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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine interferometrische Einrichtung
zur Positionsmessung. Im Besonderen betrifft die Erfindung eine
interferometrische Einrichtung zur Positionsmessung eines in einer
Ebene beweglichen Elements. Es ist eine Laserlichtquelle vorgesehen,
die das für die Positionsmessung erforderliche Messlicht
bereitstellt. Es ist mindestens ein Strahlteiler vorgesehen, der
das Messlicht in einen ersten Teilstrahlengang und in einen zweiten
Teilstrahlengang aufteilt. Der erste Teilstrahlengang und der zweite
Teilstrahlengang werden jeweils über ein Interferometer
auf eine spiegelnde Fläche des beweglichen Elements gerichtet.
Ferner ist im ersten oder zweiten Teilstrahlengang ein weiterer Strahlteiler
vorgesehen, der den dritten Teilstrahlengang über ein Interferometer
auf ein Etalon zur Referenzmessung richtet.
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Ferner
betrifft die Erfindung eine Koordinaten-Messmaschine. Die Koordinaten-Messmaschine dient
zur Bestimmung von Positionen von Strukturen auf einem Substrat,
das auf einen in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung
beweglichen Messtisch gelegt ist. Der Messtisch besitzt jeweils zwei
spiegelnde Flächen. Ebenso ist eine Laserlichtquelle vorgesehen,
die das für die Positionsmessung erforderliche Messlicht
bereitstellt. Ebenso ist mindestens ein Strahlteiler vorgesehen,
der das Messlicht in einen ersten Teilstrahlengang und einen zweiten
Teilstrahlengang aufteilt, die jeweils über ein Interferometer
auf die spiegelnde Fläche des beweglichen Elements treffen.
Ferner ist im ersten oder zweiten Teilstrahlengang ein weiterer
Strahlteiler vorgesehen, der einen dritten Teilstrahlengang über
ein Interferometer auf ein Etalon zur Referenzmessung richtet.
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Da
sich die Anforderung an die Genauigkeit, Reproduzierbarkeit, bzw.
Wiederholbarkeit der durch eine Koordinaten-Messmaschine bestimmten
Größen (Position von Strukturen auf einem Substrat
oder Breite von Strukturen auf einem Substrat) erhöht hat, gilt
es nun die Messgenauigkeit der für Positionsmessungen eingesetzten
Interferometer zu verbessern. Mit den Interferometern wird die Position
des Messtisches vermessen, welcher sich in einer in X-Koordinatenrichtung
und in Y-Koordinatenrichtung ausgerichteten Ebene bewegt.
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Die
unveröffentlichte Deutsche Patentanmeldung
DE 10 2007 030 390.6 offenbart
eine Koordinaten-Messmaschine und ein Verfahren zur Kalibrierung
der Koordinaten-Messmaschine. Die Koordinaten-Messmaschine dient
zur Bestimmung von Positionen von Strukturen auf einem Substrat.
Dabei ist das Substrat auf einem in X-Koordinatenrichtung und in
Y-Koordinatenrichtung beweglichen Messtisch gelegt. Die zu vermessenden
Strukturen werden mit dem Messtisch in die optische Achse eines
Messobjektivs verfahren. Die Position des Messtisches wird dabei
interferometrisch bestimmt. Anhand der Position des Messtisches
wird letztendlich die Position der Struktur auf der Maske ermittelt.
Für die interferometrische Bestimmung der Position des
Messtisches ist mindestens ein Laser-Interferometer vorgesehen.
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Die
Deutsche Patentschrift
DE
10 2005 040 661 offenbart eine Koordinaten-Messvorrichtung.
Es ist ein Referenzstrahl-Interferometer zur Bestimmung der Position
eines verfahrbaren Tisches offenbart. In einem längeren
der beiden Inteferometerarme ist ein evakuiertes Rohr eingebracht.
Das Rohr ist mit Fenstern abgeschlossen, die einen negativen Temperaturausdehnungskoeffizienten
aufweisen und eine Beschichtung zur Reflexion zur Wärmestrahlung
besitzen. Im kürzeren Strahlengang sind des Weiteren thermische
Kompensationsplatten eingebracht. Die Referenzstrahl-Interferometer
werden für hochgenaue Abstands- und Positionsmessungen
eingesetzt und sind beispielsweise wesentlicher Bestandteil von Masken-
und Wafermessgeräten für die Halbleiterindustrie.
Damit können die Strukturen aktueller, hoch integrierter
Schaltkreise vermessen werden. Diese Geräte benötigen
eine Genauigkeit im Bereich von wenigen Nanometern. Es gilt immer
die Referenzwellenlänge zu messen, da Umwelteinflüsse
sich auf die Wellenlänge des Messlichts auswirken und somit
einen falschen Messwert liefern würden. Es ist bekannt,
dass die Länge der Wellenlänge eines Lichtstrahls
vom Brechungsindex des vom Lichtstrahl durchlaufenen Mediums abhängt.
Dieser variiert durch langsame oder schnelle Änderungen
von Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchte, oder durch Änderungen
der Luftzusammensetzung.
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In
dem
US-Patent 5,469,260 wird
das Prinzip der interferometrischen Positionsmessung dargestellt.
Zur Erhöhung der Messgenauigkeit sind dabei Mess- und Referenzstrahlengang
mit an beiden Enden offenen Rohren umhüllt, in die definiert
temperaturstabilisierte Luft eingeblasen wird.
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In
der Deutschen Patentschrift
DE 196 28 969 C1 wird ein gattungsgemäßes
Referenzstrahl-Interferometer zur Bestimmung der Position eines
verfahrbaren Tisches dargestellt. Bei diesem Zweistrahl-Interferometer
wird der Einfluss von Wellenlängen änderungen durch
die Umgebungstemperatur dadurch verringert, dass in dem längeren
der beiden Interferometerstrahlengänge ein lichtdurchlässiger, geschlossener,
inkompressibler Körper eingeführt ist, so dass
die außerhalb des Körpers verlaufenden Anteile
von Referenzstrahlengang und Messstrahlengang bei einer bestimmten
Positionierung des verfahrbaren Messspiegels gleich lang sind. Damit
wirken sich Änderungen der Umgebungsfaktoren im Wesentlichen
gleich auf Referenz- und Messstrahlengang aus und heben sich dabei
weitgehend auf.
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Die
Europäische Patentanmeldung
0 053 199 A1 offenbart ein Messverfahren zur schrittweisen Messung
von geometrischen Größen und eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens. Der Messstrahlengang
einer Laser-Interferometereinrichtung verläuft in einem
längenveränderlichen evakuierten Hohlraum.
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In
dem
US-Patent 5,585,992 werden
durch Umgebungsturbulenzen oder Fluktuationen hervorgerufene Messfehler
durch eine duale Interferometervorrichtung kompensiert.
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Die
Umwelteinflüsse auf die möglichen Wellenlängenänderungen
hat man relativ gut im Griff. Dennoch spielt auch die optische Rückkopplung
des Messlichts in den Laser eine erhebliche Rolle. Diese optische
Rückkopplung bewirkt Instabilitäten der Laserfrequenz.
Die Laserfrequenz ist für die Messung das Normmaß. Ändert
sich dieses Maß oder ist die Frequenz vom Laser von der
am Messort verschieden, hat der ermittelte Messwert einen Fehler.
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Aufgabe
der gegenwärtigen Erfindung ist, die Messwiederholbarkeit
und die Messgenauigkeit von Positionsmessungen mit Interferometern
und Interferometer-Komponenten zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine interferometrische Einrichtung
zur Positionsmessung, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Ferner
ist es Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung, eine Koordinaten-Messmaschine
zu schaffen, mit der die Genauigkeit und die Wiederholbarkeit bezüglich
von Positionsmessungen eines Messtisches erhöht werden.
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Die
obige Aufgabe wird gelöst durch eine Koordinaten-Messmaschine,
die die Merkmale des Anspruchs 9 umfasst.
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Es
ist von Vorteil, wenn mindestens dem Strahlenteiler der interferometrischen
Einrichtung, der das Messlicht in einen ersten Strahlengang und einen
zweiten Strahlengang aufteilt und den Strahlteiler, der den dritten
Strahlengang über ein Interferometer auf ein Etalon richtet,
jeweils ein Strahlteiler nachgeordnet ist. Dieser Strahlteiler richtet
das Messlicht im ersten Teilstrahlengang und zweiten Teilstrahlengang
jeweils auf die spiegelnde Fläche des beweglichen Elements.
Eine weitere Ausführungsform ist, dass dem Strahlteiler,
der das Messlicht in den ersten Teilstrahlengang und den zweiten
Teilstrahlengang aufteilt, ein Strahlteiler vorgeordnet ist. Bei
dieser Ausführung sind im ersten Teilstrahlengang und zweiten
Teilstrahlengang jeweils spiegelnde Elemente vorgesehen, die das Messlicht
auf die spiegelnde Fläche des beweglichen Elements (20)
richten. Den Strahlteilern kann jeweils eine Strahlfalle zugeordnet
sein, die das von den jeweiligen Interferometern zurückkommende
Licht fängt. Durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung gilt es zu verhindern, dass Licht zurück in
den Laser oder die Interferometer gelangt. Um dieses zu minimieren, sollten
die Teilungsverhältnisse der in der interferometrischen
Einrichtung vorhandenen Strahlteiler derart auszugestalten sein,
dass Rückreflexe in den Laser und/oder die Interferometer
minimiert sind, wobei aber gleichzeitig ausreichend Licht für
die interferometrische Bestimmung der Position des Messtisches vorhanden
ist.
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In
den ersten Teilstrahlengang und/oder in dem zweiten Strahlengang
ist ein weiterer Strahlteiler vorgesehen, der über das
Interferometer den ersten Teilstrahlengang auf die spiegelnde Fläche
des beweglichen Elements richtet. Diesem weiteren Strahlteiler ist
ebenfalls eine Strahlfalle zugeordnet, die das vom Interferometer
zurückkommende Licht fängt. Ebenso ist dem weiteren
Strahlteiler ein Detektor zugeordnet, der das durch den weiteren
Strahlteiler hindurch tretende Licht misst.
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Es
hat sich als Vorteil herausgestellt, wenn die weiteren Strahlteiler
als 50/50-Teiler ausgebildet sind. Ebenso handelt es sich bei dem
beweglichen Element um einen Messtisch, der in X-Koordinatenrichtung
und in Y-Koordinatenrichtung beweglich angeordnet ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der interferometrischen Einrichtung
ist, wenn im Messlicht der Laserlichtquelle ein Strahlteiler vorgesehen ist.
Dieser Strahlteiler lenkt das Messlicht auf den Strahlteiler um,
der das Messlicht in einem ersten Strahlengang und in einen zweiten
Strahlteiler aufspaltet. Dem Strahlteiler ist ein Detektor zugeordnet, der
das von der Laser-Lichtquelle kommende Licht und das vom Strahlteiler
durchgelassene Licht empfängt.
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Der
im Messlicht nach der Lichtquelle vorgesehene Strahlteiler ist als
50/50-Teiler oder als 33/67-Teiler ausgebildet. Falls bei der Ausführungsform,
bei der nach der Laserlichtquelle ein Strahlteiler eingesetzt wird,
die weiteren Strahlteiler der interferometrischen Einrichtung als
Spiegel ausgebildet sind, die das Licht im ersten Teilstrahlengang
und im zweiten Teilstrahlengang auf die spiegelnden Flächen
des beweglichen Elements richten.
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Den
Strahlfallen und/oder den Spiegeln sind ebenfalls Justage-Elemente
zugeordnet, über die eine Verkippung in Bezug auf die spiegelnde
Fläche des beweglichen Elements derart einstellbar ist,
dass ein auf die spiegelnde Fläche hinlaufender Lichtstrahl in
einem von der spiegelnden Fläche reflektierenden Lichtstrahl
zumindest teilweise überlappt. Ebenso kann auch der Grad
der Überlappung bestimmt werden. Dies ist wichtig, da nur
sich überlagernde oder überlappende Strahlen für
die Messung die erforderlichen Ergebnisse liefern können.
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Die
interferometrische Einrichtung findet im Besonderen bei einer Koordinaten-Messmaschine Anwendung.
Die Koordinaten-Messmaschine dient zur Bestimmung von Positionen
von Strukturen auf einem Substrat. Die Koordinaten-Messmaschine
umfasst einen in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung
beweglichen Messtisch. Auf diesem Messtisch ist das Substrat gelegt.
Der Messtisch selbst besitzt zwei spiegelnde Flächen, auf
das eine Laserlichtquelle gerichtet ist, so dass damit die Positionsmessung
des Messtisches möglich ist. Für die Positionsmessung
ist mindestens ein Strahlteiler vorgesehen, der das Messlicht der
Laserlichtquelle in einen ersten Strahlengang und einen zweiten
Strahlengang aufteilt. Diese Teilstrahlengänge werden jeweils über
ein Interferometer auf die spiegelnde Fläche des beweglichen
Elements gerichtet. Ebenso ist im ersten Strahlengang oder im zweiten
Strahlengang ein weiterer Strahlteiler vorgesehen, der einen dritten Teilstrahlengang über
ein Interferometer auf ein Etalon zur Referenzmessung richtet. Ferner
ist es denkbar, dass mit der interferometrischen Einrichtung ebenfalls
die Position des Messobjektivs in Bezug auf die in X-Koordinatenrichtung
und in Y-Koordinatenrichtung ausgerichtete Ebene des Messtisches
bestimmt werden kann. Hierzu sind ebenfalls am Messobjektiv entsprechende
reflektierende Flächen angeordnet. Dem Messobjektiv kann
eine eigene interferometrische Einrichtung zugeordnet werden. Ebenso ist
es denkbar, dass aus dem von der Laserlichtquelle ausgehenden Messlichtstrahl
ein weiterer Teilstrahl abgespalten wird, der für die Positionsbestimmung des
Messobjektivs in analoger Weise wie bei der Positionsbestimmung
des Messtisches verwendet wird.
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Im
Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und
ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher
erläutern.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Koordinaten-Messmaschine,
wie diese hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt ist.
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2 zeigt
eine schematische Anordnung einer interferometrischen Einrichtung
gemäß dem Stand der Technik, bei der die Positionsmessung
des Messtisches der Koordinaten-Messmaschine aus 1 Verwendung
findet.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung des Verlaufs der Lichtstrahlen im
Interferometer.
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4 zeigt
schematisch die Anordnung von reflektierenden Flächen in
einem Interferometer, wie dies bei der gegenwärtigen Erfindung
Verwendung findet.
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5 zeigt
eine schematische Ansicht eines Strahlteilers und den am Strahlteiler
verlaufenden Strahlen.
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6 zeigt
eine Ansicht der erfindungsgemäßen interferometrischen
Einrichtung, mit der die Position eines Messtisches, bzw. eines
beweglichen Elements bestimmt wird.
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7 zeigt
eine schematische Anordnung einer weiteren Ausführungsform
der gegenwärtigen Erfindung, womit der ebenfalls die Position
eines Messtisches, bzw. eines beweglichen Elements interferometrisch
gemessen wird.
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8 zeigt
eine schematische Darstellung der beiden Laserstrahlen mit unterschiedlicher
Polarisation, die sich im Ausgang des Interferometers je nach Verkippung
der Strahlen überlagern.
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Für
gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische
Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber
nur Bezugszeichen in einzelnen Figuren dargestellt, die für die
Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten
Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie
die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgestaltet
sein kann, und stellen keine abschließende Beschränkung
dar.
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Eine
Koordinaten-Messmaschine 1 der in 1 dargestellten
Art ist bereits mehrfach aus dem Stand der Technik bekannt und ebenfalls
dort beschrieben. Der Vollständigkeit halber wird jedoch
auf die Funktionsweise und die Anordnung der einzelnen Elemente
der Koordinaten-Messmaschine eingegangen. Ferner sei darauf hingewiesen,
dass mit der Koordinaten-Messmaschine 1 Positionen von
Strukturen 3 auf der Oberfläche 2a eines
Substrats 2 (Maske für die Herstellung von Halbleitern)
vermessen werden können. Diese Vermessung wird optisch
durchgeführt. Dabei wird der Messtisch 20, der
als Spiegelkörper ausgebildet ist, innerhalb einer Ebene 25a in X-Koordinatenrichtung
und in Y-Koordinatenrichtung verfahren, damit eine zu vermessende
Struktur 3 auf der Oberfläche 2a des
Substrats in die optische Achse 5 des Messobjektivs 9 gelangt.
Die Position der jeweils zu vermessenden Struktur wird dabei in
Bezug auf das Koordinatensystem der Koordinaten-Messmaschine 1 bestimmt.
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Der
Messtisch 20 ist dabei in einer Ebene 25a verfahrbar,
die auf dem Element 25 gebildet ist. Das Element 25 ist
in einer bevorzugten Ausführungsform ein Granitblock. Es
ist jedoch für einen Fachmann selbstverständlich,
dass das Element 25 auch aus einem anderen Material ausgebildet
sein kann, welches eine exakte Ebene 25a für die
Verschiebung des Messtisches 20 gewährleistet.
Die Position des Messtisches wird mittels mindestens eines Laser-Interferometers 24 gemessen,
welches zur Messung einen Lichtstrahl 23 aussendet. Das Element 25 selbst
ist auf Schwingungsdämpfern gelagert, um somit Gebäudeschwingungen
von der Koordinaten-Messmaschine 1 fernzuhalten. Der Messtisch 20 selbst
ist auf Lagern 21 in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung
verfahrbar. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die
Lager 21 als Luftlager ausgebildet.
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Auf
dem Messtisch 20, welcher z. B. ein Spiegelkörper
ist, ist das Substrat 2 aufgelegt, welches die zu vermessenden
Strukturen 3 trägt. Das Substrat 2 kann
mit einer Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 und/oder
mit einer Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 beleuchtet
werden. Das Licht der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 gelangt über
einen Umlenkspiegel 7 und einen Kondensor 8 auf
das Substrat 2. Ebenso gelangt das Licht der Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 über
ein Messobjektiv 9 auf das Substrat 2. Das Messobjektiv 9 ist
mit einer Verstelleinrichtung 15 versehen, die es erlaubt
das Messobjektiv 9 in Z-Koordinatenrichtung zu verstellen.
Das Messobjektiv 9 sammelt das vom Substrat ausgehende
Licht und lenkt es aus der Auflichtbeleuchtungsachse, bzw. optischen
Achse 5 mittels eines teildurchlässigen Umlenkspiegels 12 heraus. Das
Licht wird auf eine Kamera 10 gerichtet, die mit einem
Detektor versehen ist. Der Detektor 11 ist mit einem Rechnersystem 16 verbunden,
dass aus den vom Detektor 11 ermittelten Messwerten die
entsprechenden Positionsdaten der jeweils vermessenen Struktur auf
dem Substrat 2 berechnet. Parallel dazu wird mit dem Rechnersystem 16 ebenfalls
die erforderliche Korrektur des durch den Umgebungsluftdruck bedingten
Skalenfehlers durchgeführt.
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In 2 zeigt
eine schematische Ansicht einer interferometrischen Einrichtung
gemäß dem Stand der Technik. Mit der interferometrischen
Einrichtung wird die Bewegung eines beweglichen Elements 20 in
X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung bestimmt. Die
Position des beweglichen Elements wird in Bezug auf das Koordinatensystem
der Koordinaten-Messmaschine 1 ermittelt. Es ist eine Laserlichtquelle 24 vorgesehen,
die das für die Positionsmessung erforderliche Messlicht 23 aussendet.
Das Messlicht 23 trifft auf einen Spiegel 30,
der das Messlicht um 90° umlenkt. Das so umgelenkte Messlicht
trifft auf einen Strahlteiler 40, der aus dem einlaufenden
Messlicht einen ersten Teilstrahlengang 31 und einen zweiten
Teilstrahlengang 32 aufspaltet. Der erste Teilstrahlengang 31 trifft
auf einen weiteren Spiegel 30, der das Messlicht in Richtung
auf eine spiegelnde Fläche 34 des Messtisches 20 umlenkt.
Ebenso ist im zweiten Teilstrahlengang ein Spiegel 30 angeordnet,
der ebenfalls das Messlicht auf eine andere spiegelnde Fläche 34 des
Messtisches 20 umlenkt. Die spiegelnden Flächen 34 sind im
Wesentlichen parallel zu den Koordinatenachsen des Y-Koordinatensystems
und X-Koordinatensystems ausgerichtet. Die Messstrahlengänge
werden jeweils über ein Interferometer 35 auf
die spiegelnde Fläche 34 des beweglichen Elements 20 gerichtet. Zur
Bestimmung der Referenzwellenlänge kann im ersten Teilstrahlengang 31 oder
im zweiten Teilstrahlengang 32 ein weiterer Strahlteiler 42 vorgesehen sein,
der einen dritten Teilstrahlengang 33 über ein Interferometer 35 auf
ein Etalon 50 richtet.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung des Verlaufs des Laserlichts zwischen
Interferometer, sowie Messspiegel 34 und Referenzspiegel 64. Das
von der Laserlichtquelle 24 kommende Messlicht 23 umfasst
zwei senkrecht zueinander polarisierte Teilstrahlen. Nach Reflexion
beider Strahlen am Messobjekt, bzw. an der spiegelnden Fläche 34 des
beweglichen Elements 20 und einem parallel Versatz im Interferometer 35 überlagern
sich diese beiden Teilstrahlen wieder und werden über eine Auskoppeloptik 60 einem
Messsignalempfänger (nicht dargestellt) zugeleitet. Theoretisch
zeigen solche Systeme die größten Genauigkeiten,
wenn die Strahlen genau um 90° bzw. 180° abgelenkt
werden. Dies bedeutet, dass nicht linear polarisiertes Licht wieder
in seinen Ausgangspunkt zurückkehren würde, soweit
es im Teiler in diese Richtung abgelenkt wird. Dabei sind die Interferometer
von solcher Bauart, dass der Laserstrahl senkrecht auf die von dem Interferometer-Glaskörper
definierten Grenzflächen 62 trifft. Ebenso sind
im Strahlengang Lambda/Viertel-Plättchen 63 vorgesehen, in
denen die Strahlen im Interferometer umpolarisiert werden. Bei allen,
in 3 dargestellten Reflexionen, entstehen an allen optischen Übergängen
Reflexe, bzw. ein Überkoppeln der polarisierten Strahlen
in den falschen Pfad. Da die Strahlablenkung nur wenig von 90° bzw.
180° abweichen, laufen die Strahlen auf dem Eingangsweg
zurück in Richtung Laserlichtquelle 24. Dieses zurücklaufende
Licht bewirkt Instabilität in der Laserfrequenz. Wie bereits
erwähnt, ist die Laserfrequenz ein Normaß für
die Messung. Ändert sich dieses Normmaß oder ist
die Frequenz im Laser von der am Messort verschieden (data age),
hat der ermittelte Messwert einen Fehler. Dabei ist bekannt, dass
die Rückkopplung des Strahls (vom Interferometer) auf die
Laser-Lichtquelle selbst dadurch minimiert werden kann, dass die
Intensität nach Verlassen der Laser-Lichtquelle minimiert
wird (z. B. durch einen Teiler, der direkt hinter der Laser-Lichtquelle,
bzw. vor dem Strahlteiler oder Umlenkspiegel 30 sitzt,
der das Messlicht in einen ersten Strahlengang 31 und einen zweiten
Strahlengang 32 aufspaltet). Weiterhin ist bekannt, dass
durch Verkippen des Interferometers oder des Strahls über
einen Einkoppelspiegel die sog. nichtlinearen Interferometerfehler
ebenfalls minimiert werden. Diese entstehen durch Reflexe, bzw. durch
vom Design her nicht gewolltes Übersprechen der Strahlen
mit unterschiedlicher Polarisation. Durch das Verkippen läuft
der reflektierte Anteil nicht in sich selbst zurück. Die
Reflexe vom Interferometer zurück in Richtung Teiler konnten
jedoch mit den Anordnungen gemäß dem Stand der
Technik nicht beobachtet werden. Das Minimieren der Interferometerfehler
wurde durch Kippen der Einkoppelspiegel zu den Interferometern vorgenommen.
Welcher Zustand durch das Verkoppeln erzielt wurde, konnte erst
durch länger dauernde Messungen bestimmt werden. Kurzfristige
Analysen der Amplitude des Interferometer-Messstrahls nach Durchlaufen
der Anordnung zeigten keine hinreichende Sensitivität.
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4 zeigt
eine schematische Ansicht der Grenzflächen des Interferometers
und der Auskoppeloptik. Die Grenzflächen 70 in
der in 4 gezeigten Darstellung sind mit gestrichelt gepunkteter
Linie gekennzeichnet. Wie bereits erwähnt, läuft
ein gewisser Anteil 23R des auf
den Glaskörper 61 des Interferometers treffenden
Messlichtstrahls 23 der Laserlichtquelle 24. Dieser
Anteil 23R führt wie bereits
erwähnt zu der negativen Beeinflussung der Laser-Lichtquelle.
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In 5 ist
eine schematische Darstellung eines Strahlteilers 40, 42, 43 dargestellt,
wie er bei der gegenwärtigen Erfindung Verwendung findet. Das
von der Laserlichtquelle kommende Messlicht 23 ist durch
einen dicken Pfeil dargestellt. Die durch die Teilerschicht 73 des
Teilers 40, 42 und 43 aufgeteilten ersten
Teilstrahlengangs 31, bzw. zweiten Teilstrahlengangs 32 sind
ebenfalls hier mit durchgezogenen Linien dargestellt. Das von den
Interferometern (nicht dargestellt) zurücklaufende Licht 31R , bzw. 32R ist
gestrichelt gepunktet, bzw. gestrichelt gekennzeichnet. Das zurücklaufende
Licht 32R wird an der Reflexionsschicht 73 des
Strahlteilers 40, 42, 43 einmal reflektiert
und tritt einmal durch die Schicht 73 hindurch. Ebenso
wird das Licht 31R , welches vom
Interferometer zurückläuft, an der Reflexionsschicht 73 des
Strahlteilers 40, 42, 43 reflektiert
und tritt hindurch. Wie aus der 5 eindeutig
hervorgeht, gelangt somit Licht 31R und 32R , welches von den Interferometern reflektiert
wird zurück zu der Laserlichtquelle 24 (hier nicht
dargestellt). Der Strahlteiler 40, 42, 43 ist
dabei in einer Halterung 75 vorgesehen. In der Halterung 75 des
Strahlteilers 40, 42, 43 ist eine Bohrung 76 vorgesehen,
durch die die vom Interferometer zurücklaufenden Strahlen 31R und 32R austreten
können. Somit vermeidet man innerhalb der Halterung 75 des
Strahlteilers 40, 42, 43 Reflexionen, die
abermals wieder in Richtung des Lasers oder der Interferometer gelangen
können. Das in den Laser zurücklaufende Licht 31R und 32R bewirkt
ebenfalls eine Störung der Gesamtmessung. Das zurücklaufende
Licht kann die Stabilität des Lasers selbst stören
(freebling, s. Artikel D. Musinsky, Cygo). Weiterhin
wird vom Laser selbst ein Referenzsignal erzeugt. Dieses Referenzsignal
stellt letztendlich die Längeneinheit dar, mit der die
von den Interferometern erzeugte Information normiert wird. Das
zurücklaufende Licht bewirkt Fluktuationen dieses Referenzsignals.
Diese werden bis zu einer gewissen Schwelle durch eine Kontrolleinheit
im Laser reguliert, aber die Regulierung hat eine Latenzzeit, bzw.
unterschiedliche Lauflängen des Lichts müssen
berechnet werden. Fallen die Schwankungen unter die Schwelle der
Kontrolleinheit, so führt dies zu Ungenauigkeiten des Messwertes.
Reduziert man das reflektierte Licht gegenüber dem Ausgangssignal,
so bewirkt dies eine Minimierung der Fluktuationen.
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6 zeigt
eine schematische Ausgestaltung einer Ausführungsform der
gegenwärtigen erfinderischen interferometrischen Einrichtung.
Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform
gelangt das von der Laserlichtquelle 24 ausgehende Messlicht 23 zunächst
auf einen Umlenkspiegel 30. Von dem Umlenkspiegel 30 gelangt
das Messlicht zu einem Strahlteiler 40, der das Messlicht 23 in
einen ersten Teilstrahlengang 31 und in einen zweiten Teilstrahlengang 32 aufspaltet.
Ebenso kann im ersten Teilstrahlengang 31 oder im zweiten
Teilstrahlengang 32 ein weiterer Strahlteiler 42 vorgesehen
sein, der einen Teil des Messlichts über ein Interferometer 35 auf ein
Etalon 50 richtet. Es sind weitere Strahlteiler 43 im
ersten Teilstrahlengang 31 und im zweiten Teilstrahlengang 32 vorgesehen,
die ebenfalls das Messlicht über ein Interferometer 35 auf
die spiegelnde Fläche 34 des beweglichen Elements 20 (Messtisch)
richten. Wie bereits in der Beschreibung zu 5 erwähnt,
ist der Halter 75 für den jeweiligen Strahlteiler 43,
der direkt das vom Interferometer 35 zurückkommende
Licht empfängt, mit einer Bohrung 76 versehen.
Hinter der Bohrung 76 ist eine Strahlfalle 55 angeordnet,
durch die das aus dem Strahlteiler 40, 42, 43 austretende
Licht vernichtet wird. Durch diese Vernichtung des Lichts wird das
Referenzsignal der Laserlichtquelle 24 wesentlich weniger
gestört. Die in 6 gezeigte Anordnung hat z.
B. den Vorteil, dass hier die beiden Umlenkspiegel 30,
welche das Messlicht auf die spiegelnden Flächen 34 des
beweglichen Elements richten, gegen Strahlteiler 43 vor
den Interferometern 35 versetzt worden sind. Diese Strahlteiler 43 sind
als 50/50-Teiler ausgebildet. Das ursprünglich auf den
Strahlteiler 43 treffende Licht wird dadurch um 50% abgeschwächt.
Das von dem Interferometer zurückkommende Licht wird nochmals
um 50% abgeschwächt. Somit erreicht man eine deutliche
Abschwächung des Lichts, was zu einer geringen Störung
des Referenzsignals der Laserlichtquelle 24 führt.
In der in 6 gezeigten Anordnung kann das Überkoppeln
und die Minimierung des in den Laser zurücklaufenden Lichts
erreicht werden, welches zusätzlich durch die bereits erwähnten
Lichtfallen 55 unterstützt wird.
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7 zeigt
eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
interferometrischen Einrichtung, mit der ebenfalls Rückreflexe
in die Laserlichtquelle 24 minimiert werden können. 7 unterscheidet
sich von der Darstellung des Standes der Technik aus 2 dadurch,
dass der unmittelbar der Laserlichtquelle 24 nachgeordnete
Umlenkspiegel 30 gegen einen Strahlteiler 44 ersetzt
ist. Der Einsatz von Neutral-Filtern, soweit sie die Polarisation
des Lichts nicht stören, ist ebenfalls eine Alternative
zur Minimierung von Freebling und Übersprechen. Wie aus
der Darstellung der 6 und 7 zu erkennen
ist, ist hinter den Strahlteilern 43 in 6 und dem
Strahlteiler 44 in 7 jeweils
ein Detektor 56 vorgesehen. Diese Strahlteiler 43,
bzw. 44 sind ebenfalls aus 50/50-Teiler ausgebildet und
bieten die Möglichkeit, diese Detektoren 56 anzuschließen.
Man kann sowohl eine externe Strahlfrequenz (Referenzfrequenz des
ungestörten Laserstrahls), als auch ein zusätzliches
Etalon betreiben. Die Analyse der von den Interferometern reflektierten
Lichtanteile ist zumindest dem Betrag nach durch weitere Detektoren möglich,
die zu Justagezwecken anstatt der Strahlfallen 55 angebracht
werden können. Über diese Detektoren 56,
welche anstelle der Strahlfallen 55 angebracht werden,
kann die Verkippung beobachtet und dokumentiert werden. Bei der
in 7 gezeigten Variante wird das von den Interferometern 35 reflektierte
Licht nur im Teilungsverhältnis des Strahlteilers 40 in
Richtung des Strahlteilers 44 gelenkt, der unmittelbar
der Laserlichtquelle 24 nachgeschaltet ist. Der andere
Teil wird durch die Strahlfalle 55 absorbiert, bzw. kann
zu Justagezwecken benutzt werden, falls ein Detektor 56 verwendet
wird. Das von der Laserlichtquelle 24 kommende Messlicht 23,
welches nicht abgelenkt wird, gelangt ebenfalls auf einen Detektor 56,
welches zur Erzeugung von Referenzsignalen genutzt werden kann.
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8 zeigt
eine schematische Darstellung der beiden Laserstrahlen mit unterschiedlicher
Polarisation, die sich im Interferometerausgang je nach Verkippung
der strahlführenden und reflektierenden Elemente überlagern
lassen. Wie bereits erwähnt, kann durch Verkippen der Interferometer 35 selbst, bzw.
der Spiegel 30 oder der Strahlteiler 42, 43,
welche direkt vor den Interferometern 35 angeordnet sind,
der nicht lineare Interferometerfehler minimiert werden. Es hat
sich gezeigt, dass ein Verkippen der Spiegel 30 oder der
Teiler 42, 43 einfacher mechanisch umzusetzen
ist, da die Halter für die Teiler 42, 43,
bzw. für die Spiegel 30 bereits ein Justageelement
(nicht dargestellt) besitzen. Dem Verkippen sind natürlich
enge Grenzen gesetzt, da die beiden Strahlen im Interferometerausgang 80 noch
hinreichend überlappen müssen. Das Anbringen von
Justageelementen (nicht dargestellt) im Falle der Verwendung von
Strahlteilern 42, 43 ist sinnvoll, da darüber
sofort das Ausmaß des Verkippens kontrolliert werden kann.
Letztendlich erhält man über den Detektor 56 eine
Darstellung, welche das Maß der Überlappung des
einlaufenden Strahls 82 in Bezug auf den reflektierten
Strahl 84 zeigt. So lange der einlaufende Strahl 82 und
der auslaufende Strahl 84 einen Überlappungsbereich 83 aufweisen,
liegt die Verkippung in dem erforderlichen Maß, um dadurch
auch die Rückreflexion in die Laserlichtquelle 24 zu
reduzieren. Der Überlappungsbereich ist mit dem Umriss 81 dargestellt.
Die Auswirkung der Verkippung kann durch die Anbringung von Detektoren 56 an
den Teilern 42, bzw. 43 sofort eine Aussage über
die Auswirkung der Verkippung liefern.
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Die
Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform
beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar,
dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht
werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden
Ansprüche zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007030390 [0004]
- - DE 102005040661 [0005]
- - US 5469260 [0006]
- - DE 19628969 C1 [0007]
- - EP 0053199 A1 [0008]
- - US 5585992 [0009]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Artikel D.
Musinsky, Cygo [0038]