DE102017217369A1

DE102017217369A1 - Kompensationsoptik für ein interferometrisches Messsystem

Info

Publication number: DE102017217369A1
Application number: DE102017217369.6A
Authority: DE
Inventors: Jochen Hetzler; Stefan Schulte
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2019-04-04
Also published as: JP7227234B2; WO2019063437A1; JP2020535440A; US11199396B2; US20200225028A1

Abstract

Eine Kompensationsoptik (30) für ein der interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) dienendes Messsystem (10) ist dazu konfiguriert, aus einer Eingangswelle (18) eine auf das Testobjekt gerichtete Messwelle (44) mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront zu erzeugen. Die Kompensationsoptik umfasst ein erstes optisches Element (32) sowie ein diesem in einem Strahlengang der Eingangswelle nachgeordnetes zweites optisches Element (34). Das zweite optische Element ist ein diffraktives optisches Element, welches dazu konfiguriert ist, die Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element in die Messwelle (44) sowie eine Referenzwelle (42) aufzuspalten. Mindestens 20% einer Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik (30), welche zur Erzeugung der zumindest teilweise angepassten Wellenfront der Messwelle aus einer Wellenfront der Eingangswelle vorgesehen ist, entfällt auf das erste optische Element (32) und die auf das erste optische Element entfallende Brechkraft weist das gleiche Vorzeichen wie die Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik auf.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kompensationsoptik für ein der interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts dienendes Messsystem, ein Messsystem mit einer derartigen Kompensationsoptik sowie ein Verfahren zum interferometrischen Bestimmen einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts.
Zur hochgenauen interferometrischen Vermessung einer Oberflächenform eines Testobjekts, etwa eines optischen Elements für ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Belichtungsanlage, werden häufig diffraktive optische Anordnungen als so genannte Nulloptiken bzw. Kompensationsoptiken verwendet. Dabei wird die Wellenfront einer Messwelle durch ein diffraktives Element derart an eine Sollform der Oberfläche angepasst, dass diese an jedem Ort senkrecht auf die Sollform auftreffen und von dieser in sich zurück reflektiert würde. Abweichungen von der Sollform lassen sich durch Überlagerung der reflektierten Prüfwelle mit einer Referenzwelle bestimmen. Als diffraktives Element kann beispielsweise ein computergeneriertes Hologramm (CGH) eingesetzt werden.
In DE 10 2012 217 800 A1 wird ein solches Messsystem mit einem komplex kodierten CGH beschrieben. Eine Lichtwelle wird zunächst durch ein Fizeau-Element in eine Referenzwelle und eine Prüfwelle geteilt. Die Prüfwelle wird anschließend von dem komplex kodierten CGH in eine Prüfwelle mit einer an die Sollform der Oberfläche angepassten Wellenfront und Kalibrierwellen mit sphärischer oder ebener Wellenfront umgewandelt. Hierfür weist das CGH geeignet ausgebildete diffraktive Strukturen auf. Die Kalibrierwellen werden zur Kalibrierung des CGHs verwendet. Anschließend wird ein Testobjekt in der Prüfposition angeordnet und eine Messung mit der Prüfwelle durchgeführt. Die Prüfwelle wird von der Oberfläche des Testobjekts reflektiert, von dem CGH rücktransformiert und nach Durchlaufen des Fizeau-Elements von der Referenzwelle überlagert. Aus dem in einer Ebene erfassten Interferogramm lässt sich die Form der Oberfläche bestimmen. Dabei wird durch die Kalibrierung des CGHs eine sehr hohe Genauigkeit erzielt.
Ein Problem bei der Vermessung von hochgenauen Oberflächen mit den bekannten interferometrischen Messsystemen besteht jedoch darin, dass zwischen der Kalibrierung und der anschließenden Vermessung des Testobjekts eine Änderung der optischen Eigenschaften des CGHs oder anderer optischer Elemente des Interferometers auftreten können. Solche Änderungen werden insbesondere durch Temperaturänderungen verursacht. Bei einem CGH mit Quarzsubstrat können insbesondere aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Brechzahl von Quarz nach einer Kalibrierung bereits inhomogene Temperaturänderungen im mK-Bereich eine Reduzierung der Messgenauigkeit bewirken.
Ein weiteres Problem liegt in den ständig steigenden Anforderungen an die Absolutgenauigkeit der diffraktiven Strukturen des CGHs. Die entsprechenden Streifenmuster können nur mit einer begrenzten Genauigkeit gefertigt werden. Bei hohen CGH-Streifendichten, welche bei zur Vermessung von hochgeöffneten Testoberflächen notwendig sind, treten weiterhin selbst bei z.B. einem nahezu perfekten binären Stufenprofil elektromagnetische Effekte auf, welche die Genauigkeit der diffraktiven Streifenmuster limitieren. Unter hochgeöffneten Testoberflächen sind in diesem Zusammenhang Oberfläche mit einem Öfffnungswinkel α von mindestens 40°, insbesondere von mindestens 70° zu verstehen. Hoch-NA-EUV-Lithographieanlagen umfassen Spiegel mit derartigen hochgeöffneten Oberflächen.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kompensiationsoptik für ein interferometrisches Messsystem sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere die Oberflächenform einer hochgeöffneten Testoberfläche hochgenau bestimmt werden kann.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Kompensationsoptik für ein der interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts dienendes Messsystem. Die genannte Kompensationsoptik ist dazu konfiguriert, aus einer Eingangswelle eine auf das Testobjekt gerichtete Messwelle mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront zu erzeugen. Die Kompensationsoptik umfasst: ein erstes optisches Element sowie diesem in einem Strahlengang der Eingangswelle nachgeordnetes zweites optisches Element. Das zweite optische Element ist ein diffraktives optisches Element, welches dazu konfiguriert ist, die Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element in die Messwelle sowie eine Referenzwelle aufzuspalten. Mindestens 20%, insbesondere mindestens 50% oder mindestens 90%, einer Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik, welche zur Erzeugung der zumindest teilweise angepassten Wellenfront der Messwelle aus einer Wellenfront der Eingangswelle vorgesehen ist, entfällt auf das erste optische Element und die auf das erste optische Element entfallende Brechkraft weist das gleiche Vorzeichen wie die Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik auf.
Der Rest der Brechkraft entfällt auf verbleibende optische Elemente in der Kompensationsoptik, insbesondere auf das zweite optische Element allein, falls neben dem ersten und dem zweiten optischen Element kein weiteres optisches Element in der Kompensationsoptik vorgesehen ist. Die auf das erste optische Element entfallende Brechkraft weist das gleiche Vorzeichen wie die Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik auf, d.h. je nachdem, ob die gesamte Kompensationsoptik bei der Erzeugung der Messwelle eine streuende Funktion (negative Brechkraft) oder eine sammelnde Funktion (positive Brechkraft) auf die Eingangswelle hat, weist das erste optische Element ebenfalls eine streuende Funktion (Streulinse) oder eine sammelnde Funktion (Sammellinse) auf.
Die Brechkraft D einer Optik ist bekanntlich durch den Kehrwert der Brennweite f des optischen Elements definiert (D=1/f). Die Definition der Brennweite f eines optischen Elements bezieht sich auf den von der Optik aus gemessenen Abstand des Brennpunktes einer von der Optik bei Einstrahlung einer ebenen Welle erzeugten sphärischen Welle. Für den Fall einer Optik, welche eine Welle mit sowohl sphärischen als auch aspherischen Anteilen erzeugt, wird die Brechkraft der Optik lediglich aus dem sphärischen Anteil berechnet. Damit weist eine rein asphärische Optik, d.h. eine Optik, die bei Einstrahlung einer ebenen Welle eine asphärische Welle ohne sphärische Anteile erzeugt, die Brechkraft von Null auf.
Unter der Angabe, dass das zweite optische Element dem ersten optischen Element in einem Strahlengang der Eingangswelle nachgeordnet ist, ist zu verstehen, dass die beiden optischen Elemente so angeordnet sind, dass zumindest einzelne Strahlen der Eingangswelle mit beiden optischen Elementen in Wechselwirkung treten.
Durch das nacheinander Anordnen zweier optischer Elemente im Strahlengang der Eingangswelle und das Vorsehen von mindestens 20% der Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik für das erste optische Element, wird die auf das als zweites optisches Element bezeichnete diffraktive optische Element entfallende Brechkraft reduziert. Damit kann die Streifendichte der diffraktiven Strukturen des diffraktiven optischen Elements reduziert werden. Bei diffraktiven Strukturen mit einer derart reduzierten Streifendichte fallen Fertigungsungenauigkeiten weniger stark ins Gewicht. Insbesondere treten weniger die Genauigkeit der diffraktiven Strukturen limitierende elektromagnetische Effekte auf. Damit können mittels der erfindungsgemäßen Kompensationsoptik hochgeöffnete Testoberflächen mit verbesserter Genauigkeit bestimmt werden.
Durch die Konfigurierung des zweiten optischen Elements zur Aufspaltung der Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element in die Messwelle sowie die Referenzwelle kann auf einen separaten Strahlenteiler, wie etwa ein Fizeau-Element, zum Teilen der Eingangswelle in Messwelle und Referenzwelle verzichtet werden. Nach einer Wechselwirkung mit der zu testenden optischen Oberfläche dient dasselbe diffraktive optische Element zur Überlagerung der Messwelle mit der Referenzwelle. Somit wirken Abweichungen des diffraktiven optischen Elements, wie etwa temperaturinduzierte Abweichungen in der Brechzahl eines Quarzsubstrats, sowohl auf die Messwelle als auch auf die Referenzwelle ein. Bei der Überlagerung der Messwelle mit der Referenzwelle werden diese Fehler weitgehend kompensiert, wodurch die Messgenauigkeit des interferometrischen Messsystems weiter verbessert wird.
Gemäß einer Ausführungsform weist das zweite optische Element ein Substrat sowie diffraktive Strukturen auf, welche sowohl zur Aufspaltung der Eingangswelle in die Messwelle sowie die Referenzwelle als auch zu einer verbesserten Anpassung der durch Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element näherungsweise an die Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront der Eingangswelle an die Sollform konfiguriert ist. Die verbesserte Anpassung ist insbesondere eine Feinanpassung, dabei können asphärische oder sphärische Wellenfrontveränderungen vorgenommen werden. Unter der verbesserten Anpassung bzw. der Feinanpassung ist in diesem Zusammenhang eine im Vergleich zur näherungsweisen Anpassung erheblich genauere Anpassung, insbesondere eine um mindestens eine Größenordnung genauere Anpassung, zu verstehen. So kann insbesondere die näherungsweise Anpassung lediglich sphärische Komponenten betreffen, während die verbesserte Anpassung asphärische Komponenten, welche rotationssymmetrische und/oder nicht-rotationssymmetrische Anteile aufweisen können, betrifft.
Gemäß einer Ausführungsvariante weist das Substrat des zweiten optischen Elements mit zwei einander gegenüberliegende Oberflächen auf und die diffraktiven Strukturen sind weiterhin zur Aufspaltung der Eingangswelle in die Messwelle sowie die Referenzwelle konfiguriert, wobei die diffraktiven Strukturen auf lediglich einer der beiden Oberflächen des Substrats angeordnet sind. Mit anderen Worten werden die beiden Funktionen des zweiten optischen Elements von auf einer einzigen Oberfläche des Substrats angeordneten diffraktiven Strukturen bereitgestellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zweite optische Element dazu konfiguriert, die Referenzwelle in Reflexion aus der Eingangswelle nach deren Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element zu erzeugen. Insbesondere wird die Referenzwelle derart erzeugt, dass sie im Strahlengang der auf dem ersten optischen Element auftreffenden Eingangswelle zurückläuft, d.h. die Referenzwelle wird in Littrow-Reflexion erzeugt. Die Messwelle hingegen durchläuft das zweite optische Element.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das zweite optische Element ein komplex kodiertes Phasengitter mit mindestens zwei unterschiedlichen Phasenfunktionen. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem zweiten optischen Element um ein mehrfach kodiertes diffraktives optisches Element bzw. ein mehrfach kodiertes CGH. Damit weist das zweite optische Element in einer Ebene sich zwei überlagernd angeordnete diffraktive Strukturmuster auf. Insbesondere ist die erste Phasenfunktion zur Aufspaltung der Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element in die Messwelle sowie die Referenzwelle und die zweite Phasenfunktion zur Bereitstellung der auf das zweite optische Element entfallenden Brechkraft zur Erzeugung der zumindest teilweise angepassten Wellenfront der Messwelle konfiguriert.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das zweite optische Element zur Erzeugung der Messwelle in einer ersten Beugungsordnung und zur Erzeugung der Referenzwelle in einer weiteren Beugungsordnung ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zweite optische Element dazu konfiguriert, die Referenzwelle in Transmission aus der Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zweite optische Element dazu konfiguriert, aus der Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element neben der Messwelle sowie der Referenzwelle mindestens eine weitere Welle in Form einer Kalibrierwelle zu erzeugen. Die mindestens eine weitere Kalibrierwelle dient der Kalibrierung von Fehlern in der diffraktiven Struktur des zweiten optischen Elements und kann gemäß einer Ausführungsvariante eine sphärische Wellenfront aufweisen. Gemäß einer Ausführungsvariante ist das zweite optische Element dazu konfiguriert, mindestens drei weitere Wellen, jeweils in Form einer Kalibrierwelle, zu erzeugen. Gemäß einer Ausführungsvariante sind die drei Kalibrierwellen jeweils sphärische Wellen mit unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen.
Zur Erzeugung der mindestens einen Kalibrierwelle kann das zweite optische Element ein komplex kodiertes Phasengitter mit mindestens drei unterschiedlichen Phasenfunktionen, im Fall der Erzeugung von drei Kalibrierwellen, ein komplex kodiertes Phasengitter mit fünf unterschiedlichen Phasenfunktionen, d.h. ein fünffachkodiertes diffraktives optisches Element, sein.
In der Ausführungsvariante mit drei sphärischen Kalibrierwellen kann die nachstehend beschriebene Vorgehensweise zur Kalibrierung des zweiten optischen Elements zur Anwendung kommen. Dabei werden nacheinander entsprechend an die sphärischen Kalibrierwellen angepasste Kalibriersphären im jeweiligen Strahlengang der Kalibrierwellen angeordnet und jeweils interferometrisch vermessen. Die interferometrischen Messergebnisse werden dann für jede der sphärischen Kalibrierwellen in einer Auswerteeinrichtung als Kalibriermessdaten abgespeichert. Bei einer darauf folgenden Vermessung der optischen Oberfläche des Testobjekts mittels der Messwelle werden die dabei gewonnen Messdaten unter Berücksichtigung der abgespeicherten Kalibriermessdaten von der Auswerteeinrichtung ausgewertet. Aufgrund der Berücksichtigung der bei der Vermessung der sphärischen Kalibrierwellen gewonnenen Kalibriermessdaten können Fertigungsfehler des zweiten optischen Elements im Messergebnis der Testoberfläche korrigiert werden, wodurch die Form der Testoberfläche mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden kann.
Auf eine explizite Vermessung von Verzeichnungsfehlern des diffraktiven Strukturmusters des zweiten optischen Elements kann damit verzichtet werden. Die Möglichkeit, die Formvermessung der Testoberfläche mit drei sphärischen Wellen zu kalibrieren, ermöglicht es, eine höhere Genauigkeit zu erreichen. Dies liegt insbesondere daran, dass Form- oder Profilabweichungen des diffraktiven Strukturmusters in den sphärischen Kalibrierwellen und der Messwelle sehr ähnliche Abweichungen erzeugen. Diese Form- oder Profilabweichungen sind damit großteils kalibrierbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erste optische Element ein strahlenoptisch beschreibbares optisches Element. Insbesondere ist das erste optische Element als Linse oder als Spiegel ausgeführt. Unter einem strahlenoptisch beschreibbaren optischen Element ist hier ein optisches Element zu verstehen, dessen Wirkung auf eine Lichtwelle strahlenoptisch beschreibbar ist, wie dies etwa bei einer Linse oder einem Spiegel der Fall ist. Ein derartiges, strahlenoptisch beschreibbares optisches Element ist damit kein diffraktives optisches Element, dessen Wirkung wellenoptisch beschreibbar.
Gemäß einer Ausführungsvariante weist bei dem das erste optische Element mindestens eine asphärische optische Fläche auf. In dem Fall, in dem das erste optische Element eine Linse ist, ist mindestens eine der Linsenoberflächen asphärisch ausgeführt. In dem Fall, in dem das erste optische Element ein Spiegel ist, ist die Spiegeloberfläche asphärisch ausgeführt. Unter einer asphärischen Fläche ist hier insbesondere eine Fläche zu verstehen, welche von jeder beliebigen idealen Sphäre eine Abweichung von mindestens 10 µm, insbesondere von mindestens 20 µm, aufweist. Mit anderen Worten weicht die asphärische Fläche an mindestens einem Punkt um mindestens 10 µm von jeder idealen Sphäre ab.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erste optische Element ein diffraktives optisches Element. Gemäß einer Ausführungsvariante ist das erste optische Element ein mehrstufiges CGH, d.h. ein CGH mit einem mehrstufigen Phasengitter, insbesondere einem geblazten Phasengitter. Ein sogenanntes geblaztes Phasengitter ist ein mehrstufiges Phasengitter mit derart vielen Stufen, dass dessen Profil durch Schrägen dargestellt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist das erste optische Element ein Belichtungshologramm, d.h. ein mittels einer holographischen Belichtung hergestelltes diffraktives optisches Element.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Brechkraft des ersten optischen Elements und eine Brechkraft des zweiten optischen Elements das gleiche Vorzeichen auf. Mit anderen Worten ist die entsprechende Brechkraft der beiden optischen Elemente jeweils positiv oder jeweils negativ, d.h. beide optische Elemente haben jeweils eine sammelnde oder einer zerstreuende optische Wirkung.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Messsystem zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts mit einer Kompensationsoptik in einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten bereitgestellt. Das Messsystem umfasst eine Lichtquelle zum Bereitstellen der Eingangswelle sowie eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Interferogramms, welches durch eine Überlagerung der Messwelle nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt und der Referenzwelle erzeugt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist das zweite optische Element dazu konfiguriert, die Referenzwelle in Transmission aus der Eingangswelle nach deren Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element mit einer von einer Ausbreitungsrichtung der Messwelle abweichenden Ausbreitungsrichtung zu erzeugen, und das Messsystem umfasst weiterhin ein reflektives optisches Element, welches im Strahlengang der Referenzwelle angeordnet und zur Rückreflexion der Referenzwelle ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Messsystems weicht die Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element höchstens um 10 µm, insbesondere um höchstens 5 µm, von einer sphärischen Welle ab.
Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin erfindungsgemäß beispielsweise mit einem Verfahren zum interferometrischen Bestimmen einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts gelöst werden. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Eingangswelle sowie ein Erzeugen einer Referenzwelle sowie einer auf das Testobjekt gerichteten Messwelle mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront durch Einstrahlen der Eingangswelle auf eine Kompensationsoptik, welche ein im Strahlengang der Eingangswelle angeordnetes erstes optisches Element sowie ein diesem in einem Strahlengang der Eingangswelle nachgeordnetes zweites optisches Element in Gestalt eines diffraktiven optischen Elements umfasst, sodass die Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element vom diffraktiven optischen Element in die Messwelle sowie die Referenzwelle aufgespalten wird. Mindestens 20% einer bei der Erzeugung der Messwelle aufgewendete Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik entfällt auf das erste optische Element und die auf das erste optische Element entfallende Brechkraft weist das gleiche Vorzeichen wie die Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik auf. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein Erfassen eines Interferogramms, welches durch Überlagerung der Messwelle nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt und der Referenzwelle erzeugt wird.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Kompensationsoptik bzw. des erfindungsgemäßen Messsystems angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Messverfahren übertragen werden. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
Figurenliste
Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:

1 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines Messsystems zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts mit einer Kompensationsoptik, welche zwei nacheinander angeordnete optische Elemente umfasst,
2 diffraktives Strukturmuster des als komplex kodiertes CGH konfigurierten zweiten optischen Elements der Kompensationsoptik gemäß 1,
3 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Messsystems zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts,
4 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Messsystems zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts,
5 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Messsystems zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts, sowie
6 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Messsystems zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts.

Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die x-Richtung nach rechts und die z-Richtung nach oben.
In 1 wird ein Ausführungsbeispiel eines Messsystems 10 zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Mit der Messanordnung 10 lässt sich insbesondere eine Abweichung der tatsächlichen Form der Oberfläche 12 von einer Sollform bestimmen. Die Messanordnung 10 ist insbesondere zur Vermessung einer hochgeöffneten Oberfläche eines Spiegels eines Projektionsobjektivs für die Mikrolithographie geeignet. Unter einer hochgeöffneten Oberfläche ist in diesem Zusammenhang eine Oberfläche mit einem Öfffnungswinkel α von mindestens 40°, insbesondere von mindestens 70° zu verstehen. Als zu vermessende Oberfläche 12 kann insbesondere eine sphärische oder nicht-sphärische Oberfläche zur Reflexion von EUV-Strahlung, d.h. von Strahlung mit einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm vorgesehen sein. Die nicht-sphärische Oberfläche des Spiegels kann eine Freiformoberfläche mit einer Abweichung von jeder rotationssymmetrischen Asphäre von mehr als 5 µm und einer Abweichung von jeder Sphäre von mindestens 1 mm aufweisen.
Das Messsysten 10 umfasst eine Lichtquelle 16 zum Bereitstellen einer ausreichend kohärenten Messstrahlung als Eingangswelle 18. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Lichtquelle 16 einen Lichtwellenleiter 20 mit einer Austrittsfläche 22. Der Lichtwellenleiter 22 ist an eine in 1 nicht dargestellte Strahlungsquelle, z.B. in Gestalt eines Laser, angeschlossen. Dazu kann beispielsweise ein Nd:Yag Laser mit einer Wellenlänge von ungefähr 532 nm oder ein Helium-Neon-Laser mit einer Wellenlänge von ungefähr 633 nm vorgesehen sein. Die Beleuchtungsstrahlung kann aber auch eine andere Wellenlänge im sichtbaren oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung aufweisen. Die Lichtquelle 16 mit dem Lichtwellenleiter 20 stellt lediglich ein Beispiel einer für die Messanordnung verwendbaren Lichtquelle dar. In alternativen Ausführungen kann anstelle des Lichtwellenleiters 20 eine optische Anordnung mit Linsenelementen, Spiegelelementen oder dergleichen zur Bereitstellung der Eingangswelle 18 vorgesehen sein.
Das Messsystem 10 enthält weiterhin eine Kompensationsoptik 30 zum Erzeugen einer Messwelle 44 sowie einer Referenzwelle 42 aus der Eingangswelle 18. Die von der Lichtquelle 16 bereitgestellte Messstrahlung tritt aus der Austrittsfläche 22 des Lichtwellenleiters 20 als Eingangswelle 18 mit einer sphärischen Wellenfront aus und breitet sich divergent entlang einer auf das diffraktive optische Element 24 gerichteten Ausbreitungsachse 24 aus. Dabei durchläuft die Eingangswelle 18 zunächst den Strahlteiler 26 und trifft anschließend auf die Kompensationsoptik 30. In alternativen Ausführungen kann zwischen dem Strahlteiler 26 und der Kompensationsoptik 30 ein Kollimator zur Erzeugung einer Eingangswelle 18 mit ebener Wellenfront vorgesehen sein.
Die Kompensationsoptik 30 umfasst ein erstes optisches Element 32 in Gestalt einer Streulinse 32-1 sowie ein zweites optisches Element 34 in Gestalt eines diffraktiven optischen Elements. Das zweite optische Element 34 ist dem ersten optischen Element 32 im Strahlengang der Eingangswelle, welche vor dem Auftreffen auf das erste optische Element mit dem Bezugszeichen 18 und nach Durchtritt durch das erste optische Element 32 als mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnet wird, nachgeordnet.
Das erste optische Element 32 dient dazu, die Wellenfront der Eingangswelle 18 näherungsweise an die Sollform der zu vermessenden optischen Oberfläche 12 anzupassen und damit eine genäherte Eingangswelle 40 zu erzeugen. Bei der näherungsweisen Anpassung wird die Eingangswelle 18 entweder teilweise oder vollständig an den sphärischen Anteil der Sollform der Oberfläche 12 angepasst. Im Fall einer vollständigen Anpassung weist die genäherte Eingangswelle 40 lediglich nicht-sphärische Abweichungen von der Sollform der Oberfläche auf.
Das zweite optische Element 34 ist als komplex kodiertes CGH ausgebildet und enthält ein plattenförmiges Substrat 36 sowie an einer der beiden Oberflächen 37a und 37b des Substrats 36, hier an der Unterseite 37b des Substrats 36, angeordnete diffraktive Strukturen 38, welche zwei in einer Ebene sich überlagernd angeordnete diffraktive Strukturmuster bilden. Diese beiden diffraktiven Strukturmuster können z.B. durch Überlagerung eines ersten Strukturmusters sowie eines zweiten Strukturmusters gebildet werden. Mit anderen Worten weist das zweite optische Element 34 ein komplex kodiertes Phasengitter mit mindestens zwei unterschiedlichen Phasenfunktionen auf.
Ein erstes der beiden diffraktiven Strukturmuster bzw. eine erste der beiden Phasenfunktionen ist zur Erzeugung der Messwelle 44 mit einer zumindest teilweise an die Form der optischen Oberfläche 12 angepassten Wellenfront konfiguriert. Die Erzeugung der Messwelle 44 erfolgt dabei durch Beugung der genäherten Eingangswelle 40 an dem genannten diffraktiven Strukturmuster in betragsmäßig erster oder höherer Ordnung, wie beispielsweise in erster Beugungsordnung. Die Ausbreitungsrichtung der Messwelle 44 ist gegenüber der Ausbreitungsrichtung der genäherten Eingangswelle 40 um mindestens 1° verkippt.
2 zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines durch die diffraktiven Strukturen 38 gebildeten komplex kodierten Phasengitters mit zwei unterschiedlichen Phasenfunktionen f₁ und f₂, deren gewichtete Überlagerung eine Gesamtphasenfunktion f_G ergibt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird f_G durch Gewichtung von f₁ mit 70% und f₂ mit 30% gebildet. Die Darstellungen der einzelnen Phasenfunktonen f₁ und f₂ in 2 zeigen Höhenlinien der jeweiligen Funktion. Diese Höhenlinien entsprechen Gitterlinien des jeweiligen Beugungsgitters bzw. Strukturmusters. Die Darstellung von f_G zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt des von den diffraktiven Strukturen 38 gebildeten Musters. Das komplex kodierte Phasengitter f_G wirkt derart auf die eingestrahlte genäherte Eingangswelle 40, dass durch jedes der durch die Phasenfunktionen f₁ und f₂ definierten diffrativen Strukturmuster entsprechende, voneinander unabhängige gebeugte Wellen erzeugt werden, und zwar die Messwelle 44 mittels der Phasenfunktion f₁ in Transmission und die Referenzwelle 42 mittels der Phasenfunktion f₂ in Littrow-Reflexion. Die Intensitäten der Messwelle 44 und der Referenzwelle 42 ergeben sich aus den Gewichten der zugehörigen Phasenfunktionen. Die Darstellung zeigt ein Gewicht von 70% für die Messwelle 44 und 30% für die Referenzwelle 42.
Wie bereits vorstehend erwähnt, wird die Eingangswelle 18 vom ersten optischen Element 32 teilweise oder vollständig an den sphärischen Anteil der Sollform der Oberfläche 12 angepasst. Die von dem zweiten optischen Element 34 geleistete Anpassung umfasst für den Fall, in dem durch das erste optische Element 32 nur eine teilweise Anpassung an den sphärischen Anteil erfolgt, ggf. eine weitere sphärische Wellenfrontveränderung sowie eine nicht-sphärische Wellenfrontveränderung, etwa zur Anpassung an eine Freiformgestalt der Sollform der Oberfläche 12.
Mindestens 20%, insbesondere mindestens 50% oder mindestens 90% der Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik 30, welche zur Erzeugung der Wellenfront der Messwelle 44 aus der Wellenfront der Eingangswelle 18 vorgesehen ist, d.h. der kumulativ von dem als Streulinse konfigurierten ersten optischen Element 32 und dem durch die Phasenfunktion f₁ definierten ersten diffraktiven Strukturmuster des zweiten optischen Elements 34 aufgebrachten Brechkraft, entfällt auf das erste optische Element 32. Dabei weist die auf das erste optische Element 32 entfallende Brechkraft das gleiche Vorzeichen wie die Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik 30 auf, d.h. je nachdem, ob die gesamte Kompensationsoptik 30 bei der Erzeugung der Messwelle 44 eine streuende Funktion (negative Brechkraft) oder eine sammelnde Funktion (positive Brechkraft) auf die Eingangswelle 18 hat, weist das erste optische Element 32 ebenfalls eine streuende Funktion (Streulinse) oder eine sammelnde Funktion (Sammellinse) auf. In der in 1 dargestellten Ausführungsform weist sowohl das erste optische Element 32 als auch das zweite optische Element 34 jeweils eine streuende Funktion und damit negative Brechkraft auf.
Die Brechkraft D einer Optik ist bekanntlich durch den Kehrwert der Brennweite f des optischen Elements definiert (D=1/f). Die Definition der Brennweite f eines optischen Elements bezieht sich auf den Abstand des Brennpunktes einer von der Optik bei Einstrahlung einer ebenen Welle erzeugten sphärischen Welle von der Optik. Für den Fall einer Optik, welche eine Welle mit sowohl sphärischen als auch asphärischen Anteilen erzeugt, wird die Brechkraft der Optik lediglich aus dem sphärischen Anteil berechnet. Damit weist eine rein asphärische Optik, d.h. eine Optik die bei Einstrahlung einer ebenen Welle eine asphärische Welle ohne sphärische Anteile erzeugt, die Brechkraft von Null auf. Die obige Angabe, wonach mindestens 20% der Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik 30 auf das erste optischen Element 32 entfällt, bedeutet damit, dass die von der gesamten Kompensationsoptik 30 geleistete Anpassung der Wellenfront der Eingangswelle an den sphärischen Anteil der Sollform der Oberfläche 12 zu mindestens 20% von dem ersten optischen Element 32 geleistet wird.
Wie bereits vorstehend erwähnt, erzeugt das zweite diffraktive Strukturmuster bzw. die zweite Phasenfunktion f₂ des zweiten optischen Elements 34 die Referenzwelle 42 in Littrow-Reflexion, d.h. die Referenzwelle 42 läuft im Strahlengang der genäherten Eingangswelle 40 zurück und weist die Wellenfront der genäherten Eingangswelle 40 auf. Die Erzeugung der Referenzwelle 42 erfolgt durch Beugung der genäherten Eingangswelle 40 an dem zweiten diffraktiven Strukturmuster in betragsmäßig erster oder höherer Ordnung, wie beispielsweise in erster Beugungsordnung.
Die Messwelle 44 wird an der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14 reflektiert und läuft als zurücklaufende Messwelle 46 zum zweiten optischen Element 34 zurück, von dem aus sie zusammen mit der Referenzwelle 42 entlang der Ausbreitungsachse 24, das erste optische Element 32 durchlaufend, zum Strahlteiler 26 zurückläuft. Der Strahlteiler 26 führt die Kombination aus der zurücklaufenden Messwelle 24 und der Referenzwelle 42 aus dem Strahlengang der Eingangswelle 18 heraus. Ferner enthält das Messsystem 10 eine Erfassungseinrichtung 48 mit einer Blende 50, einem Okular 52 und einer Interferometerkamera 56 zum Erfassen eines durch Überlagerung der Messwelle 44 mit der Referenzwelle 28 in einer Erfassungsebene 58 der Interferometerkamera 56 erzeugten Interferogramms.
Aus einem oder mehreren von der Interfometerkamera 56 erfassten Interferogrammen bestimmt eine in 1 nicht dargestellte Auswerteeinrichtung des Messsystems 10 die tatsächliche Form der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14. Dazu verfügt die Auswertungseinrichtung über eine geeignete Datenverarbeitungseinheit und verwendet entsprechende, dem Fachmann bekannte Berechnungsverfahren. Alternativ oder zusätzlich kann das Messsystem einen Datenspeicher oder eine Schnittstelle zu einem Netzwerk enthalten, um eine Bestimmung der Oberflächenform mittels des gespeicherten bzw. über das Netzwerk übertragenen Interferogramms durch eine externe Auswertungseinheit zu ermöglichen. Die Auswertungseinheit berücksichtigt bei der Bestimmung der Oberflächenform insbesondere ein Ergebnis einer Kalibrierung des als diffraktives optisches Element konfigurierten zweiten optischen Elements 34. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Kalibrierung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
In 3 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Messsytems 10 zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Das Messsystem 10 gemäß 3 unterscheidet sich von dem Messsystem gemäß 1 lediglich im Aufbau der Kompensationsoptik 30 sowie darin, dass weiterhin ein im Strahlengang der Referenzwelle 42 angeordnetes reflektives optisches Element 60 vorgesehen ist.
Die Kompensationsoptik 30 gemäß 3 umfasst wie die Kompensationsoptik 30 gemäß 1 ein erstes optisches Element 32 sowie ein zweites optisches Element 34 in Gestalt eines diffraktiven optischen Elements, jedoch ist das erste optische Element 32 gemäß 3 als Sammellinse 32-2 zur Erzeugung der genäherten Eingangswelle 40 in Gestalt eines konvergenten Strahlenbündels ausgebildet.
Weiterhin ist das zweite optische Element 34 gemäß 3 mit einer anderen Funktionalität versehen. Eine erste Phasenfunktion des als komplex kodiertes CGH konfigurierten zweiten optischen Elements 34 ist wie in der Ausführungsform gemäß 1 zur Erzeugung der Messwelle 44 mit einer zumindest teilweise an die Form der optischen Oberfläche 12 angepassten Wellenfront konfiguriert. Die Messwelle 44 unterscheidet sich in der Ausführungsform gemäß 3 jedoch darin, dass sie durch ein konvergentes Strahlenbündel gebildet wird, wobei die Konvergenz in der gezeigten Ausführungsvariante im Vergleich zur genäherten Eingangswelle 40 vergrößert ist.
Mit anderen Worten übt die erste Phasenfunktion des zweiten optischen Elements 34 eine sammelnde Wirkung auf die genäherte Eingangswelle 40 aus. Sowohl das erste optische Element 32-2 als auch das zweite optische Element 34 weisen damit positive Brechkraft auf. Nach Durchlaufen eines Fokuspunktes 64 wird aus der Messwelle 44 ein divergentes Strahlenbündel, welches am Ort der zu vermessenden Oberfläche 12 eine ausreichend dimensionierte Wellenfrontfläche aufweist. Entsprechend der Ausführungsform gemäß 1 entfällt mindestens 20%, insbesondere mindestens 50% oder mindestens 90% der Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik 30, welche zur Erzeugung Wellenfront der Messwelle 44 aus der Wellenfront der Eingangswelle 18 vorgesehen ist, auf das erste optische Element 32.
Eine zweite Phasenfunktion des zweiten optischen Elements 34 gemäß 3 ist wie in der Ausführungsform gemäß 1 zur Erzeugung der Referenzwelle 42 konfiguriert, allerdings nicht in Reflexion, sondern in Transmission. Die Ausbreitungsrichtung der Referenzwelle 42 ist gegenüber der Ausbreitungsrichtung der Eingangswelle 18 verkippt, und zwar so, dass zwischen der Ausbreitungsrichtung der Referenzwelle 42 und der Ausbreitungsrichtung der Messwelle 44 ein ausreichend großer Winkel zur störungsfreien Platzierung des reflektiven optischen Elements 60 vorliegt. Das reflektive optische Element 30 ist als ebener Spiegel zur Rückreflexion der Referenzwelle 42 mit ebener Wellenfront ausgebildet. In einer anderen Ausführung kann die Referenzwelle 28 eine sphärische Wellenfront aufweisen und das reflektive optische Element als sphärischer Spiegel ausgebildet sein. Die Referenzwelle 42 läuft zum zweiten optischen Element 34 zurück und wird von diesem derart in den Strahlengang der genäherten Eingangswelle 40 eingekoppelt, dass sie die Wellenfront der genäherten Eingangswelle 40 aufweist.
Die zurücklaufende Referenzwelle 42 durchläuft zusammen mit der nach Reflexion an der Oberfläche 12 ebenfalls zurücklaufenden Messwelle 46 den bereits unter Bezugnahme auf 1 erläuterten Strahlengang des Messsystems 10 zur Erzeugung eines Interferogramms in der Erfassungsebene 58 der Interferometerkamera 56. Die Auswertung eines oder mehrerer Interferogramme erfolgt wie bereits ebenfalls bezüglich 1 erläutert.
In 4 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Messsystems 10 zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts veranschaulicht. Das Messsystem 10 gemäß 4 unterscheidet sich von dem Messsystem gemäß 1 lediglich darin, dass als erstes optisches Element 32 der Kompensationsoptik 30 anstatt der Streulinse 32-1 ein diffraktives optisches Element 32-3 in Gestalt eines CGH Verwendung findet. Das diffraktive optische Element 32-3 ist dazu konfiguriert, die Funktion der Streulinse 32-1 gemäß 1 zu übernehmen, in der veranschaulichten Ausführungsform wird die divergierende genäherte Eingangswelle 40 im Durchtritt durch das diffraktive optischen Element 32-3 erzeugt.
Gemäß einer Ausführungsvariante ist das diffraktive optische Element 32-3 als mehrstufiges CGH, d.h. als CGH mit einem mehrstufigen Phasengitter, insbesondere einem geblazten Phasengitter, ausgeführt. Ein sogenanntes geblaztes Phasengitter ist ein mehrstufiges Phasengitter mit derart vielen Stufen, dass dessen Profil durch Schrägen dargestellt wird. Hintergrundinformationen zu mehrstufigen Phasengittern sind dem Fachmann z.B. aus dem Lehrbuch von Donald C. O'Shea et. al. „Diffractive optics: design, fabrication, and test", 2004, The Society of Photo-Opitcal Instrumentation Engineers, Seiten 29 bis 35 bekannt. Unter einem mehrstufigen Phasengitter im Sinne der Anmeldung wird insbesondere auch ein lateral geblaztes Phasengitter verstanden, wie z.B. beschrieben in: H. Kleemann et. al., „Combination of blazed and laterally blazed structures“, Diffractive Optics and Micro-Optics, OSA Technical Digest (Optical Society of America), paper DTuC7, 2004.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist das diffraktive optische Element 32-3 als Belichtungshologramm, d.h. als ein mittels einer holographischen Belichtung hergestelltes diffraktives optisches Element ausgeführt.
In 5 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Messsystems 10 zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts veranschaulicht. Das Messsystem 10 gemäß 5 unterscheidet sich von dem Messsystem gemäß 3 lediglich darin, dass als erstes optisches Element 32 der Kompensationsoptik 30 anstatt der Sammellinse 32-2 ein diffraktives optisches Element 32-4 in Gestalt eines CGH Verwendung findet. Das diffraktive optische Element 32-4 ist dazu konfiguriert, die Funktion der Sammellinse 32-2 gemäß 3 zu übernehmen, in der veranschaulichten Ausführungsform wird die konvergierende genäherte Eingangswelle 40 im Durchtritt durch das diffraktive optische Element 32-4 erzeugt. Das diffraktive optische Element 32-4 kann analog zum diffraktiven optischen Element 32-3 gemäß 4 als mehrstufiges CGH oder als Belichtungshologramm ausgeführt sein.
In 6 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Messsystems 10 zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts veranschaulicht. Das Messsystem 10 gemäß 6 unterscheidet sich von dem Messsystem gemäß 1 lediglich im Aufbau der Kompensationsoptik 30 sowie im zusätzlichen Vorhandensein von Kalibrierspiegeln 66-1 bis 66-3. Im Gegensatz zur Streulinse 31-1 umfasst die Kompensationsoptik 30 gemäß 6 als erstes optisches Element 32 eine Sammellinse 32-2 der in 3 veranschaulichten Art zur Erzeugung der genäherten Eingangswelle 40 in Form eines konvergenten Strahlenbündels.
Als zweites optisches Element 34 ist ein diffraktives optisches Element in Gestalt eines fünffach komplex kodierten CGH vorgesehen, dessen erste Phasenfunktion der ersten Phasenfunktion des zweiten optischen Elements 34 in der Ausführungsform gemäß 3 zur Erzeugung der Messwelle 44 mit einer zumindest teilweise an die Form der optischen Oberfläche 12 angepassten Wellenfront entspricht. Die zweite Phasenfunktion des zweiten optischen Elements 34 gemäß 6 entspricht der zweiten Phasenfunktion des zweiten optischen Elements 34 gemäß 1 und dient der Erzeugung der Referenzwelle 42 in Littrow-Reflexion.
Darüber hinaus umfasst das zweite optische Element 34 gemäß 6 drei weitere Phasenfunktionen, jeweils zur Erzeugung einer Kalibrierwelle 64-1, 64-2 und 64-3. Die Kalibrierwellen 62 können grundsätzlich ebene oder sphärische Wellenfronten aufweisen. In der hier veranschaulichten Ausführungsvariante weisen diese jeweils sphärische Wellenfronten auf. Die Kalibrierwellen 64-1, 64-2 und 64-3 sowie die die Messwelle 44 weisen jeweils eine von den jeweils anderen Wellen abweichende Ausbreitungsrichtung auf.
Das Messsystem 10 gemäß 6 kann neben einem Messmodus zur Vermessung der optischen Oberfläche 12 mittels der Messwelle 44 auch in einem Kalibriermodus betrieben werden. Dazu werden gemäß einer Ausführungsvariante nacheinander entsprechend an die sphärischen Kalibrierwellen 66-1 bis 66-3 angepasste sphärische Kalibrierspiegel 66-1, 66-2 und 66-3 im jeweiligen Strahlengang der Kalibrierwellen 66-1 bis 66-3 angeordnet und jeweils interferometrisch vermessen. Die Kalibrierspiegel 66-1, 66-2 und 66-3 sind jeweils derart ausgebildet, dass die jeweils darauf auftreffende Kalibrierwelle 64-1, 64-2 bzw. 64-3 in sich zurück reflektiert wird. Die interferometrischen Messergebnisse werden für jede der Kalibrierwellen 66-1 bis 66-3 in einer Auswerteeinrichtung als Kalibriermessdaten abgespeichert.
Bei der im Messmodus mittels der Messwelle 44 erfolgenden Vermessung der optischen Oberfläche 12 des Prüflings, welche analog zum vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Messverfahren erfolgt, werden die dabei gewonnenen Messdaten unter Berücksichtigung der abgespeicherten Kalibriermessdaten ausgewertet. Aufgrund der Berücksichtigung der bei der Vermessung der Kalibrierwellen 62-1 bis 62-3 gewonnenen Kalibriermessdaten können Fertigungsfehler des diffraktiven optischen Elements 34 im Messergebnis der optischen Oberfläche 12 mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden.
Auf eine explizite Vermessung von Verzeichnungsfehlern des von den diffraktiven Strukturen 38 gebildeten Strukturmusters kann damit verzichtet werden. Die Möglichkeit, die Formvermessung der optischen Oberfläche 12 mit drei sphärischen Kalibrierwellen zu kalibrieren, ermöglicht es, eine höhere Genauigkeit zu erreichen. Das ist insbesondere dadurch bedingt, dass Form- und Profilabweichungen des Strukturmusters in den Kalibrierwellen 64-1 bis 64-3 und der Messwelle 44 sehr ähnliche Abweichungen erzeugen. Diese Form- oder Profilabweichungen sind damit großteils kalibrierbar. Die diffraktiven optischen Elemente 34 in den 1 und 3 bis 5 können analog zur Ausführungsform gemäß 6 zur Erzeugung von Kalibrierwellen konfiguriert sein.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.
Bezugszeichenliste

10: Messsystem
12: optische Oberfläche
14: Testobjekt
16: Lichtquelle
18: Eingangswelle
20: Lichtwellenleiter
22: Austrittsfläche
24: Ausbreitungsachse
26: Strahlteiler
30: Kompensationsoptik
32: erstes optisches Element
32-1: Streulinse
32-2: Sammellinse
32-3: diffraktives optisches Element
32-4: diffraktives optisches Element
34: zweites optisches Element
36: Substrat
37a: Oberseite
37b: Unterseite
38: diffraktive Strukturen
40: genäherte Eingangswelle
42: Referenzwelle
44: Messwelle
46: zurücklaufende Messwelle
48: Erfassungseinrichtung
50: Blende
52: Okular
56: Interferometerkamera
58: Erfasssungsebene
60: reflektives optisches Element
62: Fokuspunkt
64-1 bis 64-3: Kalibrierwellen
66-1 bis 66-3: Kalibrierspiegel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012217800 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Donald C. O'Shea et. al. „Diffractive optics: design, fabrication, and test“, 2004 [0057]

Claims

Kompensationsoptik (30) für ein der interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) dienendes Messsystem (10), welche dazu konfiguriert ist, aus einer Eingangswelle (18) eine auf das Testobjekt gerichtete Messwelle (44) mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront zu erzeugen, umfassend: ein erstes optisches Element (32) sowie ein diesem in einem Strahlengang der Eingangswelle nachgeordnetes zweites optisches Element (34), wobei das zweite optische Element ein diffraktives optisches Element ist, welches dazu konfiguriert ist, die Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element in die Messwelle (44) sowie eine Referenzwelle (42) aufzuspalten, und wobei mindestens 20% einer Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik (30), welche zur Erzeugung der zumindest teilweise angepassten Wellenfront der Messwelle aus einer Wellenfront der Eingangswelle vorgesehen ist, auf das erste optische Element (32) entfällt und die auf das erste optische Element entfallende Brechkraft das gleiche Vorzeichen wie die Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik aufweist.
Kompensationsoptik nach Anspruch 1, bei der das zweite optische Element (34) ein Substrat (36) sowie diffraktive Strukturen (38) aufweist, welche sowohl zur Aufspaltung der Eingangswelle (18) in die Messwelle (44) sowie die Referenzwelle (42) als auch zu einer verbesserten Anpassung der durch Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element näherungsweise an die Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront der Eingangswelle an die Sollform konfiguriert ist.
Kompensationsoptik nach Anspruch 2, bei der das Substrat (36) des zweiten optischen Elements (34) zwei einander gegenüberliegende Oberflächen (37a, 37b) aufweist und die diffraktiven Strukturen (38) weiterhin zur Aufspaltung der Eingangswelle (18) in die Messwelle (44) sowie die Referenzwelle (42) konfiguriert sind, wobei die diffraktiven Strukturen auf lediglich einer (37b) der beiden Oberflächen des Substrats angeordnet sind.
Kompensationsoptik nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das zweite optische Element (34) dazu konfiguriert ist, die Referenzwelle (42) in Reflexion aus der Eingangswelle nach deren Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element (32) zu erzeugen.
Kompensationssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem das zweite optische Element (34) ein komplex kodiertes Phasengitter mit mindestens zwei unterschiedlichen Phasenfunktionen umfasst.
Kompensationssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem das zweite optische Element (34) dazu konfiguriert ist, aus der Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element (32) neben der Messwelle (44) sowie der Referenzwelle (42) mindestens zwei weitere Wellen (64-1, 64-2, 64-3), jeweils in Form einer Kalibrierwelle, zu erzeugen.
Kompensationssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem das erste optische Element (32) ein strahlenoptisch beschreibbares optisches Element (32-1, 32-2) ist.
Kompensationssystem nach Anspruch 7, bei dem das erste optische Element (32) mindestens eine asphärische optische Fläche aufweist.
Kompensationssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem das erste optische Element ein diffraktives optisches Element (32-3) ist.
Kompensationssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Brechkraft des ersten optischen Elements (32) und eine Brechkraft des zweiten optischen Elements (34) das gleiche Vorzeichen aufweisen.
Messsystem (10) zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) mit der Kompensationsoptik (30) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, einer Lichtquelle (16) zum Bereitstellen der Eingangswelle (18) sowie einer Erfassungseinrichtung (56) zum Erfassen eines Interferogramms, welches durch eine Überlagerung der Messwelle (44) nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt und der Referenzwelle (42) erzeugt wird.
Messsystem nach Anspruch 11, bei dem das zweite optische Element (34) dazu konfiguriert ist, die Referenzwelle (42) in Transmission aus der Eingangswelle nach deren Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element mit einer von einer Ausbreitungsrichtung der Messwelle (44) abweichenden Ausbreitungsrichtung zu erzeugen, und das Messsystem weiterhin ein reflektives optisches Element (60) umfasst, welches im Strahlengang der Referenzwelle (42) angeordnet ist und zur Rückreflexion der Referenzwelle ausgebildet ist.
Messsystem nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element (32) höchstens um 10 µm von einer sphärischen Welle abweicht.
Verfahren zum interferometrischen Bestimmen einer Form einer optischen Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) mit den Schritten: - Bereitstellen einer Eingangswelle (18), - Erzeugen einer Referenzwelle (42) sowie einer auf das Testobjekt gerichteten Messwelle (44) mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront durch Einstrahlen der Eingangswelle auf eine Kompensationsoptik (30), welche ein im Strahlengang der Eingangswelle angeordnetes erstes optisches Element (32) sowie ein diesem in einem Strahlengang der Eingangswelle nachgeordnetes zweites optisches Element (34) in Gestalt eines diffraktiven optischen Elements umfasst, sodass die Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element vom diffraktiven optischen Element in die Messwelle (44) sowie die Referenzwelle (42) aufgespalten wird, wobei mindestens 20% einer bei der Erzeugung der Messwelle aufgewendete Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik auf das erste optische Element (32) entfällt und die auf das erste optische Element entfallende Brechkraft das gleiche Vorzeichen wie die Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik aufweist, sowie - Erfassen eines Interferogramms, welches durch Überlagerung der Messwelle nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt und der Referenzwelle erzeugt wird.