CN105509634B - 干涉仪 - Google Patents

Abstract

本发明给出一个干涉仪，它包括一光源、一分光器、一参考反射器、一测量反射器、一检测单元以及至少两个透明的平板。通过分光器将光束分裂成至少一测量光束和一参考光束。直到再联合所述测量光束在测量臂中传播，所述参考光束在参考臂中传播。所述参考光束至少三次入射到设置在参考臂上的参考反射器上。所述测量反射器设置在测量臂里面并且与测量目标连接，所述测量目标沿着测量方向相对于参考反射器运动，所述测量光束至少三次入射到测量反射器上。通过检测单元可以检测来自干涉的测量和参考光束相对于测量目标位置的至少一距离信号。所述平板相互平行地在光程中设置在光源与检测单元之间。至少测量反射器相对于平板沿着测量方向运动。所述平板分别包括多个光学元件，它们施加这样的光学作用在测量光束和参考光束上，使所述测量光束和参考光束分别相互平行地在测量和参考反射器的方向上传播。

Description

干涉仪

技术领域

本发明涉及一种干涉仪，它尤其适用于高精度的位置测量和/或距离测量。

背景技术

由US 4,752,133已知所谓的平面镜干涉仪。这个干涉仪包括光源、第一分光器以及检测单元。通过第一分光器使由光源发射的光束分裂成至少一测量光束和至少一参考光束。然后测量光束和参考光束分别在测量臂和参考臂中传播直到在分光器中再联合。在测量臂中由平面镜构成的测量反射器设置在活动的测量目标上；参考臂具有至少一参考反射器。利用检测单元可以检测来自再联合的、干涉的测量光束和参考光束或测量目标位置的至少一距离信号。

作为分光器在US 4,752,133中规定了一个极化-分光立方体，平面镜作为参考-反射器，它设置在测量光束之间。在此参考臂和测量臂的公共三棱镜粘接或光学连接在分光立方体上；此外三棱镜也可以在空间上与分光立方体分开地设置。

这种干涉仪的缺陷是，不仅极化-分光立方体而且三棱镜都只能非常费事地加工。因此对于分光立方体必需使不同的侧面高精度地相互对准，尤其当一个或多个三棱镜和可能其它光学元件直接设置在分光立方体上的时候。在空间上分开地布置分光立方体和三棱镜的情况下，同样需要非常费事的、无漂移地支承这些元件。此外，在测量目标需要大的倾翻误差时必需相当大结构地构成三棱镜。

发明内容

本发明的目的是，实现一个紧凑构造的干涉仪，它具有尽可能简单制成的光学部件。

为此本发明提出一种干涉仪，具有一光源，一第一分光器，它将由光源发射的光束分裂成至少一测量光束和至少一参考光束，通过它们撑开一个分裂面，其中直到在联合面中的联合地点上再联合所述测量光束在测量臂中传播，所述参考光束在参考臂中传播，其中所述联合面平行于分裂面取向，一参考反射器，它设置在参考臂里面，其中所述参考光束至少三次入射到参考反射器上，一测量反射器，它设置在测量臂里面并且与测量目标连接，所述测量目标沿着测量方向相对于参考反射器运动，并且其中所述测量光束至少三次入射到测量反射器上，一检测单元，通过它可以检测来自在联合地点上叠加的、干涉的测量和参考光束相对于测量目标位置的至少一距离信号，至少两个透明的平板，它们相互平行地在光程中设置在光源与检测单元之间，其中至少测量反射器相对于平板沿着测量方向运动，并且所述平板分别包括多个光学元件，它们施加这样的光学作用在测量光束和参考光束上，使所述测量光束和参考光束分别相互平行地在测量和参考反射器的方向上传播，其中，在两个平板里面由光学元件构成用于测量光束和参考光束的多个反射器和至少四个成像光路并且，其中，通过两个成像光路分别引起测量光束和参考光束从分裂面错位到中间面，该中间面设置在分裂面与联合面之间并且平行于它们取向并且其中，通过另两个成像光路分别引起测量光束和参考光束从中间面错位到联合面。

按照本发明的干涉仪的有利实施例在下面详细描述。

按照本发明的干涉仪包括

-一光源，

-一第一分光器，它将由光源发射的光束分裂成至少一测量光束和至少一参考光束，通过它们撑开一个分裂面，其中直到在联合面中的联合地点上再联合，所述测量光束在测量臂中传播，所述参考光束在参考臂中传播，其中所述联合面平行于分裂面取向，

-一参考反射器，它设置在参考臂里面，其中所述参考光束至少三次入射到参考反射器上，

-一测量反射器，它设置在测量臂里面并且与测量目标连接，所述测量目标沿着测量方向相对于参考反射器运动，并且其中所述测量光束至少三次入射到测量反射器上，

-一检测单元，通过它可以检测来自在联合地点上叠加的、干涉的测量和参考光束相对于测量目标位置的至少一距离信号，

-至少两个透明的平板，它们相互平行地在光程中设置在光源与检测单元之间，其中至少测量反射器相对于平板沿着测量方向运动，并且所述平板分别包括多个光学元件，它们施加这样的光学作用在测量光束和参考光束上，使所述测量光束和参考光束分别相互平行地在测量和参考反射器的方向上传播。

最好在两个平板里面由光学元件构成用于测量光束和参考光束的多个反射器和至少四个成像光路，

-其中，通过两个成像光路分别引起测量光束和参考光束从分裂面错位到中间面，该中间面设置在分裂面与联合面之间并且平行于它们取向并且

-其中，通过另两个成像光路分别引起测量光束和参考光束从中间面错位到联合面。

可以具有两个平板，其中

-在第二平板里面设置用于测量光束的第一成像光路，

-在第一平板里面设置用于测量光束的第二成像光路，

-在第二平板里面设置用于参考光束的第三成像光路，

-在第一平板里面设置用于参考光束的第四成像光路和

-通过第一和第三成像光路还引起在其上入射的光束的入口-光径放大，并且

-通过第二和第四成像光路还引起在其上入射的光束光径减小到入口-光径上。

在此，所述成像光路分别包括两个设置在平板一侧上的反射的光栅透镜和设置在平板对置一侧上的反射器，其中所述光栅透镜和反射器的反射的侧面相互面对。

在此能够实现，

-第一成像光路

-具有第一光栅透镜和第二光栅透镜，它们两者设置在第二平板的一侧上上和

-具有一设置在第二平板的对置一侧上的第一反射器，其中

-通过第一成像光路引起在其上入射的测量光束的入口-光径的加倍，和

-第二成像光路

-具有第三光栅透镜和第四光栅透镜，它们两者设置在第一平板的一侧上，并且

-具有一设置在第一平板的对置一侧上的第二反射器，其中

-通过第二成像光路引起在其上入射的测量光束的光径的减半，和

-第三成像光路

-具有第五光栅透镜和第六光栅透镜，它们两者设置在第二平板的一侧上，并且

-具有一设置在第二平板的对置一侧上的第三反射器，其中

-通过第三成像光路引起在其上入射的参考光束的入口-光径的加倍，和

-第四成像光路

-具有第七光栅透镜和第八光栅透镜，它们两者设置在第一平板的一侧上，并且

-具有设置在第一平板的对置一侧上的第四反射器，其中

-通过第四成像光路引起在其上入射的参考光束的光径的减半。

在此有利的是，第一、第四、第五和第八光栅透镜分别具有第一焦距，并且第二、第三、第六和第七光栅透镜分别具有第二焦距，它两倍于第一焦距。

此外，按照本发明的干涉仪可以包括三个在光传播方向上间隔设置的平板，其中-在第二和第三平板里面构成用于测量光束的第一成像光路，

-在第二和第三平板里面构成用于测量光束的第二成像光路，

-在第一和第二平板里面构成用于参考光束的第三成像光路，

-在第一和第二平板里面构成用于参考光束的第四成像光路，

-通过第一和第三成像光路还引起在其上入射的光束的入口-光径的加大，并且

-通过第二和第四成像光路还引起在其上入射的光束的光径减小到入口-光径上。

在此可以规定，所述成像光路分别包括两个设置在平板上的反射的光栅透镜和设置在对置的平板上的反射器，其中，所述光栅透镜和反射器的反射的侧面相互面对。

在此还能够实现，

-第一成像光路

-具有第一光栅透镜和第二光栅透镜，它们两者设置在第三平板上并且

-具有设置在第二平板上的第一反射器，其中

-通过第一成像光路引起在其上入射的测量光束的入口-光径的加倍，和

-第二成像光路

-具有第三光栅透镜和第四光栅透镜，它们两者设置在第一平板上并且

-具有设置在第二平板上的第二反射器，其中

-通过第二成像光路引起在其上入射的测量光束的光径的减半，和

-第三成像光路

-具有第五光栅透镜和第六光栅透镜，它们两者设置在第三平板上并且

-具有设置在第二平板上的第三反射器，其中

-通过第三成像光路引起在其上入射的参考光束的入口-光径的加倍，和

-第四成像光路

-具有第七光栅透镜和第八光栅透镜，它们两者设置在第一平板上，并且

-具有设置在第二平板上的第四反射器，其中

-通过第四成像光路引起在其上入射的参考光束的光径的减半。

有利地是，第一、第四、第五和第八光栅透镜分别具有第一焦距并且第二、第三、第六和第七光栅透镜分别具有第二焦距，它两倍于第一焦距。

此外能够实现，第一分光器在第二平板上由光栅或由极化光学分光层构成，它们分别设置在第二平板的一侧上，它对准第一平板。

此外可以规定，所述测量反射器和参考反射器分别由平面镜反射器构成。

有利地在测量光束的光程里面这样构成延迟长度，使测量光束和参考光束在分裂与再联合之间在空气和在平板里面经过一致的光学路径。

此外可以规定，

-所述测量光束在第二次辐射时垂直入射在测量反射器上并且

-所述参考光束在第二次辐射时垂直入射在参考反射器上。

此外能够实现，在平板之间设置间隔体，它们在平板之间传播的测量光束和参考光束的范围里面具有空隙。

在按照本发明的干涉仪中已经证实有利的是，省去费事地加工分光立方体和一个或多个三棱镜。为了执行这些元件的光学功能，按照本发明只需在光程中的平板，在其上设置适合的光学元件。这种平板包括设置在其上的元件通过适合的光刻工艺成本有利和简单地制成；在此尤其不再需要费事的90°角抛光。此外省去在现有技术中要求的粘接在光学重要的光程部位或辐射光学部件。此外也不再需要在光程里面费事的、无漂移地布置光学元件。

此外在按照本发明的干涉仪中在测量反射器和/或参考反射器从其各自的正常位置倾翻或错位的情况下也保证，在一定程度上本征地补偿由其引起的测量和/或参考光束的相交。在这些情况下也不引起调制率在产生的信号中的下降。

此外能够在各从属的测量反射器或参考反射器的方向上并行地导引测量光束和参考光束，它们在几何上相互分开并因此可以测量目标在不同高度上的相对位置。

本发明的其它细节和优点要利用下面的按照本发明装置的实施例结合附图的描述解释。

附图说明

附图示出：

图1a按照本发明的干涉仪的第一实施例在分裂面里面的光程变化；

图1b按照本发明的干涉仪的第一实施例在中间面里面的光程变化；

图1c按照本发明的干涉仪的第一实施例在联合面里面的光程变化；

图1d按照本发明的干涉仪的第一实施例在另一视向上的光程变化；

图2a-2c从不同方向上看去的按照本发明的干涉仪的第一实施例的两个平板中的一个平板的俯视图；

图3a-3c从不同方向上看去的按照本发明的干涉仪的第一实施例的两个平板中的另一平板的俯视图；

图4a按照本发明的干涉仪的第二实施例在分裂面里面的光程变化；

图4b按照本发明的干涉仪的第二实施例在中间面里面的光程变化；

图4c按照本发明的干涉仪的第二实施例在联合面里面的光程变化；

图4d按照本发明的干涉仪的第二实施例在另一视向上的光程变化；

图5a-5c在按照本发明的干涉仪实施例中使用的薄的平板的俯视图。

具体实施方式

下面利用图1a-1d，2a-2c和3a-3c描述按照本发明的干涉仪的第一实施例。在此图1a-1d示出不同视向上的光程变化，图2a-2c或3a-3c分别示出所使用平板的在不同侧面上的俯视图，具有设置在平板上的光学元件。

按照本发明的干涉仪包括至少一光源10、第一分光器30.1、测量反射器40、参考反射器50、检测单元60以及至少两个透明的平板20,30。在图1a-1c中分别示出的下平板20在下面称为第一平板20，上平板30称为第二平板。两个平板20,30例如由适合的玻璃材料制成，它们相互平行地以确定的间隔在光程中设置在光源10与检测单元60之间。如同由图1a-1c看到的那样，两个平板20,30在本实施例中还不平行于测量反射器40或以不等于90°的角度相对于从光源发射的光束S的入射方向设置。

在可能的实施例中两个平板20,30在给定的X向上具有基本约10-15cm的长度，沿着y向具有约1-3cm的宽度和沿着z向约3-5cm的厚度。两个平板20,30的距离约为1-2cm。

设置在测量臂里面的、由平面镜反射器构成的测量反射器40与测量目标41连接，它沿着测量方向MR运动地相对于其余的干涉仪部件设置。测量方向MR在本示例中适用于在平板20,30与测量反射器40之间的光传播方向并且在图1a-1c中从左下向右上延伸。

测量目标41例如可以是设备部件例如光刻装置的平台，它沿着测量方向MR活动地设置。借助于按照本发明的干涉仪确定测量目标41沿着测量方向MR的至少一距离信号或者移动。这个距离信号可以由未示出的控制单元例如用于设备部件定位。

在参考臂里面如同由图1a-1c看到的那样设置参考反射器50，它同样由平面镜反射器构成并且与物体51连接。在此物体51在典型应用中至少沿着测量方向MR相对于活动的测量目标50静止地设置在相应的设备里面。

在此在测量反射器40和参考反射器50的布置方面仅仅重要的是，必需给出在相应的目标41,51之间或者在测量反射器40与参考反射器50之间沿着测量方向MR的相对运动性。对于所示的变化例如也可以选择，使测量反射器40静止地设置，而参考反射器50活动地设置。

此外如同由图1a-1c看到的那样，测量臂和参考臂从第二平板30开始在按照本发明的干涉仪里面相互平行地沿着测量方向MR延伸。因此测量光束M和参考光束R相互平行地在测量反射器40和参考反射器50的方向上传播。这一点通过一系列光学元件在平板20,30中的光学作用保证，如同下面详细解释的那样。尤其由于测量臂和参考臂的取向能够高精度地检测在极不同的、相互相对运动的设备部件之间的距离变化。

下面利用图1a-1c，2a-2c以及3a-3c在第一实施例中先后描述按照本发明的用于产生至少一距离信号的干涉仪的测量臂和参考臂中的光程。

如同在图1a中所示，光源10、例如适合的激光器发射直线极化的光束S。在此光束S在第一平面中传播，该平面下面称为分裂面AE并且与图1a的图面重合。光束S首先穿过第一透明的平板20并且继续在第二平板30的方向上传播。在图3a-3c中，它们分别示出第一平板20的第一侧面20_A和第二侧面20_B的俯视图，以AR表示这些部位，在这些部位中光束S进入到第一平板20里面，或者从这些部位再射出；在那里最好涂覆防反射层。

然后，在第二平板30上光束S碰到第一分光器30.1。这个分光器在此由极化光的分光层构成，它设置在第二平板30的那一侧上，该侧对准第一平板20的方向；下面要将这个侧面称为第二平板30的第一侧30_A。备选地也能够，使第一分光器30.1由光栅构成，它具有光栅周期，该周期比所使用的光源10的波长更小。第一分光器30.1将入射在其上的光束S分裂成至少一测量光束M和至少一参考光束R。分裂的光束M,R由于规定的光束S基于第一分光器30.1的约45°的极化角具有在干涉时相同的强度。两个光束M,R分别具有线性极化，其中极化方向在测量光束和参考光束M,R中相互正交地取向。通过分裂的光束M,R撑开上述的分裂面AE，它与图1a中的图面一致。在图1a-1d中从在第一分光器30.1上引起分裂开始实线地表示光束M，而虚线地表示参考光束R。直到在与图1c的图面重合的联合面VE中的联合地点再联合，测量光束M在测量臂里面传播，参考光束R在参考臂里面传播。联合面VE在z向上错开且平行于分裂面AE地设置。

在本实施例中，从第一分光器30.1通过的、线性极化的光束形成测量光束M。被分光器23反射的、与其正交的线性极化的光束作为参考光束R起作用。

在测量臂中在第一分光器30.1上发送的、线性极化的测量光束M首先穿过第二平板30，然后在离开平板30以后通过第二侧30_B第一次在测量反射器40方向上传播。在第二平板30与测量反射器40之间在测量光束M的光程中设置λ/4板70。在在测量反射器40上反射回来并且第二次通过λ/4板70以后，测量光束M具有以90°旋转的极化，并且现在从第一分光器30.1在第二平板30的第二侧30_B方向上反射。

接着，测量光束M在第二平板30里面通过第一成像光路，它通过平板30的第二侧30_B上的第一反射的光栅透镜30.2、第一侧30_A上的第一反射器30.3和第二侧30_B上的第二反射的光栅透镜30.7形成。在此第一光栅透镜30.2在分裂面AE中具有第一焦距f，第二光栅透镜30.7在中间面ZE(图1b)中具有第二焦距2f，第二焦距在本实施例中两倍于第一焦距f。在平板30的侧面30_A与30_B之间的距离d对应于板30的厚度，并且为d＝(f+2f)/2。在第一成像光路的出口上在第二光栅透镜30.7后面并因此在中间面ZE里面引起测量光束M，具有相对于入口-光径两倍的光径。然后，测量光束M又在分光器30.1的方向上传播并且被分光器向着测量反射器40反射，测量反射器在第二次辐射时垂直地加载。

因此在第二平板30中的第一成像光路引起测量光束M从分裂面AE通过反射器30.3错位到中间面ZE。由此还引起入射在其上的测量光束M的入口-光径的加大，在具体的示例中，通过选择的光栅透镜30.2,30.7焦距f，2f引起测量光束M入口-光径的加倍。

按照在图1b中所示的在中间面ZC中的光程图，在测量光束M在测量反射器40上第二次反射、两次通过λ/4板70和由此引起重新改变其极化状态以后，测量光束M现在由第一分光器30.1发送并且继续在第一平板20的方向上传播。在第一平板的第二侧20_B上测量光束M遇到反射器20.2，测量光束被反射器在第二平板30的方向上反射。在第二平板30的第一侧30_A上测量光束M辐射在另一反射器30.8上，通过它重新在透射的转向光栅20.3的方向反射到第一平板20的第二侧20-B上。从转向光栅20.3开始测量光束M通过另两个反射器20.4,20.2(现在在背面上反射)两次地反射并且在第二成像光路的方向上在第一平板20里面传播。

用于测量光束M的第二成像光路包括设置在中间面ZE里面的焦距2f的第三光栅透镜20.5、第二反射器20.6以及设置在联合面VE里面的焦距f的第四光栅透镜。第三和第四光栅透镜20.5,20.9与第一成像光路的第一和第二光栅透镜30.2,30.7一样由反射光栅透镜构成。因此通过第二成像光路引起测量光束M从中间面ZE错位到联合面VE。此外由于所选择的两个光栅透镜20.5,20.9的焦距f，2f引起测量光束M光径的减半，由此使这个光束在通过第四光栅透镜20.9以后又具有初始的入口-光径。

如同在图1c中所示，在联合面VE中测量光束M通过反射器20.2,20.4、透射的偏转光栅20.3和反射器30.8,20.2在第一分光器30.1方向上传播。第一分光器使测量光束M透射，由此使测量光束第三次在测量反射器40方向上传播。在测量反射器40第三次加载和重新两次通过λ/4板70以后，测量光束M由于其极化状态的重新改变在第一分光器30.1上最后得到在检测单元60方向上反射。

因此测量光束M在按照本发明的干涉仪的第一实施例的测量臂中的基本光程概括如下：通过第一分光器30.1产生的测量光束M第一次辐射到测量反射器40并且在第一次反射后在两个平板20,30中通过第一成像光路在第二平板30里面从分裂面AE错位到中间面ZE；同时引起光径加倍。然后测量光束M垂直入射的第二次进入到测量反射器40并且重新反射回到两个平板20,30。然后通过在第一平板20里面的第二成像光路引起测量光束M错位到联合面VE。在此加倍的光径又缩小或减半到初始的入口-光径。然后测量光束M第三次辐射到测量反射器40上，被测量反射器反射并且通过分光器30.1在检测单元60方向上传播。

通过光程导向在按照本发明的干涉仪中保证，在测量反射器40可能从其正常位置倾翻的情况下不引起在测量光束M中的光交叉，即，既不角度交叉也不位置交叉。这些光交叉将在产生的距离信号中引起强度中断和调制率损失。测量反射器40的可能的倾翻通过规定的测量光束M光程更多自动地补偿，因为由此保证，测量光束M在第二次辐射到测量反射器40上时总是垂直地入射到其上。因此测量光束M在第一次辐射到以角度α倾翻的测量反射器40时以角度2α偏转。在此通过第一成像光路光径加倍，但是从第一成像光路的射出角减半，即，测量光束M以射出角α离开第一成像光路。由此保证，测量光束M在第二次辐射时总是垂直地入射测量反射器M并且在完成反射后犹如在入射路径上可以自身传播返回。

在第一分光器30.1上产生的参考光束R在按照图1a的视图中在分裂面AE里面在第一平板20的方向上反射。参考光束在那里在反射器20.1上辐射到这个平板20的第一侧20_A上。由这个反射器引起参考光束R在第二平板30方向上的再反射，在那里参考光束R辐射到另一第二分光器30.4，它设置在第二平板30的第一侧30_A上并且同样由极化光学的分光层构成。从第二分光器30.4开始参考光束R的另一光程在参考臂里面原则上与测量光束M在测量臂中从第一分光器30.1开始的光程一致。因此由第二分光器30.4透射的参考光束R第一次沿着测量方向且平行于测量光束在参考反射器50方向上传播。参考光束被参考反射器反射并且由于两次通过λ/4板80被第二平板30上的第二分光器30.4在第三成像光路方向上反射。这个成像光路与在测量臂中的第一成像光路类似包括在分裂面AE中的第五光栅透镜30.5、第三反射器30.6以及在中间面ZE中的第六光栅透镜30.9(图1b)。第五光栅透镜30.5具有焦距f，第六光栅透镜40.9具有与第五光栅透镜相比倍增的焦距2f。通过这一成像光路对于参考光束R同样引起分裂面AE错位到中间面ZE，此外参考光束R的入口-光径加倍。

在第二光栅透镜30.9上反射以后参考光束R与在图1b中的中间面ZE的光程图中所示的那样重新辐射在第二分光器30.4上，并由此在参考反射器50方向上反射，在参考反射器上在第二次辐射时参考光束垂直入射。在再反射并重新两次通过λ/4板80以后，参考光束R被第二分光器30.4在第一平板20的方向上通过。在第一平板20里面参考光束R辐射在第四成像光路上，它由中间面ZE中的第七光栅透镜20.7、第四反射器20.8和联合面(图1c)中的第八光栅透镜20.11组成。第七光栅透镜20.7具有焦距2f，第八光栅透镜20.11具有与第七光栅透镜相比一半的焦距f。由此与在测量臂中的光程和那里的第二成像光路类似地引起参考光束R从中间面ZE错位到联合面VE，而同时参考光束R的光径再减小或减半。

因此对于参考光束R也与测量光束M类似地通过所解释的光程和在这里尤其通过第三成像光路的光学作用保证，参考光束R在第二次辐射时垂直入射参考反射器50并且自身向后传播。因此可以避免在测量光束M与参考光束R之间的不期望的角度交叉和位置交叉。

紧接着在第八光栅透镜20.11上在第二平板30方向上反射，参考光束R通过第二分光器30.4第三次在参考反射器50方向上传播。在第三次再反射和又两次通过λ/4板80以后，参考光束R在第二分光器30.4上在另一反射器30.10方向上在第二平板30的第二侧30_B上反射。从这个反射器30.10开始参考光束R在第一平板20方向上反射并且在那里辐射在反射器30.10上，该反射器设置在第一平板的第二侧20_B上。然后从这个反射器参考光束R最后在第二平板30上的第一分光器30.1方向上偏转，并且在这里在联合地点与测量光束M产生干涉的叠加。参考光束R在此通过第一分光器30.1并且与测量光束M一起干涉地在检测单元60方向上传播。

由于原则上类似的到测量臂的光程导向对于在参考臂中传播的参考光束R也保证，参考反射器50从其正常位置的可能的倾翻不引起光交叉，它们不利地影响产生的距离信号。

因此通过在两个平板20,30的侧面上不同的光学元件在按照本发明的干涉仪里面保证，通过所解释的在测量光束M和参考光束R上的光学作用使它们分别相互平行地沿着测量方向MR在测量反射器40和参考反射器50的方向上传播。

在按照本发明的干涉仪的第一实施例中通过在参考臂中的光程导向保证，测量臂和参考臂平行且空间相互分开地延伸，用于由此可以完成相应的测量任务。为此参考光束R两次通过在第一分光器30.1通过反射器20.1到第二分光器30.4之间的附加光学路径。这无需附加措施地导致，由参考光束R在参考臂中通过的光学路径比测量光束M在测量臂中通过的那个光学路径更长。在温度变化的情况下在测量臂和参考臂中的不同光学路径长度可能导致在位置确定时的误差，因为测量光束和参考光束M,R不同地受这些温度变化的影响。因此能够，通过在测量臂中构成适合的延迟路径保证，测量光束M在分裂与与参考光束R的再联合之间的测量臂中通过与参考光束R在空气和在平板20,30里面相同的光学路径。相应的延迟长度在按照本发明的干涉仪的第一实施例中通过附加接合的测量光束M在反射器20.2,30.8,20.3,20.4和20.2之间的光学路径。在这个延迟长度上经过的光学路径长度正好对应于在参考光束R中的那个光学路径长度，它通过上述的空间上分开测量臂与参考臂引起。

而如果在设计相应的干涉仪时比以热引起的误差补偿更大的值设计尽可能紧凑的干涉仪结构，则也可以省去这种延迟长度；因此在按照本发明的干涉仪中不必一定需要延迟长度。

在联合地点上、即在第一分光器30.1上再联合以后，干涉的测量光束和参考光束M,R在检测单元60的方向上传播。通过检测单元60可以由又叠加的且干涉的测量光束和参考光束M,R检测基于测量目标41位置的第一距离信号。

关于检测单元60的结构存在不同的已知方法，它们在下面仅仅简要表示。

在第一变化中检测单元60可以在入口侧包括λ/4板；对这个λ/4板后置分裂光栅，它使在其上入射的光分裂成三个相同强度的光束。在这个分裂的光束的光程里面分别设置极化滤波器，其中其极化方向分别以120°相互旋转。对极化滤波器又分别后置电光学的检测部件。最后在这个部件上引起三个以120°相位移的距离信号，它们可以分别由后续电路再处理。

此外，当然也可以使用检测单元60的其它的变化，用于由两个准直叠加的、正交极化的分光束产生多个相位移距离信号。

为了更加清晰在图1a-1d中未示出间隔体，它最好设置在两个平板20,30之间并且通过确定的距离在平板20,30之间保证。作为间隔体例如具有厚度的透明玻璃板是适合的，该厚度对应于在两个平板20,30之间所需的距离，例如微晶玻璃。玻璃板最好在那个部位具有空隙，在这些部位测量光束和参考光束M,R在两个平板20,30之间传播。

下面利用图4a-4d和5a-5解释按照本发明的干涉仪的第二实施例。在这个视图中光程的视图对应于第一实施例的视图。下面仅仅描述与第一实施例的明显区别。

在此重要的差别在于，在第二实施例中不使用两个透明的、1-2cm厚度的平板而是取而代之使用三个非常薄的平板120,125,130。它们在下面称为第一平板120、第二平板125和第三平板130。这个实施例的特殊优点是，规定的平板120,125,130在薄的玻璃衬底上例如借助于半导体光刻设备特别经济地制成。此外，由此可以实现更小的平板结构厚度，这尤其在要求紧凑结构的情况下是有利的。

这种薄的平板120,125,130的厚度最好在0.5-3mm的范围；薄的平板120,125,130沿着x和y向的尺寸对应于第一实施例的平板20,30的尺寸。

如同在第一实施例中一样，在这里也证实有利的是，在三个平板120,125,130之间设置间隔体，它们在平板120,125,130之间传播的光束部位中具有相应的空隙。这些间隔体在图4a-4d中仍然为了清晰未示出。

由光源110发射的光束S的光程、测量光束和参考光束M,R在测量臂和参考臂中的光程以及在再联合后的光程原则上对应于第一实施例的光程。因此代替再一次详细解释同一内容下面仅以光路图的形式示出在分裂与再联合之间在测量臂和参考臂中的光程；在此使用的附图标记在图4a-4d以及5a-5c中使用。

测量光束在测量臂中的光程第一分光器125.1→λ/4板170→测量反射器140(第一次反射)→λ/4板170→第一分光器125.1(反射)→反射器130.1→反射器125.2(在上侧面的反射)→第一成像光路，包括焦距f的第一光栅透镜130.2(在分裂面AE里面)、第一反射器125.3、焦距2f的第二光栅透镜130.4(在中间面ZE里面)→反射器125.2(在上侧面上的反射)→反射器130.1→第一分光器125.1(反射)→λ/4板170→测量反射器140(第二次反射，垂直入射)→λ/4板170→第一分光器125.1(透射)→反射器120.3→反射器125.2(在下侧面上反射)→第二成像光路，包括焦距2f的第三光栅透镜120.4(在中间面ZE里面)、第二反射器125.6、第四焦距f的光栅透镜120.5(在联合面VE里面)→反射器125.2(在下侧面上的反射)→反射器120.3→第一分光器125.1(透射)→λ/4板170→测量反射器140(第三次反射)→λ/4板170→第一分光器125.1。

参考光束在参考臂中的光程第一分光器125.1→反射器120.1→反射器125.4→反射器120.2→第二分光器125.5(透射)→λ/4板180→参考反射器150(第一次反射)→λ/4板180→第二分光器125.5(反射)→第三成像光路，包括第五焦距f的光栅透镜130.3(在分裂面AE里面)、第三反射器125.7、第六焦距2f的光栅透镜130.5(在中间面ZE里面)→第二分光器125.5(反射)→λ/4板180→参考反射器150(第二次反射，垂直入射)→λ/4板180→第二分光器125.5(透射)→第四成像光路，包括第七焦距2f的光栅透镜120.6(在中间面ZE里面)、第四反射器125.8、第八焦距2f的光栅透镜120.8(在联合面VE里面)→第二分光器125.5(透射)→λ/4板180→参考反射器150(第三次反射)→λ/4板150→第二分光器125.5(反射)→反射器130.6→反射器120.7→第一分光器125.1。

不同的成像光路在测量光束和参考光束上的光学作用对应于第一实施例中相应类似的成像光路的光学作用。因此在这一实施例中也保证了测量反射器和/或参考反射器可能倾覆的固有补偿。

除了两个所述实施例外在本发明的范围内当然还有其它的实施例。

因此也可以由第一实施例和第二实施例实现本发明干涉仪的混合形式。在此例如使用四块薄的平板，它们类似于第一实施例中的结构设置在平面中，两个较厚平板的界面、玻璃－空气或者空气－玻璃位于那里，等等。

Claims (14)

1.一种干涉仪， 具有

-一光源(10；110)，

-一第一分光器(30.1；125.1)，它将由光源(10；110)发射的光束(S)分裂成至少一测量光束(M)和至少一参考光束(R)，通过它们撑开一个分裂面(AE)，其中直到在联合面(VE)中的联合地点上再联合，所述测量光束(M)在测量臂中传播，所述参考光束(R)在参考臂中传播，其中所述联合面(AE)平行于分裂面(AE)取向，

-一参考反射器(50；150)，它设置在参考臂里面，其中所述参考光束(R)至少三次入射到参考反射器(50；150)上，

-一测量反射器(40；140)，它设置在测量臂里面并且与测量目标(41；141)连接，所述测量目标沿着测量方向(MR)相对于参考反射器(50；150)运动，并且其中所述测量光束(M)至少三次入射到测量反射器(40,140)上，

-一检测单元(60；160)，通过它可以检测来自在联合地点上叠加的、干涉的测量和参考光束(M,R)相对于测量目标(41；141)位置的至少一距离信号，

-至少两个透明的平板(20,30；120,15,130)，它们相互平行地在光程中设置在光源(10；110)与检测单元(60；160)之间，其中至少测量反射器(40；140)相对于平板(20,30；120,125,130)沿着测量方向(MR)运动，并且所述平板(20,30；120,125,130)分别包括多个光学元件，它们施加这样的光学作用在测量光束(M)和参考光束(R)上，使所述测量光束(M)和参考光束(R)分别相互平行地在测量和参考反射器(40,50；140,150)的方向上传播，其中，在两个平板(20,30；120,125,130)里面由光学元件构成用于测量光束(M)和参考光束(R)的多个反射器和至少四个成像光路并且，

-其中，通过两个成像光路分别引起测量光束(M)和参考光束(R)从分裂面(AE)错位到中间面(ZE)，该中间面设置在分裂面(AE)与联合面(VE)之间并且平行于它们取向并且

-其中，通过另两个成像光路分别引起测量光束(M)和参考光束(R)从中间面(ZE)错位到联合面(VE)。

2.如权利要求1所述的干涉仪， 具有两个平板，其中

-在第二平板(30)里面设置用于测量光束(M)的第一成像光路，

-在第一平板(20)里面设置用于测量光束(M)的第二成像光路，

-在第二平板(30)里面设置用于参考光束(R)的第三成像光路，

-在第一平板(20)里面设置用于参考光束(R)的第四成像光路和

-通过第一和第三成像光路还引起在第一和第三成像光路上入射的光束的入口-光径放大，并且

-通过第二和第四成像光路还引起在第二和第四成像光路上入射的光束光径减小到入口-光径上。

3.如权利要求2所述的干涉仪，其中，所述成像光路分别包括两个设置在平板(20,30)一侧上的反射的光栅透镜(30.3,30.7.20.5,20.9,30.5.30.9,20.7,20.11)和设置在平板(20,30)对置一侧上的反射器(30.3,20.6,30.6,20.8)，其中所述光栅透镜(30.3,30.7.20.5,20.9,30.5.30.9,20.7,20.11)的和反射器(30.3,20.6,30.6,20.8)的反射面相互面对。

4.如权利要求3所述的干涉仪，其中，

-第一成像光路

-具有第一光栅透镜(30.2)和第二光栅透镜(30.7)，它们两者设置在第二平板(30)的一侧上(30_B)上并且

-具有一设置在第二平板(30)的对置一侧(30_A)上的第一反射器(30.3)，其中

-通过第一成像光路引起在第一成像光路上入射的测量光束(M)的入口-光径的加倍，和

-第二成像光路

-具有第三光栅透镜(20.5)和第四光栅透镜(20.9)，它们两者设置在第一平板(20)的一侧(20_A)上，和

-具有一设置在第一平板(20)的对置一侧(20_B)上的第二反射器(20.6)，其中

-通过第二成像光路引起在第二成像光路上入射的测量光束的光径的减半和

-第三成像光路

-具有第五光栅透镜(30.5)和第六光栅透镜(30.9)，它们两者设置在第二平板(30)的一侧(30_B)上，并且

-具有一设置在第二平板(30)的对置一侧(30_A)上的第三反射器(30.6)，其中

-通过第三成像光路引起在第三成像光路上入射的参考光束(R)的入口-光径的加倍，和

-第四成像光路

-具有第七光栅透镜(20.7)和第八光栅透镜(20.11)，它们两者设置在第一平板(20)的一侧(20_A)上，并且

-具有设置在第一平板(20)的对置一侧(20_B)上的第四反射器(20.8)，其中

-通过第四成像光路引起在第四成像光路上入射的参考光束(R)的光径的减半。

5.如权利要求4所述的干涉仪，其中，第一、第四、第五和第八光栅透镜(20.2,20.9.30.5,20.11)分别具有第一焦距(f)并且第二、第三、第六和第七光栅透镜(30.7,20.5,30.9,20.7)分别具有第二焦距(2f)，它两倍于第一焦距(f)。

6.如权利要求1所述的干涉仪， 具有三个在光传播方向上间隔设置的平板，其中

-在第二和第三平板(125,130)里面构成用于测量光束(M)的第一成像光路，

-在第二和第三平板(125,130)里面构成用于测量光束(M)的第二成像光路，

-在第一和第二平板(120,125)里面构成用于参考光束(R)的第三成像光路，

-在第一和第二平板(120,125)里面构成用于参考光束(R)的第四成像光路，

-通过第一和第三成像光路还引起在第一和第三成像光路上入射的光束的入口-光径的加大，并且

-通过第二和第四成像光路还引起在第二和第四成像光路上入射的光束的光径减小到入口-光径上。

7.如权利要求6所述的干涉仪，其中，所述成像光路分别包括两个设置在平板(120,130)上的反射的光栅透镜(130.2,130.4,120.4,120.5,130.3,130.5,120.6,120.8)和设置在对置的平板(125)上的反射器(130.3,120.6,130.6,120.8)，其中，所述光栅透镜(130.2,130.4,120.4,120.5,130.3,130.5,120.6,120.8)的和反射器(130.3,120.6,130.6,120.8)的反射面相互面对。

8.如权利要求7所述的干涉仪，其中

-第一成像光路

-具有第一光栅透镜(130.2)和第二光栅透镜(130.4)，它们两者设置在第三平板(130)上并且

-具有设置在第二平板(125)上的第一反射器(125.3)，其中

-通过第一成像光路引起在第一成像光路上入射的测量光束(M)的入口-光径的加倍，和

-第二成像光路

-具有第三光栅透镜(120.4)和第四光栅透镜(120.5)，它们两者设置在第一平板(120)上并且

-具有设置在第二平板(125)上的第二反射器(125.6)，其中

-通过第二成像光路引起在第二成像光路上入射的测量光束(M)的光径的减半，和

-第三成像光路

-具有第五光栅透镜(130.3)和第六光栅透镜(130.5)，它们两者设置在第三平板(130)上并且

-具有设置在第二平板(125)上的第三反射器(125.7)，其中

-通过第三成像光路引起在第三成像光路上入射的参考光束(R)的入口-光径加倍，和

-第四成像光路

-具有第七光栅透镜(120.6)和第八光栅透镜(120.8)，它们两者设置在第一平板(120)上，并且

-具有设置在第二平板(125)上的第四反射器(125.8)，其中

-通过第四成像光路引起在第四成像光路上入射的参考光束(R)的光径的减半。

9.如权利要求8所述的干涉仪，其中，第一、第四、第五和第八光栅透镜(120.2,120.5,130.3,120.8)分别具有第一焦距(f)并且第二、第三、第六和第七光栅透镜(130.4,120.4,130.5,120.6)分别具有第二焦距(2f)，它两倍于第一焦距(f)。

10.如权利要求1-9中任一项所述的干涉仪，其中，第一分光器(30.1；125.1)在第二平板(30；130)上由光栅或由极化光学分光层构成，它们分别设置在第二平板(30；130)的一侧(30_A)上，第二平板对准第一平板(20；120)。

11.如权利要求1-9中任一项所述的干涉仪，其中，所述测量反射器(40；140)和参考反射器(50；150)分别由平面镜反射器构成。

12.如权利要求1-9中任一项所述的干涉仪，其中，在测量光束(M)的光程里面这样设置延迟长度，使测量光束(M)和参考光束(R)在分裂与再联合之间在空气和在平板(20,20)里面经过一致的光学路径。

13.如权利要求1-9中任一项所述的干涉仪，其中，

-所述测量光束(M)在第二次辐射时垂直入射在测量反射器(40；140)上并且

-所述参考光束(R)在第二次辐射时垂直入射在参考反射器(50；150)上。

14.如权利要求1-9中任一项所述的干涉仪，其中，在平板之间设置间隔体，它们在平板之间传播的测量光束和参考光束的范围里面具有空隙。