本公開涉及使用光譜分析的干涉式編碼器。

背景技術(shù)：

光學(xué)干涉測量用于在各種設(shè)置中進行精確測量。例如，半導(dǎo)體光刻系統(tǒng)使用激光干涉測量來測量位移并將臺架精確地定位到納米精度。在這些系統(tǒng)中，與腔運動對準的激光束(有時稱為測試光束或測量光束)被從附接到移動物體的反射鏡反射，并且與用作基準的另一光束干涉。每當(dāng)光束路徑改變一波長時，干涉相位改變2π，所以干涉相位提供了對腔長度變化的測量。可以使用外差或零差技術(shù)來提取干涉的相位。

通常在這些系統(tǒng)中，測試光束在空氣中行進很長距離。如果光束路徑中的空氣的折射率改變，即使局部改變，則該改變本身表現(xiàn)為被測量物體的明顯位移。這種明顯的位移構(gòu)成測量誤差，并且空氣路徑越長，該誤差可能越嚴重。

一類具有顯著更短的光束路徑的位移測量干涉儀包括干涉式編碼器系統(tǒng)。通常，干涉式編碼器系統(tǒng)包括稱為編碼器標尺(例如，光柵)的周期性結(jié)構(gòu)和編碼器頭部。編碼器頭部是包括干涉儀的組件。干涉儀將測試光束引導(dǎo)到編碼器標尺，在那里它衍射。干涉儀將衍射的測試光束與參考光束組合，以形成干涉輸出光束，其干涉相位與兩個光束之間的光學(xué)相位差相關(guān)。干涉式編碼器系統(tǒng)通過測量從編碼器標尺反射的光束的相移來測量橫向于測試光束的位移。當(dāng)編碼器標尺的圖案化表面在測試光束下移動時，測試光束在從編碼器反射之后相對于固定參考光束的相位對于每個圖案周期偏移2π。然后，光束相位的高精度測量允許位移測量到圖案周期的一小部分。由于編碼器標尺的測量運動橫向于測試光束，因此可以實現(xiàn)腔長度以及因此光束空氣路徑的顯著減小，從而最小化大氣折射率波動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開涉及用于執(zhí)行位移測量的各種光學(xué)編碼器配置，其中配置依賴于將波長掃描光束導(dǎo)向編碼器標尺或?qū)拵Ч馐鴮?dǎo)向編碼器標尺。在與編碼器標尺和至少一個其它光束相互作用之后，從波長掃描光束或?qū)拵Ч馐母缮嬷挟a(chǎn)生的干涉光束作為波長的函數(shù)被記錄和分析。干涉導(dǎo)致強度調(diào)制，其是編碼器標尺相對于參考系的位置和取向的特征。

光學(xué)編碼器配置可以具有各種實施方式。例如，入射光束可以被編碼器標尺分割成不同的衍射階，這些衍射階被重新定向回到編碼器標尺，在那里它們衍射第兩次，隨后彼此干涉。在一些情況下，兩次衍射光束通常與未與編碼器標尺相互作用的另一獨立光束干涉。在一些情況下，使用平面反射鏡、屋頂反射鏡或回射器將衍射光束重新定向回編碼器標尺。在某些實施方式中，編碼器可以包括被配置為擴展用于信號處理的衍射光束的可用波長范圍的光學(xué)元件。在一些情況下，編碼器標尺包括沿著一個維度的周期性圖案(例如1D光柵)，使得編碼器對編碼器標尺在一個橫向維度上的運動敏感。在一些情況下，編碼器標尺包括沿著兩個維度的周期性圖案(例如2D光柵)，使得編碼器對兩個橫向維度上的編碼器標尺的運動敏感。在一些情況下，編碼器被配置為針對編碼器標尺上的圖案重復(fù)的每個維度捕獲多個衍射階，從而允許將編碼器標尺的橫向運動與垂直于編碼器標尺的周期性圖案的表面的運動區(qū)分開。在一些實施方式中，編碼器從編碼器標尺捕獲鏡面衍射階，以便確定對沿著編碼器標尺的表面法線的運動的敏感度。在某些情況下，編碼器被配置為作為波長的函數(shù)來評估干涉光束的幅度，以便獲得關(guān)于編碼器標尺的傾斜的信息。在一些情況下，捕獲的光束耦合回傳送初始光束的同一光纖?？商娲兀谝恍┣闆r下，一旦衍射光束到達編碼器的光學(xué)組件，它們就采用替代路徑。其他實施方式也是可能的并且在本文中詳細描述。

在第一方面中，本公開的主題可以體現(xiàn)在包括以下步驟的方法中：沿著第一光束從編碼器標尺衍射的不同路徑引導(dǎo)第一光束和第二光束、將第一光束的衍射分量與第二光束組合以形成輸出光束、監(jiān)控作為第一和第二光束的波長的函數(shù)的輸出光束強度的變化以及基于輸出光束作為波長的函數(shù)的變化確定關(guān)于編碼器標尺的剛體運動的一個或多個自由度的信息。

該方法可以具有各種實施方式。例如，在一些實施方式中，確定關(guān)于編碼器標尺的自由度的信息包括確定參考表面和編碼器標尺之間的絕對距離。

在一些實施方式中，監(jiān)控輸出光束包括確定輸出光束的干涉對比度是局部最大值處的一個或多個波長。編碼器標尺可以包括光柵和滿足Littrow條件的一個或多個波長。當(dāng)波長變化時，編碼器標尺可以處于固定位置。該方法還可以包括改變編碼器標尺的位置，以及根據(jù)在對應(yīng)于光學(xué)頻域中局部最大對比度的一個或多個波長中的至少一個處的編碼器標尺位置的變化來確定輸出光束的干涉相位的變化。確定關(guān)于編碼器標尺的剛體運動的自由度的信息還可以包括基于干涉相位的變化確定關(guān)于編碼器標尺的位置的相對變化的信息。關(guān)于編碼器標尺的位置的相對變化的信息可以包括關(guān)于編碼器標尺沿著平行于編碼器標尺的表面法線的方向的相對位移的信息和/或關(guān)于編碼器標尺沿著正交于編碼器標尺的表面法線的第一方向的相對位移的信息。

在一些實施方式中，第一光束的衍射分量包括從編碼器標尺一次衍射的分量。一次衍射分量可對應(yīng)于來自編碼器標尺的第m階衍射，其中|m|>1。

在一些實施方式中，與第二光束組合的第一光束的衍射分量包括由編碼器標尺一次衍射的第一光束分量和從編碼器標尺至少兩次衍射的第二光束分量。對應(yīng)于由第一光束分量穿過的空間的光學(xué)路徑長度(OPL)可以不同于對應(yīng)于第二光束分量穿過的空間的OPL。第二分量可以從反射鏡反射。反射鏡可以包括平面反射鏡、屋頂棱鏡或角回射器。在一些實施方式中，衍射分量包括已經(jīng)從第一反射鏡反射并由編碼器標尺沿由第一分量和第一光束限定的第一平面進行兩次衍射的第一分量、已經(jīng)從第二反射鏡反射并且由編碼器標尺沿由第二分量和第一光束限定的第二平面進行兩次衍射的第二分量以及已經(jīng)被編碼器標尺一次衍射的第三分量。第一平面和第二平面可以彼此正交。

由第一分量穿過的第一空間可以具有第一OPL，由第二分量穿過的第二空間可以具有第二OPL，由第三分量穿過的第三空間可以具有第三OPL，其中第一OPL、第二OPL和第三OPL不同。衍射分量還可以包括已經(jīng)從第三反射鏡反射并且由編碼器標尺沿著第一平面兩次衍射的第四分量，以及已經(jīng)從第四反射鏡反射并且由編碼器標尺沿著第二平面兩次衍射的第五分量，其中第一平面和第二平面彼此正交，由第四分量穿過的第四空間具有第四OPL，由第五分量穿過的第五空間具有第五OPL，并且第一、第二、第三、第四和第五OPL中的每一個都不同。

在一些實施方式中，第一光束的光束路徑相對于編碼器標尺的表面法線平行定向。

在一些實施方式中，第一光束的光束路徑相對于編碼器標尺的表面法線傾斜地定向并且垂直于編碼器標尺的周期性表面圖案。

在一些實施方式中，第一光束的衍射分量和第二光束形成第一輸出光束，其中編碼器標尺包括在二維上是周期性的表面圖案。該方法還可以包括沿著不同的路徑引導(dǎo)第三光束和第四光束，其中第三光束從編碼器標尺衍射，并且其中第一光束和第三光束的路徑相對于編碼器標尺的表面法線傾斜地定向。

該方法還可以包括將第三光束的衍射分量與第四光束組合以形成第二輸出光束、針對編碼器標尺的固定位置改變第三和第四光束的波長、基于第一光束和第三光束的波長的變化來確定第一光束和第三光束在光學(xué)頻域中第一輸出光束和第二輸出光束的對比度分別是局部最大值處的波、改變編碼器標尺的位置、根據(jù)編碼器標尺位置的改變確定在對應(yīng)局部最大值處的波長處第一輸出光束和第二輸出光束的干涉相位的變化，其中確定關(guān)于編碼器標尺的剛體運動的自由度的信息還包括基于干涉相位的變化來確定關(guān)于編碼器標尺的位置的相對變化的信息。第一光束和第三光束的路徑可以位于正交平面中。第一光束、第二光束、第三光束和第四光束可以具有公共源。

在一些實施方式中，第一光束的光束路徑相對于編碼器標尺的表面法線平行定向。衍射分量可以包括已經(jīng)從第一反射鏡反射并且由編碼器標尺沿著第一平面兩次衍射的第一分量，其中第一分量在編碼器標尺和第一反射鏡之間的路徑對應(yīng)于第m衍射階，并且其中|m|>1。衍射分量可以包括已經(jīng)從第二反射鏡反射并且由編碼器標尺沿著第一平面兩次衍射的第二分量，其中第二分量在編碼器標尺和第二反射鏡之間的路徑對應(yīng)于第n衍射階，并且其中|n|>1。

該方法還可以包括基于第一光束的波長變化確定第一光束的一個或多個波長，在該波長處光學(xué)頻域中的輸出光束的對比度是局部最大值。該方法還可以包括改變編碼器標尺的位置，并且監(jiān)控作為編碼器標尺的位置變化的函數(shù)的、與局部最大對比度相對應(yīng)的一個或多個波長處的輸出光束的相位變化，其中確定關(guān)于編碼器標尺的剛體運動的自由度的信息包括確定關(guān)于編碼器標尺沿著平行于編碼器標尺的表面法線的第一方向的位置的相對變化、編碼器標尺沿著與編碼器標尺的表面法線正交的第二方向的相對位移、以及編碼器標尺沿著與第一和第二方向都正交的第三方向的相對位移的信息。

衍射分量還可以包括已經(jīng)從第三反射鏡反射并且由編碼器標尺沿著與第一平面正交的第二平面兩次衍射的第三分量，以及已經(jīng)從第四反射鏡反射并且由編碼器標尺沿著第二平面兩次衍射的第四分量。每個反射鏡可以相對于編碼器標尺表面的法線以不同的角度布置，使得光學(xué)頻域中的第一分量和第二光束之間的最大對比度發(fā)生在第一波長處，并且光學(xué)頻域中的第二分量和第二光束之間的最大干涉發(fā)生在不同于第一波長的第二波長處。

在一些實施方式中，確定關(guān)于編碼器標尺的位置的信息包括確定關(guān)于編碼器標尺沿著多達五個不同自由度的運動的信息。

在一些實施方式中，編碼器標尺包括在二維中是周期性的表面圖案。

在一些實施方式中，該方法還包括確定編碼器標尺的尖端和/或傾斜。

在一些實施方式中，衍射分量包括：已經(jīng)從反射鏡反射并由編碼器標尺兩次衍射的第一分量，其中，第一分量在編碼器標尺和第一反射鏡之間的路徑對應(yīng)于第m衍射階；以及已經(jīng)從反射鏡反射并由編碼器標尺兩次衍射的第二分量，其中第二分量在編碼器標尺和第二反射鏡之間的路徑對應(yīng)于第n衍射階，其中n≠m。在從反射鏡反射之前，第一分量和第二分量中的每一個可以由透射光柵衍射。

在一些實施方式中，衍射分量包括：已經(jīng)由編碼器標尺兩次衍射并且由單獨的反射光柵衍射的第一分量，其中第一分量在反射光柵和編碼器標尺之間的路徑對應(yīng)于第m衍射階；以及已經(jīng)由編碼器標尺兩次衍射并由反射光柵衍射的第二分量，其中第二分量在反射光柵和編碼器標尺之間的路徑對應(yīng)于第n衍射階，其中n≠m。

在一些實施方式中，該方法還包括將輸出光束耦合到光纖中。

在一些實施方式中，該方法還包括連續(xù)地調(diào)諧輸入光束的光學(xué)波長。

在一些實施方式中，該方法還包括離散地采樣輸入光束或輸出光束的多個波長。

在一些實施方式中，第一和第二光束從公共光源導(dǎo)出。

在一些實施方式中，第一和第二光束從不同的光源導(dǎo)出。

在一些實施方式中，該方法還包括使輸出光束穿過色散光學(xué)元件以在空間上分離輸出光束的波長光譜。

在一些實施方式中，干涉輸出光束的相位與第一和第二光束的波長相關(guān)。

在另一方面中，本公開的主題可以實施為包括可操作以產(chǎn)生輸入光束的光源、編碼器標尺和光學(xué)組件的系統(tǒng)中，所述光學(xué)組件布置為：接收來自光源的輸入光并從輸入光束導(dǎo)出第一光束和第二光束、沿著不同的路徑朝向編碼器標尺引導(dǎo)第一光束和第二光束，使得第一光束從編碼器標尺衍射，以及將第一光束的衍射分量與第二光束組合以形成輸出光束。該系統(tǒng)還包括布置為檢測輸出光束的檢測器和聯(lián)接到檢測器的電子處理器，其中處理器配置為：監(jiān)控作為第一光束的波長的函數(shù)的輸出光束的變化，并基于作為第一光束的波長的函數(shù)的輸出光束的變化，確定關(guān)于編碼器標尺的剛體運動的自由度的信息。

該系統(tǒng)可以具有各種實施方式。例如，在一些實施方式中，關(guān)于編碼器標尺的剛體運動的自由度的信息可以包括光學(xué)組件和編碼器標尺之間的絕對距離。

在一些實施方式中，關(guān)于編碼器標尺的剛體運動的自由度的信息可以包括關(guān)于編碼器標尺沿著多達五個不同自由度的運動的信息。

在一些實施方式中，電子處理器被配置為確定第一光束的一個或多個波長，在該波長處光學(xué)頻域中的輸出光束的峰值對比度是局部最大值。電子處理器可以被配置為確定輸出光束的干涉相位的變化，其作為在對應(yīng)于局部最大對比度的一個或多個波長中的至少一個波長處的編碼器標尺位置的變化的函數(shù)，并且關(guān)于編碼器標尺的剛體運動的自由度的信息還可以包括基于干涉相位的變化關(guān)于編碼器標尺的位置的相對變化的信息。關(guān)于編碼器標尺的位置的相對變化的信息可以包括關(guān)于編碼器標尺沿著平行于編碼器標尺的表面法線的方向的相對位移的信息和/或關(guān)于編碼器標尺沿著正交于編碼器標尺的表面法線的第一方向的相對位移的信息。

在一些實施方式中，光學(xué)組件布置為輸出與編碼器標尺的表面法線平行的第一光束。

在一些實施方式中，光學(xué)組件布置為相對于編碼器標尺的表面法線以傾斜角度且相對于編碼器標尺的周期性表面圖案的周期垂直地輸出第一光束。

在一些實施方式中，光學(xué)組件包括布置為接收輸入光并輸出準直輸入光束的準直器，以及配置為將準直輸入光束部分地反射到第二光束中并部分地透射準直輸入光束作為第一光束的光學(xué)元件。光學(xué)元件可以包括分束器。該系統(tǒng)還可以包括布置在分束器和檢測器之間的輸出光束的光束路徑中的透鏡。

在一些實施方式中，該系統(tǒng)還包括第一反射鏡，其布置為重新定向從編碼器標尺衍射的第一光束的第一光束分量。第一反射鏡可以是平面反射鏡、屋頂棱鏡或角立方體回射器。與從光學(xué)組件到編碼器標尺的第一光束路徑相關(guān)聯(lián)的第一光學(xué)路徑長度(OPL)可以不同于與從第一反射鏡到光學(xué)組件的第二光束路徑相關(guān)聯(lián)的第二OPL。該系統(tǒng)還可以包括第二反射鏡，其布置為重新定向從編碼器標尺衍射的第一光束的第二光束分量。第一OPL可以與從光學(xué)組件到編碼器標尺的第一光束路徑相關(guān)聯(lián)，第二OPL可以與從第一反射鏡到光學(xué)組件的第二光束路徑相關(guān)聯(lián)，并且第三OPL可以與從第二反射鏡到光學(xué)組件的第三光束路徑相關(guān)聯(lián)，其中第一OPL、第二OPL和第三OPL中的每一個是不同的。

第二光束路徑和第三光束路徑可以在正交平面中。該系統(tǒng)還可以包括第三反射鏡，其布置為重新定向從編碼器標尺衍射的第一光束的第三光束分量；以及第四反射鏡，其布置為重新定向從編碼器標尺衍射的第一光束的第四光束分量，其中第四OPL與從第三反射鏡到光學(xué)組件的第四光束路徑相關(guān)聯(lián)，第五OPL與從第四反射鏡到光學(xué)組件的第五光束路徑相關(guān)聯(lián)，并且其中第一OPL、第二OPL、第三OPL、第四OPL和第五OPL彼此不同。

該系統(tǒng)還可以包括透鏡，其布置在反射鏡和編碼器標尺之間的第一光束的第一部分的光束路徑中，其中反射鏡位于透鏡的焦平面處。反射鏡還可以布置為重新定向從編碼器標尺衍射的第一光束的第二部分，其中透鏡進一步布置在第二部分的光束路徑中，并且其中第一和第二部分對應(yīng)于來自編碼器標尺的不同衍射階。

該系統(tǒng)還可以包括透射光柵，其布置在反射鏡和編碼器標尺之間的第一光束的第一部分的光束路徑中。反射鏡還可以布置為重新定向從編碼器標尺衍射的第一光束的第二部分，其中透射光柵進一步布置在第二部分的光束路徑中，并且其中第一和第二部分對應(yīng)于來自編碼器標尺的不同衍射階。

在一些實施方式中，該系統(tǒng)還包括光柵結(jié)構(gòu)，其布置為接收從編碼器標尺衍射的第一光束的第一部分并且將其重新定向回到編碼器標尺。光柵結(jié)構(gòu)可以布置為接收從編碼器標尺衍射的第一光束的第二部分并將其重新定向回到編碼器標尺，其中第一和第二部分對應(yīng)于來自編碼器標尺的不同衍射階。

在一些實施方式中，光源包括可調(diào)諧光源，并且其中電子處理器被配置為連續(xù)掃描由可調(diào)諧光源產(chǎn)生的輸入光束的波長。

在一些實施方式中，光源包括多波長源。該系統(tǒng)還可以包括聯(lián)接到光源的密集波分復(fù)用器(DWDM)，其中DWDM被配置為對輸入光束的離散波長進行采樣。該系統(tǒng)還可以包括定位在檢測器和光學(xué)組件頭部之間的輸出光束的光束路徑中的DWDM，其中DWDM被配置為對輸出光束的一個或多個離散波長進行采樣。DWDM可以被配置為同時對輸出光束的多個離散波長進行采樣。

在一些實施方式中，光學(xué)組件是第一光學(xué)組件，輸出光束是第一輸出光束，并且系統(tǒng)包括第二光學(xué)組件，其布置為：沿著不同的路徑引導(dǎo)第三光束和第四光束，使得第三光束從編碼器標尺衍射，以及將第三光束的衍射分量與第四光束組合以形成第二輸出光束。第一光學(xué)組件和第二光學(xué)組件可以都相對于編碼器標尺的表面法線以傾斜角定向。編碼器標尺可以包括具有第一周期和第二周期的2D周期性圖案，其中第一光學(xué)組件被定向為垂直于第一周期，并且第二光學(xué)組件定向成垂直于第二周期。

在一些實施方式中，該系統(tǒng)還包括參考光源以產(chǎn)生第二光束。

在一些實施方式中，該系統(tǒng)還包括色散光學(xué)元件，其布置為接收輸出光束并且配置為在空間上分離輸出光束的波長光譜。

不同的實施方式可以具有各種優(yōu)點。例如，本文描述的系統(tǒng)和方法可以組合由于通過空氣的短光束路徑減少的測量誤差的優(yōu)點加上執(zhí)行絕對距離測量的能力。在一些實施方式中，作為波長調(diào)諧的結(jié)果，系統(tǒng)和方法能夠顯著增加測量密度。例如，當(dāng)干涉式編碼器系統(tǒng)的不同腔具有不同的光學(xué)路徑長度時，可以在單個波長掃描中獲得關(guān)于編碼器標尺的多個自由度的信息，包括例如編碼器標尺的位置和/或相對運動。在一些實施方式中，光學(xué)腔不需要不同的光學(xué)路徑長度。相反，可以使用以不同角度布置的反射光學(xué)元件來形成光學(xué)腔，這又可以引起在不同光學(xué)頻率處的對比度峰。在一些實施方式中，如果編碼器標尺包括具有不同周期(例如，在X和Y方向)的二維周期性圖案，則可以使用不同的波長帶來分析編碼器標尺在不同方向上的位置和/或相對運動，包括尖端和/或傾斜。

在一些實施方式中，用于在干涉式編碼器系統(tǒng)中形成光學(xué)腔的反射鏡是屋頂棱鏡，其可降低系統(tǒng)對編碼器標尺和/或反射鏡中的未對準的敏感度。在一些情況下，干涉式編碼器系統(tǒng)可依賴于多個不同腔(例如，5個不同腔)，使得能夠獲得更高精度并減少編碼器標尺的自由度的測量誤差。

在某些實施方式中，參考腔整體地形成為干涉式編碼器系統(tǒng)的一部分，消除對單獨的局部參考干涉儀的需要。也就是說，該系統(tǒng)可以包括用于監(jiān)測系統(tǒng)中使用的光的波長的全局參考腔。在一些實施方式中，干涉式編碼器系統(tǒng)可以使用比可與傳統(tǒng)編碼器測量系統(tǒng)一起使用少得多的光學(xué)組件來執(zhí)行編碼器標尺的位置和/或相對運動的測量。在一些實施方式中，使用光纖將來自光源的輸入光束傳遞到光學(xué)組件并將輸出光束從光學(xué)組件傳遞到檢測器模塊進一步減少了光學(xué)部件的數(shù)量，并最小化了由于光束與空氣的相互作用導(dǎo)致的誤差。

在附圖和下面的描述中闡述了本發(fā)明的一個或多個實施方式的細節(jié)。從說明書和附圖以及從權(quán)利要求書中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將是顯而易見的。

附圖說明

圖1-8是示出了具有波長可調(diào)光束的編碼器系統(tǒng)的示例的示意圖。

圖9A是示出了用于干涉式編碼器系統(tǒng)的光束路徑的示意圖。

圖9B是示出了具有傾斜的編碼器標尺的干涉式編碼器系統(tǒng)的光束路徑的示意圖。

圖10A示出了其中調(diào)諧了測試光束的波長的編碼器系統(tǒng)的強度的圖表。

圖10B示出了部分奈奎斯特(fractional Nyquist)中的功率譜圖，并且對應(yīng)于圖10A的圖表的傅立葉變換。

圖11A示出了其中調(diào)諧了測試光束的波長的編碼器系統(tǒng)的強度的圖表。

圖11B示出了部分奈奎斯特中的功率譜圖，并且對應(yīng)于圖11A的圖表的傅立葉變換。

圖12A-12C是示出了用于加寬對比度峰值的干涉式編碼器系統(tǒng)的示例的示意圖。

圖13A-13B是示出了離散波長采樣的示例的示意圖。

圖14是示出了干涉式編碼器系統(tǒng)的示例的示意圖。

圖15是包括干涉儀的光刻工具的實施方式的示意圖。

圖16A和圖16B是描述用于制造集成電路的步驟的流程圖。

具體實施方式

本公開包括依賴于波長調(diào)諧以評估干涉信號的相位(部分地源自編碼器標尺的一個或多個衍射階)的方法和系統(tǒng)，以便獲得關(guān)于編碼器標尺位置和運動的信息。在編碼器系統(tǒng)中，編碼器標尺的運動被編碼到干涉相位中，使得測量干涉相位可以繼而被用于推斷運動。波長調(diào)諧提供了以已知方式調(diào)制干涉強度以便恢復(fù)干涉相位的方便且有用的方式。

參考圖1，編碼器系統(tǒng)100包括光源模塊102(例如，包括寬帶或波長可調(diào)光源)、光纖104、光學(xué)組件106、測量對象108、檢測器模塊120(例如，包括偏振器和光電檢測器)和電子處理器130。通常，光源模塊102包括光源，并且還可以包括其它部件，例如光束整形光學(xué)器件(例如透鏡)、波長濾波器和/或偏振管理光學(xué)器件(例如，偏振器和/或波片)。在整個本公開中描述了編碼器系統(tǒng)的各種實施方式。示出了笛卡爾坐標系以供參考。

光纖104可以是單模光纖或多模光纖。在一些實施方式中，不需要光纖并且光被引導(dǎo)通過自由空間。

測量對象108沿著Z軸定位在距光學(xué)組件106一些標稱距離處。在許多應(yīng)用中，例如在使用編碼器系統(tǒng)用于監(jiān)控光刻工具中的晶片臺或掩模母版臺的位置的情況下，測量對象108相對于光學(xué)組件在X方向和/或Y方向上移動，但是測量對象108還可以沿著Z軸移動。在操作期間，編碼器系統(tǒng)100監(jiān)控測量對象108相對于光學(xué)組件106的這些自由度中的一個或多個，包括測量對象108相對于x軸的位置，并且在某些實施方式中還包括測量對象108相對于y軸和/或z軸和/或相對于俯仰(例如，繞x軸和/或y軸的旋轉(zhuǎn))角取向和/或偏航(例如，繞z軸旋轉(zhuǎn))角取向的位置。

在圖1的實施方式中，光(圖1所示通過光纖104傳送)從光源模塊102傳送并經(jīng)過光學(xué)部件114(例如，分束器或光學(xué)循環(huán)器)到達光學(xué)組件106。光學(xué)組件106包含布置為產(chǎn)生準直輸入光束的一個或多個光學(xué)部件(例如，準直器116)。光學(xué)組件106還包括參考表面118，其中準直輸入光束的一部分從參考表面118反射，以提供返回通過組件106并耦合回到光纖104中的參考光束(未示出)。參考表面118可以是被配置為部分地反射準直輸入光束并且部分地透射準直輸入光束的光學(xué)元件(例如，分束器)的一部分。例如，參考表面可以是組件106中的最后光學(xué)部件的出射相位。透射通過參考表面118的準直光束的一部分(即測試光束112)指向并撞擊編碼器標尺110。編碼器標尺110可以剛性地附接到測量對象108，或者可以是測量對象本身。

編碼器標尺110包括例如將測試光束112衍射成一個或多個衍射階的測量分度。通常，編碼器標尺可以包括各種不同的衍射結(jié)構(gòu)，例如光柵或全息衍射結(jié)構(gòu)。光柵的示例包括正弦、矩形或鋸齒光柵。光柵可以由具有恒定周期的周期性結(jié)構(gòu)表征，但還可以由更復(fù)雜的周期性結(jié)構(gòu)(例如，啁啾光柵)來表征。在一些實施方式中，編碼器標尺110可以將測量光束衍射到多于一個平面中。例如，編碼器標尺可以是將測量光束衍射成X-Z和Y-Z平面中的衍射階的二維光柵。編碼器標尺可以在X-Y平面中在對應(yīng)于測量對象108的運動范圍的距離上延伸。通常，所使用的衍射結(jié)構(gòu)的選擇(例如光柵周期)可以根據(jù)輸入光束的波長以及用于測量的光學(xué)組件和衍射階的布置而變化。在一些實施方式中，衍射結(jié)構(gòu)是具有在約1λ至約20λ范圍內(nèi)的周期的光柵，其中λ是光源的波長。光柵可以具有在例如約1μm至大約10μm的范圍內(nèi)的周期。其他周期也是可能的。

在撞擊編碼器標尺110之后，第0階衍射光束返回通過光學(xué)組件106并且重新耦合到光纖104中。光纖104中的參考光束和測試光束組合以產(chǎn)生輸出光束，其被分離器/循環(huán)器114引導(dǎo)到檢測器模塊120，檢測器模塊120檢測輸出光束，并響應(yīng)于檢測到的輸出光束向電子處理器130發(fā)送干涉信號。電子處理器130接收并分析信號，并確定關(guān)于測量對象108相對于光學(xué)組件106的一個或多個自由度的信息。圖1僅為干涉式位移測量系統(tǒng)的一個示例。關(guān)于編碼器系統(tǒng)的布置和配置的其它示例和附加信息可以在美國專利8,300,233中找到，該美國專利通過引用全部并入本文。

相對于參考光束，測試光束的相位取決于穿過的光學(xué)路徑長度(OPL)nD和光的光學(xué)頻率，并且可以表示為

其中v＝c/λ是真空光學(xué)頻率(λ是波長)，n是介質(zhì)沿D的折射率，D是由光束在編碼器標尺122和光學(xué)組件106的參考表面118之間行進的空間限定的腔區(qū)域的物理路徑長度(單程)。假定隨著光學(xué)頻率被掃描，D和n是固定的，則輸出光束的干涉相位可以根據(jù)以下等式變化

其中Δ表示變量的改變或變化。因此，如果光學(xué)頻率范圍Δv是已知的，則與測量相對位移的典型位移測量干涉儀系統(tǒng)相比，可以絕對地確定距離D。

可替代地，假設(shè)準直器組件位置是固定的，并且編碼器標尺被允許沿著z軸移動，則在固定波長處的第0階干涉的相位對于OPL中的變化Δz敏感，并且可以表示為

其中負號表示如果光柵在+z方向(即朝向圖1所示的準直器組件106)上移動，則相位減小。圖1所示的實施方式對垂直于光柵平面(即平面外運動或沿光束軸線)的運動敏感，而不是平行于光柵的平面內(nèi)運動。

可以通過掃描從光源模塊102提供的光的光學(xué)頻率來調(diào)諧輸出光束的光學(xué)頻率。例如，在一些實施方式中，光源模塊102包括波長/頻率可調(diào)光源，其中由光源輸出的光的光學(xué)頻率可以通過調(diào)節(jié)激光腔的光學(xué)路徑長度而變化(例如通過調(diào)節(jié)激光腔的折射率、通過機械調(diào)節(jié)激光腔的長度，或通過熱改變激光腔的光學(xué)路徑長度)。在其他實施方式中，光源模塊102可以包括對離散波長進行采樣的寬帶光源(例如氙燈或石英鎢鹵素?zé)?。例如，光源模塊102可以包括具有多個彩色濾光器的集成可調(diào)濾光器，其可以被改變以隔離光源的不同波長。光源模塊102可以聯(lián)接到電子處理器130，電子處理器130通過改變施加到由光源產(chǎn)生的光的彩色濾光器來控制光束的光學(xué)頻率。關(guān)于圖13A-13B描述了用于離散地采樣波長的其他選項。無論通過連續(xù)調(diào)諧光源還是通過離散地選擇波長，光源模塊102可以提供相對寬范圍的可用波長。例如，光源模塊102能夠輸出在高達約700nm范圍內(nèi)的光的輸出波長(例如，約600nm，約500nm，約400nm，約300nm，約200nm，約100nm或約50nm的范圍)?？梢允褂每梢姾徒t外的波長(例如約400nm至約2,000nm)。示例性波長范圍包括在約1,000nm和約1,600nm之間。光源模塊102可以高達約100kHz或更高(例如高達約150kHz，高達約200kHz，高達約300kHz，高達約400kHz，或者高達約500kHz)的速率掃描波長范圍。可以使用高達約1MHz的最大頻率。

可以對圖1所示的實施方式進行多種變化，以獲得關(guān)于測量對象的附加的和/或不同的信息。例如，圖2是示出了使得能夠確定關(guān)于測量對象的多個自由度的信息的示例性編碼器系統(tǒng)200的示意圖。如圖1,編碼器系統(tǒng)200包括用于接收來自光源模塊的光的光纖204、用于導(dǎo)出測試光束212和參考光束(未示出)的光學(xué)組件206以及測量對象208，編碼器標尺210附接到測量對象208。為了清楚起見，省略了系統(tǒng)200的光源模塊、檢測器模塊和電子處理器。光學(xué)組件206包含布置為產(chǎn)生準直光束的一個或多個光學(xué)部件(例如準直器216)，以及反射參考光束并允許測試光束通過到編碼器標尺210的參考表面218。第一腔由光束在光學(xué)組件206和編碼器標尺210之間行進的空間限定，并且具有nD的光學(xué)路徑長度。

與圖1的系統(tǒng)100相比，光學(xué)組件206相對于編碼器標尺表面法線傾斜，使得測試光束212以Littrow角θ_L撞擊編碼器標尺210。當(dāng)掃描測試光束212的波長時，衍射光束角度根據(jù)光柵方程變化；

其中θ_i和θ_m分別是入射角和第m階衍射角，Λ是光柵周期，并且所有角度都相對于編碼器標尺表面法線測量。對于固定的Λ，較長的波長比較短的波長衍射成更大的角度。通常正和負衍射階(m)將存在，因此m是有符號的整數(shù)。

因此，當(dāng)掃描波長時，返回的測試光束(其已經(jīng)被編碼器標尺210衍射)的角度變化，使得返回的測試光束掃過光學(xué)組件206。僅對于接近滿足Littrow條件的波長λ_L的波長范圍，返回的測試光束被標稱地沿著入射測試光束路徑反射：

mλ_L＝2Λsin(θ_L) (5)

返回的測試光束和參考光束由光學(xué)組件206組合以產(chǎn)生由檢測器模塊檢測的輸出光束。由于衍射測試光束和參考光束的干涉，輸出光束的觀察到的干涉對比度在波長掃描期間在λ_L處呈現(xiàn)最大值。這種現(xiàn)象在這里被稱為“對比度峰化”或“峰值對比度”，并且對傳感器設(shè)計和功能具有許多意義，如將在后面解釋的。

將參考位置設(shè)置為坐標原點，瞬時干涉相位取決于光束撞擊編碼器標尺的點，并且可以表示為

對于如圖2所示的一維周期性結(jié)構(gòu)，其中(x，z)是測試光束在x-z平面中撞擊光柵的點。另外，由于D可以用等式(2)測量，因此x和z相對運動可以用以下兩個等式解耦和導(dǎo)出；

Δz＝ΔDcos(θ_L)，(7)

和

因此，通過分析掃描上的干涉調(diào)制，可以推導(dǎo)出Littrow波長λ_L和到編碼器標尺210的絕對距離D。在對比度峰值處的相位變化又提供關(guān)于編碼器標尺210沿著多個自由度的位置的相對變化的信息。

圖2中的編碼器標尺210被假定為具有在x方向上周期性的1維周期性結(jié)構(gòu)，使得衍射光束在x-z平面中行進。然而，如果結(jié)構(gòu)沿著2維是周期性的，則可以在y-z平面中提供另一光學(xué)組件頭部，以檢測在y-z平面中的衍射測試光束，并且隨后測量y方向運動。類似于第一光學(xué)組件，第二光學(xué)組件可以包括例如準直器以接收輸入光，并且可以使用部分反射性參考表面導(dǎo)出第二測試光束和第二參考光束。第二測試光束和第二參考光束可以從由與第一測試光束和第一參考光束相同的光源產(chǎn)生的光束導(dǎo)出?？商娲兀诙y試光束和第二參考光束可以從由不同光源產(chǎn)生的光束導(dǎo)出。

第二光學(xué)組件的相對y和z位移可以從以下表述確定

其中符號’表示變量與第二光學(xué)組件相關(guān)聯(lián)。第二光學(xué)組件還形成第二腔，其由測試光束在第二腔的參考表面和編碼器標尺的表面之間行進的空間限定，并且具有物理距離D'。由于兩個組件具有不同的基準，由第二光學(xué)組件形成的第二腔的OPL nD'一般將不同于由第一光學(xué)組件206形成的第一腔的OPL nD。然而，Δz對于兩者是相同的。

圖3是示出了利用波長調(diào)諧的編碼器系統(tǒng)的另一實施方式的示意圖。如圖3所示，系統(tǒng)300包括用于從光源模塊接收輸入光束的光纖304、用于從輸入光束導(dǎo)出測試光束312和參考光束(未示出)的光學(xué)組件306，以及編碼器標尺310。為了清楚起見，省略了系統(tǒng)300的測量對象、光源模塊、檢測器模塊和電子處理器。光學(xué)組件306包含布置為產(chǎn)生準直輸入光束的一個或多個光學(xué)部件(例如準直器316)和反射輸入光束的第一部分(產(chǎn)生參考光束)并且透射輸入光束的第二部分作為測試光束312的參考表面318。系統(tǒng)300還包括反射器320(例如反射鏡)。

在操作期間，測試光束312照射在編碼器標尺310上，導(dǎo)致第0階衍射測試光束沿著與入射測試光束312相同的路徑返回到光學(xué)組件306，第m階衍射測試光束相對于編碼器標尺表面法線以角度θ_m行進。第m階衍射光束被反射器320重新引導(dǎo)回編碼器標尺310，光束從編碼器標尺沿著與第0階衍射測試光束共同入射的路徑再次衍射。因此，第m階和第0階衍射測試光束路徑之間的差別是由第m階光束穿過的附加光學(xué)長度，即nD_m。這兩個光束返回通過光學(xué)組件306，與參考光束干涉，并且被重新耦合到光纖304中，并被分離器/循環(huán)器引導(dǎo)到檢測器模塊，在其中由電子處理器分析干涉。假設(shè)編碼器標尺是周期性光柵，則對于第1階，這種配置具有兩個干涉腔：參考光柵(RG)腔(具有等于nD的光學(xué)路徑長度)和參考鏡(RM)腔(具有等于nD+nD_m的光學(xué)路徑長度)。因此，RM腔對應(yīng)于由第m階衍射測試光束在反射器320和編碼器標尺310之間行進的區(qū)域加上由入射和衍射測試光束在編碼器標尺310和光學(xué)組件306之間行進的區(qū)域，而RG腔對應(yīng)于由入射和衍射測試光束在編碼器標尺310和光學(xué)組件306之間行進的區(qū)域。多重干涉產(chǎn)生附加的高階腔，但這些暫時忽略。

兩個第1階腔的干涉隨著光學(xué)頻率的掃描而表現(xiàn)不同。由于RG腔，在檢測器處的干涉對比度在掃描期間基本上是恒定的，因為光束的角度沒有因掃描而變化，所以干涉相位可以由等式(3)來控制，在下面再現(xiàn)并且考慮光行進通過的光學(xué)介質(zhì)的折射率n：

另一方面，由于RM腔，干涉對比度在第m階衍射測試光束垂直撞擊反射鏡的波長處是最大的。從光柵等式(等式(4))，這在以下波長處發(fā)生

λ_m＝Λsin(θ_m)/m (11)

與RM腔相關(guān)的干涉相位將根據(jù)以下等式對平面內(nèi)和平面外的光柵運動二者敏感：

由于RM腔中的光與圖2的幾何形狀相比撞擊光柵兩次，與等式(6)相比，在第一項中存在2的附加因子。假設(shè)同時測量兩個腔的相位，可以使用等式(10)和(12)來解出x和z位移。

由于兩個腔具有不同的OPL，它們的干涉頻率將不同，因此可以利用傅立葉變換(或其他類型的頻率敏感濾波器)同時測量它們的相位。因此，圖3的實施方式同時提供了測量x和z位移二者。注意，等式(12)描述了在固定波長處的相位行為，但是在該波長處的相位提取通過分析針對一定波長范圍記錄的調(diào)制強度來進行，如稍后將示出的。

如果編碼器標尺是2維的，則可以放置另一反射鏡以截取y衍射，這形成對應(yīng)于測試光束在第二反射鏡和編碼器標尺310之間行進的區(qū)域加上由測試光束在編碼器標尺310和光學(xué)組件306之間行進的區(qū)域的第三腔。來自該第三腔的輸出光束的相位將根據(jù)以下等式對平面內(nèi)和平面外光柵運動敏感：

組合等式(10)、(12)和(13)的三個相位測量提供了沿x、y和z的位移的同時測量。只要所有三個腔具有不同的OPL，所以相位在測量的輸出光束中是頻率可分離的，則所有三個相位測量可以用單個光學(xué)組件和相應(yīng)的檢測器模塊進行。

未知參數(shù)Δx、Δy和Δz也可以通過監(jiān)控圖3所示的實施方式的負階衍射來找到。例如，圖4所示的編碼器系統(tǒng)400類似于系統(tǒng)300，除了系統(tǒng)400包括第二腔，以測量來自編碼器標尺310的第負m'階衍射。第二腔對應(yīng)于第m'階衍射測試光束在第二反射器404和編碼器標尺310之間行進的區(qū)域加上由入射測試光束和衍射測試光束在編碼器標尺310和光學(xué)組件306之間穿過的區(qū)域。因此，第二腔的OPL可以表示為nD_m’+nD。

由于等式(12)和(13)中的第一項對于負衍射階改變符號，因此正負階相位測量的合適線性組合可以用于將這些參數(shù)解耦。例如，將負衍射階腔標記為m'，Δx和Δz可以用以下等式獲得

并且對于Δy有類似的等式。

通常，|m|不需要等于|m'|，但是如果等于，則幾何關(guān)系被簡化。例如，如果m＝1，m'＝-1，則等式(14)和(15)減少為；

類似的等式可以使用y腔獲得。如果對于x和y方向使用+和-階二者，則可以利用附加的冗余來減少測量誤差。然而，注意，由于單個通道(例如，通過光學(xué)組件和輸出光纖)攜帶所有信息，所有5個腔(第0階、兩個正階和兩個負階)必須具有不同的光學(xué)長度，使得相位在測量的輸出光束中是頻率可分離的。

例如，圖5是示出了與圖3的系統(tǒng)300類似的編碼器系統(tǒng)500的示意圖，其包括具有準直器516和參考表面518的光學(xué)組件506、編碼器標尺510和反射鏡520，以將衍射的測試光束偏轉(zhuǎn)回到編碼器標尺510。對比圖3，反射鏡520被布置為沿著x-z和y-z平面二者偏轉(zhuǎn)+和-衍射階。然而，注意，由于單個光學(xué)組件攜帶所有信息，所有5個腔(第0階、兩個正階和兩個負階)必須具有不同的光學(xué)長度，使得相位是頻率可分離的。這可以通過布置反射鏡520使得每個反射鏡520與其他三個反射鏡相比位于距編碼器標尺510不同的距離處來實現(xiàn)。

圖1-3所示的三個實施方式具有概括在表1中的測量特性。對于該表，假設(shè)編碼器系統(tǒng)使用單個光學(xué)組件/檢測器模塊和作為編碼器標尺的2D光柵。對于每一列，編碼器系統(tǒng)：測量自由度的變化(M)、對自由度的變化敏感(S)或?qū)ψ杂啥鹊淖兓幻舾?I)。注意圖2所示的實施方式，可以測量y軸，但是僅通過添加另一光學(xué)組件/檢測器模塊組合。

表1：對沿著6個自由度的運動的靈敏度

雖然圖3-5所示的實施方式利用反射鏡來創(chuàng)建光學(xué)腔，其他光學(xué)元件可以有利地替換。例如，圖6A和6B是示出了兩個可替代編碼器系統(tǒng)布置的示意圖，其中反射器分別包括屋頂反射鏡602和角立方體回射器604。角立方體回射器是由三個相互垂直的平面反射鏡的交叉(即，立方體的角)制造的光學(xué)器件。角立方體將反射撞擊任何一個鏡面的光束。屋頂反射鏡或棱鏡是由兩個相互垂直的反射鏡(即，立方體的邊緣之一)制成的光學(xué)器件。它與角立方體不同之處在于，屋頂棱鏡只能反射位于垂直于兩個相互垂直的反射鏡的平面中的光束。使用屋頂反射鏡和回射器的優(yōu)點在于，它們提高了編碼器系統(tǒng)相對于編碼器標尺的變化(例如，編碼器標尺的錯誤傾斜和/或光柵結(jié)構(gòu)的變化)或可能導(dǎo)致衍射測試光束的角度偏差的其它特征的公差。

圖1-6所示的實施方式的另一優(yōu)點在于，編碼器系統(tǒng)不需要大量的部件并且可以形成為緊湊的，因為衍射的測試光束和參考光束沿著用于照明的相同光纖返回。盡管如此，其它實施方式也是可能的，其不需要沿著用于照明的相同路徑發(fā)送參考光束和衍射測試光束。

例如，圖7A是示出了編碼器系統(tǒng)700的示意圖，其中參考光束和測試光束與光學(xué)組件704分離地組合。特別地，來自光源模塊702的準直輸入光束經(jīng)由光學(xué)組件704的準直光學(xué)器件傳送到光束分離部件706。光束分離部件706將準直的輸入光束分割成朝向檢測器模塊708重新定向的第一部分(例如，參考光束)和朝向編碼器標尺710輸送的第二部分(例如，測試光束)。一旦測試光束從編碼器標尺710衍射，則其然后被反射器712(例如，反射鏡)反射回到光束分離部件706，其中衍射的測試光束與參考光束組合以形成輸出光束。檢測器模塊708檢測輸出光束以產(chǎn)生可由電子處理器(未示出)分析的干涉信號。第二腔具有由衍射光束從部件706的分束界面到編碼器標尺710(圖7A中的距離“a”)、從編碼器標尺710到反射器712(圖7A中的距離“b”)，并返回到分束界面(圖7A中的距離“c”)行進的距離限定的對應(yīng)OPL nDm。

如在其它實施方式中，相對于編碼器標尺表面法線測量，衍射測試光束的角度將隨著測試光束的光學(xué)頻率的變化而變化，導(dǎo)致輸出光束的干涉強度的相應(yīng)變化。一旦為每個腔確定與最大干涉強度相關(guān)聯(lián)的光學(xué)頻率，則可以分析那些頻率處的相位變化，以確定關(guān)于編碼器標尺710的不同運動程度的信息。

圖7B是示出了圖7A所示的編碼器系統(tǒng)的變化的示意圖。在圖7B中，編碼器系統(tǒng)750包括分束元件706，但還包括與輸入光纖751分離的第二光纖754，其聯(lián)接到檢測器模塊756。包括參考光束和衍射測試光束的輸出光束使用透鏡758耦合到光纖754中。盡管透鏡758在這里示出為與光纖754分離，但是透鏡758可以聯(lián)接到光纖754的端部。圖7A和7B所示的實施方式的優(yōu)點在于，它們使測試光束與編碼器標尺的相互作用最小化，并且因此增加了編碼器系統(tǒng)的輻射效率。也就是說，因為衍射本身由于產(chǎn)生多階衍射光束而可能是低效的，所以有利的是減少測試光束實際被編碼器標尺衍射的次數(shù)。當(dāng)測試光束和編碼器標尺之間存在較少的相互作用時，最終與參考光束干涉的衍射測試光束的強度可以更大，從而提高由電子處理器分析的干涉信號的信噪比。此外，另一優(yōu)點是，重新耦合到光纖中提供了顯著減少來自散射光的雜散干擾的空間濾波。

如上所述，重要的設(shè)計考慮是設(shè)置各種腔光學(xué)長度，使得可以從輸出光束干涉信號中清楚地提取來自每個腔的信號相位。

由于對比度峰值，修改反射鏡傾斜是另一種選擇。具有不同OPL的腔可以在傅里葉域中被隔離，而修改反射鏡傾斜在時域中隔離腔，因為干涉信號發(fā)生在波長掃描中的不同點。調(diào)整腔測試反射鏡的傾斜是有利的，使得對于不同的腔在不同波長處發(fā)生最大干涉，從而允許干凈的信號提取。

因此，測試反射鏡傾斜是另一種編碼器系統(tǒng)設(shè)計考慮。圖8是示出了依賴于傾斜反射鏡以在時域中隔離不同腔的編碼器系統(tǒng)800的示例的示意圖。類似于圖3所示的編碼器系統(tǒng)實施方式，系統(tǒng)800包括用于接收來自光源模塊的輸入光束的光纖804、分離器805、用于從輸入光束導(dǎo)出測試光束812和參考光束(未示出)的光學(xué)組件806(具有準直器816和參考表面818)、編碼器標尺810以及平面反射鏡820。為了清楚起見，省略了系統(tǒng)800的測量對象、光源模塊、檢測器模塊和電子處理器。反射鏡820可繞一軸線(例如圖8中的y軸)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)反射鏡820繞其軸線旋轉(zhuǎn)時，與來自反射鏡820的法線反射相關(guān)聯(lián)的波長以及由此的最大干涉從λ偏移到λ'，其中λ'>λ。如圖8所示，波長的這種偏移與衍射光束的角度中的增加相關(guān)聯(lián)，該增加產(chǎn)生從θ到θ'的最大干涉。

在現(xiàn)實世界的情況下，編碼器標尺運動還包括旋轉(zhuǎn)以及平移，并且這些旋轉(zhuǎn)改變光束經(jīng)歷的入射和衍射角。如果編碼器標尺性質(zhì)和波長掃描是公知的，則測量峰值對比度(λ_P)處的波長使得能夠確定圍繞垂直于由入射光束和衍射光束限定的平面的軸線的旋轉(zhuǎn)。例如，考慮圖9A的示意圖中所示的幾何形狀和光束路徑。實驗室坐標系示出為z軸垂直且x軸水平。首先假設(shè)當(dāng)編碼器標尺表面法線與入射光束(其沿著z軸)對準時進行λ_P的測量并且稱該測量為現(xiàn)在讓光柵在頁面平面內(nèi)繞實驗室原點旋轉(zhuǎn)角度τ，正τ表示順時針旋轉(zhuǎn)(右手繪圖)。由于提供入射光束的光學(xué)組件不移動，所以入射光束仍然與z軸對準，因此τ表示具有與Richardson光柵約定一致的符號的新入射角。峰值對比度波長現(xiàn)在將發(fā)生在實驗室坐標系中的衍射角τ不改變的波長處。從圖9B所示的光束路徑和光柵等式，可以通過求解關(guān)于τ的超越方程來恢復(fù)傾斜角：

對于小τ，有用近似是；

假設(shè)光學(xué)組件和反射鏡剛性地安裝，因此僅編碼器標尺表面相對于該組件移動，快速重復(fù)這些波長掃描并且利用傅里葉變換分析每個軌跡以獲得在各個對比度峰值處的腔相位和波長提供了需要跟蹤編碼器標尺相對于組件的運動的所有信息?？梢灾苯訌姆逯滴恢脺y量編碼器標尺傾斜(圍繞垂直于包含光束的平面的軸線)，并且以特定光學(xué)頻率跟蹤相位提供了光束光學(xué)路徑的變化的高分辨率測量，其是平面內(nèi)和平面外編碼器標尺運動的混合。然后可以使用上述用于適當(dāng)幾何形狀的等式來分離運動。因此，單個光學(xué)組件/檢測器裝置可以被配置用于編碼器標尺運動的5個自由度：x，y和z中的位移以及關(guān)于x和y的旋轉(zhuǎn)。

使用示例可以最好地理解峰值對比度的識別，無論是由于不同的腔OPL還是反射器傾斜。例如，考慮從類似于圖4所示的示例性編碼器系統(tǒng)幾何形狀獲得的干涉強度的模擬，其中反射鏡被布置為反射第1階衍射測試光束，其中D＝10mm，D_m＝+1＝16mm，D_n＝-1＝12mm。在模擬中，照明是在100nm上調(diào)諧的并且中心在約1.45μm的波長。編碼器標尺被假定為具有2.8μm的周期的光柵，使得λ＝1.4μm處的第1階衍射角相對于編碼器表面法線約為30度。由準直器焦距和單模光纖纖芯直徑(通常約9μm)給出的光束直徑將對比度衰減定義為角度的函數(shù)。假定用于正負衍射階二者的反射鏡被設(shè)置為相對于編碼器標尺表面法線的相同角度，使得當(dāng)測試光束被調(diào)諧到中心波長時，衍射測試光束正交地撞擊反射鏡。

在使用上述布置的第一測量中，假設(shè)編碼器標尺是靜止的。圖10A中的圖表示出了在光學(xué)頻率線性增加的100nm調(diào)諧期間觀察到的模擬系統(tǒng)的8192個干涉強度樣本。注意在從第0階腔的整個軌跡觀察到的連續(xù)干涉。這是因為第0階腔對比度不是波長的函數(shù)(但是依賴于測試光柵傾斜)。當(dāng)來自+1和-1衍射階腔的光干涉時，在中心附近觀察到額外的干涉。這兩個腔的干涉被限制在中心波長的附近(其發(fā)生在圖10A所示的干涉強度軌跡的中心處)。

通過執(zhí)行強度信號的傅里葉變換，干涉軌跡提供用于每個不同腔的相位和干涉對比度信息。例如,圖10B中的圖表示出了作為從頂圖的干涉強度軌跡的傅立葉變換中導(dǎo)出的部分奈奎斯特中的頻率的函數(shù)的功率譜。觀察到六個峰，表示六個干涉腔。三個峰對應(yīng)于迄今討論的腔，即第0階腔(參考和光柵表面之間的干涉)、+1階腔(參考和左反射鏡之間的干涉)和-1階腔(參考和右反射鏡之間的干涉)。剩余的峰表示兩個測試反射鏡之間的干涉、右反射鏡與編碼器標尺之間的干涉，以及左反射鏡和編碼器標尺之間的干涉。腔長度被選擇為使得六個干涉峰被良好地分離。具體地，在頻率0.116處的窄峰(幾乎呈現(xiàn)為無限高延伸的單線)是第0階腔，在0.255處的峰是-1階腔，并且+1階腔在0.302處。在0.047、0.140、0.186處的峰分別表示兩個測試反射鏡、具有-1階反射鏡的測試光柵和具有+1階反射鏡的測試光柵之間的干涉。每個腔的相位可以從相應(yīng)峰的最大值處的復(fù)數(shù)傅立葉系數(shù)獲得。

圖11A是示出了對于圖10A的圖基于的相同的編碼器系統(tǒng)幾何形狀的干涉強度軌跡的模擬的曲線圖，但是用于-1階腔的反射鏡傾斜，使得在1.43μm的波長處發(fā)生最大干涉。如圖11A所示，從-1階腔產(chǎn)生的干涉現(xiàn)在移位到近似強度樣本5500。此外，參考圖11B，表示功率譜中的兩個測試反射鏡之間的干涉的峰(在圖10B中在0.047處)已經(jīng)消失，因為從兩個反射鏡反射的光不再一致。因此，該光譜區(qū)域清除了不期望的干涉信號，使得與該范圍中的干涉頻率相關(guān)聯(lián)的附加腔可以被添加到編碼器系統(tǒng)。

在腔端部處使用如平面反射鏡的非色散元件意味著僅當(dāng)波長被掃描時在短時間內(nèi)觀察到干涉對比度。這加寬和削弱了傅里葉域中的峰，導(dǎo)致降低的相位分辨率。因此，在一些情況下，增加觀察到良好對比度干涉的時間可能是有利的。

例如，圖12A是示出了依賴于透鏡以增加觀察到良好干涉的時間的干涉式編碼器系統(tǒng)的示例的示意圖。如在其他實施方式中，圖12A所示的系統(tǒng)包括光學(xué)組件1206，其將測試光束1212朝向編碼器標尺1210引導(dǎo)，并且從編碼器標尺1210的反射和衍射之后接收測試光束。然而，與先前的實施方式不同，反射鏡1220被放置在中間透鏡1218的焦平面。中間透鏡1218的定位增加了回射的衍射光束角度的范圍，從而擴展了產(chǎn)生良好質(zhì)量干涉的波長范圍。

圖12B是示出了依賴于第二衍射光柵以增加觀察到良好干涉的時間的干涉式編碼器系統(tǒng)的示例的示意圖。光柵1222在透射中操作，其光柵周期近似等于編碼器標尺1210的周期，使得光束(1214,1216)朝向反射鏡1224重新定向。類似于圖12A，圖12B所示的布置通過補償編碼器標尺1210的色散還增加了記錄在檢測器模塊處有良好對比度干涉的衍射光束角度的范圍，并且因此擴展了產(chǎn)生期望回射的波長范圍。

圖12C是示出了依賴于第二衍射光柵1226以補償編碼器標尺色散并且因此增加掃描期間觀察到良好干涉的時間的干涉式編碼器系統(tǒng)的示例的示意圖。在圖12C的實施方式中，衍射光柵1226在反射Littrow條件中操作，其光柵周期近似等于編碼器標尺1210的周期的一半，使得光束(1214,1216)朝向編碼器標尺1210反射。類似于圖12A-12B所示的實施方式，圖12C的布置也增加了回射的衍射光束角度的范圍，因此在擴展的波長范圍內(nèi)在檢測器模塊處提供了記錄的良好的干涉對比度。

雖然可以通過隨時間連續(xù)掃描光源的光學(xué)頻率/波長來實現(xiàn)波長的變化，但是連續(xù)掃描不是必須的。相反，可以使用由許多離散波長組成的源，依次選擇離散波長，并且在每個離散波長處對干涉進行采樣。圖13A-13B是示出了依賴于在不同波長處的輸出光束的離散采樣的編碼器系統(tǒng)的兩個可選實施方式的示意圖。每個配置依賴于波長濾波器(在這種情況下是密集波分復(fù)用器(DWDM))，使得一次對一個離散波長進行采樣。每個配置中的DWDM可以聯(lián)接到電子處理器(未示出)，該電子處理器可操作以控制由DWDM選擇哪個波長的光。圖13A示出了具有多波長源1330(例如光譜寬帶光源)的編碼器系統(tǒng)1300，其中使用聯(lián)接到光學(xué)組件上游的光纖1304(即在輸入光束被分離成測試光束和參考光束之前)的DWDM 1332一次一個地選擇離散波長。使用檢測器模塊中的單個高速檢測器對輸出光束的干涉進行采樣。

圖13B示出了編碼器系統(tǒng)1350的替代配置，其中DWDM 1332聯(lián)接到光學(xué)組件下游的光纖1304(即在衍射測試光束和參考光束組合之后)。與圖13A所示的實施方式相比，DWDM 1332可以被配置為一次一個地或者同時離散地采樣輸出光束的多個波長。如果輸出光束的多個波長同時被采樣，則每個采樣的輸出光束可以從DWDM 1332傳送到單個檢測器或分離的對應(yīng)檢測器。因此，圖13B中的實施方式由于同時采樣與圖13A的實施方式相比具有速度優(yōu)點。圖13B中的實施方式還可以由于使用多個檢測器而需要更大的復(fù)雜性。

在一些實施方式中，光源可以包括多個單獨可選擇的窄帶源的布置?？梢砸淮我粋€地激勵源，并且對于每個激勵的源，可以對輸出干涉進行采樣。

在一些實施方式中，使用光譜寬帶源(例如白光源)作為光源模塊，并且代替調(diào)諧波長，寬的波長范圍被同時使用。圖14是示出了干涉式編碼器系統(tǒng)1400的示例的示意圖，其中通過同時引導(dǎo)來自寬帶源1402的多個波長在編碼器標尺1410處而獲得輸出干涉。來自源1402的照明通過光纖1404饋送到準直器組件1406并且朝向編碼器標尺1410引導(dǎo)。編碼器標尺1410將光衍射為多個衍射階，其中一些被重新定向回到組件1406，在那里它們被重新耦合到光纖1404中。例如，第0階衍射直接返回到組件1406。另外，非零衍射階朝向反射鏡1408光譜擴展(參見光譜1430)，其中至少一些衍射分量被反射回到編碼器標尺1410(即法向入射或接近法向入射撞擊反射鏡的那些光譜分量)并且重新引導(dǎo)到組件1406。

與系統(tǒng)300和第一階近似類似，形成三個光學(xué)腔：參考-光柵(RG)腔、參考-反射鏡(RM)腔和光柵-反射鏡(GM)腔。被重新耦合回到光纖1404中的光穿過分離器/循環(huán)器1414到達光譜儀組件/檢測器模塊1420。光譜儀組件1420包括用于將光準直的光學(xué)器件、用于接收準直光并且用于在空間上分離準直光的波長光譜的光柵(或其他色散元件)1440、用于將光引導(dǎo)到多元件檢測器1444的光學(xué)元件1442以及多元件檢測器1444。每個檢測器元件接收小的光譜分量，但是每個分量由檢測器1444同時獲取。隨后，來自每個元件的信號由電子處理器(未示出)處理，電子處理器聯(lián)接到檢測器1444以恢復(fù)各個頻譜分量的振幅和相位。由每個元件截取的光譜分量的寬度優(yōu)選地足夠窄，使得由于所有期望的腔而觀察到適當(dāng)?shù)膶Ρ榷雀缮?。因此，分辨光柵的色散特性和要使用的檢測器元件的數(shù)量取決于期望的對比度干涉和光譜分量的寬度。還可以使用其他類型的光譜儀。例如，檢測器模塊1420可以包括掃描型光譜儀，例如濾光輪、可調(diào)Fabry-Perot腔或具有傾斜光學(xué)器件的光柵。在一些實施方式中，檢測器模塊1420可以包括被動光譜儀，例如圖14所示的那個，但具有不同的色散元件(例如折射楔)和聚焦光學(xué)器件。

如果假設(shè)多元件檢測器1444的每個檢測器元件檢測到足夠窄的光譜分量，使得在第1階腔中觀察到適當(dāng)?shù)膶Ρ榷?，則由檢測器元件陣列獲取的強度的同時分析可以提供通過在相同光譜范圍上掃描波長而獲得的相同信息。例如，在對在檢測器模塊處檢測到的信號應(yīng)用傅立葉變換之后，可以針對每個腔觀察不同頻率的峰，如圖14的插圖中所示。然而，由于來自每個檢測器元件的信號被同時獲取，所以系統(tǒng)1400可能對在波長掃描期間發(fā)生的腔運動不太敏感。盡管該方案具有潛在地需要更復(fù)雜的檢測系統(tǒng)的缺點，但是根據(jù)可以使用系統(tǒng)1400的應(yīng)用，減小的腔運動靈敏度可能是期望的優(yōu)點。

本文所描述的系統(tǒng)和技術(shù)的其他實施方式也是可能的。例如，在一些實施方式中，干涉式編碼器系統(tǒng)可包括多個光學(xué)組件，其中光學(xué)組件相對于編碼器標尺在構(gòu)造和布置方面類似于本文所述的組件。每個組件可以具有相應(yīng)的輸出光纖，并且多個組件的輸出光纖可以布置成一條線。此外，系統(tǒng)可以包括被布置為從每個輸出光纖接收光輸出(即參考和衍射測量光束)的色散元件(例如光柵或折射楔)和對應(yīng)的光學(xué)元件(例如透鏡)。色散元件和對應(yīng)的光學(xué)元件可以被配置為使得接收的光沿著與光纖對準的方向正交的方向光譜地擴展。然后可以將光譜擴展的輸出光束導(dǎo)向表面檢測器(例如電荷耦合檢測器或互補金屬氧化物半導(dǎo)體相機芯片)。由檢測器記錄的強度圖案那么將對應(yīng)于一個維度中的波長和另一正交維度中的不同光學(xué)組件。

在一些實施方式中，本文中所描述的干涉式編碼器系統(tǒng)可包括一個或多個參考光源(例如參考波長激光源)，而不是從相同光源導(dǎo)出測試光束和參考光束。從獨立源提供參考光束對于圖14中所示的“瞬時”光譜儀布置可能是特別有用的，因為參考光束可以用于校準光譜儀。

一般來說，上述任何分析方法(包括確定關(guān)于編碼器標尺的自由度的信息)可以在計算機硬件或軟件或兩者的組合中實現(xiàn)。例如，在一些實施方式中，聯(lián)接到本文描述的各種實施方式中的檢測器的電子處理器可以安裝在計算機中并且被配置為執(zhí)行從檢測器模塊獲得的信號的分析。分析可以使用遵循本文所述的方法的標準編程技術(shù)在計算機程序中實現(xiàn)。將程序代碼應(yīng)用于輸入數(shù)據(jù)(例如干涉測量的相位信息)以執(zhí)行本文中所描述的功能且產(chǎn)生輸出信息(例如自由度信息)。輸出信息被施加到一個或多個輸出裝置，例如顯示監(jiān)視器。每個程序可以以高級程序語言或面向?qū)ο蟮木幊陶Z言來實現(xiàn)以與計算機系統(tǒng)通信。然而，如果需要，程序可以以匯編或機器語言實現(xiàn)。在任何情況下，語言可以是編譯或解釋語言。此外，程序可以在為此目的預(yù)編程的專用集成電路上運行。

每個這樣的計算機程序優(yōu)選地存儲在可由通用或?qū)Ｓ每删幊逃嬎銠C讀取的存儲介質(zhì)或設(shè)備(例如ROM或磁盤)上，用于當(dāng)存儲介質(zhì)或設(shè)備被計算機讀取時配置和操作計算機，以執(zhí)行本文所述的程序。在程序執(zhí)行期間，計算機程序也可以駐留在高速緩存或主存儲器中。分析方法還可以被實現(xiàn)為配置有計算機程序的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中這樣配置的存儲介質(zhì)使得計算機以特定和預(yù)定義的方式操作，以執(zhí)行本文所述的功能。

光刻工具應(yīng)用

光刻工具在制造大規(guī)模集成電路(例如計算機芯片等)中使用的光刻應(yīng)用中特別有用。光刻是半導(dǎo)體制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)驅(qū)動力。覆蓋層改進是下至16nm線寬(設(shè)計規(guī)則)以下的五個最困難的挑戰(zhàn)之一，例如，參見International Technology Roadmap for Semiconductors(2010年更新)。

覆蓋層直接取決于用于定位晶片和掩模母版(或掩模)臺的計量系統(tǒng)的性能，即準確度和精度。由于光刻工具可以產(chǎn)生50-100百萬美元/年的產(chǎn)品，所以來自改進的計量系統(tǒng)的經(jīng)濟價值是相當(dāng)大的。光刻工具的產(chǎn)量的每1％的增加導(dǎo)致對集成電路制造商大約1百萬美元/年的經(jīng)濟益處和對光刻工具供應(yīng)商的顯著的競爭優(yōu)勢。

光刻工具的功能是將空間圖案化的輻射引導(dǎo)到光致抗蝕劑涂覆的晶片上。該過程包括確定晶片的哪個位置接收輻射(對準)并將輻射施加到該位置處的光致抗蝕劑(曝光)。

在曝光期間，輻射源照射圖案化掩模母版，其散射輻射以產(chǎn)生空間圖案化的輻射。掩模母版也稱為掩模，并且這些術(shù)語在下面可互換使用。在縮小光刻的情況下，縮小透鏡收集散射輻射并形成掩模母版圖案的縮小圖像?？商娲?，在接近打印的情況下，散射輻射在接觸晶片之前傳播小的距離(通常為微米量級)以產(chǎn)生掩模母版圖案的1:1圖像。輻射在抗蝕劑中引發(fā)光化學(xué)過程，其將輻射圖案轉(zhuǎn)化為抗蝕劑內(nèi)的潛像。

為了正確地定位晶片，晶片包括晶片上的對準標記，其可以通過專用傳感器測量。測量的對準標記的位置限定晶片在工具內(nèi)的位置。該信息連同晶片表面的期望圖案化的規(guī)格一起指導(dǎo)晶片相對于空間圖案化輻射的對準?；谶@樣的信息，支撐光致抗蝕劑涂覆的晶片的可平移臺移動晶片，使得輻射將暴露晶片的正確位置。在某些光刻工具中，例如光刻掃描器，掩模也位于可移動臺上，該移動臺在曝光期間與晶片一致移動。

諸如先前討論的編碼器系統(tǒng)是控制晶片和掩模母版的位置并且將掩模母版圖像配準在晶片上的定位機構(gòu)的重要部件。如果這樣的編碼器系統(tǒng)包括上述特征，則可以在沒有離線維護的情況下在較長時間內(nèi)增加和/或維持由系統(tǒng)測量的距離的精度，從而由于增加的產(chǎn)量和較少的工具停機時間，導(dǎo)致較高的生產(chǎn)量。

通常，光刻工具(也稱為曝光系統(tǒng))通常包括照明系統(tǒng)和晶片定位系統(tǒng)。照明系統(tǒng)包括用于提供諸如紫外線、可見光、x射線、電子或離子輻射等輻射的輻射源以及用于將圖案賦予輻射的掩模母版或掩模，從而產(chǎn)生空間圖案化的輻射。此外，對于縮小光刻的情況，照明系統(tǒng)可以包括用于將空間圖案化的輻射成像到晶片上的透鏡組件。成像的輻射曝光涂覆在晶片上的抗蝕劑。照明系統(tǒng)還包括用于支撐掩模的掩模臺和用于相對于經(jīng)由掩模引導(dǎo)的輻射調(diào)節(jié)掩模臺的位置的定位系統(tǒng)。晶片定位系統(tǒng)包括用于支撐晶片的晶片臺和用于相對于成像的輻射調(diào)節(jié)晶片臺的位置的定位系統(tǒng)。集成電路的制造可以包括多個曝光步驟。關(guān)于光刻的一般參考文獻，例如參見J.R.Sheats和B.W.Smith的Microlithography：Science and Technology(Marcel Dekker，Inc.，New York，1998)，其內(nèi)容通過引用并入本文。

上述的編碼器系統(tǒng)可以用于精確地測量晶片臺和掩模臺中的每一個相對于曝光系統(tǒng)的其它部件(例如透鏡組件、輻射源或支撐結(jié)構(gòu))的位置。在這種情況下，編碼器系統(tǒng)的光學(xué)組件可以附接到固定結(jié)構(gòu)，并且編碼器標尺附接到可移動元件，例如掩模和晶片臺中的一個?？商娲?，可以顛倒該情況，其中光學(xué)組件附接到可移動物體并且編碼器標尺附接到靜止物體。

更一般地，這樣的編碼器系統(tǒng)可以用于測量曝光系統(tǒng)的任何一個部件相對于曝光系統(tǒng)的任何其他部件的位置，其中光學(xué)組件附接到部件中的一個或由其支撐，編碼器標尺附接到另一個部件或由其支撐。

在圖15中示出了使用干涉測量系統(tǒng)1826的光刻工具1800的示例。編碼器系統(tǒng)用于精確地測量曝光系統(tǒng)內(nèi)的晶片(未示出)的位置。這里，臺1822用于相對于曝光站定位和支撐晶片。掃描器1800包括框架1802，框架1802承載其他支撐結(jié)構(gòu)和承載在那些結(jié)構(gòu)上的各種部件。曝光基座1804在其頂部安裝有透鏡外殼1806，透鏡外殼1806的頂部安裝有掩模母版或掩模臺1816，其用于支撐掩模母版或掩模。通過元件1817示意性地示出了用于相對于曝光站定位掩模的定位系統(tǒng)。定位系統(tǒng)1817可以包括例如壓電換能器元件和相應(yīng)的控制電子器件。盡管它不包括在該描述的實施方式中，但是上述編碼器系統(tǒng)中的一個或多個還可以用于精確地測量掩模臺以及其它可移動元件的位置，其中在制造光刻結(jié)構(gòu)的工藝中必須精確地監(jiān)測可移動元件的位置(參見Sheats和Smith的Microlithosraphy：Science and Technology)。

懸掛在曝光基座1804下方的是支撐基座1813，其承載晶片臺1822。臺1822包括測量對象1828，其用于衍射由光學(xué)組件1826導(dǎo)向該臺的測量光束1854。用于相對于光學(xué)組件1826定位臺1822的定位系統(tǒng)由元件1819示意性地指示。定位系統(tǒng)1819可以包括例如壓電換能器元件和相應(yīng)的控制電子器件。測量對象衍射測量光束，反射回到安裝在曝光基座1804上的光學(xué)組件。編碼器系統(tǒng)可以是先前描述的任何實施方式。

在操作期間，輻射光束1810(例如來自UV激光器(未示出)的紫外線(UV)束)穿過束成形光學(xué)組件1812，并且在從反射鏡1814反射之后向下行進。此后，輻射光束穿過由掩模臺1816承載的掩模(未示出)。掩模(未示出)經(jīng)由透鏡外殼1806中承載的透鏡組件1808成像到晶片臺1822上的晶片(未示出)上。基座1804和由其支撐的各個部件通過由彈簧1820描繪的阻尼系統(tǒng)與環(huán)境振動隔離。

在一些實施方式中，先前描述的編碼器系統(tǒng)中的一個或多個可以用于測量沿著多個軸線的位移和與例如但不限于晶片和掩模母版(或掩模)臺相關(guān)聯(lián)的角度。此外，除了UV激光束，可以使用其它光束來曝光晶片，包括例如x射線束、電子束、離子束和可見光束。

在某些實施方式中，光學(xué)組件1826可以被定位為測量掩模母版(或掩模)臺1816或掃描器系統(tǒng)的其它可移動部件的位置的變化。最后，除了或代替掃描器，編碼器系統(tǒng)可以以類似的方式與包括步進器的光刻系統(tǒng)一起使用。

如本領(lǐng)域所公知的，光刻是制造半導(dǎo)體器件的制造方法的關(guān)鍵部分。例如，美國專利5,483,343概述了這種制造方法的步驟。這些步驟在下面參照圖16A和16B進行描述。圖16A是制造半導(dǎo)體器件(例如半導(dǎo)體芯片(例如，IC或LSI)，液晶面板或CCD)的順序的流程圖。步驟1951是用于設(shè)計半導(dǎo)體器件的電路的設(shè)計工藝。步驟1952是基于電路圖案設(shè)計制造掩模的工藝。步驟1953是通過使用諸如硅的材料制造晶片的工藝。

步驟1954是稱為預(yù)處理的晶片工藝，其中通過使用如此準備的掩模和晶片，通過光刻在晶片上形成電路。為了在晶片上形成與掩模上的那些圖案足夠的空間分辨率對應(yīng)的電路，光刻工具相對于晶片的干涉定位是必要的。本文所述的干涉測量方法和系統(tǒng)可特別地用于改善晶片工藝中使用的光刻的有效性。

步驟1955是組裝步驟，其被稱為后處理，其中將通過步驟1954處理的晶片形成為半導(dǎo)體芯片。該步驟包括組裝(切割和粘合)和封裝(芯片密封)。步驟1956是檢查步驟，其中執(zhí)行通過步驟1955生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件的可操作性檢查、耐久性檢查等。利用這些工藝，半導(dǎo)體器件完成并且被裝運(步驟1957)。

圖16B是示出了晶片工藝的細節(jié)的流程圖。步驟1961是用于氧化晶片表面的氧化工藝。步驟1962是用于在晶片表面上形成絕緣膜的CVD工藝。步驟1963是通過氣相沉積在晶片上形成電極的電極形成工藝。步驟1964是用于將離子注入晶片的離子注入工藝。步驟1965是用于將抗蝕劑(感光材料)施加到晶片的抗蝕劑工藝。步驟1966是用于通過上述曝光裝置在晶片上印刷(通過曝光(即光刻))掩模的電路圖案的曝光工藝。再次，如上所述，本文所述的干涉測量系統(tǒng)和方法的使用提高了這樣的光刻步驟的精度和分辨率。

步驟1967是用于顯影曝光的晶片的顯影工藝。步驟1968是用于移除顯影的抗蝕劑圖像之外的部分的蝕刻工藝。步驟1969是用于分離在經(jīng)歷蝕刻工藝之后殘留在晶片上的抗蝕劑材料的抗蝕劑分離工藝。通過重復(fù)這些工藝，形成電路圖案并將其疊加在晶片上。

上述編碼器系統(tǒng)還可以用于需要精確地測量物體的相對位置的其它應(yīng)用中。例如，在其中諸如激光，x射線，離子或電子束的寫入光束隨著基底或光束移動而將圖案標記到基底上的應(yīng)用中，編碼器系統(tǒng)可以用于測量基底和寫入光束之間的相對運動。

已經(jīng)描述了多個實施方式。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進行各種修改。因此，其他實施方式在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。