CN101042542B - 位移测量系统、光刻装置和器件制造方法 - Google Patents

位移测量系统、光刻装置和器件制造方法 Download PDF

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Abstract

一种位移测量系统，其构造成提供对两个部件在六个自由度上的相对位移的测量，其改善了一致性，并且不需要太大的空间。

Description

位移测量系统、光刻装置和器件制造方法
技术领域
本发明涉及位移测量系统、光刻装置和用于制造器件的方法。
背景技术
光刻装置是将所需的图案施加到基底上(通常是施加到基底的靶部上)的设备。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件，或者可称为掩模(mask)或中间掩模(reticle)，可用于产生形成在IC的单层上的电路图案。该图案可以被转移到基底(例如硅晶片)的靶部(例如包括一部分、一个或者多个管芯(die))上。这种图案的转移通常是通过成像到基底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行的。一般而言，单个基底包含由被相继构图的相邻靶部构成的网格。已知的光刻装置包括所谓的步进器和扫描器，在步进器中，对每一靶部的辐照是通过一次性将整个图案曝光到该靶部上来进行的；在扫描器中，对每一靶部的辐照是通过沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案穿过一辐射束，并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描该基底。还可以通过将图案压印到基底上而把图案从构图部件转移到基底上。
在制造部件密度越来越高的器件的不断驱使下，不断地需要制造这种器件的光刻技术能够生产越来越小的部件。这样的结果是，希望更准确地控制光刻装置内的部件位置。例如，随着形成在基底上的最小部件的尺寸减小，希望更精确地控制基底的位置。
传统上已知的精确传感器(例如干涉仪)可以提供准确的位置测量。但是，传统干涉仪的准确度受到干涉仪的辐射束所通过的空气中的干扰的限制。这样的干扰可能包括空气湍流和热变化。因此，只得通过最小化这样的干扰来增加传统干涉仪的准确度。但是，在最小化这样的干扰时，例如通过引入延迟以使空气湍流减少和/或使空气温度稳定在所要求值的范围内，也降低了光刻装置的产量，因此，反而增加了使用该装置的成本。
此外，任何测量系统只可以占用据光刻装置内部一有限体积的空间。
发明内容
希望提供一种改进的精密测量系统，其不但对误差不敏感，而且不会占据大量空间。
依照本发明的一个实施例，提供了一种位移测量系统，用于测量第一和第二衍射光栅之间的位移；其中，该测量系统这样构造：输入至该测量系统的第一辐射束被第一衍射光栅分成正1级和负1级衍射辐射束；正1级和负1级衍射辐射束被第二衍射光栅进一步衍射，并随后重新组合以形成第二辐射束；该测量系统还包括传感器，所述传感器构造成通过确定所述第二辐射束中第一分量与第二分量之间的相位差来确定所述第一和第二光栅之间的相对位移，其中，所述第一分量来源于所述正1级衍射辐射束，所述第二分量来源于所述负1级衍射辐射束；以及，该其中测量系统还包括至少一个线偏振器，所述线偏振器构造成使得第二辐射束的第一和第二分量在基本上相互垂直的方向上被线偏振。
依照本发明的一个实施例，提供了一种位移测量系统，用于测量第一部件与第二部件之间的位移；其中，第一部件是第一长型衍射光栅或附着于第一长型衍射光栅，所述第一长型衍射光栅定向成使其延长方向平行于第一方向；第二部件是第二长型衍射光栅或附着于第二长型衍射光栅，所述第二长型衍射光栅定向成使其延长方向平行于第二方向，所述第二方向不平行于第一方向；该测量系统还包括传感器，其构造成检测由第一和第二长型衍射光栅对至少一个辐射束进行衍射所产生的辐射图案；该辐射图案表示第一长型衍射光栅相对于第二长型衍射光栅在垂直于第一和第二两个方向的第三方向上的位移。
依照本发明的一个实施例，提供了一种位移测量系统，用于测量第一物体相对于第二物体的运动，其包括：安装至第一物体的第一平面衍射光栅；安装至第二物体的第二平面衍射光栅，所述第二平面衍射光栅基本上平行于第一衍射光栅；提供第一辐射束的辐射源；其中，第一辐射束入射到第一衍射光栅上的第一点上，并且衍射成使得正1级和负1级衍射辐射入射到第二衍射光栅上；第二衍射光栅这样构造：来自第一衍射光栅的正1级辐射的至少一部分被第二衍射光栅进一步衍射，并入射到第一衍射光栅上的第二点上；来自第一衍射光栅的负1级辐射的至少一部分被第二衍射光栅进一步衍射，并入射到第一衍射光栅上的所述第二点上；来源于第一衍射光栅的正1级衍射辐射的辐射和来源于第一衍射光栅的负1级衍射辐射的辐射两者都被第一衍射光栅进一步衍射，并且从第一光栅上的第二点沿共同的方向传播，以作为第二辐射束；该位移测量系统还包括传感器，所述传感器检测来源于第一衍射光栅上的第二点的辐射图案，所述辐射图案表示这两个衍射光栅在平行于衍射光栅平面且垂直于衍射光栅栅线的方向上的相对运动。
依照本发明的一个实施例，提供了一种位移测量系统，用于测量第一物体相对于第二物体的运动，其包括：第一平面衍射光栅，其连接至第一棱镜，并且安装至第一物体；第二平面衍射光栅，其连接至第二棱镜，并且安装至第二物体；和提供第一辐射束的辐射源；其中，第一辐射束入射到第一衍射光栅上的第一点上，并且衍射成使得正1级和负1级衍射辐射束穿过第一棱镜透射；第二衍射光栅布置成使得由第一光栅衍射的正1级和负1级衍射辐射：在第二衍射光栅上的第一点和第二点处入射到第二衍射光栅上，被第二衍射光栅衍射，并且传播进入该第二棱镜；第二棱镜构造成使得从第二衍射光栅上的第一点和第二点传播来的辐射被反射，并分别入射到第二衍射光栅上的第三点和第四点上，其入射角度基本上平行于从第二衍射光栅上的第一和第二点传播来的辐射；入射到第二衍射光栅上的第三点和第四点上的辐射进一步被第二衍射光栅衍射，穿过第一棱镜并入射到第一衍射光栅上的第二点上，并且进一步被衍射成使得来源于由第一衍射光栅首次衍射的正1级和负1级辐射的辐射从第一衍射光栅的第二点沿一共同的方向传播，以作为第二辐射束；该位移测量系统还包括传感器，所述传感器检测辐射图案，所述辐射图案表示这两个衍射光栅在平行于衍射光栅平面且垂直于衍射光栅栅线的方向上的相对运动。
附图说明
现在仅仅通过示例的方式，参考随附的示意图描述本发明的各个实施例，其中相同的参考标记表示相同的部件，其中：
图1表示依照本发明一个实施例的光刻装置；
图2a、2b、2c和2d表示依照本发明一个实施例的位移测量系统；
图3a、3b、3c和3d表示依照本发明一个实施例的位移测量系统；
图4表示依照本发明一个实施例的位移测量系统的部分细节；
图5a、5b、5c和5d表示依照本发明一个实施例的位移测量系统；
图6a、6b、6c和6d表示依照本发明一个实施例的位移测量系统；
图7a、7b、7c、7d、7e和7f表示依照本发明一个实施例的位移测量系统；
图8a、8b、8c、8d和8e表示依照本发明一个实施例的位移测量系统；
图9表示依照本发明的一个实施例的位移测量系统的一个配置，该配置可以结合光刻装置使用；
图10表示依照本发明的一个实施例的位移测量系统的一个配置；
图11表示依照本发明的一个替换实施例的位移测量系统的一个配置；
图12表示依照本发明的另一个替换实施例的位移测量系统的一个配置；
图13表示依照本发明一个实施例的比较简单的位移测量系统；和
图14表示依照本发明一个实施例的位移测量系统和其中使用的传感器单元的示意性配置。
具体实施方式
图1示意性地示出了依照本发明一个实施例的光刻装置。该装置包括：照明系统(照明器)IL，其构造成调节辐射束B(例如UV辐射或EUV辐射)；支撑结构(例如掩模台)MT，其构造成支撑构图部件(例如掩模)MA并与第一定位器PM连接，所述第一定位器PM构造成依照某些参数精确定位该构图部件；基底台(例如晶片台)WT，其构造成保持基底(例如涂敷抗蚀剂的晶片)W并与第二定位器PW连接，所述第二定位器PW构造成依照某些参数精确定位该基底；和投影系统(例如折射投影透镜系统)PS，其构造成将由构图部件MA赋予辐射束B的图案投影到基底W的靶部C(例如包括一个或多个管芯)上。
该照明系统可以包括各种类型的光学部件来引导、成形或者控制辐射，这些光学部件诸如是：折射光学部件、反射光学部件、磁性光学部件、电磁光学部件、静电光学部件或其它类型的光学部件，或者它们的任意组合。
该支撑结构支撑该构图部件，即承载该构图部件的重量。该支撑结构保持该构图部件，其对该构图部件的保持方式取决于该构图部件的方位、光刻装置的设计以及其它条件，例如该构图部件是否保持在真空环境中。该支撑结构可以使用机械、真空、静电或其它夹持技术来保持该构图部件。该支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述支撑结构可根据需要而是固定的或者是活动的。该支撑结构可以确保构图部件例如相对于该投影系统位于所需位置。在这里，术语“中间掩模”或者“掩模”的任何使用均可认为与更上位的术语“构图部件”同义。
这里所使用的术语“构图部件”应广义地解释为能够向辐射束的截面中赋以图案从而在基底的靶部中形成图案的任何装置。应该注意，赋予给该辐射束的图案可以并不与基底靶部中的所需图案精确一致，例如如果该图案包括相移特征或所谓的辅助特征。一般而言，赋予给该辐射束的图案对应于在靶部中形成的器件(如集成电路)内的特定功能层。
该构图部件可以是透射型的或者反射型的。构图部件的例子包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程LCD面板。掩模在光刻中是公知的，其类型诸如是二元型、交替相移(alternating phase-shift)型、衰减相移型，以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的一个示例采用小型反射镜的矩阵排列，每个反射镜能够独立地倾斜，从而沿不同的方向对入射辐射束进行反射。这些倾斜的反射镜可以在被反射镜矩阵反射的辐射束中赋以图案。
这里使用的术语“投影系统”应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括折射光学系统，反射光学系统、反射折射光学系统、磁性光学系统、电磁光学系统和静电光学系统，或其任何组合，以适合于所用的曝光辐射，或者适合于其它方面，如浸液的使用或真空的使用。在这里，术语“投影透镜”的任何使用均可被认为是与更上位的术语“投影系统”同义。
如这里所指出的，该装置为透射型(例如采用透射掩模)。做为选择，该装置也可以为反射型(例如采用上面提到的可编程反射镜阵列，或采用反射掩模)。
该光刻装置可以具有两个(双平台)或者更多个基底台(和/或两个或更多个掩模台)。在这种“多平台式”装置中，可以并行使用这些附加的台，或者可以在一个或多个台上进行准备步骤，而一个或者多个其它台用于曝光。
该光刻装置还可以是这样一种类型，至少部分基底由具有相对高的折射率的液体(例如水)覆盖，以便充满投影系统与基底之间的空间。浸液也可以应用于光刻装置中的其它空间，例如应用于掩模与投影系统之间。本领域中众所周知，浸液技术可以用于增大投影系统的数值孔径。这里使用的术语“浸液”并不意味着诸如基底的结构必须浸没在液体中，而只是表示在曝光期间液体位于投影系统与基底之间。
参照图1，照明器IL接收来自辐射源SO的辐射束。辐射源和光刻装置可以是分立的机构，例如当该辐射源是准分子激光器时。在这样的情况下，不把辐射源看成是构成了该光刻装置的一部分，辐射束借助于束输送系统BD从辐射源SO传输到照明器IL，所述束输送系统BD包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器。在其它情况下，该辐射源可以是该光刻装置的组成部分，例如当该辐射源是汞灯时。该辐射源SO和照明器IL(如果需要可以连同该束输送系统BD一起)可以被称作辐射系统。
照明器IL可以包括用于调节辐射束的角强度分布的调节装置AD。一般而言，至少可以调节照明器光瞳平面内强度分布的外径向范围和/或内径向范围(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，照明器IL可以包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。该照明器可以用于调节辐射束，从而使该辐射束在其横截面上具有所需的均匀度和强度分布。
该辐射束B入射到保持在该支撑结构(如掩模台MT)上的构图部件(如掩模MA)上，并由构图部件进行构图。穿过掩模MA后，辐射束B通过投影系统PS，该投影系统将该辐射束聚焦在基底W的靶部C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如干涉测量器件、线性编码器或电容传感器)，可以精确地移动该基底台WT，从而例如将不同的靶部C定位在辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库中机械取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位器PM和另一位置传感器(图1中未明确示出)来相对于辐射束B的路径精确定位该掩模MA。一般而言，借助于长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精细定位)，可以实现该掩模台MT的移动，所述长行程模块和短行程模块构成第一定位器PM的一部分。类似地，利用长行程模块和短行程模块也可以实现基底台WT的移动，所述长行程模块和短行程模块构成第二定位器PM的一部分。在步进器的情况下(这与使用扫描装置的情况相反)，掩模台MT可以只与短行程致动器连接或者可以被固定。可以使用掩模对准标记M1、M2和基底对准标记P1、P2来将该掩模MA与基底W对准。尽管如所示出的基底对准标记占据了指定的靶部，但是它们也可以设置在各个靶部之间的空间中(这些空间被称为划片线(scribe-lane)对准标记)。类似地，在有多于一个的管芯设在掩模MA上的情况下，可以将该掩模对准标记设在这些管芯之间。
可以按照下列模式中的至少一种使用所示的装置：
1.在步进模式中，掩模台MT和基底台WT保持基本不动，而赋予辐射束的整个图案被一次投影到靶部C上(即单次静态曝光)。然后沿X和/或Y方向移动该基底台WT，以便可以曝光不同的靶部C。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单次静态曝光中成像的靶部C的尺寸。
2.在扫描模式中，掩模台MT和基底台WT被同步扫描，同时，赋予辐射束的图案被投影到靶部C上(即单次动态曝光)。基底台WT相对于掩模台MT的速度和方向可以由投影系统PS的放大(缩小)和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单次动态曝光中靶部的宽度(沿非扫描方向)，而扫描移动的长度确定了靶部的高度(沿扫描方向)。
3.在另一模式中，掩模台MT保持基本不动，并且保持一可编程构图部件，而基底台WT被移动或扫描，同时，赋予辐射束的图案被投影到靶部C上。在这种模式中，一般采用脉冲辐射源，并且，在每次移动基底台WT之后，或者在扫描期间相继的辐射脉冲之间，根据需要更新该可编程构图部件。这种工作模式可以容易地应用于采用可编程构图部件的无掩模光刻中，所述可编程构图部件例如是上面提到的可编程反射镜阵列类型。
还可以采用上述使用模式的组合和/或变化，或者也可以采用完全不同的使用模式。
依照本发明一个实施例的位移测量系统符合在下述文献中记载的原理，即“SPIES，A.in“Linear and Angular Encoders for the High-Resolution Range”，Progress in Precision Engineering and Nanotechnology，Braunschweig，1997”，该文献在此引入作为参考。图13显示了这种位移测量系统200的比较简单的形式。它包括安装在第一物体上的第一衍射光栅201和安装在第二物体上的相关第二衍射光栅202。例如，其中一个衍射光栅可以安装至光刻装置内的参照框架上，另一个衍射光栅可以安装至该光刻装置的一个部件上，目的是使该位移测量系统测量相对于该参照框架的位置。
第一和第二衍射光栅201、202是平面的，布置成使衍射光栅的平面基本上彼此平行。另外，各衍射光栅中用于形成该光栅的栅线也基本上相互平行。另外，这些衍射光栅布置成使得在其中一个光栅上接收来自另一个光栅的衍射辐射。
利用干涉测量原理，可以测量一个光栅相对于另一个光栅在基本上平行于衍射光栅平面并且基本上垂直于衍射光栅栅线的平面内的方向203上的位置，这可以达到亚纳米准确度的测量。当第一衍射光栅相对于第二衍射光栅在该测量方向上移动时，由布置成接收来自另一个衍射光栅的衍射辐射的那个衍射光栅在该辐射中产生相位差。所产生的这些相位差与一个衍射光栅相对于另一个衍射光栅的位移成比例。
在一种典型配置中，辐射源204提供准直辐射束，该准直辐射束基本上垂直于该测量方向，并入射到第一衍射光栅201上，该准直辐射束在第一衍射光栅201上被衍射。正负1级辐射作为第一衍射信号传递至第二衍射光栅202。在第二衍射光栅202上，第一衍射光信号被进一步衍射并且被反射，以形成第二衍射信号。第二衍射信号在第一衍射光栅201上干涉，并被进一步衍射，以形成第三衍射信号。第三衍射信号被引导至一传感器，所述传感器具有例如用于测量上述相位差的三个光电探测器205、206、207，并由此确定该相对位移。
图14示意性地表示了依照本发明一个实施例的位移测量系统的配置。图14的描绘不一定对应该位移测量系统各部件的物理布置，但是其可用于解释依照本发明实施例的位移测量系统的工作原理。
如图所示，来自辐射源的辐射束210被第一衍射光栅211分成分别对应于正1级和负1级衍射辐射的第一辐射束212和第二辐射束213。第一和第二辐射束212、213进一步被第二衍射光栅214衍射，并被重新组合，例如在第一衍射光栅211处重新组合，以形成一种重新组合的、包含信息的辐射束215，所述辐射束215输入到传感器216，以便确定第一和第二衍射光栅211、214的相对位移。如上所述，该传感器216根据正1级和负1级衍射辐射212、213之间产生的相位差来确定第一和第二衍射光栅211、214的相对位移。为了区分该正1级和负1级衍射辐射212、213，按照本发明的一个实施例，该辐射可以被线偏振，使得正1级辐射的线偏振方向基本上垂直于负1级衍射辐射的线偏振辐射的方向。例如，在图14所示的配置中，线偏振器217、218设置在第一衍射光栅211和第二衍射光栅214之间，以便在相互垂直的方向上线偏振该正1级和负1级衍射辐射。使用线偏振器的好处在于，作为长型部件，它们比较容易制造。因此，它们可以方便地用于形成具有较大工作范围的位移测量系统。
应当明白，虽然在图14中示出的线偏振器217、218只位于第一和第二衍射光栅211、214之间，使得该正1级和负1级衍射辐射212、213在到达第二衍射光栅214之前经过该线偏振器217、218，但是，在被第二衍射光栅214衍射之后以及在第一衍射光栅211处重新组合以形成包含信息的辐射束215之前，该正1级和负1级衍射辐射212、213可以第二次通过该线偏振器217、218。
因此，该包含信息的辐射束215包括分别来源于正1级和负1级衍射辐射的辐射，每一个分量都在基本上垂直于另一个分量的方向上被线偏振，每个分量均平行于另一个分量，并具有共同轴线。这两个分量之间的相位差表示了第一和第二衍射光栅211、214的相对位移。
该传感器216包括非偏振分束器220，所述非偏振分束器220将该包含信息的辐射束215分成至少第一和第二包含信息的子辐射束221、222。除辐射束215的强度在子辐射束221、222当中被分割之外，这些子辐射束221、222具有与该包含信息的辐射束215相同的性质。如图14所示，两个子辐射束221、222都被引导穿过一偏振器223，所述偏振器223布置成使其偏振轴线相对于该包含信息的辐射束215的两个分量的线偏振辐射的方向成基本为45°的角度。应当明白，也可以为每个子辐射束各自设置这样的偏振器。就第一子辐射束221来说，该辐射可以从该分束器220直接被引导至偏振器223。就第二子辐射束222来说，来自分束器220的辐射在到达偏振器223之前先要经过一波片224。该波片224定向成使得该波片的快轴和慢轴基本上平行于该包含信息的辐射束215的各分量的线偏振辐射的方向。各子辐射束通过偏振器223后，被引导至各自的光强检测器225、226。
该传感器216构造成确定该包含信息的辐射束215中对应于正负1级衍射辐射212、213的各分量之间的相位差。该相位差取决于第一和第二衍射光栅211、214的相对位移，该相位差标记为
Figure G200710087890420070329D000101
。当
Figure G200710087890420070329D000102
为0+2nπ时(这里n为整数)，由第一辐射强度检测器225所检测到的对应于没有通过波片的子辐射束221的辐射强度具有最大强度。当第一衍射光栅211相对于第二衍射光栅214移动时，相位
Figure G200710087890420070329D000103
发生变化，导致由第一辐射强度检测器225检测到的强度发生变化。因此，监视由辐射强度检测器225所检测到的强度的振荡，就能检测第一衍射光栅211相对于第二衍射光栅214的位移。
第二辐射强度检测器226检测相应的信号。但是，该波片224构造成引入相移θ+2mπ，这里m为整数。因此，θ可以选择成这样，即，当这两个衍射光栅彼此相对移动时，由辐射强度传感器225、226检测到的信号异相，例如相差90°。因此，当监视由第一和第二辐射强度检测器225、226两者所检测到的强度时，不但可以确定第一衍射光栅221相对于第二衍射光栅214的位移大小，而且可以确定位移方向。而且，监视两个信号提高了测量的准确度。例如，随着第一衍射光栅211相对于第二衍射光栅214移动，由辐射强度传感器225、226之一所检测到的辐射强度达到最大，对于第一和第二衍射光栅211、214的给定的相对运动来说，该检测器所检测到的强度方面的变化变小，降低了单独考虑该辐射强度传感器的输出而获得准确度的可能性。但是，因为两个辐射强度传感器225、226的信号不同相，所以，另一个辐射强度传感器不会同时检测到最大辐射强度，因此，其能够提供对第一和第二衍射光栅211、214的相对位移的准确测量。
通过用辐射分束器220提供更多的子辐射束，以及将这些额外的子辐射束以与第二子辐射束222相同的方式布置，且使得每个子辐射束都具有对应于不同相位差的不同厚度的波片，这可以进一步提高准确度。例如，在带有三个子辐射束的配置中，传感器216可以构造成这样，即，使第二和第三辐射强度检测器(即那些在辐射束路径中包括有波片的辐射强度检测器)分别与第一辐射强度检测器所检测的信号相位相差大约120°和240°。应当明白，可以使用任意适当数量的子辐射束。
如上所述的编码器有效地测量来源于第一衍射光栅的正1级衍射辐射和第一衍射光栅的负1级衍射辐射的辐射之间的相位差。该相位差取决于这两个光栅的相对位置，并随一个光栅相对于另一个光栅的移动而变化。但是，一个辐射束路径的环境条件与另一个射束路径的不同可能会降低测量的准确度，尤其是因为辐射束沿着不同路径传播的路径长度可以占该位移测量传感器中的辐射路径总长度的大部分。
因此，提出了依照本发明一个实施例的位移测量系统。这样一种位移测量系统描绘在图2a、3b、2c和2d中，这些图分别是该系统的顶视图、该系统的侧视图、该系统的前视图和该系统的透视图。
第一辐射束10由辐射源11提供。应该明白，辐射源11可以包括用于产生辐射束10的部件。或者作为选择，该辐射束也可以在该位移测量系统外部(以及在该位移测量系统用作光刻装置的一部分的地方，或者在该光刻装置本身外部)产生，在这样的情况下，该辐射源11将根据需要引导和/或调节辐射，以提供该辐射束10。
如图所示，辐射束10经由第一反射器12被引导至第一衍射光栅13。第一辐射束10在点14处入射到第一衍射光栅13上。该衍射光栅13为透射型，第一子辐射束15(对应于来自第一衍射光栅13的正1级衍射辐射)和第二子辐射束16(对应于来自第一光栅13的负1级衍射辐射)入射到第二光栅17上。第二光栅17为反射型。对应于正1级衍射辐射和负1级衍射辐射的子辐射束15、16被第二衍射光栅17反射并衍射。该第二衍射光栅具体构造成这样，即，使得来源于由第一光栅13衍射的正1级辐射15的衍射辐射18从第二衍射光栅17反射回到第一衍射光栅13上的第二点20上。同样，来源于由第一光栅13衍射的负1级辐射16的衍射辐射19被第二衍射光栅17衍射，并被反射回到第一衍射光栅13上的第二点20上。这两个子辐射束18、19随后被第一衍射光栅13进一步衍射，并有效地重新组合，以形成第二辐射束21。因此，虽然对应于正1级衍射辐射和负1级衍射辐射的辐射沿不同路径传播了它们各自的一部分长度，但是，与传统位移测量系统相比，它们沿不同路径传播的路径长度比较短。特别是，在依照本发明该实施例的配置中，与传统配置相比，正负1级衍射辐射沿不同路径传播的总路径长度的比例更短。因此，如图2a-图2d所示，依照本发明该实施例的该系统不易受在辐射束所通过的空气中的变化的影响，例如湍流和热变化。
为了确保一旦来源于第一光栅的正负1级衍射辐射的辐射被第二光栅衍射然后就在第一光栅上重合，一种构造第一和第二衍射光栅的便利方式是：选择第一和第二衍射光栅，使第二衍射光栅的栅距大约为第一衍射光栅的栅距的一半。
如图2a-图2d的实施例所示，第二辐射束21可以由第二反射器22反射到角隅反射体(cornercube)23，所述角隅反射体23将第二辐射束沿基本上平行于该角隅反射体设置方向的方向返回至该第二反射器22。第二辐射束21随后再次被第二反射器22反射，并由此被引导返回到第一光栅13。
因此，第二辐射束21进行与第一辐射束10相同的过程，即，被第一衍射光栅13衍射，被第二衍射光栅17衍射并反射，对应于由第一衍射光栅13首次衍射的正负1级衍射辐射的辐射在单个点24处入射到第一衍射光栅上，在其上被进一步衍射，并组合形成单个第三辐射束25，所述第三辐射束25被第一反射器12反射至传感器26，所述传感器26以传统方式确定第一和第二衍射光栅13、17的相对运动。
由于第二辐射束21被重新定向而第二次穿过该由衍射光栅13、17构成的系统，该系统不易受到由一个部件相对于另一个部件的转动所引起的误差的影响，该转动例如是第一衍射光栅13相对于第二衍射光栅17的转动。
图2d所示的位移测量系统的实施例的透视图显示了衍射光栅13、17的栅线的方向。应当理解，和传统位移测量系统一样，由位移测量系统所测量的移动方向是两个相互平行的衍射光栅13、17在基本上平行于衍射光栅平面以及基本上垂直于衍射光栅栅线方向的方向上的相对移动。
如上所建议的，依照本发明一个实施例的位移测量系统可以用来测量光刻装置内部的一个部件相对于另一部件的位移。例如，实施例1所示的和如上所述的位移测量系统可以用来测量光刻装置中的基底台相对于参照框架的位移。由此，可以确定基底台相对于参照框架的位置。因此，又可以确定基底台相对于光刻装置内部的其它部件(例如投影系统)的位置。在这种情形下，第一衍射光栅13以及第一和第二反射器12、22可以连接到例如基底台边缘上，第二衍射光栅17和角隅反射体23可以连接到参照框架上。因此，第二衍射光栅17相对于第一衍射光栅13的位移的测量对应于基底台相对于参照框架的位移。辐射源11和传感器26也可以安装到该参照框架上。
在如上所述有关图13和14所示的本发明实施例的方式中，在本发明该实施例的位移测量系统中，可以对由第一衍射光栅衍射的负1级辐射和正1级辐射中的至少一个辐射进行偏振。在如图4所示的适当配置中(图4是图2c和3c的位移测量系统的局部前视图)，偏振器35、36可以方便地设置在第二光栅17上。如图4所示，如果需要，可以设置一吸收器38，以吸收零级辐射。优选地，分别对应于由第一衍射光栅13衍射的正1级和负1级辐射31、32的偏振器35、36在相互垂直的方向上偏振该辐射。
图3a、3b、3c和3d分别描绘了依照本发明第二实施例的位移测量系统的顶视图、侧视图、前视图和透视图。图3a-图3d的实施例大部分与图2a-图2d实施例一致，其说明不再重复。图3a-d的实施例与图2a-d实施例的不同之处在于，角隅反射体23被替换为棱镜30。
用棱镜代替角隅反射体的好处在于，其可以形成长型部件，例如，具有如图3b所示的横截面，但在其所附着的物体的整个长度上延伸。相反，该角隅反射体不能制造成长型形式。因此，角隅反射体应当与第二衍射光栅安装到同一物体上，但是棱镜可以安装到任一物体上，如果安装到第一物体上，则其形成一长型棱镜。例如，在光刻装置的情形中，棱镜可以安装到基底台上，其在基底台一侧的长度上延伸，而角隅反射体则需要安装到参照框架上。前者配置提供了一种不易受基底台转动影响的位移测量传感器。
位移测量系统使用棱镜的另一个好处在于，虽然没有在图3a、3b、3c和3d中描绘，但是，该位移测量系统可以进一步构造成可检测透射通过该第一衍射光栅的零级辐射。该零级辐射和与由第一衍射光栅衍射的正1级和负1级辐射中的任一个辐射之间的路径长度差取决于第一和第二衍射光栅在基本上垂直于第一和第二衍射光栅平面的方向上的间隔。因此，除了测量在基本上平行于衍射光栅平面且基本上垂直于衍射光栅栅线的方向上的位移之外，依照本发明一个实施例的位移测量系统还能够通过配置传感器以比较零级辐射与正负1级辐射中的至少一个辐射的路径长度，以测量这些衍射光栅(以及其所附着到的部件)在基本上垂直于衍射光栅平面的方向上的间隔。
如图4所示，如果该位移测量系统要测量在基本上垂直于光栅平面的方向上的位移，可以在第二光栅上设置附加偏振器37，并且该附加偏振器37定向成使得该零级辐射34与正1级和负1级辐射33中用于检测该垂直于光栅平面的位移的一个辐射在基本相互垂直的方向上偏振。
图5a描绘了依照本发明一个实施例的位移测量系统的侧视图。该实施例类似于图3a-图3d的实施例，所以，这里只描述两个实施例之间的区别。如图所示，图3a-图3d实施例中的反射器和角隅棱镜已经被替换为单个棱镜40。该棱镜40的单个面41代替了图3a-图3d实施例中的反射器。同样，棱镜40的另两个面42、43之间的角部代替了图3a-d实施例的角隅棱镜。另外一个好处是，第一光栅13可以形成在该棱镜40的第四面44上。例如，如果位移测量系统要用于测量光刻装置内部的基底台的位移，则该实施例会尤其有好处。这是因为仅有单个部件(即棱镜40)需要安装到例如基底台的边缘上。这不仅便于光刻装置的制造，而且能最小化该位移测量系统在光刻装置内部的空间需求，以及最小化由该位移测量系统的各部件相对于该位移测量系统内部的其它部件的位置变化引入误差的可能性。
图5b和5c描绘了对应于图5a所示的位移测量系统的透视图。
如图所示，该系统具有三个位移测量系统51、52、53。第一和第三位移测量系统51、53测量第一和第二衍射光栅54、55在基本上垂直于衍射光栅54、55平面的方向上的相对位移。应该明白，因为第一和第三位移测量系统在基本上垂直于它们的测量方向的方向上彼此分离，所以，也可以测量这两个衍射光栅54、55的相对转动。第二位移测量系统52用于测量衍射光栅54、55在基本上平行于衍射光栅54、55平面且基本上垂直于它们的栅线的方向上的相对位移。
以与关于图4所述相同的方式设置偏振器56、57、58、59，它们附着于第二衍射光栅55，以在相互垂直的方向上偏振用于各位移测量系统的两部分辐射。如图所示，偏振器56、58在垂直于偏振器57、59的方向上偏振辐射。设置吸收器60来吸收第二位移测量系统52的零级辐射。
图5d描绘了图5a、5b和5c的配置的一种变形。在这种情况下，该棱镜65布置这样，即，使得来自辐射源的辐射最初所入射到的棱镜面65a基本上垂直于该辐射束。因此，该辐射在空气与该棱镜面60a之间的边界处没有折射。
图6a、6b、6c和6d分别描绘了依照本发明一个实施例的位移测量系统的顶视图、侧视图、前视图和透视图。在该实施例中，两个衍射光栅都可以为反射型。这尤其对使用容易被吸收的辐射有好处。这还可以进一步地简化该衍射光栅的制造。另外一个好处是，在这种情况下，位移测量方向基本上平行于由辐射源所提供的辐射束的方向。
在这种情况下，第一辐射束70被引导至位于第二衍射光栅的第一和第二部分72、73之间的第一衍射光栅71上。第二衍射光栅可以形成为两个完全分开的衍射光栅，或者可以形成为在中间带有间隙的单个衍射光栅。第一衍射光栅71与第二衍射光栅的第一和第二部分72、73构造成这样，即，使得由第一光栅衍射的正1级衍射辐射入射到第二衍射光栅的第一部分72上，而由第一光栅衍射的负1级衍射辐射入射到第二衍射光栅的第二部分73上。和其它实施例一样，第二衍射光栅的第一和第二部分72、73构造成使得辐射分别被衍射，并被反射返回至第一衍射光栅71的一共同点，以形成共同的辐射束，这样，由第一衍射光栅衍射的正1级辐射和负1级辐射在尽可能大的长度上沿着共同的辐射束路径。
图7a、7b、7c和7d分别描绘了依照本发明一个实施例的位移测量系统的顶视图、侧视图、前视图和透视图。如图所示，第一辐射束81由辐射源80提供。应当明白，和本发明的其它实施例一样，辐射源80可以包括用于产生辐射束81的部件。或者作为选择，该辐射束也可以在该位移测量系统外部(以及在位移测量系统用作光刻装置的一部分的地方，或者在该光刻装置本身外部)产生，在这样的情况下，该辐射源80将根据需要引导和/或调节该辐射，以提供辐射束81。
如图7a-7d所示，辐射束81可以经由第一反射器82引导至第一衍射光栅83。如图所示，第一衍射光栅83为透射型，其连接于第一棱镜84。应该明白，在第一衍射光栅83与第一棱镜84之间可以存在间隙。但是，如图7a-7d所示，在第一衍射光栅83与第一棱镜84之间也可以没有间隔。特别是，第一衍射光栅83可以形成在第一棱镜84的表面上。
该辐射在第一衍射光栅83的第一点上入射并被衍射，从而产生正1级和负1级衍射辐射85、86。正1级和负1级衍射辐射85、86透过第一棱镜84传播，并分别在第二衍射光栅的第一和第二点处入射到第二衍射光栅87上。第二衍射光栅87也为透射型，其附着于第二棱镜88。和第一衍射光栅83与第一棱镜84一样，第二衍射光栅87和第二棱镜88可以连接成使得它们之间有间隙或者没有间隙。同样，第二衍射光栅87也可以形成在第二棱镜88的表面上。
来源于由第一衍射光栅83衍射并分别在第二衍射光栅87的第一点和第二点处入射的正1级和负1级衍射辐射85、86的辐射进一步被第二衍射光栅87衍射，并且传播通过该第二棱镜88。该第二棱镜88的形状设计成这样，即，使得从第二衍射光栅87上的第一点和第二点传播来的辐射被反射，并分别在第二衍射光栅87的第三和第四点处入射到第二衍射光栅87上，并且其入射方向基本上平行于从第二衍射光栅87的第一点和第二点传播来的辐射的传播方向。入射到第二衍射光栅87的第三点和第四点上的辐射进一步被第二衍射光栅87衍射，然后传播通过该第一棱镜84，并入射到第一衍射光栅83的第二点上。因此，来源于最初由第一衍射光栅83衍射的正1级和负1级衍射辐射85、86两者的辐射在一共同点(即第二点)处入射到第一衍射光栅83上。该辐射进一步被第一衍射光栅83衍射，并且从第一衍射光栅的该第二点开始在一共同方向上传播，以形成第二辐射束89，所述第二辐射束89可以被反射至传感器90。随后，以上面所讨论的方式，传感器26可以确定第一和第二衍射光栅83、87的相对运动。
虽然在图7a-7d中没有显示，但是应当理解，第一和第二衍射光栅83、87的栅线方向布置成基本上垂直于图7b所示的侧视图所在平面。因此，图7a-图7d的实施例所提供的位移测量系统测量衍射光栅在平行于由辐射源提供的辐射束方向的方向上的相对位移。
如图7b所示，第一棱镜84可以布置成这样，即，使得第一衍射光栅83所连接的第一棱镜84的第一面84a可以平行于第一棱镜84的第二面84b，在入射到第二衍射光栅87上之前，该正1级和负1级衍射辐射85、86从该第二面84b传播。有利地，第一棱镜84可以具有矩形横截面。
为了确保从第二衍射光栅87上的第一和第二点传播的辐射被反射成这样，即，使得分别在第三和第四点处入射到第二衍射光栅上的该反射辐射基本上平行于从第二衍射光栅87上的第一和第二点传播的辐射，该第二棱镜88可以是角隅棱镜。特别是，如图7a-7d所示，第二棱镜88可以是长型角隅棱镜，以允许该位移测量系统能够测量该第一衍射光栅83相对于第二衍射光栅87沿第二衍射光栅87(以及第二棱镜88)的长度上的任意点处的位移。
如图所示，虽然该正1级和负1级衍射辐射沿着占辐射束路径长度很大比例的不同辐射束路径传播，但是，对与正1级和负1级辐射分开的辐射束路径的很大部分来说，该辐射是通过第一和第二棱镜84、88，而不是通过环境空气。因此，与例如传统配置相比，在依照该实施例的配置中，由于正1级和负1级辐射沿着不同路径通过空气的那部分路径长度相当短，所以该位移测量系统不易受辐射束所通过的空气中的变化的影响，例如湍流和热变化。
和前述实施例一样，应该明白，第一衍射光栅83可以附着于第一物体，第二衍射光栅87可以附着于第二物体。因此，对第一衍射光栅83相对于第二衍射光栅87的位移的测量提供了对第一物体相对于第二物体的位移的测量。有利地，第一棱镜84可以连接到第一物体上，第二棱镜88可以连接到第二物体上。这里所用的辐射源80、传感器90和反射器82均可以连接到第二物体上。
虽然在图7a-7d中没有示出，但是，依照该实施例的位移测量系统可以以上述的方式进行修改，以额外提供一种位移测量传感器来测量第一衍射光栅83相对于第二衍射光栅87在基本上垂直于衍射光栅83、87平面的方向上的位移。特别是，可以提供类似于所示的那样但经过修改的配置，使得将正1级和负1级衍射辐射85、86之一与从第一衍射光栅83传播的零级辐射相比较，以替代对第一衍射光栅83衍射的正1级辐射85与负1级辐射86进行比较，或者进行上述两种比较。在这样的配置中，可以通过比较零级辐射与正1级和负1级衍射辐射之一的路径长度来测量第一衍射光栅83相对于第二衍射光栅87的位移。
应当理解，和上述实施例一样，图7a-图7d实施例的位移测量系统依靠对来源于两个辐射束路径的辐射进行比较。因此，可以以上述方式提供偏振器，以在基本上相互垂直的方向上偏振这两个辐射束路径的辐射。
图7e描绘了图7a-7d中所示的位移测量系统的变形配置。在该变形中，在图7a-7d的配置中具有矩形横截面的第一棱镜84和反射器82由单个棱镜184代替，所述棱镜184布置成使得由辐射源提供的辐射束181反射离开棱镜184的倾斜面184a。第一衍射光栅183为反射型，其布置在棱镜184的倾斜面184a上。因此，辐射束181由该衍射光栅183衍射，正1级辐射和负1级衍射辐射185、186穿过棱镜184传播，并且可以分别由布置在棱镜184的第二面184b上的偏振器188、189偏振，例如，在入射到第二衍射光栅187上之前进行偏振。
图7f描绘了一种变形，其对应于图7e中所示的位移测量系统配置，但用用透射型衍射光栅183′来代替反射型衍射光栅183，其布置在辐射束181′最初入射到的棱镜184′的面184b′上。因此，辐射束181′由透射型衍射光栅183′衍射，正1级和负1级衍射辐射185′、186′穿过棱镜184′传播，并分别由棱镜184′的倾斜面184′反射，该正1级和负1级衍射辐射185′、186′可以在入射到第二衍射光栅187′上之前由各自的偏振器188′、189′偏振。
除上述不同内容之外，图7e和7f所示的位移测量系统配置与图7a-7d所示的配置相同。
图8a、8b和8c描绘了依照本发明一个实施例的位移测量系统的透视图。图8d和8e更加详细地描绘了该位移测量系统的一部分。该实施例的位移测量系统提供了组合上述位移测量系统的一个示例性配置。应当明白，上面所讨论的位移测量系统的其它组合也是可以的，任何这样的组合都应当认为在本申请的范围之内。
该系统包括第一和第二位移测量系统91、92，这两个系统起到与如上所述的图5b和5c所示的第一和第二位移测量系统51、52相同的功能。因此，第一和第二位移测量系统91、92采用第一衍射光栅93和第二衍射光栅94，并分别测量第一和第二衍射光栅93、94在第一方向(该第一方向在衍射光栅93、94平面内并且基本上垂直于第一和第二衍射光栅93、94的栅线)上和第二方向(该第二方向基本上垂直于衍射光栅93、94的平面)上的相对位移。这些方向分别对应于图8a所示的y方向和z方向。
该系统还包括第三位移测量系统95，所述第三位移测量系统类似于如上所述的图7a-图7d实施例，其测量第三衍射光栅96相对于第四衍射光栅97在基本上平行于第一、第二和第四衍射光栅93、94、97且基本上垂直于第一测量方向的方向上的位移(该方向也基本上垂直于第三和第四衍射光栅96、97的栅线)。该方向相当于图8a所示的x方向。
图8d和8e分别描绘了图8a、8b和8c所示系统的侧视图和前视图，但只显示了用于第三位移测量系统95的辐射束路径。和图7a-图7d实施例一样，辐射束被第三衍射光栅96(其相当于图7a-图7d实施例中的第一衍射光栅)衍射，正1级和负1级衍射辐射通过棱镜98传播，第三衍射光栅96连接于棱镜98。正1级和负1级衍射辐射在第四衍射光栅97(其相当于图7a-图7d实施例中的第二衍射光栅)上的第一点和第二点入射，进一步被第二衍射光栅衍射，并通过第二棱镜99传播。第二棱镜99反射来源于由第三衍射光栅96衍射的正1级和负1级衍射辐射的辐射，使得该辐射分别在第四衍射光栅97的第三点和第四点上入射，其入射方向沿基本上平行于从第四衍射光栅97上的第一点和第二点传播的辐射方向。在第四衍射光栅97上的第三点和第四点上入射的辐射进一步被衍射，通过第一棱镜84传播，并在第三衍射光栅96上的第二点上入射，和图7a-图7d的实施例一样，来源于由第三衍射光栅96衍射的正1级和负1级衍射辐射的辐射返回至第三衍射光栅96上的一共同点(即第二点)。在第三衍射光栅96上的第二点入射的辐射进一步被第三衍射光栅96衍射，并且在共同方向上传播以作为第二辐射束，所述第二辐射束被引导至第三位移测量系统95的相应传感器。
如图8a-8e所示，图8a-8e所示系统中的第三位移测量系统95与图7a-图7d所示实施例中的位移测量系统的不同在于，第三衍射光栅96为反射型，并安装成使得在第三衍射光栅96上的第一点入射的第一辐射束通过第一棱镜98传播，以便入射到第四衍射光栅97上。因此，如图所示，第三位移测量系统95的第一棱镜98可以与用于第一和第二位移测量系统91、92的棱镜相同。
如图所示，第三位移测量系统95可以包括偏振器78、79，以便在基本上相互垂直的方向上分别偏振来源于正1级和负1级衍射辐射的辐射。
如上所述，提供了一种位移测量系统，其能够测量第一衍射光栅相对于与第一衍射光栅平行的第二衍射光栅在基本上平行于两个衍射光栅平面且基本上垂直于衍射光栅栅线的方向上的位移。另外，该位移测量系统也可以替换地或附加地构造成测量第一衍射光栅相对于第二衍射光栅在基本上垂直于两个衍射光栅平面的方向上的位移。通过提供第三衍射光栅和第四衍射光栅(其中，所述第三衍射光栅邻近第一衍射光栅，并与第一衍射光栅布置在同一平面内，但第三衍射光栅栅线的基本上垂直于第一衍射光栅的栅线；所述第四衍射光栅邻近第二衍射光栅，并与第二衍射光栅布置在同一平面内，但第四衍射光栅的栅线基本上垂直于第二衍射光栅的栅线)，可以提供一种还可以测量第一和第三衍射光栅(两者都连接于第一物体)相对于第二和第四衍射光栅(两者都附着于第二物体)在基本上平行于衍射光栅平面且基本上垂直于第一测量方向的方向上的位移。使用这种系统能够测量一个物体相对于另一个物体在三维空间中的位置。例如，在光刻装置中，可以使用这样的系统来测量用于支撑基底的基底台相对于参照框架在三维空间中的位置。
图9描绘了用于基底台100的可行测量系统。该系统包括四个如上所述的位移测量系统101、102、103、104。第一位移测量系统101包括连接于基底台100的衍射光栅101a、101b和连接于参照框架105的衍射光栅101c、101d。如图所示，衍射光栅101a和101c具有基本上平行于图9所示的y轴的栅线，因此，其可以用于测量基底台100相对于参照框架105在x方向上的移动。而，衍射光栅101b、101d具有基本上平行于x轴的栅线，因此，其可以用于测量基底台100相对于参照框架105在y方向上的移动。
第二、第三和第四位移测量系统102、103、104具有一致的构造。因此，这四个位移测量系统都能够测量基底台100相对于参照框架105在x和y两个方向上的运动。另外，任何或所有位移测量系统都可以构造成测量基底台100相对于参照框架105在z方向上的运动。这种冗余信息有好处，因为，例如可以产生有关基底台100发生任何变形的信息，例如热膨胀或收缩。
替换地或附加地，通过提供能够测量基底台100相对于参照框架105在同一方向上的运动的多个位移测量系统，也可以用来确定转动角位移。例如，由位移测量系统101、103所测得的z方向的位移差可用来确定基底台100相对于参照框架105绕基本上平行于y轴的轴线的转动角位移。同样，由位移测量系统102、104所测得的z方向的位移差可用来确定基底台100相对于参照框架105绕基本上平行于x轴的轴线的转动角位移。而且，对位移测量系统102、104所测得的基底台100相对于参照框架105在x方向上的位移进行比较，并且对由位移测量系统101、103所测得的基底台100相对于参照框架105在y方向上的位移比较，提供了对基底台100相对于参照框架105绕平行于z轴的轴线的转动角位移的测量。
对基底台100相对于参照框架105的转动测量是非常重要的，例如因为一般而言，是在基底上的一位置处来测量基底100相对于参照框架105在平行于x、y和z轴方向上的位移，但是，该位置不同于实际上需要知道位移的基底100上的点。例如，希望知道基底台100上的该关注点106相对于参照框架105的位移，该关注点106可以对应于投影辐射束被光刻装置投影到的以便曝光该基底的点。所以应当明白，一般而言，该关注点106相对于光刻装置的投影系统是固定的，而投影系统又可以相对于参照框架105是固定的。因此，该关注点106相对于参照框架105是固定的，并因此，当基底台100相对于参照框架105移动时，该关注点106相对于基底台移动。实际上，因而，测量基底台100相对于参照框架105的位移的意图是确定该关注点106在基底台100上的位置。
考虑图9应当明白，不可能直接测量基底台100在该关注点106处的位移。而是如上所述在位移测量系统的两个衍射光栅交叉的点处测量该位移。例如，在图9所示的配置中，第一位移测量系统101在衍射光栅101b、101d交叉的点101e处测量基底台100相对于参照框架105在基本上平行于y轴的方向上的位移。应当明白，基底台100上的点在该关注点106处在基本上平行于y轴的方向上的位移等于：由第一位移测量系统101测得的在基本上平行于y轴的方向上的位移加上一乘积，该乘积是基底台100相对于参照框架105绕z轴的角位移乘以第一位移测量系统101与关注点106之间在x方向上的距离D1。因此，对于在该关注点106处沿平行于x、y和z轴方向的准确位移测量来说，还希望准确地确定绕x、y和z轴的角位移。
如上所述，基底台100相对于参照框架105的角位移可以通过比较两个线位移测量结果来确定。应当明白，所确定的角位移的准确度取决于线位移测量的准确度以及测量线位移所用的测量点之间的间隔。一般而言，在与线位移测量的测量方向和所要确定的角位移所绕的轴线两者均垂直的方向上的间隔越大，所确定的角位移的准确度越高。因此，如上所述，为了确定基底台100相对于参照框架105绕z轴的角位移，可以比较由第一和第三位移测量系统101、103测得的在基本上平行于y轴方向上的位移，或者可以比较由第二和第四位移测量系统102、104测得的在基本上平行于x轴方向上的位移。不论是哪种情况，测量点之间的间隔至少为该基底台100的宽度。还可以通过比较由例如第一和第四位移测量系统101、104所测得的在平行于x或y方向上的线位移，来确定基底台100相对于参照框架105绕z轴的角位移。但是，在这种情况下，各线位移测量的测量点之间的间隔会是基底宽度的大约一半，因此，准确度较低。
应当明白，也可以是处于其自身的缘故而希望测量基底台100相对于参照框架105的角位移。例如，就绕z轴的角位移来说，其可以用于确保正确的覆盖。但是，如上所述，为了调节线位移测量结果，也需要确定该角位移，以便补偿线位移测量点与该关注点106之间的差异。如上所述，对该线位移测量的校正量对应于该关注点106与测量点101e之间的距离D1的乘积。所以，为了最小化该校正量以及在确定角位移中任何误差的影响，希望最小化该关注点106与测量点101e之间的距离D1。一般而言，该线位移测量的准确度，包括对该角位移的校正量在内，可以通过相对于关注点与用于确定该未校正线位移的测量点101e之间的间隔尺寸来最大化用于确定该角位移的测量点之间的间隔尺寸而达到最大化。已经发现，如果前者至少为后者的两倍，则可以提供足够高的准确度。
应当明白，如上所述用于在单个方向上测量位移的位移测量系统的各个部分都可以根据如上所述的任一实施例进行构造。还应当明白，虽然该实施例是以测量光刻装置中的基底台100相对于参照框架105的位移方面进行描述的，但是所述的位移测量系统一般可以用来测量任何一个部件相对于另一个部件的位移。
图10描绘了用于测量例如光刻装置中的基底台的位置的位移测量系统。如图所示，该系统的冗余比图9所述的系统少。特别是，具有三个位移测量系统110、111、112。第一位移测量系统110包括连接于基底台100的第一光栅110a和连接于参照框架105的第二衍射光栅110b。两个光栅都具有基本上平行于y轴定向的栅线。因此，第一位移测量系统101可以用来测量基底台100相对于参照框架105在基本上平行于x轴的方向上的位移。第二位移测量系统111包括连接于基底台100的第一衍射光栅111a和连接于参照框架105的第二衍射光栅111b。第二位移测量系统的两个衍射光栅都具有基本上平行于x轴定向的栅线。因此，第二位移测量系统111可以用来测量基底台100相对于参照框架105在基本上平行于y轴的方向上的位移。因此，第一和第二位移测量系统提供了足够的信息来测量基底台100相对于参照框架105在x-y平面内的位移。
第三位移测量系统112包括连接于基底台100的第一衍射光栅112a和连接于参照框架105的第三衍射光栅112b。和第一位移测量系统110一样，第三位移测量系统112的衍射光栅112a、112b定向成使得衍射光栅112a、112b的栅线基本上平行于y轴。因此，如上所述，第三位移测量系统112可以与第一位移测量系统110结合，以便测量基底台在例如x方向上的扭曲。但是，替换地或附加地，连接于参照框架105的第一和第三位移测量系统110、112的衍射光栅110b、112b可以按图10所示进行连接。在该配置中，衍射光栅110b、112b以偏移的方式连接于参照框架105。特别是，衍射光栅110b在沿y轴与衍射光栅112b不同的位置处连接参照框架105。因此，基底台100相对于参照框架105绕z轴的任何转动都可以通过第一和第三位移测量系统110、112所测得的基底台100相对于参照框架在x方向上的位移之差来识别。
在图10所示的配置中，第二位移测量系统111的衍射光栅111b与该关注点106对齐。因此，不管基底台100相对于参照框架105如何运动，第二位移测量系统111的y向位移测量点111e总是与该关注点106对齐。因此，第一位移测量系统111的测量位置111e与该关注点106之间在x方向上的间隔为零，基底台100相对于参照框架105绕z轴的任何转动都不会影响在平行于y轴的方向上的线位移测量的准确度。
如上所述，确定基底台100相对于参照框架105绕z轴的角位移的准确度取决于第一和第三位移测量系统110、112在x方向上的线位移测量点110e、112e之间在y方向上的间隔D2。因此，调节附着于参照框架105的衍射光栅110b、112b的位置以便增加间隔D2，可以提高确定绕z轴角位移的准确度。
虽然上面已经论述了利用确定基底台100相对于参照框架105的角位移来校正线位移测量结果，以补偿关注点106与测量点之间在位置上的差异，但是，在某些情况中，可能不需要这样。例如，在图10所示的配置中，连接于参照框架105的第一和第三位移测量系统110、112的衍射光栅110b、112b定位成这样，即，使得第一和第二位移测量系统110、112各自的测量点110e、112e在y方向上位于该关注点106的两侧，并且与该关注点106等距离。因此，由第一和第三位移测量系统110、112测得的沿x方向的线位移的平均值是在关注点106处沿x方向的线位移，无论基底台100绕z轴的角位移是多少。可以提供类似的配置来提供对y方向和z方向上的角位移测量结果所引起的误差不敏感的准确线位移测量结果。
如上所述，这些位移测量系统可以构造成测量位移测量系统的两个衍射光栅在基本上垂直于衍射光栅平面的方向上的相对位移。因此，希望将这些位移测量系统110、111、112构造成使得这些系统中的一个或多个系统可以测量各自的衍射光栅在平行于z轴的方向上的相对运动。在这样的系统中，则除在x-y平面内的位移之外，还可以测量基底台100相对于参照框架105在平行于z轴的方向上的位移。另外，通过比较由位移测量系统110、111、112中的两个系统确定的在z方向上的位移，可以确定基底台100相对于参照框架105绕x轴和y轴的转动。因此，可以提供能够测量六个自由度的位移。
图11描绘了本发明的另一个实施例。类似于图10所示的配置，该配置包括测量基底台100相对于参照框架105在y方向和z方向(可选)上的位移的第一和第二位移测量系统121、122以及测量基底台100相对于参照框架105在x方向上的位移的第三位移测量系统120。但是，如图所示，图11所示的配置与图10所示配置之间的区别在于，第一和第二位移测量系统121、122布置成使得连接于参照框架105的衍射光栅121a、122a在基本上平行于x轴的方向上是长型的，即在基本上平行于衍射光栅栅线的方向上是长型的。同样，连接于参照框架105的第三位移测量系统120的衍射光栅120a在基本上平行于x轴的方向上是长型的并延伸，在这种情况下，是基本上垂直于其栅线是长型的且延伸。因此，不需要有该位移测量系统的任何部件从参照框架105在平行于y轴的方向上的延伸。这种配置对避免例如与光刻装置的其它部件的冲突有好处。
与图10所示配置相比，这种配置的另一个好处在于，提高了对基底台100相对于参照框架105绕平行于z轴的轴线的转动角位移的测量准确度。这是因为，在这种构造中，第一和第二位移测量系统121、122测量基底台100相对于参照框架105在y方向上的位移的测量点121e、122e在基本上平行于x轴的方向上的间隔D3明显大于图10所示第一和第三位移测量系统110、122测量基底台100相对于参照框架105在x方向上的位移的测量点之间在y方向上的间隔。
以与图10所述的用于测量y方向上的位移的第二位移测量系统111的配置相同的方式，在图11的配置中，附着于参照框架105的第三位移测量系统120的衍射光栅120b与关注点106对齐，这样，在x方向上的线位移的测量不会受到基底台100相对于参照框架105绕z轴的转动角位移的影响。
如图11所示的配置中，在这些测量点处测量的基底台100相对于参照框架105在第一方向(在这种情况下，由第一和第二位移测量系统121、122测量的y方向)上的位移的测量结果是取在该测量方向上的位移测量结果的平均值，其中，所述测量点在沿基本上垂直于测量方向的方向上(在这种情况下，沿x方向)间隔开。这种配置的另一个好处在于，可以消除由绕基本上垂直于测量方向且垂直于这些测量位置分开的方向的轴线(在这种情况下，绕z轴)的转动角位移所引入的误差。如前所述，两个位移测量系统的测量点的间隔越大，准确度越高。应当明白，该特征也可以实施于本发明的其它实施例。
应当明白，同样，该系统可以布置成使得该位移测量系统的所有部件都从基底台100沿平行于y轴的方向延伸，且没有一个部件沿平行于x轴的方向延伸。
显而易见，像该第七实施例一样，该第八实施例可以构造成提供能够测量六个自由度的位移的测量系统。
图12描绘了依照关于本发明第二方面的第九实施例的另一个替换配置。
该配置包括第一和第二位移测量系统130、131。第一位移测量系统130具有连接于基底台100的第一和第二衍射光栅130a、130b。第一衍射光栅130a布置成其栅线基本上平行于y轴。第二衍射光栅130b布置成其栅线基本上平行于x轴。第一位移测量系统130还包括连接于参照框架105的第三和第四衍射光栅130c、130d。第三衍射光栅130c布置成其栅线基本上平行于y轴，因此，其可以结合第一衍射光栅130a使用，以便测量基底台100相对于参照框架105在x方向上的位移。第四衍射光栅130d布置成其栅线基本上平行于x轴，因此，其可以结合第二衍射光栅130b使用，以测量基底台100相对于参照框架105在平行于y轴的方向上的位移。
第二位移测量系统131包括连接于参照框架105的衍射光栅131a，其布置成其栅线平行于y轴。第二位移测量系统131的衍射光栅131a与第一位移测量系统130布置在基底台100的同一侧上。因此，第二位移测量系统131的衍射光栅131a可以与第一位移测量系统的第一衍射光栅130a结合使用，以便提供对基底台100相对于参照框架105在基本上平行于x方向的方向上的位移的进一步测量。所以，虽然整个位移测量系统布置在基底台的单侧上并因此使基底台的其它三侧可供光刻装置的其它部件使用，但是，仍然可以测量基底台100相对于参照框架105在x方向和y方向上的位移。
此外，通过比较第一和第二位移测量系统130、131测量的在x方向上的两个位移，可以确定基底台100相对于参照框架105绕z轴的转动。如上所述，确定基底台100相对于参照框架105绕z轴的角位移的准确度由第一和第二位移测量系统130、131的测量点130e、131e之间在y方向上的间隔D4限定。
如前所述，第一和第二位移测量系统两者都可以构造成附加地测量各自的光栅在z方向上的位移。因此，可以测量基底台100相对于参照框架105在z方向上的位移以及绕x轴和y轴的转动角位移。例如，通过比较在z方向上测得的线位移(例如在测量点130e、131e处测量该线位移)，可以确定绕x轴的角位移，在这样的情况下，所确定的角位移的准确度将再次取决于测量点130e、131e之间在y方向上的间隔D4。在测量点130f处由第一位移测量系统利用衍射光栅130b、130d测量在z方向上的线位移(其中，该衍射光栅130b、130d还用于确定在y方向上的位移)，通过对在测量点130f处测量的在z方向上的线位移与在测量点130e、131e处测量的在z方向上的任一线位移进行比较，可以确定基底台100相对于参照框架105绕y轴的角位移。但是，在这种情况下，所确定的角位移的准确度将由第一测量点130f和任一个其它测量点130e、131e之间在x方向上的间隔D5限定。因此，由于间隔D5显著地小于间隔D4，确定绕y轴的角位移的准确度会显著地小于确定绕x轴的角位移的准确度。
尽管在本申请中可以具体参考该光刻装置在IC制造中的使用，但是应该理解这里描述的光刻装置可能具有其它应用，例如，用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等等。本领域技术人员应该理解，在这种可替换的用途范围中，这里任何术语“晶片”或者“管芯(die)”的使用应认为分别可以与更上位的术语“基底”或“靶部”同义。在曝光之前或之后，可以在例如匀胶显影机(track，通常将抗蚀剂层施加于基底上并将已曝光的抗蚀剂显影的一种工具)、计量工具和/或检验工具中对这里提到的基底进行处理。在可应用的地方，这里的公开可应用于这种和其它基底处理工具。另外，例如为了形成多层IC，可以对基底进行多次处理，因此这里所用的术语基底也可以指已经包含多个已处理的层的基底。
尽管在上文已经具体参考了本发明的实施例在光学光刻环境中的应用，但是应该理解本发明可以用于其它应用，例如压印光刻法，在本申请允许的地方，本发明不限于光学光刻法。在压印光刻法中，构图部件中的构形限定了在基底上形成的图案。该构图部件的构形可以被压入到施加于基底上的抗蚀剂层中，并在基底上通过施加电磁辐射、热、压力或上述方式的组合来使抗蚀剂固化。在抗蚀剂固化之后，可以将构图部件从抗蚀剂中移出而留下图案。
这里使用的术语“辐射”和“束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有大约365，355，248，193，157或者126nm的波长)和超紫外辐射(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围内的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。
在本申请允许的地方，术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任意一种或组合，包括折射光学部件、反射光学部件、磁性光学部件、电磁光学部件和静电光学部件。
尽管上面已经描述了本发明的具体实施例，但是应该理解，可以以不同于所描述的其它方式来实施本发明。例如，本发明可以采取计算机程序的形式，该计算机程序包含描述了上面所公开方法的一个或多个序列的机器可读指令，或者包含其中存储有这种计算机程序的数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)。
上面的描述是为了说明性的而非限制性的。因此，对本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离下面罗列的权利要求的范围的情况下，可以对所描述的发明进行各种修改。

Claims (46)

1.一种位移测量系统，包括：
(a)第一和第二衍射光栅，所述位移测量系统构造成测量所述第一和第二衍射光栅之间的位移，其中，该测量系统构造成：
(i)输入至该测量系统的第一辐射束被第一衍射光栅分成正1级和负1级衍射辐射束，所述第一衍射光栅为透射型；
(ii)所述正1级和负1级衍射辐射束被第二衍射光栅进一步衍射，并随后被重新组合以形成第二辐射束，所述第二衍射光栅为反射型；
(b)传感器，所述传感器构造成通过确定所述第二辐射束中第一分量与第二分量之间的相位差来确定所述第一和第二光栅之间的相对位移，其中，所述第一分量来源于所述正1级衍射辐射束，所述第二分量来源于所述负1级衍射辐射束；和
(c)至少一个线偏振器，所述线偏振器构造成使得所述第二辐射束的所述第一和第二分量在基本上相互垂直的方向上被线偏振。
2.如权利要求1所述的位移测量系统，其特征在于，包括用于线偏振所述正1级衍射辐射束的第一线偏振器和用于线偏振所述负1级衍射辐射的第二线偏振器。
3.如权利要求1所述的位移测量系统，其特征在于，所述至少一个线偏振器布置成，使得从第一衍射光栅传播出来的正1级和负1级衍射辐射束中的至少一个衍射辐射束在入射到所述第二衍射光栅之前，穿过所述至少一个线偏振器。
4.如权利要求1所述的位移测量系统，其特征在于，所述正1级和负1级衍射辐射束被所述第一衍射光栅重新组合，以形成所述第二辐射束。
5.如权利要求1所述的位移测量系统，其特征在于，所述传感器包括分束器，所述分束器将所述第二辐射束分成至少两个子辐射束，每个子辐射束均包括所述第二辐射束的每个所述第一和第二分量的一部分；
所述至少两个子辐射束中的第一子辐射束经过一偏振器到达第一辐射强度检测器，所述偏振器构造成相对于所述辐射束的所述第一和第二分量的各自部分的线偏振方向具有大约45°的偏振轴；和
所述至少两个子辐射束中的第二子辐射束经过第一波片和一偏振器到达第二辐射强度检测器，所述偏振器构造成相对于所述辐射束的所述第一和第二分量的各自部分的线偏振方向具有大约45°的偏振轴。
6.如权利要求5所述的位移测量系统，其特征在于，所述波片构造成使得一快轴和一慢轴基本上平行于所述辐射束的所述第一和第二分量的各自部分的线偏振方向。
7.如权利要求5所述的位移测量系统，其特征在于，所述分束器将所述第二辐射束分成至少三个子辐射束；和
所述第三子辐射束经过第二波片和一偏振器到达第三辐射强度检测器，所述偏振器构造成相对于所述辐射束的所述第一和第二分量的各自部分的线偏振方向具有大约45°的偏振轴。
8.如权利要求7所述的位移测量系统，其特征在于，所述第一和第二波片具有不同的厚度，使得所述第一和第二波片分别向所述第二和第三子辐射束在该辐射束的第一和第二分量的各自部分之间引入不同的相移。
9.如权利要求8所述的位移测量系统，其特征在于，所述第二和第三子辐射束相对于所述第一子辐射束分别具有在该辐射束的第一和第二分量的各自部分之间所引入的大约120°和大约240°的相移。
10.如权利要求5所述的位移测量系统，其特征在于，所述子辐射束穿过一共同的偏振器。
11.一种位移测量系统，用于测量第一部件和第二部件之间的位移，所述位移测量系统包括：
第一和第二长型衍射光栅，其中，第一部件是第一长型衍射光栅或附着于第一长型衍射光栅，所述第一长型衍射光栅定向成使其延长方同基本上平行于第一方向，第二部件是第二长型衍射光栅或附着于第二长型衍射光栅，所述第二长型衍射光栅定向成使其延长方向平行于第二方向，所述第二方向不平行于第一方向，所述第一长型衍射光栅为透射型，所述第二长型衍射光栅为反射型；和
传感器，其构造成检测由第一和第二长型衍射光栅对至少一个辐射束进行衍射所产生的辐射图案；
其中，所述辐射图案表示第一长型衍射光栅相对于第二长型衍射光栅在基本上垂直于第一和第二两个方向的第三方向上的位移。
12.如权利要求11所述的位移测量系统，其特征在于，所述辐射图案还表示第一长型衍射光栅相对于第二长型衍射光栅在第一方向上的位移。
13.如权利要求12所述的位移测量系统，其特征在于，所述第一和第二衍射光栅的栅线基本上垂直于该第一方向。
14.如权利要求12所述的位移测量系统，其特征在于，还包括：
附着于第一部件的第三长型衍射光栅，其定向成使其延长方向基本上平行于该第一方向；和
第二传感器，用于检测由第二和第三长型衍射光栅对至少一个辐射束进行衍射所产生的第二辐射图案；
其中，所述第二辐射图案表示第一长型衍射光栅相对于第三长型衍射光栅在第一方向和第二方向中至少一个方向上的位移。
15.如权利要求14所述的位移测量系统，其特征在于，所述第二辐射图案表示第一长型衍射光栅相对于第三长型衍射光栅在第一方向上的位移；和
所述位移测量系统根据由第一和第二辐射图案所表示的在第一方向上的位移的差异，来确定第一部件相对于第二部件绕基本上平行于第三方向的轴线的转动角位移。
16.如权利要求14所述的位移测量系统，其特征在于，所述第二辐射图案表示第一长型衍射光栅相对于第三长型衍射光栅在第三方向上的位移；和
所述位移测量系统根据由第一和第二辐射图案所表示的在第三方向上的位移的差异，来确定第一部件相对于第二部件绕基本上平行于第一方向的轴线的转动角位移。
17.如权利要求11所述的位移测量系统，其特征在于，还包括：
附着于第一部件的第四长型衍射光栅，其定向成使其延长方向基本上平行于第一方向；
附着于第二部件的第五长型衍射光栅，其定向成使其延长方向基本上平行于第二方向；和
第三传感器，用于检测由第四和第五长型衍射光栅对至少一个辐射束进行衍射所产生的第三辐射图案；
其中，所述第三辐射图案表示第四长型衍射光栅相对于第五长型衍射光栅在第一、第二和第三方向中至少一个方向上的位移。
18.如权利要求17所述的位移测量系统，其特征在于，所述第三辐射图案表示第四长型衍射光栅相对于第五长型衍射光栅在第三方向上的位移；和
所述位移测量系统根据由第一和第三辐射图案所表示的在第三方向上的位移的差异，来确定第一部件相对于第二部件的转动角位移。
19.如权利要求17所述的位移测量系统，其特征在于，第四和第五衍射光栅的栅线基本上垂直于第二方向；和
第三辐射图案表示第四长型衍射光栅相对于第五长型衍射光栅在第一方向上的位移。
20.如权利要求19所述的位移测量系统，其特征在于，所述第一辐射图案表示第一长型衍射光栅相对于第二长型衍射光栅在第一方向上的位移；和
所述位移测量系统根据由第一和第三辐射图案所表示的在第一方向上的位移的平均值，来确定第一部件相对于第二部件在第一方向上的位移。
21.如权利要求17所述的位移测量系统，其特征在于，所述第四和第五衍射光栅的栅线基本上垂直于第二方向；和
第三辐射图案表示第四长型衍射光栅相对于第五长型衍射光栅在第二方向上的位移。
22.如权利要求11所述的位移测量系统，其特征在于，还包括：
附着于第一部件的第六长型衍射光栅，其定向成使其延长方向基本上平行于第二方向；
附着于第二部件的第七长型衍射光栅，其定向成使其延长方向基本上平行于第一方向；和
第四传感器，用于检测由第六和第七长型衍射光栅对至少一个辐射束进行衍射所产生的第四辐射图案；
其中，第四辐射图案表示第六长型光栅相对于第七长型衍射光栅在第一、第二和第三方向中至少一个方向上的位移。
23.如权利要求22所述的位移测量系统，其特征在于，所述第四辐射图案表示第六长型衍射光栅相对于第七长型衍射光栅在第三方向上的位移；和
所述位移测量系统根据由第一和第四辐射图案所表示的在第三方向上的位移的差异，来确定第一部件相对于第二部件的转动角位移。
24.如权利要求22所述的位移测量系统，其特征在于，第六和第七衍射光栅的栅线基本上垂直于第一方向；和
第四辐射图案表示第六长型衍射光栅相对于第七长型衍射光栅在第一方向上的位移。
25.如权利要求22所述的位移测量系统，其特征在于，第六和第七衍射光栅的栅线基本上垂直于第二方向；和
第四辐射图案表示第六长型衍射光栅相对于第七长型衍射光栅在第二方向上的位移。
26.如权利要求11所述的位移测量系统，其特征在于，第一方向基本上垂直于第二方向。
27.如权利要求11所述的位移测量系统，其特征在于，所述位移测量系统构造成测量第一部件相对于第二部件在六个自由度上的位移。
28.一种光刻装置，其布置成将图案从构图部件转移到基底上，该光刻装置包括如权利要求11所述的位移测量系统，所述位移测量系统构造成测量该光刻装置的第一部件相对于该光刻装置的第二部件的位移。
29.一种位移测量系统，用于测量第一物体相对于第二物体的运动，所述位移测量系统包括：
(a)安装至所述第一物体的第一平面衍射光栅；
(b)安装至所述第二物体的第二平面衍射光栅，所述第二平面衍射光栅基本上平行于第一衍射光栅，所述第一平面衍射光栅为透射型，所述第二平面衍射光栅为反射型；和
(c)提供第一辐射束的辐射源；
其中，第一辐射束入射到第一衍射光栅上的第一点上，并且衍射成使得正1级和负1级衍射辐射入射到第二衍射光栅上；
其中，第二衍射光栅构造成：
来自第一衍射光栅的正1级辐射的至少一部分被第二衍射光栅进一步衍射，并入射到第一衍射光栅上的第二点上；
来自第一衍射光栅的负1级辐射的至少一部分被第二衍射光栅进一步衍射，并入射到第一衍射光栅上的所述第二点上；和
其中，来源于第一衍射光栅的所述正1级衍射辐射的辐射和来源于第一衍射光栅的所述负1级衍射辐射的辐射两者都被所述第一衍射光栅进一步衍射，并且从所述第一光栅上的所述第二点沿共同的方向传播，以作为第二辐射束；和
(d)传感器，所述传感器检测来源于所述第一衍射光栅上的第二点的辐射图案，所述辐射图案表示这两个衍射光栅在平行于衍射光栅平面且垂直于衍射光栅栅线的方向上的相对运动。
30.如权利要求29所述的位移测量系统，其特征在于，所述第二衍射光栅的栅距大约为第一衍射光栅的栅距的一半。
31.如权利要求29所述的位移测量系统，其特征在于，还包括第一偏振器，所述第一偏振器偏振来自第一衍射光栅的正1级和负1级衍射辐射之一的辐射。
32.如权利要求31所述的位移测量系统，其特征在于，所述偏振器安装至所述第二衍射光栅。
33.如权利要求31所述的位移测量系统，其特征在于，还包括第二偏振器，其偏振来自第一衍射光栅的正1级和负1级衍射辐射中没有被第一偏振器偏振的那一个辐射；
其中，该第一偏振器构造成以第一方向偏振辐射，第二偏振器构造成以第二方向偏振辐射，所述第二方向基本上垂直于第一方向。
34.如权利要求29所述的位移测量系统，其特征在于，还包括一个或多个光学部件，所述光学部件构造成重新定向该第二辐射束，使第二辐射束再次入射到第一衍射光栅上，并以与第一辐射束相同的方式，依次由第一衍射光栅、第二衍射光栅和第一衍射光栅进行衍射，以形成第三辐射束；
其中，所述第三辐射束入射到该传感器上。
35.如权利要求34所述的位移测量系统，其特征在于，构造成重新定向第二辐射束的所述一个或多个光学部件包括角隅反射体、棱镜和平面反射器中的至少一个。
36.如权利要求29所述的位移测量系统，其特征在于，所述第二衍射光栅被分成两部分，使得第一辐射束在第二衍射光栅的该两部分之间穿过，来自第一衍射光栅的正1级衍射辐射被第二衍射光栅的第一部分反射，来自第一衍射光栅的负1级衍射辐射被第二衍射光栅的第二部分反射。
37.如权利要求29所述的位移测量系统，其特征在于，所述传感器适于检测来源于第一辐射束入射到第一衍射光栅上时所产生的零级辐射的辐射；并根据所述检测到的辐射，通过比较来源于该零级辐射的辐射与来自该正1级和负1级衍射辐射中至少一个辐射的辐射束路径长度，来确定所述光栅在基本上垂直于衍射光栅平面的方向上的相对运动。
38.如权利要求29所述的位移测量系统，其特征在于，所述第一和第二平面衍射光栅、辐射源和传感器一起形成第一位移测量传感器，所述第一位移测量传感器测量第一和第二衍射光栅在基本上平行于衍射光栅平面且基本上垂直于衍射光栅栅线的第一方向上的相对运动；
所述位移测量系统还包括第二位移测量传感器，所述第二位移测量传感器具有第三和第四平面衍射光栅，所述第三和第四平面衍射光栅分别安装到第一物体和第二物体上，基本上平行于第一和第二衍射光栅的平面，并且使得第一和第二衍射光栅的栅线基本上垂直于第三和第四衍射光栅的栅线；其中，所述第二位移测量传感器测量第三和第四衍射光栅在基本上平行于衍射光栅平面且基本上垂直于第一方向的第二方向上的相对运动。
39.如权利要求29所述的位移测量系统，其特征在于，所述第一和第二位移测量传感器共用一个共同的辐射源。
40.一种光刻装置，其布置成将图案从构图部件转移到基底上，该光刻装置包括如权利要求29所述的位移测量系统，所述位移测量系统构造成测量该光刻装置的第一部件相对于该光刻装置的第二部件的运动。
41.一种位移测量系统，用于测量第一物体相对于第二物体的运动，所述位移测量系统包括：
(a)第一平面衍射光栅，其连接至第一棱镜，并安装至所述第一物体，所述第一衍射光栅为透射型；
(b)第二平面衍射光栅，其连接至第二棱镜，并安装至所述第二物体，所述第二衍射光栅为反射型；和
(c)提供第一辐射束的辐射源；
其中，第一辐射束入射到第一衍射光栅上的第一点上，
并且衍射成使得正1级和负1级衍射辐射束穿过第一棱镜透射；
其中，第二衍射光栅布置成使得由第一光栅衍射的所述正1级和负1级衍射辐射：(i)在第二衍射光栅上的第一点和第二点处入射到第二衍射光栅上，(ii)被第二衍射光栅衍射和(iii)传播进入该第二棱镜；
其中，第二棱镜构造成使得从第二衍射光栅上的第一点和第二点传播来的辐射被反射，并分别入射到第二衍射光栅上的第三点和第四点上，其入射角度基本上平行于从第二衍射光栅上的第一和第二点传播来的辐射；
其中，入射到第二衍射光栅上的第三点和第四点上的辐射进一步被第二衍射光栅衍射，穿过第一棱镜并入射到第一衍射光栅上的第二点上，并且进一步被衍射成使得来源于由第一衍射光栅首次衍射的正1级和负1级辐射的辐射从第一衍射光栅的第二点沿一共同的方向传播，以作为第二辐射束；和
(d)传感器，所述传感器检测来源于所述第一衍射光栅上的第二点的辐射图案，所述辐射图案表示这两个衍射光栅在平行于衍射光栅平面且垂直于衍射光栅栅线的方向上的相对运动。
42.如权利要求41所述的位移测量系统，其特征在于，所述第二棱镜是角隅棱镜。
43.如权利要求41所述的位移测量系统，其特征在于，所述第一棱镜具有矩形横截面，所述第一衍射光栅的平面基本上平行于第一棱镜的其中一个面。
44.如权利要求41所述的位移测量系统，其特征在于，所述第一和第二衍射光栅中的至少一个分别形成在第一和第二棱镜的一个面上。
45.如权利要求41所述的位移测量系统，其特征在于，所述第二棱镜构造成使得连接第二衍射光栅上第一点和第三点的线和连接第二衍射光栅上第二点和第四点的线基本上平行于第一和第二衍射光栅的栅线。
46.一种光刻装置，其布置成将图案从构图部件转移到基底上，该光刻装置包括如权利要求41所述的位移测量系统：所述位移测量系统构造成测量该光刻装置的第一部件相对于该光刻装置的第二部件的位移。
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