高精度點(diǎn)衍射干涉儀球面面形檢測系統(tǒng)優(yōu)化及分析研究.pdf

1、在高精度的光學(xué)加工和裝調(diào)過程中，相應(yīng)的高精度檢測技術(shù)具有著重要的輔助和保障作用。在眾多的光學(xué)檢測方法中，點(diǎn)衍射干涉檢測技術(shù)作為一種可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)于亞納米級檢測精度的技術(shù)手段，成為了最具發(fā)展?jié)摿Φ母呔葯z測方法之一。其中，針孔型點(diǎn)衍射干涉儀，由于其可較為便利的建立不同工作波段的在線檢測裝置，以及獲得大數(shù)值孔徑的高精度參考波前，因此已成為高精度光學(xué)檢測領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。由于國內(nèi)在相應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域的研究水平仍相對滯后，因此，為了建立能夠滿足當(dāng)前國內(nèi)

2、光刻技術(shù)發(fā)展對于檢測技術(shù)所提出的新要求的高精度檢測裝備，特別是為了滿足對于在光學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的球面鏡的高精度面形檢測需求，本論文在已有工作的基礎(chǔ)上，針對在建立高精度的針孔點(diǎn)衍射干涉儀球面面形檢測系統(tǒng)過程中遇到的影響系統(tǒng)檢測能力的關(guān)鍵問題進(jìn)行了相關(guān)分析和優(yōu)化。
　　本論文研究的內(nèi)容主要包括:論述了點(diǎn)衍射干涉檢測技術(shù)作為一種極具潛力的高精度光學(xué)檢測技術(shù)在現(xiàn)代光學(xué)加工及裝調(diào)中的重要保障作用。綜合國內(nèi)外關(guān)于點(diǎn)衍射干涉技術(shù)，特別是用于

3、極紫外光刻投影物鏡檢測等高精度檢測領(lǐng)域的點(diǎn)衍射干涉儀的研究進(jìn)展情況，提出了開展關(guān)于建立可用于球面面形高精度檢測的針孔點(diǎn)衍射干涉系統(tǒng)的相關(guān)研究的必要性。
　　介紹了搭建的針孔型點(diǎn)衍射球面面形干涉檢測系統(tǒng)的光路布局及整體系統(tǒng)方案。對影響系統(tǒng)檢測精度的各類誤差進(jìn)行了討論，對本論文前期開展的工作進(jìn)行了總結(jié)，并提出了需要進(jìn)一步優(yōu)化的方向。
　　建立了用于針孔衍射波前分析的時域有限差分（Finite-Difference Time-Do

4、main,FDTD）三維仿真模型，應(yīng)用矢量衍射理論分析了顯微物鏡的數(shù)值孔徑及所攜帶的像差對針孔的衍射波前質(zhì)量的影響，為實(shí)際衍射針孔直徑設(shè)計(jì)，顯微物鏡的選型等提供了參考依據(jù)，從而保證建立的點(diǎn)衍射系統(tǒng)可以滿足一定數(shù)值孔徑范圍內(nèi)的高精度球面面形檢測要求。
　　針對點(diǎn)衍射球面面形干涉檢測系統(tǒng)在對大數(shù)值孔徑球面進(jìn)行檢測時遇到的系統(tǒng)誤差增大的問題，應(yīng)用仿真建模的方法對導(dǎo)致誤差增大的原因及影響這一誤差的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了分析，提出了一種對稱側(cè)檢測誤

5、差校正(Systematic Positon Aberration Cancellation，SPAC)方法，并對該方法的有效性進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　針對點(diǎn)衍射球面面形干涉檢測系統(tǒng)在對低反射率球面進(jìn)行檢測時因干涉圖對比度不佳而檢測精度受限的問題，通過引入偏振器件的方法，設(shè)計(jì)了干涉圖對比度可調(diào)的點(diǎn)衍射球面面形檢測系統(tǒng)，對其實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行了介紹。對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真建模，并對其中的關(guān)鍵元件的加工參數(shù)和局部位置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。進(jìn)行了系統(tǒng)

6、誤差分析并提出了相應(yīng)的基于復(fù)原模型優(yōu)化計(jì)算的誤差校正方法。
　　搭建了可以進(jìn)行大數(shù)值孔徑球面面形檢測和可以實(shí)現(xiàn)干涉條紋對比度可調(diào)的高精度點(diǎn)衍射球面面形干涉檢測系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置。以ZYGO干涉儀作為比對實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了三組點(diǎn)衍射系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對本文的研究內(nèi)容進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。應(yīng)用不同參數(shù)的顯微物鏡及針孔構(gòu)建的點(diǎn)衍射系統(tǒng)對同一待測球面進(jìn)行檢測，選出了最佳的顯微物鏡和針孔組合;進(jìn)行了對數(shù)值孔徑0.5的大數(shù)值孔徑球面的面形檢測實(shí)驗(yàn)，在應(yīng)用本文提出的相應(yīng)