通过斐索干涉术测量球形像散光学区域的方法

通过斐索干涉术测量球形像散光学区域的方法
【专利摘要】一种测量球形像散光学区域(40)的方法，包含以下步骤：a)通过波前生成装置(10)产生球形像散波前作为测试波前；b)干涉地测量在所述波前生成装置(10)与所述球形像散区域(40)之间的波前差，所述球形像散表面适配于所述波前生成装置(40)，使得所述测试波前基本在竖直方向上照射在所述球形像散区域(40)中的任意点，进行多个测量，在所述多个测量中，在围绕像散半径的两个中心球形化和/或围绕球形像散区域(40)的表面法线旋转180°的多个位置处测量所述球形像散区域(40)，从而确定相应干涉图位相；以及c)通过数学重建法，建立所述波前生成装置(10)的波前和所述球形像散区域(40)的形状，因此，所述球形像散区域(40)的表面通过使用合适的处理方法来校正，步骤a)至c)被重复直到所述波前差小于限定阈值。
【专利说明】通过斐索干涉术测量球形像散光学区域的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求德国专利申请DE 10 2013 226 668.5的优先权，通过引用将该德国专利申请的公开内容并入于此。
技术领域
[0003]本发明涉及一种测量球形像散光学表面的方法。本发明还涉及一种测量球形像散光学自由形式表面的方法。本发明还涉及一种用于光学自由形式表面形状的测试设备。本发明还涉及一种光学自由形式表面。
【背景技术】
[0004]像散光学表面和具有大像散成分的自由形式表面可借助于计算机生成的全息图(CGH)干涉地测试，所述测试利用设计为使得产生在预期表面上各个位置处垂直的波前，以使测试物体以自对准方式综合测量的CGH。
[0005]然而，与旋转对称非球面相比，自由形式表面不具有旋转不变性，因此表面的干涉测量通常可仅发生在CGH与测试物体之间的精确的一个相对位置。这意味着自由形式表面的测量精度相对于旋转对称非球面大大减小，因为，在旋转对称非球面中，干涉仪和测试物体的非旋转对称误差贡献可因理论上任意的许多旋转位置上的测量而分离。在该情况中，可实现的外形精度(figure accuracy)为约20pm rms。
[0006]相比之下，自由形式表面情况下的外形精度当前约为lnm，因为干涉仪的误差贡献，尤其是CGH的误差贡献需要分别合格。在这种用于单独参数的精度的情况下，仅可能实现在单位数纳米范围的总测量精度。CGH的参数中的一些为蚀刻深度、占空比、开沟化、夕卜形、CGH基板的均匀性等。而且，干涉仪的两个旋转位置(S卩0°和180°)在与自由形式表面有关的像散表面的情况中是可能的，因为像散具有两重旋转不变性。
[0007]不利的是，当前没有与现存的例如用于球形表面的绝对校准方法一样(例如，猫眼校准、旋转圆盘方法等)的、用于自由形式表面的绝对校准方法。
[0008]Clemens Elster的“Exact two-dimens1nal wave-front reconstruct1n fromlateral shearing interferograms with large shears，Applied Optics Vol.39,N0.29,100ctober 2000”公开了用于重建或去卷积光学表面上的误差的方法，其中两个光学表面相对彼此的剪切得到测量，其后，测试物体的原始波前形状或表面形状通过积分或去卷积由剪切的波前重建。

【发明内容】

[0009]本发明的目的是提供一种测量球形像散光学表面的改进方法。
[0010]特征地，该情况中的光学自由形式表面应该为所谓的球形像散类型。在此，这被理解为表示由球形表面和完全像散的表面的叠加表示的形状，其中该叠加被理解为在法线方向上像散表面的矢高与球形表面的矢高相加。
[0011]根据第一方面，该目的通过测量球形像散光学表面的方法实现，所述方法包含以下步骤:
[0012]a)通过波前生成装置产生球形像散波前作为测试波前；
[0013]b)干涉地测量在波前生成装置与球形像散表面之间的波前差，所述球形像散表面适配于波前生成装置，使得测试波前在球形像散表面的各个点处基本垂直地入射，其中，进行多个测量，在所述多个测量中，在围绕像散半径的两个中心球形化和/或围绕球形像散表面的表面法线旋转180°的多个位置处测量球形像散表面，其中相应干涉图位相得到确定；以及
[0014]c)通过数学重建法，建立波前生成装置的波前和球形像散表面的表面形状，由此，球形像散表面的表面通过合适的处理方法来校正，其中，步骤a)至c)被重复直到波前差位于限定阈值下。
[0015]这样，球形像散表面可通过所谓的位移-位移法来测量或绝对校准。波前生成装置和球形像散表面的波前形状可通过分离波前生成装置和球形像散表面的误差来非常精确地确定。优选地，球形像散表面的直径仅稍大于波前生成装置，尤其是大于约5%至10%。
[0016]根据另一方面，该目的通过测量球形像散光学自由形式表面的方法来实现，所述方法包含以下步骤:
[0017]a)通过波前生成装置产生球形像散波前作为测试波前，其由校准元件利用权利要求2所述方法校准；
[0018]b)利用测试波前干涉地测量球形像散光学自由形式表面的各区域，其中测试波前在各个区域中基本垂直入射至自由形式表面，其中自由形式表面的各区域和测试波前相对彼此移位和/或球形化，并且相应干涉图位相得到确定；
[0019]c)由单独区域拼接自由形式表面，其中测试波前与球形像散自由形式表面的偏差通过数学重建法与它们的预期值分离。
[0020]根据第三方面，该目的通过用于光学自由形式表面的形状的测试设备来实现，所述测试设备包含测试光学单元，包含:
[0021]-用于产生适配于自由形式表面的球形像散波前作为测试波前的波前生成装置，其中，至少自由形式表面的各部分在各情况中可通过测试波前干涉测试，其中，适配的波前与其预期形状的偏差可通过指定为本发明第二方面的校准方法确立。
[0022]根据第四方面，该目的通过光学自由形式表面来实现，其中，自由形式表面与最适配球的偏差的像散成分至少约为80%。
[0023]根据第五方面，该目的通过光学自由形式表面来实现，其中，自由形式表面与最适配球的偏差的像散成分至少约为90%。
[0024]根据本发明的方法、根据本发明的测试设备和根据本发明的自由形式表面的优选实施例为从属权利要求的主题。
[0025]在所述方法的优选实施例中，在步骤c)中校正波前生成装置的波前，其中步骤a)至c)重复直到波前差位于限定阈值下。这样，折射式斐索元件形式的波前生成装置可被有利地处理，直到预定规格得到满足。
[0026]在测量球形像散自由形式表面的方法的优选实施例中，各区域要实施为自由形式表面的子孔径，其中，所述子孔径的扫描使用球形像散测试波前来进行。有利地，因此执行一种类型的扫描方法，通过该类型扫描方法，特定类的自由形式表面可在绝对项上得到几乎完全校准，即这些自由形式表面与最适配的球的偏差主要是像散。
[0027]在所述方法的其它优选实施例中，在球形像散表面或自由形式表面与波前生成装置之间，根据预定轨迹进行相对移动，从而进行球形像散表面或自由形式表面的基本综合测量。有利地，波前生成装置的有效校准与自由形式表面的测量因此可以该方式在各区域中进行，在所述区域中，测试波前与它们各自的预期值的偏差和自由形式表面与它们各自的预期值的偏差可很好地彼此分离。
[0028]在球形像散光学自由形式表面的测量方法的其它优选实施例中，在子孔径的像散表面的轴方向上进行部分球形化，其中各部分球形化围绕相应轴上有效的半径的中心进行。这样，容易评估的干涉图因此是可实现的，所述干涉图使得测试波前和自由形式表面的形状的偏差容易彼此分离。
[0029]所述方法的其它优选实施例中，重复进行干涉测量，其在各个情况中旋转180°。这样，自由形式表面的子孔径的像散基础形状的180°旋转不变性被有利地使用。
[0030]关于测试波前基本垂直入射到球形像散表面或自由形式表面上，在本发明的上下文参考以下事实:所述入射包含精确的垂直入射和以不超过偏离法线的预定角度值的角的入射二者。
[0031 ]在根据本发明的方法的优选实施例中，为此可规定，测试波前的入射以至多与法线有限定的偏差的方式发生。
[0032]为此，所述方法的优选实施例中，测试波前到球形像散表面或自由形式表面上的入射能够以与法线的单位数mrad范围中的最大偏差发生。
[0033]在所述方法的优选实施例中，为此可规定，入射到球形像散表面或自由形式表面上的测试波前具有与法线的5mrad的最大偏差。
[0034]在所述方法的优选实施例中，为此可规定，要入射到球形像散表面或自由形式表面上的测试波前具有与法线的2mrad的最大偏差。
[0035]在所述方法的优选实施例中，为此可规定，要入射到球形像散表面或自由形式表面上的测试波前具有与法线的Imrad的最大偏差。所有具有测试波前的入射的限定最大角的上述实施例的准则是，在各个情况中，球形像散表面或自由形式表面的干涉测量可以所需精度进行。
[0036]在根据本发明的测试设备的优选实施例中，波前生成装置包含用于将波前变为测试波前的适配元件。因此，测试波前可有利地以单独且简单的方式适配于在各个情况中要测试的球形像散表面或自由形式表面的特定形状。
[0037]在根据本发明的测试设备的另一优选实施例中，计算机生成的全息图形成用于每个要测试的球形像散表面或自由形式表面，所述全息图产生适配于球形像散表面或自由形式表面的曲率和平均像散的波前。有利地，在本发明第一方面列出的校准方法可用于执行对每个单独球形像散表面或自由形式表面的高精度测试。
[0038]在根据本发明的测试设备的另一优选实施例中，提供波前生成装置，其包含平面或球形参考表面，以及用于产生适配的球形像散波前的附加光学单元。因此，提供产生适配的测试波前的不同选项。
[0039]在根据本发明的测试设备的另一优选实施例中，光学自由形式表面可在单独子孔径中测试。有利地，这允许完整的自由形式表面细分为单独区域，其中，除了球形基础曲率，在绝对项上可轻易且精确地校准的像散的表面条件基本上在各个情况中均占优势。
[0040]根据本发明的光学自由形式表面的有利发展的特征为，自由形式表面的形状与最适配球的指定偏差，其表示为这些偏差的rms值或PV值。因此，自由形式表面与最适配球的偏差的不同表现形式可以一致的方式描述。在此，rms (均方根)值被理解为表不均方偏差。在此，PV值被理解为表示最小值与最大值之间的范围。
[0041]本发明的优势
[0042]以下被认为是特别有利的:根据本发明的方法和根据本发明的测试设备使得可执行基本完全球形像散表面和球形像散自由形式表面的绝对校准。因此，这开辟了以下可能性:制造校准的像散参考表面，其形状比完全球形参考明显更接近自由形式表面的预期外形;这利用通常为像散的自由形式表面的主要成分来证明。因此，这使得可根据预定规格来非常精确地制造和测试或校准光学自由形式表面。
[0043]这还可利用以下成为可能:在测试物体与测试波前之间的相对运动的情况下，在由测试设备产生的干涉图中，在测试物体反射的波前与测试设备的参考表面反射的干涉参考波前之间观察到的有利的基本上仅有的倾斜。在调节这些倾斜之后余留的波前测量值可准确地获得，并使得能够得到关于自由形式表面与最适合球面的偏差的精确结论。
[0044]因此，本发明尤其使得可扩展子孔径干涉仪的测量频谱。在中间至高频空间频谱中的多种自由形式表面可借助于可生产的可调适配元件来制造和测试。同样包含的是用于校准目的的测试。
[0045]有利地，本发明的结果是，以类似于球的旋转盘校准的方式全面校准球形像散表面的测试设计的选项。
【附图说明】
[0046]下文参考多个图以其它特征和优势来详细描述本发明。在该情况中，独立于所有描述或示出的特征在专利权利要求或参考其的从属权利要求中的编辑，以及独立于它们在说明书或附图中的措辞或图解，所有描述或示出的特征通过其自身或以任何期望的组合形成本发明的主题。尤其，所述附图意在阐明对本发明至关重要的原理，并且它们不必按照真实比例绘出。在所述附图中，相同或功能上相同的元件具有相同的参考数字。
[0047]附图中:
[0048]图1显示细分为要测试的自由形式表面的子孔径的基本示图；
[0049]图2显示将来自测试物体波前和参考波前的误差贡献分离的基本示图；
[0050]图3显示利用根据本发明的方法识别测试物体的误差类型的基本示图；
[0051]图4显示用于测试球形像散表面的测试光学单元；
[0052]图5显示根据本发明的测试设备的基本示图，所述测试设备由产生球形像散测试波前和用于测试波前的绝对校准的反射校准CGH的设备构成；
[0053]图6a显示折射式斐索元件的横截面视图；
[0054]图6b显示穿过CGH斐索元件的横截面视图；
[0055]图7显示穿过EUVL投射镜头的基本截面视图；以及
[0056]图8显示根据本发明的用于测量光学自由显示表面的方法的实施例的基本流程图。
【具体实施方式】
[0057]原则上，本发明表现对球形表面已知的旋转盘方法的扩展。球形表面为关于围绕表面法线的不变量和围绕其半径的中心的任意球形化。
[0058]与此类似地，球形像散表面事实上是关于在表面的像散的两个“轴”的方向上球形化的任意组合的不变量，其中，各部分球形化必须围绕相应轴上有效的半径的中心发生。
[0059]球形像散表面的上述条件现在可用于使要由干涉仪测试的球形像散表面在任意方向上宏观地逆着像散参考波前移位或球形化，由此，具有足够小波前梯度的可评估干涉图可产生并被数学地评估。作为相互位移波前的结果，可将测试物体波和参考波的误差贡献分离，并因此获得整个自由形式表面的绝对校准。这样，可从测试物体误差分离干涉仪误差，因此可确立哪种误差可分配给测试物体，哪种误差可分配给干涉仪。在此，下至毫米范围的像散变形是可设想的。
[0060]在例如旋转对称非球面的情况中，几十微米的球形化通常导致使干涉图不再可评估的大波前梯度。在此，在球形像散表面情况中，约1000的所谓衰减因子在高达Imm的非球面性的情况中呈现。像散表面相对彼此的球形化能力的基本原则是，像散相对其自身的剪切导致可通过各元件相对彼此的倾斜而得到极大补偿的倾斜，因此，上述衰减出现。
[0061]测试物体波前现在可通过利用已知方法对每个干涉图中恒定的成分和与测试物体“一起移位”的成分进行数学分离来重建。
[0062]精度的进一步增长可通过像散表面的180°旋转不变性来实现。因此，整个移位程序可在表面的旋转180°的第二旋转位置处重复，从而获得测量结果的改善的平均化或改善的一致性。
[0063]仅实质上球形的表面可以常规旋转盘方法在绝对项上得到校准。旋转对称非球面的绝对校准仅涉及表面或测试光学单元的非旋转对称成分，旋转对称成分经由资格证明(即，在测试设置中未执行(“外部”执行)的对测试光学单元的误差校准的单个确定)，而不是经由校准来确定。
[0064]根据本发明，可执行一整类非球面表面(S卩，具有球形像散特征的那些非球面表面)的实质上完全的绝对校准。为此，需要球形像散波前，其例如利用CGH在干涉仪中产生或利用球形像散参考表面产生，其中球形像散参考表面应大致适配于要测试的自由形式表面(“测试物体”)。测试物体的外形误差由于预处理过程应较小，使得它们相对产生的球形像散测试波前是可干涉测量的。
[0065 ]本发明意义中的球形像散波前是通过将球形波的弧矢高度加到像散波的弧矢高度所产生的波前。
[0066]提供一种设备，用于围绕其半径的各(X-和y_)中心在任意方向上宏观地球形化测试物体，优选以其直径的至少10%、更优选以其直径的约50%进行球形化。另外，测试物体应在全部自由度上、尤其在倾斜或方位方面为精细可调的，即，在μπι范围或在yrad范围。
[0067]所述“位移-位移”校准(〃shift-shift〃Calibrat1n)因此可在用于参考目的测试物体旋转180°的情况下重复，如上所述。
[0068]球形化的绝对值可改变，但是应剪切或位移测试物体直径的至少约5%，从而实现测试物体波前与参考波前之间的充分良好的分离。
[0069]图1显示球形像散表面的六个子孔径SAp，其都实质上具有相同的变形。这确保通过使两个球形像散表面相对彼此位移/球形化，确定干涉图位相和经由数学重建方法分离测试物体波前与参考波前的波前贡献的绝对校准。为此，需要充分大的不同相对位置的位相图像组。
[0070]子孔径SAp的刻度显示线性延伸灰阶值等级，其表示测试物体的高度分布。每个子孔径SAp具有那里应用的不同局部倾斜。当测量每个单独子孔径SAp时，可通过倾斜测试物体或干涉仪而产生实质上相同的像散位相分布，如在右侧的圆中所示。因为像散在各个子孔径SAp中是相似的，所述像散可在波前生成装置中保持为可用的。表面的基础曲率在干涉图中不出现，因为，如图5所描绘，测试光束路径以适配的发散方式延伸。
[0071]因此，为了使相应子孔径SAp的干涉图的位相梯度最小化，后倾斜测试物体或干涉仪。所有子孔径SAp共有的变形成分现在可引入测试光学单元(补偿单元)作为恒定成分，使得该始终相等的位相梯度从单独子孔径SAp的干涉图中消失，因此，测量动态范围显著增加。自然地，所示出的六个子孔径SAp应仅视为示例，实际上校准具有高达约1000个子孔径的测试物体。
[0072]图2意在指出子孔径SAp可相对彼此在X方向和y方向上位移和/或球形化，并且可关于彼此旋转180°，从而将测试物体波前和参考波前的误差贡献分离。因此，首先，完成位移，由此，有利的是，仅小变化发生在理想波前中。附加地，测试物体还可旋转或扭曲180°，其中该旋转构成独立地以改进方式检测测试物体40的误差的附加选项。有利地，因此提供测试物体与参考波前之间的相对移动的附加自由度。
[0073]图2右手边的示图显示可在总系统中设置的所有自由度(旋转/位移/球形化)，而干涉图不会因此变得不可用。实际上，球形化可围绕半径中心进行或者测试物体可旋转180°，其中，在所有这些情况中，波前基本垂直地入射至测试物体上。
[0074]这样，相对测量可有利地进行，波前干涉仪波前可与测试物体波前分离。最终，干涉仪误差“因此保持固定”，测试物体误差“随其移动”，其中，这些误差于是可借助数学重建方法在计算上彼此分离。
[0075]因此，图2阐明球形像散波前和测试物体的各部分可相对彼此位移和旋转180°，而没有波前的明显变化。
[0076]图3以示例方式显示测试物体慧差形式的误差，该误差是可检测的或可根据本发明进行校准。在示图b)和c)中，图3显示图3a所示的测试物体波前上慧差的剪切波前(导数)。示图b)原则上显示慧差被剪切或相对其自身移动时焦点和像散的组合。在此，剪切项部分导致调节成分。根据本发明，这些可通过旋转180°以独特方式与实际呈现的测试物体分离。因此，所述图应显示通过测试光学单元旋转180°可识别哪些误差贡献。如果慧差呈现在测试物体上并且测试物体旋转180°，则慧差因此同步旋转，如示图c)中可以确认的。
[0077]在偶级像差(例如，四级波动、六级波动等)的情况中，这将不再起作用，因为所述像差由于其关于180°旋转的不变性而不同步旋转。
[0078]图4显示像散表面的绝对校准例如可通过在由球形化导致的多种“移动位置”关于CGH产生的参考波前测量测试物体而在“球形化架”上进行。随后，测试物体的绝对波前通过数学重建来构建。
[0079]图4显示例如具有CGH形式的适配元件20，其产生实际参考或测试波。布置在适配元件20下方的棱镜通过偏转来自干涉仪的竖直平行光束使得其倾斜入射至适配元件20来提供测试光学单元的辅助功能。
[0080]平面波从下方入射至适配元件20上，因此，适配元件20产生球形像散波前。黑色曲线显示具有子孔径SAp的测试物体40的部分。
[0081]测试物体40优选装配在保持架(在此未示出)上，在所述保持架上，所述测试物体可围绕其半径中心在X方向和y方向球形化，以及在所述保持架上，所述测试物体可旋转180°。这是可能的，因为适配元件20实质上产生对应于测试物体40的表面设计的波前。非常有利的是，完全球形像散波前利用适配元件20产生。因此，原则上，图4显示球形像散参考波前对自由形式表面的最可能的适配应被提供用于测试自由形式表面。
[0082]图5显示根据本发明的测试设备的实施例。可利用具有基本平面参考表面11的斐索元件10来识别测试设备100。另外，与之相应，提供适配元件20(像散CGH)和校准元件30(校准CGH) ο为了适配元件20的像散波前的绝对校准，适配元件20的波前可通过校准机器的传感器头(在此未示出)如期望那样逆着校准元件30球形化。校准元件30设计为使得将波投回其本身(以自准直)，如果所述波具有其预期形状的话。
[0083]在实际测量测试物体40(图5中未绘出)的表面期间，校准元件30那么应由自由形式表面形状的测试物体取代。可识别的是，基础球面的半径R的中心布置在波前生成装置10中；然而，这取决于要生成的波前形状，所以所述半径最好能尽一切办法布置在波前生成装置10外。光束路径的最下面部分(由双箭头突出)表示测试波。
[0084]实际上，提供测试光学单元，其包含具有参考表面11的斐索元件10和要倾斜的、CGH形式的适配元件20，其中提供相对于测试物体40可移动的干涉仪传感器(在此未绘出)。在此，每次的目标是使波前尽可能垂直地或以基本垂直方式入射到测试物体40上。
[0085]在本文中，基本垂直意味着球形像散表面或自由形式表面的干涉仪测量必须可具有足够精度，其中这还可在测试波前未完全垂直入射至球形像散表面或自由形式表面的情况中实现。已发现，与法线的最大可允许偏差可在个位数mrad范围，尤其是，可至多为5mrad、尤其至多为2mrad、尤其至多为Imrad。该需求适用于要测量的子孔径SAp中单独的一个。
[0086]下面，根据本发明的用于球形像散自由形式表面的制造工艺的进步被详细描述，其中用于功能化制造方法的前提是自由形式表面与最适合球面的偏差的80%是像散的。
[0087]为了确定最适配(“最适合”)球对称表面，例如可使非球面与球对称表面在一个预定方向上比较的二次平均偏差(“rms值”)最小化。用于确定最适配球对称表面的替代标准包含峰谷值(“PV值”)，其表示减去球对称表面的自由形式表面上最高点与最低点之间的距离。最有意义的标准是选择球面，使得自由形式表面与要适配的球面之间的差的梯度(的绝对值)的最大值最小化。
[0088]因此，在本发明的含义中，最适配或最适合球面是球对称形状，其与自由形式表面的总形状的偏差最小。
[0089]优选地，整个自由形式表面细分为单独子孔径SAp，使得作为其结果，每个单独子孔径SAp中的剩余梯度优选小于约2mrad。该剩余梯度涉及表面法线关于彼此的相对角度。举例而言，实际上，这可意味着子孔径SAp的圆具有约1mm的直径，因为不再可能在较大子孔径SAp的情况中执行可察觉的测量。
[0090]最初，对于例如用于EUVL(极紫外光刻)镜头的成像反射镜的光学自由形式表面执行设计过程。特别地，对于校准过程，确定自由形式表面的最适合半径和像散。
[0091]于是，考虑斐索元件关于自由形式表面的需要的操作距离，设计球形像散斐索元件，其中存在斐索元件在相互正交截面中产生的像散的两个半径的适配。上述操作距离是波前生成装置10和自由形式表面之间在要执行的测量期间的预期距离。
[0092]于是，必要时借助于测试CGH，制造斐索元件和适合的对立表面(校准表面)，其具有的直径优选大于斐索元件的直径至少约5%。
[0093]随后，经由上述位移-位移校准，必要时使用相对上述完全球形像散对立表面的180°旋转，绝对校准斐索元件的波前，以及必要时反复校正一个或两个波前。
[0094]于是，将因此制造的斐索元件安装在可移动干涉仪传感器中，以及调节传感器。这种传感器(利用该传感器，可测量自由形式表面的各部分)公开于例如US 2012/0229814 Al或DE 10229816 Al中，它们的全部公开内容并入本文。
[0095]然后，干涉仪传感器相对于要测试的自由形式表面的轨迹为了子孔径SAp的综合测量而被编程。在具有干涉仪传感器的测量装置中插入要测试的自由形式表面插入并调节该要测试的自由形式表面。结果，可沿着编程的轨迹自动行进并记录干涉图像，并且还可校准和存储单独子孔径SAp的表面形貌图像。优选地，单独子孔径SAp至少重叠，使得所有子孔径SAp的联合产生整个自由形式表面的超集。
[0096]然后，考虑利用上述绝对校准获得的斐索元件的形状(半径、像散、其余外形)，计算单独子孔径SAp中测试物体的表面形状。
[0097]然后，将子孔径坐标转换为自由形式表面的坐标系统，因为表面的单独部分在局部坐标系统中被测量。最后，从单独子孔径SAp将自由形式表面拼接为总表面。
[0098]现在，作为结果，已知总表面上自由形式表面的弧矢高度值或峰谷或PV值。
[0099]现在，在评估实际形状与要实现的预期形状的偏差的情况下，从自由形式表面的实际形状减去开始设计的自由形式表面的预期形状，随后根据必要时确定的与预期形状的偏差，后处理自由形式表面。
[0100]整个上述过程反复进行直到形状形成处理步骤和测量循环产生自由形式表面位于要求的规格内的形状。
[0101]总的来说，上述方法使得可制造自由形式表面，其可以非常精确的方式以中至高频范围制造和测试，对于弧矢高度分布、PV值或rms值优选在pm范围中。
[0102]US 7,538,856 B2和US 7,355,678 B2描述了EUVL投射镜头，其反射镜可利用根据本发明的方法测试和制造。尤其是，所述方法对于那里显示的所有反射镜而言是有利的，因为除了基础曲率外，所有上述反射镜主要具有像散实施例。
[0103]原则上，两个不同类型的斐索元件是可设想的。
[0104]图6a显示穿过折射斐索元件的横截面，其中球形像散波由于平行光束PS在斐索元件的玻璃后侧的折射而出现，波在玻璃的球形像散前侧的各个点处是垂直的。穿过玻璃的波因此同样是球形像散波，并且其在限定操作距离上最可能适配于要测试的球形像散表面或自由形式表面(测试物体40)。
[0105]图6b显示穿过CGH斐索元件与斐索板(具有干涉仪的平面参考表面11)和CGH的组合的横截面视图。CGH产生球形像散波，其经由限定操作距离在最可能范围适配于要测试的球形像散表面或自由形式表面形式的测试物体40，结果，产生到测试物体40的测试表面上的尽可能垂直的入射。
[0106]使用上述位移-位移方法，借助于适配的完全球形像散测试表面或相应校准CGH，两种类型的斐索元件可在绝对项方面得到校准。
[0107]图7显示EUVL投射镜头的透镜元件截面的已知基本视图，所述EUVL投射镜头包含具有反射镜Ml和M2的第一光学组合件Gl，以及具有反射镜M3至M6的第二光学组合件G2。反射镜M5和M6尤其实施为自由形式表面，其与最适配球的偏差的像散成分至少约为80%，在特别优选的的实施例中至少约为90%。具有八个反射镜且所述八个反射镜中的至少一个反射镜实施为自由形式表面的EUVL投射镜头也是可设想的(在此未示出)。
[0108]关于测试物体外形与球形基础形状的总偏差的约80%至约90%成分，考虑多个相关变量:
[0109]⑴自由形式表面与球形基础形状的偏差的PV或rms(=PV(FFF)或rms(FFF))
[0110](ii)例如可经由泽尼克多项式拟合为数学表面描述确定的自由形式表面的像散成分的 PV 或 rms( =PV(Ast)或 rms(Ast))
[0111 ] (iii)偏差(i)减去像散成分后的PV或 rms( =PV(Rest)Srms(Rest))
[0112]rms值大约二次地相加或相减，因为与球形基础形状的可由二维多项式描述的偏差(第一是“像散”，第二是该情况中剩余的残差)是线性独立的，即以下适用:
[0113]rms (FFF) =SQRT(rms(Ast) '2+rms(Rest'2)
[0114]由此以下产生:
[0115]rms(Ast) =SQRT(rms(FFF) ~2-rms(Rest) '2)
[0116]在此，使用以下偏差:
[0117]SQRT:平方根
[0118]PV:峰谷值
[0119]rms:均方根值
[0120]FFF:自由形式表面
[0121]Rest:残差
[0122]对于例如作为与球形基础形状的总偏差的球形像散成分的至少80%，规定以下限定:
[0123]rms(Rest)/rms(FFF)<0.2( = 100%-80%)
[0124]换个说法，这意味着相对于自由形式表面与球形形状的总偏差的PV或rms值标准化的、自由形式表面与不具有像散成分的球形形状的偏差的PV或rms值应小于约30%。
[0125]所有上述数学关系还可包含PV值，而不是列出的rms值，其中上述关系仅大约或平均适用于PV值。
[0126]借助于根据本发明的方法，可制造和测试自由形式表面，自由形式表面与最适配球的总偏差的像散成分通常位于约0.5 mm的P V值与约2 O mm的P V值之间。在此，最适配球的基础半径可实施为在约多300mm与约无穷大(CX3)之间。在此，无穷大(CX3)的半径对应于平面表面。
[0127]特别地，根据本发明的方法可用于制造和测试自由形式表面，其在任意子孔径SAp(其实施为具有至少约1mm的直径的圆)中的局部梯度分布在减去倾斜、测试波的焦点和整个反射镜的完全像散的成分常数之后至多约为2mrad PV0
[0128]特别地，根据本发明的方法可用于制造和测试自由形式表面，其在空间波长位于约0.5mm和约50mm之间的空间波长带中与预期形状的偏差至多为约I OOpm至约200pm，优选至多为约50pm至100pm，更优选至多为约20pm。
[0129]特别地，根据本发明的方法可用于制造和测试自由形式表面，其在空间波长位于约0.1mm和约30mm之间的空间波长带中与预期形状的偏差至多为约10pm至约200pm，优选至多为约50pm至100pm，更优选至多为约20pm。
[0130]附加地，根据本发明的方法使得完全球形像散表面在减去焦点和像散之后可以约20pm的精度来测试。
[0131]图8显示根据本发明的测量球形像散表面的方法的实施例的基本流程图。
[0132]在第一步骤SI中，球形像散波前利用波前生成装置10产生作为测试波前。
[0133]在第二步骤S2中，干涉测量波前生成装置与适配于波前生成装置的球形像散表面之间的波前差，使得测试波前在球形像散表面的各个点处基本垂直地入射，其中进行多个测量，在所述测量中，在围绕像散的半径的两个中心球形化和/或围绕球形像散表面的表面法线旋转180°的多个位置处测量球形像散表面，其中确定相应的干涉图位相。
[0134]最后，在第三步骤S3中，波前生成装置的波前和球形像散表面的表面形状利用数学重建方法构建，根据该数学重建方法，球形像散表面40的表面利用合适的处理方法校正，其中步骤SI至S3被重复，直到波前差位于限定阈值以下。
[0135]总之，本发明提出测量球形像散表面的方法，测量球形像散光学自由形式表面的方法和用于光学自由形式表面的形状的测试设备。
[0136]有利地，本发明使得可高精度制造和测试球形像散表面、尤其是具有高球形像散成分的自由形式表面的外形。有利地，由于部分扫描的原理而可以高分辨率测量自由形式表面，其中，与常规方法相比，高空间分辨率和特定频率带中基本更高的精度是可实现的。有利地，可如在此所述的制造和测量具有Pm范围中精度的自由形式表面。
[0137]优选地，为每个测试物体形成专用的校准CGH和/或专用的球形像散校准表面。实际上，用于镜头的具有自由形式表面的多个光学部件可以该方式有利地准确测试。
[0138]本发明使用以下事实:大多数自由形式表面仅具有“基础像散”，以及除了其基础曲率外具有仅微弱地进一步发展的偏差分布成分，其中由生成制造构成的测试光学单元针对这些表面中的各单独之一形成，其中测试波前的参考曲率和参考像散适配于测试物体的基础形状。
[0139]在不脱离本发明精神的情况下，本领域技术人员将适当修改所述特征或将它们相互组合。
【主权项】
1.一种测量球形像散光学表面(40)的方法，包含以下步骤: a)通过波前生成装置(10)产生球形像散波前作为测试波前； b)干涉地测量在所述波前生成装置(10)与所述球形像散表面(40)之间的波前差，所述球形像散表面适配于所述波前生成装置，使得所述测试波前在所述球形像散表面(40)的各个点处基本垂直地入射，其中，进行多个测量，在所述多个测量中，在围绕像散半径的两个中心球形化和/或围绕球形像散表面(40)的表面法线旋转180°的多个位置处测量所述球形像散表面(40 )，其中相应干涉图位相得到确定；以及 c)通过数学重建法，建立所述波前生成装置(10)的波前和所述球形像散表面(40)的表面形状，由此，所述球形像散表面(40)的表面通过合适的处理方法来校正，其中，步骤a)至c)被重复直到所述波前差位于限定阈值下为止。2.根据权利要求1的方法，其中，所述波前生成装置(10)的波前在步骤c)中校正，其中，步骤a)至c)被重复直到所述波前差位于限定阈值下为止。3.根据权利要求1或2的方法，其中，所述球形像散表面(40)实施为所述波前生成装置(10)的校准元件(30)。4.一种测量球形像散光学自由形式表面(40)的方法，包含以下步骤: a)通过波前生成装置(10)产生球形像散波前作为测试波前，其由校准元件(30)利用权利要求3所述方法校准； b)利用所述测试波前干涉地测量所述球形像散光学自由形式表面(40)的各区域(SAp)，其中所述测试波前在各个区域(SAp)中基本垂直入射至所述自由形式表面(40)，其中所述自由形式表面(40)的各区域(SAp)和所述测试波前相对彼此位移和/或球形化，并且相应干涉图位相得到确定； c)由单独区域(SAp)拼接所述自由形式表面(40)，其中所述测试波前与所述球形像散自由形式表面(40)的偏差通过数学重建法与它们的预期值分离。5.根据权利要求4的方法，其中，区域(SAp)实施为所述自由形式表面(40)的子孔径，其中，使用所述球形像散测试波前来进行对所述子孔径的扫描。6.根据权利要求5的方法，其中，依照预定轨迹进行所述自由形式表面(40)与所述波前生成装置(10)之间的相对移动，使得实施对所述自由形式表面(40)的基本综合测量。7.根据权利要求5或6的方法，其中，在所述子孔径的像散表面的轴线方向上进行部分球形化，其中，围绕在相应轴线上有效的半径的中心进行每个部分球形化。8.根据权利要求5至7中任一项的方法，其中，干涉测量反复进行，分别旋转180°。9.根据权利要求5至8中任一项的方法，其中，所述测试波前以与法线的处于个位数mrad范围中的最大偏差入射至所述自由形式表面(40)。10.根据权利要求4至9中任一项的方法，其中，所述波前生成装置(10)和所述自由形式表面(40)在重复制造过程中制造。11.一种用于光学自由形式表面(40)形式的测试设备(100)，包含测试光学单元，包含: 产生球形像散波前作为测试波前的波前生成装置(10)，所述球形像散波前适配于自由形式表面(40)，其中，所述自由形式表面(40)的至少部分(SAp)分别通过所述测试波前来干涉地测量，以及其中，适配的波前与其预期形式的偏差通过权利要求4至10中任一项所述的方法来构建。12.根据权利要求11的测试设备(100)，其中，所述波前生成装置(10)包含适配元件(20)，用于将波前变为测试波前。13.根据权利要求11或12的测试设备(100)，其中，针对要测试的每个自由形式表面(40)形成计算机生成的全息图，所述全息图产生适配于所述自由形式表面(40)的曲率和平均像散的波前。14.根据权利要求12或13的测试设备(100)，其中，所述波前生成装置(10)包含平面或球面参考表面以及用于产生适配的球形像散波前的附加光学单元。15.—种使用如权利要求4至10中任一项所述的方法和如权利要求10至14中任一项所述的测试设备(100)制造光学自由形式表面(40)的方法，其中，进行所述自由形式表面(40)的形成，以及其中，以成形的方式处理所述自由形式表面(40)，以及进行步骤a)至c)直到所述自由形式表面(40)的实际形式基本对应于所述自由形式表面(40)的预期形式为止。16.—种光学自由形式表面(40)，其中，所述自由形式表面(40)与最适配球的偏差的像散成分至少约为80 %。17.根据权利要求16所述的光学自由形式表面(40)，其中，所述偏差表示所述偏差的rms 值。18.根据权利要求17所述的光学自由形式表面(40)，其中，所述偏差表示所述偏差的PV值。19.根据权利要求18所述的光学自由形式表面(40)，其中，所述自由形式表面(40)与最适配球的总偏差的像散成分在约0.5mm的PV值与约20mm的PV值之间，其中所述最适配球的基础半径在约彡300mm与约无穷大之间。20.—种成像光学系统，其中，所述成像光学系统包含至少一个EUVL投射镜头，其中，所述至少一个EUVL投射镜头具有至少一个如权利要求16至19中任一项所述的光学自由形式表面(40)。21.—种成像光学系统，其中，所述成像光学系统包含至少一个EUVL投射镜头，如在光束方向上所见，所述至少一个EUVL投射镜头的两个最后反射镜中的至少一个具有如权利要求16至19中任一项所述的光学自由形式表面(40)。22.—种光学自由形式表面(40)，其中，所述自由形式表面(40)与最适配球的偏差的像散成分至少为约90 %。23.根据权利要求22所述的光学自由形式表面(40)，其中，所述偏差表示所述偏差的rms 值。24.根据权利要求22所述的光学自由形式表面(40)，其中，所述偏差表示所述偏差的PV值。25.根据权利要求24所述的光学自由形式表面(40)，其中，所述自由形式表面(40)与最适配球的总偏差的像散成分在约0.5mm的PV值与约20mm的PV值之间，其中所述最适配球的基础半径在约彡300mm与约无穷大之间。26.一种成像光学系统，其包含至少一个EUVL投射镜头，所述至少一个EUVL投射镜头包含至少一个如权利要求22至25中任一项所述的光学自由形式表面(40)。27.—种成像光学系统，其中，成像光学系统包含至少一个EUVL投射镜头，如在光束方向上所见，所述至少一个EUVL镜头的两个最后反射镜中的至少一个具有如权利要求22至25 中任一项所述的光学自由形式表面(40)。
【文档编号】G01B11/24GK105917190SQ201480073553
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2014年12月19日
【发明人】S.舒尔特, F.希尔克
【申请人】卡尔蔡司Smt有限责任公司