面向近原子尺度制造的光学测量精度极限分析*

战海洋 邢飞 张利

(清华大学精密仪器系， 北京 100084)

1 引 言

高精度制造在国家科技和经济发展中发挥着重要作用.随着科技的发展， 制造技术的精度跨越了毫米、微米尺度， 进入纳米量级.以量子理论为基础的原子及近原子尺度制造是下一代制造技术的主流发展方向[1，2]， 而纳米级甚至更高精度的测量技术是原子制造技术发展的基础和保障.光学测量具有精度高、测量范围广、测量直观等优点， 虽然具有百纳米级的衍射极限限制， 但此极限仅针对两个相邻目标的辨识问题， 对单个成像光斑中心的测量可以达到更高精度.如2014 年诺贝尔化学奖授予的光激活定位显微技术(photoactivated localization microscopy， PALM)， 通过对细胞内的单分子进行分时点亮定位， 实现了对活细胞中单分子的超越衍射极限的成像测量[3，4].显微领域利用相关技术， 实现了对DNA、溶酶体、线粒体等微小细胞结构的清晰成像[5-8]和对膜上单分子运动等动态过程的纳米级测量[9-11]， 这对理解具有原子级结构特征及装配精度的细胞的内部机理具有重要意义， 为复杂原子功能结构的制造奠定了基础[1].光学测量也广泛应用于超精密加工制造领域.在用于加工高端芯片的光刻机中， 通过测量晶圆反射光成像点确定晶圆的固定位置[12]， 直接影响着芯片的加工精度.美国喷气推进实验室(jet propulsion laboratory， JPL)先后使用激光静态和动态干涉条纹对图形探测器像素偏移进行测量， 达到微像素级标定精度[13-15].原子力显微镜(atomic force microscopy， AFM)通过测量激光光斑……