CN110441992A - 投影物镜波像差检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种投影物镜波像差检测装置及检测方法，该投影物镜波像差检测装置包括光源及照明系统、物面光栅、物面位移台、被测投影物镜、像面光栅、二维光电传感器、像面位移台和控制处理单元。本发明通过控制物面光栅线条的长度，或物面光栅垂直于剪切衍射方向的周期结构，或物面光栅采用正弦光栅，或像面光栅采用振幅相位混合光栅，降低了干涉场的复杂性，提高了波像差检测速度和精度，能提高原位波像差检测的精度和速度。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量、光刻机技术领域，特别是一种投影物镜波像差检测装置及检测方法。
背景技术
Ronchi光栅剪切干涉仪具有共光路、没有空间光程差、不需要单独的理想参考波面、精度高、灵敏度高、结构简单等优点；是测量光学系统波像差的一种有效手段。特别是对于高端投影光刻机，该剪切干涉仪是高端投影光刻机的投影物镜波像差原位及离线检测的主要技术方案之一。
与普通的两束光之间的干涉不同，在Ronchi剪切干涉仪的干涉场中，由于像面光栅的衍射，存在多级高阶衍射光，多级衍射光之间可以发生干涉。通过采用空间非相干照明，并采用物面光栅对光源相干性进行调制，可以抑制高阶衍射光之间的干涉，简化干涉场，使波像差检测成为可能。
在先技术1(参见Joseph Braat,Augustus J.E.Janssen.Improved Ronchi testwith extended source,Journal of the Optical Society of America AVoI.16.No.1.1999， pp:131-140.)提出用扩展光源改进的光栅剪切干涉仪。在被测光学系统的物面采用占空比为1:1的一维光栅，像面采用一维准余弦光栅抑制高阶衍射，从而只采用±1级衍射光与0级光大干涉进行相位提取。由于剪切干涉至少需要获得两个正交剪切方向的剪切波前才能重建原始波前，因此，采用该方案时物像面光栅均需要切换。
在先技术2(参见Ulrich Wegmann,Helmut Haidner,Martin Schriever,APPARATUS FOR WAVEFRONT DETECTION,US 7333216,2001)将类似于在先技术1的剪切干涉用于光刻机投影物镜波像差检测。提出物面采用二维光栅，并提出了多通道波像差检测方案。
在先技术3(参见Johannes Jacobus Matheus Baselmans,Marco Hugo PetrusMoers,Hans Van Der Laan,et al.,Lithographic projection apparatus,a gratingmodule,a sensor module,a method of measuring wave front aberrations,UnitedStates Patent,6650399,2002)提出物面可以采用二维光栅，但会使得在一个剪切方向的相移过程中，必须增加另一个方向的扫描过程，使得测量过程复杂，并且对脉冲光源的能量稳定性敏感。因此物面采用两个方向的一维光栅，像面采用了两个方向的狭缝。
在先技术4(参见Helmut Haidner,Wolfgang Emer,Rainer Hoch,et al.,Deviceand method for wavefront measurement of an optical imaging system by means ofphase-shifting interferometry,US 7417745,2004)对上述技术的相移算法进行了叙述，针对物面采用一维光栅，像面采用二维光栅，且物面光栅周期基于被测投影物镜倍率与像面光栅周期匹配；其像面采用了二维光栅，从而在测量过程中，可以不进行像面光栅的切换。
在先技术5(参见Sherman K.Poultney,Tailored reflecting diffractor forEUV lithographic system aberration measurement,US6867846,2004)将类似技术应用于 EUV光刻投影物镜波像差检测。提出物面采用两个正交方向的一维光栅，像面采用棋盘光栅；且物面光栅的周期乘以被测投影物镜倍率，等于像面光栅周期；或者物面光栅周期乘以2，再乘以被测投影物镜倍率，等于像面光栅周期；物面光栅的占空比为1:1；当物面光栅周期基于被测投影物镜倍率与像面光栅周期匹配时，像面光栅0级衍射分别与±1级衍射干涉，而±1级衍射光之间不干涉；当物面光栅周期的2倍基于被测投影物镜倍率与像面光栅周期匹配时，像面光栅±1 级衍射光相互干涉，而0级衍射光与±1级衍射光不干涉；从而简化了干涉信号处理。
在先技术6(王帆，马明英，投影物镜波像差测量装置和方法， CN102081308B)，和在先技术7(马明英，王帆，测量投影物镜波像差的装置及方法，CN102768471A)，对物像面光栅结构进行了更改，物像面均采用一维光栅标记，且像面光栅标记的周期基于被测投影物镜倍率与物面光栅标记的周期相匹配，即像面光栅的标记周期为物面光栅的标记周期的M倍，其中M为被测投影物镜的倍率。
可见，上述在先技术中，为了便于实现，物面均采用一维光栅，像面多采用二维光栅以避免像面光栅的切换，通过物面光栅调制光源的空间相干性，简化干涉场。在先技术均认为，物面光栅采用一维光栅，则在平行于物面光栅的线条方向，像面二维光栅的多级衍射间不发生干涉，仅存在与光栅线条方向相垂直的衍射级次间的干涉。理论上，仅光栅线条的长度为无限大时，该假设是完全成立的，由于有限的光栅线条长度，并不能完全使得平行于光栅线条方向的各级衍射的相干度为0，形成了干涉噪声。
另外，在先技术物面光栅采用普通的振幅光栅，虽然易于加工，但对光栅衍射的调控自由度受到一定限制，其对光源空间相干性的调制体现在其振幅分布的傅里叶变换，在先技术的物面光栅仍然存在多级衍射，使得像面光栅的0级可以和多个高阶衍射级次分别干涉，或者其他多组衍射级次可以分别干涉，干涉场仍然比较复杂，需要采用16步、32步、甚至64步相移技术实现准确的剪切相位提取，降低了测量速度，影响了检测精度。
在先技术的像面光栅多采用振幅或相位棋盘光栅，未抑制高级衍射级次，也使得干涉场较为复杂，降低了测量速度，影响了检测精度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种投影物镜波像差检测装置及检测方法，通过控制物面光栅线条的长度，或物面光栅垂直于剪切衍射方向的周期结构，或物面光栅采用正弦光栅，或像面光栅采用振幅相位混合光栅，降低了干涉场的复杂性，提高了波像差检测速度和精度，能提高原位波像差检测的精度和速度。
为了达到上述目的，本发明的技术解决方案如下：
一种投影物镜波像差检测装置，该装置包括光源及照明系统、物面光栅、物面位移台、被测投影物镜、像面光栅、二维光电传感器、像面位移台和控制处理单元；所述的物面光栅由物面位移台承载，所述的像面光栅和二维光电传感器由像面位移台承载，沿所述的光源及照明系统输出空间非相干光方向依次是所述的物面光栅、被测投影物镜、像面光栅、二维光电传感器，所述的物面光栅位于被测投影物镜的物方视场内，被所述的光源及照明系统均匀照明，照明数值孔径充满被测投影物镜的物方数值孔径范围；所述的像面光栅位于被测投影物镜的像方视场，所述的物面光栅成像在所述的像面光栅上；所述的二维光电传感器接收所述的像面光栅的多级衍射光产生的干涉条纹，接收范围包含被测投影物镜的像方数值孔径；所述的控制和处理单元分别与所述的控制物面位移台、像面位移台、二维光电传感器相连并控制其工作；所述的物面光栅包含一对剪切衍射方向分别为X方向和Y方向的光栅，在剪切衍射方向非零偶数级衍射级次缺级；所述的剪切衍射方向即采用该物面光栅时，像面光栅衍射光产生剪切干涉的剪切方向；所述的像面光栅是非零偶数级衍射级次缺级的二维光栅，同时产生X方向和Y 方向的衍射光；所述的物面光栅在其剪切衍射方向的周期，乘以被测投影物镜在其剪切衍射方向的放大倍数等于所述的像面光栅在该衍射方向的周期；或者所述的物面光栅在其剪切衍射方向的周期乘以2，再乘以被测投影物镜在其剪切衍射方向的放大倍数等于所述的像面光栅在该衍射方向的周期；所述的被测投影物镜在X或Y方向的放大倍数是指成像物体在像面所成的像沿X或Y方向的长度除以成像物体在物面沿对应方向的长度；
所述的物面光栅包含的一对剪切衍射方向分别为X方向和Y方向的光栅，为一维光栅，其光栅线条的长度等于像面光栅在Y或X方向的周期，除以被测投影物镜在Y或X方向的放大倍数，再乘以正整数；
或所述的物面光栅包含的一对剪切衍射方向分别为X方向和Y方向的光栅，为二维光栅；其在与剪切方向垂直方向的光栅的占空比为1:1；与剪切方向垂直方向的光栅周期等于像面光栅在该方向的周期，除以被测投影物镜在该方向的放大倍数，再乘以2N，其中N为正整数；或者与剪切方向垂直方向的光栅周期等于像面光栅在该方向的周期，除以被测投影物镜在该方向的放大倍数，再乘以 1/(4N)，周期数大于等于8N，其中N为正整数。
上述投影物镜波像差检测装置的特点的工作原理为采用所述的物面光栅形式能够使像面光栅在垂直于物面光栅剪切衍射方向的不同衍射级次间的空间相干性为0，从而降低干涉噪声。
所述的像面光栅是振幅型二维棋盘光栅或正交光栅，存在0，±1级，±3级等衍射；所述的物面光栅在剪切衍射方向为振幅型二值化面积编码正弦光栅；所述的物面光栅在剪切衍射方向的周期乘以被测投影物镜在其剪切衍射方向的放大倍数等于所述的像面光栅在该衍射方向的周期；所述的振幅型二值化面积编码正弦光栅近似仅产生0，±1级衍射，其他衍射级次均被抑制。
所述的像面光栅是抑制±1级衍射级次以外的其他衍射级次的二维振幅相位混合光栅；所述的物面光栅在剪切衍射方向为振幅型二值化面积编码正弦光栅，或者占空比为1:1的振幅光栅；所述的物面光栅在剪切衍射方向的周期乘以2，再乘以被测投影物镜在其剪切衍射方向的放大倍数等于所述的像面光栅在该衍射方向的周期。
所述的物面光栅是透射式光栅或反射式光栅。
所述的物面光栅包含多对剪切衍射方向分别为X方向和Y方向的光栅，位于被测投影物镜的不同视场点位置，成像至多组像面光栅，产生与多个视场点相对应的多个分立的干涉信息，由所述的二维光电传感器接收，同时测量不同视场点位置的波像差。
所述的物面光栅包含多对在剪切衍射方向周期不同的光栅，所述的像面光栅包含周期与物面光栅在剪切衍射方向不同周期的分别匹配的多个二维光栅，实现不同剪切率的波像差检测。
所述的被测投影物镜是透射式物镜，或反射式物镜。
采用上述所述的投影物镜波像差检测装置进行被测投影物镜波像差的检测方法，该方法包括下列步骤：
1)移动所述的物面位移台，将物面光栅中剪切衍射方向为X方向的光栅移动至被测投影物镜要测试的视场点位置；移动像面位移台，使所述的物面光栅成像在像面光栅上，形成干涉条纹，并由所述的二维光电传感器接收到干涉图；
2)沿X方向移动所述的物面位移台或像面位移台，获得相移干涉图，按现有方法计算得到X方向剪切相位；
3)移动所述的物面位移台，将所述的物面光栅切换为剪切衍射方向为Y方向的光栅，二维光电传感器接收到干涉图；
4)沿Y方向移动所述的物面位移台或像面位移台，获得相移干涉图，按现有方法计算得到Y向剪切相位；
5)采用X和Y两个方向的剪切相位，进行剪切干涉波前重建，得到被测投影物镜在该视场点的波像差。
所述的振幅型二值化面积编码正弦光栅(参见在先技术8：李平平，张启灿，产生正弦光栅的二值化面积编码新方法，光学与光电技术，2011，9(01)：36-41)；因此所述的像面光栅衍射级次中，仅0级与+1级，0级与-1级发生干涉，无其他干涉信号，在小剪切情况下，0级与+1级，0级与-1级的干涉信号相同，即干涉场仅存在一个干涉信号，无其他干涉噪声，因此可以采用经典的相移干涉技术进行剪切相位提取，技术简单，测量速度快；经典的相移干涉技术(参见在先技术9：Optical Shop Testing.Edited by Daniel Malacara.Publishedby John Wiley& Sons,Wiley Series in Pure and Applied Optics)。
所述的二维振幅相位混合光栅(参见在先技术10：Primot J,Guérineau N.Extended Hartmann test based on the pseudoguiding property of a Hartmann maskcompleted by a phase chessboard[J].Applied optics,2000,39(31):5715-5720.)，在先技术11(Ling T,Liu D,Yue X,et al.Quadriwave lateral shearing interferometerbased on a randomly encoded hybrid grating[J].Optics letters,2015,40(10):2245-2248.)，在先技术12(彭常哲、唐锋、王向朝等，“基于改进型哈特曼掩模的波前传感器及检测方法”，国家发明专利申请：201810247425.0)；所述的二维振幅相位混合光栅抑制±1级衍射级次以外的其他衍射级次，因此，干涉场仅存在像面光栅+1 级和-1级间的干涉，无其他干涉信号，可以适用于较大剪切量的情况，且干涉场仅存在一个干涉信号，无其他干涉噪声，可以采用经典的相移干涉技术进行剪切相位提取，技术简单，测量速度快；且由于干涉场中无其他衍射级次，增大了干涉对比度。
本发明的技术效果是：
1)本发明通过优化物面光栅线条的长度或垂直于剪切衍射方向的光栅结构，使得像面光栅在垂直于物面光栅剪切衍射方向的不同衍射级次间的空间相干性为0，降低了干涉场噪声，提高了检测精度；
2)通过在物面采用正弦光栅，使得干涉场仅存在0级与+1级，0级与-1级发生干涉，使得投影物镜波像差检测装置可以采用经典相移干涉技术，降低了相位提取的复杂性，提高了波像差检测的检测速度和精度；
3)通过像面光栅采用抑制±1级衍射级次以外的其他衍射级次的二维振幅相位混合光栅，使得干涉场仅存在+1级与-1级间的干涉，降低了干涉场的复杂性，也提高了检测速度和精度；
4)一种投影光刻机采用本发明投影物镜波像差检测装置作为原位波像差检测系统时，本发明能提高原位波像差检测精度和速度，降低原位波像差检测对产率的影响。
附图说明
图1为本发明投影物镜波像差检测装置的示意图。
图2为本发明物面光栅第一实施例的示意图。
图3为本发明物面光栅第二实施例的示意图。
图4为本发明物面光栅第三实施例的示意图。
图5为物面光栅形式对剪切衍射垂直方向不同衍射级次间的空间相干性的影响示例图，其中(a)为物面光栅为一维光栅，光栅线条的长度不等于物面光栅周期的整数倍，(b)为物面光栅为一维光栅，光栅线条的长度等于物面光栅周期的整数倍，(c)为物面光栅为二维光栅，物面光栅在剪切垂直方向的光栅周期等于在剪切方向周期的2倍，(d)为物面光栅为二维光栅，物面光栅在剪切垂直方向的光栅周期等于物面光栅周期的1/8，周期数为16。
图6为本发明像面光栅第一实施例的示意图。
图7为本发明像面光栅第二实施例的示意图。
图8为本发明物面光栅第四实施例的示意图。
图9为本发明像面光栅第三实施例的示意图。
图10为本发明物面光栅第五实施例的示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
图1为本发明投影物镜波像差检测装置的示意图，由图可见，本发明投影物镜波像差检测装置包括光源及照明系统1、物面光栅2、物面位移台3、被测投影物镜4、像面光栅5、二维光电传感器6、像面位移台7和控制处理单元8；所述的光源及照明系统1输出空间非相干光，所述的物面光栅2位于被测投影物镜 4的物方视场内，并被光源及照明系统1均匀照明，照明数值孔径充满被测投影物镜4的物方数值孔径范围；所述的物面光栅2由物面位移台3承载并进行位置调整；所述的像面光栅5位于被测投影物镜4的像方视场，所述的物面光栅3 成像在所述的像面光栅5上；所述的二维光电传感器6位于像面光栅5沿光传输方向的后侧，接收像面光栅5的多级衍射光产生的干涉条纹，接收范围包含被测投影物镜4的像方数值孔径；所述的像面光栅5和二维光电传感器6由像面位移台7承载并进行位置调整；控制和处理单元8控制物面位移台3、像面位移台7、二维光电传感器6的工作，对干涉条纹进行处理，获得被测投影物镜4的波像差；所述的物面光栅2包含一对剪切衍射方向分别为X方向和Y方向的光栅，在剪切衍射方向非零偶数级衍射级次缺级；所述的剪切衍射方向即采用该物面光栅时，像面光栅衍射光产生剪切干涉的剪切方向；所述的像面光栅5是非零偶数级衍射级次缺级的二维光栅，同时产生X方向和Y方向的衍射光；所述的物面光栅2在其剪切衍射方向的周期，乘以被测投影物镜4在其剪切衍射方向的放大倍数等于所述的像面光栅5在该衍射方向的周期；或者所述的物面光栅2在其剪切衍射方向的周期乘以2，再乘以被测投影物镜4在其剪切衍射方向的放大倍数等于所述的像面光栅5在该衍射方向的周期；所述的被测投影物镜4在X或Y方向的放大倍数是指成像物体在像面所成的像沿X或Y方向的长度除以成像物体在物面沿对应方向的长度；被测投影物镜4的工作波长为193nm，像方数值孔径为0.75，被测投影物镜4在X或Y方向的放大倍数相同，为1/4；像面光栅5在 X和Y两个方向的周期相同，为10μm；物面光栅2的周期为40μm，或20μm；
图2为所发明的物面光栅2第一实施例的示意图，该物面光栅2包含剪切衍射方向为X方向的光栅201，和剪切衍射方向为Y方向的光栅202，光栅201和光栅202均为一维光栅，占空比为1:1；光栅201的光栅线条的长度为L1，为像面光栅5在Y方向的周期，除以被测投影物镜在Y方向的放大倍数，再乘以正整数；光栅202的光栅线条的长度为L2，为像面光栅5在X方向的周期，除以被测投影物镜在X方向的放大倍数，再乘以正整数；此实施例中，L1＝L2＝200μm；
图3为本发明物面光栅2第二实施例的示意图，该物面光栅2包含剪切衍射方向为X方向的光栅201，和剪切衍射方向为Y方向的光栅202，光栅201和光栅202均为二维光栅；光栅201和光栅202在X方向和Y方向的光栅的占空比均为1:1；光栅201在Y方向的光栅周期等于80μm，光栅202在X方向的光栅周期等于80μm。
图4为本发明物面光栅第三实施例的示意图，该物面光栅2包含剪切衍射方向为X方向的光栅201，和剪切衍射方向为Y方向的光栅202，光栅201和光栅 202的占空比均为1:1；光栅201在Y方向的光栅周期等于5μm，周期数不小于 16，光栅202在X方向的光栅周期等于5μm，周期数不小于16；
图5为物面光栅形式对剪切衍射垂直方向空间相干性的影响示例图，图5(a) 光栅线条的长度为250μm，长度并非物面光栅周期的整数倍，像面光栅在垂直于物面光栅剪切衍射方向的不同衍射级次间的空间相干性并不为0；图5(b)光栅线条的长度为200μm，长度为物面光栅周期的整数倍，像面光栅在垂直于物面光栅剪切衍射方向的不同衍射级次间的空间相干性为0；图5(c)对应图3物面光栅实施例，图5(d)对应图4物面光栅实施例，像面光栅在垂直于物面光栅剪切衍射方向的不同衍射级次间的空间相干性均为0；
图6为本发明像面光栅5第一实施例的示意图，像面光栅5是振幅型二维棋盘光栅，存在0，±1级，±3级等衍射；图7为本发明像面光栅5第二实施例的示意图，像面光栅5是振幅型正交光栅，存在0，±1级，±3级等衍射；图6、图 7像面光栅实施例的光栅周期均为10μm；
图8为本发明物面光栅2第四实施例的示意图，物面光栅2在剪切衍射方向为振幅型二值化面积编码正弦光栅；光栅201在X方向的周期，光栅202在Y 方向的周期均为40μm；光栅201和光栅202均只存在0，±1级衍射，其他衍射级次均被抑制；因此像面光栅5衍射级次中，仅0级与+1级，0级与-1级发生干涉，无其他干涉信号；在小剪切情况下，0级与+1级，0级与-1级的干涉信号相同，即干涉场仅存在一个干涉信号，无其他干涉噪声，因此可以采用经典的相移干涉技术进行剪切相位提取，技术简单，测量速度快；
图9为本发明像面光栅5第三实施例的示意图，该像面光栅5是抑制±1级衍射级次以外的其他衍射级次的二维振幅相位混合光栅，XY两个方向的光栅周期均为10μm；该光栅见在先技术12(彭常哲、唐锋、王向朝等，“基于改进型哈特曼掩模的波前传感器及检测方法”，国家发明专利申请：201810247425.0)；物面光栅2采用在剪切衍射方向为振幅型二值化面积编码正弦光栅，或者占空比为1:1的振幅光栅；物面光栅在剪切衍射方向的周期为20μm；二维振幅相位混合光栅抑制±1级衍射级次以外的其他衍射级次，干涉场仅存在像面光栅+1级和-1级间的干涉，无其他干涉信号，可以适用于较大剪切量的情况，且干涉场仅存在一个干涉信号，无其他干涉噪声，可以采用经典的相移干涉技术进行剪切相位提取，技术简单，测量速度快；且由于干涉场中无其他衍射级次，增大了干涉对比度；
物面光栅2是透射式光栅或反射式光栅。
物面光栅2包含多对剪切衍射方向分别为X方向和Y方向的光栅，位于被测投影物镜4的不同视场点位置，成像至多组像面光栅，产生与多个视场点相对应的多个分立的干涉信息，由所述的二维光电传感器6接收，同时测量不同视场点位置的波像差。
物面光栅2包含多对在剪切衍射方向周期不同的光栅，像面光栅5包含周期与物面光栅2在剪切衍射方向不同周期分别匹配的多个二维光栅，以实现不同剪切率的波像差检测，用以调整测量动态范围及测量分辨率。
被测投影物镜4在X，Y两个方向的放大倍数也可以不同，图10为所发明的物面光栅第五个实施例的示意图，为当投影物镜4在X方向的放大倍数是1/4，在Y方向的放大倍数是1/8时，物面光栅2中的光栅201与光栅202的实施例，光栅202的周期是光栅201周期的2倍，此时，像面光栅5在X方向和Y方向的周期相同。
被测投影物镜4是透射式物镜，或反射式物镜。
采用所述的投影物镜波像差检测装置进行被测投影物镜4波像差检测的方法，其特点在于包括下列步骤：
1)移动物面位移台3，将物面光栅2中剪切衍射方向为X方向的光栅201 移动至被测投影物镜4要测试的视场点位置；移动像面位移台7，使得物面光栅 2成像至像面光栅5上；形成干涉条纹，并由二维光电传感器6接收干涉图；
2)沿X向移动物面位移台3或像面位移台7，获得相移干涉图，计算得到 X向剪切相位；
3)移动物面位移台3，将物面光栅2切换为剪切衍射方向为Y方向的光栅 202，二维光电传感器6接收到干涉图；
4)沿Y向移动物面位移台3或像面位移台7，获得相移干涉图，计算得到 Y向剪切相位；
5)采用X和Y两个方向的剪切相位，进行剪切干涉波前重建，得到被测投影物镜4在该视场点的波像差。
上述实施例具有以下技术效果：
(1)通过优化物面光栅线条的长度或垂直于剪切衍射方向的光栅结构，降低了干涉场噪声，提高了检测精度；
(2)通过在物面采用正弦光栅，使得投影物镜波像差检测装置可以采用经典相移干涉技术，提高了检测速度和精度；
(3)通过像面光栅采用二维振幅相位混合光栅，降低了干涉场的复杂性，也提高了检测速度和精度。
本发明投影物镜波像差检测装置作为原位波像差检测系统用于投影光刻机，检测速度更快，精度更高，降低了原位波像差检测对产率的影响。
Claims (8)
1.一种投影物镜波像差检测装置，该装置包括光源及照明系统(1)、物面光栅(2)、物面位移台(3)、被测投影物镜(4)、像面光栅(5)、二维光电传感器(6)、像面位移台(7)和控制处理单元(8)；所述的物面光栅(2)由物面位移台(3)承载，所述的像面光栅(5)和二维光电传感器(6)由像面位移台(7)承载，沿所述的光源及照明系统(1)输出空间非相干光方向依次是所述的物面光栅(2)、被测投影物镜(4)、像面光栅(5)、二维光电传感器(6)，所述的物面光栅(2)位于被测投影物镜(4)的物方视场内，被所述的光源及照明系统(1)均匀照明，照明数值孔径充满被测投影物镜(4)的物方数值孔径范围；所述的像面光栅(5)位于被测投影物镜(4)的像方视场，所述的物面光栅(2)成像在所述的像面光栅(5)上；所述的二维光电传感器(6)接收所述的像面光栅(5)的多级衍射光产生的干涉条纹，接收范围包含被测投影物镜(4)的像方数值孔径；所述的控制和处理单元(8)分别与所述的控制物面位移台(3)、像面位移台(7)、二维光电传感器(6)相连并控制其工作，其特征在于：
所述的物面光栅(2)包含的一对剪切衍射方向分别为X方向和Y方向的光栅，为一维光栅，其光栅线条的长度等于像面光栅(5)在Y或X方向的周期，除以被测投影物镜(4)在Y或X方向的放大倍数，再乘以正整数；
或所述的物面光栅(2)包含的一对剪切衍射方向分别为X方向和Y方向的光栅，为二维光栅；其在与剪切方向垂直方向的光栅的占空比为1:1；与剪切方向垂直方向的光栅周期等于像面光栅(5)在该方向的周期，除以被测投影物镜(4)在该方向的放大倍数，再乘以2N，其中N为正整数；或者与剪切方向垂直方向的光栅周期等于像面光栅(5)在该方向的周期，除以被测投影物镜(4)在该方向的放大倍数，再乘以1/(4N)，周期数大于等于8N，其中N为正整数。
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，所述的像面光栅(5)是振幅型二维棋盘光栅或正交光栅，存在0，±1级，±3级等衍射；所述的物面光栅(2)在剪切衍射方向为振幅型二值化面积编码正弦光栅；所述的物面光栅(2)在剪切衍射方向的周期乘以被测投影物镜(4)在其剪切衍射方向的放大倍数等于所述的像面光栅(5)在该衍射方向的周期；所述的振幅型二值化面积编码正弦光栅近似仅产生0，±1级衍射，其他衍射级次均被抑制。
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，所述的像面光栅(5)是抑制±1级衍射级次以外的其他衍射级次的二维振幅相位混合光栅；所述的物面光栅(2)在剪切衍射方向为振幅型二值化面积编码正弦光栅，或者占空比为1:1的振幅光栅；所述的物面光栅(2)在剪切衍射方向的周期乘以2，再乘以被测投影物镜(4)在其剪切衍射方向的放大倍数等于所述的像面光栅(5)在该衍射方向的周期。
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，所述的物面光栅(2)是透射式光栅或反射式光栅。
5.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，所述的物面光栅(2)包含多对剪切衍射方向分别为X方向和Y方向的光栅，位于被测投影物镜(4)的不同视场点位置，成像至多组像面光栅(5)，产生与多个视场点相对应的多个分立的干涉信息，由所述的二维光电传感器(6)接收，同时测量不同视场点位置的波像差。
6.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，所述的物面光栅(2)包含多对在剪切衍射方向周期不同的光栅，所述的像面光栅(5)包含周期与物面光栅(2)在剪切衍射方向不同周期的分别匹配的多个二维光栅，实现不同剪切率的波像差检测。
7.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，所述的被测投影物镜(4)是透射式物镜，或反射式物镜。
8.采用权利要求1至7任一项所述的投影物镜波像差检测装置进行被测投影物镜(4)波像差的检测方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
1)移动所述的物面位移台(3)，将物面光栅(2)中剪切衍射方向为X方向的光栅(201)移动至被测投影物镜(4)要测试的视场点位置；移动像面位移台(7)，使所述的物面光栅(2)成像在像面光栅(5)上，形成干涉条纹，并由所述的二维光电传感器(6)接收到干涉图；
2)沿X方向移动所述的物面位移台(3)或像面位移台(7)，获得相移干涉图，按现有方法计算得到X方向剪切相位；
3)移动所述的物面位移台(3)，将所述的物面光栅(2)切换为剪切衍射方向为Y方向的光栅(202)，二维光电传感器(6)接收到干涉图；
4)沿Y方向移动所述的物面位移台(3)或像面位移台(7)，获得相移干涉图，按现有方法计算得到Y向剪切相位；
5)采用X和Y两个方向的剪切相位，进行剪切干涉波前重建，得到被测投影物镜(4)在该视场点的波像差。
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