DE102021214364A1 - Measuring device and measuring method for interferometric measurement of a surface shape - Google Patents

Measuring device and measuring method for interferometric measurement of a surface shape Download PDF

Info

Publication number
DE102021214364A1
DE102021214364A1 DE102021214364.4A DE102021214364A DE102021214364A1 DE 102021214364 A1 DE102021214364 A1 DE 102021214364A1 DE 102021214364 A DE102021214364 A DE 102021214364A DE 102021214364 A1 DE102021214364 A1 DE 102021214364A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
measurement
pair
offset
sets
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021214364.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Weichang Xie
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Publication of DE102021214364A1 publication Critical patent/DE102021214364A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02055Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/02075Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration of particular errors
    • G01B9/02078Caused by ambiguity
    • G01B9/02079Quadrature detection, i.e. detecting relatively phase-shifted signals
    • G01B9/02081Quadrature detection, i.e. detecting relatively phase-shifted signals simultaneous quadrature detection, e.g. by spatial phase shifting
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02083Interferometers characterised by particular signal processing and presentation
    • G01B9/02085Combining two or more images of different regions

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zur interferometrischen Vermessung einer Form einer Testoberfläche umfasst die Schritte: Aufspalten einer Messstrahlung in eine auf die Testoberfläche gerichtete Messwelle sowie eine Referenzwelle; Erzeugen unterschiedlicher Phasendifferenzen zwischen der Messwelle und der Referenzwelle am Ort eines Detektors; Aufzeichnen eines ersten Satzes an Interferenzmustern sowie mindestens eines zweiten Satzes an Interferenzmustern, welche jeweils durch Überlagerung der Referenzwelle mit der Messwelle nach deren Reflexion an der Testoberfläche erzeugt werden, wobei jeder Satz mehrere mit jeweils unterschiedlichen Phasendifferenzen erzeugte Interferenzmuster aufweist und wobei der zweite Satz gegenüber dem ersten Satz um einen jeweiligen statischen Offset phasenverschoben ist. Weiterhin wird ein dritter Satz sowie mindestens ein vierter Satz aufgezeichnet, wobei der vierte Satz gegenüber dem dritten Satz um den jeweiligen statischen Offset phasenverschoben ist, und wobei durch den ersten Satz und den zweiten Satz ein erstes Satzpaar gebildet wird und durch den dritten Satz und den vierten Satz ein zweites Satzpaar gebildet wird, wobei das erste Satzpaar und das zweite Satzpaar um einen vorgebbaren ersten dynamischen Offset zueinander phasenverschoben sind, und wobei die Form der Testoberfläche durch Verrechnen der zumindest vier Sätze bestimmt wird.

Figure DE102021214364A1_0000
A method for interferometric measurement of a shape of a test surface comprises the steps: splitting a measurement radiation into a measurement wave directed onto the test surface and a reference wave; generating different phase differences between the measurement wave and the reference wave at the location of a detector; Recording a first set of interference patterns and at least a second set of interference patterns, each of which is generated by superimposing the reference wave with the measurement wave after it has been reflected on the test surface, each set having a plurality of interference patterns generated with different phase differences and the second set compared to the first set is phase-shifted by a respective static offset. Furthermore, a third set and at least a fourth set are recorded, with the fourth set being phase-shifted relative to the third set by the respective static offset, and with the first set and the second set forming a first set pair and the third set and the fourth set, a second set pair is formed, the first set pair and the second set pair being phase-shifted relative to one another by a predeterminable first dynamic offset, and the shape of the test surface being determined by calculating the at least four sets.
Figure DE102021214364A1_0000

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKFIELD OF APPLICATION AND PRIOR ART

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Messverfahren zur interferometrischen Vermessung der Form einer Testoberfläche.The invention relates to a measuring device and a measuring method for interferometric measurement of the shape of a test surface.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine interferometrische Messvorrichtung mit einer Phasenschiebeeinrichtung zum Erzeugen unterschiedlicher Phasendifferenzen zwischen einer Messwelle und einer Referenzwelle und ein entsprechendes interferometrisches Messverfahren.In particular, the invention relates to an interferometric measuring device with a phase shifting device for generating different phase differences between a measuring wave and a reference wave and a corresponding interferometric measuring method.

Bekannte Beispiele solcher Messvorrichtungen sind Weißlichtinterferometer (WLI) oder phasenschiebende Interferometer (PSI). Diese Interferometer werden unter anderem für eine Passe- oder Rauheitsmessung von optischen Oberflächen verwendet. Dazu wird im Allgemeinen eine von der zu untersuchenden Oberfläche reflektierte Messwelle mit einer Referenzwelle überlagert und das dabei erzeugte Interferenzmuster erfasst. Nach der Erfassung eines ersten Interferenzmusters erfolgt eine Verschiebung der Phase der Referenzwelle gegenüber der Messwelle. Das danach erzeugte zweite Interferenzmuster wird ebenfalls aufgezeichnet u.s.w. Mit einer komplexen mathematischen Modellierung und iterativen Berechnung kann aus den aufgezeichneten Interferenzmustern die Oberflächentopografie der Testoberfläche rekonstruiert werden. Dabei lassen sich aufgrund des Phasenschiebens auch Oberflächenstrukturen ermitteln, die wesentlich kleiner als die Wellenlänge λ der Messwelle, also kleiner als die Messwellenlänge λ, sind.Known examples of such measuring devices are white light interferometers (WLI) or phase-shifting interferometers (PSI). These interferometers are used, among other things, for a pass or roughness measurement of optical surfaces. For this purpose, a measuring wave reflected by the surface to be examined is generally superimposed with a reference wave and the interference pattern generated in the process is recorded. After a first interference pattern has been detected, the phase of the reference wave is shifted in relation to the measuring wave. The second interference pattern generated afterwards is also recorded, and so on. With a complex mathematical modeling and iterative calculation, the surface topography of the test surface can be reconstructed from the recorded interference patterns. Due to the phase shift, surface structures can also be determined that are significantly smaller than the wavelength λ of the measuring wave, ie smaller than the measuring wavelength λ.

Ein Problem bei der phasenschiebenden Interferometrie sind durch das Phasenschieben verursachte Vibrationen und andere Störungen. Diese führen in der Regel zu Störstreifen in den ausgewerteten Ergebnissen der Oberflächentopografien. Die Störstreifen treten dominant doppelfrequent zu den aufgrund des Höhenunterschieds entstehenden Interferenzstreifen auf Dabei entspricht ein Höhenunterschied von λ/2 einem Interferenzstreifen im Kamerabild. Je größer die Steigung der zu untersuchenden Fläche, desto mehr Interferenzstreifen pro Flächeneinheit treten auf. Die Störstreifen werden bei Rauheitsmessungen oft über Anpassung (Fit) von Polynomen wie z.B. Zernike-, Legendre oder Chebyshew-Polynome teilweise eliminiert. Dies führt allerdings in der Regel auch zu einem teilweisen Verlust von gemessenen Oberflächeninformationen, so dass eine Reduzierung der Störstreifen mithilfe einer Anpassung eigene Messfehler induziert.A problem with phase-shifting interferometry is vibration and other disturbances caused by the phase-shifting. As a rule, these lead to interference strips in the evaluated results of the surface topographies. The interfering fringes appear with a dominant double frequency to the interference fringes occurring due to the height difference. A height difference of λ/2 corresponds to an interference fringes in the camera image. The greater the gradient of the area to be examined, the more interference fringes appear per unit area. The interference strips are often partially eliminated in roughness measurements by fitting polynomials such as Zernike, Legendre or Chebyshew polynomials. However, this usually also leads to a partial loss of measured surface information, so that reducing the interference strips with the help of an adjustment induces its own measurement errors.

Im Hinblick auf diese Probleme schlägt die DE 10 2019 208 028 A1 Verbesserungen an Messvorrichtungen und Messverfahren vor. Die Messvorrichtung umfasst ein Strahlaufspaltelement zum Aufspalten einer Messstrahlung in eine auf die Testoberfläche gerichtete Messwelle sowie eine Referenzwelle, einen Detektor zum Aufzeichnen eines durch Überlagerung der Referenzwelle mit der Messwelle nach deren Reflexion an der Testoberfläche erzeugten Interferenzmusters, eine Phasenschiebeeinrichtung zum Erzeugen unterschiedlicher Phasendifferenzen zwischen der Messwelle und der Referenzwelle am Ort des Detektors, sowie eine Auswerteeinrichtung zum Bestimmen der Form der Testoberfläche durch Verrechnen eines ersten Satzes an Interferenzmustern mit mindestens einem zweiten Satz an Interferenzmustern, wobei jeder Satz mindestens acht mit jeweils unterschiedlichen Phasendifferenzen erzeugte Interferenzmuster aufweist und die Phasendifferenzen des zweiten Satzes gegenüber den Phasendifferenzen des ersten Satzes einen jeweiligen Offset aufweisen.In view of these problems, the DE 10 2019 208 028 A1 Improvements in measuring devices and measuring methods. The measuring device comprises a beam splitting element for splitting a measuring radiation into a measuring wave directed onto the test surface and a reference wave, a detector for recording an interference pattern generated by superimposing the reference wave with the measuring wave after it has been reflected on the test surface, a phase shifting device for generating different phase differences between the measuring wave and the reference wave at the location of the detector, and an evaluation device for determining the shape of the test surface by calculating a first set of interference patterns with at least a second set of interference patterns, each set having at least eight interference patterns generated with different phase differences and the phase differences of the second set have a respective offset with respect to the phase differences of the first set.

Dadurch sind Verbesserungen beim Störstreifenproblem erzielbar. Nach den Beobachtungen der Erfinder ist jedoch eine vollständige Unterdrückung von Störstreifen ohne Verlust der Nutzinformation über die Oberflächenform nicht immer möglich.As a result, improvements in the clutter problem can be achieved. However, according to the observations of the inventors, it is not always possible to completely suppress noise stripes without losing useful information about the surface shape.

AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung und ein Messverfahren zur interferometrischen Vermessung der Form einer Testoberfläche bereitzustellen, die eine gegenüber dem Stand der Technik nochmals verbesserte Messgenauigkeit aufweisen.Against this background, the object of the invention is to provide a measuring device and a measuring method for interferometric measurement of the shape of a test surface, which have a measurement accuracy that is improved once again compared to the prior art.

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine Messvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Messverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 2 bereit. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.In order to solve this problem, the invention provides a measuring device with the features of claim 1 and a measuring method with the features of claim 2 . Preferred developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated into the description by reference.

Gemäß einer Formulierung der Erfindung ist eine Messvorrichtung zur interferometrischen Vermessung einer Form einer Testoberfläche vorgesehen, welche ein Strahlaufspaltelement zum Aufspalten einer Messstrahlung in eine auf die Testoberfläche gerichtete Messwelle sowie eine Referenzwelle, einen Detektor zum Aufzeichnen eines durch Überlagerung der Referenzwelle mit der Messwelle nach deren Reflexion an der Testoberfläche erzeugten Interferenzmusters, und eine Phasenschiebeeinrichtung zum Erzeugen unterschiedlicher Phasendifferenzen zwischen der Messwelle und der Referenzwelle am Ort des Detektors umfasst. Weiterhin umfasst die Messvorrichtung eine Auswerteeinrichtung zum Bestimmen der Form der Testoberfläche mittels Verrechnen eines ersten Satzes an Interferenzmustern mit mindestens einem zweiten Satz an Interferenzmustern, wobei jeder Satz eine Vielzahl von mit jeweils unterschiedlichen Phasendifferenzen erzeugten Interferenzmustern aufweist und die Phasendifferenzen des zweiten Satzes gegenüber den Phasendifferenzen des ersten Satzes einen jeweiligen statischen Offset aufweisen. Dabei sind unter den Phasendifferenzen jeweils die Phasendifferenzen zwischen der Messwelle und der Referenzwelle am Ort des Detektors zu verstehen. Die unterschiedlichen Phasendifferenzen des jeweiligen Satzes werden mittels der Phasenschiebeeinrichtung durch sogenanntes „Phasenschieben“ erzeugt.According to one formulation of the invention, a measuring device for interferometric measurement of a shape of a test surface is provided, which has a beam splitting element for splitting a measuring radiation into a measuring wave directed at the test surface and a reference wave, a detector for recording a signal by superimposing the reference wave with the measuring wave after its reflection interference pattern generated at the test surface, and phase shifting means for generating different phase differences between the measurement wave and the reference wave at the location of the detector. Furthermore, the measuring device comprises an evaluation device for determining the shape of the test surface by calculating a first set of interference patterns with at least a second set of interference patterns, each set having a large number of interference patterns generated with different phase differences and the phase differences of the second set compared to the phase differences of the first set have a respective static offset. The phase differences are to be understood in each case as the phase differences between the measuring wave and the reference wave at the location of the detector. The different phase differences of the respective set are generated by so-called "phase shifting" by means of the phase shifting device.

Ein Satz ist ein Ausschnitt aus einer größeren Gesamtheit von aufgenommenen Interferenzbildern. Die Gesamtheit wird in dieser Anmeldung auch als Interferenzbildstapel bzw. als „Gesamtstapel“ bezeichnet. Ein Satz entspricht einer Teilmenge des Gesamtstapels und wird hier auch als „Substapel“ bezeichnet. Sätze oder Substapel werden zur Rekonstruktion der Testoberfläche durch die Auswerteeinrichtung verrechnet. Ein Satz kann z.B. acht oder mehr mit unterschiedlichen Phasendifferenzen erzeugte Interferenzmuster aufweisen, ggf. auch mindestens sechzehn oder auch mindestens vierzundzwanzig mit unterschiedlichen Phasendifferenzen erzeugte Interferenzmuster. Die Anzahl der Interferenzmuster jedes Satzes muss kein ganzzahliges Vielfaches von vier oder acht sein.A set is a section from a larger total of recorded interference images. In this application, the entirety is also referred to as an interference image stack or as an “overall stack”. A set corresponds to a subset of the total stack and is also referred to here as a "substack". Sets or sub-stacks are calculated by the evaluation device for the reconstruction of the test surface. A set can, for example, have eight or more interference patterns generated with different phase differences, possibly also at least sixteen or also at least twenty-four interference patterns generated with different phase differences. The number of fringe patterns in each set need not be an integer multiple of four or eight.

Die Messstrahlung kann z.B. mittels einer Bestrahlungseinrichtung in einer für eine interferometrische Messung ausreichenden Kohärenzlänge bzw. spektralen Breite bereitgestellt werden und weist eine, mehrere oder ein Kontinuum von Wellenlängen auf. Hierfür kann zum Beispiel ein Laser oder eine Leuchtdiode als Lichtquelle eingesetzt werden. Nach einer Ausführungsform weist die Messstrahlung ein Spektrum von Wellenlängen mit einer Gaußkurve als Intensitätshüllkurve, ein so genanntes Gaußsches Spektrum, auf. Eine solche Messstrahlung wird insbesondere bei einer Weißlichtinterferometrie eingesetzt.The measuring radiation can, for example, be provided by means of an irradiation device in a coherence length or spectral width sufficient for an interferometric measurement and has one, several or a continuum of wavelengths. For example, a laser or a light-emitting diode can be used as a light source for this purpose. According to one embodiment, the measurement radiation has a spectrum of wavelengths with a Gaussian curve as the intensity envelope, a so-called Gaussian spectrum. Such a measurement radiation is used in particular in white-light interferometry.

Die Phasenschiebeeinrichtung kann beispielsweise eine räumliche Verschiebung des Strahlaufspaltelements oder eines anderen optischen Elements der Messvorrichtung derart durchführen, dass sich die Weglänge der Messwelle zum Detektor gegenüber der Weglänge der Referenzwelle zum Detektor ändert. Hierdurch findet eine Phasenverschiebung zwischen der Messwelle und der Referenzwelle statt. Vorzugsweise ist die Phasenschiebeeinrichtung für eine Verschiebung der Phase in acht Schritten oder einer größeren Anzahl von Schritten, etwa sechzehn oder vierundsechzig Schritten, für jeden Satz von Interferenzmustern konfiguriert. The phase shifting device can, for example, spatially shift the beam splitting element or another optical element of the measuring device in such a way that the path length of the measuring wave to the detector changes compared to the path length of the reference wave to the detector. This results in a phase shift between the measuring wave and the reference wave. Preferably, the phase shifter is configured to shift the phase in eight steps or a greater number of steps, such as sixteen or sixty-four steps, for each set of interference patterns.

Der statische Offset kann auch als statischer Versatz bezeichnet werden. Unter dem statischen Offset ist der Versatz zwischen zwei Substapeln aus dem gleichen Gesamtstapel einer Messung zu verstehen.The static offset can also be referred to as static displacement. The static offset is the offset between two sub-stacks from the same overall stack of a measurement.

Gemäß der beanspruchten Erfindung besteht die gesamte Messung aus mehreren Teilmessungen. Aus jeder Teilmessung ergibt sich ein Interferenzbildstapel mit gleicher Anfangsphase. Aus dem Interferenzbildstapel jeder Teilmessung werden zwei Substapel ausgeschnitten, die einen statischen Offset aufweisen. Dies kann so beschrieben werden, dass zusätzlich zu einem ersten Satz und einem zweiten Satz ein dritter Satz an Interferenzmustern sowie mindestens ein vierter Satz an Interferenzmustern aufgezeichnet bzw. ermittelt, wobei die Phasendifferenzen des vierten Satzes gegenüber den Phasendifferenzen des dritten Satzes den jeweiligen statischen Offset aufweisen. Durch den ersten Satz und den zweiten Satz aus einer ersten Teilmessung wird ein erstes Satzpaar gebildet und durch den dritten Satz und den vierten Satz aus einer zweiten Teilmessung wird ein zweites Satzpaar gebildet, wobei das erste Satzpaar und das zweite Satzpaar einen vorgebbaren dynamischen Offset, also eine gewisse Phasendifferenz, zueinander aufweisen. In anderen Worten: das zweite Satzpaar ist gegenüber dem ersten Satzpaar um einen vorgebbaren dynamischen Offset phasenverschoben.According to the claimed invention, the entire measurement consists of several partial measurements. An interference image stack with the same initial phase results from each partial measurement. Two sub-stacks, which have a static offset, are cut out of the interference image stack of each partial measurement. This can be described in such a way that, in addition to a first set and a second set, a third set of interference patterns and at least a fourth set of interference patterns are recorded or determined, with the phase differences of the fourth set compared to the phase differences of the third set having the respective static offset . A first pair of sets is formed by the first set and the second set from a first partial measurement, and a second pair of sets is formed by the third set and the fourth set from a second partial measurement, with the first pair of sets and the second pair of sets having a specifiable dynamic offset, i.e have a certain phase difference to each other. In other words: the second pair of sentences is phase-shifted by a predefinable dynamic offset compared to the first pair of sentences.

Ein Satzpaar beinhaltet mehrere Sätze, insbesondere genau zwei unterschiedliche Sätze. Ein Satzpaar kann auch mehr als zwei Sätze umfassen.A sentence pair contains several sentences, in particular exactly two different sentences. A sentence pair can also contain more than two sentences.

Bei der Messvorrichtung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, die Form der Testoberfläche durch Verrechnen des ersten Satzes an Interferenzmustern mit jedem weiteren der aufgezeichneten Sätze, d.h. dem zweiten Satz, dem dritten Satz, dem vierten Satz, und ggf. weiteren Sätzen an Interferenzmustern zu bestimmen.In the case of the measuring device, the evaluation device is designed to determine the shape of the test surface by calculating the first set of interference patterns with each additional one of the recorded sets, ie to determine the second set, the third set, the fourth set, and optionally further sets of interference patterns.

Beim Messverfahren wird dementsprechend die Form der Testoberfläche durch Verrechnen des ersten Satzes an Interferenzmustern mit jedem weiteren der aufgezeichneten Sätze an Interferenzmustern bestimmt.In the measurement method, the shape of the test surface is accordingly determined by offsetting the first set of interference patterns with each additional set of interference patterns recorded.

Wie erwähnt kann eine Messung so beschrieben werden, dass sie mehrere Teilmessungen umfasst. Dabei basiert z.B. eine erste Teilmessung auf dem ersten Satz und dem zweiten Satz. Zur Durchführung einer Messung werden mehrere Teilmessungen durchgeführt. Unterschiedliche Teilmessungen basieren auf unterschiedlichen Satzpaaren. Eine zweite Teilmessung kann z.B. auf den dritten und dem vierten Satz basieren. Vorzugsweise weisen unmittelbar aufeinander folgende bzw. benachbarte Teilmessungen einen von der Teilmessung abhängigen dynamischen Offset auf.As mentioned, a measurement can be described in such a way that it comprises several partial measurements. For example, a first partial measurement is based on the first set and the second set. To carry out a measurement, several partial measurements are carried out. Different partial measurements are based on different set pairs. For example, a second partial measurement can be based on the third and fourth sets. Preferably, consecutive or adjacent partial measurements have a dynamic offset that is dependent on the partial measurement.

Der dynamische Offset wird als „dynamisch“ bezeichnet, weil sich dieser Offset von Teilmessung zu Teilmessung ändern kann, z.B. in äquidistanten Schritten. Es ist jedoch auch möglich, dass andere Vorgaben für den dynamischen Offset gemacht werden.The dynamic offset is called "dynamic" because this offset can change from partial measurement to partial measurement, e.g. in equidistant steps. However, it is also possible for other specifications to be made for the dynamic offset.

Durch das in der Erfindung beschriebene Verfahren können die Fehler von der realen Topografie getrennt und damit ohne Verfälschung der tatsächlichen Topografie nahezu vollständig eliminiert werden. Die Störstreifen weisen meeist unterschiedliche, insbesondere umgekehrten Phasenlagen auf, so dass sie sich bei Summierung der Auswertungsergebnisse aus jedem Einzelsatz gegenseitig ausgleichen, während sich die Nutzinformationen, hierbei die tatsächliche Topografie, nur addieren. Nach einer Mittelung aller Auswertungsergebnisse ergibt sich im Wesentlichen nur die tatsächliche Topografie ohne die Störinformation.Using the method described in the invention, the errors can be separated from the real topography and thus almost completely eliminated without falsifying the actual topography. The interference strips usually have different, in particular reversed phase positions, so that they mutually balance out when the evaluation results from each individual set are added up, while the useful information, in this case the actual topography, only adds up. After averaging all evaluation results, essentially only the actual topography without the interference information is obtained.

Bevorzugte Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Satzpaar gegenüber dem ersten Satzpaar derart um den vorgebbaren dynamischen (Phasen-)Offset verschoben ist, dass der dritte Satz gegenüber dem ersten Satz den vorgebbaren dynamischen Offset und der vierte Satz gegenüber dem zweiten Satz den vorgebbaren dynamischen Offset aufweisen. In anderen Worten: das erste Satzpaar und das zweite Satzpaar können derart den vorgebbaren ersten dynamischen Offset zueinander aufweisen, dass die Phasendifferenzen des dritten Satzes gegenüber den Phasendifferenzen des ersten Satzes jeweils den vorgebbaren ersten dynamischen Offset und die Phasendifferenzen des vierten Satzes gegenüber den Phasendifferenzen des zweiten Satzes jeweils den vorgebbaren ersten dynamischen Offset aufweisen.Preferred embodiments are characterized in that the second pair of sets is shifted by the predeterminable dynamic (phase) offset compared to the first pair of sets in such a way that the third set has the predeterminable dynamic offset compared to the first set and the fourth set has the predeterminable dynamic offset compared to the second set have offset. In other words: the first pair of sets and the second pair of sets can have the specifiable first dynamic offset to one another in such a way that the phase differences of the third set compared to the phase differences of the first set each have the specifiable first dynamic offset and the phase differences of the fourth set compared to the phase differences of the second Set each have the predeterminable first dynamic offset.

Dadurch kann unter anderem erreicht werden, dass dynamische Offsets zwischen ungeradzahligen Sätzen (Satz 1 und Satz 3) und zwischen geradzahligen Sätzen (Satz 2 und Satz 4) „symmetrisch“, also gleich sind. Dadurch ist eine besonders effiziente Auswertung und Störstreifenminierung möglich. Somit ergibt sich eine Störstreifenunterdrückung für eine Teilmessung durch das Satzpaar aus dieser Teilmessung, indem die Störstreifen aus den jeweiligen Auswertungen von mit statischem Offset versetzten Sätzen sich gegenseitig zumindestt zum Teil kompensieren. Zusätzlich ergeben sich weitere Störstreifenunterdrückungen zwischen den Teilmessungen durch die mit dynamischen Offsets versetzte Satzpaare.Among other things, this means that dynamic offsets between odd-numbered records (record 1 and record 3) and between even-numbered records (record 2 and record 4) are "symmetrical", i.e. the same. This enables a particularly efficient evaluation and minimization of interference strips. This results in interference stripe suppression for a partial measurement by the set pair from this partial measurement, in that the interference strips from the respective evaluations of sets with a static offset mutually compensate at least in part. In addition, further interference stripe suppression between the partial measurements results from the set pairs offset with dynamic offsets.

Bei manchen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass mindestens ein drittes Satzpaar gebildet wird, wobei das dritte Satzpaar einen aufgezeichneten fünften Satz an Interferenzmustern sowie einen aufgezeichneten sechsten Satz an Interferenzmustern aufweist, wobei das erste Satzpaar und das dritte Satzpaar einen vorgebbaren zweiten dynamischen Offset, also eine bestimmte Phasendifferenz, zueinander aufweisen. Durch Vergrößerung der Anzahl der miteinander verrechneten Sätze kann eine zuverlässigere Messung erreicht werden.In some embodiments it is provided that at least a third pair of sentences is formed, the third pair of sentences having a recorded fifth set of interference patterns and a recorded sixth set of interference patterns, the first pair of sentences and the third pair of sentences having a specifiable second dynamic offset, i.e. a specific have phase difference to each other. A more reliable measurement can be achieved by increasing the number of sets that are offset against one another.

Obwohl der erste und der zweite dynamische Offset gleich groß sein können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass sich der vorgebbare erste dynamische Offset und der vorgebbare zweite dynamische Offset voneinander unterscheiden.Although the first and the second dynamic offset can be of the same size, it is preferably provided that the predeterminable first dynamic offset and the predeterminable second dynamic offset differ from one another.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der dynamische Offset für die Teilmessungen symmetrisch um eine Referenzposition liegt, wobei vorzugsweise die Referenzposition eine Fokusposition der Messvorrichtung ist. Dadurch können Artefakte durch unterschiedliche Defokuswerte in den Teilmessungen vermieden werden.According to a development, it is provided that the dynamic offset for the partial measurements is symmetrical about a reference position, with the reference position preferably being a focus position of the measuring device. In this way, artefacts due to different defocus values in the partial measurements can be avoided.

Bei bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine Schrittweite des dynamischen Offsets δdyn abhängig von der Wellenlänge λ der Messwelle und der Anzahl NTeilmessung der Teilmessungen einer Messung bestimmt wird. Dadurch kann die Wirkung der Störstreifenunterdrückung optimiert werden. Als besonders günstig hat es sich herausgestellt, wenn für die Schrittweite die Beziehung Schrittweite = λ / 4* NTeilmessung gilt.In preferred embodiments it is provided that an increment of the dynamic offset δ dyn depends on the wavelength λ of the measuring wave and the number N of partial measurements of the partial measurements measurement is determined. This allows the effect of noise stripe suppression to be optimized. It has proven to be particularly favorable if the relationship step size=λ/4*N partial measurement applies to the step size.

Dabei entstehen Satzpaare, deren Offset λ / 8 beträgt, wodurch die Störstreifen aus den Teilmessungen eine umgekehrte Phase bilden und daher sich besonders gut kompensieren können. Besteht z.B. die Messung aus zwei Teilmessungen, so hat das Satzpaar aus der ersten Teilmessung einen Offset λ / 8 zum Satzpaar aus der zweiten Teilmessung. Bestehet die Messung dagegen aus vier Teilmessungen, so hat das erste Satzpaar zum dritten Satzpaar einen Offset von λ / 8, während zwischen dem zweiiten Satzpaar und dem vierten Satzpaar ebenfalls ein Offset von λ/8 vorliegt. Besteht die Messung aus acht Teilmessungen, so haben das ersste Satzpaar und das fünfte Satzpaar, dass zweite Satzpaar und das sechste Satzpaar, das dritte Satzpaar und das siebte Satzpaar sowie das vierte Satzpaar und das achte Satzpaar jeweils einen Offset von λ / 8 zueiinander.This results in pairs of sets whose offset is λ/8, as a result of which the interference strips form an inverted phase from the partial measurements and can therefore compensate one another particularly well. For example, if the measurement consists of two partial measurements, the set pair from the first partial measurement has an offset λ / 8 to the set pair from the second partial measurement. If, on the other hand, the measurement consists of four partial measurements, the first pair of sets has an offset of λ/8 relative to the third pair of sets, while there is also an offset of λ/8 between the second pair of sets and the fourth pair of sets. If the measurement consists of eight partial measurements, the first pair of sets and the fifth pair of sets, the second pair of sets and the sixth pair of sets, the third pair of sets and the seventh pair of sets as well as the fourth pair of sets and the eighth pair of sets each have an offset of λ / 8 to one another.

Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden.The features specified with regard to the embodiments listed above can be transferred accordingly to the method according to the invention.

Figurenlistecharacter list

Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.

  • 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung zur interferometrischen Vermessung einer Form einer Testoberfläche eines Objekts;
  • 2 zeigt ein Diagramm, in welchem die Intensität des Interferenzsignals bei einem exemplarischen Pixel des Detektors für verschiedene Phasenverschiebungen zusammen mit Informationen zu ausgewählten Sätzen von Interferenzbilder bei einer Teilmessung dargestellt ist;
  • 3A, 3B und 3C zeigen schematisch drei aufeinander folgende Teilmessungen mit schrittweise wachsendem dynamischen Offset;
  • 4 zeigt schematisch acht Teilmessungen;
  • 5 zeigt eine ausgewertete Oberfläche ohne Unterdrückung der Störstreifen.
  • 6 zeigt eine ausgewertete Oberfläche mit Unterdrückung der Störstreifen nach dem Verfahren aus der DE 10 2019 208 028 A1 .
  • 7 zeigt die ausgewertete Oberfläche mit Unterdrückung der Störstreifen gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Further advantages and aspects of the invention result from the claims and from the following description of preferred exemplary embodiments of the invention, which are explained below with reference to the figures.
  • 1 shows schematically an embodiment of a measuring device for interferometric measurement of a shape of a test surface of an object;
  • 2 Figure 12 shows a diagram showing the intensity of the interference signal at an exemplary pixel of the detector for different phase shifts together with information on selected sets of interference images in a partial measurement;
  • 3A , 3B and 3C show schematically three consecutive partial measurements with stepwise increasing dynamic offset;
  • 4 shows schematically eight partial measurements;
  • 5 shows an evaluated surface without suppression of the interference stripes.
  • 6 shows an evaluated surface with suppression of the interference stripes according to the method from DE 10 2019 208 028 A1 .
  • 7 shows the evaluated surface with suppression of the clutter strips according to an embodiment of the method according to the invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS

In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.In the exemplary embodiments or embodiments or design variants described below, elements that are functionally or structurally similar to one another are provided with the same or similar reference symbols as far as possible. Therefore, for an understanding of the features of each element of a particular embodiment, reference should be made to the description of other embodiments or the general description of the invention.

Zur praktischen Nutzung des Verfahrens kann die Hardware einer Messvorrichtung genutzt werden, wie sie z.B. aus der DE 10 2019 208 028 A1 bekannt ist. Unterschiede zu den dortigen Ausführungsbeispielen liegen vor allem in der Verfahrensführung und in der Auswertung der Messungen.For the practical use of the method, the hardware of a measuring device can be used, as for example from the DE 10 2019 208 028 A1 is known. Differences from the exemplary embodiments there are primarily in the process control and in the evaluation of the measurements.

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

1 zeigt schematisch eine Messvorrichtung 10 zur interferometrischen Vermessung einer Form einer Testoberfläche 12 eines Objekts 14. Die Messvorrichtung 10 eignet sich insbesondere zur Vermessung von planen, sphärischen oder Freiform-Oberflächen von optischen Elementen, wie zum Beispiel Spiegel für die Mikrolithographie im extrem ultravioletten (EUV-) Spektralbereich. Der EUV-Wellenlängenbereich erstreckt sich auf Wellenlängen unterhalb von 100 nm und betrifft insbesondere Wellenlängen von etwa 13,5 nm oder 6,8 nm. Mit der Messvorrichtung 10 lässt sich aber auch die Oberfläche von vielen anderen Objekten vermessen. 1 shows schematically a measuring device 10 for interferometric measurement of a form of a test surface 12 of an object 14. The measuring device 10 is particularly suitable for measuring flat, spherical or free-form surfaces of optical elements, such as mirrors for microlithography in the extreme ultraviolet (EUV ) spectral range. The EUV wavelength range extends to wavelengths below 100 nm and relates in particular to wavelengths of approximately 13.5 nm or 6.8 nm. However, the surface of many other objects can also be measured with the measuring device 10 .

Die Messvorrichtung 10 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 16 zum Bereitstellen einer Messstrahlung 18, einen Strahlenteiler 20 zum Umlenken von Messstrahlung 18 in Richtung der Testoberfläche 12, ein Interferenzobjektiv 22 zum Fokussieren von Messstrahlung 18 auf die Testoberfläche 12 und eine Erfassungseinrichtung 24 zum Aufzeichnen und Verarbeiten von Interferenzmustern.The measuring device 10 comprises an illumination device 16 for providing a measurement radiation 18, a beam splitter 20 for deflecting the measurement radiation 18 in the direction of the test surface 12, an interference lens 22 for focusing the measurement radiation 18 onto the test surface 12 and a detection device 24 for recording and processing interference patterns.

Die Beleuchtungseinrichtung 16 enthält in diesem Ausführungsbeispiel als Lichtquelle eine Leuchtdiode 26 und eine Mattscheibe 28 zur Homogenisierung der von der Leuchtdiode 26 emittierten Strahlung. Die Leuchtdiode 26 ist derart ausgebildet, dass die Messstrahlung 18 ein Spektrum an Frequenzen mit einer für eine Interferometrie geeigneten Kohärenzlänge bzw. spektraler Breite aufweist. Beispielsweise entspricht das Spektrum einem Gaußschen Spektrum mit einer maximalen Intensität bei einer Wellenlänge λ und benachbarten Frequenzen bzw. Wellenlängen mit gemäß einer Gaußkurve abnehmender Intensität. Die Wellenlänge λ mit maximaler Intensität wird im Folgenden auch als Wellenlänge λ der Messstrahlung bezeichnet. Mit einer solchen Messstrahlung 18 ist die Messvorrichtung 10 insbesondere für eine Weißlichtinterferometrie konfiguriert. In anderen Ausführungen kann aber auch eine monochromatische Lichtquelle, z.B. ein Laser, für eine phasenschiebende Interferometrie eingesetzt werden.In this exemplary embodiment, the lighting device 16 contains a light-emitting diode 26 as a light source and a ground-glass screen 28 for homogenizing the radiation emitted by the light-emitting diode 26 . The light-emitting diode 26 is designed in such a way that the measurement radiation 18 has a spectrum of frequencies with a coherence length or spectral width suitable for interferometry. For example, the spectrum corresponds to a Gaussian spectrum with a maximum intensity at a wavelength λ and adjacent frequencies or wavelengths with decreasing intensity according to a Gaussian curve. The wavelength λ with maximum intensity is also referred to below as the wavelength λ of the measurement radiation. With such a measuring radiation 18, the measuring device 10 is configured in particular for white-light interferometry. In other versions, however, a monochromatic light source, e.g. a laser, can also be used for phase-shifting interferometry.

Weiterhin umfasst die Beleuchtungseinrichtung 16 eine Kondensorlinse 30, mit der möglichst viel Messtrahlung 18 möglichst gleichmäßig in den Strahlengang des Interferenzobjektivs 22 eingekoppelt wird. Vorzugsweise bildet die Kondensorlinse 30 dafür die Lichtquelle der Leuchtdiode 26 auf die Öffnung des Interferenzobjektivs 22 ab. Zusätzlich oder alternativ kann die Messvorrichtung 12 weitere, in 1 nicht dargestellte Linsen oder andere optische Elemente, wie beispielsweise Spiegel oder Faserelemente zur Bereitstellung der Messstrahlung 18 enthalten.Furthermore, the illumination device 16 includes a condenser lens 30, with which as much measurement radiation 18 as possible is coupled as uniformly as possible into the beam path of the interference lens 22. For this purpose, the condenser lens 30 preferably images the light source of the light-emitting diode 26 onto the opening of the interference lens 22 . In addition or as an alternative, the measuring device 12 can contain further lenses, not shown in FIG.

Der Strahlenteiler 20 ist so konfiguriert und in der Messvorrichtung 10 angeordnet, dass mindestens ein Anteil der von der Beleuchtungseinrichtung 16 kommenden Messstrahlung 18 in Richtung der Testoberfläche 12 umgelenkt wird. Weiterhin durchtritt mindestens ein Anteil der von der Testoberfläche 12 reflektierten Messstrahlung den Strahlenteiler 20 ohne Richtungsänderung zur Erfassungseinrichtung 24. Mit dem Strahlenteiler 20 wird somit die Messstrahlung 18 in den Strahlengang zwischen Testoberfläche 12 und Erfassungseinrichtung 24 eingespeist. Die Strahlengänge zwischen der Beleuchtungseinrichtung 16 und dem Strahlenteiler 20 sowie zwischen der Testoberfläche 12 und der Erfassungseinrichtung 24 sind in 1 jeweils mit einer optischen Achse 32 gekennzeichnet.The beam splitter 20 is configured and arranged in the measuring device 10 in such a way that at least a proportion of the measuring radiation 18 coming from the illumination device 16 is deflected in the direction of the test surface 12 . Furthermore, at least a portion of the measurement radiation reflected by the test surface 12 passes through the beam splitter 20 without changing direction to the detection device 24 . The beam paths between the illumination device 16 and the beam splitter 20 and between the test surface 12 and the detection device 24 are in 1 each marked with an optical axis 32 .

Das Interferenzobjektiv 22 fokussiert die von dem Strahlenteiler 20 kommende Messstrahlung 18 auf die Testoberfläche 12. Hierfür umfasst das Interferenzobjektiv 22 ein oder mehrere optische Elemente, von denen in 1 symbolisch eine Objektivlinse 34 dargestellt ist. Weiterhin umfasst das Interferenzobjektiv 22 ein Strahlaufspaltelement 36, welches einen Anteil der Messstrahlung 18 als Messwelle 38 zur Testoberfläche 12 passieren lässt, während ein anderer Anteil der Messstrahlung 18 als Referenzwelle 40 reflektiert wird. Als Strahlaufspaltelement 36 kann beispielsweise ein halbdurchlässiger Spiegel verwendet werden.The interference objective 22 focuses the measurement radiation 18 coming from the beam splitter 20 onto the test surface 12. For this purpose, the interference objective 22 comprises one or more optical elements, of which 1 an objective lens 34 is shown symbolically. Furthermore, the interference objective 22 includes a beam splitting element 36 which allows a portion of the measurement radiation 18 to pass as a measurement wave 38 to the test surface 12 , while another portion of the measurement radiation 18 is reflected as a reference wave 40 . A semi-transparent mirror, for example, can be used as the beam splitting element 36 .

Die Referenzwelle 40 trifft auf einen Referenzspiegel 42 des Interferenzobjektivs 22 und wird von diesem zum Strahlaufspaltelement 36 zurückreflektiert. Vorzugsweise entspricht die Größe des Referenzspiegels 42 in etwa dem von der Messwelle 38 beleuchteten Bereich der Testoberfläche 12. Das Strahlaufspaltelement 36 reflektiert wiederum die von dem Referenzspiegel 42 kommende Referenzwelle 40 zum Strahlenteiler 20 zurück. Die Messwelle 38 wird von der Testoberfläche 12 reflektiert und durchläuft dann erneut das Interferenzobjektiv 22 ebenfalls in Richtung des Strahlenteilers 20.The reference wave 40 impinges on a reference mirror 42 of the interference lens 22 and is reflected back by this to the beam splitting element 36 . The size of the reference mirror 42 preferably corresponds approximately to the area of the test surface 12 illuminated by the measuring shaft 38 . The measuring wave 38 is reflected by the test surface 12 and then passes through the interference lens 22 again, also in the direction of the beam splitter 20.

Die reflektierte Messwelle 38 und die Referenzwelle 40 passieren den Strahlenteiler 20 zumindest teilweise ohne Richtungsänderung und laufen zur Erfassungseinrichtung 24. Eine Linse 44 der Erfassungseinrichtung 24 fokussiert die Messwelle 38 und die Referenzwelle 40 auf eine Erfassungsebene 46 eines Detektors 48. Der Detektor 48 ist in diesem Ausführungsbeispiel als CCD-Kamera oder als CMOS-Kamera ausgebildet. In der Erfassungsebene 46 entsteht für jeden Ort des beleuchteten Bereichs der Testoberfläche 12 bei einem entsprechenden Pixel des Detektors 48 durch Überlagerung der Messwelle 38 mit der Referenzwelle 40 ein Interferenzsignal, welches sich für den gesamten beleuchteten Bereich zu einem Interferenzmuster zusammensetzt.The reflected measurement wave 38 and the reference wave 40 pass the beam splitter 20 at least partially without a change in direction and run to the detection device 24. A lens 44 of the detection device 24 focuses the measurement wave 38 and the reference wave 40 onto a detection plane 46 of a detector 48. The detector 48 is in this Embodiment designed as a CCD camera or as a CMOS camera. In the detection plane 46, an interference signal is generated for each location of the illuminated area of the test surface 12 at a corresponding pixel of the detector 48 by superimposing the measuring wave 38 with the reference wave 40, which is combined to form an interference pattern for the entire illuminated area.

Das jeweilige Interferenzsignal hängt von dem Weglängenunterschied zwischen der Messwelle 38 und der Referenzwelle 40 bzw. deren Phasenunterschied ab. Während die Weglänge der Referenzwelle 40 bis zu dem Ort, an dem die Referenzwelle 40 das Interferenzobjektiv 22 verlässt, vorgegeben ist, wird die Weglänge der Messwelle 38 bis zu diesem Ort durch die Höhe der Testoberfläche 12 in z-Richtung und dem Abstand des Interferenzobjektivs 22 von der Testoberfläche 12 bestimmt. Durch eine Verschiebung 50 des Interferenzobjektivs 22 in z-Richtung lässt sich der Phasenunterschied zwischen Messwelle 38 und Referenzwelle 40 verändern.The respective interference signal depends on the difference in path length between the measuring wave 38 and the reference wave 40 or their phase difference. While the path length of the reference wave 40 to the point at which the reference wave 40 leaves the interference objective 22 is predetermined, the path length of the measuring wave 38 to this point is determined by the height of the test surface 12 in the z-direction and the distance from the interference objective 22 determined by the test surface 12. The phase difference between the measuring shaft 38 and the reference shaft 40 can be changed by a displacement 50 of the interference lens 22 in the z-direction.

Für ein solches Phasenschieben umfasst die Messvorrichtung 10 eine Phasenschiebeeinrichtung 52 zum Verändern des Phasenunterschieds zwischen Messwelle 38 und Referenzwelle 40. Die Phasenschiebeeinrichtung 52 enthält in diesem Ausführungsbeispiel ein Piezosystem 54 zum Verschieben des Interferenzobjektivs 22 entlang der optischen Achse 32 und somit nach 1 in z-Richtung. Bei einer solchen Verschiebung 50 ändert sich der Abstand zwischen dem Strahlaufspaltelement 36 und der Testoberfläche 12 und somit die Weglänge der Messwelle 38, während die Weglänge der Referenzwelle 40 zwischen Strahlaufspaltelement 36 und Referenzspiegel 42 konstant bleibt.For such a phase shift, the measuring device 10 includes a phase shifting device 52 for changing the phase difference between the measuring shaft 38 and the reference wave 40. In this exemplary embodiment, the phase shifting device 52 contains a piezo system 54 for shifting the interference lens 22 along the optical axis 32 and thus according to 1 in the z-direction . With such a displacement 50, the distance between the beam splitting element 36 and the test surface 12 and thus the path length of the measuring shaft 38 changes, while the path length of the reference wave 40 between the beam splitting element 36 and the reference mirror 42 remains constant.

Das Piezosystem 54 umfasst eine Steuerung 56 und in 1 nicht dargestellte Piezoelemente, und ist derart konfiguriert, dass eine Verschiebung des Interferenzobjektivs 22 schrittweise um jeweils einen Bruchteil der Wellenlänge λ der Messstrahlung 18 durchführbar ist. Beispielsweise lässt sich mit dem Piezosystem 54 eine schrittweise Verschiebung von λ/64 über mehr als eine, vorzugsweise mehr als 2 Wellenlängen für eine Vermessung der Testoberfläche 12 durchführen. Wegen des Hin- und Rückwegs der Messwelle 38 zwischen Strahlaufspaltelement 36 und Testoberfläche 12 entspricht eine Verschiebung von λ/64 einer Phasenverschiebung von π/16. Bei jeder eingestellten Phasenverschiebung kann der Detektor 48 ein in der Erfassungsebene 46 durch Überlagerung der Messwelle 38 mit der Referenzwelle 40 erzeugtes Interferenzmuster erfassen.The piezo system 54 includes a controller 56 and in 1 piezo elements, not shown, and is configured in such a way that the interference lens 22 can be displaced in steps by a fraction of the wavelength λ of the measurement radiation 18 in each case. For example, the piezo system 54 can be used to carry out a stepwise shift of λ/64 over more than one, preferably more than 2, wavelengths for measuring the test surface 12 . Because of the return path of the measurement shaft 38 between the beam splitting element 36 and the test surface 12, a shift of λ/64 corresponds to a phase shift of π/16. With each set phase shift, the detector 48 can detect an interference pattern generated in the detection plane 46 by superimposing the measuring wave 38 with the reference wave 40 .

Weiterhin umfasst die Messvorrichtung 10 eine Auswerteeinrichtung 58 zum Bestimmen der Form der Testoberfläche 12 mittels der vom Detektor 48 aufgezeichneten Interferenzmuster bei verschiedenen Phasenverschiebungen. Die Auswerteeinrichtung 58 umfasst hierfür eine geeignet konfigurierte Datenverarbeitungseinheit und einen Datenspeicher. Alternativ oder zusätzlich kann die Messvorrichtung 10 eine Schnittstelle zu einem Netzwerk oder einen Datenspeicher enthalten, um eine Bestimmung der Form der Testoberfläche 12 mit Hilfe einer externen Auswertungseinheit und über das Netzwerk übertragener oder gespeicherter Interferenzmuster durchzuführen.Furthermore, the measuring device 10 includes an evaluation device 58 for determining the shape of the test surface 12 by means of the interference pattern recorded by the detector 48 at different phase shifts. For this purpose, the evaluation device 58 comprises a suitably configured data processing unit and a data memory. Alternatively or additionally, the measuring device 10 can contain an interface to a network or a data memory in order to determine the shape of the test surface 12 with the aid of an external evaluation unit and interference patterns transmitted or stored via the network.

Beim Phasenschieben findet eine äquidistante Bewegung durch das Piezo-System statt, während dessen verändert sich die optische Weglänge im Objektarm. Dadurch entsteht ein in der Phase sinusförmiges Intensitätssignal in jedem Pixel auf der Kameraebene. 2 zeigt anhand eines Ausführungsbeispiels in einem Diagramm die Intensität I (in willkürlichen Einheiten AU) des Interferenzsignals bei einem exemplarischen Pixel des Detektors 48 für verschiedene Phasenverschiebungen.During phase shifting, an equidistant movement takes place through the piezo system, during which the optical path length in the object arm changes. This creates an intensity signal that is sinusoidal in phase in each pixel on the camera plane. 2 1 shows, by way of example, in a diagram, the intensity I (in arbitrary units AU) of the interference signal at an exemplary pixel of the detector 48 for different phase shifts.

Bei dem in 2 dargestellten Beispiel ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, einen Gesamtstapel GS aus Interferenzmustern durch gleichgerichtetes schrittweises Verändern der Phasendifferenz aufzuzeichnen und aus dem Gesamtstapel die zwei Sätze an Interferenzmustern zusammenzusetzen bzw. auszuwählen. Mit anderen Worten: der Gesamtstapel GS wird durch sukzessives Verändern der Phasendifferenz entweder mittels ansteigender Schritte oder mittels abfallender Schritte aufgezeichnet und daraus werden Substapel SS1 und SS2 zur Erzeugung des ersten und des zweiten Satz zusammengestellt. Dabei werden Interferenzmuster bzgl. Phasendifferenzen, welche in beiden Substapeln vorkommen, lediglich einmal aufgezeichnet und dann jeweils den betreffenden Substapeln zugeordnet.At the in 2 In the example shown, the measuring device is configured to record an overall stack GS of interference patterns by rectified stepwise changing of the phase difference and to assemble or select the two sets of interference patterns from the overall stack. In other words: the overall stack GS is recorded by successively changing the phase difference either by means of increasing steps or by means of decreasing steps and from this sub-stacks SS1 and SS2 are assembled to generate the first and second set. In this case, interference patterns with respect to phase differences which occur in both sub-stacks are recorded only once and then assigned to the respective sub-stacks.

Ein Substapel beinhaltet eine Untergruppe von Interferogrammen aus einer größeren Gesamtheit von Interferogrammen, dem Gesamtstapel.A substack contains a subset of interferograms from a larger set of interferograms, the overall stack.

Im Beispiel wird eine festgelegte Anzahl von anfangs aufgezeichneten Interferenzmustern nur dem ersten Substapel SS1 (gefüllte schwarze Punkte) und eine entsprechende Anzahl von später aufgezeichneten Interferenzmustern nur dem zweiten Substapel SS2 (graue Kreise) zugeordnet. Alle dazwischen gelegenen Interferenzmuster werden beiden Substapeln bzw. beiden Sätzen zugeteilt.In the example, a specified number of initially recorded interference patterns are assigned only to the first sub-stack SS1 (filled black dots) and a corresponding number of later recorded interference patterns are only assigned to the second sub-stack SS2 (grey circles). All intervening interference patterns are allocated to both sub-stacks or both sets.

Der erste Substapel SS1 entspricht dabei dem ersten Satz, der zweite Substapel SS2 dem zweiten Satz etc., so dass Bezugszeichen SS1 auch für den ersten Satz SS1 und Bezugszeichen SS2 für den zweiten Satz SS2 verwendet werden kann.The first sub-stack SS1 corresponds to the first record, the second sub-stack SS2 to the second record, etc., so that reference sign SS1 can also be used for the first record SS1 and reference sign SS2 for the second record SS2.

Eine Auswahl von aufgezeichneten Interferenzmustern aus dem Gesamtstapel GS für die Substapel erfolgt u.a. derart, dass zwischen den Interferenzmustern des ersten Substapels SS1 und des zweiten Substapels SS2 (also zwischen dem ersten und dem zweiten Satz) der oben beschriebene statische Versatz bzw. der statische Offset δstat in der Phasendifferenz vorliegt. Recorded interference patterns from the overall stack GS for the sub-stacks are selected, among other things, in such a way that between the interference patterns of the first sub-stack SS1 and the second sub-stack SS2 (i.e. between the first and the second set) the above-described static offset or the static offset δ stat in the phase difference.

Der statische Offset δstat entspricht dem vorgebbaren Abstand zwischen Substapel SS1 und Substapel SS2, vorliegend δstat = λ/8. Für die 2 bedeutet dies, dass das erste Interferogramm 11-1 des Substapels SS1 (bzw. des ersten Satzes SS1) und erste Interferogramm 11-2 des Substapels SS2 (bzw. des zweiten Satzes SS2) den Abstand λ/8 zueinander haben bzw. dass das erste Interferogramm 11-2 des Substapels SS2 erst bei einem Phasenabstand von λ/8 zum ersten Interferogramm des Substapels SS1 aufgenommen oder erfasst wird.The static offset δ stat corresponds to the predefinable distance between sub-stack SS1 and sub-stack SS2, in this case δ stat =λ/8. For the 2 this means that the first interferogram 11-1 of the sub-stack SS1 (or the first set SS1) and the first interferogram 11-2 of the sub-stack SS2 (or the second set SS2) have a distance of λ/8 from one another or that the first Interferogram 11-2 of the sub-stack SS2 is only recorded or detected at a phase distance of λ/8 from the first interferogram of the sub-stack SS1.

Jeder Satz bzw. jeder Substapel weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vierundsechzig bei verschiedenen Phasendifferenzen erzeugte Interferenzmuster auf. Gemäß anderer Ausführungsbeispiele können die Sätze z.B. auch jeweils lediglich zweiunddreißig, sechzehn oder acht Interferenzmuster umfassen. Für jede Teilmessung weisen die Phasendifferenzen des zweiten Substapels SS2 gegenüber den Phasendifferenzen des ersten Substapels SS1 einen statischen Offset mit vorgegebener Phasendifferenz auf, insbesondere einen Phasenoffset von π/2.In the present exemplary embodiment, each set or each sub-stack has sixty-four interference patterns generated at different phase differences. According to other exemplary embodiments, the sets can also, for example, each comprise only thirty-two, sixteen or eight interference patterns. For each partial measurement, the phase differences of the second sub-stack SS2 compared to the phase differences of the first sub-stack SS1 have a static offset with a predetermined phase difference, in particular a phase offset of π/2.

Der Begriff „statischer Offset“ bezeichnet in dieser Anmeldung einen vorab festgelegten und während der Messung konstant bleibenden Versatz in der Phasenverschiebung zwischen zum Beispiel dem ersten Interferenzmuster 11-1 des ersten Substapels SS1 und dem ersten Interferenzmuster 11-2 des zweiten Substapels SS2.In this application, the term “static offset” refers to a previously specified offset in the phase shift between, for example, the first interference pattern 11-1 of the first substack SS1 and the first interference pattern 11-2 of the second substack SS2 and that remains constant during the measurement.

Der statische Offset liegt somit zwischen den Substapeln bzw. Sätzen einer Teilmessung vor. Diese Teilmessung basiert auf dem ersten und dem zweiten Satz.The static offset is therefore present between the sub-stacks or sets of a partial measurement. This partial measurement is based on the first and second sets.

Bei dem in dieser Anmeldung erstmals beschriebenen Verfahren wird bei der Auswertung zusätzlich noch der dynamische Offset δdyn zwischen benachbarten Teilmessungen eingeführt.In the method described for the first time in this application, the dynamic offset δ dyn between adjacent partial measurements is also introduced during the evaluation.

Im dem aus der DE 10 2019 208 028 A1 bekannten Verfahren wird lediglich ein statischer Offset verwendet, der im dortigen Beispiel λ/8 beträgt. Bei einer Variante wird eine Messung zweimal mit unterschiedlichen Substapeln (erster Substapel SS1 und zweiter Substapel SS2) ausgewertet. Ein Substapel ist ein Ausschnitt des gesamten Bildstapels (Gesamtstapel GS) einer Messung. Die zwei Substapel haben einen statischen bzw. konstanten Offset von λ/8.Im the from the DE 10 2019 208 028 A1 known methods, only a static offset is used, which is λ/8 in the example there. In one variant, a measurement is evaluated twice with different sub-stacks (first sub-stack SS1 and second sub-stack SS2). A sub-stack is a section of the entire image stack (overall stack GS) of a measurement. The two substacks have a static or constant offset of λ/8.

Das in der vorliegenden Anmeldung erläuterte Verfahren unterscheidet sich vom diesem herkömmlichen Verfahren u.a. dadurch, dass nicht nur ein statischer Offset δstat zwischen Substapeln, sondern zusätzlich noch ein dynamischer Offset δdyn zwischen zwei Satzpaaren unterschiedlicher Teilmessungen verwendet wird.The method explained in the present application differs from this conventional method, among other things, in that not only a static offset δ stat between sub-stacks, but also a dynamic offset δ dyn between two sets of pairs of different partial measurements is used.

Der dynamische Offset ist eine vorgebbare Phasenverschiebung zwischen einem ersten Satzpaar, gebildet aus dem ersten und dem zweiten Satz, und zumindest einem zweiten Satzpaar, gebildet aus einem dritten und einem vierten Satz, wie im Folgenden näher beschrieben wird.The dynamic offset is a predeterminable phase shift between a first pair of sets, formed from the first and the second set, and at least one second pair of sets, formed from a third and a fourth set, as will be described in more detail below.

Nachfolgend werden Berechnungsbeispiele bzw. Algorithmen erläutert. In dem Beispiel werden folgende Mess-Parameter und Auswerteparameter genutzt. Die Mess-Parameter sind: NTeilmessung, Nabtast_pro_periode; Nabtast. Die Auswerteparameter sind: Nausw; Noffset; δstat = Nabtast_pro_periode/4; Δ = Nabtast_pro_periode/(2· NTeilmessung); λ. Die Bedeutung dieser Parameter ist wie folgt: NTeilmessung Anzahl der Teilmessungen für eine Messung Nabtast_pro_periode Anzahl der Interferenzmuster pro Periode (eine Periode entspricht einer halben effektiven Wellenlänge) Nabtast Anzahl der Interferenzmuster für eine Teilmessung Nausw Anzahl der auszuwertenden Phasenschritte in einer Teilmessung Noffset Offset des ersten Interferenzmusters für die Auswertung (um Störungen durch evtl. gestörte Phasenschritte am Anfang der Phasenschiebung zu vermeiden vermeiden) δstat Statischer Offset δdyn Dynamischer Offset Δ Schrittweite des dynamischen Offsets λ Effektive Wellenlänge mit Berücksichtigung der NA Calculation examples and algorithms are explained below. The following measurement parameters and evaluation parameters are used in the example. The measurement parameters are: N partial measurement , N sampling_per_period ; scan N . The evaluation parameters are: N select ; N offset ; δ stat = N sample_per_period /4; Δ=N sampling_per_period /(2*N partial measurement ); λ. The meaning of these parameters is as follows: N partial measurement Number of partial measurements for a measurement N samples_per_period Number of interference patterns per period (one period corresponds to half an effective wavelength) scan N Number of interference patterns for a partial measurement N select Number of phase steps to be evaluated in a partial measurement Noffset Offset of the first interference pattern for the evaluation (to avoid interference from possibly disturbed phase steps at the beginning of the phase shift) δ stat Static offset δ dynamic Dynamic offset Δ Increment of the dynamic offset λ Effective wavelength considering the NA

Bei einem Ausführungsbeispiel wurden folgende Parameter verwendet:: NTeilmessung = 8; Nabtast_pro_periode = 64; Nabtast = 128; Noffset = 8; Nausw = 64. Daraus ergeben sich für den statischen und den dynamischen Offset folgende Werte: δstat = 16; Δ = 4; δdyn= (n-1)Δ, wobei n die Nummerierung der Teilmessungen darstellt. In diesem Beispiel läuft n von 1 bis 8. Eine beispielhafte Berechnung kann dann wie folgt ablaufen. Satz_1:N offset + 1 : N offset + N ausw = 9 : 72

Figure DE102021214364A1_0001
Satz_2: N offset + 1 + δ stat : N offset + N ausw + δ stat = 25 : 88
Figure DE102021214364A1_0002
Satz_3: N offset + 1 + Δ * 1 : N offset + N ausw + Δ * 1 = 13 : 76
Figure DE102021214364A1_0003
Satz_4: N offset + 1 + δ stat * 1 : N offset + N ausw + δ stat + Δ * 1 = 29 : 92
Figure DE102021214364A1_0004
n = 1 bis 8 ... Satz_2n 1 : N offset + 1 + Δ * ( n 1 ) : N offset + N ausw + Δ * ( n 1 ) = 5 + 4 n:68 + 4 n
Figure DE102021214364A1_0005
PSn_2n 2 : N offset + 1 + δ stat + Δ * ( n 1 ) : N offset + N ausw + δ stat + Δ * ( n 1 ) = 21 + 4 n:4 + 4n
Figure DE102021214364A1_0006
In one embodiment, the following parameters were used: N partial measurement = 8; N sample_per_period = 64; N sample = 128; N offset = 8; N select = 64. This results in the following values for the static and the dynamic offset: δ stat = 16; Δ = 4; δ dyn= (n-1)Δ, where n represents the numbering of the partial measurements. In this example, n runs from 1 to 8. An exemplary calculation can then proceed as follows. Set_1:N offset + 1 : N offset + N excl = 9 : 72
Figure DE102021214364A1_0001
Set_2: N offset + 1 + δ stat : N offset + N excl + δ stat = 25 : 88
Figure DE102021214364A1_0002
Set_3: N offset + 1 + Δ * 1 : N offset + N excl + Δ * 1 = 13 : 76
Figure DE102021214364A1_0003
Sentence_4: N offset + 1 + δ stat * 1 : N offset + N excl + δ stat + Δ * 1 = 29 : 92
Figure DE102021214364A1_0004
n = 1 to 8 ... Set_2n 1 :N offset + 1 + Δ * ( n 1 ) : N offset + N excl + Δ * ( n 1 ) = 5 + 4 n:68 + 4 n
Figure DE102021214364A1_0005
PSn_2n 2 : N offset + 1 + δ stat + Δ * ( n 1 ) : N offset + N excl + δ stat + Δ * ( n 1 ) = 21 + 4 n:4 + 4n
Figure DE102021214364A1_0006

Dabei ist diese Notation wie folgt zu verstehen:

  • Parameter Satz_1 beschreibt den ersten Satz von Interferenzmustern, also im Beispiel den ersten Substapel SS1 der ersten Teilmessung. Das erste Interferenzmuster dieses Substapels ist Noffset+1, das letzte Interferenzmuster des Substapels entspricht Noffset+Nausw. Dieser erste Substapel umfasst somit insgesamt 64 Interferenzmuster bzw. Bilder, und zwar die Interferenzmuster mit den Nummern 9 bis 72. Die Notation 9:72 bedeutet also „9 bis 72“.
  • Parameter Satz_2 beschreibt den zweiten Satz von Interferenzmustern, also im Beispiel den zweiten Substapel SS2 der ersten Teiilmessung. Die Nummerierung der Bilder bzw. Interferenzmuster unterscheidet sich von der Nummerierung des ersten Satzes um den statischen Offset δstat , der im Beispielsfall 16 Bilder beträgt. Dieser zweite Substapel umfasst somit insgesamt 64 Interferenzmuster bzw. Bilder, und zwar die Interferenzmuster mit den Nummern 25 bis 88. Der erste Satz SS1 und der zweite Satz SS2 bilden ein erstes Satzpaar und werden in einer ersten Teilmessung verrechnet.
This notation is to be understood as follows:
  • Parameter Set_1 describes the first set of interference patterns, ie in the example the first substack SS1 of the first partial measurement. The first fringe pattern of this substack is N offset +1, the last fringe pattern of the substack is N offset +N select . This first sub-stack thus includes a total of 64 interference patterns or images, namely the interference patterns with the numbers 9 to 72. The notation 9:72 therefore means “9 to 72”.
  • Parameter Set_2 describes the second set of interference patterns, ie in the example the second substack SS2 of the first partial measurement. The numbering of the images or interference patterns differs from the numbering of the first set by the static offset δ stat , which is 16 images in the example. This second sub-stack thus includes a total of 64 interference patterns or images, specifically the interference patterns numbered 25 to 88. The first set SS1 and the second set SS2 form a first set pair and are calculated in a first partial measurement.

Der darauffolgende dritte Satz und der vierte Satz, also Satz_3 und Satz_4, ergeben sich aus dem Substapel der zweiten Teilmessung. Diese umfassen die Interferenzbilder mit Nummern 13 bis 76 (dritter Satz) bzw. mit Nummern 29 bis 92 (vierter Satz). Hier kommt erstmals der dynamische Offset δdyn = (n-1)Δ ins Spiel, wobei die Variable n von Teilmessung zu Teilmessung schrittweise zunimmt, und zwar bei einer Anzahl NTeilmessung von Teilmessungen vom Wert 1 bis NTeilmessung. Der dritte Satz SS3 und der vierte Satz SS4 bilden ein zweites Satzpaar und werden in einer zweiten Teilmessung verrechnet.The subsequent third set and the fourth set, i.e. set_3 and set_4, result from the sub-stack of the second partial measurement. These include the interference patterns numbered 13 to 76 (third set) and numbered 29 to 92 (fourth set). This is where the dynamic offset δ dyn = (n-1)Δ comes into play for the first time, with the variable n increasing step by step from partial measurement to partial measurement, specifically with a number N partial measurement of partial measurements from the value 1 to N partial measurement . The third set SS3 and the fourth set SS4 form a second set pair and are calculated in a second partial measurement.

Analog erfolgt die Berechnung für die anderen Teilmessungen der Messung.The calculation for the other partial measurements of the measurement is carried out analogously.

Um das Prinzip weiter zu erläutern, wird nachfolgend nochmals ein Beispiel mit 8 (acht) Teilmessungen (8-fache Teilmessungen) verwendet. Tabelle 1 zeigt die jeweiligen Offsets der Teilmessungen mit Nummer n: Tabelle 1 n 1 2 3 4 5 6 7 8 δ stat λ/8 λ/8 λ/8 λ/8 λ/8 λ/8 λ/8 λ/8 δ dyn 0 λ/32 2λ/32 3λ/32 4λ/32 5λ/32 6λ/32 7λ/32 In order to further explain the principle, an example with 8 (eight) partial measurements (8-fold partial measurements) is used again below. Table 1 shows the respective offsets of the partial measurements with number n: Table 1 n 1 2 3 4 5 6 7 8th δ stat λ/8 λ/8 λ/8 λ/8 λ/8 λ/8 λ/8 λ/8 δ dynamic 0 λ/32 2λ/32 3λ/32 4λ/32 5λ/32 6λ/32 7λ/32

Während der statische Offset konstant bei λ/8 bleibt, variiert der dynamische Offset von 0 bis 7λ/32 mit einem äquidistanten Schritt von λ/32. D.h., der Startpunkt (also die Bildnummer, bei der der erste Substapel SS1 beginnt) verschiebt sich bei jeder weiteren Teilmessung um λ/32.While the static offset remains constant at λ/8, the dynamic offset varies from 0 to 7λ/32 with an equidistant step of λ/32. This means that the starting point (i.e. the image number at which the first sub-stack SS1 begins) shifts by λ/32 with each additional partial measurement.

Bei jeder einzelnen Teilmessung ergeben sich zwei Auswertungen. Daher gibt es insgesamt 16 Auswertungen bei 8 Teilmessungen. Die Ergebnisse aller 16 Auswertungen werden gemittelt. Bei der Mittelung löschen sich die Störstreifen aus 16 Auswertungen gegenseitig aus.Two evaluations result from each individual partial measurement. Therefore there are a total of 16 evaluations with 8 partial measurements. The results of all 16 evaluations are averaged. When averaging, the interference strips from 16 evaluations cancel each other out.

Zur weiteren Veranschaulichung sollen die 3A, 3B und 3C sowie 4 im Zusammenhang mit Tabelle 1 dienen. Diese veranschaulichen eine erste Teilmessung („Nr.1“, 3A), eine zweite Teilmessung („Nr.2“, 3B) und eine dritte Teilmessung („Nr.3“) 3C) sowie eine Übersicht mit acht Teilmesssungen (4) .For further illustration, the 3A , 3B and 3C and 4 in connection with Table 1. These illustrate a first partial measurement ("No.1", 3A ), a second partial measurement (“No.2”, 3B ) and a third partial measurement (“No.3”) 3C ) and an overview with eight partial measurements ( 4 ) .

Der Einfachheit stelle man sich vor, dass bei Nr. 1 δdyn=0, bei Nr. 2 δdyn= λ/32, bei Nr. 3 δdyn= 2λ/32 sei. D.h. der Anfangspunkt eines jeden ersten Substapels (SS1, SS3, SS5 etc.) ist bei jeder folgenden Teilmessung „woanders“, also immer um λ/32 versetzt. Der Anschaulichkeit halber soll λ/32 vorliegend „dem Abstand von zwei Interferogrammen oder Bildern“ (siehe die Punkte in den Linien der jeweiligen Substapel) entsprechen.For simplicity, imagine that at No. 1 δdyn = 0, at No. 2 δdyn = λ/32, at No. 3 δdyn = 2λ/32. This means that the starting point of each first sub-stack (SS1, SS3, SS5 etc.) is “somewhere else” for each subsequent partial measurement, i.e. always offset by λ/32. For the sake of clarity, λ/32 should correspond to “the distance between two interferograms or images” (see the dots in the lines of the respective sub-stacks).

Erste Teilmessung bzw. Teilmessung 1 (Nr. 1, 3A): Bei Teilmessung 1 mit δdyn=0 weisen Substapel SS1 und Substapel SS2 (also der erste Satz und der zweite Satz des ersten Satzpaares) lediglich den statischen Offset δstat zueinander auf, wie oben dargestellt. In anderen Worten: das erste Interferogramm 11-2 des zweiten Substapels ist gegenüber dem ersten Interferogramm 11-1 des ersten Substapels um den statischen Offset phasenverschoben.First partial measurement or partial measurement 1 (No. 1, 3A ): For partial measurement 1 with δ dyn =0, sub-stack SS1 and sub-stack SS2 (i.e. the first set and the second set of the first pair of sets) only have the static offset δ stat to one another, as shown above. In other words: the first interferogram 11-2 of the second sub-stack is phase-shifted by the static offset relative to the first interferogram 11-1 of the first sub-stack.

Zweite Teilmessung bzw. Teilmessung 2 (Nr. 2, 3B): Für die Durchführung der zweiten Teilmessung werden andere Substapel bzw. Sätze zugrunde gelegt, nämlich ein dritter Substapel bzw. ein dritter Satz SS3 und ein vierter Substapel bzw. ein vierter Satz SS4. Diese gehören zu einem zweiten Satzpaar. Die Sätze des zweiten Satzpaares haben dieselbe Anzahl von Interferogrammen wie der erste und zweite Satz, ein Anteil der Interferogramme dieser dritten und vierten Sätze unterscheidet sich jedoch von denen des ersten und zweiten Satzes.Second partial measurement or partial measurement 2 (No. 2, 3B ): Other sub-stacks or sets are taken as a basis for carrying out the second partial measurement, namely a third sub-stack or a third set SS3 and a fourth sub-stack or a fourth set SS4. These belong to a second set pair. The sets of the second pair of sets have the same number of interferograms as the first and second sets, but a proportion of the interferograms of these third and fourth sets differ from those of the first and second sets.

Der dritte Substapel SS3 und der vierte Substapel SS4 (also die Sätze des zweiten Satzpaares) weisen weiterhin den statischen Offset zueinander auf, d.h. dass das erste Interferogramm 11-3 des dritten Substapels SS3 und erste Interferogramm 11-4 des vierten Substapels SS4 weiterhin den Abstand λ/8 zueinander haben. Im Unterschied zu Teilmessung 1 ist jedoch bei Teilmessung 2 das erste Interferogramm 11-3 des dritten Substapels SS3 in der Phase um δdyn= λ/32 (= „Abstand von zwei Interferogrammen“) versetzt gegenüber dem ersten Interferogramm 11-1 des ersten Substapels SS1 bei Teilmessung 1. Ebenso ist im Unterschied zu Teilmessung 1 bei Teilmessung 2 das erste Interferogramm 11-4 des vierten Substapels SS4 in der Phase um δdyn= λ/32 (= „Abstand von zwei Interferogrammen“) versetzt gegenüber dem ersten Interferogramm 11-2 des zweiten Substapels SS2 bei Teilmessung 1.The third sub-stack SS3 and the fourth sub-stack SS4 (i.e. the sets of the second pair of sets) continue to have the static offset to one another, i.e. the first interferogram 11-3 of the third sub-stack SS3 and the first interferogram 11-4 of the fourth sub-stack SS4 still have the distance have λ/8 to each other. In contrast to partial measurement 1, however, in partial measurement 2 the first interferogram 11-3 of the third sub-stack SS3 is offset in phase by δ dyn = λ/32 (= “distance between two interferograms”) compared to the first interferogram 11-1 of the first sub-stack SS1 in partial measurement 1. In contrast to partial measurement 1, in partial measurement 2 the first interferogram 11-4 of the fourth sub-stack SS4 is offset in phase by δ dyn = λ/32 (= “distance between two interferograms”) compared to the first interferogram 11 -2 of the second sub-stack SS2 in partial measurement 1.

Dritte Teilmessung bzw. Teilmessung 3 (Nr. 3, Fig, 3C): Für die Durchführung der dritten Teilmessung werden andere Substapel bzw. Sätze zugrunde gelegt, nämlich ein fünfter Substapel bzw. ein fünfter Satz SS5 und ein sechster Substapel bzw. ein sechster Satz SS6. Diese gehören zu einem dritten Satzpaar. Bei Teilmessung 3 weisen Substapel SS5 und Substapel SS6 weiterhin den statischen Offset zueinander auf, d.h. dass das erste Interferogramm 11-5 des Substapels SS5 und erste Interferogramm 11-6 des Substapels SS6 weiterhin den Abstand λ/8 zueinander haben. Im Unterschied zu Teilmessung 1 ist jedoch bei Teilmessung 3 das erste Interferogramm 11-5 des Substapels SS5 in der Phase um δdyn= 2λ/32 (=„Abstand von zwei mal zwei Interferogrammen“) versetzt gegenüber dem ersten Interferogramm 11-1 des Substapels SS1 bei Teilmessung 1. Ebenso ist im Unterschied zu Teilmessung 1 ist bei Teilmessung 3 das erste Interferogramm des Substapels SS6 in der Phase um δdyn= 2λ/32 (=„Abstand von zwei mal zwei Interferogrammen“) versetzt gegenüber dem ersten Interferogramm des Substapels SS2 bei Teilmessung 1.Third partial measurement or partial measurement 3 (No. 3, FIG. 3C): Other sub-stacks or sets are taken as a basis for carrying out the third partial measurement, namely a fifth sub-stack or a fifth set SS5 and a sixth sub-stack or a sixth set SS6. These belong to a third set pair. In partial measurement 3, sub-stack SS5 and sub-stack SS6 still have the static offset to one another, ie first interferogram 11-5 of sub-stack SS5 and first interferogram 11-6 of sub-stack SS6 continue to be at a distance of λ/8 from one another. In contrast to partial measurement 1, however, in partial measurement 3 the first interferogram 11-5 of the sub-stack SS5 is offset in phase by δdyn = 2λ/32 (=“distance of two times two interferograms”) compared to the first interferogram 11-1 of the sub-stack SS1 in partial measurement 1. Likewise, in contrast to partial measurement 1, in partial measurement 3 the phase of the first interferogram of the sub-stack SS6 is offset by δ dyn= 2λ/32 (=“distance of two times two interferograms”) compared to the first interferogram of the sub-stack SS2 at partial measurement 1.

Für die weiteren Teilmessungen gelten die Ausführungen von oben analog.The explanations above apply analogously to the further partial measurements.

Vorzugsweise werden die dynamischen Offsets der Tabelle „symmetrisch“ bezüglich eines Bezugspunktes bzw. einer Referenzposition, insbesondere bezüglich eines Fokuspunktes gewählt. Um dies zu veranschaulichen, zeigt 4 untereinander die Teilmessungen einer Messung mit den jeweiligen Offsets aus Tabelle 1 und die Referenzposition RE, die hier der Fokusposition entspricht.The dynamic offsets of the table are preferably chosen “symmetrically” with respect to a reference point or a reference position, in particular with respect to a focal point. To illustrate this, shows 4 below each other the partial measurements of a measurement with the respective offsets from Table 1 and the reference position RE, which corresponds to the focus position here.

Das erste Interferenzmuster des ersten Satzes und das letzte Interferenzmuster des letzten Satzes sollten den gleichen Abstand zur Fokusposition aufweisen. In 4 wird ein Beispiel gezeigt. Ist nur eine Teilmessung (d.h., ein Satzpaar) gegeben, sollte der Abstand zwischen dem ersten Interferenzmuster zur Fokusposition die Hälfte der Länge des Phasenschiebens betragen. Die Länge des Phasenschiebens des ersten Satzpaars beträgt λ/2 plus dem statischen Offset λ/8, also 5λ/8. Das erste Interferenzmuster sollte somit einen Abstand von 5λ/16 zur Fokusposition haben. Sind insgesamt acht Teilmessungen vorhanden, sollte das letzte Satzpaar gegenüber dem ersten Satzpaar um 7A/32 verschoben sein. Die Hälfte von 7λ/32 beträgt 7λ/64. Daher liegt das erste Interferenzmuster des ersten Satzpaars bei 5λ16 plus 7λ/64, also 27λ/64. Dadurch können Artefakte durch unterschiedliche Defokuswerte in den Teilmessungen vermieden werdenThe first fringe of the first set and the last fringe of the last set should be the same distance from the focus position. In 4 an example is shown. Given only a partial measurement (ie, a pair of sets), the distance from the first fringe to the focus position should be half the length of the phase shift. The length of the phase shift of the first pair of sets is λ/2 plus the static offset λ/8, i.e. 5λ/8. The first interference pattern should therefore be at a distance of 5λ/16 from the focus position. If there are a total of eight partial measurements, the last pair of sets should be shifted by 7A/32 compared to the first pair of sets. Half of 7λ/32 is 7λ/64. Therefore, the first fringe pattern of the first pair of sets is at 5λ16 plus 7λ/64, which is 27λ/64. In this way, artefacts due to different defocus values in the partial measurements can be avoided

Ein Vorteil des neuen Verfahrens gegenüber dem Verfahren aus DE 10 2019 208 028 A1 liegt darin, dass die Störstreifen nicht nur bei jeder einzelnen Teilmessung durch den ersten Substapel SS1 und zweitem Substapel SS2 unterdrückt werden, sondern sich weiter durch die weiteren Teilmessungen reduzieren lassen, sodass nach den gesamten Auswertungen die Störstreifen noch besser unterdrückt werden.An advantage of the new procedure over the procedure from DE 10 2019 208 028 A1 lies in the fact that the interference stripes are not only suppressed in each individual partial measurement by the first sub-stack SS1 and second sub-stack SS2, but can be further reduced by the further partial measurements, so that the interference stripes are even better suppressed after the overall evaluations.

Der dynamische Offset lässt sich individuell bestimmen. Die Schrittweite des dynamischen Offsets bei zwei benachbarten Teilmessungen lässt sich z.B. wie folgend bestimmen: λ / (4* Anzahl der Teilmessungen). Für das Beispiel ergibt sich eine Schrittweite von λ / (4* 8) = λ / 32. Andere Werte sind möglich.The dynamic offset can be determined individually. The increment of the dynamic offset for two adjacent partial measurements can be determined, for example, as follows: λ / (4* number of partial measurements). The step size for the example is λ / (4* 8) = λ / 32. Other values are possible.

Anhand der 5 bis 7 werden exemplarisch Ergebnisse der Vibrationsstörstreifenunterdrückung erläutert. 5 zeigt eine ausgewertete Oberfläche ohne Unterdrückung der Störstreifen. 6 zeigt eine ausgewertete Oberfläche mit Unterdrückung der Störstreifen nach dem Verfahren aus der DE 10 2019 208 028 A1 . Die 7 zeigt die ausgewertete Oberfläche mit Unterdrückung der Störstreifen gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung (unter Nutzung statischen und des dynamischen Offsets)Based on 5 until 7 example results of vibration noise stripe suppression are explained. 5 shows an evaluated surface without suppression of the interference stripes. 6 shows an evaluated surface with suppression of the interference stripes according to the method from DE 10 2019 208 028 A1 . the 7 shows the evaluated surface with suppression of the clutter according to an embodiment of the method according to the invention (using static and dynamic offset)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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.This list of the documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102019208028 A1 [0005, 0029, 0031, 0056, 0076, 0078]DE 102019208028 A1 [0005, 0029, 0031, 0056, 0076, 0078]

Claims (7)

Messvorrichtung (10) zur interferometrischen Vermessung einer Form einer Testoberfläche (12), umfassend: ein Strahlaufspaltelement (36) zum Aufspalten einer Messstrahlung (18) in eine auf die Testoberfläche (12) gerichtete Messwelle (38) sowie eine Referenzwelle (40), einen Detektor (48) zum Aufzeichnen eines durch Überlagerung der Referenzwelle (40) mit der Messwelle (38) nach deren Reflexion an der Testoberfläche (12) erzeugten Interferenzmusters (62, 66), eine Phasenschiebeeinrichtung (52) zum Erzeugen unterschiedlicher Phasendifferenzen zwischen der Messwelle (38) und der Referenzwelle (40) am Ort des Detektors (48), sowie eine Auswerteeinrichtung (58) zum Bestimmen der Form der Testoberfläche (12) durch Verrechnen eines ersten Satzes (SS1) an Interferenzmustern mit mindestens einem zweiten Satz (SS1) an Interferenzmustern, wobei jeder Satz (SS1, SS2) mehrere mit jeweils unterschiedlichen Phasendifferenzen erzeugte Interferenzmuster aufweist, und die Phasendifferenzen des zweiten Satzes (SS2) gegenüber den Phasendifferenzen des ersten Satzes (SS1) einen jeweiligen statischen Offset aufweisen, gekennzeichnet durch einen dritten Satz (SS3) an Interferenzmustern sowie mindestens einen vierten Satz (SS4) an Interferenzmustern, wobei die Phasendifferenzen des vierten Satzes (SS4) gegenüber den Phasendifferenzen des dritten Satzes (SS3) um den jeweiligen statischen Offset phasenverschoben sind, und wobei durch den ersten Satz (SS1) und den zweiten Satz (SS2) ein erstes Satzpaar gebildet wird und durch den dritten Satz (SS3) und den vierten Satz (SS4) ein zweites Satzpaar gebildet wird, wobei das erste Satzpaar und das zweite Satzpaar um einen vorgebbaren dynamischen Offset zueinander phasenverschoben sind und wobei die Auswerteeinrichtung (58) dazu ausgebildet ist, die Form der Testoberfläche (12) durch Verrechnen der zumindest vier Sätze (SS1, SS2, SS3, SS4) zu bestimmen.Measuring device (10) for interferometric measurement of a shape of a test surface (12), comprising: a beam splitting element (36) for splitting a measuring radiation (18) into a measuring wave (38) directed onto the test surface (12) and a reference wave (40), a Detector (48) for recording an interference pattern (62, 66) generated by superimposition of the reference wave (40) with the measurement wave (38) after its reflection on the test surface (12), a phase shifting device (52) for generating different phase differences between the measurement wave ( 38) and the reference wave (40) at the location of the detector (48), and an evaluation device (58) for determining the shape of the test surface (12) by calculating a first set (SS1) of interference patterns with at least one second set (SS1). Interference patterns, each set (SS1, SS2) having a plurality of interference patterns generated with different phase differences, and the phase differences of the second S sets (SS2) compared to the phase differences of the first set (SS1) have a respective static offset, characterized by a third set (SS3) of interference patterns and at least a fourth set (SS4) of interference patterns, the phase differences of the fourth set (SS4) opposite the phase differences of the third set (SS3) are phase-shifted by the respective static offset, and wherein a first set pair is formed by the first set (SS1) and the second set (SS2) and by the third set (SS3) and the fourth set ( SS4) a second pair of sets is formed, the first pair of sets and the second pair of sets being phase-shifted relative to one another by a predefinable dynamic offset, and the evaluation device (58) being designed to determine the shape of the test surface (12) by calculating the at least four sets (SS1 , SS2, SS3, SS4). Verfahren zur interferometrischen Vermessung einer Form einer Testoberfläche (12) mit den Schritten: Aufspalten einer Messstrahlung (18) in eine auf die Testoberfläche (12) gerichtete Messwelle (38) sowie eine Referenzwelle (40), Erzeugen unterschiedlicher Phasendifferenzen zwischen der Messwelle (38) und der Referenzwelle (40) am Ort eines Detektors (48), Aufzeichnen eines ersten Satzes (SS1) an Interferenzmustern sowie mindestens eines zweiten Satzes (SS2) an Interferenzmustern, welche jeweils durch Überlagerung der Referenzwelle (40) mit der Messwelle (38) nach deren Reflexion an der Testoberfläche (12) erzeugt werden, wobei jeder Satz (SS1, SS2) mehrere mit jeweils unterschiedlichen Phasendifferenzen erzeugte Interferenzmuster aufweist und wobei der zweite Satz (SS2) gegenüber dem ersten Satz (SS2) um einen jeweiligen statischen Offset phasenverschoben ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Satz (SS3) sowie mindestens ein vierter Satz (SS4) aufgezeichnet wird, wobei der vierte Satz (SS4) gegenüber dem dritten Satz (SS3) um den jeweiligen statischen Offset phasenverschoben ist, und wobei durch den ersten Satz (SS1) und den zweiten Satz (SS2) ein erstes Satzpaar gebildet wird und durch den dritten Satz (SS3) und den vierten Satz (SS4) ein zweites Satzpaar gebildet wird, wobei das erste Satzpaar und das zweite Satzpaar um einen vorgebbaren ersten dynamischen Offset zueinander phasenverschoben sind, und wobei die Form der Testoberfläche (12) durch Verrechnen der zumindest vier Sätze (SS1, SS2, SS3, SS4) bestimmt wird.Method for interferometric measurement of a form of a test surface (12) with the steps: splitting a measurement beam (18) into a measurement wave (38) directed at the test surface (12) and a reference wave (40), generating different phase differences between the measurement wave (38) and the reference wave (40) at the location of a detector (48), recording a first set (SS1) of interference patterns and at least a second set (SS2) of interference patterns, each of which is determined by superimposing the reference wave (40) with the measurement wave (38). the reflection of which is generated on the test surface (12), each set (SS1, SS2) having a plurality of interference patterns generated with different phase differences in each case, and the second set (SS2) being phase-shifted relative to the first set (SS2) by a respective static offset, characterized in that a third sentence (SS3) and at least a fourth sentence (SS4) is recorded, the vie The first set (SS4) is phase-shifted relative to the third set (SS3) by the respective static offset, and a first set pair is formed by the first set (SS1) and the second set (SS2) and by the third set (SS3) and the fourth set (SS4) forms a second pair of sets, the first pair of sets and the second pair of sets being phase-shifted relative to one another by a predeterminable first dynamic offset, and the shape of the test surface (12) being calculated by calculating the at least four sets (SS1, SS2, SS3, SS4) is determined. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verrechnung des ersten Satzes (SS1) mit dem zweiten Satz (SS2) eine Teilmessung bildet; zur Durchführung einer Messung mehrere Teilmessungen basierend auf unterschiedlichen Satzpaaren durchgeführt werden, und benachbarte Teilmessungen einen von der Teilmessung abhängigen dynamischen Offset aufweisen.procedure after claim 2 , characterized in that a calculation of the first set (SS1) with the second set (SS2) forms a partial measurement; to carry out a measurement, several partial measurements are carried out based on different pairs of sets, and adjacent partial measurements have a dynamic offset dependent on the partial measurement. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Satzpaar gegenüber dem ersten Satzpaar um den vorgebbaren ersten dynamischen Offset verschoben ist, dass der dritte Satz gegenüber dem ersten Satz um den vorgebbaren ersten dynamischen Offset verschoben ist und der vierte Satz gegenüber dem zweiten Satz um den vorgebbaren ersten dynamischen Offset verschoben ist.procedure after claim 2 or 3 , characterized in that the second pair of sets is shifted by the predeterminable first dynamic offset compared to the first pair of sets, that the third set is shifted by the predeterminable first dynamic offset compared to the first set and the fourth set is shifted by the predeterminable first dynamic offset compared to the second set Offset is shifted. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein drittes Satzpaar gebildet wird, wobei das dritte Satzpaar durch einen aufgezeichneten fünften Satz (SS5) sowie einen aufgezeichneten sechsten Satz (SS6) gebildet wird, wobei das erste Satzpaar und das dritte Satzpaar um einen vorgebbaren zweiten dynamischen Offset zueinander phasenverschoben sind.Procedure according to one of claims 2 until 4 , characterized in that at least a third pair of sentences is formed, the third pair of sentences being formed by a recorded fifth sentence (SS5) and a recorded sixth sentence (SS6), the first pair of sentences and the third pair of sentences being offset by a predefinable second dynamic offset to one another are out of phase. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der vorgebbare erste dynamische Offset und der vorgebbare zweite dynamische Offset voneinander unterscheiden.procedure after claim 5 , characterized in that the predeterminable first dynamic offset and the predeterminable second dynamic offset differ from one another. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dynamische Offset für die Teilmessungen symmetrisch um eine Referenzposition (RE) liegt, wobei vorzugsweise die Referenzposition eine Fokusposition der Messvorrichtung ist.Procedure according to one of claims 2 until 6 , characterized in that the dynamic offset for the partial measurements is symmetrical about a reference position (RE), the reference position preferably being a focus position of the measuring device.
DE102021214364.4A 2021-01-25 2021-12-15 Measuring device and measuring method for interferometric measurement of a surface shape Pending DE102021214364A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021200605 2021-01-25
DE102021200605.1 2021-01-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021214364A1 true DE102021214364A1 (en) 2022-07-28

Family

ID=82320770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021214364.4A Pending DE102021214364A1 (en) 2021-01-25 2021-12-15 Measuring device and measuring method for interferometric measurement of a surface shape

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021214364A1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019208028A1 (en) 2019-06-03 2019-07-18 Carl Zeiss Smt Gmbh Interferometric measuring device for surfaces

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019208028A1 (en) 2019-06-03 2019-07-18 Carl Zeiss Smt Gmbh Interferometric measuring device for surfaces

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3256835B1 (en) Test device and method for testing a mirror
EP1920227A1 (en) Device and method for the interferometric measurement of phase masks
CH693968A5 (en) Method and apparatus for the Topographiepruefung of surfaces.
DE3318678A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR INTERFEROMETRY OF RAUER SURFACES
DE102020203847A1 (en) Interferometric measuring device for surfaces
DE102016212477A1 (en) Measuring method and measuring system for the interferometric measurement of the imaging quality of an optical imaging system
WO2005069079A1 (en) Device and method for wave front measuring of an optical reproduction system and microlithographic projection illumination system
DE102005041373A1 (en) Method of wavefront measurement calibration of projection optical system used in lithographic scanner equipment, forms interference pattern from object pattern and image measurement patterns
DE2758149C2 (en) Interferometric method with λ / 4 resolution for distance, thickness and / or flatness measurement
DE102004052205A1 (en) Interferometric method e.g. for recording of separation and form and optical coherence tomography (OCT), involves having multi-wavelength source or tunable source and imaging on receiver by focusing systems
DD282371A7 (en) METHOD AND ARRANGEMENT FOR MEASURING THE MICROSTRUCTURE OF TECHNICAL SURFACES
DE102019210910A1 (en) Measuring device for the interferometric determination of a surface shape
DE102012100311B4 (en) A method and apparatus for calibrating the wavefront error of a computer generated hologram for optical surface inspection
WO2005124274A2 (en) Calibrating method, measuring method, optical measuring device and operating method for a transmitter arrangement
DE102015220588A1 (en) Measuring method and measuring arrangement for an imaging optical system
WO2020244937A1 (en) Measuring apparatus for interferometrically determining a shape of an optical surface of a test object
DE19882191B4 (en) Interference measurement of absolute dimensions of cylindrical surfaces in grazing incidence
WO2020109419A1 (en) Method, interferometer and signal processing device, each for determining an input phase and/or an input amplitude of an input light field
DE10321895B4 (en) Sensor for detecting the topography with a two-beam interferometer
EP2276999B1 (en) Optical arrangement for illuminating a measured object, and interferometric arrangement for measuring surfaces of a measured object
DE102021214364A1 (en) Measuring device and measuring method for interferometric measurement of a surface shape
EP1316789A1 (en) Calibration of a diffractive compensation or absolute normal element ( twin or dual CGH ) by faults in the wavefront of the auxiliary spherical wave
DE102018202637A1 (en) Method for determining a focus position of a lithography mask and metrology system for carrying out such a method
DE19521551C2 (en) Speckle interferometry method for obtaining topographic information from a constant object surface
DE102022209477B3 (en) Interferometric measuring method and interferometric measuring device