[发明专利]用于干涉检测的方法和设备

说明书

描述一种用于通过使用干涉检测构件来干涉检测至少两个光学功能表面(13、14)的形状和/或方位的方法和设备，该干涉检测构件包括：干涉仪(9)、光束成形光学元件(1)和校准标记(15、16、17、18)。通过光束成形光学元件(1)产生校准波前和检测波前，所述波前在校准标记(15、16、17、18)处和/或在光学功能表面(13、14)处透射或反射，进而产生测量波前。该方法和设备允许通过评估干涉仪(9)中的测量波前来测量光学功能表面(13、14)相对于彼此和/或相对于校准标记(15、16、17、18)的方位以及确定光学功能表面(13，14)与其期望几何形状和/或期望位置的形状偏差和/或方位偏差。

本发明涉及用于干涉检测共同的光学检测构件中的至少两个光学功能表面的形状和/或方位的方法和设备。

本专利申请要求德国专利申请10 2014 117 511.5的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

地球观测、天文、光刻和精密测量技术领域中的高品质光学仪器越来越多地使用具有非球面或自由成形的光学元件的光学设计。由于使用非球面或自由成形的透镜或反射镜几何形状的自由度的提升而导致的设计多样性的提高使得能够在保持或甚至改进成像质量的同时减小光学系统的结构尺寸。

然而，非球面或自由成形的光学装置对其制造、测量技术特性以及组装至共同的光学系统方面提出更高的要求。为了在高要求的系统中实现光学成像，各个光学器件通常必须具有小于λ/10或甚至小于λ/20峰-谷(p.-v.)的表面偏差。同时，在光学系统的光束路径中设置和校准具有在个位数微米范围或角秒范围内的精度的各个光学元件。因此，组装具有非球面或自由成形的元件的高品质光学系统是与增加的时间消耗和成本消耗相关联的。

随着在形状偏差和粗糙度方面对单个光学表面的品质的要求提高，通常对制造工艺和安装工艺的要求也提高。这尤其涉及用于电磁光谱的紫外线区域或可见光区域的高品质成像系统。为了实现单个表面的所需公差，在此使用特殊的成型工艺和平整工艺，比如各种子孔径抛光技术。根据待加工的光学材料，这能够例如涉及借助于离子束或磁流变抛光液体来局部加工。所述工艺基于先前对待校正的孔径上的形状偏差的确定来从光学表面移除局部材料。因此，对于校正工艺而言，以尽可能高且均匀的横向分辨率对光学功能相关表面的形状偏差进行测量技术检测以及非接触式测量以避免由于测量工艺引起表面缺陷是至关重要的。

用于对具有在λ/10(p.-v.)范围中的所需形状偏差的单个光学表面进行形状检测的非接触式测量方法本身是已知的，并且尤其涉及干涉测量法、光学轮廓测量法和偏转测量法。由于可以对全孔径进行快速且高精度地检查，干涉测量检测方法尤其被作为标准测量方法来执行。在该领域中尤其要提及斐索干涉测量法，其中可实现的测量不确定性主要取决于最终参考表面的精度。这些参考表面通常是高精确的平面表面(透射平面)或球形表面(透射球面)，它们允许确定具有测量不确定性λ/20(p.-v.)的形状偏差。诚然，出于所使用的参考表面的缘故，对光学组件的形状偏差的直接确定通常被限制于平面表面和球形表面检测样品。此外，对于这些几何形状存在专门的标定方法，借助所述标定方法能够将测量不确定性降低到几纳米的表面偏差。

只使用现有的参考表面仅能够有条件地执行，或者如在大多数情况下的那样根本无法执行对非球面或自由成形的表面的检测，这是由于与平面或球面形状存在高偏差，所以在干涉图中形成高条纹密度，所使用的探测器不再能够检测所述条纹密度。

因此，标准化地使用所谓的零光学器件对非球面、圆柱体和自由形状进行形状检测。这些是额外地引入光学检测构件的光束路径中的元件、例如透镜或光栅，所述元件将测量波前匹配于检测样品的具体形状进而实现干涉评估。所引入的零光学器件必须专门针对每个不同的检测样品几何形状来设计和制造。特别地，计算机生成的全息图(CGH-ComputerGenerated Hologram)作为衍射零光学器件在本文中是尤其重要的。它们允许高度的设计多样性，并且能够通过现代光刻方法以高精度来制造。