DE102021202909A1

DE102021202909A1 - Messvorrichtung zum interferometrischen Vermessen einer Oberflächenform

Info

Publication number: DE102021202909A1
Application number: DE102021202909.4A
Authority: DE
Inventors: Jochen Hetzler; Stefan Schulte; Matthias Dreher
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2021-03-25
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2022-09-29
Also published as: US20240077305A1; WO2022200209A1; CN117083501A

Abstract

Eine Messvorrichtung (10) zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche (12) eines Prüflings (14) in Bezug auf eine Referenzform umfasst ein diffraktives optisches Element (30) zum Erzeugen einer Prüfwelle (32) aus einer Messstrahlung (22), wobei eine Wellenfront der Prüfwelle an eine als erste nicht-sphärische Fläche konfigurierte Sollform der Oberfläche des Prüflings angepasst ist, sowie ein Referenzelement (38) mit einer die Referenzform aufweisenden Referenzoberfläche (40), wobei die Referenzform als eine weitere nicht-sphärische Fläche konfiguriert ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung sowie ein Verfahren zum interferometrischen Vermessen einer Abweichung einer Form einer Oberfläche eines Prüflings von einer Referenzform.
Zur hochgenauen Bestimmung einer als nicht-sphärischen Fläche, wie etwa einer Freiformfläche, ausgebildeten Oberflächenform eines Prüflings, wie beispielsweise eines optischen Elements für die Mikrolithographie, sind ein diffraktives optisches Element umfassende interferometrische Messanordnungen bekannt. Das diffraktive optische Element ist zum Beispiel als computergeneriertes Hologramm (CGH) ausgebildet und derart konfiguriert, dass es eine Prüfwelle mit einer an die Sollform der Oberfläche angepassten Wellenfront erzeugt. Hierfür notwendige diffraktive Strukturen können durch eine rechnergestützte Simulation der Messanordnung zusammen mit der Solloberfläche ermittelt und anschließend auf einem Substrat als CGH hergestellt werden. Durch eine Überlagerung der von der Oberfläche reflektierten Prüfwelle mit einer Referenzwelle lassen sich Abweichungen von der Sollform sehr genau bestimmen.
In DE 10 2015 209 490 A1 wird eine derartige Messanordung beschrieben, welche als sogenanntes Referenzspiegel-Interferometer ausgebildet ist. Bei diesem erzeugt ein komplex kodiertes CGH einerseits eine Prüfwelle mit einer an die Sollform angepassten Wellenfront als auch eine Referenzwelle mit einer ebenen oder sphärischen Wellenfront. Während die Prüfwelle von der zu vermessenden Oberfläche zum CGH zurück reflektiert wird, weist die Referenzwelle eine andere Ausbreitungsrichtung auf und trifft, je nach Wellenfront, auf einen ebenen oder sphärischen Referenzspiegel. Von diesem wird die Referenzwelle ebenfalls zum CGH zurück reflektiert. Nach erneutem Durchlaufen des CGHs überlagern sich die reflektierte Prüfwelle und die Referenzwelle und erzeugen so am Detektor ein Interferenzmuster. Durch Auswertung des Interferenzmusters kann daraufhin eine Abweichung der zu vermessenden Oberfläche von der Sollform und damit die tatsächliche Form der Oberfläche vermessen werden. Unter Berücksichtigung der bekannten Wellenfront der Prüfwelle kann durch Auswertung des Interferenzmusters natürlich auch eine Abweichung der zu vermessenden Oberfläche von der Form des Referenzspiegels bestimmt werden.
Oft jedoch führen punktuelle Fehler in der Beugungsstruktur des CGH zu Fehlern im Interferenzmuster, woraus wiederum Messungenauigkeiten bei der Bestimmung der tatsächlichen Form der zu vermessenden Oberfläche resultieren.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere eine Oberflächenvermessung des Prüflings mit verbesserter Genauigkeit ermöglicht wird.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Messvorrichtung zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Prüflings in Bezug auf eine Referenzform. Die Messvorrichtung umfasst ein diffraktives optisches Element zum Erzeugen einer Prüfwelle aus einer Messstrahlung, wobei eine Wellenfront der Prüfwelle an eine als erste nicht-sphärische Fläche konfigurierte Sollform der Oberfläche des Prüflings angepasst ist, sowie ein Referenzelement mit einer die Referenzform aufweisenden Referenzoberfläche, wobei die Referenzform als eine weitere nicht-sphärische Fläche konfiguriert ist.
Unter einer nicht-sphärischen Fläche ist eine asphärische Fläche oder eine Freiformfläche zu verstehen. Unter einer asphärischen Fläche ist eine rotationssymmetrische Fläche zu verstehen, die von jeder beliebigen Sphäre um mindestens 0,05 mm, insbesondere um mindestens 0,1 mm, mindestens 1 mm oder mindestens 5 mm abweicht. Eine derartige asphärische Fläche wird in diesem Text auch als rotationssymmetrische Asphäre oder einfach nur als Asphäre bezeichnet. Unter einer Freiformfläche ist eine Form mit Abweichung von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Asphäre von mindestens als 5 µm, insbesondere mindestens 10 µm, zu verstehen. Weiterhin weicht die Freiformfläche von jeder beliebigen Sphäre um mindestens 0,05 mm, insbesondere um mindestens 0,1 mm, mindestens 1 mm oder mindestens 5 mm ab. Insbesondere ist auch die Sollform der Prüflingsoberfläche als nicht-sphärische Fläche konfiguriert.
Die Wellenfront der Prüfwelle am Ort der Oberfläche des in der Messkonfiguration angeordneten Prüflings ist damit ebenfalls als nicht-sphärische Fläche konfiguriert, welche von der als erste nicht-sphärische Fläche bezeichneten Sollform nur unwesentlich, insbesondere um weniger als 1 mm oder um weniger als 100 µm abweicht.
Durch Auswertung von mindestens einem Interferenzmuster, welches durch Überlagerung der Prüfwelle mit einer Referenzwelle, deren Strahlung einer Wechselwirkung mit der Referenzoberfläche ausgesetzt war, kann die Oberflächenform des Prüflings bestimmt werden. Die Bestimmung der Oberflächenform erfolgt dabei in Bezug auf die Referenzform, d.h. die Referenzform dient bei der Bestimmung der Oberflächenform als Referenz. Die so bestimmte Abweichung umfasst eine Verteilung von Abweichungswerten in Bezug auf die Referenzform in Abhängigkeit von der zweidimensionalen Oberflächenkoordinate des Prüflings. Anhand der bestimmten Abweichung kann dann die Prüflingsoberfläche so nachbearbeitet werden, dass die Form der Prüflingsoberfläche mit einer hohen Genauigkeit an eine sich aus der Referenzform und der Position des Referenzelements im Strahlengang der Messvorrichtung ergebenden Vergleichsform angepasst wird. Mit anderen Worten kann die Vergleichsform „kopiert“ werden. In dem Fall, in dem die Referenzform mit einer hohen absoluten Genauigkeit bekannt ist, d.h. das Referenzelement eine absolute Referenz darstellt, kann durch die Bestimmung der Oberflächenabweichung mittels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung die Oberflächenform mit einer hohen Genauigkeit an die Sollform angepasst werden.
Die Messvorrichtung ist insbesondere zum interferometrischen Vermessen einer Form einer optischen Oberfläche eines optischen Elements einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, wie etwa eines Projektionsobjektivs einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage, konfiguriert.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei dem im Stand der Technik bekannten Referenzspiegel-Interferometer am Beugungsmuster des komplex kodierten CGH oft selektive Störreflexe auftreten, die dazu führen, dass an bestimmten Stellen im Interferenzmuster fehlerhafte Intensitätswerte auftreten. Dabei handelt es sich dann in der Regel um Strukturfehler an bestimmten Orten des Beugungsmusters, welche lediglich eine der an dem betreffenden Ort erzeugten Wellen, d.h. entweder die Prüfwelle oder die Referenzwelle, betreffen oder zumindest eine der beiden Wellen wesentlich stärker betreffen als die andere Welle. Die betroffene Welle weist dann aufgrund des Störreflexes eine Phasenstörung auf. Dies hat zur Folge, dass an der Stelle des Interferenzmusters, an der die beiden Wellen nach Reflexion am Referenzspiegel bzw. am Prüfling interferieren, die Intensität des Interferenzmusters verändert, d.h. verfälscht ist.
Ein Grund dafür, dass ein Strukturfehler im Beugungsmuster lediglich die Phase einer der beiden vom Beugungsmuster erzeugten Wellen gestört ist bzw. die Phase einer der beiden Wellen erheblich stärker gestört ist als die Phase der anderen Welle, liegt gemäß erfindungsgemäßer Erkenntnis darin, dass die zur Erzeugung der Prüfwelle verantwortliche Teilstruktur des Beugungsmusters erheblich von der zur Erzeugung der Referenzwelle verantwortlichen Teilstruktur des Beugungsmusters abweicht. Die genannten Teilstrukturen können Beugungsstrukturen mit unterschiedlichen Periodizitäten sein, die zur Bildung des Beugungsmusters am betreffenden Ort des diffraktiven optischen Elements einander überlagern. Der Grund für die erhebliche Abweichung der Teilstrukturen voneinander liegt beim aus dem Stand der Technik bekannten Referenzspiegel-Interferometer insbesondere daran, dass sich die Prüfwelle und die Referenzwelle in ihren Wellenfronten erheblich voneinander unterscheiden. Bei einer Vermessung eines Prüflings mit einer als nicht-sphärische Fläche konfigurierten Sollform der Oberfläche ist die Wellenfront der vom Referenzspiegel-Interferometer erzeugten Prüfwelle als nicht-sphärische Fläche konfiguriert, während die Referenzwelle eine plane oder sphärische Wellenfront aufweist.
Durch die erfindungsgemäße Konfiguration des Referenzelements mit einer als weitere nicht-sphärische Fläche konfigurierten Referenzform können die Wellenfronten von Prüfwelle und Referenzwelle vergleichsweise ähnlich oder identisch zueinander konfiguriert werden. Dies wiederum hat zur Folge, dass sich ein Strukturfehler an dem betreffenden Ort des diffraktiven optischen Elements in der Regel relativ gleichmäßig auf die Prüfwelle und die Referenzwelle auswirkt. So kann etwa die ähnlich geartete Konfiguration von Prüfwelle und Referenzwelle dazu genutzt werden, lediglich eine der beiden Wellen am diffraktiven optischen Element zu erzeugen und dann aus dieser die andere Welle zu erzeugen.
Ein am diffraktiven optischen Element auftretender Reflex führt erfindungsgemäß zu vergleichbaren Phasenfehlern in der auf die Oberfläche des Prüflings eingestrahlten Prüfwelle und der Referenzwelle, deren Strahlung einer Wechselwirkung mit der Referenzoberfläche ausgesetzt war. Damit kann vermieden werden, wie im Stand der Technik den Prüfling nacheinander mit mehreren diffraktiven optischen zu vermessen und anschließend die Passen zur Veroderung der Störreflexe zu kombinieren. Damit wird das Messverfahren vereinfacht. Insbesondere kann ein bei einer Vermessung im Vakuum aufwändiges Ein- und Ausschleusen mehrerer diffraktiver optischer Elemente in die Messvorrichtung, wie im Stand der Technik zur Veroderung des Störreflexe üblich, vermieden werden.
Mit anderen Worten bewirkt der Störreflex jedenfalls sowohl einen Phasenfehler in der Prüfwelle als auch in der Referenzwelle, wobei der Phasenfehler ähnlich bzw. gleich groß ist oder zumindest deren Differenz geringer ausfällt als herkömmlicherweise. Damit bewirkt der Störreflex, wenn überhaupt, eine verringerte Verfälschung der Intensität des Interferenzmusters an der betreffenden Stelle. Im Ergebnis kann mittels der erfinderischen Messvorrichtung die Oberflächenvermessung des Prüflings mit einer verbesserten Genauigkeit erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform ist sowohl die erste nicht-sphärische Fläche als auch die weitere nicht-sphärische Fläche jeweils als Freiformfläche konfiguriert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Prüfwelle auf das Referenzelement gerichtet und die Referenzoberfläche dazu konfiguriert, in Reflexion eine Referenzwelle von der eingestrahlten Prüfwelle abzuspalten. Damit wird die Referenzwelle nicht bereits am diffraktiven optischen Element erzeugt, sondern an der Referenzoberfläche, und zwar aus der Strahlung der Prüfwelle. Damit kann das diffraktive optische Element, abgesehen von ggf. an bestimmen Orten vorgesehenen Justagestrukturen, als einfach kodiertes CGH ausgeführt werden, welches im Vergleich zu einem zur Erzeugung der Prüfwelle und der Referenzwelle mehrfach kodierten CGH weniger Störreflexe erzeugt. Weiterhin führt ein bei der Erzeugung der Prüfwelle am diffraktiven optischen Element auftretender Störreflex zunächst lediglich zu einer Phasenstörung der Prüfwelle und bei der Abspaltung der Referenzwelle zu einer entsprechenden Phasenstörung der Referenzwelle. Damit führt der Störreflex zu keiner Verfälschung der Intensität des Interferenzmusters an der betreffenden Stelle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Referenzoberfläche an einer Seite des Referenzelements angeordnet, welche der auf das Referenzelement eingestrahlten Prüfwelle abgewandt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Wellenfront der Prüfwelle an die Referenzoberfläche angepasst. Das heißt, die Wellenfront der Prüfwelle weicht am Ort der Referenzoberfläche gar nicht oder nur unwesentlich von dieser ab. Gemäß einer Ausführungsform weicht die Wellenfront der Prüfwelle weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 100 µm, von der Referenzoberfläche ab.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Messvorrichtung eine Halterung auf, welche dazu konfiguriert ist, den Prüfling im Strahlengang der Prüfwelle dem Referenzelement nachgeordnet zu positionieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Referenzelement als ein für die Messstrahlung durchlässiges Element konfiguriert. Das Referenzelement kann damit auch als optische Matrize bezeichnet werden. Insbesondere ist es dazu konfiguriert ist, einen Teil der Intensität der Prüfwelle zu absorbieren, beispielsweise bis zu 80% oder bis zu 60% der Intensität der Prüfwelle. Das heißt, das Referenzelement ist ein für die Messstrahlung transmissives Element, wobei ein Teil der Intensität der Prüfwelle vom Referenzelement absorbiert werden kann. Ein Teil der nicht-absorbierten bzw. durch das Material des Referenzelements durchgelassenen Intensität wird als Referenzwelle an der rückseitigen Referenzoberfläche reflektiert. Dabei kann der reflektierte Teil lediglich der 4%-ige Anteil der nicht-absorbierten Intensität sein, welcher an der Rückseite eines transmissiven optischen Elements reflektiert wird.
Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst das diffraktive optische Element ein Beugungsmuster, dessen Füllfaktor eine Variation über einen Querschnitt der abgestrahlten Prüfwelle aufweist, welche an eine Variation der Dicke des Referenzelements über einen Querschnitt der eingestrahlten Prüfwelle angepasst ist. Unter einem Füllfaktor eines diffraktiven Strukturmusters ist der Quotient aus der Stegbreite zur Periode der diffraktiven Strukturen zu verstehen. D.h. der Füllfaktor kann unabhängig von der Periode der diffraktiven Strukturen durch Veränderung der Stegbreite variiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform variiert ein Abstand zwischen der Referenzoberfläche und der Sollform der Oberfläche des Prüflings im Zustand, in dem der Prüfling zur Vermessung in der Messvorrichtung angeordnet ist, um maximal 100 µm, insbesondere um maximal als 10 µm. Dabei ist unter der Anordnung des Prüflings zur Vermessung in der Messvorrichtung zu verstehen, dass der Prüfling ausreichend genau in der Messvorrichtung justiert ist, um die Formvermessung der Prüflingsoberfläche durchzuführen. Der Abstand zwischen der Referenzoberfläche und der Sollform der Oberfläche wird für einen betreffenden Ort auf der Referenzoberfläche durch die Länge einer senkrecht auf der Referenzoberfläche stehenden Linie, welche am betreffenden Ort beginnt und an der Oberfläche des Prüflings in Sollform endet, definiert. Die Linie entspricht dem entsprechenden Abschnitt eines Einzelstrahls der Prüfwelle durch den betreffenden Ort der Referenzoberfläche. Gemäß der beschriebenen Ausführungsform variiert der vorstehend definierte Abstand über die gesamte Referenzfläche um weniger als 100 µm, insbesondere um weniger als 10 µm.
Aufgrund des innerhalb der Variationsbandbreite gleichmäßigen Abstands zwischen der Referenzoberfläche der Sollform der Oberfläche des Prüflings weicht das Profil einer Vergleichsform, welche sich, wie nachstehend beschrieben, aus der Referenzoberfläche ergibt, um weniger als 100 µm von der Sollform der Oberfläche des Prüflings ab. Die Vergleichsform ergibt sich durch Projektion bzw. Verschiebung der Punkte der Referenzoberfläche entlang des jeweiligen, durch den betreffenden Punkt verlaufenden Einzelstrahls der Prüfwelle um den mittleren Abstand der Oberfläche des Prüflings von der Referenzoberfläche.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Referenzelement ein Material geringer thermischer Ausdehnung mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Temperaturbereich von 5°C bis 35°C von betragsmäßig höchstens 200×10^-6 K^-1 auf. Das heißt, der thermische Ausdehnungskoeffizient beträgt im genannten Temperaturbereich mindestens -200×10^-6 K^-1 und höchstens +200×10^-6 K^-1, insbesondere betragsmäßig höchstens 50×10^-6 K^-1 im genannten Temperaturbereich. Insbesondere enhält das Material geringer thermischer Ausdehnung ein Silikatglas, beispielsweise ULE®-Glas. ULE®-Glas steht für „Ultra Low Expansion“-Glas und ist ein mit dem Corning Code 2972 gekennzeichnetes Produkt von Corning. Alternativ oder zusätzlich kann das Silikatglas aus Zerodur®-Glas, einem Produkt der Firma Schott, bestehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das diffraktive optische Element diffraktive Justagestrukturen auf, welche dazu konfiguriert sind, aus der Messstrahlung eine auf die Oberfläche des Prüflings fokussierte Abstandsmesswelle und/oder eine auf eine der Referenzoberfläche entgegengesetzte Rückseite des Referenzelements fokussierte Abstandsmesswelle sowie in Littrow-Reflexion eine Justagereferenzwelle zu erzeugen.
Die Funktion zur Erzeugung der auf die Oberfläche des Prüflings und/oder der auf die Rückseite des Referenzelements fokussierten Abstandsmesswelle entspricht der eines Katzenauges (engl. „cat eye“). Aufgrund der Littrow-Reflexion wird die Justagereferenzwelle durch In-sich-Reflexion der auf die Justagestrukturen eingestrahlten Welle aus der Messstrahlung erzeugt. Durch Auswertung der durch Interferenz der am Prüfling reflektierten Abstandsmesswellen mit der Justagereferenzwelle erzeugten Interferenzmuster lässt sich der Arbeitsabstand des Prüflings und/oder der Arbeitsabstand des Referenzelements gegenüber dem diffraktiven optischen Element und/oder der Abstand des Referenzelements messen und dieser entsprechend justieren.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Arbeitsabstand auch mittels eines Laserabstandssystems gemessen werden, indem ein Laserstrahl auf eine geeignete Justagestruktur auf dem diffraktiven optischen Element eingestrahlt wird, welche dazu konfiguriert ist, den Laserstrahl in Reflexion derart umzulenken, dass dieser senkrecht auf die Prüflingsoberfläche trifft und von dieser in sich zurückreflektiert wird. Der zurückreflektierte Laserstrahl wird im Laserabstandsmesssystem mit einem Referenzstrahl überlagert, woraus die Entfernung zwischen dem Laserabstandsmesssystem und dem Reflexionsort auf der Prüflingsoberfläche gemessen werden kann. Alternativ kann der Arbeitsabstand auch durch Anstrahlen der Rückseite des Prüflings mittels eines derartigen Laserabstandsmesssystems erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, die Wellenlänge der Messstrahlung zu variieren und aus für mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen aufgezeichneten Interferenzmustern einen Arbeitsabstand zwischen dem Prüfling und dem Referenzelement zu bestimmen. Die Interferenzmuster werden dabei insbesondere durch Überlagerung der mit der jeweiligen Wellenlänge erzeugten Prüfwelle nach deren Interaktion mit der Oberfläche des Prüflings mit einer in Reflexion an dem Referenzelement von der Prüfwelle abgespaltenen Referenzwelle erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist eine der Referenzoberfläche des Referenzelements entgegengesetzte Rückseite des Referenzelements eine sphärische Form auf. Damit kann eine Verkippung des Referenzelements gegenüber einer Sollkippstellung vermessen werden. Dazu kann mittels des diffraktiven optischen Elements aus der Messstrahlung eine sphärische Justagewelle erzeugt werden, welche in Autokollimation auf die sphärische Rückseite des Referenzelements eingestrahlt wird. Aus einem sich durch Überlagerung der an der Rückseite des Referenzelements reflektierten Justagewelle mit einer in Littrow-Reflexion am diffraktiven optischen Element erzeugten Justagereferenzwelle ergebenden Justagereferenzmuster kann eine Abweichung der Kippstellung des Referenzelements von seiner Sollkippstellung vermessen werden. Dies setzt jedoch voraus, dass die Positionierung des Referenzelements in Bezug auf die Ausbreitungsrichtung der sphärischen Justagewelle ausreichend genau bekannt ist. Dies liegt daran, dass mittels der in Autokollimation auf die sphärische Rückseite eingestrahlten Justagewelle nur Verkippungen zwischen der sphärischen Wellenfront der Justagewelle und der sphärischen Rückseite des Referenzelements vermessen werden können. Eine Verkippung des Referenzelements, welche sich durch eine Verschiebung der sphärischen Rückseite entlang der sphärischen Wellenfront, mit anderen Worten durch eine „Verkugelung“, ergibt, lässt sich hingegen mittels der Autokollimationsmessung nicht detektieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist an der Rückseite des Referenzelements mindestens eine Oberflächenmarkierung vorgesehen, insbesondere sind zwei Oberflächenmarkierungen vorgesehen. Damit kann die Position des Referenzelements in Bezug auf die Ausbreitungsrichtung der sphärischen Justagewellen bestimmt werden und damit die laterale Positionierung des Referenzelements entsprechend justiert werden. Unter der lateralen Positionierung ist die Positionierung des Justagelements quer zur Ausbreitungsrichtung der sphärischen Justagewelle zu verstehen. Die Oberflächenmarkierungen können einen Durchmesser im Bereich von 1 mm bis 20 mm, z.B. etwa 5mm, und eine Tiefe im Bereich von 20 nm und 300 nm, z.B. etwa 100 nm, aufweisen.
Durch die mittels der mindestens einen Oberflächenmarkierung erfolgenden Justage der lateralen Positionierung kann die mittels der in Autokollimation auf die Rückseite des Referenzelements eingestrahlten sphärischen Justagewelle vermessene Kippstellung der Referenzelements genau bestimmt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung eine Strahlungsquelle zum Erzeugen der Messstrahlung, wobei die auf das diffraktive optische Element eingestrahlte Messstrahlung eine Bandbreite von größer als 10 pm, insbesondere von größer als 50 pm bzw. größer als 100 pm, aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, zur Bestimmung der Abweichung der Oberflächenform mehrere mittels Phasenschiebens ermittelte Interferenzmuster auszuwerten.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Phasenschieben durch eine schrittweise Verschiebung der Phase der Referenzwelle gegenüber der Prüfwelle durch Verschiebung des Prüflings. Das bei jedem Verschiebeschritt erzeugte Interferenzmuster wird jeweils aufgezeichnet. Mit einer komplexen mathematischen Modellierung und iterativen Berechnung kann aus den aufgezeichneten Interferenzmustern die Oberflächentopografie der Testoberfläche mit einer hohen Genauigkeit rekonstruiert werden. Dabei wird im Wesentlichen aus den aufgezeichneten Interferenzmustern eine Ableitung der Wellenfront in der Schieberichtung berechnet und daraufhin durch Integration die Wellenfront mit berechnet. Gemäß alternativen Ausführungsformen erfolgt das Phasenschieben durch eine Variation der Wellenlänge der Messstrahlung oder durch ein statisches Verkippen des Prüflings.
Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Prüflings in Bezug auf eine Refererenzform. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte: Einstrahlen zumindest eines Teils einer mittels eines diffraktiven optischen Elements erzeugten Prüfwelle auf die Oberfläche des Prüflings, wobei die Wellenfront der Prüfwelle an eine, als eine erste nicht-sphärische Fläche konfigurierte, Sollform der Oberfläche des Prüflings angepasst ist, Bereitstellen eines Referenzelements mit einer die Referenzform aufweisenden Referenzoberfläche, wobei die Referenzform als eine weitere nicht-sphärische Fläche konfiguriert ist, sowie Erzeugen eines Interferenzmusters durch Überlagern der Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Prüflings mit einer Referenzwelle, deren Strahlung einer Wechselwirkung mit der Referenzoberfläche ausgesetzt war. Durch Auswertung des Interferenzmusters lässt sich die Abweichung der Form der Oberfläche des Prüflings gegenüber der Referenzform bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Referenzwelle durch teilweise Reflexion der Prüfwelle an der Referenzoberfläche erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein das Referenzelement durchlaufender Teil der Prüfwelle auf die Oberfläche des Prüflings eingestrahlt. Insbesondere wird dieser Teil der Prüfwelle an dem Prüfling reflektiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Prüfling während des Einstrahlens der Prüfwelle von einer Atmosphäre mit einem Druck von mindestens 10^-3 mbar umgeben. Das heißt, der Prüfling ist in einem Druckbereich oberhalb von Hochvakuum angeordnet, insbesondere weist die Atmosphäre einen Druck von mindestens 1 mbar, d.h. einen Druck oberhalb von Feinvakuum, bzw. mindestens 100 mbar oder Normaldruck auf. Da aufgrund der erfindungsgemäßen Konfiguration die Interferometerkavität sehr kurz gestaltet werden kann, ist es möglich, den Prüfling in einem relativ hohen Druckbereich oder sogar unter Atmosphärendruck (ca. 1 bar) zu vermessen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das bereitgestellte Referenzelement in einem Fertigungsverfahren hergestellt, bei dem eine genäherte Form der Referenzoberfläche in Bezug auf eine Form einer Oberfläche eines Normprüflings mittels der Prüfwelle interferometrisch vermessen wird. Das hier beschriebene Fertigungsverfahren wird in diesem Text auch als erstes Fertigungsverfahren bezeichnet. Der Normprüfling kann auch als Masterprüfling bezeichnet werden und ist ein Prüfling, dessen Oberfläche mit sehr hoher Genauigkeit der Sollform entspricht. Die Herstellung des Masterprüflings erfolgt insbesondere unter Verwendung von aus dem Stand der Technik bekannten, oft sehr aufwändigen, Messverfahren zur hochgenauen Vermessung der Oberflächenform. Diese Messverfahren können beispielsweise die Verwendung eines mehrfach kodierten diffraktiven optischen Elements umfassen, mit welchem nicht nur eine Prüflingswelle und eine Referenzwelle, sondern auch Kalibierwellen zur hochgenauen Charakterisierung von Fehlern im Beugungsmuster des diffraktiven optischen Elements erzeugt werden können. Die Vermessung kann dabei im Hochvakuum oder in einem Vakuumbereich mit niedrigerem Druck erfolgen. Ein derartiges, mehrfach kodiertes diffraktives optisches Element in Gestalt eines vierfach kodierten CGHs zu Erzeugung von zwei Kalibrierwellen ist z.B. in US 10,337,850 B2 beschrieben. Analog dazu kann auch ein fünffach kodiertes CGH, mit dem drei Kalibrierwellen erzeugt werden können, zum Einsatz kommen. Nach der Vermessung der genäherten Form der Referenzoberfläche in Bezug auf die Form der Oberfläche des Normprüflings wird die Referenzoberfläche zur weiteren Annäherung an eine Referenzsollform auf geeignete Art und Weise bearbeitet. Die Referenzsollform ergibt sich aus der Sollform des Prüflings und dem Abstand zwischen dem Normprüfling und der Referenzoberfläche. Da die Sollform ja mit einer hohen Genauigkeit der Form der Oberfläche des Normprüflings entspricht, ergibt sich die Referenzsollform im Wesentlichen aus der Oberflächenform des Normprüflings und dem Abstand zwischen dem Normprüfling und der Referenzoberfläche. Im Speziellen ergibt sich die Referenzsollform durch Verschiebung der Punkte der Sollform entlang des jeweiligen durch den betreffenden Punkt verlaufenden Einzelstahls der Prüfwelle um den Mittelwert des Abstands zwischen der Sollform der Prüflingsoberfläche und der Referenzoberfläche. Dabei erfolgt die jeweilige Verschiebung der Punkte entgegen der Einstrahlrichtung der Prüfwelle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Vermessung der genäherten Form der Referenzoberfläche in Bezug auf die Form der Oberfläche des Normprüflings durch Einstrahlen der mittels des diffraktiven optischen Elements erzeugten Prüfwelle auf die Oberfläche des Normprüflings und Überlagerung der Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Normprüflings mit der Referenzwelle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine vermessene Abweichung der Referenzform der Referenzoberfläche von einer durch die Form der Oberfläche des Normprüflings festgelegten Referenzsollform als Kalibrierabweichung bei einer Auswertung des mittels der auf den zu vermessenden Prüfling eingestrahlten Prüfwelle erzeugten Interferenzmusters berücksichtigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das bereitgestellte Referenzelement in einem Fertigungsverfahren hergestellt, bei dem eine Abweichung einer genäherten Form der Referenzoberfläche von einer durch die Sollform der Oberfläche des Prüflings festgelegten Referenzsollform durch Einstrahlen einer mittels eines weiteren diffraktiven optischen Elements erzeugten weiteren Prüfwelle, deren Wellenfront an die Inverse der Sollform der Oberfläche angepasst ist, auf die Referenzoberfläche bestimmt wird. Weiterhin wird bei dem Fertigungsverfahren die Referenzform durch Anpassen der Referenzoberfläche an die Referenzsollform mittels mechanischer Nachbearbeitung auf Grundlage der bestimmten Abweichung hergestellt. Das hier verwendete Fertigungsverfahren wir in diesem Text auch als zweites Fertigungsverfahren bezeichnet.
Bei der Bestimmung der Abweichung der genäherten Form der Referenzoberfläche von der Referenzsollform wird insbesondere die weitere Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Referenzoberfläche mit einer weiteren Referenzwelle überlagert. Das weitere diffraktive optische Element ist insbesondere als mindestens 3-fach, insbesondere mindestens 4-fach oder mindestens 5-fach kodiertes diffraktives optisches Element zur Erzeugung mindestens einer Kalibrierwelle neben der weiteren Prüfwelle sowie der weiteren Referenzwelle aus einer eingestrahlten Messstrahlung konfiguriert. Anhand der mindestens einen Kalibierwelle können Fehler im Beugungsmuster des diffraktiven optischen Elements hochgenau vermessen werden, wie in US 10,337,850 B2 für den Fall eines vierfach kodierten CGHs beschrieben. Damit kann die Abweichung der Form der Referenzoberfläche von der Referenzsollform mit einer hohen Genauigkeit vermessen werden. Insbesondere erfolgt die Vermessung der Referenzoberfläche im Hochvakuum oder in einem Vakuumbereich mit niedrigerem Druck.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Kalibrierabweichung der Referenzform der Referenzoberfläche von der Referenzsollform mittels des weiteren diffraktiven optischen Elements interferometrisch vermessen und die Kalibrierabweichung wird bei der Auswertung des Interferenzmusters berücksichtigt.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Messvorrichtung angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Messverfahren übertragen werden und umgekehrt. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
Figurenliste
Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:

1 ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche eines Prüflings mit einem diffraktiven optischen Element zur Erzeugung einer Prüfwelle und einem Referenzelement zur Abspaltung einer Referenzwelle von der Prüfwelle,
2 eine Darstellung eines Abschnitts II aus 1 zur Veranschaulichung der Justage des diffraktiven optischen Elements, des Referenzelements und des Prüflings zueinander,
3 eine Veranschaulichung der Nutzung der Messvorrichtung gemäß 1 zur Fertigung des Referenzelements in einem ersten Fertigungsverfahren,
4 eine Veranschaulichung der Nutzung einer weiteren interferometrischen Messvorrichtung zur Fertigung des Referenzelements in einem zweiten Fertigungsverfahren,
5 eine Veranschaulichung der Veränderung des Strahlengangs der Prüfwelle bei einer Verkippung des Prüflings,
6 eine Veranschaulichung einer Variation des Füllfaktors des Beugungsmusters des diffraktiven optischen Elements in Anpassung an die Dickenvariation des Referenzelements,
7 unterschiedliche Ausführungsformen zu Implementierung von Phasenschieben bei der Vermessung des Prüflings in der Messvorrichtung gemäß 1,
8 eine Veranschaulichung einer Asphäre und einer Freiformfläche,
9 eine bespielhafte Veranschaulichung einer Sollform der Oberfläche des Prüflings sowie einer sich aus der Oberfläche des Referenzelements ergebenden Vergleichsform, sowie
10 eine Ausführungsform einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem oder mehreren unter Verwendung der Messvorrichtung gemäß 1 hergestellten optischen Elementen.

Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die x-Richtung nach rechts und die z-Richtung nach oben.
In 1 wird ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche 12 eines Prüflings 14 in Bezug auf eine Referenzform 42 veranschaulicht. Als Ergebnis der Formvermessung wird dabei eine Abweichung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche 12 von einer Sollform bestimmt, wobei die Sollform auf bekannte Weise mit der Referenzform 42 in Beziehung stehen kann, d.h. gegeben sein kann oder auch in bekannter Weise von dieser abweichen kann. Der Prüfling 14 kann beispielsweise ein Spiegel einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithographie, wie etwa der in 10 veranschaulichten Projektionsbelichtungsanlage 101, mit einer als nicht-sphärische Fläche, insbesondere als asphärische Fläche oder als Freiformfläche FF, konfigurierten Oberfläche 12 zur Reflexion von EUV-Strahlung mit einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm, sein. Dabei kann es sich bei dem Prüfling 14 beispielsweise um den Spiegel M4 des Projektionsobjektivs 110 der Projektionsbelichtungsanlage 101 gemäß 10 handeln.
8 dient der Veranschaulichung einer asphärischen Fläche sowie einer Freiformfläche FF im Sinne dieses Textes. Unter einer asphärischen Fläche 16 ist eine rotationssymmetrische Fläche zu verstehen, die von jeder beliebigen Sphäre 16 um mindestens 0,05 mm, insbesondere um mindestens 0,1 mm, mindestens 1 mm oder mindestens 5 mm abweicht. Unter einer Freiformfläche FF wird jede Form verstanden, welche einerseits von jeder beliebigen rotationssymmetrischen Asphäre 16 eine Abweichung Δ₁ von mindestens 5 µm und andererseits von jeder beliebigen Sphäre 17 eine Abweichung Δ₂ von mindestens 1 mm aufweist. In 8 ist diejenige rotationssymmetrische Asphäre 16 aller beliebiger Asphären veranschaulicht, deren maximale Abweichung Δ₁ von der Freiformfläche FF am kleinsten ist, d.h. die in 8 eingezeichnete rotationssymmetrische Asphäre 16 ist die hinsichtlich ihrer maximalen Abweichung Δ₁ am besten an die Freiformfläche FF angepasste rotationssymmetrische Asphäre. Dies gilt analog auch für die in 8 veranschaulichte Sphäre 17. Die dargestellte Sphäre 17 ist diejenige Sphäre aller beliebigen Sphären, deren maximale Abweichung Δ₂ von der Freiformfläche FF am kleinsten ist, d.h. die in 8 eingezeichnete Sphäre 17 ist die hinsichtlich ihrer maximalen Abweichung Δ₂ am besten an die Freiformfläche FF angepasste Sphäre.
Die in 1 veranschaulichte Messvorrichtung 10 umfasst ein Beleuchtungs-/ Detektionsmodul 18, eine Hauptbaugruppe 60 sowie eine Auswerteeinrichtung 54. Die Hauptbaugruppe 60 wiederum umfasst einen Grundrahmen 62 mit einem darin angeordneten Umlenkelement 63, ein erstes Wechselmodul 64, in dem ein diffraktives optisches Element 30 sowie ein Referenzelement 38 montiert sind, sowie ein zweites Wechselmodul 66 zum Halten des Prüflings 14.
Das Beleuchtungs-/Detektionsmodul 18 enthält eine Strahlungsquelle 20 zum Bereitstellen einer ausreichend kohärenten Messstrahlung 22 als Eingangswelle. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Strahlungsquelle 20 einen Wellenleiter 24 mit einer Austrittsfläche, an welcher die Eingangswelle ihren Ursprung hat. Der Wellenleiter 24 ist an ein Strahlungserzeugungsmodul 26, z.B. in Gestalt eines Lasers, angeschlossen. Dazu kann beispielsweise ein Helium-Neon-Laser mit einer Wellenlänge von ungefähr 633 nm vorgesehen sein. Die Messstrahlung 22 kann aber auch eine andere Wellenlänge im sichtbaren oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Bandbreite der Messstrahlung 22 größer als 10 pm, insbesondere größer als 50 pm oder größer als 100 pm. Die Strahlungsquelle 20 mit dem Wellenleiter 24 stellt lediglich ein Beispiel einer für die Messvorrichtung 10 verwendbaren Strahlungsquelle 26 dar. In alternativen Ausführungen kann anstelle des Wellenleiters 24 eine optische Anordnung mit Linsenelementen, Spiegelelementen oder dergleichen zur Bereitstellung einer geeigneten Eingangswelle aus der Messstrahlung 22 vorgesehen sein.
Die Messstrahlung 22 durchläuft zunächst einen Strahlteiler 28 und trifft daraufhin auf das diffraktive optische Element 30 mit einem an einer Oberfläche angeordneten Beugungsmuster 31. Das diffraktive optische Element 30 ist als sogenanntes computer-generiertes Hologramm (CGH) konfiguriert und ist Teil einer Prüfoptik, welche dazu dient, eine Prüfwelle 32 mit einer an eine nachstehend, insbesondere unter Bezugnahme auf 9, näher erläuterte Sollform 12s der Oberfläche 12 angepassten Wellenfront zum Einstrahlen auf die Oberfläche 12 des Prüflings 14 zu erzeugen. Unter der an die Sollform 12s angepassten Wellenfront der Prüfwelle 32 ist zu verstehen, dass die Wellenfront der Prüfwelle 32 weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 100 µm, von der Sollform 12s abweicht. Weiterhin ist die Form der Referenzoberfläche 40 derart konfiguriert und das Referenzelement 38 derart im Strahlengang der Prüfwelle 32 angeordnet, dass die Wellenfront der Prüfwelle 32 an die Referenzoberfläche 40 angepasst ist. Darunter ist zu verstehen, dass die Wellenfront der Prüfwelle 32 weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 100 µm von der Referenzoberfläche 40 abweicht.
Aus der wechselseitigen Anpassung der Sollform 12s und der Referenzoberfläche 40 an die Wellenfront der Prüfwelle 32 ergibt sich, dass ein Abstand 43 zwischen der Referenzoberfläche 40 und der Sollform 12s der Oberfläche 12 des Prüflings 14 in dem in 1 gezeigten Zustand, in dem der Prüfling 14 zur Vermessung in der Messvorrichtung 10 angeordnet ist, um weniger als 100 µm, insbesondere um weniger als 10 µm, variiert. Unter der Anordnung des Prüflings 14 zur Vermessung in der Messvorrichtung 10 ist zu verstehen, dass der Prüfling 14, wie nachstehend im Detail erläutert, ausreichend genau in der Messvorrichtung 10 justiert ist, um die Formvermessung der Prüflingsoberfläche durchzuführen. Der entsprechende Abstand 43 an einem jeweiligen Ort der Referenzoberfläche 40 entspricht der Länge des entsprechenden Einzelstrahls der Prüfwelle 32 von dem betreffenden Ort bis zur Sollform 12s der Oberfläche 12. Die den betreffenden Abstand 43 definierende Linie steht sowohl auf der Referenzoberfläche 40 als auch auf der Sollform 12s der Oberfläche 12 senkrecht. Der Abstand 43 variiert entlang der Sollform 12s um maximal 100 µm, insbesondere um maximal 10 µm.
Wie in 9 veranschaulicht, kann eine Vergleichsform 42v der Referenzform 42 durch Projektion bzw. Verschiebung der Punkte der Referenzoberfläche 40 entlang des jeweiligen, durch den betreffenden Punkt verlaufenden Einzelstrahls 32i der Prüfwelle 32 um den Mittelwert des Abstands 43 der Sollform 12s der Oberfläche 12 des Prüflings 14 von der Referenzoberfläche 40 definiert werden. Dabei erfolgt die jeweilige Verschiebung der Punkte in Einstrahlrichtung der Prüfwelle 32. Die Inverse der Vergleichsform 42v unterscheidet sich von der Sollform 12s durch die eine von Ort zu Ort variierende Abweichung Δ, wobei ihr maximaler Wert Δmax beträgt. Unter der Inversen der Vergleichsform 42v ist diejenige Form zu verstehen, die ein Gegenstück der Vergleichsform 42v aufweisen würde, welches derart an die Vergleichsform 42v angekoppelt werden kann, dass die Oberfläche der Vergleichsform 42v und die Kopplungsoberfläche des Gegenstücks lückenlos aneinander anliegen. Im dargestellten Beispiel ist die Vergleichsform 42v konvex und die entsprechende Inverse, welche im Wesentlichen der Oberflächenform des Prüflings 14 entspricht, ist konkav.
Das Profil der Vergleichsform 42v weist die vorstehend erwähnte maximale Abweichung Δmax von der als Asphäre oder als Freiformfläche FF ausgebildeten Sollform 12s der Oberfläche 12 des Prüflings 10 auf, wobei Δmax entsprechend der maximalen Variation des Abstands 43 beispielsweise maximal 100 µm und insbesondere maximal 10 µm betragen kann.
Analog zur Definition der Vergleichsform 42v in Bezug auf die Referenzform 42 wird eine Referenzsollform 42s mit Bezug auf die Sollform 12s definiert. Die Referenzsollform 42s ergibt sich durch Verschiebung der Punkte der Sollform 12s entlang des jeweiligen durch den betreffenden Punkt verlaufenden Einzelstahls 32i der Prüfwelle 32 um den Mittelwert des Abstands 43. Dabei erfolgt die jeweilige Verschiebung der Punkte entgegen der Einstrahlrichtung der Prüfwelle 32.
Das zweite Wechselmodul 66 dient als Halterung zum in Bezug auf das Referenzelement 38 nachgeordneten Positionieren des Prüflings 14 im Strahlengang der Prüfwelle 32. Damit durchläuft die Prüfwelle 32 vor dem Auftreffen auf die Oberfläche 12 des Prüflings 14 zunächst das Referenzelement 38, welches als ein für die Messstrahlung 22 durchlässiges Element, mit anderen Worten als Linse bzw. als optische Matrize, konfiguriert ist. Die dem Prüfling 14 zugewandte Seite des Referenzelements 38 dient als Referenzoberfläche 40. Diese ist dazu konfiguriert, in Reflexion eine Referenzwelle 34 von der auf das Referenzelement 38 eingestrahlten Prüfwelle 32 abzuspalten. Mit anderen Worten wird ein Teil der Intensität der Prüfwelle 32 an der Referenzoberfläche 40 reflektiert. Der die Referenzoberfläche 40 durchlaufende Teil der Prüfwelle 32 trifft auf die optische Oberfläche 12 auf und wird daher auch als Nutz-Prüfwelle 32n bezeichnet.
Die reflektierte Strahlung bildet die Referenzwelle 34. Dabei kann die Reflexion lediglich durch den Brechzahlunterschied des transmissiven Materials des Referenzelements 38 zur Umgebungsatmosphäre bewirkt werden, womit in diesem Fall die Intensität der reflektierten Referenzwelle etwa 4% der Intensität der eingestrahlten Prüfwelle 32 beträgt. Alternativ kann an der Referenzoberfläche 40 eine geeignete Beschichtung zu Erhöhung der Reflektivität aufgebracht werden, insbesondere derart, dass die Intensität der an der Referenzoberfläche 40 erzeugten Referenzwelle 34 in etwa mit der Intensität der Nutz-Prüfwelle 32n nach Reflexion an der Oberfläche 12 des Prüflings 14 und abermaligem Eintritt in das Referenzelement 38 übereinstimmt.
Um Verfälschungen der Wellenfront der Prüfwelle 32 aufgrund Temperaturveränderungen im Referenzelement 38, welche etwa durch Temperaturunterschiede in der Umgebungentstehen können, weitgehend zu vermeiden, ist das Referenzelement 38 aus einem Material geringer thermischer Ausdehnung, etwa mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Temperaturbereich von 5°C bis 35°C von betragsmäßig höchstens 200×10^-6 K^-1, gefertigt. Insbesondere enthält das Material geringer thermischer Ausdehnung ein Silikatglas, beispielsweise ULE®-Glas. ULE®-Glas steht für „Ultra Low Expansion“-Glas und ist ein mit dem Corning Code 2972 gekennzeichnetes Produkt der Firma Corning. Alternativ oder zusätzlich kann das Silikatglas aus Zerodur®-Glas, einem Produkt der Firma Schott, bestehen.
Die Referenzoberfläche 40 weist die Referenzform 42 auf, welche ebenfalls als eine Asphäre oder Freiformfläche FF (vgl. die vorstehende Erläuterung unter Bezugnahme auf 8) konfiguriert ist.
Die von der Oberfläche 12 zurücklaufende Nutz-Prüfwelle 32n sowie die Referenzwelle 34 durchlaufen zunächst das Referenzelement 38 in umgekehrter Richtung wie die eingehende Prüfwelle 32. Daraufhin durchlaufen sie das diffraktive optische Element 30 und werden dabei abermals gebeugt. Dabei erfolgt eine Rücktransformation der zurücklaufenden Nutz-Prüfwelle 32 sowie der Referenzwelle 34 in eine annähernd sphärische Welle, wobei die Wellenfront der Nutz-Prüfwelle 32n Abweichungen von einer sphärischen Wellenfront aufweist, welche auf Abweichungen der Oberfläche 12 des Prüflings von der an die Sollform 12s angepassten Wellenfront der Prüfwelle 32 zurückgehen. Auch die Wellenfront der Referenzwelle 34 weist ggf. Abweichungen von einer sphärischen Wellenfront auf, und zwar in dem Maße, in dem die Referenzform 42 von der an die Sollform 12s angepassten Wellenfront der eingestrahlten Prüfwelle 32 abweicht. In Relation zueinander weichen die Wellenfronten der rücklaufenden Prüfwelle 32n und der Referenzwelle 34 in dem Maße voneinander ab, in dem die Oberfläche 12 von der aus der Referenzform 42 des Referenzelements 38 abgeleiteten Vergleichsform 42v abweicht.
Der Bereich des Interferometers 10, in dem die Nutz-Prüfwelle 32n und die Referenzwelle 34 nicht im gleichen Strahlengang verlaufen, wird Interferometerkavität 44 bezeichnet. In der Ausführungsform gemäß 1 erstreckt sich die Interferometerkavität 44 zwischen der Referenzoberfläche 40 des Referenzelements 38 und der Oberfläche 12 des Prüflings 14 und ist damit kurz im Vergleich zum gemeinsamen Strahlengang der Wellen 32n und 34.
Die zurücklaufende Nutz-Prüfwelle 28n und die Referenzwelle 34 laufen nach dem Durchtritt durch das diffraktive optische Element 30 zum Strahlteiler 28. Dieser führt die Wellen aus dem Strahlengang der eingestrahlten Messstrahlung 22 heraus und lenkt diese auf eine Beobachtungseinheit 46 des Beleuchtungs-/Detektionsmoduls 18.
Beide konvergente Strahlen durchlaufen eine Blende 47 sowie ein Okular 48 der Beobachtungseinheit 46 und treffen schließlich auf einen zweidimensional auflösenden Detektor 49 der Beobachtungseinheit 46. Der Detektor 42 kann beispielsweise als CCD-Sensor ausgebildet sein und erfasst ein durch die interferierenden Wellen erzeugtes Interferenzmuster.
In der Auswerteeinrichtung 54 wird die tatsächliche Form der optischen Oberfläche 12 des Prüflings 14 aus dem erfassten Interferenzmuster bzw. mehreren erfassten Interferenzmustern sowie Kalibrierabweichungen 50 bestimmt. Bei den Kalibrierabweichungen 50 kann es sich um Kalibrierabweichungen K_A, die wie nachstehend unter Bezugnahme auf 3 bestimmt werden, oder um Kalibrierabweichungen K_B, die wie nachstehend unter Bezugnahme auf 4 bestimmt werden, handeln. Zur Bestimmung der tatsächlichen Form verfügt die Auswerteeinrichtung 54 über eine geeignete Datenverarbeitungseinheit und verwendet entsprechende Berechnungsverfahren. Alternativ oder zusätzlich kann die Messvorrichtung 10 einen Datenspeicher oder eine Schnittstelle zu einem Netzwerk enthalten, um eine Bestimmung der Oberflächenform mittels des mindestens einen gespeicherten bzw. über das Netzwerk übertragenen Interferenzmusters durch eine externe Auswertungseinheit zu ermöglichen.
Für den Fall, dass mehrere erfasste Interferenzmuster der Bestimmung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche 12 des Prüflings 14 zugrunde gelegt werden, können diese mittels Phasenschiebens ermittelt werden. Wie in 7a veranschaulicht, kann das Phasenschieben durch eine schrittweise Verschiebung der Phase der Referenzwelle 34 gegenüber der Prüfwelle 32 durch Verschiebung des Prüflings 14 in einer Schieberichtung 96 in Richtung der Ausbreitungsrichtung der Prüfwelle 32 erfolgen. Das bei jedem Verschiebeschritt erzeugte Interferenzmuster wird jeweils aufgezeichnet. Mit einer komplexen mathematischen Modellierung und iterativen Berechnung kann in der Auswerteinrichtung 54 aus den aufgezeichneten Interferenzmustern die Oberflächentopografie des Prüflings 14 mit einer hohen Genauigkeit rekonstruiert werden. Dabei wird im Wesentlichen aus den aufgezeichneten Interferenzmustern eine Ableitung der Wellenfront in der Schieberichtung 96 berechnet und daraufhin durch Integration die Wellenfront berechnet.
Wie ebenfalls in 7a illustriert, kann gemäß einer alternativen Ausführungsform das Phasenschieben durch eine Variation der Wellenlänge λ der Messstrahlung 22 erfolgen. Weiterhin kann das Phasenschieben auch durch eine Kippbewegung 97 des Prüflings 14 bewerkstelligt werden, wie in 7b veranschaulicht. Das Verfahren zum Phasenschieben per Kippbewegung des Prüflings ist beispielsweise in US 5,361,312 beschrieben.
Zur Vermessung des Prüflings 14 werden zunächst das diffraktive optische Element 30 sowie das Referenzelement 38, welches jeweils, wie vorstehend beschrieben, zur Vermessung des Prüflings 14 angepasst sind, an jeweiligen Justageaktuatoren 67 im ersten Wechselmodul 64 montiert. Weiterhin wird der Prüfling 14 an den dafür vorgesehenen Justageaktuatoren 67 im zweiten Wechselmodul 66 montiert. Daraufhin werden die beiden Wechselmodule 64 und 66 in den Grundrahmen 62 eingesetzt und gemäß einer Ausführungsform dort an einer dafür vorgesehenen festen Position arretiert. Daraufhin werden der Prüfling 14, das Referenzelement 38 und das diffraktive optische Element 30, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 2 näher beschrieben, durch Anpassung der verschiedenen Justageakuatoren 67 zueinander justiert. Dazu sind die Justageaktuatoren 67 jeweils zur Translation in allen drei Raumrichtungen ausgelegt, sodass die daran montierten optischen Elemente jeweils in allen drei Raumrichtungen verschoben und in allen drei Kipprichtungen verkippt werden können.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Konfiguration des Referenzelements 38, die wie vorstehend erwähnt, eine kurze Interferometerkavität 44 ermöglicht, kann die Vermessung des Prüflings 14 in einem relativ niedrigen Vakuumniveau oder sogar unter Normaldruck erfolgen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Hauptbaugruppe 60 im montierten Zustand daher nicht als Hochvakuumkammer, sondern etwa als Feinvakuum-oder Grobvakuumkammer konfiguriert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Vermessung unter Normaldruck.
Soll nach der Vermessung des Prüflings 14 ein weiterer Prüfling 14-1 vermessen werden, so wie wird dieser in einem weiteren zweiten Wechselmodul 66-1 montiert und anstatt des ursprünglichen zweiten Wechselmoduls 66 am Grundrahmen 62 montiert. Sollte die Oberfläche 12-1 des weiteren Prüflings 14-1, wie in 1 veranschaulicht, an eine andere Sollform 12s als die Oberfläche 12 des Prüflings 14 angepasst sein, so wird auch das erste Wechselmodul 64 durch ein weiteres erstes Wechselmodul 66-1 ersetzt. In dem weiteren ersten Wechselmodul 66-1 werden ein an die Solllform des Prüflings 14-1 angepasstes weiteres Referenzelement 38-1 und entsprechendes weiteres diffraktives optisches Element 30-1 angeordnet.
2 dient der Veranschaulichung der Justage des diffraktiven optischen Elements 30, des Referenzelements 38 und des Prüflings 14 zueinander vor der Durchführung der Formvermessung. Dazu veranschaulicht 2 lediglich den in 1 mit II gekennzeichneten, das diffraktive optische Element 30, das Referenzelement 38 und den Prüfling 14 umfassenden, mit einer gestichelten Linie umrandeten, Bereich der Messvorrichtung 10. Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst das Beugungsmuster 31 des diffraktiven optischen Elements 30 an geeigneten Orten erste diffraktive Justagestrukturen 68.
Die diffraktiven Justagestrukturen 68 sind dazu konfiguriert, aus der auf das diffraktive optische Element 30 eingestrahlten Messstrahlung 22 eine auf die Oberfläche 12 des Prüflings 14 fokussierte Abstandsmesswelle 70 sowie in Littrow-Reflexion eine Justagereferenzwelle 72 zu erzeugen. Die Abstandsmesswelle 70 wird an der Oberfläche 12 zurückreflektiert und interferiert mit der Justagereferenzwelle 72. Aus der resultierenden Interferenz am Detektor 49 lässt sich der Arbeitsabstand des Prüflings 14 gegenüber dem diffraktiven optischen Element 30 messen und auf Grundlage dieser Information entsprechend justieren. Die Funktion zur Erzeugung der auf die Oberfläche 12 fokussierten Abstandsmesswelle 70 entspricht der eines Katzenauges (engl. „cat eye“). Die Implementierung kann analog zur in 3 von US 7,605,926 B1 veranschaulichten Abstandsmessung erfolgen, welche dort anhand des fokussierten Strahls 57₁ vorgenommen wird.
Alternativ oder zusätzlich kann der Arbeitsabstand des Prüflings 14 gegenüber dem Referenzelement 38 auch mittels eines Laserabstandsmesssystems 74 gemessen werden. Dabei wird ein Laserstrahl 75 auf eine geeignete Justagestruktur 76 auf dem diffraktiven optischen Element 30 eingestrahlt. Die Justagestruktur 76 ist dazu konfiguriert, den Laserstrahl 75 in Reflexion derart umzulenken, dass dieser an einem Antastort 77a senkrecht auf die Oberfläche 12 des Prüflings 14 und an einem Antastort 77b senkrecht auf die Oberfläche 40 trifft und von dieser in sich zurückreflektiert wird. Der zurückreflektierte Laserstrahl 75 wird detektiert und der Abstand zwischen 77a und 77b wird bestimmt. Alternativ kann der Arbeitsabstand auch durch Anstrahlen der Rückseite 15 des Prüflings mittels eines derartigen Laserabstandsmesssystems erfolgen.
Weiterhin oder alternativ können die Justagestrukturen 68 dazu konfiguriert sein, neben der Justagereferenzwelle 72 aus der auf das optische Element 30 eingestrahlten Messstrahlung 22 eine auf eine Rückseite 39 des Referenzelements 38, d.h. auf die der Referenzoberfläche 40 entgegengesetzte Seite des Referenzelements 38, fokussierte Abstandsmesswelle 78 zu erzeugen. Die Abstandsmesswelle 78 wird an der Rückseite 39 zurückreflektiert und interferiert mit der Justagereferenzwelle 72. Aus der resultierenden Interferenz am Detektor 49 lässt sich, analog zur vorstehend erläuterten Messung des Arbeitsabstandes des Prüflings 14, der Arbeitsabstand des Referenzelements 38 messen und entsprechend justieren.
Gemäß einer Ausführungsvariante weist die Rückseite 39 des Referenzelements 38 eine sphärische Form 79 auf, deren Mittelpunkt 80 im dargestellten Ausführungsbeispiel auf derjenigen Seite des diffraktiven optischen Elements 30 liegt, von der die Messstrahlung 22 auf dieses Element eingestrahlt wird. Der Mittelpunkt 80 kann auch auf der anderen Seite des diffraktiven optischen Elements 30 angeordnet sein. Diese Konfiguration ermöglicht eine Messung einer Verkippung des Referenzelements 38 gegenüber eine Sollkippstellung. Dazu sind die Justagestukturen 68 weiterhin dazu konfiguriert, aus der eingestrahlten Messstrahlung 22 eine sphärische Justagewelle 82 zu erzeugen, welche in Autokollimation auf die Rückseite 39 eingestrahlt wird. Die an der Rückseite 39 reflektierte Justagewelle 82 bildet durch Überlagerung mit der Justagereferenzwelle 72, welche durch Beugung in Littrow-Geometrie erzeugt wird, auf dem Detektor 49 ein Justagereferenzmuster. Aus diesem kann eine Abweichung der Kippstellung des Referenzelements 38 relativ zum diffraktiven optischen Element 30 bestimmt werden.
Dies liegt daran, dass mittels der in Autokollimation auf die sphärische Rückseite 39 eingestrahlten Justagewelle 82 nur Verkippungen zwischen der sphärischen Wellenfront der Justagewelle 82 und der sphärischen Rückseite 39 des Referenzelements 38 vermessen werden können. Eine Verkippung des Referenzelements 38, welche sich durch eine Verschiebung der sphärischen Rückseite 39 entlang der sphärischen Wellenfront, mit anderen Worten durch eine „Verkugelung“, ergibt, lässt sich hingegen mittels der Autokollimationsmessung nicht detektieren. Um die entsprechende „Verkugelungsposition“ des Referenzelements 38 zu bestimmten weist die Rückseite 39 des Referenzelements 38 mindestens eine Oberflächenmarkierung 83 auf. Damit kann die Position des Referenzelements 38 in Bezug auf die Ausbreitungsrichtung der sphärischen Justagewelle 82 bestimmt werden und damit die laterale Positionierung des Referenzelements entsprechend justiert werden.
5 veranschaulicht den Einfluss, den ein gegenüber seiner Sollkippstellung (durchgezogene Linie) verkippter Prüfling, in diesem Fall der konvexe Prüfling 14-1, auf den Strahlengang der Prüfwelle 32 hat. Dieser führt dahingehend zu einer Scherung des Strahlengangs, dass die am Prüfling 14-1 reflekierte Prüfwelle 32r in der verkippten Stellung auf einem anderen Weg durch das Referenzelement 38-1 verläuft (gestrichelte Linie) als in der unverkippten Stellung, in der die reflekierte Prüfwelle 32r im Strahlengang der eingehenden Prüfwelle 32 zurückläuft. Legt man eine gewisse Brechzahlinhomogenität im Linsenmaterial des Referenzelements 38-1 zugrunde, so hat die Scherung des Strahlengangs zur Folge, dass im vom Detektor 49 aufgezeichneten Interferenzmuster Intensitätsvariationen auftreten.
Bei Fertigung des Referenzelements 38-1 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform aus einem Material mit geringer thermischer Ausdehnung, wie etwa aus ULE®-Glas oder Zerodur®-Glas, kann eine Brechzahlhomogenität von etwa 1×10^-7 erreicht werden, wodurch die Intensitätsvariationen im Interferenzmuster auf einem geringen Niveau gehalten werden können. Gemäß einer Ausführungsform werden die noch auftretenden Intensitätsvariationen bei der Auswertung des Interferenzmusters durch Aufbereitung der Interferogrammdaten mittels eines Bandfilters weitgehend eliminiert. Der dabei verwendete Bandfilter ist insbesondere auf das Blockieren des RMS-Bandes zwischen 1 mm und 10 mm ausgelegt, mit anderen Worten umfasst der Bandfilter die Funktion eines Hochpassfilters mit einer Grenzwellenlänge von 1 mm sowie eines Tiefpassfilters mit einer Grenzwellenlänge von 10 mm.
6 veranschaulicht eine Ausführungsform des diffraktiven optischen Elements 30-1, welche insbesondere bei Fertigung des Referenzelements 38-1 aus einem Material mit geringer thermischer Ausdehnung, wie etwa ULE®-Glas oder Zerodur®-Glas, Verwendung finden kann. In dieser Ausführungsform wird der Füllfaktor des Beugungsmusters 31 modifiziert, um den Absorptionsverlust der Messstrahlung 22 beim Durchtritt durch das Referenzelement 38-1 zu kompensieren. Unter dem Füllfaktor eines Beugungsmusters ist der Quotient aus der Stegbreite zur Periode der Beugungsstrukturen zu verstehen. Damit kann der Füllfaktor unabhängig von der Periode des Beugungsmusters variiert werden.
Im in 6 dargestellten Beispiel ist der Füllfaktor des Beugungsmusters 31 in einem zentralen Bereich 31z gegenüber Randbereichen 31r des Beugungsmusters verringert. Damit wird der aufgrund der im zentralen Bereich des Referenzelements 38 größeren Dicke des Referenzelements 38 i vergleichsweise größere Intensitätsverlust der Messstrahlung 22 durch eine vergleichsweise höhere Transmission durch das diffraktive optische Element 30-1 im zentralen Bereich 31z ausgeglichen.
3 veranschaulicht die Nutzung der Messvorrichtung 10 bei der Fertigung des Referenzelements 38 in einem ersten Fertigungsverfahren unter Verwendung eines sogenannten Normprüflings 14n. Unter dem Normprüfling 14n, der auch „Masterprüfling“ bezeichnet werden kann, ist ein optisches Element der Form des Prüflings 14 zu verstehen, dessen Oberfläche 12n mit sehr hoher Genauigkeit der Sollform 12s entspricht. Die Herstellung des Normprüflings 14n erfolgt insbesondere unter Verwendung von dem Fachmann bekannten, oft sehr aufwändigen, Messverfahren zur hochgenauen Vermessung der Oberflächenform. Diese Messverfahren können beispielsweise die Verwendung eines mehrfach kodierten diffraktiven optischen Elements umfassen, mit welchem nicht nur eine Prüflingswelle und eine Referenzwelle, sondern auch Kalibierwellen zur hochgenauen Charakterisierung von Fehlern im Beugungsmuster des diffraktiven optischen Elements erzeugt werden können. Die Vermessung kann dabei im Hochvakuum oder in einem Vakuumbereich mit niedrigerem Druck erfolgen. Ein derartiges, mehrfach kodiertes diffraktives optisches Element in Gestalt eines vierfach kodierten CGHs zu Erzeugung von zwei Kalibrierwellen ist z.B. in US 10,337,850 B2 beschrieben. Analog dazu kann auch ein fünffach kodiertes CGH, mit dem drei Kalibrierwellen erzeugt werden können, zum Einsatz kommen.
In dem ersten Fertigungsverfahren zur Herstellung des der Vermessung des Prüflings 14 in der Messvorrichtung 10 gemäß 1 dienenden Referenzelements 38 wird die Referenzoberfläche 40 des Referenzelements 38 zunächst mittels herkömmlicher Schleifmaschinen und Poliermaschinen bearbeitet. Damit kann die Referenzoberfläche 40 typischerweise mit einer Genauigkeit von etwa 10 µm an die vorstehend unter Bezugnahme auf 9 erläuterte Referenzsollform 42s angenähert werden. Die Referenzsollform 42s ergibt sich im Wesentlichen aus der Sollform 12s des Prüflings 14, welche ja mit einer hohen Genauigkeit der Form der Oberfläche 12n des Normprüflings 14n entspricht, und dem Abstand 43 zwischen der Sollform 12s und der Referenzoberfläche 40 . Nun wird die genäherte Form der Referenzoberfläche 40 in mehreren Iterationen mittels der Messvorrichtung 10 in Bezug auf den Normprüfling 14n vermessen und mittels einer Schleifmaschine nachbearbeitet bis die Abweichung gegenüber der Referenzsollform 42s in der Größenordung von wenigen Nanometern liegt. Schließlich wird die finale Form der Referenzoberfläche 40 abermals in Bezug auf den Normprüfling 14n mittels der Messvorrichtung 10 vermessen. Dabei wird die verbleibende Formabweichung gegenüber der Referenzsollform 42s in Form der vorstehend erwähnten Kalibrierabweichungen K_A ermittelt. Die Kalibrierabweichungen K_A werden daraufhin bei der Vermessung des Prüflings 14 mittels der Messvorrichtung 10 genutzt, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 erwähnt.
4 veranschaulicht eine weitere interferometrische Messvorrichtung 86, welche bei der Fertigung des Referenzelements 38 in einem zweiten Fertigungsverfahren zum Einsatz kommt. Bei diesem Fertigungsverfahren wird die Referenzoberfläche 40 des Referenzelements 38 mit einer sehr hohen Genauigkeit an die Referenzsollform 42s angepasst, mit anderen Worten wird das Referenzelement 38 als „Master-Referenzelement“ ausgeführt. Bei diesem Fertigungsverfahren wird mittels dem Fachmann bekannten Techniken ein diffraktives optisches Element 89 in Gestalt eines CGH mit einer sehr hohen Genauigkeit für die interferometrische Messvorrichtung 86 hergestellt. Der Typ der interferometrischen Messvorrichtung 86, welche neben einem Messarm einen diesem gegenüber verkippten Referenzarm umfasst, ist dem Fachmann z.B. aus US 10,337,850 B2 bekannt. In der in 4 dargestellten Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung 86 ein Beleuchtungs-/Detektionsmodul 18 sowie ein Umlenkelement 63, welche dem Beleuchtungs-/Detektionsmodul 18 sowie dem Umlenkelement 63 aus 1 entsprechen.
Das diffraktive optische Element 89 ist dazu konfiguriert, aus der eingestrahlten Messstrahlung 22 eine Prüfwelle 90 mit einer an die Inverse der Sollform 12s der Oberfläche 12 des Prüflings 12 angepassten Wellenfront zur Einstrahlung auf Referenzoberfläche 40 des im vorstehend erwähnten Messarm angeordneten Referenzelements 38 zu erzeugen. Weiterhin ist das diffraktive optische Element 89 dazu konfiguriert, eine ebene oder sphärische Referenzwelle 91 zur Einstrahlung auf einen im vorstehend erwähnten Referenzarm angeordneten Referenzspiegel 92 sowie mehrere sphärische oder ebene Kalibrierwellen 93 zum Einstrahlen auf an die jeweilige Wellenfront der Kalibrierwellen angepasste Kalibrierspiegel 94 zu erzeugen. Eine Auswerteeinrichtung 95 ermittelt aus einem oder mehreren durch Überlagerung der Prüfwelle 90 nach Reflexion am als Messobjekt dienenden Referenzelement 38 mit der Referenzwelle 91 nach Reflexion am Referenzspiegel 92 eine Abweichung der Referenzoberfläche 40 von der Referenzsollform 42s.
Für den Fall, in dem, wie in 4 dargestellt, drei Kalibrierspiegel 94 zum Einsatz kommen, kann das diffraktive optische Element 89 als fünffach kodiertes komplexes CGH konfiguriert sein. Anhand der Kalibierwellen 93 können Fehler im Beugungsmuster des diffraktiven optischen Elements 89 hochgenau vermessen werden, wie in US 10,337,850 B2 für den Fall eines vierfach kodierten CGHs beschrieben. Damit kann die Abweichung der Form der Referenzoberfläche 40 von der Referenzsollform 42s mit einer hohen Genauigkeit vermessen werden. Insbesondere erfolgt die Vermessung der Referenzoberfläche 40 im Hochvakuum oder einem Vakuumbereich mit niedrigerem Druck. Analog zum ersten Fertigungsverfahren gemäß 3 wird die genäherte Form der Referenzoberfläche 40 in mehreren Iterationen mittels der Messvorrichtung 89 vermessen und die Referenzoberfläche 40 mittels einer Poliermaschine nachbearbeitet bis die Abweichung gegenüber der Referenzsollform 42s in der Größenordnung von wenigen Nanometern liegt. Schließlich wird die finale Form der Referenzoberfläche 40 abermals mittels der Messvorrichtung 89 vermessen. Dabei wird die verbleibende Formabweichung gegenüber der Referenzsollform 42s, in Form der vorstehend erwähnten Kalibrierabweichungen K_B ermittelt. Die Kalibrierabweichungen K_B werden daraufhin bei der Vermessung des Prüflings 14 mittels der Messvorrichtung 10 genutzt, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 erwähnt.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 10 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile der bereits vorstehend erwähnten Projektionsbelichtungsanlage 101 für die Mikrolithographie beschrieben, in der ein unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Messvorrichtung 10 hergestelltes optisches Element zum Einsatz kommen kann. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 101 sowie deren Bestandteile sei hierbei nicht einschränkend verstanden. Bei der hier beschriebenen Projektionsbelichtungsanlage 101 handelt es sich um eine Ausführungsform für die EUV-Lithographie. Analog dazu kann ein unter Verwendung der Messvorrichtung 10 hergestelltes optisches Element auch in einer Projektionsbelichtungsanlage für die DUV-Lithographie zum Einsatz kommen. Weiterhin kann ein unter Verwendung der Messvorrichtung 10 hergestelltes optisches Element für beliebige optische Anwendungen mit Asphären oder Freiformflächen, z.B. Gleitsichtbrillengläser etc., zum Einsatz kommen.
Ein Beleuchtungssystem 102 der Projektionsbelichtungsanlage 101 umfasst neben einer Strahlungsquelle 103 eine Beleuchtungsoptik 104 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 105 in einer Objektebene 106. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 105 angeordnetes Retikel 107. Das Retikel 107 ist von einem Retikelhalter 108 gehalten. Der Retikelhalter 108 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 109 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
In 10 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die y-Richtung verläuft senkrecht in die Zeichenebene hinein. Die x-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der 10 längs der x-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 106.
Die Projektionsbelichtungsanlage 101 umfasst weiterhin das bereits vorstehend erwähnte Projektionsobjektiv 110. Das Projektionsobjektiv 110 dient zur Abbildung des Objektfeldes 105 in ein Bildfeld 111 in einer Bildebene 112. Die Bildebene 112 verläuft parallel zur Objektebene 106. Alternativ ist auch ein von 0° verschiedener Winkel zwischen der Objektebene 106 und der Bildebene 112 möglich.
Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 107 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 111 in der Bildebene 112 angeordneten Wafers 113. Der Wafer 113 wird von einem Waferhalter 114 gehalten. Der Waferhalter 114 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 115 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 107 über den Retikelverlagerungsantrieb 109 und andererseits des Wafers 113 über den Waferverlagerungsantrrieb 115 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 103 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 103 emittiert Belichtungsstrahlung 116, insbesondere in Form von EUV-Strahlung, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm, insbesondere eine Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm. Bei der Strahlungsquelle 103 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma)-Quelle oder um eine DPP (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma)-Quelle. Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 103 kann es sich auch um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
Die Belichtungsstrahlung 116, die von der Strahlungsquelle 103 ausgeht, wird von einem Kollektor 117 gebündelt. Bei dem Kollektor 117 kann es sich um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 117 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, Gl), also mit Einfallswinkeln größer als 45°, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Belichtungsstrahlung 116 beaufschlagt werden. Der Kollektor 117 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
Nach dem Kollektor 117 propagiert die Belichtungsstrahlung 116 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 118. Die Zwischenfokusebene 118 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 103 und den Kollektor 117, und der Beleuchtungsoptik 104 darstellen. Der Verlauf der Belichtungsstrahlung 116 durch die Beleuchtungsoptik 104 sowie das Projektionsobjektiv 110 wird nachfolgend als Nutzstrahlengang 124 bezeichnet.
Die Beleuchtungsoptik 104 umfasst einen Umlenkspiegel 119 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 120. Bei dem Umlenkspiegel 119 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Spiegel 119 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Belichtungsstrahlung 116 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Sofern der erste Facettenspiegel 120 in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 104 angeordnet ist, die zur Objektebene 106 als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der erste Facettenspiegel 120 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 121, welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 121 sind in 10 nur beispielhaft einige dargestellt.
Die ersten Facetten 121 können als makroskopische Facetten ausgeführt sein, insbesondere als rechteckige Facetten oder als Facetten mit bogenförmiger oder teilkreisförmiger Randkontur. Die ersten Facetten 121 können als plane Facetten oder alternativ als konvex oder konkav gekrümmte Facetten ausgeführt sein.
Wie beispielsweise aus DE 10 2008 009 600 A1 bekannt ist, können die ersten Facetten 121 selbst jeweils auch aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln, insbesondere einer Vielzahl von Mikrospiegeln, zusammengesetzt sein. Der erste Facettenspiegel 120 kann insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS-System) ausgebildet sein. Für Details wird auf DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Zwischen dem Kollektor 117 und dem Umlenkspiegel 119 verläuft die Belichtungsstrahlung 116 horizontal, also längs der y-Richtung.
Im Nutzstrahlengang der Beleuchtungsoptik 104 ist dem ersten Facettenspiegel 120 der bereits vorstehend erwähnte zweite Facettenspiegel 122 nachgeordnet. Sofern der zweite Facettenspiegel 122 in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 104 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 122 kann auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 104 angeordnet sein. In diesem Fall wird die Kombination aus dem ersten Facettenspiegel 120 und dem zweiten Facettenspiegel 122 auch als spekularer Reflektor bezeichnet. Spekulare Reflektoren sind aus US2006/ 0132747 A1 , EP 1 614 008 B1 und US 6,573,978 bekannt.
Der zweite Facettenspiegel 122 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 123. Die zweiten Facetten 123 werden im Falle eines Pupillenfacettenspiegels auch als Pupillenfacetten bezeichnet.
Bei den zweiten Facetten 123 kann es sich ebenfalls um makroskopische Facetten, die beispielsweise rund, rechteckig oder auch hexagonal berandet sein können, oder alternativ um aus Mikrospiegeln zusammengesetzte Facetten handeln. Diesbezüglich wird ebenfalls auf DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Die zweiten Facetten 123 können plane, oder alternativ konvex oder konkav gekrümmte, Reflexionsflächen aufweisen.
Die Beleuchtungsoptik 104 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Fliegenaugeintegrator (Fly's Eye Integrator) bezeichnet.
Es kann vorteilhaft sein, den zweiten Facettenspiegel 122 nicht exakt in einer Ebene, welche zu einer Pupillenebene des Projektionsobjektivs 119 optisch konjugiert ist, anzuordnen.
Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 122 werden die einzelnen ersten Facetten 121 in das Objektfeld 105 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 122 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Belichtungsstrahlung 116 im Nutzstrahlengang 124 vor dem Objektfeld 105.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Beleuchtungsoptik 104 kann im Nutzstrahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel 122 und dem Objektfeld 105 eine Übertragungsoptik angeordnet sein, die insbesondere zur Abbildung der ersten Facetten 121 in das Objektfeld 105 beiträgt. Die Übertragungsoptik kann genau einen Spiegel, alternativ aber auch zwei oder mehr Spiegel aufweisen, welche hintereinander im Nutzstrahlengang der Beleuchtungsoptik 104 angeordnet sind. Die Übertragungsoptik kann insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (NI-Spiegel, Normal Incidence Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (GI-Spiegel, Gracing Incidence Spiegel) umfassen.
Die Beleuchtungsoptik 104 umfasst bei der Ausführung, die in 10 gezeigt ist, nach dem Kollektor 117 genau drei Spiegel, nämlich den Umlenkspiegel 119, den Feldfacettenspiegel 120 und den Pupillenfacettenspiegel 122.
Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik 104 kann der Umlenkspiegel 119 auch entfallen, so dass die Beleuchtungsoptik 104 nach dem Kollektor 117 dann genau zwei Spiegel aufweisen kann, nämlich den ersten Facettenspiegel 120 und den zweiten Facettenspiegel 122.
Die Abbildung der ersten Facetten 121 mittels der zweiten Facetten 123 beziehungsweise mit den zweiten Facetten 123 und einer Übertragungsoptik in die Objektebene 106 ist regelmäßig nur eine näherungsweise Abbildung.
Das Projektionsobjektiv 110 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Nutzstrahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 101 durchnummeriert sind.
Bei dem in 10 dargestellten Beispiel umfasst das Projektionsobjektiv 110 sechs Spiegel M1 bis M6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung in Form des vorstehend erwähnten Lochs 84 für die Belichtungsstrahlung 116. Bei dem Projektionsobjektiv 110 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Das Projektionsobjektiv 110 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
Reflexionsflächen der Spiegel Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen zumindest mancher der Spiegel Mi als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, hoch reflektierende Beschichtungen für die Belichtungsstrahlung 116 aufweisen. Diese Beschichtungen können als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium, gestaltet sein.
Das Projektionsobjektiv 110 hat einen großen Objekt-Bildversatz in der y-Richtung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 105 und einer y-Koordinate des Zentrums des Bildfeldes 111. Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y-Richtung kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene 106 und der Bildebene 112.
Das Projektionsobjektiv 110 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein. Es weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe β_x, β_y in x- und y-Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe β_x, β_y des Projektionsobjektivs 110 liegen bevorzugt bei (β_x, β_y) = (+/- 0,25, /+- 0,125). Ein positiver Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr. Ein negatives Vorzeichen für den Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung mit Bildumkehr.
Das Projektionsobjektiv 110 führt somit in x-Richtung, das heißt in Richtung senkrecht zur Scanrichtung, zu einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1. Das Projektionsobjektiv 110 führt in y-Richtung, das heißt in Scanrichtung, zu einer Verkleinerung von 8:1. Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichengleiche und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe in x- und y-Richtung, zum Beispiel mit Absolutwerten von 0,125 oder von 0,25, sind möglich.
Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung im Nutzstrahlengang zwischen dem Objektfeld 105 und dem Bildfeld 111 kann gleich sein oder kann, je nach Ausführung des Projektionsobjektivs 110, unterschiedlich sein. Beispiele für Projektionsobjektive mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwischenbilder in x- und y-Richtung sind bekannt aus US 2018/0074303 A1 bekannt.
Jeweils eine der Pupillenfacetten 123 ist genau einer der Feldfacetten 121 zur Ausbildung jeweils eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 105 zugeordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem Köhlerschen Prinzip ergeben. Das Fernfeld wird mit Hilfe der Feldfacetten 121 in eine Vielzahl an Objektfeldern 105 zerlegt. Die Feldfacetten 121 erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus auf den diesen jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 123.
Die Feldfacetten 121 werden jeweils von einer zugeordneten Pupillenfacette 123 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 105 auf das Retikel 107 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 105 ist insbesondere möglichst homogen. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2 % auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Durch eine Anordnung der Pupillenfacetten kann geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille des Projektionsobjektivs 110 definiert werden. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der Pupillenfacetten, die Licht führen, kann die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille des Projektionsobjektivs 110 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet.
Eine ebenfalls bevorzugte Pupillenuniformität im Bereich definiert ausgeleuchteter Abschnitte einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik 104 kann durch eine Umverteilung der Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Im Folgenden werden weitere Aspekte und Details der Ausleuchtung des Objektfeldes 105 sowie insbesondere der Eintrittspupille des Projektionsobjektivs 110 beschrieben.
Das Projektionsobjektiv 110 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann auch unzugänglich sein.
Die Eintrittspupille des Projektionsobjektivs 110 lässt sich regelmäßig mit dem Pupillenfacettenspiegel 122 nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung des Projektionsobjektivs 110, welche das Zentrum des Pupillenfacettenspiegels 122 telezentrisch auf den Wafer 113 abbildet, schneiden sich die Aperturstrahlen oftmals nicht in einem einzigen Punkt. Es lässt sich jedoch eine Fläche finden, in welcher der paarweise bestimmte Abstand der Aperturstrahlen minimal wird. Diese Fläche stellt die Eintrittspupille oder eine zu ihr konjugierte Fläche im Ortsraum dar. Insbesondere zeigt diese Fläche eine endliche Krümmung.
Es kann sein, dass das Projektionsobjektiv 110 unterschiedliche Lagen der Eintrittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang aufweist. In diesem Fall sollte ein abbildendes Element, insbesondere ein optisches Bauelement der Übertragungsoptik, zwischen dem zweiten Facettenspiegel 122 und dem Retikel 107 bereitgestellt werden. Mit Hilfe dieses optischen Elements kann die unterschiedliche Lage der tangentialen Eintrittspupille und der sagittalen Eintrittspupille berücksichtigt werden.
Bei der in 10 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik 104 ist der Pupillenfacettenspiegel 122 in einer zur Eintrittspupille des Projektionsobjektivs 110 konjugierten Fläche angeordnet. Der Feldfacettenspiegel 120 ist verkippt zur Objektebene 105 angeordnet. Der erste Facettenspiegel 120 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel 119 definiert ist.
Der erste Facettenspiegel 120 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel 122 definiert ist.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.
Bezugszeichenliste

10: Messvorrichtung
12: Oberfläche
12-1: Oberfläche des weiteren Prüflings
12s: Sollform der Oberfläche
12n: Oberfläche des Normprüflings
14: Prüfling
14-1: weiterer Prüfling
14n: Normprüfling
15: Rückseite des Prüflings
16: rotationssymmetrische Asphäre
17: Sphäre
18: Beleuchtungs-/Detektionsmodul
20: Strahlungsquelle
22: Messstrahlung
24: Wellenleiter
26: Strahlungserzeugungsmodul
28: Strahlteiler
30: diffraktives optisches Element
30-1: weiteres diffraktives optisches Element
31: Beugungsmuster
31 r: Randbereich des Beugungsmusters
31z: zentraler Bereich des Beugungsmusters
32: Prüfwelle
32i: Einzelstrahl der Prüfwelle
32n: Nutz-Prüfwelle
32r: reflektierte Prüfwelle
34: Referenzwelle
38: Referenzelement
38-1: weiteres Referenzelement
39: Rückseite des Referenzelements
40: Referenzoberfläche
42: Referenzform
42s: Referenzsollform
42v: Vergleichsform
43: Abstand zwischen Referenzoberfläche und Sollform
44: Interferometerkavität
46: Beobachtungseinheit
47: Blende
48: Okular
49: Detektor
50: Kalibrierabweichungen
54: Auswerteeinrichtung
60: Hauptbaugruppe
62: Grundrahmen
63: Umlenkelement
64: erstes Wechselmodul
64-1: weiteres erstes Wechselmodul
66: zweites Wechselmodul
66-1: weiteres zweites Wechselmodul
67: Justageaktuator
68: erste diffraktive Justagestrukturen
70: Abstandsmesswelle
72: Justagereferenzwelle
74: Laserabstandsmesssystem 74
75: Laserstrahl
76: Justagestruktur
77a: Antastort
77b: Antastort
78: Abstandsmesswelle
79: sphärische Form
80: Mittelpunkt
82: sphärische Justagewelle
83: Oberflächenmarkierung
84: Schleifmaschine
86: weitere interferometrische Messvorrichtung
89: diffraktives optisches Element
90: Prüfwelle
91: Referenzwelle
92: Referenzspiegel
93: Kalibrierwelle
94: Kalibrierspiegel
95: Auswerteeinrichtung
96: Schieberichtung
97: Kippbewegung
101: Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie
102: Beleuchtungssystem
103: Strahlungsquelle
104: Beleuchtungsoptik
105: Objektfeld
106: Objektebene
107: Retikel
108: Retikelhalter
109: Retikelverlagerungsantrieb
110: Projektionsobjektiv
111: Bildfeld
112: Bildebene
113: Wafer
114: Waferhalter
115: Waferverlagerungsantrieb
116: Belichtungsstrahlung
117: Kollektor
118: Zwischenfokusebene
119: Umlenkspiegel
120: erster Facettenspiegel
121: Facetten
122: zweiter Facettenspiegel
123: Facetten
124: Nutzstrahlengang
M1-M6: Spiegel
FF: Freiformfläche
Δ1: Mindestabweichung von rotationssymmetrischer Asphäre
Δ2: Mindestabweichung von Sphäre

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015209490 A1 [0003]
US 10337850 B2 [0039, 0043, 0082, 0084, 0086]
US 5361312 [0068]
US 7605926 B1 [0073]
DE 102008009600 A1 [0097, 0101]
US 2006/0132747 A1 [0099]
EP 1614008 B1 [0099]
US 6573978 [0099]
US 2018/0074303 A1 [0116]

Claims

Messvorrichtung (10) zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche (12) eines Prüflings (14) in Bezug auf eine Referenzform mit: - einem diffraktiven optischen Element (30) zum Erzeugen einer Prüfwelle (32) aus einer Messstrahlung (22), wobei eine Wellenfront der Prüfwelle an eine als erste nicht-sphärische Fläche konfigurierte Sollform (12s) der Oberfläche des Prüflings angepasst ist, sowie - einem Referenzelement (38) mit einer die Referenzform aufweisenden Referenzoberfläche (40), wobei die Referenzform als eine weitere nicht-sphärische Fläche konfiguriert ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, bei der sowohl die erste nicht-sphärische Fläche als auch die weitere nicht-sphärische Fläche jeweils als Freiformfläche konfiguriert ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Prüfwelle (32) auf das Referenzelement (38) gerichtet ist und die Referenzoberfläche (40) dazu konfiguriert ist, in Reflexion eine Referenzwelle (34) von der eingestrahlten Prüfwelle abzuspalten.
Messvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Referenzoberfläche (40) an einer Seite des Referenzelements (38) angeordnet ist, welche der auf das Referenzelement eingestrahlten Prüfwelle (32) abgewandt ist.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Wellenfront der Prüfwelle (32) an die Referenzoberfläche (40) angepasst ist.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche eine Halterung (66) aufweist, welche dazu konfiguriert ist, den Prüfling (14) im Strahlengang der Prüfwelle (32) dem Referenzelement (38) nachgeordnet zu positionieren.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei welcher das Referenzelement als ein für die Messstrahlung (22) durchlässiges Element konfiguriert ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 7, bei der das diffraktive optische Element (30) ein Beugungsmuster (31) umfasst, dessen Füllfaktor eine Variation über einen Querschnitt der abgestrahlten Prüfwelle (32) aufweist, welche an eine Variation der Dicke des Referenzelements (38) über einen Querschnitt der eingestrahlten Prüfwelle (32) angepasst ist.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei welcher ein Abstand zwischen der Referenzoberfläche (40) und der Sollform (12s) der Oberfläche (12) des Prüflings (14) im Zustand, in dem der Prüfling (14) zur Vermessung in der Messvorrichtung (10) angeordnet ist, um maximal 100 µm variiert.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das Referenzelement (38) ein Material geringer thermischer Ausdehnung mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Temperaturbereich von 5°C bis 35°C von betragsmäßig höchstens 200×10^-6 K^-1 aufweist.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem das diffraktive optische Element (30) diffraktive Justagestrukturen (76) aufweist, welche dazu konfiguriert sind, aus der Messstrahlung (22) eine auf die Oberfläche (12) des Prüflings fokussierte Abstandsmesswelle (70) und/oder eine auf eine der Referenzoberfläche (40) entgegengesetzte Rückseite (39) des Referenzelements fokussierte Abstandsmesswelle (78) sowie in Littrow-Reflexion eine Justagereferenzwelle (72) zu erzeugen.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche dazu konfiguriert ist, die Wellenlänge der Messstrahlung (22) zu variieren und aus für mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen aufgezeichneten Interferenzmustern einen Arbeitsabstand zwischen dem Prüfling (14) und dem Referenzelement (38) zu bestimmen.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der eine der Referenzoberfläche (40) des Referenzelements (38) entgegengesetzte Rückseite (39) des Referenzelements (38) eine sphärische Form aufweist.
Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche eine Strahlungsquelle (20) zum Erzeugen der Messstrahlung (22) umfasst, wobei die auf das diffraktive optische Element (30) eingestrahlte Messstrahlung eine Bandbreite von größer als 10 pm aufweist.
Verfahren zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche (12) eines Prüflings (14) in Bezug auf eine Refererenzform mit den Schritten: - Einstrahlen zumindest eines Teils einer mittels eines diffraktiven optischen Elements (30) erzeugten Prüfwelle (32) auf die Oberfläche des Prüflings, wobei die Wellenfront der Prüfwelle an eine, als eine erste nicht-sphärische Fläche konfigurierte, Sollform (12s) der Oberfläche des Prüflings angepasst ist, - Bereitstellen eines Referenzelements (38) mit einer die Referenzform aufweisenden Referenzoberfläche (40), wobei die Referenzform als eine weitere nicht-sphärische Fläche konfiguriert ist, sowie - Erzeugen eines Interferenzmusters durch Überlagern der Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Prüflings mit einer Referenzwelle (34), deren Strahlung einer Wechselwirkung mit der Referenzoberfläche ausgesetzt war.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Referenzwelle (34) durch teilweise Reflexion der Prüfwelle (32) an der Referenzoberfläche (40) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem ein das Referenzelement (38) durchlaufender Teil der Prüfwelle (32) auf die Oberfläche (12) des Prüflings (14) eingestrahlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem der Prüfling (14) während des Einstrahlens der Prüfwelle (32) von einer Atmosphäre mit einem Druck von mindestens 10^-3 mbar umgeben ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem das bereitgestellte Referenzelement (38) in einem Fertigungsverfahren hergestellt wird, bei dem eine genäherte Form der Referenzoberfläche (40) in Bezug auf eine Form einer Oberfläche (12n) eines Normprüflings (14n) mittels der Prüfwelle (32) interferometrisch vermessen wird.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Vermessung der genäherten Form der Referenzoberfläche in Bezug auf die Form der Oberfläche (12) des Normprüflings (14n) durch Einstrahlen der mittels des diffraktiven optischen Elements (30) erzeugten Prüfwelle (32) auf die Oberfläche (12n) des Normprüflings und Überlagerung der Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Normprüflings mit der Referenzwelle (34) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei dem eine vermessene Abweichung der Referenzform (42) der Referenzoberfläche (40) von einer durch die Form der Oberfläche (12n) des Normprüflings (14n) festgelegten Referenzsollform (42s) als Kalibrierabweichung (50) bei einer Auswertung des mittels der auf den zu vermessenden Prüfling (12) eingestrahlten Prüfwelle (32) erzeugten Interferenzmusters berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, bei dem das bereitgestellte Referenzelement (38) in einem Fertigungsverfahren hergestellt wird, bei dem: - eine Abweichung einer genäherten Form der Referenzoberfläche (40) von einer durch die Sollform (12s) der Oberfläche des Prüflings festgelegten Referenzsollform (42s) durch Einstrahlen einer mittels eines weiteren diffraktiven optischen Elements (89) erzeugten weiteren Prüfwelle (90), deren Wellenfront an die Inverse der Sollform (12s) der Oberfläche angepasst ist, auf die Referenzoberfläche (40) bestimmt wird, sowie - die Referenzform (42) durch Anpassen der Referenzoberfläche (40) an die Referenzsollform (42s) mittels mechanischer Nachbearbeitung auf Grundlage der bestimmten Abweichung hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem eine Kalibrierabweichung (50) der Referenzform (42) der Referenzoberfläche (40) von der Referenzsollform (42s) mittels des weiteren diffraktiven optischen Elements (89) interferometrisch vermessen wird und die Kalibrierabweichung (50) bei der Auswertung des Interferenzmusters berücksichtigt wird.