专利名称：干涉测量编码器系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及干涉测量编码器系统和方法，以及用于该编码器系统和方法的应用。
背景技术：
在一些情况下，干涉测量系统基于光干涉信号来监控测量对象的相对位置的改变。例如，干涉仪通过将从测量对象反射的测量光束与第二光束叠加和干涉来生成光干涉 信号，该第二光束有时称为“参考光束”，其中，测量光束和参考光束从共同源得到。测量对象的相对位置的改变对应于测量的光干涉信号的相位的改变。这样的干涉测量系统的示例是干涉测量编码器系统，其通过追踪称为编码器尺度的测量刻度来评估对象的移动。通常，干涉测量编码器系统包括编码器尺度和编码器头(encoder head)。该编码器头是包括干涉仪的组件。干涉仪引导测量光束到测量光束在那里衍射的编码器尺度。干涉仪组合衍射的测量光束和参考光束以形成包括与对象的位置相关的相位的输出光束。编码器系统在光刻应用(lithographic application)中广泛地用于监控光刻工具中的可移动平台的移动。由于它们对大气湍流的相对不敏感性，编码器系统在这样的应用中可以是有利的。
发明内容
本公开涉及编码器系统和方法，以实现在由于编码器尺度在具体测量方向上的移动而从编码器尺度衍射的反射或透射光束中发生的相位改变的外差测量。可以以非利特罗(non-Littrow)配置布置编码器系统以基于衍射的测量光束生成干涉信号。编码器系统可以包括致密编码器头并提供多个测量通道。在特定方面，本公开的特征在于能够精确测量编码器尺度的一个或多个位移方向上的改变的编码器系统，包括(I)源光束，具有不同频率的两个线性垂直极化分量的频率稳定照射；(2)装置(例如，光学组件)，用于引导一个或全部两个分量到附着在待监控的主体上的编码器尺度上；(3)装置(例如，光学组件)，用于接收衍射光束的一个或全部两个分量；(4)装置(例如，光学组件)，用于组并入混合全部两个频率分量以产生外差信号；(5)装置(例如，包括光电检测器的检测器�？�)，用于产生电测量信号；和(6)装置(例如，相位计/累加计)，用于指示测量的相位，该测量的相位关于编码器尺度的衍射结构以及编码器尺度沿着敏感方向的位移。实施例可以包括一个或多个以下特征。例如，可以设计实施例从而它们不以利特罗方式操作，而是以外差激光源和检测装置操作，实施例可以针对编码器尺度的末梢(tip)和倾斜(tilt)第一阶非敏感，可以提供度量衡的最小两个轴(例如，X和Z，Y和Z)，和/或必要时可以与2D编码器尺度一起工作以提供全3D移动检测。编码器系统可以用在光刻工具中，但是也可以用于其他应用。总结本发明的各种方面如下。总的来说，在第一方面，本发明的特征在于用于确定关于沿着编码器尺度的自由度的改变的信息的方法，该方法包括沿着不同路径引导第一光束和第二光束并组合第一和第二光束以形成输出光束,其中,第一和第二光束从共同源得到,第一和第二光束具有不同频率，其中，第一光束以非利特罗角度接触编码器尺度并且该第一光束从编码器尺度衍射至少一次；基于输出光束检测干涉信号，该干涉信号包括关于第一光束和第二光束之间的光学路径差的外差相位；并且基于外差相位确定关于编码器尺度的自由度的信息。方法的实现可以包括一个或多个下列特征。例如，第一光束可以正交(normal)地入射在编码器尺度上。第一光束可以非正交地入射在编码器尺度上。第一光束可以以一角度入射在编码器尺度上从而衍射的测量光束正交于编码器尺度。
自由度可以是沿着位于编码器尺度的平面的轴的编码器的位置。第一和第二光束可以是线性极化的光束。在从编码器尺度衍射之前或之后的第一光束的路径可以定义一平面，并且第一光束可以垂直于该平面地极化。在一些实施例中，编码器尺度可以包括沿着第一方向延伸的光栅线并且在平行于光栅线的方向上线性地极化测量光束。引导第一和第二光束可以包括在从编码器尺度的衍射之前以90°旋转第一光束的极化状态。在特定实施例中，第一和第二光束是垂直极化的光束。检测干涉信号可以包括引导输出光束通过极化元件，该极化元件透射每个垂直极化的第一和第二光束的分量。沿着不同路径引导第一和第二光束可以包括使用光束分光器从输入光束得到第一和第二光束。使用该光束分光器可以组合第一和第二光束。在一些实施例中，使用第二光束分光器组合第一和第二光束。该光束分光器可以是极化光束分光器。在一些实施例中，第二光束不接触编码器尺度。替代地，第二光束可以从编码器衍射至少一次。衍射的第二光束可以是零阶衍射光束。衍射的第二光束可以是在编码器尺度与第一光束共线的。第一光束仅可以从解码器尺度衍射一次。替代地，在一些实施例中，第一光束从编码器尺度多于一次地衍射(例如，两次)。在从编码器尺度衍射之前的第一光束的路径可以平行于第二次从编码器尺度衍射之后的第一光束的路径，可以由后向反射器引导第一光束以在与第二光束组合之前第二次从编码器尺度衍射。可以基于多于一个外差相位测量值得到信息。该方法可以进一步包括组合第三光束和第四光束以形成第二输出光束，该第三和第四光束从共同源得到并且该第三光束从编码器尺度衍射至少一次；并且基于第二输出光束检测第二干涉信号，该第二干涉信号包括关于第三光束和第四光束之间的光学路径差的外差相位。第一和第三光束可以在相同位置接触编码器尺度。替代地或额外地，第一和第二光束可以在不同的位置接触编码器尺度。可以基于第一和第二输出光束的外差相位确定该信息。一次衍射的测量光束和第三光束可以分别是测量光束的+1和-I衍射阶。自由度可以对应于沿着编码器尺度的平面中的第一轴的编码器尺度的位移。该方法可以包括确定关于编码器尺度的第二自由度的信息。第二自由度可以是沿着垂直于第一轴的第二轴的编码器尺度的位移。第二轴可以在编码器尺度的平面中。第二轴可以垂直于编码器尺度的平面。自由度可以是关于轴的编码器尺度的倾斜。该方法可以包括监控由共同源产生的输入光束的参考相位,第一光束从该共同源产生。确定信息可以包括比较外差相位与参考相位。第一光束可以具有从400nm到1500nm范围内的波长。在一些实施例中，第一光束具有大约633nm或大约980nm的波长。编码器尺度可以包括光栅。该光栅可以具有从大约1λ到大约20λ的范围内的间距，其中，λ是第一光束的波长。在一些实施例中，该光栅可以具有从大约Iym到大约10 μ m的范围内的间距。 使用光学组件可以沿着它们各自的路径引导第一和第二光束并且该方法进一步包括在确定信息时相对于该光学组件转化编码器尺度。该光学组件或编码器尺度可以附于晶片平台并且该方法进一步包括基于信息来监控晶片相对于来自光刻系统的辐射的位置。该光学组件或编码器可以附于标线平台并且该方法进一步包括基于信息监控标线相对于来自光刻系统的辐射的位置。总的来说，在另一方面，本发明的特征在于编码器系统，其包括光学组件，配置为从输入光束得到第一光束和第二光束，沿着不同路径引导该第一和第二光束并组合该第一和第二光束以形成输出光束，其中该第一和第二光束具有不同频率；衍射编码器尺度，位于第一光束的路径中从而第一光束以非利特罗角度接触衍射编码器尺度并且第一光束从衍射编码器尺度衍射至少一次；检测器，设置为检测输出光束；和电子处理器，配置为从该检测器接收干涉信号，该干涉信号包括关于第一和第二光束之间的光学路径差的外差相位，并且基于外差相位确定关于编码器尺度的自由度的信息。编码器系统的实施例可以包括下列特征的一个或多个和/或其他方面的特征。例如，光学组件可以包括将输入光束分为第一和第二光束的光学兀件。该光学兀件可以是非极化光束分光器或极化光束分光器。该光学组件可以组合第一和第二光束以形成输出光束。光学组件可以包括配置为在得到第一和第二光束之前将输入光束分为两个平行子输入光束的一个或多个光学元件。该光学组件可以包括配置为将一个子输入光束分为第一和第二光束并且将另一个子输入光束分为第三和第四光束的光束分光器，其中该光学组件沿着不同的路径引导第三和第四光束并且组合第三和第四光束以形成第二输出光束。该光学组件可以引导第三光束以从解码器尺度衍射至少一次。该光学组件可以包括设置以分别反射一次衍射的第一和第三光束以从编码器尺度衍射第二次的两个后向反射器。第一和第三光束在不同的位置接触编码器尺度。该编码器尺度可以分别衍射第一和第三光束为+1和-I衍射阶。在光学组件的输入光束的路径可以平行于第一和第二输出光束的路径。输入和第一以及第二输出光束的路径可以平行于编码器尺度的平面。光学组件可以包括在第一光束的路径中的半波片。解码器尺度可以包括光栅(例如，一维或二维编码器尺度)。在另外的方面中，本发明的特征在于包括可移动平台的系统；和前述方面的编码器系统，其中编码器尺度或光学组件附于该平台。总的来说，在另一方面，本发明的特征在于包括以下的编码器系统用于从其中第一和第二光束具有不同频率的输入光束得到第一光束和第二光束的装置；用于沿着不同路径引导第一和第二光束的装置；用于组合第一和第二光束以形成输出光束的装置；衍射编码器尺度，设置于第一光束的路径中从而第一光束以非利特罗角度接触衍射编码器尺度并且第一光束从衍射编码器尺度衍射至少一次；用于检测输出光束的装置；和用于从检测器接收干涉信号的装置，该干涉信号包括关于第一和第二光束之间的光学路径差的外差相位，并且该装置基于外差相位确定关于编码器尺度的自由度的信息。编码器系统的实施例可以包括一个或多个其他方面的特征。总的来说，在另外的方面中，本发明的特征在于编码器系统，其包括配置为从输入光束得到第一光束和第二光束的光学组件，其中第一和第二光束是具有不同频率的线性极 化光束，该光学组件进一步配置以沿着不同路径引导第一和第二光束并且组合第一和第二光束以形成输出光束，该光学组件包括光学元件，设置于第一光束的路径中并配置为以90°旋转第一光束的线性极化状态；衍射编码器尺度，设置于第一光束的路径中从而第一光束从衍射编码器尺度衍射至少一次；检测器，设置以检测输出光束；和电子处理器，配置以从检测器接收干涉信号，该干涉信号包括关于第一和第二光束之间的光学路径差的外差相位，并且基于外差相位确定关于编码器尺度的自由度的信息。编码器系统的实施例可以包括一个或多个下列特征和/或其他方面的特征。例如，光学元件可以交叉第一光束的路径两次并每次以90°旋转第一光束的线性极化状态。光学元件可以是半波片。第一光束可以从编码器尺度衍射两次。第一光束可以在编码器尺度P极化。总的来说，在另一方面，本发明的特征在于编码器系统，其包括极化光束分光元件，配置以在第一方向反射第一光束并在垂直于第一方向的第二方向上透射第二光束并组合第一和第二光束以形成输出光束，该输出光束沿着平行于第二方向的路径离开极化光束分光元件，其中，第一和第二光束具有不同频率并从共同源得到；衍射编码器尺度设置于第一光束的路径中从而第一光束从衍射编码器尺度衍射至少一次；检测器，设置以检测输出光束；和电子处理器，配置以从检测器接收干涉信号，该干涉信号包括关于第一和第二光束之间的光学路径差的外差相位，并且基于外差相位确定关于编码器尺度的自由度的信息。编码器系统的实施例可以包括一个或多个下列特征和/或其他方面的特征。例如，衍射编码器尺度可以垂直于第一方向地定向。第一光束可以正交地入射在衍射编码器尺度上。通常，在另一方面，本发明的特征在于用于确定关于相对于光学组件沿着光栅的自由度的改变的信息，该方法包括使用光学组件组合第一光束和第二光束以形成输出光束，其中，第一光束从关于光学组件可移动的光栅衍射，第一和第二光束从共同源得到并且第一光束是撞击光栅而从共同源得到的初级光束的非零衍射阶，该第一光束与初级光束在光栅是非共线的；基于输出光束检测干涉信号，该干涉信号包括关于第一和第二光束之间的光学路径差的外差相位；并且基于外差相位确定沿着关于相对于光学组件沿着光栅的自由度的改变的信息。方法的实现可以包括一个或多个下列特征和/或其他方面的特征。例如，初级光束可以正交地或不正交地入射在光栅上。初级光束可以是线性极化光束。初级光束可以在撞击光栅之前在平行于光栅的光栅线的方向上线性极化。第一和第二光束可以是极化光束。第一光束可以垂直于第二光束地极化。第一和第二光束可以是线性极化光束。在一些实施例中，第二光束不接触光栅。替代地，在特定实施例中，第二光束从光栅衍射至少一次。第二光束可以是零阶衍射光束。第二光束可以在光栅与初级光束共线。第二光束可以是初级光束的衍射阶。第二光束可以是初级光束的第零衍射阶。第一光束可以是初级光束的第一衍射阶。在一些实施例中，该方法包括组合第三光束和第四光束以形成第二输出光束，第三和第四光束从共同源得到；并且基于第二输出光束检测第二干涉信号，第二干涉信号包括关于第三和第四光束之间的光学路径差的外差相位，其中第三光束是从光栅衍射的光 束，不同于第一光束。第一和第三光束可以分别是初级光束的+1和-I衍射阶。第二和第四光束可以从初级光束的第零个衍射阶得到。自由度可以对应于沿着光栅的平面中的第一轴的光栅的平移。光栅可以包括沿着垂直于第一轴的第一方向延伸的光栅线。该方法可以包括确定关于相对于光学组件的编码器尺度的第二自由度的信息。第二自由度可以是沿着垂直于第一轴的第二轴的光栅的位移。第二轴可以在光栅的平面中。替代地，第二轴可以垂直于光栅的平面。自由度可以对应于沿着垂直于光栅的平面的轴的光栅的位移。自由度可以是相对于光学组件的光栅的倾斜。该方法可以包括监控由共同源产生的输入光束的参考相位，初级光束从该共同源得到。确定信息可以包括比较外差相位与参考相位。第一光束可以在与第二光束组合之前从光栅衍射两次。可以由后向反射器引导第一光束以在与第二光束组合之前撞击光栅至少一次。第一和第二光束可以是初级光束的不同的非零衍射阶。初级光束可以包括第一分量和第二分量，该第一和第二分量具有定义外差频率的不同频率和不同的垂直极化状态。初级光束可以具有从400nm到1500nm范围内的波长。例如，初级光束可以具有大约633nm或大约980nm的波长。光栅可以具有从大约1λ到大约20λ的范围内的间距，其中，λ是初级光束的波长。该光栅可以具有从大约Iym到大约 ομπι的范围内的间距。该方法可以包括在确定信息时相对于该光学组件转化编码器尺度。该光学组件或光栅可以附于晶片平台并且该方法进一步包括基于信息监控相对于来自光刻系统的辐射的晶片的位置。在一些实施例中，光学组件或光栅附于标线平台并且该方法进一步包括基于信息监控相对于来自光刻系统的辐射的标线的位置。总的来说，在另一方面，本发明的特征在于用于确定关于相对于光学组件沿着光栅的自由度的改变的信息的系统，该系统包括光源，配置以提供包括第一分量和第二分量的输入光束，该第一分量和第二分量具有不同的频率和垂直极化状态；光学组件，配置以从输入光束得到初级光束并且引导初级光束到光栅，接收以非零阶从光栅衍射的第一光束并将其与第二光束组合以形成输出光束，其中，初级光束包括输入光束的第一分量，第一光束是初级光束的衍射阶，第一光束在光栅与初级光束非共线，第二光束包括输入光束的第二分量，并且光栅是相对于光学组件可移动的；检测器，设置以检测输出光束；和电子处理器，配置以从该检测器接收干涉信号，该干涉信号包括关于第一和第二光束之间的光学路径差的外差相位，并且基于外差相位确定关于相对于光学组件沿着光栅的自由度的改变的信息。系统的实施例可以包括一个或多个下列特征和/或其他方面的特征。例如，系统可以包括可移动平台并且光栅附于该可移动平台。光学组件可以包括设置于第一光束的路径中的第二光栅。第二光栅可以配置以沿着平行于初级光束的路径的路径重新引导第一光束。光学组件可以包括设置于第一光束的路径中的后向反射器以弓I导第一光束第二次接触光栅。光学组件可以包括配置以从输入光束得到初级光束和第二光束的极化光束分光器。光学组件可以包括配置以组合第一和第二光束以形成输出光束的极化光束分光器。光学组件可以配置以引导第二光束以接触光栅。总的来说,在另一方面，本发明的特征在于用于确定关于相对于光学组件沿着光 栅的自由度的改变的信息的方法，该方法包括使用光学组件组合第一光束和第二光束以形成输出光束，其中，第一光束从相对于光学组件可移动的光栅衍射，第一和第二光束从共同源得到并且第一光束是撞击光栅的从共同源得到的初级光束的非零衍射阶，该第一光束与初级光束在光栅是非共线的；基于输出光束检测干涉信号，该干涉信号包括关于第一和第二光束之间的光学路径差的外差相位；并且基于该相位确定关于相对于光学组件沿着光栅的自由度的改变的信息，其中，该相位对相对于光学组件的光栅的末梢和/或倾斜的第一阶非敏感。本发明方法的实现可以包括一个或多个以下特征和/或其它方面的特征。例如，相位可以是外差相位。信息可以包括关于相对于光学组件沿着光栅的至少两个自由度的改变的信息。该至少两个自由度可以包括沿着在光栅的平面中的轴的位移。该至少两个自由度可以包括沿着垂直于光栅平面的轴的位移。总的来说，在另一方面，本发明的特征在于用于监控沿着轴的光栅的位移的系统，该系统包括光源，用于提供具有不同频率的两个线性极化分量的照射；用于引导一个或全部两个分量到光栅上的装置；用于接收一个或全部两个从光栅衍射的分量的装置；用于组合和混合全部两个频率分量的装置；用于检测组合的和混合的分量的装置；以及用于测量有关已检测分量的相位的装置，其中，一个或全部两个分量在光栅处不符合利特罗条件。该系统的实施例可以包括其他方面的一个或多个特征。上述方面的实施例可以包括一个或多个以下特征。例如，光学组件可以包括布置以向着光栅引导初级光束的折叠镜。该折叠镜可以向着光栅引导第二光束。光学组件可以包括极化分光器，布置以将输入光束分为初级光束和第二光束，其中初级和第二光束位于紧接在分光器之后的第一平面，并且布置该折叠镜从而以垂直于第一平面的方向引导初级和第二光束。初级和第二光束可以在共同位置与光栅接触。初级和第二光束可以以相同的入射角但是从与光栅正交的相对侧与光栅接触。第一光束可以与第二光束的衍射阶共线。光学组件可以包括分别配置将初级和第二光束向着共同位置反射的第一镜和第二镜。光束分光器、折叠镜以及第一和第二镜全部可以是单体(monolithic)光学元件的界面。该单体光学元件可以具有与第一平面垂直的最大尺寸，其小于在第一平面中单体光学元件的最大尺寸，例如，垂直于第一平面的最大尺寸可以是第一平面中最大尺寸的O. 5倍或更小(例如，O. 3倍或更�。琌. 2倍或更�。琌. I倍或更�。琌. 05倍或更小)。垂直于第一平面的单体光学元件的最大尺寸可以是5cm或更小(例如,4cm或更小,3cm或更小,2cm或更�。琁cm或更小)。在另一方面，本发明的特征在于用于在基底上制造集成电路的光刻方法，该方法包括，在可移动平台上支撑基底；将空间图案福射(spatially patterned radiation)成像到基底上；调整平台的位置；使用其它方面的方法或系统来监控平台的位置，其中光栅或光学组件附于平台并且该信息对应于沿着轴的平台的位置。在另一方面，本发明的特征在于用于在基底上制造集成电路的光刻方法，包括，相对于光刻系统的第二部件设置光刻系统的第一部件以向基底曝光空间图案辐射，并使用其它方面的方法或系统来监控第一部件的位置，其中光栅或光学组件附于第一部件并且该信息对应于第一部件的位置。在另一方面，本发明的特征在于用于在晶片上制造集成电路的光刻系统，该系统包括投影镜头，用于将空间图案辐射成像到晶片上；其它方面的系统，配置以监控相对于成·像辐射的晶片的位置；和定位系统，用于调整相对于成像辐射的平台的位置，其中晶片由平台支撑。在另一方面，本发明的特征在于用于在晶片上制造集成电路的光刻系统，该系统包括照射系统，该照射系统包括辐射源、掩模(mask)、定位系统、投影透镜和另一方面的系统，其中，在操作期间，源引导辐射通过掩模以产生空间图案辐射，定位系统相对于来自源的辐射调整掩模的位置，投影透镜将空间图案辐射成像到由平台支撑的晶片上，并且系统相对于来自源的辐射监控掩模的位置。通过引用在此并入各种参考。在冲突的情况下由本说明书决定。一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中阐述。从描述和附图以及从权利要求，其他特征和优势将是显而易见的。
图I是编码器系统的实施例的示意图。图2A是编码器系统的实施例的部分的示意图。图2B是编码器系统的另一实施例的部分的示意图。图3是编码器系统的另一实施例的部分的示意图。图4是编码器系统的另一实施例的部分的示意图。图5A是编码器系统的另一实施例的部分的示意图。图5B是编码器系统的另一实施例的部分的示意图。图5C是编码器系统的另一实施例的部分的示意图。图6A是编码器系统的另一实施例的部分的示意图。图6B是编码器系统的另一实施例的部分的示意图。图7是编码器系统的另一实施例的部分的示意图。图8是编码器系统的另一实施例的部分的示意图。图9是编码器系统的另一实施例的部分的示意图。
图10是编码器系统的另一实施例的部分的示意图。图11是编码器系统的另一实施例的部分的示意图。图12是编码器系统的另一实施例的部分的示意图。图13是编码器系统的另一实施例的部分的示意图。图14A、图14B和图14C是编码器 系统的另一实施例的示意图。图14A示出编码器系统的操作视图，图14B示出顶视图，并且图14C示出侧视图。图15A、图15B和图15C是编码器系统的部件的另一实施例的示意图。图15A示出部件的顶视图，图15B示出前视图，并且图15C示出侧视图。图16是包括干涉仪的光刻工具的实施例的示意图。图17A和图17B是描述制作集成电路的步骤的流程图。在各种附图中相同的附图标记指示相同的要素。
具体实施例方式参考图1，干涉测量编码器系统100包括光源�？�120 (例如，包括激光)、光学组件110、测量对象101、检测器�？�130 (例如，包括极化器(polarizer)和检测器)以及电子处理器150。通常，光源模块120包括光源并且也可以包括其它部件，诸如光束成形光学系统(例如，光准直光学系统)、导光部件(例如，光纤光波导)和/或极化管理光学系统(例如，极化器和/或波片)。以下描述光学组件110的各种实施例。光学组件也称为“编码器头”。显示笛卡尔坐标系统用于参考。沿着Z轴距光学组件110某个标称距离(nominal distance)定位测量对象101。在诸如使用编码器系统来监控光刻工具中的晶片平台(wafer stage)或标线平台(reticlestage)的位置的许多应用中，测量对象101在X和/或Y方向上相对于光学组件移动，同时相对于Z轴标称地保持距光学组件的恒定距离。此恒定距离可以相对较小(例如，几厘米或更小)。然而，在这样的应用中，测量对象的位置通常将与标称恒定距离有少量变动，且笛卡尔坐标系统内的测量对象的相对定向也可以有少量变动。在操作期间，编码器系统100监控相对于光学组件110的一个或多个这些测量对象101的自由度，包括相对于X轴的测量物体101的位置，并且在特定实施例中进一步包括相对于y轴和/或z轴和/或相对于间距和偏转角(yaw angular)定向的测量对象101的位置。为了监控测量对象101的位置，源�？�120引导输入光束122到光学组件110。光学组件110从输入光束122得到测量光束112并且引导测量光束112到测量对象101。光学组件110还从输入光束122得到参考光束(未示出)，并且沿着不同于测量光束的路径引导参考光束。例如，光学组件110可以包括将输入光束122分为测量光束112和参考光束的光束分光器。测量和参考光束可以具有垂直极化(例如，垂直线性极化)。测量对象101包括编码器尺度105，其是将来自编码器头的测量光束衍射为一个或多个衍射阶的测量刻度。总的来说，编码器尺度可以包括诸如光栅或全息衍射结构的各种不同衍射结构。光栅的示例包括正弦、矩形或锯齿光栅。光栅可以以具有恒定间距的周期结构为特征，也可以以更复杂的周期性结构(例如，线性调频脉冲光栅(chirpedgratings))。总的来说，编码器尺度可以将测量光束衍射为多于一个的平面。例如，编码器尺度可以是将测量光束衍射为X-Z和Y-Z平面中的衍射阶的二维光栅。编码器尺度在X-Y平面中延伸对应于测量对象110的移动的范围的距离。在本实施例中，编码器尺度105是具有光栅线的光栅，该光栅线平行于图I中示出的笛卡尔坐标系统的Y轴、垂直于页面的平面地延伸。该光栅线沿着X轴是周期性的。编码器尺度105具有对应于X-Y平面的光栅平面并且编码器尺度将测量光束112衍射为Y-Z平面中的一个或多个衍射阶。
测量光束(标记光束114)的这些衍射阶中的至少一个返回到光学组件110，并在光学组件Iio与参考光束组合以形成输出光束132。例如，一次衍射的测量光束114可以是第一阶衍射光束。输出光束132包括有关测量光束和参考光束之间的光学路径长度差的相位信息。光学组件110引导输出光束132到检测输出光束的检测器�？�130，并响应于所检测的输出光束发送信号到电子处理器150。该电子处理器150接收和分析信号并且确定关于相对于光学组件110的测量对象101的一个或多个自由度的信息。在特定实施例中，测量和参考光束在频率上具有小差别(例如千赫兹(kHz)到兆赫兹(MHz)范围的差别)，以产生在通常对应于该频率差的频率的感兴趣的干涉信号。这里，该频率可互换地称为外差频率(heterodyne frequency)或是“参考”频率,并且表示为coR(相对于角频率)。关于在测量对象的相对位置的改变的信息通常对应于在该外差频率的干涉测量信号的相位。可以使用信号处理技术来提取该相位。通常，可移动测量对象导致此相位项(phase term)为时变的。在此方面，测量对象移动的第一阶时间导数导致干涉测量信号的频率从外插频率偏移这里称为“多普勒”偏移的量。例如，由激光赛曼分光(laser Zeeman splitting)、声光调制，采用两个不同的激光模式或内部使用双折射元件的激光以及其它技术，可以产生测量和参考光束的不同频率。垂直极化允许极化光束分光器沿着不同路径引导测量和参考光束，并且组合它们以形成随后穿过极化器的输出光束，该极化器混合垂直极化的分量从而它们可以干涉。在缺乏对象移动时，干涉信号以外差频率振荡，这正是两个分量的光学频率的差。当存在移动时，外差频率通过熟知的多普勒关系引起有关目标速度的改变。因此，监控外差频率的改变允许监控目标相对于光学组件的移动。在下述实施例中，“输入光束”通常是指由光源�？榉⒊龅墓馐�。对于外差检测，输入光束包括具有稍微不同频率的分量，如所讨论的。通常，测量光束以一入射角度入射在测量对象101上从而一次衍射的测量光束不满足利特罗条件。该利特罗条件指的是相对于入射光束的、诸如光栅的衍射结构的定向，在入射光束中衍射结构引导衍射的光束回到源。换句话说，在编码器系统100中，在编码器尺度衍射之前，一次衍射的测量光束与测量光束非共线。虽然编码器尺度105在图I中描绘为在一个方向上周期性的结构，但是更普遍地，测量对象可以包括恰当地衍射测量光束的多个不同衍射结构。在一些实施例中，测量对象可以包括在两个方向上(例如，沿着X和I轴)周期性的衍射结构(例如，编码器尺度)，衍射测量光束为两个垂直平面上的光束。通常，在系统的几何学限制内，选择编码器尺度的衍射结构和源�？榇佣嗦肫飨低程峁┮桓龌蚨喔鲅苌洳饬抗馐湓谟胂嘤Σ慰脊馐楹鲜本哂凶愎坏那慷壤唇⒁桓龌蚨喔隹杉觳飧缮嫘藕�。在一些实施例中，源�？樘峁┚哂写�400nm到1500nm范围内的波长的输入光束。例如，输入光束可以具有大约633nm或大约980nm的波长。注意，通常，外差源的频率分离仅导致输入光束的两个分量的波长间的非常小的差异，这样，即使输入光束不是严格地单色的，用单一波长特征化输入光束也是实际的。在一些实施例中，源�？榭梢园ㄆ寮す馄�(例如，HeNe激光器)、激光二极管或其他固态激光源、发光二极管或诸如卤素光的热源，具有或不具有滤波器以修改光谱带宽。通常，衍射结构(例如，光栅间距(grating pitch))可以取决于输入光束的波长和光学组件的布置以及用于测量的衍射阶而变化。在一些实施例中，衍射结构是具有从约I入至约20λ范围内的间距的光栅，其中λ是源的波长。光栅可以具有从约Iym至约10 μπι范围内的间距。现在转到编码器系统的各种实现，在一些实施例中，布置编码器系统从而测量光束单向传递至编码器尺度并且测量光束的单一衍射阶用于测量。例如，参考图2�。嗦肫飨低�200的光学组件110包括第一极化光束分光器(PBS) 210、第二极化光束分光器220以及光栅211。检测器�？�130包括极化器231和检测器230。PBS 210将输入光束122分为测量光束112和参考光束113。如所示，测量光束112在图中的平面中极化(P极化)，而第二光束113垂直于图中的平面极化(s极化)。测量光束112由编码器尺度105衍射，提供一次 衍射的测量光束114，其对应于测量光束112的非第零衍射阶(例如，第一阶或第二阶)。可以具有类似于编码器尺度105的衍射结构(例如，相同的间距)的光栅211衍射一次衍射测量光束114，从而现在二次衍射的测量光束沿着与未衍射测量光束112的路径平行的路径入射在PBS220上。PBS 220将二次衍射的测量光束114与参考光束113组合以形成输出光束132。在检测器�？�130中，极化器231在输出光束入射在检测器230上之前将输出光束的测量和参考光束分量混合。这可以例如通过定向极化器231的透射轴来完成，从而其透射s极化光的分量和P极化光的分量(例如，通过以相对于页面的屏幕45°定向该透射轴)。编码器系统200是具有单一检测通道的编码器系统的示例，其中测量光束单向传递到测量对象。这里，在检测器230测得的相位将取决于在X方向和Z方向上编码器尺度105的移动而变化。此系统的变化是可能的。例如，在一些实施例中，测量光束114可包括频率和极化分量两者。例如，参考图2Β，非极化光束分光器(NPBS) 212可以用来将输入光束分成测量光束和参考光束，从而两者都包含s和P极化光。然而,使用PBS 220组合一次衍射的测量光束114和参考光束113，从而仅输出光束132中的一次衍射的测量光束114的部分对应于一种状态下极化的分量(在此情况下，P极化光)，且仅在输出光束132中的参考光束113的部分对应于具有垂直极化的分量(此处，s极化光)。此外，通常，除了那些在图2Α中示出的部件之外，用于编码器系统200的光学组件可以额外包括一个或多个部件，或作为替代。例如，在一些实施例中，可以使用反射部件213(例如，棱镜或其他反射光学元件)取代光栅211重新引导衍射光束114到PBS 220。在图2Β中示出这样的实施例。在特定实施例中，编码器系统包括额外子系统。例如，在一些实施例中，编码器系统200包括局部参考,其监控输入光束122的相位。如图2Α中所不,可以使用光束分光器240 (例如，NPBS)、极化器250和检测器260提供局部参考。这样的参考在例如输入光束122的分量之间的相对起始相位可变的实施例中可以是有用的。在一些实施例中，编码器系统可以提供多于一个测量通道。可以使用多编码器头提供额外的通道。替代地，或额外地，在特定实施例中，单一编码器头可以配置以提供多测量通道。例如，图3示出了编码器系统300，其并入两个测量通道，每个分别干涉+1或-I测量光束衍射阶以改善移动敏感性分辨率和沿着测量光束轴(即，Z轴)的编码器尺度移动之间的区分两者。这里，用于每个检测通道的第二光束对应于测量光束的第零阶衍射，其标称地正交入射在编码器尺度105上。编码器系统300 包括 NPBS 310 和 NPBS 312,PBS 330 和 PBS 332、光栅 320 和 322、极化器340和342以及检测器350和352。源�？�120引导输入光束122穿过NPBS 310和NPBS 312以接触编码器尺度105。编码器尺度105将入射光束衍射为多阶，包括0、+1和-I衍射阶。+1衍射光束被标记为光束321，且-I衍射光束被标记为光束323。这些衍射光束的每个都包括在图中的平面和与图垂直的平面两者的极化分量。第零阶衍射光束行进回到NPBS 312和NPBS 310。光束分光器312将此光束分开，向着检测器352引导作为光束353的一部分。光束分光器310向着检测器350引导作为光束351的一部分。
+1和-I衍射光束321和323分别传播到光栅320和322。这些光束分别向着极化光束分光器330和332衍射光束321和323。光栅320和322可以衍射入射光束到额外的方向上，但是为了清楚，图中省略其他衍射阶。PBS 330组合来自光束321和351的垂直极化分量以提供第一输出光束。极化器340设置于来自极化光束分光器330的输出光束的路径中，并且使其穿过被定向以在检测器350提供垂直极化状态的混合的轴。类似地，PBS 332组合来自光束323和353的垂直极化分量以提供第二输出光束。极化器342提供第二输出光束中的垂直极化状态的混合到检测器352。因为在Z方向上的编码器尺度移动对于两个通道的测量是共同的，而沿着X的编码器尺度移动检测有相反的符号，该两个移动可以通过包含两个独立相位的和或差的合成信号来区分。对此情况，作为对两个检测器的沿着X的移动(Λ X)和沿着Z的移动(Λ Ζ)的函数的相位改变的基本等式是，, = ^ ΔΛ + ^ (I + cos(^))=-^Ar + y(l + cos(^))Ar其中，土上标代表+或-阶，λ为照射波长，Λ为编码器尺度周期并且第一阶衍射角(Θ )可以由编码器尺度等式A=Asin ( Θ )求得。为了获得沿着Z轴与X轴的位移，形成和与差等式Az .= —~~ -和 Ay -λ
4 露 ^! + cos(^)} μ— 4 露在一些实施例中，可以提供额外通道用于沿着Y轴的位移的测量。对于这样的二维(2D)应用(X和Y测量)，可以使用区域光栅。例如，编码器尺度105可以在X和Y方向上都是周期性的。可以用另一组分量从第一组分量关于Z轴旋转90°来获得垂直的(Y)轴的移动，例如，提供两个额外检测通道，其提供Y方向上的位移Δ y。在图2A-图2B和图3中示出的实施例受到对平面内和平面外测试编码器尺度105角度移动(例如，关于y轴的旋转)的敏感性。在特定实施例中，可以降低此敏感性。例如，可以通过添加如图4中的实施例所示的后向反射器以向编码器尺度105提供测量光束的双通(double pass)来降低此敏感性。这里，编码器系统400包括PBS 410和后向反射器420及430。源模块120引导输入光束122到PBS 410，其将输入光束分为测量光束112和参考光束402，其中测量光束112和参考光束402具有垂直极化状态。这里，测量光束112具有s极化，其由PBS的光束分光界面反射，且参考光束402具有P-极化，其由界面透射。PBS410引导测量光束112到编码器尺度105，其衍射测量光束112到包括一次衍射的测量光束401的各种衍射阶中(例如，对应于+1衍射阶)。设置后向反射器430以反射一次衍射的测量光束401回到编码器尺度105，其衍射测量光束回到平行于非衍射测量光束112的PBS410。光束401的极化状态保持s极化，并且由PBS 410的界面向着检测器模块130反射。P极化的参考光束402由后向反射器420反射回PBS 410并重新和目前在PBS界面从编码器尺度105两次衍射的s极化的测量光束组合。叠加s极化和P极化光束形成输出光束，其传播到检测�？�130。这结果是，关于Y轴的编码器尺度105的旋转导致当它们在输出光束中组合时相对于参考光束402的两次衍射测量光束的横向位移,而不是这些光束之间的角度发散。以相同于图3中示出的实施例的方式实现类似于图2A中适配以基于+/-I衍射阶 分别监控两个通道的编码器系统的设计，可以适配图4中的编码器系统以将+/-I衍射阶用于多个测量通道。例如，图5A和图5B示出的编码器系统500提供两个测量通道，其可以用于Z移动鉴别。图5A示出在X-Z平面上的编码器系统500，而图5B示出在Y-Z平面上的该系统。编码器系统500包括分光棱镜510、PBS 520以及后向反射镜530、540和550。分光棱镜510将来自源�？�120的输入光束分为互相分离的两个平行光束522和524，接着两个光束中的每个在PBS 520的分光界面处分为垂直极化光束。PBS 520引导一对光束525和526到编码器尺度105，并且将另一对光束527和528透射到后向反射镜530。设置后向反射镜540以从光束525后向反射+1阶衍射光。类似地，设置后向反射镜550以从光束526后向反射-I阶衍射光。来自每个后向反射器的后向反射的光束都在编码器尺度105处第二次衍射并且引导二次衍射光束回到PBS 520。在一次衍射测量光束路径中，在后向反射镜540和550分别提供光束块541和551以对于每个编码器尺度互相作用隔离恰当的衍射阶。具体地，在后向反射器550设置光束块541以阻隔来自光束525的-I衍射阶光。在图5A和图5B中用虚线图示阻隔的光束。从编码器尺度105引导回到PBS 520的光束在PBS 520的界面与光束527和528重叠，以提供一对输出光束531和532。检测器�？�130包括分别被设置来检测输出光束531和532的一对检测器535和536。检测器�？橐舶�(未不出)以混和输出光束的垂直极化分量。在编码器系统500中，测量光束是s极化的。然而，通常，可以配置编码器以使得测量光束具有其它极化状态。例如，可以选择测量光束的极化状态以从编码器尺度105提供最大衍射强度到用于测量光束的衍射阶中。例如，可以布置编码器系统以使得测量光束具有P极化。参考图5C，三维布置的编码器系统1700被配置以提供两个测量通道，其中，测量光束在光栅1701具有P极化。编码器系统1700具有编码器头，其包括NPBS 1750,PBS 1710和后向反射器1730、1740和1750。编码器系统1700也包括设置在面向光栅1710的PBS1710表面的半波片1711。NPBS 1750将输入光束分为两个光束并且沿着平行路径引导它们到PBS1710。PBS1710将这些光束的每个分为测量光束和参考光束。测量光束具有s极化并且参考光束具有P极化。参考光束从后向反射镜1720反射回到PBS1710。测量光束穿过半波片1711，其从s极化转换测量光束为P极化。两者都在光栅1701衍射。设置后向反射镜1730以反射第一测量光束的+1衍射阶。后向反射镜1740反射其它测量光束的-I衍射阶。测量光束第二次从光栅1701衍射回到PBS 1710。在进入PBS立方之前，半波片1711将测量光束的极化状态从P极化转换回为s极化。测量光束重新组合各个参考光束以形成两个输出光束1760和1770，其退出平行于Y轴传播的PBS 1710。在编码器系统1700中，测量光束相对PBS是s极化但是相对编码器尺度的衍射光束是P极化的事实可能导致更高的衍射效率和输入光束能量的更高效整体使用。此外，编码器头可以相对紧凑，特别是在ζ方向上。例如，在一些实施例中，编码器头可容纳于小于 5立方英寸的体积中(例如大约3立方英寸或更�。笤�2立方英寸或更�。笤糏立方英寸或更少)。在特定实施例中，编码器头在Z方向的厚度为I英寸或更小(例如Icm或更�。�
O.5cm或更小)。在一些实施例中，可以平移一个或多个光束到更便利的检测位置的方式并入极化修改元件(例如各种迟滞量(retardations)的波片,诸如入/4和/或λ /8片)。例如，四分之一波片可以设置于衍射测量光束之一和参考光束的相应的一个的路径中，导致相应的输出光束从不同于其它输出光束的不同表面退出PBS。图6Α不出编码器系统600,其结构与编码器系统500类似，除了编码器系统600包括四分之一波片552和553之外。四分之一波片552设置于从编码器尺度105衍射的测量光束525的路径中，且四分之一波片553设置于参考光束528的路径中PBS 520和后向反射镜530之间。两个光束都双通过各自的四分之一波片，因此波片的作用是通过旋转90°来转化光束的极化状态。这极化的改变导致输出光束532穿过不同于输出光束531的表面退出PBS 520。作为另一示例，参考图6Β，在编码器系统600’中，将λ/8片554设置于光束527和528两者的路径中PBS 520和后续反射镜530之间以在两种极化状态都提供外差参考。在此实施例中，输出光束531和532从不同表面退出PBS 520。与PBS 520结合的λ/8片554将参考光束同时分向立方的两个表面,允许在表面访问参考信号,其仅取决于测试光束的极化状态。但是，更常见的是，输出光束可以取决于哪个测量光束路径包括四分之一波片来退出表面中的一个。例如，设置λ/4片以在PBS的顶表面拦截两个返回测试光束将允许在两个表面对干涉信号方便的访问。通常，如同例如在图7中所示，极化调制元件的使用也可以使能具有用于左侧和右侧后向反射镜的共线和共延(coextensive)光束的选项。这里,编码器系统700基于极化状态而不是如之前使用空间分离那样地分离输出光束，以提供两个通道的测量。编码器系统700在PBS 520和后向反射镜530、540和550的布置方面类似于系统600。但是，编码器系统700不包括源�？�120和I3BS 520之间的光束分光器。PBS 520将输入光束122分为s极化光束722和P极化光束721。光束722从编码器尺度105衍射到包括+1衍射阶(光束723)和-I衍射阶(光束724)的多衍射阶中。设置后向反射镜540和550以分别反射光束723和724。在一次衍射测量光束724和723被后向反射器反射之前，将极化器810和812设置于一次衍射测量光束724和723的路径中。两个极化器都使它们的透射轴定向为透射s极化光。极化器限制后向反射器540和550之间的光束的回流。例如,在缺少极化器810时，在穿过后向反射器540并触及编码器尺度105之后考虑光束723。穿过后向反射器550的第O阶反射将在从编码器尺度105衍射之前从编码器尺度105再次反射并通过后向反射器540回流以变为光束725。极化器810和812消除此回流光束及其初次横穿后向反射器540的对应物。编码器系统700也包括光束724的路径中后向反射器550和编码器尺度105之间的四分之一波片801。穿过四分之一波片801的光束724的双通过将光束724的极化状态从s极化变换到P极化。光束723和724入射在编码器尺度105的相同的位置，它们在那里由编码器尺度再次衍射。两次衍射光束723和724重新组合以形成光束725，其沿着平行于光束722的路径传播回到PBS 520。编码器系统700包括PBS 520与后向反射镜730之间的λ/8片532。后向反射镜530所反射的参考光束721穿过λ/8片两次，并且从P极化光变换为圆极化光。PBS 520组合测量光束725的s极化分量和参考光束721的P极化分量以形成由检测器560检测的第一输出光束558。PBS 520也组合测量光束725的ρ极化分量与参考光束721的s极化分量以形成由检测器561检测的第二输出光束559。极化器也可以设置于PBS 520和检测 器560及561之间，但是在图7中未示出。通常，虽然前述实施例利用来自编码器尺度的第零和/或第+/-I阶衍射，但是也可使用更高的衍射阶。例如，参照图8，在一些实施例中，输入光束的一个或两个分量都引导到编码器尺度105，并且允许一个衍射分量干涉另一衍射分量。图8示出编码器系统800，其包括镜子830 (或其它反射元件)、光栅840和极化光束分光器810。编码器系统800进一步包括源�？�120以及包括检测器820和极化器812的检测器�？�。源�？�120以输入光束122照射编码器尺度105，该输入光束122被衍射为包括+1衍射阶(光束821)和+2衍射阶(光束822)的多阶。光束821经由光栅840传播到PBS810，且光束822经由镜子830传播到PBS 810。PBS 810组合光束821的s极化分量和光束822的ρ极化分量以形成穿过极化器812引导到检测器820的输出光束。在编码器系统800中，第一和第二阶衍射光束干涉。允许两个干涉分量都与编码器刻度相互作用的一个优点是平面外编码器尺度旋转(例如，围绕Y轴旋转)是共模的，因为第一和第二衍射阶都经受相同的旋转。在图9中示出类似的实施例。这里，编码器系统900使用块状的光学部件850 (例如，棱镜)代替在编码器系统800中使用的光栅840。另外，该系统被配置以测量从光束821的ρ极化分量和光束822的s极化分量形成的输出光束。可以建立更复杂的结构以例如提供额外测量通道和/或改善敏感性和/或最小化误差源。例如，图10示出双测量通道编码器系统1000，其分别使用+1、+2和-1、-2的衍射阶来既改善移动敏感性分辨率又区分沿着测量光束轴(Z轴)的编码器尺度移动。对于一个测量通道，编码器系统1000使用与编码器系统900相同的结构。使用关于输入光束122对称地布置的一致的一组部件(即，PBS 1010、块状光学部件1050、镜子1030、极化器1012以及检测器1020)来提供第二通道以利用-I和-2衍射阶。由于在Z方向的编码器尺度移动对两个通道来说是公共的，所以在沿着X方向的编码器尺度移动以相反的符号检测时，可以通过两个独立相位的和或差构成的合成信号来区分两种移动。对于图10中示出的实施例，作为两个检测器沿着X的移动(Λ X)和沿着Z的移动(Λζ)的函数，相位中的改变的基本等式是
权利要求
1.一种用于确定关于沿着编码器尺度的自由度的改变的信息的方法，所述方法包括 沿着不同的路径引导第一光束和第二光束并组合所述第一和第二光束以形成输出光束，其中所述第一和第二光束从共同源得到，所述第一和第二光束具有不同的频率，其中所述第一光束以非利特罗角度与所述编码器尺度接触且所述第一光束从所述编码器尺度衍射至少一次； 基于所述输出光束检测干涉信号，所述干涉信号包括有关所述第一光束和第二光束之间光学路径差的外差相位；以及 基于所述外差相位确定关于所述编码器尺度的自由度的信息。
2.如权利要求I所述的方法，其中，所述第一光束正交地入射在所述编码器尺度上。
3.如权利要求I所述的方法，其中，所述第一光束非正交地入射在所述编码器尺度上。
4.如权利要求I所述的方法，其中，所述第一光束以使得衍射测量光束与所述编码器尺度正交的角度入射在所述编码器尺度上。
5.如权利要求I所述的方法，其中，所述自由度是沿着位于所述编码器尺度的平面中的轴的所述编码器尺度的位置。
6.如权利要求I所述的方法，其中，所述第一和第二光束是线性极化光束。
7.如权利要求6所述的方法，其中，在从所述编码器尺度衍射之前或之后的所述第一光束的路径定义平面并且所述第一光束垂直于所述平面地极化。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述编码器尺度包括沿着第一方向延伸的光栅线并且所述测量光束在平行于所述光栅线的方向上线性极化。
9.如权利要求6所述的方法，其中，引导所述第一和第二光束的步骤包括在从所述编码器尺度衍射之前以90°旋转所述第一光束的极化状态。
10.如权利要求I所述的方法，其中，所述第一和第二光束是垂直极化光束。
11.如权利要求10所述的方法，其中，检测所述干涉信号的步骤包括通过极化元件检测所述输出光束，所述极化元件透射垂直极化的第一和第二光束中的每一个的分量。
12.如权利要求I所述的方法，其中，沿着不同路径检测所述第一和第二光束的步骤包括使用光束分光器从输入光束得到所述第一和第二光束。
13.如权利要求12所述的方法，其中，使用所述光束分光器组合所述第一和第二光束。
14.如权利要求12所述的方法，其中，使用第二光束分光器组合所述第一和第二光束。
15.如权利要求12所述的方法,其中,所述光束分光器是极化光束分光器。
16.如权利要求I所述的方法，其中，所述第二光束不接触所述编码器尺度。
17.如权利要求I所述的方法，其中，所述第二光束从所述编码器尺度衍射至少一次。
18.如权利要求17所述的方法，其中，衍射的第二光束是零阶衍射光束。
19.如权利要求17所述的方法，其中，所述衍射的第二光束在所述编码器尺度与所述第一光束共线。
20.如权利要求I所述的方法，其中，所述第一光束仅从所述编码器尺度衍射一次。
21.如权利要求I所述的方法，其中，所述第一光束从所述编码器尺度衍射多于一次。
22.如权利要求21所述的方法，其中，在从所述编码器尺度衍射之前的所述第一光束的路径平行于从所述编码器尺度第二次衍射之后的所述第一光束的路径。
23.如权利要求21所述的方法，其中，从所述编码器尺度第一次衍射之后，由后向反射器弓I导所述第一光束以在与所述第二光束组合之前从所述编码器第二次衍射。
24.如权利要求I所述的方法，其中，所述信息基于多于一次外差相位测量得到。
25.如权利要求I所述的方法，进一步包括 组合第三光束和第四光束以形成第二输出光束，所述第三和第四光束从共同源得到并且所述第三光束从所述编码器尺度衍射至少一次；并且 基于所述第二输出光束检测第二干涉信号，所述第二干涉信号包括有关所述第三光束和所述第四光束之间的光学路径差的外差相位。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述第一和第三光束在相同位置接触所述编码器尺度。
27.如权利要求25所述的方法，其中，所述第一和第二光束在不同位置接触所述编码器尺度。
28.如权利要求25所述的方法,其中，基于所述第一和第二输出光束的外差相位确定所述信息。
29.
30.如权利要求25所述的方法，其中，一次衍射测量光束和所述第三光束分别是所述测量光束的+1和-I衍射阶。
31.如权利要求I所述的方法，其中，所述自由度对应于沿着所述编码器尺度的平面中的第一轴的所述编码器尺度的位移。
32.如权利要求31所述的方法，进一步包括确定关于所述编码器尺度的第二自由度的信息。
33.如权利要求32所述的方法，其中，所述第二自由度是沿着垂直于所述第一轴的第二轴的所述编码器尺度的位移。
34.如权利要求33所述的方法，其中，所述第二轴在所述编码器尺度的平面中。
35.如权利要求33所述的方法，其中，所述第二轴垂直于所述编码器尺度的平面。
36.如权利要求I所述的方法，其中，所述自由度是关于轴的所述编码器尺度的倾斜。
37.如权利要求I所述的方法，进一步包括监控由所述共同源产生的输入光束的参考相位，并且所述第一光束从所述输入光束得到。
38.如权利要求37所述的方法，其中，确定所述信息的步骤包括比较所述外差相位与所述参考相位。
39.如权利要求I所述的方法，其中，所述第一光束具有在400nm到1，500nm范围内的波长。
40.如权利要求39所述的方法，其中，所述第一光束具有大约633nm或大约980nm的波长。
41.如权利要求I所述的方法，其中，所述编码器尺度包括光栅。
42.如权利要求41所述的方法，其中，所述光栅具有在从大约Iλ到大约20 λ范围内的间距，其中，λ是所述第一光束的波长。
43.如权利要求41所述的方法，其中，所述光栅具有在从大约Ιμπι到大约10μ m范围内的间距。
44.如权利要求I所述的方法，其中，使用光学组件沿着它们各自的路径引导所述第一和第二光束，并且所述方法进一步包括在确定所述信息时，相对于所述光学组件转换所述编码器尺度。
45.如权利要求44所述的方法，其中，所述光学组件或所述编码器尺度附于晶片平台，并且所述方法进一步包括基于所述信息监控晶片相对来自光刻系统的辐射的位置。
46.如权利要求44所述的方法，其中，所述光学组件或所述编码器尺度附于标线平台，并且所述方法进一步包括基于所述信息监控标线相对来自光刻系统的辐射的位置。
47.一种编码器系统,包括 光学组件，配置以从输入光束得到第一光束和第二光束，沿着不同路径引导所述第一和第二光束并组合所述第一和第二光束以形成输出光束,其中所述第一和第二光束具有不同频率； 衍射编码器尺度，设置在所述第一光束的路径中以使得所述第一光束以非利特罗角度接触所述衍射编码器尺度并且所述第一光束从所述衍射编码器尺度衍射至少一次； 检测器，设置以检测所述输出光束；和 电子处理器，配置以从所述检测器接收干涉信号，所述干涉信号包括关于所述第一和第二光束之间的光学路径差的外差相位，并且基于所述外差相位确定关于所述编码器尺度的自由度的信息。
48.如权利要求47所述的编码器系统，其中，所述光学组件包括将所述输入光束分为所述第一和第二光束的光学元件。
49.如权利要求48所述的编码器系统，其中，所述光学元件是非极化光束分光器。
50.如权利要求48所述的编码器系统，其中，所述光学元件是极化光束分光器。
51.如权利要求48所述的编码器系统，其中，所述光学元件组合所述第一和第二光束以形成所述输出光束。
52.如权利要求47所述的编码器系统,其中，所述光学组件包括一个或多个光学兀件，配置以在得到所述第一和第二光束之前将输入光束分为两个平行子输入光束。
53.如权利要求52所述的编码器系统，其中，所述光学组件包括光束分光器，配置以将子输入光束之一分为第一和第二光束并且将子输入光束的另一个分为第三和第四光束，其中所述光学组件沿着不同的路径引导所述第三和第四光束并且组合所述第三和第四光束以形成第二输出光束。
54.如权利要求53所述的编码器系统，其中，所述光学组件引导所述第三光束从所述编码器尺度衍射至少一次。
55.如权利要求54所述的编码器系统，其中，所述光学组件包括两个后向反射器，设置以分别反射一次衍射的第一和第三光束以从所述编码器尺度第二次衍射。
56.如权利要求55所述的编码器系统，其中，所述第一和第三光束在不同位置接触所述编码器尺度。
57.如权利要求55所述的编码器系统，其中，所述编码器尺度分别衍射所述第一和第二光束为+1和_1衍射阶。
58.如权利要求53所述的编码器系统，其中，在所述光学组件的输入光束的路径平行于所述第一和第二输出光束的路径。
59.如权利要求58所述的编码器系统，其中，所述输入和第一以及第二输出光束的路径平行于所述编码器尺度的平面。
60.如权利要求47所述的编码器系统，其中，所述光学组件在所述第一光束的路径中包括半波片。
61.如权利要求47所述的编码器系统，其中，所述编码器尺度包括光栅。
62.如权利要求61所述的编码器系统，其中，所述光栅是一维或二维光栅。
63.—种系统,包括 可移动平台；和 权利要求47所述的编码器系统，其中所述编码器尺度或所述光学组件附于所述平台。
64.—种编码器系统,包括 用于从输入光束得到第一光束和第二光束的装置，其中第一和第二光束具有不同频率； 用于沿着不同路径引导所述第一和第二光束的装置； 用于组合所述第一和第二光束以形成输出光束的装置； 衍射编码器尺度，设置于所述第一光束的路径中以使得所述第一光束以非利特罗角度接触所述衍射编码器尺度并且所述第一光束从所述衍射编码器尺度衍射至少一次； 用于检测所述输出光束的装置；和 装置，用于从所述检测器接收干涉信号，所述干涉信号包括关于所述第一和第二光束之间的光学路径差的外差相位，并且基于所述外差相位确定关于所述编码器尺度的自由度的信息。
65.—种编码器系统,包括 光学组件，配置以从输入光束得到第一光束和第二光束，其中所述第一和第二光束是具有不同频率的线性极化光束，所述光学组件进一步配置以沿着不同路径引导所述第一和第二光束并且组合所述第一和第二光束以形成输出光束， 所述光学组件包括光学元件，设置于所述第一光束的路径中并配置以90°旋转所述第一光束的线性极化状态； 衍射编码器尺度，设置于所述第一光束的路径中以使得所述第一光束从所述衍射编码器尺度衍射至少一次； 检测器，设置以检测所述输出光束；和 电子处理器，配置以从所述检测器接收干涉信号，所述干涉信号包括关于所述第一和第二光束之间的光学路径差的外差相位，并且基于所述外差相位确定关于所述编码器尺度的自由度的信息。
66.如权利要求65所述的编码器系统，其中，所述光学元件交叉所述第一光束的路径两次并每次以90°旋转所述第一光束的线性极化状态。
67.如权利要求65所述的编码器系统，其中，所述光学元件是半波片。
68.如权利要求65所述的编码器系统，其中，所述第一光束从所述编码器尺度衍射两次。
69.如权利要求65所述的编码器系统，其中，所述第一光束在所述编码器尺度P极化。
70.一种编码器系统，包括 极化光束分光兀件，配置以在第一方向反射第一光束并在垂直于所述第一方向的第二方向上透射第二光束并组合所述第一和第二光束以形成输出光束，所述输出光束沿着平行于所述第二方向的路径退出所述极化光束分光元件，其中，所述第一和第二光束具有不同频率并从共同源得到； 衍射编码器尺度，设置于所述第一光束的路径中以使得所述第一光束从所述衍射编码器尺度衍射至少一次； 检测器，设置以检测所述输出光束；和 电子处理器，配置以从所述检测器接收干涉信号，所述干涉信号包括关于所述第一和第二光束之间的光学路径差的外差相位，并且基于所述外差相位确定关于所述编码器尺度的自由度的信息。
71.如权利要求70所述的编码器系统，其中，所述衍射编码器尺度垂直于所述第一方向地定向。
72.如权利要求70所述的编码器系统，其中，所述第一光束正交地入射在所述衍射编码器尺度上。
73.一种用于在基底上制造集成电路的光刻方法，所述方法包括 在可移动平台上支撑所述基底； 将空间图案辐射成像到所述基底上； 调整所述平台的位置； 使用权利要求I所述的方法来监控所述平台的位置， 其中，所述编码器尺度或光学组件附于所述平台并且所述信息对应于沿着轴的平台的位置。
74.一种用于在基底上制造集成电路的光刻方法，包括 相对于光刻系统的第二部件设置光刻系统的第一部件以向基底曝光空间图案辐射；并 使用权利要求I所述的方法来监控所述第一部件的位置， 其中，所述编码器尺度或所述光学组件附于所述第一部件并且所述信息对应于所述第一部件的位置。
75.一种用于在晶片上制造集成电路的光刻系统，所述系统包括 投影镜头，用于将空间图案辐射成像到晶片上； 权利要求47所述的编码器系统，配置以监控晶片相对于成像辐射的位置；和 定位系统，用于调整平台相对于成像辐射的位置，其中所述晶片由所述平台支撑。
76.一种用于在晶片上制造集成电路的光刻系统，所述系统包括照射系统，包括辐射源、掩模、定位系统、投影镜头和权利要求47所述的编码器系统，其中，在操作期间，所述源引导辐射通过所述掩模以产生空间图案辐射，所述定位系统调整所述掩模相对于来自所述源的辐射的位置，所述投影镜头将所述空间图案辐射成像到由所述平台支撑的所述晶片上，并且所述系统监控所述掩模相对于来自所述源的辐射的位置。
全文摘要
一种用于确定关于沿着编码器尺度的自由度的改变的信息的方法，包括沿着不同的路径引导第一光束和第二光束并组合第一和第二光束以形成输出光束，其中该第一和第二光束从共同源得到，该第一和第二光束具有不同的频率，其中第一光束以非利特罗角度与编码器尺度接触且第一光束从编码器尺度衍射至少一次；基于输出光束检测干涉信号，该干涉信号包括有关第一光束和第二光束之间光学路径差的外差相位；以及基于该外差相位确定关于编码器尺度的自由度的信息。
文档编号G01D5/38GK102906545SQ201180025887
公开日2013年1月30日 申请日期2011年2月16日 优先权日2010年3月30日
发明者L.L.德克, P.J.德格鲁特, M.施罗德 申请人:齐戈股份有限公司
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