CN109716056A - 干涉确定光学表面的形状的测量装置 - Google Patents

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Abstract

干涉确定测试件(14)的光学表面(12)的形状的测量装置(10)包括：产生照明波(34)的照明模块(16)，干涉仪(18)，该干涉仪(18)配置为将照明波分裂成参考波(52)和被指引到光学表面上的测试波(50)，两束波关于彼此倾斜使得当将它们叠加在干涉仪的检测平面(62)中时产生多个条纹干涉图案(66)。照明模块具有在检测平面的傅里叶平面中布置的光瞳平面(28)，并且照明模块配置为产生照明波使得光瞳平面中的照明波的强度分布包括一个或多个空间上隔离、连续的表面区域(38)，该表面区域(38)配置为使得具有与表面区域或表面区域的总体配合的最小可能面积的矩形(74)具有至少1.5∶1的纵横比。

Description

干涉确定光学表面的形状的测量装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年7月20日的德国专利申请10 2016 213 237.7的优先权。该专利申请的全部公开内容通过引用并入本申请中。
技术领域
本发明涉及由干涉法确定测试物的光学表面的形状的测量设备以及方法。
背景技术
发明背景
作为示例，在WO 2006/077145 A2中描述了这样的测量设备。该测量设备包括Fizeau干涉仪，通过其产生具有与光学表面的预期的形状适配的波前的测量波。出于确定光学表面的实际形状与其预期形状的偏离的目的，在光学表面的反射之后由干涉法评估适配的测量波的波前。根据WO 2006/077145 A2的Fizeau干涉仪是所谓的常用的路径干涉仪，其中干涉部分束的路径沿着相同光学路径延伸或者是至少空间上彼此紧密相邻的。然而，这样的常用路径干涉仪受到由测试物的机械振动或由干涉仪腔中的空气纹影所引起的相位扰动影响。可以通过使用多条纹干涉仪阻止相位敏感性。在这样的多条纹或多个条纹干涉仪中，干涉部分束关于彼此倾斜延伸使得多条纹干涉图案出现。
作为示例，具有光学表面的光学元件是诸如透镜元件或反射镜的光学部件。这样的光学部件用在光学系统中，例如在用于天文学中的望远镜中或者如在光刻方法中所使用的成像系统中。这样的光学系统的成功实质上由精确度确定，以该精确度可以产生其光学部件并且将光学部件各处理成与预期的形式对应的光学部件的表面的效应，所述形式在其设计期间由光学系统的设计者来设定。在这样的制造的范围内，必须将处理的光学表面的形式与其预期的形式比较并且确定制造的表面和预期的表面之间的差别或偏离。然后，例如，可以在那样的区域中处理光学表面，该区域中处理的面和预期的面之间的差别超出预先确定的阈值。
在通过多条纹干涉仪高精度测量光学表面期间，可能被追溯到干涉仪的光学表面上的缺陷的扰动经常发生。在此，可以以尽最大可能使扰动最小化的方式来选择这些干涉仪中的照明。这可以借助于以下来实现：在照明光瞳中使用扩展的环形光源来代替具有不多于一个艾里半径的范围的“点状”光源。扩展的光源导致缺陷的不锐利成像，并且因此导致测量误差的显著降低。然而，它的缺点在于降低了多条纹干涉图的对比度，导致较差的信噪比。
发明内容
发明目的
本发明的目的为提供设备和方法，通过该设备和方法解决前述问题，并且通过该设备和方法促进特别是通过多条纹干涉仪确定表面形式，该多条纹干涉仪特征在于干涉图对比度高并且同时对与干涉仪的光学面中的缺陷相关的误差的敏感性低。
本发明的解决方案
根据本发明，例如通过下文所述的由干涉法确定测试物的光学表面的形状的测量设备，可以实现上文所述的目的。根据本发明的测量设备包括产生照明波的照明模块，干涉仪，该干涉仪将照明波分裂成参考波和被指引到光学表面上的测试波，参考波和测试波关于彼此倾斜，使得通过重叠所述波在干涉仪的检测平面中产生多条纹干涉图案。在此，照明模块具有在检测平面的傅里叶平面中布置的光瞳平面，并且该照明模块配置为产生照明波使得光瞳平面中的照明波的强度分布包括一个或多个空间上隔离且连续的表面区域，该表面区域配置为使得具有与表面区域或表面区域的总体配合的最小可能面积的矩形具有至少1.5∶1、特别地至少2∶1或至少3∶1的纵横比。
换言之，根据第一变型的照明模块配置为产生照明波，使得光瞳平面中的照明波的强度分布包括空间上隔离、连续的表面区域，该表面区域的形状配置为使得具有与其配合的最小可能的面积的矩形具有至少1.5∶1的纵横比。根据第二变型，照明模块配置为产生照明波，使得光瞳平面中的照明波的强度分布包括多个空间上隔离、连续的表面区域，该表面区域配置或者布置为使得具有与该表面区域的总体配合的最小可能的面积的矩形具有至少1.5∶1的纵横比。
具有与空间上隔离、连续的表面区域配合的最小可能的面积的矩形应该被认为是，意味着在面积方面尽最大可能与空间上隔离的表面区域配合的矩形，即就是矩形中的完全包括具备最小可能面积的空间上隔离的表面区域的矩形。
在测试波与光学表面相互作用之后，在测试波上叠加参考波。通过评估多条纹干涉图案，可以确定光学表面的形状与预期的形状的偏离，并且因此确定测试物自身的光学表面的形状。倾斜的分裂实现为使得参考波关于与光学表面相互作用之后的测试波倾斜。可以通过例如Fizeau元件的分裂元件实现将照明波分裂成测试波和参考波。根据一个示例性实施例，与光学表面相互作用之后的测试波沿着其与光学表面相互作用之前的测试波的束路径行进返回。在这种情况下，参考波和与光学表面相互作用之后的测试波之间的倾斜角等于参考波和分裂的位置处的测试波的反向传播方向之间的倾斜角。
在本文中，多条纹干涉图案应该被理解为包括相长和相消干涉的交替条纹中的至少一个完整周期的干涉图案。完整周期应该被理解为干涉波之间的相位差沿着多干涉条纹图案采用在0到2π之间的所有值。换言之，多条纹干涉图案应该被理解为当条纹可以是明条纹(相长干涉)或暗条纹(相消干涉)时，干涉图案具有至少两个条纹。特别地，多条纹干涉图案可以包括相长和相消干涉的交替条纹的至少两个、至少五个、至少十个、至少五十个或至少一百个完整周期。
照明模块的光瞳平面中存在的空间上隔离、连续的表面区域可以是相对暗环境(相对较低强度)中的明区域(即高强度的区域)。作为示例，暗环境中的相对较低强度可以小于明区域的相对较高强度的50％。
根据一个实施例，光瞳平面的强度分布至少包括一个连续的表面区域，即存在第一变型，其中光瞳平面中的强度分布包括空间上隔离、连续的表面区域，该表面区域的形状配置为使得具有与其配合的最小可能面积的矩形具有至少1.5∶1的纵横比。根据该实施例，连续的表面区域设计为条纹。
根据其它实施例，光瞳平面的强度分布包括多个连续的表面区域，即存在第二变型，其中光瞳平面中的强度分布包括多个空间上隔离、连续的表面区域，该表面区域配置或布置为使得具有与表面区域的总体配合的最小可能面积的矩形具有至少1.5∶1的纵横比。根据该实施例，形式上适配于表面区域的总体的覆盖表面设计为条纹。在本文中，形式上适配于表面区域的总体的覆盖表面应该被理解为表示以下的区域：覆盖空间上隔离、连续的表面区域并且同时与表面区域的布置的外推或抽象形状配合。作为示例，通过在使包络曲线内所包含的区域和周长的结合最小化时数学上确定在表面区域周围的包络曲线，还可以实现形式上适配的这样的覆盖表面。
光瞳强度分布中提供条纹促进了，产生具有对比度高、同时具有对与干涉仪的表面上存在的缺陷相关的误差敏感性低的多条纹干涉图案。
根据一个实施例，参考波关于测试波的倾斜大于最小倾斜角，其中最小倾斜角限定为照明波的波长除以在将照明波分裂成测试波和参考波的位置处的照明波的束直径的商的百倍、特别是五百倍。分裂的位置处照明波的束直径可以对应于适配光学单元的直径，该适配光学单元布置在照明波的束路径中以将照明波的波前适配到测试物的光学表面的预期的形状。该适配光学单元可以实施为准直器，其布置在照明波与测试物的表面相互作用的上游。在测试波与光学表面相互作用之后的测试波上重叠参考波。通过评估多条纹干涉图案，可以确定光学表面的形状与预期的形状的偏离，并且因此确定测试物自身的光学表面的形状。
根据一个实施例变型，条纹是弧形条纹，根据其它实施例变型，它是直条纹。弧形条纹应该理解为具有一个方向上存在的曲率的条纹，即条纹向左弯曲或向右弯曲。在此，除了准确的弧形条纹，由沿着弧布置的多个笔直部分构成的条纹还应该理解为这样的弧形条纹。直条纹应该理解为纵横比至少为1.5∶1的矩形的表面区域。
根据其它实施例，照明模块中分配到光瞳平面的光瞳由环形形状边缘定界，并且条纹横向地延伸到光瞳的边缘。换言之，特别地，弧形条纹不会沿着光瞳的边缘延伸。尽管这样的边缘侧曲线可以适用于常用的路径干涉仪，但是它对根据本发明的测量设备中所产生的多条纹干涉图案的对比度不具有期望的效果。
根据其它实施例，照明模块中分配到光瞳平面的光瞳由环形形状的边缘定界，并且至少一个弧形条纹配置为使得弧形条纹上至少存在将光瞳细分成两个部分的切线，这两个部分的面积相差不超过20倍。换言之，通过至少一个切线将光瞳划分而出现的面积具有1∶20的比率或者更加均衡的比率，即它们具有1∶1和1∶20之间的比率。根据其它实施例，光瞳的两个部分的面积相差不大于十倍或者不大于五倍。作为示例，沿着光瞳的环形形状边缘延伸的弧形条纹不满足前述条件。
根据一个实施例变型，弧形条纹中的包括至少20％、特别地至少50％或至少70％的弧形条纹的至少一个部分上的每个切线全体将光瞳各细分成两部分，该两个部分的面积相差不超过20倍、特别是不超过十倍或不超过五倍。作为示例，沿着光瞳的边缘延伸的条纹不满足该条件。
在本文中，路径长度应该总是被理解为光学路径长度。光学元件内的光学路径长度是几何路径长度和折射率的乘积。
根据其它实施例，由测试物路径长度和参考路径长度之间的差来限定对于检测平面中的场点的光瞳平面中的光瞳点的路径长度差，其中测试物路径长度是由测试波的辐射从光瞳点行进到检测平面中的场点的路径长度，并且参考路径长度是由参考波的辐射从光瞳点行进到检测平面中的场点的路径长度。在此，条纹(特别是光瞳平面中照明波的强度分布的连续的表面区域)沿着场点的路径长度差的等位曲线延伸。路径长度差的等位曲线是由相同路径长度差的点构成的线。特别地，光瞳平面中的照明波的角分辨的强度分布配置为，使得弧形条纹沿着多个场点(特别是其中多条纹干涉图案产生的检测平面的区域中的多个场点)的路径长度差的等位曲线延伸。
根据一个实施例变型，前述类型的多个条纹沿着场点的路径长度差的等位曲线在光瞳平面中延伸，其中等位曲线相差照明波的波长的整数倍。
根据其它实施例，光瞳平面中的强度分布包括前述类型的多个条纹，特别是诸如上文所述的实施例之一中的弧形条纹的多个条纹。根据一个实施例变型，强度分布包括三个、四个、五个或更多的条纹，特别是连续的表面区域。条纹中的每一个可以具有关于不同实施例如上指定的特性。
根据其它实施例，干涉仪配置为将与光学表面相互作用之后的测试波和参考波合并在重叠的束路径中，其中参考波关于测试波倾斜了倾斜角β，为此以下是成立的：β＞100·λ/D，其中λ是照明波的波长，以及D是参考波与测试波合并到重叠的束路径中的位置处的参考波的束直径。根据一个实施例，D还对应于在将照明波分裂成测试波和参考波的位置处的照明波的束直径。特别地，倾斜角可以大于200·λ/D或者大于500·λ/D。分裂的位置处照明波的束直径可以对应于适配光学单元的直径，该适配光学单元布置在照明波的束路径中以将照明波的波前适配到测试物的光学表面的预期的形状。该适配光学单元可以实施为准直器，其布置在照明波与测试物的表面相互作用的上游。
根据其它实施例，干涉仪包括将照明波分裂成测试波和参考波的分裂元件，并且所述干涉仪还配置为将与光学表面相互作用之后的测试波和参考波合并到重叠的束路径中，其中参考波关于测试波倾斜了倾斜角β。此外，照明模块配置为使得光瞳平面中的强度分布在至少一个方向上具有范围LBel，为此以下是成立的：其中λ是照明波的波长，f是照明模块的光瞳平面和干涉仪中的适配光学单元之间的距离，该适配光学单元将照明波的波前适配到测试物的光学表面的预期的形式，以及I是分裂元件和测试物的光学表面之间的距离。根据实施例变型，光瞳平面的强度分布在至少一个方向上的范围LBel大于1mm、特别是大于2mm或大于5mm。适配光学单元可以实施为准直器，其布置在照明波与测试物的表面相互作用的上游。
根据其它实施例，光瞳平面中的强度分布配置为，使得所述多条纹干涉图案在至少一个区域中对比度至少为50％。特别地，多条纹干涉图案在至少一个区域中的对比度至少为60％、至少为70％或至少为80％。具有前述对比度的多条纹干涉图案的区域优选地位于干涉图案的中心。优选地，多条纹干涉图案的整个区域具有前述对比度，其中该区域可以包括整个多条纹干涉图案的面积中的例如至少10％、至少20％或至少50％。在本文中，多条纹干涉图案的对比度K限定如下：其中IK表示具有相长干涉的条纹的强度并且ID表示具有相消干涉的邻接条纹的强度。
根据其它实施例，强度分布配置为使得照明模块中的不超过70％、特别地不超过50％或不超过30％并且特别地至少10％或至少20％的光瞳被照明。
光瞳的百分比照明应该被理解为仅光瞳的指定部分以可感知的强度被辐照，其中该可感知的强度可以被理解为强度小于光瞳中的最大强度的10％、特别地小于光瞳中的最大强度的5％。
根据其它实施例，照明模块包括产生光瞳平面中的强度分布的空间光调制器。还被称为SLM的这样的空间光调制器例如在来自光束器的它们的原理的方面已知，并且可以被电子地致动。与使用机械光阑相比较，例如这样的空间光调制器促进高光产量，其可以几乎为100％。可致动的空间光调制器的使用促进了光瞳平面中的强度分布的可变的调整。
根据一个实施例，照明模块还包括漫射屏，其布置在光瞳平面中并且在操作期间旋转以产生非相干光。
此外，根据本发明提供由干涉法确定测试物的光学表面的形状的方法，其中通过照明模块产生照明波，并且通过干涉仪将照明波分裂成参考波和被指引到光学表面上的测试波，所述参考波和测试波关于彼此倾斜使得通过重叠所述波在干涉仪的检测平面中产生多条纹干涉图案，其中产生照明波使得在检测平面的傅里叶平面中布置的光瞳平面中的该照明波的强度分布包括一个或多个空间上隔离且连续的表面区域，该表面区域配置为使得具有与表面区域或表面区域的总体配合的最小可能面积的矩形具有至少1.5∶1的纵横比。
关于前述实施例所指定的特征，根据本发明的测量设备的示例性实施例和实施例变型等可以对应地应用到根据本发明的方法。在附图的说明和权利要求中解释根据本发明的实施例的这些和其它特征。单独的特征可以分别地或组合地实施作为本发明的实施例。此外，在本申请悬而未决的期间或之后，它们可以描述独立的可保护的有利的实施例以及仅在合理的情况下其所主张的保护。
附图说明
参照所附的示意性附图，在根据本发明的示例性实施例的如下的详细描述中示出了本发明的上述和其它的有利特征。附图中：
图1示出了由干涉法确定测试物的光学表面的形状的根据本发明的测量设备的示例性实施例，
图2示出了根据图1的测量设备中测试物路径长度和参考路径长度之间的路径长度差的分布的示意图，
图3示出了根据图1的测量设备的照明光瞳平面中根据本发明的强度分布的示例性实施例，
图4示出了通过根据图3的强度分布所产生的多条纹干涉图中的强度曲线，
图5示出了根据图1的测量设备的照明光瞳平面中根据本发明的强度分布的其它示例性实施例，以及通过该强度分布所产生的多条纹干涉图中的强度曲线，
图6示出了根据图1的测量设备的照明光瞳平面中根据本发明的强度分布的其它示例性实施例，以及通过该强度分布所产生的多条纹干涉图中的强度曲线，
图7示出了根据图1的测量设备的照明光瞳平面中根据本发明的强度分布的其它示例性实施例，
图8示出了根据图1的测量设备的照明光瞳平面中根据本发明的强度分布的其它示例性实施例，
图9示出了根据图1的测量设备的照明光瞳平面中根据本发明的强度分布的其它示例性实施例，
图10示出了根据图1的测量设备的照明光瞳平面中根据本发明的强度分布的其它示例性实施例，
图11示出了根据图1的测量设备的照明模块的示例性实施例，
图12示出了根据图1的测量设备的照明模块的其它示例性实施例，以及
图13示出了照明光瞳平面中的强度分布以及由其产生的多条纹干涉图的强度曲线的比较示例。
具体实施方式
在下文描述的示例性实施例或者实施例或者实施例变型中，功能上或结构上彼此相似的元件尽可能地提供相同或相似的附图标记。因此，为了理解指定示例性实施例的单独的元件的特征，应当参考本发明的其它示例性实施例的描述或者发明的一般性描述。
为了便于描述，在附图中指示笛卡尔xyz坐标系，由该坐标系，在附图中示出的部件的相应的位置关系是显而易见的。图1中，x方向垂直地延伸到附图的平面中，z方向朝右，y方向朝上。
图1阐明了根据本发明的一个实施例中的干涉测量设备10。测量设备10适合于确定测试物的光学表面12的实际形状与预期形状的偏离，从其产生光学表面12的实际形状。作为示例，测试物14可以以光学透镜或反射镜(特别是微光刻投射曝光设备的投射镜头)的形式存在。在反射镜的情况下，这可以涉及EUV投射曝光设备的光学元件。通过未在附图中示出的保持件组装测试物14。
测量设备10包括照明模块16、干涉仪18和评估装置20。照明模块16包括产生测量辐射24的辐射源22，例如形式为诸如产生激光束的氦氖激光器的激光器。测量辐射24具有执行干涉测量的充分相干的光。在氦氖激光器的情况下，测量辐射24的波长近似为633nm。然而，测量辐射的波长还可以具有电磁辐射中的可见和不可见的波长范围中的不同波长。
将测量辐射24聚焦到在照明模块16的光瞳平面28中布置的机械照明光阑30上，使得通过聚焦光学单元26从照明光阑30发出发散的、实质上球面的照明波34。原则上，照明光阑30具有原则上为测量辐射24的通道所提供的孔径区域，在所示出的情况下所述孔径区域限定照明模块16的光瞳31并且是圆形的。此外，在测量操作期间绕旋转轴线33旋转的漫射屏32布置在光瞳平面的区域中，即直接在照明光阑30的平面的附近。漫射屏用于使光瞳31的各个点之间的交替相位随机化。
干涉仪18设计为Fizeau干涉仪并且包括分束器40、形式为聚焦光学单元或准直器的适配光学单元42、分裂元件46以及形式为照相机的检测模块54。
照明波34的发散束最初通过分束器40并且于是将其由适配光学单元42准直，使得波前获得与待测试的光学表面12的预期的形状适配(即实质上对应于或近似于预期的形状)的形状。因此，在通过适配光学单元42之后，照明波34的波前可以具有例如平面或球面形状。适配光学单元42还可以包含衍射光学元件，以便于提供具有例如非球面形状的照明波的波前。照明波34沿着干涉仪18的光轴44传播，所述光轴在图1的z方向上延伸。
于是，将照明波34入射在具有Fizeau表面48的Fizeau元件的形式的分裂元件46上。在Fizeau表面48处反射照明波34中的一些辐射作为参考波52。图1中，基于参考波的示例束示出参考波52。将通过分裂元件46的照明波19的辐射入射在测试物14的光学表面12上作为测试波50。优选地，这在自准直的范围内实现，所以测试波50与光学表面12相互作用后实质上沿着自身返回。在图1所示的情况中，其中测试物14实施为反射镜，可以由光学表面12上的反射实现与光学表面12相互作用。在测试物为透镜元件的实施例中，可以通过穿过其中的双重通道和具有附加反射元件的背反射来实现相互作用。
分裂元件46具有倾斜的布置。倾斜是指使得Fizeau表面48相对于与光轴44相关的法线平面44N倾斜了倾斜角β/2。在本实施例中，由倾斜角β/2所表示的倾斜涉及绕倾斜轴线倾斜，该倾斜轴线与x轴和y轴二者成45°角布置，即图1所示的倾斜角β/2除了图中可见的x分量还具有同样大的y分量。在此，角的x分量和y分量理解为涉及分别地绕x轴和y轴的角度旋转的角分量。与光学表面12相互作用之后的返回测试波50通过分裂元件46而不会在该过程中经历方向的变化，并且因此与参考波52在重叠的束路径中合并，其中由于Fizeau表面48的上述倾斜因而参考波52关于返回测试波50倾斜了倾斜角β。根据一个实施例，以下应用于倾斜角β：
β＞100·λ/D。
在此，λ是照明波34的波长并且D是在与测试波50合并到重叠的束路径中的位置处(即分裂元件46的位置处)的参考波52的束直径。根据图1的实施例中，D对应于适配光学单元42的直径。根据数值示例，λ＝633nm、D＝200mm并且因此β＞0.32mrad。
与光学表面12相互作用之后返回的测试波50与倾斜的参考波52一起，由分束器40转向到检测模块54中。检测模块54包括检测模块54的光瞳平面中布置的成像光阑56，照相机镜头58和二维分辨的检测器60。返回的测试波50在检测器60的捕获表面上与参考波52干涉，该检测器60布置在检测平面62中。由于参考波52关于返回的测试波50倾斜倾斜角β(由于分裂元件46的倾斜位置引起)，检测器60的捕获表面上所产生的强度分布ID(x，y)是多条纹干涉图案66。
在本文中，多条纹干涉图案应该通常被理解为包括相长和相消干涉的交替条纹的的至少一个完整周期的干涉图案。完整周期应该被理解为干涉波之间的相位差沿着多干涉条纹图案采用在0到2π之间的所有值。换言之，多条纹干涉图案应该被理解为当条纹可以是明条纹(相长干涉)或暗条纹(相消干涉)时，干涉图案具有至少两个条纹。在图1所示的多条纹干涉图案66中，在每个情况下包含超过30个明暗条纹。基于多条纹干涉图案66，评估装置20确立了测试物的光学表面12的形状与预先已知的测试波34的波前的偏离，并且因此确立了光学表面12的实际形状。
由照明光阑30的对应的设计配置照明模块16的光瞳平面28中的强度分布IP(u，v)。如从图1中包含的IP(u，v)的示例性表示明确看出，后者具有空间上隔离的、连续的表面区域38，其形式为具有超过预先确定的阈值的强度的弧形条纹38-1。照明光阑30仅通过弧形条纹38-1的区域中的测量辐射24，相比之下，在光瞳31中限定最大孔径的剩余区域中，测量辐射被照明光阑30阻挡。像是检测模块的成像光阑56的平面，同样，照明模块16的光瞳平面28布置在检测平面62的傅里叶平面中。如从图1中包含的成像光阑56的孔径区域64内的强度分布ID(u，v)的表示得出，检测模块54的光瞳平面中参考波52的强度轮廓关于返回的测试波50的强度轮廓朝下倾斜地移位。这是由于参考波52关于返回的测试波50以如上文所述的倾斜角β倾斜。
具有弧形条纹的强度分布IP(u，v)的配置促进了多条纹干涉图案66中产生高对比度，同时抑制了追溯到干涉仪18的光学表面上的缺陷的扰动，如下文更详细地描述的。
图3、5、6、7、8、9和10示出了在照明模块16的光瞳平面28中强度分布IP(u，v)的根据本发明的其它指定的实施例，其可以取代图1阐明的强度分布。根据图3的强度分布IP(u，v)具有以弧形条纹38-1为形式的、空间上隔离的、连续的表面区域38，该弧形条纹38-1沿着图2阐明的路径长度差分布ΔOP(u，v)的等位曲线延伸。在此，弧形条纹38-1两端各延伸到光瞳31的环形形状边缘31R的对应部分。
图2中所示的路径长度差分布ΔOP(u，v)示出了对于在检测平面62中的预先确定的场点62p而言的光瞳31中路径长度差的分布，所述场点由测试物路径长度和参考路径长度之间的差限定。在此，测试物路径长度是由测试波50的辐射从光瞳31的给定点通过到检测平面62中的场点62p的路径长度，并且参考路径长度是由参考波52的辐射从光瞳31的上述点通过检测平面中的场点62p的路径长度。因此，相应的路径长度从光瞳平面28延伸到检测平面62，其中由照明波34途经光瞳平面28和分裂元件46之间的区域中的部分，该照明波34分别供应测试波50和参考波52的辐射。在图1中所示的路径长度差分布ΔOP(u，v)中，对于整数倍λ值的路径长度差绘制等位曲线67，即具有相同路径长度差的线。
图3中所示的光瞳平面28中的照明波34的强度分布IP(u，v)的弧形条纹38-1沿着根据图2的路径长度差分布ΔOP(u，v)的路径长度差2λ的等位曲线67延伸。在此，弧形条纹38-1配置为使得条纹38-1的任何切线将光瞳31细分成两个部分，其面积相差不超过3倍。为了阐明这些情景，图3中以示例性方式各描绘了与条纹38-1的外边缘相切的切线t1至t5。在此，切线t1和t5布置在条纹38-1的相应端部处并且切线t3布置在其中心。切线t2和t4布置在条纹38的中心部分38-1m的相应端部处，该中心部分包括条纹38-1的20％。
如图3中另外所示的，切线t1将光瞳31分成具有区域A1的上部分和具有区域A2的下部分，其中A1/A2的比率近似为1∶2.7。对于t5，出现了相同比率。对于中心切线t3，比率近似为1∶1.2。因此，条纹38上的任何切线的比率A1/A2位于近似1∶1.2和1∶2.7之间的范围中，即面积相差了1.2和2.7倍之间。对于中心部分38-1m，范围被进一步限制。根据其它实施例，弧形条纹38的特征在于，存在至少一个切线，其中面积A1和A2相差不超过20倍。根据其它实施例，弧形条纹38-1的特征在于，对于包括至少20％的条纹38-1的部分(例如中心部分38-1m)上的每个切线而言，面积A1和A2相差不超过20倍。
根据一个实施例，以下应用于至少一个方向上光瞳平面28中弧形条纹38-1的范围LBel。
在此，λ是照明波34的波长，f是光瞳平面28和适配光学单元42之间的距离，并且1是分裂元件46和测试物的光学表面12之间的距离。根据数值示例，λ＝633nm、f＝1020mm、1＝1000mm，β＝22mrad并且因此LBel＞0.2973mm。
此外，图3描绘了与弧形条纹38-1配合的最小可能面积的矩形74。换言之，矩形74是在完全包括弧形条纹38-1的面积方面最小可能的矩形，即矩形74是在面积方面尽最大可能与条纹38-1配合的矩形。矩形74具有与弧形条纹38的上述范围LBel对应的长度并且具有宽度dBel。在所示的情况下由LBel/dBel的比率所限定的矩形74的纵横比近似为3∶1，并且因此大于1.5∶1。
图4针对图3中阐明的光瞳平面28中的强度分布IP(u，v)示出了在多条纹干涉图66的中心区域中沿着X轴的强度曲线。该强度曲线的对比度近似为67％。因此，该多条纹干涉图66具有信噪比，其促进了高精度评估并且因此高精度确定测试物14的光学表面12的形式。此外，具有近似12％的照明模块16的光瞳31的照明实质上高于例如图13中的(c)所示的光瞳平面28中的点状照明的强度分布IP(u，v)的情况。在该强度分布中，其示为比较示例，即使照明仅近似为1％，也获得了近似60％的对比度、其几乎一样高。
如已经提到的，照明是如何可以良好地抑制追溯到干涉仪18的光学表面上的缺陷的扰动的措施。因此，根据图3的实施例促进关于图13中的(c)所示的比较示例的实质上改进的缺陷抑制。如果扩大中心照明盘，则可以改进缺陷抑制。近似8％的照明，其近似于与按照图3的根据本发明的实施例一样好，出现在图13中的(b)所示的强度分布IP(u，v)的实施例中作为其它比较示例，其中中心照明具有盘形状的实施例，然而，在该情况下的对比度下降到近似11％的值并且因此下降到远低于通过依据图3的根据本发明的实施例的可获得的数值。如果来自图13中的(b)所示的强度分布的中心照明盘进一步增加，则对比度进一步降低，例如降低到如图13中的(a)所示的对于整个光瞳的照明的其它比较示例中4％的值。
图5示出了在照明模块16的光瞳平面28中根据本发明的强度分布IP(u，v)的其它实施例。该强度分布具有多个弧形条纹38-1，其沿着图2中阐明的路径长度差分布ΔOP(u，v)的等位曲线延伸。在此，在该实施例中弧形条纹38-1分配到具有整数倍波长差的每个等位曲线。根据其它实施例变型，根据图5的弧形条纹38-1每个可以具有如上列出的关于基于图3所描述的弧形条纹38-1的特征。在根据图5的强度分布中，光瞳31的照明近似为60％，因此再次关于根据图3的实施例显著地改进缺陷抑制。在此，在多条纹干涉图66的中心区域中的强度曲线的对比度仅稍微降低至近似62％处。
图6示出了在照明模块16的光瞳平面28中根据本发明的强度分布IP(u，v)的其它实施例。后者与根据图5的强度分布的不同在于弧形条纹具有较窄的实施例使得出现近似20％的照明。因此，在多条纹干涉图66的中心区域中的强度轮廓的对比度仅显著精确地增加至近似90％。
图7示出了在照明模块16的光瞳平面中根据本发明的强度分布IP(u，v)的其它实施例。根据图7的强度分布IP(u，v)具有空间上隔离的、连续的表面区域38，其形式为锯齿形形状的条纹38-2。锯齿形形状的条纹38-2具有两个上升和两个下降部分。此外，图7描绘了具有与锯齿形形状条纹38-2配合的最小可能面积的矩形74。类似于根据图3的矩形74，矩形74具有长度LBel和宽度dBel。在所示的情况下，由LBel/dBel的比率所限定的根据图7的矩形74的纵横比近似为的3∶1，并且因此大于1.5∶1。锯齿形形状的条纹38-2布置为使得分配到其的矩形74的较长的对称轴线实质上平行于图2中阐明的路径长度差分布ΔOP(u，v)的等位曲线的平均方向延伸。
图8示出了在照明模块16的光瞳平面中根据本发明的强度分布IP(u，v)的其它实施例。根据图8的强度分布IP(u，v)具有空间上隔离的、连续的表面区域38，其形式为直条纹38-3，即具有直线的形状的条纹。具有与直条纹38-3配合的最小可能面积的矩形对应于条纹38-3自身。条纹38-3或矩形具有长度LBel和宽度dBel。在所示的情况下，由LBel/dBel的比率所限定的根据图8的直条纹38-3的纵横比近似为的3.5∶1，并且因此大于1.5∶1。直条纹38-3布置为使得其纵向范围实质上平行于图2中阐明的路径长度差分布ΔOP(u，v)的等位曲线的平均方向延伸。在所示出的实施例中，直条纹38-3的纵向范围关于光瞳边缘31R横向地取向。在此，示出的实施例中的直条纹38-3在光瞳31内中心地延伸在光瞳31的直径的近似30-40％的长度区域之上。在其它实施例中，直条纹还可以延伸在光瞳31的较小或较大的区域之上，特别是在整个光瞳31(即从光瞳边缘31R的区域到光瞳边缘31R的相反区域)之上。
图9示出了在照明模块16的光瞳平面中根据本发明的强度分布IP(u，v)的其它实施例。根据图9的强度分布IP(u，v)具有多个空间上隔离的、连续的表面区域38。在阐明的实施例中，各以圆形表面区域38-4的形式存在六个这样的表面区域。
此外，图9描绘了具有与表面区域38-4的总体配合的最小可能面积的矩形74。换言之，在完全包括表面区域38-4的总体的面积方面，矩形74是最小矩形。矩形74具有与弧形条纹38的上述范围LBel对应的长度并且具有宽度dBel。在所示的情况下，由LBel/dBel的比率所限定的矩形74的纵横比近似为3∶1，并且因此大于1.5∶1。
此外，图9描绘了以形式上适配于表面区域38-4的总体的弧形条纹76的形式的覆盖表面。换言之，弧形条纹76对应于以下区域：覆盖表面区域并且与表面区域38-4的布置的形状配合。特别地，表面区域38-4的布置的形状可以是外推的或抽象的布置形式。在本情况下，由适配于形式的覆盖表面所限定的弧形条纹76与根据图3的弧形条纹38-1对应，这在上文解释过。前述矩形74还是具有与弧形条纹76配合的最小可能面积的矩形，并且因此对应于根据图3的矩形74。
图10示出了在照明模块16的光瞳平面中根据本发明的强度分布IP(u，v)的其它实施例。根据图10的强度分布IP(u，v)具有多个空间上隔离的、连续的表面区域38。在阐明的实施例中，各以圆形表面区域38-4的形式存在两个这样的表面区域。因此，阐明的强度分布IP(u，v)是双极形状的。
此外，图10描绘了形式上适配于表面区域38-4的总体的直条纹78的形式的覆盖表面。换言之，直条纹78对应于以下区域：覆盖表面区域并且与表面区域38-4的布置的形状配合。在本情况下，由适配于形式的覆盖表面所限定的直条纹78与根据图8的直条纹38-3对应，这在上文解释过。此外，条纹78的周围形成了与表面区域38-4的总体配合的最小可能面积的矩形。像是根据图8的直条纹38-3，后者具有由LBel/dBel的比率所限定的纵横比并且其在示出的情况下近似为3.5∶1。
图11和12示出了照明模块16的其它实施例，其可以用来代替图1中所示的照明模块16。在根据图11的实施例中，机械照明光阑30布置在与光瞳平面28共轭的平面36中。通过4f成像光学单元70将平面36成像在可旋转的漫射屏32上，该漫射屏32仍然布置在光瞳平面28中。在根据图12的实施例中，出于在光瞳31中产生强度分布的目的，使用空间光调制器68代替机械光阑。在所示的实施例中，以反射操作空间光调制器68，为此，由辐射源22以测量辐射24以倾斜角辐照该空间光调制器68。于是，可变的反射的辐射通过2f成像光学单元，通过该2f成像光学单元将光调制器68的表面成像到在光瞳平面28中布置的可旋转漫射屏32上。
上述描述的示例性实施例被认为是示例性的。由此实现的本公开首先能够使本领域技术人员理解本发明和与其关联的优点，并且其次涵盖了在本领域技术人员的理解内所述结构和方法中的显而易见的变化和修改。因此，所有这些变化和修改(只要它们落入根据所附权利要求的限定的本发明的范围内)，以及等同物都旨在被权利要求的保护所涵盖。
附图标记列表
10 测量设备
12 光学表面
14 测试物
16 照明模块
18 干涉仪
20 评估单元
22 辐射源
24 测量辐射
26 聚焦光学单元
28 光瞳平面
30 照明光阑
31 照明模块的光瞳
31R 光瞳的边缘
32 漫射屏
33 旋转轴线
34 照明波
36 共轭平面
38 表面区域
38-1 弧形条纹
38-1m 中心部分
38-2 锯齿形形状的条纹
38-3 直条纹
38-4 圆形表面区域
40 分束器
42 适配光学单元
44 光轴
44N 光轴的法线平面
46 分裂元件
48 Fizeau表面
50 测试波
52 参考波
54 检测模块
56 成像光阑
58 照相机镜头
60 检测器
62 检测平面
62p 场点
64 孔径区域
66 多条纹干涉图案
67 等位曲线
68 空间光调制器
70 4f成像光学单元
72 2f成像光学单元
74 具有最小可能面积的矩形
76 弧形条纹
78 直条纹

Claims (17)

1.由干涉法确定测试物的光学表面的形状的测量设备，包括：
-产生照明波的照明模块，
-干涉仪，所述干涉仪配置为将所述照明波分裂成参考波和被指引到所述光学表面上的测试波，所述参考波和所述测试波关于彼此倾斜，使得通过叠加所述波在所述干涉仪的检测平面中产生多条纹干涉图案，
其中所述照明模块具有在所述检测平面的傅里叶平面中布置的光瞳平面，并且所述照明模块配置为产生所述照明波，使得所述光瞳平面中的照明波的强度分布包括一个或多个空间隔离且连续的表面区域，所述表面区域配置为使得具有与所述表面区域或表面区域的总体配合的最小可能面积的矩形具有至少1.5∶1的纵横比。
2.根据权利要求1所述的测量设备，
其中所述光瞳平面中的强度分布至少包括一个连续的表面区域，并且所述连续的表面区域设计为条纹。
3.根据权利要求1所述的测量设备，
其中所述光瞳平面中的强度分布包括多个连续的表面区域，并且形式上与所述表面区域的总体适配的覆盖表面设计为条纹。
4.根据权利要求2或3所述的测量设备，
其中所述条纹是弧形条纹。
5.根据权利要求4所述的测量设备，
其中所述照明模块中分配到所述光瞳平面的光瞳由环形形状的边缘定界，并且所述弧形条纹配置为使得所述条纹上至少存在将所述光瞳细分成两个部分的切线，所述两个部分的面积相差不超过20倍。
6.根据权利要求5所述的测量设备，
其中所述条纹中的包括总共至少20％的条纹的至少一个部分上的每个切线各将所述光瞳细分成两个部分，所述两个部分的面积相差不超过20倍。
7.根据权利要求2或3所述的测量设备，
其中所述条纹是直条纹。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的测量设备，
其中所述照明模块中分配到所述光瞳平面的光瞳由环形形状边缘定界，并且所述条纹横向地延伸到所述光瞳的边缘。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的测量设备，
其中所述光瞳平面中的强度分布包括前述类型的多个条纹。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的测量设备，
其中由测试路径长度和参考路径长度之间的差来限定对于所述检测平面中的场点的所述光瞳平面中的光瞳点的路径长度差，其中所述测试路径长度是由所述测试波的辐射从所述光瞳点行进到所述检测平面中的场点的路径长度，并且所述参考路径长度是由所述参考波的辐射从所述光瞳点行进到所述检测平面中的场点的路径长度，并且其中所述条纹沿着所述场点的路径长度差的等位曲线延伸。
11.根据权利要求10所述的测量设备，
其中前述类型的多个条纹沿着所述场点的路径长度差的等位曲线在所述光瞳平面中延伸，其中所述等位曲线相差照明波的波长的整数倍。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的测量设备，
其中所述干涉仪配置为将与所述光学表面相互作用之后的测试波和所述参考波合并在重叠的束路径中，其中所述参考波关于所述测试波倾斜了倾斜角β，为此以下是成立的：β＞100·λ/D，其中λ是所述照明波的波长，以及D是所述参考波与所述测试波合并到所述重叠的束路径中的位置处的所述参考波的束直径。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的测量设备，
其中所述干涉仪包括将所述照明波分裂成所述测试波和所述参考波的分裂元件，并且所述干涉仪还配置为，将与所述光学表面相互作用之后的测试波与所述参考波合并到重叠的束路径中，其中所述参考波关于所述测试波倾斜了倾斜角β，并且所述照明模块配置为使得所述光瞳平面中至少一个方向上的强度分布具有范围LBel，为此以下是成立的：其中λ是所述照明波的波长，f是所述照明模块的光瞳平面和所述干涉仪中的适配光学单元之间的距离，所述适配光学单元将所述照明波的波前适配于所述测试物的光学表面的预期的形式，以及I是所述分裂元件和所述测试物的光学表面之间的距离。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的测量设备，
其中所述光瞳平面中的强度分布配置为，使得所述多条纹干涉图案在至少一个区域中的对比度至少为50％。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的测量设备，
其中所述强度分布配置为，使得所述照明模块中分配到所述光瞳平面的光瞳的不超过70％被照明。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的测量设备，
其中所述照明模块包括产生所述光瞳平面中的强度分布的空间光调制器。
17.一种由干涉法确定测试物的光学表面的形状的方法，其中：
-通过照明模块产生照明波，并且
-通过干涉仪将所述照明波分裂成参考波和被指引到所述光学表面上的测试波，所述参考波和所述测试波关于彼此倾斜，使得通过叠加所述波在干涉仪的检测平面中产生多条纹干涉图案，
其中产生所述照明波，使得在所述检测平面的傅里叶平面中布置的光瞳平面中的照明波的强度分布包括一个或多个空间上隔离且连续的表面区域，所述表面区域配置为使得具有与所述表面区域或表面区域的总体配合的最小可能面积的矩形具有至少1.5∶1的纵横比。
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