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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur interferometrischen Ermittlung des Passformfehlers einer optischen Oberfläche, insbesondere einer optischen Oberfläche eines Spiegels einer mikrolithografischen Projektionsbelichtungsanlage. Die Vorrichtung umfasst einen Detektor zum Aufzeichnen eines Interferogramms aus einem an der optischen Oberfläche reflektierten Prüfstrahlengang und einem Referenzstrahlengang. Im Prüfstrahlengang ist ein diffraktives Optikelement in Form eines CGH angeordnet. Das CGH weist ein diffraktives Strukturmuster auf, das sich aus einer zwei Phasenfunktionen umfassenden komplexen Codierung ergibt. Die erste Phasenfunktion ist innerhalb eines ersten Sollgebiets definiert, das durch die Umrissform der optischen Oberfläche vorgegeben ist.
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Interferometrische Messungen, bei denen die auf eine optische Oberfläche gerichtete Wellenfront durch ein diffraktives Optikelement in Form eines CGH geformt wird, sind aus dem Stand der Technik bekannt,
DE 10 2015 202 695 A1 ,
DE 10 2012 217 800 A1 ,
DE 10 2019 204 096 A1 ,
DE 10 2006 035 022 A1 ,
US 7 061 626 B1 ,
DE 10 2020 213 762 B3 . Eine auf das diffraktive Optikelement treffende Wellenfront, im Folgenden kurz Eingangswelle genannt, wird mittels eines computergenerierten Hologramms (CGH) so gebeugt, dass eine resultierende Wellenfront, im Folgenden kurz Ausgangswelle genannt, eine an die Sollform der optischen Fläche angepasste Wellenfront bildet. Dadurch trifft die Ausgangswelle senkrecht auf der zu prüfenden optischen Fläche auf, sofern die optische Fläche ihrer Sollform entspricht und geeignet positioniert ist. Die auf die optische Fläche treffende Ausgangswelle wird in sich selbst reflektiert und zusammen mit dem Referenzstrahlengang zur Erzeugung eines Interferenzsignals genutzt.
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Um die gewünschte Form der Ausgangswelle zu erzeugen, ist das CGH mit einem aus der Soll-Oberflächenform der optischen Oberfläche abgeleiteten Beugungsgitter versehen, an dem der Prüfstrahlengang beim Durchqueren des CGH gebeugt wird.
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Ein geeignetes Beugungsgitter wird ausgehend von einer bekannten Form der Eingangswelle und einer gegebenen Form der Ausgangswelle auf rechnerischem Wege ermittelt. Es ergibt sich eine Phasenfunktion, die den Übergang von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle beschreibt. Liegt die Phasenfunktion vor, so kann auf bekannte Weise das Beugungsgitter in dem Substrat des CGH erzeugt werden.
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Aus der Umrissform der zu prüfenden optischen Oberfläche ergibt sich ein Sollgebiet auf dem CGH, innerhalb dessen die Phasenfunktion durch die Oberflächenform der optischen Fläche bestimmt ist. Dieses Sollgebiet beschreibt den Bereich, den das zur Phasenfunktion gehörende Beugungsgitter mindestens umfassen muss. Außerhalb des Sollgebiets kann das CGH frei von Gitterstrukturen sein oder mit einer anderen geeigneten Hintergrundstruktur versehen sein, die insbesondere nicht aus der optischen Oberfläche abgeleitet sein muss.
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Soll ein CGH mehrere Beugungsgitter umfassen, so können diese innerhalb des CGH räumlich voneinander getrennt sein, sodass verschiedene Bereiche des CGH für die Prüfung verschiedener optischer Oberflächen genutzt werden können. Gegenüber einer Lösung mit einem CGH je optischer Oberfläche hat dies den Vorteil, dass auf die Herstellung mehrerer CGHs und deren Wechsel zwischen den Messungen verzichtet werden kann.
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Allerdings kann der hierfür benötigte gemeinsame Flächenbedarf der Sollgebiete die auf dem CGH zur Verfügung stehende Fläche überschreiten. Es können dann entweder nur noch Teilbereiche dieser Sollgebiete umgesetzt werden, oder es kann versucht werden, die Sollgebiete auf dem CGH zu verkleinern, indem die Position des Prüflings relativ zum CGH verändert wird. Letzteres reduziert jedoch die Auflösung der Messung, da die zu prüfende Oberfläche auf einen kleineren Bereich abgebildet wird.
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Die auf einem CGH effektiv zur Verfügung stehende Fläche und damit die mögliche Größe der Sollgebiete kann verbessert werden, indem die Beugungsgitter für die Prüfwellen innerhalb eines durch komplexe Codierung erzeugten diffraktiven Strukturmusters miteinander überlagert werden. Die komplexe Codierung ist in Beyerlein, M.; Lindlein, N.; Schwider, J.: „Dual-wave-front computergenerated holograms for quasi-absolute testing of aspherics", Appl. Opt. (USA) 41, Seite 2440 (2002) näher erläutert.
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Bislang sind ungestörte interferometrische Messungen mit komplex codierten CGH auf den kleinsten gemeinsamen Bereich der Sollgebiete beschränkt. Wird in einem angrenzenden Bereich die komplexe Codierung anhand einer Teilmenge der Phasenfunktionen der Beugungsgitter umgesetzt (weil dort z.B. nicht mehr alle oder andere definiert sind), so ändert sich i.A. das resultierende diffraktive Strukturmuster abrupt an der Bereichsgrenze.
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Dies stört das Interferogramm durch Interferenzeffekte (z.B. in Form von Phasen- oder Intensitätsvariationen) und beeinträchtigt damit die Bestimmung des Passformfehlers auf allen Sollgebieten, die von dieser Bereichsgrenze geschnitten werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Anwendungsbereich interferometrischer Messungen zu erweitern. Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die erste Phasenfunktion innerhalb eines Gebiets sprungfrei und knickfrei definiert, das über das erste Sollgebiet hinausreicht. Sprungfrei und knickfrei definiert bedeutet, dass die Phasenfunktion innerhalb des betreffenden Gebiets stetig und in der ersten Ableitung stetig definiert ist. Diese Eigenschaft der Phasenfunktion wird auch als C1-Stetigkeit bezeichnet. Insbesondere kann das Gebiet Abschnitte aufweisen, in denen es um wenigstens 5 mm, insbesondere wenigstens 10 mm, weiter insbesondere wenigstens 15 mm, weiter insbesondere wenigstens 20 mm über das Sollgebiet auf dem CGH hinausragt. Das Gebiet kann eine um wenigstens 10%, insbesondere um wenigstens 20% größere Fläche aufweisen als das Sollgebiet.
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Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, abrupte Änderungen im komplex-codierten diffraktiven Strukturmuster zu vermeiden, indem jedes Beugungsgitter der komplexen Codierung so definiert wird, dass es innerhalb des Sollgebiets eines anderen Beugungsgitters der komplexen Codierung keine Grenze oder sprunghaften Änderungen aufweist. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem die dem Beugungsgitter zugehörige Phasenfunktion für ein Gebiet sprungfrei und knickfrei definiert wird, das über das Sollgebiet hinausreicht. Es gibt also eine sprungfreie und knickfreie Definition, die das Sollgebiet umfasst und zusätzlich ein an das Sollgebiet angrenzendes, aber außerhalb des Sollgebiets liegendes Gebiet. Damit wird es möglich, die Grenze eines in dem komplex-codierten diffraktiven Strukturmuster enthaltenen Beugungsgitters so zu legen, dass die Sollgebiete der anderen in dem diffraktiven Strukturmuster enthaltenen Beugungsgitter nicht geschnitten werden. Mit anderen Worten wird die Grenze des komplex-kodierten Gebiets mindestens so erweitert (oder gar auf das ganze CGH ausgedehnt), dass die zu messenden Sollgebiete nicht geschnitten werden.
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Die zu prüfende optische Oberfläche kann eine Oberfläche eines reflektiven, refraktiven oder diffraktiven optischen Elements sein. In einer Ausführungsform ist die optische Oberfläche die Reflexionsfläche eines Spiegels. Ein Spiegel, dessen Oberfläche untersucht wird, bildet einen Spiegelprüfling im Sinne der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist die zweite Phasenfunktion innerhalb eines zweiten Sollgebiets definiert, das der Form einer zweiten optischen Oberfläche entspricht. Die zweite Phasenfunktion ist sprungfrei und knickfrei innerhalb eines Gebiets definiert, das über das zweite Sollgebiet hinausreicht. Damit wird es möglich, in zwei aufeinanderfolgenden Durchläufen eine erste optische Oberfläche und eine zweite optische Oberfläche zu vermessen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Phasenfunktion und die zweite Phasenfunktion jeweils über das mit dem ersten Sollgebiet und dem zweiten Sollgebiet gemeinsam aufgespannte Gebiet sprungfrei und knickfrei definiert sind. Es können dann beide Messungen ohne Störkonturen durchgeführt werden, weil keine abrupte Änderung des komplex-codierten diffraktiven Strukturmusters vorliegt. Weiter können die erste Phasenfunktion und die zweite Phasenfunktion über die gesamte Fläche des CGH sprungfrei und knickfrei definiert sein. Die innerhalb des Sollgebiets definierten Phasenfunktionen können über den Rand des Sollgebiets hinaus fortgesetzt werden. Alternativ können die Phasenfunktionen am Rand des Sollgebiets in andere, nicht notwendigerweise von der Solloberfläche abgeleitete Phasenfunktionen sprungfrei und knickfrei überführt werden.
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In einer Ausführungsform kann durch geeignete Wahl der Fortsetzung der Phasenfunktion die Liniendichte des Beugungsgitters außerhalb des Sollgebiets auf einen vorgegebenen Wert begrenzt werden. Die Grenze kann beispielsweise bei 1500, weiter vorzugsweise bei 1000, weiter vorzugsweise bei 500, weiter vorzugsweise bei 200 Gitterperioden je mm liegen. Durch eine verminderte Liniendichte wird die Fertigung des diffraktiven Strukturmusters erleichtert und der Einfluss von Fertigungsfehlern und unerwünschten wellenoptischen Effekten reduziert.
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In dem CGH können wenigstens eine Nutzfunktionalität und wenigstens eine Hilfsfunktionalität ausgebildet sein. Die Nutzfunktionalität kann zum Vermessen einer optischen Oberfläche verwendet werden. Die Hilfsfunktionalität kann beispielsweise Zwecken der Kalibrierung oder Justierung dienen.
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Die Nutzfunktionalität und die Hilfsfunktionalität können innerhalb eines einzelnen Beugungsgitters des komplex-kodierten diffraktiven Strukturmusters enthalten sein, indem eine gemeinsame Phasenfunktion definiert wird. Dazu werden die Phasenfunktion-Anteile der Nutz- und Hilfsfunktionalität sprungfrei und knickfrei ineinander überführt. Die Liniendichte im Übergangsbereich zwischen der Nutzfunktionalität und der Hilfsfunktionalität kann durch Addition eines Offsets zu dem Phasenfunktion-Anteil der Nutzfunktionalität oder der Hilfsfunktionalität auf einen vorgegebenen Wert begrenzt werden. Die Grenze kann beispielsweise bei 1500, vorzugsweise bei 1000, weiter vorzugsweise bei 500 Gitterperioden je mm liegen. Ohne Addition des Offsets könnte sich im Übergangsbereich zwischen der Nutzfunktionalität und der Hilfsfunktionalität ein großer Gradient ergeben, der eine hohe Liniendichte innerhalb des Beugungsgitters zur Folge hätte. Durch Addition des Offsets kann der Gradient im Übergangsabschnitt reduziert werden. Der Offset kann frei gewählt werden, weil damit lediglich die globale Phase beeinflusst wird. Durch eine verminderte Liniendichte wird die Fertigung des diffraktiven Strukturmusters erleichtert und der Einfluss von Fertigungsfehlern und unerwünschten wellenoptischen Effekten reduziert. Weiter kann der Offset dazu genutzt werden, die Liniendichte so zu beeinflussen, dass vom Beugungsgitter erzeugtes Streulicht reduziert wird, welches die Messung negativ beeinflussen würde. Insbesondere gilt dies für das Beeinflussen bzw. Vermeiden von Nulldurchgängen der Liniendichte, die in verstärktem Maße Streulicht hervorrufen, welches sich in ähnlicher Richtung ausbreitet.
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Die erste Phasenfunktion und/oder die zweite Phasenfunktion können so ausgestaltet sein, dass durch außerhalb der Sollgebiete liegende Anteile der Phasenfunktionen möglichst wenig störendes Streulicht erzeugt wird, das zum Detektor gelangt. Insbesondere kann die Phasenfunktion so gestaltet sein, dass durch außerhalb der Sollgebiete liegende Anteile der Phasenfunktionen keine Ausgangswelle erzeugt wird, die auf eine zu prüfende optische Oberfläche trifft, insbesondere diese senkrecht oder beinahe senkrecht trifft. Lichtanteile, die von außerhalb der Sollgebiete auf den Detektor gelangen, würden das Interferenzsignal verfälschen.
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In einer Ausführungsform sind die erste optische Oberfläche und die zweite optische Oberfläche Bestandteile von zwei separaten optischen Elementen. Die optischen Elemente werden in aufeinanderfolgenden Schritten vermessen. Beim Vermessen können die optischen Elemente in verschiedenen Positionen relativ zu dem CGH angeordnet sein.
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Möglich ist auch, dass die erste optische Oberfläche und die zweite optische Oberfläche zwei Abschnitte eines einzelnen optischen Elements sind. Ein Abschnitt in diesem Sinne kann einem Teilbereich einer optischen Fläche oder der gesamten optischen Fläche eines optischen Elements entsprechen. Es kann sich aber auch um eine (gedachte) Fläche handeln, die sich durch Ausnutzung etwaiger Symmetrieeigenschaften der Oberfläche des optischen Elements ergibt, insbesondere einer Rotationssymmetrie. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet die Möglichkeit, verschiedene Abschnitte eines einzelnen optischen Elements mit einem einzelnen CGH zu vermessen.
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Verschiedene Nutzfunktionalitäten innerhalb des CGH können dazu dienen, Abschnitte eines Spiegelprüflings mit unterschiedlicher Messauflösung zu vermessen. In einer Ausführungsform liegt der Abbildungsmaßstab bei der ersten Nutzfunktionalität um wenigstens 20 %, vorzugsweise um wenigstens 30 %, weiter vorzugsweise wenigstens 40 %, weiter vorzugsweise wenigstens 50 % höher als bei der zweiten Nutzfunktionalität.
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In einer Variante betreffen der erste Spiegelprüfling und der zweite Spiegelprüfling dasselbe Spiegelelement, wobei die zugehörigen Phasenfunktionen an verschiedene Zustände oder Sollformen des Spiegels angepasst sind. Beispielsweise können die Phasenfunktionen so gestaltet sein, dass sie eine durch Einwirkung der Schwerkraft entstehende Verformung des Spiegelelements berücksichtigen.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand vorteilhafter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung beim Vermessen einer ersten optischen Oberfläche;
- 2: die Vorrichtung aus 2 beim Vermessen einer zweiten optischen Oberfläche;
- 3: eine Darstellung der Umrissform der ersten optischen Oberfläche;
- 4: eine Darstellung der Umrissform der zweiten optischen Oberfläche;
- 5, 6: schematische Darstellungen der Beugungsgitter und deren Sollgebiete;
- 7: eine schematische Darstellung der Bereichsgrenzen bei einer komplexen Codierung,
- 8: Phasenfunktionen ohne und mit Offset bzw. ohne und mit modifizierter Fortsetzung;
- 9-13: ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel;
- 14-18: ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel;
- 19-22: ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel;
- 23: eine Variante zu dem Verfahren gemäß 19-22;
- 24-25: ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel;
- 26-27: ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel.
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Ein in 1 gezeigtes Interferometer umfasst eine Lichtquelle 14, die in dem Ausführungsbeispiel als Austrittsende eines Lichtleiters ausgebildet ist. Der Lichtleiter wird gespeist aus einer Laser-Lichtquelle, bei der es sich beispielsweise um einen Helium-Neon-Laser mit einer Wellenlänge von ungefähr 633 nm handeln kann. Die Lichtquelle kann aber auch eine andere Wellenlänge aufweisen. Der in divergentem Zustand aus dem Lichtleiter austretende Strahlengang 15 durchtritt einen Strahlenteiler 16 und wird mit einem Kollimator 17 kollimiert.
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Der kollimierte Strahlengang trifft auf eine Fizeau-Platte 18, an der das Licht teilweise reflektiert wird. Die reflektierten Anteile des Lichts bilden den Referenzstrahlengang des Interferometers. Die nicht-reflektierten Anteile des Lichts bilden den Prüfstrahlengang.
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Der Prüfstrahlengang durchtritt das CGH 19, trifft auf eine optische Oberfläche eines ersten Spiegelprüfling 20 und wird in sich selbst reflektiert. Der zurückgeworfene Prüfstrahlengang interferiert mit dem Referenzstrahlengang und wird über den Strahlenteiler 16, eine Blende 21 und ein Okular 22 auf einen Detektor 23 in Form einer CCD-Kamera geleitet. Mit dem Detektor 23 wird ein Interferogramm aufgezeichnet, aus dem der Passformfehler in der untersuchten optischen Oberfläche des ersten Spiegelprüflings 20 abgelesen werden kann.
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In einem nachfolgenden Messdurchgang wird der erste Spiegelprüfling 20 aus dem Prüfstrahlengang entfernt, sodass dieser Teil des Prüfstrahlengangs ins Leere läuft. Stattdessen wird ein zweiter Spiegelprüfling 24 in den Prüfstrahlengang eingebracht. In dem Ausführungsbeispiel ist die Position des zweiten Spiegelprüflings 24 eine andere als die vorherige Position des ersten Spiegelprüflings 20. Der zweite Spiegelprüfling 24 ist so angeordnet, dass er von den Anteilen des Prüfstrahlengangs, die zur Messung des ersten Spiegelprüflings 20 bestimmt sind, nicht getroffen wird. Gleiches gilt umgekehrt für die Position des ersten Spiegelprüflings 20 im Prüfstrahlengang.
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Der als Eingangswelle in Form einer ebenen Wellenfront auf das CGH 19 treffende Prüfstrahlengang wird in dem CGH 19 zu einer Ausgangswelle gebeugt, die eine an die Oberflächenform der optischen Fläche des Spiegelprüflings angepasste Wellenfront bildet. Die Ausgangswelle ist so geformt, dass sie auf der gesamten zu untersuchenden optischen Oberfläche des Spiegelprüflings 20, 24 senkrecht auftrifft, sofern der Spiegelprüfling 20, 24 seiner Sollform entspricht und in geeigneter Position relativ zu dem CGH 19 angeordnet ist.
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Die Ausgangswelle wird erzeugt, indem das CGH 19 mit einem aus der Soll-Oberflächenform des ersten Spiegelprüflings 20 abgeleiteten ersten Beugungsgitter versehen ist und mit einem aus der Soll-Oberflächenform des zweiten Spiegelprüflings 24 abgeleiteten zweiten Beugungsgitter versehen ist. Die Beugungsgitter werden durch räumlich variierende Gitterstrukturen in dem CGH gebildet, an denen der Prüfstrahlengang beim Durchqueren des CGH gebeugt wird.
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Die Form der Beugungsgitter wird auf rechnerischem Wege ermittelt. Bei der Berechnung wird davon ausgegangen, dass die Form der Eingangswelle sowie die gewünschte Form der Ausgangswelle bekannt ist. Die Form der Eingangswelle wird definiert durch die zwischen der Lichtquelle 14 und dem CGH 19 angeordneten optischen Elemente. Die gewünschte Form der Ausgangswelle leitet sich direkt ab aus der Soll-Oberflächenform des zu untersuchenden Spiegelprüflings. Sind die Eingangswelle und die Ausgangswelle auf diese Weise vorgegeben, so lässt sich der Übergang zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle durch eine Phasenfunktion beschreiben.
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Liegen zwei Phasenfunktionen vor, die aus der Soll-Oberflächenform von zwei Spiegelprüflingen berechnet wurden, so kann im Wege der komplexen Codierung in dem Substrat des CGH 19 ein diffraktives Strukturmuster erzeugt werden, das ein zu der ersten Soll-Oberflächenform passendes erstes Beugungsgitter und ein zu der zweiten Soll-Oberflächenform passendes zweites Beugungsgitter überlagert.
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Für die interferometrische Messung sind nur die Raumbereiche innerhalb des Prüfstrahlengangs von Belang, in denen während der jeweiligen Messung der erste Spiegelprüfling 20 oder der zweite Spiegelprüfling 24 angeordnet sind. In den übrigen Raumbereichen kann die Ausgangswelle des CGH 19 beliebig geformt sein, weil der Prüfstrahlengang dort nicht auf die Spiegelprüflinge trifft.
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Für die einer einzelnen Soll-Oberflächenform zugeordnete Phasenfunktion bedeutet dies, dass durch die Umrissform der Soll-Oberflächenform ein Sollgebiet auf dem CGH vorgegeben ist, innerhalb dessen die Ausgangswelle eine bestimmte Form haben soll. Außerhalb des Sollgebiets unterliegt die Phasenfunktion keinen direkten Vorgaben, weil die Ausgangswelle dort für die Bestimmung des Passformfehlers auf dem Sollgebiet nicht erforderlich ist. Jedoch sollte die Phasenfunktion außerhalb des Sollgebiets so gestaltet werden, das zum Detektor gelangendes Streulicht ausreichend geringgehalten wird.
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In 3 ist die Umrissform einer optischen Oberfläche des ersten Spiegelprüflings 20 dargestellt. Innerhalb des CGH 19 ergibt sich damit ein erstes Sollgebiet 25 für das dem ersten Spiegelprüfling 20 zugeordnete erste Beugungsgitter 26, siehe 5. Außerhalb des ersten Sollgebiets 25 leiten sich aus der Form des ersten Spiegelprüflings 20 keine Vorgaben für das zugehörige erste Beugungsgitter 26 ab. 4 zeigt die Umrissform einer optischen Oberfläche des zweiten Spiegelprüflings 24. Das sich daraus ergebende zweite Sollgebiet 27, innerhalb dessen das zweite Beugungsgitter 28 durch die Form des zweiten Spiegelprüflings 24 definiert ist, ist in 6 dargestellt.
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Bislang ist es üblich, die Phasenfunktionen nur für die jeweiligen Sollgebiete 25, 27 zu berechnen und das zugehörige Beugungsgitter 26, 28 nur innerhalb der jeweiligen Sollgebiete 25, 27 zu erzeugen. Bereiche, die in dem CGH 19 außerhalb der Sollgebiete 25, 27 liegen, können mit anderen gewünschten Strukturen versehen werden oder unstrukturiert sein. Eine außerhalb der Sollgebiete 25, 27 liegende Struktur wird als Hintergrundstruktur 29 bezeichnet. Zwischen den Beugungsgittern 26, 28 und der Hintergrundstruktur 29 besteht bei aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen eine abrupte Änderung der Struktur, die in den 5 und 6 durch eine durchgezogene Linie angedeutet ist. Dieser Übergang wirkt sich nicht negativ auf das Messergebnis aus, solange die Beugungsgitter innerhalb des CGH 19 überschneidungsfrei nebeneinander angeordnet sind oder - im Falle einer komplexen Codierung - deckungsgleich sind. Mit der Erfindung soll diese im Stand der Technik bestehende Einschränkung überwunden werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind das erste Beugungsgitter und das zweite Beugungsgitter innerhalb des CGH 19 miteinander überlagert, indem im Wege einer komplexen Codierung ein diffraktives Strukturmuster erzeugt wird, das beide Beugungsgitter umfasst. Verglichen mit einer Gestaltung, bei der die Beugungsgitter nebeneinander innerhalb des CGH angeordnet sind, lässt sich auf diese Weise die effektiv zur Verfügung stehende Fläche auf dem CGH vergrößern und ermöglicht eine höhere Messauflösung.
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Das diffraktive Strukturmuster wird im Wege einer komplexen Codierung des CGH 19 erzeugt. Das Verfahren zur komplexen Codierung an sich ist bekannt. Details dazu sind beispielsweise in Beyerlein, M.; Lindlein, N.; Schwider, J.: „Dual-wave-front computergenerated holograms for quasi-absolute testing of aspherics", Appl. Opt. (USA) 41, Seite 2440 (2002) ausgeführt.
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In 7 sind die Bereichsgrenzen des ersten Sollgebiets 25 und des zweiten Sollgebiets 27 innerhalb des CGH überlagert dargestellt. Gemeinsam decken das erste Sollgebiet 25 und das zweite Sollgebiet 27 ein Gebiet ab, das größer ist als die einzelnen Sollgebiete 25, 27. Das Gebiet ist zusammensetzt aus Bereichen, in denen das erste Sollgebiet 25 und das zweite Sollgebiet 27 sich überschneiden, sowie aus Bereichen, die entweder nur von dem ersten Sollgebiet 25 oder nur von dem zweiten Sollgebieten 27 abgedeckt sind. Dementsprechend gibt es Bereiche, in denen beide Beugungsgitter definiert sind, und Bereiche, in denen jeweils nur eines der Beugungsgitter definiert ist.
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Wird der gemeinsame Bereich als komplex-codiertes diffraktives Strukturmuster ausgestaltet, stellt sich heraus, dass sich eine innerhalb des ersten Sollgebiets 25 liegende Grenze des zweiten Beugungsgitters 28 negativ auf die Vermessung des ersten Spiegelprüflings 20 auswirkt und umgekehrt. Mit der Erfindung wird deswegen vorgeschlagen, solche Grenzen des jeweils anderen Beugungsgitters im Bereich des gemeinsam abgedeckten Gebiets 25, 27 zu vermeiden.
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Die erste Phasenfunktion und die zweite Phasenfunktion werden zu diesem Zweck über die Sollgebiete der zu prüfenden optischen Oberflächen des ersten Spiegelprüfling 20 und des zweiten Spiegelprüflings 24 hinaus geeignet fortgesetzt, so dass innerhalb des gemeinsamen Gebiets 25, 27 keine Grenzen existieren, die die jeweils andere Messung stören. Entsprechend den für ein größeres Gebiet berechneten ersten und zweiten Phasenfunktionen erstreckt sich auch jedes der Beugungsgitter 26, 28 über ein Gebiet, das größer ist als das jeweils zugehörige Sollgebiet 25, 27.
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Jede der beiden Phasenfunktionen wird sprungfrei und knickfrei über die gesamte Fläche des CGH 19 definiert, zumindest aber auf dem in 7 weiß gekennzeichneten Bereich. Die Phasenfunktionen können durch einfache Extrapolation über das zugehörige Sollgebiet 25, 27 hinaus definiert werden. Zusätzlich können Randbedingungen beachtet werden. So sollte die Extrapolation so erfolgen, dass mit den extrapolierten Phasenfunktionen möglichst wenig die betreffende Messung störendes Streulicht erzeugt wird oder die Fertigbarkeit des CGH erschwert wird.
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Sollen innerhalb eines einzelnen Beugungsgitters mehrere Funktionalitäten enthalten sein, zum Beispiel in Form einer Nutzfunktionalität und einer Hilfsfunktionalität, so müssen die beiden zugehörigen Phasenfunktion sprungfrei und knickfrei ineinander überführt werden. Hierbei ist es zweckmäßig, die maximale Liniendichte im extrapolierten Bereich zwischen den Phasenfunktionen zu begrenzen. In 8 sind ein erster Anteil 31 einer Phasenfunktion und ein zweiter Anteil 32 der Phasenfunktion dargestellt. Im Diagramm i) ergibt sich im Übergangsabschnitt 33 ein großer Gradient am Übergang zwischen dem ersten Abschnitt 31 und dem zweiten Abschnitt 32. In Diagramm ii) ist der zweite Abschnitt 32 mit einem Offset versehen, durch den der Gradient im Übergangsabschnitt 33 reduziert wird. Durch den verminderten Gradienten im Übergangsabschnitt 33 wird die Liniendichte im betreffenden Bereich des Beugungsgitters reduziert. Der Offset für den zweiten Abschnitt 32 der Phasenfunktion kann frei gewählt werden, weil ein solcher Offset lediglich die globale Phase beeinflusst. Gemäß der Erfindung kann der Offset zwischen den Abschnitten 31, 32 der Phasenfunktion so gesetzt werden, dass die maximale Liniendichte begrenzt wird. Weiter kann der Offset so gesetzt werden, dass Nulldurchgänge der Liniendichte so weit wie möglich vermieden werden.
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Im Außenbereich kann die Phasenfunktion frei fortgesetzt werden. Dies ist in 8 am Beispiel eines Fortsetzungsabschnitts 48 gezeigt, der an den ersten Anteil 31 der Phasenfunktion anschließt. Erneut ist der Gradient in Diagramm ii) kleiner als in Diagramm i), so dass die Liniendichte des Beugungsgitters begrenzt wird.
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In den 9-13 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem der gleiche Spiegelprüfling in zwei verschiedenen Stellungen vermessen wird, wobei entweder die gesamte optische Fläche oder ein Teilbereich der optischen Fläche des Spiegelprüflings vermessen werden kann. Jeder der zu vermessenen Bereiche des Spiegels bildet einen Spiegelprüfling im Sinne der Erfindung. Das in 9 gezeigte erste Sollgebiet 25 überschneidet sich mit dem zweiten Sollgebiet 27, siehe 11. Wären die erste und die zweite Phasenfunktion sowie die zugehörigen Beugungsgitter 26, 28 nur innerhalb der Sollgebiete 25, 27 definiert, so würden sich die in 11 dargestellten Strukturgrenzen innerhalb des komplex codierten Gebiets ergeben. Werden, wie in den 12 und 13 mit den gestrichelten Linien angedeutet, die Phasenfunktionen und damit die Beugungsgitter 26, 28 über die Sollgebiete 25, 27 hinaus sprungfrei und knickfrei fortgeführt, so werden die gegenseitigen Störungen vermieden. In 12, 13 ist ein Beispiel gezeigt, dass eine Extrapolation über das ganze CGH 19 zeigt, es würde aber auch genügen, nur auf den gemeinsamen Bereich zu extrapolieren.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 14-18 umfasst das CGH 19 neben den Nutzfunktionalitäten 26, 28 innerhalb der Sollgebiete 25, 27 noch Hilfsfunktionalitäten 34, 35, die an die Sollgebiete 25, 27 angrenzen, sich aber nicht mit den Sollgebieten 25, 27 überschneiden. Die Hilfsfunktionalitäten können zum Beispiel zum Zwecke der Justage oder Kalibrierung der Messvorrichtung verwendet werden. Würde die komplexe Codierung ohne erfindungsgemäße Ausgestaltung durchgeführt, so wären Strukturgrenzen wie in 16 sichtbar. In 17 sind der Phasenfunktion-Anteil der Hilfsfunktionalität zu 34 und der Phasenfunktion-Anteil der Nutzfunktionalität 26 sprungfrei und knickfrei miteinander verbunden, so dass eine gemeinsame Phasenfunktion f1 entsteht, siehe 8. Auf die gleiche Weise wird zu 15 eine gemeinsame Phasenfunktion f2 für die Nutzfunktionalität 27 und die Hilfsfunktionalität 35 erzeugt. Die Phasenfunktionen f1, f2 werden sprungfrei und knickfrei über die Sollgebiete hinaus fortgesetzt, siehe 17, 18, so dass durch komplexe Codierung ein diffraktives Strukturmuster erzeugt werden kann, das frei von Strukturgrenzen ist.
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In den 19-23 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, in dem ein einzelner Prüfling 36, dessen Oberfläche als Abschnitt einer gedachten rotationssymmetrischen Oberfläche ausgestaltet ist, in verschiedenen Stellungen vermessen wird. Dazu werden innerhalb des CGH 19 zwei verschiedene Nutzbereiche 37, 38 zur Verfügung gestellt, wobei der erste Nutzbereich 37 einen gro-ßen Teil der Fläche des CGH 19 ausnutzt für ein Beugungsgitter 26, das aus der Soll-Oberflächenform des Spiegelprüflings 36 abgeleitet ist. Hingegen ist in dem zweiten Nutzbereich 38, der hier ringförmig dargestellt ist, ein Beugungsgitter ausgebildet, das die Vermessung des Prüflings 36 in verschiedenen Drehpositionen um die Symmetrieachse erlaubt. Je nach Umrissform des Spiegels kann sich auch eine größere, kleinere oder gar keine Aussparung ergeben. Im letzteren Fall geht 21 in 23 über. Die in 22 skizzierten Umrisse 39, 40 innerhalb des Nutzbereich 38 deuten zwei mögliche Positionen des Spiegelprüflings 36 in 20 an. Somit können sowohl eine Messung mit höherer Auflösung als auch Messungen in mehreren Drehstellungen in einem CGH realisiert werden. Durch sprungfreie und knickfreie Fortsetzung der Phasenfunktionen über die eigentlichen Nutzbereiche 37, 38 hinaus werden auch hier Störkonturen vermieden. Gemäß 23 ist es möglich, auf die zentrale Aussparung im zweiten Nutzbereich 38 zu verzichten und den zweiten Nutzbereich 38 ohne Unterbrechung bis zum Zentrum des CGH 19 fortzuführen.
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In den 24, 25 ist eine Ausführungsvariante ohne komplexe Codierung gezeigt, bei dem innerhalb des CGH 19 ein Beugungsgitter 47 ausgebildet ist, welches für einen Spiegelprüfling mehrere Teilbereiche 39, 40, 41, 42 für verschiedene Positionen bereitstellt, die allesamt innerhalb einer ringförmigen Fläche 49 angeordnet sind. In den einzelnen Positionen können geringfügig voneinander abweichende Sollformen für den Spiegelprüfling umgesetzt werden, insbesondere so, dass von einer rotationssymmetrischen Sollform, in einer oder mehreren Positionen abgewichen werden kann, beispielsweise um eine Schwerkraftwirkung auf den Spiegel vorzuhalten. Auf diese Weise kann in ausgewählten Positionen 39, 40, 41, 42 eine entsprechend abweichende Sollform im realen Strahlengang direkt kompensiert werden, während in anderen Positionen die Vorteile einer rotationssymmetrischen Sollform genutzt werden können. Die Phasenfunktion-Anteile der Teilbereiche 39, 40, 41, 42 und des Beugungsgitters 47 werden dazu durch sprungfreie und knickfreie Übergänge verbunden. Die beiden Ausführungen können auch im Rahmen der komplexen Codierung mit anderen Ausführungsformen oder deren Teilen kombiniert werden.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel in den 26 und 27 soll mit der Nutzfunktionalität 43 ein Spiegelprüfling vermessen werden. Dabei kann wie in 19 die gesamte Nutzfunktionalität 43 für die Vermessung eines einzelnen Spiegelprüflings genutzt werden, oder es kann wie in 22 innerhalb der Nutzfunktionalität 43 verschiedene Positionen zur Vermessung eines Spiegelprüflings geben. In dem CGH 19 ist weiter eine Hilfsfunktionalität 45 ausgebildet, die sich im vorliegenden Beispiel über die gesamte Fläche des CGH 19 erstreckt und die Zwecken der Kalibrierung oder Justage dient. Aus der Nutzfunktionalität 43 und der Hilfsfunktionalität 45 wird durch komplexe Codierung ein diffraktives Strukturmuster in dem CGH 19 erzeugt. Wäre die Nutzfunktionalität 43 über ihren gesamten Umfang durch einen durchgehenden abrupten Übergang von der Hintergrundstruktur 44 abgegrenzt, so würde auch das entstehende diffraktive Strukturmuster durchgehend einen abrupten Übergang aufweisen. Die resultierenden Störeffekte entlang der Strukturgrenzen können die Auswertung des Interferogramms der Hilfsfunktionalität durch eine Trennung in drei Bereich nachteilig beeinflussen. Durch einen abschnittsweise sprungfreien und knickfreien Übergang 46 zwischen den Phasenfunktion-Anteile der Nutzfunktionalität 43 und der Hintergrundstruktur 44 wird ein abrupter Übergang im diffraktiven Strukturmuster abschnittsweise vermieden, wodurch eine zusammenhängende Auswertung der Abschnitte der Hilfsfunktionalität 45 ermöglicht wird.
