[发明专利]一种三平面绝对测量光学面形的检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，涉及一种三平面绝对测量光学面形的检测装置及方法。

背景技术

高精度干涉仪表面测量变得越来越重要，不但在传统的光学制造领域，而且在像光盘面或者半导体晶体面这样的新领域。面形峰谷值PV在亚纳米范围的检测精度要求越来越多。随着现代工业和科学技术的飞速发展，特别是近代大规模集成电路技术的不断提高，对系统的精度要求日益提高。在光刻系统中，越来越短的波长要求我们使用更高精度的光刻物镜。在这之前我们需要更高精度的检测技术来满足加工及系统集成的需要。光学面形高精度检测技术是极大规模集成电路及成套设备制造工艺中关键技术之一。在高精度移相干涉仪中，主要测量参考面和待测面的相位差，测量结果既有待测面的面形误差，又有参考面的误差。移相干涉测量法的测量重复性精度非常高，但是测量的精度受限于参考面的精度。如果参考面的误差可以移除，整个干涉仪的测量精度就可以有较大提高。绝对测量方法就是在这种背景下提出的，通过在移相干涉法的基础上增加一定的操作，来移除参考面的误差，从而达到提高测量精度的目的。

最著名的绝对测量方法是三平面法，通过平面互检，旋转的方式，将三个平面的面形解出来。Schulz和Schwider描述了三平面互检绝对平面测量法这种精确的干涉方式，在这种传统的三平面方式中，平面是成对比较的。通过旋转平面，沿着一些平面直径的方向的面形偏差可以求出。具有更多平面测量和更多旋转的方法也紧接着被提出。这些方法都包含了大量的最小二乘计算。skip-test这种测量方式可以测试比干涉仪的孔径更大的平面，Ritchty-Common方式与这种方式类似，可以测量具有发散球面光束的面。由于数据简化的问题，这些方法都没有被广泛的使用。同时这些方法中有的使用了反函数，Zernike多项式和坐标变换来提取全孔径数据。自然地，匹配Zernike多项式限制了测量结果的带宽。通过测量平面旋转两个不同的角度，Kuchel设计了一种在Ritchey-Common测量方法基础上获得高分辨率数据的方法。

从轮廓测量到全孔径测量，在经典的三平面法的基础上衍生了许多方法。一种方法是旋转其中一个平面，通过增加角度旋转后的数据来解出面形结果，另一种方法是使用4步测量来匹配波前，通过求解Zerinke系数来解出面形。Chiayu Ai设计了一种基于对称性的测量方式。Mack结合了具有对称性原理四方位角测量位置的方法，这种方法可以匹配Zernike算法来分离到5θ项的平面或者球面的非旋转对称误差。Kuchel设计了一种通过将两个平面放入干涉仪中，通过选择不同的入射角来产生不同的角度测量结果，进而求出面形的方法。

美国亚利桑那大学的Chiayu Ai和James C.Wyant提出了采用奇偶函数法的面形绝对测量技术，这种方法不包含最小二乘计算，大大的简化了计算量。通过将面形分解为奇偶函数的方法同样可以用面形检测常用的zernike多项式来证明。

传统的六步绝对测量平面检测技术，如图9示出传统的六步绝对测量方法装置，其中包括一个激光光源1a，一个准直光学系统3a、4a，一个半透半反镜2a，第一待测平面的正面5a，一个PZT移相器6产生移相，第二待测平面的正面7a，一个会聚光学系统8a，一个CCD9a，一个计算机10a。

检测方法如图10示出传统的六步绝对测量方法测量步骤，具体如下：

(1)测量第一待测平面和第二待测平面的正面的光程差.

(2)将第一待测平面沿初始位置旋转180度，测量第一待测平面正面和第二待测平面的正面的光程差。

(3)将第一待测平面沿初始位置旋转90度，测量第一待测平面正面和第二待测平面的正面的光程差。

(4)将第一待测平面沿初始位置旋转45度，测量第一待测平面正面和第二待测平面的正面的光程差。

(5)用第三待测平面代替第二待测平面的位置，测量第一待测平面正面和第三待测平面的正面的光程差。

(6)用第二待测平面代替第一待测平面的位置，测量第二待测平面正面和第三待测平面的正面得光程差。

根据测量结果计算出第一待测平面，第二待测平面，第三待测平面。