CN102445280B - 一种用于小孔标定的检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于小孔标定的检测装置及方法，激光器发射的光经过滤波孔、聚光镜、空间滤波器、扩束镜、λ/2波片、λ/4波片、半透半反镜后分成两路光，第一路光经过衰减片、分束镜后经反射镜反射的光再经分束镜反射到第一小孔，第一小孔产生衍射球面波透射过分光镜；经过半透半反镜的第二路光经反射镜的光照射第二小孔，第二小孔产生的衍射球面波经分光镜反射后与第一小孔产生的衍射球面波发生干涉，干涉条纹经过聚光镜，再由光学探测器收集；并经过预定的更换操作解出三个小孔产生的衍射球面波的误差。本发明可以提高点衍射干涉仪的测量精度，降低高精度小孔的加工成本。
Description
技术领域
本发明属于光学检测技术领域，特别涉及一种用于小孔标定的检测装置及方法。
背景技术
高精度干涉仪表面测量变得越来越重要，不但在传统的光学制造领域，而且在像光盘面或者半导体晶体面这样的新领域。pv值在亚纳米范围的检测精度要求越来越多。随着现代工业和科学技术的飞速发展，特别是近代大规模集成电路技术的不断提高，对系统的精度要求日益提高。在光刻系统中，越来越短的波长要求要求我们使用更高精度的光刻物镜。在这之前我们需要更高精度的检测技术来满足加工及系统集成的需要。光学面形高精度检测技术是极大规模集成电路及成套设备制造工艺中关键技术之一。对于在纳米级的面形检测目前主要有采用绝对测量斐索光路的干涉法和点衍射干涉法两种。在斐索干涉仪的基础上应用绝对测量技术，可以移除斐索干涉仪参考面的误差，从而提高干涉仪的测量精度。点衍射干涉仪是利用小孔衍射产生标准参考球面波来进行干涉测量，另外点衍射干涉仪也可以结合绝对测量的方法，来移除小孔不理想造成的测量误差。
点衍射干涉仪(Point Diffraction Interferometer，PDI)的提出解决了高精度测量中参考面加工的难题，其主要特点在于不采用传统的参考面，而从波动光学的观点出发，利用小孔衍射来产生理想参考球面波，从而消除了参考面加工水平对测量精度的限制，使面向亚纳米量级的高精度测量成为可能。
1933年，W.Linnk首次提出可以用小孔衍射产生的理想球面波作为干涉仪的参考波面，形成了点衍射干涉仪理论的雏形，但由于受到当时技术水平的限制，并没有真正应用到测量上。1975年，R.N.Smartt和W.H.Steel在其发表的文章中正式阐述了点衍射干涉仪的原理及其应用，奠定了现代点衍射干涉仪发展的基础。他们所发明的点衍射干涉仪如图2所示，其主要部分是一个透过率为1％的薄膜，上面含有一个很小的针孔(pinhole)，较低的透过率是为了使两束光的光强接近。当会集的被测光经过薄膜平板时，透射的被测光除了能量下降之外，波面形状基本不发生变化；而在有像差的弥散斑区域，位于焦点附近的小孔发生衍射，产生了理想的标准球面波，成为测量中的参考光波，与透过的被测光波形成干涉条纹，通过分析干涉条纹的形状就可以得到被测波前的信息。这种干涉仪结构和原理非常简单，同时由于采用了共光路结构，环境因素的影响比较小；其缺点是光能利用率太低，同时不能进行移相测量，导致其精度很难得到提高。
1996年，美国劳伦斯-伯克利国家实验室的H.Medecki、E.Tejnil等人提出了移相点衍射干涉仪(Phase-shifting Point-diffraction interferometer，PS-PDI)的概念，即在点衍射干涉仪的基础上引入一个衍射光栅作为分光元件，并将像平面的半透明掩膜改为不透明掩膜，使得点衍射干涉仪性能获得了很大提高。图3表示了这种点衍射干涉仪的基本结构，当照明球面波入射到移相光栅之后形成了不同的衍射级次，它们经过被测系统后会聚到像平面的不同位置，在像面上放置一个空间滤波器，使得携带被测系统信息的零级衍射光经方孔直接通过，而一级衍射光经过小孔衍射滤波产生理想参考球面波，其他级次都被吸收，探测器(CCD)上得到的是这两束光的干涉条纹。当上下移动光栅时，两束光之间就会有位相差变化，这样就可以进行移相干涉测量。
为了不断满足对EUV(极紫外)光刻系统的测量要求，1996年以来，劳伦斯-伯克利国家实验室的研究者采用13.4nm的同步辐射光源成功研制了EUV相移点衍射干涉仪，其对EUV系统的RMS测量精度达到亚纳米量级，为极紫外光刻技术的发展扫清了障碍，测量装置如图4所示。
从上世纪末开始，日本研究者也开始了对点衍射干涉仪的研究。为了对EUV光刻系统进行检测，日本超先进电子技术研究协会(Association of Super-AdvancedElectronics Technology，ASET)和Nikon等公司对点衍射干涉仪进行了研究，其采用的一种点衍射干涉结构如图5所示。这种干涉仪采用一个具有小孔的反射板，小孔衍射球面波的一部分作为参考光波，而另一部分光经过被测面和反射面的两次反射，与参考光发生干涉。由于此结构不是共光路系统，所以对光源的相干性以及环境的稳定性要求很高，所有测量都要在隔振、充氦气的环境中完成。
从点衍射干涉仪的发展及使用原理可以看出，点衍射干涉仪是用小孔产生理想衍射球面波的原理进行测量，在实际应用中，小孔的加工成为难题，无论是电子束加工，原子束加工，离子束加工等加工工艺，对于纳米级的精度来说，很难加工出理想的小孔，小孔很难做到完美的圆度和光滑度。在本专利中，通过采用绝对测量的方法来对小孔产生的衍射球面波进行标定，测量结果就可以移除小孔圆度不高等引起的衍射球面波的误差，从而提高测量的精度，同时也可以降低小孔加工的成本。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于小孔标定的检测装置及方法，以实现提高点衍射干涉仪的测量精度，降低高精度小孔的加工成本。
为达成所述目的，本发明提供一种用于小孔标定的检测装置，包括：激光器、滤波孔、聚光镜、空间滤波器、扩束镜、λ/2波片、λ/4波片、半透半反镜、衰减片、分束镜、第一反射镜、第二反射镜、移相器、第一夹持架、第二夹持架、分光镜、会聚光学单元、CCD探测器、计算机。其中：滤波孔放置在激光器的出光口，聚光镜放置在滤波孔和空间滤波器中间，滤波孔放置的位置为物面位置，空间滤波器放置在像面位置；空间滤波器同时放置在扩束镜的前焦点，λ/2波片、λ/4波片、半透半反镜依次放置在扩束镜后面，其中滤波孔、聚光镜、空间滤波器、λ/2波片、λ/4波片、半透半反镜的中心都在同一光轴上，λ/2波片、λ/4波片平行于扩束镜；半透半反镜与光轴成45°角，衰减片与λ/4波片同一光轴，分束镜的中心在光轴上，与光轴成45°角，分束镜后面放置第一反射镜，第一反射镜与移相器相连；第一夹持架平行于光轴，第一夹持架的中心对准分束镜中心；分光镜的中心对准第一夹持架中心分光镜与光轴成45°角；第二反射镜的中心对准半透半反镜；第二夹持架的中心对准第二反射镜的中心，同时第二夹持架的中心对准分光镜中心；会聚光学单元中心对准分光镜中心；CCD放在会聚光学单元后面；计算机与CCD连接。
激光器，用于发出激光作为照明光源；
滤波孔，利用衍射效应用于将激光发出的光散射；
聚光镜，用于收集滤波孔发出的散射光；
空间滤波器，用于将聚光镜收集的光过滤掉杂散光；
扩束镜，用于将空间滤波器过滤的点光源的光变为平行光；
λ/2波片，用于旋转激光光源的偏振方向；
λ/4波片，用于和λ/2波片结合来调节产生圆偏振光；
半透半反镜，用于将圆偏振光分成两束光，一束透射，一束反射；
衰减片，用于改变光束的光强；
分束镜，用于光束传播方向控制，将经过衰减片的光透射，将经过反射镜反射的光反射；
第一反射镜以及第二反射镜，用于将光束反射，第一反射镜用来产生移相的效应，第二反射镜用于改变光的传播方向；
移相器，和第一反射镜相连，由计算机控制第一反射镜的移动，移相器产生移相；
第一夹持架以及第二夹持架，用于夹持小孔；
分光镜，用于将第一夹持架上的小孔产生的衍射球面波透射，将第二夹持架上的小孔产生的衍射球面波反射，这样第一夹持架上的小孔产生的衍射球面波和第二夹持架上的小孔产生的衍射球面波发生干涉产生干涉测试光；
会聚光学单元，用于将干涉后的测试光投射到CCD探测器上，第一夹持架上的小孔产生的衍射球面波和第二夹持架上的小孔产生的衍射球面波发生干涉产生干涉测试光会聚到CCD探测器上形成并记录干涉图案，计算机与CCD探测器连接，计算机存储并处理CCD探测器记录干涉图案。所述干涉图案包含了第一夹持架上的小孔和第二夹持架上的小孔的衍射球面波信息。通过对干涉图案的处理，可以分别标定出小孔的衍射球面波的误差信息。
为达成所述目的，本发明提供一种用于小孔标定的检测装置的检测方法，该小孔标定的方法采用的是绝对测量法，采用三小孔互检的方式，测量出来小孔衍射时产生的衍射球面波信息，用于提高测量精度；所述方法的检测步骤如下：
步骤S1：设三个待测小孔为第一待测小孔、第二待测小孔、第三待测小孔；将第一待测小孔放在第一夹持架中，将第二待测小孔放在第二夹持架中；装置激光器发射的光经过滤波孔，光束发散后经过一个聚光镜，聚光镜会聚光到一个空间滤波器，滤掉杂光，再经过一个扩束镜进行扩束，扩束过的激光经过一个λ/2波片，旋转激光的偏振方向，再通过一个λ/4波片将线偏振光转换为圆偏振光。圆偏振光经过一个半透半反镜分成两路光，第一路光经过一个衰减片对光强进行调节，经过调节的光经过一个分束镜，光透射过分束镜后经过第一反射镜，第一反射镜由移相器连接用于产生相位变化，第一反射镜反射的光经过分束镜反射到第一夹持架上的第一待测小孔，第一待测小孔产生一个衍射球面波透射过分光镜。经过半透半反镜的第二路光经过第二反射镜反射，反射光经过第二夹持架上的第二待测小孔，第二待测小孔产生的衍射球面波经过分光镜反射后与第一待测小孔产生的衍射球面波发生干涉，干涉条纹经过会聚光学单元会聚到CCD探测器上形成干涉图案，CCD探测器记录后经由计算机存储并处理，通过移相器进行移相后记录不同的干涉图，干涉图经数据处理后解出光程差信息为：
M1＝A+B
其中A表示第一夹持架上的第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，B表示第二夹持架上的第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M1表示为第一待测小孔产生的衍射球面波的面形和第二待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差；
步骤S2：将第二待测小孔从第二夹持架上取下，将第三待测小孔放置在第二夹持架；装置激光器发射的光经过滤波孔，光束发散后经过一个聚光镜，聚光镜会聚光到一个空间滤波器，滤掉杂光，再经过一个扩束镜进行扩束，扩束过的激光经过一个λ/2波片，旋转激光的偏振方向，再通过一个λ/4波片将线偏振光转换为圆偏振光。圆偏振光经过一个半透半反镜分成两路光，第一路光经过一个衰减片对光强进行调节，经过调节的光经过一个分束镜，光透射过分束镜后经过第一反射镜，第一反射镜由移相器连接用于产生相位变化，第一反射镜反射的光经过分束镜反射到第一夹持架上的第一待测小孔，第一待测小孔产生一个衍射球面波透射过分光镜。经过半透半反镜的第二路光经过第二反射镜反射，反射光经过第二夹持架上的第三待测小孔，第三待测小孔产生的衍射球面波经过分光镜反射后与第一待测小孔产生的衍射球面波发生干涉，干涉条纹经过会聚光学单元会聚到CCD探测器上形成干涉图案，CCD探测器记录后经由计算机存储并处理，通过移相器进行移相后记录不同的干涉图，干涉图经数据处理后解出光程差信息为：
M2＝A+C
其中A表示第一夹持架上的第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，C表示第二夹持架上的第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M2表示为第一待测小孔产生的衍射球面波的面形和第三待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差；
步骤S3：将第一待测小孔从第一夹持架上取下，将第二待测小孔放置在第一夹持架；装置激光器发射的光经过滤波孔，光束发散后经过一个聚光镜，聚光镜会聚光到一个空间滤波器，滤掉杂光，再经过一个扩束镜进行扩束，扩束过的激光经过一个λ/2波片，旋转激光的偏振方向，再通过一个λ/4波片将线偏振光转换为圆偏振光。圆偏振光经过一个半透半反镜分成两路光，第一路光经过一个衰减片对光强进行调节，经过调节的光经过一个分束镜，光透射过分束镜后经过第一反射镜，第一反射镜由移相器连接用于产生相位变化，第一反射镜反射的光经过分束镜反射到第一夹持架上的第二待测小孔，第二待测小孔产生一个衍射球面波透射过分光镜。经过半透半反镜的第二路光经过第二反射镜反射，反射光经过第二夹持架上的第三待测小孔，第三待测小孔产生的衍射球面波经过分光镜反射后与第二待测小孔产生的衍射球面波发生干涉，干涉条纹经过会聚光学单元会聚到CCD探测器上形成干涉图案，CCD探测器记录后经由计算机存储并处理，通过移相器进行移相后记录不同的干涉图，干涉图经数据处理后解出光程差信息为：
M3＝B+C
其中B表示第一夹持架上的第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，C表示第二夹持架上的第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M3表示为第二待测小孔产生的衍射球面波的面形和第二待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差；
步骤S4：根据记录的光程差信息M1，M2，M3，使用计算机解出第一待测小孔产生的衍射球面波的面形A，第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息B、第三小孔产生的衍射球面波的面形信息C。
本发明的有益效果：利用绝对测量的三面互检检测技术，本发明通过三个小孔两两相检，检测出小孔的衍射球面波面形，用于提高点衍射干涉仪的测量精度，适合于采用小孔衍射做参考面的测量系统，以实现高精度光学面形检测。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为现代点衍射干涉仪示意图；
图3为能进行移相测量的点衍射干涉仪；
图4点衍射干涉仪对EUV光学系统的测量；
图5日本尼康公司研制的点衍射干涉仪；
图6为本发明小孔标定的检测方法过程；
图7为本发明光学面形的检测方法过程流程图。
图中，激光器1、滤波孔2、聚光镜3、空间滤波器4、扩束镜5、λ/2波片6、λ/4波片7、半透半反镜8、衰减片9、分束镜10、第一反射镜11、移相器12、第一夹持架13、第二反射镜14、第二夹持架15、分光镜16、会聚光学单元17、CCD探测器18、计算机19。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1表示本发明装置的结构示意图，由激光器1、滤波孔2、聚光镜3、空间滤波器4、扩束镜5、λ/2波片6、λ/4波片7、半透半反镜8、衰减片9、分束镜10、第一反射镜11、第二反射镜14、移相器12、第一夹持架13、第二夹持架15、分光镜16、会聚光学单元17、CCD探测器18、计算机19。其中：滤波孔2放置在激光器1的出光口，聚光镜3放置在滤波孔2和空间滤波器4中间，滤波孔2放置的位置为物面位置，空间滤波器4放置在像面位置；空间滤波器4同时放置在扩束镜5的前焦点，λ/2波片6、λ/4波片7、半透半反镜8依次放置在扩束镜5后面，其中滤波孔2、聚光镜3、空间滤波器4、λ/2波片6、λ/4波片7、半透半反镜8的中心都在同一光轴上，λ/2波片6、λ/4波片7平行于扩束镜5；半透半反镜8与光轴成45°角，衰减片9与λ/4波片7同一光轴，分束镜5的中心在光轴上，与光轴成45°角，分束镜5后面放置第一反射镜11，第一反射镜11与移相器12相连；第一夹持架13平行于光轴，第一夹持架13的中心对准分束镜10中心；分光镜16的中心对准第一夹持架中心13，分光镜16与光轴成45°角；第二反射镜14的中心对准半透半反镜8；第二夹持架15的中心对准第二反射镜14的中心，同时第二夹持架15的中心对准分光镜16中心；会聚光学单元17中心对准分光镜16中心；CCD探测器18放在会聚光学单元17后面；计算机19与CCD探测器18连接。激光器1，用于发出激光作为照明光源；滤波孔2，利用衍射效应用于将激光发出的光散射；聚光镜3，用于收集滤波孔发出的散射光；空间滤波器4，用于将聚光镜收集的光过滤掉杂散光；扩束镜5，用于将空间滤波器过滤的点光源的光变为平行光；λ/2波片6，用于旋转激光光源的偏振方向；λ/4波片7，用于和λ/2波片6结合来调节产生圆偏振光；半透半反镜8，用于将圆偏振光分成两束光，一束透射，一束反射；衰减片9，用于改变光束的光强；分束镜10，用于光束传播方向控制，将经过衰减片9的光透射，将经过反射镜11反射的光反射；反射镜11和14，用于将光束反射，第一反射镜11用来产生移相的效应，第二反射镜14用于改变光的传播方向；移相器12，和第一反射镜11相连，由计算机19控制第一反射镜11的移动，移相器12产生移相；第一夹持架13，第二夹持架15，用于夹持小孔；分光镜16，用于将第一夹持架13上的小孔产生的衍射球面波透射，将第二夹持架15上的小孔产生的衍射球面波反射，这样第一夹持架13上的小孔产生的衍射球面波和第二夹持架上15的小孔产生的衍射球面波发生干涉产生干涉测试光；会聚光学单元17，用于将干涉后的测试光投射到CCD探测器18上，第一夹持架13上的小孔产生的衍射球面波和第二夹持架15上的小孔产生的衍射球面波发生干涉产生干涉测试光会聚到CCD探测器18上形成并记录干涉图案，计算机19与CCD探测器18连接，计算机19存储并处理CCD探测器18记录干涉图案。所述干涉图案包含了第一夹持架13上的小孔和第二夹持架15上的小孔的衍射球面波信息。通过对干涉图案的处理，可以分别标定出小孔的衍射球面波的误差信息。
在测量步骤S1-S3时采用图1所示的测量装置，装置激光器1发射的光经过滤波孔2，光束发散后经过一个聚光镜3，聚光镜3会聚光到一个空间滤波器4，滤掉杂光，再经过一个扩束镜5进行扩束，扩束过的激光经过一个λ/2波片6，旋转激光的偏振方向，再通过一个λ/4波片7将线偏振光转换为圆偏振光。圆偏振光经过一个半透半反镜8分成两路光，第一路光经过一个衰减片9对光强进行调节，经过调节的光经过一个分束镜10，光透射过分束镜10后经过第一反射镜11，第一反射镜11由移相器12连接用于产生相位变化，第一反射镜11反射的光经过分束镜10反射到第一夹持架13上的待测小孔，待测小孔产生一个衍射球面波透射过分光镜16。经过半透半反镜8的第二路光经过第二反射镜14反射，反射光经过第二夹持架15上的待测小孔，待测小孔产生的衍射球面波经过分光镜16反射后与第一夹持架13上的待测小孔产生的衍射球面波发生干涉，干涉条纹经过会聚光学单元17会聚到CCD探测器18上形成干涉图案，CCD探测器18记录后经由计算机19存储并处理，通过移相器12进行移相后记录不同的干涉图，干涉图经数据处理后解出光程差信息。
图6为本发明小孔标定的检测方法过程，其中描述了图7步骤S1-S3发生干涉的两个平面待测面相互位置关系的示意图；
图7示出本发明光学面形的检测方法过程流程图，具体步骤如下：
步骤S1：设三个待测小孔为第一待测小孔、第二待测小孔、第三待测小孔；将第一待测小孔放在第一夹持架中13，将第二待测小孔放在第二夹持架15中；装置激光器1发射的光经过滤波孔2，光束发散后经过一个聚光镜3，聚光镜3会聚光到一个空间滤波器4，滤掉杂光，再经过一个扩束镜5进行扩束，扩束过的激光经过一个λ/2波片6，旋转激光的偏振方向，再通过一个λ/4波片7将线偏振光转换为圆偏振光。圆偏振光经过一个半透半反镜8分成两路光，第一路光经过一个衰减片9对光强进行调节，经过调节的光经过一个分束镜10，光透射过分束镜后经过第一反射镜11，第一反射镜11由移相器12连接用于产生相位变化，第一反射镜11反射的光经过分束镜10反射到第一夹持架上13的第一待测小孔，第一待测小孔产生一个衍射球面波透射过分光镜16。经过半透半反镜8的第二路光经过第二反射镜14反射，反射光经过第二夹持架15上的第二待测小孔，第二待测小孔产生的衍射球面波经过分光镜16反射后与第一待测小孔产生的衍射球面波发生干涉，干涉条纹经过会聚光学单元17会聚到CCD探测器18上形成干涉图案，CCD探测器18记录后经由计算机19存储并处理，通过移相器12进行移相后记录不同的干涉图，干涉图经数据处理后解出光程差信息为：
M1＝A+B
其中A表示第一夹持架13上的第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，B表示第二夹持架15上的第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M1表示为第一待测小孔产生的衍射球面波的面形和第二待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差；
步骤S2：将第二待测小孔从第二夹持架13上取下，将第三待测小孔放置在第二夹持架13；装置激光器1发射的光经过滤波孔2，光束发散后经过一个聚光镜3，聚光镜3会聚光到一个空间滤波器4，滤掉杂光，再经过一个扩束镜5进行扩束，扩束过的激光经过一个λ/2波片6，旋转激光的偏振方向，再通过一个λ/4波片7将线偏振光转换为圆偏振光。圆偏振光经过一个半透半反镜8分成两路光，第一路光经过一个衰减片9对光强进行调节，经过调节的光经过一个分束镜10，光透射过分束镜10后经过第一反射镜11，第一反射镜11由移相器12连接用于产生相位变化，第一反射镜11反射的光经过分束镜10反射到第一夹持架13上的第一待测小孔，第一待测小孔产生一个衍射球面波透射过分光镜16。经过半透半反镜8的第二路光经过第二反射镜14反射，反射光经过第二夹持架15上的第三待测小孔，第三待测小孔产生的衍射球面波经过分光镜16反射后与第一待测小孔产生的衍射球面波发生干涉，干涉条纹经过会聚光学单元17会聚到CCD探测器18上形成干涉图案，CCD探测器18记录后经由计算机19存储并处理，通过移相器12进行移相后记录不同的干涉图，干涉图经数据处理后解出光程差信息为：
M2＝A+C
其中A表示第一夹持架13上的第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，C表示第二夹持架15上的第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M2表示为第一待测小孔产生的衍射球面波的面形和第三待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差；
步骤S3：将第一待测小孔从第一夹持架13上取下，将第二待测小孔放置在第一夹持架13；装置激光器1发射的光经过滤波孔2，光束发散后经过一个聚光镜3，聚光镜3会聚光到一个空间滤波器4，滤掉杂光，再经过一个扩束镜5进行扩束，扩束过的激光经过一个λ/2波片6，旋转激光的偏振方向，再通过一个λ/4波片7将线偏振光转换为圆偏振光。圆偏振光经过一个半透半反镜8分成两路光，第一路光经过一个衰减片9对光强进行调节，经过调节的光经过一个分束镜10，光透射过分束镜10后经过第一反射镜11，第一反射镜11由移相器12连接用于产生相位变化，第一反射镜11反射的光经过分束镜10反射到第一夹持架13上的第二待测小孔，第二待测小孔产生一个衍射球面波透射过分光镜16。经过半透半反镜8的第二路光经过第二反射镜反射14，反射光经过第二夹持架15上的第三待测小孔，第三待测小孔产生的衍射球面波经过分光镜16反射后与第二待测小孔产生的衍射球面波发生干涉，干涉条纹经过会聚光学单元17会聚到CCD探测器18上形成干涉图案，CCD探测器18记录后经由计算机19存储并处理，通过移相器12进行移相后记录不同的干涉图，干涉图经数据处理后解出光程差信息为：
M3＝B+C
其中B表示第一夹持架13上的第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，C表示第二夹持架15上的第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M3表示为第二待测小孔产生的衍射球面波的面形和第二待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差；
步骤S4：根据记录的光程差信息M1，M2，M3，使用计算机解出第一待测小孔产生的衍射球面波的面形A，第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息B、第三小孔产生的衍射球面波的面形信息C。
所述第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息A，第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息B、第三小孔产生的衍射球面波的面形信息C可以求出：
式中第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息A，第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息B、第三小孔产生的衍射球面波的面形信息C。M1表示为第一待测小孔产生的衍射球面波的面形和第二待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差，M2表示为第一待测小孔产生的衍射球面波的面形和第三待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差，M3表示为第二待测小孔产生的衍射球面波的面形和第三待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (20)
1.一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于，该装置包括：激光器（1）、滤波孔（2）、聚光镜（3）、空间滤波器（4）、扩束镜（5）、λ/2波片（6）、λ/4波片（7）、半透半反镜（8）、衰减片（9）、分束镜（10）、第一反射镜（11）、移相器（12）、第一夹持架（13）、第二反射镜（14）、第二夹持架（15）、分光镜（16）、会聚光学单元（17）、CCD探测器（18）、计算机（19）；其中：滤波孔（2）放置在激光器（1）的出光口，聚光镜（3）放置在滤波孔（2）和空间滤波器（4）中间，滤波孔（2）放置的位置为物面位置，空间滤波器（4）放置在像面位置；空间滤波器（4）同时放置在扩束镜（5）的前焦点，λ/2波片（6）、λ/4波片（7）、半透半反镜（8）依次放置在扩束镜（5）后面，其中滤波孔（2）、聚光镜（3）、空间滤波器（4）、λ/2波片（6）、λ/4波片（7）、半透半反镜（8）的中心都在同一光轴上，λ/2波片（6）、λ/4波片（7）平行于扩束镜（5）；半透半反镜（8）与光轴成45°角，衰减片（9）与λ/4波片（7）同一光轴，分束镜（10）的中心在光轴上，与光轴成45°角，分束镜（10）后面放置第一反射镜（11），第一反射镜（11）与移相器（12）相连；第一夹持架（13）平行于光轴，第一夹持架（13）的中心对准分束镜（10）中心；分光镜（16）的中心对准第一夹持架（13）中心，分光镜（16）与光轴成45°角；第二反射镜（14）的中心对准半透半反镜（8）；第二夹持架（15）的中心对准第二反射镜（14）的中心，同时第二夹持架（15）的中心对准分光镜（16）中心；会聚光学单元（17）中心对准分光镜（16）中心；CCD探测器（18）放在会聚光学单元（17）后面；计算机（19）与CCD探测器（18）连接；其中：
激光器（1），用于发出激光作为照明光源；
滤波孔（2），利用衍射效应用于将激光发出的光散射；
聚光镜（3），用于收集滤波孔发出的散射光；
空间滤波器（4），用于将聚光镜收集的光过滤掉杂散光；
扩束镜（5），用于将空间滤波器过滤的点光源的光变为平行光；
λ/2波片（6），用于旋转激光光源的偏振方向；
λ/4波片（7），用于和λ/2波片结合来调节产生圆偏振光；
半透半反镜（8），用于将圆偏振光分成两束光，一束透射，一束反射；
衰减片（9），用于改变光束的光强；
分束镜（10），用于光束传播方向控制，将经过衰减片的光透射，将经过反射镜反射的光反射；
第一反射镜（11）以及第二反射镜（14），用于将光束反射，并且第一反射镜（11）用来产生移相的效应，第二反射镜（14）用于改变光的传播方向；
移相器（12），和第一反射镜（11）相连，由计算机（19）控制第一反射镜（11）的移动，移相器（12）产生移相；
第一夹持架（13）以及第二夹持架（15），用于夹持小孔；
分光镜（16），用于将第一夹持架（13）上的夹持的小孔产生的衍射球面波透射，将第二夹持架（15）上夹持的小孔产生的衍射球面波反射，这样第一夹持架（13）上的夹持的小孔产生的衍射球面波和第二夹持架（15）上的夹持的小孔产生的衍射球面波发生干涉产生干涉测试光；
会聚光学单元（17），用于将干涉后的测试光投射到CCD探测器（18）上，第一夹持架（13）上夹持的小孔产生的衍射球面波和第二夹持架（15）上夹持的小孔产生的衍射球面波发生干涉产生干涉测试光会聚到CCD探测器（18）上形成并记录干涉图案，计算机（19）与CCD探测器（18）连接，计算机（19）存储并处理CCD探测器（18）记录干涉图案，所述干涉图案包含了第一夹持架（13）上夹持的小孔和第二夹持架（15）上夹持的小孔的衍射球面波信息；通过对干涉图案的处理，能够分别标定出小孔的衍射球面波的误差信息。
2.根据权利要求1所述一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于：所述激光器（1）使用可见光，或是紫外光，或是深紫外光，或是极紫外光的单色光源。
3.根据权利要求1所述一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于：所述半透半反镜（8）主要使光束一半发生透射，一半发生反射，用棱镜镀膜制作，或者用平面镜镀膜来实现光线的半透半反。
4.根据权利要求1所述一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于：所述分束镜（10）主要使一个方向入射的光束反射，一个方向入射的光束透射，所述分束镜用棱镜制作，或者用平面镜或平面镜组合来实现。
5.根据权利要求1所述一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于：所述分光镜（16）主要使一个方向入射的光束反射，一个方向入射的光束透射，所述分光镜用棱镜镀膜制作，或者用平面镜镀膜来实现。
6.根据权利要求1所述一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于：所述衰减片（9）主要使光能衰减，所述衰减片为连续可调衰减片，或者是固定衰减片。
7.根据权利要求1所述一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于：所述第一夹持架（13）以及第二夹持架（15）主要用于夹持小孔，所述第一夹持架是五维调整架，或者是六维调整架，或者是多维调整架。
8.根据权利要求1所述一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于：该检测装置能够用于使用小孔产生衍射球面波的相关测量系统的小孔的标定。
9.根据权利要求1所述一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于：待测量的小孔不镀膜，或者镀增透膜，或者镀衰减膜。
10.根据权利要求1所述一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于：滤波孔（2）主要用于采用衍射效应使激光光束发散，并过滤掉杂光，所述滤波孔采用小孔或者采用透镜组合。
11.根据权利要求1所述一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于：空间滤波器（4）主要用于过滤杂光，所述空间滤波器采用小孔，或者采用其他有过滤杂光作用的器件。
12.根据权利要求1所述一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于：λ/2波片（6）主要改变激光的偏振方向，所述λ/2波片采用双折射晶体，或者其他有改变激光偏振方向的光学器件。
13.根据权利要求1所述一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于：λ/4波片（7）主要改变激光的偏振方向，所述λ/4波片采用双折射晶体，或者其他有改变激光偏振方向的光学器件。
14.根据权利要求1所述一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于：所述第一反射镜（11），第二反射镜（14），主要使光线反射，采用平面镜，或者采用平面镜组，或者采用棱镜，或者是以上光学元件的组合。
15.根据权利要求1所述一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于：所述聚光镜（3）主要用于会聚光线，采用透镜或者透镜组组合。
16.根据权利要求1所述一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于：所述扩束镜（5）主要用于使光束发散，采用透镜或者透镜组合。
17.根据权利要求1所述一种用于小孔标定的检测装置，其特征在于：所述会聚光学单元（17）主要用于使光束会聚，采用透镜或者透镜组合，或者是变焦距光学系统。
18.一种使用权利要求1所述用于小孔标定的检测装置的检测方法，其特征在于：所述检测方法采用绝对测量法，是利用三个小孔互检的方式，小孔产生的衍射球面波测量出来，具体检测步骤如下：
步骤S1：设三个待测小孔为第一待测小孔、第二待测小孔、第三待测小孔；将第一待测小孔放在第一夹持架（13）中，将第二待测小孔放在第二夹持架（15）中；激光器（1）发射的光经过滤波孔（2），光束发散后经过聚光镜（3），聚光镜（3）会聚光到空间滤波器（4），滤掉杂光，再经过扩束镜（5）进行扩束，扩束过的激光经过λ/2波片（6），旋转激光的偏振方向，再通过λ/4波片（7）将线偏振光转换为圆偏振光；圆偏振光经过半透半反镜（8）分成两路光，第一路光经过衰减片（9）对光强进行调节，经过调节的光经过分束镜（10），光透射过分束镜（10）后经过第一反射镜（11），第一反射镜（11）由移相器（12）连接用于产生相位变化，第一反射镜（11）反射的光经过分束镜（10）反射到第一夹持架（13）上的第一待测小孔，第一待测小孔产生一个衍射球面波透射过分光镜（16）；经过半透半反镜（8）的第二路光经过第二反射镜（14）反射，反射光经过第二夹持架（15）上的第二待测小孔，第二待测小孔产生的衍射球面波经过分光镜（16）反射后与第一待测小孔产生的衍射球面波发生干涉，干涉条纹经过会聚光学单元（17）会聚到CCD探测器（18）上形成干涉图案，CCD探测器（18）记录后经由计算机（19）存储并处理，通过移相器（12）进行移相后记录不同的干涉图，干涉图经数据处理后解出光程差信息为：
M1＝A+B
其中A表示第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，B表示第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M1表示为第一待测小孔产生的衍射球面波的面形和第二待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差；
步骤S2：将第二待测小孔从第二夹持架（15）上取下，将第三待测小孔放置在第二夹持架（15）；激光器（1）发射的光经过滤波孔（2），光束发散后经过聚光镜（3），聚光镜（3）会聚光到空间滤波器（4），滤掉杂光，再经过扩束镜（5）进行扩束，扩束过的激光经过λ/2波片（6），旋转激光的偏振方向，再通过λ/4波片（7）将线偏振光转换为圆偏振光；圆偏振光经过半透半反镜（8）分成两路光，第一路光经过衰减片（9）对光强进行调节，经过调节的光经过分束镜（10），光透射过分束镜（10）后经过第一反射镜（11），第一反射镜（11）由移相器（12）连接用于产生相位变化，第一反射镜（11）反射的光经过分束镜（10）反射到第一夹持架（13）上的第一待测小孔，第一待测小孔产生一个衍射球面波透射过分光镜；经过半透半反镜（8）的第二路光经过第二反射镜（14）反射，反射光经过第二夹持架（15）上的第三待测小孔，第三待测小孔产生的衍射球面波经过分光镜（16）反射后与第一待测小孔产生的衍射球面波发生干涉，干涉条纹经过会聚光学单元（17）会聚到CCD探测器（18）上形成干涉图案，CCD探测器（18）记录后经由计算机（19）存储并处理，通过移相器（12）进行移相后记录不同的干涉图，干涉图经数据处理后解出光程差信息为：
M2＝A+C
其中A表示第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，C表示第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M2表示为第一待测小孔产生的衍射球面波的面形和第三待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差；
步骤S3：将第一待测小孔从第一夹持架（13）上取下，将第二待测小孔放置在第一夹持架（13）；激光器（1）发射的光经过滤波孔（2），光束发散后经过聚光镜（3），聚光镜（3）会聚光到空间滤波器（4），滤掉杂光，再经过扩束镜（5）进行扩束，扩束过的激光经过λ/2波片（6），旋转激光的偏振方向，再通过λ/4波片（7）将线偏振光转换为圆偏振光；圆偏振光经过半透半反镜（8）分成两路光，第一路光经过衰减片（9）对光强进行调节，经过调节的光经过分束镜（10），光透射过分束镜（10）后经过第一反射镜（11），第一反射镜（11）由移相器（12）连接用于产生相位变化，第一反射镜（11）反射的光经过分束镜（10）反射到第一夹持架（13）上的第二待测小孔，第二待测小孔产生一个衍射球面波透射过分光镜（16）；经过半透半反镜（8）的第二路光经过第二反射镜（14）反射，反射光经过第二夹持架（15）上的第三待测小孔，第三待测小孔产生的衍射球面波经过分光镜（16）反射后与第二待测小孔产生的衍射球面波发生干涉，干涉条纹经过会聚光学单元（17）会聚到CCD探测器（18）上形成干涉图案，CCD探测器（18）记录后经由计算机（19）存储并处理，通过移相器（12）进行移相后记录不同的干涉图，干涉图经数据处理后解出光程差信息为：
M3＝B+C
其中B表示第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，C表示第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M3表示为第二待测小孔产生的衍射球面波的面形和第三待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差；
步骤S4：根据记录的光程差信息M1,M2,M3，使用计算机（19）解出第一待测小孔产生的衍射球面波面形信息A，第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息B、第三小孔产生的衍射球面波的面形信息C。
19.根据权利要求18所述的检测方法，其特征在于：所述第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息A，第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息B、第三小孔产生的衍射球面波的面形信息C能够求出：
式中：第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息A，第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息B、第三小孔产生的衍射球面波的面形信息C；M1表示为第一待测小孔产生的衍射球面波的面形和第二待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差，M2表示为第一待测小孔产生的衍射球面波的面形和第三待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差，M3表示为第二待测小孔产生的衍射球面波的面形和第三待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差。
20.根据权利要求18所述的检测方法，其特征在于：其中所用的绝对测量方法是三面互检法，或者是奇偶函数法，或者是角度剪切方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130327 Termination date: 20211018 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |