光刻技术是集成电路制造中的一种精密的微细加工技术,它决定着一个国家半导体产业的发展。而投影光刻物镜是光刻设备中的核心组件,用于完成图形从掩模到硅片上的传递,其成像质量会直接影响光刻机的特征线宽。光学传递函数虽然可以评价镜头的成像质量,但是投影光刻物镜属于极小像差光学系统,只有通过波像差检测的手段才能准确反映出系统的像质。面向高NA高精度投影光刻物镜的研制,超高精度的系统波像差检测设备可以为物镜的装调提供指导意义。国外的三大光刻物镜制造厂商均有自主研发的光刻物镜系统波像差检测方法,分为以下三类:哈特曼-夏克(H-S)法、点衍射干涉法和光栅剪切干涉法。这三类方法是对波前斜率或波前曲率的测量,不需要考虑高精度参考面加工带来的难题。但是对于193nm工作波长的高NA光刻物镜系统波像差检测,H-S法的检测精度受到限制,很难实现亚纳米的检测精度;点衍射法所需的针孔空间滤波器的直径会随着波长减小而减小,很难获取到理想的球面波前;而光栅剪切法原理简单,容易在实验室实现设备搭建。用计算机软件完成复杂的波前重构后,光栅剪切法可以实现亚纳米级检测精度的要求。因此,论文根据国内的迫切需要,开展光刻物镜系统波像差横向剪切干涉绝对检测方法的研究工作,为实现光刻物镜系统波像差超高精度检测提供理论依据和实现方法。具体研究内容如下:(1)研究了适用于横向剪切干涉的旋转绝对检测方法,在传统方法的基础上,根据系统误差变化量和旋转角度的关系,提出了三步平均算法和加权三步平均算法;仿真中用恒定系统误差和存在偏心误差这两种情况,验证了算法的精度;实验通过传统的旋转法得到系统波像差RMS的检测精度为0.91nm,而三步平均算法和加权三步平均算法的计算结果分别可以达到0.71nm和0.54nm。(2)针对实验设备的偏心问题,提出了一种抑制偏心误差影响的两步算法。该算法先通过旋转平均法确定偏心误差最小的角度位置,再通过最优旋转角度的选择来使偏心误差的影响降到最小;仿真用有无偏心误差影响的两种情况证明了算法的有效性;实验对比表明,误差免疫法采用的角度(90°,135°和180°)位置获得的系统波像差数据与初始位置的残差图RMS分别为2.01nm、4.89nm和7.78nm;而两步算法采用角度(315°和90°)获得的数据与初始位置残差图RMS为1.46nm和4.16nm。对两步算法标定物镜旋转一周在各个角度位置的系统波像差不确定度矩阵进行评估,其标准差为2nm。(3)针对物镜在所有旋转测量角度位置的偏心问题,提出了基于旋转测量偏心量的拟合算法:先利用偏心影响小的角度通过单次旋转法拟定出物镜系统波像差的真实值,再利用最小二乘法补偿出物镜在各个角度位置的系统波像差。通过仿真和实验对算法进行了验证,新算法标定物镜旋转一周在各个角度位置的系统波像差不确定度矩阵的标准差为0.097nm。与两步算法相比,新算法可以有效地抑制偏心影响。