CN102681365B - 一种投影物镜波像差检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种投影物镜波像差检测装置及方法，光源发出的光线均匀照明在投影物镜物面上，散射板和针孔安装在掩模台上，针孔位于投影物镜的物面，通过掩模台移动进行视场选择，剪切光栅位于投影物镜的像面，和探测器一起安装在硅片台上，通过硅片台的横向精密移动光栅实现相移功能，同时使用探测器记录相移过程中的每一帧剪切干涉图。本发明使用二维光栅实现了二维剪切，同时将相移功能集成到剪切干涉仪中，结合其相位空间矢量特性，实现了投影物镜波像差的高精度测量。

Description

一种投影物镜波像差检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种光学系统波像差检测装置及方法，尤其涉及在光刻投影曝光系统中投影物镜的波像差高精度检测装置及方法。

背景技术

光学投影光刻是利用光学投影成像的原理，将掩膜上的集成电路(IC)图形以分步重复或步进扫描曝光的方式将高分辨率的图形转移到涂胶硅片上。光学投影光刻技术是目前大规模低成本生产大规模集成电路的最有效方法，该技术还广泛应用于平板显示、半导体照明等半导体产业，在全球信息化过程起着关键作用。随着超大规模电路（VLSI）的器件密度越来越高，其特征尺寸变得越来越小，光刻机使用的波长越来越短，数值孔径NA越来越大，这对光刻曝光系统的性能提出了更高的要求，特别是波像差。

在光刻曝光系统实际运行过程中，工作环境的变化、镜片受热不均匀等因素都会导致波像差的剧烈变化，而且这个变化是一个动态过程。因此，加工、制造和维护如此高精度的光学系统，对投影物镜波像差测量提出了空前的挑战，要求其测量速度快、精度高、易于集成。

光刻投影物镜波像差在线检测方法经历了基于光刻胶曝光的方法、基于空中像的方法和在线相位测量干涉仪(PMI)三个阶段，前两种方法的测量精度和测量速度都不能满足高分辨率光刻系统的要求。目前三大光刻机厂商在其主流机型中都采用了相应的相位测量干涉仪，如：Nikon的哈特曼传感器、Canon的线衍射干涉仪、ASML的横向剪切干涉仪。

美国专利US7268891提出了一种用于测量EUV系统波像差的剪切干涉仪，利用硅片面的二维棋盘形光栅对被测波面进行剪切，利用掩模面的一维反射式线性光栅进行移相。该方法需要使用两个光栅，两个精密工件台，成本较高。而且反射光栅上有很多反射小点构成，会造成许多能量损失，光能利用率不高。

中国专利201010175495中首先采用准直物镜对被测波面进行准直，然后使用正交相位光栅来产生剪切，通过改变剪切光栅与探测器的距离来改变剪切比。由于光刻投影物镜波像差的测量精度要求很高，该方法中的准直物镜不可避免地会引入像差；用来改变剪切比的调整装置的定位精度和平行度的要求也很高；由于准直物镜和光栅调整机构会占用比较大的空间，在硅片面工件台的狭小空间里实施比较困难；由于光栅的衍射级很多，在相位复原时采用单帧干涉图，受杂光和高级衍射光的影响，其计算精度不高，难以达到高精度测量波像差的目的。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种投影物镜波像差测量装置和方法，避免了多个光栅、准直物镜引入像差和干涉图处理方法精度不高的缺点。

本发明的技术解决方案：一种投影物镜波像差检测装置，其特点在于：从光线入射方向依次包括光源101、照明系统102、二次光源模块103、被测投影物镜104、探测模块105、图像采集器106、控制器107、计算机108；其中二次光源模块103用于进一步改善光刻机照明视场的不均匀性和空间相干性，并为投影物镜波像差检测提供理想物点，它包括散射板201、掩模板202和掩模台203；探测模块105用于对被测波前进行衍射，产生剪切干涉，并采集剪切干涉图，包括二维光栅211、硅片台212、荧光材料213、滤光片214和面阵探测器215；光源101发出的激光通过传输光路导入照明系统102，经照明系统102的光路折转、扩束和光学变换后，在被测投影物镜104的物面（掩模面）上形成均匀照明光；二次光源模块103安装在被测投影物镜104的物面一侧，经过二次光源模块103出射的测试光通过被测投影物镜104后，测试光的波前会携带着被测投影物镜104的波像差信息，其中：散射板201位于在掩模板202上方，用于进一步均匀光场、消除空间相干性；掩模板202安装在掩模台203上，掩模板202位于被测投影物镜104的物面，通过移动掩模台203来选择测量视场点位置，掩模板202的中心制作有针孔或针孔阵列，提供用于检测的理想视场点，掩模板202的周边制作有定位标记，用于掩模板202定位和系统标定，被测投影物镜104将掩模板202上的针孔成像在物镜的焦面；散射板201和掩模板202均承载在掩模台203上，通过计算机108控制和驱动掩模台203，移动针孔到设定位置；被测投影物镜104将掩模板202上的针孔成像在物镜的焦面；探测模块105位于被测投影物镜104像面一侧，其中二维光栅211位于被测投影物镜104的像面，用于对被测波前产生二维剪切；硅片台212用于对准测量视场点，并移动二维光栅211进行相移；荧光材料213将深紫外光转换为易于探测的可见光，滤光片214用于过滤未转换的深紫外光和杂光，面阵探测器215用于采集干涉图；荧光材料213、滤光片214和面阵探测器215依次位于二维光栅211下方，二维光栅211和面阵探测器215安装在硅片台212上，通过硅片台212横向移动二维光栅211实现相移，相移量与二维光栅211周期成反比，与二维光栅211的移动量成正比；图像采集器106分别与面阵探测器215和计算机108相连连接，负责探测器图像信号的采集、转换和预处理；控制器107分别与掩模台203、硅片台212相连接，同时还与计算机108相连接，控制器107用于驱动和控制掩模台和硅片台的运动、位置探测；计算机108用于测量过程控制，测量数据存储，干涉图数据的处理和分析。

所述二维光栅211为振幅型光栅，将被测波前进行二维衍射，能量主要集中在0级和±1级衍射，一级衍射有四个：(-1，1)、(1，1)、(-1，-1)、(1，-1)，四个一级衍射在二维方向上错开一定的距离，产生剪切干涉。

所述二维光栅211是棋盘形光栅，占空比为50％，一级衍射和零级衍射的剪切方向与所述棋盘形光栅方向成45°，在剪切方向上的等效光栅周期为光栅周期的倍。

所述二维光栅211是交叉光栅，由两个一维光栅交叉90°得到，或者在基板上直接刻蚀出该二维光栅。

所述掩模板202上的针孔或针孔阵列的直径b根据干涉条纹的可见度和剪切比来确定，λ/(4×2NA×SR)≤b＜λ/(2NA×SR)，其中，λ为工作波长，NA为投影物镜物方数值孔径，SR为剪切比。

硅片台212的运动方向与二维光栅211方向平行，硅片台212运动同时改变两个剪切方向的相移量，或者硅片台212的运动方向与二维光栅211方向成45°，硅片台212运动只改变一个剪切方向的相移量。

一种投影物镜波像差检测方法，实现步骤如下：

(1)首先对探测模块105进行光瞳坐标标定，建立光瞳坐标与面阵探测器215直角平面坐标的映射关系；

(2)将二次光源模块103安装在光刻投影物镜物面一侧，根据干涉条纹的可见度和剪切比选择针孔，调整光源101、照明系统102和掩模板202的针孔位置，使针孔位于被测投影物镜的物面上，通过计算机108控制掩模台203，将针孔移动到设定的物方视场点位置；

(3)将标定好的探测模块105安装在光刻投影物镜像面一侧，调整硅片台212对二维光栅211进行对准和调平，将二维光栅211调整到投影物镜像面上，通过计算机108控制硅片台212移动到被测视场点位置，使用面阵探测器215采集剪切干涉图，硅片台212沿X或Y方向进行移动，实现相移功能，将相移过程中得到的一系列干涉图存入计算机108；

(4)单个视场点波像差的计算方法：将相移得到的干涉图通过傅里叶变换提取出一级衍射信息，根据相移算法和像素独立特性，计算出各点的波前斜率，然后将探测器坐标映射到光瞳坐标，再通过傅里叶变换和最小二乘拟合的方法进行波前重构，得到被测投影物镜的在该视场点的波像差；

（5）同步移动掩模台203和硅片台212到下一个视场点，通过对准、采集干涉图、相移、波前拟合等步骤后，得到该视场点的波像差，以此重复，直至测量出所有视场点的波像差。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）本发明采用二维光栅同时实现两维方向上的剪切，使用过程中不需要更换光栅，节省测量时间；同时通过二维光栅的不同布局方式，可以灵活地调整其剪切方向；

（2）本发明没有准直物镜，结构紧凑，避免了引入难以准确标定的系统误差；

（3）此外，本发明具有集成相移功能，通过硅片台移动二维光栅进行相移，相移精度高，且相位计算时只与各像素点的光强变化有关，相位求解精度很高。

附图说明

图1为一个投影物镜波像差检测系统的示意图；

图2为二维光栅形状、布局和剪切方向的示意图；

图3为交叉光栅和棋盘光栅的衍射光强分布图；

图4为相移过程中相位变化的示意图；

图5为相移过程中不同衍射级的相位矢量变化示意图。

具体实施方式

图1为本发明投影物镜波像差检测系统的示意图，它包括光源101、照明系统102、二次光源模块103、被测投影物镜104、探测模块105、图像采集器106、控制器107、计算机108，其中：二次光源模块103包括散射板201、掩模板202、掩模台203，探测模块105包括二维光栅211、硅片台212、荧光材料213、滤光片214、面阵探测器215。

光源101发出的光经过后面的照明系统102，在光刻机的掩模面上形成所期望的照明模式和光场分布，为后续检测和光刻提供光能。在DUV曝光光学系统中，光源101一般为ArF、KrF准分子激光器，其相应发出的波长约为193nm、248nm。照明系统102具有扩束、准直、光束稳定、光瞳形状变换、相干因子调节、能量探测、视场匀光和视场选择等功能。

二次光源模块103位于照明系统102下方的掩模面附近，对照明光场进行进一步均匀化，并消除空间相干性、激光散斑的影响，选择波像差检测的视场点。其中：散射板201位于二次光源模块103的上部，尺寸稍大于掩模面的照明视场尺寸，散射板201主要用于均匀光场和消除照明视场的空间相干性；掩模板202位于散射板201的下面，安装在掩模台203上，并将其对准到被测投影物镜的物面上，即掩模面，通过掩模台203移动掩模板202的位置来选择视场点，并通过掩模板202上的针孔过滤掉多余的杂光，针孔的大小与条纹可见度和剪切比有关，可以制作在掩模板202上，同时对准标记和标定标记也可以制作在掩模板202上。

探测模块105位于被测投影物镜104下方，主要实现对被测波前的剪切，相移和图像采集功能。其中：二维光栅211安装在硅片台212上，可以随硅片台212实现二维精确移动，二维光栅211的移动可以同时实现剪切和相移功能。二维光栅211下面依次为：荧光材料213、滤光片214及面阵探测器215，荧光材料213可以将深紫外（DUV）或极紫外（EUV）光转换成易于探测的可见光，如YAG:Ce闪烁晶体、CaS:Ce薄膜；滤光片214主要用于滤除未转换的DUV杂光；面阵探测器215主要用于采集剪切干涉图。

图像采集器106主要负责探测器图像信号的采集、转换和预处理。

控制器107用于掩模台203和硅片台212的驱动、位置探测、工件台运动位置和速度的控制。

计算机108主要用于测量过程控制，测量数据存储，干涉图数据的处理和分析。

图2为二维光栅形状、布局和剪切方向的示意图。二维光栅211是一种棋盘形光栅，每个单元结构均为正方形，从X、Y方向上看均为Ronchi光栅，占空比为50%。对于振幅型棋盘形光栅，其透射函数表达式为：

$t(x,y)=[\mathrm{rect}\left(\frac{x}{p/2}\right)\mathrm{rect}\left(\frac{y}{p/2}\right)+\mathrm{rect}\left(\frac{x-p/2}{p/2}\right)\mathrm{rect}\left(\frac{y-p/2}{p/2}\right)]$

$\⊗\left[\mathrm{comb}\left(\frac{c}{p}\right)\mathrm{comb}\left(\frac{y}{p}\right)\right]\×\left[\mathrm{rect}\left(\frac{\mathrm{Nx}}{p}\right)\mathrm{rect}\left(\frac{\mathrm{Ny}}{p}\right)\right];$

其中：t(x,y)-透射函数，p-光栅周期，N-照明区域内光栅的周期数，rect-矩形函数，comb—梳状函数，—卷积。

棋盘形光栅的远场衍射光强分布函数为：

$I(u,v)=I_0{\left|\right[\sin c\left(u\right)\sin c\left(v\right)(1+\exp (-i2\mathrm{\π}(u+v)))]\×[\mathrm{comb}\left(2u\right)\mathrm{comb}\left(2v\right)]\⊗[\sin c\left(2\mathrm{Nu}\right)\sin c\left(2\mathrm{Nv}\right)\left]\right|}^2$

其中：I(u,v)-光强分布函数，N-照明区域内光栅的周期数，comb-梳状函数，-卷积。

在理想情况下只有零级和奇数衍射级，能量大部分集中在0级和±1级，其中一级衍射（即±1级衍射）有四个：（-1，1）、（1，1）、（-1，-1）、（1，-1），这四个一级衍射和零级衍射光在探测面产生干涉。在重叠区域产生剪切，剪切方向与光栅方向成45°，在剪切方向上的等效光栅周期为光栅周期的倍，剪切比与入射角和光栅周期有关。

光栅的工作方式有两种，一种为光栅方向平行于光栅移动方向，即平行于硅片台运动方向，此时剪切方向与硅片台运动方向成45°，此时移动硅片台时，可以同时实现两个剪切方向上的相移，有利于减小测量时间，实现快速检测；另一种为光栅方向与光栅移动方向成45°，剪切方向与硅片台运动方向平行，此时移动工件台时，只在一个剪切方向上进行相移，便于数据处理，测量精度也较高。

二维光栅另一个实施方式是交叉光栅（如图3），由两个适当间距的一维Ronchi光栅交叉得到，或者在掩模板202上直接制作出该形式的二维光栅，交叉光栅的透射函数为：

$t(x,y)=\mathrm{rect}\left(\frac{x}{p/2}\right)\mathrm{rect}\left(\frac{y}{p/2}\right)\⊗\left[\mathrm{comb}\left(\frac{x}{p}\right)\mathrm{comb}\left(\frac{y}{p}\right)\right]\×\left[\mathrm{rect}\left(\frac{\mathrm{Nx}}{p}\right)\mathrm{rect}\left(\frac{\mathrm{Ny}}{p}\right)\right]$

其中：t(x,y)—透射函数，p—光栅周期，N—照明区域内光栅的周期数，rect—矩形函数，comb—梳状函数，—卷积。

交叉光栅的远场衍射光强分布函数为：

$I(u,v)=I_0{\left|\right[\sin c\left(u\right)\sin c\left(v\right)]\×[\mathrm{comb}\left(2u\right)\mathrm{comb}\left(2v\right)]\⊗[\sin c\left(2\mathrm{Nu}\right)\sin c\left(2\mathrm{Nv}\right)\left]\right|}^2$

其中：I(u,v)—光强分布函数，N—照明区域内光栅的周期数，comb—梳状函数，—卷积。

交叉光栅的衍射除了（-1，1）、（1，1）、（-1，-1）、（1，-1），还存在四个较强的衍射斑（-1，0）、（1，0）、（0，-1）、（0，1），而棋盘光栅仅存在四个一级衍射，因此交叉光栅的光能利用率比棋盘光栅低，在合适的照明条件下可以采用该实施方式。

图4为相移过程中相位变化的示意图。在干涉仪测量中，对于单帧干涉图，虽然可以通过傅里叶变换、定位条纹中心轮廓等方法计算出干涉图中的波像差，但是容易受到高阶衍射、探测器响应均匀性、环境噪声、探测器分辨率等因素的影响，而且一般对干涉条纹有特殊要求，因此测量精度不高，操作不便。这里引入相移方法，将相移功能集成到剪切干涉仪中，通过硅片台移动二维光栅来实现相移，由于硅片台的位移精度为nm量级，而光栅周期为μm量级，因此其相移精度很高。对于被测波前的各点相位的计算，只与相移过程中该点的光强变化有关，与其它像素点无关，具有像素独立的特性，因此对探测器均匀性要求不高，甚至各像素点可以使用不同的偏置和增益。如图4所示，相移过程中，虽然两个像素点的偏置和调制度不同，但其相位变化量还是一致的，通过该像素点的光强变化值可以独立计算出该点初始相位。

图5为相移过程中不同衍射级的相位矢量变化示意图。电磁波的电场为一个矢量，在空间上具有振幅和方向，电矢量E=Acos[ω(z/v-t)]，其中：A为振幅矢量，[ω(z/v-t)]称为相位，是时间和空间坐标的函数，在空间上一点，其相位变化只与时间有关，称之为相位空间矢量。当使用光栅进行相移时，波前的相位变化量与光栅移动量的关系为：其中，为相位变化量，k为衍射级，△x为光栅移动量，p为光栅周期。为了便于求解被测波前相位，采用相位空间矢量来表示相移过程中各级衍射光强的变化（如图5），光栅移动时，各级衍射波前的相位变化量与衍射级成正比，±1级衍射的相位空间矢量的长度相同、符号相反，零级衍射的相位不改变，三级衍射的相位变化频率是一级衍射的三倍，通过矢量合成可得到相移对光强的影响关系。由于大部分光能集中在零级和一级衍射中，各级衍射光强的变化频率不同，因此可以通过傅里叶变换滤除剪切干涉图中的高阶衍射和噪声，提取出±1级衍射信息。

使用上述装置和技术可以进行投影物镜波像差检测，检测方法包括如下步骤：

（1）首先对探测模块105进行光瞳坐标标定。在光栅面放置一个小孔，入射一束角度已知的光线，探测并记录其在探测器上的直角坐标位置，然后依次改变入射光角度并记录相应坐标，直到完成所有光瞳坐标点的标定；将测量结果存入计算机，建立光瞳坐标与探测器直角平面坐标的映射关系，以便后续波前重构和Zernike多项式拟合时调用。

（2）将本检测装置的二次光源模块103安装在被测投影物镜104物面一侧，根据干涉条纹的可见度和剪切比选择掩模板202上的针孔，调整光源101和照明系统102，使照明系统102的出射光在掩模面上形成均匀照明光场。将掩模板202上的针孔调整到被测投影物镜104的物面，通过计算机控制掩模台203，将针孔移动到设定的视场点位置。

（3）将标定好的探测模块105安装在被测投影物镜104像面一侧，调整硅片台212使其零点位置与掩模台203的零点位置对准，运动方向平行；调整硅片台212的轴向位置，使二维光栅211位于被测投影物镜104的像面上，并对硅片台212进行调平。计算机108中发出控制命令，经控制器107驱动和控制硅片台212，移动到被测视场点位置，与物方视场点对准，使用面阵探测器215接收剪切干涉图信号，经图像采集器106采集后存入计算机108中，硅片台212沿X或Y方向进行移动，实现相移功能，将相移过程中得到的一系列干涉图存入计算机108。

（4）在计算机108中，使用干涉图处理软件将相移得到的干涉图进行分析，通过傅里叶变换提取出一级衍射信息，根据相移算法和像素独立特性，计算出各点的波前斜率：

$D(m,n)={\tan }^{-1}\left(\frac{-\mathrm{\Σ}{I}_i\sin \left({\mathrm{\δ}}_i\right)}{\mathrm{\Σ}{I}_i\cos \left({\mathrm{\δ}}_i\right)}\right),$ m,n＝0,1,2,...,N-1

其中：D(m,n)-波前斜率，m,n分别为X和Y方向上的离散坐标，I-光强，δ相移量。

得到X、Y方向的波前斜率后，将面阵探测器215坐标映射到光瞳坐标，然后通过这两个正交的波前斜率进行波前重构。这里采用基于傅里叶变换的方法进行重构，重构方法如下：

通过对X、Y方向的波前斜率的傅里叶变换，得到波前的一维估计：

$f_x(m,n)={{\mathrm{FT}}_x}^{-1}\left(\frac{{\mathrm{FT}}_x\left(D_x(m,n)\right)}{1-\exp (-\frac{i2\mathrm{\π}{v}_{x}s}{N})}\right)$

$f_y(m,n)={{\mathrm{FT}}_y}^{-1}\left(\frac{{\mathrm{FT}}_y\left(D_y(m,n)\right)}{1-\exp (-\frac{i2\mathrm{\π}{v}_{y}s}{N})}\right)$

其中：f_x(m,n)、f_y(m,n)—X方向或Y方向的波前估计，D_x(m,n)、D_y(m,n)—X方向或Y方向的波前斜率，FT_x、FT_y—X方向或Y方向的一维傅里叶变换，v_x、v_y—X方向或Y方向的空间频率，s—剪切量；

波前的一维估计与被测波前的关系：

其中：c_n—X方向波前估计在第n行的偏置，d_m—Y方向波前估计在第m列的偏置，—被测波前，N_x、N_y—X、Y方向重构波前与实际波前之差。

采用最小二乘拟合，使重构波前残差的平方和最小，可以计算出波前偏置c_n和d_m：

$\begin{array}{c}{c}_n=-\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(f_x(N-1,n)-f_y(N-1,n))-\frac{1}{N}\underset{m=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(f_x(m,n)-f_y(m,n))+\frac{1}{N^2}\underset{m=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(f_x(m,n)-f_y(m,n))\\ n=\mathrm{0,1,2},...,N-1\end{array}$

$\begin{array}{c}{d}_m=-\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(f_x(N-1,n)-f_y(N-1,n))+\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(f_x(m,n)-f_y(m,n)),m=\mathrm{0,1,2},...,N-2\\ d_{N-1}=0\end{array}$

最终的重构波前通过以下关系得到：

（5）同步移动掩模台203和硅片台212到下一个视场点，通过对准、采集干涉图、相移、波前重构等步骤后，得到该视场点的波像差。以此重复，直至测量出所有视场点的波像差。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例变化和变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (7)

1.一种投影物镜波像差检测装置，其特征在于：测量装置包括光源(101)、照明系统(102)、二次光源模块(103)、被测投影物镜(104)、探测模块(105)、图像采集器(106)、控制器(107)、计算机(108)等模块组成；其中二次光源模块(103)包括散射板(201)、掩模板(202)和掩模台(203)；探测模块(105)包括二维光栅(211)、硅片台(212)、荧光材料(213)、滤光片(214)和面阵探测器(215)；

二次光源模块(103)安装在被测投影物镜(104)的物面一侧，其中掩模板(202)位于投影物镜(104)的物面，散射板(201)位于在掩模板(202)上方，散射板具有进一步均匀光场和空间相干性；掩模板(202)的中心制作有针孔或针孔阵列，利用针孔为波像差测量，通过计算机(108)控制和驱动掩模台(203)，移动掩模板(202)上的针孔来设定测量视场点位置；

探测模块(105)位于被测投影物镜(104)像面一侧，其中二维光栅(211)位于被测投影物镜(104)的像面，荧光材料(313)、滤光片(214)和面阵探测器(215)位于二维光栅下方，包含被测投影物镜出射波前经二维光栅衍射后，在二维方向上产生多级衍射光，在不同衍射级重叠区域形成不同的多光束剪切干涉；通过硅片台(212)横向移动二维光栅(211)可以实现相移，相移过程中，波前的相位变化量与光栅移动量的关系为：采用相位空间矢量来表示相移过程中各级衍射光强的变化，±1级衍射的相位空间矢量的长度相同、符号相反，零级衍射的相位不改变，三级衍射的相位变化频率是一级衍射的三倍，通过矢量合成可得到相移对光强的影响关系，从而得到一系列干涉图；根据相移过程中不同衍射级的空间相位矢量的变化频率，对干涉图上各像素点的光强变化进行傅里叶变换、滤波在频域提取频率为±1的一级衍射信息，消除光栅多级衍射的杂光干扰；

图像采集器(106)分别与面阵探测器(215)和计算机(108)相连连接，负责探测器图像信号的采集、转换和预处理；控制器(107)分别与掩模台(203)、硅片台(212)相连接，同时还与计算机(108)相连接，控制器(107)用于驱动和控制掩模台和硅片台的运动、位置探测；计算机(108)用于测量过程控制，测量数据存储，干涉图数据的处理和分析。

2.根据权利要求1所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于：所述二维光栅(211)为振幅型光栅，将被测波前进行二维衍射，能量主要集中在0级和±1级衍射，一级衍射，即±1级衍射有四个：(-1，1)、(1，1)、(-1，-1)、(1，-1)，四个一级衍射在二维方向上错开一定的距离，产生剪切干涉。

3.根据权利要求1所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于：所述二维光栅(211)是振幅型棋盘形光栅，占空比为50％，其透射函数为：

$\begin{array}{c}t(x,y)=[\mathrm{rect}\left(\frac{x}{p/2}\right)\mathrm{rect}\left(\frac{y}{p/2}\right)+\mathrm{rect}\left(\frac{x-p/2}{p/2}\right)\mathrm{rect}\left(\frac{y-p/2}{p/2}\right)]\\ \⊗\left[\mathrm{comb}\left(\frac{x}{p}\right)\mathrm{comb}\left(\frac{y}{p}\right)\right]\×\left[\mathrm{rect}\left(\frac{\mathrm{Nx}}{p}\right)\mathrm{rect}\left(\frac{\mathrm{Ny}}{p}\right)\right]\end{array}.$

4.根据权利要求1所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于：所述二维光栅(211)是振幅型交叉光栅，其透射函数为：

$t(x,y)=\mathrm{rect}\left(\frac{x}{p/2}\right)\mathrm{rect}\left(\frac{y}{p/2}\right)\⊗\left[\mathrm{comb}\left(\frac{x}{p}\right)\mathrm{comb}\left(\frac{y}{b}\right)\right]\×\left[\mathrm{rect}\left(\frac{\mathrm{Nx}}{p}\right)\mathrm{rect}\left(\frac{\mathrm{Ny}}{p}\right)\right].$

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于：所述掩模板(202)上的针孔或针孔阵列的直径b根据干涉条纹的可见度和剪切比来确定，λ/(4×2NA×SR)≤b<λ/(2NA×SR)，其中，λ为工作波长，NA为投影物镜物方数值孔径，SR为剪切比。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的投影物镜波像差检测装置，其特征在于：所述硅片台(212)的运动方向与二维光栅(211)方向平行，硅片台(212)运动同时改变两个剪切方向的相移量。

7.一种投影物镜波像差检测方法，其特征在于实现步骤如下：

(1)首先对探测模块(105)进行光瞳坐标标定，建立光瞳坐标与面阵探测器(215)直角平面坐标的映射关系；

(2)将二次光源模块(103)安装在光刻投影物镜物面一侧，根据干涉条纹的可见度和剪切比选择针孔，调整光源(101)、照明系统(102)和掩模板(202)的针孔位置，使针孔位于投影物镜的物面上，通过计算机(108)控制掩模台(203)，将针孔移动到设定的物方视场点位置；

(3)将标定好的探测模块(105)安装在光刻投影物镜像面一侧，调整硅片台(212)对二维光栅(211)进行对准和调平，将二维光栅(211)调整到投影物镜像面上，通过计算机(108)控制硅片台(212)移动到被测视场点位置，使用面阵探测器(215)采集剪切干涉图，硅片台(212)沿X或Y方向进行移动，实现相移功能，将相移过程中得到的一系列干涉图存入计算机(108)；

(4)单个视场点波像差的计算方法：将相移得到的干涉图通过傅里叶变换提取出一级衍射信息，根据相移算法和像素独立特性，计算出各点的波前斜率，然后将探测器坐标映射到光瞳坐标，再通过傅里叶变换和最小二乘拟合的方法进行波前重构，得到被测投影物镜的在该视场点的波像差；

(5)同步移动掩模台(203)和硅片台(212)到下一个视场点，通过对准、采集干涉图、相移、波前重构后，得到该视场点的波像差，以此重复，直至测量出所有视场点的波像差。