CN108917662A - 参考面平面度检验的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种参考面平面度检验的优化方法，将第一平面标准镜和第二平面标准镜及被测件通过数字波面干涉仪的参考面平面度检验方法进行测量，并计算出第一平面标准镜的工作面A、第二平面标准镜的工作面B和被测件的被测面C的绝对面形分布；通过已经计算得出的第一平面标准镜的工作面A、第二平面标准镜的工作面B和被测件的被测面C的Zernike多项式系数，进行角度扫描的仿真计算，求得不同旋转角度下，被测件的被测面C的计算误差，选择其计算误差最小值对应的旋转角度作为附加测试的旋转角度；通过简单计算即可以得到三个平面更高精度的平面度检验结果。本发明通过优化测试中所需旋转的角度，提高了平面度检验精度，适用于多个面形的绝对测量。

Description

参考面平面度检验的优化方法

技术领域

本发明涉及一种参考面平面度光学检测方法，尤其涉及一种基于平面反射的平面度绝对检验方法。

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。面形峰谷值PV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。在高精度移相干涉仪中，主要测量参考面和待测面的相位差，测量结果既有待测面的面形误差，又有参考面的误差。移相干涉测量法的测量重复性精度非常高，但是测量的精度受限于参考面的精度。如果参考面的误差可以移除，整个干涉仪的测量精度就可以有较大提高。绝对检验方法就是在这种背景下提出的，通过在移相干涉法的基础上增加一定的操作，来移除参考面的误差，从而达到提高测量精度的目的。

最著名的绝对测量方法是三平面法，通过平面互检，旋转的方式，将三个平面的面形解出来。三平面互检绝对平面测量法这种精确的干涉方式在这种传统的三平面方式中，平面是成对比较的。通过旋转平面，沿着一些平面直径的方向的面形偏差可以求出。具有更多平面测量和更多旋转的方法也紧接着被提出。

从轮廓测量到全孔径测量，在经典的三平面法的基础上衍生了许多方法。一种方法是旋转其中一个平面，通过增加角度旋转后的数据来解出面形结果，而通过旋转其中一个平面并将旋转角度代入计算出新的波面Zernike系数的关系并求得三个平面的绝对面形检验结果，很大程度上计算精度取决于被旋转表面本身Zernike多项式系数。对于不同表面的Zernike多项式系数，最小计算误差匹配的测量旋转角度各不相同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Zernike系数旳参考面平面度检验的优化方法，通过附加测量，得出参考面形偏差，进一步提高平面面形的检测精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种参考面平面度检验的优化方法，包括以下步骤：

步骤一：将第一平面标准镜和第二平面标准镜及被测件通过数字波面干涉仪的参考面平面度检验方法进行测量，并计算出第一平面标准镜的工作面A、第二平面标准镜的工作面B和被测件的被测面C的绝对面形分布；

步骤二：通过已经计算得出的第一平面标准镜的工作面A、第二平面标准镜的工作面B和被测件的被测面C的Zernike多项式系数，进行角度扫描的仿真计算，求得不同旋转角度下，被测件的被测面C的计算误差，选择其计算误差最小值对应的旋转角度作为附加测试的旋转角度。

步骤三：将第二平面标准镜装夹在相同位置，将被测件装夹在原始测量位置并依据步骤二中选择角度进行旋转，调整第二平面标准镜的位置使其中心回到标定位置，使第二平面标准镜的工作面B与被测件的被测面C发生空腔干涉，利用数字波面干涉仪测量；

步骤四：使用附加测试结果替代其对应原第二平面标准镜的工作面B与被测件的被测面C旋转后的测试结果，重新计算得到第一平面标准镜的工作面A、第二平面标准镜的工作面B和被测件的被测面C的绝对面形分布。

步骤一中，将每一次测量结果通过Zernike多项式进行波面拟合：

n＝0，1，2，...，

1＝n-2m，

m＝0，1，2，...，n；

Z^l _n为Zernike多项式，n为Zernike多项式的阶数，l为Zernike多项式的项数；R^l _n和Θ^l _n分别为Zernike多项式的径向因子和角向因子，其中ρ，θ分别为测量表面以对称中心为原点建立的极坐标系自变量，其表达式如下：

A_i，B_i，_Ci，D_i，E_i，F_i，G_i，H_i则作为其对应平面的Z_i项系数，表示为：

而工作面B经过旋转之后可以得到：

为工作面B的旋转角度，可以得到：

(n-2m)为正奇数；

可以得到第二平面标准镜的工作面B与被测件的被测面C以及第一平面标准镜的工作面A的绝对面形分布。

步骤二中，使用计算结果，通过仿真对旋转角度由1°至360°进行扫描，计算得到每一确定角度的面形计算偏差，再由角度扫描结果中面形计算误差的最小值确定附加优化测量中的角度选择。

步骤四中，在附加测试中使用对应面形计算偏差最小的旋转角度，用附加测试结果替代其对应原第二平面标准镜的工作面B与被测件的被测面C旋转后的旋转后的测试结果来计算第一平面标准镜的工作面A、第二平面标准镜的工作面B和被测件的被测面C的绝对面形分布。

本发明的有益效果是：本发明的方法通过附加一次斐索干涉仪的空腔干涉，得到新的一组波面数据，通过简单计算即可以得到三个平面更高精度的平面度检验结果。本发明通过优化测试中所需旋转的角度，提高了平面度检验精度，适用于多个面形的绝对测量。

附图说明

图1为干涉测量装置示意图；

图2为测量步骤说明图；

图3为不同旋转角度面形计算偏差值。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

本发明是一种Zernike多项式的三平面平面度绝对检验方法，步骤如下：

步骤1：结合图1，启动数字波面干涉仪1，将第一平面标准镜和第二平面标准镜及被测件分别每两个平晶装夹在参考面支架2的标准镜装调位置3和被测面支架5的安装位置4，通过Zernike多项式波面重构的方法，先进行两两互检，再将其中一面进行旋转，共获得四次波面测量结果。结合图1，将每一次测量结果通过Zernike多项式进行波面拟合：

n＝0，1，2，...，

l＝n-2m，

m＝0，1，2，...，n；

Z¹ _n为Zernike多项式，n为Zernike多项式的阶数，l为Zernike多项式的项数；R¹ _n和Θ¹ _n分别为Zernike多项式的径向因子和角向因子，其中ρ，θ分别为测量表面以对称中心为原点建立的极坐标系自变量，其表达式如下：

A_i，B_i，C_i，D_i，E_i，F_i，G_i，H_i则作为其对应平面的Z_i项系数，表示为

而工作面B经过旋转之后可以得到：

为工作面B的旋转角度，可以得到：

(n-2m)为正奇数；

可以得到第二平面标准镜的工作面B与被测件的被测面C以及第一平面标准镜的工作面A的绝对面形分布。

步骤2：将计算得到的被测件的被测面C的面形分布进行旋转角度扫描，重新计算测量结果，得到不同旋转角度面形计算偏差值，如图2，3。

步骤3：结合图1，将第一平面标准镜或用第二平面标准镜装夹在相同位置，调整第二平面标准参考镜的位置使其中心回到标定位置，使第二平面标准镜的工作面B与被测件的被测面C发生空腔干涉，利用干涉仪1测量并储存空腔波面数据E2(x,y)。

步骤4：使用附加测量后测得空腔波面数据E2(x,y)替代原测量结果中E(x,y)。再次利用步骤1中计算公式，得到第二平面标准镜的工作面B与被测件的被测面C以及第二平面标准参考镜的工作面A的绝对面形分布。

Claims (4)

1.一种参考面平面度检验的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将第一平面标准镜和第二平面标准镜及被测件通过数字波面干涉仪的参考面平面度检验方法进行测量，并计算出第一平面标准镜的工作面A、第二平面标准镜的工作面B和被测件的被测面C的绝对面形分布；

步骤二：通过已经计算得出的第一平面标准镜的工作面A、第二平面标准镜的工作面B和被测件的被测面C的Zernike多项式系数，进行角度扫描的仿真计算，求得不同旋转角度下，被测件的被测面C的计算误差，选择其计算误差最小值对应的旋转角度作为附加测试的旋转角度。

步骤三：将第二平面标准镜装夹在相同位置，将被测件装夹在原始测量位置并依据步骤二中选择角度进行旋转，调整第二平面标准镜的位置使其中心回到标定位置，使第二平面标准镜的工作面B与被测件的被测面C发生空腔干涉，利用数字波面干涉仪测量；

步骤四：使用附加测试结果替代其对应原第二平面标准镜的工作面B与被测件的被测面C旋转后的测试结果，重新计算得到第一平面标准镜的工作面A、第二平面标准镜的工作面B和被测件的被测面C的绝对面形分布。

2.根据权利要求1所述的参考面平面度检验的优化方法，其特征在于：步骤一中，将每一次测量结果通过Zernike多项式进行波面拟合：

l＝n-2m，m＝0，1，2...n.

Z^l _n为Zernike多项式，n为Zernike多项式的阶数，l为Zernike多项式的项数；R^l _n和Θ^l _n分别为Zernike多项式的径向因子和角向因子，其中ρ，θ分别为测量表面以对称中心为原点建立的极坐标系自变量，其表达式如下：

A_i，B_i，C_i，D_i，E_i，F_i，G_i，H_i则作为其对应平面的Z_i项系数，表示为：

而工作面B经过旋转之后可以得到：

为工作面B的旋转角度，可以得到：

(n-2m)为正奇数；

可以得到第二平面标准镜的工作面B与被测件的被测面C以及第一平面标准镜的工作面A的绝对面形分布。

3.根据权利要求1所述的参考面平面度检验的优化方法，其特征在于：步骤二中，使用计算结果，通过仿真对旋转角度由1°至360°进行扫描，计算得到每一确定角度的面形计算偏差，再由角度扫描结果中面形计算误差的最小值确定附加优化测量中的角度选择。

4.根据权利要求1所述的参考面平面度检验的优化方法，其特征在于：步骤四中，在附加测试中使用对应面形计算偏差最小的旋转角度，用附加测试结果替代其对应原第二平面标准镜的工作面B与被测件的被测面C旋转后的旋转后的测试结果来计算第一平面标准镜的工作面A、第二平面标准镜的工作面B和被测件的被测面C的绝对面形分布。