DE102017220408A1 - Optical system for microlithography, as well as methods for position determination - Google Patents

Optical system for microlithography, as well as methods for position determination Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System für die Mikrolithographie, sowie ein Verfahren zur Positionsbestimmung. Ein erfindungsgemäßes optisches System weist wenigstens eine Komponente und wenigstens ein dieser Komponente zur Positionsbestimmung zugeordnetes Interferometer mit einer Lichtquellen-Einheit auf, wobei die Komponente ein optisches Element ist und wobei die Lichtquellen-Einheit eine Lichtquelle zur Erzeugung wenigstens eines ersten Teilstrahls mit einer ersten Frequenz (f1) und eine Durchstimm-Einrichtung, über welche eine Einstellung der ersten Frequenz (f1) auf unterschiedliche Werte in einer vorgegebenen Frequenzabfolge durchführbar ist, aufweist.

Figure DE102017220408A1_0000
The invention relates to an optical system for microlithography, and a method for position determination. An optical system according to the invention comprises at least one component and at least one interferometer associated with said position determining unit having a light source unit, said component being an optical element, said light source unit having a light source for generating at least a first partial beam having a first frequency ( f 1 ) and a tuning device, via which an adjustment of the first frequency (f 1 ) to different values in a predetermined frequency sequence is feasible having.
Figure DE102017220408A1_0000

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein optisches System für die Mikrolithographie, sowie ein Verfahren zur Positionsbestimmung.The invention relates to an optical system for microlithography, and a method for position determination.

Stand der TechnikState of the art

Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs. The microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective. The image of a mask (= reticle) illuminated by means of the illumination device is hereby projected onto a substrate (eg a silicon wafer) coated with a photosensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection objective in order to apply the mask structure to the photosensitive coating of the Transfer substrate.

In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsbelichtungsanlagen, d.h. bei Wellenlängen unterhalb von 15 nm (z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm), werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.In EUV-designed projection exposure equipment, i. at wavelengths below 15 nm (e.g., about 13 nm or about 7 nm), mirrors are used as optical components for the imaging process due to the lack of availability of suitable transparent refractive materials.

Im Betrieb solcher für EUV ausgelegten Projektionsobjektive, bei dem üblicherweise Maske und Wafer in einem Scan-Prozess relativ zueinander bewegt werden, müssen die Positionen der teilweise in allen sechs Freiheitsgraden beweglichen Spiegel sowohl zueinander wie auch zu Maske bzw. Wafer mit hoher Genauigkeit eingestellt sowie beibehalten werden, um Aberrationen und damit einhergehende Beeinträchtigungen des Abbildungsergebnisses zu vermeiden oder wenigstens zu reduzieren. Bei dieser Positionsbestimmung können z.B. über eine Weglänge von 1 Meter Genauigkeiten der Längenmessung im Pikometer (pm)-Bereich gefordert sein.In operation of such projection lenses designed for EUV, in which mask and wafer are usually moved relative to one another in a scanning process, the positions of the mirrors, which are partially movable in all six degrees of freedom, must be set and maintained both with each other and with the mask or wafer with high accuracy to avoid, or at least reduce, aberrations and concomitant impairments to the imaging result. In this position determination, e.g. be demanded over a path length of 1 meter accuracies of the length measurement in the picometer (pm) range.

Im Stand der Technik sind diverse Ansätze bekannt, um die Position des Wafers bzw. der Waferstage, der Retikelebene sowie der einzelnen Objektivspiegel interferometrisch zu vermessen. Diese Vermessung kann insbesondere unter Verwendung eines Heterodyninterferometers erfolgen, bei welchem die in zwei separaten Teilstrahlengängen verlaufenden Teilstrahlen voneinander unterschiedliche Frequenzen sowie zueinander orthogonale Polarisationszustände aufweisen.Various approaches are known in the prior art for interferometrically measuring the position of the wafer or the wafer stage, the reticle plane and the individual objective mirrors. This measurement can be carried out in particular using a heterodyne interferometer, in which the partial beams which run in two separate partial beam paths have mutually different frequencies and mutually orthogonal polarization states.

11 zeigt in lediglich schematischer Darstellung einen möglichen herkömmlichen Aufbau eines Heterodyninterferometers. Gemäß 11 erzeugt eine Lichtquelle 1101 zwei Lichtstrahlen bzw. Lichtstrahlkomponenten mit voneinander verschiedenen Frequenzen f1 und f2 , wobei diese Komponenten zueinander orthogonale Polarisationszustände aufweisen, so dass über einen Polarisationsstrahlteiler 1110 eine Aufspaltung auf unterschiedliche Strahlwege erfolgt. Die sich abhängig vom Polarisationszustand in voneinander verschiedenen Richtungen ausbreitenden Teilstrahlen werden nach Durchlaufen einer ersten Verzögerungsplatte (Lambda/4-Platte) 1125 und Reflexion an einem ersten Spiegel 1120 bzw. Durchlaufen einer zweiten Verzögerungsplatte (Lambda/4-Platte) 1135 und Reflexion an einem zweiten Spiegel 1130 über den Polarisationsstrahlteiler 1110 rekombiniert. Die rekombinierten Strahlen werden durch gedrehte Polarisatoren 1102, 1106 (45°-Stellung zwischen den beiden orthogonal polarisierten Strahlen) zur Interferenz gebracht, wobei die Frequenz der Interferenz der Schwebungsfrequenz entspricht. Ein Detektor 1140 dient zur Ermittlung der Phasendifferenz zwischen dem aus entsprechender Überlagerung resultierenden Signal S2 und einem Referenzsignal S1 . 11 shows only a schematic representation of a possible conventional structure of a heterodyne interferometer. According to 11 creates a light source 1101 two light beams or light beam components with mutually different frequencies f 1 and f 2 , These components have mutually orthogonal polarization states, so that via a polarization beam splitter 1110 a splitting takes place on different beam paths. The sub-beams which propagate in mutually different directions depending on the polarization state become, after passing through a first retardation plate (lambda / 4-plate) 1125 and reflection on a first mirror 1120 or passing through a second delay plate (lambda / 4-plate) 1135 and reflection on a second mirror 1130 over the polarization beam splitter 1110 recombined. The recombined rays are rotated by polarizers 1102 . 1106 (45 ° position between the two orthogonally polarized beams) brought to interference, wherein the frequency of the interference corresponds to the beat frequency. A detector 1140 serves to determine the phase difference between the signal resulting from the corresponding superposition S 2 and a reference signal S 1 ,

Dabei ist es z.B. bekannt, die vorstehend genannten, frequenzverschobenen Teilstrahlen unter Verwendung eines Zeemanstabilisierten Helium-Neon-Lasers zu erzeugen, wobei die Frequenzaufspaltung über ein von außen angelegtes Magnetfeld bewirkt wird. In anderen Ansätzen werden akustooptische Modulatoren zur Frequenzaufspaltung verwendet.It is e.g. It is known to generate the above-mentioned frequency-shifted partial beams using a Zeeman-stabilized helium-neon laser, wherein the frequency splitting is effected via an externally applied magnetic field. In other approaches, acousto-optic modulators are used for frequency splitting.

Ein hierbei in der Praxis u.a. auftretendes Problem ist, dass infolge des prinzipiell bei inkrementell messenden Interferometern auf Teiler der jeweiligen Lichtwellenlänge beschränkten Eindeutigkeitsbereichs für die jeweilige Nullpunkt-Bestimmung eine zusätzliche (Nullpunkt-)Sensorik erforderlich ist, wodurch der jeweilige konstruktive Aufwand und der im Bereich des Interferometers bzw. der zu vermessenden Komponente erforderliche Bauraum erhöht werden.A problem that arises here in practice, among other things, is that an additional (zero-point) sensor system is required as a result of the unambiguity range, which in principle is limited to dividers of the respective wavelength for incremental interferometers, for determining the respective zero point determination constructive effort and required in the area of the interferometer or the component to be measured space can be increased.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System für die Mikrolithographie sowie ein Verfahren zur Positionsbestimmung bereitzustellen, welche eine hochgenaue Bestimmung der Absolutposition einer Komponente unter Erfüllung der in der Mikrolithographie bestehenden Anforderungen und unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen.It is an object of the present invention to provide an optical system for microlithography and a method for position determination, which allow a highly accurate determination of the absolute position of a component while satisfying the requirements of microlithography and avoiding the problems described above.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.This object is achieved according to the features of the independent claims.

Ein erfindungsgemäßes optisches System für die Mikrolithographie weist wenigstens eine Komponente und wenigstens ein dieser Komponente zur Positionsbestimmung zugeordnetes Interferometer mit einer Lichtquellen-Einheit auf, wobei die Komponente ein optisches Element ist und wobei die Lichtquellen-Einheit aufweist:

  • - eine Lichtquelle zur Erzeugung wenigstens eines ersten Teilstrahls mit einer ersten Frequenz (f1 ); und
  • - eine Durchstimm-Einrichtung, über welche eine Einstellung der ersten Frequenz (f1 ) auf unterschiedliche Werte in einer vorgegebenen Frequenzabfolge durchführbar ist.
An optical system according to the invention for microlithography has at least one component and at least one interferometer associated with this component for position determination with a light source unit, wherein the component is an optical element and wherein the light source unit comprises:
  • a light source for generating at least a first partial beam having a first frequency ( f 1 ); and
  • a tuning device, via which a setting of the first frequency ( f 1 ) to different values in a given frequency sequence is feasible.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, eine Absolutbestimmung der Position einer Komponente in einem optischen System für die Mikrolithographie ohne Erfordernis zusätzlicher Sensoren zur Festlegung einer Referenzposition dadurch zu realisieren, dass eine hinreichend genaue sowie hinreichend schnelle Frequenz-Durchstimmung der jeweiligen (ersten) Frequenz des ersten Teilstrahls realisiert wird.The invention is based in particular on the concept of realizing an absolute determination of the position of a component in an optical system for microlithography without the need for additional sensors for establishing a reference position by providing a sufficiently accurate and sufficiently fast frequency tuning of the respective (first) frequency of the first partial beam is realized.

In Ausführungsformen ist das Interferometer ein Heterodyninterferometer, wobei die Lichtquelle weiter zur Erzeugung eines zweiten Teilstrahls mit einer zweiten Frequenz (f2 ) ausgestaltet ist, wobei die zweite Frequenz einen vorgegebenen Frequenzabstand (Δf) zur ersten Frequenz besitzt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Realisierung mit einem Heterodyninterferometer beschränkt, sondern auch mit einem Homodyninterferometer vorteilhaft realisierbar. Im homodynen Grenzfall (f2 → f1) wird typischerweise eine Sensorvorrichtung, die auf dem Quadratur-Prinzip basiert, verwendet. Beiden Fällen ist gemeinsam, dass zwei abgeleitete Signale in dem Fachmann für sich bekannter Weise zur Phasengewinnung herangezogen werden.In embodiments, the interferometer is a heterodyne interferometer, wherein the light source is further for generating a second sub-beam having a second frequency ( f 2 ), the second frequency having a predetermined frequency spacing ( .delta.f ) to the first frequency. However, the invention is not limited to the realization with a heterodyne interferometer, but can also be implemented advantageously with a homodyne interferometer. In the homodyne limiting case (f 2 → f 1 ), a sensor device based on the quadrature principle is typically used. Both cases have in common that two derived signals are used in the person skilled in the art for phase acquisition.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei der o.g. Frequenz-Durchstimmung und der entsprechenden wiederholten Bestimmung bzw. Auswertung der Phase des erzeugten Interferenzsignals eine absolute Positionsbestimmung wie im Weiteren noch detaillierter erläutert aus dem Verhältnis der Phasenänderung zur Frequenzänderung erfolgen kann mit der Folge, dass bei Durchstimmung mit einer hinreichend hohen Anzahl von Frequenzschritten auf die absolute Länge eines Interferometerarms des Interferometers geschlossen werden kann. Im Ergebnis kann erfindungsgemäß eine hochgenaue Abstands- bzw. Positionsbestimmung mit einem Messbereich von einigen Metern (m) bis in den Pikometerbereich (10-12m) realisiert werden.The invention is based on the consideration that in the above-mentioned frequency tuning and the corresponding repeated determination or evaluation of the phase of the generated interference signal, an absolute position determination as explained in more detail below can take place from the ratio of the phase change to the frequency change, with the result that that, when tuned with a sufficiently high number of frequency steps, it is possible to deduce the absolute length of an interferometer arm of the interferometer. As a result, according to the invention, a highly accurate distance or position determination can be realized with a measuring range of a few meters (m) down to the picometer range (10 -12 m).

Dabei hat das erfindungsgemäße Konzept insbesondere den Vorteil, dass die zusätzlich zur erfindungsgemäßen Lichtquellen-Einheit vorhandenen Komponenten des Interferometers ebenso wie die elektronische Detektion der Interferometer-Signale prinzipiell unverändert beibehalten werden können, so dass ein bereits bestehendes Interferometer durch einfachen Austausch der Lichtquellen-Einheit erfindungsgemäß nachgerüstet werden kann.The concept according to the invention has the particular advantage that the components of the interferometer present in addition to the light source unit according to the invention, as well as the electronic detection of the interferometer signals, can in principle be kept unchanged, so that an already existing interferometer can be replaced by simply exchanging the light source unit according to the invention can be retrofitted.

In Ausführungsformen kann bei Realisierung mit einem Heterodyninterferometer die Erzeugung der zweiten Frequenz f2 durch Polarisations-Filterung aus dem ersten (in seiner Frequenz f1 durchstimmbaren) Teilstrahl und anschließende Frequenzverschiebung mit einem akustooptischen Modulator (AOM) erfolgen. In weiteren Ausführungsformen kann die Erzeugung der ersten Frequenz f1 und der zweiten Frequenz f2 auch über zwei separate Lichtquellen bzw. Lasermodule erfolgen, wobei die zweite Lichtquelle auf einen festen Frequenzabstand zur ersten Lichtquelle geregelt werden kann.In embodiments, when implemented with a heterodyne interferometer, generation of the second frequency f 2 by polarization filtering from the first (in its frequency f 1 tunable) partial beam and subsequent frequency shift with an acousto-optic modulator (AOM). In further embodiments, the generation of the first frequency f 1 and the second frequency f 2 Also be done via two separate light sources or laser modules, the second light source can be controlled to a fixed frequency distance to the first light source.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Einstellung der ersten Frequenz auf unterschiedliche Werte jeweils mit einer Frequenzschwankung von höchstens 1000Hz, insbesondere von höchstens 100Hz, durchführbar. Die Einstellung der ersten Frequenz auf unterschiedliche Werte kann jeweils in einer Einstellzeit von typischerweise 10ms erfolgen.According to one embodiment, the setting of the first frequency to different values each with a frequency fluctuation of at most 1000Hz, in particular of at most 100Hz, feasible. The setting of the first frequency to different values can each take place in a response time of typically 10 ms.

Gemäß einer Ausführungsform ist diese Einstellung der ersten Frequenz auf unterschiedliche Werte über einen Frequenzbereich von wenigstens (10-50)GHz, insbesondere wenigstens (10-100)GHz, weiter insbesondere wenigstens (10-200)GHz, durchführbar. Dabei kann grundsätzlich durch Vergößerung dieses (Durchstimm-) Bereichs die Genauigkeit der Längenmessung gesteigert werden. According to one embodiment, this setting of the first frequency to different values over a frequency range of at least (10-50) GHz, in particular at least (10-100) GHz, more particularly at least (10-200) GHz, feasible. In principle, by enlarging this (tuning) range, the accuracy of the length measurement can be increased.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt bei der Durchstimmung die Einstellung der ersten Frequenz (f1 ) auf diskrete Frequenzwerte in definierten Frequenzschritten. Diese Frequenzschritte können insbesondere im Bereich von (10-100) MHz liegen.According to one embodiment, the adjustment of the first frequency ( f 1 ) to discrete frequency values in defined frequency steps. These frequency steps may in particular be in the range of (10-100) MHz.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt bei der Durchstimmung eine kontinuierliche Variation der ersten Frequenz innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs.According to one embodiment, in the tuning, a continuous variation of the first frequency takes place within the predetermined frequency range.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt bei der Durchstimmung eine Variation der ersten Frequenz mit einer nichtlinearen Zeitabhängigkeit. Eine solche Ausgestaltung des Scanvorgangs hat wie im Weiteren noch erläutert den Vorteil, dass störende lineare Drift-Vorgänge von der eigentlichen Positionsinformation separiert werden können, indem die während der Frequenz-Durchstimmung eingestellte Frequenzabfolge von driftartigen Positionsveränderungen unterscheidbar ist. Dabei kann insbesondere auch eine in ihrer Zeitabhängigkeit nicht-monotone, einen Vorzeichen-Wechsel aufweisende Variation der ersten Frequenz innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs erfolgen.According to one embodiment, the tuning results in a variation of the first frequency with a non-linear time dependence. Such an embodiment of the scanning process has, as explained below, the advantage that disturbing linear drift processes can be separated from the actual position information by the frequency sequence set during the frequency tuning being distinguishable from drift-like position changes. In this case, a variation of the first frequency, which is not monotonous in its time dependency and has a sign change, can in particular also take place within the predetermined frequency range.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Lichtquellen-Einheit ferner eine Eingabe-Schnittstelle zur Eingabe der bei der Durchstimmung einzuhaltenden frei programmierbaren Frequenzabfolge auf.According to an embodiment, the light source unit further comprises an input interface for inputting the freely programmable frequency sequence to be maintained in the tuning.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Lichtquellen-Einheit ferner eine Referenz-Kavität mit einer Referenz-Atmosphäre auf. Hierdurch können Atmosphäreneinflüsse erfasst werden.According to an embodiment, the light source unit further comprises a reference cavity having a reference atmosphere. As a result, atmospheric influences can be detected.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Lichtquellen-Einheit einen akustooptischen Modulator zur Einstellung des gewünschten Frequenzabstandes zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz auf.According to one embodiment, the light source unit has an acousto-optic modulator for setting the desired frequency spacing between the first frequency and the second frequency.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Lichtquelle ein erstes Lasermodul zur Erzeugung des ersten Teilstrahls mit der ersten Frequenz und ein hiervon separates zweites Lasermodul zur Erzeugung des zweiten Teilstrahls mit der zweiten Frequenz auf.According to one embodiment, the light source has a first laser module for generating the first partial beam with the first frequency and a separate second laser module for generating the second partial beam with the second frequency.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Lichtquelle eine Regelung zur Einstellung des gewünschten Frequenzabstandes zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz auf. Gemäß einer Ausführungsform sind der Komponente sechs Interferometer zugeordnet, von denen jedes eine Positionsbestimmung in jeweils einem Freiheitsgrad ermöglicht.According to one embodiment, the light source has a control for setting the desired frequency spacing between the first frequency and the second frequency. According to one embodiment, the component is assigned six interferometers, each of which enables position determination in one degree of freedom.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Komponente ein Spiegel.In one embodiment, the component is a mirror.

Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.According to one embodiment, the optical system is a microlithographic projection exposure apparatus.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Positionsbestimmung einer Komponente in einem optischen System für die Mikrolithographie, wobei die Komponente ein optisches Element ist und wobei die Positionsbestimmung mit wenigstens einem Interferometer in jeweils einem Freiheitsgrad durchgeführt wird, wobei das Interferometer eine Lichtquellen-Einheit mit einer Lichtquelle und einer Durchstimm-Einrichtung aufweist, wobei über die Lichtquelle wenigstens ein erster Teilstrahl mit einer ersten Frequenz (f1) erzeugt wird, wobei die erste Frequenz (f1) auf unterschiedliche Werte in einer vorgegebenen Frequenzabfolge eingestellt wird.The invention further relates to a method for determining the position of a component in an optical system for microlithography, wherein the component is an optical element and wherein the position determination is performed with at least one interferometer in one degree of freedom, wherein the interferometer is a light source unit with a light source and having a tuning means, wherein on the light source at least a first partial beam having a first frequency (f 1) is generated, wherein the first frequency (f 1) is set to different values in a predetermined frequency sequence.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Interferometer ein Heterodyninterferometer, wobei über die Lichtquelle weiter ein zweiter Teilstrahl mit einer zweiten Frequenz (f2 ) erzeugt wird, wobei die zweite Frequenz einen vorgegebenen Frequenzabstand (Δf) zur ersten Frequenz besitzt.According to one embodiment, the interferometer is a heterodyne interferometer, wherein a second partial beam with a second frequency (2) is further transmitted via the light source. f 2 ) is generated, wherein the second frequency has a predetermined frequency spacing (.DELTA.f) to the first frequency.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt für die unterschiedlichen Werte der ersten Frequenz (f1 ) jeweils eine Bestimmung der Phase des erzeugten Interferenzsignals.According to one embodiment, for the different values of the first frequency ( f 1 ) in each case a determination of the phase of the generated interference signal.

Gemäß einer Ausführungsform wird für die unterschiedlichen Werte der ersten Frequenz jeweils das Verhältnis der Phasenänderung zur Frequenzänderung zur Bestimmung einer absoluten Länge eines Interferometerarms des Interferometers ermittelt.According to one embodiment, the ratio of the phase change to the frequency change for the determination of an absolute length of an interferometer arm of the interferometer is determined in each case for the different values of the first frequency.

Gemäß einer Ausführungsform werden über eine weitere Lichtquelle ein dritter Teilstrahl mit einer dritten Frequenz (f3 ) und ein vierter Teilstrahl mit einer vierten Frequenz (f4 ) erzeugt. According to one embodiment, via a further light source, a third partial beam with a third frequency ( f 3 ) and a fourth sub-beam having a fourth frequency ( f 4 ) generated.

Gemäß einer Ausführungsform werden unter Verwendung des dritten Teilstrahls und des vierten Teilstrahls im System auftretende Störungen erfasst.According to one embodiment, perturbations occurring in the system using the third sub-beam and the fourth sub-beam are detected.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.

Figurenlistelist of figures

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer beispielhaften Ausführungsform einer in einem erfindungsgemäßen optischen System vorhandenen Lichtquellen-Einheit;
  • 2-3 schematische Darstellung weiterer möglicher Ausführungsformen einer in einem erfindungsgemäßen optischen System vorhandenen Lichtquellen-Einheit;
  • 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer möglichen Realisierung der Rekonstruktion einer während des erfindungsgemäßen Verfahrens eingestellten Frequenzrampe;
  • 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführten Auswertung;
  • 6 ein Diagramm einer beispielhaften, während des erfindungsgemäßen Verfahrens einstellbaren Frequenzrampe;
  • 7-10 schematische Darstellungen zur Erläuterung weiterer Ausführungsformen der Erfindung;
  • 11 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des prinzipiellen Aufbaus eines Heterodyninterferometers; und
  • 12 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Show it:
  • 1 a schematic representation for explaining the structure of an exemplary embodiment of a light source unit present in an optical system according to the invention;
  • 2-3 schematic representation of further possible embodiments of a present in an optical system according to the invention light source unit;
  • 4 a schematic representation for explaining a possible realization of the reconstruction of a frequency ramp set during the process according to the invention;
  • 5 a schematic representation for explaining an evaluation carried out in the inventive method;
  • 6 a diagram of an exemplary, adjustable during the process according to the invention frequency ramp;
  • 7-10 schematic representations for explaining further embodiments of the invention;
  • 11 a schematic representation for explaining the basic structure of a heterodyne interferometer; and
  • 12 a schematic representation for explaining the possible structure of a designed for operation in EUV microlithographic projection exposure apparatus.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer in einem erfindungsgemäßen optischen System vorhandenen Lichtquellen-Einheit in einer Ausführungsform. 1 shows a schematic representation for explaining the possible structure of a light source unit present in an optical system according to the invention in one embodiment.

Wenngleich in den im Weiteren beschriebenen Ausführungsformen jeweils auf ein Heterodyninterferometer Bezug genommen wird, ist die Erfindung nicht auf die Realisierung mit einem Heterodyninterferometer beschränkt, sondern auch mit einem Homodyninterferometer vorteilhaft realisierbar.Although reference is made to a heterodyne interferometer in the embodiments described below, the invention is not limited to implementation with a heterodyne interferometer, but can also be implemented advantageously with a homodyne interferometer.

Das Heterodyninterferometer selbst ist ebenso wie die elektronische Detektion der Interferometer-Signale in 1 nicht dargestellt und kann grundsätzlich einen beliebigen herkömmlichen Aufbau aufweisen.The heterodyne interferometer itself as well as the electronic detection of the interferometer signals is in 1 not shown and may basically have any conventional structure.

Gemäß 1 wird zunächst über ein Lasermodul 10 ein erster Teilstrahl mit einer ersten Frequenz f1 der beiden für das Heterodynverfahren benötigten Laserfrequenzen f1 , f2 erzeugt. Das Lasermodul 10 weist in der Ausführungsform von 1 ein aktives Lasermedium 102, einen Auskoppelspiegel 103 und einen positionierbaren Spiegel 101, über den die Resonatorlänge durch ein elektrisches Signal (z.B. durch einen Piezokristall) einstellbar ist, auf. Durch diese Variation der Resonatorlänge lässt sich die Laserlinie in der Frequenz verschieben, um eine Variation bzw. Durchstimmung der Frequenz f1 zu erreichen. Diese Variation bzw. Durchstimmung der Frequenz f1 wird im Weiteren auch als „Scanvorgang“ bezeichnet. Ein Fabry-Perot-Etalon 104 im Laserresonator des Lasermoduls 10 ermöglicht die Selektion der Longitudinalmode und kann synchron zur Resonatorlänge verstellt werden, um Modensprünge während des Scanvorgangs zu verhindern. Die synchrone Ansteuerung von positionierbarem Spiegel 101 und Fabry-Perot-Etalon 104 wird gemäß 1 durch eine gemeinsame Steuerelektronik 110 erreicht.According to 1 is first about a laser module 10 a first partial beam having a first frequency f 1 the two required for the heterodyne laser frequencies f 1 . f 2 generated. The laser module 10 In the embodiment of FIG 1 an active laser medium 102 , a Auskoppelspiegel 103 and a positionable mirror 101 , via which the resonator length can be adjusted by an electrical signal (for example by a piezoelectric crystal). By this variation of the resonator length, the laser line can be shifted in frequency to a variation or tuning of the frequency f 1 to reach. This variation or tuning of the frequency f 1 is also referred to as "scanning" hereinafter. A Fabry-Perot etalon 104 in the laser resonator of the laser module 10 allows the selection of the longitudinal mode and can be adjusted synchronously with the resonator length to prevent mode jumps during the scanning process. The synchronous control of positionable mirror 101 and Fabry-Perot etalon 104 is according to 1 by a common control electronics 110 reached.

In der Ausführungsform von 1 wird somit eine Durchstimm-Einrichtung zur Durchstimmung der ersten Frequenz f1 über einen vorgegebenen Frequenzbereich durch die Steuerelektronik 110 zur Positionierung des Spiegels 101 zwecks Einstellung bzw. Variation der Resonatorlänge des Lasermoduls 10 gebildet. In the embodiment of 1 Thus, a tuning means for tuning the first frequency f 1 over a given frequency range by the control electronics 110 for positioning the mirror 101 for the purpose of setting or varying the resonator length of the laser module 10 educated.

Zur Erzeugung der zweiten Frequenz f2 für das Heterodynverfahren wird gemäß 1 ein Anteil des ersten Teilstrahls der ersten Frequenz f1 über zwei Strahlteiler 204, 205 ausgekoppelt und mit Hilfe eines akustooptischen Modulators (AOM) 206 in seiner Frequenz um den Betrag einer extern zugeführten Referenzfrequenz 207 geschoben. Die für das Heterodyninterferometer erforderliche Einstellung orthogonaler Polarisationszustände der beiden Teilstrahlen mit Frequenz f1 bzw. f2=f1+Δf wird durch eine Lambda/2-Platte 210 bewirkt, welche sich gemäß 1 im Strahlengang des ersten Teilstrahls der ersten Frequenz f1 befindet.To generate the second frequency f 2 for the heterodyne method is according to 1 a portion of the first sub-beam of the first frequency f 1 over two beam splitters 204 . 205 decoupled and with the help of an acousto-optic modulator (AOM) 206 in its frequency by the amount of an externally supplied reference frequency 207 pushed. The setting of orthogonal polarization states of the two partial beams with frequency required for the heterodyne interferometer f 1 or f 2 = f 1 + Δf is through a lambda / 2 plate 210 causes, which according to 1 in the beam path of the first partial beam of the first frequency f 1 located.

In Ausführungsformen kann zusätzlich eine Absorptionszelle mit Photodetektor 209 als Frequenzreferenz verwendet werden. Hierbei wird zur Frequenzanalyse ein Teilstrahl abgezweigt, dann durch eine mit einem Gas gefüllte Kavität 208a geführt und schließlich auf einen die Intensität messenden Detektor (z.B. Photodiode) gebracht. Die Referenzierung an die in der Frequenz bekannten Absorptionslinien (z.B. Iod-Zelle, Methan-Zelle, ...) des in die Kavität 208a eingefüllten Gases erlaubt die hochgenaue Feststellung der vorliegenden Frequenz.In embodiments, in addition, an absorption cell with photodetector 209 be used as a frequency reference. Here, a partial beam is branched off for frequency analysis, then through a cavity filled with a gas 208a and finally brought to an intensity-measuring detector (eg photodiode). The referencing to the known in frequency absorption lines (eg iodine cell, methane cell, ...) of the in the cavity 208a filled gas allows the highly accurate determination of the present frequency.

Gemäß 2 kann auch ein Fabry-Perot-Interferometer 208b hoher Güte mit seinen in der Frequenz hinreichend scharfen und äquidistanten Transmissionslinien anstelle der Absorptionszelle zur Frequenzreferenzierung verwendet werden. Alternativ ist auch die Verwendung eines Frequenzkamms zur Frequenzreferenzierung möglich, welcher eine Rückführung auf (Atomuhr-) Frequenzstandards umfassen kann.According to 2 can also be a Fabry-Perot interferometer 208b high quality with its frequency sufficiently sharp and equidistant transmission lines instead of the absorption cell for frequency referencing. Alternatively, the use of a frequency comb for frequency referencing, which may include feedback to (atomic clock) frequency standards, is also possible.

Weitere mögliche Ausführungsformen zur Realisierung der erfindungsgemäßen Durchstimmung der Frequenz f1 (d.h. des Scanvorganges) werden noch unter Bezugnahme auf Fig. 3ff. beschrieben.Further possible embodiments for realizing the tuning of the frequency according to the invention f 1 (ie, the scanning process) will be described with reference to FIG. 3ff. described.

Durch die vorstehend beschriebene Variation bzw. Durchstimmung der Frequenz f1 kann wie im Weiteren erläutert eine AbsolutMessung im Heterodyn-Interferometer realisiert werden:By the above-described variation or tuning of the frequency f 1 can be realized as explained below, an absolute measurement in the heterodyne interferometer:

Bezeichnet man einen die Durchstimmung indizierenden Steuerparameter mit q, so gilt für die Werte der bei dieser Durchstimmung eingestellten Frequenzen f1 , f2 : f 1 ( q ) = f 1,0 + Δ f 1 ( q ) , f 2 ( q ) = f 1 ( q ) + f b

Figure DE102017220408A1_0001
If we denote a control parameter indicative of the tuning with q, the values of the frequencies set during this tuning apply f 1 . f 2 : f 1 ( q ) = f 1.0 + Δ f 1 ( q ) . f 2 ( q ) = f 1 ( q ) + f b
Figure DE102017220408A1_0001

Die Durchstimmung startet bei den Nullfrequenzen f1,0 bzw. f1,0 + fb mit der gemeinsamen Verschiebung Δf1(q), wobei fb die heterodyne und konstante Schwebungsfrequenz (= „Beat-Frequenz“) bezeichnet.The tuning starts at the zero frequencies f 1.0 and f 1.0 + f b with the common displacement Δf 1 (q), where f b denotes the heterodyne and constant beat frequency (= "beat frequency").

Für die Abhängigkeit der Phasenänderung von der Frequenzänderung gilt bei Vernachlässigung von Störungen die nachfolgende Beziehung, welche prinzipiell über das Verhältnis der Phasenänderung zur Frequenzänderung eine Bestimmung der absoluten Länge L, wie in 5 für beispielhafte Werte dargestellt, ermöglicht: Δ φ ( q ) = L 2 π c Δ f 1 ( q )

Figure DE102017220408A1_0002
For the dependence of the phase change of the frequency change is neglecting disturbances, the following relationship, which in principle on the ratio of the phase change to the frequency change, a determination of the absolute length L, as in 5 shown for exemplary values, allows: Δ φ ( q ) = L 2 π c Δ f 1 ( q )
Figure DE102017220408A1_0002

Darin stehen C für die Lichtgeschwindigkeit und Δφ für die mit der Frequenzänderung Δf1(q) einhergehende Phasenänderung, die mit dem Detektor und der nachgeschalteten Phasenauswerteeinheit gemessen und aufgezeichnet wird.Therein C stands for the speed of light and Δφ for the phase change associated with the frequency change Δf 1 (q), which is measured and recorded with the detector and the downstream phase evaluation unit.

Die Frequenz-Durchstimmung benötigt in der Realität ein endliches Zeitintervall TS. Über dieses Zeitintervall hinweg werden Längenänderungen aufgrund unvermeidlicher vibrationsartiger sowie driftartiger Variationen in der Messkonfiguration als Störungen wirksam. Bei Einbeziehung dieser Störungen wird Gleichung (2) modifiziert zu: Δ φ ( q ) = L 2 π c Δ f 1 ( q ) + 2 π f 1 ( q ) c δ L .

Figure DE102017220408A1_0003
The frequency tuning requires in reality a finite time interval T S. Over this time interval, length changes due to unavoidable vibration-like and drift-like variations in the measurement configuration become disturbances. Including these perturbations, Equation (2) is modified to: Δ φ ( q ) = L 2 π c Δ f 1 ( q ) + 2 π f 1 ( q ) c δ L ,
Figure DE102017220408A1_0003

Die betreffenden Störungen können mathematisch in der Zeitdomäne wie folgt dargestellt werden: δ L ( t ) = d 1 t + d 2 t 2 + + d K t K + j = 1 J ( a j sin ( Ω j t ) + b j cos ( Ω j t ) ) ,

Figure DE102017220408A1_0004
wobei die driftartigen Variationen durch ein Polynom in der Zeit bis zur Ordnung K mit entsprechenden Koeffizienten d1,...,dK beschrieben werden und die innerhalb der Durchstimmzeit als solche wahrnehmbaren Vibrationen als Superposition einer endlichen Anzahl J von harmonischen Oszillationen mit den entsprechenden Amplituden aj und bj sowie den Kreisfrequenzen Ωj. The perturbations concerned can be represented mathematically in the time domain as follows: δ L ( t ) = d 1 t + d 2 t 2 + ... + d K t K + Σ j = 1 J ( a j sin ( Ω j t ) + b j cos ( Ω j t ) ) .
Figure DE102017220408A1_0004
the drift-like variations being described by a polynomial in time to order K with corresponding coefficients d 1 , ..., d K and the vibrations perceptible as such within the tuning time as superposition of a finite number J of harmonic oscillations with the corresponding amplitudes a j and b j and the angular frequencies Ω j .

Die Verknüpfung der Gleichungen (3) und (4) in der Zeitdomäne bildet schließlich die Basis des Verfahrens zur Absolutmessung der Distanz mittels Frequenz-Durchstimmung: Δ φ ( q ( t ) ) = L 2 π c Δ f 1 ( q ( t ) ) + 2 π f 1 ( q ( t ) ) c ( d 1 t + d 2 t 2 + + d K t K ) + + 2 π f 1 ( q ( t ) ) c j = 1 J ( a j sin ( Ω j t ) + b j cos ( Ω j t ) ) .

Figure DE102017220408A1_0005
The combination of equations (3) and (4) in the time domain finally forms the basis of the method for absolute measurement of the distance by means of frequency tuning: Δ φ ( q ( t ) ) = L 2 π c Δ f 1 ( q ( t ) ) + 2 π f 1 ( q ( t ) ) c ( d 1 t + d 2 t 2 + ... + d K t K ) + ... + 2 π f 1 ( q ( t ) ) c Σ j = 1 J ( a j sin ( Ω j t ) + b j cos ( Ω j t ) ) ,
Figure DE102017220408A1_0005

Zur Beherrschung der während der Durchstimmung auftretenden Störungen δL(q(t)) gibt es prinzipiell zwei Lösungsansätze. Der erste Ansatz basiert auf einer hinreichend vollständigen Modellierung der Störungen und deren Beherrschung durch Filterung. Der zweite Ansatz verwendet einen weiteren heterodynen Messstrahl mit zeitlich unveränderlichen Frequenzen f 3  und  f 4 = f 3 + f b '

Figure DE102017220408A1_0006
mit einer von fb verschiedenen Schwebungsfrequenz f b '
Figure DE102017220408A1_0007
zur Beobachtung und Feststellung der Störungen zwecks anschließender Korrektur. Beide Verfahren werden im Folgenden kurz beschrieben.To master the disturbances δL (q (t)) occurring during the tuning, there are in principle two possible solutions. The first approach is based on a sufficiently complete modeling of the disturbances and their control by filtering. The second approach uses another heterodyne measuring beam with fixed frequencies f 3 and f 4 = f 3 + f b '
Figure DE102017220408A1_0006
with a beating frequency different from f b f b '
Figure DE102017220408A1_0007
to observe and determine the disturbances for subsequent correction. Both methods are briefly described below.

Bei der Elimination der Störungen durch Modellierung und Filterung wird eine hinreichende Kenntnis der auftretenden Störungen in Form eines Modells gemäß Gleichung (5) vorausgesetzt. Diese Kenntnis kann beispielsweise im Vorfeld dadurch erlangt werden, dass für ein nicht angeregtes und nominell ruhendes System die gemessenen Phasen über einen hinreichend langen Beobachtungszeitraum aufzeichnet werden und der Frequenzgehalt der aus den gemessenen Phasenänderungen abgeleiteten Positionsänderungen analysiert (Fourier-Analyse) wird. Diese Vorcharakterisierung wird vorteilhafterweise als eigener Messmodus (Vibrometer-Funktionalität) zur Verfügung gestellt und im Vorfeld der Frequenz-Durchstimmung im Rahmen der Startprozedur ausgeführt. Unter Kenntnis des Modells der Störungen bleiben dann die freien Parameter in Form der Amplituden und Kreisfrequenzen zu bestimmen, um die Störungen bei der Rekonstruktion der Messlänge aus den aufgezeichneten gemessenen Phasen zu eliminieren. Bei der Aufstellung des Modells werden die Terme in Gleichung (5) durch geeignete Substitutionen vereinfacht, und man gelangt zu der kompakten Darstellung P ( τ ) = α   s c a n ( τ ) + k = 1 K d r i f t k ( τ ) d k + j = 1 J s m o d e j , s ( τ ) m j , s

Figure DE102017220408A1_0008
mit τ = t t 0 T S , P = Δ φ 2 π , α = L c , Q ( τ ) = f 1 ( τ ) c , d r i f t k ( τ ) = τ k ,
Figure DE102017220408A1_0009
m o d e j , s ( τ ) = { Q ( τ ) sin ( Ω j τ ) ,   s = 1 Q ( τ ) τ sin ( Ω j τ ) ,   s = 2 Q ( τ ) cos ( Ω j τ ) ,   s = 3 Q ( τ ) τ cos ( Ω j τ ) ,   s = 4
Figure DE102017220408A1_0010
und den entsprechend an die Notation angepassten Amplituden dk, mj,s und Frequenzen Ωj der Störbeiträge. Vorteilhafterweise werden noch, um Unsicherheiten in den Frequenzen der Störoszillationen zu begegnen, die Ableitungen der Sinus- bzw. Kosinus-Terme nach der Frequenz mit im Modell der Moden aufgenommen (siehe s = 2, s = 4).In the elimination of the disturbances by modeling and filtering a sufficient knowledge of the occurring disturbances in the form of a model according to equation (5) is required. This knowledge can, for example, be obtained in advance by recording the measured phases for a non-excited and nominally stationary system over a sufficiently long observation period and analyzing the frequency content of the position changes derived from the measured phase changes (Fourier analysis). This pre-characterization is advantageously provided as a separate measurement mode (vibrometer functionality) and executed in advance of the frequency tuning during the start procedure. Knowing the model of the disturbances, the free parameters in the form of the amplitudes and angular frequencies then remain to be determined in order to eliminate the disturbances in the reconstruction of the measuring length from the recorded measured phases. In constructing the model, the terms in equation (5) are simplified by suitable substitutions, and one arrives at the compact representation P ( τ ) = α s c a n ( τ ) + Σ k = 1 K d r i f t k ( τ ) d k + Σ j = 1 J Σ s m O d e j . s ( τ ) m j . s
Figure DE102017220408A1_0008
With τ = t - t 0 T S . P = Δ φ 2 π . α = L c . Q ( τ ) = f 1 ( τ ) c . d r i f t k ( τ ) = τ k .
Figure DE102017220408A1_0009
m O d e j . s ( τ ) = { Q ( τ ) sin ( Ω j τ ) . s = 1 Q ( τ ) τ sin ( Ω j τ ) . s = 2 Q ( τ ) cos ( Ω j τ ) . s = 3 Q ( τ ) τ cos ( Ω j τ ) . s = 4
Figure DE102017220408A1_0010
and the correspondingly adapted to the notation amplitudes d k , m j, s and frequencies Ω j of the interference contributions. Advantageously, in order to counteract uncertainties in the frequencies of the spurious oscillations, the derivatives of the sine or cosine terms are also included according to the frequency in the model of the modes (see s = 2, s = 4).

Vorzugsweise wird die zeitliche Form der Frequenz-Durchstimmung scan(τ) = Δf1(q(τ)) derart gewählt, dass der eigentlich interessierende Anteil der Phasenänderung infolge der Frequenzänderung möglichst gut von den Störungen trennbar wird. Erfindungsgemäß ist die Frequenz-Durchstimmung im Sinne des Skalarprodukts zwischen Funktionen s c a n , d r i f t k = 0 1 d τ   s c a n ( τ )   d r i f t k ( τ ) min ,     k , s c a n , m o d e j , s = 0 1 d τ   s c a n ( τ )   m o d e j , s ( τ ) min ,     j , s

Figure DE102017220408A1_0011
derart gestaltbar (programmierbar), dass sie idealerweise orthogonal zu den Störbeiträgen ist oder der Überlapp mit diesen zumindest minimal ist. Hierzu kann beispielsweise - anstelle eines Scanvorgangs mit linearer Zeitabhängigkeit - bei der Durchstimmung eine nicht-monotone bzw. einen Vorzeichen-Wechsel aufweisende Variation der ersten Frequenz f1 innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs gemäß 6 realisiert werden. 6 zeigt ein Bespiel für die zeitliche Form der Frequenz-Durchstimmung in Form einer Dreiecksrampe mit insgesamt 2N sowohl in der Zeit als auch in der Frequenz äquidistanten diskreten Schritten f 1 ( t 0 + n Δ t ) = { f 1,0 + Δ f   n ,   n = 0,1,2, , N f 1,0 + Δ f   ( N n ) ,   n = N + 1, N + 2, ,2 N   ,
Figure DE102017220408A1_0012
wobei Δf und Δt das Frequenz- bzw. Zeitinkrement bei der Durchstimmung bezeichnen. Damit wird die Durchstimmung insbesondere im Gegensatz zu einer in der Zeit über das Messintervall linearen Durchstimmung unterscheidbar von einer zeitlich linearen Drift, welche erfahrungsgemäß die Störungen in den meisten Fällen dominiert. Erfindungsgemäß kann die Störanfälligkeit bzw. Anfälligkeit auf Drift-Vorgänge und Vibrationen durch die Wahl einer geeigneten Frequenzabfolge reduziert werden. In Ausführungsformen kann eine Eingabeeinheit (Schnittstelle) zur Eingabe einer bei der Durchstimmung einzuhaltenden Frequenzabfolge vorgesehen sein.Preferably, the temporal shape of the frequency tuning scan (τ) = Δf 1 (q (τ)) is chosen such that the actually interesting portion of the phase change due to the frequency change as well as possible from the disturbances is separable. According to the invention, the frequency tuning is in the sense of the scalar product between functions < s c a n . d r i f t k > = 0 1 d τ s c a n ( τ ) d r i f t k ( τ ) min . k . < s c a n . m O d e j . s > = 0 1 d τ s c a n ( τ ) m O d e j . s ( τ ) min . j . s
Figure DE102017220408A1_0011
be designed (programmable) so that it is ideally orthogonal to the interference contributions or the overlap with these is at least minimal. For this purpose, for example - instead of a scan with linear time dependence - in the tuning a non-monotonous or a sign change having variation of the first frequency f 1 within the predetermined frequency range according to 6 will be realized. 6 shows an example of the temporal form of frequency tuning in the form of a triangular ramp with a total of 2N in both the time and in the frequency equidistant discrete steps f 1 ( t 0 + n Δ t ) = { f 1.0 + Δ f n . n = 0,1,2, ... . N f 1.0 + Δ f ( N - n ) . n = N + 1, N + 2, ... 2 N .
Figure DE102017220408A1_0012
where Δ f and Δ t denote the frequency or time increment in the tuning. In particular, in contrast to a linear tuning that is linear over the measurement interval, the tuning becomes distinguishable from a temporally linear drift, which experience has shown that the interference predominates in most cases. According to the invention, the susceptibility or susceptibility to drift processes and vibrations can be reduced by the choice of a suitable frequency sequence. In embodiments, an input unit (interface) may be provided for inputting a frequency sequence to be maintained during the tuning.

Die Filterung der Störungen gelingt beispielsweise durch Anwendung der Methode der kleinsten Fehler-Quadrate. Dazu wird eine Frequenz-Durchstimmung durchgeführt, und die eingestellten Frequenzänderungen Δf 1 = scan, die gemessenen Phasenänderungen P sowie die normierten Messzeitpunkte τ werden jeweils als Spaltenvektoren gespeichert. Mit den aufgezeichneten Messzeiten werden die im Vorfeld identifizierten Störmuster mit zu bestimmender unbekannter Amplitude über das Durchstimmungsintervall berechnet. Damit ergibt sich die Gleichung (6) in ihrer diskretisierten Form zu: P _ = s c a n _   α + k = 1 K d r i f t _ k d k + j = 1 J s m o d e _ j , s   m j , s .

Figure DE102017220408A1_0013
The filtering of the disturbances succeeds, for example, by using the method of least error squares. For this purpose, a frequency tuning is performed, and the set frequency changes Δf 1 = scan , the measured phase changes P and the normalized measurement times τ are each stored as column vectors. With the recorded measurement times, the interference patterns identified in advance with the unknown amplitude to be determined are calculated over the tuning interval. Thus, equation (6) in its discretized form yields: P _ = s c a n _ α + Σ k = 1 K d r i f t _ k d k + Σ j = 1 J Σ s m O d e _ j . s m j . s ,
Figure DE102017220408A1_0013

Diese setzt die gemessenen Phasen mit den bekannten berechneten Mustern der Störbeiträge und deren unbekannten und zu bestimmenden Koeffizienten in eine lineare Beziehung. Nach Zusammenführung sämtlicher Mustervektoren zu einer Matrix s D M _ _

Figure DE102017220408A1_0014
und nach Stapelung sämtlicher Parameter zu einem Spaltenvektor u gemäß P _ = ( s c a n _   D r i f t s _ _   M o d e s _ _ ) s D M _ _ ( α d _ m _ ) u _
Figure DE102017220408A1_0015
(die Notation erschließt sich dem Fachmann unmittelbar aus Gleichung (9)) erhält man die im Rahmen der Stichprobe beste Schätzung der Parameter durch die Standardlösung überbestimmter linearer Gleichungssysteme zu ( α d _ m _ ) = inv ( s D M _ _ T s D M _ _ ) s D M _ _ T P _ .
Figure DE102017220408A1_0016
This sets the measured phases in a linear relationship with the known calculated patterns of the interference contributions and their unknown and to be determined coefficients. After merging all pattern vectors into a matrix s D M _ _
Figure DE102017220408A1_0014
and after stacking all the parameters into a column vector u according to P _ = ( s c a n _ D r i f t s _ _ M O d e s _ _ ) } s D M _ _ ( α d _ m _ ) } u _
Figure DE102017220408A1_0015
(the notation is directly understood by the skilled person from equation (9)) one obtains the best estimate of the parameters in the sample by the standard solution of overdetermined linear systems of equations ( α d _ m _ ) = inv ( s D M _ _ T s D M _ _ ) s D M _ _ T P _ ,
Figure DE102017220408A1_0016

Der dabei letztendlich interessierende Parameter α = L c

Figure DE102017220408A1_0017
legt die zu bestimmende absolute Länge ohne Störungen frei (die Störbeiträge werden durch die Freigabe ihrer Koeffizienten bei der Rekonstruktion gewissermaßen „kurzgeschlossen“).The ultimately interesting parameter α = L c
Figure DE102017220408A1_0017
sets the absolute length to be determined without disturbances (the interference contributions are to a certain extent "short-circuited" by the release of their coefficients during the reconstruction).

Die Ausführung des Modells der Störungen in linearer Form ist nur beispielhaft. Es können im Rahmen einer nicht-linearen Optimierung (z.B. iteratives Newton-Verfahren) auch nichtlineare Abhängigkeiten der Störungen von den zu bestimmenden Parametern aufgestellt und dann die Parameter durch nichtlineare Parameter-Anpassung bestimmt werden. Dies kann beispielsweise dann sinnvoll und notwendig sein, wenn die Frequenzen der Schwingungen zeitlich derart veränderlich sind, dass sie für das jeweilige Zeitintervall der Durchstimmung erst durch entsprechende Berücksichtigung im Modell der Störungen ausreichend genau bestimmt werden können.The execution of the model of the disturbances in linear form is only an example. Non-linear dependencies of the perturbations on the parameters to be determined can also be established in a non-linear optimization (eg, iterative Newton method), and then the parameters can be determined by non-linear parameter adaptation. This can be useful and necessary, for example, if the frequencies of the oscillations are variable in time so that they can be determined sufficiently accurately for the respective time interval of tuning only by appropriate consideration in the model of the disturbances.

Um die Anzahl der zu berücksichtigenden Oszillationen möglichst gering zu halten und um hochfrequente Oszillationen als solche identifizieren zu können, erfolgt die Frequenz-Durchstimmung vorzugsweise innerhalb einer möglichst kurzen Zeitdauer. Idealerweise sollte im Spezialfall einer diskreten schrittweisen Durchstimmung die Einstellzeit τ für ein Frequenzinkrement Δf der auf der Unschärferelation der FourierTransformation basierenden Grenze τ ≥ (1/Δf) τ 1 Δ f

Figure DE102017220408A1_0018
möglichst nahe kommen. Beispielsweise sollte bei einer erforderlichen Frequenz-Stabilität von 100Hz eine Einstellzeit für einen Frequenzschritt von nicht wesentlich länger als etwa 10ms realisiert werden.In order to keep the number of oscillations to be considered as low as possible and in order to be able to identify high-frequency oscillations as such, the frequency tuning is preferably carried out within as short a time as possible. Ideally, in the special case of a discrete stepwise tuning, the response time τ should be for a frequency increment Δf of the limit based on the uncertainty relation of the Fourier transformation τ ≥ (1 / Δf) τ 1 Δ f
Figure DE102017220408A1_0018
get as close as possible. For example, with a required frequency stability of 100 Hz, a setup time for a frequency step of not much longer than about 10 ms should be realized.

Unter Inkaufnahme des höheren apparativen Aufwandes ist eine Beherrschung der Störungen auch zielführend möglich, indem man diese Störungen mit einem weiteren, in der Frequenz feststehenden heterodynen Messstrahl (f3 ,f4 ), der idealerweise mit dem durchstimmbaren heterodynen Messstrahl (f1 ,f2 ) in das Interferometer eingekoppelt wird, erfasst. Dies ist in 7 schematisch dargestellt, wobei der weitere heterodyne Messstrahl (f3 ,f4 ) die Frequenzen f3 und f4=f3+Δf3 aufweist. In 7 ist mit „60“ die (zusätzlich zur analog zu 1 ausgebildeten und hier vereinfacht dargestellten durchstimmbaren Lichtquelle 10 vorgesehene) weitere Lichtquelle 60, mit „606“ ein akustooptischer Modulator, mit „607“ eine extern zugeführte Referenzfrequenz und mit „610“ eine Lambda/2-Platte bezeichnet. Für die gleichzeitig gemessenen Phasenwerte Δφ1,2 bzw. Δφ3,4 für die beiden heterodynen Messstrahlen (f1 ,f2 ) bzw. (f3 ,f4 ) gelten die beiden Beziehungen Δ φ 1,2 ( q ) = L 2 π c Δ f 1 ( q ) + 2 π f 1 ( q ) c δ L ( t ( q ) ) , Δ φ 3,4 ( q ) = 2 π f 3 c δ L ( t ( q ) ) .

Figure DE102017220408A1_0019
By accepting the higher expenditure on equipment a mastery of the disturbances is also expediently possible by applying these disturbances to a further, fixed frequency heterodyne measuring beam ( f 3 . f 4 ), which ideally with the tunable heterodyne measuring beam ( f 1 . f 2 ) is coupled into the interferometer detected. This is in 7 schematically illustrated, wherein the further heterodyne measuring beam ( f 3 . f 4 ) the frequencies f 3 and f 4 = f 3 + Δf 3 . In 7 is with " 60 "The (in addition to the analogue 1 trained and shown here simplified tunable light source 10 provided) further light source 60 , With " 606 "An acousto-optic modulator, with" 607 "An externally supplied reference frequency and with" 610 "A lambda / 2 plate called. For the simultaneously measured phase values Δφ 1,2 and Δφ 3,4 for the two heterodyne measuring beams ( f 1 . f 2 ) respectively. ( f 3 . f 4 ) apply the two relationships Δ φ 1.2 ( q ) = L 2 π c Δ f 1 ( q ) + 2 π f 1 ( q ) c δ L ( t ( q ) ) . Δ φ 3.4 ( q ) = 2 π f 3 c δ L ( t ( q ) ) ,
Figure DE102017220408A1_0019

Durch elementare Umformung gelangt man schließlich zur bestimmenden Gleichung Δ φ c ( q ) = L 2 π c Δ f 1 ( q )

Figure DE102017220408A1_0020
zur Messung der Absolut-Länge mittels Frequenz-Durchstimmung bei expliziter Störungserfassung, wobei Δ φ c ( q ) = Δ φ 1,2 ( q ) f 1 ( q ) f 3 Δ φ 3,4 ( q )
Figure DE102017220408A1_0021
die um die Störungen korrigierte gemessene Phasenverschiebung bezeichnet.Elementary transformation finally leads to the determining equation Δ φ c ( q ) = L 2 π c Δ f 1 ( q )
Figure DE102017220408A1_0020
for measuring the absolute length by means of frequency tuning for explicit interference detection, wherein Δ φ c ( q ) = Δ φ 1.2 ( q ) - f 1 ( q ) f 3 Δ φ 3.4 ( q )
Figure DE102017220408A1_0021
denotes the measured phase shift corrected for the perturbations.

Aus der Auftragung der gemessenen und korrigierten Phasenverschiebung Δφc(q) gegen die Frequenzverschiebung Δf1(q) kann die zu ermittelnde Absolut-Länge L in Form der Steigung, wie in 5 für beispielhafte Werte dargestellt, erhalten werden. From the plot of the measured and corrected phase shift Δφ c (q) against the frequency shift Δf 1 (q), the absolute length L to be determined in the form of the slope, as in FIG 5 for exemplary values.

In vorteilhafter Weise stellt das Verfahren der Frequenz-Durchstimmung mit einem zusätzlichen heterodynen Beobachtungsstrahl im Gegensatz zur Methode der Störungserfassung durch Modellierung und Filterung prinzipiell keinerlei limitierende Anforderungen an Dauer und Form der Frequenz-Durchstimmung. In an advantageous manner, the method of frequency tuning with an additional heterodyne observation beam, in contrast to the method of interference detection by modeling and filtering, in principle, no limiting requirements for duration and shape of the frequency tuning.

Die Erfindung ist hinsichtlich des gewählten Wellenlängenbereichs nicht weiter eingeschränkt, wobei lediglich beispielhaft die Wellenlänge im Bereich von (400-1600)nm liegen kann. Des Weiteren ist die Erfindung hinsichtlich der konkreten Ausführung des (Heterodyn-)Interferometers nicht weiter eingeschränkt, welches in für sich bekannter Weise mit Planspiegeln oder Retroreflektoren ausgestaltet sein kann.The invention is not further limited with respect to the selected wavelength range, with the wavelength being only in the range of (400-1600) nm by way of example. Furthermore, the invention with respect to the specific embodiment of the (heterodyne) interferometer is not further limited, which can be configured in a conventional manner with plane mirrors or retroreflectors.

Im Folgenden werden weitere, alternativ zu 1 und 2 mögliche Ausführungsformen zur Realisierung der erfindungsgemäßen Durchstimmung der Frequenz f1 (d.h. des „Scanvorganges) unter Bezugnahme auf Fig. 3ff. beschrieben.In the following, further, as an alternative to 1 and 2 possible embodiments for the realization of tuning the frequency according to the invention f 1 (ie, the "scan") with reference to FIG. 3ff. described.

Gemäß 3 werden im Unterschied zu den Ausführungsformen von 1 und 2 zwei separate Lasermodule 10 und 11 verwendet, um die für den Heterodynbetrieb benötigten Frequenzen f1 , f2 zur Verfügung zu stellen. Aufbau und Funktionsweise der beiden Lasermodule entsprechen hierbei denjenigen des Lasermoduls 10 aus 1.According to 3 unlike the embodiments of 1 and 2 two separate laser modules 10 and 11 used to the frequencies required for heterodyne operation f 1 . f 2 to provide. The structure and function of the two laser modules correspond to those of the laser module 10 out 1 ,

Der Frequenzabstand zwischen den Frequenzen f1 und f2 wird gemäß 3 durch Regelung des zweiten Lasermoduls 11 auf einen konstanten Frequenzabstand Δf zum ersten Lasermodul 10 erreicht, so dass das erste Lasermodul 10 einen Teilstrahl mit der Frequenz f1 und das zweite Lasermodul 11 einen Teilstrahl mit der Frequenz f2=f1+Δf erzeugt. Hierzu werden Anteile beider Teilstrahlen bzw. Frequenzen über Strahlteiler 204 und 215 an einem Photodetektor 211 zur Interferenz gebracht. Das Schwebungssignal beider Frequenzen f1 und f2 wird an einem Mischer 213 mit einer externen Referenzfrequenz 212 verglichen. Das Vergleichssignal wird zur Regelung der zweiten Frequenz f2 einer Laseransteuerung 120 zugeführt. In der Ausführungsform gemäß 3 erfolgt diese Regelung der zweiten Frequenz f2 schneller als die Verschiebung der (ersten) Frequenz f1 durch den Scanvorgang. Die für das Heterodyninterferometer erforderliche Einstellung orthogonaler Polarisationszustände der beiden Teilstrahlen mit Frequenz f1 bzw. f2 wird gemäß 3 ebenfalls durch eine Lambda/2-Platte 210 eingestellt.The frequency spacing between the frequencies f 1 and f 2 is according to 3 by regulation of the second laser module 11 to a constant frequency spacing Δf to the first laser module 10 achieved, leaving the first laser module 10 a partial beam with the frequency f 1 and the second laser module 11 generates a partial beam with the frequency f 2 = f 1 + .DELTA.f. For this purpose, portions of both partial beams or frequencies via beam splitters 204 and 215 on a photodetector 211 brought to interference. The beat signal of both frequencies f 1 and f 2 gets at a mixer 213 with an external reference frequency 212 compared. The comparison signal is used to control the second frequency f 2 a laser control 120 fed. In the embodiment according to 3 This control of the second frequency takes place f 2 faster than the shift of the (first) frequency f 1 through the scanning process. The setting of orthogonal polarization states of the two partial beams with frequency required for the heterodyne interferometer f 1 respectively. f 2 is according to 3 also by a lambda / 2 plate 210 set.

Um Information über die genaue Form der Frequenzrampe während des Scanvorgangs zu erhalten, wird gemäß 4 parallel zu dem eigentlichen Heterodyninterferometer 400 (mit Komponenten 401 bis 409) ein Teil der Lichtintensität beider Frequenzen f1 , f2 über einen Strahlteiler 301 und einen Umlenkspiegel 302 abgetrennt und einem zweiten Heterodyninterferometer 500 (dessen Komponenten mit „501“ bis „510“ bezeichnet sind) zugeführt.In order to obtain information about the exact shape of the frequency ramp during the scanning process, it is explained in 4 parallel to the actual heterodyne interferometer 400 (with components 401 to 409 ) Part of the light intensity of both frequencies f 1 . f 2 via a beam splitter 301 and a deflecting mirror 302 separated and a second heterodyne interferometer 500 (its components with " 501 " to " 510 "Are designated) supplied.

Das erste Heterodyninterferometer 400 weist Polarisatoren 402, 408 (jeweils in 45°-Stellung), einen Photodetektor 403 für das Referenzsignal, einen Photodetektor 409 für das Interferometersignal, einen Polarisationsstrahlteiler 404, einen Retroreflektor 405 im Referenzarm, einen Retroreflektor 406 im Messarm und Strahlteiler 401, 407 auf. Das zweite Heterodyninterferometer 500 weist Polarisatoren 502, 508 (jeweils in 45°-Stellung), einen Photodetektor 503 für das Referenzsignal, einen Photodetektor 509 für das Interferometersignal, einen Polarisationsstrahlteiler 504, einen Retroreflektor 505 im Referenzarm, einen Retroreflektor 506 im Messarm und Strahlteiler 501, 507 auf. Anders als bei dem ersten Heterodyninterferometer 400 ist der Abstand des Retroreflektors 506 in dem zweiten Heterodyninterferometer 500 über eine mechanische Referenzlänge 510 (als Längennormal) fest vorgegeben. Die Auswertung der Interferometersignale dieses zweiten Heterodyninterferometers 500 erlaubt eine Rekonstruktion der Frequenzrampe.The first heterodyne interferometer 400 has polarizers 402 . 408 (each in 45 ° position), a photodetector 403 for the reference signal, a photodetector 409 for the interferometer signal, a polarization beam splitter 404 , a retro reflector 405 in the reference arm, a retroreflector 406 in the measuring arm and beam splitter 401 . 407 on. The second heterodyne interferometer 500 has polarizers 502 . 508 (each in 45 ° position), a photodetector 503 for the reference signal, a photodetector 509 for the interferometer signal, a polarization beam splitter 504 , a retro reflector 505 in the reference arm, a retroreflector 506 in the measuring arm and beam splitter 501 . 507 on. Unlike the first heterodyne interferometer 400 is the distance of the retroreflector 506 in the second heterodyne interferometer 500 over a mechanical reference length 510 (as a length standard) fixed. The evaluation of the interferometer signals of this second heterodyne interferometer 500 allows a reconstruction of the frequency ramp.

In der Ausführungsform von 4 wird die Frequenzänderung mittels des zweiten Heterodyninterferometers 500, welches eine unveränderliche drift- und vibrationsfreie Kavität der (z.B. durch Eichung) bekannten Länge L0 aufweist, gemäß Δ f 1 = c 2 π Δ φ 0 L 0

Figure DE102017220408A1_0022
aus der an ihm gemessenen Phasenänderung Δφ0 bestimmt.In the embodiment of 4 becomes the frequency change by means of the second heterodyne interferometer 500 , which has an invariable drift and vibration-free cavity of the (eg by calibration) known length L 0 , according to Δ f 1 = c 2 π Δ φ 0 L 0
Figure DE102017220408A1_0022
determined from the phase change Δφ 0 measured on it.

8 zeigt in schematischer Darstellung eine prinzipielle mögliche Anordnung erfindungsgemäßer Heterodyninterferometer zur Positionsbestimmung eines Spiegels 801. Bei dem Spiegel 801 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um einen Spiegel eines Projektionsobjektivs in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei - ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre - ein für sich z.B. aus US 6,864,988 B2 bekannter Aufbau zugrunde gelegt wird, in welchem sowohl eine lastabtragende Tragstruktur 803 („force frame“) als auch eine unabhängig hiervon vorgesehene Messstruktur 804 („sensor frame“) vorhanden sind. Gemäß 8 sind sowohl Tragstruktur 803 als auch Messstruktur 804 unabhängig voneinander über als dynamische Entkopplung wirkende mechanische Anbindungen (z.B. Federn) 805 bzw. 806 an eine Grundplatte bzw. Basis 830 des optischen Systems mechanisch angebunden. Der Spiegel 801 seinerseits ist über eine Spiegelbefestigung 802 an der Tragstruktur 803 befestigt. In 8 schematisch eingezeichnet sind zwei erfindungsgemäße Heterodyninterferometer 810 und 820, deren Messstrecke 811 bzw. 821 von der Messstruktur 804 bis hin zum Spiegel 801 verläuft. 8th shows a schematic representation of a possible arrangement of inventive heterodyne interferometer for determining the position of a mirror 801 , At the mirror 801 In the exemplary embodiment, this is a mirror of a projection objective in a microlithographic Projection exposure system, wherein - without the invention being limited thereto - for example, from US 6,864,988 B2 is based on known structure, in which both a load-bearing support structure 803 ("Force frame") as well as an independently provided for this measurement structure 804 ("Sensor frame") are present. According to 8th are both support structure 803 as well as measurement structure 804 independently of one another via mechanical connections (eg springs) acting as dynamic decoupling 805 respectively. 806 to a base plate or base 830 mechanically connected to the optical system. The mirror 801 in turn is about a mirror mount 802 on the supporting structure 803 attached. In 8th schematically drawn are two heterodyne interferometers according to the invention 810 and 820 whose measuring path 811 respectively. 821 from the measuring structure 804 to the mirror 801 runs.

Zur Vermessung der Lage einer Komponente bzw. eines Spiegels in allen sechs Freiheitsgraden werden sechs Heterodyninterferometer benötigt, wobei eine mögliche Konfiguration schematisch in 9a dargestellt ist. Eingezeichnet sind sechs Messstrecken 905 mit jeweils einem am Messrahmen 906 befindlichen Ausgangspunkt 904 und einem am Spiegel 901 befindlichen Endpunkt 903. Wie ebenfalls in 9a angedeutet befindet sich am Ausgangspunkt 904 der Messstrecke 905 ein aus polarisationsabhängigem Strahlteiler 912 und Retroreflektor 913 aufgebautes Interferometer, und am Endpunkt 903 der Messstrecke 905 ein am Spiegel 901 angeordneter Retroreflektor 911. 9b dient lediglich zur Erläuterung der vereinfachten Darstellung des Interferometeraufbaus aus 9a.To measure the position of a component or a mirror in all six degrees of freedom, six heterodyne interferometers are required, one possible configuration being shown schematically in FIG 9a is shown. Marked are six measuring sections 905 with one each on the measuring frame 906 located starting point 904 and one at the mirror 901 located endpoint 903 , Like also in 9a indicated is located at the starting point 904 the measuring section 905 a polarization-dependent beam splitter 912 and retroreflector 913 constructed interferometer, and at the end point 903 the measuring section 905 one at the mirror 901 arranged retroreflector 911 , 9b is merely illustrative of the simplified representation of the interferometer structure 9a ,

10 zeigt in schematischer Darstellung eine prinzipielle mögliche Anordnung erfindungsgemäßer Heterodyninterferometer zur Positionsbestimmung einer Komponente 1050 in Form eines Maskentisches oder eines Wafertisches in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei die Komponente verspiegelte Seitenflächen 1051, 1052 zur interferometrischen „Anmessung“ aufweist. Gemäß 10 sind zu dieser interferometrischen Anmessung bzw. Bestimmung der Messstrecken Lx und Ly jeweils aus polarisationsabhängigem Strahlteiler 1001 bzw. 1011 und Retroreflektoren 1002, 1003 bzw. 1012, 1013 aufgebaute Interferometer vorgesehen. Des Weiteren sind analog zu den vorstehend unter Bezugnahme auf 1-9 beschriebenen Ausführungsformen mit „1008“ bzw. „1018“ Strahlteiler, mit „1007“ bzw. „1017“ Photodetektoren für das Interferometersignal und mit „1010“ bzw. „1020“ Photodetektoren für das Referenzsignal bezeichnet. Mit „1006“, „1009“ bzw. „1016“, „1019“ sind jeweils analog zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen Polarisatoren (jeweils in 45°-Stellung) bezeichnet. Mit „1005“ bzw. „1015“ ist jeweils ein Umlenkspiegel, und mit „1004“ bzw. „1014“ jeweils eine Lambda/2-Platte bezeichnet. 10 shows a schematic representation of a possible arrangement of inventive heterodyne interferometer for determining the position of a component 1050 in the form of a mask table or a wafer table in a microlithographic projection exposure apparatus, wherein the component has mirrored side surfaces 1051 . 1052 for interferometric "measurement" has. According to 10 are to this interferometric measurement or determination of the measuring sections L x and L y each from polarization-dependent beam splitter 1001 respectively. 1011 and retroreflectors 1002 . 1003 respectively. 1012 . 1013 constructed interferometer provided. Further, similar to those described above with reference to 1-9 described embodiments with " 1008 " respectively. " 1018 "Beam splitter, with" 1007 " respectively. " 1017 "Photodetectors for the interferometer signal and with" 1010 " respectively. " 1020 "Photodetectors for the reference signal called. With " 1006 "," 1009 " respectively. " 1016 "," 1019 Are each analogous to the embodiments described above polarizers (each in 45 ° position) referred to. With " 1005 " respectively. " 1015 "Is in each case a deflection mirror, and with" 1004 "or" 1014 "Each denotes a lambda / 2 plate.

12 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Das bzw. die erfindungsgemäße(n) (Heterodyn-)Interferometer kann bzw. können in dieser Projektionsbelichtungsanlage zur Abstandsvermessung des Wafers bzw. der Waferstage, der Retikelebene sowie der einzelnen Spiegel im Projektionsobjektiv oder in der Beleuchtungseinrichtung verwendet werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung in für den Betrieb im EUV ausgelegten Systemen beschränkt, sondern auch bei der Vermessung optischer Systeme für andere Arbeitswellenlängen (z.B. im VUV-Bereich bzw. bei Wellenlängen kleiner als 250nm) realisierbar. 12 shows a schematic representation of an exemplary designed for operation in EUV microlithographic projection exposure apparatus. The (heterodyne) interferometer (s) according to the invention can be used in this projection exposure apparatus for measuring the distance of the wafer or the wafer stage, the reticle plane and the individual mirrors in the projection objective or in the illumination device. However, the invention is not limited to the application in systems designed for operation in the EUV, but also in the measurement of optical systems for other operating wavelengths (eg in the VUV range or at wavelengths less than 250nm) feasible.

Gemäß 12 weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 1200 einen Feldfacettenspiegel 1203 und einen Pupillenfacettenspiegel 1204 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 1203 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 1201 und einen Kollektorspiegel 1202 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 1204 sind ein erster Teleskopspiegel 1205 und ein zweiter Teleskopspiegel 1206 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 1207 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 1251-1256 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 1221 auf einem Maskentisch 1220 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 1261 auf einem Wafertisch 1260 befindet.According to 12 has a lighting device in a designed for EUV projection exposure system 1200 a field facet mirror 1203 and a pupil facet mirror 1204 on. On the field facet mirror 1203 becomes the light of a light source unit, which is a plasma light source 1201 and a collector mirror 1202 includes, steered. In the light path after the pupil facet mirror 1204 are a first telescope mirror 1205 and a second telescope mirror 1206 arranged. In the light path below is a deflection mirror 1207 arranged, which reflects the radiation impinging on an object field in the object plane of a six mirror 1251 - 1256 comprehensive projection lens steers. At the location of the object field is a reflective structure-bearing mask 1221 on a mask table 1220 arranged, which is imaged by means of the projection lens in an image plane in which a substrate coated with a photosensitive layer (photoresist) 1261 on a wafer table 1260 located.

Die Erfindung kann zur Absolutmessung der Position z.B. eines der Spiegel 1251-1256 oder auch des Maskentisches 1220 oder des Wafertisches 1260 in der Projektionsbelichtungsanlage 1200 eingesetzt werden.The invention can be used for the absolute measurement of the position, for example, of one of the mirrors 1251 - 1256 or the mask table 1220 or the wafer table 1260 in the projection exposure machine 1200 be used.

In weiteren Anwendungen kann ist die Erfindung auch in einer Maskeninspektionsanlage oder einer Waferinspektionsanlage realisiert werden.In other applications, the invention can also be realized in a mask inspection system or a wafer inspection system.

Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.Although the invention has also been described with reference to specific embodiments, numerous variations and alternative embodiments will be apparent to those skilled in the art, eg, by combining and / or replacing features of individual embodiments. Accordingly, it is understood for the Those skilled in the art will appreciate that such variations and alternative embodiments are included in the present invention, and the scope of the invention is limited only in terms of the appended claims and their equivalents.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 6864988 B2 [0074]US 6864988 B2 [0074]

Claims (23)

Optisches System für die Mikrolithographie, mit wenigstens einer Komponente und wenigstens einem dieser Komponente zur Positionsbestimmung zugeordneten Interferometer mit einer Lichtquellen-Einheit, wobei die Komponente ein optisches Element ist und wobei die Lichtquellen-Einheit aufweist: • eine Lichtquelle zur Erzeugung wenigstens eines ersten Teilstrahls mit einer ersten Frequenz (f1); und • eine Durchstimm-Einrichtung, über welche eine Einstellung der ersten Frequenz (f1) auf unterschiedliche Werte in einer vorgegebenen Frequenzabfolge durchführbar ist.Optical system for microlithography, comprising at least one component and at least one of these components for position determination interferometer with a light source unit, wherein the component is an optical element and wherein the light source unit comprises: • a light source for generating at least a first partial beam with a first frequency (f1); and • a tuning means, via which a setting of the first frequency (f 1) is carried out to different values in a predetermined frequency sequence. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese Einstellung der ersten Frequenz (f1) auf unterschiedliche Werte jeweils mit einer Frequenzschwankung von höchstens 1000Hz, insbesondere von höchstens 100Hz, durchführbar ist.Optical system after Claim 1 , characterized in that this setting of the first frequency (f 1 ) to different values each with a frequency fluctuation of at most 1000Hz, in particular of at most 100Hz, is feasible. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese Einstellung der ersten Frequenz (f1) auf unterschiedliche Werte über einen Frequenzbereich von wenigstens (10-50)GHz, insbesondere von wenigstens (10-100)GHz, weiter insbesondere von wenigstens (10-200)GHz, durchführbar ist.Optical system after Claim 1 or 2 , characterized in that this setting of the first frequency (f 1 ) to different values over a frequency range of at least (10-50) GHz, in particular of at least (10-100) GHz, more particularly of at least (10-200) GHz, is feasible. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei dieser Durchstimmung die Einstellung der ersten Frequenz (f1) auf diskrete Frequenzwerte in definierten Frequenzschritten erfolgt.Optical system according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that in this tuning the adjustment of the first frequency (f 1 ) to discrete frequency values in defined frequency steps. Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass diese Frequenzschritte im Bereich von (10-100)MHz liegen.Optical system after Claim 4 , characterized in that said frequency steps are in the range of (10-100) MHz. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei dieser Durchstimmung eine kontinuierliche Variation der ersten Frequenz (f1) innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs erfolgt.Optical system according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that in this tuning a continuous variation of the first frequency (f 1 ) takes place within the predetermined frequency range. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dieser Durchstimmung die Variation der ersten Frequenz (f1) mit einer nichtlinearen Zeitabhängigkeit erfolgt.Optical system according to one of the preceding claims, characterized in that in this tuning, the variation of the first frequency (f 1 ) takes place with a non-linear time dependence. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen-Einheit ferner eine Eingabe-Schnittstelle zur Eingabe der bei der Durchstimmung einzuhaltenden, frei programmierbaren Frequenzabfolge aufweist.Optical system according to one of the preceding claims, characterized in that the light source unit further comprises an input interface for inputting the freely programmable frequency sequence to be maintained during the tuning. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen-Einheit ferner eine Referenz-Kavität mit einer Referenz-Atmosphäre aufweist.Optical system according to one of the preceding claims, characterized in that the light source unit further comprises a reference cavity having a reference atmosphere. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Interferometer ein Heterodyninterferometer ist, wobei die Lichtquelle weiter zur Erzeugung eines zweiten Teilstrahls mit einer zweiten Frequenz (f2) ausgestaltet ist, wobei die zweite Frequenz einen vorgegebenen Frequenzabstand (Δf) zur ersten Frequenz besitzt.Optical system according to one of the preceding claims, characterized in that the interferometer is a heterodyne interferometer, wherein the light source is further configured to generate a second partial beam having a second frequency (f 2 ), wherein the second frequency a predetermined frequency spacing (Δf) to the first Owns frequency. Optisches System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen-Einheit einen akustooptischen Modulator (206) zur Einstellung des gewünschten Frequenzabstandes (Δf) zwischen der ersten Frequenz (f1) und der zweiten Frequenz (f2) aufweist.Optical system after Claim 10 , characterized in that the light source unit comprises an acousto-optic modulator (206) for setting the desired frequency spacing (Δf) between the first frequency (f 1 ) and the second frequency (f 2 ). Optisches System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle ein erstes Lasermodul (10) zur Erzeugung des ersten Teilstrahls mit der ersten Frequenz (f1) und ein hiervon separates zweites Lasermodul (11) zur Erzeugung des zweiten Teilstrahls mit der zweiten Frequenz (f2) aufweist.Optical system after Claim 10 or 11 , characterized in that the light source comprises a first laser module (10) for generating the first partial beam at the first frequency (f 1 ) and a separate second laser module (11) for generating the second partial beam at the second frequency (f 2 ). Optisches System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen-Einheit eine Regelung zur Einstellung des gewünschten Frequenzabstandes (Δf) zwischen der ersten Frequenz (f1) und der zweiten Frequenz (f2) aufweist.Optical system after Claim 12 , characterized in that the light source unit has a control for setting the desired frequency spacing (Δf) between the first frequency (f 1 ) and the second frequency (f 2 ). Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Komponente sechs Interferometer zugeordnet sind, von denen jedes eine Positionsbestimmung in jeweils einem Freiheitsgrad ermöglicht.Optical system according to one of the preceding claims, characterized in that the component is assigned to six interferometers, each of which enables a position determination in each case one degree of freedom. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente ein Spiegel ist. Optical system according to one of Claims 1 to 14 , characterized in that the component is a mirror. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage ist.Optical system according to one of the preceding claims, characterized in that this is a microlithographic projection exposure apparatus. Verfahren zur Positionsbestimmung einer Komponente in einem optischen System für die Mikrolithographie, wobei die Komponente ein optisches Element ist und wobei die Positionsbestimmung mit wenigstens einem Interferometer in jeweils einem Freiheitsgrad durchgeführt wird, wobei das Interferometer eine Lichtquellen-Einheit mit einer Lichtquelle und einer Durchstimm-Einrichtung aufweist, wobei über die Lichtquelle wenigstens ein erster Teilstrahl mit einer ersten Frequenz (f1) erzeugt wird, wobei die erste Frequenz (f1) auf unterschiedliche Werte in einer vorgegebenen Frequenzabfolge eingestellt wird.A method for determining the position of a component in an optical system for microlithography, wherein the component is an optical element and wherein the position determination is performed with at least one interferometer in one degree of freedom, the interferometer a light source unit with a light source and a tuning device wherein the first frequency (f 1) is set to different values in a predetermined frequency sequence, wherein the light source via at least a first partial beam having a first frequency (f 1) is generated. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Interferometer ein Heterodyninterferometer ist, wobei über die Lichtquelle weiter ein zweiter Teilstrahl mit einer zweiten Frequenz (f2) erzeugt wird, wobei die zweite Frequenz einen vorgegebenen Frequenzabstand (Δf) zur ersten Frequenz besitzt.Method according to Claim 17 , characterized in that the interferometer is a heterodyne interferometer, wherein on the light source further a second partial beam having a second frequency (f 2 ) is generated, wherein the second frequency has a predetermined frequency spacing (Δf) to the first frequency. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass für diese unterschiedlichen Werte der ersten Frequenz (f1) jeweils eine Bestimmung der Phase des erzeugten Interferenzsignals erfolgt.Method according to Claim 17 or 18 , characterized in that for each of these different values of the first frequency (f 1 ) there is a determination of the phase of the generated interference signal. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass für diese unterschiedlichen Werte der ersten Frequenz (f1) jeweils das Verhältnis der Phasenänderung zur Frequenzänderung zur Bestimmung einer absoluten Länge eines Interferometerarms des Interferometers ermittelt wird.Method according to Claim 19 , characterized in that for each of these different values of the first frequency (f 1 ), the ratio of the phase change to the frequency change is determined to determine an absolute length of an interferometer arm of the interferometer. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass über eine weitere Lichtquelle ein dritter Teilstrahl mit einer dritten Frequenz (f3) und ein vierter Teilstrahl mit einer vierten Frequenz (f4) erzeugt werden.Method according to one of Claims 17 to 20 , characterized in that a third partial beam having a third frequency (f 3 ) and a fourth partial beam having a fourth frequency (f 4 ) are generated via a further light source. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung des dritten Teilstrahls und des vierten Teilstrahls im System auftretende Störungen erfasst werden.Method according to Claim 21 , characterized in that are detected using the third sub-beam and the fourth sub-beam interference occurring in the system. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System ein optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ist.Method according to one of Claims 17 to 22 , characterized in that the optical system is an optical system according to any one of Claims 1 to 16 is.
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