DE102020203847A1

DE102020203847A1 - Interferometric measuring device for surfaces

Info

Publication number: DE102020203847A1
Application number: DE102020203847.3A
Authority: DE
Inventors: Weichang Xie; Ulrich Löring; Daniela Sass; Bernhard Fellner
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2019-06-03
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2020-12-03
Also published as: DE102019208028A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (10) und ein Verfahren zur interferometrischen Vermessung einer Form einer Testoberfläche (12). Die Messvorrichtung (10) umfasst ein Strahlaufspaltelement (36) zum Aufspalten einer Messstrahlung (18) in eine Messwelle (38) und eine Referenzwelle (40), einen Detektor (48) zum Aufzeichnen eines durch Überlagerung der Referenzwelle (40) mit der Messwelle (38) nach deren Reflexion an der Testoberfläche (12) erzeugten Interferenzmusters (62, 66), und eine Phasenschiebeeinrichtung (52) zum Erzeugen unterschiedlicher Phasendifferenzen zwischen der Messwelle (38) und der Referenzwelle (40). Weiterhin umfasst die Messvorrichtung (10) eine Auswerteeinrichtung (58) zum Bestimmen der Form der Testoberfläche (12) durch Verrechnen eines ersten Satzes (60, 70) an Interferenzmustern mit mindestens einem zweiten Satz (64, 72) an Interferenzmustern, wobei jeder Satz (60, 64, 70, 72) mindestens acht mit jeweils unterschiedlichen Phasendifferenzen erzeugte Interferenzmuster (62, 66) aufweist und die Phasendifferenzen des zweiten Satzes (64, 72) gegenüber den Phasendifferenzen des ersten Satzes (60, 70) einen jeweiligen Offset aufweisen.The invention relates to a measuring device (10) and a method for interferometric measurement of a shape of a test surface (12). The measuring device (10) comprises a beam splitting element (36) for splitting a measuring radiation (18) into a measuring shaft (38) and a reference wave (40), a detector (48) for recording an overlay of the reference wave (40) with the measuring shaft ( 38) after their reflection on the test surface (12) generated interference patterns (62, 66), and a phase shifting device (52) for generating different phase differences between the measuring wave (38) and the reference wave (40). Furthermore, the measuring device (10) comprises an evaluation device (58) for determining the shape of the test surface (12) by calculating a first set (60, 70) of interference patterns with at least a second set (64, 72) of interference patterns, each set ( 60, 64, 70, 72) has at least eight interference patterns (62, 66) generated with different phase differences in each case, and the phase differences of the second set (64, 72) have a respective offset with respect to the phase differences of the first set (60, 70).

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Verfahren zur interferometrischen Vermessung einer Form einer Testoberfläche. Insbesondere betrifft die Erfindung eine interferometrische Messvorrichtung mit einer Phasenschiebeeinrichtung zum Erzeugen unterschiedlicher Phasendifferenzen zwischen einer Messwelle und einer Referenzwelle und ein entsprechendes interferometrisches Verfahren.The invention relates to a measuring device and a method for interferometric measurement of a shape of a test surface. In particular, the invention relates to an interferometric measuring device with a phase shifting device for generating different phase differences between a measuring wave and a reference wave and a corresponding interferometric method.

Bekannte Beispiele solcher Messvorrichtungen sind Weißlichtinterferometer oder phasenschiebende Interferometer. Diese Interferometer werden unter anderem für eine Passe- oder Rauheitsmessung von optischen Oberflächen verwendet. Dazu wird im Allgemeinen eine von der zu untersuchenden Oberfläche reflektierte Messwelle mit einer Referenzwelle überlagert und das dabei erzeugte Interferenzmuster erfasst. Nach einer Erfassung eines Interferenzmusters erfolgt eine Verschiebung der Phase der Referenzwelle gegenüber der Messwelle. Das nun erzeugte Interferenzmuster wird ebenfalls aufgezeichnet. Mit einer komplexen mathematischen Modellierung und iterativen Berechnung kann aus den aufgezeichneten Interferenzmustern die Oberflächentopografie der Testoberfläche rekonstruiert werden. Dabei lassen sich durch das Phasenschieben auch Oberflächenstrukturen ermitteln, welche wesentlich kleiner als die Wellenlänge der Messwelle sind.Known examples of such measuring devices are white light interferometers or phase-shifting interferometers. These interferometers are used, among other things, to measure the fit or roughness of optical surfaces. For this purpose, a measurement wave reflected from the surface to be examined is generally superimposed with a reference wave and the interference pattern generated in the process is recorded. After an interference pattern has been detected, the phase of the reference wave is shifted with respect to the measurement wave. The interference pattern now generated is also recorded. With a complex mathematical modeling and iterative calculation, the surface topography of the test surface can be reconstructed from the recorded interference patterns. The phase shifting can also be used to determine surface structures that are significantly smaller than the wavelength of the measurement wave.

Ein Problem bei der phasenschiebenden Interferometrie sind durch das Phasenschieben verursachte Vibrationen und andere Störungen. Diese können zu Störstreifen in Interferenzmustern und somit zu Fehlern bei einer ermittelten Oberflächentopografie der Oberfläche führen. Durch die Auswertung der Interferogramme weisen die Störstreifen oft eine doppelt so hohe Frequenz wie die Messwelle beziehungsweise die durch Höhenstrukturen der Oberfläche verursachten Interferenzstreifen auf.
Eine Reduzierung oder Eliminierung dieser Störstreifen kann herkömmlich über eine Anpassung von Polynomen, wie beispielsweise Zernike-, Legendre- oder Chebyshew-Polynomen durchgeführt werden. Eine solche Polynomanpassung führt in der Regel aber auch zu einem Verlust von gemessenen Oberflächeninformationen. A problem with phase-shifting interferometry is vibrations and other disturbances caused by the phase-shifting. These can lead to interference stripes in interference patterns and thus to errors in a determined surface topography of the surface. By evaluating the interferograms, the interference fringes often have a frequency twice as high as the measuring wave or the interference fringes caused by the height structures of the surface.
A reduction or elimination of these interference fringes can conventionally be carried out by adapting polynomials such as, for example, Zernike, Legendre or Chebyshew polynomials. However, such a polynomial adaptation usually also leads to a loss of measured surface information.

Somit werden durch die Reduzierung von Störstreifen mit Hilfe einer Anpassung andere Messfehler induziert.Thus, by reducing interference fringes with the help of an adaptation, other measurement errors are induced.

Zugrunde liegende AufgabeUnderlying task

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere die Messgenauigkeit bei einer interferometrischen Vermessung einer Oberfläche verbessert wird.It is an object of the invention to provide a device and a method with which the aforementioned problems are solved and, in particular, the measurement accuracy in an interferometric measurement of a surface is improved.

Erfindungsgemäße LösungSolution according to the invention

Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Messvorrichtung zur interferometrischen Vermessung einer Form einer Testoberfläche, welche ein Strahlaufspaltelement zum Aufspalten einer Messstrahlung in eine auf die Testoberfläche gerichtete Messwelle sowie eine Referenzwelle, einen Detektor zum Aufzeichnen eines durch Überlagerung der Referenzwelle mit der Messwelle nach deren Reflexion an der Testoberfläche erzeugten Interferenzmusters, und eine Phasenschiebeeinrichtung zum Erzeugen unterschiedlicher Phasendifferenzen zwischen der Messwelle und der Referenzwelle am Ort des Detektors umfasst. Weiterhin umfasst die Messvorrichtung eine Auswerteeinrichtung zum Bestimmen der Form der Testoberfläche durch Verrechnen eines ersten Satzes an Interferenzmustern mit mindestens einem zweiten Satz an Interferenzmustern, wobei jeder Satz mindestens acht mit jeweils unterschiedlichen Phasendifferenzen erzeugte Interferenzmuster aufweist und die Phasendifferenzen des zweiten Satzes gegenüber den Phasendifferenzen des ersten Satzes einen jeweiligen Offset aufweisen. Gemäß weiterer Ausführungsformen kann jeder Satz mindestens sechzehn oder auch mindestens vierzundzwanzig mit unterschiedlichen Phasendifferenzen erzeugte Interferenzmuster aufweisen, wobei die Anzahl der Interferenzmuster jedes Satzes kein ganzzahliges Vielfaches von acht sein muss, so können etwa auch zehn Interferenzmuster pro Satz Verwendung finden.The above-mentioned object can be achieved according to the invention, for example, with a measuring device for interferometric measurement of a shape of a test surface, which has a beam splitting element for splitting a measuring radiation into a measuring wave directed onto the test surface and a reference wave, a detector for recording an overlay of the reference wave with the measuring wave the reflection of which on the test surface generated interference pattern, and a phase shifting device for generating different phase differences between the measurement wave and the reference wave at the location of the detector. Furthermore, the measuring device comprises an evaluation device for determining the shape of the test surface by calculating a first set of interference patterns with at least a second set of interference patterns, each set having at least eight interference patterns generated with different phase differences and the phase differences of the second set compared to the phase differences of the first Set have a respective offset. According to further embodiments, each set can have at least sixteen or at least twenty-four interference patterns generated with different phase differences, whereby the number of interference patterns in each set does not have to be an integral multiple of eight, so about ten interference patterns per set can also be used.

Die Messstrahlung wird beispielsweise mittels einer Bestrahlungseinrichtung in einer für eine interferometrische Messung ausreichenden Kohärenzlänge bzw. spektralen Breite bereitgestellt und weist eine, mehrere oder ein Kontinuum von Wellenlängen auf. Hierfür kann zum Beispiel ein Laser oder eine Leuchtdiode als Lichtquelle eingesetzt werden. Nach einer Ausführungsform weist die Messstrahlung ein Spektrum von Wellenlängen mit einer Gaußkurve als Intensitätshüllkurve, ein so genanntes Gaußsches Spektrum, auf. Eine solche Messstrahlung wird insbesondere bei einer Weißlichtinterferometrie eingesetzt.The measurement radiation is provided, for example, by means of an irradiation device in a coherence length or spectral width sufficient for an interferometric measurement and has one, several or a continuum of wavelengths. A laser or a light-emitting diode, for example, can be used as a light source for this. According to one embodiment, the measurement radiation has a spectrum of wavelengths with a Gaussian curve as the intensity envelope, a so-called Gaussian spectrum. Such a measurement radiation is used in particular for white light interferometry.

Die Phasenschiebeeinrichtung führt beispielsweise eine räumliche Verschiebung des Strahlaufspaltelements oder eines anderen optischen Elements der Messvorrichtung derart durch, dass sich die Weglänge der Messwelle zum Detektor gegenüber der Weglänge der Referenzwelle zum Detektor ändert. Hierdurch findet eine Phasenverschiebung zwischen der Messwelle und der Referenzwelle statt. Insbesondere ist die Phasenschiebeeinrichtung für eine Verschiebung der Phase in acht Schritten oder einer größeren Anzahl von Schritten, etwa sechzehn oder vierundsechzig Schritten, für jeden Satz von Interferenzmustern konfiguriert.The phase shifting device performs, for example, a spatial displacement of the beam gap element or another optical element of the measuring device in such a way that the path length of the measuring wave to the detector changes compared to the path length of the reference wave to the detector. This results in a phase shift between the measuring shaft and the reference shaft. In particular, the phase shifter is configured to shift the phase in eight steps or a greater number of steps, such as sixteen or sixty-four steps, for each set of interference patterns.

Der Offset kann auch als Versatz bezeichnet werden. Unter dem Offset ist der Versatz zwischen den zur Erzeugung der Interferenzmuster des zweiten Satzes dienenden Phasendifferenzen und den zur Erzeugung der Interferenzmuster des ersten Satzes dienenden Phasendifferenzen zu verstehen. Dabei sind unter den Phasendifferenzen jeweils die Phasendifferenzen zwischen der Messwelle und der Referenzwelle am Ort des Detektors zu verstehen. Die unterschiedlichen Phasendifferenzen des jeweiligen Satzes werden mittels der Phasenschiebeeinrichtung durch sogenanntes „Phasenschieben“ erzeugt.The offset can also be referred to as an offset. The offset is to be understood as the offset between the phase differences used to generate the interference patterns of the second set and the phase differences used to generate the interference patterns of the first set. The phase differences are each to be understood as the phase differences between the measurement wave and the reference wave at the location of the detector. The different phase differences of the respective set are generated by means of the phase shifting device by what is known as “phase shifting”.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, zur Bestimmung der Form der Testoberfläche zunächst aus jedem der Sätze an Interferenzmustern ein Zwischenergebnis der Form der Testoberfläche zu bestimmen sowie daraufhin die Zwischenergebnisse zu verrechnen. Mit anderen Worten ist die von der Auswerteeinrichtung durch Verrechnen eines ersten Satzes an Interferenzmustern mit mindestens einem zweiten Satz an Interferenzmustern bestimmte Form der Testoberfläche ein Endergebnis der Form der Testoberfläche, welche durch Verrechnung von Zwischenergebnissen der Form der Testoberfläche erlangt wird, wobei die Zwischenergebnisse jeweils aus einem der Sätze der Interferenzmuster bestimmt werden. Gemäß einer Ausführungsvariante erfolgt das Verrechnen der Zwischenergebnisse durch eine Mittelung der Zwischenergebnisse.According to one embodiment, the evaluation device is configured to determine the shape of the test surface first of all to determine an intermediate result of the shape of the test surface from each of the sets of interference patterns and then to calculate the intermediate results. In other words, the shape of the test surface determined by the evaluation device by calculating a first set of interference patterns with at least a second set of interference patterns is a final result of the shape of the test surface, which is obtained by calculating intermediate results of the shape of the test surface, the intermediate results in each case from one of the sets of interference patterns can be determined. According to one embodiment, the interim results are offset by averaging the interim results.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Auswerteeinrichung zur Verrechnung zwischen einem oder mehreren Interferenzmustern des ersten Satzes und einem oder mehreren Interferenzmustern des zweiten Satzes konfiguriert sein. Gemäß einer Ausführungsvariante kann die Auswerteeinrichtung für eine Bestimmung der Form der Testoberfläche aus den durch das Phasenschieben erzeugten Interferenzmustern weiterhin derart ausgebildet sein, dass nach der Verrechnung der unterschiedlichen Sätze Ableitungen eines Zwischenergebnisses der Topographie berechnet werden. Anschließend kann mittels einer Verrechnung der beiden Zwischenergebnisse eine Berechnung des Endergebnisses der Topographie mit Hilfe der Auswerteeinrichtung erfolgen.According to an alternative embodiment, the evaluation device can be configured for offsetting between one or more interference patterns of the first set and one or more interference patterns of the second set. According to one embodiment variant, the evaluation device for determining the shape of the test surface from the interference patterns generated by the phase shifting can furthermore be designed in such a way that derivations of an intermediate topography result are calculated after the different sets have been offset. Subsequently, the final result of the topography can be calculated with the aid of the evaluation device by offsetting the two intermediate results.

Bei weiteren Ausführungsformen kann die Auswerteeinrichtung zur Verarbeitung von mehr als zwei Sätzen von Interferenzmustern mit jeweils einem festgelegten Offset in der Phase zwischen den einzelnen Sätzen konfiguriert sein. Dabei kann jeweils der gleiche Offset oder unterschiedliche Offsets vorgesehen sein. Alle Sätze enthalten vorzugsweise die gleiche Anzahl von sechszehn oder mehr Interferenzmustern, insbesondere jeweils vierundsechzig Interferenzmuster. Alternativ können die Sätze auch eine unterschiedliche Anzahl von über sechzehn Interferenzmustern aufweisen.In further embodiments, the evaluation device can be configured to process more than two sets of interference patterns, each with a defined offset in the phase between the individual sets. The same offset or different offsets can be provided in each case. All sets preferably contain the same number of sixteen or more interference patterns, in particular sixty-four interference patterns each. Alternatively, the sets can also have a different number of more than sixteen interference patterns.

Mit Hilfe der Aufzeichnung und Verrechnung von mindestens zwei Sätzen von Interferenzmustern mit Phasenoffset gemäß der erfinderischen Messvorrichtung lassen sich Störstreifen und andere Messfehler in den aufgezeichneten Interferenzmustern zumindest teilweise eliminieren. Dieser Umstand führt zu einer höheren Messgenauigkeit bei einer interferometrischen Bestimmung der Form einer Oberfläche.With the aid of the recording and offsetting of at least two sets of interference patterns with phase offset according to the inventive measuring device, interference fringes and other measurement errors in the recorded interference patterns can be at least partially eliminated. This fact leads to a higher measuring accuracy in an interferometric determination of the shape of a surface.

Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung beträgt der jeweilige Offset mindestens ein Achtel, insbesondere mindestens 5/8 oder 9/8, der Wellenlänge der Messstrahlung. Mit der Wellenlänge lässt sich insbesondere eine Weglängenänderung für eine bestimmte Phasenverschiebung beschreiben. Der Offset bzw. Versatz kann auch in einem Winkelmaß wie zum Beispiel im Bogenmaß angegeben werden. Allgemein entspricht eine Wellenlänge einem Phasenbereich von 2π. Da eine Weglängenänderung für eine Phasenverschiebung bei einer reflektierenden Interferometrie sowohl beim Hinweg als auch beim Rückweg der Messwelle oder Referenzwelle wirkt, entspricht ein Offset von einem Achtel der Wellenlänge λ im Allgemeinen einer Phasendifferenz von π/2 in einem Intensitätsverlauf beim Detektor.According to one embodiment according to the invention, the respective offset is at least one eighth, in particular at least 5/8 or 9/8, of the wavelength of the measurement radiation. In particular, the wavelength can be used to describe a change in path length for a specific phase shift. The offset or offset can also be specified in an angular measure such as radians. In general, a wavelength corresponds to a phase range of 2π. Since a change in path length acts for a phase shift in reflecting interferometry both on the outward and on the return path of the measurement wave or reference wave, an offset of one eighth of the wavelength λ generally corresponds to a phase difference of π / 2 in an intensity curve at the detector.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung erstrecken sich die Phasendifferenzen jedes Satzes an Interferenzmustern über einen Bereich von mindestens einmal der Wellenlänge der Messstrahlung. Mit anderen Worten beträgt die Differenz zwischen Maximalwert und Minimalwert der Phasendifferenzen jedes Satzes an Interferenzmustern mindestens den Bereich einer Wellenlänge λ. Gemäß weiteren Ausführungsformen erstrecken sich die Phasendifferenzen jedes Satzes an Interferenzmustern über einen Bereich von mindestens 0,5 Mal, insbesondere mindestens 1,0 oder mindestens 2,0 Mal der Wellenlänge der Messstrahlung. Der Bereich einer Wellenlänge ist hier als der Bereich einer Periode und somit als Phasenunterschied von 2π zu verstehen.According to a further embodiment according to the invention, the phase differences of each set of interference patterns extend over a range of at least once the wavelength of the measurement radiation. In other words, the difference between the maximum value and the minimum value of the phase differences of each set of interference patterns is at least the range of a wavelength λ. According to further embodiments, the phase differences of each set of interference patterns extend over a range of at least 0.5 times, in particular at least 1.0 or at least 2.0 times the wavelength of the measurement radiation. The range of a wavelength is to be understood here as the range of a period and thus as a phase difference of 2π.

Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, den zweiten Satz an Interferenzmustern erst nach erfolgter Aufzeichnung des ersten Satzes an Interferenzmustern aufzuzeichnen. Der erste Satz an Interferenzmustern beginnt beispielsweise mit einem ersten Interferenzmuster bei einer Phasendifferenz von 0π und endet mit einem sechszehnten, zweiunddreizigsten oder vierundsechzigsten Interferenzmuster bei 4π. Anschließend wird zum Beispiel eine Phasendifferenz von π/2 für ein erstes Interferenzmuster des zweiten Satzes eingestellt und der zweite Satz mit gleicher Anzahl von Interferenzmustern und Phasendifferenz zwischen den Mustern aufgezeichnet. Ein Phasenunterschied von π/2 lässt sich beispielsweise mittels einer Verschiebung bzw. Streckenänderung des Strahlaufspaltelements gegenüber der Testoberfläche von λ/8 erreichen. Eine solche Verschiebung entspricht wegen dem Hin- und Rücklauf der Messwelle einem Phasenunterschied von π/2 im Intensitätsverlauf bei einem Bildpunkt der Interferenzmuster. In alternativen Ausführungsformen können andere Werte für die Anzahl von Interferenzmustern pro Satz, für die Phasendifferenz zwischen benachbarten Interferenzmustern oder für den Offset zum Einsatz kommen. Ferner können die Anzahl und die Phasendifferenz zwischen Interferenzmustern des ersten Satzes unterschiedlich zu den entsprechenden Werten des zweiten Satzes ausgebildet sein.According to an embodiment according to the invention, the measuring device is configured to record the second set of interference patterns only after the first set of interference patterns has been recorded. For example, the first set of interference patterns begins with a first interference pattern with a phase difference of 0π and ends with a sixteenth, thirty-second or sixty-fourth interference pattern at 4π. Then, for example, a phase difference of π / 2 is set for a first interference pattern of the second set, and the second set is recorded with the same number of interference patterns and phase difference between the patterns. A phase difference of π / 2 can be achieved, for example, by shifting or changing the path of the beam gap element relative to the test surface of λ / 8. Because of the back and forth travel of the measuring wave, such a shift corresponds to a phase difference of π / 2 in the intensity profile at one pixel of the interference pattern. In alternative embodiments, other values for the number of interference patterns per set, for the phase difference between neighboring interference patterns or for the offset can be used. Furthermore, the number and the phase difference between interference patterns of the first set can be designed differently from the corresponding values of the second set.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, einen Gesamtstapel an die beiden Sätze betreffenden Interferenzmustern durch gleichgerichtetes schrittweises Verändern der Phasendifferenz aufzuzeichnen und aus dem Gesamtstapel die beiden Sätze an Interferenzmustern zusammenzusetzen. Mit anderen Worten wird der Gesamtstapel durch sukzessives Verändern der Phasendifferenz entweder mittels ansteigender Schritte oder mittels abfallender Schritte aufgezeichnet und daraus Substapel zur Erzeugung des ersten und des zweiten Satz zusammengestellt. Dabei können Interferenzmuster bzgl. Phasendifferenzen, welche in beiden Substapeln vorkommen, lediglich einmal aufgezeichnet und dann jeweils den betreffenden Substapeln zugeordnet werden.In a further embodiment according to the invention, the measuring device is configured to record a total stack of interference patterns relating to the two sets by changing the phase difference step by step in the same direction and to assemble the two sets of interference patterns from the total stack. In other words, the total stack is recorded by successively changing the phase difference either by means of increasing steps or by means of decreasing steps, and sub-stacks are compiled therefrom for generating the first and second sets. In this case, interference patterns with regard to phase differences that occur in both sub-stacks can only be recorded once and then assigned to the respective sub-stacks.

Eine Auswahl von aufgezeichneten Interferenzmustern aus dem Gesamtstapel für die Substapel erfolgt insbesondere derart, dass zwischen den Interferenzmustern des ersten und des zweiten Substapels der oben beschriebene Versatz bzw. Offset in der Phasendifferenz vorliegt. Beispielsweise wird bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eine festgelegte Anzahl von anfangs aufgezeichneten Interferenzmustern nur dem ersten Substapel und die entsprechende Anzahl von zuletzt aufgezeichneten Interferenzmustern nur dem zweiten Substapel zugeordnet. Alle dazwischen gelegenen Interferenzmuster werden beiden Substapeln zugeteilt.A selection of recorded interference patterns from the overall stack for the sub-stack takes place in particular such that the above-described offset or offset is present in the phase difference between the interference patterns of the first and second sub-stack. For example, in one embodiment according to the invention, a fixed number of initially recorded interference patterns is assigned only to the first sub-stack and the corresponding number of most recently recorded interference patterns is only assigned to the second sub-stack. All interference patterns in between are assigned to both sub-stacks.

Die Phasenverschiebeeinrichtung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Messvorrichtung ist dazu konfiguriert, die unterschiedlichen Phasendifferenzen zwischen der Messwelle und der Referenzwelle durch Veränderung der optischen Weglänge der Messwelle zu erzeugen. Insbesondere wird die Weglänge der Messwelle zumindest in einem Strahlengang verändert, welcher von der Referenzwelle nicht durchlaufen wird. Beispielsweise erfolgt eine Veränderung eines Abstands zwischen dem Strahlaufspaltelement und der Testoberfläche zum Verändern der Phasendifferenz zwischen Messwelle und Referenzwelle, etwa durch Verschieben des Strahlaufspaltelements, der Testoberfläche oder beidem.The phase shift device of an embodiment of the measuring device according to the invention is configured to generate the different phase differences between the measuring wave and the reference wave by changing the optical path length of the measuring wave. In particular, the path length of the measurement wave is changed at least in one beam path which the reference wave does not traverse. For example, there is a change in a distance between the beam gap element and the test surface in order to change the phase difference between the measuring shaft and the reference wave, for example by moving the beam gap element, the test surface or both.

Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung umfasst die Messvorrichtung weiterhin ein Interferenzobjektiv, welches dazu konfiguriert ist, die Messwelle auf die Testoberfläche zu fokussieren. Der optische Aufbau des Interferenzobjektivs kann dem Aufbau eines Mikroskop-Objektivs entsprechen oder zumindest ähnlich sein. Auf diese Weise wird eine Vermessung der Topografie von mikroskopischen Strukturen der Testoberfläche ermöglicht. Vorzugsweise umfasst das Interferenzobjektiv nach einer Ausführungsform das Strahlaufspaltelement zum Aufteilen der Messstrahlung in die Messwelle und die Referenzwelle. Beispielsweise umfasst das Interferenzobjektiv hierfür einen halbdurchlässigen Spiegel als Strahlaufspaltelement, am dem ein Anteil der Messstrahlung als Referenzwelle reflektiert wird, während ein anderer Anteil den Spiegel als Messwelle durchläuft.According to one embodiment according to the invention, the measuring device furthermore comprises an interference lens which is configured to focus the measuring shaft on the test surface. The optical structure of the interference objective can correspond to or at least be similar to the structure of a microscope objective. This enables the topography of microscopic structures on the test surface to be measured. According to one embodiment, the interference objective preferably comprises the beam gap element for splitting the measuring radiation into the measuring wave and the reference wave. For example, the interference objective for this purpose comprises a semitransparent mirror as a beam gap element, on which a portion of the measurement radiation is reflected as a reference wave, while another portion passes through the mirror as a measurement wave.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Interferenzobjektiv einen Referenzspiegel zur Reflexion der Referenzwelle und ist die Phasenschiebeeinrichtung dazu konfiguriert, das Interferenzobjektiv zur verschieben.
Zum Beispiel ist das Interferenzobjektiv mit einem Mikroskop-Objektiv, einem halbdurchlässigen Spiegel als Strahlaufteilungselement und einem Referenzspiegel ausgebildet. Der Referenzspiegel kann zur Reflexion der Referenzwelle zurück zum Strahlaufteilungselement konfiguriert sein.In a further embodiment according to the invention, the interference lens comprises a reference mirror for reflecting the reference wave and the phase shifting device is configured to move the interference lens.
For example, the interference objective is designed with a microscope objective, a semitransparent mirror as a beam splitting element and a reference mirror. The reference mirror can be configured to reflect the reference wave back to the beam splitting element.

Die Phasenschiebeeinrichtung umfasst zum Beispiel ein Piezosystem zum Verschieben des Interferenzobjektivs. Eine Verschiebung des Interferenzobjektivs für eine Messung kann kontinuierlich oder schrittweise um Strecken erfolgen, welche deutlich kleiner als die Wellenlänge der Messstrahlung sind. Eine solche Verschiebung verändert die optische Weglänge eines Messarms der Messvorrichtung gegenüber einem Referenzarm und führt somit zu einer Phasenverschiebung der Messwelle gegenüber der Referenzwelle. Beispielsweise erfolgt eine Verschiebung des Interferenzobjektivs entlang einer Strecke senkrecht zur Testoberfläche in äquidistanten Schritten, welche jeweils eine Phasenverschiebung von einem sechzehntel, einem zweiunddreißigstel oder einem vierundsechzigstel von 2π zwischen Messwelle und Referenzwelle entsprechen. Bei anderen Ausführungsformen können auch nicht äquidistante Schritte oder ein kontinuierliches Verschieben während einer Messung vorgesehen sein.The phase shifting device comprises, for example, a piezo system for shifting the interference lens. A displacement of the interference objective for a measurement can take place continuously or step by step by distances which are significantly smaller than the wavelength of the measurement radiation. Such a shift changes the optical path length of a measuring arm of the measuring device relative to a reference arm and thus leads to a phase shift of the measuring shaft relative to the reference wave. For example, the interference lens is shifted along a path perpendicular to the test surface in equidistant steps, each corresponding to a phase shift of one sixteenth, one thirty-second or one sixty-fourth of 2π between the measurement wave and the reference wave. In other embodiments, they cannot either equidistant steps or continuous shifting can be provided during a measurement.

Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung ist die Messvorrichtung als Phasenschiebe-Interferometer oder als Weißlichtinterferometer konfiguriert. Bei der Weißlichtinterferometrie wird breitbandiges Licht, etwa mit einem Gaußschen Spektrum, verwendet und zwischen zwei Aufnahmen von Interferenzmustern eine Phasenverschiebung zwischen Messwelle und Referenzwelle durchgeführt. Als Lichtquelle wird zum Beispiel eine Leuchtdiode (LED) verwendet Mittels einer erfassten Intensitätsmodulation bei einem Interferenzsignal für einen Oberflächenpunkt in Abhängigkeit von einer Phasenverschiebung lässt sich eine Höhe bei diesem Oberflächenpunkt bestimmen. Bei anderen Phasenschiebe-Interferometern kommt monochromatisches Licht, beispielsweise von einem Laser, als Messstrahlung zum Einsatz.According to one embodiment according to the invention, the measuring device is configured as a phase shift interferometer or as a white light interferometer. In white light interferometry, broadband light, for example with a Gaussian spectrum, is used and a phase shift is carried out between the measurement wave and the reference wave between two recordings of interference patterns. A light-emitting diode (LED), for example, is used as the light source. A height at this surface point can be determined by means of a detected intensity modulation in the case of an interference signal for a surface point as a function of a phase shift. In other phase shift interferometers, monochromatic light, for example from a laser, is used as measuring radiation.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, nach dem Verrechnen der Interferenzmuster weiterhin vorhandene Störmuster mittels Polynomanpassung zumindest teilweise herauszurechnen. Bei den noch vorhandenen Störmustern kann es sich zum Beispiel um Störstreifen handeln, welche durch Vibrationen oder andere mechanische Effekte bei einem Phasenschieben auftreten. Die Polynomanpassung kann beispielsweise Zernike-, Legendre oder Chebyshew-Polynome verwenden und dient zur weiteren Reduzierung von Störmustern und somit von Messfehlern.According to a further embodiment according to the invention, the evaluation device is configured to at least partially subtract existing interference patterns by means of polynomial adaptation after the calculation of the interference patterns. The interference patterns that are still present can, for example, be interference stripes which occur due to vibrations or other mechanical effects during phase shifting. The polynomial adaptation can use, for example, Zernike, Legendre or Chebyshew polynomials and is used to further reduce interference patterns and thus measurement errors.

Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zur interferometrischen Vermessung einer Form einer Testoberfläche, wobei das Verfahren ein Aufspalten einer Messstrahlung in eine auf die Testoberfläche gerichtete Messwelle sowie eine Referenzwelle sowie ein Erzeugen unterschiedlicher Phasendifferenzen zwischen der Messwelle und der Referenzwelle am Ort eines Detektors umfasst. Weiterhin umfasst das Verfahren ein Aufzeichnen eines ersten Satzes an Interferenzmustern sowie mindestens eines zweiten Satzes an Interferenzmustern, welche jeweils durch Überlagerung der Referenzwelle mit der Messwelle nach deren Reflexion an der Testoberfläche erzeugt werden, wobei jeder Satz mindestens acht mit jeweils unterschiedlichen Phasendifferenzen erzeugte Interferenzmuster aufweist und die Phasendifferenzen des zweiten Satzes gegenüber den Phasendifferenzen des ersten Satzes einen jeweiligen Offset aufweisen. Weiterhin umfasst das Verfahren ein Bestimmen der Form der Testoberfläche durch Verrechnen des ersten Satzes an Interferenzmustern mit dem mindestens zweiten Satz an Interferenzmustern.The aforementioned object can also be achieved, for example, with a method for interferometric measurement of a shape of a test surface, the method splitting a measurement radiation into a measurement wave directed onto the test surface and a reference wave as well as generating different phase differences between the measurement wave and the reference wave at the location of a Includes detector. Furthermore, the method comprises recording a first set of interference patterns and at least a second set of interference patterns, which are each generated by superimposing the reference wave with the measurement wave after it is reflected on the test surface, each set having at least eight interference patterns generated with different phase differences and the phase differences of the second set have a respective offset with respect to the phase differences of the first set. The method further comprises determining the shape of the test surface by calculating the first set of interference patterns with the at least second set of interference patterns.

Analog zur erfindungsgemäßen Messvorrichtung wird auch bei dem erfinderischen Verfahren mit Hilfe eines Aufzeichnens und Verrechnens von zwei oder mehr Sätzen von Interferenzmustern mit einem Offset in der Phase zumindest teilweise eine Eliminierung von Störstreifen und anderen Messfehlern in den Interferenzmustern und somit eine größere Messgenauigkeit erreicht.Analogous to the measuring device according to the invention, the inventive method with the help of recording and calculating two or more sets of interference patterns with an offset in the phase at least partially eliminates interference fringes and other measurement errors in the interference patterns and thus a greater measurement accuracy.

Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Messvorrichtung angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren 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.The features specified with regard to the above-mentioned embodiments, exemplary embodiments or design variants, etc. of the measuring device according to the invention can be transferred accordingly to the method according to the invention. These and other features of the embodiments according to the invention are explained in the description of the figures and the claims. The individual features can be realized either separately or in combination as embodiments of the invention. Furthermore, they can describe advantageous embodiments that can be independently protected and whose protection may only be claimed during or after the application is pending.

FigurenlisteFigure list

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 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur interferometrischen Vermessung einer Form einer Testoberfläche in einer schematischen Veranschaulichung,
2 eine Veranschaulichung von zwei nacheinander aufgezeichneten Sätzen von Interferenzmustern mit einem Offset in der Phase zwischen den beiden Sätzen bei dem Ausführungsbeispiel nach 1,
3 eine Veranschaulichung einer Auswahl von aufgezeichneten Interferenzmustern aus einem Gesamtstapel für zwei Sätze von Interferenzmustern mit einem Offset in der Phase zwischen den beiden Sätzen nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung,
4a-4c beispielhaft eine Unterdrückung von Störstreifen bei einer interferometrischen Vermessung einer Oberflächenform eines Planspiegels mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung,
5a-5c exemplarisch eine Unterdrückung von Störstreifen bei einer interferometrischen Vermessung einer Oberflächenform eines sphärischen Spiegels mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung, sowie
6a-6b beispielhaft eine Unterdrückung von Störstreifen bei einer interferometrischen Vermessung einer Oberflächenform einer Freiformfläche mit ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung.

The above and further advantageous features of the invention are illustrated in the following detailed description of exemplary embodiments according to the invention with reference to the accompanying schematic drawings. It shows:

1 a first embodiment of a measuring device according to the invention for interferometric measurement of a shape of a test surface in a schematic illustration,
2 an illustration of two successively recorded sets of interference patterns with an offset in phase between the two sets in the embodiment of FIG 1 ,
3 an illustration of a selection of recorded interference patterns from an overall stack for two sets of interference patterns with an offset in the phase between the two sets according to a further exemplary embodiment of the measuring device according to the invention,
4a-4c for example, a suppression of interference stripes in an interferometric measurement of a surface shape of a plane mirror with an embodiment of the measuring device according to the invention,
5a-5c an example of a suppression of interference stripes in an interferometric measurement of a surface shape spherical mirror with an embodiment of the measuring device according to the invention, as well as
6a-6b for example, a suppression of interference stripes in an interferometric measurement of a surface shape of a free-form surface with an embodiment of the measuring device according to the invention.

Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer AusführungsbeispieleDetailed description of exemplary embodiments according to the invention

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.In the exemplary embodiments or embodiments or design variants described below, elements that are functionally or structurally similar to one another are provided as far as possible with the same or similar reference symbols. Therefore, in order to understand the features of the individual elements of a specific exemplary embodiment, reference should be made to the description of other exemplary embodiments or the general description of the invention.

Zur Erleichterung der Beschreibung ist in 1 ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in der Figur dargestellten Komponenten ergibt. Dabei verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die x-Richtung nach rechts und die z-Richtung nach oben.For ease of description, in 1 a Cartesian xyz coordinate system is given, from which the respective positional relationship of the components shown in the figure results. The y-direction runs perpendicular to the plane of the drawing, the x-direction to the right and the z-direction upwards.

1 zeigt schematisch eine Messvorrichtung 10 zur interferometrischen Vermessung einer Form einer Testoberfläche 12 eines Objekts 14. Die Messvorrichtung 10 eignet sich insbesondere zur Vermessung von planen, sphärischen oder Freiform-Oberflächen von optischen Elementen, wie zum Beispiel Spiegel für die Mikrolithographie im extrem ultravioletten (EUV-) Spektralbereich. Der EUV-Wellenlängenbereich erstreckt sich auf Wellenlängen unterhalb von 100 nm und betrifft insbesondere Wellenlängen von etwa 13,5 nm oder 6,8 nm. Mit der Messvorrichtung 10 lässt sich aber auch die Oberfläche von vielen anderen Objekten vermessen. 1 shows schematically a measuring device 10 for interferometric measurement of a shape of a test surface 12th of an object 14th . The measuring device 10 is particularly suitable for measuring flat, spherical or free-form surfaces of optical elements, such as mirrors for microlithography in the extreme ultraviolet (EUV) spectral range. The EUV wavelength range extends to wavelengths below 100 nm and relates in particular to wavelengths of approximately 13.5 nm or 6.8 nm. With the measuring device 10 however, the surface of many other objects can also be measured.

Die Messvorrichtung 10 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 16 zum Bereitstellen einer Messstrahlung 18, einen Strahlenteiler 20 zum Umlenken von Messstrahlung 18 in Richtung der Testoberfläche 12, ein Interferenzobjektiv 22 zum Fokussieren von Messtrahlung 18 auf die Testoberfläche 12 und eine Erfassungseinrichtung 24 zum Aufzeichnen und Verarbeiten von Interferenzmustern.The measuring device 10 comprises a lighting device 16 for providing a measuring radiation 18th , a beam splitter 20th for deflecting measurement radiation 18th towards the test surface 12th , an interference lens 22nd for focusing measurement radiation 18th on the test surface 12th and a detector 24 for recording and processing interference patterns.

Die Beleuchtungseinrichtung 16 enthält in diesem Ausführungsbeispiel als Lichtquelle eine Leuchtdiode 26 und eine Mattscheibe 28 zur Homogenisierung der von der Leuchtdiode 26 emittierten Strahlung. Die Leuchtdiode 26 ist derart ausgebildet, dass die Messstrahlung 18 ein Spektrum an Frequenzen mit einer für eine Interferometrie geeigneten Kohärenzlänge bzw. spektraler Breite aufweist. Beispielsweise entspricht das Spektrum einem Gaußschen Spektrum mit einer maximalen Intensität bei einer Wellenlänge λ und benachbarten Frequenzen bzw. Wellenlängen mit gemäß einer Gaußkurve abnehmender Intensität. Die Wellenlänge λ mit maximaler Intensität wird im Folgenden auch als Wellenlänge λ der Messstrahlung bezeichnet. Mit einer solchen Messstrahlung 18 ist die Messvorrichtung 10 insbesondere für eine Weißlichtinterferometrie konfiguriert. In anderen Ausführungen kann aber auch eine monochromatische Lichtquelle, z.B. ein Laser, für eine phasenschiebende Interferometrie eingesetzt werden.The lighting device 16 contains in this embodiment a light emitting diode as the light source 26th and a screen 28 to homogenize the from the light emitting diode 26th emitted radiation. The light emitting diode 26th is designed such that the measuring radiation 18th has a spectrum of frequencies with a coherence length or spectral width suitable for interferometry. For example, the spectrum corresponds to a Gaussian spectrum with a maximum intensity at a wavelength λ and adjacent frequencies or wavelengths with an intensity that decreases according to a Gaussian curve. The wavelength λ with maximum intensity is also referred to below as the wavelength λ of the measurement radiation. With such a measuring radiation 18th is the measuring device 10 configured in particular for white light interferometry. In other embodiments, however, a monochromatic light source, for example a laser, can also be used for phase-shifting interferometry.

Weiterhin umfasst die Beleuchtungseinrichtung 16 eine Kondensorlinse 30, mit der möglichst viel Messtrahlung 18 möglichst gleichmäßig in den Strahlengang des Interferenzobjektivs 22 eingekoppelt wird. Vorzugsweise bildet die Kondensorlinse 30 dafür die Lichtquelle der Leuchtdiode 26 auf die Öffnung des Interferenzobjektivs 22 ab. Zusätzlich oder alternativ kann die Messvorrichtung 12 weitere, in 1 nicht dargestellte Linsen oder andere optische Elemente, wie beispielsweise Spiegel oder Faserelemente zur Bereitstellung der Messstrahlung 18 enthalten.Furthermore, the lighting device comprises 16 a condenser lens 30th , with as much measurement radiation as possible 18th as evenly as possible in the beam path of the interference lens 22nd is coupled. Preferably the condenser lens forms 30th instead the light source of the light emitting diode 26th on the aperture of the interference lens 22nd from. Additionally or alternatively, the measuring device 12th more, in 1 Lenses (not shown) or other optical elements such as mirrors or fiber elements for providing the measurement radiation 18th contain.

Der Strahlenteiler 20 ist so konfiguriert und in der Messvorrichtung 10 angeordnet, dass mindestens ein Anteil der von der Beleuchtungseinrichtung 16 kommenden Messstrahlung 18 in Richtung der Testoberfläche 12 umgelenkt wird. Weiterhin durchtritt mindestens ein Anteil der von der Testoberfläche 12 reflektierten Messstrahlung den Strahlenteiler 20 ohne Richtungsänderung zur Erfassungseinrichtung 24. Mit dem Strahlenteiler 20 wird somit die Messstrahlung 18 in den Strahlengang zwischen Testoberfläche 12 und Erfassungseinrichtung 24 eingespeist. Die Strahlengänge zwischen der Beleuchtungseinrichtung 16 und dem Strahlenteiler 20 sowie zwischen der Testoberfläche 12 und der Erfassungseinrichtung 24 sind in 1 jeweils mit einer optischen Achse 32 gekennzeichnet.The beam splitter 20th is configured and in the measuring device 10 arranged that at least a portion of the from the lighting device 16 coming measurement radiation 18th towards the test surface 12th is diverted. Furthermore, at least a portion of the test surface passes through 12th reflected measuring radiation the beam splitter 20th without changing direction to the detection device 24 . With the beam splitter 20th thus becomes the measurement radiation 18th in the beam path between the test surface 12th and detection device 24 fed in. The beam paths between the lighting device 16 and the beam splitter 20th as well as between the test surface 12th and the detection device 24 are in 1 each with an optical axis 32 marked.

Das Interferenzobjektiv 22 fokussiert die von dem Strahlenteiler 20 kommende Messstrahlung 18 auf die Testoberfläche 12. Hierfür umfasst das Interferenzobjektiv 22 ein oder mehrere optische Elemente, von denen in 1 symbolisch eine Objektivlinse 34 dargestellt ist. Weiterhin umfasst das Interferenzobjektiv 22 ein Strahlaufspaltelement 36, welches einen Anteil der Messstrahlung 18 als Messwelle 38 zur Testoberfläche 12 passieren lässt, während ein anderer Anteil der Messstrahlung 18 als Referenzwelle 40 reflektiert wird. Als Strahlaufspaltelement 36 kann beispielsweise ein halbdurchlässiger Spiegel verwendet werden.The interference lens 22nd focuses the from the beam splitter 20th incoming measurement radiation 18th on the test surface 12th . For this purpose, the interference lens includes 22nd one or more optical elements, of which in 1 symbolically an objective lens 34 is shown. The interference lens also includes 22nd a beam splitting element 36 , which is part of the measurement radiation 18th as a measuring shaft 38 to the test surface 12th lets pass while another portion of the measurement radiation 18th as a reference wave 40 is reflected. As a jet splitting element 36 For example, a semi-transparent mirror can be used.

Die Referenzwelle 40 trifft auf einen Referenzspiegel 42 des Interferenzobjektivs 22 und wird von diesem zum Strahlaufspaltelement 36 zurückreflektiert. Vorzugsweise entspricht die Größe des Referenzspiegels 42 in etwa dem von der Messwelle 38 beleuchteten Bereich der Testoberfläche 12. Das Strahlaufspaltelement 36 reflektiert wiederum die von dem Referenzspiegel 42 kommende Referenzwelle 40 zum Strahlenteiler 20 zurück. Die Messwelle 38 wird von der Testoberfläche 12 reflektiert und durchläuft dann erneut das Interferenzobjektiv 22 ebenfalls in Richtung des Strahlenteilers 20.The reference wave 40 meets a reference mirror 42 of the interference lens 22nd and will from this to the jet gap element 36 reflected back. Preferably the size of the reference mirror corresponds 42 roughly that of the measuring shaft 38 illuminated area of the test surface 12th . The jet splitting element 36 in turn reflects that from the reference mirror 42 coming reference wave 40 to the beam splitter 20th back. The measuring shaft 38 is from the test surface 12th reflects and then passes through the interference lens again 22nd also in the direction of the beam splitter 20th .

Die reflektierte Messwelle 38 und die Referenzwelle 40 passieren den Strahlenteiler 20 zumindest teilweise ohne Richtungsänderung und laufen zur Erfassungseinrichtung 24. Eine Linse 44 der Erfassungseinrichtung 24 fokussiert die Messwelle 38 und die Referenzwelle 40 auf eine Erfassungsebene 46 eines Detektors 48. Der Detektor 48 ist in diesem Ausführungsbeispiel als CCD-Kamera oder als CMOS-Kamera ausgebildet. In der Erfassungsebene 46 entsteht für jeden Ort des beleuchteten Bereichs der Testoberfläche 12 bei einem entsprechenden Pixel des Detektors 48 durch Überlagerung der Messwelle 38 mit der Referenzwelle 40 ein Interferenzsignal, welches sich für den gesamten beleuchteten Bereich zu einem Interferenzmuster zusammensetzt.The reflected measuring wave 38 and the reference wave 40 pass the beam splitter 20th at least partially without a change of direction and run to the detection device 24 . One lens 44 the detection device 24 focuses the measuring shaft 38 and the reference wave 40 on a detection level 46 of a detector 48 . The detector 48 is designed as a CCD camera or as a CMOS camera in this exemplary embodiment. In the acquisition level 46 arises for each location of the illuminated area of the test surface 12th at a corresponding pixel of the detector 48 by superimposing the measuring shaft 38 with the reference wave 40 an interference signal which is composed of an interference pattern for the entire illuminated area.

Das jeweilige Interferenzsignal hängt von dem Weglängenunterschied zwischen der Messwelle 38 und der Referenzwelle 40 bzw. deren Phasenunterschied ab. Während die Weglänge der Referenzwelle 40 bis zu dem Ort, an dem die Referenzwelle 40 das Interferenzobjektiv 22 verlässt, vorgegeben ist, wird die Weglänge der Messwelle 38 bis zu diesem Ort durch die Höhe der Testoberfläche 12 in z-Richtung und dem Abstand des Interferenzobjektivs 22 von der Testoberfläche 12 bestimmt. Durch eine Verschiebung 50 des Interferenzobjektivs 22 in z-Richtung lässt sich der Phasenunterschied zwischen Messwelle 38 und Referenzwelle 40 verändern.The respective interference signal depends on the path length difference between the measurement wave 38 and the reference wave 40 or their phase difference. While the path length of the reference wave 40 up to the place where the reference wave 40 the interference lens 22nd leaves, is given, the path length of the measuring shaft 38 up to this location by the height of the test surface 12th in the z-direction and the distance of the interference lens 22nd from the test surface 12th certainly. By a shift 50 of the interference lens 22nd in the z-direction the phase difference between the measuring shaft 38 and reference wave 40 change.

Für ein solches Phasenschieben umfasst die Messvorrichtung 10 eine Phasenschiebeeinrichtung 52 zum Verändern des Phasenunterschieds zwischen Messwelle 38 und Referenzwelle 40. Die Phasenschiebeeinrichtung 52 enthält in diesem Ausführungsbeispiel ein Piezosystem 54 zum Verschieben des Interferenzobjektivs 22 entlang der optischen Achse 32 und somit nach 1 in z-Richtung. Bei einer solchen Verschiebung 50 ändert sich der Abstand zwischen dem Strahlaufspaltelement 36 und der Testoberfläche 12 und somit die Weglänge der Messwelle 38, während die Weglänge der Referenzwelle 40 zwischen Strahlaufspaltelement 36 und Referenzspiegel 42 konstant bleibt.The measuring device comprises such a phase shift 10 a phase shifter 52 to change the phase difference between the measuring shaft 38 and reference wave 40 . The phase shifter 52 contains in this embodiment a piezo system 54 to move the interference lens 22nd along the optical axis 32 and thus after 1 in the z-direction. With such a shift 50 the distance between the jet gap element changes 36 and the test surface 12th and thus the path length of the measuring shaft 38 , while the path length of the reference wave 40 between the jet gap element 36 and reference mirror 42 remains constant.

Das Piezosystem 54 umfasst eine Steuerung 56 und in 1 nicht dargestellte Piezoelemente, und ist derart konfiguriert, dass eine Verschiebung des Interferenzobjektivs 22 schrittweise um jeweils einen Bruchteil der Wellenlänge λ der Messstrahlung 18 durchführbar ist. Beispielsweise lässt sich mit dem Piezosystem 54 eine schrittweise Verschiebung von λ/64 über mehr als eine, vorzugsweise mehr als 2 Wellenlängen für eine Vermessung der Testoberfläche 12 durchführen. Wegen des Hin- und Rückwegs der Messwelle 38 zwischen Strahlaufspaltelement 36 und Testoberfläche 12 entspricht eine Verschiebung von λ/64 einer Phasenverschiebung von π/16. Bei jeder eingestellten Phasenverschiebung kann der Detektor 48 ein in der Erfassungsebene 46 durch Überlagerung der Messwelle 38 mit der Referenzwelle 40 erzeugtes Interferenzmuster erfassen.The piezo system 54 includes a controller 56 and in 1 Piezo elements, not shown, and is configured in such a way that a displacement of the interference lens 22nd step by step by a fraction of the wavelength λ of the measurement radiation 18th is feasible. For example, the piezo system 54 a stepwise shift of λ / 64 over more than one, preferably more than 2 wavelengths for a measurement of the test surface 12th carry out. Because of the there and back travel of the measuring shaft 38 between the jet gap element 36 and test surface 12th a shift of λ / 64 corresponds to a phase shift of π / 16. With each set phase shift, the detector can 48 one in the acquisition plane 46 by superimposing the measuring shaft 38 with the reference wave 40 detect generated interference pattern.

Weiterhin umfasst die Messvorrichtung 10 eine Auswerteeinrichtung 58 zum Bestimmen der Form der Testoberfläche 12 mittels der vom Detektor 48 aufgezeichneten Interferenzmuster bei verschiedenen Phasenverschiebungen. Die Auswerteeinrichtung 58 umfasst hierfür eine geeignet konfigurierte Datenverarbeitungseinheit und einen Datenspeicher. Alternativ oder zusätzlich kann die Messvorrichtung 10 eine Schnittstelle zu einem Netzwerk oder einen Datenspeicher enthalten, um eine Bestimmung der Form der Testoberfläche 12 mit Hilfe einer externen Auswertungseinheit und über das Netzwerk übertragener oder gespeicherter Interferenzmuster durchzuführen.The measuring device also includes 10 an evaluation device 58 to determine the shape of the test surface 12th by means of the detector 48 recorded interference patterns at different phase shifts. The evaluation device 58 comprises for this purpose a suitably configured data processing unit and a data memory. Alternatively or additionally, the measuring device 10 contain an interface to a network or a data store in order to determine the shape of the test surface 12th with the help of an external evaluation unit and interference patterns transmitted or stored via the network.

Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung 58 zur Bestimmung der Oberflächenform durch Verrechnen eines ersten Satzes an Interferenzmustern mit einem zweiten Satz an Interferenzmustern konfiguriert. Jeder Satz weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vierundsechzig bei verschiedenen Phasendifferenzen erzeugte Interferenzmuster auf. Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele können die Sätze z.B. auch jeweils lediglich zweiunddreißig, sechzehn oder acht Interferenzmuster umfassen. Die Phasendifferenzen des zweiten Satzes weisen gegenüber den Phasendifferenzen des ersten Satzes einen Phasenoffset von π/2 auf. Als Offset ist der Versatz in der Phasenverschiebung zwischen zum Beispiel dem ersten Interferenzmuster des ersten Satzes und dem ersten Interferenzmuster des zweiten Satzes zu verstehen.In particular, the evaluation device 58 configured to determine the surface shape by calculating a first set of interference patterns with a second set of interference patterns. In the present exemplary embodiment, each set has sixty-four interference patterns generated at different phase differences. According to further exemplary embodiments, the sets can also each comprise, for example, only thirty-two, sixteen or eight interference patterns. The phase differences of the second set have a phase offset of π / 2 compared to the phase differences of the first set. The offset is to be understood as the offset in the phase shift between, for example, the first interference pattern of the first set and the first interference pattern of the second set.

2 veranschaulicht zwei nacheinander aufgezeichnete Sätze von Interferenzmustern mit einem Phasenoffset von π/2 zwischen beiden Sätzen bei dem Ausführungsbeispiel nach 1. Hierfür wird in einem Diagramm die Intensität des Interferenzsignals bei einem exemplarischen Pixel des Detektors 48 für zwei Sätze von vierundsechs Phasenverschiebungen dargestellt. Die Intensität erreicht ein Maximum, wenn die Messwelle 38 und die Referenzwelle 40 die gleiche Phase aufweisen, und ein Minimum, wenn eine Phasendifferenz von π vorliegt. 2 FIG. 4 illustrates two successively recorded sets of interference patterns with a phase offset of π / 2 between the two sets in the embodiment of FIG 1 . For this purpose, the intensity of the interference signal in an exemplary pixel of the detector is shown in a diagram 48 for two sets of six-four phase shifts. The intensity reaches a maximum when the measuring wave 38 and the reference wave 40 have the same phase, and a minimum when there is a phase difference of π.

Ein erster Satz von Phasenverschiebungen wird in 2 als durchgezogene Linie 60 dargestellt. Jeder Punkt 62 auf dieser durchgezogenen Linie steht für ein aufgezeichnetes Interferenzmuster. Insgesamt umfasst der erste Satz 60 vierundsechzig Interferenzmuster 62, auch als Bilder bezeichnet (siehe Bezeichnung „Bildanzahl“ in 2), mit einer Phasenverschiebung zwischen zwei benachbarten Interferenzmustern von π/16. Es wird somit ein Phasenbereich von 2λ bzw. 4π abgedeckt. Nach dem Aufzeichnen des ersten Satzes 60 von Interferenzmustern 62 wird ein zweiter, als gestrichelte Linie dargestellter Satz 64 mit ebenfalls vierundsechzig Interferenzmustern und jeweils π/16 Phasendifferenz, gekennzeichnet durch die Punkte 66, erfasst. Jedes Interferenzmuster 66 des zweiten Satzes 64 ist gegenüber dem entsprechenden Interferenzmuster 62 des ersten Satzes 60 um π/2 bzw. λ/8 in der Phase verschoben. Der Offset zwischen dem ersten Interferenzmuster des ersten Satzes 60 zu dem des zweiten Satzes 64 beträgt somit π/2.A first set of phase shifts is given in 2 as a solid line 60 shown. Every point 62 on this solid line stands for a recorded interference pattern. Overall, the first sentence includes 60 sixty-four interference patterns 62 , also referred to as pictures (see description "number of pictures" in 2 ), with a phase shift between two adjacent interference patterns of π / 16. A phase range of 2λ or 4π is thus covered. After recording the first sentence 60 of interference patterns 62 becomes a second sentence, shown as a dashed line 64 also with sixty-four interference patterns and each π / 16 phase difference, indicated by the dots 66 , detected. Any interference pattern 66 of the second movement 64 is opposite to the corresponding interference pattern 62 of the first sentence 60 shifted in phase by π / 2 or λ / 8. The offset between the first fringe pattern of the first set 60 to that of the second sentence 64 is therefore π / 2.

Mit anderen Worten ist die Messvorrichtung 10 mit der Phasenschiebeeinrichtung 52 so konfiguriert, dass zunächst vierundsechzig Schritte mit jeweils einer Phasenverschiebung von π/16 durchgeführt werden. Bei jeder eingestellten Position bzw. Phasenverschiebung erfasst der Detektor 48 ein Interferenzmuster 62. Somit wird der erste Satz 60 von vierundsechzig Interferenzmustern 62 über einen Phasenbereich von 4π bzw. 2A erfasst. Anschließend wird der zweiter Satz 64 von Interferenzmustern 66 bei wiederum vierundsechzig Phasenverschiebungen von jeweils π/16 von der Phasenschiebeeinrichtung 52 eingestellt und vom Detektor 48 aufgezeichnet. Der zweite Satz 64 von Verschiebungen beginnt jedoch mit einer Phasenverschiebung von π/2 als Offset gegenüber der ersten Phasenverschiebung des ersten Satzes 60. Wegen des Hin- und Rückwegs der Messwelle 38 entspricht eine Phasenverschiebung um π/2 einer Verschiebung des Interferenzobjektivs 22 um λ/8.In other words is the measuring device 10 with the phase shifter 52 configured to initially perform sixty-four steps, each with a phase shift of π / 16. The detector detects every set position or phase shift 48 an interference pattern 62 . Thus becomes the first sentence 60 of sixty-four interference patterns 62 detected over a phase range of 4π or 2A. Then the second sentence 64 of interference patterns 66 again with sixty-four phase shifts of π / 16 each from the phase shifter 52 set and from the detector 48 recorded. The second sentence 64 of shifts, however, begins with a phase shift of π / 2 as an offset from the first phase shift of the first set 60 . Because of the there and back travel of the measuring shaft 38 a phase shift of π / 2 corresponds to a shift of the interference lens 22nd around λ / 8.

Für die Schrittweite, die Anzahl der Schritte und den Offset können aber je nach zu untersuchender Oberfläche oder gewünschter Messgenauigkeit auch andere Werte vorgegeben und von der Messvorrichtung 10 umgesetzt werden. Auch können mehr als zwei Sätze von Interferenzmustern aufgezeichnet werden. Ferner kann bei anderen Ausführungsbeispielen anstelle des Piezosystems 54 ein anderes geeignetes Aktuator-System, wie beispielsweise ein halbleiterbasiertes Mikrosystem, verwendet werden.For the step size, the number of steps and the offset, however, depending on the surface to be examined or the desired measurement accuracy, other values can also be specified and by the measuring device 10 implemented. More than two sets of interference patterns can also be recorded. Furthermore, in other exemplary embodiments, instead of the piezo system 54 Another suitable actuator system, such as a semiconductor-based microsystem, can be used.

Die Auswerteeinrichtung 58 ist so konfiguriert, dass zunächst für jeden der beiden Sätze 60, 64 von Interferenzmustern eine Bestimmung der Form der Testoberfläche 12 erfolgt. Das heißt, aus dem ersten Satz von Interferenzmustern wird ein erstes Zwischenergebnis der Form der Testoberfläche 12 und aus dem zweiten Satz von Interferenzmustern ein zweites Zwischenergebnis der Form der Testoberfläche 12 bestimmt. Daraufhin wird das Endergebnis der Form der Testoberfläche durch Mittelung zwischen dem ersten Zwischenergebnis und dem zweiten Zwischenergebnis ermittelt. Durch die Mittelung werden doppelfrequente Störstreifen in der ermittelten Testoberflächenform, wie sie beispielweise durch Vibrationen beim Phasenschieben auftreten, unterdrückt. Zur Bestimmung der Zwischenergebnisse der Form der Testoberfläche erfolgt gemäß einer Ausführungsform mittels der Interferenzmuster eines jeden Satzes eine Berechnung der Ableitungen der Wellenfront in x- und y-Richtung, den Koordinatenrichtungen der Testoberfläche 12. Schließlich wird mit Hilfe einer Integration der beiden Ableitungen jeweils eine Bestimmung der Form der Testoberfläche 12 durchgeführt. Ferner kann die Auswerteeinrichtung 58 zum Durchführen einer Polynomanpassung bei einer Bestimmung der Zwischenergebnisse der Testoberflächenform konfiguriert sein. Die Polynomanpassung kann beispielsweise Zernike-, Legendre oder Chebyshew-Polynome verwenden und dient zur weiteren Reduzierung von Störmustern und somit von Messfehlern.The evaluation device 58 is configured so that initially for each of the two sentences 60 , 64 from interference patterns a determination of the shape of the test surface 12th he follows. This means that the first set of interference patterns becomes a first intermediate result of the shape of the test surface 12th and a second intermediate result of the shape of the test surface from the second set of interference patterns 12th certainly. The final result of the shape of the test surface is then determined by averaging between the first intermediate result and the second intermediate result. As a result of the averaging, double-frequency interference stripes in the test surface shape determined, such as those that occur, for example, due to vibrations during phase shifting, are suppressed. In order to determine the intermediate results of the shape of the test surface, according to one embodiment, the derivatives of the wavefront in the x and y directions, the coordinate directions of the test surface, are calculated using the interference patterns of each set 12th . Finally, with the help of an integration of the two derivations, the shape of the test surface is determined in each case 12th carried out. Furthermore, the evaluation device 58 be configured to perform a polynomial fit when determining the intermediate results of the test surface shape. The polynomial adaptation can use, for example, Zernike, Legendre or Chebyshew polynomials and is used to further reduce interference patterns and thus measurement errors.

Bei anderen Ausführungsformen kann die Auswerteeinrichtung zur Verarbeitung von mehr als zwei Sätzen von Interferenzmustern mit jeweils einem festgelegten Offset in der Phase zwischen den einzelnen Sätzen konfiguriert sein. Dabei kann jeweils der gleiche Offset oder unterschiedliche Offsets vorgesehen sein. Alle Sätze enthalten vorzugsweise die gleiche Anzahl von acht, sechszehn oder mehr Interferenzmustern, insbesondere jeweils vierundsechzig Interferenzmuster. Alternativ können die Sätze auch eine unterschiedliche Anzahl von über acht Interferenzmustern aufweisen.In other embodiments, the evaluation device can be configured to process more than two sets of interference patterns, each with a defined offset in the phase between the individual sets. The same offset or different offsets can be provided in each case. All sets preferably contain the same number of eight, sixteen or more interference patterns, in particular sixty-four interference patterns each. Alternatively, the sentences can also have a different number of more than eight interference patterns.

In 3 wird eine Aufzeichnung von Interferenzmustern gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Hierfür ist wiederum in einem Diagramm die Intensität des Interferenzsignals bei einem exemplarischen Pixel des Detektors 48 für verschiedene Phasenverschiebungen dargestellt. Die Messvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht weitgehend der Messvorrichtung 10 des ersten Ausführungsbeispiels. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist die Phasenschiebeeinrichtung 52 derart konfiguriert, dass nacheinander mindesten zweiundsiebzig Phasenverschiebungen um jeweils π/16 durchgeführt und an jeder Position ein Interferenzmuster vom Detektor 48 erfasst wird. Es wird somit ein als durchgezogene Linie dargestellter Gesamtstapel 68 von zweiundsiebzig Interferenzmustern bzw. Bildern aufgezeichnet.In 3 a recording of interference patterns according to a second embodiment is illustrated. For this purpose, the intensity of the interference signal for an exemplary pixel of the detector is again shown in a diagram 48 shown for different phase shifts. The measuring device of the second exemplary embodiment largely corresponds to the measuring device 10 of the first embodiment. In contrast to the first embodiment, the phase shifting device 52 configured in such a way that successively at least seventy-two phase shifts are carried out by π / 16 each and an interference pattern from the detector at each position 48 is captured. It thus becomes an overall stack shown as a solid line 68 recorded from seventy-two interference patterns or images.

Ferner ist die Auswerteeinrichtung 58 so konfiguriert, dass eine Auswahl von aufgezeichneten Interferenzmustern aus dem Gesamtstapel 68 für zwei Sätze von Interferenzmustern mit einem Offset in der Phase zwischen den beiden Sätzen erfolgt. Dazu werden die ersten vierundsechzig als Punkte dargestellten Interferenzbilder einem ersten Satz 70 und die letzen vierundsechzig, als Kreise dargestellten Interferenzmuster einem zweiten Satz 72 zugeordnet. Zwischen den Sätzen liegt somit ein Offset der Phase von π/2 vor. Insgesamt werden auf diese Weise sechsundfünfzig aufgezeichnete Interferenzmuster sowohl dem ersten Satz 70 als auch dem zweiten Satz 72 zugewiesen. Die weitere Verarbeitung der beiden Sätze von Interferenzmustern für eine Formbestimmung der Testoberfläche 12 entspricht der des ersten Ausführungsbeispiels. Durch die nur einmalig durchgeführte Phasenschiebung für beide Sätze können Fehler durch ein zeitliches Driften reduziert oder vermieden werden.Furthermore, the evaluation device 58 configured so that a selection of recorded interference patterns from the overall stack 68 for two Sets of interference patterns are made with an offset in phase between the two sets. For this purpose, the first sixty-four interference images shown as dots are a first set 70 and the last sixty-four fringes shown as circles in a second set 72 assigned. There is thus a phase offset of π / 2 between the blocks. In this way, a total of fifty-six interference patterns are recorded in both the first set 70 as well as the second sentence 72 assigned. Further processing of the two sets of interference patterns to determine the shape of the test surface 12th corresponds to that of the first embodiment. The phase shift, which is carried out only once for both sets, can reduce or avoid errors caused by drifting over time.

In alternativen Ausführungsbeispielen kann die Auswerteeinrichtung der Messvorrichtung zur Auswahl von mehr als zwei Sätzen von Interferenzmustern oder von Sätzen mit einem anderen Offset aus dem Gesamtstapel von Interferenzmustern ausgebildet sein. Ferner können die Sätze eine andere Anzahl von Interferenzmustern oder eine andere Phasendifferenz zwischen benachbarten Interferenzmustern aufweisen.In alternative exemplary embodiments, the evaluation device of the measuring device can be designed to select more than two sets of interference patterns or sets with a different offset from the overall stack of interference patterns. Furthermore, the sets can have a different number of interference patterns or a different phase difference between adjacent interference patterns.

4a-4c zeigen exemplarisch eine Unterdrückung von Störstreifen bei einer interferometrischen Vermessung der Testoberfläche 12 eines Planspiegels. In 4a wird eine, wie vorstehend beschrieben, aus den aufgezeichneten Interferenzmustern des ersten Satzes 60 bestimmte Form der Testoberfläche 12 dargestellt. Diese Form zeigt die Oberflächentopographie bzw. Oberflächenrauheit der Testoberfläche 12 wird auch „erstes Zwischenergebnis 74“ bezeichnet. Deutlich sind Störstreifen erkennbar, welche beispielsweise durch Vibrationen beim Phasenschieben verursacht werden. Bei der in 4b gezeigten Form der Testoberfläche 12, welche auch „zweites Zwischenergebnis 76“ bezeichnet wird und aus den Interferenzmustern des zweiten Satzes 64 mit einem Phasenoffset von π/2 zu den Interferenzmustern des ersten Satzes bestimmt wurde, sind die Störstreifen ebenfalls deutlich sichtbar. 4c zeigt das von der Auswertevorrichtung 58 durch Mittelung der beiden Zwischenergebnisse 74 und 76 gemäß 4 a und 4b erzeugte Endergebnis 78 der Form der Testoberfläche 12 bzw. Darstellung der Oberflächentopographie der Testoberfläche 12. Darin sind keine sichtbaren Störstreifen mehr vorhanden. 4a-4c show an example of the suppression of interference stripes in an interferometric measurement of the test surface 12th of a plane mirror. In 4a becomes one as described above from the recorded interference patterns of the first set 60 certain shape of the test surface 12th shown. This shape shows the surface topography or surface roughness of the test surface 12th will also be “first interim result 74 " designated. Interference stripes can be clearly seen, which are caused, for example, by vibrations during phase shifting. At the in 4b shown shape of the test surface 12th , which is also the “second intermediate result 76 “And from the interference patterns of the second sentence 64 was determined with a phase offset of π / 2 to the interference patterns of the first set, the interference fringes are also clearly visible. 4c shows this from the evaluation device 58 by averaging the two intermediate results 74 and 76 according to 4 a and 4b generated end result 78 the shape of the test surface 12th or representation of the surface topography of the test surface 12th . There are no more visible stripes in it.

Entsprechend zeigen 5a und 5b aus den Interferenzmustern eines ersten und zweiten Satzes 60 und 64 von Interferenzmustern bei einer Vermessung eines sphärischen Spiegels ermittelte Zwischenergebnisse 74 und 76 der Form der Testoberfläche 12. Wiederum liegt zwischen den Interferenzmustern des ersten und zweiten Satzes 60 und 64ein Offset in der Phase von π/2 vor. In dem in 5c dargestellten, durch Mittelung der Zwischenergebnisse 74 und 76 bestimmten Endergebnis 78 der Form der Testoberfläche 12 sind ebenfalls keine Störstreifen mehr erkennbar. Schließlich zeigt 6a ein aus den Interferenzmusterns des ersten Satzes 60 ermitteltes erstes Zwischenergebnis 74 mit Störstreifen bei einer Vermessung einer Freiformfläche. In dem entsprechend durch Mittelung von Zwischenergebnissen bestimmten Endergebnis 78 sind die Störstreifen wiederum eliminiert worden.Show accordingly 5a and 5b from the interference patterns of a first and second set 60 and 64 Intermediate results obtained from interference patterns when measuring a spherical mirror 74 and 76 the shape of the test surface 12th . Again lies between the interference patterns of the first and second set 60 and 64 an offset in phase of π / 2. In the in 5c shown by averaging the interim results 74 and 76 certain end result 78 the shape of the test surface 12th there are also no longer any discernible stripes. Finally shows 6a one from the interference patterns of the first set 60 determined first intermediate result 74 with interference stripes when measuring a freeform surface. In the final result determined accordingly by averaging intermediate results 78 the interference stripes have again been eliminated.

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.The above description of exemplary embodiments, embodiments or design variants is to be understood as exemplary. The disclosure thus made enables the person skilled in the art, on the one hand, to understand the present invention and the advantages associated therewith, and, on the other hand, also encompasses changes and modifications of the structures and methods described which are obvious to the person skilled in the art. Therefore, it is intended to cover all such changes and modifications insofar as they come within the scope of the invention as defined in the appended claims, and equivalents of the scope of protection of the claims.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: MessvorrichtungMeasuring device
1212: TestoberflächeTest surface
1414th: Objektobject
1616: BeleuchtungseinrichtungLighting device
1818th: MessstrahlungMeasuring radiation
2020th: StrahlenteilerBeam splitter
2222nd: InterferenzobjektivInterference lens
2424: ErfassungseinrichtungDetection device
2626th: Leuchtdiodelight emitting diode
2828: MattscheibeScreen
3030th: KondensorlinseCondenser lens
3232: optische Achseoptical axis
3434: ObjektivlinseObjective lens
3636: StrahlaufspaltelementJet splitting element
3838: MesswelleMeasuring shaft
4040: ReferenzwelleReference wave
4242: ReferenzspiegelReference mirror
4444: Linselens
4646: ErfassungsebeneAcquisition level
4848: Detektordetector
5050: Verschiebungshift
5252: PhasenschiebeeinrichtungPhase shifter
5454: PiezosystemPiezo system
5656: Steuerungcontrol
5858: AuswerteeinrichtungEvaluation device
6060: erster Satz Interferenzmusterfirst set of interference patterns
6262: Interferenzmuster des ersten SatzesFirst sentence interference pattern
6464: zweiter Satz Interferenzmustersecond set of interference patterns
6666: Interferenzmuster des zweiten SatzesSecond set of interference patterns
6868: Gesamtstapel InterferenzmusterTotal stack of interference patterns
7070: erster Satz Interferenzmusterfirst set of interference patterns
7272: zweiter Satz Interferenzmustersecond set of interference patterns
7474: erstes Zwischenergebnis der Form der Testoberflächefirst intermediate result of the shape of the test surface
7676: zweites Zwischenergebnis der Form der Testoberflächesecond intermediate result of the shape of the test surface
7878: Endergebnis der Form der TestoberflächeFinal result of the shape of the test surface

Claims

Measuring device (10) for interferometric measurement of a shape of a test surface (12), comprising: - a beam splitting element (36) for splitting a measuring radiation (18) into a measuring shaft (38) directed onto the test surface (12) and a reference shaft (40), - A detector (48) for recording an interference pattern (62, 66) generated by superimposing the reference wave (40) on the measuring wave (38) after its reflection on the test surface (12), - A phase shifting device (52) for generating different phase differences between the measuring shaft (38) and the reference shaft (40) at the location of the detector (48), and - An evaluation device (58) for determining the shape of the test surface (12) by calculating a first set (60, 70) of interference patterns with at least a second set (64, 72) of interference patterns, each set (60, 64, 70, 72) has at least eight interference patterns (62, 66) generated each with different phase differences and the phase differences of the second set (64, 72) have a respective offset with respect to the phase differences of the first set (60, 70).

Measuring device according to Claim 1 , wherein the evaluation device is configured to determine the shape of the test surface first of all from each of the sets of interference patterns to determine an intermediate result of the shape of the test surface and then to calculate the intermediate results.

Measuring device according to Claim 1 or 2 , the respective offset being at least one eighth of the wavelength of the measuring radiation (18).

Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the phase differences of each set (60, 64, 70, 72) of interference patterns extend over a range of at least once the wavelength of the measuring radiation (18).

Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the measuring device (10) is configured to record the second set (64) of interference patterns only after the first set (60) of interference patterns has been recorded.

Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the measuring device (10) is configured to record a total stack (68) of interference patterns relating to the two sets by changing the phase difference step by step in the same direction and, from the total stack (68), the two sets (70, 72) to assemble at interference patterns.

Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the phase shifting device (52) is configured to generate the different phase differences between the measuring shaft (38) and the reference wave (40) by changing the optical path length of the measuring shaft (38).

Measuring device according to one of the preceding claims, which further comprises an interference lens (22) which is configured to focus the measuring shaft (38) on the test surface (12).

Measuring device according to Claim 8 wherein the interference objective (22) comprises a reference mirror (42) for reflecting the reference wave (40) and the phase shifting device (52) is configured to move the interference objective (22).

Measuring device according to one of the preceding claims, which is configured as a phase shift interferometer or as a white light interferometer.

Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the evaluation device (58) is further configured to at least partially subtract existing interference patterns by means of polynomial adaptation after calculating the interference patterns (62, 66).

Method for interferometric measurement of a shape of a test surface (12) with the steps: Splitting of a measuring radiation (18) into a measuring wave (38) directed onto the test surface (12) and a reference wave (40), - generating different phase differences between the measuring wave (38) and the reference wave (40) at the location of a detector (48), - Recording of a first set (60, 70) of interference patterns and at least one second set (64, 72) of interference patterns, each generated by superimposing the reference wave (40) with the measuring wave (38) after it is reflected on the test surface (12) each set (60, 64, 70, 72) having at least eight interference patterns (62, 66) generated with different phase differences, and the phase differences of the second set (64, 72) compared to the phase differences of the first set (60, 70) have a respective offset, and - determining the shape of the test surface (12) by offsetting the first set (60, 70) of interference patterns with the at least second set (64, 72) of interferers nzmustern.