DE19708447A1

DE19708447A1 - Twyman-Green interferometer adjustment device

Info

Publication number: DE19708447A1
Application number: DE1997108447
Authority: DE
Inventors: Ingolf Dr Weingaertner; Michael Dr Schulz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-03-01
Filing date: 1997-03-01
Publication date: 1998-09-03

Abstract

The device includes a measuring surface area of a Twyman interferometer which forms the first surface area of an optical system arranged in the beam direction. The optical system contains an adjustment system, which represents an interferometer, whereby the centres of curvature of the measuring surface area and the surface areas of the adjustment system are aligned with each other. The adjustment of the Twyman interferometer is correctly achieved, if the structure of the interferogram which results from the adjustment system is optimized with respect to any other adjustment. For example, the adjustment is correct if the system minimises intensity modulation or reaches an extreme of an evaluation function after a mathematical transformation.

Description

Nachfolgend wird folgende Nomenklatur über interferometrische Fachbegriffe verwendet:
The following nomenclature about interferometric technical terms is used:

- The phase distribution or topography of a wavefront is used as the wavefront draws.
- The wave aberration is the deviation of the wavefront after passing through an imaging system approaches a pixel, referred to as the ideal spherical wave.
- A Twyman-Green interferometer (hereinafter referred to simply as a Twyman Interferometer) is a special form of the Michelson interferometer, at the mirror of an interferometer arm through the lens to be tested and a reflec ting spherical surface is replaced. A Twyman interferometer is therefore particularly suitable for Measurement of wave aberrations using imaging optics.
- The spherical surface (spherical cap of the.) Is used as the measuring surface in a Twyman interferometer Reference sphere), which is brought into place with its center of curvature at which the pixel in the image is created by an imaging system, whose wave aberration is to be measured.
- The extent measured in an angular unit or a length unit is used as the image field the image of an object originating from an imaging system.
- The pupil of an imaging system is the area (plane) of the system, in which is the beam-limiting diaphragm (aperture diaphragm), or an image there from.

field of use

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Justierung von Twyman- Interferometern, die zur Bestimmung der Wellenaberration von Abbildungssystemen beson ders im ausgedehnten Bildfeld geeignet sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das er findungsgemäße Verfahren können angewendet werden auf Hochleistungsobjektive wie Pho tolithographieobjektive, auf Luftbildobjektive, Photoobjektive, Mikroskopobjektive, Mikroob jektive, Kollimatoren und allgemein auf abbildende Systeme.The invention relates to a device and a method for adjusting Twyman Interferometers, which are used to determine the wave aberration of imaging systems are suitable in the extended image field. The device according to the invention and he Methods according to the invention can be applied to high-performance lenses such as Pho tolithography lenses, on aerial photography lenses, photo lenses, microscope lenses, microob jective, collimators and generally on imaging systems.

State of the art

Die Interferometrie ist als Meßverfahren zur Charakterisierung der Wellenaberrationen bei Linsen und Objektiven etabliert. Im besonderen wird zur Messung der Wellenaberrationen von Linsen und Objektiven das Twyman-Interferometer [1][2] verwendet. Das Twyman- Interferometer ist eine besondere Form des Michelson-Interferometers, bei dem der ebene Spiegel in einem Interferometerarm durch das zu prüfende Objektiv und eine reflektierende Kugelfläche, die Meßfläche, ersetzt wird. Ein Twyman-Interferometer findet daher insbeson dere zur Messung der Wellenaberrationen von Abbildungsoptik Verwendung. Die Meßfläche muß mit ihrem Krümmungsmittelpunkt an die Stelle gebracht werden, an welcher der Bild punkt bei der Abbildung durch ein Abbildungssystem entsteht, dessen Wellenaberration ge messen werden soll.Interferometry is used as a measuring method to characterize the wave aberrations Lenses and lenses established. In particular, it is used to measure wave aberrations the Twyman interferometer [1] [2] is used for lenses and lenses. The Twyman Interferometer is a special form of the Michelson interferometer, in which the plane Mirror in an interferometer arm through the lens under test and a reflective one Spherical surface, the measuring surface, is replaced. A Twyman interferometer is therefore particularly popular used to measure the wave aberrations of imaging optics. The measuring surface must be brought with its center of curvature to the place where the picture point in the image is created by an imaging system whose wave aberration is ge to be measured.

Die Twyman-Interferometrie birgt mehrere Schwierigkeiten: Die Erzeugung einer Refe renzwelle ist aufwendig, da die hierfür benötigten optischen Komponenten zusätzliche Aber rationen einführen [3]. Die Meßfläche (Referenzkugel) muß in bezug auf ihre Kugelform ab solut mit der erforderlichen Genauigkeit vermessen sein. Alle sonstigen optischen Komponen ten wie der ebene Spiegel im Referenzarm des Interferometers und der Strahlteiler müssen ebenfalls absolut mit der erforderlichen Genauigkeit in bezug auf ihre Ebenheit vermessen werden. Alle zuvor erwähnten optischen Bauteile sind mit vorhandenen optischen Präzisi onsmeßverfahren mit der erforderlichen Genauigkeit meßbar, und ihre optische Wirkung auf die Messung der Wellenaberration kann somit abgeschätzt und berechnet werden.Twyman interferometry has several difficulties: The generation of a ref renzwelle is complex because the optical components required for this additional but introduce rations [3]. The measuring surface (reference sphere) must be in relation to its spherical shape be measured with the required accuracy. All other optical components like the flat mirror in the reference arm of the interferometer and the beam splitter also measured absolutely with the required accuracy with regard to their flatness will. All of the aforementioned optical components are with existing optical precision onsmeßverfahren measurable with the required accuracy, and their optical effect the measurement of the wave aberration can thus be estimated and calculated.

Eine grundsätzliche Schwierigkeit der Twyman-Interferometrie, die seit ihrer Erfindung nicht gelöst worden ist, stellt die Frage der richtigen Justierung der Meßfläche (Referenzkugel) dar. Das Twyman-Interferometer mißt nur dann die Wellenaberration richtig, wenn der Schwer punkt des Punktbildes und der Krümmungsmittelpunkt der Meßfläche zusammenfallen. Es ist kein Verfahren bekannt, die Meßfläche eines Twyman-Interferometers objektiv und nach weislich richtig zu justieren. Eine besondere Schwierigkeit der Justierung tritt dann auf, wenn Messungen der Wellenaberrationen im ausgedehnten Bildfeld, also unter Bildwinkeln durch geführt werden sollen.A fundamental difficulty in Twyman interferometry, which has not been since its invention has been solved, represents the question of the correct adjustment of the measuring surface (reference sphere). The Twyman interferometer only correctly measures the wave aberration when the gravity Point of the point image and the center of curvature of the measuring surface coincide. It is no method known, the measuring surface of a Twyman interferometer objectively and according to wisely adjusted. A particular difficulty of adjustment occurs when Measurements of the wave aberrations in the extended image field, i.e. at image angles through should be performed.

Im Verlaufe der vielen Jahre seit der Erfindung des Twyman-Interferometers sind eine Reihe von Versuchen unternommen worden, mit dem Twyman-Interferometer die Wellenaberratio nen von Abbildungssystemen insbesondere auch unter Abbildungswinkeln zu messen [4][5][6][7]. Hier sind die Schwierigkeiten der Justierung der Meßfläche nicht gelöst worden.Over the many years since the Twyman interferometer was invented, there have been a number attempts have been made to use the Twyman interferometer to measure the wave aberration of imaging systems, especially under imaging angles [4] [5] [6] [7]. The difficulties of adjusting the measuring surface have not been solved here.

Ein erster erfolgreicher Versuch zur absoluten Justierung der Meßfläche wurde in [8] be schrieben. Hier wird vermittels eines von der Meßfläche räumlich getrennten aber mit der Meßfläche fest verbundenen zusätzlichen optischen System der Schwerpunkt des Punktbildes im Raum bestimmt, und nach erfolgter Justierung wird über ein kalibriertes motorisches Sy stem die Meßfläche mit ihrem Krümmungsmittelpunkt in den Ort des Schwerpunktes des Punktbildes verfahren. Dieses System erfordert nach der Justierung relativ lange Verfahrwege und Wartezeiten, bevor die Wellenaberration gemessen werden kann.A first successful attempt at the absolute adjustment of the measuring surface was described in [8] wrote. Here, by means of a spatially separated from the measuring surface but with the Measuring surface firmly connected additional optical system the focus of the point image determined in the room, and after adjustment is done via a calibrated motor system stem the measuring surface with its center of curvature in the location of the center of gravity of the Point pattern. This system requires relatively long travels after adjustment and waiting times before the wave aberration can be measured.

Eine besonders anspruchsvolle Anwendung von Twyman-Interferometern stellt die Messung der Wellenaberration von Photolithographieobjektiven dar, bei denen eine sehr geringe Me ßunsicherheit bei der Messung der Wellenaberration über einen sehr großen Bildwinkelbe reich erzielt werden muß. Hier war in der Vergangenheit die einzig erfolgreiche Meßtechnik die Messung von Queraberrationen und die daraus folgende Berechnung der Wellenaberratio nen [9]. Diese Systeme erfordern äußerst aufwendige Apparaturen und sind ebenfalls nicht nach objektiven Kriterien justierbar.Measurement is a particularly demanding application of Twyman interferometers the wave aberration of photolithography lenses, in which a very low Me Uncertainty when measuring the wave aberration over a very large angle of view must be achieved richly. Here was the only successful measuring technique in the past the measurement of transverse aberrations and the resulting calculation of the wave aberration nen [9]. These systems require extremely complex equipment and are also not adjustable according to objective criteria.

task

Im einzelnen sind Anwendungen möglich u. a. für die Untersuchung der Abbildungseigen schaften von Photoobjektiven, Luftbildobjektiven, Kollimatoren, Mikroskopobjektiven und Photolithographieobjektiven. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind wirtschaftlich bedeutsam insbesondere bei der Messung der Abbildungsquali tät von Hochleistungsobjektiven im ausgedehnten Bildfeld. In particular, applications are possible and. a. for the investigation of the image properties photo lenses, aerial photography lenses, collimators, microscope lenses and Photolithography lenses. The device according to the invention and the invention Processes are economically important, especially when measuring imaging quality high-performance lenses in the extended image field.

Für Photolithographieobjektive ist eine Anwendung besonders wichtig, weil es für solche Abbildungssysteme bislang kein quantitatives Meßverfahren für Wellenfronten (Wellenaberrationen, Bildfehler) gibt. Photolithographieobjektive werden zur Abbildung von Masken auf Wafer benutzt, um integrierte Schaltkreise herzustellen. Es handelt sich hierbei also um eine zukunftsorientierte Schlüsseltechnologie.An application is particularly important for photolithography lenses because it is for such Imaging systems so far no quantitative measurement method for wave fronts (Wave aberrations, image errors) there. Photolithography lenses are used to image Masks on wafers used to make integrated circuits. It is about this in other words, a future-oriented key technology.

solution

Die erfindungsgemäße Lösung des Justierproblems bei der Twyman-Interferometrie liegt darin, daß die Meßfläche in Strahlfortschreitungsrichtung nicht als die letzte Fläche des Ge samtsystems fungiert, sondern daß die Meßfläche die erste Fläche eines in Strahlfortschrei tungsrichtung nachfolgenden optischen Justiersystems ist. Dieses Justiersystem wiederum wirkt selbst als ein Interferometer. Dieses Justiersystem wirkt im Falle einer einfallenden fehlerfreien Kugelwelle bei richtiger Justierung so, daß im Falle des Zusammenfallens des Krümmungsmittelpunktes einer einfallenden fehlerfreien Kugelwelle und des Krümmungs mittelpunktes der Meßfläche ein in bezug auf die Interferenzintensität, die vom Justiersystem herrührt, strukturloses Interferogramm im Justiersystem entsteht. Weiterhin liefert das Justier system im Falle einer einfallenden nicht fehlerfreien Kugelwelle bei richtiger Justierung, d. h., wenn der Schwerpunkt des Punktbildes im Bildort und der Krümmungsmittelpunkt der Meß fläche zusammenfallen, eine Interferenzintensität, die gegenüber jeder anderen Justierung ausgezeichnet ist, z. B. die geringste Intensitätsmodulation aufweist oder nach einer mathema tischen Transformation ein Extremum einer Bewertungsfunktion erreicht. Dabei können ins besondere die Meßfläche und die erste Fläche des Justiersystems identisch sein. Dabei können vorteilhafterweise eine oder mehrere Flächen des Justiersystems einen sehr viel kleineren Krümmungsradius als die Meßfläche haben, wodurch die Genauigkeit der Justierung erhöht wird.The solution to the adjustment problem according to the invention lies in Twyman interferometry in that the measuring surface in the beam propagation direction is not the last surface of the Ge entire system functions, but that the measuring surface is the first surface of a beam progression direction of the following optical adjustment system. This adjustment system in turn acts as an interferometer itself. This adjustment system works in the event of an incident error-free ball shaft with correct adjustment so that in the event of collapse of the Center of curvature of an incident error-free spherical wave and the curvature center of the measuring surface in relation to the interference intensity from the adjustment system here, structureless interferogram is created in the adjustment system. The adjustment also delivers system in the event of an incident non-error-free spherical shaft with correct adjustment, d. H., if the focus of the point image in the image location and the center of curvature of the measurement surface coincide, an interference intensity that compared to any other adjustment is excellent, e.g. B. has the lowest intensity modulation or after a mathema table transformation reached an extreme of an evaluation function. Thereby ins in particular the measuring surface and the first surface of the adjustment system must be identical. You can advantageously one or more surfaces of the adjustment system a much smaller one Radius of curvature than the measuring surface, which increases the accuracy of the adjustment becomes.

Disclosure of the measures claimed

Die erfindungsgemäße Lösung des Justierproblems bei der Twyman-Interferometrie liegt darin, daß die Meßfläche in Strahlfortschreitungsrichtung nicht als die letzte Fläche des Ge samtsystems fungiert, sondern daß die Meßfläche die erste Fläche eines in Strahlfortschrei tungsrichtung nachfolgenden optischen Justiersystems ist. Dieses Justiersystem wiederum wirkt selbst als ein Interferometer. Dieses Justiersystem wirkt im Falle einer einfallenden fehlerfreien Kugelwelle bei richtiger Justierung so, daß im Falle des Zusammenfallens des Krümmungsmittelpunktes einer einfallenden fehlerfreien Kugelwelle und des Krümmungs mittelpunktes der Meßfläche ein in bezug auf die Interferenzintensität strukturloses Interfero gramm entsteht. Damit dies möglich ist, müssen die Krümmungsmittelpunkte aller an dem Justierinterferometer beteiligten Flächen zusammenfallen.The solution to the adjustment problem according to the invention lies in Twyman interferometry in that the measuring surface in the beam propagation direction is not the last surface of the Ge entire system functions, but that the measuring surface is the first surface of a beam progression direction of the following optical adjustment system. This adjustment system in turn acts as an interferometer itself. This adjustment system works in the event of an incident error-free ball shaft with correct adjustment so that in the event of collapse of the Center of curvature of an incident error-free spherical wave and the curvature In the center of the measuring surface, an interfero that is structureless with respect to the interference intensity gram arises. In order for this to be possible, the centers of curvature must all be at that Areas involved in the adjustment interferometer collapse.

Weiterhin liefert das Justiersystem im Falle einer einfallenden nicht fehlerfreien Kugelwelle bei richtiger Justierung, d. h., wenn der Schwerpunkt des Punktbildes im Bildort und der Krümmungsmittelpunkt der Meßfläche zusammenfallen, eine Interferenzintensität, die gegen über jeder anderen Justierung ausgezeichnet ist, z. B. die geringste Intensitätsmodulation auf weist oder nach einer mathematischen Transformation ein Extremum einer Bewertungsfunkti on erreicht. Damit ist auch eine automatisierte, objektive, reproduzierbare, objektiv richtige und von Bedienern unabhängige Justierung des Twyman-Interferometers gewährleistet. Furthermore, the adjustment system delivers in the event of an incident, non-error-free spherical shaft with correct adjustment, d. that is, if the focus of the point image in the image location and the The center of curvature of the measuring surface coincides, an interference intensity that is against is distinguished above any other adjustment, e.g. B. the lowest intensity modulation indicates or after a mathematical transformation an extremum of an evaluation function on reached. This is also an automated, objective, reproducible, objectively correct one and adjustment of the Twyman interferometer independent of operators is guaranteed.

Dabei können (aber müssen nicht) insbesondere die Meßfläche und die erste Fläche des Ju stiersystems identisch sein. Dabei können vorteilhafterweise eine oder mehrere Flächen des Justiersystems einen sehr viel kleineren Krümmungsradius als die Meßfläche haben, wodurch die Genauigkeit der Justierung erhöht wird.The measuring surface and the first surface of the Ju bull system to be identical. One or more surfaces of the Justiersystems have a much smaller radius of curvature than the measuring surface, whereby the accuracy of the adjustment is increased.

Im besonderen kann die Messung der Wellenaberration mit dem Twyman-Interferometer unmittelbar nach Beendigung der Justierung durchgeführt werden, weil nach beendeter Justie rung die Meßfläche bereits an der für die Messung der Wellenaberration korrekten Stelle steht. Ebenso kann bereits während der Justierung die Messung der Wellenaberration durchge führt werden, was bedeutet, daß die Messung bereits in dem Moment beendet ist, wenn die Justierung beendet ist.In particular, the measurement of the wave aberration with the Twyman interferometer be carried out immediately after the end of the adjustment, because after the end of the adjustment tion already at the correct position for the measurement of the wave aberration stands. Likewise, the measurement of the wave aberration can already be carried out during the adjustment be carried out, which means that the measurement has already ended at the moment when the Adjustment is complete.

Das Justiersystem kann dergestalt aufgebaut werden, daß zur Messung mit der Meßfläche ein mechanischer Verschluß in das Justiersystem eingeführt wird, der den Einfluß der weiteren Flächen des Justiersystems auf die Messung der Wellenaberration mit dem Twyman- Interferometer verhindert, und daß zur Justierung der mechanische Verschluß wieder entfernt wird.The adjustment system can be constructed in such a way that for measuring with the measuring surface mechanical closure is introduced into the adjustment system, the influence of the other Areas of the adjustment system for measuring the wave aberration with the Twyman Interferometer prevented, and that for adjustment the mechanical shutter removed becomes.

Im einfachsten Falle kann das Justiersystem aus einer Vollkugel bestehen, bei der die Front fläche der Kugel gleichzeitig die Meßfläche und die erste Fläche des Justiersystems darstellt und bei der die Rückfläche der Kugel die zweite Fläche des Justiersystems darstellt. Die Strahlverläufe und die resultierenden Wellenfronten sind in der Abb. 1 dargestellt. In diesem Falle kann nach Beendigung der Justierung eine Immersion mit gleichem oder ähnlichem Brechungsindex mit der Rückseite der Kugel in Berührung gebracht werden, um eine unge störte Messung der Wellenaberration mit ausschließlich der Meßfläche zu ermöglichen.In the simplest case, the adjustment system can consist of a solid ball, in which the front surface of the ball simultaneously represents the measuring surface and the first surface of the adjustment system and in which the rear surface of the ball represents the second surface of the adjustment system. The beam profiles and the resulting wave fronts are shown in Fig. 1. In this case, an immersion with the same or similar refractive index can be brought into contact with the back of the ball after the end of the adjustment in order to enable undisturbed measurement of the wave aberration with only the measuring surface.

Es werden weiter besondere Ausführungsformen vorgeschlagen, die sich durch besondere Justierempfindlichkeit auszeichnen. In diesen Fällen besteht das Justiersystem aus mehr als zwei Meniskuslinsen mit identischen Krümmungsmittelpunkten aller Flächen. Es wird an geeigneter Stelle ein mechanischer Verschluß eingefügt, um zwischen Justiermodus und Meßmodus umschalten zu können. Das Justiersystem besteht dann aus der Meßfläche als der Frontfläche des ersten Meniskus und zwei weiteren Flächen anderer Menisken. Eine der bei den oder beide Flächen der am Justierinterferometer beteiligten Flächen der anderen Menis ken haben einen sehr kleinen Krümmungsradius, um die Empfindlichkeit der Justierung zu erhöhen. Die nicht an dem Justierinterferometer beteiligten Flächen müssen für die verwende te Wellenlänge bei der Benutzung unter jeweils senkrechtem Einfall sehr gut entspiegelt wer den. Weiterhin können dann die beiden an dem Justierinterferometer beteiligten Flächen mit einer Beschichtung versehen werden, welche die Reflektivität der Oberflächen erhöht und damit zu Mehrstrahlinterferenzen führt, was wiederum die Empfindlichkeit des Verfahrens erhöht und gleichzeitig die Einflüsse der Interferenz der beiden Flächen des Justierinterfero meters mit der unbeschichteten Meßfläche weitgehend unterdrückt.Special embodiments are further proposed, which are distinguished by special Mark adjustment sensitivity. In these cases, the adjustment system consists of more than two meniscus lenses with identical centers of curvature on all surfaces. It's going on A mechanical lock is inserted at a suitable point to switch between adjustment mode and To be able to switch measuring mode. The adjustment system then consists of the measuring surface as the Front surface of the first meniscus and two other surfaces of other menisci. One of the at the or both surfaces of the surfaces of the other menus involved in the adjustment interferometer ken have a very small radius of curvature to increase the sensitivity of the adjustment increase. The areas not involved in the adjustment interferometer must be used for the anti-reflective coating when used under normal incidence the. Furthermore, the two surfaces involved in the adjustment interferometer can then be used be provided with a coating which increases the reflectivity of the surfaces and thus leading to multi-beam interference, which in turn increases the sensitivity of the process increases and at the same time influences of the interference of the two surfaces of the adjustment interfero meters with the uncoated measuring surface largely suppressed.

Preferred form of application

Es sind drei bevorzugte Anwendungsformen denkbar:
Three preferred forms of application are conceivable:

1. The simplest case is a full sphere as an adjustment system. This solid ball shouldn't be any Have reflective layers, i.e. consist of pure glass. The front surface works the full sphere as the measuring surface and as the first surface of the adjustment system, and the rear surface acts as the second surface of the adjustment system. After completion of the adjustment, an immersion with the same or similar refractive index as the material of the ball with the back the ball can be brought into contact for an undisturbed measurement of the wave aberration with only the measuring surface. This is not a very high one, for many Cases, however, to achieve sufficient sensitivity of the adjustment system. The advantage is that Possibility to manufacture a solid ball relatively easily with high accuracy. Further adjustments of the solid ball system are naturally not possible and therefore also unnecessary.
2. The adjustment system consists of two meniscus lenses with an identical center of curvature th of all areas. There is a mechanical lock between the two menisci to be able to switch between adjustment mode and measurement mode. The adjustment system exists in this case from the measuring surface as the front surface of the first meniscus and two others Surfaces of the two menisci, the first surface of the first meniscus advantageously also the is the first surface of the adjustment system. The two did not participate in the adjustment interferometer Surfaces must be vertical for the wavelength used when used The reflection can be coated very well.
3. The adjustment system consists of more than two meniscus lenses with identical crumbs center of all surfaces. There will be a mechanical lock at a suitable point inserted to be able to switch between adjustment mode and measuring mode. The Justiersy stem consists in this case of the measuring surface as the front surface of the first meniscus and two other faces of other menisci. One of the two or both surfaces of the Ju Areas of the other menisci involved in bull interferometers have a very small area Radius of curvature to increase the sensitivity of the adjustment. The not on the Ju Areas involved in bull interferometers must be used for the wavelength used anti-reflective coating under normal incidence. The two on the Ju Areas involved in bull interferometers are provided with a coating which covers the Reflectivity of the surfaces increases and thus leads to multibeam interference, which again to increase the sensitivity of the method and at the same time the effects of interference largely of the two surfaces of the adjustment interferometer with the uncoated measuring surface suppressed.

Advantages of the device according to the invention and the inventions method according to the invention

Ein Twyman-Interferometer findet insbesondere zur Messung der Wellenaberrationen von Abbildungsoptik Verwendung. Die Meßfläche muß mit ihrem Krümmungsmittelpunkt an die Stelle gebracht werden, an welcher der Bildpunkt bei der Abbildung durch ein Abbildungssy stem entsteht, dessen Wellenaberration gemessen werden soll. Dies stellt das zentrale Problem bei der Benutzung der Twyman-Interferometrie insbesondere unter Bildwinkeln dar. Dieses Problem ist seit der Erfindung der Twyman-Interferometrie nicht gelöst. Alle anderen Pro bleme lassen sich bisher bereits, wenn auch teilweise mit erheblichem Auswand, lösen, näm lich u. a. die Erzeugung einer Referenzwelle, da die hierfür benötigten optischen Komponen ten zusätzliche Aberrationen einführen. Die Meßfläche (Referenzkugel) muß in bezug auf ihre Kugelform absolut mit der erforderlichen Genauigkeit vermessen sein. Alle sonstigen opti schen Komponenten wie der ebene Spiegel im Referenzarm des Interferometers und der Strahlteiler müssen ebenfalls absolut mit der erforderlichen Genauigkeit in bezug auf ihre Ebenheit vermessen werden. Alle vorerwähnten optischen Bauteile sind mit vorhandenen op tischen Präzisionsmeßverfahren mit der erforderlichen Genauigkeit meßbar, und ihre optische Wirkung auf die Messung der Wellenaberration kann somit abgeschätzt und berechnet wer den. Eine grundsätzliche Schwierigkeit der Twyman-Interferometrie, die seit ihrer Erfindung nicht gelöst worden ist, stellt die Frage der richtigen Justierung der Meßfläche dar. Das Twyman-Interferometer mißt nur dann die Wellenaberration richtig, wenn der Schwerpunkt des Punktbildes und der Krümmungsmittelpunkt der Meßfläche zusammenfallen. Im Verlaufe der vielen Jahre seit der Erfindung des Twyman-Interferometers sind eine Reihe von Versu chen unternommen worden, mit dem Twyman-Interferometer die Wellenaberrationen von Abbildungssystemen insbesondere auch unter Abbildungswinkeln zu messen. Nirgends sind die Schwierigkeiten der Justierung der Meßfläche bisher zufriedenstellend gelöst worden. Ein erster erfolgreicher Versuch zur absoluten Justierung der Meßfläche wurde weiter oben bereits beschrieben. Hier wird vermittels eines von der Meßfläche räumlich getrennten aber mit der Meßfläche fest verbundenen zusätzlichen optischen System der Schwerpunkt des Punktbildes im Raum bestimmt, und nach erfolgter Justierung wird über ein kalibriertes motorisches Sy stem die Meßfläche mit ihrem Krümmungsmittelpunkt in den Ort des Schwerpunktes des Punktbildes verfahren. Dieses System erfordert nach der Justierung relativ lange Verfahrwege und Wartezeiten, bevor die Wellenaberration gemessen werden kann. Messungen mit hoher Genauigkeit sind also auch hier nicht möglich, zumindestens nicht Messungen mit so hoher Genauigkeit, wie sie für Photolithographieobjektive als einem bevorzugten Anwendungsob jekt notwendig sind. Es ist also kein Verfahren bekannt, die Meßfläche eines Twyman- Interferometers objektiv, nachweislich richtig und ausreichend schnell und ohne zusätzliche Fehlereinflüsse zu justieren. Eine besondere Schwierigkeit der Justierung tritt dann auf, wenn Messungen der Wellenaberrationen im ausgedehnten Bildfeld, also unter Bildwinkeln durch geführt werden sollen. Eine besonders anspruchsvolle Anwendung von Twyman- Interferometern sei noch einmal erwähnt, nämlich die Messung der Wellenaberration von Photolithographieobjektiven, bei der eine sehr geringe Meßunsicherheit bei der Messung der Wellenaberration über einen sehr großen Bildwinkelbereich erzielt werden muß. Hier war in der Vergangenheit die einzig erfolgreiche Meßtechnik die Messung von Queraberrationen und die daraus folgende Berechnung der Wellenaberrationen. Diese Systeme erfordern äußerst aufwendige Apparaturen und sind ebenfalls nicht nach objektiven Kriterien justierbar.A Twyman interferometer is used in particular to measure the wave aberrations of Imaging optics use. The measuring surface with its center of curvature must be at the Are brought to the point at which the pixel in the image by an imaging system stem arises whose wave aberration is to be measured. This poses the central problem when using Twyman interferometry, especially at angles of view The problem has not been solved since the invention of Twyman interferometry. All other pro So far, problems can be solved, albeit partially with considerable effort Lich and. a. the generation of a reference wave, since the optical components required for this introduce additional aberrations. The measuring surface (reference sphere) must refer to its Spherical shape must be measured absolutely with the required accuracy. All other opti components such as the flat mirror in the reference arm of the interferometer and the Beam splitters must also be absolutely accurate with respect to their required Flatness can be measured. All the aforementioned optical components are available with existing op table precision measuring method measurable with the required accuracy, and their optical Effect on the measurement of the wave aberration can thus be estimated and calculated the. A fundamental difficulty in Twyman interferometry that has been in existence since its invention has not been solved, represents the question of the correct adjustment of the measuring surface Twyman interferometer only correctly measures the wave aberration when the center of gravity of the point image and the center of curvature of the measuring surface coincide. During of the many years since the invention of the Twyman interferometer are a series of Versu The Twyman interferometer has been used to measure the wave aberrations of Imaging systems in particular also to measure under imaging angles. Are nowhere the difficulties of adjusting the measuring surface have so far been solved satisfactorily. A The first successful attempt at absolute adjustment of the measuring surface has already been made above described. Here, by means of a spatially separated from the measuring surface but with the Measuring surface firmly connected additional optical system the focus of the point image determined in the room, and after adjustment is done via a calibrated motor system stem the measuring surface with its center of curvature in the location of the center of gravity of the Point pattern. This system requires relatively long travels after adjustment and waiting times before the wave aberration can be measured. Measurements with high Accuracy is therefore not possible here either, at least not measurements with such a high level Accuracy as a preferred application for photolithography lenses are necessary. No method is known, therefore, of measuring the surface of a Twyman Interferometers objective, verifiably correct and sufficiently fast and without additional To adjust the influence of errors. A particular difficulty of adjustment occurs when Measurements of the wave aberrations in the extended image field, i.e. at image angles through should be performed. A particularly demanding application of Twyman Interferometers should be mentioned again, namely the measurement of the wave aberration of Photolithography lenses, in which a very low measurement uncertainty when measuring the Wave aberration must be achieved over a very wide range of image angles. Here was in the only successful measuring technique in the past was the measurement of transverse aberrations and the resulting calculation of the wave aberrations. These systems are extremely demanding complex equipment and are also not adjustable according to objective criteria.

Nach all den zuvor erwähnten Schwierigkeiten setzen die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ein: Die erfindungsgemäße Lösung des Justierproblems bei der Twyman-Interferometrie liegt darin, daß die Meßfläche in Strahlfortschreitungsrichtung nicht als die letzte Fläche des Gesamtsystems fungiert, sondern daß die Meßfläche die erste Fläche eines in Strahlfortschreitungsrichtung nachfolgenden optischen Justiersystems ist. Die ses Justiersystem wiederum wirkt selbst als ein Interferometer. Dieses Justiersystem wirkt im Falle einer einfallenden fehlerfreien Kugelwelle bei richtiger Justierung so, daß im Falle des Zusammenfallens des Krümmungsmittelpunktes einer einfallenden fehlerfreien Kugelwelle und des Krümmungsmittelpunktes der Meßfläche ein in bezug auf die Interferenzintensität strukturloses Interferogramm entsteht. Damit dies möglich ist, müssen die Krümmungsmittel punkte aller an dem Justierinterferometer beteiligten Flächen zusammenfallen. Dieses Verfah ren ist äußerst einfach, schnell, objektiv, automatisierbar und unabhängig vom Bediener. After all the difficulties mentioned above, the device and the inventive method: The inventive solution to the adjustment problem Twyman interferometry is based on the fact that the measuring surface is in the beam propagation direction does not function as the last surface of the overall system, but that the measuring surface is the first Surface of an optical adjustment system following in the beam propagation direction. The This adjustment system in turn acts as an interferometer. This adjustment system works in the In the case of an incident error-free ball shaft with correct adjustment so that in the case of The center of curvature of an incident error-free spherical wave coincides and the center of curvature of the measuring surface with respect to the interference intensity structureless interferogram arises. In order for this to be possible, the curvature means must points of all surfaces involved in the adjustment interferometer coincide. This procedure ren is extremely simple, fast, objective, automatable and independent of the operator.

Weiterhin liefert das Justiersystem im Falle einer einfallenden nicht fehlerfreien Kugelwelle bei richtiger Justierung, d. h., wenn der Schwerpunkt des Punktbildes im Bildort und der Krümmungsmittelpunkt der Meßfläche zusammenfallen, eine Interferenzintensität, die gegen über jeder anderen Justierung ausgezeichnet ist, z. B. die geringste Intensitätsmodulation auf weist oder nach einer mathematischen Transformation ein Extremum einer Bewertungsfunkti on erreicht. Auch damit ist eine automatisierte, objektive, reproduzierbare, objektiv richtige und von Bedienern unabhängige Justierung des Twyman-Interferometers gewährleistet. Bei einer sehr einfachen Ausführungsform können die Meßfläche und die erste Fläche des Justier systems sogar identisch sein, wodurch eine sehr einfach zu realisierende Vollkugel aus Glas als Justiersystem dienen kann. Weiter ist eine sehr hohe Justiergenauigkeit dadurch erzielbar, daß eine oder mehrere Flächen des Justiersystems einen sehr viel kleineren Krümmungsradius als die Meßfläche haben, wodurch die Genauigkeit der Justierung erhöht wird. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt au ßerdem darin, daß die Messung der Wellenaberration unmittelbar nach Beendigung der Justie rung durchgeführt werden, weil nach beendeter Justierung die Meßfläche bereits an der für die Messung der Wellenaberration korrekten Stelle steht. Ebenso kann bereits während der Justie rung die Messung der Wellenaberration durchgeführt werden kann, was bedeutet, daß die Messung bereits in dem Moment beendet ist, wenn die Justierung beendet ist. Weitere Vortei le liegen darin, daß besondere Ausführungsformen realisierbar sind, die sich durch besondere Justierempfindlichkeit auszeichnen. In diesen Fällen besteht das Justiersystem aus mehr als zwei Meniskuslinsen mit identischen Krümmungsmittelpunkten aller Flächen. Es wird an geeigneter Stelle ein mechanischer Verschluß eingefügt, um einfach zwischen Justiermodus und Meßmodus umschalten zu können. Das Justiersystem besteht dann aus der Meßfläche als der Frontfläche des ersten Meniskus und zwei weiteren Flächen anderer Menisken. Eine der beiden oder beide Flächen der am Justierinterferometer beteiligten Flächen der anderen Me nisken haben einen sehr kleinen Krümmungsradius, um die Empfindlichkeit der Justierung zu erhöhen. Die nicht an dem Justierinterferometer beteiligten Flächen müssen für die verwende te Wellenlänge bei der Benutzung unter jeweils senkrechtem Einfall sehr gut entspiegelt wer den. Weiterhin können dann die beiden an dem Justierinterferometer beteiligten Flächen mit einer Beschichtung versehen werden, welche die Reflektivität der Oberflächen erhöht und damit zu Mehrstrahlinterferenzen führt, was wiederum die Empfindlichkeit des Verfahrens ebenfalls erhöht und gleichzeitig die Einflüsse der Interferenz der beiden Flächen des Ju stierinterferometers mit der unbeschichteten Meßfläche weitgehend unterdrückt.Furthermore, the adjustment system delivers in the event of an incident, non-error-free spherical shaft with correct adjustment, d. that is, if the focus of the point image in the image location and the The center of curvature of the measuring surface coincides, an interference intensity that is against is distinguished above any other adjustment, e.g. B. the lowest intensity modulation indicates or after a mathematical transformation an extremum of an evaluation function on reached. This is also an automated, objective, reproducible, objectively correct one and adjustment of the Twyman interferometer independent of operators is guaranteed. At a very simple embodiment, the measuring surface and the first surface of the adjustment systems can even be identical, which makes a very easy-to-implement full sphere made of glass can serve as an adjustment system. Furthermore, a very high adjustment accuracy can be achieved that one or more surfaces of the adjustment system have a much smaller radius of curvature than the measuring surface, which increases the accuracy of the adjustment. A special The advantage of the device and the method according to the invention is also In addition, that the measurement of the wave aberration immediately after completion of the Justie tion are carried out because after the adjustment, the measuring surface is already on the for Measurement of the wave aberration is correct. Likewise, during the Justie tion, the measurement of the wave aberration can be carried out, which means that the Measurement has already ended when the adjustment is complete. Another advantage le lie in the fact that special embodiments can be realized, which are characterized by special Mark adjustment sensitivity. In these cases, the adjustment system consists of more than two meniscus lenses with identical centers of curvature on all surfaces. It's going on A mechanical lock is conveniently inserted to easily switch between adjustment modes and to be able to switch measuring mode. The adjustment system then consists of the measuring surface as the front surface of the first meniscus and two further surfaces of other menisci. One of the both or both surfaces of the surfaces of the other measurement involved in the adjustment interferometer nisks have a very small radius of curvature to increase the sensitivity of the adjustment increase. The areas not involved in the adjustment interferometer must be used for the anti-reflective coating when used under normal incidence the. Furthermore, the two surfaces involved in the adjustment interferometer can then be used be provided with a coating which increases the reflectivity of the surfaces and thus leading to multi-beam interference, which in turn increases the sensitivity of the process also increased and at the same time the influences of the interference of the two surfaces of the Ju Bull interferometer with the uncoated measuring surface largely suppressed.

Explanation of an embodiment of the invention

Das vorgestellte Beispiel, s. Abb. 2, ist nicht das denkbar beste in bezug auf die Justieremp findlichkeit des Verfahrens. Hierzu wird auf das Kapitel 7 verwiesen. Es stellt aber eine einfa che Möglichkeiten für eine praktikable Ausführungsform dar. Das Justiersystem besteht in diesem Falle aus zwei Meniskuslinsen mit identischen Krümmungsmittelpunkten aller Flä chen. Zwischen den beiden Menisken steht ein mechanischer Verschluß, um einfach zwischen Justiermodus und Meßmodus umschalten zu können. Das Justiersystem besteht aus der Meß fläche und der ersten Fläche des Justiersystems als der Frontfläche des ersten Meniskus und der letzten Fläche des zweiten Meniskus als zweiter Fläche des Justiersystems. Die beiden nicht an dem Justierinterferometer beteiligten Flächen müssen für die verwendete Wellenlän ge bei der Benutzung unter jeweils senkrechtem Einfall sehr gut entspiegelt werden. Menis kus-Linsen können mit hoher Qualität hergestellt werden. Die Grundjustierung des Justiersy stems, die davon ausgeht, daß die Krümmungsmittelpunkte aller vier Flächen auf der opti schen Achse des Systems liegen und zusammenfallen, kann mit hochwertigen Optiken auf der optischen Achse mit hoher Genauigkeit realisiert werden. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß die Grundjustierung des Justiersystems nur einmal mit möglichst hoher Genauigkeit durchgeführt werden muß.The example presented, see Fig. 2 is not the best conceivable with regard to the sensitivity of the adjustment procedure. Please refer to Chapter 7. However, it represents a simple possibility for a practicable embodiment. The adjustment system in this case consists of two meniscus lenses with identical centers of curvature of all surfaces. There is a mechanical lock between the two menisci so that you can easily switch between adjustment mode and measurement mode. The adjustment system consists of the measuring surface and the first surface of the adjustment system as the front surface of the first meniscus and the last surface of the second meniscus as the second surface of the adjustment system. The two surfaces not involved in the adjustment interferometer must be very well anti-reflective for the wavelengths used when used with vertical incidence. Menis kus lenses can be made with high quality. The basic adjustment of the Justiersy system, which assumes that the centers of curvature of all four surfaces lie on the optical axis of the system and coincide, can be realized with high-quality optics on the optical axis with high accuracy. In this context, it should be pointed out that the basic adjustment of the adjustment system only has to be carried out once with the greatest possible accuracy.

credentials

[1] F. Twyman, A. Green, British Patent Nr. 103832 (1916).
[2] F. Twyman: An Interferometer for Testing Camera Lenses, Phil. Mag. S. 6 42 (1921) 777- 793.
[3] M. Born and E. Wolf: "Principles of Optics", Pergamon Press, Oxford, 6th (corrected) ed. (1989).
[4] P. F. Forman: Interferometry, G. W. Hopkins (Ed.), Proc. SPIE 192 (1979).
[5] J. Reichardt, H. Wetzstein: Quantitative Bestimmung der Abbildungsfehler photographischer Objektive mit Hilfe von Twyman-Interferometern. In Optik aller Wellenlängen, Physikalische Gesellschaft der DDR, 313-324, Akademie Verlag, Berlin (1959).
[6] F.-A. Sunder-Plassmann: Wellenaberration und Optische Übertragungsfunktion eines Fotoob jektivs außerhalb der Achse. Optik 26 (1967) 284-288.
[7] I. Weingärtner, M. Schulz: Interferometric methods for the measurement of wavefront aberra tions. Proc. SPIE 1781 (1993) 266-279.
[8] C. Thumser, M. Schulz, I. Weingärtner: A self-adjusting Twyman-Green interferometer for an extended image field. Optik (1979).
[9] W. Freitag, W. Grossmann, U. Grunewald, R. Wendler: Meßtechnische Erfassung der Bild leistung photolithographischer Objektive durch Wellenflächenanalyse. In Experimental Technique of Physics, A. Lösche, E. Schmutzer (Eds.) 36 (1988) 417-428.[1] F. Twyman, A. Green, British Patent No. 103832 (1916).
[2] F. Twyman: An Interferometer for Testing Camera Lenses, Phil. Mag. P. 6 42 (1921) 777-793.
[3] M. Born and E. Wolf: "Principles of Optics", Pergamon Press, Oxford, 6th (corrected) ed. (1989).
[4] PF Forman: Interferometry, GW Hopkins (Ed.), Proc. SPIE 192 (1979).
[5] J. Reichardt, H. Wetzstein: Quantitative determination of the aberrations of photographic lenses using Twyman interferometers. In optics of all wavelengths, Physical Society of the GDR, 313-324, Akademie Verlag, Berlin (1959).
[6] F.-A. Sunder-Plassmann: Wave aberration and optical transfer function of a photo lens off-axis. Optik 26 (1967) 284-288.
[7] I. Weingärtner, M. Schulz: Interferometric methods for the measurement of wavefront aberrations. Proc. SPIE 1781 (1993) 266-279.
[8] C. Thumser, M. Schulz, I. Weingärtner: A self-adjusting Twyman-Green interferometer for an extended image field. Optics (1979).
[9] W. Freitag, W. Grossmann, U. Grunewald, R. Wendler: Measurement of the image performance of photolithographic lenses by wave surface analysis. In Experimental Technique of Physics, A. Lösche, E. Schmutzer (Eds.) 36 (1988) 417-428.

Claims

1. Device and method for adjusting Twyman interferometers, characterized in that

a) that the measuring surface of a Twyman interferometer is the first surface of an optical system following in the beam propagation direction, which includes an adjustment system, which in turn represents an interferometer, the centers of curvature of the measuring surface and the surfaces involved in this adjustment system coinciding,
b) and that the adjustment of the Twyman interferometer is correct if the structure of the interferogram resulting from the adjustment system is excellent compared to any other adjustment, e.g. B. has the lowest intensity modulation or reaches an extremum of an evaluation function after a mathematical transformation.

2. Device and method according to claim 1, characterized in that the Justiersy stem in the case of an incident error-free spherical shaft with correct adjustment, d. i.e. if the center of curvature of the incident error-free spherical wave and the center of curvature coincide with the measuring surface, a with respect to the interference intensity, which of comes from the adjustment system, generates a structureless interferogram.

3. Device and method according to claim 1, characterized in that the Justiersy stem in the case of an incident not perfect ball shaft with correct adjustment, d. H., if the focus of the point image in the image location and the center of curvature of the measurement surface coincide, an interference intensity generated that compared to any other Justie tion is excellent, e.g. B. has the lowest intensity modulation or after a ma thematic transformation reached an extreme of an evaluation function.

4. The device and method according to claim 1-3, characterized in that the Meßflä che can be identical to the first surface of the adjustment system.

5. The method according to claim 1-3, characterized in that one or more surfaces of the Adjustment system can have a much smaller radius of curvature than the measuring surface, to increase the accuracy of the adjustment.

6. The method according to claim 1-5, characterized in that an automatic adjustment based on the demand for an interferogram that is as structureless as possible can be.

7. The method according to claim 1-6, characterized in that the measurement of the waves but ration can be carried out immediately after completion of the adjustment.

8. The method according to claim 1-6, characterized in that the measurement of the waves but ration can also be carried out during the adjustment and is thus ended when the Adjustment is complete.

9. The method according to claim 1-3, characterized in that the adjustment system such can be built up that for the measurement with the measuring surface a mechanical closure in the adjustment system is introduced, the influence of the other surfaces of the adjustment system prevents the measurement of the shaft aberration, and that for adjusting the mechanical Closure is removed again.

10. The method according to claim 1-4 characterized in that the adjustment system from one Solid sphere exists in which the front surface of the sphere is simultaneously the measuring surface and the first Represent the surface of the adjustment system and the rear surface of the ball is the second surface of the adjustment system.

11. The method according to claim 1-4, 10 characterized in that after the completion of Adjustment of an immersion with the same or similar refractive index with the back the ball is brought into contact with an undisturbed measurement of the wave aberration to enable only the measuring surface.

12. The method according to claim 1-3, characterized in that the adjustment system from a Solid ball exists, in which the front surface of the ball is simultaneously the measuring surface and the first Represent the surface of the adjustment system in which the rear surface of the ball continues to be the second Represents the area of the adjustment system and in which the center of the sphere is a very small one Volume is made opaque.

13. The method according to claim 1-3, characterized in that the adjustment system from more as two meniscus lenses with identical centers of curvature on all surfaces. It a mechanical shutter is inserted to switch between adjustment mode and measurement mode switch on. In this case the adjustment system consists of the measuring surface as the front surface of the first meniscus and two other surfaces of other menisci. Not the adjuster Areas involved in the terferometer must use the wavelength used anti-reflective under each vertical incidence.

14. The method according to claim 1-3, 13 characterized in that one of the two or at de Areas of the areas of the other menisci involved in the adjustment interferometer are very large have a small radius of curvature to increase the sensitivity of the adjustment.

15. The method according to claim 1-3, 13, 14 characterized in that the two on the Adjusting interferometer surfaces are provided with a coating that the Reflectivity of the surfaces increases and thus leads to multibeam interference, which again increased the sensitivity of the process.