Absolutverfahren zur Messung von rotationssymmetrischen Asphären in einem Twyman-Green-Interferometer mittels Zwei-Wellenfront-Hologrammen unter Verwendung einer neurartigen Radialshear-Position
Final Report Abstract
Im Bereich der Asphärenprüfung nimmt die Prüfung mittels diffraktiver Nullelemente (DOE) breiten Raum ein. Diese Elemente dienen als Referenz, mit der die zu prüfenden Asphären verglichen werden. Angesichts der weiterhin steigenden Genauigkeitsanforderungen an die Meßtechnik, speziell im Bereich von Asphären für die optische Lithographie, stellt sich die Frage nach Kalibrierverfahren, die die systematischen Fehler der Meßaufbauten, und insbesondere die des diffraktiven Nullelements, eliminieren oder zumindest reduzieren. Der von uns und anderen Gruppen bislang verfolgte Ansatz, den 3-Stellungstest für Sphären mit Hilfe von Zwei-Wellenfronten-Hologrammen („COMBO-DOE“) auf Asphären zu übertragen [1-5], ist erfolgversprechend, weist allerdings einige Nachteile auf, die speziell in den Eigenschaften einer verwendeten Position, der sog. Katzenaugenposition, begründet sind. Mittels der beiden im vorliegenden Projekt untersuchten Verfahren, die als Übertragung des für Sphären etablierten Drehschiebeverfahrens [6] auf Asphären angesehen werden können, sollen diese Nachteile vermieden werden, da keine Katzenaugenposition verwendet wird. Stattdessen wird, ebenfalls mit Hilfe eines COMBO-DOE, eine zweite Nulltestwellenfront erzeugt, die sich von der ersten Position durch den Vertexabstand des Prüflings vom DOE unterscheidet. Aus der Sicht des Interferometers erscheinen die Oberflächenabweichungen des Prüflings radial gesheart. Zusammen mit einer Rotation des Prüflings um seine Symmetrieachse stehen somit zwei orthogonale Bewegungen der Prüflingsoberfläche relativ zum Interferometer zur Verfügung, was eine vollständige Rekonstruktion der Oberflächenabweichungen erlaubt. Auch eine Kombination mit dem Rotationsmittelungsverfahren [7,8] ist möglich, wobei mittels des hier vorgeschlagenen radialen Shears nun auch die rotationssymmetrischen Anteile der Oberflächenabweichungen der Asphäre bestimmt werden können. Mit Hilfe dieser Strategie ist es nun ohne zusätzliche Maßnahmen möglich, räumlich ausgedehnte und damit partiell kohärente Lichtquellen zu verwenden, wodurch der Einfluß des kohärenten Rauschens auf die Reproduzierbarkeit drastisch reduziert wird. Der große Abstand zwischen DOE und Prüfling in der Katzenaugenposition entfällt damit, was den Einfluß der Freiraumausbreitung auf die Objektwellenfront reduziert. Schließlich entfällt die umständliche und schwierige Justage der Katzenaugenposition. Allerdings sind beide Verfahren selbst nicht ohne Nachteile. Die verwendeten Meßpositionen beinhalten einen ortsabhängigen radialen Shear der Objektwellenfront, und somit eine räumlich variable Sensitivität, die im Zentrum des Prüflings (allgemein: An Stellen mit horizontaler Tangentialebene) auf Null abfällt. In einer Umgebung des Prüflingszentrums ist die Empfindlichkeit des Verfahrens somit zu gering, um absolute Oberflächendaten zu erhalten1. Wie weiter unten gezeigt wird, verkompliziert der radiale Shear außerdem die Elimination von Dejustageaberrationen erheblich. Da diffraktive Elemente darüberhinaus empfindlich bezüglich schräger Beleuchtung sind, enstehen Fehler in den erhaltenen Oberflächendaten, die der Meßgenauigkeit gewisse Grenzen setzen. Auch dieser Effekt wird weiter unten näher beschrieben. Dieses letzte Problem ist allerdings nicht auf die beiden hier untersuchten Verfahren beschränkt, sondern betrifft alle mit Hilfe von diffraktiven Elementen realisierten Verfahren. Trotz der genannten Nachteile konnte im Rahmen des vorliegenden Projektes aber die prinzipielle Praxistauglichkeit der beiden untersuchten Verfahren demonstriert werden. Neben dem 3-Stellungstest mittels COMBO-DOE steht in unserer Gruppe somit nun ein zweiter, alternativer Ansatz zur Absolutprüfung von Asphären mittels diffraktiver Elemente zur Verfügung. Beide Ansätze weisen jeweils eine Reihe von Stärken, aber auch Fehleranfälligkeiten auf, die z. T auf gemeinsame, z. T. aber auch auf verschiedene, für den jeweiligen Ansatz spezifische, Ursachen zurückzuführen sind. Welcher Ansatz sich letztendlich als überlegen erweist, oder ob eine Kombination der jeweiligen Stärken beider Verfahren genutzt werden kann, muß die Praxis zeigen. Die Idee, mittels eines Zwei-Wellenfronten-Hologramms eine zusätzliche Meßposition einzustellen und so trotz fehlender Symmetrie des Prüflings eine Kalibrierung zu ermöglichen, läßt sich auf andere Prüflingsgeometrien übertragen. Azylinder etwa werden oft in streifender Inzidenz geprüft. Aufgrund ihrer Form, die nur Bewegungen längs der Zylinderlängsachse im Interferometer erlaubt, sind zunächst keine Kalibrierverfahren denkbar. Ermöglicht man aber – wiederum mit einem Zwei-Wellenfronten-DOE – eine weitere Meßposition, kann eine Kalibrierung über ein Verfahren erfolgen, das einem der in diesem Projekt untersuchten Verfahren analog ist. So wäre es erstmals möglich, die Oberflächenabweichungen von Azylindern absolut zu bestimmen.
Publications
- „Interferometric quasi-absolute tests for aspherics using a radial shear position“, Opt. Lett. 34, 3178-3180 (2009)
K. Mantel, E. Geist, I. Harder, N. Lindlein, G. Leuchs
- „Quasi absolute Test for Aspherics via dual Wavefront Holograms and a radial Shear Position“, W. Osten, M. Kujawinska (Hrsg.), FRINGE 2009, S. 324-329, Springer (2009)
K. Mantel, I. Harder, E. Geist, N. Lindlein
