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本申請(qǐng)要求于2014年10月13日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)no.62/063261的權(quán)益，該美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的內(nèi)容作為引用全部并入本文。

本公開涉及一種干涉式編碼器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

干涉式編碼器可執(zhí)行機(jī)械臺(tái)相對(duì)于參考系的位置的高精度測(cè)量。為此，編碼器頭安裝到臺(tái)，周期性光柵結(jié)構(gòu)(例如編碼器標(biāo)尺(scale))安裝到參考系，或者反之亦然。與自由空間距離測(cè)量干涉儀相比，這可具有顯著縮短空氣中的路徑從而減少空氣湍流的影響。通常，必須在多個(gè)維度中監(jiān)測(cè)臺(tái)運(yùn)動(dòng)，從而要求一般使用不同光柵衍射級(jí)的多個(gè)測(cè)量波束。

在空間十分有限且各臺(tái)以幾十m/s²加速(例如在光刻步進(jìn)機(jī)中)的干涉式編碼器的應(yīng)用中，有動(dòng)機(jī)保持測(cè)量方案的各部件盡可能緊湊和輕量。關(guān)于編碼器頭，減少尺寸和重量的一種方式是選擇小的波束尺寸，從而使得相同編碼器頭的縮小版成為可能。然而，結(jié)果，編碼器對(duì)小等級(jí)光柵誤差的靈敏度增加，因?yàn)椴ㄊ叽缟系钠骄Ч档?。而且，取決于波束幾何形狀，該方法可限制沿光柵法線的測(cè)量范圍，在光柵法線上，編碼器可維持強(qiáng)干涉信號(hào)(例如測(cè)量波束可與參考波束交叉并損失重疊)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開涉及減小干涉式編碼器的尺寸和重量。本文公開的技術(shù)需要使干涉式編碼器的波束路由，使得最小化編碼器標(biāo)尺上的所需空間(例如最小化波束覆蓋區(qū))和/或可以使用用于多個(gè)測(cè)量波束的玻璃部件，而不需要減少波束尺寸。特別地，通過允許多個(gè)測(cè)量波束的覆蓋區(qū)在編碼器標(biāo)尺上重疊并在編碼器標(biāo)尺的第一和最后一級(jí)衍射之前傳播穿過編碼器頭中的相同體積的玻璃，緊湊的編碼器構(gòu)造是可能的。作為有利措施，編碼器頭光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成提供波束之間的輕微角分隔，使得單個(gè)聚焦透鏡可以將波束引導(dǎo)到分離的檢測(cè)器。

總體上，在第一方面，本公開的主題涵蓋一種編碼器干涉測(cè)量系統(tǒng)，其包括多個(gè)光學(xué)部件，多個(gè)光學(xué)部件構(gòu)造成并布置成將測(cè)量波束引導(dǎo)至編碼器標(biāo)尺以產(chǎn)生多個(gè)二次衍射測(cè)量波束，多個(gè)二次衍射測(cè)量波束中的兩個(gè)沿具有角分隔α的非平行波束路徑傳播，兩個(gè)二次衍射波束的非平行波束路徑至少部分地重疊；第一檢測(cè)器，布置成接收兩個(gè)二次衍射測(cè)量波束之一和第一參考波束；第二檢測(cè)器，布置成接收兩個(gè)二次衍射測(cè)量波束中的另一個(gè)和第二參考波束中；以及電子處理器，構(gòu)造成從第一和第二檢測(cè)器中的每個(gè)接收干涉信號(hào)(每個(gè)干涉信號(hào)包括與編碼器標(biāo)尺和編碼器頭之間的相對(duì)位移有關(guān)的相位)，并基于每個(gè)干涉信號(hào)的相位確定與編碼器頭或編碼器標(biāo)尺的自由度相關(guān)的信息。

各實(shí)施例可包括下列特征中的一個(gè)或多個(gè)。例如，在一些實(shí)施例中，多個(gè)光學(xué)部件包括：第一回射器、第一波片和第一雙折射楔形棱鏡，布置成從編碼器標(biāo)尺接收第一一次衍射測(cè)量波束，并將第一一次衍射測(cè)量波束重新引導(dǎo)返回編碼器標(biāo)尺；第二回射器、第二波片和第二雙折射楔形棱鏡，布置成從編碼器標(biāo)尺接收第二一次衍射測(cè)量波束，并將第二一次衍射測(cè)量波束重新引導(dǎo)返回編碼器標(biāo)尺。

在一些實(shí)施例中，多個(gè)光學(xué)部件包括：第一回射器和第一楔形棱鏡，第一楔形棱鏡布置成接收第一一次衍射測(cè)量波束的單次通過；以及第二回射器和第二楔形棱鏡，第二楔形棱鏡布置成接收第二一次衍射測(cè)量波束的單次通過。

在一些實(shí)施例中，編碼器干涉測(cè)量系統(tǒng)還包括：聚焦透鏡，定位成接收第一二次衍射測(cè)量波束和第二二次衍射測(cè)量波束；以及包括第一光纖和第二光纖的裝置，第一光纖定位成接收兩個(gè)二次衍射測(cè)量波束之一和第一參考波束，第二光纖定位成接收兩個(gè)二次衍射測(cè)量波束中的另一個(gè)和第二參考波束，第一光纖的入口表面與第二光纖的入口表面分開一距離d＝(α)(f)，d，f是聚焦透鏡的焦距。

在一些實(shí)施例中，多個(gè)光學(xué)部件構(gòu)造并布置成：從編碼器標(biāo)尺接收第一一次衍射測(cè)量波束；從編碼器標(biāo)尺接收第二一次衍射測(cè)量波束；以及將第一和第二一次衍射測(cè)量波束重新引導(dǎo)到編碼器標(biāo)尺上的大致相同區(qū)域。大致相同區(qū)域包括例如小于波束半徑的波束之間的分隔。

在一些實(shí)施例中，第一一次衍射測(cè)量波束包括正第一級(jí)衍射波束，第二一次衍射測(cè)量波束包括負(fù)第一級(jí)衍射波束。

在一些實(shí)施例中，多個(gè)光學(xué)部件包括：第一反射器元件，具有布置成接收并將第一一次衍射測(cè)量波束重新引導(dǎo)至編碼器標(biāo)尺的至少兩個(gè)反射分面，第一反射器的至少兩個(gè)反射分面之間的角度大于或小于90度；第二反射器元件，具有布置成接收并將第二一次衍射測(cè)量波束重新引導(dǎo)至編碼器標(biāo)尺的至少兩個(gè)反射分面，第二反射器的至少兩個(gè)反射分面之間的角度大于或小于90度。

在一些實(shí)施例中，編碼器干涉測(cè)量系統(tǒng)還包括：編碼器標(biāo)；以及可移動(dòng)臺(tái)，編碼器標(biāo)尺或編碼器頭附接到可移動(dòng)臺(tái)。

在一些實(shí)施例中，多個(gè)光學(xué)部件包括分束元件，其構(gòu)造并布置成：接收第一參考波束和第二參考波束；以及將第一參考波束和第二參考波束分別與兩個(gè)二次衍射測(cè)量波束之一和兩個(gè)二次衍射測(cè)量波束中的另一個(gè)組合起來，以形成第一輸出波束和第二輸出波束。

在一些實(shí)施例中，多個(gè)光學(xué)部件還構(gòu)造并布置成將第二波束引導(dǎo)到編碼器標(biāo)尺以產(chǎn)生多個(gè)二次衍射第二波束，二次衍射第二波束包括第一參考波束和第二參考波束，第一參考波束和第二參考波束沿具有角分隔α的非平行波束路徑傳播，第一參考波束和第二參考波束的非平行波束路徑至少部分地重疊。

在一些實(shí)施例中，多個(gè)光學(xué)部件包括多個(gè)參考光學(xué)部件，參考光學(xué)部件構(gòu)造并布置成：接收第二波束；從第二波束產(chǎn)生第一參考波束和第二參考波束，第一參考波束和第二參考波束沿具有角分隔α的非平行波束路徑傳播。多個(gè)參考光學(xué)部件可包括衍射光柵。多個(gè)參考光學(xué)部件可包括：分束部件、第一反射表面和第二反射表面，分束部件布置成將第二波束分為第一參考波束和第二參考波束，將第一參考波束引導(dǎo)到第一反射表面，將第二波束引導(dǎo)至第二反射表面，并在第一和第二參考波束分別從第一和第二反射表面反射之后接收和組合第一和第二參考波束，第一反射表面的面向分束部件的第一側(cè)的平面與分束部件的第一側(cè)不平行，第二反射表面的面向分束部件的第二側(cè)的第二反射表面與分束部件的第二側(cè)不平行。多個(gè)參考光學(xué)部件可包括布置成接收第二波束的第一四分之一波偏振器、第二四分之一波偏振器、第一和第二四分之一波偏振器之間的雙折射楔形部件以及回射器，回射器布置成：從第二四分之一波偏振器接收第一參考波束和第二參考波束；以及將第一參考波束和第二參考波束重新引導(dǎo)至第二四分之一波偏振器。多個(gè)參考光學(xué)部件可包括：回射器和衍射光柵，回射器布置成接收第二波束，并將第二波束重新引導(dǎo)至衍射光柵，衍射光柵布置成用從回射器接收的第二波束產(chǎn)生第一和第二參考波束。多個(gè)參考光學(xué)部件可包括反射表面和楔形棱鏡，反射表面布置成接收第二波束，并將第二波束重新引導(dǎo)至楔形棱鏡，楔形棱鏡布置成從反射表面接收第二波束，以產(chǎn)生第一和第二參考波束。

多個(gè)參考光學(xué)部件可包括：回射器，布置成接收和重新引導(dǎo)第二波束；偏振元件，布置成從回射器接收重新引導(dǎo)的第二波束；以及雙折射楔形棱鏡對(duì)，布置成從偏振元件接收第二波束，并產(chǎn)生第一和第二參考波束。

總體上，在另一方面中，本公開的主題可涵蓋一種編碼器干涉測(cè)量系統(tǒng)，包括：編碼器頭，編碼器頭構(gòu)造成將光引導(dǎo)至編碼器標(biāo)尺，以產(chǎn)生多個(gè)二次衍射測(cè)量波束，編碼器頭包括布置成從光源接收輸入波束的單個(gè)光學(xué)元件，光學(xué)元件構(gòu)造成沿測(cè)量路徑引導(dǎo)輸入波束的第一部分以限定測(cè)量波束，光學(xué)元件還構(gòu)造并布置成從編碼器標(biāo)尺接收第一一次衍射測(cè)量波束和第二一次衍射測(cè)量波束，并將第一一次衍射測(cè)量波束和第二一次衍射測(cè)量波束朝向編碼器標(biāo)尺重新引導(dǎo)，以產(chǎn)生第一二次衍射測(cè)量波束和第二二次衍射測(cè)量波束，使得第一二次衍射測(cè)量波束和第二二次衍射測(cè)量波束沿具有角分隔α的非平行波束路徑傳播穿過在編碼器標(biāo)尺處位于第二衍射之后的光學(xué)元件，第一和第二二次衍射波束的非平行波束路徑至少部分地重疊；第一檢測(cè)器，布置成接收第一二次衍射測(cè)量波束和第一參考波束；第二檢測(cè)器，布置成接收第二二次衍射測(cè)量波束和第二參考波束；以及電子處理器，構(gòu)造成從第一和第二檢測(cè)器中的每個(gè)接收干涉信號(hào)，并基于每個(gè)干涉信號(hào)的相位確定與編碼器頭或編碼器標(biāo)尺的自由度有關(guān)的信息，每個(gè)干涉信號(hào)包括與編碼器標(biāo)尺和編碼器頭之間的相對(duì)位移有關(guān)的相位。

各實(shí)施例可包括下列特征中的一個(gè)或多個(gè)。例如，在一些實(shí)施例中，單個(gè)光學(xué)元件包括：布置成重新引導(dǎo)第一一次衍射測(cè)量波束的至少兩個(gè)反射分面，布置成重新引導(dǎo)第一一次衍射測(cè)量波束的至少兩個(gè)反射分面之間的角度大于或小于90度；以及布置成朝向編碼器標(biāo)尺重新引導(dǎo)第二一次衍射測(cè)量波束的至少兩個(gè)反射分面，布置成朝向編碼器標(biāo)尺重新引導(dǎo)第二一次衍射測(cè)量波束的至少兩個(gè)反射分面之間的角度大于或小于90度。

在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括：聚焦透鏡，定位成從單個(gè)光學(xué)元件接收第一二次衍射測(cè)量波束和第二二次衍射測(cè)量波束；以及包括第一光纖和第二光纖的裝置，第一光纖定位成接收第一二次衍射測(cè)量波束，第二光纖定位成接收第二二次衍射測(cè)量波束，第一光纖的入口表面與第二光纖的入口表面分開一距離d，d＝(α)(f)，f是聚焦透鏡的焦距。

在一些實(shí)施例中，單個(gè)光學(xué)元件構(gòu)造并布置成重新引導(dǎo)第一一次衍射測(cè)量波束和第二一次衍射測(cè)量波束至編碼器標(biāo)尺上的大致相同區(qū)域。大致相同區(qū)域可包括例如小于波束半徑的波束之間的分隔。

在一些實(shí)施例中，第一一次衍射測(cè)量波束包括正第一級(jí)衍射波束，第二一次衍射測(cè)量波束包括負(fù)第一級(jí)衍射波束。

在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括：編碼器標(biāo)尺；以及可移動(dòng)臺(tái)，編碼器標(biāo)尺或編碼器頭附接到可移動(dòng)臺(tái)。

在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括編碼器標(biāo)尺；可移動(dòng)臺(tái)，編碼器系統(tǒng)或編碼器標(biāo)尺附接到可移動(dòng)臺(tái)；照明系統(tǒng)，包括輻射源，在光刻系統(tǒng)操作期間，輻射源將輻射引導(dǎo)至由可移動(dòng)臺(tái)支撐的物體；以及定位系統(tǒng)，聯(lián)接到編碼器干涉測(cè)量系統(tǒng)的電子處理器，并構(gòu)造成基于與自由度有關(guān)的信息調(diào)節(jié)臺(tái)的位置。

總體上，在另一方面中，本公開的主題可涵蓋一種方法，包括：從編碼器頭將輸入波束的一部分引導(dǎo)到編碼器標(biāo)尺，輸入波束的該部分通過編碼器標(biāo)尺被衍射成第一一次衍射測(cè)量波束和第二一次衍射測(cè)量波束；在從編碼器標(biāo)尺衍射之后，在編碼器頭接收第一一次衍射測(cè)量波束和第二一次衍射測(cè)量波束；從編碼器頭朝向編碼器標(biāo)尺重新引導(dǎo)第一一次衍射測(cè)量波束和第二一次衍射測(cè)量波束，以產(chǎn)生第一二次衍射測(cè)量波束和第二二次衍射測(cè)量波束，使得第一二次衍射測(cè)量波束和第二二次衍射測(cè)量波束沿具有角分隔α的非平行波束路徑傳播通過編碼器頭，兩個(gè)二次衍射波束的非平行波束路徑至少部分地重疊；在第一檢測(cè)器處接收包括第一二次衍射測(cè)量波束和第一參考波束的第一輸出波束，以產(chǎn)生第一干涉信號(hào)；在第二檢測(cè)器處接收包括第二二次衍射測(cè)量波束和第二參考波束的第二輸出波束，以產(chǎn)生第二干涉信號(hào)，每個(gè)干涉信號(hào)包括與編碼器標(biāo)尺和編碼器頭之間的相對(duì)位移有關(guān)的相位；在電子處理器處接收第一和第二干涉信號(hào)；以及通過電子處理器基于每個(gè)干涉信號(hào)的相位確定與編碼器標(biāo)尺或編碼器頭的自由度相關(guān)的信息。

各實(shí)施例可包括下列特征中的一個(gè)或多個(gè)。例如，在一些實(shí)施例中，該方法還包括使第一輸出波束和第二輸出波束通過焦距f的透鏡；分別在第一光纖和第二光纖處從透鏡接收第一輸出波束和第二輸出波束，第一輸出波束在第一光纖的入口表面處與第二輸出波束在第二光纖的入口表面處的空間分隔d定義為d＝(α)(f)；以及使第一輸出波束和第二輸出波束從第一光纖和第二光纖分別傳到第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器。

在一些實(shí)施例中，將第一一次衍射測(cè)量波束和第二一次衍射測(cè)量波束重新引導(dǎo)返回編碼器標(biāo)尺包括將第一一次衍射測(cè)量波束和第二一次衍射測(cè)量波束重新引導(dǎo)到編碼器標(biāo)尺上的大致相同區(qū)域。大致相同區(qū)域可以包括例如小于波束半么的波束之間的分隔。

在一些實(shí)施例中，將第一一次衍射測(cè)量波束和第二一次衍射測(cè)量波束重新引導(dǎo)返回編碼器標(biāo)尺包括：使第一一次衍射測(cè)量波束通過第一波片和第一雙折射楔形棱鏡到達(dá)第一回射器；重新引導(dǎo)第一一次衍射測(cè)量波束返回通過第一波片和第一雙折射楔形棱鏡；使第二一次衍射測(cè)量波束通過第二波片和第二雙折射楔形棱鏡到達(dá)第二回射器；以及重新引導(dǎo)第二一次衍射測(cè)量波束返回通過第二波片和第二雙折射楔形棱鏡。

在一些實(shí)施例中，重新引導(dǎo)第一一次衍射測(cè)量波束和第二一次衍射測(cè)量波束返回編碼器標(biāo)尺包括：使第一一次衍射測(cè)量波束傳到第一回射器；在第一一次衍射測(cè)量波束到達(dá)第一回射器之前或之后，使第一一次衍射測(cè)量波束通過第一楔形棱鏡一次；使第二一次衍射測(cè)量波束通過第二回射器；以及在第二衍射測(cè)量波束到達(dá)第二回射器之前或之后，使第二一次衍射測(cè)量波束通過第二楔形棱鏡一次。

在一些實(shí)施例中，重新引導(dǎo)第一一次衍射測(cè)量波束和第二一次衍射測(cè)量波束返回編碼器標(biāo)尺包括：使第一一次衍射測(cè)量波束傳到包括三個(gè)反射分面的第一角棱鏡反射器(cornercubereflector)，第一角棱鏡反射器的相鄰反射分面中的至少兩個(gè)之間的角度大于或小于90度；以及使第二一次衍射測(cè)量波束傳到包括三個(gè)反射分面的第二角棱鏡反射器，第二角棱鏡反射器的相鄰反射分面中的至少兩個(gè)之間的角度大于或小于90度。

在一些實(shí)施例中，編碼器頭包括具有多個(gè)反射分面的整體式光學(xué)元件，整體式光學(xué)元件的相鄰反射分面之間的角度大于或小于90度。

在一些實(shí)施例中，第一一次衍射測(cè)量波束包括正第一級(jí)衍射波束，第二一次衍射測(cè)量波束包括負(fù)第一級(jí)衍射波束。

在一些實(shí)施例中，該方法還包括在第二次衍射之后，在編碼器頭中分別組合第一二次衍射測(cè)量波束和第二二次衍射測(cè)量波束與第三衍射測(cè)量波束和第四衍射測(cè)量波束以產(chǎn)生第一輸出波束和第二輸出波束，第三衍射測(cè)量波束和第四衍射測(cè)量波束具有與第一二次衍射測(cè)量波束和第二二次衍射測(cè)量波束之間的角分隔相同的角分隔，第三衍射測(cè)量波束和第四衍射測(cè)量波束源自輸入波束。

總體上，在另一方面中，本公開的主題可涵蓋一種編碼器干涉測(cè)量系統(tǒng)，包括：編碼器頭，編碼器頭包括多個(gè)光學(xué)元件，多個(gè)光學(xué)元件布置并構(gòu)造成朝向編碼器標(biāo)尺引導(dǎo)第一測(cè)量波束和第二測(cè)量波束以產(chǎn)生第一一次衍射測(cè)量波束和第二一次衍射測(cè)量波束，從編碼器標(biāo)尺接收第一一次衍射測(cè)量波束和第二一次衍射測(cè)量波束，朝向編碼器標(biāo)尺重新引導(dǎo)第一一次衍射測(cè)量波束和第二一次衍射測(cè)量波束以產(chǎn)生第一二次衍射測(cè)量波束和第二二次衍射測(cè)量波束，使得在編碼器標(biāo)尺處第二次衍射之后，第一二次衍射測(cè)量波束和第二二次衍射測(cè)量波束沿具有角分隔α的非平行波束路徑傳播，并分別組合第一二次衍射測(cè)量波束和第二二次衍射測(cè)量波束與第三波束和第四波束，非平行波束路徑至少部分地重疊，第三波束和第四波束具有相同的角分隔α，使得第一二次衍射測(cè)量波束和第三波束沿第一共線性路徑傳播，第二二次衍射測(cè)量波束和第四波束沿第二共線性路徑傳播；第一檢測(cè)器，布置成接收第一二次衍射測(cè)量波束和第三波束；第二檢測(cè)器，布置成接收第二二次衍射測(cè)量波束和第四波束；以及電子處理器，構(gòu)造成從第一和第二檢測(cè)器的每個(gè)接收干涉信號(hào)，并基于每個(gè)干涉信號(hào)的相位確定與編碼器頭或編碼器標(biāo)尺的自由度有關(guān)的信息，每個(gè)干涉信號(hào)包括與編碼器標(biāo)尺和編碼器頭之間的相對(duì)位移有關(guān)的相位。

各實(shí)施例可包括下列特征中的一個(gè)或多個(gè)。例如，在一些實(shí)施例中，多個(gè)光學(xué)部件包括：至少一個(gè)回射器元件；至少一個(gè)波片；至少一個(gè)光學(xué)楔形元件，波片中的至少一個(gè)和光學(xué)楔形元件中的至少一個(gè)以定位在第一一次衍射測(cè)量波束的波束路徑中的對(duì)應(yīng)波片-楔形件對(duì)布置。

在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括兩個(gè)回射器元件和第二波片-楔形件對(duì)，第一回射器元件定位成從第一波片-楔形件對(duì)接收第一一次衍射測(cè)量波束和/或?qū)⒌谝灰淮窝苌錅y(cè)量波束重新引導(dǎo)至第一波片-楔形件對(duì)，第二回射器元件定位成從第二波片-楔形件對(duì)接收第二一次衍射測(cè)量波束和/或?qū)⒌诙淮窝苌錅y(cè)量波束重新引導(dǎo)至第二波片-楔形件對(duì)。

在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括單個(gè)回射器元件和至少兩個(gè)波片-楔形件對(duì)，單個(gè)回射器元件是具有多個(gè)回射角部的立方體狀光學(xué)元件，立方體狀光學(xué)元件定位成：在第一回射角部從第一波片-楔形件對(duì)接收第一一次衍射測(cè)量波束，將第一一次衍射測(cè)量波束重新引導(dǎo)返回第一波片-楔形件對(duì)，在第二回射角部從第二波片-楔形件對(duì)接收第二一次衍射測(cè)量波束，并將第二一次衍射測(cè)量波束重新引導(dǎo)返回第二波片-楔形件對(duì)。

在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括編碼器標(biāo)尺。

在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括：三個(gè)回射元件；兩個(gè)非雙折射楔形元件；雙折射楔形元件；以及兩個(gè)波片，第一非雙折射楔形元件定位在第一回射器元件的輸入或輸出表面，第二非雙折射楔形元件和第一波片定位在第二回射器元件的輸入或輸出表面，雙折射楔形元件和第二波片定位在第三回射器元件的輸入或輸出表面，第一和第二回射器元件布置成從彼此跨過，使得第一和第二回射器元件從編碼器標(biāo)尺分別接收第一一次衍射測(cè)量波束和第二一次衍射測(cè)量波束，第一一次衍射測(cè)量波束的波束路徑和第二一次衍射測(cè)量波束的波束路徑位于相同的第一平面中，第三回射器元件布置成從編碼器標(biāo)尺接收沿位于與第一平面正交取向的第二平面中的波束路徑傳播的第三一次衍射測(cè)量波束，雙折射楔形元件和第二波片布置成將第三一次衍射測(cè)量波束分為兩個(gè)分離的波束，兩個(gè)分離的波束在從編碼器標(biāo)尺衍射之后對(duì)應(yīng)于第三和第四波束。

各光學(xué)部件設(shè)計(jì)可用于實(shí)現(xiàn)測(cè)量波束之間的輕微角分隔，包括例如具有分面之間的設(shè)計(jì)好的非90度角的準(zhǔn)回射部件以及可選地可以是或不是雙折射的額外楔形棱鏡。如本文所使用的，術(shù)語“光學(xué)部件”有時(shí)還稱為“光學(xué)元件”，并且在某些實(shí)施方式中可以理解為包括光學(xué)儀器中的影響行進(jìn)穿過儀器的光的部件或元件，比如透鏡、棱鏡或反射鏡。

本文所公開的系統(tǒng)和方法的優(yōu)點(diǎn)包括例如減少由干涉式編碼器使用的重量和空間。減少重量和空間需求可以是由于一個(gè)或多個(gè)因素，比如增加了可以在多個(gè)測(cè)量波束之間共享的光學(xué)部件的數(shù)量，減少了一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件的尺寸，使用僅需要單個(gè)透鏡來耦合到多個(gè)光纖的光纖耦合組件，使用較小的分束器來分離和重新組合測(cè)量波束和參考波束，因?yàn)榉炙倨鞯捏w積在多個(gè)波束之間共享，和/或由于更小的組合波束覆蓋區(qū)而使用更小的編碼器標(biāo)尺。本文公開的系統(tǒng)和方法的另一優(yōu)點(diǎn)是減少成本需求，這還可歸因于上述一個(gè)或多個(gè)因素。另一優(yōu)點(diǎn)在于，在一些實(shí)施方式中，可以避免來自一些寄生波束路徑的測(cè)量誤差。另一優(yōu)點(diǎn)在于，在一些實(shí)施方式中，可以消除編碼器標(biāo)尺基板誤差對(duì)橫向位置測(cè)量的影響，如果使用正負(fù)衍射級(jí)的通道的覆蓋區(qū)是相同的話。另一優(yōu)點(diǎn)在于，在一些實(shí)施方式中，如果使用正負(fù)衍射級(jí)的通道的覆蓋區(qū)是相同的，則可以消除全息編碼器標(biāo)尺誤差對(duì)正交于表面的位置測(cè)量的影響。另一優(yōu)點(diǎn)在于，在一些實(shí)施方式中，由于共同的路徑特性，對(duì)于涉及計(jì)算各通道之間的干涉相位差的測(cè)量(例如對(duì)于檢查光柵平面中的運(yùn)動(dòng))，存在減少的飄移。

一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)在附圖和下面的描述中闡述。其它特征和優(yōu)點(diǎn)從說明書、附圖和權(quán)利要求中是明顯的。

附圖說明

圖1是干涉式光學(xué)編碼器系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖。

圖2是干涉式光學(xué)編碼器系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖。

圖3是干涉式光學(xué)編碼器系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖。

圖4a和4b是干涉式光學(xué)編碼器系統(tǒng)的示意圖。

圖5a是干涉式光學(xué)編碼器系統(tǒng)的編碼器頭的實(shí)施例的示意圖。

圖5b是示出不完全的(imperfect)回射器的二維側(cè)視圖的示圖。

圖5c是示出回射器和楔形棱鏡的二維側(cè)視圖的示圖。

圖6是干涉式光學(xué)編碼器系統(tǒng)的編碼器頭的實(shí)施例的示意圖。

圖7a-7f是示出編碼器頭的光學(xué)元件的示例的示圖，光學(xué)元件布置成對(duì)參考波束施加角分隔。

圖8是示出具有兩個(gè)輸出通道的編碼器頭的示例的示圖，每個(gè)輸出通道布置成檢測(cè)已由編碼器標(biāo)尺衍射的兩個(gè)波束之間的干涉。

圖9是示出圖8所示編碼器頭布置的剖視圖的示圖。

圖10a-10b是示出局部參考干涉儀相對(duì)于準(zhǔn)直器/耦合光學(xué)系統(tǒng)的可能位置的示圖。

圖11是示出編碼器頭的示例的示圖。

圖12是示出圖11的示例編碼器頭的頂視圖的示圖。

圖13是包括干涉儀的光刻工具的實(shí)施例的示意圖。

圖14a和14b是描述制造集成電路的步驟的流程圖。

具體實(shí)施方式

光學(xué)干涉儀用于在多種設(shè)定中進(jìn)行精確測(cè)量。例如，半導(dǎo)體光刻系統(tǒng)使用激光干涉儀測(cè)量位移，并以納米精度精確地定位臺(tái)。在這些系統(tǒng)中，對(duì)準(zhǔn)空腔運(yùn)動(dòng)的激光束從附接到移動(dòng)物體的反射鏡反射，并與充分參考的另一波束干涉。每次波束路徑改變一波長(zhǎng)，干涉相位改變2π，所以干涉相位提供了空腔長(zhǎng)度的改變的測(cè)量。外差或零差技術(shù)常規(guī)地用于得到干涉相位。通常在這些系統(tǒng)中，測(cè)量光束在空氣中行進(jìn)長(zhǎng)距離。如果波束路徑中的空氣的折射率改變(即使是局部地改變)，該改變也會(huì)使其本身呈現(xiàn)為明顯的位移。該明顯的位移構(gòu)成測(cè)量誤差，空氣路徑越長(zhǎng)，該誤差越可能嚴(yán)重。

一類具有顯著更短的空氣路徑的位移測(cè)量干涉儀是干涉式編碼器。編碼器通過確定從周期結(jié)構(gòu)(通常為光柵)反射的波束的相移來測(cè)量橫向于測(cè)量波束的位移。因?yàn)閳D案化表面在波束下方移動(dòng)，所以激光束的相位在每個(gè)圖案周期期間漂移2π。那么波束相位的高精度測(cè)量值(或者部分地從測(cè)量波束中得到的干涉波束的相位)允許以圖案周期的一小部分進(jìn)行位移測(cè)量。測(cè)量的運(yùn)動(dòng)橫向于波束的事實(shí)允許顯著減少空腔長(zhǎng)度，因此減少波束空氣路徑，從而最小化大氣折射率波動(dòng)。與基本干涉式編碼器設(shè)計(jì)相關(guān)的其它細(xì)節(jié)可以例如在deck等人的美國(guó)專利no.8300233(interferometricencodersystems)中找到，該專利的主題作為引用全部并入本文。

干涉式編碼器可以設(shè)計(jì)成降低對(duì)光柵傾斜的敏感度。這通過雙程幾何開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，在第一衍射事件時(shí)被傳遞到波束的傾斜在第二衍射事件時(shí)被補(bǔ)償。這種系統(tǒng)的詳細(xì)討論可以在例如groot等人的美國(guó)專利申請(qǐng)出版物no.2013/0114061(doublepassinterferometricencodersystem)中找到，該專利申請(qǐng)的主題作為引用全部并入本文。雙程幾何形狀還增加了對(duì)光柵運(yùn)動(dòng)的靈敏度，因?yàn)閮蓚€(gè)衍射事件均使測(cè)量波束的相位每光柵周期漂移2π。在衍射事件之間，要求一些類型的反射光學(xué)系統(tǒng)朝向光柵重新引導(dǎo)波束。通常，這涉及回射器，有時(shí)與額外的分束器和/或折射或衍射波束控制部件組合。在波束路徑中具有回射器可提供便利的方式來實(shí)現(xiàn)波束在正好與輸入波束的方向相反的方向上返回。如果施加到測(cè)量和參考波束，則這保證共方向性，因此在重新組合波束之后保證良好的干涉對(duì)比。

一些光學(xué)編碼器使用多個(gè)測(cè)量波束來探查光柵，每個(gè)測(cè)量波束對(duì)應(yīng)于光柵的不同衍射級(jí)。每個(gè)返回的衍射測(cè)量波束與相關(guān)的參考波束或另一測(cè)量波束干涉，對(duì)于每個(gè)干涉的測(cè)量波束-參考波束對(duì)(即對(duì)于每個(gè)“通道”)，檢測(cè)干涉相位。通過以各種方式組合多個(gè)得到的干涉相位，可以區(qū)分各方向上的運(yùn)動(dòng)，例如光柵平面中的運(yùn)動(dòng)與正交于光柵的運(yùn)動(dòng)。為了避免源自另一測(cè)量波束的光污染一個(gè)測(cè)量波束，典型的多個(gè)波束編碼器設(shè)計(jì)保持波束物理地分隔一安全邊界。保持測(cè)量波束處于這樣的距離可能會(huì)妨礙或干擾對(duì)系統(tǒng)重量和體積的減小。

本文公開的技術(shù)消除了在多個(gè)返回的衍射測(cè)量波束之間提供顯著間隔的需求。這通過在返回的波束之間提供有目的的角度差而完成。分隔角度選擇成足夠小以便波束可名義上一般地行進(jìn)通過編碼器頭的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件，并且選擇成足夠大以便波束可被引導(dǎo)至分離的檢測(cè)器，使得干涉相位不會(huì)被相應(yīng)其它通道污染。對(duì)于最大緊湊度和輻射效率，多個(gè)通道的輸入可以是借助衍射而分為多個(gè)波束(例如1d光柵的+1和-1級(jí)或者2d光柵的(+1,0)(-1,0)(0,+1)和(0,-1)級(jí))的單個(gè)波束。在一些情況下，輸入波束和所有返回的波束共享光柵上的相同的名義覆蓋區(qū)。

干涉式外差光學(xué)編碼器系統(tǒng)

在描述引入返回的衍射測(cè)量波束之間的分隔角度的干涉式編碼器實(shí)施方式之前，首先回顧典型干涉式編碼器的操作是有利的。參見圖1，干涉式外差光學(xué)編碼器系統(tǒng)100的示例包括光源模塊120、光學(xué)組件110、測(cè)量物體101、檢測(cè)器模塊130(例如包括偏振器和檢測(cè)器)和電子處理器150。一般地，光源模塊120包括光源(例如包括激光)，并還可包括其它部件，比如波束整形光學(xué)系統(tǒng)(例如透鏡和光準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng))、光引導(dǎo)部件(例如光纖波導(dǎo))和/或偏振操縱光學(xué)系統(tǒng)(例如偏振器和/或波片)。光學(xué)組件還稱為“編碼器頭”。示出了笛卡爾坐標(biāo)系以備參考。

測(cè)量物體101定位成沿z軸與光學(xué)組件110相距一名義距離。在許多應(yīng)用中，比如編碼器系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)光刻工具中的晶片臺(tái)或掩模母版臺(tái)的位置，測(cè)量物體101相對(duì)于光學(xué)組件在x和/或y方向上移動(dòng)，同時(shí)名義地保持與光學(xué)組件相對(duì)于z軸的恒定距離。該恒定距離可以比較小(例如幾厘米或更小)。然而，在這種應(yīng)用中，測(cè)量物體的位置通常會(huì)從名義上的恒定距離變化一小量，測(cè)量物體在笛卡爾坐標(biāo)系內(nèi)的相對(duì)取向也會(huì)變化一小量。在操作期間，編碼器系統(tǒng)100監(jiān)測(cè)測(cè)量物體101相對(duì)于編碼器頭110的那些自由度中的一個(gè)或多個(gè)，包括測(cè)量物體101相對(duì)于x軸的位置，并且在某些實(shí)施例中還包括測(cè)量物體101相對(duì)于y軸和/或z軸和/或相對(duì)于俯仰和偏航角方位的位置。在一些實(shí)施例中，編碼器頭可以相對(duì)于測(cè)量物體101移動(dòng)，而在另外一些實(shí)施例中，測(cè)量物體101和編碼器頭兩者可以移動(dòng)。

為了監(jiān)測(cè)測(cè)量物體101的位置，源模塊120將輸入波束122引導(dǎo)到編碼器頭110。編碼器頭110從輸入波束122中得到測(cè)量波束112，并將測(cè)量波束112引導(dǎo)到測(cè)量物體101。編碼器頭110還從輸入波束122中得到參考波束(未示出)，并沿與測(cè)量波束不同的路徑引導(dǎo)參考波束。例如，編碼器頭110可包括分束器，其將輸入波束122分為測(cè)量波束112和參考波束。測(cè)量波束和參考波束可具有正交偏振(例如正交線偏振)。

測(cè)量物體101包括編碼器標(biāo)尺105，其是將來自編碼器頭的測(cè)量波束衍射為一個(gè)或多個(gè)衍射級(jí)的測(cè)量刻度?？傮w上，編碼器標(biāo)尺可包括各種不同的衍射結(jié)構(gòu)，比如光柵或全息衍射結(jié)構(gòu)。光柵示例包括正弦、矩形或鋸齒光柵。光柵可以由具有恒定間距的周期結(jié)構(gòu)表征，但是還可以由更復(fù)雜的周期結(jié)構(gòu)(例如啁啾光柵)表征。總體上，編碼器標(biāo)尺可將測(cè)量波束衍射為多于一個(gè)平面。例如，編碼器標(biāo)尺可以是二維光柵，其將測(cè)量波束衍射為x-z和y-z平面中的衍射級(jí)。編碼器標(biāo)尺在x-y平面中在對(duì)應(yīng)于測(cè)量物體110的運(yùn)動(dòng)范圍的距離內(nèi)延伸。

在圖1所示的本實(shí)施例中，編碼器標(biāo)尺105是具有正交于頁面平面、平行于圖1所示笛卡爾坐標(biāo)系的y軸延伸的光柵線的光柵。光柵線沿x軸是周期性的。編碼器標(biāo)尺105具有對(duì)應(yīng)于x-y平面的光柵平面，編碼器標(biāo)尺使測(cè)量波束112衍射為x-z平面中的一個(gè)或多個(gè)衍射級(jí)。

測(cè)量波束(標(biāo)記的波束114)的這些衍射級(jí)中的至少一個(gè)返回光學(xué)組件110，在那兒，其與參考波束組合以形成輸出波束132。例如，一次衍射測(cè)量波束114可以是正的或負(fù)的第一級(jí)衍射波束(即+1或-1衍射波束)。

輸出波束132包括與測(cè)量波束和參考波束之間的光學(xué)路徑長(zhǎng)度差有關(guān)的相位信息。光學(xué)組件110將輸出波束132引導(dǎo)至檢測(cè)器模塊130，檢測(cè)器模塊檢測(cè)輸出波束，并響應(yīng)于檢測(cè)的輸出波束發(fā)送信號(hào)給電子處理器150。電子處理器150接收和分析該信號(hào)，并確定與測(cè)量物體101相對(duì)于光學(xué)組件110的一個(gè)或多個(gè)自由度有關(guān)的信息。

在某些實(shí)施例中，測(cè)量波束和參考波束具有小的頻率差(例如khz至mhz范圍中的差別)，以在通常對(duì)應(yīng)于該頻率差的頻率處產(chǎn)生感興趣的干涉信號(hào)。該頻率在下文中可互換地稱為“外差”頻率或“參考”頻率，并由ωr表示(相對(duì)于角頻率)。與測(cè)量物體的相對(duì)位置的變化有關(guān)的信息一般對(duì)應(yīng)于干涉信號(hào)在該外差頻率處的相位。信號(hào)處理技術(shù)可用于提取該相位。總體上，可移動(dòng)的測(cè)量物體導(dǎo)致該相位項(xiàng)是時(shí)間變化的。在這方面，測(cè)量物體移動(dòng)的一階時(shí)間導(dǎo)數(shù)導(dǎo)致干涉信號(hào)的頻率從外差頻率漂移一在本文中稱為“多普勒”漂移的量。

在其它技術(shù)中，測(cè)量波束和參考波束的不同頻率可以例如通過激光塞曼分裂、通過聲光調(diào)制、使用兩個(gè)不同的激光模式或使用雙折射元件的激光內(nèi)部而產(chǎn)生。正交偏振允許偏振分束器沿不同路徑引導(dǎo)測(cè)量和參考波束，并將它們組合以形成隨后通過偏振器的輸出波束，偏振器混合正交偏振的分量，所以它們可以干涉。在沒有目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的情況下，干涉信號(hào)在外差頻率下振蕩，外差頻率正好是兩個(gè)分量的光學(xué)頻率之差。在存在運(yùn)動(dòng)的情況下，外差頻率經(jīng)由熟知的多普勒關(guān)系招致與目標(biāo)速度有關(guān)的變化。相應(yīng)地，監(jiān)測(cè)外差頻率中的變化允許監(jiān)測(cè)目標(biāo)相對(duì)于光學(xué)組件的運(yùn)動(dòng)。

在下述實(shí)施例中，“輸入波束”一般指的是由光源模塊發(fā)射的波束。對(duì)于外差檢測(cè)，輸入波束可以包括具有輕微不同頻率的分量，如上所討論的。

盡管圖1中示出編碼器標(biāo)尺105作為在一個(gè)方向上周期性的結(jié)構(gòu)，但是更普遍地，測(cè)量物體可包括各種恰當(dāng)?shù)匮苌錅y(cè)量波束的不同衍射結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，測(cè)量物體可包括在兩個(gè)方向(即沿x和y軸線)上周期性的衍射結(jié)構(gòu)，將測(cè)量波束衍射為兩個(gè)正交平面中的波束?？傮w上，編碼器標(biāo)尺的衍射結(jié)構(gòu)和源模塊在系統(tǒng)的幾何約束內(nèi)選擇成使得編碼器系統(tǒng)提供具有足夠強(qiáng)度以在與對(duì)應(yīng)參考波束組合時(shí)確立一個(gè)或多個(gè)可檢測(cè)干涉信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)衍射測(cè)量波束。在一些實(shí)施例中，源模塊提供具有在從400nm至1600nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的輸入波束。例如，輸入波束可具有約633nm、約980nm或約1550nm的波長(zhǎng)。應(yīng)注意，總體上，外差源的頻率分裂僅導(dǎo)致輸入波束的兩個(gè)分量的波長(zhǎng)之間的十分小差別，所以即使輸入波束不是嚴(yán)格地單色的，其仍保持實(shí)際上用單個(gè)波長(zhǎng)表征輸入波束。在一些實(shí)施例中，源模塊可包括hene激光器、激光二極管或其它固態(tài)激光源、發(fā)光二極管或熱源，比如具有或不具有過濾器以改造頻譜帶寬的鹵素?zé)簟?/p>

總體上，編碼器標(biāo)尺的設(shè)計(jì)可根據(jù)輸入波束的波長(zhǎng)的光學(xué)組件的布置以及用于測(cè)量的衍射級(jí)而改變。在一些實(shí)施例中，衍射結(jié)構(gòu)是具有從約1λ到約20λ的范圍中的間距的光柵，λ是源的波長(zhǎng)。光柵可具有例如從約0.5μm到約10μm范圍中的間距。

在一些實(shí)施例中，編碼器系統(tǒng)布置成測(cè)量波束對(duì)編碼器標(biāo)尺進(jìn)行雙通過，測(cè)量波束的二次衍射級(jí)用于測(cè)量。例如，參見圖2，干涉式外差光學(xué)編碼器系統(tǒng)200包括編碼器頭210，其具有參考回射器212、測(cè)量回射器214和偏振分束器216。系統(tǒng)200還包含目標(biāo)201、激光源218、檢測(cè)器模塊240和電子處理器250，檢測(cè)器模塊包括檢測(cè)器242。源模塊240或編碼器頭210還可包括偏振器244。示出笛卡爾坐標(biāo)系以便參考。

為了執(zhí)行監(jiān)測(cè)，外差激光源218將輸入波束270引導(dǎo)到偏振分束器216。偏振分束器216從輸入波束270中得到測(cè)量波束274和參考波束275，測(cè)量波束274和參考波束275的偏振是正交的。如圖2的示例所示，測(cè)量波束274正交于附圖平面偏振(s偏振)，而二次波束275在附圖平面中偏振(p偏振)。然而，測(cè)量波束和參考波束可具有任何偏振(例如線性、圓形或橢圓形)，只要它們彼此區(qū)分開即可(例如正交偏振)。

分束器216將測(cè)量波束274引導(dǎo)到目標(biāo)201。目標(biāo)201可包括編碼器標(biāo)尺205，其使入射的測(cè)量波束274衍射，提供對(duì)應(yīng)于測(cè)量波束274的非零衍射級(jí)(例如一級(jí)或二級(jí))的一次衍射測(cè)量波束。

然后，衍射測(cè)量波束274由測(cè)量回射器214重新引導(dǎo)以再一次照射在編碼器標(biāo)尺205上，以提供二次衍射測(cè)量波束。然后，二次衍射測(cè)量波束274返回偏振分束器216。然后，偏振分束器216組合二次衍射測(cè)量波束274與參考波束275以形成輸出波束290，參考波束275已由參考回射器212重新引導(dǎo)。盡管圖2示出偏振分束器，但是可使用基于偏振屬性引導(dǎo)波束的其它光學(xué)部件。這些光學(xué)部件包括例如棱鏡立方體、衍射光學(xué)系統(tǒng)、雙折射部件和反射表面(暴露的或涂覆的)，波束以掠射角入射到反射表面。類似地，除了回射器的光學(xué)部件和/或光學(xué)部件的其它組合可用在編碼器系統(tǒng)200中以沿與衍射測(cè)量波束一致的方向朝向檢測(cè)器模塊240重新引導(dǎo)參考波束。

輸出波束290包括與對(duì)應(yīng)于二次衍射測(cè)量波束的分量和對(duì)應(yīng)于參考波束的分量之間的光學(xué)路徑差相關(guān)的相位信息。然后，偏振分束器216將輸出波束290引導(dǎo)到檢測(cè)器模塊240。在檢測(cè)器模塊240處，偏振器244在輸出波束入射到檢測(cè)器242之前混合輸出波束290的測(cè)量波束和參考波束分量。這可以例如通過定向偏振器244的透射軸(例如，相對(duì)于頁面平面以45°定向透射軸)使得其透過s偏振光分量和p偏振光分量。盡管僅示出單個(gè)回射器，但是一個(gè)或多個(gè)額外的回射器(未示出)可以定位成接收其它衍射測(cè)量波束，并將這些波束重新引導(dǎo)返回編碼器標(biāo)尺以獲得額外的二次衍射測(cè)量波束。例如，一個(gè)回射器可以布置成將+1衍射測(cè)量波束重新引導(dǎo)返回編碼器標(biāo)尺，而另一回射器可以布置成將-1衍射測(cè)量波束重新引導(dǎo)返回編碼器標(biāo)尺。然后，分束器216會(huì)接收每個(gè)二次衍射測(cè)量波束，并將它們與它們的對(duì)應(yīng)參考波束組合以形成兩個(gè)輸出波束(即對(duì)于每個(gè)通道有一個(gè))。在一些實(shí)施方式中，編碼器標(biāo)尺可包括二維周期性圖案，使得兩個(gè)額外的回射器可以定位成接收和重新引導(dǎo)正交平面(例如圖2中的y-z平面)中的衍射級(jí)。

在檢測(cè)輸出波束290的混合分量時(shí)，檢測(cè)器模塊240的檢測(cè)器242隨后作為響應(yīng)發(fā)送信號(hào)給電子處理器250。電子處理器250接收和分析該信號(hào)，并確定與目標(biāo)201相對(duì)于光學(xué)組件210的一個(gè)或多個(gè)自由度有關(guān)的信息。確切地，電子處理器部分地基于信號(hào)的外差相位確定該信息。相應(yīng)地，監(jiān)測(cè)外差頻率的改變?cè)试S監(jiān)測(cè)目標(biāo)201相對(duì)于光學(xué)組件210的運(yùn)動(dòng)。

引入衍射測(cè)量波束之間的角分隔

如上所解釋的，當(dāng)利用多個(gè)衍射測(cè)量波束執(zhí)行位移和位置的測(cè)量時(shí)，干涉式編碼器系統(tǒng)通常保持衍射測(cè)量波束物理地分隔一安全邊界，以避免在檢測(cè)器處來自另一測(cè)量波束的光污染一個(gè)測(cè)量波束。保持測(cè)量波束處于這種距離可妨礙或干擾對(duì)系統(tǒng)重量和體積的減小。為了進(jìn)一步減小系統(tǒng)尺寸和重量，編碼器系統(tǒng)(比如由圖1-2的實(shí)施例設(shè)想的編碼器系統(tǒng)中的任一)可以改造成在返回的衍射測(cè)量波束之間引入相對(duì)小的有意圖的角度差。

圖3示出該方法的示例。圖3是干涉式編碼器系統(tǒng)300的示意圖，其是相對(duì)于圖1-2描述的編碼器系統(tǒng)的改造例。類似于圖1-2的編碼器系統(tǒng)，編碼器系統(tǒng)300包括目標(biāo)301，其具有編碼器標(biāo)尺305、分束光學(xué)部件302、第一回射器304、第二回射器306和偏振器316。系統(tǒng)300還包括第一四分之一波片308、第二四分之一波片310、第一雙折射楔形棱鏡312、第二雙折射楔形棱鏡314、聚焦透鏡318和雙光纖套管320。為了便于觀看，沒有示出系統(tǒng)300的光源模塊、檢測(cè)器模塊和參考波束光學(xué)系統(tǒng)。

在系統(tǒng)300操作期間，分束光學(xué)部件302從光源模塊(例如外差激光源)接收輸入波束303。輸入波束303可以由測(cè)量波束部分和參考波束部分構(gòu)成，每個(gè)部分具有不同偏振。光學(xué)部件302將輸入光束分為測(cè)量波束和參考波束(未示出)。測(cè)量波束通過分束部件302朝向編碼器標(biāo)尺305重新引導(dǎo)，在編碼器標(biāo)尺，測(cè)量波束被衍射。在本示例中，編碼器標(biāo)尺305是1維周期性光柵，提供x-z平面中的衍射波束，但是可使用2維光柵。額外地，盡管圖3僅示出+1和-1衍射級(jí)，但是由于測(cè)量波束照射在編碼器標(biāo)尺305上，還可產(chǎn)生其它衍射波束。回射器304、306定位并布置成接收和重新引導(dǎo)單個(gè)測(cè)量波束的+1和-1衍射級(jí)返回編碼器標(biāo)尺305，在編碼器標(biāo)尺，它們第二次衍射。

當(dāng)波束朝向編碼器標(biāo)尺305向回傳播時(shí)，四分之一波片308、310和雙折射楔形棱鏡312、314的存在在一次衍射測(cè)量波束的傳播方向中引入的輕微偏離。如果雙折射楔形件和四分之一波片沒有位于編碼器305和回射器304、306之間，則測(cè)量波束會(huì)在第二次衍射事件之后平行。

雙折射棱鏡可指的是導(dǎo)致光在穿過棱鏡時(shí)分為兩個(gè)不相等地折射的正交偏振光線的光學(xué)部件。由于傾斜的棱鏡面，行進(jìn)穿過雙折射棱鏡的輸入波束可以經(jīng)受傳播方向的改變，方向的改變大小取決于輸入波束的偏振。例如，具有第一偏振類型的輸入波束可以比具有正交于第一偏振類型的第二偏振類型的輸入波束偏離更大的角度。四分之一波片可以指的是在穿過其的尋常和非常光線之間引入四分之一周期的相位差以改變光線偏振的波片。

相應(yīng)地，雙折射棱鏡/四分之一波片對(duì)(312、308和314、310)均布置成具有第一偏振類型的波束在穿過雙折射棱鏡時(shí)以第一角度折射，在第二次穿過四分之一波片之后改變偏振(例如改變90°)，然后在其返回編碼器標(biāo)尺的路上第二次通過雙折射棱鏡時(shí)以第二不同角度折射。例如，在圖3所示設(shè)定中，測(cè)量波束的偏振選擇成其從在第一次通過棱鏡308、310之前的第一偏振(例如s偏振，偏振向量正交于衍射平面)轉(zhuǎn)換到在第二次通過棱鏡308、310之前的第二偏振(例如p偏振，偏振向量在衍射平面中)。結(jié)果，在每個(gè)波束第二次通過棱鏡時(shí)由雙折射棱鏡308、310施加的角度變化與每個(gè)波束第一次通過棱鏡時(shí)的不同。

在編碼器標(biāo)尺305上的第二次衍射事件之后，兩個(gè)返回的波束現(xiàn)在在朝向分束光學(xué)部件302的大致方向上共同地行進(jìn)，但是彼此之間具有輕微角分隔。在此所示角分隔被夸大，以幫助理解系統(tǒng)操作。聚焦透鏡318在距透鏡的焦距長(zhǎng)度處將角分隔轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻g分隔。盡管未示出，但是每個(gè)測(cè)量波束與對(duì)應(yīng)參考波束共線性地傳播，使得有兩個(gè)輸出波束(即一個(gè)輸出波束用于一個(gè)通道)。在距透鏡318的焦距長(zhǎng)度處，第一和第二檢測(cè)器可定位成分別測(cè)量第一和第二輸出波束的強(qiáng)度。或者，如圖3所示，兩個(gè)波束可以耦合進(jìn)兩個(gè)分離的光纖，每個(gè)光纖又通向構(gòu)造成檢測(cè)接收的輸出波束的強(qiáng)度的分離的檢測(cè)器。

如果如圖3所示實(shí)施，則光纖311a、311b的輸入表面(顯示為包含在光學(xué)套管320中)分隔一距離d。該分隔距離d和透鏡318的選擇的焦距f確定兩個(gè)波束之間所需的角分隔δα。該角分隔可以表示為：

例如，對(duì)于具有633nm波長(zhǎng)的hene波束，在d＝125μm(雙光纖套管中的光纖的十分常見的分隔)和f＝10mm的情況下，波束所需的角分隔是12.5mrad。12.5mrad的角分隔可以通過使雙折射楔形棱鏡312、314形成為具有1.6°楔角的金紅石楔形棱鏡來獲得。因此，實(shí)際上，分隔角可以基于硬件部件來確定，比如套管中的纖維分隔和準(zhǔn)直透鏡。優(yōu)選地，在某些實(shí)施方式中，至少提供跨過波束直徑的波前差的若干波，以分離兩個(gè)波束。例如，對(duì)于2mm直徑的hene激光束，1mrad的角分隔(對(duì)應(yīng)于跨過波束直徑的差別的3個(gè)波)會(huì)提供優(yōu)選的分隔。

為了清楚起見，圖3的雙折射楔形棱鏡312、314在附圖平面中楔形化。然而，實(shí)際上，楔形件方位優(yōu)選地選擇成將來自非期望衍射級(jí)的任何波束引導(dǎo)遠(yuǎn)離期望波束，從而防止它們促成干涉信號(hào)。

如上所述，圖3沒有示出參考波束的路徑。對(duì)于圖3所示實(shí)施例，可以提供將參考波束分成兩個(gè)參考波束并以恰當(dāng)角度引導(dǎo)兩個(gè)參考波束使得當(dāng)它們進(jìn)入正好在聚焦透鏡318之前的組合偏振器316時(shí)它們與相應(yīng)測(cè)量波束平行且共線地傳播的光學(xué)系統(tǒng)。這種參考波束如何產(chǎn)生的其它討論在本文中關(guān)于圖7a-7d闡述。圖3所示實(shí)施例包括源自單個(gè)輸入波束的兩個(gè)測(cè)量波束。然而，相同原理可應(yīng)用于使用2d光柵并且高達(dá)四個(gè)測(cè)量波束的編碼器系統(tǒng)。依舊，進(jìn)來的波束會(huì)分成不同的衍射級(jí)(這次有四個(gè)，例如圖3中的沿x-z平面的+1和-1級(jí)以及沿y-z平面的+1和-1級(jí))，它們?cè)谕ㄟ^回射器、偏振波片和楔形件重新引導(dǎo)之后會(huì)返回編碼器標(biāo)尺上的大致相同位置(例如以小于束半徑的波束之間的分隔)。然后，二次衍射波束與參考波束組合以形成朝向分離的檢測(cè)器傳播的多個(gè)輸出波束，每個(gè)檢測(cè)器構(gòu)造成檢測(cè)檢測(cè)器接收的輸出波束的強(qiáng)度。如在圖3的示例中，每個(gè)輸出波束在傳到對(duì)應(yīng)檢測(cè)器之前可以耦合到分離的纖維。

圖4a和4b是示出兩個(gè)編碼器系統(tǒng)之間的直接對(duì)比的示意圖，圖4a所示系統(tǒng)沒有在衍射波束之間引入輕微角偏離，圖4b所示系統(tǒng)引入了輕微角偏離(圖4b所示系統(tǒng)與圖3所示系統(tǒng)相同)。

圖4a和4b呈現(xiàn)的對(duì)比表明了在衍射波束之間提供輕微角偏離的空間和材料節(jié)省潛力。例如，圖4b所示構(gòu)造中的分束器可以制得比圖4a的分束器更小，因?yàn)榉祷氐难苌錅y(cè)量波束在它們朝向光纖(或檢測(cè)器)傳播時(shí)基本上彼此重疊，從而減少了分束界面所需的區(qū)域。圖4所示構(gòu)造中的回射器也可制得比圖4a的回射器更小，因?yàn)橐淮窝苌錅y(cè)量波束可以更靠近回射器頂點(diǎn)引導(dǎo)(圖3和4b所示中具有小偏移以為了波束的更好可見性)。額外地，圖4a的系統(tǒng)中所需的兩個(gè)纖維耦合組件減少到圖4b的系統(tǒng)中的一個(gè)。此外，編碼器標(biāo)尺上的更小的組合波束覆蓋區(qū)(即測(cè)量波束入射到編碼器標(biāo)尺上的區(qū)域)允許利用具有更小周期性圖案或光柵尺寸的編碼器標(biāo)尺。

在一些實(shí)施例中，衍射波束之間的角分隔可以通過改造回射器的形狀來引入。例如，圖5a是示出干涉式編碼器系統(tǒng)的編碼器頭500的示例，其中，兩個(gè)輸出波束(衍射測(cè)量波束)的角分隔使用兩個(gè)有意不完全的回射器來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)不完全的回射器包括反射衍射測(cè)量波束的多個(gè)分面，反射分面之間的角度選擇成從90°輕微偏離。

在作為干涉式編碼器系統(tǒng)的一部分的編碼器頭500的操作期間，第一反射器502從光源(例如外差激光源)接收輸入波束503，輸入波束503可以由測(cè)量波束部分和參考波束部分構(gòu)成，兩部分具有不同偏振。第一反射器502可以是例如分束器的一部分，分束器將輸入波束503分為測(cè)量波束和參考波束，測(cè)量波束朝向測(cè)量物體501上的編碼器標(biāo)尺505重新引導(dǎo)。為了便于觀看，參考波束和參考波束光學(xué)系統(tǒng)作為編碼器頭500的一部分未示出。在圖5a的示例中，編碼器標(biāo)尺505包括1維光柵(例如平行光柵線的周期性陣列)，1維光柵在第一入射區(qū)域501處將測(cè)量波束衍射為不同衍射級(jí)(例如+1和-1衍射級(jí))。為了便于觀看，僅示出形成編碼器標(biāo)尺505的光柵線的一部分。

兩個(gè)不完全回射器504、506均從編碼器標(biāo)尺505接收對(duì)應(yīng)一次衍射測(cè)量波束。例如，回射器504可從編碼器標(biāo)尺505接收+1衍射級(jí)503a，而回射器506可從編碼器標(biāo)尺505接收-1衍射級(jí)503b。在一些實(shí)施方式中，額外的不完全回射器還可用編碼器頭500包含，以接收例如沿正交于波束503a、503b行進(jìn)平面的平面?zhèn)鞑サ难苌錅y(cè)量波束(比如在具有2維光柵的編碼器標(biāo)尺情況下會(huì)發(fā)生的)。

由回射器504接收的衍射測(cè)量波束503a通過回射器504的多個(gè)反射分面作為波束503c反射回編碼器標(biāo)尺505的表面。從回射器504的分面反射的波束的覆蓋區(qū)使用橢圓/卵形邊界511示出。因此，在圖5a所示示例中，回射器504包括三個(gè)反射分面507，用于將衍射測(cè)量波束反射回編碼器標(biāo)尺505?；厣淦?06、507的內(nèi)表面可以鏡面化以誘導(dǎo)反射或者波束可由于全內(nèi)反射而反射。由于反射器504的相鄰反射分面507之間輕微偏離90°，所以反射的測(cè)量波束503c不會(huì)正好平行于進(jìn)入不完全反射器504的衍射波束503a對(duì)向傳播?；厣淦?06在圖5a所示視圖中局部地遮擋，但是其以與回射器504類似的方式操作。即，回射器506從編碼器標(biāo)尺505接收衍射波束503b，并作為波束503d朝向編碼器標(biāo)尺505重新引導(dǎo)該波束。重新引導(dǎo)衍射測(cè)量波束的回射器506的相鄰反射分面之間的角度輕微偏離90°，使得波束503d不會(huì)正好平行于波束503b對(duì)向傳播。

圖5b是示出具有非90°分面角度以重新引導(dǎo)輸入波束551的不完全回射器550的二維側(cè)視圖的示意圖，比如圖5a的回射器。如果從90°的偏離是δα，離開回射器的波束552會(huì)相對(duì)于進(jìn)來的波束方向具有2nδα的角度，n是玻璃的折射率。替代將回射器本身形成為不完全的，還可引入額外的光學(xué)部件，其改變來自回射器的光束的路徑。例如，圖5c是示出示例完全回射器(即具有90°棱角)553的二維側(cè)視圖的示圖，其通過添加僅由波束通過一次的玻璃楔形件554而制得不完全。

再次參見圖5a，每個(gè)反射器504、506的反射分面可彼此形成接近90°的多種不同角度，以在衍射測(cè)量波束之間引入偏離。例如，其中，分面可彼此形成從90°偏離±10°,5°,3°,2°,1°,0.8°,0.6°,0.5°,0.4°,0.3°,0.2°,or0.1°的角度。在一些實(shí)施方式中，用于重新引導(dǎo)測(cè)量波束的回射器(例如回射器504、506)可從90°偏離不同量或相同量。

重新引導(dǎo)的一次衍射測(cè)量波束503c、503d離開回射器504、506，并以第二入射區(qū)域512入射到編碼器標(biāo)尺505上，每個(gè)波束503c、503d第二次從編碼器標(biāo)尺505衍射。由與編碼器標(biāo)尺505的第二次相互作用產(chǎn)生的多個(gè)二次衍射波束中的至少兩個(gè)波束503e朝向反射器502向回傳播，一個(gè)源自波束503c的衍射，另一個(gè)源自波束503d的衍射。由于引入角棱鏡504、506中的輕微角偏離，某些差別是可觀察到的。首先，如圖5所示，離開反射器504的波束503c的中心在從離開反射器506的波束503d的中心入射在編碼器標(biāo)尺505上的位置輕微移位的位置處入射到編碼器標(biāo)尺505。結(jié)果，波束503c和503d的碰撞區(qū)域部分地重疊。其次，二次衍射波束503e朝向反射器502的傳播方向是不平行的。相應(yīng)地，當(dāng)波束503e通過反射器502重新引導(dǎo)時(shí)，波束在離開編碼器頭500時(shí)是非平行的。在此所示波束503e之間的角分隔被夸大，以幫助理解系統(tǒng)操作。每個(gè)波束503e與對(duì)應(yīng)參考波束(未示出)成對(duì)，以形成對(duì)應(yīng)輸出波束509。每個(gè)參考波束沿與其對(duì)應(yīng)衍射波束相同的路徑共線性地傳播。結(jié)果，輸出波束509也是彼此非平行的。如在圖3所示的實(shí)施方式中，輸出波束509被引導(dǎo)到對(duì)應(yīng)檢測(cè)器，對(duì)應(yīng)檢測(cè)器記錄它們的強(qiáng)度。在一些實(shí)施方式中，輸出波束509可以朝向聚焦透鏡引導(dǎo)，聚焦透鏡將波束之間的角分隔轉(zhuǎn)換為距透鏡焦距長(zhǎng)度距離處的空間分隔。然后，輸出波束509可以耦合到分離的纖維，w分離的纖維可以通向檢測(cè)器模塊或可以直接供給到檢測(cè)器模塊。如本文所解釋的，分隔距離d和透鏡的選擇的焦距f確定輸出波束之間的可接受的角分隔。在一些實(shí)施例中，“完全的(perfect)”回射器可替代不完全的回射器使用?！巴耆摹被厣淦靼ɡ绶瓷淙肷洳ㄊ沟闷淦叫杏谌肷洳ㄊ墓鈱W(xué)路徑對(duì)向傳播的回射器。這種“完全的”回射器包括具有至少兩個(gè)反射分面的反射器，至少兩個(gè)反射分面布置成在反射之后的波前誤差(包括傾斜)是波有一小部分。例如，對(duì)于2mm直徑的波束，完全的回射器的頂角(反射分面之間的角度)應(yīng)當(dāng)被控制在幾角分內(nèi)。

完全的回射器可與玻璃楔形件組合使用，在由比如圖5c中的回射器重新引導(dǎo)之前或之后，每個(gè)測(cè)量波束僅通過一次玻璃楔形件。由于測(cè)量波束僅單次通過楔形件，所以楔形件不需要是雙折射的，這與圖3所示實(shí)施例的楔形件312、314相反。這種實(shí)施例中的波束不會(huì)跨過回射器的任何分面邊緣，否則在某些實(shí)施方式中會(huì)導(dǎo)致衍射損失和波束前方上的偏振變化。

在一些實(shí)施例中，整體式光學(xué)部件可用于將測(cè)量波束引導(dǎo)至編碼器標(biāo)尺，以在衍射波束之間引入角分隔，并接收兩個(gè)衍射測(cè)量波束。涉及光學(xué)部件，在一些實(shí)施方式中，“整體式”可以理解為意味著構(gòu)造成單個(gè)一體物體。例如，整體式光學(xué)部件可以理解為在物體本體上具有大致均勻材料成分的單個(gè)物體。在一些實(shí)施方式中，整體式物體可以理解為包括由單件材料形成(例如機(jī)加工、雕刻、模制、成形)的單個(gè)物體。在一些實(shí)施方式中，整體式物體可以理解為通過組合(例如熔合、膠合、粘合、焊接)兩個(gè)或更多個(gè)物體而形成的單個(gè)物體。在一些實(shí)施方式中，比如當(dāng)整體式光學(xué)部件構(gòu)造成從單個(gè)波束中得到多個(gè)波束時(shí)(例如當(dāng)用作分束器時(shí))，整體式光學(xué)部件可包括一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部分束界面。

采用整體式光學(xué)部件來在衍射測(cè)量波束之間引入角分隔的編碼器頭的示例在圖6中描繪出。如圖6所示，編碼器頭600包括整體式光學(xué)部件602和參考衍射光柵607。整體式光學(xué)部件602可以理解為具有兩部分：參考腿部604和測(cè)量腿部分606。

在編碼器頭600操作期間，測(cè)量腿部分606在第一分面620處接收輸入波束603。輸入波束603從光源(例如外差激光源)獲得，并由測(cè)量波束部分和參考波束部分構(gòu)成，兩部分具有不同偏振。參考波束部分通過部件602引導(dǎo)至參考光柵607，而測(cè)量波束部分沿正交于參考波束路徑被重新引導(dǎo)至編碼器標(biāo)尺605。例如，整體式光學(xué)部件602可包括內(nèi)部分束界面(未示出)，其布置成分裂沿不同路徑的測(cè)量和參考波束。在圖6所示示例中，整體式光學(xué)部件602包括偏振分束部分608，其構(gòu)造成基于測(cè)量和參考波束之間的偏振差別分裂輸入波束603。偏振分束器608可以理解為位于測(cè)量腿部分606和參考腿部分604的一部分之間。

編碼器標(biāo)尺605位于測(cè)量物體601處或上，并包括1維光柵(例如平行光柵線的周期陣列)。為了便于觀看，僅示出形成編碼器標(biāo)尺605的光柵線的一部分。測(cè)量波束朝向編碼器標(biāo)尺605通過分束界面重新引導(dǎo)。在撞擊編碼器標(biāo)尺605的表面時(shí)，測(cè)量波束沿多個(gè)不同路徑衍射，兩個(gè)不同衍射級(jí)(例如+1和-1衍射波束)朝向測(cè)量腿部分606行進(jìn)。一旦衍射測(cè)量波束到達(dá)測(cè)量腿部分606，波束沿返回朝向編碼器標(biāo)尺605的路徑通過部件602的多個(gè)反射分面重新引導(dǎo)。示例部件602包括6個(gè)反射分面，其中3個(gè)用于重新引導(dǎo)第一衍射測(cè)量波束，另外3個(gè)用于重新引導(dǎo)第二衍射測(cè)量波束。當(dāng)波束從反射分面反射時(shí)，波束的覆蓋區(qū)630以虛線橢圓形描繪出。如在圖5所示的實(shí)施方式中，重新引導(dǎo)每個(gè)衍射測(cè)量波束的相鄰反射分面之間的角度輕微偏離90°，使得朝向編碼器標(biāo)尺605離開部件的每個(gè)衍射波束不會(huì)正好平行于進(jìn)入部件602的對(duì)應(yīng)一次衍射波束對(duì)向傳播。反射分面可彼此形成接近90°的多種不同角度，以在衍射測(cè)量波束之間引入偏離。例如，其中，分面可彼此形成偏離90°約±10°,5°,3°,2°,1°,0.8°,0.6°,0.5°,0.4°,0.3°,0.2°,或0.1°的角度。

離開部件602的一次衍射測(cè)量波束的中心撞擊在編碼器標(biāo)尺605的表面上，使得每個(gè)波束的覆蓋區(qū)(碰撞區(qū)域)部分地重疊。由與編碼器標(biāo)尺605的第二交相互作用產(chǎn)生的多個(gè)二次衍射波束中的至少兩個(gè)波束向回朝向光學(xué)部件602的測(cè)量腿部分606傳播。由于在光學(xué)部件602的反射測(cè)量波束的分面之間引入的輕微角偏離，朝向光學(xué)部件602行進(jìn)的二次衍射波束的傳播方向是非平行的。

在圖6所示示例中，參考腿部分605構(gòu)造成參考波束跟隨匹配測(cè)量波束路徑的路徑，但是參考波束撞擊在參考光柵607上而不是編碼器標(biāo)尺605。即，在參考光柵607上的第一次碰撞之后，產(chǎn)生多個(gè)一次衍射參考波束。這些衍射參考波束的至少兩個(gè)(例如+1和-1級(jí))行進(jìn)回光學(xué)部件602的參考腿部分604。在光學(xué)部件602內(nèi)，一次衍射參考波束從若干分面反射，并被重新引導(dǎo)回參考光柵607。

重新引導(dǎo)參考波束返回參考光柵607的分面之間的角度輕微偏離90°，使得波束不會(huì)正好平行于進(jìn)入?yún)⒖纪炔糠?04的一次衍射參考波束對(duì)向傳播。參考腿部分604的反射分面可彼此形成接近90°的多種不同角度，以在衍射參考波束之間引入偏離。例如，其中，各分面可彼此形成從90°偏離約±10°,5°,3°,2°,1°,0.8°,0.6°,0.5°,0.4°,0.3°,0.2°,或0.1°的角度。在某些實(shí)施方式中，反射分面之間的角度和參考光柵屬性(例如溝槽寬度、間距)與用于測(cè)量腿606的反射分面和編碼器標(biāo)尺601的那些是相同的。

離開部件602的一次衍射參考波束的中心撞擊參考物體607的表面上，使得每個(gè)波束的覆蓋區(qū)(碰撞區(qū)域)部分地重疊。由與參考物體607的第二次相互作用產(chǎn)生的多個(gè)二次衍射波束中的至少兩個(gè)波束朝向光學(xué)部件602的參考腿部分604返回傳播。由于在光學(xué)部件602的反射參考波束的分面之間引入的輕微角偏離，朝向光學(xué)部件602行進(jìn)的二次衍射波束的傳播方向是非平行的。

在到達(dá)光學(xué)部件602的偏振分束部分608時(shí)，分束器608組合每個(gè)二次衍射參考波束與對(duì)應(yīng)二次衍射測(cè)量波束以產(chǎn)生多個(gè)輸出波束609(圖6顯示為單個(gè)區(qū)域609)。即，每個(gè)衍射參考波束沿與對(duì)應(yīng)衍射測(cè)量波束相同的路徑共線性地傳播。由于參考腿部分604的反射分布之間以及測(cè)量腿部分606的反射分面之間的從90°輕微偏離，輸出波束609以它們之間的輕微角分隔朝向檢測(cè)器部件行進(jìn)。

對(duì)于本文示出的多個(gè)實(shí)施例，為了清楚，省略了參考波束和/或參考光學(xué)部件。參考光學(xué)部件的各不同構(gòu)造可用于產(chǎn)生具有與它們意在與其干涉的對(duì)應(yīng)衍射測(cè)量波束相同的輕微角偏離的參考波束，使得每個(gè)參考波束-衍射測(cè)量波束對(duì)朝向檢測(cè)器(或者例如纖維套管)傳播。例如，圖7a-7f描繪了示意圖，每個(gè)示意圖示出了布置在提供與對(duì)應(yīng)測(cè)量波束共線性且平行傳播的參考波束的光學(xué)部件的不同集。在每個(gè)實(shí)施方式中，偏振或非偏振的分束器用于將輸入波束分為測(cè)量波束和參考波束。在一些實(shí)施方式中，多個(gè)參考波束通過使用衍射光柵(見圖7a和7d)、鏡面/反射表面(圖7b和7e)或雙折射元件(圖7c和7f)來產(chǎn)生。圖7a-7c所示實(shí)施例設(shè)計(jì)成操作成多個(gè)參考波束通過反射得到，這允許參考波束相對(duì)于輸入波束以低切變返回分束器。圖7d-7d所示實(shí)施方式設(shè)計(jì)成操作成多個(gè)參考波束通過透射得到，這允許波束相對(duì)于輸入波束以顯著切變返回。

在圖7a所示第一實(shí)施方式中，分束光學(xué)部件702從光源模塊(例如hene外差激光源)接收輸入波束703。輸入波束703可以由測(cè)量波束部分和參考波束部分構(gòu)成，兩部分具有不同偏振。分束器702將輸出波束分為測(cè)量波束和參考波束。測(cè)量波束704朝向與例如相對(duì)于圖3所述的測(cè)量物體相關(guān)的編碼器標(biāo)尺引導(dǎo)。然而，參考波束706被重新引導(dǎo)到參考標(biāo)尺708(例如衍射光柵)，在參考標(biāo)尺，其被衍射為朝向分束器702返回行進(jìn)的多個(gè)波束。然后，分束器702組合每個(gè)衍射測(cè)量波束與對(duì)應(yīng)衍射測(cè)量波束，使得每個(gè)測(cè)量-參考波束對(duì)朝向檢測(cè)器(或纖維套管)以角分隔(即非平行地)傳播。為了保證每個(gè)衍射參考波束沿與其對(duì)應(yīng)測(cè)量波束相同的方向和路徑行進(jìn)，參考標(biāo)尺708上的光柵標(biāo)記的間距間隔成獲得期望角分隔。例如，對(duì)于1維光柵和12.5mrad角分隔，間距可以是101μm，使得+1和-1衍射波束均沿與圖3闡述的示例中得到的對(duì)應(yīng)測(cè)量波束相同的路徑行進(jìn)。

在圖7b所示實(shí)施方式中，使用第一分束器702和第二分束器710。再次，第一分束器702將輸入波束703分為測(cè)量波束704和參考波束706。測(cè)量波束704朝向與例如相對(duì)于圖3所述的測(cè)量物體相關(guān)聯(lián)的編碼器標(biāo)尺引導(dǎo)。然而，參考波束706被重新引導(dǎo)到第二分束器710，在第二分束器，參考波束分為兩個(gè)不同參考波束，每個(gè)朝向?qū)?yīng)反射鏡表面712a、712b沿不同路徑行進(jìn)。鏡面(或傾斜以引起全內(nèi)反射的表面)712a、712b傾斜使得在反射時(shí)，參考波束沿與入射參考波束不同的路徑朝向第二分束器710返回行進(jìn)。然后，每個(gè)反射的參考波束在第一分束器702與已從測(cè)量編碼器標(biāo)尺衍射的對(duì)應(yīng)測(cè)量波束重新組合。每個(gè)測(cè)量-參考波束對(duì)朝向檢測(cè)器(或纖維套管)傳播。鏡面712a、712b傾斜的角度選擇成保證每個(gè)衍射參考波束沿與其對(duì)應(yīng)測(cè)量波束相同的方向和路徑行進(jìn)。

在圖7c所示實(shí)施方式中，參考光學(xué)部件的布置包括第一四分之一波偏振器714、雙折射楔形件716、第二四分之一波偏振器718和回射器720。再次，第一分束器702將輸入波束703分為測(cè)量波束704和參考波束706。測(cè)量波束704朝向與例如相對(duì)于圖3所述的測(cè)量物體相關(guān)聯(lián)的編碼器標(biāo)尺引導(dǎo)。參考波束706朝向偏振器714、718、楔形件716和回射器720傳播。偏振器和雙折射楔形件的組合提供了以輕微不同角度傳播的兩個(gè)不同參考波束，這兩個(gè)不同參考波束然后通過回射器720朝向分束器702被重新引導(dǎo)返回，它們均與對(duì)應(yīng)衍射測(cè)量波束組合然后朝向檢測(cè)器(或纖維套管)行進(jìn)。參考波束的角分隔基于雙折射楔形棱鏡716的選擇角而選擇。

在圖7d所示實(shí)施方式中，分束光學(xué)部件702從光源模塊(例如hene外差激光源)接收輸入波束703。輸入波束703可以由測(cè)量波束部分和參考波束部分構(gòu)成，兩部分具有不同偏振。測(cè)量波束704朝向與例如相對(duì)于圖5a所述的測(cè)量物體相關(guān)聯(lián)的編碼器標(biāo)尺引導(dǎo)。然而，參考波束706被重新引導(dǎo)到回射器722，并回射到參考標(biāo)尺724(例如衍射光柵)，在參考標(biāo)尺，其被衍射為朝向分束器702返回行進(jìn)的多個(gè)波束。然后，分束器702組合每個(gè)衍射測(cè)量波束與對(duì)應(yīng)衍射測(cè)量波束，使得每個(gè)測(cè)量-參考波束對(duì)以角分隔(即非平行地)朝向檢測(cè)器(或纖維套管)傳播。為了保證每個(gè)衍射參考波束沿與其對(duì)應(yīng)測(cè)量波束相同的方向和路徑行進(jìn)，參考標(biāo)尺720上的光柵標(biāo)記的間距間隔成獲得期望角分隔。

在圖7e的實(shí)施方式中，鏡面(或傾斜以引起全內(nèi)反射的表面)726和楔形棱鏡元件728代替回射器722和參考標(biāo)尺724使用。特別地，參考波束706朝向楔形件728從鏡面726反射，楔形件將入射參考波束分為彼此不平行地傳播的兩個(gè)分離的波束，兩個(gè)分離的波束然后朝向分束器反射回，并與衍射測(cè)量波束組合。

在圖7f的實(shí)施方式中，參考波束朝向回射器722引導(dǎo)，而不是穿過參考標(biāo)尺，回射的參考波束穿過延遲或偏振元件730和雙折射楔形棱鏡對(duì)732，其將參考波束分為彼此不平行地傳播的兩個(gè)分離的參考波束。

除了圖7a-7f所示實(shí)施例，還可重復(fù)在參考腿中限定干涉儀的測(cè)量腿的硬件(例如使用以與圖6所示實(shí)施方式中相同的方式布置的相同部件)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是，光學(xué)部件對(duì)環(huán)境參數(shù)(比如溫度)的響應(yīng)在兩個(gè)腿之間平衡，從而提供更可靠的方案，該方案對(duì)由部件響應(yīng)于環(huán)境變化而導(dǎo)致的誤差是能抵抗的。

在一些實(shí)施方式中，輸出波束之間的角分隔可以被轉(zhuǎn)換成空間分隔，比如相對(duì)于圖3所述的示例中所示，其中，輸出波束穿過聚焦透鏡。然后，波速之間的期望空間分隔被確立為相當(dāng)于透鏡焦距的距離。然后，每個(gè)輸出波束可以由對(duì)應(yīng)檢測(cè)器模塊接收，檢測(cè)器模塊記錄干涉波束的強(qiáng)度，并隨后發(fā)送信號(hào)給電子處理器以進(jìn)行分析?；蛘?，輸出波束可以耦合進(jìn)分離的纖維中，每個(gè)纖維又通向構(gòu)造成檢測(cè)接收的波束的強(qiáng)度的分離的檢測(cè)器。如本文所解釋的，纖維之間的分隔距離d和透鏡的選擇焦距f確定輸出波束之間的可接受的角分隔。

除了減少了尺寸要求，在某些實(shí)施方式中，本文公開的技術(shù)還能夠減少輸出波束的寄生效應(yīng)。在光學(xué)測(cè)量中使用衍射元件的一般挑戰(zhàn)是，光不僅衍射為期望衍射級(jí)，而且還衍射為非期望衍射級(jí)。得到的光路可貢獻(xiàn)于干涉信號(hào)，從而損害測(cè)量結(jié)果。此外，期望輸出波束的強(qiáng)度相對(duì)于原始輸出波束的強(qiáng)度明顯減小，從而使期望輸出波束更易受到這種寄生誤差的影響。例如，良好設(shè)計(jì)的2維衍射光柵會(huì)將約20％的光衍射成第一衍射級(jí)，幾百分比(例如5％)的光衍射為零級(jí)衍射或更高衍射級(jí)。

更確切地，在具有完全的回射器的編碼器幾何形狀中，例如通過以下產(chǎn)生的期望輸出波束可包含4％的初始輸入波束強(qiáng)度(使用上面的示例衍射效率并忽略損失)：

·輸入波束的第一級(jí)衍射

·回射

·朝向輸出引導(dǎo)波束的第一級(jí)衍射。

在一些實(shí)施方式中，測(cè)量波束分量的一個(gè)或多個(gè)部分不會(huì)距離測(cè)量波束路徑和/或參考波束分量的一個(gè)或多個(gè)部分不會(huì)跟隨參考波束路徑，從而導(dǎo)致成問題的寄生/偽造波束路徑?？紤]比如圖3或圖5所示構(gòu)造的編碼器系統(tǒng)，包括回射器(具有楔形件的完全的回射器或不完全的回射器)，以朝向編碼器標(biāo)尺重新引導(dǎo)一次衍射測(cè)量波束返回。該系統(tǒng)中的寄生路徑的示例包括根據(jù)以下序列傳播的波束：

·在編碼器標(biāo)尺處的輸出測(cè)量波束的第一級(jí)衍射

·在回射器處的回射

·在利特羅條件下在編碼器標(biāo)尺處的第二級(jí)衍射

·在回射器處的回射

·在利特羅條件下在編碼器標(biāo)尺處的第二級(jí)衍射

·在回射器處的回射

·在朝向輸出(平行于期望最終波束)引導(dǎo)衍射波束的編碼器標(biāo)尺處的第一級(jí)衍射

在上面的示例中，由于第二級(jí)利特羅衍射，在最終沿平行于期望最終波束的路徑朝向波束組合器/分裂器重新引導(dǎo)之前，寄生波束經(jīng)受多于預(yù)期的兩次回射。前述示例寄生輸出測(cè)量波束可包含0.01％的初始波束強(qiáng)度。在該量值，對(duì)于沿光柵表面法線的距離測(cè)量，寄生測(cè)量波束可貢獻(xiàn)多于1nm周期誤差。先前，這種誤差可以使用電子周期誤差補(bǔ)償來消除，比如美國(guó)專利申請(qǐng)出版物no.2013/0278914中公開的，該申請(qǐng)的主題作為引用全部并入本文。然而，使用本文所述技術(shù)，對(duì)于每次通過楔形件或每次由不完全的回射器反射，寄生波束可積累從期望波束的額外的角分隔。結(jié)果，寄生波束在輸出處與期望波束分隔開一角度，該角度足夠大，使得寄生波束不會(huì)貢獻(xiàn)測(cè)量波束的干涉。

由于本文所述引入角偏離的技術(shù)允許來自多個(gè)編碼器通道的波束使用編碼器標(biāo)尺上的相同覆蓋層，所以注意跨過到相應(yīng)其它回射器的寄生波束是有益的。例如，考慮包括第一回射器(回射器1)和第二回射器(回射器2)的編碼器系統(tǒng)，它們布置在用于將一次衍射測(cè)量波束重新引導(dǎo)返回編碼器標(biāo)尺的平面中，比如圖3或圖5所示構(gòu)造。源自前述構(gòu)造中的寄生測(cè)量波束可以根據(jù)下列序列傳播：

·在編碼器標(biāo)尺處的輸入測(cè)量波束的第一級(jí)衍射

·返回到編碼器標(biāo)尺的回射(在回射器1處)

·朝向回射器2以非零入射角的編碼器標(biāo)尺處的頻譜反射

·返回編碼器標(biāo)尺的回射(在回射器2處)

·以非零入射角從編碼器標(biāo)尺的頻譜反射

·返回編碼器標(biāo)尺的回射(在回射器1處)

·引導(dǎo)寄生波束朝向輸出的第一級(jí)衍射。

對(duì)于要與期望測(cè)量波束角分隔使得寄生波束不會(huì)貢獻(xiàn)檢測(cè)的干涉信號(hào)的寄生波束，楔形件或不完全的回射器(不管用哪個(gè))可選擇成不對(duì)稱地改變波束方向，即不是在相反方向上。如此，三個(gè)角變化的非預(yù)期積累合起來不會(huì)達(dá)到與預(yù)期單個(gè)角變化相同的角度。例如，圖3的兩個(gè)楔形件可以以不同量楔形化或者它們可具有在另一平面(比如沿y方向)中取向的楔形分量。

對(duì)編碼器系統(tǒng)中的測(cè)量誤差的另一潛在貢獻(xiàn)者是存在編碼器標(biāo)尺誤差。編碼器標(biāo)尺誤差可以分為全息誤差(例如一個(gè)或多個(gè)光柵特征位置從位置的嚴(yán)格周期格柵的橫向偏離)和基板誤差(例如形成正交于表面的由基板表面中的變化引起的和/或由形成在基板上的一個(gè)或多個(gè)層的厚度變化引起的變化)。本文公開的技術(shù)可幫助減少這兩種編碼器標(biāo)尺誤差。

在評(píng)估編碼器頭相對(duì)于編碼器標(biāo)尺的橫向位置的系統(tǒng)中，可以使用類似于圖4a所示的系統(tǒng)構(gòu)造，其中，兩個(gè)輸出通道利用相反的衍射級(jí)。假設(shè)橫向位置由x表示，檢測(cè)的輸出波束的相位出數(shù)(phaseoutcome)和可以組合以表達(dá)x為

g是光柵間距。因此，電子處理器可以構(gòu)造成通過對(duì)于每個(gè)干涉信號(hào)得到相位出數(shù)并應(yīng)用方程(2)來獲得和輸出橫向位置的值。

正交于編碼器標(biāo)尺(例如沿如圖4a所示的z方向)的編碼器頭運(yùn)動(dòng)以相同方式改變兩個(gè)相位，所以其不會(huì)影響出數(shù)。然而，基板誤差一般引起由第一通道(即第一測(cè)量波束)探查的與由第二通過(即第二測(cè)量波束)探查的表面區(qū)域不同的表面區(qū)域，這直接導(dǎo)致測(cè)量誤差。當(dāng)兩個(gè)波束探查編碼器標(biāo)尺上的分離的區(qū)域時(shí)，比如圖4a所示構(gòu)造，至少是這樣的情況。另一方面，如果兩個(gè)波束探查編碼器標(biāo)尺上的大致相同或相似區(qū)域(例如，在引入測(cè)量波束之間的角偏離的構(gòu)造中，比如圖3和5所示，其中，衍射測(cè)量波束的覆蓋區(qū)重疊)，測(cè)量波束可基本上探查相同基板誤差，這導(dǎo)致兩個(gè)相同的相位誤差(隨后在方程(2)中消掉)。

類似地，當(dāng)正交于編碼器標(biāo)尺(沿z方向)的表面測(cè)量時(shí)，共享的波束覆蓋區(qū)可導(dǎo)致顯著地減少對(duì)全息誤差的靈敏度。對(duì)于確定z位移，兩個(gè)通道的相位以相加的方式組合，使得z位移可以表示成：

其中，λ是光波長(zhǎng)。在全息誤差的情況下(光柵特征局部地橫向偏移)，僅當(dāng)兩個(gè)波束探查光柵上的相同區(qū)域時(shí)，兩個(gè)相位和偏移相同量，但是具有相反符號(hào)。通過相加相反相位偏移，效果會(huì)消掉。因此，電子處理器可以構(gòu)造成通過對(duì)于每個(gè)干涉信號(hào)得到相位出數(shù)并應(yīng)用方程(3)來獲得和輸出z位置的值。

本文公開的技術(shù)的另一優(yōu)點(diǎn)是，在一些實(shí)施方式中，測(cè)量波束和參考波束不僅共享部件，而且對(duì)于它們大部分波束路徑幾乎傳播通過光學(xué)部件材料(玻璃)和空氣的相同體積。結(jié)果，橫向位置測(cè)量值(再次使用方程(2))對(duì)于例如由空氣湍流、光學(xué)部件的粘合線移動(dòng)(由于濕度變化)或包括膨脹和折射率變化的熱效應(yīng)引起的波動(dòng)或漂移不太敏感，因?yàn)槊總€(gè)波束大致經(jīng)受相同類型和大小的效應(yīng)。

圖5a和6所示實(shí)施例利用1維編碼器標(biāo)尺。然而，相同原理可以擴(kuò)展用于2維編碼器標(biāo)尺。在圖5a的示例中，這需要供應(yīng)第二對(duì)不完全的回射器，它們沿正交于第一對(duì)不完全的回射器的平面中布置，例如沿輸入波束進(jìn)入反射器502的平面。在圖6的示例中，整體式光學(xué)部件602可以被改造以接收沿正交于第一組衍射測(cè)量(參考)波束的傳播平面的平面?zhèn)鞑サ牡诙M衍射測(cè)量(參考)波束。

在一些實(shí)施例中，編碼器頭不包括具有參考光學(xué)部件的參考腿。替代地，每個(gè)輸出波束由在檢測(cè)器處干涉的衍射測(cè)量波束構(gòu)成。在一些實(shí)施方式中，由于，更少的光學(xué)部件，這種構(gòu)造可以減少編碼器頭的空間要求和/或可以減少成本。例如，圖8是示出具有兩個(gè)輸出通道(x、y輸出850)編碼器頭800的示例的示意圖，每個(gè)輸出通道布置成檢測(cè)通過編碼器標(biāo)尺801衍射的兩個(gè)波束之間的干涉。

示例編碼器頭800包括光學(xué)部件802，比如立方體(例如見j.liesener的美國(guó)專利no.9152061“compactencoderheadforinterferometricencodersystem”，通過引用全部并入本文)、四個(gè)延遲或偏振元件804(例如四分之一波片)和四個(gè)雙折射楔形元件806，每個(gè)延遲或偏振元件804和楔形元件806布置在部件802的不同底部角部處。在其它實(shí)施方式中，部件802可以用四個(gè)不同的回射器代替，每個(gè)回射器的頂點(diǎn)布置在與圖8所示立方體的對(duì)應(yīng)頂部角部相同的位置和方位上。在這種實(shí)施方式中，偏振器804和楔形元件806可以保持在與它們?cè)趫D8所示示例中相同的位置。

在編碼器頭800操作期間，來自光源(例如hene)的輸入波束803被引導(dǎo)通過準(zhǔn)直透鏡805到達(dá)編碼器標(biāo)尺801(例如2維光柵)。輸入波束803可包括單個(gè)波束或具有不同頻率f1、f2的兩個(gè)分離波束。輸入波束可以從保持在纖維套管807中的對(duì)應(yīng)光纖輸出。在本示例中，輸入波束在到達(dá)編碼器標(biāo)尺801的表面之前穿過立方體802。然而，在回射器代替立方體使用的實(shí)施方式中，輸入波束在撞擊編碼器標(biāo)尺801之前不會(huì)與回射器相互作用。測(cè)量波束的路徑在圖8中使用虛線表示。

相應(yīng)地，多個(gè)構(gòu)造是可能的：(1)零差構(gòu)造，其中，提供朝向編碼器標(biāo)尺801的具有單個(gè)頻率的單個(gè)輸入波束(例如經(jīng)由單模纖維)，兩個(gè)輸出通道是可用的(例如x和y通道)，以測(cè)量x和y方向上的位移。兩個(gè)輸出通道可以由兩個(gè)纖維(優(yōu)選地用于更簡(jiǎn)單對(duì)準(zhǔn)的多模)提供，這導(dǎo)致x、y輸出850。(2)具有兩個(gè)輸入波束的外差系統(tǒng)，每個(gè)輸入波束具有對(duì)應(yīng)頻率f1和f2。兩個(gè)輸入波束可以由兩個(gè)光纖(優(yōu)選地單模纖維)供應(yīng)，如圖8所示。外差系統(tǒng)還可包括兩個(gè)輸出通道(例如x和y通道)，以測(cè)量x和y方向上的位移。再次，兩個(gè)輸出通道可以由兩個(gè)纖維(優(yōu)選地用于更簡(jiǎn)單對(duì)準(zhǔn)的多模)提供，這導(dǎo)致x、y輸出850。

在外差和零差構(gòu)造中，衍射測(cè)量波束的角度通過將它們引導(dǎo)穿過延遲或偏振元件804和楔形元件806而控制/操縱。在零差構(gòu)造中，單個(gè)測(cè)量波束從2維編碼器標(biāo)尺801衍射為四個(gè)衍射級(jí)。在本示例中，每個(gè)不同的衍射測(cè)量波束以沿+x、-x、+y、-y方向的向量分量傳播，由此稱為+x、-x、+y、-y衍射級(jí)。四個(gè)一次衍射波束均朝向?qū)?yīng)偏振器/楔形棱鏡對(duì)傳播，然后入射到立方體802的角部(回射器的頂點(diǎn))，并經(jīng)由偏振器/楔形件對(duì)重新引導(dǎo)返回編碼器標(biāo)尺801。在第二次衍射之后，那么測(cè)量波束朝向x、y輸出通道傳播回。

通過使波束穿過雙折射楔形件806和進(jìn)一步的偏振元件804，衍射波束的角度被控制成二次衍射波束對(duì)于+x和-x衍射級(jí)以特定角度傳播，以及對(duì)于+y和-y衍射級(jí)以不同的特定角度傳播。以相同角度傳播的波束(例如+x和-x衍射級(jí))有效地干涉，并可被引導(dǎo)至一個(gè)檢測(cè)器(例如x通道)，而以另一角度傳播的波束(+y和-y衍射級(jí))被引導(dǎo)至不同的檢測(cè)器(例如y通道)。那么，x和y方向上的運(yùn)動(dòng)可以通過分別評(píng)估x和y通道中的光學(xué)信號(hào)來確定。z方向上的運(yùn)動(dòng)不利用該實(shí)施例確定。實(shí)際上，在某些實(shí)施方式中，z方向上的運(yùn)動(dòng)不會(huì)影響x和y方向上的測(cè)量出數(shù)。

在外差構(gòu)造中，具有輸入頻率f1的第一輸入波束和具有輸入頻率f2的第二輸入波束從輸入纖維朝向編碼器標(biāo)尺801以輕微不同角度傳播。圖9是示出沿x軸線穿過立方體802的兩個(gè)相對(duì)角部的圖8所示編碼器布置的剖視圖的示意圖。因?yàn)閳D9示出橫截面，所以僅示出沿x軸傳播的波束。

兩個(gè)輸入波束811、813使用不同的虛線長(zhǎng)度描繪出。兩個(gè)輸入波束811、813共享相同的線性偏振(針對(duì)本示例的目的在附圖平面中選擇)。在從編碼器標(biāo)尺801第一次衍射之后，輸入波束811、813產(chǎn)生+x和-x衍射級(jí)。結(jié)果，2個(gè)一次衍射測(cè)量波束沿-x方向朝向圖示中的立方體802的頂左角部(“角部1”)傳播，2個(gè)一次衍射測(cè)量波束沿+x方向朝向圖示中的立方體802的頂右角部(“角部3”)傳播。在角部處，每個(gè)一次衍射測(cè)量波束回射回編碼器標(biāo)尺801，在編碼器標(biāo)尺波束第二次衍射并朝向耦合透鏡傳播。再次，雙折射楔形件806和四分之一波片804充當(dāng)圖3所示實(shí)施例中的相同目的，即操縱波束角度。在該實(shí)施例中，角度被操縱成具有穿過角部1的路徑的二次衍射f1波束822平行于具有穿過角部3的路徑的二次衍射f2波束824。這兩個(gè)波束干涉，它們的共同角度選擇成使它們耦合進(jìn)輸出纖維之一。剩余兩個(gè)波束852、854不具有干涉的平行配對(duì)物。而且，波束852、854以不使它們耦合進(jìn)輸出纖維任一的角度作為結(jié)果。因此，波束852、854不會(huì)貢獻(xiàn)檢測(cè)器處的任何光學(xué)信號(hào)。通過+y和-y衍射級(jí)產(chǎn)生的波束(在圖9中未示出)在立方體802的另兩個(gè)角部處回射。再次，僅這些波束中的兩個(gè)平行，并且選擇成具有使它們耦合進(jìn)第二輸出纖維的角度。

在在光纖饋電外差構(gòu)造(比如圖8所示)中，兩個(gè)輸入纖維之間的光學(xué)相位波動(dòng)(由于環(huán)境波動(dòng))必須被補(bǔ)償。為此，兩個(gè)輸入波束的一部分可以在準(zhǔn)直之后但是在與編碼器標(biāo)尺相互使用并且干涉之前被“除去”。從干涉輸入波束獲得相位信息，然后電子處理器可補(bǔ)償環(huán)境波動(dòng)，如本文所解釋的。圖10a-10b是示出這種所謂的局部參考干涉儀相對(duì)于準(zhǔn)直器/耦合光學(xué)系統(tǒng)的可能位置的示意圖。為了清楚起見，省略了干涉測(cè)量系統(tǒng)的編碼器標(biāo)尺和其它光學(xué)部件。

在每個(gè)構(gòu)造中，示出局部參考干涉儀的對(duì)于兩個(gè)輸入波束具有徑向取向的相同線性偏振的情況的模式。其它輸入波束偏振可要求延遲或偏振元件的不同設(shè)定。每個(gè)輸入波束使用不同虛線長(zhǎng)度表示。在圖10a中，局部參考干涉儀1001包括分束器1004、一對(duì)雙折射楔形件1006、偏振器1008和反射鏡1010。在兩個(gè)輸入波束經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡1012之后，分束器除去彼此不平行地行進(jìn)的兩個(gè)輸入波束的一部分。然后，兩個(gè)波束傳播通過雙折射楔形件對(duì)1006、偏振器1008，并從反射鏡1010反射。然后，波束第二次穿過偏振器1008和雙折射楔形件對(duì)1006。波束在分束器1004處重新組合，所以它們現(xiàn)在是平行的，并被引導(dǎo)回準(zhǔn)直器/耦合透鏡1012，其將光耦合到由例如保持輸入纖維和其它輸出纖維(見例如圖8)的相同套管保持的第五纖維(未示出)。輸入波束對(duì)從第五纖維傳到對(duì)應(yīng)檢測(cè)器，在檢測(cè)器，產(chǎn)生干涉信號(hào)。然后，電子處理器從干涉信號(hào)提取相位信息。

在圖10b中，省略了局部參考干涉儀1002的反射鏡，并用第二分束器1014代替之。因?yàn)槭÷粤朔瓷溏R，所以準(zhǔn)直透鏡1012不充當(dāng)將輸出光耦合到纖維中的耦合透鏡。替代地，提供了分離的耦合透鏡1016。在該實(shí)施方式中，非平行輸入波束再次由第一分束器1004除去，并穿過雙折射楔形件對(duì)1006和偏振器1008。在該示例中，偏振器還可充當(dāng)偏振混合器，其混合由雙折射楔形件產(chǎn)生的兩個(gè)正交的偏振波束。在到達(dá)第二分束器1014之前，輸入波束重新組合，并朝向耦合透鏡1016平行地傳播。再次，平行輸入波束對(duì)耦合進(jìn)例如由保持輸入纖維和其它輸出纖維的(見例如圖8)相同套管保持的第五纖維。輸入波束對(duì)傳到對(duì)應(yīng)檢測(cè)器，在檢測(cè)器產(chǎn)生干涉信號(hào)。然后，電子處理器從干涉信號(hào)提取相位信息。對(duì)于兩個(gè)輸入波束具有相同偏振的情況(比如圖9的示例)，具有光柵或具有兩個(gè)分離的反射鏡的構(gòu)造可使兩個(gè)波束平行。

如使用從輸入波束對(duì)干涉信號(hào)中得到的相位信息所補(bǔ)償?shù)?，?duì)于圖8所示實(shí)施例，x和y位移的計(jì)算可以表示為：

在此，是通過上述局部參考干涉儀測(cè)量的相位。

在一些實(shí)施例中，編碼器頭利用三個(gè)回射元件或角部而不是四個(gè)。例如，圖11是示出編碼器頭1300的示例的示意圖，其使得使用三個(gè)回射元件并基于衍射測(cè)量波束之間的干涉來測(cè)量x和y方向上的運(yùn)動(dòng)。這種構(gòu)造在對(duì)于第四回射元件來說空間有限的情形下是優(yōu)選的。編碼器頭1300用在外差構(gòu)造中，但是其它構(gòu)造也是可能的。在外差構(gòu)造內(nèi)，從包含在輸入纖維套管1302中的兩個(gè)分離的纖維提供兩個(gè)輸入波束。每個(gè)輸入波束具有對(duì)應(yīng)光學(xué)頻率f1或f2，并以不同角度朝向編碼器標(biāo)尺1301行進(jìn)穿過準(zhǔn)直透鏡1303。輸出的衍射光束對(duì)通過分離的耦合透鏡1307耦合進(jìn)兩個(gè)輸出纖維1305中。輸出的波束對(duì)攜帶表示在光柵平面中(不是z方向)沿兩個(gè)正交方向的編碼器標(biāo)尺運(yùn)動(dòng)的光學(xué)信號(hào)。

編碼器頭1300的每個(gè)回射器1304可包括或布置有改造波束的偏振和方向的光學(xué)部件，例如在輸入表面或輸出表面的波片、雙折射楔形件或玻璃楔形件。兩個(gè)測(cè)量通道可以例如通過如下獲得：

·對(duì)于“x-y”測(cè)量通道，f1輸入波束的一部分在+x方向(頁面右側(cè))上衍射，f2波束的一部分在+y方向(進(jìn)入頁面)上衍射。+x衍射測(cè)量波束和+y衍射測(cè)量波束分別通過右側(cè)和后側(cè)回射器1304朝向編碼器標(biāo)尺1301回射，在編碼器標(biāo)尺，波束第二次衍射。如本文所述的其它實(shí)施例(例如見圖3)，波束穿過定位在回射器1304和編碼器標(biāo)尺1301之間的雙折射楔形件和延遲或偏振元件。延遲或偏振元件和雙折射楔形元件調(diào)節(jié)測(cè)量波束的角度，使得當(dāng)衍射測(cè)量波束朝向耦合透鏡1307傳播時(shí)是平行的。從這些衍射波束之間的干涉得到的相位信息使得電子處理器確定x和y方向上的運(yùn)動(dòng)之間的差別。

·對(duì)于“x+y”測(cè)量通道，f1輸入波束的一部分在-x方向(頁面的左側(cè))上衍射，f2波束的一部分在+y方向上衍射(進(jìn)入頁面)。波束分別通過左側(cè)和后側(cè)回射器1304朝向編碼器標(biāo)尺1301回射，在編碼器標(biāo)尺，它們第二次衍射。再次，如相對(duì)于其它實(shí)施例所解釋的，延遲或偏振元件和雙折射楔形件調(diào)節(jié)衍射波束的角度，使得前述波束(-x衍射級(jí)和+y衍射級(jí))在它們朝向耦合透鏡1307傳播時(shí)是平行的。f2波束在+y方向上衍射的一部分一開始是如由“x-y”通道使用的相同波束。然而，附接到后側(cè)回射器1304(位于頁面中心)的雙折射楔形件和恰當(dāng)?shù)钠裨?y衍射波束分為兩個(gè)分離的波束，從而在兩個(gè)通道之間提供所需的角分隔。從+y衍射級(jí)和-x衍射級(jí)的干涉得到的相位信息使電子處理器確定x和y方向上的運(yùn)動(dòng)總和。

如上所解釋的，需要雙折射楔形元件和偏振器校正衍射級(jí)以平行地傳播并由此干涉。圖12是示出適于如此操縱波束的傳播角度的一組示例部件的示意圖。

圖12所示示圖對(duì)應(yīng)于圖11所示系統(tǒng)從纖維套管視角的俯視圖。為了清楚，省略了編碼器標(biāo)尺和衍射事件。額外地，楔形件和延遲或偏振元件的位置以及波束路徑可以認(rèn)為不精確地表示它們的實(shí)際位置和方位，而是以便于下列描述的方式示出。

如圖12所示，雙纖維套管1400與準(zhǔn)直透鏡協(xié)作提供了f1和f2的兩個(gè)光學(xué)頻率輸入，它們?cè)诮嵌壬鲜欠指舻?，并具有彼此正交的偏振。下面僅解釋相關(guān)波束路徑：具有頻率f2的x偏振輸入波束通過光柵衍射(+y衍射級(jí))，并朝向角棱鏡2(1402)引導(dǎo)，在角棱鏡，波束回射回編碼器標(biāo)尺。在到達(dá)回射器1402之前，波束的偏振通過在單個(gè)透射中使用半波片1404而旋轉(zhuǎn)45°。在回射之后，但是在到達(dá)編碼器標(biāo)尺之前，那么雙折射部件(例如雙楔形件)1406將波束分為具有輕微不同角度和彼此正交偏振的兩個(gè)波束。在第二次衍射事件之后，這些波束之一現(xiàn)在是x-偏振的，另一個(gè)是y偏振的，兩個(gè)角度選擇成使波束耦合進(jìn)由共同套管1408保持的兩個(gè)輸出纖維。具有頻率f1和y偏振的另一輸入波束衍射為分別在角棱鏡1(1410)和3(1412)中回射的-x和+x衍射級(jí)。兩個(gè)路徑中的玻璃楔形件1414、1416用在單次透射中，以使角度與另兩個(gè)f2波束對(duì)準(zhǔn)。而且，穿過角棱鏡1(1410)的波束的偏振利用半波片1418旋轉(zhuǎn)，使得在第二次衍射之后其偏振變成與設(shè)計(jì)成與其干涉的f2波束的偏振相同的x偏振。穿過角棱鏡3(1412)的另一f1波束已具有正確的y偏振，所以在此不需要其它偏振元件。

從針對(duì)圖11所示實(shí)施例測(cè)量的相位計(jì)算x和y位移可以表達(dá)為：

注意，方程2至7中的符號(hào)取決于實(shí)際實(shí)施方式中的符號(hào)規(guī)約。

總之，本文公開的在測(cè)量波束之間引入角偏離的技術(shù)可包括多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，比如減少干涉式編碼器系統(tǒng)的重量和空間需求，因?yàn)楣鈱W(xué)部件的數(shù)量可以更少和/或在多個(gè)測(cè)量波束之間共享。這種減少例如可經(jīng)由使用要求單個(gè)透鏡耦合到多個(gè)纖維的纖維耦合組件，使用較小的分束器來分隔和重新組件測(cè)量和參考波束(由于多個(gè)波束之間的體積共享)，使用較小的編碼器標(biāo)尺(由于更小的組合波束覆蓋區(qū))來獲得。出于減少系統(tǒng)重量和尺寸的相同理由中的一個(gè)或多個(gè)，成本節(jié)省也是可能的。另一潛在優(yōu)點(diǎn)是，可以避免由某些寄生波束路徑產(chǎn)生的測(cè)量誤差。額外地，如果正負(fù)通道測(cè)量波束在編碼器標(biāo)尺上的覆蓋區(qū)基本上重疊，則基板誤差對(duì)橫向位置測(cè)量的影響可以降低或消除。此外，如果正負(fù)通道測(cè)量波束的覆蓋區(qū)在編碼器標(biāo)尺上基本相同或相似，則正交于表面的位置測(cè)量上的全息誤差的影響可以降低或消除。在一些實(shí)施方式中，由于共同路徑特性，還減少了測(cè)量值的漂移，其涉及計(jì)算測(cè)量通道之間的干涉相位差(例如檢測(cè)光柵平面中的運(yùn)動(dòng))。

總體上，上述分析方法的任一(包括基于檢測(cè)的干涉信號(hào)確定與編碼器標(biāo)尺的自由度相關(guān)的信息)可以在計(jì)算機(jī)軟件或硬件或兩者組合中實(shí)施。例如，在一些實(shí)施例中，電子處理器可以安裝在計(jì)算機(jī)中，并連接到一個(gè)或多個(gè)編碼器系統(tǒng)，并構(gòu)造成執(zhí)行來自編碼器系統(tǒng)的信號(hào)的分析。分析可以使用本文所述方法之后的標(biāo)準(zhǔn)編程技術(shù)在計(jì)算機(jī)程序中實(shí)施。程序代碼應(yīng)用于輸入數(shù)據(jù)(例如干涉式相位信息)，以執(zhí)行本文所述功能，并產(chǎn)生輸出信息(例如自由度信息)。輸出信息應(yīng)用于一個(gè)或多個(gè)輸出裝置，比如監(jiān)測(cè)器。每個(gè)程序榀以在高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言或面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言中實(shí)施以與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信。然而，必要時(shí)，程序可以在匯編或機(jī)器語言中實(shí)施。在任何情況下，語言可以是編譯或解釋語言。此外，程序可以在為此預(yù)編碼的專用集成電路上運(yùn)行。

每個(gè)這種計(jì)算機(jī)程序優(yōu)選地存儲(chǔ)在可由通用或?qū)Ｓ每删幊逃?jì)算機(jī)讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)或裝置(例如rom或磁盤)上，以在存儲(chǔ)介質(zhì)或裝置由計(jì)算機(jī)讀取來執(zhí)行本文所述過程時(shí)構(gòu)造和操作計(jì)算機(jī)。在程序執(zhí)行期間，計(jì)算機(jī)程序還可位于高速緩存或主存儲(chǔ)器中。分析方法還可實(shí)施為計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，構(gòu)造有計(jì)算機(jī)程序，存儲(chǔ)保持構(gòu)造成導(dǎo)致計(jì)算機(jī)以特定和預(yù)定方式操作以執(zhí)行本文所述功能。

光刻工具應(yīng)用

光刻工具尤其用在光刻應(yīng)用中，光刻應(yīng)用用于制造大規(guī)模集成電路，比如計(jì)算機(jī)芯片等。光刻是半導(dǎo)體制造工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)驅(qū)動(dòng)力。套刻精度(overlay)改進(jìn)是下至22nm線寬(設(shè)計(jì)規(guī)則)并在22nm線寬以下的五個(gè)最難挑戰(zhàn)之一，例如見internationaltechnologyroadmapforsemiconductors,pp.58-59(2009)。還見m.s.hibbs的“systemoverviewofopticalsteppersandscanners,”microlithography,k.suzuki,b.smith,eds.,pp.46-47(crcpress,bocaraton,2007)。

套刻精度直接取決于用于定位晶片和掩模目版(或掩模)臺(tái)的測(cè)量系統(tǒng)的性能，即準(zhǔn)確度和精確度。由于光刻工具可產(chǎn)生$50-100m/年的產(chǎn)品，所以改進(jìn)的測(cè)量系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是顯著的。光刻工具的產(chǎn)量的每1％的增長(zhǎng)導(dǎo)致給集成電路制造者約$1m/年的經(jīng)濟(jì)效益，并導(dǎo)致給光刻工具供應(yīng)商明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

光刻工具的功能是將空間圖案化輻射引導(dǎo)到光刻膠涂覆的晶片。該過程涉及確定晶片的哪個(gè)位置接收輻射(對(duì)準(zhǔn))和將輻射施加到該位置的光刻膠(曝光)。

在曝光期間，輻射源照明圖案化掩模母版，圖案化掩模目版將輻射散射以產(chǎn)生空間圖案化輻射。掩模目版還稱為掩模，這些術(shù)語在下面可互換。在縮小光刻的情況下，縮影透鏡收集散射的輻射，并形成掩模母版圖案的縮小圖像?；蛘?，在接近式印刷的情況下，散射的輻射在接觸晶片之前傳播一小距離(通常維幾微米)，以產(chǎn)生掩模母版的1:1像。輻射在抗蝕劑中開始光化學(xué)過程，將輻射圖案轉(zhuǎn)換為抗蝕劑內(nèi)的潛像。

為了恰當(dāng)?shù)囟ㄎ痪ㄎ挥诰系膶?duì)準(zhǔn)掩模，其可以通過專用傳感器測(cè)量。測(cè)量的對(duì)準(zhǔn)掩模的位置限定晶片在工具內(nèi)的位置。與晶片表面的期望圖案化的規(guī)格一起，該信息引導(dǎo)晶片相對(duì)于空間圖案化輻射的對(duì)準(zhǔn)?；谶@種信息，支撐光刻膠涂覆的晶片的可平移臺(tái)移動(dòng)晶片，使得輻射會(huì)曝光晶片的正確位置。在某些光刻工具中，例如光刻掃描機(jī)中，掩模也定位在可平移臺(tái)上，其在曝光期間與晶片相呼應(yīng)地移動(dòng)。

編碼器系統(tǒng)(比如本文所討論的)可以是控制晶片和掩模母版的位置并配準(zhǔn)晶片上的掩模母版圖像的定位機(jī)構(gòu)的重要部件。如果這種編碼器系統(tǒng)包括本文所述特征，則由系統(tǒng)測(cè)量的距離的準(zhǔn)確度可以增加和/或在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)維持而不是離線維護(hù)，從而導(dǎo)致更高的吞吐量(由于增加的產(chǎn)量和減少的工具停機(jī))此外，使用本文所述編碼器系統(tǒng)可以通過降低材料成本而降低整體成本。

總體上，光刻工具(還稱為曝光系統(tǒng))通常包括照明系統(tǒng)和晶片定位系統(tǒng)。照明系統(tǒng)包括提供輻射(比如紫外線、可見光、x射線、電子或離子輻射)的輻射源，以及將圖案施加到輻射的掩模母版或掩模，從而產(chǎn)生空間圖案化輻射。此外，對(duì)于縮小光刻的情況，照明系統(tǒng)可包括透鏡組件，用于將空間圖案化輻射成像在晶片上。成像的輻射使涂覆在晶片上的抗蝕劑曝光。照明系統(tǒng)還包括用于支撐掩模的掩模臺(tái)以及用于調(diào)節(jié)掩模臺(tái)相對(duì)于引導(dǎo)穿鞋過掩模的輻射的位置的定位系統(tǒng)。晶片定位系統(tǒng)包括用于支撐晶片的晶片臺(tái)以及用于調(diào)節(jié)晶片臺(tái)相對(duì)于成像輻射的位置的定位系統(tǒng)。集成電路的制造可包括多個(gè)曝光步驟。對(duì)于光刻的一般參考，例如見j.r.sheats和b.w.smith的inmicrolithography:scienceandtechnology(marceldekker,inc.,newyork,1998)，其內(nèi)容作為引用全部并入本文。

上述編碼器系統(tǒng)可用于精確地測(cè)量晶片臺(tái)和掩模臺(tái)相對(duì)于曝光系統(tǒng)的其它部件(比如透鏡組件、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)組件可附接到靜止結(jié)構(gòu)，編碼器標(biāo)尺附接到可移動(dòng)元件，比如掩模和晶片臺(tái)之一?；蛘撸闆r可以反過來，光學(xué)組件附接到可移動(dòng)物體，而編碼器標(biāo)尺附接到靜止物體。

更具體地，這種編碼器系統(tǒng)可用于測(cè)量測(cè)量曝光系統(tǒng)的任一部件相對(duì)于曝光系統(tǒng)的其它部件的位置，光學(xué)組件附接到該任一部件或由其支撐，編碼器標(biāo)尺附接到其它部件或由其支撐。

使用干涉式編碼器系統(tǒng)1126的光刻工具1100的示例在圖13中示出。干涉式編碼器系統(tǒng)用于精確地測(cè)量晶片(未示出)在曝光系統(tǒng)內(nèi)的位置。在此，臺(tái)1122用于相對(duì)于曝光站定位和支撐晶片。掃描器1100包括框架1102，其支承其它支撐結(jié)構(gòu)和支承在這些結(jié)構(gòu)上的各部件。曝光基底1104在其頂部安裝有透鏡殼體1106，其頂部安裝有掩模母版或掩模臺(tái)1116，其用于支撐掩模母版或掩模。用于相對(duì)于曝光站定位掩模的定位系統(tǒng)由元件1117示意性地示出。定位系統(tǒng)1117可包括例如壓電換能器元件和對(duì)應(yīng)的控制電子器件。盡管所述實(shí)施例中沒有包含，但是上述編碼器中的一個(gè)或多個(gè)也可用于精確地測(cè)量掩模臺(tái)以及其它可移動(dòng)元件的位置，它們的位置在制造光刻結(jié)構(gòu)期間必須被準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)(見suprasheatsandsmithmicrolithography:scienceandtechnology)。

在曝光基1104下方懸出的是支撐基底1113，其支承晶片臺(tái)1122。臺(tái)1122包括測(cè)量物體1128，以衍射通過光學(xué)組件1126引導(dǎo)到臺(tái)的測(cè)量波束1154。用于相對(duì)于光學(xué)組件1126定位臺(tái)1122的定位系統(tǒng)由元件1119示意性表示。定位系統(tǒng)1119可包括例如壓電換能器元件和對(duì)應(yīng)控制電子器件。測(cè)量物體使測(cè)量波束衍射回安裝在曝光基底1104上的光學(xué)組件。干涉式編碼器系統(tǒng)可以是先前所述實(shí)施例的任一。

在操作期間，輻射波束1110，比如來自u(píng)v激光器(未示出)的紫外線(uv)波束，穿過波束成型光學(xué)組件1112，并在從反射鏡1114反射之后向下行進(jìn)。之后。輻射波束穿過由掩模臺(tái)1116支承的掩模(未示出)。掩模(未示出)經(jīng)由支承在透鏡殼體1106中的透鏡組件1108成像在由晶片臺(tái)1122睥晶片(未示出)上。基底1104及由其支撐的各部件通過由彈簧1120描繪的阻尼系統(tǒng)與環(huán)境振動(dòng)隔離。

在一些實(shí)施例中，先前所述編碼器系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)可用于測(cè)量例如但是不限于與晶片和掩模母版(掩模)臺(tái)相關(guān)的沿多個(gè)軸線的位移和角度。另外，除了uv激光束，其它波束可用于曝光晶片，包括例如x射線波束、電子束、離子束和可見光束。

在某些實(shí)施例中，光學(xué)組件1126可以定位成測(cè)量掃描器系統(tǒng)的掩模母版(或掩模)臺(tái)1116或其它可移動(dòng)部件的位置。最后，編碼器系統(tǒng)可以以與涉及步進(jìn)機(jī)(除了掃描器)的光刻系統(tǒng)類似的方式使用。

如本領(lǐng)域中熟知的，光刻是制造半導(dǎo)體裝置的制造方法的重要部分。例如，美國(guó)專利5483343提及了這種制造方法的步驟。這些步驟在下面相對(duì)于圖14a和14b描述。圖14a是制造半導(dǎo)體裝置的序列的流程圖，半導(dǎo)體裝置是比如半導(dǎo)體芯片(例如ic或lsi)、液晶面板或ccd。步驟1251是用于設(shè)計(jì)半導(dǎo)體裝置的電路的設(shè)計(jì)過程。步驟1252是基于電路圖案設(shè)計(jì)制造掩模的過程。步驟1253是通過使用比如硅的材料制造晶片的過程。

步驟1254是稱為預(yù)加工的晶片加工，其中，通過使用制備的掩模和晶片，電路經(jīng)由光刻形成在晶片上。為了在晶片上形成使掩模上的那些圖案對(duì)應(yīng)于充足空間分辨率的電路，光刻工具相對(duì)于晶片的干涉定位是必要的。本文描述的干涉測(cè)量方法和系統(tǒng)可尤其用于改進(jìn)用在晶片加工中的光刻的有效性。

步驟1225是組裝步驟，其稱為后加工，其中，由步驟1254處理的晶片形成為半導(dǎo)體芯片。該步驟包括組裝(切割和焊接)和封裝(芯片密封)。步驟1256是檢查步驟，其中，實(shí)施由步驟1255生產(chǎn)的半導(dǎo)體裝置的操作性檢查、耐用性檢查等。利用這些加工，完成并運(yùn)輸半導(dǎo)體裝置(步驟1257)。

圖14b是示出晶片加工的細(xì)節(jié)的流程圖。步驟1261是用于氧化晶片表面的氧化過程。步驟1262是在晶片表面上形成絕緣膜的cvd工藝。步驟1263是通過氣相沉積在晶片上形成電極的電極形成工藝。步驟1264是用于將離子注入晶片的離子注入工藝。步驟1265是將抗蝕劑(光敏材料)施加到晶片的抗蝕劑工藝。步驟1266是經(jīng)由上述曝光設(shè)備通過曝光(即光刻)將掩模的電路圖案印刷在晶片上的曝光工藝。再次，如上所述，使用本文所述編碼器系統(tǒng)和方法改進(jìn)了這種光刻步驟的精確度和分辨率。

步驟1267是顯影被曝光晶片的顯影工藝。步驟1268是移除除了被顯影抗蝕劑圖像之外的部分的蝕刻工藝。步驟1269是在蝕刻工藝之后分離晶片上剩余的抗蝕劑材料的抗蝕劑分離工藝。通過重復(fù)這些工藝，電路圖案形成和添加在晶片上。

上述編碼器系統(tǒng)還可用在物體的相對(duì)位置需要精確測(cè)量的其它應(yīng)用中。例如，在記錄波束(比如激光、x射線、離子或電子束)隨著基板或波束移動(dòng)而將圖案標(biāo)記在基板的應(yīng)用中，編碼器系統(tǒng)可用于測(cè)量基板和記錄波束之間的相對(duì)移動(dòng)。

描述了許多實(shí)施例。然而，應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種改造。其它實(shí)施例位于權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。