DE102020207946A1 - Measuring device for the interferometric determination of a surface shape - Google Patents

Measuring device for the interferometric determination of a surface shape Download PDF

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Michael Carl
Toralf Gruner
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (10) zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche (12) eines Testobjekts (14). Die Messvorrichtung (10) umfasst eine Bestrahlungseinrichtung (16) zum Generieren einer Eingangswelle (18), sowie ein diffraktives optisches Element (20), welches dazu konfiguriert ist, aus der Eingangswelle (18) eine erste Prüfwelle (22) mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche (12) angepassten Wellenfront zu erzeugen. Weiterhin ist die Messvorrichtung (10) dazu konfiguriert, die erste Prüfwelle (22) auf die optische Oberfläche (12) zu richten sowie eine zweite Prüfwelle (24) zu erzeugen, welche ebenfalls auf die optische Oberfläche (12) gerichtet und beim Auftreffen auf die optische Oberfläche (12) gegenüber der ersten Prüfwelle (22) verkippt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche (12) eines Testobjekts (14).The invention relates to a measuring device (10) for the interferometric determination of the shape of an optical surface (12) of a test object (14). The measuring device (10) comprises an irradiation device (16) for generating an input wave (18) and a diffractive optical element (20) which is configured to generate a first test wave (22) with an at least partially to generate a wave front adapted to the desired shape of the optical surface (12). Furthermore, the measuring device (10) is configured to direct the first test wave (22) onto the optical surface (12) and to generate a second test wave (24) which is also directed to the optical surface (12) and when it hits the optical surface (12) is tilted relative to the first test shaft (22). The invention also relates to a corresponding method for interferometric determination of the shape of an optical surface (12) of a test object (14).

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Verfahren zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts. Als Testobjekt wird beispielsweise ein optisches Element für die Mikrolithographie vermessen. Durch das Bedürfnis nach immer kleineren Strukturen werden in der Mikrolithographie immer höhere Anforderungen an die optischen Eigenschaften von eingesetzten optischen Elementen gestellt. Die optische Oberflächenform dieser optischen Elemente muss daher mit möglichst hoher Genauigkeit bestimmt werden.The invention relates to a measuring device and a method for interferometric determination of a shape of an optical surface of a test object. For example, an optical element for microlithography is measured as a test object. As a result of the need for ever smaller structures, ever higher demands are placed on the optical properties of the optical elements used in microlithography. The optical surface shape of these optical elements must therefore be determined with the highest possible accuracy.

Zur hochgenauen interferometrischen Vermessung optischer Oberflächen bis in den Subnanometerbereich sind interferometrische Messvorrichtungen und Verfahren bekannt, dabei denen ein diffraktives optisches Element aus einer Eingangswelle eine Prüfwelle und eine Referenzwelle erzeugt. Die Wellenfront der Prüfwelle kann durch das diffraktive optische Element derart an eine Solloberfläche des Testobjekts angepasst sein, dass diese an jedem Ort senkrecht auf die Sollform aufträfe und von dieser in sich zurückreflektiert werden würde. Mit Hilfe des durch Überlagerung der reflektierten Prüfwelle und der Referenzwelle gebildeten Interferogramms lassen sich dann Abweichungen von der Sollform bestimmen.For high-precision interferometric measurement of optical surfaces down to the subnanometer range, interferometric measuring devices and methods are known in which a diffractive optical element generates a test wave and a reference wave from an input wave. The wavefront of the test wave can be adapted to a target surface of the test object by the diffractive optical element in such a way that it would impinge perpendicularly on the target shape at any location and would be reflected back by this. With the aid of the interferogram formed by superimposing the reflected test wave and the reference wave, deviations from the nominal shape can then be determined.

So wird beispielsweise in WO 2016/188620 A2 eine Messvorrichtung mit einem komplex kodierten computergenerierten Hologramm (CGH) als diffraktives optisches Element beschrieben. Das CGH erzeugt aus einer Eingangswelle eine auf die zu vermessende Oberfläche gerichtete Prüfwelle mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront und eine ebene Referenzwelle. Die Referenzwelle wird von einem reflektiven optischen Element zum CGH zurückreflektiert. Weiterhin erzeugt das CGH aus der Eingangswelle eine Kalibrierwelle mit ebener Wellenfront und eine Kalibrierwelle mit sphärischer Wellenfront. Die Kalibierwellen werden mittels eines planen und eines sphärischen Kalibrierspiegels in sich zurückreflektiert. Mit Hilfe der Kalibrierwellen erfolgt eine Kalibrierung des CGH. Auf diese Weise lassen sich beispielweise lokale Lageänderungen, wie etwa CGH-Deformationen oder CGH-Verzerrungen, korrigieren und somit Messfehler reduzieren.For example, in WO 2016/188620 A2 describes a measuring device with a complex coded computer-generated hologram (CGH) as a diffractive optical element. From an input wave, the CGH generates a test wave directed onto the surface to be measured with a wave front that is at least partially adapted to a desired shape of the optical surface and a plane reference wave. The reference wave is reflected back to the CGH by a reflective optical element. Furthermore, the CGH generates a calibration wave with a plane wave front and a calibration wave with a spherical wave front from the input wave. The calibration waves are reflected back into themselves by means of a plane and a spherical calibration mirror. The CGH is calibrated with the aid of the calibration shafts. In this way, for example, local changes in position, such as CGH deformations or CGH distortions, can be corrected and measurement errors can thus be reduced.

Ein Problem bei diesen bekannten Messvorrichtungen und Verfahren mit einem diffraktiven optischen Element besteht darin, dass durch eine notwendigerweise dreidimensionale Realisierung von berechneten zweidimensionalen Gitter- oder Hologrammstrukturen unerwünschte Wellenfrontänderungen auftreten können. Diese Wellenfrontänderungen werden auch als „rigorose Effekte“ bezeichnet und lassen sich mit Hilfe der Kalibrierwellen nicht vollständig heraus kalibrieren. Weitere Fehler können durch die verwendeten Kalibrierspiegel auftreten. Diese Umstände verursachen Messfehler bei einer Bestimmung einer Oberflächenform und verringern somit die Messgenauigkeit.A problem with these known measuring devices and methods with a diffractive optical element is that undesired wavefront changes can occur due to a necessarily three-dimensional realization of calculated two-dimensional grating or hologram structures. These wavefront changes are also referred to as “rigorous effects” and cannot be completely calibrated out with the aid of the calibration waves. Further errors can occur due to the calibration mirror used. These circumstances cause measurement errors when determining a surface shape and thus reduce the measurement accuracy.

Zugrunde liegende AufgabeUnderlying task

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere die Messgenauigkeit bei einer Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche erhöht wird.It is an object of the invention to provide a measuring device and a method with which the aforementioned problems are solved and, in particular, the measuring accuracy when determining the shape of an optical surface is increased.

Erfindungsgemäße LösungSolution according to the invention

Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Messvorrichtung zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts, welche eine Bestrahlungseinrichtung zum Generieren einer Eingangswelle sowie ein diffraktives optisches Element umfasst. Das diffraktive optische Element ist dazu konfiguriert, aus der Eingangswelle eine erste Prüfwelle mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront zu erzeugen. Die Messvorrichtung ist weiterhin dazu konfiguriert, die erste Prüfwelle auf die optische Oberfläche zu richten sowie eine zweite Prüfwelle zu erzeugen, welche ebenfalls auf die optische Oberfläche gerichtet und beim Auftreffen auf die optische Oberfläche gegenüber der ersten Prüfwelle verkippt ist.According to the invention, the aforementioned object can be achieved, for example, with a measuring device for interferometric determination of a shape of an optical surface of a test object, which comprises an irradiation device for generating an input wave and a diffractive optical element. The diffractive optical element is configured to generate a first test wave from the input wave with a wave front that is at least partially adapted to a nominal shape of the optical surface. The measuring device is also configured to direct the first test wave onto the optical surface and to generate a second test wave which is also directed onto the optical surface and is tilted relative to the first test wave when it hits the optical surface.

Die Bestrahlungseinrichtung stellt insbesondere eine für interferometrische Messungen ausreichend kohärente elektromagnetische Strahlung in einer oder mehreren verschiedenen Wellenlängen bereit. Dazu kann die Bestrahlungseinrichtung zum Beispiel einen geeigneten Laser umfassen. Weiterhin können kohärente Eingangswellen über eine von der Messvorrichtung umfasste Anordnung mit Linsen, Spiegeln, Faserelementen oder einer Kombination dieser Elemente bereitgestellt werden. Zur Reduktion von Speckle-Effekten ist außerdem ein nicht verschwindender Lichtleitwert des Interferometers vorteilhaft, derart, dass lokal am diffraktiven optische Element näherungsweise eine Beleuchtung durch ebene (also kohärente) Wellen vorliegt, wobei verschiedene Beleuchtungsrichtungen zueinander inkohärent sind und nur kleine Winkeldifferenzen aufweisen. Das Maximum der Winkeldifferenz der Bestrahlung an einem Punkt des diffraktiven optischen Elements definiert die Beleuchtungs-NA des Systems. Für einige Ausführungsformen liegt die Beleuchtungs-NA in der Größenordnung von 1 mrad, für andere sind jedoch kleinere Beleuchtungs-NAs vorteilhaft.In particular, the irradiation device provides electromagnetic radiation that is sufficiently coherent for interferometric measurements in one or more different wavelengths. For this purpose, the irradiation device can comprise a suitable laser, for example. Furthermore, coherent input waves can be provided via an arrangement comprised by the measuring device with lenses, mirrors, fiber elements or a combination of these elements. To reduce speckle effects is In addition, a non-vanishing light conductance value of the interferometer is advantageous such that there is approximately an illumination by plane (i.e. coherent) waves locally on the diffractive optical element, with different illumination directions being incoherent to one another and only having small angle differences. The maximum of the angle difference of the irradiation at a point of the diffractive optical element defines the illumination NA of the system. For some embodiments the illumination NA is on the order of 1 mrad, but for others smaller illumination NAs are advantageous.

Das diffraktive optische Element umfasst zum Beispiel ein computergeneriertes Hologramm (CGH) zum Erzeugen der ersten, der zweiten oder beider Prüfwellen. Ein computergeneriertes Hologramm wird durch Berechnen einer geeigneten Linienstruktur als diffraktive Struktur unter Verwendung eines Computers und geeigneter Verfahren, zum Beispiel Strahlenverfolgung, und anschließendes Schreiben der berechneten Linienstruktur auf oder in die Oberfläche eines Substrats erzeugt.The diffractive optical element comprises, for example, a computer-generated hologram (CGH) for generating the first, the second or both test waves. A computer-generated hologram is generated by calculating a suitable line structure as a diffractive structure using a computer and suitable methods, for example ray tracing, and then writing the calculated line structure on or in the surface of a substrate.

Die erste Prüfwelle kann bei Erzeugung am diffraktiven optischen Element direkt auf die optische Oberfläche gerichtet sein oder nach deren Erzeugung von einem weiteren optischen Element der Messvorrichtung auf die optische Oberfläche gerichtet werden. Die zweite Prüfwelle wird im Folgenden auch als gescherte Prüfwelle bezeichnet und beispielsweise mit Hilfe des diffraktiven optischen Elements oder eines oder mehrerer weiterer optischer Elemente der Messvorrichtung erzeugt. Auch bei der zweiten Prüfwelle kann die Ausrichtung auf die zu vermessende optische Oberfläche bei der Erzeugung oder erst danach mittels einem oder mehrerer geeigneter optischer Elemente der Messvorrichtung erfolgen.When generated on the diffractive optical element, the first test wave can be directed directly onto the optical surface or, after it has been generated, be directed onto the optical surface by a further optical element of the measuring device. The second test wave is also referred to below as a sheared test wave and is generated, for example, with the aid of the diffractive optical element or one or more further optical elements of the measuring device. In the case of the second test shaft, too, the alignment with the optical surface to be measured can take place during generation or only afterwards by means of one or more suitable optical elements of the measuring device.

Die erfindungsgemäße Lösung verringert den Einfluss rigoroser Effekte auf die Messung. Rigorose Effekte sind auf das Problem zurückzuführen, dass die Wirkung eines Beugungsgitters bei hohen Liniendichten, bei denen eine Gitterperiode nicht wesentlich größer ist als die Wellenlänge der verwendeten Strahlung, mit einer einfachen Beugungstheorie schwer vorhersagbar ist. Ferner haben auch fertigungsbedingte Parameter des Gitters, wie etwa Steghöhe, Flankensteilheit und Rundungen von Kanten einen Einfluss auf die Wirkung des Gitters. Derartige Einflüsse sind nicht alleine durch die Gitterperiode definiert und werden in dem vorliegenden technischen Feld auch als rigorose Effekte bezeichnet.The solution according to the invention reduces the influence of rigorous effects on the measurement. Rigorous effects are due to the problem that the effect of a diffraction grating at high line densities, where a grating period is not significantly greater than the wavelength of the radiation used, is difficult to predict with a simple diffraction theory. Furthermore, production-related parameters of the grille, such as the web height, flank steepness and rounding of edges, have an influence on the effect of the grille. Such influences are not only defined by the grating period and are also referred to as rigorous effects in the technical field at hand.

Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung umfasst die Messvorrichtung weiterhin eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Interferogramms, welches durch Überlagerung der beiden Prüfwellen nach jeweiliger Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche erzeugt wird. Beispielsweise enthält die Erfassungsvorrichtung eine Kamera, etwa eine CCD-Kamera, zum Erfassen eines in einer Erfassungsebene der Messvorrichtung durch Überlagerung der beiden Prüfwellen erzeugten Interferogramms.According to one embodiment according to the invention, the measuring device further comprises a detection device for detecting an interferogram which is generated by superimposing the two test waves after the respective interaction with the optical surface. For example, the detection device contains a camera, for example a CCD camera, for detecting an interferogram generated in a detection plane of the measuring device by superimposing the two test waves.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die zweite Prüfwelle beim Auftreffen auf die optische Oberfläche gegenüber der ersten Prüfwelle um maximal 1 mrad, insbesondere um maximal 0,1 mrad, verkippt. Insbesondere ist die zweite Prüfwelle nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform bei der optischen Oberfläche um maximal 0,1 mrad gegenüber der ersten Prüfwelle verkippt.According to a further embodiment according to the invention, when it hits the optical surface, the second test shaft is tilted by a maximum of 1 mrad, in particular by a maximum of 0.1 mrad, with respect to the first test shaft. In particular, according to an embodiment of the invention, the second test shaft is tilted at the optical surface by a maximum of 0.1 mrad with respect to the first test shaft.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung weiterhin eine Steuerungsvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, während der Durchführung eines Messvorgangs das Testobjekt nacheinander in mehreren Kippstellungen anzuordnen. Hierfür umfasst die Messvorrichtung zum Beispiel eine entsprechend verkippbare Halteeinrichtung zum Halten des Testobjekts. Vorzugsweise umfasst die Halteeinrichtung geeignet ausgebildete Aktuatoren, wie beispielsweise Piezoelemente, zum Kippen der Haltevorrichtung in eine bestimmte Kippstellung.In one embodiment according to the invention, the measuring device further comprises a control device which is configured to arrange the test object one after the other in a plurality of tilted positions while a measuring process is being carried out. For this purpose, the measuring device comprises, for example, a correspondingly tiltable holding device for holding the test object. The holding device preferably comprises suitably designed actuators, such as piezo elements, for tilting the holding device into a specific tilted position.

Durch die Anordnung des Testobjekts in den unterschiedlichen Kippstellungen erfolgt ein sogenanntes „Phasenschieben“. Dabei werden in aufeinanderfolgenden Phasenschritten unterschiedliche Phasendifferenzen zwischen der Prüfwelle und der gescherten Prüfwelle erzeugt. Die bei den einzelnen Phasenschritten erzeugten Interferogramme werden mittels der Erfassungseinrichtung aufgezeichnet.By arranging the test object in the different tilt positions, a so-called "phase shift" occurs. Different phase differences are generated between the test shaft and the sheared test shaft in successive phase steps. The interferograms generated in the individual phase steps are recorded by means of the detection device.

Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Auswerteeinrichtung, welche aus den bei einem Phasenschieben in einer Kipprichtung erzeugten Interferogrammen die Ableitungen der Formabweichung des Testobjekts von der Sollform entlang der Richtung des Phasenschiebens berechnet. Durch Integration der Ableitungen mittels der Auswerteeinrichtung wird anschließend die Formabweichung des Testobjekts in der genannten Richtung bestimmt.One embodiment of the invention comprises an evaluation device which calculates the derivatives of the form deviation of the test object from the nominal form along the direction of the phase shift from the interferograms generated during a phase shift in a tilting direction. By integrating the derivations by means of the evaluation device, the form deviation of the test object is then determined in the direction mentioned.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Phasenschieben in zwei verschiedenen Richtungen, insbesondere in zwei zueinander orthogonalen Richtungen, wobei für jede der Richtungen ein eigenes diffraktives optisches Element in der Messvorrichtung angeordnet ist. Durch Integration aller resultierenden Ableitungen mittels einer geeignet konfigurierten Auswerteeinrichtung wird daraufhin die Formabweichung des Testobjekts in beide Richtungen und somit zweidimensional bestimmt.According to a further embodiment, the phase shifting takes place in two different directions, in particular in two mutually orthogonal directions, with a separate one for each of the directions diffractive optical element is arranged in the measuring device. By integrating all the resulting derivations by means of a suitably configured evaluation device, the form deviation of the test object is then determined in both directions and thus two-dimensionally.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Messvorrichtung beziehen sich die Kippstellungen des Testobjekts auf eine Testobjekt-Kippachse, die parallel oder im spitzen Winkel zu einer Prüfwellen-Kippachse angeordnet ist, worauf sich die Verkippung der beiden Prüfwellen zueinander beim Auftreffen auf die optische Oberfläche bezieht. Insbesondere ist der Winkel zwischen der Kippachse des Testobjekts und der Kippachse der Prüfwellen kleiner als 45° oder kleiner als 10°. Durch ein Kippen des Testobjekts in Scherrichtung, also in Richtung der Verkippung der beiden Prüfwellen zueinander, lässt sich ein Phasenschieben und somit ein einstellbarer Phasenoffset zwischen den interferierenden Feldern realisieren. Das Phasenschieben wird zur Umrechnung der Streifen-Interferenzbilder in Phasen oder deren Ableitung verwendet.In an embodiment of the measuring device according to the invention, the tilt positions of the test object relate to a test object tilt axis which is arranged parallel or at an acute angle to a test shaft tilt axis, to which the tilt of the two test shafts to each other when they hit the optical surface relates. In particular, the angle between the tilt axis of the test object and the tilt axis of the test shafts is less than 45 ° or less than 10 °. By tilting the test object in the shear direction, that is to say in the direction of tilting the two test shafts relative to one another, a phase shift and thus an adjustable phase offset between the interfering fields can be implemented. Phase shifting is used to convert the fringe interference images into phases or to derive them.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die zweite Prüfwelle gegenüber der ersten Prüfwelle bezüglich einer ersten Prüfwellen-Kippachse verkippt und die Messvorrichtung weiterhin dazu konfiguriert, eine dritte Prüfwelle zu erzeugen, welches ebenfalls auf die optische Oberfläche gerichtet ist und beim Auftreffen auf die optische Oberfläche gegenüber der ersten Prüfwelle bezüglich einer zweiten Prüfwellen-Kippachse verkippt ist. Bei einer Ausführungsvariante weicht die zweite Prüfwellen-Kippachse mindestens 45° von der ersten Prüfwellen-Kippachse ab. Insbesondere kann die Messvorrichtung derart konfiguriert sein, dass die beiden Prüfwellen-Kippachsen zueinander orthogonal sind. Mittels einer Kombination der gemessenen Abweichungen der Oberflächenform des Testobjekts von der Sollform in den beiden unterschiedlichen Scherrichtungen lässt sich eine zweidimensionale Passeabweichung bestimmen.According to a further embodiment of the invention, the second test shaft is tilted relative to the first test shaft with respect to a first test shaft tilting axis and the measuring device is further configured to generate a third test wave which is also directed at the optical surface and when it hits the optical surface is tilted relative to the first test shaft with respect to a second test shaft tilt axis. In one embodiment variant, the second test shaft tilting axis deviates at least 45 ° from the first test shaft tilting axis. In particular, the measuring device can be configured in such a way that the two test shaft tilting axes are orthogonal to one another. A two-dimensional fit deviation can be determined by combining the measured deviations of the surface shape of the test object from the nominal shape in the two different shear directions.

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Messvorrichtung umfasst weiterhin mindestens einen Kalibierspiegel und das diffraktive optische Element ist dazu konfiguriert, aus der Eingangswelle eine auf den Kalibrierspiegel gerichtete Kalibrierwelle zu erzeugen. Dabei kann die Kalibrierwelle direkt auf den Kalibrierspiegel gerichtet sein oder von einem weiteren optischen Element der Messvorrichtung auf den Kalibrierspiegel gelenkt werden. Die Kalibrierwelle dient vorzugsweise dazu, Verzerrungen der Beugungsstrukturen des diffraktiven optischen Elements gegenüber einer Sollkonfiguration zu detektieren. Mittels dieser Information werden die durch die Verzerrungen erzeugten Fehler bei der Bestimmung der Form der optischen Oberfläche des Testobjekts heraus gerechnet. Insbesondere umfasst die Messvorrichtung bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform drei Kalibrierspiegel und das diffraktive optische Element ist dazu konfiguriert, aus der Eingangswelle drei Kalibrierwellen zu erzeugen, welche jeweils auf einen der drei Kalibrierspiegel gerichtet sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kalibrierwellen jeweils sphärische Wellen.An embodiment of the measuring device according to the invention furthermore comprises at least one calibration mirror and the diffractive optical element is configured to generate a calibration wave directed onto the calibration mirror from the input wave. The calibration shaft can be directed directly onto the calibration mirror or be directed onto the calibration mirror by a further optical element of the measuring device. The calibration wave is preferably used to detect distortions of the diffraction structures of the diffractive optical element with respect to a target configuration. Using this information, the errors generated by the distortions when determining the shape of the optical surface of the test object are calculated out. In particular, in one embodiment according to the invention, the measuring device comprises three calibration mirrors and the diffractive optical element is configured to generate three calibration waves from the input wave, which are each directed to one of the three calibration mirrors. According to a further embodiment, the calibration waves are each spherical waves.

Bei einer Ausführungsform nach der Erfindung ist die Bestrahlungseinrichtung dazu konfiguriert, die Eingangswelle mit einer derartigen optischen Frequenzverteilung zu generieren, dass die beiden Prüfwellen bei Wechselwirkung der Eingangswelle mit dem diffraktiven optischen Element aus zwei unterschiedlichen optischen Frequenzen der Eingangswelle erzeugt werden. Mit anderen Worten weist die frequenzaufgelöste Intensitätsverteilung der Eingangswelle jeweils ein Maximum an zwei unterschiedlichen Frequenzen auf. Vorzugsweise ist das Verhältnis zwischen Frequenzabstand der beiden benachbarten Frequenzen zur Frequenz kleiner als 10-4. Die unterschiedliche Frequenz führt zu einer Aufspaltung der Eingangswelle an dem diffraktiven optischen Element in eine Prüfwelle mit einer ersten Frequenz und eine zu dieser gescherten Prüfwelle mit einer zweiten Frequenz. Der Winkel zwischen den Ausbreitungsrichtungen der Prüfwelle und der gescherten Prüfwelle hängt von der Wellenlänge, einer Gitterkonstanten des diffraktiven Elements und dem Verhältnis zwischen Frequenzabstand und Frequenz ab. Ferner weist die Eingangswelle bei beiden Frequenzen eine ausreichende Kohärenz für eine interferometrische Messung auf.In one embodiment according to the invention, the irradiation device is configured to generate the input wave with such an optical frequency distribution that the two test waves are generated from two different optical frequencies of the input wave when the input wave interacts with the diffractive optical element. In other words, the frequency-resolved intensity distribution of the input wave has a maximum of two different frequencies. The ratio between the frequency spacing of the two adjacent frequencies to the frequency is preferably less than 10 -4 . The different frequency leads to a split of the input wave at the diffractive optical element into a test wave with a first frequency and a test wave sheared in relation to this with a second frequency. The angle between the directions of propagation of the test wave and the sheared test wave depends on the wavelength, a lattice constant of the diffractive element and the relationship between frequency spacing and frequency. Furthermore, the input wave has sufficient coherence for an interferometric measurement at both frequencies.

Hierfür umfasst die Bestrahlungseinrichtung der Messvorrichtung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einen Frequenzkammgenerator zur Erzeugung der optischen Frequenzverteilung. Der Frequenzkammgenerator umfasst beispielsweise einen gepulsten Femtosekundenlaser. Ein solcher Laser erzeugt Lichtpulse mit einer Pulsdauer im Femtosekundenbereich. Alternativ kann der Frequenzkammgenerator auch eine lineare optische Kavität mit einem optischen Modulator enthalten oder auf eine andere, dem Fachmann bekannte Art und Weise aufgebaut sein. Ein Frequenzkammgenerator wird beispielsweise in der DE 10 2012 212 663 A1 beschrieben.For this purpose, the irradiation device of the measuring device according to an embodiment according to the invention comprises a frequency comb generator for generating the optical frequency distribution. The frequency comb generator includes, for example, a pulsed femtosecond laser. Such a laser generates light pulses with a pulse duration in the femtosecond range. Alternatively, the frequency comb generator can also contain a linear optical cavity with an optical modulator, or it can be constructed in some other way known to the person skilled in the art. A frequency comb generator is for example in the DE 10 2012 212 663 A1 described.

Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung umfasst das diffraktive optische Element ein komplex kodiertes Phasengitter mit einer ersten Phasenfunktion zur Erzeugung der ersten Prüfwelle und einer zweiten Phasenfunktion zur Erzeugung der zweiten Prüfwelle. Ein komplex kodiertes Phasengitter ist z.B. in DE 10 2012 217 800 A1 beschrieben. Ein derartiges diffraktives optisches Element kann auch als komplex kodiertes CGH bezeichnet werden. Diffraktive Strukturmuster zur Erzeugung der ersten und der zweiten Prüfwelle sind dabei sich überlagernd in einer Ebene angeordnet. Die erste und zweite Prüfwelle können so unterschiedliche Wellenfronten und Ausbreitungsrichtungen aufweisen. Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst das diffraktive optische Element ein komplex kodiertes Quint-CGH zur Erzeugung einer ersten Prüfwelle, einer gescherten Prüfwelle und drei sphärischer Kalibierwellen mit unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen.According to one embodiment according to the invention, the diffractive optical element comprises a complex-coded phase grating with a first phase function for generating the first test wave and a second phase function for generating the second test wave. A complex coded phase grating is for example in DE 10 2012 217 800 A1 described. Such a diffractive optical element can also be considered complex coded CGH. Diffractive structure patterns for generating the first and the second test wave are arranged superimposed on one another in one plane. The first and second test waves can thus have different wave fronts and directions of propagation. According to a further embodiment, the diffractive optical element comprises a complex-coded Quint-CGH for generating a first test wave, a sheared test wave and three spherical calibration waves with different directions of propagation.

Eine Phasenverschiebung zwischen der Prüfwelle und der gescherten Prüfwelle erfolgt beispielweise durch einen Kipp des Testobjekts mittels einer geeignet konfigurierten Halteeinrichtung. Für kleine Scherungen werden im Wesentlichen die Ableitungen der Oberflächenform in Scherrichtung bestimmt. Aus dieser wird mit einer geeigneten Auswerteeinrichtung durch Integration eine Abweichung von einer Sollform des Testobjekts in der genannten Richtung bestimmt. Gegenüber konventioneller Scher-Interferometrie erfolgt eine Scherung bzw. Phasenschiebung im diffraktiven optischen Element und beim Testobjekt ohne zusätzliche fehlerinduzierende optische Elemente. Bei dieser Ausführungsform ist eine kleine Scherung s vorteilhaft, so dass die interferierenden Wellen keine hochfrequenten Phasenunterschiede p aufweisen, oder in anderen Worten, die Streifendichte im Interferogramm hinreichend klein bleibt, um die Interferenzstreifen und deren Kanten in der Kamera aufzulösen. Für kleine Scherung s ist dann p proportional zu Richtungsableitung der Prüflings-Passe h in Richtung der Scherung und zum Betrag der Scherung, insbesondere die Streifendichte also direkt proportional zu s. Andererseits verursachen kleine Scherungen Falschlicht aus benachbarten Beugungsordnungen, deren Winkel zu den beiden Nutzwellen des Interferogramms proportional zu 1/s ist. Dieser Winkel beschränkt sowohl die Beleuchtungs- als auch die Abbildungs-NA des interferometrischen Systems. Beide können beispielweise kleiner 0,1 oder 0,01 ein.A phase shift between the test shaft and the sheared test shaft occurs, for example, by tilting the test object by means of a suitably configured holding device. For small shearings, the derivatives of the surface shape in the shear direction are essentially determined. From this, with a suitable evaluation device, a deviation from a nominal shape of the test object in the mentioned direction is determined by integration. Compared to conventional shear interferometry, there is a shear or phase shift in the diffractive optical element and in the test object without additional error-inducing optical elements. In this embodiment, a small shear s is advantageous, so that the interfering waves do not have any high-frequency phase differences p, or in other words, the fringe density in the interferogram remains sufficiently small to resolve the interference fringes and their edges in the camera. For small shear s, p is then proportional to the directional derivative of the test object pass h in the direction of the shear and to the amount of shear, in particular the stripe density, i.e. directly proportional to s Interferogram is proportional to 1 / s. This angle limits both the illumination and imaging NA of the interferometric system. Both can, for example, be less than 0.1 or 0.01.

Eine weitere Ausführungsform mit komplex kodiertem Phasengitter, welche einen größeren Kippwinkel zwischen den Prüfwellen und damit eine größere Beleuchtungs- und Abbildungs-NA erlaubt, nutzt eine weitere Phasenfunktion im komplex kodierten Gitter, um die erste und zweite Prüfwelle nach Reflexion am Prüfling auf die gleiche Welle nach dem zweiten Durchlauf des CGHs abzubilden, sofern der Prüfling fehlerfrei ist. Zum Beispiel kann die erste Prüfwelle der Passe angepasst sein, die zweite Prüfwelle eine weitere Beugungsordnung der ersten Prüfwelle sein, und die zusätzliche CGH-Phasenfunktion der Phasendifferenz der am Prüfling reflektierten zweiten Welle und der Beleuchtungswelle in der CGH-Ebene angepasst sein. Nachteil dieser Ausführungsform ist, dass die CGH-Fläche nicht mehr näherungsweise zu sich selbst konjugiert ist im Sinne, dass Strahlaufspaltung und Rekombination näherungsweise am gleichen Ort des CGHs erfolgen, so dass die Interferenzphase a priori auch Fertigungsfehler des Interferometers außerhalb des CGHs erfasst, die einer separaten Kalibrierung bedürfen. So ist es in diese Ausführungsform vorteilhaft, das CGH in Reflektion zu nutzen, um Aberrationen einer kohärenten Beleuchtungswelle infolge des Durchtritts des CGH-Rückseite und der folgenden Propagation im homogenen, unstrukturierten Medium zu vermeiden.Another embodiment with a complex coded phase grating, which allows a larger tilt angle between the test waves and thus a larger illumination and imaging NA, uses a further phase function in the complex coded grating to convert the first and second test waves onto the same wave after reflection on the test object to be mapped after the second run of the CGH, provided the test item is free of errors. For example, the first test wave can be adapted to the yoke, the second test wave can be a further diffraction order of the first test wave, and the additional CGH phase function can be adapted to the phase difference of the second wave reflected on the test object and the illumination wave in the CGH plane. The disadvantage of this embodiment is that the CGH surface is no longer approximately conjugate to itself in the sense that beam splitting and recombination take place at approximately the same location of the CGH, so that the interference phase a priori also detects manufacturing errors of the interferometer outside the CGH, which one require separate calibration. In this embodiment it is advantageous to use the CGH in reflection in order to avoid aberrations of a coherent illumination wave as a result of the passage of the CGH rear side and the subsequent propagation in the homogeneous, unstructured medium.

Gemäß einer weiteren Ausbildungsform nach der Erfindung umfasst die Messvorrichtung weiterhin einen im Strahlengang der ersten Prüfwelle angeordneten Strahlteiler, welcher dazu konfiguriert ist, die zweite Prüfwelle von der ersten Prüfwelle abzuspalten. Insbesondere kann das diffraktive optische Element der Messvorrichtung ein Quad-CGH zum Erzeugen der Prüfwelle und von drei Kalibrierwellen umfassen. Der Strahlenteiler teilt dann die zweite, gescherte Prüfwelle von der vom Quad-CGH erzeugten Prüfwelle ab. Ferner kann auch bei diesen Ausführungsformen eine Halteeinrichtung derart konfiguriert sein, dass ein Phasenschieben durch Verkippen des Testobjekts durchführbar ist.According to a further embodiment according to the invention, the measuring device further comprises a beam splitter arranged in the beam path of the first test shaft, which beam splitter is configured to split off the second test shaft from the first test shaft. In particular, the diffractive optical element of the measuring device can comprise a Quad-CGH for generating the test wave and three calibration waves. The beam splitter then divides the second, sheared test wave from the test wave generated by the Quad-CGH. Furthermore, in these embodiments too, a holding device can be configured in such a way that phase shifting can be carried out by tilting the test object.

Der Strahlenteiler ist nach einer Ausführungsform der Erfindung als Beugungsgitter konfiguriert. Beispielsweise dienen unterschiedlichen Beugungsordnungen, wie etwa die +1. und -1. Beugungsordnung der auf das Beugungsgitter einstrahlenden ersten Prüfwelle als auf die optische Oberfläche des Testobjekts gerichtete erste und zweite, gescherte Prüfwellen. Bei einer Verwendung eines Strahlenteilers heben sich rigorose Fehler des diffraktiven optischen Elements durch eine Scher-Differenzbildung auf. Fehler durch den Strahlteiler lassen sich im Allgemeinen einfacher durch Kalibrierung berücksichtigen oder sind irrelevant.According to one embodiment of the invention, the beam splitter is configured as a diffraction grating. For example, different diffraction orders are used, such as the +1. and -1. Diffraction order of the first test wave radiating onto the diffraction grating as first and second, sheared test waves directed onto the optical surface of the test object. When using a beam splitter, rigorous errors of the diffractive optical element cancel each other out by forming a shear difference. Errors caused by the beam splitter can generally be taken into account more easily by calibration or are irrelevant.

Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung ist ein erstes diffraktives optische Element dazu konfiguriert, aus der Eingangswelle die erste Prüfwelle und die zweite Prüfwelle zu erzeugen, und umfasst die Messvorrichtung ein zweites diffraktives optisches Element, welches dazu konfiguriert ist, die erste Prüfwelle und die dritte Prüfwelle zu erzeugen. Vorzugsweise ist die von den Ausbreitungsrichtungen der ersten und zweiten Prüfwelle aufgespannte Ebene senkrecht zu der von den Ausbreitungsrichtungen der ersten und dritten Prüfwelle aufgespannten Ebene. Mit anderen Worten ist die Kippachse der zweiten Prüfwelle gegenüber der ersten Prüfwelle orthogonal zur Kippachse der dritten Prüfwelle gegenüber der ersten Prüfwelle. Auf diese Weise werden in zwei zueinander orthogonalen Scherrichtungen Ableitungen der optischen Oberfläche bestimmt. Mit einer geeignet konfigurierten Auswerteeinrichtung kann aus diesen Ableitungen mittels Integration eine zweidimensionale Abweichung der Oberfläche von einer Sollform bestimmt werden.According to one embodiment of the invention, a first diffractive optical element is configured to generate the first test wave and the second test wave from the input wave, and the measuring device comprises a second diffractive optical element which is configured to generate the first test wave and the third test wave to create. The plane spanned by the directions of propagation of the first and second test waves is preferably perpendicular to the plane spanned by the directions of propagation of the first and third test waves. In other words, the tilt axis of the second test shaft relative to the first test shaft is orthogonal to the tilt axis of the third test shaft relative to the first test shaft. In this way, derivatives of the optical surface are created in two mutually orthogonal shear directions certainly. With a suitably configured evaluation device, a two-dimensional deviation of the surface from a nominal shape can be determined from these derivations by means of integration.

Ferner ist gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung ein Strahlenteiler derart drehbar im Strahlengang der ersten Prüfwelle angeordnet, dass in einer ersten Drehstellung die zweite Prüfwelle und in einer zweiten Drehstellung die dritte Prüfwelle von der ersten Prüfwelle abgespalten wird. Beispielsweise ist der Strahlenteiler um 90° drehbar ausgebildet. Wie bereits oben ausgeführt ist dann die von der ersten und zweiten Prüfwelle festgelegte Scherrichtung orthogonal zu der von der ersten und dritten Prüfwelle festgelegten Scherrichtung. Dieses ermöglicht eine sehr genaue zweidimensionale Vermessung der optischen Oberfläche.Furthermore, according to one embodiment of the invention, a beam splitter is rotatably arranged in the beam path of the first test shaft in such a way that the second test shaft is split off in a first rotary position and the third test shaft is split off from the first test shaft in a second rotary position. For example, the beam splitter is designed to be rotatable by 90 °. As already stated above, the shear direction established by the first and second test shaft is orthogonal to the shear direction established by the first and third test shaft. This enables a very precise two-dimensional measurement of the optical surface.

Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts, wobei das Verfahren ein Generieren einer Eingangswelle, ein Erzeugen einer ersten Prüfwelle mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront aus der Eingangswelle mittels eines diffraktiven optischen Elements, und ein Richten der ersten Prüfwelle auf die optische Oberfläche umfasst. Weiterhin umfasst das Verfahren ein Erzeugen einer zweiten Prüfwelle, welche ebenfalls auf die optische Oberfläche gerichtet und beim Auftreffen auf die optische Oberfläche gegenüber der ersten Prüfwelle verkippt ist.The aforementioned object can also be achieved, for example, with a method for interferometric determination of a shape of an optical surface of a test object, the method generating an input wave, generating a first test wave with a wavefront from the input wave that is at least partially adapted to a nominal shape of the optical surface by means of a diffractive optical element, and directing the first test wave onto the optical surface. The method further comprises generating a second test wave, which is also directed at the optical surface and is tilted relative to the first test wave when it hits the optical surface.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ein Erfassen eines Interferogramms, welches durch Überlagerung der beiden Prüfwellen nach jeweiliger Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche erzeugt wird. Ferner erfolgt bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Anordnen des Testobjekts nacheinander in mehreren Kippstellungen während der Durchführung eines Messvorgangs.One embodiment of the method according to the invention comprises recording an interferogram which is generated by superimposing the two test waves after each interaction with the optical surface. Furthermore, in one embodiment of the method according to the invention, the test object is arranged one after the other in a plurality of tilted positions while a measurement process is being carried out.

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 Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts mit einem Frequenzkammgenerator in einer schematischen Veranschaulichung,
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einem computergenerierten Hologramm zur Erzeugung einer ersten Prüfwelle, einer gescherten Prüfwelle und drei sphärischer Kalibrierwellen in einer schematischen Veranschaulichung,
  • 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einem computergenerierten Hologramm zur Erzeugung einer ersten Prüfwelle und von Kalibrierwellen, sowie einem Strahlenteiler zur Erzeugung einer gescherten Prüfwelle aus der ersten Prüfwelle, sowie
  • 4 den Strahlengang von Spiegel-angepasster Prüfwelle und dazu verkippter Welle in einer Ausführungsform mit starker Kippung, bei der das CGH nicht näherungsweise selbstkonjugiert ist und die Beleuchtung durch zueinander inkohärente ebene Wellen erfolgt.
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 the interferometric determination of a shape of an optical surface of a test object with a frequency comb generator in a schematic illustration,
  • 2 a second embodiment of a measuring device according to the invention with a computer-generated hologram for generating a first test wave, a sheared test wave and three spherical calibration waves in a schematic illustration,
  • 3 a third embodiment of a measuring device according to the invention with a computer-generated hologram for generating a first test wave and calibration waves, and a beam splitter for generating a sheared test wave from the first test wave, and
  • 4th the beam path of the mirror-adapted test wave and the wave tilted to it in an embodiment with strong tilt, in which the CGH is not approximately self-conjugate and the illumination is carried out by mutually incoherent plane waves.

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 einigen Zeichnungen ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die x-Richtung nach rechts und die z-Richtung nach oben.To facilitate the description, a Cartesian xyz coordinate system is indicated in some drawings, from which the respective positional relationship of the components shown in the figures results. In 1 the y-direction runs perpendicular to the plane of the drawing into this, the x-direction to the right and the z-direction upwards.

In 1 wird schematisch eine Messvorrichtung 10 zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 dargestellt. Die Messvorrichtung 10 eignet sich insbesondere zur hochgenauen Vermessung der optischen Oberfläche eines asphärischen Spiegels oder eines Freiform-Spiegels für die Mikrolithographie mit einer Belichtungsstrahlung 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. Zur Fehlerreduzierung oder Fehlerkorrektur ist bei solchen optischen Oberflächen eine Formbestimmung bis in den Subnanobereich hinein erforderlich. Die Messvorrichtung 10 eignet sich aber auch zur Vermessung der Oberfläche von vielen anderen Objekten.In 1 is schematically a measuring device 10 for the interferometric determination of a shape of an optical surface 12th of a test object 14th shown. The measuring device 10 is particularly suitable for the highly precise measurement of the optical surface of an aspherical mirror or a free-form mirror for microlithography with exposure radiation in the extreme ultraviolet (EUV) spectral range. The EUV wavelength range extends to wavelengths below 100 nm and relates in particular to wavelengths of around 13.5 nm or 6.8 nm. In order to reduce or correct errors in such optical surfaces, shape determination down to the subnano range is necessary. The measuring device 10 but is also suitable for measuring the surface of many other objects.

Die Messvorrichtung 10 umfasst eine Bestrahlungseinrichtung 16 zum Bereitstellen einer Eingangswelle 18, ein diffraktives optisches Element 20 zum Erzeugen einer ersten Prüfwelle 22 und einer zweiten, gescherten Prüfwelle 24, eine Halteeinrichtung 26 zum Halten und Kippen des Testobjekts 14 und eine Erfassungseinrichtung 28 zum Erfassen von Interferogrammen.The measuring device 10 comprises an irradiation device 16 for providing an input shaft 18th , a diffractive optical element 20th for generating a first test wave 22nd and a second, sheared test shaft 24 , a holding device 26th for holding and tilting the test object 14th and a detector 28 for capturing interferograms.

Die Bestrahlungseinrichtung 16 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Frequenzkammgenerator 30. Der Frequenzkammgenerator 30 stellt eine Eingangswelle 18 mit jeweils einem Intensitätsmaximum bei zwei unterschiedlichen Frequenzen f1, f2 bereit. Ferner weist die Eingangswelle 18 bei beiden Frequenzen eine ausreichende Kohärenz für interferometrische Messungen auf. Das Verhältnis zwischen Frequenzabstand Δf der beiden Frequenzen mit Intensitätsmaximum zur ersten Frequenz f liegt zwischen 10-4 und 10-5. Somit handelt es sich in diesem Sinne um benachbarte Frequenzen.The irradiation facility 16 comprises in this embodiment a frequency comb generator 30th . The frequency comb generator 30th represents an input shaft 18th each with an intensity maximum at two different frequencies f 1 , f 2 . Furthermore, the input shaft 18th at both frequencies there is sufficient coherence for interferometric measurements. The ratio between the frequency spacing Δf of the two frequencies with maximum intensity and the first frequency f is between 10 -4 and 10 -5 . Thus, in this sense it is about neighboring frequencies.

Der Frequenzkammgenerator 30 umfasst beispielsweise einen gepulsten Femtosekundenlaser, etwa einen modengekoppelten Titan-Saphir-Laser. Ein solcher Laser erzeugt Lichtpulse mit einer Pulsdauer im Femtosekundenbereich. Ein derartiger Frequenzkammgenerator wird beispielsweise in DE 10 2012 212 663 A1 beschrieben. Alternativ kann der Frequenzkammgenerator 30 auf eine andere, dem Fachmann bekannte Art und Weise aufgebaut sein, oder es kann anstelle des Frequenzkammgenerators 30 eine andere Strahlungsquelle mit zwei Intensitätsmaxima bei benachbarten Frequenzen verwendet werden. Die vom Frequenzkammgenerator 30 ausgehende Eingangswelle 18 ist auf das diffraktive optische Element 20 gerichtet. Hierfür kann die Messvorrichtung 10 weitere, in 1 nicht dargestellte optische Elemente, wie z.B. Linsen, Spiegel oder Faserelemente, enthalten.The frequency comb generator 30th includes, for example, a pulsed femtosecond laser, such as a mode-locked titanium-sapphire laser. Such a laser generates light pulses with a pulse duration in the femtosecond range. Such a frequency comb generator is for example in DE 10 2012 212 663 A1 described. Alternatively, the frequency comb generator 30th be constructed in a different manner known to the person skilled in the art, or it can be used instead of the frequency comb generator 30th another radiation source with two intensity maxima at neighboring frequencies can be used. The one from the frequency comb generator 30th outgoing input shaft 18th is on the diffractive optical element 20th directed. The measuring device 10 more, in 1 Optical elements, not shown, such as lenses, mirrors or fiber elements contain.

Das diffraktive optische Element 20 umfasst ein komplex kodiertes Quad-CGH mit verschiedenen diffraktiven Strukturmustern 32, welche überlagert in einer Ebene angeordnet sind. Die diffraktiven Strukturmuster 32 sind zum Erzeugen der ersten Prüfwelle 22 und drei Kalibrierwellen 34, 36, 38 mit jeweils unterschiedlicher Ausbreitungsrichtung und Wellenfront aus einer monochromatischen Eingangswelle konfiguriert. Die Wellenfront der ersten Prüfwelle 22 ist durch Beugung der Eingangswelle 18 an dem diffraktiven optischen Element 20 derart an eine Sollform der optischen Oberfläche 12 angepasst, dass sie bei dieser an jedem Ort senkrecht auftreffen und in sich zurückreflektiert werden würde. Ferner weist gemäß der vorliegenden Ausführungsform jede der drei Kalibrierwellen 34, 36, 38 durch die Transformation der Eingangswelle 18 an den diffraktiven Strukturmustern 32 eine sphärische Wellenfront auf.The diffractive optical element 20th comprises a complex coded Quad-CGH with different diffractive structure patterns 32 , which are superimposed in a plane. The diffractive structural pattern 32 are used to generate the first test wave 22nd and three calibration waves 34 , 36 , 38 each configured with a different direction of propagation and wavefront from a monochromatic input wave. The wave front of the first test wave 22nd is by bending the input wave 18th on the diffractive optical element 20th such a target shape of the optical surface 12th adapted so that it would hit vertically at every location and be reflected back in itself. Furthermore, according to the present embodiment, each of the three calibration waves 34 , 36 , 38 by transforming the input wave 18th on the diffractive structure patterns 32 a spherical wave front.

Hierfür können die diffraktiven Strukturmuster 32 als ein vierfach komplex kodiertes Phasengitter mit jeweils einer Phasenfunktion zur Erzeugung der ersten Prüfwelle 22 und der drei Kalibrierwellen 34, 36, 38 ausgebildet sein. Ein komplex kodiertes Phasengitter wird beispielsweise in DE 10 2012 217 800 A1 beschrieben. Alternativ können auch Amplitudengitter als diffraktive Strukturen verwendet werden. Ferner kann das komplex kodierte CGH als Off-Axis-CGH bzw. Trägerfrequenz-CGH ausgebildet sein. Bei einem solchen dem Fachmann bekannten CGH unterscheidet sich der Einfallswinkel einer eintreffenden Welle in der nullten Beugungsordnung von dem Winkel der ausgehenden Welle.The diffractive structure patterns 32 as a quadruple complex coded phase grating, each with a phase function for generating the first test wave 22nd and the three calibration waves 34 , 36 , 38 be trained. A complex coded phase grating is shown in DE 10 2012 217 800 A1 described. Alternatively, amplitude gratings can also be used as diffractive structures. Furthermore, the complex coded CGH can be designed as an off-axis CGH or carrier frequency CGH. In the case of such a CGH known to a person skilled in the art, the angle of incidence of an incoming wave differs in the zeroth order of diffraction from the angle of the outgoing wave.

Die Eingangswelle 18 ist bei dem diffraktiven optischen Element 20 nicht monochromatisch, sondern weist einen Anteil mit der ersten Frequenz f1 und einen weiteren Anteil mit der zweiten Frequenz f2 auf. Die Frequenzaufspaltung führt zu einer Strahlaufspaltung am diffraktiven optischen Element 20, da die Beugung von der Frequenz abhängig ist. Neben einer ersten Prüfwelle 22 mit der ersten Frequenz f1 wird eine zweite bzw. gescherte Prüfwelle 24 mit der zweiten Frequenz f2 erzeugt. Der Winkel Δω zwischen den Ausbreitungsrichtungen der ersten Prüfwelle 22 und der gescherten Prüfwelle 24 liegt in der Größenordnung Δ ω = λ / d Δ f / f

Figure DE102020207946A1_0001
mit der Wellenlänge λ und der Frequenz f der ersten Prüfwelle, dem Frequenzabstand Δf zwischen den beiden Frequenzen und einer Gitterkonstanten d. Die gescherte Prüfwelle 24 ist somit gegenüber der ersten Prüfwelle 22 um eine Kippachse 40 um weniger als 1 mrad verkippt. Die Prüfwellen-Kippachse 40 liegt in diesem Ausführungsbeispiel parallel zur y-Achse. Für die drei Kalibrierwellen 34, 36, 38 gilt entsprechendes. Zu jeder Kalibrierwelle 34, 36, 38 mit der Frequenz f1 wird eine gescherte Kalibrierwelle 42, 44, 46 mit der Frequenz f2 erzeugt.The input shaft 18th is at the diffractive optical element 20th not monochromatic, but rather has a component with the first frequency f 1 and a further component with the second frequency f 2 . The frequency splitting leads to a beam splitting at the diffractive optical element 20th because the diffraction depends on the frequency. In addition to a first test wave 22nd a second or sheared test wave is generated with the first frequency f 1 24 generated with the second frequency f 2 . The angle Δω between the directions of propagation of the first test wave 22nd and the sheared test shaft 24 is on the order of magnitude Δ ω = λ / d Δ f / f
Figure DE102020207946A1_0001
with the wavelength λ and the frequency f of the first test wave, the frequency spacing Δf between the two frequencies and a lattice constant d. The sheared test shaft 24 is therefore opposite to the first test wave 22nd around a tilt axis 40 tilted less than 1 mrad. The test shaft tilting axis 40 in this embodiment is parallel to the y-axis. For the three calibration waves 34 , 36 , 38 the same applies. For every calibration wave 34 , 36 , 38 with the frequency f 1 becomes a sheared calibration wave 42 , 44 , 46 generated with the frequency f 2 .

Die erste und die gescherte Prüfwelle 22, 24 werden von dem diffraktiven optischen Element 20 auf die zu vermessende optische Oberfläche 12 des Testobjekts 14 gerichtet. Von der optischen Oberfläche 12 werden die Prüfwellen 22, 24 zum diffraktiven optischen Element 20 zurückreflektiert. Das Testobjekt 14 wird hierfür von der Halteeinrichtung 26 gehalten. Die Halteeinrichtung 26 ist derart konfiguriert, dass neben einer Justage des Testobjekts 14 auch ein Verkippen (Pfeil 50) des Testobjekts 14 und damit der optischen Oberfläche 12 um eine Testobjekt-Kippachse 48 durchführbar ist. Insbesondere lassen sich mehrere verschieden Kippwinkel mit der Halteeinrichtung 26 einstellen. Das in eine von mehreren Kippstellungen gekippte Testobjekt 52 ist in 1 strichliert dargestellt. Dabei ist die Testobjekt-Kippachse 48 parallel zur Prüfwellen-Kippachse 40 bzw. zur y-Richtung.The first and the sheared test shaft 22nd , 24 are of the diffractive optical element 20th on the optical surface to be measured 12th of the test object 14th directed. From the optical surface 12th become the test waves 22nd , 24 to the diffractive optical element 20th reflected back. The test object 14th is used for this by the holding device 26th held. The holding device 26th is configured such that in addition to an adjustment of the test object 14th tilting (arrow 50 ) of the test object 14th and thus the optical surface 12th around a test object tilt axis 48 is feasible. In particular, several different tilt angles can be achieved with the holding device 26th to adjust. The test object tilted into one of several tilt positions 52 is in 1 shown in dashed lines. Here is the test object tilt axis 48 parallel to the test shaft tilting axis 40 or to the y-direction.

Das Kippen des Testobjekts 14 durch die Halteeinrichtung 26 nacheinander in verschiedene Kippstellungen wird von einer geeignet ausgebildeten Steuerungsvorrichtung 54 der Messvorrichtung 10 gesteuert. Dabei kann beispielsweise eine Ansteuerung eines oder mehrerer in 1 nicht dargestellter Aktuatoren der Halteeinrichtung 26 mit Hilfe der Steuerungsvorrichtung 54 durchgeführt werden. Die Steuerungsvorrichtung 54 kann hierfür zur Erzeugung von geeigneten Steuerungssignalen ausgebildet sein.Tilting the test object 14th by the holding device 26th successively in different tilted positions is controlled by a suitably designed control device 54 the measuring device 10 controlled. For example, one or more in 1 actuators, not shown, of the holding device 26th with the help of the control device 54 be performed. The control device 54 can be designed for this purpose to generate suitable control signals.

Durch ein Kippen des Testobjekts 14 in x-Richtung bzw. Scherrichtung erfolgt ein Phasenschieben zwischen der ersten Prüfwelle 22 und der gescherten Prüfwelle 24. Mit nachstehend näher beschriebenen Interferogrammen bei verschiedenen Kippwinkel und somit unterschiedlichen Phasenoffsets zwischen der ersten und der gescherten Prüfwelle 22, 24 erfolgt eine Bestimmung der Ableitungen der Phasen und damit der Richtungsableitung der optischen Oberfläche 12 in Scherrichtung.By tilting the test object 14th A phase shift takes place between the first test shaft in the x-direction or the shear direction 22nd and the sheared test shaft 24 . With interferograms, described in more detail below, at different tilt angles and thus different phase offsets between the first and the sheared test wave 22nd , 24 the derivation of the phases and thus the directional derivation of the optical surface is determined 12th in the shear direction.

Die von der optischen Oberfläche 12 reflektierten Prüfwellen 22, 24 laufen zurück zum diffraktiven optischen Element 20 und dann in Richtung des Frequenzkammgenerators 30. Beim Durchlaufen des diffraktiven optischen Elements 20 erfolgt eine Rücktransformation der ersten und der gescherten Prüfwelle 22, 24. An einem im Strahlengang zwischen Frequenzkammgenerator 30 und dem diffraktiven optischen Element 20 angeordneten Strahlenteiler 56 der Erfassungseinrichtung 28 wird zumindest ein Anteil der reflektierten ersten Prüfwelle 22 und der reflektierten gescherten Prüfwelle 24 in Richtung einer Kamera 58 umgelenkt.The one from the optical surface 12th reflected test waves 22nd , 24 run back to the diffractive optical element 20th and then towards the frequency comb generator 30th . When passing through the diffractive optical element 20th a reverse transformation of the first and the sheared test shaft takes place 22nd , 24 . On one in the beam path between the frequency comb generator 30th and the diffractive optical element 20th arranged beam splitter 56 the detection device 28 becomes at least a portion of the reflected first test wave 22nd and the reflected sheared test wave 24 towards a camera 58 diverted.

Beide konvergente Prüfwellen 22, 24 durchlaufen ein Okular 60 und treffen auf eine Erfassungsebene 62 der Kamera 58. Die Kamera 58 umfasst zum Beispiel einen CCD-Sensor und erfasst durch die interferierenden Prüfwellen 22, 24 erzeugte Streifen-Interferogramme. Im Fokus der konvergenten Prüfwellen 22, 24 kann eine in 1 nicht dargestellte Blende zur Reduzierung von störender Streustrahlung angeordnet sein.Both convergent test waves 22nd , 24 go through an eyepiece 60 and hit a detection plane 62 the camera 58 . The camera 58 includes, for example, a CCD sensor and sensed by the interfering test waves 22nd , 24 generated fringe interferograms. In the focus of the convergent test waves 22nd , 24 can an in 1 Aperture, not shown, can be arranged to reduce disruptive scattered radiation.

Eine in 1 nicht dargestellte Auswertungseinrichtung der Messvorrichtung 10 ermittelt aus mehreren erfassten Interferogrammen bei verschiedenen Kippwinkeln bzw. Phasenoffsets die Ableitung der Phasen und daraus die Richtungsableitung der optischen Oberfläche in Scherrichtung. Basierend auf der Richtungsableitung bestimmt die Auswertungseinrichtung die Abweichung von einer Sollform bzw. die Form der optischen Oberfläche bezüglich der Scherrichtung bzw. x-Richtung.One in 1 evaluation device, not shown, of the measuring device 10 determines the derivation of the phases from several recorded interferograms at different tilt angles or phase offsets and from this the derivation of the direction of the optical surface in the shear direction. Based on the derivation of the direction, the evaluation device determines the deviation from a nominal shape or the shape of the optical surface with respect to the shear direction or x-direction.

Die Auswertungseinrichtung umfasst hierfür eine geeignet konfigurierte Datenverarbeitungseinheit und verwendet entsprechende, dem Fachmann bekannte Berechnungsverfahren. Alternativ oder zusätzlich kann die Messvorrichtung 10 eine Schnittstelle zu einem Netzwerk oder einen Datenspeicher enthalten, um eine Bestimmung der Oberflächenform des Testobjekts 14 mit Hilfe einer externen Auswertungseinheit und über das Netzwerk übertragener oder gespeicherter Interferogramme durchzuführen.For this purpose, the evaluation device comprises a suitably configured data processing unit and uses appropriate calculation methods known to those skilled in the art. Alternatively or additionally, the measuring device 10 contain an interface to a network or a data memory in order to determine the surface shape of the test object 14th with the help of an external evaluation unit and interferograms transmitted or stored via the network.

Zur Bestimmung der Oberflächenform bezüglich einer zur x-Richtung nicht parallelen zweiten Scherrichtung kann die Messvorrichtung 10 ein in 1 nicht dargestelltes zweites diffraktives optisches Element umfassen. Alternativ kann auch eine Drehung des ersten diffraktiven optischen Elements 20 mit Hilfe einer entsprechend konfigurierten Halterung vorgesehen sein. Insbesondere erfolgt durch das zweite diffraktive optische Element oder die Drehung des ersten diffraktiven optischen Elements 20 eine Scherung der Prüfwelle 22 in Richtung der y-Achse und somit senkrecht zur x-Achse. Neben der ersten Prüfwelle 22 wird auf diese Weise eine in y-Richtung gescherte dritte Prüfwelle erzeugt. Die Prüfwellen-Kippachse ist somit parallel zur x-Achse. Entsprechend erfolgt ein Verkippen des Testobjekts 14 mit Hilfe der Halteeinrichtung 26 und der Steuerungsvorrichtung 54 um eine Testobjekt-Kippachse parallel zur x-Achse und somit zu verschiedenen Kippwinkeln in Richtung der y-Richtung bzw. Scherrichtung.To determine the surface shape with respect to a second shear direction that is not parallel to the x-direction, the measuring device 10 an in 1 comprise not shown second diffractive optical element. Alternatively, the first diffractive optical element can also be rotated 20th be provided with the help of an appropriately configured bracket. In particular, diffractive occurs through the second optical element or the rotation of the first diffractive optical element 20th a shear of the test shaft 22nd in the direction of the y-axis and thus perpendicular to the x-axis. Next to the first test wave 22nd a third test wave sheared in the y-direction is generated in this way. The test shaft tilting axis is thus parallel to the x-axis. The test object is tilted accordingly 14th with the help of the holding device 26th and the control device 54 around a test object tilting axis parallel to the x-axis and thus at different tilting angles in the direction of the y-direction or shear direction.

Die Auswertungseinrichtung ermittelt analog zu der oben beschriebenen Richtungsableitung in x-Richtung nun auch die Richtungsableitung der Oberflächenform in y-Richtung aus erfassten Interferrogrammen bei verschiedenen Kippwinkeln. Mit Hilfe einer Kombination der ermittelten Richtungsableitungen der optischen Oberfläche in x- und in y-Richtung bestimmt die Auswertungseinrichtung schließlich eine zweidimensionale Abweichung der optischen Oberfläche von einer Sollform und somit die Form der Oberfläche.Analogously to the directional derivation in the x-direction described above, the evaluation device now also determines the directional derivation of the surface shape in the y-direction from recorded interferrograms at various tilt angles. With the help of a combination of the determined directional derivatives of the optical surface in the x and y directions, the evaluation device finally determines a two-dimensional deviation of the optical surface from a desired shape and thus the shape of the surface.

Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele ist eine zusätzliche Variation der jeweiligen Kipprichtung oder der Frequenzdifferenz zur Optimierung der Oberflächenvermessung möglich. Dieses wird beispielweise mit Hilfe eines entsprechend konfigurierten Frequenzkammgenerators oder einer geeignet ausgebildeten Halteeinrichtung für das Testobjekt oder das diffraktive optische Element ermöglicht.According to further exemplary embodiments, an additional variation of the respective tilting direction or the frequency difference is possible in order to optimize the surface measurement. This is made possible, for example, with the aid of an appropriately configured frequency comb generator or a suitably designed holding device for the test object or the diffractive optical element.

Ferner umfasst die Messvorrichtung 10 drei sphärische Kalibrierspiegel 64, 66, 68. Die erste sphärische Kalibrierwelle 34 und die dazu gescherte erste Kalibrierwelle 42 werden von dem diffraktiven optischen Element 20 auf einen ersten sphärischen Kalibrierspiegel 64 gerichtet. Analog zur Prüfwelle 22 liegt zwischen den Ausbreitungsrichtungen der ersten Kalibrierwelle 34 und der ersten gescherten Kalibrierwelle 42 ein Winkel Δω vor. Von dem ersten Kalibrierspiegel 64 werden die erste und die gescherte erste Kalibrierwelle 34, 42 zum diffraktiven optischen Element 20 zurückreflektiert. Entsprechend werden die zweite sphärische Kalibrierwelle 36 und die gescherte zweite Kalibrierwelle 44 auf einen zweiten Kalibrierspiegel 66, sowie die dritte Kalibrierwelle 38 und die dritte gescherte Kalibrierwelle 76 auf einen dritten Kalibrierspiegel 68 gerichtet und jeweils von diesen zurückreflektiert. Die Ausbreitungsrichtungen der Kalibrierwellen 34, 36, 38 sind unterschiedlich und liegen insbesondere auch nicht zusammen in einer Ebene.The measuring device also comprises 10 three spherical calibration mirrors 64 , 66 , 68 . The first spherical calibration shaft 34 and the first calibration shaft sheared for this purpose 42 are of the diffractive optical element 20th on a first spherical calibration mirror 64 directed. Analogous to the test wave 22nd lies between the directions of propagation of the first calibration wave 34 and the first sheared calibration shaft 42 an angle Δω before. From the first calibration mirror 64 become the first and the sheared first calibration shaft 34 , 42 to the diffractive optical element 20th reflected back. The second spherical calibration wave becomes accordingly 36 and the sheared second calibration shaft 44 on a second calibration mirror 66 , as well as the third calibration wave 38 and the third sheared calibration shaft 76 on a third calibration mirror 68 directed and reflected back by these. The directions of propagation of the calibration waves 34 , 36 , 38 are different and in particular do not lie together on one level.

Nach einem erneuten Passieren des diffraktiven optischen Elements 20 treffen die rücktransformierten Kalibrierwellen 34, 36, 38 und die gescherten Kalibrierwellen 42, 44, 46 auf den Strahlenteiler 56 und werden zumindest teilweise in Richtung der Kamera 58 umgelenkt. Analog zu den Prüfwellen 22, 24 erfolgt eine Erfassung eines durch Überlagerung einer Kalibrierwelle 34, 36, 38 und der zugehörigen gescherten Kalibrierwelle 42, 44, 46 in der Erfassungsebene 62 erzeugten Interferogramms durch die Kamera 58. Dabei kann ebenfalls eine Verkippung des jeweiligen Kalibrierspiegels 64, 66, 68 in mehrere verschiedene Kippstellungen für ein Phasenschieben mit Hilfe einer geeignet ausgebildeten Halterung erfolgen.After passing the diffractive optical element again 20th hit the back transformed calibration waves 34 , 36 , 38 and the sheared calibration shafts 42 , 44 , 46 on the beam splitter 56 and are at least partially towards the camera 58 diverted. Analogous to the test waves 22nd , 24 a detection is made by superimposing a calibration wave 34 , 36 , 38 and the associated sheared calibration shaft 42 , 44 , 46 in the acquisition level 62 generated interferogram by the camera 58 . Tilting of the respective calibration mirror can also occur 64 , 66 , 68 take place in several different tilt positions for a phase shift with the help of a suitably designed bracket.

Die Auswertungseinrichtung ist zur Auswertung der erfassten Interferenzmuster der Kalibrierwellen 34, 36, 38 konfiguriert. Insbesondere erfolgt mit Hilfe der Auswertungseinrichtung eine Bestimmung von Wellenfrontfehlern durch Passe-Fehler oder Placement-Fehler des diffraktiven optischen Elements 20 für eine Kalibrierung. Weiterhin ist die Auswertungseinrichtung zur Berücksichtigung von ermittelten Kalibrierkorrekturen einer Kalibrierung bei einer Bestimmung der Oberflächenform des Testobjekts 14 ausgebildet.The evaluation device is for evaluating the detected interference patterns of the calibration waves 34 , 36 , 38 configured. In particular, the evaluation device is used to determine wavefront errors due to misalignments or placement errors of the diffractive optical element 20th for a calibration. Furthermore, the evaluation device is for taking into account determined calibration corrections of a calibration when determining the surface shape of the test object 14th educated.

Die Messvorrichtung 10 ist unempfindlich für Wellenfrontänderungen durch rigorose Effekte, da sich diese im Wesentlichen auf gleiche Weise auf die erste Prüfwelle 22 und die gescherte Prüfwelle 24 auswirken und somit beim Interferieren aufheben. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass anstelle einer Referenzwelle eine gescherte Prüfwelle zur Überlagerung mit der ersten Prüfwelle verwendet wird. Auf diese Weise wird kein Referenzspiegel für eine Rückreflexion einer Referenzwelle benötigt, welcher justiert werden muss und Messfehler verursachen kann.The measuring device 10 is insensitive to wavefront changes due to rigorous effects, since these affect the first test wave in essentially the same way 22nd and the sheared test shaft 24 affect and thus cancel out when interfering. Another advantage is that instead of a reference wave, a sheared test wave is used to superimpose the first test wave. In this way, no reference mirror is required for a back reflection of a reference wave, which has to be adjusted and can cause measurement errors.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zur Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14. Die Messvorrichtung 10 entspricht in weiten Teilen der Messvorrichtung nach 1. Es wird daher nur ein Ausschnitt der Messvorrichtung 10 mit einem diffraktiven optischen Element 20, dem Testobjekt 14 und drei Kalibrierspiegel 64, 66, 68 dargestellt. Für diese und weitere, nicht dargestellte Komponenten der Messvorrichtung 10 wird insbesondere auch auf die Beschreibung zu 1 verwiesen. 2 shows a second embodiment of a measuring device 10 for determining a shape of an optical surface 12th of a test object 14th . The measuring device 10 largely corresponds to the measuring device 1 . It is therefore only a section of the measuring device 10 with a diffractive optical element 20th , the test object 14th and three calibration mirrors 64 , 66 , 68 shown. For this and other components of the measuring device, not shown 10 will in particular also refer to the description 1 referenced.

Im Unterschied zur Messvorrichtung nach 1 stellt eine Bestrahlungseinrichtung der Messvorrichtung 10 eine monochromatische Eingangswelle 18 bereit. Die Eingangswelle 18 weist somit im Wesentlichen nur eine Frequenz auf. Hierfür kann die Bestrahlungseinrichtung beispielsweise einen geeigneten Laser zum Erzeugen von kohärenter elektromagnetischer Strahlung mit einer Frequenz im sichtbaren oder nicht sichtbaren Spektralbereich umfassen.In contrast to the measuring device after 1 represents an irradiation device of the measuring device 10 a monochromatic input wave 18th ready. The input shaft 18th thus essentially has only one frequency. For this purpose, the irradiation device can, for example, use a suitable laser Generate coherent electromagnetic radiation with a frequency in the visible or invisible spectral range include.

Weiterhin umfasst das diffraktive optische Element 20 in diesem Ausführungsbeispiel ein fünffach komplex kodiertes computergeneriertes Hologramm 72 zur Erzeugung einer ersten Prüfwelle 22, einer gescherten zweiten Prüfwelle 24 sowie von drei sphärischen Kalibrierwellen 34, 36, 38 mit unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen aus der Eingangswelle 18. Ein solches CGH wird auch als Quint-CGH bezeichnet. Die Transferfunktion t des Quint-CGHs ist eine Linearkombination der Prüf- und Kalibrierwellen 22,24 und 34,36,38: Sind zP, z1...z3 die z-Koordinaten der Prüflingsfläche und der drei Kalibriersphären als Funktion der x,y Ebene, so ist t ( x ) = w p exp ( i   c p z p ( x + s 2 ) . x ) + w p exp ( i   c p z p ( x s 2 ) . x ) + j = 1 3 w j exp ( i   c j z j . x )

Figure DE102020207946A1_0002
mit j = 1,2,3, wj komplexe Konstanten, cj reelle Normierungs-Konstanten bestimmt durch die Lage der Spiegel und die Wellenlänge, s der Schervektor, x ein Punkt in der x,y-Ebene.
Die Taylorentwicklung der Phase nach der Scherung s liefert die Approximation t ( x ) 2 w p cos ( c p s t . z p ' ' ( x ) . x ) exp ( i   c p z p ( x ) . x ) + j = 1 3 w j exp ( i   c j z j . x )
Figure DE102020207946A1_0003
Furthermore, the diffractive optical element comprises 20th in this exemplary embodiment a five-fold complex coded computer-generated hologram 72 for generating a first test wave 22nd , a sheared second test shaft 24 as well as three spherical calibration waves 34 , 36 , 38 with different directions of propagation from the input wave 18th . Such a CGH is also referred to as a quint CGH. The transfer function t of the Quint-CGH is a linear combination of the test and calibration waves 22, 24 and 34, 36, 38: If z P , z 1 ... z 3 are the z coordinates of the test object surface and the three calibration spheres as a function of the x , y level so is t ( x ) = w p exp ( i c p z p ( x + s 2 ) . x ) + w p exp ( i c p z p ( x - s 2 ) . x ) + j = 1 ... 3 w j exp ( i c j z j . x )
Figure DE102020207946A1_0002
with j = 1,2,3, w j complex constants, c j real normalization constants determined by the position of the mirror and the wavelength, s the shear vector, x a point in the x, y-plane.
The Taylor expansion of the phase after the shear s provides the approximation t ( x ) 2 w p cos ( c p s t . z p ' ' ( x ) . x ) exp ( i c p z p ( x ) . x ) + j = 1 ... 3 w j exp ( i c j z j . x )
Figure DE102020207946A1_0003

Die Realisierung der Transferfunktion t im CGH kann mit weiteren Approximationen wie beispielsweise Stufengitter in der Phasen- oder Amplitudenwirkung einhergehen.The implementation of the transfer function t in the CGH can be accompanied by further approximations such as, for example, a step grating in the phase or amplitude effect.

Alternativ kann die Messvorrichtung auch zwei oder mehr im Strahlengang hintereinander angeordnete CGHs zur Erzeugung der Prüfwellen 22, 24 und der Kalibrierwellen 34, 36, 38 enthalten.Alternatively, the measuring device can also have two or more CGHs arranged one behind the other in the beam path for generating the test waves 22nd , 24 and the calibration waves 34 , 36 , 38 contain.

Eine Phasenverschiebung Δϕj zwischen j-gescherten interferierenden Prüfwellen 22, 24 wird auch in diesem Ausführungsbeispiel durch Verkippen 50 des Testobjekts 14 um einen Winkel ω mit ω = λ / 2 π Δ ϕ j / Δ x j

Figure DE102020207946A1_0004
in Richtung von Δxj realisiert. Die Messvorrichtung 10 umfasst dafür eine in 2 nicht dargestellte Halteeinrichtung zum Verkippen des Testobjekts 14. Die von der optischen Oberfläche 12 reflektierten Prüfwellen 22, 24 durchlaufen wiederum das diffraktive optische Element 20 und werden dann analog zur Messvorrichtung nach 1 von einem Strahlenteiler auf eine Kamera umgelenkt, welche entstehende Interferogramme erfasst. Bei einer Auswertung werden für kleine Scherungen Δxj im Wesentlichen die Richtungsableitung der Oberfläche 12 in Δxj-Richtung ermittelt. Mittels einer Integration nach einer geeigneten Filterung, wie beispielsweise einem Zernikefit, lässt sich daraus die Oberflächenform bestimmen.A phase shift Δϕ j between j-sheared interfering test waves 22nd , 24 is also in this embodiment by tilting 50 of the test object 14th by an angle ω with ω = λ / 2 π Δ ϕ j / Δ x j
Figure DE102020207946A1_0004
realized in the direction of Δx j . The measuring device 10 includes an in 2 Holding device, not shown, for tilting the test object 14th . The one from the optical surface 12th reflected test waves 22nd , 24 in turn pass through the diffractive optical element 20th and are then analogous to the measuring device 1 deflected by a beam splitter onto a camera, which records interferograms that arise. In an evaluation, for small shearings Δx j are essentially the directional derivative of the surface 12th determined in the Δx j direction. The surface shape can be determined from this by means of integration after suitable filtering, such as a Zernikefit.

Im Gegensatz zur konventionellen Scher-Interferometrie erfolgt bei der Messvorrichtung 10 eine Scherung bzw. ein Phasenschieben im CGH 72 und durch Verkippen des Testobjekts 14 anstelle von zusätzlichen, fehlerträchtigen optischen Elementen, wie beispielsweise Schachbrettgittern oder DIC-Prismen. Ferner werden auch bei dieser Messvorrichtung Messfehler durch rigorose Effekte reduziert und Fehler durch Referenzspiegel vermieden.In contrast to conventional shear interferometry, the measuring device takes place 10 a shear or a phase shift in the CGH 72 and by tilting the test object 14th instead of additional, error-prone optical elements, such as checkerboard grids or DIC prisms. Furthermore, measurement errors due to rigorous effects are also reduced in this measuring device and errors due to reference mirrors are avoided.

In 3 wird ein drittes Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 veranschaulicht. Die Messvorrichtung 10 entspricht im Wesentlichen der Messvorrichtung nach 2. Es wird daher wiederum nur ein Ausschnitt der Messvorrichtung 10 dargestellt und ansonsten auf die Beschreibung zu 1 und 2 verwiesen. Auch bei dieser Messvorrichtung 10 stellt eine Bestrahlungseinrichtung eine monochrome Eingangswelle 18 mit im Wesentlichen einer Frequenz bereit.In 3 becomes a third embodiment of a measuring device 10 illustrated. The measuring device 10 corresponds essentially to the measuring device according to 2 . It is therefore again only a section of the measuring device 10 shown and otherwise refer to the description 1 and 2 referenced. Also with this measuring device 10 an irradiator provides a monochrome input wave 18th with essentially one frequency ready.

Im Unterschied zur Messvorrichtung gemäß 2 umfasst das diffraktive optische Element 20 ein vierfach komplex kodiertes CGH 74 zum Erzeugen der ersten Prüfwelle 22 und drei Kalibrierwellen 34, 36, 38 mit jeweils unterschiedlicher Ausbreitungsrichtung und Wellenfront aus der monochromatischen Eingangswelle 18. Ein solches CGH wird auch als Quad-CGH 74 bezeichnet und wurde bereits weiter oben mit Bezug auf 1 näher beschrieben.In contrast to the measuring device according to 2 comprises the diffractive optical element 20th a fourfold complex coded CGH 74 to generate the first test wave 22nd and three calibration waves 34 , 36 , 38 each with a different direction of propagation and wave front from the monochromatic input wave 18th . Such a CGH is also called a Quad-CGH 74 and has already been referred to above with reference to 1 described in more detail.

Weiterhin umfasst die Messvorrichtung 10 einen Strahlenteiler 76, welcher im Strahlengang zwischen dem diffraktiven optischen Element 20 und dem Testobjekt 14 angeordnet ist. Der Strahlenteiler 76 spaltet von der vom diffraktiven optischen Element 20 kommenden ersten Prüfwelle 22 einen Anteil als gescherte Prüfwelle 24 ab. Entsprechend erfolgt mittels des Strahlenteilers 76 eine Aufteilung der vom Quad-CGH 74 bereitgestellten Kalibrierwellen 34, 36, 38 in der Art, dass jeweils zu einer Kalibrierwelle 34, 36, 38 eine gescherte Kalibrierwelle 42, 44, 46 erzeugt wird.The measuring device also includes 10 a beam splitter 76 , which is in the beam path between the diffractive optical element 20th and the test object 14th is arranged. The beam splitter 76 splits from that of the diffractive optical element 20th coming first test wave 22nd a portion as a sheared test shaft 24 from. Correspondingly, the beam splitter takes place 76 a breakdown by the Quad-CGH 74 provided calibration waves 34 , 36 , 38 in the way that each to a calibration wave 34 , 36 , 38 a sheared calibration shaft 42 , 44 , 46 is produced.

Der Strahlenteiler 76 ist zum Beispiel als Beugungsgitter ausgebildet und wird von einer Halterung drehbar gehalten. Durch eine Drehung um 90° wird die Scherrichtung ebenfalls um 90° gedreht und auf diese Weise eine dritte gescherte Prüfwelle erzeugt. Eine Phasenverschiebung bei nacheinander erfassten Interferogramme wird wiederum durch ein Kippen des Testobjekts 14 ermöglicht. Analog zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen lässt sich auch mit dieser Messvorrichtung 10 die Richtungsableitung der optischen Oberfläche 12 in verschiedene Scherrichtungen und anschließend daraus die Form der optischen Oberfläche hochgenau bestimmen. Dabei werden rigorose Effekte durch die Scher-Differenzbildung reduziert. Ferner lassen sich Fehler durch den Strahlenteiler 76 leichter kalibrieren als Fehler durch Referenzspiegel oder sind irrelevant bei einer Vermessung der optischen Oberfläche 12.The beam splitter 76 is designed, for example, as a diffraction grating and is rotatably held by a holder. By turning it by 90 °, the shear direction is also turned by 90 ° and a third sheared test shaft is generated in this way. A phase shift in successively acquired interferograms is in turn caused by tilting the test object 14th enables. Analogously to the exemplary embodiments described above, this measuring device can also be used 10 the directional derivative of the optical surface 12th in different shear directions and then determine the shape of the optical surface with high precision. Rigorous effects are reduced by forming the shear difference. Furthermore, errors can be caused by the beam splitter 76 are easier to calibrate than errors caused by reference mirrors or are irrelevant when measuring the optical surface 12th .

4 zeigt den Strahlengang von einer Spiegel-angepassten ersten Prüfwelle 22 und einer dazu punktweise verkippten Welle in Gestalt einer gescherten Prüfwelle 24 in einer reflektiven Ausführungsform mit starker Kippung und Beleuchtung durch mindestens eine Beleuchtungswelle 80 in Gestalt einer ebenen Welle, bei der das diffraktive optische Element in Gestalt eines CGH nicht näherungsweise selbstkonjugiert ist. Die Prüfwelle 22 bzw. die zugehörige erste beugende Struktur der diffraktiven Strukturmuster 32 im komplex kodierten CGH ist dabei der Prüflingsoberfläche angepasst, d.h. ihr exemplarisch dargestellter Strahlengang senkrecht zum Testobjekt 14, während die zweite beugende Struktur der diffraktiven Strukturmuster 32 im komplex kodierten CGHs zur zweiten Prüfwelle 24 so ausgelegt ist, dass nach Reflektion am Prüfling 14 und Beugung an der ersten beugenden Struktur - oder alternativ, im Fall eines vorgegebenen Versatzes dx, der Beugung an einer dritten beugenden Struktur - die Beleuchtungswelle 80 bis auf Lichtumkehr und Falschlicht aus ungenutzten, nicht dargestellten Beugungsordnungen reproduziert wird. 4th shows the beam path from a mirror-adapted first test wave 22nd and a shaft in the form of a sheared test shaft that is tilted at points 24 in a reflective embodiment with strong tilting and illumination by at least one illumination wave 80 in the form of a plane wave in which the diffractive optical element in the form of a CGH is not approximately self-conjugated. The test wave 22nd or the associated first diffractive structure of the diffractive structure pattern 32 In the complex coded CGH, the surface of the test object is adapted, ie the beam path shown as an example is perpendicular to the test object 14th , while the second diffractive structure of the diffractive structure pattern 32 in the complex coded CGHs to the second test wave 24 is designed so that after reflection on the test object 14th and diffraction at the first diffractive structure - or, alternatively, in the case of a predetermined offset dx, the diffraction at a third diffractive structure - the illumination wave 80 is reproduced except for light reversal and false light from unused, not shown diffraction orders.

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 includes obvious changes and modifications of the structures and methods described in the understanding of those 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
optische Oberflächeoptical surface
1414th
TestobjektTest object
1616
BestrahlungseinrichtungIrradiation facility
1818th
EingangswelleInput shaft
2020th
diffraktives optisches Elementdiffractive optical element
2222nd
erste Prüfwellefirst test wave
2424
zweite, gescherte Prüfwellesecond, sheared test shaft
2626th
HalteeinrichtungHolding device
2828
ErfassungseinrichtungDetection device
3030th
FrequenzkammgeneratorFrequency comb generator
3232
diffraktive Strukturmusterdiffractive structure patterns
3434
erste sphärische Kalibrierwellefirst spherical calibration shaft
3636
zweite sphärische Kalibrierwellesecond spherical calibration shaft
3838
dritte sphärische Kalibrierwellethird spherical calibration wave
4040
Prüfwellen-KippachseTest shaft tilting axis
4242
erste gescherte Kalibrierwellefirst sheared calibration shaft
4444
zweite gescherte Kalibrierwellesecond sheared calibration shaft
4646
dritte gescherte Kalibrierwellethird sheared calibration shaft
4848
Testobjekt-KippachseTest object tilt axis
5050
Verkippen TestobjektTilting test object
5252
gekipptes Testobjekttilted test object
5454
SteuerungsvorrichtungControl device
5656
StrahlenteilerBeam splitter
5858
Kameracamera
6060
Okulareyepiece
6262
ErfassungsebeneAcquisition level
6464
erster Kalibrierspiegelfirst calibration mirror
6666
erster Kalibrierspiegelfirst calibration mirror
6868
erster Kalibrierspiegelfirst calibration mirror
7070
monochrome Strahlenquellemonochrome radiation source
7272
Quint-CGHQuint-CGH
7474
Quad-CGHQuad CGH
7676
StrahlenteilerBeam splitter
8080
Beleuchtun7gswelleLighting wave

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Claims (15)

Messvorrichtung (10) zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche (12) eines Testobjekts (14), umfassend: - eine Bestrahlungseinrichtung (16) zum Generieren einer Eingangswelle (18), sowie - ein diffraktives optisches Element (20), welches dazu konfiguriert ist, aus der Eingangswelle (18) eine erste Prüfwelle (22) mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche (12) angepassten Wellenfront zu erzeugen, wobei die Messvorrichtung (10) weiterhin dazu konfiguriert ist, die erste Prüfwelle (22) auf die optische Oberfläche (12) zu richten sowie eine zweite Prüfwelle (24) zu erzeugen, welche ebenfalls auf die optische Oberfläche (12) gerichtet und beim Auftreffen auf die optische Oberfläche (12) gegenüber der ersten Prüfwelle (22) verkippt ist.Measuring device (10) for the interferometric determination of a shape of an optical surface (12) of a test object (14), comprising: - An irradiation device (16) for generating an input wave (18), and - A diffractive optical element (20) which is configured to generate a first test wave (22) with a wavefront which is at least partially adapted to a desired shape of the optical surface (12) from the input wave (18), the measuring device (10) is further configured to direct the first test wave (22) onto the optical surface (12) and to generate a second test wave (24) which is also directed onto the optical surface (12) and when it strikes the optical surface (12) is tilted relative to the first test shaft (22). Messvorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin eine Erfassungseinrichtung (28) zum Erfassen eines Interferogramms umfasst, welches durch Überlagerung der beiden Prüfwellen (22, 24) nach jeweiliger Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche (12) erzeugt wird.Measuring device according to Claim 1 which further comprises a detection device (28) for detecting an interferogram, which is generated by superimposing the two test waves (22, 24) after each interaction with the optical surface (12). Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die zweite Prüfwelle (24) beim Auftreffen auf die optische Oberfläche (12) gegenüber der ersten Prüfwelle (22) um maximal 1 mrad verkippt ist.Measuring device according to Claim 1 or 2 , in which the second test shaft (24) when it hits the optical surface (12) is tilted by a maximum of 1 mrad with respect to the first test shaft (22). Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche weiterhin eine Steuerungsvorrichtung (54) umfasst, welche dazu konfiguriert ist, während der Durchführung eines Messvorgangs das Testobjekt (14) nacheinander in mehreren Kippstellungen (52) anzuordnen.Measuring device according to one of the preceding claims, which further comprises a control device (54) which is configured to arrange the test object (14) one after the other in a plurality of tilted positions (52) while a measuring process is being carried out. Messvorrichtung nach Anspruch 4, wobei sich die Kippstellungen (52) des Testobjekts (14) auf eine Testobjekt-Kippachse (48) beziehen, die parallel oder im spitzen Winkel zu einer Prüfwellen-Kippachse (40) angeordnet ist, worauf sich die Verkippung der beiden Prüfwellen (22, 24) zueinander beim Auftreffen auf die optische Oberfläche (12) bezieht.Measuring device according to Claim 4 , wherein the tilt positions (52) of the test object (14) relate to a test object tilt axis (48) which is arranged parallel or at an acute angle to a test shaft tilt axis (40), whereupon the tilt of the two test shafts (22, 24) relates to each other when they strike the optical surface (12). Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die zweite Prüfwelle (24) gegenüber der ersten Prüfwelle (22) bezüglich einer ersten Prüfwellen-Kippachse (40) verkippt ist und die Messvorrichtung (10) weiterhin dazu konfiguriert ist, eine dritte Prüfwelle zu erzeugen, welches ebenfalls auf die optische Oberfläche (12) gerichtet ist und beim Auftreffen auf die optische Oberfläche (12) gegenüber der ersten Prüfwelle (22) bezüglich einer zweiten Prüfwellen-Kippachse verkippt ist.Measuring device according to one of the preceding claims, wherein the second test shaft (24) is tilted with respect to the first test shaft (22) with respect to a first test shaft tilting axis (40) and the measuring device (10) is further configured to generate a third test shaft which is also directed at the optical surface (12) and when it hits the optical surface (12) is tilted relative to the first test shaft (22) with respect to a second test shaft tilting axis. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche weiterhin mindestens einen Kalibierspiegel (64, 66, 68) umfasst und wobei das diffraktive optische Element (20) dazu konfiguriert ist, aus der Eingangswelle (18) weiterhin eine auf den Kalibrierspiegel (64, 66, 68) gerichtete Kalibrierwelle (34, 36, 38) zu erzeugen.Measuring device according to one of the preceding claims, which further comprises at least one calibration mirror (64, 66, 68) and wherein the diffractive optical element (20) is configured to furthermore point to the calibration mirror (64, 66, 68) from the input shaft (18) ) to generate directed calibration wave (34, 36, 38). Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Bestrahlungseinrichtung (16) dazu konfiguriert ist, die Eingangswelle (18) mit einer derartigen optischen Frequenzverteilung zu generieren, dass die beiden Prüfwellen (22, 24) bei Wechselwirkung der Eingangswelle (18) mit dem diffraktiven optischen Element (20) aus zwei unterschiedlichen optischen Frequenzen der Eingangswelle (18) erzeugt werden.Measuring device according to one of the preceding claims, in which the irradiation device (16) is configured to generate the input wave (18) with an optical frequency distribution such that the two test waves (22, 24) when the input wave (18) interacts with the diffractive optical element (20) can be generated from two different optical frequencies of the input shaft (18). Messvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Bestrahlungseinrichtung (16) einen Frequenzkammgenerator (30) zur Erzeugung der optischen Frequenzverteilung umfasst.Measuring device according to Claim 8 , in which the irradiation device (16) comprises a frequency comb generator (30) for generating the optical frequency distribution. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das diffraktive optische Element (20) ein komplex kodiertes Phasengitter (72) mit einer ersten Phasenfunktion zur Erzeugung der ersten Prüfwelle (22) und einer zweiten Phasenfunktion zur Erzeugung der zweiten Prüfwelle (24) umfasst.Measuring device according to one of the Claims 1 to 7th wherein the diffractive optical element (20) comprises a complex coded phase grating (72) with a first phase function for generating the first test wave (22) and a second phase function for generating the second test wave (24). Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche weiterhin einen im Strahlengang der ersten Prüfwelle (22) angeordneten Strahlteiler (76) umfasst, welcher dazu konfiguriert ist, die zweite Prüfwelle (24) von der ersten Prüfwelle (22) abzuspalten.Measuring device according to one of the Claims 1 to 7th which further comprises a beam splitter (76) which is arranged in the beam path of the first test shaft (22) and which is configured to split off the second test shaft (24) from the first test shaft (22). Messvorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher der Strahlteiler (76) als Beugungsgitter konfiguriert ist.Measuring device according to Claim 11 , in which the beam splitter (76) is configured as a diffraction grating. Messvorrichtung nach Anspruch 6 sowie einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das erste diffraktive optische Element (20) dazu konfiguriert ist, aus der Eingangswelle (18) die erste Prüfwelle (22) und die zweite Prüfwelle (24) zu erzeugen, und die Messvorrichtung (10) ein zweites diffraktives optisches Element umfasst, welches dazu konfiguriert ist, die erste Prüfwelle (22) und die dritte Prüfwelle zu erzeugen.Measuring device according to Claim 6 as well as one of the Claims 8 to 10 , wherein the first diffractive optical element (20) is configured to the input shaft (18) the first test wave (22) and the second To generate test wave (24), and the measuring device (10) comprises a second diffractive optical element which is configured to generate the first test wave (22) and the third test wave. Messvorrichtung nach Anspruch 6 sowie einem der Ansprüche 11 und 12, wobei der Strahlteiler (76) drehbar derart im Strahlengang der ersten Prüfwelle (22) angeordnet ist, dass in einer ersten Drehstellung die zweite Prüfwelle (24) und in einer zweiten Drehstellung die dritte Prüfwelle von der ersten Prüfwelle (22) abgespalten wird.Measuring device according to Claim 6 as well as one of the Claims 11 and 12th , the beam splitter (76) being rotatably arranged in the beam path of the first test shaft (22) such that the second test shaft (24) is split off in a first rotary position and the third test shaft is split off from the first test shaft (22) in a second rotary position. Verfahren zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) mit: - einem Generieren einer Eingangswelle (18), - einem Erzeugen einer ersten Prüfwelle (22) mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche (12) angepassten Wellenfront aus der Eingangswelle (18) mittels eines diffraktiven optischen Elements (20), - einem Richten der ersten Prüfwelle (22) auf die optische Oberfläche (12), sowie - einem Erzeugen einer zweiten Prüfwelle (24), welche ebenfalls auf die optische Oberfläche (12) gerichtet und beim Auftreffen auf die optische Oberfläche (12) gegenüber der ersten Prüfwelle (22) verkippt ist.Method for the interferometric determination of a shape of an optical surface (12) of a test object (14) with: - generating an input shaft (18), - a generation of a first test wave (22) with a wave front which is at least partially adapted to a nominal shape of the optical surface (12) from the input wave (18) by means of a diffractive optical element (20), - Directing the first test shaft (22) onto the optical surface (12), and - A generation of a second test wave (24), which is also directed onto the optical surface (12) and is tilted relative to the first test wave (22) when it hits the optical surface (12).
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