DE102020205891A1

DE102020205891A1 - Verfahren und Messvorrichtung zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche

Info

Publication number: DE102020205891A1
Application number: DE102020205891.1A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Fuchs; Jochen Hetzler; Hans Michael Stiepan
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-05-11
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2021-11-11
Also published as: WO2021228723A1

Abstract

Ein Verfahren zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) umfasst die Schritte: Erzeugen einer Prüfwelle (34) sowie mindestens zweier Kalibrierwellen (36-1, 36-2) mittels eines diffraktiven optischen Elements (32) aus einer Eingangswelle (18), wobei die Prüfwelle eine zumindest teilweise an eine Sollform der Oberfläche des Testobjekts angepasste Wellenfront aufweist und die Kalibrierwellen jeweils eine sphärische Wellenfront aufweisen, Bereitstellen einer Kalibriersphäre (52), nacheinander Anordnen der Kalibriersphäre in einem jeweiligen Strahlengang jeder der mindestens zwei Kalibrierwellen (36-1, 36-2) sowie jeweiliges Ermitteln von Kalibrierabweichungen des diffraktiven optischen Elements aus den Kalibrierwellen nach jeweiliger Reflexion an der Kalibriersphäre, sowie interferometrisches Vermessen der Form der Oberfläche des Testobjekts mittels der Prüfwelle unter Berücksichtigung der ermittelten Kalibrierabweichungen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Messvorrichtung zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts.
Zur hochgenauen Bestimmung einer Oberflächenform eines Testobjekts, wie beispielsweise einer asphärischen Fläche oder einer Freiformfläche eines optischen Elements für die Mikrolithographie, sind interferometrische Messanordnungen mit einem diffraktiven optischen Element bekannt. Das diffraktive optische Element ist zum Beispiel als computergeneriertes Hologramm (CGH) ausgebildet und derart konfiguriert, dass es eine Prüfwelle mit einer an die Sollform der Oberfläche angepassten Wellenfront erzeugt. Hierfür notwendige diffraktive Strukturen können durch eine rechnergestützte Simulation der Messvorrichtung zusammen mit der Solloberfläche ermittelt und anschließend auf einem Substrat als CGH hergestellt werden. Durch eine Überlagerung der von der Oberfläche reflektierten Prüfwelle mit einer Referenzwelle lassen sich Abweichungen von der Sollform sehr genau bestimmen.
Herkömmlicherweise wird eine solche Messanordnung als Fizeau-Interferometer mit einem Fizeau-Element zum Aufteilen einer Lichtwelle in eine Prüfwelle und eine Referenzwelle konfiguriert. Die Prüfwelle wird anschließend von dem CGH in eine Prüfwelle mit einer an die Sollform der zu vermessenden Oberfläche angepassten Wellenfront transformiert. Die von der Oberfläche reflektierte Prüfwelle wird von dem CGH zurücktransformiert und nach erneutem Durchlaufen des Fizeau-Elements mit der Referenzwelle überlagert.
Bei einer Bestimmung der Oberflächenform können bekannte Fehler des CGHs, wie beispielsweise Störungen der CGH-Oberfläche, sogenannte Substratfehler, oder infolge von Verzeichnungen der CGH-Strukturen resultierende Fehler berücksichtigt und heraus gerechnet werden. Entscheidend für die Genauigkeit der Oberflächenvermessung ist somit eine möglichst genaue Kalibrierung der Messvorrichtung. Dazu werden bei bekannten Messvorrichtungen Interferogramme von einem oder mehreren Kalibrierspiegeln ausgewertet, um Störungen durch Justage- oder Passefehler in der Messanordnung von dem eigentlichen Messsignal zu trennen.
In DE 10 2018 203 795 A1 wird ein Kalibrierverfahren beschrieben, bei dem zwei sphärische Kalibrierwellen und jeweils daran angepasste Kalibrierspiegel zum Einsatz kommen. Die Messvorrichtung wird jedoch sehr aufwändig, da für jedes Testobjekt mehrere Kalibriersphären hergestellt und im Messaufbau integriert werden müssen.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere der Aufwand bei der Kalibrierung der Messvorrichtung verringert werden kann.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts mit den Schritten: Erzeugen einer Prüfwelle sowie mindestens zweier Kalibrierwellen mittels eines diffraktiven optischen Elements aus einer Eingangswelle, wobei die Prüfwelle eine zumindest teilweise an eine Sollform der Oberfläche des Testobjekts angepasste Wellenfront aufweist und die Kalibrierwellen jeweils eine sphärische Wellenfront aufweisen, Bereitstellen einer Kalibriersphäre, nacheinander Anordnen der Kalibriersphäre in einem jeweiligen Strahlengang jeder der mindestens zwei Kalibrierwellen sowie jeweiliges Ermitteln von Kalibrierabweichungen des diffraktiven optischen Elements aus den Kalibrierwellen nach jeweiliger Reflexion an der Kalibriersphäre. Weiterhin umfasst das Verfahren ein interferometrisches Vermessen der Form der Oberfläche des Testobjekts mittels der Prüfwelle unter Berücksichtigung der ermittelten Kalibrierabweichungen.
Mit anderen Worten wird dieselbe Kalibriersphäre zum Vermessen jeder der mindestens zwei Kalibrierwellen verwendet. Unter einer Kalibriersphäre wird in diesem Zusammenhang ein Kalibrierobjekt mit einer sphärischen Oberfläche verstanden, deren Krümmungsradius kleiner als 1 km, insbesondere kleiner als 100 m oder kleiner als 10 m ist. Weiterhin wird unter einer Kalibrierwelle mit sphärischer Wellenfront im Sinne dieses Textes eine Welle verstanden, deren imaginärer Quellpunkt höchstens 1 km, insbesondere höchstens 100 m oder höchstens 10 m von dem diffraktiven optischen Element beabstandet ist. Der imaginäre Quellpunkt entspricht dem Mittelpunkt einer der sphärischen Wellenfront zugeordneten Sphäre. Weiterhin wird unter einer Kalibrierwelle mit sphärischer Wellenfront eine Welle verstanden, welche im für die Wechselwirkung mit der Kalibriersphäre vorgesehenen Flächenbereich eine maximale Abweichung von einer bestangepassten Sphäre von höchstens 100 nm, insbesondere von höchstens 20 nm bzw. von höchstens 5 nm aufweist.
Die Kalibrierwellen unterscheiden sich insbesondere durch ihre Ausbreitungsrichtung voneinander. Das Ermitteln der Kalibrierabweichungen erfolgt insbesondere durch interferometrische Überlagerung der jeweiligen reflektierten Kalibrierwelle mit einer Referenzwelle. Die Berücksichtigung der ermittelten Kalibrierabweichungen beim interferometrischen Vermessen der Oberflächenform des Testobjekts erfolgt insbesondere durch die Vornahme einer Korrektur des interferometrischen Messergebnisses auf Grundlage der Kalibrierabweichungen. Die Ermittlung der Kalibrierabweichungen erfolgt insbesondere durch Überlagerung einer Referenzwelle mit der entsprechenden Kalibrierwelle nach Reflexion an der betreffenden Kalibriersphäre. Die interferometrische Vermessung erfolgt weiterhin insbesondere durch Überlagerung der Prüfwelle mit der Referenzwelle.
Durch das erfindungsgemäße nacheinander Anordnen derselben Kalibriersphäre im jeweiligen Strahlengang jeder der mindestens zwei Kalibrierwellen kann darauf verzichtet werden, für jede Kalibrierwelle eine eigene Kalibriersphäre zu fertigen und in den Messaufbau zu integrieren. Damit wird der räumliche und kostenmäßige Aufwand bei der Durchführung der interferometrischen Vermessung erheblich verringert.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Kalibriersphäre beim nacheinander Anordnen derselben im jeweiligen Strahlengang zwischen verschiedenen Kalibrierpositionen verschoben. Mit anderen Worten wird die Kalibriersphäre zunächst an einer ersten Kalibrierposition in einem Strahlengang der ersten Kalibrierwelle und danach durch entsprechendes Verschieben an einer weiteren Kalibrierposition in einem Strahlengang der zweiten Kalibrierwelle angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Kalibriersphäre beim nacheinander Anordnen derselben im jeweiligen Strahlengang zwischen verschiedenen Kippstellungen bewegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist für jeden Einzelstrahl der Kalibrierwellen ein Quellabschnitt definiert, welcher sich vom jeweiligen Mittelpunkt einer der Wellenfront der jeweiligen Kalibrierwelle zugeordneten Sphäre bis zum Schnittpunkt des Einzelstrahls mit dem diffraktiven optischen Element erstreckt, und der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Sphären der beiden Kalibrierwellen weist einen Wert auf, welcher zwischen 0,1% und 50% der Länge des längsten Quellabschnitts aller Einzelstrahlen der beiden Kalibrierwellen liegt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Sphären der beiden Kalibrierwellen zwischen 0,1% und 30%, insbesondere zwischen 0,1% und 20% der Länge des längsten Quellabschnitts aller Einzelstrahlen der beiden Kalibrierwellen. Damit wird die Kalibrierung mittels lediglich einer einzigen Kalibriersphäre erleichtert, da der zur Kalibrierung benötigte räumliche Verschiebebereich reduziert wird. Der Begriff „Einzelstrahl“ bezieht sich auf die in der geometrischen Optik übliche Begriffswahl.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das diffraktive optische Element dazu konfiguriert, mindestens drei Kalibrierwellen mit jeweils einer sphärischen Wellenfront zu erzeugen und der jeweilige Abstand zwischen den Mittelpunkten der Sphären von jeweils zwei der Kalibrierwellen weist einen Wert auf, welcher zwischen 0,1% und 50% der Länge des längsten Quellabschnitts aller Einzelstrahlen der mindestens drei Kalibrierwellen liegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine der Kalibrierwellen als expandierende Welle konfiguriert. Damit liegt der Mittelpunkt einer der Wellenfront der dieser Kalibrierwelle zugeordneten Sphäre eingangswellenseitig hinsichtlich des diffraktiven optischen Elements. Das heißt, das diffraktive optische Element liegt zwischen dem Mittelpunkt und der Kalibiersphäre. Gemäß einer Ausführungsform sind alle Kalibrierwellen als expandierende Wellen konfiguriert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine der Kalibrierwellen als konvergierende Welle konfiguriert. Damit liegt der Mittelpunkt einer der Wellenfront der dieser Kalibrierwelle zugeordneten Sphäre ausgangswellenseitig hinsichtlich des diffraktiven optischen Elements, d.h. der Mittelpunkt liegt entweder zwischen dem diffraktiven optischen Element und der Kalibriersphäre oder weiter von dem diffraktiven optischen Element entfernt als die in der entsprechenden Kalibrierposition angeordnete Kalibriersphäre. Gemäß einer Ausführungsform sind alle Kalibrierwellen als konvergierende Wellen konfiguriert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden durch Beugung aus der Eingangswelle mindestens drei Kalibrierwellen mit jeweils einer sphärischen Wellenfront erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird weiterhin eine Kalibrierwelle mit einer ebenen Wellenfront erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zum interferometrischen Vermessen der Form der Oberfläche des Testobjekts die Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts mit einer Referenzwelle überlagert, wobei die Referenzwelle mittels eines Fizeauelements von der Eingangswelle abgespalten wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zum interferometrischen Vermessen der Form der Oberfläche des Testobjekts die Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts mit einer Referenzwelle überlagert, wobei die Referenzwelle mittels des diffraktiven optischen Elements aus der Eingangswelle erzeugt wird. Die Referenzwelle weist gemäß einer Ausführungsform eine ebene Wellenfront auf und wird an einem ebenen Referenzspiegel reflektiert.
Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einer Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche eines Testobjekts mit einem diffraktiven optischen Element, welches dazu konfiguriert ist, durch Beugung aus einer Eingangswelle eine Prüfwelle mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der Oberfläche des Testobjekts angepassten Wellenfront, eine erste Kalibrierwelle sowie mindestens eine zweite Kalibrierwelle zu erzeugen. Weiterhin umfasst die Messvorrichtung eine Positioniereinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine Kalibriersphäre derart zwischen verschiedenen Kalibrierpositionen zu verschieben, dass die Kalibriersphäre an einer ersten der Kalibrierpositionen in einem Strahlengang der ersten Kalibrierwelle und an einer weiteren der Kalibrierpositionen in einem Strahlengang der zweiten Kalibrierwelle angeordnet ist. Insbesondere ist die Kalibriersphäre mittels der Positioniereinrichtung in allen drei Raumrichtungen verschiebbar.
Gemäß einer Ausführungsform der Messvorrichtung ist die Positioniereinrichtung weiterhin dazu konfiguriert ist, die Kalibriersphäre zu verkippen. Insbesondere ist die Positioniereinrichtung dazu konfiguriert, die Kalibriersphäre derart zu verkippen, dass in den verschiedenen Kalibrierpositionen unterschiedliche Kippstellungen für die Kalibriersphäre eingestellt werden können. Damit kann die zur Ausführung der Kalibrierung in den verschiedenen Kalibrierpositionen benötigte Größe der Kalibriersphäre gering gehalten werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung weiterhin die Kalibriersphäre.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine der Kalibrierwellen als konvergierende Welle konfiguriert und ein Mittelpunkt einer Sphäre, welche der Wellenfront der Kalibrierwelle zugeordnet ist, liegt zwischen dem diffraktiven optischen Element und der an der zugeordneten Kalibrierposition angeordneten Kalibriersphäre.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine der Kalibrierwellen als konvergierende Welle konfiguriert und die an der zugeordneten Kalibrierposition angeordnete Kalibriersphäre ist zwischen dem diffraktiven optischen Element und einem Mittelpunkt einer Sphäre, welche der Wellenfront der Kalibrierwelle zugeordnet ist, angeordnet.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Merkmale können entsprechend auf die erfindungsgemäße Messvorrichtung übertragen werden. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
Figurenliste
Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:

1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche eines Testobjekts mit einer in zwei verschiedenen Kalibrierpositionen angeordneten Kalibriersphäre,
2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche eines Testobjekts mit einer in zwei verschiedenen Kalibrierpositionen angeordneten Kalibriersphäre,
3 in den verschiedenen Kalibrierpositionen mit der Messvorrichtung gemäß 1 beleuchtete Bereiche der Kalibriersphäre,
4 in den verschiedenen Kalibrierpositionen mit der Messvorrichtung gemäß 2 beleuchtete Bereiche der Kalibriersphäre,
5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche eines Testobjekts mit einer in zwei verschiedenen Kalibrierpositionen angeordneten Kalibriersphäre,
6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche eines Testobjekts mit einer in zwei verschiedenen Kalibrierpositionen angeordneten Kalibriersphäre,
7 in den verschiedenen Kalibrierpositionen mit der Messvorrichtung gemäß 5 beleuchtete Bereiche der Kalibriersphäre,
8 in den verschiedenen Kalibrierpositionen mit der Messvorrichtung gemäß 6 beleuchtete Bereiche der Kalibriersphäre,
9 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche eines Testobjekts mit einer in drei verschiedenen Kalibrierpositionen angeordneten Kalibriersphäre,
10 in den verschiedenen Kalibrierpositionen mit der Messvorrichtung gemäß 9 beleuchtete Bereiche der Kalibriersphäre, sowie
11 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche eines Testobjekts.

Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die x-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die z-Richtung nach rechts und die y-Richtung nach 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 umfasst ein Interferometriemodul 15, ein diffraktives optisches Element 32 sowie eine Positioniereinrichtung 50 zum Positionieren einer Kalibriersphäre 52. Das Interferometriemodul 15 enthält eine Strahlungsquelle 16 zum Bereitstellen einer ausreichend kohärenten Messstrahlung 18 in Gestalt einer expandierenden Welle. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Strahlungsquelle 16 einen Wellenleiter 20 mit einer Austrittsfläche, an welcher die expandierende Welle ihren Ursprung hat. Der Wellenleiter 20 ist an ein 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 10 verwendbaren Strahlungsquelle 16 dar. In alternativen Ausführungen kann anstelle des Wellenleiters 20 eine optische Anordnung mit Linsenelementen, Spiegelelementen oder dergleichen zur Bereitstellung einer geeigneten Welle aus der Messstrahlung 18 vorgesehen sein.
Die Messstrahlung 18 durchläuft zunächst einen Strahlteiler 24, einen Kollimator 26 sowie ein Fizeau-Element 28. Der Kollimator 26 wandelt die expandierende Welle der Messstrahlung 18 in eine ebene Welle um. Das Fizeau-Element 28 weist eine Fizeau-Fläche 29 auf, an der ein Teil der eingehenden Messstrahlung 18 als zurücklaufende Referenzwelle 30r reflektiert wird. Die Messvorrichtung 10 gemäß 1 ist damit als Fizeau-Interferometer konfiguriert.
Der Teil der Messstrahlung 18, welcher das Fizeau-Element 28 durchlaufen hat, trifft daraufhin als Eingangswelle 19 auf das diffraktive optische Element 32. Das diffraktive optische Element 32 bildet eine Prüfoptik, welche dazu dient eine Prüfwelle 34 zum Einstrahlen auf die Oberfläche 12 des Testobjekts 14 zu erzeugen. Das diffraktive optische Element 32 der Prüfoptik erzeugt neben der Prüfwelle 34 mehrere Kalibrierwellen 36, im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 aus der auftreffenden Messstrahlung 18. Die Kalibrierwellen 36 weisen jeweils eine sphärische Wellenfront und unterschiedliche Ausbreitungsrichtungen auf. In Projektion auf die Zeichenebene von 1 (x-z-Ebene) weist die Ausbreitungsrichtung der Kalibrierwelle 36-1 leicht nach rechts unten und die Ausbreitungsrichtung der Kalibrierwelle 36-2 leicht nach rechts oben.
Den Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 sind virtuelle Ursprungspunkte 38-1 bzw. 38-2 zugeordnet, welche jeweils dem Mittelpunkt einer der Wellenfront der jeweiligen Kalibrierwelle 36-1 bzw. 36-2 zugeordneten Sphäre entsprechen. In der Ausführungsform gemäß 1 sind die Kalibrierwellen als expandierende Wellen konfiguriert, damit ist das diffraktive optische Element 32 zwischen den virtuellen Ursprungspunkten 38-1 bzw. 38-2 und der Kalibriersphäre 52 angeordnet.
Der virtuelle Ursprungspunkt 38-1 ist in der Projektion auf die Zeichenebene von 1 rechts oberhalb vom Ursprungspunkt 38-2 angeordnet. Der mit dem Bezugszeichen 37 bezeichnete Abstand d zwischen den Ursprungspunkten 38-1 und 38-2 ist in 1 mittels eines Doppelpfeils veranschaulicht, wobei unter d der Abstand zwischen den Ursprungspunkten 38-1 und 38-2 im dreidimensionalen Raum und nicht in Projektion auf die x-z-Ebene gemäß 1 zu verstehen ist.
Das diffraktive optische Element 32 ist als komplex kodiertes CGH ausgebildet und umfasst ein Substrat 35 sowie Beugungsstrukturen, welche an der dem Testobjekt 14 zugewandten diffraktiven Oberfläche 33 des Substrats 35 angeordnet sind. Die Beugungsstrukturen bilden gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform drei in einer Ebene sich überlagernd angeordnete diffraktive Strukturmuster, und zwar jeweils ein diffraktives Strukturmuster für die Prüfwelle 34 sowie die beiden Kalibrierwellen 36-1 und 36-2. Das diffraktive optische Element 32 wird daher auch als dreifach komplex kodiertes computer-generiertes Hologramm (CGH) bezeichnet.
Wie vorstehend erwähnt, ist eines der diffraktiven Strukturmuster zur Erzeugung der Prüfwelle 34 konfiguriert, welche auf das Testobjekt 14 gerichtet ist und eine zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche 12 angepasste Wellenfront aufweist. Die Prüfwelle 34 wird an der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14 reflektiert und läuft als zurücklaufende Prüfwelle 34r zum diffraktiven optischen Element 32 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.
Die anderen diffraktiven Strukturmuster erzeugen die Referenzwellen 36-1 und 36-2 mit der jeweils sphärischen Wellenfront. 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 34 kann dabei beispielsweise in einer ersten Beugungsordnung und die Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 in jeweils einer beliebigen anderen Beugungsordnung an der diffraktiven Struktur erzeugt werden.
Die von der Oberfläche 12 zurücklaufende Prüfwelle 34r durchläuft das diffraktive optische Element 32 erneut und wird dabei abermals gebeugt. Dabei erfolgt eine Rücktransformation der zurücklaufenden Prüfwelle 34r in eine annähernd ebene Welle, wobei deren Wellenfront durch Abweichungen der Oberfläche 12 des Testobjekts von deren Sollform entsprechende Abweichungen von einer ebenen Wellenfront aufweist.
Ferner enthält die Messvorrichtung 10 eine Erfassungseinrichtung 41 mit dem bereits vorstehend erwähnten Strahlteiler 24 zum Herausführen der Kombination aus der zurücklaufenden Prüfwelle 34r und der zurücklaufenden Referenzwelle 30r aus dem Strahlengang der eingestrahlten Messstrahlung 18 und eine Beobachtungseinheit 47 zum Erfassen eines durch Überlagerung der Prüfwelle 34r mit der Referenzwelle 30r erzeugten Interferogramms.
Die zurücklaufende Prüfwelle 34r und die zurücklaufende Referenzwelle 30r treffen als konvergente Strahlen auf den Strahlteiler 24 und werden von diesem in Richtung der Beobachtungseinheit 47 reflektiert. Beide konvergente Strahlen durchlaufen eine Blende 42 sowie ein Okular 44 der Beobachtungseinheit 47 und treffen schließlich auf einen zweidimensional auflösenden Detektor 46 der Beobachtungseinheit 47. Der Detektor 46 kann beispielsweise als CCD-Sensor ausgebildet sein und erfasst ein durch Überlagerung der Prüfwelle 34r mit der Referenzwelle 30r erzeugtes Prüfinterferogramm.
Weiterhin umfasst die Messvorrichtung 10 eine Auswerteeinrichtung 48 zur Bestimmung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14 aus dem erfassten Prüfinterferogramm bzw. mehreren erfassten Prüfinterferogrammen unter Berücksichtigung von nachstehend genauer beschriebenen Kalibrierabweichungen. 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.
Zur Ermittlung der vorstehend erwähnten Kalibrierabweichungen wird die Messvorrichtung 10 in einem Kalibriermodus betrieben. Dies kann vor oder nach der vorstehend beschriebenen interferometrischen Vermessung der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14 erfolgen. Die Ermittlung der Kalibrierabweichungen ermöglicht es, Substratfehler des Substrats 35 sowie infolge von Verzeichnung der an der diffraktiven Oberfläche 33 angeordneten diffraktiven Strukturmuster resultierende Fehler aus dem Oberflächen-Messergebnis herauszurechnen. Mit anderen Worten ermöglicht die Ermittlung der Kalibrierabweichungen, die aufgrund von Form- oder Profilabweichungen der diffraktiven Strukturmuster auftretenden Messfehler zu reduzieren.
Die Konfiguration des diffraktiven optischen Elements 32 sowie das Vorsehen der Positioniereinrichtung 50 zum Verschieben der Kalibriersphäre 52 zwischen verschiedenen Kalibrierpositionen ermöglicht die Ermittlung der Kalibrierabweichungen mittels lediglich einer einzigen Kalibriersphäre. Die dazu verwendete Kalibriersphäre 52 kann Teil der Messvorrichtung 10 sein und fest an der Positioniereinrichtung 50 montiert sein. Alternativ kann die Kalibriersphäre 52 auch abnehmbar an der Positioniereinrichtung 50 befestigt sein, sodass je nach Bedarf eine geeignete Ausfühurungsform der Kalibriersphäre Verwendung finden kann.
Die Beugungsstrukturen des diffraktiven optischen Elements 32 sind zur Erzeugung der Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 mit den nachstehend genauer beschriebenen Eigenschaften konfiguriert. Wie vorstehend erwähnt, sind den Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 jeweils virtuelle Ursprungspunkte 38-1 bzw. 38-2 zugeordnet. Für jeden der von den virtuellen Ursprungspunkten 38-1 und 38-2 ausgehenden Einzelstrahlen 39-1 sowie 39-2 wird ein jeweiliger Quellabschnitt 40 definiert. Dabei erstreckt sich der jeweilige Quellabschnitt 40 von dem entsprechenden Ursprungspunkt 38-1 bzw. 38-2 bis zum jeweiligen Schnittpunkt des betreffenden Einzelstrahls 39-1 bzw. 39-2 mit dem diffraktiven optischen Element 32, insbesondere mit der diffraktiven Oberfläche 33 des diffraktiven optischen Elements 32. Der längste dieser Quellabschnitte ist in 1 mit dem Bezugszeichen 401 bezeichnet und weist die auch mit dem Bezugszeichen 51 bezeichnete Länge I auf.
Der Quotient d/l weist einen Wert von etwa 40% auf, d.h. der Abstand d zwischen den virtuellen Ursprungspunkten 38-1 und 38-2 beträgt etwa 40% der Länge des längsten Quellabschnitts 40l. Diese Konfiguration der Beugungsstrukturen des diffraktiven optischen Elements 32 ermöglicht es, die Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 mittels lediglich einer einzigen Kalibriersphäre 52 auszuwerten und damit den Aufwand bei der Kalibrierung des diffraktiven optischen Elements gering zu halten.
Die Positioniereinrichtung 50 gemäß 1 ist dazu konfiguriert, die Kalibriersphäre 52 zwischen verschiedenen Kalibrierpositionen im dreidimensionalen Raum zu verschieben. Im vorliegenden Fall ist die Positioniereinrichtung 50 dazu eingerichtet, die Kalibriersphäre 52 in drei zueinander orthogonalen Translationsfreiheitsgraden 54x (in x-Richtung), 54y (in y-Richtung) und 54z (in z-Richtung) zu verschieben. Wie in 1 veranschaulicht, kann dabei die Kalibriersphäre 52 aus einer mit durchgezogenen Linien dargestellten ersten Kalibrierposition im Strahlengang der ersten Kalibrierwelle 36-1 in eine mit unterbrochenen Linien dargestellte zweite Kalibrierposition im Strahlengang der zweiten Kalibrierwelle 36-2 verschoben werden.
Im Kalibriermodus wird die Kalibriersphäre 52 zunächst im Strahlengang der ersten Kalibrierwelle 36-1 angeordnet. Die Kalibrierwelle 36-1 durchläuft nach Reflexion an der Kalibriersphäre 52 das diffraktive optische Element 32 und erzeugt nach Reflexion am Strahlteiler 24 auf dem Detektor 46 durch Überlagerung mit der Referenzwelle 30r ein Kalibrierinterferogramm. Durch Auswertung des Kalibrierinterferogramms bestimmt die Auswerteeinrichtung 48 die Abweichung der sphärischen Kalibrierwelle 36-1 von ihrer Sollwellenfront in Gestalt einer idealen sphärischen Welle. Damit wird die tatsächliche Wellenfront der Kalibrierwelle 36-1 mittels der Kalibriersphäre 52 in der ersten Kalibrierposition absolut bestimmt. Die Abweichungen der Kalibrierwelle 36-1 von ihrer Sollwellenfront werden als Kalibrierabweichungen K1 abgespeichert.
Daraufhin wird die Kalibriersphäre 52 mittels der Positioniereinrichtung 50 in die zweite Kalibrierposition verschoben, in der die Kalibriersphäre im Strahlengang der zweiten Kalibrierwelle 36-2 angeordnet. Auch in dieser Position wird ein Kalibrierinterferogramm aufgezeichnet, welches durch Überlagerung der Kalibrierwelle 36-2 nach Reflexion an der Kalibriersphäre 52 mit der Referenzwelle 30r erzeugt wird. Durch Auswertung dieses Kalibrierinterferogramms werden Kalibrierabweichungen K2 der Kalibrierwelle 36-2 von ihrer Sollwellenfront ermittelt. Die Kalibrierabweichungen K1 und K2 werden bei der Ermittlung der Form der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14 aus dem oder den erfassten Prüfinterferogrammen berücksichtigt.
Durch das vorstehend beschriebene Anordnen der Kalibriersphäre 52 zunächst im Strahlengang der ersten Kalibrierwelle 36-1 und das daraufhin erfolgende Verschieben der Kalibriersphäre 52 mittels der Positioniereinrichtung 50 in die zweite Kalibrierposition, in der die Kalibriersphäre im Strahlengang der zweiten Kalibrierwelle 36-2 angeordnet ist, erfolgt ein nacheinander Anordnen der Kalibriersphäre in einem jeweiligen Strahlengang jeder der zwei Kalibrierwellen. Mit anderen Worten bedeutet das nacheinander Anordnen der Kalibriersphäre in dem jeweiligen Strahlengang also ein Anordnen der Kalibriersphäre an einer ersten Kalibrierposition in einem Strahlengang der ersten Kalibrierwelle und an einer weiteren Kalibrierposition in einem Strahlengang der zweiten Kalibrierwelle.
In 2 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Diese Messvorrichtung unterscheidet sich von der Messvorrichtung 10 gemäß 1 lediglich in der Funktionsweise der Positioniereinrichtung 50 und der Größe der Kalibriersphäre 52. In 2 wurde zur Vereinfachung der Zeichnung auf die Darstellung der Prüfwelle 34 sowie des Testobjekts 14 verzichtet. Die Positioniereinrichtung 50 gemäß 2 weist zusätzlich zu den Translationsfreiheitsgraden 54x, 54y und 54z mindestens einen Kippfreiheitsgrad auf. Im veranschaulichten Fall handelt es sich hier um den Kippfreiheitsgrad 56x, welcher eine Kippbewegung der Kalibriersphäre 52 um die in x-Richtung ausgerichtete Kippachse 58 definiert. Neben oder alternativ zum Kippfreiheitsgrad 56x können auch Verkippungen in y-Richtung und/oder z-Richtung vorgesehen sein.
In 2 sowie 4 ist die in einer ersten Kalibrierposition angeordnete Kalibriersphäre 52 im Strahlengang der ersten Kalibrierwelle 36-1 in durchgezogenen Linien und die in einer zweiten Kalibrierposition angeordnete Kalibriersphäre 52 im Strahlengang der zweiten Kalibrierwelle 36-2 in unterbrochenen Linien dargestellt. Zum Übergang von der ersten Kalibrierposition in die zweite Kalibrierposition wird die Kalibriersphäre 52 neben einer entsprechenden Translationsbewegung durch Verkippen bezüglich der Kippachse 58 um den Kippwinkel α (siehe 4) von einer ersten Kippstellung in eine zweite Kippstellung bewegt.
Die Verkippbarkeit der Kalibriersphäre 52 ermöglicht die Ausführung der Kalibriersphäre in einer verringerten Größe, wie in den 3 und 4 veranschaulicht ist. 3 zeigt den in der ersten Kalibrierposition gemäß 1 beleuchteten Bereich 60-1 der Kalibriersphäre 52 sowie den in der zweiten Kalibrierposition gemäß 1 beleuchteten Bereich 60-2 der Kalibriersphäre 52. 4 zeigt den in der ersten Kalibrierposition gemäß 2 beleuchteten Bereich 60-1 der Kalibriersphäre 52 sowie den in der zweiten Kalibrierposition gemäß 2 beleuchteten Bereich 60-2 der Kalibriersphäre. Wie aus den Darstellungen hervorgeht, weist die Kalibriersphäre 52 gemäß 2 bzw. 4 eine geringere Größe als die Kalibriersphäre 52 gemäß 1 bzw. 3 auf. Damit kann die Messvorrichtung 10 in der Ausführungsform gemäß 2 bzw. 4 kompakter ausgeführt werden als in der Ausführungsform gemäß 1 bzw. 3. Die in 2 veranschaulichte Konfiguration der Messvorrichtung 10 mit einer mindestens einen Kippfreiheitsgrad 56x umfassenden Positioniereinrichtung 50 kann auch bei den nachstehend unter Bezug auf die 5, 6, 9 und 11 beschriebenen Ausführungsformen Anwendung finden.
In 5 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Diese Messvorrichtung unterscheidet sich von der Messvorrichtung 10 gemäß 1 lediglich in der Konfiguration des diffraktiven optischen Elements 32 sowie der Größe und dem Krümmungsradius der Kalibriersphäre 52. In 5 wurde zur Vereinfachung der Zeichnung auf die Darstellung der Prüfwelle 34 sowie des Testobjekts 14 verzichtet.
Das diffraktive optische Element 32 gemäß 5 ist dazu konfiguriert, anstatt divergierende Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 wie bei der Ausführungsform gemäß 1, konvergierende Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 zu erzeugen, wobei die betreffenden Konvergenzpunkte in Gestalt der virtuellen Ursprungspunkte 38-1 und 38-2 zwischen dem diffraktiven optischen Element 32 und der in einer der Kalibrierpositionen angeordneten Kalibriersphäre 52 angeordnet sind. Die virtuellen Ursprungspunkte 38-1 und 38-2 entsprechen jeweils dem Mittelpunkt einer der Wellenfront der jeweiligen Kalibrierwelle 36-1 bzw. 36-2 nach Durchlaufen des betreffenden Konvergenzpunktes zugeordneten Sphäre. Der Quotient d/l weist in der veranschaulichten Ausführungsform einen Wert von etwa 25% auf, d.h. der Abstand d zwischen den virtuellen Ursprungspunkten 38-1 und 38-2 beträgt etwa 25% der Länge des längsten Quellabschnitts 40l.
In 6 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Diese Messvorrichtung unterscheidet sich von der Messvorrichtung 10 gemäß 5 lediglich in der Konfiguration des diffraktiven optischen Elements 32 sowie der Größe und der Krümmung der Kalibriersphäre 52.
Das diffraktive optische Element 32 gemäß 6 ist dazu konfiguriert, die konvergierenden Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 derart zu erzeugen, dass die betreffenden Konvergenzpunkte in Gestalt der virtuellen Ursprungspunkte 38-1 und 38-2 auf derjenigen Seite der in einer der Kalibrierpositionen angeordneten Kalibriersphäre 52, welche dem diffraktiven optischen Element 32 entgegengesetzt ist, angeordnet sind. Mit anderen Worten liegen die virtuellen Ursprungspunkte 38-1 und 38-2 jeweils weiter von dem diffraktiven optischen Element 32 entfernt als die in der entsprechenden Kalibrierposition angeordnete Kalibriersphäre 52. Die Quellabschnitte 40 erstrecken sich, wie auch in den anderen Ausführungsformen, vom entsprechenden Ursprungspunkt 38-1 bzw. 38-2 bis zum jeweiligen Schnittpunkt des betreffenden Einzelstrahls 39-1 bzw. 39-2 mit dem diffraktiven optischen Element 32. In 6 sind zur Veranschaulichung die Einzelstrahlen 39-1 bzw. 39-2 jeweils mittels unterbrochener Linien 66-1 bzw. 66-2 bis zum entsprechenden virtuellen Ursprungspunkt 38-1 bzw. 38-2 verlängert. Der Quotient d/l weist einen Wert von etwa 34% auf, d.h. der Abstand d zwischen den virtuellen Ursprungspunkten 38-1 und 38-2 beträgt etwa 34% der Länge des mit dem Bezugszeichen 401 bezeichneten Längsten der Quellabschnitte 40l.
In 7 ist der in der ersten und zweiten Kalibrierposition jeweils beleuchtete Bereich 60-1 und 60-2 der Kalibriersphäre 52 der Ausführungsform gemäß 5 veranschaulicht. In 8 ist analog der in der ersten und zweiten Kalibrierposition jeweils beleuchtete Bereich 60-1 und 60-2 der Kalibriersphäre 52 der Ausführungsform gemäß 6 veranschaulicht. Wie aus den 7 und 8 ersichtlich, überlappen sich die beleuchteten Bereiche 60-1 und 60-2 in der Ausführungsform gemäß 5 stärker als in der Ausführungsform gemäß 6. Trotz der geringeren Überlappung kann die Messvorrichtung gemäß 6 aufgrund der näheren Anordnung der Kalibriersphäre 52 am diffraktiven optischen Element 32 ggf. kompakter ausgeführt werden.
In 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Diese Messvorrichtung unterscheidet sich von der Messvorrichtung 10 gemäß 1 lediglich in der Konfiguration des diffraktiven optischen Elements 32 sowie der Größe und dem Krümmungsradius der Kalibriersphäre 52. In 9 wurde zur Vereinfachung der Zeichnung auf die Darstellung der Prüfwelle 34 sowie des Testobjekts 14 verzichtet.
Das diffraktive opische Element 32 gemäß 9 ist dazu konfiguriert, drei Kalibrierwellen 36-1, 36-2 und 36-3 zu erzeugen. Die virtuellen Ursprungspunkte 38-1, 38-2 und 38-3 sind in der dargestellten Ausführungsform zwischen dem Interferometriemodul 15 und dem diffraktiven optischen Element 32 angeordnet. In alternativen Ausführungformen können die virtuellen Ursprungspunkte 38-1, 38-2 und 38-3 auch analog zu den Ausführungsformen gemäß der 5 und 6 an der bezüglich des diffraktiven optischen Elements 32 dem Interferometriemodul 15 gegenüber liegenden Seite angeordnet sein.
In der in 9 gezeigten Ausführungsform weisen die virtuellen Ursprungspunkte 38-1 und 38-2 einen auch mit dem Bezugszeichen 37-1 bezeichneten Abstand d₁₂, die virtuellen Ursprungspunkte 38-2 und 38-3 einen auch mit dem Bezugszeichen 37-2 bezeichneten Abstand d₂₃ und die virtuellen Ursprungspunkte 38-1 und 38-3 einen auch mit dem Bezugszeichen 37-3 bezeichneten Abstand d₁₃ voneinander auf. Der längste Quellabschnitt der Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 sowie der Kalibrierwellen 36-2 und 36-3 mit der auch mit dem Bezugszeichen 51-1 bezeichneten Länge l₁ ist identisch und mit dem Bezugszeichen 4011 bezeichnet. Der längste Quellabschnitt 40 der Kalibrierwellen 36-1 und 36-3 ist mit dem Bezugszeichen 4012 bezeichnet und weist die auch mit dem Bezugszeichen 51-2 bezeichnete Länge l₂ auf.
Der Quotient d₁₂/l₁ für die Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 beträgt etwa 40%, der Quotient d₁₃/l₂ für die Kalibrierwellen 36-1 und 36-3 etwa 49% und der Quotient d₂₃/l₁ für die Kalibrierwellen 36-2 und 36-3 etwa 34%. In 10 sind die jeweiligen von den Kalibrierwellen 36-1, 36-2 und 36-3 in den unterschiedlichen Kalibrierpositionen beleuchteten Bereiche 60-1, 60-2 und 60-3 auf der Kalibriersphäre 52 veranschaulicht. Wie aus der Figur ersichtlich, überlappen die jeweils aneinander angrenzenden Bereiche 60-1 und 60-2 bzw. 60-2 und 60-3 sowie die Bereiche 60-1 und 60-3.
In 11 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Diese Messvorrichtung unterscheidet sich von der Messvorrichtung 10 gemäß 5 lediglich in der Konfiguration zur Erzeugung der Referenzwelle 30r, welche in der Ausführungsform gemäß 5 an dem im Interferometriemodul 15 angeordneten Fizeauelement 28 erzeugt wird (vgl. 1). In 11 wurde zur Vereinfachung der Zeichnung auf die Darstellung der Prüfwelle 34 sowie des Testobjekts 14 verzichtet.
Das Interferometriemodul 15 in der Messvorrichtung 10 gemäß 11 umfasst im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß 5 kein Fizeau-Element 28. Stattdessen ist ein als reflektives optisches Element ausgebildetes Referenzelement 62 zur Erzeugung der Referenzwelle 30r auf derjenigen Seite des diffraktiven optischen Elements 32, welche dem Interferometermodul 15 entgegengesetzt ist, vorgesehen. Die komplexe Kodierung des diffraktiven optischen Elements 32 ist mit einem weiteren diffraktiven Strukturmuster versehen. Dieses weitere diffraktive Strukturmuster dient der Erzeugung einer Referenzwelle 30 aus der Eingangswelle 19. Das reflektive optische Element 62 ist mit einer optisch wirksamen Fläche in Gestalt einer Reflexionsfläche 64 zur Reflexion der Referenzwelle 30 in die zurücklaufende Referenzwelle 30r versehen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Referenzelement 62 auch als Linse konfiguriert sein, welche in Zusammenwirkung mit einem Spiegel die zurücklaufende Referenzwelle 30r erzeugt. Im Fall einer Linse wird unter der optisch wirksamen Fläche eine mit der Referenzwelle 30 wechselwirkende Linsenoberfläche verstanden.
Das Referenzelement 62 ist in der vorliegenden Ausführungsform als ebener Spiegel zur Rückreflexion der Referenzwelle 30 mit ebener Wellenfront ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform kann die Referenzwelle 30 eine sphärische Wellenfront aufweisen und das Referenzelement 62 als sphärischer Spiegel ausgebildet sein.
Die von der Reflexionsfläche des reflektiven optischen Elements 32 reflektierte zurücklaufende Referenzwelle 30r durchläuft das diffraktive optische Element 32 erneut und wird dabei abermals gebeugt. Dabei erfolgt eine Rücktransformation der zurücklaufenden Referenzwelle 30r in eine annähernd ebene Welle, welche der am Fizeau-Element 28 gemäß 1 in Reflexion erzeugten Welle entspricht. Das diffraktive optische Element 32 dient somit auch zur Überlagerung der zurücklaufenden Prüfwelle 34r bzw. der zurücklaufenden Referenzwellen 36-1 und 36-2 mit der zurücklaufenden Referenzwelle 30r. Die in 11 veranschaulichte Konfiguration der Messvorrichtung 10 mit einem außerhalb des Interferometriemoduls 15 angeordneten reflektiven optischen Element als Referenzelement 62 kann auch bei den vorstehend unter Bezug auf die 1, 6 und 9 beschriebenen Ausführungsformen Anwendung finden.
Weiterhin können in den Ausführungsformen gemäß der 1, 2, 5, 6, 9 oder 11 eine oder mehrere weitere Kalibrierwellen vorgesehen sein, von denen mindestens eine als ebene Wellen konfiguriert ist.
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
15: Interferometriemodul
16: Strahlungsquelle
18: Messstrahlung
19: Eingangswelle
20: Wellenleiter
22: Strahlungserzeugungsmodul
24: Strahlteiler
26: Kollimator
28: Fizeau-Element
29: Fizeau-Fläche
30: Referenzwelle
30r: zurücklaufende Referenzwelle
32: diffraktives optisches Element
33: diffraktive Oberfläche
34: Prüfwelle
35: Substrat
34r: zurücklaufenden Prüfwelle
36-1: erste Kalibrierwelle
36-2: zweite Kalibrierwelle
36-3: dritte Kalibrierwelle
37, 37-1, 37-2, 37-3: Abstand zwischen virtuellen Ursprungspunkten
38-1: virtueller Ursprungspunkt
38-2: virtueller Ursprungspunkt
38-3: virtueller Ursprungspunkt
39-1: Einzelstrahl
39-2: Einzelstrahl
40: Quellabschnitt
40l: längster Quellabschnitt
41: Erfassungseinrichtung
42: Blende
44: Okular
46: Detektor
47: Beobachtungseinheit
48: Auswerteeinrichtung
50: Positioniereinrichtung
51, 51-1, 51-2: Länge des längsten Quellabschnitts
52: Kalibriersphäre
54x, 54y, 54z: Translationsfreiheitsgrade
56x: Kippfreiheitsgrad
58: Kippachse
60-1: beleuchteter Bereich in der ersten Kalibrierposition
60-2: beleuchteter Bereich in der zweiten Kalibrierposition
60-3: beleuchteter Bereich in der dritten Kalibrierposition
62: Referenzelement
64: Reflexionsfläche
66-1: zeichnerische Verlängerung der Einzelstrahlen
66-2: zeichnerische Verlängerung der Einzelstrahlen
α: Kippwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018203795 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) mit den Schritten: - Erzeugen einer Prüfwelle (34) sowie mindestens zweier Kalibrierwellen (36-1, 36-2) mittels eines diffraktiven optischen Elements (32) aus einer Eingangswelle (18), wobei die Prüfwelle eine zumindest teilweise an eine Sollform der Oberfläche des Testobjekts angepasste Wellenfront aufweist und die Kalibrierwellen jeweils eine sphärische Wellenfront aufweisen, - Bereitstellen einer Kalibriersphäre (52), nacheinander Anordnen der Kalibriersphäre in einem jeweiligen Strahlengang jeder der mindestens zwei Kalibrierwellen (36-1, 36-2) sowie jeweiliges Ermitteln von Kalibrierabweichungen des diffraktiven optischen Elements aus den Kalibrierwellen nach jeweiliger Reflexion an der Kalibriersphäre, sowie - interferometrisches Vermessen der Form der Oberfläche des Testobjekts mittels der Prüfwelle unter Berücksichtigung der ermittelten Kalibrierabweichungen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Kalibriersphäre (52) beim nacheinander Anordnen im jeweiligen Strahlengang zwischen verschiedenen Kalibrierpositionen verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Kalibriersphäre beim nacheinander Anordnen im jeweiligen Strahlengang zwischen verschiedenen Kippstellungen bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem für jeden Einzelstrahl (39) der Kalibrierwellen ein Quellabschnitt (40) definiert ist, welcher sich vom jeweiligen Mittelpunkt (38) einer der Wellenfront der jeweiligen Kalibrierwelle zugeordneten Sphäre bis zum Schnittpunkt des Einzelstrahls mit dem diffraktiven optischen Element erstreckt, und der Abstand zwischen (37; 37-1, 37-2, 37-2) den Mittelpunkten (38-1, 38-2; 38-1, 38-2, 38-3) der Sphären der beiden Kalibrierwellen einen Wert aufweist, welcher zwischen 0,1% und 50% der Länge (51; 51-1, 51-2) des längsten Quellabschnitts (401; 40l₁, 4012) aller Einzelstrahlen der beiden Kalibrierwellen liegt.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine der Kalibrierwellen (36-1, 36-2) als expandierende Welle konfiguriert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem mindestens eine der Kalibrierwellen (36-1, 36-2) als konvergierende Welle konfiguriert ist.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem durch Beugung aus der Eingangswelle mindestens drei Kalibrierwellen (36-1, 36-2, 36-3) mit jeweils einer sphärischen Wellenfront erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem weiterhin eine Kalibrierwelle mit einer ebenen Wellenfront erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem zum interferometrischen Vermessen der Form der Oberfläche des Testobjekts die Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts mit einer Referenzwelle überlagert wird, wobei die Referenzwelle mittels eines Fizeauelements von der Eingangswelle abgespalten wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem zum interferometrischen Vermessen der Form der Oberfläche des Testobjekts die Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts mit einer Referenzwelle überlagert wird, wobei die Referenzwelle mittels des diffraktiven optischen Elements aus der Eingangswelle erzeugt wird.
Messvorrichtung (10) zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) mit: - einem diffraktiven optischen Element (32), welches dazu konfiguriert ist, durch Beugung aus einer Eingangswelle (18) eine Prüfwelle (34) mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der Oberfläche des Testobjekts angepassten Wellenfront, eine erste Kalibrierwelle (36-1) sowie mindestens eine zweite Kalibrierwelle (36-2) zu erzeugen, sowie - einer Positioniereinrichtung (50), welche dazu konfiguriert ist, eine Kalibriersphäre (52) derart zwischen verschiedenen Kalibrierpositionen zu verschieben, dass die Kalibriersphäre an einer ersten der Kalibrierpositionen in einem Strahlengang der ersten Kalibrierwelle (36-1) und an einer weiteren der Kalibrierpositionen in einem Strahlengang der zweiten Kalibrierwelle (36-2) angeordnet ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Positioniereinrichtung weiterhin dazu konfiguriert ist, die Kalibriersphäre zu verkippen.
Messvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, welche weiterhin die Kalibriersphäre umfasst.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der mindestens eine der Kalibrierwellen (36-1, 36-2) als konvergierende Welle konfiguriert ist und ein Mittelpunkt (38) einer Sphäre, welche der Wellenfront der Kalibrierwelle zugeordnet ist, zwischen dem diffraktiven optischen Element (32) und der an der zugeordneten Kalibrierposition angeordneten Kalibriersphäre (52) liegt.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei der mindestens eine der Kalibrierwellen (36-1, 36-2) als konvergierende Welle konfiguriert ist und die an der zugeordneten Kalibrierposition angeordnete Kalibriersphäre (52) zwischen dem diffraktiven optischen Element (32) und einem Mittelpunkt (38) einer der Wellenfront der der Kalibrierwelle zugeordneten Sphäre angeordnet ist.