CN104730085A - 双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置，共光轴依次布置光源、孔径光阑、正透镜、半透半反分光镜、双焦波带片、待测平面掩膜，光线经孔径光阑形成点光源，再经正透镜形成平行光，平行光穿过半透半反分光镜，入射到双焦波带片上，0级衍射光束满足折射原理，+1级衍射光线在双焦波带片相位函数的调控下实现汇聚，携带待测平面掩膜表面面型相位信息的光反射形成返回光路。本发明中采用参考光与测试光共光路的双焦波带片显微干涉系统，双焦波带片实现了无焦和有焦距共存的衍射器件，相比于多片的透射透镜组系统，减少了透镜组透射的数量，而且双焦波带片干涉显微系统实现了振幅型缺陷和位相型缺陷的同步检测的功能。

Description

双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置

技术领域

本发明属于平面掩膜干涉检测领域，特别是一种用于检测平面掩膜缺陷的双焦波带片干涉显微的装置。

背景技术

平面是光学系统和工程仪器中常用的光学零件,也是基本的光学和几何测试对象。特别是在光学干涉计量领域中,平面波像差标准是其它各种测试的基础,因此获得高精度的标准平面是很有必要的。常规菲索干涉仪和泰曼格林干涉仪的检测是相对于参考面的相对检测，而商用参考面面形一般只有λ/20PV（约6nmRMS）。由于计算机的发展和应用,实际的光学波面可以转化为数字波面,并且可以很方便地进行加减、旋转、分解和重构等数字处理,促进了平面检测技术的发展。

在普通干涉仪中有两支光路,一支是标准光路另一支是被测光路。通过分析这两支光路的叠加产生的干涉条纹,完成对被测元件的测量。平面掩膜表面平整度的可行的测试有几种方法：1)气阻法：操作简便直观，测量精度0.1um。2)通用激光平面干涉仪法：这种干涉仪应用较广泛，已有商品化的仪器，精度高达λ/50(λ=0.63288um)。3)双波长干涉仪法：这种方法在原理上是可行的，也有这方面测试结果的报道，但仍未见商品化的双波长干涉仪应用于平面掩膜检测中。4)红外激光干涉仪法：由于红外激光干涉仪所使用的激光波长为10.6um，加之移相式红外干涉仪的测试不确定度优于λ/50，可以绘出面形分布的二维、三维图形，测试结果直观、准确。

在双焦波带片干涉显微仪中,利用双焦波带片具有全息图的存贮和再现功能,测量可以在一支光路中进行,从而较普通干涉仪节省了光学元件。除此之外,由于双焦波带片具有位相误差补偿作用,能有效地消除系统误差(如光学元件的各种象差)，所以全息干涉仪能大大降低对仪器中光学元件的质量要求。本专利中首次提出了一种结构十分简单的双焦波带片干涉显微仪。由于所用元件少,所以调整方便，性能价格比优，在一般实验室或光学车间均能实现这种装置，具有较高的实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置，其中双焦波带片产生两种不同衍射级次的光。此装置结构简单、抗振性好、精度高、成本低。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置，用于检测平面掩膜缺陷，包括激光光源、孔径光阑、正透镜、半透半反分光镜、双焦波带片、待测平面掩膜、CCD探测器；共光轴依次布置激光光源、孔径光阑、正透镜、半透半反分光镜、双焦波带片、待测平面掩膜，孔径光阑位于正透镜的焦点上，激光源发出激光，入射至孔径光阑，经孔径光阑形成点光源，再经正透镜形成平行光，平行光穿过半透半反分光镜，入射到双焦波带片，双焦波带片的0级衍射光束满足折射原理，+1级衍射光线在双焦波带片相位函数的调控下实现汇聚在待测平面掩膜，携带待测平面掩膜表面面型相位信息的光反射形成返回光路，再次经过双焦波带片，入射到半透半反分光镜，经半透半反分光镜反射到CCD探测器形成干涉图像。

所述的双焦波带片5是实现了0级衍射和+1级衍射光束的双焦器件，代替了一般的Dyson透镜组。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

（1）本发明光路采用衍射光学元件，相比于多片的透射透镜组系统，本发明减少了透镜组透射的数量，节约了加工成本，相比于透射式的干涉系统，本发明减少了透射的次数，因而提高了光源能量的利用率。

（2）本发明采用双焦干涉显微的检测原理，相比于现有的非干涉测量系统，解决了对平面掩模位相型缺陷不敏感的问题，实现了振幅型缺陷和位相型缺陷的能同步检测的功能。通过计算位相型缺陷引起的干涉图变化，获得相位信息，因而可得到位相型缺陷的大小和深度信息，相比于相干干涉成像方法，本发明算法简单，可靠性高。

（3）本发明采用参考光与测试光共光路的双焦显微干涉系统，提高了干涉光路的抗振动能力，保证了测试的精度。

（4）由于双焦波带片具有计算全息图的位相误差补偿作用,所以大大降低了对干涉仪中光学元件的质量要求,本发明的光学系统极其简单,实际测量时,除了光源部分,具有调节方便,成本低等显著特点,在一般实验室及光学车间均能实现这种装置,故具有较高的应用价值。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置示意图。

图2为本发明的双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置中双焦波带片工作原理示意图。

图3为本发明的双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置中的双焦波带片示意图。

具体实施方式

结合图1和图2，一种双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置，用于检测平面掩膜缺陷，包括激光光源1、孔径光阑2、正透镜3、半透半反分光镜4、双焦波带片5、待测平面掩膜6、CCD探测器7；共光轴依次布置激光光源1、孔径光阑2、正透镜3、半透半反分光镜4、双焦波带片5、待测平面掩膜6，孔径光阑2位于正透镜3的焦点上，激光源1发出激光，入射至孔径光阑2，经孔径光阑2形成点光源，再经正透镜3形成平行光，平行光穿过半透半反分光镜4，入射到双焦波带片5，双焦波带片5的0级衍射光束满足折射原理，+1级衍射光线在双焦波带片5相位函数的调控下实现汇聚在待测平面掩膜6，携带待测平面掩膜6表面面型相位信息的光反射形成返回光路，再次经过双焦波带片5，入射到半透半反分光镜4，经半透半反分光镜4反射到CCD探测器7形成干涉图像。

双焦波带片5为透光材料，在其顶面设有若干条相互平行的凹槽。上述透光材料为熔融石英。

上述双焦波带片5带有凹槽的面，与待测平面掩膜6相对。

半透半反分光镜4与其所在光轴的夹角α范围为0﹤α﹤90°。

双焦波带片5是与动态移相相结合，按照一定规律微小移动的平台连接一起，这样能准确反映被测件的表面信息。

所述双焦波带片5融合了两种频率成分的位相型透射计算全息图，实现两种光束的衍射。

结合图3，双焦波带片5由熔融石英制成，在其顶面设有若干条相互平行的凹槽，凹槽的深度由设计而定。双焦波带片5带有凹槽的面，与待测平面掩膜6相对。

结合图2，双焦波带片5是衍射器件，光入射到相位面时会发生衍射。双焦波带片5是根据0级衍射光在衍射器件上仍满足折射定理；垂直入射时，出射仍为垂直。双焦波带片5的相位函数式针对+1级光线，光线入射到相位面上，+1级在相位函数的调控下按相位函数实现功能，此双焦波带片5目的是使+1级会聚到待测平面掩膜6。0级和+1级在平面掩膜6满足反射定理，形成返回光路，满足了形成干涉的条件。通过动态移相技术，移动双焦波带片就可以把整个待测平面掩膜的相位信息生成干涉图像，然后通过计算机处理技术还原待测平面掩膜6的相位信息。

实施例：

一种用于检测平面掩膜缺陷的双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置，包括632.8nm激光光源1、孔径光阑2、焦距50mm正透镜3、半透半反分光镜4、双焦波带片5、待测平面掩膜6、CCD探测器7；偏振稳频氦氖激光器工作波长λ=632.8nm，功率1.5mw，输出光斑口径为φ1mm。激光源1靠近孔径光阑2，激光入射时，在孔径光阑2上形成点光源。分光镜4采用k9玻璃为基底，镀半透半反介质膜，介质膜材料为Sio₂和Tio₂。孔径光阑位于50mm焦距正透镜3的焦点上，出射的光线为平行光，分光镜4倾斜角为45°，光线入射到双焦波带片5，0级衍射光束满足折射原理，+1级衍射光线在波带片相位函数的调控下实现汇聚在待测平面掩膜6，然后形成返回光路，再次经过双焦波带片5，入射到分光镜4，光线反射到CCD探测器7形成干涉图像；孔径光阑2、正透镜3、分光镜4和双焦波带片5共光轴；经过双焦波带片5的光，0级衍射光垂直入射到待测平面掩膜6，+1级衍射光汇聚到待测平面掩膜6，在待测平面掩膜6满足反射定理形成返回光路，将平行光束视为参考光束，会聚光束视为被测光束，满足了形成干涉的条件。通过动态移相技术，形成反映表面面型的相位信息。由于大尺寸相位型波带片受现代工艺技术的限制，双焦波带片5的尺寸采用为6mm，会聚焦距为30mm，所以需要在双焦波带片5上加上动态移相技术，通过动态的方法完整的检测被测平面。

双焦波带片5由熔融石英制成，在其顶面设有若干条相互平行的凹槽，双焦波带片5带有凹槽的面，与待测平面掩膜6相对。

由光学设计软件Zemax设计此装置中的双焦波带片5相位函数为

z=-165.48634ρ²+0.04597ρ⁴-2.55363×10^-5ρ⁶+1.74673×10^-8ρ⁸,式中ρ是极坐标，大小是由双焦波带片5的尺寸决定的。根据相位函数进行编码，然后通过工艺加工制成所需的双焦波带片5。

Claims (7)

1.一种双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置，用于检测平面掩膜缺陷，其特征在于：包括激光光源（1）、孔径光阑（2）、正透镜（3）、半透半反分光镜（4）、双焦波带片（5）、待测平面掩膜（6）、CCD探测器（7）；共光轴依次布置激光光源（1）、孔径光阑（2）、正透镜（3）、半透半反分光镜（4）、双焦波带片（5）、待测平面掩膜（6），孔径光阑（2）位于正透镜（3）的焦点上，激光源（1）发出激光，入射至孔径光阑（2），经孔径光阑（2）形成点光源，再经正透镜（3）形成平行光，平行光穿过半透半反分光镜（4），入射到双焦波带片(5)，双焦波带片(5)的0级衍射光束满足折射原理，+1级衍射光线在双焦波带片（5）相位函数的调控下实现汇聚在待测平面掩膜（6），携带待测平面掩膜（6）表面面型相位信息的光反射形成返回光路，再次经过双焦波带片（5），入射到半透半反分光镜（4），经半透半反分光镜（4）反射到CCD探测器（7）形成干涉图像。

2.根据权利要求1所述的双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置，其特征在于：双焦波带片（5）为透光材料，在其顶面设有若干条相互平行的凹槽。

3.根据权利要求2所述的双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置，其特征在于：上述透光材料为熔融石英。

4.根据权利要求1或2所述的双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置，其特征在于：上述双焦波带片（5）带有凹槽的面，与待测平面掩膜（6）相对。

5.根据权利要求1所述的双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置，其特征在于：半透半反分光镜（4）与其所在光轴的夹角α范围为0﹤α﹤90°。

6.根据权利要求1所述的双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置，其特征在于：所述的双焦波带片（5）融合了两种频率成分的位相型透射式的计算全息图。

7.根据权利要求1所述的双焦波带片干涉显微检测平面掩膜缺陷的装置，其特征在于：双焦波带片（5）是与动态移相相结合，按照一定规律微小移动的平台连接一起，这样能准确反映被测件的表面信息。