DE102020119194B4 - Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen optischen Prüfung von Freiformflächen und Gittern - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Bestimmen mindestens eines die optischen Eigenschaften bestimmenden Merkmals eines optischen Bauteils (1), wobei folgende Schritte ausgeführt werden:- Festlegen eines Bezugssystems (8) einer zu prüfenden Oberfläche (2) des Bauteils (1), welche ein optisches Prüfgitter (3) umfasst,- Anordnen der zu prüfenden Oberfläche (2) in einer festgelegten Pose zu einer festgelegten Bezugsachse (9),- Einstrahlen von zwei kohärenten Wellen (a, b) in voneinander abweichenden Einstrahlwinkeln (Θ) zu der Bezugsachse (9) auf die zu prüfende Oberfläche (2), wobei die Einstrahlwinkel (Θ) der beiden Wellen so gewählt werden, dass durch die beiden einfallenden Wellen ein stehendes primäres Interferenzmuster (7) erzeugt wird, welches als Referenzgitter (7) dient,- Erfassen eines sekundären Interferenzmusters (10), welches durch Überlagerung des primären Interferenzmusters (7) mit dem durch Beugung der einfallenden Wellen (a, b) an dem Prüfgitter (3) entstehenden Beugungsmuster entsteht,- Variieren der Pose der zu prüfenden Oberfläche (2) und der Bezugsachse (9) in Bezug aufeinander um mindestens einen die Variation der Pose charakterisierenden Parameter,- Erfassen einer Anzahl sekundärer Interferenzmuster (10) in Abhängigkeit von dem mindestens einen die Variation der Pose charakterisierenden Parameter,- Vergleichen des Referenzgitters (7) mit dem Prüfgitter (3) durch Auswerten der erfassten sekundären Interferenzmuster (10),- Bestimmen mindestens eines die optischen Eigenschaften des Bauteils (1) bestimmenden Merkmals in Relation zu dem festgelegten Bezugssystem (8) basierend auf der Auswertung der erfassten sekundären Interferenzmuster (10).

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen mindestens eines die optischen Eigenschaften bestimmenden Merkmals eines optischen Bauteils, insbesondere zum Bestimmen der Topografie einer Freiformoberfläche oder der Gitterliniendichteverteilung eines optischen Gitters. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Bestimmen mindestens eines die optischen Eigenschaften bestimmenden Merkmals eines optischen Bauteils, welches eine Oberfläche mit einem optischen Gitter aufweist, sowie ein Computerprogramm und ein nicht flüchtiges computerlesbares Speichermedium.
• Der technische Stand der Technologien zur Herstellung von weitgehend beliebigen Oberflächenformen zur Anwendung, insbesondere in der Optik, zum Beispiel zur Strahlformung, zur Aberrationskorrektur in abbildenden Systemen, im Rahmen von Beleuchtungseinrichtungen etc., bietet ein Höchstmaß an Flexibilität. Verfahren, bei denen ein Bearbeitungswerkzeug definiert über eine Oberfläche bewegt wird und dessen Verweildauer an einem bestimmten Ort den lokalen Abtrag definiert, können zur Erzeugung von Formen verwendet werden, die von den üblichen Standard-Oberflächen der Optik, wie beispielsweise einer Planfläche, einer Sphäre bis hin zu rotationssymmetrischen Asphären, deutlich abweichen bzw. welche auf völlig andere Art beschrieben werden müssen. Hierzu verwendet man zum Beispiel x-y-Polynome oder Zernike-Polynome.
• Weiterhin werden in zahlreichen optischen Anwendungen Beugungsgitter mit variierender Gitterliniendichte oder definiert variierender Abbildungsfunktionen verwendet. Dabei können die Beugungsgitter insbesondere auf gekrümmten Substraten angeordnet sein. Hierdurch können beispielsweise Abbildungsfehler effizient korrigiert werden und/oder die Abbildungseffizienz erhöht werden, beispielsweise durch chromatische Korrektur der Abbildungsfunktion in optischen Systemen unter Verwendung von Beugungsgittern.
• Zur Gewährleistung einer hohen Qualität der genannten optischen Bauteile ist es erforderlich, diese mit hoher Genauigkeit im Hinblick auf ihre Topografie und/oder die Liniendichteverteilung der verwendeten Beugungsgitter zu prüfen. Das hochgenaue Prüfen dieser genannten Oberflächen ist jedoch dann nicht mit den bewerten Methoden, zum Beispiel der klassischen Interferometrie für Plan- und Kugelflächen, möglich, wenn das erzeugte Interferenzstreifenmuster bzw. Ringmuster zu dicht wird, so dass dieses von dem verwendeten Messsystem nicht mehr aufgelöst werden kann. Abgesehen von interferometrischen Methoden besteht die Möglichkeit zur Messung mit Koordinatenmessgeräten, zum Beispiel dem von Carl Zeiss entwickelten UPMC (siehe dazu die Patentschrift DE 44 36 782 B4 ) oder mittels Tastschnittgeräten. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von synthetischen Hologrammen zur Anpassung der von der zu prüfenden Oberfläche generierten Wellenfront in einem Interferometer. Allerdings können die Genauigkeitsanforderungen, insbesondere bei einer hohen Flexibilität in Bezug auf die Topografie des Prüflings, zum Teil mit den genannten Methoden nicht oder nicht ausreichend wirtschaftlich erreicht werden.
• In dem Aufsatz M. Burkhardt, T. Rathje, D. Lehr, L. Erdmann, M. Heigert, P. Triebel, T. Diehl, A. Gatto, N v.d Valk, R. Vink, R. Jansen, J. Day, and W. Gielesen „Manufacturing method for monolithic freeform Offner-gratings for hyper-spectral imaging“, Proc. SPIE 11151, Sensors, Systems, and Next-Generation Satellites XXIII, Seiten 111510U-1 - 111510U-12 (10 October 2019); https://doi.org/10.1117/12.2532101, wird ein Verfahren zur Herstellung eines Freiform-Offner-Gitters beschrieben. Dabei wird auf ein asphärisches Substrat ein Hologramm-Gitter aufgebracht. Weiterhin wird ein Verfahren zur Messung der optischen Funktionalität bzw. der Performance des so erzeugten gekrümmten Gitters beschrieben. Hierzu wird das Gitter mit zwei kohärenten Lichtwellen bzw. Stahlen bestrahlt, wobei mittels der einstrahlenden Lichtquellen ein virtuelles ebenes Gitter entlang der optischen Achse des erzeugten Offner-Gitters generiert wird, welches durch ein periodisches Muster ausstehenden Wellen der einfallenden ebenen Wellen gebildet wird. Dieses virtuelle ebene Gitter interferiert mit dem durch das Offner-Gitter erzeugten Beugungsbild bzw. den gebeugten Wellen. Dabei entsteht ein anhand des Moire-Models beschreibbares Interferenzmuster, mittels welchem die Performance des hergestellten Gitters beurteilt werden kann.
• Weiterer Stand der Technik ist in den folgenden Veröffentlichungen zu finden: Kingslake, R., „The interferometer patterns due to the primary aberrations“, Transactions of the Optical Society of London, Vol. 27, Seiten 94 - 105, 1926, Rastogi, Pramod K., „Holographie Interferometry“, insbes. Kapitel 6.2.5 Ambiguity of fringe patterns, ISBN 978-3-662-13990-5, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1994, Loewen, E. G., Popov, E., „Diffraction Gratings and Applications“, Marcel Dekker Inc., CRC Press; 1. Auflage (8. Mai 1997), ISBN 0-824-79923-2. Zudem offenbaren die Dokumente US 7 538 891 B1 , US 2013 / 0 301 909 A1 , US 5 142 385 A , US 4 714 348 A und KR 10 1 527 764 B1 Vorrichtungen zum Einstrahlen von zwei kohärenten Wellen in voneinander abweichenden Einstrahlwinkeln zu einer Bezugsachse auf eine zu prüfenden Oberfläche.
• Von dem beschriebenen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine sehr flexible die Topografiemessung auf Freiformflächen ermöglichen und darüber hinaus dazu geeignet sind, VLS-Parameter (VLSvariable lines and spaces) auf Beugungsgittern mit nahezu beliebiger Oberflächenform zu prüfen, wobei gleichzeitig eine sehr große Empfindlichkeit erreicht wird, die mit jener der bekannten Prüf-Interferometer vergleichbar ist.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Bestimmen mindestens eines die optischen Eigenschaften bestimmenden Merkmale eines optischen Bauteils gemäß Patentanspruch 1, eine Vorrichtung zum Bestimmen mindestens eines die optischen Eigenschaften bestimmenden Merkmals eines optischen Bauteils, welches eine Oberfläche mit einem optischen Gitter aufweist, gemäß Patentanspruch 11, ein Computerprogramm gemäß Patentanspruch 13 und ein nicht flüchtiges computerlesbares Speichermedium gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
• Um das Prinzip der Freiform-Charakterisierung verständlich zu machen, auf welchem auch die vorliegende Erfindung basiert, soll zunächst eine PrüfMethode für Beugungsgitter auf gekrümmten Oberflächen betrachtet werden. Diese Methode ist auch in der oben genannten Veröffentlichung von M. Burkhardt et al. ausführlich beschrieben. Bei dieser Prüfmethode geht es um die messtechnische Erfassung der Linienverteilung eines Gitters auf einer gekrümmten Oberfläche. In ihrer ersten Form ist diese Methode auf klassische Gittertypen, z.B. Rowland-Gitter, Offner-Gitter oder Dyson-Gitter, beschränkt. Es werden dabei Prinzipien verwendet, die an die holographische Interferometrie angelehnt sind. Weiterhin wird der Moire-Effekt auf spezifische Weise zur Erlangung quantitativer Resultate verwendet. Nachfolgend wird erläutert, wie diese Methode im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Untersuchung von Beugungsgittern mit beliebiger Linienverteilung und zur exakten Bestimmung der Oberflächengeometrie weiterentwickelt wurde.
• Die 1 bis 4 dienen zur Erläuterung der Prüfung der klassischen Gitter auf gekrümmten Substraten. Die 1 zeigt ein Substrat oder zu prüfendes Bauteil 1 mit einer konvexen Oberfläche 2, auf welcher Gitterlinien 3 angeordnet sind. Die optische Achse 4 verläuft durch den Scheitelpunkt 5 des Substrats 1. Die Oberfläche 2 mit dem Gitter 3 wird mit zwei kohärenten Wellen a und b bestrahlt, bei welchen es sich bei der gezeigten Variante um ebene Wellen handelt. Die Wellen a und b weisen voneinander abweichende Einfallswinkel Θ₁ und Θ₂ auf. Dadurch wird in dem Bereich, in welchem sich die beiden Wellen a und b vor dem Eintreffen auf der Oberfläche 2 überschneiden, ein durch die Interferenz der beiden Wellen erzeugtes Interferenzmuster gebildet. Durch das periodische Muster der stehenden Wellen des Interferenzmusters der eintreffenden ebenen Wellen wird ein virtuelles ebenes Gitter bildet. Dieses virtuelle Gitter wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Referenz-Gitter verwendet.
• Das durch Überlagerung zweier unterschiedlicher Ordnungen nach Beugung an dem physischen Gitter 3, also dem Prüfgitter, durch die eintreffenden ebenen Wellen a und b erzeugte Interferenzmuster entspricht dem sekundären Interferenzmuster. Durch die gezeigte Analogie entspricht das sekundäre Interferenzmuster dabei der räumlichen Schwebungsfrequenz zwischen dem physischen Gitter, das es zu prüfen gilt, und der räumlichen Intensitätsmodulation des Interferenzmusters, das durch die Interferenz der beiden ebenen Wellen a und b erzeugt wird. Zur Auswertung des sekundären Interferenzmusters lässt sich der Moire-Effekt als Modell heranziehen. In der oben genannten Veröffentlichung von M. Burkhardt wird die Äquivalenz von sekundärem Interferenz-Muster und Moire -Muster gezeigt.
• Die Richtung der einfallenden Welle a ist in der 1 als dünner Pfeil gekennzeichnet. Die einfallende Welle b ist als dicker Pfeil gekennzeichnet. Die reflektierte nullte Beugungsordnung der einfallenden Welle a ist mit a_0R gekennzeichnet. Analog ist die reflektierte nullte Beugungsordnung der einfallenden Welle b mit b_0R gekennzeichnet. Die ersten Beugungsordnungen sind jeweils mit dem Index 1R gekennzeichnet.
• Die Gitterlinien 3 eines klassischen Offner-Gitters sind parallel und äquidistant, wenn man diese auf eine Ebene projiziert, die tangential am Scheitelpunkt 5 des konvexen Gitters 3 anliegt. Deshalb besteht das einfachste Belichtungs-Setup in einer zur optischen Achse 4 des Gitters 3 symmetrischen Anordnung der beiden ebenen Wellen, d.h. Θ₁ = Θ₂, wobei Θ₁ und Θ₂ die Einfallswinkel der ebenen Wellen a und b gemessen von der optischen Achse 4 darstellen. Dieses einfachste Belichtungs-Setup ist identisch mit dem einfachsten Prüf-Setup, welches in der 1 veranschaulicht ist, wobei die Richtung der gebeugten Wellen exakt parallel zur Richtung der einfallenden Welle sind (Littrow-Winkel), so dass zum Beispiel beim Prüfen des Gitters in Reflektion im Scheitel die erste Beugungsordnung der einen Welle mit der reflektierten nullten Beugungsordnung der anderen Welle interferiert.
• In der 2 ist ein Teilbereich der Oberfläche 2 vergrößert dargestellt. Dabei ist schematisch gezeigt, wie sich der Abstand g der Gitterlinien auf den Gangunterschied Δφ der an den einzelnen Gitterlinien gebeugten Wellen auswirkt.
• In den 3 und 4 ist gezeigt, wie sich die Situation verändert, wenn eine Position der Oberfläche 2 betrachtet wird, welche sich rechts vom Scheitelpunkt 5 befindet, und inwieweit sich hierbei der Krümmungsradius der Oberfläche 2 auswirkt. Da es sich um ein Offner-Gitter handelt, ist der Gitterlinienabstand g_r von dem Krümmungsradius r der Oberfläche 2 im Bereich der betrachteten Gitterlinien abhängig. Die Kernaussage der 3 und 4, sowie der nachfolgenden Gleichungen ist, dass die in den 1 und 2 vorgenommene Betrachtung exakt auch für die übrigen Gebiete des gekrümmten Gitters 3 gilt. Die lokale Oberflächennormale der Oberfläche 2 bei der Koordinate x ist mit n_x gekennzeichnet. Sie weicht von der Oberflächennormale no im Scheitel 5 um den Winkel 5 ab. Analog weicht die lokale Oberflächennormale 6 bei der Koordinate x um den Winkel 5 von der optischen Achse 4 im Scheitel 5 ab. In der 4 kennzeichnet λ die Wellenlänge des einfallenden Lichts.
• Die räumliche Modulation des durch das zu prüfende Gitter erzeugten Interferenzmusters mit dem durch die Einfallsvektoren a und b erzeugten Referenzgitter kann somit gemäß dem Moire-Prinzip ausgewertet werden. Auf diese Weise kann das zu prüfende Gitter mit einem Referenz-Gitter verglichen werden. Für jeden Gangunterschied um eine Wellenlänge zwischen Prüf- und Referenz-Gitter lässt sich ein Moire- bzw. Interferenzstreifen im sekundären Interferenzmuster beobachten. Damit gelingt anschaulich die Interpretation des sekundären Interferenzmusters. Über die als bekannt vorausgesetzte räumliche Periode des Referenzgitters ist die quantitative Auswertung des Ring- oder Streifenmusters möglich. Dazu können Algorithmen verwendet werden, die in der Interferometrie angewendet werden. Im einfachsten Fall wird mittels der Abstimmung zwischen physikalischem Gitter und Referenzgitter eine kleinere Anzahl von Streifen als Trägerfrequenz der Wellendeformation eingestellt. Damit ist die Bestimmung des Absolutwertes der Wellendeformation und darauf basierend der Liniendichteabweichung, lediglich anhand der Auswertung eines einzigen sekundären Interferenzmusters (= Moire-Streifen-Musters) möglich.
• Im Folgenden wird die Äquivalenz von dem beschriebenen sekundären Interferenzmuster mit einem Moire-Muster erläutert. Die Periode go im Gitterscheitel 5 ist gleich der konstanten Periode des auf die Tangential-Ebene des Scheitels projizierten Gitters (analog einem Plangitter). Unter Berücksichtigung der Gittergleichung können die Beugungswinkel und die Periode des Gitters gemäß Gleichung 1 in Relation gesetzt werden. Dabei kennzeichnet θ₀ den Einfallswinkel im Gitterscheitel. $$\frac{\lambda }{g_0}=\text{sin}{\theta }_0+\text{sin}{\theta }_0=2\text{sin}{\theta }_0$$

  
• Beim Betrachten der ersten Ordnung in Littrow-Anordnung, wie zuvor anhand der 1 beschrieben, wird hier der Faktor m, welcher für die Nummer der Beugungsordnung steht, als 1 vorausgesetzt und damit als Variable vernachlässigt. $$\frac{\Delta \phi }{\lambda }=\frac{\Delta x}{g}$$

  
• Gleichung 2 ist aus der 2 abgeleitet und zeigt, dass eine Abweichung einer Gitterlinie von ihrer „Sollposition“ zu einer entsprechenden Phasenverschiebung des gebeugten Lichts führt. Für x-Koordinaten mit zunehmendem Abstand vom Scheitelpunkt ro des gekrümmten Gitters ändert sich die Orientierung des Normalenvektors, also des Vektors der Oberflächennormalen. Für das Beispiel eines sphärischen Substrats mit Krümmungsradius R mit einem seitlichen Abstand vom Epizentrum xo wird dessen Zusammenhang mit dem Winkel 5 zwischen der lokalen Oberflächennormalen und der optischen Achse des Gitters, welche identisch mit der Oberflächennormalen im Zentrum bzw. Scheitel ist, durch die Gleichung 3 beschrieben. $$\text{sin}\delta =\frac{r}{R};\delta =\text{arcsin}\frac{r}{R}$$

  

  $$g\left(r\right)=\frac{g_0}{\text{cos}\delta }$$

  

  $$\text{sin}\left({\theta }_0-\delta \right)+\text{sin}\left({\theta }_0+\delta \right)=\frac{\lambda }{g_0}\cdot \text{cos}\delta$$

  
• Weiterhin erhöht sich die lokale Gitterperiode g(r) aufgrund der Projektionsbedingung auf eine geneigte Ebene mit einem Faktor von (cos δ)^-1 im Verhältnis zu go (siehe Gleichung 4). Unter Berücksichtigung dieser Aspekte resultiert Gleichung 5 zur Beschreibung beliebiger Abstände vom Zentrum bzw. Scheitel. Darin ist die Beziehung für die Oberflächenkrümmung nicht länger präsent, was auf die universelle Gültigkeit der Gleichung auch für andere als sphärische Oberflächen hindeutet. Die Einfallswinkel ändern sich um die Differenz (Θ₀ - δ) zwischen der Scheitelnormale und der lokalen Oberflächennormale. Entsprechend der Beispiele bedeutet eine Verschiebung der x-Koordinate nach rechts ein negatives Vorzeichen für den Winkel δ. Unter Berücksichtigung des Vorzeichens entspricht der Winkel des reflektierten Strahls der Summe von Θ₀ und δ. Gebeugter und reflektierter Strahl müssen parallel verlaufen, weshalb die Richtung für den reflektierten Strahl mit dem gebeugten Strahl gleichgesetzt werden kann.
• In Gleichung 6 wird eine Analogie zwischen der Summe und der Differenz zweier Winkel verwendet, welche sich aus Additionstheoremen ergibt. Zu Gleichung 6 gelangt man aber auch durch Einsetzen von Gleichung 1 in Gleichung 5. Ein Einsetzen der rechten Seite von Gleichung 6 in Gleichung 5 führt wiederum zu Gleichung 7. Da dieser Ausdruck für alle Werte für Delta gilt, zeigt dies, dass wenn sich der Einfallswinkel um einen Winkel 5 gemäß der genannten Gesetze verändert, so kompensiert eine Periodenänderung um (cosδ)^-1 den Beugungswinkel in der Weise, dass reflektierte und gebeugte Strahlen parallel verlaufen. $$\text{sin}\left({\theta }_0-\delta \right)+\text{sin}\left({\theta }_0+\delta \right)=2\text{sin}{\theta }_0\cdot \text{cos}\delta$$

  

  $$2\text{sin}{\theta }_0\cdot \text{cos}\delta =\frac{\lambda }{g_0}\cdot \text{cos}\delta ;2\text{sin}{\theta }_0=\frac{\lambda }{g_0}$$

  
• Wenn der betrachtete Ort auf dem Gitter entlang der Gitterlinien verschoben wird, tritt bei einem in diese Richtung gekrümmten Gitter der Fall konischer Beugung ein. Die Beziehungen beschreiben dann die lateralen Komponenten des gebeugten Lichtes und behalten für einen Schnitt quer zu den Gitterlinien ihre Gültigkeit. Das gebeugte Licht wird durch die Off-Plane-Komponente in dieser Richtung eine bestimmte geometrische Verzerrung erfahren. Dieser Effekt muss bei einer Auswertung des Streifenmusters stark gekrümmter Gitter in Form einer Entzerrung des Bildes eines sekundären Interferenzmusters berücksichtigt werden.
• Es gibt vorteilhafte Anordnungen, die aufgrund der Symmetrie der Beugungsrichtungen zu lediglich symmetrischen Verformungen führen. Im Fall geringer Krümmungen kann dabei die Verzerrung oft vernachlässigt werden. Dazu muss die Wellenlänge des beispielsweise zur Überprüfung verwendeten Lasers mindestens etwas kleiner sein als die kleinste zu prüfende Gitterperiode. Veranschaulicht wird der symmetrische Aufbau, in welchem die +1. und -1. Beugungsordnung erzeugt und verwendet wird, in der 6 im Vergleich zu den Bedingungen bei der Prüfung in Reflektion in der 5. Im sekundären Interferenzmuster bzw. Moire-Muster entspricht dann eine Periode einem Strukturfehler von einer halben Gitterlinie. In den 5 und 6 ist das Interferenzmuster der einfallenden Wellen, welches das Referenzgitter bildet, mit der Bezugsziffer 7 gekennzeichnet.
• In dem in der 5 gezeigten Basis-Setup zur Untersuchung eines Reflexionsgitters sind die Beugungsordnungen aufgrund der Überlagerung mit den einfallenden Wellen schwer zu erfassen. Dem gegenüber sind in der 6 die interferierenden +1. und -1. Beugungsordnungen gut zugänglich, da hier mit einem Referenzmuster bzw. Referenzgitter 7 mit doppelter Modulationsfrequenz im Vergleich zur Liniendichte des zu prüfenden Gitters 3 gearbeitet wurde. Weiterhin kann die Verwendung noch größerer ganzzahliger Faktoren für die räumliche Frequenz der (primären) Interferenzmodulation dann vorteilhaft sein, wenn Gitter zu prüfen sind, die eine vergleichsweise geringe Liniendichte aufweisen. Das entstehende sekundäre Interferenzmuster zeigt dann die vorhandenen Fehler in der Liniendichteverteilung mit einem dem Faktor entsprechender erhöhter Empfindlichkeit an.
• Die bisher beschriebenen Erkenntnisse werden in der vorliegenden Erfindung genutzt und weiterentwickelt. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen mindestens eines die optischen Eigenschaften bestimmenden Merkmals eines optischen Bauteils werden folgende Schritte ausgeführt: In einem ersten Schritt wird ein Bezugssystem einer zu prüfenden Oberfläche des Bauteils festgelegt. Die Oberfläche des zu prüfenden Bauteils umfasst ein optisches Prüfgitter. Als Bezugssystem kann zum Beispiel ein fest mit dem Bauteil verbundenes Koordinatensystem verwendet werden, welches zum Bestimmen von Koordinaten der Oberfläche geeignet ist. Dazu kann zum Beispiel eine x-y-Ebene auf der Oberfläche festgelegt werden, so dass Erhebungen und Vertiefungen auf der Oberfläche durch eine z-Koordinate beschrieben werden. Prinzipiell kann auch ein beliebiges anderes Bezugssystem festgelegt werden. Entscheidend ist lediglich, dass mit ihm die Topografie der zu prüfenden Oberfläche beschrieben werden kann.
• In einem zweiten Schritt wird die zu prüfende Oberfläche, also damit auch das festgelegte Bezugssystem, in einer festgelegten Pose, zum Beispiel einem festgelegten Winkel und/oder einer festgelegten lateralen Position, zu einer festgelegten Bezugsachse angeordnet. Während das Bezugssystem dazu dient, die Topografie der zu prüfenden Oberfläche zu beschreiben, dient die Bezugsachse dazu, die Einstrahlrichtung festzulegen.
• Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff Pose die Kombination der Position und der Orientierung der genannten Objekte oder Bauteile oder Bezugsachsen im dreidimensionalen Raum verstanden (siehe auch DIN EN ISO 8373). Die Position einer punktförmigen Masse in Relation zu einem kartesischen Koordinatensystem definiert sich danach durch die Abstände entlang den Koordinatenrichtungen x, y, z. Spannt man an diesem Massepunkt ein zweites kartesisches Koordinatensystem auf, so definiert sich die Orientierung dieses Koordinatenkreuzes durch den Winkelversatz seiner Koordinatenachsen in Bezug zu den entsprechenden Achsen des Basiskoordinatensystems. Es sind zusätzlich drei Winkel notwendig, die die Lage des neuen Koordinatensystems bezogen auf das Basiskoordinatensystem beschreiben.
• In einem dritten Schritt werden zwei kohärente Wellen, zum Beispiel in Form von durch Laserlicht erzeugten Strahlenbündeln, in voneinander abweichenden Einstrahlwinkeln zu der Bezugsachse auf die zu prüfende Oberfläche eingestrahlt. Dabei werden die Einstrahlwinkel der beiden Wellen bzw. Strahlenbündel so gewählt, dass durch die beiden einfallenden Wellen ein stehendes primäres Interferenzmuster, mit anderem Worten eine stehende Interferenzmodulation erzeugt wird, welches bzw. welche als Referenzgitter dient.
• In einem vierten Schritt wird ein sekundäres Interferenzmuster erfasst, welches durch eine Überlagerung des primären Interferenzmusters mit dem durch Beugung der einfallenden Wellen an dem Prüfgitter entstehenden Beugungsmuster entsteht.
• In einem fünften Schritt wird die Pose die zu prüfende Oberfläche und die Bezugsachse in Bezug aufeinander um mindestens einen die Variation oder Veränderung der Pose charakterisierenden Parameter variiert oder verändert. Dazu können die zu prüfende Oberfläche und die Bezugsachse in Bezug aufeinander bewegt werden, insbesondere durch Translation und/oder Rotation. Mit anderen Worten kann die Pose durch Drehen und/oder Verschieben der zu prüfenden Oberfläche und der Bezugsachse in Bezug aufeinander variiert werden.
• Zum Beispiel können der Einstrahlwinkel auf die Oberfläche und die prüfende Oberfläche in Bezug aufeinander um eine Drehachse, die einen Winkel mit der Bezugsachse einschließt, um einen Drehwinkel gedreht werden. Mit anderen Worten kann die zu prüfende Oberfläche in Bezug auf die Bezugsachse, also die Einstrahlrichtung, gedreht werden oder die Bezugsachse und damit die Einstrahlrichtung auf die Oberfläche kann in Bezug auf die zu prüfende Oberfläche gedreht werden. Vorzugsweise verläuft die Drehachse parallel zu Linien des Referenzgitters. Zusätzlich oder alternativ dazu können im Fall eines gekrümmten Referenzgitters, welches zum Beispiel mittels zweier Punktlichtquellen erzeugt werden kann, die zu prüfende Oberfläche und die Bezugsachse in Bezug aufeinander verschoben werden, insbesondere lateral in Bezug auf die optische Achse.
• In einem sechsten Schritt wird eine Anzahl an sekundären Interferenzmustern in Abhängigkeit von dem mindestens einen die Variation der Pose charakterisierenden Parameter, zum Beispiel in Abhängigkeit von dem Drehwinkel, erfasst. Dies kann in Transmission oder in Reflektion in einer entsprechend gewählten Projektionsebene erfolgen. Die Projektionsebene kann also in Richtung der eingestrahlten Wellen vor oder hinter der zu prüfenden Oberfläche liegen.
• In einem siebten Schritt wird das Referenzgitter mit dem Prüfgitter verglichen. Dies erfolgt durch Auswerten der erfassten sekundären Interferenzmuster. In einem siebten Schritt wird mindestens ein die optischen Eigenschaften des Bauteils bestimmendes Merkmal in Relation zu dem festgelegten Bezugssystem bestimmt. Dies erfolgt basierend auf der Auswertung der erfassten sekundären Interferenzmuster.
• Die Auswertung kann zum Beispiel wie in der oben zitierten Veröffentlichung von Rastogi, Pramod K., „Holographie Interferometry“ beschrieben erfolgen, insbesondere wie in Kapitel 5.1.1 und Kapitel 5.3.4, insbesondere Seite 109 bis 125, beschrieben. Hier werden primär Prinzipien zur Extraktion von Oberflächen-Verschiebungen oder -Deformationen auf der Basis der Erfassung der lokalen Phasenverschiebung von Lichtwellen beschrieben. Die räumliche Phasenverteilung der Lichtwellen geht dabei auf die Form der zu prüfenden optischen Oberfläche zurück. Die Phasenverschiebung ist dabei lokal als Interferenzstreifenmuster codiert. Eine auf diese Weise erfasste Phasenverschiebung kann jedoch auch auf die Wirkung eines diffraktiven Elements zurückgehen, welches im speziellen Fall dem Prüfgitter entspricht.
• Es werden somit auch Verfahren beschrieben, wie mittels Streifenanalyse generell eine räumliche Verschiebung von Gitterlinien berechnet werden kann (siehe Kapitel 5.2), also letztlich ein lokaler Gitterlinienabstand oder eine lokale Gitterliniendichte berechnet werden kann. Im Besonderen werden Verfahren beschrieben, die mittels definierter Phasenverschiebung (Phase-Shift), die im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch das Drehen der zu prüfenden Oberfläche um einen definierten Drehwinkel oder das definierte Verschieben erzeugt wird, aus den Interferenzfiguren die eindeutige relative Verschiebung der Gitterlinien zueinander und daraus die Topografie der Oberfläche, auf der sich das Prüfgitter befindet, extrahieren können (Three Frames, Four Frames, Five Frames and general phase shift).
• Im einfachsten Fall kann jedoch mittels der Abstimmung zwischen physikalischem Gitter und Referenzgitter eine kleinere Anzahl von Streifen als Trägerfrequenz der Wellendeformation eingestellt. Damit ist der Absolutwert der Wellendeformation und darauf basierend, der Liniendichteabweichung, lediglich anhand der Auswertung eines einzigen sekundären Interferenzmusters (= Moire-Streifen-Musters) möglich.
• Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Alternative bzw. eine Ergänzung für die Prüfung schwieriger Oberflächengeometrien, die zum Beispiel durch relativ steile Randwinkel, starke Gradienten-Variationen innerhalb der optisch genutzten Fläche oder sehr komplexe Funktionen zu deren Beschreibung gekennzeichnet sind, so dass z.B. eine punktuelle Abtastung nicht ausreicht. Gleichzeitig liefert das erfindungsgemäße Verfahren bei bekannter Topografie quantitative Resultate zur Liniendichte-Verteilung von Beugungsgittern.
• Bei den zu bestimmenden optischen Eigenschaften des Bauteils kann es sich um refraktive und/oder diffraktive Eigenschaften handeln. Bei den diese beeinflussenden Merkmalen kann es sich zum Beispiel um die Topografie einer Oberfläche, insbesondere einer Freiformoberfläche, und/oder um ein Merkmal des Prüfgitters auf der Oberfläche handeln. Als Gitterparameter kann beispielsweise die Gitterliniendichte, insbesondere eine lokale Gitterliniendichte bei einer variierenden Liniendichte mit anderen Worten die ortsabhängige Gitterkonstante, oder die Gitterliniendichteverteilung handeln.
• Wie oben bereits erwähnt, kann das Variieren der Pose der zu prüfenden Oberfläche und damit des Bezugssystems und der Bezugsachse in Bezug aufeinander dadurch erfolgen, dass die zu prüfende Oberfläche in Bezug auf die Bezugsachse gedreht und/oder lateral verschoben wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Einstrahlrichtung und/oder der Einstrahlwinkel der einfallenden Wellen, also beispielsweise einer verwendeten Einstrahlanordnung, und damit die Position der Bezugsachse in Bezug auf das Bezugssystem der zu prüfenden Oberfläche verändert werden. Dies hat den Vorteil, dass je nach Größe des zu prüfenden Bauteils oder je nach angestrebter Genauigkeit eine geeignete Anordnung flexibel realisiert werden kann.
• Vorzugsweise werden die beiden einfallenden Wellen in Bezug auf die Bezugsachse symmetrisch angeordnet. Dies vereinfacht die spätere Auswertung der Messergebnisse. Die beiden einfallenden Wellen können mittels eines Lasers erzeugt werden. Weiterhin kann mindestens eine, vorzugsweise beide, der einfallenden Wellen eine ebene Welle oder eine sich kreisförmig ausbreitende Welle oder eine durch eine Punktlichtquelle erzeugte Welle sein. Die einfallenden Wellen können so ausgestaltet sein, dass sie eine kreisförmige oder elliptische Wellenfront bilden. In dem primären Interferenzmuster können die Wellen eine Anordnung an hyperbolisch geformten Linien als Schnittlinien der Wellenfrontregionen gleicher Phasenverschiebung mit der zu prüfenden Oberfläche bilden. Vorzugsweise bilden die Wellen zumindest in einem festgelegten Bereich eine zumindest näherungsweise ebene Wellenfront mit zumindest näherungsweise äquidistanten Referenzgitterlinien.
• Die zu prüfende Oberfläche kann bereichsweise voneinander abweichende Oberflächennormalen aufweisen. Zur Bestimmung der Topografie der Oberfläche kann vor dem Einstrahlen der zwei Wellen das Prüfgitter auf die zu prüfende Oberfläche aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise in Form eines lichtempfindlichen Films als Träger des Hologramms oder Gitters erfolgen.
• In einem nullten Schritt oder im Rahmen des ersten Schrittes kann zur Erzeugung des Prüfgitters ein Interferenzmuster, zum Beispiel das primäre, im dritten Schritt erneut erzeugte Interferenzmuster, in einer photo-empfindlichen Schicht aufgezeichnet werden. Dieses Gitter wird evtl. mit den üblichen Techniken der Lithografie fixiert oder als Oberflächen-Gitter entwickelt. Danach wird vorzugsweise die zu prüfende Oberfläche mit dem aufgebrachten Gitter in einen optischen Aufbau, vorzugsweise den identischen optischen Aufbau, integriert und einjustiert, so dass das ebenfalls zur Prüfung benutzte initiale primäre Interferenzmuster mit der Oberflächenstruktur perfekt abgeglichen ist. Das sekundäre Interferenzmuster ist dann unstrukturiert, weist also keine Modulationen auf.
• Das aufgebrachte Prüfgitter kann als Resistgitter oder als Oberflächengitter in einer zuvor aufgebrachten Fotopolymerschicht ausgestaltet sein. Durch das Aufbringen des Prüfgitters als Resistgitter (insbesondere auch temporär) lässt sich die Oberfläche berührungslos und insbesondere ohne Beschädigung der Oberfläche im Hinblick auf ihre Topografie überprüfen. Damit ist eine zuverlässige und hoch präzise Qualitätskontrolle möglich.
• Das Prüfgitter kann in einer Projektion auf eine Ebene des Bezugssystems eine definierte Linienverteilung aufweisen, vorzugsweise in einer Projektion auf eine Ebene senkrecht zur optischen Achse des Bauteils oder der Flächennormale im Zentrum oder Scheitel des Bauteils bzw. der zu prüfenden Oberfläche. Insbesondere kann das Prüfgitter in einer Projektion auf eine Ebene des Bezugssystems ein symmetrisches Gitter sein. Es kann zum Beispiel äquidistante Linien oder ein Kreuzgitter aufweisen oder es kann rotationssymmetrisch ausgestaltet sein.
• Die beiden einfallenden Wellen können mittels eines Lasers erzeugt werden. Dadurch ist ein hohes Maß an Kohärenz gewährleistet und es kann ein präzise definiertes primäres Interferenzmuster, also letztlich ein definiertes virtuelles Referenzgitter, erzeugt werden. Mindestens eine der einfallenden Wellen kann eine ebene Welle oder eine sich kreisförmig ausbreitende Welle oder eine durch eine Punktlichtquelle erzeugte Welle sein. Zwingend ist die Wellenlänge der einfallenden Wellen kleiner als das Doppelte der kleinsten zu prüfenden Gitterperiode, also der Gitterperiode des Prüfgitters. Zum Beispiel kann die Wellenlänge der einfallenden Wellen kleiner sein als die kleinste zu prüfende Gitterperiode. Die kleinste Periode des zu prüfenden Gitters liegt also mindestens oberhalb der halben zu verwendenden Laserwellenlänge.
• Die zu prüfende Oberfläche kann transparent ausgestaltet sein bzw. es kann sich um die Oberfläche eines transparenten Substrats handeln. Es kann sich bei dem zu prüfenden Bauteil z.B. um eine Freiformlinse oder aber auch einfach nur ein Plangitter handeln.
• Das zu prüfende Bauteil kann mittels eines Präzisions-Positioniersystems oder eines Präzisions-Goniometers in einer festgelegten Pose zu der Bezugsachse, zum Beispiel in einem festgelegten Winkel zu der Bezugsachse, beispielsweise senkrecht zu der Bezugsachse, und damit z.B. gleichzeitig definiert zur Einstrahlanordnung, angeordnet werden. Die genannten Präzisionssysteme ermöglichen einerseits ein sehr genaues Positionieren der einfallenden Wellen auf der zu prüfenden Oberfläche und gleichzeitig ein hoch präzises Drehen und/oder Verschieben der zu prüfenden Oberfläche. Dadurch ist es möglich, die ermittelte Eigenschaft, beispielsweise die lokale Topografie oder eine lokale Gitterliniendichteverteilung, einer präzisen Ortskoordinate auf der zu prüfenden Oberfläche zuzuordnen.
• Im allgemeinen Fall wird das sekundäre Interferenzmuster in Transmission oder in Reflexion in einer Ebene in einem geeigneten Abstand zu der zu prüfenden Oberfläche erfasst. Der Abstandswert wird dabei so gewählt, dass die Fernfeldverteilung der unterschiedlichen, an dem Prüfgitter gebeugten Wellen, die aus jeweils nur einem der einfallenden Strahlenbündel entstehen, räumlich voneinander separiert erfasst werden können. Das heißt, es überlagern sich nur die zwei Wellen, die aus beiden einfallenden Bündeln nach Beugung nahezu parallel verlaufen Um den allgemeinen Fall eines Beugungsgitters erfassen zu können, wobei das Gitter auch ein Reflexionsgitter sein kann, bei dem die einfallenden kohärenten Laserstrahlenbündel aus dem Halbraum über der Gitterflächen auf das Gitter einstrahlen müssen, ist von einer Projektions- oder Abbildungsebene des sekundären Interferenzmusters mit einem Abstand zum Gitter auszugehen. Der Abstand muss weiterhin grenzwertig so groß gewählt werden, dass die einfallenden Strahlenbündel durch den Projektions-Schirm nicht beschnitten werden. Ein weiteres Kriterium ist das Vermeiden eines Abstandes zur Gitterebene, bei dem insbesondere durch die Wirkung der Oberflächengeometrie in Kombination mit der Winkelverteilung im einfallenden Strahlenbündel eine Einschnürung (Fokus) bzw. eine Fokallinie entsteht, sodass in diesem Abstand keine räumliche Auflösung des sekundären Interferenzmusters möglich ist. Zur Erfassung der gebeugten Bündel bei stark gekrümmter Oberfläche, insbesondere bei starker räumlicher Variation der Krümmung, kann unter Umständen die Verwendung eines Abbildungssystems erforderlich sein. Ein Beispiel hierfür ist in der 14 gezeigt.
• Je nach den gewählten Einstrahlwinkeln können die erste Beugungsordnung oder höhere Beugungsordnungen zum Erzeugen des Referenzgitters nutzbar gemacht werden. Dies hängt von der konkreten Anordnung, insbesondere der Größenordnung der Prüfgitterliniendichte und dem Abstand von der Oberfläche ab, in welchem das sekundäre Interferenzmuster erfasst wird. Zwei Beispiele hierfür sind in den 5 und 6 gezeigt.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen mindestens eines die optischen Eigenschaften bestimmenden Merkmals eines optischen Bauteils, welches eine zu prüfende Oberfläche mit einem optischen Prüfgitter aufweist, umfasst eine Positioniereinrichtung zum Positionieren des Bauteils in Bezug auf eine Bezugsachse. Dadurch wird gleichzeitig ein auf die zu prüfende Oberfläche bezogenes, beispielsweise bauteilinternes, Bezugssystem in Bezug auf beispielsweise ein Präzisions-Positioniersystem oder ein Präzisions-Goniometer positioniert.
• Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Einstrahlvorrichtung zum Einstrahlen von zwei kohärenten Wellen in voneinander abweichenden Einstrahlwinkeln zu der Bezugsachse auf die zu prüfende Oberfläche des Bauteils. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Vorrichtung zum Variieren der Pose der zu prüfenden Oberfläche und der Bezugsachse in Bezug aufeinander um mindestens einen die Variation der Pose charakterisierenden Parameter. Dabei kann es sich um eine Drehvorrichtung zum Drehen der zu prüfenden Oberfläche und der Bezugsachse in Bezug aufeinander um einen Drehwinkel um eine mit der Bezugsachse einen festgelegten Winkel einschließende Drehachse, vorzugsweise um eine senkrecht zu der Bezugsachse verlaufende Drehachse, handeln. Mit der Drehvorrichtung werden mit anderen Worten die zu prüfende Oberfläche und die Einstrahlwinkel in Bezug aufeinander verdreht bzw. gekippt. In Systemen, bei denen gekrümmte Wellen zur Erzeugung des Referenzgitters zum Einsatz kommen, z.B. sphärische Wellen, kann auch eine laterale Verschiebung des Prüfgitters oder der zu prüfenden Oberfläche zur Erzeugung eines auswertbaren sekundären Interferenzmusters eingesetzt werden. Die weitere Vorgehensweise erfolgt dabei analog zum Verdrehen der zu prüfenden Oberfläche oder des Prüflings in Bezug auf ein vorzugsweise ebenes Referenzgitter.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weiterhin eine Einrichtung zum Erfassen des mindestens einen die Variation der Pose charakterisierenden Parameters, zum Beispiel des Drehwinkels, und eine Einrichtung zum Erfassen von sekundären Interferenzmustern. Bei der Einrichtung zum Erfassen von sekundären Interferenzmustern kann es sich beispielsweise um eine Kamera, einen Bildgeber, eine Detektormatrix, fotosensitives Material oder ähnliches handeln. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst darüber hinaus eine Auswertungseinrichtung. Die Auswertungseinrichtung ist dazu ausgelegt, basierend auf den erfassten sekundären Interferenzmustern in Abhängigkeit von dem mindestens einen die Variation der Pose charakterisierenden Parameter, in insbesondere in Abhängigkeit von den Drehwinkeln oder den vorgenommenen räumlichen Verschiebungen, zum Beispiel dem Translationsweg, mindestens ein die optischen Eigenschaften des Bauteils bestimmendes Merkmal zu bestimmen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat die oben bereits genannten Merkmale und Vorteile. Sie kann insbesondere dazu ausgelegt sein, ein oben beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, mit anderen Worten dazu ausgelegt sein, dass mit ihr ein solches Verfahren ausgeführt wird.
• Die Dreheinrichtung kann Bestandteil der Positioniereinrichtung sein. Diese ist dann dazu ausgelegt, das Bauteil und/oder die Einstrahlvorrichtung um die Drehachse zu drehen, beispielsweise zu kippen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Einstrahlvorrichtung dazu ausgelegt sein, die Bezugsachse um die Drehachse zu drehen. Die Drehachse kann zum Beispiel parallel zu einer Linie des optischen Prüfgitters verlaufen. Bei dem Prüfgitter kann es sich um ein Liniengitter handeln, aber auch um ein Kreuzgitter oder ein rotationssymmetrisches Gitter. Im letzteren Fall muss eine entsprechende Drehachse unabhängig von dem Prüfgitter festgelegt werden. Die Erzeugung des Moire-Musters kann in geeigneten Fällen auch mittels einer linearen Positionsänderung des Prüfgitters erfolgen.
• Die Auswertungseinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgelegt, die Topografie der zu prüfenden Oberfläche und/oder ein Merkmal des Prüfgitters auf der Oberfläche zu bestimmen. Bei dem Merkmal des Prüfgitters kann es sich um die ortsabhängige Gitterliniendichteverteilung oder allgemein um Strukturmerkmale des Gitters (insbes. auch lokale Oberflächengradienten) handeln.
• Das erfindungsgemäße Computerprogramm zum Bestimmen der ortsabhängigen Gitterliniendichte eines optischen Prüfgitters oder der Topografie einer ein optisches Prüfgitter aufweisenden Oberfläche weist Instruktionen auf, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, posenabhängige, insbesondere winkel- und/oder positionsabhängige, Intensitätsverteilungen eines sekundären Interferenzmusters des Prüfgitters als Eingangsgröße zu erfassen, mittels der posensabhängigen, zum Beispiel winkel- und/oder positionsabhängigen Intensitätsverteilungen posensabhängige, zum Beispiel winkel- und/oder positionsabhängige, Intensitätsliniendichteverteilungen zu ermitteln, und mittels der posensabhängigen, zum Beispiel winkel- und/oder positionsabhängigen, Interferenzliniendichteverteilungen und mindestens einem vorgegebenen ortsabhängigen Topografiemerkmal der Oberfläche, beispielsweise einer Flächennormale oder der Höhe bzw. z-Koordinate eines Punktes auf der Oberfläche, eine ortsabhängige Prüfgitterliniendichteverteilung zu bestimmen oder mittels der posensabhängigen, zum Beispiel winkel- und/oder positionsabhängigen, Interferenzliniendichteverteilungen und einer vorgegebenen ortsabhängigen Prüfgitterliniendichteverteilung mindestens ein ortsabhängiges Topografiemerkmal der Oberfläche zu bestimmen.
• Das erfindungsgemäße nichtflüchtige computerlesbare Speichermedium umfasst darauf gespeicherte Instruktionen, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, posenabhängige, insbesondere winkel- und/oder positionsabhängige, Intensitätsverteilungen eines sekundären Interferenzmusters des Prüfgitters als Eingangsgröße zu erfassen, mittels der posenabhängigen, insbesondere winkel- und/oder positionsabhängigen, Intensitätsverteilungen posenabhängige, insbesondere winkel- und/oder positionsabhängige Intensitätsliniendichteverteilungen zu ermitteln, und mittels der posenabhängigen, insbesondere winkel- und/oder positionsabhängigen, Interferenzliniendichteverteilungen und mindestens einem vorgegebenen ortsabhängigen Topografiemerkmal der Oberfläche, beispielsweise einer Flächennormale oder der Höhe bzw. z-Koordinate eines Punktes auf der Oberfläche, eine ortsabhängige Prüfgitterliniendichteverteilung zu bestimmen oder mittels der posenabhängigen, insbesondere winkel- und/oder positionsabhängigen, Interferenzliniendichteverteilungen und einer vorgegebenen ortsabhängigen Prüfgitterliniendichteverteilung mindestens ein ortsabhängiges Topografiemerkmal der Oberfläche zu bestimmen.
• Das erfindungsgemäße Computerprogramm und das erfindungsgemäße nichtflüchtige computerlesbare Speichermedium haben die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
• Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.
• Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, dass sie die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.
• 1 zeigt schematisch ein zu prüfendes Bauteil mit einer konvexen Oberfläche, auf welcher Gitterlinien angeordnet sind, und den Strahlengang zu dessen Prüfung.
• 2 zeigt schematisch vergrößert einen Teilbereich der in der 1 gezeigten Oberfläche im Scheitel.
• 3 zeigt schematisch den Strahlengang an einer Position der Oberfläche in einem Abstand vom Scheitel.
• 4 zeigt schematisch vergrößert einen Teilbereich der in der 3 gezeigten Oberfläche.
• 5 zeigt schematisch den Strahlenverlauf für die in der 1 gezeigte Anordnung für einen größeren Oberflächenbereich.
• 6 zeigt schematisch den Strahlenverlauf für die in der 1 gezeigte Anordnung für einen größeren Oberflächenbereich und größere Einfallswinkel der einfallenden Wellen, wobei die gebeugten Hauptstrahlen parallel zur optischen Achse verlaufen.
• 7 zeigt schematisch eine Anordnung zur Prüfung eines Liniengitters gemäß der vorliegenden Erfindung.
• 8 zeigt schematisch die Entstehung eines sekundären Interferenzmusters auf Basis des Moire-Prinzips.
• 9 zeigt schematisch die Intensitätsverteilung eines sekundären Interferenzbildes in einem Längsschnitt durch das Zentrum der ringförmigen Interferenzstreifen.
• 10 zeigt schematisch das in der 7 gezeigte Bauteil und die Änderung der Richtung der Oberflächennormalen zu Bezugsachse infolge einer Drehung.
• 11 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren in Form eines Flussdiagramms.
• 12 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
• 13 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Computerprogramm in Form eines Flussdiagrams.
• 14 zeigt schematisch eine Anordnung zum Fokussieren des zu erfassenden sekundären Interferenzmusters.
• Die 1 bis 6 wurden oben zur Erläuterung der Grundlagen des im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Messprinzips bereits ausführlich beschrieben.
• Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der 7 bis 9 näher erläutert. Im Rahmen des ersten Ausführungsbeispiels wird die Erfassung der Liniendichte eines Gitters mit nicht-äquidistanten Linien und gekrümmten Linien auf einem konkaven sphärischen Träger mit Krümmungsradius R beschrieben. Die 7 zeigt schematisch ein Bauteil mit einer konkaven Oberfläche, auf welcher ein Liniengitter mit einer variablen Liniendichteverteilung angeordnet ist.
• Im Fall eines VLS-Gitters (Variable Lines and Spaces), wie diese zum Beispiel häufig im EUV-Bereich angewendet werden, ist die Bedingung zur Erzeugung eines beobachtbaren sekundären Interferenzmusters, welches einem Moire-Muster gleicht, bei einem Vergleich mit einem ebenen konstanten Referenzmuster 7, welches als Referenzgitter dient, nur noch lokal erfüllbar. Zur Erfassung der Liniendichte mit der vorliegenden Methode muss das zu prüfende Gitter 3 sehr definiert im Referenzmuster 7 verdreht werden. Hierzu können zum Beispiel Präzisions-Positionssysteme oder Präzisions-Goniometer verwendet werden.
• Zur Prüfung der lokalen Liniendichteverteilung des Gitters 3 wird zunächst ein Bezugssystem 8 in Form eines mit dem zu prüfenden Bauteil fest verbundenen Koordinatensystems definiert. Dies ist vorliegend durch x-y-Koordinaten eines kartesischen Koordinatensystems gekennzeichnet. Weiterhin wird eine Bezugsachse 9 festgelegt, in Bezug auf welche die Einstrahlwinkel θ von zwei kohärenten Wellen bzw. Strahlenbündeln a und b festgelegt werden. Die zu prüfende Oberfläche 2 und damit gleichzeitig das Bezugssystem 8 und die Bezugsachse 9 werden zunächst in eine Ausgangsposition gebracht. Zur Prüfung wird die Oberfläche 2 mit zwei in einer festgelegten Winkelbeziehung zueinander stehenden kohärenten Wellen a und b bestrahlt. Die Winkelhalbierende des die beiden Strahlenbündel einschließenden Winkels wird dabei durch die Bezugsachse 9 gebildet. Mit anderen Worten wird mit zwei kohärenten Wellen auf die Oberfläche eingestrahlt, deren Ausbreitungsrichtung voneinander abweichende Winkel Θ₁ und Θ₂ aufweist, wobei die Winkel sich in Bezug auf die Bezugsachse 9 nur in ihrem Vorzeichen unterscheiden.
• In dem Bereich, in welchem die beiden einfallenden Wellen a und b miteinander interferieren, wird eine stehende Welle bzw. ein stehendes primäres Interferenzmuster 7 gebildet, welches als Referenzgitter im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Das durch Beugung an dem Prüfgitter 3 entstehende Prüffeld bzw. Beugungsfeld oder Beugungsmuster interferiert mit dem Referenzgitter 7, wodurch ein sekundäres Interferenzmuster 10 entsteht. Dies ist in der 8 schematisch veranschaulicht.
• Das sekundäre Interferenzmuster 10, welches mit dem Modell eines Moire-Musters beschreibbar ist, wird erfasst und im Hinblick auf die Liniendichteverteilung ausgewertet. Ein Beispiel hierfür ist in der 9 gezeigt. Dabei zeigt die 9 die Intensitätsverteilung eines sekundären Interferenzbildes in einem Längsschnitt durch das Zentrum der ringförmigen Interferenzstreifen. In dem gezeigten Diagramm ist die Intensität I in Abhängigkeit von der Position x aufgetragen. Die Kurve 18 zeigt dabei die Rohdaten und die Kurve 19 eine gefittete Kurve in Beispiel für eine Fitfunktion ist in der Gleichung 9 beispielhaft wiedergegeben. $$\text{I}\left(\text{x}\right)={\text{p}}_1\cdot \text{cos}\left[{\text{p}}_2\cdot {\left(\text{x}-{\text{p}}_3\right)}^2+{\text{p}}_4\right]$$

  
• Mittels der gefitteten Kurve für die Intensitätsverteilung kann die Intensitätsliniendichteverteilung lokal bestimmt werden. Mittels der Intensitätsliniendichteverteilung lässt sich die Abweichung des Prüfgitters, also des lokal bestrahlten Bereichs des Prüfgitters 3, mit dem Referenzgitter 7 bestimmen. Hieraus wiederum lässt sich mittels aus der Interferometrie bekannte Methoden, wie insbesondere in den eingangs genannten Veröffentlichungen beschrieben, die lokale Gitterliniendichte des Prüfgitters 3 berechnen.
• Anschließend wird das Bauteil 1 und damit die zu prüfende Oberfläche 2 um einen Drehwinkel γ_rot um eine Drehachse gedreht bzw. gekippt. Dies ist in den 7 und 9 gezeigt. Für die dadurch veränderte Phasenverschiebung φ_rot, die zur Entstehung eines Beugungsmusters führt, gilt Gleichung 9. $${\mathrm{\phi }}_{\text{rot}}={\mathrm{\gamma }}_{\text{rot}}+{\mathrm{\delta }}_x={\mathrm{\gamma }}_{\text{rot}}+\text{arcsin}\frac{x}{R}$$

  
• Dadurch ändert sich die Richtung der Oberflächennormalen n der Oberfläche 2 in Bezug auf die Bezugsachse 9. Es wird nun, wie zuvor beschrieben, mit zwei kohärenten Wellen eingestrahlt, wobei die Bezugsachse 9 und die Einfallswinkel in Bezug auf die Bezugsachse 9 die gleichen sind wie in der Ausgangsposition. Es wird analog zu dem zuvor beschriebenen Vorgehen das sekundäre Interferenzmuster erfasst und ausgewertet. Auf diese Weise werden eine Anzahl an von dem jeweiligen Drehwinkel abhängige Liniendichteverteilungen bestimmt. Alternativ zu einem Drehen der zu prüfenden Oberfläche 2 kann auch die Bezugsachse 9 und damit der Einstrahlwinkel in Bezug auf die zu prüfende Oberfläche 2 verändert werden. In beiden Varianten kann jedem Drehwinkel durch ein In-Beziehung-Setzen der Bezugsachse 9 und des Bezugssystems 8 eine Ortskoordinate oder zumindest ein Koordinatenbereich auf der zu prüfenden Oberfläche 2 zugeordnet werden. Dadurch lässt sich die Liniendichteverteilung mit hoher Präzision bestimmen.
• Zusätzlich kann die zu prüfende Oberfläche 2 in Bezug auf die Einstrahlrichtung in einer Ebene senkrecht zur Bezugsachse 9 verschoben werden und damit die Oberfläche 2 abgescannt werden. Es können zum Beispiel für jeden angefahrenen Positionspunkt bzw. Einstrahlbereich eine vorgegebene Anzahl an Drehwinkeln eingestellt und die zugeordneten sekundären Interferenzmuster erfasst und ausgewertet werden. Damit lässt sich die Liniendichteverteilung für den jeweils angefahrenen Einstrahlpunkt bzw. Einstrahlbereich ermitteln. Im Fall von nichtebenen Oberflächen, beispielsweise einer gekrümmten Oberfläche wie in den 7 und 10 gezeigt, müssen gegebenenfalls durch die Drehung bzw. Kippung verursachte Aberrationen im Rahmen der Auswertung berücksichtigt und unter Umständen herausgerechnet werden.
• Die Betrachtungsebene für die entstehende Moire-Verteilung muss nahe genug an der Oberfläche 2 liegen, um eindeutige Zuordnungen dieser zu den Orten auf der Oberfläche zu gewährleisten. Alternative kann die Verwendung einer Abbildung in Erwägung gezogen werden, wobei jedoch eine Entzerrung der Moire-Interferenzverteilung mit numerischen Methoden die Ansprüche an die Abbildungsqualität stark verringert. Durch die Oberflächenform können stark deformierte Abbilder der zu prüfenden Oberfläche entstehen (z.B. anamorphotische bei unterschiedlichen Krümmungsradien in x- und y-Richtung oder unsymmetrische Stauchungen/Streckungen durch kontinuierliche Variation der Krümmung entlang einer Achse etc.). Diese Deformationen können mittels Abbildung der Oberfläche mit dem sekundären Interferenzmuster auf eine Ebene oder aber auch durch Entzerrung mittels Computeralgorithmen eliminiert bzw. geeignet reduziert werden, so dass eine eindeutige Zuordnung der Zentren der sekundären Interferenzfiguren zu den Oberflächenkoordinaten des Prüflings ermöglicht wird.
• Der Unterschied der vorliegenden Erfindung zur allgemeinen holographischen Interferometrie ist die Verwendung der Prüffläche als Hologramm-/Gitterträger selbst. Dieses Vorgehen ermöglicht ein Verfahren, dass die gewünschte Empfindlichkeit gegenüber der Oberflächengeometrie aufweist. Die räumliche Frequenz des primären Interferenzmusters muss mindestens so hoch sein, wie die höchste Liniendichte des Prüfgitters.
• Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben, bei welchem die Topografie einer Oberfläche, beispielsweise einer Freiformoberfläche geprüft wird. Um eine Freiformfläche zu prüfen, wird diese im Rahmen der vorliegenden Erfindung zunächst temporär mit einem Oberflächengitter versehen. Dabei wird vorzugsweise eine Test-Gitterstruktur auf die zu prüfende Oberfläche aufgebracht, deren projizierte Linien entlang der optischen Achse des Bauteils oder Substrats, beispielsweise einer Flächennormale der Oberfläche an einem festgelegten Punkt, auf eine Ebene senkrecht dazu äquidistante Linien umfasst. Dies kann beispielsweise durch einen Hologrammfilm, welcher mittels eines symmetrischen Belichtungs-Setups aufgenommen wird, realisiert werden. Dabei muss die zu prüfende Oberfläche nicht direkt mit dem Prüfgitter, also der Test-Beugungsstruktur, versehen werden. Ein einfaches Resist-Gitter, also ein Oberflächengitter in einer Fotopolymerschicht, die zuvor aufgebracht wurde, genügt in der Regel. Es erzeugt auch ohne Verwendung von zusätzlichen Reflexionsschichten (Aluminium etc.) ein ausreichendes Signal und erlaubt auch die Prüfung in Transmission. Die Verwendung eines Resist-Gitters ermöglicht im Anschluss an die Messung eine völlig unkomplizierte Entfernung der Hilfsstrukturen, z.B. durch Spülen mit Ethanol oder Azeton und Trocknung mit sauberem gasförmigen Stickstoff.
• Im Anschluss kann die geprüfte Oberfläche weiter bearbeitet werden. Im Übrigen wird wie im Rahmen des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben weiter verfahren. So wie bei bekannter Orientierung der Oberfläche am erfassten Messort, insbesondere Messpunkt, die präzise Bestimmung der Gitterkonstante erfolgt, kann im Rahmen des zweiten Ausführungsbeispiels bei bekannter Gitterkonstante, insbesondere in Relation zu einer definierten Raumrichtung, also z.B. der Projektion des Prüfgitters mit äquidistanten Gitterlinien, der Oberflächenwinkel ermittelt werden, also mit anderen Worten die Richtung der Oberflächennormale n_x des belichteten Oberflächenbereichs, welcher das sekundäre Interferenzmuster liefert. Hieraus kann wiederum die Topografie der zu prüfenden Oberfläche 2 ermittelt werden.
• Anstelle des Drehens der zu prüfenden Oberfläche 2 kann diese in dem Fall, dass ein gekrümmtes Referenzgitter verwendet wird, auch lateral verschoben werden. Hierbei ändern sich ähnlich, wie bei einer Drehung, die Parameter des Referenzgitters und des Prüfgitters definiert zueinander, was sich in dem erfassten sekundären Interferenzmuster widerspiegelt. Die durch ein laterales Verschieben der zu prüfenden Oberfläche 2 in Bezug auf die Einstrahlanordnung erzielte Veränderung des sekundären Interferenzmusters entspricht dem in den 1 bis 4 veranschaulichten Fall, vorausgesetzt es wird durch die einfallenden Strahlen a und b, welche zum Beispiel mittels einer punktförmigen Lichtquelle rotationssymmetrische Wellenfronten erzeugen, durch deren Überlagerung ein gekrümmtes primäres Interferenzmuster erzeugt.
• Die 11 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren in Form eines Flussdiagramms. In einem ersten Schritt 11 wird ein Bezugssystem einer zu prüfenden Oberfläche des Bauteils festgelegt. Optional kann im Rahmen des ersten Schrittes ein Prüfgitter, zum Beispiel ein Resistgitter, auf die zu prüfende Oberfläche aufgebracht werden. In einem zweiten Schritt 12 wird die zu prüfende Oberfläche, also damit auch das festgelegte Bezugssystem, in einer festgelegten Pose, zum Beispiel einem festgelegten Winkel und einer festgelegten Position, zu einer festgelegten Bezugsachse angeordnet.
• In einem dritten Schritt 13 werden zwei kohärente Wellen, zum Beispiel in Form von durch Laserlicht erzeugten Strahlenbündeln, in voneinander abweichenden Einstrahlwinkeln zu der Bezugsachse auf die zu prüfende Oberfläche eingestrahlt. Dabei werden die Einstrahlwinkel der beiden Wellen bzw. Strahlenbündel so gewählt, dass durch die beiden einfallenden Wellen ein stehendes primäres Interferenzmuster erzeugt wird, welches als Referenzgitter dient. In einem vierten Schritt 14 wird ein sekundäres Interferenzmuster erfasst, welches durch eine Überlagerung des primären Interferenzmusters mit dem durch Beugung der einfallenden Wellen an dem Prüfgitter entstehenden Beugungsmuster entsteht.
• In einem fünften Schritt wird die Pose der zu prüfende Oberfläche und die Bezugsachse in Bezug aufeinander variiert. Zum Beispiel werden die zu prüfende Oberfläche und die Bezugsachse, mit anderen Worten der Einstrahlwinkel auf die Oberfläche, in Bezug aufeinander um eine Drehachse, die einen Winkel mit der Bezugsachse einschließt, um einen Drehwinkel gedreht. Im Fall eines gekrümmten Referenzgitters können die zu prüfende Oberfläche und die Bezugsachse in Bezug aufeinander lateral verschoben werden.
• In einem sechsten Schritt wird eine Anzahl an sekundären Interferenzmustern in Abhängigkeit von dem mindestens einen die Variation der Pose charakterisierenden Parameter, zum Beispiel in Abhängigkeit von dem Drehwinkel und/oder dem Translationsweg erfasst. In einem siebten Schritt 17 wird mindestens ein die optischen Eigenschaften des Bauteils bestimmendes Merkmal in Relation zu dem festgelegten Bezugssystem bestimmt. Dies erfolgt basierend auf der Auswertung der erfassten sekundären Interferenzmuster.
• Im Rahmen des sechsten Schrittes kann es vor allem bei stark gekrümmten Oberflächen, wenn viele Beugungsordnungen in einen kleinen Raumwinkelbereich gebeugt werden, erforderlich oder zumindest von Vorteil sein, die zur Auswertung nötigen Beugungsordnungen mittels einer Abbildungsanordnung auf eine Bildebene zu fokussieren. Dazu können ausgewählte Beugungsordnungen mittels geeigneter Filter, zum Beispiel Fourierfilter, herauszugefiltert werden oder mittels einem abbildenden optischen System auf eine Bildebene fokussiert werden. Die 14 zeigt schematisch eine Abbildungsanordnung 40 zum Fokussieren des zu erfassenden sekundären Interferenzmusters auf eine Bildebene 41.
• Die gezeigte Abbildungsanordnung 40 umfasst ein abbildendes optisches System oder eine Abbildungsvorrichtung 42, welches/welche zum Beispiel mindestens einen Hohlspiegel oder andere refraktive oder diffraktive optische Bauelemente aufweisen kann, und einen Beugungsordnungsfilter 43, welcher als Pupillenblende ausgebildet sein kann. In der gezeigten Anordnung ist die Abbildungsvorrichtung 42 in Richtung der optischen Achse 4 zwischen der zu prüfenden Oberfläche 2 und der Bildebene 41 angeordnet. Der Beugungsordnungsfilter 43 ist zwischen der Abbildungsvorrichtung 42 und der Bildebene 41 angeordnet. Der durch diese Anordnung 40 auf die Bildebene 41 fokussierte Bereich des sekundären Interferenzmusters ist mit der Bezugsziffer 44 gekennzeichnet. Der nicht auf der Bildebene 41 abgebildete, also der herausgefilterte Bereich des sekundären Interferenzmusters ist mit der Bezugsziffer 45 gekennzeichnet.
• Die 12 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 20 zum Bestimmen mindestens eines die optischen Eigenschaften bestimmenden Merkmals eines optischen Bauteils, welches eine zu prüfende Oberfläche mit einem optischen Prüfgitter aufweist. Die Vorrichtung 20 ist vorzugsweise zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, zum Beispiel wie anhand der 11 beschrieben, ausgelegt.
• Die Vorrichtung 20 umfasst eine Positioniereinrichtung 21 zum Positionieren des Bauteils 1 in Bezug auf eine Bezugsachse 9, eine Einstrahlvorrichtung 22 zum Einstrahlen von zwei kohärenten Wellen a und b in voneinander abweichenden Einstrahlwinkeln θ zu der Bezugsachse 9 auf die zu prüfende Oberfläche 2 des Bauteils 1, eine Drehvorrichtung 23, welche Bestandteil der Positioniereinrichtung 21 sein kann, zum Drehen der zu prüfenden Oberfläche 2 und der Bezugsachse 9 in Bezug aufeinander um eine Drehachse, welche mit der Bezugsachse einen Winkel einschließt, um einen Drehwinkel γ_rot. Zusätzlich oder alternativ zu der Drehvorrichtung 23 kann eine Einrichtung zum lateralen Verschieben der zu prüfenden Oberfläche in Bezug auf die Einstrahlvorrichtung 22 vorhanden sein. Dies ist bei der Verwendung eines gekrümmten Referenzgitters, welches zum Beispiel durch Überlagerung der mittels zweier Punktlichtquellen erzeugten Strahlen erzeugt werden kann, von Vorteil.
• Weiterhin umfasst die Vorrichtung 20 eine Einrichtung zum Erfassen des Drehwinkels 24 und/oder der räumlichen Lage der zu prüfenden Oberfläche, insbesondere bei gekrümmtem primären Interferenzmuster, eine Einrichtung zum Erfassen von sekundären Interferenzmustern 25, und eine Auswertungseinrichtung 26, welche dazu ausgelegt ist, basierend auf den erfassten sekundären Interferenzmustern 10 in Abhängigkeit von den Drehwinkeln γ_rot und/oder der räumlichen Lage der zu prüfenden Oberfläche mindestens ein die optischen Eigenschaften des Bauteils 1 bestimmendes Merkmal zu bestimmen. Die Auswertungseinrichtung 26 kann dazu ausgelegt sein, die Topografie der zu prüfenden Oberfläche 2 und/oder ein Merkmal des Prüfgitters 3 auf der Oberfläche 2 zu bestimmen. Die genannten Einrichtungen sind funktional und teilweise zur Datenübertragung miteinander verbunden. In der 12 sind funktionale Verbindungen, zum Beispiel erforderliche räumliche Anordnungen in Bezug aufeinander durch Verbindungslinien und eine Verbindung zur Datenübertragung durch Pfeile gekennzeichnet.
• Die 13 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Computerprogramm 30 zum Bestimmen der ortsabhängigen Gitterliniendichte eines optischen Prüfgitters oder der Topografie einer ein optisches Prüfgitter aufweisenden Oberfläche in Form eines Flussdiagrams. Das Computerprogramm 30 weist Instruktionen auf, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, posenabhängige, insbesondere winkelabhängige, Intensitätsverteilungen eines sekundären Interferenzmusters des Prüfgitters als Eingangsgrößen zu erfassen 31, mittels der posenabhängigen, insbesondere winkelabhängigen, Intensitätsverteilungen posenabhängige, insbesondere winkelabhängige, Interferenzliniendichteverteilungen zu ermitteln 32, mittels der posenabhängigen, insbesondere winkelabhängigen, Interferenzliniendichteverteilungen und mindestens einem vorgegebenen ortsabhängigen Topografiemerkmal der Oberfläche eine ortsabhängige Prüfgitterliniendichteverteilung zu bestimmen oder mittels der posenabhängigen, insbesondere winkelabhängigen Interferenzliniendichteverteilungen und einer vorgegebenen ortsabhängigen Prüfgitterliniendichteverteilung mindestens ein ortsabhängiges Topografiemerkmal der Oberfläche zu bestimmen 33.
• Bezugszeichenliste

1

Substrat/Bauteil

2

Oberfläche

3

Gitterlinien/Prüfgitter

4

optische Achse

5

Scheitel

6

lokale Oberflächennormale

7

primäres Interferenzmuster/Referenzgitter

8

Bezugssystem

9

Bezugsachse

10

sekundäres Interferenzmuster

11

Bezugssystem einer zu prüfenden Oberfläche festgelegen

12

zu prüfende Oberfläche in einem festgelegten Winkel zu einer festgelegten Bezugsachse anordnen

13

zwei kohärente Wellen in voneinander abweichenden Einstrahlwinkeln zu der Bezugsachse auf die zu prüfende Oberfläche einstrahlen

14

sekundäres Interferenzmuster erfassen

15

Variieren der Pose der zu prüfende Oberfläche und Bezugsachse in Bezug aufeinander

16

eine Anzahl an sekundären Interferenzmustern in Abhängigkeit von mindestens einem die Variation der Pose charakterisierenden Parameter erfassen

17

mindestens ein die optischen Eigenschaften des Bauteils bestimmendes Merkmal in Relation zu dem festgelegten Bezugssystem bestimmen

18

Messdaten

19

gefittete Kurve

20

Vorrichtung zum Bestimmen mindestens eines die optischen Eigenschaften bestimmenden Merkmals eines optischen Bauteils, welches eine zu prüfende Oberfläche mit einem optischen Prüfgitter aufweist

21

Positioniereinrichtung

22

Einstrahlvorrichtung

23

Drehvorrichtung

24

Einrichtung zum Erfassen des Drehwinkels

25

Einrichtung zum Erfassen von sekundären Interferenzmustern

26

Auswertungseinrichtung

30

Computerprogramm

31

Erfassen von posenabhängigen Intensitätsverteilungen eines sekundären Interferenzmusters des Prüfgitters als Eingangsgrößen

32

Ermitteln von posenabhängigen Interferenzliniendichteverteilungen mittels der posenabhängigen Intensitätsverteilungen

33

Bestimmen von ortsabhängigem Topografiemerkmal der Oberfläche oder ortsabhängiger Prüfgitterliniendichteverteilung

40

Abbildungsanordnung

41

Bildebene

42

abbildendes optisches System

43

Beugungsordnungsfilter/Pupillenblende

44

fokussierter Bereich des sekundären Interferenzmusters

45

nicht abgebildeter Bereich des sekundären Interferenzmusters

a

kohärente Welle

b

kohärente Welle

g

Gitterlinienabstand

n

Oberflächennormale

Θ

Einfallswinkel

φ

Phasenwinkel

5

Winkel zwischen Bezugsachse und lokaler Oberflächennormale

γ

Drehwinkel

Claims (14)

1. Verfahren zum Bestimmen mindestens eines die optischen Eigenschaften bestimmenden Merkmals eines optischen Bauteils (1), wobei folgende Schritte ausgeführt werden: - Festlegen eines Bezugssystems (8) einer zu prüfenden Oberfläche (2) des Bauteils (1), welche ein optisches Prüfgitter (3) umfasst, - Anordnen der zu prüfenden Oberfläche (2) in einer festgelegten Pose zu einer festgelegten Bezugsachse (9), - Einstrahlen von zwei kohärenten Wellen (a, b) in voneinander abweichenden Einstrahlwinkeln (Θ) zu der Bezugsachse (9) auf die zu prüfende Oberfläche (2), wobei die Einstrahlwinkel (Θ) der beiden Wellen so gewählt werden, dass durch die beiden einfallenden Wellen ein stehendes primäres Interferenzmuster (7) erzeugt wird, welches als Referenzgitter (7) dient, - Erfassen eines sekundären Interferenzmusters (10), welches durch Überlagerung des primären Interferenzmusters (7) mit dem durch Beugung der einfallenden Wellen (a, b) an dem Prüfgitter (3) entstehenden Beugungsmuster entsteht, - Variieren der Pose der zu prüfenden Oberfläche (2) und der Bezugsachse (9) in Bezug aufeinander um mindestens einen die Variation der Pose charakterisierenden Parameter, - Erfassen einer Anzahl sekundärer Interferenzmuster (10) in Abhängigkeit von dem mindestens einen die Variation der Pose charakterisierenden Parameter, - Vergleichen des Referenzgitters (7) mit dem Prüfgitter (3) durch Auswerten der erfassten sekundären Interferenzmuster (10), - Bestimmen mindestens eines die optischen Eigenschaften des Bauteils (1) bestimmenden Merkmals in Relation zu dem festgelegten Bezugssystem (8) basierend auf der Auswertung der erfassten sekundären Interferenzmuster (10).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als optische Eigenschaft der zu prüfenden Oberfläche (2) die Topografie der Oberfläche (2) und/oder ein Merkmal des Prüfgitters (3) auf der Oberfläche (2) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pose durch Drehen und/oder Verschieben der zu prüfenden Oberfläche (2) und der Bezugsachse (9) in Bezug aufeinander variiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Variieren der Pose der zu prüfenden Oberfläche (2) und der Bezugsachse (9) in Bezug aufeinander dadurch erfolgt, dass die zu prüfende Oberfläche (2) in Bezug auf die Bezugsachse (9) gedreht und/oder lateral verschoben wird und/oder die Einstrahlrichtung und/oder der Einstrahlwinkel der einfallenden Wellen (a, b) und damit die Position der Bezugsachse (9) in Bezug auf das Bezugssystem (8) der zu prüfenden Oberfläche (2) verändert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden einfallenden Wellen (a, b) in Bezug auf die Bezugsachse (9) symmetrisch angeordnet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zu prüfende Oberfläche (2) bereichsweise voneinander abweichende Oberflächennormalen (n_x) aufweist und zur Bestimmung der Topografie der Oberfläche (2) vor dem Einstrahlen der zwei Wellen (a, b) das Prüfgitter (3) auf die zu prüfende Oberfläche (2) aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgebrachte Prüfgitter (3) als Resistgitter oder als Oberflächengitter in einer zuvor aufgebrachten Fotopolymerschicht ausgestaltet ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfgitter (3) in einer Projektion auf eine Ebene des Bezugssystems (8) eine definierte Linienverteilung aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der einfallenden Wellen (a, b) kleiner ist als das Doppelte der kleinsten zu prüfenden Gitterperiode.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zu prüfende Bauteil (1) mittels eines Präzisions-Positioniersystems oder eines Präzisions-Goniometers in einer festgelegten Pose zu der Bezugsachse (9) angeordnet wird.
11. Vorrichtung (20) zum Bestimmen mindestens eines die optischen Eigenschaften bestimmenden Merkmals eines optischen Bauteils, welches eine zu prüfende Oberfläche mit einem optischen Prüfgitter aufweist, umfassend: - eine Positioniereinrichtung (21) zum Positionieren des Bauteils (1) in Bezug auf eine Bezugsachse (9), - eine Einstrahlvorrichtung (22) zum Einstrahlen von zwei kohärenten Wellen (a, b) in voneinander abweichenden Einstrahlwinkeln (Θ) zu der Bezugsachse (9) auf die zu prüfende Oberfläche (2) des Bauteils (1), - eine Vorrichtung (23) zum Variieren der Pose der zu prüfenden Oberfläche (2) und der Bezugsachse (9) in Bezug aufeinander um mindestens einen die Variation der Pose charakterisierenden Parameter, - eine Einrichtung zum Erfassen des mindestens einen die Variation der Pose charakterisierenden Parameters (24), - eine Einrichtung zum Erfassen von sekundären Interferenzmustern (25), - eine Auswertungseinrichtung (26), welche dazu ausgelegt ist, basierend auf den erfassten sekundären Interferenzmustern (10) in Abhängigkeit von dem mindestens einen die Variation der Pose charakterisierenden Parameter mindestens ein die optischen Eigenschaften des Bauteils (1) bestimmendes Merkmal zu bestimmen.
12. Vorrichtung (20) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (26), dazu ausgelegt ist, die Topografie der zu prüfenden Oberfläche (2) und/oder ein Merkmal des Prüfgitters (3) auf der Oberfläche (2) zu bestimmen.
13. Computerprogramm (30) zum Bestimmen der ortsabhängigen Gitterliniendichte eines optischen Prüfgitters oder der Topografie einer ein optisches Prüfgitter aufweisenden Oberfläche, wobei das Computerprogramm Instruktionen aufweist, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, - posenabhängige Intensitätsverteilungen eines sekundären Interferenzmusters des Prüfgitters als Eingangsgrößen zu erfassen (31), - mittels der posenabhängigen Intensitätsverteilungen posenabhängige Interferenzliniendichteverteilungen zu ermitteln (32), - mittels der posenabhängigen Interferenzliniendichteverteilungen und mindestens einem vorgegebenen ortsabhängigen Topografiemerkmal der Oberfläche eine ortsabhängige Prüfgitterliniendichteverteilung zu bestimmen oder mittels der posenabhängigen Interferenzliniendichteverteilungen und einer vorgegebenen ortsabhängigen Prüfgitterliniendichteverteilung mindestens ein ortsabhängiges Topografiemerkmal der Oberfläche zu bestimmen (33).
14. Nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium mit darauf gespeicherten Instruktionen, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, - posenabhängige Intensitätsverteilungen eines sekundären Interferenzmusters eines auf einer Oberfläche angeordneten Prüfgitters als Eingangsgrößen zu erfassen, - mittels der posenabhängigen Intensitätsverteilungen posenabhängige Interferenzliniendichteverteilungen zu ermitteln, - mittels der posenabhängigen Interferenzliniendichteverteilungen und mindestens einem vorgegebenen ortsabhängigen Topografiemerkmal der Oberfläche eine ortsabhängige Prüfgitterliniendichteverteilung zu bestimmen oder mittels der posenabhängigen Interferenzliniendichteverteilungen und einer vorgegebenen ortsabhängigen Prüfgitterliniendichteverteilung mindestens ein ortsabhängiges Topografiemerkmal der Oberfläche zu bestimmen.

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