ES2957549T3 - Procedimiento para medir una superficie óptica esférica-astigmática con la interferometría de Fizeau - Google Patents

Abstract

Método para medir un área óptica esférica-astigmática (40), que comprende las etapas de: a) generar un frente de onda esférico-astigmático como frente de onda de prueba mediante un aparato generador de frente de onda (10); b) medir interferométricamente las aberraciones del frente de onda entre el aparato generador de frente de onda (10) y el área esférico-astigmática (40) que se ajusta al aparato generador de frente de onda (40) de tal manera que el frente de onda de prueba incide en cualquier punto en el área esférica-astigmática área (40) sustancialmente en una dirección vertical, tomándose una pluralidad de mediciones en las que el área esférico-astigmática (40) se mide en varias posiciones, esferizada alrededor de los dos centros de los radios del astigmatismo y/o rotada por 180° alrededor de una superficie normal al área esférica-astigmática (40), de modo que se determinen las fases correspondientes del interferograma; yc) determinar el frente de onda del aparato generador de frente de onda (10) y de una forma del área esférica-astigmática (40) mediante un método reconstructivo matemático, después de lo cual la superficie del área esférica-astigmática (40) se corrige usando un método de procesamiento adecuado, repitiéndose los pasos a) ac) hasta que las aberraciones del frente de onda sean menores que un valor umbral definido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para medir una superficie óptica esférica-astigmática con la interferometría de Fizeau

La invención se refiere a un procedimiento para medir una superficie óptica esférica-astigmática.

Esta solicitud de patente reivindica la prioridad de la solicitud de patente alemana DE 102013226668.5.

Estado de la técnica

Las superficies ópticas astigmáticas y las superficies de forma libre con un gran porción astigmática se pueden examinar por interferometría utilizando un holograma generado por computadora (CGH) al diseñar el CGH de tal manera que genera un frente de ondas que es perpendicular en cada posición en la superficie teórica, de modo que la probeta se mida en autocolimación.

Sin embargo, a diferencia de las asferas rotacionalmente simétricas, las superficies de forma libre no presentan una varianza rotacional, por lo que una medición interferométrica de la superficie generalmente solo puede tener lugar exactamente en una posición relativa entre el CGH y la probeta. Esto significa una fuerte limitación de la precisión de medición de las superficies de forma libre en comparación con las asferas rotacionalmente simétricas, porque con estas últimas, las contribuciones al error no rotacionalmente simétrico del interferómetro y la probeta pueden separarse claramente midiendo teóricamente un número arbitrario de posiciones de la rotación. La precisión de ajuste alcanzable en este caso es de aprox. 20μm rms.

En el caso de superficies de forma libre, por el contrario, la precisión de ajuste actualmente es de solo aprox. 1 nm, ya que las contribuciones de error del interferómetro, especialmente las del CGH, deben calificarse por separado. Esto solo es posible con una precisión tal para los distintos parámetros que se logre una precisión de medición total en el intervalo de nanómetros de un solo dígito. Algunos de los parámetros del CGH son la profundidad de grabado, el ciclo de trabajo, el corte, el paso, la homogeneidad del sustrato CGH, etc. En el caso de superficies astigmáticas, son posibles dos posiciones de rotación del interferómetro en comparación con las superficies de forma libre, a saber, 0° y 180°, porque el astigmatismo presenta una doble invarianza rotacional.

La desventaja es que actualmente no existen procedimientos de calibración absolutos para superficies de forma libre, como existen, por ejemplo, para superficies esféricas (p. ej., calibración Cateye, procedimiento de deslizamiento giratorio, etc.).

Clemens Elster, "Exact two-dimensional wave-front reconstruction from lateral shearing interferograms with large shears", Applied Optics Vol. 39, N° 29, 10 de octubre 2000 da a conocer un procedimiento para reconstruir o bien desplegar errores en una superficie óptica, en el que se mide un corte de dos superficies ópticas entre sí, después de lo cual se reconstruye la forma del frente de onda original o bien la forma de la superficie de la probeta a partir de los frentes de onda cortados por integración o bien desdoblamiento.

A partir de Wihardjo E. "Interferometric measurement of actual oblique astigmatism of ophthalmic lenses", Optical Engineering, Soc. of Photo-Optical Instrumentation Engineers, Bellingham, Tomo 34, N° 3, 1 de marzo de 1995, páginas 785-789 se conoce un procedimiento para la medición interferométrica del astigmatismo oblicuo de lentes para gafas. Para ello pasa a emplearse un interferómetro de Mach-Zehnder. Una lente a medir se encuentra en un brazo del interferómetro y está montada en un soporte. Con la ayuda del soporte, la lente se puede girar y mover dentro del brazo del interferómetro.

El documento US 7.061.626 B1 se refiere a un procedimiento para producir un elemento óptico con una superficie óptica asférica. En el procedimiento, tiene lugar una medición del elemento óptico usando un sistema interferométrico. El sistema incluye una óptica de interferómetro con un holograma para formar un haz de luz de medición, de modo que un frente de onda del haz de luz de medición está adaptado a una forma teórica de la superficie óptica. También se describen ejecuciones de la óptica del interferómetro con las que el haz de luz de medición se puede desviar en un ángulo o un eje de simetría del haz de luz de medición que sale del holograma se puede desplazar en relación con un eje de simetría del haz de luz de medición que incide en el holograma.

Divulgación de la invención

Es misión de la presente invención proporcionar un procedimiento mejorado para medir una superficie óptica esféricaastigmática.

En particular, la superficie óptica de forma libre debería ser aquí del tipo denominado esférico-astigmático. Por ello se entiende que su forma puede representarse como la superposición de una superficie esférica y una superficie puramente astigmática, entendiéndose esta superposición como la adición de las alturas de la flecha de la superficie astigmática a las alturas de la flecha de la superficie esférica en la dirección normal.

El problema se resuelve según un primer aspecto de la invención con un procedimiento para medir una superficie óptica esférica-astigmática según la reivindicación 1.

De esta manera, una superficie esférica-astigmática se puede medir o bien calibrar de forma absoluta utilizando el denominado procedimiento de deslizamiento-deslizamiento. Al separar los errores del dispositivo generador del frente de onda y la superficie esférica-astigmática, las formas del frente de onda del dispositivo generador del frente de onda y la superficie esférica-astigmática se pueden determinar con mucha exactitud. El diámetro de la superficie esféricaastigmática es preferentemente solo ligeramente mayor, en particular aprox. de 5 a 10 %, que el del dispositivo generador del frente de onda.

Ventajas de la invención

Se considera particularmente ventajoso que mediante el procedimiento sea posible realizar una calibración absoluta de superficies esféricas-astigmáticas esencialmente puras y de superficies esféricas-astigmáticas de forma libre. Con ello se abre la posibilidad de producir superficies de referencia astigmáticas calibradas, cuya forma sea significativamente más cercana a un ajuste teórico de superficies de forma libre que una referencia puramente esférica, lo que se debe al hecho de que la mayoría de las superficies de forma libre son con frecuencia astigmáticas. Como resultado, es posible fabricar y examinar o calibrar superficies ópticas de forma libre con alta precisión según especificaciones predeterminadas.

Esto también es posible por el hecho de que en el caso de un movimiento relativo entre la probeta y el frente de onda de prueba, esencialmente solo se observan en el interferograma generado por el dispositivo de prueba ventajosamente inclinaciones entre el frente de onda reflejado de la probeta y el frente de onda de referencia interferométrica reflejado desde una superficie de referencia del dispositivo de prueba. Los valores de medición del frente de onda que quedan después de que se hayan ajustado estas inclinaciones se obtienen con precisión y permiten sacar conclusiones precisas sobre las desviaciones en la forma de la superficie de forma libre de una esfera de mejor ajuste.

De este modo, la invención permite, en particular, una ampliación de un espectro de medición de interferómetros de sub-abertura. Con la ayuda de los elementos de adaptación que se pueden producir, se pueden fabricar y examinar un gran número de superficies de forma libre en el espectro de frecuencia espacial de frecuencia media a alta. También se incluyen pruebas con fines de calibración.

Ventajosamente, de la invención se deriva la posibilidad de una calibración de toda la superficie de los montajes de prueba para superficies esféricas-astigmáticas, de forma análoga a la calibración de esferas rotatorias y deslizantes. La invención se describe en detalle a continuación con otras características y ventajas en base a varias figuras. En este caso, todas las características descritas o representadas forman el objeto de la invención, ya sea solas o en una combinación arbitraria, independientemente de cómo estén resumidas en las reivindicaciones o sus referencias anteriores, así como independientemente de su formulación o representación en la descripción o bien en las figuras. Las figuras están pensadas, principalmente, para ilustrar los principios que son esenciales para la invención y no están necesariamente representadas a escala. Los elementos que son iguales o tienen la misma función tienen los mismos números de referencia en las figuras.

En las figuras, muestran:

la Fig. 1, una representación básica de una subdivisión de una superficie de forma libre para ser probada en sub aberturas;

la Fig. 2, una representación básica de una separación de las contribuciones de error del frente de onda de la probeta y el frente de onda de referencia;

la Fig. 3, una representación básica de una detección de un tipo de error de la probeta mediante el procedimiento según la invención;

la Fig. 4, ópticas de inspección para inspeccionar una superficie esférica-astigmática;

la Fig. 5, una representación básica de un dispositivo de prueba, que se compone de un dispositivo que genera el frente de onda de prueba esférico-astigmático y un CGH de calibración reflectante para la calibración absoluta del frente de onda de prueba;

la Fig. 6a, una vista en sección transversal de un elemento refractivo de Fizeau;

la Fig. 6b, una vista en sección transversal a través de un elemento CGH de Fizeau;

la Fig. 7, una vista en sección básica a través de un objetivo de proyección EUVL; y

la Fig. 8, un diagrama de flujo básico de una forma de realización del procedimiento según la invención para medir una superficie óptica de forma libre.

Formas de realización de la invención

En principio, la invención representa una extensión de un procedimiento de deslizamiento rotatorio conocido para superficies esféricas. Una superficie esférica es invariable a las rotaciones alrededor de la superficie normal y a una formación de bolas arbitraria alrededor de su punto central del radio.

Análogamente a esto, una superficie esférica-astigmática es casi invariable a una combinación arbitraria de formación de bolas en la dirección de los dos "ejes" del astigmatismo de la superficie, debiendo producirse cada formación parcial de bolas alrededor del punto central del radio válido en el eje correspondiente.

Las circunstancias antes mencionadas de una superficie esférica-astigmática se pueden usar ahora para desplazar o bien girar macroscópicamente una superficie esférica-astigmática para probarla interferométricamente en cualquier dirección contra un frente de onda de referencia astigmático, por lo que los interferogramas con gradientes de frente de onda suficientemente pequeños que pueden evaluarse pueden generarse y evaluarse matemáticamente. Debido a los frentes de onda desplazados entre sí, es posible separar las contribuciones de error de la onda de la probeta y la de referencia y así lograr una calibración absoluta de toda la superficie de forma libre. De esta forma, los errores del interferómetro se pueden separar de los errores de la probeta, lo que permite determinar qué errores se pueden atribuir a la probeta y qué errores se pueden atribuir al interferómetro. En este caso, son concebibles deformaciones astigmáticas en el rango milimétrico.

En el caso de una esfera con simetría rotacional, por ejemplo, una bola de unos 10 μm conduce generalmente a gradientes de frente de onda tan grandes que el interferograma ya no puede evaluarse. En el caso de superficies esféricas-astigmáticas, existe un denominado factor de amortiguamiento de aprox. 1000 en el caso de asfericidades de hasta 1 mm. El principio básico de la capacidad de formación de bolas de las superficies astigmáticas entre sí es que el corte del astigmatismo contra sí mismo da como resultado una inclinación, que puede compensarse en gran medida inclinando los elementos entre sí, lo que da como resultado la amortiguación mencionada anteriormente.

La reconstrucción del frente de onda de la probeta puede realizarse ahora mediante una separación matemática, realizada con procedimientos conocidos, de las porciones constantes en cada interferograma (error de interferómetro) y la porción que "empuja" con la probeta.

Se puede lograr un aumento adicional en la precisión a través de la invarianza de rotación de 180° de las superficies astigmáticas. Por lo tanto, todo el proceso de desplazamiento se puede repetir en una segunda posición de rotación de las superficies giradas 180° para lograr de esta manera un mejor promedio o bien una mejor consistencia de las mediciones.

En el caso de procedimientos convencionales de deslizamiento giratorio, solo se pueden calibrar de forma absoluta superficies casi esféricas. La calibración absoluta de esferas rotacionalmente simétricas solo se refiere a la porción no rotacionalmente simétrica de la superficie o bien la óptica de prueba, la porción rotacionalmente simétrica se determina a través de una calificación (es decir, una determinación única de las contribuciones de error de la óptica de prueba que no se lleva a cabo en la configuración de prueba ("externa")) y no se determina a través de una calibración.

De acuerdo con la invención, es posible realizar una calibración absoluta, casi completa, de toda una clase de superficies asféricas, a saber, aquellas superficies asféricas que tienen un carácter esférico-astigmático. Esto requiere un frente de onda esférico-astigmático, que se genera, por ejemplo, por medio de un CGH en un interferómetro, o por medio de una superficie de referencia esférica-astigmática, por lo que esto debe adaptarse aproximadamente a la superficie de forma libre que se va a probar ("probeta"). Debido a un proceso de pre-procesamiento, los errores de ajuste de la probeta deben ser tan pequeños que puedan medirse interferométricamente contra el frente de onda de la probeta esférico-astigmático generado.

Un frente de onda esférico-astigmático en el sentido de la invención es un frente de onda que se genera sumando las alturas de la flecha de una onda esférica a las de una onda astigmática.

Se prevé un dispositivo para formar bolas macroscópicamente en la probeta en cualquier dirección deseada alrededor de su punto central de radio respectivo (x e y), preferiblemente en al menos aprox. el 10 %, incluso más preferiblemente en aproximadamente el 50 % de su diámetro. Además, la probeta debe poder ajustarse con precisión en todos los grados de libertad, especialmente en inclinación y azimut, es decir, en el rango de prad.

Como se mencionó anteriormente, la calibración de "deslizamiento-deslizamiento" descrita de esta manera se puede repetir girando la probeta 180° con respecto a la referencia.

La cantidad de formación de bolas se puede variar, pero se debe cortar o empujar al menos aproximadamente un 5 % del diámetro de la probeta para lograr una separación suficientemente buena entre el frente de onda de la probeta y el frente de onda de referencia.

La Fig. 1 muestra seis sub-aberturas SAp de una superficie esférica-astigmática, todas las cuales presentan esencialmente la misma deformación. Esto permite una calibración absoluta al desplazar/girar dos superficies esféricas-astigmáticas entre sí, determinando las fases del interferograma y separando las contribuciones del frente de onda del frente de onda de la probeta y el frente de onda de referencia mediante un procedimiento de reconstrucción matemática. Para ello se requiere un conjunto suficientemente grande de imágenes de fase de diferentes posiciones relativas.

Las escalas en las sub-aberturas SAp muestran gradaciones grises lineales que representan el perfil de altura de una probeta. Se aplica una inclinación local diferente a cada SAp de sub-abertura. Al medir cada SAp de sub-abertura individual, se puede generar la misma curva de fase astigmática inclinando el objeto de prueba o el interferómetro, como se representa en el círculo de la derecha. Dado que el astigmatismo es similar en cada sub-abertura SAp, éste puede mantenerse disponible en el dispositivo de generación de frente de onda. La curvatura básica de la superficie no aparece en el interferograma porque, como se muestra en la Fig. 5, la trayectoria del haz de prueba discurre de manera divergente adaptada.

El objeto de prueba o el interferómetro se inclina así con el fin de minimizar el gradiente de fase en el interferograma de la respectiva sub-abertura SAp. La porción de deformación común a todas las sub-aberturas SAp ahora se puede introducir como una porción constante en la óptica de prueba (sistema de compensación), de modo que este gradiente de fase, que es siempre el mismo, desaparece de los interferogramas de las sub-aberturas individuales SAp, lo que aumenta significativamente la dinámica de medición. Las seis sub-aberturas SAp representadas son, por supuesto, solo para ser vistas a modo de ejemplo, con probetas que tienen hasta aprox. 1000 sub-aberturas que se calibran en la práctica.

La Fig. 2 tiene por objeto indicar que las sub-aberturas SAp se pueden desplazar y/o girar entre sí en la dirección x e y y rotar entre sí 180° para separar las contribuciones de error del frente de onda de la probeta y frente de onda de referencia entre sí. Por un lado, por lo tanto, se lleva a cabo un desplazamiento, lo que resulta ventajoso en solo pequeños cambios en el frente de onda ideal. Adicionalmente, la probeta también se puede rotar o bien girar 180°, representando esta rotación una posibilidad adicional para detectar mejor por separado defectos en la probeta 40. De esta manera, se proporciona ventajosamente un grado adicional de libertad en el movimiento relativo entre la probeta y el frente de onda de referencia.

La representación a la derecha de la Fig. 2 indica todos los grados de libertad que se pueden ajustar en el sistema global (rotación/desplazamiento/formación de bolas) sin que el interferograma quede inutilizable por ello. En particular, la formación de bolas se puede llevar a cabo alrededor de un punto central del radio o la probeta se puede girar 180°, golpeando un frente de onda la probeta de forma esencialmente perpendicular en todos estos casos.

De esta manera, se pueden realizar ventajosamente mediciones relativas y se puede separar el frente de onda del interferómetro del frente de onda de la probeta. Como resultado, los errores del interferómetro "permanecen estacionarios" y los errores de la probeta "se mueven conjuntamente", por lo que estos errores pueden separarse matemáticamente entre sí utilizando un procedimiento de reconstrucción matemática.

La Fig. 2 muestra, por consiguiente, que el frente de onda esférico-astigmático y las zonas parciales de la probeta se pueden desplazar entre sí y girar 180° sin que los frentes de onda se modifiquen apreciablemente.

La Fig, 3 muestra a modo de ejemplo un defecto en forma de una coma en una probeta que se puede detectar o bien calibrar según la invención. En las representaciones b) y c), la Fig. 3 muestra frentes de onda de corte (derivaciones) de una coma mostrada en la Fig. 3a en el frente de onda de la probeta. En principio, la representación b) muestra una combinación de foco y astigmatismo cuando la coma se corta o bien desplaza contra sí misma. Los términos de corte dan como resultado parcialmente porciones de ajuste. Según la invención, estos pueden separarse inequívocamente de las deformaciones de la probeta realmente existentes mediante una rotación de 180°. Por lo tanto, la figura pretende indicar qué contribuciones de error pueden reconocerse girando 180° la óptica de prueba. Si está presente una coma en la probeta y la probeta se gira 180°, el resultado es que la coma también gira, como se puede ver en la representación c).

En el caso de una aberración par tal como, p. ej., 4 ondulaciones, 6 ondulaciones, etc., esto no funcionaría porque no gira debido a su invarianza con respecto a las rotaciones de 180°.

La Fig. 4 muestra que la calibración absoluta de una superficie astigmática se puede realizar, por ejemplo, en un "montaje de formación de bolas" midiendo la probeta en diferentes "posiciones de deslizamiento" provocadas por la formación de bolas con respecto al frente de onda de referencia generado por el CGH. El frente de onda absoluto de la probeta se determina a continuación mediante reconstrucción matemática.

La Fig. 4 muestra un elemento de adaptación 20, p. ej., en forma de un CGH, que genera la onda de referencia o bien de prueba propiamente dicho. Un prisma dispuesto debajo del elemento de adaptación 20 proporciona una función auxiliar para una óptica de prueba al desviar un rayo vertical paralelo del interferómetro de tal manera que incide oblicuamente sobre el elemento de adaptación 20.

Una onda plana que llega desde abajo incide sobre el elemento de adaptación 20, con lo cual el elemento de adaptación 20 genera un frente de onda esférico-astigmático. La línea curva negra indica una sección de una probeta 40 con una sub-abertura SAp.

La probeta 40 se monta preferiblemente en un soporte (no mostrado), sobre el cual se puede girar alrededor de su punto central del radio en las direcciones x e y y girar 180°. Esto es posible porque el elemento de adaptación 20 genera esencialmente un frente de onda que corresponde a una configuración de la superficie de la probeta 40. Es muy favorable que mediante el elemento de adaptación 20 se genere un frente de onda puramente esféricoastigmático. En principio, la Fig. 4 indica, por lo tanto, que debe proporcionarse la mejor adaptación posible del frente de onda de referencia esférico-astigmático a la superficie de forma libre para examinar una superficie de forma libre.

La Fig. 5 muestra una ejecución del dispositivo de prueba. Puede reconocerse un dispositivo de prueba 100 con un elemento Fizeau 10 con una superficie de referencia 11 esencialmente plana. También están previstos en reflexión un elemento de adaptación 20 (CGH astigmático) y un elemento de calibración 30 (CGH de calibración). Para una calibración absoluta del frente de onda astigmático del elemento de adaptación 20, el frente de onda del elemento de adaptación 20 se puede girar contra el elemento de calibración 30 mediante un cabezal sensor (no representado) de la máquina de calibración. El elemento de calibración 30 está diseñado de tal manera que refleja la onda hacia sí mismo (en autocolimación) cuando éste tiene la forma teórica.

En el caso de una medición propiamente dicha de la superficie de la probeta 40 (no representada en la Fig. 5), el elemento de calibración 30 se debe cambiar por la probeta en forma de la superficie de forma libre. Se puede ver que un punto central del radio R de una esfera básica está dispuesto dentro del dispositivo de generación de frente de onda 10, que, sin embargo, depende de la forma del frente de onda a generar, por lo que éste definitivamente también podría estar dispuesto fuera del dispositivo de generación de frente de onda 10. El tramo más bajo de la trayectoria del haz, resaltada con una flecha doble, representa la onda de prueba.

En la práctica, está previsto que la óptica de prueba, que comprende el elemento Fizeau 10 con la superficie de referencia 11 y un elemento de adaptación 20 en forma de un CGH, esté inclinada, estando previsto un sensor interferométrico móvil (no representado) con respecto a la probeta 40. El objetivo es siempre dejar en este caso que el frente de onda incida sobre la probeta 40 tan perpendicularmente o esencialmente perpendicularmente como sea posible.

Esencialmente perpendicular en este contexto significa que una medición interferométrica de la superficie esféricaastigmática o bien de la superficie de forma libre debe ser posible con la precisión requerida, lo que también puede lograrse si el frente de onda de prueba no incide sobre la superficie esférica-astigmática o bien superficie de forma libre exactamente perpendicular. Se ha encontrado que una desviación máxima permisible de la normal puede estar en el rango de mrad de un solo dígito, en particular un máx. de 5 mrad, en particular un máx. de 2 mrad, en particular un máx. de 1 mrad. Este requisito se aplica a cada una de las sub-aberturas SAp a medir.

A continuación se describe en detalle una secuencia de un proceso de producción de acuerdo con la invención para una superficie de forma libre esférica-astigmática, siendo un requisito previo para el funcionamiento del procedimiento de producción que al menos el 80 % de una desviación de la superficie de forma libre de una esfera de mejor ajuste es astigmática.

Para determinar la superficie esféricamente simétrica de mejor ajustada ("que mejor ajusta"), por ejemplo la desviación cuadrática media ("valor rms") de la superficie asférica de la superficie esféricamente simétrica que se comparará en una dirección predeterminada puede minimizarse como criterio. Un criterio alternativo para determinar la superficie de simetría esférica mejor adaptada incluye el valor de pico a valle ("valor PV"), que representa una distancia entre el punto más alto y el más bajo de la superficie de forma libre, menos la superficie de simetría esférica. El criterio más sensato es elegir la esfera de tal manera que el máximo de (la cantidad de) el gradiente de la diferencia entre la superficie de forma libre y la esfera a adaptar sea mínimo.

Por lo tanto, una esfera mejor ajustada o bien que mejor se ajusta es una forma esféricamente simétrica cuya desviación de la forma general de la superficie de forma libre es mínima.

La superficie de forma libre completa se divide preferiblemente en sub-aberturas SAp individuales de tal manera que un gradiente residual dentro de cada sub-abertura SAp individual es preferiblemente inferior a aproximadamente 2 mrad. Este gradiente residual se refiere a los ángulos relativos de las normales de las superficies entre sí. En la práctica, esto puede significar, por ejemplo, que un círculo de la sub-abertura SAp tiene un diámetro de aprox. 10 mm, porque en el caso de una sub-abertura SAp más grande ya no es posible medir razonablemente.

Primero, se lleva a cabo un proceso de diseño para la superficie óptica de forma libre, por ejemplo, para un espejo de imagen de un objetivo EUVL (siglas inglesas de litografía ultravioleta extrema). En particular, el radio y el astigmatismo de mejor ajuste (en inglés Best-Fit Radius) para un proceso de calibración se determinan para la superficie de forma libre.

A continuación, se diseña un elemento de Fizeau esférico-astigmático, ajustando los dos radios del astigmatismo generado por el elemento de Fizeau en planos de sección mutuamente ortogonales, teniendo en cuenta una distancia de trabajo deseada del elemento de Fizeau desde la superficie de forma libre. La distancia de trabajo mencionada es una distancia teórica entre el dispositivo generador de frente de onda 10 y la superficie de forma libre durante la medición a realizar.

A continuación, el elemento Fizeau y una superficie de contacto ajustada (superficie de calibración) se fabrican con un diámetro que es preferiblemente al menos aprox. un 5 % mayor que el diámetro del elemento Fizeau, eventualmente con la ayuda de un CGH de prueba.

A continuación se realiza una calibración absoluta del frente de onda del elemento de Fizeau mediante la calibración por deslizamiento-deslizamiento descrita anteriormente, eventualmente mediante una rotación de 180° contra dicha superficie de contacto exclusivamente esférica-astigmática y eventualmente una corrección iterativa de uno o ambos frentes de onda.

El elemento Fizeau producido de esta manera se instala luego en un sensor interferométrico móvil y se ajusta el sensor. Un sensor de este tipo, con el que se pueden medir tramos parciales de la superficie de forma libre, se conoce, por ejemplo, por el documento US 2012/0229814 A1 o el documento DE 10229816 A1, cuyas divulgaciones se incorporan aquí en su totalidad.

Después de eso, se programa un segmento de la trayectoria para el sensor interferométrico con relación a la superficie de forma libre a probar para una medición integral de las sub-aberturas SAp. La superficie de forma libre a ensayar se inserta y ajusta en el aparato de medición con el sensor interferométrico. Esto permite el recorrido automatizado del segmento de la trayectoria programada y el registro de imágenes de interferencia, así como el cálculo y almacenamiento de imágenes de topografía de superficie de las distintas sub-aberturas SAp. Preferentemente, las sub-aberturas SAp individuales se superponen al menos de tal manera que una unión de todas las sub-aberturas SAp da como resultado un superconjunto de toda la superficie de forma libre.

A continuación, se calcula una forma de la superficie de la probeta en las distintas sub-aberturas SAp, teniendo en cuenta la forma (radio, astigmatismo, ajustes residuales) del elemento de Fizeau obtenido por medio de la calibración absoluta descrita anteriormente.

Después de eso, las coordenadas de sub-abertura se transforman en un sistema de coordenadas de la superficie de forma libre, porque la medición de distintos tramos de la superficie se llevó a cabo en un sistema de coordenadas local. Finalmente, la superficie de forma libre se ensambla (en inglés, stitching) a partir de las distintas sub-aberturas SAp para formar una superficie total.

Como resultado, ahora se conoce en toda la superficie un valor de la altura de la flecha o bien de pico a valle o PV de la superficie de forma libre.

La forma teórica inicialmente diseñada de la superficie de forma libre se resta ahora de la forma real de la superficie de forma libre, realizándose una evaluación de la desviación de la forma real de la forma real, después de lo cual la superficie de forma libre se vuelve a trabajar, eventualmente, de acuerdo con la desviación determinada de la forma teórica.

Todo el proceso descrito anteriormente se lleva a cabo ahora de forma iterativa hasta que se logra mediante pasos de procesamiento de conformación y bucles de medición que la forma de la superficie de forma libre está dentro de la especificación requerida.

Como resultado, se puede producir una superficie de forma libre con el procedimiento descrito, que se puede producir y probar con mucha precisión en el rango de frecuencias medio a alto, preferiblemente en el rango μm para el curso de la altura de la flecha, el valor PV o rms.

Por los documentos US 7538856 B2 y US 7355678 B2 se conocen objetivos de proyección EUVL, cuyos espejos pueden ensayarse y fabricarse mediante el procedimiento según la invención. En particular, el procedimiento es útil para todos los espejos que se muestran allí porque, además de una curvatura básica, todos los espejos mencionados son predominantemente astigmáticos.

En principio, son concebibles dos tipos diferentes de elementos de Fizeau:

La Fig. 6a muestra una sección transversal a través de un elemento de Fizeau refractivo, en el que se produce una onda esférica-astigmática por refracción de un haz paralelo PS en el lado posterior en el vidrio del elemento Fizeau, que es perpendicular a cada punto del lado frontal esférico-astigmático del vidrio. La onda que atraviesa el vidrio también es asimismo esférica-astigmática y se adapta de manera óptima a una superficie esférica-astigmática o de forma libre (probeta 40) para ser examinada en una distancia de trabajo definida.

La Fig. 6b muestra una vista en sección transversal a través de un elemento de Fizeau de CGH con una combinación de una placa Fizeau (con una superficie de referencia 11 plana del interferómetro) y el CGH. El CGH genera una onda esférica-astigmática, que se adapta de manera óptima a una probeta 40 a ensayar en una distancia de trabajo definida en forma de una superficie astigmática esférica o bien una superficie de forma libre, por lo que una incidencia lo más perpendicular posible se genera sobre la superficie de prueba de la probeta 40.

Ambos tipos de elementos Fizeau se pueden calibrar absolutamente con ayuda de una superficie de prueba puramente esférica-astigmática adaptada o con un CGH de calibración correspondiente utilizando el procedimiento de deslizamiento-deslizamiento descrito.

La Fig. 7 muestra una vista básica conocida de un corte de lente de un objetivo de proyección EUVL con un primer componente óptico G1 con espejos M1 y M2, así como con un segundo componente óptico G2 con espejos M3 a M6. En particular, los espejos M5 y M6 están configurados como superficies de forma libre, cuya porción astigmática de una desviación de una esfera mejor adaptada es de al menos aprox. el 80 % y, en una ejecución especialmente preferida, de al menos aprox. el 90 %. También son concebibles objetivos de proyección EUVL con ocho espejos, de los cuales al menos un espejo está configurado como una superficie de forma libre (no representada).

Con respecto a la porción de aprox. el 80 % a aprox. el 90 % de la desviación total del ajuste de la probeta de la forma básica esférica, se deben tener en cuenta varias variables relevantes:

(i) PV o rms de la desviación de la superficie de forma libre de la forma básica esférica (= PV(FFF) o bien rms(FFF))

(ii) PV o rms de la porción astigmática de la superficie de forma libre, por ejemplo determinable ajustando los polinomios de Zernike a la descripción matemática de la superficie (= PV(Ast) o rms(Ast)

(iii) PV o rms de la desviación (i) después de restar la porción astigmática (ii) (=PV(Rest) o rms(Rest)). Los valores rms suman o bien restan aproximadamente de forma cuadrática, ya que las desviaciones de la forma esférica básica que se pueden describir usando polinomios bidimensionales (aquí, por un lado, "astigmatismo", por otro lado, el error residual restante) son lineales independiente, es decir, se cumple lo siguiente:

De ello se deduce:

rms(Ast) = SQRT(rms(FFF)A2 - rms(Rest)A2)

Con las siguientes abreviaturas:

SQRT

Raíz cuadrada

PV

Valor pico a valle

rms

Valor cuadrático medio de la raíz

FFF

Superficie de forma libre

Rest

Error residual

Por ejemplo, se puede dar la siguiente definición para al menos el 80 % como porción esférica-astigmática de la desviación total de la forma básica esférica:

r ms ( Res t ) / rms (FFF) < 0,2 (= 100% - 80%)

Expresado en palabras, esto significa que el valor PV o rms de la desviación de la superficie de forma libre de la forma esférica, menos la porción astigmática, normalizado al valor PV o rms de la desviación total de la superficie de forma libre de la forma esférica, debe ser menos de aprox. el 20 %.

Todas las relaciones matemáticas mencionadas anteriormente también pueden contener el valor PV en lugar del valor rms establecido, siendo las relaciones para el valor PV solo aproximadas o bien válidas en promedio.

Con ayuda del procedimiento según la invención se pueden producir y examinar superficies de forma libre, cuya porción astigmática de una desviación total de la superficie de forma libre de una esfera mejor adaptada se encuentra típicamente en un valor PV entre aprox. 0,5 mm y aprox. 20 mm. En este caso, se puede formar un radio básico de la esfera mejor adaptada entre aprox. > 300 mm y aprox. el infinito («). El radio infinito («) corresponde en este caso a una superficie plana.

En particular, el procedimiento se puede utilizar para producir y examinar una superficie de forma libre, cuyo perfil de gradiente local en cualquier sub-abertura SAp, que se diseña como un círculo con un diámetro de al menos aprox. 10 mm, después de restar una inclinación, un foco de una onda de prueba y uno para toda la porción puramente astigmática constante del espejo es un máximo de aprox. 2 mrad PV.

En particular, el procedimiento según la invención se puede utilizar para producir y examinar una superficie de forma libre, cuya desviación de la forma teórica en una banda de longitud de onda espacial entre aprox. 0,05 mm y aprox.

50 mm de longitud de onda espacial es como máximo de aprox. 100 μm a aprox. 200 μm, preferiblemente como máximo aprox. 50 μm a 100 μm, más preferiblemente como máximo aprox. 20 μm.

En particular, con el procedimiento de acuerdo con la invención se puede producir y examinar una superficie de forma libre, cuya desviación de la forma teórica en la banda de longitud de onda local entre aprox. 0,1 mm y aprox. 30 mm de longitud de onda local es un máximo de aprox. 100 μm a aprox. 200 μm, preferiblemente como máximo de aprox.

50 μm a 100 μm, aún más preferiblemente como máximo de aprox. 20 μm.

Adicionalmente, por medio del procedimiento de acuerdo con la invención, las superficies puramente esféricasastigmáticas se pueden examinar con una precisión de aprox. 20 μm después de la deducción del foco y el astigmatismo.

La Fig. 8 muestra un diagrama de flujo básico de una forma de realización del procedimiento según la invención para medir una superficie esférica-astigmática.

En un primer paso S1, se genera un frente de onda esférico-astigmático como frente de onda de prueba por medio de un dispositivo generador de frente de onda 10.

En un segundo paso S2, tiene lugar una medición interferométrica de diferencias de frente de onda entre el dispositivo generador de frente de onda y la superficie esférica-astigmática adaptada al dispositivo generador de frente de onda de tal manera que el frente de onda de prueba incide en cada punto de la superficie esférica-astigmática esencialmente perpendicular, realizándose varias mediciones en las que la superficie esférica-astigmática se mide en una pluralidad de posiciones giradas alrededor de los dos puntos centrales del radio astigmáticos y/o rotadas 180° alrededor de una normal de la superficie esférica-astigmática, determinándose las correspondientes fases del interferograma. Finalmente, en un tercer paso S3, el frente de onda del dispositivo generador de frente de onda y una forma de la superficie astigmática esférica se determinan usando un procedimiento de reconstrucción matemática, después de lo cual la superficie de la superficie esférica-astigmática 40 se corrige mediante un método de procesamiento adecuado, repitiéndose los pasos S1 a S3 tantas veces como sea necesario hasta que las diferencias de frente de onda estén por debajo de un valor umbral definido.

En resumen, con la presente invención se proponen un procedimiento para medir una superficie óptica esféricaastigmática. Ventajosamente, mediante la invención se posibilita la fabricación y la prueba de ajuste de alta precisión de superficies esféricas-astigmáticas, en particular superficies de forma libre con una alta porción esférica-astigmática. Ventajosamente, debido al principio de escaneo en zonas parciales, la superficie de forma libre se puede medir con alta resolución, con una alta resolución espacial y en ciertas bandas de frecuencia se puede lograr un nivel de precisión significativamente mayor que con procedimientos convencionales. Ventajosamente, se pueden producir y medir superficies precisas de forma libre en el rango de μm de la manera descrita.

Preferiblemente, se prevé que se forme un CGH de calibración propio y/o una superficie de calibración esféricaastigmática separada para cada probeta. En la práctica, varios componentes ópticos para objetivos con superficies de forma libre pueden examinarse con precisión de esta manera.

La invención aprovecha el hecho de que la mayoría de las superficies de forma libre, además de su curvatura básica, solo tienen un "astigmatismo básico" y solo porciones de curso de desviación adicionales débilmente pronunciadas, con una óptica de prueba que consiste en un dispositivo generador que se forma para cada una de estas superficies, adaptándose una curvatura de referencia y un astigmatismo de referencia de un frente de onda de prueba adaptado a la forma básica de la probeta.

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para medir una superficie óptica esférica-astigmática (40), siendo la superficie óptica esféricaastigmática (40) una superposición de una superficie esférica y una superficie astigmática, que comprende los pasos: a) generar un frente de onda esférico-astigmático como frente de onda de prueba por medio de un dispositivo generador de frente de onda (10);

b) medir interferométricamente las diferencias de frente de onda entre el frente de onda de prueba generado por el dispositivo generador de frente de onda (10) y un frente de onda reflejado por la superficie esférica-astigmática (40), estando adaptada la superficie esférica-astigmática (40) al dispositivo generador de frente de onda (10) de tal manera que el frente de onda de prueba incide en cada punto de la superficie esférico-astigmática (40) esencialmente de forma perpendicular, realizándose varias mediciones en las que la superficie esférica-astigmática (40) se encuentra en varias posiciones sesgada en torno a los dos puntos centrales de los radios astigmáticos y/o girada 180° se mide una normal de la superficie esférica-astigmática (40), determinándose las correspondientes fases del interferograma; y c) determinar el frente de onda del dispositivo generador de frente de onda (10) y una forma de la superficie esféricaastigmática (40) usando un procedimiento de reconstrucción matemático, después de lo cual la superficie de la superficie esférica-astigmática (40) se corrige mediante un método de procesamiento adecuado, repitiéndose los pasos a) a c) hasta que las diferencias de frente de onda estén por debajo de un valor umbral definido.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que en el paso c) se corrige el frente de onda del dispositivo generador de frente de onda (10), repitiéndose los pasos a) a c) tantas veces como sea necesario hasta que las diferencias de frente de onda estén por debajo de un valor umbral definido.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que la superficie esférica-astigmática (40) se configura como un elemento de calibración (30) para el dispositivo generador de frente de onda (10).