DE102020213762B3

DE102020213762B3 - Diffraktives optisches Element für eine interferometrische Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102020213762B3
Application number: DE102020213762.5A
Authority: DE
Inventors: Jochen Hetzler; Wolfgang Zeller; Matthias Dreher
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2040-11-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein diffraktives optisches Element (12) für eine interferometrische Messvorrichtung (10) zur Vermessung einer optischen Oberfläche (14). Das diffraktive optische Element (10) umfasst ein diffraktives Strukturmuster (36) zum Erzeugen einer Prüfwelle (38) mit einer an eine Sollform der optischen Oberfläche (14) angepassten Wellenfront. Weiterhin umfasst das diffraktive optische Element (10) ein erstes diffraktives Justagestrukturmuster (66) zum Erzeugen einer ersten Justagewelle (52) mit einer ersten Signatur (68) im Lichtfeld der ersten Justagewelle und ein zweites diffraktives Justagestrukturmuster (70) zum Erzeugen einer zweiten Justagewelle (54) mit einer zweiten Signatur (72) im Lichtfeld der zweiten Justagewelle für eine Justage einer Beleuchtungseinrichtung (16) der Messvorrichtung (10). Die Justagestrukturmuster (66, 70) sind derart konfiguriert, dass sich die beiden Justagewellen (52, 54) in einer Erfassungsebene (48) der Messvorrichtung (10) zu einem Interferenzbild (76) überlagern. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Justage einer Beleuchtungseinrichtung (16) einer interferometrischen Messvorrichtung (10) zur Vermessung einer optischen Oberfläche (14).

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein diffraktives optisches Element für eine interferometrische Messvorrichtung zur Vermessung einer optischen Oberfläche sowie ein Verfahren zur Justage einer Beleuchtungseinrichtung einer interferometrischen Messvorrichtung zur Vermessung einer optischen Oberfläche.
Für eine hochgenaue Vermessung einer optischen Oberfläche sind interferometrische Messvorrichtungen mit einem diffraktiven optischen Element bekannt. Bei asphärischen Oberflächen oder Freiformflächen, beispielsweise von Spiegeln für Mikrolithographiesysteme, wird als diffraktives optisches Element häufig ein computergeneriertes Hologramm verwendet, welches im Folgenden auch kurz CGH genannt wird. Oft ist bei solchen Messvorrichtungen das diffraktive optische Element so konfiguriert, dass es eine Prüfwelle mit einer an die Sollform der Oberfläche angepassten Wellenfront erzeugt. Dafür erforderliche diffraktive Strukturen können zum Beispiel durch eine rechnergestützte Simulation der Messvorrichtung zusammen mit der Solloberfläche bestimmt und anschließend als CGH hergestellt werden.
Entspricht die vermessene optische Oberfläche der Sollform, trifft die auf diese Weise erzeugte Prüfwelle an jedem Punkt senkrecht auf die Oberfläche auf und wird in sich zurückreflektiert. Nach Durchgang der reflektierten Prüfwelle durch das diffraktive optische Element erfolgt eine Überlagerung mit einer Referenzwelle. Diese auch als Nulloptik für die zu prüfende optische Oberfläche bezeichnete Anordnung führt bei Abweichungen von der Sollform zu einem Interferenzbild, mit dem sich die Form der zu vermessenden Oberfläche sehr genau bestimmen lässt.
Eine Bereitstellung der Referenzwelle kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. So beschreibt beispielsweise DE 10 2015 209 490 A1 eine interferometrische Messvorrichtung mit einem Referenzspiegel. Bei dieser auch als Referenzspiegel-Interferometer bezeichneten Messvorrichtung erzeugt ein komplex kodiertes CGH aus einer Eingangswelle in Transmission gleichzeitig eine Prüfwelle mit einer an die Sollform angepassten Wellenfront und eine Referenzwelle mit einer gegenüber der Prüfwelle anderen Ausbreitungsrichtung. Die Referenzwelle wird von einem Referenzspiegel zum CGH zurückreflektiert und überlagert sich nach erneutem Durchlaufen des CGHs mit der reflektierten Prüfwelle.
Bei anderen bekannten Messvorrichtungen erfolgt die Bereitstellung der Referenzwelle im Strahlengang bereits vor dem diffraktiven Element oder durch Reflexion an dem diffraktiven Element. In DE 10 2012 217 800 A1 wird zum Beispiel eine Messvorrichtung mit einem Fizeau-Element offenbart, welches im Strahlengang vor dem diffraktiven Element angeordnet ist. Bei dem Fizeau-Element wird ein Anteil der Eingangswelle als Referenzwelle reflektiert, während ein anderer Anteil der Eingangswelle das Fizeau-Element in Richtung eines CGHs als diffraktives Element durchläuft.
Für eine Messgenauigkeit von unter 0,1 nm, wie sie beispielsweise bei der Vermessung von Spiegeln für die Mikrolithographie im extrem ultravioletten (EUV-) Spektralbereich benötigt wird, sind bei den bekannten Messvorrichtungen lange Kalibrierungs- und Messzeiten erforderlich. Der EUV-Wellenlängenbereich erstreckt sich auf Wellenlängen unterhalb von 100 nm und betrifft insbesondere Wellenlängen von etwa 13,5 nm oder 6,8 nm. Zum Erreichen der o.g. Messgenauigkeit ist eine möglichst exakte Anordnung der einzelnen optischen Elemente wichtig. Insbesondere muss die Position der Lichtquelle der Messvorrichtung zum Bereitstellen der Eingangswelle sehr exakt ausgerichtet und stabil gehalten werden.
Infolge der langen Messzeiten muss eine Positionsbestimmung und Kalibrierung der Lichtquelle während einer Messung mehrmals durchgeführt werden, um zum Beispiel ein mechanisches Driften festzustellen. Dieses Vorgehen führt nachteilhaft zu Unterbrechungen des eigentlichen Messablaufs und somit zu einer längeren Messzeit. Auf Grund der endlichen Stabilität der Messvorrichtung nach einer Kalibrierung wird hierdurch die erreichbare Messgenauigkeit reduziert. Auch sind weniger Messvorgänge pro Zeitintervall möglich. Somit sinkt die Produktivität der Messvorri chtu n g.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein diffraktives optisches Element für eine interferometrische Messvorrichtung sowie ein Verfahren zur Justage einer Lichtquelle für eine interferometrische Messvorrichtung bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst und insbesondere die Messgenauigkeit erhöht und die Messdauer reduziert werden.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einem diffraktiven optischen Element für eine interferometrische Messvorrichtung zur Vermessung einer optischen Oberfläche, wobei das diffraktive optische Element ein diffraktives Strukturmuster zum Erzeugen einer Prüfwelle mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche angepassten Wellenfront umfasst. Weiterhin umfasst das diffraktive Element für eine Justage einer Beleuchtungseinrichtung der Messvorrichtung ein erstes diffraktives Justagestrukturmuster zum Erzeugen einer ersten Justagewelle mit einer ersten Signatur im Lichtfeld der ersten Justagewelle und ein zweites diffraktives Justagestrukturmuster zum Erzeugen einer zweiten Justagewelle mit einer zweiten Signatur im Lichtfeld der zweiten Justagewelle. Die Justagestrukturmuster sind derart konfiguriert, dass sich die beiden Justagewellen in einer Erfassungsebene der Messvorrichtung zu einem Interferenzbild überlagern.
Als diffraktive Strukturmuster, erstes Justagestrukturmuster oder zweites Justagestrukturmuster kann insbesondere ein computergeneriertes Hologramm (CGH) oder ein Teilbereich eines CGHs eingesetzt werden. Allgemein erzeugt ein diffraktives Strukturmuster aus einer Eingangswelle mittels Beugung eine Ausgangswelle mit einer vorgegebenen Wellenfront, Intensitätsverteilung und Ausbreitungsrichtung. Das diffraktive Strukturmuster zum Erzeugen einer Prüfwelle kann ferner zum gleichzeitigen Erzeugen einer Referenzwelle mit einer gegenüber der Prüfwelle anderen Wellenfront und Ausbreitungsrichtung konfiguriert sein. Beispielsweise ist das diffraktive Strukturmuster dafür als ein komplex kodiertes CGH ausgebildet, wie es z.B. in DE 10 2012 217 800 A1 offenbart wird.
Das erste und zweite Justagestrukturmuster erzeugen aus einer Eingangswelle jeweils eine Justagewelle mit einer aufgeprägten Signatur. Eine Signatur ist hier ein zweidimensionales Bild oder Muster, welches einem Lichtfeld der Justagewelle aufgeprägt wird. Beispielsweise kann im Fall einer als Phasenmodulation ausgestalteten Signatur diese einer Wellenfront der Justagewelle aufgeprägt sein. Alternativ kann die Signatur auch durch Intensitätsmodulationen realisiert werden. Insbesondere ist eine Signatur derart gestaltet, dass sie sich gut für eine Justage der Beleuchtungseinrichtung der Messvorrichtung eignet. Gemäß einer Ausführungsform sind die beiden Justagestrukturmuster so konfiguriert, dass sich die Signatur der ersten Justagewelle von der Signatur der zweiten Justagewelle sowohl in Form als auch Stärke/Amplitude unterscheidet.
In der Erfassungsebene der Messvorrichtung werden Interferenzbilder mittels eines Detektors, wie z.B. einer Kamera erfasst. Erfasste Interferenzbilder können anschließend mit Hilfe einer Auswerteeinrichtung ausgewertet werden, um beispielsweise eine Justage der Beleuchtungseinrichtung der Messvorrichtung oder eine Vermessung der Oberfläche durchzuführen. Bei einer Überlagerung der Justagewellen in der Erfassungsebene entsteht mittels der Signaturen ein Interferenzbild, welches von der Position und der Ausrichtung der Beleuchtungseinrichtung abhängig ist. Dabei überlagern sich nach einer Ausführungsform die Signaturen als Bilder in dem Interferenzbild. Die Justagestrukturmuster können zum Beispiel derart konfiguriert sein, dass beide Signaturen bei exakter Justage der Beleuchtungseinrichtung im Interferenzbild zur Deckung kommen.
Für eine hohe Messgenauigkeit bei einer Vermessung der Oberfläche muss die von der Beleuchtungseinrichtung kommende Lichtwelle so gestaltet sein, dass das diffraktive optische Element möglichst exakt unter vorgegebenen Winkeln getroffen wird. Folglich können auch die Prüffläche und die Referenzfläche des Interferometers mit den vorgegebenen Einfallswinkeln bedient werden, falls diese bezüglich des diffraktiven optischen Elements korrekt justiert werden.
Eine zur Sicherstellung der oben genannten Bedingung notwendige Positionierung der Beleuchtungseinrichtung lässt sich mittels der von dem diffraktiven optischen Element generierten Justagewellen sehr genau und ohne großen Zeitaufwand durchführen. In den folgenden Ausführungen wird vorausgesetzt, dass die Positionierung aller anderen Komponenten ausreichend genau durchgeführt ist bzw. bestimmt und der Einfluss rechnerisch korrigiert ist.
Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung ist das erste diffraktive Justagestrukturmuster zur Beugung einer Eingangswelle in Reflexion und das zweite diffraktive Justagestrukturmuster zur Beugung der Eingangswelle in Transmission konfiguriert. Die mittels Beugung an den Justagestrukturmustern erzeugten Justagewellen durchlaufen somit unterschiedliche Wege. Zum Beispiel läuft eine Justagewelle mittels Reflexion am diffraktiven optischen Element zur Erfassungsebene, während die andere Justagewelle nach Transmission des diffraktiven Elements von einem optischen Element zurückreflektiert wird. Nach erneutem Durchlaufen des diffraktiven Elements trifft auch diese Justagewelle schließlich auf die Erfassungsebene. Mit den unterschiedlichen Strahlengängen für die beiden Justagewellen lässt sich die Position und Ausrichtung der Beleuchtungseinrichtung sehr exakt kontrollieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung sind das erste diffraktive Justagestrukturmuster und das zweite diffraktive Justagestrukturmuster einander überlagernd in einer Ebene des diffraktiven optischen Elements angeordnet. Insbesondere bilden das erste und das zweite Justagestrukturmuster zusammen ein komplex kodiertes computergeneriertes Hologramm. Ein solches komplex kodiertes CGH wird in DE 10 2012 217 800 A1 beschrieben und erzeugt aus einer Eingangswelle mehrere Ausgangswellen mit unterschiedlicher Wellenfront und Ausbreitungsrichtung. Zusammen mit unterschiedlichen Strahlengängen für die beiden Justagewellen wird auf diese Weise eine Art Kimme-Korn-Prinzip realisiert. Während für eine große Genauigkeit normalerweise ein möglichst großer Abstand zwischen Kimme und Korn wichtig ist, werden die beiden Signaturen in dieser Ausführungsform zwar am selben Ort erzeugt, durchlaufen aber bis zur Überlagerung in der Erfassungsebene unterschiedlich lange optische Wegstrecken. Eine Deckung der von den Signaturen erzeugten Interferenzbilder liegt bei gleichem Strahlverlauf der Justagewellen zwischen dem diffraktiven optischen Element und der Erfassungsebene vor. Dieses ist gleichbedeutend mit dem Einfall der Eingangswelle unter den vorgegebenen Winkeln auf dem diffraktiven optischen Element und den reflektierenden Oberflächen des Referenzspiegels bzw. des Prüflings und somit einer exakt justierten Beleuchtungseinrichtung der Messvorrichtung.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eines der beiden Justagestrukturmuster so konfiguriert, dass die von diesem erzeugte Justagewelle von einem Referenzspiegel der Messvorrichtung zum diffraktiven optischen Element zurückreflektiert wird. Insbesondere ist nach einer Ausführungsform ein Justagestrukturmuster derart konfiguriert, dass eine in Transmission beim diffraktiven optischen Element gebeugte Justagewelle vom Referenzspiegel zurückreflektiert wird. Beispielsweise ist die Messvorrichtung als Referenzspiegel-Interferometer ausgebildet und der Referenzspiegel zur Reflexion einer Referenzwelle wird auch zur Reflexion der Justagewelle verwendet. Ein Referenzspiegel-Interferometer wird in DE 10 2015 209 490 A1 beschrieben.
Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eines der beiden Justagestrukturmuster so konfiguriert, dass die von diesem erzeugte Justagewelle von der zu vermessenden Oberfläche zum diffraktiven optischen Element zurück reflektiert wird. Beispielsweise erzeugt das Justagestrukturmuster in Transmission eine auf die zu vermessende Oberfläche gerichtete Justagewelle mit einer festgelegten Signatur. Die Messvorrichtung kann dabei ein Fizeau-Element im Strahlengang vor dem diffraktiven Element zum Erzeugen einer Referenzwelle enthalten. Eine solche Messvorrichtung wird zum Beispiel in der DE 10 2012 217 800 A1 offenbart. Das Fizeau-Element reflektiert einen Anteil einer Eingangswelle als Referenzwelle, während ein anderer Anteil das Fizeau-Element in Richtung des diffraktiven Elements durchläuft. Die Messvorrichtung kann dabei aber auch so gestaltet sein, dass die Referenzwelle ebenfalls vom diffraktiven optischen Element erzeugt wird. Das diffraktive optische Element beugt dabei in Reflexion einen Anteil der Eingangswelle als Referenzwelle, während ein anderer Anteil in Richtung der zu vermessenden Oberfläche in Transmission gebeugt wird.
Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung stellt die Signatur einer oder beider Justagewellen eine ortsabhängige Phasenverschiebung dar. Dafür kann ein Justagestrukturmuster als Amplitudengitter, vorzugsweise aber als Phasengitter ausgebildet sein. Entsprechend einem festgelegten Muster oder Bild als Signatur erfolgt durch das Gitter an verschiedenen Orten in einer im Wesentlichen quer zur Ausbreitungsrichtung der Justagewelle orientierten Fläche eine Phasenverschiebung. Somit wird der Wellenfront der Justagewelle ein Phasenobjekt als Signatur aufgeprägt. Das diffraktive optische Element umfasst nach einer Ausführungsform ein CGH oder einen Abschnitt eines CGHs als Amplituden- oder Phasengitter. Weiterhin kann beiden Justagewellen jeweils die gleiche oder eine unterschiedliche Signatur in Form einer ortsabhängigen Phasenverschiebung durch ein entsprechendes Justagestrukturmuster aufgeprägt werden.
Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform stellt die Signatur einer oder beider Justagewellen eine ortsabhängige Amplitudenänderung dar. Hierfür umfasst das diffraktive optische Element zum Beispiel ein Amplitudengitter oder vorzugsweise ein Phasengitter als Justagestrukturmuster. Analog zu den Phasenobjekten wird mittels einer Amplitudenänderung an verschiedenen Orten in einer im Wesentlichen quer zur Ausbreitungsrichtung der Justagewelle orientierten Fläche ein Amplitudenobjekt als Signatur aufgeprägt. Hierfür kann das diffraktive Element ein CGH umfassen, welches ganz oder teilweise als Amplitudengitter oder Phasengitter konfiguriert ist. Gemäß einer Ausführungsform sind die Justagestrukturmuster derart konfiguriert, dass beide Justagewellen die gleiche ortsabhängige Amplitudenänderung als Signatur aufweisen. Bei anderen Ausführungsformen unterscheiden sich die Signaturen der beiden Justagewellen.
Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung weist mindestens eine Signatur einer der Justagewellen eine Punktsymmetrie auf. Mit anderen Worten ist mindestens eines der Justagestrukturmuster derart konfiguriert, dass einer Wellenfront einer Justagewelle ein punktsymmetrisches Phasen- oder Amplitudenobjekt als Signatur aufgeprägt wird. Beispielsweise wird als punktsymmetrische Signatur ein Kreuz oder ein Kreis mittels des Justagestrukturmusters auf die Justagewelle moduliert. In alternativen Ausführungsformen kann als punktsymmetrische Signatur auch ein Rechteck, ein Quadrat, eine Raute oder ein anderes Parallelogramm oder ein regelmäßiges Polygon mit einer geraden Anzahl von Ecken verwendet werden.
Dabei weisen nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beide Signaturen eine Punktsymmetrie mit gleichem Symmetriepunkt auf. Beispielsweise ist eine Signatur als Kreuz und die andere Signatur als Kreis ausgebildet, wobei das Kreuz den gleichen Mittelpunkt hat wie der Kreis. Bei einer Überlagerung der Justagewellen in einer Erfassungsebene wird hierdurch ein Kreuz in einem Kreis als Interferenzmuster erfasst. Die Justagestrukturmuster des diffraktiven optischen Elements sind bei dieser Ausführungsform vorzugsweise so konfiguriert, dass sich bei einer exakten Justage der Kreuzungspunkt und der Mittelpunkt des Kreises am gleichen Ort in der Erfassungsebene befinden und das Kreuz von dem Kreis umschlossen wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die Signatur einer oder beider Justagewellen eine Periodizität auf. Insbesondere kann die einer oder beider Justagewellen durch die Justagestrukturmuster aufgeprägte Signatur eine 2-dimensionale kosinusförmige Phasenmodulation darstellen. Dabei liegen die beiden zueinander orthogonalen Raumachsen der Phasenmodulation quer, z.B. schräg oder senkrecht, zur Ausbreitungsrichtung der jeweiligen Justagewelle. In alternativen Ausführungsformen kann zum Beispiel eine Phasenmodulation in Form einer Rechtecks- oder Dreiecksfunktion erfolgen. Ferner können je nach Ausführungsform die Justagestrukturmuster zur Phasenmodulation mit gleicher oder mit unterschiedlicher Periode bezüglich der beiden Raumachsen konfiguriert sein.
Die Justagestrukturmuster des diffraktiven Elements sind nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform derart konfiguriert, dass sich die Signaturen der beiden Justagewellen bei optimaler Justage der Beleuchtungseinrichtung in der Erfassungsebene zumindest teilweise gegeneinander aufheben. Insbesondere heben sich die Justagewellen soweit gegeneinander auf, dass die Amplitude in der Überlagerung im Vergleich zu den Amplituden der einzelnen Wellen um mindestens den Faktor 2 kleiner ist. Beispielsweise sind die Signaturen bei beiden Justagewellen zweidimensionale kosinusförmige Phasenmodulationen, welche sich bei optimaler Justage in der Erfassungsebene auslöschen. Mit anderen Worten entsteht bei einer Überlagerung der beiden Justagewellen in der Erfassungsebene dann ein Interferenzmuster, wenn Position oder Strahlrichtung der Beleuchtungseinrichtung nicht dem Sollwert entsprechen. Erst bei einer exakten Justage ist kein Interferenzmuster mehr erkennbar. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Justagestrukturmuster derart konfiguriert, dass bei einer exakten Justage ein Interferenzbild in der Erfassungsebene mit einer mindestens um die Hälfte gedämpften Amplitude im Vergleich zu den Amplituden der einzelnen Wellen entsteht. Eine Justage der Beleuchtungseinrichtung erfolgt dann auf ein Minimum der Amplitude des Interferenzmusters in der Erfassungsebene.
Ferner sind die Justagestrukturmuster nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform so konfiguriert, dass die Amplituden einer oder beider Signaturen an Abbildungseffekte der Messvorrichtung derart angepasst sind, dass eine zumindest teilweise Auslöschung der Signaturen bei optimaler Justage erfolgt. Insbesondere heben sich die Justagewellen soweit gegeneinander auf, dass die Amplitude in der Überlagerung im Vergleich zu den Amplituden der einzelnen Wellen um mindestens den Faktor 2 kleiner ist. Abbildungseffekte und Abbildungsfehler bewirken oft insbesondere Amplitudenänderungen in den Wellenfronten der Justagewellen. Dies kann auch bei einer optimalen Justage zu unerwünschten Interferenzmustern in der Erfassungsebene führen, welche die Justage erschweren oder Justagefehler verursachen. Mit einer Anpassung der Amplituden einer oder beider Signaturen werden vorzugsweise bekannte Abbildungseffekte berücksichtigt und es kann auf eine Abschwächung bzw. zumindest teilweise Auslöschung justiert werden.
Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zur Justage einer Beleuchtungseinrichtung einer interferometrischen Messvorrichtung zur Vermessung einer optischen Oberfläche. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen einer ersten Justagewelle mit einer ersten Signatur im Lichtfeld der ersten Justagewelle mit Hilfe eines ersten diffraktiven Justagestrukturmusters eines diffraktiven optischen Elements und ein Erzeugen einer zweiten Justagewelle mit einer zweiten Signatur im Lichtfeld der zweiten Justagewelle mit Hilfe eines zweiten diffraktiven Justagestrukturmusters des diffraktiven optischen Elements. Weiterhin umfasst das Verfahren ein Erfassen eines bei Überlagerung der beiden Justagewellen in einer Erfassungsebene der Messvorrichtung entstehenden Interferenzbildes für eine Justage der Beleuchtungseinrichtung der Messvorrichtung.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. des erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elements angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren zur Justage einer Beleuchtungseinrichtung einer interferometrischen Messvorrichtung übertragen werden. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.
Figurenliste
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:

1 eine beispielhafte interferometrische Messvorrichtung zur Vermessung einer optischen Oberfläche mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elements in einer schematischen Veranschaulichung,
2 eine schematische Veranschaulichung von diffraktiven Strukturen des in der interferometrischen Messvorrichtung nach 1 verwendeten diffraktiven optischen Elements,
3 eine weitere interferometrische Messvorrichtung zur Vermessung einer optischen Oberfläche mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elements in einer schematischen Veranschaulichung,
4 eine schematische Veranschaulichung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elements,
5a-5c einen schematischen Ausschnitt des diffraktiven optischen Elements nach 2 oder 4 mit Justagestrukturmustern und durch Überlagerung entstehende Interferenzbilder bei guter und schlechter Justage der Beleuchtungseinrichtung,
6a-6e Phasenfunktionen eines ersten und eines zweiten Justagestrukturmusters des diffraktiven optischen Elements nach 2 oder 4 zur Erzeugung einer ringförmigen und einer kreuzförmigen Signatur, ein durch Überlagerung der beiden Phasenfunktionen gebildetes komplex-kodiertes Justagestrukturmuster und aus einem Interferenzbild ermittelte Wellenfronten bei guter und schlechter Justage der Beleuchtungseinrichtung,
7a-7e Phasenfunktionen eines ersten und eines zweiten Justagestrukturmusters eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elements zur Erzeugung von 2-dimensionalen kosinusförmigen Signaturen, ein durch Überlagerung der beiden Phasenfunktionen gebildetes komplex-kodiertes Justagestrukturmuster und aus dem Interferenzbild ermittelte Wellenfronten bei justierter und verschobener Beleuchtungseinrichtung, sowie
8a-8c eindimensional dargestellte Phasenmodulationen eines ersten und eines zweiten Justagestrukturmusters eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen diffraktiven optischen Elements zur Erzeugung von 2-dimensionalen kosinusförmigen Signaturen und aus dem Interferenzbild ermittelte Wellenfronten bei justierter und bei verschobener Beleuchtungseinrichtung.

Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist in einigen Zeichnungen ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die x-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein, die y-Richtung nach oben, und die z-Richtung nach rechts.
In 1 wird schematisch eine interferometrische Messvorrichtung 10 mit einem diffraktiven optischen Element 12 zur Vermessung einer optischen Oberfläche 14 eines Prüflings dargestellt. Die Messvorrichtung 10 eignet sich insbesondere zur Vermessung von asphärischen oder Freiform-Oberflächen von optischen Elementen, wie zum Beispiel Spiegel für die Mikrolithographie im extrem ultravioletten (EUV-) Spektralbereich. Der EUV-Wellenlängenbereich erstreckt sich auf Wellenlängen unterhalb von 100 nm und betrifft insbesondere Wellenlängen von etwa 13,5 nm oder 6,8 nm. Bei optischen Elementen für die EUV-Mikrolithographie kann eine Messgenauigkeit der Oberfläche von weniger als 0,1 nm erforderlich sein. Die Messvorrichtung 10 lässt sich aber auch zur hochgenauen Vermessung einer Oberfläche von vielen anderen Objekten verwenden.
Weiterhin umfasst die Messvorrichtung 10 eine Beleuchtungseinrichtung 16 zum Bereitstellen einer Messstrahlung bzw. Eingangswelle 18, einen Referenzspiegel 20, einen Strahlenteiler 22 und eine Erfassungseinrichtung 24. Mit dem Referenzspiegel 20 ist die Messvorrichtung 10 als so genanntes Referenzspiegel-Interferometer ausgebildet. Ein Referenzspiegel-Interferometer wird beispielsweise in DE 10 2015 209 490 A1 beschrieben.
Die Beleuchtungseinrichtung 16 enthält ein Lichtwellenleiter 26 zum Bereitstellen einer Eingangswelle 18 von einer in 1 nicht dargestellten Lichtquelle. Die von der Lichtquelle erzeugte Messstrahlung weist eine geeignete Wellenlänge, beispielsweise etwa 532 nm oder etwa 633 nm, und Kohärenz für eine Vermessung auf. Eine Kollimator-Linse 28 der Beleuchtungseinrichtung 16 bündelt die von dem Lichtwellenleiter kommende Messstrahlung. Anschließend durchläuft die Messstrahlung eine Fokussierlinse 30 und trifft auf eine rotierende Streuscheibe 32. Durch laterales Verschieben der Fokussierlinse 30 in der x-y-Ebene, Pfeil 34, lässt sich die Beleuchtungseinrichtung 16 so einstellen, dass eine Referenzwelle 40 senkrecht auf den Referenzspiegel 20 auftrifft.
Von der Beleuchtungseinrichtung kommend durchläuft die Eingangswelle 18 den Strahlenteiler 22 und trifft auf das diffraktive optische Element 12. Das diffraktive optische Element 12 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel ein komplex kodiertes CGH. Ein komplex kodiertes CGH weist in einer Ebene sich überlagernde angeordnete diffraktive Strukturen zur Erzeugung von mehreren Ausgangswellen mit unterschiedlicher Wellenfront und Ausbreitungsrichtung aus einer Eingangswelle auf. Beschrieben wird ein komplex kodiertes CGH beispielsweise in DE 10 2012 217800 A1 .
Ein diffraktives Strukturmuster 36 des diffraktiven optischen Elements 12 erzeugt aus der Eingangswelle 18 eine Prüfwelle 38 und die Referenzwelle 40. Die Prüfwelle 38 ist auf die zu vermessende Oberfläche 14 gerichtet und weist eine Wellenfront auf, welche an die Sollform der Oberfläche 14 angepasst ist. Entspricht die Oberfläche 14 der Sollform, so trifft die Prüfwelle an allen Orten senkrecht auf die Oberfläche auf und wird in sich zurückreflektiert. Entsprechend ist die Referenzwelle 40 auf den Referenzspiegel 20 gerichtet und wird von diesem in sich zurückreflektiert.
Nach erneutem Durchlaufen des diffraktiven Elements 12 treffen die reflektierte Prüfwelle 38 und die reflektierte Referenzwelle 40 auf den Strahlenteiler 22 und werden von diesem teilweise in Richtung der Erfassungseinrichtung 24 umgelenkt. Die Erfassungseinrichtung 24 enthält eine Blende 42 zur Unterdrückung von Streustrahlung, eine Okularlinse 44, und eine Kamera 46 mit einer Erfassungsebene 48. Die Kamera 46 umfasst zum Beispiel einen CCD-Sensor zum Erfassen von Interferenzbildern in der Erfassungsebene 48. Das bei einer Überlagerung von reflektierter Prüfwelle 38 und Referenzwelle 40 in der Erfassungsebene 48 erzeugte Interferenzbild wird von der Kamera 46 erfasst. Mit einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung lässt sich aus dem erfassten Interferenzbild eine Abweichung der Oberfläche14 von einer Sollform sehr genau bestimmen.
Für eine sehr genaue Vermessung der optischen Oberfläche 14 muss die Beleuchtungseinrichtung 16 so angeordnet und eingestellt sein, dass die Eingangswele 18 exakt unter den vorgegebenen Winkeln auf dem diffraktiven optischen Element 12 auftrifft und damit die Referenzwelle 40 senkrecht auf den Referenzspiegel 20 einfällt. Herkömmlich sind für eine Justage der Beleuchtungseinrichtung 16 eine Vielzahl von Maßnahmen notwendig. So müssen zum Beispiel Strahlblocker in den Messstrahlengang eingefügt und aus anderen hier nicht eingezeichneten Strahlengängen entfernt werden um mit weiteren nicht dargestellten Hilfskomponenten die Quellposition gesondert zu vermessen. Dabei wird die Messung der Prüffläche unterbrochen und es werden viele Komponenten bewegt. Während einer solchen sehr zeitaufwendigen Einstellung der Beleuchtungseinrichtung nach dem Stand der Technik kann keine Vermessung der Oberfläche 14 vorgenommen werden. Ferner reduzieren die Unterbrechungen des Messvorgangs die Messgenauigkeit der Oberflächenvermessung.
Das diffraktive optische Element 12 umfasst weiterhin Justagestrukturen 50 zur Erzeugung einer ersten Justagewelle 52 und einer zweiten Justagewelle 54 für eine Justage der Beleuchtungsvorrichtung 16. Die Justagestrukturen 50 sind ebenfalls als komplex kodiertes CGH konfiguriert und werden weiter unten näher beschrieben. Ein Anteil der Eingangswelle 18 wird mittels der Justagestrukturen 50 am diffraktiven Element 12 als erste Justagewelle 52 reflektiert. Ein weiterer Anteil der Eingangswelle 18 wird in Transmission als zweite Justagewelle 54 in Richtung des Referenzspiegels 20 gebeugt und von diesem in sich zurückreflektiert. In der Erfassungsebene 48 überlagern sich beide Justagewellen 50, 52. Das dabei entstehende Interferenzmuster ermöglicht eine Justage der Beleuchtungseinrichtung 16. Das Interferenzmuster lässt sich auch während einer Vermessung der Oberfläche 14 zur Kontrolle der Beleuchtungseinrichtung 16 erfassen. Anschließend kann gegebenenfalls eine Justage der Beleuchtungseinrichtung 16 mittels eines lateralen Verschiebens der Fokussierlinse 30 erfolgen, Pfeil 34. Die Justage lässt sich mit dem diffraktiven optischen Element 12 schnell durchführen und die Messgenauigkeit der Messvorrichtung 10 wird erhöht.
2 zeigt schematisch die verschiedenen diffraktiven Strukturen des diffraktiven optischen Elements 12 in einer Aufsicht. Die diffraktiven Strukturen sind als komplex kodiertes CGH in einer Ebene des diffraktiven Elements 12 realisiert. Innen befindet sich das kreisförmige diffraktive Strukturmuster 36 für die Prüfwelle 38 und die Referenzwelle 40. Es umfasst überlagernd angeordnet ein Gitter zur Erzeugung der Prüfwelle 38 in Transmission und ein Gitter zur Erzeugung der Referenzwelle 40 in Transmission. In einem ringförmigen Bereich um das diffraktive Strukturmuster 36 sind die Justagestrukturen 50 zur Erzeugung der Justagewellen 52, 54 als mehrfachkodiertes Gitter angeordnet. Weiterhin ist in dem ringförmigen Bereich ein weiteres mehrfachkodiertes Gitter 56 für eine Littrowreflexion der Eingangswelle 18 und eine Transmission in Richtung des Referenzspiegels 20 angeordnet. Mit diesem mehrfachkodierten Gitter 56 können weitere Justagevorgänge bzgl. der Messvorrichtung 10 durchgeführt werden. Derartige Justagevorgänge dienen insbesondere dazu, eine Dejustage des Referenzspiegels 20 von einer gestörten Eingangswelle 18 zu trennen.
In 3 wird eine andere interferometrische Messvorrichtung 60 zur Vermessung einer optischen Oberfläche 14 als weitere Ausführungsform dargestellt. Anstelle eines Referenzspiegels enthält die Messvorrichtung 60 einen Kollimator 62 und eine Fizeauplatte 64. Weitere Bestandteile der Messvorrichtung 60 entsprechen denen der Messvorrichtung 10 nach 1 und werden hier nicht erneut beschrieben. Vielmehr wird auf die Beschreibung der 1 verwiesen. Eine weitere interferometrische Messvorrichtung mit einem Fizeau-Element wird zum Beispiel in DE 10 2012 217 800 A1 offenbart.
Der zunächst divergente Strahl der Eingangswelle 18 wird in der vorliegenden Ausführungsform durch den Kollimator 62 zu einem parallelen Strahl mit ebener Wellenfront transformiert. Anschließend trifft die Eingangswelle 18 auf die Fizeauplatte 64. Ein Anteil der Eingangswelle 18 wird von der Fizeauplatte 64 als Referenzwelle 40 reflektiert, während ein anderer Anteil der Eingangswelle 18 zum diffraktiven Element 12 weiterläuft. Das diffraktive Element 12 umfasst eine diffraktive Struktur zum Erzeugen einer auf die Oberfläche 14 gerichteten Prüfwelle 38 mit einer an die Sollform angepassten Wellenfront. Die von der Fizeauplatte 64 reflektierte Referenzwelle 40 und die von der Oberfläche 14 reflektierte Prüfwelle 38 überlagern sich wiederum in einer Erfassungsebene 48 einer Kamera 46. Aus dem erfassten Interferogramm kann die Oberflächenform hochgenau bestimmt werden.
Zur Justage der Beleuchtungseinrichtung 16 umfasst das diffraktive optische Element 12 wiederum Justagestrukturen 50 zur Erzeugung einer ersten Justagewelle 52 und einer zweiten Justagewelle 54. Ein Anteil der Eingangswelle 18 wird durch Beugung an den Justagestrukturen als erste Justagewelle 52 vom diffraktiven Element 12 reflektiert. Ein weiterer Anteil der Eingangswelle 18 wird in Transmission als zweite Justagewelle 54 in Richtung der Oberfläche 14 gebeugt und von dieser in sich zurückreflektiert. Das durch die Überlagerung der beiden Justagewellen 52, 54 in der Erfassungsebene 48 erzeugte Interferenzmuster wird von der Kamera 46 erfasst und ermöglicht eine Justage der Beleuchtungseinrichtung 16.
4 zeigt diffraktive Strukturen eines weiteren diffraktiven optischen Elements 12 in einer schematischen Aufsicht. In Gegensatz zum diffraktiven Element nach 2 umfasst dieses diffraktive Element vier Bereiche mit Justagestrukturen 50. Die Bereiche mit den Justagestrukturen 50 sind in der gezeigten Ausführungsform in dem ringförmigen Bereich symmetrisch um die diffraktiven Strukturen 36 für die Prüfwelle 38 und die Referenzwelle 40 angeordnet. Es werden somit vier erste und vier zweite Justagewellen 52, 54 aus der Eingangswelle 18 erzeugt. Diese erzeugen durch Überlagerung in der Erfassungsebene 24 vier räumlich getrennte Interferenzmuster, mit denen eine genauere Justage der Beleuchtungseinrichtung 16 ermöglicht wird. In alternativen Ausführungsbeispielen können auch 2, 3 oder mehr als 4 Bereiche mit Justagestrukturen auf dem diffraktiven optischen Element 12 angeordnet sein. Auch kann eine Anordnung der Bereiche mit Justagestrukturen 50 an anderen Orten auf dem diffraktiven Element erfolgen.
5a zeigt schematisch einen Ausschnitt des diffraktiven optischen Elements 10 nach 2 oder 4 im oberen Abschnitt des ringförmigen Bereichs mit dem mehrfachkodierten Gitter 56. Die dort angeordneten Justagestrukturen 50 umfassen ein erstes diffraktives Justagestrukturmuster 66, welches mit einem Kreis symbolisch dargestellt wird. Das erste diffraktive Justagestrukturmuster 66 beugt die Eingangswelle 18 in Reflexion und erzeugt so die erste Justagewelle 52. Weiterhin ist das erste diffraktive Justagestrukturmuster 66 derart konfiguriert, dass der ersten Justagewelle 52 eine erste Signatur 68 (vgl. Darstellung in den 5b und 5c) in Form eines Kreises aufprägt wird. Dazu erfolgt eine Phasenverschiebung in einem kreisförmigen Bereich des Lichtfeldes. Die kreisförmige Signatur 68 wird somit als Phasenobjekt realisiert.
Ein zweites diffraktives Justagestrukturmuster 70 wird symbolisch als Kreuz dargestellt. Das zweite diffraktive Justagestrukturmuster 70 erzeugt aus der Eingangswelle 18 in Transmission die zweite Justagewelle 54 und prägt dieser als zweite Signatur 72 (vgl. Darstellung in den 5b und 5c) ein Kreuz auf. Die zweite Signatur 72 wird wiederum als Phasenobjekt durch eine Phasenverschiebung in einem kreuzförmigen Bereich des Lichtfeldes realisiert. Die beiden Justagestrukturmuster 66, 70 sind als Mehrfachkodierung einander überlagernd angeordnet. Die Anordnung bzw. die Kodierung des CGH erfolgt dabei zum Beispiel so, dass beide Justagestrukturmuster 66, 70 den gleichen Symmetriepunkt 74 aufweisen.
In 5b werden die den Justagewellen 52, 54 aufgeprägten Signaturen 68, 72 bei einer guten Justage der Beleuchtungseinrichtung 16 dargestellt. Der Kreis als erste Signatur 68 wird der ersten Justagewelle 52 aufgeprägt. Der zweiten Justagewelle 54 wird die zweite Signatur 72a ein erstes Mal bei einer Transmission zum Referenzspiegel 20 aufgeprägt. Der reflektierten zweiten Justagewelle 54 wird schließlich bei einem erneuten Durchlaufen des zweiten Justagestrukturmusters 70 die zweite Signatur 72b erneut aufgeprägt. Die Symmetriepunkte der Signaturen befinden sich wegen der guten Justage an demselben Ort. In der Erfassungsebene 48 entsteht durch Überlagerung der beiden reflektierten Justagewellen 52, 54 ein Interferenzbild 76, das eine gute Deckung der Signaturen 68, 72 zeigt.
5c zeigt die den Justagewellen 52, 54 aufgeprägten Signaturen 68, 72 und das bei einer Überlagerung entstehende Interferenzbild 76 bei einer schlechten Justage der Beleuchtungseinrichtung 16. Deutlich zu erkennen ist, dass sich die Symmetriepunkte der aufgeprägten Signaturen 68 und 72a an verschiedenen Orten befinden, und dass im Interferenzbild 76 keine Deckung der Signaturen 68 und 72a erkennbar ist.
Zur Justage der Beleuchtungseinrichtung 16 wird somit ein Art Kimme-Korn-Prinzip verwendet. Es werden zwei unterschiedliche Signaturen 68, 72 in den Wellenfronten der Justagewellen 52, 54 erzeugt, welche für eine gute Justage zur Deckung gebracht werden müssen. Üblicherweise basiert das Kimme-Korn-Prinzip auf einen möglichst großen Abstand zwischen Kimme und Korn. Im Gegensatz dazu sind die beiden Justagestrukturmuster 66, 70 zur Erzeugung der Signaturen 68, 72 räumlich an einem Ort des diffraktiven optischen Elements 12 angeordnet. Mit der Beugung in Reflexion und in Transmission durchlaufen die beiden Justagewellen 52, 54 aber unterschiedliche Wege. Es werden Signaturen mit unterschiedlicher optischer Weglänge zur Erfassungsebene 48 realisiert. Die Signaturen werden bei einer Fokussierung der Erfassungseinheit auf die optische Oberfläche 14 des Prüflings nicht scharf auf die Erfassungsebene 48 abgebildet, sondern die jeweilige Bildfläche liegt vor bzw. hinter der Erfassungsebene 48. Werden diese Signaturen durch laterale Verschiebung der Fokussierlinse 30 zur Deckung gebracht, so laufen die Justagewellen 52, 54 auf dem Hin- und Rückweg exakt aufeinander. Dieses ist gleichbedeutend mit einem senkrechten Einfall der Referenzwelle 40 auf den Referenzspiegel 20. Die Beleuchtungseinrichtung 16 ist dann korrekt justiert.
6a zeigt die Höhenliniendarstellung der Phasenfunktion des ersten Justagestrukturmusters 66 des diffraktiven optischen Elements 12 gemäß 5a. Die erste Signatur 68 wird als Phasenobjekt in Gestalt einer Phasenmodifikation in die Phasenfunktion 78 eines ersten Trägergitters in Gestalt eines Lineargitters, welches das Gitter einer ersten ungestörten Welle darstellt, kodiert. Dabei entspricht eine Phasenverschiebung einer Verschiebung der dargestellten Höhenlinien. Das erste Trägergitter dient zur Beugung der Eingangswelle 18 in Reflexion. Bei einer solchen Littrowreflexion wird die Periode und Richtung des Trägergitters mittels der Littrow-Bedingung über die Einfallsrichtung der Eingangswelle 18 auf das diffraktive optische Element 12 festgelegt. Die Littrow-Bedingung ist dem Fachmann bekannt.
6b zeigt die Höhenliniendarstellung der Phasenfunktion des zweiten Justagestrukturmusters 70 des diffraktiven optischen Elements 12 gemäß 5a. Die Phasenfunktion 80 eines zweiten Trägergitters in Gestalt eines Lineargitters erzeugt aus der Eingangswelle 18 in Transmission die zweite Justagewelle 54 in Form einer zweiten ungestörten Welle. Periode und Richtung des zweiten Trägergitters wird über die Einfallsrichtung der Eingangswelle 18 auf das diffraktive Element 12 und dem Beugungswinkel in Richtung des Referenzspiegels 20 definiert. Die zweite Signatur 72 wird wiederum als Phasenobjekt in Gestalt einer Phasenmodifikation durch eine Verschiebung von Höhenlinien in einem kreuzförmigen Bereich realisiert.
6c zeigt schließlich die Justagestrukturen 50 in Gestalt eines komplexkodierten Justagestrukturmusters, welches durch die Überlagerung der Phasenfunktionen der beiden Justagestrukturmuster 66 und 70 gebildet wird. Dabei decken sich die Symmetriepunkte des ersten und zweiten Phasenobjekts. Die Überlagerung erfolgt ohne Verschiebung oder Drehung. Das resultierende Überlagerungsgitter wird als Mehrfachkodierung des komplex kodierten CGH verwendet. Die Mehrfachkodierung erzeugt aus der Eingangswelle 18 gleichzeitig die erste und zweite Justagewelle 52, 54.
In 6d und 6e werden aus einem erfassten Interferenzbild ermittelte Wellenfronten 84, 86 bei einer guten und einer schlechten Justage der Beleuchtungseinrichtung 16 dargestellt. Die Wellenfront 84 bei guter Justage zeigt deutlich die gute Deckung der beiden Signaturen 68, 72. Im Gegenteil dazu ist in der Wellenfront 86 bei schlechter Justage ein Verschmieren der zweiten, kreuzförmigen Signatur 72 und eine schlechte Deckung beider Signaturen 68, 72 erkennbar.
Die 7a und 7b zeigen die jeweiligen Höhenlinien der Phasenfunktion eines ersten und eines zweiten Justagestrukturmusters 66, 70 eines weiteren diffraktiven optischen Elements 12 und 7c die durch deren Überlagerung gebildeten Justagestrukturen 50 in Gestalt eines komplex-kodierten Justagestrukturmusters. Anstelle eines Kreises bzw. Ringes wird der ersten Justagewelle 52 eine 2-dimensionale kosinusförmige Phasenmodulation als erste Signatur 68 aufmoduliert. Zu der Phasenfunktion 78 des ersten Trägergitters für eine Littrow-Reflexion der Eingangswelle 18 wird die folgende Phasenmodulation addiert: $f1 (x,y) = A1 [cos (2 π x/p) + cos (2 π y/p)]$
A1 beschreibt die Amplitude der Phasenstörung und p die Periode. Entsprechend wird bei der Phasenfunktion 80 des zweiten, als Transmissionsgitter konfigurierten Trägergitters als Phasenstörung $f2 (x,y) = A2 [cos (2 π x/p) + cos (2 π y/p)]$
mit A2 = 0,5 A1 addiert. Mit diesen Amplituden A1 und A2 heben sich die beiden Signaturen 68, 72 bei einer perfekten Justage exakt auf. Die Überlagerung der beiden Justagestrukturmuster 66, 70 als komplexe Kodierung des CGHs des diffraktiven Elements 12 wird in 7c veranschaulicht.
7d und 7e zeigen wiederum aus einem erfassten Interferenzbild ermittelte Wellenfronten 84, 86 bei einer guten und einer schlechten Justage der Beleuchtungseinrichtung 16. Die Wellenfront 84 in 7d zeigt die Auslöschung der beiden kosinusförmigen Signaturen 68, 72 bei guter Justage. Eine Verschiebung bzw. Dejustierung der Beleuchtungseinrichtung 16 und somit eine schlechtere Justage führt dazu, dass die kosinusförmigen Signaturen 68, 72 in der Wellenfront 86 erscheinen, siehe 7e. Ein Vorteil bei der Nutzung von kosinusförmigen Signaturen 68, 72 ist die Justage auf ein Nullsignal. Dieser Umstand erhöht die Genauigkeit der Justage.
Bei einer Verwendung von kosinusförmigen Signaturen 68, 72 für eine Justage der Beleuchtungseinrichtung 16 kann es aufgrund von Abbildungseffekten zu einer Änderung bei den gemessenen Amplituden A1 und A2 kommen. Dieses tritt insbesondere dadurch auf, dass die Bilder der drei bei der Reflexion, Transmission Hinweg und Transmission Rückweg aufgeprägten Signaturen 68, 72 im allgemeinen nicht in die Erfassungsebene 48 fallen. Dadurch erfolgt keine Auslöschung der kosinusförmigen Signaturen bei einer exakten Justage. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird daher nicht auf null sondern auf ein Minimum der Amplituden gemäß 7e justiert.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des diffraktiven optischen Elements 12 werden die Amplituden einer oder beider kosinusförmiger Signaturen 68, 72 derart an Abbildungseffekte der Messvorrichtung 10 angepasst, dass eine weitgehende Auslöschung der Signaturen 68, 72 in der ermittelten Wellenfront der überlagerten Justagewellen 52, 54 bei einer optimalen Justage erfolgt. Unter der weitgehenden Auslöschung der Signaturen 68, 72 wird beispielsweise eine Dämpfung um mindestens den Faktor 2 im Vergleich zu den Amplituden der einzelnen Wellen verstanden. Durch diese Berücksichtigung von Abbildungseffekten gilt: A2 ≠ 0,5 A1. Hierfür erfolgt eine entsprechende Konfiguration einer oder beider Justagestrukturmuster 66, 70 des diffraktiven optischen Elements 12.
Die 8a bis 8c dienen der Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform eines diffraktiven optischen Elements 12. Die Phasenfunktion des die Eingangswelle 18 in Reflexion beugenden Justagestrukturmusters 66 entspricht der in 7a dargestellten Phasenfunktion des Justagestrukturmusters 66. Das heißt, die erste Signatur 68 wird durch Aufaddieren der vorstehenden Phasenmodifikation f1 (x,y) zur Phasenfunktion des Trägergitters 78 gebildet.
Die Phasenfunktion des die Eingangswelle 18 in Transmission beugenden Justagestrukturmusters 70 unterscheidet sich von der in 7b veranschaulichten Phasenfunktion des Justagestrukturmusters 70 darin, dass die Phasenstörung zur Erzeugung der zweiten Signatur 72 mittels eines Skalierungsfaktors m skaliert, z.B. gestreckt, ist. Mit anderen Worten wird die zweite Signatur durch Aufaddieren der nachfolgenden Phasenmodifikation f3(x,y) zur Phasenfunktion des Trägergitters 80 gebildet: $f3 (x,y) = A3 [cos (2 π x/p) + cos (2 π y/p)],$
wobei A3 ~ 0,5 · A1 und m ≠ 1. Die 8a veranschaulicht ein Beispiel der Phasenstörungen f1 und f3 in eindimensionaler Darstellung, im vorliegenden Fall in x-Richtung. Wie daraus ersichtlich ist, weist die Phasenmodifikation f3 eine leicht gegenüber der Phasenmodifikation f1 gestreckte Periodizität auf.
8b zeigt die Amplitude einer durch Überlagerung der Justagewellen 52 und 54 erzeugten Wellenfront in einer gemäß 8a entsprechenden eindimensionalen Darstellung bei perfekter Justage. Diese Überlagerungswelle erzeugt das von der Erfassungseinrichtung 24 auslesbare Interferenzmuster. Die dabei überlagerten Justagewellen 52 und 54 wurden durch Beugung an dem mit der Phasenmodifikation f1 gemäß 8a modifizierten Justagestrukturmuster 66 bzw. an dem mit der Phasenmodifikation f3 gemäß 8a modifizierten Justagestrukturmuster 70 erzeugt.
Im in 8b dargestellten Fall einer perfekten Justage der Beleuchtungseinrichtung 16 ist die lokale Amplitude der Überlagerungswelle bei (x,y) = (0,0) bzw. die Variation über eine Periode minimal. Im Fall der Dejustage der Beleuchtungseinrichtung verschiebt sich der Ort der minimalen lokalen Amplitude der Überlagerungswelle zu einer anderen (x,y)-Koordinate hin, wie in 8c in der x-Dimension dargestellt. Das heißt, das Ausmaß der Dejustage lässt sich aus dem Interferenzmuster entsprechend ablesen.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.
Bezugszeichenliste

10: Messvorrichtung mit Referenzspiegel
12: diffraktives optisches Element
14: optische Oberfläche
16: Beleuchtungseinrichtung
18: Eingangswelle
20: Referenzspiegel
22: Strahlenteiler
24: Erfassungseinrichtung
26: Lichtwellenleiter
28: Kollimator-Linse
30: Fokussierlinse
32: rotierende Streuscheibe
34: Verschiebung
36: diffraktives Strukturmuster
38: Prüfwelle
40: Referenzwelle
42: Blende
44: Okularlinse
46: Kamera
48: Erfassungsebene
50: Justagestrukturen
52: erste Justagewelle
54: zweite Justagewelle
56: mehrfachkodiertes Gitter
60: Messvorrichtung mit Fizeauplatte
62: Kollimator
64: Fizeauplatte
66: erstes diffraktives Justagestrukturmuster
68: erste Signatur
70: zweites diffraktives Justagestrukturmuster
72: zweite Signatur
74: Symmetriepunkt
76: Interferenzbild
78: Phasenfunktion des ersten Trägergitters für Littrow-Refexion
80: Phasenfunktion des zweiten Trägergitters für Transmission
84: Wellenfront bei guter Justage
86: Wellenfront bei schlechter Justage

Claims

Diffraktives optisches Element (12) für eine interferometrische Messvorrichtung (10) zur Vermessung einer optischen Oberfläche (14), wobei das diffraktive optische Element (10) - ein diffraktives Strukturmuster (36) zum Erzeugen einer Prüfwelle (38) mit einer zumindest teilweise an eine Sollform der optischen Oberfläche (14) angepassten Wellenfront, sowie - ein erstes diffraktives Justagestrukturmuster (66) zum Erzeugen einer ersten Justagewelle (52) mit einer ersten Signatur (68) im Lichtfeld der ersten Justagewelle und ein zweites diffraktives Justagestrukturmuster (70) zum Erzeugen einer zweiten Justagewelle (54) mit einer zweiten Signatur (72) im Lichtfeld der zweiten Justagewelle für eine Justage einer Beleuchtungseinrichtung (16) der Messvorrichtung (10) umfasst, - und die Justagestrukturmuster (66, 70) derart konfiguriert sind, dass sich die beiden Justagewellen (52, 54) in einer Erfassungsebene (48) der Messvorrichtung (10) zu einem Interferenzbild (76) überlagern.
Diffraktives optisches Element nach Anspruch 1, wobei das erste diffraktive Justagestrukturmuster (66) zur Beugung einer Eingangswelle (18) in Reflexion und das zweite diffraktive Justagestrukturmuster (70) zur Beugung der Eingangswelle (18) in Transmission konfiguriert ist.
Diffraktives optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste diffraktive Justagestrukturmuster (66) und das zweite diffraktive Justagestrukturmuster (70) einander überlagernd in einer Ebene des diffraktiven optischen Elements (12) angeordnet sind.
Diffraktives optisches Element nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei eines der beiden Justagestrukturmuster (70) so konfiguriert ist, dass die von diesem erzeugte Justagewelle (54) von einem Referenzspiegel (20) der Messvorrichtung (10) zum diffraktiven optischen Element (12) zurückreflektiert wird.
Diffraktives optisches Element nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei eines der beiden Justagestrukturmuster (70) so konfiguriert ist, dass die von diesem erzeugte Justagewelle (54) von der zu vermessender Oberfläche (14) zum diffraktiven optischen Element (12) zurückreflektiert wird.
Diffraktives optisches Element nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Signatur (68, 72) einer oder beider Justagewellen (52, 54) eine ortsabhängige Phasenverschiebung darstellt.
Diffraktives optisches Element nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Signatur (68, 72) einer oder beider Justagewellen (52, 54) eine ortsabhängige Amplitudenänderung darstellt.
Diffraktives optisches Element nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Signatur (68, 72) einer der Justagewellen (52, 54) eine Punktsymmetrie aufweist.
Diffraktives optisches Element nach Anspruch 8, wobei beide Signaturen (68, 72) eine Punktsymmetrie mit gleichem Symmetriepunkt (74) aufweisen.
Diffraktives optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Signatur (68, 72) einer oder beider Justagewellen (52, 54) eine Periodizität aufweist.
Diffraktives optisches Element nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Justagestrukturmuster (66, 70) derart konfiguriert sind, dass sich die Signaturen (68, 72) der beiden Justagewellen (52, 54) bei optimaler Justage der Beleuchtungseinrichtung (16) in der Erfassungsebene (48) zumindest teilweise gegeneinander aufheben.
Diffraktives optisches Element nach Anspruch 11, wobei die Justagestrukturmuster (66, 70) so konfiguriert sind, dass die Amplituden einer oder beider Signaturen (68, 72) an Abbildungseffekte der Messvorrichtung (10) derart angepasst sind, dass eine zumindest teilweise Auslöschung der Signaturen (68, 72) bei optimaler Justage erfolgt.
Verfahren zur Justage einer Beleuchtungseinrichtung (16) einer interferometrischen Messvorrichtung (10) zur Vermessung einer optischen Oberfläche (14) mit den Schritten: - Erzeugen einer ersten Justagewelle (52) mit einer ersten Signatur (68) im Lichtfeld der ersten Justagewelle mit Hilfe eines ersten diffraktiven Justagestrukturmusters (66) eines diffraktiven optischen Elements (12), - Erzeugen einer zweiten Justagewelle (54) mit einer zweiten Signatur (72) im Lichtfeld der zweiten Justagewelle mit Hilfe eines zweiten diffraktiven Justagestrukturmusters (70) des diffraktiven optischen Elements (12), sowie - Erfassen eines bei Überlagerung der beiden Justagewellen (52, 54) in einer Erfassungsebene (48) der Messvorrichtung (10) entstehenden Interferenzbildes (76) für eine Justage der Beleuchtungseinrichtung (16) der Messvorrichtung (10).