本實用新型涉及光學(xué)測量
技術(shù)領(lǐng)域：
：，具體涉及一種采用夏克‐哈特曼法進行深紫外光學(xué)系統(tǒng)波像差的檢測裝置。
背景技術(shù)：
：：在科學(xué)研究領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域，工作于深紫外波段的光學(xué)系統(tǒng)起著越來越重要的作用，如半導(dǎo)體微光刻用的投影光學(xué)系統(tǒng)、半導(dǎo)體工業(yè)中所使用的觀察系統(tǒng)、微納結(jié)構(gòu)制造過程中所使用的紫外光學(xué)系統(tǒng)等等，這些工作在深紫外波段的光學(xué)系統(tǒng)通常要求具有極小的波像差(幾個納米量級)。因此，這些光學(xué)系統(tǒng)系統(tǒng)在加工、集成及工作的各個環(huán)節(jié)都要進行波像差檢測。深紫外光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測方法主要有基于光干涉原理和基于夏克‐哈特曼波前傳感器兩種方法?；诠飧缮嬖淼姆椒òㄑ苌湫偷狞c衍射干涉儀(PDI)和線衍射干涉儀(LDI)，剪切型的橫向剪切干涉儀(LSI)、雙光柵剪切干涉儀(DLSI)、交叉光柵剪切干涉儀(CGLSI)和數(shù)字泰伯干涉儀(DTI)。基于夏克‐哈特曼波前傳感器的方法主要是Nikon公司采用的iPot。美國專利US6975387、US6914665和文獻《PortablephasemeasuringinterferometerusingShack‐Hartmannmethod》(Proc.SPIE,2003,5038:726～732)給出了采用夏克‐哈特曼波前傳感器測量深紫外光刻物鏡波像差的裝置及測量方法，但是該裝置需要大數(shù)值孔徑的準(zhǔn)直物鏡，給波像差檢測帶來了困難。中國專利CN1016092668通過在掩模臺上集成主機和第一標(biāo)準(zhǔn)鏡，在硅片臺上集成第二標(biāo)準(zhǔn)鏡，有效克服了大數(shù)值孔徑準(zhǔn)直物鏡所帶來的困難，但該系統(tǒng)的能量利用率、信噪比、檢測精度都有待提高。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型提供了一種深紫外光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置，可以實現(xiàn)深紫外光學(xué)系統(tǒng)集成裝調(diào)過程中系統(tǒng)波像差的快速高精度檢測。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。本實用新型公開一種深紫外光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置，其特征在于，該裝置包括準(zhǔn)分子激光器(1)、能量控制器(2)、平凹柱透鏡(3)、平凸柱透鏡(4)、分束鏡(5)、能量探測器(6)、第一平面反射鏡(7)、衍射光學(xué)元件(8)、傅里葉透鏡(9)、第一準(zhǔn)直物鏡(10)、第一1/4波片(11)、第一1/2波片(12)、第二平面反射鏡(13)、第一聚焦物鏡(14)、小孔板(15)、第二準(zhǔn)直物鏡(16)、第二1/2波片(17)、偏振分光棱鏡(18)、第二1/4波片(19)、第二聚焦物鏡(20)、待測深紫外光學(xué)系統(tǒng)(21)、球面反射鏡(22)、第一中繼鏡(23)、第二中繼鏡(24)和夏克‐哈特曼波前傳感器(25)；其中，準(zhǔn)分子激光器(1)出射的狹長矩形光斑經(jīng)能量控制器(2)后得到能量大小適宜的矩形光斑，經(jīng)平凹柱透鏡(3)和平凸柱透鏡(4)后，成為方形光斑，方形光斑經(jīng)過分束鏡(5)后分成兩個部分，一部分經(jīng)分束鏡(5)反射后進入探測器(6)，另一部分透過分束鏡(5)后，通過第一平面反射鏡(7)反射，傳輸?shù)窖苌涔鈱W(xué)元件(8)，在傅里葉透鏡(9)的焦面上得到能量均勻分布的圓形光斑，該圓形光斑經(jīng)第一準(zhǔn)直物鏡(10)后成為平行光束，該平行光束分別經(jīng)過第一1/4波片(11)和第一1/2波片(12)后得到P偏振光，經(jīng)第二平面反射鏡(13)反射后，被第一聚焦物鏡(14)聚焦到小孔板(15)上，從小孔板(15)出射的波前經(jīng)第二準(zhǔn)直物鏡(16)準(zhǔn)直后，通過第二1/2波片(17)調(diào)整偏振方向，得到P偏振光，該P偏振光分別經(jīng)過偏振分光棱鏡(18)和第二1/4波片(19)后成為圓偏振光，經(jīng)過第二聚焦物鏡(20)聚焦后進入待測深紫外光學(xué)系統(tǒng)(21)，然后通過球面反射鏡(22)反射后再一次進入待測深紫外光學(xué)系統(tǒng)(21)，經(jīng)第二聚焦物鏡(20)和第二1/4波片(19)后成為S偏振光，S偏振光經(jīng)偏振分光棱鏡(18)反射后，進入第一中繼鏡(23)和第二中繼鏡(24)，最后在夏克‐哈特曼波前傳感器(25)的探測面上得到光斑陣列，由光斑陣列的位置信息計算得待測深紫外光學(xué)系統(tǒng)(21)的波像差信息。優(yōu)選地，所述衍射光學(xué)元件(8)在兩個正交方向上具有不同的發(fā)散角，用于將第一平面反射鏡(7)反射得到的能量分布不均勻的方形光斑轉(zhuǎn)換成能量分布均勻的圓形光斑。優(yōu)選地，所述傅里葉透鏡(9)的后焦面和第一準(zhǔn)直物鏡(10)的前焦面重合，且和第一聚焦物鏡(14)的后焦面共軛。優(yōu)選地，所述小孔板(15)位于第一聚焦物鏡(14)的后焦面上，小孔板(15)所在平面與第二聚焦物鏡(20)后焦面、夏克‐哈特曼波前傳感器(25)探測面共軛。優(yōu)選地，所述小孔板(15)是通過刻蝕介質(zhì)掩模上的介質(zhì)膜得到的，其激光損傷閾值可達3J/cm2。優(yōu)選地，所述小孔板(15)包括熔石英或氟化鈣基底(151)、在所述熔石英或氟化鈣基底(151)上交疊鍍制的多層低折射率材料(152)和多層高折射率材料(153)，其最外面一層是低折射率材料(152)，其厚度為工作波長的一半；所述小孔板(15)還包括小孔(154)，所述小孔(154)是通過刻蝕所述交疊鍍制的多層低折射率材料(152)和多層高折射率材料(153)形成的。優(yōu)選地，所述小孔板(15)上的小孔(154)，其直徑大小d根據(jù)下式確定：其中D為夏克‐哈特曼波前傳感器(25)中單個微透鏡元在探測面上得到的愛里斑直徑大小，fMLA為單個微透鏡元的焦距，fCOL為第二準(zhǔn)直物鏡(16)的前焦距大小。優(yōu)選地，所述第二聚焦物鏡(20)為像方遠心，其出瞳位置和待測深紫外光學(xué)系統(tǒng)(21)的入瞳位置重合。優(yōu)選地，所述球面反射鏡(22)，其數(shù)值孔徑比待測深紫外光學(xué)系統(tǒng)(21)的數(shù)值孔徑大，其表面鍍有深紫外波段專用的高反射膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供的深紫外光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置，通過在深紫外光學(xué)系統(tǒng)物面上放置共軛成像模塊及夏克‐哈特曼波前傳感器，在深紫外光學(xué)系統(tǒng)像面上放置球面反射鏡實現(xiàn)深紫外光學(xué)系統(tǒng)波像差的檢測。本實用新型通過一個兩個正交方向上具有不同的發(fā)散角的衍射光學(xué)元件便可實現(xiàn)準(zhǔn)分子激光的勻化，使到達夏克‐哈特曼波前傳感器探測面上的光斑更加的均勻；利用介質(zhì)掩膜上刻蝕小孔提高了小孔板的激光損傷閾值，極大提高了檢測系統(tǒng)的能量利用率，提高了檢測系統(tǒng)的信噪比。本實用新型的裝置有利于提高深紫外光學(xué)系統(tǒng)波像差的檢測精度，可以實現(xiàn)深紫外光學(xué)系統(tǒng)集成裝調(diào)過程中系統(tǒng)波像差的快速高精度檢測。附圖說明通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認為是對本實用新型的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：圖1為本實用新型所述的深紫外光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置的示意圖；圖2為本實用新型所述的深紫外光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置中小孔板的結(jié)構(gòu)圖；圖3為旋轉(zhuǎn)‐平移法標(biāo)定球面反射鏡面形誤差的原理示意圖，其中，圖3(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)分別為球面反射鏡(22)位于初始位置、旋轉(zhuǎn)45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°位置的示意圖，圖3(i)為球面反射鏡(22)相對初始位置平移s后的位置示意圖。附圖標(biāo)記說明深紫外光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置包括：1、準(zhǔn)分子激光器，2、能量控制器，3、平凹柱透鏡，4、平凸柱透鏡，5、分束鏡，6、能量探測器，7、第一平面反射鏡，8、衍射光學(xué)元件，9、傅里葉透鏡，10、第一準(zhǔn)直物鏡，11、第一1/4波片，12、第一1/2波片，13、第二平面反射鏡，14、第一聚焦物鏡，15、小孔板，16、第二準(zhǔn)直物鏡，17、第二1/2波片，18、偏振分光棱鏡，19、第二1/4波片，20、第二聚焦物鏡，21、待測深紫外光學(xué)系統(tǒng)，22、球面反射鏡，23、第一中繼鏡，24、第二中繼鏡，25、夏克‐哈特曼波前傳感器。小孔板15包括：151、熔石英或氟化鈣基底，152、低折射率材料，153、高折射率材料，154、小孔具體實施方式下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施方式，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施例進行詳細描述。如圖1所示，本實用新型所述的深紫外光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置包括準(zhǔn)分子激光器(1)、能量控制器(2)、平凹柱透鏡(3)、平凸柱透鏡(4)、分束鏡(5)、能量探測器(6)、第一平面反射鏡(7)、衍射光學(xué)元件(8)、傅里葉透鏡(9)、第一準(zhǔn)直物鏡(10)、第一1/4波片(11)、第一1/2波片(12)、第二平面反射鏡(13)、第一聚焦物鏡(14)、小孔板(15)、第二準(zhǔn)直物鏡(16)、第二1/2波片(17)、偏振分光棱鏡(18)、第二1/4波片(19)、第二聚焦物鏡(20)、待測深紫外光學(xué)系統(tǒng)(21)、球面反射鏡(22)、第一中繼鏡(23)、第二中繼鏡(24)和夏克‐哈特曼波前傳感器(25)。其中，準(zhǔn)分子激光器(1)出射的狹長矩形光斑經(jīng)能量控制器(2)后得到能量大小適宜的矩形光斑，經(jīng)平凹柱透鏡(3)和平凸柱透鏡(4)后，成為方形光斑，方形光斑經(jīng)過分束鏡(5)后分成兩個部分，一部分經(jīng)分束鏡(5)反射后進入探測器(6)，另一部分透過分束鏡(5)后，通過第一平面反射鏡(7)反射，傳輸?shù)窖苌涔鈱W(xué)元件(8)，在傅里葉透鏡(9)的焦面上得到能量均勻分布的圓形光斑，該圓形光斑經(jīng)第一準(zhǔn)直物鏡(10)后成為平行光束，該平行光束分別經(jīng)過第一1/4波片(11)和第一1/2波片(12)后得到P偏振光，經(jīng)第二平面反射鏡(13)反射后，被第一聚焦物鏡(14)聚焦到小孔板(15)上，從小孔板(15)出射的波前經(jīng)第二準(zhǔn)直物鏡(16)準(zhǔn)直后，通過第二1/2波片(17)調(diào)整偏振方向，得到P偏振光，該P偏振光分別經(jīng)過偏振分光棱鏡(18)和第二1/4波片(19)后成為圓偏振光，經(jīng)過第二聚焦物鏡(20)聚焦后進入待測深紫外光學(xué)系統(tǒng)(21)，然后通過球面反射鏡(22)反射后再一次進入待測深紫外光學(xué)系統(tǒng)(21)，經(jīng)第二聚焦物鏡(20)和第二1/4波片(19)后成為S偏振光，S偏振光經(jīng)偏振分光棱鏡(18)反射后，進入第一中繼鏡(23)和第二中繼鏡(24)，最后在夏克‐哈特曼波前傳感器(25)的探測面上得到光斑陣列，由光斑陣列的位置信息計算得待測深紫外光學(xué)系統(tǒng)(21)的波像差信息。上述衍射光學(xué)元件(8)在兩個正交方向上具有不同的發(fā)散角，能夠?qū)⒌谝黄矫娣瓷溏R(7)反射得到的能量分布不均勻的方形光斑轉(zhuǎn)換成能量分布均勻的圓形光斑。所述傅里葉透鏡(9)的后焦面和第一準(zhǔn)直物鏡(10)的前焦面重合，且和第一聚焦物鏡(14)的后焦面共軛。裝置中的第二聚焦物鏡(20)為像方遠心，其出瞳位置和待測深紫外光學(xué)系統(tǒng)(21)的入瞳位置重合。如圖2所示，為本實用新型所述的深紫外光學(xué)系統(tǒng)波像差檢測裝置中小孔板(15)的結(jié)構(gòu)圖。小孔板(15)是通過刻蝕介質(zhì)掩模上的介質(zhì)膜得到的，其激光損傷閾值可達3J/cm2。小孔板(15)由熔石英或氟化鈣基底(151)、低折射率材料(152)(如氟化鎂MgF2)、高折射率材料(153)(如氟化鑭LaF3)和小孔(154)組成，從所述熔石英或氟化鈣基底(151)上開始分別鍍制低折射率材料(152)、高折射率材料(153)、低折射率材料(152)、……、高折射率材料(153)、低折射率材料(152)，且最外面的一層低折射率材料(152)其厚度為工作波長的一半。所述小孔(154)是通過刻蝕低折射率材料(152)和高折射率材料(153)后形成的。小孔板(15)上的小孔(154)，其直徑大小d根據(jù)下式確定：其中D為夏克‐哈特曼波前傳感器(25)中單個微透鏡元在探測面上得到的愛里斑直徑大小，fMLA為單個微透鏡元的焦距，fCOL為第二準(zhǔn)直物鏡(16)的前焦距大小。該小孔板位于第一聚焦物鏡(14)的后焦面上，小孔板(15)所在平面與第二聚焦物鏡(20)后焦面、夏克‐哈特曼波前傳感器(25)探測面共軛。本實用新型裝置中的球面反射鏡(22)其數(shù)值孔徑比待測深紫外光學(xué)系統(tǒng)(21)的數(shù)值孔徑大，其表面鍍有深紫外波段專用的高反射膜。如圖3所示，為采用旋轉(zhuǎn)‐平移法進行球面反射鏡(22)面形誤差標(biāo)定的原理示意圖。其中圖3(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)和(h)分別為球面反射鏡(22)位于初始位置、旋轉(zhuǎn)45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°位置的情況，圖3(i)為球面反射鏡(22)相對初始位置平移s后的位置。具體標(biāo)定過程如下：設(shè)球面反射鏡(22)的面形誤差為F(x,y)，球面反射鏡(22)引起的波像差為W(x,y)，Wsym(x,y)和WAsym(x,y)分別表示球面反射鏡(22)波像差W(x,y)的旋轉(zhuǎn)對稱部分和非旋轉(zhuǎn)對稱部分，V(x,y)為除球面反射鏡(22)之外各部件的引起的像差。球面反射鏡(22)在初始位置、旋轉(zhuǎn)45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°位置及初始位置平移s時，通過夏克‐哈特曼波前傳感器(25)測得的波像差分別為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)，在這些位置處，球面反射鏡(22)引起的波像差為W0(x,y)、W45(x,y)、W90(x,y)、W135(x,y)、W180(x,y)、W225(x,y)、W270(x,y)和W315(x,y)及W(x‐s,y)，則有：W(x,y)＝WSym(x,y)+WAsym(x,y)(2)TShift(x,y)＝W0(x-s,y)+V(x,y)(4)取8次測量結(jié)果的平均值Γ(x,y)：式中W8Nθ(x,y)為波前W(x,y)中45°對稱部分。將T0(x,y)減去式(5)得：T0(x,y)-Γ(x,y)＝WAsym(x,y)-W8Nθ(x,y)(6)當(dāng)W8Nθ(x,y)很小時，由式(6)求得W(x,y)中的旋轉(zhuǎn)非對稱誤差WAsym(x,y)。將T0(x,y)減去式(4)得：通過迭代計算即得WSym(x,y)。再根據(jù)式(2)，即求得球面反射鏡(22)引起的波像差為W(x,y)，于是，球面反射鏡(22)引起的面形誤差F(x,y)為：利用本實用新型所述的裝置測量深紫外光學(xué)系統(tǒng)波像差的方法步驟如下：(1)、調(diào)整平凹柱透鏡(3)和平凸柱透鏡(4)的間距，使從平凸柱透鏡(4)后出射的光斑形狀為方形。(2)、旋轉(zhuǎn)衍射光學(xué)元件(8)，使得在傅里葉透鏡(9)的后焦面上獲得能量均勻分布的圓形光斑。(3)、調(diào)整第一聚焦物鏡(14)的位置，使從小孔板(15)出射的光束能量最大，調(diào)整小孔板(15)的位置，使其位于第二準(zhǔn)直物鏡(16)的后焦面上。(4)、旋轉(zhuǎn)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‐哈特曼波前傳感器(25)探測面上的能量最大。(5)、測量球面反射鏡(22)在初始位置、旋轉(zhuǎn)45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°位置及平移位置時的波前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)，計算球面反射鏡(22)的面形誤差F(x,y)。(6)、將球面反射鏡(22)放置于第二聚焦物鏡(20)下方，使球面反射鏡(22)的曲率中心和第二聚焦物鏡(20)的后焦點重合，測量球面反射鏡(22)在初始位置、旋轉(zhuǎn)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)，計算此時球面反射鏡(22)的面形誤差F′(x,y)，計算得系統(tǒng)誤差Wsystem為Wsystem(x,y)＝T′0(x,y)‐2F′(x,y)。(7)、計算待測深紫外光學(xué)系統(tǒng)(21)的波像差WPO為：WPO＝T0(x,y)‐Wsystem(x,y)‐2F(x,y)。(8)、移動第二聚焦物鏡(20)到待測深紫外光學(xué)系統(tǒng)(21)的其他視場點上，調(diào)整球面反射鏡(22)到相應(yīng)位置，重復(fù)步驟(7)，直到完成所有視場點處的波像差測量。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
：的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求所述的保護范圍為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁1 2 3 當(dāng)前第1頁1 2 3