光栅横向剪切干涉仪系统误差分析：几何光程与探测器倾斜

"光栅横向剪切干涉仪是一种精密的光学测量工具，用于检测和分析光学系统的波前误差。该文深入探讨了其工作原理、系统配置以及可能产生的系统误差，特别是几何光程误差和探测器倾斜误差。通过应用Zernike多项式，作者建立了误差项的解析模型，并分析了这些误差与被测数值孔径(NA)、衍射光会聚点间距d和剪切率s之间的关系。研究发现，几何光程彗差和像散、探测器倾斜引起的像散和离焦是主要误差来源。在波前重建过程中，这些误差可能导致几何光程球差和彗差的增加。此外，重建波前误差随NA、d的增大和s的减小而显著增加。对于小剪切情况(s≤0.05)，波前重建的增益效应使得系统误差显著放大，尤其是在d>2 μm和NA>0.1时，重建波前的误差均方根值远超过1 nm，这对高精度测量具有重要影响。" 本文详细介绍了光栅横向剪切干涉仪的系统误差分析，这是光学测量领域的一个关键问题。光栅横向剪切干涉仪利用光栅将入射光束剪切成两束，通过比较这两束光的相位差来测量波前误差。在实际应用中，由于仪器结构和环境因素，可能会出现几何光程误差和探测器倾斜误差。这些误差影响了测量的准确性和稳定性。 Zernike多项式是一种用于描述波前畸变的数学工具，它在这里被用来表示和量化误差项。通过Zernike多项式的解析表达式，可以更清晰地理解误差的来源和性质。数值孔径(NA)代表系统的分辨率能力，衍射光会聚点间距d影响光束的汇聚特性，剪切率s则决定了光束剪切的程度。这些参数的选择直接影响到误差的大小。 文章指出，小剪切设置可能导致波前重建过程中的误差放大。这是因为小剪切时，系统的敏感度增加，微小的误差也会被放大。因此，在高精度测量中，选择合适的剪切率至关重要。此外，当d和NA增大时，探测器的响应和光束质量的变化加剧了误差，这需要在设计和使用光栅横向剪切干涉仪时进行精细的校准和优化。 光刻投影物镜，特别是在半导体制造中的应用，对波前误差的测量有着严格的要求。光栅横向剪切干涉仪的系统误差分析为这类应用提供了重要的理论基础和实践指导，有助于提高光刻过程的精度和效率。因此，理解和控制这些系统误差对于改进光学测量技术，尤其是对于高精度光刻技术的发展，具有深远的意义。