DE102005013903A1

DE102005013903A1 - Verfahren zum Vermessen und Herstellen eines optischen Elements und optischer Apparat

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Publication number: DE102005013903A1
Application number: DE102005013903A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. Freimann; Susanne Beder; Günther Dr. Seitz; Frank Schillke; Bernd Dr. Dörband; Heinz Martin; Franz Krug
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2005-12-08

Abstract

Ein Verfahren zum Vermessen und Herstellen eines optischen Elements (50a), welches eine optische Fläche (19a) mit einer Soll-Gestalt aufweist, umfaßt das interferometrische Vermessen der optischen Fläche (19a) mit einem Interferometer, welches eine Interferometeroptik aufweist. Die Interferometeroptik ist derart ausgelegt, daß von dieser erzeugtes Meßlicht an sämtlichen Orten der optischen Fläche (19a) eines Pegels im wesentlichen orthogonal auf diesen auftrifft. DOLLAR A Es werden ferner optische Eigenschaften des Interferomters unabhängig gemessen, und eine Abweichung der Gestalt der vermessenden optischen Fläche (19a) von deren Soll-Gestalt wird aus der interferometrischen Messung ermittelt, und zwar unter Berücksichtigung der wenigstens einen gemessenen optischen Eigenschaft des Interferometers. In Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen kann dann eine weitere Bearbeitung der optischen Fläche (19a) erfolgen. DOLLAR A Das so hergestellte optische Element (50a) kann in einem optischen System eingesetzt werden und erfüllt dort hohe Genauigkeitsanforderungen. Das so hergestellte optische Element (50a) kann ferner in einer Interferometeroptik (43a) eingesetzt werden, welche widerum zum Vermessen einer optischen Fläche (3a) eines weiteren optischen Elements (5a) und dessen Herstellung eingesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen oder/und Herstellen eines optischen Elements, welches eine optische Fläche mit einer Soll-Gestalt aufweist. Ferner betrifft die Erfindung einen optischen Apparat, welcher wenigstens zwei Linsen und eine Halterung hierfür aufweist.
Das optische Element mit der optischen Fläche ist beispielsweise eine optische Komponente, wie etwa eine Linse oder ein Spiegel, welche in optischen Systemen, wie etwa einem in der Astronomie verwendeten Teleskop und einem System zum Abbilden von Strukturen, welche beispielsweise auf einer Maske ausgebildet sind, auf ein strahlungsempfindliches Substrat, wie etwa einen in einem lithographischen Verfahren verwendeten Resist, eingesetzt werden. Der Erfolg eines solchen optischen Systems ist wesentlich bestimmt durch eine Genauigkeit, mit der die optische Fläche hergestellt und dahingehend bearbeitet werden kann, daß deren Gestalt einer Soll-Gestalt entspricht, welche durch einen Designer des optischen Systems bei dessen Auslegung festgelegt wurde. Im Rahmen einer solchen Herstellung ist es notwendig, die Gestalt der bearbeiteten optischen Fläche mit deren Soll-Gestalt zu vergleichen und Differenzen bzw. Abweichungen zwischen der gefertigten Oberfläche und der Soll-Oberfläche zu bestimmen. Die optische Fläche kann dann in solchen Bereichen bearbeitet werden, wo Differenzen zwischen der bearbeiteten Fläche und der Soll-Fläche beispielsweise vorbestimmte Schwellenwerte überschreiten.

Herkömmlicherweise werden Interferometer für hochgenaue Messungen an optischen Flächen eingesetzt. Beispiele für solche Interferometer sind in US 4,732,483 , US 4,340,306 , US 5,473,434 , US 5,777,741 und US 5,488,477 offenbart. Die gesamten Inhalte dieser Dokumente werden durch Inbezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.

Die herkömmliche Interferometervorrichtung zum Messen einer sphärischen optischen Fläche umfaßt typischerweise eine Quelle kohärenten Lichts und eine Interferometeroptik, um einen Meßlichtstrahl zu erzeugen, welcher auf die zu vermessende Fläche derart auftrifft, daß Wellenfronten des Meßlichts an einem Ort der zu vermessenden Fläche eine gleiche Gestalt aufweisen wie die Soll-Gestalt der zu vermessenden Fläche. In einer solchen Situation trifft das Licht des Meßlichtstrahls an jedem Ort der zu vermessenden Fläche orthogonal auf diese auf und wird dann von dieser in sich selbst zurückreflektiert, so daß es wieder in die Interferometeroptik eintritt. Das zurückreflektierte Meßlicht wird sodann mit Referenzlicht überlagert, welches von einer Referenzfläche reflektiert wurde. Aus einer hierbei entstehenden Interferenz können sodann Abweichungen zwischen der Gestalt der vermessenen Fläche und ihrer Soll-Gestalt ermittelt werden.

Während sphärische Wellenfronten zum Vermessen von sphärischen optischen Flächen mit relativ hoher Genauigkeit durch herkömmliche Interferometeroptiken erzeugt werden können, sind fortgeschrittenere Techniken notwendig, um Meßlichtstrahlen zu erzeugen, deren Wellenfronten asphärisch sind, so daß das Meßlicht an einem jeden Ort einer zu vermessenden asphärischen optischen Fläche orthogonal auf diese auftrifft. Um derartige Meßlichtstrahlen zu erzeugen, werden Optiken eingesetzt, welche als Null-Linsen, K-Systeme oder Kompensatoren bezeichnet werden. Hintergrundinformation hinsichtlich solcher Null-Linsen oder Kompensatoren kann dem Kapitel 12 des Lehrbuches von Daniel Malacara, "Optical Shop Testing", 2^nd Edition, John Wiley & Sons, Inc. 1992, entnommen werden.

Besteht eine Aufgabe darin, eine optische Fläche mit einer vorgegebenen asphärischen Soll-Oberfläche herzustellen, so ist es zunächst notwendig, ein Interferometer mit einem Null-Linsensystem bereitzustellen, welches einen Meßlichtstrahl erzeugt, dessen Wellenfronten an einem bestimmten Ort entlang des Strahls genau eine solche asphärische Gestalt aufweisen, welche der Gestalt der zu fertigenden asphärischen optischen Fläche entspricht. Für viele Typen von asphärischen optischen Flächen ist es möglich, eine Auslegung für ein entsprechendes Null-Linsensystem aus ein oder mehreren Linsen zu entwickeln. Das entwickelte Null-Linsensystem ist dann spezifiziert hinsichtlich von Scheitelabständen, Krümmungsradien, freien Durchmessern von Oberflächen der einzelnen Linsen des Null-Linsensystems und hinsichtlich von Glassorten, aus denen diese Linsen zu fertigen sind. Daraufhin werden die verschiedenen notwendigen Linsen mit einer erforderlichen Präzision hergestellt und zu dem Null-Linsensystem zusammengefügt.

Das so erstellte Null-Linsensystem wird dann dazu eingesetzt, die zu fertigende optische Fläche zu vermessen, Abweichungen zwischen einer Gestalt der vermessenen optischen Fläche und deren Soll-Gestalt zu ermitteln und in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen die zu fertigende Oberfläche nachzubearbeiten im Hinblick darauf, deren Gestalt an die Soll-Gestalt anzunähern.

Es hat sich herausgestellt, daß nach einem solchen herkömmlichen Verfahren gefertigte asphärische Linsen in der Praxis oft nicht hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer Wirkung in einem optischen System, in welches diese integriert sind, erfüllen.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Vermessen oder/und Herstellen eines optischen Elements vorzuschlagen, welches es erlaubt, eine optische Fläche des optischen Elements auf vergleichsweise einfache Weise mit einer erhöhten Genauigkeit zu vermessen und herzustellen.

Die Erfindung geht dabei aus von einem Verfahren zum Vermessen oder/und Herstellen eines optischen Elements, welches eine optische Fläche mit einer Soll-Gestalt aufweist, und wobei das Verfahren umfaßt:
Verwenden eines Interferometers, welches eine Interferometeroptik zum Erzeugen eines Meßlichtstrahls und eine Halterung zum Anbringen des optischen Elements derart aufweist, daß die optische Fläche des optischen Elements an einer Meßposition in dem Meßlichtstrahl angeordnet ist, wobei die Interferometeroptik eine Mehrzahl von optischen Elementen aufweist, welche derart konfiguriert sind, daß das Meßlicht an im wesentlichen einem jedem Ort auf einer reflektierenden Fläche im wesentlichen orthogonal auf diese fällt, wenn die reflektierende Fläche mit einem vorbestimmten Abstand von der Interferometeroptik in dem Meßlichtstrahl angeordnet ist.

Weiterhin umfaßt das Verfahren ein Messen von wenigstens einer optischen Eigenschaft der Interferometeroptik, wobei die wenigstens eine optische Eigenschaft einen Parameter einer Gestalt einer optischen Fläche eines optischen Elements der Interferometeroptik oder/und einen Abstand zwischen zwei verschiedenen optischen Flächen der Interferometeroptik umfaßt oder/und einen Brechungsindex eines Mediums zwischen zwei benachbarten optischen Flächen der Interferometeroptik.

Das Verfahren umfaßt ferner ein Anordnen des optischen Elements mit seiner optischen Fläche an im wesentlichen der Meßposition in dem Meßlichtstrahl und ein Ausführen von wenigstens einer interferometrischen Messung durch Überlagern von Referenzlicht mit dem von der reflektierenden Fläche reflektiertem Meßlicht.

Schließlich werden Abweichungen einer Gestalt der optischen Fläche des ersten optischen Elements von deren Soll-Gestalt in Abhängigkeit von der interferometrischen Messung und der wenigstens einen gemessenen optischen Eigenschaft der Interferometeroptik ermittelt. Es ist dann möglich, die optische Fläche des optischen Elements in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen dahingehend zu bearbeiten, daß die Gestalt des optischen Elements an dessen Soll-Gestalt angenähert wird.

Die Erfindung zeichnet sich hierbei dadurch aus, daß wenigstens eine optische Eigenschaft, insbesondere eine körperliche Eigenschaft, des Interferometers bzw. der Interferometeroptik unabhängig gemessen wird und daß bei der Ermittlung der Abweichungen der Gestalt der optischen Fläche des optischen Elements von deren Soll-Gestalt nicht nur das Ergebnis der interferometrischen Messung sondern auch die wenigstens eine gemessene optische Eigenschaft berücksichtigt wird.

Da bei dem herkömmlichen Verfahren letztlich die Gestalt der zu fertigenden optischen Fläche des optischen Elements mit der Gestalt der Wellenfronten des von der Interferometeroptik erzeugten Meßlichtstrahls verglichen wird, ist es zur Erreichung einer gewünschten Meßgenauigkeit erforderlich, daß die Gestalt der Wellenfronten des Meßlichtstrahls mit einer entsprechenden hohen Genauigkeit bereitgestellt wird. Allerdings ist es in der Praxis oft schwierig und wenn nicht gar unmöglich, die Gestalt der Wellenfronten des von der Interferometeroptik erzeugten Meßlichtstrahls zu qualifizieren, so daß hinsichtlich der Frage, ob eine Interferometeroptik die an sie gestellten Anforderungen erfüllt, eine beträchtliche Unsicherheit besteht.

Deswegen wird erfindungsgemäß bei der Ermittlung der Abweichungen zwischen der Gestalt der optischen Fläche des optischen Elements und deren Soll-Gestalt eine vorgegebene Gestalt der Wellenfronten des Meßlichtstrahls nicht als Voraussetzung hingenommen, sondern es wird vielmehr eine unabhängige optische, insbesondere körperliche, Eigenschaft der Interferometeroptik, welche insbesondere nicht die Gestalt der Wellenfronten des Meßlichtstrahls umfaßt, unabhängig bestimmt. Diese optische Eigenschaft wird dann bei der Bestimmung der Abweichungen der Gestalt der optischen Fläche des optischen Elements von deren Soll-Gestalt berücksichtigt.

Die wenigstens eine optische Eigenschaft umfaßt hierbei solche Eigenschaften des Interferometers, welche unabhängig bestimmbar sind. Es kann sich hierbei insbesondere um diejenigen geometrischen Eigenschaften bzw. Parameter handeln, welche durch die Auslegung des Interferometers und insbesondere der Interferometeroptik vorgegeben sind. Es sind dies beispielsweise ein Krümmungsradius einer Fläche wenigstens eines optischen Elements der Interferometeroptik, beispielsweise einer Linse der Interferometeroptik, ein Abstand zwischen benachbarten Linsenflächen der Interferometeroptik, ein Brechungsindex eines Materials wenigstens einer Linse der Interferometeroptik oder/und eine Inhomogenität eines Brechungsindex' eines Materials einer Linse der Interferometeroptik. Ein weiteres Beispiel für solch eine optische Eigenschaft umfaßt eine Abweichung einer Gestalt einer optischen Fläche wenigstens eines optischen Elements der Interferometeroptik von einer Soll- Gestalt dieses optischen Elements der Interferometeroptik gemäß der Auslegung der Interferometeroptik, beispielsweise eine Abweichung der Gestalt der optischen Fläche der Linse der Interferometeroptik von einer Soll-Gestalt der optischen Fläche der Linse der Interferometeroptik gemäß einer Auslegung der Interferometeroptik.

Ferner kann die wenigstens eine optische Eigenschaft auch eine Temperatur, einen Druck oder eine Feuchtigkeit eines Gases umfassen, welches in wenigstens einem von dem Meßlichtstrahl durchsetzten Raum vorgesehen ist. Die Temperatur, der Druck oder/und die Feuchtigkeit des Gases können durch übliche Sensoren gemessen oder indirekt auf andere Weisen ermittelt werden, die bekannt sind und daher hier nicht erläutert werden.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfaßt das Ermitteln der Abweichungen der Gestalt der optischen Fläche des optischen Elements von deren Soll-Gestalt ein Abwandeln von Auslegungsdaten der Interferometeroptik in Abhängigkeit von der wenigstens einen gemessenen optischen Eigenschaft und eine Strahldurchrechnung von die Interferometeroptik durchsetzenden Strahlen unter Verwendung der abgewandelten Auslegungsdaten der Interferometeroptik. Mit Hilfe der Strahldurchrechnung, welche auch im Englischen als "ray tracing" bezeichnet werden kann, ist es möglich, die Gestalten der Wellenfronten des von der Interferometeroptik erzeugten Meßlichtstrahls zu simulieren bzw. zu errechnen. Das Ergebnis hängt dann davon ab, welche optischen Parameter des simulierten Systems der Rechnung zugrunde gelegt werden. Werden der Berechnung die Auslegungsparameter des optischen Systems zugrunde gelegt, so sollte ein Ergebnis der Strahldurchrechnung Gestalten von Wellenfronten ergeben, welche im wesentlichen genau der Soll-Gestalt der zu vermessenden optischen Fläche entsprechen, da ja die Inter ferometeroptik genau im Hinblick auf die Erzeugung dieser Wellenfronten ausgelegt ist.

Zur Durchführung einer solchen Strahldurchrechnung sind Softwarepakete verfügbar, wie beispielsweise unter der Produktbezeichnung CODE V von Optical Research Associates, Pasadena, Kalifornien, unter der Produktbezeichnung ZEMAX von ZEMAX Development Corporation, San Diego, Kalifornien und andere.

Da in der Praxis die Interferometeroptik nicht mit genau den Eigenschaften gefertigt werden kann, wie diese durch die Auslegung der Optik vorgegeben sind, so werden die von der realen Interferometeroptik erzeugten Wellenfronten von dieser Soll-Gestalt abweichen. Beispielsweise kann ein Scheitelabstand zwischen zwei benachbarten Linsen der Interferometeroptik in der Praxis nicht exakt dem durch die Auslegung der Optik vorgegebenen Abstand entsprechen, und allein aus diesem Grund können gewisse Abweichungen der Gestalt der Wellenfronten von deren Soll-Gestalt entstehen. Nun kann dieser Scheitelabstand allerdings unabhängig als eine optische Eigenschaft der Interferometeroptik gemessen werden, und es wird dann statt dem durch die Auslegung vorgegebenen Abstand zwischen den beiden Linsen der unabhängig gemessene Scheitelabstand als Grundlage für die Strahldurchrechnung verwendet. Damit wird die durch die Strahldurchrechnung ermittelte Gestalt der Wellenfronten des von dem realen Interferometer erzeugten Meßlichtstrahls besser den Gegebenheiten entsprechen als die ursprünglich vorausgesetzte Soll-Gestalt der Wellenfronten. Es ist somit möglich, die aus der Strahldurchrechnung unter Zugrundelegung des wenigstens einen gemessenen optischen Parameters errechneten Wellenfronten des Meßlichtstrahls bei der Auswertung der interferometrischen Messung korrigierend zu berücksichtigen und damit die Abweichungen der Gestalt der optischen Fläche des optischen Elements von deren Soll-Gestalt mit erhöhter Genauigkeit zu ermitteln.

Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform stellt die optische Fläche des optischen Elements die reflektierende Fläche bereit, wenn das optische Element mit seiner optischen Fläche an im wesentlichen der Meßposition in dem Meßlichtstrahl angeordnet ist. Damit wird der Meßlichtstrahl von der zu vermessenden optischen, Fläche selbst zurück reflektiert. Das heißt, die zu vermessende optische Fläche wird in Reflexion vermessen.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform hierzu ist die reflektierende Fläche separat von der optischen Fläche des optischen Elements ausgebildet, und das optische Element wird von dem Meßlichtstrahl durchsetzt, wenn das optische Element mit seiner optischen Fläche an im wesentlichen der Meßposition in dem Meßlichtstrahl angeordnet ist. Dies bedeutet, die optische Fläche wird im Durchtritt vermessen.

Das Verfahren eignet sich besonders zum Vermessen von optischen Flächen mit einer asphärischen Gestalt, wobei des Verfahren nicht unbedingt hierauf beschränkt ist, denn auch optische Flächen mit einer sphärischen Gestalt können mit diesem Verfahren vermessen werden.

Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird eine optische Fläche dann als eine asphärische Fläche betrachtet, wenn ihre Soll-Gestalt von der einer idealen sphärischen Gestalt abweicht. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die asphärische Fläche von einer die asphärische Fläche am besten approximierenden Sphäre stärker abweicht, als dies einem bestimmten Kriterium entspricht. Ein solches Kriterium basiert auf einem Gradienten der Differenz zwischen der asphärischen Fläche und ihrer best approximierenden Sphäre. Die optische Fläche wird als eine Asphäre betrach tet, wenn der Gradient einen Wert von 6 μm geteilt durch den effektiven Durchmesser der optischen Fläche übersteigt.

Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform weist die Interferometeroptik eine Referenzfläche auf, von welcher das Referenzlicht reflektiert wird und welche von dem Meßlichtstrahl durchsetzt wird. Eine solche Referenzfläche ist insbesondere bei Interferometern vom Fizeau-Typ vorgesehen.

Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform umfaßt das Verfahren ferner ein Bearbeiten der optischen Fläche des optischen Elements in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen. Die Bearbeitung kann insbesondere dahingehend erfolgen, daß die Gestalt der optischen Fläche an deren Soll-Gestalt angenähert wird.

Eine solche Bearbeitung kann insbesondere Schleifen, Polieren, Ionenstrahlformen, magneto-rheologisches Formen oder eine Endbearbeitung der optischen Fläche des optischen Elements umfassen. Die Endbearbeitung wiederum kann insbesondere ein Aufbringen einer Beschichtung auf die optische Fläche umfassen, wobei die Beschichtung insbesondere eine reflektierende Beschichtung, eine anti-reflektierende Beschichtung oder eine Schutzbeschichtung umfassen kann.

Unter einem zweiten Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zum Vermessen oder/und Herstellen eines weiteren optischen Elements vor, welches eine optische Fläche mit einer Soll-Gestalt aufweist. Die optische Fläche des weiteren optischen Elements wird wiederum mittels eines Interferometers vermessen, welches wenigstens eine Linse aufweist. Um dieses Interferometer mit einer hohen erforderlichen Genauigkeit bereitzustellen, wird diese Linse des Interferometers mit Hilfe des vorangehend erläuterten Verfahrens hergestellt und vermessen und sodann in die Interferometeroptik zum Vermessen des weiteren optischen Elements integriert.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein optischer Apparat vorgeschlagen, welcher wenigstens zwei Linsen und eine Halterung, um die beiden Linsen mit änderbarem Abstand voneinander und mit änderbarer Orientierung zueinander zu haltern, umfaßt, wobei wenigstens eine erste der beiden Linsen wenigstens eine gewölbte optische Fläche aufweist und wobei die Halterung drei Stützpunkte bereitstellt, auf denen die erste Linse mit ihrer gewölbten optischen Fläche aufliegt.

Hierbei ist ein jeder der Stützpunkte an einem Ende eines Zylinderbolzens bereitgestellt, welcher an einem Teil seiner Mantelfläche ein Außengewinde aufweist. Die Halterung umfaßt drei Löcher, wobei ein jedes der drei Löcher ein Innengewinde aufweist, in welches das Außengewinde jeweils eines Gewindebolzens eingreift. Drehen eines Gewindebolzens bewirkt dann, daß sich der Gewindebolzen in seiner axialen Richtung bewegt, so daß sich auch der Stützpunkt, auf dem die erste Linse aufliegt, bewegt.

Die Löcher in der Halterung des optischen Apparates sind derart orientiert, daß ein erster Durchmesser einer kleinsten Kugelfläche, welche Achsen der drei Zylinderbolzen gemeinsam berühren, kleiner ist als eine Hälfte eines zweiten Durchmessers einer kleinsten Kugelfläche, welche die drei Stützpunkte gemeinsam berühren. Die Achsen der Zylinderbolzen können sich beispielsweise windschief in den Raum erstrecken. In diesem Falle läßt sich eine kleinste Kugelfläche angeben, die dem durch diese drei Achsen aufgespannten Dreibein aufliegt, wobei eine tangentiale Bedingung zu jeder der drei Achsen vorliegt. Der erste Durchmesser dieser Kugelfläche ist dann kleiner als die Hälfte des zweiten Radius' einer kleinsten Kugelfläche, welche die drei Stützpunkte gemeinsam berühren.

Ferner können sich die drei Achsen der Zylinderbolzen jeweils quer zu einer Verbindungslinie zwischen Scheitelpunkten der optischen Flächen der Linsen erstrecken.

Weiterhin können die wenigstens zwei Linsen im wesentlichen eine gemeinsame optische Achse aufweisen, und die drei Achsen der Zylinderbolzen erstrecken sich jeweils im wesentlichen orthogonal zu der gemeinsamen optischen Achse. Die Einschränkung „im wesentlichen" bezieht sich hier darauf, daß eine perfekte Fertigung nicht möglich ist bedeutet daher Abweichungen, welche unterhalb der Genauigkeit einer gewünschten Meß- oder Fertigungsgrenze liegen. Unter dieser Bedingung schneiden sich die Achsen der Zylinderbolzen in einem Schnittpunkt auf der optischen Achse. Ist diese Bedingung exakt erfüllt, so entspricht der Schnittpunkt dann einer kleinsten Kugelfläche mit dem ersten Durchmesser von Null.

Weiterhin weist das Ende der Zylinderbolzen eine konvex gewölbte Oberfläche auf, um den Stützpunkt bereitzustellen. So ist erreicht, daß bei Drehung eines Zylinderbolzen die optische Oberfläche der Linse nicht zerkratzt wird, oder nur in einem vorgebbaren oder/und akzeptablen Ausmaß zerkratzt wird.

Unter einem letzten Aspekt stellt die Erfindung ein Interferometer vor, welches eine Lichtquelle zur Erzeugung eines Meßlichtstrahls und eine von einem Strahlengang des dem Meßlichtstrahls durchsetzte Interferometeroptik zur Formung des Meßlichtstrahls umfaßt, wobei die Interferometeroptik eine vertikal orientierte optische Achse aufweist und den optischen Apparat wie zuvor beschrieben umfaßt.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt
1 einen schematischen Aufbau eines Interferometers zur Durchführung eines Verfahrens zum Vermessen einer optischen Fläche gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2a, 2b Abweichungen von Wellenfronten eines von dem Interferometer gemäß 1 erzeugten Meßlichtstrahls von deren Soll-Gestalt,
3 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines optischen Elements, dessen optische Fläche mit dem in 1 gezeigten Interferometer vermessen wird, und
4 einen schematischen Aufbau eines weiteren Interferometers zur Durchführung eines Verfahrens zum Herstellen eines optischen Elements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
5 einen schematischen Aufbau eines weiteren Interferometers zur Durchführung eines Verfahrens zum Herstellen eines optischen Elements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei eine optische Fläche des herzustellenden optischen Elements im Durchtritt vermessen wird,
6 ein schematisches Beispiel einer Halterung des optischen Apparates in Seitenansicht,
7a ein schematisches Beispiel von einer allgemeinen Stellung der Gewindebolzen des optischen Apparates in einer Seitenansicht,
7b ein schematisches Beispiel entsprechend 7a in eine Aufsicht,
7c eine geometrische Beziehung der technisch sinnvollen Orientierungen der Gewindebolzen zueinander,
8 einen Ausschnitt aus 6 zur Erläuterung einer Wirkungsweise der Zylinderbolzen,
9 eine beispielhafte Skizze von geometrischen Beziehungen, die innerhalb des optischen Apparates vorliegen und welche die Grundlage zum Ermitteln einer Steigung des Gewindes des Zylinderbolzens dienen.
In der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen sind Komponenten, die einander hinsichtlich ihrer Funktion und/oder ihrer Struktur entsprechen, soweit als möglich mit entsprechenden Bezugsziffern versehen. Deshalb sollte zum Verständnis der einzelnen Ausführungsformen und deren Komponenten die Beschreibung anderer Ausführungsformen und deren Komponenten und des einleitenden Teils der Beschreibung herangezogen werden.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen umfassen interferometrische Meßtechniken. Hierzu sind eine Vielzahl von Meßtechniken bekannt. Beispiele von interferometrischen Meßtechniken sind beschrieben in US 5,361,312 , US 5,982,490 und US 2002/0063867 A1. Die gesamte Offenbarung dieser Schriften wird durch Inbezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
1 zeigt ein Interferometersystem 1 zum Messen einer asphärischen Spiegelfläche 3 eines Spiegels 5. Das Interferometersystem 1 umfaßt eine Lichtquelle 4, wie etwa einen Helium-Neon-Laser, welche einen Laserstrahl 5 emittiert. Der Laserstrahl 5 wird durch eine Fokussierlinse 7 auf ein Loch (pin hole) eines Raumfilters 9 fokussiert, so daß ein divergierender Meßlichtstrahl 11 aus kohärentem Licht aus dem Loch austritt. Wellenfronten in dem divergierenden Strahl 11 haben eine im wesentlichen sphärische Gestalt. Der divergierende Strahl 11 wird durch eine oder mehrere Linsen 13 zu einem parallelen Strahl 15 kollimiert, dessen Wellenfronten eine im wesentlichen plane Gestalt aufweisen. Der Strahl 15 durchsetzt eine keilförmige Platte 17, deren eine Oberfläche 19 orthogonal zur Richtung des Strahls 15 orientiert ist. Die Oberfläche 19 bildet eine Fizeau-Fläche des Interferometersystems 1, so daß ein Teil des Strahls 15 von der Fizeau-Fläche 19 in sich zurückreflektiert wird, die Linse 13 durchsetzt und als konvergierender Strahl an einem Strahlteiler 21 reflektiert wird und über ein Objektiv 23 auf ein lichtempfindliches Substrat 35 einer Kamera 37 geführt wird.
Ein die Fizeau-Fläche 19 durchsetzender Teil 41 des Strahls 15 tritt in eine Interferometeroptik 43 ein und wird von dieser zu einem Meßlichtstrahl 44 geformt, welcher aus der Interferometeroptik 43 austritt und dabei derartig geformte Wellenfronten aufweist, daß diese an einem jeden Ort der Spiegelfläche 3 im wesentlichen orthogonal auf diese auf treffen. Das Licht des Meßlichtstrahls 44 wird dann im wesentlichen in sich von der Spiegelfläche 3 zurückreflektiert, tritt in die Interferometeroptik 43 ein, wird von dieser zu einem Strahl geformt, welcher im wesentlichen plane Wellenfronten aufweist, durchsetzt die Fizeau-Fläche 19 und wird über die Kollimationslinse 13, den Strahlteiler 21 und das Objektiv 23 auf das Substrat 35 der Kamera 37 geleitet. Auf dem lichtempfindlichen Substrat 35 entsteht dann aufgrund der kohärenten Überlagerung des von der Fizeau-Fläche 19 reflektierten Referenzlichts und des von der Spiegelfläche 3 reflektierten Meßlichts ein Interferenzmuster, dessen Auswertung eine Bestimmung der Gestalt der Spiegelfläche 3 ermöglicht.
Die Interferometeroptik wird auch als ein Null-Linsen-System, ein K-System oder als eine Kompensationsoptik bezeichnet. Diese hat die Aufgabe, die in die Optik 43 eintretenden planen Wellenfronten des Strahls 41 in solche Wellenfronten des Strahls 44 umzuwandeln, daß deren Gestalt am Ort der Spiegelfläche 3 im wesentlichen der Soll-Gestalt der Spiegelfläche 3 entsprechen. Für diese Aufgabe ist die Interferometeroptik 43 konzipiert und ausgelegt und umfaßt hierzu drei Linsen 45, 46, 47, deren Linsenflächen 51 bis 56 der Reihe nach im Strahlengang der Interferometeroptik 43 angeordnet sind.
Die asphärische Spiegelfläche 3 ist durch folgende Gleichung charakterisiert, welche unter dem Begriff "Asphärengleichung" geläufig ist:
In dieser repräsentiert z die z-Koordinate der Oberfläche an einem Abstand r von der optischen Achse 14, c ist die Krümmung der asphärischen Fläche, k ist die konische Kon stante, und α_i sind weitere Koeffizienten. Die Werte der Parameter der Gleichung für die Spiegelfläche 3 sind der nachfolgenden Tabelle 1 zu entnehmen:
Tabelle 1
Optische Daten der Interferometeroptik 43 sind der nachfolgenden Tabelle 2 zu entnehmen. Darin bezeichnet die erste Spalte die Nummer der Linsenfläche gemäß 1, die zweite Spalte die Bezeichnung des Mediums zwischen aufeinanderfolgenden Linsenflächen gemäß der Produktbezeichnungen der Firma Schott, Mainz, Deutschland, von der die Gläser bezogen werden können, die dritte Spalte den Brechungsindex des Mediums zwischen den aufeinanderfolgenden Linsenflächen, die vierte Spalte den jeweiligen freien Durchmesser der Linsenfläche, die fünfte Spalte deren Krümmungsradius und die sechste Spalte den Scheitelabstand zwischen den aufeinanderfolgenden Linsenflächen.
Tabelle 2
Die in der Tabelle 2 angegebenen Daten sind die Design-Daten für die optischen Parameter der Interferometeroptik 43, das heißt, diese Daten sind von einem Designer der Interferometeroptik errechnet mit dem Ziel, daß die Wellenfronten des aus der Interferometeroptik 43 austretenden Meßlichtstrahls 44 die gewünschte asphärische Gestalt aufweisen.
Die Linsen 45 bis 47 werden gemäß der in Tabelle 2 angegebenen Design-Daten gefertigt. Ferner werden Fassungen für die Linsen derart gefertigt, daß diese durch die Fassungen so gehalten werden können, daß die Scheitelabstände von Linsenflächen benachbarter Linsen auch die in Tabelle 2 angegebenen Design-Daten aufweisen. Sodann werden die Linsen 45 bis 50 in die Interferometeroptik 43 integriert, und die Interferometeroptik 43 wird in dem Strahlengang des Meßlichtstrahls 41 zentriert zu der optischen Achse 14 angeordnet.
Es wird dann der Spiegel 5 mit seiner Spiegelfläche 3 in dem Meßlichtstrahl 44 angeordnet, um eine interferometrische Messung der Spiegelfläche 3 vorzunehmen, indem die von der Spiegelfläche 3 zurückgeworfenen Wellenfronten mit den von der Fizeau-Fläche 19 zurückgeworfenen Wellenfronten auf dem lichtempfindlichen Substrat 35 der Kamera 37 überlagert werden. Aus dem Ergebnis dieser interferometrischen Messung kann die Gestalt der Spiegelfläche 3 in erster Nährung ermittelt werden. Allerdings erfolgt diese Bestimmung der Gestalt der Spiegelfläche 3 relativ zu der Gestalt der Wellenfronten des Meßlichtstrahls 44 am Ort der Spiegelfläche 3, wobei allerdings diese Gestalt der Wellenfronten des Meßlichtstrahls 44 nicht unabhängig qualifiziert werden kann.
Um die Genauigkeit der Ermittlung der Gestalt der Spiegelfläche 3 zu erhöhen, werden nun einige der optischen Parameter der Interferometeroptik unabhängig gemessen.
Inhomogenitäten des Materials, aus dem die Linsen 45 bis 47 gefertigt sind, können mit einem interferometrischen Verfahren bestimmt werden, welches aus J. Schwider et al., "Homogeneity testing by phase sampling interferometry", APPLIED OPTICS, Vol. 24, No. 18, 3059-3061, 15. September 1985, und C. Ai et al., "Measurement of the inhomogeneity of a window", OPTICAL ENGINEERING, Vol. 30, No. 9, 1399-1404, September 1991, bekannt ist. Die gesamte Offenbarung dieser Schriften wird durch Inbezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Die Krümmungsradien der Linsen können ebenfalls interferometrisch bestimmt werden, wie beispielsweise nach einem Verfahren, welches in Lars A. Selberg, OPTICAL ENGINEERING, Vol. 31, No. 9, 1961-1966, September 1992, beschrieben ist, dessen Offenbarung durch Inbezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen ist.
Scheitelabstände zwischen den beiden Linsenflächen einer Linse oder Linsenflächen einander benachbarter Linsen können optisch gemessen werden mittels optischer Kohärenztomographie (OCT). Ein Gerät hierzu wird von der Firma FOGALE nanotech, 30900 Nimes, Frankreich unter der Produktbezeichnung OCT-L "Fiber optic interferometric sensor for remote dimensional measurements" vertrieben.
Scheitelabstände zwischen den beiden Linsenflächen einer Linse oder Linsenflächen einander benachbarter Linsen können ferner mit Hilfe einer Koordinatenmeßmaschine taktil gemessen werden.
Brechungsindizes der Linsenmaterialien können mit einem herkömmlichen Verfahren, wie etwa dem Fraunhofer-Verfahren, gemessen werden.
Für das Interferometersystem 43 der beschriebenen Ausführungsform wurden auf diese Weise die in der nachfolgenden Tabelle 3 angegebenen optischen Parameter unabhängig bestimmt. Für Zellen der Tabelle 3, welche keinen Eintrag aufweisen, wurden die optischen Parameter nicht unabhängig gemessen.
Tabelle 3
Nachfolgend wird das Verhalten der Interferometeroptik 43 mit einem Verfahren der Strahldurchrechnung (ray tracing) computerunterstützt simuliert. Die Simulation erfolgt auf der Grundlage der in Tabelle 3 angegebenen optischen Daten und, soweit diese nicht unabhängig gemessen wurden, durch die entsprechenden Daten der Tabelle 2. Die Simulation setzt weiter voraus, daß in die Interferometeroptik 43 eintretende Wellenfronten des Strahls 41 plane Wellenfronten sind. Ein Ergebnis der Simulation ist dann die Gestalt der aus der Interferometeroptik 43 austretenden Wellenfronten des Strahls 44 am Ort der Spiegelfläche 3. Diese durch die Simulation erhaltenen Gestalten der Wellenfronten weichen von der Soll-Gestalt der Spiegelfläche 3 aufgrund der Abweichung der realen optischen Parameter der Interferometeroptik 43 von den Auslegungsparametern der Interferometeroptik 43 (vergleiche Tabelle 1) ab.
Diese errechneten Abweichungen sind als ein Profil in x-Richtung (horizontal) in 2a und als ein Profil in y-Richtung (vertikal) in 2b dargestellt.
Diese durch Simulation erhaltenen Wellenfronten werden bei der Auswertung der interferometrischen Messung an der Spiegelfläche 3 berücksichtigt, indem die aus der interferometrischen Messung erhaltenen optischen Wegdifferenzen durch die an dem entsprechenden Ort x, y ausgewerteten Höhen der Profile korrigiert werden.
Durch die hiermit erfolgte Einbeziehung der gemessenen optischen Parameter der Interferometeroptik 43 ist es möglich, die Genauigkeit der Ermittlung der Gestalt der Spiegelfläche 3 zu erhöhen.
Das vorangehend beschriebene Meßverfahren und darauffolgende Maßnahmen zur Fertigung des Spiegels 5 sind nachfolgend anhand des Flußdiagramms der 3 erläutert.
In einem Schritt 101 wird die Interferometeroptik so ausgelegt, daß die von dieser bereitgestellten Wellenfronten im wesentlichen der Gestalt der zu fertigenden Spiegelfläche 3 entsprechen. Die optischen Parameter der Interferometeroptik, welche dieser Auslegung entsprechen, werden in einem Schritt 103 bestimmt. Daraufhin werden die Komponenten der Interferometeroptik, das heißt die Linsen 45 bis 47 und deren Fassungen in Übereinstimmung mit den optischen Parametern gemäß Auslegung gefertigt (Schritt 105). Daraufhin werden in einem Schritt 107 die Komponenten zusammengefügt, um die Interferometeroptik 43 bereitzustellen. Es werden dann einige von den optischen Parametern der Interferometeroptik in einem Schritt 109 ermittelt. Dies sind vornehmlich solche optische Parameter, welche an der zusammengebauten Interferometeroptik 43 ermittelt werden können. Andere optische Parameter, welche an der zusammengebauten Interferometeroptik 43 nicht mehr gemessen werden können, wie etwa der Brechungsindex des Materials der Linsen oder Inhomogenitäten desselben, können ent sprechend vor dem Zusammenfügen der Komponenten zur Interferometeroptik ermittelt werden.
Es wird sodann ein Datensatz erstellt, welcher als Eingabe für ein optisches Rechenprogramm dienen kann. In den Datensatz werden die Design-optischen Parameter der Interferometeroptik gemäß Auslegung (Tabelle 2) eingegeben. In dem Datensatz werden ferner die optischen Parameter, welche in dem Schritt 109 unabhängig gemessen wurden (Tabelle 3), durch die Ergebnisse der Messungen (Tabelle 3) in einem Schritt 111 ersetzt. Mit dem optischen Rechenprogramm werden dann in einem Schritt 113 die Gestalten der Wellenfronten des Meßlichtstrahls 44 errechnet, welche aus der Interferometeroptik 43 austreten, wenn ein Strahl mit planen Wellenfronten dieser zugeführt wird. Die errechneten Gestalten der Wellenfronten weichen von deren Soll-Gestalt, welche Ziel der Auslegung der Interferometeroptik in Schritt 101 war, ab. Diese errechneten Abweichungen sind in den 2a und 2b dargestellt.
Es wird sodann in einem Schritt 115 der Spiegel 5 in dem Meßstrahl 44 angeordnet, und es wird wenigstens eine interferometrische Messung der Spiegelfläche 3 in einem Schritt 117 ausgeführt. In einem Schritt 119 wird dann die Gestalt der Spiegelfläche aus dem Ergebnis der interferometrischen Messung ermittelt, und zwar unter Berücksichtigung der in dem Schritt 113 simulierten Wellenfronten.
Aus der somit bestimmten Gestalt der Spiegelfläche 3 werden in einem Schritt 121 Abweichungen von deren Soll-Gestalt ermittelt. Sind die Abweichungen in einem Entscheidungsschritt 123 kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert, so bedeutet dies, daß die zu fertigende Spiegelfläche 3 ihrer Spezifikation entspricht, und es wird in einem Schritt 125 eine Endbearbeitung der Spiegelfläche 3 durchgeführt. Daraufhin wird der Spiegel 5 bereitgestellt und kann in einem Schritt 127 in ein optisches System integriert werden, für welches er vorgesehen ist.
Wird in dem Schritt 123 festgestellt, daß die Abweichungen größer als der Schwellenwert sind, so wird in einem Schritt 129 der Spiegel 5 an solchen Orten bearbeitet, an denen die Abweichungen größer sind als der Schwellenwert, um die Gestalt der Spiegelfläche 3 an deren Soll-Gestalt anzunähern. Daraufhin wird die Bearbeitung mit dem Schritt 115 fortgesetzt, und der Spiegel 5 wird erneut in dem Meßlichtstrahl 44 angeordnet. Daraufhin wird die interferometrische Messung, deren Auswertung und die Entscheidung im Hinblick auf die Fertigstellung des Spiegels gemäß den Schritten 117 bis 129 so oft wiederholt, bis die Gestalt der Spiegelfläche 3 die Spezifikation erfüllt und der Spiegel in dem Schritt 127 schließlich bereitgestellt wird.
Der vorangehend erwähnte Schwellenwert zur Entscheidung ob die Gestalt der zu fertigenden optischen Fläche der Spezifikation entspricht, wird von der Anwendung abhängen, für die das optische Element vorgesehen ist. Ist das optische Element beispielsweise eine Linse eines Objektivs zur Abbildung einer Maskenstruktur auf ein Substrat in einem Lithographieprozeß zur Halbleiterfertigung unter Verwendung von Strahlung einer Wellenlänge λ = 193 nm, kann der Schwellenwert in einem Bereich zwischen etwa 1 nm und etwa 10 nm liegen. Wenn das optische Element als ein Spiegel in einem abbildenden Objektiv unter Verwendung von Strahlung im Bereich des EUV (extreme ultraviolet) mit einer Wellenlänge von beispielsweise λ = 13,5 nm eingesetzt wird, kann der Schwellenwert in einem Bereich von etwa 0,1 nm bis etwa 1,0 nm liegen. Der Schwellenwert muß über die optische Fläche hinweg nicht konstant sein und kann unter anderem von beispielsweise einem Abstand von einem Zentrum der optischen Fläche oder anderen Parametern abhängen. Insbesondere können mehrere Schwellenwerte vorgesehen sein, welche für verschiedene Bereiche von Ortsfrequenzen der Differenzen zwischen der gemessenen Gestalt der Fläche und deren Soll-Gestalt definiert sind.
Das Bearbeiten der optischen Fläche kann mehrere geeignete Bearbeitungsverfahren umfassen, wie beispielsweise Schleifen, Polieren, Ionenstrahlformen und magnetorheologisches Formen.
Die Endbearbeitung der optischen Fläche kann ein abschließendes Polieren und das Aufbringen einer Beschichtung umfassen. Die Beschichtung kann eine reflektierende Beschichtung, eine anti-reflektierende Beschichtung und eine Schutzbeschichtung umfassen. Die Beschichtungen können mit mehreren geeigneten Verfahren aufgebracht werden, wie etwa Sputtern. Die reflektierende Beschichtung kann beispielsweise eine Mehrzahl von Schichten umfassen, wie etwa 10 Schichten aus paarweise verschiedenen dielektrischen Materialien, wie etwa Molybdänoxid und Siliziumoxid. Dicken der verschiedenen Schichten können beispielsweise im Bereich von etwa 5 nm liegen und werden an die Wellenlänge der Strahlung angepaßt sein, welche von der optischen Fläche zu reflektieren ist. Die anti-reflektierende Beschichtung soll Reflexionen von Strahlung von der optischen Fläche, beispielsweise einer Linse, reduzieren und kann mehrere Schichten aus verschiedenen Materialien umfassen, wie etwa Magnesiumfluorid, Lanthanoxid und anderen. Die reflektierende Beschichtung und die anti-reflektierende Beschichtung können schließlich durch eine passivierende Schutzschicht abgedeckt sein, welche durch verschiedene geeignete Materialen, wie etwa Ruthenium, gebildet sein kann.
4 zeigt ein Interferometersystem 1a zur Durchführung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Vermessen und Herstellen eines optischen Elements. Das optische Element ist hier ein Spiegel 5a mit einer Spiegelfläche 3a, welche mit einem Meßlichtstrahl 44a vermessen wird. Zur Erzeugung des Meßlichtstrahls 44a sind eine Laserlichtquelle 4a, ein Kollimator 7a und ein Raumfilter 9a vorgesehen, um einen divergierenden Strahl 11a zu erzeugen, welcher durch eine Kollimationslinse 71 zu einem parallelen Strahl 73 geformt wird, in welchem ein Strahlteiler 21a angeordnet ist. Der parallele Strahl 73 wird durch eine weitere Kollimiationslinse 75 in einen konvergierenden Strahl umgewandelt, welcher nach einem Strahlüberkreuzungspunkt (cross over) 77 zu einem divergierenden Strahl 79 wird, dessen Wellenfronten sphärische Gestalt aufweisen. Der Strahl 79 tritt in eine Interferometeroptik 43a ein, welche zwei Linsen 45a und 50a aufweist. Die Linse 45a hat zwei Linsenflächen 51a und 52a, und die Linse 50a hat zwei Linsenflächen 53a und 54a. Die Linsenfläche 54a dient auch als eine Fizeau-Fläche 19a des Interferometersystems 1a. Von der Fizeau-Fläche 19a zurückreflektierte Anteile des Strahls werden über den Strahlteiler 21a auf ein lichtempfindliches Substrat 35a einer Kamera 37a geführt. Mit einem geringen Abstand d von etwa 10 bis 20 mm von der Fizeau-Fläche 19a ist die herzustellende Spiegelfläche 3a angeordnet. Die Spiegelfläche 3a hat eine asphärische Gestalt. Auch die Fizeau-Fläche 19a weist eine asphärische Gestalt auf, welche in Richtung eines von der Interferometeroptik 43a bereitgestellten Meßstrahls 44a an allen Orten den gleichen Abstand d von der zu vermessenden Spiegelfläche 3a aufweist. Von der Spiegelfläche 3a zurückreflektierte Strahlung wird ebenfalls zu dem lichtempfindlichen Substrat 35a geführt und gelangt dort in interferente Überlagerung mit der zurückreflektierten Referenzstrahlung. Hintergrundinformation zur Durchführung einer interferometrischen Messung mit dem in 4 dargestellten Interferometersystem 1a können der US 2003/0002048 A1 entnommen werden, deren Offenbarung vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Aufgrund des geringen Abstands d der zu fertigenden Spiegelfläche 3a von der als Referenzfläche dienenden Fizeau-Fläche 19a, muß letztere im wesentlichen die gleiche asphärische Gestalt aufweisen wie die Soll-Gestalt der Spiegelfläche 3a. Es muß also die Fizeau-Fläche 19a mit wenigstens einer gleichen bzw. höheren Präzision gefertigt sein, wie die Spiegelfläche 3a zu fertigen ist. Dieses Problem wird dadurch gelöst, daß für die Fertigung der Fizeau-Fläche 19a eine separate Interferometeroptik ausgelegt wird und die Fizeau-Fläche 19 dann mit dieser separaten Interferometeroptik vermessen wird, um Abweichungen zwischen der Fizeau-Fläche 19a und deren Soll-Gestalt zu erfassen. Hierzu wird das Verfahren eingesetzt, wie es vorangehend anhand der 1 bis 3 erläutert wurde.
In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen besteht die Interferometeroptik zur Erzeugung des Meßlichtstrahls aus refraktiven Linsen. Es ist jedoch auch möglich, zur Formung des Meßlichtstrahls ein diffraktives Hologramm, wie etwa ein Computer generiertes Hologramm (CGH), einzusetzen.
Zur Ausführung des Verfahrens eingesetzte und vorangehend erläuterte Interferometer sind Interferometer vom Fizeau-Typ. Es können hierzu jedoch auch andere mögliche Interferomtertypen eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind Interferometer vom Twyman-Green-Typ, welche beispielhaft in Kapitel 2.1 des oben erwähnten Lehrbuches von Daniel Malacara erläutert sind. Weitere Beispiele sind Interferometer vom Michelson-Typ, welche beispielhaft ebenfalls in Kapitel 2.1 des Lehrbuches von Daniel Malacara erläutert sind. Weitere Beispiele sind Interferometer vom Mach-Zehnder-Typ, welche beispielhaft in Kapitel 2.6 des Lehrbuches von Daniel Malacara erwähnt sind. Weitere Beispiele sind Interferometer vom Point-Diffraction-Typ, welche beispielsweise in US 5,548,403 und in dem Artikel "Extreme ultraviolet phase-shifting point-diffraction interferometer: a wavefront metrology tool with subangstrom reference-wave accuracy" by Patrick P. Naulleau et al., Applied Optics-IP, Volume 38, Issue 35, Seiten 7252 bis 7263, Dezember 1999, beschrieben sind. Die Offenbarung der vorgenannten Referenzen wird vollumfänglich in die Anmeldung aufgenommen.
5 zeigt ein Interferometersystem 1b zur Durchführung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Vermessen und Herstellen eines optischen Elements. Das optische Element ist hier eine Linse 5b mit zwei optischen Flächen 3bl und 3br. Der Meßlichtstrahl 44b wird hier in ähnlicher Weise wie der Meßlichtstrahl 44 in dem in 1 gezeigten Beispiel erzeugt. Auf die Details wird hier daher nicht noch einmal eingegangen. Im Unterschied zu dem vorgenanntem Beispiel wirkt hier allerdings die optische Fläche 56b der Linse 47b als eine Fizeau-Fläche 19b. Die optische Fläche 56b ist beispielsweise nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahrensbeispiele für das Messen oder/und die Herstellung eines optischen Elements in Reflektion gefertigt worden. Damit weist die optische Fläche 56b beispielsweise ein gewünschte asphärische Soll-Gestalt auf. Der durch die Interferometeroptik 43b erzeugte Meßlichtstrahl 44b tritt an jedem Punkt der als Fizeau-Fläche 19b dienenden Linsenfläche 56b orthogonal aus der Linse 47b aus, durchstrahlt die zu messende Linse 5b mit ihren optischen Flächen 3bl und 3br, um schließlich auf eine Fläche 81 eines Spiegels 82 zu treffen. Dieser Spiegel 82 weist eine hochpräzise sphärische Gestalt auf. Das von dem Spiegel 82 reflektierte Licht durchdringt dann die Linse 5b, so daß es mit dem von der Fizeau-Fläche 19b reflektierten Referenzlicht interferieren und von einem nicht gezeigten Detektor erfaßt werden kann. Die erfindungsgemäße Auswertung der erfaßten Interferenzmuster ermöglicht eine Messung oder/und ein Herstellen der Linse 5b.
In 6 ist ein optischer Apparat 200 beispielhaft dargestellt. Er umfaßt zwei Linsen 201, 211 und eine Halterung 220, um die beiden Linsen 201, 211 mit änderbarem Abstand d voneinander und mit änderbarer Orientierung 251, 253 zueinander zu haltern. Hierbei weist wenigstens eine der Linsen, beispielsweise Linse 201 wenigstens eine gewölbte optische Fläche 203 auf. Die Halterung 220 stellt drei Stützpunkte 253 bereit, auf denen die erste Linse 201 mit ihrer gewölbten optischen Fläche 203 aufliegt. Der Stützpunkt 253 ist an einem Ende eines Zylinderbolzens 231 auf einer Auflage 252 bereitgestellt. Die Orientierung des Zylinderbolzens ist durch die Achse 247 bestimmt. Der Zylinderbolzen 231 weist an einem Teil 232 seiner Mantelfläche ein Außengewinde 232 auf. Die Halterung umfaßt drei Löcher 234, wobei in jedem der drei Löcher 234 je eine Fassung 237 gehaltert ist, welche eine ein Innengewinde 235 aufweisende Buchse 230 haltert. Das Außengewinde 232 jeweils eines Zylinderbolzens 231 greift in das jeweilige Innengewinde 235 ein. Die die Buchse 230 umgreifende Fassung 237 weist eine Schlitz 239 auf. Der Schlitz 239 hat einen offenen Bereich 263 und bildet an einem geschlossenen Bereich 261 eine Einheit mit der Fassung 237. In einem Bereich des offenen Bereichs 263 weist die Fassung 237 beiderseits der durch den Schlitz 239 gebildeten Ausnehmung ein Innengewinde 267 auf, dessen Orientierung durch die Achse 241 gekennzeichnet ist. In Eingriff mit diesem Innengewinde 267 befindet sich das Außengewinde 269 einer Schraube 265. In der Halterung 220 befindet sich an der Durchstoßstelle der Achse 241 eine Ausnehmung 271 zur Aufnahme eines Endbereiches 273 der Schraube 265. Durch Schrauben der Schraube 265, so daß sie sich in Richtung der Halterung 220 bewegt, nähern sich beide Teile des offenen Bereiches 263 der Fassung 237 einander. Dies führt zu einem Einklemmen der Buchse 230 in bezug auf die Halterung 220. Auf diese Weise ist eine Lage des Zylinderbolzens 231 in bezug auf die Halterung 220 fixiert. An einem von der Halterung 220 wegweisenden Ende weist der Zylinderbolzen einen Vorsprung 236 auf. Der Vorsprung 236 stellt einen Eingriff bereit, um den Zylinderbolzen 231 drehen zu können. Beispielsweise kann dieser Eingriff in einem Schlitz für einen Schraubendreher bestehen oder einer anderen Formgebung, um mit einem geeigneten Werkzeug den Zylinderbolzen 231 drehen zu können.
Das Zusammenwirken des Zylinderbolzens 231 in der Fassung 237 wie oben beschrieben wurde hier beispielhaft für einen Zylinderbolzen erläutert. Sinngemäß gilt dasselbe für die Zylinderbolzen 231' und 231'' (231'' nicht gezeigt) in den jeweiligen Fassungen 237' und 237'' (237'' nicht gezeigt).
Weiterhin weist die Halterung 220 einen umlaufenden hervorstehenden Rand 280, 281 auf. Ein Bereich 281 des Randes ragt weiter als ein Bereich 280 des Randes hervor. Der Bereich 281 des Randes umfaßt eine Öffnung 282 zur Aufnahme einer Fassung 283. Die Fassung 283 nimmt parallel zur Vorzugsorientierung 250 der Halterung 220 einen Zylinderbolzen 221 auf, welcher an seinem einen Ende einen kugelförmigen Endbereich und an seinem anderen Ende eine zylindrische Ausnehmung 285 aufweist. Weiterhin ist eine Halteplatte 243 vorgesehen, die mittels einer Schraube 245 an der Halterung befestigt ist, um unbeabsichtigte Bewegungen des ersten optischen Elements zu verhindern.
In dem oben beschriebenen Beispiel liegen die Achsen 247, 247' und 247'' der Zylinderbolzen 231, 231' und 231'' in einer Ebene und schneiden sich in einem Punkt, der auf einer zentralen Achse 250 der Halterung 220 liegt. Allerdings können die Zylinderbolzen 231b, 231'b und 231''b auch mit anderen Orientierungen ihrer Achsen 247b, 247'b und 247''b in geeignet geformte Löcher 234b, 234'b und 234''b eingebracht werden. Dies wird im folgenden anhand der 7a, 7b und 7c beschrieben.
Die 7a und 7b zeigen in einer Seitenansicht ( 7a) und in einer Aufsicht (7b) eine windschiefe Anordnung der Achsen der Zylinderbolzen zueinander. Die 7c zeigt eine schematisch stark vereinfachte Ansicht der in den 7a und 7b gezeigten Bedingung von oben gesehen.
7a zeigt in Seitenansicht den Zylinderbolzen 231b seinem Loch 234b. Das Loch 234b ist in einem allgemeinen Winkel in in die Halterung 220b eingearbeitet. Gleiche Bezugszeichen wie im Vorhergehenden bezeichnen hierbei gleiche Teile. Die Achse 247b des Zylinderbolzen liegt hier in einem allgemeinen Winkel zur Halterung 220b vor.
7b zeigt in Aufsicht alle drei Zylinderbolzen 231b, 231'b und 231''b in derselben Bedingung wie in 7a. Die allgemeine Ausrichtung der Löcher 234b, 234'b und 234''b führt dazu, wie aus dem betrachtenden Vergleich der 7a mit 7b hervorgeht, daß die Achsen 247b, 247'b und 247''b der Zylinderbolzen eine windschiefe Orientierung zueinander einnehmen. Allerdings gewährleistet nicht jede beliebige Orientierung der Löcher 234b, 234'b und 234''b die Möglichkeit, die Justiermöglichkeit, die optischen Elemente mit änderbarem Abstand voneinander und änderbarer Orientierung zueinander zu haltern. Die allgemein windschiefen Achsen 247b, 247'b und 247''b müssen in einer Beziehung zueinander stehen, die in 7c schematisch dargestellt ist: Damit die obige Justiermöglichkeit gegeben ist, müssen die Achsen 247b, 247'b und 247''b in einer Weise aufeinander zulaufen, daß eine minimale Kugelfläche 258, die von den drei Achsen 247b, 247'b und 247''b berührt wird und durch diese Berührpunkte 248, 248' und 248'' definiert ist, kleiner ist als ein zweiter Durchmesser einer kleinsten Kugelfläche 268, welche die drei Stützpunke gemeinsam berühren.
8 veranschaulicht beispielhaft die Funktionsweise des optischen Apparats. Hier ist ein Ausschnitt aus 6 gezeigt; gleich Bezugszeichen bedeuten hier gleiche Bauteile. Das erste optische Element 201d liegt hier mit seiner gewölbten Fläche auf dem Stützpunkt 253d der Auflage 252d auf. wird nun der Zylinderbolzen 231d in der Drehrichtung 401 betätigt, so bewegt sich der Zylinderbolzen 231d entlang der Richtung 403 auf dem Bild nach links oder nach rechts. Da das optische Element 201d eine gewölbte Fläche 203d aufweist, bewegt sich der Stützpunkt 253d entsprechend der mit a bezeichneten Neigung. Dies führt dazu, daß sich das optische Element in diesem Bereich auf der Zeichnung nach oben oder nach unten bewegt. Dies führt zu einer Kippbewegung des ersten optischen Elements und damit zu einer Änderung der Orientierung des ersten optischen Elements zu der Orientierung des zweiten optischen Elements. Werden hingegen alle drei Zylinderbolzen in der gleichen Weise drehend betätigt, so erfährt das erste optische Element 201 als Ganzes eine Translation, so daß eine Veränderung des Abstandes des ersten optischen Elements von dem zweiten optischen Element bewirkt ist.
Die 9 veranschaulicht beispielhaft eine Abmessung einer zu fertigenden Gewindesteigung s des Bolzengewindes 232e im Zusammenhang mit dem vorgegebenen Auflagedurchmesser R. Beträgt beispielsweise der Radius R1 der Kugelauflage 60 cm und ein Krümmungsradius R2 des optischen Elements 437,2 mm, so ist bei einer Neigung a der optischen Fläche 203e eine Gewindesteigung von s = 0,35 mm/Umdrehung anzusetzen, gemäß sin α ≈ 60/437,2 = 7,888°,
was zu einer Ganghöhe des Gewindes 232e von
h = 0,00485 mm / Umdrehung
führt.
Zusammenfassend schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Vermessen und Herstellen eines optischen Elements vor, welches eine optische Fläche mit einer Soll-Gestalt aufweist, und das interferometrische Vermessen der optischen Fläche mit einem Interferometer umfaßt, welches eine Interferometeroptik aufweist. Die Interferometeroptik ist derart ausgelegt, daß von dieser erzeugtes Meßlicht an sämtlichen Orten der optischen Fläche eines Spiegels im wesentlichen orthogonal auf diesen auftrifft.
Es werden ferner optische Eigenschaften des Interferometers unabhängig gemessen, und eine Abweichung der Gestalt der vermessenden optischen Fläche von deren Soll-Gestalt wird aus der interferometrischen Messung ermittelt, und zwar unter Berücksichtigung der wenigstens einen gemessenen optischen Eigenschaft des Interferometers. In Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen kann dann eine weitere Bearbeitung der optischen Fläche erfolgen.
Das so hergestellte optische Element kann in einem optischen System eingesetzt werden und erfüllt dort hohe Genauigkeitsanforderungen. Das so hergestellte optische Element kann ferner in einer Interferometeroptik eingesetzt werden, welche wiederum zum Vermessen einer optischen Fläche eines weiteren optischen Elements und dessen Herstellung eingesetzt wird.
Weiterhin stellt der erfindungsgemäße optische Apparat die Möglichkeit bereit, einen Abstand zwischen einem ersten optischen Element und einem zweiten optischen Element sowie die Orientierung ihrer jeweiligen optischen Achse zueinander einzustellen.

Claims

Verfahren zum Vermessen oder/und Herstellen eines ersten optischen Elements (5), welches eine optische Fläche (3) mit einer Soll-Gestalt aufweist, wobei das Verfahren ein Verwenden eines ersten Interferometers (1) umfaßt, wobei das erste Interferometer (1) eine Interferometeroptik (43) zum Erzeugen eines Meßlichtstrahls (44) und eine Halterung zum Anbringen des ersten optischen Elements derart aufweist, daß die optische Fläche (3) des ersten optischen Elements (5) an einer Meßposition in dem Meßlichtstrahl (44) angeordnet ist, wobei die Interferometeroptik (43) eine Mehrzahl von optischen Elementen aufweist, welche derart konfiguriert sind, daß das Meßlicht an im wesentlichen einem jedem Ort auf einer reflektierenden Fläche (3) im wesentlichen orthogonal auf diese fällt, wenn die reflektierende Fläche (3) mit einem vorbestimmten Abstand von der Interferometeroptik (43) in dem Meßlichtstrahl (44) angeordnet ist, Messen von wenigstens einer optischen Eigenschaft der Interferometeroptik (43), wobei die wenigstens eine optische Eigenschaft einen Parameter einer Gestalt einer optischen Fläche eines optischen Elements der Interferometeroptik oder/und einen Abstand zwischen zwei verschiedenen optischen Flächen der Interferometeroptik umfaßt oder/und einen Brechungsindex eines Mediums zwischen zwei benachbarten optischen Flächen der Interferometeroptik umfaßt; und wobei das Verfahren ferner umfaßt: Anordnen des ersten optischen Elements (5) mit seiner optischen Fläche (3) an im wesentlichen der Meßposition in dem Meßlichtstrahl (44) und Ausführen von wenigstens einer interferometrischen Messung durch Überlagern von Referenzlicht mit von der reflektierenden Fläche (3) reflektiertem Meßlicht, Ermitteln von Abweichungen einer Gestalt der optischen Fläche (3) des ersten optischen Elements (5) von deren Soll-Gestalt in Abhängigkeit von der interferometrischen Messung und der wenigstens einen gemessenen optischen Eigenschaft der Interferometeroptik (43).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Parameter der Gestalt der optischen Fläche des optischen Elements der Interferometeroptik einen Krümmungsradius der optischen Fläche des optischen Elements der Interferometeroptik umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Element der Interferometeroptik eine Linse ist und das Medium ein Material der Linse ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Parameter der Gestalt der optischen Fläche des optischen Elements der Interferometeroptik eine Abweichung der Gestalt der optischen Fläche der Linse von einer Soll-Gestalt der optischen Fläche der Linse gemäß einer Auslegung der Interferometeroptik umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Messen des Brechungsindex' des Materials der Linse ein Messen des Brechungsindex' an einem ersten Ort und an einem von dem ersten Ort verschiedenen zweiten Ort umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Medium ein zwischen den zwei benachbarten optischen Flächen der Interferometeroptik angeordnetes Gas umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Messen des Brechungsindex' des Gases ein Ermitteln einer Temperatur des Gases umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Messen des Brechungsindex' des Gases ein Ermitteln eines Druckes des Gases umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Messen des Brechungsindex' des Gases ein Ermitteln einer Feuchtigkeit des Gases umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die optische Fläche (3) des ersten optischen Elements (5) die reflektierende Fläche bereitstellt, wenn das erste optische Element (5) mit seiner optischen Fläche (3) an im wesentlichen der Meßposition in dem Meßlichtstrahl (44) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die reflektierende Fläche separat von der optischen Fläche des ersten optischen Elements ausgebildet ist und wobei das erste optische Element von dem Meßlichtstrahl durchsetzt wird, wenn das erste optische Element mit seiner optischen Fläche an im wesentlichen der Meßposition in dem Meßlichtstrahl angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Ermitteln von Abweichungen der Gestalt der optischen Fläche des ersten optischen Elements von deren Soll-Gestalt ein Abwandeln von Auslegungsdaten der Interferometeroptik in Abhängigkeit von der wenigstens einen gemessenen optischen Eigenschaft und eine Strahldurchrechnung von die Interferometeroptik durchsetzenden Strahlen unter Verwendung der abgewandelten Auslegungsdaten der Interferometeroptik umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die optische Fläche des ersten optischen Elements eine asphärische Gestalt aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Interferometeroptik (43) eine Referenzfläche (19) aufweist, von welcher das Referenzlicht reflektiert wird und welche von dem Meßlichtstrahl (41) durchsetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner umfassend Bearbeiten der optischen Fläche des ersten optischen Elements in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Bearbeiten nur dann ausgeführt wird, wenn die ermittelten Abweichungen wenigstens einen vorbestimmten Schwellenwert überschreiten.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Bearbeiten ein Schleifen oder/und ein Polieren oder/und ein Ionenstrahl-Formen oder/und magneto-rheologisches Formen oder/und eine Endbearbeitung der optischen Fläche des optischen Elements umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Endbearbeitung ein Aufbringen einer Beschichtung auf die optische Fläche umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Beschichtung eine reflektierende Beschichtung oder/und eine antireflektierende Beschichtung oder/und eine Schutzbeschichtung umfaßt.
Verfahren zum Vermessen oder/und Herstellen eines zweiten optischen Elements (50a), welches eine optische Fläche (19a) mit einer Soll-Gestalt aufweist, wobei das Verfahren umfaßt: Bereitstellen eines ersten optischen Elements (50a) welches eine optische Fläche (19a) mit einer Soll-Gestalt aufweist, Vermessen der optischen Fläche (19a) des ersten optischen Elements (50a) mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20 und Bearbeiten der optischen Fläche (19a) des ersten optischen Elements (50a) in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen, um die Gestalt der optischen Fläche (19a) des ersten optischen Elements (50a) an deren Soll-Gestalt anzunähern, Integrieren des ersten optischen Elements (50a) in ein zweites Interferometer (1a), Durchführen einer zweiten interferometrischen Messung an der optischen Fläche (3a) des zweiten optischen Elements (5a) mit dem zweiten Interferometer (1a), Ermitteln von Abweichungen einer Gestalt der optischen Fläche des zweiten optischen Elements von deren Soll-Gestalt in Abhängigkeit von der zweiten interferometrischen Messung.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend Bearbeiten der optischen Fläche (3a) des zweiten optischen. Elements (5a) in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen der Gestalt der optischen Fläche des zweiten optischen Elements von deren Soll-Gestalt.
Optischer Apparat, umfassend: wenigstens zwei Linsen (201, 211) und eine Halterung (220), um die beiden Linsen mit änderbarem Abstand voneinander und mit änderbarer Orientierung zueinander zu haltern, wobei wenigstens eine erste (201) der beiden Linsen wenigstens eine gewölbte optische Fläche (203) aufweist, wobei die Halterung (220) drei Stützpunkte (253, 253', 253'') bereitstellt, auf denen die erste Linse mit ihrer gewölbten optischen Fläche aufliegt, wobei ein jeder der Stützpunkte an einem Ende eines Zylinderbolzens (231, 231', 231'') bereitgestellt ist, welcher an einem Teil seiner Mantelfläche ein Außengewinde aufweist, wobei die Halterung drei Löcher (234, 234', 234'') umfaßt, wobei ein jedes der drei Löcher ein Innengewinde (235, 235', 235'') aufweist, in welches das Außengewinde (232, 232', 232'') jeweils eines Gewindebolzens eingreift, wobei die Löcher in der Halterung derart orientiert sind, daß ein erster Durchmesser einer kleinsten Kugelfläche, welche Achsen der drei Zylinderbolzen gemeinsam berühren, kleiner ist als eine Hälfte eines zweiten Durchmessers einer kleinsten Kugelfläche, welche die drei Stützpunkte gemeinsam berühren.
Optischer Apparat nach Anspruch 22, wobei sich die drei Achsen der Zylinderbolzen jeweils quer zu einer Verbindungslinie zwischen Scheitelpunkten der optischen Flächen der Linsen erstrecken.
Optischer Apparat nach Anspruch 22 oder 23, wobei die wenigstens zwei Linsen im wesentlichen eine gemeinsame optische Achse aufweisen, und wobei sich die drei Achsen der Zylinderbolzen jeweils im wesentlichen orthogonal zu der gemeinsamen optischen Achse erstrecken.
Optischer Apparat nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei der erste Durchmesser im wesentlichen Null ist.
Optischer Apparat nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei das Ende der Zylinderbolzen eine konvex gewölbte Oberfläche aufweist, um den Stützpunkt bereitzustellen.
Interferometer, umfassend: eine Lichtquelle zur Erzeugung eines Meßlichtstrahls, eine von einem Strahlengang des dem Meßlichtstrahls durchsetzte Interferometeroptik zur Formung des Meßlichtstrahls, wobei die Interferometeroptik eine vertikal orientierte optische Achse aufweist und den optischen Apparat nach einem der Ansprüche 22 bis 26 umfaßt.