KR20140097326A - 이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템 - Google Patents
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Abstract
인코더 헤드는 하나 이상의 컴포넌트로서: i) 제 1 입사 빔을 상기 인코더 스케일에 대하여 제 1 입사각에서 상기 회절형 인코더 스케일로 디렉팅하도록; ii) 제 1 복귀빔을 제 1 복귀각에서 인코더 스케일로부터 수광하되, 제 1 복귀각은 제 1 입사각과 상이하도록; iii) 제 1 복귀빔을 제 2 입사 빔으로서 제 2 입사각에서 인코더 스케일로 리디렉팅하도록; 그리고 iv) 제 2 복귀빔을 제 2 복귀각에서 인코더 스케일로부터 역수광(receive back)하되, 제 2 복귀각은 제 2 입사각과 상이하도록 구현되는, 하나 이상의 컴포넌트를 포함하고, 제 1 입사각과 제 2 입사각 사이의 차분은 제 1 입사각 및 제 1 복귀각 사이의 차분보다 더 적고 제 2 입사각과 제 2 복귀각 사이의 차분보다 더 적다.
Description
본 개시물은 이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템 및 방법, 및 이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템 및 방법을 위한 애플리케이션에 관련된다.
몇 가지 경우들에서, 간섭측정식 측정 시스템은 광학적 간섭 신호에 기초하여 측정 오브젝트의 상대적인 포지션에서의 변화를 모니터링한다. 예를 들어, 간섭계(interferometer)는 측정 오브젝트로부터 반사된 측정 빔을 가끔 "기준 빔"이라고 불리는 제 2 빔과 중첩시키고 간섭시킴으로써 광학 간섭 신호를 생성하는데, 여기에서 측정 빔 및 기준 빔은 공통 소스로부터 유도된다. 측정 오브젝트의 상대적인 포지션에서의 변화는 측정된 광학적 간섭 신호의 위상에서의 변화에 대응한다.
이러한 간섭측정식 측정 시스템의 일 예는 간섭측정식 인코더 시스템인데, 이것은 오브젝트의 모션을 인코더 스케일이라고 불리는 측정 눈금(measuring graduation)을 추적함으로써 평가한다. 통상적으로, 간섭측정식 인코더 시스템은 인코더 스케일 및 인코더 헤드를 포함한다. 인코더 헤드는 간섭계를 포함하는 어셈블리이다. 간섭계는 측정 빔을 인코더 스케일로 디렉팅하는데, 여기에서 이것은 회절한다. 간섭계는 회절된 측정 빔을 기준 빔과 합성하여 오브젝트의 포지션에 관련된 위상을 포함하는 출력 빔을 형성한다. 인코더 시스템은 리소그래피 툴 내에서의 가동 스테이지의 모션을 모니터링하기 위한 리소그래피 애플리케이션들에서 광범위하게 사용된다. 인코더 시스템은 주변 외란에 대한 그들의 상대적인 비민감성 때문에, 이러한 애플리케이션들 내에 있을 수 있다.
본 발명의 다양한 양태들은 다음과 같이 요약된다.
일반적으로, 제 1 양태에서, 본 개시물의 기술 요지는 회절형 인코더 스케일과 함께 사용되기 위한 인코더 헤드를 포함하는 인코더 시스템 내에 구현될 수 있는데, 상기 인코더 헤드는 하나 이상의 광학 컴포넌트로서: i) 제 1 입사 빔을 상기 인코더 스케일의 법선에 대하여 제 1 입사각에서 상기 회절형 인코더 스케일로 디렉팅하도록, ii) 제 1 복귀빔을 상기 인코더 스케일의 법선에 대하여 제 1 복귀각에서 상기 회절형 인코더 스케일로부터 수광하되, 상기 제 1 복귀각은 제 1 입사각과 상이하도록; iii) 상기 제 1 복귀빔을 제 2 입사 빔으로서 상기 인코더 스케일의 법선에 대하여 제 2 입사각에서 상기 회절형 인코더 스케일로 리디렉팅하도록; 그리고 iv) 제 2 복귀빔을 상기 인코더 스케일의 법선에 대하여 제 2 복귀각에서 상기 회절형 인코더 스케일로부터 역수광(receive back)하되, 상기 제 2 복귀각은 상기 제 2 입사각과 상이하도록 구현되는, 하나 이상의 광학 컴포넌트를 포함하고, 상기 제 1 입사각과 제 2 입사각 사이의 차분은 상기 제 1 입사각 및 제 1 복귀각 사이의 차분보다 더 적고 상기 제 2 입사각과 제 2 복귀각 사이의 차분보다 더 적다.
시스템의 구현형태들은 후속하는 피쳐 및/또는 다른 양태의 피쳐 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 상기 제 2 복귀빔을 기준 빔과 결합하여 출력 빔을 형성하도록 구현될 수 있고, 상기 인코더 시스템은 출력 빔을 검출하도록 포지셔닝되는 검출기를 포함한다.
더 나아가 인코더 시스템은 전자 프로세서로서:
간섭 신호를 상기 검출기로부터 수신하되, 상기 간섭 신호는 상기 기준 빔과 제 2 복귀빔 사이의 광경로 차분에 관련된 위상을 포함하도록; 그리고 상기 인코더 스케일의 자유도에 대한 정보를 상기 위상에 기초하여 결정하도록 구성되는, 전자 프로세서를 포함할 수 있다. 위상은 헤테로다인 위상(heterodyne phase)을 포함할 수 있다. 인코더 시스템은 회절형 인코더 스케일을 더 포함할 수 있다. 인코더 스케일은 1 차원의 또는 2 차원의 그레이팅을 포함할 수 있다.
몇 가지 구현형태들에서, 제 1 복귀빔 및 제 2 복귀빔의 각각은 회절 빔을 포함한다. 각각의 회절 빔은 일차 회절 빔을 포함할 수 있다.
몇 가지 구현형태들에서, 상기 제 1 입사 빔 및 제 1 복귀빔은 비-콜리니어이고 비-평행이며, 상기 제 2 입사 빔 및 제 2 복귀빔은 비-콜리니어이고 비-평행이다.
몇 가지 구현형태들에서, 하나 이상의 광학 컴포넌트는 소스 빔을 광원으로부터 수광하고 소스 빔으로부터 제 1 입사 빔을 유도하도록 구현되는 빔 분할 컴포넌트를 포함한다. 대안적으로는, 또는 추가적으로, 빔 분할 컴포넌트는 소스 빔으로부터 기준 빔을 유도하도록 구현된다.
몇 가지 구현형태들에서, 시스템은 검출기를 더 포함할 수 있다.
몇 가지 구현예들에서, 하나 이상의 광학 컴포넌트는 제 1 반사 컴포넌트로서: 제 2 복귀빔을 수광하도록; 그리고 상기 제 2 복귀빔을 빔 분할 컴포넌트로 리디렉팅하도록 구성되는, 제 1 광학 컴포넌트를 포함한다. 상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 또한 제 2 반사 컴포넌트를 포함할 수 있는데, 상기 제 1 반사 컴포넌트는 상기 제 1 복귀빔을 상기 제 2 반사 컴포넌트로 리디렉팅하도록 구성되며, 상기 제 2 반사 컴포넌트는: 상기 제 1 반사 컴포넌트로부터 제 1 복귀빔을 수광하도록; 그리고 상기 제 1 복귀빔을 제 2 입사 빔으로서 제 2 입사각에서 상기 인코더 스케일로 리디렉팅하도록 구성된다. 제 1 반사 컴포넌트는 그레이팅을 포함할 수 있는데, 여기서 그레이팅은 제 1 복귀빔 및 제 2 복귀빔 양자를 회절시키도록 구성된다.
몇 가지 구현형태들에서, 하나 이상의 광학 컴포넌트는
제 1 역-반사체(retro-reflector) 및 제 1 반사 컴포넌트를 포함하는데, 제 1 반사 컴포넌트는, 제 1 복귀빔 및 제 2 복귀빔 모두를 상기 인코더 스케일로부터 수광하도록, 그리고 상기 제 1 복귀빔 및 제 2 복귀빔을 제 1 역-반사체로 리디렉팅하도록 구성되고, 상기 제 1 역-반사체는 상기 제 2 복귀빔을 상기 빔 분할 컴포넌트로 리디렉팅하도록 구성된다. 하나 이상의 광학 컴포넌트는 또한 제 2 반사 컴포넌트를 포함할 수 있는데, 여기에서 역-반사체는 제 1 복귀빔을 제 1 반사 컴포넌트로부터 제 2 반사 컴포넌트로 리디렉팅하도록 구현된다. 상기 제 2 반사 컴포넌트는: 상기 제 1 복귀빔을 상기 제 1 반사 컴포넌트로부터 수광하도록; 그리고 상기 제 1 복귀빔을 제 2 입사 빔으로서 제 2 각도에서 측정 오브젝트로 리디렉팅하도록 구성될 수 있다.
몇 가지 구현예들에서, 상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 제 1 역-반사체를 포함하고, 상기 빔 분할 컴포넌트 및 상기 제 1 역-반사체는: 제 1 복귀빔을 수광하도록; 그리고 제 2 입사 빔으로서 상기 제 1 복귀빔을 상기 측정 오브젝트로 리디렉팅하도록 구성된다. 상기 제 1 역-반사체는: 상기 빔 분할 컴포넌트로부터 상기 기준 빔을 수광하도록; 그리고 상기 기준 빔을 상기 빔 분할 컴포넌트로 리디렉팅하도록 구성될 수 있다. 몇 가지 구현형태들에서, 상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 상기 빔 분할 컴포넌트 및 제 1 역-반사체 사이에 복수 개의 프리즘 컴포넌트를 포함하고, 상기 복수 개의 프리즘 컴포넌트는 상기 제 1 복귀빔 및 기준 빔 사이의 편차를 증가시키도록 구성된다. 복수 개의 프리즘 컴포넌트는 기준 빔의 빔 경로 및 제 1 복귀빔의 빔 경로에 구현될 수 있다. 복수 개의 프리즘 컴포넌트는 쐐기 프리즘 또는 복굴절 프리즘을 포함할 수 있다.
몇 가지 구현형태들에서, 시스템은 상기 빔 분할 컴포넌트로부터 상기 기준 빔을 제 1 포지션에서 그리고 제 2 포지션에서 수광하도록 구성되는 기준 반사체를 더 포함한다. 기준 반사체는 미러를 포함할 수 있다. 기준 반사체는 인코더 그레이팅의 표면을 포함할 수 있다. 시스템은, 제 1 사분파장판(quarter wave-plate)을 더 포함할 수 있는데, 상기 제 1 사분파장판은 상기 기준 반사체 및 빔 분할 컴포넌트 사이에 구현된다.
몇 가지 구현형태들에서, 인코더 시스템은 제 2 사분파장판을 더 포함하고, 상기 제 2 사분파장판은 상기 인코더 그레이팅 및 빔 분할 컴포넌트 사이에 구현된다.
어떤 구현형태들에서, 상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 빔 결합기로서: 상기 인코더 스케일로부터 상기 제 2 복귀빔을 수광하도록; 상기 빔 분할 컴포넌트로부터 상기 기준 빔을 수광하도록; 그리고 상기 제 2 복귀빔을 상기 기준 빔과 결합하여 출력 빔을 형성하도록 구성되는, 빔 결합기를 포함한다. 하나 이상의 광학 컴포넌트는 프리즘 쌍 및 역반사체를 포함할 수 있다. 상기 프리즘 쌍 및 역 반사체는 조합하여 상기 제 1 복귀빔을 제 2 입사 빔으로서 측정 오브젝트로 리디렉팅하도록 구현될 수 있다.
몇 가지 구현형태들에서, 하나 이상의 광학 컴포넌트는 단일 광학 컴포넌트를 포함한다.
몇 가지 구현형태들에서, 인코더 시스템은 조명 시스템에 커플링될 수 있고, 여기에서 조명 시스템은: 방사원으로서, 상기 리소그래피 시스템의 동작 도중에 상기 소스가 방사선을 상기 인코더 시스템으로 디렉팅하는, 방사원; 상기 리소그래피 시스템의 동작 도중에, 상기 인코더 시스템으로부터 출력 빔을 검출하기 위한 검출기; 전자 프로세서로서: 상기 검출기로부터 간섭 신호를 수광하되, 상기 간섭 신호는 광경로차에 관련된 위상을 포함하도록; 그리고 상기 위상에 기초하여 상기 인코더 스케일의 이격에 대한 정보를 결정하도록, 구성되는 전자 프로세서; 및 상기 전자 프로세서에 커플링되고, 상기 인코더 스케일의 이격에 대한 정보에 기초하여 상기 스테이지의 포지션을 조절하도록 구성되는 포지셔닝 시스템을 포함한다.
어떤 양태에서, 본 개시물의 기술 요지는 가동 스테이지를 포함하는 시스템, 및 인코더 시스템에서 구현될 수 있다. 회절형 인코더 스케일 또는 측정 오브젝트 중 하나가 가동 스테이지에 부착될 수 있다. 인코더 시스템은, 회절형 인코더 스케일과 함께 사용되기 위한 인코더 헤드로서, 상기 인코더 헤드는 하나 이상의 광학 컴포넌트로서: 제 1 입사 빔을 상기 인코더 스케일의 법선에 대하여 제 1 입사각에서 상기 회절형 인코더 스케일로 디렉팅하도록; 제 1 복귀빔을 상기 인코더 스케일의 법선에 대하여 제 1 복귀각에서 상기 회절형 인코더 스케일로부터 수광하되, 상기 제 1 복귀각은 제 1 입사각과 상이하도록; 상기 제 1 복귀빔을 제 2 입사 빔으로서 상기 인코더 스케일의 법선에 대하여 제 2 입사각에서 상기 회절형 인코더 스케일로 리디렉팅하도록; 그리고 제 2 복귀빔을 상기 인코더 스케일의 법선에 대하여 제 2 복귀각에서 상기 회절형 인코더 스케일로부터 역수광(receive back)하되, 상기 제 2 복귀각은 상기 제 2 입사각과 상이하도록 구현되는, 하나 이상의 광학 컴포넌트를 포함하는, 인코더 헤드를 포함하고, 여기에서 상기 제 1 입사각과 제 2 입사각 사이의 차분은 상기 제 1 입사각 및 제 1 복귀각 사이의 차분보다 더 적거나 상기 제 2 입사각과 제 2 복귀각 사이의 차분보다 더 적다.
어떤 양태에서, 본 개시물의 기술 요지는 가동 스테이지 및 인코더 시스템을 포함하는 리소그래피 시스템에서 구현될 수 있는데, 여기에서 회절형 인코더 스케일 또는 측정 오브젝트 중 어느 하나가 가동 스테이지에 부착될 수 있다. 리소그래피 시스템은 또한 인코더 시스템에 커플링된 조명 시스템을 포함할 수 있는데, 여기에서 조명 시스템은 방사원을 포함함으로써, 리소그래피 시스템의 동작 도중에 소스가 방사선을 인코더 시스템으로 디렉팅하게 한다. 리소그래피 시스템은 더 나아가, 리소그래피 시스템의 동작 도중에 인코더 시스템으로부터의 출력 빔을 검출하는 검출기, 및 전자 프로세서로서, 간섭 신호를 검출기로부터 수신하도록 구성되되 상기 간섭 신호는 광경로차에 관련된 위상을 포함하도록, 그리고 인코더 스케일의 이격에 대한 정보를 상기 위상에 기초하여 결정하도록 구성되는 전자 프로세서를 포함할 수 있다. 리소그래피 시스템은 상기 전자 프로세서에 커플링되고 스테이지의 포지션을 인코더 스케일의 이격에 대한 정보에 기초하여 조절하도록 구성되는 포지셔닝 시스템을 더 포함할 수 있다.
어떤 구현형태들은 특정한 장점들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 몇 가지 구현형태들에서,
하나 이상의 실시예들의 세부사항들은 첨부 도면들 및 다음의 설명에서 언급된다. 다른 특징들 및 이점들은 상세한 설명 및 도면들로부터, 그리고 청구항들로부터 명확하게 될 것이다.
도 1 은 예시적인 간섭측정식 인코더 시스템의 개략도이다.
도 2 내지 도 10 은 예시적인 이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템의 개략도들이다.
도 11a 는 인코더 헤드의 예시적인 광학 컴포넌트의 개략도이다.
도 11b 는 도 11a 에 도시되는 컴포넌트의 3-차원 개략도이다.
도 11c 는 도 11a 에 도시된 광학 컴포넌트의 개략도이다.
도 11d 는 도 11a 에 도시되는 컴포넌트의 3-차원 개략도이다.
도 12 는 인코더 헤드의 예시적인 광학 컴포넌트의 3-차원 개략도이다.
도 13a 는 인코더 헤드의 측정 광학 컴포넌트의 3-차원 개략도이다.
도 13b 는 도 13a 에 도시된 광학 컴포넌트와 함께 사용되기 위한 기준 광학 컴포넌트의 3-차원 개략도이다.
도 13c 는 도 13b 에 도시되는 광학 컴포넌트에 광학적으로 커플링된 도 13a 에 도시되는 광학 컴포넌트의 3-차원 개략도이다.
도 14a 및 도 14b 는 도 13a 의 광학 컴포넌트의 단면을 각각 도시하는 2-차원 개략도들이다.
도 15 는 이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템을 포함하는 리소그래피 툴의 일 실시예의 개략도이다.
도 16a 및 도 16b 는 집적 회로를 제조하기 위한 단계들을 설명하는 흐름도이다.
다양한 도면들 내의 유사한 참조 부호들은 유사한 엘리먼트들을 표시한다.
도 2 내지 도 10 은 예시적인 이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템의 개략도들이다.
도 11a 는 인코더 헤드의 예시적인 광학 컴포넌트의 개략도이다.
도 11b 는 도 11a 에 도시되는 컴포넌트의 3-차원 개략도이다.
도 11c 는 도 11a 에 도시된 광학 컴포넌트의 개략도이다.
도 11d 는 도 11a 에 도시되는 컴포넌트의 3-차원 개략도이다.
도 12 는 인코더 헤드의 예시적인 광학 컴포넌트의 3-차원 개략도이다.
도 13a 는 인코더 헤드의 측정 광학 컴포넌트의 3-차원 개략도이다.
도 13b 는 도 13a 에 도시된 광학 컴포넌트와 함께 사용되기 위한 기준 광학 컴포넌트의 3-차원 개략도이다.
도 13c 는 도 13b 에 도시되는 광학 컴포넌트에 광학적으로 커플링된 도 13a 에 도시되는 광학 컴포넌트의 3-차원 개략도이다.
도 14a 및 도 14b 는 도 13a 의 광학 컴포넌트의 단면을 각각 도시하는 2-차원 개략도들이다.
도 15 는 이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템을 포함하는 리소그래피 툴의 일 실시예의 개략도이다.
도 16a 및 도 16b 는 집적 회로를 제조하기 위한 단계들을 설명하는 흐름도이다.
다양한 도면들 내의 유사한 참조 부호들은 유사한 엘리먼트들을 표시한다.
도 1 을 참조하면, 간섭측정식 인코더 시스템(100)은 광원 모듈(120)(예를 들어, 레이저를 포함), 광학 어셈블리(110), 측정 오브젝트(101), 검출기 모듈(130)(예를 들어, 편광판 및 검출기를 포함), 및 전자 프로세서(150)를 포함한다. 일반적으로, 광원 모듈(120)은 광원을 포함하고 또한 빔 형성 광학기(예를 들어, 광 시준 광학기), 광 유도 컴포넌트(예를 들어, 섬유 광 도파관) 및/또는 분극 관리 광학기(예를 들어, 편광판 및/또는 파 플레이트)와 같은 다른 컴포넌트를 포함할 수 있다. 광학 어셈블리(110)의 다양한 실시예들이 이하 설명된다. 몇 가지 구현형태들에서, 광학 어셈블리는 "인코더 헤드"라고도 지칭될 수도 있다. 직교 좌표 시스템이 참조를 위하여 도시되는데, 여기에서 Y-축(미도시)은 페이지 내로 연장한다.
측정 오브젝트(101)는 Z-축을 따라서 광학 어셈블리(110)로부터 어느 정도의 공칭 거리만큼 떨어져서 포지셔닝된다. 인코더 시스템이 리소그래피 툴 내의 웨이퍼 스테이지 또는 레티클 스테이지의 포지션을 모니터링하기 위하여 사용되는 것과 같은 많은 애플리케이션에서, 측정 오브젝트(101)는 z-축에 상대적으로 광학 어셈블리로부터 공칭적으로 상수 거리를 유지하면서 x- 및/또는 y- 방향에서 광학 어셈블리(110)에 상대적으로 이동된다. 이러한 상수 거리는 상대적으로 작을 수 있다(예를 들어, 수 센티미터 또는 그 이하). 그러나, 이러한 애플리케이션에서, 측정 오브젝트의 위치는 통상적으로 공칭적으로 상수 거리로부터 적은 양만큼 변동할 것이며 측정 오브젝트의 직교 좌표 시스템 내에서의 상대적 방위도 역시 작은 양만큼 변동할 수 있다. 동작 도중에, 인코더 시스템(100)은, x-축에 대한 측정 오브젝트(101)의 포지션을 포함하고, 특정 실시예들에서는 y-축 및/또는 z-축에 대한 및/또는 피치 및 요 각도 방위에 대한 측정 오브젝트(101)의 포지션을 포함하는, 광학 어셈블리(110)에 대한 측정 오브젝트(101)의 이러한 자유도 중 하나 이상을 모니터링한다.
측정 오브젝트(101)의 포지션을 모니터링하기 위하여, 소스 모듈(120)은 입력 빔(122)을 광학 어셈블리(110)로 디렉팅한다. 광학 어셈블리(110)는 측정 빔(112)을 입력 빔(122)으로부터 유도하고 측정 빔(112)을 측정 오브젝트(101)로 디렉팅한다. 또한, 광학 어셈블리(110)는 기준 빔(미도시)을 입력 빔(122)으로부터 유도하고 기준 빔을 측정 빔과 상이한 경로를 따라 디렉팅한다. 예를 들어, 광학 어셈블리(110)는 입력 빔(122)을 측정 빔(112) 및 기준 빔으로 분할하는 빔 분할기를 포함할 수 있다. 측정 및 기준 빔은 직교 분극(예를 들어, 직교 선형 분극)을 가질 수 있다.
측정 오브젝트(101)는 인코더 스케일(105)을 포함하는데, 이것은 인코더 헤드로부터의 측정 빔을 하나 이상의 회절 차수(diffracted orders)로 회절시킨다. 일반적으로, 인코더 스케일은 그레이팅 또는 홀로그래프(holographic) 회절형 구조와 같은 다양한 상이한 회절형 구조를 포함할 수 있다. 그레이팅의 예는 정현, 사각형, 또는 톱니 그레이팅을 포함한다. 그레이팅은 일정한 피치를 가지는 주기적 구조에 의하여 특징지어질 수 있으며, 하지만 더 복잡한 주기적 구조(예를 들어, 처핑된(chirped) 그레이팅)에 의하여 특징지어질 수도 있다. 일반적으로, 인코더 스케일은 측정 빔을 두 개 이상의 평면으로 회절시킬 수 있다. 예를 들어, 인코더 스케일은 측정 빔을 x-z 및 y-z 평면에서의 회절 차수로 회절시키는 2-차원의 그레이팅일 수 있다. 인코더 스케일은 측정 오브젝트(110)의 모션의 범위에 대응하는 거리만큼 x-y 평면에서 연장한다.
본 실시예에서, 인코더 스케일(105)은 페이지의 평면에 직교하게, 도 1 의 직교 좌표 시스템의 y-축에 평행하게 연장하는 그레이팅 라인을 가지는 그레이팅이다. 그레이팅 라인들은 x-축을 따라 주기적이다. 인코더 스케일(105)은 x-y 평면에 대응하는 그레이팅 평면을 가지고, 인코더 스케일은 측정 빔(112)을 y-z 평면에서 하나 이상의 회절 차수로 회절시킨다.
측정 빔(빔(114)으로 명명됨)의 이러한 회절 차수 중 적어도 하나는 광학 어셈블리(110)로 복귀하며, 여기에서 이것은 기준 빔과 결합되어 출력 빔(132)을 형성한다. 예를 들어, 1회-회절된 측정 빔(114)은 제 1-차 회절 빔일 수 있다.
출력 빔(132)은 측정 빔 및 기준 빔 간의 광경로 길이차에 관련된 위상 정보를 포함한다. 광학 어셈블리(110)는 출력 빔(132)을, 출력 빔을 검출하고 검출된 출력 빔에 응답하여 신호를 전자 프로세서(150)로 전송하는 검출기 모듈(130)로 디렉팅한다. 전자 프로세서(150)는 신호를 수신하고 분석하며 광학 어셈블리(110)에 상대적인 측정 오브젝트(101)의 하나 이상의 자유도에 대한 정보를 결정한다.
특정 실시예들에서, 측정 및 기준 빔은 주파수에서 작은 차분(예를 들어, kHz 내지 MHz 범위에서의 차분)을 가져서 일반적으로 이러한 주파수 차분에 대응하는 주파수에서 관심 대상인 간섭측정 신호(interferometry signal)를 생성한다. 이러한 주파수는 이하 상호교환가능하도록 "헤테로다인(heterodyne)" 주파수라고 지칭된다. 측정 오브젝트의 상대적인 포지션에서의 변화에 대한 정보는 일반적으로 이러한 헤테로다인 주파수에서의 간섭측정 신호의 위상에 대응한다. 신호 처리 기법이 이러한 위상을 취출하기 위하여 사용될 수 있다. 일반적으로, 가동 측정 오브젝트는 이러한 위상 항이 시간-변동하도록 야기한다. 이러한 관점에서, 측정 오브젝트 이동의 일차 시간 도함수는 간섭측정 신호의 주파수가 헤테로다인 주파수로부터 본 명세서에서 "도플러" 천이라고 지칭되는 양만큼 천이되도록 야기한다.
측정 및 기준 빔의 상이한 주파수는, 다른 기법들 중에서 예를 들어 레이저 제만(Zeeman) 분할에 의하여, 음파-광학적(acousto-optical)변조에 의하여, 두 개의 상이한 레이저 모드를 사용하거나, 또는 복굴절 엘리먼트를 사용하는 레이저 내부에서 생성될 수 있다. 직교 분극은 분극 빔-분할기가 측정 및 기준 빔을 상이한 경로를 따라 디렉팅하고 이들을 결합하여, 후속하여 여 편광판을 통과하는 출력 빔을 형성하도록 하는데, 이것은 직교식으로 분극된 컴포넌트를 믹싱하여 이들이 간섭할 수 있게 한다. 타겟 모션의 부재시에, 간섭 신호는 헤테로다인 주파수에서 발진하는데, 이것은 단지 두 개의 컴포넌트의 광학적 주파수들에서의 차분이다. 타겟 모션의 존재 시에, 헤테로다인 주파수는 주지된 도플러 관련성을 통해 타겟의 속도에 관련된 변화를 초래한다. 이에 상응하여, 헤테로다인 주파수에서의 변화를 모니터링하는 것은 광학 어셈블리에 상대적인 타겟의 모션을 모니터링하도록 허용한다.
아래에서 설명되는 실시예에서, "입력 빔"은 일반적으로 광원 모듈에 의하여 방출된 빔을 지칭한다. 헤테로다인 검출을 위하여, 입력 빔은 위에서 논의된 바와 같이 다소 상이한 주파수를 가지는 컴포넌트들을 포함한다.
특정 실시예들에서, 간섭계 시스템은 그들이 리트로우(Littrow)에서 동작하지 않도록 설계된다. 예를 들어, 일반적으로, 측정 빔은 1회-회절된 측정 빔이 리트로우 조건을 만족시키지 않도록 하는 입사각에서 측정 오브젝트(101)에 입사한다. 리트로우 조건은 회절형 구조, 예컨대 그레이팅의의 입사 빔에 대한 방위를 지칭하는데, 여기에서 회절형 구조는 회절 빔을 소스로 다시 디렉팅한다. 다르게 말하면, 인코더 시스템(100)에서 1회-회절된 측정 빔은 1회-회절된 측정 빔이 인코더 스케일에 입사하는 측정 빔과 콜리니어(co-linear)하지 않기 때문에 리트로우 조건을 만족시키지 않는다.
반면에 인코더 스케일(105)은 도 1 에서 일 방향에서 주기적인 구조로서 묘사되며, 좀 더 일반적으로는, 측정 오브젝트는 적합하게 측정 빔을 회절시키는 다양한 상이한 회절형 구조를 포함할 수 있다. 몇 가지 실시예들에서, 측정 오브젝트는 측정 빔을 두 개의 직교 평면에서의 빔으로 회절시키는, 두 개의 방향(예를 들어, x- 및 y-축과 나란함)에서 주기적인 회절형 구조(예를 들어, 인코더 스케일)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 인코더 스케일의 회절형 구조 및 소스 모듈은, 인코더 시스템이 그 시스템에 대한 기하학적 제약 내에서, 대응하는 기준 빔과 결합될 때 하나 이상의 검출가능한 간섭 신호를 설립하기에 충분한 강도를 가지는 하나 이상의 회절된 측정 빔을 제공하도록 선택된다. 몇 가지 실시예들에서, 소스 모듈은 400 nm로부터 1,500 nm까지의 범위에 있는 파장을 가지는 입력 빔을 제공한다. 일 실시예에서, 입력 빔은 약 633 nm 또는 약 980 nm의 파장을 가질 수 있다. 일반적으로, 헤테로다인 소스의 주파수 분할은 입력 빔의 두 개의 컴포넌트의 파장 사이의 매우 작은 차분만을 초래하며, 따라서 입력 빔이 엄밀하게 단색이 아니라고 하더라도 입력 빔을 단일 파장에 의하여 특징짓는 것은 여전히 실용적이라는 것에 주의한다. 몇 가지 실시예들에서, 소스 모듈은 가스 레이저(예를 들어, HeNe 레이저), 레이저 다이오드 또는 다른 고상 레이저 소스, 광-방출 다이오드, 또는 스펙트럴 대역폭을 변경하기 위한 필터가 있거나 이를 가지지 않는 할로겐 광과 같은 열적 소스를 포함할 수 있다.
일반적으로, 회절형 구조(예를 들어, 그레이팅 피치)는 입력 빔의 파장 및 광학 어셈블리의 배치구성 및 측정을 위하여 사용되는 회절 차수에 의존하여 변동할 수 있다. 몇 가지 실시예들에서, 회절형 구조는 약 1λ로부터 약 20λ까지의 범위에 있는 피치를 가지는 그레이팅인데, 여기에서 λ는 소스의 파장이다. 그레이팅은 약 1 ㎛로부터 약 10 ㎛까지의 범위 내의 피치를 가질 수 있다.
몇 가지 경우들에서, 광학적 에러가 빔 믹싱이라고 지칭되는 프로세스를 통하여 간섭측정식 인코더 시스템 내에 도입될 수 있는데, 여기에서 "고스트" 빔이 측정 및/또는 기준 빔과 간섭한다. 이러한 고스트 빔은 이들이 결합하는 빔과 상이한 진폭, 상이한 위상 오프셋, 및/또는 차분 주파수를 가질 수도 있고, 결과적으로 간섭측정 신호의 검출된 위상에서의 천이를 초래한다. 이에 상응하여, 인코더 스케일의 상대적인 포지션의 측정은 인코더 스케일의 실제 포지션으로부터 벗어날 수도 있고, 따라서 간섭계에 의하여 측정된 이격 변화의 정확도를 제한한다.
이러한 고스트 빔은 간섭측정식 인코더 시스템의 다양한 불완전성에 의하여 야기될 수 있다. 예를 들어, 만일 측정 및 기준 빔이 차분 주파수를 가진다면, 그러한 빔의 상이한 주파수 컴포넌트의 분극에서의 타원율(ellipticity)은 간섭측정식 인코더 시스템의 하나 이상의 광학 컴포넌트를 통한 기준 및/또는 측정 빔의 원치않는 누설을 초래할 수도 있다. 기준 및/또는 측정 빔의 원치않는 누설은 또한 광학 컴포넌트 자체에서의 불완전성에 의하여 야기될 수 있다. 예를 들어, 간섭측정식 인코더 시스템은, 빔 분할기가 낮은 소광율(extinction ratio)을 가짐으로써 원치않는 빔 컴포넌트가 빔 분할기에 의하여 반사되는 대신에 송신되고 그 반대의 경우도 마찬가지가 되도록 하는 분극 빔 분할기를 포함할 수도 있다. 또한 고스트 빔은 간섭측정식 인코더 시스템의 다른 컴포넌트로부터의 원치않는 반사에 기인하여 발생할 수 있다. 예를 들어, 몇 가지 구현형태들에서, 인코더 스케일에 입사하는 빔의 일부는 입력 빔과 비-콜리니어인 경로를 따라 회절되는 대신에 입사 방향을 따라 반대로 회절된다.
다른 광학적 에러가 빔 비틀림(shearing)의 발생에 기인하여 간섭측정식 인코더 시스템에서 발생할 수도 있다. 빔 뒤틀림(shear)은 인코더 헤드에 상대적인 인코더 그레이팅의 상대적인 포지션이 증가 또는 감소할 때(예를 들어, 인코더 스케일 및/또는 인코더 헤드의 도 1 에서의 z-방향에 나란한 이동에 의하여 야기됨) 발생한다. 몇 가지 경우들에서, 이러한 모션은 측정 빔 및 기준 빔의 빔 경로가 발산함으로써, 인코더 스케일 포지션의 추가적이 측정 에러를 초래하도록 야기할 수 있다. 예를 들어, 인코더 스케일의 팁(tip), 틸트 및 요에서의 변화를 포함하는, 인코더 헤드에 대한 인코더 스케일의 방위에서의 작은 변화에 기인하여 유사한 에러가 발생할 수 있다.
앞서 언급된 에러의 오차 허용을 개선하기 위하여, 간섭측정식 인코더 시스템은 측정 빔이 인코더 스케일로 이중 패스를 만듦으로써 측정 빔이 인코더 스케일로부터 두 번 회절되게 하도록 구성될 수 있다. 입사 빔과 대응하는 회절 빔 사이의 큰 각도 차분을 생성하도록 시스템을 구성함으로써, 고스트 빔 및 다른 기생(spurious) 빔 사이의 간섭이 감소될 수 있다. 몇 가지 구현형태들에서, 간섭측정식 인코더 시스템의 이중 패스 배치구성은 또한 인코더 스케일 및 인코더 헤드 사이의 상대적인 거리가 변화할 때 발생할 수도 있는 빔 뒤틀림을 보상할 수 있다. 추가적으로, 몇 가지 구현형태들에서 이중 패스 구성은, 오브젝트의 방위, 예컨대 팁, 틸트 및 요에서의 작은 변화를 일차까지 보상하는 장점을 가진다.
도 2 는 측정 오브젝트(105)의 모니터링을 모니터링하기 위한 이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템(200)의 인코더 헤드(210)의 일 예의 개략도인데, 여기에서 인코더 헤드(210)는, 측정 빔이 측정 오브젝트(105)로의 두 개의 패스를 만들고 측정 오브젝트(105)로부터 복귀하는 단일 회절 빔이 측정 오브젝트(105)의 포지션을 결정하기 위하여 기준 빔과 조합되어 사용되도록 구성된다. 이 예에서, 측정 오브젝트(105)는 1-차원의 그레이팅과 같은 인코더 스케일이다. 인코더 스케일(105)은 예를 들어 가동 스테이지를 포함하는 다른 오브젝트에 부착될 수 있다.
인코더 시스템(200)은 x 좌표와 나란한 그리고 z 좌표에 나란한 이격을 검출하기 위하여 구성되는데, 여기에서 z는 그레이팅 표면에 직교하며 x는 그레이팅 표면의 평면에 있고 도시된 그레이팅 홈에 직교한다. 인코더 헤드(210)는 제 1 빔 분할기(202), 제 2 빔 분할기(빔 결합기)(204), 역-반사체(206), 및 프리즘 쌍(208)을 포함한다. 인코더 시스템(200)의 동작 도중에, 인코더 헤드(210)는 소스 빔(101)을 광원(120)으로부터 수광한다. 제 1 빔 분할기(202)는 소스 빔을 측정 빔 및 기준 빔(30)으로 분할하고, 이것은 이제 상이한 경로를 따라 디렉팅된다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 측정 빔은 4 개의 상이한 부분: 제 1 입사 빔(11), 제 1 복귀빔(12), 제 2 입사 빔(21), 및 제 2 복귀빔(22)을 포함한다. 측정 오브젝트(105)가 인코더 스케일이기 때문에, 제 1 복귀빔(12)은 제 1 입사 빔(11)의 회절 차수(예를 들어, 일차 또는 이차)에 대응한다.
제 1 복귀빔(12)은 역-반사체(206) 및 프리즘 쌍(208)의 조합에 의하여 리디렉팅되어 제 2 입사 빔(21)으로서 인코더 스케일(105)로 복귀하는데, 여기에서 측정 빔은 다시 회절되어 제 2 복귀빔(22)을 생성한다. 제 2 복귀빔(22)은 제 2 입사 빔(12)의 회절 차수(예를 들어, 일차 또는 이차)에 대응한다. 그러면 빔 분할기(204)는 기준 빔(30) 및 제 2 복귀빔(22)을 재조합하여 검출기를 향하여 디렉팅되는 출력 빔(207)을 형성한다. 그러면 검출기(130)에서 형성되는 간섭 신호는 인코더 스케일(105)에 대한 포지션 정보를 간섭 신호에 기초하여 결정하는 전자 프로세서로 전달된다.
소스 빔은 예컨대 헤테로다인 레이저와 같은 헤테로다인 소스로부터 생성될 수 있는데, 여기에서 소스 빔은 직교 분극에 의하여 인코딩된 다소 상이한 주파수로써 전파하는 두 개의 별개의 빔을 포함한다. 빔 분할기(202)는 두 개의 주파수를 그들의 상이한 분극에 기초하여 분할하는 분극 빔 분할기일 수 있다. 빔 결합기(204)에서의 기준 빔(203) 및 제 2 복귀빔(22)의 재조합시에, 출력 빔(207)은 검출기 모듈(130)로 전파한다. 정현 신호가 검출된 출력 빔(207)의 비트(beat) 주파수로부터 획득되는데, 여기에서 신호의 위상은 
이고 
는 안정한 것으로 추정되거나 공지된 기준 위상이며, 그리고 
는 측정 위상이다.
제 1 및 제 2 입사 빔의 입사면이 x 좌표를 포함한다고 가정하고, 도시된 z 좌표에 대한 각도를 정의하면, 빔(11, 12, 21, 22)이 인코더 스케일(105)의 법선에 대하여 전파하는 각도는 각각 
이다. 제 2 복귀빔(22)에 대한 각도 
가 도 2 에 일 예로서 도시된다. 측정 오브젝트(105)가 입사 빔을 회절시키기 때문에, 다음의 주지된 그레이팅 관련성이 적용된다:
여기에서 m은 회절 차수라고 알려진 정수이고 D는 인코더 스케일(105)의 라인 또는 반복된 피쳐의 그레이팅 피치 또는 스페이싱이다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 후속하는 추가적 부등식이 적용된다. 제 1 복귀빔(12)은 제 1 입사 빔(11)에 대하여 콜리니어하지도 평행하지도 않다:
제 2 복귀빔(22)은 제 1 입사 빔(21)에 대하여 콜리니어하지도 평행하지도 않다:
도 2 에 도시되는 구성의 다른 기본적인 특징은 제 1 입사 빔(11)의 전파의 각도 및 제 2 입사 빔(21)의 전파의 각도 사이의 차분이 제 1 입사 빔(11) 및 제 1 복귀빔(12)의 전파의 각도 사이의 차분보다 더 작다는 것:
그리고 제 1 입사 빔(11)의 전파의 각도 및 제 2 입사 빔(21)의 전파의 각도 사이의 차분이 제 2 입사 빔(21)의 전파의 각도 및 제 2 복귀빔(22)의 전파의 각도 사이의 차분보다 더 작다는 것이다:
이와 유사하게, 제 1 복귀 빔(12)의 전파의 각도 및 제 2 복귀 빔(22)의 전파의 각도 사이의 차분이 제 1 입사 빔(11) 및 제 1 복귀 빔(12)의 전파의 각도 사이의 차분보다 더 작다:
이와 유사하게, 제 1 복귀 빔(12)의 전파의 각도 및 제 2 복귀 빔(22)의 전파의 각도 사이의 차분이 제 2 입사 빔(21) 및 제 2 복귀 빔(22)의 전파의 각도 사이의 차분보다 더 작다:
수학식 3 내지 수학식 8 에서의 부등식의 크기는 빔들이 광학 컴포넌트에 의하여 방해되지 않도록 충분히 크다. 예를 들어, 도 2 에 도시되는 빔(11)은 역반사(retroreflective) 프리즘(206)에 의하여 차단되지 않는다. 이 예에서, 두 개의 입사 빔(11 및 21)은 근사적으로 평행한 반면에 두 개의 반사된 빔(12 및 22)은 근사적으로 평행하다:
이에 반해, 이 예에 대하여, 입사 빔 중 어느 것도 수학식 3 및 수학식 4 에 표시된 바와 같이 대응하는 반사된 빔에 평행하지 않다.
몇 가지 구현형태들에서, 입사 및 복귀빔 사이의 각도에서의 차분은 고스트 반사 및 다른 기생 빔으로부터의 최종 간섭 신호의 오염에 의하여 야기되는 측정 에러를 감소시키기에 충분히 크다. 예를 들어, 몇 가지 구현형태들에서, 인코더 헤드(210)의 광학 컴포넌트는 수학식 5 내지 수학식 8 의 부등식이 1 mm 빔 직경에 대하여 약 1 mrad 보다 더 크도록 구현된다. 몇 가지 경우들에서, 비례적으로 더 큰 각도가 더 작은 빔 직경에 대하여 사용될 수 있다.
이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템은 두 개의 직교 방향에 나란한 인코더 스케일(105)의 이격에 민감할 수 있다. 예를 들어, x 좌표에 따른 인코더 스케일(105)의 평면내(in-plane) 이격은 측정 빔의 위상 
을 인코더로부터의 두 개의 반사(예를 들어, 제 2 복귀빔(22))이후에 다음과 같이 표현될 수 있는 비율로 변화시키는데
여기에서 
는 x 방향에 나란한 인코더 스케일(105)의 이격이다. 이와 유사하게, 인코더 스케일(105)의 z 좌표에 따른 평면외(out of plane) 이격은 다음과 같이 주어지는데
여기에서 
는 z 방향에 나란한 인코더 스케일(105)의 이격이다. 수학식 11 및 수학식 12 는 인코더 스케일(105)에 상대적인 인코더 헤드(210)의 이동에 대해서도 역시 적용될 수 있다. 이에 상응하여, 전자 프로세서가 검출된 간섭 신호로부터의 위상 정보를 평가했다면, 수학식 11 및 수학식 12 가 x 또는 z 방향에서 인코더 헤드(210) 또는 인코더 스케일(105)의 모션을 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 당업자에 의하여 인정될 바와 같이, 전자 프로세서는 위상 
을 공지된 기준 위상 
을 검출된 신호의 위상 정보로부터 감산함으로써 계산하고, 그리고 x 또는 z 방향에서의 이격을 수학식 11 및 수학식 12 를 사용하여 계산할 수 있다.
인코더 스케일 및/또는 인코더 헤드 중 하나가 두 개의 직교 방향을 따라(예를 들어, x 및 z 방향을 따라) 이동하는 애플리케이션에 대하여, 인코더 헤드(210)는 포지션 정보를 개별적으로 이동의 상이한 직교 방향의 각각을 따라서 추출하도록 수정될 수 있다. 예를 들어, 몇 가지 구현형태들에서, 인코더 헤드(210)는 도 2 에 도시되는 광학 컴포넌트의 제 2 세트(예를 들어, 빔 분할기(202), 빔 분할기(204), 역-반사체(206), 및 프리즘 쌍(208)을 포함하도록 확장된다. 광학 컴포넌트의 제 2 세트는 제 2 측정 빔을 소스 빔으로부터 유도함으로써 제 2 측정 빔이 인코더 스케일의 표면으로의 다른 두 개의 패스를 만들도록 구성된다. 그러나, 제 1 측정 빔에 반대로, 제 2 측정 빔이 최초로 인코더 스케일(105)에 입사하는 각도는 빔(11)에 대한 입사각과 상이하며, 예를 들어, 제 2 측정 빔은 인코더 스케일 표면의 법선에 대하여 
에 대응하는 각도로 최초에 입사할 수 있다. x 방향 및 y 방향을 구별하기 위하여, 두 개의 상이한 각도에서의 적어도 두 개의 측정이 사용된다. 상이한 각도들은 크기에 있어서 동일하지만 반대 방향인 각도들을 포함할 수 있지만 그것들로 제한되지는 않는다. 그러므로 수학식 11 에서의 
상의 위상 의존성은 제 2 측정 빔에 대해서 반전되는데, 하지만 수학식 12 에서의 z 상의 위상 의존성은 동일하게 유지된다. 이에 상응하여, 제 1 및 제 2 측정 빔에 대하여 수학식 11 에 의하여 제공된 두 개의 결과들 사이의 차분이 z로부터 독립적으로 x 이격을 추출하기 위하여 사용될 수 있다. 대안적으로는 또는 추가적으로, 제 1 및 제 2 측정 빔에 대하여 수학식 12 에 의하여 제공된 두 개의 결과들의 합이 x로부터 독립적으로 z 이격을 추출하기 위하여 사용될 수 있다.
도 2 의 시스템에 대한 위의 수학식에서 언급되는 부등식들은 아래에서 설명되는 추가적인 실시예에 역시 적용한다. 특히, 간섭측정식 인코더 시스템은 양자의 복귀빔 각도(12 및 22)가 리트로우 조건에 정확하게 있는 것을 방지하도록 구성된다. 따라서, 적어도 어떤 각도 분리가 빔들 사이에 도입되고, 이것이 고스트 반사로부터의 간섭에 의하여 야기되는 포지션 측정 에러를 감소시키는 것을 도울 수 있다. 몇 가지 실시예들에서, 인코더 헤드는 광학 컴포넌트 내에서의 기준 빔 경로 및 측정 빔 경로 간의 분리를 향상시키도록 구성될 수 있다. 빔 경로들 사이의 분리를 증가시키는 것은 간섭 신호에 크게 기여하는 기생 빔들의 가능성을 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 도 3 은 측정 오브젝트(105)의 포지션을 모니터링하기 위한 인코더 헤드(310)를 포함하는 이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템(300)의 개략도인데, 여기에서 인코더 헤드(310)는 기준 빔 경로 및 측정 빔 경로 사이의 분리를 증가시키도록 구성된다. 인코더 헤드(310)는 분극 빔 분할기(302), 역-반사체(304), 쐐기 프리즘(306)의 쌍 및 기준 반사체(308)를 포함한다. 인코더 헤드(310)는 또한 기준 반사체(308) 및 빔 분할기(302) 사이의 제 1 사분파장판(312), 및 측정 오브젝트(105)(예를 들어, 인코더 스케일) 및 빔 분할기(302) 사이의 제 2 사분파장판(314)을 포함할 수 있다. 쐐기 프리즘(306)은 수학식 3 내지 수학식 8 에 따르는 부등식을 시스템(300)에 도입한다. 어떤 구현형태에서, 인코더 헤드(310)의 구성은 높은 열적 안정성의 장점 및 큰 빔들을 관리하기 위하여 사용되는 용이성을 가진다.
도 3 의 예에 도시된 바와 같이, 인코더 헤드(310)는 소스 빔(301)을 소스(120)로부터 수광한다. 빔 분할기(302)는 기준 빔(303) 및 측정 빔을 소스 빔(301)으로부터 유도한다(예를 들어, 소스 빔의 상이한 주파수 컴포넌트의 분극에서의 차분에 기초하여). 측정 빔은 4 개의 상이한 부분: 제 1 입사 빔(11), 제 1 복귀빔(12), 제 2 입사 빔(21), 및 제 2 복귀빔(22)을 포함한다. 빔 분할기(302)는 제 1 입사 빔(11)을 제 2 사분파장판(314)을 통과하여 인코더 스케일(105)로 디렉팅하는데, 여기에서 제 1 입사 빔(11)은 회절되어 제 1 복귀빔(12)을 생성한다. 제 1 복귀빔(12)은 빔 분할기(302) 및 역-반사체(304)의 조합에 의하여 제 2 입사 빔(21)으로서 다시 인코더 스케일(105)로 리디렉팅되는데, 여기에서 제 2 입사 빔(21)은 이제 회절되어 제 2 복귀빔(22)을 생성한다.
빔 분할기(302)는 또한 기준 빔(303)을 기준 반사체(308)로 리디렉팅한다. 기준 반사체(308)는 예를 들어, 미러와 같은 임의의 적합한 반사 표면을 포함할 수 있다. 몇 가지 구현형태들에서, 반사체(308)의 포지션은 조절가능하다. 예를 들어, 몇 가지 경우들에서, 반사체(308)는 가동 스테이지에 부착될 수 있다. 기준 반사체(308)는 기준 빔(303)을 다시 빔 분할기(302)로 반사하는데, 여기에서 빔(303)은 빔 분할기(302) 및 역-반사체(304)의 조합에 의하여 기준 반사체(308)로 다시 되돌아가게 리디렉팅된다. 기준 반사체(308)는 기준 빔(303)을 두 번째로 빔 분할기(302)를 향해 반사한다. 빔 분할기(302)를 통과하여 지나가는 대신에, 두 번-반사된 기준 빔(303)은 이제 제 2 복귀빔(22)과 결합되어 출력 빔(307)을 형성한다. 출력 빔(307)은 검출기(예를 들어, 광검출기) 및 믹싱 편광판을 포함하는 검출기 모듈(130)에 의하여 기록된다. 빔 분리는 입사 빔의 상이한 분극에 기초하여 달성된다. 예를 들어, 빔(301)은 기준 미러(308)를 향해 반사하는 s-분극 컴포넌트 및 측정 빔으로서 그레이팅(105)을 향해 투과하는 p 분극 컴포넌트를 가진다. 두 개가 사분파장판(314)을 통과하여 지나간 이후에, 분극은 기준 빔이 투과되고 측정 빔이 반사되도록 반전된다.
도 4 는 인코더 헤드(410)를 포함하는 다른 예시적인 이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템(400)의 개략도이다. 인코더 헤드(410)의 배치구성은, 쐐기 프리즘 대신에 인코더 헤드(410)가 제 1 복굴절 프리즘 쌍(416) 및 제 2 복굴절 프리즘 쌍(418)을 포함한다는 것을 제외하고는 도 3 에 도시되는 인코더 헤드(310)와 유사하다. 복굴절 프리즘 쌍을 추가하는 것은 인코더(410)를 통과하는 측정 및 기준 빔 경로들 사이의 추가적 편차/분리를 초래한다.
몇 가지 실시예들에서, 인코더 헤드는 모션의 제 1 방향을 모션의 제 2 직교 방향에 독립적으로 측정하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 도 5 는 인코더 스케일(105)의 이격을 z 방향과 독립적으로 x 방향에서 측정하도록 구성되는 인코더 헤드(510)를 포함하는 이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템(500)의 개략도를 도시한다. 인코더 헤드(510)의 구성은 도 3 에 도시되는 예와 유사하다. 그러나, 도 3 의 예에 대조적으로, 인코더 헤드(510)는 기준 빔(503)이 기준 반사체 대신에 인코더 스케일의 일부에 입사하도록 구성된다. 즉, 빔 분할기(502)는 빔 분할기(502)를 탈출하는 입사 기준 빔(503a)이 인코더 스케일(105)을 향한 빔 경로를 따라 이동하도록, 인코더 스케일에 대하여 포지셔닝된다. 그러면 입사 기준 빔(503)은 인코더 스케일에 의하여 회절되어 빔 분할기(502)로 전파하는 회절 차수(예를 들어, 일차 또는 이차)를 가지는 회절된 기준 빔을 생성한다. 빔 분할기(502) 및 역-반사체(504)의 조합은 1회-회절 빔을 다시 인코더 스케일(105)로 되돌아가도록 리디렉팅하는데 여기에서 1회-회절 빔은 다시 회절된다. 그러면 두 번-회절된 기준 빔(503b)은 빔 분할기(502)로 복귀하고 두 번-회절된 측정 빔과 결합되어 출력 빔을 생성한다.
기준 빔(503)이 인코더 표면의 법선에 대하여 
(입사 측정 빔(11)이 인코더 스케일에 영향을 주는 각도의 음수)에 대응하는 각도로 인코더 스케일(105)에 입사하면, 도 5 의 예에 도시된 구성이 z 방향과 독립적으로 x 방향을 따라서 인코더 스케일(105)의 이격을 결정하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 수학식 11 은 두 번-회절된 기준 빔 및 두 번-회절된 측정 빔 모두에 대해 
에서의 위상 의존성을 계산하기 위하여 사용될 수 있다. 기준 및 측정 빔에 대하여 수학식 11 에 의하여 제공되는 두 개의 결과 사이의 차분은 이제 z 에 독립적인 x 이격을 y 축 주위의 틸트가 없이 추출하도록 사용될 수 있다.
일반적으로, 도 2 내지 도 5 에 도시된 실시예에서 입사 빔 및 대응하는 회절 빔 사이의 각도에서의 차분은 약 1 및 약 10 도 사이의 범위에서의 각도를 포함할 수 있지만 그것들로 제한되지는 않는다. 몇 가지 구현형태들에서, 각도에서의 차분은 더 적을 수 있다. 예를 들어, 도 3 을 참조하면, 각도에서의 차분은 약 1 mrad 및 약 10 mrad 사이일 수 있다. 몇 가지 실시예들에서, 인코더 헤드는 입사 빔 및 회절 빔 사이의 각도에서의 큰 차분을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 6 은 예시적인 이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템(600)의 개략도인데, 여기에서 입사 측정 빔 및 대응하는 회절 빔 사이의 각도는 약 10 도 내지 약 80 도의 수준일 수 있다.
인코더 헤드(610)는 기준 빔 및 제 1 입사 측정 빔(11)을 소스 빔(601)으로부터 유도하기 위한 빔 분할기(602)를 포함한다. 제 1 입사 빔(11)은 인코더 스케일(105)을 향하여 전파하며 회절되어 제 1 회절된 복귀빔(12)을 생성한다. 복귀빔(12)은 제 1 반사 컴포넌트(604)에 의하여 제 2 반사 컴포넌트(606)를 향해 반사된다. 그러면 제 2 반사 컴포넌트(606)는 제 1 복귀빔(12)을 제 2 입사 빔(21)으로서 인코더 스케일(105)을 향하여 리디렉팅한다. 제 2 입사 빔(21)은 인코더 스케일(105)에 의하여 회절되어 제 2 복귀빔(22)을 생성하는데, 여기에서 제 2 복귀빔(22)은 두 번-회절된 측정 빔에 대응한다. 그러면 제 2 복귀빔(22)은 제 1 반사 컴포넌트(604)에 의하여 빔 분할기/결합기(602)를 향하여 리디렉팅되고 기준 빔과 결합되어 검출기 모듈(130)(예를 들어, 편광판 및 검출기를 포함함)로 진행하는 출력 빔(605)을 생성한다. 제 1 반사 컴포넌트(604) 및 제 2 반사 컴포넌트(606)는 예를 들어, 미러와 같은 임의의 적합한 고 반사성 컴포넌트를 포함할 수 있다.
예시의 목적을 위하여, 입사 빔의 회절이 도 6 에서는 도면의 평면 내에서만 이루어지는 것으로 도시된다. 그러나, 시스템(600)은 또한 회절하는 빔을 풀 3D 역-반사의 도면의 평면 내로 또는 밖으로 향하는 방향을 따라서 리디렉팅하도록 그리고 더 나아가 오브젝트 틸트에 대한 시스템의 민감도를 감소시키도록 구성될 수 있다. 도 2 내지 도 5 에 개시된 실시예들과 유사하게, 시스템(600)은 검출기에서의 측방향 빔 뒤틀림을 보상하기 위하여 사용될 수 있는데, 여기에서 빔 뒤틀림은 
방향에 평행한 방향에 따른 인코더 헤드(610) 또는 인코더 스케일(105)의 포지션에서의 상대적인 변화에 의하여 야기된다.
도 7 은 도 6 에 도시되는 배치구성의 변형예인 예시적인 이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템(700)의 개략도이다. 특히, 시스템(700)의 인코더 헤드(710)는 제 1 반사성 컴포넌트(704), 제 2 반사성 컴포넌트(706), 및 빔-분할기/빔-결합기(702)에 추가적으로 역-반사체(708)를 포함한다. 역-반사체(708)는 제 1 복귀빔(12)을 제 1 반사성 컴포넌트(704)로부터 수광하도록 동작가능하고, 빔(12)을 제 2 반사성 컴포넌트(706)로 리디렉팅하는데, 이것은 이제 빔(12)을 인코더 스케일(105)로 디렉팅하도록 동작가능하다. 또한 역-반사체(708)는 제 2 복귀빔(22)을 빔 분할기(702)를 향하여 리디렉팅하도록 동작가능한데, 여기에서 제 2 복귀빔(22)은 빔-분할기/빔-결합기(702)에서 기준 빔과 결합하여 출력 빔(705)을 형성한다.
도 8 은 도 6 에 도시되는 배치구성의 다른 변형예인 예시적인 이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템(800)의 개략도이다. 특히, 제 1 반사 컴포넌트(804)는 예를 들어, 회절 그레이팅과 같은 회절 컴포넌트를 포함한다. 이에 상응하여, 빔-분할기/빔-결합기(802)에서 기준 빔과 결합되는 측정 빔은, 인코딩 스케일(105)에 의하여 두 번 그리고 회절 컴포넌트(804)에 의하여 두 번을 포함하여 네 번 상이하게 회절된 바 있는 빔에 대응한다. 어떤 구현형태에서, 도 8 에 도시되는 인코더 헤드 구성은 도 6 에 도시되는 시스템(600)의 인코더 헤드 구성에 비교하여 그레이팅 틸트에 대한 보상을 개선할 수 있다. 특히, 인코더 헤드(810)는 인코더 스케일(105)의 비선형 회절각 거동을 보상한다. 당업자에 의하여 이해될 바와 같이, 만일 입사 빔(11)의 각도에 작은 변화가 있다면, 수학식 1 로부터 계산된 반사된 빔(12)의 각도에서의 변화는 입사 빔(11)의 각도에서의 변화와 동일하지 않을 것이다. 그러나, 회절 컴포넌트(804)를 도시된 바와 같이 배치함으로써, 각도 변화에서의 이러한 차분이 보상되고, 빔(21)은 수학식 9 에서와 같이 빔(11)에 평행하게 유지된다.
도 9 는 도 6 에 도시되는 배치구성의 다른 변형예인 예시적인 이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템(900)의 개략도이다. 인코더 시스템(900)은 인코더 스케일(105)로부터의 제 1 복귀빔(12) 및 제 2 복귀빔(22)을 투과시키기 위한 투과 그레이팅(904)을 채용한다. 시스템(900)은 제 1 복귀빔(12)을 인코더 스케일(105)로 제 2 입사 빔(21)으로서 리디렉팅하는 역-반사체(906)를 포함하고, 투과 그레이팅(904)을 통과하여 빔 분할기(902)를 향하여 진행하는 제 2 복귀빔(22)을 리디렉팅하는 반사성 컴포넌트(908)를 포함한다. 몇 가지 구현형태들에서, 도 9 에 도시되는 배치구성은 상이한 틸트 각도에서 인코더 스케일(105)의 비선형 회절 거동을 보상함으로써 인코더 스케일(105)의 틸팅에 대한 오차 허용을 개선한다.
도 10 은 도 6 에 도시되는 배치구성의 다른 변형예인 예시적인 이중 패스 간섭측정식 인코더 시스템(1000)의 개략도이다. 인코더 시스템(1000)은 프리즘 컴포넌트(1004)(예를 들어, 유리 프리즘), 반사성 컴포넌트(1006)(예를 들어, 미러) 및 역-반사체(1008)를 채용한다. 몇 가지 구현형태들에서, 도 10 에 도시되는 배치구성은 상이한 틸트 각도에서 인코더 스케일(105)의 비선형 회절 거동을 보상함으로써 인코더 스케일(105)의 틸팅에 대한 오차 허용을 개선한다.
몇 가지 실시예들에서, 단일 모놀리식 광학 컴포넌트가 측정 빔이 인코더 스케일로의 두 개의 패스를 생성하도록 야기하기 위하여 사용될 수 있다. 단일 모놀리식 광학 컴포넌트를 사용함으로써, 더 콤팩트한 인코더 시스템 디자인이 가능해질 수 있으며 정렬 요구 사항을 감소시킬 수 있다. 도 11a 는 측정 빔(1101)을 컴포넌트(1110)의 몸체 내의 내부 반사를 사용하여 인코더 스케일(105)로 리디렉팅하기 위한 단일 모놀리식 광학 컴포넌트(1110)의 개략도이다. 도 11b 는 도 11a 에 도시되는 컴포넌트(1110)의 3-차원 개략도이다. 도 11c 는 도 11a 에 도시된 광학 컴포넌트(1110)의 다른 도면이다. 도 11d 는 컴포넌트(1110)의 대안적 3-차원 도면이다. 예시의 목적을 위하여, 기준 빔 및 인코더 시스템의 다른 광학 컴포넌트는 도시되지 않는다. 컴포넌트(1110)는 예를 들어, 유리를 포함하는 적합한 광학적으로 투명한 재료로써 형성될 수 있다. 도 11a 내지 도 11d 에 도시되는 컴포넌트(1110)는 내포된(implicit) 유리 쐐기를 포함하는데, 여기에서 인코더 스케일(105) 로부터의 회절 빔은 인코더 스케일(105)의 법선에 대하여 그리고 컴포넌트(1110)의 곡면 법선(surface normal)에 대하여 측정된 것과 상이한 각도로써 컴포넌트(1110)에 진입하고 진출한다. 광학 컴포넌트(1110)의 표면 각도는 내포된 쐐기의 굴절각의 비선형 거동이 인코더 스케일의 그레이팅 틸트에 대한 회절각의 비선형 거동을 보상하도록 최적화된다. 인코더 스케일(105)과의 제 1 및 제 2 상호작용 사이에서, 측정 빔은 역-반사체 내부의 빔 경로와 유사한, 광학 컴포넌트(1110) 내의 3 개의 내부 반사를 겪는다.
몇 가지 구현형태들에서, 도 8 및 도 11 에 도시되는 인코더 헤드 구성은 1) 검출기에서의 z 모션이 있는 빔 뒤틀림에 대해 보상된다는 것 및 2) 빔 뒤틀림 및 단축에 대한 부분적인 보상을 보여주는 도 2 및 도 3 에 도시되는 실시예의 인코더 헤드 구성에 대조적으로 빔 단축(foreshortening)을 거의 보이지 않거나 아예 보이지 않는다는 것의 추가적 장점을 가진다.
몇 가지 실시예들에서, 도 11 에 도시되는 인코더 헤드는 효율을 개선하도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 12 는 단일 회절 차수를 캡쳐하는 것에 대항하여 측정 빔의 초기 회절 이후에 두 개의 회절 차수를 수광하도록 구성되는 모놀리식 광학 컴포넌트(1210)의 3-차원 개략도이다. 예를 들어, 광학 컴포넌트(1210)는 +1 및 -1 회절 빔 모두를 인코더 스케일로부터 수광하고 +1 및 -1 회절 빔 각각을 다시 인코더 스케일(105)로 리디렉팅하도록 구성될 수 있다. 따라서, 두 개의 별개의 두 번-회절된 측정 빔들이 컴포넌트(1210)에 의하여 출력된다. 두 개의 측정 빔 각각은 기준 빔과 결합되어 두 개의 출력 빔을 생성할 수 있고, 그러면 이것이 두 개의 차원에서 인코더 스케일(105)의 포지션을 계산하기 위하여 사용될 수 있다. 예시의 목적을 위하여, 기준 빔 및 인코더 시스템의 다른 광학 컴포넌트는 도시되지 않는다. 다시 말하건대, 컴포넌트(1210)는 예를 들어, 유리를 포함하는 적합한 광학적으로 투명한 재료로써 형성될 수 있다.
몇 가지 실시예들에서, 인코더 스케일(105)에 대향하는 모놀리식 광학 컴포넌트의 표면은 단일의 연속적이고 평평한 표면으로 통합될 수 있다. 예를 들어, 도 13a 는 측정 빔이 컴포넌트(1310)의 단일 평평한 표면(1302)을 통하여 광학 컴포넌트(1310)에 진입 및 진출하는 모놀리식 광학 컴포넌트(1310)의 3-차원 개략도이다. 도 13b 는 광학 컴포넌트(1312)가 기준 빔을 수광하도록 구성되는, 광학 컴포넌트(1310)와 함께 사용되기 위한 모놀리식 광학 컴포넌트(1312)의 3-차원 개략도이다. 광학 컴포넌트(1310) 및 컴포넌트(1312)는 측정 빔(1305)의 컴포넌트(1310)를 통과하는 광경로 길이가 기준 빔의 광경로 길이와 동일해지도록 구성된다. 도 13c 는 두 번-회절된 측정 빔 및 기준 빔의 조합인 출력 빔을 생성하도록 광학 컴포넌트(1312)에 광학적으로 커플링된 광학 컴포넌트(1310)의 3-차원 개략도이다. 몇 가지 구현형태들에서, 광학 컴포넌트(1310) 및 컴포넌트(1312)는 단일 모놀리식 광학 컴포넌트로 통합될 수 있다. 몇 가지 구현형태들에서, 도 13c 에 도시되는 구성은 상대적으로 콤팩트하다는 장점을 가진다. 추가적으로, 도 13c 에 도시되는 인코더 헤드 구성은 틸트 및 빔 뒤틀림에 의해 야기되는 입력 빔 정렬 에러에 대한 유사한 출력 빔 거동을 보장할 수 있다.
도 14a 는 제 1 복귀빔(12)이 입사 측정 빔(11)의 1차 회절 빔에 대응하고 제 2 복귀빔(22)이 제 2 입사 측정 빔(21)의 1차 회절 빔에 대응한다는 것을 보여주는, 도 13a 의 광학 컴포넌트(1310)의 단면의 2-차원 개략도이다. 이에 반해, 도 14b 는 0차 회절 빔과 같은 기생 빔이 원하는 측정 빔과 콜리니어가 되기 위하여 광학 컴포넌트에 의하여 리디렉팅될 수 없는 빔 경로를 따른다는 것을 보여주는, 도 14a 에서의 동일한 단면의 2-차원 개략도이다. 이에 상응하여, 기생 빔의 측정 빔과의 간섭에 의하여 야기되는 측정 에러는 감소될 수 있다.
일반적으로, 검출된 간섭 신호 및 인코더 스케일의 자유도 정보로부터 위상 정보를 결정하는 것을 포함하여 위에서 설명된 분석 방법 중 임의의 것이 컴퓨터 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 몇 가지 실시예들에서, 전자 프로세서(150)는 컴퓨터 내에 설치되고 하나 이상의 인코더 시스템에 연결되며 인코더 시스템으로부터의 신호의 분석을 수행하도록 구성될 수 있다. 분석은 본 명세서에서 설명되는 방법을 따르는 표준 프로그래밍 기법을 사용하여 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 프로그램 코드는 입력 데이터(예를 들어, 간섭측정식 위상 정보)에 인가되어 본 명세서에서 설명된 기능들을 수행하고 출력 정보(예를 들어, 자유도 정보)를 생성한다. 출력 정보는 디스플레이 모니터와 같은 하나 이상의 출력 디바이스에 인가된다. 각 프로그램은 컴퓨터 시스템과 통신하는 하이 레벨 절차 또는 객체 지향 프로그래밍 언어로 구현될 수도 있다. 그러나, 그 프로그램은 바람직하다면, 어셈블리 또는 머신 언어로 구현될 수 있다. 어느 경우에나, 그 언어는 컴파일식 또는 인터프리트식 언어일 수도 있다. 더욱이, 프로그램은 그 목적을 위한 전용 집적 회로에서 실행할 수 있다.
각각의 이러한 컴퓨터 프로그램은 바람직하게는 스토리지 미디어 또는 디바이스가 본 명세서에서 설명되는 프로시저를 수행하기 위하여 컴퓨터에 의해 판독될 때 컴퓨터를 구성하고 작동시키기 위하여, 범용 또는 특수 목적 프로그래밍가능한 컴퓨터에 의하여 판독가능한 스토리지 매체 또는 디바이스(예를 들어, ROM 또는 자기적 디스켓)에 저장된다. 컴퓨터 프로그램은 또한 프로그램 실행 도중에 캐시 또는 메인 메모리에 상주할 수 있다. 또한 분석 방법은 컴퓨터 프로그램으로써 구성된 컴퓨터-판독가능 저장 매체로서 구현될 수 있는데, 여기에서 이와 같이 구성된 스토리지 매체는 컴퓨터가 본 명세서에서 설명된 기능들을 수행하기 위하여 특정하고 선정의된 방식으로 작동하도록 한다.
리소그래피 툴 애플리케이션
리소그래피 툴은 컴퓨터 칩 및 기타 등등과 같은 대규모 집적 회로에서 사용되는 리소그래피 애플리케이션에서 특히 유용하다. 리소그래피는 반도체 제조 산업을 위한 중요한 기술적 견인차이다. 오버레이 개선은 22 nm 선폭(디자인 규칙)까지 및 그 아래로까지의 5 개의 난해한 도전 과제 중 하나인데, 이에 대해서는 예를 들어 International Technology Roadmap for Semiconductors, pp.58-59(2009)을 참조한다.
오버레이는 성능, 즉 웨이퍼 및 레티클(또는 마스크) 스테이지를 포지셔닝하기 위하여 사용되는 계측 시스템의 정확도 및 정밀도에 직접적으로 의존한다. 리소그래피 툴이 제품의 $50-100M/년을 생산할 수도 있기 때문에, 개선된 계측 시스템으로부터의 경제적 가치는 상당하다. 리소그래피 툴의 수율에서의 각 1% 의 증가는 근사적으로 $1M/년의 경제적 이익을 집적 회로 제조사에게 그리고 큰 경쟁적 장점을 리소그래피 툴 벤더에게 초래한다.
리소그래피 툴의 기능은 공간적으로 패터닝된 방사선을 포토레지스트-코팅된 웨이퍼 상으로 디렉팅하는 것이다. 이러한 공정은 웨이퍼의 어느 위치가 방사선을 수광할 것인지 결정하는 것(정렬) 및 방사선을 그 위치에서 포토레지스트로 인가하는 것(노광)을 수반한다.
노광 도중에, 방사원은 패터닝된 레티클을 조사하는데, 이것이 방사선을 산란시켜 공간적으로 패터닝된 방사선을 생성한다. 레티클은 또한 마스크라고도 지칭되고, 이러한 용어들은 아래에서 상호교환가능하도록 사용된다. 축소 리소그래피(reduction lithography)의 경우에, 축소 렌즈는 산란된 방사선을 모으고 레티클 패턴의 축소된 이미지를 형성한다. 대안적으로는, 근접 인쇄의 경우에, 산란된 방사선은 웨이퍼에 접촉하기 이전에 작은 거리(통상적으로 대략 마이크론) 만큼 전파하여 레티클 패턴의 1:1 이미지를 생성한다. 방사선은 방사선 패턴을 레지스트 내의 잠상으로 변환하는 광-화학적 공정을 레지스트 내에서 개시한다.
웨이퍼를 적합하게 포지셔닝하기 위해서, 웨이퍼는 전용 센서에 의하여 측정될 수 있는 정렬 마크를 웨이퍼 상에 포함한다. 정렬 마크의 측정된 포지션이 툴 내의 웨이퍼의 위치를 정의한다. 이러한 정보는 웨이퍼 표면의 원하는 패터닝의 사양과 함께 공간적으로 패터닝된 방사선에 상대적인 웨이퍼의 정렬을 가이드한다. 이러한 정보에 기초하여, 포토레지스트-코팅된 웨이퍼를 지지하는 병진가능 스테이지가 방사선이 웨이퍼의 정확한 위치를 노광하도록 웨이퍼를 이동시킨다. 어떤 리소그래피 툴, 예를 들어, 리소그래피 스캐너에서, 마스크는 노광 도중에 웨이퍼와 연계하여 이동되는 병진가능 스테이지 상에 포지셔닝된다.
이전에 논의된 것들과 같은 인코더 시스템은 웨이퍼 및 레티클의 포지션을 제어하고 웨이퍼 상에 레티클 이미지를 레지스터(register)하는 포지셔닝 매커니즘의 중요한 컴포넌트이다. 만일 이러한 인코더 시스템이 위에서 설명된 피쳐를 포함한다면, 시스템에 의하여 측정되는 거리의 정확도는 오프라인 유지보수 없이 증가되고 및/또는 더 긴 기간 동안 유지될 수 있으며, 결과적으로 증가된 수율에 기인한 더 높은 쓰루풋 및 더 적은 툴 다운타임(downtime)을 초래한다.
일반적으로, 노광 시스템이라고도 지칭되는 리소그래피 툴은 조명 시스템 및 웨이퍼 포지셔닝 시스템을 통상적으로 포함한다. 조명 시스템은 자외선, 가시광선, x-선, 전자선 또는 이온 방사선과 같은 방사선을 제공하기 위한 방사원, 및 패턴을 방사선에 부여하고 이를 통하여 공간적으로 패터닝된 방사선을 생성하기 위한 레티클 또는 마스크를 포함한다. 추가적으로, 축소 리소그래피의 경우에, 조명 시스템은 공간적으로 패터닝된 방사선을 웨이퍼 상에 이미징하기 위한 렌즈 어셈블리를 포함할 수 있다. 이미징된 방사선은 웨이퍼 상에 코팅된 레지스트를 노출시킨다. 조명 시스템은 또한 마스크 및 마스크 스테이지의 포지션을 그 마스크를 통하여 디렉팅된 방사선에 상대적으로 조절하기 위한 포지셔닝 시스템을 포함한다. 웨이퍼 포지셔닝 시스템은 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 포지션을 이미징된 방사선에 상대적으로 조절하기 위한 포지셔닝 시스템을 포함한다. 집적 회로를 제조하는 것은 다중 노광 단계를 포함할 수 있다. 리소그래피에 대한 일반적인 참조를 위해서는 예를 들어 J. R. Sheats and B. W. Smith, in Microlithography: Science and Technology (Marcel Dekker, Inc., New York, 1998)을 보면 되는데, 이 문헌의 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
위에서 설명된 인코더 시스템은 웨이퍼 스테이지 및 마스크 스테이지의 각각의 렌즈 어셈블리, 방사원, 또는 지지 구조와 같은 노광 시스템의 다른 컴포넌트에 상대적인 포지션을 정밀하게 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 경우들에서, 인코더 시스템의 광학 어셈블리는 고정식 구조에 부착될 수 있고, 인코더 스케일은 마스크 및 웨이퍼 스테이지 중 하나와 같은 가동 엘리먼트에 부착될 수 있다. 대안적으로는, 이러한 상황은 광학 어셈블리가 가동 오브젝트에 부착되고 인코더 스케일이 정지된 오브젝트에 부착되면서 반전될 수 있다.
좀 더 일반적으로는, 이러한 인코더 시스템은 노광 시스템의 임의의 하나의 컴포넌트의 노광 시스템의 임의의 다른 컴포넌트에 상대적인 포지션을 측정하기 위하여 사용될 수 있는데, 여기에서 광학 어셈블리는 컴포넌트들 중 하나에 부착되거나 이에 의하여 지지되고, 인코더 스케일은 컴포넌트들 중 다른 것에 부착되거나 이에 의하여 지지된다.
간섭측정 시스템(1526)을 사용하는 리소그래피 툴(1500)의 일예가 도 15 에 도시된다. 인코더 시스템은 노광 시스템 내의 웨이퍼(미도시)의 포지션을 정밀하게 측정하기 위하여 사용된다. 여기에서, 스테이지(1522)는 웨이퍼를 노광 국에 상대적으로 포지셔닝하고 지지하기 위하여 사용된다. 스캐너(1500)는 다른 지지 구조 및 그러한 구조 상에 운반되는 다양한 컴포넌트를 운반하는 프레임(1502)을 포함한다. 노광 베이스(1504)는 그 상단에, 레티클 또는 마스크를 지지하기 위하여 사용되며 그 위에 레티클 또는 마스크 스테이지(1516)가 탑재되는 렌즈 하우징(1506)을 탑재한다. 노광 국에 상대적으로 마스크를 포지셔닝하기 위한 포지셔닝 시스템은 개략적으로 엘리먼트(1517)에 의해 표시된다. 포지셔닝 시스템(1517)은, 예를 들어, 압전 트랜스듀서 엘리먼트 및 대응하는 제어 전자제품을 포함할 수 있다. 비록, 이러한 설명된 실시예에는 포함되지 않지만, 위에서 설명된 인코더 시스템 중 하나 이상도 역시 그의 포지션들이 리소그래픽 구조를 제조하기 위한 공정에서 정확하게 모니터링되어야 하는 마스크 스테이지 및 다른 가동 엘리먼트의 포지션을 정밀하게 측정하기 위하여 사용될 수 있다(supra Sheats and Smith Microlithography: Science and Technology 를 참조한다).
노광 베이스(1504) 아래에는 웨이퍼 스테이지(1522)를 운반하는 지지 베이스(1513)가 매달린다. 스테이지(1522)는 광학 어셈블리(1526)에 의하여 그 스테이지로 디렉팅된 측정 빔(1554)을 회절시키기 위한 측정 오브젝트(1528) 룰 포함한다. 스테이지(1522)를 광학 어셈블리(1526)에 상대적으로 포지셔닝하기 위한 포지셔닝 시스템은 개략적으로 엘리먼트(1519)에 의하여 표시된다. 포지셔닝 시스템(1519)은, 예를 들어, 압전 트랜스듀서 엘리먼트 및 대응하는 제어 전자제품을 포함할 수 있다. 측정 오브젝트는 측정 빔 반사들을 다시 광학 어셈블리로 회절시키는데, 이것은 노광 베이스(1504) 상에 탑재된다. 인코더 시스템은 이전에 설명된 실시예들 중 임의의 것일 수 있다.
동작 도중에, 방사선 빔(1510), 예를 들어, UV 레이저(미도시)로부터의 자외선(UV) 빔은 빔 형성 광학기 어셈블리(1512)를 통과하여 지나가고 미러(1514)로부터의 반사 이후에 하향으로 진행한다. 그 이후에, 방사선 빔 운 마스크 스테이지(1516)에 의하여 운반되는 마스크(미도시)를 관통하여 지나간다. 마스크(미도시) 눈 렌즈 하우징(1506) 내에서 운반되는 렌즈 어셈블리(1508)를 통하여 웨이퍼 스테이지(1522) 상의 웨이퍼(미도시)에 이미징된다. 베이스(1504) 및 이것에 의하여 지지되는 다양한 컴포넌트는 스프링(1520)에 의하여 묘사되는 댐핑 시스템에 의하여 환경적 진동으로부터 격리된다.
몇 가지 실시예들에서, 이전에 설명된 인코더 시스템들 중 하나 이상이 다중 축들과 나란한 이격 및 예를 들어 웨이퍼 및 레티클(또는 마스크) 스테이지와 연관되지만 이들로 한정되는 것은 아닌 각도를 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, UV 레이저 빔이 아니라, 예를 들어, x-선 빔, 전자 빔, 이온 빔, 및 가시광 빔을 포함하는 다른 빔이 웨이퍼를 노출시키기 위하여 사용될 수 있다.
특정 실시예들에서, 광학 어셈블리(1526)는 레티클(또는 마스크) 스테이지(1516) 또는 스캐너 시스템의 다른 가동 컴포넌트의 포지션에서의 변화를 측정하도록 포지셔닝될 수 있다. 마지막으로, 인코더 시스템은 스캐너에 추가하거나 또는 이것이 아니라 스테퍼를 수반하는 리소그래피 시스템과 함께 유사한 방식으로 사용될 수 있다.
당업계에 주지되는 바와 같이, 리소그래피는 반도체 디바이스를 제조하기 위한 제조 방법의 중요한 부분이다. 예를 들어, 미국 특허 제 5,483,343 호는 이러한 제조 방법에 대한 단계들을 개략적으로 나타낸다. 이러한 단계들이 도 16a 및 도 16b 를 참조하여 아래에서 설명된다. 도 16a 는 반도체 칩(예를 들어, IC 또는 LSI), 액정 패널 또는 CCD와 같은 반도체 디바이스를 제조하는 시퀀스의 흐름도이다. 단계(1651)는 반도체 디바이스의 회로를 설계하기 위한 디자인 프로세스이다. 단계(1652)는 마스크를 회로 패턴 디자인에 기초하여 제조하기 위한 프로세스이다. 단계(1653)는 실리콘과 같은 재료를 사용하여 웨이퍼를 제조하기 위한 프로세스이다.
단계(1654)는 전-처리라고 불리는 웨이퍼 프로세스인데, 여기에서 이와 같이 준비된 마스크 및 웨이퍼를 사용하여 회로들이 리소그래피를 통하여 웨이퍼 상에 형성된다. 마스크 상의 그러한 패턴들의 충분한 공간적 해상도와 일치하는 회로를 웨이퍼 상에 형성하기 위해서, 리소그래피 툴의 웨이퍼에 상대적인 간섭측정식 포지셔닝이 필요하다. 본 명세서에서 설명되는 간섭측정 방법 및 시스템은 웨이퍼 프로세스에서 사용되는 리소그래피의 효과를 개선하는 데에 특히 유용할 수 있다.
단계(1655)는 조립 단계인데, 이것은 단계(1654)에 의하여 처리된 웨이퍼가 반도체 칩으로 형성되는 후-처리라고 불린다. 이러한 단계는 조립(절단(dicing) 및 결합) 및 패키징(칩 실링(sealing))을 포함한다. 단계(1656)는 검사 단계인데, 여기에서 단계(1655)에 의하여 생성된 반도체 디바이스의 동작성 검사, 내구력 검사 및 기타 등등이 수행된다. 이러한 프로세스에 의하여, 반도체 디바이스는 마감되고 배송된다(단계(1657)).
도 16b 는 웨이퍼 프로세스의 세부사항을 도시하는 흐름도이다. 단계(1661)는 웨이퍼의 표면을 산화시키기 위한 산화 프로세스이다. 단계(1662)는 절연 필름을 웨이퍼 표면 상에 형성하기 위한 CVD 프로세스이다. 단계(1663)는 전극을 기상 증착에 의하여 웨이퍼 상에 형성하기 위한 전극 포밍 프로세스이다. 단계(1664)는 이온을 웨이퍼에 주입하기 위한 이온 주입 프로세스이다. 단계(1665)는 레지스트(감광성 재료)를 웨이퍼에 인가하기 위한 레지스트 프로세스이다. 단계(1666)는 노광(즉, 리소그래피)에 의하여 마스크의 회로 패턴을 위에서 설명된 노광 장치를 통하여 웨이퍼 상에 인쇄하기 위한 노광 프로세스이다. 다시 말하건대, 위에서 설명된 바와 같이, 본 명세서에서 설명되는 간섭측정 시스템 및 방법을 사용하면 이러한 리소그래피 단계의 정확도 및 해상도를 개선시킨다.
단계(1667)는 노출된 웨이퍼를 현상하기 위한 현상 프로세스이다. 단계(1668)는 현상된 레지스트 이미지가 아닌 부분들을 제거하기 위한 에칭 프로세스이다. 단계(1669)는 에칭 프로세스를 겪은 이후에 웨이퍼 상에 남아있는 레지스트 재료를 분리시키기 위한 레지스트 분리 프로세스이다. 이러한 프로세스를 반복함으로써, 회로 패턴들이 형성되고 웨이퍼 상에 중첩된다.
위에서 설명된 인코더 시스템은 또한 오브젝트의 상대적인 포지션이 정밀하게 측정될 필요가 있는 다른 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 레이저, x-선, 이온, 또는 전자 빔과 같은 쓰기 빔이 기판 또는 빔 중 어느 하나가 이동할 때 기판 상에 마킹하는 애플리케이션에서, 인코더 시스템은 기판 및 쓰기 빔 사이의 상대적인 이동을 측정하기 위하여 사용될 수 있다.
다수 개의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 변경들이 이루어질 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 다른 구현형태들은 청구항들의 범위 내에 있다.
Claims (33)
- 인코더 시스템으로서,
회절형 인코더 스케일과 함께 사용되기 위한 인코더 헤드로서, 상기 인코더 헤드는 하나 이상의 광학 컴포넌트로서:
i) 제 1 입사 빔을 상기 인코더 스케일의 법선에 대하여 제 1 입사각에서 상기 회절형 인코더 스케일로 디렉팅하도록;
ii) 제 1 복귀빔을 상기 인코더 스케일의 법선에 대하여 제 1 복귀각에서 상기 회절형 인코더 스케일로부터 수광하되, 상기 제 1 복귀각은 제 1 입사각과 상이하도록;
iii) 상기 제 1 복귀빔을 제 2 입사 빔으로서 상기 인코더 스케일의 법선에 대하여 제 2 입사각에서 상기 회절형 인코더 스케일로 리디렉팅하도록; 그리고
iv) 제 2 복귀빔을 상기 인코더 스케일의 법선에 대하여 제 2 복귀각에서 상기 회절형 인코더 스케일로부터 역수광(receive back)하되, 상기 제 2 복귀각은 상기 제 2 입사각과 상이하도록 구현되는, 하나 이상의 광학 컴포넌트를 포함하는, 인코더 헤드를 포함하고,
상기 제 1 입사각과 제 2 입사각 사이의 차분은 상기 제 1 입사각 및 제 1 복귀각 사이의 차분보다 더 적고 상기 제 2 입사각과 제 2 복귀각 사이의 차분보다 더 적은, 인코더 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 상기 제 2 복귀빔을 기준 빔과 결합하여 출력 빔을 형성하도록 구현되고, 상기 인코더 시스템은 출력 빔을 검출하도록 포지셔닝되는 검출기를 포함하는, 인코더 시스템. - 제 2 항에 있어서,
전자 프로세서로서,
간섭 신호를 상기 검출기로부터 수신하되, 상기 간섭 신호는 상기 기준 빔과 제 2 복귀빔 사이의 광경로차에 관련된 위상을 포함하도록; 그리고
상기 인코더 스케일의 포지션에서의 변화에 대한 정보를 상기 위상에 기초하여 결정하도록 구성되는, 전자 프로세서를 더 포함하는, 인코더 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 위상은 헤테로다인 위상인, 인코더 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 회절형 인코더 스케일을 더 포함하는, 인코더 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 인코더 스케일은 1 차원의 또는 2 차원의 그레이팅을 포함하는, 인코더 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 복귀빔 및 제 2 복귀빔의 각각은 회절 빔(diffracted beam)인, 인코더 시스템. - 제 7 항에 있어서,
각각의 회절 빔은 일차 회절 빔인, 인코더 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 입사 빔 및 제 1 복귀빔은 비-콜리니어이고 비-평행이며, 상기 제 2 입사 빔 및 제 2 복귀빔은 비-콜리니어이고 비-평행인, 인코더 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 소스 빔을 광원으로부터 수광하도록 구성되는 빔 분할 컴포넌트를 포함하고, 상기 빔 분할 컴포넌트는 상기 소스 빔으로부터 제 1 입사 빔 및 기준 빔을 유도하도록 동작가능한, 인코더 시스템. - 제 10 항에 있어서,
검출기를 더 포함하는, 인코더 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 제 1 광학 컴포넌트로서:
제 2 복귀빔을 수광하도록; 그리고
상기 제 2 복귀빔을 빔 분할 컴포넌트로 리디렉팅하도록 구성되는, 제 1 광학 컴포넌트를 포함하는, 인코더 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 제 2 광학 컴포넌트를 포함하고, 상기 제 1 광학 컴포넌트는 상기 제 1 복귀빔을 상기 제 2 광학 컴포넌트로 리디렉팅하도록 구성되며, 상기 제 2 광학 컴포넌트는:
상기 제 1 광학 컴포넌트로부터 제 1 복귀빔을 수광하도록; 그리고
상기 제 1 복귀빔을 제 2 입사 빔으로서 제 2 입사각에서 상기 인코더 스케일로 리디렉팅하도록 구성되는, 인코더 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 광학 컴포넌트는 그레이팅을 포함하고, 상기 그레이팅은 제 1 복귀빔 및 제 2 복귀빔 모두를 회절시키도록 동작가능한, 인코더 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는:
제 1 역-반사체(retro-reflector); 및
제 1 광학 컴포넌트로서, 제 1 복귀빔 및 제 2 복귀빔 모두를 상기 인코더 스케일로부터 수광하도록, 그리고 상기 제 1 복귀빔 및 제 2 복귀빔을 제 1 역-반사체로 리디렉팅하도록 구성되는, 제 1 광학 컴포넌트를 포함하고,
상기 제 1 역-반사체는 상기 제 2 복귀빔을 상기 제 1 광학 컴포넌트로부터 수광하도록, 그리고 상기 제 2 복귀빔을 상기 빔 분할 컴포넌트로 리디렉팅하도록 구성되는, 인코더 시스템. - 제 15 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 제 2 광학 컴포넌트를 포함하고, 상기 역-반사체는 상기 제 1 복귀빔을 상기 제 1 광학 컴포넌트로부터 수광하도록, 그리고 상기 제 1 복귀빔을 상기 제 2 광학 컴포넌트로 리디렉팅하도록 구성되는, 인코더 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 2 광학 컴포넌트는 상기 제 1 복귀빔을 상기 역-반사체로부터 수광하도록 그리고 상기 제 1 복귀빔을 제 2 입사 빔으로서 제 2 각도에서 측정 오브젝트로 리디렉팅하도록 구성되는, 인코더 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 제 1 역-반사체를 포함하고, 상기 빔 분할 컴포넌트 및 상기 제 1 역-반사체는 조합하여:
제 1 복귀빔을 수광하도록; 그리고
제 2 입사 빔으로서 상기 제 1 복귀빔을 상기 측정 오브젝트로 리디렉팅하도록 구성되는, 인코더 시스템. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 1 역-반사체는:
상기 빔 분할 컴포넌트로부터 상기 기준 빔을 수광하도록; 그리고
상기 기준 빔을 상기 빔 분할 컴포넌트로 리디렉팅하도록 구성되는, 인코더 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 상기 빔 분할 컴포넌트 및 제 1 역-반사체 사이에 복수 개의 프리즘 컴포넌트를 포함하고, 상기 복수 개의 프리즘 컴포넌트는 상기 제 1 복귀빔 및 기준 빔 사이의 편차를 증가시키도록 동작가능한, 인코더 시스템. - 제 20 항에 있어서,
상기 복수 개의 프리즘 컴포넌트는 기준 빔의 빔 경로 및 상기 제 1 복귀빔의 빔 경로에 정렬되는, 인코더 시스템. - 제 20 항에 있어서,
상기 복수 개의 프리즘 컴포넌트는 쐐기(wedge) 프리즘 또는 복굴절 프리즘을 포함하는, 인코더 시스템. - 제 18 항에 있어서,
상기 빔 분할 컴포넌트로부터 상기 기준 빔을 제 1 포지션에서 그리고 제 2 포지션에서 수광하도록 구성되는 기준 반사체를 더 포함하는, 인코더 시스템. - 제 23 항에 있어서,
상기 기준 반사체는 미러를 포함하는, 인코더 시스템. - 제 23 항에 있어서,
상기 기준 반사체는 인코더 그레이팅의 표면을 포함하는, 인코더 시스템. - 제 23 항에 있어서,
제 1 사분파장판(quarter wave-plate)을 더 포함하고, 상기 제 1 사분파장판은 상기 기준 반사체 및 빔 분할 컴포넌트 사이에 구현되는, 인코더 시스템. - 제 16 항에 있어서,
제 2 사분파장판을 더 포함하고, 상기 제 2 사분파장판은 상기 인코더 그레이팅 및 빔 분할 컴포넌트 사이에 구현되는, 인코더 시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 빔 결합기로서:
상기 인코더 스케일로부터 상기 제 2 복귀빔을 수광하도록;
상기 빔 분할 컴포넌트로부터 상기 기준 빔을 수광하도록; 그리고
상기 제 2 복귀빔을 상기 기준 빔과 결합하여 출력 빔을 형성하도록 구성되는, 빔 결합기를 포함하는, 인코더 시스템. - 제 28 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 프리즘 쌍 및 역반사체를 포함하는, 인코더 시스템. - 제 29 항에 있어서,
상기 프리즘 쌍 및 역 반사체는 조합하여 상기 제 1 복귀빔을 제 2 입사 빔으로서 측정 오브젝트로 리디렉팅하도록 구성되는, 인코더 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광학 컴포넌트는 단일 광학 컴포넌트를 포함하는, 인코더 시스템. - 시스템으로서,
가동 스테이지; 및
제 1 항의 인코더 시스템을 포함하고, 상기 인코더 시스템 또는 측정 오브젝트 중은 하나는 상기 가동 스테이지에 부착되는, 시스템. - 리소그래피 시스템으로서,
제 1 항의 인코더 시스템;
가동 스테이지로서, 상기 인코더 시스템 또는 측정 오브젝트 중 어느 하나는 상기 가동 스테이지에 부착되는, 가동 스테이지;
상기 인코더 시스템에 커플링된 조명 시스템으로서, 상기 조명 시스템은 방사원을 포함하고, 상기 리소그래피 시스템의 동작 도중에 상기 방사원이 방사선을 상기 인코더 시스템으로 디렉팅하는, 조명 시스템;
상기 리소그래피 시스템의 동작 도중에, 상기 인코더 시스템으로부터 출력 빔을 검출하기 위한 검출기;
전자 프로세서로서:
상기 검출기로부터 간섭 신호를 수광하되, 상기 간섭 신호는 광경로차에 관련된 위상을 포함하도록; 그리고
상기 위상에 기초하여 상기 인코더 스케일의 이격에 대한 정보를 결정하도록, 구성되는 전자 프로세서; 및
상기 전자 프로세서에 커플링되고, 상기 인코더 스케일의 이격에 대한 정보에 기초하여 상기 스테이지의 포지션을 조절하도록 구성되는 포지셔닝 시스템을 포함하는, 리소그래피 시스템.
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| CN107003155B (zh) * | 2014-10-13 | 2019-07-09 | 齐戈股份有限公司 | 干涉式编码器系统 |
| DE102015203188A1 (de) * | 2015-02-23 | 2016-08-25 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Optische Positionsmesseinrichtung |
| US9739644B2 (en) * | 2015-05-28 | 2017-08-22 | The Boeing Company | Interferometric rotary encoder |
| WO2016204878A1 (en) | 2015-06-15 | 2016-12-22 | Zygo Corporation | Displacement measurement of deformable bodies |
| CN105606033B (zh) * | 2016-03-18 | 2018-04-20 | 清华大学深圳研究生院 | 绝对式光栅尺、其主光栅及其测量方法 |
| US10591826B2 (en) * | 2016-04-11 | 2020-03-17 | Nikon Corporation | Encoder head with a birefringent lens element and exposure system utilizing the same |
| US10162087B2 (en) * | 2016-04-11 | 2018-12-25 | Nikon Research Corporation Of America | Optical system with a frustrated isotropic block |
| US10488228B2 (en) * | 2016-04-11 | 2019-11-26 | Nikon Corporation | Transparent-block encoder head with isotropic wedged elements |
| US10483107B2 (en) * | 2016-04-11 | 2019-11-19 | Nikon Corporation | Encoder head with birefringent elements for forming imperfect retroreflection and exposure system utilizing the same |
| CN105758435B (zh) * | 2016-04-14 | 2018-02-09 | 清华大学深圳研究生院 | 一种绝对式光栅尺 |
| EP3467591A4 (en) * | 2016-05-31 | 2020-02-12 | Nikon Corporation | MARKING DETECTION DEVICE, MARKING DETECTION METHOD, MEASURING DEVICE, EXPOSURE DEVICE, EXPOSURE METHOD AND DEVICE MANUFACTURING METHOD |
| DE102016210434A1 (de) * | 2016-06-13 | 2017-12-14 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Optische Positionsmesseinrichtung |
| JP6643199B2 (ja) * | 2016-07-15 | 2020-02-12 | Dmg森精機株式会社 | 変位検出装置 |
| CN110337580A (zh) * | 2016-11-07 | 2019-10-15 | 加州理工学院 | 反射空间外差光谱仪的整体式组件 |
| CN107167081B (zh) * | 2017-06-02 | 2021-06-15 | 哈尔滨师范大学 | 一种野外鸟卵测量装置 |
| CN107144298A (zh) * | 2017-06-27 | 2017-09-08 | 常州瑞丰特科技有限公司 | 高容差光栅读数头 |
| US10921718B2 (en) * | 2017-12-15 | 2021-02-16 | Nikon Corporation | Two-dimensional position encoder |
| CA3173997A1 (en) * | 2018-11-13 | 2020-05-22 | Blackmore Sensors & Analytics, Llc | Method and system for laser phase tracking for internal reflection subtraction in phase-encoded lidar |
| JP7233305B2 (ja) * | 2019-05-30 | 2023-03-06 | Dmg森精機株式会社 | 光学式変位測定装置 |
| TWI721719B (zh) | 2019-12-19 | 2021-03-11 | 財團法人工業技術研究院 | 量測裝置 |
| US11598629B2 (en) * | 2020-04-14 | 2023-03-07 | Mitutoyo Corporation | Optical displacement sensor |
| NL2028788A (en) * | 2020-08-27 | 2022-04-29 | Asml Netherlands Bv | Compact dual pass interferometer for a plane mirror interferometer |
| CN112097651B (zh) * | 2020-09-11 | 2022-07-22 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 外差二维光栅位移测量系统及测量方法 |
| US11802796B2 (en) | 2020-12-07 | 2023-10-31 | California Institute Of Technology | Monolithic assembly of miniature reflective cyclical spatial heterodyne spectrometer interferometry systems |
| US11821791B1 (en) * | 2022-06-27 | 2023-11-21 | Viavi Solutions Inc. | Techniques for reducing optical ghosts in a gratings-based optical spectrum analyzer (OSA) |
Family Cites Families (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4629886A (en) | 1983-03-23 | 1986-12-16 | Yokogawa Hokushin Electric Corporation | High resolution digital diffraction grating scale encoder |
| EP0313681A1 (en) | 1987-10-30 | 1989-05-03 | Ibm Deutschland Gmbh | Phase-sensitive interferometric mask-wafer alignment |
| WO1989005964A1 (en) * | 1987-12-15 | 1989-06-29 | Renishaw Plc | Opto-electronic scale-reading apparatus |
| US5035507A (en) | 1988-12-21 | 1991-07-30 | Mitutoyo Corporation | Grating-interference type displacement meter apparatus |
| JP2683098B2 (ja) * | 1989-05-12 | 1997-11-26 | キヤノン株式会社 | エンコーダー |
| US5104225A (en) * | 1991-01-25 | 1992-04-14 | Mitutoyo Corporation | Position detector and method of measuring position |
| JPH05126603A (ja) * | 1991-11-05 | 1993-05-21 | Canon Inc | 格子干渉測定装置 |
| JP3478567B2 (ja) * | 1992-09-25 | 2003-12-15 | キヤノン株式会社 | 回転情報検出装置 |
| JP3144143B2 (ja) * | 1993-04-13 | 2001-03-12 | ソニー・プレシジョン・テクノロジー株式会社 | 光学式変位測定装置 |
| JP3219349B2 (ja) * | 1993-06-30 | 2001-10-15 | キヤノン株式会社 | 波長コンペンセータ、該波長コンペンセータを用いたレーザ干渉測定装置、該レーザ干渉測定装置を有するステージ装置、該ステージ装置を有する露光システム、および該露光システムを用いたデバイスの製造方法 |
| US5442172A (en) | 1994-05-27 | 1995-08-15 | International Business Machines Corporation | Wavefront reconstruction optics for use in a disk drive position measurement system |
| JP2001004411A (ja) * | 1999-06-17 | 2001-01-12 | Canon Inc | 光学式エンコーダ |
| JP3695398B2 (ja) * | 2002-01-30 | 2005-09-14 | 富士ゼロックス株式会社 | 光学式エンコーダ及びエンコーダ用スケール |
| JP4153234B2 (ja) * | 2002-04-26 | 2008-09-24 | ソニーマニュファクチュアリングシステムズ株式会社 | 受発光複合ユニット及びその製造方法、変位検出装置 |
| US7375823B2 (en) * | 2004-04-22 | 2008-05-20 | Zygo Corporation | Interferometry systems and methods of using interferometry systems |
| GB0413710D0 (en) | 2004-06-21 | 2004-07-21 | Renishaw Plc | Scale reading apparatus |
| US7317539B2 (en) | 2004-08-23 | 2008-01-08 | Asml Netherlands B.V. | Polarizing beam splitter device, interferometer module, lithographic apparatus, and device manufacturing method |
| DE102004053082A1 (de) * | 2004-11-03 | 2006-05-04 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Positionsmesssystem |
| JP4722474B2 (ja) * | 2004-12-24 | 2011-07-13 | 株式会社ミツトヨ | 変位検出装置 |
| DE102005029917A1 (de) | 2005-06-28 | 2007-01-04 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Positionsmesseinrichtung |
| WO2007030731A2 (en) * | 2005-09-07 | 2007-03-15 | Nr Laboratories, Llc | Positional sensing system and method |
| US7440113B2 (en) * | 2005-12-23 | 2008-10-21 | Agilent Technologies, Inc. | Littrow interferometer |
| US7636165B2 (en) | 2006-03-21 | 2009-12-22 | Asml Netherlands B.V. | Displacement measurement systems lithographic apparatus and device manufacturing method |
| US7894075B2 (en) * | 2006-12-11 | 2011-02-22 | Zygo Corporation | Multiple-degree of freedom interferometer with compensation for gas effects |
| WO2008073454A2 (en) * | 2006-12-11 | 2008-06-19 | Zygo Corporation | Multiple-degree of freedom interferometer with compensation for gas effects |
| US7561280B2 (en) * | 2007-03-15 | 2009-07-14 | Agilent Technologies, Inc. | Displacement measurement sensor head and system having measurement sub-beams comprising zeroth order and first order diffraction components |
| US7545507B2 (en) * | 2007-03-15 | 2009-06-09 | Agilent Technologies, Inc. | Displacement measurement system |
| US7864336B2 (en) | 2008-04-28 | 2011-01-04 | Agilent Technologies, Inc. | Compact Littrow encoder |
| JP5235554B2 (ja) * | 2008-08-01 | 2013-07-10 | 株式会社森精機製作所 | 光学式変位測定装置 |
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| WO2011126610A2 (en) * | 2010-03-30 | 2011-10-13 | Zygo Corporation | Interferometric encoder systems |
| US8829420B2 (en) | 2010-06-09 | 2014-09-09 | Nikon Corporation | Two dimensional encoder system and method |
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