TW421708B - Systems and methods for characterizing and correcting cyclic errors in distance measuring and dispersion interferometry - Google Patents

Systems and methods for characterizing and correcting cyclic errors in distance measuring and dispersion interferometry Download PDF

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Description

421708 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ___B7____五、發明說明（1 ) 【發明領域】 本發明係有關於干涉計（interferometer)，例如位移量測 •‘ (displacement measuring)與色散干涉計（dispersion interferometer)，其用以在一谢像術掃描器或步進機系統 (lithography scanner or stepper system)中測量一個量測物件 如光罩臺（mask stage)或晶圓臺（wafer stage)的位移。 . —— 【習知技術說明】 根據一個光學干涉信號，位移量測干涉計監視量測物 件相對於參考物件的位置變化。藉由重疊及干涉從量測物件 反射的量測光束與從參考物件反射的參考光束，干涉計產生 光學干涉信號。 在許多應用中，量測與參考光束有正交的偏振 (orthogonal polarization)與不同的頻率。舉例而言，可以藉 由雷射季曼分割（laser Zeeman splitting))，或是聲光調變 (acousto-optical modulation)，或是使用雙折射性裝置 (birefringent element)的雷射或是類似者，產生不同的頻率。 正交偏振允許一個極化光束分割器指引量測與從參考光束 至相對應的量測與參考物件，以及結合反射的量測與參考光 束以形成重疊退出量測與參考光束。重疊退出光束形成輸出 光束，然後通過一個極化器（polarizer)。極化器混合退出量 測與參考光束的偏振以形成一個混合光束。在混合 光東中退出量測與參考光束的成分彼此相互干涉，使得混合 光束的強度隨量測與參考光束的相對相位而變化。偵測器量 3 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -Q — 訂---------線！ -ϋ I i a— ϋ 1 I— H ϋ . 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） 消 費 合 作 社 印 製 421708 五、發明說明（2 ) 則混合光束的時間相關強度並且產生一個正比於此強度的 電的干涉信號（electricaHnterference signal)。因為量測與參 考光束有不同頻率，電的干涉信號包括一個具有相同於量測 與參考光束的頻率差值的拍頻（beat frequency)的異質信號 (heter〇dyne Signal)。假如量测與參考路徑的長度彼此相對地 改變，例如藉由轉移過一個包括量測物件的階級，量測得到 的拍頻包括相等於ρ/λ的都普勒移動（Doppler shift)，其 中^是量測與參寺物件的相對速度，λ是量測與參考光束的 波長，以及ρ是經過量測與參考物件的數目。在量測物件的 相對位置的變化相對應於在量測得到的干涉信號的變化，2 π的相位改變實質上相等於又《叩）的距離變化l，其中打是 光速經過物質（如空氣或真空）的折射率，L是來回距離變 化，例如在到與從包括量測物件的階級的距離變化。 ,不幸地，此等式不是永遠準確的。許多干涉計包含被熟 知為循環式錯誤，其是由量測得到的干涉信號的相位所貢獻 以及對光學路徑長度pnL變化具有正弦依存關係⑽咖咖 dependence)。特別地，一階循環式錯誤具有對（27rpnL)/又 的正弦依存關係以及二階循環式錯誤具有對2 (2rpnL)/又 的正弦依存關係。較高階的循環式錯誤也可以存在。 循環式錯誤由光束混合所產生，在輸入光束中實質形 成參考光束的一部份沿著測量路徑傳播且/或在輸入光束中 實質形成測量光束的一部份沿著參考路徑傳播。此種光束混 合可以由在輸入光束的偏振中的橢圓性與在干涉計組件中 本紙張尺度適用中關豕標準（CNS)A4規格（21Q x 297公£)- -------------P--------T .* (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ;線· - — If- 421708 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（ 的不完美所引起’此不完美可以是像例如以引導正交極化輸 入光束沿著對應參考與量測路徑的極化光束分割器中的不 完美。因為光束混合與其導致的循環式錯誤，在測得干涉信 號的相位變化和參考與測量路徑間的相對光學路徑長度 pnL之間不是一個嚴格地線性的關係。假如不補償，由光束 混合導致的循環式錯誤會限制干涉計所測得的距離變化的 準確度。循環式錯誤也可以由在傳輸表面的不完美所製造， 此不完美會引起在干涉計中的多重反射。對循環式錯誤的理 論原因的一般參考文獻如C，W. Wu與R.D. Deslattes發表於
Applied Optics，37，6696-6700，1998 中的” Analytical modeling of periodic nonlinearity in heterodyne interferometry” o 在色散量測應用中，光學路徑長度測量是藉由多重波長 (例如532nm與1064nm)來達成，以及使用於量測在距離 量測干涉計的量測路徑中氣體的色散。色散量測可以被使用 於將由距離量測干涉計所測得的光學路徑長度轉換成為物 理長度。儘管到量測物件的物離距離沒有改變，所測得光學 路徑長度的變化依然可以由在量測桿的氣體擾動所引起，因 此這種轉換是重要的。除了外部的色散量測之外，光學路徑 長度到物理密度的轉換需要對氣體折射的本質數值的知 識。因數Γ是一個適合的本質數值以及對使用於色散干涉測 定中的波長是氣體的倒數色散功率。因數Γ可以被個別地測 量或根據其他文獻的數值。在干涉計中的循環式錯誤也有貢 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) — 1^1 .^1 I I ^^1 n n n I 線丨；J----------------------- ^21708 五、發明說明（4 ) 獻於色散量測與因數Γ的量測 【發明概要】 本發明說明用於描流芬 及補償循％式錯誤的干涉測定系 鮮傲 〇 — jtb -tfe ua j_ - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 統的特徵。在—些實施财，系統包括-個干涉計，-個相 位移動組件，其用以在干涉計的參考與量測光束之間導入— 個可變且被控制的相位移動，—個分析器，其用於控制相位 移動組件以及記錄干涉計所測得的相位。基於測得相位盥由 相位移動組件所產生相㈣動之間的依·係，分析器估計 在干涉測定⑽中心描述循環式錯誤的純。在其他實施 例中’系統包括-個干涉計，其結構為對量測物件的多番位 置的每-個位置量測在光學路徑中的色散數值，以及一個分 析器’其基於多重量測的色散數值，话計在色散量測中用以 插述循環式錯誤的係數4其他實施例中，結合了相位移動 與色散量測的特色。 在-種型態中，本發明大概地描寫_個干涉測定系統的 特徵，此干涉敎系統包括—個干涉計，_個_“，以 及一個分析器。在運算的期間中，干涉計指引參考光束沿著 參考路徑與量測光束沿著觸及量測物件的量測路程以及結 合參考與量測光束以製作重疊退出光束。重疊退出光束是到 量測物件的相對光學路徑長度的變化的標示。干涉計也包括 -個可變的相位移動器’其製作在參考與量測光束的一個或 兩者中的相位移動。在運算的期間中，偵測系統混合重疊退 出光束的偏振以製作出混合光束以及量洌混合光束的時變 C請先閱讀背Φ之涑¾¾%.項#填寫本頁'}
A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 421708 【 五、發明說明（5 ) 強度。分析器連結相位移動器與偵測系統。在運算的期間 中，分析器控制由相位移動器產出的相位移動數值，量測對 應於混合光束的時變強度的相位，以及基於對相位移動的多 重數值的每一個數值之混合光束的量測相位，決定在干涉測 定系統中循環式錯誤的頻譜表示，如傅立葉正弦與餘弦級 數。 干涉測定系統可以包括以下的任何特徵。 基於對量測物件的多重位置中的每一個位置的相位移 動的多重數值的每一個數值的量測所得的混合光束的相 位，分析器可以決定頻譜表示。分析器可以包括記憶體以及 在運算的期間中可以將頻譜表示儲存於記憶體中。 干涉計可以包括一個光束分割器，其結合參考光束與量 測光束以製作出重疊退出光束，且在其中量測路徑在量測物 件與光束分割器之間接觸相位移動器。干涉計可以包括一個 極化光束分割器，其指引參考光束沿著參考路徑與量測光束 沿著量測路徑，且在其中量測路徑在極化光束分割器與量測 物件之間接觸相位移動器。干涉計可以包括一個極化光束分 割器，其接收來自參考路徑的參考光束與來自量測路徑的量 測光束’且在其中量測路徑在量測物件與極化光束分割器之 間接觸相位移動器。 相位移動器可以是一個電-光的調變器。相位移動器可 以包括一個光學延遲線以及用以調整延遲線長度的轉換 器’在其中分析器控制轉換器。相位移動器可以包括一對稜 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格C210 X 297公釐） — — — I H 1 ,I-6J— — — — — I ., — — — — — — — — — — — — (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 4 2 17 0 8 ^ 五、發明說明（6) 鏡與一個用以變化稜鏡相對位置的轉換器，在其中分析器控 制轉換器。相位移動器可以包括一個用以定義光學路徑的氣 體密室以及用以變化密室中氣體壓力的氣體搡縱系統，在其 中分析器控制氣體操縱系統。 在運算的期間中，干涉計可以指引第二參考光東沿著第 二參考路徑與第二量測光束沿著觸及量測物件的第二量測 路徑以及結合第二參考光束與第二量測光束以製作第二對 重疊退出光束。第二對重疊退出光束是到量測物件的相對光 學路徑長度的變化的標示。在運算的期間中，偵測系統混合 第二對重疊退出光束的偏振以製作出第二混合光束以及量 測第二混合光束的時變強度。分析器量測對應於第二混合光 束的時變強度的相位，以及基於對相位移動的多重數值中的 每一個數值之混合光束的相位，決定在干涉測定系統中循環 式錯誤的頻譜表示。在一個實施例中，分析器可以提供相位 移動的初始數值，對於每一個量測物件的多重位置與相位移 動的初始數值，量測其對應於每一個混合光束的時彎強度的 相位，然後對相位移動的其餘數值重複提供與量測步驟。 在另一種型態中，本發明大概地描寫一個干涉測定系 統的特徵，此干涉測定系統包括一個光源，一個干涉計，二 個偵測系統，以及一個分析器。在運算的期間中，光源提供 具有不同頻率的參考與量測光束，以及包括一個用以等量移 動參考與量測光束的頻率的頻率移動器，例如聲-光調變 器。在運算的期間中，干涉計指引參考光束沿著參考路徑與 民紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 ----------------/ · 11-----tl---------線 {請先閱锖背面之注意事項再填寫本頁}
421 7 0 R 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Β7 五、發明說明（7 ) 量測光束沿著觸及量測物件的量^^ ^士^ ^ 測光束嗔賴出光束。重*退出光束及是二= 相=光學路徑長度的變化的標示。在運算的期間中，悄 統:-重疊退出光束的偏振以製作出混合光束以及量溫 的時變強度。分析器連結頻率移動器與_系統。在 運奸的期間中，分析器引發頻率移動器以移動參考與 束的頻率以及產出重疊退出光束之間的對應相位移動，量 對應於現合光束的時變強度的相位，以及基於對相位移 多^數值的每-個數值之混合光束的量測相位，決定在干涉 測疋系統中循環式錯誤的頻譜表示。 ‘ 干涉測定系統可以包括以下的任何特徵。基於對量測物 件的多重位置中的每-個位置的相位移動的多重數值的每 ，個數值的量測所得的混合光束的相位，分析器可以決定頻 譜表示。光源可以提供具有不被頻率移動器移動頻率的第二 參考光束與第二量測光束。在運算的期間中干涉計指引第: 參考光束沿著第二參考路徑與第二量測光束沿著第二量測 路徑接觸量測物件以及結合第二參考光束與第二量測光束 以製作出第二對重疊退出光束。第二對重疊退出光束是到量 測物件的相對光學路徑長度的變化的標示。在運算的期間 中，偵測系統混合第二對重疊退出光束的偏振以製作出第二 混合光束以及量測第二混合光束的時變強度。分析器接著量 測對應於第二混合光束的時變強度的相位。分析器可以引發 頻率移動器提供相位移動的初始數值以及對於每一個量測 本紙狀度適家標準（CNS)A4石格咖χ 297公㊉· J Γ4---------訂---------線 (諳先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 421708 ^
經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 谷 h 社 印 五、發明說明（8 ) 物件的多重位置與相位移動的初始數值，量測其對應於每一 個混合光束的時變強度的相位’然後分析器對相位移動的其 餘數值重複引發與量測步驟以及基於量測得到的相位決定 頻譜表示。 在另一種型態中，本發明大概地描寫一個干涉測定系統 的特徵，此干涉測定系統包括一個色散量測干涉計，一個偵 測系統，以及一個分析器e在運算的期間中，干涉計製造第 一與第二對重疊退出光束，第一對重疊退出光束具有第一波 長以及第二對重疊退出光束具有與第—波長不相同的第二 波長。舉例而言，波長可以最少相差lnm。第一與第二對退 出光束是每一個到量測物件的相對光學路徑長度的變化的 標示。在運算的期間中，偵測系統混合第一對重疊退出光束 的偏振以製作出第一混合光束，混合第二對重疊退出光束的 偏振以製作出第二混合光束以及量測每一個混合光束的時 變強度。分析器連結頻率移動器與偵測系統。分析器連結偵 測系統。在運算的期間中，在量測物件的多重位置中的每一 個位置为析器量測對應於每一個混合光束的時變強度的相 位。分析H❹重位置切每—個位置計算色散數值，其中 $某4寺定位置的色散數值是相等於在此特定位置的所測 :相位的函數。然後，基於計算得到的色散數值，分析器決 疋由干涉叶貝獻至色散量測的循環式錯誤的頻譜表示。 干涉測疋系統可以包括以下的任何特徵。分析器可以 進V地包括記憶體以及在運算的期間中可以將頻譜表示 本紙張尺細中函國 10 421708五、發明說明（ A7 B7 9 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費，合 .作 社 印 製 儲存於記憶體中。藉由將計算所得色散數值表示成為包括至 少量測相位之一者的一個傅立葉級數的一個函數以及倒轉 傅立葉级數，分析器可以決定頻譜表示。色散數值可以相等 於量測所得的相位之間的加權差異的函數。例如，假設第一 波長人，與第二波長又2滿足關係式人iU2=/i//2,此處了與7 疋整數，然後加權差異可以相等於祕一/2色，此處鈣與朽是量 測所得的相位。在如此狀況中，每一個“與g可以是小於 50。 、 干涉计也可以結合第一參考光束與第一量測光束以製 作出第一對重疊退出光束，以及包括在第一參考光束與第一 量測光束的至少一個中製造相位移動的可變相位移動器。在 如此狀況中，分析器被連結至相位移動器以及在運算的期間 令控制由相位移動器所製造的相位移動數值。另者，干涉測 定系統可以包括一個提供第一參考光束與第一量測光束的 光源，光源包括用以等量移動第一參考與量測光束的頻率的 頻率移動器。在如此狀況中，干涉計結合第一參考與量測光 束以製作出第一對重疊退出光束。分析器連結頻率移動器並 且引起頻率移動器去移動第一參考與量測光束的頻率，以及 製造出在第一對重疊退出光束之間的相對應相位移動。 在另一種型態中，本發明大概地描寫一個干涉測定系統 的特徵’此干涉測定系統包括一個色散量測干涉計，一個積 測系統，以及一個分析器。干涉計製造第一與第二對重疊退 出光東’第一對重疊退出光束具有第一波長以及第二對重疊 (請先閲續背面之注意事項再填寫本頁) 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） · 1 I^-6-1、* 1 ί 1 1· t \ I I ·1 n n n n n n ϋ «I ϋ 一 42170 8 A7 ----------B7 _______ 五、發明說明（10) : --Ί 退出光束具有與第—波長不_的第二波長。第—與第二對 退出光束是每一個到量測物件的相對光學路徑長度的變化 的私不Μ貞測系統混合第一對重疊退出光束的偏振以製作出。 第厂混合光束，混合第二對重曼退出光束的偏振以製作出第| 二混合光束以及量測每—個混合光束的時變強度。分析器連| 結頻率移動器與_系統。分析器連結伽系統。在運算的| 期間中’在量測物件的多重位置中的每一個位置，分析器量I 測?應於每-個混合光束料變錢的相位，對多重位置中! 的每-個位置計算色散數值，以及過滤色散數值以決定具有| 降低循環性錯誤的平均色散數值。對某一特定位置的色散數“ 值是相等於在此特定位置的所測得相位的函數。 在一些實施例中，由總計對應於來自某一混合光束的等 距量測相位的色散數值，分析器平均全部色散數值，等距量 測相位延伸到一個為整數倍的間隔。例如，假設第一波 長h與第二波長又2滿足關係式λ1/λ2=ν/2，此處。與^ 是整數，色散數值疋相等於H祕，此處i與|測所得 的相位，然後由總計對應於互跨過2?r/2間隔的等距量 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 測數值的色散數值’分析器平均全部色散數值。 在一個相關型態中，本發明描寫一個用於在晶圓上製作 積體電路的彫像系統的特徵。彫像系統包括：一個用以支撐 晶圓的臺子；一個用以描繪空間圖樣照射影像於晶圓上的照 明系統；一個用以調整臺子相對於照射影像的位置的定位系 統；以及用以量測臺子位置的任何一個的上述干涉測定系 , '、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
五、發明說明（u) 421708 統。 在另一個相關型態中，本發明描寫一個用於在晶圓上製 作積體電路的彫像系統的特徵〃彫像系統包括：一個用以支 撐晶圓的臺子：一個照明系統包括一個照射光源，一個光 罩，一個定位系統，一個透鏡配件，以及任何一個的上述干 涉測定系統。在運算的期間中，光源指引照射經由光罩以製 造空間圈樣照射，定位系統調整光罩相對於從光源到照射的 位置’透鏡配件描繪空間圊樣照射影像於晶圓上，以及干涉 測定系統量測光革相對於從先源到照射的位置。 在另一個相關型態中，本發明描寫一個用於製作積體電 路的彫像系統的特徵。彫像系統包括第一與第二組件以及任 何一個的上述干涉測定系統。第一與第二組件對彼此是可以 移動的’以及第一组件包括量測物件。在運算的期間中，干 涉測定系統量測第一組件相對於第二組件的位置。 在另一個相關型態中’本發明描寫一個用於製作積體電 路的彫像系統的特徵。彫像系統包括第一與第二組件以及任 何一個的上述干涉測定系統《被量測路徑觸及的第一組件包 括量測物件，以及第二組件被參考路徑觸及。在運算的期間 中，干涉測定系統量測第一與第二組件的相對位置。 在另一個相關型態中，本發明描寫一個用於製作彫像光 罩的光束寫入系統的特徵。光束窝入系統包括：一個提供寫 入光束以描繪基板圖樣的光源；一個用以支撐基板的臺子； 一個用以傳遞寫入光束到基板的光束指引配件；一個用以調 13 本紙張尺度遘用中3埋家標準（CNS)A4規格<210 * 297公* ) (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 421708 A7 ___B7__ 五、發明說明（12) 整臺子與光束指引配件彼此的相對位置的定位系統；以及任 何一個的上述干涉測定系統用以量測臺子相對於光束指引 配件的位置。 在另一種型態中，本發明大概地描寫一個用以描述干 涉計中循環式錯誤的方法的特徵。方法包括：指引參考光束 沿著參考路徑與量測光束沿著觸及量測物件的量測路徑；結 合參考與量測光束以製作重疊退出光束，重疊退出光束是到 量測物件的相對光學路徑長度的變化的標示；對量測物件的 多重位置中的每一個位置導入至少三種相位移動到參考與 量測光束中的至少一個；混合參考與量測光束的偏振以製作 出混合光束；對量測物件的多重位置中的每一個位置與每一 個相位移動，量測出對應於混合光束的時變強度的相位；以 及基於量測所得的相位，決定在干涉測定系統中循環式錯誤 的頻譜表示》 方法可以包括以下任何的特徵。導入步驊可以包括對量 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 測物件的多重位置中的每一個位置導入至少五種相位移動 到參考與量測光束中的至少一個。相位移動可以被導入參考 與量測光束的一者中並且不導入至另一者中。相位移動可以 被導入參考與量測光束的兩者中》方法可以包括以下其他的 步驟：結合第二參考光束與第二量測光束以製作第二對重疊 退出光束，第二對重疊退出光束是到量測物件的相對光學路 徑長度的變化的標示；混合第二參考與第二量測光束的偏振 以製作出第二混合光束；對量測物件的多重位置中的每一個 14 本紙張尺度適用中a國家株準（CNS)A4规格（210 X 297公® > 4 2 1 7 0 8 : A7 -----—__ _B7_____ 五、發明說明（13) 位置，量測出對應於第二混合光束的時變強度的相位；基於 對第一與第二混合光束量測所得的相位，決定頻譜表示。 P: (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) /在一個相關型態中，本發明描寫一個干涉測定方法的特 徵，干涉測定方法包括：使用上述方法決定在干涉計中猶環 式錯誤的頻譜表示；使用干涉計量測光學路徑長度；以及使 =頻譜表示來對循環式錯誤修訂量測所得的光學路徑長 在另一種型態中，本發明大概地描寫一個用以描述在色 散量測干涉計中循環式錯誤的方法的特徵。方法包括：藉由 干涉計對量測物件的多重位置中的每—個位置量測所得，對 在到量測物件的光學職錢中的色散提供—減值；以及 基於色散數值，決定在干涉計中之循環式錯誤貢獻至色散量 測的頻譜絲。決定步驟可以包括將色散量測表示為包括傅 -I線. 立葉級數的函數，傅立葉級數依賴量測物件的位置，以及倒 轉傅立葉級數以決定頻譜表示。 在-個相關型態中’本發明描寫一個干涉測定方法的特 徵’干涉測定方法包括：使用上述方法決定在干涉計中之循 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ! u 一 環絲誤賊至色散量㈣縣衫；㈣干涉計量測先學 路彳1長度；収使_縣科職環性錯祕訂量測所得 的光學路徑長度。 在更進步的型態中，本發明描寫一個用於在晶圓上製 作積體電路的彫像方法的特徵。彫像方法包括：支樓晶圓於 冑可移動的臺子上，描繪空間圖樣照射影像於晶圓上；調 15 各紙張尺度_中關家標準（CNS>A4規格（21G ----- 42170 8 A7
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在另一個相關型態中，本發明描寫一個用於積體電路製 作的彫像方法的特徵。彫像方法包括：指引輸入照射經由光 罩以製造空間圖樣照射；調整光罩相對於輸入照射的位置； 使用任何一個的上述干涉測定方法以量測光罩相對於輸入 照射的位置；以及描繪空間圖樣照射影像於晶圓上^支撐光 罩的臺子或提供輸入照射的照明系統的—者包括量測物 件。 在另一個相關型態中，本發明描寫一個用於在晶圓上 製作積體電路的彫像方法的特徵。彫像方法包括：指定彫像 系統的第一組件相對於彫像系統的第二組件的位置以使得 晶圓暴露於空間圖樣照射下；以及使用任何一個的上述干涉 測定方法以量測第一組件相對於第二組件的位置。 在另一個相關型態中，本發明描寫一個用於製作彫像 光罩的光束寫入方法的特徵。光束寫入方法包括··指引寫入 光束到基板藉以描繪基板圖樣；指定基板相對於寫入光束的 位置；以及使用任何一個的上述干涉測定方法以量測基板相 對於寫入光束的位置。 本發明的實施例可以包括許多優點。舉例而言，可以 提供第-、第二與更高卩㈣帛式錯誤的完整與準4特性描 述，可以被用於增加干涉測定量測的準確度。此外，可以描 述循環式錯誤㈣m ’此循環式錯誤是由光束混合、在干涉 本紙張尺度適財國國家標準（CNS)A4規格⑵G x 297公楚- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --線- 4 之”08 ------ —— 五、發明說明（15) 二:广本重發7二及其他來源所導致。藉由描述循環式錯誤 ^ 特徵本發明的貫施例可以允許由干涉計測得相位的快速 口 = f用期間，當量測物件是被快速地掃猫或步進 1夺^疋通常疋必要的。此外，當干涉計的規律線上運算發 時，本發明的兩通道舆色散量測實施例可以允許進行中的 猶環式錯誤的特徵贿。循《錯誤㈣徵描料以被應用 至光學距離量測、色散量測以及在干涉計的量測桿中氣體本 質光學特性（如倒數色散功率Γ)的量測。此外，干涉測定 系統可以被使用在彫像與光罩寫入的應用。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂’下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細 說明如下： 【圖式簡單說明】 第la圖係顯示藉由使用相位移動器以描述及修訂循環 式錯誤的干涉測定系統的示意圖，第lb圖至第le圖係顯示 適合使用於在此描述的系統中的相位移動器的示意圖，第If 圖係顯示使用於第la圖的系統中的電子電路的示意圖； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第2a圖與第2c圖係顯示藉由使用相位移動器以摇述 及修訂循環式錯誤的干涉測定系統的其他實施例的示意 圖’第2b圖係顯示使用於第2a圖與第2c圖的系統中的電 子電路的示意圖； 第3a圖係顯示藉由使用样俾释動器以描述及修訂循環 式錯誤的干涉測定系統的其他實施例的示意圖，第3b圖係 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 >： 297公釐） 4-2 1 7 〇 3 '.政 .. Α7 —--—一 :__ ____ 五、發明說明（16) 顯示使用於第3a圖的系統中的電子電路的示意圖； 、第4圖係顯不藉由使用相位移動器以描述及修訂循環 式錯誤的干涉測定系統的轰他實施例的示意圖； " 第5 a圖係顯示藉由使用頻率調變器在參考與量測光 束之間製造可變與被控制的相位移動以描述及修訂循環= 錯誤的干涉測定系統的示意圖，第5b圖係顯示使用於第^ 圓的系統中的電子電路的示意圖； 第6 a圖係顯示藉由分析色散量測以描述及修訂循環 式錯誤的干涉測定系統的實施例的示意圖’第6b圖係顯示 使用於第6a圖的系統中的電子電路的示意圖； 第7圖係顯示藉由使用頻率調變器與分析色散量測以 描述及修訂循環式錯誤的干涉測定系統的實施例的示意 圖； ~ 第8圖係顯示係顯示藉由使用頻率調變器與分析色散 量測以描述及修訂循環式錯誤的干涉測定系統的另一實施 例的示意圖； 第9a圖係顯示係顯示藉由使用頻率調變器與分析色散 量測以描述及修訂循環式錯誤的干涉測定系統的另一實施 例的示意圖，第9 b圖係顯示使用於第9这圖的系統中的電 子電路的示意圖； 第10圖係顯示係顯示藉由使用如相位移動器與頻率調 變器之類的相位移動組件以描述及修訂循環式錯誤的干涉
1S 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$項再填寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 SN-i 4 2 1 7 0 8 ^ a?
五、發明說明（η) 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 測定系統的通用示意圖； 第lla圖係顯示包括在此插述的干涉測定系統以及使 用於製作積體電路，的彫像系統的示意圖，第Ub圖與第uc 圖係顯不描述用以製作積體電路的步驟的流程圖；以及 第12圖係顯示包括在此描述的干涉測定系統的光束寫 入系統的示意圖。 【符號説明】 1〜光線源；3〜調變器；5〜驅動器；7〜光線束；9〜 光線束；21〜參考信號；23〜電子信號；25〜電子信號；27、 〜電子處理器；29〜電腦；30〜信號；33〜光束；34〜光束； 41〜光束；43〜光束；63A〜非極化光束分割器；63b〜 鏡面，‘63C〜極化光束分割器；63D〜鏡面；6迮〜極化光 束分割器；65A〜鏡面；65B〜鏡面；67〜轉化器；67B〜轉 化器；67C〜轉化器；69〜干涉計；71〜極化光束分割器； 72〜電子-光學調變器；μα〜棱鏡；mb〜棱鏡；77〜四分 之一波相遲延薄板；78〜四分之一波相遲延薄板；79A〜極 化器；79B〜極化器；si〜可變相位移動器；S5〜光偵測器； 87〜光偵測器；89〜偵測系統9〇A〜氣窗；9〇B〜氣窗； 91〜參考回復反射鏡（第la圖）；91〜圓桎（第w圖）； 92〜物件回復反射鏡；93〜回復反射鏡；98〜量測路徑； 1274A〜電子處理器；1274B〜電子處理器；1277〜電子處 理器； 101〜光線源’ 109〜先線束；109A〜光線東；i〇9B〜光線 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公餐） --------- 丨 I! ----- 1 訂----- i -線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 217 0 8，， A7 ___ B7 五、發明說明（18) 束；123〜電子信號：125〜電子信號；127〜電子處理器；
129〜電腦；130〜信號；133A〜光束；133B〜光束；134A 〜光束；134B〜光束；Ml〜相位已移動光束；143〜相位 已移動光束；158A〜極化光束分割器；158B〜鏡面；163A 〜鏡面；163B〜極化光束分割器；163C〜鏡面；163D〜極 化光束分割器；169〜干涉計；169A〜干涉計；171〜極化 光束分割器；179A〜極化器；Π9Β〜極化器；181〜可變相 位移動器；1S5〜光偵測器；187〜光偵測器；189〜偵測系 統；191〜回復反射鏡；192〜回復反射鏡；198〜量測路徑；， 2274A〜電子處理器；2274B〜電子處理器；2277〜電子處 理器； 201〜光線源；209〜光線束；209A〜光線束；209B〜光線 束’· 211〜輸入量測光束；212〜輸入光束；213〜光束；214 〜參考光束；215〜光束；216〜參考光束；217〜量測光束； 218〜參考光束；220〜參考光束；223〜電子信號；227〜電 子處理器；229〜電腦；230〜信號；233〜退出量測光束；. 234〜退出參考光束；241〜相位已移動輸出光束；243〜相 位已移動光束；258A〜極化光束分割器；258B〜鏡面；263A 〜極化光束分割器；263B〜鏡面；267B〜轉換器；269〜干 涉計；271〜極化光束分割器；273〜極化介面；277〜四分 之一波相遲延薄板；279A〜半波相遲延薄板；279B〜半波 相遲延薄板；279C〜極化器，；281〜可變相位移動器；285 〜光偵測器；287〜光偵測器；289〜偵測系統；291〜參考 鏡面；292〜物件鏡面；298〜量測路徑；2274〜電子處理器； 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297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杜印製 42 1 70 8 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 _五、發明說明（19) 310〜干涉計；312〜極化光束分割器：314〜輸入光束；316 〜參考光束；318〜量測光束；320〜光束操縱配件；322〜 光東操縱鏡面；324〜壓電變換器；326〜壓電變換器；328 〜信號；330〜伺服控制器；332〜參考回復反射鏡；334〜 量測物件鏡面；336〜四分之一波薄板；340〜輸出光束；342 〜光束分割器；344〜偵測系統；345〜極化器；346〜混合 光束；348〜信號處理系統；350〜錯誤信號；362〜極化介 面；364〜背面反射表面；1520〜光束操縱配件； 401〜光源；402〜光源；403〜調變器；404〜調變器；405 〜電子驅動器；407〜光束；408〜光束；409〜光束；410 〜光束；412〜光束；414〜光束；415〜光束；420〜電子信 號；421〜信號；423〜電子信號；424〜電子信號；427〜電 子處理器；429〜電腦與控制器；431〜光束；432〜光束； 434〜光束；440〜光束；441〜第一輸出光束；442〜第二輸 出光束；444〜錯誤信號；451A〜非極化光束分割器；451B 〜非極化光束分割器；451C〜非極化光東分割器；451D〜 鏡面；453A〜極化光束分割器；453B〜非極化光束分割器； 453D〜鏡面；453E〜極化光束分割器；453F〜鏡面；453G 〜鏡面；461A〜非極化光束分割器；461B〜非極化光束分 割器；461C〜鏡面；461D〜鏡面；461E〜鏡面；461F〜非 極化光束分割器；461G〜鏡面；46iH〜鏡面；467〜轉化器； 469〜干涉計；479A〜半波相遲延薄板；479B〜半波相遲延 薄板；484〜波長監視器；485〜偵測器；486〜偵測器；491 〜外部鏡面；492〜外部鏡面；498〜量測路徑；4274A〜電 21 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂. --線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4217 0 8 at ____B7_；_五、發明說明（20 子處理器；4274Β〜電子處理器；4277〜電子處理器； 501〜光源；502〜光源；503〜調變器；504〜調變器；505 〜電子驅動器；506〜電子驅動器；507〜光束；508〜光束； 509〜光束；510〜光束；513〜光束；521〜參考信號；522 〜參考信號；523〜電子信號；524〜電子信號；525〜信號； 527〜電子處理器；529〜電腦；533〜相位已移動光東；534 〜相位已移動光束；535〜光束；536〜光束；537〜光束； 538〜光束；541〜光束；542〜光束；553Α〜鏡面；553Β〜 二色性非極化光束分割器；561〜傳統二色性光束分割器； 563Α〜鏡面；563Β〜極化光束分割器；569〜干涉計；567 〜轉化器；573〜極化光束分割器；577〜四分之一波相遲延 薄.板；578〜四分之一波相遲延薄板；579〜極化器；580〜 極化器；585〜光偵測器；586〜光偵測器；589〜偵測系統； 590〜偵測系統；591〜參考回復反射鏡；592〜物件回復反 射鏡；598〜量測路徑；5274Α〜電子處理器；5274Β〜電子 處理器；5276〜電子處理器；5277〜電子處理器； 601〜光源；602〜光源；607〜光束；608〜光束；613〜光 束；620〜電子信號；623〜信號；624〜信號；627〜電子處 理器；629〜電腦與控制器；640〜光束；644〜錯誤信號； 651Α〜非極化光束分割器；651Β〜二色性光束分割器；651C 〜非極化光束分割器；651D〜鏡面；669〜干涉計；684〜 波長監視器； 701〜光源；702A〜光源；702B〜光源；703〜調變器；704A 22 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
訂· 線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 42彳 70 8 _B7_ 五、發明說明（21) 〜調變器；704B〜調變器；705〜驅動器；706A〜驅動器； 706B〜驅動器；707〜光束；708A〜光束；708B〜光束；709 〜光束；710A〜光束；710B〜光束；713〜光束；720〜電 子信號；723〜信號；724〜信號；727〜電子處理1 ; 729 〜電腦與控制器；740〜光束；744〜錯誤信號；751A〜非 極化光束分割器；751B〜非極化光束分割器；751C〜非極 化光束分割器；751D〜鏡面；753A〜鏡面；753B〜非極化 光束分割器；753C〜鏡面；753D〜二色性光束分割器；769 〜干涉計；789〜偵測系統；790〜偵測系統；784〜波長監 視器； 802A〜光源；802B〜光源；7803〜調變器；805〜驅動器； 806A〜驅動器；806B〜驅動器；807〜光束；808A〜光束； 808B〜光束；809〜光束；813〜光束；827〜電子處理器； 833〜退出光束；834〜退出光束；835〜光束；836〜光束； 837〜光束；838〜光束；840〜光束；841〜光束；851E〜非 極化光束分割器；851F〜鏡面；853C〜鏡面；861〜非極化 光束分割器；873〜極化光束分割器；877〜相位遲延薄板； 878〜相位遲延薄板；879A〜光學濾波器；879B〜極化器； 879C〜半波相遲延薄板；879D〜光學濾波器；882M〜極化 器；882R〜極化器；889〜偵測器；886M〜偵測器；886R 〜偵測器；893〜非線性裝置；894M〜非線性裝置；894R 〜非線性裝置；898〜氣體；8274A〜電子處理器；8274B〜 電子處理器；8274C〜電子處理器；8274D〜電子處理器； 8277〜電子處理器； 23 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 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 2 1 7 Ο 8 4_ 五、發明說明（22) 1000〜干涉測量系統；1002〜干涉計；1004〜量測光束；1〇〇6 〜量測物件；1010〜量測物件中繼；1〇12〜氣體；1〇14〜混 合光束；1016〜偵測器；1020〜相位移動組件；1〇22〜分析 器；1024〜相位移動φ的信號；1〇26〜量測所得相位对的命)的 L號；1054〜混合光束；1〇56〜偵測器；1〇64〜量測所得相 位£的信號； Π0〇〜恩；像術掃晦器，η〇2〜框架；η〇4〜曝光基座；η〇6 〜鏡頭外罩；1108〜鏡頭配件；111〇〜照射光束；1113〜支 樓基座，1114〜鏡面；1116〜光罩臺；Π17〜定位系統；1119 〜定位系統；1120〜彈簧；1122〜臺子；U26〜干涉測定系 統；1128〜平坦鏡面；1154〜量測光束； 1151〜用以设计半導體元件的電路之設計過程；η π〜以電 路圖樣設§十為基礎而用以製造光罩之過程；Η53〜藉由使用 類似矽的材料而用以製造晶圓之過程；丨丨54〜是被稱為預先 製程的晶圓製程，在其中藉由使用已經準備的光罩與晶圓， 電路經由彫像街而被形成於晶圓之上；1155〜是被稱為後段 製程的裝配步驟，在其中由步驟1154處理過的晶圓被形成 為半導體晶片，1156〜檢驗步驟，在其中由步驟1155製造 的半導體元件之可操作性檢查與耐久性檢查等等被完成； II57〜裝運，1161〜用以氣化晶圓表面的氧化製程；“Μ 〜用以在晶圓之上形成絕緣薄膜的化學蒸鐘（c VD )製程； 1163〜藉由蒸汽沈澱用以在晶圓之上形成電極的電極形成 製程，1164〜用以佈植離子至晶圓的離子佈植製程；1165 24
. I J II---1--. 11 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ί 訂 --線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 421 7 0 8 五、發明說明（23) 〜塗佈抗蝕劑至晶圓的抗蝕劑製程；1166〜藉由曝光而用以 經由上述曝光裝置印刷光罩的電路圖樣於晶圓之上的曝光 製程；1167〜用以顯影已曝光晶圓的顯影製程；1168〜用以 移除顯影抗蝕劑影像的其他部分的蝕刻製程；1169〜在受蝕 刻製程的支配之後用以分離殘留於晶圓上之抗蝕劑材料的 抗餘劑分離製程； 1200〜光束寫入系統；121〇〜光源；1212〜寫入光束， 〜光束聚焦配件；1216〜基板；1218〜可移動臺子；122〇 〜干涉測定系統，· 1222〜考光束；1224〜鏡面；1226〜量測 光束；1228〜鏡面；1230〜控制器；1232〜測量信號；1234 〜輸出信號；1236〜基座；1238〜信號；1244〜信號。 【較佳實施例的詳細說明】 本發明描寫用以描述循環性錯誤的干涉測定系統的特 徵。在許多實施例中，系統包括用以在干涉計的參考與量測 光束之間導入一個可變與被控制的相位的相位移動組件。藉 由分析為導入相位函數的干涉計的距離量測，在干涉測定^ 統中的分析器可以描寫在干涉計中的循環性錯誤的特徵 旦循環性錯誤的特徵被描寫，分析器可以移除來自循環性錯 誤的貢獻而直接地修訂距離量測。任選其一者，或者加上1 包括相位移動組件，干涉測定系統可以完成在量測物件的多 重位置的量測桿中氣體的色散量測以及基於色散量夕 器可以決定在系統中的循環性錯誤。 乃斤 首先’將申述干涉測定系統的通用說明。其後， 25 本紙張尺㈣用中關家標準is〉A4規格⑵Qx 297公楚 將更 ^ \ <裝-------訂-----!!線 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 421708 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印Μ 五、發明說明（24) 詳細地描述特定實施例。 第10圖係顯示一個干涉測定系統1 〇〇〇的通用示意 圖。一個干涉計1002指引一個或者更多量測光束1 到量 測物件1006 β在距離量測應用中’量測物件中繼，如箭號 1010所示’以及干涉測定系統量測到量測物件的光學路徑 長度pnL中的變化’此處L是來回距離，η是折射指數，以 及Ρ是經過次數。在色散干涉測定應用中，干涉計使用具有 不同波長的多重量測光束以額外地描寫在向量測物件1〇〇6 的路徑中的氣體1012的折射指數η的變化的特徵。如此的 特徵描寫允s午系統轉換光學路徑長度變化pnL成為物理路 徑長度變化L。再者，在一些其他實施例中，量測物件1〇〇6 的位置是固定的以及干涉計決定在使用於色散干涉測定應 用中的多重波長的氣體的倒數色散功率Γ。 干涉計1002混合量測光束與參考光朿以形成混合光束 1014。混合光束1〇14的相位亙由偵測器1〇16所量測。在缺 少如循環性錯誤的非線性貢獻，量測的相位1等於理想相位 屮，其中沪=npkL。在此表示式中，k是相對應於量測光束 波長λ的波數2 τΓ/λ。（參考與測量光束是典型地對彼此的 相位移動藉以製造一個異質的混合光束。）然而，大部分的 干涉計具有循環性錯誤貢獻到量測的相位見，循環性錯誤是 由光束混合、多重反射、光學不完美、在類比信號掌握與處 理中的非線性以及相關數位信號處理中的折合所引起的。包 括循環性錯誤，關係式（1 )是癸的表示式： 本紙張尺度it财關家標準（CNS〉A·4規格咖x 297公髮） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 上5. 線· (1) (1) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 421708 五、發明說明（25) ^ = 9> + f；4c〇sr^ + y5rsmrfi) 此處Ar與Br是對應於第r階循環性錯誤的係數。 在關係式（1)中的傅立葉正弦與餘弦級數是循環性德 誤非線性的頻譜表示的一個例子。在其他實施例中，可以禮 用不同的頻譜表示。舉例而言，循環性錯誤非線性可以表开 為 Chebyshev 多項式函數（chebyshev p〇lyn〇mia functions)’或是形成完整集合的其他正交函數集合。然而， 對其於的應用，傅立葉正弦與餘弦級數將被使用為循環性錯 誤非線性的頻譜表示。 為了描述循環性錯誤係數的特徵，干涉測定系統1000 包括相位移動組件〗020。在混合光束1〇14的形成之前的某 處，相位移動組件1020在參考與量測光束之間製造一個可 變及被控制的相位移動φ。相位φ被加入由量測物件1〇〇6位 置的變化所導入的在參考與量測光束之間的任何光學延 遲。相位移動組件可以是光學電子或是光學機械的裝置以便 對參考與/或量測光束給予可變遲延。二者擇一地，相位移 動組件可以是光學電子或是聲學光學的頻率調變器，其改變 參考與量測光束至少一者的頻率以製造出有關於在干涉計 中的傳遞距離之相位移動的相對應變化。相位移動級件的特 定實施例與相位移動組件在干涉計中的佈置將更加詳細描 述如下。 一般而言，相位移動φ影響循環性錯誤對量測所得相位 史的貢獻以及循環性錯誤係數八，與取決於相仇移，亦 27 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） J I 11---——訂· —--ί !線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Α7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（26) 即Ar((j>)與Κφ) 〇由於相位移動φ在循環性錯誤貢獻至量測 所得相位£的影響也可以被表示為類似於對免頻譜表示的頻 譜表示’關係式（1)可以重寫成為： (2) 此處Θ{ψ，Φ) = ,=¾08C〇Sr<P + K Sinr^+ C0S r(P + Kr ^ r9)(3) 如此，循環性錯誤貢獻0(<m〇已經完整地由係數、 bqr、a qr與b qr描述其特徵。也要注意的是在關係式（2 )中， 相位移動Φ直接地加到相位P，在大多數實施例中這是正確 的。無論如何’在一些實施例中相位移動Φ不是直接地加到 相位P，這將在下文中更加詳細地描述。相位移動φ是否直 接地加到相位φ依賴相位移動組件在干涉計1002中的佈 置。 藉由送出用以標示要求相位移動Φ的信號J 024到相位 移動組件，分析器1022控制相位移動組件1〇2〇，以及從偵 測器1016接收用以標示量測所得相位歹(供，^的信號1〇26。對 相位移動φ的不同數值與對量測物件1〇〇6的不同位置（其改 變9=npkL的數值），分析器1〇22紀錄量測所得相位存I» 的數值。分析器1022使用記錄的數值以決定至少一些循環 性錯誤係數气。、。‘£!1_與1?，(^，進一步地描述如下。 疋否可以藉由記錄的數值以準確地決定全部循環性錯 28 本纸張疋度 ΐ關家鮮CCNS)A4規格（21〇X29T^i7 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
--°. 線· 42彳7〇8 A7 五、發明說明（27) ：-- 誤係數依賴在干涉量測“中相位移動组件卿的位置。 尤其是係數a0r與b0r的大小相對於Θ(_)其餘部分的大小， 依賴在干涉量測线Μ位移動組件咖驗置。然而， 係數。…b0r在里測所得相㈣㈣的影響與相位移料無關 二及結果不能由分析量測所得相位_)的數值來決定。在 許多狀況中’分析器！ 〇22原則上可以基於析量測所得相位 ―)的記錄數值以決定所有其餘循環性錯誤係數為相位移 動Φ的函數。結果，相位移動組件刪可以被置入某些實施 例中用以描述循環性錯誤的特徵，循環性錯誤至少在某種程 度上由如在干涉計中特定表面間的多重反射之類的特定物 理現象所形成。 ------------P·! (請先間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 分析器1022決定係數、、bqr、&、與b g的數值之 後，可以使用這些數值快速地對循環性錯誤貢獻修訂量測所 得相位從而對光學路徑長度pnL·決定出一個較為準 確的數值。例如’因為對量測所得相位奸外的循環性錯誤 貝獻©(仍卢)相對於φ=ηρ1^是典型地小，藉由完成下列重複 運算直到¢)的數值收斂到要求的準確度，分析器丨〇22可以 轉換量測所得相位見成為炉=npkL，如以下的關係式（4 )所 顯示：^{0) -： φ φκ 炉g'+1)=伊一多一©(供⑺，#) (4) 上標表示全部重複運算數目中的第j個重複運算。在重複運 算程序中，在對Θ(炉，Θ的表示式中分析器使用已決定的循環 性錯誤係數與任何相位移動φ的數值。一旦分析器決定φ 29 本紙張尺度適財家標準（CNS)A4現格（21Q χ 297公髮） 訂 421 7 Ο 8
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（28) =PkL的數值，修訂排除由係數a〇^、代表的循環性錯誤 貝獻的影響之外的循環性錯誤’光學路徑長度簡單地由 pnL= φ /k來決定。 如上述的例子所闡明’在分析器決定循環性錯誤係數 的準4數狀後Ί要相巧的單—量取蚊到量測物 件且具有循環性錯誤修訂之光學路徑長度的數值。尤其，不 需要分析器相對應於相位移動φ的多重數值量測免的多重數 值以決定具有循環性錯誤修訂之光學路徑長度的數值。對於 在其中量測物件被袂速掃瞄與步進而没有足夠時間在每一 個量測物件位置完成相位呈的多重量測之應用，此特徵是重 要的。舉例而言，在彫像應周中，量測台每秒幾米的速度等 級被掃瞄以及干涉測定系統被要求以毫米等級的準確度監 測台子的位置。 然而’為了決定循環性錯誤係數aqr X bqr、a，qr與b，qr 的數值，對於在每一個量測物件的多重位置（對應於9的數 值）之相位移動φ的多重數值’分析器1〇22紀錄量測所得相 位穸(ΐΜί)的數值。然後分析器1022使用紀錄的數值到傅立葉 轉置關係式（2)，其對循環性錯誤係數給予下列表示式： 30 本紙張尺度適用中固國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） \«J/ -------------#.! (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂： ··線·
五、發明說明（29) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 a<}r ~φ)~φ)~{^{φ,φύ)-φΰ\οο&{Γφ)ύτ^φ)άφάφ 0to2ir 1 = 7 Ί'臉(料)-秦(办，么)-九)]sin(rp)c〇s(㈣) Οίο 2n ( ^ ~ <4)-{φ{φ,φ0)~φϋ)]cos(r^?)sin(^^V^^ 0to2ff 〜_ 7 HI(癸(炉，ί〇 -分)-(歹(免，也)-多。)]sin(;*炉)cos(㈣y—多 0t〇2ff 對q^l ’ rgl ’其中相位移動φ〇是由分析器所選擇的參考 相位移動，例如φϋ=:〇。 在關係式（5)中的二維積分或許可以利用二維快速傅 立葉轉換（FFT)演算法來執行。 為了積分關係式（5)中的表示式，分析器從量測所得 相位！決定在被積函數的方括弧中的項，量測所得相位麥由 兩者皆為已知的相位移動(^與φ〇以及對應於量測物件且只是 近似已知的理想相位ρ所指示。尤其，只有理想相位9的近 似數值£是已知的’亦即p —伊一多，其忽略循環性錯誤貢 獻。為了對付關於理想相位》的不確定，分析器完成以下兩 種技術的其中一者。 根據第一種技術’基於對相位移動φ的多重數值之@(外0) 的重測所得數值，分析器i 022直接地決定對量測物件的每 一個位置之理想相位φ的數值。尤其，也基於關係式（2)， 根據關係式（6)所示的下列積分，分析器1〇22計算歹(％#)的 量測所得數值之總和以決定相位φ : 1 2/r(6) 31 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 Χ 297公ifj (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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五、發明說明（30) 之後’使用Φ的精確數值’基於關係式（5)，分析器1〇22 估計循環性係數的數值。 根據第二種技術，藉由使用近似數值癸作為在關係式 (5)中φ的初始數值，分析器1022重複地估計循環性錯誤 係數的數值。尤其，根據關係式（5)，藉由以[置換在關 係式（5)中φ ’分析器1022決定循環性錯誤係數的第一階 數值。分析器1022重複此程序直到循環性錯誤係數的數值 收傲。 如前所述’在循環性錯誤貢獻的快速修訂期間是必要 的應用中，如前述地初始決定循環性錯誤係數是特別地有用 處的。使用被決定的循環性錯誤係數，分析器可以對循環性 錯誤貢獻修訂每一個光學路徑長度量測，只有基於那個單一 量測。然而’決定循環性錯誤係數本身可以是消耗時間的， 因為分析器需要多重量測，並且特別是在多重量測中相位移 動Φ在量測物件的每一個位置上是變化的。結果，在循環性 錯誤係數的決定期間’量測物件的掃瞎或步進速率需要被減 慢到足以允許在量測物件的每一個位置上的多重量測。 為了克服此限制，干涉計1002可以混合第二對參考與 量測光束’其中量測光束從量測物件反射以製造出不被相位 移動組件1020所影響的另一混合光束丨054。另一债測器 1056量測混合光束1054的相位£並且送出標示此相位的信 號到分析器1022。一者擇一地，干涉計可以只有包括第一 對參考與量測光束，其製造出混合光束1014與1〇54兩者， <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) έο: 訂· 線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 421708 A7 B7 五、發明說明（31) 在混合光束1054已經形成之後，1〇2〇只有導入在第一對參 考與量測光束之間的相位移動φ。混合光束1〇14與偵測器 1016定義為對干涉測定系統1〇〇〇的第一通道以及混合光束 1054與偵測器1056定義為對干涉測定系统ι〇〇〇的第二通 道。 包括循環式錯誤貢獻，對£的表示式由關係式（7)給 予： φ =φ + 'ΣΛΓ^φ + ^Β[ύητφ ( 7) 此處A/與Br’是循環式錯誤係數，其數值一般上是不同於相 對應循環式錯誤係數Ar與Br的數值，在許多實例中兩者是 相似的。此外，雖然在此忽略此項，隱含於關係式（的 相位</)中的光學路徑長度npL可以包括來自關係式（㈠中 的相對應項的偏移量。 在運算的期間中，分析器1022同時地記錄量測所得相 位£與£_的數值，作為一個已安排對。呈的數值取決於由相 位移動組件所導入的相位移動<()數值與量測物件1〇〇6的位 置’反之色的數值只有取決於量測物件1006的位置。因為 此特性，根據與量測所得相位兔的數值同時地量測所得穸的 數值，为析器1022把量測所得相位歹的每一個數值對量測 物件的位置編入索引（並且由此對應到0的數值）。如此允 許分析器1022在一個有彈性的方式中收集資料用以插寫循 環式錯誤的特徵。尤其，對在相位移動φ的多重數值之量測 所得相位奸仍0)之數值以及對量測物件位置的單—數值不你 33 本紙張尺度適用中國國家標_ (CNS)A4規格（2J0 χ 297公爱 ο -I ^1 ^1 ^1 ^1 1 Λ n d (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 421708 A7 32' B7 五、發明說明（ 要如量測物件在那特定位置般地被量測。取而代之的是，分 析器1022可以將對量測物件的多次掃瞄記錄所得之量測相 位歹(9,0)的數值排序成為一些群組，在一個群組中的每一個 成員之相對應£的數值與其他成員的數值是相同的。 舉例而言，當干涉測定系統1 〇〇〇於正常狀況下運算 時，如掃瞄量測物件1006，分析器1022將相位更與$的數 值記錄為次序對。在此期間，除了記錄次序對以外，基 於一些循環係錯誤係數的猜測或先前校正，分析器1022或 許修訂對！與/或£的循環係錯誤貢獻。在量測物件的每一次 掃瞄之後，分析器1022導致相位移動組件1020藉由一些增 加量改變相位移動φ的數值直到跨越必不可少的數值集合的 相位移動φ之資料被收集完畢。 在此時’分析器1022有充足資料以決定且/或更新用 在對量測相位的循環係錯誤貢獻修訂之循環係錯誤係數的 數值。分析器1022將次序對‘詞排序成為一些群組，在一 個群組中的毛項目是相同的。雖然量測相位支包括循環係錯 誤貢獻’每一個支的數值對應到准一的量測物件位置（至少 在典型狀況下’在周於獲得新的量測集合的期間中，循環係 錯誤係數aqr、bqr、aqr’與bqr’沒有重大地改變）。因此，排 序提供尹(切，0)的群組’群组有不同的相位移動φ數值與相同而 未知的相位p數值。藉由完成關係式（6)所述的積分，分 析器1022對每一個群組來決定相位史的數值，以及接著， 基於關係式（5)與在所有群組中的資料，決定循環係錯誤 34 表紙張尺度適用中固园家標T^S)A4規格 --------------i ill — 訂·---丨 1線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 297公釐） 4217 0 8 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4217 0 8 五、發明說明（^ 係錯誤貝獻的量測所得相位麥(以)而$需要實際地描寫循環 係錯誤係數的特徵。在此類應用中，只需要—個通道以及在 掃瞄期間對量測物件的每一個位置分析器1〇22紀錄對相位 和動Φ的夕重數值之量測所得相位歹(的^)的數值。在每一個位 置’藉由積分根據關係式（6)的癸(免>)，分析器1〇22決定 理想相位φ並且從而得到光學路徑長度npL=p /k。 在其他實施例中，詳細地描述於後，相位移動組件給 予相位移動φ到參考與量測光束兩者，而不是在參考與量測 光束之間。此類實施例可以被用於例如描寫由干涉計中多重 反射所導致的循環係錯誤的特徵。由分析器丨〇22所完成的 分析相似於前述例子，除了在關係式（2)〜（5)的項中沒 有相位移動φ的加法或減法。 在另一實施例集合中，沒有使用相位移動組件。取而 代之地，系統包括色散干涉計，藉由使用具有相對應波長λ ，與；I2的兩對參考與量測光束，色散干涉計量測不同波長λ !與λ 2到量測物件的光學路徑長度ηρ( λ )L。波長λ i與λ 2 滿足；I "人2= 6//2 ’其中h與/2是整數。一對偵測器量測從 兩對參考與量測光束所導出的混合光束強度以及分析器量 測相對應於混合光束強度的相位心與祝〆在每一個量測物 件的多重位置’分析器紀錄相位心與色2並且也對多重位置 中的每一個位置計算色散參數φ 。 在缺乏每一個量測相位死U與死2中的循環性錯誤下，色 散參數Φ直接地成比例於在Κ测桿中的色散《( λ ,)-«( Α· 2)。 36 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2J0 X 297公釐） Ϊ ------- - -11-----訂 -----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^21708 ^ A7 I --------—B7 ___ 五、發明說明（35) '~' : 然而’每-個對應於光學路徑長度量測的相位〜與心包括 循環性錯誤。循環性錯誤可以被表示為如關係式⑴中所 :°此外’色散參數φ也包括來自循環性錯誤於相位心與 I中的貝獻冑實上’將詳細地描述於下文，在^盘伊占 循環性錯誤貢獻對色散影響的修訂，Γ Φ ’是約為因數二也 大於對相位仏與心其中一者的循環性錯誤貢獻。因數Γ是 倒數色散功率為卜咖]馳)_„ω)ϊ Γ典型地大於i有i 到2個等級數量。因此，色散修訂Γ φ對於循環性錯誤比量 測相位心與心更加敏感。 一 》了描寫貢獻到色散參數的循環性錯誤係數的特徵， 藉由改變量測物件的位置，分㈣量測色散參數①為量測相 位心與匕之一者或兩者的函數。之後，分析器波出色散參 數Φ以消除循環性錯誤係數的影響或者傅立葉解析色散參 數㈣蚊彳«性難缝的數值，此彳㈣性㈣係數以相 似於關係式（2)與（5)中所顯示的方式貢獻到色散參數。 理論表示式包括以對應於量測相位^與心的理想相位％與 〜之一者或兩者的傅立葉級數展開。在傅立葉分析中，分 析器用ΐ測相位〜與^代替理想相位％與^。代替是有效 地使用’因為對關連到相對應理想相位〜與〜的量測相位 色1 ”心之循環丨生錯誤貝獻是遠小於對關連於色散參數①的 色政參數Φ之㈣性錯誤貢獻^結果，對循環性錯誤係數的 數值被決疋於相對準確度，此相對準確度大體上相同於對關 連到相對應理想相位％與〜的量測相位〜與也2之循環性錯 誤貢獻。 I 37 本紙張尺度適用中固國家標準⑵0χ29?公愛)—---- I 1 Ί ------r - ! 1 (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 ^21 7 0 8 ;、
五、發明說明（36) 在另外的實施例中’色散干涉測定系統也可以包括如 前述的相位移動組件以進一步地琢磨對循環性錯誤的決定 數值。在此類系統中，分析器紀錄光學距離測量為相位移動 Φ的函數以及色散測量為量測物件的多重位置的函數，用以 描寫在系統中的循環性錯誤的特徵。如同前述雙通道系統， 色散量測實施例允許循環性錯誤在正常距離量測運算期間 中於背景被特徵化，在正常距離量測運算中量測物件是被掃 瞄或步進。 一般地，對於在此描述的干涉測定系統的實施例，分 析器包括一個或者更多電腦處理器用以完成適當的分析步 驟。根據詳為人知的方法，在此描述的數字與符號步驟可以 被轉換成為數位程式執行於數位信號處理器（DSp)。數位 程式可以被儲存於如硬碟之類的電腦可讀媒體以及被執行 於分析器中的電腦處理器。或者，適當的分析步驟轉換成為 數位程式且硬體化成為分析器中的電子電路以執行這些步 驟。基於已知數字或符號分析程序，用以產生此類電子電路 的方法也是詳為人知的。 以下接著是特定實施例的詳細說明。在它們不同於一 些細節的時候，公開的實施例除此分享許多共同裝置以外並 且自然地屬於幾個群組，取決於目的用途應用的類型以及是 否循環性錯誤被量測與量測所得循環性錯誤用於修訂因循 環性錯誤所引起的非線性影響或者是否有關光學路徑長度 的循環性錯誤被濾除。如以下所示，在每一個群组中的公開 38 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 -------ΊΙ —-------- (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 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 421 7 0 8 , A7 ~~---·~---^___五、發明說明（37) 貫施例在一些細節上也是不同的，例如它們的干涉量測光學 路徑如何被實現的細節與/或某些資訊信號如何被電子式地 掌握的細節。幾個群组中的第一實施例群組包括以一個波長 運算的距離量測干涉計。 幾個群組中的第二實施例群組包括以原始波長與第二 波長運算的干涉計，原始波長是為了干涉計的量測目的，為 了量測在干涉計中對第一與第二波長之其中一者或兩者的 循環性錯誤的目的，第二波長可以被掃瞄過一個已知波長間 隔。 幾個群組中的第三實施例群組包括裝置與方法兩者， 用以量測與修訂在距離量測干涉測定的色散相關信號中的 循環性錯誤，其中在距離量測干涉計中的量測路徑中之氣體 的影響被藉由根基於色散干涉測定程序而修訂。 幾個群組中的第四群組的實施例包括裝置與方法兩 者，用以量測與修訂在距離量測干涉測定的色散相關信號與 距離量測相關信號兩者中的循環性錯誤，使用色散干涉測定 以決定在距離量測干涉測定的量測光學路徑之氣體的影 響，以及裝置與方法，用以濾除在色散相關信號中的循環性 錯誤。 在幾個群組的第五群組中的實施例包括裝置與方法兩 者，用以量測與修訂色散相關信號與折射相關信號或用於量 測氣體本質光學特性的折射相關信號兩者中的循環性錯 誤。在幾個群組的第五群組中的實施例進一步地包_裂置歲 39 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2i〇x297公爱） f靖先閱讀背面之iit事項再填寫本頁} Ο /EX- -I . · -線· 421708: A7 I-—----Η_!___ 五、發明說明（38) 方法用以渡除在色散相關信號與折射相關信號或用於.量測 氣體本質光學特性的折射相關信號兩者中的循環性錯誤。 la圖描畫依照本發明的第一實施例之較佳裝置與方法的概 要圖。第一實施例是來自第一群組的實施例。描晝於第la 圖中的干涉計是一個極化、異質的、單一次操作的干涉計。 雖然說明的實施例是一個差異式的系統，目前發明是無困難 地改編為使用於同質系統中，其中參考與量測光束具有相同 頻率。在裝置具有對寬範圍的照射光源應用的時候，經由有 關光學量測系統的例子做出下列說明。 參照第1 a圖，光線束7從光源1發射經過調變器3變 成光線東9。調變器3由驅動器5所激起。光源1最好是一 個雷射或者像是協調的照射光源，最好是極化，以及具有波 長λ"例如，調變器3可能是聲學-光學裝置或者聲學-光學 裝置與用以選擇地調變光束7的偏振成分的額外光學之組 合。調變器3最好將光束7的一個線性地極化成分的震盤頻 率對於正交線性地極化成分移動數量，偏振成分的方向在 此標示為對應平行與正交於第la圖平面的X與ye震盤頻 經 率/ι由驅動器5所決定。 f % 如雷射的光線源1可以是任何種種的頻率調變裝置與/ g 或雷射。舉例而言，雷射可以是氣體雷射，如HeNe雷射， 量穩定在任何種種的目前詳為人知且熟練的傳統技術，例如， | T* et al., ^Frequency Stabilization of a 0.633 Dm He- % Ne-l〇ngitudinal Zeeman Laser,Applied Optics, 19, 3173- 社 印 製 J_ 40 本紙張尺度適用中國國家標⑽卿如規格x 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -r -線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 2 17 0 8 ^ A7 ____B7_____ 五、發明說明（39) 3177(1980) ； Burgwald et al., U.S. Pat. No. 3,889,207, issued June 10，1975 ;與 Sandstrom et al., U.S. Pat. No. 3,662,279， issed May 9, 1972。或者，雷射可以是二極體雷射穩定在任 何一個種種的目前詳為人知且熟練的傳統技術，例如，T. Okoshi and K. Kikuchi，“Frequency Stabilization of Semiconductor Lasers for Heterodyne-type Optical Communication System，” Electronic Letter, 16，179-181(1980) 與 S. Yamaqguchi and M. Suzuki, “Simultaneous Stabilization of the Frequency and Power of an AlGaAs Semiconductor Laser by Use of Optogalvanic Effect of Krypton,IEEE J. Quantum Electronics, QE-19，1514-1519(1983)。 兩個光學頻率可能藉由以下技術之一者製造：（1)使用 季曼分割雷射（Zeeman sp丨it laser) ’ 例如 ’ Bagley et al_，U.S. Pat. No. 3,458,259, issued July 29, 1969 ; G. Bouwhuis, ^Interferometric Mit Gaslasers,!>, Ned. T. Natuurk, 34, 225-232 (Aug. 1968) ； Bagley et al., U.S. Pat. No. 3,656,853, issued April 18, 1972 ;與 H. Matsumoto, “Recent interferometric measurements using stabilized lasers，’’ Precision Engineering, 6(2)，87-94(1984) ; (2)使用一對聲學-光學布瑞格元件（acousto-optical Bragg cell)，例如，Y_ Oktsuka and K. Itoh, “Two-frequency Laser Interferometer for Small Displacement Measurements in a Low Frequency Range，” Applied Optics, 18(2)，219-224 (1979) ; N· Massie et al., “Measuring Laser Flow Fields with a 64-Channel 41 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） /cx' ------：--------裝--------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 4^ 1 7 0 8 A7 __B7_ 五、發明說明（40)
Heterodyne Interferometer,” Applied Optics, 22(14), 2141-2151 (1983) ； Y. Ohtsuka and M. Tsubokawa, <lDynamic
Two-Frequency Interferometry for Small Displacement Measurements,” Optics and Laser Technology, 16, 25-29 (1984) ； H. Matsumoto, ibid. ； P. Dirksen et al., U.S. Patent No. 5,485,272 issued Jan. 16, 1996 ί N. A. Riza and Μ. Μ. K. Howlader, “Acousto-Optic system for the generation and control of tunable low-frequency signals/5 opt. Eng., 35(4), 920-925 (1996) ; (3)使用一個單一聲學-光學布瑞格元件 (acousto-optical Bragg cell)，例如，G. E. Sommargren, commonly owned U.S. Patent No. 4,687,958, issued Aug. 18, 1987 ; P. Dirksen .et al., ibid· ; (4)使用一個兩種縱向形式的 數極化 HeNe 雷射，例如，J. B. Ferguson and R. H. Morris, “Single Mode Collapse in 6328 A HeNe Laser，” Applied Optics 17(18), 2924-2929 (1978);使用雙折射性裝置 (birefringent element)或類似本質的雷射，例如，V. Evtuhov and A. E. Siegman，“A “Twisted-Mode” Technique for Obtaining Axially Uniform Energy Density in Laser Cavity,” Applied Optics，4(1)，142-143 (1965);或者使用描述於以下 文獻的系統，U.S.S.N· 09/061，928 由 Henry A. Hill et al-於 4/17/98 申請，標題為”Apparatus to Transform Two Non-parallel Propagating Optical Beam Components into Two Orthogonally Polarized Beam Components”，其内容合併於此 以做為參考。 42 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) ·&. --線- 42 1 7 0 8 A7 _ B7 經濟部智慧財產局員i消費合作社印製 五、發明說明（41) 作為束9來源的特定裝置將會決定光束9的直徑與發 散（divergence)。對於如二極體雷射的一些光源，將必須使 用傳統光束塑造光學元件，如顯微鏡物鏡，以提供光束9 對流過裝置具有合適直徑與發散。舉例而言，當光源是HeNe 雷射時，光束塑造光學元件可能是不需要的。 如第la圖所顯示，干涉計69包括參考回復反射鏡 91 (reference retroreflector)，物件回復反射鏡 92(object retroreflector)，四分之一波相遲延薄板 77 與 78(quarter wave phase retardation plates)，以及極化光束分割器 71 (polarizing beam splitter)。此結構是已知技術-極化麥克森干涉計 (polarized Michelson interferometer)。物件回復反射鏡 92 的 位置由轉化器67(translator)所控制。 如第la圖所顯示，光束9入射干涉計69以製造出光 束33與34。光束33與34相對應地包含有關經由量測路徑 98中的氣體之光學路徑長度與有關經由參考路徑之光學路 徑長度在波長為久]的資訊。光束33與34離開干涉計69 並且進入偵測系統89，如第la圖所圖示。在偵測系統89 中，光束33的第一部份由非極化光束分割器63A所反射， 再由鏡面63B所反射，並且入射光束分割器63C。第一部份 光束33由非極化光束分割器63A所反射的一部份經由極化 光束分割器63C反射而變成光束41的第一成份。光束34 的第一部份由非極化光束分割器63A所反射並且入射光束 分割器63C。由非極化光束分割器63A所反射的第一部份光 43 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) -^16 r 良 φ, 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 Μ 4217 0 8 A7 *--------B7__ 五、發明說明（42> 束34經由極化光束分割器63C傳送而變成光束41的第二 成份。光束33的第二部份由非極化光束分割器63A所傳 送’再由可變相位移動器81所傳送，再由鏡面63D所反射， 並且入射極化光束分割器63E。由非極化光束分割器63A所 傳送的第二部份光束33經由極化光束分割器63Ε反射而變 成光束43的第一成份《光束34的第二部份由非極化光束分 割器63Α所傳送並且入射極化光束分割器63Εβ由非極化光 束分割器63Α所傳送的第二部份光束34經由極化光束分割 器63Ε傳送而變成光束43的第二成份。 干涉計69導入相對應於光束41的第一成份與第二成 份之間以及光束43的第一成份與第二成份之間的相位移動 !與2。相位移動φ】與φ 2的數量相關於量測路徑98的 來回物理長度Α ’可由下列公式得知 :Li.P‘ki.ni ζ·=1 與 2 ( s) 此處/^是經由對應參考與量測旅程的經過次數，〜是在量測 路徑98中氣體的折射率，其對應至導人⑼光學路徑與波 數。在第la圖中所顯示的干涉計是針對以 便用最簡單的方式闡明第一實施例裝置的功能。對已熟知 術者而言，對於當…例子的普遍化是一個簡單的程序。 對A的名義數值，卜；！與2，相當於量測路徑 二理長度之間差異值的兩倍。長度、與：是相等 於％想於由相同光束33推導的相位移動〜 高準確性。除了如氣體中紊流與氣體中局部密度梯度的其他 -------------^------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 421708 A7 ----- B7______ 五、發明說明（43) 來源之類的高階效應以外’折射率與％是相等於聯想於 由相同光束33推導的相位移動少]與切2之光束的高準確 性。 在第la圓中所顯示的可變相位移動器η傳導相位移 動Φ進入由非極化光束分割器63A所傳送的第二部份光束 33 ’相位移動φ的數量是可調整以及由信號3〇所控制。 一系列不同實施例的可變相位移動器81描晝於第lb 圖至第le圖的圖形中。未顯示於第ib圖至第&圖的圖形 中的第一實施例的可變相位移動器81包括一組具有不同光 學厚度的相位移動薄板，其為非雙折射或雙折射類型，在其 中藉由將來自一組相位移動薄板的不同相位移動薄板相繼 地插入對應光束的路徑中以改變相位移動。 顯示於第lb圖中的第二實施例的可變相位移動器81 包括電子·•光學調變器72,相位移動是由來自電腦29的信號 30所控制。 顯示於第lc圖中的第三實施例的可變相位移動器81 包括兩個實質上完全相同的定向棱鏡74A與74B以便不改 變由棱鏡對所傳送之光束傳遞方向，由棱鏡對所導入的相位 移動可藉由改變棱鏡對的部分重疊程度來改變，棱鏡對的部 分重疊程度由轉化器67B所控制，亦即由來自電腦29的信 號30所控制。 顯示於第Id圖中的第四實施例的可變相位移動器81 包括由充滿預先綠定氣體的右側圓形柱91 (right circular 45 本紙張尺度適肖+ @ ®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) •ιό .線· 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 2 17 0 8 A7 _B7_五、發明說明（44) cylinder)所分隔的氣窗90A與90B所形成的氣室，由第四實 施例所導入的相位移動可藉由氣室中的預先確定氣體的密 度來改變。用以改變的氣窗90A與90B與圓柱91所形成的 氣室中的預先確定氣體的密度之氣體操作系統沒有顯示於 第Μ圖中。 顯示於第le圖中的第五實施例的可變相位移動器81 包括兩個鏡面 65A 與 65B 以及回復反射鏡 93(retroreflector)，由第五實施例所導入的相位移動可藉由 變化回復反射鏡93和鏡面對65 A與65B的間隔來改變，間 隔由轉化器67C所控制，亦即由來自電腦29的信號30所 控制。 在如第la圖所示的下一步驟中，相位已移動光束41 與43各自地通過極化器79A與79B，各自地照射至光偵測 器85與87之上，以及最好由光電偵測各自地產生電子干涉 信號，異質信號h與h。極化器79A與79B是定向的以便 各自地混合光束41的偏振成分與光束43的偏振成分。信號 ~與h具有下列形式 A =功).c〇s[a,.(i)]， ί = 1 與 2。 （9) 信號&是複數A的實數部分I，〜包括一個因果的，穩 定的，亦即絕對地可總和的，實數序列。因此，I的傅立葉 轉換〜(/®)完整地定義《X/®)[詳見chapter 10 “Discrete Hilbert Transforms" in Discrete-Time Signal Processing, by A V. Oppenheim and R. W· Schafer]，此處 46 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
訂· -線. 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） 421708 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（45) = i = I ^ 2 > (10) 是的虛數成分，〇)是角速度，以及』是虛數數字 λ/ΡΪ]。t的虛數成分I從心(/6>)的倒轉傅立葉轉換與下列公 式所獲得 ^,/ =4Μ·δΐη[α(.(ί)], ζ· = 1 與 2。 （】！） 根據以下公式’相位α;(ί)可以由&與&獲得 «(.(〇 = arctan i = 1 與 2。 ( 12) 根據以下公式，時間從屬的自變量α(ί)可以表示為其他 量的項 = + 免2.+(2+Λ2 + 多， （13) 此處Λ】與Λ 2包括在特定循環式錯誤中的非線性錯誤，ψ是 由相位移動器81所製造的相位移動而不實質地改變非線性 Λ,’以及相位偏移量（1與：2各自地包括所有相位^^與^ 2的貝獻，相位偏移量與量測路徑98或參考路徑的光學路徑 無關以及與非線性錯誤無關。為了分析，異質信號心與^ 各自地傳送至電子處理器2?作為以數位或類比格式的電子 信號23與25，最好是以數位格式。 現在參考第If圖，電子處理器27進一步地包括電子 處理器1274人與i274B以各自地決定量測所得相位两與.， 人'Μ Ψι = Ψι +^2 +Λ2(^2,<ί)+^ ( Η) 47 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公楚） (靖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) y :裝 訂. :線· 421708 A7 B7 五、發明說明（46) 由數位或類比k號處理，最好是數位處理，使用應用時間的 相位偵測例如數位Hilbert轉換偵測器[詳見secti〇n 4丄i 〇f “Phase-locked loops: theory, design, and applications” 2nd ed.
McGrawHHl (New York) 1993, by R E 以州或類似者以及 驅動器5的相位。 驅動器5的相位由電子信號，參考信號21，以數位或 類比格式所傳送至電子處理器27。對參考信號21的另一選 擇的參考乜號，此參考信號也可能由光學取消裝置與偵測器 (未顯示於圖中）所產生，此參考信號藉由用非極性光束分 割器分離光束9的一部份，混合被分離的光束9的一部份， 以及偵測混合部份以製造出另一同質參考信號所產生。 再次參考第If圖，量測所得相位两與民接著在電子處 理器1277中相減，最好藉由數位處理，以創造相位φ。形 式上， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 15 --線- 或 經 濟 部 智 慧 財 k 局 員 j- 消 費 合 作 社 印 製 a> = P.M^vi2，A)+fc^WA2.HA>,)]+0。 （16) 注意在其中，在量測路徑中對氣體折射率的紊流效應實質地 消除如同由回復反射鏡92的轉換所製造之都普勒移動 (Doppler shift)效應。因為光束41與43的量測光束成分兩 者都是由相同光束33所推導出來，在量測路徑中對氣體折 射率的紊流效應於Φ中被消除。 48 I紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規ϋι〇χ297公爱 421708 A7 B7 五、發明說明（ ΑΎ 非線性Λ ; —般可以被表示為循環性非線性妁的項與非 循環性非線性仏的項，亦即， Λ/=Κ+叹， ί = 1 與 2。 （ 17) 對於應用的其餘部分，非循環性非線性將被省略。 循環性非線性妁的頻譜表示，以妒！與史2的項，可以 基於不同系列的正交多項式與函數。兩個例子是一個包括傅 立葉正弦與餘弦的級數以及一個包括Chebyshev多項式函 數的級數。在不背離本發明的精神與範圍下，扒的傅立葉正 弦與餘弦級數頻譜表示將被使用於其後的實施例以及在第 一實施例被表示為： 6 (切2，彡)=C2,〇 (供2) + Σ (炉2 )C0S ⑽ (炉2 )sin 抑，（18 ) 分=1 9=1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) P: *10. 和 ifPi)=) g=l=Σ[Σ 〜V— r-l ^-1 J /·=! \ q-l 1與2 19) 綞濟部智慧財產局員工消費合作社印製 sinr^ ciq(^)=1 c〇sr^ + Yb^ sin/-^. V r=l r=l s/?fo)= Σν cosr^ +Σ6^ sinr^,. \ r-\ r=l 有趣而要注意的是y2»y2(<P2,〇)-C2,〇(<?>2)。 Ci(?與&被寫成具有l諧波級數項的參數之正弦與餘 弦級數的項之關係式（20)與（21)。對於一些干涉計結構， 尤其是多次通過干涉計，一個系統可能包括一個光源，干涉 [¢ = 0,1,2,-.. [i = \and2 1 i = land! (20) C 2Π _線· 49 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 2 1 7 0 8 , A7 ------ -B7____ 五、發明說明（48) 計，與彳貞測器以產生為p ;•的次諧波的循環性非線性。假使 次諧波的循環性錯誤存在於系統中，關係式（20 )與（21 ) 被加強以便包括具有次諧波φ 參數的餘弦與正弦級數項。 用以決定在餘弦與正弦級數中的係數之其後說明的程序將 是以關係式（18)、（19)、（20)與（21)所給定的級數 表示的項中’而不背離本發明的精神與範圍。 一個系統可能包括一個光源，干涉計，偵測器，與數 位信號處理以產生不為φ /的次諧波與諧波的循環性非線 性。例如’藉由在數位信號處理中的代理信號（aliasing)，非 次諧波、非諧波的循環性錯誤被製造出以及具有p ;的次諧 波與諸波的代理信號的頻率。假使非次错波、非讀波的循環 性錯誤存在於系統中’關係式（20)與（21)被加強以便包 括具有9 ;的次諧波與/或諧波的代理信號參數之餘弦與正 弦級數項。用以決定在餘弦與正弦級數中的係數之其後說明 的程序將是以關係式（1S)、（19)、（20)與（21)所給 定的級數表示的項中’而不背離本發明的精神與範圍。 一般而言’關係式（20)與（21)所給定的頻率表示 對干涉計是有效的，干涉計中異質信號的相位以實質固定的 速率而改變。一般而言’關係式（2〇 )與（21 )所給頻率表 示的係數將取決於相位的改變速率，例如，作為異質信號所 遭受的群組延遲性質的結果。群組延遲，常被稱為訊息封延 遲（envelope delay) ’描述一個頻率封包的延遲以及在特定頻 率的群組延遲被疋義為在特定頻率時相位曲線斜率的負數· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ο 丨裝‘. 訂： •線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 42 170 8 A7 一 B7 五、發明說明（49) [詳見 H_ J. Blinchikoff and A. I· Zverev, Filtering ing Time and Frequency Domain, Section 2.6, 1976 (Wiley, New York)] ° 為了描述循環性錯誤對干涉計的影響，其中干涉計中 異質信號的相位以兩個或更多不同的實質固定速率而改 變，對每一個不同的實質固定速率獲得頻率表示的係數。相 對應於一組以兩個或更多不同的實質固定速率而改變之異 質信號的相位的對應頻率表示的係數可能另外被有效地表 示為異質信號的相位的改變速率之函數項。函數可能只有包 括在改變速率中一個簡單次方級數中的開始很少數的項或 者可能包括正交函數或多項式。 循％性錯誤項Cu與Cy主要是由干涉計的循環性錯 誤產生的結果，例如，在量測中光束的寄生内部多重反射與 /或參考支柱與/或來自要求特性的四分之一波相遲延薄板 與極化光束分割器的偏差。剩餘的循環性項匚…與Siq(I是1 與2，q大於或等於1)通常由來自一些不同且獨立或組合地 運算的光源之偏振與頻率混合所影響，例如，偏振與頻率混 合於干涉計光源中’干涉計光源對應干涉計的不當調準，基 於偏振的相關狀況而用以分隔參考與量測光束的極化光束 分割器之要求特性偏差，以及包括混合器與分析器的偵測裝 置對應干涉計的調準特性。 循環性錯誤CM與Cy的大小可以是實質上相同的以 及由關係式（19 )定義的循環性錯誤〗與％」的大小可以 51 本紙張尺度適用t _豕料（CNS)A4規格（297公爱y ---------------裝--- (請先閱讀背面之注奪項再填窝本頁) 訂·. --線. 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 4217 0 8 A7 B7 五、發明說明（50) 是實質上相同的。然而，循環性錯誤（:^與C2,。的大小一般 疋不相等的以及循環性錯誤妁，1與妁，丨的大小一般是不相等 的，因為光束分割器63A、63B與63E的反射及傳送特性與 要求特性之間的偏移所導致。 對熟悉此技術者而言’在隨後的本發明實施例的說明 中可以省略非循環性非線性^而不背離本發明的精神與範 圍。 在下一個步驟中，φ被作為對數值φ集合的函數济與氣 來量測，所需要不同數值φ的數目取決於妁與％的複雜性以 及所要求的妁與妁量測數值的相對準確性。由可變相位移 動器81所導入之φ的數值集合是由來自電腦29的信號3〇 所控制。始於φ的量測數值，此量的測測數值 ψ2{φ^Φ)-ψι{φ1Α)+(Φ~Φϋ) (22) 疋從[φ(^^)-φ(色，九)]所獲得’其中φ。是φ的勒始數值。 根據關係式（18 ) ’對…(的⑷一以化，九)的表示式可以被 寫成如 ^2 (^2 ^2 (^2 ) = Σ^2,9 {ψΐ XcOS^r^ - C〇S^〇 ) 守=1 + Σ {ψι Xsin^ίί - sin 9<ί〇) ( 23 ) 對要求對於在两而非色的循環性錯誤做補償之目標使 用應用，對某些列於關係式（20 )與（21 )中的傅立葉係數 的決定之程序是被描述。對要求對於在氣與色兩者中的循環 性錯誤做補償之目標使用應用，對另外一些列於關係式（2〇 ) 52 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇7^7公釐〉 -------Ί---II! · - I f请先閱锖背面之注意事項再填寫本頁) . --線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 421708
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與（⑴中的傅立葉係數的決定之第二程序是被描述。此泽 個程序是表達兩個可能程序的例子以及兩個程序的特定指 述不經由例子而限制本發明的範圍。 首先描述兩個程序的第二者，其中實現對在㈣色兩名 中的循環性錯誤部分之補償，第二程序，藉由對通常發規 於干涉計t的循環性錯誤數量的反覆程序，傅立葉係顧 b2qr、a2qr與b’2qr’ q^l與，可以作為q與r的遂 數來決定。躲入=633細的單次通過干涉計巾的相對應於 位置約小於5nm的錯誤之循環性非線性項妁約小於ι/ι〇的 狀況，代表么)的傅立葉係數可以從量測數量① 藉由有效反覆過程所獲得。對於環性非線性項妁約為〗的 情況，在九）的傅立葉係數可以藉由一系列傅立 葉係數的同時超越關係式之產生所獲得。對傅立葉係數測定 的反覆程序將在此描述，妁約小於1/1〇的狀況通常符合於 干涉測定系統中以及反覆程序是一個簡單程序。 在反覆程序中的第一步驟是假設在色中的循環性非綠 性是可以忽略的以及計算在％%(外，么）中的傅立葉係 數’使用民作為積分的變數。反覆過程的第二步驟是使周於 反覆程序的第一步驟中獲付之在，多)_%(外，么）中的傅立葉 係數以產生對在中的第一反覆的循環性非綠 性做修訂之第一反覆芭以及接著使用第一反覆民作為積分 的變數計算對在^2(%>)-^2(<?>2，^。）中的傅立葉係數的第二反覆 數值。重複反覆過程直到對於在％(炉2，必中與色中的 53 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 厂..< I I--— J — !!裝 i I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -5J. --線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 2 17 0 8 ./ A7 -----B7____ 五、發明說明（52) 傅立葉係數之反覆數值序列已經收斂到需要的相對準確 性。由於妁約小於1/10，在反覆過程中的步驟數目可能不 需要超過一或二。 可以由第一實施例所測定的循礞性錯誤[Ψ2(%>)-c2>2)j 之相對準確性將具有以弧度表示的循環性錯誤項C2()fc2)/2數 量之數量級，在結合絕對準確性而用於估算以弧度表示的 的程序中沒有測定循環性錯誤項C2i()fc)，對此 Φ是已知。在對[平2(知多)-〔2.。(外)]的修訂之後，來自 1ψ2(外,0)-C2,cfc)j而在民中的殘留循環性錯誤可以被描述為加 入一系列二階效應，第二階效應可從兩個第一階效應的乘積 推導，第一階效應是[ψ2(仍，i〇-c2fl(%)丨、（：2,。(识2)以及對Φ是已知 的絕對準礦性。 對與在前述第一實施例的步驟中所測定之 〜(朽)!的相對準確性為相同之相對準確性，由％,(约） 表示的循環性錯誤是接著被測定。在循環性錯誤估算程序中 用以對付在歹】中的循環性錯誤之後續步驟使用對 1_ψ2(炉2，分)_^*2，。(供2)|修訂的歹2-0，亦即，{死~1^2(<»2，多» 作 為在{-φ+Ιψ〆％，#)-^^。^^树的傅立葉分析中積分的變數。 從基於關係式（16 )與（18 )的下列表示式明顯可知， 量{~φ+ίψ2(Α4)-<^(ί?2)1+ίί}是一個不超過一定值的良好近似值 Ψχ,Αψχ)； }~® + [T2(^2^)-C30(^JJ+^=^ufe)+(^-^)+[ci〇(^)-c2〇(^)j ( 24) 其中J項與π ,·項已經因為前述理由而被忽略。 54 Γ%先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 〇 -駿 訂： -線 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杜印製 4 2 1 7 Ο 8 4 Α7 、-----—___. Β7_______ _ 五、發明說明（53) 偏移量項（Γ 2)是一個常數以及通常， K〇W-C2l^2)|£|cM(炉， （25) cu>fc)是近乎相等於C2Qfe?2)以及光束分割器63 A對傳送與反 射光束的光束分割性質是實質相同的，例如，50/50。 在+ 1 平2(炉2’多)_匸2.。(^)]+卢丨中對應於cos%與sinr奶的傅立
葉係數ί(Σ?Α,Μα丨，。广A心)j與[()+(&,。广δ J 程序的一者被測定為r的函數。對於循環性非線性項妁S1/l〇 與 KS1/10 的狀況’對於在 的傅立葉係數ί(ΣϊΑ」+(ν^〜J與&人1 式（24)的右邊項，可以從量丨+ 而獲得， 藉由與在也）中的傅立葉係數測定相同之反覆程 序。 對在k»[c»C2。(免2)Jf中可以由第一實施例所測定 的循環性錯誤之相對準確性將具有以弧度表示的循環性錯 誤項4。(炉2)/2數量之數量級，在結合絕對準確性而用於估算 以弧度表示的或h»[Ci»C2。(外处之一者 的程序中沒有測定循環性錯誤項匚2,。^)，對此φ是已知。在對 ίΜ外Mq〇W-c2‘)j}的修訂之後’來自 iM^+tCiQW_c2eWj} 而在系中的殘留循環性錯誤可以被描述為加入—系列二階 效應，第二階效應可從兩個第一階效應的乘積推導，第—階 效應是{n»lc，»C2。(供j、Q。化J以及對φ是已知的絕對▲ 確性。 第實施例的製置與方法允許量測與後續對在-與泛 55 ------^------- I · -------訂·1!1!! (請先閱讀背面之;i意事項再填寫本頁) 本紙張尺錢肖(CNS)A4規格（21〇_ 297公釐） 421708 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (25) A7 五、發明說明（5勺 中的循環H錯誤之修訂，對由數㈣駭的相對準癌 性與對Φ是已知的絕對準確性。如前文所言，仏)項主要是 由相關，干涉計的效應所引起，所以在光源與/或光束輸送 至干涉计中產生的循環性錯誤、光源對應干涉計的不當調 準用以刀隔參考與量測光束的極化光束分割器的要求特性 之偏差以及藉由包括混合器與分析器的偵測裝置對應干涉 計的調⑽性而觀的循環性錯誤，可以被修訂至高水準的 準確性’亦即修訂至第二階效應，第二階效應是兩個第一階 效應的乘積帛-階效應是某些其他如&血）的循環性錯誤 與/或對Φ是已知的絕對準確性。 即將描述的下一程序是兩個程序的第一者，在其中對 祆中的循ί哀性錯誤部分補償被完成而不需要對色中的循環 性錯誤部分的測定。在第一程序中的第一步驟是量測巧為切 2以及對φ的數值集合之函數，所需要不同數值φ的數目取決 於妁與妁的複雜性以及所要求的妁與妁量測數值的相對準 確性。由可變相位移動器81所導入之+的數值集合是由來自 電腦29的信號30所控制。下一個步驟是藉由積分轉換以濾 除色以便消除具有qD與t(外）的項’ pi’作為在妁的表 不以及因此在民的表示。 對固定數值少2的蚝的積分轉換起由公式所給與 \卒一 φ 其中對Φ積分的範圍是以2ττ為模（modulo 2 π )。對於由關係 56 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Ό —--------------裝-------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 2 17 0 8 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（55) 式（18 )所給予之對％的級數表示已經被增加以包括具有 為屮2的次諧波參數的項之應用，在關係式（26 )中對φ的積 分範圍將被從以2 7T為模修改為一個次諧波項的積分為零 之範圍。相似程序將被使用於一個由關係式（18)所給予之 對妁的級數表示已經被增加以包括具有對應於由代理訊號 產生的φ 2的次諧波與/或非諧波參數項的之用。在關係式 (26)中的積分轉換可以被泛論以包括如史2以常數速率而 變化之類的非固定數值φ 2，對相對準確性而言此常數足以 達到如在量測路徑中氣體紊流不是限制因素的目標使用應 用之要求。 實際上，在關係式（26 )中的積分濾波器通常將由數 位信號處理器以數位濾波器所實現[例如，詳見J. G. Proakis and D. G. Manolakis, DIGITAL SIGNAL PROCESSING: Principles, Algorithms, and Applications, Second Edition, (Macmillan New York) 1992]。 已濾波的氣，即蚵，等於在周以描述在祆與民中部分循 環性錯誤的測定之第二程序中所獲得的對色的反覆數值。筘 的性質之其·餘說明是相同於對反覆色所給的說明之相對應 部分。在祝中部分循環性錯誤的測定之其餘步驟是相同於在 第二程序的祝中部分循環性錯誤的測定之相對應步驟，远是 使用於取代也的反覆數值。 用於祆中部分循環性錯誤的測定之第一程序的其餘說 明是相同於第二程序的祝與氣中部分循環性錯誤的測定之 57 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂· -線_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 421708 I、發明說明（56) 相對應部分。 第一實施例的一個重要優點是對於Φ必須是已知的對 應要求絕對準確性可以達成目標使用應用的要求，對Φ的已 知絕對準確性導入錯誤如同在由第一實施例對循環性錯誤 修訂的相位量測之第二階效應中的因素。 異質信號在產生與電子處理中的非線性也可以是循環 性錯誤的來源。由於異質信號在產生與電子處理中的非線性 所引起之某些循環性錯誤將有相同於要求異質信號的異質 相位的諧波之異質相位並且因此貢獻至要求異質信號的量 測相位中的循環性錯誤。由於在產生與電子處理中的非線性 所引起之某些循環性錯誤將相同於前述由其他喚起機制所 產生的循環性錯誤般由第一實施例量測與監視。 第一實施例的一個重要優點是循環性錯誤部分位置的 測疋而不需要修改相對應於免1的量測路徑。當為了色與民中 部分循環性錯誤的測定而使用第二程序時，第一實施例的進 一步優點是循環性錯誤可以被量測於距離量測干涉計的正 常運算期間而不妨礙距離量測的正常運算。進一步優點可能 是被指明為根據两與色中部分循環性錯誤位置的量測與監 視不需要修改相對應於两的量測路徑或者不妨礙距離量測 干涉計的正常運算。 第一實施例的另一優點是量測與/或監視祆與氣中部分 循f性錯誤的函數維持運行著甚至當两與色中的循環性錯 誤是時間與/或两與色之一者的緩慢變化函數，例如，循環性 58 本纸張尺度適用中國幽冢標準（CNS)A4規格（21Q x 297公楚） (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 4 2 1 7 Ο 8
五、發明說明（57) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 錯誤取決於量測物件92的所在位置。 對熟練於此領域者是明顯的，可變相位移動器8〗可以 替代地被再設置於第la圖中以便導致相位移動φ進入由光 束分割器63 A所反射的光束33第一部份代替進入由光束分 割is 63A所傳送的光束33第二部份而不背離本發明的範圍 與精神。第一群組貫施例的裝置與方法將允許對於可變相位 移動器81的替代位置之對於济與色中循環性錯誤之量測與 其後修訂，對由C]0(奶）數量所決定的相對準確性，不包括 QfeO與Qfo)的效應。循環性錯誤項^““與心“^可以如前 指明地是實質上相同以至於對於可變相位移動器81的兩個 引用位置之任一者，第一實施例的運行是實質上相同。 具有可變相位移動器81的替代位置之第—實施例的其 餘說明是相同於對已給予的第一實施例說明之相對應部 分。 對熟知此技術者，明顯地量測數量φ不易受在干涉計 量測路徑中的氣體效應所影響，特別是紊流效應，用以產生 Φ的兩光束之路徑是實質上有共同空間的。本發明的後述特 徵使得獲得有關具有減少的系統錯誤之循環性錯誤是可能 的，此有系統的錯誤可能是因有系統的氣體流動模式之結果 而發生，亦即，不需要假設在量測路徑中的平均氣體流動模 式不製造有系統的錯誤。本發明的後述特徵使得獲得有關具 有減少的統計錯誤之某些循環性錯誤是可能的而不需要^ 均大數目的Φ的獨立量測。 59 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） ----------------裝· ！ ·"請先閱讀背面之注意事項再填寫本買) 許· 線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4217 0 8 ， A7 B7 五、發明說明（58) 第2a圖描晝依照本發明的第二實施例之較佳裝置與方 法的概要圖。第二實施例是來自第一群組的實施例。描晝於 第2a圖中的干涉計169是一個極化、異質的、單一次操作 的干涉計，光束109，光束來源101 »光束1〇9與光束來源 101的說明是相同於對第一實施例的光束9與光束來源1所 給說明之相對應部分。 參照第2a圖，光束1 〇9的第一部份是由極化光束分割 器158 A傳送而作為輸入光束ι〇9Α以及光束1〇9的第二部 份是由極化光束分割器158A與鏡面158B反射而形成輸入 光束109B。輸入光束ι〇9Α與109B進入干涉計169。第二 實施例之回復反射鏡191與192和極化光束分割器171相對 應地完成類似如第一實施例之回復反射鏡91與92和極化光 束分割器71的運算。 經由干涉計169以各自地形成輸出量測與參考光束 133A與134A之光朿109A的傳導說明是相同於對經由第一 實施例的干涉計69以各自地形成輸出量測與參考光束33 與34之光束9的傳導之特定說明的相對應部分。 經由干涉計169以各自地形成輸出量測與參考光束 133B與1MB之光朿109B的傳導說明是相同於對經由第一 貫施例的干涉汁69以各自地形成輸出量測與參考光束 與34之光束9的傳導之特定說明的相對應部分，除了有關 可變相位移動器181之外。 第二實施例的可變相位移動器181之說明是相同於對 60 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮1 -----------裝--------訂--------*線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 42 1 7 0 8 ^ A7 B7 五、發明說明（59) 第一實施例的可變相位移動器81之特定說明的相對應部 分。在第二實施例中，可變相位移動器181引進相位移動Φ 於輸出量測光束133B的原本中。干涉計169引進在光束 133A與134A之間的相對相位移動p 3以及在光束133B與 134B之間的相對相位移動φ 。 在如第2a圖所示之下一步驟中，光束133A，134A， i33B與134退出干涉計169以及進入偵測系統189。在偵 測系統189中’光束133A是由鏡面163A所反射並且其一 部份由極化光束分割器163B所傳送用以形成相位移動光束 141的第一成分以及一部份的光束133A由極化光束分割器 163B所反射以形成相位移動光束141的第二成分。此外， 光束133B是由鏡面163C所反射並且其一部份由極化光束 分割器1630所傳送用以形成相位移動光束143的第一成分 以及一部份的光束133B由極化光束分割器163D所反射以 形成相位移動光束143的第二成分。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ------I------(裝 i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -線- 相位已移動光束141與143各自地通過極化器Π9Α與 179B ’以及各自地照射至光偵測器185與187之上，最好 由光電偵測各自地產生電子干涉信號，異質信號心與心。 極化器179A與179B是定向的以便各自地混合光束141的 偏振成分與光束143的偏振成分。信號&與具有下列形 式 〜=4(，).c〇s[a,'(，)]， i = 3 與 4。 （ 27 ) 此處時間從屬的自變量被表示為 61 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） 42 1 70 8 (28) A7 B7 五、發明說明（60) α3 (〇 = 2^；/ + φ$+ζ3+Α3, a» -^φΑ+ζΑ+ ΚΑ+Φ， 其中相位偏移量f 3與（4各自地包括所有相位α 3和(2 4中 與量測路徑198或參考路徑的光學路徑無關且不包括各自 地由Λ3與Λ4代表的非線性效應的貢獻，以及φ是由相位移 動1§ 181所製造的相位移動。由關係式（27)表示的h與& 之說明是相同於對第一實施例由關係式（9 )相對應表示的 〜與〜之特定說明。為了分析，異質信號&與〜各自地傳 送至電子處理器127作為以數位或類比格式的電子信號123 與125，最好是以數位袼式。 現在參照第2b圖，電子處理器127包括電子處理器 2274A , 2274B與2277，其完成類似於第一實施例的電子處 理器1274A，1274B與1277之功能。由電子處理器127對 相位Φ [由關係式（30)定義於後]在處理異質信號〜與^ 的步驟之說明是各自地相同於第一實施例的由電子處理器 27對相位φ [由關係式（15)所定義]處理異質信號〜與^ 的步驟之特定說明的相對應部分。電子處理器2274A與 2274B決定量測所得相位死與~， ^=Ψ3+ζ3+Α,(φ3), 歹4 =炉4 +(4 +八4(外，多)+卢， （29 ) 電子處理器2277將色減去色以形成相位φ。形式上， Φ = (^-¾) 5 ( 30 ) 或 Φ = Ρ.Η«4'υ3)+(《4-Α)+[Λ4·(内务〜(％)]〇。（31) 02 本紙張尺度適財_家標準（CNS)A4規格冗χ挪公爱> Q:> . . --------------裝！ — 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 421708 A7 B7 33) 五、發明說明（61) 注意在其中，由回復反射鏡192的轉換所製造之都普勒移動 (Doppler shift)效應於φ中被消除。 非線性Λ ;•是被表示為循環性非線性％的項與非循環性 非線性77;的項，亦即， ί = 3 與 4。 （32) 此處’為了達到高階準碟度’對ί = 3與4的κ可以被寫為 彳·1 Κ (识4，彡)=Wcos# + Wsin#， Λ-1 和 ο ---------I--丨-裝 i I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ( \ f \Σ Σ〜c〇srA +ΣΣ\ Γ=1 ) 3與4 sinr仍, c» Σα_ c〇sm+Σ\ sinr^) Vr=1 ^(^)= E^rcosr^+^^sinr^. | , =0,1，2”·· [/ = 3 and 4 [i = 〇，l，2,… i = 3 and 4 (34) (35) (36) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 與h被寫成具有ρ ί諸波級數項的參數之正弦與餘 弦級數的項之關係式（35)與（36)。對於一些干涉計配置， 尤其是多次操作干涉計，一個系統可能包括一個光源，干涉 計’與偵測器以產生為ρ 的次諳波或φ ;的諧波與/或次諧波 的代理信號的循環性非線性。假使次譜波，諸波的代理信 號’與/或次諧波的代理信號類型的循環性錯誤存在於系統 中’關係式（35)與（36)被加強以便包括具有φ,的次譜 波’譜波的代理信號’與/或次諧波的代理信號如同φ的次諧 63 本紙張尺賴ffi令國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公釐)' βτ
42 1 7 0 S 五、發明說明（ 波，諧波的代理信號，與/或次諧波的代理信號之參數的餘 弦與正弦級數項。用以測定在餘弦與正弦級數中的係數之其 後說明的程序將是以關係式（33)、（34)、（35)與（36) 所給定的級數表示的項中，而不背離本發明的精神與範圍。 在第一實施例的級數表示關係式（18)、（ 19)、（2〇) 與（ 21)的構造與第二實施例的級數表示關係式（33)、（34)、 (35)與（36)的構造之差異是有意義的。構造中之差異是 有意義的原因如下所述，與出現於第一實施例中循環性錯誤 項C,，。與C2，G不可以被量測與監視的狀況相比，實質上第二 實施例中的所有循環性錯誤可以如於此所述地被量測與監 視。 、 構造中之差異起因於在第二實施例中的可變相位移動 器18i位於在光束分割器171與回復反射鏡192之間的量測 路徑198中，反之’在第__實施射的可變相位移動器 位於干涉計69之外部。作為可變相位移動器“與i8i的相 對位置的效應之例子，考慮可變相位移動器81與181的各 自位置對沿著干涉言十169肖69的量測路徑通過的寄生光束 之影響’寄生光束是由寄生内部多重反射所產纟。這些寄生 光束導致輸出量測光束具有多次通過回復反射鏡的成分而 將遭受經過在第二實施例中的可變相位移動器⑻的多重 相位移動，對比於只有單次通過在第—實施例中的可變相位 移動器81。 循環!生錯誤C3 q與c4 (} , q大於或等於1，的大小可以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格 ------裝--------訂-----1---線 (請先閱靖背面之注項再填寫本頁) 經 濟 部 智 慧 財 局 員 i 消 費 合 作 社 印 製 421708 A7 B7 (38 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 杜 印 t 五、發明說明（63) 是實質上相同的。然而，因為光束分割器158A、158B、 163A、163D與173的反射及傳送特性與要求特性之間的偏 移所導致，循環性錯誤C3,q與C4，q的大小一般是不相等的。 如第一實施例的說明所表明，非循環性非線性57 ;在隨 後的第二實施例的說明中將省略。 在下一個步驟中，Φ被作為對數值φ集合的函數疼與色 來量測，所需要不同數值φ的數目取決於％與％的複雜性以 及所要求的妁與％量測數值的準確性。由可變相位移動器 181所導入之φ的數值集合是由來自電腦129的信號13〇所 控制。始於Φ的量測數值，此量的測測數值 Ψα>Φ)-Ψα{ψ^Φ〇)+(Φ-Φ〇) ( 37) 是從φ(^3為)]所獲得，其中Φ。是Φ的初始數值。 根據關係式（33 )，對仏(内，#)_%(外，九)的表示式可以被 寫成如 ^>Φ)-ψ^Α)=Σα^Λ^φ-〇〇Βςφ0) ?=1 + Σ*^4ϊ9 (¢^4 Xs^n sin ) 對要求對於在氣而非死的循環性錯誤做補償之目標使 用應用’對某些列於關係式（35)與（36)中的傅立葉係數 的測定之程序是被描述。對要㈣於在&與&兩者中的循環 &錯誤做補償之目標使用應用，對另外—些列於關係式⑶） 與（3%中的傅立葉係數的測定之第二程序是被描述。此兩 序疋表達兩個可能程序的例子以及兩個程序的特定描 本紙張尺奴财關 Γ, ------,-------裝— (請先閱讀背面之注i項再填寫本頁) 訂 65 421708 A7
五 '發明說明（64) 述不經由例子而限制本發明的範圍。 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 首先描述兩個程序的第二者，其中實現對在②〜兩者 中的循環性錯誤部分之補償。對第二程序，藉由對通常發現 於干涉計中的循環性錯誤數量的反覆程序’傅立葉係數 、b4qr、a’4qr與b’4qr ’ ;t與心’可以作為^與^的函 數來測定。對於；l =633nm的單找過干涉計巾的相對應於 位置約小於5nm的錯誤之循環性非線性項〜約小於謂的 狀況，代表内扁)的傅立葉係數可以從量測數量❿ 藉由有效反覆過程所獲得。對於環性非線性項^約為丄的 情況，在(外，么）的傅立葉係數可以藉由一系列傅立 葉係數的同時超越關係式之產生所獲得。對傅立葉係數測定 的反覆程序將在此描述，^約小於1/1〇的狀況通常符合於 干涉測定系統中以及反覆程序是一個簡單程序。 使用作為在阪_以—#_φ]的傅立葉分析中之 積分變數，在循環性錯誤估算程序中的下一步驟指出在鈣中 的妁’在务與（¾ 一％ 之間的差距是小於可被測定的常數 ((4 _d cos%與sin%的傅立葉係數 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，Σ^ν，Γ=1，2,3”， (39) 可以各自地以r的函數而被測定。對於循環性非線性項 κ^ι/10的狀況’在干涉測定系統中此狀況通常是符合的，藉 由相同於為第一實施例的第二程序所描述的相對應反覆過 程之反覆過程’在务中的傅立葉係數可以從量測數量 [说-νΟ-θ-Φ]獲得。 66 421708
五、發明說明（Μ) ψί (40) 即將描述的下一程序是兩個程序的第一者，在其中對 耗中的循環性錯誤補償被完成於藉由信號濾除處理消除在 甙中的循環性錯誤之效應，雜然在色中的循環性錯誤沒有被 測定。在第一程序中的第一步驟是量測色做為0 4以及對φ 的數值集合之函數，所需要不同數值φ的數目取決於％與％ 的複雜性以及所要求的妁量測數值的相對準確性。由可變 相位移動器181所導入之φ的數值集合是由來自電腦129_的 L號130所控制。下一個步驟是藉由積分轉換以濾除民以便 消除具有C：4〆％)與〜(外)的項’ ’作為在％的表示以及因 此在甙的表示。對固定數值的~的積分轉換的由公式所 給與 \φ^Φ 其中對φ積分的範圍是以2 π為模（modulo 2 π )。對於由關孫 式（3 3 )所給予之對％的級數表示已經被增加以包括具有 為Φ4的次諧波參數的項之應用’在關係式（4〇)中對φ的赛 分範圍將被從以2ττ為模修改為一個次諧波項的積分為零 之範圍。相似程序將被使用於一個由關係式（33 )所給予之 對妁的級數表示已經被增加以包括具有對應於由代理訊键 產生的φ 4的次諧波與/或非諧波參數項之應用。在關係# (40)中的積分轉換可以被泛論以包括如以常數速率而 變化之類的非固定數值Φ 4，對相對準確性而言此常數足 達到如在量測路徑中氣體紊流不是限制因素的目標使用方 用之要求。 67 本紙張尺度適用中國國家標準（Cns>A4規格（210 X 297公釐） ^1· n n· n d I tt f— n n 1 I (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 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 421708 处 A7 五、發明說明（66) 實際上，在關係式（4〇)中的積分渡波器通常將由數 位信號處理器以數位渡波器所實現[例如，詳見J. G. Proakis and D. G· Manolakis，idid]。 已濾波的色，即釕，等於在用以描述在伊3與甙中循環性 錯誤的測定之第二程序中所獲得的對甙的反覆數值。苑的性 質之其餘說明是相同於對反覆甙所給的說明之相對應部 分。在氣中循環性錯誤的測定之其餘步驟是相同於在第二程 序的込中循環性錯誤的測定之相對應步驟，軻是使用於取代 歹4的反覆數值。 用於务中部分循環性錯誤的測定之第一程序的其餘說 明是相同於第二程序的死與民中部分循環性錯誤的測定之 相對應部分β 本發明第二實施例之其餘說明是相同於對第一實施例 所給說明之相對應部分。 關於本發明第一實施例，本發明第二實施例之首要優 點是在一個干涉測定系統中之循環性錯誤的實質完整測定 中，本發明第一實施例允許循環性錯誤的子集合之測定。然 而，本發明第二實施例可以顯著地要求較多資料以獲得對測 定循裱性錯誤的特定程度統計準確度，與第一實施例對量測 路徑中氣體的循環性錯誤測定所要求的資料量比較。 根據本發明第二實施例的變體，裝置與方法從第一群 組實鉍例被描述。第二實施例的變體以圖形形式描晝於第 圖中。第二實施例的變體與第二實施例之間的差異在於可變 68 本紙張尺度剌+關冢標準（CNS>A4規格⑽X 297兩 -I----- J I----- -裝 *---I---訂·！-----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 421708 B7 五、發明說明（67) 相位移動|§ 181的位置。在第二實施例的變體中，干涉計 169A疋相同於第二實施例的干涉計⑽，除了可變相位移 動器181是位於干涉計169八之外部。 關於在量測與參考輸出光束的量测所得相對相位中的 循環性錯誤之第二實施例的變體的性質是形式地相等於關 於循環性錯誤之第_實施例的性f。關於在量測與參考輸出 光束的量測所得相對相位中的循環性錯誤之第二實施例與 第二實施例變體的性質之間的差異是在第二實施例與第二 實施例變體中的可變相位移動器181的各自位置的必然結 果，在一種狀況中位置是在干涉計内部以及在第二狀況中位 置是在干涉計外部。 第二實施例變體之其餘說明是相同於對本發明第二實 施例所給說明之相對應部分。 第3a圖描晝依照本發明的第二實施例之較佳裝置與方 法的概要圖。第三實施例是來自第一群組的實施例。描晝於 第3a圖中的干涉269包括差動平坦鏡面干涉計，物件鏡 面292，光束209，光束來源2〇1。光束209與光束來源2〇1 的說明是相同於對第一實施例的光束9與光束來源i所給說 明之相對應部分。 參照第3a圖’光束209進入干涉計269。光束209的 第一部份是由極化光束分割器258A傳送而作為被極化且平 行第3a圖平面的輸入量測光束211。光束209的第二部份 是由極化光束分割器258A與鏡面258B反射而形成被極化 69 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Λ/' !Γ裝 (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 421708 A7 B7 五、發明說明（68) 7/ --------------裝i I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 且正交於第3a圖平面的輸入光束212。光束212由半波相 位遲延薄板279A所傳送而作為被極化且平行第3a圖平面 的輸入參考光束214，半波相位遲延薄板279A是定向以便 將光束211的偏振平面旋轉90。。 量測光束211由極化光束分割器271的極化介面273 所傳送以及由物件鏡面292向後反射以折返其路徑至極化 光束分割器271而作為光束213。量測光束兩次通過四分之 一波相位遲延薄板277以致量測光束213被極化而正交於第 3a圖平面’四分之一波相位遲延薄板277是位於物件鏡面 292與極化光束分割器271之間以致一個兩次通過將量測光 束的偏振平面旋轉90。。 ί線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 量測光束213由極化介面273所反射以及由回復反射 鏡291所回復反射而作為被極化且垂直第3a圖平面的光束 215。量測光束215由極化介面273所反射以及由物件鏡面 292向後反射以折返其路徑至極化光束分割器271而作為光 束217。量測光束兩次通過四分之一波相位遲延薄板277以 致量測光束217被極化而平行於第3a圖平面。量測光束217 由極化介面273所傳送而作為平行於第3a圖平面的退出量 測光束233。 參考光束214由極化介面273所傳送以及由參考鏡面 291向後反射以折返其路徑至極化光束分割器271而作為光 束216。參考光束兩次通過四分之一波相位遲延薄板277以 致參考光束216被極化而正交於第3a圖平面。 70 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210x297公釐） 4 ? 1 7 〇 8 - Α7 ----- Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 參考光束216由極化介面273所反射以及由回復反射 鏡291所回復反射而作為被極化且垂直第3a圖平面的光束 218。參考光束218由極化介面273所反射以及由參考鏡面 291向後反射以折返其路徑至極化光束分割器271而作為光 束220 °參考光束兩次通過四分之一波相位遲延薄板277以 致參考光束220被極化而平行於第3a圖平面。參考光束220 由極化介面273所傳送而作為平行於第3a圖平面的退出參 考光束234。 退出參考光束234由極化光束分割器263A所傳送而作 為相位已移動輸出光束241的成分。退出量測光束233由半 波相位遲延薄板279B傳送，由鏡面263B所反射以及由極 化光束分割器263A所反射而作為相位已移動輸出光束241 的第二成分。半波相位遲延薄板279B是定向以便將退出量 測光束233的偏振平面旋轉90。。 在如第3a圖所示的下一步驟中，相位已移動光束241 通過極化器279C以及照射至光偵測器285之上而最好由光 電偵測以產生電子干涉信號，異質信號〜。極化器279C是 定向的以便混合相位已移動光束241的偏振成分。信號& 具有下列形式 心=功)c〇s[a5(〇]， （41) 此處時間從屬的自變量％(ί)被表示為α5(ή=2^ί + φ5+ζ5+Α5(φ；,φ) > (42) 此處φ是由回復反射鏡291的轉換與轉換器267Β的轉換所 71 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) Ιο裝 ?SJ· --線_ 421708 A7
B7 五、發明說明（
70> 導入量測與參考光束兩者中的相位移動。由關係式表 示的〜之說明是相同於對第一實施例由關係式（9)相對應 表示的a與&之特定說明。為了分析，異質信號h傳送至 電子處理器227作為以數位或類比格式的電子信號223，最 好是以數位格式。 要注意的是除了經由〜(的，0)之外φ不直接出現於對^^ 的關係式（42)中，與第一及第二實施例之各自量測所得相 位芭與色顯然有別。理由為φ不直接出現於對α 5的關係式 (42)中是因為回復反射鏡291的轉換同時地導入相位移動 Φ於量測與參考光束兩者中。然而，Φ出現於⑷項之中’ 〜(外W項表示循環性錯誤起因於例如寄生光束多次通過物 鏡292,寄生光束由例如寄生反射與旧四分之—波相位遲延 薄板與預定性質的偏差所產生。
i 訂 Ο 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 Μ 現在參照第3b圖，電子處理器227包括電子處理器 2274。電子處理器2274完成類似於第—實施例的電子處理 器1274A之功能。由電子處理器227對相位死處理異質信號 h的步驟之說明是相同於第—實施例的由電子處卿^對 相位兩處理異質信號51的步驟之特定說明的相對應部分。根 據以下關係式’ 4騎得相料被表㈣其他數量的項 朽=¾+(5 + 八 5(免5，卢） (Λ 此處相位偏移ir5包括對色的所有貢獻，其與量測路徑298 或參考路徑的光學路徑無關以及與非線性㈣㈣ 包括非線性效應。 5 72 本紙張尺度1®財S國家標準（CNS)A4規格（210 x 297^7
421708 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（7i) 非線性Λ5被表示為循環性非線性％的項與非循環性 非線性Τ| 5的項，亦即， ， (44) 此處，為了達到高階準確度，對循環性非線性ψ5可以 為 ^5(^5^) = ^0(^)+^c5?(^5)c〇s^ + 2^5?(^5)sm^ ( 45 ) 产1 q泌’ 和 cs,q ((pi)=c〇s/-^5 + sin Υψ5 , ¢ = 0,1,2,..., (45) 〜cosr外 + g 心 s—5， ^ = 0,1,2,..., (47) ^〜與被寫成具有諧波的正弦與餘弦級數項之 關係式（46)與（47)。對於一些干涉計結構，尤其是多次 2作干涉計，一個系統可能包括一個光源，干涉計，與偵測 器以產生為少5的次諧波的循環性非線性。假使次諧波循環 性錯誤存在於系統中，關係式（46)與被加強以便包 括具有φ5的次諧波如同φ的次諧波之參數的餘弦與正弦級 數項β用以測定在餘弦與正弦級數中的係數之其後說明的程 序將是以關係式（45)、（46)與（47)所給定的級數表示 的項中，而不背離本發明的精神與範圍。 個系統可能包括一個光源，干涉計，偵測器，與數 位“號處理以產生不為φ的次諧波與諧波的循環性非線 性，如’藉由在數位信號處理巾的代理信號（aliasing)，非 73 本紙張尺度_史國國家標準（CNS>A4規格（210 χ·297公餐） 1 ---裝—--訂·--I--I--線 (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁)
4217〇 R A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 I、發明說明（72) 次諧波、非諧波的循環性錯誤被製造出以及具有的次諧 波與諧波的代理信號的頻率。假使非次諧波、非諧波的循環 性錯誤存在於系統中，關係式（46)與（47)被加強以便包 括具有ςο,.的次諧波與/或諧波的代理信號參數之餘弦與正 弦級數項。用以決定在餘弦與正弦級數中的係數之其後說明 的程序將是以關係式（45)、（46)與（47)所給定的級數 表示的項中，而不背離本發明的精神與範園。 循環性項C&與，q大於或等於1，主要是由干涉 計269與物件鏡面292所產生的循環性錯誤的結果，例如， 在量測與/或參考桿中光束的寄生内部多重反射以及/或四 分之一波相位遲延薄板和極化光束分割器與預定性質之間 的偏差。剩餘的循環性項（：5,0通常由來自一些不同且獨立或 組合地運算的光源之偏振與頻率混合所影響，例如，偏振與 頻率混合於干涉計光源中，干涉計光源對應干涉計的不當調 準，基於偏振的相關狀況而用以分隔參考與量測光束的極化 光束分割器之要求特性偏差，以及包括混合器與分析器的偵 測裝置對應干涉計的調準特性。 如第一實施例的說明所表明’非循環性非線性^ ,在隨 後的第三實施例的說明中將省略。 在下一個步驟中，氣被作為對φ5數值集合的函數今來 量測’所需要不同數值φ與φ 5的數目取決於％的複雜性以 及所要求的叭量測數值的準確性。由回復反射鏡291的轉 換與轉換器267Β的轉換所導入之φ的數值集合是由來自電 74 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） --------------裝-------i 訂 --------線 (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 4217 0 8 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（73) 腦229的信號230所控制。始於民的量測數值，獲得此量的 量測數值 Ψ5(ψ5，φ)~φ5(φ5,φύ) (48) ’其中Φ〇是Φ的初始數值。 根據關係式（45 )，對色(供5>)-务(免5為)的表示式可以被 寫成如 尹5 (炉5 ’ <0 -私5 (炉5，也)=2 (?Ά5 )(cos ㈣-cos ㈣） + Σ ^ (外 Xsin ㈣-sin ㈣。） （49) 在下一步驟中’藉由對口5數值集合的傅立葉分析可獲 得傅立葉係數C5>5)與心以），qg 1。 籍由對通常發現於干涉計中的循環性錯誤數量的反覆 程序，傅立葉係數a5，qr、b5，qr、3’5冲與b’5,qr，qgi與^， 可以作為q與r的函數來測定。對循環性非線性項％約小於 1Α0 的狀況，傅立葉係數 a5 qr、b5 qr、a’ 5 qr 與 b，i， 可以藉由一個有效率反覆過程從在上一步驟中所獲得的傅 立葉係數c59fc)與〜(％)，qg 1 ’來獲得。循環性非線性項％ 約小於1/10相對應於在乂 =633nm的單次通過干涉計中之位 置約小於5nm的錯誤。對於環性非線性項％約為！的情況， 傅立葉係數a5，qr、b5 qr、a’ 5，qr與b’ 5 qr，qg 1，可以藉由一系 列傅立葉係數的同時超越關係式之產生從傅立葉係數^ (ρ) 與〜(外），qg 1 ’來獲得。對於循環性非線性項A幻/1〇的狀 況’在干涉測定系統中此狀況通常是符合的，用以測定傅立 75 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公釐） ------I-------裝- - - -----訂 -----!-線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4217 0 8 ， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印繫 A7 五、發明說明（74) 葉係數a5，qr、b5>qr、&’5印與b，^，qg 1，的反覆程序說明是 相同於為第一實施例的第二程序之反覆過程說明的相對應 部分。 可由第三實施例所測定的循環性錯誤把之 相對準確性將具有以弧度表示的循環性錯誤項(仍)/2數量 之數量級’以弧度表示的循環性錯誤項q。(内)結合絕對準確 性’對此φ是已知。因為在第三實施例沒有測定循環性錯誤 項Qofc)’循環性錯誤項q。(外）的數量影響可被測定的循環性 錯誤(外)j之相對準確性。在對卜知#)^。(外)j的修 tr之後’在結合絕對準確性而用於估算以弧度表示的 的程序中沒有測定循環性錯誤項c#(%)，對此 小是已知。在對l^few)-c5,0(仍)j的修訂之後，來自 hfe，iO-qQfc)j而在死中的殘留循環性錯誤可以被描述為加 入一個二階效應，第二階效應包括兩個第一階效應的乘積， 第一階效應是(外)j、及對φ是已知的絕對 準確性。 第三實施例的裝置與方法允許量測與後續對在-中的 循環性錯誤之修訂具有由^5(仍4<5>』與Cs>5)數量所測 定的相對準確性與對φ是已知的絕對準確性，除在第三實施 例中沒有測定的循環性錯誤項Cs()(外）之外。如前文所言， 仏。化5)項通常由來自一些不同且獨立或組合地運算的光源之 偏振與頻率混合所影響，例如，偏振與頻率混合於干涉計光 源中，干涉計光源對應干涉計的不當調準，基於偏振的相關 76 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)a4規格（210 X 297公釐） ---------------裝！ 訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
A7 421708 五、發明說明（75) 狀況而用以分隔參考與量測光束的極化光束分割器之要求 特性偏差，以及包括混合器與分析器的偵測裝置對應干涉計 的調準特性。因此’第三實施例可以量測與補償循環性錯 誤’其主要是由干涉計269與物件鏡面292所產生的循環性 錯誤的結果，例如，在量測與/或參考桿中光束的寄生内部 多重反射以及/或四分之一波相位遲延薄板和極化光束分割 器與預定性質之間的偏差。 第三實施例之其餘說明是相同於對本發明第—實施例 所給說明之相對應部分。 對熟練於此領域者是明顯的，由回復反射鏡291的轉 換所導致之相位移動φ可以藉由其他相位移動器導入，與第 實施例的相位移動器81相同類型之相位移動器，位於回 復反射鏡291與光束分割器271之間的位置以攔截相對應量 測與參考光束，例如，光束215與218，而不背離本發明的 精神與範圍。 第三實施例的變體描述為其中相位移動φ調變於足以 與異質信號的異質頻率比較的頻率和具有2冗模數的振幅 量以及測彳于異質相位可藉由低通濾波器以有效地濾除循環 性錯誤。對於關係式（45)所給％傅立葉級 數已經被加強以包括φ5次諧波項的參數之應用，φ的調變振 幅將由2 7Γ模數調整為一振幅以便由低通濾波的次諧波項 積分為零值。 第一較佳實施例的說明提到第丨a_lf圖所示的干涉計 __ 77 紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格 ------：--------裝.！ ί —訂---------線 (請先閱讀背面之注i項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 42170 8 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（76) 配置是熟知為極化麥克森干涉什（polarized Michelson interferometer)。第三實施例的說明提到第3a圖與第3b圖 所示的干涉計配置是熟知為差動平坦鏡面干涉計 (differential plane mirror interferometer)。麥克森干涉言十 的其他形式與其他干涉計的形式例如高穩定性平坦鏡面干 涉計，或角度補償干涉計或者類似於’’Differential interferometer arrangements for distance and angle measurement: Principles, advantages and applications,5 by C. Zanoni, VDI Berichte Nr. 749, 93-106 (1989)文中所描述者， 可以併入本發明的裝置中，前述的文章是於此併入為參考， 作為當遇到積體電路照相製造的階段共同工作而不背離本 發明的精神與範圍。 對熟練於此領域者是明顯的，第一實施例的裝置與方 法以及第三實施例的裝置與方法可以被結合成為一個組合 的裝置與方法，其中對組合的裝置與方法的干涉計系統之循 環性錯誤是大體上完整測定。第一實施例的說明提到第一實 施例的裝置與方法允許量測與後續修訂在光源與/或光束輸 送至干涉計中產生的循環性錯誤、光源對應干涉計的不當調 準、用以分隔參考與量測光束的極化光束分割器的要求特性 之偏差、以及藉由包括混合器與分析器的偵測裝置對應干涉 計的調準特性而調整的循環性錯誤。第三實施例的說明提到 第三實施例的裝置與方法允許量測與後續修訂由干涉計 269與物件鏡面292所產生的循環性錯誤的結果’例如’在 量測與/或參考桿中光束的寄生内部多重反射以及/或四分 78 Ϊ紙張尺度適用中國國家(CNS)^"規格（210 X 29^公釐） " 〇 ------—II----裝------訂—--線 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 421708 A7 B7 五、發明說明（77) 之一波相位遲延薄板和極化光束分割器與預定性質之間的 偏差。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 關於第一實施例或第三實施例之一者，第一實施例與 第三實施例之組合裝置與方法的首要優點是相同於第二實 施例的首要優點，亦即，對一個干涉計系統的循環性錯誤之 實質完整測定，第一實施例與第三實施例允許循環性錯誤的 實質互相排除子集合之測定。 第4圖描晝依照本發明的第四實施例之較佳裝置與方 法的概要圖。第四實施例是來自第一群組的實施例。第四實 施例之裝置包括具有動態光束操縱配件之干涉計3〗〇，其再 指向量測與參考光束以最小化在用角度測量定向的量測物 件鏡面334的改變之不希望得到的後果。 如在第4圖中所示，在干涉計31〇中的極化光束分割 器312接收來自雷射光源（未顯示於圖中）的輸入光束314 以及分離輸入光束314成為參考光束316 (點線）及量測光 束3 18 (實線），兩者是彼此互相線性極化正交。極化光束 分割器312包括極化介面362用以反射具有正交於第4圖平 面的偏振之光束以及背面反射表面364用以反射經過極化 介面362傳送的光束。 輸入光束314的說明是相同於對第一實施例的光束9 所給說明之相對應部分。 極化光束分割器312指引量測光束3 18至光束操縱配
1平320 ’其包括菜屬领复鼋⑧_換_籍"32T 79 本紙張尺度細巾關家標準（CNSiA4現格（21〇 X 297公邊) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 421708 ί Α7 ___Β7_ 五、發明說明（78 ) 與326。藉由彎曲以定向光束操縱鏡面而反應來自伺服控制 器330的信號328使得變換器與光束操縱鏡面結合在一起。 光束操縱配件可能包括電容測量儀器以量測在光束操縱鏡 面322的方位與/或位置中之變化。電容測量儀器可能被用 於量測與/或監視壓電變換器324與326的特性。 在實質直角入射中，光束操縱配件320指引量測光束 經過參考回復反射鏡332與鏡臺鏡面334 ( stage mirror)， 亦即，量測物件接觸，參考回復反射鏡332是斜截頭的以致 從中間通過回復反射鏡332的光束不被回復反射。鏡臺鏡面 334接著將量測光東反射回去以折回其路徑至光束操縱配 件320與極化光束分割器3 12。量測光束兩次通過四分之一 波薄板336，此四分之一波薄板336位於光束操縱配件320 與極化光束分割器312之間以及將量測光束的線性偏振旋 轉90度。 極化光束分割器312指引參考光束316至光束操縱配 件320,其交替地指引參考光束3 16至參考回復反射鏡332。 參考回復反射鏡332接著指引參考光束回到光束操縱配件 320並且到極化光束分割器312之上。參考光束也是兩次通 過四分之一波薄板336,其將參考光束的線性偏振旋轉90 度。 極化光束分割器312接著再結合已旋轉偏振的參考與 量測光束以形成重疊退出參考與量測光束，其一起形成輸出 光束340。光束分割器342送出輸出光束340的一部分至偵 80 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） --------------裝--------訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 421708 ί 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 五、發明說明（79) 測系統344’其量測在退出參考與量測光束的傳遞方向之間 的差異。偵測系統送出表示傳遞方向之間的差異之錯誤信號 350至伺服控制器330，伺服控制器33〇送出信號328至光 束操縱配件320以反應錯誤信號。對信號328 應，光束 操縱配件320更好地改變光束操縱鏡面322對於參考回復反 射鏡332節點的方位’在光束操縱鏡面322對於參考回復反 射鏡332節點的方位之改變產生參考光束的實質上減少橫 向修貫效果。 再者’當輸入光束314的方向是固定時，備測系統3料 可以量測從在債測系統中的參考位置至退出量測光束位置 的差異並且產生表祿㈣差異之錯誤信號35()，在退出量 測光束位置的差異是輸出光束34〇的退出量測光束成分的 傳遞方向的變化之結果。例如，參考位置可以是在偵測系統 中的退出量測光束相對應於來自鏡臺鏡面别回復反射的 量測光束之位置’亦即’在直角人射時與鏡臺鏡面接觸，以 及鏡至鏡面334是在名義上的零方位。在其他實施例中，損 測系'、先可以包括多重镇測器以測定退出參考與量測光束的 方向與位置並且基於此類資訊可以產生錯誤信號。 在鏡臺鏡面334的角度方位之變化改變量測光束的方 向與後、’退出量測光東的方向。如此導致债測系統344產生 錯誤L 5虎350。藉由指引光束操縱配件以重新定向光束 操縱鏡面322 ’飼服控制器33()對錯誤信號作出反應以便使 錯誤信號減到最少’例如’藉由指引量測光束直角入射至鏡 si I I---- -------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規石~^ x 297公釐） 42170 8 A7
五、發明說明（ (請先閱讀背面之庄意事項再填寫本頁) 臺鏡面。結果，退出參考與量測光束維持實質上彼此平行以 及退出里測光束的位置對鏡臺鏡面的角度方位範圍維持實 質上定值。此外，因為光束操縱配件152〇也兩次重指引參 考與量測光束兩者以及量測光束被指引直角入射至鏡臺鏡 面，對在鏡：!：鏡面與光束操縱配件的第一階任何角度方位變 化，參考與量測光束的光學路徑長度差異沒有變化，當參考 與量測光束的路徑具有實質上相同距心以及對光束操縱鏡 面322的第一階轉換方向直角於光束操縱鏡面322的反射表 面0 在光束分割器342之後’輸出光束340的剩餘部分通 過極化器345，極化器345混合退出參考與量測光束的偏振 以形成混合光束346。信號處理系統348量測混合光東的強 度而最好由光電偵測以產生電子干涉信號或電子異質信 號’ ’以及设法得到電子異質信號的相位α 7。 信號h具有下列形式 =^7(i)-cosfa7(r)] » (50) 此處時間從屬的自變量α7(〇被表示為 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 αΊ{ί)^2φ^φη+ζΊ+ΑΊ{φΊ,φ) - (51) 此處φ是由光束操縱鏡面322中由壓電變換器324與326的 轉換所導入量測與參考光束兩者中的相位移動。由關係式 (50)表示的之說明是相同於對第一實施例由關係式（9) 相對應表示的A與h之特定說明。 82 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 421708
五、發明說明（81) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 要注意的是除了铿由 的關係式⑸）*，盘笛之外Φ不直接出現於對心 位死與_然有別。理"實施狀各自量測所得相 rsntb H ra Λ 里由為Φ不直接出現於對a,的關係式 ~二光束操縱鏡面322的轉換同時地導入相位移 動Φ於量測與參考光类^ ▼尤束兩者中。然而，Ψ出現於八7(外,分)項之 項表示循環性錯誤起因於例如寄生光束多次通過 鏡里鏡面334,寄生光束由例如寄生反射與/或四分之一波相 位遲延薄板與預定性質的偏差所產生。 現在參照第4圓，信號處理器348包括電子處理器。 電子處理器成類似於第—實施例的電子處理器从之 功能^信號處理器348對相料處理異質信號^的步驟之 說明疋相同於第-實施例的由電子處理旨27對相位祝處理 異質信號〜的步驟之特定說明的相對應部分。根據以下關 係式，量測所得相位朽被表示為其他數量的項 % ^Ψι+ζΊ+Κη(φΊίφ) (52) 此處相位偏移量Γ7包括對氣的所有貢獻，其與量測路徑或 參考路徑的光學路徑無關以及不包括非線性錯誤無關以及 Λ 7包括非線性效應。 非線性Λ 7被表示為循環性非線性ψ7的項與非循環性 非線性η7的項，亦即， 八7 =y7 +%， (53) 此處，為了達到高階準確度’對循環性非線性ψ7可以被寫 為 83 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） • II丨丨丨-r丨丨— If — - —- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- --線. -1· ^1· 421708 4 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（82) ㈣ ?=1 和 C7,i{φ>) = Σλ7,^cosblqrsinτφΊ\ , ^- = 0,1,2,..., (55)V^l J仏) = 7 +g“s—7)， . = 0,1,2,.., (56) 與*S*7,?被寫成具有諧波的正弦與餘弦級數項之 關係式（55 )與（56 )。對於一些干涉計結構，尤其是多次 操作干涉計，一個系統可能包括一個光源，干涉計，與偵測 器以產生為p 7的次諧波的循環性非線性。假使次諧波循環 性錯誤存在於系統中，關係式（55)與（56)被加強以便包 括具有炉7的次諧波如同φ的次諧波之參數的餘弦與正弦級 數項。用以測定在餘弦與正弦級數中的係數之其後說明的程 序將是以關係式（54)、（55)與（56)所給定的級數表示 的項中，而不背離本發明的精神與範圍。 一個系統可能包括一個光源，干涉計，偵測器，與數 位信號處理以產生不為的次諧波與諧波的循環性非線 性。例如’藉由在數位信號處理中的代理信號（aHasing)，非 -人也波、非諧波的循環性錯誤被製造出以及具有$丨的次諧 波與諧波的代理信號的頻率。假使非次諸波、非諧波的循環 性錯誤存在於系統中，關係式（55)與（56)被加強以便包 括具有H次驗與/或諧波的代理信號參數之餘弦與正 弦級數項。用以決定在餘弦與正錢財_數之其後說明 的程序將是以關係式（54)、（55)與⑼所給定的級數 --- 84 本紙張尺麵(C；NS)A4 297公釐） • ----------- · I - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) '&J· -線. 421708 A7 五、發明說明（83) 表示的項中，而不背離本發明的精神與範圍。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 循環性項與1’q大於或等於1，主要是由干涉 計31〇與鏡臺鏡面334所產生的循環性錯誤的結果，例如( 在罝測與/或參考桿中光束的寄生内部多重反射以及/或四 7刀之一波相位遲延薄板和極化光束分割器與預定性質之間 的偏差。剩餘的循環性項〜通常由來自__些不同且獨立或 组合地運算的光源之偏振與頻率混合所影響，例如，偏振盘 頻率混合奸料光財，干料絲對應干料的不當調 準’基於偏振的相關狀況而用以分隔參考與量測光束的極化 光束分割器之要求特性偏差，以及包括混合器與分析器的偵 測裝置對應干涉計的調準特性。 對估算傅立葉係數％、％、a 7，qr與b，7，qr，⑷與Γ ^ ’的程序說明是相同於對第三實施例所描述的反覆程序 說月之相對應部分。對特性的說明是 各自相同於對第三實施例的N“)_C5。Ci>5)特性所 給說明之相對應部分。 第四實施例之其餘說明是相同於對本發明第三實施例 所給說明之相對應部分。 第四實施例的說明提到第4圖所示的干涉計配置是具 有光束操縱配件的干涉計。 .其他具有光束操縱配件的干涉計形式。類似於標題 為” Interferometer Having A Dynamic Beam Steering Assembly” 由 Henry A· H⑴與 peter de Gr〇〇t 發表於 u s 85 本紙張尺度適財國nr㈣雜（21〇 χ 297公釐） 42 17 0 8 a7 ----- - B7 __ 五、發明說明（84)
Patent Application 09/157.131，Sept· 18，1998 文中所描述 — 11!丨丨f —裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 者’可以併入本發明的裝置中，前述的U. s. patent Application是於此併入為參考，作為當遇到積體電路照和製 造的階段共同工作而不背離本發明的精神與範圍。 第5a圖描畫依照來自本發明第二群組的第五實施例之 較佳裝置與方法的概要圖。描畫於第5a圖中的干涉計是兩 次通過差動平坦鏡面干涉計。根據第五實施例之較佳裝置與 方法’除了對於光源402波長的控制之外，光源4〇 1與4〇2 的說明是相同於對第一實施例的光源i所給說明之相對應 部分。光源401與402各自地產生具有各自波長又9與又1〇 的光束407與408。來自光源402的光束波長Λ 是由來自 電腦與控制器429的錯誤信號444所控制。 i線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如在第5a圖中所示’光束407的第一部份是由非極化 光束分割器451A所反射以及其一部份由非極化光束分割器 451B所反射以形成光束44〇的第一成分。在下一步驟中， 光束408的第一部份是由非極化光束分割器451(：所反射， 由鏡面451D所反射，以及其一部份由非極化光束分割器 451B所傳送以形成光束440的第二成分。光束44〇照射於 配置為監視（λ ?/ λ 10)比例的波長監視器484。比例的量測所 得數值被傳送至電腦與控制器429以作為電子信號420。波 長監視器484可以包括例如干涉計在量測桿中具有或不具 有真空與/或類似於/5 -BaB〇3的非線性裝置藉由第二错波產 生（SHG )以使得光束頻率變成兩倍。電腦與控制器429產 86 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚) 421708' r
五、發明說明（Q<) O J 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 生錯誤信號444，錯誤信號444與從信號420接收的波長比 例（λ V久10)和電腦與控制器429具體指定的比例之間的差 異有關。錯誤信號444可以控制雷射或雷射二極體的波長， 例如藉由使用壓電變換器以控制雷射腔的長度或者藉由控 制雷射二極體的注入電流。 繼續參照第5a圖，光束407的第二部份是由非極化光 束分割器451A所傳送並且通過調變器403以形成光束 409，其描述是相同於第一實施例中對於從光束7產生光束 9的特定相對應部分。光束409的頻率已移動成分是被頻率 移動至一個頻率A量，驅動器405的頻率。在下一步驟中’ 光束408的第二部份是由非極化光束分割器45ic所傳送並 且通過調變器404變成光束410。調變器404由電子驅動器 405所激起，相似於調變器403與電子驅動器405的刺激。 光束410的頻率已移動成分是被頻率移動至一個頻率/量。 繼續參照第5a圖，光束409的第一部份是由極化光束 分割器453 A所傳送以及其一部份由非極化光束分割器 453B所傳送以形成光束415的第一成分。光束410的第一 部份是由極化光束分割器453E所傳送，由鏡面453G所反 射’以及其一部份由非極化光束分割器453B所反射以形成 光束415的第二成分。光束415的第一與第二成分的波長各 自是入9與λ IG，以及兩者成分被極化為平行於第5a圖的平 面。在下一步驟中’光束409的第二部份是由極化光束分割 器453A所反射，由鏡面453D所反射，以及通過半波相位 87 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------裝！丨訂！---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 4^7〇8 ^ A7 ____ B7 五、發明說明（ 延遲薄板479A以形成光束412。極化器479A被定向以便 將通過極化器479A的光束之偏振旋轉90度。光束412被 極化為平行於第Sa圖的平面。光束412的頻率是[(c/；g+y;]， c是在真空中先線的速度。 光束410的第二部份是由極化光束分割器453e所反 射，由鏡面453F所反射，以及通過半波相位延遲薄板479B 以形成光東414。極化器479B被定向以便將通過極化器 479B的光束之偏振旋轉90度。光束414被極化為平行於第 5a圖的平面。光束4丨4的頻率是[(c/iK))+y;]。 光束415進入差動平坦鏡面干涉計469並且引起經過 量測路徑498的兩次通過。如在第5a圖中所描晝，光束41? 與414差動平坦鏡面干涉計469並且引起經過各自參考路徑 的兩次通過。光束415、412與414各自地退出差動平坦鏡 面干涉計469作為光束431、432與434。 差動平坦鏡面干涉計469與外部鏡面491和492包括 在光束415與光束412的波長成分之間導入相位移動0 9 以及在光束415與光束414的λ 1Q波長成分之間導入相位移 動屮1〇的光學裝置。相位移動屮9與妒1〇的數量是與量測路 徑498的來回物理長度&與乙1()有關，根據以下公式 灼ζ·=9 與 10 (57) 此處是經由各自參考與量測旅程的經過次數，义是在量測 路徑498中氣體的折射率’其對應至波數卜=271_/；1〆對ζ 的名義數值對應至兩倍於在外部鏡面491與492的反射平面 88 本紙張尺ϋ用"V國國家標準（CNS)A4規格（21(^297公釐) ------ —ill!* 裝！|!訂-! !線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五 421708 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明說明（87) 之間的物理長度差距。外部鏡面492的位置是由轉換器⑹ 所，制。在第5a圖中所顯示的干涉計是針對产2以便用最 ，單的方式闡明第五實施例裝置的功能。對已熟知技術者而 言，對於當p#2例子的普遍化是一個簡單的程序。 在第5a圖中所顯示的下一步驟，光束431的第一部份 是由非極化光束分割器461A所反射以及其一部份由非極化 光束分割器461B所傳送以形成第一輸岀光束的量測光 束成分。光束432的第一部份是由鏡面461c與46id所反 射以及其一部份由非極化光束分割器461F所反射以形成第 一輸出光束441的參考光束成分。光束431的第二部份是由 非極化光束分割器461A所傳送，鏡面461E所反射，以及 其一部份由非極化光束分割器461F所反射以形成第二輸出 光束442的量測光束成分。光束434由鏡面461〇與 所反射以及其一部份由非極化光束分割器461E所傳送以形 成第一輸出光束442的參考光束成分。輸出光束441與442 是混合光束並且各自地照射於偵測器485與486之上，最好 藉由光電偵測以製造電子干涉信號。 電子干涉信號包括異質信號h與兩個其他異質信 號。每一個異質信號4與~具有相等於頻率力的異質頻率。 對兩個其他異質信號的異質頻率是糾土夂， Δ/ ^ Γ 1 1〕 Γ λ Λ A〆 、又9 > Wo ) (58) 此處c是在真空中的光線速度。第五實施例的裝置與方法運 算使得 89 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公楚） ------ -裝·! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂_ - --線· 421 7 ο 3
--------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 42"〇8 A7 B7 五、發明說明（89) 27對相對應相位φ。使用由信號421所傳送的驅動器 405 =位，電子處理器4274Α與4274Β决定量測所得相位死 ψ9 =φ9 +ζ9 +Α9(φ9), ^ι〇 ~^ι〇 +Cj〇 +Λ10(^10), (62) 電子處理器42r7將两。減去死以形成相位φ φ = (^10-¾) 1 (63) 相位φ可以表示為其他數量的一些項，如 ^ ~ — w9Z9)+ Ρ^ι〇ί·10(2πΔ^/c) + ~ )+^10(^10)^^9(^)] 形式上 (64) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此處非線性項％與已經被忽略如同關於第一實施例的前 述說明。在量測路徑中對氣體折射率的紊流效應於φ中被消 除如同由轉換器467中之鏡面492的轉換所製造之都普勒移 動效應。因為光束441與442的量測光束成分，各自被用於 產生異質彳s號〜與的光束，是由光束415的共存於量測 路徑498中的不同頻率成分所推導出來，在量測路徑中對氣 體折射率的紊流效應於Φ中被消除。此外，Ζ9與Ζ1()可以達 成相等的高水準準確度。 為了達到高階準確度，仏與％Q可以被寫為 ψ·) = Σα9/ + sinr^g , r=\ r*l 妁〇 = Σν,c〇卿10 + Σ vsinr% . (65 循環性非線性％與％。各自地被寫成具有θ 9與ρ G错波項 的正弦與餘弦級數項之關係式（65)。對於一些干涉計配置’ 91 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐> ;; _--------------—裝--------訂---------線------------------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 421708 A7 B7 五、發明說明（90). 尤其是多次通過干涉計，一個系統可能包括一個光源，干涉 。十，與偵測器以產生為p 9與/或少的次諧波的循環性非線 性。假使次諧波的循環性錯誤存在於系統中，關係式（65 ) 被加強以便包括具有（？9與/或φ 1〇的次諧波之參數的餘弦與 正弦級數項。用以測定在餘弦與正弦級數中的係數之其後說 明的程序將是以關係式（65)所給定的級數表示的項中，而 不背離本發明的精神與範圍。 一個糸統可能包括一個光源，干涉計，债測器，舆數 位信號處理以產生不為的次諧波與諧波的循環性非線 性。例如，藉由在數位信號處理中的代理信號（alUsing),非 次諧波、非諧波的循環性錯誤被製造出以及具有φ的次諧 波與諧波的代理信號的頻率。假使非次諧波、非諧波的循環 性錯誤存在於系統中，關係式（65 )被加強以便包括具有p /的次諧波與/或諧波的代理信號參數之餘弦與正弦級數 項。用以決定在餘弦與正弦級數中的係數之其後說明的程序 將是以關係式（65)所給定的級數表示的項中，而不背離本 發明的精神與範圍。 來自關係式（65)的對循環性非線性妁。的關孫式可以 被重寫為以下形式 ^10 = Σαι〇/ c〇sr[i?9 + pnw{2nhffc)LK] Γ=\ +柯〇(2此//也0] (66 ) 丨丨ij丨！！ 裳· — 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 .線. 注思此為一個良好近似值 <^10 =<P9 +^10(2^//^0 (67) 92 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 421708 A7 五、發明說明（91) 在關係式（67 )中的冰(i^。-i9«9)項已經被省略，對於A /=500MHz，lm以及氣體是空氣在室溫與大氣壓力，此 項是1〇·4弧度的等級。在關係式（66 )中的項可以使用三角 函數特性展開並且重新整理為以下公式:Σ敵叭卜r⑶中々Δ//ίΗ , 14- /> cin yt 7ί*ί (〇ηΆ/~ Ι/*\Τ 1 + ^]sin^9 l+Vrsin^[p«i〇 (2 W/c)A〇 ]j -ai0r sin r[pnl0 {ΐπέ^ /c)l10 ]] (68) 1+ δ10 r cos 如丨 0 (2^//^0 ]j 經濟部智慧財產局員工消費合作法中鉍 在下一個步驟中’Φ被作為對數值△乃定義於關係式 (58)中]集合與死的函數來量測，所需要不同數值的數 目取決於％的複雜性以及所要求的妁量測數值的準確性。始 於[Φ-ρί^Ζ^2；^//^)]的量測數值，此量的量測數值 ^Λψι〇Λ/)~ψι〇(φ]〇,Α/〇) ( 69) 被產生’其中^八是△/的初始數值。 傅立葉係數〜,r、屮0，r與卜0，r可以藉由包括一序列 反覆程序的程序而測定。 程序中的第一步騾是從的。(奶。，的分析以獲 得對〜。，r與卜心’ rgi，的第一解答。分析包括 %。(奶。，Δ/)(…，从)的傅立葉分析’其中甙被使用為積分變數 以出產在關係式（7〇) +9與sinr<^的係數數值為△ /的函在關係式（70)中的係數數值 產生一組aIGr與的同步關係式集合，以及一組的 同步關係式集合被解出作為％與^，⑷，的第—解答。 可以被測疋的ai〇r與〜"rd ’的第一解答之絕對準確性 93 ϊί裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0 訂-- --線· μ氏張尺度·帽國家標 297公釐） 經濟部智慧財轰笱員1·有f L 3丨 421708 , ___ A7 ~~ ----------B7 _ 五、發明說明（92) —- 將具有以弧度表示的滅博^ 的乘積之數量級。性錯誤項W/2與循㈣錯誤項W ^ ^ 盾環性錯誤項hi/2與hi的結合效應加入 作為^被測定的絕對準確性之二階效應。 /5薄，Γ中的第二步驟是產生對~與k，1^1，的第-"第—步驟包括[φ-πκΛο(ΜΔ/Μ]減去基於ai〇 r與 ’的第—解答之〜的反覆傅立葉分析，其中基於 】〇’…Vr的第一解答對％。做修訂之色。被用於作為 反覆傅=葉分析的積分變數。反覆傅立葉分析的說明是相同 於第f施例的反覆程序的說明之相對應部分π以被測定 的％4與’的第一解答之絕對準確性將具有以弧度 表不的循環性錯誤項Μ與以弧度表示由Ά、，⑴， 的第:解答所測定的循環性錯誤項W之絕對準確性的乘積 之數量級。循環性錯誤項|%|與|%。|的結合效應加入作為妁被 測定^絕對準確性之三階效應，以弧度表示的循環性錯誤項 數里之一階效應以及以孤度表示的循環性錯誤項j的。|數量 之一階效應。 程序中的第三步驟是從％(&，Δ/)_%(%，Λ/())的分析以獲 知對aio，r與卜〇，r ’ rgl ’的第二解答。第三步驟是相同於第 一步騍，除了用於第一步驟的傅立葉分析之積分變數在第三 步驟中被置換為產生對妁的第一反覆解答做修訂之甙。可以 被測疋的αΐ〇，ι·與6lG，r，Γ$1，的第二解答之絕對準破性將且 有以弧度表示的循環性錯誤項|%。|與以弧度表示由與 h，r，rg 1，的第一反覆解答所測定的循環性錯誤項|%|之絕 94 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） 111! II丨-敦！丨訂！丨丨-線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Μ 4217 0 8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印ai A7 五、發明說明（93) 對準確性的乘積之數量級。循環性錯誤項|%|與|%。|的結合效 應加入作為妁被測定的絕對準確性之四階效應，以弧度表 示的循環性錯誤項|n|數量之二階效應以及以弧度表示的循 環性錯誤項k〇|數量之二階效應。 程序中的第四步驟是獲得對與69,r，rgi，的第二 反覆解答。第四步驟包括[φ_列人知分細減去基於…h與 ho,r’ ’的第二解答之妁。的反覆傅立葉分析，其中基於 A〇，r與\o，r，rgl，的第二解答對％^做修訂之系。被用於作為 反覆傅立葉分析的積分變數。除了使用於各自傅立葉分析中 的積分變數之外，第四步驟是相同於第二步驟。可以被測定 的％，『與h>r’ rg 1，的第二反覆解答之絕對準確性將具有以 弧度表示的循環性錯誤項|%|與以弧度表示由屮吣與办％〆^ g 1，的第二解答所測定的循環性錯誤項|%。|之絕對準確性的 乘積之數量級。循環性錯誤項|%|與的結合效應加入作為 妁被測定的絕對準確性之五階效應，以弧度表示的循環性 錯誤項hi數量之三階效應以及以弧度表示的循環性錯誤項 h〇|數量之二階效應。 所描述在一序列反覆程序中的過程是繼續直到傅立葉 係數〜，r、&、屮0^與ii〇r，被測定到終端使周應用所 要求的準確度。對於|以幻/3與卜払妁，反覆過程的反覆程序 應該在幾個循環中收敛。 本發明第五實施例之其餘說明是相同於對第一與第二 實施例所給說明之相對應部分。 95 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公笼） . I------!!-裝·！ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) LSJ. •線. 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印较 421708 A7 ______B7 五、發明說明（94) 一個來自非極化光束分割器461B與一個來自非極化 光束分割器461F的兩個光束可以被使用在第二實施例中以 改進例如統計錯誤或者在第一實施例的方法。 對熟知此技術者是明顯的，不同於聲光調變器4〇3 (acousto-optical modulator )的裝置可以被使用於一組頻率 移動/〇與Λ+/]的光束成分而不背離本發明的精神與範圍如 同第二實施例所揭發。例如，類似雷射二極體的第二雷射光 源可以被使用作為頻率移動光束成分的光源。對於雷射二極 體’在頻率移動/Q的變化可以由改變雷射二極體的注入電流 與/或溫度而被影響。 對熟知此技術者是明顯的，第一、第二、第三與第五 實施例的某些特色可以受益地被一起使用於循環性錯誤效 應測定的裝置而不背離本發明的精神與範園。 第6a圖與第6b圖描晝本發明第六實施例的概要圖。 第六實施例是來自第三群組的實施例。第三群組實施例的實 施例包括用以量測與修訂在光學色散相關信號中的循環性 錯誤之裝置與方法兩者，類似使用於量測與修訂在距離量測 干涉計的量測路徑中氣體的效應。然而，對第三群組實施例 的實施例，對應於用於測定在距離量測干涉計中量測路徑的 光學路徑長度變化的相位之量測所得相位沒有對循環性錯 誤做修訂。在對量測路徑中氣體的效應之修訂中，來自光學 色散相關信號的修訂，循環性錯誤的效應是一又二分之一或 更高階數量地大於在量測所得相位中之循環性錯誤的效 96 二W ------Γ —-----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（210 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 2 17 0 8 A7 _______；_ B7___五、發明說明（95) 應。 第六實施例包括用以量測與監視在量測路徑中氣體的 色散與/或由於氣體而發生在量測路徑的光學路徑長度變化 之裝置與方法。现體的折射率與/或量測路徑的物理長度可 以被改變。此外’由採用光線來源所產生的光束波長比例是 某一相對準確度地相配於由低階非零整數所組成的已知比 例數值。 第六實施例也可以部分地被考慮作為第五實施例的裝 置與方法之增設部分’對第五實施例所採用波長比例是一階 的以及第六實施例的採用波長比例是二階的。 參照第6a圖以及根據第六實施例的較佳裝置與方法， 光線束509與光線束509的光源之說明是相同於對第一實施 例的光線束9與光線束9的光源之特定說明的相對應部分。 光源501的波長是；I !i。在下一步驟中’光線束508從光源 502放射而通過調變器504變成光線束510。調變器504由 電子驅動器506所激起，各自地相似於由電子驅動器505 引起調變器503的刺激。光源502，相似於光源501，較佳 地是一個雷射或極化、協調放射的類似光源，但是最好在不 同波長’ λ 12。 波長比例（λ η/λ 12)具有已知近似比例數值/„//12， 亦即， 1 (71) 此處/u與/12包括低階非零整數數值。光束509與510的X 97 — — II Ί ---------------^- — — — — 11 — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用令國國家標準（CMS)A4規格（210 X 297公釐） .4
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 421708 五、發明說明（ 極化成分具有各自《鮮移動量力私，各自地對應於光 束509與510 #少極化成分。震逵頻率力是由電子驅動器 506所測定β此外’光束5〇9 # 51〇的χ成分頻率移動之方 向是相同的。 熟知此技術者將會體會到，光束507與508可以由發 射多於-做長的雷射光源所提供，藉由結合單一雷射光源 與光學頻率加倍裝置以達到頻率加倍，雷射絲的雷射腔内 具有非線性裝置料’不同波長的兩個#射光源與頻率總和 產生或頻率差異產生結合’或者任何可以產生兩個或更多波 長的光線源之等效的光源架構。熟知此技術者也將會體會 到，頻率移動/[與/2之一者或兩者可能是季曼分割（Zeeman spHtdng)、内部具有雙折射裝置的雷射腔、或者類似雷射 光源本身的現象特徵之結果。由具有兩個寬分隔波長的單一 雷射之光束產生以及對每一個光束，一對正交極化成分，每 一對頻率的一成分有關於相對應對的第二成分之移動，描述 於在 U. S. Patent 中的標題為”Dual Harm〇nic_Wavelength
Split-Frequency Laser，’，其由 p. zorabe(jian 於 March 1998 發佈。 熟知此技術者將進一步地會體會到，光束5〇9與/或光 束510的X與^偏振成分兩者可能是被移動頻率的而不背離 本發明的精神與範圍，力餘留光束509的X與少偏振成分之 頻率差異以及A餘留光束510的X與少偏振成分之頻率差 異。由光束的X與7偏振成分兩者之頻率移動一般可能改進 98 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公愛） Ί J --------裝--------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 42170 8 一—-------B7_______ 五、發明說明（97) 干涉計與雷射光源的絕緣，絕緣改進的程度取決於用以產生 頻率移動的裝置。 在下一步驟中，光束509是由鏡面553A所反射以及其 一部份由二色性非極化光束分割器553B所反射以變成光東 513的一個成分，λ"成分。光束510的一部份是由二色性 非極化光束分割器553Β所傳送以變成光束513的第二成 分’又u成分’其中λ 12成分最好是平行以及共存於人„成 分。在更深的步驟中，光束513傳遞至干涉計569，干涉計 569包括用以導入在光束513的又成分的χ與少偏振成分 之間的相位移動切η以及在光束513的；I 12成分的jc與少偏 振成分之間的相位移動φ12之光學裝置。 相位移動切u與φ η的數量是與量測路徑598的來回物理長 度I有關，根據以下公式 A7 ------------丨-裝--------訂- (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁)
9i-L^p^krnt ί = 11 與 12 (72) 此處p疋對於多次通過干涉計的經由各自參考與量測旅程 的經過次數，是在量測路徑598中氣體的折射率，其對應 至波數7Γ /又/。 如在第6a圖中所顯示，干涉計569包括參考回復反射 鏡591具有由轉換裔567控制其位置的物件回復反射鏡 592，四分之一波相位遲延薄板577與578，以及極化光束 分割器573。此結構被熟知為極化麥克森干涉計㈣ Michelson interferometer) ilj. ^ ^ ^ p=1 〇 對於-種波長光束路徑與另一種波長光束路徑是實質 99 本紙張尺㈣財國國家標準（CNSM4規格（2Ϊ0Τ297公^"7 4 2 1 7 Ο 8 , Α7 ^---Β7_______ 五、發明說明（9$ 1、存，實例中，關係式（72)是有效的，此實例是被選擇以 最簡單的方式說明在第六實施例中本發明的作用。對熟知此 技術者，兩種不同波長光束的各自路徑不是共存的普遍化實 例是一個簡單程序。 在通過干涉計569之後，光束513通過量測路徑的部 刀變成相位已移動光束533以及光束513通過包含回復反射 鏡591的參考路徑之部分變成相位已移動光束534 β相位已 移動光束533與534是各自地極化正交與平行第6a圖的平 面。傳統二色性光束分割器561分隔光束533對應波長λ u 與又u的那些部分各自地成為光束535與537,以及光束534 對應波長；與；112的那些部分各自地成為光束536與 538。光束535與536進入偵測器系統589以及光束537與 538進入偵測器系統59〇。 在如第6a圓所示的偵測器系統589中，光束535首先 由鏡面563A所反射以及接著由極化光束分割器563B所反 射以形成光束541的一個成分。光束536由極化光束分割器 563B所傳送以變成光束541的第二成分。在偵測器系統590 中，光束537首先由鏡面564A所反射以及接著由極化光束 分割器564B所反射以形成光束542的一個成分。光束538 由極化光束分割器5MB所傳送以變成光束542的第二成 分。光束541與542各自地通過極化器579與580，各自地 照射於光電偵測器585與586，以及最好由光電偵測以產生 兩個電子干丨步信號。兩個電子干涉信號包括兩個各自的異質 100 — ---|丨丨丨-裝i I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •sj· 線· 經濟部智慈財產局員^t ρΐ 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（2〗〇χ 297公釐） 4 217
各自地對應到波長λ 11與入 五'發明說明（99> 信號〜丨與h。極化器579盥580具， 合光束541與542的尤與是定向以便各自地混 ^ V偏振成分。異質信號〜與 12 信號〜’ z_ = 11 and 12，且者 ， 有M下形式 ϊ = Π and I? 〇 (73) 時間從屬的自變量α々)被表示為 αη{ΐ) = 2^ + φη^ζη+κη αη(ή=2^2ί + φη+ζη+Αη * (74) 此處相位偏移量（；包括參數α的所 ! J巧有貝獻，其與量測路徑 789或參考路徑無關以及與非線性 卜冰庇錯誤無關，以及Λ,·包括 循環式錯誤項的非線性錯誤。由關係式⑺）表㈣〜與 〜之說明是相同於對第-實施例由關係式（9)相對應表示 的〜與s2之特定說明。為了分析，異f信號〜與^各自 地傳送至電子處理！ 527作為以數位或類比格式的電子信 號523與524 ’最好是以數位格式β 現在參照第6b圖，電子處理器527包括電子處理器 5274A與5274B以各自地由數位或類比信號處理決定量測 所得相位心與心， Ψί=φί+ζί+Αί ? /=11 and 12 ， （75) 最好是數位處理，使用應周時間的相位偵測諸如數位西伯轉
換相位偵測器（digital Hilbert transform phase detector, R_. E
Best，ibid.)或類似者以及電子驅動器505與5〇6各自的相 位。 101 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------I-------裴.！ {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 421708 A7 B7 五、發明說明（1(ϊ>0 電子驅動器505與506的相位是各自地由電子信號， 參考信號521與522以數位或類比格式，最好是以數位格 式，傳送至電子處理器527。參考信號，參考信號521與522 的另一個選擇，也可以由光學摘取裝置與偵測器（未顯示於 圖中）所產生，光學摘取裝置與偵測器使用光束分割器分割 光束509與510的部分，最好是非極化光束分割器，混合光 束509與510被分割的對應部分，以及偵測混合部分以製造 另一異質參考信號。 再次參照第6b圖，相位两,與^接著在各自的電子處理 器5274A與5274B中各自地被乘以/u/p與/i2/p，最好是由 數位處理’以製造各自的相位(/n知與。相位 與(M/Pte2接著在電子處理器5276中相加在一起以及在電子 處理器5277中相減’最好是由數位處理，以各自地產生相 位公與φ。形式上， --------------震--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 3. Φ：
~φ12 + V Ρ Ρ \Ρ Ρ J (76) (77) -線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印裂 (78) 使用由關係式（75 )所給的定義，相位g與①可以表示為其 他數量的一些項，如 ^ W«12 + «Π)+ κ(η!2 ~ «η )]+W(/12<-12 )
\PJ 102 私紙張尺㈣令國國e^(CNS)A4規格（2ΪΓΓ297公f 421708 A7 五 '發明說明（1W)φ = I1 W«,2 -«U )+^,2+^,^ P. \P) ^η^η{ψη)~^\ιΚη{φγ (79) 其中 ^ = ^,2+/,,^,)/2 » ( 80)K^nkn~lnk„)l2 > ( 81 ) 相位A、S與Φ被傳送到電腦529作為信號525，以數位或 類比格式’最好是以數位格式。 在第六實施例的後續說明中非循環性非線性η;.被省 略，省略的根據是相同於在第一實施例的後者說明部分的相 對應非循環性非線性的省略根據。 氣體的色散（《丨，《丨丨）可以使用以下公式從θ與φ被決定，)=jΪΦ-物)]+Q, ， （ 82 )其中
Qv =ξΨ(Κ/χ)-Ζψ 11 1----I «11 (請先閱讀背面之注专華項再填寫本頁} 訂-· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 > + l>\ /, 12 α-ξ(κΐζ)~ζ ξ· 103 本紙張尺度適用中國國家標準（C1S[S)A4規格（2ΐ〇 χ 297公釐） (S3) (84) (85)(S6) (87) -·線· .1 — I * 421708 A7 B7 五、發明說明（10¾
Z in 'κΡ
Cu <u (88) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 對於有關距離量測干涉測定系統的那些應用，異質相 位和相位S與φ可以被用以決定距離L作為獨立於在距離 量測干涉計的量測路徑中氣體折射率的效應，使用以下公式 ⑹办+仏+4 (89) 此處Γ ’氣體的倒數色散功率，是定義為 r=fe!) ° (9〇) 從關係式（81 )所給的κ的定義，明顯地(尤//)=〇對應 到波長是完全地諧波相關。對於（尤/之)>〇以及在使用關係式 (82)與/或關係式（89)時為了滿足終端使用要求⑹之)的 數值必須達到某種準確度之應周，（足//)是由波長監視器（未 顯不於圖中）所量測。波長監視器可以包括具有或不具有真 空密室的干涉計與/或由SHG加倍光線束的頻率。對於在使 用關係式（82 )與/或關係式（89 )時χ的數值必須達到另 一種準確度之應用’ ％是由波長監視器所量測。此外，當 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (尤/之)與X的數值兩者都被要求時，它們兩者可以從相同裝置 獲得。 倒數色散功率Γ的數值可以從在量測路徑中氣體的已 知結構成分的已知折射性質而獲得。對於氣體構成成分未達 到必需準確度的明瞭與/或氣體結構成分的折射性質未達到 必需準確度的明瞭之那些應用，Γ可以由一些裝置所量測， 這些裝置諸如描述於United States Αρρ丨ication Νο. 104 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公髮^ A7 B7 11 and 12 91 421708 五、發明說明（103) 08/942,848 Oct. 2, 1997，標題為’’Apparatus and Methods For Measuring Intrinsic Optical Properties of A Gas”、United States Application Oct. 21, 1998，標題為’’Interferometric
Method And Apparatus For Measuring Intrinsic Optical Properties of Gas” 以及 United States Provisional Application No. 60/075,595 Feb. 23，1998，標題為” Apparatus and Methods For Measuring Intrinsic Optical Properties of A Gas” ’所有三個應用由Henry A. Hill所發表，前述的應用 是於此結合全體作為參考。 色散（《^-力!）可以被測定的相對準確度是部分地受限 於循環性錯誤的效應，根據關係式（82 )效應的大小是以下 式子的等級 ^χ{η21-ηη) 例如’考慮 λ η=0.633μιη，λ „=2 λ 12，p=l，L=〇.5m，以及 氣體包括25 °C —大氣壓力空氣的應用。對於此例子的狀 況’由關係式（91)所表示之對相對準確度的貢獻數量 大小為 * 0.0191%| ， ( 92) ψι〗是以孤度表示以及Ιψυΐ表示ψη的絕對值。繼續此例子， 對於|ψ„|=0.1弧度的特定循環性錯誤，在例子中，相位中的 循環性錯誤相對應於在5nm距離量測中的循環性錯誤，特 定循環性錯誤限制可以被測得的色散（„12_„n)之相對準確度 105 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------裝--------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 4^7〇8
發明說明（ 為w0·2%。假如又11光束的光源是_個λ — NbYAG雷射，可以被測得的色散‘u)之= 相對應限制為》0.6% 〇 又疋械: 在於可以被測得的色散（Α 2 的相對準確度之循产 性錯誤效應的限制因素直接地傳遞到在對於使用^散干二 測定的距離量測干涉計的量測路徑中氣體的折射效應的^ 訂之循環性錯誤效應的限制因素。從關係式（89)的審視: 明顯地經由Qψ加入叭的循環性錯誤貢獻的數量大小是5γ^Ι 相對於經由两!加入的循環性錯誤貢獻丨ψιι丨的數量大小。對於 具λ „=2 λ 12的；I „=0.6330111以及具又ιι=2入u的又 "Μ.Οόμιη的兩個事例，丫的數值各自是24與75。因此循環 性錯誤貢獻到關係式（89 )中對量測路徑中氣體折射的修訂 項之效應必須被降低一又二分之一或者更多等級的數量大 小’假如來自修訂項結果的循環性錯誤貢獻是直接來自心結 果的循環性錯誤貢獻之效應的相同或者更小等級。 由關係式（85)所給的循環性錯誤項ζν可以被表示為 93) c ------Ί I---I--裝！ i— 訂-----•線 (請先閲績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 此處 以及 1 (炉11 ) = Cn (识11) β 12 (炉12 ) = C! 2 (奶2 ) (94) c> (ψ.)= Σ^> cosr<Pi+Σέ-sinr<?i
rs*J 106 11 and 12。 （95 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 42 1 0 8 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明說明（10今 . _ C,被寫成具有史·諧波級數項的正弦與餘弦級數項之關 係式（95 )。對於一些干涉計配置，尤其是多次通過干涉計， 一個系統可能包括一個光源’干涉計，與偵測器以產生為少 /的次諧波的循環性非線性。假使次諧波的循環性錯誤存在 於系統中’關係式（95 )被加強以便包括具有φ ;的次諧波 之參數的餘弦與正弦級數項。用以測定在餘弦與正弦級數中 的係數之其後說明的程序將是以關係式（94 )與（95 )所給 定的級數表示的項中，而不背離本發明的精神與範圍。 個系統可能包括一個光源’干涉計，偵測器，與數 位^號處理以產生不為妒，·的次諧波與諧波的循環性非線 性。例如’藉由在數位信號處理中的代理信號（aliasing)，非 次諧波、非諧波的循環性錯誤被製造出以及具有的次諧 波與諧波的代理信號的頻率。假使非次諧波、非諧波的循環 性錯誤存在於系統中，關係式（95)被加強以便包括具有φ ;的次譜波與/或諧波的適當代理信號參數之餘弦與正弦級 數項。用以決定在餘弦與正弦級數中的係數之其後說明的程 序將是以關係式（94)與（95)所給定的級數表示的項中， 而不背離本發明的精神與範圍。 在下一步驟中，對於某範圍的知與两2數值，φ可以被 量測為知與^的函數。根據關係式（79)，φ的量測所得數 值可以被寫成 于 φ = LX(nn - „n)+ LK(nn +ΐ1η)+Ζψ^Ζ， ( 96) 對於在L從1 〇 λ i i到100 λ u等級的變化，從關係气 107 本紙張咖用令而iiTBiW規格(·210χ 297公复···) i—^ C — Ί — — — — — — — [ 11 I 11 I ~ 11 I — III (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 42 17 0 8 ^ £u.; Ψ\2 A7 B7 五、發明說明（％ (96)明顯地對於的狀況’ ^項是有關 在Φ中產生變化的支配項，典型地幾個等級的數量大小，其 他項κ’丫與z是常數以及對於fc2，)/(；2|2+„|i)：kl/(2x叫在 Μ C 大氣壓力的氣體’ λ^υμπι’ AU=2A12。結果是 Φ的量測所得數值可以直接地被用在對z、!,測定的有效程序 中。 在第六實施例中波長；I η/ λ 12的比例可以被表示為具 有某一相對準確度的低階非零整數比例，如關係式（71)中 的Λΐ"ΐ2。Φ ιι/φ 12的比例可以因而表示成 — (97) M2 具有相同特定相對準確度》 \的兩個參數表示’根據關係式（85 )、（ 94 )與（95、 兩個參數是妒η與φ,2’可以藉由關係式（97)在Ζν的兩個 參數表示中消去妒"或口！2之一者而降成一個參數表示。第 六實施例的後續說明是在於少η消除的項，雖然ρ η消除也 可以被選擇為消除參數而在Ζψ的測定項中產生實質相同最 後結果。對於Zψ的一個參數表示結果是 (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
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(I 1L ΚΡ. f j \ 'Zal7rcosr -f- ^,,+X^sinrJ /=1 V12 J r=\ 1 .r=l r-\ ‘11 9u 98) 具有包含低階非零整數比例的（/n//12)比例，在對於 Z□的一個參數表示中的項可以被重寫成為具有$ n的諧波 本紙張足度適用令國國家標準（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 —-!, Mu:. 4 2 17 0 8 、 A7 ________B7__」 五、發明說明（, ~ : 之參數的餘弦與正弦級數項，比例（/u//i2)是整數，例如2、 3、…，或者成為具有包括^丨的讀波之參數的餘弦與正 弦級數項，比例（/ll//l2)是非整數，例如3/2、奶、等等。 如重寫的對於個參數表㈣被參考作為對於^的簡 化表示。用於對於^的簡化表示之傅立葉係數的估算之程 序使用⑥作為在傅立葉分析中的積分變數，如同對用以獲得 第五實施例的^與心’第一解答之程序中的第— 步驟。由第六實施例可以被測定的循環性錯誤項、之相對 準確度將具有以弧度表示的循環性錯誤項％之1/2或者較大 數量等級，波長；的比例被表示為比例（/ιι"ι2)的特 定相對準確度效應。因此在修訂之後循環性錯誤對φ的剩餘 貢獻將加入作為一個二階效應，循環性錯誤在φ的一階效應 以及循環性錯誤在知或^兩者之一中的一階效應，取決於 歹η與两2何者被使用作為在傅立葉分析中的積分變數，或者波 長λ 1〆λ u的比例被表示為比例（/n//l2 )的特定相對準確度 效應。 第六實施例之其餘說明是相同於對第一與第五實施例 所給說明之相對應部分。 描述於此的本發明第六實施例之第一變體是來自第三 群組實施例。第六實施例的第一變體的說明是相同於對第六 實施例所給予的說明，除了有關循環性錯誤的處理。在第六 實施例的第一變體中，由關係式（96)所給的相位Φ是藉由 在271/12或其倍數區間對Φ關於两，的積分轉換或者在2πΖη、 109 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） ill·! -裝 ------ 訂！---線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
0 8 五、發明說明（10ξ) 或其倍數區間對φ關於化的積分轉換兩者之 =的說明是相似於對使用於本發明第一實跑例:第= 序中之積分轉換所給予的說明。 積分轉換演算法的設計是基於Ζψ的簡化表示之性質。 積分轉換在減少或消除循環性錯誤效應的致 環性錯誤中的數量大小。在濾除後的循環性錯誤對 Φ的剩餘貝獻將加人作為—個二階效應，循環性錯誤在㈣ 一階效應以及循環性錯誤在心或化兩者之一中的一階效 應，取決於％與化何者被使用在積分轉換的執行中，或者波 長又n/又U的比例被表示為比例（/ηΛ?ΐ2 )的特定相對準確度 效應。對於-個最理想的積分轉換，剩餘二階效應將具有 &乘以在用於積分轉換的4或心中之弧度表示的循環性錯 誤的1/2數量大小的數量等級，或者波長又“又匕的比例被 表示為比例（Μ"!2)的特定相對準確度效應。 第六實施例的第一變體沒有對鏡面5Μ的運動有任何 限制以便對其他例子也是有效的，例如起始相對應於使用在 濾波器的積分轉換程序中2π/„、2W12或其倍數的相位空間 的一些運動以及在當鏡面592被移動相對應於使用在濾波 器的積分轉換程序中2π/„、2π/12或其倍數的相位空間的距 離的週期之間。由第六實施例的第一變體對循環性錯誤的濾 除有效地消除在先前技術中其基於對一固定週期時間的積 分之濾除方法所遭遇的問題。 本發明第六實施例的其他變體的群組被描述，第六實 110 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 111---^----裝！—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 421 708 :¾. Α7
五、發明說明（10¾ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 施例變體的其他群組包括第六實施例的裝置與方法以及至 >一種的本發明第一、第二、第三與第五實施例的裝置與方 法。第六實施例的其他變體群組是來自實施例的第四群組’ 第四實施例群組的實施例包括用以量測與修訂在量測所得 相位以及在光學色散相關信號兩者中的循環性錯誤之襞置 與方法，量測所得相位用於在距離量測干涉計中量測路徑的 光學路徑長度中的變化之測定，光學色散相關信號用以修訂 對於在距離量測干涉計的量測路徑中氣體的效應之光學路 徑長度中的變化。 來自第六實施例變體的其他群組之第六實施例的第二 變體包括第六實施例的裝置與方法以及本發明第一實施例 的裝置與方法。對第六實施例的第二變體，循環性錯誤出現 在相對應於第六實施例的说,與^之相位並且產生於光源與/ 或運輸到干涉計的光束’光源對應干涉計的不當調準，用以 分隔參考與量測光束的極化光束分割器與預定性質之間的 偏差，如此產生的循環性錯誤可以由包括混合器與分析器的 偵測裝置對應干涉計的調準特性而修改，可以被修訂至高度 的準確度，亦即，修訂達到在循環性錯誤與/或對Φ是已知的 絕對準確性的組合中之二階效應。循環性錯誤對第六實施例 的第二變體的Φ之相對應貢獻，此Φ相對應於第六實施例的 Φ ’是因此修訂至高於對第六實施例中的相對應Φ的準確程 度’亦即，修訂達到在循環性錯誤與/或對Φ是已知的絕對準 確性的組合中之三階效應。 111 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------!*^.||1----訂-------1 * 線 {請先閱讀背面之注Φ?事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 2 17 0 8 A7 _____ B7 五、發明說明（119 第六實施例的第二變體之其餘說明是相同於對第一與 第六實施例所給說明之相對應部分。 第六實施例的第二變體之優點是實現於當在第六實施 例的第二變體相對應於第六實施例的&與^之相位中的循 環性錯誤是首要地產生於光源與/或運輸到干涉計的光束’ 光源對應干涉計的不當調準，以及用以分隔參考與量測光束 的極化光束分割器與預定性質之間的偏差。 來自第六實施例變體的其他群级之第六實施例的第三 k體包括第六實施例的裝置與方法以及本發明第三實施例 的裝置與方法。對第六實施例的第三變體，循環性錯誤出現 在相對應於第六實施例的济1與^之相位並且產生於干涉計 與物件鏡面，例如，在量測與/或參考桿中光束的寄生内部 多重反射以及/或相位遲延薄板和極化光束分割器與預定性 質之間的偏差，可以修訂至高度的準確度，亦即，修訂達到 在循環性錯誤與/或對φ是已知的絕對準確性的組合中之二 階效應。循環性錯誤對第六實施例的第三變體的φ之相對應 貝獻，此Φ相對應於第六實施例的φ ,是因此修訂至高於對 第六實施例中的相對應φ的準確程度，亦即，修訂達到在循 環性錯誤與/或對φ是已知的絕對準確性的組合中之三階效 應。 第六實施例的第三變體之其餘說明是相同於對第三與 第六實施例所給說明之相對應部分。 第六實施例的第三變體之優點是實現於當在第六實施 112 本紙張尺度適用t國國家標準格⑵0 x 297公^ ----------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7
4^1 708 五、發明說明（11办 例的第三變體相對應於第六實施例的&與^之相位令的循 環性錯誤是首要地產生於干涉計與物件鏡面，例如，在量測 與/或參考桿中光束的寄生内部多重反射以及/或相位遲延 薄板和極化光束分割器與預定性質之間的偏差。 來自第六實施例變體的其他群組之第六實施例的第四 變體包括第六實施例的裝置與方法以及本發明第二實施例 的裝置與方法。對第六實施例的第四變體，實質地所有循環 性錯誤出現在相對應於第六實施例的％與^之第六實施例 的第四變體的相位，可以被修訂至高度的準確度，此準確度 至少是在循環性錯誤與/或對Φ是已知的絕對準確性的乘積 中之二階效應。循環性錯誤對第六實施例的第四變體的φ之 相對應貝獻，此Φ相對應於第六實施例的φ，是因此修訂至 咼於對第六實施例中的相對應Φ的準確程度，此準確度至少 疋在#環性錯誤與/或對Φ是已知的絕對準確性的乘積中之 三階效應。 第六實施例的第四變體之其餘說明是相同於對第二與 第六實施例所給說明之相對應部分。 第六實施例的第四變體關於第六實施例的第二與第三 變體之主要優點是在於相對應於第六實施例的心與化之循 環性錯誤的實質完全測定，循環性錯誤來自包括光源與偵測 器的干涉計系統，第六實施例的第二與第三變體允許循環性 錯誤子集合的測定。 來自第六實施例變體的其他群組之第六實施例的第五 113 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I ί Ί !·裝·!---II 訂-------— 線 (請先閱讀背面之注急事項再填窝本頁) 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 4 2 17 0 8 ί Α7 -------- - 五、發明說明（q - 變體包括第六實施例的裝置與方法以及本發明第五實施例 的裝置與方法。在第六實施例的第五變體令，第五實施例的 裝置與方法只有對某些光束與/或光束成分操作，那些光束 與/或光朿成分具有兩個不同波長中的一者，λη戋a 。 為了討論的目的，讓具有波長λη的光束與/或光束成 分是特定的某些光束與域光束成分。在第六實施例的第五 變體之第-步驟中，循環性錯誤出現在特定的某些光束愈/ 或光，成分中並且特別是相對應於第六實施例的仏的相位 中’藉由第五實施例的程序之應用而被測^在第六實施例 的第五變體之第二步驟中，循環性錯誤出現在某些其他光束 與/或光束成分中，那些光束與/或光束成分具有波長λΐ2, 在相對應於第六實施例的化的相位之傅立葉分析中被測 定’使用對循環性錯誤效應作修訂的⑥作為傅立葉分析中的 積^變數。對循環性錯誤效應作修訂的两的兩者之一者 接著被用以測定在第六實施例的第五變體之φ中的循環性 錯誤效應，此Φ相對應於第六實施例的①。 對第六實施例的第五變體，實質地所有循環性錯誤出 現在相對應於第六實施例的^與^之相位，可以被修訂至高 度的準確度，相同於第五實施例達到的準確程度。 循環性錯誤對第六實施例的第五變體的φ之相對應貢 獻，是因此修訂至高於對第六實施例中的相對應①的準確程 度。 第六實施例的第五變體之其餘說明是相同於對第五與 114 本紙張尺度適用中囷國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ四7公釐） ! Ί I !-裝----I--—訂-------1 線 f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 4 217 0 8〗 A7 -----------B7 _ 五、發明說明（11¾ 第六實施例所給說明之相對應部分。 第六實施例的第五變體關於第六實施例的第二與第三 變體之主要優點是實質地相同於描述在第六實施例的第四 變體關於第六實施例的第二與第三變體之優點中。 第7圖描晝來自第四群組實施例的本發明第七較佳實 施例的概要圖。第四實施例群組的實施例包括用以量測與修 訂在量測所得相位以及在光學色散相關信號兩者中的循環 性錯誤之裝置與方法，量測所得相位用於在距離量測干涉計 中量測路徑的光學路徑長度中的變化之測定，光學色散相關 k號用以修訂對於在距離量測干涉計的量測路徑中氣體的 效應之光學路徑長度中的變化。 第七實施例的距離量測干涉測定包括用以量測與監視 在量測路徑中氣體的色散與/或由於氣體而發生在量測路徑 的光學路徑長度變化之裝置與方法，其氣體的折射率與/或 量測路徑的物理長度可以被改變以及由採用光線來源所產 生的光束波長比例是相配於由低階非零整數與/或整數非所 組成的已知比例數值。 第七實施例的許多裝置完成如同第六實施例的裝置之 功能，完成如同第六實施例裝置的功能之第七實施例裝置的 編號是等於第六實施例裝置的編號增加1 〇〇β光源60i與602 的說明是相同於對第六實施例的光源5〇1與502所給說明之 相對應部分’除了關於光源602波長的控制。光源601與 602各自地產生具有各自波長；與λΐ4的光束6〇7與6〇8。 115 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 2耵公釐） 3 C- I-----„--------i i ----訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4217 0 8 A7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 玉、發明說明（％ 來自光源602的光束波長λ 14是由來自電腦與控制器_的 錯誤信號644所控制 如在第7圖中所示，光束607的第一部份是由非極化 光束分割器651Α所反射以及其—部份由二色性光束分割器 651Β所反射以形成光束64〇的第一成分。在下一步驟中， 光東60S的第一部份是由非極化光束分割器65ic所反射， 由鏡面651D所反射，以及其—部份由二色性光束分割器 651B所傳送以形成光束64〇的第二成分。光束64〇照射於 配置為監視（λΐ3/λΜ)比例的波長監視器684。比例（λ13/λ μ)的量測所得數值被傳送至電腦與控制器629以作為電子 信號620。波長監視器684可以包括例如干涉計在量測桿中 ”有或不具有真空與/或類似於卢_BaB〇3的非線性裝置藉由 第二諧波產生（SHG)以使得光束頻率變成兩倍 電腦與控制器629產生錯誤信號644，錯誤信號644 與從仏號620接收的波長比例（又u/又14)和電腦與控制器 629具體指定的比例之間的差異有關。光源6〇2的波長是由 錯誤信號644所控制《錯誤信號644可以控制雷射或雷射二 極體的波長，例如藉由使用壓電變換器以控制雷射腔的長度 或者藉由控制雷射二極體的注入電流 繼續參照第7圖，光束607的第二部份是由非極化光 束分割器651A所傳送以形成光束613的λ n成分，藉由其 描述是相同於對在第六實施例中從光束5〇7產生光束513 的又π成分所給的相對應部分之步驟。光束608的第二部份 ------^-------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 --線_ 116 -111, 本紙張尺度刺t國國家標準（CNS)A4規格⑵〇Τ?97公爱
4 2 17 0 8 ，ί 五、發明說明（11¾ 是由非極化光束分割器65IC所傳送以形成光束613的λ ν 14 成分’藉由其描述是相同於對在第六實施例中從光束5〇8 產生光束513的又^成分所給的相對應部分之步驟。 光束613經過干涉計669的傳遞以及各自作為信號623 與624被傳送的電子干涉信號，異質信號Sl3、〜4，的產生 是相同於對第六實施例有關光束513經過干涉計569的傳遞 以及各自作為信號523與524被傳送的電子干涉信號，異質 仏號心i，的產生所給說明的相對應部分。 異質信號s!3與5·"以及各自的相位两3與心的性質之說 明是相同於對第六實施例的異質信號s! ι與s 12以及各自的相 位心與两2的性質所給說明的相對應部分。進一步地，對於第 七實施例相對應於關係式（71)至（90)的關係式是藉由將 所有下標11置換為13以及將所有下標12置換為14而從關 係式（71)至（90)所獲得。 用以測定在祝3、歹14與φ中循環性錯誤的程序被描述。 對熟知此技術領域者，明顯地描述程序的變動可以被利用而 不背離本發明的精神與範圍。 在程序的第一步驟中，對給定範圍的心與對；t η/λ 14 的數值集合’ Φ是被量測作為祝3與^的函數，不同數值的入 η/ λ μ的要求個數是取決於ψη與Ψ!4的複雜性以及所要求的 Ψ I3與Ψμ量測數值的準確性。在λ !3/ λ 14的數值變化是由電 腦與控制器629經由錯誤信號644發生在人14的變化所影 響。始於Φ的量測數值，此量的量測數值 117 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） II ---------裝--------訂---1 — ！ — 線 (睛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 4 2 17 0 8 A7 ____B7 五、發明說明（1岣 (99) ψΛψ\Α +κ14(2^Δν14 Ι〇)ΐ]~ψΗ{φΗ) 被獲得，此處Αν14是被定義為 f ， Λ \ {清先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) (1〇〇) 以及又HD是又14的勒始數值。 由關係式C99)所給的+/?14(2咖14/也]-%(奶表示式 可以被寫成
Vu [Pu + «14 (2πΑνΗ /c)l]- ^,4 {φΗ )} =Σ 叫 v r [供丨4 + % (2πΔν14 /c)i] - cos r (炉丨4 )} ( 101 ) r=\ V ’ + ΣΟη+Μ +«!4(2尬\/也]-如+!4)}. r=\ 傅立葉係數屮4，，與~4，r可以由對第一實施例描述的相同類 型反覆程序所測定。此分析的結果是對給定範圍的知之ψΐ4 的測定。 在下一步驟中’藉由對相對應於給定範圍^的給定範 圍两3使用两4-〜)作為積分變數之Φ的傅立葉分析，傅 立葉係數<3n，r與i>]3，r是被測定。此驟的結果是對用於傅立葉 分析中的麥13範圍之ψ13的測定。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在下一步驟中，在首二步驟中獲得的ψη與ψΜ是被用 以計算對給定範圍歹(4的。用化^屮^與的測定，色散（w^Wi3) 與對量測路徑中氣體的效應作修訂之路徑長度變化可以被 計算’其是對給定範圍祝4的循環性錯誤做修訂。 對終端使用應用所要求之其他範圍數值的心，重複此 程序。 118 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
五、發明說明（11? 要注意的是對第七實施例的/13與/14的數值可以包括 整數與非整數非零數值，與第六實施例相比其與/12包括 非零數整數數值。 (靖先閱讀背面之注急事項再填寫本頁) 第七實施例之其餘說明是相同於對第五與六實施例所 給說明之相對應部分。
第七實施例的優點是在相同時間線上量測與監視循環 性錯誤的效應以致對在距離量測干涉計的量測路徑中氣體 的折射效應之補償是被完成D 第七實施例的另一優點是採用的波長可能是諧波相關 或者非譜波相關。 第七實施例的另一優點是對循環性錯誤的測定數值具 有對量測路徑中氣體紊流的效應之降低敏感性，亦即對已測 定的循環性錯誤之統計精準度是稀薄地取決於對量測路徑 中氣體紊流的效應。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
第七實施例的另一優點是循環性錯誤可以變化如同已 改變之量測路徑的物理長度而不實質地改變第七實施例關 於對循環性錯誤的效應修訂之效能。循環性錯誤有關量測路 徑長度的對數導函數之數值將部分地取決於對循環#錯誤 修訂中所要求的準確度’此數值將不會實質地改變第七實施 例關於對循環性錯誤的效應修訂之效能D 第8圖描晝來自第四群組貫施例的本發明第八較作實 施例的概要圖°第四實施例群組的實施例包括用以量:則與^ 訂在量測所得相位以及在光學色散相關信號兩者中環 119 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 421 7Q8 A7 ___B7___________ 五、發明說明（ 性錯誤之裝置與方法，量測所得相位用於在距離量測干涉計 中量測路控的光學路徑長度中的變化之測定，光學色散相關 k號用以修訂對於在距離量測干涉計的量測路徑中氣體的 效應之光學路徑長度中的變化。 第八實施例的距離量測干涉測定包括用以量測與監視 在量測路徑中氣體的色散與/或由於氣體而發生在量測路徑 的光學路徑長度變化之裝置與方法，其氣體的折射率與量測 路控的物理長度可以被改變以及由採用光線來源所產生的 光束波長比例是某一相對準確度地相配於由低階非零整數 與整數非所組成的已知比例數值。 第八實施例的許多裝置完成如同第七實施例的裝置之 功能以及除非表明不相同之外’完成如同第七實施例裝置的 功能之第八實施例裝置的編號是等於第七實施例裝置的編 號增加10C^光源701與702B的說明是各自地相同於對第 七實施例的光源601與602所給說明之相對應部分《光源 702A的說明是相同於對第七實施例的光源602所給說明之 相對應部分，除了光源702A的波長是固定的。光源701、 702A與702B各自地產生具有各自波長；^ 15、又UA與λ i6b 的光束707、708A與708B。光束707、708A與708B是被 極化為平行於第8圖的平面。 來自光源702B的光束波長；I 16B是由來自電腦與控制 器729的錯誤信號744所控制。對第八實施例，〇 與以便簡單地闡明本發明。第八實施例可以被 120 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） ---------------- 裝--------訂 ----I (猜先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如在第8圖中所示，光束708A的第一部份是由非極化 光束分割器751A所反射以及其一部份由非極化光束分割器 75 1B所反射以形成光束740的第一成分。在下一步驟中， 光束708B的第一部份是由非極化光束分割器75丨〔所反 射，由鏡面751D所反射，以及其一部份由非極化光束分割 器751B所傳送以形成光束74〇的第二成分。光束74〇照射 於配置為監視（又1όΑ/又1όΒ)比例的波長監視器784。比例（λ ι6α/ λ 1<iB)的量測所得數值被傳送至電腦與控制器729以作 為電子信號720。波長監視器784可以包括例如干涉計在量 測桿中具有或不具有真空與/或類似於泠—BaB〇3的非線性裝 置藉由第二諧波產生（SHG)以使得光束頻率變成兩倍。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 421708 A7 ______^_B7五、發明說明（ 配置為對負值的（2^ -；^)與/或一;^I做運算而不背 離本發明的精神與範圍。對於|4厂斗3|<<;^條件是不適當的 第八貫施例的裝置配置，將某些對第八實施例描述的非極化 光束分割器改變成為二色性光東分割器以便改進光源與干 涉計系統的整體效能是令人滿意的。 (請先閱讀背面之生意事項再填寫本頁) 電腦與控制器729產生錯誤信號744，錯誤信號744 與從信號720接收的波長比例（又i6a/又i6B)和電腦與控制器 729具體指定的比例之間的差異有關。光源7〇2B的波長是 由錯誤信號744所控制。錯誤信號744可以控制雷射或雷射 二極體的波長，例如藉由使用壓電變換器以控制雷射腔的長 度或者藉由控制雷射二極體的注入電流。 繼續參照第8圖，光朿708A的第二部份是由非極化光 121 本紙張尺度適用中賴家標準（CNS)A4規格⑵Q x撕公楚） 421708 Α7 Β7 五、發明說明（12〇) -----------------I (諝先閱績背面之注意事項再填窝本頁) 束分割器751A所傳送，進入調變器704A，以及退出調變 器704A而作為包括兩個共存頻率成分的光束？！ qa。光束 710A由鏡面753A所反射，其一部份由非極化光束分割器 753B所反射’以及其一部份由二色性光束分割器753E)所傳 送以形成光束713的；I 16A成分以及頻率已移動又】6A成分。 光束708B的第二部份是由非極化光束分割器1C所傳 送’進入調變器704B ’以及退出調變器704B而作為包括兩 個共存頻率成分的光束710B。一部份的光束710B由非極化 光束分割器753B所傳送以及其一部份由二色性光束分割器 753D所傳送以形成光束713的λ⑽成分以及頻率已移動入 mb成分。光束707進入以及退出調變器703而作為包括兩 個共存頻率成分的光束709。光束709由鏡面753C所反射 以及其一部份由二色性光束分割器753D所傳送以形成光束 713的λ 15成分以及頻率已移動又成分。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 調變器703、704A與704B以及關聯的驅動器705、706A 與706B之說明是相同於第七實施例的調變器603與6〇4以 及關聯的驅動器605與606所給說明的相對應部分。由調變 器703、704A與704B所導入的頻率移動各自是。 光束713的非頻率已移動成分是被極化為平行於第8圖的平 面以及光束713的非頻率移動成分是被極化為正交於第8 圖的平面。 光束713經過干涉計769的傳遞以及包括作為信號723 被傳送的異質信號_y15和作為信號724被傳送的異質信號 122 本紙張尺度適用令國國家標準（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 21708 ； A7 — __五、發明說明（12i 15 ΙόΑ與~6B之電子干涉信號的產生之說明是各自地相同於對 第七實施例有關光束613經過干涉計669的傳遞以及作為信 號623與624被傳送的電子干涉信號&與心4的產生所給說 明的相對應部分。 異質信號〜3、h6A與〜犯和各自的相位祆5、^與祝“的 性質之說明是相同於對第七實施例的異質信號h與^4和各 自的相位心與系4的性質所給說明的相對應部分以及相同於 對第五貫施例的異質仏號&與〜和各自的相位死與两。的性 質所給說明的相對應部分。 由光源702A與702B、干涉計769、偵測器系統789 與790、電子處理器727以及電腦與控制器729所組成的系 統是功能地相等於在第5a圖中描晝的第五實施例的系統。 此外，由光源701與702B、干涉計769、偵測器系統789 與790、電子處理器727以及電腦與控制器729所組成的系 統是功能地相等於在第7圖中描晝的第七實施例的系統。因 此，出現於每一個量測所得相位化、化^與化^中的循環性錯 誤可以由描述於第五與第七實施例的程序所測定。 第八實施例之其餘說明是相同於對第五與七實施例所 給說明之相對應部分。 第八實施例的優點是相同於第七實施例所列示以及以 下額外的優點。甩第八實施例，用以補償包括氣體紊流效應 的量測路徑中氣體之距離量測功能與色散應周系統可以被 執行於兩個固定波長，又與λ leA，以及同時且獨立於基於 123 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） --裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ο i . 線·
經濟部智慧財產局員工消費合作社印M 421708 , A7 ___B7 _五、發明說明（ 可變波長λ16Β與兩個固定波長的其中一者’ λι5或又16八， 之循環性錯誤補償程序。 本發明第六、第七與第八實施例的距離量測與色散干 涉測定的裝置與方法是描述於以下文獻的兩類型的距離量 測與色散干涉測定的裝置與方法，United States Patent Application Serial No. 09/078,254，May 13，1998，標題 為’’Interferometric Apparatus and Methods Using Electronic Frequency Processing For Measuring And Compensating For Refractive Index Effects In Optical Path”以及 United States Provisional Patent Application Serial No. 60/075,586, Feb. 23,1998，標題為’’Interferometer And Method For Measuring The Refractive Index And Optical Path Length Effect Of Air,M 兩個應用由 Peter de Groot，Henry A. Hill 與 Frank C. Demarest 提出。類似描述於 United States Provisional Patent Application Serial No· 60/075,586, ibid.、United States Patent Application Serial No. 09/078,254, ibid.' United States Patent Application Serial No. 09/078，163，May 13,1998 由 Peter de Groot，Henry A. Hill 與 Frank C. Demarest 提出申請，標題 為 ’’Apparatus And Methods Using Multiple Pass Interferometry For Measuring And Compensating For Refractive Index Effects In An Optical Path”、以及 United States Provisional Patent Application Serial No. 60/075,566, Feb. 2,1998,由 Peter de Groot，Henry A. Hill 與 Frank C. Demarest 提出申請，標題為” Apparatus and Methods For 124 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) o 裝 -線. 本紙張尺度適用尹國國家標準（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（1马
Measuring The Refractive Index And Optical Path Effects Of Air Using Interferometry”之距離量測與色散干涉測定計與 方法的其他形式可以被併入本發明的裝置與方法而不背離 本發明的精神與範圍’藉由參考文獻於此併入前述應用的全 體。 第9圖描晝來自第四群組實施例的本發明第九較佳實 施例的概要圖。第九實施例的許多裝置完成如同第八實施例 的裝置之功能以及除非表明不相同之外，完成如同第八實施 例裝置的功能之第九實施例的編號是等於第八實施例裝置 的編號增加100。在第九與第八實施例之間的主要差異是在 第九實施例的光源系統與偵測器系統中類似於泠_BaB03的 非線性裝置的使用得以藉由第二諧波產生（SHG)以使得光 束頻率變成兩倍。 對於如描晝於第9a圖的第九實施例，光源802A與 802B以及對應光束808A與808B的說明是相同於對第八實 施例的光源7〇2A與702B以及對應光束708A與708B所給 說明之相對應部分。在第九實施例中光朿840，其來自由非 極化光束分割器851E所傳送的光束808A與光束808B的一 部分，的產生之說明是相同於對在第八實施例中來自光束 708A與光束7〇8B的光束740的產生所給說明之部分。在第 九實施例中光束813的λ 18A成分、頻率已移動λ 18A成分、 λ 18B成分以及頻率已移動λ 18B成分，其來自由非極化光束 分割器851E所傳送的光束808A與光束808B的一部分，的 125 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） ./ί\ ------,--------裝-----訂-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
421 70 8 ------ 五、發明說明（12今 產生之說明是相同於對在第八實施例中來自光束708A與光 束708B的光束713的λΐδΑ成分、頻率已移動h6A成分、 叉1SB成分以及頻率已移動凡16Β成分的產生所給說明之部 分。驅動器S06A與806Β的頻率各自是力與力，光束813 的頻率已移動λ 18Α成分與頻率已移動入⑽成分的頻率移動 各自是Λ與/3。 光束807是從光束808Α的第二部分所產生（詳見第9a 圖），光束808A的第二部分是非極化光束分割器851£所 反射，由鏡面851F所反射，以及由非線性裝置893所傳送。 光束807包括兩個頻率成分，一成分具有波長以及頻 率加倍成分具有波長λ 1SA/2 〇頻率加倍成分是藉由第二諧波 產生（SHG)在非線性裝置893中產生。光束g〇9從光束 807產生的說明是相同於對在在第八實施例中光束7〇9從光 束707產生所給說明之相對應部分。驅動器gw的頻率是 /】。 光束809包括三個空間共存頻率成分，這些成分是入 ISA成为' λ丨8人/2成分與頻率已移動又1SA/2成分。頻率已移 動λ 1SA/2成分的頻率移動是力。光束809的Λ 18A/2成分與 頻毕已移動λ 18A/2成分是各自地極化為正交與平行於第9a 圖的平面。光束809的頻率已移動λ 18A/2成分是由光學濾 波1§ 8 7 9 A所傳送’由鏡面8 5 3 C所反射，由極化哭g 7 9B所 傳送’由半波薄板879C所傳送，以及其一部份由所二色性 光束分割器853D反射以形成光束813的頻率已移動λ i8a/2 126 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------裝---1--II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 經濟部智慧財產局員X消費合作杜印製 42^7〇8 ( A7 " —------___— 五、發明說明（12$ 成分。半波相位延遲薄板879C是被定向以便將入射頻率已 移動λ 1SA/2光束成分的偏振旋轉45度。極化器879B是被 疋向以傳送光束809的頻率已移動又l8A/2成分以及阻擋光 束809的λ UA/2成分。光學濾波器8?9a阻擋光束809的入 18Α成分。 調變器803與驅動器8〇5的說明是相同於對第八實施 例的調變器703與驅動器7〇5所給說明之相對應部分。由調 變器803所導入的頻率移動是是 描畫於第9a圖中的光束分割器873包括對光束813的 兩個頻率成分群組的極化光束分割器介面。兩個頻率成分群 組的其中一個群組包括λ ]SA成分、頻率已移動入…成分、 又1SB成分以及頻率已移動又⑽成分。兩個頻率成分群組的 第二個群組包括頻率已移動λ 1SA/2成分。此外，相位延遲 薄板877與878是對於光束813的第一與第二頻率成分群组 的四分之一波相位延遲薄板。 光束813進入干涉計869 (詳見第9a圖）以及退出成 為兩個空間分隔退出光束833與834。光束813的成分 與頻率已移動λ1δΑ成分各自是量測與參考光束，以及各自 地退出干涉計869成為光束833與834的成分。光束813 的又成分與頻率已移動λ 1SB成分各自是量測與參考光 束，以及各自地退出干涉計869成為光束833與834的其他 成分。光束813的頻率已移動；^sa/2成分的第一部份由極 化光束分割4 873所傳送以及退出干涉計869成為退出光束 127 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS〉A4規格（21〇 X 297公髮） ： lift-----------------^ (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁} A7 4217〇8 五、發明說明（126) 833的某一其他成分。光束813的頻率已移動Ai8a/2成分的 第二部份由極化光束分割器873所反射以及退出干涉計869 成為退出光束834的某一其他成分。 退出光束833與834各自地包含在又UA與λ ι8β有關在 包括經過氣體898路徑的量測路徑中光學路徑長度以及有 關在包括經過參考路徑的光學路徑長度之資訊。每一個光束 833與834的第一部份是各自地由非極化光束分割器861所 反射作為光束835與836。 光束835與836經過偵測器889以產生電子干涉信號， 異質彳0號*^ISA與hsB ’的傳遞之說明是各自地相同於對第八 實施例有關光束735與736經過偵測器789以產生異質信號 與的傳遞所給說明的相對應部分，除了光學濾波器 879D之外。光學濾波器879D傳送光束841的第一頻率成 分群組以及阻擋光束841的第二頻率成分群組。 光束833的第二部份是由非極化光束分割器861所傳 送，進入非線性裝置894M，以及退出非線性裝置894M作 為光束837，光束837包括五個共存成分，；L I8A成分，又ΐ8β 成分’第二又isa/2成分，第二λ 1SB/2成分’以及頻率已移 動又isa/2成分》第一久18Α/2成分與第二又18Β/2成分是各自 地由第二諧波產生（SHG )在非線性裝置894Μ中從又
• 〇 A 成分與又isb成分所產生。光束837的其傳送與入射至偵測 器886M的部分是入射至光學濾波器與極化器S82M之上。 光束837的第二部份是由非極化光束分割器861所傳 128 ⑤公釐) --- I Ϊ . f I ^ ---I 11 J I ---1! — — —^. (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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X' 4 2 1 7 Ο 8 , Α7 ^_____Β7 五、發明說明（127) '—:- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) χ進人非線性裝置刚R’以及退出非線性裝置S嫩作為 先束838,光束838包括五個空間共存成分料已移動入 似成分’頻率已移動又18Β成分，頻率已加倍、頻率已移動 入似成分’頻率已加倍、頻率已移動人丨⑽成分，以及頻率 已移動W2成分。頻率已加倍、頻率已移動成分與 頻率已加倍、頻率已移動成分是各自地由第二讀波產 生（SHG)在非線性裝置894R中從入丨以成分與υ分所 產生。光束838的其傳送與入射至偵測器886R的部分是入 射至光學濾波器與極化器882R之上。 光學濾波器與極化器882M傳送光束837的第二又1SA/2 成分，第二Λ 1sb/2成分，與頻率已移動；^ 8八/2成分以及光 學遽波器與極化器882R傳送光束838的頻率已加倍、頻率 已移動又丨sa成分’頻率已加倍、頻率已移動又18B成分，以 及頻率已移動λ 18A/2成分。光學濾波器與極化器882M以及 光學濾波器與極化器882R進一步地各自地混合光束837與 838的偏振成分。光學濾波器與極化器882M進一步阻擋λ 】SA成分與λ ,8Β成分以及光學濾波器與極化器882R進一步 阻擋頻率已移動；I 18Α成分與頻率已移動λ 18Β成分。 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 干涉計869在光束841的；I ISA與頻率已移動又ISA成分 之間導入相位移動史I8A以及在光束841的；I 18B與頻率已移 動λ 18B成分之間導入相位移動P UB。 信號824Μ包括具有異質頻率/1與{2[(1/^)-(1/^)>-_/；}的 兩個異質信號。信號824Μ包括具有異質頻率（2/2 - /；)與 129 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4217 0 8 A7 B7 五、發明說明（1今 M1/;)-(1/^)):+2(/3-/1)}的兩個異質信號。頻率 &[(1/1)-(1/^)>-_/；}與{2[(1/‘)-(1/^+2(/3-/1)}的異質信號是 在電子處理器827中藉由電子濾波所拒絕並且因此不包括 在第九實施例的後續說明中。 干涉計869進一步地在光束837與838的某些光束成 分之間各自地導入相位移動妒18M與炉18R，各自形成異質信 號心請與·?18Κ的某些光束成分各自具有異質頻率力與^兄-,)。根據以下公式，相位移動φ 18M與φ 18R的數量大小是與 各自路徑的光學路徑長度有關。 ==^Άί-Ρΐ^18^/2,/1ίϊ(^：18/ί/2Ι/1)—> (102) ------；---------- (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Ο 此處 如/、）， 灸啤= 2π[(2/Α^ )+ (/j /c)】， 免 18/)，Λ = 24(W)+(/2/c)], (103) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 長度LM與LR各自地代表對量測與參考旅程從各自光源至 各自偵測器的等效物理路徑長度。 就各自相位φ 18A、（:ρ 18Β、φ 18M與φ 18R以及各自量測 所得相位多…、存 18β、祆w與祆而論的異質信號s18A、_ϊ18Β、；s18M 與*s1SR的性質之說明是相同於對第一與其後實施例的異質 信號~與各自相位φ ,•與各自量測所得相位说所給說明的相 對應部分。 如第9b圖中所示’量測所得相位祆^與祝si{是由相位偵 測器8274Α與8274Β從各自異質信號5以與〜抓各自地產 130 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公楚） 421708 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（呼 生。相位偵測的說明是相同於對在第一實施例的電子處理器 27令相位偵測所給說明的相對應部分。 明顯％包括第九實施例的光源8〇2A與802B、干涉計 869、偵測器系統889以及電子處理器827的處理器8274A 與8274B之系統中其有關對各自量測所得相位i與^的 異質信號51SA與〜犯之產生與處理是功能地相等於包括第八 實施例的光源702A與702B、干涉計769、偵測器系統789 以及電子處理器727的相對應相位偵測器之系統中其有關 對各自量測所得相位祆與‘β的異質信號&6A與h6B之產生 與處理。更明顯地包括第九實施例的光源8〇2Α與802Β、干 涉計869、偵測器系統889以及電子處理器827的處理器 8274Α與8274Β之系統中其有關對各自量測所得相位麥似與 歹财的異質信號〜SA與〜犯之產生與處理是功能地相等於包 括第七實施例的光源601與602、干涉計669、偵測器系統 689以及電子處理器627的相對應相位偵測器之系統中其有 關對各自量測所得相位两3與‘的異質信號與Ji4之產生 與處理。因此，出現在每一個量測所得相位两“與心^中的循 環性錯誤可以藉由描述於第七與第八實施例中的程序所測 定。 如第9b圖中所示’量測所得相位祆版與化^是由相位偵 測器8274C與8274D從各自異質信號〜祝與〜SR各自地產 生。相位偵測的說明是相同於對在第一實施例的電子處理器 27中相位偵測所給說明的相對應部分。 131 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公釐） c F. - . — II I ΙΊΙΙΙΙ — — — · I I ] 1--I ^ ·1 - II--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4^1708 A7 B7 五、發明說明（13$» 在下一步驟中，相位Φ可藉由電子處理器8277作為在 量測所得相位歹lgA/與鈣μ之間的差異而獲得，亦即， 108 根據以下公式，相位φ可以用其他量的項來表示 Φ = Lp2km [«(^18^2)~)J+ ( 109 ) 此處 Ζ = Α^2[(2;^)/ψυ(服 110) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 相位偏移量與Γ⑽各自地包括對各自―與5isr的參 數aUM與alsR之所有貢獻’相位偏移量與各自量測或參考 路徑無關，Ψ18Μ與y1SR各自地包括在麥咖與多邮中的所有循環 性錯誤。由於表明於第一實施例中說明的理由，非循環性S 線性η 1βΜ與η! SR已經被省略β循環性錯誤項2可以被表_、 —個良好近似值如 $ " ^ ~ΣΛ1*Λί,Γ 003Γ{^Ρ[^18^/2,/,^(^ΊΜ/Ϊ,/! )]} r=l Κ, c〇sr{ip[2ft18/4«U n»l+ Σ61*Μ,γ ^{Lp[k^Al2,fAk^l2Jx 1 ( 1 07 ) n=l ~ Σ&]«λ/,γ sinr{Lp[2fc1Mn(felg/i)]} . 對\的關係式（1〇7 )可以被重寫為以下形式 ~Σαΐ8Λΐ,Γ COSr{J^p[^^'18/l,i(^：18^ )]} •Σ^ΙβΑΐ,, smr{Lp[2klgAn(kl$A)} -------：--—III — — -— — —In— · I--nil— (靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 此處 132 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 108) 109)421708 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（I3) a\SM,r = aim,r c〇s^ ™ίϊ|8Αί r +bnM r sin?·^ b\m,r =bnM,r c〇s^-618Ai r +αηΜτύτινφ 以及 φ = Lp\(2^/c)n(kWi )+klgA/2J] [n{kl&A/2J] )-«(^18,)j) . ( U〇) 關聯於φ的有效波長是“8」/[命_」_咖的數量等 級’或者對於包括25°C與一大氣塵力空氣的氣體是 三10、“。因此，僅有的係數巧⑽與5；卿的簡化集合是L的函 數。係數α㈣，與的簡化集合藉由使甩φ 18A作為積分變數 的Φ的傅立葉積分而被測定，在PisaAsa的積分範圍是 «i〇54以及以“。相位少ua是從具有如描述於第九實施例 中對循環性錯誤做補償的先前步驟之^^而獲得。 在Φ中的循環性錯誤也可以藉由類似於對第六實施例 描述之具有積分轉換的濾除而被減少或消除。 色散與在光學路徑長度中的變化對循環性錯誤的各自 地補償是各自地由關係式（82)、（83)、（86)與（89) 在第九實施例中被計算，將關係式（82 )、（ 83 )、（ 86 ) 與（S9)中第六實施例的％、φ、％、z、（"與ψ"替換為 第九實施例的^、Φ、Ζψ、Ζ、t 18Α與ψ18Α以及S=〇、（Κ/ 义）=〇、χ =2hA、/u=2與/u=i。對循環性錯誤效應做修訂 的色散之計算也可以使用關係式（1〇5)計算。 第九貫施例之其餘說明是相同於對第八實施例所給說 明之相對應部分。 第九實施例的優點是相同於對第八實施例所描述的那 133 本紙張尺度適用1ί7國國家標準（CNS)A4規格卩10 X 297 ‘髮)_ ./i\· ----- I---裝--------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 4 2 1 7 Ο 8 , Α7 ---ΒΖ_ _ 五、發明說明（133 ' 些優點。 對於熟知此技術領域者明顯地用以產生資訊信號以測 定φ的光束可以是脈衝光束而不背離本發明的精神與範 圍。脈衝光束可以被使用是因為當L被改變時在φ中的變化 是慢速率的。使用脈衝光束的優點是增加使用第二諧波產生 (SHG )以產生光束的第二諧波之效能，當脈衝具有相同平 均功率密度時’脈衝模式的操作允許增加光束功率密度以及 在非線性裝置中SHG效能是正比於光束瞬間功率密度的平 方。 本發明的第十實施例（未顯示於圖中）是來自本發明 的第三群組的實施例。第十實施例相對應於第六實施例是相 同於第九實施例相對應於第七實施例。 對於某些應用’在距離量測干涉計中，只有類似氣體 中紊流的結果’例如在量測路徑中氣體折射率變化的效應， 需要被補償。在氣體紊流類型的φ 18Μ中沒有需要被補償的 其他變化的狀況之下，第九實施例的變體可以有幫助地被使 用’其中妒I8R不被量測。第十實施例的相似變體可以有幫 助地被使用於相似情況β 第六實施例的說明特別提到對氣體色散量測的循環性 錯誤效應之加強敏感性相關聯於對氣體折射性質量測的循 環性錯誤效應之敏感性以及對氣體折射性質量測的循環性 錯誤效應之加強敏感性相關聯於對氣體折射率量測的循環 性錯誤效應之敏感性。結果是氣體本質光學性質的量測，例 134 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Ί n ----I ---t·— —------& {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4217 0 8 A7 B7 五、發明說明（巧 如氣體的倒數色散功率Γ，顯出對循環性錯誤效應之加>強敏 感性相關聯於對氣體折射性質量測的循環性錯誤效應之敏 感性以及對循環性錯誤效應之加強敏感性相關聯於對氣體 折射率量測的循環性錯誤效應之敏感性。 對熟知此技術領域者，明顯地本發明的實施例可以有 幫助地被併入用以量測類似Γ的氣體本質光學性質而對循 環性錯誤效應做補償之裝置與方法而不背離本發明的精神 與範圍。作為氣體本質光學性質量測的裝置與方法之例子是 描述在 United States Application No. 08/942,848，May 13,1998 提出申請，United States Application 標題為” Interferometric Apparatus and Methods for Measuring Intrinsic optical Properties of a Gas” 與 United States Provisional Application No. 60/075,595, ibid. 上述的干涉測定系統描寫循環性錯誤的特徵以及使用 已描寫的循環性錯誤特徵以修訂距離量測、色散量測與體本 質光學性質量測的循環性非線性。結果是此類的干涉測定系 統提供高度精準的量測。在使用於製造電腦晶片與類似者的 大型積體電路之彫像術應用中，此類系統可以是特別地有幫 助的。對於半導體製造工業，彫像術是關鍵技術支配者（key technology driver)。輪靡改善（overlay improvement)是將 線寬下降至l〇〇nm (設計規則design rules)與以下的五個 最困難挑戰之一者，詳見 Semiconductor Industry Roadmap， p82 ( 1997)的例子。輪廓（overlay )直接地取決於使用 135 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------舉--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 旬： 丨丨' 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 421708」 A7 -______ 五、發明說明（135 、 以把晶圓與標線（或光罩mask)放在適當位置的距離量測 干涉計之性能，亦即準確性（accuracy )與清晰性 (precision )。因為彫像機具可能每年製造五仟萬至一億美 元（$50-100M/year)的成品，來自性能改善的距離量測干 涉計之經濟上的價值是大量的。在彫像機具的良率之每—個 百分點的增加導致對積體電路製造商大約每年一百萬美元 ($ 1 M/year )的經濟益處以及對彫像機具賣主有價值的競爭 優勢。 彫像機具的功能是用以指引空間圖樣照射至光阻 (photoresist)已覆蓋表面的晶圓之上。此過程意味著決定 晶圓的哪一個位置是要接受照射（調準alignment)以及運 用照射至那個位置的光阻（曝光exposure )。 為了適當地把晶圓放在適當位置，晶圓包括在晶圓上 可由專用感應器所量測的調準標記（alignment mark)。調 準標記的量測所得位置定義晶圓在機具中的所在位置》此資 訊與晶圓表面所要求圖樣的規格一起引導晶圓相關於空間 圖樣照射的調準。基於此類資訊，支撐已覆蓋光阻晶圓的可 轉移臺子移動晶圓使得照射將曝光晶圓的正確所在位置。 在曝光期間，照射光源照亮圖樣標線，其散佈照射以 製造空間圖樣照射。標線也被參考作為光罩，以及這些名稱 在以下文章中是可互換的。在縮版彫像術的實例中，縮版鏡 頭收集被散佈的照射益且形成標線圖樣的縮版影像。另外， 在接近印刷術的實例中，在接觸到晶圓以形成標線圖樣的 136 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） I I J---I----裝— 訂 ---J—!·線 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 217 0 8 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（13f 1 . 1影像之前，被散佈的照射傳遞小距離（典型地在微米 micron的等級）。照射在光阻中開始光化學過程而轉換照射 圖樣成為在光阻之中的潛在影像。 干涉測定系統是定位機械裝置的重要組件，定位機械 裝置控制晶圓與標線的位置，以及顯示標線影像於晶圓之 上。假如此類干涉測定系統包括上述的相位量測部分，由系 統所量測的距離之準確度是增加如同循環性錯誤對距離量 測的貢獻是最小化。 一般而言，彫像術系統，也參考作為曝光系統，典型 地包括照明系統與晶圓定位系統。照明系統包括用以提供類 似紫外光、可見光、X光、電子或者離子照射的照射光源， 以及用以給予圖樣至照射之上的標線或光罩，由此產生空間 圖樣照射。此外，對於縮版彫像術的實例，照明系統可以包 括用以描繪空間圖樣照射影像於晶圓上的鏡頭配件。影像照 射曝光已覆蓋光阻於上的晶圓。照明系統也包括用以支擇光 罩的光罩臺以及用以調整光罩臺與直接經由光罩的照射之 相對位置的定位系統。晶圓定位系統包括用以支撐晶圓的晶 圓臺以及用以調整晶圓臺與影像照射之相對位置的定位系 統。積體電路的製造可以包括多次曝光步驟。作為思像術的 一般參考’詳見例如 J. R. Sheats and B. W. Smith, in
Microlithography: Science and Technn1ngy (Marcell Dekker Inc” New York，1998)，其内文被併入於此作作為參考。 上述的干涉測定系統可以被用以精確地量測每一個晶 137 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ο I ί!·裝------- 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數 421708 A7 ______B7 _ 五、發明說明（丐 · 圓臺與光罩臺相對於曝光系統的其他级件之位置，例如鏡頭 配件，照射光源，或者支撐結構體。在此類事例中，干涉測 定系統可以被附加皇不動的結構體以及量測物件被附加至 類似光罩與晶圓臺之一者的可移動裝置。或者，形勢可以是 顛倒的’干涉測定系統被附加至可移動裝置以及量測物件被 附加至不動的物件。 更廣泛地’此類干涉測定系統可以被用以量測曝光系 統的任何一個組件相對於曝光系統的任何其他組件之位 置’其中干涉測定系統被附加至，或支撐，其中的一個組件 以及量測物件被附加至’或支撐，另外的一個組件。 使用干涉測定系統1126的彫像術掃瞄器11 〇〇的例子 被顯示於第Ila圖中。干涉測定系統被甩以精確地量測在曝 光系統中晶圓（未顯示）的位置。此處，臺子1122被闬以 定位與支撐晶圓相對於曝光站。掃描器1100包括攜帶其他 支撐結構體以及被那些結構體攜帶的各種組件之框架 1102。鏡頭外罩1106已經固定在曝光基座11〇4之上以及標 線或光罩臺1116已經固定在鏡頭外罩11〇6之上。用以把光 罩放在相對於曝光站的適當位置之定位系統是由裝置1U7 概要地表明。定位系統1117可以包括例如壓電變換器裝置 以及相對應控制電子元件。雖然，它不被包括於以描述的實 施例中，一個或者更多的上述干涉測定系統也可以被用以如 同其他可移動裝置一樣精確地量測光罩臺的位置，在用以製 造彫像結構的過程中，這些位置必須被準確地監視（詳見前 138 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） C ---------------装—1—訂 - -------線 (靖先閱磧背面之沒意事項再填寫本頁} A7 4 2 17 0 8 ____B7 五、發明說明（丐 述 Sheats and Smith Microlithography: Science and
Technology) 〇 懸掛於曝光基座1104之下是攜帶晶圓臺1122的支撐 基座1U3。臺子1122包括闬以反射由干涉測定系統1126 指引至臺子的量測光束1154之平坦鏡面1128。用以臺子 Π 22放在相對於干涉測定系統丨丨26的適當位置之定位系統 是由裝置1 Π9概要地表明。定位系統〗i〗9可以包括例如壓 電I換器裝置以及相對應控制電子元件。量測光束反射回到 固定於曝光基座1104之上的干涉測定系統。干涉測定系統 可以是任何先前描述的實施例。 在操作期間’照射光束111 〇，例如來自UV雷射的紫 外光（UV beam)’通過光束成型光學配件η 12並且在從鏡面 Π 14反射之後向下傳導。之後，照射光束通過由光罩臺1U6 攜f的光罩（未顯示）^光罩（未顯示）經由在鏡頭外罩 U06中攜帶的鏡頭配件而被描繪於在晶圓臺1122的 晶圓之上。基座1104與由其支撐的各種組件是由彈簧112〇 描寫的阻尼系統與環境震動隔離。 在彫像術掃瞄器的其他實施例中，一個或者更多的上 述干涉測定系統可以被用於量測沿著多重軸線與角度關聯 於例如’但不侷限，晶圓臺與標線臺（或者光罩臺）的距離。 並且，除了 UV雷射光束之外，包括例如X光束、電子束、 離子束與可見光束的其他光束可以被用以曝光晶圓。 在一些實施例中，彫像術掃瞄器可以包括此領域已知 139 本紙張尺度朝中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ挪公餐） ： I I--裝 ----訂·!----線 (諳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 421708 A7
五、發明說明（1货) --------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 為圓柱參考（column reference)。在此類實施例中，干涉 測定系統1126指引參考光東（未顯示）沿著外部參考路徑， 外部參考路徑接觸到固定於指引照射光束的如鏡頭外罩 1106的結構體之上的參考鏡面（未顯示）。參考鏡面反射 參考光束回到干涉測定系統。由干涉測定系統丨126在結合 從臺子1122反射的量測光束1154與從固定於鏡頭外罩 1106之上的參考鏡面反射的參考光束時所製造的干涉信號 表示在臺子相對於照射光束的位置之變化。此外，在其他實 施例中干涉測定系統1126可以被定位以量測在標線臺1U6 (或光罩臺）或者掃描器系統的其他可移動组件的位置之變 化。最後，干涉測定系統1126可以被用於除了掃瞄機之外 包含步進機’或者只有包含步進機，的彫像術系統之相似方 式中。 如在此領域中已廣為人知，彫像術是用以產生半導體 元件的製造方法之關鍵性部分。例如，α s Patent 5,483,343 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 概述此類製造方法之步驟。這些步騾是參考第llb圖與第 1 lc圖而在下文中描述。第i lb圖是製造類似半導體晶片（例 如1C或LSI)、液晶板或電容耦合元件（CCD)的半導體 元件之序列流程圖。步驟1151是用以設計半導體元件的電 路之設計過程。步驟1152是以電路圖樣設計為基礎而用= 製造光罩之過程。步驟1153是藉由使用類似矽的材料而用 以製造晶圓之過程。 步驟1154是被稱為預先製程的晶圓製程，在其中藉由 140 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（2107^97公爱） 4 21 7 0 8 A7 五、發明說明（B9) 使用已經準備的光罩與晶圓，電路經_像術㈣形成Μ 圓之上，成電路於晶圓之上是相應於那些在晶圓上的圖樣 之充分空間解析度，彫像術機具相關於晶圓的干涉測定定位 是必須的。在此描述的干涉測定方法與系統對於改進用於晶 圓製程中的彫像術之效能是可以特別地有用。 步驟1155是被稱為後段製程的裝配步驟（嶋他㈣ 卿）’在其中由步驟1154處理過的晶圓被形成為半導體 晶片。此步驟包括裝配（切割晶粒與打線（didng and bonding))以及封裝（packaging )(晶片密封（chip seaHng))。 步驟1156是檢驗（inspecti〇n)步驟，在其中由步驟η% 製造的半導體元件之可操作性檢查與耐久性檢查等等被完 成。以這些過程’半導體元件被完成並且被裝運（步驟 1157) 〇 第lie囷是顯示晶圓製程細節的流程圓。步驊1161是 用以氧化晶圓表面的氧化製程β步驟1162是用以在晶圓之 上形成絕緣薄膜的化學蒸鍍（CVD)製程。步驟1163是藉 由蒸? "L沈;殿用以在晶圓之上形成電極的電極形成製程β步驟 1164是用以佈植離子至晶圓的離子佈植製程。步驟1165是 用以塗佈抗钱劑（resist)(光敏材料photosensitive material ) 至晶圓的抗蝕劑製程。步驟是藉由曝光（例如彫像術） 而用以經由上述曝光裝置印刷光罩的電路圖樣於晶圓之上 的曝光製程。再次，如前所述’在此插述的干涉測定方法與 系統改進此類彫像術步驟的精準度與解析度。 141 本紙張尺錢对關家標 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -SJ· rt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
4217 0 8 A7 -----------B7 _ 五、發明綱（14¾ " ' ：- 步驟1167是用以顯影已曝光晶圓的顯影製程❼步驟 U68是用以移除顯影抗蝕劑影像的其他部分的蝕刻製程。 /驟U69疋在受㈣製程的支配之後用以分離殘留於晶圓 上之抗蝕劑材料的抗蝕劑分離製程。藉由重複這些製程，電 路圖樣在晶圓之上形成並且在晶圓上面重疊放置。 上述的干涉測定系統也可以被用於其他物件位置需要 被準確量測的相關應用中。例如，在類似雷射、χ光、離子 或電子束的寫入光束在基板或光束之一者移動時而標誌圖 樣於基扳之上的應用中，干涉測定系統可以被用以量測在基 板與寫入光束之間的相對運動。 作為一個例子，光束寫入系統12〇〇的示意圖顯示於第 12圖中。光源1210產生寫入光束1212,以及光束聚焦配件 1214指引照射光束至由可移動臺子1218所支撐的基板 1216 °為了測定臺子的相對位置，干涉測定系統1220指引 參考光束】222至固定於光束聚焦配件i2U之上的鏡面 1224以及量測光束1226至固定於臺子1218之上的鏡面 1228。因為參考光束接觸固定於光束聚焦配件之上的鏡面， 光束寫入系統是使用圓柱參考（c〇lunm reference )的系統 之一個例子。干涉測定系統1220可以是前述干涉測定系統 的任何一個。由干涉測定系統量測所得的位置變化相對應於 寫入光束1212在基板1216之上的相對位置的變化。干涉測 定系統1220送出測量信號1232至控制器1230 ,測量信號 1232是寫入光束1212在基板1216之上的相對位置的標 142 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） JII — Ί-ΙΙ — — — —— I f (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 灯· 線· 4217 0 8 A7 B7 五、發明說明（141) 示。控制器1230送出輸出信號1234至支擇與定位臺子1218 的基座1236。此外，控制器1230送出信號1238至光源1210 而變更寫入光束1212的強度或者阻措寫入光束12i2以致寫 入光束只有在基板的已選定位置用足以引起光物理或光化 學變化的強度而觸及基板。 再者’在一些實施例中’控制器123〇可以導致光束聚 焦配件1214在基板的一個範圍之上掃瞄寫入光束，例如使 用信號1244。結果，控制器1230指引系統的其他組件給基 板加上圖樣。圖樣典型地是基於儲存在控制器之中的電子設 計圖樣。在一些應用中寫入光束給覆蓋於基板上的抗蝕劑加 上圖樣以及在其他應用中寫入光束直接地給基板上加上圖 樣’例如钱刻基板。 此類系統的一個重要應用是用於前述彫像術中的光罩 與標線之製造《例如，為了製造彫像術光罩，電子束可以被 用以給已覆蓋鉻的玻璃基板加上圖樣。在此類寫入光束是電 子束的事例中，光束寫入系統圍住電子束路徑於真空中。並 且，在寫入光束是電子束或離子束的事例中，光束聚焦配件 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 ------I---1·裝 i I (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) --線· 包括在真空下甩以聚焦與指引帶電微粒落在基板上之類似 四極鏡頭（qUa<jrap〇ie lenses)的電場產生器。在寫入光束 是例如X光、紫外線或可見光的照射光束之其他事例中， 光束聚焦配件包括相對應光學以及用以聚焦與指引照射落 在基板上。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其益非用以 143 本紙張尺錢用t關"^準（CNS)A4規格⑵^ 297公釐） ¢2 170 8 A7 B7 五、發明說明C 142) 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和 範園内，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後 附之申請專利範圍所界定者為準。 C------^---------裝--------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 144 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

  1. ./ &8 421708 六、申請專利範園 ϊ. ~種干涉測定系統，包括： 削其在運算期間指引-參考光束沿著-參考 著觸及1測物職量测路徑以及 口參考與s測光束以製 到一#測.下®疊退出先束退出光束是 了尤學路從長度的變化的標示，干涉計 物_认 对兀束的至少一者中製作一相 位移動的一可變相位移動器； 以制构貞測系統’其在運算期間混合重疊退出光束的偏振 衣作出—混合光束以及量測混合光束的-時變強度；以及 刀析盗’其連結相轉動器與_系統以及在運算 =控制由相位移動器產出的相位移動數值，量測對應於混 。1的時變強度的-相位，與基於對相位移動的多重數值 的每一數值之混合光束相位，決定在干涉敎系統中循環式 錯誤的一頻譜表示。 ,2.如申請專利範圍第〗項所述之干涉測定系統，其中 頻譜表示是一傅立葉正弦與餘弦級數。 3, 如申請專利範園第1項所述之干涉測定系統，其中 相位移動器在參考光東與量測光束的其中一者中製造相位 移動以及不在參考光束與量測光束的另外一者中製造相位 移動。 4. 如申請專利範圍第1項所述之干涉測定系統，其中 相位移動器在參考光束與量測光束中製造相位移動。 5·如申請專利範圍第1項所述之干涉測定系統，其中 I--—--—- 本紙張尺度適用中國國家標準7^^格（咖χ 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 4^17 0 8 'if- as 六、J請專^ --：— 基於對量測物件的多重位置中的每一位置的相位移動的多 重數值的每-數值的混合光束的量測所得相位，在運算期間 分析器可以決定頻譜表示。 ’ 6, 如申請專利範圍第丨項所述之干涉測定系統，其中 分析器包括一記憶體以及在運算期間將頻譜表示儲存於呓 憶體中。 7. 如申請專利範圍第丨項所述之干涉測定系統，其中 干涉計包括結合參考光束與量測光束以製作出重疊退出光 束的一光束分割器，以及其中量測路徑在量測物件與光束分 割器之間接觸相位移動器。 8*如申請專利範圍第1項所述之干涉測定系統，其中 干涉計包括指引參考光束沿著參考路徑與量測光束沿著量 測路徑的一極化光東分割器以及其中量測路徑在極化光束 分割器與量測物件之間接觸相位移動器。 9. 如申請專利範圍第1項所述之干涉測定系統，其中 干涉計包括接收來自參考路徑的參考光束與來自量測路徑 的量測光束之一極化光束分割器，以及其中量測路徑在量測 妆件與極化光束分割器之間接觸相位移動器。 10. 如申請專利範圍第1項所述之干涉測定系统，其中 相位移動器是一電-光的調變器。 11. 如申請專利範圍第1項所述之干涉測定系統，其中 相位移動器包括一光學延遲線以及用以調整延遲線長度的 一轉換器，其中分析器控制轉換器。 146 ’ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I---1!-裝---- - 訂---I I---•線 (靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 421708 A8 B8 C8 D8 六 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 •申請專利範圍 M 請專利範圍第1項所述之干涉^ m + η器包括-對接鏡與用以變化棱鏡相對位置的一轉 換益，其中分析器控制轉換器。 13.如申請專利範圍第！項所述之干涉測定系統，豆中 相位料器包料義-光學路徑的—氣體密室以及用㈣ :密：中氣體壓力的一氣體操縱系統，其中分析器控制氣體 操縱系統。 14 如申請專利範圍第i項所述之干涉測定线，其中 在運算期間干涉計指引—第二參考光束沿著—第二參考路 徑與一第二量測光束沿著觸及量測物件的一第二 以及結合第二參考光束與第二㈣光束以製作第二對㈣ 退出光束，第二對重疊退出光束是到量測物件的相對光學路 徑長度的變化的標示，其中在運算期間偵測系統混合第二對 重疊退出光束的偏振以製作出一第二混合光束以及量測第 二混合光束的一時變強度，以及其中在運算期間分析器量測 對應於第二混合光束的時變強度的一相位以及基於對相位 移動的多重數值的每一數值的每一混合光束的量測所得相 位而決定頻譜表示。 15.如申請專利範圍第14項所述之干涉測定系統，其 中分析器提供相位移動的一初始數值，對於每一量測物件的 多重位置與相位移動的初始數值，量測其對應於每一混合光 束的時變強度的相位，然後對相位移動的其餘數值重複提供 與量測步驟。 147 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------•裝i — (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) -δ· --線· 8 ο 7 Λ/ 2 4 ABCDi 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 六、申請專利範圍 16·如申請專利範圍第14項所述之干涉測定系統，其 中相位移動器在最初提及的參考光束與最初提及的量測光 束的其中一者中製造相位移動以及不在最初提及的參考光 束與最初提及的量測光束的另外一者中製造相位移動。 17. —種干涉測定系統，包括： 光源，其在運鼻期間提供具有不同頻率的參考與量 測光束，光源包括一頻率移動器其在運算期間等量地移動參 考與量測光束的頻率； 一干涉計，其在運算期間指引一參考光束沿著一參考 路徑與一量測光束沿著觸及一量測物件的一量測路徑以及 結合參考與量測光束以製作重疊退出光束。重疊退出光束是 到一量測物件的一相對光學路徑長度的變化的標示； 4貞測糸統’其在運算期間混合重疊退出光束的偏振 以製作出一混合光束以及量測混合光束的一時變強度；以及 一分析器’其連結頻率移動器與偵測系統，以及其在 運算期間引發頻率移動器以移動參考與量測光束的頻率以 及在重疊退出光束之間製造一對應相位移動，量測對應於混 合光朿的時變強度的一相位，以及基於對相位移動的多重數 值的每一數值之混合光束的量測所得相位，決定在干涉測定 糸統中循環式錯誤的一頻譜_表示。 18 ·如申請專利範圍第17項所述之干涉測定系統，其 中基於對量測物件的多重位置中的每一位置與對相位移動 的多重數值的每一數值的混合光束的量測所得相位，分析器 148 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§項再填寫本頁〕 !c裝 訂. 線. 421708 Α8 Β8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 決定_罐表示。 19.如申請專利範圍第17項所述之干涉測定系統，其 I在運算_光源可以提供具有不被頻率移動ϋ移動的頻 丁的t第—參考光束與—第二量測光束，其中在運算期間干 ,Ή曰引第了參考光束沿著一第二參考路徑與第二量測年 束沿著接觸量測物件的一第二量測路徑以及結合第二參考 ，束，第二量測光束以製作出一第二對重疊退出光束，第二 封重宜退出光束是到量測物件的相對光學路徑長度的變化 的k示其中在運算期間偵測系統混合第二對重疊退出光束 的偏振以裝作出一第二混合光束以及量測第二混合光束的 一時變強度’以及其中在運算期間分析器量測對應於第二混 合光束的時變強度的一相位。 20·如申請專利範圍第19項所述之干涉測定系統’其 中在運算期間分析器引發頻率移動器提供相位移動的一初 始數值Μ及對於每一量測物件的多重位置與相位移動的相 $數值’量測其對應於每一混合光束的時變強度的一相位， :後對相位移動的其餘數值重複引發與量測步驟，以及基於 置測所得相位分析器決定頻譜表示。 21. 如申請專利範圍第17項所述之干涉測定系統，其 中頻率移動器是一聲_光調變器。 22. —種干涉測定系統，包括： —色散量測干涉計，其在運算期間製造第一與第二對 重疊退出光束’第_對重疊退出光束具有第—波長以及第二 149 本紙張尺找^297^17 --裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Q JI0. -線！ 8 ο 7 1— 2 4 A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請手，範圍 對重疊退出光束具有與第一波長不相同的第二波長，第一與 第二對退出光束是到一量測物件的—相對光學路徑長度的 變化的每一標示； 一偵測系統’其在運算期間混合第一對重疊退出光束 的偏振以製作出一第一混合光束，混合第二對重疊退出光束 的偏振以製作出一第二混合光束，以及量測每一混合光束的 一時變強度；以及 一分析器’其連結偵測系統以及其在運算期間在量測 物件的多重位置中的每一位置，量測對應於每一混合光束的 時變強度的一相位，對多重位置中的每一位置計算色散數 值，對某一特定位置的色散數值是相等於在此特定位置的量 測所得相位的一函數，以及基於計算所得色散數值，決定由 干涉計對色散量測的循環式錯誤貢獻的一頻譜表示。 23.如申請專利範圍第22項所述之干涉測定系統，其 中分析器進-步地包括一記憶體以及在運算期間將頻譜表 示儲存於記憶體中。 24·如申請專利範圍第22項所述之干涉測定系統，其 f在運算期間藉由將計算所得色散數值表示成為包括至 置測相位之一者的一傅立葉級數的一函數以及倒轉傅立 級數，分析器決定頻譜表示。 25.如申请專利範圍第22項所述之干涉測定系統，荒 .中色散數值是相等於量測所得相位之間的一加權差二 ’ 爲齡。 J 1·' Γ HI —--I----- 裝 i i (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) *-B . --線 150 421708 申請專利範圍 — ^6·如申請專利範圍第託項所述之干涉測定系統，其 '波严：1與第二波長入2滿足關係式此 處Α與Α是整數，以及加權差異是相等於祕ϋ處祝 與$是量测所得相位。 一 27‘如申請專利範圍第26項所述之干涉測定系統，其 中Λ與Λ是各自小於50。 28.如申請專利範圍第22項所述之干涉测定系統，其 中第一與第二波長最少相差lmn。 =如申請專利範圍第22項所述之干涉測定系統，其 :在運算期間干涉計結合第—參考光束與第—量測光束以 裝作出第-對重疊退出光束，以及其中干涉計包括—可變相 位移動器其在運算期間在第一參考光束與第一量測光束的 至^中製造—相位移動’以及其中分析器被連結至相位移 動裔以及在運算期間控制由相位移動器所製造的相位移動 數值。 肌如申請專利範圍第22項所述之干涉測定系统，進 一步地包括： 旦源’其在運算期間提供—第—參考光束與一第一 光源包括用以等量移動第一參考與量測光束的頻 頻率移動器’以及其中在運算期間干涉計結合第—參 考與量測光束以製作出第一野曹 ， Mi車… 退出光束’以及其中分析 移動第—表考盘量㈣“瓶^期間引發頻率移動器去 亏〃 s測光束的頻率以及製造出在第一對重疊 15] .!1 i ί (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) n 訂- -·線· &狀·糊瓣規格⑵0- 297公釐） ^2 1 70 8 、 8889P ABCD 六、申請專利範圍 退出光束之間的一對應相位移動。 31. —種干涉測定系統，包括： — — — —— —111111— ' I . {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一色散量測干涉計，其在運算期間製造第—與第二對 重疊退出光束，第一對重疊退出光束具有第一波長以及第二 對重疊退出光束具.有與第一波長不相同的第二波長，第一與 第二對退出光束是到一量測物件的一相對光學路徑長度的 變化的每一標示； 偵測糸統’其在運鼻期間混合第一對重4退出光束 的偏振以製作出一第一混合光束，混合第二對重疊退出光束 的偏振以製作出一第二混^合光束，以及量測每一混合光束的 一時變強度；以及 一分析器，其連結偵測系統以及其在運算期間在量測 物件的多重位置中的每一位置，量測對應於每一混合光束的 時變強度的一相位，對多重位置中的每一位置計算色散數 值，對某一特定位置的色散數值是相等於在此特定位置的量 測所得相位的一函數，以及過濾色散數值以決定具有降低循 環性錯誤的一平均色散數值。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 32. 如申請專利範圍第31項所述之干涉測定系統，其 中藉由總計對應於來自混合光束中之一者的等距量測相位 之色散數值，分析器平均全部色散數值，等距量測相位延伸 到一為2;r整數倍的間隔。 33. 如申請專利範圍第32項所述之干涉測定系統，其 中第一波長；I,與第二波長又2滿足關係式；ι ι/λ2=/ι/Λ，此 152 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21Q x 297公楚） 六 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 421708 f ’以及色散數_目_奮此處& '、Δ疋所侍相位’其中藉由總計對應於昱跨過間 隔的專距㈣數值的色散數值，分析器平均全部色散數值。 、’種用以描述在干涉計中之循環式錯誤的特性的 方法，包括： β扣引參考光束沿著一參考#徑與一量測光束沿著觸 及畺測物件的一量測路極； ^ 口參考光束與量測光束以製作重疊退出光束，♦疊 退出光東是到量測物件的一相對光學路徑長度的變化^ >ρ* * 對量測物件的多重位置中的每一位置導入至少三種相 位移動到參考與量測羌束中的至少一； 此合參考與量測光束的偏振以製作出一混合光束； β對堇測物件的多重位置中的每-位置與每-相位移 動’量測出對應於混合光束的一時變強度的一相位；以及 基於量測所得相位，決定在干涉計中之循環式錯誤的 一頻譜表示。 35.如申請專利範圍第34項所述之方法，其中導入步 驟包括對里測物件的多重位置中的每一位置導入至少五種 相位移動到參考與量測光束中的至少一。 / 36•如申請專利範圍第34項所述之方法，其中相位移 動被導入參考光束與量測光束的一者令益且不導入至參考 153 本紙張尺度適財θ @家W^s)_A4規格⑵0 χ 297公爱_) ' 11 1— !·裝 -----I--訂·--------線 C請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) G ]
    t請專利範園 光束與量测光束的另一者中 37. 如申請專利範圍第34項所述之方法’ 動被導入參考光束與量測光束中。 、相位移 38. 如申請專利範圍第34項所述之方法， 括： 逆步地包 相 *ίιίϊ!ίϊ—·裝 ί — (靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 第 結合一第二參考光束與一第二量測光束以製作一 對重暨退Hi光束’第m退出光束是到量㈣件的— 對應光學路徑長度的變化的標示； 混合第二參考與第二量測光束的偏振以製作出 混合光束； >對量測物件的多重位置中的每一位置，量測出對應於 第二混合光束的一時變強度的一相位；以及 ‘、、 基於對第一與第二混合光束的量測所得相位，決—— 頻譜表示。 、疋— 39. —種用以描述在干涉計中之循環式錯誤的特 方法，包括： 性的 --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 藉由干涉計對量測物件的多重位置中的每一位置，對 在到一量測物件的一光學路徑長度中的色散，提供量測所得 的一數值；以及 基於色散數值，決定在干涉計中之循環式錯誤 色散量測的一頻譜表示。 40.如申請專利範圍第39項所述之方法，其中決定步 154 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 421708
    申請專利範圍 彌包括將色散量測表示為包括取決於#測物# 立挚級黏的? ^ 里判物件位置的一傅 葉級數的-函數，以及倒轉傅立葉級數以決定頻譜表示。 41. 一種干涉測定方法，包括： 環式專利範圍第％項之方法決定在干涉計中之循 %式錯戎的一頻譜表示； 使用干涉計量測光學路徑長度；以及 測所得的光學 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 使用頻譜表示針對循環性錯誤而修訂量 路徑長度。 42. —種干涉測定方法，包括： ^使用申請專利範圍第39項之方法決定在干涉計中之循 環式錯誤貢獻至色散量測的一頻譜表示； 使用干涉計量測光學路徑長度；以及 使用頻譜表示修訂量測所得的光學路徑長度。 43. —種彫像系統，其用於在一晶圓上製作積體電路， 該系統包括： 一臺子，其用以支禮晶圓； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一照明系統，其用以描繪空間圖樣影像照射於晶圓 上； 疋位系統’其用以調整臺子相對於影像照射的位 置；以及 申請專利範圍第1項、第17項、第22項或第31項4 155 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，專利範園 午/步測足糸統’其用以量測臺子的位置。 44. 一種彫像系統，其用於在一晶圓上製作積體電路， 該糸統包括： 一臺子’其用以支撐晶圓； 一知明系統’其包括一照射光源，一光罩，一定位系 統’ 一透鏡配件，以及申請專利範圍第1項、第17項、第 22項或第31項之干涉測定系統，其中在運算期間光源指引 照射經由光罩以製造空間圖樣照射，定位系統調整光罩相對 於從光源到照射的位置，透鏡配件描繪空間圖樣照射影像於 晶圓上，以及干涉測定系統量測光罩相對於從光源到照射的 位置。 45. —種彫像系統，其用於製作積體電路，包括第一與 第二組件，第一與第二紐件相對彼此是可以移動的，以及申 請專利範圍第1項、第17項、第22項或第31項之干涉測 定系統’其t第-組件包括#測物件以及干涉測^统量測 第一組件相對於第二组件的位置。 46. —種彫像系統，其用於製作積體電路，包括第一與 第二組件’第-與第二組件相對彼此是可以移動的，以及申 請專利範圍第！項、第17項、第22項或第31項之干_ 定系統，其中第-組件包括被量測路徑接觸的量測物件以及 第二組件是被參考路徑接觸，以及其中干涉測定系統量測第 一與第二組件的相對位置。 47‘ 一種彫像系統，其用於製作 衣作檟體電路，包括第一與 ----I--------裝· - ---訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 156 , 4^1
    申請專利範圍第二組件，第—與第二組件相對彼此是可以移動的，以及申 叫專利範圍第22項或第31項之干涉測定系統，盆中干涉計 ，引-對量測光束以接觸第—組件以及—對參考光束以接尋第二組件’以及其中干涉測定系統量測第-與第二组件的 相對位置。 包括： 48.—種光東寫入系統，其用於製作彫像光罩，該系 統 樣； -光m乂提供一寫入光束以描繪一基板的圖 一臺子，其用以支撐基板； 一光束指引配件，其用以傳遞寫入光束到基板； 一定位系統，其用以把臺子與光束指引配件放在適當 的彼此相對位置；以及 申請專利範圍第1項、第17項、第22項或第31項之 干涉測定系統，其用以量測臺子相對於光束指引配件的位 置 ο ——— — — —— — 111!--· I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I •線· 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 包括 49. 一種彫像方法，其用於製作積體電路於晶圓之上， 支樓晶圓於一可移動的臺子上； 描繪空間圖樣照射影像於晶圓上； 調整臺子的位置；以及 使用申請專利範圍第41項或第42項之干涉測定方法 157 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 8 ο 7 H 2 4 A8B8C8D8 置 位 圍的 .範子 利臺 專測 請量 申以 '六 50. —種彫像方法’其用於製作積體電路，包括·· 指引輸入照射經由一光罩以製造空間圖樣照射； 把光罩放在相對於輸入照射的適當位置； 使用申請專利範圍第41項或第42項之干涉測定方法 以量測光罩相對於輸入照射的位置，其中支撐光罩的—臺子 與提供輸入照射的一照明系統的其中一者包括量測物件；以 及 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 描繪空間圖樣照射影像於晶圓上D 51- —種彫像方法，其製作積體電路於晶圓之上， 括： ^ 把一彫像系統的第一組件放在相對於一彫像系統的第 二叙件的適當位置以使得晶圓暴露於空間圖樣照射下；以及 使用申請專利範園第41項或第42項之方法以量測第 紐件相對於第二組件的位置，其中第一組件包括量測物 件。 52· —種光束寫入方法，其用於製作彫像光罩，該方法 包括： 指引一寫入光束到一基板以描繪基板囷樣； 把基板放在相對於寫入光束的適當位置；以及 使用申睛專利範圍第41項或第4 2項之干涉測定方法 以量測基板相對於寫入光束的位置。 158 本紙張尺度適用中國國家標準（bNS)A4規格⑵G X 297公> ~~~--- --裝· ！ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) \*/ -ί、 訂·. .線·
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