一种用于高分辨力光学成像系统的波像差标定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于高分辨力光学成像系统的波像差标定装置及方法，所述装置包括发出平行光光源、随机球、波前传感器和可调光阑，其中随机球包括透明的小球及其支撑装置。沿所述装置光源输出光方向依次为可调光阑、随机球和波前传感器，其中波前传感器在被测光学系统聚焦焦点之后，结合随机平均法以及相同光路下随机球与被测光学系统替换可以实现被测光学系统波像差的高精度测量。系统波像差的高精度测量。系统波像差的高精度测量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高分辨力光学成像系统的波像差标定装置及方法


[0001]本专利技术属于光学测量领域，尤其是一种用于高分辨力光学成像系统的波像差标定装置及方法。

技术介绍

[0002]在半导体和航天航空领域中，随着科技的迭代发展，针对超高精度的精密仪器要求也随之增加，例如光刻机。波像差是评价一个物镜成像质量好坏的主要参数，在光刻机的生产中，投影物镜的精密测量更是直接决定了光刻机的套刻精度和分辨率，所以在对投影物镜的波像差测量中，每一项误差源都显得至关重要，如今的高端光刻机投影物镜的波像差已经达到了1nm以下。为了保证光刻机产品的质量，要尽可能精确并快速地检测出其系统投影物镜波前信息并采取一定的补偿，这样才可以提高投影物镜的精度从而大幅提升产品质量。
[0003]针对高分辨力成像系统的波前检测方法有夏克
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哈特曼波前传感器检测法和干涉仪检测法，哈特曼采用的是使用微透镜阵列对整体波前采样，每个微透镜对应一个小波前，最后在CCD阵列平面上测量并计算参考质心位置和实际质心位置的差，从而得到变形波前信息。常使用到的检测高精度面型信息的干涉仪有泰曼
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格林干涉仪和斐索干涉仪。泰曼
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格林干涉仪是迈克尔逊干涉仪的一种变化，光束通过准直透镜形成平面后，又通过分束器分成参考光和测量光两个光束，最后带着参考面信息的参考光和带着测量面的测量光在观察屏上形成干涉图，通过算法得到波前信息。而在实际应用中，斐索干涉仪使用得更加广泛，它相对于泰曼
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格林干涉仪而言，斐索干涉仪具有结构简单、抗干扰能力强以及系统精度受元件影响更低等优点。
[0004]但对于精度再高的干涉仪，当被测元件放入干涉仪中，仍然会携带部分系统误差，例如斐索干涉仪在标定波像差时，仍会存在参考面精度的误差，对于需要更高精度波像差的光刻投影物镜，类似这种的系统误差需要被精确的消除掉才能达到更高精度。

技术实现思路

[0005]为了克服上述当前技术的不足，本专利技术提出了一种用于高分辨力光学成像系统的波像差标定装置及方法，其中利用了绝对检测中随机球方法，同时保证光路不变情况下替换被测元件，相比于传统的测量方法，通过多次旋转随机球方式，大大降低在该光路中可能因为面型不一致导致的调整误差，消除因环境因素变化导致的环境误差，操作方式简单，仅需要在同一个光路中，将随机球换成被测物镜即可标定出物镜在光路中除本身之外的系统误差，进而实现高精度的波像差测量。本专利技术替换被测元件的物件并不一定局限是球透镜，也可以是别的能保证光路一致的透光光学元件。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种用于高分辨力光学成像系统的波像差标定装置，该装置包括平行光光源、可调光阑、被测物镜、随机球和波前传感器；沿所述的平行光光源输出空间非相干光通过的方
向依次布置所述可调光阑、被测物镜或随机球、以及波前传感器；当该装置中设置所述被测物镜时，其光路为被测物镜光路，所述的波前传感器处于被测物镜的焦点之后；当该装置中设置所述随机球时，其光路为随机球光路。
[0008]进一步的，所述的平行光光源是干涉仪出射光源或经过准直扩束的光源；
[0009]所述的可控光阑用于控制被测物镜后光路像方NA大小；
[0010]所述的随机球用于消除整个标定装置的光路中的调整误差、环境误差和随机误差；
[0011]所述的波前传感器是夏克
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哈特曼传感器或剪切干涉传感器，用于被测波前的探测。进一步的，所述随机球包括透明的小球及所述小球的支撑装置。
[0012]本专利技术还提供了一种用于高分辨力光学成像系统的波像差标定方法，所述方法利用上述的波像差标定装置来实施，该方法包括下列步骤：
[0013]步骤一：布置所述随机球光路，使用平行光源产生空间非相干光源，光经过可调光阑到达随机球表面，透射后到达波前传感器，并由波前传感器进行测量，保存此数据；
[0014]步骤二：随机旋转随机球N次得到N个含所述平行光光源和波前传感器的系统误差、可调光阑的误差、随机球的固有球差和面型不均匀的误差的信息，取该信息的平均值，消去整个系统的随机误差和随机球的面形不均匀的误差；
[0015]步骤三：根据随机球的入射孔径、曲率半径和材料折射率，计算出随机球的固有球差；
[0016]步骤四：由所述信息的平均值减去随机球的固有球差，最终标定出所述系统误差；
[0017]步骤五：保持随机球位置不动，将随机球换成被测物镜以布置所述被测物镜光路，通过调整可调光阑大小，使通过被测物镜透射到波前传感器表面的被测物镜光路NA与随机球光路NA一样，并由波前传感器进行测量被测物镜的波前误差，保存此数据；
[0018]步骤六：将被测物镜的波前误差减去所述系统误差以及可调光阑导致的俩光路波前信息差距，最终可以标定出高精度的物镜波像差。
[0019]本专利技术的原理在于：本专利技术通过在两个相同的光路中，先用随机球代替被测元件放在光路中，通过旋转随机球的标定方法，测量出其光路中包含光源、光阑和波前传感器的误差总和，最后当放入被测透镜时，将测得的误差减去标定得到的系统误差即可得到被测透镜的波像差。
[0020]本专利技术与现有技术相比，其优点在于：
[0021]本专利技术装置结构简单，利用了绝对检测中随机球方法，同时保证光路不变情况下替换被测元件，相比于传统的测量方法，通过多次旋转随机球方式，大大降低在该光路中可能因为面型不一致导致的调整误差，消除因环境因素变化导致的环境误差，操作方式简单，仅需要在同一个光路中，将随机球换成被测物镜即可标定出物镜在光路中除本身之外的系统误差，进而实现高精度的波像差测量。本专利技术替换被测元件的物件并非局限一定是随机球，也可以是别的能保证光路一致的微元结构。本专利技术可将测量系统中一些因表面引起的误差转为随机误差；方法通用性强，可以在任何单、双通道干涉仪的系统误差标定中使用，也可以在其他的误差标定方法中使用，仅需要使用随机球或者其他一些微元结构保证其光路一致，再使用替换的方法便可测得被测元件的波像差。
附图说明
[0022]图1为本专利技术一种通用于各干涉仪中光学元件波像差高精度标定方法的示意图；
[0023]图2为本专利技术一种通用于各干涉仪中光学元件波像差高精度标定方法的流程图；
[0024]图3为本专利技术应用于双通道干涉仪的具体实施例示意图；
[0025]图1中：1为光源，2为可调光阑，3为随机球，4为波前传感器，5为被测物镜，6为标准球面反射镜。
具体实施方式
[0026]为了更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面结合附图做进一步地详细描述，但不应一次限制本专利技术的保护范围。
[0027]如图1所示，一种用于高分辨力光学成像系统的波像差标定装置，包括产生平行光的光源1、可调光阑2、被测物镜5和波前传感器4；沿所述的光源1输出空间非相干光通过的方向依次是可调光阑2、被测物镜5或随机球3、和波前传感器4，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高分辨力光学成像系统的波像差标定装置，其特征在于：该装置包括平行光光源(1)、可调光阑(2)、被测物镜(5)、随机球(3)和波前传感器(4)；沿所述的平行光光源(1)输出空间非相干光通过的方向依次布置所述可调光阑(2)、被测物镜(5)或随机球(3)、以及波前传感器(4)；当该装置中设置所述被测物镜(5)时，其光路为被测物镜光路，所述的波前传感器(4)处于被测物镜(5)的焦点之后；当该装置中设置所述随机球(3)时，其光路为随机球光路。2.根据权利要求1所述的一种用于高分辨力光学成像系统的波像差标定装置，其特征在于：所述的平行光光源(1)是干涉仪出射光源或经过准直扩束的光源；所述的可控光阑(2)用于控制被测物镜后光路像方NA大小；所述的随机球(3)用于消除整个标定装置的光路中的调整误差、环境误差和随机误差；所述的波前传感器(4)是夏克
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哈特曼传感器或剪切干涉传感器，用于被测波前的探测。3.根据权利要求1所述的一种用于高分辨力光学成像系统的波像差标定装置，其特征在于：所述随机球(3)包括透明的小球及所述小球的支撑装置。4.一种用于高分辨力光学成像系统的波像差标定方法，所述方法利用权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：李建科，全海洋，金川，刘俊伯，王建，胡松，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：