射后，被第一聚焦物镜(14)聚焦到小孔板(15)上，从小孔板(15)出射的波前经第二准直物镜(16)准直后，通过第二1/2波片(17)调整偏振方向，得到P偏振光，该P偏振光分别经过偏振分光棱镜(18)和第二1/4波片(19)后成为圆偏振光，经过第二聚焦物镜(20)聚焦后进入待测深紫外光学系统(21)，然后通过球面反射镜(22)反射后再一次进入待测深紫外光学系统(21)，经第二聚焦物镜(20)和第二1/4波片(19)后成为S偏振光，S偏振光经偏振分光棱镜(18)反射后，进入第一中继镜(23)和第二中继镜(24)，最后在夏克‐哈特曼波前传感器(25)的探测面上得到光斑阵列，由光斑阵列的位置信息计算得待测深紫外光学系统(21)的波像差信息。...

【技术特征摘要】
1.一种深紫外光学系统波像差检测装置，其特征在于，该装置包括准分子激光器(1)、能量控制器(2)、平凹柱面镜(3)、平凸柱面镜(4)、分束镜(5)、能量探测器(6)、第一平面反射镜(7)、衍射光学元件(8)、傅里叶透镜(9)、第一准直物镜(10)、第一1/4波片(11)、第一1/2波片(12)、第二平面反射镜(13)、第一聚焦物镜(14)、小孔板(15)、第二准直物镜(16)、第二1/2波片(17)、偏振分光棱镜(18)、第二1/4波片(19)、第二聚焦物镜(20)、待测深紫外光学系统(21)、球面反射镜(22)、第一中继镜(23)、第二中继镜(24)和夏克‐哈特曼波前传感器(25)；其中，准分子激光器(1)出射的狭长矩形光斑经能量控制器(2)后得到能量大小适宜的矩形光斑，经平凹柱透镜(3)和平凸柱透镜(4)后，成为方形光斑，方形光斑经过分束镜(5)后分成两个部分，一部分经分束镜(5)反射后进入探测器(6)，另一部分透过分束镜(5)后，通过第一平面反射镜(7)反射，传输到衍射光学元件(8)，在傅里叶透镜(9)的焦面上得到能量均匀分布的圆形光斑，该圆形光斑经第一准直物镜(10)后成为平行光束，该平行光束分别经过第一1/4波片(11)和第一1/2波片(12)后得到P偏振光，经第二平面反射镜(13)反射后，被第一聚焦物镜(14)聚焦到小孔板(15)上，从小孔板(15)出射的波前经第二准直物镜(16)准直后，通过第二1/2波片(17)调整偏振方向，得到P偏振光，该P偏振光分别经过偏振分光棱镜(18)和第二1/4波片(19)后成为圆偏振光，经过第二聚焦物镜(20)聚焦后进入待测深紫外光学系统(21)，然后通过球面反射镜(22)反射后再一次进入待测深紫外光学系统(21)，经第二聚焦物镜(20)和第二1/4波片(19)后成为S偏振光，S偏振光经偏振分光棱镜(18)反射后，进入第一中继镜(23)和第二中继镜(24)，最后在夏克‐哈特曼波前传感器(25)的探测面上得到光斑阵列，由光斑阵列的位置信息计算得待测深紫外光学系统(21)的波像差信息。2.根据权利要求1所述的深紫外光学系统波像差检测装置，其特征在于，所述衍射光学元件(8)在两个正交方向上具有不同的发散角，用于将第一平面反射镜(7)反射得到的能量分布不均匀的方形光斑转换成能量分布均匀的圆形光斑。3.根据权利要求1所述的深紫外光学系统波像差检测装置，其特征在于，所述傅里叶透镜(9)的后焦面和第一准直物镜(10)的前焦面重合，且和第一聚焦物镜(14)的后焦面共轭。4.根据权利要求1所述的深紫外光学系统波像差检测装置，其特征在于，所述小孔板(15)位于第一聚焦物镜(14)的后焦面上，小孔板(15)所在平面与第二聚焦物镜(20)后焦面、夏克‐哈特曼波前传感器(25)探测面共轭。5.根据权利要求1所述的深紫外光学系统波像差检测装置，其特征在于，所述小孔板(15)是通过刻蚀介质掩模上的介质膜得到的，其激光损伤阈值可达3J/cm2。6.根据权利要求5所述的深紫外光学系统波像差检测装置，其特征在于，所述小孔板(15)包括熔石英或氟化钙基底(15...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢增雄，齐月静，苏佳妮，齐威，王宇，周翊，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11