专利名称：光学面形的检测装置及光学面形的检测方法
技术领域：
本发明属于光学面形检测技术领域，涉及一种七步绝对测量光学检测方法及实现装置。
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。PV值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 精度检测技术是国家重大专项极大规模集成电路及成套设备制造工艺中关键技术之一。Schulz和Schwider描述了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。这些方法都包 含了大量的最小二乘计算。美国亚利桑那大学的Chiayu Ai和James C. Wyant提出了采用奇偶函数法的面形 绝对测量技术，这种方法不包含最小二乘计算，大大的简化了计算量。通过将面形分解为奇 偶函数的方法同样可以用面形检测常用的zernike多项式来证明。传统的六步绝对测量平面检测技术，如图8示出传统的六步绝对测量方法装置， 其中包括一个激光光源la，一个准直光学系统3a、4a，一个半透半反镜2a，第一待测平面的 正面5a，一个PZT移相器6产生移相，第二待测平面的正面7a，一个会聚光学系统8a，一个 CCD9a，一个计算机10a。检测方法如图9示出传统的六步绝对测量方法测量步骤，具体如下(1)测量第一待测平面和第二待测平面的正面的光程差.(2)将第一待测平面沿初始位置旋转180度，测量第一待测平面正面和第二待测 平面的正面的光程差。(3)将第一待测平面沿初始位置旋转90度，测量第一待测平面正面和第二待测平 面的正面的光程差。(4)将第一待测平面沿初始位置旋转45度，测量第一待测平面正面和第二待测平 面的正面的光程差。(5)用第三待测平面代替第二待测平面的位置，测量第一待测平面正面和第三待 测平面的正面的光程差。(6)用第二待测平面代替第一待测平面的位置，测量第二待测平面正面和第三待 测平面的正面得光程差。根据测量结果计算出第一待测平面，第二待测平面，第三待测平面。传统技术由于主要对第一待测平面进行旋转。第一待测平面旋转过程中的角度旋转误差会产生较大影响。由于现在的六维角度旋转平台精度大约在10微弧度至1毫弧度 左右，而角度测量的精度远高于旋转平台的角度旋转精度。所以根据角度测量的结果可以 知道旋转平台的角度旋转误差，根据这个误差可以重新修正算法，从而提高测量精度。

发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种检测光学面形装置及光学面 形的检测方法，以实现PV值nm级光学面形检测精度要求，提高了系统对角度旋转误差的抑 制能力。为达成所述目的，本发明提供一种光学面形的检测装置，包括一个激光器，用于发出激光作为照明光源；一个半透半反镜，用于将激光器发出的激光透射以后作为照明光，将干涉以后的 测试光反射；一个准直光学单元，用于将激光器发射的激光形成均勻的照明区域；两个夹持架，将第一待测平面镜和第二待测平面镜分别固定在上面；一个移相器，由计算机控制，用于产生移相；一个角度测量单元，用于测量两个夹持架上的第一待测平面镜和第二待测平面镜 之间的角度误差；所述第一待测平面镜具有第一待测平面，所述第二待测平面镜具有第二 待测平面；一个平面成像单元，用于生成与第一待测平面的χ轴方向和第二待测平面的X轴 方向一致的干涉测试光；一个会聚光学单元，用于将干涉后的测试光投射到CCD探测器上。为达成所述目的，本发明提供一种使用光学面形检测装置的光学面形的检测方 法，所述光学面形的检测方法采用绝对测量法，是利用三个平面镜互检的方式，把斐索干涉 仪的系统误差同时测量出来，具体检测步骤如下步骤Sl 设三个待测平面镜为第一待测平面镜、第二待测平面镜、第三待测平面 镜及设有与之对应的第一待测平面、第二待测平面和第三待测平面；将第一待测平面镜放 在第二夹持架中，将第二待测平面镜放在第一夹持架中，使第一待测平面对着第二待测平 面，将第一待测平面与第二待测平面相对放置并标记此时两待测平面在X，y轴方向上的位 置信息，定义这时为第一待测平面的初始位置，测量第一待测平面和第二待测平面的光程 差激光器发出的光经半透半反镜，再经准直光学单元，光线照射到第二待测平面镜的第二 待测平面上反射形成参考光，光线透射过第二待测平面镜，照射到第一待测平面镜的第一 待测平面上反射与上述的参考光干涉形成测试光，测试光通过准直光学单元会聚到CCD探 测器上形成干涉图案，CXD探测器记录后经由计算机存储并处理，通过移相器进行移相后记 录不同的干涉图，干涉图经数据处理后解出光程差信息为M1 = A+Bx,其中A表示第一待测平面的面形信息，B表示第二待测平面的面形信息；第一待测 平面和第二待测平面为坐标X，y的函数，A = A(x, y),B = B(x, y) 表示第一次干涉测 量的第一待测平面和第二待测平面的光程差；设定第一待测平面上χ轴方向为正方向，所 以第二待测平面在第一夹持架上相当于沿y轴方向χ轴的反转表示为Bx = B(-χ, y)；
步骤S2 接着将第一待测平面镜从步骤Sl在第二夹持架上所在的初始位置顺时 针旋转180度，第二待测平面位置保持不变，这时测量第一待测平面和第二待测平面的光 程差由于夹持架有旋转误差，利用角度测量单元测量第一待测平面此时相对于步骤Sl所 在位置的角度值，然后减去180度得到步骤S2的角度旋转误差记为Δ θ 1 ;M2 = A180" +ΔΘ1+ΒΧ,式中A18tr +Δ 01表示第一待测平面顺时针旋转180+Δ θ 1度后的面形信息，Bx表示 第二待测平面沿y轴方向，χ轴反转后的面形信息；M2表示第一待测平面从步骤Sl所在位 置顺时针旋转180+Δ θ 1度以后与第二待测平面发生干涉后的光程差；步骤S3 将第一待测平面从步骤S2的位置逆时针旋转90度，第二待测平面位置 保持不变，这时第一待测平面相当于从步骤Sl的初始位置顺时针旋转90度，测量第一待测 平面和第二待测平面的光程差由于夹持架有旋转误差，测量第一待测平面相对于步骤Sl 所在位置的角度值，然后减去90度得到步骤S3的角度旋转误差记为Δ θ 2，M3 = Α90° +ΔΘ2+Βχ,式中A9tr +Δ 02表示第一待测平面从步骤Sl顺时针旋转90° +Δ θ 2度后的面形 信息，Bx表示第二待测平面沿y轴方向，χ轴反转后的面形信息；M3表示第一待测平面旋转 90° +Δ θ 2度以后与第二待测平面干涉后的光程差；步骤S4 将第一待测平面从步骤S3的位置逆时针旋转45度，第二待测平面位置 保持不变；这时第一待测平面相当于从步骤Sl的初始位置顺时针旋转45度，测量第一待测 平面和第二待测平面的光程差由于夹持架有旋转误差，测量第一待测平面相对于步骤Sl 所在位置的角度值，然后减去45度即为步骤S4的角度旋转误差记为Δ θ 3 ;M4 = A45" +ΔΘ3+Βχ,式中A4" +Δ 03表示第一待测平面从步骤Sl顺时针旋转45° +Δ θ 3以后的面形 信息，Bx表示第二待测平面沿y轴方向，χ轴反转后的面形信息；M4表示第一待测平面旋转 45° +Δ θ 3度以后与第二待测平面干涉后的光程差；步骤S5 将第一待测平面从步骤S4的位置逆时针旋转至步骤Sl时的初始位置； 将第二待测平面镜从第一夹持架上取下，将第三待测平面镜放置在第一夹持架，使第一待 测平面对着第三待测平面；测量第一待测平面和第三待测平面的光程差由于夹持架有旋 转误差，测量第一待测平面相对于步骤Sl初始位置时的角度误差记为△ Θ4;M5 = Αδ m+Cx,其中，ΑΔ04表示，从步骤S4位置逆时针旋转至步骤Sl时的初始位置带有Δ Θ4角 度误差时的面形信息；Cx表示第三待测平面沿y轴方向，χ轴反转后的面形信息；M5表示第 一待测平面旋转至步骤Sl初始位置并带有Δ θ 4角度误差后与第三待测平面干涉后的光 程差；步骤S6 将第一待测平面镜从第二夹持架上取下，将第二待测平面镜放置在第 二夹持架；使第二待测平面对着第三待测平面，测量第二待测平面和第三待测平面的光程 差；M6 = B+Cx,其中，B表示第二待测平面的面形信息，Cx表示第三待测平面沿y轴方向，χ轴反 转后的面形信息；M6表示第二待测平面和第三待测平面干涉后的光程差；
步骤S7 将第三待测平面镜从第一夹持架上取下，将第一待测平面镜放置在第一 夹持架；这时在第一夹持架和第二夹持架中间放置一个平面成像单元，使第一夹持架上第 一待测平面和平面成像单元的相邻面保持平行，平面成像单元和第二夹持架上的第二待测 平面的相邻面保持平行；测量此时第一待测平面和第二待测平面的光程差测量第一待测 平面和第二待测平面相对于步骤Sl初始位置标记时的角度误差记为△ Θ5;M7 = Αδ Θ5+Β,其中，ΑΔ 05表示，测量第一待测平面相对于步骤Sl初始位置标记Δ θ 5角度误 差时的面形信息；B表示第二待测平面的面形信息；Μ7表示第一待测平面相对于初始位置 Δ θ 5角度误差时和第二待测平面的光程差；步骤S8 根据记录的光程差信息M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7,和记录的角度误差信息 Δ θ 1，Δ θ 2，Δ θ 3，Δ θ 4，Δ θ 5，使用计算机解出第一待测平面的面形信息Α，第二待测 平面的面形信息B、第三待测平面的面形信息C。本发明的有益效果利用绝对测量平面检测技术、角度检测，本发明通过增加一次 测量第一待测平面和通过一次镜像反转的第二待测平面之间的光程差并探测旋转时角度 旋转误差，使得算法对于角度旋转误差的抑制能力增强，适合于采用旋转的绝对测量干涉 测量系统，以实现高精度光学面形检测。


图1为本发明装置的结构示意图；图2为本发明不含平面成像单元的装置的结构示意图；图3为本发明光学面形的检测方法过程；图4为本发明光学面形的检测方法过程流程图；图5待测平面镜的待测面示意图；图6第一待测平面和第二待测平面发生干涉示意图；图7增加平面成像系统后第一待测平面和第二待测平面χ方向一致时发生干涉示 意图；图8为传统的六步绝对测量方法的装置；图9为传统的六步绝对测量方法测量步骤；图10a、图IOb及图IOc为本发明的Zernike拟合仿真图像；图11a、图lib及图Ilc为本发明的假定一定角度误差的仿真结果与原面形的差值 图；图12a、图12b及图12c为同样角度误差下，传统六步绝对测量方法的仿真结果与 原面形的差值图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。如图1表示本发明装置的结构示意图，由激光器1、半透半反镜2、准直光学单元3 和4、第一夹持架5、移相器6、平面成像单元7、第二夹持架8、角度测量单元9、会聚光学单元10、CXD探测器11、计算机12组成。激光器1，用于发出激光作为光源；一个准直光学单 元3和4，用于将激光器1发出的光进行准直，将激光器发射的激光形成均勻的照明区域； 一个半透半反镜2(或分光镜)，用于将激光器1发出的激光经透射以后照射到夹持架5上 的待测面作为照明光，将干涉以后的测试光反射；一个移相器6，由计算机12控制，用于产 生移相；一个会聚光学单元10，用于将干涉后的测试光成像到CXD探测器11上。一个角度 测量单元9，用于测量位于第一夹持架5上的透镜和位于第二夹持架8上的透镜之间的角度 误差；一个平面成像单元7，如图7示出增加平面成像单元后第一待测平面的χ方向和第二 待测平面的χ方向一致时发生干涉示意图，用于生成与第一待测平面出射光的方向和第二 待测平面出射光的方向一致时干涉的测试光；在步骤S1-S6时采用图2所示的测量装置，这时可以用计算机12控制将平面成像 单元7自动移除两个夹持架中间。激光器1发射激光作为光源，经过半透半反镜2，准直光 学单元3和4产生照明光。第一夹持架5上的待测面和第二夹持架8上的待测面产生干涉。 干涉光经光路返回后经过半透半反镜2再由会聚光学单元10收集到CXD探测器11接收， 传送到计算机12中来计算光程差。移相器6，由计算机12控制，用来产生移相。角度测量 单元9，用来测量第一夹持架5上待测面和第二夹持架8上待测面的角度差。激光器1放置 在半透半反镜2和准直光学单元3和4的前焦点上。经过准直光学单元3和4的光近似为 平行光，第一夹持架5上的待测面放置在准直光学单元3和4的后面，光轴中心对准准直光 学单元和半透半反镜2中心。第二夹持架8上待测面放置在第一夹持架5上透镜后面，平 行于第一夹持架5上透镜。移相器6和第一夹持架5连接，用于控制第一夹持架5上待测 面的移相。在测量步骤S7时采用图1所示的测量装置，这时可以用计算机12控制将平面成 像单元自动插入两个夹持架中间。光器1发射激光作为光源，经过半透半反镜2，准直光学 单元3和4产生照明光。第一夹持架5上的第一待测平面镜和第二夹持架8上的第二待测 平面镜的待测面的反射光产生干涉。干涉光经光路返回后经过半透半反镜2再由会聚光学 单元10收集到CXD探测器11接收，传送到计算机12中来计算光程差。移相器6，用来产生 移相。角度测量单元9，用来测量第一夹持架5上的第一待测平面镜和第二夹持架8上的 第二待测平面镜的角度差。激光器1放置在半透半反镜2和准直光学单元3和4的前焦点 上。经过准直光学单元3和4的光近似为平行光，第一夹持架5上第一待测平面放置在准 直光学单元3和4的后面，光轴中心对准准直光学单元和半透半反镜2中心。平面成像系 统7放置在第一夹持架5上第一待测平面和第二夹持架8上第二待测平面中间，平面成像 单元7的面平行于第一待测平面和第二待测平面。移相器6和第一夹持架5连接，用于控 制第一夹持架5上第一待测平面的移相。图3为本发明光学面形的检测方法过程，其中描述了图4步骤S1-S7发生干涉的 两个平面待测面相互位置关系的示意图；图5描述了本发明待测平面镜示意图。图4示出本发明光学面形的检测方法过程流程图，具体步骤如下步骤Sl 这个测量方法是面形的绝对测量法，采用三平面互检的方式，把斐索干 涉仪待测面的面形误差同时测量出来，从而提高测量精度。对于平面镜，如图5所示，需要 测量的面定义为待测平面，三个待测平面镜的待测平面分别编号为第一待测平面，第二待 测平面，第三待测平面，第一待测平面镜放在第二夹持架8，第二待测平面镜放在第一夹持架5，第二待测平面对着第一待测平面。在第一待测平面和第二待测平面上标记此时，平面 x，y轴方向的位置信息。定义这时为第一待测平面的初始位置。测量第一待测平面和第二 待测平面的光程差。激光器1发出的光经半透半反镜2，再经准直光学单元3和4，光线照 射到第一夹持架5上第二待测平面反射形成参考光，光线透射过第一夹持架5上第二待测 平面，照射到第二夹持架8上第一待测平面反射并与上述参考光干涉形成测试光，第一夹 持架5上第二待测平面和第二夹持架8上第一待测平面干涉后的测试光，通过准直光学单 元3，4和会聚光学单元10会聚到CXD探测器11上形成干涉图案。CXD探测器11记录后经 由计算机12存储并处理。移相器6和第一夹持架5连接，用于控制第一夹持架5上第二待 测平面的移相，产生多幅干涉图。干涉图形经数据处理后可以解出光程差信息。M1 = A+Bx,A表示第一待测平面的面形信息，B表示第二待测平面的面形信息。在这里，A，B 为坐标X，y的函数。A = A(x，y)，B = B(x，y)，其中M1表示第一次干涉测量的第一待测平 面和第二待测平面的光程差，如图6示出第一待测平面和第二待测平面发生干涉测量时两 个平面的相互位置关系。定义第一待测平面χ轴方向为正方向，在第一待测平面面对第二 待测平面时，第二待测平面相当于沿y轴方向χ轴反转，Bx = B(-x, y)；步骤S2 接着将第一待测平面从步骤Sl所在的初始位置顺时针旋转180度，第二 待测平面位置保持不变。这时测量第一待测平面和第二待测平面的光程差。由于夹持架有 旋转误差，用角度测量单元9，测量第一待测平面此时相对于步骤Sl所在初始位置的角度 值，然后减去180度即为步骤S2的角度旋转误差，记为Δ θ 1。M2 = A180" +δθ1+Βχ,式中A18tr +Δ “表示第一待测平面从步骤Sl所在的初始位置顺时针旋转 180+Δ θ 1度后的面形信息，Bx表示第二待测平面沿y轴方向，χ轴反转后的面形信息。M2 表示第一待测平面从步骤Sl所在的初始位置顺时针旋转180+Δ θ 1度以后与第二待测平 面发生干涉后的光程差，如图3所示。步骤S3 将第一待测平面从步骤S2的位置逆时针旋转90度，第二待测平面位置 保持不变。这时第一待测平面相当于从步骤Sl的初始位置顺时针旋转90度。测量第一待 测平面和第二待测平面的光程差。由于夹持架有旋转误差，测量第一待测平面相对于步骤 Sl所在初始位置的角度值，然后减去90度即为步骤S3的角度旋转误差，记为Δ Θ2:M3 = Α90° +ΔΘ2+Βχ,式中A9tr +Δ 02表示第一待测平面从步骤Sl初始位置顺时针旋转90° +Δ θ 2度 后的面形信息，Bx表示第二待测平面沿y轴方向，χ轴反转后的面形信息。M3表示第一待测 平面旋转90° +Δ θ 2度以后与第二待测平面干涉后的光程差，如图3所示。步骤S4 将第一待测平面从步骤S3的位置逆时针旋转45度，第二待测平面位置 保持不变。这时第一待测平面相当于从步骤Sl的初始位置顺时针旋转45度。测量第一待 测平面和第二待测平面的光程差。测量第一待测平面相对于步骤Sl所在位置的角度值，然 后减去45度即为步骤S4的角度旋转误差，记为Δ θ 3。M4 = A45" +ΔΘ3+Βχ,式中Α45。+Δ 03表示第一待测平面从步骤Sl初始位置顺时针旋转45° +Δ θ3以 后的面形信息，Bx表示第二待测平面沿y轴方向，χ轴反转后的面形信息。M4表示第一待测平面旋转45° +Δ θ 3度以后与第二待测平面干涉后的光程差，如图3所示。步骤S5 将第一待测平面从步骤S4的位置逆时针旋转至步骤Sl时的初始位置。 将第二待测平面镜从第一夹持架5取下，将第三待测平面镜放置在第一夹持架5上，使第一 待测平面对着第三待测平面。测量第一待测平面和第三待测平面的光程差。测量第一待测 平面相对于步骤Sl位置时的角度误差，记为Δ θ 4。M5 = Αδ m+Cx,其中，ΑΔ 04表示，从步骤S4位置逆时针旋转至步骤S 1时的初始位置并带有Δ Θ4 角度误差的面形信息。Cx表示第三待测平面沿y轴方向，χ轴反转后的面形信息。M5表示 第一待测平面旋转置步骤Sl初始位置并带有Δ θ 4角度误差后与第三待测平面干涉后的 光程差，如图3所示。步骤S6 将第一待测平面镜从第二夹持架8取下，将第二待测平面放置镜在第二 夹持架8上，使第二待测平面对着第三待测平面。测量第二待测平面和第三待测平面的光 程差。M6 = B+Cx,其中，B表示第二待测平面的面形信息，Cx表示第三待测平面沿y轴方向，χ轴反 转后的面形信息。M6表示第二待测平面和第三待测平面的光程差，如图3所示。步骤S7 将第三待测平面镜从第一夹持架5取下，将第一待测平面镜放置在第一 夹持架5，这时在第一夹持架5后面插入一个平面成像系统单元7，平面成像系统单元7放 置在第一夹持架5上第一待测平面和第二夹持架8上第二待测平面中间，平面成像单元的 面平行于第一待测平面和第二待测平面。测量此时第一待测平面和第二待测平面的光程 差。如图7所示为将第一待测平面的χ轴方向和第二待测平面的χ轴方向一致时干涉测量 示意图。测量第一待测平面和第二待测平面相对于步骤Sl初始位置标记时的角度误差，记 为 Δ θ 5。M7 = Αδ Θ5+Β,其中，ΑΔ 05表示，测量第一待测平面相对于步骤Sl位置标记Δ θ 5角度误差时的 面形信息。B表示第二待测平面的面形信息。M7表示第一待测平面和第二待测平面的光程差。步骤S8 根据记录的光程差信息，M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7,和记录的角度误差信息 Δ θ 1，Δ θ 2，Δ θ 3，Δ θ 4，Δ θ 5，使用计算机来解出第一待测平面、第二待测平面、第三 待测平面的面形信息。七步绝对测量光学检测方法及实现装置中的步骤S7，增加一个平面成像单元来产 生Α+Β的测量结果Μ7 = ΑΔ05+Β，并且测量出角度误差Δ θ5。根据数学原理。在笛卡尔坐标系中，一个连续函数F(x，y)可以表示为奇奇函数， 偶偶函数，奇偶函数，偶奇函数的和。F(x,y) = Fee+F。。+F。e+Fe。，其中χ，y表示采用笛卡尔坐标系的坐标轴X，y坐标，ee表示是偶偶分量，oo表示 是奇奇分量，oe表示是奇偶分量，eo表示是偶奇分量。其中根据奇偶函数的性质，
权利要求
一种光学面形的检测装置，其特征在于，包括一个激光器，用于发出激光作为照明光源；一个半透半反镜，用于将激光器发出的激光透射以后作为照明光，将干涉以后的测试光反射；一个准直光学单元，用于将激光器发射的激光形成均匀的照明区域；两个夹持架，将第一待测平面镜和第二待测平面镜分别固定在上面；一个移相器，由计算机控制，用于产生移相；一个角度测量单元，用于测量两个夹持架上的第一待测平面镜和第二待测平面镜之间的角度误差；所述第一待测平面镜具有第一待测平面，所述第二待测平面镜具有第二待测平面；一个平面成像单元，用于生成与第一待测平面的x轴方向和第二待测平面的x轴方向一致的干涉测试光；一个会聚光学单元，用于将干涉后的测试光投射到CCD探测器上。
2.根据权利要求1所述光学面形的检测装置，其特征在于所述激光器可以使用可见 光，或是紫外光，或是深紫外光，或是极紫外光的单色光源。
3.根据权利要求1所述光学面形的检测装置，其特征在于所述半透半反镜可以用棱 镜制作，也可以用偏振镜来实现光线的半透半反。
4.根据权利要求1所述光学面形的检测方法，其特征在于所述平面成像单元，可以是 平面镜，也可以是全反射棱镜。
5.根据权利要求1所述光学面形的检测装置，其特征在于所述夹持架为带角度旋转 的光学调整架，可以是5维光学调整架，或是6维光学调整架，或是8维光学调整架。
6.根据权利要求1所述光学面形的检测装置，其特征在于所述角度测量单元可以用 测角仪，或者是干涉、或是用衍射测量方法的测量装置；角度测量时，首先标记第一待测平 面在第二夹持架的初始位置，然后测量初始位置与第一待测平面从初始位置旋转后的角度 差值。
7.一种使用权利要求1所述光学面形的检测装置的光学面形的检测方法，其特征在 于所述光学面形的检测方法采用绝对测量法，是利用三个平面镜互检的方式，把斐索干涉 仪的系统误差同时测量出来，具体检测步骤如下步骤Sl 设三个待测平面镜为第一待测平面镜、第二待测平面镜、第三待测平面镜及 设有与之对应的第一待测平面、第二待测平面和第三待测平面；将第一待测平面镜放在第 二夹持架中，将第二待测平面镜放在第一夹持架中，使第一待测平面对着第二待测平面，将 第一待测平面与第二待测平面相对放置并标记此时两待测平面在X，y轴方向上的位置信 息，定义这时为第一待测平面的初始位置，测量第一待测平面和第二待测平面的光程差激 光器发出的光经半透半反镜，再经准直光学单元，光线照射到第二待测平面镜的第二待测 平面上反射形成参考光，光线透射过第二待测平面镜，照射到第一待测平面镜的第一待测 平面上反射与上述的参考光干涉形成测试光，测试光通过准直光学单元会聚到CCD探测器 上形成干涉图案，CXD探测器记录后经由计算机存储并处理，通过移相器进行移相后记录不 同的干涉图，干涉图经数据处理后解出光程差信息为M1 = A+Bx,其中A表示第一待测平面的面形信息，B表示第二待测平面的面形信息；第一待测平面 和第二待测平面为坐标X，y的函数，A = A(x, y),B = B(x, y) 表示第一次干涉测量的 第一待测平面和第二待测平面的光程差；设定第一待测平面上χ轴方向为正方向，所以第 二待测平面在第一夹持架上相当于沿y轴方向χ轴的反转表示为Bx = B(-χ, y)；步骤S2 接着将第一待测平面镜从步骤Sl在第二夹持架上所在的初始位置顺时针旋 转180度，第二待测平面位置保持不变，这时测量第一待测平面和第二待测平面的光程差 由于夹持架有旋转误差，利用角度测量单元测量第一待测平面此时相对于步骤Sl所在位 置的角度值，然后减去180度得到步骤S2的角度旋转误差记为Δ θ 1 ;M2 =广 +ΔΘ1+βχ,式中A18tr +Δ 01表示第一待测平面顺时针旋转180+Δ θ 1度后的面形信息，Bx表示第二 待测平面沿y轴方向，χ轴反转后的面形信息；M2表示第一待测平面从步骤Sl所在位置顺 时针旋转180+Δ θ 1度以后与第二待测平面发生干涉后的光程差；步骤S3 将第一待测平面从步骤S2的位置逆时针旋转90度，第二待测平面位置保持 不变，这时第一待测平面相当于从步骤Sl的初始位置顺时针旋转90度，测量第一待测平面 和第二待测平面的光程差由于夹持架有旋转误差，测量第一待测平面相对于步骤Sl所在 位置的角度值，然后减去90度得到步骤S3的角度旋转误差记为Δ θ 2，M3 = A90" +ΔΘ2+βχ,式中A9tr +Δ 02表示第一待测平面从步骤Sl顺时针旋转90° +Δ θ 2度后的面形信 息，Bx表示第二待测平面沿y轴方向，χ轴反转后的面形信息；M3表示第一待测平面旋转 90° +Δ θ 2度以后与第二待测平面干涉后的光程差；步骤S4 将第一待测平面从步骤S3的位置逆时针旋转45度，第二待测平面位置保持 不变；这时第一待测平面相当于从步骤Sl的初始位置顺时针旋转45度，测量第一待测平面 和第二待测平面的光程差由于夹持架有旋转误差，测量第一待测平面相对于步骤Sl所在 位置的角度值，然后减去45度即为步骤S4的角度旋转误差记为Δ θ3;M4 = Α45。+ΔΘ3+Βχ,式中Α45。+Δ 03表示第一待测平面从步骤Sl顺时针旋转45° +Δ θ 3以后的面形信 息，Bx表示第二待测平面沿y轴方向，χ轴反转后的面形信息；M4表示第一待测平面旋转 45° +Δ θ 3度以后与第二待测平面干涉后的光程差；步骤S5 将第一待测平面从步骤S4的位置逆时针旋转至步骤Sl时的初始位置；将第 二待测平面镜从第一夹持架上取下，将第三待测平面镜放置在第一夹持架，使第一待测平 面对着第三待测平面；测量第一待测平面和第三待测平面的光程差由于夹持架有旋转误 差，测量第一待测平面相对于步骤Sl初始位置时的角度误差记为△ Θ4;M5 = ΑΔΘ4+0χ,其中，ΑΔ 04表示，从步骤S4位置逆时针旋转至步骤Sl时的初始位置带有Δ θ 4角度 误差时的面形信息；Cx表示第三待测平面沿y轴方向，χ轴反转后的面形信息；M5表示第一 待测平面旋转至步骤Sl初始位置并带有Δ θ 4角度误差后与第三待测平面干涉后的光程 差；步骤S6 将第一待测平面镜从第二夹持架上取下，将第二待测平面镜放置在第二夹持 架；使第二待测平面对着第三待测平面，测量第二待测平面和第三待测平面的光程差；其中，B表示第二待测平面的面形信息，Cx表示第三待测平面沿y轴方向，χ轴反转后 的面形信息；M6表示第二待测平面和第三待测平面干涉后的光程差；步骤S7 将第三待测平面镜从第一夹持架上取下，将第一待测平面镜放置在第一夹持 架；这时在第一夹持架和第二夹持架中间放置一个平面成像单元，使第一夹持架上第一待 测平面和平面成像单元的相邻面保持平行，平面成像单元和第二夹持架上的第二待测平面 的相邻面保持平行；测量此时第一待测平面和第二待测平面的光程差测量第一待测平面 和第二待测平面相对于步骤Sl初始位置标记时的角度误差记为Δ θ 5 ； M7 = ΑΔΘ5+Β,其中，ΑΔ 05表示，测量第一待测平面相对于步骤Sl初始位置标记Δ θ 5角度误差时的 面形信息；B表示第二待测平面的面形信息；Μ7表示第一待测平面相对于初始位置△ θ 5角 度误差时和第二待测平面的光程差；步骤S8:根据记录的光程差信息M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7，和记录的角度误差信息Δ θ 1， Δ θ 2，Δ θ 3，Δ θ 4，Δ θ 5，使用计算机解出第一待测平面的面形信息Α，第二待测平面的 面形信息B、第三待测平面的面形信息C。
8.根据权利要求7所述光学面形的检测方法，其特征在于所述第一待测平面的面形 信息Α、第二待测平面的面形信息B和第三待测平面的面形信息C表示如下
9.根据权利要求7所述光学面形的检测方法，其特征在于根据所述角度误差测量结 果Δ θ 1，Δ θ 2，Δ θ 3，Δ θ 4，Δ θ 5对传统的六步旋转绝对测量算法进行修正，具体如下 所述
10.根据权利要求9所述光学面形的检测方法，其特征在于根据所述角度误差修正后 的结果M' 2，M' 3，M' 4，M' 5，计算第一待测平面的面形信息Α、第二待测平面的面形信B 和第三待测平面的面形信息C如下
全文摘要
本发明是光学面形的检测装置及光学面形的检测方法，装置激光器发射光经半透半反镜、准直光学单元产生照明光，第一和第二夹持架上的待测面产生干涉光并经光路返回后半透半反镜再由会聚光学单元收集到CCD探测器；移相器用来产生移相；角度测量单元，用来测量第一和第二夹持架上待测面的角度差。方法把第一、第二待测平面分别放在第二、第一夹持架，干涉测量第一和第二待测平面之间的光程差；第一待测平面相对于初始位置旋转一些特定角度并测量第一和第二待测平面之间的光程差，第一待测平面旋转180度再将第三待测平面放在第一夹持架，测量第一和第三待测平面之间的光程差，用第二待测平面放在第二夹持架测量第二和三待测平面之间的光程差。
文档编号G01B11/24GK101949690SQ20101026673
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月24日 优先权日2010年8月24日
发明者贾辛, 邢廷文 申请人:中国科学院光电技术研究所