TW382652B - Interferometer and method for measuring the refractive index and optical path length effects of air - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___B7____ 五、發明說明（1 ) 發明領域 本發明與測定距離及折射係數的光學儀器有關。本發 明特別有關在包括折射係數變動的效應測量路徑中的與氣 體折射係數的光學路徑長度效應無關的干擾距離測量。 背景及習知技術 在度量衡學中一種時常遇見的問題爲氣體柱體折射係 數測量。存在有幾種技術用以在大大地受約束的環境之下 測量係數，例如當氣體柱體被裝在樣本胞且其溫度，壓力 ，及實際的尺寸被監視時。舉例來說，參見"用於干擾 長度量度的氣體折射計"一文，由J. Terden所著， Metrologia 1(3)，80 — 8 3 (1965)。 也許與氣體折射係數有關的最困難的測量是在其溫度 及壓力不受控制的未知的或可變長度的測量路徑上的折射 係數變動的測量。如此的環境時常在地球物理學及氣象測 量中出現，其中由於氣體引起的密度及成分的變化使大氣 是明顯地不受控制且折射係數也劇烈地改變。該問題在 H. Matsumoto及K. Tsukahara所著的M大氣的狀態變動對 長距離測量的效應"Appl_ Opt. 23(19) >3 3 8 8 —3394 (1984) — 文中，及在由 G. N. Gibson 等所著的”在大氣中的光學路徑長度變動"Appl. Opt. 23 (23) ，4383 — 4389 (1984) — 文中 被描述。 另一範例情形爲高精密度距離測量干擾儀，例如在積 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

_ 4 - A7 B7______ 五、發明說明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 體電路的微石版印刷製造中被運用。舉例來說參見N. Bobroff的”來自氣體亂流及非線性的雷射干擾儀中之殘餘 錯誤"Appl .Opt. 26(13) ，2676 - 2682 ( 1987) —文，以及同爲N. Bobroff的11位移測量干擾 儀中的近期發展〃，測量科學及技術，4 ( 9 )，9 0 7 — 9 2 6 ( 1 9 9 3 ) —文。如上述引用的參考資料中所記 錄，氣體中的干擾儀位移測量受制於周圍的不確定性，特 別是氣體壓力及溫度的變化；例如由濕氣的變化所產生的 氣體成分的不確定性；及氣體中的亂流效應。這些因素改 變用於測量位移的光波長。在正常的情況下氣體折射係數 大約爲1 . 0003及數量級1x10— 5到lxlO_4的 變異。在許多應用中氣體折射係數必須具有小於0 . 1 p pm (百萬分之一）到0 · 0 0 3 p pm的相對精密度 度，這二個相對精密度對一個一公尺干擾儀位移測量而言 分別地對應到1 0 0 n m及3 n m的位移測量精確度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在該技術中相位判斷的外差法時常被提到，其中相位 以受控制的方式因時間而改變的相位判斷的外差法。舉例 來說，在已知的形式的習知技術外差距離測量干擾儀中， 來源發出具有些微地不同光學頻率（舉例來說2MH z ) 的兩個直角極化光束。在這情況下干擾儀接收器一般包含 線性偏光器及光感測器用以測量隨時間改變的干擾信號。 信號以拍頻率振動，且信號的相位對應到相對相位差。外 差距離測量干擾儀的習知技術中的一進一步的代表性例子 在頒發給G. E. Sommargren及M_ Schaham的共有美國 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 ______B7__ 五、發明說明（3 ) 專利 4，6 8 8，9 4 0號（1 9 8 7 )中被揭示。然 而，這些已知形式的干擾儀度量衡學被折射係數中的變動 所限制，以及其本身對微石版印刷儀器的下一代是不適宜 的。 距離測量的另一已知形式的干擾儀在美國被揭示於頒 發給；F. D. Redman及M. R. Wall的美國專利第 4，0 0 5，9 3 6 號"用以測量到一表面的距離的距離 測量方法及裝置”（1 977)。 由Redman及Wall所教導的方 法由運用二個不同的波長的雷射光束所組成，其各被分爲 二個部份。個別光束的一部份被施以頻移。每一光束的 一部份從物體反射且與在光感測器上的另一個部份再結合 。從干擾信號在感測器取得一不同頻率的相位，其爲至表 面距離的量測。與不同頻率相關的相位的等效波長與二個 被二個波長的差異分開的雷射波長的乘積相等。Redman 及Wall的此一二波長技術減少測量不明確，但是至少與單 一波長技術一樣對於氣體折射係數變動的有害效應敏感。 與Redman及Wall類似的一二波長干擾儀的另一例子在 頒發行給R. Dandliker及W. Heerburgg "用以藉光學外 差程序及使用於位置或範圍找尋的二波長乇擾儀的裝置及 方法” （1990)的美國專利第.4，907，886號 中被揭示。這個系統亦在R. Dandliker， R. Thalmann ’及 D. Prongue j Opt. Let 13(5) 5 339- 3 4 1 ( 1 9 8 8 )的"使用超外差偵測的二波長雷射干擾 儀"一文，以及在 R. Dandliker K. Hug， J. Politch， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) /装--------訂---------線{ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _^_B7____ 五、發明說明（4 ) 及E. Zimmermann的"藉由多波長干擾儀的高精確度距離 測量，"的一文中被描述。Dandliker等的系統，如同在美 國專利第4，907，886號中所揭示，運用二個波長 的雷射光束，每一光束由被以聲光調變而依頻率分開的二 個偏極化成分所組成。在這些光束同線上地通過邁克生干 擾儀之後，這些偏極化成分被混合，造成干擾信號，也 就是外差信號。在該外差信號每二個波長具有不同頻率， 一出自其中具有頻率與外差頻率中之差等效波長的所謂的 超外差信號及一與由二個波長差分開的雷射波長的乘積相 等的等效波長相關的相位。依照美國專利第 4 ’ 907，886號（如上引用的），超外差信號的相 位被假定爲僅與測量物體位置及該等效波長有關。因此， 這個系統也不被設計用於測量或補償氣體折射係數中的這 些變動。 由 Redman 及 Wall及由 Dcindliker 及 Heerburgg (如 上所述的）所發展的二波長超外差技術的進一步的例子在 Z. Sodnik，E. Fischer，T. Ittner，及 Η. 1. Tiziani 的”使用相配光柵之二波長的雙外差干擾儀"Appl. Opt. 30(22) ’3139-3144(1991) —文中 ’以及S. Manhart及R. Maurer的"雙波長外差千擾儀 的二極管雷射及光纖SPI E 1319 1 214-216 (1990) —文中。然而，這些例子沒有一個 討論到折射係數變動的問題。 從前面可結論出習知技術中的外差及超外差干擾儀並 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨7」.—--------裝--------訂---------線mr------------------------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____B7_ 五、發明說明（5 ) 不提供一高的速度方法及對應的表示用以測量及補償測定 的路徑中的氣體光學路徑長度效應，特別對由於氣體引起 的折射係數中的變動所招致者。習知技術中的這缺失造成 顯著的測量不確定性，如此在例如微石版印刷的積體電路 製造的系統嚴重地影響運用舉例來說如此的干擾儀的精密 。 將來的干擾儀將會必然地倂用創新的，新穎的用以測 量及補償包含測量路徑中的變動折射係數變更的實際長度 的方法及裝置。 一種偵測折射係數變動的方法爲沿著測量路徑量測在 壓力及的溫度方面的變化以及計算測量路徑的光學路徑長 度上的效應。達成此計算的數學算式在F. E. Jones的"氣 體的折射度 M J. Res. NBS 86(1) ，27 — 32 ( 1 9 8 1 ) —文中被揭示。該技術的實施在T. Estler "氣 體中的高精確位移干擾儀"Appl· Opt. 2 4 ( 6 )， 808 — 815 (1985) —文中被描述。不幸地，這 技術只提供大約値，且麻煩，以及只用以修正氣體密度中 慢且一般的的變動。 另外，偵測在測量路徑之上的變動折射係數的效應的 比較直接的方法是藉著多波長距離測量。基本原則可能依 下列各項被了解。干擾儀及雷射雷達測量在參考體及物體 之間的光學路徑長度，通常在開放氣體中。光學路徑長 度是折射係數及該被測量光束橫過的實際路徑合積。藉此 該折射係數因波長而改變，但是實際的路徑與波長無關’ 使由光學路徑長度決定實際路徑長度是大致可能的’特別 i-r*---^-------^---------訂---------線 C3". (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8- A7 ___B7___ 五、發明說明（6 ) 是折射係數中的變動的影響，只要儀器至少運用二個波長 。折射係數隨波長的變化在相關的技藝中被稱爲散布， 因此這技術以下將會被稱爲散布技術。 折射係數測量的散布技術有長遠的歷史，且係先於雷 射的問世。K. E· Erickson的"經不受控制的大氣的長路徑 干擾儀，，JOSA 52(7) ，781 — 7 8. 7 (1962 )一文描述這些基本的原則以及提供技術可行性的一項分 析給地球物理學的測量。附加的理論提議見於P. L. Bender及J. C. Owens的”用於折射的變動大氣係數的光 學距離測量修正”；i. Geo. Res. 70 (10) >2 4 6 1 — 2462(1965) —文中。 根據散布技術用於折射係數的補償的商業距離測量雷 射雷達於1 9 7 0年代出現。K. B. Earnshaw及E. N.

Hernandez的"用於折射的大氣係數修正儀器的二雷射光學 距離測量"Appl. Opt. 1(4) ，749-754 ( 1 9 7 2 ) —文中揭示用以在5到10km測量路徑上的 操作的運用微波-調整HeNe及HeCd雷射的儀器。這 個儀器的進一步的細節見於E. N. Hernandez及K. B. Earnshaw的"一種用於折射的大氣係數的二雷射（ 4 4 1 6 A及6 3 2 8 A )光學距離測量儀器修正的實際 測試"J. Geo. Res. 77 (35) ,6994 — 6998 (1 9 7 2 )。散布技術應用的進一步的例子在E. Berg及 J. A. Carter的"利用光束追蹤的單一及雙彩雷射的距離修正 "J. Geo. Res. 8 5 ( B 1 1 ) ，6513-6520( 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐) q 〈請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^.•1------訂·--------j 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_____ 五、發明說明（7 ) 1 9 8 0 )—文，以及在 L. E. Slater 及 G. R. Huggett 的"用於地球物理學實驗的多波長距離測量儀器"Geo. Res_ 81 (35)，6299-63 0 6 (1976) — 文中被討論。 雖然地球物理學測量的儀器一般使用強度調變雷射雷 達，業界了解在光學干擾相位偵測對比較短的距離比較有 利。在美國專利第3，647，302號頒發於1972 給R. B. Zipin及J. T. Zalusky，"用以獲得精密的 空間測量的裝置及方法”中揭示一種干擾儀位移測量系統 運用多波長以補償例如溫度，壓力，及濕氣的周圍條件的 變化。儀器明確地被設計來操作於可動的物體，亦即， 可變的實際路徑長度。然而，Ζιριη及Zalusky的相位 偵測方法對高精密測量的正確度是不夠的。 更現代及詳細的一例子爲在Y. Zhu， H. Matsumoto T. O'ishi的”用以測量氣體折射係數變化的長臂二彩干擾儀 "SPIE 1319，複雜系統中的光學，538 — 539 ( 1990)—文中所描述的系統。Zhu等的系統運用 1064個nm波長YAG雷射及632個nm HeNe 雷射連同求積相位偵測。實質上相同的儀器在Z h u等的 較早的文章”用於長路徑距離干擾儀的大氣相位及強烈亂 流的測量"P r 〇 c.關於光波感測技術的第三個會議，A p p 1.

Phys. Soc.日本，39 (1989)中被以曰語描述。 然而，Z h u等的干擾儀對所有的應用的解析度皆不夠， 舉例來說用於微石版印刷的子微米干擾儀。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^1 ^1;— n n I »1 ϋ n 1 n ϋ n ί I I , (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -10- A7 B7 五、發明說明（8 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一種微石版印刷的高精密干擾儀的最近嘗試的代表爲 頒發給A. Ishida ( 1 9 9 0)的美國專利第 4，9 4 8，2 5 4號。相似的裝置被Ishida在"使用第二 諧波的二波長位移測量干擾儀光以除去氣體亂流感應錯誤n Jpn. J. Appl. Phys. 2 8(3)，L473 — 475 (1 9 8 9 ) —文中描述。在文章中’位移-測量干擾儀 被揭示其除去被經由二波長散布偵測的折射係數中的變動 引起的錯誤。A r +雷射來源藉由業界稱爲BBO的倍頻晶 體同時地提供兩個波長。使用BBO倍頻晶體使二個基本 上被鎖定相位的波長，如此有效改良折射係數測量的安定 及精確。然而，相位偵測裝置，其運用簡單的同差求積 偵測，對於高解析度相位測量是不夠的。再者對動態測量 而言相位偵測及信號處理方法並不適當，其中物體的移動 致使相位迅速的變化造成正確地偵測是困難的。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在S. A. Lis的美國專利第5，404，222 號"具 氣體亂流補償的干擾儀測量系統” （1 9 9 5 )中，揭示 一種運用散布技術以偵測及補償折射係數變動的二波長干 擾儀。相似的裝置在被Lis在"積體電路製造的經氣體亂流 補償的干擾儀"SRTE 2440 (1995) —文描述。 對於S. A. Lis的美國專利第5，4 0 4，2 2 2號的改良 於1996年七月頒發的美國專利第5，537，209 號被揭示。這個系統關於被Ishida在Jpn J. Appl_ Phys.( 引用於上）中所教導的的主要改革是改良相位偵測方法的 精密第二B B 0倍頻晶體的附加。附加B B 0晶體使它可 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（9 ) 光學地干擾二個有正好是不同的二的因素的波長的光束。 所得的千擾具有直接與折射係數有關但是實質上與階段移 動無關的相位。然而，被L· i s所教導的系統有複雜且每 條測量路徑需要附加的B B 0晶體的缺點。在該微石版印 刷階段時常涉及六或較多的測量路徑，該B B 0可能相對 較貴’這些附加的晶體是重要的成本負擔。L i s的系統 另外的缺點是它運用根據P Z T轉換器的實際位移的低速 度（3 2 -赫茲）相位偵測系統。 由以上可知，習知技術不提供用於測量的實用，高速 度，高精密度之測定氣體折射係數及補償在測量路徑中的 氣體的光學路徑長度效應的方法及其對應的裝置，特別是 由於氣體引起的折射係數的變動所造成的效應。習知技術 中的這些限制主要係因以下無法解決的技術上的困難而產 生：（1 )習知技術外差及超外差干擾儀由於氣體引起的 折射係數之變動而使精確度受限制；（2 )習知技術中用 以測量的係數變動的散布技術極端地需要高精確性的干擾 相位測量’一般超過一般的局精密距離測量干擾計的精確 度的數量級；（3 )對於習知技術千擾儀的明顯修正以改 良相位測量精確度將會增加測量時間至一與現代的微石版 印刷儀器的迅速階段移動不相容的程度；（4 )習知技術 的散布技術需要至少二個極端穩定的雷射來源，或一發出 複數，相位鎖定波長的單一來源；（5 )習知技術散布技 術在微石版印刷應用在測量中對於階段移動是敏感的，造 成有系統的錯誤；及（6 )習知技術散布技術運用倍頻晶 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12- ——.-------裝--------訂---------線ο (請先閲讀背面之注咅？事項再填寫本頁) .l::-.'-g;fi. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_:__ 五、發明說明（10 ) 體（舉例來說L i s的美國專利第5，4 0 4，2 2 2號 )當作偵測系統的一部份，其昂貴且複雜。 習知技術中的這些缺點已經導致在測量路徑中存在有 氣體之下，其一般有折射係數變動，以及測量路徑包含實 際長度的變更，沒有任何實用的干擾儀系統被用來執行微 石版印刷的位移測量。 因此，本發明的一目的爲提供一方法及裝置用以快速 地及正確地測定及監視測量路徑中的氣體折射係數及〔或 〕氣體的光學路徑長度效應，其中折射係數可能正在變動 ，及〔或〕測量路徑的實際長度可能正在變更。 本發明的另一目的爲提供一方法及裝置用以快速地及 正確地測定及監視測量路徑中的氣體折射係數及〔或〕氣 體的光學路徑長度效應，其中氣體折射係數的測量精確度 及〔或〕氣體的光學路徑長度效應的監視實質上並不因測 量路徑的實際長度的迅速變化而受損。 本發明的另一目的爲提供一方法及裝置用以快速地及 正確地測定及監視測量路徑中的氣體折射係數及〔或〕氣 體的光學路徑長度效應，其中該方法及裝置不需測量及監 視例如溫度及壓力的周圍條件。 本發明的另一目的爲提供一方法及裝置用以快速地及 正確地測定及監視測量路徑中的氣體折射係數及〔或〕氣 體的光學路徑長度效應，其中該方法及裝置可以但是不一 定需要使用二個或更多的相位鎖定的不同波長的光束。 本發明的另一目的爲提供一方法及裝置用以快速地及 丨---^-------'褒--------訂---------線攀 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格_(210 X 297公釐） -13- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（11 ) 正確地測定及監視測量路徑中的氣體的光學路徑長度效應 '其中干擾儀測量中的測量路徑的長度是實質上不在氣體 的光學路徑長度效應的計算中被使用。 本發明的其他目的將會，部份地’淸楚呈現於下且 將會，部份地，於下出現。本發明因此包含一方法及裝置 其具有在以下的詳細描述方面被舉例的構造，步驟，成分 的組成，及零件的安排，當連同這些圖式閱讀時。 發明槪述 本發明大體有關裝置及方法用以測量及監視測量路徑 中的氣體折射係數及〔或〕由於氣體引起的其中氣體折射 係數可能正在變動而造成的測量路徑的光學路徑長度的變 化，舉例來說，氣體是狂亂的，及〔或〕測定的路徑實際 長度可能正在變更。本發明也與電光學度量衡學及其他應 用中的使用裝置及方法有關。更明確地，本發明操作以提 供折射係數散布的測量，其散布實質上與氣體的密度成比 例，及〔或〕光學路徑長度的散布測量，與折射係數散布 及測量路徑的實際長度有關的光學路徑長度的散布。氣體 折射係數及〔或〕氣體的光學路徑長度效應接著分別地由 所量得的該折射係數的散布及〔或〕所量得的光學路徑長 度的散布而被計算。由本發明的裝置所產生的資訊特別地 適用於干擾儀距離測量儀器Φ Μ I )以補償與由環境的效 應及由迅速的階段迴轉率所感應的亂流所引起的測量路徑 中的氣體折射係數有關的錯誤。 —Ί·---1-------i 裝 -------^訂------！ 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規^各（210 X 297公釐） -14- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ______B7______ 五、發明說明（12 ) 本發明的幾個實施例已經被列出且大致分爲二個類別 ，其指出在最終測量中的精密度需要。儘管這些各種不同 的實施例具有共通特徵，他們在一些細節不一致以達成個 別的目標。 大體上，本發明的裝置包含干擾儀裝置具有第一及第 二測量腳至少其中之一的長度改變且至少其中之一的至少 一部份是被氣體所佔據的。參考腳及測量腳宜在較佳實施 例中被用。這些構成腳宜被配置及安排以使測量腳的光學 路徑長度的一部分實質上與參考腳的光學路徑長度相同。 一般干擾儀 DMI應用中的測量腳的光學路徑的其餘部分 中的氣體是氣體。 用以至少產生二個具有不同的波長的光束的裝置被包 括在內。在較佳實施例中，來源產生一組光束，光束組 包含至少二個光束，光束組的每一光束具有不同的波長。 光束組的光束波長之間的關係，大約的關係，爲已知 〇 一組經移頻的光束被藉由導入頻差光束組的每一光束 的二組直角極化光束成分之間的頻差而被產生以致於沒有 兩個經移頻的光束組具有相同的頻差。對於一給定的實施 例，波長的比與對相對精密度的已知大約的關係是相同的 ，其與所選擇的操作波長及該對應的已知的大約關係相同 。因爲這個波長關係，這些相對精密度被稱爲波長的比的 各別的相對精密度。在許多的實施例中，波長比的個別的 相對精密度是較氣體的個別散布與個別氣體折射係數測量 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — ---^-------.衣--------訂---------線^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -15- κι _Β7__ 五、發明說明（13 ) 所需的及〔或〕測量腳由於氣體引起的而造成的光學路徑 長度中的個別變化的測量所需的相對精密度的乘積的數量 級爲小。 在特定實施例中，大約的關係被表示成比率序列，每 一比率包含低階非零整數比，舉例來說，2 / 1，對個別 的相對精密度，比率的序列的個別相對精密度，其中比率 的序列的個別相對精密度是較氣體的個別散布與個別氣體 折射係數測量所需的及〔或〕測量腳由於氣體引起的而造 成的光學路徑長度中的個別變化的測量所需的相對精密度 的乘積的數量級爲小。 在其他的實施例，當波長的比率的個別相對精密度對 該所需値是不適當時，一裝置被設置以監視波長的比率或 提供回應控制波長比率的個別相對精密度的回饋，修正被 由自波長的比率的所要的個別相對精密度不受歡迎的偏離 的波長比率的個別相對精密度所影響的後來的計算的資訊 ，或兩者的組合。亦提供用以監視被使用於DMI的主要 目的波長，測量路徑的長度的變化決定。 每一經移頻光束的至少一部分藉由適當的光學裝置被 導入干擾儀之內以使每一經移頻光束的至少一部分的第一 部分經由參考腳沿預定參考腳的路徑移動且每一經移頻光 束的至少一部分的第二部分經由測量腳沿預定測量腳的路 徑移動，該每一經移頻光束的至少一部分的第一及第二部 分不同。然後，該經移頻的光束的至少一部分的第一及 第二部分從干擾儀裝置浮現而成爲包含關於經由參考腳的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣 ----訂---------線Q· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -16- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __B7____ 五、發明說明（14 ) 預定路徑及經由測量腳中的預定路徑的光學路徑長度的資 訊的出射光束。 組合裝置被設置以接收出射光束產生包含對應至每一 經移頻光束的至少一部分的第一及第二部分之間的相位差 的資訊的混合光學信號。混合光學信號接著被光感測器感 應，宜由光電偵測，其操作以產生包含對應於在不同的 光束波長中的氣體折射係數及對應於由於在不同的光束波 長中的氣體折射係數所造成的測量腳裡的光學路徑長度的 電干擾信號。 在特定的實施例，經修正的電干擾信號然後藉由對每 一電干擾信號的相位或乘或除一數目而被從電干擾產生， 數目的關係分別地或相同於該已知的大約波長的關係或相 同於該已知波長的大約關係的倒數。 電干擾信號，或對應於因實施例而定的經修正電干擾 信號，然後被被電子裝置分析，其被操作以實質上由於氣 體引起的折射係數的散布及〔或〕氣體的散布（n i - n j )而測量腳的光學路徑長度，其中i及j爲對應到波長且 彼此不同的整數。從這資訊及氣體互補散布功率，該氣體 折射度，（n r - 1 )其中r爲對應到波長整數，及〔或〕 對測量腳的光學路徑長度的影響，由於氣體引起的折射係 數也能由電子裝置。r的値可能不同於i及j或與不是i 就是j相同。電子裝置能以微處理器的形式包含電子裝置 或是適合以眾所週知的方式程式以執行需要的計算一般目 的電腦。 ---^-------'农--------訂---------線馨 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 -17- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __B7_I___ 五、發明說明（15 ) 在較佳形式中，電干擾信號包含外差信號其包含對應 到該氣體折射係數及到該測量腳的光學路徑長度的相位資 訊且該裝置進一步包含由於氣體引起的折射係數散布而決 定外差的相位信號以產生對應到氣體折射係數的散布及對 應到測量腳的光學路徑長度散布的相位資訊。在特定的實 施例，裝置進一步包含的裝置用以混合，也就是相乘， 對應到對被修正的電信號的經修正的外差信號以至少產生 一修正超外差由於氣體引起的折射係數的散布包含對應到 氣體折射係數的散布及對應到散布測量腳的光學路徑長度 的相位信號。在特定的實施例裝置亦包含用以解析相位外 差信號的不明確，修正外差信號，及被產生的被修正的 超外差信號。隨這些光束的部分於各種不同的實施例的干 擾儀裝置時所經驗的光學路徑細節而定，附加的或不同的 電子設備被設置。 雖然本發明的裝置揭示時可能使用所描述的較佳裝置 ，顯然的其也可藉由其他的熟知裝置而被實施。除此之 外，一般使用等差信號的顯示裝置可被使用。 圖式的簡要描述 本發明的結構及操作，連同其他的目的及優點，可藉 由閱讀詳細描述連同這些圖式而最能被了解，其中本發明 的零件有被分配的參考數字用以在所有他們出現的圖式中 識別他們，其中： 圖1 a — 1 b以簡圖形式舉例說明本發明的第一較佳 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） i丨丨，_------..衣--------訂---------線❿ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -18- A7 B7 、發明說明（16 ) 實施例，圖1 a表示在所指示的元件來源1，調變器3， 來源2，調變器4，干擾儀2 6 0，偵測器8 5及8 6， 及轉換器2 6 7之間的光學路徑及在所指示的元件驅動器 5，調·變器3，驅動器6 ’調變器4 ’偵測器8 5及8 6 ’電子處理器1 0 9，及電腦1 1 〇之間的電信號路徑； 圖1 b是表示電子處理器1 0 9的一個方塊圖的圖式 圖1 c是第一實施例的第一變體的電子處理器 1 Ο 9A的一個方塊圖的圖式； 圖1 d是第一實施例的第三變體的電子處理器 1〇9B的一個方塊圖的圖式； 圖2 a — 2 f以簡圖形式舉例說明本發明的第二較佳 實施例，圖2 a表示在所指示的元件來源1，調變器3， 來源2，調變器4，差動平面鏡干擾儀6 9及7 0，光束 分光器65，外部鏡系統90，偵測器185及186， 及轉換器6 7之間的光學路徑及在所指示的元件驅動器5 ’調變器3，驅動器6 ’調變器4，偵測器1 8 5及 1 8 6 ’電子處理器2 0 9 ’及電腦1 1 Q之間的電信號 路徑； 圖2 b舉例說明差動平面鏡干擾儀6 9 ; 圖2 c舉例說明差動平面鏡干擾儀7 〇 ; 圖2 d舉例說明外部鏡系統9 〇，將差動平面鏡干擾 儀6 9裝以外部鏡，及階段轉換器6 7 ; 圖2 e舉例說明外部鏡系統9 〇，將差動平面鏡干擾 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公复） (請先閱讀背面之注咅心事項再填寫本頁) ----訂---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -19- A7 B7 五、發明說明（17 ) 儀7 0裝以外部鏡，及階段轉換器6 7 ; 圖2 f是表示電子處理器2 0 9的一個方塊圖的圖式 t 圖3以簡圖形式舉例說明本發明-的第-三較-佳''實-施肩-’--圖3 a表示甩以決定氣罂抵射,係-數J5.裝置的一. 電子路徑及·〔或〕部份包含與第一較佳實^施〃例中者相同的 裝置的氣體的光學路徑長度效應及用以決定又的及比率 ’ K/欠裝置的光學路徑及電子的路徑’用以決定冬的..及比 率K /文的裝置的許多元件實施與第一較_佳實施例麗似的 操作，當提及用以決定文及比率κ/文的裝置時使用字尾 "b"； :' 圖3 b是表示電子處理器1 0 9 b的，一方塊圖的圖式 » 圖4 a - 4 c以簡圖形式舉例說-明本發明的第四較佳 實施例，圖4 a表示用以決定氣體折射係數龙裝置猶_ 一光_ 學路徑及電子路徑及〔或〕部份包含與第一較佳實施例毕 ;· 者相同的裝置的氣體的光學-路徑長度效應及用以決定文的_ 及比率K /尤裝置的光學路徑及電子的路徑，用以決定4 的及比率K /文的裝置的許多元件實施與第=較佳賓一施例— 類似的操作’·當提及用以決定义及比率K /尤的裝置時使 用字尾"b” ；' 圖4 b舉例說明外部鏡系統9 0 b將差動平面鏡干擾 儀6 9 b裝設以外部鏡； 圖4 c舉例說明外部鏡系統9 0 b將差動平面鏡干擾 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ 經、濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -20- A7 B7 五、發明說明（18 ) 儀7 0 b裝設以外部鏡； 圖5是描述實施遵照本發明~的方法中的各種不同的步. 驟的高階流程表； 圖6 a - 6 c與石版印刷術及其製造積憊電路的應用 有關，等中圖6 . a爲運用干擾儀系統的石版印刷術暴光寒 統的槪_圖式。 圖6 b及6 c是描述製造積體電路中的步驟的流程曙 ;及 圖7是運用千擾~儀系遞_的光束寫入系統的一槪要圖。 本發明的詳細敘述 本發明有關裝置及方法藉以將在至少一條測量路徑中 的氣體折射度及〔或〕由於氣體引起的所造成的測量路徑 的光學路徑長度的變化很快地測量並將之用在後來的下游 或同步應用，其中氣體折射係數及/或測量路徑的實際長 度都可能正在改變。同步應用一個例子爲干擾儀距離測量 儀器其藉著測量路徑中的氣體折射係數效應的補償以提高 精確度，尤其因爲周圍的情況變更或由迅速階段迴轉率所 引起的測量路徑中的氣體亂流而在測定期間發生的光學路 徑長度改變。 本發明的裝置的許多實施例被顯示及描述。儘管他們 在一些細節不一致，這些被揭示的實施例共用許多共通的 元件並自然地依其所需的光源程度分成二個種類。如將會 被看到的，在每個種類裡面的這些被揭示的實施例中在其 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) :衣--------訂---------線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -21 - A7 B7 五、發明說明（18w) 儀7 0 b裝設以外部鏡； 圖5是描述實施遵照本發明的方法中的各種不同的步 驟的高階流程表； 圖6 a - 6 c與石版印刷術及其製造積體電路的應用 有關，其中圖6 a爲運用干擾儀系統的石版印刷術暴光系 統的槪要圖式。 圖6 b及6 c是描述製造積體電路中的步驟的流程圖 ;及 . 圖7是運用干擾儀系統的光束寫入系統的一槪要圖。 主要元件對照表 ΊΓ1 ^____^_________ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1,2 來源 3,4 調變器 5,6 驅動器 7,8,9,10 光束 101,102 參考信號 103,104 電子信號 105 信號 109 電子處理器 110 電腦 85,86 偵測器 12 光束 66 塗覆 67 階段轉換器 I . 線Φ· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） 21 - / - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_五、發明說明（18-i) 69,70,69b,70b 差動平面鏡干擾儀 21 光束 79,80 半波相位延遲板 72 光束分光器 7 4 偏極化塗覆 77,78 四分之一波延遲板 90,90b 外部鏡系統 91,91b,92,92b 鏡子 93 表面 95,95b, 96,96b 鏡表面 9 8,98b 測量路徑 203,204 電信號 209,1 09 電子處理器 213,215,217,218 光束 22 1,222 四分之一波相位延遲板 22 3 光束分光器 260 干擾儀 267 轉換器 295 參考逆折射器 296 物件逆折射器 244 偏極器 55A,25 3 B 光束分光器 2 5 3 A 鏡子 65,5 8A 分光器 (請先閲讀背面之注音？事項再填寫本頁) «.--------訂---------線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -21 - 2- A7 B7 _ 五、發明說明 29,30 相位偏移光束 55B，54,58B 鏡子 1 85,1 86 光感測器 298 測量路徑 1093A,1094A,1094F,1094G,1095A, 1 095B,1096A,1 097A,109A,109 電子處理器 1 1 03,1 1 04 電信號 109B 電子處理裝置 17.25.1 17,1 25,1 8,26,1 1 8,1 26 出射 / 返回光束 25.1 25,1 9,1 1 9,23,1 23,1 6,1 1 6 光束 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 600 掃描器 602 框體 606 透鏡盒 616 掩罩檯 622 檯 626 干擾儀 604 曝光基座 654 測量光束 619 定位系統 610 輻射光束 700 光束寫入系統 710 來源 712 寫入光束 714 光束聚焦組合 -21-3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 _____B7 _ 五、發明說明（18 j 716 基底 718 可移動枱 720 干擾儀系統 728 鏡子 730 控制器 736 基座 738,744 信號 本發明的詳細敘述 本發明有關裝置及方法藉以將在至少一條測量路徑中 的氣體折射度及〔或〕由於氣體引起的所造成的測量路徑 的光學路徑長度的變化很快地測量並將之用在後來的下游 或同步應用，其中氣體折射係數及/或測量路徑的實際長 度都可能正在改變。同步應用一個例子爲干擾儀距離測量 儀器其藉著測量路徑中的氣體折射係數效應的補償以提高 精確度，尤其因爲周圍的情況變更或由迅速階段迴轉率所 引起的測量路徑中的氣體亂流而在測定期間發生的光學路 徑長度改變。 本發明的裝置的許多實施例被顯示及描述。儘管他們 在一些細節不一致，這些被揭示的實施例共用許多共通的 元件並自然地依其所需的光源程度分成二個種類。如將會 被看到的，在每個種類裡面的這些被揭示的實施例中在其 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 衷--------訂---------線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -21 -ψ~ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7__ 五、發明說明（19 ) 干擾儀的光學路徑如何被實現及[或]某資訊信號如何作電子 處理作的細節也不一致。 將被描述的第一群實施例關於包含二個實施例及變體 。這個群組針對所採用的光源具充份的安定度的應用，以 及被些所採用的光源所產生的光束波長的比率以加於最終 使用應用的輸出資料的所需精密度爲充足的個別相對精密 度而言已知的比率値的序列相配。 第二群實施例也包含二個實施例及有關變體且這些特 別適用於必須監視光源安定性以及測量被這些所採用的光 源所產生的光束波長的比率已達到必需的精確性需求等情 況。對於此兩群組，裝置被被揭示以用以處理相位不明確 及相位及群組延遲，其可能因分析等差，外差，及[或]超 外差信號方面而出現，以及用以實現本發明的步驟的方法 被揭示。 圖1 a及1 b以槪要的形式描述本發明的一較佳實施 例用以測量及監視在一測量路徑中的氣體折射度及〔或〕 由於氣體引起的引起的測量路徑的光學路徑長度的變化， 其中氣體折射係數及測量路徑的實際長度都可能正在變更 ，以及被些所採用的光源所產生的光束波長的比率以加於 最終使用應用的輸出資料的所需精密度爲充足的個別相對 精密度而言已知的比率値的序列相配。儘管裝置有廣泛範 圍的放射線來源的應用，下列經由例子描述有關於光學測 定系統。 參照圖1 a及遵照本發明的較佳實施例的較佳裝置及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -22- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------1T--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（20 ) 方法，光束7從來源1發出途經調變器3而成爲光束9。 調變器3被驅動器5刺激來源1宜爲雷射或如相干放射線 性來源，宜爲極化，且有波長。調變器3可能舉例來說 是聲光裝置或有附加的光學裝置的聲光裝置的一組合用以 選擇地調整光束7的偏極化成分。調變器3宜有關一直角 地線性地極化成分而將光束7的線性極化成分的振動頻率 偏移一數量f i，成分的偏極化的方向在此處被指示爲X及 y。在下列各項第一較佳實施例的描述中，將會假定在沒 有離開從本發明的精神或範圍下光束9的X偏極化成分相 關於光束9的y偏極化成分有振動頻率偏移數量f ：!。振動 頻率f !被驅動器5決定。 在下一個的步驟，光束8從來源2發出途經調變器4 成爲光束1 0。調變器4被驅動器6刺激，分別地類似於 調變器3及驅動器5。來源2，類似於來源1，宜爲雷射 如像極化，相干放射線性的來源，但是宜爲不同的波長，& ，其中波長（λ 1 / λ 2 )的比率有一已知的大約比値 / Λ，亦即 (^1/λ2) Ξ (Ιχ/12) (1) 其中/1及/2可假定爲整數及非整數値，以及波長（λ 1 /又2 )的比相同於比値/1 / /2，其相對精密度的數量級大 約等與氣體折射係數的散布，（Π2 — 111)，乘以用以氣 體的折射度的測量或由於氣體引起的測量腳的光學路徑長 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -23- — 1.---.-------J 衣--------訂---------線_ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __B7______五、發明說明（21 ) 度的變化所需要的相對精密度ε。光束1 〇的X極化成分關 .於光束1 0的y極化成分有數量f 2的振動頻率的改變。振 動頻率丨2被驅動器6決定。除此之外，光束9及 10的X成分的頻移的方向是相同的。 熟悉該技術者將會瞭解到光束7及8可能二者擇一地 被一發出超過一個波長的單一雷射來源所提供，藉著一單 一雷射來源聯合光學頻率加倍裝置達成頻率的加倍，三倍 ，四倍’及其他，不一致的波長的二雷射來源聯合總數頻 率產生或不同頻率產生，或任何有能力產生二或較多的波 長光束的相等來源結構。 雷射來源’舉例來說’可能是氣體雷射，舉例來說 H e N e，其在這些熟悉該技術者所知道到的多種傳統的 技術之中的任何一個爲穩定，舉例來說，T. Baer等的 "0 . 6 3 3#mHe - Ne縱向雷射的頻率安定”·，應 用光學，19，3173-3177 (1980); Burgwald等發行於 1975年六月10日的美國專利第 3，8 8 9，2 0 7號；及Sands trom等發行於五月9日 ’ 1972的美國專利第3，662，279號。二者擇 一地’雷射可爲在熟悉該技術者所知道的多種傳統的技術 其中之一者穩定的二極管雷射頻率，舉例來說見T. Okoshi 及K. Kikuchi的"用於外差類型光學通訊系統的半導體 雷射的頻率安定”電子專文， 16，179 — 181 ( 1 9 8 0 )及 S. Yamaqguchi 及 M. Suzuki的"使用 克氏光流電效應的A 1 G a A s半導體雷射的頻率及力量 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .丨—--. 訂----- 線· -n n I n n I n n n n I n n n _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -24- A7 B7 五、發明說明（22 ) 的同時安定” IEEE J.量子電子學，QE— 19， 1514-1519 (1983)。 其亦將會被這些熟悉該技術者瞭解到光束9及光束 1 0的該二光學頻率以可能被任何的多種頻率調音裝置及 〔或〕雷射所產生：（1)使用一 Zeeman分光雷射，舉 例見於，Bagley等的美國請准專利第3，458，259 號 ’ 7 月 29 日，1969 發行；G. Bouwhuis 的" Interferometrie Mit Gaslasers" ，Edmund. T. Natuurk， 34 ’ 225232 (1968 年八月）；Bagley 等的美 國專利權第3，656，853號，發行於1972年四 月1 8日；及H. Matsumoto的"使用穩定雷射的最近的干 擾儀測量"精密工程學，6 ( 2 ) ，8 7 — 9 4 ( 1 9 8 4) ; (2)使用一雙聲光學Bragg單元.，舉例 見，Y. Ohtsuka及K. Itoh的"在一低頻率範圍內用於小 位移測量的二頻率雷射干擾儀”應用光學，1 8 ( 2 )， 219-224 (1979) ； N. Massie 等的"利用一 6 4通道外差干擾儀測量雷射流程區"應用光學，22 (14)，2141 -2151(1983); Y.

Ohtsuka及M. Tsubokawa的"用於小位移測量的動態雙頻 干擾儀"光學及雷射技術’ 16，25 — 29 (1984 )； H. Matsumoto， 同前；P. Dirksen等的美國專利 權第5，485，272號，發行於1996年1月16 日； N. A. Riza 及 Μ. Μ· Κ· Howlader，"用以產生 及控制可調頻的低周波信號的聲光學系統” Opt. Eng.， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 表--------訂---------線| 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -25- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（23 ) 35(4) ，920-925 (1996);(3)使用 一单一聲光學Bragg單兀，舉例見，G. E. Sommargren 的共有美國專利權第4，6 8 4，8 2 8號，發行於 1987年8月4日；G. E. Sommargren的共有美國專利 權第4，687，958號，發行於19 8 7年8月18 日； P. Dirksen等，同前；（4 )使用隨機極化的 H e N e雷射的兩個縱向模態，舉例見 J. B. Ferguson 及R. Η. Morris的"在 6 3 2 8埃H e N e雷射的單一模 態崩潰M應用光學，17(18)，2924-2929 (1978);或（5)使用雙折射元件或在雷射內部的 相似者，舉例見V. Evtuhov及A. E. Siegman的"用 以在雷射孔洞中獲得軸向均一功率密度的‘扭轉模態，技 術"應用光學，4 ( 1 ) ，1 4 2 — 1 4 3 ( 1 9 6 5 ) 0 用於光束7及8的來源用的特定裝置將會分別地決定 光束7及8的直徑及分歧。對於一些來源，舉例來說，二 極管雷射，使用傳統的光束或許是必需的形成光學，舉例 來說，傳統的顯微鏡物鏡，以提供光束7及8以元件的適 當直徑及分歧。當來源是H e N e雷射時，舉例來說，光 束塑型光學裝置可能不需要。 它將會進一步的被這些熟悉該技術者瞭解到在沒有離 開從本發明的範圍及精神該兩光束9及〔或〕光束1 〇的 X及y偏極化成分可能被頻率偏移，fi仍是光束9的X及 y偏極化成分的頻率差，而f 2仍爲光束1 〇的X&y偏極 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -I ^----^------- ^---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) tr---------線· -26- A7 B7 五、發明說明（24 ) 化成分的頻率差。改良一干擾儀以及雷射來源的隔絕通常 可藉將光束的X及y偏極化成分作頻率偏移，改良的隔絕 的程度由被用以產生這些頻移的裝置而定。 在下一個的步驟，光束9被鏡子2 5 3 A反射然後光 束9的部分後來被光束分離器2 5 3 B反射，宜爲非極化 類型，而變成光束2 13的一個成分，λχ，成分。光束 1 0的部分被光束分離器2 5 3 Β傳輸變成光束2 1 3的 一個第二成分，λ 2成分，其中該又2成分與λ 1成分宜爲 平行及共展。在進一步的步驟，光束2 1 3傳播到干擾儀 2 6 0，其包含光學裝置用以一導入在光束2 1 3的；1:成 分的偏極化成分X及y之間的相位偏移¢) i，及在光束 2 1 3的λ 2成分的偏極化成分X及y之間的相位偏移φ 2 。相位偏移P i及φ 2的大小與測量路徑2 9 8的實際長度 L的來回行程有關，依照以下公式

I φy =乙尸灸严）+ ζ) , j = 1 and 2 , (2) 其中P是經由多途徑干擾儀的個別參考及測量腳的途 徑數目，及n i爲測量路徑2 9 8中對應到波數k』2 π )/ λ i的氣體折射係數。該相位補償（j包含對該相位偏 移Φ j的所有影響因子，其與測量路徑2 9 8或參考路徑無 關。 如圖1 a所示’干擾儀包含2 6 0參考逆折射器 2 9 5，物體逆折射器2 9 6，四分之一波相位遲延碟 rtt先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 衮 ----訂----1----線φ_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -27- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __B7_ 五、發明說明（25 ) 2 2 1及2 2 2，及一極化光束分光器2 2 3。這個結構 在業界被稱爲極化邁克生干擾儀，且在p = 1下被當做簡 單的例證。 方程式（2 )在用以一波長的路徑及第二波長的路徑 實質上爲共展的情形其中是有效的，其爲被選擇以舉例說 明本發明的第一實施例中的功能的最簡單的方式的情形。 對這些熟悉該技術者，將二個不同的波長的個別路徑不實 質上共展的情形一般化對其中是直接的程序。 產生距離測量干擾儀中的非線性循環錯誤（比較被引 用於前的Bobroff的文章）在方程式（2 )中已經被省略 。 爲技術熟悉該技術者所知道的這些技術也可被用以減 少循環錯誤至可以忽略的水平或補償這些循環錯誤，例如 對從每個光束到干擾儀來源使用干擾儀中的分開的光束及 〔或〕光束遞送系統中分開的光束〔M. Tanaka，T. Yamagami > 及K. Nakayama，"在次極微米水準的外差雷 射干擾儀中的週期錯誤的線性外差"IEEE Trans. Instrum. 及 Meas.， 3 8(2) ，552 — 554，19 8 9〕以 及具有減少的偏極化及〔或〕頻率混合的光束來源。 在通過干擾儀2 6 0之後，光束2 1 3變成相位偏移 光束2 1 5，其通過宜爲定向性的偏光器2 4 4以便於混 合光束2 1 5的偏極化成分X及y。.傳統的兩向色性光 束分光器2 8 0宜將光束2 1 5對應到波長的這 些部分分別地分爲光束2 1 7及2 1 8。 在如圖la所顯示的下一個的步驟，相位偏移光束 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -— 裝·--- - - - -訂 -------I--I I I I I I I------------- -28- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（26 ) 2 1 7及2 1 8分別地射在光感測器8 5及8 6上，分別 地造成二個電干擾信號，外差信號s 1，及s 2，其宜藉由 光電偵測達成。信號S i對應到波長λ 1而信號S 2對應到 波長λ 2。信號s j具有以下形式 和y(〇] , y=l and 2 , (3) 其中時間相關因子a j ( t )被給定如下 〇/(，) = 271/，十φ，.， 7· = 1 and 2 (4) , 外差信號s 1及s 2以電子信號1 〇 3及1 ο 4分別地 不是以數位就是類比格式，宜以數位格式，被傳送到分折 電子處理器1 0 9。 當又1及〔或〕λ 2非低階整數時一電子地處理外差信 號s i及S 2的較佳方法如以下所述。對於情形當；i及 λ 2都是低階整數且波長比以充份滿足最終使用應用加在輸 出資料上的精密度所必需的相對精密度而與比率（Λ/ Λ )相符的情況下，電子地處理外差信號s 1及S 2的較佳 程序相同於後來爲本發明的第一實施例的第二個變體所設 定者。 現在參照圖1 b ’電子處理器1 0 9進一步包含電子 處理器1 0 9 4 A及1 〇 9 4 B以分別地決定相位p i及 φ 2 ’不是藉著數位就是類比信號程序，而宜爲數位程序’ — ----------- ':t--------訂--------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -29- Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（27 ) 使用例如數位Hilbert變換相位偵測器的以時間爲基礎的 相位偵測〔見第4 . 1 · 1節’"相鎖迴路：理論’設計 ，及應用”，第二版 McGraw -Hill (紐約）1 9 9 3，R E. Best]或類似者及驅動器5及6的相位。 驅動器5及6的相位分別地被，以數位的或類比任一 格式，而宜以數位的格式，以電信號，參考信號1 0 1及 1 ◦ 2傳輸到電子處理器1 〇 9。參考信號，交替於參考 信號1 0 1及1 0 2，也可能藉由以光束分光器，宜爲非 極化光束分光器，將光束9及1 0的部分分離，混合該光 束9及1 0被分離的光束的部分並偵測這些混合的部分以 產生交替的外差參考信號而由光學精選裝置及偵測器（'不 在圖形顯示）所產生。 再一次參照圖1 b，相位p 1及相位P 2然後分別地在 電子處理器1 0 9 5A及1 0 9 5 B中被乘以Λ/p及 Λ/ ρ，分別地，宜爲數位的處理，分別地造成相位（ Λ / ρ ) $ 1，及（Λ / ρ ) ρ 2。這些相位（a / ρ ) & .，及（/2 / p ) $2接著在電子處理器1 Q 9 6.A中被加 在一起並在電子處理器1 0 9 7 A中相互減去，其宜爲數 位的處理，以分別地創造相位θ及Φ。正式地， (5) (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) -;裝--------訂---------竣#1 Φ (h l2 、 ~Φΐ ~Φ2 Ρ Ρ (6) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -30- A7 B7 五、發明說明（28 ) 相位P : ’ Q ’及Φ當做信號1 〇 5被傳送到電腦1 1〇’ 以不是數位就是類比的格式，而宜爲以數位的格式。 對於包含一真空的測定路徑而言，相位Φ實質上爲一 與由於逆折射器2 9 6的移動所造成的Doppler偏移無關 的一常數。在實際情況中由於電信號s ：l s 2經驗不同的 群組延遲。群組延遲，通常稱爲信封延遲，描述頻率的一 個資訊封包的延遲，且在一特別的頻率的群組延遲被定義 爲在該特別的頻率中的相位曲線性傾斜相反値[見H· J. Blinchikoff及A. I. Zverev > 時間及頻率領域的過濾 第2. 6節，1976 ( Wiley紐約）〕。如果相位Φ不 是用以測定包含真空的路徑的常數，爲熟悉該技術者所知 道的技術這些可被用以補償相位Φ的偏離一常數（比較 Blinchikoff及Zveriv，同前）。應注意在Φ中的群組延 遲效應不但可被偵測且可藉由將Φ當做包含真空的測量路 徑的轉換器2 6 7所產生的逆折射器2 9 6的差轉換速度 的一個函數而被決定。應注意到在Φ中的群組延遲效應可 藉由對信號s i及s 2執行類比——數位的轉變’其分別地 盡可能地像偵測器8 5及8 6中的光電偵測器一樣，接著 執行與將信號s 1及s 2爲後續的類比信號處理及〔或〕類 比--數位信號轉變下游當做類比信號傳輸相反的被數位 信號處理而被大大地減少。 特定群組延遲補償通常可在產生特定群組延遲的處理 元件之前或之後，或部份在之前及部份在之後’被導入。 氣體的折射度，（n i - 1 ) ’可利用以下公式計算 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -31 _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-------—訂11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（29 ) Γ

%L

i-(W A7 B7 ι{Κ^/χ)-Φ]-β} (7) 其中 % = (Ζ]Λΐ +’2灸2)/2 (8) K = (liki — )/^ (9) 以及 Γ »1-1 (10) 量Γ爲氣體的倒分散功率其實質上與周圍情況及氣體 中的亂流無關。補償項Q被定義爲 <2 = ξ(^/χ)-ζ (11) J-----------^--------訂---------線 (請先閲讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中 Ζ (kr _hr ) —Si S2 V/7 p (12) (13) Γ的値可由氣體成分及與氣體成份有關的波長折射度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -32- Α7 Β7 五、發明說明（30 ) 計算而得。對於λ 1 = 以及標準大氣的例子而 除此之外，方程式 實質上與第二波長的光 有效的，一較佳結構亦 發明的功能。對這些熟 個波長的光學光束的路 的路徑共展的情形是直 對於這些與距離測 φ 1及相位θ及Φ可被用 測量干擾儀的測量路徑 以下公式 0 . 6 3 # m，又 2 : 言，Γ 4 。 (7 )對一波長的光 學光束的路徑爲共展 被用以以最簡單的方 0 · 學光束的路徑 及的情形下是 式舉例說明本 悉該技術者，將其一般化爲其中一 徑實質上不與第二波長的光學光束 接而顯然的程序。 定干擾儀有關的應用 以決定實際的距離L 中的氣體折射係數效 ，該外差相位 ，其與在距離 應無關，使用

L 1 (14) ------------1 Μ.--------訂---------線 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 波長比可以來自方程式（8)及（9 )的項（K/尤 被表達如下 λ- [ι+__ (15) 當在以下情況下操作限 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -33- A7 B7 五、發明說明（31 ) \K/x\ («2 +«l) (16) 相位Φ及〇的比有大約値 (Φ/ϋ)三- ("2 ~»ι) («2 +«l) (17) 因此，對第一較佳實施例的情形而言，其中波長比（ λ 1 / λ 2 )具有一已知的大約比値A / /2，比較方程式（ 1 )’其中/ι及A可假定爲整數及非整數値，且波長比_( λ i / λ 2)以一相對精密度相同於比値Λ / /2，該相對精 密度的數量等級瘩約等於氣體折射的係數散布，（η 2 - η, )’乘以氣體的折射度的測量所需要的或由於氣體引起的 測量腳的光學路徑長度的變化的相對精密度ε，正式地以不 等式表達

A ("2 - %)ε (18) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 式。 方程式（7 )以及（1 4 )分別地減化爲更簡單的形 (19) L：

X ~(Φι-ζι) + Γ(Φ + !2) (20) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -34- A7 __B7___ 五、發明說明（32 ) 對於熟悉該技術者很明顯的可對L作關於η 2的相似計 算， (/ζ2 -4 = (¾-1)(1 + 1/Γ) , (21) 以代替或加在η 1之外。 在下一個步驟，電子處理裝置1 〇 9傳以數位或類比 格式，較宜爲數位格式，以電子信號1 〇 5將1及Φ送到 電腦1 1 0用以計算（ηι - 1 )及〔或〕L。在（ 1 /A ) Φ中的相位餘値的解析分別在使用任一方程式（ 1 9)或（20)以計算（ηι—1 )或由於氣體引起的L 的變化中被需要。除此之外，使用方程式（2 0 )解析在 φ i的相位餘値，對於L的計算是需要的，且使用方程式（ 2 0 )解析在P :的相位餘値，對於變化L的計算是有需要 的，如果尤是隨時間改變。 包含（1/Λ) Φ的等效波長比波長AiSAs的其中 任何一者大很多，結果，在實現在（1 /Λ ) Φ相位餘値 的解析程序中產生重要簡化。（1 /Λ ) Φ的等效波長λ (1 / A ) Φ 爲 λ(ν/ΐ)Φ=ί^ · (22) 對於λι=〇 . 6 3βιη，入2=0 . 3 及標準的大 氣的（n2—ni) si X 1 〇-5的例子而言，由方程式（ 2 2 )所給定的等效波長是 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -35- A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ________Β7 _ 五、發明說明（33 ) λ(ν〇Φ 三 63mm . (23)

I

I 幾個程序中的任一個可能容易地被運用以解析在（ 1 /Λ ) Φ的相位餘値，給定等效波長如方程式（2 2 ) 所表示。對於這些其中測量路徑的變化可被干擾儀測地測 量的應用中，舉例來說一特徵如根據被運用以測量路徑中 的變化的距離測量干擾儀的應用，干擾儀2 6 0的可動逆 折射器2 9 6可以受約束的方式由轉換器2 6 7掃描於一 給定的長度及在相伴的經記錄的（1 //) Φ的變化。從在 (1 /乃Φ的經記錄的改變及掃描的長度，如被記錄的Φ, 變化，等效波長λ ( 1 ^ > φ可被計算。藉由等效波長 λ ( i / η ) Φ的計算値，在（1 / Λ ) Φ的相位餘値可依據 等效波長λ ( 1 / η ; Φ的相對大値而容易地被解析。 對於其中折射度的決定及〔或〕或測量腳中由於氣體 造成的長度光學路徑變化被做以及逆折射器2 9 6沒有如 此如在前面段落中所考慮的掃描能力的這些應用，其他的 程序以被使用於（1 /Λ ) Φ的相位餘値的解析。一可被 運用用以解析在（1 /Λ ) Φ中的相位餘値的程序係建立 在使用插入在測量路徑2 9 8中的一逆折射器或一連串位 置的逆折射器，在每個一連串位置上的的逆折射器具有如 同逆折射器2 9 6 —般的功能，其中被插入的逆折射器的 一系列位置的每個位置的測量腳的來回路徑實際長度L形 成幾何進程。一連串的位置中的最小的或第一個來回路徑 — I.---·-------裝--------訂---------線# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -36- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（34 ) 實際長度將會大約是λ i /〔 4 ( η 2 — n i )〕除以相對 精密度其（1/Λ)Φ的初始値已知。一連串的位置第二 個位置的實際來回路徑長度大約是一連串位置的第一個位 置的來回路徑實際長度除以相對精密度其Φ使用一連串位 置的第一個位置而被測量。這是幾何的前進程序，形成幾 何進程的來回路徑實際長度的產生序列，其被繼續直到用 以測量折射度或由於氣體折射度引起的光學路徑長度的變 化的逆折射器2 9 6的來回路徑實際長度被超過，如果一 連串的位置的位置數被增量一。 一第三程序是根據使用一系列已知波長及測量這些波 長的Φ的來源（不在圖1 a及1 b中顯示）。用以解析相 位餘値所需要的已知波長數通常包含一小組，因如方程式 (2 2 )所給定的λ ( 1 /Λ ) φ的相對大値。 解析（1 /Λ ) Φ的相位餘値的另一程序爲觀察在（ 1 /Λ ) Φ的變化，因爲測量路徑9 8係從被氣體裝滿到 真空狀態而被改變（真空室及抽氣機及必要的氣體處理系 統不在圖1 a及1 b中顯示。）以解析在（1 /Λ ) Φ中 的相位餘値。一般在部份根據氣體壓力自非零値改變爲真 空的測量折射度及由於氣體的折射度引起的光學路徑長度 的變化的絕對値所遇到的問題在第一較佳實施例中並不存 在’因爲如方程式（2 2 )所給定的（1 /Λ ) Φ的相對 大的等效波長値。 在1中相位餘値的解析，如果需要，呈現類似一隨後 所描述有關於在本發明的第四實施例及其變體中必需的3中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注音？事項再填寫本頁) 訂.1111 丨 I - ------------------- -37- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（35 ) 的相位餘値的解析的問題。結果，所述的關於第四個實施 例及其變體的d中的相位餘値的解析的程序可被適用於φ 1 中相位餘値的解析。 這些涉及在方程式（19)及（20)及在方程式（ 2 )及（1 1 )中被定義的（i或/及Q的補償項爲需要一 些組合決定及〔或〕監視的項，視是否χ隨時間改變，是否 折射度或/及該長度L將被決定，分別地，或是否折射度 或/以及長度L的改變將被分別地決定，而定。所需的Γ i 或/及Q的決定及〔或〕監視呈現類似一隨後所描述有關 於在本發明的第二及第四實施例及其變體中必需的Γ 3及/ 或Q的決定及〔或〕監視的問題。結果，所述的關於第二 及第四個實施例及其變體的Γ 3及/或Q的決定及〔或〕監 視的程序可被適用於第一實施例中t 1及/或Q的決定及〔 或〕監視。 第一較佳實施例的第一變體被揭示，其中第一實施例 的第一變體的裝置的描述是相同於用於第一實施例的裝置 ，除了關於如圖1 a顯示的第一實施例的光束2 1 7及 2 1 8的偵測外。在第一實施例的第一變體中，光束 2 1 7的第一部分被偵測器（不在圖形中顯示）而創造一 與S 1成比例的信號a s 1，其中3是一常數，且光束 2 1 8及光束2 1 7的第二部分第二單一偵測器（不在圖 形中顯示）被偵測而創造信號s b 1 + 2 = b s 1 + s 2其中 b是一常數。外差信號a s 1及S h 1 + 2分別地以電子信號 1 1 0 3及1 1 〇 4 ’以數位或類比格式之任一者’宜爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） _ 38 _ — II ,.111„ ---— III •衣 - ----- - 訂---------線一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-n n I ϋ ϋ n I n n ϋ n I I ϋ I I I A7 —-- B7 五、發明說明（36 ) 以數位格式，被傳輸到電子處理器1 0 9 A以作分析，如 圖1 c以簡要形式顯示。 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 現在參照圖1 c，電子處理器1 Ο 9A宜包含文數標 號元件其中文數字標號的數字成分指示元件的功能，相同 的數値成分/功能關連如在圖1 b所描述的第一實施例的 電子處理元件所描述。由電子處理器1 0 9 A對包含 s b i + i的相位&及Φ的外差相位作信b s i及s 2所執行的 處理步驟與對應的部分是相同的，依照第一實施例在由電 子處理器1 0 9處理外差信號s :及s 2的的步驟的描述的 文數的數字成分。由電子處理器1 0 9 A對包含s bl + 1的 相位i的外差相位作信b S i及s 2所執行的處理步驟與 對應的部分是相同的，依照第一實施例在由電子處理器 1 0 9處理外差信號s i的的步驟的描述的文數的數字成分 ♦ 0 由電子處理器1 0 9 A創造的相位φ 1 ，θ，.及Φ分別 正式地具有與由第二實施例電子處理器1 〇 9所創造的 ，&，及Φ相同的性質。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 可能是重要特徵的第一實施例的第一個變體的特徵爲 偵測光學光束將藉著一單一偵測器創造外差信號b s i，及 s 2。對熟悉該技術者而言可知該單一偵測器第一實施例的 第一個變體的特徵在減少或除去在第一實施例中可能的某 群組差延遲效應方面是重要的。第一實施例的第一變體的 其餘描述與第一實施例的對應部分的描述是相同的。 第一較佳實施例的一第二變體被揭示，其中第一實施 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -39- A7五、發明說明（37) 例的第二變體 除了關於驅動 的裝置的描述與 器5及6的分別 示。在第一實施例的第二變體 第一實施例的裝置是相同的 頻率 及f 是 相同的，也就 這個特徵消除在第一實施例中 f 應。第一實施 的對應部分是 現在參考 例的第三變體 中的折射度及 長度變化，其 一或兩者可能 所採用的光源 用加於輸出資 關的。在波長 相關的情況下 (P 1 / P 2 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Ρι_ P2J 例第二個變體的 相同的。 圖1 a及1 d_其 以簡圖形式描述 〔或〕由於氣體 中氣體折射係數 正在變更且所採 所產生的光束的 料上的所需精密 大約與對應到第 ，其中比率（Λ 表現，亦即 h = P2 , f Ρχ t P2 ~ 1/ 2,... ’如圖1 a顯 ，二驅動器5及6的頻率是 第一實施例的第二個變體的 造成f 1 # f 2的群組延遲差效 其餘描述與第一較佳實施例 連同本發明的第一較佳實施 測定及監視氣體在測量路徑 引起的測量路徑的光學路徑 及該測量路徑的實際長度之 用的光源的安定性充份且由 波長與足以滿足最終使用應 度的相對精密度是協調地相 一實施例的特別情形者協調 / /2 )可以低階非零整數比

Pi ^ P2 (24) 第一實施例的第二變體的光束9及10的來源以及光 束9及10的描述與第一實施例的光束9及10的來源及 光束9及1 0的描述是相同的，外加其波長與足以滿足最 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -40 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 · " 1 .,. — 五、發明說明（38) 終使用應用加於輸出資料上的所需精密度的相對精密度是 協調地相關的附加要求。在圖1 a所描述的第一實施例的 第二變體的裝置的描述與第一實施例的對應的部分的描述 是相同的。 現在參照圖1 d，電子處理裝置1 〇 9 B宜包含裝置 1 0 9 2 A及1 0 9 2 B用以將外差信號s i及s 2個別的 時間相關函數a i ( t )以及a 2 ( t )電子地分別乘以， 係數P i及P 2，如此以創造二個被修正的外差信號3^及^ 其具有以下形式 I .

I | = \ cos[/?yCXy(r)] 、， j· = 1 and 2 · (25) I , 乘法可由任何普遍爲業界所知的傳統的頻率相乘技術所達 成，例如信號平方接著電子過濾。 再一次參照圖1 d，電子處理裝置1 0 9 B宜包含裝 置1 0 9 S E用以一起電子地乘以，以類比或數位的任一 程序，宜爲數位的程序，修正外差信號I及以創造超外 差信號S + Ϊχ2其具有數學形式 S1X2 = ?1?2 . (26) 超外差信號S Ϊχ5包含二個受壓載子之邊帶可重寫爲 ---*-----------f--------訂---------線—拳 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -41 - A7 B7 五、發明說明（39) S1X2 =SIx2 +Six2 (27) 其中 ^ϊχ2 = ^ cos^2nvt + δ), (28) 1 S~X2 = — -^i Α2 cos(2nFt + φ) (29) ^ = (Pifi + Ρ2/2)' (30) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一：：.-- ^ = (ΡιΦι + Ρ2Φ2) (31) Ρ = {Pifx ~ Pif2) 1 (32) Φ = (λΦι ~ Ρ2Φ2) (33) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 超外差信號S Μ因此包含二邊帶’ S + Τχ5及S' _ Η，其 大小相等，一邊帶具有頻率？及相位^及第二邊帶具有頻率 #及相位Λ。 再一次參照圖1 d，電子處理器1 0 9 Β宜包含處理 器1 0 9 3 A以分離該二個邊帶信號S + !><5及S _ Τχ5，使用濾 器或任何用以分離二個頻率分開的信號的相似的技術。超 外差信號的較低頻率邊帶的頻率β比超外差信號的較高頻率 邊帶的頻率Ρ小很多，如後來的第一實施例的第三變體的其 餘討論中所描述，相當程度地簡化處理器1 0 9 3 Α的分 \ 離工作。電子處理器1 0 9 B進一步包含處理器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

ϋ n I 一6* · n n n I I 11^^ n n n n n n n n n n ·1 I 42- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（40 ) 1 ◦ 9 4F及1 〇 9 4G以使用例如 Hilbert轉換相位偵 測器（見第4 · 1 . 1節”相鎖回路：理論，設計，及應用 "R· E· Best,同前）的時基相位偵測或類似者以決定相位 /及多,及驅動器5及6的相位。 驅動器5及6的相位被在數位的或類比的任一格式， 宜爲數位格式，當做電信號傳輸用以分別地使用作參考信 號101及102，送到電子處理器1〇9Β。用以藉由 相位敏感偵測決定相位>5及δ的參考信號1 〇 1及〇 2經 由混合參考信號及分別地經及高通及低通濾波器而被產生 。電子處理器1 0 9 B附加地包含處理器1 〇 9 4 A以使 用時基相位偵測或類¢)似者決定相位偏移p i，參考信號 1 0 1當作在相位敏感偵測中的參考信號。 參考信號，交替於參考信號1 〇 1及1 〇 2，也可能 藉由以光束分光器，宜爲非極化光束分光器，將光束9及 1 0的部分分離，混合該光束9及1 0被分離的光束的部 分並偵測這些混合的部分以產生交替的外差參考信號而由 光學精選裝置及偵測器（不在圖形顯示）所產生。 第一實施例的第三變體的p 3，p 6，p (及p Z這些 量正式分別地相同於第一實施例的θ， Φ，Γ及Ζ。因此 ，氣體折射度（n i — 1 )或由於測量路徑中的氣體造成的 L的變化可利用在這個段落所引用的已知關係及藉著使用 方程式（11) ，（12) ，(13) ，(19)，及（ 2 0 )而以在第一實施例的第三個變體所獲得的其他量表 '達，其中A = p i及Λ = p 2如方程式（2 4 )所敘述。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於--------訂---------線響· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -43- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___ B7____ 五、發明說明（41 ) 已在第一實施例的第三個變體的描述揭示的本發明的 一較佳實施例，在第一實施例的第三變體下的優點將會更 淸楚的於以下討論。藉著方程式（7 )的折射度的計算或 由方程式（14)對氣體的折射度在光學路徑上的效應的 計算，顯然決定超外差邊帶相位《^及A所需的精確度與波數 的値K及尤有關。其中頻率較頻率 小很多，且 由於用高解析度之低頻率電子信號計算相位通常比較容易 ，通常仰賴超外差邊帶相位Φ的高精確度測量是最有利 的。當波數K及尤依照方程式（1 6 )，藉著方程式（ 1 9 )的折射度的計算或實質上不涉及超外差邊帶相位£， P，ΡΓ由方程式（20)計算在光學路徑上的氣體折射 度的效應時，本發明的裝置已達成上述者。再者，超外差 邊帶相位的大小$較超外差邊帶相位5的大小小大約（η 2 — η!) / ( η2+ηι)的因子，如方程式（1 7)所表 達的。此整體上大幅改良該相位偵測精確的量〔θ ( Κ/欠） 一 Φ〕其出現在方程式（7)及（1 4)且特別用以移動 物體，例如普遍被見於微石版印刷儀器，其可如在2 6 7 被接至干擾儀裝置。 方程式（1 8 )也形成來源1及2不需爲第一實施例 的第三變體而相位鎖定的結論的基礎。方程式（1 8 )實 際上爲當來源1及2相位鎖定下的弱勢情況。考慮一例子 ，測量氣體的折射度（η : _ 1 ) 或由於氣體引起的測量 腳的光學路徑長度變化所需的精密度三3 X 1 0 — 6，在距 離測量干擾儀，（η ! - 1 )三3 X 1 0 — 4，及（η 2 — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) :· --------訂---------線 Ό. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -44- A7 B7 五、發明說明（42 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本I) n i )三1 X 1 0 — 5對應於大約相對距離測量精密度1 X 1 〇 — 9。例如，由方程式（1 8 )分別以來源頻率V 1及 V 2 _而非波長λ 1，及λ 2表達如下 ;v2~—vx «: 3x10~1;lv, (34) ! P2 λ

I 對於光譜的可見的部份中的來源波長以及對低階整數p1 及p 2，方程式（3 4 )轉換爲以下情況 V2 - 《30kHz . (35) i 1 訂 P2 4 a 1 1 μ 在方程养（3 5 )所表達的結果淸楚地顯示對來源1及2 頻率的條件限制較相位鎖定的情況下明顯爲少。 第一實施例的第三個變體的其餘描述與第一實施例的 對應的部分是相同的。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對於熟悉該技術者而言可知在沒有離開本發明的精神 及範圍之下其它可能的資料處理可能被考慮用於第一實施 例的第三變體。例如，可證明有用於產生修正外差信號藉 著將外差信號s i及s 2個別的時間相關函數α i ( t )以 及ύ： 2 ( t )電子地分別除以係數P 1及p 2，如此以創造 二個被修正的外差信號h及；? 2其具有以下形式 -45- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（ 43) I . ... = Λί〇〇4αι(0/ρ2], 除法可由任何普遍爲業界所知的傳統的頻率相除技術所達 成，例如使用信相位鎖定回路或一方波信號其每隔其函數 被除二的信號的兩個跨零點改變符號。隨後的根據被修正 的外差信號及？2的第一實施例的變體的描述與根據被修 正的外差信號h及h的第一實施例的第三個變體的對應部 分的描述相同。 另一種在沒有離開本發明的精神及範圍而可能考慮用 於第一較佳實施例的第三個變體的其它的資料處理爲將被 修正的外差信號h及加在一起，而非如在第一實施例的 第三變體中將之相乘，造成以下表達式： *^A = ^1 + ^2 (37 ) 超外差信號將可由爲業界所知的傳統的技術而被獲得 ，例如平方法偵測或藉由信號修正。（比較Dandliker等， 同前，及Redman及Wall,同前） 進一步，另一 S ^的替代信號可藉由相位敏感偵測的使用 選擇由（s i + s 2 ) p + q適當的二項展開項而產生。 現在參照圖2 a - 2 f其以簡圖形成描述在本發明的 第二較佳實施例的測定及監視測量路徑中的氣體折射度及 〔或〕由於氣體引起的在測量路徑中的光學路徑長度改變 ，其中其中氣體折射係數及該測量路徑的實際長度之一或 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公愛） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線-0-· -46- A7 B7__ 五、發明說明（44) 兩者可能正在變更且所採用的光源的安定性充份且由所採 用的光源所產生的光束的波長與足以滿足最終使用應用加 於輸出資料上的所需精密度的相對精密度是相符的。 針對當/ 1及〔或〕/ 2不是低階整數的情形用以電子 地處理外差信號S 3及S 4的較佳方法於下指出。針對情形 當/ i時及/ 2都是低階整數且波長比以滿足最終使用應用 加於輸出資料上的所需精密度的相對精密度與（/ i /人2 )相符的情形，用以電子地處理外差信號S i及S 2的較佳 程序與本發明的第一較佳實施例的第二個變體相同。 本發明的第二較佳實施例包含一組差動平面鏡干擾儀 ，第一實施例包含極化邁克生干擾儀，其中差動平面鏡干 擾儀很適合於微石版印刷的積體電路製造的需求。第二實 施例的光束9及1 0的來源及光束9及1 0的描述與本發 明是的第一較佳實施的光束9及10的來源及光束9及 1 0的描述相同。 如圖2所舉例說明，光束9入射於差動平面鏡干擾儀 69之上且光束10被鏡子54反射而成光束12其入射 於差動平面鏡干擾儀7 0之上。差動平面鏡干擾儀6 9及 7 0，光束分光器6 5，及設有外部鏡系統供的外部鏡 9 0包含用以在光束9的X及y成分間導入一相位偏移Φ 3 及在光束1 2的X及y成分之間導入相位偏移的4的干擾 儀裝置。 一差動平面鏡干擾儀測量在二個外部的平面鏡之間的 光學路徑改變。除此之外，它對可能發生於干擾儀光束分 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^--------訂---------線Φ- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -47- A7 _ B7____ 五、發明說明（45 ) 離立方體以及相關光學元件的熱及機械擾亂沒有感覺。差 動平面鏡干擾儀6 9有四個出口 /回返光束1 7，2 5.， 1 1 7，及1 2 5如圖2b所顯示。發自光束9的一頻率 成分的光束1 7及2 5包含一測量腳’發出自光束9的第 二頻率成分的光束1 1 7及1 2 5包含第二測量腳。爲光 束9的第一個頻率成分的唯一的源頭的光束在圖2 b中以 虛線指示且光束9的第二頻率成分的唯一的源頭的光束在 圖2 b中以虛線指示。 差動平面鏡干擾儀7 0有四個出口/回返光束18， 26，118，及126如圖2c所示。發自光束12的 一頻率成分的光束1 8及2 6包含一測量腳，發出自光束 1 2的第二頻率成分的光束1 1 8及1 2 6包含第二測量 腳。爲光束1 2的第一個頻率成分的唯一的源頭的光束在 圖2 c中以虛線指示且光束1 2的第二頻率成分的唯一的 源頭的光束在圖2 c中以虛線指示。 光束17，25，117，及125入射在光束分光 器6 5上且被塗覆6 6，宜爲兩向色性塗覆’分別地當成 光束E17，E25，E117，及E125傳輸。光束 E17，E25，E117，及E125入射在外部鏡系 統9 0上，如圖2 d所舉例說明，其造成光束2 7及 127如圖2b所顯示。光束127及27包含波長λι的 分別關於經外部鏡系統9 0的測定路徑中的氣體的光學路 徑長度及有關光經參考路徑的學路徑長度的資訊。同樣地 ，光束18，26，118，及12入射在光束分光器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Μ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -48- A7 B7 五、發明說明（46 ) 6 5上且被塗覆6 6分別地當成光束E 1 8，E 2 6， E118，及 E126 傳輸。光束 E18，E26， E 1 1 8 ’及E 1 2.6入射在外部鏡系統9 0.上，如圖 2 e所舉例說明’其造成光束2 8及1 2 8如圖2 c所顯 示。光束1 2 8及2 8包含波長λ 2的分別關於經外部鏡系 統9 0的測定路徑中的氣體的光學路徑長度及有關光經參 考路徑的學路徑長度的資訊。 在圖2 b，光束2 7被鏡子6 3 Β反射，一部分被光 束分光器6 3 A，宜爲非極化型，反射變成光束2 9的一 成分。光束1 2 7的一部分被光束分光器6 3 A傳輸而變 成光束2 9的一第二成分。光束2 9爲一混合光束，光束 2 9的第一及第二成分具有相同的線性偏極化。光束2 9 射離差動平面鏡干擾儀6 9。 參照圖2 c，光束2 8被鏡子5 8 B反射，部分被光 束分光器5 8 A反射，宜爲非極化型，反射變成光束3 0 的一第一成分。光束1 2 8的一部分被光束分光器5 8 B 傳輸而變成光束3 0的第二成分。光束3 0爲一混合光束 ，光束3 0的第一及第二成分具有相同的線性偏極化。 相位偏移及</>4的大小被與在圖2 a — 2 e所顯示 的測量路徑9 8及參考路徑的路徑i的來回路徑實際長度 之間的差有關。依照以下公式 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂_--------線#. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -49- 五、發明說明（47 ) )s."/=1 II II 3 4 φ φ ?2ί· L··-*

I 3 ζ 4 ζ A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中n j i是在測量路徑9 8的路徑i中對應到波數k i的 氣體折射係數。L i的表面値對應到在外部鏡系統9 〇的鏡 子表面9 5及9 6的兩倍間隔空間（比較圖2 d及2 e ) 。該相位補償Γ ;包含所有與測量路徑9 8或參考路徑無關 之對相位偏移P』的的影響因子。在圖2 a — 2 e，差動平 面鏡干擾儀6 9及7 0，光束分光器6 5，及外部鏡系統 9 0如此被配置使P = 2以便以在最簡單的方式舉例說明 本發明第二較佳實施例的裝置的功能。 方程式（3 8 )對一波長的光學光束的路徑實質上與 第二波長的路徑爲共展及的情形下是有效的，其被選擇以 用最簡單的方式舉例說明本發明的第二實施例的功能。對 這些熟悉該技術者，將其一般化爲其中一個波長的光學光 束的路徑實質上不與第二波長的光學光束的路徑共展的情 形是直接而顯然的程序。 產生距離測量干擾儀中的非線性循環錯誤（比較被引 用於前的Bobroff的文章）在方程式（3 8 )中已經被省略 。熟悉該技術者所知道的被用以減少循環錯誤至可以忽略 的水平或補償這些循環錯誤的這些技術的敘述與第一較佳 實施例的對應部分相同。 在如圖2 a所顯示的下一個的步驟，相位偏移光束 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣 訂---------線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -50- Α7 Β7 五、發明說明（48 ) 2 9及3 0分別地射在光感測器1 8 5及1 8 6上，分別 地造成二個電干擾信號，外差信號S 3，及S 4，其宜藉由 光電偵測達成。信號S 3對應到波長λ i而信號S 4對應到 波長λ 2。信號s j具有如方程式（3 )所表示的形式，而 j =3及4。外差信號s3及s 4以電子信號2 0 3及 2 0 4分別地不是以數位就是類比格式，宜以數位格式， 被傳送到分析電子處理器2 0 9。 現在參照圖2 f ，電子處理器'2 0 9宜包含_文數標號 元件其中文數字標號的數字成分指示元件1的功能，相同的 數値成分/功能關連如在圖1 b所描述的第一實施例的電 子處理元件所描述。由電子處理器2 0 9對相位θ及Φ的外 差相位作信s 3及s 4所執行的處理步驟敘述與對應的部分 是相同的，依照第一實施例在由電子處理器1 〇 9處理外 差信號s i及s 2的的步驟的描述的文數的數字成分，及依 照第一實施例在由電子處理器1 0 9處理外差信號s i的的 步驟的描述的文數的數字成分。 由電子處理器2 0 9 A創造的相位p 3，θ，及Φ分別 正式地具有與由第一實施例電子處理器1 〇 9所創造的少丄 ，》’及Φ相同的性質。因此，氣體折射度（n j _ 1 )或 由於測量路徑中的氣體所引起的L的變化可以藉著使用在 本段落引用的已知及關係使用方程式（1 9 )及（2 0 ) 而以在第二實施例中獲得的其他的量表達。 Φ 3的相位餘値的解析在使用方程式（2 0 )的L的計 算是需要的，且如果χ是時間變數則</) 3的相位餘値的解析 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣 ----訂---------線拳· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -51 - Α7 Β7 五、發明說明（49 ) 在使用方程式（2 0 )的L的變化的計算是需要的。在φ 3 中相位餘値的解析，如果需要，呈現類似一隨後所描述有 關於在本發明的第四實施例及其變體中必需的中的相位餘 値的解析的問題。結果，所述的關於第四個實施例及其變 體的θ中的相位餘値的解析的程序可被適用於3中相位餘 値的解析。 這些涉及在方程式（1 9 )及（2 0 )及在方程式（ 2 )及（1 1 )中被定義的Γ 3及Q的補償項爲需要決定及 監視的項’視是否折射度（η : — 1 )及/或長度L將被量 測，或是否折射度（n i - 1 )及/或長度L的改變將被量 測，是否χ隨時間改變，而定。決定（3及Q的一個程序建 立在外部鏡系統9 0的鏡子9 1替換以鏡子R 9 1 (不在 圖2 d及2 e顯示）其具有對應到鏡子9 1的表面9 3的 表面R9 3被如此塗覆使成爲兩個波長又1及又2的反射表 面以及測量P 3及Φ的產生値。令p 3及Φ_的產生値分別爲 沪3R及Φίί。Γ 3及Q這些量分別地與$3R及<J>R有關，如 方程式（2)及（19)以下列公式所表示 ：β = ~ΦΗ ； (40)

對於Γ 3及Q的非電子的影響因子應該實質上與時間無關， 因爲有發生在差動平面鏡干擾儀6 9及7 0，光束分光器 6 5，及外部鏡系統9 0的顯著水準的補償。對於Γ 3及Q 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線Φ. 經濟部智慧財.產局員工消費合作社印製 -52- A7 B7 i、發明說明（50 ) 的電子的影響因子可純粹地由電子裝置（不顯示）監視。 對於熟悉該技術者可淸楚瞭解到由.於在第二較佳實施 例中使用光束分光器6 5，光束分光器7 1的極化塗覆 7 3及四分之一波遲延板7 7只需要符合λ 1的規格，而光 束分光器7 2的極化塗覆7 4及四分之一波遲延板7 8僅 需要滿足λ 2的規格。這種如第二實施例所揭示的依照波長 的操作分配是本發明的重要的要點，特別在例如微石版印 刷的積體電路的製造的情形的需要精密度的應用。然而， 依照波長的操作的分配不需要如第二較佳實施例所揭示， 舉例來說，在沒有離開本發明的精神或範圍之下達成適當 地修正極化表面，則光束分光器7 1及7 2的功能被單一 光束分光器達成。 圖2 b以槪要的形式描述被顯示在圖2 a的差動平面 鏡干擾儀6 9的一實施例。其以下列各項方法操作：光束 9入射在光束分光器5 5 A上，宜爲一極化光束分光器， 而光束9的一部分被當做光束1 3傳輸。光束9的第二部 分被光束分光器5 5 A反射，然後被鏡子5 5 B反射，然 後被半波相位遲延板7 9當做光束1 1 3傳輸，該半波相 位遲延板7 9對由光束分光器5 5 A所反射的光束9的第 二部分的偏極化平面旋轉9 0度。光束1 3及1 1 3有相 同的偏極化但仍然有不同的頻率。光束分光器5 5 A及鏡 子5 5 B的功能爲使用傳統的偏極化技術將光束9的二個 頻率成分空間分離。 光束1 3及1 1 3進入極化光束分光器7 1，其有極 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣-------—訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -53- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（51 ) 化塗覆7 3，且分別地被當做光束1 5及1 1 5傳輸。光 束1 5及1 1 5通過四分之一波相位遲延板7 7且分別地 被轉換爲圓形極化光束1 7及1 1 7。光束1 7及1 1 7 被具有兩向色性塗覆6 6的光束分光器6 5傳輸.，如圖 2 d所舉例說明的在外部鏡系統9 〇中藉著鏡子被向後地 反射在他們自己，向後地經過光束分光器6 5，然後向後 地經四分之一波遲延板7 7並轉換爲線性極化光束，其爲 該最初入射光束1 5及1 1 5的正交極化。這些光束分別 地被極化塗覆7 3反射而變成光束19及11 9。光束 1 9及1 1 9分別地被逆折射器7 5反射而變成光束2 1 及1 2 1。光束2 1及1 2 1分別地被極化塗覆7 3反射 而變成光束2 3及1 2 3。光束2 3及1 2 3穿過四分之 一波相位遲延板7 7且分別地被轉換爲圓形極化光束2 5 及125。光束25及125被光束分光器65傳輸，如 圖2 d所舉例說明的在外部鏡系統9 0中藉著鏡子被向後 地反射在他們自己，向後地經過光束分光器6 5，然後向 後地經四分之一波遲延板7 7並轉換爲線性極化光束，其 與該最初入射光束1 5及1 1 5爲相同的線性極化。這些 光束分別地被極化塗覆7 3傳輸而變成光束2 7及1 2 7 〇 光束2 7被鏡子6 3 B反射，然後一部分被光束分光 器6 3 A反射，宜爲非極化型，如同光束2 9的一第一成 分。光束1 2 7入射於光束分光器6 3A上，而光束 1 2 7的一部分被傳輸當做光束2 9的一第二成分，光束 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I------------¾.--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_____ 五、發明說明（52 ) 2 9的該第一及第二成分有相同的線偏極化但仍然有不同 的頻率。相位偏移光束2 9是一混合的光束，光束2 9的 第一及第二成分具有相同的線性偏極化。 圖2 c以槪要的形式描述被顯示在圖2 a的差動平面 鏡干擾儀7 0的一實施例。其以下列各項方法操作：光束 1 2入射在光束分光器5 6 A上，宜爲一極化光束分光器 ，而光束1 2的一部分被當做光束1 4傳輸。光束1 2的 第二部分被光束分光器5 6 A反射，然後被鏡子5 6 B反 射，然後被半波相位遲延板8 0當做光束1 1 4傳輸，該 半波相位遲延板8 0對由光束分光器5 6 A所反射的光束 1 2的第二部分的偏極化平面旋轉9 0度。光束1 4及 1 1 4有相同的偏極化但仍然有不同的頻率。光束分光器 5 6 A及鏡子5 6 B的功能爲使用傳統的偏極化技術將光 束1 2的二個頻率成分空間分離。 光束1 4及1 1 4進入極化光束分光器7 2，其有極 化塗覆7 4，且分別地被當做光束1 6及1 1 6傳輸。光 束1 6及1 1 6通過四分之一波相位遲延板7 8且分別地 被轉換爲圓形極化光束1 8及1 1 8。光束1 8及1 1 8 被具有兩向色性塗覆6 6的光束分光器6 5傳輸，如圖 2 e所舉例說明的在外部鏡系統9 0中藉著鏡子被向後地 反射在他們自己，第二次地由光束分光器6 5的表面6 6 反射，然後向後地經四分之一波遲延板7 8並轉換爲線性 極化光束，其爲該最初入射光束1 6及1 1 6的正交極化 。這些光束分別地被極化塗覆7 4反射而變成光束2 0及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -55- I ------------敕--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明說明（ 53) 1 2 0。光束2 0及1 2 0分別地被逆折射器7 6反射而 變成光束2 2及1 2 2。光束2 2及1 2 2分別地被極化 塗覆7 4反射而變成光束2 4及1 2 4。光束21 4及 1 2 4穿過四分之一波相位遲延板7 8且分別地被轉換爲 圓形極化光束2 6及1 2 6。光束2 6及1 2 6被光束分 光器6 5的表面6 6反射，如圖2 e所舉例說明的在外部 鏡系統9 0中藉著鏡子被向後地反射在他們自己，第二次 地由光束分光器6 5的表面6 6反射，然後向後地經四分 之一波遲延板7 8並轉換爲線性極化光束，其與該最初入 射光束1 6及1 1 6爲相同的線性極化。這些光束分別地 被極化塗覆7 4傳輸而變成光束2 8及1 2 8。光束2 8 及1 2 8包含波長λ 2的分別有關其中氣體的折射度的效應 被決定的在測量路徑9 8中的氣體的光學路徑長度，及有 關經由參考腳的光學路徑長度的資訊。 光束2 8被鏡子5 8 Β反射，然後一部_分被光束分光 器5 8 Α反射，宜爲非極化型，如同光束3 0的一第一成 分。光束128入射於光束分光器58A上，而光束 1 2 8的一部分被傳輸當做光束3 0的一第二成分，光束 3 0的該第一及第二成分有相同的線偏極化但仍然有不同 的頻率。相位偏移光束3 0是一混合的光束，光束3 0的 第一及第二成分具有相同的線性偏極化。 第二較佳實施例的其餘描述與第一較佳實施例的對應 部分的描述是相同的。 第二實施例有三個變體其中第二實施例的三變體的描 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣 訂---------線ο· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -56- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7____ 五、發明說明（54 ) 述與第一較佳實施例的三變體的對應部分的描述是相同的 〇 第一較佳實施例的描述注意到如圖1 a所舉例說明的 干擾儀的結構在業界被稱爲邁克生干擾儀。第二較佳實施 例的描述注意到如圖2 a - 2 e所舉例說明的干擾儀的結 構在業界被稱爲差動平面鏡干擾儀。例如平面鏡干擾儀或 角度補償干擾儀或相似的裝置例如在"距離及角測量的差播 干擾儀設計：原則，優點及應用” C. Zanoni, VDI Berichte Nr. 749，93 — 1 0 6 (1989)，一文中被描 述的類似的裝置的差動平面鏡干擾儀及其他形式干擾儀， 在沒有大大地離開本發明的精神及範圍下當工作於在積 體電路的微石版印刷製造中普遍遇到的檯宜倂用於本發明 的第一實施例的裝置。 本發明的第三及第四較佳實施例及其變體關於，分別 地舉例說明於圖3a — 3b及4a — 4c，是在當爲用於 第一及第二較佳實施例及其變體的方程式（1 8 )所設定 的條件不滿足的情況下用以測量氣體的折射度及〔或〕由 於氣體引起的測量路徑的光學路徑長度的變化的實施例， 也就是

I ϋΐ · (41)' 在爲方程式（4 1 )所設定的情況下，接似比率，宜爲比 率（Κ / χ ) ’必須是已知的或除已經描述的量之外遵照用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -57- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,"1!丨 訂·!丨_!-線 . A7 B7 ___ 五、發明說明（55) 於第三及第四個實施例及變體的方程式（7 )及（1 4 ) 測量過以達成決定氣體的折射度及〔或〕由於氣體引起的 在測量路徑的光學路徑的改變所需精確度。 第1及第二較佳實施例及其變體各可自用以測量氣體 的折射度及〔或〕由於氣體引起的測量路徑的光學路徑變 化的裝置及方法轉換爲測量χ及〔或〕比率（K / ir )的裝 置及方法。如同下列各項描述所示範的轉換是藉由改變第 一及第二實施例及其變體的測量腳以使測定路徑經在各別 的測量路徑2 9 8及9 8的氣體以預定的媒體替換，宜爲 真空，以及這些各別的測量腳有一固定的實際長度而完成 。因此，第三個實施例及其變體各包含一未修正及一來自 第一實施例或其變體的經修正的裝置及方法，而第四實施 例及變體包含一未修正及一來自第二實施例或其變體的修 正的裝置及方法，被修正的裝置及方法包含各別的未修正 裝置及方法以及被修正的測量腳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 現在參照圖3 a — 3 b其以簡圖形式描述本發明的第 三較佳實施例。第三個實施例中的光束9的來源的描述與 第一較佳實施例中的光束9的來源的描述相同，且第三實 施例中的光束1 0的來源的描述相同於第一較佳實施例的 光束1 0的來源的描述除了以方程式（1 8 )表達的波長 λ i及λ 2的條件被方程式（4 1 )所設定者替換以外。光 束9被鏡子2 5 3 Α反射且被光束分光器2 5 3 Β，宜爲 非極化類型，反射的第一部分被變成光束2 1 3的一個成 分，成分。被鏡子2 5 3A反射的光束9的第二部分被 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -58- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（ 56 ) 光束分光器2 5 3 B傳輸且被鏡子2 5 3 c反射而變成光 束2 1 3 b的一個成分，λι成分。光束1 〇入射於光束分 光器2 5 3 Β上且第一部分被傳輸而變成光束21 3的一 第二成分，λ 2成分。光束1〇的第二部分被光束分光器 2 5 3 Β反射且被鏡子2 5 3 c反射而變成光束213 b 的第二成分，λ2成分（見圖3 a )。光束2 1 3及 2 1 3 b的AiSAs成分分別宜爲平行及共展的。 因爲第三較佳實施例中對測量χ及〔或〕比（K / ^ ) 的需求，如在前的段落所描述的第三較佳實施例包含部份 與第一較佳實施例在相同的裝置以及用以決定χ及〔或〕比 率（Κ /尤）的附加裝置。決定又及〔或〕比率（Κ /文 )的附加裝置與第一較佳實施例的裝置及方法相同，除了 測量路徑2 9 8以外。結果，被顯示於圖3 a — 3 b的裝 置的許多用以決定文及〔或〕比率（K /文）的元件執行 與第一較佳實施例用以決定氣體的折射度及〔或〕由於氣 體引起的在測量路徑的光學路徑長度變化的裝置類似的操 作，當參照決定χ及〔或〕比率（K /2 )的裝置時以字尾 "b "區別。 干擾儀2 6 0 b的描述是柑同於該干擾儀2 6 0除了 有關於在測量路徑2 9 8 b的氣體及測量路徑2 9 8 b的 實際及來回路徑長度。在第三較佳實施例的干擾儀 2 6 0 b的測量腳包括如圖3 a所舉例說明的測量路徑 298b，測量路徑298b宜爲固定長度（Lb/2)的 抽真空體積。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） IJ----------- π--------訂---------線Φ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7____ 五、發明說明（57) 測量路徑2 9 8 b及2 9 8間的差導致方程式（2 ) 的修正，以致於相位偏移0 1 b及9 2 b ’分別爲相位偏移 P 1及2的類似版本，的大小依照以下公式而與測量路徑 2 9 8 b來回路徑實際長度Lb及如圖3 3所顯示的參考路 徑有關 ! ' = LbPkj+ζρ , 7=1 and 2 . (42) 1 ' 在如圖3 a所顯示的下一個的步驟，相位偏移光束 2 1 7 b及2 1 8 b分別地射在光感測器8 5 b及8 6 b 上’分別地造成二個電干擾信號，外差信號s i b，及s 2 b ，其宜藉由光電偵測達成。信號s 1 b對應到波長λ :而信 號S 2 b對應到波長λ 2。信號S j b具有以下形式 % = 乂开⑺和步(〇] , 7=1 and 2 , (43) 其中時間相關因子a j b ( t )被給定如下 I ' afo{t) = 2nfjt + (pjh , j = l and 2 . (44) 外差信號s i b及s 2 b以電子信號1 〇 3 b及1 0 4 b分別 地不是以數位就是類比格式，宜以數位格式，被傳送到分 析電子處理器1 0 9 b。 當/1及〔或〕/ 2非低階整數時一電子地處理外差信 號S 1 b及s 2 b的較佳方法如以下所述。對於情形當/ 1及 /2都是低階整數且波長比以充份滿足最終使用應用加在輸 出資料上的精密度所必需的相對精密度而與比率（/ i/ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公复） (請先閱讀背靣之注意事項再填寫本頁) I--------訂---------線 C*·. -60- A7 B7 五、發明說明（58 ) 7 2 )相符的情況下，電子地處理外差信號s :及s 2的較 佳程序相同於後來爲本發明的第一實施例的第二個變體所 設定者。 現在參照圖3 b，電子處理器1 0 9 b進一步包含電 子處理器1 0 9 4 A b及1 〇 9 4 B b以分別地決定相位 P i b及P 2 b，不是藉著數位就是類比信號程序，而宜爲數 位程序，使用例如數位Hilbert變換相位偵測器的以時間 爲基礎的相位偵測〔見R. E. Best，同前〕或類似者及驅動 器5及6的相位。 再一次參照圖3 b ’相位φ 1 b及相位2 b然後分別地 在電子處理器1 0 9 5Ab及1 0 9 5 B b中被乘以/ι/ P及/ 2 / ρ，分別地，宜爲數位的處理’分別地造成相位 (/ i/ p) pib ’ 及（72/ P) P2b。這些相位（/ι / p) pib，及（/ 2/ p) 接著在電子處理器 1 0 9 6Ab中被加在一起並在電子處理器1 09 7Ab 中相互減，其宜爲數位的處理’以分別地創造相位θ 1 b及 Φ ι »。正式地， il------------ 我·-------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (45) Φ -Ο-,- (46) 相位φ i b，及φ 1 b當做信號1 〇 5 b被傳送到電腦1 1 0 ，以不是數位就是類比的格式，而宜爲以數位的格式。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ 61 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (47) (48) (49) (50) A7 ____B7__二_ 五、發明說明（59 ) 文及K這些量依照以下公式而與相位9 b及相位Φ b有 關 冗=(旮b - 5b)/(2^D)， *. ::[ = (〇b_Zb)/(2Zj . 其中 《2b =|^Glb+^^2b

yp p J 1 I · .Z2b =丄 Cib _ 2 ;2b 1

{p P J 方程式（47)及（48)顯示在倍數因素〔1/ (2L_b )〕及相位補償項ξ b及Z b中，χ及K分別相等於相位φ b 及相位Φ b。 比率（K/尤）可以公式表達爲 乇-(Φί>~~Ζί>) (51) I X (^b-^b)

I 使用方程式（47)'及（48)。因此比率（K/久）是 在實質上沒有與（K/尤）所要求的相同精密度以正確的 測量L的需求下獲得的。Φ b的相位餘値可部份用與在第一 較佳實施例中的用以除去Φ的相位餘値的未修正裝置及方 法，其部份地倂用於第三較佳實施例中，而被決定。 (鲭先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·丨丨！丨—訂---- . 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -62- A7 B7 五、發明說明（60 ) 相位補償f b及Z b的決定爲與關於在第四較佳實施例 中決定f b及z b所描述者類似的問題。結果’有關於第四 實施例決定f b及Z 6的程序的描述可適用於第三個實施例 中f b及Z b的決定。 氣體折射度及〔或〕由於氣體引起的測量路徑的光學 路徑長度的變化隨後可藉分別使用方程式（7 )及〔或〕 (1 4 )而被獲得。因爲在方程式（7 )及、（1 4 )中θ的 不可忽略的效應，除了 a b的相位餘値的解析之外4的相位 餘値也必須被決定。第三較佳實施例的其餘敘述與第一較 佳實施例相同，除有關於"9及θ b的相位餘値的解析的程序、， 的描述之外。θ及θ b的相位餘値的解析爲與在本發明的第 四實施例中的θ及3 b的相位餘値的解析類似的問題。結果 ，有關於第四個實施例的θ及θ b的相位餘値的解析程序可 被適用於第三個實施例的θ及θ b的相位餘値的解析。 第三實施例有三個變體其中第三實施例的三個變體的 描述各與第一較佳實施例的三個變體的對應的部分的描述 相同。 現在參照圖4 a - 4 b其以簡圖形式描述本發明的第 四較佳實施例。第四實施例中的光束9及9 b的來源的描 述與第二較佳實施例中的光束9的來源的描述相同，且第 三實施例中的光束1 0及1 0 b的來源的描述相同於第二 較佳實施例的光束1 0的來源的描述除了以方程式（1 8 )表達的波長；11及；12的條件被方程式（4 1 )所設定者 替換以外。第四實施例中的光束9及9 b由光束分光器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事碩再填寫本頁) 裝--------訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -63- A7 B7 五、發明說明（61) 1 5 3 A，宜爲非極化類型，及鏡子1 5 3 B導源自一共 同光束且光束1 0及1 〇b由光束分光器1 5 4A，宜爲 非極化類型，及鏡子1 5 4 B導源自一共同光束（見圖 4a)。 因爲第四較佳實施例中對測量5C及〔或〕比（K /尤） 的需求，如在前的段落所描述的第四較佳實施例包含部份 與第二較佳實施例在相同的裝置以及用以決定χ及〔或〕比 率（Κ /1 )的附加裝置。決定χ及〔或〕比率（Κ /尤） 的附加裝置與第二較佳實施例的裝置及方法相同，除了外 部鏡系統9 0 b以外。結果，被顯示於圖4 a — 4 b的裝 置的許多用以決定又及〔或〕比率（K / ίΤ )的元件執行 與第二較佳實施例用以決定氣體的折射度及〔或〕由於氣 體引起的在測量路徑的光學路徑長度變化的裝置類似的操 作，當參照決定χ及〔或〕比率（κ / ^ )的裝置時以字尾 "b "區別。 第四較佳實施例的外部鏡系統9 0 b如圖4 b及4 c 所顯示。外部鏡系統9 0 b的描述與外部鏡系統9 0者相 同，除了有關於在測量路徑9 8中的氣體及測量路徑9 8 的來回路徑實際長度。在第四較佳實施例的外部鏡系統 9 0 b中的測量腳包括如圖4 b及4 c所舉例說明的測量 路徑9 8b，測量路徑9 8b宜爲由鏡子9 1 b及9 2b 及固定長度（Lb/ 2 )的圓筒9 9 b所定義的的真空體積 。參照圖4 b及4 c，表面9 5 b被如此地塗覆以便以高 效率反射光束E17b，E25b，E18b及E26b 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讃背面之注意事項再填寫本頁) k--------tr---------線p 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -64- A7 B7 五、發明說明（62) 並以高效率傳輸光束E 1 7b，E 1 5b，E 1 1 8b， 及E 1 2 6 b。表面9 6 b被如此地塗覆以便以高效率反 射光束 E17b ’ E15b，Eii8b ,及 E126b 外部鏡系統9 0 b及9 0間的差導致方程式（2 )的 修正，以致於相位偏移p 3 b及P 4 h，分別爲相位偏移φ 3 及Φ 4的類似版本，的大小依照以下公式而與測量路徑 9 8 b的路徑i的來回路徑實際長度l b i及如圖4 b所顯 示的參考路徑有關 clbJ + + Λ 1Σ(=1Ι·ΣΙ=1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 农 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對於其中測量路徑的改變可以干擾儀方式測量的這些 應用，一種根據運用在測定測量路徑的改變的距離測量干 擾儀的應用（比較第二較佳實施例）的特徵例，θ的相位餘 値可藉由記錄θ的變化而被決定，而外部鏡系統9 〇的可移 動鏡子9 2以一受約束的方式被轉換器6 7自一零位置掃 描於一給定長度上，該零位置爲測量及參考腳的實際長度 實質上相同的位置。零位置的決定所需要的精確度一般較 如下列各項例子所例證的其他的參數所需的精確度少： 對於 λι=〇.6 3 3 m ! (ni_l)s3xl0_4， 及（Π2— ni) six 1 Ο-5，ε£3Χ 1 〇— 6，及方程式 (1 7 .)中所設定的條件下，零位置的決定所需的精確度 訂---------線ml· 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -65- A7 B7 五、發明說明（63) 對應到數量級正負3的θ的不確定性。 (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 對於其中折射度及〔或〕由於氣體引起的測量腳中的 光學路徑長度變化的決定被做及外部鏡系統9 2中的鏡子 沒有如在前段所考慮的掃描能力的這些應用，其他的程序 可被用於θ及θ b的相位餘値的解析。&及θ b的有效波長實質 上是相同的，所以只有·&及中之一的相位餘値的解析度 的程序需要被描述。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在第二實施例的描述中的Φ的相位餘値的解析的第二 程序可適用於θ b的相位餘値的解析，第二程序係根據一連 串的外部鏡系統9 0 b的使用上，其中一連串的外部鏡系 統的一連串的來回路徑實際長度形成一幾何進程。一連串 的來回路徑實際長度中的最小的或第一個來回路徑實際長 度大約是λ i/ 8除以相對精密度其h的開始値已知。一 連串的來回路徑實際長度中的第二個來回路徑實際長度大 約是一連串的來回路徑實際長度中的第一個來回路徑實際 長度除以相對精密度，其中θ b係使用一連串的來回路徑實 際長度中的第一個來回路徑實際長度而被測量得的。這再 一次的爲一幾何進程，形成幾何進程的來回路徑實際長度 的產生序列，其被繼續直到用以測量折射度或由於氣體折 射度引起的光學路徑長度的變化的逆折射器2 9 6的來回 路徑實際長度被超過，如果一連串的位置的位置數被增量 一。對於L的相位餘値的解析而言，一般一連串的來回路 徑實際長度中的第一個來回路徑實際長度的來回路徑實際 長度約爲0.5公釐的等級，一連串的來回路徑實際長度 -66 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Α7 Β7 五、發明說明（64 ) 中的第二個來回路徑實際長度的一般的來回路徑實際長度 約爲5 0公釐的等級，而一般一連串的來回路徑實際長度 中的第三個來回路徑實際長度的來回路徑實際長度如果必 需的話約是5 0 0 0公釐的等級。用於Φ b的相位餘値的解 析的系列實際長度中的這些實際長度一般爲較用的相 位餘値的解析的系列實際長度中的這些實際長度爲大的等 .. · · 級。 一第三程序是根據一系列已知波長的來源（不在圖 4a - 4c顯示）的使用及測量些波長的θ b。相位餘値解 析所需的已知波長數通常由一小組所組成。 決定h的相位餘値的另一程序爲観察當測量路徑9 81> '從氣體被改變到真空狀態（真空抽氣機及必要的氣體處 理系統沒有被顯示在圖4 a - 4 c ) θ b的變化。一般在測 定折射度的絕對値及在部份基於將氣體壓力由一非零値變 爲真空之下測定由於氣體折射度引起的光學路徑長度的變 化所常遇見的問題在第三較佳實施例中並不存在，因爲在 θ b的決定中一般所允許的相對大的正負3等級的不確定性 0 這些涉及在方程式（5 1 )及在方程式（4 7 )及（ 4 8 )中被定義的t b及Z b的補償項爲需要決定及監視的 項，如果隨時間而改變。決定f b及Z b的一個程序建立在 外部鏡系統90b的鏡子9 lb替換以鏡子Z9 ib (不 在圖4 a — 4 c顯示）其具有對應到鏡子9 1 b的表面 的表面Z 9 3 b被如此塗覆使成爲兩個波長λ i及入2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ----訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -67- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（ 65)

的反射表面以及測量所得的θ b及Φ b。令θ b及φ b的產生値 分別爲dbR及0)bR。及Zb這些量分別地與及〇bR 有關，如方程式（4 7)及（48)以下列公式所表示 = ^bR , (53) ! ·

Zb = (I>bR · (54) 對於f b及z b的非電子的影響因子應該實質上與時間無關 ，因爲有發生在差動平面鏡干擾儀6 9 b及7 0 b，光束 分光器6 5 b，及外部鏡系統9 0 b的顯著水準的補償。 對於fb及Zb的電子的影響因子可純粹地由電子裝置（不 顯示）監視。 波數χ藉由使用方程式（4 7 )及、及f b的這些量測 値由電腦計算而得。比率K / χ藉由使用方植式（5 1 )由 電腦計算而得。 氣體的折射度及〔或〕由於氣體引起的測量路徑自勺光 學路徑長度的變化後來分別地藉由使用方程式（7 )及[ 或〕（14)而被獲得。第四個較佳實施例的剩餘的描述 物與第二及第三較佳實施例的對應部分者是相同的。 第四實施例有三個變體其中第四實施例的三個變體白勺 描述各與第二及第三較佳實施例的對應部分者是相同的。 熟悉該技術者將會瞭解用於在方程式（1 4 )及（2〇 ’）中的^ 1的決定的光束的波長λ在沒有離開本發明自勺章货 圍及精神之下可能與用以決定由於在測量路徑中的氣H m 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -68- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 線©·_ A7 B7 五、發明說明（66) 引起的測量路徑的光學路徑長度的變化的兩個二個波長都 不同。必要的倒分散功率Γ 3將會依照公式分別地以三個波 長又1，λ2及λ3的氣體的折射係數ηΐ，Π2及Π3被定 義 Γ3

I (;ΐι -1) (η3 ~η2) (55) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中入3<入2〇 熟悉該技術者將會進一步瞭解光束9及10的任一或 兩者的二頻率成分在沒有離開本發明的範圍及精神之下可 在用以導入頻率偏移的裝置之後及在進入所描述的較佳實 施例的各別的干擾儀之前被空間地分開。如果二光束的任 一者的該二頻率成分自各別的干擾儀以任何顯著的距離空 間地被分開，可能必需運用如第一實施例所描述的其它可 能的參考光束。 熟悉該技術者將會瞭解第四較佳實施例中用以決定χ及 〔或〕比率（Κ / χ )的差動平面鏡干擾儀及附加裝置的.外 部鏡系統在該可被配置以使對應到其中一個波長的一光束 可能從外部鏡系統的一端進入及退出且在沒有離開本發明 的範圍及精神之下對應到一不 第二波長的一第二光 束可能與第四的較佳實施例所揭示的相反的從外部鏡系統 的一相反端進入以及退出。藉由外部鏡系統的重新配置， 光束分光器6 5 b明顯地可被省略，具有不一致波長的光 束經由鏡子9 1 b及9 2 b進入及離開而在鏡子表面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂.--------線必 A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ____B7_.__ 五、發明說明（ 67) 9 5 b及9 6 b上的反射及傳輸塗覆也因此被重新配置。 圖2 a — 2 e及4 a — 4 c中的例證描述二個本發明 的較佳實施例其中一實施例的全部的光學光束是在一單一 平面上。淸楚地，使用多平面的修正可在沒有離開本發明 的範圍及精神之下被實施於二個或更多的較佳實施例及其 變體上。 本發明的第二及第四較佳實施例有外部鏡系統9 0 b 及〔或〕9 0，其中的測量路徑具有相同的來回 路徑實際長度且λ :及λ 2的參考路徑具有相同的來回路徑 實際長度。熟悉該技術者將會瞭解A 1及λ 2的測量路徑可 有不同的實際長度且λ 1及λ 2的參考路徑在沒有離開本發 明的如申請專利範圍所定義的範圍及精神之下可具有不同 的實際長度。熟悉該技術者將會進一步瞭解在沒有離開本 發明的如申請專利範圍所定義的範圍及精神之下λ :及λ 2 的測量路徑可實體上地互移且λ X及λ 2的參考路徑可實體 上地互移，雖然由於舉例來說在一測量路徑中氣體的折射 度的空間傾斜度所造成的有關實施的頻率響應及〔或〕計 算量的精確度可能有績效上的一些下降。 熟悉該技術者將會瞭解在沒有離開本發明的範圍及精 神之下其它可能的資料處理可被考慮用於本發明的第四較 佳實施例及其變體。 本發明的第四較佳實施例友其變體全部被配置以用以 使用外差偵測。熟悉該技術者將會瞭解在沒有離開本發明 如申請專利範圍所定義的的範圍及精神之下等差偵測可被 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公1 ) -70- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i·— a··— l_i ·ϋ -^°4_ 1_1 ϋ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____B7___ 五、發明說明（68) 用於本發明的第四較佳實施例及其變體。等差接收器將會 如？.（^〇1〇〇1共有的美國專利第5，663，793號 ”等差干擾儀接收器及方法”頒發於9月2日，1 9 9 7 _ ，所揭示地被運用。氣體的折射度及〔或〕該由於氣體引 起的測量路徑的光學路徑長度的變化的計算將會舉例來說 在直接來自等差相位i Η及$ 2 Η的第一較佳實施例的等差 版本所獲得，等差相位P ：L Η及¢) 2 Η爲第一較佳實施例的 Φ 1及Ρ 2的類似版本，且使用方程式（7 )及（1 4 )的 等差版本。 本發明的第三及第四較佳實施例測量比率（Κ / ^ ) 及〔或〕χ及使用這些所測量得的値（Κ/π )及〔或〕尤 於氣體的折射度及〔或〕該由於氣體引起的的測量路徑的 光學路徑長度的變化的計算中。這些熟悉該技術者將會瞭 解在沒有離開本發明如申請專利範圍所定義的範圍及精神 之下這些所測量得的値（K/文）及〔或〕尤可在回授系 統中被用做錯誤信號，以使藉著方程式（1 8 )表達的情 況被滿足及〔或〕以致於使爲一常數。在回授系統中（ K / χ )及〔或〕χ的量測値被送到任一來源1及〔或〕來 源2且用以控制來源1及〔或〕來源2的任一者的各別波 長，舉例來說藉由控制二極管雷射的注入流及〔或〕溫度 或外部孔洞二極管雷射的孔洞頻率。 熟悉該技術者將會瞭解在沒有離開本發明如申請專利 範圍所定義的範圍及精神之下第三及第四較佳實施例的測 量比率（K/文）及〔或〕尤的裝置的組合及第一及第二 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 丨；-----------."-------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -71 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7___ 五、發明說明（69 ) 較佳實施例的裝置的組合可能被用以除了第三及第四的較 佳實施例的組合之外的氣體的折射度及〔或〕由於氣體引 起的測量路徑的光學路徑長度的變化的決定。 ' 現在參照圖5其爲經由方塊5 0 0 — 5 2 6描述用以 實施用以測量及監視氣體的折射度及〔或〕由於氣體引起 的測量路徑的光學路徑長度的變化的本發明的方法的各種 不同步驟的一般化流程表，其中氣體的折射度及〔或〕由 於氣體引起的測量路徑的光學路徑長度可能正在改變。儘 管顯然的圖5所描述的本發明的裝置可藉由使用上揭的本 發明的裝置而被實規，熟悉該技術者將會淸楚瞭解其也可 能藉由除了所揭示者以外的裝置而被實現。舉例來說，顯 然的並不需要使用如用在該較佳實施例中的差動平面鏡的 干擾儀用，而可使用其他的傳統的干擾儀，只要必需的參 考及測量腳存在。除此之外，顯然的也可使用等差方式或 善用外差技術。如將會比較進一步瞭解，圖5中的步驟多 數可藉由適當的軟體而在一般的目的電腦或適當程式的微 處理器中之任一者上執行，其可被用以控制所需的系統的 其他元件。 如圖5所見，藉由提供是不同的二或較多的宜爲有如 早先地描述的波長的大約關係的光束而在方塊5 〇 〇開始 。在方塊5 0 2，光束被分離爲成分，其在方塊5 0 4宜 藉由偏極化或空間編碼，或頻率偏移的任一或所有而被改 變。否則，光束可能只被保持不變的而經過方塊5 〇 6。 如方塊5 2 2及5 2 4所示，光束波長的關係可被監 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ~ ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線€> 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ______B7_· __ 五、發明說明（70) 視且如果他們的波長不在早先討論的限制中，則可採用糾 正措施以對偏離這些所需的波長關係做補償。任一偏離可 被用以提供回授以控制光束的波長的來源或修正可被建立 '以及用在後來的被偏離所影響的計算中，或所有方法的一 些組合可被實現。 與方塊5 0 0中產生光束平行或同相位地，也提供如 方塊5 2 6所指示的一干擾儀其具有二隻腳，一參考腳及 另一個爲測量腳其中測量路徑的一部分是氣體其折射度及 〔或〕在測量路徑的光學路徑長度上的效應將被測量。 如方塊5 0 6及5 0 8所示，該早先產生的光束的成 分被導入該干擾儀腳之內使每個成分根據在其移動經所分 配的腳的實際長度中所經驗的光學路徑長度而有其相位偏 移。 在光束從方塊5 0 8浮現之後，他們在方塊5 1 0中 被結合而產生混合光學信號。這些混合光學信號然後被送 至方塊512，在方塊512經由對應電信號，宜爲外差 信號，的光偵測被產生，且這些電信號包含有關光束成分 之間的相對相位的資訊。電信號宜爲早先地頻率偏移處理 所引起的外差信號。 在方塊5 1 4 ,電信號可被直接地分析以抽取出相對 相位資訊其接著可被傳到方塊5 1 6 — 5 2 0或，超外差 信號被產生，或修正外差然後超外差信號或修正外差信號 ，其接著被順序分析以求得對相相位資訊。 在方塊5 1 6，任何的等差，外差，及〔或〕超外差 -----------农--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -73- A7 ___B7__ 五、發明說明（71 ) 信號中的相位不明確被解析，宜藉由早先連同描述這些較 佳實施例而詳細地說明的裝置及計算。 在方塊5 1 8，氣體的折射度及〔或〕氣體的折射度 對測量路徑的光學路徑長度的效應被計算’修正如早先所 描述地被應用，及輸出信號爲後來的下游應用或資料格式 需求被產生。 熟悉該技術者在沒有離開本發明的教導的範圍之下可 對本發明的裝置及方法作其他的變化。因此’被顯示以及 描述的這些實施例係用做說明的目的而非限定之用。 上述的這些千擾儀系統尤其有用於石版印刷術應用（ 例如，表現在2 6 7 )其用以製造如電腦晶片的大型積體 電路及類似者。石版印刷術爲半導體製造工業的主要技術 驅動者。重疊改良爲小至1 0 0 n m線寬度（設計規則） 以下的五個最困難的挑戰之一，舉例來說見半導體工業路 標，第8 2頁（1 9 9 7 )。重疊直接關係到用以定位晶 圓及十字線（或掩罩）檯的距離測量干擾儀的績效，也就 是精確度及精密度。由於石版印刷術儀器可產生每年 $ 5 0 - 1 Ο Ο Μ的產値，來自距離測量干擾儀的績效改 良的經濟價値是可觀的。石版印刷術儀器的生產量的每1 %的增加造成對積體電路製造業者大約$1Μ/年經濟上 的獲益以及對石版印刷術儀器的廠商的實質上的競爭優勢 0 石版印刷術儀器的功能爲將空間圖形輻射指到光阻塗 覆的晶圓上。程序包括決定晶圓的哪一位置將接收幅射（ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 -------訂--------線 · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -74- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ________B7_____ 五、發明說明（72 ) 對準）及對在該個位置的光阻施以輻射（曝光）。 爲了要適當地定位晶圓，晶圓包括在晶圓上可被 專用感應器測量的對準標記。對準標誌的這些測量過的位 '置定義在儀器中的晶圓的位置。此資訊，連同晶圓表面所 需的圖形的規格，導引該晶圓相對於空間圖形輻射的對準 。根據此資訊，支持光阻塗覆的晶圓的一可轉換檯移動該 晶圓以使輻射將會使晶圓的正確位置曝光。 在曝光當中，輻射來源照明一圖形十字線，其散佈輻 射以產生該空間圖形輻射。十字線也被稱爲掩罩，且這些 名詞在下面被交換地使用。在簡化石版印刷的情況下，簡 化透鏡收集該散佈輻射並形成十字線性的一被簡化的影像 圖形。二者擇一地，在接近印刷的情況下，被散佈的輻射 在接觸晶圓之前傳播一小段距離（一般在微米的等級）以 產生十字線性一個1 : 1影像圖形。輻射在光阻中啓始光 化學程序，其將輻射圖形轉換爲光阻中的潛伏性影像。 上述的這些干擾儀系統爲控制晶圓及十字線性位置， 及記錄晶圓上的十字線影像的定位機制的重要元件。 大體上，石版印刷術系統，也稱爲曝光系統，一般包 括照明系統及晶圓定位系統。照明系統包括用來提供輻射 的輻射來源，例如紫外線，可見的，X光，電子，或離子 輻射’及十字線或掩罩用以將圖形融入輻射，藉此產生空 間圖形輻射。除此之外’對於簡化石版印刷術的情形，照 明系統可包括用以將空間地圖形化輻射投射到晶圓上的透 鏡組。被投射的輻射使塗覆在晶圓上的光阻曝光。照明系 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨：-----------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -75- A7 B7___ 五、發明說明（73 ) 統也包括用來支持掩罩的掩罩檯及調整掩罩檯相對於輻射 被指穿過該掩罩的位置的定位系統。晶圓定位系統包括用 以支持晶圓的晶圓檯及用以調整晶圓檯相對於投射輻射的 '位置的定位系統。積體電路的製造可包括複曝光步驟。一 般在石版印刷術上的參考見於，舉例來說， R.

Sheats及B. W. Smith，微石版印刷術：科學及技術 （ Marcel Dekker，Inc·，紐約，1 9 9 8 )，其內容在此處被 合倂參考。 上述的這些干_儀系統可被用以精確地測量每個晶圓 檯及掩罩檯相對於曝光系統的例如透鏡組，輻射來源，或 支持結構等其他的元件的位置。在如此的情況下，干擾儀 系統可附著在固定的結構而測量物體附著在例如掩罩及晶 圓檯的其中之一的可動元件上。二者擇一地，情形能被顛 倒，使干擾儀系統被附在可動的物體上而測量物件附著在 靜止的物體上。 較普遍地，干擾儀系統可被用以測量曝光系統的任何 一個元件相對於曝光系統的任何其他元件的位置，其中干 擾儀系統被附接於，或被其中一個元件支持且測量物體被 附於，或被該其他的元件所支持。 使用一干擾儀系統6 2 6的石版印刷術掃描機6 0 0 的一個例子在圖6 a被顯示。該干擾儀系統被用以精確地 測量在曝光系統裡的晶圓的位置。在這裡，檯6 2 2被用 以相對於曝光站定位晶圓。掃描機6 0 0包含框6 0 2， 其攜帶其他的支持結構及承載在這些結構上的各種不同的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝.！訂·!----- 線！^.. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -76- A7 ________B7___ 五、發明說明（74 ) 元件。曝光基底6 0 4在其頂上已裝設一透鏡外殼6 0 6 其頂端上被裝設一十字線或掩罩檯6 1 6用以支持十字線 或掩罩。用以相對於曝光站定位掩罩的定位系統藉著元件 '6 1 7被槪要地指示。定位系統6 1 7可包括，舉例來說 ’壓電轉換器元件及對應的控制電子裝置。雖然，其不被 包含在此一所描述的實施例中，一或更多的上述的干擾儀 系統也可被用於精確地被測量掩罩檯的位置及其他在製造 石版印刷結構的程序中其位置必須被正確地監視的可動元 件（見Sheats及 Smith的微石版印刷：科學及技術） 〇 在曝光基底6 0 4下面設有承載晶圓檯6 2 2的支持 基底6 1 3。檯6 2 2包括一平面鏡用以反射被干擾儀系 統6 2 6指到檯的測量光束6 5 4。一用以相對於干擾儀 系統6 2 6定位檯6 2 2的定位系統槪要地被以元件 6 1 9指示。定位系統6 1 9可包括，舉例來說，壓電轉 換器元件及對應的控制電子裝置。測量光束反射回干擾儀 系統，其被裝在曝光基底60 4上。干擾儀系統可爲早先 所描述的任何一實施例。 在操作當中，一輻射光束6 1 0，舉例來說，來自 U V雷射（不顯示）的一紫外線（U V )光束，穿過光束 定型光學組6 1 2並在從鏡子6 1 4反射之後向下行進° 其後，輻射光束穿過被掩罩檯6 1 6所承載的掩罩（不顯 示）。掩罩（不顯示）經由承載於透鏡外殼6 0 6中的透 鏡組6 0 8被投射在晶圓檯6 2 2上的晶圓（不顯示）之· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先闓讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝--------訂---------線4T- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -77- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（75 ) 上。基底6 0 4及這些被它所支持的各種不同的元件藉著 由彈簧6 2 0所描述的阻泥系統被與周圍的震動隔離。 在石版印刷掃描機的其他實施例，一或更多早先所描 '述的干擾儀系統可被用以測量沿著多軸及角度的舉例來說 相關於，但是不限制在，晶圓及十字線（或掩罩）的距離 。同時，在UV雷射光束之外，其他的光束可被用以曝光 晶圓包括，舉例來說，X光束，電子束，離子束，及可見 光學光束。 除此之外，石版印刷掃描機可包括一欄參考其中干擾 儀系統6 2 6將參考光束集中於透鏡外殼6 0 6或一些將 輻射光束指引至在干擾儀系統內的參考路徑以外者的其他 的結構。由干擾儀系統6 2 6所產生的干擾信號當組合反 射自檯6 2 2的測量光束6 5 4及反射自透鏡外殻6 .0 6 的參考光束時指示擡相對於輻射光束的位置變化。此外， 在其他實施例中干擾儀系統6 2 6可被定位以量測十字線 (或掩罩）檯6 1 6或掃描機系統的其他可動元件的位置 變化。最後，這些干擾儀系統可被用以以相似的方式在石 版印刷術系統中，除掃描機之外，或取代以步階器。 如廣爲業界所知，石版印刷術是一用以製造半導體裝 置的製造方法的中藥部份。舉例來說，美國專利第 5 ’ 4 8 3，3 4 3號槪略說明如此的製造方法的步驟。 這些步驟參照圖6 b及6 c被描述於下。圖6 b是製造例 如半導體晶片（例如I C或L S I )，液晶板或C C D的 半導體裝置的程序的一流程圖。步驟6 5 1是用以設計半 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 --------訂--------- -78- A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 _______B7_____ 五、發明說明（76) 導體裝置的電路的設計程序。步驟6 5 2爲用以根據電路 圖形設計製造掩罩的程序。步驟6 5 3是用以藉由使用例 如矽的材料製造晶圓的程序。 步驟6 5 4爲被稱爲前置程序的晶圓程序，其中藉由 使用如此所準備的掩罩及晶圚，電路藉著石版印刷術被形 成在晶圓之上。步驟6 5 5爲一被稱爲後置程序的組合步 驟’其中被步驟6 5 4所處理的晶圓被形成爲一半導體晶 片。這個步驟包括組合（切片及接合）及包裝（晶片封閉 ).。步驟6 5 6是一檢驗步驟其中由步驟6 5 5所產生的 半導體裝置被實施可作業性檢查，耐久性檢查，等等。藉 由這些處理，半導體裝置被完成，並被運送（步驟6 5 7 )0 圖6 c是表示晶圓的細節處理的流程圖。步驟6 6 1 是用以氧化晶圓的表面的氧化程序。步驟6 6 2是用以在 晶圓表面上形成絕緣膜的CVD程序。步驟6 6 3是用以 藉著蒸汽沈澱在晶圓上形成電極的電極形成程序。步驟 6 6 4是用以將離子植入到晶圓的離子植入處理。步驟 6 6 5是用以將光阻（感光性的材料）放到晶圓上的光阻 程序。步驟6 6 6步驟是一用以經由曝光印，藉著上述的 曝光裝置將掩罩的電路圖形印在晶圓上的曝光處理。步驟 6 6 7是一用以沖洗經曝光的晶圓的沖洗處理。步驟 6 6 8是一用以除去除了經沖洗光阻影像之外的部分的蝕 刻處理。步驟6 6 9是用以在晶圓接受蝕刻處理後將其上 其餘的光阻材料的分開的光阻分離程序。藉由重複這些程 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨^----------- 裝-------訂---------後^1- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -79- A7 B7 五、發明說明（77 ) 序，電路圖形被形成以及重疊在晶圓之上。 上述的這些千擾儀系統也可被用在其他的應用中，其 中一物體的相對位置需要精確地被測量。例如，在如雷射 _ ，X光，離子，或電子束的寫入光束於基體或光束移動之 下將圖形標記於基體之上的應用中，該干擾儀系統可被用 以測量在基體及寫入光束之間的相對運動。 例如，一光束寫入系統7 0 0槪要的在圖7被顯示。 來源7 10產生寫入光束7 1，且光束聚焦組合7 1 4將 輻射光束指到由一可動檯7 1 8支持的基體7 1 6。爲了 要決定檯的相對位置，干擾儀系統7 2 0將參考光束 7 2 2指到被裝在光束聚焦組合7 1 4上的鏡子7 2 4以 及測量光束726到裝在檯718上的鏡子728。干擾 儀系統7 2 0可爲早先所描述的干擾儀系統的任何一種。 由干擾儀系統所測量的位置變化對應到在基體7 1 6上的 寫入光束7 1 2的相對位置變化。干擾儀系統7 2 0把測 量信號7 3 2送給控制器7 3 0其指示在基體7 1 6上的 寫入光束7 1 2的相對位置。控制器7 3 0將輸出信號 734送至基底736其支持及定位檯7 18。此外，控 制器7 3 0把信號7 3 8送給來源7 1 0以改變寫入光束 7 1的強度，或將之阻止，以使寫入光束以足以僅在基體 的選擇位置上引起光物理學或光化學的變化的強烈接觸基 體。此外，在一些實施例中，控制器7 3 0可使光束聚焦 組合714，舉例來說，使用信號744，在基體的區域 之上掃描寫入光束。結果，控制器7 3 0指示系統的另一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先闓讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ----丨訂---------痒 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 80- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（78) 個元件以圖形化基體。該圖形化一般是根據儲存在控制器 中的電子的設計圖形。在一些應用中寫入光束將塗覆在基 體上的光阻圖形化而在其他的應用中寫入光束直接地圖形 化，舉例來說，蝕刻，基體。 此一系統的一個重要的應用爲用於早先所描述的石版 印刷方法中被使用的掩罩及十字線製造。舉例來說，爲製 造一石版印刷掩罩，電子光束可被用以圖形化一鉻塗覆的 玻璃基體。在如此的情形下寫入光束是電子束，光束寫入 系統在真空中圍繞電子束路徑。同樣的，在寫入光束爲， 舉例來說，電子或離子束，的情況中，光束聚焦組合包括 例如用來在真空之下集中並將充電的粒子指到基體之上的 四極透鏡電場產生器。在寫入光束爲舉例來說，X光， U V，或可見的輻射的輻射光束的其他的情形中，該光束 聚焦組合包括用以將輻射集中以及指到基體的對應的光學 裝置。 然而本發明仍可進行其他的變化。例如，在某些應用 可能希望監視被包含在干擾儀的參考及測量腳兩者中的氣 體的折射係數。例子包括眾所週知的柱體參考型的干擾儀 ’其中參考腳包含被設在機械系統裡面的一位置上的光學 目標，且測量腳包含被設在相同機械系統裡面的一不同位 置上的光學目標。另一範例應用與小角測量有關.，其中測 量及參考光束皆打擊在相同的光學目標上但是在小的實際 補償’藉此提供光學的目標的角度定位的一敏感的測量。 這些應用及結構爲熟悉該技術者所熟知且必需的修正係包 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · I丨ί I丨丨訂·丨丨丨丨丨丨丨線 -81 - A7 __;_B7 五、發明說明（79 ) 含於本發明的範圍之中。 在外差干擾儀中達成對Doppler偏移的貫質上的無感的 附加替代裝置爲藉由（1 )調整在參考及測量光束之間的 •頻率差，（2 )調整電子的A / D組件之一或兩者的時鐘 頻率或（3)藉由驅動器的主動調整或偵測電子裝置以不 斷地比對二個波長的外差拍擊頻率的任何的類似方法。 一般了解雖然本發明已連同其詳細的敘述而被描述， 前面的描述係用以舉例說明而非限制本發明的範圍，本發 明的範圍將由所附加的申請專利範圍加以定義。 -I;-----------.'裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -82-

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 . 一種干擾儀裝置用以測量在測量路徑中的氣體的 折射係數效應，該干擾儀裝置包含·’ 干擾儀裝置包含第一及第二測量腳，該第一及第二測 量腳具有光學路徑其被構建以及安排以致於在他們中的至 少一個具有可變的實際長度及他們中的至少一個的至少一 部份被該氣體佔據，該第一及第二測量腳之間的光學路徑 長度差依其光學路徑的各別的實際長度及該氣體的性質而 改變； 裝置用以產生至少二個具有不同的波長的光束； .裝置用以分別地將每一該的光束的第一及第二預定部 分導入該干擾儀裝置的該第一及第二測量腳之內，使該的 光束的每個該第一及第二預定部分經該的第一及第二測量 腳沿具有相同的途徑數目的預定光學路徑行進，該光束的 該預定的第一及第二部分出現自該的干擾儀裝置而成爲包 含有關經該首先及第二測量腳的該波長的各別的光學路徑 長度的資訊的出射光束； 裝置用以組合該出射光束以產生混合光學信號其包含 對應到來自該波長的該第一及第二測量腳的該預定光學路 徑的對應的每一個該出射光束之間的相位差的資訊； 裝置用以偵測該混合光學信號及產生電干擾信號其包 含對應到在該不同光束波長的氣體折射係數的效應及被該 的氣體佔據的該測量腳的實際路徑長度及其變化率的資訊 :及 電子裝置用以分析該電干擾信號以決定在該測量腳的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 〈請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線· -83- A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 該氣體的效應同時補償該第一及第二測量腳的實際路徑長 度正在改變的相對率。 2 .如申請專利範圍第1項的干擾儀裝置其中該電子 裝置包含裝置用以直接地收受該電干擾信號並自其偵測相 位以產生相位信號其中該相位信號包含對應到在該不同光 束波長的氣體折射係數的效應及被該的氣體佔據的該測量 腳的實際路徑長度及其變化率的資訊。 3 ·申請專利範圍第2項的干擾儀裝置其中該電子裝 置進一步包含裝置用以解析在該相位信號中的相位餘値。 .4 ·申請專利範圍第1項的千擾儀裝置其中該不同的 波長的彼此間具有趨近調和的關係，該趨近調和的關係被 以一序列比率表示，每個比率包含低階，非零整數的比率 〇 5.申請專利範圍第1項的干擾儀裝置其中該電子裝 置進一步包括相位分析裝置用以接受該電干擾信號並產生 初始電相位信號其中該相位信號包含對應到在該不同光束 波長的氣體折射係數的效應及被該的氣體佔據的該測量腳 的實際路徑長度及其變化率的資訊。 6 .申請專利範圍第5項的干擾儀裝置其中該電子裝 置進一步包括乘法裝置用以將該初始相位信號乘以對應到 該波長的比率的因數以產生修正相位信號。 7 ·申請專利範圍第6項的干擾儀裝置其中該電子裝 置進一步包括裝置用以收受該修正相位信號並選擇地將之 增加以及減去以產生總數及差相位信號其包含對應到在該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） <請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) --------訂---------線 . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 84 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 不同光束波長的氣體折射係數的效應及被該的氣體佔據的 該測量腳的實際路徑長度及其變化率的資訊。 8 .申請專利範圍第7項的干擾儀裝置其中該電子裝 置進一步包括裝置用以接收該總數及差相位信號及該初始 相位信號的至少一個以決定被該的氣體佔據的該至少一測 量腳的實際長度，L，的差。 9.申請專利範圍第8項的干擾儀裝置進一步包括裝 置用以解析該初始相位及該總數及差相位信號之間的餘値 〇 .1 0 '·申請專利範圍第6項的干擾儀裝置其中該波長 是非調和性地相關。 1 1 .申請專利範圍第6項的干擾儀裝置其中該不同 的波長的彼此間具有趨近調和的關係，該趨近調和的關係 被以一序列比率表示，每個比率包含低階，非零整數的比 率〇 12. 申請專利範圍第1項的干擾儀裝置進一步的包 括與該干擾儀裝置操作上相關的微石版印刷裝置用以製造 晶圓上的積體電路，該微石版印刷裝置包含： 至少一檯； 一照明系統用以將空間圖形化輻射投射於晶圓之上； 及 至少一定位系統用以調整該該至少一檯的位置； 其中該干擾儀裝置被用於測量該至少一個檯的位置。 13. 申請專利範圍第1項的干擾儀裝置進·~'步包括 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------^J#i. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 85- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 與該干擾儀裝置操作上相關的微石版印刷裝置用以製造晶 圓上的積體電路，該微石版印刷裝置包含： 至少一檯用以支持晶圓； 一照明系統包括一輻射來源，一掩罩，一定位系統， 一透鏡組合，及該干擾儀裝置的預定部分， 該微石版印刷裝置被如此地操作使來源將輻射導引經 該掩罩以產生空間圖形化輻射，該定位系統調整該掩罩與 來自該來源的輻射的相對位置，該透鏡組合將該空間圖形 化輻射投射在晶圓之上，以及該干擾儀裝置測量該掩罩相 對於來自該來源的輻射的位置。 14.申請專利範圍第1項的干擾儀裝置進一步包括 與該干擾儀裝置操作上相關的微石版印刷裝置用以製造晶 圓上的積體電路包含第一及第二元件，該第一及第二元件 彼此爲可動關係，該第一元件被與具有可變路徑長度的該 至少一測量腳連接，隨其互動地移動，以致於該干擾儀裝 置測量該第一元件與該第二元件的相對位置。 1 5 .申請專利範圍第1項的干擾儀裝置進一步包括 與該干擾儀裝置操作上相關的微石版印刷裝置用以製造石 版印刷的掩罩，該光束寫入系統包含： 一來源用以提供寫入光束以圖形化一基體； 至少一檯用以支持基體； 一光束導引組合用以遞送該寫入光束到基體；及 一定位系統用以定位彼此相關的的該至少一檯以及該 光束導引組合， (請先間讀背面之注意事頊再填寫本頁) *--------訂----------Λ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -86- ABCD 六、申請專利範圍 該干擾儀裝置被用於測量該至少一檯相對於該光束導 引組合的位置。 〈請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 6 .申請專利範圍第1 1項的干擾儀裝置其中以該 序列比率表示的該趨近調和的關係的相對精密度的數量等 級大約等於氣體折射係數散佈乘以氣體的折射度或由於氣 體引起的測量腳的光學路徑長度的變化的測量所需要的相 對精密度ε。 1 7 .申請專利範圍第1項的干擾儀裝置其中以一比 率相對於一已知的比率表示的該波長之間的關係的相對精 密度較對應到一下游應用所需的精密度的預定値更大。 1 8 ·申請專利範圍第1 7項的干擾儀裝置進一步的 包括裝置用以監視以該比率表示成的該關係的相對精密度 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 9 .申請專利範圍第1 8項的干擾儀裝置進一步的 包括裝置用以回應用以監視以該比率表示成的該關係的相 對精密度的該裝置以提供回授信號以控制該用以產生該光 束的裝置以使以該序列比率表示的關係的相對精密度大約 在氣體折射的係數散佈乘以氣體的折射度的測量所需要的 或由於氣體引起的測量腳的光學路徑長度的變化的相對精 密度的數量等級當中。 2 0 .申請專利範圍第1項的干擾儀裝置其中至少該 二光束各具有正交的偏極化狀態。 2 1 .申請專利範圍第2 0項的干擾儀裝置進一步白勺 包括裝置用以導入在該光束的該直角偏極化狀態之間的頻 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -87- A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 率差。 2 2 ·申請專利範圍第2 1項的干擾儀裝置其中用以 偵測該混合光學信號的裝置包含一單一光感測器用來接收 具有預定頻差的該選定的一混合光學信號光束。 2 3 .申請專利範圍第2 1項的千擾儀裝置其中用以 組合該出射光束的該裝置被用於混合該光束的該偏極化狀 態。 2 4 .申請專利範圍第2 3項的干擾儀裝置其中對應 到該混合光學信號的該相位差的該資訊爲有關在被氣體佔 據的該測量腳的實際長度L的來回路徑的差的相位偏移φ j ，依照以下公式 | ·. (py — LpICjHj , J· ** 1’ 2，… 其中 I I hj — / p是經各別的第一及第二測量腳的複途徑數目，以及n i是 被對應到波長λ j的該氣體所佔據的該測量腳的該至少之一 中的氣體的折射係數，及Γί是與光學路徑無關的相位補償 0 ί 2 5 .申請專利範圍第2 4項的干擾儀裝置其中該電 干擾信號包含以下形式的外差信號： I 5y=Aycos[ay(r)] , ) = 1,2,… 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 訂---------f Q----------------------- -88- A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 其中時間相關函數a i ( t )被給定如下 α;(0 = 2π// + Φ； ·7· = 1，2”·· 2 ;'6 .申請專利範圍第2 5項的干擾儀裝置其中該不 同的波長的彼此間具有趨近調和的關係，該趨近調和的關 係被以一序列比率表示，每個比率包含低階，非零整數的 〆 比率。 \ 2 7 ·申請專利範圍第1項的千擾儀裝置其中該不同 的波長的彼此間有以比率表示的關係，該比率爲非調和性 .的。. 2 •申請專利範圍第2 5項的干擾儀裝置其中.該電 子裝置被用於接收該外差信號並決定該相位偏移， <pj = Lpkjnj+^j , y = 1>25i>. 2 9 .申請專利範圍第2 6項的干擾儀裝置進一步的 包括裝置用以從該外差信號至少產生兩個經修正外差信號 ，該經修正外差信號爲以下形式： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂—-----線·II· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A. cos [Λα々)] y =ι> 2, 其中： α](ή = 2π// + φ] , j = i,2y.... 其中ρ ^是非零整數其中Ρ 2且與該波長的該趨近調和 關係具有相同的比率。 -89 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 、申請專利範圍 3 0 .申請專利範圍第2 9項的干擾儀裝置進一步的 包括裝置用以產生下形式的超外差以信號： 0 | 5 = ¾¾ 其中該超外差信號S包含二個具有經壓縮載子的邊帶，其 被表示如下： s=s++s' 其中 I S+=^A^cos(27uvr + e), =^^cos(2TtFi + 0、， ν = (ΑΛ + Ρ2/2) ^ = (^1 + ^292) ^ = (ΡιΛ-Ρ2/2) φ = (αΦι-Ρ2Φ2), 因此超外差信號S包含二.邊帶 邊帶具有頻率V及相位S而第二 3 1 .申請專利範圍第2 包括裝置用以從該外差信號至少產生兩個經修正外差信_ ，該經修正外差信號爲以下形式： ?/= A^cosfa^r)/^] s；= ^cosfa^r)//?,] 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 S +及S -，.大4、相等’一 邊帶具有頻率F及相位φ 5項的干擾儀裝置進一步白勺 賴_ 8tol 90 - 六、申請專利範圍 其中： ,.(ί) = 2π// + φ. A8 B8 C8 D8 :1，2,… 其中P j是非零整數其中Ρ 1# Ρ 2且與該波長的該趨近調 和關係具有相同的比率。 3 2 .申請專利範圍第1項的干擾儀裝置其中該電子 裝置進一步被用於決定被該的氣體佔據的該至少一測量腳 的實際長度，L。 3 3.申請專利範圍第3 2項的裝置其中該電子裝置 被配置以接收本質的光學性質，氣體的互動分散功率，Γ ，以計算實際長度，L，的差，如下： Γ= [η3(λ3)-«2(λ2)] 且 λΐ，λ2，及λ3是波長且 且其中'分母可被替換以 _ 及η 3是折射係數 1>3(入3)-«1(入1)] 〇r [«2(入2) -《1^)]. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ifSfffi ΒΙ® MB 1蠢 m ,sil 4 .申請專利範圍第1項的干擾儀裝置進 I K5 包括 與該干擾儀裝置操作上相關的微石版印刷裝置’致使該實 際的長度，L，可被用以決定在該微石版印刷裝置的預定 元件之間的距離。 3 5 .申請專利範圍第1項的干擾儀裝置進一步包括 裝置用以將該光束排列爲一單一實質上在同線上的光束其 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -91 - I I-----------..衣--------訂 --------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 沿著被氣體佔據的該測量路徑的該至少其中一條行進。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 3 6 .申請專利範圍第1項的干擾儀裝置其中該干擾 儀裝置包含被極化的邁克生干擾儀。 3 7 .申請專利範圍第1項的干擾儀裝置其中該干擾 儀裝置包含差動平面鏡千擾儀。 3 8 .申請專利範圍第1項的干擾儀裝置進一步包括 裝置用以直接地接收來自該裝置的該電干擾信號以偵測及 轉換該電干擾信號爲數位形成以在進一步的下游計算中減 少相位錯誤。 .3 9 —種干擾儀方法用以測量在測量路徑中的氣體 的折射係數效應，該千擾儀方法包含： 提供一干擾儀裝置包含第一及第二測量腳，該第一及 第二測量腳具有光學路徑其被構建以及安排以致於在他們 r 中的至少一個具有可變的實際長度及他們中的至少一個的 至少一部份被該氣體佔據，該第一及第二測量腳之間的光 學路徑長度差依其光學路徑的各別的實際長度及該氣體的 性質而改變； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 產生至少二個具有不同的波長的光束； 分別地將每一該的光束的第一及第二預定部分導入該 干擾儀裝置的該第一及第二測量腳之內，使該的光束的每 個該第一及第二預定部分經該的第一及第二測量腳沿具有 相同的途徑數目的預定光學路徑行進，該光束的該預定的 第一及第二部分出現自該的干擾儀裝置而成爲包含有關經 該首先及第二測量腳的該波長的各別的光學路徑長度的資 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ~ A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 訊的出射光束； 組合該出射光束以產生混合光學信號其包含對應到來 自該波長的該第一及第二測量腳的該預定光學路徑的對應 的每一個該出射光束之間的相位_差的..資訊.L 偵測該混合光學信號及產生電干擾信號其包含對應到 在該不同光束波長的氣體..折射係數的效應及被該的氣體佔 據的該測量腳的實際路徑長度及其變化率的資訊；/及 電子地分析該電干擾信號以決定在該測量腳的該氣體 的效應同诗補償該第一及第二測量腳的實際路徑長度正在 改變的相對率。 ‘ 4 0 .申請專利範圍第3 9項的干擾儀方法其中該不 同的波長的彼此間具有趨近諷和的關係，該<趨_近調和的關 係被以一序列比率表示，每個比率包含低階，非零整數的 比率。 4 1 ·申請專利範圍第4 0項的干擾儀方法其中以該 序列比率表示的該趨近調和的關係的相對精密度的數量等 級大約等於氣體折射的係〜數散、佈乘..以氣體韵折射度或由於 氣體引起-的測量腳的-光學路徑長度的變化的測量所需要的 相對精密度。 4 2 .申請專利範圍第4 0項的干擾儀方法進一步的 包括監視以該比率表示成的該關係的相對精密度的步驟。 4 3 .申請專利範圍第4 2項的干擾儀方法進一步包 括步驟，回應到該監視該趨近諷JP .的關—係购—該相對精密度 的步驟，以提供回授信號以控制該用以產生該光束的裝置 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 訂---------線---------------- -93 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 以使以該序列比率表示的關係的相對精密度大約在氣體折 射的係數散佈乘以氣體的折射度的測量所需要的或由於氣 體引起的測量腳的光學路徑長度的變化的相對精密度的數 量等級當中。 4 4 ·申請專利範圍第3 9項的干擾儀方法其中至少 該二光束各具有正交的偏極化狀態。 4 5 .申請專利範圍第4 4項的干擾儀方法進一步的 包括方法以導入在該光束的該直角偏極化狀態之間的頻率 差。 .4 6 .申請專利範圍第4 5項的干擾儀方法其中組合 該出射光束的步驟包含混合該光束的該偏極化狀態。 4 7 .电請專利範圍第4 6項的干擾儀方法其中對應 / 到該混合光學信號的該祖位差的該資訊爲有關在被氣體佔 據的該測量腳的實際長度丄_的要固路徑的差的相位偏移φ』 ，依照以下公式 = Lpkjtij + ζ7· , _/· = 1，2,… 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中 / Jc j — j , P是經各別的第一及第二測量腳的複途徑數目，以及n j是 被對應到波長λ j的該氣體所佔據的該測量腳的該至少之一 中的氣體的折射係數。... 4 8 .申請專利範圍第4 7項的干擾儀方法其中該電 干擾信號包含以下形式的外差信號： -94- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ! I? ^=A.cos[a;(r)] , j=l,2,... 其中時間相關函數α i ( t )被給定如下 I _ 卜· cc;(i) = 2π/7.ί + φ;- / j· = 1，2，· · · · b 4 9 .申請專利範圍第4 8項的千擾儀方法其中該電 子分析步驟包含接收該外差信號並^決定該相位偏移’ (pj = Lpkjnj+^J , ： 〇 .5 0 申請專利範凰第-.4—8--項-的-早擾儀方法其中該波 長，爲諧.和地..祖.胤..且-進二步的.包ϋ驟_以-從-該爲差信號至少 產生兩個-經修正，外差信號，該經修ϋ-外^差-信-號爲以下形式 'Sj = AjC〇s [^α;(〇] , ·；·=1’2’·’· 其中’· aj{t) = 2nfjt + (^j , y =1,2,... 其中；P j是非、零.整數其中p 1 # p 2且與該波長的該趨近調和 > 關係具有相同的比率。 5 1 .申請專利範圍第5 0項的干擾儀方法進一步的 包括步驟以產生下形式的超外差以信號： I ^ ! s 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -n n n ϋ n I n I 訂---------線|_------------------- -95- Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 其中該超外差信號S包含二個具有經壓縮載子的邊帶’其 被表示如下： S = S++S' 其中 1C0S(2TtW 十分) 1 S~ cos{2nFt + Φ) ν = (ΛΛ + Ρ2/2) 办=(舰+桃） Ρ = (Plfl ~ ^2/2 ) Φ = (ΡιΨι - Ρ2Ψ2) ， 因此超外差信號气包.含.二邊帶’ S +及s —，大小相等，一 邊帶具有頻率V及相位θ而第二邊带具.有頻率F及相位Φ . 5 2 .申請專利範圍第4 8項的干擾儀方法進一步的 包括步驟以從該外差信號至少產生兩個經修正外差信號， 該經修正外差信號爲以下形式：- -------------.--------訂---------線 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中： ?1’= AWOM] S2=A^cos[a2{t)lPl] ,(t) = 2nfjt + (p. 1,2, 其中p j是非零整數其中Ρ 15έΡ 2且與該波長的該趨近調和 關係具有相同的比率。 ^紙張尺度適财_家標準（CNS)A4規格㈣X 297公釐） -96- A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 5 3 .申請專利範圍第3 9項的干擾儀方法其中該電 \ 子分析步驟進一步被用於決定被_該的氣體佔據的論至少一 測量腳的實際長度，L。 5 4 .申請專利範圍第5 3項的干擾儀方法其中該實 際的長度’ L，可被用以決定在該微石版印刷裝置的預定 元件之間的距離。 5 5 ..申請專利範圍第5 3項的干擾儀方法其中利用 該氣體的互動相對散佈，Γ，的一預定値以該計算實際長 度，L，其中： r Kao-i] _ [n3(X3)-n^2)]，且 λ i ’ λ 2，及λ 3是波長且n i，η 2，及η 3是折射係數 且其中分母可被替換以〔Π3. ( λ3) — ηΐ ( λΐ)〕或 〔Π2(λ2)— ηΐ(λΐ) 〕。.1 5 6 .申請專利範圍第3 9項的干擾儀方法進一步包 括步驟以將該光束排列爲一單一實質上在同線上的光束其 沿著被氣體佔據的該測量路徑的該至少其中一條行進。 5 7 .申請專利範圍第3 9項的干擾儀方法其中該干 擾儀裝置包含被極化的邁克生千擾儀。 5 8 .申請專利範圍第3 9項的干擾儀方法其中該千 擾儀裝置包含差動平面鏡干擾儀。 5 9 .申請專利範圍第3 9項的干擾儀方法進一步包 括步驟以直接地接收來自該裝置的該電干擾信號以偵測及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------訂---------線|( 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -ϋ I ϋ n ϋ n ϋ n I ϋ n .^1 I I I I I I - -97- 六、申請專利範圍 轉換該電干擾信號爲數位形成以在進一步的下游計算中減 少相位錯誤。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 6 0 .申請專利範圍第3 9項的干擾儀方法進一步的 包括用以在晶圓上形成積體電路的以下步驟： 設置至少一可動檀； 將空間圖形化輻射投射於晶圓之上； 調整該該至少一檯的位置；及 測量該至少一個檯的位置。 6 1 .申請專利範圍第3 9項的干擾儀方法進一步包 括以下步驟： 將晶圓支持於至少一檯上；將輻射導引經該掩罩以產 生空間圖形化輻射， 調整該掩罩與來自該來源的輻射的相對位置，該透 鏡組合將該空間圖形化輻射投射在晶圓之上，並測量該掩 罩相對於來自孽來源的輻射的位置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 2 .申請專利範圍第3 9項的干擾儀方法進一步包 括步驟以提供用以製造積體電路的微石版印刷裝置包含第 一及第二元件，該第一及第二元件彼此爲可動關係，該第 一元件被與具有可變路徑長度的該至少一測量腳連接，隨 其互動地移動，以致於該第一元件與該第二元件的相對位 置被測量。 6 3 .申請專利範圍第3 9項的干擾儀方法進一步包 括以下步驟： 提供輻射圖形以寫入光束來源； -98- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 將一基體支持於至少一檯上； 導引該寫入光束以使該輻射圖形投射至基體上；及 定位彼此相關的的該至少一檯以及該輻射寫入光束， 測量該至少一檯相對於該寫入光束的位置。 6 4 .申請專利範圍第3 9項的干擾儀方法其中該波 長的彼此間有非調和性的關係。 6 5 .申請專利範圍第3 9項的干擾儀方法其中該電 子分析步驟進一步包括接受該電干擾信號並並自其抽取相 位以產生初始電相位信號其中該相位信號包含對應到在該 不同光束波長的氣體折射係數的效應及被該的氣體佔據的 該測量腳的實際路徑長度及其變化率的資訊。 6 6 .申請專利範圍第6 5項的干擾儀方法其中該電 子分析步驟進一步包括將該初始相位信號乘以對應到該波 長的比率的因數以產生修正相位信號。 6 7 .申請專利範圍第6 6項的干擾儀方法其中該電 子分析步驟進一步包括收受該修正相位信號並選擇地將之 增加以及減去以產生總數及差相位信號其包含對應到在該 不同光束波長的氣體折射係數的效應及被該的氣體佔據的 該H!I量腳的實際路徑長度及其.變北率的資訊。 6 8 ·申請專利範圍第6 7項的干擾儀方法其中該電 子分析步驟進一步包括接收該總數及差相位信號及該初始 相位信號的至少一個以決定被該的氣體佔據的麗至少一測 量腳的實際長度，L，的差。 6 9 ·申請專利範圍第6 7項的干擾儀方法進一步包 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------iiiir 』IL_Lr'· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -99- A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 括步驟以解析該初始相位及該總數及差相位信號之間的餘 値。 7 0 .申請專利範圍第6 6項的干擾儀方法其中該波 長是非調和性地相關。 7 .申請專利範圍第4 6項的干擾儀方法其中該不 同的波長的彼此間具有趨近調和的關係，該趨近調和的關 係被以一序列比率表示，每個比率包含低階，非零整數的 比率。 7 2 .申請專利範圍第4 6項的干擾儀方法其中_導入 該光束的該正交偏極化狀態間的頻差的步驟爲使至少二該 光束在其各別的偏極化狀態之間具有不同的頻率，致使一 單一光感測器可被用以由至少二個該出射光束產生相位信 號。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線-φ- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -100- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）