DE102020200628A1

DE102020200628A1 - Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung

Info

Publication number: DE102020200628A1
Application number: DE102020200628.8A
Authority: DE
Inventors: Jochen Hetzler; Stefan Schulte; Matthias Dreher
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-07-22
Also published as: WO2021148363A1; KR20220113524A; JP7426494B2; US20220349700A1; JP2023511891A

Abstract

Eine Messvorrichtung (10) zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) umfasst eine Prüfoptik (26; 226-1, 226-2), welche dazu konfiguriert ist, eine Prüfwelle (28) zum Einstrahlen auf die Oberfläche des Testobjekts aus einer Messstrahlung (18) zu erzeugen, ein Referenzelement (32; 232) mit einer optisch wirksamen Fläche (33; 233)) zur Wechselwirkung mit einer, ebenfalls aus der Messstrahlung (18) erzeugten Referenzwelle (30, 30r), welche zur Erzeugung eines Interferogramms durch Überlagerung mit der Prüfwelle nach deren Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts dient, sowie eine Halteeinrichtung (48; 148) zum Halten des Referenzelements, welche dazu konfiguriert ist, das Referenzelement gegenüber der Referenzwelle in mindestens einem Starrkörperfreiheitsgrad derart zu bewegen, dass ein Randpunkt der optisch wirksamen Fläche des Referenzelements um mindestens 0,1 % eines Durchmessers der optisch wirksamen Fläche verschoben wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche eines Testobjekts, ein Verfahren zum Kalibrieren einer derartigen Messvorrichtung sowie ein Verfahren zur interferometrischen Formvermessung der vorstehend genannten Oberfläche. Als Testobjekt wird beispielsweise ein optisches Element für die Mikrolithographie vermessen. Durch das Bedürfnis nach immer kleineren Strukturen werden in der Mikrolithographie immer höhere Anforderungen an die optischen Eigenschaften von eingesetzten optischen Elementen gestellt. Die optische Oberflächenform dieser optischen Elemente muss daher mit möglichst hoher Genauigkeit bestimmt werden.
Zur hochgenauen interferometrischen Vermessung optischer Oberflächen bis in den Subnanometerbereich sind interferometrische Messvorrichtungen und Verfahren bekannt, bei denen ein diffraktives optisches Element aus einer Eingangswelle eine Prüfwelle und eine Referenzwelle erzeugt. Die Wellenfront der Prüfwelle kann durch das diffraktive optische Element derart an eine Solloberfläche des Testobjekts angepasst werden, dass diese an jedem Ort im Wesentlichen senkrecht auf die Sollform auftrifft und von dieser in sich zurückreflektiert wird. Mit Hilfe des durch Überlagerung der reflektierten Prüfwelle mit der Referenzwelle gebildeten Interferogramms lassen sich dann Abweichungen von der Sollform bestimmen.
In US 2015/0198438A1 wird eine derartige interferometrische Messvorrichtung mit einem Fizeauelement als Referenzelement zur Erzeugung der Referenzwelle beschrieben. Weiterhin wird in US2018/0106591A1 eine alternative Ausführungsform der eingangs genannten Messvorrichtung beschrieben, bei dem ein komplex kodiertes computergeneriertes Hologramm (CGH) als diffraktives optisches Element Verwendung findet. Das CGH erzeugt aus einer Eingangswelle eine auf die zu vermessende Oberfläche gerichtete Prüfwelle mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront und eine in einem eigenen Referenzarm verlaufende ebene Referenzwelle. Die Referenzwelle wird von einem reflektiven optischen Referenzelement zum CGH zurückreflektiert.
Weiterhin erzeugt das CGH aus der Eingangswelle eine Kalibrierwelle mit ebener Wellenfront und eine Kalibrierwelle mit sphärischer Wellenfront. Die Kalibierwellen werden mittels eines planen und eines sphärischen Kalibrierspiegels in sich zurückreflektiert. Mit Hilfe der Kalibrierwellen erfolgt eine Kalibrierung des CGH. Auf diese Weise lassen sich beispielweise lokale Lageänderungen, wie etwa CGH-Deformationen oder CGH-Verzerrungen, korrigieren und somit Messfehler reduzieren.
Zur Sicherstellung hochgenauer Messungen werden auch Formfehler des Referenzelements mittels eines Interferometers vermessen, um diese aus dem Messergebnis der Form des Testobjekts herauszurechnen. Herkömmlicherweise erfordert dies eine zusätzliche Kalibrieroptik und/oder eine zusätzliche Kalibrierplatte. Im Fall der eingangs erwähnten Messvorrichtung mit einem Fizeauelement als Referenzelement kann beispielsweise zur Kalibrierung des Referenzelements eine zusätzliche Kalibrierplatte anstelle des Testobjekts im Strahlengang der Prüfwelle angeordnet werden und die Kalibrierplatte mittels einer Mechanik verschoben bzw. verkippt werden.
Dazu muss jedoch zunächst das Testobjekt ausgebaut werden, was den zeitlichen Aufwand für das Messverfahren stark erhöht. Auch für den Fall, dass die zusätzliche Kalibrieroptik bzw. zusätzliche Kalibrierplatte an einer anderen Stelle im Strahlengang der Prüf- bzw. Referenzwelle angeordnet wird, wie das etwa für die vorstehend erwähnt Ausführungsform mit einem eigenen Referenzarm denkbar ist, ist der Ausbau des Testobjekts oder zumindest eine Abschattung desselben notwendig.
Da durch den notwenigen Umbau der Messvorrichtung die Kalibrierung des Referenzelements und die Vermessung des Testobjekts zeitlich erheblich auseinander fallen, gibt das Kalibrierergebnis ggf. die Oberflächenform des Referenzelements zum Zeitpunkt der Vermessung des Testobjekts, etwa aufgrund thermischer Drifts, nicht mehr exakt wieder, was wiederum zu einer verringerten Messgenauigkeit führt.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung sowie ein Kalibrierverfahren bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere eine interferometrische Formvermessung mit einer hohen Messgenauigkeit und verringertem zeitlichem Aufwand gewährleistet wird.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche eines Testobjekts mit einer Prüfoptik, welche dazu konfiguriert ist, eine Prüfwelle zum Einstrahlen auf die Oberfläche des Testobjekts aus einer Messstrahlung zu erzeugen, einem Referenzelement mit einer optisch wirksamen Fläche zur Wechselwirkung mit einer, ebenfalls aus der Messstrahlung erzeugten, Referenzwelle, welche zur Erzeugung eines Interferogramms durch Überlagerung mit der Prüfwelle nach deren Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts dient, sowie einer Halteeinrichtung zum Halten des Referenzelements, welche dazu konfiguriert ist, das Referenzelement gegenüber der Referenzwelle in mindestens einem Starrkörperfreiheitsgrad derart zu bewegen, dass ein Randpunkt der optisch wirksamen Fläche des Referenzelements um mindestens 0,1%, insbesondere mindestens 0,5% bzw. mindestens 1%, eines Durchmessers der optisch wirksamen Fläche verschoben wird.
Die Halteeinrichtung ist dazu konfiguriert, das Referenzelement in Bezug auf die eingestrahlte Referenzwelle, und insbesondere auch gegenüber der Prüfoptik, zu bewegen. Unter einem Starrkörperfreiheitsgrad ist ein Translationsfreiheitsgrad oder ein Rotationsfreiheitsgrad zu verstehen.
Die zur Bewegung des Referenzelements in mindestens einem Starrkörperfreiheitsgrad konfigurierte Halteeinrichtung ermöglicht eine Kalibrierung des Referenzelements, ohne die Messvorrichtung durch Einbau einer eigenen Kalibrieroptik bzw. Kalibrierplatte und/oder Entfernung des Testobjekts von seiner Messposition im Strahlengang der Prüfwelle bzw. Abschattung des Testobjekts umbauen zu müssen. Mit anderen Worten ermöglicht die erfindungsgemäße Halteeinrichtung eine „in-situ-Kalibrierung“ des Referenzelements, d.h. eine Kalibrierung des Referenzelements ohne der Notwendigkeit eines Umbaus der Konfiguration des Messvorrichtung, durch Bewegung des Referenzelements an verschiedene Kalibrierpositionen und jeweiliges Aufzeichnen eines entsprechenden, durch Überlagerung der Referenzwelle nach Wechselwirkung mit dem Referenzelement und der Prüfwelle nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt erzeugten Interferogramms. Die Auswertung der an den unterschiedlichen Kalibrierpositionen des Referenzelements erzeugten Interferogramme ermöglicht dann ein Herausrechnen bzw. Herauskalibrieren von Oberflächenfehlern des Referenzelements aus dem Messergebnis der Oberflächenform des Testobjekts. Die Kalibrierung des Referenzelements „in-situ“ bzw. in Einbaulage des Testobjekts verringert einerseits den zeitlichen Aufwand für das interferometrische Messverfahren des Testobjekts einschließlich der Kalibrierung des Referenzelements sowie erhöht andererseits aufgrund der damit ermöglichten zeitlich nahen Abfolge zwischen Kalibrierung des Referenzelements und Formvermessung des Testobjekts eine verbesserte Messgenauigkeit bei der Formvermessung.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung eine Auswerteeinrichtung zum Ermitteln einer Kalibrierabweichung des Referenzelements anhand einer Abweichung einer optischen Wirkung des Referenzelements auf die Wellenfront der Referenzwelle von einer Sollwirkung durch Auswertung aufgezeichneter Interferogramme.
Da mittels der erfindungsgemäßen Halteeinrichtung das Testobjekt zur Kalibrierung des Referenzelements nicht entfernt werden muss, kann der zeitliche Abstand zwischen der Kalibrierung und der Vermessung des Testobjekts verringert werden, wodurch die Aktualität des Kalibierergebnisses bei der Formvermessung des Testobjekts steigt und damit die Messgenauigkeit verbessert wird. Darüber hinaus sinkt der für die interferometrische Vermessung benötigte zeitliche Aufwand.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Halteeinrichtung dazu konfiguriert, das Referenzelement in mindestens zwei Starrkörperfreiheitsgraden derart zu bewegen, dass jeweils der Randpunkt der optisch wirksamen Fläche des Referenzelements um mindestens 0,1%, insbesondere mindestens 0,5% bzw. mindestens 1%, eines Durchmessers der optisch wirksamen Fläche verschoben wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Starrkörperfreiheitsgrade, bezüglich welcher das Referenzelement bewegbar ist, zwei Translationsfreiheitsgrade. Damit wird eine Absolutkalibrierung des Referenzelements mittels einer Schiebe-Schiebe-Kalibrierung möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die Starrkörperfreiheitsgrade, bezüglich welcher das Referenzelement bewegbar ist, einen Translationsfreiheitsgrad sowie einen Rotationsfreiheitsgrad. Damit wird eine Absolutkalibrierung des Referenzelements mittels einer Dreh-Schiebe-Kalibrierung möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine Starrkörperfreiheitsgrad einen Translationsfreiheitsgrad, welcher quer zu einer Ausbreitungsrichtung der vom Referenzelement abgestrahlten Referenzwelle gerichtet ist. Insbesondere sind im Fall von zwei Translationsfreiheitsgraden beide Translationsfreiheitsgrade quer zur Ausbreitungsrichtung der vom Referenzelement abgestrahlten Referenzwelle ausgerichtet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine Starrkörperfreiheitsgrad einen Rotationsfreiheitsgrad, dessen Rotationsachse im Wesentlichen parallel zu einer Ausbreitungsrichtung der vom Referenzelement abgestrahlten Referenzwelle ausgerichtet ist. Unter der im Wesentlichen parallelen Ausrichtung ist eine Ausrichtung zu verstehen, welche maximal +/- 10° von der exakt parallelen Ausrichtung abweicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine Starrkörperfreiheitsgrad mindestens einen Rotationsfreiheitsgrad, dessen Rotationsachse quer, insbesondere senkrecht, zu einer Ausbreitungsrichtung der vom Referenzelement abgestrahlten Referenzwelle ausgerichtet ist. Insbesondere sind zwei Rotationsfreiheitsgrade vorgesehen, welche quer, insbesondere senkrecht, zueinander stehen. In Ausführungsform weist das Referenzelement vorzugsweise eine sphärische Form auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine Starrkörperfreiheitsgrad mindestens zwei Rotationsfreiheitsgrade. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Kombination aus einem Rotationsfreiheitsgrad mit einer im Wesentlichen parallel zur Ausbreitungsrichtung der vom Referenzelement abgestrahlten Referenzwelle ausgerichteten Rotationsachse mit einem Rotationsfreiheitsgrad mit einer quer zu dieser Ausbreitungsrichtung ausgerichteten Rotationsachse oder um zwei Rotationsfreiheitsgrade mit jeweils quer zur genannten Ausbreitungsrichtung ausgerichteten Rotationsachsen handeln.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Halteeinrichtung mindestens einen Aktuator zum Bewegen des Referenzelements in dem mindestens einen Starrkörperfreiheitsgrad. Insbesondere umfasst die Halteeinrichtung mehrere Aktuatoren zum Bewegen des Referenzelements in mindestens zwei Starrkörperfreiheitsgraden. Zur Bewegung entlang eines Translationsfreiheitsgrads kann beispielsweise ein Linearantrieb zum Einsatz kommen. Alternativ zu einem Aktuator können ein oder mehrere manuelle Justagemodule zum Einsatz kommen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung ein Fizeau-Interferometer mit einem Fizeau-Element, wobei das Referenzelement das FizeauElement ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst die Prüfoptik ein diffraktives optisches Element zum Aufspalten der eingestrahlten Messstrahlung in die Prüfwelle sowie die Referenzwelle und das Referenzelement ist im Strahlengang der Referenzwelle angeordnet. Gemäß einer Ausführungsvariante ist das Referenzelement als Spiegel konfiguriert. Mit anderen Worten ist das Referenzelement als Referenzspiegel eines Interferometers mit einem Referenzarm konfiguriert. Im Referenzarm läuft die Referenzwelle. Der Referenzarm weist eine andere Richtung als der Prüfarm auf, in dem die Prüfwelle läuft. Alternativ kann das Referenzelement auch als Linse konfiguriert sein, welche beispielsweise Teil eines Reflexionsmoduls aus der Linse und einem zugeordneten Spiegel ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche eines optischen Elements für die Mikrolithographie konfiguriert. Insbesondere ist das optische Element ein optisches Element, wie etwa eine Linse oder ein Spiegel, einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, insbesondere eines Projektionsobjektivs einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage. Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element für die EUV-Mikrolithographie konfiguriert.
Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zum Kalibrieren einer der interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche eines Testobjekts dienenden Messvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, ein Interferogramm durch Überlagerung einer Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts mit einer Referenzwelle nach Wechselwirkung mit einem Referenzelement zu erzeugen. Das Verfahren umfasst die Schritte: Anordnen des Referenzelements an unterschiedlichen Kalibrierstellungen in Bezug auf die Referenzwelle, welche sich durch eine Bewegung in mindestens einem Starrkörperfreiheitsgrad unterscheiden, Aufzeichnen der an den unterschiedlichen Kalibrierstellungen erzeugten Interferogramme, sowie Ermitteln einer Kalibrierabweichung anhand einer Abweichung einer optischen Wirkung des Referenzelements auf die Wellenfront der Referenzwelle von einer Sollwirkung durch Auswertung der aufgezeichneten Interferogramme.
Gemäß einer Ausführungsform des Kalibrierverfahrens unterscheiden sich die unterschiedlichen Kalibrierstellungen durch eine Bewegung in mindestens zwei Starrkörperfreiheitsgraden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Kalibrierverfahrens ist das Testobjekt als ein optisches Element für die Mikrolithographie konfiguriert ist. Insbesondere handelt es sich bei dem optischen Element um ein optisches Element, wie etwa eine Linse oder ein Spiegel, einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, insbesondere eines Projektionsobjektivs einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage. Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element für die EUV-Mikrolithographie konfiguriert.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Messvorrichtung angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren 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.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche eines Testobjekts bereitgestellt. Dieses Verfahren umfasst: ein Bestimmen einer Kalibrierabweichung einer Messvorrichtung mittels des Verfahrens gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten. Weiterhin umfasst das Verfahren ein Aufzeichnen eines Messinterferogramms mittels der Messvorrichtung durch Überlagerung der Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts mit der Referenzwelle nach Wechselwirkung mit dem Referenzelement in einer Messstellung, sowie ein Bestimmen der Oberflächenform des Testobjekts durch Auswertung des Messinterfogramms unter Berücksichtigung der Kalibrierabweichung.
Die Messstellung des Referenzelements kann dabei mit einer der Kalibrierstellungen übereinstimmen, sodass auch eines der Kalibrierinterferogramme als das Messinterferogramm verwendet werden kann.
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 Ausführungsform einer Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche eines Testobjekts mit einer erfindungsgemäßen Halteeinrichtung in einer ersten Ausführungsform zum Halten eines Referenzelements in Gestalt eines Spiegels,
2 eine weitere Ausführungsform einer Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche eines Testobjekts mit der erfindungsgemäßen Halteeinrichtung in der ersten Ausführungsform zum Halten eines Referenzelements in Gestalt eines Fizeau-Elements,
3 die Ausführungsform der Halteeinrichtung gemäß 1 oder 2 in Schnittansicht,
4 die Halteeinrichtung in einer weiteren Ausführungsform, sowie
5 eine weitere Ausführungsform einer Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche eines Testobjekts mit einer erfindungsgemäßen Halteeinrichtung in einer weiteren Ausführungsform.

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 x-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die y-Richtung schräg nach rechts oben und die z-Richtung schräg nach links oben.
In 1 wird ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Mit der Messvorrichtung 10 lässt sich insbesondere eine Abweichung der tatsächlichen Form der Oberfläche 12 von einer Sollform bestimmen. Als Testobjekt 14 kann beispielsweise ein Spiegel eines Projektionsobjektivs für die EUV-Mikrolithographie mit einer nicht-sphärischen Oberfläche zur Reflexion von EUV-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 beispielsweise 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.
Die Messvorrichtung 10 enthält eine Strahlungsquelle 16 zum Bereitstellen einer ausreichend kohärenten Messstrahlung 18 als Eingangswelle. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Strahlungsquelle 16 einen Wellenleiter 20 mit einer Austrittsfläche, an welcher die Eingangswelle ihren Ursprung hat. Der Wellenleiter 20 ist an ein dargestelltes Strahlungserzeugungsmodul 22, z.B. in Gestalt eines Lasers, angeschlossen. Dazu kann beispielsweise ein Helium-Neon-Laser mit einer Wellenlänge von ungefähr 633 nm vorgesehen sein. Die Messstrahlung 18 kann aber auch eine andere Wellenlänge im sichtbaren oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung aufweisen. Die Strahlungsquelle 16 mit dem Wellenleiter 20 stellt lediglich ein Beispiel einer für die Messvorrichtung verwendbaren Strahlungsquelle 16 dar. In alternativen Ausführungen kann anstelle des Wellenleiters 20 eine optische Anordnung mit Linsenelementen, Spiegelelementen oder dergleichen zur Bereitstellung einer geeigneten Eingangswelle aus der Messstrahlung 18 vorgesehen sein.
Die Messstrahlung 18 durchläuft zunächst einen Strahlteiler 24 und trifft daraufhin auf ein diffraktives optisches Element 26. Das diffraktive optische Element 26 bildet eine Prüfoptik, welche dazu dient eine Prüfwelle 28 zum Einstrahlen auf die Oberfläche 12 des Testobjekts 14 zu erzeugen. Das diffraktive optische Element 26 der Prüfoptik erzeugt neben der Prüfwelle 28 eine Referenzwelle 30 aus der auftreffenden Messstrahlung 18, welche in einem eigenen Referenzarm verläuft.
Weiterhin umfasst die Messvorrichtung 10 ein als reflektives optisches Element ausgebildetes Referenzelement 32 mit einer optisch wirksamen Fläche in Gestalt einer Reflexionsfläche 33 zur Reflexion der Referenzwelle 30 in eine zurücklaufende Referenzwelle 30r. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Referenzelement auch als Linse konfiguriert sein, welche in Zusammenwirkung mit einem Spiegel die zurücklaufende Referenzwelle 36r erzeugt. Im Fall einer Linse wird unter der optisch wirksamen Fläche eine mit der Referenzwelle 30 wechselwirkende Linsenoberfläche verstanden.
Das diffraktive optische Element 26 ist als komplex kodiertes CGH ausgebildet und enthält Beugungsstrukturen 34, welche gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform zwei in einer Ebene sich überlagernd angeordnete diffraktive Strukturmuster bilden. Das diffraktive optische Element 30 wird daher auch als zweifach komplex kodiertes computer-generiertes Hologramm (CGH) bezeichnet. Alternativ könnten die Beugungsstrukturen auch mehr als zwei in einer Ebene sich überlagernd angeordnete diffraktive Strukturmuster aufweisen, z.B. fünf sich überlagernd angeordnete diffraktive Strukturmuster zur zusätzlichen Erzeugung von Kalibrierwellen. Die Prüfoptik zur Erzeugung der Prüfwelle 28 kann auch aus mehr als einem diffraktiven optischen Element, wie etwa aus zwei nacheinander angeordneten diffraktiven optischen Elementen, bestehen.
Die beiden diffraktiven Strukturmuster des diffraktiven optischen Elements 26 gemäß 1 können z.B. durch ein erstes Strukturmuster in Gestalt eines Grundgitters und ein zweites diffraktives Strukturmuster in Gestalt eines Übergitters gebildet werden. Eines der diffraktiven Strukturmuster ist zur Erzeugung der Prüfwelle 28 konfiguriert, welche auf das Testobjekt 14 gerichtet ist und eine zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche 12 angepasste Wellenfront aufweist. Die Prüfwelle 28 wird an der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14 reflektiert und läuft als zurücklaufende Prüfwelle 28r zum diffraktiven optischen Element 26 zurück. Aufgrund der an die Sollform der optischen Oberfläche 12 angepassten Wellenfront trifft die Prüfwelle 34 an jedem Ort der optischen Oberfläche 12 im Wesentlichen senkrecht auf die optische Oberfläche 12 auf und wird in sich zurückreflektiert.
Das andere diffraktive Strukturmuster erzeugt die Referenzwelle 30, welche auf das Referenzelement 32 gerichtet ist und eine ebene Wellenfront aufweist. In alternativen Ausführungsbeispielen kann anstelle des komplex kodierten CGHs ein einfach kodiertes CGH mit einer diffraktiven Struktur oder ein anderes optisches Gitter eingesetzt werden. Die Prüfwelle 28 kann dabei beispielsweise in einer ersten Beugungsordnung und die Referenzwelle 30 in nullter oder einer beliebigen anderen Beugungsordnung an der diffraktiven Struktur erzeugt werden.
Das Referenzelement 32 ist in der vorliegenden Ausführungsform als ebener Spiegel zur Rückreflexion der Referenzwelle 30 mit ebener Wellenfront ausgebildet. In einer anderen, nachstehend unter Bezugnahme auf 5 beschriebenen Ausführung, kann die Referenzwelle 30 eine sphärische Wellenfront aufweisen und das Referenzelement 32 als sphärischer Spiegel ausgebildet sein.
Die von der Oberfläche 12 zurücklaufende Prüfwelle 28r durchläuft das diffraktive optische Element 26 erneut und wird dabei abermals gebeugt. Dabei erfolgt eine Rücktransformation der zurücklaufenden Prüfwelle 28r in eine annähernd sphärische Welle, wobei deren Wellenfront durch Abweichungen der Oberfläche 12 des Testobjekts von der Sollform entsprechende Abweichungen von einer sphärischen Wellenfront aufweist.
Auch die von der Reflexionsfläche des Referenzelements 32 reflektierte zurücklaufende Referenzwelle 30r durchläuft das diffraktive optische Element 26 erneut und wird dabei abermals gebeugt. Dabei erfolgt eine Rücktransformation der zurücklaufenden Referenzwelle 30r in eine annähernd sphärische Welle. In einer alternativen Ausführung mit einem Kollimator im Strahlengang der auf das diffraktive optische Element 26 eingestrahlten Messstrahlung 18 zur Erzeugung einer Eingangswelle mit ebener Wellenfront ist keine Anpassung der Wellenfront der zurücklaufenden Referenzwelle 30r durch das diffraktive optische Element 30 notwendig.
Das diffraktive optische Element 26 dient somit auch zur Überlagerung der zurücklaufenden Prüfwelle 28r mit der zurücklaufenden Referenzwelle 30r. Ferner enthält die Messvorrichtung 10 eine Erfassungseinrichtung 36 mit dem bereits vorstehend erwähnten Strahlteiler 24 zum Herausführen der Kombination aus der zurücklaufenden Prüfwelle 28r und der zurücklaufenden Referenzwelle 30r aus dem Strahlengang der eingestrahlten Messstrahlung 18 und eine Beobachtungseinheit 38 zum Erfassen eines durch Überlagerung der Prüfwelle 28r mit der Referenzwelle 30r erzeugten Interferogram ms.
Die zurücklaufende Prüfwelle 28r und die zurücklaufende Referenzwelle 30r treffen als konvergente Strahlen auf den Strahlteiler 24 und werden von diesem in Richtung der Beobachtungseinheit 38 reflektiert. Beide konvergente Strahlen durchlaufen eine Blende 40 sowie ein Okular 42 der Beobachtungseinheit 38 und treffen schließlich auf einen zweidimensional auflösenden Detektor 44 der Beobachtungseinheit 38. Der Detektor 44 kann beispielsweise als CCD-Sensor ausgebildet sein und erfasst ein durch die interferierenden Wellen erzeugtes Interferogramm.
Weiterhin umfasst die Messvorrichtung 10 eine Auswerteeinrichtung 46 zur Bestimmung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14 aus dem erfassten Interferogramm bzw. mehreren erfassten Interferogrammen. Dazu verfügt die Auswerteeinrichtung über eine geeignete Datenverarbeitungseinheit und verwendet entsprechende, dem Fachmann bekannte Berechnungsverfahren. Alternativ oder zusätzlich kann die Messvorrichtung 10 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 das Ergebnis der nachstehend im Detail beschriebenen Kalibrierung des Referenzelements 32 in Form einer Kalibrierabweichung des Referenzelements 32.
Die genannte Kalibrierung des Referenzelements 32 dient dazu, Passefehler der Reflexionsfläche 33, d.h. im vorliegenden Fall Abweichungen der Reflexionsfläche 33 von einer perfekt ebenen Fläche, zu vermessen. Diese Messung erfolgt gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform, ohne das Testobjekt 14 von seiner in 1 dargestellten Prüfposition zu entfernen. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Kalibriermessung um eine „In-situ-Kalibrierung“ hinsichtlich der Nutzmessung, bei der mehrere, durch Überlagerung der von dem Testobjekt 14 zurücklaufenden Prüfwelle 28r mit der zurücklaufenden Referenzwelle gebildete Interferogramme aufgezeichnet und ausgewertet werden.
Dabei wird für die verschiedenen Interferogramme das Referenzelement 32 an unterschiedlichen Kalibrierstellungen angeordnet, welche sich durch eine Bewegung des Referenzelements 32 mittels der Halteeinrichtung 48 in mindestens einem Starrkörperfreiheitsgrad, insbesondere in zwei oder drei Starrkörperfreiheitsgraden, unterscheiden. Durch den Vergleich der an den unterschiedlichen Kalibrierstellungen des Referenzelements 32 vermessenen Interferogramme lassen sich Abweichungen der Reflexionsfläche 33 von ihrer Sollform, insbesondere von einer perfekt ebenen Fläche, bestimmen.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform weist die Messvorrichtung 10 eine Halteeinrichtung 48 zum Halten des Referenzelements 32 auf, welche dazu konfiguriert ist, das Referenzelement 32 zur Anordnung in den unterschiedlichen Kalibrierstellungen in einem Translationsfreiheitsgrads sowie einem Rotationsfreiheitsgrad zu bewegen. Damit wird eine sogenannte „Dreh-Schiebe-Kalibrierung“ ermöglicht.
Beim Translationsfreiheitsgrad, welcher in 1 mit Doppelpfeilen 50 gekennzeichnet ist, handelt es sich um eine Verschiebbarkeit in y-Richtung und damit quer zur Ausbreitungsrichtung der vom Referenzelement 32 in z-Richtung abgestrahlten Referenzwelle 30r. Der Rotationsfreiheitsgrad, welcher in 1 mit einem gebogenen Doppelpfeil 52 gekennzeichnet ist, weist eine Dreh- bzw. Rotationsachse 54 auf, welche in z-Richtung und damit parallel zur Ausbreitungsrichtung der Referenzwelle 30r angeordnet ist.
3 zeigt eine Schnittansicht durch die Halteeinrichtung 48 sowie das Referenzelement 32 entlang der Linie III-III in 1. Wie daraus ersichtlich, ist das Testobjekt 14 an einem inneren Haltering 56 der Halteeinrichtung 48 befestigt. Der innere Haltering 56 ist drehbar innerhalb eines äußeren Halterings 58 gelagert. Die Drehbewegung kann mittels eines zeichnerisch nicht dargestellten Drehaktuators oder auch manuell bewirkt werden. Der äußere Haltering 58 wiederum ist von zwei gegenüber liegenden Seiten her jeweils mit einem y-Aktuator 60 in Gestalt eines Linearantriebs zur Verschiebung des Referenzelements 32 in y-Richtung verbunden. Alternativ kann der äußere Haltering 58 auch mittels manueller Verstelleinrichtungen in y-Richtung verschoben werden.
Der vorstehend erwähnte Rotationsfreiheitsgrad bezüglich der Rotationsachse 54 wird mittels der Drehlagerung des inneren Halterrings 56 implementiert. Die Verstellbarkeit der Drehstellung des Referenzelements 32 beträgt mindestens 2 mrad, insbesondere mindestens 10 mrad oder mindestens 20 mrad. Bei einer Veränderung der Drehstellung um 2 mrad wird ein Randpunkt P der Reflexionsfläche 33 des Referenzelements 32 um mindestens 0,1% des Durchmessers d der Reflexionsfläche 33 verschoben (siehe Verschiebung um Δ₁ - der verschobene Punkt P ist mit P'₁ bezeichnet).
Die Verstellbarkeit der y-Position des Referenzelements 32 mittels der y-Aktuatoren 60 beträgt mindestens 0,1%, insbesondere mindestens 0,5% oder mindestens 1% des Durchmessers d der Reflexionsfläche 33 (siehe Verschiebung des Punktes P um Δ₂ - der verschobene Punkt P ist mit P'₂ bezeichnet). Bei einem beispielhaften Durchmesser d der Reflexionsfläche 33 wird der Randpunkt P bei einer Translation um 0,1% des Durchmessers um 0,1 mm verschoben.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform 148 einer Halteeinrichtung in Schnittansicht dargestellt, welche anstelle der Halteeinrichtung 48 in der Messvorrichtung 10 gemäß 1 Verwendung finden kann. Die Halteeinrichtung 148 ist dazu konfiguriert, das Referenzelement 32 in zwei, quer zur Ausbreitungsrichtung der vom Referenzelement 22 abgestrahlten Referenzwelle 30r ausgerichteten Translationsfreiheitsgraden zu verschieben, d.h. in x- und y-Richtung des Koordinatensystems der Zeichnung. Damit wird eine sogenannte „Schiebe-Schiebe-Kalibrierung“ ermöglicht.
Dazu umfasst die Halteeinrichtung 148 zwei y-Aktuatoren 60, mittels welcher das Referenzelement 32 in y-Richtung verschoben werden kann, wie mit den Doppelpfeilen 50 gekennzeichnet. Weiterhin umfasst die Halteeinrichtung zwei x-Aktuatoren 62, welche dazu konfiguriert sind, die gesamte Anordnung aus den y-Aktuatoren 60 und dem Referenzelement 32 in x-Richtung zu verschieben, wie mit den Doppelpfeilen 64 gekennzeichnet.
Die Verstellbarkeit sowohl der x-Position als auch der y-Position des Referenzelements 32 mittels der y-Aktuatoren 60 der Halteeinrichtung 148 beträgt jeweils mindestens 0,1%, insbesondere mindestens 0,5% oder mindestens 1% des Durchmessers d der Reflexionsfläche 33 (siehe Verschiebung des Punktes P in x- bzw. y-Richtung um Δ₁ bzw. Δ₂- der verschobene Punkt P ist mit P'₁ bzw. P'₂ bezeichnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Halteeinrichtung 48 mit der Halteeinrichtung 148 dahingehend kombiniert werden, dass die resultierende Halteeinrichtung das Referenzelement 32 einerseits in x- sowie y-Richtung verschieben und andererseits bezüglich der Rotationsachse 54 verdrehen kann.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform einer Messvorrichtung 10 zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Die Messvorrichtung 10 gemäß 2 unterscheidet sich dahingehend von der Messvorrichtung 10 gemäß 1, dass anstatt des als reflektives optisches Element ausgebildeten Referenzelements 32 ein Referenzelement 232 in Gestalt eines Fizeau-Elements vorgesehen ist. Das Fizeau-Element dient anstelle des diffraktiven optischen Elements 26 gemäß 1 zur Erzeugung der Referenzwelle 30 aus der Messstrahlung.
Als Prüfoptik zur Erzeugung der Prüfwelle 28 dient in der Messvorrichtung 10 gemäß 2 ein Kollimator 226-1 sowie ggf. ein diffraktives optisches Element 226-2. Der Kollimator 226-1 alleine kann dann zum Einsatz kommen, wenn die Sollform der Oberfläche 12 des Testobjekts nur geringfügig von einer ebenen Form oder einer sphärischen Form abweicht. Im Fall einer stärkeren Abweichung, etwa bei Konfiguration der Sollform als Freiformfläche, kommt das diffraktive optische Element 226-2 zusätzlich oder alternativ zum Kollimator 226-1 in der Prüfoptik zum Einsatz.
Das als Fizeau-Element konfigurierte Referenzelement 232 ist im Strahlengang der eingehenden Messstrahlung 18 nach dem Kollimator 226-1 und vor dem ggf. vorhandenen diffraktiven optischen Element 226-2 angeordnet und weist eine Fizeau-Fläche 233 auf, an der ein Teil der eingehenden Messstrahlung 18 als zurücklaufende Referenzwelle 30r reflektiert wird. Die Messvorrichtung 10 gemäß 2 ist damit als Fizeau-Interferometer konfiguriert.
Das Referenzelement 232 ist an der bereits mit Bezug auf die 1 und 3 beschriebenen Halteeinrichtung 48 befestigt. Alternativ kann auch die mit Bezug auf 4 beschriebenen Halteeinrichtung 148 oder eine Kombination der Halteeinrichtungen 48 und 148 gemäß der 3 und 4 zum Einsatz kommen. Damit lässt sich das Referenzelement 232 an unterschiedlichen Kalibrierstellungen anordnen, welche sich durch eine Bewegung des Referenzelements 232 in mindestens einem Starrkörperfreiheitsgrad, insbesondere in zwei oder drei Starrkörperfreiheitsgraden, unterscheiden.
Die Funktionsweise der Messvorrichtung 10 gemäß 2 verhält sich analog zur vorstehend beschriebenen Funktionswiese der Messanordnung 10 gemäß 1, d.h. ein oder mehrere durch Überlagerung der zurücklaufenden Referenzwelle 30r mit der zurücklaufenden Prüfwelle 28r auf dem Detektor 44 erzeugte Interferogramme werden unter Berücksichtigung einer Kalibrierabweichung des Referenzelements 232 zur Bestimmung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche des Testobjekts ausgewertet. Die Kalibrierabweichung betrifft Abweichungen der tatsächlichen Form der Fizeau-Fläche 233 von einer Sollform, insbesondere einer ebenen Form. Bei der Kalibrierung werden, wie vorstehend unter Bezugnahme das Referenzelement 32 gemäß 1 erläutert, durch Überlagerung der zurücklaufenden Prüfwelle 28r mit der zurücklaufenden Referenzwelle 30r an mehreren Kalibrierstellungen des Referenzelements 232 erzeugte Interferogramme ausgewertet.
In 5 wird eine weitere Ausführungsform der interferometrischen Messvorrichtung 10 veranschaulicht. Diese unterscheidet sich von der Messvorrichtung 10 gemäß 1 lediglich durch die Konfiguration des diffraktiven optischen Elements 26 zur Erzeugung der Referenzwelle 30 mit einer sphärischen anstatt einer ebenen Wellenfront, die Konfiguration des Referenzelements 32 mit einer an die sphärische Wellenfront der Referenzwelle 30 angepassten Reflexionsfläche 33 sowie die Konfiguration der Halteeinrichtung 48 für das Referenzelement 32. Die Halteeinrichtung 48 ist in der Ausführungsform gemäß 5 mit dem Bezugszeichen 248 bezeichnet.
Die Halteeinrichtung 248 ist dazu konfiguriert, das Referenzelement 32 in zwei Rotationsfreiheitsgraden zu bewegen. Dabei betrifft der erste Rotationsfreiheitsgrad eine Rotationsbewegung 266 um eine erste Rotationsachse 254, welche durch den Mittelpunkt 270 des von der Reflexionsfläche 33 gebildeten Kugelsegments bzw. den fiktiven Ursprung der sphärischen Referenzwelle 30 geht. In der in 5 veranschaulichten Ausführungsform ist die erste Rotationsachse 254 senkrecht zur Zeichenebene, d.h. in x-Richtung, orientiert. Der zweite Rotationsfreiheitgrad betrifft eine Rotationsbewegung 268 um eine zweite Rotationsachse 256, welche ebenfalls durch den Mittelpunkt 270 verläuft und senkrecht zur ersten Rotationsachse 254, in der Veranschaulichung gemäß 1 in y-Richtung, orientiert ist. Beide Rotationsachsen 254 und 256 sind senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Referenzwelle 30 orientiert.
Die Halteeinrichtung 248 umfasst eine sphärische Führungsfläche 258 zum Führen des Referenzelements 32 bei der Ausführung der Rotationsbewegungen 266 und 268. Die sphärische Führungsfläche 258 verläuft dabei entlang eines Sphärenabschnitts 260 mit dem Punkt 270 als Krümmungsmittelpunkt. Die Halteeinrichtung 248 umfasst einen in das Modul mit der Führungsfläche 258 integrierten Aktuator 262 zum Ausführen der Rotationsbewegungen 266 und 268 bezüglich der Rotationsachsen 254 bzw. 256. Dabei zieht der Aktuator 262 in der gezeigten Ausführungsform ein am Referenzelement 32 befestigtes stiftartiges Zugelement 266 entlang des Sphärenabschnitts 260. Die Aktuation des Referenzelements 32 kann selbstverständlich auch mittels eines andersartig konfigurierten Aktuators gelöst werden.
Die Funktionsweise der Messvorrichtung 10 gemäß 5 verhält sich analog zur vorstehend beschriebenen Funktionsweise der Messanordnung 10 gemäß 1, d.h. ein oder mehrere durch Überlagerung der zurücklaufenden Referenzwelle 30r mit der zurücklaufenden Prüfwelle 28r auf dem Detektor 44 erzeugte Interferogramme werden unter Berücksichtigung einer Kalibrierabweichung des Referenzelements 32 zur Bestimmung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche des Testobjekts ausgewertet.
Die Kalibrierabweichung betrifft Abweichungen der tatsächlichen Form der Reflexionsfläche 33 von der sphärischen Sollform. Bei der Kalibrierung werden durch Überlagerung der zurücklaufenden Prüfwelle 28r mit der zurücklaufenden Referenzwelle 30r an mehreren Kalibrierstellungen des Referenzelements 232 erzeugte Interferogramme ausgewertet, wobei die unterschiedlichen Kalibrierstellungen durch Ausführen einer Rotationsbewegung um die Rotationsachse 254 oder die Rotationsachse 256 oder durch Ausführen jeweiliger Rotationsbewegungen um beide Rotationsachsen 254 und 256 eingestellt werden. Die Rotationsbewegung um mindestens eine der Rotationsachsen 254 und 256 erfolgt derart, dass ein Randpunkt der Reflexionsfläche 33 des Referenzelements 32 um mindestens 0,1% des Durchmessers d der Reflexionsfläche 33 verschoben wird. Weiterhin kann eine Rotation um eine in Einstrahlrichtung der Referenzwelle 30 orientierte Rotationsachse (analog zur Rotationsachse 54 gemäß 1) erfolgen.
Gemäß weiterer, zeichnerisch nicht dargestellter Ausführungsformen, kann das Referenzelement 32 neben der vorstehend beschriebenen planen und sphärischen Formen auch anders geartete Formen mit Translations- und/oder Rotationssymmetrie aufweisen. Hier kommt etwa die Form eines Zylinders, eines Hyperboloiden oder einer rotationssymmetrischen Asphäre in Frage.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten 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: Messvorrichtung
12: optische Oberfläche
14: Testobjekt
16: Strahlungsquelle
18: Messstrahlung
20: Wellenleiter
22: Strahlungserzeugungsmodul
24: Strahlteiler
26: diffraktives optisches Element
28: Prüfwelle
28r: zurücklaufende Prüfwelle
30: Referenzwelle
30r: zurücklaufende Referenzwelle
32: Referenzelement
33: Reflexionsfläche
34: Beugungsstrukturen
36: Erfassungseinrichtung
38: Beobachtungseinheit
40: Blende
42: Okular
44: Detektor
46: Auswerteeinrichtung
48: Halteeinrichtung
50: Translationsfreiheitsgrad
52: Rotationsfreiheitsgrad
54: Rotationsachse
56: innerer Haltering
58: äußerer Haltering
60: y-Aktuator
62: x-Aktuator
64: weiterer Translationsfreiheitsgrad
148: Halteeinrichtung
232: Referenzelement
233: Fizeau-Fläche
226-1: Kollimator
226-2: diffraktives optisches Element
248: Halteeinrichtung
254: erste Rotationsachse
256: zweite Rotationsachse
258: sphärische Führungsfläche
260: Sphärenabschnitt
262: Aktuator
264: Zugelement
266: Rotationsbewegung
268: Rotationsbewegung
270: Mittelpunkt der Reflexionsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2015/0198438 A1 [0003]
US 2018/0106591 A1 [0003]

Claims

Messvorrichtung (10) zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) mit: - einer Prüfoptik (26; 226-1, 226-2), welche dazu konfiguriert ist, eine Prüfwelle (28) zum Einstrahlen auf die Oberfläche des Testobjekts aus einer Messstrahlung (18) zu erzeugen, - einem Referenzelement (32; 232) mit einer optisch wirksamen Fläche (33; 233)) zur Wechselwirkung mit einer, ebenfalls aus der Messstrahlung (18) erzeugten, Referenzwelle (30, 30r), welche zur Erzeugung eines Interferogramms durch Überlagerung mit der Prüfwelle nach deren Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts dient, sowie - einer Halteeinrichtung (48; 148) zum Halten des Referenzelements, welche dazu konfiguriert ist, das Referenzelement gegenüber der Referenzwelle in mindestens einem Starrkörperfreiheitsgrad derart zu bewegen, dass ein Randpunkt der optisch wirksamen Fläche des Referenzelements um mindestens 0,1% eines Durchmessers der optisch wirksamen Fläche verschoben wird.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Halteeinrichtung (48; 148) dazu konfiguriert ist, das Referenzelement in mindestens zwei Starrkörperfreiheitsgraden derart zu bewegen, dass jeweils der Randpunkt der optisch wirksamen Fläche des Referenzelements um mindestens 0,1% eines Durchmessers der optisch wirksamen Fläche verschoben wird.
Messvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Starrkörperfreiheitsgrade, bezüglich welcher das Referenzelement bewegbar ist, zwei Translationsfreiheitsgrade (50, 64) umfassen.
Messvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Starrkörperfreiheitsgrade, bezüglich welcher das Referenzelement bewegbar ist, einen Translationsfreiheitsgrad (50) sowie einen Rotationsfreiheitsgrad (52) umfassen.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei welcher der mindestens eine Starrkörperfreiheitsgrad einen Translationsfreiheitsgrad (50; 64) umfasst, welcher quer zu einer Ausbreitungsrichtung der vom Referenzelement abgestrahlten Referenzwelle (30r) gerichtet ist.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei welcher der mindestens eine Starrkörperfreiheitsgrad einen Rotationsfreiheitsgrad (52) umfasst, dessen Rotationsachse (54) im Wesentlichen parallel zu einer Ausbreitungsrichtung der vom Referenzelement abgestrahlten Referenzwelle (30r) ausgerichtet ist.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei welcher der mindestens eine Starrkörperfreiheitsgrad mindestens einen Rotationsfreiheitsgrad umfasst, dessen Rotationsachse (254, 256) quer zu einer Ausbreitungsrichtung der vom Referenzelement abgestrahlten Referenzwelle (30r) ausgerichtet ist.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei welcher der mindestens eine Starrkörperfreiheitsgrad mindestens zwei Rotationsfreiheitsgrade umfasst.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Halteeinrichtung (48; 148) mindestens einen Aktuator (60; 62) zum Bewegen des Referenzelements in dem mindestens einen Starrkörperfreiheitsgrad umfasst.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche ein Fizeau-Interferometer mit einem Fizeau-Element (232) umfasst, wobei das Referenzelement das Fizeau-Element ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Prüfoptik ein diffraktives optisches Element (26) zum Aufspalten der eingestrahlten Messstrahlung in die Prüfwelle (28) sowie die Referenzwelle (30) umfasst und das Referenzelement (32) im Strahlengang der Referenzwelle angeordnet ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 11, bei dem das Referenzelement (32) als Spiegel konfiguriert ist.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche (12) eines optischen Elements (14) für die Mikrolithographie konfiguriert ist.
Verfahren zum Kalibrieren einer der interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) dienenden Messvorrichtung (10), welche dazu konfiguriert ist, ein Interferogramm durch Überlagerung einer Prüfwelle (28) nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts mit einer Referenzwelle (30, 30r) nach Wechselwirkung mit einem Referenzelement (32; 232) zu erzeugen, mit den Schritten: -Anordnen des Referenzelements an unterschiedlichen Kalibrierstellungen in Bezug auf die Referenzwelle, welche sich durch eine Bewegung in mindestens einem Starrkörperfreiheitsgrad unterscheiden, - Aufzeichnen der an den unterschiedlichen Kalibrierstellungen erzeugten Interferogramme, sowie - Ermitteln einer Kalibrierabweichung anhand einer Abweichung einer optischen Wirkung des Referenzelements auf die Wellenfront der Referenzwelle von einer Sollwirkung durch Auswertung der aufgezeichneten Interferogramme.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem sich die unterschiedlichen Kalibrierstellungen durch eine Bewegung in mindestens zwei Starrkörperfreiheitsgraden unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem das Testobjekt als ein optisches Element (14) für die Mikrolithographie konfiguriert ist.
Verfahren zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) mit den Schritten: - Bestimmen einer Kalibrierabweichung einer Messvorrichtung (10) mittels des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, - Aufzeichnen eines Messinterferogramms mittels der Messvorrichtung durch Überlagerung der Prüfwelle (28) nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts mit der Referenzwelle (30r) nach Wechselwirkung mit dem Referenzelement (32; 232) in einer Messstellung, sowie - Bestimmen der Oberflächenform des Testobjekts durch Auswertung des Messinterferogramms unter Berücksichtigung der Kalibrierabweichung.