DE102021202820B3

DE102021202820B3 - Interferometrisches Messverfahren und interferometrische Messanordnung

Info

Publication number: DE102021202820B3
Application number: DE102021202820.9A
Authority: DE
Inventors: Alexander Wolf
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2021-03-23
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2022-03-03
Anticipated expiration: 2041-03-24
Also published as: US11879721B2; CN115112041A; US20220307822A1; JP2022151681A

Abstract

Bei einem Messverfahren zum interferometrischen Vermessen der Form einer Oberfläche (112) eines Testobjekts (114) werden zwei Eingangswellen mit unterschiedlichen Wellenlängen bereitgestellt. Für jede der Eingangswellen wird durch Beugung an einem diffraktiven optischen Element (124) eine auf das Testobjekt (114) gerichtete Prüfwelle (125-1, 125-2) mit einer zumindest teilweise an die Sollform der optischen Oberfläche (112) angepassten Wellenfront und eine auf ein reflektives optisches Element (130-1, 130-2) gerichtete Referenzwelle (128-1, 128-2) mit einer von der Ausbreitungsrichtung der Prüfwelle (125-1, 125-2) abweichenden Ausbreitungsrichtung erzeugt. Für jede der Wellenlängen wird die zugehörige Prüfwelle (125-1, 125-2) nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt (114) mit der zugehörigen Referenzwelle (128-1, 128-2) nach Rückreflexion am ersten reflektiven optischen Element (130-1, 130-2) überlagert, wobei die Prüfwellen (125-1, 125-2) und die Referenzwellen (128-1, 128-2) zur Überlagerung jeweils am diffraktiven optischen Element (124) erneut gebeugt werden. Für jede der Wellenlängen wird ein durch die Überlagerung der Prüfwelle (125-1, 125-2) und der Referenzwelle (128-1, 128-2) in einer Erfassungsebene (148-1, 148-2) erzeugtes Interferogramms erfasst. Die für die Wellenlängen erfassten Interferogramme werden unter Berücksichtigung des Unterschieds zwischen den Wellenlängen gemeinsam ausgewertet.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein Messverfahren sowie eine Messanordnung zum interferometrischen Messen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Vermessung der Oberflächenform von Spiegeln für den Einsatz in optischen Systemen für die EUV-Mikrolithographie, also der Mikrolithographie, die extreme Ultraviolettstrahlung (EUV) nutzt. Solche Spiegel weisen häufig Freiformflächen auf, also Oberflächenformen, die deutlich von rotationssymmetrischen sphärischen oder asphärischen Oberflächenformen abweichen.
Zur hochgenauen interferometrischen Vermessung der Oberflächenform eines Testobjekts, etwa eines optischen Elements für ein Projektionsobjektiv einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, werden häufig diffraktive optische Anordnungen als so genannte Nulloptiken verwendet. Dabei wird die Wellenfront einer Prüfwelle durch ein diffraktives optisches Element derart an eine Sollform der Oberfläche angepasst, dass die Prüfwelle an jedem Ort senkrecht auf die Sollform auftreffen und von dieser in sich zurück reflektiert würde. Abweichungen von der Sollform lassen sich durch Überlagerung der reflektierten Prüfwelle mit einer Referenzwelle bestimmen. Als diffraktives optisches Element kann beispielsweise ein computergeneriertes Hologramm (CGH) eingesetzt werden.
Die DE 10 2015 209 490 A1 (entsprechend US 2018/106591 A1 ) beschreibt ein interferometrisches Messverfahren und eine Messanordnung, die unter Verwendung eines komplex kodierten CGH hochgenaue Messungen der Oberflächenform auch bei großen und/oder gegenüber der Umgebung wärmeren Testobjekten ermöglichen.
Der Begriff „komplex kodiertes CGH“ bezeichnet hierbei im Allgemeinen ein CGH, welches zwei oder mehr unterschiedliche Strukturmuster aufweist, die unterschiedliche Beugungseigenschaften aufweisen, aufgrund der unterschiedlichen Beugungseigenschaften zwei oder mehr unterschiedliche Funktionalitäten realisieren und einander in einer gemeinsamen Ebene überlagern.
Die Messanordnung der DE 10 2015 209 490 A1 umfasst eine Lichtquelle zum Bereitstellen einer Eingangswelle, ein diffraktives optisches Element, welches im Strahlengang der Eingangswelle angeordnet und geeignet konfiguriert ist, durch Beugung aus der Eingangswelle einerseits eine auf das Testobjekt gerichtete Prüfwelle mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront und andererseits eine Referenzwelle mit einer von einer Ausbreitungsrichtung der Prüfwelle abweichenden Ausbreitungsrichtung zu erzeugen, ein reflektives optisches Element, welches im Strahlengang der Referenzwelle angeordnet und zur Rückreflexion der Referenzwelle ausgebildet ist, sowie eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Interferogramms, welches durch eine Überlagerung der Prüfwelle nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt und der rückreflektierten Referenzwelle, jeweils nach erneuter Beugung am diffraktiven optischen Element in einer Erfassungsebene, erzeugt wird.
Ein Vorteil der Verwendung diffraktiver optischer Elemente in Messanordnungen liegt darin, dass ein diffraktives optisches Element bei Bedarf mit weiteren Funktionalitäten ausgestattet werden kann, z.B. zum Zwecke der Kalibrierung. Eine Kalibrierung kann z.B. vorgesehen sein, um herstellungsbedingte geometrisch optische Fehler (auch als Schreibfehler, Placementfehler oder placement errors bezeichnet) auf dem CGH in situ bestimmen zu können.
Die DE 10 2017 217 369 A1 beschreibt eine Messanordnung, bei der ein diffraktives optisches Element zur Erzeugung mindestens einer Kalibrierwelle ein komplex kodiertes Phasengitter mit mindestens drei unterschiedlichen Phasenfunktionen aufweist. Im Fall der Erzeugung von drei Kalibrierwellen kommt ein komplex kodiertes Phasengitter mit fünf unterschiedlichen Phasenfunktionen, d.h. ein fünffach kodiertes diffraktives optisches Elemt, zum Einsatz.
Den Vorteilen komplex kodierter diffraktiver optischer Elemente stehen in der Praxis auch Nachteile gegenüber. Je größer die Anzahl unterschiedlicher Kodierungen wird, desto größer ist die Gefahr der Erzeugung unerwünschter Beugungsordnungen, so dass unerwünschte Reflexpfade entstehen können, die die Messgenauigkeit beeinträchtigen. Kalibriermessungen sind zeitaufwändig und erfordern zusätzliche Komponenten in der Messanordnung, z.B. Kalibrierspiegel. Außerdem muss die Messanordnung über die gesamte Messzeit (Kalibriermessung und Messung der Prüflingsoberfläche) möglichst stabil gehalten werden, um Fehler durch die Driften zu minimieren. Schließlich beinhaltet die interferometrisch gemessene Wellenfront rigorose Effekte. Diese ergeben sich dadurch, dass die Berechnung der Strukturmuster für das CGH davon ausgeht, dass die Strukturen in einer gemeinsamen (zweidimensionalen) Ebene liegen, während am realen CGH nach der Strukturerzeugung dreidimensionale Strukturen vorliegen. Diese Effekte werden modellbasiert korrigiert. Die Ungenauigkeit und Komplexität der Modelle zur Berechnung der rigorosen Effekte steigt exponentiell mit der Anzahl der Kodierungen auf dem CGH.
AUFGABE UND LÖSUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messverfahren sowie eine Messanordnung zum interferometrischen Messen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts bereitzustellen, das mithilfe eines diffraktiven optischen Elements arbeitet und mit einem relativ einfachen optischen Aufbau der Messanordnung präzise Messungen innerhalb kurzer Messzeiten ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Messverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Messanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 9 bereit. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Das Messverfahren dient zum interferometrischen Vermessen der Form einer Oberfläche eines Testobjekts, beispielsweise eines optischen Elements für ein optisches System. Bei dem Testobjekt kann es sich beispielsweise um einen ebenen oder konkav oder konvex gekrümmten Spiegel handeln. Für die Messung werden eine erste Eingangswelle mit einer ersten Wellenlänge λ₁ und eine zweite Eingangswelle mit einer zweiten Wellenlänge λ₂ bereitgestellt, die sich von der ersten Wellenlänge unterscheidet, also kürzer oder länger als die erste Wellenlänge ist. Es wird also mit wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängen gemessen, so dass es sich um ein polychromatisches Messverfahren handelt. Aus der ersten Eingangswelle wird eine auf das Testobjekt gerichtete erste Prüfwelle mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront sowie eine erste Referenzwelle erzeugt, die auf ein erstes reflektives optisches Element gerichtet ist und eine Ausbreitungsrichtung hat, die sich von der Ausbreitungsrichtung der ersten Prüfwelle unterscheidet. Die erste Prüfwelle und die erste Referenzwelle werden durch Beugung an einem diffraktiven optischen Element aus der ersten Eingangswelle erzeugt. Analog werden durch Beugung an demselben diffraktiven optischen Element aus der zweiten Eingangswelle eine zweite Prüfwelle sowie eine zweite Referenzwelle erzeugt. Auch die zweite Prüfwelle hat eine zumindest teilweise an die Sollform der optischen Oberfläche angepasste Wellenfront, während die zweite Referenzwelle auf ein zweites reflektives optisches Element gerichtet ist und eine Ausbreitungsrichtung hat, die sich von der Ausbreitungsrichtung der zweiten Prüfwelle unterscheidet. Die erste Prüfwelle wird nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt mit der ersten Referenzwelle nach Rückreflexion am ersten reflektiven optischen Element überlagert. Entsprechend wird die zweite Prüfwelle nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt mit der zweiten Referenzwelle nach Rückreflexion am zweiten reflektiven optischen Element überlagert, wobei die beiden Prüfwellen (erste und zweite Prüfwelle) sowie die beiden Referenzwellen (erste und zweite Referenzwelle) zur Überlagerung jeweils am gleichen diffraktiven optischen Element erneut gebeugt werden. Die durch Überlagerung der ersten Prüfwelle und der ersten Referenzwelle in einer ersten Erfassungsebene erzeugten ersten Interferogramme sowie die durch Überlagerung der zweiten Prüfwelle mit der zweiten Referenzwelle in einer zweiten Erfassungsebene erzeugten zweiten Interferogramme werden erfasst und dann gemeinsam unter Berücksichtigung des Unterschieds zwischen der ersten und der zweiten Wellenlänge ausgewertet.
Eine zur Durchführung des Messverfahrens geeignete Messanordnung hat dementsprechend eine Lichtquelle, die geeignet ist, die erste und zweite Eingangswelle mit den unterschiedlichen Wellenlängen (erste und zweite Wellenlänge) bereitzustellen. Weiterhin umfasst diese Messanordnung das diffraktive optische Element, welches die genannten Prüfwellen und Referenzwellen aus den mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgestatteten Eingangswellen erzeugt. Weiterhin ist für jede der Wellenlängen ein reflektives optisches Element vorgesehen, welches im Strahlengang der jeweiligen Referenzwelle angeordnet und zur Rückreflexion der jeweiligen Referenzwelle ausgebildet ist. Eine Erfassungseinrichtung dient zum Erfassen von ersten und zweiten Interferogrammen, welche durch eine wellenlängenrichtige Überlagerung der ersten und der zweiten Prüfwelle nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt und der rückreflektierten ersten und zweiten Referenzwelle jeweils nach erneuter Beugung am diffraktiven optischen Element in einer Erfassungsebene erzeugt werden. Eine wellenlängenrichtige Überlagerung bedeutet hierbei, dass nur Prüfwellen und Referenzwellen der gleichen Wellenlänge zu Interferogrammen führen, die der Auswertung zugrunde gelegt werden. Beim gemeinsamen Auswerten der ersten und zweiten Interferogramme in einer Auswerteeinrichtung wird der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Wellenlänge berücksichtigt. Dies bedeutet insbesondere, dass bei der Auswertung beispielsweise Terme berücksichtigt werden, die der Differenz der Wellenlängen (Wellenlängendifferenz Δλ = λ₁ - λ₂) oder dem Wellenlängenverhältnis α = λ₁/λ₂ bzw. daraus abgeleiteten Größen entsprechen. Die Auswertung findet also nicht für jede Wellenlänge gesondert statt, sondern es wird aus dem Unterschied der Wellenlängen zusätzliche Information generiert, die ohne gemeinsame Auswertung nicht zugänglich wäre.
Ein wichtiger Vorteil der polychromatischen Messung liegt darin, dass keine gesonderten Kalibriermessungen durchgeführt werden müssen, um zum Beispiel geometrische optische Fehler des diffraktiven optischen Elements zu ermitteln und bei der Auswertung berücksichtigen zu können. Damit lässt sich gegenüber herkömmlichen Verfahren, die gesonderte Kalibriermessungen beinhalteten, Messzeit einsparen. Außerdem können die Messanordnungen einen einfacheren Aufbau haben, da auf gesonderte Einrichtungen für die Kalibriermessungen, beispielsweise auf Kalibrierspiegel, verzichtet werden kann.
Außerdem können relativ einfach aufgebaute diffraktive optische Elemente genutzt werden. Insbesondere kann auf fünffach oder noch höher kodierte CGHs verzichtet werden, da häufig ein Einsatz von vierfach kodierten CGHs oder gar dreifach kodierten CGH ausreicht. Diese erzeugen tendenziell weniger störende Reflexe als fünffach oder noch höher kodierte CGHs.
Schließlich ist es in manchen Fällen auch möglich, simultan die Placementfehler und die Passe, also die Oberflächenform, zu bestimmen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Wellenlängenverhältnis α = λ₁/λ₂, also der Quotient der verwendeten Wellenlängen, kleiner als zwei ist, insbesondere im Bereich von 1,2 bis 1,5 liegt, wenn λ₁ > λ₂ gilt. Dadurch kann erreicht werden, dass die nutzbaren Streifendichten der Strukturen auf dem computergenerierten Hologramm weder zu groß noch zu klein sind, dennoch aber die erforderlichen Beugungswinkel und Beugungsintensitäten erzeugen können. Vorzugsweise sollte der Quotient bzw. das Wellenlängenverhältnis näherungsweise einer irrationalen Zahl entsprechen, beispielsweise näherungsweise dem Wert von Wurzel 2. Dadurch können Reflexe noch weiter unterdrückt werden, wodurch die Messgenauigkeit verbessert werden kann. Für den Fall, dass der ganze Wert des Wellenlängenverhältnisses vor dem Dezimalkomma einstellig (also kleiner als 10) ist, bedeutet „näherungsweise“ in diesem Zusammenhang, dass das Wellenlängenverhältnis mit der nächstliegenden irrationalen Zahl in mindestens drei signifikanten Stellen, also mindestens bis zur zweiten Nachkommastelle, übereinstimmt.
Bei manchen Verfahrensvarianten werden eine erste Messung mit der ersten Wellenlänge und eine zweite Messung mit der zweiten Wellenlänge simultan bzw. gleichzeitig durchgeführt. Durch die gleichzeitige Messung kann eine besonders hohe Messgenauigkeit erreicht werden, da jede Wellenlänge zu einem gegebenen Zeitpunkt dieselbe Messanordnung durchläuft, so dass Drifteffekte insoweit keine Rolle spielen können. Bei einer korrespondierenden Messanordnung kann eine räumliche Trennung der Referenzpfade vorgesehen sein. Es kann also zwei gesonderte reflektive optische Elemente geben, die in Bezug auf das diffraktive optische Element in unterschiedlichen nachgeschalteten Ausbreitungsrichtungen angeordnet sind.
Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine erste Messung mit der ersten Wellenlänge und eine zweite Messung mit der zweiten Wellenlänge nacheinander, also zeitlich nicht überlappend, durchgeführt werden: Die Messungen mit den unterschiedlichen Wellenlängen können mehrfach abwechselnd hintereinander durchgeführt werden. Wird mit einem zeitlichen Versatz zwischen den Messungen der unterschiedlichen Wellenlängen gearbeitet, so kann ein einfacherer Messaufbau mit nur einem einzigen reflektiven optischen Element genutzt werden, das sowohl als erstes reflektives Element (zur Rückreflexion der ersten Referenzwelle) als auch als zweites reflektives Element (zur Rückreflexion der zweiten Referenzwelle) dient. Am diffraktiven optischen Element sind dann die Strukturdimensionen zur Erzeugung der ersten und der zweiten Referenzwellen so aufeinander abzustimmen, dass die erste und die zweite Referenzwelle die gleiche Ausbreitungsrichtung haben.
Bevorzugte Ausführungsformen der Messanordnung sind entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element genau drei oder genau vier unterschiedliche Strukturmuster aufweist, die konfiguriert sind, aus der ersten Eingangswelle und der zweiten Eingangswelle die erste Prüfwelle, die zweite Prüfwelle sowie die erste Referenzwelle und die zweite Referenzwelle zu erzeugen.
Da keine gesonderte Kalibrierung notwendig ist, ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass zusätzlich zur ersten und zur zweiten Prüfwelle sowie zur ersten und zur zweiten Referenzwelle keine weitere Messwelle, insbesondere keine auf einen Kalibrierspiegel gerichtete Kalibrierwelle, erzeugt wird. Dann kann die Messanordnung so aufgebaut sein, dass zusätzlich zu dem ersten reflektiven optischen Element und dem zweiten reflektiven optischen Element kein weiteres reflektives optisches Element zur Rückreflexion einer vom diffraktiven optischen Element erzeugten Welle zum diffraktiven optischen Element vorgesehen ist.
Figurenliste
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Referenz-Messanordnung des Standes der Technik (SdT);
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Messanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Messanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Messanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Zur Erleichterung des Verständnisses verschiedener Aspekte des Messverfahrens und der Messanordnung sowie zur Veranschaulichung einiger Unterschiede zum Stand der Technik zeigt 1 eine schematische Darstellung einer als Referenz dienenden Messanordnung des Standes der Technik (SdT) aus der DE 10 2015 209 490 A1 .
Die Messanordnung 10 in 1 ist zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 ausgelegt. Mit der Messanordnung 10 lässt sich insbesondere eine Abweichung der tatsächlichen Form der Oberfläche 12 von einer Sollform bestimmen. Als Testobjekt 14 kann beispielsweise ein Spiegel eines Projektionsobjektivs für die EUV-Mikrolithographie mit einer als Freiformoberfläche ausgelegten Oberfläche zur Reflexion von EUV-Strahlung vorgesehen sein.
Die Messanordnung 10 enthält eine Lichtquelle 16 zum Bereitstellen einer ausreichend kohärenten Messstrahlung als Eingangswelle 18. Im Ausführungsbeispiel umfasst die Lichtquelle 16 einen Lichtwellenleiter 20 mit einer Austrittsfläche 22. Der Lichtwellenleiter 22 ist an eine nicht dargestellte Strahlungsquelle, z.B. in Gestalt eines Lasers, angeschlossen. Dazu kann beispielsweise ein Helium-Neon-Laser mit einer Wellenlänge von ungefähr 633 nm vorgesehen sein.
Die Messanordnung enthält ein diffraktives optisches Element (DOE) 24 zum Erzeugen einer Prüfwelle 26 und einer Referenzwelle 28 aus der Eingangswelle 18 sowie ein reflektives optisches Element 30 zur Reflexion der Referenzwelle 28. Das diffraktive optische Element 24 ist als komplex kodiertes CGH ausgebildet und enthält diffraktive Strukturen 34, welche zwei in einer Ebene sich überlagernd angeordnete diffraktive Strukturmuster 34 bilden.
Eines der diffraktiven Strukturmuster ist zur Erzeugung der Prüfwelle 26 mit einer zumindest teilweise an die Form der optischen Oberfläche 12 angepassten Wellenfront konfiguriert. Das andere diffraktive Strukturmuster erzeugt die Referenzwelle 28 mit einer ebenen Wellenfront. Die Prüfwelle 26 kann dabei beispielsweise in einer ersten Beugungsordnung des ersten Strukturmusters und die Referenzwelle 28 in einer ersten Beugungsordnung des zweiten Strukturmusters an der diffraktiven Struktur erzeugt werden.
Weiterhin enthält die Messanordnung 10 eine Erfassungseinrichtung 36 mit einem Strahlteiler 38 zum Herausführen der Kombination aus der reflektierten Prüfwelle 26 und der reflektierten Referenzwelle 28 aus dem Strahlengang der Eingangswelle 18 und eine Interferometerkamera 40 zum Erfassen eines durch Überlagerung der Prüfwelle 26 mit der Referenzwelle 28 erzeugten Interferogramms.
Die von der Lichtquelle 16 bereitgestellte Beleuchtungsstrahlung tritt aus der Austrittsfläche 22 des Lichtwellenleiters 20 als Eingangswelle 18 mit einer sphärischen Wellenfront aus und breitet sich divergent entlang einer auf das diffraktive optische Element 24 gerichteten Ausbreitungsachse 42 aus. Dabei durchläuft die Eingangswelle 18 zunächst den Strahlteiler 38 und anschließend das diffraktive optische Element 24.
Das diffraktive optische Element 24 erzeugt in Transmission durch Beugung an einer der überlagernd angeordneten diffraktiven Strukturmuster aus der Eingangswelle 18 die auf die Oberfläche 12 des Testobjekts 14 gerichtete Prüfwelle 26 mit einer an eine Sollform der Oberfläche 12 angepassten Wellenfront. Bei dieser Transformation wird die Wellenfront derart angepasst, dass die Prüfwelle an jedem Ort einer Oberfläche in Sollform senkrecht auftrifft und in sich zurückreflektiert wird.
Die Prüfwelle 26 breitet sich in Richtung des Testobjekts 14 aus und trifft nach der Erzeugung am diffraktiven optischen Element 24 als nächstes auf die optische Oberfläche 12 des Testobjekts 14. Von der Oberfläche 12 wird die Prüfwelle 26 zum diffraktiven optischen Element 24 zurück reflektiert und beim Durchtreten der diffraktiven Strukturen 34 erneut gebeugt. Dabei erfolgt eine Rücktransformation der reflektierten Prüfwelle 26 in eine annähernd sphärische Welle, wobei deren Wellenfront durch Abweichungen der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 von der Sollform entsprechende Abweichungen von einer sphärischen Wellenfront aufweist.
Weiterhin erzeugt das diffraktive optische Element 24 in Transmission durch Beugung an dem anderen der diffraktiven Strukturmuster aus der Eingangswelle 18 die auf das reflektive optische Element 30 gerichtete Referenzwelle 28. Dabei weist die Referenzwelle 28 eine von der Ausbreitungsrichtung der Prüfwelle 26 abweichende Ausbreitungsrichtung und eine an die Oberflächenform des reflektiven optischen Elements 30 angepasste Wellenfront auf.
Die Referenzwelle 30 trifft nach der Erzeugung am diffraktiven optischen Element 24 als nächstes auf das reflektive optische Element 30 und wird von diesem in sich zurück reflektiert. Dabei befinden sich weder im Strahlengang der Referenzwelle 28 noch im Strahlengang der Prüfwelle 26 weitere optische Elemente. Die reflektierte Referenzwelle 28 durchläuft wiederum das diffraktive optische Element 24 und wird erneut gebeugt. Dabei erfolgt eine Rücktransformation der reflektierten Referenzwelle 28 in eine sphärische Welle.
Das diffraktive optische Element 24 dient somit auch zur Überlagerung der reflektierten Prüfwelle 26 mit der reflektierten Referenzwelle 28. Beide Wellen treffen als konvergente Strahlen 44 auf den Strahlteiler 38 und werden von diesem in Richtung der Interferometerkamera 40 reflektiert. Beide konvergente Strahlen 44 durchlaufen ein Okular 46 und treffen schließlich auf eine Erfassungsebene 48 der Interferometerkamera 40. Die Interferometerkamera 40 kann beispielsweise als CCD-Sensor ausgebildet sein und erfasst ein durch die interferierenden Wellen erzeugtes Interferogramm. Im Fokus der konvergenten Strahlen 44 kann eine Blende als Raumfilter zur Reduzierung von Streustrahlung angeordnet sein.
Aus dem erfassten Interferogramm bestimmt eine nicht dargestellte Auswerteeinrichtung der Messanordnung 10 die tatsächliche Form der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14.
Im Rahmen der Messung kann eine Kalibrierung des diffraktiven optischen Elements durchgeführt werden. Das diffraktive optische Element 24 kann hierfür diffraktive Strukturen 34 umfassen, welche mehr als zwei in einer Ebene überlagert angeordnete diffraktive Strukturmuster bilden aufweisen. Ein solches diffraktives optisches Element mit vier einander überlagernden diffraktive Strukturmustern wird beispielweise in DE 10 2012 217 800 A1 offenbart. Hier werden die unterschiedlichen diffraktiven Strukturmuster durch einzelne Phasenfunktionen eines komplex kodierten Phasengitters gebildet. Im Zusammenhang mit 4 der DE 10 2015 209 490 A1 wird ein CGH beschrieben, welches zusätzlich zur Prüfwelle und zur Referenzwelle zwei Kalibrierwellen mit unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen erzeugt. Im Fall der Erzeugung von drei Kalibrierwellen kommt ein komplex kodiertes Phasengitter mit fünf unterschiedlichen Phasenfunktionen, d.h. ein fünffach kodiertes diffraktives optisches Element, zum Einsatz (vgl. DE 10 2017 217 369 A1 ).
Der Erfinder hat Vorteile und Grenzen dieser herkömmlichen Vorgehensweise im Detail analysiert und stellt Lösungen bereit, die die Vorteile dieser Technik nutzen, die Nachteile aber weitgehend vermeiden oder mindestens reduzieren.
Die Kavität des oben beschriebenen, herkömmlichen Interferometers bzw. der Messanordnung besteht aus einem komplex kodierten CGH 24, einem planen Referenzspiegel 30 und dem Testobjekt bzw. Prüfling 14. Bei einem Phasenschiebeverfahren wird der Referenzspiegel 30 senkrecht zur Lichtrichtung bewegt. Aus den so gemessenen Interferogrammen auf dem Detektor 40 lässt sich die Differenz der Wellenfronten zwischen dem Referenzspiegel R(x,y) und dem Prüfling P(x,y) ortsaufgelöst bestimmen. $V (x, y) = P (x, y) - R (x, y)$
Die Wellenfront des Referenzspiegels lässt sich extern bestimmen. Der Referenzsspiegel kann dazu z.B. in einer Ebene verschoben oder rotiert werden. Dadurch können eventuelle Fehler auf dem Referenzspiegel bestimmt werden. Damit kann die gesuchte Wellenfront des Prüflings wie folgt gefunden werden $P (x, y) = V (x, y) + R (x, y)$
Dies gilt für einen Aufbau mit einem idealen CGH, welches keine Fehler aufweist. In der Praxis verursacht ein CGH jedoch vor allem zwei Arten von Fehlern, nämlich

(i) geometrisch optische Fehler, die aufgrund der falschen Positionierung der Struktur entstehen (Placement); und
(ii) rigorose Fehler, die aus der Wechselwirkung des Lichts mit der 3D-Struktur entstehen und bei der Auslegung des CGH (als 2D-Struktur) nicht berücksichtigt werden.

Das gemessene Signal hat damit folgende Form: $V = (P - R) + (P_{G O} - R_{G O}) + (P_{R i g} - R_{R i g})$
mit den geometrisch optischen Fehlern P_GO, R_GO und den rigorosen Fehlern P_Rig,R_Rig
Die rigorosen Fehler können modellbasiert bestimmt werden. Dazu kann das CGH extern vermessen werden. Basierend auf diesen Messungen können dann die Maxwell-Gleichungen gelöst werden. Die Lösung dieser Rechnungen sind die gesuchten P_Rig,R_Rig
Die Placementfehler können z.B. mit Hilfe von drei Referenz-Sphären bestimmt werden. Dazu kann ein fünffach kodiertes CGH verwendet werden, welches aus der Eingangswelle fünf Wellen generiert, nämlich die Referenzwelle, die Prüfwelle und die drei sphärischen Wellen. Der unbekannte Placementfehler P_GO - R_GO wird aus den Sphärenmessungen linear interpoliert. Diese Vorgehensweise hat u.a. folgende Nachteile:

(i) Fünffach kodierte CGH können viele ungewünschte Reflexe verursachen.
(ii) Bei der linearen Interpolation der geometrisch optischen Fehler geht man von einer stabilen Kavität aus. Ein Driften des Interferometer-Aufbaus kann das Ergebnis verfälschen.
(iii) Die modellbasierten rigorosen Fehler steigen exponentiell mit der Anzahl der Kodierungen auf dem CGH. Die nicht ausreichende Genauigkeit des Maxwell Lösers ist bei EUV-Optiken limitierend.

Nachfolgend werden Beispiele für Lösungsansätze beschrieben, welche die Nachteile zumindest reduzieren. Gemeinsam ist den Lösungsansätzen, dass es sich um polychromatische Messverfahren und Messanordnungen handelt, die sich dadurch auszeichnen, dass die Messungen mit (mindestens) zwei unterschiedlichen Wellenlängen durchgeführt werden. Vorzugsweise wird Licht mit genau zwei unterschiedlichen Wellenlängen zur Vermessung genutzt.
In 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung 110 zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche 112 eines Testobjekts 114 gezeigt. Bei dem Testobjekt kann es sich beispielsweise um einen Spiegel eines Projektionsobjektivs für die EUV-Mikrolithografie handeln, das mit EUV-Strahlung einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm, arbeitet. Die konkave nicht-sphärische Oberfläche des Spiegels kann eine Freiformoberfläche mit einer Abweichung von jeder rotationssymmetrischen Asphäre von mehr als 5 µm und/oder einer Abweichung von jeder Sphäre von mindestens 1 mm sein.
Die Lichtquelle 116 der Messanordnung 110 ist zum Bereitstellen ausreichend kohärenter Messstrahlung mit mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen ausgelegt, nämlich einer ersten Wellenlänge λ₁ und einer zweiten Wellenlänge λ₂, die sich von der ersten Wellenlänge unterscheidet. Ein Wellenlängenverhältnis α = λ₁/λ₂ kann (bei λ₁ > λ₂) beispielsweise im Bereich von 1,2 bis 1,5 liegen, gegebenenfalls auch darüber oder darunter.
Die polychromatische Lichtquelle 116 kann z.B. einen durchstimmbaren Festkörperlaser aufweisen, der Laserlicht unterschiedlicher Wellenlängen im sichtbaren Spektrum erzeugen kann. Beispielsweise kann ein durchstimmbarer frequenzstabilisierter monolithischer Nd:YAG-Laser verwendet werden, der auf eine Hyperfeinstrukturlinie von molekularem Jod frequenzstabilisiert und intern auf eine Wellenlänge von 532 nm frequenzverdoppelt ist. Die beiden Wellenlängen werden mit hoher Genauigkeit eingestellt, die exakten Frequenzwerte können z.B. mithilfe eines Frequenzkammgenerators (Messeinrichtung für die hochgenaue Frequenzmessungen) oder mithilfe einer Atomuhr bestimmt werden. Eine hier nutzbare Möglichkeit zur Erzeugung von zwei unterschiedlichen Wellenlängen ist in dem Fachartikel „Frequency-comb-referenced two-wavelength source for absolute distance measurements“ von N. Schuhler et al. in: Optics Letter 31, Issue 21 (2006) Seiten 3101 - 3103 beschrieben. Die Offenbarung dieses Fachartikels wird duch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
Im Beispielsfall der 2 ist die Lichtquelle dafür eingerichtet, Licht der beiden Wellenlängen simultan bzw. gleichzeitig zu emittieren. Ausgehend von einer Austrittsfläche 122 der Lichtquelle werden zwei sich räumlich überlagernde Eingangswellen unterschiedlicher Wellenlängen erzeugt, nämlich eine erste Eingangswelle 118-1 mit der ersten Wellenlänge λ₁ und eine zweite Eingangswelle 118-2 mit der davon unterschiedlichen zweiten Wellenlänge λ₂.
Die Messanordnung 110 weist ein diffraktives optisches Element 124 in Form eines komplex kodierten computergenerierten Hologramms (CGH) auf, das im Beispielsfall in Transmission arbeitet. Das diffraktive optische Element 124 hat ein Substrat aus hochreinem Quarzglas (fused silica), an dem diffraktive Strukturen 134 ausgebildet sind, die genau vier in einer Ebene angeordnete diffraktive Strukturmuster bilden, die aus den Eingangswellen genau vier Ausgangswellen unterschiedlicher Eigenschaften erzeugen. Die Strukturmuster sind sich überlagernd in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.
Aus der ersten Eingangswelle wird eine erste Prüfwelle 125-1 (mit der ersten Wellenlänge) erzeugt, die eine zumindest teilweise an die Sollform der optischen Oberfläche 112 angepasste Wellenfront aufweist. Die zweite Eingangswelle wird in eine zweite Prüfwelle 125-2 transformiert, die ebenfalls eine an die Sollform der optischen Oberfläche angepasste Wellenfront aufweist, jedoch eine andere Wellenlänge (zweite Wellenlänge) hat. Die erste und die zweite Prüfwelle verlaufen in der gleichen Ausbreitungsrichtung zum Testobjekt 114.
Eine weitere diffraktive Struktur am diffraktiven optischen Element 124 ist dafür vorgesehen, aus der ersten Eingangswelle durch Beugung eine erste Referenzwelle 128-1 zu formen, deren Ausbreitungsrichtung sich von der Ausbreitungsrichtung der ersten und der zweiten Prüfwelle unterscheidet und die in Richtung eines ersten reflektiven optischen Elements 130-1 gerichtet ist. Eine weitere diffraktive Struktur ist dafür ausgelegt, aus der zweiten Eingangswelle durch Beugung eine zweite Referenzwelle 128-2 zu erzeugen, die auf ein zweites reflektives optisches Element 130-2 gerichtet ist. Die Ausbreitungsrichtung der zweiten Referenzwelle unterscheidet sich von der Ausbreitungsrichtung der ersten Referenzwelle und der Ausbreitungsrichtung der Prüfwellen. Im Beispielsfall liegen die reflektiven optischen Elemente 130-1, 130-2 bezogen auf die Prüfwellen auf gegenüberliegenden Seiten hinter dem diffraktiven optischen Element 124.
Die erste Prüfwelle läuft nach der Reflexion am Testobjekt 114 in Richtung des diffraktiven optischen Elements 124 zurück und wird nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt 114 mit der ersten Referenzwelle nach Rückreflexion am ersten reflektiven optischen Element 130-1 überlagert. Entsprechendes gilt für die zweite Prüfwelle, die mit der zweiten Referenzwelle nach der Reflexion am zweiten reflektiven optischen Element 130-2 überlagert wird. Zur Überlagerung werden die ersten und zweiten Prüfwellen sowie die ersten und zweiten Referenzwellen jeweils am diffraktiven optischen Element erneut gebeugt und laufen gemeinsam in Richtung der Lichtquelle zurück.
Im Strahlengang zwischen der Austrittsfläche 122 der Lichtquelle und dem diffraktiven optischen Element 124 ist ein Strahlteiler 138 angeordnet, der als Bestandteil einer Erfassungseinrichtung 136 angesehen werden kann. Die Erfassungseinrichtung 138 dient zum Erfassen eines durch die Überlagerung der ersten Prüfwelle 125-1 und der ersten Referenzwelle 128-1 in einer ersten Erfassungsebene 148-1 erzeugten ersten Interferogramms sowie eines zweiten Interferogramms, welches durch die Überlagerung der zweiten Prüfwelle 125-2 und der zweiten Referenzwelle 128-2 in einer zweiten Erfassungsebene 148-2 entsteht. Die Erfassungsebenen entsprechen jeweils den photosensitiven Flächen von Interferometerkameras 140-1, 140-2, die beispielsweise mit CCD-Sensoren ausgestattet sein können und jeweils durch die interferierenden Wellen gleicher Wellenlänge erzeugte Interferogramme erfassen.
Die vom Strahlteiler 138 reflektierten Wellen laufen dazu zunächst durch ein chromatisch korrigiertes optisches System 146, das die Wellen beider Wellenlängen ohne Erzeugung praktisch relevanter chromatischer Aberrationen kollimiert und in Richtung eines wellenlängenselektiven Strahlteilers 145 leitet, der die überlagerten Wellen der ersten Wellenlänge zur ersten Interferometerkamera 140-1 reflektiert, während die überlagerten Wellen der zweiten Wellenlänge zur zweiten Interferometerkamera 140-2 transmittiert werden.
Durch das Phasenschieben der beiden Referenzspiegel 130-1, 130-2 kann mit diesem Aufbau die Phasendifferenz zwischen dem Prüfling (Testobjekt) und den beiden Referenzspiegeln für zwei Wellenlängen bestimmt werden.
Die Interferogramme werden in einer an die Interferometerkameras angeschlossenen Auswerteeinrichtung 150 ausgewertet. Dabei findet eine gemeinsame Auswertung unter Berücksichtigung des Wellenlängenunterschieds bzw. der beiden unterschiedlichen Wellenlängen statt. Dies bedeutet insbesondere, dass bei der Auswertung Terme berücksichtigt werden, die der Differenz der Wellenlängen (λ₁-λ₂) oder dem Wellenlängenverhältnis (λ₁/λ₂) bzw. daraus abgeleiteten Größen entsprechen. Auf Basis der für mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen erfassten Interferogramme bestimmt die Auswerteeinrichtung 150 die tatsächliche Form der optischen Oberfläche 112 des Testobjekts 114.
Die Auswertung macht sich u.a. zunutze, dass die Placement Fehler des CGH gemäß $P_{G O} (λ) - R_{G O} (λ) = c o n s t \times λ$
linear mit der Wellenlänge skalieren, die Phaseninformation des Prüflings aber für die verwendete Wellenlängen identisch ist mit P(λ₁) - R(λ₁) = P(λ₂) - R(λ₂).
Aus den beiden Messungen mit λ₁ und λ₂ können somit die beiden Unbekannten const und PR bestimmt werden mit $P - R = \frac{λ_{1} V (λ_{2}) - λ_{2} V (λ_{1})}{λ_{1} - λ_{2}}$
Damit ist es möglich die geometrisch optischen Fehler des CGH mit Hilfe eines vierfach kodierten CGH simultan zu vermessen.
Als ein wichtiger Vorteil der polychromatischen Messung wird es angesehen, dass keine gesonderten Kalibriermessungen vorgesehen sein müssen. Dementsprechend können dafür erforderliche optische Komponenten (beispielsweise Kalibrierspiegel) gespart werden, außerdem lässt sich die Messzeit gegenüber dem Stand der Technik verkürzen.
Anhand von 3 wird ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messanordnung 210 beschrieben, die für eine polychromatische Messung der Form von optischen Oberflächen ausgelegt ist. Im Beispiel wird ein Testobjekt 214 in Form eines EUV-Konkavspiegels vermessen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gleiche oder einander ähnliche oder äquivalente Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen wie in 2 gekennzeichnet, jedoch erhöht um 100.
Die Messanordnung 210 erlaubt eine alternative Bestimmung der geometrisch optischen Fehler mithilfe eines vierfach kodierten CGHs. Dabei wird ebenfalls eine polychromatische Lichtquelle 216 verwendet, die mindestens eine erste und eine zweite Wellenlänge der vorher beschriebenen Art erzeugen kann. Die Lichtquelle ist in der Lage, die beiden Wellenlängen jeweils zeitlich nacheinander (d.h. ohne zeitliche Überlappung) zu emittieren, vorzugsweise in schneller Folge mehrfach abwechselnd (siehe Diagramm λ(t)). Zwischen den beiden Wellenlängen kann z.B. im Sekundentakt umgeschaltet werden, was hier bedeutet, dass die einzelnen Messzeiten pro Wellenlänge in der Größenordnung einer oder weniger Sekunden liegen.
Unterschiede zur Messanordnung von 2 liegen unter anderem darin, dass die Struktur des diffraktiven optischen Elements 224 anders ist als beim vorherigen Ausführungsbeispiel. Weiterhin kommt die Messanordnung 210 mit einem einzigen Referenzspiegel 230 aus, der als erster Referenzspiegel (für die erste Wellenlänge) und als zweiter Referenzspiegel (für die zweite Wellenlänge) fungiert. Weiterhin kann mit nur einer einzigen an die Auswerteeinrichtung 250 angeschlossenen Interferometerkamera 240 gearbeitet werden, die für beide Wellenlängen ausreichend sensitiv ist. Dementsprechend können im Vergleich zur ersten Ausführungsform eine zweite Interferometerkamera und der Strahlteiler vor der Interferometerkamera entfallen.
Genau wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel wird ein vierfach kodiertes CGH benutzt. Die diffraktiven Strukturen 234 für die beiden Prüfwellen können den korrespondierenden diffraktiven Strukturen bzw. Kodierungen des ersten Ausführungsbeispiels (2) entsprechen oder davon abweichen. Die diffraktiven Strukturen zur Erzeugung der beiden Referenzwellen sind so aneinander angepasst, dass in beiden Fällen, d.h. für die erste Wellenlänge und für die zweite Wellenlänge, die Beugungsordnung mit der größten Intensität in die gleiche Ausbreitungsrichtung verläuft, so dass beide Wellenlängen ein- und dasselbe refraktive und optische Element 230 zur Rückreflexion der Referenzwellen in sich selbst nutzen können. Dementsprechend haben die diffraktiven Strukturen für die unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedliche Linienabstände, um die Beugung in die gleiche Raumrichtung zu erreichen.
Die Messanordnung bzw. der Interferometer wird zeitlich nacheinander mit den beiden Wellenlängen aus der Lichtquelle 216 bestrahlt. Das Licht wird jeweils nach dem Durchlaufen der entsprechenden Kavität am Strahlteiler 238 der Erfassungseinrichtung 236 durch die chromatisch korrigierte Optik 246 kollimiert. Die Interferometerkamera 240 nimmt die Interferogramme auf. Wenn mit Phasenschieben vermessen wird, wird nach einer Messung mit einer ersten Phase der Referenzspiegel parallel zur Ausbreitungsrichtung der Referenzwelle bewegt. Dann wird nacheinander eine Messung mit der ersten Wellenlänge und dann eine Messung mit der zweiten Wellenlänge (oder umgekehrt) durchgeführt. Diese Schritte werden so oft wiederholt, bis die angestrebte Anzahl Interferogramme bei unterschiedlichen Phasenlagen erfasst ist.
Die Lichtquelle 216 ist so ausgelegt, dass schnell (z.B. im Sekundentakt) zwischen den beiden Wellenlängen umgeschaltet werden kann (vgl. λ(t)-Diagramm). Daher „sehen“ die Messungen mit den verschiedenen Wellenlängen im Wesentlichen den gleichen Zustand der Messanordnung, so dass Drift-bedingte Messfehler in der Regel vernachlässigbar sind. Die Auswertung ändert sich im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel nicht. Auch hier können aus den beiden Messungen mit λ₁ und λ₂ die beiden Unbekannten const und P - R bestimmt werden mit: $P - R = \frac{λ_{1} V (λ_{2}) - λ_{2} V (λ_{1})}{λ_{1} - λ_{2}}$
Anhand der 4 wird nun ein drittes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung 310 erläutert, welche dafür ausgelegt ist, unter anderem Messungen der Placementfehler mit einem nur dreifach kodierten CGH zu messen. Der Messaufbau ist ähnlich wie derjenige des ersten Ausführungsbeispiels in 2, weshalb für gleiche oder einander entsprechende oder äquivalente Komponenten die gleichen Bezugszeichen, erhöht um 200, verwendet werden.
Unterschiede zum dortigen Ausführungsbeispiel liegen zum einen im Beleuchtungsstrahlengang für das diffraktive optische Element 324 und zum anderen in den diffraktiven Strukturen 334 des diffraktiven optischen Elements 324, bei dem es sich um ein nur dreifach kodiertes computergeneriertes Hologramm handelt. Die Erfassungseinrichtung 336 mit Kollimationsoptik 346, Strahlteiler 345 sowie den an die Auswertungseinrichtung 350 angeschlossenen Interferometerkameras 340-1, 340-2 können denjenigen von 2 entsprechen.
Um zu erreichen, dass das diffraktive optische Element 324 mit Eingangswellen zweier unterschiedlicher Wellenlängen kollimiert bestrahlt wird, ist im Strahlengang zwischen Lichtquelle 316 und dem diffraktiven optischem Element 324 eine chromatisch korrigierte Kollimationsoptik 311 eingefügt. Wird nämlich das diffraktive optische Element 324 kollimiert beleuchtet, so kann die Anzahl der Kodierungen bei Bedarf auf nur noch drei reduziert werden.
Eine erste Kodierung erzeugt die erste Prüfwelle (Prüfwelle für die erste Wellenlänge), die zweite Kodierung erzeugt die zweite Prüfwelle (Prüfwelle für die zweite Wellenlänge). Die dritte Kodierung entspricht einem linearen Gitter, welches eine ebene Referenzwelle für alle Wellenlängen erzeugt. Dabei werden kürzere Wellenlängen weniger stark gebeugt als längere Wellenlängen. Der erste Referenzspiegel 330-1 (reflektierendes optisches Element 330-1) zur Rückreflexion der Referenzwelle mit der ersten Wellenlänge und der zweite Referenzspiegel 330-2 stehen entsprechend dem Beugungsgesetz unter unterschiedlichen Winkeln zum diffraktiven optischen Element 324 derart, dass die erste und die zweite Referenzwelle jeweils senkrecht auf den zugehörigen ersten oder zweiten Referenzspiegel fallen. Beispielsweise ist es möglich, die erste und die minus erste Beugungsordnung der am linearen Gitter gebeugten Strahlung zu nutzen. Beide bilden jeweils eine Planwelle. In diesem Fall können die beiden ebenen Referenzspiegel auf unterschiedlichen Seiten des diffraktiven optischen Elements stehen, also auf unterschiedlichen Seiten des Strahlengangs, der zwischen dem diffraktiven optischen Element 324 und dem Testobjekt 314 verläuft. Die Messung und die Auswertung ändern sich im Vergleich zum ersten Vorschlag nicht. Auch hier wird zeitgleich (simultan) mit beiden Wellenlängen gemessen und aus den Messungen können die beiden unbekannten const und P - R nach obiger Formel bestimmt werden mit:
Einige Vorteile dieses neuartigen Ansatzes können wie folgt zusammengefasst werden. Die Frequenz bzw. die Wellenlänge von Messstrahlung gehört zu den am besten zu messenden Größen (z.B. mit Messgenauigkeiten bis in den Bereich von 1*10^-13 oder 1*10^-14(. Daher kann bei der Bewertung gemäß der o.g. Formel davon ausgegangen werden, dass die Messunsicherheit im Nenner (Wellenlängendifferenz λ₁ - λ₂) vernachlässigbar klein ist. Die Messanordnung verursacht relativ wenige störende Reflexe, da vierfach kodierte CGHs oder dreifach kodierte CGHs prinzipbedingt weniger störende Reflexe verursachen als fünffach oder noch höher kodierte CGHs. Die simultane Messung garantiert, dass der gemessene Zustand des Prüflings (Testobjekt) während der Messzeit bei beiden Messsignalen (d.h. bei beiden Wellenlängen) identisch ist. Eventuelle Drifteffekte beeinträchtigen somit das Verhältnis der Ergebnisse der beiden Wellenlängen nicht. Im Vergleich zu herkömmlichen Messungen, die zusätzlich zu den Messungen am Prüfling auch Kalibriermessungen durchführen, kann sich die Dauer der Messung um mindestens einen Faktor 4 reduzieren. Die reduzierte Anzahl der Kodierungen auf dem CGH reduziert auch die Komplexität und die Ungenauigkeit bei der Berechnung der Maxwell-Gleichungen, so dass präzisere Messergebnisse auch insoweit ermöglicht werden.
Die Reflektivität der Referenzspiegel sollte so angepasst sein, dass die Interferenzkontraste für die jeweiligen Wellenlängen maximal sind. Wie erwähnt, sollte das optische System der Erfassungseinrichtung (z.B. 246), welches die zu messenden Wellen vor der Erfassung kollimiert, chromatisch korrigiert sein, also keine chromatischen Aberrationen erzeugen bzw. aufweisen. Im Falle des Ausführungsbeispiels von 4 sollte dies auch für die Kollimationsoptik 311 im Strahlengang zwischen Lichtquelle und dem diffraktiven optischem Element gelten. Chromatische Aberrationen können beispielsweise vermieden werden, indem für diese Zwecke Spiegeloptiken verwendet werden.

Claims

Messverfahren zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche (112) eines Testobjekts (114), umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen einer ersten Eingangswelle mit einer ersten Wellenlänge λ₁ und einer zweiten Eingangswelle mit einer zweiten Wellenlänge λ₂, die sich von der ersten Wellenlänge λ₁ unterscheidet; Erzeugen einer auf das Testobjekt (114) gerichteten ersten Prüfwelle (125-1) mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche (112) angepassten Wellenfront und einer auf ein erstes reflektives optisches Element (130-1) gerichteten ersten Referenzwelle (128-1) mit einer von einer Ausbreitungsrichtung der ersten Prüfwelle (125-1) abweichenden Ausbreitungsrichtung aus der ersten Eingangswelle (118-1) durch Beugung an einem diffraktiven optischen Element (124), Erzeugen einer auf das Testobjekt (114) gerichteten zweiten Prüfwelle (125-2) mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche (112) angepassten Wellenfront und einer auf ein zweites reflektives optisches Element (130-2) gerichteten zweiten Referenzwelle (128-2) mit einer von einer Ausbreitungsrichtung der zweiten Prüfwelle (125-2) abweichenden Ausbreitungsrichtung aus der zweiten Eingangswelle (118-2) durch Beugung an dem diffraktiven optischen Element (124), Überlagern der ersten Prüfwelle (125-1) nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt (114) mit der ersten Referenzwelle (128-1) nach Rückreflexion am ersten reflektiven optischen Element (130-1) sowie Überlagern der zweiten Prüfwelle (125-2) nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt (114) mit der zweiten Referenzwelle (128-2) nach Rückreflexion am zweiten reflektiven optischen Element (130-2), wobei die erste und die zweite Prüfwelle (125-1, 125-2) und die erste und zweite Referenzwelle (128-1, 128-2) zur Überlagerung jeweils am diffraktiven optischen Element (124) erneut gebeugt werden; Erfassen eines durch die Überlagerung der ersten Prüfwelle (125-1) und der ersten Referenzwelle (128-1) in einer ersten Erfassungsebene (148-1) erzeugten ersten Interferogramms und eines durch die Überlagerung der zweiten Prüfwelle (125-2) und der zweiten Referenzwelle (128-2) in einer zweiten Erfassungsebene (148-2) erzeugten zweiten Interferogramms; Gemeinsames Auswerten des ersten und des zweiten Interferogramms unter Berücksichtigung des Unterschieds zwischen der ersten und der zweiten Wellenlänge.
Messverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenlängenverhältnis α = λ₁ / λ₂ zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge die Bedingung 1.2 ≤ α ≤ 1.5 erfüllt und/oder ein Wellenlängenverhältnis α = λ₁ / λ₂ zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge näherungsweise eine irrationale Zahl ist.
Messverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim gemeinsamen Auswerten Terme berücksichtigt werden, die der Differenz der Wellenlängen (λ₁-λ₂) oder dem Wellenlängenverhältnis (λ₁/λ₂) oder daraus abgeleiteten Größen entsprechen.
Messverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Messung mit der ersten Wellenlänge und eine zweite Messung mit der zweiten Wellenlänge simultan durchgeführt werden.
Messverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Messung mit der ersten Wellenlänge und eine zweite Messung mit der zweiten Wellenlänge nacheinander durchgeführt werden.
Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur ersten und zur zweiten Prüfwelle sowie zur ersten und zweiten Referenzwelle keine weitere Messwelle, insbesondere keine auf einen Kalibrierspiegel gerichtete Kalibrierwelle, erzeugt wird.
Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein diffraktives optisches Element verwendet wird, das genau drei oder genau vier unterschiedliche Strukturmuster aufweist, die konfiguriert sind, aus der ersten Eingangswelle und der zweiten Eingangswelle die erste Prüfwelle, die zweite Prüfwelle, die erste Referenzwelle und die zweite Referenzwelle zu erzeugen.
Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswellen derart kollimiert werden, dass das diffraktive optische Element (324) mit den Eingangswellen unterschiedlicher Wellenlängen kollimiert bestrahlt wird.
Messanordnung (210) zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer Oberfläche (112) eines Testobjekts (114), umfassend: - eine Lichtquelle (116) zum Bereitstellen einer ersten Eingangswelle (118-1) mit einer ersten Wellenlänge λ₁ und einer zweiten Eingangswelle (118-2) mit einer zweiten Wellenlänge λ₂, die sich von der ersten Wellenlänge λ₁ unterscheidet; - ein diffraktives optisches Element (124), welches im Strahlengang der ersten und der zweiten Eingangswelle angeordnet und konfiguriert ist, durch Beugung aus der ersten und der zweiten Eingangswelle (118-1, 118-2) für jede der Wellenlängen jeweils einerseits eine auf das Testobjekt (114) gerichtete erste und zweite Prüfwelle (125-1, 125-2) mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche (112) angepassten Wellenfront und andererseits eine erste und eine zweite Referenzwelle (128-1, 128-2) mit einer von einer Ausbreitungsrichtung der zugeordneten Prüfwelle (125-1, 125-2) abweichenden Ausbreitungsrichtung zu erzeugen, - für jede der Wellenlängen ein reflektives optisches Element (130-1, 130-2), welches im Strahlengang der jeweiligen Referenzwelle (128-1, 128-2) angeordnet ist und zur Rückreflexion der jeweiligen Referenzwelle (128-1, 128-2) ausgebildet ist; - eine Erfassungseinrichtung (136) zum Erfassen von ersten und zweiten Interferogrammen, welche durch eine wellenlängenrichtige Überlagerung der ersten und der zweiten Prüfwelle (125-1, 125-2) nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt (114) und der rückreflektierten ersten und zweiten Referenzwelle (128-1, 128-2), jeweils nach erneuter Beugung am diffraktiven optischen Element (124) in einer Erfassungsebene (148-1, 148-2), erzeugt werden; - eine Auswerteeinrichtung (150) zum gemeinsamen Auswerten des ersten und des zweiten Interferogramms unter Berücksichtigung des Unterschieds zwischen der ersten und der zweiten Wellenlänge.
Messanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle dafür konfiguriert ist, die erste und zweite Eingangswelle derart zu erzeugen, dass für ein Wellenlängenverhältnis α = λ₁ / λ₂ zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge die Bedingung 1.2 ≤ α ≤ 1.5 erfüllt und/oder ein Wellenlängenverhältnis α = λ₁ / λ₂ zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge näherungsweise eine irrationale Zahl ist.
Messanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (150) konfiguriert ist, beim gemeinsamen Auswerten Terme zu berücksichtigen, die der Differenz der Wellenlängen (λ₁-λ₂) oder dem Wellenlängenverhältnis (λ₁/λ₂) oder daraus abgeleiteten Größen entsprechen.
Messanordnung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (116) dazu konfiguriert ist, die erste Eingangswelle (118-1) und die zweite Eingangswelle simultan zu erzeugen und/oder dass für jede der Wellenlängen ein gesondertes reflektives optisches Element (130-1, 130-2) zur Rückreflexion der jeweiligen Referenzwelle (128-1, 128-2) vorgesehen ist, wobei die reflektiven optischen Elemente (130-1, 130-2) in Bezug auf das diffraktive optische Element (124) in unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen angeordnet sind.
Messanordnung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (216) dazu konfiguriert ist, die erste Eingangswelle und die zweite Eingangswelle nacheinander zu erzeugen und/oder dass nur ein einziges reflektives optisches Element (230) vorgesehen ist, das als erstes reflektives Element zur Rückreflexion der ersten Referenzwelle und als zweites reflektives Element zur Rückreflexion der zweiten Referenzwelle dient, wobei Strukturdimensionen am diffraktiven optischen Element zur Erzeugung der ersten und der zweiten Referenzwellen so aufeinander abgestimmt sind, dass die erste und die zweite Referenzwelle die gleiche Ausbreitungsrichtung haben.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen der Lichtquelle (316) und dem diffraktiven optischen Element (324) eine chromatisch korrigierte Kollimationsoptik (311) derart eingefügt ist, dass das diffraktive optische Element (324) mit kollimiertem Licht beleuchtbar ist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element (124, 224, 324) genau drei oder genau vier unterschiedliche Strukturmuster aufweist, die konfiguriert sind, aus der ersten Eingangswelle und der zweiten Eingangswelle die erste Prüfwelle, die zweite Prüfwelle, die erste Referenzwelle und die zweite Referenzwelle zu erzeugen.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung zusätzlich zu dem ersten reflektiven optischen Element und dem zweiten reflektiven optischen Element kein weiteres reflektives optisches Element zur Rückreflexion einer vom diffraktiven optischen Element erzeugten Welle zum diffraktiven optischen Element aufweist, insbesondere keinen Kalibrierspiegel.