WO2018015014A1 - Messvorrichtung zur interferometrischen bestimmung einer form einer optischen oberfläche - Google Patents

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illumination
strip
pupil
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PCT/EP2017/000875
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Jochen Hetzler
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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    • G01B2290/50—Pupil plane manipulation, e.g. filtering light of certain reflection angles

Definitions

  • Measuring device for the interferometric determination of a shape of an optical surface
  • the invention relates to a measuring device and to a method for the interferometric determination of a shape of an optical surface of a test object.
  • a measuring device is described, for example, in WO 2006/077145 A2.
  • This measuring device comprises a Fizeau interferometer with which a measuring wave is generated with a wavefront adapted to the desired shape of the optical surface.
  • the wavefront of the adjusted measuring wave is evaluated interferometrically after reflection at the optical surface for determining the deviation of the actual shape of the optical surface from its desired shape.
  • the Fizeau interferometer according to WO 2006/077 45 A2 is a so-called common-path interferometer in which the paths of the interfering sub-beams run on the same optical path or are at least spatially closely adjacent.
  • phase susceptibility can be prevented when using a multi-strip interferometer.
  • the interfering sub-beams are tilted relative to one another such that a multi-strip interference pattern is formed.
  • the optical element having the optical surface is, for example, an optical component such as a lens or a mirror.
  • optical Components are used in optical systems, such as a telescope used in astronomy or in an imaging system, as used in lithographic processes.
  • the success of such an optical system is substantially determined by an accuracy with which its optical components can be manufactured and processed so that their surfaces each correspond to a desired shape determined by a designer of the optical system when designing it.
  • the optical surface may then be processed in areas where differences between the machined area and the target area exceed, for example, predetermined thresholds.
  • the illumination can be selected in these interferometers so that the disturbances are minimized as much as possible.
  • This can be done by using an extended circular light source in the illumination pupil rather than a "punctiform" light source with an extension of at most the airy diameter, but the extended light source results in a blurred image of the defects and thus a significant reduction in the measurement error the disadvantage that the contrast of the multi-strip interferogram is reduced, resulting in a poorer signal-to-noise ratio.
  • the above object can be achieved according to the invention, for example, with the measuring device described below for interferometric determination of a shape of an optical surface of a test object.
  • the measuring device according to the invention comprises an illumination module for generating an illumination wave, an interferometer, which is configured to split the illumination wave into a test wave directed towards the optical surface and a reference wave tilted towards one another in such a way that their superposition in a detection plane of the interferometer results in a multi-strip interference pattern is produced.
  • the illumination module has a pupil plane arranged in a Fourier plane of the detection plane and the illumination module is configured to generate the illumination wave in such a way that its intensity distribution in the pupil plane comprises one or more spatially isolated, contiguous and thus configured surface regions the surface area or rectangle with the smallest possible area adapted to the entirety of the surface areas has an aspect ratio of at least 1.5: 1, in particular of at least 2: 1 or of at least 3: 1.
  • the illumination module is configured to generate the illumination wave in such a way that its intensity distribution in the pupil plane comprises a spatially isolated, contiguous area whose shape is configured such that a rectangle with the smallest possible area fitted thereto adjusts Aspect ratio of at least 1, 5: 1.
  • the illumination module is configured to generate the illumination wave in such a way that its intensity distribution in the pupil plane comprises a plurality of spatially isolated, coherently encompassing surface areas, which are configured or arranged such that an adapted to the totality of the surface areas rectangle with the smallest possible area has an aspect ratio of at least 1, 5: 1.
  • the rectangle with the smallest possible area which is adapted to the spatially isolated, contiguous surface area is to be understood as a rectangle which is optimally adapted to the spatially isolated surface area, ie it is that rectangle under the spatially isolated area area which completely surrounds the rectangles has the smallest possible area.
  • the superposition of the test wave with the reference wave occurs after interaction of the test wave with the optical surface.
  • a deviation of the shape of the optical surface from a desired shape and thus the shape of the optical surface of the test piece itself can be determined.
  • the tilted splitting takes place in such a way that the reference wave is tilted with respect to the test wave after interaction with the optical surface.
  • the splitting of the illumination wave into the test wave and the reference wave can be done by means of a splitting element, such as a Fizeau element.
  • the test wave after interaction with the optical surface runs back according to an embodiment in the beam path of the test wave before its interaction with the optical surface. In this case, the tilt angle between the reference wave and the test wave after interaction with the optical surface is identical to the tilt angle between the reference wave and the reverse propagation direction of the test wave at the location of the splitting.
  • a multi-stripe interference pattern in this text an interference pattern comprising at least one full period of varying strands of constructive and destructive interference.
  • a full period is meant that the phase difference between the interfering waves along the multi-strip interference pattern all values between 0 and 2 ⁇ occupies.
  • a multi-stripe interference pattern is an interference pattern having at least two stripes, which stripes may be bright stripes (constructive interference) or dark stripes (destructive interference).
  • a multi-strip interference pattern may comprise at least two, at least five, at least ten, at least fifty or at least a hundred full periods of alternating streaks of constructive and destructive interference.
  • the spatially isolated contiguous area area present at the pupil plane of the illumination module may be a bright area (i.e., a high intensity area) in a comparatively dark environment (comparatively low intensity).
  • the comparatively low intensity in the dark environment may be e.g. less than 50% of the comparatively high intensity of the bright area.
  • the intensity distribution in the pupil plane comprises at least the one contiguous area, i.
  • the intensity distribution in the pupil plane comprises a spatially isolated, contiguous surface area whose shape is configured in this way. that an adapted rectangle with the smallest possible area has an aspect ratio of at least 1.5: 1.
  • the contiguous area is designed as a strip.
  • the intensity distribution in the pupil plane comprises the plurality of contiguous surface areas, ie the second variant is present, in which the intensity distribution in the pupil plane comprises a plurality of spatially isolated, contiguous surface areas, which are configured or arranged in such a way that one of the As a whole, the rectangle with the smallest possible area has an aspect ratio of at least 1.5: 1.
  • a covering surface conformed to the entirety of the surface areas is designed as a strip. Below a conforming overlap area is in this Connection to understand a surface which covers the spatially isolated, contiguous surface areas and is adapted simultaneously to an extrapolated or abstracted form of the arrangement of the surface areas.
  • such a shape-adapted overlapping surface can also be achieved by a mathematical determination of an enveloping curve around the surface regions while minimizing a combination of the circumference and the surface area of the enveloping curve
  • the tilting of the reference wave with respect to the test wave is greater than a minimum tilt angle, the minimum tilt angle being one hundred times, in particular five hundred times, the quotient of the wavelength of the illumination wave and the beam diameter of the illumination wave at the location of the splitting of the illumination wave into the test wave and the reference wave is defined.
  • the beam diameter of the illumination wave at the location of the splitting can correspond to the diameter of an adaptation optics arranged in the beam path of the illumination wave for adapting the wavefront of the illumination wave to a desired shape of the optical surface of the specimen.
  • This adaptation optics can be designed as a collimator, which is arranged before the interaction of the illumination wave with the surface of the test object.
  • the superposition of the test wave with the reference wave occurs after interaction of the test wave with the optical surface.
  • the strip is an arcuate strip
  • a straight strip Under a bo Genförmigen strip is to be understood as a strip having a unidirectional curvature, ie the strip is curved either left or right curved.
  • a strip composed of a plurality of straight subareas arranged along an arc is to be understood as such an arcuate strip.
  • a straight strip means a rectangular area with an aspect ratio of at least 1.5: 1.
  • the pupil of the illumination module assigned to the pupil plane is delimited by an annular rim and the strip runs transversely to the edge of the pupil.
  • the arcuate strip does not run along the edge of the pupil. While such an edge-side course could possibly be suitable for common path interferometers, it would not have the desired effect on the contrast of the multi-strip interference pattern generated in the inventive measuring device.
  • the pupil of the illumination module assigned to the pupil plane is delimited by an annular rim, and the at least one arcuate strip is configured such that at least one tangent exists on the arcuate strip which divides the pupil into two parts, the surfaces of which differ by a factor of twenty at the most.
  • the areas formed by the division of the pupil by means of the at least one tangent are in the ratio of 1:20 or a more balanced ratio, i. they are in a ratio which is between 1: 1 and 1:20.
  • the areas of the two parts of the pupil differ by a maximum of a factor of ten or at most by a factor of five.
  • An arcuate strip which runs along the annular edge of the pupil does not fulfill the said condition.
  • each tangent is subdivided into at least one total of at least 20%, in particular at least 50% or at least 70%, the arcuate strip portion of the arcuate strip, the pupil in two parts, the surfaces of which differ at most by a factor of twenty, in particular at most by a factor of ten or at most by a factor of five.
  • a strip running along the edge of the pupil does not fulfill this requirement.
  • a path length in this text always means an optical path length.
  • the optical path length within an optical element is the product of geometric path length and refractive index.
  • a path length difference of a pupil point in the pupil plane for a field point in the detection plane is defined by the difference between a candidate path length and a reference path length at which the device path length traveled by the radiation of the test wave from the pupil point to the field point in the detection plane
  • Path length and the reference path length is the path length traveled by the radiation of the reference wave from the pupil point to the field point in the detection plane.
  • the strip in particular the contiguous surface area of the intensity distribution of the illumination wave in the pillar plane, runs along a contour line of the path length difference of the field point.
  • Contour lines of the path length difference are lines that are composed of points with the same path length difference.
  • the angle-resolved intensity distribution of the illumination wave in the pupil plane is configured such that the arcuate strip extends along the height-line of the path-length difference for a plurality of field points, in particular for the majority of the field points in the region of the detection plane in which the multi-strip interference pattern is generated.
  • a plurality of strips of the aforementioned type run in the pupil plane along contour lines of the path length difference of the field point, wherein the contour lines differ by integer multiples of the wavelength of the illumination wave.
  • the intensity distribution in the pupil plane comprises a plurality of strips of the aforementioned type, in particular a plurality of strips, such as arcuate strips, in one of the embodiments described above.
  • the intensity distribution comprises three, four, five or more stripes, in particular contiguous surface areas. Each of the strips may have the characteristics mentioned above with respect to different embodiments.
  • the interferometer is configured to merge the test wave after interaction with the optical surface and the reference wave into a superposed beam path in which the reference wave is tilted with respect to the test wave by a tilt angle ⁇ , for which: ⁇ > 100 ⁇ ⁇ / D, where ⁇ is the wavelength of the illumination wave and D is the beam diameter of the reference wave at the point of merger into the superimposed beam path with the test wave.
  • ⁇ is the wavelength of the illumination wave
  • D is the beam diameter of the reference wave at the point of merger into the superimposed beam path with the test wave.
  • D also corresponds to the beam diameter of the illumination wave at the location of the splitting of the illumination wave into the test wave and the reference wave.
  • the tilt angle may be greater than 200 ⁇ ⁇ / D or greater than 500 ⁇ ⁇ / D.
  • the beam diameter of the illumination wave at the location of the splitting can correspond to the diameter of an adaptation optics arranged in the beam path of the illumination wave for adapting the wavefront of the illumination wave to a desired shape of the optical surface of the specimen.
  • This adaptation optics can be designed as a collimator, which is arranged before the interaction of the illumination wave with the surface of the test object.
  • the interferometer comprises a splitting element for splitting the illumination wave into the test wave and the reference wave and is further configured to connect the test wave after interaction with the optical surface and the reference wave into a superposed beam path in which the reference wave is opposite to the reference wave Test wave is tilted by a tilt angle ß.
  • the lighting mode dul configured so that the intensity distribution in the pupil plane in at least one direction has an extension Lßei, for which applies:
  • the intensity distribution in the pupil plane in at least one direction has an extension Lsei of greater than 1 mm, in particular greater than 2 mm or greater than 5 mm.
  • the adaptation optics can be designed as a collimator, which is arranged before the interaction of the illumination wave with the surface of the test object.
  • the intensity distribution in the pupil plane is configured such that the multi-strip interference pattern has a contrast of at least 50% at least in one region.
  • the multi-strip interference pattern has a contrast of at least 60%, at least 70% or at least 80%, at least in one area.
  • the area of the multi-strip interference pattern with the mentioned contrast is preferably in the middle of the interference pattern.
  • the entire area of the multi-strip interference pattern has the said contrast, this area being e.g. at least 10%, at least 20%, or at least 50% of the area of the entire multi-strip interference pattern.
  • ID is the intensity of adjacent bands with destructive interference.
  • the intensity distribution is configured such that the pupil of the illumination module assigned to the pupil plane is not more than 70%, in particular not more than 50% or not more than 30% and in particular at least 10% or at least 20%.
  • Proportional illumination of the pupil is to be understood as meaning that only the stated proportion of the pupil is irradiated with a significant intensity, wherein the appreciable intensity can be understood as an intensity which is less than 10%, in particular less than 5%, of the maximum intensity is in the pupil.
  • the illumination module comprises a spatial light modulator for generating the intensity distribution in the pupil plane.
  • a spatial light modulator for generating the intensity distribution in the pupil plane.
  • SLMs spatial light modulators
  • Such spatial light modulators also referred to as SLMs (“spatial light modulator”), are known in principle from projectors and can be controlled electronically, in contrast to the use of, for example, a mechanical shutter, such spatial light modulators enable a high light output, which is almost 100
  • the use of a controllable spatial light modulator allows a variable adjustment of the intensity distribution in the pupil plane.
  • the illumination module further comprises a diffusion disc arranged in the pupil plane and rotating during operation for producing incoherence.
  • a method for the interferometric determination of a shape of an optical surface of a test object in which an illumination wave is generated by means of an illumination module and the illumination wave is split by means of an interferometer into a test wave directed onto the optical surface and a reference wave which thus tilts to one another in that their superimposition in a detection plane of the interferometer generates a multi-strip interference pattern, the illumination wave being generated in such a way that its intensity distribution in one pupil plane arranged in the Fourier plane of the detection plane is one or more spatially isolated, contiguous and so on configuredmonyn Schemee comprises.
  • An adapted to the surface area or the totality of the surface areas rectangle with the smallest possible area has an aspect ratio of at least 1, 5: 1.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a measuring device according to the invention for the interferometric determination of a shape of an optical surface of a test object
  • FIG. 2 is an illustration of a distribution of a path length difference between aticianlingswegeria and a Referenzweglos in the measuring device of FIG. 1, 3 shows an exemplary embodiment of an intensity distribution according to the invention in an illumination pupil plane of the measuring device according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 4 shows an intensity profile in a multi-strip interferogram generated by means of the intensity distribution according to FIG. 3, FIG.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of an intensity distribution according to the invention in the illumination pupil plane of the measuring device according to FIG. 1 and an intensity profile in a multi-strip interferogram generated by means of this intensity distribution
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of an intensity distribution according to the invention in the illumination pupil plane of the measuring device according to FIG. 1 and an intensity profile in a multi-strip interferogram generated by means of this intensity distribution
  • FIG. 7 shows a further embodiment of an intensity distribution according to the invention in the illumination pupil plane of the measuring device according to FIG. 1,
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of an intensity distribution according to the invention in the illumination pupil plane of the measuring device according to FIG. 1,
  • FIG. 9 shows a further embodiment of an intensity distribution according to the invention in the illumination pupil plane of the measuring device according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 10 shows a further embodiment of an intensity distribution according to the invention in the illumination pupil plane of the measuring device according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 11 shows an exemplary embodiment of a lighting module for the measuring device according to FIG. 1
  • FIG. 12 shows a further exemplary embodiment of a lighting module for the measuring device according to FIG. 1, as well as FIG.
  • FIG. 13 Comparative examples for intensity distributions in the illumination pupil plane and intensity profiles for multi-strip interferograms generated therewith.
  • a Cartesian xyz coordinate system is indicated in the drawing, from which the respective positional relationship of the components shown in the figures results.
  • the x direction is perpendicular to the plane of the drawing
  • the z direction is to the right and the y direction is upward.
  • Fig. 1 illustrates an interferometric measuring device 10 in an embodiment according to the invention.
  • the measuring device 10 is suitable for determining a deviation of an actual shape from a desired shape of an optical surface 12 of a test object, from which the actual shape of the optical surface 12 results.
  • the test object 14 can be present, for example, in the form of an optical lens or a mirror, in particular a projection objective of a projection exposure apparatus for microlithography. In the case of a mirror, it may be an optical element of an EUV projection Exposure system act.
  • the test piece 14 is mounted by means of a non-illustrated holder.
  • the measuring device 10 comprises an illumination module 16, an interferometer 18 and an evaluation device 20.
  • the illumination module 16 comprises a radiation source 22 for generating a measurement radiation 24, e.g. in the form of a laser, such as a helium-neon laser for generating a laser beam.
  • the measuring radiation 24 has sufficiently coherent light for performing an interferometric measurement.
  • the wavelength of the measuring radiation 24 is approximately 633 nm.
  • the wavelength of the measuring radiation can also have other wavelengths in the visible and non-visible wavelength range of electromagnetic radiation.
  • the measuring radiation 24 is focused by focusing optics 26 onto a mechanical illumination diaphragm 30 arranged in a pupil plane 28 of the illumination module 16 in such a way that a divergent, essentially spherical illumination wave 34 emanates from the illumination diaphragm 30.
  • the illumination diaphragm 30 basically has a diaphragm opening region provided for the passage of the measurement radiation 24, which diaphragm defines the pupil 31 of the illumination module 16 and is circular in the case shown. Furthermore, in the area of the pupil plane, i. In the immediate vicinity of the plane of the illumination stop 30, a lens 32 is arranged, which is rotated about an axis of rotation 33 in measuring operation. This serves to randomize the mutual phase between different points of the pupil 31.
  • the interferometer 18 is designed as a Fizeau interferometer and comprises a beam splitter 40, an adapter optics 42 in the form of a focusing optics or a collimator, a splitting element 46 and a detection module 54 in the form of a camera.
  • the divergent beam of the illumination wave 34 first passes through the beam splitter 40 and is then collimated by the adaptation optics 42 such that the Wavefront receives a shape which is adapted to the desired shape of the optical surface to be tested 12, that is, the desired shape is substantially equal or approximated to this.
  • the wavefront of the illumination wave 34 after passing through the adaptation optics 42 for example, have a planar or a spherical shape.
  • the matching optics 42 may also include diffractive optical elements to give the wavefront of the illumination wave an aspherical shape, for example.
  • the illumination wave 34 propagates along an optical axis 44 of the interferometer 18, which extends in the z-direction in FIG.
  • the illumination wave 34 strikes the splitting element 46 in the form of a fiche element having a fizzle surface 48. Part of the radiation of the illumination wave 34 is reflected as a reference wave 52 on the fice surface 48.
  • the reference wave 52 is illustrated in FIG. 1 with reference to an exemplary beam of the reference wave.
  • the radiation of the illumination wave 19 passing through the splitting element 46 strikes the optical surface 12 of the specimen 4 as a test wave 50. This is preferably carried out in autocollimation, so that the test wave 50, after interacting with the optical surface 12, essentially runs back on itself.
  • the interaction with the optical surface 12 can take place by reflection at the optical surface 12.
  • the interaction in the double passage and back reflection can take place with an additional reflective element.
  • the splitting element 46 is arranged tilted.
  • the tilting is such that the Fizeau constituent 48 is tilted relative to the normal plane 44N with respect to the optical axis 44 by the tilt angle ß / 2.
  • the tilting designated by the tilt angle ⁇ / 2 relates to a tilt about a tilting axis which is arranged in each case at an angle of 45 ° to the x and y axes, ie the tilt angle ⁇ / 2 shown in FIG in addition to the visible in the figure x-component in addition to an equal y-component.
  • the x or the y component of an angle is understood as meaning in each case that angle component which forms an angular rotation about the x-axis or the y-axis is concerned.
  • the returning after the interaction with the optical surface 12 test shaft 50 passes through the splitting element 46 without undergoing a change in direction and is thus merged with the reference shaft 52 in a superimposed beam path, in which due to the above tilting of the Fizeau Structure 48, the reference shaft 52 against the returning Test shaft 50 is tilted by the tilt angle ß.
  • ⁇ for the tilt angle ⁇ : ⁇ > 100 ⁇ ⁇ / D.
  • ⁇ is the wavelength of the illumination wave 34 and D is the beam diameter of the reference wave 52 at the point of merging into the superimposed beam path with the test wave 50, i. at the location of the splitting element 46.
  • the detection module 54 comprises an imaging diaphragm 56 arranged in a pupil plane of the detection module 54, a camera objective 58 and a two-dimensionally resolving detector 60.
  • the returning test wave 50 interferes with the reference shaft 52 on a detection surface 62 of the detector 60. Due to the oblique position the splitting element 46 caused tilting of the reference wave 52 with respect to the returning test wave 50 by the tilt angle ⁇ , the intensity distribution ID (x, y) generated on the detection surface of the detector 60 is a multi-strip interference pattern 66.
  • a multi-stripe interference pattern is included in this text To understand interference patterns comprising at least one full period of alternating strands of constructive and destructive interference. Under For a full period, it is to be understood that the phase difference between the interfering waves along the multi-strip interference pattern assumes all values between 0 and 2 ⁇ .
  • a multi-stripe interference pattern is an interference pattern having at least two stripes, which stripes may be bright stripes (constructive interference) or dark stripes (destructive interference).
  • the evaluation device 20 determines the deviation of the shape of the optical surface 2 of the test object from the previously known wavefront of the test wave 34 and thus the actual shape of the optical surface 12.
  • the intensity distribution lp (u, v) in the pupil plane 28 of the illumination module 16 is configured by a corresponding design of the illumination diaphragm 30. As can be seen from the exemplary representation of lp (u, v) contained in FIG. 1, this has a spatially isolated, contiguous area 38 in the form of an arcuate strip 38-1 with an intensity exceeding a predetermined threshold.
  • the illumination diaphragm 30 thus transmits the measurement radiation 24 only in the area of the curved strip 38-1; in the remaining area of the pupil 31 defining the maximum diaphragm aperture, the measurement radiation is blocked by the illumination diaphragm 30.
  • the pupil plane 28 of the illumination module 16 like the plane of the imaging diaphragm 56 of the detection module, is arranged in a Fourier plane of the detection plane 62. 1, the intensity profile of the reference wave 52 with respect to the intensity profile of the returning test wave 50 is shifted obliquely downwards in the pupil plane of the detection module 54. This is due to the above-described tilting of the reference shaft 52 with respect to the returning test shaft 50 by the tilt angle ⁇ .
  • the configuration of the intensity distribution lp (u, v) with the arcuate stripe enables the generation of high contrast in the multi-stripe interference pattern 66 while suppressing interference due to defects on the optical surfaces of the interferometer 18, as described in more detail below.
  • FIGS. 3, 5, 6, 7, 8, 9 and 10 show further specific embodiments according to the invention of the intensity distribution lp (u, v) in the pupil plane 28 of the illumination module 16, which take the place of the intensity distribution illustrated in FIG can.
  • the intensity distribution lp (u, v) according to FIG. 3 has a spatially isolated contiguous area 38 in the form of an arcuate strip 38-1 running along a contour line of a path length difference distribution AOP (u.v) illustrated in FIG.
  • the arcuate strip 38-1 extends with both ends in each case to a corresponding portion of the annular edge 31 R of the pupil 31st
  • the path-length difference distribution AOP (uv) shown in FIG. 2 shows the distribution of a path-length difference in the pupil 31 for a given field point 62p in the detection plane 62 defined by the difference between a candidate path length and a reference path length.
  • the sample path length is the path length traveled by the radiation of the test wave 50 from a given point of the pupil 31 to the field point 62p in the detection plane 62, and the reference path length that of the radiation of the reference wave 52 from the point of the pupil 31 to the field point 62p in the detection plane traversed path length.
  • the respective path length therefore extends from the pupil plane 28 to the detection plane 62, wherein the section in the area between the pupil plane 28 and the splitting element 46 is covered by the illumination wave 34, which respectively supplies radiation for the test wave 50 and the reference wave 52.
  • contour lines 67 ie lines with the same path length difference, are plotted for path length differs of integer ⁇ values.
  • the arcuate strip 38-1 of the intensity distribution lp (u, v) of the illumination wave 34 in the pupil plane 28 extends along the contour line 67 with the path length difference 2h of the path length difference distribution AOP (uv) according to FIG. 2.
  • the arcuate strip 38-1 shown in FIG Strip 38-1 is configured such that any tangent on the strip 38-1 divides the pupil 31 into two parts whose areas differ by at most a factor of 3.
  • tangents t1 to t5 present in each case at the outer edge of the stiffener 38-1 are shown in FIG. 3 by way of example.
  • the tangents t1 and t5 are arranged at the respective end and the tangent t3 is arranged in the middle of the strip 38-1.
  • the tangents t2 and t4 are disposed at the respective ends of a central portion 38-1m of the strip 38 comprising 20% of the strip 38-1.
  • the tangent t1 divides the pupil 31 into an upper portion having the area A1 and a lower portion having the area A2, wherein the ratio A1 / A2 is about 1: 2.7.
  • the ratio arises for t5.
  • the ratio is about 1: 1, 2.
  • the ratio A1 / A2 for any tangent on the strip 38 is in the range between about 1: 1, 2 and 1: 2.7, ie the areas differ by a factor of between 1, 2 and 2.7 ,
  • the arcuate strip 38 is characterized in that at least one tangent exists for which the areas A1 and A2 differ by at most a factor of 20.
  • Strip 38-1 characterized in that for each tangent on a section comprising at least 20% of the strip 38-1, for example the central section 38-1m, the areas A1 and A2 differ by at most a factor of 20.
  • ⁇ is the wavelength of the illumination wave 34
  • f is the distance between the pupil plane 28 and the adaptation optics 42
  • I is the distance between the splitting element 46 and the optical surface 12 of the test object.
  • ⁇ 633 nm
  • f 1020 mm
  • I 1000 mm
  • ⁇ 633 nm
  • a rectangle 74 adapted to the curved strip 38-1 is drawn with the smallest possible area.
  • the rectangle 74 is the smallest possible in terms of area, the arcuate strip 38-1 completely comprehensive rectangle, ie it is the best in terms of area to the strip 38-1 adapted rectangle.
  • the rectangle 74 has a length corresponding to the above-mentioned extension Lsei of the arched strip 38 and a width dsei.
  • the aspect ratio of the rectangle 74 which is defined by the ratio Lssei / dBei, is approximately 3: 1 in the illustrated case and is thus greater than 1.5: 1.
  • this multi-strip interferogram 66 has a signal-to-noise ratio which enables a highly accurate evaluation and thus a highly accurate determination of the shape of the optical surface 12 of the test piece 14.
  • the illumination of the pupil 31 of the illumination module 16 is substantially higher at about 12% than is the case, for example, with an intensity distribution lp (u, v) of a point illumination in the pupil plane 28 shown under (c) of FIG.
  • this intensity distribution shown as a comparative example, achieves an almost similarly high contrast of about 60%, the illumination is only about 1%.
  • the illumination is a measure of how well disturbances due to defects on the optical surfaces of the interferometer 18 can be suppressed.
  • the embodiment according to FIG. 3 enables a significantly improved defect suppression compared with the comparative example shown under (c) in FIG. 13.
  • the intensity distribution IP (U, V) shown in (b) of FIG. 13 As disk-shaped in the central illumination, approximately 8% results in approximately good illumination as in the embodiment according to the invention Fig.
  • the contrast drops to a value of about 1 1% and thus far below the achievable by means of the inventive embodiment of FIG. 3 value. If the central illumination disc is further increased from the intensity distribution shown at (b) in FIG. 13, the contrast further decreases, for example, to a value of 4% as in (a) of FIG. 13 for the illumination of the entire pupil shown further comparative example.
  • FIG. 5 shows a further embodiment according to the invention of the intensity distribution lp (u, v) in the pupil plane 28 of the illumination module 16.
  • This intensity distribution has a plurality of arcuate stripes 38-1 which extend along contour lines of the path length difference distribution AOP (FIG. u, v).
  • AOP path length difference distribution
  • each contour line with an integer wavelength difference is assigned an arcuate strip 38-1 in this embodiment.
  • the arcuate strips 38-1 according to FIG. 5 can each have the features listed above with respect to the curved strip 38-1 described with reference to FIG.
  • the illumination of the pupil 31 in the intensity distribution according to FIG. 5 is approximately 60%, as a result of which the defect suppression is again considerably improved compared with the embodiment according to FIG. 3.
  • FIG. 6 shows a further embodiment according to the invention of the intensity distribution lp (u, v) in the pupil plane 28 of the illumination module 16. This differs from the intensity distribution according to FIG. 5 in that the arc-shaped strips are narrower, so that an illumination of about 20%. Thus, the contrast of the intensity curve in the central region of the multi-strip interferogram 66 can be considerably increased, namely to about 90%.
  • 7 shows a further embodiment according to the invention of the intensity distribution IP (u, v) in the pupil plane of the illumination module 16. The intensity distribution lp (u, v) according to FIG.
  • the 7 has a spatially isolated, contiguous surface area 38 in the form of a zigzag-shaped strip 38. 2 on.
  • the zigzag strip 38-2 has two ascending and two descending sections.
  • a rectangle 74 adapted to the zigzag-shaped strip 38-2 with the smallest possible area is shown in FIG.
  • the rectangle 74 has a length Lßei and a width dßei analogous to the rectangle 74 of FIG.
  • the aspect ratio of the rectangle 74 of Fig. 7, which is defined by the ratio of Lo / i, is approximately 3: 1 in the illustrated case, greater than 1.5: 1.
  • the zigzag-shaped strip 38-2 is arranged such that the longer symmetry axis of the rectangle 74 associated therewith extends substantially parallel to a mean direction of a contour line of a path-length difference distribution AOP (u, v) illustrated in FIG.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of the intensity distribution IP (u, v) according to the invention in the pupil plane of the illumination module 16.
  • the intensity distribution Ip (u, v) according to FIG. 8 has a spatially isolated, contiguous area 38 in the form of a straight strip 38. 3, ie a strip having the shape of a straight line.
  • a rectangle with the smallest possible area adapted to the straight strip 38-3 corresponds to the strip 38-3 itself.
  • the strip 38-3 or the rectangle has a length Lsei and a width dsei.
  • the straight strip 38-3 is arranged such that its longitudinal extent is substantially parallel to a central direction of a contour line of a path-length difference distribution AOP (u, v) illustrated in FIG.
  • the longitudinal extent of the straight strip 38-3 is oriented transversely to the pupil edge 31R.
  • the straight strip 38-3 in the embodiment shown extends centrally within the pupil 31 over a length range of approximately 30-40% of the diameter of the pupil 31.
  • the straight strip may also extend over smaller or larger areas of the pupil 31 , in particular over the entire pupil 31, ie from a region of the pupil edge 31 R to an opposite region of the pupil edge 31 R.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of the intensity distribution lp (u, v) according to the invention in the pupil plane of the illumination module 16.
  • the intensity distribution lp (u, v) according to FIG. 9 has a plurality of spatially isolated, contiguous surface regions 38. In the illustrated embodiment, there are six such areas, each in the form of a circular area 38-4.
  • a rectangle 74 with the smallest possible area adapted to the totality of the surface areas 38-4 is shown in FIG. 9.
  • the rectangle 74 is the smallest in terms of area, the entirety of the surface areas 38-4 completely comprehensive rectangle.
  • the rectangle 74 has a length corresponding to the above-mentioned extension Lsei of the arched strip 38 and a width dsei.
  • the aspect ratio of the rectangle 74 which is defined by the ratio Lsei / dßei, is in the illustrated case about 3: 1, and thus greater than 1, 5: 1.
  • a covering surface in the form of an arcuate strip 76 which is adapted to the totality of the surface regions 38-4, is drawn.
  • the arcuate strip 76 corresponds to a Surface which covers the surface areas and which is adapted to the shape of the arrangement of the surface areas 38-4.
  • the shape of the arrangement of the surface areas 38-4 may in particular be an extrapolated or abstracted arrangement form.
  • the arcuate strip 76 defined by the conformable overlay area corresponds to the above-described arcuate strip 38-1 according to FIG. 3.
  • the aforementioned rectangle 74 is also the rectangle with the smallest possible area adapted to the arcuate strip 76 and thus corresponds to the rectangle 74 according to FIG. 3.
  • the intensity distribution lp (u, v) shows a further embodiment according to the invention of the intensity distribution lp (u, v) in the pupil plane of the illumination module 16.
  • the intensity distribution lp (u, v) according to FIG. 10 has a plurality of spatially isolated, contiguous surface regions 38. In the illustrated embodiment, there are two such areas, each in the form of a circular area 38-4.
  • the illustrated intensity distribution Ip (u, v) is thus di-polar.
  • a covering surface conformed to the entirety of the surface regions 38 - 4 in the form of a straight strip 78 is drawn.
  • the straight strip 78 corresponds to a surface which covers the surface regions and is adapted to the shape of the arrangement of the surface regions 38-4.
  • the straight strip 78 defined by the conformable overlapping area corresponds to the above-explained straight strip 38-3 according to FIG. 8.
  • the boundary of the strip 78 furthermore forms a rectangle with the smallest possible area adapted to the entirety of the areas 38-4.
  • This like the straight strip 38-3 of FIG. 8, has an aspect ratio which is defined by the ratio Lsei / dBei and is approximately 3.5: 1 in the illustrated case.
  • FIGS. 11 and 12 show further embodiments of a lighting module 16 which replaces the lighting module 16 shown in FIG can occur.
  • the mechanical illumination diaphragm 30 is arranged in a plane 36 conjugate to the pupil plane 28.
  • the plane 36 is imaged by means of a 4f imaging optics 70 on the further arranged in the pupil plane 28 rotatable lens 32.
  • a spatial light modulator 68 is used to generate the intensity distribution in the pupil 31.
  • the spatial light modulator 68 is operated in reflection and, to this end, illuminated by the radiation source 22 obliquely with the measurement radiation 24.
  • the variably reflected radiation then passes through a 2f imaging optics with which the surface of the light modulator 68 is imaged onto the rotatable lens 32 arranged in the pupil plane 28.

Abstract

Eine Messvorrichtung (10) zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche (12) eines Prüflings (14) umfasst ein Beleuchtungsmodul (16) zum Erzeugen einer Beleuchtungswelle (34), ein Interferometer (18), welches dazu konfiguriert ist, die Beleuchtungswelle in eine auf die optische Oberfläche gerichtete Prüfwelle (50) und eine Referenzwelle (52) zueinander derart verkippt aufzuspalten, dass durch deren Überlagerung in einer Detektionsebene (62) des Interferometers ein Mehrstreifeninterferenzmuster (66) erzeugt wird. Das Beleuchtungsmodul weist eine in einer Fourierebene der Detektionsebene angeordnete Pupillenebene (28) auf und das Beleuchtungsmodul ist dazu konfiguriert, die Beleuchtungswelle derart zu erzeugen, dass deren Intensitätsverteilung in der Pupillenebene einen oder mehrere räumlich isolierte, zusammenhängende und derart konfigurierte Flächenbereiche (38) umfasst, dass ein an den Flächenbereich bzw. an die Gesamtheit der Flächenbereiche angepasstes Rechteck (74) mit kleinstmöglicher Fläche ein Aspektverhältnis von mindestens 1,5:1 aufweist.

Description

Messvorrichtung zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2016 213 237.7 vom 20. Juli 2016. Die gesamte Offenbarung dieser Patentanmeldung wird durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen. Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung sowie ein Verfahren zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Prüflings. Eine derartige Messvorrichtung ist beispielsweise in WO 2006/077145 A2 beschrieben. Diese Messvorrichtung umfasst ein Fizeauinterferometer, mit dem eine Messwelle mit einer an die Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront erzeugt wird. Die Wellenfront der angepassten Messwelle wird nach Reflexion an der optischen Oberfläche zur Bestimmung der Abweichung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche von deren Sollform interferometrisch ausgewertet. Bei dem Fizeauinterferometer gemäß WO 2006/077 45 A2 handelt es sich um ein sogenanntes Common-Path-Interferometer, bei dem die Wege der interferierenden Teilbündel auf dem gleichen optischen Pfad verlaufen bzw. zumindest räumlich eng benachbart sind. Derartige Common-Path-Interferometern sind jedoch anfällig gegenüber Phasenstörungen, die durch mechanische Vibrationen des Prüflings oder durch Luftschlieren in der Interferometerkavität bedingt werden. Diese Phasenanfälligkeit kann bei Verwendung eines Mehrstreifeninterfero- meters verhindert werden. Bei einem derartigen Mehrstreifen- bzw. Vielstreifenin- terferometer verlaufen die interferierenden Teilbündel derart zueinander verkippt, dass ein Mehrstreifeninterferenzmuster entsteht.
Das optische Element mit der optischen Oberfläche ist beispielsweise eine optische Komponente, wie etwa eine Linse oder ein Spiegel. Derartige optische Komponenten werden in optischen Systemen, wie etwa einem in der Astronomie verwendeten Teleskop oder in einem Abbildungssystem eingesetzt, wie es in lithographischen Verfahren zum Einsatz kommt. Der Erfolg eines solchen optischen Systems ist wesentlich bestimmt durch eine Genauigkeit, mit der dessen optische Komponenten hergestellt und dahingehend bearbeitet werden können, daß deren Oberflächen jeweils einer Soll-Gestalt entsprechen, welche durch einen Designer des optischen Systems bei dessen Auslegung festgelegt wurde. Im Rahmen einer solchen Herstellung ist es notwendig, die Gestalt der bearbeiteten optischen Flächen mit deren Soll-Gestalt zu vergleichen und Differenzen bzw. Abweichungen zwischen der gefertigten Oberfläche und der Soll-Oberfläche zu bestimmen. Die optische Oberfläche kann dann in solchen Bereichen bearbeitet werden, in denen Differenzen zwischen der bearbeiteten Fläche und der Soll- Fläche beispielsweise vorbestimmte Schwellenwerte überschreiten. Bei der hochgenauen Vermessung von optischen Oberflächen mittels Mehrstrei- feninterferometrie treten oft Störungen auf, die auf Defekte auf den optischen Flächen des Interferometers zurückgehen. Dabei kann bei diesen Interferometern die Beleuchtung so gewählt werden, dass die Störungen so gut wie möglich minimiert werden. Dies kann erfolgen, indem anstatt einer„punktförmigen" Lichtquelle mit einer Ausdehnung von höchstens dem Airydurchmesser eine ausgedehnte kreisförmige Lichtquelle in der Beleuchtungspupille eingesetzt wird. Die ausgedehnte Lichtquelle führt zu einer unscharfen Abbildung der Defekte und damit zu einer deutlichen Reduzierung des Messfehlers. Dies hat jedoch den Nachteil, dass der Kontrast des Mehrstreifeninterferogramms reduziert wird, was zu einem schlech- teren Signal-zu-Rausch-Verhältnis führt.
Zugrunde liegende Aufgabe Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere eine Bestimmung einer Oberflächenform mittels Mehrstreifeninterferometrie er- möglicht wird, welche durch hohen Interferogrammkontrast und gleichzeitig geringe Störanfälligkeit gegenüber Defekten auf den optischen Flächen des Interfero- meters gekennzeichnet ist.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise mit der nachfolgend beschriebenen Messvorrichtung zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Prüflings gelöst werden. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung umfasst ein Beleuchtungsmodul zum Erzeugen einer Beleuchtungswelle, ein Interferometer, welches dazu konfiguriert ist, die Beleuchtungswelle in eine auf die optische Oberfläche gerichtete Prüfwelle und eine Referenzwelle zueinander derart verkippt aufzuspalten, dass durch deren Überlage- rung in einer Detektionsebene des Interferometers ein Mehrstreifeninterferenzmuster erzeugt wird. Dabei weist das Beleuchtungsmodul eine in einer Fourierebene der Detektionsebene angeordnete Pupillenebene auf und das Beleuchtungsmodul ist dazu konfiguriert, die Beleuchtungswelle derart zu erzeugen, dass deren Intensitätsverteilung in der Pupillenebene einen oder mehrere räumlich iso- lierte, zusammenhängende und derart konfigurierte Flächenbereiche umfasst, dass ein an den Flächenbereich bzw. an die Gesamtheit der Flächenbereiche an- gepasstes Rechteck mit kleinstmöglicher Fläche ein Aspektverhältnis von mindestens 1 ,5:1 , insbesondere von mindestens 2:1 oder von mindestens 3:1 , aufweist. Mit anderen Worten ist gemäß einer ersten Variante das Beleuchtungsmodul dazu konfiguriert, die Beleuchtungswelle derart zu erzeugen, dass deren Intensitätsverteilung in der Pupillenebene einen räumlich isolierten, zusammenhängenden Flächenbereich umfasst, dessen Form derart konfiguriert ist, dass ein daran an- gepasstes Rechteck mit kleinstmöglicher Fläche ein Aspektverhältnis von mindes- tens 1 ,5:1 aufweist. Gemäß einer zweiten Variante ist das Beleuchtungsmodul dazu konfiguriert, die Beleuchtungswelle derart zu erzeugen, dass deren Intensitätsverteilung in der Pupillenebene mehrere räumlich isolierte, zusammenhän- gende Flächenbereiche umfasst, welche derart konfiguriert bzw. angeordnet sind, dass ein an die Gesamtheit der Flächenbereiche angepasstes Rechteck mit kleinstmöglicher Fläche ein Aspektverhältnis von mindestens 1 ,5:1 aufweist. Unter dem an den räumlich isolierten, zusammenhängenden Flächenbereich an- gepassten Rechteck mit kleinstmöglicher Fläche ist ein Rechteck zu verstehen, welches flächenmäßig bestmöglich an den räumlich isolierten Flächenbereich an- gepasst ist, d.h. es ist dasjenige Rechteck unter den räumlich isolierten Flächenbereich vollständig umfassenden Rechtecken, welches die kleinstmögliche Fläche aufweist.
Die Überlagerung der Prüfwelle mit der Referenzwelle erfolgt nach Wechselwirkung der Prüfwelle mit der optischen Oberfläche. Durch Auswertung des Mehrstreifeninterferenzmusters lässt sich eine Abweichung der Form der optischen Oberfläche von einer Sollform und damit die Form der optischen Oberfläche des Prüflings selbst bestimmen. Die verkippte Aufspaltung erfolgt derart, dass die Referenzwelle gegenüber der Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche verkippt ist. Das Aufspalten der Beleuchtungswelle in die Prüfwelle und die Referenzwelle kann mittels eines Aufspaltungselements, wie etwa eines Fizeau-Elements, erfolgen. Die Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche läuft gemäß einem Ausführungsbeispiel im Strahlengang der Prüfwelle vor dessen Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche zurück. In diesem Fall ist der Kippwinkel zwischen der Referenzwelle und der Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche identisch mit dem Kippwinkel zwischen der Referenzwelle und der umgekehrten Ausbreitungsrichtung der Prüfwelle am Ort der Aufspaltung.
Unter einem Mehrstreifeninterferenzmuster ist in diesem Text ein Interferenzmuster zu verstehen, welches mindestens eine volle Periode von sich abwech- selnden Streifen konstruktiver und destruktiver Interferenz umfasst. Unter einer vollen Periode ist zu verstehen, dass die Phasendifferenz zwischen den interferierenden Wellen entlang des Mehrstreifeninterferenzmusters alle Werte zwischen 0 und 2π einnimmt. Mit anderen Worten ist unter einem Mehrstreifeninterferenzmuster ein Interferenzmuster mit mindestens zwei Streifen zu verstehen, wobei die Streifen helle Steifen (konstruktive Interferenz) oder dunkle Streifen (destruktive Interferenz) sein können. Insbesondere kann ein Mehrstreifeninterferenzmus- ter mindestens zwei, mindestens fünf, mindestens zehn, mindestens fünfzig oder mindestens hundert volle Perioden von sich abwechselnden Steifen konstruktiver und destruktiver Interferenz umfassen.
Der in Pupillenebene des Beleuchtungsmoduls vorliegende räumlich isolierte, zusammenhängende Flächenbereich kann ein heller Bereich (d.h. ein Bereich hoher Intensität) in einer vergleichsweise dunklen Umgebung (vergleichsweise niedrige Intensität) sein. Die vergleichsweise niedrige Intensität in der dunklen Umgebung kann z.B. weniger als 50% der vergleichsweise hohen Intensität des hellen Bereichs betragen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Intensitätsverteilung in der Pupillenebene mindestens den einen zusammenhängenden Flächenbereich, d.h. es liegt die erste Variante vor, in der die Intensitätsverteilung in der Pupillenebene einen räumlich isolierten, zusammenhängenden Flächenbereich umfasst, dessen Form derart konfiguriert ist. dass ein daran angepasstes Rechteck mit kleinstmöglicher Fläche ein Aspektverhältnis von mindestens 1 ,5:1 aufweist. Gemäß dieser Ausführungsform ist der zusammenhängende Flächenbereich als Streifen gestaltet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Intensitätsverteilung in der Pupillenebene die mehreren zusammenhängenden Flächenbereiche, d.h. es liegt die zweite Variante vor, in der die Intensitätsverteilung in der Pupillenebene mehrere räumlich isolierte, zusammenhängende Flächenbereiche umfasst, welche derart konfiguriert bzw. angeordnet sind, dass ein an die Gesamtheit der Flächenbereiche angepasstes Rechteck mit kleinstmöglicher Fläche ein Aspektver- hältnis von mindestens 1 ,5:1 aufweist. Gemäß dieser Ausführungsform ist eine an die Gesamtheit der Flächenbereiche formangepasste Überdeckungsfläche als Streifen gestaltet. Unter einer formangepassten Überdeckungsfläche ist in diesem Zusammenhang eine Fläche zu verstehen, welche die räumlich isolierten, zusammenhängenden Flächenbereiche überdeckt und gleichzeitig an eine extrapolierte bzw. abstrahierte Form der Anordnung der Flächenbereiche angepasst ist. Eine derartige formangepasste Überdeckungsfläche kann beispielsweise auch durch eine mathematische Bestimmung einer Umhüllungskurve um die Flächenbereiche unter Minimierung einer Kombination des Umfangs sowie des Flächeninhalts der Umhüllungskurve erfolgen
Das Vorsehen eines Streifens in der Pupillen-Intensitätsverteilung ermöglicht das Erzeugen des Mehrstreifeninterferenzmusters mit hohem Kontrast bei gleichzeitig geringer Störanfälligkeit gegenüber auf den Flächen des Interferometers vorliegenden Defekten.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Verkippung der Referenzwelle gegenüber der Prüfwelle größer als ein Mindestkippwinkel, wobei der Mindestkippwinkel durch das hundertfache, insbesondere das fünfhundertfache des Quotienten aus der Wellenlänge der Beleuchtungswelle und dem Strahldurchmesser der Beleuchtungswelle am Ort der Aufspaltung der Beleuchtungswelle in die Prüfwelle und die Referenzwelle definiert ist. Der Strahldurchmesser der Beleuchtungswelle am Ort der Aufspaltung kann dem Durchmesser einer im Strahlengang der Beleuchtungswelle angeordneten Anpassungsoptik zum Anpassen der Wellenfront der Beleuchtungswelle an eine Sollform der optischen Oberfläche des Prüflings entsprechen. Diese Anpassungsoptik kann als ein Kollimator ausgebildet sein, welcher vor der Wechselwirkdung der Beleuchtungswelle mit der Oberfläche des Prüflings angeordnet ist. Die Überlagerung der Prüfwelle mit der Referenzwelle erfolgt nach Wechselwirkung der Prüfwelle mit der optischen Oberfläche. Durch Auswertung des Mehrstreifeninterferenzmusters lässt sich eine Abweichung der Form der optischen Oberfläche von einer Sollform und damit die Form der optischen Oberfläche des Prüflings selbst bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsvariante ist der Streifen ein bogenförmiger Streifen, gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ein gerader Streifen. Unter einem bo- genförmigen Streifen ist ein Streifen zu verstehen, der eine in einer Richtung vorliegende Krümmung aufweist, d.h. der Streifen ist entweder links gekrümmt oder rechts gekrümmt. Dabei ist neben einem exakt bogenförmigen Streifen auch ein Streifen, der aus mehreren entlang eines Bogens angeordneten geraden Teilbe- reichen zusammensetzt ist, als ein derartiger bogenförmiger Streifen zu verstehen. Unter einem geraden Streifen ist ein rechteckförmiger Flächenbereich mit einem Aspektverhältnis von mindestens 1 ,5:1 zu verstehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die der Pupillenebene zugeordnete Pupille des Beleuchtungsmoduls von einem ringförmigen Rand begrenzt und der Streifen verläuft quer zum Rand der Pupille. Mit anderen Worten verläuft der bogenförmige Streifen insbesondere nicht entlang des Randes der Pupille. Während ein derartiger randseitiger Verlauf ggf. für Common-Path-Interferometern geeignet sein könne, hätte er nicht den erwünschten Effekt auf den Kontrast des in der er- findungsgemäßen Messvorrichtung erzeugten Mehrstreifeninterferenzmusters.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die der Pupillenebene zugeordnete Pupille des Beleuchtungsmoduls von einem ringförmigen Rand begrenzt und der mindestens eine bogenförmige Streifen ist derart konfiguriert, dass zumindest ei- ne Tangente an dem bogenförmigen Streifen existiert, welche die Pupille in zwei Teile unterteilt, deren Flächen sich höchstens um den Faktor zwanzig unterscheiden. Mit anderen Worten stehen die Flächen, die durch die Teilung der Pupille mittels der zumindest einen Tangente entstehen, im Verhältnis von 1 :20 oder einem ausgeglichenerem Verhältnis, d.h. sie stehen in einem Verhältnis, welches zwischen 1 :1 und 1 :20 liegt. Gemäß weiteren Ausführungsformen unterscheiden sich die Flächen der zwei Teile der Pupille höchstens um den Faktor zehn oder höchstens um den Faktor fünf. Ein bogenförmiger Streifen, welcher entlang des ringförmigen Randes der Pupille verläuft, erfüllt beispielsweise die genannte Bedingung nicht.
Gemäß einer Ausführungsvariante unterteilt jede Tangente an mindestens einem insgesamt mindestens 20%, insbesondere mindestens 50% oder mindestens 70%, des bogenförmigen Streifens umfassenden Abschnitt des bogenförmigen Streifens die Pupille in jeweils zwei Teile, deren Flächen sich höchstens um den Faktor zwanzig, insbesondere höchstens um den Faktor zehn oder höchstens um den Faktor fünf, unterscheiden. Ein entlang des Randes der Pupille verlaufender Streifen erfüllt beispielsweise diese Anforderung nicht.
Unter einer Weglänge ist in diesem Text immer eine optische Weglänge zu verstehen. Die optische Weglänge innerhalb eines optischen Elements ist das Produkt aus geometrischer Weglänge und Brechzahl.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Weglängendifferenz eines Pupillenpunktes in der Pupillenebene für einen Feldpunkt in der Detektionsebene durch die Differenz zwischen einer Prüflingsweglänge und einer Referenzweglänge definiert, bei der die Prüflingsweglänge die von der Strahlung der Prüfwelle von dem Pupillenpunkt bis zu dem Feldpunkt in der Detektionsebene durchlaufene Weglänge und die Referenzweglänge die von der Strahlung der Referenzwelle von dem Pupillenpunkt bis zu dem Feldpunkt in der Detektionsebene durchlaufene Weglänge ist. Dabei verläuft der Streifen, insbesondere der zusammenhängende Flächenbereich der Intensitätsverteilung der Beleuchtungswelle in der Pu- pillenebene, entlang einer Höhenlinie der Weglängendifferenz des Feldpunktes. Höhenlinien der Weglängendifferenz sind Linien, die sich aus Punkten mit gleicher Weglängendifferenz zusammensetzen. Insbesondere ist die winkelaufgelöste Intensitätsverteilung der Beleuchtungswelle in der Pupillenebene derart konfiguriert, dass der bogenförmige Streifen für mehrere Feldpunkte, insbesondere für die Mehrheit der Feldpunkte in dem Bereich der Detektionsebene, in dem das Mehrstreifeninterferenzmuster erzeugt wird, entlang der Höhenline der Weglängendifferenz verläuft.
Gemäß einer Ausführungsvariante verlaufen mehrere Streifen der vorstehend genannten Art in der Pupillenebene entlang von Höhenlinien der Weglängendifferenz des Feldpunktes, wobei sich die Höhenlinien um ganzzahlige Vielfache der Wellenlänge der Beleuchtungswelle unterscheiden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Intensitätsverteilung in der Pupillenebene mehrere Streifen der vorstehend genannten Art, insbesondere mehrere Streifen wie etwa bogenförmige Streifen in einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst die Intensitätsverteilung drei, vier, fünf oder mehr Streifen, insbesondere zusammenhängende Flächenbereiche. Jeder der Streifen kann die vorstehend bezüglich unterschiedlicher Ausführungsformen gennannten Eigenschaften aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Interferometer dazu konfiguriert, die Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche und die Referenzwelle in einen überlagerten Strahlengang zusammenzuführen, in dem die Referenzwelle gegenüber der Prüfwelle um einen Kippwinkel ß verkippt ist, für den gilt: ß > 100■ λ / D, wobei λ die Wellenlänge der Beleuchtungswelle und D der Strahldurchmesser der Referenzwelle am Ort der Zusammenführung in den überlagerten Strahlengang mit der Prüfwelle ist. Gemäß einer Ausführungsform entspricht D auch dem Strahldurchmesser der Beleuchtungswelle am Ort der Aufspaltung der Beleuchtungswelle in die Prüfwelle und die Referenzwelle. Insbesondere kann der Kippwinkel größer als 200■ λ / D oder größer als 500■ λ / D sein. Der Strahldurchmesser der Beleuchtungswelle am Ort der Aufspaltung kann dem Durchmesser einer im Strahlengang der Beleuchtungswelle angeordneten Anpassungsoptik zum Anpassen der Wellenfront der Beleuchtungswelle an eine Sollform der optischen Oberfläche des Prüflings entsprechen. Diese Anpassungsoptik kann als ein Kollimator ausgebildet sein, welcher vor der Wechselwirkdung der Beleuchtungswelle mit der Oberfläche des Prüflings angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Interferometer ein Aufspaltungselement zum Aufspalten der Beleuchtungswelle in die Prüfwelle und die Referenzwelle und ist weiterhin dazu konfiguriert, die Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche und die Referenzwelle in einen überlagerten Strahlengang zusammen zu führen, in dem die Referenzwelle gegenüber der Prüfwelle um einen Kippwinkel ß verkippt ist. Weiterhin ist das Beleuchtungsmo- dul dazu konfiguriert, dass die Intensitätsverteilung in der Pupillenebene in mindestens einer Richtung eine Ausdehnung Lßei aufweist, für die gilt:
/
LBei > ^ ' T~ > > wobei λ die Wellenlänge der Beleuchtungswelle, f ein Abstand
/ · p
zwischen der Pupillenebene des Beleuchtungsmoduls und einer Anpassungsoptik des Interferometers zum Anpassen der Wellenfront der Beleuchtungswelle an eine Sollform der optischen Oberfläche des Prüflings, und I ein Abstand zwischen dem Aufspaltungselement und der optischen Oberfläche des Prüflings ist. Gemäß einer Ausführungsvariante weist die Intensitätsverteilung in der Pupillenebene in mindestens einer Richtung eine Ausdehnung Lßei von größer als 1 mm, insbeson- dere von größer als 2 mm oder von größer als 5 mm auf. Die Anpassungsoptik kann als ein Kollimator ausgebildet sein, welcher vor der Wechselwirkung der Beleuchtungswelle mit der Oberfläche des Prüflings angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Intensitätsverteilung in der Pupil- lenebene derart konfiguriert, dass das Mehrstreifeninterferenzmuster zumindest in einem Bereich einen Kontrast von mindestens 50% aufweist. Insbesondere weist das Mehrstreifeninterferenzmuster zumindest in einem Bereich einen Kontrast von mindestens 60%, mindestens 70% oder mindestens 80% auf. Der Bereich des Mehrstreifeninterferenzmusters mit dem genannten Kontrast liegt vorzugs- weise in der Mitte des Interferenzmusters. Vorzugsweise weist der gesamte Bereich des Mehrstreifeninterferenzmusters den genannten Kontrast auf, wobei dieser Bereich z.B. mindestens 10%, mindestens 20% oder mindestens 50% der Fläche des gesamten Mehrstreifeninterferenzmusters umfassen kann. Der Kontrast K eines Mehrstreifeninterferenzmusters ist in diesem Text wie folgt definiert: K = -y-— γ- , wobei IK die Intensität von Streifen mit konstruktiver Interferenz
K D
und ID die Intensität von angrenzenden Streifen mit destruktiver Interferenz ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Intensitätsverteilung derart konfiguriert, dass die der Pupillenebene zugeordnete Pupille des Beleuchtungsmoduls zu höchstens 70%, insbesondere zu höchstens 50% oder zu höchstens 30% und insbesondere zu mindestens 10% oder zu mindestens 20%, ausgeleuchtet ist. Unter einer anteiligen Ausleuchtung der Pupille ist zu verstehen, dass nur der genannte Anteil der Pupille mit einer nennenswerten Intensität bestrahlt wird, wobei unter der nennenswerten Intensität eine Intensität verstanden werden kann, die kleiner als 10%, insbesondere kleiner als 5%, der maximalen Intensität in der Pupille ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Beleuchtungsmodul einen räumlichen Lichtmodulator zur Erzeugung der Intensitätsverteilung in der Pupillenebene. Derartige räumliche Lichtmodulatoren, auch SLM (engl,„spatial light modulator") bezeichnet, sind vom Prinzip her z.B. aus Beamern bekannt und können elektronisch angesteuert werden. Gegenüber der Verwendung von z.B. einer mechanischen Blende ermöglichen derartige räumliche Lichtmodulatoren eine hohe Lichtausbeute, die beinahe 100% betragen kann. Die Verwendung eines ansteuerbaren räumlichen Lichtmodulators ermöglicht eine variable Einstellung der Intensitätsverteilung in der Pupillenebene.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Beleuchtungsmodul weiterhin eine in der Pupillenebene angeordnete und im Betrieb rotierende Streuscheibe zum Herstellen von Inkohärenz.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Prüflings bereitgestellt, bei dem eine Beleuchtungswelle mittels eines Beleuchtungsmoduls erzeugt wird sowie die Beleuchtungswelle mittels eines Interferometers in eine auf die optische Oberfläche gerichtete Prüfwelle und eine Referenzwelle aufgespalten wird, welche derart zueinander verkippt sind, dass durch deren Überlagerung in einer De- tektionsebene des Interferometers ein Mehrstreifeninterferenzmuster erzeugt wird, wobei die Beleuchtungswelle derart erzeugt wird, dass deren Intensitätsverteilung in einer, in der Fourierebene der Detektionsebene angeordneten Pupillenebene einen oder mehrere räumlich isolierte, zusammenhängende und derart konfiguriert Flächenbereiche umfasst.dass ein an den Flächenbereich bzw. die Gesamtheit der Flächenbereiche angepasstes Rechteck mit kleinstmöglicher Fläche ein Aspektverhältnis von mindestens 1 ,5:1 aufweist. Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Messvorrichtung angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen
Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Prüflings,
Fig. 2 eine Darstellung einer Verteilung einer Weglängendifferenz zwischen einer Prüflingsweglänge und einer Referenzweglänge in der Messvorrichtung gemäß Fig. 1 , Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Intensitätsverteilung in einer Beleuchtungspupillenebene der Messvorrichtung gemäß Fig. 1 ,
Fig. 4. einen Intensitätsverlauf in einem mittels der Intensitätsverteilung gemäß Fig. 3 erzeugten Mehrstreifeninterferogramm,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Intensitätsverteilung in der Beleuchtungspupillenebene der Messvorrichtung gemäß Fig. 1 sowie einen Intensitätsverlauf in einem mittels dieser Intensitätsverteilung erzeugten Mehrstreifeninterferogramm,
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Intensitätsverteilung in der Beleuchtungspupillenebene der Messvorrichtung gemäß Fig. 1 sowie einen Intensitätsverlauf in einem mittels dieser Intensitätsverteilung erzeugten Mehrstreifeninterferogramm,
Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Intensitätsverteilung in der Beleuchtungspupillenebene der Messvorrichtung gemäß Fig. 1 ,-
Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Intensitätsverteilung in der Beleuchtungspupillenebene der Messvorrichtung gemäß Fig. 1 ,
Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Intensitätsverteilung in der Beleuchtungspupillenebene der Messvorrichtung gemäß Fig. 1 ,
Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Intensitätsverteilung in der Beleuchtungspupillenebene der Messvorrichtung gemäß Fig. 1 ,
Fig. 11 ein Ausführungsbeispiel eines Beleuchtungsmoduls für die Messvorrichtung gemäß Fig. 1 , Fig. 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Beleuchtungsmoduls für die Messvorrichtung gemäß Fig. 1 , sowie
Fig. 13 Vergleichsbeispiele für Intensitätsverteilungen in der Beleuchtungspupil- lenebene sowie Intensitätsverläufe für damit erzeugte Mehrstreifeninterferogram- me.
Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz- Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In Fig. 1 verläuft die x-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die z-Richtung nach rechts und die y- Richtung nach oben. Fig. 1 veranschaulicht eine interferometrische Messvorrichtung 10 in einer Ausführungsform nach der Erfindung. Die Messvorrichtung 10 ist geeignet zum Bestimmen einer Abweichung einer tatsächlichen Form von einer Sollform einer optischen Oberfläche 12 eines Prüflings, woraus sich die tatsächliche Form der optischen Oberfläche 12 ergibt. Der Prüfling 14 kann beispielsweise in Gestalt einer optischen Linse oder eines Spiegels, insbesondere eines Projektionsobjektivs einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, vorliegen. Im Fall eines Spiegels kann es sich um ein optisches Element einer EUV-Projektions- belichtungsanlage handeln. Der Prüfling 14 ist mittels einer nicht zeichnerisch dargestellten Halterung montiert.
Die Messvorrichtung 10 umfasst ein Beleuchtungsmodul 16, ein Interferometer 18 sowie eine Auswerteeinrichtung 20. Das Beleuchtungsmodul 16 umfasst eine Strahlungsquelle 22 zum Erzeugen einer Messstrahlung 24, z.B. in Gestalt eines Lasers, wie etwa eines Helium-Neon-Lasers zum Erzeugen eines Laserstrahls. Die Messstrahlung 24 weist ausreichend kohärentes Licht zur Durchführung einer interferometrischen Messung auf. Im Falle eines Helium-Neon-Lasers beträgt die Wellenlänge der Messstrahlung 24 etwa 633 nm. Die Wellenlänge der Messstrahlung kann aber auch andere Wellenlängen im sichtbaren und nicht sichtbaren Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung aufweisen.
Die Messstrahlung 24 wird von einer fokussierenden Optik 26 auf eine in einer Pupillenebene 28 des Beleuchtungsmoduls 16 angeordnete mechanische Beleuchtungsblende 30 derart fokussiert, dass eine divergente, im Wesentlichen sphärische Beleuchtungswelle 34 von der Beleuchtungsblende 30 ausgeht. Die Beleuchtungsblende 30 weist grundsätzlich einen zum Durchtritt der Messstrahlung 24 vorgesehenen Blendenöffnungsbereich auf, welcher die Pupille 31 des Beleuchtungsmoduls 16 definiert und im gezeigten Fall kreisförmig ist. Weiterhin ist im Bereich der Pupillenebene, d.h. unmittelbarer Nähe der Ebene der Beleuchtungsblende 30 ist eine Streuscheibe 32 angeordnet, welche im Messbetrieb um eine Drehachse 33 rotiert wird. Diese dient dazu, die wechselseitige Phase zwischen verschiedenen Punkten der Pupille 31 zu randomisieren.
Das Interferometer 18 ist als Fizeau-Interferometer ausgelegt und umfasst einen Strahlteiler 40, eine Anpassungsoptik 42 in Gestalt einer fokussierenden Optik bzw. eines Kollimators, ein Aufspaltungselement 46 sowie ein Detektionsmodul 54 in Gestalt einer Kamera.
Der divergente Strahl der Beleuchtungswelle 34 durchläuft zunächst den Strahlteiler 40 und wird daraufhin von der Anpassungsoptik 42 derart kollimiert, dass die Wellenfront eine Form erhält, welche an die Sollform der zu prüfenden optischen Oberfläche 12 angepasst ist, d.h. der Sollform im Wesentlichen entspricht oder an diese angenähert ist. So kann die Wellenfront der Beleuchtungswelle 34 nach Durchlaufen der Anpassungsoptik 42 z.B. eine ebene oder eine sphärische Form aufweisen. Die Anpassungsoptik 42 kann auch diffraktive optische Elemente enthalten, um der Wellenfront der Beleuchtungswelle z.B. eine asphärische Form zu geben. Die Beleuchtungswelle 34 breitet sich entlang einer optischen Achse 44 des Interferometers 18 aus, welche in Fig. 1 in z-Richtung verläuft. Daraufhin trifft die Beleuchtungswelle 34 auf das Aufspaltungselement 46 in Gestalt eines Fizeauelements mit einer Fizeaufläche 48. Ein Teil der Strahlung der Beleuchtungswelle 34 wird als Referenzwelle 52 an der Fizeaufläche 48 reflektiert. Die Referenzwelle 52 wird in Fig. 1 anhand eines beispielhaften Strahls der Referenzwelle dargestellt. Die das Aufspaltungselement 46 durchlaufende Strahlung der Beleuchtungswelle 19 trifft als Prüfwelle 50 auf die optische Oberfläche 12 des Prüflings 4. Vorzugsweise erfolgt dies in Autokollimation, sodass die Prüfwelle 50 nach Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche 12, im Wesentlichen in sich selbst zurückläuft. Die Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche 12 kann im in Fig. 1 dargestellten Fall, bei dem der Prüfling 14 als Spiegel ausge- führt ist, durch Reflexion an der optischen Oberfläche 12 erfolgen. Im Fall einer Ausführung des Prüflings als Linse kann die Wechselwirkung im doppelten Durchtritt und Rückreflexion mit einem zusätzlichen reflektiven Element erfolgen.
Das Aufspaltungselement 46 ist verkippt angeordnet. Die Verkippung ist derart, dass die Fizeaufläche 48 gegenüber der Normalebene 44N bezüglich der optischen Achse 44 um den Kippwinkel ß/2 verkippt ist. Die durch den Kippwinkel ß/2 bezeichnete Verkippung betrifft in der vorliegenden Ausführungsform eine Verkippung um eine Kippachse, welche jeweils im 45°-Winkel zur x- und zur y-Achse angeordnet ist, d.h. der in Fig. 1 gezeigte Kippwinkel ß/2 weist neben der in der Figur sichtbaren x-Komponente zusätzlich eine gleich große y-Komponente auf. Hierbei wird unter der x- bzw. der y-Komponente eines Winkels jeweils diejenige Winkelkomponente verstanden, welche eine Winkeldrehung um die x-Achse bzw. die y-Achse betrifft. Die nach der Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche 12 rücklaufende Prüfwelle 50 durchläuft das Aufspaltungselement 46 ohne dabei eine Richtungsänderung zu erfahren und wird damit mit der Referenzwelle 52 in einen überlagerten Strahlengang zusammengeführt, in dem aufgrund der o.g. Verkippung der Fizeaufläche 48 die Referenzwelle 52 gegenüber der rücklaufenden Prüfwelle 50 um den Kippwinkel ß verkippt ist. Gemäß einer Ausführungsform gilt für den Kippwinkel ß: ß > 100■ λ / D .
Dabei ist λ die Wellenlänge der Beleuchtungswelle 34 und D der Strahldurchmesser der Referenzwelle 52 am Ort der Zusammenführung in den überlagerten Strahlengang mit der Prüfwelle 50, d.h. am Ort des Aufspaltungselements 46. D entspricht in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 dem Durchmesser der Anpas- sungsoptik 42. Gemäß einem Zahlenbeispiel ist λ = 633 nm, D = 200mm und damit ß > 0,32 mrad.
Die nach der Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche 12 rücklaufende Prüfwelle 50 wird zusammen mit der verkippten Referenzwelle '52 vom Strahlteiler 40 in das Detektionsmodul 54 gelenkt. Das Detektionsmodul 54 umfasst eine in einer Pupillenebene des Detektionsmoduls 54 angeordnete Abbildungsblende 56, ein Kameraobjektiv 58 sowie einen zweidimensional auflösenden Detektor 60. Die rücklaufende Prüfwelle 50 interferiert mit der Referenzwelle 52 auf einer in einer Detektionsebene 62 angeordneten Erfassungsfläche des Detektors 60. Aufgrund der durch Schrägstellung der Aufspaltungselementes 46 bewirkten Verkippung der Referenzwelle 52 gegenüber der rücklaufenden Prüfwelle 50 um den Kippwinkel ß handelt es sich bei der auf der Erfassungsfläche des Detektors 60 erzeugten Intensitätsverteilung ID (x,y) um ein Mehrstreifeninterferenzmuster 66. Allgemein ist unter einem Mehrstreifeninterferenzmuster in diesem Text ein Interferenzmuster zu verstehen, welches mindestens eine volle Periode von sich abwechselnden Streifen konstruktiver und destruktiver Interferenz umfasst. Unter einer vollen Periode ist zu verstehen, dass die Phasendifferenz zwischen den interferierenden Wellen entlang des Mehrstreifeninterferenzmusters alle Werte zwischen 0 und 2π einnimmt. Mit anderen Worten ist unter einem Mehrstreifeninterferenzmuster ein Interferenzmuster mit mindestens zwei Streifen zu verstehen, wobei die Streifen helle Steifen (konstruktive Interferenz) oder dunkle Streifen (destruktive Interferenz) sein können. Im in Fig. 1 gezeigten Mehrstreifeninterferenzmuster 66 sind jeweils mehr als dreißig helle und dunkle Streifen enthalten. Anhand des Mehrstreifeninterferenzmusters 66 ermittelt die Auswerteeinrichtung 20 die Abweichung der Form der optischen Oberfläche 2 des Prüflings von der vorbekannten Wellenfront der Prüfwelle 34 und damit die tatsächliche Form der optischen Oberfläche 12.
Die Intensitätsverteilung lp (u,v) in der Pupillenebene 28 des Beleuchtungsmoduls 16 ist durch eine entsprechende Gestaltung der Beleuchtungsblende 30 konfigu- riert. Wie aus der in Fig. 1 enthaltenen beispielhaften Darstellung von lp (u,v) ersichtlich, weist diese einen räumlich isolierten, zusammenhängenden Flächenbereich 38 in Gestalt eines bogenförmigen Streifens 38-1 mit einer einen vorgegebenen Schwellwert überschreitender Intensität auf. Die Beleuchtungsblende 30 lässt also lediglich im Bereich des bogenförmigen Streifens 38-1 die Messstrah- lung 24 durch, in der restlichen Fläche der die maximale Blendenöffnung definierenden Pupille 31 hingegen wird die Messstrahlung von der Beleuchtungsblende 30 abgeblockt. Die Pupillenebene 28 des Beleuchtungsmoduls 16 ist wie auch die Ebene der Abbildungsblende 56 des Detektionsmoduls in einer Fourierebene der Detektionsebene 62 angeordnet. Wie aus der in Fig. 1 enthaltenen Darstellung der Intensitätsverteilung ID(U,V) innerhalb eines Blendenöffungsbereichs 64 der Abbildungsblende 56 hervorgeht, ist das Intensitätsprofil der Referenzwelle 52 gegenüber dem Intensitätsprofil der rücklaufende Prüfwelle 50 in der Pupillenebene des Detektionsmoduls 54 schräg nach unten verschoben. Dies liegt an der vorstehend beschriebenen Verkippung der Referenzwelle 52 gegenüber der rück- laufenden Prüfwelle 50 um den Kippwinkel ß. Die Konfigurierung der Intensitätsverteilung lp(u,v) mit dem bogenförmigen Streifen ermöglicht die Erzeugung einen hohen Kontrasts im Mehrstreifeninterferenzmuster 66 bei gleichzeitiger Unterdrückung von Störungen, die auf Defekte auf den optischen Flächen des Interferometers 18 zurückgehen, wie nachstehend genauer beschrieben.
Die Figuren 3, 5, 6, 7,8, 9 und 10 zeigen weitere konkrete erfindungsgemäße Ausführungsformen der Intensitätsverteilung lp (u,v) in der Pupillenebene 28 des Beleuchtungsmoduls 16, welche an die Stelle der in Fig. 1 veranschaulichten In- tensitätsverteilung treten können. Die Intensitätsverteilung lp (u,v) gemäß Fig. 3 weist einen räumlich isolierten, zusammenhängenden Flächenbereich 38 in Gestalt eines bogenförmigen Streifens 38-1 auf, der entlang einer Höhenlinie einer in Fig. 2 veranschaulichten Weglängendifferenzverteilung AOP(u.v) verläuft. Dabei erstreckt sich der bogenförmige Streifen 38-1 mit beiden Enden jeweils bis zum einem entsprechenden Abschnitt des ringförmigen Rands 31 R der Pupille 31.
Die in Fig. 2 dargestellte Weglängendifferenzverteilung AOP(u.v) zeigt die Verteilung einer Weglängendifferenz in der Pupille 31 für einen vorgegebenen Feldpunkt 62p in der Detektionsebene 62, welcher durch die Differenz zwischen einer Prüflingsweglänge und einer Referenzweglänge definiert ist. Dabei ist die Prüflingsweglänge die von der Strahlung der Prüfwelle 50 von einem gegebenen Punkt der Pupille 31 bis zu dem Feldpunkt 62p in der Detektionsebene 62 durchlaufene Weglänge und die Referenzweglänge die von der Strahlung der Referenzwelle 52 von dem genannten Punkt der Pupille 31 bis zu dem Feldpunkt 62p in der Detektionsebene durchlaufene Weglänge. Die jeweilige Weglänge erstreckt sich also von der Pupillenebene 28 bis zur Detektionsebene 62, wobei der Abschnitt im Bereich zwischen Pupillenebene 28 und dem Aufspaltungselement 46 von der Beleuchtungswelle 34 zurückgelegt wird, welche jeweils Strahlung für die Prüfwelle 50 sowie die Referenzwelle 52 liefert. In der in Fig. 1 dargestellten Weg- längendifferenzverteilung AOP(u,v) sind Höhenlinien 67, d.h. Linien mit gleicher Weglängendifferenz, für Weglängendifferehzen ganzzahliger λ-Werte eingezeichnet. Der in Fig. 3 dargestellte bogenförmige Streifen 38-1 der Intensitätsverteilung lp (u,v) der Beleuchtungswelle 34 in der Pupillenebene 28 verläuft entlang der Höhenlinie 67 mit der Weglängendifferenz 2h der Weglängendifferenzverteilung AOP(u.v) gemäß Fig. 2. Dabei ist der bogenförmige Streifen 38-1 derart konfiguriert, dass jede beliebige Tangente an dem Streifen 38-1 die Pupille 31 in zwei Teile unterteilt, deren Flächen sich höchstens um den Faktor 3 unterscheiden. Zur Veranschaulichung dieses Sachverhalts sind in Fig. 3 beispielhaft jeweils am äußeren Rand des Steifens 38-1 anliegende Tangenten t1 bis t5 eingezeichnet. Da- bei sind die Tangenten t1 und t5 am jeweiligen Ende und die Tangente t3 in der Mitte des Streifens 38-1 angeordnet. Die Tangenten t2 und t4 sind am jeweiligen Ende eines 20% des Streifens 38-1 umfassenden mittigen Abschnitts 38-1 m des Streifens 38 angeordnet. Wie weiterhin in Fig. 3 veranschaulicht, teilt die Tangente t1 die Pupille 31 in einen oberen Abschnitt mit der Fläche A1 und einen unteren Abschnitt mit der Fläche A2, wobei das Verhältnis A1/A2 etwa 1 :2,7 beträgt. Das gleiche Verhältnis ergibt sich für t5. Für die mittlere Tangente t3 beträgt das Verhältnis etwa 1 :1 ,2. Damit liegt das Verhältnis A1/A2 für jede beliebige Tangente an dem Streifen 38 im Bereich zwischen etwa 1 :1 ,2 und 1 :2,7, d.h. die Flächen unterscheiden sich um einen Faktor, der zwischen 1 ,2 und 2,7 liegt. Für den mittigen Abschnitt 38-1 m ist der Bereich weiter eingeschränkt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der bogenförmige Streifen 38 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Tangente existiert, für die sich die Flächen A1 und A2 höchstens um den Faktor 20 unterscheiden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der bogenförmige
Streifen 38-1 dadurch gekennzeichnet, dass für jede Tangente an einem mindestens 20% des Streifens 38-1 umfassenden Abschnitt, beispielsweise dem mittigen Abschnitt 38-1 m, die Flächen A1 und A2 sich um höchstens den Faktor 20 unterscheiden.
Gemäß einer Ausführungsform gilt für eine Ausdehnung Leei des bogenförmigen Streifens 38-1 in der Pupillenebene 28 in mindestens einer Richtung: LBel > λ ·
Hierbei ist λ die Wellenlänge der Beleuchtungswelle 34, f der Abstand zwischen der Pupillenebene 28 und der Anpassungsoptik 42, und I der Abstand zwischen dem Aufspaltungselement 46 und der optischen Oberfläche 12 des Prüflings.
Gemäß einem Zahlenbeispiel ist λ = 633 nm, f = 1020mm, I = 1000mm, ß =
22mrad und damit Leei > 0,2973 mm. Weiterhin ist in Fig. 3 ein an den bogenförmigen Streifen 38-1 angepasstes Rechteck 74 mit kleinstmöglicher Fläche eingezeichnet. Mit anderen Worten ist das Rechteck 74 das flächenmäßig kleinstmögliche, den bogenförmigen Streifen 38-1 vollständig umfassende Rechteck, d.h. es ist das flächenmäßig bestmöglich an den Streifen 38-1 angepasste Rechteck. Das Rechteck 74 weist eine Länge, die der vorstehend genannten Ausdehnung Lßei des bogenförmigen Streifens 38 entspricht, sowie eine Breite dßei auf. Das Aspektverhältnis des Rechtecks 74, welches durch das Verhältnis Lßei/dBei definiert ist, beträgt im dargestellten Fall etwa 3:1 und ist damit größer als 1 ,5:1. Fig. 4 zeigt den Intensitätsverlauf entlang der x-Achse in einem zentralen Bereich des Mehrstreifeninterferogramms 66 für die in Fig. 3 veranschaulichte Intensitätsverteilung lp (u,v) in der Pupillenebene 28. Der Kontrast dieses Intensitätsverlaufs beträgt etwa 67%. Damit weist dieses Mehrstreifeninterferogramm 66 ein Signal- zu-Rausch-Verhältnis auf, welches eine hochgenaue Auswertung und damit eine hochgenaue Bestimmung der Form der optischen Oberfläche 12 des Prüflings 14 ermöglicht. Weiterhin ist die Ausleuchtung der Pupille 31 des Beleuchtungsmoduls 16 mit etwa 12% wesentlich höher als dies beispielsweise bei einer unter (c) von Fig. 13 gezeigten Intensitätsverteilung lp (u,v) einer punktförmigen Beleuchtung in der Pupillenebene 28 der Fall ist. Bei dieser als Vergleichsbeispiel darge- stellten Intensitätsverteilung wird zwar ein beinahe ähnlich hoher Kontrast von etwa 60% erzielt, jedoch beträgt die Ausleuchtung lediglich etwa 1%. Wie vorstehend bereits erwähnt, ist die Ausleuchtung ein Maß dafür, wie gut Störungen, die auf Defekte auf den optischen Flächen des Interferometers 18 zurückgehen, unterdrückt werden können. Damit ermöglicht die Ausführung gemäß Fig. 3 eine wesentlich verbesserte Defektunterdrückung gegenüber dem unter (c) in Fig. 13 gezeigten Vergleichsbeispiel. Bei Vergrößerung der zentralen Beleuchtungsscheibe lässt sich zwar die Defektunterdrückung verbessern. Mit der unter (b) von Fig. 13 als weiteres Vergleichsbeispiel dargestellten Ausführung der Intensitätsverteilung IP (U,V), bei der zentrale Beleuchtung scheibenförmig ausge- staltet ist, ergibt sich mit etwa 8% eine annähernd gute Ausleuchtung wie gemäß der erfindungsgemäßen Ausführung nach Fig. 3, jedoch sinkt in diesem Fall der Kontrast auf einen Wert von etwa 1 1 % und damit weit unter den mittels der erfindungsgemäßen Ausführung gemäß Fig. 3 erzielbaren Wert. Wird die zentrale Beleuchtungsscheibe aus der unter (b) in Fig. 13 dargestellten Intensitätsverteilung weiter vergrößert, so sinkt der Kontrast weiter, beispielsweise auf einen Wert von 4%, wie in dem unter (a) von Fig. 13 für die Ausleuchtung der gesamten Pupille dargestellten weiteren Vergleichsbeispiel.
Fig. 5 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Intensitätsver- teilung lp (u,v) in der Pupillenebene 28 des Beleuchtungsmoduls 16. Diese Intensitätsverteilung weist mehrere bogenförmige Streifen 38-1 auf, welche entlang von Höhenlinien der in Fig. 2 veranschaulichten Weglängendifferenzverteilung AOP(u,v) verlaufen. Dabei ist in dieser Ausführungsform jeder Höhenline mit einer ganzzahligen Wellenlängendifferenz ein bogenförmiger Streifen 38-1 zugeordnet. Gemäß weiterer Ausführungsvarianten können die bogenförmigen Streifen 38-1 gemäß Fig. 5 jeweils vorstehend bezüglich des anhand von Fig. 3 beschriebenen bogenförmigen Streifens 38-1 aufgeführte Merkmale aufweisen. Die Ausleuchtung der Pupille 31 beträgt bei der Intensitätsverteilung gemäß Fig. 5 etwa 60%, wodurch die Defektunterdrückung gegenüber der Ausführung gemäß Fig. 3 nochmals erheblich verbessert ist. Dabei ist der Kontrast des Intensitätsverlaufs im zentralen Bereich des Mehrstreifeninterferogramms 66 mit etwa 62% nur geringfügig verringert. Fig. 6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Intensitätsverteilung lp (u,v) in der Pupillenebene 28 des Beleuchtungsmoduls 16. Diese unterscheidet sich von der Intensitätsverteilung gemäß Fig. 5 darin, dass die bogen- förmigen Streifen schmaler ausgebildet sind, sodass sich eine Ausleuchtung von etwa 20% ergibt. Damit lässt sich der Kontrast des Intensitätsverlaufs im zentralen Bereich des Mehrstreifeninterferogramms 66 erheblich steigern, und zwar auf etwa 90%. Fig. 7 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Intensitätsverteilung IP (u,v) in der Pupillenebene des Beleuchtungsmoduls 16. Die Intensitätsverteilung lp (u,v) gemäß Fig. 7 weist einen räumlich isolierten, zusammenhängenden Flächenbereich 38 in Gestalt eines zickzackförmigen Streifens 38-2 auf. Der zickzackförmige Streifen 38-2 weist zwei aufsteigende und zwei absteigende Abschnitte auf. Weiterhin ist in Fig. 7 ein an den zickzackförmigen Streifen 38-2 angepasstes Rechteck 74 mit kleinstmöglicher Fläche eingezeichnet. Das Rechteck 74 weist analog zum Rechteck 74 gemäß Fig. 3 eine Länge Lßei sowie eine Breite dßei auf. Das Aspektverhältnis des Rechtecks 74 gemäß Fig. 7, welches durch das Verhältnis Lßei/dßei definiert ist, beträgt im dargestellten Fall etwa 3:1 und ist damit größer als 1 ,5:1. Der zickzackförmige Streifen 38-2 ist derart angeordnet, dass die längere Symmetrieachse des ihm zugeordneten Rechtecks 74 im Wesentlichen parallel zu einer mittleren Richtung einer Höhenlinie einer in Fig. 2 veranschaulichten Weglängendifferenzverteilung AOP(u,v) verläuft. Fig. 8 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Intensitätsverteilung IP (u,v) in der Pupillenebene des Beleuchtungsmoduls 16. Die Intensitätsverteilung Ip (u,v) gemäß Fig. 8 weist einen räumlich isolierten, zusammenhängenden Flächenbereich 38 in Gestalt eines geraden Streifens 38-3, d.h. einer die Form einer geraden Linie aufweisenden Streifens, auf. Ein an den geraden Strei- fen 38-3 angepasstes Rechteck mit kleinstmöglicher Fläche entspricht dem Streifen 38-3 selbst. Der Streifen 38-3 bzw. das Rechteck weist eine Länge Lßei sowie eine Breite dßei auf. Das Aspektverhältnis des geraden Streifens 38-3 gemäß Fig. 8, welches durch das Verhältnis Lßei/dßei definiert ist, beträgt im dargestellten Fall etwa 3,5:1 und ist damit größer als 1 ,5:1. Der gerade Streifen 38-3 ist derart angeordnet, dass dessen Längserstreckung im Wesentlichen parallel zu einer mittleren Richtung einer Höhenlinie einer in Fig. 2 veranschaulichten Weglängendiffe- renzverteilung AOP(u,v) verläuft. In der gezeigten Ausführungsform ist die Längserstreckung des geraden Streifens 38-3 quer zum Pupillenrand 31 R orientiert. Dabei erstreckt sich der gerade Streifen 38-3 in der gezeigten Ausführungsform zentral innerhalb der Pupille 31 über einen Längenbereich von etwa 30-40% des Durchmessers der Pupille 31. In anderen Ausführungsformen kann sich der gerade Streifen auch über kleinere oder größere Bereiche der Pupille 31 , insbesondere über die gesamte Pupille 31 , d.h. von einem Bereich des Pupillenrandes 31 R zu einem gegenüberliegenden Bereich des Pupillenrandes 31 R, erstrecken.
Fig. 9 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Intensitätsver- teilung lp (u,v) in der Pupillenebene des Beleuchtungsmoduls 16. Die Intensitätsverteilung lp (u,v) gemäß Fig. 9 weist mehrere räumlich isolierte, zusammenhängende Flächenbereiche 38 auf. In der veranschaulichten Ausführungsform liegen sechs derartige Flächenbereiche, jeweils in Gestalt eines kreisförmigen Flächenbereichs 38-4, vor.
Weiterhin ist in Fig. 9 ein an die Gesamtheit der Flächenbereiche 38-4 angepass- tes Rechteck 74 mit kleinstmoglicher Fläche eingezeichnet. Mit anderen Worten ist das Rechteck 74 das flächenmäßig kleinstmögliche, die Gesamtheit der Flächenbereiche 38-4 vollständig umfassende Rechteck. Das Rechteck 74 weist eine Länge, die der vorstehend genannten Ausdehnung Lßei des bogenförmigen Streifens 38 entspricht, sowie eine Breite dßei auf. Das Aspektverhältnis des Rechtecks 74, welches durch das Verhältnis Lßei/dßei definiert ist, beträgt im dargestellten Fall etwa 3:1 und ist damit größer als 1 ,5:1. Weiterhin ist in Fig. 9 eine an die Gesamtheit der Flächenbereiche 38-4 forman- gepasste Überdeckungsfläche in Gestalt eines bogenförmigen Streifens 76 eingezeichnet. Mit anderen Worten entspricht der bogenförmige Streifen 76 einer Fläche, welche die Flächenbereiche überdeckt und welche an die Form der Anordnung der Flächenbereiche 38-4 angepasst ist. Die Form der Anordnung der Flächenbereiche 38-4 kann insbesondere eine extrapolierte oder abstrahierte Anordnungsform sein. Im vorliegenden Fall entspricht der von der formangepassten Überdeckungsfläche definierte bogenförmige Streifen 76 dem vorstehend erläuterten bogenförmigen Streifen 38-1 gemäß Fig. 3. Das vorstehend erwähnte Rechteck 74 ist auch das an den bogenförmigen Streifen 76 angepasste Rechteck mit kleinstmöglicher Fläche und entspricht damit dem Rechteck 74 gemäß Fig. 3.
Fig. 10 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Intensitätsverteilung lp (u,v) in der Pupillenebene des Beleuchtungsmoduls 16. Die Intensitätsverteilung lp (u,v) gemäß Fig. 10 weist mehrere räumlich isolierte, zusammenhängende Flächenbereiche 38 auf. In der veranschaulichten Ausführungsform liegen zwei derartige Flächenbereiche, jeweils die Gestalt eines kreisförmigen Flächenbereichs 38-4, vor. Die veranschaulichte Intensitätsverteilung Ip (u,v) ist damit di- polförmig.
Weiterhin ist in Fig. 10 eine an die Gesamtheit der Flächenbereiche 38-4 forman- gepasste Überdeckungsfläche in Gestalt eines geraden Streifens 78 eingezeichnet. Mit anderen Worten entspricht der gerade Streifen 78 einer Fläche, welche die Flächenbereiche überdeckt und an die Form der Anordnung der Flächenbereiche 38-4 angepasst ist. Im vorliegenden Fall entspricht der von der formangepassten Überdeckungsfläche definierte gerade Streifen 78 dem vorstehend erläu- terten geraden Streifen 38-3 gemäß Fig. 8. Die Umgrenzung des Streifens 78 bildet weiterhin ein an die Gesamtheit der Flächenbereiche 38-4 angepasstes Rechteck mit kleinstmöglicher Fläche. Dieses weist wie der gerade Streifen 38-3 gemäß Fig. 8 ein Aspektverhältnis auf, welches durch das Verhältnis Lßei/dBei definiert ist und im dargestellten Fall etwa 3,5:1 beträgt.
Die Figuren 11 und 12 zeigen weitere Ausführungsformen eines Beleuchtungsmoduls 16 welche an die Stelle des in Fig. 1 gezeigten Beleuchtungsmoduls 16 treten können. In der Ausführungsform gemäß Fig. 11 ist die mechanische Beleuchtungsblende 30 in einer zur Pupillenebene 28 konjugierten Ebene 36 angeordnet. Die Ebene 36 wird mittels einer 4f-Abbildungsoptik 70 auf die weiterhin in der Pupillenebene 28 angeordnete rotierbare Streuscheibe 32 abgebildet. In der Ausführungsform gemäß Fig. 12 wird anstatt einer mechanischen Blende ein räumlicher Lichtmodulator 68 zur Erzeugung der Intensitätsverteilung in der Pupille 31 verwendet. Der räumliche Lichtmodulator 68 wird in der gezeigten Ausführungsform in Reflexion betrieben und dazu von der Strahlungsquelle 22 schräg mit der Messstrahlung 24 angestrahlt. Die variabel reflektierte Strahlung durch- läuft daraufhin eine 2f-Abbildungsoptik, mit der die Oberfläche des Lichtmodulators 68 auf die in der Pupillenebene 28 angeordnete rotierbare Streuscheibe 32 abgebildet wird.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.
Bezugszeichenliste
10 Messvorrichtung
12 optische Oberfläche
14 Prüfling
16 Beleuchtungsmodul
18 Interferometer
20 Auswerteeinrichtung
22 Strahlungsquelle
24 Messstrahlung
26 fokussierende Optik
28 Pupillenebene
30 Beleuchtungsblende
31 Pupille des Beleuchtungsmoduls 31 R Rand der Pupille
32 Streuscheibe
33 Drehachse
34 Beleuchtungswelle
36 konjugierte Ebene
38 Flächenbereich
38-1 bogenförmiger Streifen
38-1 m mittiger Abschnitt
38-2 zickzackförmiger Streifen
38-3 gerader Streifen
38-4 kreisförmiger Flächenbereich
40 Strahlteiler
42 Anpassungsoptik
44 optische Achse
44N Normalebene zur optischen Achse 46 Aufspaltungselement
48 Fizeaufläche
50 Prüfwelle 52 Referenzwelle
54 Detektionsmodul
56 Abbildungsblende
58 Kameraobjektiv
60 Detektor
62 Detektionsebene
62 p Feldpunkt
64 Blendenöffnungsbereich
66 Mehrstreifeninterferenzmuster
67 Höhenlinie
68 räumlicher Lichtmodulator
70 4f-Abbildungsoptik
72 2f-Abbildungsoptik
74 Rechteck mit kleinstmöglicher Fläche
76 bogenförmiger Streifen
78 gerader Streifen

Claims

Ansprüche
1. Messvorrichtung zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer opti- sehen Oberfläche eines Prüflings mit:
- einem Beleuchtungsmodul zum Erzeugen einer Beleuchtungswelle,
- einem Interferometer, welches dazu konfiguriert ist, die Beleuchtungswelle in eine auf die optische Oberfläche gerichtete Prüfwelle und eine Referenzwelle zueinander derart verkippt aufzuspalten, dass durch deren Überlagerung in einer Detektionsebene des Interferometers ein Mehrstreifeninterferenzmuster erzeugt wird,
wobei das Beleuchtungsmodul eine in einer Fourierebene der Detektionsebene angeordnete Pupillenebene aufweist und das Beleuchtungsmodul dazu konfiguriert ist, die Beleuchtungswelle derart zu erzeugen, dass deren Intensitäts- Verteilung in der Pupillenebene einen oder mehrere, räumlich isolierte, zusammenhängende und derart konfigurierte Flächenbereiche umfasst, dass ein an den Flächenbereich bzw. an die Gesamtheit der Flächenbereiche angepasstes Rechteck mit kleinstmöglicher Fläche ein Aspektverhältnis von mindestens 1 ,5:1 aufweist.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1 ,
wobei die Intensitätsverteilung in der Pupillenebene mindestens den einen zusammenhängenden Flächenbereich umfasst, und der zusammenhängende Flächenbereich als Streifen gestaltet ist.
3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 ,
wobei die Intensitätsverteilung in der Pupillenebene die mehreren zusammenhängenden Flächenbereiche umfasst und eine an die Gesamtheit der Flächenbereiche formangepasste Überdeckungsfläche als Streifen gestaltet ist.
4. Messvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
wobei der Streifen ein bogenförmiger Streifen ist.
5. Messvorrichtung nach Anspruch 4,
wobei die der Pupillenebene zugeordnete Pupille des Beleuchtungsmoduls von einem ringförmigen Rand begrenzt wird und der bogenförmige Streifen derart konfiguriert ist, dass zumindest eine Tangente an dem Streifen existiert, welche die Pupille in zwei Teile unterteilt, deren Flächen sich höchstens um den Faktor zwanzig unterscheiden.
6. Messvorrichtung nach Anspruch 5,
wobei jede Tangente an mindestens einem, insgesamt mindestens 20% des Streifens umfassenden, Abschnitt des Streifens die Pupille in jeweils zwei Teile unterteilt, deren Flächen sich höchstens um den Faktor zwanzig unterscheiden.
7. Messvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
wobei der Streifen ein gerader Streifen ist.
8. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
wobei die der Pupillenebene zugeordnete Pupille des Beleuchtungsmoduls von einem ringförmigen Rand begrenzt wird und der Streifen quer zum Rand der Pu- pille verläuft.
9. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
bei der die Intensitätsverteilung in der Pupillenebene mehrere Streifen der genannten Art umfasst.
10. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
wobei eine Weglängendifferenz eines Pupillenpunktes in der Pupillenebene für einen Feldpunkt in der Detektionsebene durch die Differenz zwischen einer Prüflingsweglänge und einer Referenzweglänge definiert ist, bei der die Prüflingsweg- länge die von der Strahlung der Prüfwelle von dem Pupillenpunkt bis zu dem
Feldpunkt in der Detektionsebene durchlaufene Weglänge und die Referenzweglänge die von der Strahlung der Referenzwelle von dem Pupillenpunkt bis zu dem Feldpunkt in der Detektionsebene durchlaufene Weglänge ist, und wobei der Streifenentlang einer Höhenlinie der Weglängendifferenz des Feldpunktes verläuft.
11. Messvorrichtung nach Anspruch 10,
bei der mehrere Streifen der genannten Art in der Pupillenebene entlang von Höhenlinien der Weglängendifferenz des Feldpunktes verlaufen, wobei sich die Höhenlinien um ganzzahlige Vielfache der Wellenlänge der Beleuchtungswelle unterscheiden.
12. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
bei der das Interferometer dazu konfiguriert ist, die Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche und die Referenzwelle in einen überlagerten Strahlengang zusammenzuführen, in dem die Referenzwelle gegenüber der Prüfwelle um einen Kippwinkel ß verkippt ist, für den gilt: ß > 100■ λ / D, wobei λ die Wellenlänge der Beleuchtungswelle und D der Strahldurchmesser der Referenzwelle am Ort der Zusammenführung in den überlagerten Strahlengang mit der Prüfwelle ist.
13. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
bei der das Interferometer ein Aufspaltungselement zum Aufspalten der Beleuchtungswelle in die Prüfwelle und die Referenzwelle umfasst und weiterhin dazu konfiguriert ist, die Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der optischen Oberfläche und die Referenzwelle in einen überlagerten Strahlengang zusammen zu führen, in dem die Referenzwelle gegenüber der Prüfwelle um einen Kippwinkel ß verkippt ist, und das Beleuchtungsmodul dazu konfiguriert ist, dass die Intensitätsverteilung in der Pupillenebene in mindestens einer Richtung eine Ausdehnung Lsei aufweist, für die gilt: LBd > A■—— t wobei λ die Wellenlänge der Beleuchtungs-
/ · p
welle, f ein Abstand zwischen der Pupillenebene des Beleuchtungsmoduls und einer Anpassungsoptik des Interferometers zum Anpassen der Wellenfront der Beleuchtungswelle an eine Sollform der optischen Oberfläche des Prüflings, und I ein Abstand zwischen dem Aufspaltungselement und der optischen Oberfläche des Prüflings ist.
14. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
bei der die Intensitätsverteilung in der Pupillenebene derart konfiguriert ist, dass das Mehrstreifeninterferenzmuster zumindest in einem Bereich einen Kontrast von mindestens 50% aufweist.
15. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
wobei die Intensitätsverteilung derart konfiguriert ist, dass die der Pupillenebene zugeordnete Pupille des Beleuchtungsmoduls zu höchstens 70% ausgeleuchtet ist.
16. Messvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
bei der das Beleuchtungsmodul einen räumlichen Lichtmodulator zur Erzeugung der Intensitätsverteilung in der Pupillenebene umfasst.
17. Verfahren zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Prüflings, bei dem:
- eine Beleuchtungswelle mittels eines Beleuchtungsmoduls erzeugt wird, sowie - die Beleuchtungswelle mittels eines Interferometers in eine auf die optische Oberfläche gerichtete Prüfwelle und eine Referenzwelle aufgespalten wird, welche derart zueinander verkippt sind, dass durch deren Überlagerung in einer Detektionsebene des Interferometers ein Mehrstreifeninterferenzmuster erzeugt wird,
wobei die Beleuchtungswelle derart erzeugt wird, dass deren Intensitätsverteilung in einer, in einer Fourierebene der Detektionsebene angeordneten Pupillenebene einen oder mehrere räumlich isolierte, zusammenhängende und derart konfigurierte Flächenbereiche umfasst, dass ein an den Flächenbereich bzw. an die Ge- samtheit der Flächenbereiche angepasstes Rechteck mit kleinstmöglicher Fläche ein Aspektverhältnis von mindestens 1 ,5: 1 aufweist.
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