WO2021032587A2 - Verfahren zum kalibrieren einer messvorrichtung - Google Patents

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WO2021032587A2
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Stefan Schulte
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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    • G01M11/005—Testing of reflective surfaces, e.g. mirrors

Definitions

  • the invention relates to a method for calibrating a measuring device for interferometric determination of a shape of a surface of a test object, a method for determining such a shape of a surface of a test object and an optical element with an optical surface.
  • diffractive optical arrangements are often used as so-called zero optics or compensation optics.
  • the wavefront of a test wave is adapted to a nominal shape of the surface by a diffractive optical element in such a way that the test wave would hit the nominal shape perpendicularly at any location and would be reflected back by it. Deviations from the nominal shape can be determined by superimposing a reference wave on the reflected test wave.
  • a computer-generated hologram (CGH) for example, can be used as a diffractive element.
  • a light wave is first divided into a reference wave and a test wave by a Fizeau element.
  • the test wave is then converted by the complex coded CGH into a test wave with a wave front adapted to the target shape of the surface and calibration waves with a spherical or plane wave front.
  • the CGH has suitably designed diffractive structures.
  • the calibration waves are used to calibrate the CGH.
  • a test object is then placed in the test position and a measurement is carried out with the test shaft.
  • the test wave is reflected from the surface of the test object, back transformed by the CGH and, after passing through the Fizeau element, is superimposed with the reference wave.
  • the shape of the surface can be determined from the interferogram recorded in a plane.
  • the calibration of the CGH achieves a very high level of accuracy.
  • test waves can be used to measure the shape of test objects, the wave front of which is only approximated to the nominal shape of the test surface, but is not identical to it. This procedure is useful, for example, when measuring so-called “nano freeform surfaces”, which deviate only slightly from a rotationally symmetrical reference surface. In this case, the use of a test shaft with a likewise rotationally symmetrical shape is recommended.
  • the aforementioned object can also be achieved, for example, with a method for calibrating a measuring device for interferometric determination of a shape of an optical surface of a test object.
  • the measuring device comprises a module level for arranging a diffractive optical test module.
  • the test module is configured to generate a test wave directed onto the optical surface with a wavefront that is at least approximately matched to a nominal shape of the optical surface.
  • the calibration method according to the invention comprises the steps: arranging a diffractive optical calibration module in the module plane for generating a calibration wave, detecting a calibration interferogram generated by means of the calibration wave in a detector plane of the measuring device and determining a position allocation distribution from points in the module plane to corresponding points in the detector plane the recorded calibration interferogram.
  • the assignment of a respective position of a plurality of points in the module plane to the respective position of the corresponding points in the detector plane is determined. That is to say, the result of the position determination is an allocation distribution which indicates individual allocations of points.
  • the position allocation distribution of the points in the module plane to a respective point in the detector plane is to be understood as the indication of which coordinate points in the detector plane the corresponding coordinate points in the module plane are mapped to by the optics of the measuring device, which may be arranged between the module plane and the detector plane.
  • the above-mentioned position assignment distribution can also be referred to as a lateral assignment between module level and detector level. This includes, in particular, parameters such as the image scale, orthogonality and higher orders of the lateral position allocation distribution known as distortion.
  • the position allocation distribution determined by means of the calibration method according to the invention makes it possible to carry out the evaluation of an interferogram determined during the measurement of a test object by means of a test wave that only approximates the nominal shape with improved accuracy.
  • the measuring device comprises a holding device for holding the test module or the calibration module in the module plane.
  • the measuring device further comprises a detector for capturing the interferogram in the detector plane.
  • the determination of the position assignment distribution determines a distortion of an optical system arranged between the module level and the detector level. Distortion of optics is understood to mean a local change in the imaging scale of the optics.
  • the optics can include one or more optical elements, such as a collimator, a beam splitter and an eyepiece of a detection device of the measuring device.
  • the calibration module has a diffractive structure pattern with a previously known configuration and the previously known configuration is used when determining the position assignment distribution.
  • the diffractive structure pattern of the calibration module comprises a two-dimensionally modulated optical property.
  • the two-dimensionally modulated optical property effects a phase modulation in a wave interacting with the diffractive structure pattern.
  • the diffractive structure pattern includes a two-dimensional phase modulation, such as a two-dimensional cosine grating.
  • the two-dimensionally modulated optical property can effect an amplitude or intensity modulation in a wave interacting with the diffractive structure pattern.
  • a method for determining a shape of an optical surface of a test object comprises carrying out the calibration method according to one of the preceding embodiments forms or exemplary embodiments for determining the position allocation distribution of points in the module level to corresponding points in the detector level.
  • the shape determination method according to the invention comprises an arrangement of the test module in the module plane in order to generate the test wave directed onto the optical surface as well as a recording of a test interferogram generated by means of the test wave.
  • the shape of the optical surface is also determined from the test interferogram using the position assignment distribution.
  • the shape of the optical surface is also determined taking into account a further position assignment distribution between points on the optical surface of the test object and points in the module plane. This further position allocation distribution can in particular be determined directly from the design data of the diffractive optical test module if it is ensured that the accuracy of the production of the diffractive structure pattern of the test module and the adjustment of the test object to the test module are sufficiently accurate.
  • the test wave generated by the test module has a rotationally symmetrical wave front which is adapted to the nominal shape of the optical surface in such a way that its maximum deviation from the nominal shape is between 100 nm and 10 pm. This makes the test shaft suitable for measuring what is known as a nano freeform surface.
  • the wave font of the test wave has a two-dimensional deviation distribution compared to the nominal shape.
  • the absolute maximum value of the deviation distribution is between 100 nm and 10 pm.
  • the maximum deviation of the wavefront of the test wave from the nominal shape is at least 200 nm, at least 300 nm, at least 400 nm or at least 500 nm and at most 10 pm, at least 5 pm, at most 2 pm or at most 1 pm.
  • the configuration of the wave front of the test shaft in a rotationally symmetrical form allows the accuracy of the form measurement to be improved by averaging the measurement results.
  • the test module comprises a diffractive test pattern used to generate the test wave, as well as adjustment structures for determining the lateral position of the test module in the detector plane.
  • the adjustment structures By means of the adjustment structures, the position allocation distribution determined by means of the calibration module can be allocated exactly.
  • the calibration module comprises, at least in sections, each identically configured diffractive calibration pattern, and the adjustment structures are at least partially formed by the calibration pattern of the test module.
  • the calibration pattern of the test module encloses a diffractive test pattern serving to generate the test wave.
  • the test module and the calibration module each comprise, at least in sections, identically configured diffractive calibration patterns, the calibration pattern of the test module having a recess for a diffractive test pattern used to generate the test wave.
  • the recess is arranged in at least one central area of the calibration pattern.
  • an optical element with an optical surface is provided according to the invention.
  • This optical surface is assigned a non-rotationally symmetrical nominal shape, the maximum deviation of which from a best-adapted rotationally symmetrical reference surface is between 100 nm and 100 ⁇ m.
  • a maximum deviation of an actual shape of the optical surface from the nominal shape is at most 1/1000 of the maximum deviation of the nominal shape from the rotationally symmetrical reference surface.
  • the maximum deviation of the nominal shape from the rotationally symmetrical reference surface is 100 nm
  • the maximum deviation of the actual shape of the optical surface from the nominal shape is at most 0.1 nm.
  • the maximum deviation of the nominal shape from the best-adapted rotationally symmetrical reference surface is usually about half the difference between the largest elevation and the largest valley (so-called peak-to-valley value) of a two-dimensional distribution obtained by calculating the difference between the target shape and the rotationally symmetrical reference surface.
  • the best-adapted rotationally symmetrical reference surface is to be understood as that rotationally symmetrical surface in which the maximum deviation from the nominal shape is smallest.
  • the maximum deviation of the actual shape of the optical surface from the nominal shape is usually about half the difference between the largest elevation and the largest valley (peak-to-valley value), a result of the difference between the actual shape and the nominal shape obtained two-dimensional distribution.
  • the lower limit of the maximum deviation of the non-rotationally symmetrical target shape from a rotationally symmetrical reference surface is at least 200 nm, in particular at least 300 nm or at least 500 nm.
  • the upper limit of the maximum deviation of the non-rotationally symmetrical target shape from a rotationally symmetrical one Reference area a maximum of 50 pm, in particular a maximum of 10 pm or a maximum of 1 pm.
  • the reference surface is a rotationally symmetrical asphere.
  • the deviation of the rotationally symmetrical reference surface from each spherical surface is at least 200 ⁇ m, in particular at least 500 ⁇ m.
  • the optical element is configured in particular for an imaging optical system for microlithography.
  • the imaging optical system is in particular a projection objective of a projection exposure system for microlithography.
  • the optical element is a nano free-form surface.
  • the rotationally symmetrical reference surface has a deviation of at least 100 ⁇ m, in particular at least 200 ⁇ m, from each spherical surface.
  • the maximum deviation of the actual shape of the optical surface from the nominal shape is at most 1/10000, in particular at most 1/20000 or at most 1/50000, the maximum deviation of the nominal shape from the rotationally symmetrical reference surface.
  • the maximum deviation of the actual shape of the optical surface from the nominal shape is at most 0.2 nm, in particular at most 0.1 nm or at most 0.05 nm.
  • a diffractive optical element is provided with a diffractive structure pattern having a grid-like basic structure.
  • the lattice-shaped basic structure has such a modulation that a position determination of the diffractive structure pattern on the basis of an interferogram recorded by a detector is made possible with an accuracy that is better than a distance between two adjacent pixels of the detector.
  • the interferogram is generated by superimposing a reference wave with a wave traveling over the diffractive structure pattern.
  • the accuracy of the position determination is better than the pixel resolution of the detector, ie the accuracy value is smaller than the pixel resolution of the detector.
  • the distance between two adjacent pixels can, depending on the detector, be less than 20 pm, less than 10 pm, less than 5 pm, in particular about 2 to 3 pm.
  • the superimposition of the reference wave with the wave traveling over the diffractive structure pattern can take place in an interferometric measuring device provided for this purpose, for example in the form of a Fizeau interferometer.
  • the indication that the wave superimposed on the reference wave to generate the interferogram runs over the diffractive structure pattern is to be understood as meaning that the wave interacted with the diffractive structure pattern before the interferogram was generated, i.e.
  • the diffractive structure pattern has a two-dimensionally modulated optical property that is impressed on the diffracted wave and appears as a grid-shaped phase modulation on the detector after superimposition with the reference wave in the interferogram, on the basis of which the phase modulation can be determined.
  • the modulation is designed such that the position of the diffractive structure pattern is made possible with an accuracy that is better than a fifth, better than a tenth or better than a twentieth of the distance between two neighboring pixels of the detector.
  • a checkerboard-like structure has no modulation with, as the term might imply, constant areas and jumps between them. Rather, the course of the modulation is continuous with finite gradients.
  • the interference pattern can be evaluated with prior knowledge of the modulated two-dimensional structure using suitable algorithms, such as fitting or folding, and thus the position of the diffractive structure pattern can be determined with a resolution that exceeds the pixel resolution of the detector.
  • the previously known variation in the wavefront has a periodic structure.
  • the modulation of the diffractive structure pattern is a phase modulation, i.e. the diffractive structure pattern is configured as a phase grating.
  • the modulation is periodic.
  • the modulation is cosine-shaped, for example the diffractive structure pattern is a twice cosine-modulated phase grating.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a measuring device for the interferometric determination of the shape of an optical surface of a test object with a diffractive optical test module arranged in a module plane for generating a test wave radiated onto the optical surface
  • FIG. 2 shows the measuring device according to FIG. 1 when carrying out a calibration method in which a calibration module is arranged in the module plane instead of the test module,
  • FIG. 3 shows an illustration of an optical surface of a test object and of nominal and reference surfaces which are assigned to the optical surface
  • FIG. 4 shows an illustration of the data flow according to an embodiment of the measurement of the optical surface in the form of a nano freeform surface.
  • 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 y-direction runs perpendicular to the plane of the drawing into this, the x-direction to the right and the z-direction upwards.
  • FIG. 1 an exemplary embodiment of a measuring device 10 for the interferometric determination of the shape of an optical surface 12 of a test object 14 is illustrated.
  • the measuring device 10 in particular a deviation of the actual shape of the surface 12 from a nominal shape can be determined.
  • a non-spherical surface for example, can be provided as the surface 12 to be measured.
  • the measuring device 10 is particularly suitable for measuring a surface 12 of a mirror of a projection objective for microlithography.
  • This surface 12 can be configured to reflect EUV radiation, i.e. radiation with a wavelength of less than 100 nm, in particular a wavelength of approximately 13.5 nm or approximately 6.8 nm.
  • the non-spherical surface of the mirror can be a so-called “nano freeform surface", for example.
  • the optical surface 12 shown in FIG. 1 is shown in more detail in the form of such a “nano freeform surface”.
  • the optical surface 12 is assigned a nominal shape 60 which has a so-called free-form deviation distribution h (x, y) from a best-adapted rotationally symmetrical reference surface 64, the maximum value Di of which is between 100 nm and 100 ⁇ m, in particular between 100 nm and 10 pm.
  • h free-form deviation distribution
  • the best-adapted rotationally symmetrical reference surface 64 can be understood as the rotationally symmetrical surface in which the maximum deviation Di from the Target shape 60 is the smallest.
  • the best-matched rotationally symmetrical reference surface 64 can also be determined by minimizing the quadratic mean - also called RMS (English “Root Mean Square”) - of the deviation Di ( ⁇ 1A 2 >) or by minimizing the mean deviation ⁇
  • a deviation 62 is shown in FIG. 3 by way of example.
  • the deviation 62 represents a maximum deviation with the value d of the actual shape of the optical surface 12 from the nominal shape 60.
  • d is typically much smaller than Di.
  • d can be around 0.2 nm, in particular around 0.05 nm. Therefore, a “nano-freeform surface” can also be defined in that its actual shape 12 has a maximum deviation from its best-adapted rotationally symmetrical reference surface 60 between 100 nm and 10 ⁇ m having.
  • the rotationally symmetrical reference surface 64 can be specified by a minimum value D2 for its maximum deviation 72 from a best-adapted spherical surface 70.
  • the best-matched spherical surface is to be understood as the sphere in which the maximum deviation from the rotationally symmetrical reference surface 60 is the smallest.
  • the specification of the maximum deviation by the minimum value D2 can therefore also be related to the maximum deviation 72 from any desired spherical surface, ie by it is specified that the rotationally symmetrical reference surface 60 has a deviation of at least D2 with respect to each spherical surface.
  • D2 can also be approximately 0 ⁇ m, in which case the rotationally symmetrical reference surface 64 is a sphere.
  • the measuring device 10 shown in FIG. 1 comprises a light source 16 for providing a sufficiently coherent measuring radiation as an input wave 18 in the form of an expanding wave.
  • the light source 16 can for example have a laser with beam-expanding optics.
  • a frequency-doubled Nd: Yag laser with a wavelength of approximately 532 nm or a helium-neon laser with a wavelength of approximately 633 nm can be provided.
  • the measuring radiation can, however, also have a different wavelength in the visible or invisible wavelength range of electromagnetic radiation.
  • the light source 16 represents only one example of a light source that can be used for the measuring arrangement 10.
  • the measurement radiation provided by the light source 16 leaves the light source 16 as an input wave 18 with a spherical wave front and spreads divergently.
  • the input shaft 18 first passes through a beam splitter 20 and then meets a collimator 22 for converting the wave front of the input wave 18 into a plane wave front.
  • a reference element 24 in the form of a fish element with a fish surface 26 for splitting off a reference wave 28 in reflection.
  • the reference wave 28 runs back again in the direction of the collimator 22 and has a flat wave front 29, as illustrated in FIG. 1.
  • the portion of the input wave 18 passing through the reference element 24 hits a diffractive optical test module 30 in the form of a computer-generated hologram (CGH) with diffractive structures 57.
  • the diffractive structures 57 include a diffractive test pattern 58 and a diffractive adjustment pattern 59 arranged in the vicinity of the test pattern 58
  • the diffractive adjustment pattern 59 can, as shown in FIG. 1, enclose the test pattern 58 and be designed in the shape of a ring. Alternatively, it can also only partially enclose the test pattern 58 and approximately have the shape of a ring section.
  • the diffractive test pattern 58 can, as shown in FIG. 1, be circular or also have another shape.
  • the adjustment pattern 59 can be configured in such a way that, at least in a central area, it has a cutout for the diffractive test pattern 58 used to generate the test wave 34.
  • the recess can also be arranged in a decentralized area.
  • the diffractive optical test module 30 is arranged in a module plane 32, more precisely it is arranged in such a way that the diffractive structures 57 of the CGH lie in the module plane 32.
  • the diffractive test pattern 58 of the diffractive optical test module 30 is used to approximate the wavefront of the input wave 18 to the desired shape 60 of the optical surface 12 to be measured illustrated in FIG. 3 and thus to generate a test wave 34.
  • the wavefront of the test wave 34 is adapted to the rotationally symmetrical reference surface 64, of which, according to the embodiment mentioned, the nominal shape 60 of the optical surface 12 is between 100 nm and 10 pm deviates.
  • the diffractive adjustment pattern 59 serves to reflect the radiation of the input shaft 18 impinging on it in Littrow reflection, i.e. back into itself.
  • the wave generated in the process is referred to as an adjustment wave 74.
  • the diffractive adjustment pattern 59 can for example be configured as a two-dimensional cosine-modulated phase grating, as illustrated in FIG. 1 in a detailed view 85.
  • the test wave 34 is reflected on the optical surface 12 of the test object 14 and runs back to the diffractive optical test module 30 as a returning test wave 34r.
  • the returning test wave 34r has a wavefront 35a in which both the deviation 62 of the optical surface 12 from the nominal shape 60 and the deviation 68 of the nominal shape 60 from the reference surface 64 are impressed.
  • the returning test wave 34r again has a flat wavefront in which, however, the deviations 62 and 68 are also impressed.
  • the test wave 34r runs back to the beam splitter 20 together with the reference wave 28.
  • the beam splitter 20 guides the combination of the returning measuring wave 34r and the reference wave 28 out of the beam path of the input shaft 18.
  • the measuring device 10 also contains a detection device 36 with a diaphragm 38, an eyepiece 40 and an interferometer camera 42 for detecting a test interferogram 41 generated by superimposing the test wave 34r with the reference wave 28 in a detector plane 43 or detection plane of the interferometer camera 42.
  • An evaluation device 56 of the measuring device 10 determines the actual shape of the optical surface 12 of the test object 14 from one or more test interferograms 41 captured by the interferometer camera 42.
  • the evaluation device 56 has a suitable data processing unit and uses appropriate calculation methods known to those skilled in the art.
  • the evaluation device 56 uses a position assignment distribution T2 (cf. reference numeral 46) from points 52 in the module level 32 to corresponding points 54 in FIG. 2, which is determined by means of a calibration module 44 and is explained in more detail below with reference to Detector level 43 and, in particular, a further position assignment distribution Ti (see reference number 48) from points 50 on surface 12 of test object 14 to corresponding points 52 in module level 32.
  • the measuring device 10 can contain a data memory or an interface to a network in order to enable the surface shape to be determined by means of the test interferogram (s) 41 stored or transmitted via the network by an external evaluation unit.
  • the respective positions of the points 50 which are distributed in a grid-like manner over the surface 12 of the test object 14, correspond to those positions on the detector plane 43 which are mapped to the points 50 in the measuring operation of the measuring device 10 illustrated in FIG. 1.
  • the corresponding positions in the detector plane 43 are identified by the points 54 mentioned above.
  • the position allocation distribution Ti indicates the allocation of the points 50 on the surface 12 of the test object 14 to the corresponding points 52 in the module level 32, while the position allocation distribution T2 in turn indicates the allocation of the points 52 to the corresponding points 54 in the detector plane 43.
  • the position assignment distribution Ti is determined directly from the design data of the diffractive optical test module 30 by means of an optical design model. In this case, it is first ensured that the accuracy of the production of the diffractive test pattern 58 and the adjustment of the test object 14 to the test module 30 take place with sufficient accuracy.
  • the position assignment distribution Ti can be calculated externally and, as illustrated in FIG. 1, transmitted to the evaluation device 56. Alternatively, the position assignment distribution Ti can also be calculated directly by the evaluation device 56 from the design data of the test pattern 58.
  • the position allocation distribution T2 reflects lateral imaging errors which are generated by the adjustment of the light source and the optics arranged between the module plane 32 and the detector plane 43, i.e. in the present case by the collimator 22, the beam splitter 20 and the eyepiece 40.
  • These lateral imaging errors can include the imaging scale, orthogonality and further orders of lateral imaging errors referred to as distortion.
  • the arrangement of the points 54 shown in FIG. 1 in the detector plane 43 is distorted in relation to the points 52 arranged in a uniform grid in the module plane 32.
  • the position assignment distribution T2 is determined by measurement using the calibration module 44.
  • the adjustment shaft 74 is superimposed with the reference shaft 28.
  • the information contained in this region of the test interferogram 41 can be can be used on the one hand to adjust the test module 30 before the detection of the test interferograms 41 used to determine the shape of the surface 12 of the test object 14 in the module level 32 according to the positioning of the calibration module 44 when the position assignment distribution T2 was determined.
  • the information contained in the edge area of the test interferogram 41 can also be used to computationally transfer the position assignment distribution T2 determined by means of the calibration module 44 to the positioning of the test module 30, which is used to determine the shape of the surface 12 of the test interferogram (s) 41 during the acquisition Test object 14 is present to adapt.
  • the calibration module 44 is arranged in the measuring device 10 according to FIG. 1 instead of the test module 30 in the module level 32, so that the arrangement shown in FIG. 2 results.
  • the calibration module 44 like the optical test module 30, is configured as a computer-generated hologram (CGH) and comprises diffractive structures 82 in the form of a diffractive structure pattern, which is also referred to below as a diffractive calibration pattern 84.
  • the diffractive calibration pattern 84 is designed over the entire beam cross section of the input shaft 18 in the form of a Littrow grating with two-dimensional phase modulation.
  • FIG. 2 an embodiment of the phase modulation in the form of a two-dimensional cosine grid is shown in a detailed view 85 of the calibration pattern.
  • the calibration pattern 84 comprises a diffractive structure pattern which has a grid-like basic structure, the grid-like basic structure in turn having a phase modulation.
  • the phase modulation is configured in such a way that a position determination of the diffractive structure pattern in the module plane 32 using an interferogram recorded by the interferometer camera 42, also referred to as a detector, hereinafter also referred to as a calibration interferogram 88, is enabled with an accuracy better than a distance between neighboring pixels of the detector.
  • the accuracy of the position determination is thus better than the pixel resolution of the detector.
  • the accuracy is better than a fifth, better than a tenth or better than one twentieth the distance between two neighboring pixels of the detector.
  • the impressed two-dimensional phase signature 86 can, as shown in Fig. 2, have, for example, a checkerboard-like structure. Such a checkerboard-like structure, however, has no modulation with, as the term might imply, constant areas and jumps between them. Rather, the course of the modulation is continuous with finite gradients. In particular, the structure can approximate a phase grating that is modulated twice as cosines.
  • a corresponding two-dimensional structure is thus generated in the calibration interferogram recorded by the interferometer camera 42.
  • This two-dimensional structure can be fitted with suitable algorithms when evaluating the interference pattern. Based on the prior knowledge of the two-dimensional structure, the position of the diffractive structure pattern can be made therefrom with the above-mentioned resolution that exceeds the pixel resolution of the detector.
  • the diffractive calibration pattern 84 is configured as a phase grating for self-reflecting back of the input shaft 18 with a two-dimensional phase signature 86 being impressed on it.
  • the diffractive calibration pattern 84 can also be configured as a modulated intensity grating.
  • a so-called calibration wave 80 is generated by the Littrow reflection of the input wave on the diffractive calibration pattern 84.
  • the lateral positioning of the structural elements causing the modulation on the calibration module 44 can take place with a high degree of accuracy.
  • the accuracy can be better than 100 when performing a correction of scale and orthogonality, which can be determined by means of a separate measurement of the placement using devices customary in lithographic mask production nm be.
  • the calibration pattern 84 thus represents a precise scale in the module plane 32.
  • This scale is now also included in the detector plane 43 by evaluating one or more calibration interferograms 88 generated by superimposing the calibration wave 80 with the reference wave 28 generated by reflection on the focal surface 26 measured with high precision.
  • the evaluation takes place in an evaluation device 90 by measuring the position of the peaks and valleys of the corresponding calibration interferogram 88 and by corresponding assignment to the corresponding structural elements of the calibration pattern 84.
  • the result of this evaluation is then the position assignment distribution T2.
  • the position assignment distribution T2 preferably has an accuracy which is higher than the resolution of the interferometer camera. In other words, the position assignment distribution T2 enables a subpixel-accurate position assignment of coordinates of the test module 30 in camera coordinates based on the pixel resolution of the interferometer camera 42.
  • the ring-shaped adjustment pattern 59 of the diffractive optical test module 30 is configured analogously to the calibration pattern 85, i.e. the adjustment pattern 59 also has a phase modulation for highly precise position determination.
  • the adjustment pattern 59 is structurally identical to the calibration pattern 85 of the calibration module 44, i.e. both patterns include, for example, identical two-dimensional cosine-modulated phase gratings.
  • the edge area of the calibration pattern 85 of the calibration module 44 thus preferably corresponds identically to the ring-shaped adjustment pattern 59 of the test module 30.
  • the test module 30 can thus be placed at exactly the identical lateral position in the module plane 32.
  • the lateral assignment between positions in the detector plane 43 and the module plane 32 from the measurement with the calibration module 44 is accordingly also valid for the measurement with the test module 30.
  • FIG. 4 illustrates the data flow according to an embodiment according to the invention of the measurement of the optical surface 12 in the form of a nano freeform surface.
  • a first process phase P1 using an optical design model from the design data of the diffractive test pattern 58 of the test module 30, the positive Ons assignment distribution Ti with respect to the assignment of the points 50 on the surface 12 of the test object 14 to the corresponding points 52 in the module level 32 is determined.
  • the position assignment distribution T2 with respect to the assignment of the points 52 in the module level 32 to the corresponding points 54 on the interferometer camera 42 arranged in the detector level 43 is determined by means of the measuring device 10 with the arrangement of the calibration module 44 in the module level 32 according to FIG certainly.
  • a third process phase P3 the surface 12 of the test object 14 is measured by means of the measuring device 10 with the test module 30 arranged in the module level 32 according to FIG. 1.
  • the measurement data 92 in camera coordinates taken from the test interferograms 41 recorded by the interferometer camera 42 are then evaluated in the evaluation device 56 in a fourth process phase P4.
  • the measurement data 93 are calculated back into the module level 32 by means of the inverse position assignment distribution (Ti) 1 and into the coordinate system of the surface 12 by means of the inverse position assignment distribution (T 2 ) 1.
  • the back-calculation of the measurement data 93 into the module level 32 and into the coordinate system of the surface 12 can take place sequentially.
  • a model of the total distortion can also be built that also contains the design distortion Ti, and remaining model parameters can be determined via the distortion measurement, which then take into account proportions that can appear in the overall distortion both before and after the design distortion Ti.
  • the free-form deviation distribution h (x, y) is then subtracted and the form deviation 94 of the optical surface 12 from the nominal form 60 is thus determined.
  • the form deviation 94 represents processing data in test sample coordinates, which can now be transmitted to a processing machine 96 for post-processing of the optical surface 12.
  • the actual shape of the optical surface 12 can in turn be determined by adding the shape deviation 94 to the nominal shape 60.
  • Deviation from nominal shape 64 rotationally symmetrical reference surface 66 axis of symmetry
  • phase signature 86 phase signature 88 calibration interferogram

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Abstract

Ein Verfahren zum Kalibrieren einer Messvorrichtung (10) zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) wird bereitgestellt. Die Messvorrichtung umfasst eine Modulebene (32) zum Anordnen eines diffraktiven optischen Prüfmoduls (30), welches zur Erzeugung einer auf die optische Oberfläche gerichteten Prüfwelle (34) mit einer zumindest näherungsweise an eine Sollform (60) der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront konfiguriert ist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Anordnen eines diffraktiven optischen Kalibriermoduls (44) in der Modulebene zur Erzeugung einer Kalibrierwelle (80), Erfassen eines mittels der Kalibrierwelle in einer Detektorebene (43) der Messvorrichtung erzeugten Kalibrierinterferogramms (88), sowie Bestimmen einer Positionszuordnungsverteilung (46) von Punkten (52) in der Modulebene zu entsprechenden Punkten (54) in der Detektorebene aus dem erfassen Kalibrierinterferogramm.

Description

Verfahren zum Kalibrieren einer Messvorrichtung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102019212614.6 vom 22. August 2019. Die gesamte Offenbarung dieser Patentanmeldung wird durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Messvorrichtung zur interfe- rometrischen Bestimmung einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts, ein Verfahren zum Bestimmen einer derartigen Form einer Oberfläche eines Testobjekts sowie ein optisches Element mit einer optischen Oberfläche.
Zur hochgenauen interferometrischen Vermessung einer Oberflächenform eines Testobjekts, etwa eines optischen Elements für ein Projektionsobjektiv einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, werden häufig diffraktive optische Anordnungen als so genannte Nulloptiken bzw. Kompensationsoptiken verwendet. Dabei wird die Wellenfront einer Prüfwelle durch ein diffraktives optisches Element derart an eine Sollform der Oberfläche angepasst, dass die Prüfwelle 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 102012217800 A1 wird ein solches Messsystem 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 mit 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.
Weiterhin können zur Formvermessung von Testobjekten Prüfwellen verwendet werden, deren Wellenfront lediglich an die Sollform der Testoberfläche angenähert ist, jedoch nicht mit dieser identisch ist. Diese Vorgehensweise ist beispielsweise bei der Vermessung von sogenannten „Nano-Freiformflächen“ nützlich, welche nur geringfügig von einer rotationssymmetrischen Referenzfläche abweichen. In diesem Fall bietet sich die Verwendung einer Prüfwelle mit einer ebenfalls rotationssymmetrischen Form an.
Zur Ermittlung der tatsächlichen Form der zu vermessenden Oberfläche muss in diesem Fall die Differenz zwischen der Sollform und der Wellenfront der Prüfwelle von den aus dem erfassten Interferogramm ermittelten Messdaten abgezogen werden. Die Genauigkeit dieser Auswertung ist jedoch oft nicht ausreichend.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden können, und insbesondere sichergestellt werden kann, dass eine Form einer optischen Oberfläche, deren Sollform von einer rotationssymmetrischen Form abweicht, mit verbesserter Genauigkeit bestimmt werden kann.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zum Kalibrieren einer Messvorrichtung zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts. Die Messvorrichtung umfasst eine Modulebene zum Anordnen eines diffraktiven optischen Prüfmoduls. Das Prüfmodul ist zur Erzeugung einer auf die optische Oberfläche gerichteten Prüfwelle mit einer zumindest näherungsweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront konfiguriert. Das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren umfasst die Schritte: Anordnen eines diffraktiven optischen Kalibriermoduls in der Modulebene zur Erzeugung einer Kalibrierwelle, Erfassen eines mittels der Kalibrierwelle in einer Detektorebene der Messvorrichtung erzeugten Kalibrierinterfero- gramms sowie Bestimmen einer Positionszuordnungsverteilung von Punkten in der Modulebene zu entsprechenden Punkten in der Detektorebene aus dem erfassen Kalibrierinterferogramm.
Mit anderen Worten wird die Zuordnung einer jeweiligen Position mehrerer Punkte in der Modulebene zur jeweiligen Position der entsprechenden Punkte in der Detektorebene bestimmt. Das heißt, das Ergebnis der Positionsbestimmung ist eine Zuordnungsverteilung, welche individuelle Zuordnungen von Punkten angibt.
Unter der Positionszuordnungsverteilung der Punkte in der Modulebene zu einem jeweiligen Punkt in der Detektorebene ist die Angabe zu verstehen, auf welche Koordinatenpunkte in der Detektorebene die entsprechenden Koordinatenpunkte in der Modulebne von der ggf. zwischen Modulebene und Detektorebene angeordneten Optik der Messvorrichtung abgebildet werden. Die genannte Positionszuordnungsverteilung kann auch als laterale Zuordnung zwischen Modulebene und Detektorebene bezeichnet werden. Diese umfasst insbesondere Parameter wie Abbildungsmaßstab, Orthogonalität sowie als Verzeichnung bezeichnete höhere Ordnungen der lateralen Positionszuordnungsverteilung.
Durch die mittels des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens bestimmte Positionszuordnungsverteilung wird es möglich, die Auswertung eines bei der Vermessung eines Testobjekts mittels einer lediglich an die Sollform angenäherten Prüfwelle ermittelten Interferogramms mit einer verbesserten Genauigkeit durchzuführen.
Bei dieser Auswertung kann nun beim Herausrechnen der Differenzverteilung zwischen der Sollform und der Wellenfront der Prüfwelle die genaue Positionszuordnung der Punkte auf dem Prüfling zu den entsprechenden Punkten auf der Interferometerkamera präzise berücksichtigt werden. Dies hat zur Folge, dass das resultierende Messergebnis für die Form der optischen Oberfläche eine verbesserte Genauigkeit aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung eine Halteeinrichtung zum Halten des Prüfmoduls bzw. des Kalibriermoduls in der Modulebene. Insbesondere umfasst die Messvorrichtung weiterhin einen Detektor zum Erfassen des Inter- ferogramms in der Detektorebene.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird durch die Bestimmung der Positionszuordnungsverteilung eine Verzeichnung einerzwischen der Modulebene und der Detektorebene angeordneten Optik bestimmt. Unter einer Verzeichnung einer Optik wird eine lokale Veränderung des Abbildungsmaßstabs der Optik verstanden. Die Optik kann ein oder mehrere optische Elemente umfassen, wie beispielsweise einen Kollimator, einen Strahlteiler sowie ein Okular einer Erfassungseinrichtung der Messvorrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Kalibriermodul ein diffraktives Strukturmuster mit einer vorbekannten Konfiguration auf und bei der Bestimmung der Positionszuordnungsverteilung wird die vorbekannte Konfiguration verwendet.
Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst das diffraktive Strukturmuster des Kalibriermoduls eine zweidimensional modulierte optische Eigenschaft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bewirkt die zweidimensional modulierte optische Eigenschaft eine Phasenmodulation in einer mit dem diffraktiven Strukturmuster wechselwirkenden Welle. Mit anderen Worten umfasst das diffraktive Strukturmuster eine zweidimensionale Phasenmodulation, wie etwa ein zweidimensionales Cosinus- Gitter. Alternativ kann die zweidimensional modulierte optische Eigenschaft eine Amplituden- bzw. Intensitätsmodulation in einer mit dem diffraktiven Strukturmuster wechselwirkenden Welle bewirken.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Bestimmen einer Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts bereitgestellt. Dieses Verfahren umfasst ein Ausführen des Kalibrierverfahrens gemäß einer der vorausgehenden Ausführungs- formen bzw. Ausführungsbeispiele zur Bestimmung der Positionszuordnungsverteilung von Punkten in der Modulebene zu entsprechenden Punkten in der Detektorebene. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Formbestimmungsverfahren ein Anordnen des Prüfmoduls in der Modulebene zur Erzeugung der auf die optische Oberfläche gerichteten Prüfwelle sowie ein Aufzeichnen eines mittels der Prüfwelle erzeugten Prüfinterferogramms.
Gemäß einer Ausführungsform des Formbestimmungsverfahrens wird weiterhin die Form der optischen Oberfläche aus dem Prüfinterferogramm unter Verwendung der Positionszuordnungsverteilung bestimmt. Gemäß einer Ausführungsvariante erfolgt die Bestimmung der Form der optischen Oberfläche weiterhin unter Berücksichtigung einer weiteren Positionszuordnungsverteilung zwischen Punkten auf der optischen Oberfläche des Testobjekts zu Punkten in der Modulebene. Diese weitere Positionszuordnungsverteilung kann insbesondere direkt aus den Designdaten des diffraktiven optischen Prüfmoduls bestimmt werden, wenn sichergestellt ist, dass die Genauigkeit der Herstellung des diffraktiven Strukturmusters des Prüfmoduls sowie die Justage des Testobjekts zum Prüfmodul ausreichend genau erfolgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die vom Prüfmodul erzeugte Prüfwelle eine derart an die Sollform der optischen Oberfläche angepasste rotationssymmetrische Wellenfront auf, dass ihre maximale Abweichung von der Sollform zwischen 100 nm und 10 pm beträgt. Damit ist die Prüfwelle zur Vermessung einer sogenannten Nano-Freiformfläche geeignet.
Mit anderen Worten weist die Wellenfont der Prüfwelle gegenüber der Sollform eine zweidimensionale Abweichungsverteilung auf. Der betragsmäßig maximale Wert der Abweichungsverteilung liegt zwischen 100 nm und 10 pm. Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen beträgt die maximale Abweichung der Wellenfront der Prüfwelle von der Sollform mindestens 200 nm, mindestens 300 nm, mindestens 400 nm oder mindestens 500 nm und höchstens 10 pm, mindestens 5 pm, höchstens 2 pm oder höchstens 1 pm. Die Konfiguration der Wellenfront der Prüfwelle in rotationssymmetrischer Form erlaubt eine Genauigkeitsverbesserung der Formmessung durch Drehmittelung der Messergebnisse. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Prüfmodul ein der Erzeugung der Prüfwelle dienendes diffraktives Prüfmuster sowie Justagestrukturen zur Bestimmung der lateralen Position des Prüfmoduls in der Detektorebene. Mittels der Justagestrukturen lässt sich die mittels des Kalibriermoduls bestimmte Positionszuordnungsverteilung exakt zuordnen. Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst das Kalibriermodul zumindest abschnittsweise jeweils identisch konfigurierte diffraktive Kalibriermuster und die Justagestrukturen werden zumindest teilweise durch das Kalibriermuster des Prüfmoduls gebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umschließt das Kalibriermuster des Prüfmoduls ein der Erzeugung der Prüfwelle dienendes diffraktives Prüfmuster.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen das Prüfmodul und das Kalibriermodul zumindest abschnittsweise jeweils identisch konfigurierte diffraktive Kalibriermuster, wobei das Kalibriermuster des Prüfmoduls eine Aussparung für ein der Erzeugung der Prüfwelle dienendes diffraktives Prüfmuster aufweist. Gemäß einer Ausführungsvariante ist die Aussparung in zumindest einem zentralen Bereich des Kalibriermusters angeordnet.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein optisches Element mit einer optischen Oberfläche bereitgestellt. Dieser optischen Oberfläche ist eine nicht-rotationssymmetrische Sollform zugeordnet, deren maximale Abweichung von einer bestangepassten rotationssymmetrischen Referenzfläche zwischen 100 nm und 100 pm beträgt. Weiterhin beträgt eine maximale Abweichung einer tatsächlichen Form der optischen Oberfläche von der Sollform höchstens 1/1000 der maximalen Abweichung der Sollform von der rotationssymmetrischen Referenzfläche.
In einem beispielhaften Fall etwa, in dem die maximale Abweichung der Sollform von der rotationssymmetrischen Referenzfläche 100 nm ist, beträgt die maximale Abweichung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche von der Sollform höchstens 0,1 nm.
Die maximale Abweichung der Sollform von der bestangepassten rotationssymmetrischen Referenzfläche beträgt in der Regel etwa die Hälfte der Differenz zwischen der größten Erhebung und dem größten Tal (sogenannter Peak-to-Valley-Wert) einer durch Differenzbildung zwischen der Sollform und der rotationssymmetrischen Referenzfläche erlangten zweidimensionalen Verteilung. Unter der bestangepassten rotationssymmetrischen Referenzfläche ist diejenige rotationssymmetrische Fläche zu verstehen, bei der die maximale Abweichung von der Sollform am kleinsten ist.
Analog dazu beträgt die maximale Abweichung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche von der Sollform in der Regel etwa die Hälfte der Differenz zwischen der größten Erhebung und dem größten Tal (Peak-to-Valley-Wert) einer durch Differenzbildung zwischen der tatsächlichen Form und der Sollform erlangten zweidimensionalen Verteilung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt die Untergrenze der maximalen Abweichung der nicht-rotationssymmetrischen Sollform von einer rotationssymmetrischen Referenzfläche mindestens 200 nm, insbesondere mindestens 300 nm oder mindestens 500 nm. Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt die Obergrenze der maximalen Abweichung der nicht-rotationssymmetrischen Sollform von einer rotationssymmetrischen Referenzfläche maximal 50 pm, insbesondere maximal 10 pm oder maximal 1 pm.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Referenzfläche eine rotationssymmetrische Asphäre. Gemäß einer Ausführungsvariante beträgt die Abweichung der rotationssymmetrischen Referenzfläche gegenüber jeder sphärischen Oberfläche mindestens 200 pm, insbesondere mindestens 500 pm.
Das optische Element ist insbesondere für ein abbildendes optisches System für die Mikrolithographie konfiguriert. Das abbildende optische System ist insbesondere ein Projektionsobjektiv einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem optischen Element um eine Nano-Freiformfläche.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die rotationssymmetrische Referenzfläche gegenüber jeder sphärischen Oberfläche eine Abweichung von mindestens 100 pm, insbesondere mindestens 200 pm auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Elements beträgt die maximale Abweichung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche von der Sollform höchstens 1/10000, insbesondere höchstens 1/20000 oder höchstens 1/50000, der maximalen Abweichung der Sollform von der rotationssymmetrischen Referenzfläche.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform beträgt die maximale Abweichung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche von der Sollform höchstens 0,2 nm, insbesondere höchstens 0,1 nm oder höchstens 0,05 nm.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein diffraktives optisches Element mit einem eine gitterförmige Grund Struktur aufweisenden diffraktiven Strukturmuster bereitgestellt. Die gitterförmige Grundstruktur weist eine derartige Modulation auf, dass eine Positionsbestimmung des diffraktiven Strukturmusters anhand eines von einem Detektor aufgezeichneten Interferogramms mit einer Genauigkeit ermöglicht wird, die besser als ein Abstand zwischen zwei benachbarten Pixeln des Detektors ist. Das Interfero- gramm wird durch Überlagerung einer Referenzwelle mit einer über das diffraktive Strukturmuster laufenden Welle erzeugt.
Mit anderen Worten ist die Genauigkeit der Positionsbestimmung besser als die Pixelauflösung des Detektors, d.h. der Genauigkeitswert ist kleiner als die Pixelauflösung des Detektors. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Pixeln kann, je nach Detektor, weniger als 20 pm, weniger als 10 pm, weniger als 5 pm, insbesondere etwa 2 bis 3 pm betragen. Die Überlagerung der Referenzwelle mit der überdas diffraktive Strukturmuster laufenden Welle kann in einer dafür vorgesehenen interfero- metrischen Messvorrichtung, etwa in Gestalt eines Fizeau-Interferometers, erfolgen. Unter der Angabe, dass die sich zur Erzeugung des Interferogramms mit der Referenzwelle überlagernde Welle über das diffraktive Strukturmuster läuft, ist zu verstehen, dass die Welle vor Erzeugung des Interferogramms mit dem diffraktiven Strukturmuster in Wechselwirkung getreten ist, d.h. entweder am diffraktiven Strukturmuster reflektiert wurde oder dieses durchlaufen hat. Insbesondere weist das diffraktive Strukturmuster eine zweidimensional modulierte optische Eigenschaft auf, die der gebeugten Welle aufgeprägt ist und nach Überlagerung mit der Referenzwelle im Interferogramm auf dem Detektor als gitterförmige Phasenmodulation in Erscheinung tritt, anhand der sich die Phasenmodulation bestimmen lässt.
Gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen ist die Modulation derart gestaltet, dass die Positionsbestimmung des diffraktiven Stukturmusters mit einer Genauigkeit ermöglicht wird, die besser als ein Fünftel, besser als ein Zehntel oder besser als ein Zwanzigstel des Abstands zwischen zwei benachbarten Pixeln des Detektors ist.
Durch die Modulation des diffraktiven Strukturmusters wird eine vorbekannte Variation in der Wellenfront der über das diffraktive Strukturmuster laufenden Welle und damit eine entsprechende vorbekannte zweidimensionale Struktur im Interferenzmuster, wie etwa eine Schachbrett-artige erzeugt. Eine derartige Schachbrett-artige Struktur weist jedoch keine Modulation mit, wie der Ausdruck implizieren könnte, konstanten Bereichen und Sprungstellen dazwischen auf. Vielmehr ist der Verlauf der Modulation kontinuierlich mit endlichen Gradienten. Vermittels dieser zweidimensionalen Struktur kann die Auswertung des Interferenzmusters unter Vorkenntnis der aufmodulierten zweidimensionalen Struktur durch geeignete Algorithmen, wie Anfitten oder Faltung, erfolgen und damit die Position des diffraktiven Strukturmusters mit einer die Pixelauflösung des Detektors übersteigenden Auflösung ermittelt werden. Insbesondere weist die vorbekannte Variation in der Wellenfront eine periodische Struktur auf.
Gemäß einer Ausführungsform des diffraktiven optischen Elements, ist die Modulation des diffraktiven Strukturmusters eine Phasenmodulation, d.h. das diffraktive Strukturmuster ist als Phasengitter konfiguriert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Modulation periodisch. Insbesondere ist die Modulation Kosinus-förmig, beispielsweise handelt es sich bei dem diffraktiven Strukturmuster um ein zweimal Kosinus-moduliertes Phasengitter. Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. angegebenen Merkmale 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 eine Ausführungsform einer Messvorrichtung zur interferometrischen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche eines Testobjekts mit einem in einer Modulebene angeordneten diffraktiven optischen Prüfmodul zur Erzeugung einer auf die optische Oberfläche eingestrahlten Prüfwelle,
Fig. 2 die Messvorrichtung gemäß Fig. 1 bei Durchführung eines Kalibrierverfahrens, bei dem anstelle des Prüfmoduls ein Kalibriermodul in der Modulebene angeordnet wird,
Fig. 3 eine Veranschaulichung einer optischen Oberfläche eines Testobjekts sowie von Soll- und Referenzflächen, welche der optischen Oberfläche zugeordnet sind, sowie
Fig. 4 eine Veranschaulichung des Datenflusses gemäß einer Ausführungsform der Vermessung der optischen Oberfläche in Gestalt einer Nano-Freiformfläche. 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-Koordi- natensystem 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 einer Messvorrichtung 10 zur interferometri- schen Bestimmung der Form einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Mit der Messvorrichtung 10 lässt sich insbesondere eine Abweichung der tatsächlichen Form der Oberfläche 12 von einer Sollform bestimmen. Als zu vermessende Oberfläche 12 kann beispielsweise eine nicht-sphärische Oberfläche vorgesehen sein.
Die Messvorrichtung 10 ist insbesondere zur Vermessung einer Oberfläche 12 eines Spiegels eines Projektionsobjektivs für die Mikrolithographie geeignet. Diese Oberfläche 12 kann 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 o- der etwa 6,8 nm konfiguriert sein. Die nicht-sphärische Oberfläche des Spiegels kann eine z.B. eine sogenannte „Nano-Freiformoberfläche“ sein.
In Fig. 3 ist die in Fig. 1 gezeigte optische Oberfläche 12 in Gestalt einer derartigen „Nano-Freiformoberfläche“ näher dargestellt. Der optischen Oberfläche 12 ist eine Sollform 60 zugeordnet, welche von einer bestangepassten rotationssymmetrischen Referenzfläche 64 eine sogenannte Freiformabweichungsverteilung h(x,y) aufweist, deren maximaler Wert Di zwischen 100 nm und 100 pm, insbesondere zwischen 100 nm und 10 pm, beträgt. In Fig. 3 ist beispielhaft eine derartige Abweichung 68 der Sollform 60 von der bestangepassten rotationssymmetrischen Referenzfläche 64 mit einem Abweichungswert von Di eingezeichnet. Diese stellt in der vorliegenden Veranschaulichung die größte Abweichung der Sollform 60 von der Referenzfläche 64 dar, d.h. die genannte maximale Abweichung beträgt Di. Unter der bestangepassten rotationssymmetrischen Referenzfläche 64 kann gemäß einer Ausführungsvariante diejenige rotationssymmetrische Fläche verstanden werden, bei der die maximale Abweichung Di von der Sollform 60 am kleinsten ist. Alternativ kann die bestange- passte rotationssymmetrische Referenzfläche 64 auch durch Minimierung des quadratischen Mittels - auch RMS (englisch „Root Mean Square“) bezeichnet - der Abweichung Di ( < lA 2 >) oder durch Minimierung der mittleren Abweichung <|Di|> bestimmt werden.
Die tatsächliche Form der optischen Oberfläche 12 wiederum weist typischerweise aufgrund von Fertigungsfehlern Abweichungen von der Sollform 60 auf. Eine derartige Abweichung 62 ist beispielhaft in Fig. 3 eingezeichnet. Dabei repräsentiert die Abweichung 62 eine maximale Abweichung mit dem Wert d der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche 12 von der Sollform 60. Hierbei ist zu beachten, dass die Abweichung 62 zwar in Fig. 3 zu Veranschaulichungszwecken mit einer ähnlich großen Auslenkung wie die Abweichung 68 dargestellt ist, in der Realität jedoch d typischerweise wesentlich kleiner als Di ist. Beispielsweise kann d etwa 0,2 nm betragen, insbesondere etwa 0,05 nm. Daher kann eine „Nano-Freiformfläche“ auch dadurch definiert werden, dass ihre tatsächliche Form 12 eine maximale Abweichung von ihrer bestangepassten rotationssymmetrischen Referenzfläche 60 zwischen 100 nm und 10 pm aufweist.
Die rotationssymmetrische Referenzfläche 64 kann durch einen Mindestwert D2 für ihre maximale Abweichung 72 von einer bestangepassten sphärischen Oberfläche 70 spezifiziert werden. Unter der bestangepassten sphärischen Oberfläche ist diejenige Sphäre zu verstehen, bei der die maximale Abweichung von der rotationssymmetrischen Referenzfläche 60 am geringsten ist. Die Spezifizierung der maximalen Abweichung durch den Mindestwert D2 kann daher auch auf die maximale Abweichung 72 von jeder beliebigen sphärischen Oberfläche bezogen werden, d.h. indem vorgegeben wird, dass die rotationssymmetrische Referenzfläche 60 gegenüber jeder sphärischen Oberfläche eine Abweichung von mindestens D2 aufweist. Gemäß einer Ausführungsform kann D2 auch etwa 0 pm betragen, in diesem Fall ist die rota- tionssymmetrische Referenzfläche 64 eine Sphäre.
Die in Fig. 1 dargestellte Messvorrichtung 10 umfasst eine Lichtquelle 16 zum Bereitstellen einer ausreichend kohärenten Messstrahlung als Eingangswelle 18 in Form einer expandierenden Welle. Dabei kann die Lichtquelle 16 beispielsweise einen Laser mit einer strahlaufweitenden Optik aufweisen. Dazu kann beispielsweise ein frequenzverdoppelter 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 Messstrahlung kann aber auch eine andere Wellenlänge im sichtbaren oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung aufweisen. Die Lichtquelle 16 stellt lediglich ein Beispiel einer für die Messanordnung 10 verwendbaren Lichtquelle dar.
Die von der Lichtquelle 16 bereitgestellte Messstrahlung verlässt die Lichtquelle 16 als Eingangswelle 18 mit einer sphärischen Wellenfront und breitet sich divergent aus. Dabei durchläuft die Eingangswelle 18 zunächst einen Strahlteiler 20 und trifft daraufhin auf einen Kollimator 22 zur Wandlung der Wellenfront der Eingangswelle 18 in eine ebene Wellenfront.
Als Nächstes befindet sich im Strahlengang der Eingangswelle 18 ein Referenzelement 24 in Gestalt eines Fizeauelements mit einer Fizeaufläche 26 zur Abspaltung einer Referenzwelle 28 in Reflexion. Die Referenzwelle 28 läuft wieder zurück in Richtung des Kollimators 22 und weist eine ebene Wellenfront 29 auf, wie in Fig. 1 veranschaulicht.
Der das Referenzelement 24 durchlaufende Anteil der Eingangswelle 18 trifft auf ein diffraktives optisches Prüfmodul 30 in Gestalt eines computergenerierten Hologramms (CGH) mit diffraktiven Strukturen 57. Die diffraktiven Strukturen 57 umfassen ein diffraktives Prüfmuster 58 sowie ein in der Umgebung des Prüfmusters 58 angeordnetes diffraktives Justagemuster 59. Das diffraktive Justagemuster 59 kann dabei, wie in Fig. 1 gezeigt, das Prüfmuster 58 umschließen und ringförmig ausgebildet sein. Alternativ kann es auch das Prüfmuster 58 nur teilweise umschließen und etwa die Form eines Ringabschnitts aufweisen. Das diffraktive Prüfmuster 58 kann, wie in Fig. 1 gezeigt, kreisförmig sein oder auch eine andere Form aufweisen. Allgemein kann das Justagemuster 59 derart konfiguriert sein, dass es zumindest in einem zentralen Bereich eine Aussparung für das der Erzeugung der Prüfwelle 34 dienende diffraktive Prüfmuster 58 aufweist. Alternativ kann die Aussparung auch in einem dezentralen Bereich angeordnet sein. Das diffraktive optische Prüfmodul 30 ist in einer Modulebene 32 angeordnet, genauer gesagt ist es derart angeordnet, dass die diffraktiven Strukturen 57 des CGH in der Modulebene 32 liegen.
Das diffraktive Prüfmuster 58 des diffraktiven optischen Prüfmoduls 30 dient dazu, die Wellenfront der Eingangswelle 18 an die in Fig. 3 veranschaulichte Sollform 60 der zu vermessenden optischen Oberfläche 12 anzunähern und damit eine Prüfwelle 34 zu erzeugen. Im oben genannten Fall, in dem die optische Oberfläche 12 als sognannte „Nano-Freiformfläche“ konfiguriert ist, erfolgt eine Anpassung der Wellenfront der Prüfwelle 34 an die rotationssymmetrische Referenzfläche 64, von der gemäß der genannten Ausführungsform die Sollform 60 der optischen Oberfläche 12 zwischen 100 nm und 10 pm abweicht.
Das diffraktive Justagemuster 59 dient dazu, die darauf auftreffende Strahlung der Eingangswelle 18 in Littrow-Reflexion, d.h. in sich selbst zurückzureflektieren. Die dabei erzeugte Welle wird als Justagewelle 74 bezeichnet. Das diffraktive Justagemuster 59 kann beispielsweise als zweidimensional Kosinus-moduliertes Phasengitter konfiguriert sein, wie in Fig. 1 in einer Detailansicht 85 veranschaulicht.
Die Prüfwelle 34 wird an der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14 reflektiert und läuft als zurücklaufende Prüfwelle 34r zum diffraktiven optischen Prüfmodul 30 zurück. Die zurücklaufende Prüfwelle 34r weist dabei eine Wellenfront 35a auf, in die sowohl die Abweichung 62 der optischen Oberfläche 12 von der Sollform 60 als auch die Abweichung 68 der Sollform 60 von der Referenzfläche 64 eingeprägt sind. Nach abermaligem Durchlaufen des diffraktiven optischen Prüfmoduls 30 weist die zurücklaufende Prüfwelle 34r wieder eine ebene Wellenfront auf, in die jedoch ebenfalls die Abweichungen 62 und 68 eingeprägt sind. Nach Durchtritt durch das Referenzelement 24 läuft die Prüfwelle 34r zusammen mit der Referenzwelle 28 zum Strahlteiler 20 zurück. Der Strahlteiler 20 führt die Kombination aus der zurücklaufenden Messwelle 34r und der Referenzwelle 28 aus dem Strahlengang der Eingangswelle 18 heraus. Ferner enthält die Messvorrichtung 10 eine Erfassungseinrichtung 36 mit einer Blende 38, einem Okular 40 und einer Interferometerkamera 42 zum Erfassen eines durch Überlagerung der Prüfwelle 34r mit der Referenzwelle 28 in einer Detektorebene 43 bzw. Erfassungsebene der Interferometerkamera 42 erzeugten Prüfinterferogramms 41.
Aus einem oder mehreren von der Interferometerkamera 42 erfassten Prüfinterfero- grammen 41 bestimmt eine Auswerteeinrichtung 56 der Messvorrichtung 10 die tatsächliche Form der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14. Dazu verfügt die Auswertungseinrichtung 56 über eine geeignete Datenverarbeitungseinheit und verwendet entsprechende, dem Fachmann bekannte Berechnungsverfahren. Erfindungsgemäß verwendet die Auswerteeinrichtung 56 bei der Auswertung der Inter- ferogramme eine, nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläuterte, mittels eines Kalibiermoduls 44 ermittelte Positionszuordnungsverteilung T2 (vgl. Bezugszeichen 46) von Punkten 52 in der Modulebene 32 zu entsprechenden Punkten 54 in der Detektorebene 43 sowie insbesondere eine weitere Positionszuordnungsverteilung Ti (vgl. Bezugszeichen 48) von Punkten 50 auf der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 zu entsprechenden Punkten 52 in der Modulebene 32. Ein Ausführungsbeispiel der in der Auswerteeinrichtung 56 erfolgenden Auswertung eines oder mehrerer der Prüfinterferogramme 41 zur Bestimmung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche 12 ist nachstehend unter Bezugnahme auf die vierte Prozessphase P4 in Fig. 4 beschrieben.
Alternativ oder zusätzlich kann die Messvorrichtung 10 einen Datenspeicher oder eine Schnittstelle zu einem Netzwerk enthalten, um eine Bestimmung der Oberflächenform mittels des oder der gespeicherten bzw. über das Netzwerk übertragenen Prüfinterferogramme 41 durch eine externe Auswertungseinheit zu ermöglichen.
Mittels der Kombination der Positionszuordnungsverteilungen Ti und T2 werden die jeweiligen Positionen der Punkte 50, welche rasterartig über die Oberfläche 12 des Testobjekts 14 verteilt sind, denjenigen Positionen auf der Detektorebene 43, auf welche die Punkte 50 im in Fig. 1 veranschaulichten Messbetrieb der Messvorrichtung 10 abgebildet werden, zugeordnet. Die entsprechenden Positionen in der Detektorebene 43 werden durch die vorstehend erwähnten Punkte 54 gekennzeichnet. Die Positionszuordnungsverteilung Ti gibt dabei die Zuordnung der Punkte 50 auf der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 zu den entsprechenden Punkten 52 in der Modulebene 32 an, während die Positionszuordnungsverteilung T2 wiederum die Zuordnung der Punkte 52 zu den entsprechenden Punkten 54 in der Detektorebene 43 angibt.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Positionszuordnungsverteilung Ti mittels eines Optikdesignmodells direkt aus den Designdaten des diffraktiven optischen Prüf- modules 30 bestimmt. Dabei wird zunächst sichergestellt, dass die Genauigkeit der Herstellung des diffraktiven Prüfmusters 58 sowie die Justage des Testobjekts 14 zum Prüfmodul 30 ausreichend genau erfolgt. Die Positionszuordnungsverteilung Ti kann extern berechnet werden und, wie in Fig. 1 veranschaulicht, der Auswerteeinrichtung 56 übermittelt werden. Alternativ kann die Positionszuordnungsverteilung Ti auch direkt von der Auswerteeinrichtung 56 aus den Designdaten des Prüfmusters 58 berechnet werden.
Die Positionszuordnungsverteilung T2 spiegelt laterale Abbildungsfehler wieder, welche durch die Justage der Lichtquelle sowie die zwischen der Modulebene 32 und der Detektorebene 43 angeordnete Optik, d.h. im vorliegenden Fall durch den Kollimator 22, den Strahlteiler 20 und das Okular 40, erzeugt werden. Diese lateralen Abbildungsfehler können Abbildungsmaßstab, Orthogonalität und als Verzeichnung be- zeichnete weitere Ordnungen lateraler Abbildungsfehler umfassen. Zur Veranschaulichung weist die Anordnung der in Fig. 1 dargestellten Punkte 54 in der Detektorebene 43 gegenüber den in einem gleichmäßigen Raster in der Modulebene 32 angeordneten Punkten 52 eine Verzeichnung auf. Wie vorstehend bereits erwähnt, wird die Positionszuordnungsverteilung T2 durch Vermessung mittels des Kalibriermoduls 44 ermittelt.
Im dem ringfömigen Justagemuster 59 entsprechenden Randbereich des Prüfinter- ferogramms 41 erfolgt eine Überlagerung der Justagewelle 74 mit der Referenzwelle 28. Die in diesem Bereich des Prüfinterferogramms 41 enthaltene Information kann einerseits verwendet werden, um das Prüfmodul 30 vor der Erfassung des bzw. der zur Bestimmung der Form der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 dienenden Prüfin- terferogramme 41 in der Modulebene 32 entsprechend der bei der Ermittlung der Positionszuordnungsverteilung T2 vorliegenden Positionierung des Kalibriermoduls 44 zu justieren. Andererseits kann die in dem Randbereich des Prüfinterferogramms 41 enthaltene Information auch verwendet werden, um die mittels des Kalibriermoduls 44 ermittelte Positionszuordnungsverteilung T2 rechnerisch an die Positionierung des Prüfmoduls 30, welche bei der Erfassung des bzw. der Prüfinterferogramme 41 zur Bestimmung der Form der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 vorliegt, anzupassen.
Zur Ermittlung der Positionszuordnungsverteilung T2 wird in der Messvorrichtung 10 gemäß Fig. 1 das Kalibriermodul 44 anstelle des Prüfmoduls 30 in der Modulebene 32 angeordnet, so dass sich die in Fig. 2 dargestellte Anordnung ergibt. Das Kalibiermodul 44 ist, wie das optische Prüfmodul 30, als computergeneriertes Hologramm (CGH) konfiguriert und umfasst diffraktive Strukturen 82 in Gestalt eines diffraktiven Strukturmusters, welches nachstehend auch als diffraktives Kalibriermuster 84 bezeichnet wird. Das diffraktive Kalibriermuster 84 ist in der vorliegenden Ausführungsform vollflächig überden gesamten Strahlquerschnitt der Eingangswelle 18 in Gestalt eines Littrow-Gitters mit einer zweidimensionalen Phasenmodulation ausgeführt. In Fig. 2 ist in einer Detailansicht 85 des Kalibriermusters eine Ausführungsform der Phasenmodulation in Gestalt eines zweidimensionalen Kosinusgitters dargestellt.
Mit anderen Worten umfasst das Kalibriermuster 84 ein diffraktives Strukturmuster, welches eine gitterförmige Grundstruktur aufweist, wobei die gitterförmige Grundstruktur wiederum eine Phasenmodulation aufweist. Die Phasenmodulation ist derart konfiguriert, dass eine Positionsbestimmung des diffraktiven Strukturmusters in der Modulebene 32 anhand eines von der Interferometerkamera 42, auch Detektor bezeichnet, aufgezeichneten Interferogramms, nachstehend auch Kalibrierinterfero- gramm 88 bezeichnet, mit einer Genauigkeit ermöglicht wird, die besser als ein Abstand zwischen benachbarten Pixeln des Detektors ist. Damit ist die Genauigkeit der Positionsbestimmung besser als die Pixelauflösung des Detektors. Gemäß weiterer Ausführungsformen ist die Genauigkeit besser als ein Fünftel, besser als ein Zehntel oder besser als ein Zwanzigstel des Abstands zwischen zwei benachbarten Pixeln des Detektors.
Durch die Modulation des diffraktiven Strukturmusters des Kalibriermusters 84 wird eine vorbekannte Variation in der Wellenfront der über das diffraktive Strukturmuster laufenden Welle, d.h. der Kalibrierwelle 80 erzeugt, welche am Kalibriermuster 84 durch in sich selbst Zurückreflexion der Eingangswelle 18 unter Aufprägung einer vorbekannten zweidimensionalen Phasensignatur 86 erzeugt wird. Die aufgeprägte zweidimensionale Phasensignatur 86 kann, wie in Fig. 2 dargestellt, z.B. eine Schachbrett-artige Struktur aufweisen. Eine derartige Schachbrett-artige Struktur weist jedoch keine Modulation mit, wie der Ausdruck implizieren könnte, konstanten Bereichen und Sprungstellen dazwischen auf. Vielmehr ist der Verlauf der Modulation kontinuierlich mit endlichen Gradienten. So kann die Struktur insbesondere einem zweimal Kosinus-modulierten Phasengitter angenähert sein. Damit wird eine entsprechende zweidimensionale Struktur im von der Interferometerkamera 42 aufgezeichneten Kalibrierinterferogramm erzeugt. Diese zweidimensionale Struktur kann beim Auswerten des Interferenzmusters durch geeignete Algorithmen angefittet werden. Aufgrund der Vorkenntnis der zweidimensionalen Struktur kann daraus die Position des diffraktiven Strukturmusters mit der vorstehend genannten, die Pixelauflösung des Detektors übersteigenden, Auflösung erfolgen.
Mit anderen Worten ist das diffraktive Kalibriermuster 84 als Phasengitter zur in sich selbst Zurückreflexion der Eingangswelle 18 unter Aufprägung einer zweidimensionalen Phasensignatur 86 konfiguriert. Alternativ kann das diffraktive Kalibriermuster 84 auch als moduliertes Intensitätsgitter konfiguriert sein. Durch die Littrow-Reflexion der Eingangswelle am diffraktiven Kalibriermuster 84 wird eine sogenannte Kalibierwelle 80 erzeugt.
Zum Beispiel bei Verwendung hochpräziser Elektronenstrahlschreiber zur Herstellung des Kalibriermusters 84 kann die laterale Positionierung der die Modulation bewirkenden Strukturelemente auf dem Kalibriermodul 44 mit einer hohen Genauigkeit erfolgen. Die Genauigkeit kann bei Durchführung einer Korrektur von Maßstab und Orthogonalität, die über eine separate Messung des Placements mit in der Lithographie-Maskenherstellung üblichen Geräten ermittelt werden können, besser als 100 nm sein. Damit stellt das Kalibriermuster 84 einen präzisen Maßstab in der Modulebene 32 dar. Dieser Maßstab wird nun durch Auswertung einer oder mehrerer durch Überlagerung der Kalibrierwelle 80 mit der durch Reflexion an der Fizeaufläche 26 erzeugten Referenzwelle 28 in der Detektorebene 43 erzeugten Kalibrierinterfero- g ramme 88 mit einer hohen Präzision vermessen. Die Auswertung erfolgt in einer Auswerteeinrichtung 90 durch Vermessung der Position der Berge und Täler des entsprechenden Kalibrierinterferogramms 88 und durch entsprechende Zuordnung zu den entsprechenden Strukturelementen des Kalibriermusters 84. Das Ergebnis dieser Auswertung ist dann die Positionszuordnungsverteilung T2.
Die Positionszuordnungsverteilung T2 weist vorzugsweise eine Genauigkeit auf, welche höher ist als die Auflösung der Interferometerkamera. Mit anderen Worten ermöglicht die Positionszuordnungsverteilung T2 eine, bezogen auf die Pixelauflösung der Interferometerkamera 42, subpixelgenaue Positionszuordnung Koordinaten des Prüfmoduls 30 in Kamerakoordinaten.
Gemäß einer Ausführungsform ist das ringförmige Justagemuster 59 des diffraktiven optischen Prüfmoduls 30 analog zum Kalibriermuster 85 konfiguriert, d.h. das Justagemuster 59 weist ebenfalls eine Phasenmodulation zur hochgenauen Positionsbestimmung auf. Gemäß einer Ausführungsvariante ist das Justagemuster 59 strukturell identisch zum Kalibriermuster 85 des Kalibriermoduls 44 ausgeführt, d.h. beide Muster umfassen beispielsweise identische zweidimensional Kosinus-modulierte Phasengitter. Vorzugsweise entspricht damit der Randbereich des Kalibriermusters 85 des Kalibriermoduls 44 identisch dem ringförmigen Justagemuster 59 des Prüfmoduls 30. Damit kann das Prüfmodul 30 an exakt die identische laterale Position in der Modulebene 32 gesetzt werden. Die laterale Zuordnung zwischen Positionen in der Detektorebene 43 und der Modulebene 32 aus der Messung mit dem Kalibriermodul 44 ist demnach auch bei der Messung mit dem Prüfmodul 30 gültig.
Fig. 4 veranschaulicht den Datenfluss gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vermessung der optischen Oberfläche 12 in Gestalt einer Nano-Frei- formfläche. In einer ersten Prozessphase P1 wird mittels eines Optikdesignmodells aus den Designdaten des diffraktiven Prüfmusters 58 des Prüfmoduls 30 die Positi- onszuordnungsverteilung Ti bezüglich der Zuordnung der Punkte 50 auf der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 zu den entsprechenden Punkten 52 in der Modulebene 32 bestimmt. Weiterhin wird die mit dem Bezugszeichen 92 bezeichnete Freiformabweichungsverteilung h(x,y), welche - wie bereits vorstehend erwähnt - die Abweichung der Sollform 60 von der rotationssymmetrischen Referenzfläche 64 angibt, aus den dem Design des diffraktiven Prüfmusters 58 zugrundeliegenden Vorgaben bestimmt. In einer zweiten Prozessphase P2 wird mittels der Messvorrichtung 10 unter Anordnung des Kalibriermoduls 44 in der Modulebene 32 gemäß Fig. 2 die Positionszuordnungsverteilung T2 bezüglich der Zuordnung der Punkte 52 in der Modulebene 32 zu den entsprechenden Punkten 54 auf der in der Detektorebene 43 angeordneten Interferometerkamera 42 bestimmt.
In einer dritten Prozessphase P3 wird die Oberfläche 12 des Testobjekts 14 mittels der Messvorrichtung 10 unter Anordnung des Prüfmoduls 30 in der Modulebene 32 gemäß Fig. 1 vermessen. Die dabei aus dem oder den von der Interferometerkamera 42 aufgezeichneten Prüfinterferogrammen 41 entnommenen Messdaten 92 in Kamerakoordinaten werden daraufhin in einer vierten Prozessphase P4 in der Auswerteeinrichtung 56 ausgewertet. Dabei werden die Messdaten 93 mittels der inversen Positionszuordnungsverteilung (Ti) 1 in die Modulebene 32 und mittels der inversen Positionszuordnungsverteilung (T2) 1 ins Koordinatensystem der Oberfläche 12 zurückgerechnet. Das Zurückrechnen der Messdaten 93 in die Modulebene 32 sowie ins Koordinatensystem der Oberfläche 12 kann sequentiell erfolgen. Alternativ kann auch ein Modell der Gesamtverzeichnung aufgebaut werden, das auch die Designverzeichnung Ti enthält, und über die Verzeichnungsmessung verbleibende Modellparameter bestimmt werden, die dann Anteile berücksichtigen, welche im Rahmen der Gesamtverzeichnung sowohl vor als auch nach der Designverzeichnung Ti auftauchen können.
Daraufhin wird die Freiformabweichungsverteilung h(x,y) abgezogen und damit die Formabweichung 94 der optischen Oberfläche 12 von der Sollform 60 ermittelt. Die Formabweichung 94 stellen Bearbeitungsdaten in Prüflingskoordinaten dar, die nun für eine Nachbearbeitung der optischen Oberfläche 12 an eine Bearbeitungsmaschine 96 übermittelt werden können. Die tatsächliche Form der optischen Oberfläche 12 wiederum kann durch Addition der Formabweichung 94 zur Sollform 60 ermittelt werden. Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten 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 Testobjekt
16 Lichtquelle
18 Eingangswelle
20 Strahlteiler
22 Kollimator 24 Referenzelement
26 Fizeaufläche
28 Referenzwelle
29 Wellenfront der Referenzwelle
30 diffraktives optisches Prüfmodul 32 Modulebene
34 Prüfwelle
34r zurücklaufende Prüfwelle
35a Wellenfront der zurücklaufenden Prüfwelle
35b Wellenfront der zurücklaufenden Prüfwelle 36 Erfassungseinrichtung
38 Blende
40 Okular
41 Prüfinterferogramm
42 Interferometerkamera 43 Detektorebene
44 Kalibriermodul
46 Positionszuordnungsverteilung
48 weitere Positionszuordnungsverteilung
50 Punkte auf der Oberfläche des Testobjekts 52 Punkte auf der Modulebene
54 Punkte in der Detektorebene
56 Auswerteeinrichtung
57 diffraktive Strukturen
58 diffraktives Prüfmuster 59 Justagemuster
60 Sollform
62 Abweichung von Sollform 64 rotationssymmetrische Referenzfläche 66 Symmetrieachse
68 Abweichung von Referenzfläche 70 bestangepasste sphärische Oberfläche
72 maximale Abweichung von sphärischer Oberfläche
74 Justagewelle 80 Kalibrierwelle
82 diffraktive Strukturen
84 diffraktives Kalibriermuster
85 Detailansicht des Kalibriermusters
86 Phasensignatur 88 Kalibrierinterferogramm
90 Auswerteeinrichtung
92 Freiformabweichungsverteilung h(x,y)
93 Messdaten in Kamerakoordinaten
94 Formabweichung 96 Bearbeitungsmaschine

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Kalibrieren einer Messvorrichtung (10) zur interferometrischen Bestimmung einer Form einer optischen Oberfläche (12) eines Testobjekts (14), wobei die Messvorrichtung eine Modulebene (32) zum Anordnen eines diffraktiven optischen Prüfmoduls (30) umfasst, welches zur Erzeugung einer auf die optische Oberfläche gerichteten Prüfwelle (34) mit einer zumindest näherungsweise an eine Sollform (60) der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront konfiguriert ist, mit den Schritten:
- Anordnen eines diffraktiven optischen Kalibriermoduls (44) in der Modulebene zur Erzeugung einer Kalibrierwelle (80),
- Erfassen eines mittels der Kalibrierwelle in einer Detektorebene (43) der Messvorrichtung erzeugten Kalibrierinterferogramms (88), sowie
- Bestimmen einer Positionszuordnungsverteilung (46) von Punkten (52) in der Modulebene zu entsprechenden Punkten (54) in der Detektorebene aus dem erfassen Kalibrierinterferogramm.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem durch die Bestimmung der Positionszuordnungsverteilung eine Verzeichnung einer zwischen der Modulebene und der Detektorebene angeordneten Optik (22, 20, 40) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Kalibriermodul ein diffraktives Strukturmuster (84) mit einer vorbekannten Konfiguration aufweist und bei der Bestimmung der Positionszuordnungsverteilung (46) die vorbekannte Konfiguration verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das diffraktive Strukturmuster des Kalibriermoduls eine zweidimensional modulierte optische Eigenschaft umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die zweidimensional modulierte optische Eigenschaft eine Phasenmodulation in einer mit dem diffraktiven Strukturmuster (84) wechselwirkenden Welle (18) bewirkt.
6. Verfahren zum Bestimmen einer Form einer optischen Oberfläche (12) eines Testobjekts (14) mit den Schritten:
- Ausfuhren des Kalibrierverfahrens gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche zur Bestimmung der Positionszuordnungsverteilung (46) von Punkten (52) in der Modulebene (32) zu entsprechenden Punkten (54) in der Detektorebene (43),
- Anordnen des Prüfmoduls (30) in der Modulebene zur Erzeugung der auf die optische Oberfläche gerichteten Prüfwelle (34), sowie
- Aufzeichnen eines mittels der Prüfwelle erzeugten Prüfinterferogramms (41 ).
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem weiterhin die Form der optischen Oberfläche (12) aus dem Prüfinterfero- gramm (41) unter Verwendung der Positionszuordnungsverteilung (46) bestimmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem bei die Bestimmung der Form der optischen Oberfläche weiterhin unter Berücksichtigung einer Positionszuordnungsverteilung (48) zwischen Punkten (50) auf der optischen Oberfläche (12) des Testobjekts zu Punkten (52) in der Modulebene (32) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die vom Prüfmodul erzeugte Prüfwelle (34) eine derart an die Sollform (60) der optischen Oberfläche angepasste rotationssymmetrische Wellenfront aufweist, dass ihre maximale Abweichung von der Sollform zwischen 100 nm und 10 pm beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem das Prüfmodul ein der Erzeugung der Prüfwelle dienendes diffraktives Prüfmuster sowie Justagestrukturen zur Bestimmung der lateralen Position des Prüfmoduls in der Detektorebene umfasst.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Kalibriermodul zumindest abschnittsweise jeweils identisch konfigurierte diffraktive Kalibriermuster (59, 84) umfasst und die Justagestrukturen zumindest teilweise durch das Kalibriermuster des Prüfmoduls gebildet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 bei dem das Kalibriermuster (59) des Prüfmoduls ein der Erzeugung der Prüfwelle dienendes diffraktives Prüfmuster (58) umschließt.
13. Optisches Element (14) mit einer optischen Oberfläche (12), bei dem der optischen Oberfläche eine nicht-rotationssymmetrische Sollform (60) zugeordnet ist, deren maximale Abweichung von einer bestangepassten rotationssymmetrischen Referenzfläche (64) zwischen 100 nm und 100 pm beträgt und bei dem eine maximale Abweichung einer tatsächlichen Form der optischen Oberfläche von der Sollform höchstens 1/1000 der maximalen Abweichung der Sollform von der rotationssymmetrischen Referenzfläche beträgt .
14. Optisches Element nach Anspruch 13, bei dem die rotationssymmetrische Referenzfläche (64) gegenüber jeder sphärischen Oberfläche (70) eine Abweichung von mindestens 100 pm aufweist.
15. Optisches Element nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die maximale Abweichung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche von der Sollform höchstens 1/10000 der maximalen Abweichung der Sollform von der rotationssymmetrischen Referenzfläche beträgt.
16. Optisches Element nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem die maximale Abweichung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche von der Sollform höchstens 0,2 nm beträgt.
17. Diffraktives optisches Element (30, 44) mit einem eine gitterförmige Grund Struktur aufweisenden diffraktiven Strukturmuster (59, 84), welche eine derartige Modulation aufweist, dass eine Positionsbestimmung des diffraktiven Strukturmusters anhand eines von einem Detektor (42) aufgezeichneten Interferogramms mit einer Genauigkeit ermöglicht wird, die besser als ein Abstand zwischen zwei benachbarten Pixeln des Detektors ist, wobei das Interferogramm durch Überlagerung einer Referenzwelle (28) mit einer über das diffraktive Strukturmuster laufenden Welle (34r, 80) erzeugt wird.
18. Diffraktives optisches Element nach Anspruch 17, bei dem die Modulation derart gestaltet ist, dass die Positionsbestimmung des dif- fraktiven Strukturmusters mit einer Genauigkeit ermöglicht wird, die besser als ein Zehntel des Abstands zwischen zwei benachbarten Pixels des Detektors (42) ist.
19. Diffraktives optisches Element nach Anspruch 17 oder 18, bei dem die Modulation des diffraktiven Strukturmusters eine Phasenmodulation ist.
20. Diffraktives optisches Element nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem die Modulation periodisch ist.
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