DE102020215540B4 - Method for determining an imaging quality of an imaging system, device and projection exposure system - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines Abbildungssystems (2). Die Abbildungsqualität des Abbildungssystems (2) wird über seine Wirkung auf eine Wellenfront charakterisiert. Bestimmt werden Richtungsableitungen der Wellenfront in Teilmessungen. Die Wellenfront wird jedoch falsch aus ihren Richtungsableitungen rekonstruiert, wenn sie sich zwischen den Teilerfassungen unbemerkt verändert. Der Fehler wird vermieden, wenn in nicht-orthogonalen Richtungen gemessen wird oder das Vektorfeld in Gradientenfeld und Rotatorfeld zerlegt wird.A method for determining an imaging quality of an imaging system (2) is described. The imaging quality of the imaging system (2) is characterized by its effect on a wave front. Directional derivatives of the wavefront are determined in partial measurements. However, the wavefront is incorrectly reconstructed from its directional derivatives if it changes unnoticed between partial acquisitions. The error is avoided if measurements are taken in non-orthogonal directions or if the vector field is broken down into a gradient field and a rotator field.
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines Abbildungssystems.The invention relates to a method for determining an imaging quality of an imaging system.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines Abbildungssystems.The invention also relates to a device for determining an imaging quality of an imaging system.
Stand der TechnikState of the art
Auf vielen Gebieten in Technik und Forschung werden optische Abbildungssysteme eingesetzt, an die bezüglich ihrer Abbildungsqualität immer höhere Anforderungen gestellt werden. Ein Beispiel ist die mikrolithographische Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen, bei der mit Hilfe von optischen Abbildungssystemen in Form von Projektionsobjektiven Strukturen im Submikrometerbereich erzeugt werden können. Derartige Abbildungssysteme haben einen komplexen optischen Aufbau mit einer Vielzahl von optischen Elementen, der es in der Regel unmöglich macht, die realen optischen Eigenschaften aus theoretischen Rechnungen abzuleiten. Daher müssen die optischen Eigenschaften von Abbildungssystemen zuverlässig bestimmt beziehungsweise gemessen werden.In many areas of technology and research, optical imaging systems are used, which are subject to increasing demands in terms of their imaging quality. One example is the microlithographic production of semiconductor components and other finely structured components, in which structures in the submicron range can be produced with the aid of optical imaging systems in the form of projection lenses. Such imaging systems have a complex optical structure with a large number of optical elements, which generally makes it impossible to derive the real optical properties from theoretical calculations. Therefore, the optical properties of imaging systems must be reliably determined or measured.
Zu diesem Zweck werden häufig interferometrische Messverfahren eingesetzt. Eine nach Art eines Scherinterferometers arbeitende Vorrichtung zur Wellenfronterfassung, die eine schnelle, hochgenaue Vermessung höchstauflösender photolithographischer Projektionsobjektive ermöglicht, ist in der Patentschrift
Neben der oben geschilderten Art von Vorrichtung zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines optischen Abbildungssystems, die nach dem Prinzip der Scherinterferometrie arbeiten, wird häufig eine zweite Art verwendet, welche auf dem Prinzip der Pupillenteilung nach Shack-Hartmann basiert. In der Patentschrift
Eine Herausforderung besteht darin, eine zuverlässige Bestimmung der Abbildungsqualität des Abbildungssystems zu gewährleisten, wenn sich während einer Bestimmung der Abbildungsqualität die Wellenfront verändert beziehungsweise wenn während der Bestimmung der Abbildungsqualität die Wellenfront oder insbesondere ein Fokus des Abbildungssystems driftet. Wird beispielsweise beim oben beschriebenen Scherinterferometer der Wellenfrontgradient in der ersten und der dazu orthogonalen zweiten Richtung komponentenweise zeitlich hintereinander ermittelt, so wird im Ergebnis der Bestimmung der Abbildungsqualität ein astigmatischer Wellenfrontfehler in einer in Abhängigkeit des ersten und des zweiten Wellenfrontgradienten rekonstruierten Wellenfront vorgetäuscht, wenn der Fokus gedriftet oder weggelaufen ist.One challenge is to ensure a reliable determination of the imaging quality of the imaging system when the wavefront changes during a determination of the imaging quality or when the wavefront or, in particular, a focus of the imaging system drifts during the determination of the imaging quality. If, for example, in the shear interferometer described above, the wavefront gradient in the first and the second direction orthogonal thereto is determined in chronological succession, as a result of the determination of the imaging quality, an astigmatic wavefront error in a wavefront reconstructed as a function of the first and the second wavefront gradient is simulated if the focus drifted or ran away.
Weitere Vorrichtungen zur Wellenfrontvermessung sind beispielsweise in der
Die
Die
Die vorgenannten Verfahren der
Aufgabe der Erfindungobject of the invention
Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, insbesondere womit eine zuverlässige Bestimmung der Abbildungsqualität auch dann erfolgt oder erfolgen kann, wenn sich während der Bestimmung der Abbildungsqualität die Wellenfront verändert beziehungsweise wenn während der Bestimmung der Abbildungsqualität der Fokus driftet.Against the above background, it is an object of the present invention to provide a method and a device with which the aforementioned problems are solved, in particular with which the imaging quality is or can be reliably determined even if the wavefront changes during the determination of the imaging quality or if the focus drifts during the determination of the imaging quality.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.This object is solved according to the features of the independent patent claims.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Verfahren zum Bestimmen der Abbildungsqualität des insbesondere optischen Abbildungssystems mit folgenden Schritten durchzuführen: a) Einstrahlen einer Wellenfront in das Abbildungssystem; b) Erfassen der Wellenfront nach Durchlaufen der Wellenfront durch das Abbildungssystem, wobei das Erfassen der Wellenfront eine erste Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines ersten Wellenfrontgradienten in einer ersten Richtung und zumindest eine zweite Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines zweiten Wellenfrontgradienten in einer zweiten Richtung umfasst, wobei sich die Wellenfront der ersten Teilerfassung und die Wellenfront der zweiten Teilerfassung voneinander unterscheiden, und wobei die erste Richtung und die zweite Richtung nicht orthogonal zueinander ausgerichtet sind; c) Rekonstruieren der Wellenfront in Abhängigkeit des ersten Wellenfrontgradienten und des zweiten Wellenfrontgradienten. „Voneinander unterscheiden“ bedeutet vorliegend, dass sich die Wellenfront bei der ersten Teilerfassung im Vergleich zu der Wellenfront bei der zweiten Teilerfassung insbesondere ungewollt und/oder unbemerkt verändert oder verändert hat. Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass im Rahmen der Rekonstruktion der Wellenfront Wellenfrontfehler, insbesondere astigmatische Wellenfrontfehler, im Falle einer sich, insbesondere während eines Messvorganges, ändernden Wellenfront, insbesondere in Abhängigkeit einer sich ändernden Fokuslage oder einer Fokusdrift, nicht vorgetäuscht werden, sondern bestimmbar und eliminierbar sind. Dies gewährleistet eine besonders zuverlässige Bestimmung der Abbildungsqualität des Abbildungssystems, da eine fehlerhafte Bestimmung der Wellenfront und damit der Abbildungsqualität durch eine Vortäuschung von Wellenfrontfehlern minimiert beziehungsweise ausgeschlossen wird. Die zuverlässige Bestimmbarkeit der Abbildungsqualität wird insbesondere dadurch gewährleistet, dass die Rekonstruktion in Abhängigkeit der in nicht orthogonal zueinander ausgerichteten Richtungen ermittelten Wellenfrontgradienten erfolgt. Dadurch wird insbesondere gewährleistet, dass ein Gleichungssystem, auf Basis dessen die Rekonstruktion erfolgt, lösbar wird. Das Gleichungssystem wird insbesondere dadurch lösbar, dass zumindest eine insbesondere rechnerisch auflösbare oder eliminierbare Variable dem Gleichungssystem hinzugefügt wird oder ist, welche die Drift repräsentiert. Die Wellenfront wird somit korrekt aus den Wellenfrontgradienten oder Richtungsableitungen rekonstruiert, selbst wenn sie sich zwischen den Teilerfassungen unbemerkt verändert oder verändert hat.According to the invention, the method for determining the imaging quality of the imaging system, in particular the optical imaging system, is carried out with the following steps: a) irradiating a wave front into the imaging system; b) detecting the wavefront after the wavefront has passed through the imaging system, the detection of the wavefront comprising a first partial detection of the wavefront to determine a first wavefront gradient in a first direction and at least a second partial detection of the wavefront to determine a second wavefront gradient in a second direction, wherein the wavefront of the first partial acquisition and the wavefront of the second partial acquisition differ from each other, and wherein the first direction and the second direction are not orthogonal to each other; c) reconstructing the wavefront as a function of the first wavefront gradient and the second wavefront gradient. In the present case, “different from one another” means that the wavefront in the first partial acquisition has changed or changed in particular unintentionally and/or unnoticed in comparison to the wavefront in the second partial acquisition. The method according to the invention with the features of
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die zweite Teilerfassung zeitlich nach der ersten Teilerfassung durchgeführt wird. Der Vorteil hierbei ist, dass, im Vergleich zu einer gleichzeitigen ersten und zweiten Teilerfassung, besonders genaue Methoden zur Erfassung der jeweiligen Wellenfrontgradienten anwendbar sind. Vorzugsweise ist ein zeitlicher Abstand zwischen der ersten und der zweiten Teilerfassung beliebig vorgebbar. Alternativ erfolgen die erste Teilerfassung und die zweite Teilerfassung gleichzeitig.According to one development, it is provided that the second partial acquisition is carried out after the first partial acquisition. The advantage here is that, in comparison to a simultaneous first and second partial detection, particularly precise methods for detecting the respective wavefront gradients can be used. A time interval between the first and the second partial acquisition can preferably be specified as desired. Alternatively, the first partial detection and the second partial detection occur simultaneously.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich die Wellenfront der ersten Teilerfassung und die Wellenfront der zweiten Teilerfassung dadurch voneinander unterscheiden, dass zwischen der ersten Teilerfassung und der zweiten Teilerfassung ein Driften eines Fokus des Abbildungssystems erfolgt. Die Wellenfront ändert sich somit zwischen der ersten Teilerfassung und der zweiten Teilerfassung in Abhängigkeit eines Drittens des Fokus des Abbildungssystems. „Driften“ bedeutet eine zeitliche Veränderung des Fokus, insbesondere eine sich verändernde systematische Abweichung des Fokus von einem früheren Wert. Ein solches Driften erfolgt insbesondere ungewollt und/oder unbemerkt während eines Betriebes des Abbildungssystems oder während eines Messvorganges, insbesondere in Abhängigkeit einer Änderung oder Lageänderung einer mit dem Abbildungssystem wirkverbundenen Wellenfronterzeugungseinheit und/oder einer Änderung zumindest eines optischen Elements des Abbildungssystems. Äquivalent dazu kann auch eine eingangsseitige Fokuslage des Abbildungssystems oder Messsystems weggelaufen beziehungsweise gedriftet sein.According to the invention, the wavefront of the first partial acquisition and the wavefront of the second partial acquisition differ from one another in that a focus of the imaging system drifts between the first partial acquisition and the second partial acquisition. The wavefront thus changes between the first partial acquisition and the second partial acquisition depending on a third of the focus of the imaging system. "Drift" means a change in focus over time, specifically a changing systematic deviation of focus from an earlier value. Such drifting occurs in particular unintentionally and/or unnoticed during operation of the imaging system or during a measurement process, in particular as a function of a change or change in position of a wavefront generation unit operatively connected to the imaging system and/or a change in at least one optical element of the imaging system. Equivalent to this, an input-side focal position of the imaging system or measuring system can also have run away or drifted.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Messfehler, die durch das insbesondere ungewollte Driften des Fokus verursacht werden, durch das Rekonstruieren der Wellenfront rechnerisch eliminiert werden. Der Vorteil hierbei ist, dass im Rahmen der Rekonstruktion der Wellenfront Wellenfrontfehler, insbesondere astigmatische Wellenfrontfehler, eliminiert werden. Die Rekonstruktion der Wellenfront erfolgt somit besonders genau. Die rechnerische Eliminierung erfolgt insbesondere durch Lösen eines entsprechenden Gleichungssystems, auf Basis dessen die Rekonstruktion erfolgt. „Rechnerisch eliminiert werden“ bedeutet somit, dass das Gleichungssystem, auf Basis dessen die Rekonstruktion erfolgt, derart gelöst wird, dass zumindest eine Variable des Gleichungssystems, welche Astigmatismus-Anteile oder astigmatische Wellenfrontfehler repräsentiert, eliminiert beziehungsweise gleich Null wird.According to the invention, it is provided that measurement errors, which are caused by the in particular unintentional drifting of the focus, are mathematically eliminated by reconstructing the wavefront. The advantage here is that wavefront errors, in particular astigmatic wavefront errors, are eliminated as part of the reconstruction of the wavefront. The reconstruction of the wavefront is therefore particularly accurate. The computational elimination takes place in particular by solving a corresponding system of equations, on the basis of which the reconstruction takes place. "Being mathematically eliminated" thus means that the system of equations, on the basis of which the reconstruction is based, is solved in such a way that at least one variable of the system of equations, which represents astigmatism components or astigmatic wavefront errors, is eliminated or equals zero.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Teilerfassung und die zweite Teilerfassung nach einer Wechselwirkung der Wellenfront mit einem diffraktiven Element erfolgt, wobei das diffraktive Element ein erstes Gitter mit einem ersten Gittervektor und zumindest ein zweites Gitter mit einem zweiten Gittervektor aufweist, wobei der erste Gittervektor entlang der ersten Richtung ausgerichtet ist und der zweite Gittervektor entlang der zweiten Richtung ausgerichtet ist. Der Vorteil hierbei ist, dass durch ein einziges Element der erste und der zweite Wellenfrontgradient erzeugbar sind. Dies gewährleistet eine einfache und insbesondere zeit- und kosteneffiziente Durchführung des Verfahrens. Das diffraktive Element ist vorzugsweise als Beugungsgitter oder als Lochblende ausgebildet. Vorzugsweise wird das diffraktive Element in einer Bildebene des Abbildungssystems angeordnet.According to a development it is provided that the first partial detection and the second partial detection takes place after an interaction of the wavefront with a diffractive element, the diffractive element having a first grating with a first grating vector and at least one second grating with a second grating vector, the first lattice vector is aligned along the first direction and the second lattice vector is aligned along the second direction. The advantage here is that the first and the second wavefront gradient can be generated by a single element. This ensures that the method can be carried out in a simple and, in particular, time- and cost-efficient manner. The diffractive element is preferably designed as a diffraction grating or as a perforated diaphragm. The diffractive element is preferably arranged in an image plane of the imaging system.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Teilerfassung nach einer Wechselwirkung der Wellenfront mit einem ersten diffraktiven Element erfolgt und die zweite Teilerfassung nach einer Wechselwirkung der Wellenfront mit zumindest einem zweiten diffraktiven Element erfolgt, wobei das erste diffraktive Element ein erstes Gitter mit einem ersten Gittervektor aufweist, welcher entlang der ersten Richtung ausgerichtet ist, und wobei das zweite diffraktive Element ein zweites Gitter mit einem zweiten Gittervektor aufweist, wobei der zweite Gittervektor entlang der zweiten Richtung ausgerichtet ist.According to a further development it is provided that the first partial detection takes place after an interaction of the wave front with a first diffractive element and the second partial detection takes place after an interaction of the wave front with at least one second diffractive element, the first diffractive element being a first grating with a first grating vector oriented along the first direction, and wherein the second diffractive element comprises a second grating having a second grating vector, the second grating vector being oriented along the second direction.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste Gittervektor derart entlang der ersten Richtung ausgerichtet ist und der zweite Gittervektor derart entlang der zweiten Richtung ausgerichtet ist, dass der erste Gittervektor und der zweite Gittervektor in einem Winkel von 45° oder 135° zueinander ausgerichtet sind. Mit anderen Worten: Der erste Gittervektor und der zweite Gittervektor bilden einen Winkel von 45° oder 135°. Der Vorteil hierbei ist, dass im Rahmen der Rekonstruktion der Wellenfront Wellenfrontfehler besonders effizient eliminiert oder aufgelöst werden.According to one development, it is provided that the first grid vector is aligned along the first direction and the second grid vector is aligned along the second direction in such a way that the first grid vector and the second grid vector are aligned at an angle of 45° or 135° to one another. In other words: the first lattice vector and the second lattice vector form an angle of 45° or 135°. The advantage here is that wavefront errors are eliminated or resolved particularly efficiently as part of the reconstruction of the wavefront.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Wellenfrontgradient in Abhängigkeit eines Interferenzmusters oder eines Punktmusters erfasst werden. Zur Erzeugung des Interferenzmusters wird vorzugsweise ein Beugungsgitter, zur Erzeugung des Punktmusters eine Lochblende verwendet.According to a further development it is provided that the first and the second wavefront gradient are detected as a function of an interference pattern or a point pattern. A diffraction grating is preferably used to generate the interference pattern, and a pinhole diaphragm is used to generate the point pattern.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Erfassen der Wellenfront zumindest eine dritte Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines dritten Wellenfrontgradienten in einer dritten Richtung umfasst, wobei die erste Richtung, die zweite Richtung und die dritte Richtung jeweils unterschiedlich zueinander ausgerichtet sind. Optional umfasst das Erfassen der Wellenfront beliebig viele Teilerfassungen zur Ermittlung beliebig vieler Wellenfrontgradienten in beliebig vielen Richtungen.According to a further development, it is provided that the detection of the wavefront includes at least a third partial detection of the wavefront to determine a third wavefront gradient in a third direction, with the first direction, the second direction and the third direction each being oriented differently from one another. Optionally, the acquisition of the wavefront includes any number of partial acquisitions for determining any number of wavefront gradients in any number of directions.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Teilerfassung, die zweite Teilerfassung und die dritte Teilerfassung nach einer Wechselwirkung der Wellenfront mit einem diffraktiven Element erfolgt, wobei das diffraktive Element ein erstes Gitter mit einem ersten Gittervektor, ein zweites Gitter mit einem zweiten Gittervektor und zumindest ein drittes Gitter mit einem dritten Gittervektor aufweist, wobei der erste Gittervektor entlang der ersten Richtung ausgerichtet ist, der zweite Gittervektor entlang der zweiten Richtung ausgerichtet ist und der dritte Gittervektor entlang der dritten Richtung ausgerichtet ist. Optional weist das diffraktive Element beliebig viele Gitter mit beliebig vielen Gittervektoren auf, wobei die jeweiligen Gittervektoren jeweils entlang unterschiedlicher Richtungen ausgerichtet sind.According to a further development it is provided that the first partial acquisition, the second partial acquisition and the third partial acquisition takes place after an interaction of the wavefront with a diffractive element, the diffractive element having a first grating with a first grating vector, a second grating with a second grating vector and at least a third lattice having a third lattice vector, the first lattice vector oriented along the first direction, the second lattice vector oriented along the second direction, and the third lattice vector oriented along the third direction. The diffractive element optionally has any number of gratings with any number of grating vectors, with the respective grating vectors each being aligned along different directions.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste, zweite und die dritte Teilerfassung zeitlich nacheinander durchgeführt werden.According to a further development it is provided that the first, second and the third partial acquisition are carried out one after the other.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines insbesondere optischen Abbildungssystems, aufweisend: a) eine Strahlungsquelle zum Erzeugen von Strahlung; b) eine Wellenfronterzeugungseinheit zur Erzeugung einer Wellenfront aus der Strahlung, wobei die Wellenfront das Abbildungssystem durchläuft; c) eine Detektoreinheit zum Erfassen der Wellenfront nach Durchlaufen der Wellenfront durch das Abbildungssystem, wobei das Erfassen der Wellenfront eine erste Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines ersten Wellenfrontgradienten in einer ersten Richtung und zumindest eine zweite Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines zweiten Wellenfrontgradienten in einer zweiten Richtung umfasst, wobei sich die Wellenfront der ersten Teilerfassung und die Wellenfront der zweiten Teilerfassung voneinander unterscheiden, und wobei die erste Richtung und die zweite Richtung nicht orthogonal zueinander ausgerichtet sind; d) eine Rekonstruktionseinheit zur Rekonstruierung der Wellenfront in Abhängigkeit des ersten Wellenfrontgradienten und des zweiten Wellenfrontgradienten, wobei Messfehler, die durch das Driften des Fokus verursacht werden, durch die Rekonstruierung der Wellenfront rechnerisch eliminiert werden. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.Furthermore, the invention relates to a device for determining an imaging quality of an imaging system, in particular an optical imaging system, having: a) a radiation source for generating radiation; b) a wavefront generation unit for generating a wavefront from the radiation, the wavefront passing through the imaging system; c) a detector unit for detecting the wavefront after the wavefront has passed through the imaging system, with the detection of the wavefront including a first partial detection of the wavefront to determine a first wavefront gradient in a first direction and at least a second partial detection of the wavefront to determine a second wavefront gradient in a second direction, wherein the wavefront of the first partial acquisition and the wavefront of the second partial acquisition differ from each other, and wherein the first direction and the second direction are not orthogonal to each other; d) a reconstruction unit for reconstructing the wavefront as a function of the first wavefront gradient and the second wavefront gradient, with measurement errors caused by the drifting of the focus being mathematically eliminated by the reconstruction of the wavefront. This results in the advantages already mentioned. Further advantages and preferred features emerge from what has been described above and from the claims.
Gemäß einer Weiterbildung der Messvorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die zweite Teilerfassung zeitlich nach der ersten Teilerfassung durchzuführen.According to a development of the measuring device, it is provided that the device is designed to carry out the second partial acquisition in time after the first partial acquisition.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich die Wellenfront der ersten Teilerfassung und die Wellenfront der zweiten Teilerfassung dadurch voneinander unterscheiden, dass zwischen der ersten Teilerfassung und der zweiten Teilerfassung ein Driften eines Fokus des Abbildungssystems erfolgt.According to the invention, the wavefront of the first partial acquisition and the wavefront of the second partial acquisition differ from one another in that a focus of the imaging system drifts between the first partial acquisition and the second partial acquisition.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein diffraktives Element aufweist, wobei das diffraktive Element ein erstes Gitter mit einem ersten Gittervektor und zumindest ein zweites Gitter mit einem zweiten Gittervektor aufweist, wobei der erste Gittervektor entlang der ersten Richtung ausgerichtet ist und der zweite Gittervektor entlang der zweiten Richtung ausgerichtet ist.According to one development, it is provided that the device has a diffractive element, the diffractive element having a first grating with a first grating vector and at least one second grating with a second grating vector, the first grating vector being aligned along the first direction and the second grating vector being aligned is aligned along the second direction.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein erstes diffraktives Element und ein zweites diffraktives Element aufweist, wobei das erste diffraktive Element ein erstes Gitter mit einem ersten Gittervektor aufweist, welcher entlang der ersten Richtung ausgerichtet ist, und durch zumindest ein zweites diffraktives Element, wobei das zweite diffraktive Element ein zweites Gitter mit einem zweiten Gittervektor aufweist, welcher entlang der zweiten Richtung ausgerichtet ist.According to a further development it is provided that the device has a first diffractive element and a second diffractive element, wherein the first diffractive element has a first grating with a first grating vector, which is aligned along the first direction, and by at least one second diffractive element, wherein the second diffractive element has a second grating with a second grating vector aligned along the second direction.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Steuergerät aufweist, das dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.According to a further development it is provided that the device has a control unit which is designed to carry out the method according to one of
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines insbesondere optischen Abbildungssystems mit folgenden Schritten: a) Einstrahlen einer Wellenfront in das Abbildungssystem; b) Erfassen der Wellenfront nach Durchlaufen der Wellenfront durch das Abbildungssystem, wobei das Erfassen der Wellenfront eine erste Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines ersten Wellenfrontgradienten in einer ersten Richtung und zumindest eine zweite Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines zweiten Wellenfrontgradienten in einer zweiten Richtung umfasst, wobei sich die Wellenfront der ersten Teilerfassung und die Wellenfront der zweiten Teilerfassung voneinander unterscheiden; c) Bestimmen eines Vektorfeldes in Abhängigkeit des ersten Wellenfrontgradienten und des zweiten Wellenfrontgradienten; d) Ermitteln eines Gradientenfeldes und eines Rotatorfeldes in Abhängigkeit des Vektorfeldes; e) Bestimmen einer Drift der Wellenfront in Abhängigkeit des Rotatorfeldes; f) Rekonstruieren der Wellenfront in Abhängigkeit des Gradientenfeldes und der Drift. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass im Rahmen der Rekonstruktion der Wellenfront Wellenfrontfehler, insbesondere astigmatische Wellenfrontfehler, im Falle einer sich ändernden Wellenfront, insbesondere in Abhängigkeit einer sich ändernden Fokuslage oder einer Fokusdrift, nicht vorgetäuscht werden, sondern bestimmbar und insbesondere eliminierbar sind. Vorliegend sind die erste und die zweite Richtung orthogonal oder nicht orthogonal, also beliebig zueinander, ausgerichtet. Der Vorteil ist also, dass im Falle einer sich zwischen den Teilerfassungen unbemerkt verändernden oder verändert habenden Wellenfront die Wellenfront sowohl dann korrekt rekonstruierbar ist, wenn die erste und die zweite Richtung orthogonal zueinander ausgerichtet sind als auch dann, wenn die erste und die zweite Richtung nicht-orthogonal zueinander ausgerichtet sind.Furthermore, the invention relates to a method for determining an imaging quality of an imaging system, in particular an optical imaging system, having the following steps: a) irradiating a wavefront into the imaging system; b) detecting the wavefront after the wavefront has passed through the imaging system, the detection of the wavefront including a first partial detection of the wavefront to determine a first wave lenfront gradients in a first direction and at least a second partial acquisition of the wavefront for determining a second wavefront gradient in a second direction, wherein the wavefront of the first partial acquisition and the wavefront of the second partial acquisition differ from one another; c) determining a vector field as a function of the first wavefront gradient and the second wavefront gradient; d) determining a gradient field and a rotator field as a function of the vector field; e) determining a drift of the wave front as a function of the rotator field; f) Reconstructing the wavefront as a function of the gradient field and the drift. The advantage of this method is that during the reconstruction of the wavefront, wavefront errors, in particular astigmatic wavefront errors, are not simulated in the case of a changing wavefront, in particular as a function of a changing focus position or a focus drift, but can be determined and, in particular, eliminated. In the present case, the first and the second direction are aligned orthogonally or non-orthogonally, that is to say in any way with respect to one another. The advantage is that in the case of a wavefront that changes or has changed unnoticed between the partial acquisitions, the wavefront can be correctly reconstructed both when the first and the second direction are aligned orthogonally to one another and when the first and the second direction are not - are aligned orthogonally to each other.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die zweite Teilerfassung zeitlich nach der ersten Teilerfassung durchgeführt wird.According to one development, it is provided that the second partial acquisition is carried out after the first partial acquisition.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Teilerfassung und die zweite Teilerfassung nach einer Wechselwirkung der Wellenfront mit einem diffraktiven Element erfolgt, welches ein erstes Gitter mit einem ersten Gittervektor und zumindest ein zweites Gitter mit einem zweiten Gittervektor aufweist, wobei der erste Gittervektor entlang der ersten Richtung ausgerichtet ist und der zweite Gittervektor entlang der zweiten Richtung ausgerichtet ist.According to a further development it is provided that the first partial detection and the second partial detection takes place after an interaction of the wavefront with a diffractive element which has a first grating with a first grating vector and at least one second grating with a second grating vector, the first grating vector being along the is aligned in the first direction and the second lattice vector is aligned along the second direction.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Teilerfassung nach einer Wechselwirkung der Wellenfront mit einem ersten diffraktiven Element erfolgt und die zweite Teilerfassung nach einer Wechselwirkung der Wellenfront mit zumindest einem zweiten diffraktiven Element erfolgt, wobei das erste diffraktive Element ein erstes Gitter mit einem ersten Gittervektor aufweist, welcher entlang der ersten Richtung ausgerichtet ist, und wobei das zweite diffraktive Element ein zweites Gitter mit einem zweiten Gittervektor aufweist, welcher entlang der zweiten Richtung ausgerichtet ist.According to a further development it is provided that the first partial detection takes place after an interaction of the wave front with a first diffractive element and the second partial detection takes place after an interaction of the wave front with at least one second diffractive element, the first diffractive element being a first grating with a first grating vector oriented along the first direction, and wherein the second diffractive element has a second grating having a second grating vector oriented along the second direction.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Wellenfrontgradient in Abhängigkeit eines Interferenzmusters oder eines Punktmusters erfasst werden.According to a further development it is provided that the first and the second wavefront gradient are detected as a function of an interference pattern or a point pattern.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines insbesondere optischen Abbildungssystems, aufweisend: a) eine Strahlungsquelle zum Erzeugen von Strahlung; b) eine Wellenfronterzeugungseinheit zur Erzeugung einer Wellenfront aus der Strahlung, wobei die Wellenfront das Abbildungssystem durchläuft; c) eine Detektoreinheit zum Erfassen der Wellenfront nach Durchlaufen der Wellenfront durch das Abbildungssystem, wobei das Erfassen der Wellenfront eine erste Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines ersten Wellenfrontgradienten in einer ersten Richtung und zumindest eine zweite Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines zweiten Wellenfrontgradienten in einer zweiten Richtung umfasst, wobei sich die Wellenfront der ersten Teilerfassung und die Wellenfront der zweiten Teilerfassung voneinander unterscheiden; d) eine Auswerteeinheit zum Bestimmen eines Vektorfeldes in Abhängigkeit des ersten Wellenfrontgradienten und des zweiten Wellenfrontgradienten sowie zum Ermitteln eines Gradientenfeldes und eines Rotatorfeldes in Abhängigkeit des Vektorfeldes und e) eine Rekonstruktionseinheit zur Rekonstruierung der Wellenfront in Abhängigkeit des Gradientenfeldes und einer in Abhängigkeit des Rotatorfeldes bestimmten Drift der Wellenfront. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.Furthermore, the invention relates to a device for determining an imaging quality of an imaging system, in particular an optical imaging system, having: a) a radiation source for generating radiation; b) a wavefront generation unit for generating a wavefront from the radiation, the wavefront passing through the imaging system; c) a detector unit for detecting the wavefront after the wavefront has passed through the imaging system, with the detection of the wavefront including a first partial detection of the wavefront to determine a first wavefront gradient in a first direction and at least a second partial detection of the wavefront to determine a second wavefront gradient in a second direction, wherein the wavefront of the first partial acquisition and the wavefront of the second partial acquisition differ from each other; d) an evaluation unit for determining a vector field as a function of the first wavefront gradient and the second wavefront gradient and for determining a gradient field and a rotator field as a function of the vector field and e) a reconstruction unit for reconstructing the wavefront as a function of the gradient field and a drift determined as a function of the rotator field the wavefront. This results in the advantages already mentioned. Further advantages and preferred features emerge from what has been described above and from the claims.
Ferner betrifft die Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithografie, aufweisend ein Projektionsobjektiv, wobei das Projektionsobjektiv eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14 und/oder eine Vorrichtung nach Anspruch 16 umfasst.Furthermore, the invention relates to a projection exposure system for microlithography, having a projection objective, wherein the projection objective comprises a device according to one of
Zudem betrifft die Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithografie, aufweisend ein Projektionsobjektiv, wobei das Projektionsobjektiv zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder eines Verfahrens nach Anspruch 15 hergerichtet ist.In addition, the invention relates to a projection exposure system for microlithography, having a projection objective, the projection objective being prepared for carrying out a method according to one of
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Abbildungsqualität eines optischen Abbildungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel, -
2 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens zum Bestimmen der Abbildungsqualität des optischen Abbildungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, -
3 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens zum Bestimmen der Abbildungsqualität des optischen Abbildungssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, -
4A eine schematische Darstellung eines diffraktiven Elements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, -
4B eine schematische Darstellung eines diffraktiven Elements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, -
5A eine schematische Darstellung eines diffraktiven Elements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, -
5B eine schematische Darstellung eines diffraktiven Elements gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, -
6A eine schematische Darstellung eines diffraktiven Elements gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, -
6B eine schematische Darstellung eines diffraktiven Elements gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, -
7 eine schematische Darstellung des Grundprinzips der Scherinterferometrie, -
8 eine erste Tabelle, bei welcher die Vektorpotenzen in quellfreie und wirbelfreie Anteile nach aufsteigendem Grad d gruppiert sind, -
9 eine zweite Tabelle, welche Vektor-Zernikes in quellfreie und wirbelfreie Felder untergliedert, -
10 eine dritte Tabelle, welche niedrige Vektor-Zernikes in Form von Vektor-Polynomen auflistet, und -
11 eine vierte Tabelle, welche (skalare) Zernikes in Form von Polynomen auflistet.
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1 a schematic representation of a device for determining an imaging quality of an optical imaging system according to an embodiment, -
2 a flow chart for representing a method for determining the imaging quality of the optical imaging system according to a first embodiment, -
3 a flow chart for representing a method for determining the imaging quality of the optical imaging system according to a second embodiment, -
4A a schematic representation of a diffractive element according to a first embodiment, -
4B a schematic representation of a diffractive element according to a second embodiment, -
5A a schematic representation of a diffractive element according to a third embodiment, -
5B a schematic representation of a diffractive element according to a fourth embodiment, -
6A a schematic representation of a diffractive element according to a fifth embodiment, -
6B a schematic representation of a diffractive element according to a sixth embodiment, -
7 a schematic representation of the basic principle of shearing interferometry, -
8th a first table in which the vector powers are grouped into source-free and vortex-free parts according to increasing degree d, -
9 a second table, which subdivides vector Zernikes into source-free and vortex-free fields, -
10 a third table listing low vector Zernikes in terms of vector polynomials, and -
11 a fourth table listing (scalar) Zernikes in terms of polynomials.
Die Wellenfronterzeugungseinheit 4 umfasst ein in einer Objektebene 5 des Abbildungssystems 2 anzuordnendes oder angeordnetes optisches Element 6, das eine objektseitige, insbesondere periodische, Struktur aufweist, die durch die Strahlung beleuchtet wird. Das optische Element 6 ist insbesondere als Kohärenzmaske oder Retikel zur Formung der Kohärenz der Strahlung ausgebildet. Die durch die Wellenfronterzeugungseinheit 4 erzeugte Wellenfront durchläuft das Abbildungssystem 2.The
Weiterhin weist die Vorrichtung 1 eine Detektoreinheit 7 zum Erfassen der Wellenfront nach Durchlaufen der Wellenfront durch das Abbildungssystem 2 auf. Die Detektoreinheit 7 ist in oder zumindest nahe einer Bildebene 8 beziehungsweise Pupillenebene oder dazu konjugierten Ebene des Abbildungssystems 2 angeordnet. Die Detektoreinheit 7 umfasst vorliegend ein diffraktives Element 9, insbesondere ein diffraktives optisches Element, mit einer bildseitigen, insbesondere periodischen, Struktur und weiterhin ein Detektorelement 10 oder einen Sensor zur Erfassung eines Überlagerungsmusters, beispielsweise eines Interferenzmusters oder eines Punktmusters, von abgebildeter objektseitiger Struktur und bildseitiger Struktur. Das Detektorelement 10 ist in oder zumindest nahe der Bildebene 8 beziehungsweise Pupillenebene oder einer dazu konjugierten Ebene des Abbildungssystems 2 angeordnet. Vorzugsweise umfasst das Detektorelement 10 einen Bildsensor mit einer Detektorfläche zum Auslesen des Überlagerungsmusters. Das Detektorelement 10 ist vorzugsweise als Kamera ausgebildet. Alternativ ist das diffraktive Element 9 ein von der Detektoreinheit 7 unabhängiges Element.Furthermore, the
Weiterhin weist die Vorrichtung eine Rekonstruktionseinheit 11 zur Rekonstruierung der Wellenfront sowie optional zusätzlich eine Auswerteeinheit 12 zum Auswerten des Überlagerungsmusters auf.Furthermore, the device has a
Das Verfahren wird insbesondere durch ein Steuergerät durchgeführt. Das Steuergerät ist vorzugsweise dazu ausgebildet, jeden der Verfahrensschritte oder nur einige der Verfahrensschritte durchzuführen. Das Steuergerät ist integraler oder separater Bestandteil der Vorrichtung 1. Vorzugsweise ist das Steuergerät mit der Rekonstruktionseinheit 11 und/oder der Auswerteinheit 12 drahtlos oder drahtbasiert wirkverbunden.The method is carried out in particular by a control unit. The control unit is preferably designed to carry out each of the method steps or only some of the method steps. The control unit is an integral or separate part of the
In einem ersten Schritt S1 wird das diffraktive Element 9 in der Bildebene 8 beziehungsweise Pupillenebene des Abbildungssystems 2 angeordnet. Das diffraktive Element 9 weist ein erstes Gitter mit einem ersten Gittervektor φ1 und zumindest ein zweites Gitter mit einem zweiten Gittervektor φ2 auf, wobei der erste Gittervektor entlang einer ersten Richtung ausgerichtet ist und der zweite Gittervektor entlang einer zweiten Richtung ausgerichtet ist. Die erste Richtung und die zweite Richtung sind nicht orthogonal zueinander ausgerichtet. „Nicht orthogonal“ bedeutet, dass der Winkel zwischen der ersten und der zweiten Richtung ungleich 90° ist. Vorzugsweise ist der erste Gittervektor derart entlang der ersten Richtung ausgerichtet und der zweite Gittervektor derart entlang der zweiten Richtung ausgerichtet, dass der erste Gittervektor und der zweite Gittervektor in einem Winkel von 45° oder 135° zueinander ausgerichtet sind. Mit anderen Worten: Der erste Gittervektor und der zweite Gittervektor bilden einen Winkel von 45° oder 135°. Optional weist das diffraktive Element 9 ein Mikrolinsenarray auf.In a first step S1, the
In einem zweiten Schritt S2 wird eine Wellenfront in das Abbildungssystem 2 eingestrahlt. Die Wellenfront wird nach Durchlaufen des Abbildungssystems 2, insbesondere nach Wechselwirkung mit dem diffraktiven Element 9, durch das Detektorelement 10 erfasst. Die Erfassung umfasst dabei eine erste und zumindest eine zweite Teilerfassung.In a second step S2, a wave front is radiated into the
In einem dritten Schritt S3 erfolgt durch die Detektoreinheit 7 die erste Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines ersten Wellenfrontgradienten in der ersten Richtung. Der Wellenfrontgradient wird in Abhängigkeit eines Interferenzmusters oder eines Punktmusters ermittelt.In a third step S3, the detector unit 7 performs the first partial detection of the wavefront to determine a first wavefront gradient in the first direction. The wave front gradient is determined as a function of an interference pattern or a point pattern.
In einem vierten Schritt S4 erfolgt durch die Detektoreinheit 7, insbesondere das Detektorelement 10, die zumindest zweite Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines zweiten Wellenfrontgradienten in der zweiten Richtung. Wie oben beschrieben, sind die erste Richtung und die zweite Richtung nicht orthogonal zueinander ausgerichtet. Die erste Teilerfassung und die zweite Teilerfassung erfolgen insbesondere zeitlich nacheinander. Dies gewährleistet, dass besonders genaue Methoden zur Erfassung der jeweiligen Wellenfrontgradienten anwendbar sind. Zudem kann dadurch eine zeitliche Änderung der Wellenfront bei Durchlaufen des Abbildungssystems berücksichtigt oder erfasst werden. Die Wellenfront der ersten Teilerfassung und die Wellenfront der zweiten Teilerfassung unterscheiden sich somit aufgrund einer zeitlichen Änderung der Wellenfront zwischen der ersten und der zweiten Teilerfassung voneinander. Insbesondere unterscheiden sich die Wellenfront der ersten Teilerfassung und die Wellenfront der zweiten Teilerfassung dadurch voneinander, dass zwischen der ersten Teilerfassung und der zweiten Teilerfassung ein insbesondere ungewolltes und/oder unbemerktes Driften eines Fokus des Abbildungssystems 2 erfolgt. „Ungewolltes und/oder unbemerktes Driften des Fokus“ bedeutet insbesondere, dass das Driften nicht absichtlich herbeigeführt oder erzeugt wird. Das Driften des Fokus wird insbesondere in Abhängigkeit einer Änderung oder Lageänderung in Bezug auf die die Wellenfronterzeugungseinheit 4 und/oder in Bezug auf zumindest ein optisches Element, beispielsweise eine Linse oder einen Spiegel, des Abbildungssystems 2 verursacht. Optional erfolgen die erste Teilerfassung und die zweite Teilerfassung gleichzeitig. Die Wellenfront der ersten Teilerfassung und die Wellenfront der zweiten Teilerfassung unterscheiden sich im Falle der gleichzeitigen Teilerfassungen insbesondere aufgrund einer unterschiedlichen räumlichen Ausdehnung der Wellenfrontgradienten voneinander.In a fourth step S4, the detector unit 7, in particular the
In einem fünften Schritt S5 wird die Wellenfront in Abhängigkeit des ersten Wellenfrontgradienten und des zweiten Wellenfrontgradienten rekonstruiert. Die Rekonstruktion erfolgt vorzugsweise derart, dass dadurch Messfehler, die insbesondere durch das Driften des Fokus verursacht werden, rechnerisch eliminiert werden. Die Rekonstruktion erfolgt insbesondere durch ein Rechenverfahren, bei welchem ein Gleichungssystem gelöst wird. Insbesondere wird das Gleichungssystem derart gelöst, dass zumindest eine Variable oder mehrere Variablen des Gleichungssystems, welche Messfehler, insbesondere Astigmatismus-Anteile oder astigmatische Wellenfrontfehler, repräsentiert/repräsentieren, rechnerisch eliminiert wird/werden. Messfehler werden insbesondere dadurch verursacht, dass bei einem Driften des Fokus der Wellenfrontgradient insbesondere des Fokus falsch ermittelt oder gemessen wird, wobei in Abhängigkeit des falsch gemessenen Wellenfrontgradienten der Astigmatismus falsch rekonstruiert wird. Das Gleichungssystem wird insbesondere dadurch lösbar, dass zumindest eine insbesondere rechnerisch auflösbare oder eliminierbare Variable dem Gleichungssystem hinzugefügt wird oder ist, welche die Drift repräsentiert.In a fifth step S5, the wavefront is reconstructed as a function of the first wavefront gradient and the second wavefront gradient. The reconstruction is preferably carried out in such a way that measurement errors, which are caused in particular by the drifting of the focus, are eliminated by computation. The reconstruction is carried out in particular by a calculation method in which a system of equations is solved. In particular, the system of equations is solved in such a way that at least one variable or several variables of the system of equations, which represents/represent measurement errors, in particular astigmatism components or astigmatic wavefront errors, is/are mathematically eliminated. measuring Errors are caused in particular by the fact that the wavefront gradient, in particular of the focus, is incorrectly determined or measured when the focus drifts, with the astigmatism being incorrectly reconstructed as a function of the incorrectly measured wavefront gradient. The system of equations can be solved in particular in that at least one variable, which can be solved or eliminated in particular by calculation, is or is added to the system of equations, which variable represents the drift.
Optional erfolgt die erste Teilerfassung nach einer Wechselwirkung der Wellenfront mit einem hier nicht dargestellten ersten diffraktiven Element 13 und die zweite Teilerfassung nach einer Wechselwirkung der Wellenfront mit zumindest einem hier nicht dargestellten zweiten diffraktiven Element 14, wobei das erste diffraktive Element 13 ein erstes Gitter mit einem ersten Gittervektor aufweist, welcher entlang der ersten Richtung ausgerichtet ist, und wobei das zweite diffraktive Element 14 ein zweites Gitter mit einem zweiten Gittervektor aufweist, welcher entlang der zweiten Richtung ausgerichtet ist. In diesem optionalen Fall ist vorgesehen, dass in Schritt S1 das erste diffraktive Element 13 in der Bildebene 8 des Abbildungssystems 2 angeordnet wird und dass in einem Zwischenschritt zwischen Schritt S3 und S4 das zweite diffraktive Element 14 im Austausch für das erste diffraktive Element 13 in der Bildebene 8 des Abbildungssystems 2 angeordnet wird.Optionally, the first partial detection takes place after an interaction of the wavefront with a first diffractive element 13, not shown here, and the second partial detection after an interaction of the wavefront with at least one second diffractive element 14, not shown here, with the first diffractive element 13 having a first grating with a having a first grating vector aligned along the first direction, and wherein the second diffractive element 14 has a second grating having a second grating vector aligned along the second direction. In this optional case, it is provided that in step S1 the first diffractive element 13 is arranged in the
Optional umfasst das Erfassen der Wellenfront zumindest eine dritte Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines dritten Wellenfrontgradienten in einer dritten Richtung, wobei die erste Richtung, die zweite Richtung und die dritte Richtung jeweils unterschiedlich zueinander ausgerichtet sind. Vorzugsweise erfolgt die erste Teilerfassung, die zweite Teilerfassung und die dritte Teilerfassung nach einer Wechselwirkung der Wellenfront mit einem hier nicht dargestellten diffraktiven Element 15, wobei das diffraktive Element 15 ein erstes Gitter mit einem ersten Gittervektor, ein zweites Gitter mit einem zweiten Gittervektor und zumindest ein drittes Gitter mit einem dritten Gittervektor aufweist, wobei der erste Gittervektor entlang der ersten Richtung ausgerichtet ist, der zweite Gittervektor entlang der zweiten Richtung ausgerichtet ist und der dritte Gittervektor entlang der dritten Richtung ausgerichtet ist. Ein derartig ausgebildetes diffraktives Element 15 weist beispielsweise ein trigonales oder hexagonales Gitter auf. Alternativ weist das diffraktive Element ein nicht-quadratisches rechteckiges Gitter auf. Bevorzugt werden die erste, zweite und die zumindest dritte Teilerfassung zeitlich nacheinander durchgeführt.Optionally, the detection of the wavefront includes at least a third partial detection of the wavefront to determine a third wavefront gradient in a third direction, with the first direction, the second direction and the third direction each being oriented differently from one another. The first partial acquisition, the second partial acquisition and the third partial acquisition preferably take place after an interaction of the wavefront with a diffractive element 15 (not shown here), the diffractive element 15 having a first grating with a first grating vector, a second grating with a second grating vector and at least one third lattice having a third lattice vector, wherein the first lattice vector is oriented along the first direction, the second lattice vector is oriented along the second direction, and the third lattice vector is oriented along the third direction. A diffractive element 15 designed in this way has, for example, a trigonal or hexagonal lattice. Alternatively, the diffractive element has a non-square rectangular grating. The first, second and the at least third partial acquisition are preferably carried out one after the other.
Auch dieses Verfahren wird insbesondere durch Steuergerät durchgeführt. Das Steuergerät ist vorzugsweise dazu ausgebildet, jeden der Verfahrensschritte oder nur einige der Verfahrensschritte durchzuführen. Das Steuergerät ist integraler oder separater Bestandteil der Vorrichtung 1.This method is also carried out in particular by a control unit. The control unit is preferably designed to carry out each of the method steps or only some of the method steps. The control unit is an integral or separate part of the
In einem ersten Schritt S1 wird ein diffraktives Element 17 in der Bildebene 8 des Abbildungssystems 2 angeordnet. Das diffraktive Element 17 weist ein erstes Gitter mit einem ersten Gittervektor und zumindest ein zweites Gitter mit einem zweiten Gittervektor auf, wobei der erste Gittervektor entlang einer ersten Richtung ausgerichtet ist und der zweite Gittervektor entlang einer zweiten Richtung ausgerichtet ist. Die erste Richtung und die zweite Richtung sind orthogonal oder nicht orthogonal, insbesondere beliebig, zueinander ausgerichtet.In a first step S1, a diffractive element 17 is arranged in the
In einem zweiten Schritt S2 wird eine Wellenfront in das Abbildungssystem 2 eingestrahlt. Die Wellenfront wird nach Durchlaufen des Abbildungssystems 2, insbesondere nach Wechselwirkung mit dem diffraktiven Element 17, durch die Detektoreinheit 7, insbesondere das Detektorelement 10, erfasst. Die Erfassung umfasst dabei einer erste und zumindest eine zweite Teilerfassung.In a second step S2, a wave front is radiated into the
In einem dritten Schritt S3 erfolgt durch die Detektoreinheit 7, insbesondere das Detektorelement 10, die erste Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines ersten Wellenfrontgradienten in der ersten Richtung. Der Wellenfrontgradient wird in Abhängigkeit eines Interferenzmusters oder eines Punktmusters ermittelt.In a third step S3, the detector unit 7, in particular the
In einem vierten Schritt S4 erfolgt durch die Detektoreinheit 7, insbesondere das Detektorelement 10, die zumindest zweite Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines zweiten Wellenfrontgradienten in der zweiten Richtung. Wie oben beschrieben, sind die erste Richtung und die zweite Richtung orthogonal oder nicht orthogonal zueinander ausgerichtet. Die erste Teilerfassung und die zweite Teilerfassung erfolgen insbesondere zeitlich nacheinander. Dies gewährleistet, dass besonders genaue Methoden zur Erfassung der jeweiligen Wellenfrontgradienten anwendbar sind. Zudem kann dadurch eine zeitliche Änderung der Wellenfront bei Durchlaufen des Abbildungssystems berücksichtigt oder erfasst werden. Die Wellenfront der ersten Teilerfassung und die Wellenfront der zweiten Teilerfassung unterscheiden sich somit aufgrund einer zeitlichen Änderung der Wellenfront zwischen der ersten und der zweiten Teilerfassung voneinander. Insbesondere unterscheiden sich die Wellenfront der ersten Teilerfassung und die Wellenfront der zweiten Teilerfassung dadurch voneinander, dass zwischen der ersten Teilerfassung und der zweiten Teilerfassung ein insbesondere ungewolltes und/oder unbemerktes Driften eines Fokus des Abbildungssystems 2 erfolgt. Das Driften des Fokus wird insbesondere in Abhängigkeit einer Änderung oder Lageänderung in Bezug auf die Wellenfronterzeugungseinheit 4 beziehungsweise ein Retikel oder in Bezug auf zumindest ein optisches Element, beispielsweise eine Linse oder einen Spiegel, des Abbildungssystems 2 verursacht. Optional erfolgen die erste Teilerfassung und die zweite Teilerfassung gleichzeitig. Die Wellenfront der ersten Teilerfassung und die Wellenfront der zweiten Teilerfassung unterscheiden sich im Falle der gleichzeitigen Teilerfassungen insbesondere aufgrund einer unterschiedlichen räumlichen Ausdehnung der Wellenfrontgradienten voneinander.In a fourth step S4, the detector unit 7, in particular the
In einem fünften Schritt S5 wird ein Vektorfeld in Abhängigkeit des ersten Wellenfrontgradienten und des zweiten Wellenfrontgradienten bestimmt. Anschließend wird ein insbesondere wirbelfreies Gradientenfeld und ein insbesondere quellfreies Rotatorfeld in Abhängigkeit des Vektorfeldes ermittelt. In Abhängigkeit des Rotatorfeldes wird eine zeitliche Änderung oder eine Drift der Wellenfront bestimmt.In a fifth step S5, a vector field is determined as a function of the first wavefront gradient and the second wavefront gradient. Subsequently, an in particular eddy-free gradient field and in particular a source-free rotator field are determined as a function of the vector field. Depending on the rotator field, a change over time or a drift of the wavefront is determined.
In einem sechsten Schritt S6 wird die Wellenfront in Abhängigkeit des Gradientenfeldes und der Drift rekonstruiert. Die Rekonstruktion erfolgt vorzugsweise derart, dass dadurch Messfehler, die insbesondere durch das Driften des Fokus oder der Wellenfront verursacht werden, rechnerisch eliminiert werden. Insbesondere wird dabei ein Gleichungssystem, auf Basis dessen die Rekonstruktion erfolgt, derart gelöst, dass zumindest eine Variable oder mehrere Variablen des Gleichungssystems, welche Messfehler, insbesondere Astigmatismus-Anteile oder astigmatische Wellenfrontfehler, repräsentiert/repräsentieren, eliminiert wird/werden. Das Gleichungssystem wird insbesondere dadurch lösbar, dass zumindest eine insbesondere rechnerisch auflösbare oder eliminierbare Variable dem Gleichungssystem hinzugefügt wird oder ist, welche die Drift repräsentiert.In a sixth step S6, the wavefront is reconstructed as a function of the gradient field and the drift. The reconstruction is preferably carried out in such a way that measurement errors, which are caused in particular by the drifting of the focus or the wave front, are eliminated by computation. In particular, a system of equations, on the basis of which the reconstruction takes place, is solved in such a way that at least one variable or several variables of the system of equations, which represents measurement errors, in particular astigmatism components or astigmatic wavefront errors, is/are eliminated. The system of equations can be solved in particular in that at least one variable, which can be solved or eliminated in particular by calculation, is or is added to the system of equations, which variable represents the drift.
Dass diffraktive Element 17 ist gemäß jedem der beschriebenen diffraktiven Elemente 9, 13, 14 oder 15 ausbildbar oder ausgebildet. Alternativ ist das diffraktive Element 17 derart ausgebildet, dass dieses einen ersten Gittervektor, der entlang der ersten Richtung und einen zweiten Gittervektor, der entlang der zweiten Richtung ausgerichtet ist, wobei der erste Gittervektor und der zweite Gittervektor orthogonal zueinander ausgerichtet sind.The diffractive element 17 can be formed or is formed in accordance with each of the
Optional kann somit, wie oben beschrieben, die erste Teilerfassung nach einer Wechselwirkung der Wellenfront mit dem ersten diffraktiven Element 13 und die zweite Teilerfassung nach einer Wechselwirkung der Wellenfront mit zumindest dem zweiten diffraktiven Element 14 erfolgen.Optionally, as described above, the first partial detection can take place after an interaction of the wave front with the first diffractive element 13 and the second partial detection after an interaction of the wave front with at least the second diffractive element 14 .
Weiterhin kann optional vorgesehen sein, dass das Erfassen der Wellenfront, wie oben beschrieben, zumindest eine dritte Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines dritten Wellenfrontgradienten in einer dritten Richtung umfasst. Vorzugsweise erfolgt die erste Teilerfassung, die zweite Teilerfassung und die dritte Teilerfassung nach einer Wechselwirkung der Wellenfront mit dem diffraktiven Element 15.Furthermore, it can optionally be provided that the detection of the wavefront, as described above, includes at least a third partial detection of the wavefront to determine a third wavefront gradient in a third direction. The first partial acquisition, the second partial acquisition and the third partial acquisition preferably take place after an interaction of the wavefront with the diffractive element 15.
Im Zusammenhang mit
Im Folgenden wird dieser Ansatz beispielhaft anhand einer der Stärke nach unbekannten Fokusdrift im Detail mathematisch beschrieben. Die Vorgehensweise lässt sich aber im Prinzip auf jede Art von Drift erweitern.In the following, this approach is described mathematically in detail as an example using a focus drift of unknown strength. In principle, however, the procedure can be extended to any type of drift.
Zur Erläuterung illustriert
Der Erfinder hat erkannt, dass bei den üblichen Messungen bisher unbeachtete Probleme entstehen können. Es werden Lösungen zur Vermeidung derartiger Probleme präsentiert.The inventor recognized that previously unnoticed problems can arise with the usual measurements. Solutions to avoid such problems are presented.
Beim hier betrachteten Scher-Interferometer wird der Gradient der Wellenfront W(ξ,η) komponentenweise zeitlich hintereinander gemessen. Wenn zwischen den beiden Messungen oder Teilerfassungen Mξ und Mη der Fokus ƒ um Δz driftet oder sich die Wellenfront ändert, wird ein astigmatischer Wellenfrontfehler ΔW zwischen den beiden Richtungen ξ und η vorgetäuscht. Den diagonalen Astigmatismus beeinflusst die Fokusdrift nicht.In the case of the shear interferometer considered here, the gradient of the wave front W(ξ,η) is measured successively in terms of components. If the focus ƒ drifts by Δz between the two measurements or partial acquisitions M ξ and M η or if the wavefront changes, an astigmatic wavefront error ΔW between the two directions ξ and η is simulated. Focus drift does not affect diagonal astigmatism.
Aus mathematischer Sicht ist ein Differentialgleichungssystem für die unbekannte Wellenfront W aus den Messungen M zu integrieren. Nachfolgende Formel (1) beschreibt die Scher-Grundgleichung für den Gradienten der Wellenfront W mit insbesondere unbekannter Amplitude Δz für die Drift ƒ der Fokusverschiebung:
Die obige Formel (2) beschreibt die Wellenfront einer Kugelwelle in einem Immersionsmedium mit Brechungsindex n und somit den Wellenfrontfehler für einen Fokusfehler. Wie erwähnt wird die Drift durch Δz beschrieben. Die Funktion ƒ(ξ,η) beschreibt das Muster in der Wellenfront, das durch die Drift entsteht.The above formula (2) describes the wavefront of a spherical wave in an immersion medium with a refractive index n and thus the wavefront error for a focus error. As mentioned, the drift is described by Δz. The function ƒ(ξ,η) describes the pattern in the wave front caused by the drift.
In erster Näherung ƒ ≃ (ξ2 + η2)/2n integriert sich die Drift zu einem Astigmatismus Z5 im Wellenfrontfehler ΔW
Bei den höheren Ordnungen wäre zuerst das Vektorfeld (Mξ, Mη) nach den Regeln der Vektoranalysis in ein wirbelfreies Feld beziehungsweise Gradientenfeld und ein quellfreies Feld beziehungsweise Rotatorfeld zu zerlegen. Ersterer Anteil kann zu einem höheren Astigmatismus (zum Beispiel als Mischung aus Z12 und Z5) integriert werden, während letzterer zwar als Rotation eines Vektorpotenzials V dargestellt werden kann, aber als Residuum im Rahmen dieser Anmeldung keine Bedeutung beigemessen wird. Für die nächsthöhere Ordnung mit ƒ ≃ (ξ2 + η2)2/8n3 ergäbe sich somit
Die Problematik lässt sich auf jede Art von Wellenfrontdrift f beziehungsweise dessen Gradientendrift (+ ∂ƒ /∂ξ - ∂ƒ /∂η) anwenden.The problem can be applied to any type of wavefront drift f or its gradient drift (+ ∂ƒ /∂ξ - ∂ƒ /∂η).
Die Drift-Problematik kann beispielsweise wie folgt adressiert werden: Das Übersprechen der Z4-Drift auf den Z5-Astigmatismus wird in einem 45° gedrehten Koordinatensystem vermieden, wo Z5 und Z6 ihre Rolle tauschen. So ist es beispielsweise möglich, die Wellenfront nochmals um 45° verdreht zu messen. Durch Kombination aller vier Teilmessungen (0°- und 90°- mit 45°- und 135°-Richtung) können die beiden Astigmatismus-Anteile Z5 und Z6 trotz leichter Drift des Fokus Z4 korrekt bestimmt werden.The drift problem can be addressed as follows, for example: Crosstalk of the Z 4 drift on the Z 5 astigmatism is avoided in a coordinate system rotated by 45°, where Z 5 and Z 6 swap roles. For example, it is possible to measure the wave front again rotated by 45°. By combining all four partial measurements (0° and 90° with 45° and 135° directions), the two astigmatism components Z 5 and Z 6 can be correctly determined despite a slight drift of the focus Z 4 .
In einer ersten Variante kann das zu prüfende Objektiv um 45° zum Scher-Interferometer gedreht werden. Äquivalent dazu wäre die Drehung des Interferometer-Aufbaus.In a first variant, the lens to be tested can be rotated by 45° to the shear interferometer. Equivalent to this would be the rotation of the interferometer assembly.
Bei einer feldparallelen Messung (gleichzeitige Messung an mehreren Feldpunkten) stimmen dann aber nicht die Feldpunkte der beiden Drehstellungen überein. Die Feldverläufe wären also auf ein gemeinsames Raster zu interpolieren.In the case of a field-parallel measurement (simultaneous measurement at several field points), the field points of the two rotary positions do not match. The field profiles would therefore have to be interpolated onto a common grid.
In einer zweiten Variante wird das Objektiv nicht gedreht, sondern es wird eine zweite Scherung in diagonaler Richtung durchgeführt. Dazu kann im Messkopf sowie in der Beleuchtung anstelle eines ersten orthogonalen Schergitters, wie in
Es wurde erkannt, dass orthogonale Schergitter mit senkrecht zueinander ausgerichteten Gittervektoren, φ1 ⊥ φ2 beziehungsweise φ3 ⊥ φ4, wie in
Diese Vorgehensweise hat einige Nachteile. Zum Nachteil einer doppelten Messzeit (vier statt zwei Scherungen) gesellt sich ein aufwändigerer Messaufbau. So wird mehr Platz für die beiden Schergitter benötigt, der nicht nur Bedarf für eine größere Relais-Optik, sondern auch Bedarf für eine größere Kamera nach sich zieht. Große Bildsensoren sind schwerer zu herzustellen, was sich letztlich im Preis niederschlägt.This approach has some disadvantages. The disadvantage of a double measurement time (four instead of two shears) is a more complex measurement setup. More space is needed for the two shear grids, which not only entails the need for a larger relay optics, but also a need for a larger camera. Large image sensors are more difficult to manufacture, which ultimately translates into price.
Die nachfolgend beschriebenen Ansätze vermeiden die Nachteile der bekannten und der oben skizzierten Vorgehensweisen.The approaches described below avoid the disadvantages of the known procedures and those outlined above.
Bei Scherung der Pupille (ξ, η) unter einem beliebigen Winkel φ errechnet sich aus der Phase des Scher-Interferogramms, insbesondere durch Skalierung mit der Gitterkonstanten, die Richtungsableitung der Wellenfront W. Wenn der Fokus ƒ um Δz driftet, kommt die Richtungsableitung des Fokus hinzu. Nachfolgende Formel (3a) beschreibt ein Scher-Interferogramm entlang einer ersten Richtung, insbesondere entlang eines ersten Gittervektors, mit Fokusdrift Δz1:
Um die Wellenfront zu rekonstruieren, wird noch ein Scher-Interferogramm in mindestens einer zweiten Richtung benötigt, wo der Fokus auf andere Weise gedriftet sein kann. Nachfolgende Formel (3b) beschreibt ein Scher-Interferogramm entlang der zweiten Richtung oder entlang eines zweiten Gittervektors mit Fokusdrift Δz2:
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit beziehe sich die Wellenfront auf die mittlere Driftlage des Fokus, also im Falle zweier Messungen:
Die Fokusdrift oder Bildschale Z4 und der Astigmatismus Z5 und Z6 führen zu linearen Verläufen im Interferogramm. Folgende Formel (4) beschreibt linearisierte Scher-Interferogramme, die sich aus den quadratischen Verläufen der Wellenfront ableiten:
Folgende Formel 5 beschreibt quadratische Terme der Wellenfront nebst ihren (linearen) Gradienten:
Ein Koeffizientenvergleich der linearen Verläufe in ξ und η liefert vier Gleichungen für die vier Unbekannten z4, z5, z6, und Δz :
Geeignete Linearkombination eliminiert die Zernike-Koeffizienten z4 bis z6, wie in nachfolgender Formel (6a) angegeben:
Mit nun bekannter Fokusdrift Δz lassen sich vollends die astigmatischen Wellenfrontfehler oder Astigmatismen z5 und z6 ausrechnen, wie in den nachfolgenden Formeln (6b) und (6c) angegeben:
Den (mittleren) Fokus z4 erhält man dann aus der Beziehung gemäß nachfolgender Formel (6d):
Allerdings führt der Standardfall orthogonaler Scherungen, bei welchem also die erste Scherrichtung senkrecht zur zweiten Scherrichtung ausgerichtet ist, zu einem Dilemma, weil dann das Gleichungssystem wegen cos(φ2 - φ1) = 0 in Formel (6a) singulär wird. Es existiert keine (eindeutige) Lösung mehr. Insbesondere wird z5 unlösbar bei einer Messung, bei welcher die erste Richtung und die zweite Richtung mit den Achsen ξ und η des Pupillenkoordinatensystems übereinstimmen.However, the standard case of orthogonal shearing, in which the first shearing direction is perpendicular to the second shearing direction, leads to a dilemma, because the system of equations then becomes singular because of cos(φ 2 - φ 1 ) = 0 in formula (6a). There is no longer a (unique) solution. In particular, z 5 becomes insoluble in a measurement in which the first direction and the second direction coincide with the axes ξ and η of the pupil coordinate system.
Für das achsparallele Schergitter (φ1 || ξ und φ2 || η) lässt sich wegen cos(φ2 + φ1) = 0 wenigstens z6 aus Formel (6c) bestimmen oder für das diagonale Schergitter, wie in
Allerdings wird das Gleichungssystem unlösbar für kollineare Scherungen mit sin(φ2 - φ1) = 0.However, the system of equations becomes unsolvable for collinear shears with sin(φ 2 - φ 1 ) = 0.
Gemäß einem Aspekt der in dieser Anmeldung beschriebenen Erfindung wird vorgeschlagen, die Wellenfront mit nicht-orthogonalen Gittervektoren zu scheren. Mit anderen Worten: Die Wellenfront wird erfasst nach Durchlaufen der Wellenfront durch das Abbildungssystem, wobei das Erfassen der Wellenfront eine erste Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines ersten Wellenfrontgradienten in einer ersten Richtung und zumindest eine zweite Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines zweiten Wellenfrontgradienten in einer zweiten Richtung umfasst, wobei sich die Wellenfront der ersten Teilerfassung und die Wellenfront der zweiten Teilerfassung voneinander unterscheiden, und wobei die erste Richtung und die zweite Richtung nicht orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Dann können die beiden Astigmatismen aus den beiden Richtungsableitungen bestimmt werden, selbst wenn sich zwischen den beiden Scher-Messungen die Fokuslage geändert hat.According to one aspect of the invention described in this application, it is proposed to shear the wavefront with non-orthogonal lattice vectors. In other words: the wavefront is detected after the wavefront has passed through the imaging system, with the detection of the wavefront involving a first partial detection of the wavefront to determine a first wavefront gradient in a first direction and at least a second partial detection of the wavefront to determine a second wavefront gradient in a second includes direction, wherein the wavefront of the first partial acquisition and the wavefront of the second partial acquisition differ from each other, and wherein the first direction and the second direction are not orthogonal to each other. The two astigmatisms can then be determined from the two directional derivatives, even if the focus position has changed between the two shear measurements.
Beispiele von diffraktiven Elementen, die entsprechende Gitterstrukturen aufweisen, also ein erstes Gitter mit einem ersten Gittervektor und zumindest ein zweites Gitter mit einem zweiten Gittervektor, wobei der erste Gittervektor entlang der ersten Richtung ausgerichtet ist und der zweite Gittervektor entlang der zu ersten Richtung nicht orthogonal ausgerichteten zweiten Richtung ausgerichtet ist, sind, ohne hierauf beschränkt zu sein, in den
Auch die Verwendung eines diffraktiven Elements gemäß
Optional können andere diffraktive Elemente oder Gittertypen verwendet werden, beispielsweise trigonale Scher-Gitter wie in
Selbst wenn hier alle drei Richtungsableitungen der Wellenfront gemessen werden, so sind die Vorteile ein kompakter Bauraum (gegenüber dem Doppelgitter) und eine verringerte Messdauer (gegenüber vier Richtungen).Even if all three directional derivatives of the wave front are measured here, the advantages are a compact installation space (compared to the double grating) and a reduced measurement time (compared to four directions).
Nachfolgend wird eine Ausführungsform diskutiert, bei welcher eine Berechnung oder Rekonstruktion der Wellenfront auf Basis von Zernike-Koeffizienten, wie oben beschrieben, nicht notwendig ist. Insbesondere wird hierbei die Wellenfront erfasst nach Durchlaufen der Wellenfront durch das Abbildungssystem 2, wobei das Erfassen der Wellenfront eine erste Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines ersten Wellenfrontgradienten in einer ersten Richtung und zumindest eine zweite Teilerfassung der Wellenfront zur Ermittlung eines zweiten Wellenfrontgradienten in einer zweiten Richtung umfasst, wobei sich die Wellenfront der ersten Teilerfassung und die Wellenfront der zweiten Teilerfassung voneinander unterscheiden, und wobei ein Vektorfeld in Abhängigkeit des ersten Wellenfrontgradienten und des zweiten Wellenfrontgradienten bestimmt wird, und wobei ein Gradientenfeld und ein Rotatorfeld in Abhängigkeit des Vektorfeldes ermittelt werden, wobei eine Drift oder zeitlichen Änderung der Wellenfront in Abhängigkeit des Rotatorfeldes bestimmt wird, und wobei die Wellenfront in Abhängigkeit des Gradientenfeldes und der Drift rekonstruiert wird. In diesem Fall ist die Rekonstruktion der Wellenfront selbst dann durchführbar, wenn die erste und die zweite Richtung orthogonal zueinander ausgerichtet sind.An embodiment is discussed below in which a calculation or reconstruction of the wavefront based on Zernike coefficients, as described above, is not necessary. In particular, the wavefront is detected here after the wavefront has passed through the
Das Gleichungssystem gemäß den Formeln (6a bis 6d) basiert auf der linearisierten Form der Interferogramme gemäß den Formeln (3a und/oder 3b), welche sich allgemein in die beiden originären Richtungen ξ und η trennen lassen. Nachfolgende Formel (7) beschreibt ein umgeformtes Gleichungssystem für die Wellenfrontgradienten unter schiefwinkligen Scherungen und einer Änderung der Wellenfront, insbesondere einer Drift des Fokus:
Statt näherungsweise lineare Verläufe gemäß Formel (4) anzufitten, bestimmt man vorzugsweise mit den Ableitungen ∂M1/∂ξ und ∂M1/∂η sowie ∂M2/∂ξ und ∂M2/∂η die Fokusdrift Δz als Amplitude von Pupillenverläufen. Folgende Formel (8) gibt die Bestimmungsgleichung für Fokusdrift aus Interferogramm-Differentialquotienten unter schiefwinkliger Scherung:
Denn die exakte Laplace-Operation der Fokusdrift in der Pupille (vgl. Formel (2)) ist bekannt
Gemäß einem Aspekt der in dieser Anmeldung beschriebenen Erfindung wird vorgeschlagen, die gemessenen Scher-Interferogramme M1(ξ,η) und M2(ξ,η) für Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.) numerisch nach ∂/∂ξ und ∂/∂η abzuleiten, dann über Formel (8) die unbekannte Fokusdrift Δz anzufitten und schließlich die Wellenfront nach den üblichen Methoden aus Formel (7) zu rekonstruieren. Im Gegensatz zum linearen Fall wird die Bestimmungsgleichung Formel (8) für orthogonale Scher-Gitter nicht singulär, weil die anderen Terme neben cos(φ2 - φ1) nicht gleichzeitig verschwinden.According to one aspect of the invention described in this application, it is proposed that the measured shear interferograms M 1 (ξ,η) and M 2 (ξ,η) for errors! Reference source could not be found.) numerically according to ∂/∂ξ and ∂/∂η, then using formula (8) to fit the unknown focus drift Δz and finally to reconstruct the wavefront using the usual methods from formula (7). In contrast to the linear case, the conditional equation (8) for orthogonal shear lattices does not become singular because the other terms besides cos(φ 2 - φ 1 ) do not vanish at the same time.
Analog zur linearisierten Näherung können die vier Ableitungen zu äquivalenten Gleichungen transformiert werden, welche die zweiten Ableitungen der Wellenfront separieren, sobald einmal die Fokusdrift Δz bestimmt worden ist.
Die zweiten Ableitungen der Wellenfront wären jedoch zweifach zu integrieren, um die gewünschte Wellenfront zu erhalten. Diese numerische Operation hätte deutlich numerischen Mehraufwand zur Folge außer im linearisierten Fall nach Formel (5), wo jene direkt den Zernike-Koeffizienten entsprächen:
Andererseits können die Koeffizienten von Potenzreihen verglichen werden:
In hoch geöffneten Systemen treten, wie eingangs erwähnt, merklich höhere Terme in den Scher-Interferogrammen auf, die sich nicht sämtlich einem Wellenfrontfehler zuschreiben lassen. Aus deren Signatur in den nicht-integrablen Bestandteilen (∂Mξ/∂η ≠ ∂Mη/∂ξ) kann auf die Fokusdrift Δz bei hinreichend genau bekanntem Brechungsindex n geschlossen werden. Die Pupillenkoordinaten (ξ,η) - insbesondere deren Skalierung, sprich, die numerische Apertur NA - müssen ohnehin auf anderem Wege ermittelt werden. Sobald die Fokusdrift Δz bestimmt worden ist, kann deren Fehler ΔW auf die zu messende Wellenfront W rechnerisch abgezogen werden.As mentioned at the beginning, noticeably higher terms appear in the shear interferograms in highly open systems, which cannot all be attributed to a wavefront error. From their signature in the non-integrable components (∂M ξ /∂η ≠ ∂M η /∂ξ) the focus drift Δz can be deduced if the refractive index n is known with sufficient accuracy. The pupil coordinates (ξ,η)—in particular their scaling, that is, the numerical aperture NA—must be determined in a different way anyway. As soon as the focus drift Δz has been determined, its error ΔW can be subtracted from the wavefront W to be measured by calculation.
Im Ergebnis kann also ohne zusätzliche Scherungen, sowohl diagonal oder trigonal, trotz Änderung der Wellenfront oder Fokusdrift der Astigmatismus gemessen werden, auch in niedrigster Ordnung Z5. Je höher die numerische Apertur
In einer weiteren Ausführungsform werden die beiden Scher-Interferogramme (Mξ,Mη) aus Formel (1) in ein wirbelfreies Gradientenfeld (∂Mξ/∂η = ∂Mη/ξ) und in ein quellfreies Rotatorfeld (∂Mξ/∂ξ + ∂Mη/∂η = 0) zerlegt. Anders ausgedrückt: In Abhängigkeit des ersten Wellenfrontgradienten und des zweiten Wellenfrontgradienten wird ein Vektorfeld bestimmt, wobei in Abhängigkeit des Vektorfeldes ein Gradientenfeld und ein Rotatorfeld ermittelt werden. Dieselbe Zerlegung oder Ermittlung wird auf die Änderung der Wellenfront, zum Beispiel die Fokusdrift angewandt. Anders ausgedrückt: Eine Drift oder Änderung der Wellenfront wird in Abhängigkeit des Rotatorfeldes bestimmt:
Die Amplitude Δz der Drift wird durch Abgleich der quellfreien Bestandteile ermittelt:
Mit der so bekannten Amplitude Δz werden anschließend die zugehörigen wirbelfreien Anteile von den Scherungen aus Formel (1) abgezogen:
Anschließend wird aus den Messdaten, insbesondere in Abhängigkeit des Gradientenfeldes und der Drift, mit herkömmlichen Methoden die Wellenfront rekonstruiert.The wavefront is then reconstructed from the measurement data using conventional methods, in particular as a function of the gradient field and the drift.
Alternativ ist es möglich, den Wellenfrontfehler ΔW der ermittelten Fokusdrift Δz zu subtrahieren, nachdem die Wellenfront unmittelbar aus den gemessenen Scher-Interferometern rekonstruiert worden ist, also
Auf endlichem Gebiet ist obige Zerlegung jedoch nicht eindeutig, denn dem Gradienten jeder harmonischen Funktion Z fehlen wegen ∂2Z/∂ξ2 + ∂2Z/∂η2 = 0 zugleich Wirbel als auch Quellen. Von den skalaren Zernike-Polynomen, mit denen letztlich die Wellenfront beschrieben wird, sind nur die jeweils höchste Welligkeit einer radialen Ordnung harmonisch, also Z2,3, Z5,6, Z10,11, Z17,18, Z26,27 und so fort (vergleiche die in der folgenden
Von der Symmetrie her zeigt sich die Fokusdrift als zweiwelliger Fehler. Von allen harmonischen Zernike-Polynomen sind nur die quadratischen Astigmatismen Z5 und Z6 zweiwellig. Daher wird obige Zerlegung im Hinblick auf Fokusdrift eindeutig, wenn die linearen Terme in den Scher-Interferogrammen ausgeklammert werden. Wie schon erwähnt, sind die linearen Anteile mit den höheren Ordnungen bei bekanntem Brechungsindex fest miteinander verknüpft. Wenn die Apertur weit genug geöffnet ist, tauchen zumindest die quadratischen Terme aus der Messunsicherheit auf.In terms of symmetry, the focus drift shows up as a two-wave error. Of all the harmonic Zernike polynomials, only the quadratic astigmatisms Z 5 and Z 6 have two waves. Therefore, the above decomposition with regard to focus drift becomes unambiguous if the linear terms in the shear interferograms are factored out. As already mentioned, the linear components with the higher orders are firmly linked to one another if the refractive index is known. If the aperture is opened wide enough, at least the quadratic terms from the measurement uncertainty appear.
Generell ist es möglich, statt der analytischen Formeln die relevanten Polynome aus der Taylor-Entwicklung zu verwenden. Schließlich wird die Wellenfront auch in (Zernike)Polynome zerlegt. Konkret ergibt sich für den quellfreien Anteil der Fokusdrift:
Nachdem die Amplitude Δz der Fokusdrift aus dem quellfreien Anteil der Scher-Interferogramme (Mξ, Mη) aus Formel (1) gefittet worden ist, insbesondere ohne linearen Term, sind noch die zugehörigen wirbelfreien Anteile der Fokusdrift, insbesondere mit linearem Term, abzuziehen:
Also in niedrigsten Potenzen:
Alternativ kann man die aufintegrierte Taylor-Entwicklung von der rekonstruierten Wellenfront abziehen, nämlich:
Der Vollständigkeit halber sei noch das Vektorpotenzial der quellfreien Taylor-Entwicklung gegeben:
Gemäß einer Ausführung werden nach den üblichen Verfahren die höheren Potenzen zu den niedrigeren orthogonalisiert. Details dazu sind den folgenden Tabellen 1 bis 4 zu entnehmen. Notwendig ist das für eine Rekonstruktion der Fokusdrift induzierten Wellenfrontfehlers nicht.According to one embodiment, according to the usual methods, the higher powers are orthogonalized to the lower ones. Details can be found in Tables 1 to 4 below. This is not necessary for a reconstruction of the focus drift induced wavefront error.
Durch Ableiten der skalaren Vektor-Zernikes aus der vierten Tabelle (
Claims (18)
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