点衍射干涉仪波面参考源误差及公差分析

电子衍射实验中的误差来源分析引言：电子衍射实验是一种通过电子束对物质进行研究的重要手段，可以帮助我们了解物质的晶体结构和原子排列等信息。

然而，在进行电子衍射实验时，会存在一些误差来源，这些误差可能会影响实验结果的准确性和可靠性。

本文将对电子衍射实验中的主要误差来源进行分析，并提出相应的改进措施。

一、样品制备误差：电子衍射实验通常需要制备精细的样品，样品中的杂质或制备不均匀都会引入误差。

例如，在制备透射电子衍射样品时，如果样品表面存在杂质或有机物残留，这些会干扰电子束和样品的相互作用，从而导致衍射图样显示模糊或失真。

为减小样品制备误差，我们可以采用更优化的处理方法，如使用精细的样品制备装置，以确保样品表面的洁净度和均匀度。

二、电子束位置误差：电子衍射实验中，电子束位置的准确定位是保证实验精度的重要因素。

电子束的位置误差可能来自于仪器的调节或者使用过程中的环境因素，如振动或温度变化。

为减小电子束位置误差，我们可以通过使用高质量的电子束调节装置，将电子束精确地对准样品，并在实验前先进行恒温等环境条件下的调节与稳定。

三、测量系统误差：在电子衍射实验中，测量系统的误差包括衍射图样的采集和分析过程中可能引入的误差。

例如，相机或探测器的非线性响应、暗电流等都会影响对衍射图样的观测结果。

为减小测量系统误差，我们可以进行仪器的定标和校准，确保其准确性和可靠性。

此外，还可以提高采集数据的分辨率和准确度，通过增加数据点密度和改进数据处理算法来减小误差。

四、结构参数误差：电子衍射实验的目的之一是通过分析衍射图样来确定样品的结构参数。

然而，由于实际样品的复杂性，结构参数的准确性可能受到限制。

例如，样品中的晶体缺陷或者微观结构可能导致结构参数的不确定性。

为了减小结构参数误差，我们可以进行多次实验观测，通过统计处理来获取更可靠的结果。

此外，还可以采用更高分辨率的仪器或者结合其他实验手段来补充对样品的结构信息。

结论：电子衍射实验是一种重要的物质研究手段，可以揭示物质的微观结构和性质。

第7卷　第5期2014年10月　 中国光学 Chinese Optics Vol.7　No.5　Oct.2014 收稿日期:2014⁃06⁃12;修订日期:2014⁃08⁃14 基金项目:应用光学国家重点实验室基金资助项目(No.09Q03FQM90)文章编号　2095⁃1531(2014)05⁃0855⁃08点衍射干涉仪波面参考源误差及公差分析代晓珂1,2,金春水1∗,于　杰1(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,吉林长春130033;2.中国科学院大学,北京100049)摘要:为了保留光纤点衍射干涉仪容易对准以及衍射光束易于控制的优点,同时又能实现大数值孔径(NA )光学系统的检测,设计了一种新型的波面参考源(WRS),它保留了光纤点衍射和微孔点衍射的优点,可满足大NA 极紫外光刻物镜系统波像差检测的要求。

本文在分析各种误差的基础上,搭建了WRS 原理光路并对WRS 的系统误差标定算法进行详细的研究,得到WRS 标定时旋转平台的角度公差为0.5°,跳径时偏离系数为0.5%。

这一新型WRS 误差分析及标定对于实现高精度的检测具有十分重要的意义,最终为实现WRS 系统误差标定提供理论基础。

关　键　词:光学检测;点衍射干涉仪;波面参考源;误差研究;公差分析中图分类号:O436.1 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20140705.0855Analysis on error and tolerance for the wavefront referencesource of point diffraction interferometerDAI Xiao⁃ke 1,2,JIN Chun⁃shui 1∗,Yu Jie 1(1.State Key Laboratory of Applied Optics ,Changchun Institute of Optics ,Fine Mechanics and Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130033,China ;2.University of Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100049,China )∗Corresponding author ,E⁃mail :jincs @Abstract :To keep the advantages of fiber point diffraction interferometer which is easy to align and control the diffracted light,we design a new wavefront reference source(WRS).WRS can keep the advantages of fiber point diffraction interferometer and pin⁃hole point diffraction interferometer,and it also can be used to test thewavefront aberration of larger NA optical system for Extreme Ultraviolet Lithography(EUVL).The analysis of error for this new WRS and calibration of the system error is very important for realizing a more accurate test of wavefront aberration.Based on the analysis of various errors,we study the calibration algorithm in detail,and obtain the tolerance of several WRS important components including that the angle tolerance of rotation stage is 0.5°and the deviation factor is 0.5%when rotation is away optical axis.Key words :optical test;point diffraction interferometer;wavefront reference source(WRS);system error;tol⁃erance1　引　言 极紫外光刻(EUVL)技术被认为是最具潜力的下一代光刻技术之一,它最大程度地承袭了现有光刻技术的发展成果。

第36卷第2期 光电工程V ol.36, No.2 2009年2月Opto-Electronic Engineering Feb, 2009 文章编号：1003-501X(2009)02-0067-06193 nm移相点衍射干涉仪的测量误差分析邢廷文1，何国良1, 2，舒亮1, 2( 1. 中国科学院光电技术研究所，成都 610209；2. 中国科学院研究生院，北京 100039 )摘要：为了提高移相点衍射干涉仪对193 nm投影光刻系统的检测精度，本文对其主要测量误差进行了探讨。

在简要介绍了193 nm移相点衍射干涉仪的基本结构和测量原理之后，总结了可能对测量结果产生影响的各种误差及其产生的原因。

通过理论分析和数值模拟的方法分别对参考波前误差、相移误差、探测器非线性误差以及光源波动、环境变化引起的随机误差等进行了具体分析，从而得到各种测量误差的大小、存在形式以及与干涉仪结构参数的依赖关系，并提出了相应的避免或减小误差的方法。

关键词：干涉测量；移相点衍射干涉仪；光学检测；193 nm投影光刻中图分类号：O439 文献标志码：AMeasurement Errors in the 193 nm Phase-shiftingPoint Diffraction InterferometerXING Ting-wen1，HE Guo-liang1, 2，SHU Liang1, 2( 1. Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China;2. Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China )Abstract: To improve the measurement accuracy, the main measurement errors of the 193-nm Phase-shifting Point Diffraction Interferometer (PS/PDI) are discussed here. The elementary configuration and measuring principle of the 193-nm phase-shifting point diffraction interferometer are introduced firstly. Then different kinds of measurement errors and their causes are summed up, including reference wave front error, geometrical separation induced error, phase-shifting error, grating error, and errors caused by CCD, laser source and fluctuating surroundings and so on. The magnitude and shapes of these measurement errors, together with the connections between these errors and the configuration parameters of the interferometer, are all obtained through detailed analysis and simulation. For the sake of avoiding or restraining these errors, some methods are put forward accordingly.Key words: interferometry; phase-shifting point diffraction interferometer; optical test; 193 nm projection lithography0 引 言点衍射干涉仪(Point Diffraction Interferometer，PDI)由Raymond N. Smartt和J. Strong于1972年发明。

193 nm移相点衍射干涉仪的测量误差分析
邢廷文;何国良;舒亮
【期刊名称】《光电工程》
【年(卷),期】2009(36)2
【摘要】为了提高移相点衍射干涉仪对193 nm投影光刻系统的检测精度,本文对其主要测量误差进行了探讨.在简要介绍了193 nm移相点衍射干涉仪的基本结构和测量原理之后,总结了可能对测量结果产生影响的各种误差及其产生的原因.通过理论分析和数值模拟的方法分别对参考波前误差,相移误差、探测器非线性误差以及光源波动,环境变化引起的随机误差等进行了具体分析,从而得到各种测量误差的大小、存在形式以及与干涉仪结构参数的依赖关系,并提出了相应的避免或减小误差的方法.
【总页数】6页(P67-72)
【作者】邢廷文;何国良;舒亮
【作者单位】中国科学院光电技术研究所,成都,610209;中国科学院光电技术研究所,成都,610209;中国科学院研究生院,北京,100039;中国科学院光电技术研究所,成都,610209;中国科学院研究生院,北京,100039
【正文语种】中文
【中图分类】O439
【相关文献】
1.移相整流变压器移相角测量误差分析 [J], 王念同;沈继刚;等
2.空域移相偏振点衍射波前检测技术∗ [J], 郑东晖;李金鹏;陈磊;朱文华;韩志刚;乌兰图雅;郭仁慧
3.移相式点衍射干涉仪的几个关键技术 [J], 刘景峰;李艳秋;刘克
4.基于空间同步移相的1/4波片相位延迟量测量误差分析 [J], 王征;朱祥;翟凤潇;郝蕴琦;杨坤
5.空间移相干涉仪的移相误差分析和测试 [J], 左芬;刘兆栋;陈磊
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⼲涉式测向⽅法的误差的产⽣分析及消除2019-04-26摘要：⼲涉式测向⽅法简介，从测向原理、造成误差的原因多⽅⾯进⾏了深⼊剖析，对于⼲涉式测向产⽣的误差问题，采⽤天线转换连接、增加校正参数的⽅法，验证后获得较好的结果，能够在⼯程实现上解决测向存在的误差。

关键词：⼲涉式测向；伪距测量；基线测量；误差消除⼲涉式测向作为⼀种精确的⽆线电测向⽅法，⼴泛应⽤在军事、科研领域。

利⽤统⼀发射源发射信号，到接收终端统⼀天线阵中两根接收天线的时间差，和这两根天线之间的间距，通过三⾓公式求解，进⽽得到相对⾓，实现相对定位。

1 ⼲涉式测向原理⼲涉式测向原理图如图1所⽰，设两天线的间距为d，以天线连线⽅向为⽅位基准。

当被测⽬标发射源远离测向系统时（天线R0远⼤于d），及发射源到两个测向天线传播⽅向近似于平⾏，两个测向天线接收的⽬标回波路径差ΔR与⽅向⾓θ、基线长度d的关系为ΔR=R2—R1=d sin θ（1）sin θ=■θ=arcsin■式中：ΔR—⽬标回波分别到达两天线的距离差；R2—⽬标到测向天线2的距离；R1—⽬标到测向天线1的距离。

则θ值可以得出，θ即为两根测向天线连线垂线与⽬标点之间夹⾓。

⼲涉式测向原理是依靠测量⽬标到两测向天线的路径差ΔR，达到测量⽬标⽅向⾓的⽬的。

2 ⼲涉式测向的误差分析⼲涉式测向根据原理分析可能引起测向误差的原因有如下⼏点：（1）伪距测量误差⼲涉式测向的根本在于准确测量⽬标点到两根测向天线的路径差ΔR，及准确测量两根天线接收到的⽬标点发射信号的时间差Δt，根据下式：ΔR=cΔt（c为⽆线电波在空⽓中的传播速度，近似为3×105 km/s）；在接收机中以测向天线1所接收到的信号时刻t1计算，接收机时钟在t时刻产⽣⼀个相同的编码测距信号，这个复现的码在时间上移动，⼀直到与测向天线2收到的测距码产⽣相关为⽌，则两根测向天线接收到的测距码和接收机产⽣的复现码相关过程的时间差即为Δt。

干涉检测的基本原理干涉检测技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一门技术,干涉检测是基于光波叠加原理，在干涉场中产生亮、暗交替的干涉条纹，通过分析处理干涉条纹获取被测量的有关信息。

当两束光亮度满足频率相同，振动方向相同以及相位差恒定的条件，两束光就会产生干涉现象。

常见的干涉仪有迈克尔逊干涉仪、斐索干涉、泰曼一格林干涉。

迈克尔逊干涉仪的原理为；G2是一面镀上半透半反膜，M1、M2为平面反射镜，M1是固定的，M2和G1精密丝相连，使其可以向前后移动，最小读数为10-4mm，可估计到10-5mm, M1和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。

当M2和M1’严格平行时，M2会移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“吞进”。

两平面镜之间的“空气间隙”距离增大时，中心就会“吐出”一个个条纹；反之则“吞进”。

M2和M1’不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，在M2移动时，条纹不断移过视场中某一标记位置，M2平移距离 d 与条纹移动数 N的关系满足。

菲索干涉仪点衍射干涉仪的原理点衍射干涉仪的基本原理就是用小孔产生接近理想的波前作为参考波，与测量波面干涉，形成条纹，如图所示，当入射波一前经过会聚透镜时，会在小孔处形成一个弥散斑，小孔或者不透明圆盘的吸收膜片使其中一部分光线衍射产生参考球面波;另一部分光线直接透过小孔或者膜片，其波前形状不发生变化而振幅被膜片所衰减，这部分保持原来入射波前波形的光束作为测量光束，两束光在点衍射板的后方发生干涉形成干涉条纹。

与传统的干涉仪相比有以下的优点:(l)由于参考光波与被检光波是共光路的，所以受机械振动、空气扰动和温度变化等环境因素影响小;(2)系统结构简单，不容易产生杂散光，便于操作;(3)在点衍射干涉仪中，不需要标准镜，因此测量结果不受标准镜头加工精度的限制，这就为达到高精度的光学球面检测提供了非常广阔的前景。

不足：其自身的结构的特点决定了获取干涉图的局限性，例如移相技术引入难度高，倾斜和离焦量调整不易，小孔高精度对准难。

光学实验中的误差分析和校正方法在物理学的研究中，光学实验是一个重要的领域。

然而，在进行光学实验时，误差的存在往往是不可避免的。

这些误差可能会影响实验结果的准确性和可靠性，因此，对误差进行分析和校正就显得尤为重要。

一、误差的来源1、仪器误差光学实验中使用的仪器本身可能存在误差。

例如，测量长度的尺子刻度不准确，测量角度的仪器精度有限等。

2、环境误差实验环境的变化也会导致误差。

温度、湿度、气压的波动可能会影响光学元件的性能和光线的传播，从而产生误差。

3、人为误差实验操作人员的操作不规范、读数不准确、观察判断失误等都可能引入人为误差。

4、理论误差实验所基于的理论模型可能存在局限性，与实际情况存在偏差，从而导致误差。

二、误差的分类1、系统误差系统误差是指在相同条件下，多次测量同一物理量时，误差的大小和方向保持不变或按一定规律变化的误差。

例如，仪器的零点漂移、刻度不均匀等引起的误差。

2、随机误差随机误差是指在相同条件下，多次测量同一物理量时，误差的大小和方向随机变化的误差。

它是由不可预测的因素引起的，例如测量时的环境微小变化、人员操作的细微差异等。

三、误差分析方法1、数据分析法通过对实验数据的整理、分析和统计，可以发现数据的分布规律，从而判断误差的类型和大小。

例如，可以计算平均值、标准差等来评估数据的离散程度。

2、对比分析法将实验结果与已知的标准值或其他可靠的实验结果进行对比，分析差异，找出可能存在的误差。

3、误差传递分析法对于复杂的实验，需要分析各个测量量的误差如何传递到最终结果中，从而找出对结果影响较大的因素。

四、误差校正方法1、仪器校准对于存在系统误差的仪器，进行定期校准是非常必要的。

通过与标准仪器对比，调整仪器的参数，减小仪器误差。

2、环境控制尽量保持实验环境的稳定，例如控制温度、湿度和气压在一定范围内，以减少环境因素对实验的影响。

3、多次测量取平均值对于随机误差，可以通过多次测量同一物理量，然后取平均值的方法来减小误差。