可见光移相点衍射干涉仪的测试误差分析

    0 引 言

    极紫外光刻技术(EUVL)是建立在传统光刻基础上的下一代光刻技术， 它最大程度地继承了目前光学光刻的发展成果。一般来说，目前的 EUVL 投影物镜系统至少由 6 块非球面反射镜组成， 每一块镜子的面形误差 RMS 值要小于 0.2 nm^[1]，要检测如此高精度的光学元件，就需要更高精度的检测设备。 目前较先进的美国 Zygo 和 Wyko 公司的干涉仪产品一般都采用标准球面镜头来产生参考球面波， 但是由于光学加工和装配等影响， 导致参考球面波的像差都大于 λ/50，无法进一步减小，这就直接导致了当前干涉仪的检测精度只能达到 λ/20~λ/50(λ=632.8 nm),远远不能满足 EUVL 投影物镜的检测要求。 

    Raymond N. Smart 和 J. Strong 于 1972 年发明了点衍射干涉仪(PDI)，其借助小孔衍射^[2]产生的近似理想的球面波作为参考波， 消除了常规干涉仪参考波面误差的影响，大大地提高了检测精度。 随着光学检测要求的不断提高， 点衍射干涉仪正日益显现出其优点，并广泛应用于高精度光学检测中 为EUVL 投影物镜非球面反射镜的超高精度检测提供了可能性。

    PDI 虽然解决了参考球面波的问题 ， 但是 PDI中存在的一些误差源如探测器误差、 光源的不稳定误差、环境误差^[3]等仍旧限制着干涉仪的检测精度。除了选择较高性能指标的组件和特殊的实验环境外，将移相方式引入到 PDI 中，可以消除或者有效抑制以上误差源， 最终实现对 EUVL 投影物镜非球面反射镜的超高精度检测。

    相移干涉术从产生、发展到现在已有几十年的时间^[4-5]，期间产生了很多优秀的相移算法，如 Hariharan五步算法、Carre 算法、Schwiders 算法、Stoilov 算法、最小二乘法^[6]等，不同的算法对误差的抑制程度不同，最终对干涉仪检测精度的影响也不同，所以设计出优秀的相移算法对干涉仪检测精度的提高起着至关重要的作用。

    文中提出 了 一 种 新 的 算 法———十 三 步 移 相 算法，并利用该算法及传统五步算法分析、计算、比对了可见光移相点衍射干涉仪的测试误差对最终检测结果的影响。 在此基础上，利用所构建的实验装置，对采用两种不同算法时的可见光移相点衍射干涉仪的重复精度进行了对比测试。

    1 工作原理及移相算法

    可见光移相点衍射干涉仪的结构^[7]如图 1 所示，He-Ne 激光器发出的光经过聚焦透镜聚焦到小孔上，经小孔衍射形成一个近似理想的球面波，球面波的一部分作为参考光束， 另一部分光作为测试光束照射到被检光学元件上， 然后反射到小孔所在的反射面上，再度反射，这部分光包含被检光学元件的面形信息，测试光和参考光干涉后在 CCD 光电接收器形成干涉图像。 被检光学元件安置在压电陶瓷(PZT)驱动器上，通过移动 PZT，改变测试光和参考光之间的相位差，最终由移相算法求解出待测相位。