[发明专利]光栅横向剪切干涉大数值孔径波前重建方法

说明书

一种光栅横向剪切干涉大数值孔径波前重建方法，该方法利用的光栅横向剪切干涉仪包括剪切光栅，二维光电探测器；该方法采用光学追迹法获得光栅横向剪切干涉仪在二维光电探测器探测面各个像素的剪切量；将每个像素的剪切量带入表示差分波前的差分多项式，采用最小二乘矩阵系数拟合方法求解待测波前的基函数系数，最后拟合待测波前。本发明解决了光栅横向剪切干涉仪大数值孔径波前检测时剪切量变化引入的重建误差问题，实现简单，精度高。

技术领域

本发明涉及一种横向剪切干涉波前重建，特别是一种基于光栅横向剪切干涉技术的大数值孔径波前重建方法。

背景技术

光栅横向剪切干涉仪是一种重要的波前像差(即波像差)检测方法，具有结构简单、不需要单独的参考波面、易实现共光路干涉、抗环境干扰等优点。在波前传感、高端光刻机像质检测等方面有着广泛应用。

光栅横向剪切干涉仪直接测得的波前结果不是待测波前本身，而是在剪切方向的差分波前，需要波前重建过程重建出待测波前；现有波前重建方法可以分为模式法和区域法两类。模式法将待测波前展开为一组基函数，通过差分波前求解基函数系数重建波前，模式法具有计算速度快，噪声免疫力强等优点。区域法通过最小二乘方法直接求解待测波前一系列离散点上的波前值，区域法相比模式法，具有更高的重建空间分辨率，但内存空间占用大，易受噪声干扰，重建步骤复杂。无论模式法或区域法波前重建方法，大部分已有技术研究并优化波前重建方法本身的性能及精度，而未与典型的剪切干涉仪结构配套，即波前重建方法是一个普遍适用的，而没有针对特定干涉仪结构优化波前重建性能；并且，一般均采用固定剪切量进行波前重建。

Ryan Miyakawa详细分析了光栅剪切干涉仪中的各种系统误差(参见在先技术1,Ryan H.Miyakawa,“Wavefront metrology for high resolution optical systems”.Thesis(Ph.D.)--University of California,Berkeley,2011)。Ryan Miyakawa提出当光栅剪切干涉应用于大数值孔径波前像差检测时，在波前数值孔径内，由于光栅对不同方向的入射光衍射角不同，不同角度的光线实际上具有不同的剪切量。对于高端投影光刻机投影物镜，其数值孔径已大于0.75，其波像差已小于1nm RMS，采用已有固定剪切量波前重建方法进行波前重建，由全数值孔径范围内剪切量的变化导致的波前重建误差已不可忽略。Ryan Miyakawa提出区域法波前重建方法解决该问题，但该方法具有一般区域法共有的问题，内存占用大，噪声敏感，并且该方法更为复杂；Ryan Miyakawa仅提出了一维区域法变剪切量波前重建方法，并且未考虑光栅基底、传输空间折射率变化、参与剪切干涉的级次等实际光栅剪切干涉仪中多种因素的影响。

差分Zernike多项式模式法波前重建方法具有重建精度高、计算简单的优点(参见在先技术2,F.Dai,F.Tang,X.Wang,O.Sasaki,and P.Feng,“Modal wavefrontreconstruction based on Zernike polynomials for lateral shearinginterferometry:comparisons of existing algorithms,”Appl.Opt.51,5028–5037,2012)，但是采用固定剪切量，不能解决光栅剪切干涉仪大NA测量时剪切量在全数值孔径范围内变化的问题。Li等人提出采用Taylor多项式等其他完备的非Zernike多项式基函数进行差分多项式重建，也可实现与差分Zernike多项式模式法波前重建方法等同的精度和优点(参见在先技术3,Jie Li,Feng Tang,Xiangzhao Wang,Fengzhao Dai,Peng Feng andSikun Li,“Wavefront reconstruction for lateral shearing interferometry basedon difference polynomial fitting”,Journal of Optics 17,2015)，但是该技术同样采用固定剪切量。

发明内容