WO2021228723A1 - Method for interferometrically measuring a shape of a surface - Google Patents

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WO2021228723A1
WO2021228723A1 PCT/EP2021/062216 EP2021062216W WO2021228723A1 WO 2021228723 A1 WO2021228723 A1 WO 2021228723A1 EP 2021062216 W EP2021062216 W EP 2021062216W WO 2021228723 A1 WO2021228723 A1 WO 2021228723A1
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calibration
wave
sphere
waves
test
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PCT/EP2021/062216
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Sebastian Fuchs
Jochen Hetzler
Hans Michael STIEPAN
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method and a measuring device for interferometric measurement of a shape of a surface of a test object.
  • the diffractive optical element is designed, for example, as a computer-generated hologram (CGH) and configured in such a way that it generates a test wave with a wave front that is adapted to the desired shape of the surface.
  • CGH computer-generated hologram
  • Diffractive structures required for this can be determined by a computer-aided simulation of the measuring device together with the target surface and then produced on a substrate as CGH. By superimposing a reference wave on the test wave reflected from the surface, deviations from the target shape can be determined very precisely.
  • Such a measuring arrangement is conventionally configured as a Fizeau interferometer with a Fizeau element for splitting a light wave into a test wave and a reference wave.
  • the test wave is then transformed by the CGH into a test wave with a wave front adapted to the target shape of the surface to be measured.
  • the test wave reflected from the surface is transformed back by the CGH and, after passing through the Fizeau element again, is superimposed with the reference wave.
  • DE 102018203795 A1 describes a calibration method in which two spherical calibration shafts and calibration mirrors adapted to them are used.
  • the measuring device is very complex, however, since several calibration spheres have to be produced for each test object and integrated in the measurement setup.
  • the aforementioned object can be achieved according to the invention, for example, with a method for interferometric measurement of a shape of an upper surface of a test object with the steps: generating a test wave and at least two calibration waves by means of a diffractive optical element from an input wave, the test wave having a wavefront that is at least partially adapted to a desired shape of the surface of the test object and the calibration waves each have a spherical wavefront, Providing a calibration sphere, sequentially arranging the calibration sphere in a respective beam path of each of the at least two calibration waves and each determination of calibration deviations of the diffractive optical element from the calibration waves after each reflection on the calibration sphere. Furthermore, the method includes an interferometric measurement of the shape of the surface of the test object by means of the test wave, taking into account the determined calibration deviations.
  • a calibration sphere is understood to mean a calibration object with a spherical surface whose radius of curvature is less than 1 km, in particular less than 100 m or less than 10 m.
  • a calibration wave with a spherical wavefront in the sense of this text is understood to mean a wave whose imaginary source point is at most 1 km, in particular at most 100 m or at most 10 m from the diffractive optical element. The imaginary source point corresponds to the center point of a sphere assigned to the spherical wave front.
  • a calibration wave with a spherical wave front is understood to mean a wave which, in the surface area provided for interaction with the calibration sphere, has a maximum deviation from a best-matched sphere of at most 100 nm, in particular of at most 20 nm or at most 5 nm.
  • the calibration waves differ from one another in particular in their direction of propagation.
  • the calibration deviations are determined in particular by interferometric superimposition of the respective reflected calibration wave with a reference wave.
  • the consideration of the determined calibration deviation The interferometric measurement of the surface shape of the test object takes place in particular by correcting the interferometric measurement result on the basis of the calibration deviations.
  • the calibration deviations are determined in particular by superimposing a reference wave with the corresponding calibration wave after reflection on the relevant calibration sphere.
  • the interferometric measurement continues in particular by superimposing the test wave with the reference wave.
  • the calibration sphere is displaced when arranging the same in succession in the respective beam path between different calibration positions.
  • the calibration sphere is initially arranged at a first calibration position in a beam path of the first calibration shaft and then by corresponding displacement at a further calibration position in a beam path of the second calibration shaft.
  • the calibration sphere is moved between different tilt positions when it is arranged one after the other in the respective beam path.
  • a source section is defined for each individual beam of the calibration waves, which extends from the respective center point of a sphere assigned to the wave front of the respective calibration wave to the point of intersection of the individual beam with the diffractive optical element, and the distance between the centers of the spheres of the two Calibration waves have a value which is between 0.1% and 50% of the length of the longest source section of all individual beams of the two calibration waves.
  • the distance between the centers of the spheres of the two calibration waves is between 0.1% and 30%, in particular between 0.1% and 20% of the length of the longest source section of all individual beams of the two calibration waves. This simplifies the calibration using just a single calibration sphere, since the spatial Verschiebebe required for calibration is richly reduced.
  • the term “single beam” refers to the choice of terms used in geometrical optics.
  • the diffractive optical element is configured to generate at least three calibration waves, each with a spherical wave front, and the respective distance between the centers of the spheres of two of the calibration waves has a value which is between 0.1% and 50% of the length of the longest source section of all individual rays of the at least three calibration waves.
  • At least one of the calibration waves is configured as an expanding wave.
  • the center of one of the waves is thus located in front of the sphere assigned to this calibration wave on the input wave side with regard to the diffractive optical element. This means that the diffractive optical element lies between the center point and the calibration sphere.
  • all calibration waves are configured as expanding waves.
  • At least one of the calibration shafts is configured as a converging shaft.
  • the center of one of the wave fronts of the sphere assigned to this calibration wave is on the output shaft side visibly towards the diffractive optical element, i.e. the center is either between the diffractive optical element and the calibration sphere or further away from the diffractive optical element than the calibration sphere arranged in the corresponding calibration position .
  • all calibration waves are configured as converging waves.
  • at least three calibration waves, each with a spherical wave front, are generated by diffraction from the input wave.
  • a calibration wave with a plane wave front is also generated.
  • the test wave is superimposed with a reference wave after interaction with the surface of the test object, the reference wave being split off from the input wave by means of a fish element.
  • the test wave is superimposed with a reference wave after interaction with the surface of the test object, the reference wave being generated from the input wave by means of the diffractive optical element.
  • the reference wave has a planar wavefront and is reflected on a planar reference mirror.
  • the aforementioned object can also be achieved, for example, with a measuring device for interferometric shape measurement of a surface of a test object with a diffractive optical element which is configured to produce a test wave with a wave front that is at least partially adapted to a nominal shape of the surface of the test object by diffraction from an input wave to generate a first calibration wave and at least one second calibration wave.
  • the measuring device comprises a positioning device which is configured to move a calibration sphere between different calibration positions in such a way that the calibration sphere at a first of the calibration positions in a beam path of the first calibration shaft and at another of the calibration positions in a beam path of the second calibration shaft is arranged.
  • the calibration sphere can be displaced in all three spatial directions by means of the positioning device.
  • the positioning device is also configured to tilt the calibration sphere.
  • the positioning device is configured to tilt the calibration sphere in such a way that different tilt positions can be set for the calibration sphere in the various calibration positions. In this way, the size of the calibration sphere required to carry out the calibration in the various calibration positions can be kept small.
  • the measuring device further comprises the calibration sphere.
  • at least one of the calibration waves is configured as a converging wave and a center point of a sphere which is assigned to the wavefront of the calibration wave lies between the diffractive optical element and the calibration sphere arranged at the assigned calibration position.
  • At least one of the calibration waves is configured as a converging wave and the calibration sphere arranged at the assigned calibration position is arranged between the diffractive optical element and a center of a sphere which is assigned to the wavefront of the calibration wave.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a measuring device according to the invention for interferometric shape measurement of an optical surface of a test object with a calibration sphere arranged in two different calibration positions
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a measuring device according to the invention for interferometric shape measurement of an optical surface of a test object with a calibration sphere arranged in two different calibration positions
  • FIG. 3 areas of the calibration sphere illuminated in the various calibration positions with the measuring device according to FIG. 1,
  • FIG. 4 areas of the calibration sphere illuminated in the various calibration positions with the measuring device according to FIG. 2,
  • 5 shows a further embodiment of a measuring device according to the invention for interferometric shape measurement of an optical surface of a test object
  • 6 shows a further embodiment of a measuring device according to the invention for interferometric shape measurement of an optical surface of a test object with a calibration sphere arranged in two different calibration positions
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a measuring device according to the invention for interferometric shape measurement of an optical surface of a test object with a calibration sphere arranged in two different calibration positions
  • FIG. 8 areas of the calibration sphere illuminated in the various calibration positions with the measuring device according to FIG. 6,
  • FIG. 9 areas of the calibration sphere illuminated in the various calibration positions with the measuring device according to FIG. 7,
  • FIG. 10 shows a further embodiment of a measuring device according to the invention for interferometric shape measurement of an optical surface of a test object with a calibration sphere arranged in three different calibration positions, as well as
  • FIG. 11 shows areas of the calibration sphere illuminated in the various calibration positions with the measuring device according to FIG. 10,
  • a Cartesian xyz coordinate system is indicated in the drawing, from which the respective positional relationship of the components shown in the figures results.
  • the x-direction runs perpendicular to the plane of the drawing into this, the z-direction to the right and the y-direction upwards.
  • FIG. 1 illustrates an exemplary embodiment of a measuring device 10 for interferometric shape measurement of an optical surface 12 of a test object 14.
  • a deviation of the actual shape of the surface 12 from a nominal shape can be determined.
  • a mirror of a projection objective for EUV microlithography with a non-spherical surface for reflecting EUV radiation with a wavelength of less than 100 nm, in particular a wavelength of approximately 13.5 nm or approximately 6.8 nm, can be used as the test object 14 , be provided.
  • the non-spherical surface of the mirror can, for example, have a free-form surface with a deviation from each rotationally symmetrical asphere of more than 5 ⁇ m and a deviation from each sphere of at least 1 mm.
  • the measuring device 10 comprises an interferometry module 15, a diffractive optical element 32 and a positioning device 50 for positioning a calibration sphere 52.
  • the interferometry module 15 contains a radiation source 16 for providing a sufficiently coherent measuring radiation 18 in the form of an expanding wave.
  • the radiation source 16 comprises a waveguide 20 with an exit surface at which the expanding wave originates.
  • the waveguide 20 is connected to a Strahlungserzeu generation module 22, for example in the form of a laser.
  • a helium-neon laser with a wavelength of approximately 633 nm can be provided, for example.
  • the measuring radiation 18 can, however, also have a different wavelength have electromagnetic radiation in the visible or invisible wavelength range.
  • the radiation source 16 with the waveguide 20 is just one example of a radiation source 16 that can be used for the measuring device 10.
  • an optical arrangement with lens elements, mirror elements or the like to provide a suitable wave from the measuring radiation 18 can be provided be.
  • the measuring radiation 18 first passes through a beam splitter 24, a collimator 26 and a Fizeau element 28.
  • the collimator 26 converts the expanding wave of the measuring radiation 18 into a plane wave.
  • the Fizeau element 28 has a Fizeau surface 29 on which part of the incoming measurement radiation 18 is reflected as a returning reference wave 30r.
  • the measuring device 10 according to FIG. 1 is thus configured as a Fizeau interferometer.
  • the part of the measuring radiation 18 which has passed through the Fizeau element 28 then hits the diffractive optical element 32 as an input wave 19 Test object 14 to generate.
  • the diffractive optical element 32 of the test optics generates several calibration waves 36, in the present embodiment two calibration waves 36-1 and 36-2 from the incident measurement radiation 18.
  • the calibration waves 36 each have a spherical wave front and different directions of propagation. In the projection onto the plane of the drawing in FIG. 1 (x-z plane), the direction of propagation of the calibration wave 36-1 points slightly to the bottom right and the direction of propagation of the calibration wave 36-2 points slightly to the top right.
  • the calibration shafts 36-1 and 36-2 are assigned virtual original points 38-1 and 38-2, respectively, which each correspond to the center point of a sphere assigned to the wavefront of the respective calibration shaft 36-1 or 36-2.
  • the calibration waves are configured as expanding waves, so that the diffractive optical element 32 is arranged between the virtual origination points 38-1 or 38-2 and the calibration sphere 52.
  • the virtual point of origin 38-1 is arranged in the projection onto the plane of the drawing of FIG. 1 to the right above the point of origin 38-2.
  • the distance d, denoted by reference numeral 37, between the points of origin 38-1 and 38-2 is illustrated in FIG. 1 by means of a double arrow, with the distance between the points of origin 38-1 and 38-2 in three-dimensional space and not in Projection onto the xz plane according to FIG. 1 is to be understood.
  • the diffractive optical element 32 is designed as a complex coded CGFI and comprises a substrate 35 and diffraction structures which are arranged on the diffractive surface 33 of the substrate 35 facing the test object 14. According to the embodiment shown in FIG. 1, the diffraction structures form three diffractive structure patterns superimposed in a plane, specifically one diffractive structure pattern for the test shaft 34 and the two calibration shafts 36-1 and 36-2.
  • the diffractive optical element 32 is therefore also referred to as a triple complex coded computer-generated flologram (CGFI).
  • one of the diffractive structure patterns is configured to generate the test wave 34, which is directed onto the test object 14 and has a wavefront that is at least partially adapted to a desired shape of the optical surface 12.
  • the test wave 34 is reflected on the optical surface 12 of the test object 14 and runs back as a returning test wave 34r to the diffractive optical element 32. Due to the wavefront matched to the nominal shape of the optical surface 12, the test wave 34 strikes the optical surface 12 essentially perpendicularly at every location on the optical surface 12 and is reflected back into itself.
  • the other diffractive structure patterns generate the reference waves 36-1 and 36-2 with the respective spherical wave front.
  • a simply coded CGFI with a diffractive structure or another optical grating can be used instead of the complex coded CGFI.
  • the test wave 34 can be generated for example in a first diffraction order and the calibration waves 36-1 and 36-2 in any other diffraction order on the diffractive structure.
  • test wave 34r returning from the surface 12 passes through the diffractive optical element 32 again and is again deflected in the process.
  • the returning test wave 34r is transformed back into an approximately flat wave, its wavefront exhibiting corresponding deviations from a flat wavefront due to deviations of the surface 12 of the test object from its nominal shape.
  • the measuring device 10 contains a detection device 41 with the aforementioned beam splitter 24 for guiding the combination of the returning test wave 34r and the returning reference wave 30r out of the beam path of the irradiated measurement radiation 18 and an observation unit 47 for detecting an overlay of the test wave 34r with of the reference wave 30r generated interferogram.
  • the returning test wave 34r and the returning reference wave 30r strike the beam splitter 24 as convergent rays and are reflected by the latter in the direction of the observation unit 47. Both convergent beams pass through a diaphragm 42 and an eyepiece 44 of the observation unit 47 and finally hit a two-dimensionally resolving detector 46 of the observation unit 47 Reference wave 30r generated test interferogram.
  • the measuring device 10 comprises an evaluation device 48 for determining the actual shape of the optical surface 12 of the test object 14 from the recorded test interferogram or several recorded test interferograms, taking into account the calibration deviations described in more detail below.
  • the evaluation device has a suitable data ten processing unit and uses corresponding calculation methods known to those skilled in the art.
  • the measuring device 10 can contain a data memory or an interface to a network in order to enable an external evaluation unit to determine the surface shape by means of the interferogram stored or transmitted via the network.
  • the measuring device 10 is operated in a calibration mode. This can take place before or after the above-described interferometric measurement of the optical upper surface 12 of the test object 14.
  • the determination of the calibration deviations enables substrate errors of the substrate 35 and errors resulting from distortion of the diffractive structure patterns arranged on the diffractive surface 33 to be calculated from the surface measurement result.
  • the determination of the calibration deviations enables the measurement errors that occur due to form or profile deviations in the diffractive structure pattern to be reduced.
  • the configuration of the diffractive optical element 32 and the provision of the positioning device 50 for moving the calibration sphere 52 between different calibration positions enables the calibration deviations to be determined using only a single calibration sphere.
  • the calibration sphere 52 used for this purpose can be part of the measuring device 10 and fixedly mounted on the positioning device 50. Alternatively, the calibration sphere 52 can also be removably attached to the positioning device 50, so that a suitable embodiment of the calibration sphere can be used as required.
  • the diffraction structures of the diffractive optical element 32 are configured to generate the calibration waves 36-1 and 36-2 with the properties described in more detail below.
  • the calibration shafts 36-1 and 36-2 are assigned virtual origin points 38-1 and 38-2, respectively.
  • a respective source section 40 is defined for individual rays 39-1 and 39-2. Since the respective source section 40 extends from the corresponding point of origin 38-1 or 38-2 to the respective point of intersection of the respective individual beam 39-1 or 39-2 with the diffractive optical element 32, in particular with the diffractive surface 33 of the diffractive optical element 32.
  • the longest of these source sections is denoted by the reference symbol 40I in FIG. 1 and has the length I which is also denoted by the reference symbol 51.
  • the quotient d / l has a value of about 40%, i.e. the distance d between the virtual points of origin 38-1 and 38-2 is about 40% of the length of the longest source section 40I.
  • the positioning device 50 is configured to move the calibration sphere 52 between different calibration positions in three-dimensional space.
  • the positioning device 50 is set up to move the calibration sphere 52 in three mutually orthogonal degrees of translational freedom 54x (in the x direction), 54y (in the y direction) and 54z (in the z direction).
  • the calibration sphere 52 can be moved from a first calibration position in the beam path of the first calibration shaft 36-1, shown with solid lines, into a second calibration position in the beam path of the second calibration shaft 36-2, shown with broken lines.
  • the calibration sphere 52 is initially arranged in the beam path of the first calibration shaft 36-1.
  • the calibration shaft 36-1 passes through the diffractive optical element 32 after reflection on the calibration sphere 52 and, after reflection on the beam splitter 24, generates a calibration interferogram on the detector 46 by superimposing the reference wave 30r.
  • the evaluation device 48 determines the deviation of the spherical calibration wave 36-1 from its nominal wavefront in the form of an ideal spherical wave.
  • the actual wavefront of the calibration wave 36-1 is thus determined absolutely by means of the calibration sphere 52 in the first calibration position.
  • the deviations of the calibration wave 36-1 from its nominal wavefront are stored as calibration deviations K1.
  • the calibration sphere 52 is then shifted by means of the positioning device 50 into the second calibration position in which the calibration sphere is arranged in the beam path of the second calibration shaft 36-2.
  • a calibration interferogram is recorded, which is generated by superimposing the calibration wave 36-2 after reflection on the calibration sphere 52 with the reference wave 30r.
  • calibration deviations K2 of the calibration shaft 36-2 from its nominal wavefront are determined.
  • the calibration deviations K1 and K2 are taken into account when determining the shape of the optical surface 12 of the test object 14 from the test interferogram (s) recorded.
  • the calibration sphere 52 By arranging the calibration sphere 52 as described above initially in the beam path of the first calibration shaft 36-1 and then pushing the calibration sphere 52 by means of the positioning device 50 into the second calibration position, in which the calibration sphere is arranged in the beam path of the second calibration shaft 36-2 , the calibration sphere is arranged one after the other in a respective beam path of each of the two calibration waves.
  • arranging the calibration sphere one after the other in the respective beam path means arranging the calibration sphere at a first calibration position in a beam path of the first calibration shaft and at a further calibration position in a beam path of the second calibration shaft.
  • FIG. 2 a further exemplary embodiment of a measuring device 10 for interferometric shape measurement of an optical surface 12 of a test object 14 is illustrated.
  • This measuring device differs from the measuring device 1 only in the functioning of the Positioniereinrich device 50 and the size of the calibration sphere 52.
  • Fig. 2 to simplify the drawing, the representation of the test shaft 34 and the test object 14 was omitted ver.
  • the positioning device 50 according to FIG. 2 has, in addition to the degrees of freedom of translation 54x, 54y and 54z, at least one degree of freedom from tilting.
  • this is the degree of freedom of tilt 56x, which defines a tilting movement of the calibration sphere 52 about the tilt axis 58 oriented in the x direction.
  • tilts in the y-direction and / or z-direction can also be provided.
  • the calibration sphere 52 arranged in a first calibration position is shown in solid lines in the beam path of the first calibration shaft 36-1 and the calibration sphere 52 arranged in a second calibration position in the beam path of the second calibration shaft 36-2 in broken lines represents.
  • the calibration sphere 52 is moved from a first tilt position to a second tilt position by tilting relative to the tilt axis 58 by tilting angle a (see FIG. 4) in addition to a corresponding translation movement.
  • the tiltability of the calibration sphere 52 enables the calibration sphere to be designed in a reduced size, as illustrated in FIGS. 3 and 4.
  • 3 shows the illuminated area 60-1 of the calibration sphere 52 in the first calibration position according to FIG. 1 and the area 60-2 of the calibration sphere 52 illuminated in the second calibration position according to FIG Calibration position according to FIG. 2 illuminated area 60-1 of the calibration sphere 52 and the area 60-2 of the calibration sphere illuminated in the second calibration position according to FIG.
  • the calibration sphere 52 according to FIG. 2 or FIG. 4 has a smaller size than the calibration sphere 52 according to FIG. 1 or FIG. 3.
  • the measuring device 10 in the embodiment according to FIG. 2 or FIG. 4 can be made more compact than in the embodiment according to FIG. 1 or FIG. 3.
  • the configuration of the measuring device 10 illustrated in FIG Positioning device 50 with a degree of tilting freedom of 56x can also be used in the embodiments described below with reference to FIGS. 5, 6, 7 and 10.
  • FIG. 6 illustrates a further exemplary embodiment of a measuring device 10 for interferometric shape measurement of an optical surface 12 of a test object 14.
  • This measuring device differs from the measuring device 10 according to FIG. 1 only in the configuration of the diffractive optical element 32 and the size and the radius of curvature of the calibration sphere 52 Test object 14 omitted.
  • the diffractive optical element 32 according to FIG. 6 is configured to generate converging calibration waves 36-1 and 36-2 instead of diverging calibration waves 36-1 and 36-2 as in the embodiment according to FIG Shape of the virtual points of origin 38-1 and 38-2 are arranged between the diffractive optical element 32 and the calibration sphere 52 arranged in one of the calibration positions.
  • the virtual points of origin 38-1 and 38-2 each correspond to the center point of a sphere assigned to the wave front of the respective calibration wave 36-1 or 36-2 after passing through the relevant convergence point.
  • the quotient d / l in the illustrated embodiment has a value of approximately 25%, i.e. the distance d between the virtual points of origin 38-1 and 38-2 is approximately 25% of the length of the longest source section 40I.
  • FIG. 7 a further exemplary embodiment of a measuring device 10 for interferometric shape measurement of an optical surface 12 of a test object 14 is illustrated.
  • This measuring device differs from the measuring device 10 according to FIG. 6 only in the configuration of the diffractive optical element 32 and the size and curvature of the calibration sphere 52.
  • the diffractive optical element 32 according to FIG. 7 is configured to generate the converging calibration waves 36-1 and 36-2 in such a way that the relevant convergence points in the form of the virtual points of origin 38-1 and 38-2 on that side of FIG one of the calibration positions arranged calibrating sphere 52, which is opposite to the diffractive optical element 32, are arranged.
  • the virtual points of origin 38-1 and 38-2 are each further away from the diffractive optical element 32 than the calibration sphere 52 arranged in the corresponding calibration position -1 or 38-2 up to the point of intersection of the respective individual beam 39-1 or 39-2 with the diffractive optical element 32.
  • the individual beams 39-1 and 39-2 are each by means of illustration broken lines 66-1 and 66-2 extended to the corre sponding virtual point of origin 38-1 or 38-2.
  • the quotient d / l has a value of approximately 34%, ie the distance d between the virtual points of origin 38-1 and 38-2 is approximately 34% of the length of the longest of the source sections 40I, denoted by the reference symbol 40I.
  • the respectively illuminated area 60-1 and 60-2 of the calibration sphere 52 of the embodiment according to FIG. 6 is illustrated in the first and second calibration positions.
  • the respectively illuminated area 60-1 and 60-2 of the calibration sphere 52 of the embodiment according to FIG. 7 is illustrated in an analogous manner in the first and second calibration positions.
  • the illuminated areas 60-1 and 60-2 overlap more strongly in the embodiment according to FIG. 6 than in the embodiment according to FIG. 7.
  • the measuring device according to FIG. 7 due to the closer arrangement of the calibration sphere 52 on the diffractive optical element 32 may be made more compact.
  • FIG. 10 A further exemplary embodiment of a measuring device 10 for interferometric shape measurement of an optical surface 12 of a test object 14 is illustrated in FIG. 10.
  • This measuring device differs from the measuring device direction 10 according to FIG. 1 only in the configuration of the diffractive optical element 32 and the size and the radius of curvature of the calibration sphere 52.
  • the test shaft 34 and the test object 14 are not shown to simplify the drawing.
  • the diffractive optical element 32 shown in FIG. 10 is configured to generate three calibration waves 36-1, 36-2 and 36-3.
  • the virtual points of origin 38-1, 38-2 and 38-3 are arranged between the interfe rometriemodul 15 and the diffractive optical element 32 in the embodiment shown.
  • the virtual points of origin 38-1, 38-2 and 38-3 can also be arranged analogously to the embodiments according to FIGS. 6 and 7 on the side opposite the interferometry module 15 with respect to the diffractive optical element 32.
  • the virtual points of origin 38-1 and 38-2 have a distance di2 also denoted by the reference symbol 37-1
  • the virtual points of origin 38-2 and 38-3 also have a distance di2 denoted by the reference symbol 37- 2 and the virtual points of origin 38-1 and 38-3 at a distance di3 from one another, also denoted by the reference symbol 37-3.
  • the longest source section of the calibration shafts 36-1 and 36-2 and of the calibration shafts 36-2 and 36-3 with the length h also identified by the reference number 51-1 is identical and is designated by the reference number 40h.
  • the longest source section 40 of the calibration shafts 36-1 and 36-3 is denoted by the reference symbol 4012 and has the length I2 which is also denoted by the reference symbol 51-2.
  • the quotient d-12 / l ⁇ for the calibration waves 36-1 and 36-2 is about 40%, the quotient d-13/12 for the calibration waves 36-1 and 36-3 is about 49% and the quotient d23 / h for the calibration waves 36-2 and 36-3 about 34%.
  • FIG. 11 the respective areas 60-1, 60-2 and 60-3 illuminated by the calibration shafts 36-1, 36-2 and 36-3 in the different calibration positions on the calibration sphere 52 are illustrated. As can be seen from the figure, they overlap each other adjacent areas 60-1 and 60-2 or 60-2 and 60-3 and areas 60-1 and 60-3.
  • FIG. 5 a further exemplary embodiment of a measuring device 10 for interferometric shape measurement of an optical surface 12 of a test object 14 is illustrated.
  • This measuring device differs from the measuring device 10 according to FIG. 1 only in the configuration for generating the reference wave 30r, which in the embodiment according to FIG. In FIG. 5, in order to simplify the drawing, the test shaft 34 and test object 14 are not shown.
  • the interferometry module 15 in the measuring device 10 according to FIG. 5 does not include a Fizeau element 28. Instead, a reference element 62 designed as a reflective optical element for generating the reference wave 30r is on that side of the diffractive optical Element 32, which is opposite to the interferometer module 15, is provided.
  • the complex coding of the diffractive optical element 32 is provided with a further diffractive structure pattern. This further diffractive structure pattern is used to generate a reference wave 30 from the input wave 19.
  • the reflective optical element 62 is provided with an optically effective surface in the form of a reflection surface 64 for reflecting the reference wave 30 into the returning reference wave 30r.
  • the reference element 62 can also be configured as a lens which, in cooperation with a mirror, generates the returning reference wave 30r.
  • the optically effective surface is understood to mean a lens surface that interacts with the reference shaft 30.
  • the reference element 62 is designed as a flat mirror for back reflection of the reference wave 30 with a flat wavefront.
  • the reference shaft 30 can be a spherical see wave front and the reference element 62 be designed as a spherical mirror.
  • the returning reference wave 30r reflected from the reflection surface of the reflective optical element 32 passes through the diffractive optical element 32 again and is again diffracted in the process.
  • the returning reference wave 30r is transformed back into an approximately flat wave, which corresponds to the wave generated in reflection on the Fizeau element 28 according to FIG. 1.
  • the diffractive optical element 32 thus also serves to superimpose the test wave 34r to be returned or the return reference waves 36-1 and 36-2 with the return reference wave 30r.
  • the configuration of the measuring device 10 illustrated in FIG. 5 with a reflective optical element arranged outside the interferometry module 15 as reference element 62 can also be used in the embodiments described above with reference to FIGS. 6, 7 and 10.
  • one or more further calibration shafts can be provided, of which at least one is configured as plane shafts.

Abstract

A method for interferometrically measuring a shape of a surface (12) of a test object (14) comprises the following steps: generating a test wave (34) and at least two calibration waves (36-1, 36-2) from an input wave (18) by means of a diffractive optical element (32), wherein the test wave has a wavefront that is at least partly adapted to a target shape of the surface of the test object and the calibration waves each have a spherical wavefront, providing a calibration sphere (52), successively arranging the calibration sphere in a respective beam path of each of the at least two calibration waves (36-1, 36-2), and respectively determining calibration deviations of the diffractive optical element from the calibration waves after respective reflection at the calibration sphere, and interferometrically measuring the shape of the surface of the test object by means of the test wave taking account of the calibration deviations determined.

Description

Verfahren zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche Method for interferometric measurement of a shape of a surface
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patent anmeldung 102020205891.1 vom 11. Mai 2020. Die gesamte Offenbarung die ser Patentanmeldung wird durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung auf genommen. The present application claims the priority of the German patent registration 102020205891.1 from May 11, 2020. The entire disclosure of this patent application is incorporated by reference into the present application.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Messvorrichtung zum interferomet rischen Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts. The invention relates to a method and a measuring device for interferometric measurement of a shape of a surface of a test object.
Zur hochgenauen Bestimmung einer Oberflächenform eines Testobjekts, wie bei spielsweise einer asphärischen Fläche oder einer Freiformfläche eines optischen Elements für die Mikrolithographie, sind interferometrische Messanordnungen mit einem diffraktiven optischen Element bekannt. Das diffraktive optische Element ist zum Beispiel als computergeneriertes Hologramm (CGH) ausgebildet und derart konfiguriert, dass es eine Prüfwelle mit einer an die Sollform der Oberfläche an gepassten Wellenfront erzeugt. Hierfür notwendige diffraktive Strukturen können durch eine rechnergestützte Simulation der Messvorrichtung zusammen mit der Solloberfläche ermittelt und anschließend auf einem Substrat als CGH hergestellt werden. Durch eine Überlagerung der von der Oberfläche reflektierten Prüfwelle mit einer Referenzwelle lassen sich Abweichungen von der Sollform sehr genau bestimmen. For the highly precise determination of a surface shape of a test object, such as an aspherical surface or a free-form surface of an optical element for microlithography, interferometric measuring arrangements with a diffractive optical element are known. The diffractive optical element is designed, for example, as a computer-generated hologram (CGH) and configured in such a way that it generates a test wave with a wave front that is adapted to the desired shape of the surface. Diffractive structures required for this can be determined by a computer-aided simulation of the measuring device together with the target surface and then produced on a substrate as CGH. By superimposing a reference wave on the test wave reflected from the surface, deviations from the target shape can be determined very precisely.
Herkömmlicherweise wird eine solche Messanordnung als Fizeau-Interferometer mit einem Fizeau-Element zum Aufteilen einer Lichtwelle in eine Prüfwelle und eine Referenzwelle konfiguriert. Die Prüfwelle wird anschließend von dem CGH in eine Prüfwelle mit einer an die Sollform der zu vermessenden Oberfläche ange passten Wellenfront transformiert. Die von der Oberfläche reflektierte Prüfwelle wird von dem CGH zurücktransformiert und nach erneutem Durchlaufen des Fizeau-Elements mit der Referenzwelle überlagert. Such a measuring arrangement is conventionally configured as a Fizeau interferometer with a Fizeau element for splitting a light wave into a test wave and a reference wave. The test wave is then transformed by the CGH into a test wave with a wave front adapted to the target shape of the surface to be measured. The test wave reflected from the surface is transformed back by the CGH and, after passing through the Fizeau element again, is superimposed with the reference wave.
Bei einer Bestimmung der Oberflächenform können bekannte Fehler des CGFIs, wie beispielsweise Störungen der CGFI-Oberfläche, sogenannte Substratfehler, oder infolge von Verzeichnungen der CG Fl -Strukturen resultierende Fehler be rücksichtigt und heraus gerechnet werden. Entscheidend für die Genauigkeit der Oberflächenvermessung ist somit eine möglichst genaue Kalibrierung der Mess vorrichtung. Dazu werden bei bekannten Messvorrichtungen Interferogramme von einem oder mehreren Kalibrierspiegeln ausgewertet, um Störungen durch Justa ge- oder Passefehler in der Messanordnung von dem eigentlichen Messsignal zu trennen. When determining the surface shape, known errors of the CGFI, such as disturbances of the CGFI surface, so-called substrate errors, or errors resulting from distortions of the CGFI structures can be taken into account and calculated out. The most accurate possible calibration of the measuring device is therefore decisive for the accuracy of the surface measurement. For this purpose, in known measuring devices, interferograms are evaluated by one or more calibration mirrors in order to separate disturbances due to misalignment or registration errors in the measuring arrangement from the actual measuring signal.
In DE 102018203795 A1 wird ein Kalibrierverfahren beschrieben, bei dem zwei sphärische Kalibrierwellen und jeweils daran angepasste Kalibrierspiegel zum Einsatz kommen. Die Messvorrichtung wird jedoch sehr aufwändig, da für jedes Testobjekt mehrere Kalibriersphären hergestellt und im Messaufbau integriert werden müssen. DE 102018203795 A1 describes a calibration method in which two spherical calibration shafts and calibration mirrors adapted to them are used. The measuring device is very complex, however, since several calibration spheres have to be produced for each test object and integrated in the measurement setup.
Zugrunde liegende Aufgabe Underlying task
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der ein gangs genannten Art bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere der Aufwand bei der Kalibrierung der Messvorrichtung verringert werden kann. It is an object of the invention to provide a method and a device of the type mentioned at the outset, with which the aforementioned problems are solved and, in particular, the effort involved in calibrating the measuring device can be reduced.
Erfindungsgemäße Lösung Solution according to the invention
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Ober- fläche eines Testobjekts mit den Schritten: Erzeugen einer Prüfwelle sowie min destens zweier Kalibrierwellen mittels eines diffraktiven optischen Elements aus einer Eingangswelle, wobei die Prüfwelle eine zumindest teilweise an eine Soll form der Oberfläche des Testobjekts angepasste Wellenfront aufweist und die Kalibrierwellen jeweils eine sphärische Wellenfront aufweisen, Bereitstellen einer Kalibriersphäre, nacheinander Anordnen der Kalibriersphäre in einem jeweiligen Strahlengang jeder der mindestens zwei Kalibrierwellen sowie jeweiliges Ermitteln von Kalibrierabweichungen des diffraktiven optischen Elements aus den Kalib rierwellen nach jeweiliger Reflexion an der Kalibriersphäre. Weiterhin umfasst das Verfahren ein interferometrisches Vermessen der Form der Oberfläche des Test objekts mittels der Prüfwelle unter Berücksichtigung der ermittelten Kalibrierab weichungen. The aforementioned object can be achieved according to the invention, for example, with a method for interferometric measurement of a shape of an upper surface of a test object with the steps: generating a test wave and at least two calibration waves by means of a diffractive optical element from an input wave, the test wave having a wavefront that is at least partially adapted to a desired shape of the surface of the test object and the calibration waves each have a spherical wavefront, Providing a calibration sphere, sequentially arranging the calibration sphere in a respective beam path of each of the at least two calibration waves and each determination of calibration deviations of the diffractive optical element from the calibration waves after each reflection on the calibration sphere. Furthermore, the method includes an interferometric measurement of the shape of the surface of the test object by means of the test wave, taking into account the determined calibration deviations.
Mit anderen Worten wird dieselbe Kalibriersphäre zum Vermessen jeder der min destens zwei Kalibrierwellen verwendet. Unter einer Kalibriersphäre wird in die sem Zusammenhang ein Kalibrierobjekt mit einer sphärischen Oberfläche ver standen, deren Krümmungsradius kleiner als 1 km, insbesondere kleiner als 100 m oder kleiner als 10 m ist. Weiterhin wird unter einer Kalibrierwelle mit sphäri scher Wellenfront im Sinne dieses Textes eine Welle verstanden, deren imaginä rer Quellpunkt höchstens 1 km, insbesondere höchstens 100 m oder höchstens 10 m von dem diffraktiven optischen Element beabstandet ist. Der imaginäre Quellpunkt entspricht dem Mittelpunkt einer der sphärischen Wellenfront zuge ordneten Sphäre. Weiterhin wird unter einer Kalibrierwelle mit sphärischer Wellen front eine Welle verstanden, welche im für die Wechselwirkung mit der Kalib riersphäre vorgesehenen Flächenbereich eine maximale Abweichung von einer bestangepassten Sphäre von höchstens 100 nm, insbesondere von höchstens 20 nm bzw. von höchstens 5 nm aufweist. In other words, the same calibration sphere is used to measure each of the at least two calibration shafts. In this context, a calibration sphere is understood to mean a calibration object with a spherical surface whose radius of curvature is less than 1 km, in particular less than 100 m or less than 10 m. Furthermore, a calibration wave with a spherical wavefront in the sense of this text is understood to mean a wave whose imaginary source point is at most 1 km, in particular at most 100 m or at most 10 m from the diffractive optical element. The imaginary source point corresponds to the center point of a sphere assigned to the spherical wave front. Furthermore, a calibration wave with a spherical wave front is understood to mean a wave which, in the surface area provided for interaction with the calibration sphere, has a maximum deviation from a best-matched sphere of at most 100 nm, in particular of at most 20 nm or at most 5 nm.
Die Kalibrierwellen unterscheiden sich insbesondere durch ihre Ausbreitungsrich tung voneinander. Das Ermitteln der Kalibrierabweichungen erfolgt insbesondere durch interferometrische Überlagerung der jeweiligen reflektierten Kalibrierwelle mit einer Referenzwelle. Die Berücksichtigung der ermittelten Kalibrierabweichun- gen beim interferometrischen Vermessen der Oberflächenform des Testobjekts erfolgt insbesondere durch die Vornahme einer Korrektur des interferometrischen Messergebnisses auf Grundlage der Kalibrierabweichungen. Die Ermittlung der Kalibrierabweichungen erfolgt insbesondere durch Überlagerung einer Referenz welle mit der entsprechenden Kalibrierwelle nach Reflexion an der betreffenden Kalibriersphäre. Die interferometrische Vermessung erfolgt weiterhin insbesonde re durch Überlagerung der Prüfwelle mit der Referenzwelle. The calibration waves differ from one another in particular in their direction of propagation. The calibration deviations are determined in particular by interferometric superimposition of the respective reflected calibration wave with a reference wave. The consideration of the determined calibration deviation The interferometric measurement of the surface shape of the test object takes place in particular by correcting the interferometric measurement result on the basis of the calibration deviations. The calibration deviations are determined in particular by superimposing a reference wave with the corresponding calibration wave after reflection on the relevant calibration sphere. The interferometric measurement continues in particular by superimposing the test wave with the reference wave.
Durch das erfindungsgemäße nacheinander Anordnen derselben Kalibriersphäre im jeweiligen Strahlengang jeder der mindestens zwei Kalibrierwellen kann darauf verzichtet werden, für jede Kalibrierwelle eine eigene Kalibriersphäre zu fertigen und in den Messaufbau zu integrieren. Damit wird der räumliche und kostenmäßi ge Aufwand bei der Durchführung der interferometrischen Vermessung erheblich verringert. By arranging the same calibration sphere one after the other in the respective beam path of each of the at least two calibration shafts, it is possible to dispense with producing a separate calibration sphere for each calibration shaft and integrating it into the measurement setup. This considerably reduces the spatial and cost-related effort when performing the interferometric measurement.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Kalibriersphäre beim nacheinander An ordnen derselben im jeweiligen Strahlengang zwischen verschiedenen Kalibrier positionen verschoben. Mit anderen Worten wird die Kalibriersphäre zunächst an einer ersten Kalibrierposition in einem Strahlengang der ersten Kalibrierwelle und danach durch entsprechendes Verschieben an einerweiteren Kalibrierposition in einem Strahlengang der zweiten Kalibrierwelle angeordnet. According to one embodiment, the calibration sphere is displaced when arranging the same in succession in the respective beam path between different calibration positions. In other words, the calibration sphere is initially arranged at a first calibration position in a beam path of the first calibration shaft and then by corresponding displacement at a further calibration position in a beam path of the second calibration shaft.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform wird die Kalibriersphäre beim nachei nander Anordnen derselben im jeweiligen Strahlengang zwischen verschiedenen Kippstellungen bewegt. According to a further embodiment, the calibration sphere is moved between different tilt positions when it is arranged one after the other in the respective beam path.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform ist für jeden Einzelstrahl der Kalibrierwel len ein Quellabschnitt definiert, welcher sich vom jeweiligen Mittelpunkt einer der Wellenfront der jeweiligen Kalibrierwelle zugeordneten Sphäre bis zum Schnitt punkt des Einzelstrahls mit dem diffraktiven optischen Element erstreckt, und der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Sphären der beiden Kalibrierwellen weist einen Wert auf, welcher zwischen 0,1% und 50% der Länge des längsten Quell- abschnitts aller Einzelstrahlen der beiden Kalibrierwellen liegt. Gemäß einer wei teren Ausführungsform liegt der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Sphären der beiden Kalibrierwellen zwischen 0,1% und 30%, insbesondere zwischen 0,1% und 20% der Länge des längsten Quellabschnitts aller Einzelstrahlen der beiden Kalibrierwellen. Damit wird die Kalibrierung mittels lediglich einer einzigen Kalib riersphäre erleichtert, da der zur Kalibrierung benötigte räumliche Verschiebebe reich reduziert wird. Der Begriff „Einzelstrahl“ bezieht sich auf die in der geometri schen Optik übliche Begriffswahl. According to a further embodiment, a source section is defined for each individual beam of the calibration waves, which extends from the respective center point of a sphere assigned to the wave front of the respective calibration wave to the point of intersection of the individual beam with the diffractive optical element, and the distance between the centers of the spheres of the two Calibration waves have a value which is between 0.1% and 50% of the length of the longest source section of all individual beams of the two calibration waves. According to a further embodiment, the distance between the centers of the spheres of the two calibration waves is between 0.1% and 30%, in particular between 0.1% and 20% of the length of the longest source section of all individual beams of the two calibration waves. This simplifies the calibration using just a single calibration sphere, since the spatial Verschiebebe required for calibration is richly reduced. The term “single beam” refers to the choice of terms used in geometrical optics.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das diffraktive optische Element dazu konfiguriert, mindestens drei Kalibrierwellen mit jeweils einer sphärischen Wellen front zu erzeugen und der jeweilige Abstand zwischen den Mittelpunkten der Sphären von jeweils zwei der Kalibrierwellen weist einen Wert auf, welcher zwi schen 0,1% und 50% der Länge des längsten Quellabschnitts aller Einzelstrahlen der mindestens drei Kalibrierwellen liegt. According to a further embodiment, the diffractive optical element is configured to generate at least three calibration waves, each with a spherical wave front, and the respective distance between the centers of the spheres of two of the calibration waves has a value which is between 0.1% and 50% of the length of the longest source section of all individual rays of the at least three calibration waves.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine der Kalibrierwellen als expandierende Welle konfiguriert. Damit liegt der Mittelpunkt einer der Wellen front der dieser Kalibrierwelle zugeordneten Sphäre eingangswellenseitig hinsicht lich des diffraktiven optischen Elements. Das heißt, das diffraktive optische Ele ment liegt zwischen dem Mittelpunkt und der Kalibiersphäre. Gemäß einer Aus führungsform sind alle Kalibrierwellen als expandierende Wellen konfiguriert. According to a further embodiment, at least one of the calibration waves is configured as an expanding wave. The center of one of the waves is thus located in front of the sphere assigned to this calibration wave on the input wave side with regard to the diffractive optical element. This means that the diffractive optical element lies between the center point and the calibration sphere. According to one embodiment, all calibration waves are configured as expanding waves.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine der Kalibrierwellen als konvergierende Welle konfiguriert. Damit liegt der Mittelpunkt einer der Wel lenfront der dieser Kalibrierwelle zugeordneten Sphäre ausgangswellenseitig hin sichtlich des diffraktiven optischen Elements, d.h. der Mittelpunkt liegt entweder zwischen dem diffraktiven optischen Element und der Kalibriersphäre oder weiter von dem diffraktiven optischen Element entfernt als die in der entsprechenden Kalibrierposition angeordnete Kalibriersphäre. Gemäß einer Ausführungsform sind alle Kalibrierwellen als konvergierende Wellen konfiguriert. Gemäß einerweiteren Ausführungsform werden durch Beugung aus der Ein gangswelle mindestens drei Kalibrierwellen mit jeweils einer sphärischen Wellen front erzeugt. According to a further embodiment, at least one of the calibration shafts is configured as a converging shaft. Thus, the center of one of the wave fronts of the sphere assigned to this calibration wave is on the output shaft side visibly towards the diffractive optical element, i.e. the center is either between the diffractive optical element and the calibration sphere or further away from the diffractive optical element than the calibration sphere arranged in the corresponding calibration position . According to one embodiment, all calibration waves are configured as converging waves. According to a further embodiment, at least three calibration waves, each with a spherical wave front, are generated by diffraction from the input wave.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform wird weiterhin eine Kalibrierwelle mit ei ner ebenen Wellenfront erzeugt. According to a further embodiment, a calibration wave with a plane wave front is also generated.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform wird zum interferometrischen Vermessen der Form der Oberfläche des Testobjekts die Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts mit einer Referenzwelle überlagert, wobei die Re ferenzwelle mittels eines Fizeauelements von der Eingangswelle abgespalten wird. According to a further embodiment, for interferometric measurement of the shape of the surface of the test object, the test wave is superimposed with a reference wave after interaction with the surface of the test object, the reference wave being split off from the input wave by means of a fish element.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform wird zum interferometrischen Vermes sen der Form der Oberfläche des Testobjekts die Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts mit einer Referenzwelle überlagert, wobei die Referenzwelle mittels des diffraktiven optischen Elements aus der Eingangswelle erzeugt wird. Die Referenzwelle weist gemäß einer Ausführungsform eine ebene Wellenfront auf und wird an einem ebenen Referenzspiegel reflektiert. According to a further embodiment, for interferometric measurement of the shape of the surface of the test object, the test wave is superimposed with a reference wave after interaction with the surface of the test object, the reference wave being generated from the input wave by means of the diffractive optical element. According to one embodiment, the reference wave has a planar wavefront and is reflected on a planar reference mirror.
Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einer Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche eines Testobjekts mit einem diffraktiven optischen Element, welches dazu konfiguriert ist, durch Beugung aus einer Eingangswelle eine Prüfwelle mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der Oberfläche des Testobjekts angepassten Wellen front, eine erste Kalibrierwelle sowie mindestens eine zweite Kalibrierwelle zu er zeugen. Weiterhin umfasst die Messvorrichtung eine Positioniereinrichtung, wel che dazu konfiguriert ist, eine Kalibriersphäre derart zwischen verschiedenen Ka librierpositionen zu verschieben, dass die Kalibriersphäre an einer ersten der Ka librierpositionen in einem Strahlengang der ersten Kalibrierwelle und an einerwei teren der Kalibrierpositionen in einem Strahlengang der zweiten Kalibrierwelle angeordnet ist. Insbesondere ist die Kalibriersphäre mittels der Positioniereinrich tung in allen drei Raumrichtungen verschiebbar. The aforementioned object can also be achieved, for example, with a measuring device for interferometric shape measurement of a surface of a test object with a diffractive optical element which is configured to produce a test wave with a wave front that is at least partially adapted to a nominal shape of the surface of the test object by diffraction from an input wave to generate a first calibration wave and at least one second calibration wave. Furthermore, the measuring device comprises a positioning device which is configured to move a calibration sphere between different calibration positions in such a way that the calibration sphere at a first of the calibration positions in a beam path of the first calibration shaft and at another of the calibration positions in a beam path of the second calibration shaft is arranged. In particular, the calibration sphere can be displaced in all three spatial directions by means of the positioning device.
Gemäß einer Ausführungsform der Messvorrichtung ist die Positioniereinrichtung weiterhin dazu konfiguriert ist, die Kalibriersphäre zu verkippen. Insbesondere ist die Positioniereinrichtung dazu konfiguriert, die Kalibriersphäre derart zu verkip pen, dass in den verschiedenen Kalibrierpositionen unterschiedliche Kippstellun gen für die Kalibriersphäre eingestellt werden können. Damit kann die zur Ausfüh rung der Kalibrierung in den verschiedenen Kalibrierpositionen benötigte Größe der Kalibriersphäre gering gehalten werden. According to one embodiment of the measuring device, the positioning device is also configured to tilt the calibration sphere. In particular, the positioning device is configured to tilt the calibration sphere in such a way that different tilt positions can be set for the calibration sphere in the various calibration positions. In this way, the size of the calibration sphere required to carry out the calibration in the various calibration positions can be kept small.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung weiterhin die Kalibriersphäre. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine der Kalibrierwellen als konvergierende Welle konfiguriert und ein Mittelpunkt einer Sphäre, welche der Wellenfront der Kalibrierwelle zugeordnet ist, liegt zwischen dem diffraktiven optischen Element und der an der zugeordneten Kalibrierposition angeordneten Kalibriersphäre. According to a further embodiment, the measuring device further comprises the calibration sphere. According to a further embodiment, at least one of the calibration waves is configured as a converging wave and a center point of a sphere which is assigned to the wavefront of the calibration wave lies between the diffractive optical element and the calibration sphere arranged at the assigned calibration position.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform ist mindestens eine der Kalibrierwellen als konvergierende Welle konfiguriert und die an der zugeordneten Kalibrierpositi on angeordnete Kalibriersphäre ist zwischen dem diffraktiven optischen Element und einem Mittelpunkt einer Sphäre, welche der Wellenfront der Kalibrierwelle zugeordnet ist, angeordnet. According to a further embodiment, at least one of the calibration waves is configured as a converging wave and the calibration sphere arranged at the assigned calibration position is arranged between the diffractive optical element and a center of a sphere which is assigned to the wavefront of the calibration wave.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungs beispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Merkmale können entsprechend auf die erfindungsgemäße Mess- Vorrichtung übertragen werden. Diese und andere Merkmale der erfindungsge mäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprü chen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombi- nation als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin kön nen sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfä hig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmel dung beansprucht wird. The features specified with regard to the above-mentioned embodiments, embodiment examples or embodiment variants, etc. of the method according to the invention can be transferred accordingly to the measuring device according to the invention. These and other features of the embodiments according to the invention are explained in the description of the figures and the claims. The individual features can be used either separately or in combination nation can be realized as embodiments of the invention. Furthermore, they can describe advantageous embodiments that are independently protectable and whose protection may only be claimed during or after the application is pending.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
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: The above and further advantageous features of the invention are illustrated in the following detailed description of exemplary embodiments according to the invention with reference to the accompanying schematic drawings. It shows:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur inter- ferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche eines Testobjekts mit einer in zwei verschiedenen Kalibrierpositionen angeordneten Kalibriersphäre, 1 shows an embodiment of a measuring device according to the invention for interferometric shape measurement of an optical surface of a test object with a calibration sphere arranged in two different calibration positions,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche eines Test objekts mit einer in zwei verschiedenen Kalibrierpositionen angeordneten Kalib riersphäre, 2 shows a further embodiment of a measuring device according to the invention for interferometric shape measurement of an optical surface of a test object with a calibration sphere arranged in two different calibration positions,
Fig. 3 in den verschiedenen Kalibrierpositionen mit der Messvorrichtung gemäß Fig. 1 beleuchtete Bereiche der Kalibriersphäre, FIG. 3 areas of the calibration sphere illuminated in the various calibration positions with the measuring device according to FIG. 1,
Fig. 4 in den verschiedenen Kalibrierpositionen mit der Messvorrichtung gemäß Fig. 2 beleuchtete Bereiche der Kalibriersphäre, FIG. 4 areas of the calibration sphere illuminated in the various calibration positions with the measuring device according to FIG. 2,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche eines Test objekts, Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche eines Test objekts mit einer in zwei verschiedenen Kalibrierpositionen angeordneten Kalib riersphäre, 5 shows a further embodiment of a measuring device according to the invention for interferometric shape measurement of an optical surface of a test object, 6 shows a further embodiment of a measuring device according to the invention for interferometric shape measurement of an optical surface of a test object with a calibration sphere arranged in two different calibration positions,
Fig. 7 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche eines Test objekts mit einer in zwei verschiedenen Kalibrierpositionen angeordneten Kalib riersphäre, 7 shows a further embodiment of a measuring device according to the invention for interferometric shape measurement of an optical surface of a test object with a calibration sphere arranged in two different calibration positions,
Fig. 8 in den verschiedenen Kalibrierpositionen mit der Messvorrichtung gemäß Fig. 6 beleuchtete Bereiche der Kalibriersphäre, FIG. 8 areas of the calibration sphere illuminated in the various calibration positions with the measuring device according to FIG. 6,
Fig. 9 in den verschiedenen Kalibrierpositionen mit der Messvorrichtung gemäß Fig. 7 beleuchtete Bereiche der Kalibriersphäre, FIG. 9 areas of the calibration sphere illuminated in the various calibration positions with the measuring device according to FIG. 7,
Fig. 10 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche eines Test objekts mit einer in drei verschiedenen Kalibrierpositionen angeordneten Kalib riersphäre, sowie 10 shows a further embodiment of a measuring device according to the invention for interferometric shape measurement of an optical surface of a test object with a calibration sphere arranged in three different calibration positions, as well as
Fig. 11 in den verschiedenen Kalibrierpositionen mit der Messvorrichtung gemäß Fig. 10 beleuchtete Bereiche der Kalibriersphäre, 11 shows areas of the calibration sphere illuminated in the various calibration positions with the measuring device according to FIG. 10,
Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele Detailed description of exemplary embodiments according to the invention
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungs formen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnli che 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 Ausfüh- rungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genom men werden. In the exemplary embodiments or design forms or design variants described below, elements that are functionally or structurally similar to one another are provided as far as possible with the same or similar reference numerals. Therefore, to understand the features of the individual elements of a particular embodiment, refer to the description of other embodiments. Approximate examples or the general description of the invention are referenced.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz- Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In Fig. 1 verläuft die x-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die z-Richtung nach rechts und die y- Richtung nach oben. To facilitate the description, a Cartesian xyz coordinate system is indicated in the drawing, from which the respective positional relationship of the components shown in the figures results. In Fig. 1, the x-direction runs perpendicular to the plane of the drawing into this, the z-direction to the right and the y-direction upwards.
In Fig. 1 wird ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zur interferomet- rischen Formvermessung einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Mit der Messvorrichtung 10 lässt sich insbesondere eine Abwei chung der tatsächlichen Form der Oberfläche 12 von einer Sollform bestimmen. Als Testobjekt 14 kann beispielsweise ein Spiegel eines Projektionsobjektivs für die EUV-Mikrolithographie mit einer nicht-sphärischen Oberfläche zur Reflexion von EUV-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 beispielsweise eine Freiformober fläche mit einer Abweichung von jeder rotationssymmetrischen Asphäre von mehr als 5 pm und einer Abweichung von jeder Sphäre von mindestens 1 mm aufwei sen. 1 illustrates an exemplary embodiment of a measuring device 10 for interferometric shape measurement of an optical surface 12 of a test object 14. With the measuring device 10, in particular a deviation of the actual shape of the surface 12 from a nominal shape can be determined. A mirror of a projection objective for EUV microlithography with a non-spherical surface for reflecting EUV radiation with a wavelength of less than 100 nm, in particular a wavelength of approximately 13.5 nm or approximately 6.8 nm, can be used as the test object 14 , be provided. The non-spherical surface of the mirror can, for example, have a free-form surface with a deviation from each rotationally symmetrical asphere of more than 5 μm and a deviation from each sphere of at least 1 mm.
Die Messvorrichtung 10 umfasst ein Interferometriemodul 15, ein diffraktives opti sches Element 32 sowie eine Positioniereinrichtung 50 zum Positionieren einer Kalibriersphäre 52. Das Interferometriemodul 15 enthält eine Strahlungsquelle 16 zum Bereitstellen einer ausreichend kohärenten Messstrahlung 18 in Gestalt einer expandierenden Welle. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Strahlungs quelle 16 einen Wellenleiter 20 mit einer Austrittsfläche, an welcher die expandie rende Welle ihren Ursprung hat. Der Wellenleiter 20 ist an ein Strahlungserzeu gungsmodul 22, z.B. in Gestalt eines Lasers, angeschlossen. Dazu kann bei spielsweise ein Helium-Neon-Laser mit einer Wellenlänge von ungefähr 633 nm vorgesehen sein. Die Messstrahlung 18 kann aber auch eine andere Wellenlänge im sichtbaren oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung aufweisen. Die Strahlungsquelle 16 mit dem Wellenleiter 20 stellt ledig lich ein Beispiel einer für die Messvorrichtung 10 verwendbaren Strahlungsquelle 16 dar. In alternativen Ausführungen kann anstelle des Wellenleiters 20 eine opti sche Anordnung mit Linsenelementen, Spiegelelementen oder dergleichen zur Bereitstellung einer geeigneten Welle aus der Messstrahlung 18 vorgesehen sein. The measuring device 10 comprises an interferometry module 15, a diffractive optical element 32 and a positioning device 50 for positioning a calibration sphere 52. The interferometry module 15 contains a radiation source 16 for providing a sufficiently coherent measuring radiation 18 in the form of an expanding wave. In this exemplary embodiment, the radiation source 16 comprises a waveguide 20 with an exit surface at which the expanding wave originates. The waveguide 20 is connected to a Strahlungserzeu generation module 22, for example in the form of a laser. For this purpose, a helium-neon laser with a wavelength of approximately 633 nm can be provided, for example. The measuring radiation 18 can, however, also have a different wavelength have electromagnetic radiation in the visible or invisible wavelength range. The radiation source 16 with the waveguide 20 is just one example of a radiation source 16 that can be used for the measuring device 10. In alternative embodiments, instead of the waveguide 20, an optical arrangement with lens elements, mirror elements or the like to provide a suitable wave from the measuring radiation 18 can be provided be.
Die Messstrahlung 18 durchläuft zunächst einen Strahlteiler 24, einen Kollimator 26 sowie ein Fizeau-Element 28. Der Kollimator 26 wandelt die expandierende Welle der Messstrahlung 18 in eine ebene Welle um. Das Fizeau-Element 28 weist eine Fizeau-Fläche 29 auf, an der ein Teil der eingehenden Messstrahlung 18 als zurücklaufende Referenzwelle 30r reflektiert wird. Die Messvorrichtung 10 gemäß Fig. 1 ist damit als Fizeau-Interferometer konfiguriert. The measuring radiation 18 first passes through a beam splitter 24, a collimator 26 and a Fizeau element 28. The collimator 26 converts the expanding wave of the measuring radiation 18 into a plane wave. The Fizeau element 28 has a Fizeau surface 29 on which part of the incoming measurement radiation 18 is reflected as a returning reference wave 30r. The measuring device 10 according to FIG. 1 is thus configured as a Fizeau interferometer.
Der Teil der Messstrahlung 18, welcher das Fizeau-Element 28 durchlaufen hat, trifft daraufhin als Eingangswelle 19 auf das diffraktive optische Element 32. Das diffraktive optische Element 32 bildet eine Prüfoptik, welche dazu dient eine Prüf welle 34 zum Einstrahlen auf die Oberfläche 12 des Testobjekts 14 zu erzeugen. Das diffraktive optische Element 32 der Prüfoptik erzeugt neben der Prüfwelle 34 mehrere Kalibrierwellen 36, im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Kalibrier wellen 36-1 und 36-2 aus der auftreffenden Messstrahlung 18. Die Kalibrierwellen 36 weisen jeweils eine sphärische Wellenfront und unterschiedliche Ausbreitungs richtungen auf. In Projektion auf die Zeichenebene von Fig. 1 (x-z-Ebene) weist die Ausbreitungsrichtung der Kalibrierwelle 36-1 leicht nach rechts unten und die Ausbreitungsrichtung der Kalibrierwelle 36-2 leicht nach rechts oben. The part of the measuring radiation 18 which has passed through the Fizeau element 28 then hits the diffractive optical element 32 as an input wave 19 Test object 14 to generate. In addition to the test wave 34, the diffractive optical element 32 of the test optics generates several calibration waves 36, in the present embodiment two calibration waves 36-1 and 36-2 from the incident measurement radiation 18. The calibration waves 36 each have a spherical wave front and different directions of propagation. In the projection onto the plane of the drawing in FIG. 1 (x-z plane), the direction of propagation of the calibration wave 36-1 points slightly to the bottom right and the direction of propagation of the calibration wave 36-2 points slightly to the top right.
Den Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 sind virtuelle Ursprungspunkte 38-1 bzw. 38-2 zugeordnet, welche jeweils dem Mittelpunkt einer der Wellenfront der jeweiligen Kalibrierwelle 36-1 bzw. 36-2 zugeordneten Sphäre entsprechen. In der Ausfüh rungsform gemäß Fig. 1 sind die Kalibrierwellen als expandierende Wellen konfi guriert, damit ist das diffraktive optische Element 32 zwischen den virtuellen Ur sprungspunkten 38-1 bzw. 38-2 und der Kalibriersphäre 52 angeordnet. Der virtuelle Ursprungspunkt 38-1 ist in der Projektion auf die Zeichenebene von Fig. 1 rechts oberhalb vom Ursprungspunkt 38-2 angeordnet. Der mit dem Be zugszeichen 37 bezeichnete Abstand d zwischen den Ursprungspunkten 38-1 und 38-2 ist in Fig. 1 mittels eines Doppelpfeils veranschaulicht, wobei unter d der Abstand zwischen den Ursprungspunkten 38-1 und 38-2 im dreidimensionalen Raum und nicht in Projektion auf die x-z-Ebene gemäß Fig. 1 zu verstehen ist. The calibration shafts 36-1 and 36-2 are assigned virtual original points 38-1 and 38-2, respectively, which each correspond to the center point of a sphere assigned to the wavefront of the respective calibration shaft 36-1 or 36-2. In the embodiment according to FIG. 1, the calibration waves are configured as expanding waves, so that the diffractive optical element 32 is arranged between the virtual origination points 38-1 or 38-2 and the calibration sphere 52. The virtual point of origin 38-1 is arranged in the projection onto the plane of the drawing of FIG. 1 to the right above the point of origin 38-2. The distance d, denoted by reference numeral 37, between the points of origin 38-1 and 38-2 is illustrated in FIG. 1 by means of a double arrow, with the distance between the points of origin 38-1 and 38-2 in three-dimensional space and not in Projection onto the xz plane according to FIG. 1 is to be understood.
Das diffraktive optische Element 32 ist als komplex kodiertes CGFI ausgebildet und umfasst ein Substrat 35 sowie Beugungsstrukturen, welche an der dem Test objekt 14 zugewandten diffraktiven Oberfläche 33 des Substrats 35 angeordnet sind. Die Beugungsstrukturen bilden gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausfüh rungsform drei in einer Ebene sich überlagernd angeordnete diffraktive Struktur muster, und zwar jeweils ein diffraktives Strukturmuster für die Prüfwelle 34 sowie die beiden Kalibrierwellen 36-1 und 36-2. Das diffraktive optische Element 32 wird daher auch als dreifach komplex kodiertes computer-generiertes Flologramm (CGFI) bezeichnet. The diffractive optical element 32 is designed as a complex coded CGFI and comprises a substrate 35 and diffraction structures which are arranged on the diffractive surface 33 of the substrate 35 facing the test object 14. According to the embodiment shown in FIG. 1, the diffraction structures form three diffractive structure patterns superimposed in a plane, specifically one diffractive structure pattern for the test shaft 34 and the two calibration shafts 36-1 and 36-2. The diffractive optical element 32 is therefore also referred to as a triple complex coded computer-generated flologram (CGFI).
Wie vorstehend erwähnt, ist eines der diffraktiven Strukturmuster zur Erzeugung der Prüfwelle 34 konfiguriert, welche auf das Testobjekt 14 gerichtet ist und eine zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche 12 angepasste Wellenfront aufweist. Die Prüfwelle 34 wird an der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14 reflektiert und läuft als zurücklaufende Prüfwelle 34r zum diffrakti ven optischen Element 32 zurück. Aufgrund der an die Sollform der optischen Oberfläche 12 angepassten Wellenfront trifft die Prüfwelle 34 an jedem Ort der optischen Oberfläche 12 im Wesentlichen senkrecht auf die optische Oberfläche 12 auf und wird in sich zurückreflektiert. As mentioned above, one of the diffractive structure patterns is configured to generate the test wave 34, which is directed onto the test object 14 and has a wavefront that is at least partially adapted to a desired shape of the optical surface 12. The test wave 34 is reflected on the optical surface 12 of the test object 14 and runs back as a returning test wave 34r to the diffractive optical element 32. Due to the wavefront matched to the nominal shape of the optical surface 12, the test wave 34 strikes the optical surface 12 essentially perpendicularly at every location on the optical surface 12 and is reflected back into itself.
Die anderen diffraktiven Strukturmuster erzeugen die Referenzwellen 36-1 und 36-2 mit der jeweils sphärischen Wellenfront. In alternativen Ausführungsbeispie len kann anstelle des komplex kodierten CGFIs ein einfach kodiertes CGFI mit einer diffraktiven Struktur oder ein anderes optisches Gitter eingesetzt werden. Die Prüfwelle 34 kann dabei beispielsweise in einer ersten Beugungsordnung und die Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 in jeweils einer beliebigen anderen Beugungs ordnung an der diffraktiven Struktur erzeugt werden. The other diffractive structure patterns generate the reference waves 36-1 and 36-2 with the respective spherical wave front. In alternative exemplary embodiments, a simply coded CGFI with a diffractive structure or another optical grating can be used instead of the complex coded CGFI. The test wave 34 can be generated for example in a first diffraction order and the calibration waves 36-1 and 36-2 in any other diffraction order on the diffractive structure.
Die von der Oberfläche 12 zurücklaufende Prüfwelle 34r durchläuft das diffraktive optische Element 32 erneut und wird dabei abermals gebeugt. Dabei erfolgt eine Rücktransformation der zurücklaufenden Prüfwelle 34r in eine annähernd ebene Welle, wobei deren Wellenfront durch Abweichungen der Oberfläche 12 des Testobjekts von deren Sollform entsprechende Abweichungen von einer ebenen Wellenfront aufweist. The test wave 34r returning from the surface 12 passes through the diffractive optical element 32 again and is again deflected in the process. In this case, the returning test wave 34r is transformed back into an approximately flat wave, its wavefront exhibiting corresponding deviations from a flat wavefront due to deviations of the surface 12 of the test object from its nominal shape.
Ferner enthält die Messvorrichtung 10 eine Erfassungseinrichtung 41 mit dem bereits vorstehend erwähnten Strahlteiler 24 zum Herausführen der Kombination aus der zurücklaufenden Prüfwelle 34r und der zurücklaufenden Referenzwelle 30r aus dem Strahlengang der eingestrahlten Messstrahlung 18 und eine Be obachtungseinheit 47 zum Erfassen eines durch Überlagerung der Prüfwelle 34r mit der Referenzwelle 30r erzeugten Interferogramms. Furthermore, the measuring device 10 contains a detection device 41 with the aforementioned beam splitter 24 for guiding the combination of the returning test wave 34r and the returning reference wave 30r out of the beam path of the irradiated measurement radiation 18 and an observation unit 47 for detecting an overlay of the test wave 34r with of the reference wave 30r generated interferogram.
Die zurücklaufende Prüfwelle 34r und die zurücklaufende Referenzwelle 30r tref fen als konvergente Strahlen auf den Strahlteiler 24 und werden von diesem in Richtung der Beobachtungseinheit 47 reflektiert. Beide konvergente Strahlen durchlaufen eine Blende 42 sowie ein Okular 44 der Beobachtungseinheit 47 und treffen schließlich auf einen zweidimensional auflösenden Detektor 46 der Be obachtungseinheit 47. Der Detektor 46 kann beispielsweise als CCD-Sensor aus gebildet sein und erfasst ein durch Überlagerung der Prüfwelle 34r mit der Refe renzwelle 30r erzeugtes Prüfinterferogramm. The returning test wave 34r and the returning reference wave 30r strike the beam splitter 24 as convergent rays and are reflected by the latter in the direction of the observation unit 47. Both convergent beams pass through a diaphragm 42 and an eyepiece 44 of the observation unit 47 and finally hit a two-dimensionally resolving detector 46 of the observation unit 47 Reference wave 30r generated test interferogram.
Weiterhin umfasst die Messvorrichtung 10 eine Auswerteeinrichtung 48 zur Be stimmung der tatsächlichen Form der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14 aus dem erfassten Prüfinterferogramm bzw. mehreren erfassten Prüfinterfero- grammen unter Berücksichtigung von nachstehend genauer beschriebenen Kalib rierabweichungen. Dazu verfügt die Auswerteeinrichtung über eine geeignete Da- tenverarbeitungseinheit und verwendet entsprechende, dem Fachmann bekannte Berechnungsverfahren. Alternativ oder zusätzlich kann die Messvorrichtung 10 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 ermöglichen. Furthermore, the measuring device 10 comprises an evaluation device 48 for determining the actual shape of the optical surface 12 of the test object 14 from the recorded test interferogram or several recorded test interferograms, taking into account the calibration deviations described in more detail below. For this purpose, the evaluation device has a suitable data ten processing unit and uses corresponding calculation methods known to those skilled in the art. As an alternative or in addition, the measuring device 10 can contain a data memory or an interface to a network in order to enable an external evaluation unit to determine the surface shape by means of the interferogram stored or transmitted via the network.
Zur Ermittlung der vorstehend erwähnten Kalibrierabweichungen wird die Mess vorrichtung 10 in einem Kalibriermodus betrieben. Dies kann vor oder nach der vorstehend beschriebenen interferometrischen Vermessung der optischen Ober fläche 12 des Testobjekts 14 erfolgen. Die Ermittlung der Kalibrierabweichungen ermöglicht es, Substratfehler des Substrats 35 sowie infolge von Verzeichnung der an der diffraktiven Oberfläche 33 angeordneten diffraktiven Strukturmuster resultierende Fehler aus dem Oberflächen-Messergebnis herauszurechnen. Mit anderen Worten ermöglicht die Ermittlung der Kalibrierabweichungen, die auf grund von Form- oder Profilabweichungen der diffraktiven Strukturmuster auftre tenden Messfehler zu reduzieren. To determine the calibration deviations mentioned above, the measuring device 10 is operated in a calibration mode. This can take place before or after the above-described interferometric measurement of the optical upper surface 12 of the test object 14. The determination of the calibration deviations enables substrate errors of the substrate 35 and errors resulting from distortion of the diffractive structure patterns arranged on the diffractive surface 33 to be calculated from the surface measurement result. In other words, the determination of the calibration deviations enables the measurement errors that occur due to form or profile deviations in the diffractive structure pattern to be reduced.
Die Konfiguration des diffraktiven optischen Elements 32 sowie das Vorsehen der Positioniereinrichtung 50 zum Verschieben der Kalibriersphäre 52 zwischen ver schiedenen Kalibrierpositionen ermöglicht die Ermittlung der Kalibrierabweichun gen mittels lediglich einer einzigen Kalibriersphäre. Die dazu verwendete Kalib riersphäre 52 kann Teil der Messvorrichtung 10 sein und fest an der Positionier einrichtung 50 montiert sein. Alternativ kann die Kalibriersphäre 52 auch abnehm bar an der Positioniereinrichtung 50 befestigt sein, sodass je nach Bedarf eine geeignete Ausfühurungsform der Kalibriersphäre Verwendung finden kann. The configuration of the diffractive optical element 32 and the provision of the positioning device 50 for moving the calibration sphere 52 between different calibration positions enables the calibration deviations to be determined using only a single calibration sphere. The calibration sphere 52 used for this purpose can be part of the measuring device 10 and fixedly mounted on the positioning device 50. Alternatively, the calibration sphere 52 can also be removably attached to the positioning device 50, so that a suitable embodiment of the calibration sphere can be used as required.
Die Beugungsstrukturen des diffraktiven optischen Elements 32 sind zur Erzeu gung der Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 mit den nachstehend genauer beschrie benen Eigenschaften konfiguriert. Wie vorstehend erwähnt, sind den Kalibrierwel len 36-1 und 36-2 jeweils virtuelle Ursprungspunkte 38-1 bzw. 38-2 zugeordnet. Für jeden der von den virtuellen Ursprungspunkten 38-1 und 38-2 ausgehenden Einzelstrahlen 39-1 sowie 39-2 wird ein jeweiliger Quellabschnitt 40 definiert. Da bei erstreckt sich der jeweilige Quellabschnitt 40 von dem entsprechenden Ur sprungspunkt 38-1 bzw. 38-2 bis zum jeweiligen Schnittpunkt des betreffenden Einzelstrahls 39-1 bzw. 39-2 mit dem diffraktiven optischen Element 32, insbe sondere mit der diffraktiven Oberfläche 33 des diffraktiven optischen Elements 32. Der längste dieser Quellabschnitte ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 40I be zeichnet und weist die auch mit dem Bezugszeichen 51 bezeichnete Länge I auf. The diffraction structures of the diffractive optical element 32 are configured to generate the calibration waves 36-1 and 36-2 with the properties described in more detail below. As mentioned above, the calibration shafts 36-1 and 36-2 are assigned virtual origin points 38-1 and 38-2, respectively. For each of the originating from the virtual origin points 38-1 and 38-2 A respective source section 40 is defined for individual rays 39-1 and 39-2. Since the respective source section 40 extends from the corresponding point of origin 38-1 or 38-2 to the respective point of intersection of the respective individual beam 39-1 or 39-2 with the diffractive optical element 32, in particular with the diffractive surface 33 of the diffractive optical element 32. The longest of these source sections is denoted by the reference symbol 40I in FIG. 1 and has the length I which is also denoted by the reference symbol 51.
Der Quotient d/l weist einen Wert von etwa 40% auf, d.h. der Abstand d zwischen den virtuellen Ursprungspunkten 38-1 und 38-2 beträgt etwa 40% der Länge des längsten Quellabschnitts 40I. Diese Konfiguration der Beugungsstrukturen des diffraktiven optischen Elements 32 ermöglicht es, die Kalibrierwellen 36-1 und 36- 2 mittels lediglich einer einzigen Kalibriersphäre 52 auszuwerten und damit den Aufwand bei der Kalibrierung des diffraktiven optischen Elements gering zu hal ten. The quotient d / l has a value of about 40%, i.e. the distance d between the virtual points of origin 38-1 and 38-2 is about 40% of the length of the longest source section 40I. This configuration of the diffraction structures of the diffractive optical element 32 makes it possible to evaluate the calibration waves 36-1 and 36-2 by means of only a single calibration sphere 52 and thus to keep the effort in calibrating the diffractive optical element low.
Die Positioniereinrichtung 50 gemäß Fig. 1 ist dazu konfiguriert, die Kalibriersphä re 52 zwischen verschiedenen Kalibrierpositionen im dreidimensionalen Raum zu verschieben. Im vorliegenden Fall ist die Positioniereinrichtung 50 dazu eingerich tet, die Kalibriersphäre 52 in drei zueinander orthogonalen Translationsfreiheits graden 54x (in x-Richtung), 54y (in y-Richtung) und 54z (in z-Richtung) zu ver schieben. Wie in Fig. 1 veranschaulicht, kann dabei die Kalibriersphäre 52 aus einer mit durchgezogenen Linien dargestellten ersten Kalibrierposition im Strah lengang der ersten Kalibrierwelle 36-1 in eine mit unterbrochenen Linien darge stellte zweite Kalibrierposition im Strahlengang der zweiten Kalibrierwelle 36-2 verschoben werden. The positioning device 50 according to FIG. 1 is configured to move the calibration sphere 52 between different calibration positions in three-dimensional space. In the present case, the positioning device 50 is set up to move the calibration sphere 52 in three mutually orthogonal degrees of translational freedom 54x (in the x direction), 54y (in the y direction) and 54z (in the z direction). As illustrated in Fig. 1, the calibration sphere 52 can be moved from a first calibration position in the beam path of the first calibration shaft 36-1, shown with solid lines, into a second calibration position in the beam path of the second calibration shaft 36-2, shown with broken lines.
Im Kalibriermodus wird die Kalibriersphäre 52 zunächst im Strahlengang der ers ten Kalibrierwelle 36-1 angeordnet. Die Kalibrierwelle 36-1 durchläuft nach Refle xion an der Kalibriersphäre 52 das diffraktive optische Element 32 und erzeugt nach Reflexion am Strahlteiler 24 auf dem Detektor 46 durch Überlagerung mit der Referenzwelle 30r ein Kalibrierinterferogramm. Durch Auswertung des Kalib- rierinterferogramms bestimmt die Auswerteeinrichtung 48 die Abweichung der sphärischen Kalibrierwelle 36-1 von ihrer Sollwellenfront in Gestalt einer idealen sphärischen Welle. Damit wird die tatsächliche Wellenfront der Kalibrierwelle 36-1 mittels der Kalibriersphäre 52 in der ersten Kalibrierposition absolut bestimmt. Die Abweichungen der Kalibrierwelle 36-1 von ihrer Sollwellenfront werden als Kalib rierabweichungen K1 abgespeichert. In the calibration mode, the calibration sphere 52 is initially arranged in the beam path of the first calibration shaft 36-1. The calibration shaft 36-1 passes through the diffractive optical element 32 after reflection on the calibration sphere 52 and, after reflection on the beam splitter 24, generates a calibration interferogram on the detector 46 by superimposing the reference wave 30r. By evaluating the calibration With the interferogram, the evaluation device 48 determines the deviation of the spherical calibration wave 36-1 from its nominal wavefront in the form of an ideal spherical wave. The actual wavefront of the calibration wave 36-1 is thus determined absolutely by means of the calibration sphere 52 in the first calibration position. The deviations of the calibration wave 36-1 from its nominal wavefront are stored as calibration deviations K1.
Daraufhin wird die Kalibriersphäre 52 mittels der Positioniereinrichtung 50 in die zweite Kalibrierposition verschoben, in der die Kalibriersphäre im Strahlengang der zweiten Kalibrierwelle 36-2 angeordnet. Auch in dieser Position wird ein Kalib- rierinterferogramm aufgezeichnet, welches durch Überlagerung der Kalibrierwelle 36-2 nach Reflexion an der Kalibriersphäre 52 mit der Referenzwelle 30r erzeugt wird. Durch Auswertung dieses Kalibrierinterferogramms werden Kalibrierabwei chungen K2 der Kalibrierwelle 36-2 von ihrer Sollwellenfront ermittelt. Die Kalib rierabweichungen K1 und K2 werden bei der Ermittlung der Form der optischen Oberfläche 12 des Testobjekts 14 aus dem oder den erfassten Prüfinterfero- grammen berücksichtigt. The calibration sphere 52 is then shifted by means of the positioning device 50 into the second calibration position in which the calibration sphere is arranged in the beam path of the second calibration shaft 36-2. In this position, too, a calibration interferogram is recorded, which is generated by superimposing the calibration wave 36-2 after reflection on the calibration sphere 52 with the reference wave 30r. By evaluating this calibration interferogram, calibration deviations K2 of the calibration shaft 36-2 from its nominal wavefront are determined. The calibration deviations K1 and K2 are taken into account when determining the shape of the optical surface 12 of the test object 14 from the test interferogram (s) recorded.
Durch das vorstehend beschriebene Anordnen der Kalibriersphäre 52 zunächst im Strahlengang der ersten Kalibrierwelle 36-1 und das daraufhin erfolgende Ver schieben der Kalibriersphäre 52 mittels der Positioniereinrichtung 50 in die zweite Kalibrierposition, in der die Kalibriersphäre im Strahlengang der zweiten Kalib rierwelle 36-2 angeordnet ist, erfolgt ein nacheinander Anordnen der Kalib riersphäre in einem jeweiligen Strahlengang jeder der zwei Kalibrierwellen. Mit anderen Worten bedeutet das nacheinander Anordnen der Kalibriersphäre in dem jeweiligen Strahlengang also ein Anordnen der Kalibriersphäre an einer ersten Kalibrierposition in einem Strahlengang der ersten Kalibrierwelle und an einer wei teren Kalibrierposition in einem Strahlengang der zweiten Kalibrierwelle. By arranging the calibration sphere 52 as described above initially in the beam path of the first calibration shaft 36-1 and then pushing the calibration sphere 52 by means of the positioning device 50 into the second calibration position, in which the calibration sphere is arranged in the beam path of the second calibration shaft 36-2 , the calibration sphere is arranged one after the other in a respective beam path of each of the two calibration waves. In other words, arranging the calibration sphere one after the other in the respective beam path means arranging the calibration sphere at a first calibration position in a beam path of the first calibration shaft and at a further calibration position in a beam path of the second calibration shaft.
In Fig. 2 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zur inter- ferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Diese Messvorrichtung unterscheidet sich von der Messvor- richtung 10 gemäß Fig. 1 lediglich in der Funktionsweise der Positioniereinrich tung 50 und der Größe der Kalibriersphäre 52. In Fig. 2 wurde zur Vereinfachung der Zeichnung auf die Darstellung der Prüfwelle 34 sowie des Testobjekts 14 ver zichtet. Die Positioniereinrichtung 50 gemäß Fig. 2 weist zusätzlich zu den Trans lationsfreiheitsgraden 54x, 54y und 54z mindestens einen Kippfreiheitsgrad auf.In FIG. 2, a further exemplary embodiment of a measuring device 10 for interferometric shape measurement of an optical surface 12 of a test object 14 is illustrated. This measuring device differs from the measuring device 1 only in the functioning of the Positioniereinrich device 50 and the size of the calibration sphere 52. In Fig. 2, to simplify the drawing, the representation of the test shaft 34 and the test object 14 was omitted ver. The positioning device 50 according to FIG. 2 has, in addition to the degrees of freedom of translation 54x, 54y and 54z, at least one degree of freedom from tilting.
Im veranschaulichten Fall handelt es sich hier um den Kippfreiheitsgrad 56x, wel cher eine Kippbewegung der Kalibriersphäre 52 um die in x-Richtung ausgerichte te Kippachse 58 definiert. Neben oder alternativ zum Kippfreiheitsgrad 56x kön nen auch Verkippungen in y-Richtung und/oder z-Richtung vorgesehen sein. In the illustrated case, this is the degree of freedom of tilt 56x, which defines a tilting movement of the calibration sphere 52 about the tilt axis 58 oriented in the x direction. In addition to or as an alternative to the degree of freedom of tilt 56x, tilts in the y-direction and / or z-direction can also be provided.
In Fig. 2 sowie Fig. 4 ist die in einer ersten Kalibrierposition angeordnete Kalib riersphäre 52 im Strahlengang der ersten Kalibrierwelle 36-1 in durchgezogenen Linien und die in einer zweiten Kalibrierposition angeordnete Kalibriersphäre 52 im Strahlengang der zweiten Kalibrierwelle 36-2 in unterbrochenen Linien darge stellt. Zum Übergang von der ersten Kalibrierposition in die zweite Kalibrierpositi on wird die Kalibriersphäre 52 neben einer entsprechenden Translationsbewe gung durch Verkippen bezüglich der Kippachse 58 um den Kippwinkel a (siehe Fig. 4) von einer ersten Kippstellung in eine zweite Kippstellung bewegt. In Fig. 2 and Fig. 4, the calibration sphere 52 arranged in a first calibration position is shown in solid lines in the beam path of the first calibration shaft 36-1 and the calibration sphere 52 arranged in a second calibration position in the beam path of the second calibration shaft 36-2 in broken lines represents. To transition from the first calibration position to the second calibration position, the calibration sphere 52 is moved from a first tilt position to a second tilt position by tilting relative to the tilt axis 58 by tilting angle a (see FIG. 4) in addition to a corresponding translation movement.
Die Verkippbarkeit der Kalibriersphäre 52 ermöglicht die Ausführung der Kalib riersphäre in einer verringerten Größe, wie in den Figuren 3 und 4 veranschaulicht ist. Fig. 3 zeigt den in der ersten Kalibrierposition gemäß Fig. 1 beleuchteten Be reich 60-1 der Kalibriersphäre 52 sowie den in der zweiten Kalibrierposition ge mäß Fig. 1 beleuchteten Bereich 60-2 der Kalibriersphäre 52. Fig. 4 zeigt den in der ersten Kalibrierposition gemäß Fig. 2 beleuchteten Bereich 60-1 der Kalib riersphäre 52 sowie den in der zweiten Kalibrierposition gemäß Fig. 2 beleuchte ten Bereich 60-2 der Kalibriersphäre. Wie aus den Darstellungen hervorgeht, weist die Kalibriersphäre 52 gemäß Fig. 2 bzw. Fig. 4 eine geringere Größe als die Kalibriersphäre 52 gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 3 auf. Damit kann die Messvorrich tung 10 in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 bzw. Fig. 4 kompakter ausgeführt werden als in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 3. Die in Fig. 2 veran schaulichte Konfiguration der Messvorrichtung 10 mit einer mindestens einen Kippfreiheitsgrad 56x umfassenden Positioniereinrichtung 50 kann auch bei den nachstehend unter Bezug auf die Figuren 5, 6, 7 und 10 beschriebenen Ausfüh rungsformen Anwendung finden. The tiltability of the calibration sphere 52 enables the calibration sphere to be designed in a reduced size, as illustrated in FIGS. 3 and 4. 3 shows the illuminated area 60-1 of the calibration sphere 52 in the first calibration position according to FIG. 1 and the area 60-2 of the calibration sphere 52 illuminated in the second calibration position according to FIG Calibration position according to FIG. 2 illuminated area 60-1 of the calibration sphere 52 and the area 60-2 of the calibration sphere illuminated in the second calibration position according to FIG. As can be seen from the illustrations, the calibration sphere 52 according to FIG. 2 or FIG. 4 has a smaller size than the calibration sphere 52 according to FIG. 1 or FIG. 3. Thus, the measuring device 10 in the embodiment according to FIG. 2 or FIG. 4 can be made more compact than in the embodiment according to FIG. 1 or FIG. 3. The configuration of the measuring device 10 illustrated in FIG Positioning device 50 with a degree of tilting freedom of 56x can also be used in the embodiments described below with reference to FIGS. 5, 6, 7 and 10.
In Fig. 6 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zur inter- ferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Diese Messvorrichtung unterscheidet sich von der Messvor richtung 10 gemäß Fig. 1 lediglich in der Konfiguration des diffraktiven optischen Elements 32 sowie der Größe und dem Krümmungsradius der Kalibriersphäre 52. In Fig. 6 wurde zur Vereinfachung der Zeichnung auf die Darstellung der Prüfwel le 34 sowie des Testobjekts 14 verzichtet. 6 illustrates a further exemplary embodiment of a measuring device 10 for interferometric shape measurement of an optical surface 12 of a test object 14. This measuring device differs from the measuring device 10 according to FIG. 1 only in the configuration of the diffractive optical element 32 and the size and the radius of curvature of the calibration sphere 52 Test object 14 omitted.
Das diffraktive optische Element 32 gemäß Fig. 6 ist dazu konfiguriert, anstatt divergierende Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 , konvergierende Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 zu erzeugen, wobei die be treffenden Konvergenzpunkte in Gestalt der virtuellen Ursprungspunkte 38-1 und 38-2 zwischen dem diffraktiven optischen Element 32 und der in einer der Kalib rierpositionen angeordneten Kalibriersphäre 52 angeordnet sind. Die virtuellen Ursprungspunkte 38-1 und 38-2 entsprechen jeweils dem Mittelpunkt einer der Wellenfront der jeweiligen Kalibrierwelle 36-1 bzw. 36-2 nach Durchlaufen des betreffenden Konvergenzpunktes zugeordneten Sphäre. Der Quotient d/l weist in der veranschaulichten Ausführungsform einen Wert von etwa 25% auf, d.h. der Abstand d zwischen den virtuellen Ursprungspunkten 38-1 und 38-2 beträgt etwa 25% der Länge des längsten Quellabschnitts 40I. The diffractive optical element 32 according to FIG. 6 is configured to generate converging calibration waves 36-1 and 36-2 instead of diverging calibration waves 36-1 and 36-2 as in the embodiment according to FIG Shape of the virtual points of origin 38-1 and 38-2 are arranged between the diffractive optical element 32 and the calibration sphere 52 arranged in one of the calibration positions. The virtual points of origin 38-1 and 38-2 each correspond to the center point of a sphere assigned to the wave front of the respective calibration wave 36-1 or 36-2 after passing through the relevant convergence point. The quotient d / l in the illustrated embodiment has a value of approximately 25%, i.e. the distance d between the virtual points of origin 38-1 and 38-2 is approximately 25% of the length of the longest source section 40I.
In Fig. 7 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zur inter- ferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Diese Messvorrichtung unterscheidet sich von der Messvor richtung 10 gemäß Fig. 6 lediglich in der Konfiguration des diffraktiven optischen Elements 32 sowie der Größe und der Krümmung der Kalibriersphäre 52. Das diffraktive optische Element 32 gemäß Fig. 7 ist dazu konfiguriert, die kon vergierenden Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 derart zu erzeugen, dass die betref fenden Konvergenzpunkte in Gestalt der virtuellen Ursprungspunkte 38-1 und 38- 2 auf derjenigen Seite der in einer der Kalibrierpositionen angeordneten Kalib riersphäre 52, welche dem diffraktiven optischen Element 32 entgegengesetzt ist, angeordnet sind. Mit anderen Worten liegen die virtuellen Ursprungspunkte 38-1 und 38-2 jeweils weiter von dem diffraktiven optischen Element 32 entfernt als die in der entsprechenden Kalibrierposition angeordnete Kalibriersphäre 52. Die Quellabschnitte 40 erstrecken sich, wie auch in den anderen Ausführungsformen, vom entsprechenden Ursprungspunkt 38-1 bzw. 38-2 bis zum jeweiligen Schnitt punkt des betreffenden Einzelstrahls 39-1 bzw. 39-2 mit dem diffraktiven opti schen Element 32. In Fig. 7 sind zur Veranschaulichung die Einzelstrahlen 39-1 bzw. 39-2 jeweils mittels unterbrochener Linien 66-1 bzw. 66-2 bis zum entspre chenden virtuellen Ursprungspunkt 38-1 bzw. 38-2 verlängert. Der Quotient d/l weist einen Wert von etwa 34% auf, d.h. der Abstand d zwischen den virtuellen Ursprungspunkten 38-1 und 38-2 beträgt etwa 34% der Länge des mit dem Be zugszeichen 40I bezeichneten Längsten der Quellabschnitte 40I. In FIG. 7, a further exemplary embodiment of a measuring device 10 for interferometric shape measurement of an optical surface 12 of a test object 14 is illustrated. This measuring device differs from the measuring device 10 according to FIG. 6 only in the configuration of the diffractive optical element 32 and the size and curvature of the calibration sphere 52. The diffractive optical element 32 according to FIG. 7 is configured to generate the converging calibration waves 36-1 and 36-2 in such a way that the relevant convergence points in the form of the virtual points of origin 38-1 and 38-2 on that side of FIG one of the calibration positions arranged calibrating sphere 52, which is opposite to the diffractive optical element 32, are arranged. In other words, the virtual points of origin 38-1 and 38-2 are each further away from the diffractive optical element 32 than the calibration sphere 52 arranged in the corresponding calibration position -1 or 38-2 up to the point of intersection of the respective individual beam 39-1 or 39-2 with the diffractive optical element 32. In Fig. 7, the individual beams 39-1 and 39-2 are each by means of illustration broken lines 66-1 and 66-2 extended to the corre sponding virtual point of origin 38-1 or 38-2. The quotient d / l has a value of approximately 34%, ie the distance d between the virtual points of origin 38-1 and 38-2 is approximately 34% of the length of the longest of the source sections 40I, denoted by the reference symbol 40I.
In Fig. 8 ist der in der ersten und zweiten Kalibrierposition jeweils beleuchtete Be reich 60-1 und 60-2 der Kalibriersphäre 52 der Ausführungsform gemäß Fig. 6 veranschaulicht. In Fig. 9 ist analog der in der ersten und zweiten Kalibrierposition jeweils beleuchtete Bereich 60-1 und 60-2 der Kalibriersphäre 52 der Ausfüh rungsform gemäß Fig. 7 veranschaulicht. Wie aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich, überlappen sich die beleuchteten Bereiche 60-1 und 60-2 in der Ausführungsform gemäß Fig. 6 stärker als in der Ausführungsform gemäß Fig. 7. Trotz der geringe ren Überlappung kann die Messvorrichtung gemäß Fig. 7 aufgrund der näheren Anordnung der Kalibriersphäre 52 am diffraktiven optischen Element 32 ggf. kom pakter ausgeführt werden. In FIG. 8, the respectively illuminated area 60-1 and 60-2 of the calibration sphere 52 of the embodiment according to FIG. 6 is illustrated in the first and second calibration positions. In Fig. 9, the respectively illuminated area 60-1 and 60-2 of the calibration sphere 52 of the embodiment according to FIG. 7 is illustrated in an analogous manner in the first and second calibration positions. As can be seen from FIGS. 8 and 9, the illuminated areas 60-1 and 60-2 overlap more strongly in the embodiment according to FIG. 6 than in the embodiment according to FIG. 7. Despite the smaller overlap, the measuring device according to FIG. 7 due to the closer arrangement of the calibration sphere 52 on the diffractive optical element 32 may be made more compact.
In Fig. 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zur inter- ferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Diese Messvorrichtung unterscheidet sich von der Messvor- richtung 10 gemäß Fig. 1 lediglich in der Konfiguration des diffraktiven optischen Elements 32 sowie der Größe und dem Krümmungsradius der Kalibriersphäre 52. In Fig. 10 wurde zur Vereinfachung der Zeichnung auf die Darstellung der Prüf welle 34 sowie des Testobjekts 14 verzichtet. A further exemplary embodiment of a measuring device 10 for interferometric shape measurement of an optical surface 12 of a test object 14 is illustrated in FIG. 10. This measuring device differs from the measuring device direction 10 according to FIG. 1 only in the configuration of the diffractive optical element 32 and the size and the radius of curvature of the calibration sphere 52. In FIG. 10, the test shaft 34 and the test object 14 are not shown to simplify the drawing.
Das diffraktive opische Element 32 gemäß Fig. 10 ist dazu konfiguriert, drei Kalib rierwellen 36-1 , 36-2 und 36-3 zu erzeugen. Die virtuellen Ursprungspunkte 38-1 , 38-2 und 38-3 sind in der dargestellten Ausführungsform zwischen dem Interfe rometriemodul 15 und dem diffraktiven optischen Element 32 angeordnet. In al ternativen Ausführungformen können die virtuellen Ursprungspunkte 38-1 , 38-2 und 38-3 auch analog zu den Ausführungsformen gemäß der Figuren 6 und 7 an der bezüglich des diffraktiven optischen Elements 32 dem Interferometriemodul 15 gegenüber liegenden Seite angeordnet sein. The diffractive optical element 32 shown in FIG. 10 is configured to generate three calibration waves 36-1, 36-2 and 36-3. The virtual points of origin 38-1, 38-2 and 38-3 are arranged between the interfe rometriemodul 15 and the diffractive optical element 32 in the embodiment shown. In alternative embodiments, the virtual points of origin 38-1, 38-2 and 38-3 can also be arranged analogously to the embodiments according to FIGS. 6 and 7 on the side opposite the interferometry module 15 with respect to the diffractive optical element 32.
In der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform weisen die virtuellen Ursprungspunk te 38-1 und 38-2 einen auch mit dem Bezugszeichen 37-1 bezeichneten Abstand di2, die virtuellen Ursprungspunkte 38-2 und 38-3 einen auch mit dem Bezugszei chen 37-2 bezeichneten Abstand d23 und die virtuellen Ursprungspunkte 38-1 und 38-3 einen auch mit dem Bezugszeichen 37-3 bezeichneten Abstand di3 vonei nander auf. Der längste Quellabschnitt der Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 sowie der Kalibrierwellen 36-2 und 36-3 mit der auch mit dem Bezugszeichen 51 -1 be zeichneten Länge h ist identisch und mit dem Bezugszeichen 40h bezeichnet. Der längste Quellabschnitt 40 der Kalibrierwellen 36-1 und 36-3 ist mit dem Bezugs zeichen 4012 bezeichnet und weist die auch mit dem Bezugszeichen 51 -2 be- zeichnete Länge I2 auf. In the embodiment shown in FIG. 10, the virtual points of origin 38-1 and 38-2 have a distance di2 also denoted by the reference symbol 37-1, the virtual points of origin 38-2 and 38-3 also have a distance di2 denoted by the reference symbol 37- 2 and the virtual points of origin 38-1 and 38-3 at a distance di3 from one another, also denoted by the reference symbol 37-3. The longest source section of the calibration shafts 36-1 and 36-2 and of the calibration shafts 36-2 and 36-3 with the length h also identified by the reference number 51-1 is identical and is designated by the reference number 40h. The longest source section 40 of the calibration shafts 36-1 and 36-3 is denoted by the reference symbol 4012 and has the length I2 which is also denoted by the reference symbol 51-2.
Der Quotient d-12/l· für die Kalibrierwellen 36-1 und 36-2 beträgt etwa 40%, der Quotient d-13/12 für die Kalibrierwellen 36-1 und 36-3 etwa 49% und der Quotient d23/h für die Kalibrierwellen 36-2 und 36-3 etwa 34%. In Fig. 11 sind die jeweiligen von den Kalibrierwellen 36-1 , 36-2 und 36-3 in den unterschiedlichen Kalibrierpo sitionen beleuchteten Bereiche 60-1 , 60-2 und 60-3 auf der Kalibriersphäre 52 veranschaulicht. Wie aus der Figur ersichtlich, überlappen die jeweils aneinander angrenzenden Bereiche 60-1 und 60-2 bzw. 60-2 und 60-3 sowie die Bereiche 60- 1 und 60-3. The quotient d-12 / l · for the calibration waves 36-1 and 36-2 is about 40%, the quotient d-13/12 for the calibration waves 36-1 and 36-3 is about 49% and the quotient d23 / h for the calibration waves 36-2 and 36-3 about 34%. In FIG. 11, the respective areas 60-1, 60-2 and 60-3 illuminated by the calibration shafts 36-1, 36-2 and 36-3 in the different calibration positions on the calibration sphere 52 are illustrated. As can be seen from the figure, they overlap each other adjacent areas 60-1 and 60-2 or 60-2 and 60-3 and areas 60-1 and 60-3.
In Fig. 5 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 zur inter- ferometrischen Formvermessung einer optischen Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 veranschaulicht. Diese Messvorrichtung unterscheidet sich von der Messvor richtung 10 gemäß Fig. 1 lediglich in der Konfiguration zur Erzeugung der Refe renzwelle 30r, welche in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 an dem im Interfero metriemodul 15 angeordneten Fizeauelement 28 erzeugt wird. In Fig. 5 wurde zur Vereinfachung der Zeichnung auf die Darstellung der Prüfwelle 34 sowie des Testobjekts 14 verzichtet. In FIG. 5, a further exemplary embodiment of a measuring device 10 for interferometric shape measurement of an optical surface 12 of a test object 14 is illustrated. This measuring device differs from the measuring device 10 according to FIG. 1 only in the configuration for generating the reference wave 30r, which in the embodiment according to FIG. In FIG. 5, in order to simplify the drawing, the test shaft 34 and test object 14 are not shown.
Das Interferometriemodul 15 in der Messvorrichtung 10 gemäß Fig. 5 umfasst im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 kein Fizeau-Element 28. Stattdes- sen ist ein als reflektives optisches Element ausgebildetes Referenzelement 62 zur Erzeugung der Referenzwelle 30r auf derjenigen Seite des diffraktiven opti schen Elements 32, welche dem Interferometermodul 15 entgegengesetzt ist, vorgesehen. Die komplexe Kodierung des diffraktiven optischen Elements 32 ist mit einem weiteren diffraktiven Strukturmuster versehen. Dieses weitere diffrakti- ve Strukturmuster dient der Erzeugung einer Referenzwelle 30 aus der Ein gangswelle 19. Das reflektive optische Element 62 ist mit einer optisch wirksa men Fläche in Gestalt einer Reflexionsfläche 64 zur Reflexion der Referenzwelle 30 in die zurücklaufende Referenzwelle 30r versehen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Referenzelement 62 auch als Linse konfiguriert sein, welche in Zusammenwirkung mit einem Spiegel die zurücklaufende Referenzwel le 30r erzeugt. Im Fall einer Linse wird unter der optisch wirksamen Fläche eine mit der Referenzwelle 30 wechselwirkende Linsenoberfläche verstanden. In contrast to the embodiment according to FIG. 1, the interferometry module 15 in the measuring device 10 according to FIG. 5 does not include a Fizeau element 28. Instead, a reference element 62 designed as a reflective optical element for generating the reference wave 30r is on that side of the diffractive optical Element 32, which is opposite to the interferometer module 15, is provided. The complex coding of the diffractive optical element 32 is provided with a further diffractive structure pattern. This further diffractive structure pattern is used to generate a reference wave 30 from the input wave 19. The reflective optical element 62 is provided with an optically effective surface in the form of a reflection surface 64 for reflecting the reference wave 30 into the returning reference wave 30r. According to an alternative embodiment, the reference element 62 can also be configured as a lens which, in cooperation with a mirror, generates the returning reference wave 30r. In the case of a lens, the optically effective surface is understood to mean a lens surface that interacts with the reference shaft 30.
Das Referenzelement 62 ist in der vorliegenden Ausführungsform als ebener Spiegel zur Rückreflexion der Referenzwelle 30 mit ebener Wellenfront ausgebil det. In einer anderen Ausführungsform kann die Referenzwelle 30 eine sphäri- sehe Wellenfront aufweisen und das Referenzelement 62 als sphärischer Spiegel ausgebildet sein. In the present embodiment, the reference element 62 is designed as a flat mirror for back reflection of the reference wave 30 with a flat wavefront. In another embodiment, the reference shaft 30 can be a spherical see wave front and the reference element 62 be designed as a spherical mirror.
Die von der Reflexionsfläche des reflektiven optischen Elements 32 reflektierte zurücklaufende Referenzwelle 30r durchläuft das diffraktive optische Element 32 erneut und wird dabei abermals gebeugt. Dabei erfolgt eine Rücktransformation der zurücklaufenden Referenzwelle 30r in eine annähernd ebene Welle, welche der am Fizeau-Element 28 gemäß Fig. 1 in Reflexion erzeugten Welle entspricht. Das diffraktive optische Element 32 dient somit auch zur Überlagerung der zu rücklaufenden Prüfwelle 34r bzw. der zurücklaufenden Referenzwellen 36-1 und 36-2 mit der zurücklaufenden Referenzwelle 30r. Die in Fig. 5 veranschaulichte Konfiguration der Messvorrichtung 10 mit einem außerhalb des Interferometrie moduls 15 angeordneten reflektiven optischen Element als Referenzelement 62 kann auch bei den vorstehend unter Bezug auf die Figuren 6, 7 und 10 beschrie benen Ausführungsformen Anwendung finden. The returning reference wave 30r reflected from the reflection surface of the reflective optical element 32 passes through the diffractive optical element 32 again and is again diffracted in the process. In this case, the returning reference wave 30r is transformed back into an approximately flat wave, which corresponds to the wave generated in reflection on the Fizeau element 28 according to FIG. 1. The diffractive optical element 32 thus also serves to superimpose the test wave 34r to be returned or the return reference waves 36-1 and 36-2 with the return reference wave 30r. The configuration of the measuring device 10 illustrated in FIG. 5 with a reflective optical element arranged outside the interferometry module 15 as reference element 62 can also be used in the embodiments described above with reference to FIGS. 6, 7 and 10.
Weiterhin können in den Ausführungsformen gemäß der Figuren 1 , 2, 5, 6, 7 oder 10 eine oder mehrere weitere Kalibrierwellen vorgesehen sein, von denen min destens eine als ebene Wellen konfiguriert ist. Furthermore, in the embodiments according to FIGS. 1, 2, 5, 6, 7 or 10, one or more further calibration shafts can be provided, of which at least one is configured as plane shafts.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungs formen bzw. Ausführungsvarianten ist exemplarisch zu verstehen. Die damit er folgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Er findung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst anderer seits 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 The above description of exemplary embodiments, forms of execution or design variants is to be understood as examples. The disclosure he followed enables the skilled person on the one hand to understand the present invention and the advantages associated therewith, and on the other hand also includes obvious changes and modifications of the structures and methods described in the understanding of the skilled person. Therefore, it is intended to cover all such changes and modifications insofar as they come within the scope of the invention as defined in the appended claims, and equivalents of the scope of protection of the claims. List of reference symbols
10 Messvorrichtung 12 optische Oberfläche 10 measuring device 12 optical surface
14 Testobjekt 14 test object
15 Interferometriemodul 15 interferometry module
16 Strahlungsquelle 16 radiation source
18 Messstrahlung 18 Measurement radiation
19 Eingangswelle 19 input shaft
20 Wellenleiter 20 waveguides
22 Strahlungserzeugungsmodul 24 Strahlteiler 26 Kollimator 22 radiation generating module 24 beam splitter 26 collimator
28 Fizeau-Element 28 Fizeau element
29 Fizeau-Fläche 29 Fizeau surface
30 Referenzwelle 30 reference wave
30r zurücklaufende Referenzwelle 30r returning reference wave
32 diffraktives optisches Element 32 diffractive optical element
33 diffraktive Oberfläche 33 diffractive surface
34 Prüfwelle 34 test shaft
35 Substrat 35 substrate
34r zurücklaufenden Prüfwelle 36-1 erste Kalibrierwelle 36-2 zweite Kalibrierwelle 36-3 dritte Kalibrierwelle 34r returning test wave 36-1 first calibration wave 36-2 second calibration wave 36-3 third calibration wave
37, 37-1 , 37-2, 37-3 Abstand zwischen virtuellen Ursprungspunkten 38-1 virtueller Ursprungspunkt 37, 37-1, 37-2, 37-3 distance between virtual origin points 38-1 virtual origin point
38-2 virtueller Ursprungspunkt 38-3 virtueller Ursprungspunkt 38-2 virtual origin point 38-3 virtual origin point
39-1 Einzelstrahl 39-2 Einzelstrahl 40 Quellabschnitt 401 längster Quellabschnitt 39-1 single jet 39-2 single jet 40 source section 401 longest section of the spring
41 Erfassungseinrichtung 41 Detection device
42 Blende 42 aperture
44 Okular 46 Detektor 44 eyepiece 46 detector
47 Beobachtungseinheit 47 observation unit
48 Auswerteeinrichtung 48 Evaluation device
50 Positioniereinrichtung 50 positioning device
51 , 51 -1 , 51 -2 Länge des längsten Quellabschnitts 52 Kalibriersphäre 51, 51 -1, 51 -2 Length of the longest source section 52 calibration sphere
54x, 54y, 54z Translationsfreiheitsgrade 56x Kippfreiheitsgrad 54x, 54y, 54z degrees of translational freedom 56x degrees of tilting freedom
58 Kippachse 58 tilt axis
60-1 beleuchteter Bereich in der ersten Kalibrierposition 60-2 beleuchteter Bereich in der zweiten Kalibrierposition60-1 illuminated area in the first calibration position 60-2 illuminated area in the second calibration position
60-3 beleuchteter Bereich in der dritten Kalibrierposition 62 Referenzelement 60-3 illuminated area in the third calibration position 62 reference element
64 Reflexionsfläche 64 reflective surface
66-1 zeichnerische Verlängerung der Einzelstrahlen 66-2 zeichnerische Verlängerung der Einzelstrahlen a Kippwinkel 66-1 graphic extension of the individual rays 66-2 graphic extension of the individual rays a tilt angle

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts mit den Schritten: 1. A method for interferometric measurement of a shape of a surface of a test object with the steps:
- Erzeugen einer Prüfwelle sowie mindestens zweier Kalibrierwellen mittels eines diffraktiven optischen Elements aus einer Eingangswelle, wobei die Prüfwelle eine zumindest teilweise an eine Sollform der Oberfläche des Testobjekts angepasste Wellenfront aufweist und die Kalibrierwellen jeweils eine sphärische Wellenfront aufweisen, - Generating a test wave and at least two calibration waves by means of a diffractive optical element from an input wave, wherein the test wave has a wave front that is at least partially adapted to a nominal shape of the surface of the test object and the calibration waves each have a spherical wave front,
- Bereitstellen einer Kalibriersphäre, nacheinander Anordnen der Kalibriersphäre in einem jeweiligen Strahlengang jeder der mindestens zwei Kalibrierwellen sowie jeweiliges Ermitteln von Kalibrierabweichungen des diffraktiven optischen Ele ments aus den Kalibrierwellen nach jeweiliger Reflexion an der Kalibriersphäre, sowie - Provision of a calibration sphere, successively arranging the calibration sphere in a respective beam path of each of the at least two calibration waves and the respective determination of calibration deviations of the diffractive optical element from the calibration waves after each reflection on the calibration sphere, and
- interferometrisches Vermessen der Form der Oberfläche des Testobjekts mittels der Prüfwelle unter Berücksichtigung der ermittelten Kalibrierabweichungen. - Interferometric measurement of the shape of the surface of the test object by means of the test shaft, taking into account the calibration deviations determined.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei welchem die Kalibriersphäre beim nacheinander Anordnen im jeweiligen Strahlengang zwischen verschiedenen Kalibrierpositionen verschoben wird. 2. The method according to claim 1, in which the calibration sphere is displaced between different calibration positions when being arranged one after the other in the respective beam path.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Kalibriersphäre beim nacheinander Anordnen im jeweiligen Strahlengang zwischen verschiedenen Kippstellungen bewegt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, in which the calibration sphere is moved between different tilt positions when being arranged one after the other in the respective beam path.
4. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem für jeden Einzelstrahl der Kalibrierwellen ein Quellabschnitt definiert ist, welcher sich vom jeweiligen Mittelpunkt einer der Wellenfront der jeweiligen Kalib rierwelle zugeordneten Sphäre bis zum Schnittpunkt des Einzelstrahls mit dem diffraktiven optischen Element erstreckt, und der Abstand zwischen den Mittel punkten der Sphären der beiden Kalibrierwellen einen Wert aufweist, welcher zwischen 0,1% und 50% der Länge des längsten Quellabschnitts aller Einzel strahlen der beiden Kalibrierwellen liegt. 4. The method according to any one of the preceding claims, in which a source section is defined for each individual beam of the calibration waves, which extends from the respective center point of a sphere assigned to the wave front of the respective calibration wave to the point of intersection of the individual beam with the diffractive optical element, and the distance between the centers of the spheres of the two calibration waves has a value which between 0.1% and 50% of the length of the longest source section of all individual rays of the two calibration waves.
5. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine der Kalibrierwellen als expandierende Welle konfiguriert ist. 5. The method according to any one of the preceding claims, in which at least one of the calibration waves is configured as an expanding wave.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem mindestens eine der Kalibrierwellen als konvergierende Welle konfiguriert ist. 6. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein at least one of the calibration waves is configured as a converging wave.
7. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem durch Beugung aus der Eingangswelle mindestens drei Kalibrierwellen mit jeweils einer sphärischen Wellenfront erzeugt werden. 7. The method according to any one of the preceding claims, in which at least three calibration waves, each with a spherical wave front, are generated by diffraction from the input wave.
8. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem weiterhin eine Kalibrierwelle mit einer ebenen Wellenfront erzeugt wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein a calibration wave with a plane wave front is also generated.
9. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem zum interferometrischen Vermessen der Form der Oberfläche des Test objekts die Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts mit einer Referenzwelle überlagert wird, wobei die Referenzwelle mittels eines Fizeauelements von der Eingangswelle abgespalten wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, in which, for interferometric measurement of the shape of the surface of the test object, the test wave is superimposed with a reference wave after interaction with the surface of the test object, the reference wave being split off from the input wave by means of a Fizeauelelement.
10. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem zum interferometrischen Vermessen der Form der Oberfläche des Test objekts die Prüfwelle nach Wechselwirkung mit der Oberfläche des Testobjekts mit einer Referenzwelle überlagert wird, wobei die Referenzwelle mittels des dif- fraktiven optischen Elements aus der Eingangswelle erzeugt wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, in which, for interferometric measurement of the shape of the surface of the test object, the test wave is superimposed with a reference wave after interaction with the surface of the test object, the reference wave being generated from the input wave by means of the diffractive optical element will.
11. Messvorrichtung zur interferometrischen Formvermessung einer Oberfläche eines Testobjekts mit: - einem diffraktiven optischen Element, welches dazu konfiguriert ist, durch Beu gung aus einer Eingangswelle eine Prüfwelle mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der Oberfläche des Testobjekts angepassten Wellenfront, eine erste Kalibrierwelle sowie mindestens eine zweite Kalibrierwelle zu erzeugen, sowie11. Measuring device for interferometric shape measurement of a surface of a test object with: - A diffractive optical element which is configured to generate a test wave with a wave front that is at least partially adapted to a target shape of the surface of the test object, a first calibration wave and at least one second calibration wave from an input wave, as well as
- einer Positioniereinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine Kalibriersphäre derart zwischen verschiedenen Kalibrierpositionen zu verschieben, dass die Ka libriersphäre an einer ersten der Kalibrierpositionen in einem Strahlengang der ersten Kalibrierwelle und an einer weiteren der Kalibrierpositionen in einem Strah lengang der zweiten Kalibrierwelle angeordnet ist. - A positioning device which is configured to move a calibration sphere between different calibration positions in such a way that the calibration sphere is arranged at a first of the calibration positions in a beam path of the first calibration shaft and at another of the calibration positions in a beam path of the second calibration shaft.
12. Messvorrichtung nach Anspruch 11 , bei der die Positioniereinrichtung weiterhin dazu konfiguriert ist, die Kalibriersphä re zu verkippen. 12. Measuring device according to claim 11, in which the positioning device is further configured to tilt the calibration sphere.
13. Messvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, welche weiterhin die Kalibriersphäre umfasst. 13. Measuring device according to claim 11 or 12, which further comprises the calibration sphere.
14. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der mindestens eine der Kalibrierwellen als konvergierende Welle konfiguriert ist und ein Mittelpunkt einer Sphäre, welche der Wellenfront der Kalibrierwelle zugeordnet ist, zwischen dem diffraktiven optischen Element und der an der zu geordneten Kalibrierposition angeordneten Kalibriersphäre liegt. 14. Measuring device according to one of claims 11 to 13, in which at least one of the calibration waves is configured as a converging wave and a center point of a sphere, which is assigned to the wavefront of the calibration wave, between the diffractive optical element and the calibration sphere arranged at the calibration position to be assigned lies.
15. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei der mindestens eine der Kalibrierwellen als konvergierende Welle konfiguriert ist und die an der zugeordneten Kalibrierposition angeordnete Kalibriersphäre zwischen dem diffraktiven optischen Element und einem Mittelpunkt einer der Wellenfront der der Kalibrierwelle zugeordneten Sphäre angeordnet ist. 15. Measuring device according to one of claims 11 to 14, in which at least one of the calibration waves is configured as a converging wave and the calibration sphere arranged at the assigned calibration position is arranged between the diffractive optical element and a center point of one of the wavefronts of the sphere assigned to the calibration wave.
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