DE1109411B

DE1109411B - Interferometer

Info

Publication number: DE1109411B
Application number: DEZ5109A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Kurt Raentsch
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1955-08-27
Filing date: 1955-08-27
Publication date: 1961-06-22

Description

Interferometer Es ist eine Interferenzeinrichtung zur Messung von Längen, Geradführungen, Lichtbrechungen u. dgl. bekannt, bei der zur Erzeugung und Wiedervereinigung zweier kohärenter Strahlenbündel ein Doppelprisma dient, das aus zwei nach Größe und Winkeln völlig gleichen Einzelprismen besteht, die längs je einer ihrer einander entsprechenden Flächen zwangsfrei zusammengefügt, z. B. verkittet sind, wobei die eine der beiden in Kontakt stehenden Flächen halb durchlässig verspiegelt ist. Die weiteren Prismenflächen, an denen die kohärenten Strahlen nach Spiegelung bzw. Durchtritt durch die halbdurchlässige Spiegelfläche reflektiert werden, treffen auf eine relativ zur Teilungsfläche neigbare reflektierende Fläche auf, wobei das Doppelprisma mit seinen spiegelnden Flächen so gegenüber der neigbaren Fläche angeordnet wird, daß die geteilten Strahlenbündel gegenläufig im Interferometer umlaufen. Ein derart ausgebildetes Interferometer eignet sich ganz besonders für die genaue Einstellung eines Winkels, nämlich beispielsweise des Winkels, den die relativ neigbare Fläche mit der Teilungs- und Wiedervereinigungsfläche einschließt. Bei jeder Neigung einer dieser beiden Flächen relativ zur andern ändert sich nämlich die Anzahl der Interferenzstreifen im Gesichtsfeld, so daß das Maß für die Neigung durch die Interferenzstreifenzahl ausdrückbar ist.Interferometer It is an interference device for measuring Lengths, straight lines, refractions and the like. Known in the generation and Reunification of two coherent bundles of rays serves a double prism that consists of consists of two individual prisms that are completely identical in size and angles, each longitudinally one of their corresponding surfaces compulsorily joined together, e.g. B. cemented are, with one of the two surfaces in contact being mirrored in a semi-transparent manner is. The other prism surfaces on which the coherent rays after reflection or passage through the semitransparent mirror surface are reflected on a reflective surface that can be inclined relative to the dividing surface, the Double prism with its reflective surfaces so arranged opposite the inclinable surface is that the divided beams rotate in opposite directions in the interferometer. A Interferometer designed in this way is particularly suitable for precise setting an angle, namely, for example, the angle that the relatively inclinable surface with the division and reunification surface. With every inclination one This is because the number of interference fringes changes relative to the other of these two surfaces in the field of view, so that the measure of the inclination by the number of interference fringes is expressible.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung dieser Anordnung und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein die Strahlen ablenkender Doppelkeil im Strahlengange unmittelbar vor der neigbaren reflektierenden Fläche angeordnet oder diese Fläche selbst in zwei gegeneinander geneigte Flächen unterteilt ist, so daß bei symmetrischer Lage der Fläche bzw. Flächenhälften gegenüber der halbdurchlässigen Fläche des Doppelprismas die beiden im Interferenzbild nebeneinander entstehenden Streifensysteme gleichen Streifenabstand zeigen, bei geneigter Lage dagegen das eine Streifensystem unterschiedlichen Streifenabstand gegenüber dem anderen Streifensystem aufweist, wobei dann der Gangunterschied ein Maß für die relative Neigung der reflektierenden Fläche bzw. Flächenhälften ist. The present invention relates to a further embodiment thereof Arrangement and is characterized in that a double wedge deflecting the beams arranged in the beam path directly in front of the inclinable reflective surface or this surface itself is divided into two mutually inclined surfaces, so that with a symmetrical position of the surface or surface halves opposite the semi-permeable Surface of the double prism, the two arising next to each other in the interference pattern Stripe systems show the same stripe spacing, with an inclined position, on the other hand, that one strip system has a different strip spacing compared to the other strip system having, the path difference then being a measure of the relative inclination of the reflective Surface or surface halves is.

Es wird also z. B. die Anzahl der Interferenzstreifen in der einen Gesichtsfeldhälfte vermehrt, in der andern dagegen vermindert. So kann man einmal die Nullstellung stets einwandfrei im Interferenzstreifenbild erkennen, zum andern kann man aber auch aus der Differenz der Streifenzahlen in beiden Bildern die Größe der Neigungsabweichung aus der Nullstellung erkennen und schließlich auch das Vorzeichen dieser Abweichung, je nachdem nämlich im einen Bild die Interferenzstreifenzahl größer ist als im andern oder umgekehrt. So it is z. B. the number of interference fringes in one Half of the field of vision increased, but decreased in the other half. You can do this once Always recognize the zero position perfectly in the interference fringe image, on the other hand but you can also determine the size from the difference in the number of stripes in both images recognize the inclination deviation from the zero position and finally also the sign this deviation, depending on namely in one picture the Number of interference fringes greater is than in the other or vice versa.

Es ist eine Anordnung bekannt, bei der zur Schichtdickenmessung ein von der zu messenden Schicht erzeugtes Interferenzstreifensystem sich über das gesamte Interferenzbild erstreckt. Diesem System ist ein zweites Streifensystem, erzeugt von einer Kompensatorplatte, so überlagert, daß das 2. System nur die Hälfte des gesamten Bildes erfüllt. Durch Verdrehung der Kompensatorplatte lassen sich beide Streifensysteme zur Deckung bringen. An arrangement is known in which a layer thickness measurement is performed The interference fringe system generated by the layer to be measured extends over the entire Interference pattern extends. A second stripe system is created on this system by a compensator plate, so superimposed that the 2nd system only half of the entire picture fulfilled. By turning the compensator plate, both Bring strip systems to coincide.

Demgegenüber liegt der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung darin, daß sich bei einer Winkeländerung der Abstand der Streifen in beiden Hälften gegenläufig ändert, während in der Nullstellung die Streifensysteme hinsichtlich Lage und Abstand in beiden Teilen übereinstimmen. Dabei ist der absolute Abstand der Streifen nicht wesentlich; der Streifenabstand ist lediglich ein Maß für die Größe des Neigungswinkels der beiden Flächen gegenüber der halbdurchlässigen Fläche. In contrast, the advantage of the arrangement according to the invention is that that when the angle changes, the distance between the strips in both halves runs in opposite directions changes, while in the zero position the strip systems with regard to position and distance match in both parts. The absolute distance between the stripes is not here essential; the strip spacing is only a measure of the size of the angle of inclination of the two surfaces opposite the semi-permeable surface.

Der Doppelkeil ist deshalb in der Nähe der relativ neigbaren reflektierenden Fläche angeordnet, weil beim erfindungsgemäßen Interferometer die Interferenzerscheinung in der Ebene der relativ neigbaren reflektierenden Fläche liegt. Sie kann daher mit der Trennkante des Doppelkeils, welche der Trennlinie der Interferenzstreifenbilder entspricht, nur dann gleich scharf gesehen werden, wenn die Trennkante nahe genug an der relativ neigbaren Fläche anordbar ist. The double wedge is therefore close to the relatively inclinable reflective Area arranged because the interference phenomenon in the interferometer according to the invention lies in the plane of the relatively inclinable reflective surface. You can therefore with the dividing edge of the double wedge, which is the dividing line of the interference fringe images can only be seen with the same sharpness if the separating edge is close enough can be arranged on the relatively inclinable surface.

Ist eine derartige Anordnung nicht möglich, so unterteilt man in einer anderen Ausbildungsform der Erfindung die relativ neigbare reflektierende Fläche in zwei Teile mit verschiedener Neigung zum einfallenden Licht. Eine derart unterteilte reflektierende Fläche leistet dasselbe wie der Doppelkeil, mit dem Vorteil, daß hier die Trennkante zusammen mit dem Interferenzstreifenbild stets scharf einstellbar ist. If such an arrangement is not possible, it is divided into another form of training Invention the relatively inclinable reflective surface in two parts with different inclinations towards the incident light. A reflective surface divided in this way does the same as the double wedge, with the advantage that here the separating edge together with the interference fringe image is always sharply adjustable.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 das Interferometer des Hauptpatents mit einem erfindungsgemäß eingeschalteten Doppelkeil, Fig. 2 das Interferometer des Hauptpatents mit einer unterteilten reflektierenden Fläche, Fig. 3 und 4 das Gesichtsfeld der Interferometer nach den Fig. 1 und 2 bei verschiedenen Neigungen der reflektierenden Fläche. Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing shown, namely Fig. 1 shows the interferometer of the main patent with a double wedge switched on according to the invention, FIG. 2 the interferometer of the main patent with a subdivided reflective surface, Figs. 3 and 4 show the field of view of the Interferometer according to FIGS. 1 and 2 at different inclinations of the reflective Area.

In Fig. 1 sind zwei Prismen 1 und 2 von Parallelepipedform verkittet, und in der Kitttläche ist eine halbdurchlässige Spiegelschicht 3 angeordnet. Unterhalb der Prismen ist eine reflektierende Fläche 4 vorgesehen. Ein Lichtstrahl 5, welcher auf die halbdurchlässige Spiegelschicht 3 trifft, wird in die Anteile 6' und 6" zerlegt. Die Teilstrahlen 6' und 6" werden an Außenflächen 7 und 8 der Prismen 1 und 2 sowie an der Spiegelfläche 4 reflektiert, so daß sie in entgegengesetztem Sinn im Interferometer umlaufen. In der halbdurchlässigen Spiegelschicht interferieren die Teilstrahlen und verlassen als vereinigte Lichtstrahlen 9 das Interferometer. Liegt die Spiegelfläche 4 genau senkrecht zur halbdurchlässigen Spiegelfläche 3, so weisen die Teilstrahlen 6' und 6" bei ihrer Wiedervereinigung in der halbdurchlässigen Spiegelfläche 3 keinerlei Gangunterschiede auf. Es entstehen deshalb Interferenzstreifen von unendlicher Breite. Bringt man nun in dieser Anordnung zwischen die Prismen 1 und 2 und die Spiegelfläche 4 einen aus zwei gleichen, jedoch um 180 gegeneinander gedrehten Keilen 10 und 11 zusammengesetzten Doppelkeil, dann werden Keilinterferenzen, wie in Fig. 3 dargestellt, erzeugt. In Fig. 1 two prisms 1 and 2 of parallelepiped shape are cemented, and a semitransparent mirror layer 3 is arranged in the cement surface. Below A reflective surface 4 is provided for the prisms. A light beam 5, which meets the semitransparent mirror layer 3, is divided into the proportions 6 'and 6 " disassembled. The partial beams 6 ′ and 6 ″ are formed on the outer surfaces 7 and 8 of the prisms 1 and 2 and reflected on the mirror surface 4 so that they are in opposite Circulate sense in the interferometer. Interfere in the semitransparent mirror layer the partial beams and leave the interferometer as combined light beams 9. If the mirror surface 4 is exactly perpendicular to the semi-transparent mirror surface 3, so the partial beams 6 'and 6 "point when they reunite in the semitransparent Mirror surface 3 does not show any path differences. There are therefore interference fringes of infinite breadth. If you now bring in this arrangement between the prisms 1 and 2 and the mirror surface 4 are one of two identical, but 180 against each other twisted wedges 10 and 11 composite double wedge, then wedge interference, as shown in Fig. 3 is generated.

Die Trennlinie 12 in Fig. 3 entspricht dabei der Berührungskante der Keile 10 und 11. Das über der Trennlinie 12 liegende Interferenzstreifenbild 11' sei dabei vom Keil 11 erzeugt und das unter der Trennlinie 12 liegende Bild 10' vom Keil 10. The dividing line 12 in FIG. 3 corresponds to the contact edge of wedges 10 and 11. The interference fringe image above the dividing line 12 11 'is generated by the wedge 11 and the image below the dividing line 12 10 'from the wedge 10.

Wird jetzt die Spiegelfläche 4 etwas geneigt, z. B. in die gestrichelt gezeichnete Lage 4', dann treffen die Teilstrahlen 6' und 6" auf die Spiegelfläche 4' unter verschiedenen Winkeln, d. h., es wird eine zusätzliche Keilwirkung erzeugt, welche bewirkt, daß die Interferenzstreifen im Bild 11' auseinander- und im Bild 10' zusammenrücken (Fig. 4). Umgekehrt kann der Spiegel 4 aus einer geneigten Lage leicht und äußerst genau in eine Lage genau senkrecht zur halbdurchlässigen Spiegelschicht 3 gebracht werden, wenn er nur so weit gedreht wird, daß die Interferenzstreifenbilder 10' und 11" zur Koinzidenz kommen. If the mirror surface 4 is now slightly inclined, for. B. in the dashed line Drawn position 4 ', then the partial beams 6' and 6 "hit the mirror surface 4 'at different angles, i.e. i.e., an additional wedge effect is created, which causes the interference fringes in the picture 11 'apart and in the picture 10 'move together (Fig. 4). Conversely, the mirror 4 can be from an inclined position easily and extremely precisely in a position exactly perpendicular to the semi-transparent mirror layer 3 can be brought if it is only rotated so far that the interference fringe images 10 'and 11 "come to coincidence.

Die beschriebene Anordnung erfordert einen so großen Abstand der reflektierenden Fläche 4 von den Prismen 1 und 2, daß der Doppelkeil 10 und 11 zwischen diesen Teilen anordbar ist. The arrangement described requires such a large distance reflective surface 4 of the prisms 1 and 2 that the double wedge 10 and 11 between these parts can be arranged.

Fig.2 zeigt eine Ausführungsform, in der dieser Abstand verhältnismäßig klein gehalten werden kann. Fig.2 shows an embodiment in which this distance is relatively can be kept small.

An Stelle des Doppelkeiles 10 und 11 der Fig. 1 ist hier der Spiegel 4 in zwei Teile 14 und 15 mit verschiedener Neigung unterteilt. Die Neigungswinkel sind so gewählt, daß sie in der Nullstellung des Spiegels 4 bezogen auf die Ebene der halbdurchlässigen Spiegeischicht 3 gleich groß, jedoch von entgegengesetztem Vorzeichen, sind. Es entstehen dadurch in der Nullstellung des Spiegels 4 wieder Keilinterferenzen, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind. Wird der Spiegel 4 in der Zeichenebene entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn etwas gekippt, dann wird der Neigungswinkel der Spiegelfläche 15 kleiner und der der Spiegelfläche 14 größer. Es entsteht deshalb ein Interferenzstreifenbild wie in Fig. 4, d. h., im Bildfeld 10' liegen die Interferenzstreifen enger zusammen als im Bildfeld 11', wobei den an der Fläche 15 entstehenden Interferenzen das Bild 11' und den an der Fläche 14 entstehenden das Bild 10' zugeordnet ist. Im Gegensatz zur Ausführung nach Fig. 1 kann hier die Trennkante zwischen den Spiegelflächen 14 und 15 zusammen mit den Interferenzen stets scharf in das Gesichtsfeld abgebildet werden, weil die Interferenzerscheinungen in der Spiegelebene des Spiegels 4 entstehen.Instead of the double wedge 10 and 11 of FIG here the mirror 4 divided into two parts 14 and 15 with different inclinations. The angles of inclination are chosen so that they are in the zero position of the mirror 4 based on the plane the semitransparent mirror layer 3 is the same size, but of the opposite size Sign, are. This creates again in the zero position of the mirror 4 Wedge interference as shown in FIG. 3. If the mirror 4 is in the The drawing plane is tilted a little counter-clockwise, then the angle of inclination the mirror surface 15 is smaller and that of the mirror surface 14 is larger. It arises therefore an interference fringe image as in Fig. 4; That is, the interference fringes lie in the image field 10 ' closer together than in the image field 11 ', the interferences occurring on the surface 15 the image 11 'and the image 10' arising on the surface 14 is assigned. In contrast to the embodiment according to FIG. 1, here the separating edge between the mirror surfaces 14 and 15, together with the interferences, are always sharply imaged in the field of view because the interference phenomena arise in the mirror plane of the mirror 4.

Claims

PATENT CLAIM: Interferometer device for precise setting and measurement of angle settings with a double prism made of two identical single prisms, which are forcibly joined together along one of their corresponding surfaces are, with one of the two surfaces in contact being mirrored in a semi-permeable manner is, and in which the coherent rays after reflection at or pass through reflected by the semi-transparent mirror surface on the other prism surfaces and reflecting on a reflective surface which can be inclined relative to the semitransparent surface Impinging on the surface, the split beam bundles running in opposite directions in the interferometer revolve, characterized in that a double wedge deflecting the beams in the Beam paths arranged or directly in front of the inclinable reflective surface this surface itself is divided into two mutually inclined surfaces, so that with a symmetrical position of the surface or surface halves in relation to the semi-permeable Surface of the double prism, the two arising next to each other in the interference pattern Stripe systems show the same stripe spacing, with an inclined position, however, that one strip system has a different strip spacing compared to the other strip system having, the path difference then being a measure of the relative inclination of the reflective Surface or surface halves is.

Publications considered: German Patent No. 595 211; U.S. Patent No. 2338,981; Grimsehl-Tomaschek, "Textbook of Physics", 1942, vol.

2, p. 755.