大尺寸光栅平面度与周期分散性测量技术的研究

摘要

光栅微结构尺寸在微米亚微米量级、口径达到上百毫米甚至米级的大尺寸平面光栅，在新一代光刻机等超精密加工测试装备、惯性约束核聚变等大科学装置和工程中应用越来越广，在当代科学技术和先进军事科学技术领域起着至关重要的作用。衍射波前是平面光栅的重要性能指标，衍射波前质量由光栅微结构质量决定，其中光栅整体的平面度，以及光栅周期的分散性是造成衍射波前畸变的主要原因，是衍射波前质量的决定性因素。对光栅整体的平面度和光栅周期分散性进行测量和评价具有重要研究和应用价值。
　　针对上述研究背景，本课题“大尺寸光栅平面度与周期分散性测量技术的研究”的研究目的是，以大尺寸平面光栅为研究对象，基于等厚干涉原理，分别用微米周期光栅的零级衍射光和一级衍射光与标准平板干涉，从波前畸变角度，研究光栅整体平面度和光栅周期非理想程度对波前的影响；课题对大尺寸平面光栅的平面度和周期非理想程度进行评价，力争为大尺寸平面光栅的质量评价提供一种方法和手段。课题的研究的主要内容如下：
　　首先从等厚干涉基本原理出发，用微米周期平面光栅的零级后向衍射光与标准平板干涉，获取光栅整体平面度信息；用微米周期平面光栅的±1级后向衍射光分别与标准平板干涉，获取光栅周期分散性与平面度的叠加信息；进而解算光栅周期分散性信息；仿真分析了典型非理想面型对平面度的影响；设计了光栅平面度与周期分散性的整体测量方案。
　　为了实现大尺寸光栅平面度与周期分散性的测量，采用子孔径拼接方法实现由小尺寸子孔径到大尺寸全孔径的干涉测量结果拼接；研究了子孔径拼接方法和均化误差方法；对拼接算法进行了程序实现，对通过仿真得到的干涉数据进行了拼接，验证了程序的正确性和有效性。
　　搭建了大尺寸光栅平面度与周期分散性测量实验平台，对平面光栅的平面度与周期分散性进行了测量。对周期为8μm的平面光栅进行了测量，实验表明在Φ100mm单个孔径条件下，局部平面度PV值为76.6nm，X向周期分散性PV值为533.1nm；对4个子孔径拼接，获得100mm×100mm平面光栅的整体平面度PV值为117.1nm，X向光栅周期分散性PV值为579.2nm。课题为大尺寸平面光栅的面型质量评价提供了一种技术途径。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2大尺寸光栅的研究应用现状

1.3国内外大尺寸光栅面型质量测量的研究现状分析

1.4主要研究内容

第2章 大尺寸光栅平面度与周期分散性测量原理与总体设计

2.1引言

2.2大尺寸光栅平面度与周期分散性的定义

2.3大尺寸光栅平面度与周期分散性测量原理

2.4大尺寸光栅平面度与周期分散性测量总体设计

2.5本章小结

第3章 大尺寸光栅子孔径拼接技术研究

3.1引言

3.2子孔径拼接的基本原理

3.3子孔径选择

3.4子孔径拼接算法程序的设计

3.5本章小结

第4章 实验与测量结果分析

4.1引言

4.2测量系统实验平台的搭建

4.3光栅局部平面度与周期分散性测量实验

4.4光栅整体平面度与周期分散性测量

4.5子孔径拼接测量的误差因素分析

4.6本章小结

结论

参考文献

声明

致谢