可见光移相点衍射干涉仪的空气扰动误差分析

　　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，目前的极紫外光刻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要小于 0.2 nm rms, 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。 日本 Nikon 公司设计的可见光移相点衍射干涉仪[1]一方面利用小孔衍射形成的近似理想的球面波作为参考光，解除了参考元件的限制;另一方面在干涉仪中引入了移相，这样可以消除或者有效抑制部分误差源对测量精度的影响[2]。 以上两个方面的设计为可见光移相点衍射干涉仪实现超高精度的检测提供了可能性。

        对于移相干涉仪[3-4]来说，其测量误差只有很少一部分来自干涉仪本身，并且干涉仪本身的误差大多数可以通过优秀的移相算法进行抑制， 例如 Hariharan五步算法、Carre 算法、Schwiders 算法、Stoilov 算法、最小二乘法、非定步长相移算法[5]等，真正影响移相干涉仪检测精度的主要误差是来自周围的环境， 如周围环境的振动[6]、空气扰动[7]等。 文中的可见光移相点衍射干涉仪是非共光路干涉仪，由于待测非球面反射镜曲率半径较大，导致干涉腔腔长较长，环境误差对测量精度的影响是不容忽视的，且由于可见光移相点衍射干涉仪的超高检测精度使得干涉仪对环境误差的控制要求就更为严格。

　　环境误差会严重影响测量的精度， 则对可见光移相点衍射移相干涉仪的工作环境进行有效的控制就有着极为重要的意义。 在过去的几十年内，人们对环境误差中的振动误差的研究已经基本成熟， 而较为复杂的空气扰动误差还很少有人进行系统的量化研究。 文中将采用新的移相算法———十三步算法和传统五步算法对比分析空气扰动误差对可见光移相　　点衍射干涉仪测量精度的影响，在验证新算法优越性的同时给出最终实现 0.1 nm rms 超高检测精度需要达到的工作环境控制参数; 并在现有的实验条件下，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对比测试。

　　1 可见光移相点衍射干涉仪的工作原理及移相算法

　　可见光移相点衍射干涉仪[8]的结构如图 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，测试波和参考波干涉后在 CCD 光电接收器形成干涉图像， 被检光学元件放在一个压电陶瓷(PZT)驱动器上 ，被检光学元件可以通过 PZT 进行移动，从而改变测试光和参考光之间的位相差，最终由移相算法求解出待测相位。