DD298193A7

DD298193A7 - METHOD FOR CALIBRATING AN INTERFEROMETER FOR WAVE FLOOR MEASUREMENT WITH COMBINED FIZEAU / TWYMAN GREEN OPERATION

Info

Publication number: DD298193A7
Application number: DD28544085A
Authority: DD
Inventors: Andreas Bode; Ingrid Brendel; Karin Holota
Original assignee: Jenoptik Carl Zeiss Jena Gmbh,De
Priority date: 1985-12-24
Filing date: 1985-12-24
Publication date: 1992-02-13

Abstract

Verfahren zur Kalibrierung eines Interferometers fuer die Wellenflaechenmessung mit kombiniertem FIZEAU/TWYMAN-GREEN-Betrieb. Anwendungsgebiet ist die interferometrische Pruefung von Oberflaechen mittels Wellenflaechenanalyse. Ziel der Erfindung ist es, den Aufwand bei der Kalibrierung eines Interferometers zu senken, und die Meszgenauigkeit im Routinebetrieb zu verbessern. Als Aufgabe steht die Angabe eines Verfahrens, bei dem nach einmaliger Vermessung eines Normals der Interferometerfehler jederzeit mit geringem Aufwand von der Wellenflaechenanalyse der Prueflinge bestimmt werden kann. Die Loesung besteht darin, dasz der Interferometerfehler aus der Summe der Wellenflaeche, die aus dem Interferenzbild der Referenzwelle und der an der auf FIZEAU-Betrieb gestellten Referenzflaeche eines Meniskus reflektierten Welle entsteht, mit einen konstanten und nur einmalig ermittelten Anteil gebildet wird, wobei der konstante Anteil als Wellenflaechendifferenz des Meszobjektives zwischen der TWYMAN-GREEN- und der FIZEAU-Variante vor den im Routinebetrieb durchzufuehrenden Messungen ermittelt wird. Fig. 1Method for calibrating an interferometer for shaft surface measurement with combined FIZEAU / TWYMAN GREEN operation. Field of application is the interferometric examination of surfaces by means of wavefront analysis. The aim of the invention is to reduce the effort in the calibration of an interferometer, and to improve the Meszgenauigkeit in routine operation. The object is the specification of a method in which, after a single measurement of a standard, the interferometer error can be determined at any time with little effort from the wave surface analysis of the test pieces. The solution consists in the fact that the interferometer error is formed from the sum of the wave surface which arises from the interference pattern of the reference wave and the wave reflected on the reference surface of a meniscus set on FIZEAU operation, with a constant and only once determined component, the constant Proportion as the shaft surface difference of the measuring objective between the TWYMAN-GREEN and the FIZEAU variant is determined before the measurements to be carried out in routine operation. Fig. 1

Description

Die Erfindung betrifft die Kalibrierung von Zweistrahlinterferometern, die sowohl als FIZEAU- als auch als TWYMAN-GREEN-Interferometer zur Prüfung von Oberflächen mittels Wellenflächenmessung angewendet werden können.The invention relates to the calibration of two-beam interferometers which can be used both as FIZEAU and as TWYMAN-GREEN interferometers for the examination of surfaces by means of wave surface measurement.

Charakteristik der bekannten technischen LösringenCharacteristic of the known technical release rings

Zur Kalibrierung von in Echtzeit arbeitenden Zweistrahlinterferometern vom TWYMAN-GREEN-Typ ist es bekannt, ein Normal zu verwenden, dessen Oberfläche absolut vermessen ist. Der Interferometerfehler ergibt sich dabei als Differenz zwischen der gemessenen Wellenfläche und der Wellenfläche des Normals.For calibration of TWYMAN-GREEN type real-time two-beam interferometers, it is known to use a normal whose surface is absolutely measured. The interferometer error results as the difference between the measured wave surface and the wave surface of the normal.

Nachteile dieses Verfahrens sind, daß zur Kalibrierung der Prüfling gegen das Normal ausgetauscht werden muß, daß eine Justierung des Normals durchzuführen ist und daß für einen großen Prüfbereich zahlreiche Normale notwendig sind. Diese Nachteile behindern einen zügigen Meßablauf und erfordern die kostenaufwendige Herstellung einer ganzen Serie von hochgenauen Normalen.Disadvantages of this method are that must be exchanged for calibration of the DUT against the normal, that an adjustment of the normal is carried out and that numerous standards are necessary for a large test area. These disadvantages hinder a rapid measurement process and require the costly production of a whole series of highly accurate standards.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, den Zeitaufwand bei der Kalibrierung eines Interferometers vom TWYMAN-GREEN-Typ zu senken, die Anzahl der benötigten Normale einzuschränken und die Meßgenauigkeit im Routinebetrieb zu erhöhen.The aim of the invention is to reduce the time spent in the calibration of a TWYMAN-GREEN type interferometer, to limit the number of standards required and to increase the accuracy of measurement in routine operation.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kalibrierung eines Interferometers für die Wellenflächenmessung mit kombiniertem FIZEAU/TWYMAN-GREEN-Betrieb anzugeben, bei dem mit geringem Aufwand nach einmaliger Vermessung eines Normals der Interferometerfehlor im TWYMAN-GREEN-Betrieb jederzeit für Prüflinge in großen Prüfbereichen ohne weitere Vermessung von Normalen bestimmt worden kann.The invention has for its object to provide a method for calibrating an interferometer for wave surface measurement combined with FIZEAU / TWYMAN GREEN operation, in which with little effort after a single measurement of a normal interferometer in the TWYMAN-GREEN operation at any time for candidates in large Test areas can be determined without further measurement of normals.

Erfindungsgemäß ergibt sich die Lösung dieser Aufgabe durch eine den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 entsprechende Durchführung eines solchen Verfahrens.According to the invention, the solution of this task by a characterizing features of claim 1 corresponding implementation of such a method results.

Dies hat unter anderem den Vorteil, daß zur Interferometerkalibrierung im rechnerpestüzten Routinebetrieb kein Normal mehr benötigt wird. Die Kalibrierung selbst beschränkt sich damit lediglich auf das Abdecken des Prüflings im Meßstrahlengang zur Vermeidung von störenden Reflexen, auf die Umschaltung des Menikus von TWYMAN-GREEN- auf FIZEAU-B atrieb, auf die Auswertung des Interferenzbildes, das sich aus der Interferenz der vom Referenzspiegel und von der FIZEAU-Rcferenzfläche reflektierten Wellen ergibt, und auf die Ausführung einer einfachen Rechenoperation im Rechner.This has the advantage, inter alia, that no normal is required for interferometer calibration in computer-aided routine operation. The calibration itself is therefore limited to covering the test specimen in the measuring beam path to avoid disturbing reflections, to switching the menu from TWYMAN-GREEN to FIZEAU drive, to the evaluation of the interference pattern resulting from the interference of the reference mirror and reflected waves from the FIZEAU reference surface, and the execution of a simple arithmetic operation in the computer.

In der Zeichnung ist ein Schema einer Anordnung dargestellt, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, und zwar zeigenThe drawing shows a diagram of an arrangement with which the method according to the invention can be carried out, namely show

Fig. 1: ein Schema der Anordnung im TWYMAN-GREEN-Betrieb Fig.2: ein Schema der Anordnung im FIZEAU-Betrieb.Fig. 1: a diagram of the arrangement in the TWYMAN GREEN mode Fig. 2: a diagram of the arrangement in the FIZEAU mode.

Die Anordnung besteht nach Fig. 1 und 2 aus einem Lasor 1, einem Pinhole 2, einem Teilerwürfel 3, aus optischen Abbildungselementen 4 und 5, einem Referenzspiegel 6, einem Meßobjektiv 7 mit einem Meniskus 8, einem Verschluß 9, einem Prüfling beziehungsweise Normal 10 mit der zu messenden Fläche 11 und einer Auswerteeinrichtung 12 mit angeschlossenem Rechner 13.1 and 2 consists of a laser 1, a pinhole 2, a splitter cube 3, optical imaging elements 4 and 5, a reference mirror 6, a measuring objective 7 with a meniscus 8, a shutter 9, a specimen or normal 10th with the surface 11 to be measured and an evaluation device 12 with a connected computer 13.

Ein vom Laser 13 ausgehender Strahl 14 wird durch den Teilerwürfel 3 in einem Referenzstrahlengang 15 und in einem Meßstrahlengang 6 zerlegt. Die in dem Referenzstrahlengang 15 und dem Meßstrahlengang 16 zurücklaufenden Wellen überlagern sich im Interferenzstrahlengang 17 und werden durch die Auswerteeinrichtung 12 erfaßt.A beam 14 emanating from the laser 13 is split by the splitter cube 3 in a reference beam path 15 and in a measuring beam path 6. The waves running back in the reference beam path 15 and the measuring beam path 16 overlap in the interference beam path 17 and are detected by the evaluation device 12.

Das durch die Anordnung realisierte Interferometer ist ein Interferometer mit kombiniertem FIZEAU/TWYMAN-GREEN-betrieb. Zur Umschaltung auf die entsprechende Betriebsweise ist der Meniskus 8 kippbar ausgeführt. Gemäß Fig. 1 wird der TWYMAN-GREEN-Betrieb dadurch eingestellt, daß der Meniskus 8 so gekippt wird, daß die Krümmungsmittelpunkte 18 und 19, die einen definierten Abstand aufweisen, nicht auf der optischen Achse 20 liegen. Beim FIZEAU-Betrieb des Interferometers liegt dann der Krümmungsmittelpunkt 18, wie in Fig.2 dargestellt, auf der optischen Achse 20.The interferometer realized by the arrangement is an interferometer with combined FIZEAU / TWYMAN GREEN operation. To switch to the appropriate mode of operation of the meniscus 8 is designed tiltable. Referring to Fig. 1, the TWYMAN GREEN operation is adjusted by tilting the meniscus 8 so that the centers of curvature 18 and 19 having a defined distance are not on the optical axis 20. When FIZEAU operation of the interferometer then the center of curvature 18, as shown in Figure 2, is located on the optical axis 20th

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein Normal 10 in den Meßstrahlengang'16 gebracht. Die schon gesondert vermessene Fläche 11 wird mit der TWYMAN-GREEN-Variante des interferometers gemäß Fig. 1 geprüft. Bei einer weiteren Messung wird das Interferenzbild ausgewertet, das sich aus der Überlagerung der vom Referenzspiegel 6 und von der auf FIZEAU-Betrieb gestellten Fläche 21 des Meniskus 8 reflektierten Wellen ergibt. Bei dieser Messung ist der Verschluß 9 zur Vermeidung störender Reflektionen in den Meßstrahlengang 16 eingeschwenkt. Aus der Differenz dieser beiden Messungen ergibt sich eine konstante Wellenflächendifferenz des Meßobjektives 7 zwischen der TWYMAN-GREEN- und der FIZEAU-Variante. Im Routinebetrieb kann mit dieser einmaligen Bestimmung der konstanten Wellenflächendifferenz jederzeit durch Messung der auf FIZEAU-Betrieb gestellten Fläche 21 der Interferometorfehler im TWYMAN-GREEN-Betrieb bestimmt werden und vorzeichenbehaftet zur Korrektion des Meßergebnisses bei der Wellenflächenanalyse der Oberfläche der Prüflinge 10 im Rechner 13 herangezogen werden.To carry out the method according to the invention, a normal 10 is first brought into the measuring beam path 16. The already separately measured surface 11 is tested with the TWYMAN GREEN variant of the interferometer according to FIG. In a further measurement, the interference image is evaluated, which results from the superimposition of the waves reflected by the reference mirror 6 and by the FIZEAU-operated surface 21 of the meniscus 8. In this measurement, the shutter 9 is pivoted to avoid disturbing reflections in the Meßstrahlengang 16. The difference between these two measurements results in a constant wave surface difference of the measuring objective 7 between the TWYMAN-GREEN and FIZEAU variants. In routine operation, the interferometric error in TWYMAN-GREEN operation can be determined at any time with this one-time determination of the constant wave surface difference by measuring the FIZEAU-operated surface 21 and used in the computer 13 signed to correct the measurement result in the wave surface analysis of the surface of the DUTs 10 ,

Claims

Method for calibrating a waveguide interferometer with combined FIZEAU / TWYMAN-GREEN operation, where the switchover between FIZEAU and TWYMAN-GREEN operation occurs by eliminating the TWYMAN-GREEN reference beam path and by tilting an aplanatic meniscus belonging to the object of measurement in the measurement beam path wherein the last surface of the menu facing the specimen which is concentric with the focus of the measurement objective is used as the reference surface in the FIZEAU operation, further using a calculator to evaluate the interference image, and the interferometer error is derived from the measured specimen wave surface for correction is subtracted from the measurement result, characterized in that for determining the interferometer error in the TWYMAN GREEN operation, this is composed of two parts, such that the first portion of the interference image is determined, which by superimposing the reference wave e of the TWYMAN-GREEN reference beam path having a wave surface which is reflected at the reference surface of the meniscus set on FIZEAU operation, and that a constant second portion indicating the change of the wave surface of the measurement lens due to the tilt of the meniscus is added, wherein the constant component is determined once from the difference between two measured wave surfaces, such that the interferometer error is first measured in TWYMAN GREEN mode using an absolutely tested surface and then evaluated by evaluating the interference between the reference wave and the FIZEAU Operation set reference surface of the meniscus reflected wave this constant proportion is determined.

Field of application of the invention