WO2024126198A1

WO2024126198A1 - Interferometrisches messverfahren

Info

Publication number: WO2024126198A1
Application number: PCT/EP2023/084507
Authority: WO
Inventors: Michal Kronenberg; Ingmar Schwarz; Alexey Ponomarev; Jochen Hetzler
Original assignee: Carl Zeiss Smt Gmbh
Priority date: 2022-12-12
Filing date: 2023-12-06
Publication date: 2024-06-20
Also published as: DE102022213459A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (80) zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche (12) eines Testobjekts(14). Das Verfahren (80) umfasst ein jeweiliges Vermessen der Oberflächenform mittels einer interferometrischen Messvorrichtung (10) in mindestens zwei unterschiedlichen Messkonfigurationen. Weiterhin umfasst das Verfahren (80) eine Differenzbildung (92) der Messergebnisse (82, 84) und ein Separieren (96) von auf die jeweilige Messkonfiguration zurückgehenden Messartefakten (88, 90), sowie ein Abziehen (98) der zugehörigen Messartefakte (88, 90) von mindestens einem der Messergebnisse (82, 84). Ferner betrifft die Erfindung eine Messvorrichtung (10) zum Vermessen einer Form einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14).

Description

Interferometrisches Messverfahren

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2022 213 459.1 vom 12. Dezember 2022. Die gesamte Offenbarung dieser Patentanmeldung wird durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Messvorrichtung mit einem Interferometer zum Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts.

Zur Vermessung einer Oberflächenform eines Testobjekts sind eine Vielzahl von interferometrischen Verfahren und Vorrichtungen bekannt. So werden für eine sehr genaue Bestimmung einer Oberflächenform, wie es beispielsweise bei optischen Elementen für die Mikrolithographie erforderlich sein kann, unter anderem Interferometer mit einem diffraktiven optischen Element zur Erzeugung einer Prüfwelle mit einer an eine Sollform der Oberfläche angepassten Wellenfront verwendet. Als diffraktives Element kann ein computergeneriertes Hologramm (CGH) eingesetzt werden. So wird z.B. in der EP 2 478 328 B1 ein Fizeau-Interferometer mit einem CGH als diffraktives Element beschrieben. Die Prüfwelle mit der angepassten Wellenfront würde an jedem Ort senkrecht auf eine Sollform auftreffen und von dieser in sich zurück reflektiert werden. Abweichungen von der Sollform führen bei einer Überlagerung der reflektierten Prüfwelle mit einer Referenzwelle zu einem Interferenzmuster, mit dem sich die reale Oberflächenform hochgenau bestimmen lässt.

Die mit interferometrischen Messungen erfassten Interferenzmuster, welche auch als Interferogramme bezeichnet werden, können ausgewertet störende Artefakte aufweisen. Oft treten periodische Messfehler auf, z.B. in Form von Streifen in den erfassten Messungen. Ursache für diese periodischen Artefakte können unter anderem eine ungenaue Positionierung von optischen Elementen in der verwendeten Messvorrichtung, periodische Polierfehler bei einem verwendeten optischen Element, CGH-Schreibfehler, durchschlagende Streifen bei einer Phasenschrittauswertung oder dergleichen mehr sein. In verschiedenen Messkonfigurationen können die Artefakte unterschiedlich sein. Auch kann es vorkommen, dass die Artefakte zwischen zwei Messungen nicht reproduzierbar sind.

Zur Trennung dieser systematischen Fehler oder dieser Reproduzierbarkeits-Fehler von den durch die Oberfläche des Testobjekts erzeugten interferometrischen Messungen sind verschiedene Verfahren bekannt. Einerseits kann eine Mittelung von mehreren Messungen mit hinreichend unterschiedlichen systematischen Fehlern durchgeführt werden. Dafür kann eine Veränderung der Messvorrichtung vorgenommen werden, wie etwa eine Positionsänderung von einem oder mehreren optischen Elementen. Für eine gute Unterdrückung des Messfehlers ist aber eine sehr hohe Anzahl von Messungen erforderlich. Die Mittelung mehrerer Messungen mit statistisch unabhängiger Verteilung des systematischen Fehlers führt zu einer sehr langsamen Konvergenz, welche mit der Anzahl der Messungen monoton fällt.

Weiterhin kann eine Signalfilterung der Messdaten zum Eliminieren von periodischen systematischen Fehlern erfolgen. Beispielsweise können mit einer Fourier- Filterung betroffene Ortsfrequenzen der interferometrischen Messungen unterdrückt werden. Dabei wird aber immer auch ein Teil des eigentlichen Bildsignals im unterdrückten Fourier-Bereich entfernt. Das wiederhergestellte Bild stimmt nicht mit dem idealen fehlerfreien Bild überein. Es ist auch eine Mittelung mehrerer Messungen mit einer statistisch unabhängigen Verteilung von Messfehlern kombiniert mit einer Signalfilterung möglich. Wegen des Einflusses der Filterung auf die eigentlichen Messdaten ist aber wiederum eine hohe Anzahl von Messungen erforderlich, um eine ausreichende Reduzierung von Messfehlern zu erzielen. Ferner führt auch eine entsprechende Kalibrierung der Messvorrichtung zur Reduktion von Messfehlern. Hierfür muss aber eine gute Reproduzierbarkeit des systematischen Fehlers zwischen Kalibrier- und Testobjektoberfläche bei verschiedenen Konfigurationen vorliegen. Die bekannten Verfahren sind somit entweder mit einem erheblichen Zeitaufwand verbunden oder verfälschen das Messergebnis.

Zugrunde liegende Aufgabe

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere eine Reduktion von Messfehlern bei einem interferometrischen Vermessen einer Oberflächenform eines Testobjekts mit geringerem Zeitaufwand und kleinerer Beeinflussung von Messwerten erreicht wird.

Erfindungsgemäße Lösung

Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts, bei dem ein jeweiliges Vermessen der Oberflächenform mittels einer interferometrischen Messvorrichtung in mindestens zwei unterschiedlichen Messkonfigurationen durchgeführt wird. Weiterhin erfolgen eine Differenzbildung der Messergebnisse und ein Separieren von auf die jeweilige Messkonfiguration zurückgehenden Messartefakten, sowie ein Abziehen der zugehörigen Messartefakte von mindestens einem der Messergebnisse.

Testobjekte sind beispielsweise optische Elemente, deren Oberfläche sehr genau bestimmt werden soll. Solche optischen Elemente sind z.B. Spiegel einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit extrem ultravioletter (EUV-) Strahlung. Die in einer solchen Projektionsbelichtungsanlage verwendete EUV- Strahlung weist eine Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere eine Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm auf.

Die Messvorrichtung umfasst zum Beispiel ein Fizeau-, Twyman-Green-, Michelson-, Mach-Zehnder- oder Punktbeugungs-Interferometer, welches zum interfero- metrischen Vermessen der Oberflächenform der Testobjekts geeignet konfiguriert ist. Ein derartiges Fizeau-Interferometer wird beispielsweise in der

EP 2 478 328 B1 beschrieben. Das Interferometer stellt als Messergebnis ein Bild des bei einer Überlagerung der von der Oberfläche reflektierten Prüfwelle mit einer Referenzwelle gebildeten Interferenzmusters bereit. Dieses Bild wird auch als Interferogramm bezeichnet und stellt üblicherweise eine zweidimensionale Matrix von Bildwerten bzw. Pixel dar. Das Interferogramm enthält Interferenzmuster, mit denen sich die Form der Oberfläche bestimmen lässt. Die bestimmte Form der Oberfläche enthält oft Messartefakte, beispielsweise periodisch auftretende Streifen, welche die Messgenauigkeit limitieren.

Für die unterschiedlichen Messkonfigurationen wird vorzugweise eine Änderung der Anordnung oder Ausrichtung des Testobjekts, eines oder mehrerer optischer Elemente oder einer oder mehrerer Gruppen von optischen Elementen des Interferometers durchgeführt. Dabei kann eine Auswahl einer Änderung erfolgen, bei der die jeweiligen Messartefakte der Messkonfigurationen gegenüber anderen Änderungen größere Unterschiede zueinander aufweisen.

Die Differenz der bestimmten Formen der Oberfläche in beiden Messkonfigurationen enthält daher keine von der Oberfläche verursachten Strukturen mehr, sondern nur noch die Messartefakte beider Messkonfigurationen. Das Separieren ergibt zwei Bilder, welche jeweils nur das Messartefakt einer Messkonfiguration enthalten. Durch das Abziehen des Messartefakts einer Messkonfiguration von dem zugehörigen ursprünglichen Messungen wird das Messartefakt entfernt. Es ergibt sich ein bereinigtes Messergebnis ohne störende Messartefakte. Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung werden die beiden Messergebnisse durch jeweiliges Abziehen der zugehörigen Messartefakte von dem jeweiligen Messergebnis bereinigt und die bereinigten Messergebnisse werden miteinander verrechnet. Insbesondere wird für ein Endergebnis über beide bereinigten Messergebnisse gemittelt. Beispielsweise wird für jeden Pixel der beiden bereinigten Messergebnisse ein Mittelwert gebildet.

Gemäß einer weiteren erfinderischen Ausführungsform unterscheiden sich die unterschiedlichen Messkonfigurationen durch unterschiedliche Drehstellungen oder Ausrichtungen des Testobjekts oder durch unterschiedliche Ausrichtungen einer Fizeau-Oberfläche. Insbesondere erfolgt zwischen zwei Messungen ein Drehen des Testobjekts um eine Symmetrieachse der Oberfläche des Testobjekts oder um eine optische Achse des Strahlengangs zum Einstellen unterschiedlicher Messkonfigurationen. Vorzugsweise erfolgt für das Drehen eine Auswahl einer Drehstellung, bei dem die Messartefakte der jeweiligen Messkonfiguration gegenüber anderen Drehstellungen größere Unterschiede aufweisen. Die Drehstellung wird beispielsweise so gewählt, dass streifenförmige Messartefakte der unterschiedlichen Messkonfigurationen möglichst annähernd orthogonal zueinander sind, d.h. ihr inneres Produkt ist viel kleiner als das Produkt ihrer Normen. Das Drehen wird zum Beispiel mit Hilfe einer drehbaren Halterung der Messvorrichtung für das Testobjekt durchgeführt. Diese Ausführungsform eignet sich besonders zur Vermessung eines Testobjekts mit einer rotationssymmetrischen Oberfläche.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt ein Erzeugen einer auf die Oberfläche des Testobjekts eingestrahlten Prüfwelle mittels eines diffraktiven optischen Elements der Messvorrichtung und die unterschiedlichen Messkonfigurationen unterscheiden sich hinsichtlich des diffraktiven optischen Elements. Insbesondere erzeugt das diffraktive optische Element nach einer Ausführungsform eine Prüfwelle mit einer an eine Sollform der Oberfläche des Testobjekts angepassten Wellenfront. Entspricht die Oberfläche der Sollform, so wird die Prüfwelle in sich zurückreflektiert und von dem diffraktiven optischen Element in die ursprüngliche Messwelle zurücktransformiert. Das diffraktive optische Element umfasst beispielsweise ein sogenanntes computergeneriertes Hologramm (CGH). Die zur Erzeugung der Prüfwelle notwendigen diffraktiven Strukturen können durch eine rechnergestützte Simulation des Messergebnisses zusammen mit der Solloberfläche des Testobjekts ermittelt und auf einem Substrat als CGH hergestellt werden.

Die unterschiedlichen Messkonfigurationen unterscheiden sich nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform durch unterschiedliche Drehstellungen des diffraktiven optischen Elements. Insbesondere erfolgt zwischen zwei Messungen ein Drehen des diffraktiven optischen Elements um eine optische Achse des Strahlengangs zum Einstellen unterschiedlicher Messkonfigurationen. Beispielsweise wird das Drehen mit Hilfe einer drehbaren Halterung der Messvorrichtung für das diffraktive optische Element durchgeführt. Vorzugsweise erfolgt für das Drehen eine Auswahl einer Drehstellung, bei dem die Messartefakte der jeweiligen Messkonfiguration gegenüber anderen Drehstellungen größere Unterschiede aufweisen. Die Drehstellung wird beispielsweise so gewählt, dass die Messartefakte der unterschiedlichen Messkonfigurationen möglichst annähernd orthogonal zueinander sind. Auch können die unterschiedlichen Messkonfigurationen eine unterschiedliche Anordnung oder Ausrichtung von anderen optischen Elementen oder Elementgruppen der Messvorrichtung aufweisen oder auf anderen Änderungen der Position oder Ausrichtung des diffraktiven optischen Elements, der gemessenen Oberfläche oder der Fizeau-Oberfläche beruhen.

Nach einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform unterscheiden sich die unterschiedlichen Messkonfigurationen durch die Verwendung verschiedener dif- fraktiver optischer Elemente. Mit anderen Worten kommt in einer ersten Messkonfiguration ein erstes diffraktives optisches Element und in einer zweiten Messkonfiguration ein zweites diffraktives optisches Element in der Messvorrichtung zum Einsatz. Die unterschiedlichen diffraktiven optischen Elemente sind zwar nominal identisch konfiguriert, weisen aber unterschiedliche Herstellungsfehler auf, da bestimmte Herstellungsfehler zufällig auftreten. Die Messfehler sind möglichst annähernd orthogonal zueinander. Somit erzeugen die unterschiedlichen diffraktiven optischen Elemente unterschiedliche Messartefakte im interferometrischen Messergebnis.

Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung umfasst das Separieren von auf die jeweilige Messkonfiguration zurückgehenden Messartefakten ein Filtern von Messartefakten. Dabei erfolgt ein Herausfiltern von Messartefakten einer der beiden Messungen mit unterschiedlicher Messkonfiguration, während Messartefakte der anderen Messung nicht gefiltert werden. Insbesondere erfolgt das Filtern mit einem asymmetrischen Bandpassfilter. Als Bandpassfilter wird z.B. im Ortsraum eine Kombination von Faltungsfiltern oder eine Kombination von nicht linearen Filtern, wie Medianfiltern, verwendet. Mittels eines Bandpassfilters kann auch ein Unterdrücken von unerwünschten räumlichen Frequenzen im Frequenzraum erfolgen. Dazu erfolgt zunächst eine Fouriertransformation der Differenz der Messergebnisse in den Frequenzraum und nach dem Entfernen von unerwünschten Frequenzen eines Messartefakts eine Rücktransformation in den Ortsraum. Bei einer Ausführungsform erfolgt vor dem Filtern eine Transformation der Differenz der Messergebnisse in ein Koordinatensystem, in dem ein oder beide Messartefakte der Messungen einen diskreten Frequenzraum dünn besetzen. Mit anderen Worten belegen Darstellungen der Messartefakte im diskreten Frequenzraum nach der Transformation nur wenige Matrixelemente beziehungsweise Pixel.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Separieren von auf die jeweilige Messkonfiguration zurückgehenden Messartefakten ein Anpassen von Parametern eines Modells zur Beschreibung von Messartefakten an die Messartefakte. Das Anpassen kann an Messartefakte einer oder beider Messungen mit unterschiedlicher Messkonfiguration erfolgen. Beispielsweise erfolgen eine Auswahl einer Menge von Basisvektoren und ein Anpassen der Koeffizienten einer Linearkombination dieser Basisvektoren an Messartefakte. Für ein Separieren wird anschließend eine Trennung von Basisvektoren mit Beitrag zu Messartefakten von einer der Messungen bei unterschiedlicher Messkonfiguration durchgeführt. Als Basisvektoren können insbesondere periodische Funktionen wie Sinus- und Cosinus-Funktionen verwendet werden.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden für jeweils zwei Messungen mit unterschiedlichen Messkonfigurationen und Messbereichen auf der Oberfläche als Messergebnisse die Messergebnisse innerhalb eines Überlappungsbereichs der Messbereiche verwendet. Somit werden nur im Überlappungsbereich eine Differenzbildung der Messergebnisse von zwei Messungen mit unterschiedlicher Messkonfiguration, ein Separieren von Messartefakten und ein Abziehen von Messartefakten von Messergebnissen durchgeführt. Mit anderen Worten wird nur für den Überlappungsbereich ein von Messartefakten bereinigtes Messergebnis erzeugt. Insbesondere werden bei mehr als zwei Messungen mit unterschiedlichen Messkonfigurationen und Messbereichen für alle möglichen Paare von Messungen die Messergebnisse im jeweiligen Überlappungsgebiet als Messergebnisse verwendet. Auf diese Weise ergibt sich für jeden Überlappungsbereich ein bereinigtes Messergebnis.

Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung werden Messergebnisse von verschiedenen Überlappungsbereichen nach einem Abziehen von Messartefakten zu einem Gesamtmessergebnis zusammengefügt. Für das Zusammenfügen von Messergebnissen bzw. Interferogrammen verschiedener Überlappungsbereiche wird beispielsweise ein Stitching-Verfahren für Bilder verwendet. Als Stitching wird insbesondere in der Fotographie das Zusammenfügen von Einzelbildern zu einem großen Bild bezeichnet. Dabei kann in Bereichen mit zwei oder mehr Interferogrammen eine Mittelung der Messergebnisse erfolgen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt für Bereiche der Oberfläche außerhalb von Überlappungsbereichen eine Extrapolation von Messergebnissen. Insbesondere werden Bereiche der Oberfläche, für die keine oder nur ein Messergebnis vorliegen, mit Hilfe der Messergebnisse von benachbarten Überlappungsbereichen extrapoliert. Bei der Extrapolation über einen Bereich kann zusätzlich oder alternativ eine Berücksichtigung von Messergebnissen innerhalb des Bereichs oder von weiter entfernten Überlappungsbereichen erfolgen.

Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einer Messvorrichtung zum Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts, wobei die Messvorrichtung ein Interferometer zum jeweiligen Vermessen der Oberflächenform in mindestens zwei unterschiedlichen Messkonfigurationen umfasst. Weiterhin umfasst die Messvorrichtung ein Differenzmodul zum Subtrahieren eines Messergebnisses von einem anderen Messergebnis und Abziehen eines zugehörigen Messartefakts von einem Messergebnis, sowie ein Separiermodul zum Separieren von auf die jeweilige Messkonfiguration zurückgehenden Messartefakten.

Das Interferometer ist beispielsweise ein Fizeau-, Twyman-Green-, Michelson-, Mach-Zehnder- oder Punktbeugungs- Interferometer. Nach einer Ausführungsform umfasst das Interferometer ein diffraktives optisches Element zum Erzeugen einer auf das Testobjekt gerichteten Prüfwelle. Das Differenzmodul und das Separiermodul sind zum Verarbeiten von ausgewerteten Interferogrammen als Messergebnisse konfiguriert und jeweils entweder innerhalb einer Auswerteeinrichtung der Messvorrichtung oder separat von dieser in der Messvorrichtung angeordnet.

Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Merkmale können entsprechend auf die erfindungsgemäße Messvorrichtung übertragen werden und umgekehrt. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird. Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung zum Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum in- terferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts in einer schematischen Veranschaulichung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Separierens von Messartefakten von zwei Messungen mit unterschiedlicher Messkonfiguration, sowie

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche eines Testobjekts in einer schematischen Veranschaulichung.

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.

In Fig. 1 wird eine Messvorrichtung 10 zum Vermessen einer Form einer Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 schematisch dargestellt. Das Testobjekt 14 ist beispielsweise ein Spiegel einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit extrem ultravioletter (EUV-) Strahlung. Die EUV-Strahlung weist eine Wellenlänge von kleiner als 100 nm, insbesondere eine Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm auf. Die Messvorrichtung 10 eignet sich aber auch zum sehr genauen Vermessen der Oberfläche von anderen optischen Elementen oder sonstigen Objekten.

Die Messvorrichtung 10 umfasst ein Interferometer 16, welches in diesem Ausführungsbeispiel als Fizeau-Interferometer ausgebildet ist. Alternativ kann aber auch ein Twyman-Green-, Michelson-, Mach-Zehnder- oder Punktbeugungs-Interferometer oder jeder andere geeignete Interferometertyp verwendet werden.

Das Interferometer 16 enthält eine Beleuchtungseinrichtung 18 zum Bereitstellen einer für interferometrische Messungen ausreichend kohärenten Messstrahlung 20 mit ebener Wellenfront. In alternativen Ausführungen kann auch Messstrahlung mit einer anders geformten Wellenfront, etwa einer sphärischen Wellenfront bereitgestellt werden. Für die Messstrahlung 20 erzeugt eine Strahlenquelle 21 der Beleuchtungseinrichtung 18, z.B. ein Helium-Neon-Laser oder ein anderer geeigneter Laser, kohärente elektromagnetische Strahlung 22. Diese wird von einer Fokussierlinse 24 derart auf eine Öffnung einer Blende 26 fokussiert, dass eine divergente Messstrahlung 28 aus der Blendenöffnung austritt und Streulicht unterdrückt wird. Die divergente Messstrahlung 28 durchläuft eine als Kollimator 30 ausgebildete Gruppe von Linsenelementen, welche die divergente Messstrahlung 28 in die Messstrahlung 20 mit parallelem Strahlengang bzw. ebener Wellenfront und geeignetem Durchmesser für eine Messung transformiert. Die Messstrahlung 20 läuft entlang einer optischen Achse 32, durchquert teilweise einen Strahlenteiler 34 und trifft auf ein Fizeau-Element 36 der Messvorrichtung 10. Ein Anteil der Messstrahlung 20 wird von einer Fizeau-Oberfläche 38 des Fizeau-Elements 36 als Referenzwelle 40 zurückreflektiert. Ein anderer Anteil der Messstrahlung 20 durchtritt das Fizeau-Element 36 und läuft als Eingangswelle 42 mit ebener Wellenfront weiter zu einem diffraktiven Element 44 mit diffraktiven Strukturen 46 auf einer beugenden Oberfläche 48. Das diffraktives optische Element 44 bzw. die diffraktiven Strukturen 46 sind derart ausgebildet, dass die Eingangswelle 42 zu einer Prüfwelle 50 mit einer an eine Sollform der Oberfläche 12 angepassten Wellenfront gebeugt wird. Die Prüfwelle 50 trifft in Autokollimation auf die Oberfläche 12 des Testobjekts 14 und wird von dieser zurückreflektiert. Die reflektierte Prüfwelle 51 enthält Informationen über die Abweichung der Form der Oberfläche 12 von ihrer Sollform.

Das diffraktive optische Element 44 umfasst ein computergeneriertes Hologramm (CGH). Die zur Erzeugung der Prüfwelle 50 notwendigen diffraktiven Strukturen können durch eine rechnergestützte Simulation des Interferometers 10 zusammen mit der Solloberfläche des Testobjekts 14 ermittelt werden, z.B. mit Hilfe einer Strahlverfolgung. Anschließend werden die berechneten diffraktive Strukturen als Gitter mittels eines lithographischen Verfahrens oder dergleichen auf einem Substrat als CGH aufgetragen. Alternativ kann auch ein übliches Hologramm eingesetzt werden. Dieses lässt sich z.B. durch Belichten einer fotografischen Platte mit einer Überlagerung von Referenzlicht und von einem Objekt mit Sollform reflektiertem Licht herstellen.

Die reflektierte Prüfwelle 51 durchläuft wiederum das diffraktive optische Element 44 und das Fizeau-Element 36 und wird teilweise von dem Strahlenteiler 34 auf eine Interferometerkamera 52 gerichtet. Die vom Fizeau-Element 36 reflektierte Referenzwelle 40 wird ebenfalls teilweise vom Strahlenteiler 34 in Richtung Interferometerkamera 52 reflektiert. Ein von einer Gruppe von Linsenelementen gebildetes Objektiv 54 mit einer Blende 55 bildet die von der Oberfläche 12 des Test- Objekts 14 kommende reflektierte Prüfwelle 51 auf eine Erfassungsebene 56 eines Detektors 58 ab. Die von dem Fizeau-Element 36 reflektierte Referenzwelle 40 wird ebenfalls auf die Erfassungsebene 56 abgebildet. Die Überlagerung von reflektierter Prüfwelle 51 und Referenzwelle 40 erzeugt ein Interferenzmuster, welches als Bild bzw. Interferogramm in Form einer zweidimensionalen Rastergrafik oder Matrix von Bildpunkten oder Pixeln von dem Detektor 58 erfasst wird.

Weiterhin umfasst die Messvorrichtung 10 eine Halterung 60 zum drehbaren Positionieren und Fixieren des diffraktiven optischen Elements 44. Die Halterung 60 ermöglicht insbesondere eine Drehung des diffraktiven optischen Elements 44 um die optische Achse 32 und ein anschließendes Fixieren in einer gewählten Drehstellung. Eine Testobjekthalterung 62 zum drehbaren Positionieren und Fixieren des Testobjekts 14 ermöglicht analog eine Drehung des Testobjekts 14 um die optische Achse 32 oder eine Symmetrieachse der Oberfläche des Testobjekts 14 und ein anschließendes Fixieren in einer gewählten Drehstellung. Durch Ändern der Drehstellung des diffraktiven optischen Elements 44 oder des Testobjekts 14 lassen sich verschiedenen Messkonfigurationen der Messvorrichtung 10 einstellen.

Ferner umfasst die Messvorrichtung 10 eine Auswerteeinrichtung 64 zum Bestimmen eine Abweichung der Form der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 von der Sollform basierend auf Interferenzmuster im erfassten Interferogramm. Da die bestimmte Sollform von störenden Messartefakten wie periodisch auftretenden Streifen überlagert sind, enthält die Messvorrichtung 10 ein Differenzmodul 66 und ein Separiermodul 68 zum Entfernen der Messartefakte. Das Differenzmodul 66 ist zum Subtrahieren eines Messergebnisses von einem anderen Messergebnis und Abziehen eines zugehörigen Messartefakts von einem Messergebnis konfiguriert. Das Separiermodul 68 ist zum Separieren von auf die jeweilige Messkonfiguration zurückgehenden Messartefakten ausgebildet. Im Folgenden wird die weitere Funktionsweise der Messvorrichtung 10 zusammen mit verschiedenen Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zum interfero- metrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 beschrieben.

In Fig. 2 wird ein erstes Verfahren 80 zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche 12 eines Testobjekts 14 schematisch veranschaulicht. Zum Bestimmen der Oberflächenform werden zwei Messungen bei unterschiedlichen Messkonfigurationen durchgeführt. Die dabei von der Messvorrichtung 10 ausgewerteten Interferogramme sind als erstes Messergebnis 82 und zweites Messergebnis 84 in Fig. 2 dargestellt. Beide Messergebnisse 82, 84 enthalten Strukturen 86, die von der Form der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 verursacht werden. Diese Strukturen 86 werden im ersten Messergebnis 82 von ersten streifenförmigen Messartefakten 88 und im zweiten Messergebnis von zweiten streifenförmigen Messartefakten 90 überlagert.

Die unterschiedlichen Messkonfigurationen werden in diesem Ausführungsbeispiel durch unterschiedliche Drehstellungen des diffraktiven optischen Elements 44 oder des Testobjekts 14 festgelegt. Alternativ kann auch ein Austausch des diffraktiven optischen Elements 14 durch ein anderes diffraktives Element erfolgen, welches zwar nominal identisch konfiguriert ist, aber andere zufällige Herstellungsfehler aufweist. Auch können die unterschiedlichen Messkonfigurationen eine unterschiedliche Anordnung oder Ausrichtung von anderen optischen Elementen oder Elementgruppen der Messvorrichtung 10 aufweisen oder auf anderen Änderungen der Position oder Ausrichtung des diffraktiven optischen Elements 14 oder des Testobjekts 14 beruhen.

Zunächst erfolgt eine Auswahl von zwei unterschiedlichen Messkonfigurationen, welche möglichst unterschiedliche Messartefakte 88, 90 erzeugen, während die Strukturen 86 der Oberfläche 12 im Wesentlichen gleich sind. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Messkonfigurationen z.B. durch eine Auswahl von zwei verschieden Drehstellungen des diffraktiven optischen Elements 44 festgelegt. Dabei erfolgt die Auswahl derart, dass die streifenförmigen Messartefakte 88, 90 der unterschiedlichen Messkonfigurationen einen möglichst großen Winkel zueinander aufweisen.

Dann wird mit Hilfe der Halterung 60 des diffraktiven optischen Elements die erste der beiden Drehstellungen eingestellt und die erste Messung durchgeführt. Anschließend mit der Halterung 60 die zweite Drehstellung eingestellt und die zweite Messung ausgeführt. Analog wird bei Messkonfigurationen mit unterschiedlicher Drehstellung des Testobjekts 14 oder anders festgelegten Messkonfigurationen vorgegangen. Zunächst erfolgen eine Einstellung der ersten Messkonfiguration und eine erste Messung und dann die Einstellung der zweiten Messkonfiguration und eine zweite Messung. Eine Einstellung der Drehstellung des Testobjekts 14 findet mit Hilfe der Testobjekthalterung 62 statt.

Mit dem Differenzmodul erfolgt nun eine Differenzbildung 92 der beiden Messergebnisse 82, 84. Dieses wird in Fig. 2 schematisch dargestellt. Die Differenz 94 enthält eine Überlagerung der Messartefakte 88, 90 beider Messungen und im Wesentlichen keine von der Oberfläche 12 verursachten Strukturen 86 mehr. Anschließend wird mit Hilfe des Separiermoduls 68 ein Separieren 96 der Messartefakte 88, 90 in der Differenz 94 durchgeführt. Dazu erfolgt ein weiter unten mit Bezug auf Fig. 3 ausführlicher beschriebenes Filtern der Differenz 94 oder ein Anpassen von Parametern eines Modells an die Differenz 94.

Ein Abziehen 98 der nun getrennt vorliegenden Messartefakte 88 der ersten Messung vom ersten Messergebnis 82 mit Hilfe des Differenzmoduls 66 ergibt ein bereinigtes erstes Messergebnis 100 ohne störende Messartefakte 88. Analog ergibt das Abziehen 98 der Messartefakte 90 der zweiten Messung ein bereinigtes zweites Messergebnis 102. Ein Mitteln 104 der beiden bereinigten Messergebnisse 100, 102 führt schließlich zu einem gemittelten Messergebnis 106. Das gemittelte Messergebnis 106 wird von der Auswerteeinrichtung 64 zum Bestimmen einer Abweichung der Form der Oberfläche 12 des Testobjekts 14 von einer Sollform verwendet. Mit einer bekannten Abweichung von einer Sollform ist auch die Form der Oberfläche 12 bekannt.

Fig. 3 veranschaulicht das Separieren der Messartefakte 88, 90 von zwei Messungen mit unterschiedlicher Messkonfiguration gemäß Fig. 2 durch ein Filtern 110 der Differenz 94 der beiden Messergebnisse 82, 84. Dabei werden jeweils die Messartefakte einer Messung herausgefiltert. Übrig bleiben die Messartefakte der anderen Messung.

Zunächst wird für beide Messartefakte 88, 90 jeweils eine Transformation 112 der Differenz 94 in ein Koordinatensystem durchgeführt, in welchem die Messartefakte 88, 90 einer Messung in der transformierten Differenz 114 einen diskreten Frequenzraum dünn besetzen, d.h. die Darstellung der Messartefakte belegt im diskreten Frequenzraum nur wenige Matrixelemente. Dann erfolgt ein Anwenden 116 eines asymmetrischen Bandpassfilters. Als Bandpassfilter wird z.B. im Ortsraum eine Kombination von Faltungsfiltern oder eine Kombination von nicht linearen Filtern, wie Medianfiltern, verwendet.

Alternativ kann auch ein Unterdrücken von unerwünschten räumlichen Frequenzen im Frequenzraum erfolgen. Dazu wird zunächst eine Fouriertransformation der transformierten Differenz 114 in den Frequenzraum und nach dem Entfernen von unerwünschten Frequenzen eines Messartefakts eine Rücktransformation in den Ortsraum durchgeführt.

Die gefilterte Differenz 118 enthält nur noch Messartefakte 88, 90 einer Messung. Abschließend erfolgt eine Rücktransformation 120 der gefilterten Differenz 118 in das ursprüngliche Koordinatensystem. Die Messartefakte 88 der ersten Messung und die Messartefakte 90 der zweiten Messung liegen nun getrennt vor.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird zum Separieren der Messartefakte 88, 90 ein Anpassen von Parameter eines Modells an die Differenz 94 ausgeführt. Zum Beispiel erfolgt eine Auswahl einer Menge von Basisvektoren und ein Anpassen der Koeffizienten einer Linearkombination dieser Basisvektoren an die Differenz 94. Anschließend wird eine Trennung von Basisvektoren mit Beitrag zu Messartefakten 88 der ersten Messung oder zu Messartefakten 90 der zweiten Messung durchgeführt. Als Basisvektoren können z.B. periodische Funktionen wie Sinus- und Cosinus-Funktionen zum Einsatz kommen.

In Fig. 4 wird ein zweites Ausführungsbeispiel des Verfahrens 80 zum interfero- metrischen Vermessen einer Oberflächenform eines Testobjekts 14 schematisch veranschaulicht. In diesem Ausführungsbeispiel werden mehr als zwei Messungen mit unterschiedlichen Messkonfigurationen und Messbereichen auf der Oberfläche 12 durchgeführt. In Fig. 4 sind exemplarisch Messergebnisse von drei Messungen mit unterschiedlichen Messkonfigurationen und Messbereichen dargestellt. Das Verfahren kann aber auch mit mehr als drei Messungen durchgeführt werden.

Zunächst erfolgt analog zum Verfahren nach Fig. 2 eine Auswahl von unterschiedlichen Messkonfigurationen für jede Messung. Dabei kann der jeweilige Messbereich auf der Oberfläche 12 berücksichtigt werden. Anschließend wird vor jeder Messung die jeweilige Messkonfiguration eingestellt und die Messung durchgeführt. Für alle möglichen Paare von Messergebnissen mit unterschiedlicher Messkonfiguration wird dann die Differenz gebildet, gestricheltes Kästchen 130. In diesem Beispiel wird somit von einem ersten Messergebnis 132 und einem zweiten Messergebnis 134 eine erste Differenz 138, von dem ersten Messergebnis 132 und einen dritten Messergebnis 136 eine zweite Differenz 140, und von dem zweiten Messergebnis 134 und dem dritten Messergebnis 136 eine dritte Differenz 142 gebildet. Dabei wird jeweils nur ein Überlappungsbereich beider Messergebnisse verwendet.

Die Differenzen 138, 140 und 142 enthalten nur noch die überlagerten Messartefakte beider Messergebnisse im jeweiligen Überlappungsbereich. Diese werden entsprechend dem Verfahren nach Fig. 2 separiert, von dem jeweiligen Messergebnis im Überlappungsbereich abgezogen, und die auf diese Weise bereinigten Messergebnisse von jeweils zwei Messungen werden für einen Überlappungsbereich gemittelt, gestricheltes Kästchen 144.

Anschließend erfolgt ein Zusammenfügen 146 von Überlappungsbereichen mit bereinigten und gemittelten Messergebnissen 148, 150, 152 zu einem Gesamtmessergebnis 154 in einem Gesamtmessbereich. Dafür wird ein Stitching-Verfah- ren verwendet, z.B. ein aus der Fotografie bekanntes Verfahren zum Zusammenfügen von mehreren Einzelbildern zu einem Bild. In Bereichen mit mehreren gemittelten Messergebnissen 148, 150, 152 kann dabei ein weiteres Mitteln von Messergebnissen erfolgen. Ferner kann für Bereiche der Oberfläche 12 außerhalb von Überlappungsbereichen eine Extrapolation von Messergebnissen mit Hilfe der Messergebnisse 148, 150, 152 von benachbarten Überlappungsbereichen durchgeführt werden.

Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.

Bezugszeichenliste

10 Messvorrichtung

12 Oberfläche

14 Testobjekt

16 Interferometer

18 Beleuchtungseinrichtung

20 Messstrahlung

21 Strahlenquelle

22 elektromagnetische Strahlung

24 Fokussierlinse

26 Blende

28 divergente Messstrahlung

30 Kollimator

32 optische Achse

34 Strahlenteiler

36 Fizeau-Element

38 Fizeau-Oberfläche

40 Referenzwelle

42 Eingangswelle

44 diffraktives optisches Element

46 diffraktive Strukturen

48 beugende Oberfläche

50 Prüfwelle

51 reflektierte Prüfwelle

52 Interferometerkamera

54 Objektiv

55 Blende

56 Erfassungsebene

58 Detektor

60 Halterung diffraktives optisches Element

62 Testobjekthalterung 64 Auswerteeinrichtung

66 Differenzmodul

68 Separiermodul

80 Verfahren

82 erstes Messergebnis

84 zweites Messergebnis

86 Strukturen der Oberfläche

88 erste Messartefakte

90 zweite Messartefakte

92 Differenzbildung

94 Differenz

96 Separieren von Messartefakten

98 Abziehen von Messartefakten

100 bereinigtes erste Messergebnis

102 bereinigtes zweites Messergebnis

104 Mitteln von Messergebnissen

106 gemitteltes bereinigtes Messergebnis

110 Filtern von Messartefakten

112 Koordinatentransformation

114 transformierte Differenz

116 Anwenden eines Filters

118 gefilterte Differenz

120 Rücktransformation

130 Differenzbildung Überlappungsbereiche

132 erstes Messergebnis

134 zweites Messergebnis

136 drittes Messergebnis

138 erste Differenz

140 zweite Differenz

142 dritte Differenz

144 Separieren, Abziehen und Mitteln

146 Zusammenfügen Überlappungsbereiche erstes gemitteltes Messergebnis zweites gemitteltes Messergebnis drittes gemitteltes Messergebnis Gesamtmessergebnis

Claims

Ansprüche

1 . Verfahren (80) zum interferometrischen Vermessen einer Form einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14), mit den Schritten:

- jeweiliges Vermessen der Oberflächenform mittels einer interferometrischen Messvorrichtung (10) in mindestens zwei unterschiedlichen Messkonfigurationen,

- Differenzbildung (92) der Messergebnisse (82, 84) und Separieren (96) von auf die jeweilige Messkonfiguration zurückgehenden Messartefakten (88, 90),

- Abziehen (98) der zugehörigen Messartefakte (88, 90) von mindestens einem der Messergebnisse (82, 84).

2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die beiden Messergebnisse (82, 84) durch jeweiliges Abziehen (98) der zugehörigen Messartefakte (88, 90) von dem jeweiligen Messergebnis (82, 84) bereinigt werden und die bereinigten Messergebnisse (100, 102) miteinander verrechnet (104) werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die unterschiedlichen Messkonfigurationen sich durch unterschiedliche Drehstellungen oder Ausrichtungen des Testobjekts (14) oder durch unterschiedliche Ausrichtungen einer Fizeau-Oberfläche (38) unterscheiden.

4. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem ein Erzeugen einer auf die Oberfläche (12) des Testobjekts (14) eingestrahlten Prüfwelle (50) mittels eines diffraktiven optischen Elements (44) der Messvorrichtung (10) erfolgt und sich die unterschiedlichen Messkonfigurationen hinsichtlich des diffraktiven optischen Elements (44) unterscheiden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem sich die unterschiedlichen Messkonfigurationen durch unterschiedliche Drehstellungen des diffraktiven optischen Elements (44) unterscheiden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem sich die unterschiedlichen Messkonfigurationen durch die Verwendung verschiedener diffraktiver optischer Elemente unterscheiden.

7. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem das Separieren (96) von auf die jeweilige Messkonfiguration zurückgehenden Messartefakten (88, 90) ein Filtern (110) von Messartefakten (88, 99) umfasst.

8. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem das Separieren (96) von auf die jeweilige Messkonfiguration zurückgehenden Messartefakten ein Anpassen von Parametern eines Modells zur Beschreibung von Messartefakten an die Messartefakte umfasst.

9. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem für jeweils zwei Messungen mit unterschiedlichen Messkonfigurationen und Messbereichen auf der Oberfläche (12) als Messergebnisse die Messergebnisse innerhalb eines Überlappungsbereichs der Messbereiche verwendet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem Messergebnisse (148, 150, 152) von verschiedene Überlappungsbereichen nach einem Abziehen von Messartefakte zu einem Gesamtmessergebnis (154) zusammengefügt (146) werden.

11 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem für Bereiche der Oberfläche (12) außerhalb von Überlappungsbereichen eine Extrapolation von Messergebnissen erfolgt.

12. Messvorrichtung (10) zum Vermessen einer Form einer Oberfläche (12) eines Testobjekts (14), umfassend: - ein Interferometer (16) zum jeweiligen Vermessen der Oberflächenform in mindestens zwei unterschiedlichen Messkonfigurationen,

- ein Differenzmodul (66) zum Subtrahieren eines Messergebnisses (82) von einem anderen Messergebnis (84) und Abziehen eines zugehörigen Messartefakts (88, 90) von einem Messergebnis (82, 84), sowie

- ein Separiermodul (68) zum Separieren von auf die jeweilige Messkonfiguration zurückgehenden Messartefakten (88, 90).