点衍射干涉波前检测系统高精度误差校正技术研究

发布时间：2021-08-03 16:55

　　精密光学系统在航空航天、高端装备制造等高精尖领域广泛应用,对我国科技水平和综合国力发展有重要意义。光学元件作为光学系统的基础单元,其加工质量是制约系统性能的主要因素,因而对光学元件面形精度的检测要求越来越严格。以极紫外光刻机为例,要求投影光刻物镜中单个光学元件面形精度高达亚纳米量级,然而作为当前行业检测标准的ZYGO干涉仪的测量精度也只能达到λ/40（λ=632.8nm）。因此,点衍射干涉技术应运而生,其凭借微孔截面衍射产生近乎理想的球面参考波,打破了传统干涉方法中标准参考镜加工精度对系统检测精度的限制,从而在理论上有望实现亚纳米量级的面形测量精度。然而,该技术在实施中尚存在位相解调精度不高、低反镜光强对比度不足以及非共路干涉成像误差等问题,影响了其理论精度的实现。本文针对上述问题,进行了针孔点衍射干涉波前检测系统高精度误差校正研究。建立了点衍射干涉检测系统方案,对其中产生高质量点衍射球面波的针孔和纳米线波导的关键结构参数进行研究分析和优化设计。基于自编光线追迹程序建立点衍射干涉（Point Diffraction Interferometry,PDI）系统仿真模型,为下文系统优化的研... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：158 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?ＴＷＩＮＳＣＡＮＮＸＥ：３４００Ｂ极紫外光刻机设备外廓图［ｉａｍ４］??１??

浙江大学博士学位论文??以照明光波长Ａ为１３．５ｎｍ的Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ型物镜对１５０ｎｍ宽的线条成像为例，定量??分析物镜波像差对图像质量的影响［１５］。文献［１５］中利用ＺＥＭＡＸ软件仿真Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ型??物镜波像差对成像质量的影响。该物镜线性倍率系数为５ｘ，?ＮＡ为０．３，物方掩膜板大小??为３，ｘ３｜ｍ。图１．２绐出了投影物镜波像差ＲＭＳ在Ａ／３２到又／４之间对应的像面上的条纹??图和光强分布；图中显示在人／４波像差处，图像已完全消失；在ＨＭＳ为Ａ／１４时，图像对??比度（强度从最小值到最大值的比率）为０．５；在像差均方根ＲＭＳ小于Ａ／２４，图像对比度??不再依赖于波像差，而仅由投影物镜的ＮＡ决定。因而，对于投影光刻物镜系统波像差的??控制显得尤为紧迫。??１?丨丨??ＪＷＪ＼ｆ＼?［ＷＷ＼??图１．２目标在不同波像差情况下在像平面上的条纹图和截面光强分布图投影物镜照明光波长为??入＝１３．５ｎｍ。（ａ）波像差均方根值为?ＲＭＳ?＝?Ａ／３２；?（ｂ）ＲＭＳ?＝?Ａ／２４；?（ｃ）ＲＭＳ＝Ａ／１４；?（ｄ）ＲＭＳ?＝?Ａ／８；?（ｅ）??ＲＭＳ?＝?ｘ／４??根据Ｍａｒｅｓｈａｌ准则要获得接近衍射极限的分辨率，成像系统波像差必须满足??ＲＭＳｏｂｊ５Ａ／Ｍ?（Ａ为照明光波长），单个光学镜片的加工精度应为ＲＭＳｓｉｎｇｌｅ＾／（１４ｖ＾）?（Ｗ??为系统镜片数）。因而，对于常用的六镜反射式系统而言［１（）］，要求单个光学镜片的加工精??度不低于〇．４ｎｍ，同时也就要求每个镜片的表面加工误差ＲＭＳ值要小于０．２ｎｍ。因此，为??了保证复杂投影光刻物镜系统的整体成像质量，精密光学元件的加工精度要达

浙江大学博士学位论文??包层？?＼??人射波?導?Ｖ，’一、??ＩＨｖ，’??Ａｍ?????＿?苺场??彳一?Ｍ?一?ｔ前??ｊ■卜、、??针孔或光／?！，、；；＇：＿?、、、、、／??ｓＳｖ?７??图１．３点衍射波前产生结构示意图??１．２．２?点衍射波前质量评价方法及其研究进展??点衍射波前的质量评价指标主要包括衍射波前球面偏差和衍射球面波的强度均匀性??两个方面。衍射波前球面偏差是指衍射球面波相对标准球面波的偏差。强度均匀性指衍射??波前能量分布的最大值和最小值的比值。衍射波前球面偏差越小，衍射波前能量越强且分??布越均匀，则衍射波前质量越高，点衍射干涉仪检测精度越高。因此对点衍射波前的产生??进行准确的质量分析是设计和研制高精度点衍射干涉仪的保障。本节主要对点衍射波前质??量评价方法进行了总结，并对其理论分析和实验测量的研究进展进行了概述。??（１）点衍射波前质量评价方法??为了保证超高精度的点衍射球面波，首先需要使结构参数达到最优的设计。因而，对??点衍射波前的理论仿真分析和结构参数的优化设计就成为了产生高质量点衍射球面波的??前提和关键。已有诸多研究［３８４４］分析了点衍射波前质量，采用的方法主要分为两类：其一，??将衍射光产生的端面作为一个“光阑”来处理，利用标量衍射理论［４Ｋ４５Ｈ十算衍射波前，此??方法的优点在于计算速度快，占用内存少且容易实现，但是由于在波长量级尺度下光场的??矢量性不可忽略（光场与产生衍射光结构的相互作用形成的特定光场分布也会对衍射波产??生重要的影响），因而导致该标量方法无法得到精确的结果；其二，采用矢量衍射理论方??法，如：严格耦合波理论（Ｒｉｇ

【参考文献】：
期刊论文
[1]点衍射干涉检测技术[J]. 李瑶,杨甬英,王晨,陈元恺,陈晓钰.  中国光学. 2017(04)
[2]亚波长孔径光纤点衍射波前质量分析[J]. 陈茜茜,王道档,徐杨波,孔明,郭天太,赵军,朱保华.  光学学报. 2015(09)
[3]照明物镜数值孔径对微孔衍射波前质量影响分析[J]. 齐月静,卢增雄,杨光华,刘成涛,彭卓君.  中国激光. 2015(02)
[4]光纤相移点衍射干涉仪关键技术[J]. 张宇,金春水,马冬梅,王丽萍.  红外与激光工程. 2015(01)
[5]光纤点衍射干涉仪中球面参考源偏振控制系统的设计[J]. 代晓珂,金春水,王丽萍,于杰.  光学学报. 2014(11)
[6]点衍射干涉仪波面参考源误差及公差分析[J]. 代晓珂,金春水,于杰.  中国光学. 2014(05)
[7]不同对准误差下的小孔衍射波面误差分析[J]. 高芬,蒋庄德,李兵.  光学学报. 2014(08)
[8]点衍射干涉仪系统误差标定算法研究[J]. 蒋庄德,高芬,李兵.  机械工程学报. 2013(16)
[9]可见光三维针孔形状误差矢量衍射分析[J]. 许嘉俊,邢廷文.  光电工程. 2013(02)
[10]可见光移相点衍射干涉仪的空气扰动误差分析[J]. 张宇,金春水,马冬梅,王丽萍.  红外与激光工程. 2012(07)

博士论文
[1]高精度特种球面光学元件干涉检测关键技术研究[D]. 杨忠明.南京理工大学 2017
[2]高精度点衍射干涉仪球面面形检测系统优化及分析研究[D]. 陈晓钰.浙江大学 2016
[3]光学自由曲面子孔径拼接干涉检测技术[D]. 张磊.浙江大学 2016
[4]相移点衍射干涉仪深亚纳米精度参考波前研究[D]. 卢增雄.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[5]非球面非零位环形子孔径拼接干涉检测技术与系统研究[D]. 田超.浙江大学 2013
[6]极紫外光刻物镜系统波像差检测技术研究[D]. 张宇.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[7]高精度点衍射球面干涉检测技术及系统研究[D]. 王道档.浙江大学 2012
[8]相位干涉测量的信息理论分析[D]. 徐建程.中国工程物理研究院 2009

硕士论文
[1]光纤点衍射干涉仪波面参考源研究[D]. 代晓珂.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[2]点衍射干涉检测系统光学结构参数优化及误差分析研究[D]. 邵卫红.浙江大学 2014
[3]基于FDTD方法的点衍射理论建模及分析研究[D]. 陈琛.浙江大学 2012
[4]大口径光学元件表面疵病自动化检测系统关键问题讨论与研究[D]. 肖冰.浙江大学 2010
[5]高分辨率波前干涉检测技术研究[D]. 徐建程.中国工程物理研究院 2006



本文编号：3319984