DE19944018A1 - Architektur für ein Luftturbulenz-kompensiertes Zwei-Wellenlängen-Heterodyninterferometer - Google Patents

Architektur für ein Luftturbulenz-kompensiertes Zwei-Wellenlängen-Heterodyninterferometer

Info

Publication number
DE19944018A1
DE19944018A1 DE19944018A DE19944018A DE19944018A1 DE 19944018 A1 DE19944018 A1 DE 19944018A1 DE 19944018 A DE19944018 A DE 19944018A DE 19944018 A DE19944018 A DE 19944018A DE 19944018 A1 DE19944018 A1 DE 19944018A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
detector
light beam
signal
frequency
mirror
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19944018A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19944018B4 (de
Inventor
Paul Zorabedian
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Agilent Technologies Inc
Original Assignee
Hewlett Packard Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hewlett Packard Co filed Critical Hewlett Packard Co
Publication of DE19944018A1 publication Critical patent/DE19944018A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19944018B4 publication Critical patent/DE19944018B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02001Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02007Two or more frequencies or sources used for interferometric measurement
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02001Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02002Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies
    • G01B9/02003Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies using beat frequencies
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02055Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/02062Active error reduction, i.e. varying with time
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/70Using polarization in the interferometer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Die Vorrichtung mißt die Positionsänderung eines Stufenspiegels bezüglich eines Referenzspiegels, wenn sich der Stufenspiegel zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegt. Die Vorrichtung umfaßt eine Lichtquelle zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten zusammenfallenden Lichtstrahls, wobei der erste Lichtstrahl eine Wellenlänge lambda¶1¶ hat, und wobei der zweite Lichtstrahl eine Wellenlänge lambda¶2¶ hat, wobei lambda¶1¶ = Mlambda¶2¶ gilt. Der erste Lichtstrahl umfaßt zwei orthogonal polarisierte Komponenten, die sich frequenzmäßig um eine erste Schwebungsfrequenz F¶ref¶(lambda¶1¶) unterscheiden. Der zweite Lichtstrahl umfaßt zwei orthogonal polarisierte Komponenten, die sich frequenzmäßig um eine zweite Schwebungsfrequenz F¶ref¶(lambda¶2¶) unterscheiden, wobei F¶ref¶(lambda¶2¶) = MF¶ref¶(lambda¶1¶) gilt, und wobei M eine Ganzzahl ist, die größer als 1 ist. Ein polarisationsabhängiger Strahlteiler richtet eine der orthogonal polarisierten Komponenten jedes Lichtstrahls zu dem Referenzspiegel, und die andere der orthogonal polarisierten Komponenten jedes Lichtstrahls zu dem Stufenspiegel. Der polarisationsabhängige Strahlteiler kombiniert ferner die orthogonal polarisierten Komponenten, nachdem die orthogonal polarisierten Komponenten entweder von dem Referenzspiegel oder von dem Stufenspiegel reflektiert worden sind. Die Lichtintensitäten der kombinierten Lichtstrahlen werden in einem ersten und einem zweiten Detektor gemessen. Die Ausgangssignale dieser Detektoren werden kombiniert, um eine ...

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Interferometer und insbe­ sondere auf Interferometer zur Abstandsmessung, die die Ef­ fekte einer atmosphärischen Turbulenz auf interferometrische Messungen kompensieren.
Interferometer, die auf Laserstrahlen basieren, werden ver­ wendet, um sehr genaue Verschiebungsmessungen durchzuführen, wie sie beispielsweise bei der Steuerung von Wafer-Steppern erforderlich sind, die bei der Herstellung von integrierten Schaltungen (ICs) verwendet werden. Bei einem Laserinterfe­ rometer zur Abstandsmessung wird Licht von einem Laser in zwei Strahlen aufgeteilt. Der Referenzstrahl wird von einem festen Referenzspiegel reflektiert, während der Meßstrahl von einem sich bewegenden Meßspiegel reflektiert wird. Die Strahlen werden an einem Detektor wieder kombiniert. Die optische Intensität der kombinierten Strahlen hängt von der Differenz der optischen Länge zwischen dem Referenz- und dem Meßweg ab. Messungen des optischen Wegs bis zu einer Ge­ nauigkeit eines Bruchteils der Wellenlänge des Lasers werden routinemäßig erreicht.
Interferometer zur Abstandsmessung werden typischerweise in DC- und in AC-Interferometer eingeteilt. Bei einem DC-Inter­ ferometer emittiert der Laser eine einzige Frequenz. Nur wenn der Meßspiegel bewegt wird, ist das Interferenzsignal zeitlich variierend. Wenn der Meßspiegel fest ist, ist das Interferenzsignal eine Konstante. Ungünstigerweise können Störungen, wie z. B. eine Leistungsdrift des Lasers und ein elektronisches Rauschen als Bewegungssignal fehlinterpre­ tiert werden, besonders wenn der Meßspiegel fest ist.
Bei einem AC-Interferometer emittiert der Laser zwei opt­ ische Frequenzen mit orthogonalen Polarisationen. Die zwei optischen Frequenzen unterscheiden sich um einen kleinen Betrag und einer der Strahlen wird entlang des Referenzwegs gerichtet, während der andere entlang des zu messenden Wegs gerichtet wird. Die Frequenzen werden mit einem polarisa­ tionsabhängigen Strahlteiler geteilt, wobei eine Frequenz zu dem Referenzspiegel geht, während die andere Frequenz zu dem Meßspiegel geht. Wenn die Strahlen wieder kombiniert werden, wird eine Schwebungsfrequenz bei der Differenz der optischen Frequenzen erzeugt. Wenn der Meßspiegel bewegt wird, verschiebt sich die Schwebungsfrequenz aufgrund der durch die Bewegung eingeführten Doppler-Verschiebung. Bei dieser Anordnung wird die Abstandsmessung erhalten, indem die Differenz der betrachteten Frequenz, wenn der Meßspiegel bewegt wird, und der Frequenz genommen wird, wenn beide Spiegel fest sind. Diese letztere Frequenz wird erhalten, indem ein Anteil des Ausgangssignals des Lasers auf einen geeigneten Detektor gerichtet wird, um die Schwebungsfre­ quenz zu erzeugen. Da nur die Komponente des Rauschens in­ nerhalb des Frequenzbandes zwischen der Referenzschwebungs­ frequenz und der beobachteten Schwebungsfrequenz, die be­ obachtet wird, wenn der Spiegel bewegt wird, das Signal stören kann, werden die Auswirkungen von Rauschen bei AC- Interferometern wesentlich reduziert.
Somit erzeugt der Detektor ein AC-Signal (AC = Alternating Current = Wechselstrom), wenn der Meßspiegel fest ist, und wenn er bewegt wird. Es ist einfacher, Rauschen bei einem zeitlich variierenden Signal zu unterdrücken, als bei einem konstanten Signal. Daher ist die AC-Interferometrie genauer als die DC-Interferometrie aufgrund ihrer überlegenen Fähig­ keit, Rauschen zu unterdrücken.
Der Abstand, der durch Beobachten der oben beschriebenen Frequenzdifferenz oder durch Zählen von Rändern im Fall ei­ nes DC-Interferometers gemessen wird, ist die Differenz des optischen Wegs zwischen dem Referenzarm des Interferometers und dem Arm, der den sich bewegenden Spiegel enthält. In den meisten Fällen ist der interessierende Paramater die Dif­ ferenz im physischen Abstand. Die physische Weglänge ist die optische Weglänge geteilt durch den mittleren Brechungsindex der Luft in dem Weg, der von den Lichtstrahlen durchschrit­ ten wird. Daher müssen die interferometrischen Messungen be­ züglich des Brechungsindex der Luft entlang des Wegs korri­ giert werden. In der Praxis kann die Luft entlang des Meß­ wegs Turbulenzen, besonders in der Region, die die Waferstu­ fe eines Steppers umgibt, umfassen. Der Brechungsindex hängt von der lokalen Luftdichte entlang des Wegs ab. Daher wer­ den, wenn der Brechungsindex in dem tatsächlichen Weg zum Zeitpunkt des Durchführens der Messung nicht bekannt ist, beim Umwandeln von der optischen Weglänge in die physische Distanz Fehler gemacht. Mit zunehmender Verkleinerung der Größen von Merkmalen in Schaltungen können die Fehler, die aufgrund einer Luftturbulenz resultieren, zu ernsthaften Positionsmeßfehlern führen. Daher wurden Verfahren zum Mes­ sen des Brechungsindexes gleichzeitig zu der optischen Weg­ länge vorgeschlagen.
Ein Verfahren zum gleichzeitigen Bestimmen der Luftdichte und der physischen Weglänge besteht darin, die gemessenen Beziehungen zwischen dem Brechungsindex von Luft, der Dichte von Luft und der optischen Weglänge zu verwenden. Da sich der Brechungsindex mit der Wellenlänge verändert, können die mittlere Dichte und daher der Brechungsindex durch Messen der optischen Weglänge bei zwei oder mehreren Wellenlängen abgeleitet werden.
Meßsysteme, die auf einem Messen der optischen Weglänge bei zwei sehr weit voneinander beabstandeten Frequenzen basie­ ren, sind in der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt Lis (U.S.-Patent Nr. 5,404,222) ein System, bei dem zwei Laser verwendet werden, um die optische Weglänge bei unter­ schiedlichen Frequenzen zu messen. Das von Lis offenbarte System erfordert ein viel komplexeres optisches System, als es bei einem herkömmlichen AC-Interferometer verwendet wird. Dieses System erfordert drei Wellenlängen und mehrere Ab­ standsmessungen, um eine Luftturbulenz zu korrigieren.
Zusätzlich hat das System ein schlechtes Signal/Rausch- Verhältnis, da es auf einer nicht-resonanten Erzeugung der zweiten Harmonischen aufbaut, um die mehreren Wellenlängen zu liefern. Das System baut ferner auf teuren optischen Techniken auf, um ein Korrektursignal zu erzeugen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfachere Vorrichtung zum Messen einer Positionsänderung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Patentan­ spruch 1 gelöst.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie ein Interferometer beschafft, das automatisch Turbu­ lenzen entlang des gemessenen optischen Weges kompensiert.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie ein Interferometer schafft, das weniger kom­ plex als bekannte Interferometer ist, die Turbulenzen kom­ pensieren.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Positionsänderung eines Stufenspiegels be­ züglich eines Referenzspiegels, wenn der Stufenspiegel zwi­ schen einer ersten und einer zweiten Position bewegt wird. Die Vorrichtung umfaßt eine Lichtquelle zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten zusammenfallenden Lichtstrahls, wobei der erste Lichtstrahl eine Wellenlänge λ1 aufweist, und wobei der zweite Lichtstrahl eine Wellenlänge λ2 auf­ weist, wobei gilt: λ1 = M = λ2. Der erste Lichtstrahl umfaßt zwei orthogonal polarisierte Komponenten, die sich frequenz­ mäßig um eine erste Schwebungsfrequenz Fref1) unterschei­ den und der zweite Lichtstrahl umfaßt zwei orthogonal pola­ risierte Komponenten, die sich frequenzmäßig um eine zweite Schwebungsfrequenz Fref2) unterscheiden, wobei gilt: Fref2) = M Fref1), und wobei ferner gilt, daß M eine Ganzzahl ist, die größer als 1 ist. Ein polarisationsabhän­ giger Strahlteiler richtet eine der orthogonal polarisierten Komponenten jedes Lichtstrahls zu dem Referenzspiegel und die andere der orthogonal polarisierten Komponenten jedes Lichtstrahls zu einem Stufenspiegel. Der polarisationsabhän­ gige Strahlteiler rekombiniert ferner die orthogonal polari­ sierten Komponenten, nachdem die orthogonal polarisierten Komponenten entweder durch den Referenzspiegel oder durch den Stufenspiegel reflektiert worden sind. Ein erster Detek­ tor mißt die Lichtintensität in dem ersten Lichtstrahl, nachdem die orthogonal polarisierten Komponenten des ersten Lichtstrahls durch den polarisationsabhängigen Strahlteiler wieder kombiniert worden sind, um ein erstes Detektorsignal mit einem Betrag zu erzeugen, der gleich der Lichtintensität an dem ersten Detektor ist, wobei das erste Detektorsignal mit einer Augenblicksfrequenz F1(t) oszilliert. Ein zweiter Detektor mißt die Lichtintensität in dem zweiten Licht­ strahl, nachdem die orthogonal polarisierten Komponenten des zweiten Lichtstrahls durch den polarisationsabhängigen Strahlteiler wieder kombiniert worden sind. Der zweite De­ tektor erzeugt ein zweites Detektorsignal mit einem Betrag gleich der Lichtintensität an dem zweiten Detektor, wobei das zweite Detektorsignal mit einer Augenblicksfrequenz F2(t) oszilliert. Ein Referenzsignalgenerator erzeugt ein Referenzsignal, das mit Fref1) oszilliert. Eine Schaltung zur Messung des optischen Weges mißt die Differenz der An­ zahl der Schwingungen des zweiten Detektorsignals und des Referenzsignalgenerators während der Zeitdauer, in der sich der Stufenspiegel von der ersten Position zu der zweiten Position bewegt. Eine Korrekturausdruckschaltung mißt die Anzahl von Schwingungen in einem Signal mit einer Augen­ blicksfrequenz gleich MF1(t) - F2(t) während der Zeitdauer, in der sich der Stufenspiegel von der ersten Position zu der zweiten Position bewegt. Bei dem bevorzugten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung beträgt M = 2.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegende Figur erörtert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Laserinterferometers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Laserinterferometers 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, um die Abstandsdifferenz zwischen einem Referenzspiegel 21 und einem bewegbaren Spie­ gel 22 zu messen. Eine Lichtquelle 11 erzeugt zwei orthogo­ nal polarisierte Teilfrequenz-Wellen bei zwei Wellenlängen λ1 und λ2 = λ1/2. Die Wellen sind als zwei getrennte Strahlen gezeichnet, um die Zeichnung zu vereinfachen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die zwei Strahlen räumlich zusam­ menfallend sind. Der Strahl mit λ1 ist bei 12 gezeigt. Der Strahl mit λ2 ist bei 13 gezeigt. Jeder Strahl besteht aus zwei orthogonal polarisierten Komponenten, die sich fre­ quenzmäßig um 5 bis 10 MHz unterscheiden. Die optimale Frequenzdifferenz wird durch die maximale Geschwindigkeit bestimmt, mit der sich die Stufe bewegt. Ein Laser mit den erforderlichen Eigenschaften ist in dem U.S.-Patent Nr. 5,732,095 beschrieben, das hierin durch Bezugnahme aufgenom­ men ist.
Jeder Strahl wird durch einen Polarisationsstrahlteiler 17 aufgeteilt, so daß eine Komponente auf einen Referenzspiegel 21 gerichtet wird, und die andere Komponente zu einem Stu­ fenspiegel 22 gerichtet wird. Eine Viertelwellenplatte 14 liefert eine 90°-Drehung der Polarisation der Komponenten, die von dem Referenzspiegel reflektiert werden. Daher laufen bei ihrer Rückkehr zu dem Strahlteiler 17 diese Komponenten durch den Strahlteiler und erreichen die Detektoren 23 und 24 über einen Polarisationsanalysator 25. Der Analysator 25 erzeugt ein Schwebungssignal aus den orthogonal polarisier­ ten Strahlen, die von dem Referenz- und dem Meßspiegel kom­ men. Derselbe ist mit 45° zu den Polarisationsrichtungen dieser Strahlen ausgerichtet. Auf ähnliche Art und Weise liefert eine Viertelwellenplatte 15 eine 90°-Drehung der Polarisation der Komponenten, die durch den Strahlteiler 17 laufen und von dem Stufenspiegel 22 reflektiert werden.
Daher werden bei ihrer Rückkehr zu dem Strahlteiler 17 diese Komponenten ebenfalls in die Detektoren 23 und 24 reflek­ tiert. Der Detektor 23 hat ein geeignetes Filter, um seine Erfassung auf das Licht bei den Frequenzen in dem Strahl 12 zu begrenzen. Der Detektor 24 hat ein Filter, um seine Er­ fassung auf das Licht bei den Frequenzen in dem Strahl 13 zu begrenzen.
Ein dritter Detektor 27 und ein zweiter Analysator 28 erzeu­ gen ein Referenzsignal aus dem Ausgangssignal der Lichtquel­ le 11 bei λ2. Ein nicht-polarisierender Strahlteiler 16 wird verwendet, um einen Abschnitt des Laserausgangssignals zu dem Detektor 27 umzuleiten, der ein Filter hat, das Licht mit der Wellenlänge λ1 blockiert.
Für diese Erörterung sei angenommen, daß die zwei Komponen­ ten der Schwebung mit einer Wellenlänge λ1 um 10 MHz unter­ schiedlich sind, und daß M = 2 gilt, d. h. λ1 = 2λ2. Daher wird das Ausgangssignal des Detektors 27 eine Schwebungsfrequenz bei 10 MHz haben. Das Ausgangssignal wird allein durch das Aufteilen in der Laserlinie bestimmt. Die Schwebungsfre­ quenz, die durch den Detektor 24 erzeugt wird, wird bezüg­ lich dieser Referenzfrequenz um einen Betrag Doppler-ver­ schoben, der von der Geschwindigkeit abhängt, mit der sich die Stufe bewegt.
Die Frequenzdifferenz zwischen den Komponenten des Strahls bei λ2 wird durch die Differenz bei λ1 bestimmt. Daher wird bei dem vorliegenden Beispiel das Ausgangssignal des Detek­ tors 23 eine Schwebungsfrequenz von 20 MHz haben, die um ei­ nen Betrag Doppler-verschoben ist, der von der Geschwindig­ keit abhängt, mit der sich die Stufe bewegt.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Beobachtung, daß die optische Weglänge PAB(λ), die dem Spiegel entspricht, der von einer Position A zu einer Position B bewegt wird, auf den Abstand LAB, der von dem Spiegel zurückgelegt wird, und auf den Brechungsindex von Luft bei der Meßwellenlänge bezogen ist. Der Zusammenhang lautet folgendermaßen:
Dabei ist n(λ) der Brechungsindex von Luft bei λ. Wenn Glei­ chung (1) auf die zwei Frequenzen angewendet wird und nach LAB aufgelöst wird, ergibt sich Gleichung (2):
Es gilt:
Für i gilt: i = 1,2. Hier ist p die Dichte von Luft. Es sollte angemerkt werden, daß Gleichung (2) nicht von p abhängt. Da­ her ist der aus Gleichung (2) berechnete Abstand bezüglich jeglicher Turbulenz korrigiert.
Für AC-Interferometriemessungen ist die optische Weglänge auf die Frequenzdifferenz der zwei polarisierten Zustände bei der Strahlenfrequenz bezogen, die durch die Augenblicks­ stufengeschwindigkeit Doppler-verschoben ist. Es gilt:
Hier ist Fλ(t) die Schwebungsfrequenz gemessen zum Zeitpunkt t von dem Detektor, der abgestimmt ist, um die Wellenlänge λ zu erfassen. Fref(λ) ist die Referenzschwebungsfrequenz bei der Wellenlänge λ, d. h. die Schwebungsfrequenz, wenn sich die Stufe nicht bewegt. Wie es oben angemerkt worden ist, gilt: λ1 = 2λ2 und Fref2) = 2Fref1). Damit ergibt sich:
Es sollte angemerkt werden, daß das Integral nur der Zähl­ wert ist, der von einem Zähler akkumuliert wird, dessen Eingangssignal die Differenz zwischen dem Doppelten der unteren Schwebungsfrequenz und der höheren Schwebungs­ frequenz während der Zeit ist, während der sich die Stufe von einer Position A zu einer Position B bewegt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird diese Frequenz unter Verwendung einer Frequenzverdopp­ lungsschaltung 34 erzeugt, um die Schwebungsfrequenz von dem Detektor 23 zu verdoppeln, und unter Verwendung eines Mi­ schers 32, um die Differenz der verdoppelten Schwebungsfre­ quenz und der Schwebungsfrequenz, die durch den Detektor 24 gemessen wird, zu bilden. Das resultierende Differenzsignal wird durch einen Korrekturgenerator 33 integriert, der die Korrektur ferner mit folgender Größe multipliziert:
Der optische Weg bei λ2 wird durch die Schaltung 31 erzeugt, die die Differenz zwischen der Schwebungsfrequenz von dem Detektor 24 und der Referenzfrequenz von dem Detektor 27 während der Zeitdauer akkumuliert, während der die Stufe von einer Position A zu einer Position B bewegt wird. Die akku­ mulierte Differenz wird mit λ2/4π multipliziert, um die op­ tische Wegmessung PAB2) zu erzeugen. Ein Subtrahierer 34 liefert die korrigierte Abstandsmessung durch Berechnen der Differenz zwischen der Messung des optischen Wegs und dem Korrekturterm.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwenden zwei Strahlen, die sich frequenzmäßig um einen Faktor 2 unterscheiden. Es sei jedoch darauf hingewie­ sen, daß die vorliegende Erfindung mit zwei Strahlen prakti­ ziert werden kann, die sich um einen beliebigen ganzzahligen Faktor frequenzmäßig unterscheiden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwenden ferner spezifische Schaltungsanordnungen zum Berechnen der Differenz der Schwebungsfrequenzen. Es ist jedoch offensichtlich, daß andere Schaltungen verwendet wer­ den können, ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die einzelnen Schwebungs­ frequenzen über die Bewegung der Stufe und den Korrektur­ term, der aus den akkumulierten Differenzen bestimmt wird, getrennt integriert werden.

Claims (5)

1. Vorrichtung (10) zum Messen der Positionsänderung eines Stufenspiegels (22) bezüglich eines Referenzspiegels (21), wenn sich der Stufenspiegel zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegt, mit folgenden Merkma­ len:
einer Lichtquelle (11) zum Erzeugen eines ersten und ei­ nes zweiten zusammenfallenden Lichtstrahls, wobei der erste Lichtstrahl (12) eine Wellenlänge λ1 hat, und wo­ bei der zweite Lichtstrahl (13) eine Wellenlänge λ2 hat, wobei λ1 = Mλ2 gilt, wobei der erste Lichtstrahl (12) zwei orthogonal polarisierte Komponenten aufweist, die sich in der Frequenz um eine erste Schwebungsfrequenz Fref1) unterscheiden, und wobei der zweite Lichtstrahl (13) zwei orthogonal polarisierte Komponenten aufweist, die sich in der Frequenz um eine zweite Schwebungsfre­ quenz Fref2) unterscheiden, wobei Fref2) = M Fref1) gilt, wobei M eine Ganzzahl größer als 1 ist;
einem polarisationsabhängigen Strahlteiler (17) zum Richten von einer der orthogonal polarisierten Komponen­ ten jedes Lichtstrahls zu dem Referenzspiegel (21), und der anderen der orthogonal polarisierten Komponenten jedes Lichtstrahls zu dem Stufenspiegel (22), und zum Kombinieren der orthogonal polarisierten Komponenten, nachdem die orthogonal polarisierten Komponenten von entweder dem Referenzspiegel (21) oder dem Stufenspiegel (22) reflektiert worden sind;
einem ersten Detektor (23) zum Erfassen der Lichtinten­ sität in dem ersten Lichtstrahl (12), nachdem die ortho­ gonal polarisierten Komponenten des ersten Lichtstrahls (12) von dem polarisationsabhängigen Strahlteiler (17) kombiniert worden sind, wobei der erste Detektor (23) ein erstes Detektorsignal mit einem Betrag gleich der Lichtintensität an dem ersten Detektor (23) erzeugt, wobei das erste Detektorsignal mit einer Augenblicksfre­ quenz F1(t) oszilliert;
einem zweiten Detektor (24) zum Erfassen der Lichtinten­ sität in dem zweiten Lichtstrahl (13), nachdem die or­ thogonal polarisierten Komponenten des zweiten Licht­ strahls (13) durch den polarisationsabhängigen Strahl­ teiler (17) kombiniert worden sind, wobei der zweite Detektor (24) ein zweites Detektorsignal mit einem Betrag gleich der Lichtintensität an dem zweiten Detek­ tor (24) erzeugt, wobei das zweite Detektorsignal mit einer Augenblicksfrequenz F2(t) oszilliert;
einem Referenzsignalgenerator (27) zum Erzeugen eines Referenzsignals, das bei der zweiten Schwebungsfrequenz oszilliert;
einer Schaltung (31) zum Messen des optischen Wegs, um die Differenz der Anzahl der Schwingungen des zweiten Detektorsignals und des Referenzsignalgenerators (27) während der Zeitdauer zu messen, in der sich der Stufen­ spiegel (22) von der ersten Position zu der zweiten Po­ sition bewegt, und zum Erzeugen eines Optischer-Weg- Signals, das die Differenz anzeigt; und
einer Korrekturtermschaltung (33) zum Messen der Anzahl von Schwingungen in einem Signal, das MF1(t) - F2(t) auf­ weist, während der Zeitdauer, in der sich der Stufen­ spiegel (22) von der ersten Position zu der zweiten Position bewegt, und zum Erzeugen eines Korrektursi­ gnals, das die gemessene Anzahl von Schwingungen an­ zeigt.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, die ferner eine Schal­ tung (34) zum Bilden einer linear gewichteten Differenz des Optischer-Weg-Signals und des Korrektursignals auf­ weist.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Korrekturtermschaltung (33) eine Frequenzmultiplikati­ onsschaltung (34) zum Erzeugen eines Signals, das das M-fache der Frequenz des ersten Detektorsignals hat, und einen Mischer (32) zum Subtrahieren des erzeugten Signals von dem zweiten Detektorsignal aufweist.
4. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der M = 2 gilt.
5. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der der Referenzsignalgenerator (27) einen Strahlteiler (16) zum Richten eines Abschnitts des zwei­ ten Lichtstrahls (13) auf einen Lichtdetektor (27) auf­ weist, der das Referenzsignal erzeugt.
DE19944018A 1999-01-08 1999-09-14 Architektur für ein Luftturbulenz-kompensiertes Zwei-Wellenlängen-Heterodyninterferometer Expired - Fee Related DE19944018B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/227,998 US6014216A (en) 1999-01-08 1999-01-08 Architecture for air-turbulence-compensated dual-wavelength heterodyne interferometer
US227998 1999-01-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19944018A1 true DE19944018A1 (de) 2000-08-10
DE19944018B4 DE19944018B4 (de) 2005-03-17

Family

ID=22855330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19944018A Expired - Fee Related DE19944018B4 (de) 1999-01-08 1999-09-14 Architektur für ein Luftturbulenz-kompensiertes Zwei-Wellenlängen-Heterodyninterferometer

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6014216A (de)
JP (1) JP2000205814A (de)
CN (1) CN1149387C (de)
DE (1) DE19944018B4 (de)
GB (1) GB2346967B (de)
TW (1) TW469341B (de)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6417927B2 (en) * 1999-04-28 2002-07-09 Zygo Corporation Method and apparatus for accurately compensating both long and short term fluctuations in the refractive index of air in an interferometer
US6897962B2 (en) * 2002-04-18 2005-05-24 Agilent Technologies, Inc. Interferometer using beam re-tracing to eliminate beam walk-off
TWI304157B (en) * 2002-11-27 2008-12-11 Asml Netherlands Bv Lithographic apparatus and device manufacturing method
CN1297797C (zh) * 2002-12-17 2007-01-31 北京航空航天大学 提高激光外差差分干涉仪定位精度的方法
DE10334350B3 (de) * 2003-07-25 2005-02-03 Bundesrepublik Deutschland, vertr. d. d. Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit, dieses vertr. d. d. Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Verfahren zur Bestimung der Brechzahl bei interferometrischen Längenmessungen und Interferometeranordnung hierfür
US6992778B2 (en) * 2003-08-08 2006-01-31 Mitutoyo Corporation Method and apparatus for self-calibration of a tunable-source phase shifting interferometer
JP4563130B2 (ja) * 2004-10-04 2010-10-13 株式会社トプコン 光画像計測装置
CN100410628C (zh) * 2006-04-25 2008-08-13 中国地质大学(武汉) 一种激光干涉测量装置
JP4901784B2 (ja) * 2008-03-05 2012-03-21 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置
CN102445279B (zh) * 2010-10-14 2013-11-13 上海微电子装备有限公司 一种测量干涉仪波长的装置及方法
KR101298990B1 (ko) * 2010-10-25 2013-08-23 서강대학교산학협력단 음향-광 변조기를 이용한 헤테로다인 간섭계
CN103308922B (zh) * 2013-06-05 2015-04-15 中国科学院半导体研究所 单激光器单通道实现的双波长脉冲激光测距装置及方法
CN104799801B (zh) * 2015-03-25 2016-04-20 清华大学深圳研究生院 一种内窥镜及光信息处理方法
CN105277118B (zh) * 2015-11-27 2018-03-27 成都信息工程大学 一种采用激光波长修正式角反射镜激光干涉仪的激光波长修正方法
US9752865B1 (en) 2016-04-07 2017-09-05 International Business Machines Corporation Height measurement using optical interference
CN105783949A (zh) * 2016-05-28 2016-07-20 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种共光路外差式激光干涉测量系统
CN108286943B (zh) * 2018-01-15 2020-10-16 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用于光刻系统工作台的位移测量光学系统
CN113607691B (zh) * 2021-08-10 2022-09-27 中国计量科学研究院 基于光学游标珐珀干涉的空气折射率波动测量装置和方法
CN114226957B (zh) * 2021-11-29 2023-05-12 北京信息科技大学 一种基于多色激光测距的激光骨头精密加工方法及装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4715706A (en) * 1986-10-20 1987-12-29 Wang Charles P Laser doppler displacement measuring system and apparatus
US5404222A (en) * 1994-01-14 1995-04-04 Sparta, Inc. Interferametric measuring system with air turbulence compensation
DE19522262C2 (de) * 1995-06-20 1997-05-22 Zeiss Carl Jena Gmbh Heterodyn-Interferometer-Anordnung
WO1998008214A1 (en) * 1996-08-20 1998-02-26 Zygo Corporation Superheterodyne interferometer and method for compensating the refractive index of air using electronic frequency multiplication
US5838485A (en) * 1996-08-20 1998-11-17 Zygo Corporation Superheterodyne interferometer and method for compensating the refractive index of air using electronic frequency multiplication
US5732095A (en) * 1996-09-20 1998-03-24 Hewlett-Packard Company Dual harmonic-wavelength split-frequency laser
US5748313A (en) * 1996-11-14 1998-05-05 Hewlett-Packard Company Signal-to-noise ratio of second harmonic interferometers
US6327039B1 (en) * 1998-02-23 2001-12-04 Zygo Corporation Interferometer and method for measuring the refractive index and optical path length effects of air

Also Published As

Publication number Publication date
GB2346967B (en) 2003-12-03
CN1260474A (zh) 2000-07-19
CN1149387C (zh) 2004-05-12
TW469341B (en) 2001-12-21
JP2000205814A (ja) 2000-07-28
US6014216A (en) 2000-01-11
GB0000370D0 (en) 2000-03-01
DE19944018B4 (de) 2005-03-17
GB2346967A (en) 2000-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19944018B4 (de) Architektur für ein Luftturbulenz-kompensiertes Zwei-Wellenlängen-Heterodyninterferometer
DE69725859T2 (de) Messen von Effekten des Brechungsindex eines Gases mit unterschiedlicher Vielfach - Interferometrie ( superheterodyn )
EP0807262B1 (de) Elektro-optisches messgerät für absolute distanzen
DE3306709C2 (de)
DE69302232T2 (de) Optisches Reflektometer mit niedriger Kohärenz und einer Verzögerungsfolge
DE10297037B4 (de) Ausbreitungsmessvorrichtung und Ausbreitungsmessverfahren
EP1851504B1 (de) Phasenrauschkompensation für interferometrische absolutdistanzmesser
EP0561015A1 (de) Interferometrische Phasenmessung
DE69631400T2 (de) System für das Messen von Dünnfilmen
DE19823951C2 (de) Fokussensor für Hochenergielaser
DE19511869A1 (de) Verfahren und Anordnung zur Responseanalyse von Halbleitermaterialien mit optischer Anregung
EP0428027A2 (de) Optische Entfernungsmessvorrichtung
DE69207657T2 (de) Optisches heterodynes Messverfahren und Einrichtung dafür
DE4403021C2 (de) Luftrefraktometer hoher Genauigkeit
DE4226220A1 (de) Verfahren und system zur messung von elektrischen hochfrequenz- und breitbandfrequenz-signalen durch elektro-optischen effekt
DE2709571A1 (de) Auf die intensitaet von ultraschallstrahlung ansprechende einrichtung
DE3751180T2 (de) Abbildender Kohärenzmesser.
DE4427352C1 (de) Verfahren zur hochauflösenden Abstandsmessung mittels FMCW-Laser-Radar
DE2701858A1 (de) Messverfahren und -vorrichtung fuer abstandsaenderungen
DE60105791T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur messung der phasendifferenz zwischen intensitätsmodulierten optischen signalen
DE10239800A1 (de) Phasendigitalisierer
EP0013729B1 (de) Optische Messeinrichtung für Ätzgeschwindigkeiten undurchsichtiger Materialien
DE4116039A1 (de) Interferometrisches verfahren und interferometer zur durchfuehrung desselben
EP0346601B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere in einem Windkanal
DE4139839A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von schwebungsfrequenzaenderungen zwischen zwei single-mode-lasern sowie zur vermessung von distanzen

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: AGILENT TECHNOLOGIES, INC. (N.D.GES.D.STAATES DELA

8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: AGILENT TECHNOLOGIES, INC. (N.D.GES.D. STAATES, US

8339 Ceased/non-payment of the annual fee