DE102020209686A1 - Measuring device for interferometric shape measurement of a surface of a test object - Google Patents

Measuring device for interferometric shape measurement of a surface of a test object Download PDF

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Abstract

Eine Messvorrichtung (10) zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) umfasst einen Strahlteiler (24) zur Aufspaltung einer Eingangsstrahlung (18) in eine Nutzstrahlung (26) sowie eine Vergleichsstrahlung (28), ein Referenzelement (58; 158) zur Erzeugung eines Interferogramms auf einer Detektionsfläche (48) durch Überlagerung eines Teils der Nutzstrahlung (26p) nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts mit einer am Referenzelement erzeugten Referenzwelle (62), eine Reflexionseinrichtung (52), welche dazu konfiguriert ist, in einem Vergleichsmodus der Messvorrichtung die Vergleichsstrahlung (28) derart auf den Strahlteiler (24) zurück zu reflektieren, dass diese nach Wechselwirkung mit dem Strahlteiler auf der Detektionsfläche (48) auftrifft, sowie eine Strahlabdunkelungseinrichtung (32), welche dazu konfiguriert ist, die vom Strahlteiler ausgehende Vergleichsstrahlung in einem Messmodus der Messvorrichtung derart zu manipulieren, dass eine Intensität der durch Rückstrahlung auf der Detektionsfläche (48) auftreffenden Vergleichsstrahlung (28d) höchstens 10-9der Intensität der vom Strahlteiler ausgehenden Vergleichsstrahlung (28) beträgt.A measuring device (10) for interferometric shape measurement of a surface (12) of a test object (14) comprises a beam splitter (24) for splitting an input radiation (18) into useful radiation (26) and comparison radiation (28), a reference element (58; 158 ) for generating an interferogram on a detection surface (48) by superimposing a part of the useful radiation (26p) after interaction with the surface of the test object with a reference wave (62) generated on the reference element, a reflection device (52) which is configured for this purpose, in a Comparison mode of the measuring device to reflect the comparison radiation (28) back onto the beam splitter (24) in such a way that it impinges on the detection surface (48) after interacting with the beam splitter, and a beam darkening device (32) which is configured to the beam splitter emanating To manipulate comparison radiation in a measuring mode of the measuring device in such a way that s an intensity of the comparison radiation (28d) incident on the detection surface (48) by reflection is at most 10-9 of the intensity of the comparison radiation (28) emanating from the beam splitter.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung sowie ein Verfahren zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche eines Testobjekts.The invention relates to a measuring device and a method for interferometric shape measurement of a surface of a test object.

Die Vermessung von Testobjekten in Gestalt von optischen Elementen mittels interferometrischer Messvorrichtungen ist allgemein bekannt. Der allgemeine Stand der Technik kennt zahlreiche verschiedene Typen von Interferometern. Diese werden u. a. eingesetzt, um langwellige Oberflächenfehler, die sogenannte Passe, von optischen Elementen, wie Linsen, Spiegeln oder dergleichen, zu vermessen. Für den eigentlichen, an sich bekannten Messvorgang wird häufig ein Fizeau-Aufbau verwendet, welcher sich eines Fizeau-Elements als Referenzelement bedient. Bei der eigentlichen Messung erfolgt dann ein Vergleich der Referenzplatte mit dem zu messenden optischen Element.The measurement of test objects in the form of optical elements using interferometric measuring devices is generally known. The general state of the art recognizes numerous different types of interferometers. These will include used to measure long-wave surface defects, the so-called passe, of optical elements such as lenses, mirrors or the like. For the actual measurement process, which is known per se, a Fizeau structure is often used, which uses a Fizeau element as a reference element. During the actual measurement, the reference plate is then compared with the optical element to be measured.

Aus DE 10126480 A1 ist eine Katzenaugenanordnung bekannt, die als „interne Referenz“ dient. Aus Messungen mit dieser internen Referenz können regelmäßig die Stabilität der interferometrischen Messvorrichtung durch Messung von Veränderungen in der Winkellage des Fizeau-Elements ermittelt und korrigiert werden. Die mittels der bekannten Messvorrichtung mit der „internen Referenz“ ermittelten Oberflächenformmessergebnisse sind allerdings trotz der damit möglichen genauen Kontrolle der Kippstellung des Fizeau-Elements oft nicht genau genug.Out DE 10126480 A1 a cat's eye arrangement is known to serve as an "internal reference". From measurements with this internal reference, the stability of the interferometric measuring device can be regularly determined and corrected by measuring changes in the angular position of the Fizeau element. However, the surface form measurement results determined using the known measuring device with the "internal reference" are often not accurate enough, despite the precise control of the tilted position of the Fizeau element that is possible with it.

Zugrunde liegende AufgabeUnderlying Task

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere Messergebnisse der Oberflächenform mit einer höheren Genauigkeit ermittelt werden können.It is an object of the invention to provide a device and a method of the type mentioned above, with which the aforementioned problems are solved and, in particular, measurement results of the surface shape can be determined with greater accuracy.

Erfindungsgemäße LösungSolution according to the invention

Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche eines Testobjekts. Diese Messvorrichtung umfasst einen Strahlteiler zur Aufspaltung einer Eingangsstrahlung in eine Nutzstrahlung sowie eine Vergleichsstrahlung, ein Referenzelement zur Erzeugung eines Interferogramms auf einer Detektionsfläche durch Überlagerung eines Teils der Nutzstrahlung nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts mit einer am Referenzelement erzeugten Referenzwelle sowie eine Reflexionseinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, in einem Vergleichsmodus der Messvorrichtung die Vergleichsstrahlung derart auf den Strahlteiler zurück zu reflektieren, dass diese nach Wechselwirkung mit dem Strahlteiler auf der Detektionsfläche auftrifft. Weiterhin umfasst die Messvorrichtung eine Strahlabdunkelungseinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, die vom Strahlteiler ausgehende Vergleichsstrahlung in einem Messmodus der Messvorrichtung derart zu manipulieren, dass eine Intensität der durch Rückstrahlung auf der Detektionsfläche auftreffenden Vergleichsstrahlung höchstens 10-9 der Intensität der vom Strahlteiler ausgehenden Vergleichsstrahlung beträgt. Unter der vom Strahlteiler ausgehenden Vergleichsstrahlung ist die am Strahlteiler aus der Eingangsstrahlung in Transmission oder Reflexion erzeugte Vergleichsstrahlung zu verstehen.The aforementioned object can be achieved according to the invention, for example, with a measuring device for interferometric shape measurement of a surface of a test object. This measuring device comprises a beam splitter for splitting an input radiation into a useful radiation and a comparison radiation, a reference element for generating an interferogram on a detection surface by superimposing a part of the useful radiation after interaction with the surface of the test object with a reference wave generated on the reference element, and a reflection device, which is used for this purpose is configured, in a comparison mode of the measuring device, to reflect the comparison radiation back onto the beam splitter in such a way that it impinges on the detection surface after interacting with the beam splitter. Furthermore, the measuring device comprises a beam darkening device, which is configured to manipulate the comparison radiation emanating from the beam splitter in a measuring mode of the measuring device in such a way that an intensity of the comparison radiation incident on the detection surface by reflection is at most 10 -9 of the intensity of the comparison radiation emanating from the beam splitter. The comparison radiation emanating from the beam splitter is to be understood as meaning the comparison radiation generated at the beam splitter from the input radiation in transmission or reflection.

Gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen beträgt die Intensität der durch Rückstrahlung auf der Detektionsfläche auftreffenden Vergleichsstrahlung höchstens 10-10, höchstens 10-11, höchstens 10-12 oder höchstens 10-13 der vom Strahlteiler ausgehenden Vergleichsstrahlung.According to different embodiments, the intensity of the comparison radiation incident on the detection surface by reflection is at most 10 -10 , at most 10 -11 , at most 10 -12 or at most 10 -13 of the comparison radiation emanating from the beam splitter.

Die Strahlabdunkelungseinrichtung ist dazu konfiguriert in einem Messmodus der Messvorrichtung die vom Strahlteiler ausgehende Vergleichsstrahlung wie angegeben zu manipulieren. Dazu ist insbesondere zumindest ein Element der Strahlabdunkelungseinrichung zum Einfahren in den Strahlengang der vom Strahlteiler ausgehenden Vergleichsstrahlung gelagert. Unter einem Einfahren des Elements in den Strahlengang ist ein Einbringen des Elements, etwa durch ein Verschwenken oder Verschieben des Elements, in den Strahlengang der Vergleichsstrahlung zu verstehen.The beam darkening device is configured to manipulate the comparison radiation emanating from the beam splitter as specified in a measuring mode of the measuring device. For this purpose, in particular at least one element of the beam darkening device is mounted for moving into the beam path of the comparison radiation emanating from the beam splitter. Retracting the element into the beam path is to be understood as meaning bringing the element into the beam path of the comparison radiation, for example by pivoting or displacing the element.

Der genannte Messmodus dient der Formvermessung der Oberfläche des Testobjekts durch Auswertung des Interferogramms, welches durch Überlagerung des genannten Teils der Nutzstrahlung nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts mit der am Referenzelement erzeugten Referenzstrahlung gebildet wird.Said measuring mode serves to measure the shape of the surface of the test object by evaluating the interferogram which is formed by superimposing said part of the useful radiation after interaction with the surface of the test object with the reference radiation generated on the reference element.

Im Vergleichsmodus hingegen erfolgt eine Überwachung der Stabilität der Messvorrichtung. Hierbei dient die Vergleichsstrahlung als interne Referenz. Durch das Vorsehen der Reflexionseinrichtung kann die Stabilität der interferometrischen Messvorrichtung, etwa durch Messung von Veränderungen der Kippstellung des Referenzelements im Vergleichsmodus, überwacht werden, wodurch grundsätzlich die Qualität des Messergebnisses der Oberflächenform verbessert werden kann.In the comparison mode, on the other hand, the stability of the measuring device is monitored. Here, the comparison radiation serves as an internal reference. By providing the reflection device, the stability of the interferometric measuring device can be monitored, for example by measuring changes in the tilted position of the reference element in the comparison mode, which can fundamentally improve the quality of the measurement result of the surface shape.

Erfindungsgemäß wurde jedoch erkannt, dass durch die Reflexionseinrichtung auch im Messmodus Vergleichsstrahlung als Störlicht auf die Detektionsfläche trifft, welche die Qualität des der Bestimmung der Oberflächenform dienenden Interferogramms verschlechtert. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen der Strahlabdunkelungseinrichtung wird nun dieses Störlicht derart verringert, dass dessen Einfluss auf die Qualität der Messung vernachlässigbar wird. Damit wird mittels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung die Ermittlung der Oberflächenform mit einer höheren Genauigkeit möglich.According to the invention, however, it was recognized that by the reflection device in the measurement mode comparison radiation as stray light on the Detection surface hits, which degrades the quality of the determination of the surface shape serving interferogram. The provision of the beam darkening device according to the invention now reduces this interfering light in such a way that its influence on the quality of the measurement becomes negligible. This makes it possible to determine the surface shape with greater accuracy using the measuring device according to the invention.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung weiterhin ein diffraktives optisches Element zum Aufspalten der Nutzstrahlung in einen auf die Oberfläche des Testobjekts gerichteten Prüfstrahlengang sowie einen auf das Referenzelement gerichteten Referenzstrahlengang. Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung ein Fizeau-Interferometer, wobei dessen Fizeau-Element das Referenzelement bildet.According to one embodiment, the measuring device also includes a diffractive optical element for splitting the useful radiation into a test beam path directed at the surface of the test object and a reference beam path directed at the reference element. According to an alternative embodiment, the measuring device comprises a Fizeau interferometer, with its Fizeau element forming the reference element.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform bildet der Teil der Nutzstrahlung nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts eine Prüflingsstrahlung und die Strahlabdunkelungseinrichtung ist derart konfiguriert, dass im Messmodus auf der Detektionsfläche das Verhältnis zwischen der Intensität der Vergleichsstrahlung und der Intensität der Prüflingsstrahlung höchstens 10-9, insbesondere höchstens 10-10, höchstens 10-11, höchstens 10-12 der höchstens 10-13, beträgt. Mit anderen Worten ist der Wert des Quotienten mit der Intensität der Vergleichsstrahlung in der Detektionsebene als Dividenden und der Intensität der Prüflingsstrahlung in der Detektionsebene als Divisor kleiner als 10-9.According to a further embodiment, the part of the useful radiation forms a test object radiation after interaction with the surface of the test object and the beam darkening device is configured in such a way that in the measurement mode on the detection surface the ratio between the intensity of the comparison radiation and the intensity of the test object radiation is at most 10 -9 , in particular at most 10 -10 , at most 10 -11 , at most 10 -12 or at most 10 -13 . In other words, the value of the quotient with the intensity of the comparison radiation in the detection plane as a dividend and the intensity of the test object radiation in the detection plane as a divisor is less than 10 -9 .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Strahlabdunkelungseinrichtung ein Einführelement, welches dazu gelagert ist, im Messmodus in den Strahlengang der vom Strahlteiler ausgehenden Vergleichsstrahlung eingeführt zu werden. Gemäß einer Ausführungsvariante ist das Einführelement dazu konfiguriert, im eingeführten Zustand einen Anteil der darauf einfallenden Vergleichsstrahlung aus dem Strahlengang der Vergleichsstrahlung auszukoppeln.According to a further embodiment, the beam darkening device comprises an insertion element which is mounted to be inserted into the beam path of the comparison radiation emanating from the beam splitter in the measurement mode. According to one embodiment variant, the insertion element is configured to decouple a portion of the comparison radiation incident on it from the beam path of the comparison radiation in the inserted state.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Einführelement dazu konfiguriert, im eingeführten Zustand den überwiegenden Teil der darauf einfallenden Vergleichsstrahlung zu absorbieren. Insbesondere wird mehr als 99% oder mehr als 99,9% der einfallenden Vergleichsstrahlung absorbiert.According to a further embodiment, the insertion element is configured to absorb the majority of the reference radiation incident thereon when inserted. In particular, more than 99% or more than 99.9% of the incident reference radiation is absorbed.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Strahlabdunkelungseinrichtung weiterhin ein Absorptionselement zur Absorption der Vergleichsstrahlung auf und das Einführelement ist dazu konfiguriert, im eingeführten Zustand einen daran reflektierten Anteil auf das Absorptionselement zu lenken. Insbesondere weist das Einführelement eine derart konfigurierte Oberfläche auf, dass im eingefahrenen Zustand ein daran reflektierter Anteil der Vergleichsstrahlung auf das Absorptionselement gelenkt wird.According to a further embodiment, the beam darkening device also has an absorption element for absorbing the comparison radiation and the insertion element is configured to direct a portion reflected thereon onto the absorption element in the inserted state. In particular, the insertion element has a surface configured in such a way that, in the retracted state, a proportion of the reference radiation reflected thereon is directed onto the absorption element.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Absorptionselement als Strahlfalle, auch Laserstrahlfalle bezeichnet, konfiguriert. Gemäß einer Ausführungsvariante ist eine Oberfläche des Einführelements derart geformt, dass im eingeführten Zustand der reflektierte Anteil der Vergleichsstrahlung auf eine Einstrahlöffnung der Strahlfalle fokussiert wird. Dabei kann es sich um eine eindimensionale Fokussierung, z.B. einen Linienfokus, etwa bei sphärischer Konfiguration der Oberfläche des Einführelements, oder um eine zweidimensionale Fokussierung handeln.According to a further embodiment, the absorption element is configured as a beam trap, also referred to as a laser beam trap. According to one embodiment variant, a surface of the insertion element is shaped in such a way that, in the inserted state, the reflected portion of the reference radiation is focused onto an entry opening of the beam trap. This can be one-dimensional focusing, e.g. a line focus, for example with a spherical configuration of the surface of the insertion element, or two-dimensional focusing.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Einstrahlöffnung der Strahlfalle kreisförmig gestaltet. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist die Einstrahlöffnung Schlitzform auf.According to a further embodiment, the irradiation opening of the beam trap has a circular shape. According to an alternative embodiment, the injection opening is in the form of a slit.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist eine Oberfläche des Einführelements eine nicht-sphärische Form auf. Dabei ist die nicht-sphärische Form insbesondere derart gewählt, dass der Strahlquerschnitt am Ort der Einstrahlöffnung kreisförmig ist. Die nicht-sphärische Form kann z.B. als Oberflächenabschnitt eines Torus bzw. einer Ellipse gestaltet sein, insbesondere ist die nicht-sphärische Oberfläche rotationssymmetrisch, z.B. entspricht sie einem Oberflächenbereich eines Rotationsparaboloids.According to a further embodiment, a surface of the insertion element has a non-spherical shape. In this case, the non-spherical shape is selected in particular in such a way that the jet cross section at the location of the injection opening is circular. The non-spherical shape can, for example, be designed as a surface section of a torus or an ellipse, in particular the non-spherical surface is rotationally symmetrical, for example it corresponds to a surface area of a paraboloid of revolution.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist eine Oberfläche des Einführelements eine sphärische Form auf und eine Symmetrieachse der Oberfläche ist schräg zur Strahlrichtung der vom Strahlteiler ausgehenden Vergleichsstrahlung angeordnet.According to a further embodiment, a surface of the insertion element has a spherical shape and an axis of symmetry of the surface is arranged at an angle to the beam direction of the comparison radiation emanating from the beam splitter.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Strahlfalle als Hohlkörper gestaltet. Beispielsweise ist die Strahlfalle in Gestalt eines Prismas mit einem ungeradzahligen n-Eck als Grundfläche, wie etwa einem Dreieck, gestaltet.According to a further embodiment, the beam trap is designed as a hollow body. For example, the beam trap is designed in the form of a prism with an odd n-corner as a base, such as a triangle.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest ein Teil der Innenfläche des Hohlkörpers entspiegelt. Insbesondere weist die Innenfläche eine stark absorbierende Schicht auf.According to a further embodiment, at least part of the inner surface of the hollow body is anti-reflective. In particular, the inner surface has a highly absorbent layer.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Messvorrichtung weiterhin eine Strahlungsquelle zum Erzeugen der Eingangsstrahlung mit einem inkohärenten Beleuchtungssetting auf. Unter einer Beleuchtung mit einem kohärenten Beleuchtungssetting ist eine Beleuchtung zu verstehen, welche Beleuchtungsstrahlung mit einer einheitlichen Ausbreitungsrichtung erzeugt, d.h. die Intensitätsverteilung in der Pupillenebene der Beleuchtungsstrahlung ist punktförmig. Bei einem inkohärenten Beleuchtungssetting liegt eine Verteilung der Ausbreitungsrichtung vor, d.h. die Intensitätsverteilung in der Pupillenebne der Beleuchtungsstrahlung weicht von der Punktform ab und ist beispielsweise kreisförmig, ringförmig (annulare Beleuchtung) oder mehrpolig (Dipolbeleuchtung, Quadrupolbeleuchtung etc.).According to a further embodiment, the measuring device also has a radiation source for generating the input radiation with an incoherent illumination setting. Illumination with a coherent illumination setting is to be understood as meaning illumination which has illumination radiation with a uniform Propagation direction generated, ie the intensity distribution in the pupil plane of the illumination radiation is punctiform. With an incoherent illumination setting, the propagation direction is distributed, ie the intensity distribution in the pupil plane of the illumination radiation deviates from the point shape and is, for example, circular, ring-shaped (annular illumination) or multipolar (dipole illumination, quadrupole illumination, etc.).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messvorrichtung zur Formvermessung der Oberfläche eines optischen Elements für die Mikrolithographie, insbesondere eines EUV-Spiegels, konfiguriert. Insbesondere ist das optische Element Teil einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, beispielsweise eines Beleuchtungssystems oder eines Projektionsobjektivs einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage.According to a further embodiment, the measuring device is configured to measure the shape of the surface of an optical element for microlithography, in particular an EUV mirror. In particular, the optical element is part of a projection exposure system for microlithography, for example an illumination system or a projection objective of such a projection exposure system.

Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts mit den Schritten: Aufspalten einer Eingangsstrahlung mittels eines Strahlteilers in eine Nutzstrahlung sowie eine auf eine Reflexionseinrichtung gerichtete Vergleichsstrahlung, Anordnen des Testobjekts in einem Strahlengang einer aus der Nutzstrahlung erzeugten Prüflingsstrahlung und Erzeugen eines Interferogramms auf einer Detektionsfläche durch Überlagerung der Prüflingsstrahlung nach Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche des Testobjekts mit einer Referenzwelle, sowie Anordnen einer Strahlabdunkelungseinrichtung im Strahlengang der Vergleichsstrahlung zur derartigen Reduktion eines auf den Strahlteiler zurückgeworfenen Anteils der Vergleichsstrahlung, dass auf der Detektionsfläche das Verhältnis zwischen der Intensität der Vergleichsstrahlung und der Intensität der Prüflingsstrahlung höchstens 10-9 beträgt. Insbesondere beträgt dieses Verhältnis höchstens 10-10, höchstens 10-11, höchstens 10-12 oder höchstens 10-13.The aforementioned object can also be achieved, for example, with a method for interferometrically measuring the shape of a surface of a test object with the steps: splitting an input radiation by means of a beam splitter into useful radiation and a comparison radiation directed at a reflection device, arranging the test object in a beam path of one of the Useful radiation generated test object radiation and generation of an interferogram on a detection surface by superimposing the test object radiation after interaction with the optical surface of the test object with a reference wave, and arranging a beam darkening device in the beam path of the comparison radiation for such a reduction of a portion of the comparison radiation reflected back onto the beam splitter that on the detection surface the ratio between the intensity of the reference radiation and the intensity of the test object radiation is at most 10 -9 . In particular, this ratio is at most 10 -10 , at most 10 -11 , at most 10 -12 or at most 10 -13 .

Durch das erfindungsgemäße Anordnen der Strahlabdunkelungseinrichtung wird durch Reflexionseinrichtung erzeugtes Störlicht so weit verringert, dass dessen Einfluss auf die Qualität der Oberflächenmessung vernachlässigbar wird. Damit wird mittels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung die Ermittlung der Oberflächenform mit einer höheren Genauigkeit möglich.By arranging the beam darkening device according to the invention, stray light generated by the reflection device is reduced to such an extent that its influence on the quality of the surface measurement becomes negligible. This makes it possible to determine the surface shape with greater accuracy using the measuring device according to the invention.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Strahlabdunkelungseinrichtung derart konfiguriert und angeordnet, dass der Anteil der Vergleichsstrahlung, welcher auf den Strahlteiler zurück geworfen wird, auf höchstens 10-9, insbesondere höchstens 10-10, höchstens 10-11, höchstens 10-12 oder höchstens 10-13 der Intensität der vom Strahlteiler ausgehenden Vergleichsstrahlung abgeschwächt wird. Der auf den Strahlteiler zurückgeworfene Anteil der Vergleichsstrahlung wird insbesondere über die Strahlabdunkelungseinrichtung zurückgeworfen.According to one embodiment, the beam darkening device is configured and arranged in such a way that the proportion of the comparison radiation that is thrown back onto the beam splitter is limited to at most 10 -9 , in particular at most 10 -10 , at most 10 -11 , at most 10 -12 or at most 10 - 13 of the intensity of the comparison radiation emanating from the beam splitter is weakened. The portion of the comparison radiation reflected back onto the beam splitter is reflected back, in particular, via the beam darkening device.

Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Messvorrichtung angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Messverfahren 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 embodiment variants, etc. of the measuring device according to the invention can be transferred accordingly to the measuring 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 which are independently protectable and whose protection may only be claimed during or after the application is pending.

Figurenlistecharacter 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 eine Ausführungsform einer Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche eines Testobjekts in einem Messmodus, in dem ein Einführelement in einen Strahlengang einer Vergleichsstrahlung eingeführt ist und diese auf eine Strahlfalle lenkt,
  • 2 die Messvorrichtung gemäß 2 in einem Vergleichsmodus,
  • 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Vermessung der Oberfläche des Testobjekts mittels der in den 1 und 2 dargestellten Messvorrichtung,
  • 4 die Strahlfalle gemäß 1 in perspektivischer Ansicht,
  • 5 ein Ausschnitt aus dem Strahlengang der Messvorrichtung gemäß 1 für die über das Einführelement laufende Vergleichsstrahlung in einer Ausführungsform, in der die optische Oberfläche des Einführelements eine asphärische Form aufweist,
  • 6 ein Ausschnitt aus dem Strahlengang der Messvorrichtung gemäß 1 für die über das Einführelement laufende Vergleichsstrahlung in einer Ausführungsform, in der die optische Oberfläche des Einführelements eine sphärische Form aufweist, sowie
  • 7 eine weitere Ausführungsform der Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche eines Testobjekts mit einem von einem diffraktiven optischen Element erzeugten Referenzstrahlengang.
The above and other advantageous features of the invention are illustrated in the following detailed description of exemplary embodiments according to the invention with reference to the attached schematic drawings. It shows:
  • 1 an embodiment of a measuring device for interferometric shape measurement of a surface of a test object in a measuring mode in which an insertion element is inserted into a beam path of a comparison radiation and directs it onto a beam trap,
  • 2 the measuring device according to 2 in a comparison mode,
  • 3 a flow chart of an embodiment of the measurement of the surface of the test object by means of in the 1 and 2 shown measuring device,
  • 4 the beam trap according to 1 in perspective view,
  • 5 a section of the beam path of the measuring device according to FIG 1 for the comparison radiation passing over the insertion element in an embodiment in which the optical surface of the insertion element has an aspherical shape,
  • 6 a section of the beam path of the measuring device according to FIG 1 for the comparison radiation passing over the insertion element in an embodiment in which the optical surface of the insertion element has a spherical shape, and
  • 7 a further embodiment of the measuring device for interferometric shape measurement of a surface of a test object with a reference beam path generated by a diffractive optical element.

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 with the same or similar reference symbols as far as possible. Therefore, for an understanding of the features of each element of a particular embodiment, reference should be made to the description of other embodiments or the general description of the invention.

Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die x-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die y-Richtung nach oben und die z-Richtung nach links.To simplify the description, a Cartesian xyz coordinate system is given in the drawing, from which the respective positional relationship of the components shown in the figures results. In 1 the x-direction runs perpendicular to the plane of the drawing into it, the y-direction upwards and the z-direction to the left.

1 veranschaulicht eine erste Ausführungsform einer Messvorrichtung 10 zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 in einem Messmodus der Messvorrichtung 10. Ein derartiges Testobjekt 14 kann z.B. ein einzelnes optisches Element oder auch ein Testobjektiv mit mehreren optischen Elementen sein. Als einzelnes optisches Element kommt beispielsweise eine Linse oder ein Spiegel eines Projektionsobjektivs für die Mikrolithographie in Frage, insbesondere ein für die Reflexion von EUV-Strahlung optimierter Spiegel. Unter EUV-Strahlung wird in diesem Text elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 100 nm, insbesondere von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm, verstanden. 1 illustrates a first embodiment of a measuring device 10 for interferometric shape measurement of a surface 12 of a test object 14 in a measuring mode of the measuring device 10. Such a test object 14 can be, for example, a single optical element or a test lens with multiple optical elements. A lens or a mirror of a projection objective for microlithography, for example, comes into consideration as an individual optical element, in particular a mirror optimized for the reflection of EUV radiation. In this text, EUV radiation is understood to mean electromagnetic radiation with a wavelength of less than 100 nm, in particular of approximately 13.5 nm or approximately 6.8 nm.

Die Messvorrichtung 10 umfasst eine Strahlungsquelle 16, welche Eingangsstrahlung 18 in Gestalt einer sphärischen Welle aussendet. Dabei kann die Eingangsstrahlung 18 mit einem kohärenten oder inkohärenten Beleuchtungssetting erzeugt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Eingangsstrahlung 18 mit einem inkohärenten Beleuchtungssetting 20 erzeugt. Dieses wird in 1 mittels Strahlbüscheln dargestellt, welche oberhalb und unterhalb der von einem punktförmigen Ursprung ausgehenden durchgezogenen Strahlen der Eingangsstrahlung 18 angeordnet sind. Bei einem inkohärenten Beleuchtungssetting weicht die Intensitätsverteilung der Eingangsstrahlung 18 in der Pupillenebene der Strahlungsquelle 16 von der Punktform ab und ist beispielsweise kreisförmig, ringförmig (annulare Beleuchtung) oder mehrpolig (Dipolbeleuchtung, Quadrupolbeleuchtung etc.).The measuring device 10 comprises a radiation source 16 which emits input radiation 18 in the form of a spherical wave. In this case, the input radiation 18 can be generated with a coherent or incoherent illumination setting. In the exemplary embodiment shown, the input radiation 18 is generated with an incoherent illumination setting 20 . This will be in 1 represented by means of beam bundles, which are arranged above and below the continuous beams of the input radiation 18 emanating from a point-like origin. With an incoherent illumination setting, the intensity distribution of the input radiation 18 in the pupil plane of the radiation source 16 deviates from the point shape and is, for example, circular, ring-shaped (annular illumination) or multipolar (dipole illumination, quadrupole illumination, etc.).

Zur Erzeugung der Eingangsstrahlung 18 kann in der Strahlungsquelle 16 beispielsweise ein Helium-Neon-Laser mit einer Wellenlänge von etwa 633 nm oder eine Laserdiode von etwa 532 nm vorgesehen sein. Die Eingangsstrahlung 18 kann aber auch eine andere Wellenlänge im sichtbaren oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung aufweisen.To generate the input radiation 18, a helium-neon laser with a wavelength of approximately 633 nm or a laser diode of approximately 532 nm can be provided in the radiation source 16, for example. However, the input radiation 18 can also have a different wavelength in the visible or non-visible wavelength range of electromagnetic radiation.

Die Welle der Eingangsstrahlung 18 trifft auf einen Strahlteiler 24, an dem diese in eine Nutzstrahlung 26 und eine Vergleichsstrahlung 28 aufgespalten wird. Dabei bildet ein den Strahlteiler 24 durchlaufender Anteil der Eingangsstrahlung 18 die Nutzstrahlung 26 und ein vom Strahlteiler 24 reflektierter Anteil der Eingangsstrahlung 18 die Vergleichsstrahlung 28. Der vom Strahlteiler 24 reflektierte Anteil der Eingangsstrahlung 18 wird nachstehend auch als die vom Strahlteiler 24 ausgehende Vergleichsstrahlung 28 bezeichnet.The wave of the input radiation 18 impinges on a beam splitter 24 where it is split into useful radiation 26 and comparison radiation 28 . A portion of the input radiation 18 passing through the beam splitter 24 forms the useful radiation 26 and a portion of the input radiation 18 reflected by the beam splitter 24 forms the comparison radiation 28. The portion of the input radiation 18 reflected by the beam splitter 24 is also referred to below as the comparison radiation 28 emanating from the beam splitter 24.

In dem in 1 veranschaulichten Messmodus ist ein Einführelement 30 einer Strahlabdunkelungseinrichtung 32 im Strahlengang der Vergleichsstrahlung 28 angeordnet. Das Einführelement 30, welches auch als Shutterelement oder Shutterspiegel bezeichnet werden kann, dient dazu einen Teil der darauf einfallenden Vergleichsstrahlung 28 durch Reflexion aus dem Strahlengang der Vergleichsstrahlung 28 auszukoppeln und den verbleibenden Teil der Vergleichsstrahlung 28 zu absorbieren.in the in 1 In the measurement mode illustrated, an insertion element 30 of a beam darkening device 32 is arranged in the beam path of the comparison radiation 28 . The insertion element 30, which can also be referred to as a shutter element or shutter mirror, serves to decouple part of the comparison radiation 28 incident on it by reflection from the beam path of the comparison radiation 28 and to absorb the remaining part of the comparison radiation 28.

Dazu weist das Einführelement 30 eine der eintreffenden Vergleichsstrahlung 28 zugewandte Oberfläche 36 auf, welche mit einer Antireflexschicht versehen ist, sodass der an der Oberfläche 36 reflektierte Anteil 28r der Vergleichsstrahlung 28 im Vergleich zu dem im Einführelement 30 absorbierten Anteil der Vergleichsstrahlung 28 erheblich kleiner ist. Beispielsweise kann die Reflektivität der Antireflexschicht etwa 1%, insbesondere etwa 0,1% betragen, sodass der reflektierte Anteil 28r um mindestens zwei Größenordnungen, insbesondere um mindestens drei Größenordnungen kleiner ist als der absorbierte Anteil der Vergleichsstrahlung 28.For this purpose, the insertion element 30 has a surface 36 facing the incoming reference radiation 28, which is provided with an antireflection layer, so that the portion 28r of the reference radiation 28 reflected on the surface 36 is considerably smaller compared to the portion of the reference radiation 28 absorbed in the insertion element 30. For example, the reflectivity of the antireflection layer can be about 1%, in particular about 0.1%, so that the reflected portion 28r is at least two orders of magnitude, in particular at least three orders of magnitude smaller than the absorbed portion of the comparison radiation 28.

Die Oberfläche 36 des Einführelements ist derart konfiguriert, dass der geringfügige daran reflektierte Anteil 28r der Vergleichsstrahlung 28 auf ein im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Strahlfalle konfiguriertes Absorptionselement 38 gelenkt wird. Das Absorptionselement 38 kann auch eine andere Konfiguration zur Absorption der auftreffenden Vergleichsstrahlung 28 aufweisen. Das Absorptionselement 38 in Gestalt einer Strahlfalle ist dazu konfiguriert, dass von dem darauf eingestrahlten Anteil 28r lediglich ein stark abgeschwächter Anteil 28rr zum Einführelement 30 zurückgeworfen oder in den umgebenden Raum reflektiert bzw. gestreut wird.The surface 36 of the insertion element is configured in such a way that the small portion 28r of the comparison radiation 28 reflected thereon is directed onto an absorption element 38 configured as a beam trap in the present exemplary embodiment. The absorption element 38 can also have a different configuration for absorbing the incident reference radiation 28 . The absorbing element 38 in the form of a beam trap is configured so that from the irradiated thereon Portion 28r only a greatly attenuated portion 28rr is thrown back to the insertion element 30 or reflected or scattered into the surrounding space.

In einer beispielhaften Ausführungsform ist das als Strahlfalle konfigurierte Absorptionselement 38 als Hohlkörper in Gestalt eines Prismas mit dreieckiger Grundfläche 51 a konfiguriert (vgl. Schnittansicht II-II' in 1). Die Vergleichsstrahlung 28r tritt durch eine an einer Seitenfläche 49 des Prismas angeordnete Einstrahlöffnung 39 in den Hohlkörper ein (vgl. Schnittansicht I-I' in 1). Die Einstrahlöffnung 39 ist nahe der Grundfläche 51a des Prismas angeordnet. Das prismaförmige Absorptionselement 38 ist zur besseren Veranschaulichung weiterhin in 4 in perspektivischer Ansicht dargestellt.In an exemplary embodiment, the absorption element 38 configured as a beam trap is configured as a hollow body in the form of a prism with a triangular base area 51a (cf. sectional view II-II' in 1 ). The comparison radiation 28r enters the hollow body through a radiation opening 39 arranged on a side face 49 of the prism (cf. sectional view II' in 1 ). The irradiation port 39 is located near the base 51a of the prism. The prismatic absorption element 38 is still shown in FIG 4 shown in perspective view.

Die Vergleichsstrahlung 28r wird in einem derartigen Winkel in den Hohlkörper des Absorptionselements 38 eingestrahlt, dass die Strahlung 28r unter mehrfacher Reflexion an den Innenseiten 50 der Seitenflächen 49 des Prismas in Richtung der Deckfläche 51b des Prismas propagiert. Die Seitenflächen 49 des Prismases sind gemäß einer Ausführungsvariante aus entspiegelten absorbierenden Glasplatten, wie etwa entspiegelten Blaugläsern, gefertigt.The comparison radiation 28r is radiated into the hollow body of the absorption element 38 at such an angle that the radiation 28r propagates with multiple reflections on the inner sides 50 of the side surfaces 49 of the prism in the direction of the top surface 51b of the prism. According to one embodiment variant, the side surfaces 49 of the prism are made of anti-reflective, absorbing glass plates, such as anti-reflective blue glasses.

Bei jeder Reflexion innerhalb des prismaförmigen Hohlkörpers wird die Intensität der Vergleichsstrahlung 28r stark abgeschwächt, beispielsweise etwa um den Faktor 100. Ein um viele Größenordnungen abgeschwächter Anteil der Vergleichsstrahlung 28r verlässt das Absorptionselement 38 wieder als Vergleichsstrahlung 28rr durch die Einstrahlöffnung 39 und läuft im Strahlengang der Vergleichsstrahlung 28r zum der Einführelement 30 zurück.With each reflection within the prism-shaped hollow body, the intensity of the comparison radiation 28r is greatly weakened, for example by a factor of 100. A proportion of the comparison radiation 28r, which is weakened by many orders of magnitude, leaves the absorption element 38 again as comparison radiation 28rr through the irradiation opening 39 and runs in the beam path of the comparison radiation 28r to the insertion element 30 back.

Die Oberfläche 36 des Einführelements 30 kann gemäß einer Ausführungsform eine nicht-sphärische Form aufweisen. Die nicht-sphärische Form kann beispielsweise der Form eines Ausschnitts der Oberfläche eines Torus oder eines Rotationsparaboloiden entsprechen. Insbesondere entspricht die Form im Querschnitt einem Abschnitt einer Ellipse. Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsvariante der Oberfläche 36, welche zur Verdeutlichung auch in 5 veranschaulicht ist, ist diese mit einer derart gewählten nicht-sphärischen Form konfiguriert, dass der Strahlquerschnitt 68 der Vergleichsstrahlung 28r am Ort der Einstrahlöffnung 39 des Absorptionselements 38 die Form eines Kreises aufweist. Dieser Radius entspricht dem Radius der kreisförmigen Einstrahlöffnung 39. Alternativ kann die Einstrahlöffnung 39 auch rechteckförmig, insbesondere quadratisch gestaltet sein.The surface 36 of the insertion member 30 may have a non-spherical shape according to one embodiment. The non-spherical shape can, for example, correspond to the shape of a section of the surface of a torus or a paraboloid of revolution. In particular, the cross-sectional shape corresponds to a portion of an ellipse. According to the 1 illustrated variant of the surface 36, which for clarification also in 5 is illustrated, it is configured with a non-spherical shape selected in such a way that the beam cross section 68 of the comparison radiation 28r has the shape of a circle at the location of the irradiation opening 39 of the absorption element 38 . This radius corresponds to the radius of the circular injection opening 39. Alternatively, the injection opening 39 can also be rectangular, in particular square.

Wie aus der Darstellung gemäß 5 hervorgeht, ist der Strahlquerschnitt 70 am Ursprung der auf die Oberfläche 36 des Einführelements 30 eingestrahlten Welle, d.h. der Eingangsstrahlung 18 am Ort der Strahlungsquelle 16 ebenfalls kreisförmig, insbesondere weist er etwa den gleichen Radius auf wie der Strahlquerschnitt 68 am Ort des Absorptionselements 38.As per the illustration 5 shows, the beam cross section 70 at the origin of the wave radiated onto the surface 36 of the insertion element 30, i.e. the input radiation 18 at the location of the radiation source 16, is also circular, in particular it has approximately the same radius as the beam cross section 68 at the location of the absorption element 38.

6 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform des Einführelements 30. In dieser Ausführungsform weist die Oberfläche 36 eine sphärische Form auf. Weiterhin ist das Einführelement 30 derart angeordnet, dass die Symmetrieachse 37 der sphärischen Oberfläche 36 schräg zur Strahlrichtung 29 der eingehenden Welle der Vergleichsstrahlung 28 angeordnet ist. Unter einer schrägen Anordnung ist insbesondere ein Winkel φ von mindestens 5° oder mindestens 10° zwischen der Strahlrichtung 29 und der Symmetrieachse 37 zu verstehen. In dieser Ausführungsform ergibt sich für den Strahlquerschnitt 68 am Einführelement 30 eine längliche Form, sodass auch die Einstrahlöffnung 39 am Absorptionselement 38 mit einer entsprechend länglichen Form konfiguriert wird. Im vorliegenden Fall ist die Einstrahlöffnung 39 damit schlitzförmig konfiguriert. Im Fall einer länglichen Form des Strahlquerschnitts 68 spricht man auch näherungsweise von einem durch das Einführelement 30 erzeugten Linienfokus. 6 Figure 12 illustrates an alternative embodiment of insertion member 30. In this embodiment, surface 36 has a spherical shape. Furthermore, the insertion element 30 is arranged in such a way that the axis of symmetry 37 of the spherical surface 36 is arranged at an angle to the beam direction 29 of the incoming wave of the comparison radiation 28 . An oblique arrangement means in particular an angle φ of at least 5° or at least 10° between the beam direction 29 and the axis of symmetry 37 . In this embodiment, an elongate shape results for the beam cross section 68 on the insertion element 30, so that the injection opening 39 on the absorption element 38 is also configured with a correspondingly elongate shape. In the present case, the injection opening 39 is configured in the form of a slit. In the case of an elongate shape of the beam cross section 68, one also speaks approximately of a line focus generated by the insertion element 30.

Zurückkommend auf die Darstellung in 1, beträgt beispielsweise die Intensität des vom Absorptionselement 38 zum Einführelement 30 zurückgeworfenen Anteils 28rr der Vergleichsstrahlung 28 weniger als 10-5, insbesondere weniger als 10-10 des Anteils 28r. An der Antireflexschicht auf der Oberfläche 36 des Einführelements 30 wird wiederum nur ein geringer Anteil 28rrr reflektiert, beispielsweise etwa 1% oder 0,1% des Anteils 28rr gemäß der vorstehend erwähnten Reflektivität, und läuft im Strahlengang der Vergleichsstrahlung 28 auf den Strahlteiler 24 zurück.Coming back to the presentation in 1 For example, the intensity of the portion 28rr of the comparison radiation 28 reflected back from the absorption element 38 to the insertion element 30 is less than 10 -5 , in particular less than 10 -10 of the portion 28r. On the antireflection layer on the surface 36 of the insertion element 30, in turn, only a small portion 28rrr is reflected, for example about 1% or 0.1% of the portion 28rr according to the above-mentioned reflectivity, and runs back in the beam path of the comparison radiation 28 to the beam splitter 24.

Der Anteil 28rrr der Vergleichsstrahlung 28 durchläuft den Strahlteiler 28 und tritt daraufhin in ein Kameramodul 40 ein. Das Kameramodul 40 umfasst eine Blende 42, ein Okular 44 sowie einen Detektor 46. Die in das Kameramodul 40 eintretende Vergleichsstrahlung 28 trifft schließlich mit einem Anteil 28d auf der Detektionsfläche 48 auf.The portion 28rrr of the comparison radiation 28 passes through the beam splitter 28 and then enters a camera module 40 . The camera module 40 includes a diaphragm 42, an eyepiece 44 and a detector 46. The comparison radiation 28 entering the camera module 40 finally impinges on the detection surface 48 with a portion 28d.

Insgesamt sind das Einführelement 30 und das Absorptionselement 38 der Strahlabdunkelungseinrichtung 32 gemäß einer Ausführungsform derart konfiguriert, dass die vom Strahlteiler 24 ausgehende Vergleichsstrahlung 28 im in 1 dargestellten Messmodus der Messvorrichtung 10 derart manipuliert wird, dass eine Intensität der durch Rückstrahlung auf der Detektionsfläche 48 auftreffenden Vergleichsstrahlung 28d, d.h. des ggf. durch den Durchtritt durch den Strahlteiler 24 sowie die nachfolgenden optischen Elemente noch weiter intensitätsreduzierten Anteils 28rrr der Vergleichsstrahlung 28, höchstens 10-9, insbesondere höchstens 10-10, höchstens 10-11, höchstens 10-12 oder höchstens 10-13 der Intensität der vom Strahlteiler 24 ausgehenden Vergleichsstrahlung 28 beträgt.Overall, the insertion element 30 and the absorption element 38 of the beam darkening device 32 are configured according to one embodiment in such a way that the comparison radiation 28 emanating from the beam splitter 24 is in 1 illustrated measuring mode of the measuring device 10 is manipulated in such a way that an intensity of the incident by reflection on the detection surface 48 comparison radiation 28d, ie the possibly through the passage passes through the beam splitter 24 and the subsequent optical elements of the intensity-reduced portion 28rrr of the comparison radiation 28, at most 10 -9 , in particular at most 10 -10 , at most 10 -11 , at most 10 -12 or at most 10 -13 of the intensity of the beam splitter 24 outgoing comparison radiation is 28.

Der als Nutzstrahlung 26 den Strahlteiler 24 durchlaufende Teil der als expandierende sphärische Welle konfigurierten Eingangsstrahlung 18 wird mittels eines Kollimators 64 von zu einer ebenen Welle gewandelt, welche daraufhin auf ein Referenzelement 58 in Gestalt eines Fizeau-Elements auftrifft. An einer Referenzfläche 60 des Fizeau-Elements, auch Fizeau-Fläche bezeichnet, wird ein Teil der auftreffenden Nutzstrahlung 26 als Referenzwelle 62 in den Strahlengang der Nutzstrahlung 26 zurück reflektiert.The part of the input radiation 18 configured as an expanding spherical wave passing through the beam splitter 24 as useful radiation 26 is converted by means of a collimator 64 from to a plane wave, which then impinges on a reference element 58 in the form of a Fizeau element. At a reference surface 60 of the Fizeau element, also referred to as a Fizeau surface, part of the incident useful radiation 26 is reflected back into the beam path of the useful radiation 26 as a reference wave 62 .

Der das Referenzelement 58 in Gestalt des Fizeau-Elements durchlaufende Anteil der Nutzstrahlung 26 stellt einen Messanteil 26m der Nutzstrahlung 26 dar. Dieser Anteil trifft in der vorliegenden Ausführungsform auf ein diffraktives optisches Element 66 in Gestalt eines computergerierten Hologramms (CGH), welches deren Wellenfront an eine Sollform der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 anpasst.The portion of the useful radiation 26 that passes through the reference element 58 in the form of the Fizeau element represents a measurement portion 26m of the useful radiation 26. In the present embodiment, this portion encounters a diffractive optical element 66 in the form of a computer-generated hologram (CGH), which its wavefront a target shape of the surface 12 of the test object 14 adapts.

Am Ort des Austritts der Nutzstrahlung 26m aus dem Kollimator 64 ist in 1 mit unterbrochenen Linien eine Winkelverteilung 27 der Nutzstrahlung 27 dargestellt. Damit wird eine aufgrund des inkohärenten Beleuchtungssetting 20 vorliegende Richtungsverteilung der Einzelstrahlen der Nutzstrahlung 26m veranschaulicht.At the point where useful radiation 26m emerges from collimator 64, in 1 an angular distribution 27 of the useful radiation 27 is shown with broken lines. This illustrates a directional distribution of the individual beams of the useful radiation 26m due to the incoherent illumination setting 20 .

Die Wellenfront-angepasste Nutzstrahlung 26m wird an der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 reflektiert und läuft als Prüflingsstrahlung 26p im Strahlengang der Nutzstrahlung 26m zum diffraktiven optischen Element 66 zurück. Bei der Reflexion an der Oberfläche 12 wird die Wellenfront entsprechend der Abweichung der tatsächlichen Form der Oberfläche 12 von deren Sollform verändert.The wavefront-adapted useful radiation 26m is reflected on the surface 12 of the test object 14 and runs back to the diffractive optical element 66 as test object radiation 26p in the beam path of the useful radiation 26m. When reflected at the surface 12, the wave front is changed according to the deviation of the actual shape of the surface 12 from its desired shape.

Die Prüflingsstrahlung 26p durchläuft daraufhin das diffraktive optische Element 66, das Referenzelement 58 und wird weiterhin zusammen mit der Referenzwelle 62 nach Durchlaufen des Kollimators 64 am Strahlteiler 24 reflektiert. Daraufhin treten die Prüflingsstrahlung 26p und die Referenzwelle 62 in das Kameramodul 40 ein und bilden auf der Detektionsfläche 48 ein Interferogramm, aus dem mittels einer zeichnerisch nicht dargestellten Auswerteeinheit Abweichungen der tatsächlichen Form der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 von dessen Sollform ermittelt werden. Im Allgemeinen werden dazu mehrere Interferogramme verwendet.The test piece radiation 26p then passes through the diffractive optical element 66, the reference element 58 and is further reflected together with the reference wave 62 after passing through the collimator 64 at the beam splitter 24. The test piece radiation 26p and the reference wave 62 then enter the camera module 40 and form an interferogram on the detection surface 48, from which deviations of the actual shape of the surface 12 of the test object 14 from its target shape are determined by means of an evaluation unit, not shown in the drawing. In general, several interferograms are used for this.

Zur Bestimmung der Formabweichung mit einer hohen Genauigkeit im in 1 dargestellten Messmodus ist es wichtig, dass möglichst wenig Störlicht in den Interferogrammen enthalten ist. Dazu wird mittels der Strahlabdunkelungseinrichtung 32 die Intensität der auf der Detektionsfläche 48 auftreffenden Vergleichsstrahlung 28 minimiert. Wie bereits vorstehend erwähnt, dient die Strahlabdunkelungseinrichtung 32 dazu, dass die Intensität der durch Rückstrahlung auf der Detektionsfläche 48 auftreffenden Vergleichsstrahlung 28d gemäß einer Ausführungsform höchstens 10-9 der Intensität der vom Strahlteiler ausgehenden Vergleichsstrahlung 28 beträgt. Alternativ oder zusätzlich dient die Strahlabdunkelungseinrichtung 32 dazu, dass im Messmodus auf der Detektionsfläche 48 das Verhältnis zwischen der Intensität der Vergleichsstrahlung 28d und der Intensität der Prüflingsstrahlung 26p höchstens als 10-9, insbesondere höchstens 10-10, höchstens 10-11, höchstens 10-12 der höchstens 10-13 beträgt.To determine the form deviation with a high degree of accuracy in in 1 In the measurement mode shown, it is important that the interferograms contain as little stray light as possible. For this purpose, the intensity of the comparison radiation 28 impinging on the detection surface 48 is minimized by means of the beam darkening device 32 . As already mentioned above, the beam darkening device 32 serves to ensure that the intensity of the comparison radiation 28d incident on the detection surface 48 by reflection is at most 10 −9 of the intensity of the comparison radiation 28 emanating from the beam splitter. Alternatively or additionally, the beam darkening device 32 serves to ensure that in the measuring mode on the detection surface 48 the ratio between the intensity of the comparison radiation 28d and the intensity of the test object radiation 26p is at most 10 -9 , in particular at most 10 -10 , at most 10 -11 , at most 10 - 12 which is at most 10 -13 .

Um die Qualität der Formvermessung des Testobjekts 14 im vorstehend beschriebenen Messmodus zu verbessern, wird in einem sogenannten Vergleichsmodus die Stabilität der Justageeinstellung der Messvorrichtung 10 überwacht. Mit anderen Worten wird überwacht, ob sich die Justageeinstellung der interferometrischen Messvorrichtung 10 sich über die Zeit verändert. Dabei wird gemäß einer Ausführungsform die zeitliche Stabilität der Kippposition des Referenzelements 58 in Bezug auf die Nutzstrahlung 26 überwacht. Weiterhin kann im Vergleichsmodus beispielsweise auch die zeitliche Stabilität der lateralen Position der Strahlungsquelle 16 überwacht werden.In order to improve the quality of the shape measurement of the test object 14 in the measuring mode described above, the stability of the adjustment setting of the measuring device 10 is monitored in a so-called comparison mode. In other words, it is monitored whether the adjustment setting of the interferometric measuring device 10 changes over time. According to one embodiment, the stability over time of the tilted position of the reference element 58 in relation to the useful radiation 26 is monitored. Furthermore, for example, the temporal stability of the lateral position of the radiation source 16 can also be monitored in the comparison mode.

Dazu werden in gewissen zeitlichen Abständen nachstehend näher beschriebene Messungen mittels der dargestellten Reflexionseinrichtung 52, welche auch als „interne Referenz“ bezeichnet werden kann, durchgeführt. Dazu wird das Einführelement 30 der Strahlabdunkelungseinrichtung 32 aus dem Strahlengang der Vergleichsstrahlung 28 entfernt, sodass die in 2 dargestellte Konfiguration der Messvorrichtung 10 im Vergleichsmodus entsteht. Dazu ist eine Lagerung 70 zum Verfahren, insbesondere zum Verschieben oder Verschwenken, des Einführelements 30 vorgesehen. Weiterhin wird das Testobjekt 14 aus dem Strahlengang der Nutzstrahlung 26m entfernt. Alternativ kann auch ein Shutter in den Strahlengang zwischen dem diffraktiven optischen Element 66 und dem Testobjekt 14 eingeführt werden, sodass keine vom Testobjekt 14 reflektierte Prüflingsstrahlung 26p auf die Detektionsfläche 28 auftrifft.For this purpose, measurements described in more detail below are carried out at certain time intervals using the illustrated reflection device 52, which can also be referred to as an “internal reference”. For this purpose, the insertion element 30 of the beam darkening device 32 is removed from the beam path of the comparison radiation 28, so that the 2 illustrated configuration of the measuring device 10 in the comparison mode arises. For this purpose, a bearing 70 for moving, in particular for moving or pivoting, the insertion element 30 is provided. Furthermore, the test object 14 is removed from the beam path of the useful radiation 26m. Alternatively, a shutter can also be introduced into the beam path between the diffractive optical element 66 and the test object 14 so that no test object radiation 26p reflected by the test object 14 impinges on the detection surface 28 .

Die Reflexionseinrichtung 52 ist dazu konfiguriert, die vom Strahlteiler 24 ausgehende Vergleichsstrahlung 28 in sich zurück zu reflektieren. Dazu umfasst die Reflexionseinrichtung 52 in der dargestellten Ausführungsform eine sogenannte Katzenaugenanordnung aus einer Fokussierlinse 54 und einem ebenen Spiegel 56. Alternativ kann die Reflexionseinrichtung 52 auch durch einen Autokollimationsspiegel gebildet werden.The reflection device 52 is configured to reflect the comparison radiation 28 emanating from the beam splitter 24 back into itself. For this purpose, the reflection device 52 in the illustrated embodiment comprises a so-called cat's eye arrangement made up of a focusing lens 54 and a flat mirror 56. Alternatively, the reflection device 52 can also be formed by an autocollimation mirror.

Wie bereits vorstehend erwähnt, ist die Reflexionseinrichtung 52 derart konfiguriert, dass die Vergleichsstrahlung 28 in sich selbst zurückreflektiert wird. Das heißt, eine zurückreflektierte Vergleichsstrahlung 28b verläuft im gleichen Strahlengang wie die eingehende Vergleichsstrahlung 28, lediglich in entgegengesetzter Richtung. Bei Dejustage bestimmter Komponenten der Messvorrichtung 10, wie z. B. der Strahlungsquelle 16 oder des Strahlteilers 24, ändert sich die Richtungsdifferenz zwischen der Referenzwelle 62 und der Vergleichsstrahlung 28b.As already mentioned above, the reflection device 52 is configured in such a way that the comparison radiation 28 is reflected back into itself. This means that a reference radiation 28b that is reflected back runs in the same beam path as the incoming reference radiation 28, only in the opposite direction. If certain components of the measuring device 10 are misaligned, e.g. B. the radiation source 16 or the beam splitter 24, the difference in direction between the reference wave 62 and the comparison radiation 28b changes.

Die zurück reflektierte Vergleichsstrahlung 28b durchläuft den Strahlteiler 24 und bildet durch Überlagerung mit der an der Referenzfläche 60 reflektierten Referenzwelle 62 ein Interferogramm. Daraus kann die Kippung der Referenzwelle 62 im Vergleich zu ihrer Sollrichtung und damit die Stabilität der Kippposition des Referenzelements 58 ermittelt werden.The comparison radiation 28b reflected back passes through the beam splitter 24 and forms an interferogram by being superimposed with the reference wave 62 reflected on the reference surface 60 . From this, the tilting of the reference shaft 62 in comparison to its desired direction and thus the stability of the tilted position of the reference element 58 can be determined.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der Vermessung der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 unter Nutzung des Vergleichsmodus zur Korrektur möglicher Kippabweichungen des Referenzelements 58. In einem ersten Schritt S1 wird der Vergleichsmodus aktiviert, indem das Einführelement 40 der Strahlabdunkelungseinrichtung 32 aus dem Strahlengang der Vergleichsstrahlung 28 entfernt wird, sodass die Anordnung gemäß 2 vorliegt. 3 shows a flowchart of an exemplary embodiment of the measurement of the surface 12 of the test object 14 using the comparison mode to correct possible tilting deviations of the reference element 58. In a first step S1, the comparison mode is activated by the insertion element 40 of the beam darkening device 32 being removed from the beam path of the comparison radiation 28 is, so that the arrangement according to 2 present.

In einem Schritt S2 wird nun die Kippung der Referenzwelle 62 durch die vorstehend beschriebene Überlagerung mit der der an der Reflexionseinrichtung 52 reflektierten Vergleichsstrahlung 28b vermessen. Mit anderen Worten erfolgt hier eine Referenzierung der Kippung der Referenzwelle bzw. des Referenzelements 58 gegenüber der an der Reflexionseinrichtung 52 reflektierten Vergleichsstrahlung 28b. Die Reflexionseinrichtung 52 bildet somit die Referenz im Vergleichsmodus.In a step S2, the tilting of the reference wave 62 is now measured by the above-described superimposition with that of the comparison radiation 28b reflected on the reflection device 52. In other words, the tilting of the reference wave or of the reference element 58 is referenced here in relation to the comparison radiation 28b reflected on the reflection device 52 . The reflection device 52 thus forms the reference in the comparison mode.

Nun wird in einem Schritt S3 überprüft, ob die sich aus der vermessenen Kippung ergebende Richtung der Referenzwelle 62 in Ordnung ist, das heißt ob sie im zulässigen Toleranzbereich liegt. Falls ja, wird zum Schritt S4 übergegangen, falls nein, erfolgt in einem Schritt S3a eine Justage der Referenzwelle 62 gegen die Vergleichsstrahlung 28. Bei der Justage der Referenzwelle 62 wird die Kippung des Referenzelements 52 schrittweise verändert und gleichzeitig das vom Detektor 46 aufgezeichnete Interferogramm beobachtet. Dies erfolgt solange, bis aus dem aktuellen Interferogramm hervorgeht, dass die sich aus der vorliegenden Kippstellung des Referenzelements 52 ergebende Richtung der Referenzwelle im zulässigen Toleranzbereich liegt. Das heißt, die Schritte S3a, S2 und S3 werden solange wiederholt, bis die Prüfung in Schritt S3 die Antwort „ja“ ergibt. In diesem Fall wird zu Schritt S4 übergegangen.In a step S3, it is now checked whether the direction of the reference shaft 62 resulting from the measured tilting is correct, ie whether it is within the permissible tolerance range. If yes, the system moves to step S4; if no, the reference wave 62 is adjusted against the comparison radiation 28 in a step S3a. During the adjustment of the reference wave 62, the tilting of the reference element 52 is changed step by step and at the same time the interferogram recorded by the detector 46 is observed . This continues until the current interferogram shows that the direction of the reference wave resulting from the present tilted position of the reference element 52 is within the permissible tolerance range. This means that steps S3a, S2 and S3 are repeated until the check in step S3 gives the answer "yes". In this case, a transition is made to step S4.

Beim Schritt S4 wird das Einführelement 30 in den Strahlengang der Vergleichsstrahlung 28 eingefahren, sodass die in 1 veranschaulichte Anordnung zum Betreiben der Messvorrichtung 10 im vorstehend beschriebenen Messmodus vorliegt. Nun wird das Testobjekt 14 im Strahlengang der Nutzstrahlung 26m angeordnet und in einem Schritt S5 gegen die Referenzwelle 62 justiert, d.h. die Kippstellung des Testobjekts 14 wird solange unter Beobachtung des durch die Überlagerung der Prüflingsstrahlung 26b mit der Referenzwelle 62 erzeugten Interferogramms verändert, bis die Kippstellung sich innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs befindet.In step S4, the insertion element 30 is moved into the beam path of the comparison radiation 28, so that the 1 illustrated arrangement for operating the measuring device 10 in the measuring mode described above is present. The test object 14 is now arranged in the beam path of the useful radiation 26m and adjusted in a step S5 against the reference shaft 62, i.e. the tilted position of the test object 14 is changed while observing the interferogram generated by the superimposition of the test object radiation 26b with the reference shaft 62, until the tilted position is within a specified tolerance range.

Daraufhin wird in einem Schritt S6 die Form der Oberfläche 12 des Testobjekts durch Auswertung des vom Detektor 46 aufgezeichneten Interferogramms oder mehrerer vom Detektor 46 aufgezeichneter Interferogramme bestimmt, wie vorstehend beschrieben.Then, in a step S6, the shape of the surface 12 of the test object is determined by evaluating the interferogram recorded by the detector 46 or a plurality of interferograms recorded by the detector 46, as described above.

In 7 wird eine weitere Ausführungsform einer Messvorrichtung 10 zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Die Messvorrichtung gemäß 7 unterscheidet sich dahingehend von der Messvorrichtung 10 gemäß 1, dass anstatt des Referenzelements 58 in Gestalt eines Fizeau-Elements ein Referenzelement 158 in Gestalt eines reflektiven optischen Elements vorgesehen ist, welches in einem von einem diffraktiven optischen Element 166 ausgehenden Referenzstrahlengang 157 angeordnet ist.In 7 a further embodiment of a measuring device 10 for interferometric shape measurement of a surface 12 of a test object 14 is illustrated. The measuring device according to 7 differs from the measuring device 10 according to FIG 1 that instead of the reference element 58 in the form of a Fizeau element, a reference element 158 in the form of a reflective optical element is provided, which is arranged in a reference beam path 157 emanating from a diffractive optical element 166 .

Die Messvorrichtung 10 gemäß 7 ist analog zur Ausführungsform gemäß 1 im Messmodus dargestellt, in dem das Einführelement 30 im Strahlengang der vom Strahlteiler 24 ausgehenden Vergleichsstrahlung 28 angeordnet ist. Die in 2 dargestellte Konfiguration im Vergleichsmodus kann entsprechend auf die Ausführungsform gemäß 7 übertragen werden. Der Vergleichsmodus dient auch hier insbesondere der Überwachung der zeitlichen Stabilität der Kippposition des Referenzelements 158 und/oder der lateralen Position der Strahlungsquelle 16.The measuring device 10 according to FIG 7 is analogous to the embodiment according to FIG 1 shown in the measuring mode, in which the insertion element 30 is arranged in the beam path of the comparison radiation 28 emanating from the beam splitter 24 . In the 2 shown configuration in the comparison mode can correspondingly to the embodiment according to 7 be transmitted. Here, too, the comparison mode serves in particular to monitor the temporal stability of the tilted position of reference element 158 and/or the lateral position of radiation source 16.

In der Ausführungsform gemäß 7 ist das diffraktive optische Element 166 als komplex kodiertes CGH ausgebildet und enthält Beugungsstrukturen, welche zwei in einer Ebene sich überlagernd angeordnete diffraktive Strukturmuster bilden. Das diffraktive optische Element 166 wird daher auch als zweifach komplex kodiertes computer-generiertes Hologramm (CGH) bezeichnet. Alternativ können die Beugungsstrukturen auch mehr als zwei in einer Ebene sich überlagernd angeordnete diffraktive Strukturmuster aufweisen, z.B. fünf sich überlagernd angeordnete diffraktive Strukturmuster zur zusätzlichen Erzeugung von Kalibrierwellen. Anstelle des diffraktiven optischen Elements 166 können auch mehrere diffraktive optische Elemente, wie etwa zwei nacheinander angeordnete diffraktive optische Elemente, vorgesehen sein.In the embodiment according to 7 the diffractive optical element 166 is in the form of a complex-coded CGH and contains diffraction structures which form two diffractive structure patterns which are arranged superimposed in one plane. The diffractive optical element 166 is therefore also referred to as a doubly complex-coded computer-generated hologram (CGH). Alternatively, the diffraction structures can also have more than two superimposed diffractive structure patterns in one plane, for example five superimposed diffractive structure patterns for the additional generation of calibration waves. Instead of the diffractive optical element 166, a plurality of diffractive optical elements, such as two diffractive optical elements arranged one after the other, can also be provided.

Die beiden diffraktiven Strukturmuster des diffraktiven optischen Elements 166 gemäß 7 können z.B. durch ein erstes Strukturmuster in Gestalt eines Grundgitters und ein zweites diffraktives Strukturmuster in Gestalt eines Übergitters gebildet werden. Eines der diffraktiven Strukturmuster ist zur Erzeugung des auf das Testobjekt 14 gerichteten Messanteils 26m der Nutzstrahlung konfiguriert.The two diffractive structure patterns of the diffractive optical element 166 according to FIG 7 can be formed, for example, by a first structure pattern in the form of a basic lattice and a second diffractive structure pattern in the form of a superlattice. One of the diffractive structure patterns is configured to generate the measurement portion 26m of the useful radiation directed onto the test object 14 .

Das andere diffraktive Strukturmuster erzeugt einen Referenzanteil 126r der Nutzstrahlung, welcher auf das Referenzelement 158 gerichtet ist und eine ebene Wellenfront aufweist. In alternativen Ausführungsbeispielen kann anstelle des komplex kodierten CGHs ein einfach kodiertes CGH mit einer diffraktiven Struktur oder ein anderes optisches Gitter eingesetzt werden. Der Messanteil 26m kann dabei beispielsweise in einer ersten Beugungsordnung und der Referenzanteil 126r in nullter oder einer beliebigen anderen Beugungsordnung an der diffraktiven Struktur erzeugt werden.The other diffractive structure pattern generates a reference component 126r of the useful radiation, which is directed onto the reference element 158 and has a plane wavefront. In alternative exemplary embodiments, a simply coded CGH with a diffractive structure or another optical grating can be used instead of the complex coded CGH. In this case, the measurement portion 26m can be generated, for example, in a first diffraction order and the reference portion 126r in the zeroth or any other diffraction order on the diffractive structure.

Das Referenzelement 158 ist in der vorliegenden Ausführungsform als ebener Spiegel zur Erzeugung der Referenzwelle 62 mit ebener Wellenfront durch Rückreflexion des Referenzanteils 26m ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform kann die Referenzwelle 62 eine sphärische Wellenfront aufweisen und das Referenzelement 158 als sphärischer Spiegel ausgebildet sein.In the present embodiment, the reference element 158 is in the form of a flat mirror for generating the reference wave 62 with a flat wavefront by back-reflection of the reference portion 26m. In another embodiment, the reference wave 62 can have a spherical wave front and the reference element 158 can be designed as a spherical mirror.

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 embodiment variants is to be understood as an example. The disclosure thus made will enable those skilled in the art to understand the present invention and the advantages attendant thereto, while also encompassing variations and modifications to the described structures and methods that would become apparent to those skilled in the art. Therefore, all such alterations and modifications insofar as they come within the scope of the invention as defined in the appended claims, and equivalents, are intended to be covered by the protection of the claims.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Messvorrichtungmeasuring device
1212
Oberflächesurface
1414
Testobjekttest object
1616
Strahlungsquelleradiation source
1818
Eingangsstrahlunginput radiation
2020
inkohärentes Beleuchtungssettingincoherent lighting setting
2424
Strahlteilerbeam splitter
2626
Nutzstrahlunguseful radiation
26m26m
Messanteil der NutzstrahlungMeasurement portion of useful radiation
26p26p
PrüflingsstrahlungDUT radiation
2727
Winkelverteilungangular distribution
2828
Vergleichsstrahlungcomparison radiation
28b28b
zurückreflektierte Vergleichsstrahlung im Vergleichsmodusreflected comparison radiation in comparison mode
28d28d
Anteil der auf der Detektionsfläche auftreffenden VergleichsstrahlungProportion of the comparison radiation hitting the detection surface
28r28r
reflektierter Anteil der Vergleichsstrahlungreflected portion of the comparison radiation
28rr28rr
zurückgeworfener Anteil der Vergleichsstrahlungreflected part of the reference radiation
28rrr28rrr
Anteil der abermals reflektierten VergleichsstrahlungPortion of the reference radiation that is reflected again
2929
Strahlrichtungbeam direction
3030
Einführelementinsertion element
3232
Strahlabdunkelungseinrichtungbeam obscuration device
3434
Substratmaterialsubstrate material
3636
Oberflächesurface
3737
Symmetrieachseaxis of symmetry
3838
Absorptionselementabsorption element
3939
Einstrahlöffnunginflow opening
4040
Kameramodulcamera module
4242
Blendecover
4444
Okulareyepiece
4646
Detektordetector
4848
Detektionsflächedetection area
4949
Seitenflächeside face
5050
Innenseiteinside
51a51a
Grundfläche des Prismasbase of the prism
51b51b
Deckfläche des Prismassurface of the prism
5252
Reflexionseinrichtungreflection device
5454
Fokussierlinsefocusing lens
5656
Spiegelmirror
5858
Referenzelementreference element
6060
Referenzflächereference surface
6262
Referenzwellereference wave
6464
Kollimatorcollimator
6666
diffraktives optisches Elementdiffractive optical element
6868
Strahlquerschnittbeam cross-section
7070
Lagerungstorage
126r126r
Referenzanteil der NutzstrahlungReference portion of useful radiation
157157
Referenzstrahlengangreference beam path
158158
Referenzelementreference element
166166
diffraktives optisches Elementdiffractive optical element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 10126480 A1 [0003]DE 10126480 A1 [0003]

Claims (16)

Messvorrichtung (10) zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) mit: - einem Strahlteiler (24) zur Aufspaltung einer Eingangsstrahlung (18) in eine Nutzstrahlung (26) sowie eine Vergleichsstrahlung (28), - einem Referenzelement (58; 158) zur Erzeugung eines Interferogramms auf einer Detektionsfläche (48) durch Überlagerung eines Teils der Nutzstrahlung (26p) nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts mit einer am Referenzelement erzeugten Referenzwelle (62), - einer Reflexionseinrichtung (52), welche dazu konfiguriert ist, in einem Vergleichsmodus der Messvorrichtung die Vergleichsstrahlung (28) derart auf den Strahlteiler (24) zurück zu reflektieren, dass diese nach Wechselwirkung mit dem Strahlteiler auf der Detektionsfläche (48) auftrifft, sowie - einer Strahlabdunkelungseinrichtung (32), welche dazu konfiguriert ist, die vom Strahlteiler ausgehende Vergleichsstrahlung (28) in einem Messmodus der Messvorrichtung derart zu manipulieren, dass eine Intensität der durch Rückstrahlung auf der Detektionsfläche (48) auftreffenden Vergleichsstrahlung (28d) höchstens 10-9 der Intensität der vom Strahlteiler ausgehenden Vergleichsstrahlung (28) beträgt.Measuring device (10) for interferometric shape measurement of a surface (12) of a test object (14), with: - a beam splitter (24) for splitting an input radiation (18) into useful radiation (26) and comparison radiation (28), - a reference element (58 ; 158) for generating an interferogram on a detection surface (48) by superimposing a portion of the useful radiation (26p) after interaction with the surface of the test object with a reference wave (62) generated on the reference element, - a reflection device (52) which is configured for this purpose in a comparison mode of the measuring device, to reflect the comparison radiation (28) back onto the beam splitter (24) in such a way that it impinges on the detection surface (48) after interacting with the beam splitter, and - a beam darkening device (32) which is configured for this purpose, to manipulate the comparative radiation (28) emanating from the beam splitter in a measuring mode of the measuring device eren that an intensity of the comparison radiation (28d) impinging on the detection surface (48) by reflection is at most 10 -9 of the intensity of the comparison radiation (28) emanating from the beam splitter. Messvorrichtung nach Anspruch 1, bei dem der Teil der Nutzstrahlung nach Wechselwirkung mit der Oberfläche (12) des Testobjekts eine Prüflingsstrahlung (26p) bildet und die Strahlabdunkelungseinrichtung (32) derart konfiguriert ist, dass im Messmodus auf der Detektionsfläche (48) das Verhältnis zwischen der Intensität der Vergleichsstrahlung (28d) und der Intensität der Prüflingsstrahlung (26p) höchstens 10-9 beträgt.measuring device claim 1 , in which the part of the useful radiation forms a test piece radiation (26p) after interaction with the surface (12) of the test object and the beam darkening device (32) is configured in such a way that in the measuring mode on the detection surface (48) the ratio between the intensity of the comparison radiation ( 28d) and the intensity of the test object radiation (26p) is at most 10 -9 . Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Strahlabdunkelungseinrichtung (32) ein Einführelement (30) umfasst, welches dazu gelagert ist, im Messmodus in den Strahlengang der vom Strahlteiler (24) ausgehendenVergleichsstrahlung (28) eingeführt zu werden.measuring device claim 1 or 2 , in which the beam darkening device (32) comprises an insertion element (30) which is mounted to be inserted into the beam path of the comparison radiation (28) emanating from the beam splitter (24) in the measuring mode. Messvorrichtung nach Anspruch 3, bei dem das Einführelement (30) dazu konfiguriert ist, im eingeführten Zustand einen Anteil (28r) der darauf einfallenden Vergleichsstrahlung (28) aus dem Strahlengang der Vergleichsstrahlung auszukoppeln.measuring device claim 3 , in which the insertion element (30) is configured, in the inserted state, to decouple a portion (28r) of the comparison radiation (28) incident thereon from the beam path of the comparison radiation. Messvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das Einführelement (30) dazu konfiguriert ist, im eingeführten Zustand den überwiegenden Teil der darauf einfallenden Vergleichsstrahlung (28) zu absorbieren.measuring device claim 3 or 4 wherein the insertion member (30) is configured to absorb the majority of reference radiation (28) incident thereon when inserted. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Strahlabdunkelungseinrichtung (32) weiterhin ein Absorptionselement (38) zur Absorption der Vergleichsstrahlung aufweist und das Einführelement (30) dazu konfiguriert ist, im eingeführten Zustand einen daran reflektierten Anteil (28r) auf das Absorptionselement (38) zu lenken.Measuring device according to one of claims 3 until 5 , in which the beam darkening device (32) also has an absorption element (38) for absorbing the reference radiation and the insertion element (30) is configured to direct a portion (28r) reflected thereon onto the absorption element (38) in the inserted state. Messvorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher das Absorptionselement als Strahlfalle (38) konfiguriert ist.measuring device claim 6 , in which the absorption element is configured as a beam trap (38). Messvorrichtung nach Anspruch 7, bei der eine Oberfläche (36) des Einführelements (30) derart geformt ist, dass im eingeführten Zustand der reflektierte Anteil (28r) der Vergleichsstrahlung auf eine Einstrahlöffnung (39) der Strahlfalle (38) fokussiert wird.measuring device claim 7 , in which a surface (36) of the insertion element (30) is shaped in such a way that, in the inserted state, the reflected portion (28r) of the reference radiation is focused onto a radiation opening (39) of the beam trap (38). Messvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Einstrahlöffnung (39) der Strahlfalle (38) kreisförmig oder rechteckförmig gestaltet ist.measuring device claim 8 , in which the irradiation opening (39) of the beam trap (38) is circular or rectangular in shape. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, bei der eine Oberfläche (36) des Einführelements (30) eine nicht-sphärische Form aufweist.Measuring device according to one of claims 3 until 9 wherein a surface (36) of the insertion member (30) has a non-spherical shape. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei der eine Oberfläche (36) des Einführelements (30) eine sphärische Form aufweist und eine Symmetrieachse (37) der Oberfläche schräg zur Strahlrichtung (29) der vom Strahlteiler ausgehenden Vergleichsstrahlung (28) angeordnet ist.Measuring device according to one of claims 3 until 8th , in which a surface (36) of the insertion element (30) has a spherical shape and an axis of symmetry (37) of the surface is arranged obliquely to the beam direction (29) of the comparison radiation (28) emanating from the beam splitter. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei der die Strahlfalle (38) als Hohlkörper gestaltet ist.Measuring device according to one of Claims 7 until 11 , in which the beam trap (38) is designed as a hollow body. Messvorrichtung nach Anspruch 12, bei der zumindest ein Teil der Innenfläche (50) des Hohlkörpers entspiegelt ist.measuring device claim 12 , in which at least part of the inner surface (50) of the hollow body is anti-reflective. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche eine Strahlungsquelle (16) zum Erzeugen der Eingangsstrahlung mit einem inkohärenten Beleuchtungssetting (20) aufweist.Measuring device according to one of the preceding claims, which has a radiation source (16) for generating the input radiation with an incoherent illumination setting (20). Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche zur Formvermessung der Oberfläche (12) eines optischen Elements (14) für die Mikrolithographie konfiguriert ist.Measuring device according to one of the preceding claims, which is configured for measuring the shape of the surface (12) of an optical element (14) for microlithography. Verfahren zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) mit den Schritten: - Aufspalten einer Eingangsstrahlung (18) mittels eines Strahlteilers (24) in eine Nutzstrahlung (26) sowie eine auf eine Reflexionseinrichtung (52) gerichtete Vergleichsstrahlung (28), - Anordnen des Testobjekts in einem Strahlengang einer aus der Nutzstrahlung erzeugten Prüflingsstrahlung (26p) und Erzeugen eines Interferogramms auf einer Detektionsfläche (48) durch Überlagerung der Prüflingsstrahlung nach Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche des Testobjekts mit einer Referenzwelle (62), sowie - Anordnen einer Strahlabdunkelungseinrichtung (32) im Strahlengang der Vergleichsstrahlung zur derartigen Reduktion eines auf den Strahlteiler zurückgeworfenen Anteils der Vergleichsstrahlung (28rrr), dass auf der Detektionsfläche (48) das Verhältnis zwischen der Intensität der Vergleichsstrahlung (28d) und der Intensität der Prüflingsstrahlung höchstens 10-9 beträgt.Method for interferometrically measuring a shape of a surface (12) of a test object (14) with the steps: - Splitting an input radiation (18) by means of a beam splitter (24) into a useful radiation (26) and a comparison radiation directed onto a reflection device (52) ( 28), - arranging the test object in a beam path of a test object radiation (26p) generated from the useful radiation and generating an interferogram on a detection surface (48) by superimposing the test object radiation after interaction with the optical surface of the test object with a reference wave (62), and - arranging a beam darkening device (32) in the beam path of the comparison radiation to reduce a proportion of the comparison radiation (28rrr) reflected back onto the beam splitter in such a way that the ratio between the intensity of the comparison radiation (28d) and the intensity of the test object radiation is at most 10 -9 on the detection surface (48).
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