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Title:
METHOD AND DEVICE FOR MEASURING DISTANCE USING A DIFFRACTIVE STRUCTURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/150007
Kind Code:
A2
Abstract:
A method for measuring a distance (d) between a reference plane (1) and a measurement plane (3) parallel to the reference plane (1) is specified, in which at least one axial focus (5) which is inclined at an angle α in relation to an axis perpendicular to the reference plane (1) and the measurement plane (3) is generated by illuminating a diffractive structure (2) arranged in the reference plane (1). The distance (d) is established from the position of an impact point of the at least one axial focus (5) in the measurement plane (3) or from the position of an impact point in the reference plane (1) of the axial focus (5) reflected on the measurement plane (3). Furthermore, a device, which is suitable for the method, for measuring a distance (d) between a reference plane (1) and a measurement plane (3) parallel to the reference plane (1) is specified.

Inventors:
HARZENDORF TORSTEN (DE)
STUERZEBECHER LORENZ (DE)
ZEITNER UWE D (DE)
VOGLER UWE (CH)
VOELKEL REINHARD (CH)
Application Number:
PCT/EP2013/056906
Publication Date:
October 10, 2013
Filing Date:
April 02, 2013
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER GES FORSCHUNG (DE)
International Classes:
G03F9/00
Domestic Patent References:
WO2009012789A12009-01-29
Foreign References:
JPH02264807A1990-10-29
US20030007596A12003-01-09
JPH04171415A1992-06-18
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
EPPING HERMANN FISCHER PATENTANWALTSGESELLSCHAFT MBH (DE)
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Claims:
Verfahren zur Messung eines Abstands (d) zwischen einer Referenzebene (1) und einer zu der Referenzebene (1) parallelen Messebene (3) , bei dem

- durch Beleuchtung einer diffraktiven Struktur (2), die in der Referenzebene (1) angeordnet ist, mindestens ein Axialfokus (5) erzeugt wird, der gegen eine auf der Referenzebene (1) und der Messebene (3) senkrecht stehende Achse um einen Winkel α geneigt ist, und

- der Abstand (d) aus der Position eines Auftreffpunkts des mindestens einen Axialfokus (5) in der Messebene (3) oder aus der Position eines Auftreffpunkts des an der Messebene (3) reflektierten Axialfokus (5) in der

Referenzebene (1) ermittelt wird.

Verfahren nach Anspruch 1,

wobei der Abstand (d) durch Bestimmung eines lateralen Abstands (m) zwischen dem Aufreffpunkt des Axialfokus (5) in der Messebene (3) und einem Quellpunkt (Q) in der Referenzebene (1) ermittelt wird.

Verfahren nach Anspruch 1,

wobei mittels der diffraktiven Struktur (2) mindestens zwei Axialfoki (6) erzeugt werden, und der Abstand (d) durch Bestimmung des lateralen Abstands (a) zwischen den Auftreffpunkten der mindestens zwei Axialfoki (6) in der Messebene (3) ermittelt wird.

Verfahren nach Anspruch 1,

wobei der Abstand (d) durch Bestimmung eines lateralen

Abstands (b) zwischen einem Aufreffpunkt (P) des an der

Messebene (3) reflektierten Axialfokus (5) in der Referenzebene (1) und einem Quellpunkt (Q) in der Referenzebene (1) ermittelt wird.

Verfahren nach Anspruch 4,

wobei die diffraktive Struktur (2) mit einer Skala (7) versehen ist, um den Abstand (b) zwischen dem

Auftreffpunkt (P) des Axialfokus (5) auf der

Referenzebene (1) und dem Quellpunkt (Q) zu bestimmen.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Position des Auftreffpunkts des mindestens einen Axialfokus (5, 6) durch Belichtung einer

Fotolackschicht und anschließender Entwicklung

aufgezeichnet wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die diffraktive Struktur (2) mit kollimiertem monochromatischem Licht (4) beleuchtet wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

wobei die diffraktive Struktur (2) mit kollimiertem

Licht (4) verschiedener Wellenlängen beleuchtet wird.

Vorrichtung zur Messung eines Abstands (d) zwischen einer Referenzebene (1) und einer zu der Referenzebene (1) parallelen Messebene (3), umfassend

- eine diffraktive Struktur (2), die in der

Referenzebene (1) angeordnet ist, wobei die diffraktive Struktur zur Erzeugung mindestens eines Axialfokus (5) geeignet ist, der gegen eine auf der Referenzebene (1) und der Messebene (3) senkrecht stehende Achse um einen Winkel α geneigt ist, und - eine Beleuchtung (4) .

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,

wobei die diffraktive Struktur (2) zur Erzeugung des mindestens einen Axialfokus (5, 6) eine Phasenfunktion aufweist, die durch Überlagerung einer konischen und einer linearen Phasenfunktion erzeugbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10,

wobei die konische und die lineare Phasenfunktion die gleiche Steigung aufweisen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,

wobei die diffraktive Struktur (2) zur Erzeugung von mindestens zwei Axialfoki (6) geeignet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,

wobei die diffraktive Struktur (2) eine quantisierte diffraktive Struktur ist, die aus abwechselnden

transparenten und nicht transparenten Streifen gebildet ist .

14. Vorrichtung nach Anspruch 13,

wobei ein oder mehrere transparente Streifen der diffraktiven Struktur (2) zur Verminderung der

Lichtintensität durch nicht transparente Streifen ersetzt sind.

Description:
Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Abstandsmessung mit einer diffraktiven Struktur

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 103 008.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung mit einer diffraktiven Struktur zur Messung des Abstands zwischen einer Referenzebene und einer Messebene, insbesondere des Abstands zwischen einer Fotomaske und dem Substrat in einer Lithografieanlage, wie z. B. einem Maskenpositionierer (Mask Aligner) .

In zahlreichen technischen Anlagen und experimentellen

Aufbauten ist es von großer Wichtigkeit, den Abstand von zwei parallelen Ebenen hochgenau zu bestimmen. Insbesondere in einem Maskenpositionierer, einer Vorrichtung der

Fotolithografie, spielt diese Messaufgabe eine

Schlüsselrolle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das eine berührungslose, hochgenaue Bestimmung des Abstands zwischen zwei parallelen Ebenen ermöglicht.

Weiterhin soll eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung angegeben werden. Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren und eine

Vorrichtung zur Messung eines Abstands zwischen einer

Referenzebene und einer zu der Referenzebene parallelen

Messebene gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der

Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Bei dem Verfahren zur Messung eines Abstands zwischen einer Referenzebene und einer zu der Referenzebene parallelen

Messebene wird durch Beleuchtung einer diffraktiven Struktur, die in der Referenzebene angeordnet ist, mindestens ein

Axialfokus erzeugt, der gegen eine auf der Referenzebene und der Messebene senkrecht stehende Achse um einen von Null verschiedenen Winkel geneigt ist.

Die diffraktive Struktur weist vorteilhaft eine spezielle diffraktive Amplituden- und/oder Phasenstruktur auf, die mit kollimiertem Licht beleuchtet wird. Durch die Funktion der diffraktiven Struktur entsteht dabei hinter der Referenzebene mindestens ein Axialfokus, der sich von der Referenzebene aus in Richtung der Messebene erstreckt. Der Axialfokus ist dabei um den Winkel 0 gegen die Achse, welche senkrecht auf der Referenz- und Messebene steht, verkippt. Der Neigungswinkel kann durch das Design der diffraktiven Struktur festgelegt werden .

Im Allgemeinen ist ein Axialfokus durch zwei Charakteristika gekennzeichnet: Lateral, d. h. parallel zur Referenz- und Messebene, ist der Fokus stark begrenzt. Je nach Auslegung der diffraktiven Struktur kann die laterale Ausdehnung des Fokus beispielsweise im Bereich von λ/2 bis einige λ liegen, beispielsweise von λ/2 bis 10 λ, wobei λ die Wellenlänge der verwendeten Beleuchtung ist. Axial, d. h. in seiner

Ausbreitungsrichtung, ist der Fokus dagegen weit ausgedehnt. Die Ausdehnung des Axialfokus kann je nach Abmessungen der diffraktiven Struktur von einigen Mikrometern bis hin zu einigen Millimetern reichen, beispielsweise von 1 ym bis 10 mm.

Die axiale Ausdehnung des Axialfokus ist bei dem Verfahren mindestens so groß, dass der sich von der Referenzebene aus ausbreitende Axialfokus mindestens bis zur Messebene reicht. Aufgrund seiner im Vergleich zur lateralen Ausdehnung

vergleichsweise großen axialen Ausdehnung, ist der Axialfokus insbesondere nicht punktförmig, sondern erstreckt sich mindestens von der Referenzebene bis zur Messebene. Es ist auch möglich, dass der Axialfokus ähnlich wie ein Lichtstrahl an der Messebene zurück zur Referenzebene reflektiert wird.

Der Abstand d zwischen der Referenzebene und der zu der

Referenzebene parallelen Messebene wird bei dem Verfahren aus der Position eines Auftreffpunkts des mindestens einen

Axialfokus in der Messebene oder aus der Position eines

Auftreffpunkts des an der Messebene reflektierten Axialfokus in der Referenzebene ermittelt.

Die Bestimmung des Abstands d kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein lateraler Abstand m zwischen dem

Auftreffpunkt des Axialfokus in der Messebene und einem

Quellpunkt in der Referenzebene ermittelt wird. Der

Quellpunkt ist der Punkt in der Referenzebene, von dem aus sich der Axialfokus in Richtung zur Messebene hin ausbreitet. Dieser Quellpunkt wird durch das Design der diffraktiven Struktur bestimmt und kann insbesondere der Mittelpunkt der diffraktiven Struktur sein.

Da der Quellpunkt Q und der Neigungswinkel des Axialfokus durch die diffraktive Struktur bestimmt und bekannt sind, kann der Abstand d zwischen der Referenzebene und der Messebene durch die Bestimmung des lateralen Abstands m zwischen dem Auftreffpunkt des Axialfokus in der Messebene und dem Quellpunkt Q mittels der Gleichung d = m / tan bestimmt werden. Diese Gleichung ergibt sich aus den

Winkelbeziehungen für rechtwinklige Dreiecke.

Zur Messung des lateralen Abstands m wird bei einer

bevorzugten Variante des Verfahrens eine diffraktive Struktur verwendet, welche mindestens zwei Axialfoki erzeugt, und der Abstand d durch die Bestimmung des lateralen Abstands a zwischen den Auftreffpunkten der mindestens zwei Axialfoki in der Messebene ermittelt. Vorzugsweise erzeugt das diffraktive Element zwei symmetrisch geneigte Axialfoki, welche unter den Winkeln und - zur Referenzebene verlaufen. In diesem Fall bilden die Axialfoki zusammen mit der Messebene ein

gleichschenkliges Dreieck. Durch Messung des Abstands a der Auftreffpunkte der Axialfoki in der Messebene kann über die Relation m = a / 2 der Abstand d zwischen der Referenzebene und der Messebene bestimmt werden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Abstand d durch Bestimmung eines lateralen Abstands b

zwischen einem Auftreffpunkt des an der Messebene

reflektierten Axialfokus in der Referenzebene und einem

Quellpunkt in der Referenzebene ermittelt. Diese

Ausgestaltung des Verfahrens ist insbesondere dann

vorteilhaft, wenn eine direkte Messung der Größen a oder m in der Messebene nicht möglich ist. Bei dieser Ausgestaltung ist über die Relation m = b / 2 der Rückschluss auf d möglich.

Bei dieser Ausgestaltung ist es besonders vorteilhaft, wenn die diffraktive Struktur mit einer Skala versehen ist, um den Abstand b zwischen dem Auftreffpunkt des Axialfokus auf der Referenzebene und dem Quellpunkt zu bestimmen. Es ist auch eine Ausgestaltung möglich, bei der der Axialfokus mehrfach an der Messebene reflektiert wird, bevor er den für die

Messung vorgesehenen Auftreffpunkt in der Referenzebene erreicht. In diesem Fall ist m = b / 2N, wobei N die Anzahl der Reflexionen ist.

Die Abstände a, b oder m, die zur Bestimmung des Abstands d gemäß den verschiedenen Varianten des Verfahrens bestimmt werden, können fotografisch, fotolithografisch, elektronisch oder optisch bestimmt werden. Beispielsweise kann der Abstand durch Beobachtung mit einem Mikroskop oder mittels eines optoelektronischen Bildsensors bestimmt werden. Bei einer Variante des Verfahrens wird die Position des Auftreffpunkts des mindestens einen Axialfokus durch

Belichtung einer Fotolackschicht und anschließender

Entwicklung aufgezeichnet. In diesem Fall erfolgt die

Ermittlung des Abstands also fotolithografisch .

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die diffraktive Struktur zur Erzeugung des mindestens einen

Axialfokus mit kollimiertem monochromatischem Licht

beleuchtet .

Bei einer alternativen Ausgestaltung ist es aber auch

möglich, dass die diffraktive Struktur mit kollimiertem Licht verschiedener Wellenlängen beleuchtet wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung eines Abstands zwischen einer Referenzebene und einer zu der Referenzebene parallelen Messebene umfasst gemäß zumindest einer

Ausgestaltung eine diffraktive Struktur, die in der Referenzebene angeordnet ist, wobei die diffraktive Struktur zur Erzeugung mindestens eines Axialfokus geeignet ist, der gegen eine auf der Referenzebene und der Messebene senkrecht stehende Achse um einen Winkel geneigt ist, und eine

Beleuchtung. Die Beleuchtung erzeugt vorteilhaft kollimiertes Licht, insbesondere monochromatisches kollimiertes Licht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung des Verfahrens und umgekehrt.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung wird insbesondere ein zur Referenzebene geneigter Axialfokus für die

Abstandsmessung verwendet. Ein Axialfokus ohne Neigung zur Referenzebene, d. h. = 0°, kann durch ein sogenanntes

Axicon erzeugt werden. Dabei handelt es sich um ein optisches Element, welches eine konische Phasenfunktion aufweist. Eine solche Phasenfunktion ist radialsymmetrisch. Sie nimmt ihren Maximalwert in der Symmetrieachse an und fällt nach außen hin linear ab. Bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird das Konzept des Axicons mit einer

Lichtablenkung um den Winkel erweitert.

Um die Ausbreitungsrichtung einer Lichtverteilung zu ändern, kann im Allgemeinen eine diffraktive Struktur mit einer linearen Phasenfunktion genutzt werden. Über die Steigung der Phasenfunktion kann dabei die Stärke der räumlichen Ablenkung festgelegt werden.

Die diffraktive Struktur bei der hierin beschriebenen

Vorrichtung weist vorteilhaft zur Erzeugung des mindestens einen Axialfokus eine Phasenfunktion auf, die durch

Überlagerung einer konischen und einer linearen Phasenfunktion erzeugbar ist. Eine solche Struktur wird hier und im Folgenden als erweitertes Axicon bezeichnet.

Bei der Wahl der Phasenfunktion für das erweiterte Axicon sind zwei Varianten besonders vorteilhaft. Bei einer ersten bevorzugten Variante weisen die konische und die lineare Phasenfunktion die gleiche Steigung auf. Um eine diffraktive Struktur herzustellen, wird die Phasenfunktion in der Regel quantisiert, d. h. in zwei oder mehr diskrete Phasenebenen eingeteilt. Eine solche Quantisierung liefert bei einer konischen Phasenfunktion konzentrische Kreise. Folglich setzt sich ein diffraktives Axicon aus Phasen- und/oder

Amplitudenstufen in Form von konzentrischen Kreisen zusammen. Um die diffraktive Struktur herzustellen, muss die

Phasenfunktion auch bei dem erweiterten Axicon quantisiert werden. Diese Quantisierung liefert eine besonders gute

Approximation, wenn die Steigung der konischen und der linearen Phasenfunktion gleich gewählt wird. Als Resultat heben sich beide Phasenfunktionen in einer radialen Richtung auf und führen damit auf eine diffraktive Struktur mit besonders vorteilhafter Geometrie.

Bei einer weiteren bevorzugten Variante ist die

Phasenfunktion der diffraktiven Struktur senkrecht zu einer

Ablenkrichtung gestaucht und in der Ablenkrichtung gestreckt. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, Abberation, d. h.

Abbildungsfehler, die zu einer Abweichung des Axialfokus von seiner idealen Form führen, zu korrigieren.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die diffraktive Struktur zur Erzeugung von mindestens zwei Axialfoki,

insbesondere von mindestens zwei symmetrischen Axialfoki, geeignet. Um mit einer diffraktiven Struktur mehrere

Axialfoki zu erzeugen, werden die zugehörigen

Phasenfunktionen der Einzelfoki überlagert. Dies kann zum einen dadurch erfolgen, dass die komplexen Phasenfunktionen der Einzelfoki addiert werden. Zum anderen ist es möglich, dass aus den einzelnen Phasenfunktionen unterschiedliche Bereiche ausgeschnitten und in einer neuen Phasenfunktion zusammengefasst werden. Bei einer Ausgestaltung ist die diffraktive Struktur eine so genannte quantisierte diffraktive Struktur, die aus

abwechselnden transparenten und nicht transparenten Streifen gebildet ist. In einigen Anwendungen kann es erforderlich sein, die

Lichtintensität des mindestens einen Axialfokus, der von der diffraktiven Struktur erzeugt wird, herabzusetzen. Dies wird bei einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch erreicht, dass ein oder mehrere transparente Streifen der diffraktiven Struktur ausgelassen, d.h. durch nicht transparente Streifen ersetzt sind. Die Vorschrift, nach der die transparenten Streifen ausgelassen werden, kann dabei deterministischer oder zufälliger Natur sein. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von

Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 10 näher erläutert.

Es zeigen:

Figuren 1 bis 3 jeweils eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Abstandsmessung gemäß einem Ausführungsbeispiel, und Figuren 4 bis 10 jeweils schematische Darstellungen diffraktiven Strukturen zur Verwendung bei

Ausführungsbeispielen des Verfahrens und der

Vorrichtung .

Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die

dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen .

Figur 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein

Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Abstandsmessung. Die Vorrichtung weist eine Referenzebene 1 auf, in der die diffraktive Struktur 2 angeordnet ist. In einem Abstand d zur Referenzebene 1 befindet sich eine Messebene 3, deren Abstand d zur Referenzebene 1 mit der Vorrichtung bestimmt werden soll .

Zur Bestimmung des Abstands d wird die diffraktive Struktur 2 vorzugsweise mit kollimiertem monochromatischem Licht 4 beleuchtet. Die diffraktive Struktur 2 ist dazu geeignet, einen Axialfokus 5 zu erzeugen, der um einen Winkel zu einer auf der Referenzebene 1 und der Messebene 3 senkrecht stehenden Achse geneigt ist. Der Axialfokus 5 ist in seiner Ausdehnung in lateraler Richtung, d. h. parallel zur

Referenzebene 1 und Messebene 3, stark begrenzt. Die laterale Ausdehnung kann je nach Auslegung der diffraktiven Struktur etwa λ/2 bis 10 λ betragen, wobei λ die Wellenlänge des

Beleuchtungslichts 4 ist. In axialer Richtung, d. h. entlang seiner Ausbreitungsrichtung, ist der Axialfokus 5 weit ausgedehnt und kann beispielsweise eine Ausdehnung von 1 ym bis hin zu 10 mm aufweisen.

Der Axialfokus 5 schneidet die Messebene 3 in einem lateralen Abstand m vom Quellpunkt Q in der Referenzebene 1. Der

Quellpunkt Q wird durch das Design der diffraktiven Struktur 2 bestimmt.

Entsprechend der Winkelbeziehungen für rechtwinklige Dreiecke stehen die Größen m, und d aus Figur 1 in folgendem

Zusammenhang: d = m / tan . Da der Winkel über das Design der diffraktiven Struktur 2 festgelegt und bekannt ist, lässt sich durch Messung der Größe m der Abstand d zwischen der Referenzebene 1 und der Messebene 3 berechnen.

Im Folgenden werden zwei für die Messung der Größe m

besonders vorteilhafte Varianten der Vorrichtung beschrieben. Bei der in Figur 2 dargestellten vorteilhaften Variante der Vorrichtung, die hier und im Folgenden als Konfiguration I bezeichnet wird, wird eine diffraktive Struktur 2 verwendet, welche zwei Axialfoki 6 erzeugt, die symmetrisch um die

Winkel und - zu einer senkrecht zur Referenzebene 1 und Messebene 3 stehenden Achse geneigt sind. Die Axialfoki 6 bilden dabei zusammen mit der Messebene 3 ein

gleichschenkliges Dreieck. Durch Messung des Abstands a der Auftreffpunkte der Axialfoki 6 auf der Messebene 3 kann über die Relation m = a / 2 der Abstand d zwischen der

Referenzebene 1 und der Messebene 3 bestimmt werden. Die Bestimmung des Abstands a der Axialfoki 6 kann dabei

insbesondere auf fotografischem bzw. fotolithografischem Weg, beispielsweise durch Belichtung von fotoempfindlichem

Material, erfolgen. Alternativ kann der Abstand a

optoelektronisch, beispielsweise mittels eines Bildsensors, oder optisch, beispielsweise durch Beobachtung mit einem Mikroskop, bestimmt werden.

Falls eine direkte Messung der Größen a oder m in der

Messebene 3 nicht möglich ist, kann die Messung alternativ in der Referenzebene 1 erfolgen. Ein dazu geeigneter Aufbau der Vorrichtung ist in Figur 3 dargestellt und wird hier und im Folgenden als Konfiguration II bezeichnet. Bei dieser

Ausgestaltung der Vorrichtung wird nur ein Axialfokus 5 verwendet und dessen Reflexion im Punkt R an der Messebene 3 genutzt. Nach der Reflexion breitet sich der Axialfokus 5 wieder in Richtung der Referenzebene 1 aus und trifft diese im Punkt P. Wird der Abstand b des Auftreffpunkts P vom

Quellpunkt Q gemessen, so ist über die Relation m = b / 2 der Rückschluss auf d möglich. Für die Messung des Abstands b ist es besonders vorteilhaft, die diffraktive Struktur 2 im

Bereich des Auftreffpunkts P mit einer zum Quellpunkt Q ortsfesten und kalibrierten Skala zu versehen, an der sich der Abstand b ablesen lässt. Dazu kann die Referenzebene 1 insbesondere von oben mit einem Mikroskop beobachtet werden.

Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der

Vorrichtung und des Verfahrens wird jeweils mindestens ein Axialfokus 5, 6 verwendet, der um einen von Null

verschiedenen Winkel zu einer auf der Referenzebene 1 senkrecht stehenden Achse geneigt ist. Im Folgenden wird das Design der diffraktiven Struktur 2, die zur Erzeugung eines oder mehrerer geneigter Axialfoki geeignet ist, beschrieben. Als die diffraktive Struktur 2 zur Erzeugung eines geneigten Axialfokus wird ein erweitertes Axicon verwendet, d.h. eine Phasenstruktur, die durch Überlagerung einer konischen Phasenfunktion mit einer linearen Phasenfunktion gebildet ist .

In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer kontinuierlichen Phasenfunktion eines erweiterten Axicons dargestellt, welche einen geneigten Axialfokus erzeugt. Da ein diffraktives

Element mit einer derartigen kontinuierlichen Phasenfunktion, die beispielsweise durch eine Grautonabstufung dargestellt werden kann, vergleichsweise schwierig ist, wird die

Phasenfunktion vorzugsweise quantisiert, d.h. der

kontinuierliche Verlauf der berechneten Phasenfunktion wird durch eine Abfolge von transparenten und nicht transparenten Bereichen approximiert. Die quantisierte Phasenfunktion des Ausführungsbeispiels der Figur 4 ist in Figur 5 dargestellt. Bei der quantisierten Phasenfunktion der Fig. 5 ist der kontinuierliche Verlauf der berechneten Phasenfunktion der Fig. 4 durch eine Abfolge von transparenten und nicht transparenten Bereichen approximiert. Ein diffraktives Element mit einer derartigen quantisierten

Phasenfunktion weist typischerweise abwechselnde transparente und nicht transparente Streifen auf.

Um mit einer diffraktiven Struktur mehrere Axialfoki zu erzeugen, müssen die mindestens zwei Phasenfunktionen der jeweiligen Einzelfoki, wie beispielsweise die Phasenfunktion der Figur 4, überlagert werden. Dies kann auf zwei

verschiedene Arten erfolgen. Zum einen ist es möglich, die komplexen Phasenfunktionen der Einzelfoki zu addieren. Beispielsweise zeigt Figur 6 die Phasenfunktion eines ersten Einzelfokus (a) , die

Phasenfunktion eines zweiten Einzelfokus (b) , die Addition der Phasenfunktionen der Einzelfoki (c) sowie die durch

Quantisierung der addierten Phasenfunktionen berechnete diffraktive Struktur (d) . Zum anderen ist es möglich, dass aus den Phasenfunktionen der Einzelfoki jeweils Bereiche ausgeschnitten und in einer neuen Phasenfunktion zusammengefasst werden. Beispielsweise zeigt Figur 7 die Phasenfunktion eines ersten Einzelfokus (a) , aus der ein erster Ausschnitt ausgewählt wurde. Weiterhin zeigt Figur 7 die Phasenfunktion eines zweiten Einzelfokus (b) , aus der ein weiterer Ausschnitt ausgewählt wurde. Die Addition der Ausschnitte ist in (c) dargestellt. In Figur 7 (d) ist die diffraktive Struktur dargestellt, die sich durch

Quantisierung der addierten Phasenfunktionen ergibt.

In einigen Anwendungen kann es erforderlich sein, die

Lichtintensität der Axialfoki über die diffraktive Struktur herabzusetzen. Dies ist durch das Auslassen von einzelnen transmittierenden Streifen der diffraktiven Struktur möglich. Die transmittierenden Streifen können in diesem Fall beim Design der diffraktiven Struktur gezielt oder nach dem

Zufallsprinzip ausgelassen werden.

Figur 8 zeigt eine solche diffraktive Struktur mit

deterministisch (a) und zufällig (b) ausgelassenen

transmittierenden Streifen. Die in Figur 8 dargestellte diffraktive Struktur erzeugt beispielsweise zwei symmetrische Axialfoki . Weiterhin kann es in speziellen Anwendungen erforderlich sein, die diffraktive Struktur mit Licht verschiedener

Wellenlängen X± zu beleuchten. In diesem Fall ist es möglich, die Phasenfunktion des erweiterten Axicons für jede beteiligte Wellenlänge X± einzeln zu bestimmen und anschließend alle resultierenden komplexen Phasenfunktionen zu addieren. Um das messtechnische Problem der Abstandsbestimmung von zwei parallelen Ebenen zu lösen, eignen sich zwei

Gestaltungsformen von diffraktiven Strukturen besonders gut. Diese werden im Folgenden beschrieben und sind an die beiden Konfigurationen I und II der Vorrichtung gemäß den Figuren 2 und 3 angepasst.

Zur Abstandsmessung nach der in Figur 2 dargestellten

Konfiguration I wird vorzugsweise eine diffraktive Struktur verwendet, welche zwei symmetrische geneigte Axialfoki 6 erzeugt. Eine dazu geeignete diffraktive Struktur kann vorteilhaft durch die zuvor anhand von Figur 7 erläuterte Methode, bei der aus den einzelnen Phasenfunktionen

unterschiedliche Bereiche ausgeschnitten und in einer neuen Phasenfunktion zusammengefasst werden, erzeugt werden. Ein Beispiel für eine solche Struktur ist in Figur 9 dargestellt.

Bei der in Figur 3 dargestellten Vorrichtung zur

Abstandsmessung gemäß Konfiguration II wird vorzugsweise eine diffraktive Struktur verwendet, welche genau einen geneigten Axialfokus erzeugt. Dafür eignet sich insbesondere das zuvor beschriebene erweiterte Axicon. Zum Ablesen des Abstands d ist es bei dieser Konfiguration besonders nützlich, die diffraktive Struktur 2 im Bereich P, in welchem der an der Messebene 3 reflektierte Axialfokus 5 auftrifft, mit einer Skala zu versehen. Diese Skala ist vorteilhaft kalibriert und ortsfest zum Quellpunkt Q. Figur 10 zeigt ein Beispiel für eine solche diffraktive Struktur mit zusätzlicher ortsfester und kalibrierter Skala 7. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die

Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen i den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den

Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.