球面镜和平面镜面形误差的绝对检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种球面镜和平面镜面形误差的绝对检测方法，该方法具有高空间分 辨率和低噪声传递系数的特点，能够应用在球面和平面光学元件的面形误差高精度检测领 域，属于光学干设测量技术领域。
【背景技术】
[0002] 现代光刻技术要求光刻物镜系统中的平面、球面、非球面等光学元件的面形误差 均方根值达到亚纳米量级。光刻物镜系统对球面镜和平面镜的加工和检测技术提出了极高 的要求，而光学元件面形误差绝对检测技术是实现光学元件亚纳米加工精度的前提。同时， 非球面镜面形误差的高精度检测通常采用零位补偿技术，而球面镜和平面镜面形误差检测 是实现高精度零位补偿技术的基础。
[0003] 现有技术中，球面镜和平面镜面形误差的绝对检测技术主要有两类：旋转 平移法(H.Ichikawa,andT.Yamamoto,"Apparatusandmethodforwavefront absolutecalibrationandmethodofsYnthesizingwavefronts",U.S.patent 5, 982, 490 (1999))和平移剪切法化E.Bloemhof,"Absolutesurfacemetrolo巧bY differencingspatiallYshiftedmapsfromaphase-shiftinginterferometer",Opt. Lett. 35, 2346 (2010))。两种绝对检测技术均属于干设检测技术，都需要在多个位置对被检 镜面形误差进行相对检测，W通过波面重构算法分离被检镜面形误差和干设仪系统误差， 最终实现被检镜面形误差绝对检测。典型的旋转平移法需要在多个旋转角度位置和一个横 向平移位置检测被检镜面形误差。被检镜的大部分旋转非对称面形误差可通过该些旋转检 测结果确定。而被检镜的旋转对称面形误差和kN0项面形误差可通过求解横向平移检测 结果构成的有限差分方程组确定，求解差分方程组所采用的波面重构算法是基于Zern化e 多项式拟合技术，该技术只能表征波面的低空间频率信息。因此，传统的旋转平移绝对检测 技术无法高精度检测球面镜和平面镜面形误差的高频旋转对称项和kN0项。典型的横向 剪切法需要在原始位置和两个横向剪切位置检测被检镜面形误差。被检镜的全部面形误差 信息都可W通过求解由=个位置检测结果构成的差分方程组确定。求解差分方程组的波 面重构算法是基于最小二乘拟合法，该技术具有像素级空间分辨率。但是该波面重构算法 为了避免出现奇异解，通常需要平移检测时的平移量为1个像素，较小的平移量使得横向 剪切法的噪声传递系数较高。同时，被检镜在平移过程中如果倾斜发生变化，将引入二阶 Zernike项误差，即离焦和像散。综上所述，现有球面镜和平面镜面形误差的绝对检测方法 难W同时实现高分辨率和低噪声传递系数。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决现有球面镜和平面镜面形误差的绝对检测方法难W同时实现高 分辨率和低噪声传递系数的问题，提供了基于旋转和平移检测的绝对检测方法。
[0005] 本发明解决技术问题的方案是：
[0006] 球面镜和平面镜面形误差的绝对检测方法，其特征是，包括W下步骤：
[0007] 步骤一，利用干设仪对被检镜面形误差进行相对检测，W被检镜有效口径中屯、的 法线为转轴，利用转台旋转被检镜，在N个等间隔的旋转角度检测被检镜面形误差，其中 N> 1 ;每个旋转角度的干设仪检测结果为：
[000引 T Jx，y) = W Jx，y) +V(X，y)，（d) = 0, 2 31 /N，4 31 /N，…，2 31 (N-1)/脚，
[0009] 其中，4为旋转角度，W,(x，y)为被检镜面形误差，V(x，y)为干设仪系统误差， (x，y)是定义在干设仪探测器上的坐标；
[0010] 步骤二，将N个等间隔旋转角度的检测结果进行波面平均，得到平均波面f(x，.v);
[0011] 步骤S，将任意一个旋转角度的检测结果(X，y)与平均波面內束>，)进行波面相 减，得到相减波面：
[0012]
[0013] 其中，是面形误差的旋转非对称项，W?9 (x，y)是旋转非对称项中的 kN0 项；
[0014] 步骤四，W步骤S使用的旋转角度为起始位置，利用五维调整台分别沿着两个正 交方向平移被检镜，平移量大于或等于1个像素，然后调整被检镜X、Y方向倾斜和Z向平移 W满足干设检测要求，并检测被检镜面形误差；将平移前检测结果与平移后检测结果进行 波面相减，得到关于面形误差旋转对称项rym(x，y)和kN0项w?9 (X，y)的差分方程组：
[0015]
[0016] 其中，7；托_)，)是X方向平移后的检测结果，巧化y)是Y方向平移后的检测结果， S,和Sy是X和Y方向的平移量；
[0017] 步骤五，当平移量均为1个像素时，利用最小二乘拟合法求解差分方程组得 到胖5^-片7)+胖^ 9片7);当平移量3,>1个像素或3,>1个像素时，将波面分解为多 个互相交叉的子波面，使每个子波面对应的差分方程组平移量相当于1个像素，此时 每个子波面均可使用最小二乘拟合法进行波面重构，最后结合所有子波面构成波面 Wsym(x，y)+W'"*e(x，y);
[001引步骤六，将步骤；的重构波面巧r"Cr，y)-rW0(x，.v)和步骤五的重构波面 Wsym(x，y) (X，y)进行波面求和，即得到被检镜面形误差W* (X，y);检巧U结果T* (X，y)与 面形误差(X，y)进行波面相减，即得到干设仪系统误差V(x，y)。
[0019] 步骤五中所述平移量大于1个像素时的子波面划分方法为；干设仪探测器输出 波面可由一个MXM矩阵描述，令平移检测时在X方向平移量为P个像素，在Y方向平移 量为Q个像素；差分方程组设及的波面Q可划分为PXQ个子波面Qhg(p= 1，2，...P; q= 1，2，...Q);子波面Qp，。由原波面Q的第X列和第y行像素值组成，其中X= p,p+P,P+2P,…，y=q,q+Q,q+2Q,…；此时对于每个子波面的差分方程组而言，平移量均为 1个像素。
[0020] 球面镜和平面镜面形误差的绝对检测方法衍生的另一种绝对检测方法，其特征 是，被检镜无需旋转，只需在原始位置和两个正交平移位置进行面形误差检测，包括W下步 骤：
[002U 步骤一，利用干设仪及其上的参考镜对被检镜的面形误差进行相对检测，干设仪 检测结果T(x，y)为被检镜面形误差W(x，y)和干设仪系统误差V(x，y)的波面之和，其中(X，y)是定义在干设仪探测器上的坐标；
[002引步骤二，利用五维调整台在两个正交方向平移被检镜，平移量大于或等于1个像 素，然后调整被检镜X、Y方向倾斜与Z向平移W满足干设检测要求，得到X、Y方向平移后 的检测结果r(X，y)和r(X，y);将原始位置检测结果T(X，y)与平移后检测结果r(X，y)和 r(x，y)进行波面相减，得到关于被检镜面形误差W(x，y)的差分方程组：
[002引 W(X,y)-W(X-S"y) =T(X,y)-r(X,y)
[0024]W(X，y)-W(X，;y-Sy) =T(X，y)-r(X，y)，
[0025]其中，s济Sy是X和Y方向方向的平移量；
[0026] 步骤S，当平移量均为1个像素时，利用最小二乘拟合法求解差分方程组得到 W(X，y);当平移量s,> 1个像素或Sy> 1个像素时，将波面分解为多个互相交叉的子波面， 使每个子波面对应的差分方程组平移量相当于1个像素，此时每个子波面均可使用最小二 乘拟合法进行波面重构，最后结合所有子波面构成波面W(x，y);
[0027] 步骤四，检测结果T(x，y)与面形误差W(x，y)进行波面相减，得到系统误差 V(X，y)。
[002引步骤=中所述的平移量大于1个像素时的子波面划分方法为；干设仪探测器 输