發(fā)布時間：2017-10-30 00:26

  本文關(guān)鍵詞：高精度點(diǎn)衍射干涉儀球面面形檢測系統(tǒng)優(yōu)化及分析研究

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【摘要】：在高精度的光學(xué)加工和裝調(diào)過程中,相應(yīng)的高精度檢測技術(shù)具有著重要的輔助和保障作用。在眾多的光學(xué)檢測方法中,點(diǎn)衍射干涉檢測技術(shù)作為一種可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)于亞納米級檢測精度的技術(shù)手段,成為了最具發(fā)展?jié)摿Φ母呔葯z測方法之一。其中,針孔型點(diǎn)衍射干涉儀,由于其可較為便利的建立不同工作波段的在線檢測裝置,以及獲得大數(shù)值孔徑的高精度參考波前,因此已成為高精度光學(xué)檢測領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。由于國內(nèi)在相應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域的研究水平仍相對滯后,因此,為了建立能夠滿足當(dāng)前國內(nèi)光刻技術(shù)發(fā)展對于檢測技術(shù)所提出的新要求的高精度檢測裝備,特別是為了滿足對于在光學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的球面鏡的高精度面形檢測需求,本論文在已有工作的基礎(chǔ)上,針對在建立高精度的針孔點(diǎn)衍射干涉儀球面面形檢測系統(tǒng)過程中遇到的影響系統(tǒng)檢測能力的關(guān)鍵問題進(jìn)行了相關(guān)分析和優(yōu)化。本論文研究的內(nèi)容主要包括：論述了點(diǎn)衍射干涉檢測技術(shù)作為一種極具潛力的高精度光學(xué)檢測技術(shù)在現(xiàn)代光學(xué)加工及裝調(diào)中的重要保障作用。綜合國內(nèi)外關(guān)于點(diǎn)衍射干涉技術(shù),特別是用于極紫外光刻投影物鏡檢測等高精度檢測領(lǐng)域的點(diǎn)衍射干涉儀的研究進(jìn)展情況,提出了開展關(guān)于建立可用于球面面形高精度檢測的針孔點(diǎn)衍射干涉系統(tǒng)的相關(guān)研究的必要性。介紹了搭建的針孔型點(diǎn)衍射球面面形干涉檢測系統(tǒng)的光路布局及整體系統(tǒng)方案。對影響系統(tǒng)檢測精度的各類誤差進(jìn)行了討論,對本論文前期開展的工作進(jìn)行了總結(jié),并提出了需要進(jìn)一步優(yōu)化的方向。建立了用于針孔衍射波前分析的時域有限差分(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)三維仿真模型,應(yīng)用矢量衍射理論分析了顯微物鏡的數(shù)值孔徑及所攜帶的像差對針孔的衍射波前質(zhì)量的影響,為實(shí)際衍射針孔直徑設(shè)計,顯微物鏡的選型等提供了參考依據(jù),從而保證建立的點(diǎn)衍射系統(tǒng)可以滿足一定數(shù)值孔徑范圍內(nèi)的高精度球面面形檢測要求。針對點(diǎn)衍射球面面形干涉檢測系統(tǒng)在對大數(shù)值孔徑球面進(jìn)行檢測時遇到的系統(tǒng)誤差增大的問題,應(yīng)用仿真建模的方法對導(dǎo)致誤差增大的原因及影響這一誤差的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了分析,提出了一種對稱側(cè)檢測誤差校正(Systematic Positon Aberration Cancellation, SPAC)方法,并對該方法的有效性進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。針對點(diǎn)衍射球面面形干涉檢測系統(tǒng)在對低反射率球面進(jìn)行檢測時因干涉圖對比度不佳而檢測精度受限的問題,通過引入偏振器件的方法,設(shè)計了干涉圖對比度可調(diào)的點(diǎn)衍射球面面形檢測系統(tǒng),對其實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行了介紹。對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真建模,并對其中的關(guān)鍵元件的加工參數(shù)和局部位置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。進(jìn)行了系統(tǒng)誤差分析并提出了相應(yīng)的基于復(fù)原模型優(yōu)化計算的誤差校正方法。搭建了可以進(jìn)行大數(shù)值孔徑球面面形檢測和可以實(shí)現(xiàn)干涉條紋對比度可調(diào)的高精度點(diǎn)衍射球面面形干涉檢測系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置。以ZYGO干涉儀作為比對實(shí)驗(yàn),設(shè)計了三組點(diǎn)衍射系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對本文的研究內(nèi)容進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。應(yīng)用不同參數(shù)的顯微物鏡及針孔構(gòu)建的點(diǎn)衍射系統(tǒng)對同一待測球面進(jìn)行檢測,選出了最佳的顯微物鏡和針孔組合；進(jìn)行了對數(shù)值孔徑0.5的大數(shù)值孔徑球面的面形檢測實(shí)驗(yàn),在應(yīng)用本文提出的相應(yīng)誤差校正方法的基礎(chǔ)上,得到的檢測誤差PV值小于0.010λ,RMS值小于0.00102；分別應(yīng)用進(jìn)行了對比度可調(diào)優(yōu)化前后的點(diǎn)衍射干涉系統(tǒng)對反射率為96%和4%的球面進(jìn)行了面形檢測,實(shí)驗(yàn)表明這一優(yōu)化成功提高了點(diǎn)衍射系統(tǒng)對低反射率球面的檢測精度,使點(diǎn)衍射系統(tǒng)對不同反射率球面的檢測均實(shí)現(xiàn)了檢測誤差PV值優(yōu)于0.010λ、RMS值優(yōu)于0.00103,的面形檢測精度。
【關(guān)鍵詞】：點(diǎn)衍射干涉儀 針孔衍射 球面面形檢測 時域有限差分算法 衍射波前質(zhì)量 大數(shù)值孔徑 對比度可調(diào)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O436.1;TH744.3
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-20
• 1 緒論20-40
• 1.1 研究背景20-22
• 1.2 國內(nèi)外點(diǎn)衍射干涉技術(shù)研究歷程及進(jìn)展22-35
• 1.2.1 點(diǎn)衍射干涉技術(shù)研究歷程概述22-24
• 1.2.2 光纖點(diǎn)衍射干涉儀24-30
• 1.2.3 共路型針孔點(diǎn)衍射干涉儀30-34
• 1.2.4 針孔點(diǎn)衍射干涉面形檢測系統(tǒng)34-35
• 1.3 本論文的主要研究內(nèi)容和完成的工作35-37
• 1.4 本論文的主要創(chuàng)新點(diǎn)37-40
• 2 高精度點(diǎn)衍射球面面形干涉檢測技術(shù)概述40-52
• 2.1 高精度點(diǎn)衍射球面面形干涉檢測系統(tǒng)布局及原理40-42
• 2.2 影響系統(tǒng)檢測精度的主要誤差42-50
• 2.2.1 影響針孔衍射波前質(zhì)量的關(guān)鍵元件及其參數(shù)43-47
• 2.2.2 其他影響系統(tǒng)檢測精度的誤差47-50
• 2.3 本章小結(jié)50-52
• 3 照明顯微物鏡像差對針孔衍射波前質(zhì)量的影響分析52-74
• 3.1 照明顯微物鏡的聚焦光場分布分析52-62
• 3.1.1 顯微物鏡聚焦光場分布的矢量衍射分析53-55
• 3.1.2 帶像差聚焦物鏡的焦點(diǎn)光波場分析55-62
• 3.2 基于時域有限差分算法的針孔衍射波前質(zhì)量分析62-64
• 3.2.1 基于FDTD算法的針孔衍射波前仿真流程62-63
• 3.2.2 基于FDTD算法的針孔衍射波前仿真模型63-64
• 3.3 照明顯微物鏡不同像差對針孔衍射波前質(zhì)量的影響64-73
• 3.3.1 針孔衍射波前的強(qiáng)度分析64-67
• 3.3.2 針孔衍射波前的相位分布67-73
• 3.4 本章小結(jié)73-74
• 4 大數(shù)值孔徑球面面形的點(diǎn)衍射檢測中的布局幾何系統(tǒng)誤差分析74-88
• 4.1 系統(tǒng)布局特性引入的幾何系統(tǒng)誤差74-78
• 4.2 基于仿真的布局幾何系統(tǒng)誤差分析78-83
• 4.2.1 布局特性引入的系統(tǒng)波像差的主要成分分析78-80
• 4.2.2 檢測數(shù)值孔徑對布局幾何系統(tǒng)誤差的影響80-81
• 4.2.3 橫向偏移量對布局幾何系統(tǒng)誤差的影響81-83
• 4.3 對稱側(cè)檢測SPAC誤差差校正方法83-87
• 4.3.1 SPAC誤差校正原理及過程83-85
• 4.3.2 SPAC誤差校正方法的計算機(jī)仿真驗(yàn)證85-87
• 4.4 本章小結(jié)87-88
• 5 高精度點(diǎn)衍射球面面形檢測系統(tǒng)對比度可調(diào)技術(shù)88-112
• 5.1 基于偏振技術(shù)的點(diǎn)衍射干涉儀對比度調(diào)整原理88-91
• 5.2 檢測路真零級四分之一波片引入系統(tǒng)誤差的分析91-99
• 5.2.1 偏振膜層引入誤差的分析92-98
• 5.2.2 波片玻璃基底引入誤差的分析98-99
• 5.3 檢測路四分之一波片的玻璃基底參數(shù)和布局設(shè)計99-105
• 5.3.1 參數(shù)設(shè)計100-101
• 5.3.2 布局設(shè)計101-102
• 5.3.3 定位誤差引入的波前誤差102-105
• 5.4 檢測路四分之一波片引入的系統(tǒng)誤差消除方法105-109
• 5.4.1 波片引入誤差的校正處理過程106-107
• 5.4.2 校正方法的仿真驗(yàn)證107-109
• 5.5 本章小結(jié)109-112
• 6 高精度點(diǎn)衍射系統(tǒng)的球面面形檢測實(shí)驗(yàn)112-132
• 6.1 高精度點(diǎn)衍射球面面形檢測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)112-116
• 6.1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)布局112-115
• 6.1.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)體系115-116
• 6.2 照明顯微物鏡像差對點(diǎn)衍射面形檢測的影響116-122
• 6.2.1 點(diǎn)衍射系統(tǒng)實(shí)際使用的顯微物鏡對應(yīng)的衍射波前的評價116-118
• 6.2.2 應(yīng)用不同顯微物鏡及針孔構(gòu)建的點(diǎn)衍射系統(tǒng)的面形檢測實(shí)驗(yàn)比較118-122
• 6.3 大數(shù)值孔徑球面面形檢測實(shí)驗(yàn)122-126
• 6.3.1 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計及其流程122-124
• 6.3.2 大數(shù)值孔徑球面面形檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果及SPAC誤差校正方法驗(yàn)證124-126
• 6.4 高精度點(diǎn)衍射球面面形檢測系統(tǒng)的對比度調(diào)整實(shí)驗(yàn)126-130
• 6.4.1 干涉條紋對比度調(diào)整效果實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證126-127
• 6.4.2 對比度可調(diào)的點(diǎn)衍球面射面形檢測系統(tǒng)的球面檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果127-130
• 6.5 本章小結(jié)130-132
• 7 總結(jié)與展望132-136
• 7.1 本文工作總結(jié)132-133
• 7.2 本論文的主要創(chuàng)新點(diǎn)133-134
• 7.3 未來工作展望134-136
• 參考文獻(xiàn)136-144
• 作者簡歷144-145

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本文編號：1115324