KR20010041209A - 공기의 굴절률 및 광로 길이 영향을 측정하기 위한 간섭계 및 방법 - Google Patents

공기의 굴절률 및 광로 길이 영향을 측정하기 위한 간섭계 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20010041209A
KR20010041209A KR1020007009290A KR20007009290A KR20010041209A KR 20010041209 A KR20010041209 A KR 20010041209A KR 1020007009290 A KR1020007009290 A KR 1020007009290A KR 20007009290 A KR20007009290 A KR 20007009290A KR 20010041209 A KR20010041209 A KR 20010041209A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
interferometer
gas
phase
signals
measurement
Prior art date
Application number
KR1020007009290A
Other languages
English (en)
Inventor
데그루트피터
힐헨리에이
데마레스트프랭크씨
Original Assignee
게리 윌리스
지고 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 게리 윌리스, 지고 코포레이션 filed Critical 게리 윌리스
Publication of KR20010041209A publication Critical patent/KR20010041209A/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02007—Two or more frequencies or sources used for interferometric measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02002—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02027—Two or more interferometric channels or interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02083—Interferometers characterised by particular signal processing and presentation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/60—Reference interferometer, i.e. additional interferometer not interacting with object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/70—Using polarization in the interferometer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

간섭계 (260) 의 측정 경로 (298) 를 따라 상이한 파장들을 갖는 두개의 라이트 빔들 (9, 10) 을 제공하기 위한 라이트 소오스들 (1) 을 포함하고, 이들은 서로에 관해 실질적으로 조파적으로 관련되어 있으며, 검출기들 (85, 86) 의 출력 빔들 (103, 104) 은 전자 프로세서에 의해 전자적으로 생성되는, 측정 경로 (298) 에서 공기와 같은 기체의 굴절률의 변동을 측정하기 위한 방법 및 장치.

Description

공기의 굴절률 및 광로 길이 영향을 측정하기 위한 간섭계 및 방법 {INTERFEROMETER AND METHOD FOR MEASURING THE REFRACTIVE INDEX AND OPTICAL PATH LENGTH EFFECTS OF AIR}
계측학에서 흔히 부딪치는 문제는 공기의 컬럼 (column) 의 굴절률의 측정이다. 공기 컬럼이 샘플 셀 내에 포함되어, 온도, 압력 및 물리적 크기에 대하여 모니터링되는 때와 같은, 고도로 통제된 환경하에서 굴절률을 측정하기 위한 몇가지의 기술이 있다. 예를 들면, J. Terrien 에 의해 Metrologia 1(3), 80-83 (1965) 에 기재된 "An air refractometer for interference length metrology" 라는 제목의 논문이 있다.
아마도, 공기의 굴절률과 관련된 가장 어려운 측정은, 통제되지 않은 온도와 압력에서, 알려지지 않았거나 혹은 변화하는 길이의 측정 경로에 대한 굴절률 변동들의 측정이다. 그런 상황은 지구물리학적 및 기상학적인 조사에서 종종 발생되는데, 이는 공기 밀도와 조성비에 따른 변화 때문에 대기가 명확히 통제되지 않고 굴절률이 심각하게 변화하기 때문이다. 이러한 문제는 H. Matsumoto 및 K. Tsukahara 에 의해 Appl. Opt. 23(19) 에 기재된 "Effects of the atmospheric phase fluctuation on long distance measurement" 라는 제목의 논문과, G.N. Gibson 등에 의해 Appl. Opt. 23(23), 4383-4389 (1984) 에 기재된 "Optical path length fluctuation in the atmosphere" 라는 제목의 논문에 기재되어 있다.
공기의 굴절률 측정의 또다른 상황의 예는, 집적회로의 마이크로 리소그래픽 공정에 사용되는 것과 같은 고정밀 거리 측정 간섭계이다. 예를 들어, N. Bobroff에 의해 Appl. Opt. 26(13) 에 기재된 "Residual errors in laser interferometry from air turbulance and nonlinearity" 라는 제목의 논문과, 동일 저자에 의해 Measurement science ＆ tech. 4(9), 907-926 (1993) 에 기재된 "Recent advances in displacement measuring interferometry" 라는 제목의 논문이 있다. 상기 언급한 인용예에 나타난 바와 같이, 공기에서의 간섭 변위 측정들은 환경의 불확실성, 특히 공기 압력 및 온도의 변화에 영향받기 쉬운데, 이는 습도의 변화 및 공기의 난류(亂流)의 결과와 같은 공기 조성물의 불확실성 때문이다. 이러한 요소들은 변위를 측정하기 위해 사용되는 빛의 파장을 변화시킨다. 공기의 굴절률의 정상적인 조건은 1×10-5내지 1×10-4오차범위내의 변화를 갖는 대략 1.0003 이다. 다양한 응용에서, 공기의 굴절률은 0.1 ppm 내지 0.3 ppm 보다 작은 상대적인 정밀도를 갖는 것으로 알려져 있으며, 각각 100nm 및 3nm 의 변위 측정 정확성에 대응하는 이러한 두 상대적인 정밀도는 1 미터의 간섭 변위 측정을 위한 것이다.
통제되는 상황에서 시간에 따라 위상이 변화되는 경우, 위상 추정의 헤테로다인 방법에 관한 종래 기술의 예들이 있다. 예를 들어, 종래 기술의 헤테로다인 거리-측정 간섭계의 공지된 형태에서, 소오스 (source) 가 약간 다른 광주파수들 (예를 들어 2MHz) 을 갖는 두개의 직교 편광빔들을 방출한다. 이러한 경우 간섭계 수신기는 일반적으로 선형 편광기 및 광검출기를 구비하여, 시간에 따라 변화하는 간섭 신호를 측정한다. 상기 신호는 비트 주파수에서 발진하며 신호의 위상은 상대적인 위상차와 일치한다. 헤테로다인 거리-측정 간섭계에서의 종래 기술의 또다른 대표적인 예가 G. E. Sommargren 및 M. Schaham 의 공유 특허인 미국특허 제 4,688,940 호에 개시된다. 그러나, 이러한 간섭계 측정의 공지된 형태는 굴절률의 변동에 의해 제한되어 있어, 그것 자체로는 차세대의 마이크로 리소그래피 기계에 적절치 않다.
거리측정을 위한 간섭계의 또다른 공지된 형태가 J.D.Redman 과 M.R.Wall 에 의 "Interferometric Methods And Apparatus For Measuring Distance To A Surface" 라 명칭되는 미국특허 제 4,005,936 (1977) 에 개시된다. Redman과 Wall 에 의해 알려진 방법은, 각각 두 개의 부분으로 분리되어 있는, 두 개의 상이한 파장의 레이저 빔을 사용하는 단계를 구비한다. 각 빔들의 한 부분으로 주파수 천이가 제공된다. 각 빔들의 한 부분은 대상물로부터 반사되며, 광검출기 상에서 다른 부분과 결합된다. 검출기에서의 간섭신호로부터 차 주파수의 위상을 유도하며, 차 주파수의 위상은 표면까지의 거리 측정값이다. 차 주파수와 연관된 위상의 대응하는 등가 파장은 상기 두 파장의 차에 의해 나누어진 두 레이저 파장의 곱과 동일하다. Redman 과 Wall 의 상기 두-파장 (two-wavelength) 기술은 측정의 모호성을 감소시키기는 하나, 단일-파장 (single-wavelength) 기술만큼 공기의 굴절률 변동의 심각함에 민감하지는 못하다.
Redman 과 Wall 의 것과 유사한 두-파장 간섭계의 또다른 예가 R. Dandliker 와 W. Heerburgg 의 "Method and apparatus for two-wavelength interferometry with optical heterodyne processes and use for position or range finding" 이라 명칭되는 미국특허 제 4,907,886 호 (1990) 에 개시된다. 상기 시스템은 또한 R. Dandliker, R.Thalmann 및 D.Prongue 의 Opt. Let. 13(5), 339-341 (1988) 에 "Two-wavelength laser interferometry using superheterodyne detection" 이란 제목으로 기재되어 있으며, R. Dandliker, K.Hug, J.Politch 및 E.Zimmermann 에 의해, "High-accuracy distance measurements with multiple-wavelength interferometry" 란 제목으로 기재되어 있다. 미국특허 제 4,907,886 호에 기재된 R. Dandliker 등의 시스템은 두 파장의 레이저 빔을 사용하며, 상기 빔들은 각기 음향광학변조에 의해서 주파수 분리된 두 개의 편광성분을 구비한다. 상기 빔이 동일선상으로 Michelson 간섭계를 통과한 후, 상기 편광 성분이 혼합되고, 간섭신호, 즉 헤테로다인 신호가 생성된다. 이 헤테로다인 신호가 각 두 파장에 대하여 상이한 주파수를 갖기 때문에, 상기 헤테로다인 주파수의 차와 동일한 주파수 및 상기 두 파장의 차에 의해 분할된 두 레이저 파장의 곱과 동일한 등가 파장에 연관된 위상을 갖는, 소위 슈퍼헤테로다인 신호가 발생된다. 상기 언급된 미국특허 제 4,907,886 호에 따르면, 슈퍼헤테로다인 신호의 위상은 측정 대상물의 위치와 등가 파장에만 의존한다고 가정된다. 그러므로, 상기 종래 시스템은 또한 공기의 굴절률의 변동을 측정하거나 보상하도록 설계되지는 않았다.
Redman 과 Wall 및 Dandliker 와 Heerburgg 에 의해서 개발된 두-파장 슈퍼헤테로다인 기술의 또다른 예가 Z.Sodnik, E.Fischer, T.Ittner 및 H.J.Tiziani 의 Appl. Opt. 30 (22), 3139-3144 (1991) 에 "Two-wavelength double heterodyne interferometry using a matched grating technique" 란 제목의 논문과, S.Manhart 와 R.Maurer 의 SPIE 1319, 214-216 (1990) 에 "Diode laser and fiber optics for dual-wavelength heterodyne interferometry" 란 제목의 논문에서 발견할 수 있다. 그러나 이 예들 중 어느 것도 굴절률 변동의 문제점을 다루고 있지는 않다.
상술된 것으로부터, 종래의 헤테로다인 및 슈퍼헤테로다인 간섭법은 측정 경로에서의 공기의 광로 길이 영향, 특히 공기의 굴절률의 변동에 기인한 영향을 측정하고 보상하기 위한 고속의 방법 및 대응 수단을 제공하지 않는다는 결론을 얻을 수 있다. 종래 기술에서의 이러한 결함은 심각한 측정 불확실을 발생시켜서, 그런 간섭계를 사용하는 시스템, 예를 들어 집적회로의 마이크로-리소그래픽 공정에서의 시스템의 정밀도에 심각한 악영향을 발생시킨다. 미래의 간섭계는 필연적으로 물리적인 거리의 변화로 이루어진 측정 경로에서의 굴절률 변동을 측정하고 보상하기 위하여 개발된 새로운 방법 및 수단과 일체화되어야한다.
굴절률 변동을 검출하기 위한 한 방법으로 측정 경로에 따른 압력 및 온도의 변화를 측정하고 및 측정 경로의 광로 길이상의 영향을 계산하는 것이 있다. 이러한 계산을 하기 위한 수학식이 F. E Jones 의 J. Res. NBS 86(1), 27-32 (1981) 에 기재된 "The refractivity of air" 란 제목의 논문에 개시된다. 상기 기술의 실행은 W. T. Estler 의 Appl. Opt. 24(6), 808-815 (1985) 에 "High-accuracy displacement interferometry in air" 란 제목의 논문으로 개시된다. 불행히도, 이 기술은 근사값만을 제공하며, 성가신 작업이 있으며, 공기 밀도의 느리고 포괄적인 변동에 대해서만 보정한다.
측정 경로상의 굴절률 변동의 영향을 검출하기 위한 좀 더 직접적인 또다른 방법으로는 다중-파장 (multi-wavelength) 거리 측정이 있다. 이것의 기본 원리는 다음과 같이 이해될 수도 있다. 간섭계와 레이저 레이더는 대부분 종종 옥외에서, 기준과 대상물 사이의 광로 길이를 측정한다. 광로 길이는 굴절률과 측정빔에 의해 이동된 물리적 경로의 곱의 적분이다. 굴절률은 파장에 따라서 변화하지만, 물리적 경로는 파장과 무관하다는 점에서, 측정기가 2 개 이상의 파장을 사용한다면, 물리적 경로 길이를 굴절률의 변동과 분리시킬 수 있다. 파장에 따른 굴절률의 변화는 분산 (dispersion) 으로서 공지되어 있으며, 이 기술은 분산 기술로서 이후에 언급될 것이다.
굴절률 측정을 위한 분산 기술은 긴 역사를 지니며, 레이저의 도입보다 먼저이다. K. E. Erickson 의 JOSA 52 (7),781-787 (1962) 에 기재된 "Long-path interferometry through an uncontrolled atmosphere" 란 제목의 논문에 기초원리가 기재되어 있으며, 지구물리학적 측정을 위한 기술의 가능성의 분석을 제공한다. 부가적인 이론적인 제안은, P. L. Bender 와 J. C. Owens 의 J. Geo. Res. 70 (10), 2461-2462 (1965) 에 기재된 "Correction of optical distance measurements for the fluctuating atmospheric index of refraction" 이란 제목의 논문에서 발견할 수 있다.
굴절률 보상을 위한 종래의 분산 기술을 기초로한 통상적인 거리-측정 레이저 레이더가 1970 년대에 나타났다. K. B. Earnshaw 와 E. N. Hemandez 의 Appl. Opt. 11 (4), 749-754 (1972) 에 기재된 "Two-laser optical distance-measuring instrument that corrects for the atmospheric index of refraction" 라는 제목의 논문은 5 내지 10 Km 의 측정 경로 상에서 작동하기 위한 마이크로웨이브-변조 HeNe 및 HeCd 레이저를 사용하는 측정기를 개시하고 있다. 또한 이 측정기의 상세한 설명은 K. B. Earnshaw 와 E. N. Hemandez 의 J. Geo. Res. 77(35), 6994-6998 (1972) 에 기재된 "Field Tests of a two-laser(4416A 및 6328A) optical distance-measuring instrument correcting for the atmospheric index of refraction" 란 제목의 논문에서 발견할 수 있다. 또한, E.Berg 와 J.A.Carter 의 J.Geo.Res. 85 (B11), 6513-6520 (1980) 에 기재된 "Distance corrections for single- and dual-color lasers by ray tracing" 의 제목의 논문과, L. E. Slater 와 G. R. Huggett 의 J. Geo. Res. 81 (35), 6299-6306 (1976) 에 기재된 "A Multi-wavelength distance-measuring instrument for geophysical experiment" 의 제목의 논문이 있다.
비록 지구물리학적 측정을 위한 종래의 측정기로는 일반적으로 강도 변조 레이저 레이더를 사용하지만, 광 간섭 위상 검출이 보다 짧은 거리에 대하여 좀 더 바람직한 것으로 알려져 있다. R. B. Zipin 과 J. T. Zalusky 의 "Apparatus for and method of obtaining precision dimensional measurements" 라 명칭되는 미국특허 제 3,647,302 호 (1972) 에는, 온도, 습도 및 압력과 같은 대기 조건의 변화에 대하여 보상을 하기 위하여 다중 파장을 사용하는 간섭적 거리 측정 시스템을 개시하고 있다. 상기 측정기는 이동가능 대상물, 즉 변화가능 물리적 경로 길이를 가지고 동작하도록 특별히 설계된다. 그러나, R. B. Zipin 과 J. T. Zalusky 의 위상 검출 수단은 고정밀 측정을 위한 정확도에는 불충분하다.
좀 더 현대적이고 상세하게 설명된 예가, Y. Zhu, H. Matsumoto, T. O'ishi 의 SPIE 1319, Optics in complex systems, 538-539 (1990) 에 기재된 "Long-arm two-color interferometer for measuring the change of air refractive index" 란 제목으로 기재된 시스템이다. Zhu 등의 시스템은 1064 nm 파장의 YAG 레이저와 632 nm 의 HeNe 레이저를 직각 위상 검출기 와 함께 사용한다. 실질적으로 동일한 기구가 일본에서 Zhu 등의 Proc. 3rd meeting on lightwave sensing technology, Appl. Phys.Soc. of Japan, 39 (1989) 에 기재된 "Measurement of atmospheric phase and intensity turbulence for long-path distance interferometer" 란 제목의 논문에 이미 개시되어 있다. 그러나, Zhu 등의 간섭계는 모든 응용, 예를들어 마이크로리소그래피를 위한 서브마이크론 간섭법을 위하여는 충분한 분해능을 갖지 못한다.
고정밀도 간섭법에 대한 최근 시도는 A. Ishida 에 의한 미국특허 제 4,948,254 (1990) 에 의해서 설명된다. 비슷한 장치가 Jpn. J. Appl. Phys. 28 (3), L473-475 (1989) 에 기재된 "Two-wavelength displacement-measuring interferometer using second-harmonic light to eliminate air-turbulence-induced errors" 란 제목의 논문으로 설명되어 있다. 이 논문에서, 변위-측정 간섭계는 두-파장 분산 검출에 의해 굴절률의 변동에 의해서 발생된 오류를 제거하는 것을 개시하고 있다. Ar+레이저 소오스는 BBO 로서 기술분야에서 공지된 주파수 2배화 결정 (crystal) 에 의해서 동시에 두 개의 파장을 제공한다. BBO 2배화 결정의 사용은 기본적으로 위상이 고정된 두 개의 파장을 발생하여서, 굴절률 측정의 정확성과 안정성을 크게 개선한다. 그러나, 호모다인 (homodyne) 직교 검출을 사용하는 위상 검출 수단은 고분해 위상 측정에 충분하지 않다. 또한, 위상 검출 및 신호 처리 수단은, 대상물의 이동이 위상의 빠른 변화를 발생시켜서, 정확하게 검출하는 것이 어렵기 때문에, 동적 측정에는 적합하지 않다.
S. A. Lis 의 "Interferometric measuring system with air turbulence compensation" 란 제목의 미국특허 제 5,404,222 호 (1995) 에서는, 굴절률 변동을 검출하고 보상하기 위한 분산 기술을 사용하는 두 파장 간섭계가 개시된다. 비슷한 장치가 Lis 에 의해, SPIE 2440 (1995) 에, "An air turbulence compensated Interferometer for IC manufacturing" 란 제목으로 개시되어 있다. Lis 에 의한 미국특허 제 5,404,222 호에 대한 개선으로 1996 년 7월에 등록된 미국특허 제 5,537,209 호가 있다. 상기 언급된 Jpn. J.Appl.Phys. 에서 Ishida 에 의해서 개시된 것에 대한 시스템 원리의 혁명은 위상 검출 수단의 정밀도를 증가하기 위하여 또다른 BBO 2배화 결정을 부가하였다. 이 부가된 BBO 결정은, 정확히 2의 정수배의 차가 나는 파장을 갖는 두 빔을 광학적으로 간섭시키는 것이 가능하다. 그 간섭의 결과는 굴절률에 직접적으로 의존하나 스테이지 이동과는 실질적으로 무관한 위상을 갖는다. 그러나, Lis 에 의해 지시된 시스템은 모든 측정 경로에 대하여 부가적으로 BBO 결정을 요구하며 복잡하다는 단점이 있다. 마이크로 리소그래피 단계가 6 개 이상의 측정 경로를 종종 포함하며, BBO 가 상대적으로 비쌀수 있다는 점에서, 부가적인 결정 (crystal) 은 심각한 가격 부담을 일으킨다. Lis 의 시스템의 또다른 단점은 PZT 변환기의 물리적 변위를 기초로 하는 저속 (32Hz) 위상 검출 시스템을 사용한다는 것이다.
종래 기술이 공기의 굴절률을 측정하고 측정 경로에서, 특히 공기의 굴절률 변동에 기인하는 영향에서 공기의 광로 길이 영향을 측정하고 보상하는 실질적이고, 고속이며 고정밀의 방법 및 수단을 제공하지 않는 것은 명백하다.
종래 기술의 한계는 본질적으로 다음의 미해결된 기술적 어려움으로부터 발생한다:
(1) 종래 기술의 헤테로다인 및 슈퍼헤테로다인 간섭계들은 공기의 굴절률 변동에 의해 정확도가 제한되고; (2) 굴절률 변동을 측정하기 위한 종래 기술의 분산 기술들은 간섭 위상 측정에서, 고정밀 거리-측정 간섭계들의 일반적인 정확도 크기의 정도를 초과하는 극도의 고도한 정확성을 요하며; (3) 위상 측정 정확성을 향상시키기 위한 종래 기술의 간섭계들의 변형들은 측정 시간을 현대의 마이크로 리소그래피 장비에서의 빠른 스테이지 이동에 부적합한 범위로 증가시키며; (4) 종래 기술의 분산 기술들은 다중 위상-동기 파장을 방출하는 적어도 둘 이상의 매우 안정한 레이저 소스들, 또는 단일 소스를 요하며; (5) 마이크로 리소그래피 응용에서의 종래 기술의 분산 기술들은 측정 동안의 스테이지 이동에 민감하여, 시스템적인 오류들을 초래하며; (6) 검출 시스템의 부분으로서의 2배 결정들 (예를 들어 Lis 의 미국 특허 제 5,404,222 호) 을 사용하는 종래 기술의 분산 기술들은 가격이 높고 복잡하다.
이러한 종래 기술의 결점들로 인해, 일반적으로 굴절률 변동 및 측정 경로가 물리적인 길이의 변화로 이루어지는 측정 경로에서의 기체의 존재하에서, 마이크로리소그래피의 변위 측정을 수행하기 위한 임의의 실제적인 간섭계 시스템은 존재할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 굴절률이 변동 및/또는 측정 경로의 물리적인 길이가 변화하는 상황에서, 측정 경로 및/또는 기체의 광로 길이 영향들에서의 기체의 굴절률을 빠르고 정확하게 측정하고 모니터링하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기체의 굴절률 및/또는 기체의 광로 길이 영향들의 측정 및 모니터링의 정확성이 실질적으로 측정 경로의 물리적인 길이내에서 빠른 변화에 의해 이루어지지 않는 상황에서, 측정 경로 및/또는 기체의 광로 길이 영향들에서의 기체의 굴절률을 빠르고 정확하게 측정하고 모니터링하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 방법과 장치가 온도 및 압력과 같은 환경 조건들의 측정 및 모니터링을 요하지 않는 상황에서, 측정 경로 및/또는 기체의 광로 길이 영향들에서의 기체의 굴절률을 빠르고 정확하게 측정하고 모니터링하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 방법과 장치가 위상 동기된 상이한 파장들의 둘이상의 광 빔들을 사용할 수 있으나 그 사용을 요하지는 않는 상황에서, 측정 경로 및/또는 기체의 광로 길이 영향들에서의 기체의 굴절률을 빠르고 정확하게 측정하고 모니터링하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 간섭계 측정에서 측정 경로들의 길이들이 실질적으로 기체의 광로 길이 영향의 계산에 사용되지 않는 상황에서, 측정 경로에서의 기체의 광로 길이 영향을 빠르고 정확하게 측정하고 모니터링하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적들이 명백히 및 부분적으로 이하에서 개시될 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면을 참조로하여 따르는 상세한 설명에 예시되는 구조, 단계, 구성요소들의 조합 및 부분들의 배열을 포함하는 방법들 및 장치로 이루어진다.
본 발명은 거리 및 굴절률을 측정하기 위한 광 계측기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 굴절률 변동의 영향을 포함하는 측정 경로에서의 기체의 굴절률의 광로 길이 영향에 독립적인 간섭계 거리 측정에 관한 것이다.
본 발명의 구성 및 작용은 그의 목적 및 이점과 더불어, 모든 도면들에서 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 병기한 다음의 도면과 같이 실시예들과 결합되어 보다 잘 이해될 것이다.
도 1a 및 도 1b 는 블록도의 형태로 함께 설명될 것이고, 본 발명의 제 1 의 바람직한 실시예인 도 1a 는 지시 소자 소오스 (1), 변조기 (3), 소오스 (2), 변조기 (4), 간섭계 (260), 검출기들 (85 및 86) 및 해석기 (267) 사이의 광로들과 지시 소자 구동기 (5), 변조기 (3), 구동기 (6), 변조기 (4), 검출기들 (85 및 86), 전자 프로세서 (109) 및 컴퓨터 (110) 사이의 전기 신호들의 경로를 도시하는 도이다.
도 1b 는 프로세스 전자장치 (109) 의 블록도이다.
도 1c 는 제 1 실시예의 제 1 의 변형예를 위한 프로세스 전자장치 (109) 의 블록도이다.
도 1d 는 제 1 실시예의 제 3 의 변형예를 위한 프로세스 전자장치 (109B) 의 블록도이다.
도 2a 내지 도 2f 는 블록도의 형태로 함께 설명될 것이고, 본 발명의 제 2 의 바람직한 실시예인 도 2a 는 지시 소자 소오스 (1), 변조기 (3), 소오스 (2), 변조기 (4), 차동 평면 거울 간섭계들 (69 및 70), 빔 스플리터 (splitter) (65), 외부 거울 시스템 (90), 검출기들 (185 및 186) 및 해석기 (67) 사이의 광로들과 지시 소자 구동기 (5), 변조기 (3), 구동기 (6), 변조기 (4), 검출기들 (185 및 186), 전자 프로세서 (209) 및 컴퓨터 (110) 사이의 전기 신호들의 경로를 도시하는 도이다.
도 2b 는 차동 평면 거울 간섭계 (69) 를 설명하는 도이다.
도 2c 는 차동 평면 거울 간섭계 (70) 을 설명하는 도이다.
도 2d 는 차동 평면 거울 간섭계 (69) 를 위한 외부 거울들을 제공하는 외부 거울 시스템 (90) 및 스테이지 해석기 (67) 을 도시하는 도이다.
도 2e 는 차동 평면 거울 간섭계 (70) 를 위한 외부 거울들을 제공하는 외부 거울 시스템 (90) 및 스테이지 해석기 (67) 을 도시하는 도이다.
도 2f 는 프로세스 전자장치 (209) 의 블록도이다.
도 3a 및 도 3b 는 블록도의 형태로 함께 설명될 것이고, 본 발명의 제 3 의 바람직한 실시예인 도 3a 는 부분적으로 제 1 의 바람직한 실시예와 동일한 장치로 이루어진 기체의 굴절률 및/또는 기체의 광로 길이 영향의 결정을 위한 장치의 광로들 및 전자적인 경로들을 도시하는 도이고, χ 및 비율 (K/χ) 의 결정을 위한 장치에 있어서, 접미사 "b" 를 제외하고는 제 1 의 바람직한 실시예의 장치와 유사한 동작을 수행하는 χ 및 비율 (K/χ) 의 결정을 위한 장치의 많은 소자들 및 χ 및 비율 (K/χ) 의 결정을 위한 장치의 광로들과 전자적 경로들을 도시하는 도이다.
도 3b 는 프로세스 전자장치 (109b) 의 블록도이다.
도 4a 내지 도 4c 는 블록도의 형태로 함께 설명될 것이고, 본 발명의 제 4 의 바람직한 실시예인 도 4a 는 부분적으로 제 2 의 바람직한 실시예와 동일한 장치로 이루어진 기체의 굴절률 및/또는 기체의 광로 길이 영향의 결정을 위한 장치의 광로들 및 전자적인 경로들을 도시하는 도이고, χ 및 비율 (K/χ) 의 결정을 위한 장치에 있어서, 접미사 "b" 를 제외하고는 제 2 의 바람직한 실시예의 장치와 유사한 동작을 수행하는 χ 및 비율 (K/χ) 의 결정을 위한 장치의 많은 소자들 및 χ 및 비율 (K/χ) 의 결정을 위한 장치의 광로들과 전자적 경로들을 도시하는 도이다.
도 4b 는 차동 평면 거울 간섭계 (69b) 를 위한 외부 거울들을 제공하는 외부 거울 시스템 (90b) 을 도시하는 도이다.
도 4c 는 차동 평면 거울 간섭계 (70b) 를 위한 외부 거울들을 제공하는 외부 거울 시스템 (90b) 을 도시하는 도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 방법을 실행함에 있어, 수행되는 다양한 단계들을 설명하는 흐름도이다.
도 6a 내지 도 6c 는 집적 회로를 제조하기 위한 리소그래피 및 그의 응용에 관한 것이고, 도 6a 는 간섭계 시스템을 사용하는 리소그래피 노광의 개략도이다.
도 6b 및 도 6c 는 집적 회로들의 제조 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 7 은 간섭계를 사용하는 빔 라이팅 (beam writing) 시스템의 개략도이다.
본 발명은 일반적으로 기체의 굴절률이 변동하는, 예를 들어 기체가 요동 및/또는 측정 경로의 물리적인 길이가 변화하는 상황에서, 측정 경로에서의 기체의 굴절률 및/또는 기체에 기인하는 측정 경로에서의 광로 길이의 변화를 측정 및 모니터링하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전자-광 측정 및 다른 응용들에서의 사용을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 굴절률의 분산, 기체의 밀도에 실질적으로 비례하는 분산의 측정 및/또는 광로 길이의 분산, 굴절률의 분산과 측정 경로의 물리적인 길이에 관련되는 광로 길이의 분산의 측정을 제공한다. 기체의 굴절률 및/또는 기체의 광로 길이 영향들은 각각 굴절률의 측정된 분산 및/또는 광로 길이의 측정된 분산으로부터 연속적으로 계산된다. 진보성있는 장치에 의해 발생되는 정보는 특히 간섭 거리 측정계 (DMI) 에서의 사용에 적합하여, 환경 영향들에 의해 초래되는 측정 경로에서의 기체의 굴절률에 관련되는 오류들 및 급격한 스테이지 회전 비율에 의해 유도되는 요동을 보상한다.
본 발명의 여러 실시예들이 제공되고, 최종 측정에서 다소간의 정확성을 위한 요구를 반영하는 두개의 카테고리들로 넓게 구분된다. 다양한 실시예들이 공통의 모습들을 공유하는 반면에, 그들은 세부적인 면에서 상이하여 독립적인 목표들을 성취한다.
일반적으로, 본 발명의 장치는 그들중 적어도 하나가 길이에서 변화하고 그둘중 적어도 하나가 기체에 의해 부분적으로 점유되는 제 1 및 제 2 측정 레그 (leg) 들을 갖는 간섭계 수단을 포함한다. 바람직하게는 기준 레그 및 측정 레그가 실시예로서 사용된다. 구성되는 레그들은 바람직하게 구성되고 배열되어, 측정 레그는 기준 레그의 광로 길이와 실질적으로 동일한 그의 광로 길이의 부분 (portion) 을 갖는다. 일반적인 간섭계 DMI 응용에서의 측정 레그의 광로의 남은 부분에서의 기체는 공기이다.
상이한 파장들을 갖는 적어도 두개의 라이트빔 (light beam) 들을 발생시키는 수단이 포함된다. 바람직한 실시예로서, 소오스는 라이트빔들의 집합을 발생시키고, 라이트빔들의 집합은 적어도 두개의 라이트빔들로 이루어지고, 라이트빔들의 집합의 각 라이트빔은 상이한 파장을 갖는다. 라이트빔들의 집합의 빔의 파장들사이의 관계, 근사 관계가 공지되어 있다.
주파수-천이된 라이트빔들의 집합이, 어떠한 주파수-천이된 라이트빔들의 집합의 두 빔들도 동일한 주파수 차를 갖지 않는 것과 같이 라이트빔들의 집합의 각 빔의 두 직교 편광된 구성요소들 사이의 주파수 차에 의해 유도되는 라이트빔들의 집합으로부터 발생된다. 주어진 실시예에서, 파장들의 비율은 선택된 동작 파장들 및 상응하는 공지된 근사 관계에 의존하는 상대적인 정밀도와 관련되는 공지된 근사 관계이다. 이 파장 의존성 때문에, 이러한 상대적인 정밀도들은 파장들의 비율의 각 상대적인 정밀도들로서 언급된다. 많은 실시예들에서, 파장들의 비율의 각 상대적인 정밀도는, 기체의 굴절률의 측정 및/또는 기체에 기인하는 측정 레그의 광로 길이에서의 각각의 변화의 측정을 위해 요구되는 상대적인 정밀도와 기체의 각각의 분산들보다 작은 크기의 수의 곱이다.
실시예들 중 어떤 하나에 있어, 근사 관계가 비율들의 순서로 표현되고, 각 비율들은 각 상대적인 정밀도에 대한 영이 아닌 저차 정수들의 비율을 가지며, 이들 비율들의 순서의 각 상대적인 정밀도는, 측정을 위한 기체의 굴절률의 측정 및/또는 기체에 기인하는 측정의 광로 길이의 각 변화의 측정을 위해 요구되는 각 상대적인 정밀도의 각 분산보다 크기가 적다.
다른 실시예들로, 파장들의 비율들의 각 상대적인 정밀도들이 소망의 값에 부적절할때, 파장들의 비율을 모니터링하고, 파장들의 비율들의 각 상대적인 정밀도들을 제어하기 위하여 피드백 및 소망의 파장들의 비율들의 각 상대적인 정밀도 또는 둘의 어떤 조합으로부터 파장들의 비율들의 각 상대적인 정밀도의 바람직하지 못한 이탈에 의해 영향받는 연속적인 계산을 수정하는 정보를 제공하는 수단이 제공된다. DMI의 제 1 의 목적에 사용되는 파장을 모니터링하고 특정 경로의 길이에서의 변화의 결정을 위한 수단이 또한 제공된다.
각 주파수-천이된 라이트빔들의 적어도 일 부분이 적절한 광 수단에 의해 간섭계 수단으로 안내되어, 각 주파수-천이된 라이트빔들의 적어도 일부의 제 1 부분은 기준 레그의 소정의 경로들을 따라 기준 레그를 통과하여 진행하고, 각 주파수-천이된 라이트빔들의 적어도 일부의 제 2 부분은 측정 레그의 소정의 경로들을 따라 측정 레그를 통과하여 진행하며, 각 주파수-천이된 라이트빔들의 적어도 일부의 제 1 및 제 2 부분은 서로 상이하다. 그런 다음, 각 주파수-천이된 라이트빔들의 적어도 일부의 제 1 및 제 2 부분들은, 기준 레그에서의 소정의 경로들을 통한 광로 길이 및 측정 레그에서의 소정의 경로들을 통한 광로 길이에 대한 정보를 담고 있는 엑시트빔 (exit beam) 으로서 간섭계 수단으로부터 벗어나온다.
엑시트빔들을 수신하여, 각 주파수-천이된 라이트빔들의 적어도 일부의 제 1 및 제 2 부분의 엑시트빔들 사이의 위상차에 상응하는 정보를 갖는 혼합된 광 신호들을 생성하는 결합수단이 제공된다. 그러면, 혼합된 광 신호들은 광검출기, 바람직하게는 광전기 검출에 의해 감지되고, 상이한 빔 파장들에서의 기체의 굴절률 및 상이한 빔 파장들에서의 기체의 굴절률에 기인하는 측정 레그에서의 광로 길이에 상응하는 정보를 갖는 전기 간섭 신호들을 생성하는 것으로 동작한다.
어떤 실시예들에서는, 수정된 전기 간섭 신호들이 어떤 숫자에 의해 각 전기 간섭 신호들의 위상을 곱하거나 나눔에 의해 전기 간섭 신호들로부터 발생되며, 상기 숫자들의 관계는 파장들의 공지된 근사 관계 또는 파장들의 공지된 근사 관계의 역수와 동일하다.
이 실시예에 의존하는 전기 간섭 신호들 또는 상응하는 수정된 전기 간섭 신호들은, 기체의 굴절률의 분산 및/또는 i 와 j 는 서로 상이한 파장들에 상응하는 정수들일때의 기체의 분산 (ni-nj) 에 실질적으로 기인하는 측정 레그의 광로 길이의 분산을 결정하는 것을 수행하는 전자 수단에 의해 분석된다. 이 정보 및 기체의 역수의 분산 파워로부터, r이 파장에 대응하는 정수일때 기체의 굴절률 (nr-1) 및/또는 기체의 굴절률에 기인하는 측정 레그의 광로 길이의 기여가 또한 전자 수단에 의해 결정될 수 있다. r 값은 i 및 j 또는 i 또는 j 둘중 하나와는 다를 수 있다. 전자 수단은 필요로되는 계산들을 수행하는 공지의 방법이 프로그래밍된 마이크로프로세서 또는 범용 컴퓨터의 형태일 수 있다.
바람직스런 형태로, 전기 간섭 신호들은 기체의 굴절률 및 측정 레그의 광로 길이에 대응하는 위상 정보를 포함하는 헤테로다인 신호들을 포함하고, 그 장치는 헤테로다인 신호들의 위상을 결정하는 수단을 더 포함하여, 기체의 굴절률의 분산 및 기체의 굴절률의 분산에 기인하는 측정 레그의 광로 길이의 분산에 대응하는 위상 정보를 발생시킨다. 어떤 실시예에서는, 장치는 수정된 전기 신호들에 대응하는 수정된 헤테로다인 신호들을 혼합, 즉 곱셈하기 위한 수단을 더 포함하여, 기체의 굴절률의 분산 및 기체의 굴절률의 분산에 기인하는 측정 레그의 광로 길이의 분산에 대응하는 위상을 포함하는 하나 이상의 슈퍼헤테로다인 신호를 생성한다. 어떤 실시예들에서 발생되는 헤테로다인 신호들, 수정된 헤테로다인 신호들 및 수정된 슈퍼헤테로다인 신호들의 위상 모호함을 해결하기 위해 포함되는 수단이 또한 있다. 다양한 실시예들의 간섭계 수단을 통하여 진행할때 라이트빔에 의해 경험되는 광로들의 세부적인 것에 따라, 부가적 또는 상이한 전자장치들이 제공된다.
개시된 진보성 있는 방법이 기재된 바람직한 장치를 사용하여 수행될 수 있는 반면에, 다른 공지의 장치가 또한 사용될 수 있다는 것이 명백하다. 게다가, 장치는 호모다인 신호들을 사용하여 사용될 수도 있다.
본 발명은, 기체의 굴절률과 측정 경로의 물리적인 길이 둘 중 하나 또는 둘 모두가 변화할때의, 하나 이상의 측정 경로의 굴절률 및/또는 기체에 기인하는 측정 경로의 광로 길이의 변화가 연속적인 다운스트림 또는 동시발생적인 애플리케이션들에서 빨리 측정되고 사용되는 장치 및 방법에 관한 것이다. 동시발생적인 애플리케이션의 예는 측정 경로에 있어서, 특히 급격한 스테이지 회전 비율에 의한 측정 경로에서 유도되는 환경 조건들의 변화 또는 공기 요동에 의한 측정 기간 동안에 발생하는 광로 길이의 변화에 의한, 기체의 굴절률의 영향을 보상함에 의해 정확성을 개선시키는 간섭 거리 측정기이다.
본 발명에 따른 장치의 많은 다른 실시예들이 도시되고 기재될 것이다. 그들은 약간의 세부적인 사항에서는 다른 반면에, 개시된 실시예들은 많은 공통의 소자들을 공유할 것이고, 그들의 광원의 요구되는 제어의 정도에 의존하는 두개의 카테고리로 분류될 것이다. 이하에 기재되는 바로서, 각 카테고리내에서의 개시된 실시예들은 어떻게 그들의 간섭 광로들이 수행되고 어떻게 적절한 정보 신호들이 전자적으로 조절되는가에 있어서 또한 다르다.
기재될 실시예들의 제 1 그룹은 두개의 실시예들 및 그의 변형예들을 포함한다. 이 그룹은, 채택된 광원들의 안정도가 충분하고, 채택된 광원들에 의해 발생되는 라이트 빔 (light beam) 들의 파장의 비율이 최종 사용 애플리케이션에 의한 결과 데이터에 요구되는 정밀도를 맞추는데 충분한 상대적인 정밀도로 공지의 비율값과 일치하는, 애플리케이션들을 위해 의도된다.
실시예들의 제 2 그룹은 또한 두개의 실시예들 및 그의 변형예들을 포함하고, 이들은 광원들의 안정도를 모니터링하고 채택된 광원들에 의해 발생되는 라이트빔들의 파장의 비율을 측정하여 정확도 성능 요구사항에 맞추는 활용에 특히 적합하다. 상기 두 그룹 모두에서, 호모다인 (homodyne), 헤테로다인 (heterodyne) 및/또는 슈퍼헤테로다인 (superheterodyne) 신호들을 분석하는데 있어 발생하는 위상의 모호함과 위상 및 그룹 지연들을 다루는 장치가 개시되고, 본 발명의 단계들을 수행하는 방법들이 개시된다.
도 1a 및 도 1b 는 측정 경로에서의 기체의 굴절률 및/또는 기체에 기인하는 측정 경로의 광로 길이의 변화를 측정 및 모니터링하기 위한 본 발명의 하나의 바람직한 실시예의 개략적인 형태를 도시하고, 이때 기체의 굴절률과 측정 경로의 물리적인 길이 둘 중 하나 또는 둘 모두는 변화할 수 있고, 채택된 광원들의 안정도는 충분하며 채택된 광원들에 의해 발생되는 라이트빔들의 파장의 비율은 최종 사용 애플리케이션에 의한 결과 데이터에 요구되는 정밀도를 맞추는데 충분한 상대적인 정밀도로 공지의 비율값과 일치한다.
도 1a 를 참조로하여, 본 발명의 제 1 의 바람직한 실시예의 바람직한 장치 및 방법에 따라, 광원 (1) 로부터 방출된 라이트빔 (7) 은 변조기 (3) 를 통과하여 라이트빔 (9) 이 된다. 변조기 (3) 는 구동기 (5) 에 의해 여기된다. 소오스 (1) 는 바람직하게는 레이저 또는 코히어런트 (coherent) 한 방사의 소오스이고 바람직하게는 편광되며 파장 ( 1) 을 갖는다. 변조기 (3) 는 예를 들어 음향-광 장치 또는 빔 (7) 의 편광 성분들을 선택적으로 변조시키기 위한 부가적인 렌즈를 갖는 음향-광 장치들의 조합이 될 수 있다. 변조기 (3) 는 바람직하게는 빔 (7) 의 하나의 선형 편광 성분의 발진 주파수를 직교로 선형적으로 편광된 성분에 관하여 f1으로 천이시키고, 여기서의 성분들의 편광 방향은 x 및 y 로 표시된다. 다음의 제 1 의 바람직한 실시예에 대한 기재에서, 빔 (9) 의 x 편광 성분은 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어남이 없이 빔 (9) 의 y 편광 성분에 관하여 f1으로 천이된 발진 주파수를 갖는다. 발진 주파수 (f1) 는 구동기 (5) 에 의해 결정된다.
다음 단계에서, 소스 (2) 로부터 방출된 라이트빔 (8) 은 변조기 (4) 를 통과하여 라이트빔 (10) 이 된다. 변조기 (4) 는, 변조기 (3) 및 구동기 (5) 와 각각 유사하게, 구동기 (6) 에 의해 여기된다. 소오스 (1) 과 유사하게, 소오스 (2) 는 바람직하게는 레이저 또는 편광되고 코히어런트한 방사의 소오스이나 다른 파장 ( 2) 을 갖고, 여기에서 파장들의 비율 ( 1/ 2) 은 공지의 근사 비율값 (l1/l2) 을 갖는다, 즉,
이고, 여기에서 l1및 l2는 정수값 및 비정수값들로 가정될 수 있고, 파장들의 비율 ( 1/ 2) 은 비율값 (l1/l2) 과 같거나 또는 기체의 굴절률의 분산 (n2-n1) 과 기체의 굴절률 또는 기체에 기인하는 측정 레그의 광로 길이의 변화의 측정에 요구되는 상대적인 정밀도 (ε) 와의 곱보다 작다. 빔 (10) 의 x 편광 성분은 빔 (10) 의 y 편광 성분에 관하여 양 (f2) 로 천이된 발진 주파수를 갖는다. 발진 주파수 (f2) 는 구동기 (6) 에 의해 결정된다. 부가적으로, 빔들 (9 및 10) 의 x 성분들의 주파수 천이들의 방향은 동일하다.
당업자라면 빔들 (7 및 8) 에는 대신으로 하나 이상의 방출하는 단일 레이저 소오스, 주파수의 2배화, 3배화, 4배화 등을 성취하는 광학적 주파수 2배화 (doubling) 수단과 결합된 단일의 레이저 소오스, 합 주파수 발생 또는 차 주파수 발생과 결합된 파장들이 다른 2개의 레이저 소오스들 또는 둘 이상의 파장들의 라이트빔들을 발생시킬 수 있는 임의의 등가 소오스 구성이 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
예를 들어 레이저 소오스는 당업자에 있어 종래 기술들의 변형의 하나로서 안정화되는 HeNe 기체 레이저가 됨이 이해되고, 이는 예를 들어 T. Baer 등의 Applied Optics, 19, 3173-3177 (1980) 에 기재된 "Frequency Stabilization of a 0.633 ㎛ He-Ne-longitudinal Qeeman Laser", 1975년 6월 10일 특허된 Burgwald 등의 미국특허 제 3,889,207 호 및 1972년 5월 9일 특허된 Sandstrom 등의 미국특허 제 3,662,279 호에 개시된다. 대신으로, 레이저는 당업자에 있어 종래 기술들의 변형의 하나로서 안정화되는 다이오드 레이저 주파수가 될 수 있고, 이는 예를 들어 T. Okoshi 와 K. Kikuchi 의 Electronic Letters, 16, 179-181 (1980) 에 기재된 "Frequency Stabilization of Semiconductor Lasers for Heterodyne-type Optical Communication Systems" 및 S. Yamagguchi 와 M. Suzuki 의 IEEE J. Quantum Electronics, QE-19, 1514-1519 (1983) 에 기재된 "Simultaneous Stabilization of the Frequency and Power of an AlGaAs Semiconductor Laser by Use of the Optogalvanic Effect of Krypton" 에 개시된다.
당업자라면 빔 (9) 및 빔 (10) 의 두 광 주파수들이 다음의 주파수 변조 장치 및/또는 레이저들의 변형의 임의의 것에 의해 생성될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
(1) 예를 들어 1969년 7월 29일 특허된 Bagley 등의 미국특허 제 3,458,259 호; G. Bouwhuis 의 Ned. T. Natuurk, 34, 225-232 (1968년 8월) 에 기재된 "Interferometrie Mit Gaslasers" 및 H. Matsumoto 의 Precision Engineering, 6 (2), 87-94 (1984) 에 기재된 "Recent interferometric measurements using stabilized lasers" 에서 개시되는 Zeeman 스플릿 레이저의 사용;
(2) 예를 들어 Y. Ohtsuka 및 K. Itoh 의 Applied Optics, 18 (2), 219-224 (1979) 에 기재된 "Two-frequency Laser Interferometer for Small Displacement Measurements in a Low Frequency Range", N. Massie 등의 Applied Optics, 22 (14), 2141-2151 (1983) 에 기재된 "Measuring Laser Flow Fields With a 64-Channel Heterodyne Interferometer", Y. Ohtsuka 및 M. Tsubokawa 의 Optics and Laser Technology, 16, 25-29 (1984) 에 기재된 "Dynamic Two frequency Interferometry for Small Displacement Measurements", 1996년 1월 16일에 특허된 H. Matsumoto 및 P. Dirksen 등의 미국특허 제 5,485,272 호 및 N. A. Riza 및 M. M. K. Howlader 의 Opt. Eng, 35 (4), 920-925 (1996) 에 기재된 "Acousto-optic system for the generation and control of tunable low-frequency signals" 에서 개시되는 한 쌍의 음향-광 브래그 셀 (acousto-optical Bragg cell) 들의 사용;
(3) 예를 들어 1987년 8월 4일 특허된 G. E. Sommargren 의 공유 미국특허 제 4,684,828 호, 1987년 8월 18일 특허된 G. E. Sommargren 과 P. Dirksen 등의 공유 미국특허 제 4,687,958 호에서 개시되는 단일 음향-광 브래그 셀의 사용;
(4) 예를 들어 J. B. Ferguson 및 R. H. Morris 의 Applied Optics, 17 (18), 2924-2929 (1978) 에 기재된 "Single Mode Collapse in 6328 옴스트롱 HeNe Lasers" 에서 개시되는 임으로 편광된 HeNe 레이저의 두개의 종측 모드의 사용 또는
(5) 예를 들어 V. Evtuhov 및 A. E. Siegman 의 Applied Optics, 4 (1) 142-143 (1965) 에 기재된 "A 'Twisted-Mode' Technique for Obtaining Axially Uniform Energy Density in a Laser Cavity" 에서 개시되는 쌍굴절 (birefringent) 성분들의 사용.
빔들 (7 및 8) 의 소오스들을 위해 사용되는 특정한 장치는 각기 빔들 (7 및 8) 의 직경 및 다이버전스 (divergence) 를 결정할 것이다. 예를 들어 다이오드 레이저와 같은 어떤 소오스들에서, 예를 들어 종래의 현미경 대물렌즈 같은 종래의 빔 모양 렌즈들에 필수적일 것이고, 빔들 (7 및 8) 로 다음의 소자들을 위한 적절한 직경 및 다이버전스를 제공한다. 소오스가 HeNe 레이저일때, 빔 형성 렌즈들은 요구되지 않는다.
당업자라면 빔 (9) 및/또는 빔 (10) 의 x 및 y 편광 성분들 모두가 본 발명의 범위 및 정신에서 벗어남이 없이 주파수 천이 될 수 있을 것이라는 것을 이해할 수 있고, f1은 빔 (9) 의 x 및 y 편광 성분들의 주파수 차이이고, f2는 빔 (10) 의 x 및 y 편광 성분들의 주파수 차이이다. 간섭계 및 레이저 소오스의 개선된 격리는 일반적으로 빔의 x 및 y 편광 성분들의 주파수 천이에 의해 가능하고, 개선된 격리의 정도는 주파수 천이들을 발생시키기 위한 수단에 의존한다.
다음의 단계로서, 빔 (9) 은 거울 (253A) 에 의해 반사되고 빔 (9) 의 일부는 빔스플릿터 (253B) 에 의해 바람직하게는 비편광 유형으로 연속적으로 반사되어, 빔 (213) 의 λ1성분이 된다. 빔 (10) 의 일부는 빔스플릿터 (253B) 에 의해 전송되어 빔 (213) 의 제 2 성분인 λ2성분이 되고, λ2성분은 바람직하게는 λ1성분과 평행 및 동일 연장선이 된다. 다음의 단계로서, 빔 (213) 은 간섭계 (260) 으로 전파되는데, 간섭계 (260) 는 빔 (213) 의 λ1성분의 x 및 y 편광 성분들 사이의 위상 천이 (Ψ1) 및 빔 (213) 의 λ2성분의 x 및 y 편광 성분들 사이의 위상 천이 (Ψ2) 를 만들어내는 광학적 수단으로 이루어진다. 위상 천이들 (Ψ1및 Ψ2) 는 다음의 식에 따른 측정 경로 (298) 의 왕복 물리적 길이 (L) 과 관련되며,
여기에서 ρ는 각 기준 및 다중 통과 간섭계를 위한 측정 레그들을 통과하는 수이고, nj는 파번호 (wavenumber) (kj=(2)/λj) 에 대응하는 측정 경로 (298) 에서의 기체의 굴절률이다. 위상 오프셋들 ( j) 은 측정 경로 (298) 또는 기준 경로에 관련되지 않는 위상 천이들 (Ψj) 과 관련된다.
도 1a 에 도시된 바와 같이, 간섭계 (260) 는 기준 재귀반사기 (retroreflector) (295), 대물 재귀반사기 (296), 1/4 파장 위상 지연 플레이트들 (221 및 222) 및 편광 빔 스플릿터 (223) 으로 이루어진다. 이 구성은 편광 Michelson 간섭계로서 종래 기술로 알려진 것이고, p=1 과 함께 단순한 설명으로서 도시된다.
수학식 2 는 하나의 파장을 위한 경로들 및 제 2 의 파장을 위한 경로들이 실질적으로 동일 연장선상인 경우와 제 1 실시예에서의 본 발명의 기능의 가장 단순한 방식을 설명하기 위해 선택되는 경우에서 유효하다. 당업자에게 있어서, 두개의 상이한 파장들을 위한 각각의 경로들이 실질적으로 동일 연장선상이 아닌 경우의 일반화는 쉬운 일이다.
간섭의 거리 측정에서의 비선형성을 만들어내는 순환 오류들이 수학식 2 에서 생략되었다. 간섭계에서의 분리된 빔들 및/또는 각 라이트빔 소오스로부터 간섭계로의 이송 시스템에서의 분리된 빔들 [M. Tanaka, T. Yamagami 및 K. Nakayama 의 IEEE Trans. Instrum. and Meas., 38(2), 552-554, 1989 에 기재된 "Linear Interpolation of Periodic Error in a Heterodyne Laser Interferometer at Subnanometer Levels" ] 및 감소된 편광 및/또는 주파수 혼합을 갖는 라이트 빔 소스들과 같은 기술들인 당업자에게 공지된 기술은, 무시할 수 있는 레벨의 순환 오류들을 감소시키거나 또는 순환 오류들의 존재를 보상한다.
간섭계 (260) 를 통과한 후에, 빔 (213) 은 위상-천이된 빔 (215) 이 되는데, 이는 바람직하게는 빔 (215) 의 x 및 y 편광 성분을 혼합하기 위해서 편광기 (244) 를 통과한다. 종래의 다이크로익 (dichroic) 빔 스플릿터 (280) 는 바람직하게는 파장들 (λ1및 λ2) 에 대응하는 빔 (215) 의 일부들을 각기 빔들 (217 및 218) 로 분리시킨다.
도 1a 에 도시된 다음 단계로, 위상-천이된 빔들 (217 및 218) 은 각기 광검출기들 (85 및 86) 로 들어가고, 바람직하게는 광전기 검출에 의해 각각 두개의 전기 간섭 신호들인 헤테로다인 신호들 (s1및 s2) 를 생성한다. 신호 (s1) 는 파장 (λ1) 에 대응하고 신호 (s2) 는 파장 ( λ2) 에 대응한다. 신호들 (sj) 은 다음의 식
의 형태를 갖고, 여기에서 시간의존 변수 j(t) 는 다음의 식
로 주어진다.
헤테로다인 신호들 (s1및 s2) 이 전자 신호 (103) 의 분석을 위해 디지털 형태 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로 전자 프로세서 (109) 로 전송된다.
헤테로다인 신호들 (s1및 s2) 을 전자적으로 프로세스하기 위한 바람직한 방법이 l1및/또는 l2가 저차의 정수들이 아닐때의 경우를 위해 여기에 나타난다. l1및/또는 l2가 모두 저차의 정수들이고 비율 (l1/l2) 에 맞는 파장들의 비율이 최종 사용 애플리케이션에 의한 결과 데이터에 부과되는 요구되는 정밀도를 맞추기에 충분한 상대적인 정밀도를 가질때, 헤테로다인 신호들 (s1및 s2) 을 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 프로세스는 본 발명의 제 1 의 바람직한 실시예의 제 2 의 변형예를 위해 연속적으로 개시되는 것과 동일하다.
도 1b 를 참조로하여, 전자 프로세서 (109) 는 전자 프로세서들 (1094A 및 1094B) 을 더 포함하여, 디지털 Hilbert 변환 위상 검출기 [R. E. Best에 의한 2nd ed. McGraw-Hill (New York) 1993 에 기재된 "Phase-locked loops: theory, design, and applications" 의 섹션 4.1.1] 와 같은 시간-기초 위상 검출 또는 구동기들 (5 및 6) 을 사용하여, 디지털 또는 아날로그 신호 프로세스들, 바람직하게는 디지털 프로세스에 의해 각기 위상들 (Ψ1및 Ψ2) 을 결정한다.
구동기들 (5 및 6) 의 위상들은 전기 신호들, 기준 신호들 (101 및 102) 각각에 의해 전자 프로세서 (109) 로 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로 전달된다. 기준 신호들, 대체적으로 기준 신호들 (101 및 102) 은 광학적 픽오프 (pick off) 수단 및 검출기들 (도시되지 않음) 에 의해 또한 생성될 수 있고, 빔 스플릿터들, 바람직하게는 비편광 빔 스플릿터로서 빔들 (9 및 10) 의 부분들로 분리되며, 분리된 빔 (9) 의 부분과 빔 (10) 의 부분을 혼합하고, 혼합된 부분들을 검출하여 대체적인 헤테로다인 기준 신호들을 생성한다.
도 1b 를 참조로하여, 위상 (Ψ1)및 위상 (Ψ2) 는 전자 프로세서들 (1095A 및 1095B) 에서 각기 l1/p 및 l2/p 에 의해 곱해져서, 바람직하게는 디지털 프로세스에 의해 각기 위상들 (l1/p)Ψ1및 (l2/p)Ψ2을 만들어낸다. 위상들 (l1/p)Ψ1및 (l2/p)Ψ2은 바람직하게는 디지털 프로세스에 의해 전자 프로세서 (1096A) 에서 서로 합산되고 전자 프로세서 (1097A) 에서 다른하나로부터 하나가 감산되어 각기 위상들 θ및 φ를 만든다. 공식으로,
이 된다.
위상들 (Ψ1, θ및 φ) 는 신호 (105) 로서 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로 컴퓨터 (110) 로 전송된다.
진공으로 이루어진 경로의 측정에 있어, 위상 (φ) 은 실질적으로 재귀반사기 (296) 의 이동에 기인하는 도플러 천이들에 독립적인 상수이다. 이는 전기 신호들 (s1및 s2) 에 의해 경험되는 그룹 지연에 있어서의 차이들에 기인하는 수행의 경우일 수는 없다. 종종 엔벨로프 (envelope) 지연이라 불리는 그룹 지연은 주파수들의 패킷의 지연을 뜻하고, 특정 주파수에서의 그룹 지연은 특정 주파수에서의 위상 곡선의 음의 기울기로 규정된다 [H. J. Blinchikoff 및 A. I. Zerev 의 Filtering in the Time and Frequency Domains, Section 2.6, 1976 (Wiley, New York)]. 만약 위상 (φ) 이 진공으로 이루어진 경로의 측정에 있어 상수가 아니라면, 당업자에게 알려진 기술들이 상수로부터 위상 (φ) 의 이탈을 보상하기 위해 사용될 수 있다. φ에 있어서의 그룹 지연 영향들은 검출될 뿐만 아니라, 진공을 이루는 경로 측정을 위해 해석기 (267) 에 의해 생성되는 재귀반사기 (296) 의 상이한 병진 속도의 함수로서, φ의 측정에 의해 결정될 수 있다는 것이 중요하다. φ에 있어서의 그룹 지연 영향들은, 각기 검출기들 (85 및 86) 에서의 광전기적 검출기들에 실용적인 신호들 (s1및 s2) 의 아날로그-디지털 변환의 수행에 의해 현저히 감소될 수 있고, 연속적인 아날로그 신호 프로세스 및/또는 아날로그-디지털 변환 다운스트림을 위한 아날로그 신호들로서 신호들 (s1및 s2) 를 전송하는 것에 반대로 디지털적으로 신호 프로세스가 따른다.
특정한 그룹 지연을 위한 보상이 일반적으로 특정한 그룹 지연을 생성하는 프로세스 소자들의 전후로, 또는 부분적으로 전후로 이루어질 수 있다.
기체의 굴절률 (n1-1) 은 다음의 식으로 계산 될 수 있고,
여기에서
이고,
이며, 여기에서 Γ는 환경 조건들 및 기체에서의 요동에 실질적으로 독립적인 기체의 역수 (reciprocal) 분산 파워이다. 오프셋 용어 (Q) 는 다음의 식
로 되고, 여기에서
이다.
Γ값은 기체 조성비에 대한 정보 및 기체 성분들의 굴절률에 의존하는 파장에 대한 정보로부터 계산될 수 있다. 예를 들어 λ1=0.63㎛, λ2=0.32㎛ 및 표준 대기 조건에서 Γ24 이다.
부가적으로, 수학식 7 은 제 1 의 파장에서 광 빔들을 위한 결합된 경로들이 제 2 의 파장에서 광 빔들을 위한 결합된 경로들과 실질적으로 동일 연장선상에 위치하는 경우에 유효하고, 이러한 바람직한 구성은 또한 본 발명의 기능ㅇ르 가장 단순한 방식으로 설명한다. 당업자에게 있어, 제 1 의 파장에서 광 빔들을 위한 결합된 경로들이 제 2 의 파장에서 광 빔들을 위한 결합된 경로들과 실질적으로 동일 연장선상에 위치하지 않는 경우에 있어서의 일반화도 쉬운 일이다.
거리 측정 간섭계에 관련된 응용에 있어, 헤테로다인 위상 (Ψ1) 및 위상들 (θ 및 Φ) 은 물리적인 거리 (L) 를 결정하는데 사용될 수 있는데, 이는 거리 측정 간섭계의 측정 경로에서의 기체의 굴절률의 영향에 무관하고, 다음의 식
를 사용한다.
파장들의 비율은 수학식 8 및 9 로부터 (K/χ) 를 사용하여 표현될 수 있고, 다음의 식
로 표현된다.
다음의 조건
에서 동작될때, 위상 (θ 및 Φ) 는 근사값으로
이 된다.
따라서, 파장의 비율 (λ1/ λ2) 이 수학식 1 과 같이 공지의 근사 비율값 (l1/l2) 을 갖고, l1및 l2는 정수 및 비정수값으로 가정될 수 있고, 파장의 비율 (λ1/ λ2) 는 비율값 (l1/l2) 과 같거나 또는 기체의 굴절률의 분산 (n2-n1) 과 기체의 굴절률 또는 기체에 기인하는 측정 레그의 광로 길이의 변화의 측정에 요구되는 상대적인 정밀도 (ε) 와의 곱보다 적은 제 1 의 바람직한 실시예의 경우에서, 다음과 같은 부등식
로 표현되고,
수학식 7 및 14 는 각각 다음의 보다 단순한 식
으로 된다.
당업자에게 있어, n1을 대체하여 또는 부가적으로 n2의 견지에서 L에대한 유사한 계산들을 수행할 수 있다.
다음 단계에서, 전자 프로세스 수단 (109) 은, (n1-1) 및/또는 L의 계산을 위하여, 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태에서 전자 신호 (105) 로서 Ψ1및 Φ를 컴퓨터 (110) 로 전송한다. (1/l1)Φ에서의 위상 여분 (phase redundancy) 의 해가 수학식 19 또는 20 을 이용하여 (n1-1) 또는 기체에 기인하는 L 의 변화의 계산에서 요구된다. 부가적으로, Ψ1에서의 위상 여분의 해가 수학식 19 를 사용하여 L 을 계산하는데 있어 요구되고, 만약 χ가 시간에 따른 변수라면 Ψ1에서의 위상 여분의 해가 수학식 20 을 사용하여 L의 변화를 계산하는데 요구된다.
(1/l1)Φ를 포함하는 등가의 파장은 파장들 (λ1및 λ2) 중 어느 하나보다 현저히 크고, 결과로서 (1/l1)Φ에서의 위상 여분의 해를 위해 수행되는 절차의 현저한 단순화를 이룬다. (1/l1)Φ를 위한 등가 파장 λ(1/l1)Φ는
이다.
예를 들어 λ1=0.63㎛, λ2=0.32㎛ 및 (n2-n1)1×10-5인 표준 대기조건에서, 수학식 22의 등가 파장은
이 된다.
여러 절차들중 임의의 하나는 수학식 22에 의해 등가 파장이 주어진 (1/l1)Φ에서의 위상 여분을 구하는데 쉽게 사용될 수 있다. 예를 들어 측정 경로에서의 변화들을 측정하기 위해 사용되는 거리 측정 간섭계에 기초한 응용의 태양인 측정 경로에서의 변화들이 간섭적으로 측정될 수 있는 응용들에서, 간섭계 (260) 의 이동가능한 재귀반사기 (296) 는 기록된 (1/l1)Φ에서의 소정 길이 및 수반하는 변화의 제어된 방식에서 해석기 (267) 에 의해 해독된다. Ψ1에서의 변화에 의해 기록되는 바로서, (1/l1)Φ에서의 기록된 변화 및 해독된 길이로부터, 등가 파장 λ(1/l1)Φ는 계산될 수 있다. 등가 파장 λ(1/l1)Φ를 위한 계산된 값과 더불어, (1/l1)Φ에서의 위상 여분은 등가 파장 λ(1/l1)Φ를 위한 상대적으로 큰 값의 견지에서 구해진다.
측정 레그에서의 굴절률 및/또는 기체에 기인하는 광로 길이의 변화의 결정이 이루어지고 재귀반사기 (296) 가 앞서에서 고려된 바와 같은 해독 능력을 갖지 않는 응용에 있어, 다른 절차들은 (1/l1)Φ의 위상 여분의 해를 구하는데 유용하다. (1/l1)Φ에서의 위상 여분을 구하는데 사용될 수 있는 하나의 절차는 측정 경로 (298) 에 직렬로 위치하여 삽입되는 재귀반사기 또는 일련의 재귀반사기들의 사용에 기초하고, 직렬로 위치된 각 위치에서의 재귀반사기는 재귀반사기 (296) 와 동일한 기능을 수행하며, 삽입된 재귀반사기들의 직렬로 위치된 각 위치를 위한 측정 레그의 왕복 물리적인 길이 (L) 는 기하학적인 진행 (progression) 을 형성한다. 일련의 위치들에서의 가장 작은 또는 제 1 왕복 물리적인 길이는, (1/l1)Φ의 초기값 이 공지된 상대적인 정밀도에 의해 나누어지는 근사적으로 λ1/[4(n2-n1)] 으로 될 것이다. 일련의 위치들 중에서 제 2 위치의 왕복 물리적인 거리는 근사적으로 상대적인 정밀도에 의해 나누어지는 일련의 위치들중 제 1 위치의 왕복 물리적 길이이고, Φ는 일련의 위치들 중에서 제 1 위치를 사용하여 측정된다. 이는 기하학적인 진행 절차이고, 왕복 물리적인 길이들의 결과적인 순서는 기하학적인 진행을 형성하며, 이는 만약 일련의 위치들에서의 위치들의 수가 하나에 의해 증가한다면 굴절률 또는 기체의 굴절률에 기인하는 광로 길이에서의 변화의 측정에 사용되는 재귀반사기 (296) 의 왕복 물리적인 길이가 초과할때 까지 계속된다.
제 3 의 절차는 일련의 파장들의 소오스 (도 1a 및 도 1b 에 도시되지 않음) 의 사용 및 이들 파장들을 위한 Φ의 측정에 기초한다. 위상 여분을 구하는데 요구되는 공지의 파장들의 수는, 수학식 22 에 의해 주어진 바로서의 λ(1/l1)Φ를 위한 상대적으로 큰 값 때문에 일반적으로 작은 집합으로 구성된다.
(1/l1)Φ에서의 위상 여분을 구하는 다른 절차는 (1/l1)Φ에서의 변화를 관찰하는 것일 수 있는데, (1/l1)Φ에서의 위상 여분을 구하기 위하여 측정 경로 (98) 는 기체가 꽉찬 상태에서 비워진 상태 (진공 체임버 및 펌프 및 필수 기체 조절 시스템이 도 1a 및 도 1b 에 도시되지 않음) 로 변화한다. 영이 아닌 값으로부터 진공으로의 기체 압력의 변화에 부분적으로 기초하는 굴절률의 절대값 및 기체의 굴절률에 따르는 광로 길이의 변화를 측정하는데 있어 보통 직면하는 문제점은 제 1 의 바람직한 실시예에 있어 나타나지 않는데, 이는 수학식 22 에 의해 표현되는 바로서의 (1/l1)Φ의 등가 파장의 상대적으로 큰 값 때문이다.
만약 요구된다면, Ψ1에서의 위상 여분의 해는 본 발명의 제 4 실시예 및 그의 변형예에서 θ에서의 위상 여분의 요구되는 해에 관하여 기재하는 것과 유사한 문제를 갖는다. 결론적으로 본 발명의 제 4 실시예 및 그의 변형예에 관하여 θ에서의 위상 여분의 요구되는 해를 위해 기재되는 절차는 Ψ1에서의 위상 여분의 해에서 사용을 위해 적용될 수 있다.
수학식 19 및 20 에 나타나고 수학식 2 및 11 에서 규정되는 1및/또는 Q를 수반하는 오프셋 기호들은, χ가 시간에 가변인지 아닌지, 굴절률 및/또는 길이 (L) 이 결정되는 것인지 아닌지, 또는 굴절률 및/또는 길이 (L) 에서의 변화가 각각 결정되는지 아닌지에 의존하는 결정 및/또는 모니터링의 어떠한 조합을 요하는 것이다. 요구되는 바로서 1및/또는 Q 의 결정 및/또는 모니터링은, 본 발명의 제 2 및 제 4 의 실시예들 및 그의 변형예들에서의 3및/또는 Q 의 결정 및/또는 모니터링에 관하여 연속적으로 기재될 것과 유사한 문제점이 있다. 결론으로, 제 2 및 제 4 의 실시예들 및 그의 변형예들에 관하여 3및/또는 Q 의 결정 및/또는 모니터링을 위해 기재된 절차들은 요구된다면 1및/또는 Q 의 결정 및/또는 모니터링을 위한 제 1 실시예에 적용될 수 있다.
제 1 실시예의 제 1 변형예의 장치의 기재가 도 1a 에 도시된 제 1 실시예의 빔들 (217 및 218) 의 검출에 관한것을 제외하고는 소정의 제 1 실시예의 장치와 동일한, 제 1 의 바람직한 실시예의 제 1 의 변형예가 개시된다. 제 1 실시예의 제 1 변형예에서, 빔 (217) 의 제 1 부분은 a가 상수일때 s1, as1에 비례하는 신호를 만들어내는 검출기 (도면에 도시되지 않음) 에 의해 검출되고, 빔 (218) 및 빔 (217) 의 제 2 부분은 b 가 상수일때 신호 Sb1+2=bs1+s2를 만들어내는 제 2 단일 검출기 (도면에 도시되지 않음) 에 의해 검출된다. 헤테로다인 신호들 (as1및 Sb1+2) 은 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로서 각기 전자 신호들 (1103 및 1104) 로서 분석을 위해 도 1c 에 블록도로서 도시된 전자 프로세서 (109A) 로 전송된다.
도 1c 를 참조로 하여, 전자 프로세서 (109A) 는 바람직하게는 넘버링된 구성요소들을 포함하고, 넘버링된 구성요소는 구성요소의 기능을 나타내고, 동일하게 넘버링된 구성요소/기능 결합은 도 1b 에 기재된 제 1 실시예의 전자 프로세스 구성요소를 위해 기재되는 것과 같다. 위상들 (θ 및 Φ) 을 위한 Sb1+2를 포함하는 헤테로다인 신호들 (bs1및 s2) 을 프로세스함에 있어 전자 프로세서 (109A) 에 의해 수행되는 단계들의 기재는, 구성요소들의 넘버링된 숫자들에 따라, 제 1 실시예의 헤테로다인 신호들 (s1및 s2)을 프로세스함에 있어 전자 프로세서 (109) 에 의해 수행되는 단계들의 기재와 동일하다. 위상 (Ψ1) 을 위해 전자 프로세서 (109A) 에 의해 헤테로다인 신호 (as1) 을 프로세스하는 단계들의 기재는, 구성요소들의 넘버링된 숫자들에 따라, 제 1 실시예의 헤테로다인 신호들 (s1및 s2)을 프로세스함에 있어 전자 프로세서 (109) 에 의해 수행되는 단계들의 기재와 동일하다.
전자 프로세서 (109A) 에 의해 만들어진 위상 (Ψ1,θ 및 Φ) 은 공식적으로 제 2 실시예의 전자 프로세서 (109) 에 의해 만들어진 Ψ1,θ 및 Φ와 동일한 특성을 갖는다.
현저한 태양이 될 수 있는 제 1 실시예의 제 1 변형예의 태양은 단일 검출기에 의해 헤테로다인 신호들 (bs1및 s2) 를 만들어내는 광 빔들을 범출하는 것이다. 당업자에게 있어, 제 1 실시예의 제 1 변형예의 단일 검출기 태양이 제 1 실시예에서가능한 일정한 그룹 지연들에서의 차이의 영향을 줄이거나 제거하는데 중요할 수 있다는 것이 명백할 것이다. 제1 실시예의 제 1 변형예의 나머지 내용은 제 1 실시예를 위해 주어진 기재의 상응하는 부분들과 동일하다.
제 1 의 바람직한 실시예의 제 2 변형예가 개시되는데, 제 1 실시예의 제 2 변형예의 장치의 기재는 도 1a 에 도시된 구동기들 (5 및 6) 의 주파수들 (f1및 f2) 를 제외하고는 제 1 실시예의 장치에서 주어진 것과 동일하다. 제 1 실시예의 제 2 변형예에 있어, 두 구동기들 (5 및 6) 의 주파수들은 동일하다. 즉, f1= f2이다. 제 1 실시예의 제 2 변형예의 태양은 f1≠ f2로부터 기인하는 제 1 실시예의 그룹 지연의 차이의 영향을 제거한다. 제 1 실시예의 제 2 변형예의 나머지 내용은 제 1 의 바람직한 실시예에서 주어진 기재의 대응하는 부분과 동일하다.
이제 기체의 굴절률과 측정 경로의 광로 길이의 변화 둘 중 하나 또는 모두가 변화될 수 있고, 채택된 광원들의 안정도가 충분하고 채택된 광원들에 의해 생성되는 라이트빔들의 파장들이 최종 사용 애플리케이션에 의한 결과 데이터에 부과되는 요구되는 정밀도를 맞추기에 충분한 상대적인 정밀도를 충족하는 상황에서. 측정 경로에서의 기체의 굴절률 및/또는 기체에 기인하는 측정 경로의 광로 길이의 변화를 측정 및 모니터링하기 위한 본 발명의 제 1 의 바람직한 실시예의 제 3 의 변형예를 형성하는 블록도로서 설명되는 도 1a 및 도 1d가 개시된다. 파장들이 근사적으로 조파(harmonic)적으로 관련되는 조건은 비율 (l1/l2) 가 저차수의 영이 아닌 정수들 (p1/p2) 의 비율로서 표현가능하며, 이는 즉,
이다.
제 1 실시예의 제 2 변형예를 위한 라이트빔들 (9 및 10) 및 라이트빔들 (9 및 10) 의 소오스들에 대한 기재는 제 1 실시예를 위해 주어진 라이트빔들 (9 및 10) 및 라이트빔들 (9 및 10) 의 소오스들에 대한 기재와 동일하고, 파장들이 최종 사용 애플리케이션에 의한 결과 데이터에 부과되는 요구되는 정밀도를 맞추는데 충분한 상대적인 정밀도와 조화롭게 요구되는 부가적인 요구조건을 갖는다. 도 1a 에 도시된 제 1 실시예의 제 2 변형예의 장치의 기재는 제 1 실시예를 위해 주어지는 기재의 대응하는 부분들과 동일하다.
도 1d 를 참조로하여, 전자 프로세스 수단 (109B) 은 헤테로다인 신호들 (s1및 s2) 의 시간 의존적인 인자들 ( 1(t) 및 2(t)) 을 계수 (p1및 p2) 와 곱하여처리하기 위하여 바람직하게는 수단들 (1092A 및 1092B) 를 포함하며, 다음의 형태
를 갖는 두개의 수정된 헤테로다인 신호들 (및) 을 만들어낸다.
상기 곱셈은 전자 필터링에 의한 신호 스퀘어링 (squaring) 과 같은, 종래 기술에서 잘알려진 주파수 곱셈 기술중 임의의 하나에 의해 수행된다.
도 1d 를 참조로 하여, 전자 프로세스 수단 (109B) 은 수정된 헤테로다인 신호들 (및) 을 아날로그 또는 디지털 프로세스로, 바람직하게는 디지털 프로세스로 전자적으로 함께 곱셈을 하기 위한 수단 (1095E) 을 바람직하게는 포함하여 다음의 수학식
을 갖는 슈퍼헤테로다인 신호 () 을 만들어낸다.
슈퍼헤테로다인 신호 () 는 압축된 캐리어를 갖는 두개의 사이드밴드들로 이루어지고
로 되며, 여기에서
이다.
따라서 슈퍼헤테로다인 신호 () 는 동일한 진폭의 두개의 사이드밴드들 (및) 으로 이루어지고, 제 1 의 사이드밴드는 주파수 () 및 위상 () 을 갖고 제 2 의 사이드밴드는 주파수 () 및 위상 ()를 갖는다.
도 1d 를 참조로하여, 전자 프로세서 (109B) 는 바람직하게는 프로세서 (1093A) 를 포함하여 두개의 사이드밴드 신호들 (및) 로 분리하고, 이에는 주파수에서 분리되는 두개의 분리 신호들을 위한 필터링 또는 다른 임의의 기술들을 사용한다. 슈퍼헤테로다인 신호의 저주파수 사이드밴드의 주파수 () 는, 제 1 실시예의 제 3 변형예의 나머지 설명에서 기재되는 바로서 슈퍼헤테로다인 신호의 고주파수 사이드밴드의 주파수 ()보다 매우 작을 수 있고, 이는 프로세서 (1093A) 의 작업을 현저히 단순화시킨다. 전자 프로세서 (109B) 는 프로세서들 (1094F 및 1094G) 를 더 포함하여 위상들 (및) 을 결정하고, 이에는 Hilbert 변환 위상 검출기 (R.E. Best의 "Phase-locked loops: theory, design, and applications" 의 section 4.1.1) 와 같은 시간 기반 위상 검출 또는 구동기들 (5 및 6) 의 위상들이 사용된다.
구동기들 (5 및 6) 의 위상들은 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태의 전기 신호들로서, 각기 기준 신호들 (101 및 102) 을 사용하여 전자 프로세서 (109B) 로 전송된다. 위상 감지 검출에 의한 위상 (및) 의 결정을 위한 기준 신호는 기준 신호들 (101 및 102) 을 혼합하고 각기 하이패스 및 로패스 필터링을 함에 의해 생성된다. 전자 프로세서 (109B) 는 부가적으로 프로세서 (1094A) 를 포함하여 위상 천이 (ψ1) 를 결정하고, 이에는 시간-기반 위상 검출 등이 사용되고, 기준 신호 (101) 은 위상 감지 검출을 위한 기준 신호로서 작용한다.
기준 신호들 (101 및 102) 에 대체적인 기준 신호들은 또한 빔 스플릿터들, 바람직하게는 비편광 빔 스플릿터들과 함께 빔들 (9 및 10) 의 부분들을 분리시킴에 의해 광학적 픽오프 수단 및 검출기들 (도시되지 않음) 에 의해 생성될 수 있고, 분리된 빔 (9) 의 부분과 빔 (10) 의 부분을 혼합하며, 혼합된 부분들을 검출하여 헤테로다인 신호들을 생성한다.
제 1 실시예의 제 3 변형예의,,및는, l1=p1이고 l2=p2인 제 1 실시예의 θ,Φ,및 Z 와 동일하다. 따라서, 측정 경로에서 기체의 굴절률 (n1-1) 또는 기체에 기인하는 L의 변화는, 이 단락에서 언급한 공지의 관계의 사용 및 수학식 24 에서 구체화된 바로서 l1=p1이고 l2=p2인 수학식 11, 12, 13, 19 및 20 의 사용에 의해 달리 표현될 수 있다.
제 1 실시예의 제 3 변형예의 기재에서 개시된 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 제 1 실시예의 제 3 변형예의 이점들이 다음의 설명에 의해 보다 명확히 될 것이다. 슈퍼헤테로다인 사이드밴드 위상들 (및) 이 결정되는 요구되는 정확도는 파번호(wavenumber)들 (K 및 χ) 의 값과 관련된다는 것이, 수학식 7 의 굴절률의 계산 또는 수학식 14 에 의한 광로상의 기체의 굴절률의 영향의 계산으로부터 명백하다. 주파수 () 는 주파수 () 보다 매우 작을수 있고, 저주파수의 전자 신호의 높은 해 (resolution) 의 위상을 계산하는 것은 일반적으로 쉽기 때문에, 슈퍼헤테로다인 사이드밴드 위상 () 의 고정밀 측정에 의존하는 것이 일반적으로 매우 유리하다. 이와 같은 것들은, 파번호들 (K 및 χ) 이 수학식 16 과 같이 될때 쉽사리 성취되며, 수학식 19 에 의한 굴절률의 계산 또는 수학식 20 에 의한 광로상의 기체의 굴절률의 영향의 계산은 실질적으로 슈퍼헤테로다인 사이드밴드 위상 () 와 관련되지 않는다. 게다가, 슈퍼헤테로다인 사이드밴드 위상 () 의 크기는 슈퍼헤테로다인 사이드밴드 위상 () 의 크기 보다 작고, 수학식 17 에 의해 표현되는 바로서의 근사적인 인자 (n2-n1)/(n2+n1) 보다 작다. 이는 수학식 7 및 14 에 나타나고 마이크로 리소그래피 장치에서 통상적으로 등장하는 대상물의 이동에서의, [θ(K/χ)-Φ] 의 일반적인 위상 검출 정확도를 크게 개선시키며, 이는 267 과 같은 간섭 장치에 결합될 수 있다.
수학식 18 은, 소오스들 (1 및 2) 가 제 1 실시예의 제 3 변형예를 위한 위상 동기를 필요로하지 않는다는 결론의 기초를 형성한다. 수학식 18 은, 소오스들 (1 및 2) 를 위한 위상 동기 요구에서 볼때, 실제적으로 불충분한 조건이다. 예를 들어, 거리 측정 간섭계에서 (n1-1)3×10-4및 (n2-n1)1×10-5이고 상응하는 상대 거리 측정 정밀도가 근사적으로 1×10-9일때, 기체의 굴절률 (n1-1) 또는 기체에 기인하는 측정 레그의 광로 길이에서의 변화를 측정하기 위한 소망의 정밀도 (ε=3×10-6) 를 고려해보자. 예를 들어, 파장들 (λ1및 λ2) 에 대신하여 소오스 주파수들 (v1및 v2) 의 견지에서 수학식 18 의 조건을 표현하면
와 같다.
스펙트럼의 가시적인 부분에서의 소스 파장들 및 p1,p2를 위한 저차 정수들에서, 수학식 34 는
로 된다.
수학식 35 에 표현된 결과는 소스들 (1 및 2) 의 주파수들에서 위상 동기 조건보다는 현저히 덜 제한된 조건이다.
제 1 실시예의 제 3 변형예의 나머지 설명은 제 1 실시예에서 주어진 상응하는 부분과 동일하다.
당업자라면 대체적인 데이터 프로세스가 본 발명의 정신 및 범위에서 이탈함이 없이 고려될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어 수정된 헤테로다인 신호들을, 헤테로다인 신호들 (s1및 s2) 의 시간의존 인자들 ( 1(t) 및 2(t)) 을 계수 (p2및 p1) 에 의해 각각 전기적으로 나눔으로써 생성하는 것이 유용하다는 것이 증명되었고, 이는 다음의 형태들
을 갖는 두개의 수정된 헤테로다인 신호들 (및) 를 만들어 낸다.
상기 나눗셈은 종래의 통상적으로 사용되는 주파수 나눔 기술들중 임의의 하나로 수행가능하고, 이에는 위상 동기 루프 또는 직사각파 신호의 발생의 사용이 해당되며, 그의 변수가 2 로 나누어지는 신호의 매 0 을 지나는 부호의 변화를 발생시킨다. 수정된 헤테로다인 신호들 (및) 에 기초하는 제 1 실시예의 변형예에 대한 나머지 내용은 수정된 헤테로다인 신호들 (및) 에 기초한 제 1 실시예의 제 3 변형예의 기재의 상응하는 부분과 동일하다.
본 발명의 정신 및 범위에서 이탈함이 없이 제 1 의 바람직한 실시예의 제 3 변형예를 위해 고려될 수 있는 또다른 대체적인 데이터 처리는, 제 1 실시예의 제 3 변형예와 같이 신호들을 곱하는 것이 아니라 수정된 헤테로다인 신호들 (및) 를 서로 더하는 것이고, 이느 다음의 식
으로 표현된다.
슈퍼헤테로다인 신호는 스퀘어 로 검출 (square law detection) 과 같은 종래의 통상적인 기술 또는 신호 정류에 의해 SA로부터 획득된다 (참조로 Dandliker 등의 동문헌 및 Redman 과 Wall 의 동문헌에 기재됨). 게다가,에 대한 또다른 대체적인 실시예는 위상 감지 검출의 사용을 통해 (s1+s2)p+q의 이항 (binomial) 확장에서의 적절한 항을 선택함에 의해 만들어질 수 있다.
도 2a 내지 도 2f 는 측정 경로에서의 기체의 굴절률 및/또는 기체에 기인하는 측정 경로의 광로 길이의 변화를 측정 및 모니터링하기 위한 본 발명의 제 2 의 바람직한 실시예의 개략적인 형태를 도시하고, 이때 기체의 굴절률과 측정 경로의 물리적인 길이 둘 중 하나 또는 둘 모두는 변화할 수 있고, 채택된 광원들의 안정도는 충분하며 채택된 광원들에 의해 발생되는 라이트빔들의 파장의 비율은 최종 사용 애플리케이션에 의한 결과 데이터에 요구되는 정밀도를 맞추는데 충분한 상대적인 정밀도로 공지의 비율값과 맞는다.
헤테로다인 신호들 (s3및 s4) 을 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 실시예가 l1및/또는 l2가 저차 정수들인 경우에서 나타난다. l1및 l2모두가 저차 정수들이고 비율 (l1/l2) 에 맞는 파장들의 비율이 최종 사용 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과되는 요구되는 정밀도를 만족시키기에 충분한 상대적인 정밀도를 갖는 경우, 헤테로다인 신호들 (s1및 s2) 을 전자적으로 처리하는 바람직한 절차는 본 발명의 제 1 의 바람직한 실시예의 제 2 변형예에서 개시된 바와 동일하다.
본 발명의 제 2 의 바람직한 실시예는 일련의 차동 평면 거울 간섭계로 이루어지는데, 제 1 실시예는 편광 Michelson 간섭계로 이루어졌고, 차동 평면 거울 간섭계는 집적 회로의 마이크로-리소그래픽 제조의 요구사항과 잘 맞는다. 제 2 실시예를 위한 라이트빔들 (9 및 10) 의 소오스들 및 라이트빔들 (9 및 10) 에 대한 기재는 본 발명의 제 1 의 바람직한 실시예에 주어진 라이트빔들 (9 및 10) 의 소오스들 및 라이트빔들 (9 및 10) 에 대한 기재와 동일하다.
도 2a 에 도시된 바와 같이, 빔 (9) 은 차동 평면 거울 간섭계 (69) 상에 입사되고 빔 (10) 이 거울 (54) 에 의해 빔 (12) 로서 반사되어 차동 평면 거울 간섭계 (70) 상에 입사된다. 차동 평면 거울 간섭계들 (69 및 70), 빔 스플릿터 (65) 및 외부 거울 시스템 (90) 에 의해 제공되는 외부 거울들은 빔 (9) 의 x 및 y 성분들 사이의 위상 천이 (Ψ3) 및 빔 (12) 의 x 및 y 성분들 사이의 위상 천이 (Ψ4) 를 만들어내는 간섭 수단들을 포함한다.
차동 평면 거울 간섭계는 두 외부 평면 거울들 사이의 광로 변화를 측정한다. 게다가, 그것은 간섭계 빔 스플릿팅 큐브 및 관련된 광 소자들에서 발생할 수 있는 열 및 기계적인 방해에 영향을 받지 않는다. 차동 평면 거울 간섭계 (69) 는 도 2b 에 도시된 바와 같이 4개의 엑시트/리턴 (exit/return) 빔들 (17, 25, 117 및 125) 을 갖는다. 빔 (9) 의 제 1 주파수 성분으로부터 유래되는 빔들 (17 및 25) 은 제 1 측정 레그로 이루어지고, 빔 (9) 의 제 2 주파수 성분으로부터 유래되는 빔들 (117 및 125) 은 제 2 측정 레그로 이루어진다. 빔 (9) 의 제 1 주파수 성분을 위한 빔들은 도 2b 에서 대쉬 (dash) 로된 선들로 표시되는 소울 프로지너터 (sole progenitor) 이고, 빔 (9) 의 제 2 주파수 성분을 위한 빔들은 도 2b 에서 점선들로 표시되는 소울 프로지너터이다.
차동 평면 거울 간섭계 (70) 는 도 2c 에 도시된 바와 같이 4개의 엑시트/리턴 (exit/return) 빔들 (18, 26, 118 및 126) 을 갖는다. 빔 (12) 의 제 1 주파수 성분으로부터 유래되는 빔들 (18 및 26) 은 제 1 측정 레그로 이루어지고, 빔 (12) 의 제 2 주파수 성분으로부터 유래되는 빔들 (118 및 126) 은 제 2 측정 레그로 이루어진다. 빔 (12) 의 제 1 주파수 성분을 위한 빔들은 도 2c 에서 대쉬로된 선들로 표시되는 소울 프로지너터이고, 빔 (12) 의 제 2 주파수 성분을 위한 빔들은 도 2c 에서 점선들로 표시되는 소울 프로지너터이다.
빔들 (17, 25, 117 및 125) 은 빔 스플릿터 (65) 상에 입사되고, 코팅 (66), 바람직하게는 다이크로익 (dichroic) 코팅에 의해 빔들 (E17, E25, E117 및 E125) 로서 전송된다. 빔들 (E17, E25, E117 및 E125) 은 도 2d 에 도시된 바와 같이 외부 거울 시스템 (90) 으로 입사되고, 도 2b 에 도시된 바와 같이 빔들 (27 및 127) 이 된다. 빔들 (127 및 27) 은 외부 거울 시스템 (90) 의 경로 측정에서의 기체를 통한 광로 길이에 대한 파장 (λ1) 에서의 정보 및 기준 경로를 통하는 광로 길이에 대한 정보를 각기 포함한다. 유사하게, 빔들 (18, 26, 118 및 126) 은 빔 스플릿터 (65) 상에 입사되고, 다이크로익 (dichroic) 코팅 (66) 에 의해 빔들 (E18, E26, E118 및 E126) 로서 반사된다. 빔들 (E18, E26, E118 및 E126) 은 도 2e 에 도시된 바와 같이 외부 거울 시스템 (90) 으로 입사되고, 도 2c 에 도시된 바와 같이 빔들 (28 및 128) 이 된다. 빔 (128) 은 외부 거울 시스템 (90) 의 경로 측정에서의 기체를 통한 광로 길이에 대한 파장 (λ2) 에서의 정보를 포함하고, 빔 (28) 은 기준 경로를 통하는 광로 길이에 대한 파장 (λ2) 에서의 정보를 포함한다.
도 2b 에서, 빔 (27) 은 거울 (63B) 에 의해 반사되고, 그의 일부는 바람직하게는 비편광 유형의 빔 스플릿터 (63A) 에 의해 반사되어 빔 (29) 의 제 1 성분이 된다. 빔 (127) 의 일부는 빔 스플릿터 (63A) 에 의해 전송되어 빔 (29) 의 제 2 성분이 된다. 빔 (29) 은 혼합된 빔이고, 빔 (29) 의 제 1 및 제 2 성분들은 동일한 선형 편광을 갖는다. 빔 (29) 은 차동 평면 거울 간섭계 (69) 에서 벗어난다.
도 2c 에서, 빔 (28) 은 거울 (58B) 에 의해 반사되고, 그의 일부는 바람직하게는 비편광 유형의 빔 스플릿터 (58A) 에 의해 반사되어 빔 (30) 의 제 1 성분이 된다. 빔 (127) 의 일부는 빔 스플릿터 (63A) 에 의해 전송되어 빔 (29) 의 제 2 성분이 된다. 빔 (30) 은 혼합된 빔이고, 빔 (30) 의 제 1 및 제 2 성분들은 동일한 선형 편광을 갖는다.
위상 천이들 (Ψ3및 Ψ4) 의 크기는 도 2a 내지 도 2e 에 도시된 측정 경로 (98) 및 기준 경로들의 경로 i 의 왕복 물리적 길이 사이의 차이 (Li) 에 관련되며, nji가 파번호 (kj) 에 상응하는 측정 경로 (98) 의 경로 i 에서의 기체의 굴절률인 다음 식에 따른다.
Li값은 외부 거울 시스템 (90) (도 2d 및 도 2e 참조) 에서의 거울면들 (95 및 96) 의 공간적인 분리의 두배에 해당한다. 위상 오프셋들 ( j) 은 측정 경로 (98) 또는 기준 경로들에 관련되지 않는 위상 천이들 (Ψj) 에 대한 기여로 이루어진다. 도 2a 내지 도 2e 를 참조로 하여, 차동 거울 간섭계들 (69 및 70), 빔스플릿터 (65) 및 외부 거울 시스템 (90) 이 p=2로 구성되어, 본 발명의 제 2 의 바람직한 실시예의 장치의 기능을 간단히 설명한다.
수학식 38은 제 1 파장을 위한 경로들과 제 2 파장을 위한 경로들이 실질적으로 동일 연장선상에 있을때 유효하며, 이는 제 2 실시예에서의 본 발명의 가장 단순한 기능을 설명하기 위해 선택된 것이다. 당업자라면, 두 상이한 파장들을위한 각 경로들이 실질적으로 동일 연장선상에 있지 않을때에도 일반화가 가능하다는 것을 쉽사리 알 수 있다.
거리 측정 간섭 (Bobroff 의 인용 논문 참조) 에서의 비선형성을 만들어내는 순환 오류들은 수학식 38 에서 생략된다. 당업자에게 있어, 무시할 수 있는 레벨의 순환 오류들의 감소 또는 순환 오류들의 존재를 위한 보상을 위한 상기 기술의 기재는 제 1 의 바람직한 실시예로서 주어진 기재의 상응하는 부분과 동일하다.
도 2a 에 도시된 다음 단계에서, 위상-천이된 빔들 (29 및 30) 은 각기 광검출기들 (185 및 186) 에 영향을 주고, 바람직하게는 광전기 검출에 의해 두개의 전기적 간섭 신호들인 헤테로다인 신호들 (s3및 s4) 을 만들어낸다. 신호 (s3) 는 파장 (λ1) 에 대응하고, 신호 (s4) 는 파장 (λ2) 에 대응한다. 신호들 (sj) 은 j=3 및 4 로 수학식 3 에 의해 표현된 것과 동일한 형태를 갖는다. 헤테로다인 신호들 (s3및 s4) 은 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로 각각 전자 신호들 (203 및 204) 로서의 분석을 위하여 전자 프로세서 (209) 로 전송된다.
도 2f 를 참조로 하여, 알파벳과 숫자로된 참조부호가 소자의 기능을 지시할때, 전자 프로세서 (209) 는 바람직하게는 도 1b 에 도시된 제 1 실시예의 전자 프로세스 소자들을 위해 기재된 바로서 동일한 번호의 소자/기능 결합을 갖는다. 위상들 (θ 및 Φ) 을 위한 전자 프로세서 (209) 에 의한 헤테로다인 신호들 (s3및 s4) 의 처리에서 단계들의 기재는 전자 프로세서 (109) 에 의한 제 1 실시예의 헤테로다인 신호들 (s1및 s2) 의 처리에서 단계들의 기재와 동일한 알파벳과 숫자로 구성된 참조부호를 갖는다.
전자 프로세서 (209) 에 의해 만들어진 위상들 (Ψ3, θ 및 Φ) 은 공식적으로 제 1 실시예의 전자 프로세서 (109) 에 의해 만들어지는 Ψ1, θ 및 Φ와 각각 동일한 값을 갖는다. 따라서, 기체의 굴절률 (n1-1) 또는 측정 경로에서 기체에 기인하는 L 의 변화들은, 이 단락에서 인용된 공지의 관계들의 사용 및 수학식 19 및 20 의 사용에 의해 제 2 실시예에서 얻어지는 다른 값들의 견지에서 표현될 수 있다.
만약 χ가 시간에 가변인 경우, Ψ3에서의 위상 여분의 해는 수학식 20 을 이용하는 L 의 계산에서 요구되고, Ψ3에서의 위상 여분의 해는 수학식 20 을 이용하는 L 의 변화들의 계산에서 요구된다. 만약 필요하다면, Ψ3에서의 위상 여분의 해는 본 발명의 제 4 실시예에서의 위상 여분의 해와 관련되어 기재되는 바로서의 것과 유사한 문제점을 나타낸다. 결과로서, 제 4 실시예에 관하여 θ에서 위상 여분의 해를 위해 기재된 절차들은 Ψ3에서의 위상 여분의 해에서의 사용을 위해 채택될 수 있다.
수학식 19 및 20 에 나타나고 수학식 2 및 11 에서 정의되는 3및 Q 를 수반하는 오프셋 기호들은, 굴절률 (n1-1) 및/또는 L 이 측정되는지 아닌지, 굴절률 (n1-1) 및/또는 L 에서의 변화가 측정되는지 아닌지, 3및/또는 Q 가 시간에 대해 가변인지 아닌지 및/또는 χ가 시간에 대해 가변인지 아닌지에 의존하는 결정 및 모니터링을 요할 수 있다. 3및/또는 Q 의 결정을 위한 제 1 절차는 코팅된 거울 (91) 의 표면 (93) 에 대응하는 표면 (R93) 을 갖는 거울 (R91) (도 2d 및 2e 에 도시않됨) 을 갖는 외부 거울 시스템 (90) 의 거울 (91) 의 대체에 기초하여, 파장들 (λ1및 λ2) 모두를 위한 반사면 및 Ψ3와 Φ의 결과값의 측정이 된다. Ψ3과 Φ의 결과값들이 각기 Ψ3R과 ΦR이 된다. 3및 Q 값들은 각기 다음의 식
에 의해 수학식 2 및 19 로부터 명백한 바로서 각각 Ψ3R과 ΦR과 관련된다.
3및 Q 에의 비전자적인 기여들은, 현저한 레벨의 보상이 차동 평면 거울 간섭계들 (69 및 70), 빔 스플릿터 (65) 및 외부 거울 시스템 (90) 에서 발생하기 때문에, 실질적으로 시간에 상수여야한다. 3및 Q 에의 전자적인 기여들은 순수히 전자적 수단 (도시되지 않음) 에 의해 모니터링될 수 있다.
당업자에게 있어 제 2 의 바람직한 실시예에서의 빔 스플릿터 (65) 의 통합의 결과로서, 빔 스플릿터 (71) 의 편광 코팅 (73) 및 사각파 지연 플레이트 (77) 는 단지 λ1에서의 성능 사양을 만족시키기를 필요로 하는 반면, 빔 스플릿터 (72) 의 편광 코팅 (74) 및 사각파 지연 플레이트 (78) 는 단지 λ2에서의 성능 사양을 만족시키기를 필요로 한다는 것은 명백하다. 제 2 실시예에서 개시된 바로서 파장에 따른 임계 동작들의 할당은 본 발명의 중요한 태양이며, 이는 특히 집적 회로들의 마이크로-리소그래피 제조의 경우와 같은 정밀도를 요구하는 애플리케이션들에서 더욱 그러하다. 그러나, 파장에 따른 동작들의 할당은, 본 발명의 정신 또는 범위에서 벗어남이 없이 적절히 수정된 편광 표면과 같이 단일의 빔 스플릿터에 의해 성취되는 빔 스플릿터들 (71 및 72) 의 기능과 같이, 제 2 실시예에 개시된 바로서 이루어질 필요가 없다.
도 2b 는 도 2a 에 도시된 차동 평면 거울 간섭계 (69) 의 하나의 실시예의 개략적인 형태를 도시하는 도이다. 이는 다음과 같이 동작한다: 빔 (9) 이 빔 스플릿터 (55A), 바람직하게는 편광 빔 스플릿터로 입사되며, 빔 (9) 의 제 1 의 일부는 빔 (13) 으로서 전송된다. 빔 (9) 의 제 2 의 일부는 빔 스플릿터 (55A) 에 의해 반사되고, 연속적으로 거울 (55B) 에 의해 반사되며 빔 (113) 으로서 반파 위상 지연 플레이트 (79) 에 의해 전송되며, 반파 위상 지연 플레이트 (79) 는 빔 스플릿터 (55A) 에 의해 반사되는 빔 (9) 의 제 2 의 일부의 90°평면 편광에 의해 회전된다. 빔들 (13 및 113) 은 동일한 편광들을 가지나 여전히 다른 주파수들을 갖는다. 빔 스플릿터 (55A) 및 거울 (55B) 의 기능은 공간적으로 종래의 편광 기술들을 사용하여 빔 (9) 의 두개의 주파수 성분들을 분리한다.
빔들 (13 및 113) 은 편광 코팅 (73) 을 갖는 편광 빔 스플릿터 (71) 로 들어가고, 빔들 (15 및 115) 로서 각각 전달된다. 빔들 (15 및 115) 은 1/4 파 위상 지연 플레이트 (77) 를 통과하여 원형 편광된 빔들 (17 및 117) 로 각각 변환된다. 빔들 (17 및 117) 은 다이크로익 (dichroic) 코팅 (66) 을 갖는 빔 스플릿터 (65) 로 전달되고, 도 2d 에 도시된 바와 같이 외부 거울 시스템 (90) 내의 거울들에 의해 다시 반사되어, 빔 스플릿터 (65) 를 다시 통과하고, 연속적으로 1/4 파 위상 지연 플레이트 (77) 를 다시 통과하여, 본래의 입사 빔들 (15 및 115) 에 직교 편광하는 선형 편광된 빔들로 변환된다. 이러한 빔들은 편광 코팅 (73) 에 의해 반사되어 빔들 (19 및 119) 이 각각 된다. 빔들 (19 및 119) 은 재귀반사기 (75) 에 의해 반사되어 빔들 (21 및 121) 이 각각 된다. 빔들 (21 및 121) 은 편광 코팅 (73) 에 의해 반사되어 빔들 (23 및 123) 이 각각 된다. 빔들 (23 및 123) 은 1/4 파 위상 지연 플레이트 (77) 를 통과하고, 각각 원형 편광된 빔들 (25 및 125) 로 변환된다. 빔들 (25 및 125) 은 빔 스플릿터 (65) 로 전달되고, 도 2d 에 도시된 바와 같이 외부 거울 시스템 (90) 내의 거울들에 의해 다시 반사되어, 빔 스플릿터 (65) 를 다시 통과하고, 연속적으로 1/4 파 위상 지연 플레이트 (77) 를 다시 통과하여, 본래의 입사 빔들 (15 및 115) 의 선형 편광들과 동일한 선형 편광인 선형 편광된 빔들로 변환된다. 이 빔들은 편광 코팅 (73) 에 의해 전달되어 각각 빔들 (27 및 127) 이 된다.
빔 (27) 은 거울 (63B) 에 의해 반사되고 빔 스플릿터 (63A) 에 의해 일부 반사되어, 바람직스럽게는 비편광 유형의 빔 (29) 의 제 1 성분으로서 된다. 빔 (127) 은 빔 스플릿터 (63A) 로 입사되어, 빔 (127) 의 일부는 빔 (29) 의 제 2 성분으로서 전달되고, 빔 (29) 의 제 1 및 제 2 성분들은 동일한 선형 편광들을 갖지만 여전히 주파수들은 상이하다. 위상-천이된 빔 (29) 은 혼합된 빔이며, 빔 (29) 의 제 1 및 제 2 성분들은 동일한 선형 편광들을 갖는다.
도 2c 는 도 2a 에 도시된 차동 평면 거울 간섭계 (69) 의 하나의 실시예의 개략적인 형태를 도시하는 도이다. 이는 다음과 같이 동작한다: 빔 (12) 이 빔 스플릿터 (56A), 바람직하게는 편광 빔 스플릿터로 입사되며, 빔 (12) 의 제 1 의 일부는 빔 (14) 으로서 전송된다. 빔 (12) 의 제 2 의 일부는 빔 스플릿터 (56A) 에 의해 반사되고, 연속적으로 거울 (56B) 에 의해 반사되며 빔 (114) 으로서 반파 위상 지연 플레이트 (80) 에 의해 전송되며, 반파 위상 지연 플레이트 (80) 는 빔 스플릿터 (56A) 에 의해 반사되는 빔 (12) 의 제 2 의 일부의 90°평면 편광에 의해 회전된다. 빔들 (14 및 114) 은 동일한 편광들을 가지나 여전히 다른 주파수들을 갖는다. 빔 스플릿터 (56A) 및 거울 (56B) 의 기능은 부분적으로는 종래의 편광 기술들을 사용하여 빔 (12) 의 두개의 주파수 성분들을 공간적으로 분리하는 것이다.
빔들 (14 및 114) 은 편광 코팅 (74) 을 갖는 편광 빔 스플릿터 (72) 로 들어가고, 빔들 (16 및 116) 로서 각각 전달된다. 빔들 (16 및 116) 은 1/4 파 위상 지연 플레이트 (78) 를 통과하여 원형 편광된 빔들 (18 및 118) 로 각각 변환된다. 빔들 (18 및 118) 은 다이크로익 (dichroic) 코팅 (66) 을 갖는 빔 스플릿터 (65) 로 전달되고, 도 2e 에 도시된 바와 같이 외부 거울 시스템 (90) 내의 거울들에 의해 다시 반사되어, 빔 스플릿터 (65) 의 표면 (66) 에 의해 재차 반사되고, 연속적으로 1/4 파 위상 지연 플레이트 (78) 를 다시 통과하여, 본래의 입사 빔들 (16 및 116) 에 직교 편광하는 선형 편광된 빔들로 변환된다. 이러한 빔들은 편광 코팅 (74) 에 의해 반사되어 빔들 (20 및 120) 이 각각 된다. 빔들 (20 및 120) 은 재귀반사기 (76) 에 의해 반사되어 빔들 (22 및 122) 이 각각 된다. 빔들 (22 및 122) 은 편광 코팅 (74) 에 의해 반사되어 빔들 (24 및 124) 이 각각 된다. 빔들 (24 및 124) 은 1/4 파 위상 지연 플레이트 (78) 를 통과하고, 각각 원형 편광된 빔들 (26 및 126) 로 변환된다. 빔들 (26 및 126) 은 빔 스플릿터 (65) 의 표면 (66) 에 의해 반사되고, 도 2e 에 도시된 바와 같이 외부 거울 시스템 (90) 내의 거울들에 의해 다시 반사되어, 빔 스플릿터 (65) 의 표면 (66) 에 의해 재차 반사되고, 연속적으로 1/4 파 위상 지연 플레이트 (77) 를 다시 통과하여, 본래의 입사 빔들 (16 및 116) 의 선형 편광들과 동일한 선형 편광인 선형 편광된 빔들로 변환된다. 이 빔들은 편광 코팅 (74) 에 의해 전달되어 각각 빔들 (28 및 128) 이 된다. 빔들 (28 및 128) 은 측정 경로 (98) 에서의 기체를 통한 광로 길이들에 대한 파장 (λ2) 에서의 정보를 포함하며, 기체의 굴절도의 영향은 기준 레그를 통한 광로 길이들에 대해 각기 결정된다.
빔 (28) 은 거울 (58B) 에 의해 반사되고 빔 스플릿터 (58A) 에 의해 일부 반사되어, 바람직스럽게는 비편광 유형의 빔 (30) 의 제 1 성분으로서 된다. 빔 (128) 은 빔 스플릿터 (58A) 로 입사되어, 빔 (128) 의 일부는 빔 (30) 의 제 2 성분으로서 전달되고, 빔 (30) 의 제 1 및 제 2 성분들은 동일한 선형 편광들을 갖지만 여전히 주파수들은 상이하다. 위상-천이된 빔 (30) 은 혼합된 빔이며, 빔 (30) 의 제 1 및 제 2 성분들은 동일한 선형 편광들을 갖는다.
제 2 의 바람직한 실시예의 나머지 부분은 제 1 의 바람직한 실시예로서 주어진 기재의 상응하는 부분들과 동일하다.
제 2 의 바람직한 실시예의 3개의 변형예들이 있고, 제 2 의 바람직한 실시예의 3개의 변형예들 각각의 기재는 제 1 의 바람직한 실시예의 3개의 변형예들로서 주어진 기재의 상응하는 부분들과 동일하다.
도 1a 에 도시된 간섭계의 구성으로 나타나는 제 1 의 바람직한 실시예의 기재는 Michelson 간섭계로서의 기술로 알려진다. 도 2a 내지 도 2e 에 도쇠된 간섭계들의 구성으로 나타나는 제 2 의 바람직한 실시예의 기재는 차동 평면 거울 간섭계들로서 알려진다. 차동 평면 거울 간섭계의 다른 형태들 및 평면 거울 간섭계 또는 각-보상 간섭계 또는 유사한 장치와 같은 간섭계들의 다른 형태들이 C. Zaconi 의 VDI Berichte Nr. 749, 93-106 (1989) 에 기재된 "Differential interferometer arrangements for distance and angle measurements: Principles, advantages and applications" 에서 설명되며, 이들은 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남이 없이 집적회로들의 마이크로-리소그래픽 제조로 되는 스테이지를 갖는 작업에 있어 본 발명의 제 1 실시예의 장치들로 일체화된다.
도 3a-3b 및 도 4a-4c 에 도시된 본 발명의 제 3 및 제 4 의 바람직한 실시예들은 제 1 및 제 2 의 바람직한 실시예들 및 그 변형예들을 위한 수학식 18 에 개시된 조건들이 만족하지 않을때, 즉,
일때의 기체의 굴절률 및/또는 기체에 기인한 측정 경로의 광로 길이의 변화를 각각 측정하는 실시예들이다.
수학식 41 에 개시된 조건하에서, 기체의 굴절률 및/또는 기체에 기인한 측정 경로의 광로 길이의 변화를 결정함에 있어 요구되는 정확도를 성취하기 위해 이미 기재된 값들에 부가하여, 근사비율 바람직하게는 비율 (K/χ) 은 제 3 및 제 4 의 실시예들 및 그 변형예들을 위한 수학식 7 및 14 에 따라 공지되거나 측정되어진다.
제 1 및 제 2 의 바람직한 실시예들 및 그 변형예들 각각은, 기체의 굴절률 및/또는 기체에 기인한 측정 경로의 광로 길이의 변화로부터 χ및/또는 비율 (K/χ) 의 측정을 위한 장치 및 방법으로 변환될 수 있다. 다음의 기재들에서 설명되는 변환은 제 1 및 제 2 실시예 및 그의 변형예들의 측정 레그들의 변화에 의해 성취되어, 각각의 측정 경로들 (298 및 98) 에서의 기체를 통한 측정 경로들은 미리 결정한 매개체, 바람직하게는 진공에 의해 대체되고, 가각의 측정 레그들은 고정된 물리적인 길이를 갖는다. 따라서, 제 3 의 실시예 및 그 변형예들은 각각 제 1 실시예로부터 수정되지 않은 및 수정된 장치 및 방법으로 이루어지고, 또는 제 4 의 실시예 및 그 변형예들은 각각 제 2 실시예로부터 수정되지 않은 및 수정된 장치 및 방법으로 이루어지며, 상기 수정된 장치 및 방법은 각각 수정된 측정 레그를 갖는 수정되지 않은 장치 및 방법으로 이루어진다.
도 3a 및 도 3b 를 참조로하여, 본 발명의 제 3 의 바람직한 실시예가 도해된다. 수학식 18 에 의해 표현되는 파장들 (λ1및 λ2) 의 조건이 수학식 41 에 개시된 조건에 의해 대체된다는 것을 제외하고는, 제 3 실시예의 라이트빔 (9) 의 소오스는 제 1 의 바람직한 실시예의 라이트빔 (9) 을 위한 것과 동일하고, 제 3 실시예의 라이트빔 (10) 의 소오스는 제 1 실시예의 라이트빔 (10) 의 그것과 동일하다. 라이트빔 (9) 은 거울 (253A) 에 의해 반사되고, 바람직하게는 비편광 유형으로 빔 스플릿터 (253B) 에 의해 제 1 의 일부가 반사되어, λ1성분인 빔 (213) 의 제 1 성분이 된다. 거울 (253A) 에 의해 반사된 빔 (9) 의 제 2 의 일부는 빔 스플릿터 (253B) 로 전달되고 거울 (253c) 에 의해 반사되어, λ1성분인 빔 (213b) 의 제 1 성분이 된다. 라이트빔 (10) 은 빔 스플릿터 (253B) 로 입사되고 제 1 의 일부는 전달되어, λ2성분인 빔 (213) 의 제 2 성분이 된다. 빔 (10) 의 제 2 성분은 빔 스플릿터 (253B) 에 의해 반사되고 거울 (253c) 에 의해 반사되어, λ2성분인 빔 (213b) 의 제 2 성분이 된다 (도 3a 참조). 빔 (213 및 213b) 의 λ1및 λ2성분들은 바람직하게는 각각 평행 및 동일 연장선상이 된다.
χ및/또는 비율 (K/χ) 를 측정하는 제 3 의 바람직한 실시예에서의 요구사항때문에, 앞서의 단락에서 기재된 제 3 의 바람직한 실시예는 부분적으로는 제 1 의 바람직한 실시예를 위한 장치 및 방법과 동일한 것 및 χ및/또는 비율(K/χ) 의 결정을 위한 부가적인 수단으로 이루어진다. χ및/또는 비율(K/χ)의 결정을 위한 부가적인 수단은 측정 경로 (298) 을 제외하고는 제 1 의 바람직한 실시예의 장치 및 방법과 동일하다. 결과로서, χ및/또는 비율(K/χ)의 결정을 위해 도 3a-3b 에 도시된 장치의 수많은 소자들은 제 1 의 바람직한 실시예의 기체의 굴절률 및/또는 기체에 기인한 측정 경로의 광로 길이의 변화의 결정을 위한 장치로서 유사한 동작을 수행하며, 접미어 "b" 로서 구별된다.
간섭계 (260b) 는 측정 경로 (298b) 에서의 기체 및 측정 경로 (298b) 에서의 왕복 물리적 길이에 관한 것을 제외하고는 간섭계 (260) 와 동일하다. 제 3 의 바람직한 실시예의 간섭계 (260b) 에서의 측정 레그는 도 3a 에 도시된 바로서의 측정 경로 (298b) 를 포함하고, 측정 경로 (298b) 는 바람직하게는 고정 길이 (Lb/2) 의 진공 체적이 된다.
측정 경로 (298b 및 298) 에서의 차이는 위상 천이들 (Ψ1b및 Ψ2b) 의 크기와 같은 수학식 2 의 변형예를 만들어내고, 각각 위상 천이들 (Ψ1및 Ψ2) 의 카운터파트 (counterpart) 들이며, 다음의 공식
에 따라 측정 경로 (298b) 의 왕복 물리적 길이 (Lb) 및 도 3a 에 도시된 기준 경로들과 관련된다.
도 3a 에 도시된 다음의 단계에서, 위상-천이된 빔들 (217b 및 218b) 은 광검출기들 (85b 및 86b) 로 각각 들어가서, 바람직하게는 광전기 검출에 의해 헤테로다인 신호들 (s1b및 s2b) 을 각각 형성한다. 신호 (s1b) 는 파장 (λ1) 에 대응하고 신호 (s2b) 는 파장 (λ2) 에 대응한다. 신호들 (sjb) 은 다음의 식
이 되고, 여기에서 시간 의존적인 인수 jb(t) 는 다음의 식
이다.
헤테로다인 신호들 (s1b및 s2b) 은 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로 각기 전자 신호들 (103b 및 104b) 로서의 분석을 위하여 전자 프로세서 (109b) 로 전달된다.
헤테로다인 신호들 (s1b및 s2b) 을 전자적으로 프로세스하기 위한 바람직한 방법이 l1및/또는 l2가 저차 정수들이 아닌 경우를 위하여 여기에 개시된다. l1및 l2모두 저차 정수들이 아니고, 상대적인 정밀도를 갖는 비율 (l1/l2) 에 맞는 파장들의 비율이 최종 사용 애플리케이션에 의한 결과 데이터에 부과되는 요구되는 정밀도에 충분한 경우라면, 헤테로다인 신호들 (s1및 s2) 를 전자적으로 프로세스하기 위한 바람직한 절차는 본 발명의 제 3 의 바람직한 실시예의 제 3 의 변형예를 위해 개시되는 것과 동일하다.
도 3b 를 참조로하여, 전자 프로세서 (109b) 는 전자 프로세서들 (1094Ab 및 1094Bb) 을 더 포함하여 디지털 또는 아날로그 신호 프로세스들, 바람직하게는 디지털 프로세스들에 의해 각기 위상들 (Ψ1b및 Ψ2b) 을 결정하고, 이때 [R. E. Best 의 동 문헌에 의한] 디지털 Hilbert 변환 위상 검출기 등등 및 구동기들 (5 및 6) 의 위상을 사용한다.
도 3b 를 참조로 하여, 위상 (Ψ1b) 및 위상 (Ψ2b) 은 바람직하게는 디지털 프로세스에 의해 전자 프로세서들 (1094Ab 및 1094Bb) 에서 각각 l1/p 및 l2/p 에 의해 곱해져, 각기 위상들 (l1/p)Ψ1b및 (l2/p)Ψ2b를 만들어낸다. 위상들 (l1/p)Ψ1b및 (l2/p)Ψ2b는 다음으로 바람직하게는 디지털 프로세스에 의해, 전자 프로세서 (1096Ab) 에서 함께 가산되고, 전자프로세서 (1097Ab) 에서 하나에서 다른하나로 감산되어, 각기 위상들 (θ1b및 Φ1b) 를 만들어낸다. 공식으로는,
이 된다. 위상들 (θ1b및 Φ1b) 는 디지털 또는 아날로그 형태에서, 바람직하게는 디지털 형태에서 신호들 (105b) 로서 컴퓨터 (110) 로 전달된다.
값 (χ및 K) 은 다음의 공식
에 따라 위상 (θb) 및 위상 (Φb) 와 관련되며, 여기에서
이다.
수학식 47 및 48 은, 곱셈 인자 [1/(2Lb)] 및 위상 오프셋 값들 ( b및 Zb) 의 범위내에서, χ및 K 가 각각 위상 (θb) 및 위상 (Φb) 와 동등하다.
비율 (K/χ) 은 수학식 47 및 48 을 이용하여 다음의 식
에 의해 표현된다. 따라서 비율 (K/χ) 은, (K/χ) 를 위해 요구되는 것과 동일한 정밀도로의 L의 정확한 측정을 위한 요구사항 없이 θb에 의해 Φb를 나눗셈함으로서 획득된다. Φb의 위상 여분은 제 3 의 바람직한 실시예의 부분으로서 일체화되는 제 1 의 바람직한 실시예의 수정되지 않은 장치 및 방법에서 Φ의 위상 여분을 제거하는데 사용되었던 것과 동일한 절차의 부분으로서 결정될 수 잇다.
위상 오프셋들 ( b및 Zb) 의 결정은 제 4 의 바람직한 실시예에서 b및 Zb의 결정과 관련하여 기재된 것과 유사한 문제를 갖는다. 결론적으로, 제 4 실시예와 관련하여 b및 Zb의 결정을 위해 기재된 절차들은 제 3 의 실시예에서의 b및 Zb의 결정을 위한 것으로 적용될 수 있다.
기체의 굴절률 및/또는 기체에 기인한 측정의 광로 길이의 변화는 수학식 7 및/또는 14 에 의해 각기 얻어진다. 수학식 7 및 14 에서의 θ의 무시할 수 없는 영향 때문에, θb의 위상 여분의 해에 부가적으로, θ의 위상 여분도 구해져야만 한다. 제 3 의 바람직한 실시예에 대한 나머지 부분은, θ및 θb의 위상 여분들의 해를 위한 절차의 기재와 관련된 것을 제외하고는, 제 1 의 바람직한 실시예의 상응하는 태양으로서 주어진 것과 동일하다. θ및 θb의 위상 여분들의 해는 본 발명의 제 4 실시예에서 θ및 θb의 위상 여분들의 요구되는 해와 관련하여 기재된 것과 유사한 문제이다. 결론적으로, 제 4 실시예와 관련하여 θ및 θb의 위상 여분들의 해를 위해 기재된 절차들은 제 3 실시예의 θ및 θb의 위상 여분들의 해에서의 사용되게 적용될 수 있다.
제 3 실시예에는 3가지 변형예들이 있는데, 제 3 실시예의 3가지 변형예들 각각에 대한 기재는 제 1 의 바람직한 실시예의 3 가지 변형예들의 대응하는 부분에 대한 각각의 기재와 동일하다.
도 4a 내지 도 4c 를 참조로하여, 본 발명의 제 4 의 바람직한 실시예가 도해된다. 수학식 18 에 의해 표현되는 파장들 (λ1및 λ2) 의 조건이 수학식 41 에 개시된 조건에 의해 대체된다는 것을 제외하고는, 제 4 실시예의 라이트빔들 (9 및 9b) 의 소오스는 제 2 의 바람직한 실시예의 라이트빔 (9) 을 위한 것과 동일하고, 제 4 실시예의 라이트빔 (10 및 10b) 의 소오스는 제 2 실시예의 라이트빔 (10) 의 그것과 동일하다. 제 4 실시예의 라이트빔들 (9 및 9b) 은 바람직하게는 비 편광 유형으로 빔 스플릿터 (153A) 및 거울 (153B) 에 의해 공통 라이트 빔으로부터 유도되고, 제 4 실시예의 라이트빔들 (10 및 10b) 은 바람직하게는 비 편광 유형으로 빔 스플릿터 (154A) 및 거울 (154B) 에 의해 공통 라이트 빔으로부터 유도된다 (도 4a 참조).
χ및/또는 비율 (K/χ) 를 측정하는 제 4 의 바람직한 실시예에서의 요구사항때문에, 제 4 의 바람직한 실시예는 부분적으로는 제 2 의 바람직한 실시예를 위한 장치 및 방법과 동일한 것 및 χ및/또는 비율(K/χ) 의 결정을 위한 부가적인 수단으로 이루어진다. χ및/또는 비율(K/χ)의 결정을 위한 부가적인 수단은 외부 거울 시스템 (90b) 을 제외하고는 제 2 의 바람직한 실시예의 장치 및 방법과 동일하다. 결과로서, χ및/또는 비율(K/χ)의 결정을 위해 도 4a-4c 에 도시된 장치의 수많은 소자들은 제 2 의 바람직한 실시예의 기체의 굴절률 및/또는 기체에 기인한 측정 경로의 광로 길이의 변화의 결정을 위한 장치로서 유사한 동작을 수행하며, 접미어 "b" 로서 구별된다.
제 4 의 바람직한 실시예의 외부 거울 시스템 (90b) 이 도 4b 및 4c 에 도시된다. 외부 거울 시스템 (90b) 은 측정 경로 (98) 에서의 기체 및 측정 경로 (98) 에서의 왕복 물리적인 길이를 제외하고는 외부 거울 시스템 (90) 과 동일하다. 제 4 의 바람직한 실시예의 외부 거울 시스템 (90b) 에서의 측정 레그는 도 4b 및 도 4c 에 도시된 측정 경로 (98b) 를 포함하고, 측정 경로 (98b) 는 바람직하게는 거울들 (91b 및 92b) 에 의해 규정되는 진공의 체적이며, 고정 길이 (Lb/2) 의 실린더 (99b) 이다. 도 4b 및 도 4c 를 참조로하여, 표면 (95b) 은 코팅되어 고효율로 빔들 (E17b, E25b, E18b 및 E26b) 로 반사하고 고효율로 빔들 (E117b, E125b, E118b 및 E126b) 로 전달한다. 표면 (96b) 은 코팅되어 고효율로 빔들 (E117b, E125b, E118b 및 E126b) 로 반사한다.
외부 거울 시스템들 (90b 및 90) 에서의 차이는 위상 천이들 (Ψ3b및 Ψ4b) 의 크기와 같은 수학식 38 의 변형예를 만들어내고, 각각 위상 천이들 (Ψ3및 Ψ4) 의 카운터파트 (counterpart) 들이며, 다음의 공식
에 따라 측정 경로 (98b) 의 경로 i 의 왕복 물리적 길이 (Lbi) 및 도 4b 및 도 4c 에 도시된 기준 경로들과 관련된다.
측정 경로에서의 변화들이 간섭적으로 측정될 수 있는 응용들, 예를 들어 측정 경로에서의 변화들을 측정하기 위해 사용되는 간섭계의 거리 측정에 기초한 응용들에서 (참고로 제 2 의 바람직한 실시예), θ에서의 위상 여분은 θ에서의 변화를 기록함에 의해 구해질 수 있고, 이때 외부 거울 시스템 (90) 의 이동거울 (92) 이 영위치 (null position) 로부터 소정의 길이상에서 해석기 (67) 에 의해 제어되는 방식으로 스캔되며, 상기 영위치는 측정 및 기준 레그들의 물리적 길이들이 실질적으로 동일한 위치이다. 상기 영위치의 결정을 위해 요구되는 정확도는 전형적으로 다음의 예 : λ1=0.633㎛, (n1-1)3×10-4, (n2-n1)1×10-5, ε10-9및 수학식 17 로 개시된 조건에서 예시되는 다른 파라미터들을 위해 요구되는 정확도보다 적고, 영위치 결정을 위한 소망의 정확도는 θ에서 ±3 의 불확실도에 해당한다.
굴절률 및/또는 측정 레그에서의 기체에 기인한 광로 길이의 변화의 결정이 수행되고 외부 거울 시스템의 거울 (92) 이 앞서의 단락에서 고려된 것과 같은 스캐닝 능력을 갖지 않는 응용에서는, 다른 절차들이 θ및 θb의 위상 여분들의 해를 위해 유용하다. θ및 θb의 유효 파장들은 실질적으로 동일하여, 단지 θ또는 θb둘중 하나에서의 위상 여분의 해를 위한 절차만이 필요로된다.
제 2 실시예의 기재에서 Φ의 위상 여분의 해를 위해 기재된 제 2 의 절차는 θb의 위상 여분들의 해를 위해 적용될 수 있고, 제 2 의 절차들은 외부 거울 시스템의 일련의 유형 (90b) 의 사용에 기초되며, 일련의 외부 거울 시스템들의 일련의 왕복 물리적인 길이들은 기하학적인 진행을 형성한다. 일련의 왕복 물리적인 길이들에서의 가장 작은 또는 제 1 의 왕복 물리적인 길이는, 근사적으로 θb의 초기값이 공지된 상대적인 정밀도에 의해 나누어지는 λ1/8 일 것이다. 일련의 왕복 물리적인 길이들에서 제 2 의 왕복 물리적인 길이는 근사적으로 일련의 왕복 물리적인 길이들에서 제 1 의 왕복 물리적인 길이일 것이고, 이는 θb가 일련의 왕복 물리적인 길이들에서의 제 1 의 왕복 물리적인 길이를 사용하여 측정되는 상대적인 정밀도에 의해 나누어진다. 이는 다시 기하학적인 진행 절차이며, 결과적인 일련의 왕복 물리적인 길이들은 기하학적인 진행을 형성하며, 만약 일련의 왕복 물리적인 길이들이 하나에 의해 증가된다면, 이 기하학적인 진행은 굴절률 또는 기체의 굴절률에 기인하는 광로의 변화를 측정하는데 사용되는 외부 거울 시스템 (90b) 의 물리적인 길이가 초과될 때까지 계속된다. θb에서의 위상 여분의 해를 위해, 일련의 왕복 물리적인 길이들에서의 제 1 의 왕복 물리적인 길이를 위한 전형적인 왕복 물리적인 길이는 0.5mm 의 차수를 갖고, 일련의 왕복 물리적인 길이들에서의 제 2 의 왕복 물리적인 길이를 위한 전형적인 왕복 물리적인 길이는 50mm 의 차수를 가지며, 필요로 된다면 일련의 왕복 물리적인 길이들에서의 제 3 의 왕복 물리적인 길이를 위한 전형적인 왕복 물리적인 길이는 5000mm 의 차수를 갖는다. Φb에서의 위상 여분의 해를 위해 사용되는 일련의 물리적인 길이들에서의 물리적인 길이들은 전형적으로 θb에서의 위상 여분의 해를 위해 사용되는 일련의 물리적인 길이들에서의 물리적인 길이 보다 더 큰 크기의 차수를 갖는다.
제 3 절차는 일련의 공지의 파장들의 소오스 (도 4a-4c 에 도시되지 않음) 의 사용 및 이러한 파장들을 위한 θb의 측정에 기초한다. 위상 여분의 해를 위해 요구되는 공지의 파장들의 수는 일반적으로 적은 집합으로 이루어진다.
θb에서의 위상 여분을 구하는 또다른 절차는, 측정 경로 (98b) 가 기체로 부터 진공 상태 (진공 펌프 및 필수 기체 조절 시스템은 도 4a-4c 에 도시되지 않음) 로 변화하는 동안, θb에서의 변화를 관찰하는 것이다. 굴절률의 절대값 및 영이 아닌 값으로부터 진공으로 기체 압력의 부분적인 변화에 기초한 기체의 굴절률에 기초한 광로 길이의 변화들을 측정하는데 통상적으로 부딪히는 문제들은 제 3 의 바람직한 실시예에 나타나지 않는데, 이는 θb의 결정에서 전형적으로 허용되는 ±3 의 차수의 상대적으로 큰 불확실성 때문이다.
수학식 51 에 나타나고 수학식 47 및 수학식 48 에 의해 각각 정의되는 오프셋 값들 ( b및 Zb) 은, 만약 시간에 대해 가변이라면 결정을 요하고 모니터링을 요하는 값들이다. b및 Zb의 결정을 위한 절차는 표면 (Z93b) 을 갖는 거울 (Z91b) (도 4a-4c 에 도시되지 않음) 을 갖는 외부 거울 시스템 (90b) dml rjdnf (91b) 의 대체에 기초하고, 표면 (Z93b) 은 거울 (91b) 의 표면 (93b) 에 대응하고 두 파장들 (λ1및 λ2) 를 위한 반사 표면이 되기위해 코팅되고 결과값 (θb및 Φb) 를 측정한다. 결과값 (θb및 Φb) 를 각각 θbR및 ΦbR로 하자. 값들 ( b및 Zb) 은 다음의 공식
에 의해 수학식 47 및 수학식 48 로부터 명백한 바로서, θbR및 ΦbR과 관련된다.
b및 Zb에의 비전자적인 기여들은 시간에 대해 실질적으로 상수인데, 이는 차동 평면 거울 간섭계들 (69b 및 70b), 빔 스플릿터 (65b) 및 외부 거울 시스템 (90b) 에서 발생하는 보상의 현저한 레벨 때문이다. b및 Zb에의 전자적인 기여들은 순전히 전자적인 수단 (도시되지 않음) 에 의해 모니터링된다.
파번호 (wavenumber) (χ) 는 수학식 47 및 θb및 b를 위해 측정된 값을 사용하여 컴퓨터에 의해 계산된다. 비율 (K/χ) 은 수학식 51 을 사용하여 컴퓨터에 의해 계산된다.
기체의 굴절률 및/또는 기체에 기인하는 측정 경로의 광로 길이의 변화가 연속적으로 수학식 7 및/또는 수학식 14 를 사용하여 각각 얻어진다. 제 4 의 바람직한 실시예의 기재의 나머지 부분은 제 2 및 제 3 의 바람직한 실시예들의 대응하는 부분들을 위해 주어지는 것과 동일하다.
제 4 실시예의 3가지 변형예들이 있는데, 제 4 실시예의 3가지 변형예들 각각의 기재는 제 2 의 바람직한 실시예의 3가지 변형예들의 상응하는 부분과 동일하다.
수학식 14 및 20 에서 Ψ1의 결정을 위해 사용되는 라이트빔의 파장 (λ1) 이, 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어남이 없이 측정 경로에서 기체에 기인하는 측정 경로의 광로 길이의 변화를 결정하는데 사용되는 두 파장들 모두로부터 상이할 수 있다는 것은 당업자에 있어 명백한 것이다. 필수적인 역의 분산 전력 (dispersive power) (Γ3) 이 λ3〈 λ2인 조건에서 다음의 공식
에 따라, 각각 3개의 파장들 (λ1, λ2및 λ3) 에서 기체의 굴절률 (n1,n2및 n3) 의 값에 의해 결정된다.
본 발명의 정신 및 범위에서 벗어남이 없이 기술한 바람직한 실시예들의 각각의 간섭계들로의 들어감에 앞서 두 빔들 (9 및 10) 둘중 하나 또는 둘 모두가 주파수 천이를 유도하는 수단에 따르는 임의의 포인트에서 공간적으로 분리될 수 있다는 것은 당업자에 있어 명백한 것이다. 만약 두 빔들 둘중 하나의 두 주파수 성분들이 각각의 간섭계로부터 현저한 임의의 거리로 공간적으로 분리된다면, 제 1 실시예에서 기재된 것과 같은 대체적인 기준 빔들의 사용을 필요로 할 수도 있다.
제 4 의 바람직한 실시예에서 차동 평면 거울 간섭계 및 χ및/또는 비율 (K/χ) 의 결정을 위한 부가적인 수단의 외부 거울 시스템은, 본 발명의 범위 및 정신에서 벗어남이 없이 청구항에서 정의된 바와 같이 제 4 의 바람직한 실시예에서 개시된 바로서, 파장들 중 제 1 의 것에 대응하는 라이트빔들 중 제 1 의 것이 외부 거울 시스템의 한 단부로부터 들어가고 나갈 수 있고, 다른 제 2 파장에 대응하는 라이트빔들 중 제 2 의 것이 외부 거울 시스템의 반대 단부로부터 들어가고 나갈 수 있게끔 구성될 수 있다는 것은 당업자에 있어 명백한 것이다. 외부 거울 시스템의 재구성으로, 빔 스플릿터 (65b) 는 명백히 생략될 수 잇고, 거울 표면들 (95b 및 96b) 상에 코팅들의 반사 및 전달과 더불어 거울들 (91b 및 92b) 를 통해 들어가고 나가는 다른 파장들의 라이트빔들이 이에 따라 재구성된다.
도 2a-2e 및 도 4a-4c 의 설명들은 본 발명의 두 바람직한 실시예들을 도시하는데, 실시예를 위한 모든 광 빔들은 단일 평면에 있다. 명백히, 복수의 평면들을 사용하는 수정들이 본 발명의 범위 및 정신에서 벗어남이 없이 두 바람직한 실시예들 및 그 변형예들 중 하나 이상으로 만들어질 수 있다.
본 발명의 제 2 및 제 4 의 바람직한 실시예들은 외부 거울 시스템들 (90b 및/또는 90) 을 가지며, 여기에서 λ1및 λ2를 위한 측정 경로들은 다른 물리적인 길이들을 갖고 λ1및 λ2를 위한 기준 경로들은 동일한 왕복 물리적인 길이들을 갖는다. 본 발명의 범위 및 정신에서 벗어남이 없이 청구항에 규정된 바와 같이, λ1및 λ2를 위한 측정 경로들은 다른 물리적인 길이들을 갖고 λ1및 λ2를 위한 기준 경로들도 다른 물리적인 길이들을 갖는다는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 비록 실시예들의 주파수 응답 및/또는 예를 들어 측정 경로에서 기체의 굴절률의 공간적인 경사들에 기인한 계산값의 정확도에 관한 성능 저하가 있을 수 있지만, 본 발명의 범위 및 정신에서 벗어남이 없이 청구항에 규정된 바와 같이, λ1및 λ2를 위한 측정 경로들이 서로 물리적으로 교체되고 λ1및 λ2를 위한 기준 경로들이 서로 물리적으로 교체될 수 있다는 것이 당업자에게 이해될 것이다.
본 발명의 범위 및 정신에서 벗어남이 없이 본 발명의 제 4 의 바람직한 실시예들 및 그 변형예들로서 대체적인 데이터 처리가 고려될 수 있다는 것이 당업자에 있어 이해될 것이다.
본 발명의 제 4 의 바람직한 실시예들 및 그 변형예들이 모두 헤테로다인 검출의 사용을 위해 이루어진다. 본 발명의 범위 및 정신에서 벗어남이 없이 청구항에 규정된 바와 같이, 호모다인 검출이 제 4 의 바람직한 실시예들 및 그 변형예들에 사용될 수 있다는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 호모다인 수신기들은 P. de Groot 의 1997년 9월 2일 특허되었고 "Homodyne Interferometric Receiver and Method" 라 명칭되는 미국특허 제 5,663,793 호에 개시된 바로서 사용될 수 있다. 기체의 굴절률 및/또는 기체에 기인하는 측정 경로의 광로 길이의 변화는 예를 들어 호모다인 위상들 (Ψ1H및 Ψ2H) 로부터 제 1 의 바람직한 실시예의 호모다인 버젼에서 직접적으로 얻어질 수 있고, 호모다인 위상들 (Ψ1H및 Ψ2H) 은 제 1 의 바람직한 실시예의 위상들 (Ψ1및 Ψ2) 의 카운터파트이며, 수학식 7 및 14 의 호모다인 버젼들을 갖는다.
본 발명의 제 3 및 제 4 의 바람직한 실시예들은 비율 (K/χ) 및/또는 χ를 측정하고, 기체의 굴절률 및/또는 기체에 기인하는 측정 경로의 광로 길이의 변화를 계산하는데 있어 비율 (K/χ) 및/또는 χ의 측정된 값들을 사용한다. 비율 (K/χ) 및/또는 χ의 측정된 값들은, 본 발명의 범위 및 정신에서 벗어남이 없이 청구항에 규정된 바와 같이, 수학식 18 로 표현된 조건이 만족되고 χ가 상수인 피드백 시스템에서 에러 신호들로서 사용될 수 있다. 상기 피드백 시스템에서의 비율 (K/χ) 및/또는 χ의 측정된 값들은 소오스 (1) 및/또는 소오스 (2) 둘 중 하나로 전달되고, 예를 들어 주입 전류 및/또는 다이오드 레이저의 온도 또는 외부 공동 (cavity) 다이오드 레이저의 공동 주파수를 제어함에 의해, 소오스 (1) 및/또는 소오스 (2) 둘 중 하나의 각각의 파장들을 제어하는데 사용된다.
본 발명의 범위 및 정신에서 벗어남이 없이 청구항에 규정된 바와 같이, 제 3 및 제 4 의 바람직한 실시예들에서 사용되는 조합들과는 달리, 비율 (K/χ) 및/또는 χ를 측정하는 제 3 및 제 4 의 바람직한 실시예들의 수단과 제 1 및 제 2 의 바람직한 실시예들의 수단의 조합이 기체의 굴절률 및/또는 기체에 기인하는 측정 경로의 광로 길이의 변화를 결정하는데 사용될 수 있다는 것이 당업자에게 이해될 것이다.
도 5 를 참조로하여, 기체의 굴절률이 변화될 수 있고 및/또는 측정 경로의 물리적 길이가 변화될 수 있는 상황에서, 측정 경로에서의 기체의 굴절률 및/또는 기체에 기인하는 측정 경로에서의 광로 길이의 변화를 측정하고 모니터링하기 위한 진보성있는 방법을 수행하기 위한 여러 단계들이 블록들 (500-526) 을 통해 일반적인 흐름도로 도시된다. 도 5 에 도시된 진보성있는 방법이 여기에 개시된 진보성있는 장치를 사용하여 수행될 수 있는 반면에, 여기에 개시된 것 이되의 장치로서 또한 그러한 것이 수행될 수 있다는 것은 당업자에 있어 명백하다. 예를 들어, 바람직한 실시예에서 사용된 바와 같은 차동 평면 간섭계들을 사용할 필요는 없고, 요구되는 기준 및 측정 레그들이 현존하는 한 다른 종래의 간섭 장치들을 사용할 수도 있다는 것이 명백할 것이다. 또한, 호모다인 접근 또는 헤테로다인 기술들 둘 중 하나가 유리하게 상용될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 도 5 의 많은 단계들이 범용 컴퓨터 또는 적절히 프로그램된 마이크로프로세서 상에서 구동되는 적절한 소프트웨어에 의해 수행되고, 그들중 하나가 요구되는 바로서의 다른 소자들을 제어하기 위해 사용될 수 있다는 것이 더 이해될 것이다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 블록 (500) 에서 바람직하게는 앞서 기재한 바와 같은 근사 관계를 갖는 상이한 파장들을 갖는 둘 이상의 라이트 빔들을 제공함에 의해 과정은 시작된다. 블록 (502) 에서 라이트 빔들은 성분들로 분리되고, 블록 (504) 에서 이 성분들은 바람직하게는 편광 또는 공간적인 인코딩 또는 주파수 천이 등에 의해 변경된다. 그렇지 않으면, 라이트 빔들은 단순히 변경되지 않은 채로 남아 블록 (506) 으로 진행할 수 있다.
블록들 (522 및 524) 에 도시된 바와 같이, 라이트 빔들의 파장들의 관계는 모니터링될 수 있고, 만약 그들의 파장들이 이미 논의된 제한내에 있지 아니하면, 파장들의 바람직한 관계로부터 파장들의 관계의 이탈을 보상하기 위한 교정 측정을 채용할 수 있다. 상기 이탈들이 피드백을 제공하여 라이트 빔 소오스들의 파장들을 제어하는데 사용될 수 있고, 또는 교정들이 연속되는 계산들에서 수립되고 사용될 수 있으며, 이러한 것들은 이탈들 또는 수행될 수 있는 접근들의 어떠한 조합들에 의해 영향받는다.
블록 (500) 에서 라이트 빔들을 발생시키는 것과 병행하여 또는 동시발생적으로 두 레그들, 기준 레그 및 다른 측정 레그를 갖는 간섭계가 블록 (526) 에서 또한 제공되며, 측정 경로의 일부분은 그의 굴절률 및/또는 측정 경로의 광로 길이상의 영향이 측정된느 기체에 있다.
블록들 (506 및 508) 에 의해 도시된 바로서, 앞서 발생된 라이트 빔 성분들이 간섭계 레그들로 들어가, 각 성분은 광로 길이에 기초한 그의 위상 천이를 가지고, 그의 할당된 레그의 물리적 길이를 통해 전달된다.
빔들이 블록 (508) 으로부터 빠져나온 후, 그들은 블록 (510) 에서 결합되어 혼합된 광 신호를 발생시킨다. 그러면 이러한 혼합된 광 신호들은 블록 (512) 로 보내지며, 여기에서 광검출에 의해 대응하는 전기 신호들, 바람직하게는 헤테로다인 신호가 발생되며, 이러한 전기 신호들은 라이트 빔 성분들 사이의 관련된 위상들에 대한 정보를 포함한다. 바람직하게는 전기 신호들은 앞서의 주파수 천이 작업에 의해 발생된 헤테로다인 신호들이다.
블록 (514) 에서, 전기 신호들은 직접적으로 분석되어 관련된 위상 정보를 추출하여 블록들 (516-520) 상으로 진행되거나, 슈퍼헤테로다인 신호들 또는 수정된 헤테로다인 신호들을 발생시켜 연속적으로 관련 위상 정보를 위한 분석을 한다.
블록 (516) 에서, 바람직하게는 바람직한 실시예들의 기재와 연결되어 이미 밝히 수단 및 계산들에 의해 호모다인, 헤테로다인 및/또는 슈퍼헤테로다인 신호들에서의 임의의 위상의 모호함들이 해결된다.
블록 (518) 에서, 기체의 굴절률 및/또는 측정 경로의 광로 길이 상의 기체의 굴절률의 영향이 계산되고, 교정들이 앞서 기재된 바로서 적용되며, 결과 신호들이 연속적인 다운스트림 (downstream) 애플리케이션들 또는 데이터 형식 조건들을 위해 발생된다.
당업자라면 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 상기 진보성있는 장치 및 방법들에 다른 변화들을 가할 수 있을 것이다. 따라서, 도시되고 기재된 상기 실시예들은 제한을 위한 것이 아니라 설명을 위해 의도된 것이다.
상기 기재된 간섭 시스템들은 컴퓨터 칩 등과 같은 대규모의 집적 회로들을 제조하기 위해 사용되는 리소그래피 애플리케이션들 (예를 들어 267 에서 표현된 바와 같이) 특히 유용한다. 리소그래피는 반도체 제조 산업을 위한 열쇠가 되는 기술이다. 오버레이 (overlay) 향상은 100nm 선폭 이하 (설계 규칙) 의 5개의 가장 어려운 과제들 중의 하나이며, 이는 예를 들어 Semiconductor Industry Roadmap, p 82 (1997) 에서 볼 수 있다. 오버레이는 웨이퍼 및 렉티클 (또는 마스크) 스테이지들을 위치시키는 데 사용되는 거리 측정 간섭계들의 성능, 즉 정확도 및 정밀도에 직접적으로 의존한다. 리소그래피 도구들은 1년에 $50-100M 의 제품을 생산할 수 있으므로, 향상된 성능의 거리 측정 간섭계들의 경제적인 가치는 실질적인 것이다. 리소그래피 도구의 수율의 1%의 증가는 집적 회로 제조자 및 리소그래피 도구 매각자에게 근사적으로 1 년에 $1M 의 경제적인 이익을 가져다 준다.
리소그래피 도구의 기능은 포토레지스트-코팅된 웨이퍼 상으로의 공간적으로 패턴된 방사 (radiation) 를 지시하는 것이다. 상기 프로세스는 웨이퍼의 어떤 위치가 상기 방사 (정렬) 를 수신하는 지를 결정하는 것 및 상기 방사를 그 위치 (노광) 에서의 포토레지스트에 인가하는 것을 수반한다.
웨이퍼의 적절한 위치를 위해, 웨이퍼는 정밀한 센서에 의해 측정 가능한 웨이퍼 상의 정렬 마크들을 포함한다. 정렬 마크들의 측정된 위치들은 도구 내에서 웨이퍼의 위치를 규정한다. 웨이퍼 표면의 소망의 패터닝의 사양들에 따라, 이 정보는 공간적으로 패턴된 방사와 관련된 웨이퍼의 정렬을 안내한다. 이러한 정보에 기초하여, 포토레지스트-코팅된 웨이퍼를 지원하는 해석가능한 스테이지는 그러한 방사가 웨이퍼의 위치를 교정을 노광시키는 것과 같은 웨이퍼를 이동시킨다.
노광 동안, 방사 소오스는 패턴된 렉티클 (recticle) 을 발광하며, 방사를 흩뜨려 공간적으로 패턴된 방사를 만들어낸다. 렉티클은 또한 마스크로서 언급되어지며, 이 용어들은 이하에서 상호 교환가능하게 사용된다. 제거 리소그래피의 경우, 제거 렌즈들은 흩뜨려진 방사를 수집하고 렉티클 패턴의 제거된 이미지를 형성한다. 대체적으로, 근접 인쇄의 경우에, 웨이퍼에 접촉하여 렉티클 패턴의 1:1 이미지를 생성하기 전에, 흩뜨려진 방사는 짧은 거리를 전파한다 (전형적으로 마이크론의 차수로). 상기 방사는 포토레지스트에서 광-화학 프로세스들을 개시하고, 방사 패턴을 포토레지스트내의 잠재 이미지 (latent image) 로 변환시킨다.
상기한 간섭 시스템들은 위치 메카니즘들의 중요한 구성요소이고, 웨이퍼 및 렉티클의 위치조정을 제어하며, 웨이퍼 상에 렉티클 이미지를 등록시킨다.
일반적으로, 또한 노광 시스템으로 일컬어지는 리소그래피 시스템은 전형적으로 조명 시스템 (illumination system) 및 웨이퍼 위치조정 시스템 (wafer positioning system) 을 포함한다. 조명 시스템은 자외선, 가시광선, x-레이, 전자 또는 이온 방사와 같은 방사 (radiation) 를 제공하기 위한 방사 소오스를 포함하고, 그럼으로써 패턴을 방사에 첨가하기 위한 렉티클 또는 마스크는 공간적으로 패턴된 방사를 발생시킨다. 또한, 제거 리소그래피의 경우, 조명 시스템은 공간적으로 패턴된 방사를 웨이퍼상에 촬상시키기 위한 렌즈 어셈블리를 포함할 수 있다. 촬상된 방사는 웨이퍼상에 코팅된 포토레지스트를 노광시킨다. 조명 시스템은 또한 마스크를 지지하기 위한 마스크 스테이지 및 상기 마스크를 직접 통한 방사와 관련된 마스크 스테이지의 위치를 조정하기 위한 위치조정 시스템을 포함한다. 웨이퍼 위치조정 시스템은 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 스테이지 및 촬상된 방사와 관련된 웨이퍼 스테이지의 위치를 조정하기 위한 위치조정 시스템을 포함한다. 집적 회로들의 제조는 복수의 노광 단계들을 포함할 수 있다. 리소그래피에 대한 일반적인 참조로서, 예를 들어 J. R. Sheats 및 B. W. Smith 의 Microlithography: Science and Technology (Marcel Dekker, Inc., New York, 1998) 이 있고, 이는 여기에 참조로서 일체화되어 있다.
여기에 기재된 간섭계 시스템들은 렌즈 어셈블리, 방사 소오스 또는 지지 구조물과 같은 노광 시스템의 다른 구성요소들과 관련하여 웨이퍼 스테이지 및 마스크 스테이지 각각의 위치들을 정확히 측정하는데 사용될 수 있다. 그러한 경우들에서, 간섭계 시스템은 고정 구조물에 부착되고 측정 대상물은 마스크 및 웨이퍼 스테이지들과 같은 이동가능한 소자에 부착될 수 있다. 대체적으로, 상황은 반대가 될수 있어, 간섭계 시스템이 이동가능한 소자에 부착되고 측정 대상물이 고정 대상물에 부착될 수 있다.
보다 일반적으로, 간섭계 시스템들은 노광 시스템의 임의의 다른 구성요소의 위치를 측정하는데 사용될 수 있고, 그때 간섭계 시스템은 구성요소들 중 하나에 의해 부착되거나 지지되며, 측정 대상물은 상기 구성요소들중 다른 것에 의해 부착되거나 지지된다.
간섭계 시스템 (626) 을 사용하는 리소그래피 스캐너 (600) 의 예가 도 6a 에 도시된다. 간섭계 시스템은 노광 시스템 내에서 웨이퍼의 위치조정을 정확히 측정하는데 사용된다. 여기에서, 스테이지 (622) 는 노광 스테이션에 관한 웨이퍼의 위치조정에 사용된다. 스캐너 (600) 는 프레임 (602) 을 포함하고, 프레임 (602) 은 다른 지지 구조물들 및 그러한 구조물들 상에 지탱되는 다양한 구성요소들을 지탱한다. 노광 베이스 (604) 는 그의 위에 렌즈 하우징 (606) 을 올려놓고, 그 맨위에는 렉티클 또는 마스크를 지지하는데 사용되는 렉티클 또는 마스크 스테이지 (616) 가 올려진다. 노광 스테이션에 관한 마스크를 위치조정하기 위한 위치조정 시스템은 소자 (617) 에 의해 개략적으로 지시된다. 위치조정 시스템 (617) 은 예를들어 압전 변환기 소자들 및 대응하는 제어 전자장치들을 포함할 수 있다. 비록, 여기에 기재된 실시예에는 포함되지 않았지만, 상기 기재된 하나 이상의 간섭계 시스템들은 또한 다른 이동가능한 소자들은 물론 마스크 스테이지의 위치조정을 정확히 측정하는데 사용되고, 이러한 위치조정은 리소그래피 구조물 제조를 위한 프로세스들에서 정확히 모니터링되어야 한다 (앞서의 Sheats 및 Smith 의 Microlithography: Science and Technology 참조).
노광 베이스 (604) 의 밑의 것은 웨이퍼 스테이지 (622) 를 지탱하는 지지 베이스 (613) 이다. 스테이지 (622) 는 간섭계 시스템 (626) 에 의해 스테이지로 가리켜지는 측정 빔 (654) 를 반사하기 위한 평면 거울을 포함한다. 간섭계 시스템 (626) 에 관한 위치조정 스테이지 (622) 를 위한 위치조정 시스템은 소자 (619) 로 개략적으로 지시된다. 위치조정 시스템 (619) 은 예를 들어 압전 변환기 소자들 및 대응하는 제어 전자장치들을 포함할 수 있다. 측정 빔은 간섭계 시스템으로 반사되며, 노광 베이스 (604) 상에 올려진다. 간섭계 시스템은 앞서 기재된 실시예들 중의 임의의 것이 될 수 있다.
동작 중에, 방사 빔 (610), 예를 들어 UV 레이저 (도시되지 않음) 로부터의 자외선 (UV) 빔이 빔 형성 광 어셈블리 (612) 를 통과하여 거울 (614) 에 의해 반사되어 아래로 진행한다. 그런 후에, 방사 빔은 마스크 스테이지 (616) 에 의해 지탱되는 마스크 (도시되지 않음) 를 통과한다. 마스크 (도시되지 않음) 는 렌즈 하우징 (606) 에 의해 지탱되는 렌즈 어셈블리 (608) 를 경유하여 웨이퍼 스테이지 (622) 상의 웨이퍼 (도시되지 않음) 위로 촬상된다. 베이스 (604) 및 그에 의해 지탱되는 다양한 구성요소들은 스프링 (620) 에 의해 도시되는 댐핑 시스템에 의해 환경적인 진동들로부터 분리된다.
리소그래픽 스캐너의 다른 실시예들로서, 앞서 기재된 하나 이상의 간섭계 시스템들이 예를 들어 그러나 이에 제한되지 않는, 웨이퍼 및 렉티클 (또는 마스크) 스테이지들과 결합된 복수의 축들 및 각도들을 따라 거리를 측정하는데 사용될 수 있다. 또한, UV 레이저 빔 이외에, 다른 빔들이 예를 들어 x-레이 빔들, 전자 빔들, 이온 빔들 및 가시광선 빔들을 포함하는 웨이퍼를 노광시키는데 사용될 수 있다.
또한, 리소그래픽 스캐너는 열(列) 기준을 포함할 수 있고, 간섭계 (626) 는 상기 기준 빔을 레즈 하우징 (606) 으로 가리키게하며, 어떤 다른 구조물들은 간섭계 시스템 내부의 기준 경로 보다는 방사 빔을 가리킨다. 스테이지 (622) 로부터 반사된 측정 빔 (654) 와 렌즈 하우징 (606) 으로부터 반사된 기준 빔을 결합시킬때, 간섭계 시스템 (626) 에 의해 생성된 간섭 신호는 방사 빔과 관련된 스테이지의 위치에서의 변화를 지시한다. 또한 다른 실시예로서, 간섭계 시스템 (626) 은 스캐너 시스템의 렉티클 (또는 마스크) 스테이지 (616) 또는 다른 이동 가능한 구성요소들의 위치에서의 변화들을 측정하기 위해 위치조정될 수 있다. 결국, 간섭계 시스템들은 스캐너들에 부가하여, 또는 이 보다는 스테퍼 (stepper) 들을 수반하는 리소그래피 시스템들과 유사한 방식으로 사용될 수 있다.
종래 기술로서 공지되었듯이, 리소그래피는 반도체 장치들을 만들기 위한 제조 방법들에서 중요한 부분이다. 예를 들어, 미국 특허 제 5,483,343 호는 이러한 제조 방법들을 위한 단계들을 제시한다. 이러한 단계들은 도면들 (6b 및 6c) 를 참조로하여 이하에 기재된다. 도 6b 는 반도체 칩 (예를 들어 IC 또는 LSI), LCD 또는 CCD 와 같은 반도체 장치를 제조하는 순서를 나타내는 흐름도이다. 단계 (651) 는 반도체 장치의 회로를 설계하기 위한 디자인 프로세스이다. 단계 (652) 는 회로 패턴 설계의 기초상에서 마스크를 제조하기 위한 프로세스이다. 단계 (653) 는 실리콘과 같은 재료를 사용함에 의해 웨이퍼를 제조하기 위한 프로세스이다.
단계 (654) 는 프리-프로세스 (pre-process) 라 불리우는 웨이퍼 프로세스로서, 준비된 마스크 및 웨이퍼를 사용하여 회로들이 리소그래피를 통해 웨이퍼 상에 형성된다. 단계 (655) 는 포스트-프로세스 (post-process) 라 불리우는 조립 프로세스로서, 단계 (654) 에 의해 만들어진 웨이퍼들이 반도체 칩상에 형성된다. 이 단계는 조립 (다이싱(dicing) 및 본딩(bonding)) 및 패키징 (칩 실장) 을 포함한다. 단계 (656) 는 검사 단계로서, 단계 (655) 에 의해 만들어진 반도체 장치들의 동작 체크, 내구성 체크 등등이 수행된다. 이러한 프로세스들에서, 반도체 장치들은 완성되고, 그들은 출하되어진다 (단계 657).
도 6c 는 웨이퍼 프로세스의 세부사항들을 도시하는 흐름도이다. 단계 (661) 는 웨이퍼의 표면의 산화를 위한 산화 프로세스이다. 단계 (662) 는 웨이퍼 표면상에 절연막을 형성하기 위한 CVD 프로세스이다. 단계 (663) 는 기상 증착에 의해 웨이퍼상의 전극들을 형성하기 위한 전극 형성 프로세스이다. 단계 (664) 는 이온들을 웨이퍼로 주입하기 위한 이온 주입 프로세스이다. 단계 (665) 는 포토레지스트 (광감광 재료) 를 웨이퍼에 인가하기 위한 포토레지스트 프로세스이다. 단계 (666) 는 상기 기재된 노광 장치를 통해 웨이퍼상의 마스크의 회로 패턴을 노광에 의해 인쇄하기 위한 노광 프로세스이다. 단계 (667) 는 노광된 웨이퍼를 현상시키기 위한 현상 프로세스이다. 단계 (668) 는 현상된 포토레지스트 이미지 이외의 부분들을 제거하기 위한 에칭 프로세스이다. 단계 (669) 는 에칭 프로세스 후에 웨이퍼상에 남아있는 포토레지스트 재료를 분리시키기 위한 포토레지스트 분리 프로세스이다. 이러한 프로세스들을 반복함에 의해, 회로 패턴들이 형성되고 웨이퍼상에 인화 (superimpose) 된다.
상기 기재된 간섭계 시스템들은 또한 다른 애플리케이션들에 사용될 수 있고, 대상물의 상대적인 위치는 정확히 측정될 필요가 있다. 예를 들어, 레이저, x-레이, 이온 또는 전자 빔과 같은 라이트빔 (write beam) 이 기판 또는 빔의 이동으로서 기판에 패턴을 표시하는 애플리케이션에 있어서, 간섭계 시스템들은 상기 기판과 라이트빔 사이의 상대적인 이동을 측정한다.
예로서, 빔 라이팅 (beam writing) 시스템 (700) 이 도 7 에 도시된다. 소오스 (710) 는 라이트빔 (712) 를 발생시키고, 빔 초점 조립물 (714) 은 방사 빔을 이동가능 스테이지 (718) 에 의해 지지되는 기판 (716) 으로 보낸다. 스테이지의 상대적인 위치를 결정하기 위하여, 간섭계 시스템 (720) 은 기준 빔 (722) 을 빔 초점 조립물 (714) 상에 장착된 거울 (724) 로 보내고, 측정 빔 (726) 을 스테이지 (718) 상에 장착된 거울 (728) 로 보낸다. 간섭계 시스템 (720) 은 앞서 기재된 간섭계 시스템들 중 어느 것도 될 수 있다. 간섭계 시스템에 의해 측정되는 위치의 변화들은 기판 (716) 상의 라이트빔 (712) 의 상대적인 위치의 변화에 상응한다. 간섭계 시스템 (720) 은 측정 신호 (732) 를 제어기 (730) 로 보내고, 이는 기판 (716) 상의 라이트빔 (712) 의 상대적인 위치의 표시가 된다. 제어기 (730) 는 출력 신호 (734) 를 베이스 (736) 로 보내고, 베이스 (736) 는 스테이지 (718) 를 지지하고 위치조정한다. 또한, 제어기 (730) 는 신호 (738) 를 소오스 (710) 으로 보내어 라이트빔 (712) 의 강도를 변화시킴으로써, 라이트빔은 오로지 기판의 선택된 위치들만에서의 광물리적 또는 광화학적 변화를 일으키기에 충분한 강도를 갖고 기판과 접촉한다. 또한, 어떤 실시예들에서는, 제어기 (730) 는 빔 초점 조립물 (714) 로 하여금 예를 들어 신호 (744) 를 이용하여 기판의 영역위에 라이 빔을 스캔하도록 한다. 결과로서, 제어기 (730) 는 시스템의 다른 구성요소들로 하여금 기판을 패터닝하게 한다. 상기 패터닝은 전형적으로 제어기에 저장된 전자 설계 패턴에 기초된다. 어떤 애플리케이션들에서는, 라이트빔은 기판상에 코팅된 포토레지스트를 패턴화하고, 또다른 애플리케이션들에서는 라이트빔은 예를 들어 에치로 기판을 직접 패턴화한다.
이러한 시스템의 중요한 애플리케이션은 앞서 기재된 리소그래피 방법들에서 사용된 마스크들 및 렉티클들의 제조이다. 예를 들어, 리소그래피 마스크를 제조하기 위해서, 전자 빔이 크롬 코팅된 유리 기판을 패턴화 하는데 사용될 수 있다. 라이트 빔이 전자 빔인 이러한 경우들에서, 빔 라이팅 시스템은 진공에서의 전자 빔 경로를 포함한다. 또한, 라이트 빔이 예를 들어 전자 또는 이온 빔인 경우들에서, 빔 초점 조립물은 4극 렌즈 (quadrapole lense) 들과 같은 전계 발생기들을 포함하여 충전된 입자들을 진공에서 기판상으로 초점을 모으고 보낼수 있다. 라이트 빔이 예를 들어 x-레이, UV 또는 가시 방사라면, 빔 초점 조립물은 대응하는 광소자들을 포함하여 상기 방사를 기판으로 초점을 모으고 보낼수 있다.
그러나 다른 변화들이 본 발명에서 이루어질 수 있다. 예를 들어, 간섭계의 기준 및 측정 레그들 모두에 포함된 기체의 굴절률을 모니터링하는 어떤 애플리케이션들이 바람직할 수 있다. 예들은 잘 알려진 간섭계의 열(列) 기준 유형을 포함하는데, 기준 레그는 기계 시스템 내에서 한 위치에 놓여지는 목표 광 (optic) 을 포함하고, 측정 레그는 동일한 기계 시스템 내에서 다른 위치에 놓여지는 목표 광을 포함한다. 또다른 예의 애플리케이션은 작은 각도들의 측정에 관한 것인고, 측정 및 기준 빔들 모두가 동일한 목표 광으로 그러나 작은 물리적 오프셋으로 보내지고, 그럼으로써 목표 광의 각도 방위의 민감한 측정을 제공한다. 이러한 애플리케이션들 및 구성들은 당업자에 잘 알려진 것이며, 필요한 수정들이 본 발명의 범위 내에서 의도된다.
헤테로다인 간섭계에서 도플러 천이에의 실질적인 무영향을 달성하기 위한 부가적인 대체 수단은 도플러 천이를 트래킹하고, (1) 기준 및 측정 빔들 사이의 주파수 차이를 조정, (2) 전자 A/D 모둘들 중 하나 또는 모두의 클록 주파수를 조정 또는 (3) 드라이브의 능동적인 조정 또는 검출 전자장치들에 의한 두 파장들이 명백한 헤테로다인 비트 주파수를 연속적으로 맞추는 임의의 유사한 수단에 의해 보상한다.
본 발명이 상기 상세한 설명에 관련되어 기재되었지만, 상기 기재는 설명을 위한 것으로 본 발명의 권리범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 권리 범위는 첨부된 청구항들의 범위에 의해 규정된다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (72)

  1. 측정 경로에서의 기체의 굴절률의 영향을 측정하기 위한 간섭계 장치에 있어서,
    제 1 및 제 2 측정 레그들을 포함하는 간섭계 수단으로서, 상기 제 1 및 제 2 측정 레그들은, 그들 중 하나 이상은 가변적인 물리적 길이를 갖고 그들 중 하나 이상은 적어도 부분적으로는 기체에 의해 점유되며, 상기 제 1 및 제 2 측정 레그들 사이의 광로 길이 차이는 그들의 광로들 각각의 물리적 길이들 사이의 차이 및 상기 기체의 특성들에 따라 변화하도록 조립되고 배열되는 간섭계 수단;
    상이한 파장들을 갖는 둘 이상의 라이트 빔 (light beam) 들을 발생시키는 수단;
    상기 라이트 빔들 각각의 제 1 및 제 2 의 소정의 부분들을 상기 간섭계 수단의 상기 제 1 및 제 2 측정 레그들로 각각 도입시키는 수단으로서, 그럼으로써 상기 라이트 빔들의 상기 제 1 및 제 2 의 소정의 부분들 중 하나 이상이 각각 상기 제 1 및 제 2 측정 경로들을 통해 동일한 수의 패스 (pass) 들을 갖는 소정의 광로들을 따르고, 상기 라이트 빔들의 상기 소정의 제 1 및 제 2 부분들을 상기 간섭계 수단으로부터 상기 파장들에서의 상기 제 1 및 제 2 측정 레그들을 통한 각각의 광로 길이들에 대한 정보를 포함하는 엑시트(exit)빔들로서 나오게 하는 도입 수단;
    상기 파장들에서 상기 제 1 및 제 2 의 측정 레그들의 상기 소정의 광로들 중 대응하는 하나로부터, 상기 각 엑시트 빔들 사이의 위상 차이들에 상응하는 정보를 포함하는 혼합된 광 신호들을 만들어내기 위하여 상기 엑시트 빔들을 결합시키는 수단;
    상기 상이한 빔 파장들에서의 기체의 굴절률 및 상기 측정 레그들의 물리적인 경로 길이들에서의 차이들 및 그들의 상대적인 변화율의 영향들에 대응하는 정보를 포함하는 전기 간섭 신호들을 발생시키기 위하여 상기 혼합된 광신호들을 검출하는 수단; 및
    상기 제 1 및 제 2 측정 레그들의 상기 물리적 경로 길이들에서의 상대적인 비율들이 변화하는 것을 보상하는 동안, 상기 측정 레그(들) 에서의 상기 기체의 영향을 결정하기 위하여 상기 전기 간섭 신호들을 분석하는 전자 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 수단은,
    직접적으로 상기 전기 간섭 신호들을 수신하고 그로부터 위상들을 검출하여 위상 신호들을 발생시키는 수단으로서, 상기 위상 신호들은 상기 상이한 빔 파장들에서의 기체의 굴절률 및 상기 측정 레그들의 물리적 경로 길이들에서의 차이 및 그들의 변화율의 영향에 대응하는 정보를 갖게 되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자 수단은 상기 위상 신호들에서의 위상 여분을 구하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상이한 파장들은 서로간에 근사적인 조파 (harmonic) 관계를 갖고, 상기 근사적인 조파관계는 비율들의 순서로서 표현되며, 각 비율은 영이 아닌 작은 정수의 비율로 이루어지는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 수단은,
    상기 전기 간섭 신호들을 수신하고, 상기 상이한 빔 파장들에서의 기체의 굴절률 및 상기 기체에 의해 점유되는 상기 측정 레그들의 물리적 경로 길이들 및 그들의 변화율의 영향들에 대응하는 정보를 포함하는 초기 전기 위상 신호들을 발생시키는 위상 분석 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전자 수단은 상기 파장들에 비례하는 인수들에 의해 상기 초기 위상 신호들을 곱함으로써 수정된 위상 신호들을 발생시키는 곱셈 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전자 수단은,
    상기 수정된 위상 신호들을 수신하고 그들을 선택적으로 가산 및 감산하여, 상기 상이한 빔 파장들에서의 기체의 굴절률 및 상기 기체에 의해 점유되는 상기 측정 레그들의 물리적 경로 길이들에서의 차이 및 그들의 변화율의 영향들에 대응하는 정보를 포함하는 합 및 차 위상 신호들을 발생시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전자 수단은,
    상기 합 및 차 위상 신호들 및 상기 초기 위상 신호들 중 하나 이상을 수신하여 상기 측정 레그들의 물리적 길이 (L) 들의 차이를 결정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 초기 위상 및 상기 합 및 차 위상 신호들 사이의 여분 (redundancy) 들을 구하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 파장들은 비조파 (non-harmonic) 관계인 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 라이트빔들의 상기 파장들은 서로간에 근사적인 조파관계를 갖고, 상기 근사적인 조파관계는 비율들의 순서로서 표현되며, 각 비율은 영이 아닌 작은 정수의 비율로 이루어지는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    웨이퍼들 상의 집적 회로들을 제조하기 위하여 상기 간섭계 장치와 동작적으로 결합되는 마이크로리소그래픽 (microlithographic) 수단을 더 포함하고,
    상기 마이크로리소그래픽 수단은,
    하나 이상의 스테이지;
    공간적으로 패턴된 방사(radiation)를 상기 웨이퍼상으로 촬상시키는 조명 시스템; 및
    상기 하나 이상의 스테이지의 위치를 조정하기 위한 하나 이상의 위치조정 시스템을 포함하며,
    상기 하나 이상의 스테이지의 위치를 측정하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 간섭계 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    웨이퍼 상의 집적 회로들을 제조하는데 사용하기 위하여 상기 간섭계 장치와 동작적으로 결합되는 마이크로리소그래픽 수단을 더 포함하고,
    상기 마이크로리소그래픽 수단은,
    웨이퍼를 지지하기 위한 하나 이상의 스테이지; 및
    방사 소오스, 마스크, 위치조정 시스템, 렌즈 조립물 및 상기 간섭계 장치의 소정의 부분들을 포함하는 조명 시스템을 포함하며,
    상기 소오스는 상기 마스크를 통해 방사를 보내어 공간적으로 패턴화된 방사를 생성하고, 상기 위치조정 시스템은 상기 소오스로부터의 방사와 관련된 상기 마스크의 위치를 조정하며, 상기 렌즈 조립물은 상기 공간적으로 패턴화된 방사를 상기 웨이퍼 상으로 촬상시키고, 상기 간섭계 장치는 상기 소오스로부터의 상기 방사와 관련된 상기 마스크의 위치를 측정하는 것과 같은 방식으로, 상기 마이크로리소그래픽 수단이 동작하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 구성요소들을 구비하는 집적 회로들을 제조하기 위하여 상기 간섭계 장치와 동작적으로 결합되는 마이크로리소그래픽 장치를 더 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 구성요소들은 서로에 관하여 이동가능하며, 상기 제 1 및 제 2 구성요소들은 상기 제 1 및 제 2 측정 레그들에 연결되고, 상기 간섭계 장치가 상기 제 2 구성요소에 대한 상기 제 1 구성요소의 위치를 측정하는 것과 같은 방식으로 서로 협조하여 이동하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    리소그래피 마스크를 제조하는데 사용하기 위하여 상기 간섭계 장치와 동작적으로 결합되는 빔 라이팅 (beam writing) 시스템을 더 포함하고,
    상기 빔 라이팅 시스템은,
    라이트 빔(write beam)을 제공하여 기판을 패턴화 하게 하는 소오스;
    기판을 지지하기 위한 하나 이상의 스테이지;
    상기 라이트 빔을 상기 기판으로 전달하기 위한 빔 디렉팅 (beam directing) 조립물; 및
    상기 하나 이상의 스테이지 및 상기 빔 디렉팅 조립물 서로에 관한 위치를 조정하기 위한 위치 조정 시스템을 포함하며,
    상기 빔 디렉팅 조립물에 관한 상기 하나 이상의 스테이지의 위치를 측정하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 비율들의 순서로서 표현되는 상기 근사적인 조파관계의 상대적인 정밀도는 크기의 차수이거나, 또는 상기 기체의 굴절률의 분산과 상기 기체의 굴절률 및 상기 측정 레그들의 광로 길이들의 차이의 변화의 측정을 위해 요구되는 상대적인 정밀도 (ε) 의 곱보다 작은 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    공지의 비율에 관한 비율(들)로서 표현되는 상기 파장들 사이의 관계의 상대적인 정밀도는 다운스트림 애플리케이션의 정밀도 요구에 대응하는 소정의 값보다 큰 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 비율로서 표현되는 상기 관계의 상대적인 정밀도를 모니터링하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 비율로서 표현되는 상기 관계의 상대적인 정밀도를 모니터링하기 위한 상기 수단에 응답하며, 상기 비율로서 표현되는 상기 관계의 상기 상대적인 정밀도가 다운스트림 애플리케이션의 정밀도 요구에 대응하는 소정의 값과 실질적으로 같거나 그보다 작게하기 위하여, 피드백 신호를 제공하여 상기 수단을 제어하고 상기 라이트 빔들을 발생시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 둘 이상의 라이트 빔들은 각각 직교 편광 상태들을 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 라이트 빔들의 상기 직교 편광 상태들 사이에 주파수 차이를 도입하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 혼합된 광 신호들을 검출하는 수단은, 소정의 주파수 차들을 갖는 상기 혼합된 광 신호들 중에서 선택되는 하나를 수신하기 위한 단일 광 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 엑시트 빔들을 결합시키는 수단은 상기 라이트 빔들의 상기 편광 상태들을 혼합하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 혼합된 광 신호들에서 상기 위상 차이들에 대응하는 상기 정보는 공식
    에 따르는, 상기 기체에 의해 점유되는 상기 측정 레그들의 전체적인 왕복 물리적 길이 (pL) 에서의 차이들과 관련된 위상 천이들 (Ψj) 이며, 여기에서
    이고, p 는 상기 제 1 및 제 2 측정 레그들 중 하나 이상을 통하는 복수의 패스들의 수이며, nj는 파장 (λj) 에 대응하는 기체에 의해 점유되는 상기 측정 레그들 중 하나 이상에서의 굴절률이고, j는 광로들과 결합되지 않은 위상 오프셋들인 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 전기 간섭 신호들은
    의 식으로 되는 헤테로다인 신호들을 포함하고, 여기에서 시간-의존적인 인수 j(t) 는
    로 주어지는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 상이한 파장들은 서로간에 근사적인 조파 (harmonic) 관계를 갖고, 상기 근사적인 조파관계는 비율들의 순서로서 표현되며, 각 비율은 영이 아닌 작은 정수의 비율로 이루어지는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 상이한 파장들은 비율로서 표현되는 서로간의 관계를 갖고, 상기 비율은 비조파(non-harmonic)인 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 전자 수단은 상기 헤테로다인 신호들을 수신하고 상기 위상 천이들
    을 결정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 헤테로다인 신호들로부터 둘 이상의 수정된 헤테로다인 신호들을 발생시키는 수단을 더 포함하고,
    상기 수정된 헤테로다인 신호들은
    의 식으로 되고, 여기에서
    이며, pj는 p1 p2이고 상기 파장들의 상기 근사적인 조파관계로서의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    식으로 되는 슈퍼헤테로다인 신호를 발생시키기 위한 수단을 더 포함하고,
    상기 슈퍼헤테로다인 신호 (S) 는,
    로서 표현되는 압축된 캐리어를 갖는 2개의 사이드밴드들로 이루어지고, 여기에서
    이며, 그에 의해 상기 슈퍼헤테로다인 신호 (S) 는 동일한 진폭의 2개의 사이드밴드들 (S+및 S-) 로 이루어지고, 제 1 사이드밴드는 주파수 (ν) 와 위상 (θ) 을 갖고 제 2 사이드밴드는 주파수 (F) 와 위상 (Φ) 을 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  31. 제 26 항에 있어서,
    상기 헤테로다인 신호들로부터의 둘 이상의 수정된 헤테로다인 신호들을 발생시키는 수단을 더 포함하고,
    상기 수정된 헤테로다인 신호들은
    의 식으로 되고, 여기에서
    이며, p1및 p2는 p1≠p2이고 상기 파장들의 상기 근사적인 조파관계로서의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  32. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 수단은 상기 기체에 의해 점유되는 상기 측정 레그들의 물리적인 길이들 (pL) 에서의 차이를 결정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 전자 수단은 고유의 광 특성인 기체의 역 분산 파워 (Γ) 를 수신하여 물리적 길이들에서의 차이를 계산하는 것으로 구성되며,
    여기에서
    이고, λ1, λ2및 λ3는 파장이고, n1, n2및 n3는 굴절률이며, 분모는
    에 의해 대체될 수 있는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  34. 제 1 항에 있어서,
    상기 간섭계 수단과 동작적으로 결합되는 마이크로리소그래픽 수단을 더 포함하고,
    물리적 길이 (L) 들에서의 상기 차이는 상기 마이크로리소그래픽 수단의 소정의 소자들 사이의 상대적인 거리에서의 변화를 결정하는데 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  35. 제 1 항에 있어서,
    상기 라이트 빔들을 단일의 실질적으로 서로 선형적인 라이트 빔으로 정렬시키고, 상기 라이트 빔은 기체에 의해 점유되는 상기 측정 경로들 중 하나 이상을 따라 진행하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  36. 제 1 항에 있어서,
    상기 간섭계 수단은 편광 미켈슨 (Michelson) 간섭계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  37. 제 1 항에 있어서,
    상기 간섭계 수단은 차동 평면 거울 간섭계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  38. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출하는 수단으로부터 상기 전기 간섭 신호들을 직접 수신하고, 상기 전기 간섭 신호들을 디지털 형태로 변환시켜 뒤따르는 다운스트림 계산들에서의 위상 에러들을 감소시키는 것을 특징으로 하는 간섭계 장치.
  39. 측정 경로에서의 기체의 굴절률의 영향을 측정하기 위한 간섭계 방법에 있어서,
    제 1 및 제 2 측정 레그들을 포함하는 간섭계 수단으로서, 상기 제 1 및 제 2 측정 레그들은, 그들 중 하나 이상은 가변적인 물리적 길이를 갖고 그들 중 하나 이상은 적어도 부분적으로는 기체에 의해 점유되며, 상기 제 1 및 제 2 측정 레그들 사이의 광로 길이 차이는 그들의 광로들 각각의 물리적 길이들 사이의 차이 및 상기 기체의 특성들에 따라 변화하도록 조립되고 배열되는 간섭계 수단을 제공하는 단계;
    상이한 파장들을 갖는 둘 이상의 라이트 빔 (light beam) 들을 발생시키는 단계;
    상기 라이트 빔들 각각의 제 1 및 제 2 의 소정의 부분들을 상기 간섭계 수단의 상기 제 1 및 제 2 측정 레그들로 각각 도입시키어, 그럼으로써 상기 라이트 빔들의 상기 제 1 및 제 2 의 소정의 부분들 중 하나 이상이 각각 상기 제 1 및 제 2 측정 경로들을 통해 동일한 수의 패스 (pass) 들을 갖는 소정의 광로들을 따르고, 상기 라이트 빔들의 상기 소정의 제 1 및 제 2 부분들을 상기 간섭계 수단으로부터 상기 파장들에서의 상기 제 1 및 제 2 측정 레그들을 통한 각각의 광로 길이들에 대한 정보를 포함하는 엑시트 빔 (exit beam) 들로서 나오게 하는 도입 단계;
    상기 파장들에서 상기 제 1 및 제 2 의 측정 레그들의 상기 소정의 광로들 중 대응하는 하나로부터, 상기 각 엑시트 빔들 사이의 위상 차이들에 상응하는 정보를 포함하는 혼합된 광 신호들을 만들어내기 위하여 상기 엑시트 빔들을 결합시키는 단계;
    상기 상이한 빔 파장들에서의 기체의 굴절률 및 상기 측정 레그들의 물리적인 경로 길이들에서의 차이 및 그들의 상대적인 변화율의 영향들에 대응하는 정보를 포함하는 전기 간섭 신호들을 발생시키기 위하여 상기 혼합된 광 신호들을 검출하는 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2 측정 레그들의 상기 물리적 경로 길이들에서의 상대적인 비율들이 변화하는 것을 보상하는 동안, 상기 측정 레그(들) 에서의 상기 기체의 영향을 결정하기 위하여 상기 전기 간섭 신호들을 전자적으로 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 상이한 파장들은 서로간에 근사적인 조파 (harmonic) 관계를 갖고, 상기 근사적인 조파관계는 비율들의 순서로서 표현되며, 각 비율은 영이 아닌 작은 정수의 비율로 이루어지는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 비율들의 순서로서 표현되는 상기 근사적인 조파관계의 상대적인 정밀도는 크기의 차수이거나, 또는 상기 기체의 굴절률의 분산과 상기 기체의 굴절률 또는 상기 기체에 기인하는 상기 측정 레그들의 광로 길이들의 차이의 변화의 측정을 위해 요구되는 상대적인 정밀도와의 곱보다 작은 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  42. 제 40 항에 있어서,
    상기 비율들의 순서로서 표현되는 상기 근사적인 조파관계의 상대적인 정밀도를 모니터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 근사적인 조파관계의 상대적인 정밀도를 모니터링하는 단계에 응답하며, 상기 근사적인 조파관계의 상기 상대적인 정밀도를 크기의 차수 이내로, 또는 상기 기체의 굴절률의 분산과 상기 기체의 굴절률 또는 상기 기체에 기인하는 상기 측정 레그들의 광로 길이들의 차이의 변화의 측정을 위해 요구되는 상대적인 정밀도와의 곱보다 작게 하기 위하여, 상기 라이트 빔들을 제어하기 위한 피드백 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  44. 제 39 항에 있어서,
    상기 둘 이상의 라이트 빔들은 각각 직교 편광 상태들을 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 라이트 빔들의 상기 직교 편광 상태들 사이에 주파수 차이(들)를 도입시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 엑시트 빔들을 결합시키는 단계는 상기 라이트 빔들의 상기 편광 상태들을 혼합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 혼합된 광 신호들에서 상기 위상 차이들에 대응하는 상기 정보는 공식
    에 따르는, 상기 기체에 의해 점유되는 상기 측정 레그들의 전체적인 왕복 물리적 길이 (pL) 에서의 차이들과 관련된 위상 천이들 (Ψj) 이며, 여기에서
    이고, p 는 상기 제 1 및 제 2 측정 레그들 중 하나 이상을 통하는 복수의 패스들의 수이며, nj는 파장 (λj) 에 대응하는 기체에 의해 점유되는 상기 측정 레그들 중 하나 이상에서의 굴절률들인 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 전기 간섭 신호들은
    의 식으로 되는 헤테로다인 신호들을 포함하고, 여기에서 시간-의존적인 인수 j(t) 는
    로 주어지는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 전자적으로 분석하는 단계는 상기 헤테로다인 신호들을 수신하고 상기 위상 천이들
    을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  50. 제 48 항에 있어서,
    상기 헤테로다인 신호들로부터 둘 이상의 수정된 헤테로다인 신호들을 발생시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 수정된 헤테로다인 신호들은
    의 식으로 되고, 여기에서
    이며, pj는 p1 p2이고 상기 파장들의 상기 근사적인 조파관계로서의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  51. 제 50 항에 있어서,
    식으로 되는 슈퍼헤테로다인 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 슈퍼헤테로다인 신호 (S) 는,
    로서 표현되는 압축된 캐리어를 갖는 2개의 사이드밴드들로 이루어지고, 여기에서
    이며, 그에 의해 상기 슈퍼헤테로다인 신호 (S) 는 동일한 진폭의 2개의 사이드밴드들 (S+및 S-) 로 이루어지고, 제 1 사이드밴드는 주파수 (ν) 와 위상 (θ) 을 갖고 제 2 사이드밴드는 주파수 (F) 와 위상 (Φ) 을 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  52. 제 48 항에 있어서,
    상기 헤테로다인 신호들로부터의 둘 이상의 수정된 헤테로다인 신호들을 발생시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 수정된 헤테로다인 신호들은
    의 식으로 되고, 여기에서
    이며, p1및 p2는 p1≠p2이고 상기 파장들의 상기 근사적인 조파관계로서의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  53. 제 39 항에 있어서,
    상기 전자적으로 분석하는 단계는 상기 측정 레그들의 물리적인 길이 (L) 들에서의 차이를 결정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  54. 제 53 항에 있어서,
    물리적인 길이 (L) 들에서의 상기 차이는 마이크로리소그래픽 수단의 소정의 소자들 사이의 상대적인 거리를 결정하는 데 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  55. 제 53 항에 있어서,
    물리적인 길이 (L) 들에서의 상기 차이는 상기 기체의 역 분산 (Γ) 을 위한 소정의 값과 계산되고,
    여기에서
    이고, λ1, λ2및 λ3는 파장이고, n1, n2및 n3는 굴절률이며, 분모는
    에 의해 대체될 수 있는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  56. 제 39 항에 있어서,
    상기 라이트 빔들을 단일의 실질적으로 서로 선형적인 라이트 빔으로 정렬시켜, 상기 라이트 빔이 상기 측정 경로들 중 하나 이상을 따라 진행하게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  57. 제 39 항에 있어서,
    상기 간섭계 수단은 편광 미켈슨 (Michelson) 간섭계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  58. 제 39 항에 있어서,
    상기 간섭계 수단은 차동 평면 거울 간섭계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  59. 제 39 항에 있어서,
    상기 전기 간섭 신호들의 형성후에 상기 전기 간섭 신호들을 직접 수신하고, 상기 전기 간섭 신호들을 디지털 형태로 변환시켜 뒤따르는 다운스트림 계산들에서의 위상 에러들을 감소시키는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  60. 제 39 항에 있어서,
    웨이퍼 상에 집적 회로들을 형성하기 위하여,
    하나 이상의 이동가능한 스테이지를 제공하는 단계;
    웨이퍼 상으로 공간적으로 패턴된 방사를 촬상시키는 단계;
    상기 하나 이상의 스테이지의 위치를 조정하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 스테이지의 위치를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  61. 제 39 항에 있어서,
    하나 이상의 이동가능한 스테이지 상의 웨이퍼를 지지하는 단계;
    공간적으로 패턴된 방사를 생성하기 위하여 방사의 소오스를 마스크 및 렌즈 조립물을 통해 보내는 단계;
    상기 소오스로부터의 방사와 관련된 상기 마스크의 위치를 조정하는 단계;
    상기 렌즈 조립물에 의해 상기 공간적으로 패턴된 방사를 상기 웨이퍼상으로 촬상시키는 단계; 및
    상기 소오스로부터의 상기 방사와 관련된 상기 마스크의 위치를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  62. 제 39 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 구성요소들을 포함하는 집적 회로들을 제조하기 위한 마이크로리소그래픽 장치들을 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 구성요소들은 서로에 관해 이동가능하며, 상기 제 1 및 제 2 구성요소들은 상기 제 1 및 제 2 측정 레그들에 각각 연결되고, 상기 제 2 구성요소에 관한 상기 제 1 구성요소의 위치가 측정되는 것과 같은 방식으로 서로 이동하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  63. 제 39 항에 있어서,
    라이트 빔 (write beam) 소오스로 방사의 패턴을 제공하는 단계;
    하나 이상의 스테이지 상의 기판을 지지하는 단계;
    상기 방사의 패턴과 같은 상기 라이트 빔을 상기 기판 상으로 입사시키는 단계;
    상기 하나 이상의 스테이지와 서로에 대한 방사의 상기 라이트빔을 위치조정하는 단계; 및
    상기 라이트 빔에 대한 상기 하나 이상의 스테이지의 위치를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  64. 제 39 항에 있어서,
    상기 파장들은 서로에 관해 비조파 (non-harmonic) 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  65. 제 39 항에 있어서,
    상기 전자적으로 분석하는 단계는,
    상기 전기 간섭 신호들을 수신하여 그로부터 위상을 추출하여 초기 전기 위상 신호들을 발생시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 초기 전기 위상 신호들은 상기 상이한 빔 파장들에서의 기체의 굴절률 및 상기 측정 경로들에서의 물리적 경로 길이들의 차이 및 그들의 상대적인 변화 비율들의 영향들에 대응하는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  66. 제 65 항에 있어서,
    상기 전자적으로 분석하는 단계는,
    수정된 위상 신호들을 발생시키기 위하여 상기 파장들에 비례하는 인수들에 의해 상기 초기 위상 신호들을 곱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  67. 제 66 항에 있어서,
    상기 전자적으로 분석하는 단계는,
    상기 수정된 위상 신호들을 수신하고 그들을 선택적으로 가산 및 감산하여, 상기 상이한 빔 파장들에서의 기체의 굴절률 및 상기 기체에 의해 점유되는 상기 측정 레그들의 물리적 경로 길이들에서의 차이 및 그들의 변화율의 영향들에 대응하는 정보를 포함하는 합 및 차 위상 신호들을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  68. 제 67 항에 있어서,
    상기 전자적으로 분석하는 단계는,
    상기 합 및 차 위상 신호들 및 상기 초기 위상 신호들 중 하나 이상을 수신하여 상기 측정 레그들의 왕복 물리적 길이 (L) 들의 차이를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  69. 제 67 항에 있어서,
    상기 초기 위상과 상기 합 및 차 위상 신호들 사이의 여분들을 구하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  70. 제 66 항에 있어서,
    상기 파장들은 비조파 관계인 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  71. 제 66 항에 있어서,
    상기 라이트 빔들의 상기 파장들은 서로 간에 근사적인 조파 관계를 갖고, 상기 근사적인 조파 관계는 비율들의 순서로서 표현되며, 상기 비율은 영이 아닌 작은 정수의 비율로서 표현되는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
  72. 제 46 항에 있어서,
    상기 라이트 빔들의 상기 직교 편광 상태들 사이에 주파수 차이들을 도입시키는 단계는,
    상기 라이트 빔들 중 둘 이상이 그들 각각의 편광 상태들 상이의 차 주파수들을 가져, 단일 광검출기가 상기 엑시트 빔들 중 둘 이상으로부터 위상 신호들을 발생시키기 위해 사용되는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 간섭계 방법.
KR1020007009290A 1998-02-23 1999-02-18 공기의 굴절률 및 광로 길이 영향을 측정하기 위한 간섭계 및 방법 KR20010041209A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US7558698P 1998-02-23 1998-02-23
US7825498A 1998-05-13 1998-05-13
US09/078,254 1998-05-13
US60/075,586 1998-05-13
PCT/US1999/003554 WO1999042787A1 (en) 1998-02-23 1999-02-18 Interferometer and method for measuring the refractive index and optical path length effects of air

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20010041209A true KR20010041209A (ko) 2001-05-15

Family

ID=26757039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020007009290A KR20010041209A (ko) 1998-02-23 1999-02-18 공기의 굴절률 및 광로 길이 영향을 측정하기 위한 간섭계 및 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6327039B1 (ko)
EP (1) EP1058813B1 (ko)
JP (1) JP3332367B2 (ko)
KR (1) KR20010041209A (ko)
TW (1) TW382652B (ko)
WO (1) WO1999042787A1 (ko)

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6014216A (en) * 1999-01-08 2000-01-11 Hewlett-Packard Company Architecture for air-turbulence-compensated dual-wavelength heterodyne interferometer
GB0013833D0 (en) * 2000-06-08 2000-07-26 Renishaw Plc Gas laser and optical system
US6608669B2 (en) * 2000-09-22 2003-08-19 Virginia Tech Intellectual Properties Quadrature processed LIDAR system
WO2002080411A1 (en) * 2001-03-19 2002-10-10 Terapulse, Inc. Polarization mode dispersion compensation in optical transmission media
WO2003016844A1 (en) * 2001-08-14 2003-02-27 Terapulse, Inc. Apparatus and methods for polarization measurements
EP1430625A2 (en) * 2001-09-27 2004-06-23 Terapulse, Inc. Method and apparatus for higher-order compensation of transmission distortion in optical transmission media
US7042574B2 (en) * 2001-12-03 2006-05-09 Zygo Corporation Compensating for effects of non-isotropic gas mixtures in interferometers
US6798523B2 (en) 2001-12-04 2004-09-28 Honeywell International Inc. Sensor and method for detecting fiber optic faults
TWI259898B (en) * 2002-01-24 2006-08-11 Zygo Corp Method and apparatus for compensation of time-varying optical properties of gas in interferometry
JP3826042B2 (ja) * 2002-01-30 2006-09-27 キヤノン株式会社 ステージ装置、それを用いた半導体露光装置および位置計測方法
WO2003079054A2 (en) * 2002-03-15 2003-09-25 Terapulse, Inc. Athermal delay line
US7106443B2 (en) * 2002-04-10 2006-09-12 Lighthouse Capital Partners, Inc. Optical signal-to-noise monitor having increased coherence
US6865196B2 (en) * 2002-05-28 2005-03-08 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Laser spectroscopy using a master/slave architecture
JP2006505778A (ja) * 2002-11-04 2006-02-16 ザイゴ　コーポレーション 干渉計経路内の屈折度の摂動の補正
TWI304157B (en) * 2002-11-27 2008-12-11 Asml Netherlands Bv Lithographic apparatus and device manufacturing method
EP1583934A1 (en) * 2002-12-12 2005-10-12 Zygo Corporation In-process correction of stage mirror deformations during a photolithography exposure cycle
US20050083513A1 (en) * 2002-12-20 2005-04-21 Rogers Philip L. Quadrature processed lidar system
JP2007526450A (ja) 2003-06-19 2007-09-13 ザイゴ　コーポレーション 平面ミラー干渉計測定システムにおけるビーム・ミスアライメントの幾何学的な影響に対する補償
US7327465B2 (en) * 2003-06-19 2008-02-05 Zygo Corporation Compensation for effects of beam misalignments in interferometer metrology systems
US7180603B2 (en) * 2003-06-26 2007-02-20 Zygo Corporation Reduction of thermal non-cyclic error effects in interferometers
DE10334350B3 (de) 2003-07-25 2005-02-03 Bundesrepublik Deutschland, vertr. d. d. Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit, dieses vertr. d. d. Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Verfahren zur Bestimung der Brechzahl bei interferometrischen Längenmessungen und Interferometeranordnung hierfür
GB2406903B (en) * 2003-10-07 2006-11-22 Interferomet Ltd Method of and apparatus for use in determining refractive index
US7379190B2 (en) * 2004-01-05 2008-05-27 Zygo Corporation Stage alignment in lithography tools
WO2005067579A2 (en) * 2004-01-06 2005-07-28 Zygo Corporation Multi-axis interferometers and methods and systems using multi-axis interferometers
US7310152B2 (en) * 2004-03-03 2007-12-18 Zygo Corporation Interferometer assemblies having reduced cyclic errors and system using the interferometer assemblies
US7280223B2 (en) * 2004-04-22 2007-10-09 Zygo Corporation Interferometry systems and methods of using interferometry systems
US7375823B2 (en) * 2004-04-22 2008-05-20 Zygo Corporation Interferometry systems and methods of using interferometry systems
US7298493B2 (en) 2004-06-30 2007-11-20 Zygo Corporation Interferometric optical assemblies and systems including interferometric optical assemblies
US7489407B2 (en) * 2004-10-06 2009-02-10 Zygo Corporation Error correction in interferometry systems
US7433049B2 (en) * 2005-03-18 2008-10-07 Zygo Corporation Multi-axis interferometer with procedure and data processing for mirror mapping
US7495770B2 (en) * 2005-08-09 2009-02-24 Zygo Corporation Beam shear reduction in interferometry systems
US7532330B2 (en) * 2005-08-16 2009-05-12 Zygo Corporation Angle interferometers
GB0523455D0 (en) 2005-11-18 2005-12-28 Renishaw Plc Dynamic air turbulence compensation
US7542147B2 (en) * 2005-12-01 2009-06-02 Zygo Corporation Data age compensation with avalanche photodiode
JP4987360B2 (ja) * 2006-06-14 2012-07-25 三菱電機株式会社 差分吸収ライダ装置
EP1906169A1 (en) * 2006-09-27 2008-04-02 IR Microsystems S.A. Gas detection method and gas detection device
US8120781B2 (en) 2008-11-26 2012-02-21 Zygo Corporation Interferometric systems and methods featuring spectral analysis of unevenly sampled data
US8107084B2 (en) 2009-01-30 2012-01-31 Zygo Corporation Interference microscope with scan motion detection using fringe motion in monitor patterns
GB0919854D0 (en) 2009-11-12 2009-12-30 Stfc Science & Technology Detecting species in a dilute medium
US8687204B2 (en) 2011-03-24 2014-04-01 Canon Kabushiki Kaisha Method and apparatus for measuring refractive index based on a ratio between a number of second fringes divided by a difference of the number of second fringes minus a number of first fringes
US9025163B2 (en) 2011-04-22 2015-05-05 The Trustess Of Princeton University Chirp modulation-based detection of chirped laser molecular dispersion spectra
JP5882674B2 (ja) * 2011-10-24 2016-03-09 キヤノン株式会社 多波長干渉計、計測装置および計測方法
EP2662661A1 (de) * 2012-05-07 2013-11-13 Leica Geosystems AG Messgerät mit einem Interferometer und einem ein dichtes Linienspektrum definierenden Absorptionsmedium
US9068940B2 (en) 2012-10-19 2015-06-30 The Trustees Of Princeton University Optical subtraction of molecular dispersion signals enabled by differential optical dispersion spectroscopy
US10883924B2 (en) 2014-09-08 2021-01-05 The Research Foundation Of State University Of New York Metallic gratings and measurement methods thereof
TWI579525B (zh) * 2015-12-23 2017-04-21 國立臺灣大學 運動物件之絕對定位距離與偏擺角度同步量測之光學系統與方法
JPWO2021095852A1 (ko) * 2019-11-14 2021-05-20

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3647302A (en) 1970-05-18 1972-03-07 Bendix Corp Apparatus for and method of obtaining precision dimensional measurements
GB1472894A (en) 1974-03-15 1977-05-11 Nat Res Dev Interferometric methods and apparatus for measuring distance to a surface
US4688940A (en) 1985-03-12 1987-08-25 Zygo Corporation Heterodyne interferometer system
CH678108A5 (ko) 1987-04-28 1991-07-31 Wild Leitz Ag
JPH0198902A (ja) 1987-10-12 1989-04-17 Res Dev Corp Of Japan 光波干渉測長装置
US5404222A (en) 1994-01-14 1995-04-04 Sparta, Inc. Interferametric measuring system with air turbulence compensation
US5528118A (en) * 1994-04-01 1996-06-18 Nikon Precision, Inc. Guideless stage with isolated reaction stage
EP0920600B1 (en) 1996-08-20 2003-07-23 Zygo Corporation Superheterodyne interferometer and method for compensating the refractive index of air using electronic frequency multiplication

Also Published As

Publication number Publication date
TW382652B (en) 2000-02-21
EP1058813B1 (en) 2012-10-10
EP1058813A4 (en) 2002-07-17
US6327039B1 (en) 2001-12-04
JP2002504671A (ja) 2002-02-12
WO1999042787A1 (en) 1999-08-26
JP3332367B2 (ja) 2002-10-07
EP1058813A1 (en) 2000-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6525825B2 (en) Interferometer and method for measuring the refractive index and optical path length effects of air
US6327039B1 (en) Interferometer and method for measuring the refractive index and optical path length effects of air
US6219144B1 (en) Apparatus and method for measuring the refractive index and optical path length effects of air using multiple-pass interferometry
US6330065B1 (en) Gas insensitive interferometric apparatus and methods
US6541759B1 (en) Interferometry system having a dynamic beam-steering assembly for measuring angle and distance and employing optical fibers for remote photoelectric detection
US6271923B1 (en) Interferometry system having a dynamic beam steering assembly for measuring angle and distance
US6757066B2 (en) Multiple degree of freedom interferometer
JP4030960B2 (ja) 入力ビームの方向の動的干渉分光制御
US6888638B1 (en) Interferometry system having a dynamic beam steering assembly for measuring angle and distance
US20030048456A1 (en) Multiple-pass interferometry
JP2002539443A (ja) 距離測定及び分散干渉における循環エラーを特徴付けて修正するためのシステム及び方法
US7298493B2 (en) Interferometric optical assemblies and systems including interferometric optical assemblies
US7009711B2 (en) Retroreflector coating for an interferometer
EP1066495B1 (en) Apparatus and method for measuring the refractive index and optical path length effects of air using multiple-pass interferometry
US6512588B1 (en) Method and system for correcting an interferometric angle measurement for the effects of dispersion
US7528962B2 (en) Apparatus and methods for reducing non-cyclic non-linear errors in interferometry
US20070035742A1 (en) Beam shear reduction in interferometry systems
US7042574B2 (en) Compensating for effects of non-isotropic gas mixtures in interferometers

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid