极紫外光刻(Extreme Ultraviolet Lithography, EUVL)是适应于27nm~11nm节点的数代超大规模集成电路制造的光刻工艺，它采用13.5nm的曝光波长将掩膜上的电路图形成像到晶圆上。在EUV波段，各种材料的折射率接近于1，且吸收很大，EUVL投影物镜系统必须由镀有多层膜的光学非球面组成的全反射式光学系统。投影物镜系统为了实现衍射极限的分辨率，根据Marachel判据，要求系统波像差达到1.0nm RMS。系统中非球面光学元件在全频段的误差以及多层膜的质量都将影响物镜系统的性能，对于六镜系统，要求非球面面形误差达到0.2nm RMS。EUVL对投影物镜的高性能要求，给光学加工、检测和装调带来了前所未有的挑战。传统菲索干涉仪或泰曼-格林干涉仪由于受参考元件精度的限制，其测量精度远远无法满足EUVL的检测精度要求。点衍射干涉仪(Point DiffractionInterferometer, PDI)采用准点源衍射产生的球面波作为参考光，避免了常规干涉仪采用参考元件的做法，可以实现深亚纳米量级的检测精度。影响PDI检测精度的因素包括衍射参考球面波的质量、图像采集系统和环境因素等，其中衍射参考球面波的质量直接限定了PDI的检测精度。作为PDI最核心部件的微孔反射镜，其结构和特性决定了衍射参考球面波的质量，从而决定了PDI所能达到的测量精度。本文针对EUVL曝光光学系统光学元件面形误差和系统波像差高精度检测问题，开展PDI衍射参考波前的理论和实验研究。主要研究内容如下：1、采用理查德-沃尔夫矢量衍射积分公式，研究在线偏振光和圆偏振光照明条件下，PDI聚焦物镜的像差对焦面上的场强和相位分布的影响情况。聚焦物镜像差和微孔装调误差的存在，照明微孔的光波不再是平面波，在仿真计算中，将聚焦照明光场近似为理想平面波的做法是不妥的。2、采用光波导理论，研究光纤点衍射干涉仪中单模光纤内的场分布及空间滤波作用。单模光纤只能传输LP01模，耦合入光纤前，系统元件引入的像差将得到有效地滤除。采用标量瑞利-索末菲衍射积分公式，获得了场分布按照Bessel函数分布的端面倾斜光纤远场衍射波前分布的解析表达式。分析了实验中所使用的光纤的远场衍射波前偏差，光纤端面的倾角不影响衍射波前的质量，远场衍射波前在NA0.1内将是理想球面波。3、采用矢量瑞利-索末菲衍射积分公式分析倾斜照明情况下，零厚度、电导率无限大的导电屏上的微孔，远场衍射波前分布情况，比较线偏振光和圆偏振光照明条件下，远场衍射波前质量的差别。倾斜照明光波不影响微孔衍射波前的质量，仅使衍射波前的强度分布偏离微孔中心轴线，而不影响衍射波前偏差。采用线偏振光照明和圆偏振光照明，远场衍射波前偏差在同一个数量级，线偏振情况下，衍射波前中存在较大的像散，而圆偏振光照明时，衍射波前中主要旋转对称的像差。4、采用矢量瑞利-索末菲衍射积分公式分析微孔圆度误差对远场衍射波前质量的影响情况。微孔边缘粗糙度对衍射波前偏差有着显著的影响，对强度分布几乎无影响。微孔椭圆度对衍射波前偏差的影响较小，对强度分布则有重要的影响。5、对有限厚度有限电导率的微孔进行FDTD仿真分析，对影响微孔衍射波前质量的因素（包括微孔材料、厚度、直径大小、形状，聚焦物镜像差，微孔漂移、离焦和倾斜）进行了仿真分析。Cr是微孔材料的首选，Al次之。微孔的厚度不宜小于200nm。当检测NA0.3的系统时，采用直径800nm的微孔较为适宜，当检测NA0.3的元件时，采用直径500nm的微孔较为适宜。在微孔的装调过程中，微孔的离焦量需大于-175nm，漂移量应控制在125nm内。6、采用格拉姆-施密特正交化法进行高精度矢量多项式波面拟合。该算法同样适用于环形Zernike多项式的拟合，且具有同样的精度。7、采用杨氏双孔干涉法对光纤衍射参考波前偏差进行实验测量，并分析实验中的系统误差。两球面波点源的间距将给测量结果引入彗差，而探测器的倾斜将给测量结果引入像散。对OPD进行了高阶的二项式展开，以减小高NA情况下的近似误差。对两对光纤衍射参考波前偏差进行了测量，测得两对光纤衍射波前在NA0.1内的偏差分别为0.1416±0.0084nm RMS和0.1560±0.0211nmRMS，即实验测得光纤衍射波前的偏差约为λ/3500RMS。总之，本文从理论和实验两方面对PDI衍射参考波前进行了理论和实验研究，获得了满足EUVL元件面形误差和系统波像差检测要求的深亚纳米精度参考波前。本文的研究工作将为EUVL系统波像差的高精度检测储备技术条件，为大NAPDI衍射参考波前偏差以及大NAPDI测量精度的评定提供方法，奠定基础。