專利名稱：光學(xué)面形的檢測裝置及光學(xué)面形的檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)面形檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種七步絕對(duì)測量光學(xué)檢測方法及實(shí)現(xiàn)裝置。
背景技術(shù)：
高精度干涉儀表面測量變得越來越重要，不但在傳統(tǒng)的光學(xué)制造領(lǐng)域，而且在像 光盤面或者半導(dǎo)體晶體面這樣的新領(lǐng)域。PV值在亞納米范圍的檢測精度要求越來越多。隨 著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是近代大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷提高，對(duì)系統(tǒng) 的精度要求日益提高。在光刻系統(tǒng)中，越來越短的波長要求要求我們使用更高精度的光刻 物鏡。在這之前我們需要更高精度的檢測技術(shù)來滿足加工及系統(tǒng)集成的需要。光學(xué)面形高 精度檢測技術(shù)是國家重大專項(xiàng)極大規(guī)模集成電路及成套設(shè)備制造工藝中關(guān)鍵技術(shù)之一。Schulz和Schwider描述了三平面互檢絕對(duì)平面測量法這種精確的干涉方式，在 這種傳統(tǒng)的三平面方式中，平面是成對(duì)比較的。通過旋轉(zhuǎn)平面，沿著一些平面直徑的方向的 面形偏差可以求出。具有更多平面測量和更多旋轉(zhuǎn)的方法也緊接著被提出。這些方法都包 含了大量的最小二乘計(jì)算。美國亞利桑那大學(xué)的Chiayu Ai和James C. Wyant提出了采用奇偶函數(shù)法的面形 絕對(duì)測量技術(shù)，這種方法不包含最小二乘計(jì)算，大大的簡化了計(jì)算量。通過將面形分解為奇 偶函數(shù)的方法同樣可以用面形檢測常用的zernike多項(xiàng)式來證明。傳統(tǒng)的六步絕對(duì)測量平面檢測技術(shù)，如圖8示出傳統(tǒng)的六步絕對(duì)測量方法裝置， 其中包括一個(gè)激光光源la，一個(gè)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)3a、4a，一個(gè)半透半反鏡2a，第一待測平面的 正面5a，一個(gè)PZT移相器6產(chǎn)生移相，第二待測平面的正面7a，一個(gè)會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)8a，一個(gè) CCD9a，一個(gè)計(jì)算機(jī)10a。檢測方法如圖9示出傳統(tǒng)的六步絕對(duì)測量方法測量步驟，具體如下(1)測量第一待測平面和第二待測平面的正面的光程差.(2)將第一待測平面沿初始位置旋轉(zhuǎn)180度，測量第一待測平面正面和第二待測 平面的正面的光程差。(3)將第一待測平面沿初始位置旋轉(zhuǎn)90度，測量第一待測平面正面和第二待測平 面的正面的光程差。(4)將第一待測平面沿初始位置旋轉(zhuǎn)45度，測量第一待測平面正面和第二待測平 面的正面的光程差。(5)用第三待測平面代替第二待測平面的位置，測量第一待測平面正面和第三待 測平面的正面的光程差。(6)用第二待測平面代替第一待測平面的位置，測量第二待測平面正面和第三待 測平面的正面得光程差。根據(jù)測量結(jié)果計(jì)算出第一待測平面，第二待測平面，第三待測平面。傳統(tǒng)技術(shù)由于主要對(duì)第一待測平面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。第一待測平面旋轉(zhuǎn)過程中的角度旋轉(zhuǎn)誤差會(huì)產(chǎn)生較大影響。由于現(xiàn)在的六維角度旋轉(zhuǎn)平臺(tái)精度大約在10微弧度至1毫弧度 左右，而角度測量的精度遠(yuǎn)高于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的角度旋轉(zhuǎn)精度。所以根據(jù)角度測量的結(jié)果可以 知道旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的角度旋轉(zhuǎn)誤差，根據(jù)這個(gè)誤差可以重新修正算法，從而提高測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種檢測光學(xué)面形裝置及光學(xué)面 形的檢測方法，以實(shí)現(xiàn)PV值nm級(jí)光學(xué)面形檢測精度要求，提高了系統(tǒng)對(duì)角度旋轉(zhuǎn)誤差的抑 制能力。為達(dá)成所述目的，本發(fā)明提供一種光學(xué)面形的檢測裝置，包括一個(gè)激光器，用于發(fā)出激光作為照明光源；一個(gè)半透半反鏡，用于將激光器發(fā)出的激光透射以后作為照明光，將干涉以后的 測試光反射；一個(gè)準(zhǔn)直光學(xué)單元，用于將激光器發(fā)射的激光形成均勻的照明區(qū)域；兩個(gè)夾持架，將第一待測平面鏡和第二待測平面鏡分別固定在上面；一個(gè)移相器，由計(jì)算機(jī)控制，用于產(chǎn)生移相；一個(gè)角度測量單元，用于測量兩個(gè)夾持架上的第一待測平面鏡和第二待測平面鏡 之間的角度誤差；所述第一待測平面鏡具有第一待測平面，所述第二待測平面鏡具有第二 待測平面；一個(gè)平面成像單元，用于生成與第一待測平面的χ軸方向和第二待測平面的X軸 方向一致的干涉測試光；一個(gè)會(huì)聚光學(xué)單元，用于將干涉后的測試光投射到CCD探測器上。為達(dá)成所述目的，本發(fā)明提供一種使用光學(xué)面形檢測裝置的光學(xué)面形的檢測方 法，所述光學(xué)面形的檢測方法采用絕對(duì)測量法，是利用三個(gè)平面鏡互檢的方式，把斐索干涉 儀的系統(tǒng)誤差同時(shí)測量出來，具體檢測步驟如下步驟Sl 設(shè)三個(gè)待測平面鏡為第一待測平面鏡、第二待測平面鏡、第三待測平面 鏡及設(shè)有與之對(duì)應(yīng)的第一待測平面、第二待測平面和第三待測平面；將第一待測平面鏡放 在第二夾持架中，將第二待測平面鏡放在第一夾持架中，使第一待測平面對(duì)著第二待測平 面，將第一待測平面與第二待測平面相對(duì)放置并標(biāo)記此時(shí)兩待測平面在X，y軸方向上的位 置信息，定義這時(shí)為第一待測平面的初始位置，測量第一待測平面和第二待測平面的光程 差激光器發(fā)出的光經(jīng)半透半反鏡，再經(jīng)準(zhǔn)直光學(xué)單元，光線照射到第二待測平面鏡的第二 待測平面上反射形成參考光，光線透射過第二待測平面鏡，照射到第一待測平面鏡的第一 待測平面上反射與上述的參考光干涉形成測試光，測試光通過準(zhǔn)直光學(xué)單元會(huì)聚到CCD探 測器上形成干涉圖案，CXD探測器記錄后經(jīng)由計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)并處理，通過移相器進(jìn)行移相后記 錄不同的干涉圖，干涉圖經(jīng)數(shù)據(jù)處理后解出光程差信息為M1 = A+Bx,其中A表示第一待測平面的面形信息，B表示第二待測平面的面形信息；第一待測 平面和第二待測平面為坐標(biāo)X，y的函數(shù)，A = A(x, y),B = B(x, y) 表示第一次干涉測 量的第一待測平面和第二待測平面的光程差；設(shè)定第一待測平面上χ軸方向?yàn)檎较?，?以第二待測平面在第一夾持架上相當(dāng)于沿y軸方向χ軸的反轉(zhuǎn)表示為Bx = B(-χ, y)；
步驟S2 接著將第一待測平面鏡從步驟Sl在第二夾持架上所在的初始位置順時(shí) 針旋轉(zhuǎn)180度，第二待測平面位置保持不變，這時(shí)測量第一待測平面和第二待測平面的光 程差由于夾持架有旋轉(zhuǎn)誤差，利用角度測量單元測量第一待測平面此時(shí)相對(duì)于步驟Sl所 在位置的角度值，然后減去180度得到步驟S2的角度旋轉(zhuǎn)誤差記為Δ θ 1 ;M2 = A180" +ΔΘ1+ΒΧ,式中A18tr +Δ 01表示第一待測平面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180+Δ θ 1度后的面形信息，Bx表示 第二待測平面沿y軸方向，χ軸反轉(zhuǎn)后的面形信息；M2表示第一待測平面從步驟Sl所在位 置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180+Δ θ 1度以后與第二待測平面發(fā)生干涉后的光程差；步驟S3 將第一待測平面從步驟S2的位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，第二待測平面位置 保持不變，這時(shí)第一待測平面相當(dāng)于從步驟Sl的初始位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，測量第一待測 平面和第二待測平面的光程差由于夾持架有旋轉(zhuǎn)誤差，測量第一待測平面相對(duì)于步驟Sl 所在位置的角度值，然后減去90度得到步驟S3的角度旋轉(zhuǎn)誤差記為Δ θ 2，M3 = Α90° +ΔΘ2+Βχ,式中A9tr +Δ 02表示第一待測平面從步驟Sl順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90° +Δ θ 2度后的面形 信息，Bx表示第二待測平面沿y軸方向，χ軸反轉(zhuǎn)后的面形信息；M3表示第一待測平面旋轉(zhuǎn) 90° +Δ θ 2度以后與第二待測平面干涉后的光程差；步驟S4 將第一待測平面從步驟S3的位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，第二待測平面位置 保持不變；這時(shí)第一待測平面相當(dāng)于從步驟Sl的初始位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，測量第一待測 平面和第二待測平面的光程差由于夾持架有旋轉(zhuǎn)誤差，測量第一待測平面相對(duì)于步驟Sl 所在位置的角度值，然后減去45度即為步驟S4的角度旋轉(zhuǎn)誤差記為Δ θ 3 ;M4 = A45" +ΔΘ3+Βχ,式中A4" +Δ 03表示第一待測平面從步驟Sl順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45° +Δ θ 3以后的面形 信息，Bx表示第二待測平面沿y軸方向，χ軸反轉(zhuǎn)后的面形信息；M4表示第一待測平面旋轉(zhuǎn) 45° +Δ θ 3度以后與第二待測平面干涉后的光程差；步驟S5 將第一待測平面從步驟S4的位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至步驟Sl時(shí)的初始位置； 將第二待測平面鏡從第一夾持架上取下，將第三待測平面鏡放置在第一夾持架，使第一待 測平面對(duì)著第三待測平面；測量第一待測平面和第三待測平面的光程差由于夾持架有旋 轉(zhuǎn)誤差，測量第一待測平面相對(duì)于步驟Sl初始位置時(shí)的角度誤差記為△ Θ4;M5 = Αδ m+Cx,其中，ΑΔ04表示，從步驟S4位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至步驟Sl時(shí)的初始位置帶有Δ Θ4角 度誤差時(shí)的面形信息；Cx表示第三待測平面沿y軸方向，χ軸反轉(zhuǎn)后的面形信息；M5表示第 一待測平面旋轉(zhuǎn)至步驟Sl初始位置并帶有Δ θ 4角度誤差后與第三待測平面干涉后的光 程差；步驟S6 將第一待測平面鏡從第二夾持架上取下，將第二待測平面鏡放置在第 二夾持架；使第二待測平面對(duì)著第三待測平面，測量第二待測平面和第三待測平面的光程 差；M6 = B+Cx,其中，B表示第二待測平面的面形信息，Cx表示第三待測平面沿y軸方向，χ軸反 轉(zhuǎn)后的面形信息；M6表示第二待測平面和第三待測平面干涉后的光程差；
步驟S7 將第三待測平面鏡從第一夾持架上取下，將第一待測平面鏡放置在第一 夾持架；這時(shí)在第一夾持架和第二夾持架中間放置一個(gè)平面成像單元，使第一夾持架上第 一待測平面和平面成像單元的相鄰面保持平行，平面成像單元和第二夾持架上的第二待測 平面的相鄰面保持平行；測量此時(shí)第一待測平面和第二待測平面的光程差測量第一待測 平面和第二待測平面相對(duì)于步驟Sl初始位置標(biāo)記時(shí)的角度誤差記為△ Θ5;M7 = Αδ Θ5+Β,其中，ΑΔ 05表示，測量第一待測平面相對(duì)于步驟Sl初始位置標(biāo)記Δ θ 5角度誤 差時(shí)的面形信息；B表示第二待測平面的面形信息；Μ7表示第一待測平面相對(duì)于初始位置 Δ θ 5角度誤差時(shí)和第二待測平面的光程差；步驟S8 根據(jù)記錄的光程差信息M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7,和記錄的角度誤差信息 Δ θ 1，Δ θ 2，Δ θ 3，Δ θ 4，Δ θ 5，使用計(jì)算機(jī)解出第一待測平面的面形信息Α，第二待測 平面的面形信息B、第三待測平面的面形信息C。本發(fā)明的有益效果利用絕對(duì)測量平面檢測技術(shù)、角度檢測，本發(fā)明通過增加一次 測量第一待測平面和通過一次鏡像反轉(zhuǎn)的第二待測平面之間的光程差并探測旋轉(zhuǎn)時(shí)角度 旋轉(zhuǎn)誤差，使得算法對(duì)于角度旋轉(zhuǎn)誤差的抑制能力增強(qiáng)，適合于采用旋轉(zhuǎn)的絕對(duì)測量干涉 測量系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)高精度光學(xué)面形檢測。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明不含平面成像單元的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明光學(xué)面形的檢測方法過程；圖4為本發(fā)明光學(xué)面形的檢測方法過程流程圖；圖5待測平面鏡的待測面示意圖；圖6第一待測平面和第二待測平面發(fā)生干涉示意圖；圖7增加平面成像系統(tǒng)后第一待測平面和第二待測平面χ方向一致時(shí)發(fā)生干涉示 意圖；圖8為傳統(tǒng)的六步絕對(duì)測量方法的裝置；圖9為傳統(tǒng)的六步絕對(duì)測量方法測量步驟；圖10a、圖IOb及圖IOc為本發(fā)明的Zernike擬合仿真圖像；圖11a、圖lib及圖Ilc為本發(fā)明的假定一定角度誤差的仿真結(jié)果與原面形的差值 圖；圖12a、圖12b及圖12c為同樣角度誤差下，傳統(tǒng)六步絕對(duì)測量方法的仿真結(jié)果與 原面形的差值圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1表示本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，由激光器1、半透半反鏡2、準(zhǔn)直光學(xué)單元3 和4、第一夾持架5、移相器6、平面成像單元7、第二夾持架8、角度測量單元9、會(huì)聚光學(xué)單元10、CXD探測器11、計(jì)算機(jī)12組成。激光器1，用于發(fā)出激光作為光源；一個(gè)準(zhǔn)直光學(xué)單 元3和4，用于將激光器1發(fā)出的光進(jìn)行準(zhǔn)直，將激光器發(fā)射的激光形成均勻的照明區(qū)域； 一個(gè)半透半反鏡2(或分光鏡)，用于將激光器1發(fā)出的激光經(jīng)透射以后照射到夾持架5上 的待測面作為照明光，將干涉以后的測試光反射；一個(gè)移相器6，由計(jì)算機(jī)12控制，用于產(chǎn) 生移相；一個(gè)會(huì)聚光學(xué)單元10，用于將干涉后的測試光成像到CXD探測器11上。一個(gè)角度 測量單元9，用于測量位于第一夾持架5上的透鏡和位于第二夾持架8上的透鏡之間的角度 誤差；一個(gè)平面成像單元7，如圖7示出增加平面成像單元后第一待測平面的χ方向和第二 待測平面的χ方向一致時(shí)發(fā)生干涉示意圖，用于生成與第一待測平面出射光的方向和第二 待測平面出射光的方向一致時(shí)干涉的測試光；在步驟S1-S6時(shí)采用圖2所示的測量裝置，這時(shí)可以用計(jì)算機(jī)12控制將平面成像 單元7自動(dòng)移除兩個(gè)夾持架中間。激光器1發(fā)射激光作為光源，經(jīng)過半透半反鏡2，準(zhǔn)直光 學(xué)單元3和4產(chǎn)生照明光。第一夾持架5上的待測面和第二夾持架8上的待測面產(chǎn)生干涉。 干涉光經(jīng)光路返回后經(jīng)過半透半反鏡2再由會(huì)聚光學(xué)單元10收集到CXD探測器11接收， 傳送到計(jì)算機(jī)12中來計(jì)算光程差。移相器6，由計(jì)算機(jī)12控制，用來產(chǎn)生移相。角度測量 單元9，用來測量第一夾持架5上待測面和第二夾持架8上待測面的角度差。激光器1放置 在半透半反鏡2和準(zhǔn)直光學(xué)單元3和4的前焦點(diǎn)上。經(jīng)過準(zhǔn)直光學(xué)單元3和4的光近似為 平行光，第一夾持架5上的待測面放置在準(zhǔn)直光學(xué)單元3和4的后面，光軸中心對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)直光 學(xué)單元和半透半反鏡2中心。第二夾持架8上待測面放置在第一夾持架5上透鏡后面，平 行于第一夾持架5上透鏡。移相器6和第一夾持架5連接，用于控制第一夾持架5上待測 面的移相。在測量步驟S7時(shí)采用圖1所示的測量裝置，這時(shí)可以用計(jì)算機(jī)12控制將平面成 像單元自動(dòng)插入兩個(gè)夾持架中間。光器1發(fā)射激光作為光源，經(jīng)過半透半反鏡2，準(zhǔn)直光學(xué) 單元3和4產(chǎn)生照明光。第一夾持架5上的第一待測平面鏡和第二夾持架8上的第二待測 平面鏡的待測面的反射光產(chǎn)生干涉。干涉光經(jīng)光路返回后經(jīng)過半透半反鏡2再由會(huì)聚光學(xué) 單元10收集到CXD探測器11接收，傳送到計(jì)算機(jī)12中來計(jì)算光程差。移相器6，用來產(chǎn)生 移相。角度測量單元9，用來測量第一夾持架5上的第一待測平面鏡和第二夾持架8上的 第二待測平面鏡的角度差。激光器1放置在半透半反鏡2和準(zhǔn)直光學(xué)單元3和4的前焦點(diǎn) 上。經(jīng)過準(zhǔn)直光學(xué)單元3和4的光近似為平行光，第一夾持架5上第一待測平面放置在準(zhǔn) 直光學(xué)單元3和4的后面，光軸中心對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)直光學(xué)單元和半透半反鏡2中心。平面成像系 統(tǒng)7放置在第一夾持架5上第一待測平面和第二夾持架8上第二待測平面中間，平面成像 單元7的面平行于第一待測平面和第二待測平面。移相器6和第一夾持架5連接，用于控 制第一夾持架5上第一待測平面的移相。圖3為本發(fā)明光學(xué)面形的檢測方法過程，其中描述了圖4步驟S1-S7發(fā)生干涉的 兩個(gè)平面待測面相互位置關(guān)系的示意圖；圖5描述了本發(fā)明待測平面鏡示意圖。圖4示出本發(fā)明光學(xué)面形的檢測方法過程流程圖，具體步驟如下步驟Sl 這個(gè)測量方法是面形的絕對(duì)測量法，采用三平面互檢的方式，把斐索干 涉儀待測面的面形誤差同時(shí)測量出來，從而提高測量精度。對(duì)于平面鏡，如圖5所示，需要 測量的面定義為待測平面，三個(gè)待測平面鏡的待測平面分別編號(hào)為第一待測平面，第二待 測平面，第三待測平面，第一待測平面鏡放在第二夾持架8，第二待測平面鏡放在第一夾持架5，第二待測平面對(duì)著第一待測平面。在第一待測平面和第二待測平面上標(biāo)記此時(shí)，平面 x，y軸方向的位置信息。定義這時(shí)為第一待測平面的初始位置。測量第一待測平面和第二 待測平面的光程差。激光器1發(fā)出的光經(jīng)半透半反鏡2，再經(jīng)準(zhǔn)直光學(xué)單元3和4，光線照 射到第一夾持架5上第二待測平面反射形成參考光，光線透射過第一夾持架5上第二待測 平面，照射到第二夾持架8上第一待測平面反射并與上述參考光干涉形成測試光，第一夾 持架5上第二待測平面和第二夾持架8上第一待測平面干涉后的測試光，通過準(zhǔn)直光學(xué)單 元3，4和會(huì)聚光學(xué)單元10會(huì)聚到CXD探測器11上形成干涉圖案。CXD探測器11記錄后經(jīng) 由計(jì)算機(jī)12存儲(chǔ)并處理。移相器6和第一夾持架5連接，用于控制第一夾持架5上第二待 測平面的移相，產(chǎn)生多幅干涉圖。干涉圖形經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可以解出光程差信息。M1 = A+Bx,A表示第一待測平面的面形信息，B表示第二待測平面的面形信息。在這里，A，B 為坐標(biāo)X，y的函數(shù)。A = A(x，y)，B = B(x，y)，其中M1表示第一次干涉測量的第一待測平 面和第二待測平面的光程差，如圖6示出第一待測平面和第二待測平面發(fā)生干涉測量時(shí)兩 個(gè)平面的相互位置關(guān)系。定義第一待測平面χ軸方向?yàn)檎较?，在第一待測平面面對(duì)第二 待測平面時(shí)，第二待測平面相當(dāng)于沿y軸方向χ軸反轉(zhuǎn)，Bx = B(-x, y)；步驟S2 接著將第一待測平面從步驟Sl所在的初始位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180度，第二 待測平面位置保持不變。這時(shí)測量第一待測平面和第二待測平面的光程差。由于夾持架有 旋轉(zhuǎn)誤差，用角度測量單元9，測量第一待測平面此時(shí)相對(duì)于步驟Sl所在初始位置的角度 值，然后減去180度即為步驟S2的角度旋轉(zhuǎn)誤差，記為Δ θ 1。M2 = A180" +δθ1+Βχ,式中A18tr +Δ “表示第一待測平面從步驟Sl所在的初始位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 180+Δ θ 1度后的面形信息，Bx表示第二待測平面沿y軸方向，χ軸反轉(zhuǎn)后的面形信息。M2 表示第一待測平面從步驟Sl所在的初始位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180+Δ θ 1度以后與第二待測平 面發(fā)生干涉后的光程差，如圖3所示。步驟S3 將第一待測平面從步驟S2的位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，第二待測平面位置 保持不變。這時(shí)第一待測平面相當(dāng)于從步驟Sl的初始位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度。測量第一待 測平面和第二待測平面的光程差。由于夾持架有旋轉(zhuǎn)誤差，測量第一待測平面相對(duì)于步驟 Sl所在初始位置的角度值，然后減去90度即為步驟S3的角度旋轉(zhuǎn)誤差，記為Δ Θ2:M3 = Α90° +ΔΘ2+Βχ,式中A9tr +Δ 02表示第一待測平面從步驟Sl初始位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90° +Δ θ 2度 后的面形信息，Bx表示第二待測平面沿y軸方向，χ軸反轉(zhuǎn)后的面形信息。M3表示第一待測 平面旋轉(zhuǎn)90° +Δ θ 2度以后與第二待測平面干涉后的光程差，如圖3所示。步驟S4 將第一待測平面從步驟S3的位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，第二待測平面位置 保持不變。這時(shí)第一待測平面相當(dāng)于從步驟Sl的初始位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度。測量第一待 測平面和第二待測平面的光程差。測量第一待測平面相對(duì)于步驟Sl所在位置的角度值，然 后減去45度即為步驟S4的角度旋轉(zhuǎn)誤差，記為Δ θ 3。M4 = A45" +ΔΘ3+Βχ,式中Α45。+Δ 03表示第一待測平面從步驟Sl初始位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45° +Δ θ3以 后的面形信息，Bx表示第二待測平面沿y軸方向，χ軸反轉(zhuǎn)后的面形信息。M4表示第一待測平面旋轉(zhuǎn)45° +Δ θ 3度以后與第二待測平面干涉后的光程差，如圖3所示。步驟S5 將第一待測平面從步驟S4的位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至步驟Sl時(shí)的初始位置。 將第二待測平面鏡從第一夾持架5取下，將第三待測平面鏡放置在第一夾持架5上，使第一 待測平面對(duì)著第三待測平面。測量第一待測平面和第三待測平面的光程差。測量第一待測 平面相對(duì)于步驟Sl位置時(shí)的角度誤差，記為Δ θ 4。M5 = Αδ m+Cx,其中，ΑΔ 04表示，從步驟S4位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至步驟S 1時(shí)的初始位置并帶有Δ Θ4 角度誤差的面形信息。Cx表示第三待測平面沿y軸方向，χ軸反轉(zhuǎn)后的面形信息。M5表示 第一待測平面旋轉(zhuǎn)置步驟Sl初始位置并帶有Δ θ 4角度誤差后與第三待測平面干涉后的 光程差，如圖3所示。步驟S6 將第一待測平面鏡從第二夾持架8取下，將第二待測平面放置鏡在第二 夾持架8上，使第二待測平面對(duì)著第三待測平面。測量第二待測平面和第三待測平面的光 程差。M6 = B+Cx,其中，B表示第二待測平面的面形信息，Cx表示第三待測平面沿y軸方向，χ軸反 轉(zhuǎn)后的面形信息。M6表示第二待測平面和第三待測平面的光程差，如圖3所示。步驟S7 將第三待測平面鏡從第一夾持架5取下，將第一待測平面鏡放置在第一 夾持架5，這時(shí)在第一夾持架5后面插入一個(gè)平面成像系統(tǒng)單元7，平面成像系統(tǒng)單元7放 置在第一夾持架5上第一待測平面和第二夾持架8上第二待測平面中間，平面成像單元的 面平行于第一待測平面和第二待測平面。測量此時(shí)第一待測平面和第二待測平面的光程 差。如圖7所示為將第一待測平面的χ軸方向和第二待測平面的χ軸方向一致時(shí)干涉測量 示意圖。測量第一待測平面和第二待測平面相對(duì)于步驟Sl初始位置標(biāo)記時(shí)的角度誤差，記 為 Δ θ 5。M7 = Αδ Θ5+Β,其中，ΑΔ 05表示，測量第一待測平面相對(duì)于步驟Sl位置標(biāo)記Δ θ 5角度誤差時(shí)的 面形信息。B表示第二待測平面的面形信息。M7表示第一待測平面和第二待測平面的光程差。步驟S8 根據(jù)記錄的光程差信息，M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7,和記錄的角度誤差信息 Δ θ 1，Δ θ 2，Δ θ 3，Δ θ 4，Δ θ 5，使用計(jì)算機(jī)來解出第一待測平面、第二待測平面、第三 待測平面的面形信息。七步絕對(duì)測量光學(xué)檢測方法及實(shí)現(xiàn)裝置中的步驟S7，增加一個(gè)平面成像單元來產(chǎn) 生Α+Β的測量結(jié)果Μ7 = ΑΔ05+Β，并且測量出角度誤差Δ θ5。根據(jù)數(shù)學(xué)原理。在笛卡爾坐標(biāo)系中，一個(gè)連續(xù)函數(shù)F(x，y)可以表示為奇奇函數(shù)， 偶偶函數(shù)，奇偶函數(shù)，偶奇函數(shù)的和。F(x,y) = Fee+F。。+F。e+Fe。，其中χ，y表示采用笛卡爾坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸X，y坐標(biāo)，ee表示是偶偶分量，oo表示 是奇奇分量，oe表示是奇偶分量，eo表示是偶奇分量。其中根據(jù)奇偶函數(shù)的性質(zhì)，
權(quán)利要求
一種光學(xué)面形的檢測裝置，其特征在于，包括一個(gè)激光器，用于發(fā)出激光作為照明光源；一個(gè)半透半反鏡，用于將激光器發(fā)出的激光透射以后作為照明光，將干涉以后的測試光反射；一個(gè)準(zhǔn)直光學(xué)單元，用于將激光器發(fā)射的激光形成均勻的照明區(qū)域；兩個(gè)夾持架，將第一待測平面鏡和第二待測平面鏡分別固定在上面；一個(gè)移相器，由計(jì)算機(jī)控制，用于產(chǎn)生移相；一個(gè)角度測量單元，用于測量兩個(gè)夾持架上的第一待測平面鏡和第二待測平面鏡之間的角度誤差；所述第一待測平面鏡具有第一待測平面，所述第二待測平面鏡具有第二待測平面；一個(gè)平面成像單元，用于生成與第一待測平面的x軸方向和第二待測平面的x軸方向一致的干涉測試光；一個(gè)會(huì)聚光學(xué)單元，用于將干涉后的測試光投射到CCD探測器上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述光學(xué)面形的檢測裝置，其特征在于所述激光器可以使用可見 光，或是紫外光，或是深紫外光，或是極紫外光的單色光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述光學(xué)面形的檢測裝置，其特征在于所述半透半反鏡可以用棱 鏡制作，也可以用偏振鏡來實(shí)現(xiàn)光線的半透半反。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述光學(xué)面形的檢測方法，其特征在于所述平面成像單元，可以是 平面鏡，也可以是全反射棱鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述光學(xué)面形的檢測裝置，其特征在于所述夾持架為帶角度旋轉(zhuǎn) 的光學(xué)調(diào)整架，可以是5維光學(xué)調(diào)整架，或是6維光學(xué)調(diào)整架，或是8維光學(xué)調(diào)整架。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述光學(xué)面形的檢測裝置，其特征在于所述角度測量單元可以用 測角儀，或者是干涉、或是用衍射測量方法的測量裝置；角度測量時(shí)，首先標(biāo)記第一待測平 面在第二夾持架的初始位置，然后測量初始位置與第一待測平面從初始位置旋轉(zhuǎn)后的角度 差值。
7.一種使用權(quán)利要求1所述光學(xué)面形的檢測裝置的光學(xué)面形的檢測方法，其特征在 于所述光學(xué)面形的檢測方法采用絕對(duì)測量法，是利用三個(gè)平面鏡互檢的方式，把斐索干涉 儀的系統(tǒng)誤差同時(shí)測量出來，具體檢測步驟如下步驟Sl 設(shè)三個(gè)待測平面鏡為第一待測平面鏡、第二待測平面鏡、第三待測平面鏡及 設(shè)有與之對(duì)應(yīng)的第一待測平面、第二待測平面和第三待測平面；將第一待測平面鏡放在第 二夾持架中，將第二待測平面鏡放在第一夾持架中，使第一待測平面對(duì)著第二待測平面，將 第一待測平面與第二待測平面相對(duì)放置并標(biāo)記此時(shí)兩待測平面在X，y軸方向上的位置信 息，定義這時(shí)為第一待測平面的初始位置，測量第一待測平面和第二待測平面的光程差激 光器發(fā)出的光經(jīng)半透半反鏡，再經(jīng)準(zhǔn)直光學(xué)單元，光線照射到第二待測平面鏡的第二待測 平面上反射形成參考光，光線透射過第二待測平面鏡，照射到第一待測平面鏡的第一待測 平面上反射與上述的參考光干涉形成測試光，測試光通過準(zhǔn)直光學(xué)單元會(huì)聚到CCD探測器 上形成干涉圖案，CXD探測器記錄后經(jīng)由計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)并處理，通過移相器進(jìn)行移相后記錄不 同的干涉圖，干涉圖經(jīng)數(shù)據(jù)處理后解出光程差信息為M1 = A+Bx,其中A表示第一待測平面的面形信息，B表示第二待測平面的面形信息；第一待測平面 和第二待測平面為坐標(biāo)X，y的函數(shù)，A = A(x, y),B = B(x, y) 表示第一次干涉測量的 第一待測平面和第二待測平面的光程差；設(shè)定第一待測平面上χ軸方向?yàn)檎较颍缘?二待測平面在第一夾持架上相當(dāng)于沿y軸方向χ軸的反轉(zhuǎn)表示為Bx = B(-χ, y)；步驟S2 接著將第一待測平面鏡從步驟Sl在第二夾持架上所在的初始位置順時(shí)針旋 轉(zhuǎn)180度，第二待測平面位置保持不變，這時(shí)測量第一待測平面和第二待測平面的光程差 由于夾持架有旋轉(zhuǎn)誤差，利用角度測量單元測量第一待測平面此時(shí)相對(duì)于步驟Sl所在位 置的角度值，然后減去180度得到步驟S2的角度旋轉(zhuǎn)誤差記為Δ θ 1 ;M2 =廣 +ΔΘ1+βχ,式中A18tr +Δ 01表示第一待測平面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180+Δ θ 1度后的面形信息，Bx表示第二 待測平面沿y軸方向，χ軸反轉(zhuǎn)后的面形信息；M2表示第一待測平面從步驟Sl所在位置順 時(shí)針旋轉(zhuǎn)180+Δ θ 1度以后與第二待測平面發(fā)生干涉后的光程差；步驟S3 將第一待測平面從步驟S2的位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，第二待測平面位置保持 不變，這時(shí)第一待測平面相當(dāng)于從步驟Sl的初始位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，測量第一待測平面 和第二待測平面的光程差由于夾持架有旋轉(zhuǎn)誤差，測量第一待測平面相對(duì)于步驟Sl所在 位置的角度值，然后減去90度得到步驟S3的角度旋轉(zhuǎn)誤差記為Δ θ 2，M3 = A90" +ΔΘ2+βχ,式中A9tr +Δ 02表示第一待測平面從步驟Sl順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90° +Δ θ 2度后的面形信 息，Bx表示第二待測平面沿y軸方向，χ軸反轉(zhuǎn)后的面形信息；M3表示第一待測平面旋轉(zhuǎn) 90° +Δ θ 2度以后與第二待測平面干涉后的光程差；步驟S4 將第一待測平面從步驟S3的位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，第二待測平面位置保持 不變；這時(shí)第一待測平面相當(dāng)于從步驟Sl的初始位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，測量第一待測平面 和第二待測平面的光程差由于夾持架有旋轉(zhuǎn)誤差，測量第一待測平面相對(duì)于步驟Sl所在 位置的角度值，然后減去45度即為步驟S4的角度旋轉(zhuǎn)誤差記為Δ θ3;M4 = Α45。+ΔΘ3+Βχ,式中Α45。+Δ 03表示第一待測平面從步驟Sl順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45° +Δ θ 3以后的面形信 息，Bx表示第二待測平面沿y軸方向，χ軸反轉(zhuǎn)后的面形信息；M4表示第一待測平面旋轉(zhuǎn) 45° +Δ θ 3度以后與第二待測平面干涉后的光程差；步驟S5 將第一待測平面從步驟S4的位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至步驟Sl時(shí)的初始位置；將第 二待測平面鏡從第一夾持架上取下，將第三待測平面鏡放置在第一夾持架，使第一待測平 面對(duì)著第三待測平面；測量第一待測平面和第三待測平面的光程差由于夾持架有旋轉(zhuǎn)誤 差，測量第一待測平面相對(duì)于步驟Sl初始位置時(shí)的角度誤差記為△ Θ4;M5 = ΑΔΘ4+0χ,其中，ΑΔ 04表示，從步驟S4位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至步驟Sl時(shí)的初始位置帶有Δ θ 4角度 誤差時(shí)的面形信息；Cx表示第三待測平面沿y軸方向，χ軸反轉(zhuǎn)后的面形信息；M5表示第一 待測平面旋轉(zhuǎn)至步驟Sl初始位置并帶有Δ θ 4角度誤差后與第三待測平面干涉后的光程 差；步驟S6 將第一待測平面鏡從第二夾持架上取下，將第二待測平面鏡放置在第二夾持 架；使第二待測平面對(duì)著第三待測平面，測量第二待測平面和第三待測平面的光程差；其中，B表示第二待測平面的面形信息，Cx表示第三待測平面沿y軸方向，χ軸反轉(zhuǎn)后 的面形信息；M6表示第二待測平面和第三待測平面干涉后的光程差；步驟S7 將第三待測平面鏡從第一夾持架上取下，將第一待測平面鏡放置在第一夾持 架；這時(shí)在第一夾持架和第二夾持架中間放置一個(gè)平面成像單元，使第一夾持架上第一待 測平面和平面成像單元的相鄰面保持平行，平面成像單元和第二夾持架上的第二待測平面 的相鄰面保持平行；測量此時(shí)第一待測平面和第二待測平面的光程差測量第一待測平面 和第二待測平面相對(duì)于步驟Sl初始位置標(biāo)記時(shí)的角度誤差記為Δ θ 5 ； M7 = ΑΔΘ5+Β,其中，ΑΔ 05表示，測量第一待測平面相對(duì)于步驟Sl初始位置標(biāo)記Δ θ 5角度誤差時(shí)的 面形信息；B表示第二待測平面的面形信息；Μ7表示第一待測平面相對(duì)于初始位置△ θ 5角 度誤差時(shí)和第二待測平面的光程差；步驟S8:根據(jù)記錄的光程差信息M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7，和記錄的角度誤差信息Δ θ 1， Δ θ 2，Δ θ 3，Δ θ 4，Δ θ 5，使用計(jì)算機(jī)解出第一待測平面的面形信息Α，第二待測平面的 面形信息B、第三待測平面的面形信息C。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述光學(xué)面形的檢測方法，其特征在于所述第一待測平面的面形 信息Α、第二待測平面的面形信息B和第三待測平面的面形信息C表示如下
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述光學(xué)面形的檢測方法，其特征在于根據(jù)所述角度誤差測量結(jié) 果Δ θ 1，Δ θ 2，Δ θ 3，Δ θ 4，Δ θ 5對(duì)傳統(tǒng)的六步旋轉(zhuǎn)絕對(duì)測量算法進(jìn)行修正，具體如下 所述
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述光學(xué)面形的檢測方法，其特征在于根據(jù)所述角度誤差修正后 的結(jié)果M' 2，M' 3，M' 4，M' 5，計(jì)算第一待測平面的面形信息Α、第二待測平面的面形信B 和第三待測平面的面形信息C如下
全文摘要
本發(fā)明是光學(xué)面形的檢測裝置及光學(xué)面形的檢測方法，裝置激光器發(fā)射光經(jīng)半透半反鏡、準(zhǔn)直光學(xué)單元產(chǎn)生照明光，第一和第二夾持架上的待測面產(chǎn)生干涉光并經(jīng)光路返回后半透半反鏡再由會(huì)聚光學(xué)單元收集到CCD探測器；移相器用來產(chǎn)生移相；角度測量單元，用來測量第一和第二夾持架上待測面的角度差。方法把第一、第二待測平面分別放在第二、第一夾持架，干涉測量第一和第二待測平面之間的光程差；第一待測平面相對(duì)于初始位置旋轉(zhuǎn)一些特定角度并測量第一和第二待測平面之間的光程差，第一待測平面旋轉(zhuǎn)180度再將第三待測平面放在第一夾持架，測量第一和第三待測平面之間的光程差，用第二待測平面放在第二夾持架測量第二和三待測平面之間的光程差。
文檔編號(hào)G01B11/24GK101949690SQ20101026673
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者賈辛, 邢廷文 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所