WO2019063437A1 - Kompensationsoptik für ein interferometrisches messsystem - Google Patents

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optical
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Jochen Hetzler
Stefan Schulte
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to compensation optics for a measuring system used for the interferometric determination of a shape of an optical surface of a test object, to a measuring system with such compensating optics, and to a method for interferometrically determining a shape of an optical surface of a test object.
  • diffractive optical arrangements are often used as so-called zero optics or compensation optics.
  • the wavefront of a measuring shaft is adapted by a diffractive element to a desired shape of the surface such that it impinges on each location perpendicular to the desired shape and would be reflected by this in itself. Deviations from the nominal shape can be determined by superposition of the reflected test wave with a reference wave.
  • a diffractive element for example, a computer-generated hologram (CGH) can be used as a diffractive element.
  • CGH computer-generated hologram
  • a light wave is first divided by a Fizeau element into a reference wave and a test wave.
  • the test wave is then converted by the complex coded CGH into a test wave with a wavefront adapted to the nominal shape of the surface and calibration waves with a spherical or planar wavefront.
  • the CGH is suitable for this purpose trained diffractive structures.
  • the calibration waves are used to calibrate the CGH.
  • a test object is placed in the test position and carried out a measurement with the test shaft.
  • the test wave is reflected from the surface of the test object, transformed back from the CGH and superimposed on the reference wave after passing through the Fizeau element.
  • the form of the surface can be determined from the interferogram recorded in one plane.
  • the calibration of the CGH achieves very high accuracy.
  • a problem with the measurement of high-precision surfaces with the known interferometric measuring systems is that a change in the optical properties of the CGH or of other optical elements of the interferometer can occur between the calibration and the subsequent measurement of the test object. Such changes are caused in particular by temperature changes. In the case of a CGH with a quartz substrate, even inhomogeneous temperature changes in the mK range can cause a reduction in the measuring accuracy, in particular due to the temperature dependence of the refractive index of quartz after a calibration.
  • the above object can be achieved according to the invention, for example, with compensation optics for a measuring system serving the interferometric determination of a shape of an optical surface of a test object.
  • Said compensating optics is configured to generate from an input shaft a measuring wave directed onto the test object with a wavefront adapted at least partially to a desired shape of the optical surface.
  • the compensation optics comprises: a first optical element and this second optical element arranged downstream in a beam path of the input shaft.
  • the second optical element is a diffractive optical element, which is configured to split the input borehole after interaction with the first optical element into the measuring wave and a reference wave.
  • the rest of the B compelling force accounts for remaining optical elements in the compensation optics, in particular on the second optical element alone, if in addition to the first and the second optical element no further optical element is provided in the compensation optics.
  • the refractive power attributable to the first optical element has the same sign as the refractive power of the entire compensation optics, ie, depending on whether the entire compensation optics have a scattering function (negative refractive power) or a collecting function (positive refractive power) upon generation of the measuring shaft Input shaft has, the first optical element also has a scattering function (scattering lens) or a collecting function (converging lens).
  • the definition of the focal length f of an optical element refers to the distance, measured by the optics, of the focal point of a spherical wave generated by the optics upon irradiation of a plane wave.
  • the refractive power of the optic is calculated only from the spherical component.
  • a purely aspherical optics i. an optic which generates an aspherical wave without spherical components when irradiating a plane wave, the refractive power of zero.
  • the second optical element is arranged downstream of the first optical element in a beam path of the input shaft
  • the two optical elements are arranged such that at least individual beams of the input shaft interact with both optical elements.
  • the second optical element for splitting the input wave after interaction with the first optical element in the measuring wave and the reference wave can be dispensed with a separate beam splitter, such as a Fizeau element, for dividing the input shaft in measuring shaft and reference wave.
  • a separate beam splitter such as a Fizeau element
  • the same diffractive optical element serves to superpose the measuring wave with the reference wave.
  • deviations of the diffractive optical element such as temperature-induced deviations in the refractive index of a quartz substrate, affect both the measuring wave and the reference wave. When the measuring wave is superposed with the reference wave, these errors are largely compensated, which further improves the measuring accuracy of the interferometric measuring system.
  • the second optical element has a substrate as well as diffractive structures, which are used both for splitting the input shaft into the measuring wave and the reference wave and for an improved adaptation of the interaction with the first optical element approximately to the desired shape of the optical surface adapted wavefront of the input shaft is configured to the desired shape.
  • the improved adaptation is in particular a fine adjustment, in this case aspherical or spherical wavefront changes can be made.
  • the improved adaptation or the fine adjustment is to be understood as meaning a considerably more accurate adaptation, in particular an adaptation which is at least an order of magnitude greater than the approximate adaptation.
  • the approximate adaptation may relate only to spherical components, while the improved adaptation relates to aspherical components which may have rotationally symmetric and / or non-rotationally symmetric components.
  • the substrate of the second optical element has two opposing surfaces, and the diffractive structures are further configured for splitting the input wave into the measurement wave and the reference wave, wherein the diffractive structures are arranged on only one of the two surfaces of the substrate , In other words, the two functions of the second optical element are provided by diffractive structures arranged on a single surface of the substrate.
  • the second optical element is configured to generate the reference wave in reflection from the input wave after its interaction with the first optical element.
  • the reference wave is generated such that it runs back in the beam path of the input wave impinging on the first optical element, i. the reference wave is generated in Littrow reflection.
  • the measuring wave passes through the second optical element.
  • the second optical element comprises a complex coded phase grating with at least two different phase functions.
  • the second optical element is a multiple-coded diffractive optical element or a multiple-coded CGH.
  • the second optical element has two superimposed diffractive structure patterns in one plane.
  • the first phase function for splitting the input wave after interaction with the first optical element in the measuring wave and the reference wave and the second phase function for providing the attributable to the second optical element B compelling force for generating the at least partially adapted wavefront of the measuring wave is configured.
  • the second optical element for generating the measuring wave is formed in a first order of diffraction and for generating the reference wave in a further order of diffraction.
  • the second optical element is configured to generate the reference wave in transmission from the input shaft after interaction with the first optical element.
  • the second optical element is configured to generate at least one further wave in the form of a calibration wave from the input shaft after interaction with the first optical element in addition to the measuring shaft and the reference shaft.
  • the at least one further calibration wave is used to calibrate errors in the diffractive structure of the second optical element and, according to an embodiment variant, can have a spherical wavefront.
  • the second optical element is configured to generate at least three further waves, each in the form of a calibration wave.
  • the three calibration waves are each spherical waves with different propagation directions.
  • the second optical element may comprise a complex coded phase grating having at least three different phase functions, in the case of generating three calibration waves, a complex coded phase grating having five different phase functions, i. a fivefold-coded diffractive optical element.
  • the procedure described below for calibrating the second optical element can be used.
  • calibration spheres are arranged in the respective beam path of the KalibrierwelSen and each measured interferometrically.
  • the interferometric measurements are then made for each of the spherical Calibration waves stored in an evaluation as Kalibriermessoire.
  • the measured data obtained thereby are evaluated by the evaluation device taking into account the stored calibration measuring data. Due to the consideration of the calibration measurement data obtained in the measurement of the spherical calibration waves, manufacturing errors of the second optical element in the measurement result of the test surface can be corrected, whereby the shape of the test surface can be determined with high accuracy.
  • the first optical element is an optical element that can be described by radiation optics.
  • the first optical element is designed as a lens or as a mirror.
  • optically element which can be described by optical radiation is to be understood here as an optical element whose effect on a light wave can be described in terms of optical radiation, as is the case, for example, with a lens or a mirror.
  • Such an optically element which can be described by optical radiation is thus not a diffractive optical element whose effect can be described in terms of wave optics.
  • the first optical element has at least one aspheric optical surface.
  • the first optical element is a lens
  • at least one of the lens surfaces is made aspherical.
  • the first optical element is a mirror
  • the mirror surface is aspherical. Under an aspherical
  • the first optical element is a diffractive optical element.
  • the first optical element is a multi-level CGH, i. a CGH with a multi-stage phase grating, in particular a blazed phase grating.
  • a so-called blazed phase grating is a multi-stage phase grating with so many steps that its profile is represented by bevels.
  • the first optical element is an exposure hologram, i. a diffractive optical element made by holographic exposure.
  • the bending force of the first optical element and a rectangular force of the second optical element have the same sign.
  • the corresponding computing force of the two optical elements is respectively positive or negative in each case. both optical elements each have a collecting or a scattering optical effect.
  • a measuring system for the interferometric determination of a shape of an optical surface of a test object with compensation optics in one of the embodiments or variants described above.
  • the measuring system comprises a light source for providing the input wave as well as a detection device for detecting an interferogram, which is generated by a superposition of the measuring wave after interaction with the test object and the reference wave.
  • the second optical element is configured to generate the reference wave in transmission from the input wave after its interaction with the first optical element with a propagation direction deviating from a propagation direction of the measurement wave
  • the measurement system further comprises a reflective optical element which in the Beam path of ReferenzweSle arranged and formed for the return reflection of the reference wave.
  • the input shaft deviates by a maximum of 10 ⁇ m, in particular by at most 5 ⁇ m, from a spherical wave after interaction with the first optical element.
  • the aforementioned object can furthermore be achieved according to the invention, for example with a method for the interferometric determination of a shape of an optical surface of a test object.
  • the method comprises providing an input wave as well as generating a reference wave and a measuring wave directed onto the test object with a wavefront matched at least partially to a desired shape of the optical surface by irradiating the input wave onto compensation optics which comprise a first optical element arranged in the beam path of the input wave a second optical element in the form of a diffractive optical element disposed downstream of it in a beam path of the input shaft so that the input shaft is split into the measuring shaft and the reference shaft after interaction with the first optical element from the diffractive optical element.
  • the inventive method comprises detecting an interferogram, which is generated by superposition of the measuring wave after interaction with the test object and the reference wave.
  • FIG. 1 shows a first embodiment according to the invention of a measuring system for the interferometric determination of the shape of an optical surface of a test object with compensation optics, which comprises two successively arranged optical elements,
  • FIG. 2 shows a diffractive structural pattern of the second optical element of the compensation optics configured as a complex coded CGH according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 shows a further embodiment according to the invention of a measuring system for the interferometric determination of the shape of an optical surface of a test object
  • 4 shows a further embodiment according to the invention of a measuring system for the interferometric determination of the shape of an optical surface of a test object
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a measuring system according to the invention for the interferometric determination of the shape of an optical surface of a test object
  • FIG. 3 shows a further embodiment according to the invention of a measuring system for the interferometric determination of the shape of an optical surface of a test object
  • 4 shows a further embodiment according to the invention of a measuring system for the interferometric determination of the shape of an optical surface of a test object
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a measuring system according to the invention for the interferometric determination of the shape of an optical surface of a test object
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a measuring system according to the invention for the interferometric determination of the shape of an optical
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a measuring system according to the invention for the interferometric determination of the shape of an optical surface of a test object.
  • FIG. 1 illustrates an exemplary embodiment of a measuring system 10 for the interferometric determination of the shape of an optical surface 12 of a test object 14.
  • a deviation Determine the actual shape of the surface 12 of a desired shape.
  • the measuring arrangement 10 is particularly suitable for measuring a highly opened surface of a mirror of a projection objective for microlithography.
  • a highly open surface means a surface with an opening angle et of at least 40 °, in particular of at least 70 °.
  • a spherical or non-spherical surface for reflection of EUV radiation, ie radiation having a wavelength of less than 100 nm, in particular a wavelength of about 13.5 nm or about 6.8 nm, can be provided as the surface 12 to be measured .
  • the non-spherical surface of the mirror may have a free-form surface with a deviation of each rotationally symmetric aspheric of more than 5 pm and a deviation of each sphere of at least 1 mm.
  • the measuring system 10 comprises a light source 16 for providing a sufficiently coherent measuring radiation as the input shaft 18.
  • the light source 16 comprises a lightwave conductor 20 with an exit surface 22.
  • the optical waveguide 22 is connected to a radiation source, not shown in FIG. in the form of a laser, connected.
  • a radiation source not shown in FIG. in the form of a laser
  • the illumination radiation can also have a different wavelength in the visible or non-visible wavelength range of electromagnetic radiation.
  • the light source 16 with the optical waveguide 20 merely represents an example of a light source which can be used for the measuring arrangement.
  • an optical arrangement with lens elements, mirror elements or the like for providing the input shaft 18 may be provided instead of the optical waveguide 20, an optical arrangement with lens elements, mirror elements or the like for providing the input shaft 18 may be provided.
  • the measuring system 10 further includes a compensating optics 30 for generating a measuring shaft 44 and a reference shaft 42 from the input shaft 18.
  • the measuring radiation provided by the light source 16 emerges from the exit surface 22 of the optical waveguide 20 as an input shaft 18 with a spherical wavefront and propagates divergently along a propagation axis 24 directed at the diffractive optical element 24.
  • the input shaft 18 first passes through the beam splitter 26 and then strikes the compensation optics 30.
  • a collimator for generating an input shaft 18 with a planar wavefront can be provided between the beam splitter 26 and the compensation optics 30.
  • the compensation optics 30 comprises a first optical element 32 in the form of a scattering lens 32-1 and a second optical element 34 in the form of a diffractive optical element.
  • the second optical element 34 is arranged downstream of the first optical element 32 in the beam path of the input shaft, which is designated by the reference numeral 18 before impinging on the first optical element and by the reference numeral 40 after passing through the first optical element 32.
  • the first optical element 32 serves to approximate the wavefront of the input shaft 18 to the desired shape of the optical surface 12 to be measured and thus to produce an approximated input shaft 40.
  • the input shaft 18 is either partially or completely adapted to the spherical portion of the desired shape of the surface 12.
  • the approximated input 40 has only non-spherical deviations from the desired shape of the surface.
  • the second optical element 34 is embodied as a complex coded CGH and contains a plate-shaped substrate 36 and diffractive structures 38 arranged on one of the two surfaces 37a and 37b of the substrate 36, here on the underside 37b of the substrate 36, which are two in a plane form superposed diffractive structural patterns. These two diffractive structural patterns can be formed, for example, by superimposing a first structural pattern and a second structural pattern.
  • the second optical element 34 has a complex coded phase grating with at least two different phase functions.
  • a first of the two diffractive structure patterns or a first of the two phase functions is configured to generate the measuring wave 44 with a wavefront adapted at least partially to the shape of the optical surface 12.
  • the generation of the measuring shaft 44 takes place by diffraction of the approximated input shaft 40 on said diffractive structure pattern in magnitude first or higher order, such as in the first order of diffraction.
  • the direction of propagation of the measuring shaft 44 is tilted by at least 1 ° relative to the propagation direction of the approached input shaft 40.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a complex coded phase grating formed by the diffractive structures 38 with two different phase functions fi and f2, the weighted superimposition of which yields an overall phase function fG.
  • fG is formed by weighting fi with 70% and f2 with 30%.
  • the representations of the individual phase functions fi and fc in FIG. 2 show contour lines of the respective function. These contour lines correspond to grid lines of the respective diffraction grating or structure pattern.
  • the representation of fG shows a greatly enlarged section of the pattern formed by the diffractive structures 38.
  • the complex coded phase grating fG acts on the irradiated approximated input shaft 40 such that respective independent diffracted waves are generated by each of the diffrative structure patterns defined by the phase functions f1 and f2, namely the measurement wave 44 by the phase function fi in transmission and the reference wave 42 by means of the phase function f2 in Littrow reflection.
  • the intensities of the measuring shaft 44 and the reference shaft 42 result from the weights of the associated phase functions.
  • the illustration shows a weight of 70% for the measuring shaft 44 and 30% for the reference shaft 42.
  • the input shaft 18 is partially or completely adapted by the first optical element 32 to the spherical portion of the desired shape of the surface 12.
  • adaptation comprises, if appropriate, a further spherical wavefront change and a non-spherical wavefront change, for example to adapt to a free-form shape of the desired shape of the surface.
  • the refractive power attributable to the first optical element 32 is the same Sign as the refractive power of the entire compensation optics 30, ie Depending on whether the entire compensation optics 30 has a scattering function (negative refractive power) or a collecting function (positive refractive power) on the input shaft 18 during the generation of the measuring shaft 44, the first optical element 32 also has a scattering function (scattering lens) or a collecting function (converging lens) on. In the embodiment shown in FIG. 1, both the first optical element 32 and the second optical element 34 each have a scattering function and thus a negative refractive power.
  • the definition of the focal length f of an optical element refers to the distance of the focal point of a spherical wave generated by the optics upon irradiation of a plane wave of the optics.
  • the refractive power of the optics is calculated only from the spherical part.
  • a purely aspherical optics ie an optic which generates an aspherical wave without spherical components upon irradiation of a plane wave, has the refractive power of zero.
  • the second diffractive pattern or the second phase function fc of the second optical element 34 generates the reference wave 42 in Littrow reflection, i. the reference wave 42 travels back in the beam path of the approximated input shaft 40 and has the wavefront of the approximated input shaft 40.
  • the generation of the reference wave 42 takes place by diffraction of the approximated input wave 40 at the second diffractive structure pattern in magnitude first or higher order, such as in the first diffraction order.
  • the measuring shaft 44 is reflected at the optical surface 12 of the test object 14 and travels as a returning measuring shaft 46 to the second optical element 34, from which it, together with the reference shaft 42 along the propagation axis 24, passing through the first optical element 32, to the beam path.
  • divider 26 runs back.
  • the beam splitter 26 leads the combination of the returning measuring shaft 24 and the reference shaft 42 out of the beam path of the input shaft 18.
  • the measuring system 10 includes a detection device 48 having a diaphragm 50, an eyepiece 52 and an interferometer camera 56 for detecting an interferogram generated by superposition of the measuring shaft 44 with the reference shaft 28 in a detection plane 58 of the interferometer camera 56.
  • An evaluation device, not shown in FIG. 1, of the measurement system 10 determines the actual shape of the optical surface 12 of the test object 14 from one or more interferograms detected by the interferometer camera 56.
  • the evaluation device has a suitable data processing unit and uses corresponding ones to the person skilled in the art known calculation methods.
  • the measuring system may contain a data memory or an interface to a network in order to allow a determination of the surface shape by means of the stored interferogram or transmitted via the network by an external evaluation unit.
  • the evaluation unit takes into account a result of a calibration of the second optical element 34 configured as a diffractive optical element. An embodiment of such a calibration will be described below with reference to FIG.
  • FIG. 3 illustrates a further exemplary embodiment of a measuring system 10 for the interferometric determination of the shape of an optical surface 12 of a test object 14.
  • the measuring system 10 according to FIG. 3 differs from the measuring system according to FIG. 1 only in the construction of the compensation optics 30 and in that a reflective optical element 60 arranged in the beam path of the reference shaft 42 is furthermore provided.
  • a first phase function of the second optical element 34 configured as a complex coded CGH is configured, as in the embodiment according to FIG. 1, for generating the measuring shaft 44 with a wavefront matched at least partially to the shape of the optical surface 12.
  • the measuring shaft 44 differs in the embodiment according to FIG. 3 in that it is formed by a convergent beam, wherein the Convergence in the embodiment shown is increased in comparison to the approximated input shaft 40.
  • the first phase function of the second optical element 34 exerts a collecting effect on the approached input shaft 40.
  • Both the first optical element 32-2 and the second optical element 34 thus have positive B rech force.
  • the measurement shaft 44 After passing through a focal point 64, the measurement shaft 44 becomes a divergent beam, which has a sufficiently dimensioned wavefront surface at the location of the surface 12 to be measured.
  • a second phase function of the second optical element 34 according to FIG. 3 is configured to generate the reference wave 42 as in the embodiment according to FIG. 1, but not in reflection but in transmission.
  • the direction of propagation of the reference wave 42 is tilted with respect to the propagation direction of the input shaft 18, in such a way that between the propagation direction of the reference shaft 42 and the propagation direction of the measuring shaft 44 is a sufficiently large angle for trouble-free placement of the reflective optical element 60.
  • the reflective optical element 30 is designed as a plane mirror for the back reflection of the reference wave 42 with a planar wavefront.
  • the reference shaft 28 may have a spherical wavefront and the reflective optical element may be formed as a spherical mirror.
  • the reference wave 42 travels back to the second optical element 34 and is coupled by the latter into the beam path of the approached input shaft 40 in such a way that it has the wavefront of the approached input shaft 40.
  • the returning reference wave 42 together with the measuring wave 46 also returning after reflection at the surface 12, passes through the beam path of the measuring system 10 already described with reference to FIG. 1 to produce an interferogram in the detection plane 58 of the interferometer camera 56 Interferograms are carried out as already explained with reference to FIG. 1.
  • FIG. 4 illustrates a further exemplary embodiment of a measuring system 10 for the interferometric determination of the shape of an optical surface 12 of a test object.
  • the measuring system 10 according to FIG. 4 differs from the measuring system according to FIG. 1 only in that, as the first optical element 32 of the compensation optics 30, a diffractive optical element 32-3 in the form of a CGH is used instead of the scattering lens 32-1.
  • the diffractive optical element 32-3 is configured to perform the function of the scattering lens 32-1 of FIG. 1, in the illustrated embodiment, the diverging approached input wave 40 is created in passing through the diffractive optical element 32-3.
  • the diffractive optical element 32-3 is designed as a multi-stage CGH, ie as CGH with a multi-stage phase grating, in particular a blazed phase grating.
  • a so-called blazed phase grating is a multi-stage phase grating with so many steps that its profile is represented by bevels. Background information on multi-stage phase gratings are known to those skilled in the art eg from the textbook by Donald C. O'Shea et. al., "Diffractive optics: design, fabrication, and test", 2004, The Society of Photo-Opitcal Instrumentation Engineers, pages 29 to 35.
  • a multilevel phase grating in the sense of the application is understood to mean, in particular, a laterally blazed phase grating. as described, for example, in: H. Kleemann et al., "Combination of blazed and laterally blazed structures", Diffractive Optics and Micro-Optics, OSA Technical Digest, paper DTuC7, 2004.
  • the diffractive optical element 32-3 is designed as an exposure hologram, ie as a diffractive optical element produced by means of a holographic exposure.
  • FIG. 5 illustrates a further exemplary embodiment of a measuring system 10 for the interferometric determination of the shape of an optical surface 12 of a test object.
  • a diffractive optical element 32-4 in the form of a CGH is used as the first optical element 32 of the compensation optics 30 instead of the converging lens 32-2.
  • the diffractive optical element 32-4 is configured to perform the function of the converging lens 32-2 of FIG. 3, in the illustrated embodiment, the converging converged input 40 is created in passing through the diffractive optical element 32-4.
  • the diffractive optical element 32-4 can be embodied analogously to the diffractive optical element 32-3 according to FIG. 4 as a multi-stage CGH or as an illumination hologram.
  • FIG. 6 illustrates a further exemplary embodiment of a measuring system 10 for the interferometric determination of the shape of an optical surface 12 of a test object.
  • the measuring system 10 according to FIG. 6 differs from the measuring system according to FIG. 1 only in the construction of the compensation optics 30 and in the additional presence of calibration mirrors 66-1 to 66-3.
  • the compensation optics 30 according to FIG. 6 comprises as the first optical element 32 a converging lens 32-2 of the type illustrated in FIG. 3 for producing the converged input wave 40 in the form of a convergent beam.
  • a diffractive optical element in the form of a five times complex coded CGH is provided, the first phase function of the first phase function of the second optical element 34 in the embodiment of FIG. 3 for generating the measuring shaft 44 with an at least partially to the shape of optical surface 12 adapted wavefront.
  • the second phase function of the second optical element 34 according to FIG. 6 corresponds to the second phase function of the second optical element 34 according to FIG. 1 and serves to generate the reference wave 42 in Littrow reflection.
  • the second optical element 34 according to FIG. 6 comprises three further phase functions, each for generating a calibration wave 64-1, 64-2 and 64-3.
  • the calibration waves 62 may basically have plane or spherical wavefronts. In the embodiment variant illustrated here, these each have spherical wavefronts.
  • the calibration waves 64-1, 64-2 and 64-3 as well as the measuring shaft 44 each have a direction of propagation deviating from the respective other waves.
  • the measuring system 10 according to FIG. 6 can also be operated in a calibration mode in addition to a measuring mode for measuring the optical surface 12 of the measuring shaft 44.
  • spherical calibration mirrors 66-1, 66-2 and 66-3 adapted to the spherical calibration waves 66-1 to 66-3 are successively arranged in the respective beam path of the calibration waves 66-1 to 66-3 and in each case interferometrically measured.
  • the calibration mirrors 66-1, 66-2 and 66-3 are each designed in such a way that the respective calibration wave 64-1, 64-2 or 64-3 impinging thereon is reflected back into itself.
  • the interferometric measurement results are stored for each of the calibration waves 66-1 to 66-3 in an evaluation device as calibration measurement data.
  • the measured data obtained are evaluated taking into account the stored calibration measuring data. Due to the consideration of the calibration measurement data obtained in the measurement of the calibration waves 62-1 to 62-3, manufacturing errors of the diffractive optical element 34 in the measurement result of the optical surface 12 can be determined with high accuracy. An explicit measurement of distortion errors of the structure pattern formed by the diffractive structures 38 can thus be dispensed with. The ability to calibrate the shape measurement of the optical surface 12 with three spherical calibration waves makes it possible to achieve higher accuracy.
  • the diffractive optical elements 34 in FIGS. 1 and 3 to 5 can be configured analogously to the embodiment according to FIG. 6 for generating calibration waves.

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Abstract

Eine Kompensationsoptik (30) für ein der interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) dienendes Messsystem (10) ist dazu konfiguriert, aus einer Eingangswelle (18) eine auf das Testobjekt gerichtete Messwelle (44) mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront zu erzeugen. Die Kompensationsoptik umfasst ein erstes optisches Element (32) sowie ein diesem in einem Strahlengang der Eingangswelle nachgeordnetes zweites optisches Element (34). Das zweite optische Element ist ein diffraktives optisches Element, welches dazu konfiguriert ist, die Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element in die Messwelle (44) sowie eine Referenzwelle (42) aufzuspalten. Mindestens 20% einer Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik (30), welche zur Erzeugung der zumindest teilweise angepassten Wellenfront der Messwelle aus einer Wellenfront der Eingangswelle vorgesehen ist, entfällt auf das erste optische Element (32) und die auf das erste optische Element entfallende Brechkraft weist das gleiche Vorzeichen wie die Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik auf.

Description

Kompensationsoptik für ein interferometrisches Messsystem
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patent- anmeldung 10 2017 217 369.6 vom 29. September 2017. Die gesamte Offenbarung dieser Patentanmeldung wird durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kompensationsoptik für ein der interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts dienendes Messsystem, ein Messsystem mit einer derartigen Kompensationsoptik sowie ein Verfahren zum interferometrischen Bestimmen einer Form einer optischen Ober- fläche eines Testobjekts.
Zur hochgenauen interferometrischen Vermessung einer Oberflächenform eines Testobjekts, etwa eines optischen Elements für ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Belichtungsanlage, werden häufig diffraktive optische Anordnungen als so genannte Nulloptiken bzw. Kompensationsoptiken verwendet. Da- bei wird die Wellenfront einer Messwelle durch ein diffraktives Element derart an eine Sollform der Oberfläche angepasst, dass diese an jedem Ort senkrecht auf die Sollform auftreffen und von dieser in sich zurück reflektiert würde. Abweichungen von der Sollform lassen sich durch Überlagerung der reflektierten Prüfwelle mit einer Referenzwelle bestimmen. Als diffraktives Element kann beispielsweise ein computergeneriertes Hologramm (CGH) eingesetzt werden.
In DE 10 2012 217 800 A1 wird ein solches Messsystem mit einem komplex kodierten CGH beschrieben. Eine Lichtwelle wird zunächst durch ein Fizeau- Element in eine Referenzwelle und eine Prüfwelle geteilt. Die Prüfwelle wird anschließend von dem komplex kodierten CGH in eine Prüfwelle mit einer an die Sollform der Oberfläche angepassten Wellenfront und Kalibrierwellen mit sphärischer oder ebener Wellenfront umgewandelt. Hierfür weist das CGH geeignet ausgebildete diffraktive Strukturen auf. Die Kalibrierwellen werden zur Kalibrierung des CGHs verwendet. Anschließend wird ein Testobjekt in der Prüfposition angeordnet und eine Messung mit der Prüfwelle durchgeführt. Die Prüfwelle wird von der Oberfläche des Testobjekts reflektiert, von dem CGH rücktransformiert und nach Durchlaufen des Fizeau-Elements von der Referenzwelle überlagert. Aus dem in einer Ebene erfassten Interferogramm lässt sich die Form der Oberfläche bestimmen. Dabei wird durch die Kalibrierung des CGHs eine sehr hohe Genauigkeit erzielt.
Ein Problem bei der Vermessung von hochgenauen Oberflächen mit den bekann- ten interferometrischen Messsystemen besteht jedoch darin, dass zwischen der Kalibrierung und der anschließenden Vermessung des Testobjekts eine Änderung der optischen Eigenschaften des CGHs oder anderer optischer Elemente des In- terferometers auftreten können. Solche Änderungen werden insbesondere durch Temperaturänderungen verursacht. Bei einem CGH mit Quarzsubstrat können insbesondere aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Brechzahl von Quarz nach einer Kalibrierung bereits inhomogene Temperaturänderungen im mK- Bereich eine Reduzierung der Messgenauigkeit bewirken.
Ein weiteres Problem liegt in den ständig steigenden Anforderungen an die Absolutgenauigkeit der diffraktiven Strukturen des CGHs. Die entsprechenden Strei- fenmuster können nur mit einer begrenzten Genauigkeit gefertigt werden. Bei hohen CGH-Streifendichten, welche bei zur Vermessung von hochgeöffneten Testoberflächen notwendig sind, treten weiterhin selbst bei z.B. einem nahezu perfekten binären Stufenprofil elektromagnetische Effekte auf, welche die Genauigkeit der diffraktiven Streifenmuster limitieren. Unter hochgeöffneten Testoberflä- chen sind in diesem Zusammenhang Oberfläche mit einem Öfffnungswinkel α von mindestens 40°, insbesondere von mindestens 70° zu verstehen. Hoch-NA-EUV- Lithographieanlagen umfassen Spiegel mit derartigen hochgeöffneten Oberflächen. Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kompensiationsoptik für ein interferomet- risches Messsystem sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art bereit- zustellen, womit die vorgenannten Probleme geSöst werden, und insbesondere die Oberflächenform einer hochgeöffneten Testoberfläche hochgenau bestimmt werden kann.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Kompensationsoptik für ein der interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts dienendes Messsystem. Die genannte Kompensationsoptik ist dazu konfiguriert, aus einer Eingangswelle eine auf das Testobjekt gerichtete Messwelle mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront zu erzeugen. Die Kompensationsoptik umfasst: ein erstes optisches Element sowie diesem in einem Strahlengang der Eingangswelle nachgeordnetes zweites optisches Ele- ment. Das zweite optische Element ist ein diffraktives optisches Element, welches dazu konfiguriert ist, die Eingangsweile nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element in die Messwelle sowie eine Referenzwelle aufzuspalten. Mindestens 20%, insbesondere mindestens 50% oder mindestens 90%, einer Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik, welche zur Erzeugung der zumindest teilweise angepassten Wellenfront der Messwelle aus einer Wellenfront der Eingangswelle vorgesehen ist, entfällt auf das erste optische Element und die auf das erste optische Element entfallende B rech kraft weist das gleiche Vorzeichen wie die B rech kraft der gesamten Kompensationsoptik auf. Der Rest der B rech kraft entfällt auf verbleibende optische Elemente in der Kompensationsoptik, insbesondere auf das zweite optische Element allein, falls neben dem ersten und dem zweiten optischen Element kein weiteres optisches Element in der Kompensationsoptik vorgesehen ist. Die auf das erste optische Element entfallende Brechkraft weist das gleiche Vorzeichen wie die Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik auf, d.h. je nachdem, ob die gesamte Kompensationsoptik bei der Erzeugung der Messwelle eine streuende Funktion (negative Brechkraft) oder eine sammelnde Funktion (positive Brechkraft) auf die Eingangswelle hat, weist das erste optische Element ebenfalls eine streuende Funktion (Streulinse) oder eine sammelnde Funktion (Sammellinse) auf.
Die Brechkraft D einer Optik ist bekanntlich durch den Kehrwert der Brennweite f des optischen Elements definiert (D=1/f). Die Definition der Brennweite f eines optischen Elements bezieht sich auf den von der Optik aus gemessenen Abstand des Brennpunktes einer von der Optik bei Einstrahlung einer ebenen Welle erzeugten sphärischen Welle. Für den Fall einer Optik, welche eine Welle mit sowohl sphärischen als auch aspherischen Anteilen erzeugt, wird die Brechkraft der Optik lediglich aus dem sphärischen Anteil berechnet. Damit weist eine rein asphärische Optik, d.h. eine Optik, die bei Einstrahlung einer ebenen Welle eine asphärische Welle ohne sphärische Anteile erzeugt, die Brechkraft von Null auf.
Unter der Angabe, dass das zweite optische Element dem ersten optischen Ele- ment in einem Strahlengang der Eingangswelle nachgeordnet ist, ist zu verstehen, dass die beiden optischen Elemente so angeordnet sind, dass zumindest einzelne Strahlen der EingangswelSe mit beiden optischen Elementen in Wechselwirkung treten. Durch das nacheinander Anordnen zweier optischer Elemente im Strahlengang der EingangswelSe und das Vorsehen von mindestens 20% der Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik für das erste optische Element, wird die auf das als zweites optisches Element bezeichnete diffraktive optische Element entfallende Brechkraft reduziert. Damit kann die Streifendichte der diffraktiven Strukturen des diffraktiven optischen Elements reduziert werden. Bei diffraktiven Strukturen mit einer derart reduzierten Streifendichte fallen Fertigungsungenauigkeiten weniger stark ins Gewicht. Insbesondere treten weniger die Genauigkeit der diffrakti- ven Strukturen limitierende elektromagnetische Effekte auf. Damit können mittels der erfindungsgemäßen Kompensationsoptik hochgeöffnete Testoberflächen mit verbesserter Genauigkeit bestimmt werden. Durch die Konfigurierung des zweiten optischen Elements zur Aufspaltung der Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element in die Messwelle sowie die Referenzwelle kann auf einen separaten Strahlenteiler, wie etwa ein Fizeau-Element, zum Teilen der Eingangswelle in Messwelle und Referenzwelle verzichtet werden. Nach einer Wechselwirkung mit der zu testenden optischen Oberfläche dient dasselbe diffraktive optische Element zur Überlagerung der Messwelle mit der Referenzwelle. Somit wirken Abweichungen des dif- fraktiven optischen Elements, wie etwa temperaturinduzierte Abweichungen in der Brechzahl eines Quarzsubstrats, sowohl auf die Messwelle als auch auf die Referenzwelle ein. Bei der Überlagerung der Messwelle mit der Referenzwelle werden diese Fehler weitgehend kompensiert, wodurch die Messgenauigkeit des interfe- rometrischen Messsystems weiter verbessert wird.
Gemäß einer Ausführungsform weist das zweite optische Element ein Substrat sowie diffraktive Strukturen auf, welche sowohl zur Aufspaltung der Eingangswel- le in die Messwelle sowie die Referenzwelle als auch zu einer verbesserten Anpassung der durch Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element näherungsweise an die Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront der Eingangswelle an die Sollform konfiguriert ist. Die verbesserte Anpassung ist insbesondere eine Feinanpassung, dabei können asphärische oder sphärische Wellenfrontveränderungen vorgenommen werden. Unter der verbesserten Anpassung bzw. der Feinanpassung ist in diesem Zusammenhang eine im Vergleich zur näherungsweisen Anpassung erheblich genauere Anpassung, insbesondere eine um mindestens eine Größenordnung genauere Anpassung, zu verstehen. So kann insbesondere die näherungsweise Anpassung lediglich sphärische Kompo- nenten betreffen, während die verbesserte Anpassung asphärische Komponenten, welche rotationssymmetrische und/oder nicht-rotationssymmetrische Anteile aufweisen können, betrifft. Gemäß einer Ausführungsvariante weist das Substrat des zweiten optischen Elements mit zwei einander gegenüberliegende Oberflächen auf und die diffrakti- ven Strukturen sind weiterhin zur Aufspaltung der Eingangswelle in die Messwelle sowie die Referenzwelle konfiguriert, wobei die diffraktiven Strukturen auf lediglich einer der beiden Oberflächen des Substrats angeordnet sind. Mit anderen Worten werden die beiden Funktionen des zweiten optischen Elements von auf einer einzigen Oberfläche des Substrats angeordneten diffraktiven Strukturen bereitgestellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zweite optische Element dazu konfiguriert, die Referenzwelle in Reflexion aus der Eingangswelle nach deren Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element zu erzeugen. Insbesondere wird die Referenzwelle derart erzeugt, dass sie im Strahlengang der auf dem ers- ten optischen Element auftreffenden Eingangswelle zurückläuft, d.h. die Referenzwelle wird in Littrow-Reflexion erzeugt. Die Messwelle hingegen durchläuft das zweite optische Element.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das zweite optische Element ein komplex kodiertes Phasengitter mit mindestens zwei unterschiedlichen Phasenfunktionen. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem zweiten optischen Element um ein mehrfach kodiertes diffraktives optisches Element bzw. ein mehrfach kodiertes CGH. Damit weist das zweite optische Element in einer Ebene sich zwei überlagernd angeordnete diffraktive Strukturmuster auf. Insbesondere ist die erste Phasenfunktion zur Aufspaltung der Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element in die Messwelle sowie die Referenzwelle und die zweite Phasenfunktion zur Bereitstellung der auf das zweite optische Element entfallenden B rech kraft zur Erzeugung der zumindest teilweise angepassten Wellenfront der Messwelle konfiguriert. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das zweite optische Element zur Erzeugung der Messwelle in einer ersten Beugungsordnung und zur Erzeugung der Referenzwelle in einer weiteren Beugungsordnung ausgebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zweite optische Element dazu konfiguriert, die Referenzwelle in Transmission aus der EingangswelSe nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zweite optische Element dazu konfiguriert, aus der Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element neben der Messwelle sowie der Referenzwelle mindestens eine weitere Welle in Form einer Kalibrierwelle zu erzeugen. Die mindestens eine weitere Kalibrierwelle dient der Kalibrierung von Fehlern in der diffraktiven Struktur des zweiten optischen Elements und kann gemäß einer Ausführungsvariante eine sphärische Wellenfront aufweisen. Gemäß einer Ausführungsvariante ist das zweite optische Element dazu konfiguriert, mindestens drei weitere Wellen, jeweils in Form einer Kalibrierwelle, zu erzeugen. Gemäß einer Ausführungsvariante sind die drei Kalibrierwellen jeweils sphärische Wellen mit unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen.
Zur Erzeugung der mindestens einen Kalibrierwelle kann das zweite optische Element ein komplex kodiertes Phasengitter mit mindestens drei unterschiedlichen Phasenfunktionen, im Fall der Erzeugung von drei Kalibrierwellen, ein komplex kodiertes Phasengitter mit fünf unterschiedlichen Phasenfunktionen, d.h. ein fünffachkodiertes diffraktives optisches Element, sein.
In der Ausführungsvariante mit drei sphärischen Kalibrierwellen kann die nachstehend beschriebene Vorgehensweise zur Kalibrierung des zweiten optischen Elements zur Anwendung kommen. Dabei werden nacheinander entsprechend an die sphärischen Kalibrierwellen angepasste Kalibriersphären im jeweiligen Strahlengang der KalibrierwelSen angeordnet und jeweils interferometrisch vermessen. Die interferometrischen Messergebnisse werden dann für jede der sphärischen Kalibrierwellen in einer Auswerteeinrichtung als Kalibriermessdaten abgespeichert. Bei einer darauf folgenden Vermessung der optischen Oberfläche des Testobjekts mittels der Messwelle werden die dabei gewonnen Messdaten unter Berücksichtigung der abgespeicherten Kalibriermessdaten von der Auswerteein- richtung ausgewertet. Aufgrund der Berücksichtigung der bei der Vermessung der sphärischen Kalibrierwellen gewonnenen Kalibriermessdaten können Fertigungsfehler des zweiten optischen Elements im Messergebnis der Testoberfläche korrigiert werden, wodurch die Form der Testoberfläche mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden kann.
Auf eine explizite Vermessung von Verzeichnungsfehlern des diffraktiven Strukturmusters des zweiten optischen Elements kann damit verzichtet werden. Die Möglichkeit, die Formvermessung der Testoberfläche mit drei sphärischen Wellen zu kalibrieren, ermöglicht es, eine höhere Genauigkeit zu erreichen. Dies liegt insbesondere daran, dass Form- oder Profilabweichungen des diffraktiven Strukturmusters in den sphärischen Kalibrierwellen und der Messwelle sehr ähnliche Abweichungen erzeugen. Diese Form- oder Profilabweichungen sind damit groß- teils kalibrierbar. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erste optische Element ein strahlenoptisch beschreibbares optisches Element. Insbesondere ist das erste optische Element als Linse oder als Spiegel ausgeführt. Unter einem strahlenoptisch beschreibbaren optischen Element ist hier ein optisches Element zu verstehen, dessen Wirkung auf eine Lichtwelle strahlenoptisch beschreibbar ist, wie dies etwa bei einer Linse oder einem Spiegel der Fall ist. Ein derartiges, strahlenoptisch beschreibbares optisches Element ist damit kein diffraktives optisches Element, dessen Wirkung wellenoptisch beschreibbar.
Gemäß einer Ausführungsvariante weist bei dem das erste optische Element mindestens eine asphärische optische Fläche auf. In dem Fall, in dem das erste optische Element eine Linse ist, ist mindestens eine der Linsenoberflächen asphärisch ausgeführt. In dem Fall, in dem das erste optische Element ein Spiegel ist, ist die Spiegeloberfläche asphärisch ausgeführt. Unter einer asphärischen
Fläche ist hier insbesondere eine Fläche zu verstehen, welche von jeder beliebigen idealen Sphäre eine Abweichung von mindestens 10 μιτι, insbesondere von mindestens 20 μιη, aufweist. Mit anderen Worten weicht die asphärische Fläche an mindestens einem Punkt um mindestens 10 m von jeder idealen Sphäre ab.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erste optische Element ein diffrak- tives optisches Element. Gemäß einer Ausführungsvariante ist das erste optische Element ein mehrstufiges CGH, d.h. ein CGH mit einem mehrstufigen Phasengit- ter, insbesondere einem geblazten Phasengitter. Ein sogenanntes geblaztes Phasengitter ist ein mehrstufiges Phasengitter mit derart vielen Stufen, dass dessen Profil durch Schrägen dargestellt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist das erste optische Element ein Belichtungshologramm, d.h. ein mittels einer holographischen Belichtung hergestelltes diffraktives optisches Element.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die B rech kraft des ersten optischen Elements und eine B rech kraft des zweiten optischen Elements das gleiche Vorzeichen auf. Mit anderen Worten ist die entsprechende B rech kraft der beiden optischen Elemente jeweils positiv oder jeweils negativ, d.h. beide optische Elemente haben jeweils eine sammelnde oder einer zerstreuende optische Wirkung.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Messsystem zur interferometrischen Be- Stimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts mit einer Kompensationsoptik in einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten bereitgestellt. Das Messsystem umfasst eine Lichtquelle zum Bereitsteilen der Eingangswelie sowie eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Interferogramms, welches durch eine Überlagerung der Messwelle nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt und der Referenzwelle erzeugt wird. Gemäß einer Ausführungsform ist das zweite optische Element dazu konfiguriert, die Referenzwelle in Transmission aus der Eingangswelle nach deren Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element mit einer von einer Ausbreitungsrichtung der Messwelle abweichenden Ausbreitungsrichtung zu erzeugen, und das Messsystem umfasst weiterhin ein reflektives optisches Element, welches im Strahlengang der ReferenzweSle angeordnet und zur Rückreflexion der Referenzwelle ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Messsystems weicht die Eingangs- welle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element höchstens um 10 pm, insbesondere um höchstens 5 μιτι, von einer sphärischen Welle ab.
Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin erfindungsgemäß beispielsweise mit einem Verfahren zum interferometrischen Bestimmen einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts gelöst werden. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Eingangswelle sowie ein Erzeugen einer Referenzwelle sowie einer auf das Testobjekt gerichteten Messwelle mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront durch Einstrahlen der Eingangswelle auf eine Kompensationsoptik, welche ein im Strahlengang der Eingangswelle angeordnetes erstes optisches Element sowie ein diesem in einem Strahlengang der Eingangswelle nachgeordnetes zweites optisches Element in Gestalt eines diffraktiven optischen Elements umfasst, sodass die Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element vom diffraktiven optischen Element in die Messwelle sowie die Referenzwelle aufgespalten wird. Min- destens 20% einer bei der Erzeugung der Messwelle aufgewendete Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik entfällt auf das erste optische Element und die auf das erste optische Element entfallende B rech kraft weist das gleiche Vorzeichen wie die B rech kraft der gesamten Kompensationsoptik auf. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein Erfassen eines Interferogramms, welches durch Überlagerung der Messwelle nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt und der Referenzwelle erzeugt wird. Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Kompensationsoptik bzw. des erfindungsgemäßen Messsystems angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Messverfahren 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 Ausführungs- formen 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 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines Messsystems zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts mit einer Kompensationsoptik, welche zwei nacheinander angeordnete optische Elemente umfasst,
Fig. 2 diffraktives Strukturmuster des als komplex kodiertes CGH konfigurierten zweiten optischen Elements der Kompensationsoptik gemäß Fig. 1 ,
Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Messsystems zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts, Fig. 4 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Messsystems zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts, Fig. 5 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Messsystems zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts, sowie
Fig. 6 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Messsystems zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts.
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 y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die x-Richtung nach rechts und die z- Richtung nach oben. In Fig. 1 wird ein Ausführungsbeispiel eines Messsystems 10 zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Mit der Messanordnung 10 lässt sich insbesondere eine Abwei- chung der tatsächlichen Form der Oberfläche 12 von einer Sollform bestimmen. Die Messanordnung 10 ist insbesondere zur Vermessung einer hochgeöffneten Oberfläche eines Spiegels eines Projektionsobjektivs für die Mikrolithographie geeignet. Unter einer hochgeöffneten Oberfläche ist in diesem Zusammenhang eine Oberfläche mit einem Öfffnungswinkel et von mindestens 40°, insbesondere von mindestens 70° zu verstehen. Als zu vermessende Oberfläche 12 kann insbesondere eine sphärische oder nicht-sphärische Oberfläche zur Reflexion von EUV-Strahlung, d.h. von Strahlung mit einer Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm vorgesehen sein. Die nicht-sphärische Oberfläche des Spiegels kann eine Freiformoberfläche mit einer Abweichung von jeder rotationssymmetrischen Asphäre von mehr als 5 pm und einer Abweichung von jeder Sphäre von mindestens 1 mm aufweisen.
Das Messsysten 10 umfasst eine Lichtquelle 16 zum Bereitstellen einer ausrei- chend kohärenten Messstrahlung als Eingangswelle 18. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Lichtquelle 16 einen Lichtwellenieiter 20 mit einer Austrittsfläche 22. Der Lichtwellenleiter 22 ist an eine in Fig. 1 nicht dargestellte Strahlungsquelle, z.B. in Gestalt eines Laser, angeschlossen. Dazu kann beispielsweise ein Nd:Yag Laser mit einer Wellenlänge von ungefähr 532 nm oder ein Helium-Neon- Laser mit einer Wellenlänge von ungefähr 633 nm vorgesehen sein. Die Beleuchtungsstrahlung kann aber auch eine andere Wellenlänge im sichtbaren oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung aufweisen. Die Lichtquelle 16 mit dem Lichtwellenleiter 20 stellt lediglich ein Beispiel einer für die Messanordnung verwendbaren Lichtquelle dar. In alternativen Ausführungen kann anstelle des Lichtwellenleiters 20 eine optische Anordnung mit Linsenelementen, Spiegelelementen oder dergleichen zur Bereitstellung der Eingangswelle 18 vorgesehen sein.
Das Messsystem 10 enthält weiterhin eine Kompensationsoptik 30 zum Erzeugen einer Messwelle 44 sowie einer Referenzwelle 42 aus der Eingangswelle 18. Die von der Lichtquelle 16 bereitgestellte Messstrahlung tritt aus der Austrittsfläche 22 des Lichtwellenleiters 20 als Eingangswelle 18 mit einer sphärischen Wellenfront aus und breitet sich divergent entlang einer auf das diffraktive optische Element 24 gerichteten Ausbreitungsachse 24 aus. Dabei durchläuft die Eingangswelle 18 zunächst den Strahlteiler 26 und trifft anschließend auf die Kompensationsoptik 30. In alternativen Ausführungen kann zwischen dem Strahlteiler 26 und der Kompensationsoptik 30 ein Kollimator zur Erzeugung einer Eingangswelle 18 mit ebener Wellenfront vorgesehen sein.
Die Kompensationsoptik 30 umfasst ein erstes optisches Element 32 in Gestalt einer Streulinse 32-1 sowie ein zweites optisches Element 34 in Gestalt eines dif- fraktiven optischen Elements. Das zweite optische Element 34 ist dem ersten optischen Element 32 im Strahlengang der Eingangswelle, welche vor dem Auftreffen auf das erste optische Element mit dem Bezugszeichen 18 und nach Durchtritt durch das erste optische Element 32 als mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnet wird, nachgeordnet.
Das erste optische Element 32 dient dazu, die Wellenfront der Eingangswelle 18 näherungsweise an die Sollform der zu vermessenden optischen Oberfläche 12 anzupassen und damit eine genäherte Eingangswelle 40 zu erzeugen. Bei der näherungsweisen Anpassung wird die Eingangswelle 18 entweder teilweise oder vollständig an den sphärischen Anteil der Sollform der Oberfläche 12 angepasst. Im Fall einer vollständigen Anpassung weist die genäherte Eingangsweise 40 lediglich nicht-sphärische Abweichungen von der Sollform der Oberfläche auf.
Das zweite optische Element 34 ist als komplex kodiertes CGH ausgebildet und enthält ein plattenförmiges Substrat 36 sowie an einer der beiden Oberflächen 37a und 37b des Substrats 36, hier an der Unterseite 37b des Substrats 36, angeordnete diffraktive Strukturen 38, welche zwei in einer Ebene sich überlagernd angeordnete diffraktive Strukturmuster bilden. Diese beiden diffraktiven Strukturmuster können z.B. durch Überlagerung eines ersten Strukturmusters sowie eines zweiten Strukturmusters gebildet werden. Mit anderen Worten weist das zweite optische Element 34 ein komplex kodiertes Phasengitter mit mindestens zwei unterschiedlichen Phasenfunktionen auf. Ein erstes der beiden diffraktiven Strukturmuster bzw. eine erste der beiden Phasenfunktionen ist zur Erzeugung der Messwelle 44 mit einer zumindest teilweise an die Form der optischen Oberfläche 12 angepassten Wellenfront konfiguriert. Die Erzeugung der Messwelle 44 erfolgt dabei durch Beugung der genäherten Eingangswelle 40 an dem genannten diffraktiven Strukturmuster in betragsmäßig erster oder höherer Ordnung, wie beispielsweise in erster Beugungsordnung. Die Ausbreitungsrichtung der Messwelle 44 ist gegenüber der Ausbreitungsrichtung der genäherten Eingangswelle 40 um mindestens 1 ° verkippt.
Fig. 2 zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines durch die diffraktiven Strukturen 38 gebildeten komplex kodierten Phasengitters mit zwei unterschiedlichen Phasenfunktionen fi und f2, deren gewichtete Überlagerung eine Ge- samtphasenfunktion fG ergibt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird fG durch Gewichtung von fi mit 70% und f2 mit 30% gebildet. Die Darstellungen der einzelnen Phasenfunktonen fi und fc in Fig. 2 zeigen Höhenlinien der jeweiligen Funktion. Diese Höhenlinien entsprechen Gitterlinien des jeweiligen Beugungsgitters bzw. Strukturmusters. Die Darstellung von fG zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt des von den diffraktiven Strukturen 38 gebildeten Musters. Das kom- plex kodierte Phasengitter fG wirkt derart auf die eingestrahlte genäherte Eingangswelle 40, dass durch jedes der durch die Phasenfunktionen fi und f2 definierten diffrativen Strukturmuster entsprechende, voneinander unabhängige gebeugte Wellen erzeugt werden, und zwar die Messwelle 44 mittels der Phasenfunktion fi in Transmission und die Referenzwelle 42 mittels der Phasenfunktion f2 in Littrow-Reflexion. Die Intensitäten der Messwelle 44 und der Referenzwelle 42 ergeben sich aus den Gewichten der zugehörigen Phasenfunktionen. Die Darstellung zeigt ein Gewicht von 70% für die Messwelle 44 und 30% für die Referenzwelle 42. Wie bereits vorstehend erwähnt, wird die Eingangswelle 18 vom ersten optischen Element 32 teilweise oder vollständig an den sphärischen Anteil der Sollform der Oberfläche 12 angepasst. Die von dem zweiten optischen Element 34 geleistete Anpassung umfasst für den Fall, in dem durch das erste optische Element 32 nur eine teilweise Anpassung an den sphärischen Anteil erfolgt, ggf. eine weitere sphärische Wellenfrontveränderung sowie eine nicht-sphärische Wellenfrontver- änderung, etwa zur Anpassung an eine Freiformgestalt der Sollform der Oberflä- che 12.
Mindestens 20%, insbesondere mindestens 50% oder mindestens 90% der Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik 30, welche zur Erzeugung der Wellenfront der Messweile 44 aus der Wellenfront der Eingangswelle 18 vorgesehen ist, d.h. der kumulativ von dem als Streulinse konfigurierten ersten optischen Element 32 und dem durch die Phasenfunktion fi definierten ersten diffraktiven Strukturmuster des zweiten optischen Elements 34 aufgebrachten Brechkraft, entfällt auf das erste optische Element 32. Dabei weist die auf das erste optische Element 32 entfallende Brechkraft das gleiche Vorzeichen wie die Brechkraft der ge- samten Kompensationsoptik 30 auf, d.h. je nachdem, ob die gesamte Kompensationsoptik 30 bei der Erzeugung der Messwelle 44 eine streuende Funktion (negative Brechkraft) oder eine sammelnde Funktion (positive Brechkraft) auf die Eingangswelle 18 hat, weist das erste optische Element 32 ebenfalls eine streuende Funktion (Streulinse) oder eine sammelnde Funktion (Sammellinse) auf. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform weist sowohl das erste optische Element 32 als auch das zweite optische Element 34 jeweils eine streuende Funktion und damit negative Brechkraft auf.
Die Brechkraft D einer Optik ist bekanntlich durch den Kehrwert der Brennweite f des optischen Elements definiert (D=1/f). Die Definition der Brennweite f eines optischen Elements bezieht sich auf den Abstand des Brennpunktes einer von der Optik bei Einstrahlung einer ebenen Welle erzeugten sphärischen Welle von der Optik. Für den Fall einer Optik, welche eine Welle mit sowohl sphärischen als auch asphärischen Anteilen erzeugt, wird die Brechkraft der Optik lediglich aus dem sphärischen Anteil berechnet. Damit weist eine rein asphärische Optik, d.h. eine Optik die bei Einstrahlung einer ebenen Welle eine asphärische Welle ohne sphärische Anteile erzeugt, die Brechkraft von Null auf. Die obige Angabe, wo- nach mindestens 20% der B rech kraft der gesamten Kompensationsoptik 30 auf das erste optischen Element 32 entfällt, bedeutet damit, dass die von der gesamten Kompensationsoptik 30 geleistete Anpassung der Wellenfront der Eingangswelle an den sphärischen Anteil der Sollform der Oberfläche 12 zu mindestens 20% von dem ersten optischen Element 32 geleistet wird.
Wie bereits vorstehend erwähnt, erzeugt das zweite diffraktive Strukturmuster bzw. die zweite Phasenfunktion fc des zweiten optischen Elements 34 die Referenzwelle 42 in Littrow-Reflexion, d.h. die Referenzwelle 42 läuft im Strahlengang der genäherten Eingangswelle 40 zurück und weist die Wellenfront der genäherten Eingangswelle 40 auf. Die Erzeugung der Referenzwelle 42 erfolgt durch Beugung der genäherten Eingangswelle 40 an dem zweiten diffraktiven Strukturmuster in betragsmäßig erster oder höherer Ordnung, wie beispielsweise in erster Beugungsordnung.
Die Messwelle 44 wird an der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14 reflektiert und läuft als zurücklaufende Messwelle 46 zum zweiten optischen Element 34 zurück, von dem aus sie zusammen mit der Referenzwelle 42 entlang der Ausbreitungsachse 24, das erste optische Element 32 durchlaufend, zum Strahl- teiler 26 zurückläuft. Der Strahlteiler 26 führt die Kombination aus der zurücklaufenden Messwelle 24 und der Referenzwelle 42 aus dem Strahlengang der Eingangswelle 18 heraus. Ferner enthält das Messsystem 10 eine Erfassungseinrichtung 48 mit einer Blende 50, einem Okular 52 und einer Interferometerkamera 56 zum Erfassen eines durch Überlagerung der Messwelle 44 mit der Referenzwelle 28 in einer Erfassungsebene 58 der Interferometerkamera 56 erzeugten Inter- ferogramms.
Aus einem oder mehreren von der Interfometerkamera 56 erfassten Interfero- g rammen bestimmt eine in Fig. 1 nicht dargestellte Auswerteeinrichtung des Messsystems 10 die tatsächliche Form der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14. Dazu verfügt die Auswertungseinrichtung über eine geeignete Datenverarbeitungseinheit und verwendet entsprechende, dem Fachmann bekannte Be- rechnungsverfahren. Alternativ oder zusätzlich kann das Messsystem einen Datenspeicher oder eine Schnittstelle zu einem Netzwerk enthalten, um eine Bestimmung der Oberflächenform mittels des gespeicherten bzw. über das Netzwerk übertragenen Interferogramms durch eine externe Auswertungseinheit zu ermög- liehen. Die Auswertungseinheit berücksichtigt bei der Bestimmung der Oberflächenform insbesondere ein Ergebnis einer Kalibrierung des als diffraktives optisches Element konfigurierten zweiten optischen Elements 34. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Kalibrierung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben.
In Fig. 3 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Messsytems 10 zur interfe- rometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Das Messsystem 10 gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von dem Messsystem gemäß Fig. 1 lediglich im Aufbau der Kompensationsoptik 30 sowie darin, dass weiterhin ein im Strahlengang der Referenzwelle 42 angeordnetes reflektives optisches Element 60 vorgesehen ist.
Die Kompensationsoptik 30 gemäß Fig. 3 umfasst wie die Kompensationsoptik 30 gemäß Fig. 1 ein erstes optisches Element 32 sowie ein zweites optisches Ele- ment 34 in Gestalt eines diffraktiven optischen Elements, jedoch ist das erste optische Element 32 gemäß Fig. 3 als Sammellinse 32-2 zur Erzeugung der genäherten Eingangswelle 40 in Gestalt eines konvergenten Strahlenbündels ausgebildet. Weiterhin ist das zweite optische Element 34 gemäß Fig. 3 mit einer anderen Funktionalität versehen. Eine erste Phasenfunktion des als komplex kodiertes CGH konfigurierten zweiten optischen Elements 34 ist wie in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 zur Erzeugung der Messwelle 44 mit einer zumindest teilweise an die Form der optischen Oberfläche 12 angepassten Wellenfront konfiguriert. Die Messwelle 44 unterscheidet sich in der Ausführungsform gemäß Fig. 3 jedoch darin, dass sie durch ein konvergentes Strahlenbündel gebildet wird, wobei die Konvergenz in der gezeigten Ausführungsvariante im Vergleich zur genäherten Eingangswelle 40 vergrößert ist.
Mit anderen Worten übt die erste Phasenfunktion des zweiten optischen Elements 34 eine sammelnde Wirkung auf die genäherte Eingangswelle 40 aus. Sowohl das erste optische Element 32-2 als auch das zweite optische Element 34 weisen damit positive B rech kraft auf. Nach Durchlaufen eines Fokuspunktes 64 wird aus der Messwelle 44 ein divergentes Strahlenbündel, welches am Ort der zu vermessenden Oberfläche 12 eine ausreichend dimensionierte Wellenfrontfläche aufweist. Entsprechend der Ausführungsform gemäß Fig. 1 entfällt mindestens 20%, insbesondere mindestens 50% oder mindestens 90% der B rech kraft der gesamten Kompensationsoptik 30, welche zur Erzeugung Wellenfront der Messwelle 44 aus der Wellenfront der Eingangswelle 18 vorgesehen ist, auf das erste optische Element 32.
Eine zweite Phasenfunktion des zweiten optischen Elements 34 gemäß Fig. 3 ist wie in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 zur Erzeugung der Referenzwelle 42 konfiguriert, allerdings nicht in Reflexion, sondern in Transmission. Die Ausbreitungsrichtung der Referenzwelle 42 ist gegenüber der Ausbreitungsrichtung der Eingangswelle 18 verkippt, und zwar so, dass zwischen der Ausbreitungsrichtung der Referenzwelle 42 und der Ausbreitungsrichtung der Messwelle 44 ein ausreichend großer Winkel zur störungsfreien Platzierung des reflektiven optischen Elements 60 vorliegt. Das reflektive optische Element 30 ist als ebener Spiegel zur Rückreflexion der Referenzwelle 42 mit ebener Wellenfront ausgebildet. In einer anderen Ausführung kann die Referenzwelle 28 eine sphärische Wellenfront aufweisen und das reflektive optische Element als sphärischer Spiegel ausgebildet sein. Die Referenzwelle 42 läuft zum zweiten optischen Element 34 zurück und wird von diesem derart in den Strahlengang der genäherten Eingangswelle 40 eingekoppelt, dass sie die Wellenfront der genäherten Eingangswelle 40 auf- weist. Die zurücklaufende Referenzwelle 42 durchläuft zusammen mit der nach Reflexion an der Oberfläche 12 ebenfalls zurücklaufenden Messwelle 46 den bereits unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläuterten Strahlengang des Messsystems 10 zur Erzeugung eines Interferogramms in der Erfassungsebene 58 der Interferometer- kamera 56. Die Auswertung eines oder mehrerer Interferogramme erfolgt wie bereits ebenfalls bezüglich Fig. 1 erläutert.
In Fig. 4 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Messsystems 10 zur interfe- rometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche 12 eines Testob- jekts veranschaulicht. Das Messsystem 10 gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von dem Messsystem gemäß Fig. 1 lediglich darin, dass als erstes optisches Element 32 der Kompensationsoptik 30 anstatt der Streulinse 32-1 ein diffraktives optisches Element 32-3 in Gestalt eines CGH Verwendung findet. Das diffraktive optische Element 32-3 ist dazu konfiguriert, die Funktion der Streulinse 32-1 gemäß Fig. 1 zu übernehmen, in der veranschaulichten Ausführungsform wird die divergierende genäherte Eingangswelle 40 im Durchtritt durch das diffraktive optischen Element 32-3 erzeugt.
Gemäß einer Ausführungsvariante ist das diffraktive optische Element 32-3 als mehrstufiges CGH, d.h. als CGH mit einem mehrstufigen Phasengitter, insbesondere einem geblazten Phasengitter, ausgeführt. Ein sogenanntes geblaztes Phasengitter ist ein mehrstufiges Phasengitter mit derart vielen Stufen, dass dessen Profil durch Schrägen dargestellt wird. Hintergrundinformationen zu mehrstufigen Phasengittern sind dem Fachmann z.B. aus dem Lehrbuch von Donald C. O'Shea et. al.„Diffractive optics: design, fabrication, and test", 2004, The Society of Pho- to-Opitcal Instrumentation Engineers, Seiten 29 bis 35 bekannt. Unter einem mehrstufigen Phasengitter im Sinne der Anmeldung wird insbesondere auch ein lateral geblaztes Phasengitter verstanden, wie z.B. beschrieben in: H. Kleemann et. al.,„Combination of blazed and laterally blazed structures", Diffractive Optics and Micro-Optics, OSA Technical Digest (Optical Society of America), paper DTuC7, 2004. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist das diffraktive optische Element 32-3 als Belichtungshologramm, d.h. als ein mittels einer holographischen Belichtung hergestelltes diffraktives optisches Element ausgeführt. In Fig. 5 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Messsystems 10 zur interfe- rometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts veranschaulicht. Das Messsystem 10 gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von dem Messsystem gemäß Fig. 3 lediglich darin, dass als erstes optisches Element 32 der Kompensationsoptik 30 anstatt der Sammellinse 32-2 ein diffraktives opti- sches Element 32-4 in Gestalt eines CGH Verwendung findet. Das diffraktive optische Element 32-4 ist dazu konfiguriert, die Funktion der Sammellinse 32-2 gemäß Fig. 3 zu übernehmen, in der veranschaulichten Ausführungsform wird die konvergierende genäherte Eingangsweise 40 im Durchtritt durch das diffraktive optische Element 32-4 erzeugt. Das diffraktive optische Element 32-4 kann ana- log zum diffraktiven optischen Element 32-3 gemäß Fig. 4 als mehrstufiges CGH oder als Belichtungshologramm ausgeführt sein.
In Fig. 6 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Messsystems 10 zur interfe- rometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche 12 eines Testob- jekts veranschaulicht. Das Messsystem 10 gemäß Fig. 6 unterscheidet sich von dem Messsystem gemäß Fig. 1 lediglich im Aufbau der Kompensationsoptik 30 sowie im zusätzlichen Vorhandensein von Kalibrierspiegeln 66-1 bis 66-3. Im Gegensatz zur Streulinse 31-1 umfasst die Kompensationsoptik 30 gemäß Fig. 6 als erstes optisches Element 32 eine Sammellinse 32-2 der in Fig. 3 veranschaulich- ten Art zur Erzeugung der genäherten Eingangswelle 40 in Form eines konvergenten Strahlenbündels.
Als zweites optisches Element 34 ist ein diffraktives optisches Element in Gestalt eines fünffach komplex kodierten CGH vorgesehen, dessen erste Phasenfunktion der ersten Phasenfunktion des zweiten optischen Elements 34 in der Ausführungsform gemäß Fig. 3 zur Erzeugung der Messwelle 44 mit einer zumindest teilweise an die Form der optischen Oberfläche 12 angepassten Wellenfront ent- spricht. Die zweite Phasenfunktion des zweiten optischen Elements 34 gemäß Fig. 6 entspricht der zweiten Phasenfunktion des zweiten optischen Elements 34 gemäß Fig. 1 und dient der Erzeugung der Referenzwelle 42 in Littrow-Reflexion. Darüber hinaus umfasst das zweite optische Element 34 gemäß Fig. 6 drei weitere Phasenfunktionen, jeweils zur Erzeugung einer Kalibrierwelle 64-1 , 64-2 und 64-3. Die Kalibrierwellen 62 können grundsätzlich ebene oder sphärische Wellenfronten aufweisen. In der hier veranschaulichten Ausführungsvariante weisen diese jeweils sphärische Wellenfronten auf. Die Kalibrierwellen 64-1 , 64-2 und 64-3 sowie die die Messwelle 44 weisen jeweils eine von den jeweils anderen Wellen abweichende Ausbreitungsrichtung auf.
Das Messsystem 10 gemäß Fig. 6 kann neben einem Messmodus zur Vermessung der optischen Oberfläche 12 mitteis der Messwelle 44 auch in einem Kalib- riermodus betrieben werden. Dazu werden gemäß einer Ausführungsvariante nacheinander entsprechend an die sphärischen Kalibrierwellen 66-1 bis 66-3 an- gepasste sphärische Kalibrierspiegel 66-1 , 66-2 und 66-3 im jeweiligen Strahlengang der Kalibrierwellen 66-1 bis 66-3 angeordnet und jeweils interferometrisch vermessen. Die Kalibrierspiegel 66-1 , 66-2 und 66-3 sind jeweils derart ausgebil- det, dass die jeweils darauf auftreffende Kalibrierwelle 64-1 , 64-2 bzw. 64-3 in sich zurück reflektiert wird. Die interferometrischen Messergebnisse werden für jede der Kalibrierwellen 66-1 bis 66-3 in einer Auswerteeinrichtung als Kalibriermessdaten abgespeichert. Bei der im Messmodus mittels der Messweile 44 erfolgenden Vermessung der optischen Oberfläche 12 des Prüflings, welche analog zum vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Messverfahren erfolgt, werden die dabei gewonnenen Messdaten unter Berücksichtigung der abgespeicherten Kalibriermessdaten ausgewertet. Aufgrund der Berücksichtigung der bei der Vermessung der Kalibrierwellen 62-1 bis 62-3 gewonnenen Kalibriermessdaten können Fertigungsfehler des diffraktiven optischen Elements 34 im Messergebnis der optischen Oberfläche 12 mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden. Auf eine explizite Vermessung von Verzeichnungsfehlern des von den diffraktiven Strukturen 38 gebildeten Strukturmusters kann damit verzichtet werden. Die Möglichkeit, die Formvermessung der optischen Oberfläche 12 mit drei sphärischen Kalibrierwellen zu kalibrieren, ermöglicht es, eine höhere Genauigkeit zu erreichen. Das ist insbesondere dadurch bedingt, dass Form- und Profilabweichungen des Strukturmusters in den Kalibrierwellen 64-1 bis 64-3 und der Messwelle 44 sehr ähnliche Abweichungen erzeugen. Diese Form- oder Profilabweichungen sind damit großteils kalibrierbar. Die diffraktiven optischen Elemente 34 in den Figuren 1 und 3 bis 5 können analog zur Ausführungsform gemäß Fig. 6 zur Erzeugung von Kalibrierwellen konfiguriert sein.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann ei- nerseits, 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 Ansprü- chen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.
Bezugszeichenliste
10 Messsystem
12 optische Oberfläche
14 Testobjekt
16 Lichtquelle
18 Eingangswelle
20 Lichtwellenleiter
22 Austrittsfläche
24 Ausbreitungsachse
26 Strahlteiler
30 Kompensationsoptik
32 erstes optisches Element
32-1 Streulinse
32-2 Sammellinse
32-3 diffraktives optisches Element
32-4 diffraktives optisches Element
34 zweites optisches Element
36 Substrat
37a Oberseite
37b Unterseite
38 diffraktive Strukturen
40 genäherte Eingangswelle
42 Referenzwelle
44 Messwelle
46 zurücklaufende Messwelle
48 Erfassungseinrichtung
50 Blende
52 Okular
56 Interferometerkamera
58 Erfasssungsebene
60 reflektives optisches Element Fokuspunkt-1 bis 64-3 Kalibrierwellen-1 bis 66-3 Kalibrierspiegel

Claims

Ansprüche
1. Kompensationsoptik für ein der interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts dienendes Messsystem, welche dazu konfiguriert ist, aus einer Eingangswelle eine auf das Testobjekt gerichtete Messwelle mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront zu erzeugen, umfassend:
ein erstes optisches Element sowie ein diesem in einem Strahlengang der Eingangswelle nachgeordnetes zweites optisches Element,
wobei das zweite optische Element ein diffraktives optisches Element ist, welches ein komplex kodiertes Phasengitter mit mindestens zwei unterschiedlichen Phasenfunktionen umfasst und dazu konfiguriert ist, die Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element in die Messwelle sowie eine Referenzwelle aufzuspalten, und
wobei mindestens 20% einer Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik, welche zur Erzeugung der zumindest teilweise angepassten Wellenfront der Messwelle aus einer Wellenfront der Eingangswelle vorgesehen ist, auf das erste optische Element entfällt und die auf das erste optische Element entfallende Brechkraft das gleiche Vorzeichen wie die Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik aufweist.
2. Kompensationsoptik nach Anspruch 1 ,
bei der das zweite optische Element ein Substrat sowie diffraktive Strukturen auf- weist, welche sowohl zur Aufspaltung der Eingangswelle in die Messwelle sowie die Referenzwelle als auch zu einer verbesserten Anpassung der durch Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element näherungsweise an die Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront der Eingangswelle an die Sollform konfiguriert ist.
3. Kompensationsoptik nach Anspruch 2, bei der das Substrat des zweiten optischen Elements zwei einander gegenüberliegende Oberflächen aufweist und die diffraktiven Strukturen weiterhin zur Aufspaltung der Eingangswelle in die Messwelle sowie die Referenzwelle konfiguriert sind, wobei die diffraktiven Strukturen auf lediglich einer der beiden Oberflächen des Substrats angeordnet sind.
4. Kompensationsoptik nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
bei der das zweite optische Element dazu konfiguriert ist, die Referenzwelle in Reflexion aus der Eingangswelle nach deren Wechselwirkung mit dem ersten op- tischen Element zu erzeugen.
5. Kompensationssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
bei dem das zweite optische Element dazu konfiguriert ist, aus der Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element neben der Messwelle sowie der Referenzwelle mindestens zwei weitere Wellen, jeweils in Form einer Kalibrierwelle, zu erzeugen.
6. Kompensationssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
bei dem das erste optische Element ein strahlenoptisch beschreibbares optisches Element ist.
7. Kompensationssystem nach Anspruch 6,
bei dem das erste optische Element mindestens eine asphärische optische Fläche aufweist.
8. Kompensationssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
bei dem das erste optische Element ein diffraktives optisches Element ist.
9. Kompensationssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
bei dem die Brechkraft des ersten optischen Elements und eine Brechkraft des zweiten optischen Elements das gleiche Vorzeichen aufweisen.
10. Messsystem zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts mit der Kompensationsoptik gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche sowie einer Lichtquelle zum Bereitstellen der Eingangswelle sowie einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Interfero- gramms, welches durch eine Überlagerung der Messwelle nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt und der Referenzwelle erzeugt wird.
1 1 . Messsystem nach Anspruch 10,
bei dem das zweite optische Element dazu konfiguriert ist, die Referenzwelle in Transmission aus der Eingangswelle nach deren Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element mit einer von einer Ausbreitungsrichtung der Messwelle abweichenden Ausbreitungsrichtung zu erzeugen, und das Messsystem weiterhin ein reflektives optisches Element umfasst, welches im Strahlengang der Referenzwelle angeordnet ist und zur Rückreflexion der Referenzwelle ausgebildet ist.
12. Messsystem nach Anspruch 10 oder 1 1 ,
bei dem die Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element höchstens um 10 m von einer sphärischen Welle abweicht.
13. Verfahren zum interferometrischen Bestimmen einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts mit den Schritten:
- Bereitstellen einer Eingangswelle,
- Erzeugen einer Referenzwelle sowie einer auf das Testobjekt gerichteten Messwelle mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberflä- che angepassten Wellenfront durch Einstrahlen der Eingangswelle auf eine Kompensationsoptik, welche ein im Strahlengang der Eingangswelle angeordnetes erstes optisches Element sowie ein diesem in einem Strahlengang der Eingangswelle nachgeordnetes zweites optisches Element in Gestalt eines diffraktiven optischen Elements umfasst, welches ein komplex kodiertes Phasengitter mit min- destens zwei unterschiedlichen Phasenfunktionen umfasst, sodass die Eingangswelle nach Wechselwirkung mit dem ersten optischen Element vom diffrak- tiven optischen Element in die Messwelle sowie die Referenzwelle aufgespalten wird,
wobei mindestens 20% einer bei der Erzeugung der Messwelle aufgewendete Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik auf das erste optische Ele- ment entfällt und die auf das erste optische Element entfallende Brechkraft das gleiche Vorzeichen wie die Brechkraft der gesamten Kompensationsoptik aufweist, sowie
- Erfassen eines Interferogramms, welches durch Überlagerung der Messwelle nach Wechselwirkung mit dem Testobjekt und der Referenzwelle erzeugt wird.
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