TWI568991B - 編碼器干涉術系統、微影系統，以及編碼器干涉術方法 - Google Patents

編碼器干涉術系統、微影系統，以及編碼器干涉術方法 Download PDF

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Description

編碼器干涉術系統、微影系統，以及編碼器干涉術方法 【交叉參考相關申請案】
本申請案主張2014年10月13日申請之美國臨時專利申請案第62/063,261號的權利，其內容藉參考方式完全併入本案中。
本案係關於一種干涉編碼器系統。
干涉編碼器可實施機械平台相對於參考基座之高精密位置量測。為此，安裝一編碼器頭於平台上且安裝一週期性光柵結構(或一編碼器光學尺)於參考基座上，或與此相反。相較於自由空間距離量測干涉儀，其可具有大幅縮短空氣中路徑且因此降低空氣擾流衝擊之優點。通常，需在多重維度監測平台運動，及因此需要典型地使用光柵之不同繞射級的多重量測光束。
在空間非常侷限且平台以數十公尺/秒平方(m/s2)加速(譬如，在光微影術步進機中)之干涉編碼器應用中，有將計量學解決方案之組件儘可能保持緊湊且輕量之動機。關於編碼器頭，減小尺寸及重量之一方式係選擇小光束尺寸、及因此達成同一編碼器頭之尺度縮小變型。然而，由於整個光束尺寸 上之平均效果降低，因此結果使編碼器對小尺寸光柵誤差之靈敏度提高。更，此方法將根據光束之幾何而限制編碼器可保持強干涉信號之沿光柵正交方向量測範圍(譬如，量測光束可共用且損失與參考光束之重疊)。
本案係針對達成減小之干涉編碼器尺寸及重量。此中揭露之技術需安排干涉編碼器之光束路線，以使編碼器光學尺所需之空間最小化(譬如，使光束足印最小化)及/或允許以複數個玻璃組件用於多重量測光束而無需減小光束尺寸。明確地，藉由容許多重量測光束之足印在光學尺上重疊，且在第一次繞射離開編碼器光學尺前及最後一次繞射離開編碼器光學尺後皆傳播通過編碼器頭中相同的玻璃體積，而可能達成緊湊之編碼器架構。一可行方式係將編碼器頭光學器件設計成，提供一微小的光束間角分離，使單一聚焦透鏡可將此等光束導至分離之偵測器。
通常，一第一構想中，本案之標的涵蓋一編碼器干涉術系統，其包含多重光學組件，佈設且配置成將一量測光束導至一編碼器光學尺，以產生多重二次繞射量測光束，其中二個該多重二次繞射量測光束係沿具有一角分離α之非平行光束路徑傳播，且該二個二次繞射量測光束之非平行光束路徑至少部份地重疊；一第一偵測器，配置成接收該二個二次繞射量測光束其中之一及一第一參考光束；一第二偵測器，配置成接收該二個二次繞射量測光束其中另一個及一第二參考光束；及一電子處理器，佈設成自每一該等第一及第二偵測器接收一干涉信 號，其中每一干涉信號皆包含有關於該編碼器光學尺與該編碼器頭相對位移之一相位，且該電子處理器根據每一干涉信號之相位來決定有關該編碼器頭或該編碼器光學尺之自由度的資訊。
具體實施例可包含一個或更多以下特徵。例如，在一些具體實施例中，該多重光學組件包含：一第一回射器、一第一波片、及一第一雙折射光劈稜鏡，配置成自該編碼器光學尺接收一第一一次繞射量測光束且使該第一一次繞射量測光束轉向回該編碼器光學尺；一第二回射器、一第二波片、及一第二雙折射光劈稜鏡，配置成自該編碼器光學尺接收一第二一次繞射量測光束且使該第二一次繞射量測光束轉向回該編碼器光學尺。
在一些具體實施例中，該多重光學組件包含：一第一回射器及一第一光劈稜鏡，該第一光劈稜鏡配置成接收一第一一次繞射量測光束之單次通過；及一第二回射器及一第二光劈稜鏡，該第二光劈稜鏡配置成接收一第二一次繞射量測光束之單次通過。
在一些具體實施例中，該編碼器干涉術系統尚包含：一聚焦透鏡，定位成接收該第一二次繞射量測光束及該第二二次繞射量測光束；及一配置，包含一第一光纖及一第二光纖，該第一光纖定位成接收該二個二次繞射量測光束其中之一及該第一參考光束，且該第二光纖定位成接收該二個二次繞射量測光束其中另一個及該第二參考光束，其中該第一光纖之一入射面與該第二光纖之一入射面分離達一距離D，其中 D=(α)(f)，且f係該聚焦透鏡之一焦距。
在一些具體實施例中，該多重光學組件係佈設且配置成，自該編碼器光學尺接收一第一一次繞射量測光束；自該編碼器光學尺接收一第二一次繞射量測光束；及使該等第一及第二一次繞射量測光束改向至該編碼器光學尺上之大致相同區域。大致相同區域可包含，譬如該等光束間小於一光束半徑之一分離。
在一些具體實施例中，該第一一次繞射量測光束包含一正第一級繞射光束，且該第二一次繞射量測光束包含一負第一級繞射光束。
在一些具體實施例中，該多重光學組件包含：一第一反射器元件，具有至少二反射小面，配置成接收一第一一次繞射量測光束且使其改向至該編碼器光學尺，其中該第一反射器之該至少二反射小面間之一角度大於或小於90度，一第二反射器元件，具有至少二反射小面，配置成接收一第二一次繞射量測光束且使其改向至該編碼器光學尺，其中該第二反射器之該至少二反射小面間之一角度大於或小於90度。
在一些具體實施例中，該編碼器干涉術系統尚包含：該編碼器光學尺；及一可動平台，其中該編碼器光學尺或該編碼器頭係連附至該可動平台。
在一些具體實施例中，該多重光學組件尚包含一分光元件，佈設且配置成：接收該第一參考光束及該第二參考光束；及將該第一參考光束及該第二參考光束分別與該二個二次繞射量測光束其中之一及該二個二次繞射量測光束其中另 一個結合，以分別形成一第一輸出光束及一第二輸出光束。
在一些具體實施例中，該多重光學組件尚佈設且配置成，將一第二光束導至該編碼器光學尺以產生多重二次繞射第二光束，該等二次繞射第二光束包含該第一參考光束及該第二參考光束，其中該第一參考光束及該第二參考光束沿具有角偏離α之非平行光束路徑傳播，且該第一參考光束及該第二參考光束之非平行光束路徑至少部份地重疊。
在一些具體實施例中，該多重光學組件包含多重參考光學組件，該等參考光學組件係佈設且配置成：接收一第二光束；自該第二光束產生該第一參考光束及該第二參考光束，其中該第一參考光束及該第二參考光束沿具有角偏離α之非平行光束路徑傳播。該等多重參考光學組件可包含一繞射光柵。該等多重參考光學組件可包含：一分光組件、一第一反射表面、及一第二反射表面，其中該分光組件係配置成將該第二光束分裂成該第一參考光束及該第二參考光束，以將該第一參考光束導至該第一反射表面、將該第二參考光束導至該第二參考表面，且配置成接收且結合分別自該第一及第二反射表面反射後之第一及第二參考光束，其中面對該分光組件之一第一側的該第一反射表面之一平面係與該分光組件之該第一側非平行，且面對該分光組件之一第二側的該第二反射表面之一平面係與該分光組件之該第二側非平行。該等多重參考光學組件可包含配置成接收該第二光束之一第一四分之一波偏光鏡、一第二四分之一波偏光鏡、介於該等第一與第二四分之一波偏光鏡之間的一雙折射光劈組件，及一回射器，該回射器係配置成： 自該第二四分之一波偏光鏡接收該第一參考光束及該第二參考光束；及使該第一參考光束及該第二參考光束改向至該第二四分之一波偏光鏡。該多重參考光學組件可包含：一回射器，及一繞射光柵，其中該回射器係配置成接收該第二光束，且使該第二光束改向至該繞射光束，及其中該繞射光柵係配置成，由接收自該回射器之該第二光束產生該等第一及第二參考光束。該多重參考光束組件可包含一反射表面及光劈稜鏡，其中該反射表面係配置成接收該第二光束，且使該第二光束改向至該光劈稜鏡，及其中該光劈稜鏡係配置成自該反射表面接收該第二光束，以產生該等第一及第二參考光束。
該多重參考光學組件可包含：一回射器，配置成接收該第二光束且使其改向；一偏光元件，配置成自該回射器接收該改向第二光束；及一雙折射光劈稜鏡對，配置成自該偏光元件接收該第二光束且產生該等第一及第二參考光束。
通常，在另一構想中，本案之標的涵蓋一編碼器干涉術系統，其包含：一編碼器頭，該編碼器頭係佈設成將光線導至一編碼器光學尺上以產生多重二次繞射量測光束，其中該編碼器頭包含單一光學元件，配置成自一光源接收一輸入光束，其中該光學元件係佈設成沿一量測路徑導引該輸入光束之一第一部以定義一量測光束，其中該光學元件尚佈設且配置成自該編碼器光學尺接收一第一一次繞射量測光束及一第二一次繞射量測光束，且使該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向朝該編碼器光學尺以產生一第一二次繞射量測光束及一第二二次繞射量測光束，使得該第一二次繞射量 測光束及該第二二次繞射量測光束在該編碼器光學尺處之第二繞射後，沿具有一角分離α之非平行光束路徑傳播通過該光學元件，且該等第一及第二二次繞射量測光束之非平行光束路徑至少部份地重疊；一第一偵測器，配置成接收該第一二次繞射量測光束及一第一參考光束；一第二偵測器，配置成接收該第二二次繞射量測光束及一第二參考光束；及一電子處理器，佈設成自每一該等第一及第二偵測器接收一干涉信號，其中每一干涉信號皆包含有關於該編碼器光學尺與該編碼器頭相對位移之一相位，且該電子處理器根據每一干涉信號之相位來決定有關該編碼器頭或該編碼器光學尺之自由度的資訊。
具體實施例可包含一個或更多以下特徵。例如，在一些具體實施例中，該單一光學元件包含：至少二反射小面，配置成使該第一一次繞射量測光束改向，其中介於配置成使第一一次繞射量測光束改向之該至少二反射小面之間的一角度係大於或小於90度；及至少二反射小面，配置成使該第二一次繞射量測光束改向朝該編碼器光學尺，其中介於配置成使第二一次繞射量測光束改向朝編碼器光學尺之該至少二反射小面之間的一角度係大於或小於90度。
在一些具體實施例中，該系統尚包含：一聚焦透鏡，定位成自該單一光學元件接收該第一二次繞射量測光束及該第二二次繞射量測光束；及一配置，包含一第一光纖及一第二光纖，該第一光纖定位成接收該第一二次繞射量測光束，且該第二光纖定位成接收該第二二次繞射量測光束，其中該第一光纖之一入射面與該第二光纖之一入射面分離達一距離D，其 中D=(α)(f)，且f係該聚焦透鏡之一焦距。
在一些具體實施例中，該單一光學元件係佈設且配置成，使該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向至該編碼器光學尺之大致相同區域。大致相同區域可包含，譬如該等光束間小於一光束半徑之一分離。
在一些具體實施例中，該第一一次繞射量測光束包含一正第一級繞射光束，且該第二一次繞射量測光束包含一負第一級繞射光束。
在一些具體實施例中，該系統尚包含：該編碼器光學尺；及一可動平台，其中該編碼器光學尺或該編碼器頭係連附至該可動平台。
在一些具體實施例中，該系統尚包含該編碼器光學尺；一可動平台，其中該編碼器系統或該編碼器光學尺係連附至該可動平台；一照明系統，包含一輻射源，其中在微影術系統作動期間，該幅射源將輻射至該可動平台所支持之一物件；及一定位系統，耦接至該編碼器干涉術系統之該電子處理器，且佈設成根據該關於自由度之資訊來調整該平台之位置。
通常，在另一構想中，本案之標的可涵蓋方法，其包含：自一編碼器頭將一輸入光束之一部導至一編碼器光學尺，其中該輸入光束之該部係藉該編碼器光學尺而繞射成一第一一次繞射量測光束及一第二一次繞射量測光束；在該編碼器頭處接收由該編碼器光學尺繞射後之該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束；自該編碼器頭使該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向回朝向該編碼器 光學尺，以產生一第一二次繞射量測光束及一第二二次繞射量測光束，使得該第一二次繞射量測光束及該第二二次繞射量測光束沿具有一角分離α之非平行光束路徑傳播通過該編碼器頭，且該二個二次繞射量測光束之非平行光束路徑至少部份地重疊；在一第一偵測器處接收包含該第一二次繞射量測光束及一第一參考光束之一第一輸出光束，以產生一第一干涉信號；在一第二偵測器處接收包含該第二二次繞射量測光束及一第二參考光束之一第二輸出光束，以產生一第二干涉信號，其中每一干涉信號皆包含有關於該編碼器光學尺與該編碼器頭間相對位移之一相位；在一電子處理器處接收該等第一及第二干涉信號；及藉由該電子處理器根據每一干涉信號之相位來決定有關該編碼器光學尺或該編碼器頭之自由度的資訊。
具體實施例可包含一個或更多以下特徵。例如，在一些具體實施例中，此等方法尚包含使該第一輸出光束及該第二輸出光束通過具焦距f之一透鏡；在一第一光纖處及一第二光纖處分別自該透鏡接收該第一輸出光束及該第二輸出光束，其中將在該第一光纖之入射面處的該第一輸出光束與在該第二光纖之入射面處的該第二輸出光束之一空間分離D定義為D=(α)(f)；及使來自該第一光纖及該第二光纖之該第一輸出光束及該第二輸出光束分別傳遞至該第一偵測器及該第二偵測器。
在一些具體實施例中，使該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向回到該編碼器光學尺者包含，將該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改 向至該編碼器光學尺上之大致相同區域。大致相同區域可包含，譬如該等光束間小於一光束半徑之一分離。
在一些具體實施例中，使該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向回到該編碼器光學尺者包含，使該第一一次繞射量測光束通過一第一波片及一第一雙折射光劈稜鏡而至一第一回射器；使該第一一次繞射量測光束改向回通過該第一波片及該第一雙折射光劈稜鏡；使該第二一次繞射量測光束通過一第二波片及一第二雙折射光劈稜鏡而至一第二回射器；及使該第二一次繞射量測光束改向回通過該第二波片及該第二雙折射光劈稜鏡。
在一些具體實施例中，使該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向回到該編碼器光學尺者包含，使該第一一次繞射量測光束傳遞至一第一回射器；使該第一一次繞射量測光束在該第一一次繞射量測光束到達該第一回射器之前或之後，通過一第一光劈稜鏡一次；使該第二一次繞射量測光束通過一第二回射器；及使該第二一次繞射量測光束在該第二一次繞射量測光束到達該第二回射器之前或之後，通過一第二光劈稜鏡一次。
在一些具體實施例中，使該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向回到該編碼器光學尺者包含，使該第一一次繞射量測光束傳遞至包含三個反射小面之一第一轉角立方體反射器，其中該第一轉角立方體反射器之至少二相鄰反射小面之間的一角度係大於或小於90度；及使該第二一次繞射量測光束傳遞至包含三個反射小面之一第二轉角 立方體反射器，其中該第二轉角立方體反射器之至少二相鄰反射小面之間的一角度係大於或小於90度。
在一些具體實施例中，該編碼器頭包含具有多重反射小面之一單石光學元件，及其中該單石光學元件之相鄰反射小面之間的一角度係大於或小於90度。
在一些具體實施例中，該第一一次繞射量測光束包含一正第一級繞射光束，且該第二一次繞射量測光束包含一負第一級繞射光束。
在一些具體實施例中，該方法尚包含，在該編碼器頭中，將該第一二次繞射量測光束及該第二二次繞射量測光束於第二繞射後，分別與一第三繞射量測光束及一第四繞射量測光束結合，以產生該第一輸出光束及該第二輸出光束，其中該第三繞射量測光束及該第四繞射量測光束具有與該第一二次繞射量測光束及該第二二次繞射量測光束之間者相同的分離角，及其中該第三繞射量測光束及該第四繞射量測光束係自該輸入光束取得。
通常，在另一構想中，本案之標的可涵蓋複數個編碼器干涉術系統，其包含：一編碼器頭，包含：多重光學元件，配置且佈設成將一第一量測光束及一第二量測光束導向一編碼器光學尺以產生一第一一次繞射量測光束及一第二一次繞射量測光束，自該編碼器光學尺接收該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束，將該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向朝該編碼器光學尺以產生一第一二次繞射量測光束及一第二二次繞射量測光束，使得該第一 二次繞射量測光束及該第二二次繞射量測光束在於該編碼器光學尺處之第二繞射後，沿具有一角分離α之非平行光束路徑傳播，其中該等非平行光束路徑至少部份地重疊，及將該第一二次繞射量測光束及該第二二次繞射量測光束分別與一第三光束及一第四光束結合，其中該第三光束及該第四光束具有相同之角分離α，使得該第一二次繞射量測光束及該第三光束沿一第一共線路徑傳播且使得該第二二次繞射量測光束及該第四光束沿一第二共線路徑傳播；一第一偵測器，配置成接收該第一二次繞射量測光束及該第三光束；一第二偵測器，配置成接收該第二二次繞射量測光束及該第四光束；及一電子處理器，佈設成自每一該等第一及第二偵測器接收一干涉信號，其中每一干涉信號皆包含有關於該編碼器光學尺與該編碼器頭相對位移之一相位，且該電子處理器根據每一干涉信號之相位來決定有關該編碼器頭或該編碼器光學尺之自由度的資訊。
具體實施例可包含一個或更多以下特徵。例如，在一些具體實施例中，該多重光學組件包含：至少一回射器元件；至少一波板；至少一光學光劈元件，其中至少一該等波板及至少一該等光學光劈元件係配置成一對應波板-光劈對，該對應波板-光劈對係定位於該第一一次繞射量測光束之一光束路徑中。
在一些具體實施例中，該系統包含二回射器元件及一第二波板-光劈對，其中該第一回射器元件係定位成，自該第一波板-光劈對接收該第一一次繞射量測光束、及/或將該第一一次繞射量測光束改向至該第一波板-光劈對，且該第二 回射器元件係定位成，自該第二波板-光劈對接收該第二一次繞射量測光束、及/或將該第二一次繞射量測光束改向至該第二波板-光劈對。
在一些具體實施例中，該系統包含單一回射器元件及至少二波板-光劈對，其中該單一回射器元件係具有多重回射轉角之一立方體型光學元件，及其中該立方體型光學元件係定位成：在一第一回射轉角處自該第一波板-光劈對接收該第一一次繞射量測光束，將該第一一次繞射量測光束改向回到該第一波板-光劈對，在一第二回射轉角處自該第二波板-光劈對接收該第二一次繞射量測光束，及將該第二一次繞射量測光束改向回到該第二波板-光劈對。
在一些具體實施例中，該系統包含該編碼器光學尺。
在一些具體實施例中，該系統包含：三回射器元件；二非雙折射光劈元件；一雙折射光劈元件；及二波板，其中一第一非雙折射光劈元件係定位於一第一回射器元件之一輸入或輸出面處，一第二非雙折射光劈元件及一第一波板係定位於一第二回射器元件之一輸入或輸出面處，且該雙折射光劈元件及一第二波板係定位於一第三回射器元件之一輸入或輸出面處，其中該第一及該第二回射器元件係互相交叉配置，使得該等第一及第二回射器元件分別自該編碼器光學尺接收該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束，該第一一次繞射量測光束之一光束路徑及該第二一次繞射量測光束之一光束路徑係在相同之第一平面中，及其中該第三回射器元件 係配置成，自該編碼器光學尺接收一第三一次繞射量測光束，該第三一次繞射量測光束係沿位於一第二平面中之一光束路徑傳播，該第二平面係正交於該第一平面定向，該雙折射光劈元件及一第二波板係配置成將該第三一次繞射量測光束在藉該編碼器光學尺繞射後分裂成對應於該第三及第四光束之二分離光束。
可使用各式光學組件設計來達成量測光束間之微小角分離，包含譬如準回射組件，任一此等準回射組件具有一小面間預設計非90°角，且可選用一額外光劈稜鏡，該額外光劈稜鏡可為雙折射或非雙折射者。在某些特定實現例中，可將此中使用之術語「光學組件」、有時亦稱作「光學元件」理解為，包含一光學儀器中之一組件或元件，譬如一透鏡、稜鏡、或反射鏡，其可對運行通過該儀器之光線發生作用。
此中揭露之系統及方法的優點包含譬如減小干涉編碼器所使用之重量及空間。重量及空間需求減小可起因於一個或更多因素，譬如可由多重量測光束共用之光學組件數量增加、一個或更多光學組件之尺寸減小、使用僅需單一透鏡來耦合入多重光纖中之一光纖耦合總成、由於分光鏡之體積由多重光束共用而可使用一較小分光鏡來分離與再結合量測及參考光束、及/或由於較小之結合光束足印而可使用一較小編碼器光學尺。此中揭露之系統及方法的另一優點係成本需求降低，此亦可歸因於以上提出之一個或更多因素。在一些實現例中，其他優點在於，可避免來自一些寄生光束路徑之量測誤差。在一些實現例中，另一優點在於，倘使用正與負繞射級之頻道的 足印完全相同，則編碼器光學尺基板誤差對橫向位置量測之衝擊將可抵消。在一些實現例中，另一優點在於，倘使用正與負繞射級之頻道的足印完全相同，則全像編碼器光學尺誤差對正交於表面之位置量測的衝擊將可抵消。在一些實現例中，另一優點在於，因共同路徑特徵而使包含頻道間干涉相位差計算之量測(譬如，用於偵測光柵平面中之運動)的漂移減小。
隨附圖式及以下說明中將提出一個或更多具體實施例之細部設計。由說明、圖式、及申請專利範圍將可明白其他特徵及優點。
100‧‧‧干涉外差光學編碼器系統
101‧‧‧量測物件
105‧‧‧編碼器光學尺
110‧‧‧光學總成
112‧‧‧量測光束
114‧‧‧一次繞射量測光束
120‧‧‧光源模組
122‧‧‧入射光束
130‧‧‧偵測器模組
132‧‧‧輸出光束
150‧‧‧電子處理器
200‧‧‧干涉外差光學編碼器系統
201‧‧‧目標
205‧‧‧編碼器光學尺
210‧‧‧編碼器頭
212‧‧‧參考回射器
214‧‧‧量測回射器
216‧‧‧起偏分光鏡
218‧‧‧外差雷射源
240‧‧‧偵測器模組
242‧‧‧偵測器
244‧‧‧偏光鏡
250‧‧‧電子處理器
270‧‧‧輸入光束
274‧‧‧量測光束
275‧‧‧參考光束
290‧‧‧輸出光束
300‧‧‧干涉編碼器系統
301‧‧‧目標
302‧‧‧分光光學組件
303‧‧‧輸入光束
304‧‧‧第一回射器
305‧‧‧編碼器光學尺
306‧‧‧第二回射器
308‧‧‧第一四分之一波片
310‧‧‧第二四分之一波片
311a、311b‧‧‧光纖
312‧‧‧第一雙折射光劈稜鏡
314‧‧‧第二雙折射光劈稜鏡
316‧‧‧偏光鏡
318‧‧‧聚光透鏡
320‧‧‧雙重光纖套管
500‧‧‧編碼器頭
501‧‧‧量測物件
502‧‧‧第一反射器
503‧‧‧輸入光束
503a‧‧‧+1繞射級(光束)
503b‧‧‧-1繞射級(光束)
503c~503e‧‧‧光束
504‧‧‧非理想回射器
505‧‧‧編碼器光學尺
506‧‧‧非理想回射器
507‧‧‧反射小面
509‧‧‧輸出光束
510‧‧‧第一入射區域
511‧‧‧橢圓/扁圓型邊界
512‧‧‧第二入射區域
550‧‧‧非理想回射器
551‧‧‧輸入光束
552‧‧‧光束
553‧‧‧理想回射器
554‧‧‧玻璃光劈
600‧‧‧編碼器頭
601‧‧‧量測物件(編碼器光學尺)
602‧‧‧單石光學組件
603‧‧‧輸入光束
604‧‧‧參考腳部
605‧‧‧編碼器光學尺
606‧‧‧量測腳部
607‧‧‧參考繞射光柵
608‧‧‧起偏分光部
609‧‧‧輸出光束
620‧‧‧第一小面
630‧‧‧光束足印
702‧‧‧第一分光鏡
703‧‧‧輸入光束
704‧‧‧量測光束
706‧‧‧參考光束
708‧‧‧參考光學尺
710‧‧‧第二分光鏡
712a、712b‧‧‧反射鏡表面
714‧‧‧第一四分之一波分光鏡
716‧‧‧雙折射光劈
718‧‧‧第二四分之一波分光鏡
720、722‧‧‧回射器
724‧‧‧一參考光學尺
726‧‧‧鏡射表面
728‧‧‧光劈稜鏡元件
730‧‧‧延遲或起偏元件
732‧‧‧雙折射光劈稜鏡對
800‧‧‧編碼器頭
801‧‧‧編碼器光學尺
802‧‧‧光學組件
803‧‧‧輸入光束
804‧‧‧延遲或起偏元件
805‧‧‧準直透鏡
806‧‧‧雙折射光劈元件
807‧‧‧光纖套管
811、813‧‧‧輸入光束
822‧‧‧二次繞射f1光束
824‧‧‧二次繞射f2光束
850‧‧‧x、y輸出
852、854‧‧‧光束
1001‧‧‧局部參考干涉儀
1004‧‧‧分光鏡
1006‧‧‧雙折射光劈
1008‧‧‧偏光鏡
1010‧‧‧反射鏡
1012‧‧‧準直透鏡
1014‧‧‧第二分光鏡
1016‧‧‧耦合透鏡
1100‧‧‧微影術工具
1102‧‧‧機座
1104‧‧‧曝光底座
1106‧‧‧透射外殼
1108‧‧‧透鏡總成
1110‧‧‧輻射光束
1112‧‧‧光束整形光學器件總成
1113‧‧‧支持底座
1114‧‧‧反射鏡
1116‧‧‧倍縮光罩或光罩平台
1117、1119‧‧‧定位系統
1120‧‧‧阻尼系統
1122‧‧‧晶圓平台
1126‧‧‧干涉編碼器系統(光學總成)
1128‧‧‧量測物件
1154‧‧‧量測光束
1251~1257‧‧‧步驟
1261~1269‧‧‧步驟
1300‧‧‧編碼器頭
1301‧‧‧編碼器光學尺
1302‧‧‧輸入光纖套管
1303‧‧‧準直透鏡
1304‧‧‧回射器
1305‧‧‧輸出光纖
1307‧‧‧耦合透鏡
1400‧‧‧雙重光纖套管
1402‧‧‧轉角立方體2
1404‧‧‧半波板
1406‧‧‧雙折射組件
1408‧‧‧共有套管
1410‧‧‧轉角立方體1
1412‧‧‧轉角立方體3
1414、1416‧‧‧玻璃光劈
1418‧‧‧半波片
第1圖係一干涉光學編碼器系統之一具體實施例概略示意圖。
第2圖係一干涉光學編碼器系統之一具體實施例概略示意圖。
第3圖係一干涉光學編碼器系統之一具體實施例概略示意圖。
第4A圖及第4B圖係一干涉光學編碼器系統概略示意圖。
第5A圖係一干涉光學編碼器之一編碼器頭的一具體實施例概略示意圖。
第5B圖係圖示一非理想回射器之二維側視圖概要。
第5C圖係圖示一回射器及光劈稜鏡之二維側視圖概要。
第6圖係一干涉光學編碼器系統之一編碼器頭的一具體實施例概略示意圖。
第7A圖至第7F圖係圖示出，配置成將角分離傳至參考光束之一編碼器頭的光學元件範例概要。
第8圖係圖示出具有二輸出頻道之一編碼器頭範例的概要，每一此等頻道皆配置成偵測已藉一編碼器光學尺繞射之二光束間干涉。
第9圖係圖示出第8圖中所示編碼器頭配置之剖視圖的概要。
第10A圖至第10B圖係圖示出相對於準直器/耦合光學器件之局部參考干涉儀可能位置的概要。
第11圖係圖示一編碼器頭之一範例的概要。
第12圖係圖示出第11圖範例編碼器頭之上視圖的概要。
第13圖係包含一干涉儀之一微影術工具的一具體實施例概略示意圖。
第14A圖及第14B圖係描述製作積體電路之步驟的流程圖。
光學干涉術係用於在各種裝置中實施精密量測。例如，半導體微影術系統使用雷射干涉術量測位移且準確地定位平台達奈米精確度。在此等系統中，對準空腔運動之一雷射光束係反射離開連附至移動物件之一反射鏡，且與作為一參考之另一光束干涉。每次光束路徑改變達一波長，干涉相位即改變達2π，使干涉相位提供有關空腔長度變化之量測。外差或同差技術慣用於擷取干涉之相位。通常在此等系統中，量測光束在空氣中運行長距離。倘光束路徑中之空氣折射率改變，即使 為局部者，該改變本身仍將表現為一明顯位移。該明顯位移構成量測誤差，且空氣路徑愈長，此誤差可能愈嚴重。
具有顯著較短空氣路徑之一種位移量測干涉儀類型係干涉編碼器。編碼器係藉由判定反射離開典型地為一光柵之一週期性結構的一光束之相位偏移，以量測橫交於量測光束之位移。當圖案化表面在光束下運動時，雷射光束之相位將在每一圖案週期期間偏移達2π。光束相位(或部份取自量測光束之一干涉光束相位)的高精密量測因此將容許達一圖案週期中小部份的位移量測。量測運動與光束橫交將容許空腔長度、及因此光束之空氣路徑大幅減小，而使大氣之折射率波動最小化。關於基礎干涉編碼器設計之進一步細節，可在譬如授予Deck等之美國專利案第8,300,233號(「Interferometric Encoder Systems」)中尋得，該案之標的係藉參考方式完全併入本案中。
可將干涉編碼器設計成，降低對光柵傾斜敏感。這可藉由雙重通過幾何而達成，其中在第一繞射事件轉移至光束之傾斜，將在第二繞射事件獲補償。可再譬如授予Groot等之美國專利申請案第2013/0114061號(「Double pass interferometric encoder system」)中尋得此類系統之細部討論，該案之標的係藉參考方式完全併入本案中。該雙重通過幾何將因每一該二繞射事件皆使量測光束之相位偏移達每光柵週期2π，而提高對光柵運動之靈敏度。在此等繞射事件之間，需某些型式之反射光學器件，以使光束改向朝光柵。通常，這包含回射器，有時結合額外之分光鏡及/或折射或繞射式光束操控組件。在光束路徑中提供回射器，可提供使光束朝完全對立於 輸入光束方向之一方向返回的一便利方式。倘應用至量測及參考光束，則可保證共向性、及因此在此等光束重組後良好之干涉對比。
一些光學器件使用多重量測光束來探測光柵，其中每一量測光束各對應光柵之一不同繞射級。每一返回繞射量測光束各與一關聯之參考光束或另一量測光束干涉，且偵測每一干涉量測光束-參考光束對(即，每一頻道)之干涉相位。藉由結合各不同方位上之多重最終結果干涉相位，可辨別各不同方向上之運動，譬如光柵平面中之運動對正交於光柵之運動。為避免某一量測光束因源自另一量測光束之光線所污染，典型之多重光束編碼器設計係使複數光束保持物理上分離些許安全餘裕。使量測光束保持此類距離，將妨礙或阻礙減小系統重量及體積。
此中說明之技術將消除在多重返回繞射量測光束之間提供大間隔之需求。這可藉由在此等返回光束之間提供一特意角度差而達成。可選擇分離角，使其足夠小以使光束名義上可共同運行通過編碼器頭之一個或更多光學組件，且足夠大以使光束可依干涉相位不致因各其他頻道所污染之方式導至分離之偵測器。為達最大緊湊度及輻射量測效率，多重頻道之輸入可為藉由繞射(譬如成1維光柵+1及-1級、或成2維光柵之級(+1,0)、(-1,0)、(0,+1)及(0,-1))而分裂為多重光束的單一光束。在一些情況下，輸入光束與所有返回光束共用光柵上相同之標稱足印。
干涉外差光學編碼器系統
在說明可於返回繞射量測光束之間引入分離角的繞射編碼器實現例之前，先回顧一典型干涉編碼器之操作將有助益。請參考第1圖，一範例干涉外差光學編碼器系統100包含一光源模組120、一光學總成110、一量測物件101、一偵測器模組130(譬如，包含一偏光鏡及一偵測器)、及一電子處理器150。通常，光源模組120包含一光源(譬如，包含一雷射)，且亦可包含其他組件，譬如光束整形光學器件(譬如，透鏡及光線準直光學器件)、導光組件(譬如，光纖波導)、及/或偏光管理光學器件(譬如，偏光鏡及/或波片)。亦將該光學總成稱作「編碼器頭」。顯示一笛卡兒坐標系以作為參考。
量測物件101定位於距光學總成110沿Z軸之某標稱距離。在許多應用中，譬如將編碼器系統用於監測微影工具中之晶圓平台或倍縮光罩平台之位置時，量測工具101係相對於該光學總成沿X及/或Y方向運動，且同時與該光學總成相對於Z軸名義上保持相距一固定距離。該固定距離可相對較小(譬如，數公分或更小)。然而，在此類應用中，該量測物件之位置典型地將自該名義上固定距離小量變化，且該量測物件在該笛卡兒坐標系內之相對方位亦可小量變化。在操作期間，編碼器系統100監測量測物件101相關於編碼器頭110之此等自由度的某一個或更多個，包含量測物件101相關於X軸之一位置、及在某些特定具體實施例中尚包含量測物件101相關於Y軸及/或Z軸、及/或相關於俯仰角與偏航角方位之一位置。在某些具體實施例中，該編碼器頭可相關於量測物件101運動，而在某些其他具體實施例中，量測物件101與該編碼器頭 二者皆可運動。
為監測量測物件101之位置，光源模組120將一入射光束122導至編碼器頭110。編碼器頭110自輸入光束122取得一量測光束112，且將量測光束112導至量測物件101。編碼器頭110亦自輸入光束122取得一參考光束(未顯示)，且沿不同於該量測光束之一路徑導引該參考光束。例如，編碼器頭110可包含一分光鏡，將輸入光束122分裂成量測光束112及該參考光束。該等量測與參考光束可具有正交之偏光(例如，正交線性偏光)。
量測物件101包含一編碼器光學尺105，其係將來自該編碼器頭之量測光束繞射成一個或更多繞射級的一量測分度。通常，編碼器光學尺可包含各式不同之繞射結構，譬如光柵或全像繞射結構。光柵之範例包含正弦、矩形、或鋸齒光柵。光柵可藉具有一固定節距之一週期性結構為特徵，但亦可藉更複雜之週期性結構為特徵(例如，頻擾之光柵)。通常，編碼器光學尺可使該量測光束繞射於超過一個平面中。例如，編碼器光學尺可為二維光柵，其將該量測光束繞射成X-Z及Y-Z平面中之繞射級。編碼器光學尺在X-Y平面中延伸跨越與量測物件110運動範圍相當之距離。
在第1圖所顯示之本具體實施例中，編碼器光學尺105係一光柵，其具有正交於紙面、平行於第1圖所顯示笛卡兒坐標系Y軸延伸的光柵線。此等光柵線係沿X軸呈週期性。編碼器光學尺105具有與X-Y平面一致的一光柵平面，且該編碼器光學尺將量測光束112繞射成X-Z平面中之一個或更 多繞射級。
此等量測光束繞射級至少其中之一(以光束114標示)返回光學總成110，在該處與參考光束結合，以形成一輸出光束132。例如，一次繞射量測光束114可為正或負一級繞射光束(即，+1或-1繞射光束)。
輸出光束132包含有關於該量測光束與該參考光束之間光程差的相位資訊。光學總成110將輸出光束132導至可偵測該輸出光束之偵測器模組130，且反應該偵測到之輸出光束傳送一信號至電子處理器150。電子處理器150接收且分析該信號，且決定有關量測物件101相對於光學總成110之一個或更多自由度的資訊。
在某些特定具體實施例中，該等量測與參考光束具有一頻率差異(譬如，千赫至百萬赫範圍中之差異)，以產生在一頻率下之一重要干涉信號，該頻率通常與此頻率差異相對應。此後可交替地將該頻率稱為「外差」頻率或「參考」頻率，且以αR表示(關於角頻率)。關於量測物件相對位置改變之資訊，通常與該外差頻率下之干涉信號的相位對應。可使用信號處理技術擷取該相位。通常，可動量測物件將造成該相位項時變。如此，量測物件運動之一階時間導數將造成干涉信號之頻率自外差頻率偏移此中稱作「都卜勒」頻移之一量值。
除其他技術以外，可譬如藉雷射塞曼(Zeeman)分裂、藉聲光調變、使用二不同雷射模態、或雷射內部使用雙折射元件，產生該等量測與參考光束之不同頻率。正交偏光容許一起偏分光鏡沿不同路徑導引該等量測與參考光束，且將該等 光束結合以形成該輸出光束，該輸出光束接著通過一偏光鏡，該偏光鏡將正交地偏光之分量混合，使其可干涉。當缺少目標運動時，干涉信號將以外差頻率振盪，該外差頻率恰為二分量光學頻率之差。當存有運動時，外差頻率將經由熟知之都卜勒關係，導致關於目標之速度的改變。緣是，監視外差頻率之改變，將容許監視目標相對於該光學總成之運動。
在以下所述之具體實施例中，「輸入光束」通常指光源模組所發射之光束。針對外差偵測，輸入光束可包含如上述之具有略微不同的頻率之分量。
儘管第1圖中將編碼器光學尺105描繪成，在某一方向上呈週期性之一結構，然更廣泛地，量測物件可包含能夠適當地使量測光束繞射之各種不同繞射結構。在某些具體實施例中，量測物件可包含在二方向(譬如，沿X及Y軸)上呈週期性之繞射結構，其可使量測光束繞射成二正交平面上之光束。通常，可選擇編碼器光學尺之繞射結構及光源模組，使編碼器系統提供一個或更多繞射量測光束，其具有足夠強度，以當與對應之參考光束結合時，在該系統之幾何限制內，建立一個或更多可偵測之干涉信號。在某些具體實施例中，光源提供一輸入光束，其具有範圍介於400奈米至1,600奈米之一波長。例如，該輸入光束可具有大約633奈米、大約980奈米、或大約1550奈米之一波長。請注意，外差源之頻率分裂通常導致輸入光束之二分量的波長之間僅有一非常小差異，因此即使輸入光束並非完全地單色，仍然實際以單一波長作為該輸入光束之特徵。在某些具體實施例中，該光源可包含一氦氖雷 射、一雷射二極體或其他固態雷射源、一發光二極體、或譬如鹵素燈等具有或不具有濾光器以調整頻寬之一熱源。
通常，編碼器光學尺之設計可根據輸入光束之波長、及光學總成之配置、及用於量測之繞射級而變化。在某些具體實施例中，繞射結構係一光柵，其具有範圍介於大約1λ至大約20λ之一節距，其中λ為光源之波長。該光柵可具有譬如範圍介於大約0.5微米至大約10微米之一節距。
在某些具體實施例中，編碼器系統配置成，使量測光束雙程通過編碼器光學尺，且使用量測光束之二次繞射級進行量測。例如，請參考第2圖，一干涉外差光學編碼器系統200包含一編碼器頭210，該編碼器頭具有一參考回射器212、一量測回射器214、及一起偏分光鏡216。系統200亦包含一目標201、一雷射源218、一偵測器模組240、及一電子處理器250，該偵測器模組包含一偵測器242。偵測器模組240或編碼器頭210亦包含一偏光鏡244。顯示一笛卡兒坐標系以作為參考。
為實施監測，外差雷射源218將一輸入光束270導至起偏分光鏡216。起偏分光鏡216自輸入光束270取得一量測光束274及一參考光束275，其中量測光束274與參考光束275二者之偏光係正交。如第2圖之範例中所示者，量測光束274係正交於圖式之平面偏光(s偏光)，且同時第二光束275係於圖式之平面中偏光(p偏光)。然而，該量測光束與該參考光束可具有任何偏光(譬如，線性、圓形、橢圓形)，只要該二者可互相區別(譬如，正交地偏光)即可。
分光鏡216係將量測光束274導至目標201。目標201可包含一編碼器光學尺205，其將入射量測光束274繞射，提供與量測光束274之非零繞射級(譬如，第一級或第二級)對應的一次繞射量測光束。接著藉量測回射器214使繞射量測光束274改向，再次衝擊編碼器光學尺205，以提供二次繞射量測光束。二次繞射量測光束274接著返回起偏分光鏡216。起偏分光鏡216接著結合二次繞射量測光束274與參考光束275，以形成一輸出光束290，其中已藉由參考回射器212使參考光束275改向。儘管第2圖顯示一起偏分光鏡，然可使用亦根據偏光特性為基礎來導引光束之其他光學組件。此等光學組件包含譬如稜鏡立方體、繞射光學器件、雙折射組件、及光束以掠射角入射其上之反射表面(裸露或塗佈)。相似地，可在編碼器系統200中使用除回射器以外之光學組件、及/或光學組件之其他組合，將該參考光束改向，沿著與該繞射量測光束一致之一方向，朝向偵測器模組240。
輸出光束290包含有關於對應二次繞射量測光束之分量與對應參考光束之分量之間光程差的相位資訊。起偏分光鏡216接著將輸出光束290導至偵測器模組240。在偵測器模組240處，偏光鏡244在輸出光束290入射於偵測器242上之前，將該輸出光束之量測與參考光束混合。這可譬如藉定向偏光鏡244之發射軸，使其發射一s偏光光線分量及一p偏光光線分量(譬如，藉相關於於紙面夾45°定向發射軸)而達成。儘管僅顯示單一回射器，然可將一個或更多額外回射器(未顯示)定位成，接收其他繞射量測光束，且使此等光束改向回編 碼器光學尺，以獲致一額外二次繞射量測光束。例如，可配置某一回射器，以使+1繞射量測光束改向回編碼器光學尺，而可配置另一回射器，以使-1繞射量測光束改向回編碼器光學尺。分光鏡216接著吸收每一個二次繞射量測光束，且使該二者與其對應之參考光束結合，以形成二輸出光束(即，每一頻道一個)。在一些具體實施例中，編碼器光學尺可包含二維週期性圖樣，使二額外回射器可定位成，接收正交平面(譬如，第2圖之Y-Z平面)中的繞射級，且使其改向。
當偵測到輸出光束290之混合分量時，偵測器模組240之偵測器242接著將反應而傳送一信號至電子處理器250。電子處理器250接收且分析該信號，並決定關於目標201相對於光學總成210之一個或更多自由度的資訊。明確地，該電子處理器部份地基於該信號之一外差相位來決定此資訊。緣是，監視外差頻率之變化，將容許監視目標201相對於光學總成210之運動。
引入繞射量測光束間之角分離
如以上解說者，當利用多重繞射量測光束來實施位移及位置之量測時，干涉編碼器系統典型地保持此等繞射量測光束實體地分離一安全餘裕，以避免某一量測光束在該偵測器處因源自另一量測光束之光線所污染。保持此等量測光束在此類距離處，將妨礙或阻礙系統重量與體積之減小。為達成進一步減小系統尺寸及重量，可修改譬如第1圖至第2圖之具體實施例中所考慮之任何編碼器系統等一編碼器系統，以在返回繞射量測光束之間引入一相對較小之特意角度差。
第3圖中顯示此方法之一範例。第3圖係一干涉編碼器系統300之概要，其為關於第1圖至第2圖作描述之編碼器系統的修改變型。相似於第1圖至第2圖之編碼器系統者，編碼器系統300包含一目標301、一分光光學組件302、一第一回射器304、一第二回射器306、及一偏光鏡316，該目標301具有一編碼器光學尺305。系統300亦包含一第一四分之一波片308、一第二四分之一波片310、及一第一雙折射光劈稜鏡312、一第二雙折射光劈稜鏡314、一聚光透鏡318、及一雙重光纖套管320。為便於觀看，未顯示系統300之光源模組、偵測器模組、及參考光束光學器件。
在系統300操作期間，分光光學組件302自光源模組(譬如，一外差雷射源)接收一輸入光束303。輸入光束303可由一量測光束部及一參考光束部二者組成，其每一個各具有一不同偏光。光學組件302將該輸入光束分裂成一量測光束及參考光束(未顯示)。藉分光組件302使該量測光束改向而朝編碼器光學尺305，該量測光束係在該處繞射。在本範例中，編碼器光學尺305係1維週期性光柵，其在X-Z平面中產生出繞射光束，然可使用2維光柵作為替代。此外，儘管第3圖中僅顯示+1及-1繞射級，然亦可因衝擊於編碼器光學尺305上之量測光束而產生其他繞射光束。回射器304、306係定位且配置成接收單一量測光束之+1st及-1st繞射級，且將其改向回編碼器光學尺305，並在該處第二次繞射。
存在有四分之一波片308、310及雙折射光劈稜鏡312、314，將在一次繞射量測光束朝編碼器光學尺305向回傳 播時，在此等光束之傳播方向上引入微小偏離。倘未在編碼器光學尺305與回射器304、306之間設置雙折射光劈及四分之一波片，則該等量測光束二者在第二繞射事件後將平行。
一雙折射稜鏡可指一光學組件，其可在光線通過該稜鏡時，造成該光線分離成二不均等折射之正交偏光射線。運行通過一雙折射稜鏡之一輸入光束可因有角稜鏡而歷經一傳播方向改變，其中方向之變化量係取決於該輸入光束之偏光而改變。例如，具有一第一型偏光之一輸入光束，可較具有與該第一型偏光正交之一第二型偏光的一輸入光束偏離一較大角度。四分之一波片可指，將四分之一週相位差引入尋常與非尋常射線之間的一板，其中此等射線通過該板以改變射線之偏光。
緣是，每一對雙折射稜鏡/四分之一波片(312、308及314、310)皆配置成，使具有一第一型偏光之一光束在通過該雙折射稜鏡時，以第一角度折射，在二次通過該四分之一波片後改變偏光(譬如，以90°)，及接著在其回向該編碼器光學尺之路線上第二次通過該雙折射稜鏡時，以一第二不同角度折射。例如，在第3圖中所示之配置中，選擇該量測光束之偏光，使其自第一次通過稜鏡308、310前之一第一偏光(譬如s偏光，其中極化向量係與繞射平面正交)轉換成，第二次通過稜鏡308、310前之一第二偏光(譬如p偏光，其中極化向量係在繞射平面中)。結果，第二次每一光束通過稜鏡時由雙折射稜鏡308、310加諸之角度變化，將與第一次每一光束通過稜鏡者不同。
在編碼器光學尺305處之第二繞射事件之後，二返回光束現在將共同地沿一共用方向朝分光光學組件302運行，但相互之間具有一微小角分離。在此顯示之角分離係經誇大，以幫助瞭解系統作動。聚焦透鏡318在相距該透鏡達焦距處，將該角分離轉變為一空間分離。儘管未顯示出，然每一量測光束皆與一對應參考光束共線地傳播，因此有二輸出光束(即，每一頻道各一輸出光束)。在相距透鏡318達焦距處，可設置一第一及一第二偵測器，以分別量測第一及第二輸出光束之強度。另一替代選擇，如第3圖所顯示者，二光束可耦合於二分離光纖中，每一光纖接著將通向一分離偵測器，該偵測器佈設成偵測其所接收到之輸出光束的強度。
倘實現如第3圖中所示者，則圖示成內含於一光纖套管320中之光纖311a、311b輸入面將分離一距離D。該分離距離D、及選定之透鏡318焦距f，將決定二光束之間所需的角分離△α。該角分離可表示為： 例如，針對具有一633奈米波長之一氦氖光束，當D=125微米(在雙重光纖套管中非常普遍之光纖分離)且f=10毫米時，所需之光束角分離將為12.5毫弧度。可藉由將雙折射光劈稜鏡312、314形成為具有1.6°光劈角之金紅石光劈稜鏡，以達成12.5毫弧度角分離。是以，實際上，可基於譬如套管中之光纖分離、及準直透鏡等硬體組件，決定分離角。在某些特定具體實施例中，最好提供跨光束直徑之波前差的最小波數，來分離 二光束。例如，針對2毫米直徑之氦氖雷射光束，與超過3個跨光束直徑之差值的波相對應之一1毫弧度角分離，可提供較佳之分離。
為求清楚起見，第3圖中之雙折射光劈稜鏡312、314係在圖式平面中斜劈。然而，實際上，可較佳地選擇光劈方位，以導引起源於無用繞射級之任何光束遠離所期望之光束，且因此防止其對干涉信號造成影響。
如以上指出者，第3圖並未顯示參考光束之路徑。針對第3圖中所示之具體實施例，可提供光學器件，其將參考光束分裂成二參考光束，且依適當角度導引該二參考光束，使該等光束恰在聚焦透鏡318之前進入結合偏光鏡316時，終結與各別之量測光束平行且共線地傳播。此中將關於第7A圖至第7D圖，提出如何生成此類參考光束之進一步討論。第3圖中所示之具體實施例包含源自單一輸入光束之二量測光束。然而，可將相同原理應用於使用2維光柵之編碼器系統、及多達四個量測光束。如前所述者，進入光束可分裂成不同繞射級(在此為其中四個，譬如第3圖中沿X-Z平面之+1與-1級，及沿Y-Z平面之+1與-1級)，其將在藉回射器、起偏波片、及光劈而改向後，返回編碼器光學尺之大致相同位置(譬如，該等光束之間小於光束半徑之一分離)。接著，將二次繞射量測光束與參考光結合，以形成朝多個分離偵測器傳播之多重輸出光束，每一該等分離偵測器皆佈設成，偵測該偵測器所接收輸出光束之強度。第3圖之範例中，每一輸出光束可在傳遞至對應偵測器前，耦合入一分離光纖中。
第4A圖及第4B圖係圖示二編碼器系統之間直接比較之概要，其中第4A圖所顯示之系統並未引入繞射光束間之微小角偏離，且第4B圖所顯示之系統確實引入微小之角偏離(第4B圖中所示之系統與第3圖中所示之系統完全相同)。
第4A圖與第4B圖所展示之比較證明，提供繞射光束之間微小角偏離的空間及材料節省可能性。例如，第4B圖所顯示架構中之分光鏡，將因返回繞射量測光束在朝光纖(或偵測器)傳播時大致互相重疊，而可較第4A圖中之分光鏡小，可減小分光界面所需之面積。第4B圖所顯示架構中之回射器亦因一次繞射量測光束可導至接近回射器頂點(第3圖及第4B圖中顯示有一小偏位以較佳地觀視光束)，而可較第4A圖中之回射器小。此外，第4A圖系統中所需之二光纖耦合總成，在第4B圖之系統中將減少為一個。另外，編碼器光學尺上之較小結合光束足印(即，量測光束入射於編碼器光學尺上所覆蓋之範圍)將容許利用一具有較小週期性圖案或光柵尺寸之編碼器光學尺。
在一些具體實施例中，可藉由修飾回射器之外型，引入繞射光束間之分離角。例如，第5A圖係圖示一干涉編碼器系統之一編碼器頭500的一範例概要，其中使用二特意非理想回射器來達成二輸出光束(繞射量測光束)之角分離。每一非理想回射器皆包含多重小面，用於反射此等繞射量測光束，其中選擇該等反射小面之間的角度，以略為偏離90°。
在作為一干涉編碼器系統之一部份的編碼器頭500作動期間，一第一反射器502自一光源(譬如，一外差雷射 源)接收一輸入光束503，其中輸入光束503可由一量測光束部及一參考光束部二者組成，每一該等部個具有一不同偏光。第一反射器502可為譬如一分光鏡之一部份，該分光鏡將輸入光束503分離成一量測光束及一參考光束，該量測光束經改向朝一量測物件501上之一編碼器光學尺505。為便於觀看，並未顯示作為編碼器頭500一部份的該參考光束及參考光束光學器件。在第5A圖之範例中，編碼器光學尺505包含1維光柵(譬如，平行光柵線之週期性陣列)，其使一第一入射區域510處之量測光束繞射成不同繞射級(譬如，+1及-1繞射級)。為便於觀看，僅顯示形成編碼器光學尺505之光柵線的一部。
二非理想回射器504、506各自編碼器光學尺505接收對應之一次繞射量測光束。例如，回射器504可自編碼器光學尺505接收+1繞射級503a，而回射器506可自編碼器光學尺505接收-1繞射級503b。在一些具體實施例中，亦可包含額外之非理想回射器，使編碼器頭500接收譬如沿正交於光束503a、503b運行所在平面之一平面傳播的繞射量測光束，這可在編碼器光學尺具有2維光柵之情況下發生。
藉回射器504接收之繞射量測光束503a係由回射器504之多重反射小面反射回編碼器光學尺505之表面而成為光束503c。使用橢圓/扁圓型邊界511來描繪反射離開回射器504小面之光束的足印。是以，在第5A圖所顯示之範例中，回射器504包含三反射小面507，用於將繞射量測光束反射回編碼器光學尺505。回射器506、507之內表面可鏡射，以引發因全內反射所致之反射或光團(beams mat)反射。由於反射器 504相鄰反射小面507之間略微偏離90°，因此反射量測光束503c並未與進入非理想反射器504中之繞射光束503a完全平行地反向傳播。第5A圖所顯示視圖中遮住部份回射器506，但該回射器係以相似於回射器504之方式作動。亦即，回射器506自編碼器光學尺505接收繞射光束503b，且使該繞射光束改向朝編碼器光學尺505而成為光束503d。使繞射量測光束改向之回射器506相鄰反射小面之間的角度略為偏離90°，使光束503d不完全平行於光束503b反向傳播。
第5B圖係圖示一非理想回射器550之二維側視圖概要，該非理想回射器譬如為第5A圖中使用之回射器，其具有將輸入光束551改向之非90°小面角。倘自90°之偏離為△α，則離開該回射器之光束552將具有關於進入光束方向之一2n△α角，其中n為玻璃之折射率。亦可能引入可使來自回射器之光射線的路徑改變之一額外光學組件，而不使回射器本身形成非理想。例如，第5C圖係圖示一範例理想回射器(即，具有一90°轉角角度)553之二維側視圖概要，可藉由增加一玻璃光劈554以使該回射器非理想，該玻璃光劈僅由光束通過一次。
請再次參考第5A圖，每一反射器504、506之反射小面可形成各個接近90°之互不相同角度，以引入繞射量測光束之間的偏離。例如，該等小面可相互形成偏離90°，尤其達大約±10°、5°、3°、2°、1°、0.8°、0.6°、0.5°、0.4°、0.3°、0.2°、或0.1°之一角度。在一些實現例中，用於將量測光束改向之回射器(譬如，回射器504、506)可偏離90°達不同量或達相同量。
經改向之一次繞射量測光束503c、503d離開反射器504、506，且在一第二入射區域512處入射至編碼器光學尺505上，其中每一光束503c、503d自編碼器光學尺505繞射二次。在藉由此二次與編碼器光學尺505之交互作用所產生的多重二次繞射量測光束中，至少二光束503e朝反射器502向回傳播-其一起源於光束503c之繞射，另一個起源於光束503d之繞射。基於引入轉角立方體504、506中之微小角偏離，可觀察到某些特定差異。第一，如第5圖中所示者，離開回射器504之光束503c中心衝擊於編碼器光學尺505上之一位置，與離開反射器506之光束503d中心衝擊於編碼器光學尺505上所在之處些微相位移。結果，光束503c與503d之衝擊範圍部份地重疊。其次，二次繞射量測光束503e朝反射器502之傳播方向並非平行。緣是，當光束503e藉反射器502而改向時，此等光束在脫離編碼器頭500時並非平行。在此誇大顯示光束503e間之角分離，以幫助瞭解系統作動。每一光束503e各與一對應參考光束(未顯示)成對，以形成一對應輸出光束509。每一參考光束皆與其對應之繞射光束沿相同路徑共線地傳播。結果，輸出光束509亦並非互相平行。如第3圖中所示之實現例，將輸出光束509導至可記錄其強度之對應偵測器。在一些實現例中，可將輸出光束509導向一聚焦透鏡，在相距該透鏡達焦距處，將該等光束間之角分離轉換成一空間分離。接著可將輸出光束509耦合入通向偵測器模組之分離光纖中，或可將該等輸出光束直接饋送至偵測器模組。如此中解說者，分離距離D、及選定之透鏡焦距f將決定可接受之輸出光束間角分離。 在一些具體實施例中，可使用「理想」回射器替代非理想回射器。「理想」回射器包含譬如將一入射光束反射而使其平行於該入射光束之光束路徑反向傳播的回射器。此類「理想」回射器包含具有至少二反射小面之反射器。此等小面配置成，使反射後之波前誤差(包含傾斜)為一波的一小部份。例如，針對直徑2毫米之光束，應將一理想回射器之頂角(反射小面之間的角度)控制在數弧秒內。
可結合玻璃光劈使用理想回射器，每一量測光束僅在由回射器改向前、或後，通過此等玻璃光劈一次，譬如第5C圖中者。由於量測光束僅單次通過光劈，因此該光劈無需呈雙折射，此與第3圖中所示具體實施例之光劈312、314成對比。在此類具體實施例中之光束並未跨越回射器之任何小面邊緣，否則將在某些特定實現例中導致跨越光波前之繞射損失及偏光變異。
在一些具體實施例中，可使用一單石光學組件將量測光束導至編碼器光學尺，以引入二次繞射量測光束間之角分離，及接收二次繞射量測光束。關於光學組件，在一些實現例中意指，可將「單石」理解為構成單一整合物件。例如，可將單石光學組件理解為，整個物件本體皆具有大致均勻材料組成之單一物件。在一些實現例中，可將單石物件理解為，包含由單一件材料形成(譬如，切削、塑型、模製、成型)之單一物件。在一些具體實施例中，可將單石物件理解為，藉由將二個或更多物件結合(譬如，熔合、膠結、黏合、焊接)在一起而形成之單一物件。在一些具體實施例中，譬如當將單石光學組件佈設 成自單一光束取得多重光束時(譬如，當用作為分光鏡時)，該單石光學組件可包含一個或更多內部分光界面。
第6圖中描繪一編碼器頭之範例，該編碼器頭運用一單石光學組件，以引入繞射量測光束間之分離角。如第6圖中所示，編碼器頭600包含一單石光學組件602及參考繞射光柵607。可將單石光學組件602理解為具有二部：一參考腳部604及一量測腳部606。
在編碼器頭600作動期間，量測腳部606在一第一小面620處接收一輸入光束603。輸入光束603係自一光源(譬如，外差雷射元)獲得，且由一量測光束部及一參考光束部二者構成，每一該等光束部各具有一不同偏光。該參考光束部係由組件602導至參考光柵607，該量測光束部則改向沿已正交於該參考光束途徑之一方向而至編碼器光學尺605。例如，單石光學組件602可包含一內部分光界面(未顯示)，其配置成將該量測與參考光束分裂成沿不同路徑。在第6圖所顯示之範例中，單石光學組件602包含一起偏分光部608，其佈設成根據該量測與參考光束間之偏光差異來分裂輸入光束603。可將起偏分光鏡608理解為，介於量測腳部606與部份之參考腳部604二者之間。
編碼器光學尺605位於一量測物件601處、或之上，且包含1維光柵(譬如，平行光柵線之週期性陣列)。為便於觀看，僅顯示出形成編碼器光學尺605之光柵線的一部份。量測光束係藉分光介面而改向朝編碼器光學尺605。當衝擊編碼器光學尺605之表面時，一量測光束將沿多重不同途徑繞 射，其中二不同繞射級(譬如，+1及-1繞射光束)將朝量測腳部606運行。一旦繞射量測光束到達量測腳部606，此等光束藉組件602之多重反射小面而改向，沿回向編碼器光學尺605之一路徑。範例組件602包含6個反射小面，其中3個用於將一第一繞射量測光束改向，且其中另3個用於將一第二繞射量測光束改向。當光束自此等反射小面反射時之該等光束足印630係以虛線扁圓描繪。第5圖所顯示之實現例中，將每一繞射量測光束改向之相鄰反射小面之間的角度略微偏離90°，使離開該組件朝向編碼器光學尺605之每一繞射光束，不與進入組件602之其對應一次繞射量測光束完全平行地反向傳播。此等反射小面可相互形成接近90°之各種不同角度，以引入繞射量測光束間之偏離。例如，此等小面可相互形成偏離90°，尤其達大約±10°、5°、3°、2°、1°、0.8°、0.6°、0.5°、0.4°、0.3°、0.2°、或0.1°之一角度。
離開組件602之一次繞射量測光束的中心將衝擊編碼器光學尺605之表面，使每一光束之足印(衝擊區域)部份地重疊。藉由此與編碼器光學尺605之第二交互作用所產生的多重二次繞射量測光束中，至少二光束朝光學組件602之量測腳部606向回傳播。朝光學組件602運行之二次繞射量測光束的傳播方向，將因引入於可反射量測光束之光學組件602小面之間的微小角偏離，而呈非平行。
在第6圖所示之範例中，將參考腳部604構成為，使參考光束依循與量測光束路徑相配之一路徑，但參考路徑在此係衝擊於參考光柵607上，而非編碼器光學尺605。亦即， 在參考光柵607上之一第一衝擊後，將產生多重一次繞射參考光束。此等繞射光束中之至少二個(譬如，+1及-1級)將運行回光學組件602之參考腳部604。在光學組件602內，一次繞射參考光束將反射離開多個小面，且改向回到參考光柵607。
將參考光束改向回參考光柵607之小面之間的角度略微偏離90°，使此等光束不與進入參考腳部604之一次繞射參考光束完全平行地反向傳播。反射腳部604之反射小面可相互形成接近90°之各種不不同角度，以引入繞射參考光束間之偏離。例如，此等小面可相互形成偏離90°，尤其達大約±10°、5°、3°、2°、1°、0.8°、0.6°、0.5°、0.4°、0.3°、0.2°、或0.1°之一角度。在某些特定實現例中，反射小面之間的角度、及參考光柵之特性(譬如，溝槽寬度、節距)分別與用於量測腳606反射小面及編碼器光學尺601者相同。
離開組件602之一次繞射參考光束的中心係衝擊於參考物件607之表面上，使每一光束之足印(衝擊區域)部份地重疊。藉由此參考物件607之第二交互作用所產生的多重二次繞射量測光束中，至少二光束朝光學組件602之參考腳部604向回傳播。朝光學組件602運行之二次繞射量測光束的傳播方向，將因引入於可反射參考光束之光學組件602小面之間的微小角偏離，而呈非平行。
當到達光學組件602之起偏分光部608時，分光鏡608將每一二次繞射參考光束與一對應二次繞射量測光束結合，以產生多重輸出光束609(第6圖中顯示為單一區域609)。亦即，每一繞射參考光束沿與一對應繞射量測光束相同之路徑 共線地傳播。基於參考腳部604反射小面之間、及量測腳部606反射小面之間略為偏離90°，輸出光束609在朝偵測器組件運行時，將在該等輸出光束之間具有一微小角分離。
針對此中顯示之多重具體實施例，已為求清楚而省略該(等)參考光束及/或參考光學組件。可使用各種不同之參考光學組件的架構，以產生參考光束，此等參考光束具有與欲相干涉之對應繞射量測光束相同的微小角偏離，以使每一參考光束-繞射量測光束對朝一偵測器(或，譬如光纖套管)傳播。例如，第7A圖至第7F圖係概要之描繪，各圖示一不同之光學組件集成，其配置成提供可與對應之量測光束共線且平行傳播的參考光束。在每一實現例中，起偏或非起偏分光鏡係用於將輸入光束分離成一量測光束及一參考光束。在一些具體實施例中，使用繞射光柵(請參見第7A圖及第7D圖)、鏡射/反射表面(第7B圖及第7E圖)、或雙折射元件(第7C圖及第7F圖)來生成多重參考光束。第7A圖及第7C圖中所示實現例之作動設計係藉反射取得多重參考光束，如此將容許參考光束以相對於輸入光束之低錯位返回至分光鏡。第7D圖至第7F圖中所示實現例之作動設計係藉透射取得多重參考光束，其容許該等光束以相對於輸入光束之顯著錯位返回。
在第7A圖所示之第一實現例中，一分光光學組件702係自一光源模組(譬如，一氦氖外差雷射源)接收一輸入光束703。輸入光束703可由一量測光束部及一參考光束部二者構成，每一該等部各具有一不同偏光。分光鏡702將該輸入光束分裂成一量測光束及參考光束。將量測光束704導向一編碼 器光學尺，該編碼器光學尺係與如上述、譬如此中相關於第3圖所述之一量測物件相關聯。然而，可將參考光束706改向至一參考光學尺708(譬如，一繞射光柵)，該參考光束將在此處繞射成，朝分光鏡702向回運行之多重光束。分光鏡702接著將每一繞射量測光束與一對應繞射量測光束結合，使每一量測-參考光束對皆以一角分離(即，非平行)朝一偵測器(或光纖套管)傳播。為確保每一繞射參考光束沿與其對應量測光束者相同之方向及路徑運行，參考光學尺708上之光柵標記節距將間隔，以達成所期望之角分離。例如，針對1維光柵及12.5毫弧度角分離，節距可為101微米，使每一+1及-1繞射光束皆沿與對應量測光束者相同之路徑運行，此等對應量測光束係在第3圖所提出之範例中取得者。
第7B圖所顯示之實現例中，使用一第一分光鏡702及一第二分光鏡710二者。又，第一分光鏡702係將輸入光束703分裂成一量測光束704及參考光束706。將量測光束704導向一編碼器光學尺，該編碼器光學尺係與上述、譬如此中相關於第3圖所述之一量測物件相關聯。然而，將參考光束706改向至第二分光鏡710，該參考光束將在此分裂成二不同參考光束，每一該等參考光束各朝一對應鏡表面712a、712b沿一不同路徑運行。鏡射表面(或轉向至引發全內反射之表面)712a、712b呈傾斜，使得當反射時，參考光束沿不同於入射參考光束者之途徑，朝第二分光鏡710向回運行。每一反射參考光束接著在第一分光鏡702處，與已由量測編碼器光學尺繞射之一對應量測光束再次結合。每一量測-參考光束對皆朝一偵 測器(或光纖套管)傳播。可選擇鏡射表面712a、712b傾斜之角度，以確保每一繞射參考光束皆沿與其對應量測光束者相同之方向及路徑運行。
在第7C圖所顯示之實現例中，參考光學組件之配置包含一第一四分之一波分光鏡714、一雙折射光劈716、一第二四分之一波分光鏡718、及一回射器720。又，第一分光鏡702係將輸入光束703分裂成一量測光束704及參考光束706。將量測光束704導向一編碼器光學尺，該編碼器光學尺係與如上述、譬如此中相關於第3圖所述之一量測物件相關聯。參考光束706係沿偏光鏡714、718、光劈716、及回射器720傳播。偏光鏡與雙折射光劈之結合，將產生出以略微不同角度傳播之二不同參考光束，接著藉回射器720使該等光束改向回分光鏡702，每一該等光束在此與一對應繞射量測光束結合，且接著朝一偵測器(或光纖套管)運行。可根據選定之雙折射光劈稜鏡716角度，選擇參考光束之分離角。
在第7D圖所示之實現例中，一分光光學組件702係自一光源模組(譬如，一氦氖外差雷射源)接收一輸入光束703。輸入光束703可由一量測光束部及一參考光束部二者構成，每一該等部各具有一不同偏光。分光鏡702該輸入光束分裂成一量測光束及參考光束。將量測光束704導向一編碼器光學尺，該編碼器光學尺係與如上述、譬如此中相關於第5A圖所述之一量測物件相關聯。然而，將參考光束706改向至一回射器722、且回射回到一參考光學尺724(譬如，一繞射光柵)，該參考光束將在此處繞射成，朝分光鏡702向回運行之多重光 束。分光鏡702接著將每一繞射量測光束與一對應繞射量測光束結合，使每一量測-參考光束對皆以一角分離(即，非平行)朝一偵測器(或光纖套管)傳播。為確保每一繞射參考光束沿與其對應量測光束者相同之方向及路徑運行，參考光學尺724上之光柵標記節距將間隔，以達成所期望之角分離。
在第7E圖所顯示之實現例中，使用一鏡射表面(或轉向至引發全內反射之表面)726及一光劈稜鏡元件728，取代回射器722及參考光學尺724。特別地，參考光束706反射離開鏡射表面726朝向光劈728，其中該光劈將入射參考光束分裂成二分離光束，該等分離光束非互相平行地傳播，接著朝分光鏡向回反射且與繞射量測光束結合。
在第7F圖所示之實現例中，將參考光束導向一回射器722而非通過一參考光光學尺，回射之參考光束通過一延遲或起偏元件730及一雙折射光劈稜鏡對732，該雙折射光劈稜鏡對係將參考光束分裂成非相互平行傳遞之二分離參考光束。
除第7A圖及第7F圖中所示之具體實施例以外，亦可能將界定出干涉儀量測腳之硬體複製於參考腳中(例如，使用以相同於第6圖所顯示實現例中者之方式配置的相同組件)。此方法之優點在於，光學組件對譬如溫度之環境參數的反應，將在二腳之間獲得平衡，以提供一更強健之解決方案，抵抗因組件對環境改變之反應的變異所造成之誤差。
在一些具體實施例中，可將輸出光束之間的角分離轉換成空間分離，譬如關於第3圖作說明之範例中所顯示 者，其中輸出光束通過一聚焦透鏡。接著在相等於該透鏡之焦距的一距離處，建立期望之光束之間空間分離。接著可藉一對應偵測器模組接收每一輸出光束，該偵測模組記錄干涉光束之強度，且接續傳送一信號至一電子處理器以進行分析。另一替代選擇，可將輸出光束耦合入分離之光纖中，每一該等光纖接著再通向一分離之偵測器，該偵測器佈設成偵測所接收到光束之強度。如此中解說者，光纖之間的分離距離D、及選定之透鏡焦距f，將決定可接受之輸出光束間的角分離。
除減小尺寸需求外，此中揭露之技術在某些特定實現例中亦可減小對輸出光束之寄生效應。在光學計量學中使用繞射元件大體上之挑戰在於，光線不僅繞射成期望之繞射級，亦成非期望之繞射級。最終結果之光線路徑可對干涉信號造成影響，且因此傷害量測結果。此外，可相對於原始輸入光束之強度，大幅減小期望之輸出光束的強度，使期望之輸出光束更容易有此類寄生效應。例如，良好設計之2維光柵，將使大約20%之光線繞射成每一個第一繞射級，且將少量百分比(譬如，5%)者繞射成零繞射級、或更高繞射級。
更明確地，在具有理想回射器之編碼器幾何中，譬如藉：
˙輸入光束之第一級繞射
˙回射，及
˙將光束導向輸出之第一級繞射
建立之期望輸出光束，可包含4%之初始輸入光束強度(使用以上之範例繞射效率且忽略其他損失)。
在一些實現例中，量測光束分量之一或更多部份不依循量測光束路徑、及/或參考光束分量之一或更多部份不依循參考光束路徑，導致有問題的寄生/亂真光束路徑。考慮譬如第3圖或第5圖中所示架構之一編碼器系統，其包含一回射器(一理想回射器結合一光劈、或一非理想回射器)，用於將一次繞射量測光束改向回一編碼器光學尺。該系統中之一寄生路徑範例包含一光束，其依據以下順序傳播：
˙輸入量測光束在編碼器光學尺處第一級繞射
˙在回射器處回射
˙在編碼器光學尺處、於里梭(Littow)條件下第二級繞射
˙在回射器處回射
˙在編碼器光學尺處、於里梭條件下第二級繞射
˙在回射器處回射
˙在編碼器光學尺處第一級繞射，其將繞射光束導向輸出(與期望之最終光束平行)
在以上範例中，寄生光束因第二級里梭繞射，在最終改向而沿平行於期望最終光束之一路徑朝向光束組合器/分光器前，歷經回射二次，這較所意欲者多。前述範例寄生輸出量測光束可包含0.01%之初始光束強度。在該量值下，寄生量測光束可對沿正交於光柵表面之距離量測，貢獻大於1奈米之循環誤差。先前已使用譬如美國專利申請案第2013/0278914號中所揭露之電子循環誤差補償，緩和此類型誤差，該案內容係藉參考方式完全併入本案中。然而，使用此中揭露之技術，寄生光束可在每次通過光劈、或每次藉非理想回射器反射時，累積 一額外之來自於期望光束的角分離。結果，寄生光束將在輸出處與期望之光束分離達足夠大之角度，以使寄生光束不致對量測光束之干涉造成影響。
由於此中說明之引入角偏離的技術容許來自多重編碼器通道之光束使用編碼器光學尺上之相同足印，因此關注跨越至其他回射器之寄生光束十分有用。例如，考慮一編碼器系統，包含配置於一平面中之一第一回射器(回射器1)及一第二回射器(回射器2)，用於將一次繞射量測光束改向回一編碼器光學尺，譬如第3圖或第5圖中所示架構。源自前述架構中之一寄生量測光束可依據以下順序傳播：
˙輸入量測光束在編碼器光學尺處第一級繞射
˙回射(在回射器1處)回到編碼器光學尺
˙以非零入射角鏡面反射離開編碼器光學尺而朝向回射器2
˙回射(在回射器2處)回到編碼器光學尺
˙以非零入射角鏡面反射離開編碼器光學尺
˙回射(在回射器1處)回到編碼器光學尺，及
˙將寄生光束導向輸出之第一級繞射
由於該寄生光束與期望之量測光束角分離，使寄生光束不致對偵測到之干涉信號造成影響，因此無論使用光劈或非理想回射器何者，皆可加以選擇來非對稱地、即不沿對立方向地改變光束方向。在此，三個角度改變之非特意累積，不可相加成與特意之單一角度改變相同的角度。例如，第3圖中之二光劈可斜劈達不同量，或可具有譬如沿Y方向等在另一平面中定向 之一光劈組件。
編碼器系統中另一潛在之量測誤差貢獻者為存在編碼器光學尺誤差。編碼器光學尺誤差可劃分為全像誤差(譬如，一個或更多光柵特徵位置與一絕對週期性位置光柵之橫向偏離)及基板誤差(譬如，因基板表面變異及/或形成於基板上之一個或更多層的厚度變異所造成之正交於表面的形狀變異)。此中揭露之技術可有助於減少此二類型之編碼器光學尺誤差。
在估量編碼器頭相關於編碼器光學尺之橫向位置的系統中，可使用相似於第4A圖中所示者之系統架構，其中二輸出頻道係利用對立之繞射級。假設給定橫向位置為x，可結合偵測到之輸出光束的相位結果φ1及φ2表示x： 其中g為光柵節距。是以，電子處理器可佈設成，藉由取得用於每一干涉信號之相位結果及應用方程式(2)，可獲致及輸出一橫向位置數值。
正交於編碼器光學尺(譬如，沿第4圖中所示之Z方向)之編碼器頭運動，將依相同方式改變二相位，以不影響結果。然而，基板誤差通常將第一頻道(即，第一量測光束)所探測之表面區域抬高，此抬高與藉第二頻道(即，第二量測光束)所探測之表面區域者不同，直接造成一量測誤差。這至少在二光束探測編碼器光學尺上分離區域時、譬如在第4A圖所顯示之架構中確實如此。另一方面，倘二光束探測編碼器光學尺上之大致相同或完全相同區域時(譬如，如第3圖及第5圖中所示之引入量測光束間角偏離的架構中者，其中繞射量測光 束之足印重疊)，量測光束通常可探測到相同之基板誤差，導致將在方程式(2)中接續互相抵消之二完全相同的相位誤差。
相似地，一共有光束足印可當正交於編碼器光學尺表面(沿Z方向)量測時，導致大致降低之全像誤差靈敏度。為決定z位移，可依相加方式結合二頻道之相位，以將z位移表示為： 其中λ為光線波長。在光柵特徵局部地橫向偏移之一全像誤差情況下，只要二光束皆探測光柵上之相同區域，二相位φ1及φ2即偏移相同量，但具有相反符號。藉由將相反之相位偏移相加，效應將互相抵銷。電子處理器因此可佈設成，藉由取得用於每一干涉信號之相位結果及應用方程式(3)，來獲致及輸出一z位移數值。
此中揭露之技術的另一優點在於，在一些實現例中，量測光束及參考光束不僅共有組件，且亦在其大多光束路徑上傳播通過幾乎完全相同的光學組件材料(譬如，玻璃)及空氣體積。結果，由於每一光束皆歷經近乎相同型態與大小之影響，因此橫向位置量測(再次使用方程式(2))可對譬如空氣擾流、光學組件之黏著線因溼度改變而移動、或包含膨脹及折射率改變等熱效應所致的波動或漂移較不敏感。
第5A圖及第6圖中所示之具體實施例係利用1維編碼器光學尺。然而，亦可將相同原理擴充，以結合2維編碼器光學尺使用。在第5A圖之範例中，如此必須供應一第二對 非理想回射器，其沿與第一對非理想回射器正交之一平面(譬如，沿輸入光束進入回射器502所在之平面)配置。在第6圖之範例中，單石光學組件602可經修飾，以接受沿正交於第一組繞射量測(參考)光束傳播平面之一平面傳播的一第二組繞射量測(參考)光束。
在一些具體實施例中，編碼器頭不包含具有參考光學組件之一參考腳。反而，每一輸出光束皆由在偵測器處干涉之繞射量測光束構成。在一些具體實施例中，此種架構可允許減少編碼器頭之空間需求、及/或可因較少光學組件而降低成本。例如，第8圖係圖示一編碼器頭800範例之概要，該編碼器頭具有二輸出頻道(x、y輸出850)，其每一個皆配置成，偵測已藉編碼器光學尺801繞射之二光束之間的干涉。
範例編碼器頭800包含譬如一立方體之一光學組件802(請參閱，譬如J.Liesener之「干涉編碼器系統之小型編碼器頭」，美國專利案第9,152,061號，其內容係藉參考方式完全併入本案中)、四個延遲或起偏元件804(譬如，四分之一波片)、及四個雙折射光劈元件806，其中每一延遲或起偏元件804、及光劈元件806各配置於元件802之不同底部轉角處。在其他實現例中，可由四個不同回射器來取代組件802，其每一個之頂點各配置於與第8圖中所示之立方體之一對應頂部轉角相同的位置及方位。在此類實現例中，偏光鏡804及光劈元件806可保留在與第8圖中所示範例相同之位置。
在編碼器頭800作動期間，將來自一光源(譬如，氦氖)之一輸入光束803導引通過一準直透鏡805而至編碼器 光學尺801(譬如，2維光柵)。輸入光束803可包含單一光束、或具有不同頻率f1、f2之二分離光束。該(等)輸入光束可自固持於一光纖套管807中之對應光纖輸出。在本範例中，該(等)輸入光束在到達編碼器光學尺801之表面前通過立方體802。然而，在使用回射器取代該立方體之實現例中，該(等)輸入光束在衝擊於編碼器光學尺801上之前，將不與回射器交互作用。第8圖使用虛線代表量測光束之路徑。
緣是，可能有多樣的架構：(1)同差架構，其中提供(譬如，透過一單模光纖)具有單一頻率之單一輸入光束朝向編碼器光學尺801，及其有二輸出頻道(譬如，X及Y頻道)可用於量測x及y方向上之位移。可藉由通向x、y輸出850之二光纖(較佳地為多模者以使對準較為簡單)提供二輸出頻道。(2)外差系統，其具有二輸入光束，每一光束具有一對應頻率f1及f2。可藉由第8圖中所示之二光纖(較佳地為單模光纖)供應二輸入光束。外差系統可亦包含二輸出頻道(譬如，X及Y頻道)來量測x及y方向上之位移。又，該二輸出頻道可藉由通向x、y輸出850之二光纖(較佳地為多模者以使對準較為簡單)，提供該輸出頻道。
在外差及同差架構二者中，可藉由將繞射量測光束導引通過延遲或起偏元件804、及光劈元件806來控制/操縱該等光束之角度。在同差架構中，單一量測光束係由2維編碼器光學尺801繞射成四繞射級。在本範例中，每一不同繞射量測光束各以沿+x、-x、+y、或-y方向之一向量分量傳播，且因此稱作+x、-x、+y、或-y繞射級。四個一次繞射量測光束中之每一 個各朝一對應分光鏡/光劈稜鏡對傳播，且接著入射於立方體802之轉角(或回設器之頂點)上並改向回經由該分光鏡/光劈對而至編碼器光學尺801。在第二次繞射後，量測光束接著朝X、Y輸出頻道向回傳播。
藉由使光束通過雙折射光劈806、及進一步起偏元件804，可依二次繞射量測光束以一特定角度傳播成+x與-x繞射級、及以一不同特定角度傳播成+y與-y繞射級的方式，控制繞射光束之角度。以相同角度傳播之光束(譬如，+x與-x繞射級)將有效地干涉且導至一偵測器(譬如，X頻道)，而以另一角度傳播之光束(譬如，+y與-y繞射級)則導至一不同偵測器(譬如，Y頻道)。接著可藉由分別估量X與Y頻道中之光學信號，來判定x與y方向上之運動。並未藉本具體實施例來判定z方向上之運動。確實，在某些特定實現例中，z方向上之運動不致影響x及y方向上之量測結果。
在外差架構中，具有輸入頻率f1之第一輸入光束及具有輸入頻率f2之第二輸入光束係自輸入光纖以略微不同之角度朝編碼器光學尺801傳播。第9圖係圖示出沿第8圖中所示x軸貫穿立方體802二相對立轉角之編碼器頭配置剖視圖概要。由於第9圖係圖示一剖面，因此僅顯示沿x軸傳播之光束。
使用不同虛線長度來描繪二輸入光束811、813。輸入光束811、813共用相同之線性偏光(為本範例選擇在本圖式之平面中)。在第一繞射離開編碼器光學尺801後，輸入光束811、813二者建立+x及-x繞射級。結果，2個一次繞射量 測光束沿-x方向朝圖示立方體802左上轉角(「轉角1」)傳播，且2個一次繞射量測光束沿+x方向朝圖示立方體802右上轉角(「轉角3」)傳播。在該轉角處，每個一次繞射量測光束經回射以回至編碼器光學尺801，其中光束將第二次繞射且接著朝耦合透鏡傳播。又，雙折射光劈806及四分之一波片804係為達成第3圖中所示具體實施例者相同之目的，亦即操縱光束角度。本具體實施例中係依具有通過轉角1之一路徑的二次繞射f1光束822最終與具有通過轉角3之一路徑的二次繞射f2光束824平行的方式來操縱角度。該二光束將干涉，且選擇其共同之角度，以使其耦合入其中一輸出光纖中。剩餘之二光束852、854未具有可干涉之平行配對部。更，光束852、854係以無法使其耦合入任何輸出光纖中之角度終結。因此，光束852、854不致對偵測器處之任何光學信號造成影響。第9圖中未顯示之+y及-y繞射級生成光束，在立方體802之另二轉角處回射。又，僅二個此等光束最終將平行，且選擇具有使其耦合入第二輸出光纖中之角度。
在由光纖饋送之外差架構中，譬如第8圖中所示者，必須補償二輸入光纖之間因環境波動所致的光學相位波動。為此，可在準直後、但在與編碼器光學尺交互作用及產生干涉前，「剔除」該二輸入光束之一部份。自干涉輸入光束獲取相位資訊後，電子處理器接著可如此中解說者補償環境波動。第10A圖至第10B圖係圖示出此種相對於準直器/耦合光學組件之所謂局部參考干涉儀可能位置的概要。為求清楚起見，已省略干涉儀系統之其他光學組件及編碼器光學尺。
在每一架構中，顯示局部參考干涉儀在二輸入光束具有相同之沿對角線定向線性偏光情況下的變型。其他的輸入光束偏光需要不同組的延遲或起偏元件。每一輸入光束各使用不同長度的虛線代表。在第10A圖中，局部參考干涉儀1001包括一分光鏡1004、一對雙折射光劈1006、一偏光鏡1008、及一反射鏡1010。該分光鏡剔除二輸入光束之一部份，該等輸入光束在已通過準直透鏡1012後係互相非平行地運行。該二光束接著傳播通過雙折射光劈對1006、偏光鏡1008、且反射離開反射鏡1010。該等光束接著第二次通過偏光鏡1008及雙折射光劈對1006。該等光束在分光鏡1004再結合，使其現在平行且向回導至準直器/耦合透鏡1012，該準直器/耦合透鏡將光線耦合入一第五光纖(未顯示)中，該第五光纖由譬如固持輸入光纖及其他輸出光纖之相同套管(請參閱第如第8圖)所固持。將該輸入光束自該第五光纖傳遞至一對應偵測器，一干涉信號將在該處生成。電子處理器接著自該干涉信號擷取相位資訊。
在第10B圖中，省略局部參考干涉儀1001之反射鏡，且以一第二分光鏡1014代替。由於省略該反射鏡，因此準直器透鏡1012亦無法作為將輸出光線耦合入光纖中之耦合透鏡。反而，設置一分離之耦合透鏡1016。在本實現例中，非平行輸入光束再次由第一分光鏡1004剔除，且通過雙折射光劈對1006及偏光鏡1008。在本範例中，該偏光鏡亦可作為偏光混合器，將該等雙折射光劈所建立之二正交偏光光束混合。當到達第二分光鏡1014時，該等輸入光束再結合，且朝耦合 透鏡1016平行地傳播。又，將平行輸入光束對耦合入一第五光纖中，該第五光纖譬如由固持輸入光纖及其他輸出光纖之相同套管(請參閱譬如第8圖)所固持。將該輸入光束對傳遞至一對應偵測器，一干涉信號將在該處生成。電子處理器接著自該干涉信號擷取相位資訊。在二輸入光束具有相同偏光之情況下(譬如第9圖之範例中)，具有光柵或具有二分離反射鏡之架構可能使二光束平行。
針對第8圖中所示之具體實施例，使用取得自輸入光束對干涉信號之相位資訊進行補償的x及y位移計算可表示為：
在此，φLR係由上述局部參考干涉儀所量測到之相位。
在一些具體實施例中，編碼器頭利用三個回射元件或轉角，而非四個。例如，第11圖係圖示一編碼器頭1300範例之概要，該編碼器頭允許使用三個回射元件且根據繞射量測光束之間的干涉來量測x及y方向上之運動。此種架構在空間不夠提供第四個回射元件之情況下屬較佳者。編碼器頭1300係用於外差架構中，儘管其他架構亦屬可能。在外差架構內，二輸入光束係自內含於一輸入光纖套管1302中之二分離光纖提供。每一輸入光束各具有一對應光學頻率f1及f2，且運行通過準直透鏡1303，以不同角度朝向編碼器光學尺1301。輸出繞射光束對係藉一分離之耦合透鏡1307而耦合入二輸出光纖 1305中。該等輸出光束對將傳達光學信號，此等信號代表在光柵平面中沿二正交方向(非z方向)之編碼器光學尺運動。
編碼器頭1300之每一回射器1304可包含或配置有，修飾光束之偏光及方向的光學組件，譬如輸入或輸出面處之波片、雙折射光劈或玻璃光劈。可譬如依以下者獲致二量測頻道：
˙針對「X-Y」量測頻道，f1輸入光束之一部份係在+x方向上(朝紙張右側)繞射，且f2光束之一部份係在+y方向上(進入紙面)繞射。+x繞射量測光束與+y繞射量測光束分別藉右側與背側之回射器1304回射朝向編碼器光學尺1301，該等光束將在該處第二次繞射。如同此中說明之其他具體實施例(請參閱譬如第3圖)，光束將通過定位於回射器1304與編碼器光學尺1301之間的雙折射光劈、及延遲或起偏元件。此等延遲或起偏元件、及雙折射光劈元件將調整量測光束之角度，使繞射量測光束在其朝耦合透鏡1307傳播時平行。自此等繞射光束之間的干涉取得之相位資訊，使電子處理器可判定x與y方向上運動之差異。
˙針對「X+Y」量測頻道，f1輸入光束之一部份係在-x方向上(朝紙張左側)繞射，且f2光束之一部份係在+y方向上(進入紙面)繞射。該等光束分別藉左側與背側之回射器1304回射朝向編碼器光學尺1301，該等光束將在該處第二次繞射。又，如關於其他具體實施例解說者，延遲或起偏元件、雙折射光劈將調整繞射光束之角度，使前述光束(-x繞射級及+y繞射級)在其朝耦合透鏡1307傳播時平行。在+y方向上繞 射之f2光束的部份初始時與「X-Y」頻道所使用之光束相同。然而，連附至背側回射器1304(位於紙張中心)之一雙折射光劈、及一適當起偏元件，將+y繞射光束分裂成二分離光束，且因此提供所需之二頻道間角分離。自+y繞射級與-x繞射級之干涉取得之相位資訊，將使電子處理器可判定x與y方向上運動之和。
如上解說者，需要雙折射光劈元件及偏光鏡能夠將正確之繞射級平行地傳播，且因此干涉。第12圖係一概略示意圖，其圖示出一組示範組件，適合於依此方式操縱繞射光束之傳播角度。
第12圖中所示之示意圖相當於以光纖套管為觀視點之第11圖中所示系統的上視圖。為求清楚起見，省略編碼器光學尺及繞射事件。除此以外，並未將光劈及延遲或起偏元件之位置、及光束路徑認定為其實際位置及方位的準確表述，而係以輔助以下說明之方式圖示。
如第12圖中所示者，一雙重光纖套管1400結合準直透鏡提供f1及f2下之二光學頻率輸入，該等輸入之角度分離且具有相互正交之偏光。僅將有關聯的光束路徑解說如下：具有頻率f2之x偏光輸入光束係藉光柵繞射(+y繞射級)且導向轉角立方體2(1402)，光束將在該處回射而回至編碼器光學尺。在到達回射器1402前，光束之偏光係藉使用一半波板1404而在單次透射中旋轉45°。在回射後、但在到達編碼器光學尺前，一雙折射組件(譬如，一雙重光劈)1406接著使光束分裂成具有略微不同角度及相互正交偏光的二光束。在第二繞 射事件後，此等光束其中之一現在x偏光，另一個則y偏光，且選擇該二角度以使此等光束耦合入藉一共有套管1408固持之二輸出光纖。另一具頻率f1及y偏光之輸入光束將繞射成-x及+x繞射級，分別在轉角立方體1(1401)及3(1412)中回射。二路徑中之玻璃光劈1414、1416係用在單次透射中，以與另二個f2光束對正角度。更，通過轉角立方體1(1410)之光束的偏光係由一半波片1418旋轉，使其在第二繞射後之偏光變為，與設計成相干涉之f2光束者相同的x偏光。通過轉角立方體3(1412)之另一f1光束已具有正確的y偏光，因而在此無需另外的偏光元件。
針對第11圖中所示之具體實施例，由量測到之相位計算x及y位移，表示如下：
請注意，方程式2至7中之符號取決於實際實現例中之符號慣例。
總之，此中揭露之引入量測光束間角偏離的技術可包含多重優點，譬如因光學組件之數量可較小及/或由多重量測光束共用而減小干涉編碼器系統之重量及所需空間。可譬如經由使用一光纖耦合總成而需要以單一透鏡耦合入多重光纖中、因多重光束共用體積而得使用一較小分光鏡將量測與參考光束分離及再結合、因較小的結合後光束足印而得使用一較小編碼器光學尺，來達成此類減小。亦可能因相同於減小系統 重量及尺寸者之一個或更多理由而得節省成本。另一潛在優點在於，可避免因某些特定寄生路徑而產生的量測誤差。除此以外，倘正及負頻道量測光束在編碼器光學尺上之足印大致重疊，則可降低或消除基板誤差對橫向位置量測之影響。倘正及負頻道量測光束在編碼器光學尺上之足印大致相同或完全相同，則可降低或消除全像誤差對正交於表面之位置量測的衝擊。在一些實現例中，亦可能因共同的路徑特徵而使包含有量測頻道(譬如用於偵測光柵平面中之運動)間干涉相位差計算之量測的漂移將減少。
通常，可在電腦硬體、或軟體或其組合物中實現上述之任何分析方法，包含根據偵測到之干涉信號來判定有關編碼器光學尺自由度之資訊。例如，在一些具體實施例中，可將電子處理器安裝於一電腦中且連接至一個或更多編碼器系統，及佈設成對來自編碼器系統之信號實施分析。可在使用標準程式設計技術之電腦程式中，依循此中所述方法實現分析。程式碼將對輸入資料(譬如，干涉相位資訊)作用，以實施此中所述之功能，且生成輸出資訊(譬如，自由度資訊)。該輸出資訊將對譬如一顯示螢幕等一個或更多輸出裝置作用。可在高階程序或物件導向程式設計語言中實現每一程式，以與一電腦系統溝通。然而，倘有需要時，可由組合語言或機器語言實現此等程式。在任何情況下，該語言可為一編譯或解譯語言。此外，該程式可在為該目的而預置之專用積體電路上執行該程式。
每一此類電腦程式較佳地皆儲存於可藉一通用或專用可程式化電腦讀取之一儲存媒體或裝置(譬如，唯讀記憶 體(ROM)或磁碟)上，以當該儲存媒體或裝置由該電腦讀取時，組態及操作該電腦來實施此中描述之程序。該電腦程式亦可在程式執行期間常駐於快取或主記憶體中。亦可將此等分析方法實現為一電腦可讀取儲存媒體，其以一電腦程式組態，經如此組態之儲存媒體將使一電腦依一特定及既定方式實施此中所述之功能。
微影術工具應用
微影術工具在用於製造譬如電腦晶片及相似者等大型積體電路之微影術應用中特別有用。微影術係半導體製造工業之關鍵技術驅動力。覆蓋改善係向下達22奈米線寬及其以下之五項最困難的挑戰之一(設計規則)，請參閱譬如「國際半導體技術藍圖(International Technology Roadmap for Semiconductors)，第58頁至第59頁(2009年)」。亦請參閱M.S.Hibbs，「System overview of optical steppers and scanners」，Microlithography,K.Suzuki,B.Smith,Eds.,pp.46-47(CRC Press,Boca Raton,2007)。
覆蓋直接取決於用來定位晶圓及倍縮光罩(或光罩)平台之計量學系統的性能，即準確度與精密度。由於微影術工具可製作美金50-100百萬/年的產品，因此改善計量學系統帶來之經濟價值非常顯著。微影術工具之良率每增加1%，即對積體電路生產者造成大約美金1百萬/年之經濟利益，及對微影術工具供應商可觀的競爭優勢。
一微影術工具之功能在於，將空間圖案化輻射導至一光阻劑塗佈晶圓上。製程包含有，決定晶片之哪一位置將 接收輻射(對準)，及將輻射施加至該位置處之光阻劑(曝光)。
在曝光期間，一輻射源照射一圖案化倍縮光罩，該倍縮光罩將輻射加以散射，以產生空間圖案化輻射。亦稱該倍縮光罩為光罩，且以下將交替地使用此等術語，在縮小微影術之情況下，一縮影透鏡將收集該散射輻射，且形成一縮小之倍縮光罩圖案影像。另一替代選擇，在接近式曝光之情況下，該散射輻射在觸及晶圓前傳播一小距離(典型地在微米級)，以產生一1：1之倍縮光罩圖案影像。該輻射將在光阻劑中啟動光化學製程，以將該輻射圖案轉換成該光阻劑內之一潛像。
為適當地定位晶圓，該晶圓包含該晶圓上可由專用感測器量測之對準標記。此等對準標記之量測位置將定義該晶圓在該工具內之位置。此資訊連同晶圓表面之期望圖案化的規格，將引導該晶圓相對於空間圖案化輻射之對準。根據此類資訊，支持該光阻劑塗佈晶圓之一可移位平台將移動該晶圓，使該輻射將該晶圓之正確位置曝光。在譬如微影術掃描機等某些特定微影術工具中，亦可將光罩定位於，在曝光期間與晶圓一致運動之一可移位平台上。
譬如此中討論者等編碼器系統可為定位機構的重要組件，此等定位機構係控制晶圓及倍縮光罩之位置，且將倍縮光罩影像記錄於該晶圓上。倘此類編碼器系統包含此中所述之特徵，則由此等系統量測到之距離的準確度可提高及/或保持較長時間無需離線保修，導致因提高良率而較高的產量及較短的停機時間。另外，使用此中所述之編碼器系統可透過降低的材料成本而降低總成本。
通常，亦稱作一曝光系統之該微影工具典型地包含一照明系統及一晶圓定位系統。該照明系統包含一輻射源及一倍縮光罩或光罩，該輻射光源提供譬如紫外線、可見光、x射線、電子或離子輻射等輻射，該倍縮光罩或光罩用於將圖案傳至該輻射，藉以生成空間圖案化輻射。除此以外，針對縮小微影術之情況，該照明系統可包含一透鏡總成，用於將空間圖案化輻射成像至晶圓上。該成像之輻射將使塗佈於晶圓上之光阻劑曝光。該照明系統亦包含一光罩平台及一定位系統，該光罩平台用於支持光罩，該定位系統係相對於導引通過該光罩之輻射來調整該光罩之位置。該晶圓定位系統包含一晶圓平台及一定位系統，該晶圓平台用於支持晶圓，該定位系統用於調整該晶圓平台相對於成像輻射之位置。晶體電路之製造可包含多重曝光步驟。有關微影術之一般性參考文獻，請參閱譬如J.R.Sheats及B.W.Smith，Microlithography：Science and Technology(Marcel Dekker,Inc.,New York,1998)，其內容係藉參考方式併入本案中。
上述之編碼器系統可用於精密地量測每一晶圓平台及光罩平台相對於譬如透鏡總成、輻射源、或支持結構等曝光系統其他組件的位置。在此類情況下，編碼器系統之光學總成可連附至一固定結構，及編碼器光學尺可連附至譬如光罩及晶圓平台其中之一等一可動元件。另一替代選擇，此情況可顛倒，其中光學總成連附至一可動物件，及編碼器光學尺連附至一固定物件。
更普遍地，此類光學系統可用於量測曝光系統之 任何組件相對於該曝光系統之任何其他組件的位置。其中光學總成係連附至該等組件其中之一、或由其支持，及編碼器光學尺係連附至該等組件其中另一個、或由其支持。
第13圖中顯示，使用一干涉編碼器系統1126之一微影術工具1100的範例。該干涉編碼器系統係於精密地量測一曝光系統內之一晶圓(未顯示)的位置。在此，使用一平台1122以相對於一曝光工作站來定位且支持該晶圓。掃描機1100包含一機座1102，其承載其他支持結構、及承載於此等結構上之各式組件。一曝光底座1104具有安裝於其上之一透射外殼1106，該透射外殼頂上則安裝有用於支持一倍縮光罩或光罩之一倍縮光罩或光罩平台1116。一定位系統係以元件1117概略地指示，其用於相對於曝光工作站定位該光罩。定位系統1117可包含譬如壓電轉換器元件及對應之控制電子元件。儘管本說明具體實施例中未包含，然一個或更多上述編碼器系統亦可用於準確量測光罩平台位置、以及其位置必須在微影結構製程中準確加以監測之其他可動元件的位置(請參閱前述之Sheats and Smith的Microlithography：Science and Technology)。
懸置於曝光底座1104下方者係一支持底座1113，其承載晶圓平台1122。平台1122包含一量測物件1128，其將使藉光學總成1126而導至該平台之一量測光束1154繞射。一定位系統係以元件1119概略地指示，其用於相對於光學總成1126定位平台1122。定位系統1119可包含譬如壓電轉換器元件及對應之控制電子元件。該量測物件使該量測光束繞射回安裝於曝光底座1104上之該光學總成。該干涉編碼器系統可為 先前所述之任何一具體實施例者。
在作動期間，譬如來自一紫外線(UV)雷射(未顯示)之一UV光束等一輻射光束1110，將通過光束整形光學器件總成1112，且在自反射鏡1114反射後朝下運行。此後，該輻射光束通過光罩平台1116所承載之一光罩(未顯示)。經由透鏡外殼1106中所承載之一透鏡總成1108，將該光罩(未顯示)成像至晶圓平台1122上之一晶圓(未顯示)。底座1104、及其所支持之各式組件將藉由一彈簧1120所描繪之一阻尼系統而與環境振動隔離。
在一些具體實施例中，先前所述之一個或更多編碼器系統可用於量測位移，於譬如關聯於、但不限於晶圓及倍縮光罩(或光罩)平台之沿多軸位置、及角度之間。亦，除UV雷射光束以外，亦可使用其他光束使晶圓曝光，包含譬如x射線束、電子束、離子束、及可見光束。
在某些特定具體實施例中，可定位光學總成1126，以量測倍縮光束(或光罩)平台1116、或掃描機系統其他可動組件之位置變化。最後，當微影術系統在掃描機以外尚包含有步進機、或包含有步進機而非掃描機，則仍可依相似方式使用此等編碼器系統。
如技藝中已熟知者，微影術為製作半導體裝置之製造方法中的關鍵部份。例如，美國專利案第5,483,343號概述此類製造方法之步驟。以下將參考第14A圖及第14B圖來說明此等步驟。第14A圖係製造譬如一半導體晶片(譬如，積體電路(IC)或大型積體電路(LSI))、一液晶面板、或一電荷耦 合元件(CCD)等一半導體裝置之順序的流程圖。步驟1251係設計半導體裝置之電路的設計程序。步驟1252係製造以電路圖案設計為基礎之光罩的程序。步驟1253係藉使用譬如矽等材料來製造晶圓之程序。
步驟1254係製作前製程之一晶圓製程，其中藉使用如此預先製備之光罩及晶圓，經由微影術將電路形成於該晶圓上。為在晶圓上形成電路，使其符合光罩上圖案之充分空間解析度，需相對於該晶圓之干涉定位微影工具。此中所述之干涉術方法及系統對改善晶圓製程中使用之微影術的效能尤其有用。
步驟1255係稱作後製程之一組立製程，其中藉步驟1254處理之晶圓將形成於半導體晶片中。該步驟包括組立(切割與黏合)及封裝(晶片密封)。步驟1256係一檢驗步驟，其中將執行步驟1255所產出半導體裝置之操作性檢查、耐久性檢查等。藉由此等製程，可完成半導體裝置並將其裝運(步驟1257)。
第14B圖係顯示晶圓製程之細部設計的流程圖。步驟1261係用於氧化晶圓表面之氧化製程。步驟1262係形成絕緣薄膜於晶圓表面上之化學氣相沉積(CVD)製程。步驟1263係藉氣相沉積以形成電極於晶圓上之電極形成製程。步驟1264係將離子植入至晶圓之離子植入製程。步驟1265係將光阻劑(光敏材料)塗佈於晶圓之光阻製程。步驟1266係藉曝光(即，顯影術)以將光罩上之電路圖案經由上述曝光設備印製於晶圓上之曝光製程。又，如上述者，使用此中所述之編碼器系統及 方法將改善此類微影術步驟之準確度及解析度。
步驟1267係使已曝光晶圓顯影之顯影製程。步驟1268係將除已顯影光阻劑影像以外之部份加以移除的蝕刻步驟。步驟1269係將歷經蝕刻步驟後仍餘留在晶圓上之光阻劑材料加以分離的光阻分離製程。藉由反覆此等製程，即可將電路圖案形成且疊加於晶圓上。
亦可將上述編碼器系統用於需精密量測一物件相對位置之其他應用中。例如，在一基板或一光束運動以使譬如雷射、x射線、離子、或電子束等寫入光束將圖案標記於基板上之應用中，可使用此等編碼器系統來量測該基板與寫入光束之間的相對運動。
已說明數個具體實施例。然請瞭解，可實施各式修飾而不致脫離本發明之精神與範疇，其他具體實施例屬於以下申請專利範圍之範疇內。
300‧‧‧干涉編碼器系統
301‧‧‧目標
302‧‧‧分光光學組件
303‧‧‧輸入光束
304‧‧‧第一回射器
305‧‧‧編碼器光學尺
306‧‧‧第二回射器
308‧‧‧第一四分之一波片
310‧‧‧第二四分之一波片
311a‧‧‧光纖
311b‧‧‧光纖
312‧‧‧第一雙折射光劈稜鏡
314‧‧‧第二雙折射光劈稜鏡
316‧‧‧偏光鏡
318‧‧‧聚光透鏡
320‧‧‧雙重光纖套管

Claims (39)

  1. 一種編碼器干涉術系統，包括：複數個光學組件，佈設且配置成將一量測光束導至一編碼器光學尺，以產生複數個二次繞射量測光束，其中二個該複數個二次繞射量測光束係沿具有一角分離α之非平行光束路徑傳播，且該二個二次繞射量測光束之非平行光束路徑至少部份地重疊；一第一偵測器，配置成接收該二個二次繞射量測光束其中之一及一第一參考光束；一第二偵測器，配置成接收該二個二次繞射量測光束其中另一個及一第二參考光束；及一電子處理器，佈設成自每一該等第一及第二偵測器接收一干涉信號，每一干涉信號包括有關於該編碼器光學尺與該編碼器頭間相對位移之一相位，且該電子處理器根據每一干涉信號之相位來決定有關該編碼器頭或該編碼器光學尺之自由度的資訊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器干涉術系統，其中該複數個光學組件包括：一第一回射器、一第一波片、及一第一雙折射光劈稜鏡，配置成自該編碼器光學尺接收一第一一次繞射量測光束且使該第一一次繞射量測光束轉向回該編碼器光學尺；一第二回射器、一第二波片、及一第二雙折射光劈稜鏡，配置成自該編碼器光學尺接收一第二一次繞射量測光束且使該第二一次繞射量測光束轉向回該編碼器光學尺。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器干涉術系統，其中該複數個光學組件包括：一第一回射器及一第一光劈稜鏡，該第一光劈稜鏡配置成接收一第一一次繞射量測光束之單次通過；及一第二回射器及一第二光劈稜鏡，該第二光劈稜鏡配置成接收一第二一次繞射量測光束之單次通過。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器干涉術系統，其尚包括：一聚焦透鏡，定位成接收該第一二次繞射量測光束及該第二二次繞射量測光束；及一配置，包括一第一光纖及一第二光纖，該第一光纖定位成接收該二個二次繞射量測光束其中之一及該第一參考光束，且該第二光纖定位成接收該二個二次繞射量測光束其中另一個及該第二參考光束，其中該第一光纖之一入射面與該第二光纖之一入射面分離達一距離D，其中D=(α)(f)，且f係該聚焦透鏡之一焦距。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器干涉術系統，其中該複數個光學組件佈設且配置成：自該編碼器光學尺接收一第一一次繞射量測光束；自該編碼器光學尺接收一第二一次繞射量測光束；及使該等第一及第二一次繞射量測光束改向至該編碼器光學尺上之大致相同區域。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器干涉術系統，其中該第一一次繞射量測光束包括一正第一級繞射光束，且該第 二一次繞射量測光束包括一負第一級繞射光束。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器干涉術系統，其中該複數個光學組件包括：一第一反射器元件，具有至少二反射小面，配置成接收一第一一次繞射量測光束且使其改向至該編碼器光學尺，其中該第一反射器之該至少二反射小面間之一角度大於或小於90度，一第二反射器元件，具有至少二反射小面，配置成接收一第二一次繞射量測光束且使其改向至該編碼器光學尺，其中該第二反射器之該至少二反射小面間之一角度大於或小於90度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器干涉術系統，其尚包括：該編碼器光學尺；及一可動平台，其中該編碼器光學尺或該編碼器頭係連附至該可動平台。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器干涉術系統，其中該複數個光學組件包括一分光元件，佈設且配置成：接收該第一參考光束及該第二參考光束；及將該第一參考光束及該第二參考光束分別與該二個二次繞射量測光束其中之一及該二個二次繞射量測光束其中另一個結合，以形成一第一輸出光束及一第二輸出光束。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器干涉術系統，其中該複數個光學組件尚佈設且配置成，將一第二光束導至該編 碼器光學尺以產生複數個二次繞射第二光束，該等二次繞射第二光束包括該第一參考光束及該第二參考光束，其中該第一參考光束及該第二參考光束沿具有角分離α之非平行光束路徑傳播，且該第一參考光束及該第二參考光束之非平行光束路徑至少部份地重疊。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器干涉術系統，其中該複數個光學組件包括複數個參考光學組件，該等參考光學組件係佈設且配置成：接收一第二光束；自該第二光束產生該第一參考光束及該第二參考光束，其中該第一參考光束及該第二參考光束沿具有角分離α之非平行光束路徑傳播。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之編碼器干涉術系統，其中該複數個參考光學組件包括一繞射光柵。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之編碼器干涉術系統，其中該複數個參考光學組件包括：一分光組件、一第一反射表面、及一第二反射表面，其中該分光組件係配置成將該第二光束分裂成該第一參考光束及該第二參考光束，以將該第一參考光束導至該第一反射表面、將該第二參考光束導至該第二參考表面，且配置成接收且結合分別自該第一及第二反射表面反射後之第一及第二參考光束，其中面對該分光組件之一第一側的該第一反射表面之一平面係與該分光組件之該第一側非平行，且面對該分光組件 之一第二側的該第二反射表面之一平面係與該分光組件之該第二側非平行。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之編碼器干涉術系統，其中該複數個參考光學組件包括配置成接收該第二光束之一第一四分之一波偏光鏡、一第二四分之一波偏光鏡、介於該等第一與第二四分之一波偏光鏡之間的一雙折射光劈組件，及一回射器，該回射器配置成：自該第二四分之一波偏光鏡接收該第一參考光束及該第二參考光束；及使該第一參考光束及該第二參考光束改向至該第二四分之一波偏光鏡。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之編碼器干涉術系統，其中該複數個參考光學組件包括：一回射器；及一繞射光柵，其中該回射器係配置成接收該第二光束，且使該第二光束改向至該繞射光柵，及其中該繞射光柵係配置成，由接收自該回射器之該第二光束產生該等第一及第二參考光束。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之編碼器干涉術系統，其中該複數個參考光學組件包括一反射表面及光劈稜鏡，其中該反射表面係配置成接收該第二光束，且使該第二光束改向至該光劈稜鏡，及其中該光劈稜鏡係配置成自該反射表面接收該第二光束，以產生該等第一及第二參考光束。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之編碼器干涉術系統，其中該 複數個參考光學組件包括：一回射器，配置成接收該第二光束且使其改向；一偏光元件，配置成自該回射器接收該改向第二光束；及一雙折射光劈稜鏡對，配置成自該偏光元件接收該第二光束且產生該等第一及第二參考光束。
  18. 一種編碼器干涉術系統，包括：一編碼器頭，該編碼器頭係佈設成將光線導至一編碼器光學尺上，以產生複數個二次繞射量測光束，其中該編碼器頭包括單一光學元件，配置成自一光源接收一輸入光束，其中該光學元件係佈設成沿一量測路徑導引該輸入光束之一第一部以定義一量測光束，其中該光學元件尚佈設且配置成自該編碼器光學尺接收一第一一次繞射量測光束及一第二一次繞射量測光束，且使該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向朝該編碼器光學尺以產生一第一二次繞射量測光束及一第二二次繞射量測光束，使得該第一二次繞射量測光束及該第二二次繞射量測光束在該編碼器光學尺處之第二繞射後，沿具有一角分離α之非平行光束路徑傳播通過該光學元件，且該等第一及第二二次繞射量測光束之非平行光束路徑至少部份地重疊；一第一偵測器，配置成接收該第一二次繞射量測光束及一第一參考光束；一第二偵測器，配置成接收該第二二次繞射量測光束及一 第二參考光束；及一電子處理器，佈設成自每一該等第一及第二偵測器接收一干涉信號，每一干涉信號包括有關於該編碼器光學尺與該編碼器頭相對位移之一相位，且該電子處理器根據每一干涉信號之相位來決定有關該編碼器頭或該編碼器光學尺之自由度的資訊。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之編碼器干涉術系統，其中該單一光學元件包括：至少二反射小面，配置成使該第一一次繞射量測光束改向，其中介於配置成使第一一次繞射量測光束改向之該至少二反射小面之間的一角度係大於或小於90度；及至少二反射小面，配置成使該第二一次繞射量測光束改向朝該編碼器光學尺，其中介於配置成使第二一次繞射量測光束改向朝編碼器光學尺之該至少二反射小面之間的一角度係大於或小於90度。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之編碼器干涉術系統，其尚包括：一聚焦透鏡，定位成自該單一光學元件接收該第一二次繞射量測光束及該第二二次繞射量測光束；及一配置，包括一第一光纖及一第二光纖，該配置被定位成接收該第一二次繞射量測光束，及接收該第二二次繞射量測光束，其中該第一光纖之一入射面與該第二光纖之一入射面分離達一距離D，其中D=(α)(f)，且f係該聚焦透鏡之一焦距。
  21. 如申請專利範圍第18項所述之編碼器干涉術系統，其中該單一光學元件係佈設且配置成，使該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向至該編碼器光學尺之大致相同區域。
  22. 如申請專利範圍第18項所述之編碼器干涉術系統，其中該第一一次繞射量測光束包括一正第一級繞射光束，且該第二一次繞射量測光束包括一負第一級繞射光束。
  23. 如申請專利範圍第18項所述之編碼器干涉術系統，其尚包括：該編碼器光學尺；及一可動平台，其中該編碼器光學尺或該編碼器頭係連附至該可動平台。
  24. 一種微影系統，包括：如申請專利範圍第1項或第18項所述之編碼器干涉術系統；該編碼器光學尺；一可動平台，其中該編碼器系統或該編碼器光學尺係連附至該可動平台；一照明系統，包含一輻射源，其中在微影術系統作動期間，該幅射源將輻射導至該可動平台所支持之一物件；及一定位系統，耦接至該編碼器干涉術系統之該電子處理器，且佈設成根據該關於自由度之資訊來調整該平台之位置。
  25. 一種編碼器干涉術方法，包括： 自一編碼器頭將一輸入光束之一部導至一編碼器光學尺，其中該輸入光束之該部係藉該編碼器光學尺而繞射成一第一一次繞射量測光束及一第二一次繞射量測光束；在該編碼器頭處接收由該編碼器光學尺繞射後之該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束；自該編碼器頭使該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向回朝向該編碼器光學尺，以產生一第一二次繞射量測光束及一第二二次繞射量測光束，使得該第一二次繞射量測光束及該第二二次繞射量測光束沿具有一角分離α之非平行光束路徑傳播通過該編碼器頭，且該二個二次繞射量測光束之非平行光束路徑至少部份地重疊；在一第一偵測器處接收包括該第一二次繞射量測光束及一第一參考光束之一第一輸出光束，以產生一第一干涉信號；在一第二偵測器處接收包括該第二二次繞射量測光束及一第二參考光束之一第二輸出光束，以產生一第二干涉信號，其中每一干涉信號皆包括有關於該編碼器光學尺與該編碼器頭間相對位移之一相位；在一電子處理器處接收該等第一及第二干涉信號；及藉由該電子處理器根據每一干涉信號之相位來決定有關該編碼器光學尺或該編碼器頭之自由度的資訊。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其尚包括：使該第一輸出光束及該第二輸出光束通過具焦距f之一透鏡；在包括一第一光纖及一第二光纖之一配置處，自該透鏡接 收該第一輸出光束及該第二輸出光束，其中將在該第一光纖之入射面處的該第一輸出光束與在該第二光纖之入射面處的該第二輸出光束之一空間分離D定義為D=(α)(f)；及使來自該第一光纖及該第二光纖之該第一輸出光束及該第二輸出光束分別傳遞至該第一偵測器及該第二偵測器。
  27. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向回到該編碼器光學尺者包括，將該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向至該編碼器光學尺上之大致相同區域。
  28. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中使該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向回到該編碼器光學尺者包括：使該第一一次繞射量測光束通過一第一波片及一第一雙折射光劈稜鏡而至一第一回射器；使該第一一次繞射量測光束改向回通過該第一波片及該第一雙折射光劈稜鏡；使該第二一次繞射量測光束通過一第二波片及一第二雙折射光劈稜鏡而至一第二回射器；及使該第二一次繞射量測光束改向回通過該第二波片及該第二雙折射光劈稜鏡。
  29. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中使該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向回到該編碼器光學尺者包括：使該第一一次繞射量測光束傳遞至一第一回射器； 使該第一一次繞射量測光束在該第一一次繞射量測光束到達該第一回射器之前或之後，通過一第一光劈稜鏡一次；使該第二一次繞射量測光束通過一第二回射器；及使該第二一次繞射量測光束在該第二一次繞射量測光束到達該第二回射器之前或之後，通過一第二光劈稜鏡一次。
  30. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中使該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向回到該編碼器光學尺者包括：使該第一一次繞射量測光束傳遞至包括三個反射小面之一第一轉角立方體反射器，其中該第一轉角立方體反射器之至少二相鄰反射小面之間的一角度係大於或小於90度；及使該第二一次繞射量測光束傳遞至包括三個反射小面之一第二轉角立方體反射器，其中該第二轉角立方體反射器之至少二相鄰反射小面之間的一角度係大於或小於90度。
  31. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中該編碼器頭包括具有複數個反射小面之一單石光學元件，及其中該單石光學元件之相鄰反射小面之間的一角度係大於或小於90度。
  32. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中該第一一次繞射量測光束包括一正第一級繞射光束，且該第二一次繞射量測光束包括一負第一級繞射光束。
  33. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其尚包括：在該編碼器頭中，將該第一二次繞射量測光束及該第二二次繞射量測光束於第二繞射後，分別與一第三繞射量測光束及一第四繞射量測光束結合，以產生該第一輸出光束及 該第二輸出光束，其中該第三繞射量測光束及該第四繞射量測光束具有與該第一二次繞射量測光束及該第二二次繞射量測光束之間者相同的分離角，及其中該第三繞射量測光束及該第四繞射量測光束係自該輸入光束取得。
  34. 一種編碼器干涉術系統，包括：一編碼器頭，包括：複數個光學元件，配置且佈設成將一第一量測光束及一第二量測光束導向一編碼器光學尺，以產生一第一一次繞射量測光束及一第二一次繞射量測光束，自該編碼器光學尺接收該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束，將該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束改向朝該編碼器光學尺，以產生一第一二次繞射量測光束及一第二二次繞射量測光束，使得該第一二次繞射量測光束及該第二二次繞射量測光束在於該編碼器光學尺處之第二繞射後，沿具有一角分離α之非平行光束路徑傳播，其中該等非平行光束路徑至少部份地重疊，及將該第一二次繞射量測光束及該第二二次繞射量測光束分別與一第三光束及一第四光束結合，其中該第三光束及該第四光束具有相同之角分離α，使得該第一二次繞射量測光束及該第三光束沿一第一共線路徑傳播且使得該第二二次 繞射量測光束及該第四光束沿一第二共線路徑傳播；一第一偵測器，配置成接收該第一二次繞射量測光束及該第三光束；一第二偵測器，配置成接收該第二二次繞射量測光束及該第四光束；及一電子處理器，佈設成自每一該等第一及第二偵測器接收一干涉信號，每一干涉信號包括有關於該編碼器光學尺與該編碼器頭相對位移之一相位，且該電子處理器根據每一干涉信號之相位來決定有關該編碼器頭或該編碼器光學尺之自由度的資訊。
  35. 如申請專利範圍第34項所述之編碼器干涉術系統，其中該複數個光學組件包括：至少一回射器元件；至少一波板；及至少一光學光劈元件，其中至少一該等波板及至少一該等光學光劈元件係配置成一對應波板-光劈對，該對應波板-光劈對係定位於該第一一次繞射量測光束之一光束路徑中。
  36. 如申請專利範圍第35項所述之編碼器干涉術系統，包括二回射器元件及一第二波板-光劈對，其中該第一回射器元件係定位成，自該第一波板-光劈對接收該第一一次繞射量測光束、及/或將該第一一次繞射量測光束改向至該第一波板-光劈對，及該第二回射器元件係定位成，自該第二波板-光劈對接收該 第二一次繞射量測光束、及/或將該第二一次繞射量測光束改向至該第二波板-光劈對。
  37. 如申請專利範圍第35項所述之編碼器干涉術系統，包括單一回射器元件及至少二波板-光劈對，其中該單一回射器元件係具有複數個回射轉角之一立方體型光學元件，及其中該立方體型光學元件係定位成：在一第一回射轉角處自該第一波板-光劈對接收該第一一次繞射量測光束，將該第一一次繞射量測光束改向回到該第一波板-光劈對，在一第二回射轉角處自該第二波板-光劈對接收該第二一次繞射量測光束，及將該第二一次繞射量測光束改向回到該第二波板-光劈對。
  38. 如申請專利範圍第35項所述之編碼器干涉術系統，其尚包括該編碼器光學尺。
  39. 如申請專利範圍第35項所述之編碼器干涉術系統，包括：三回射器元件；二非雙折射光劈元件；一雙折射光劈元件；及二波板，其中一第一非雙折射光劈元件係定位於一第一回射器元件之一輸入或輸出面處，一第二非雙折射光劈元件及一第一波板係定位於一第二回射器元件之一輸入或輸出面處，且該雙折射光劈元件及一第二波板係定位於一第三回射器元件之一輸入或輸出面處，其中該第一及該第二回射器元件係互相交叉配置，使得該等第一及第二回射器元 件分別自該編碼器光學尺接收該第一一次繞射量測光束及該第二一次繞射量測光束，該第一一次繞射量測光束之一光束路徑及該第二一次繞射量測光束之一光束路徑係在相同之第一平面中，及其中該第三回射器元件係配置成，自該編碼器光學尺接收一第三一次繞射量測光束，該第三一次繞射量測光束係沿位於一第二平面中之一光束路徑傳播，該第二平面係正交於該第一平面定向，該雙折射光劈元件及一第二波板係配置成將該第三一次繞射量測光束在藉該編碼器光學尺繞射後分裂成對應於該第三及第四光束之二分離光束。
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