(57)【要約】エンコーダスケールの位置変化に関する情報を判定する方法は、第１の干渉空洞において、低コヒーレンスビームを第１の干渉空洞の第１の経路に沿って伝播する第１のビームと第１の干渉空洞の第２の経路に沿って伝播する第２のビームとに分離すること、第１のビームと第２のビームとを結合して第１の出力ビームを形成すること、第２の干渉空洞において、第１の出力ビームを第２の干渉空洞の測定経路に沿って伝播する測定ビームと第２の干渉空洞の基準経路に沿って伝播する基準ビームとに分離すること、測定ビームと基準ビームとを結合して第２の出力ビームを形成すること、第２の出力ビームに基づき干渉信号を検出すること、及び干渉信号からの位相情報に基づきエンコーダスケールの位置変化に関する情報を判定することを含む。
2015501920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンコーダスケールの位置変化に関する情報を判定する方法であって、
第１の干渉空洞において、低コヒーレンスビームを前記第１の干渉空洞の第１の経路に沿って伝播する第１のビームと前記第１の干渉空洞の第２の経路に沿って伝播する第２のビームとに分離すること、
前記第１のビームと前記第２のビームとを結合して第１の出力ビームを形成すること、
第２の干渉空洞において、前記第１の出力ビームを前記第２の干渉空洞の測定経路に沿って伝播する測定ビームと前記第２の干渉空洞の基準経路に沿って伝播する基準ビームとに分離すること、
前記測定ビームと前記基準ビームとを結合して第２の出力ビームを形成すること、
前記第２の出力ビームに基づき干渉信号を検出すること、
前記干渉信号からの位相情報に基づき前記エンコーダスケールの位置変化の情報を判定すること
を備える方法。
【請求項２】
前記第２の干渉空洞と関連付けられる光路差（ＯＰＤ）を調節することをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の干渉空洞と関連付けられるＯＰＤを調節することが、前記第２の干渉空洞と関連付けられるＯＰＤを前記第１の干渉空洞と関連付けられるＯＰＤと略等しく設定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の干渉空洞と関連付けられるＯＰＤと前記第１の干渉空洞と関連付けられるＯＰＤとの差が前記低コヒーレンスビームのコヒーレンス長以下である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の干渉空洞と関連付けられるＯＰＤを調節することが、前記測定経路及び前記基準経路のうちの少なくとも一方の光路長（ＯＰＬ）を調節することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の干渉空洞と関連付けられるＯＰＤ及び前記第２の干渉空洞と関連付けられるＯＰＤの各々が前記低コヒーレンスビームのコヒーレンス長よりも大きい、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の干渉空洞のＯＰＤが前記第１の経路の光路長（ＯＰＬ）と前記第２の経路のＯＰＬとの差に等しく、前記第２の経路のＯＰＬが前記第１の経路のＯＰＬと異なる、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記測定ビームと前記基準ビームとの結合前に、前記測定ビームを前記エンコーダスケールに向けて導くことをさらに備え、前記測定ビームが少なくとも１回前記エンコーダスケールから回析される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のビーム及び前記第２のビームのうちの少なくとも一方の周波数を前記第１の干渉空洞で偏移させることをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の出力ビームがヘテロダイン周波数を有し、前記第１のビーム及び前記第２のビームのうちの少なくとも一方の周波数を偏移させた後に前記ヘテロダイン周波数が前記第１のビームの周波数と前記第２のビームの周波数との差に等しくなる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
干渉システムであって、
低コヒーレンス照明源と、
前記低コヒーレンス照明源に接続されて当該照明源の出力を受け取る第１の干渉空洞であって、第１の光路差（ＯＰＤ）と関連付けられる第１の干渉空洞と、
前記第１の干渉空洞に接続されて前記第１の干渉空洞の出力を受け取る第２の干渉空洞であって、第２のＯＰＤと関連付けられる第２の干渉空洞と、
を備える干渉システム。
【請求項１２】
前記第１のＯＰＤが一定である、請求項１１に記載の干渉システム。
【請求項１３】
前記第２のＯＰＤが調節可能である、請求項１１に記載の干渉システム。
【請求項１４】
前記第１のＯＰＤと前記第２のＯＰＤとの差が前記低コヒーレンス照明源の出力のコヒーレンス長（ＣＬ）未満である、請求項１１に記載の干渉システム。
【請求項１５】
前記第１のＯＰＤ及び前記第２のＯＰＤの各々が前記低コヒーレンス照明源の出力のコヒーレンス長（ＣＬ）よりも大きい、請求項１１に記載の干渉システム。
【請求項１６】
前記第１のＯＰＤが前記第２のＯＰＤと略等しい、請求項１１に記載の干渉システム。
【請求項１７】
前記第１の干渉空洞が、第１の光路長（ＯＰＬ）を有する第１の区間と、前記第１のＯＰＬとは異なる第２のＯＰＬを有する第２の区間とを有し、前記第１の干渉空洞のＯＰＤが前記第１のＯＰＬと前記第２のＯＰＬとの差に等しい、請求項１１に記載の干渉システム。
【請求項１８】
前記第１の干渉空洞が第１の区間に周波数偏移装置を備え、前記周波数偏移装置が前記干渉システムの動作中に前記第１の区間で光の周波数を偏移させるように構成されている、請求項１１に記載の干渉システム。
【請求項１９】
前記周波数偏移装置が音響光学変調器または電気光学位相変調器を含む、請求項１８に記載の干渉システム。
【請求項２０】
前記第２の干渉空洞が、第１の光路長（ＯＰＬ）を有する第１の区間と、第２のＯＰＬを有する第２の区間とを有し、前記第２の干渉空洞のＯＰＤが前記第１のＯＰＬと前記第２のＯＰＬとの差に等しい、請求項１１に記載の干渉システム。
【請求項２１】
前記第１のＯＰＬ及び前記第２のＯＰＬのうちの少なくとも一方が調節可能である、請求項２０に記載の干渉システム。
【請求項２２】
前記第１の区間が測定経路に対応し、前記第２の区間が基準経路に対応する、請求項２０に記載の干渉システム。
【請求項２３】
前記第２の干渉空洞が回折エンコーダスケールを備え、前記第１のＯＰＬと前記第２のＯＰＬの各々が前記回折エンコーダスケールの位置に対して定義される、請求項２０に記載の干渉システム。
【請求項２４】
光検出器と電子プロセッサとをさらに備え、前記電子プロセッサが前記干渉システムの動作中に前記光検出器によって検出された信号からヘテロダイン位相情報を引き出すように構成されている、請求項１１に記載の干渉システム。
【請求項２５】
前記第２の干渉空洞が回折エンコーダスケールを備え、前記電子プロセッサが前記干渉システムの動作中に前記ヘテロダイン位相情報に基づき前記回折エンコーダスケールの自由度に関する位置情報を取得するように構成されている、請求項２４に記載の干渉システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダスケールの位置変化に関する情報を判定する方法及び干渉システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学エンコーダは、目盛り付きスケールを光学的に読み取ることによって距離と移動を測定する。光学距離測定干渉計（ＤＭＩ）とは異なり、スケールの目盛りは光の波長ではなく長の基本単位を定義する。スケール（エンコーダ読取ヘッド）を読み取るために使用される干渉計は通常、攪乱を最小限にとどめるためにスケールと近接する。読取ヘッドは光をスケールに導き、１またはそれ以上の回析次数を回収してスケールの面に沿った移動を判定する。読取ヘッドとスケールとの近接性により、読取ヘッドによって補足される不所望の回析次数が生じて測定エラーを導く可能性がある。たとえば、２Ｄスケールは４方向の回析次数を生成する。コヒーレント光（たとえば、レーザ光）が使用されるとき、他の光学インタフェースから外れて反射するこれらの余分なビームまたはゴーストビームは測定ビームに干渉し、測定エラーを引き起こすおそれがある。エンコーダシステムの形状はこれらの望ましくないビームの一部を遮断するように構成することができるが、複数の反射によって生成されるゴーストビームはなおも測定可能なエラーを引き起こし、ステージの移動はゴーストビームの方向を動的に変更するおそれがあるため、特に格子または読取ヘッドが動的に移動中である場合はすべてのゴーストビームを予測することが非常に困難である。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の主題は、エンコーダシステムを用いる低コヒーレンス干渉法に関する。エンコーダシステムは、低コヒーレント照明と結合空洞アーキテクチャの使用を通じて、望ましくないゴーストビームを最小限に抑えるあるいは排除するために使用することができる。エンコーダシステムは、低コヒーレンス源と、互いに直列接続された２つの干渉空洞とを含む。接続された２つの空洞のうちの一方はヘテロダイン変調を符号化し、システム光路差（ＯＰＤ）を定義する。他方の空洞は読取ヘッド干渉計を含む。この組み合わせは、スケール面に垂直な移動範囲が制限されることからエンコーダにとって特に有益である。この範囲を包含するようにソースコヒーレンスを選択することによって、光路がこの範囲を超えるゴーストはもはや試験ビームとコヒーレントには干渉せず電子的に排除される。
【０００４】
本発明の各種側面を以下のとおり要約する。
概して、第１の側面において、本開示は、エンコーダスケールの位置変化に関する情報を判定する方法を特徴とし、当該方法は、第１の干渉空洞において、低コヒーレンスビームを第１の干渉空洞の第１の経路に沿って伝播する第１のビームと第１の干渉空洞の第２の経路に沿って伝播する第２のビームとに分離すること、第１のビームと第２のビームとを結合して第１の出力ビームを形成すること、第２の干渉空洞において、第１の出力ビームを第２の干渉空洞の測定経路に沿って伝播する測定ビームと第２の干渉空洞の基準経路に沿って伝播する基準ビームとに分離すること、測定ビームと基準ビームとを結合して第２の出力ビームを形成すること、第２の出力ビームに基づき干渉信号を検出すること、及び干渉信号からの位相情報に基づきエンコーダスケールの位置変化に関する情報を判定することを含む。
【０００５】
上記方法の実施態様は、以下の特徴のうちの１つまたはそれ以上及び／又は他の側面の特徴を含む。たとえば、上記方法は、第２の干渉空洞と関連付けられる光路差（ＯＰＤ）を調節することを含むことができる。第２の干渉空洞と関連付けられるＯＰＤを調節することは、第２の干渉空洞と関連付けられるＯＰＤを第１の干渉空洞と関連付けられるＯＰＤと略等しく設定することを含むことができる。第２の干渉空洞と関連付けられるＯＰＤと第１の干渉空洞と関連付けられるＯＰＤとの差は低コヒーレンスビームのコヒーレンス長以下とすることができる。第２の干渉空洞と関連付けられるＯＰＤを調節することは、測定経路及び基準経路のうちの少なくとも一方の光路長（ＯＰＬ）を調節することを含むことができる。第１の干渉空洞と関連付けられるＯＰＤと第２の干渉空洞と関連付けられるＯＰＤの各々は低コヒーレンスビームのコヒーレンス長よりも大きくすることができる。いくつかの実施形態では、第１の干渉空洞のＯＰＤは第１の経路の光路長（ＯＰＬ）と第２の経路のＯＰＬとの差に等しく、ここで第２の経路のＯＰＬは第１の経路のＯＰＬとは異なる。
【０００６】
上記方法は、測定ビームと基準ビームとの結合前に測定ビームをエンコーダスケールへと導くことをさらに含むことができ、測定ビームはエンコーダスケールから少なくとも１回回析される。上記方法は、第１の干渉空洞で第１のビーム及び第２のビームのうちの少なくとも一方の周波数を偏移させることを含むことができる。第２の出力ビームはヘテロダイン周波数を有することができ、第１のビーム及び第２のビームのうちの少なくとも一方の周波数を偏移させた後、ヘテロダイン周波数は第１のビームの周波数と第２のビームの周波数との差と等しくなる。
【０００７】
概して、別の側面では、本発明は、低コヒーレンス照明源と、低コヒーレンス照明源に接続されてその照明源の出力を受け取り、第１の光路差（ＯＰＤ）と関連付けられる第１の干渉空洞と、第１の干渉空洞に接続されて第１の干渉空洞の出力を受け取り、第２のＯＰＤと関連付けられる第２の干渉空洞とを含む干渉システムを特徴とする。
【０００８】
この干渉システムの実施形態は、以下の特徴のうちの１つまたはそれ以上及び／又は他の側面の特徴を含むことができる。たとえば、第１のＯＰＤは一定とすることができる。いくつかの実施形態では、第２のＯＰＤは調節可能である。
【０００９】
第１のＯＰＤと第２のＯＰＤとの差は低コヒーレンス照明源の出力のコヒーレンス長（ＣＬ）未満にすることができる。第１のＯＰＤ及び第２のＯＰＤの各々は照明源の出力のコヒーレンス長（ＣＬ）よりも大きい。第１のＯＰＤは第２のＯＰＤと略等しくすることができる。
【００１０】
第１の干渉空洞は、第１の光路長（ＯＰＬ）を有する第１の区間と、第１のＯＰＬとは異なる第２のＯＰＬを有する第２の区間とを備えることができ、第１の干渉空洞のＯＰＤは第１のＯＰＬと第２のＯＰＬとの差に等しい。
【００１１】
第１の干渉空洞は、第１の区間に周波数偏移装置を含むことができる。周波数偏移装置は干渉システムの動作中に第１の区間において光の周波数を偏移させるように構成されている。周波数偏移装置は音響光学変調器または電気光学位相変調器を含むことができる。
【００１２】
第２の干渉空洞は、第１の光路長（ＯＰＬ）を有する第１の区間と、第２のＯＰＬを有する第２の区間とを備え、第２の干渉空洞のＯＰＤは第１のＯＰＬと第２のＯＰＬとの差と等しい。第１のＯＰＬ及び第２のＯＰＬのうちの少なくとも一方は調節可能とすることができる。第１の区間は測定経路に対応し、第２の区間は基準経路に対応する。第２の干渉空洞は回折エンコーダスケールを含むことができ、第１のＯＰＬ及び第２のＯＰＬの各々は回折エンコーダスケールの位置に対して定義される。
【００１３】
上記干渉システムは光検出器と電子プロセッサとを含むことができ、電子プロセッサは干渉システムの動作中に光検出器によって検出された信号からヘテロダイン位相情報を得るように構成されている。第２の干渉空洞は回折エンコーダスケールを含むことができ、電子プロセッサは干渉システムの動作中にヘテロダイン位相情報に基づき回折エンコーダスケールの自由度に関する位置情報を取得するように構成することができる。
【００１４】
特定の実施態様は特有の利点を備えることができる。たとえば、いくつかの実施態様では、干渉システムは、低コヒーレント照明と結合空洞アーキテクチャの使用を通じて、望ましくないゴーストビームを排除するのを助けることができる。互いに接続された２つの干渉空洞のうち、一方の干渉空洞（ヘテロダイン空洞）はヘテロダイン変調を符号化し、システム光路差（ＯＰＤ）を定義することができ、他方の干渉空洞（試験空洞）は読取ヘッド干渉計を含むことができる。この組み合わせは、エンコーダスケール面に垂直なエンコーダ干渉システムの移動範囲が制限されるエンコーダ干渉システムにとって特に有益になり得る。その範囲を包含するように照明源のコヒーレンスを選択することにより、光路がその範囲を超えるゴーストビームが試験ビームとコヒーレントに干渉しなくなり、その結果、ゴーストビームを電子的に排除することができる。また、読取ヘッド干渉計は、空洞ＯＰＤ制限が満たされる限り、様々な異なる光学的形状を含むことができる。なお、ヘテロダイン空洞は試験空洞に直接隣接して配置する必要はない。むしろ、ヘテロダイン空洞は試験空洞から離れた位置に置くことができる。ヘテロダイン空洞は（たとえば、試験空洞内の光学素子の屈折率の変化を誘導することによって）試験空洞の光路長に悪影響を及ぼし、位置算出にエラーを導入する可能性のある過剰な熱源となり得る。いくつかの実施態様では、ヘテロダイン空洞を試験空洞から離れた位置に配置することによって、変調器空洞からの過剰な熱によるエラーを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】干渉光学エンコーダシステムの一例の概略図である。
【図２】エンコーダ読取ヘッドの一例の概略図である。
【図３】光学干渉システムのビーム経路の一例の概略図である。
【図４】干渉光学エンコーダシステムの一例の概略図である。
【図５】試験空洞の一例の概略図である。
【図６】エンコーダ読取ヘッドの一例の概略図である。
【図７】低コヒーレンス源及びヘテロダイン空洞と共に動作するように変更された干渉計の一部の一例の概略図である。
【図８Ａ】低コヒーレンス源及びヘテロダイン空洞と共に動作するように変更された干渉計の一部の一例のブロック図である。
【図８Ｂ】低コヒーレンス源及びヘテロダイン空洞と共に動作するように変更された干渉計の一部の一例の概略図である。
【図９】低コヒーレンス源及びヘテロダイン空洞と共に動作するように変更された干渉計の一部の一例の概略図である。
【図１０】低コヒーレンス源及びヘテロダイン空洞と共に動作するように変更された複数のチャネル距離測定干渉計の一部の一例の概略図である。
【図１１】干渉計を含むリソグラフィツールの一実施形態の概略図である。
【図１２Ａ】集積回路を作成する手順を示すフローチャートである。
【図１２Ｂ】集積回路を作成する手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付図面を参照して１つまたはそれ以上の実施形態の詳細を以下に説明する。その他の特徴及び利点は明細書、図面、請求範囲から明らかになる。本開示は、エンコーダシステムを使用する低コヒーレンス干渉法に関する。以下の開示は３つのセクションに整理される。本開示における第１のセクション「干渉光学エンコーダシステム」は、干渉光学エンコーダシステムがどのように動作し得るかについての一般的な説明に関する。本開示における第２のセクション「低コヒーレンス光学エンコーダシステム」は、低コヒーレンス照明と結合空洞アーキテクチャとに基づく例示の光学エンコーダシステム及びその動作に関する。本開示における第３のセクション「リソグラフィツール用途」は、リソグラフィシステムに光学エンコーダシステムを組み込むことに関する。
【００１７】
［干渉光学エンコーダシステム］
図１を参照すると、干渉光学エンコーダシステム１００は、光ソースモジュール１２０（たとえばレーザを含む）、光学アセンブリ１１０、測定対象１０１、検出器モジュール１３０（たとえば偏光子と検出器を含む）、及び電子プロセッサ１５０を含む。概して、光ソースモジュール１２０は光源を含み、ビーム成形光学素子（たとえば、光コリメーティング光学素子）、導光要素（たとえば、光ファイバ導波路）、及び／又は偏光管理光学素子（たとえば、偏光子及び／又は波長板）などのその他の要素を含むことができる。光学アセンブリ１１０の各種実施形態を以下に説明する。光学アセンブリは「エンコーダヘッド」とも称する。デカルト座標系を参考用に示す。図１の例では、Ｙ軸は紙面に垂直な方向に延在する。
【００１８】
測定対象１０１は、Ｚ軸に沿って光学アセンブリ１１０からいくらかの名目距離をおいて配置される。エンコーダシステムがリソグラフィツールにおけるウエハステージまたはレチクルステージの位置を監視するのに使用される場合など、多くの用途で、測定対象１０１はＺ軸での光学アセンブリからの一定距離を名目的に維持しつつ、Ｘ方向及び／又はＹ方向に光学アセンブリに対して移動させられる。この一定距離は比較的小さい可能性がある（たとえば、数センチメートル以下）。しかしながら、このような用途では、測定対象の位置は通常、名目的に一定の距離からごく少量変動し、デカルト座標系内の測定対象の相対的配向も少量変動する可能性がある。動作時、エンコーダシステム１００は、Ｘ軸に対する測定対象１０１の位置、特定の実施形態では、Ｙ軸及び／又はＺ軸、及び／又はピッチ及び偏揺角配向に対する測定対象１０１の位置など、測定対象１０１の光学アセンブリ１１０に関するこれらの自由度のうちの１つまたはそれ以上を監視する。
【００１９】
測定対象１０１の位置を監視するため、ソースモジュール１２０は入力ビーム１２２を光学アセンブリ１１０に導く。光学アセンブリ１１０は入力ビーム１２２から測定ビーム１１２を引き出し、測定ビーム１１２を測定対象１０１に導く。光学アセンブリ１１０は入力ビーム１２２から基準ビーム（図示せず）も引き出し、基準ビームを測定ビームとは異なる経路に沿って導く。たとえば、光学アセンブリ１１０は、入力ビーム１２２を測定ビーム１１２と基準ビームとに分割するビームスプリッタを含むことができる。測定ビームと基準ビームは直交偏光（たとえば、直交線形偏光）を有することができる。
【００２０】
測定対象１０１はエンコーダヘッドからの測定ビームを１つまたはそれ以上の回析次数に回析する測定目盛りであるエンコーダスケール１０５を含む。概して、エンコーダスケールは、格子またはホログラフィック回折構造などの様々な異なる回折構造を含むことができる。格子はたとえば正弦曲線、矩形、または鋸歯状の格子などである。格子は、一定ピッチを有する周期構造を特徴とするが、より複雑な周期構造（たとえば、チャープ格子）も特徴とすることができる。概して、エンコーダスケールは測定ビームを２つ以上の面に回析することができる。たとえば、エンコーダスケールは、測定ビームをＸ−Ｚ面及びＹ−Ｚ面の回析次数に回析する２次元格子とすることができる。エンコーダスケールは、測定対象１１０の移動範囲に対応する距離にわたってＸ−Ｙ面で延在する。
【００２１】
本実施形態では、エンコーダスケール１０５は、図１において紙面に直交し、図１に示すデカルト座標系のＹ軸に平行に延在する格子線を有する格子である。格子線はＸ軸に沿って周期的である。エンコーダスケール１０５はＸ−Ｙ面に対応する格子面を有し、エンコーダスケールは測定ビーム１１２をＹ−Ｚ面で１つまたはそれ以上の回析次数に回析する。エンコーダスケール１０５は図１では１方向に周期的である構造として示したが、より一般的には、測定対象は測定ビームを適切に回析する様々な異なる回折構造を含むことができる。
【００２２】
測定ビーム（ビーム１１４で表示）のこれらの回析次数のうちの少なくとも１つは光学アセンブリ１１０に戻り、そこで基準ビームと結合して出力ビーム１３２を形成する。たとえば、１回回析された測定ビーム１１４は１次回折ビームとなり得る。
【００２３】
出力ビーム１３２は、測定ビームと基準ビームとの光路長差に関連する位相情報を含む。光学アセンブリ１１０は出力ビーム１３２を検出器モジュール１３０に導く。この検出器モジュール１３０は、出力ビーム１３２を検出し、検出された出力ビーム１３２に応答して信号を電子プロセッサ１５０に送信する。電子プロセッサ１５０は、信号を分析し、光学アセンブリ１１０に対する測定対象１０１の１つまたはそれ以上の自由度に関する情報を判定する。
【００２４】
特定の実施形態では、測定ビームと基準ビームは、周波数の小さな差（たとえば、ｋＨｚ〜ＭＨｚ範囲の差）を有し、この周波数差にほぼ相当する周波数で干渉信号を生成する。この周波数は以後、「ヘテロダイン」周波数または「基準」周波数と互換可能である。測定対象の相対位置の変化に関する情報は、このヘテロダイン周波数での干渉信号の位相に略対応する。信号処理技術を利用して、この位相を抽出し、距離の相対変化を判定することができる。位相を抽出する技術の例と、干渉光学エンコーダシステム及びその動作の説明は米国特許第８，３００，２３３号に記載されており、その内容全文を引用により本明細書に組み込む。
【００２５】
図２は、干渉光学エンコーダシステムで使用可能な例示のエンコーダ読取ヘッド２００の概略図である。エンコーダ読取ヘッド２００は、ビームスプリッタ２０２、基準逆反射装置２０４（たとえば、キューブコーナー反射器）、及び測定逆反射装置２０６（たとえば、キューブコーナー反射器）を含む。他の実施態様では、エンコーダ読取ヘッド２００は、光学フィルタ、レンズ、又は追加のビームスプリッタ及び／又は逆反射装置などの追加の光学要素を含むことができる。照明源２２０は、入力ビーム２０１をビームスプリッタ２０２に向かって導く。その後、ビームスプリッタ２０２は入力ビーム２０１から測定ビーム２０３と基準ビーム２０５とを引き出し、測定ビーム２０３は目標対象２１０（たとえば、エンコーダスケール）に向けて導かれて回析され、また、目標対象２１０に向けて逆反射装置２０６によって再度導かれてそこで再度回折される。基準ビーム２０５は基準逆反射装置２０４に向かって伝播し、ビームスプリッタ２０２へと再度導かれて戻る。２回回析された測定ビーム２０７もビームスプリッタ２０２に戻り、逆反射された基準ビーム２０５と結合して、出力ビーム２０９を形成し検出器２３０に送られる。
【００２６】
いくつかの実施態様では、しかしながら、入力ビーム２０１からの測定ビーム成分と基準ビーム成分との分離は不完全になる場合があり、たとえば、測定ビーム成分の一部が測定ビーム経路をたどらない、及び／又は基準ビーム成分の一部が基準ビーム経路をたどらない結果、意図せずにビームの「混合」を引き起こすことがある。同様に、逆反射されたビームと回折された測定ビームの一部が、他の意図しない経路をたどって追加の偶発的なビーム混合を招く場合がある。
【００２７】
概して、好適な経路に沿って移動する他のビームと混合するスプリアスビームは「ゴーストビーム」と称される。ゴーストビームは、結合するビームと異なる振幅、異なる位相オフセット、及び／又は異なる周波数を有する結果、検出される干渉信号の周波数または位相の偏移、または検出される干渉信号の振幅変化が生じ、それらが各々エンコーダスケールの位置測定エラーを招くおそれがある。
【００２８】
［低コヒーレンス光学エンコーダシステム］
図３は、ゴーストビームの存在に関わる測定エラーを低減または排除することのできる光学干渉システム３００の例示のビーム経路の概略図である。具体的には、システム３００は所定コヒーレンス範囲を確立するように構成され、所定範囲外の光路を有するゴーストビームは測定ビームにコヒーレントに干渉しないため、システム３００によって電子的に排除することができる。
【００２９】
システム３００は、入力ビーム３０１を結合空洞モジュールに提供する低コヒーレンス照明源３２０を含む。結合空洞モジュールは第１の干渉空洞３０６（「ヘテロダイン」または「変調器」空洞）を含み、この第１の干渉空洞３０６は第２の干渉空洞３０８（「試験」空洞）と直列に接続される。結合空洞モジュールからの出力は検出器３３０に供給され、検出器３３０は電子プロセッサ３５０に結合される。システムに沿った異なる位置をノード（１）、（２）、（３）、及び（４）で表す。第１の干渉空洞３０６はノード（１）及び（２）を含む。第２の干渉空洞３０８はノード（３）及び（４）を含む。
【００３０】
低コヒーレンス源３２０は、低コヒーレンスを有するビームを生成することができる任意の適切な光源を含むことができる。本開示において、低コヒーレンスビームは、広いスペクトル幅（たとえば、レーザより広いスペクトル幅）、あるいは発光ダイオード（ＬＥＤ）やハロゲンランプなどの低時間コヒーレンスを有するビームである。
【００３１】
ガウススペクトル形状の時間コヒーレンスは、以下のコントラスト関数で表すことができる。
【００３２】
【数１】
2015501920.tif 000003
ここで、Ｃ（）は（正規化）コントラスト、ｄは光学遅延、σはガウス１／ｅ幅、λはスペクトル平均波長である。λ及びσが与えられれば、遅延関数（光路差）として観察されるコントラストを算出することができる。たとえば、λ＝１５５０ｎｍでσ＝０．５ｎｍであれば、半値全幅（ＦＷＨＭ）でのコントラストは約１．１ｍｍ（二重通過）である。
【００３３】
ヘテロダイン空洞３０６は不均一経路空洞を含み、この不均一経路空洞において、入力ビーム３０１は、異なる長さを有する別々の経路を下る２つの別個のビーム（第１の区間（leg）３０６ａ及び第２の区間（leg）３０６ｂ）に分割される。空洞３０６の２つの経路間の差は２つのビーム間の光路差（ＯＰＤ）を定義する。たとえば、いくつかの実施態様では、図３に示すヘテロダイン空洞３０６の第１の区間３０６ａの長さはヘテロダイン空洞３０６の第２の区間３０６ｂの長さよりも長く、あるいはその逆も可である。空洞３０６の一方または両方の区間は、既知の光学周波数差（ヘテロダイン周波数）または既知の位相変化速度をビームに与える周波数偏移装置３０３も含むことができる。
【００３４】
試験空洞３０８は、第２の空洞３０８のＯＰＤが第１の空洞３０６のＯＰＤと名目上同一である不均一経路空洞も含む。すなわち、第２の空洞３０８のＯＰＤは第１の空洞３０６のＯＰＤと略等しい。通常、第１の空洞（ヘテロダイン空洞）のＯＰＤは固定されているが、第２の空洞（試験空洞）のＯＰＤは試験表面の移動のために変動する。したがって、第２の空洞のＯＰＤは、試験表面の移動の全範囲にわたって十分なコントラストを保証するように精密に設定されるべきである。ヘテロダイン空洞３０６と同様、試験空洞３０８は入力ビームを、別々の経路（測定経路３０８ａ及び基準経路３０８ｂ）をたどる別個のビームに分割するように構成される。試験空洞３０８の一方の経路の長さは干渉計システムの試験対象の相対位置（たとえば、測定経路３０８ａ）に基づき定義することができるが、空洞３０８の他方の経路（基準経路３０８ｂ）の長さは基準経路長である。特定の実施態様では、結合空洞構成から発せられる光はヘテロダイン周波数に干渉し、干渉信号の位相はヘテロダイン空洞３０６と試験空洞３０８のＯＰＤの差に比例して変調される。その後、ヘテロダイン搬送波の電子復調を使用して根底の位相変化、ひいては２つの空洞間のＯＰＤ変化を抽出することができる。よって、ヘテロダイン空洞３０６のＯＰＤ変動が既知である場合、試験空洞３０８のＯＰＤ変動とそれに対応するエンコーダスケールの位置変化を判定することができる。さらに、ソース照明のコヒーレンス長外の光路長を有するゴーストビームを排除することができる。空洞を配置する順序は任意にすることができる。すなわち、試験空洞はヘテロダイン空洞の前、またはヘテロダイン空洞の後に配置することができる。
【００３５】
システム３００の動作中、照明源３２０からの低コヒーレンス光がノード（１）でヘテロダイン空洞に入射する。上述したように、入力ビーム３０１は、異なる経路長ｘを有する別々の経路をたどる２つの別個のビームに分割される。ヘテロダイン空洞３０６の第１の経路３０６ａは経路長ｘ０を有し、ヘテロダイン空洞３０６の第２の経路３０６ｂは所定のＯＰＤとしてｘｈを有するため、第２の経路の全体経路長はｘ０＋ｘｈである。本例では、ヘテロダイン空洞の第２の経路３０６ｂは、空洞３０６の２つの区間を進行する光間の光学周波数差を与える周波数偏移装置３０３（たとえば、水晶またはＴｅＯ２から成る音響光学変調器、あるいは電気光学変調器）も含む。よって、ノード（２）でのヘテロダイン空洞３０６の出力は、周波数ωを有する光と第２の異なる周波数ω´（ω´＝ω＋ωｈ）に偏移した光とを含み、ωｈはヘテロダイン周波数である。
【００３６】
次に、ヘテロダイン空洞３０６からの光は、ノード（３）で試験空洞３０８に入る前に距離ｘ１を進み、ここでｘ１は２つの空洞間の距離である。試験空洞３０８の第１の経路３０８ａは光路長ｘ２を有し、試験空洞３０８の第２の経路３０８ｂは光路長ｘ２＋ｘｓを有する。ここで、ｘｓは試験空洞の調節可能なＯＰＤである。たとえば、いくつかの実施態様では、ｘ２＋ｘｓは光が試験空洞３０８の基準経路に沿って進行する長さに相当し、ｘｓは光が入射する逆反射装置の位置を変更することによって調節することができる。
【００３７】
図３に例示される構成では、２つの空洞の各区間の経路長は、試験空洞ＯＰＤがソース照明のコヒーレンス長（ＣＬ）内のヘテロダイン空洞ＯＰＤと略等しくなるように構成される。言い換えると、２つの空洞のＯＰＤ間の差は｜ｘｈ−ｘｓ｜＜ＣＬによって与えられる。ｘｈとｘｓがコヒーレンス長よりもずっと大きいと仮定すると、図３に示す各ノードでの電界は以下に比例する（ここでは正規化を無視する）。
【００３８】
【数２】
2015501920.tif 000004
ノード（４）において、検出器３３０は電界の二乗係数を記録する。二乗係数の式は、ノード（４）で未知の項Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを電界の４つの指数項にそれぞれ代入することによって得ることができる。その結果、二乗係数は１６の未知の項となり、ＡＡ＊＋ＡＢ＊＋ＡＣ＊＋ＡＤ＊＋ＢＡ＊＋ＢＢ＊＋ＢＣ＊＋ＢＤ＊＋ＣＡ＊＋ＣＢ＊＋ＣＣ＊＋ＣＤ＊＋ＤＡ＊＋ＤＢ＊＋ＤＣ＊＋ＤＤ＊として表すことができる。結果として生じる未知の定数のうち４つは「自己干渉」項（すなわち、ＡＡ＊、ＢＢ＊、ＣＣ＊、ＤＤ＊）を含む。自己干渉項は一定の（すなわち、ゼロ周波数）背景信号に対応し、干渉信号に寄与しない。同様に、未知の定数ＡＢ＊、ＢＡ＊、ＣＤ＊、ＤＣ＊は一定の背景にも関連付けられ、無視することができる。
【００３９】
未知の項ＡＣ＊、ＣＡ＊、ＢＤ＊、ＤＢ＊は正確なヘテロダイン周波数（ｋ−ｋ´）を有する信号に関連付けられるが、光路長（ＯＰＬ）は｜ｘｈ｜に等しい。上述したように、ｘｈはソース照明のＣＬよりもずっと大きい。したがって、このような信号も一定背景の一部として寄与し、無視することができる。
【００４０】
同様に、項ＡＤ＊、ＤＡ＊は、正確なヘテロダイン周波数と｜ｘｈ＋ｘｓ｜に等しい光路長を有する信号に関連付けられる。ｘｈとｘｓの両方がＣＬ外であることを前提とすると、対応する信号も背景に寄与し、無視することができる。
【００４１】
しかしながら、項ＢＣ＊、ＣＢ＊は正確なヘテロダイン信号周波数と、｜ｘｈ−ｘｓ｜に等しく、ゼロに極めて近くソース照明のＣＬ内である光路長とを有する。したがって、ＢＣ＊、ＣＢ＊に関連付けられる信号は該当信号である。未知の定数ＢＣ＊、ＣＢ＊の合計は以下のように表すことができる。
【００４２】
【数３】
2015501920.tif 000005
ここで、ωｈ＝ω−ω´、ｋ＝ω／ｃであり、ｃは光速である。最終項の変数はごく小さな定数（たとえば、ω≒１ＭＨｚ、ｘｈ≒１０ｍｍの場合は約３０マイクロラド（μｒａｄ））として無視することができる。
【００４３】
【数４】
2015501920.tif 000006
上式の第１項はキャリア項である。中間の第２項は全体の固定経路長に寄与する小さな一定位相である。２つの空洞（ｘ１）間の距離を増大させると第２項の位相は変化するが、照明源の光学周波数ではなくヘテロダイン周波数に比例するためにごく緩やかにしか変化しない。ヘテロダイン空洞と試験空洞との間の分離距離ｘ１は非常に大きく、ヘテロダイン空洞を試験空洞から遠ざけてしまう可能性がある。上式の最終項は位相であり、試験空洞とヘテロダイン空洞とのＯＰＤ差（すなわち、ｘｓ−ｘｈ）に比例する。試験空洞のみの位相を取得するには、位相変動が試験空洞のみの１区間の経路長変化から生じるように一定または固定ＯＰＤを有するべくヘテロダイン空洞を構成すればよい。もしくは、ヘテロダイン空洞を固定ＯＰＤの別の空洞と結合することによって監視することができる。
【００４４】
周波数偏移装置３０３は、様々な方法で第１の空洞の２つの区間のヘテロダイン周波数差を生成することができる。たとえば、周波数偏移装置３０３は、ヘテロダイン空洞の一方または両方の区間に挿入される音響光学変調（ＡＯＭ）装置を含むことができ、各区間内の変調器は異なる周波数によって駆動される。２つの周波数（つまり、一方の区間の単独変調器の周波数と他方の区間の照明の周波数）の差はヘテロダイン周波数に相当する。別の例では、周波数偏移装置３０３はヘテロダイン空洞の第１の区間に組み込まれ、２π位相偏移を生成する振幅を有する波形（たとえば、鋸歯状波形）で駆動される電気光学位相変調器（ＥＯＭ）を含むことができる。波形の周波数はヘテロダイン周波数に相当する。上記アプローチは通常セロダイン方法と称される。もしくは、いくつかの実施態様では、２つの位相変調器が使用され、ヘテロダイン空洞の各区間に１つの位相変調器が置かれ、変調器がπの振幅で逆の位相にて同時にセロダイン方法で駆動されて、同じ結果をもたらす。いくつかの実施態様では、セロダイン方法を使用することで一定のヘテロダイン周波数が生成されるため、検出された干渉信号に単純なフーリエ変換を適用して位相を補償することができる。
【００４５】
干渉計システム３００の各種実施形態を採用することができる。たとえば、図４は、エンコーダ読取ヘッドを試験空洞４０８として使用する例示のエンコーダシステム４００の概略図である。試験空洞４０８への入力は、別々の光ファイバ長を有する２つの別々の光路から成るヘテロダイン空洞４０６によって供給される。一例では、ヘテロダイン空洞４０６は偏光維持（ＰＭ）ファイバを用いて低コヒーレンス照明源４２０からの光を誘導する。もしくは、あるいはさらに、空洞４０６の区間内の光を、レンズやミラーなどの光学素子を用いて自由空間に誘導することができる。ヘテロダイン空洞４０６の第１の区間４１１は空洞ＯＰＤを設定する第２の区間４１３に対する追加の長さを有する。また、電気光学変調器４０３は周波数偏移装置として第１の区間４１１に組み込まれる。上述のセロダイン方法を用いて、変調器４０３は、ヘテロダイン周波数ｆｈによってその区間からのヘテロダイン空洞４０６による光出力を周波数偏移させる。ソース４２０のコヒーレンス長は格子面に垂直な予測される移動範囲に基づき調整される。信号（干渉）損失を最小化するため、コヒーレンス長は格子面に垂直な予測される移動範囲よりも長くなければならない。その後、ヘテロダイン空洞４０６の出力は試験空洞４０８に送られる。
【００４６】
試験空洞４０８は、ビームスプリッタ４２２、測定逆反射装置４２４、及び基準逆反射装置４２６（たとえば、キューブコーナー反射器）を含む。いくつかの実施態様では、逆反射装置及び／又はビームスプリッタ４２２は、逆反射装置及び／又はビームスプリッタの１つまたはそれ以上の方向への移動を可能にする調節可能マウントに固定することができる。ビームスプリッタ４２２は入力光を測定経路と基準経路とに分割する。測定経路に沿って進行する光はエンコーダスケール４０５によって回折され、ビームスプリッタ４２２に戻って、そこで回折光は基準逆反射装置４２６によって反射されている基準光と結合する。次に、結合された光は光検出器４３０に送られる。プロセッサ４５０は光検出器４３０の受信した信号を分析して位相情報を判定する。
【００４７】
試験空洞４０８のＯＰＤは、エンコーダ読取ヘッドの測定経路と基準経路間の光路長差に相当する。ヘテロダイン空洞４０６と試験空洞４０８のＯＰＤの差がソースコヒーレンス長未満であるとき、干渉が光検出器４３０で生じる。光検出器４３０から得られる位相はヘテロダイン空洞とエンコーダ空洞のＯＰＤ差に比例する。試験空洞４０８のみの位相を取得するには、ヘテロダイン空洞４０６のＯＰＤに対応する位相を除算することができる。試験空洞４０８の位相を取得する方法の１つは、ＯＰＤが照明コヒーレンス長内のヘテロダイン空洞ＯＰＤと略同一、理想的にはヘテロダイン空洞ＯＰＤと等しくなるように制限される固定ＯＰＤ空洞から位相を除算することである。たとえば、図４は、ヘテロダイン空洞４０６と同じＯＰＤを有するように構成される固定干渉空洞４４０を示す。固定干渉空洞４４０は空洞４４０に入射する光を、２つの経路からの光が再結合される前に特定のＯＰＤを有する２つの経路に分割する。光検出器４６０は固定干渉空洞４４０から出力信号を受信する。プロセッサ４５０は検出器４６０に接続される。分かり易くするために、プロセッサと光検出器４６０との接続は図示していない。プロセッサ４５０は光検出器４６０によって受信される信号から位相情報を抽出し、光検出器４３０から取得される位相情報からの位相を除算して、試験空洞４０８のみの位相、ひいては試験対象変位情報を取得する。なお、システム４００内の各干渉計に関して、ゴーストビームの存在が原因で生じ得るエラーを最小限にとどめるためＯＰＤはソースコヒーレンス長よりもずっと大きくするべきである。
【００４８】
いくつかの実施形態では、エンコーダ読取ヘッドは、試験空洞ＯＰＤが調節可能であるように構成することができる。たとえば、図５はエンコーダシステムの試験空洞５０８の一例を示す概略図であり、試験空洞が調節可能なエンコーダ読取ヘッドを含む。具体的には、エンコーダ読取ヘッドは、測定逆反射装置５２４（たとえば、キューブコーナー反射器）、１／４波長板５２５、ビームスプリッタ５２２、及び調節可能な基準逆反射装置５２６（たとえば、調節可能マウントに装着されるキューブコーナー反射装置）を含む。ビームスプリッタ５２２は非偏光ビームスプリッタ部５２３と偏光ビームスプリッタ部５２１とから成る。
【００４９】
エンコーダシステムの動作中、適切な偏光（たとえば、Ｓ偏光）の光がヘテロダイン空洞５０６から供給されて、主ビームスプリッタキューブ５２２の非偏光ビームスプリッタ部５２１に衝突する。いくつかの実施態様では、ヘテロダイン空洞５０６は試験空洞の後ろでエンコーダスケール５０５の前に配置される。エンコーダスケール５０５が当該回折次数への反射係数ＲＧを有すると仮定した場合には、ビームスプリッタは、入力ビームの約１／（１＋ＲＧ２）をエンコーダスケール５０５に向けて再度方向付けられる試験ビームに反射させ、入力ビームの残りの部分を基準ビームに伝送して基準強度と試験強度のバランスをとるように構成すべきである。
【００５０】
基準ビームは１／４波長板５２５を通過して調節可能な基準逆反射装置５２６に至り、再度１／４波長板５２５を通過し偏光（たとえば、Ｓ偏光からＰ偏光へ）を変更し、主ビームスプリッタキューブ５２２の偏光ビームスプリッタ部５２１を通って試験ビームと結合する。基準逆反射装置５２６の位置は、試験空洞ＯＰＤをヘテロダイン空洞５０６のＯＰＤと名目上同一に設定するために本例においてＸ方向に調節することができる。もしくは、いくつかの実施態様では、基準逆反射装置５２６をビームスプリッタキューブ５２２に固定し、エンコーダスケール５０５に対するビームスプリッタキューブ５２２の距離を調節することができる。
【００５１】
図６は、基準逆反射装置６２６が１／４波長板６２５を通じて調節可能なビームスプリッタキューブ部６２２に固定される例示のエンコーダ読取ヘッドの概略図であり、キューブ６２２は図５に示すビームスプリッタキューブ５２２と構成が類似する。図６の例では、キューブ６２２自体の位置は（たとえば、キューブ６２２を調節可能マウントに固定することによって）Ｚ方向に調節し、試験空洞のＯＰＤをヘテロダイン空洞６０６のＯＰＤと名目上同一に設定することができる。いくつかの実施態様では、図５及び図６に示すエンコーダ読取ヘッドの構成の組み合わせを利用して、基準逆反射装置とビーム分割キューブの両方が調節可能な位置を持つように（たとえば、電子機械アクチュエータなどの１つまたはそれ以上のアクチュエータを用いて）構成することができる。
【００５２】
各種エンコーダシステムの形状は図３に示すのと同じ一般的構造をとるように変更することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、図３に示す構造は、１）エンコーダシステム照明源を低コヒーレンス照明源とヘテロダイン空洞とに置き換える、２）ヘテロダイン空洞の出力を既に存在する試験空洞に接続する、３）２つの空洞のＯＰＤが望ましくないゴーストビームの排除を可能にする制限を満たすように確保する（たとえば、｜ｘｈ−ｘｓ｜＜ＣＬ、及びＯＰＤがＣＬよりもずっと大きい）ことによって達成することができる。いくつかの実施形態では、ＯＰＤ要件は試験空洞の配置を大きく変更せずに満たすことができる。むしろ、試験空洞は、試験経路の光路長を単に設定し、その経路に許容される変動の範囲を制限するように変更される。
【００５３】
図７は、低コヒーレンス源及びヘテロダイン空洞（たとえば図４に示すヘテロダイン空洞）と併せて試験空洞形状として動作するように変更されたエンコーダヘッドの一例の断面を示す概略図である。変更前のエンコーダヘッドを含む干渉計システムの設計及び動作は米国特許第７，４４０，１１３号に記載されており、その内容全文を引用により本明細書に組み込む。
【００５４】
図７に示すように、試験空洞７０８は、逆反射装置７２６（たとえば、キューブコーナー反射器）、ビームスプリッタ７２２、第１及び第２の偏光変更素子７２１ａ、７２１ｂ、第３及び第４の偏光変更素子７２３ａ、７２３ｂ、及び混合偏光子７２５（たとえば、シート偏光子またはキューブ偏光子）を含む。偏光変更素子の例は、１／４波長板及び１／２波長板などの波長板を含むがそれらに限定されない。第３の偏光変更素子７２３ａと第４の偏光変更素子７２３ｂは、入射光をビームスプリッタ７２２に反射して戻す反射性被覆（たとえば、反射誘電薄膜スタックまたはアルミニウム、銀、または金などの金属を含むミラー被覆）を含んでもよい。
【００５５】
２つの直交偏光成分から成る光はヘテロダイン空洞から供給される。ビームスプリッタ７２２のインタフェース７５０では、ヘテロダイン空洞からの入力光が入力ビームの成分の偏光差に基づき測定ビームと基準ビームに分割される。たとえば、測定ビームは、測定ビームがリットロー（Littrow）角度７０９（すなわち、入射角が反射角に等しい）でエンコーダスケール７０５に入射されるようにビームスプリッタインタフェースと第１の偏光変更素子７２１ａとを横断する第１の偏光種類（たとえば、ｐ偏光）を有してもよい。発生測定ビームの回折は第１の偏光変更素子７２１ａを横断して、ビームに第２の偏光種類（たとえば、ｓ偏光）を持たせる。回折された測定ビームはビームスプリッタインタフェース７５０で反射されて、逆反射装置７２６を通って進行し、ビームスプリッタインタフェース７５０で再度反射され、第２の偏光変更素子７２１ｂを横断する。第２の通過発生測定ビームはリットロー（Littrow）角度７０９でエンコーダスケール７０５に入射する。第２の通過発生測定ビームの回折は入射ビームと同一線上にあり、第２の偏光変更素子７２１を再度横断して、第１の偏光種類（たとえば、ｐ偏光）を有する第２の通過測定ビームとなる。ｐ偏光された第２の通過測定ビームは検出器７３０までビームスプリッタインタフェース７５０と混合偏光子７２５とを横断する。
【００５６】
ビームスプリッタのインタフェース７５０で形成される基準ビームは、入力ビームからのインタフェース７５０で得られる測定ビームとは異なる第２の偏光（たとえば、ｓ偏光）を有してもよい。次に、基準ビームは第３の偏光変更素子７２３ａで反射され、インタフェース７５０を通って逆反射装置７２６に向かって戻り、インタフェース７５０を通り再度方向付けられる。２回インタフェース７５０を通過した後、基準ビームは第４の偏光変更素子７２３ｂで反射され、次いでビームスプリッタインタフェース７５０で反射されて検出器７３０へ向かう。検出器７３０に到達する前に、基準ビームは混合偏光子７２５を通過して測定ビームと結合する。
【００５７】
図７に示す例では、試験経路光路長（よって、空洞ＯＰＤ）は、第１及び第２の通過測定ビームがビームスプリッタ７２２からエンコーダスケール７０５に進行する距離を調節することによって変更することができる。たとえば、ビームスプリッタ７２２、逆反射装置７２６、偏光変更素子を含む構造は、経路７６０に沿ってエンコーダスケール７０５に近づく、あるいはエンコーダスケール７０５から遠ざかるように並進され、その経路はリットロー（Littrow）角度でエンコーダスケール７０５と交差する。もしくは、あるいはさらに、基準経路光路長は、たとえば、ビームスプリッタ７２２に対する逆反射装置７２６の位置を調節することによって変更することができる。
【００５８】
図８Ａは、低コヒーレンス源及びヘテロダイン空洞と併せて試験空洞として動作するように変更された位置測定装置のエンコーダヘッドの別の例のブロック図である。図８Ｂは、図１に示すビーム経路に基づく４格子干渉計の一実施形態の前面図である。変更前のエンコーダヘッドを含む４格子干渉計システムの設計及び動作は米国特許第７，０１９，８４２号に記載されており、その内容全文を引用により本明細書に組み込む。位置測定装置はスケールと、測定方向でスケールに対して変位される走査ユニットとを含む。走査ユニットは走査格子、リッジプリズム、光電検出器素子を含む。測定方向と平行に配向されるリッジを有するリッジプリズムは、測定方向に対して垂直なスケール面と並ぶ第２の方向で逆反射装置として機能する。図８Ａに示すビーム経路は折り畳まれずに表示される。
【００５９】
試験空洞８０８は、格子間の移動を測定する格子干渉計を含む。この干渉計では、測定方向はＸ方向である。前述の例のように、Ｙ軸は紙面に垂直な方向に沿って延在する。
たとえば、試験空洞８０８の格子干渉計は４格子（８０１、８０３、８０５、８０７）透過格子であって、各格子は同一の格子定数または目盛り周期を有する。「試験」または「測定」対象は格子８０１、８０７を含む。よって、格子８０１、８０７の移動が本実施態様において検出される。スケール格子８０１はヘテロダイン空洞８０６（たとえば図４に示すヘテロダイン空洞）から入射する光によって縦方向に照らされる。本例では、格子８０１の目盛り周期はＸ方向に沿って延在する。スケール格子８０１の回析によって発生された光ビームは、スケール格子８０１から距離Ｄ（たとえば、約１５０ｍｍ）の位置に配置される第１の走査格子８０３に伝播する。２つの光ビームは、第１の走査格子８０３で回折されることによって直線化され、第２の走査格子８０５に伝播する。この過程で、２つの光ビームの各々は、走査格子に装着される２つの偏光遅延素子８２０、８２２または８２４、８２６（たとえば、１／８波長板）を通過して、左円偏光ビームと右円偏光ビームを形成する。もしくは、１／４波長板を２つの１／８波長板の代わりに採用することができる。
【００６０】
第２の走査格子８０５では、光ビームは＋／−１次回析に屈析され、走査格子８０５から距離Ｄの位置に配置されるスケール格子８０７に伝播する。スケール格子８０７で、２つの円偏光ビームは回折されるため、ビームは重畳して格子８０７の通過後に同じ経路に沿って伝播する。偏光方向が測定方向（Ｘ方向）のスケール変位の関数である線形偏光光ビームは、２つの円偏光ビームを重畳させることによって生成される。線形偏光ビームの位相偏移はＸ方向に沿った格子８０１、８０７の変位の関数である。
【００６１】
次に、格子８０９は線形偏光ビームを３つの部分ビームに分割する。３つの偏光子８４０、８４２、８４４は３つの異なるビームをそれぞれ受信するように配置され、入射ビームが互いに約１２０度位相偏移されるように配向される。次に、３つの位相偏移ビームの各々は異なる光検出器（たとえば光検出器８３０、８３２、８３４のいずれか）に入射する。次いで、各光検出器はそのように検出された光ビームに対応する検出信号を生成する。生成された信号は相互に約１２０度、位相偏移される。その後、生成された信号は電子プロセッサ（たとえば、プロセッサ１５０、３５０、または４５０）に送られ、（たとえば、既知の位相偏移干渉アルゴリズムを用いることによって）試験空洞８０８のＯＰＤを算出するために使用することができる。本実施態様では、調節可能マウントに接続される逆反射装置８０２（たとえば、キューブコーナー反射器）は一方のビームの経路に挿入される。次に、逆反射装置の位置を調節して試験空洞８０８の一方の区間のビーム経路長を変更し、同様に、試験空洞ＯＰＤがヘテロダイン空洞８０６のＯＰＤと名目上等しくなる（たとえば、試験空洞とヘテロダイン空洞とのＯＰＤ差がソースコヒーレンス長内に収まる）ように試験空洞ＯＰＤを調節することができる。
【００６２】
図８Ｂに示す試験空洞に関しては、照明はヘテロダイン空洞１０（たとえば図４に示すヘテロダイン空洞４０６）から供給される。図８Ｂに示す装置の動作の詳細は米国特許第７，０１９，８４２号に記載されており、その内容の全文を引用により本明細書に組み込む。しかしながら、そのシステムに対する変更は、走査格子（３０）、１／８波長板（４０）、リッジプリズム（５０）のうちの少なくとも１つの位置が調節可能にされることである。たとえば、格子３０、１／８波長板４０、リッジプリズム５０は、格子３０、波長板４０、リッジプリズム５０を含む第３のビーム経路の光路長（ひいては試験空洞のＯＰＤ）が変更可能になるように調節可能マウント（図示せず）に固定することができる。
【００６３】
図９は、低コヒーレンス源及びヘテロダイン空洞と協働するように変更されたエンコーダヘッド／試験空洞形状の別の例の概略図である。具体的には、試験空洞９０８は、二重回折を通じた格子製造に固有の光路エラーを最小限にとどめるように構成される干渉計形状を含む。変更前の図９のエンコーダヘッドを含む干渉計システムの設計と動作は米国特許第４，９７９，８２６号に記載されており、その全文を引用により本明細書に組み込む。
【００６４】
図９では、ヘテロダイン空洞（たとえば、図４に示すヘテロダイン空洞４０６）から発せられる光ビームは、ビームスプリッタ９０１によって２つのビーム（光ビーム（ａ）及び光ビーム（ｂ））に分割される。光ビーム（ａ）はビームスプリッタ９０１を通過し、エンコーダスケール表面の垂線に対する入射角θ１でエンコーダスケール９０５の点０に向かってミラー９０３によって反射される。一方、光ビーム（ｂ）はビームスプリッタ９０１とミラー９０７によって逆反射装置９０２（たとえば、キューブコーナー反射器）に向かって反射される。次に、逆反射装置９０２は、入射角θ１で点０に向かって光ビーム（ｂ）を再度導く。光ビーム（ａ）はエンコーダスケール９０５によって異なる回析次数に回析される（たとえば、＋１次回折ビーム、０次回折ビーム、−１次回折ビーム）。それらの回析次数のうち、−１次回折された光ビーム−１（ａ）は角度θ２でエンコーダスケール９０５から発生し、ミラー９１１，９０９によってエンコーダスケール９０５の点０に反射されて戻る。光ビーム（ｂ）もエンコーダスケール９０５によって異なる回析次数に回析される。ビーム（ｂ）の回析によって生成される異なる次数のビームのうち、＋１次回折された光ビーム＋１（ｂ）は角度θ２でエンコーダスケール９０５から発生し、ミラー９０９，９１１によってエンコーダスケール９０５の点０に反射されて戻る。ミラー９０９，９１１から成る反射光学システムは、光ビーム−１（ａ）と光ビーム＋１（ｂ）の各々が共通光路の反対方向に進行し、角度θ２で点０に再度入射するように配置される。
【００６５】
光ビーム−１（ａ）は複数の異なる再回析次数へ再度回折される。それらの再回析ビームのうち、−１次、−１ｘ２（ａ）は、スケール９０５の格子表面に直交するエンコーダスケール９０５の点０から発生する。同様に、光ビーム＋１（ｂ）は複数の再回析次数へ再度回折される。これらの再回折ビームのうち、＋１次、＋１ｘ２（ｂ）はスケール９０５の格子表面に直交するエンコーダスケール９０５の点０から発生する。光ビーム−１ｘ２（ａ）と光ビーム＋１ｘ２（ｂ）は共通点０から同方向に発生し、それらの光路は相互に重畳するため、光ビーム−１ｘ２（ａ）及び光ビーム＋１ｘ２（ｂ）は相互に干渉して、光検出器９１３によって検出された後、干渉光信号を提供する。光ビーム−１ｘ２（ａ）は、エンコーダスケール９０５による１次回折を２回受けたビームに相当する。よって、光ビーム−１ｘ２（ａ）の位相はψａだけ矢印９２０のいずれかの方向にエンコーダスケール９０５の相対移動量当たり遅延される。同様に、光ビーム＋１ｘ２（ｂ）の位相はψｂだけ矢印９２０のいずれかの方向に回折スケール９０５の相対移動量ｘ当たり進められる。光検出器９１３で２つの光ビームの干渉によって生成される干渉信号は、干渉信号の位相を抽出することのできる電子プロセッサ（たとえば、電子プロセッサ１５０、３５０、または４５０）に送られる。ヘテロダイン空洞からの出力を用い、ミラー９０７と逆反射装置９０２を一体化することによって、２つのビームの光路長のうちの１つを変更させて、照明源のコヒーレンス長内のヘテロダイン空洞ＯＰＤに名目上一致する空洞ＯＰＤを生成することができる。
【００６６】
図３に示すビーム経路構造は、距離測定干渉計だけでなく、たとえば、面ミラー干渉計（ＰＭＩ）、高安定性ＰＭＩ、差動ＰＭＩにも適用することができる。たとえば、図１０は、低コヒーレンス源及びヘテロダイン空洞に併せて動作するように変更された共通基準経路を有する複数のチャネル距離測定干渉計の一例の断面を示す概略図である。図１０に示す変更前の複数のチャネル距離測定干渉計の設計及び動作は米国特許第７，２２４，４６６号に記載されており、その内容全文を引用により本明細書に組み込む。
【００６７】
システム１００８は、試験対象上の測定反射装置１００３に対する相対位置を変更することができるビームスプリッタ１００１を含む。言い換えると、試験空洞は、測定反射装置１００３（たとえば、ミラー）と１／４波長板１００５との間の領域に相当し、反射装置１００３と波長板１００５との間の距離が調節可能である。よって、システム１００８を移動するビームの光路長は、試験空洞１００８のＯＰＤがヘテロダイン空洞１００６のＯＰＤと名目上同一になるように変更することができる。
【００６８】
ビームスプリッタ１００１、反射装置１００３、及び１／４波長板１００５に加えて、システム１００８は、１／４波長板１００７、基準反射装置１００９（たとえば、ミラー）、逆反射装置１０１１、１０１３（たとえば、キューブコーナー反射器）、及びビーム分割光学素子１０１５も含む。ヘテロダイン空洞１００６からのヘテロダイン出力は、直交線形偏光を有する２つの成分（点線と実線）を含む入力ビームＩＮに相当する。基準反射装置１００９は図１０では１／４波長板１００７とビームスプリッタ１００１にも固定されるように示されているが、反射装置１００９はたとえば、調節可能マウント上で別々に配置することもできる。
【００６９】
偏光ビームスプリッタ１００１は線形偏光に従って入力ビームＩＮの成分を分割し、共有測定ビームと共有基準ビームとを生成する。２つの別々の出力チャネルが、傾斜も測定可能な図１０に示す配置を用いて形成されるため、測定ビームと基準ビームは「共有ビーム」と称される。共有測定ビームは偏光ビームスプリッタ１００１が最初に１／４波長板１００５に向けて伝送する入力ビームＩＮの偏光成分であり、共有基準ビームは偏光ビームスプリッタ１００１が最初に１／４波長板１００７に向けて反射する入力ビームＩＮの偏光成分である。共有測定ビームは１／４波長板１００５を通って測定ミラー１００３まで経路ＭＳをたどり、測定ミラー１００３で反射され、経路ＭＳ´をたどって１／４波長板１００５を通り偏光ビームスプリッタ１００１に戻る。共有測定ビームは測定ミラー１００３に垂直に入射し、共有測定ビームの経路ＭＳとＭＳ´は同一線上にある。
【００７０】
１／４波長板１００５を通る共有測定ビームの２つの通過は、共有測定ビームの偏光を９０度回転させて、共有測定ビームを偏光ビームスプリッタ１００１のビームスプリッタインタフェース１０５０からビーム分割光学素子１０１５に向けて反射させる効果を有する。よって、共有測定ビームは偏光ビームスプリッタ１００１を通過して、ビーム分割光学素子１０１５に入射する。
【００７１】
また、偏光ビームスプリッタ１００１は、入力ビームＩＮの成分をインタフェース１０５０で反射させて、経路ＲＳに沿って１／４波長板１００７を通って基準ミラー１００９に至る共有基準ビームを生成する。共有基準ビームは経路ＲＳ´に沿って１／４波長板１００７を通って反射し偏光ビームスプリッタ１００１に戻る。その後、共有基準ビームは偏光ビームスプリッタ１００１が伝送する線形偏光を有し、共有基準ビームは偏光ビームスプリッタ１００１を通過して、共有測定ビームと略同一線上にあるビーム分割光学素子１０１５に入射する。
【００７２】
ビーム分割光学素子１０１５は、共有測定ビームと共有基準ビームを測定軸に対応する個別ビームに分割する。ビーム分割インタフェース１０６０での非偏光被覆のビームスプリッタ１０１５の存在により、共有測定ビームのパワーの半分と共有基準ビームのパワーの半分がビームスプリッタ被覆を通過して、第１の測定軸に関連付けられる逆反射装置１０１１に入る。共有測定ビームと共有基準ビームの残りの半分はビームスプリッタ被覆から反射された後、第２の測定軸に関連付けられる逆反射装置１０１３に入る。
【００７３】
逆反射装置１０１１は第１の測定軸に対応する個別ビームを反射しオフセットする。この第１の個別ビームは偏光ビームスプリッタ１００１に戻り、インタフェース１０５０で第１の個別ビームは、第１の測定軸に関連付けられる第１の測定ビームと第１の基準ビームに分割される。第１の測定ビームは、偏光ビームスプリッタ１００１の偏光ビームスプリッタインタフェース１０５０とヘッドから１／４波長板１００５を通って経路Ｍ１に沿って測定反射装置１００３へと反射される。次に、第１の測定ビームは測定ミラー１００３で反射されて、経路Μ１´に沿って偏光ビームスプリッタ１００１に戻る。
【００７４】
測定ミラー１００３からの第１の測定ビームの反射は、第１の測定ビームと基準ビームとの間の変動を相殺する均等だが反対の角度誤差を導入する。よって、基準ミラー１００９との間で経路Ｒ１，Ｒ１´を横断後、偏光ビームスプリッタ１００１のビームスプリッタインタフェース１０５０で反射される第１の基準ビームは第１の測定経路Ｍ１´と平行であり、第１の測定ビームと基準ビームは融合して第１の測定軸に対して出力ビームＯＵＴ１を形成し、出力ビームＯＵＴ１は第１の検出器１０４０（たとえば、光検出器）によって検出される。
【００７５】
第２の個別ビームは逆反射装置１０１３から反射されて偏光ビームスプリッタ１００１に入り、偏光ビームスプリッタ１００１は第２の個別ビームを第２の測定ビームと第２の基準ビームに分割する。第２の測定ビームと第２の基準ビームが結合して第２の測定軸に対応する第２の出力ビームＯＵＴ２を形成し、出力ビームＯＵＴ２が第２の検出器１０４２（たとえば、光検出器）によって検出される前、第２の測定ビームは測定反射装置１００３との間で経路Ｍ２，Ｍ２´をたどり、第２の基準ビームは基準反射装置１００９との間で経路Ｒ２，Ｒ２´をたどる。
【００７６】
測定電子素子１０３０（たとえば、電子プロセッサ）は出力ビームＯＵＴ１の検出時に検出器１０４０によって生成される出力信号に結合されて受信し、第１の測定ビームと第１の基準ビームとの周波数差を測定し、測定ミラー１００３からの反射が第１の測定ビームにおいて引き起こしたドップラー偏移を算出する。この測定されたドップラー偏移は、共有測定ビームの反射（すなわち、経路ＭＳから経路ＭＳ´への反射）によって生じた成分と、第１の測定ビームの反射（すなわち、経路Ｍ１から経路Ｍ１´への反射）によって生じた成分とを含む。よって、測定電子素子１０３０は２つの点で測定ミラー１００３の移動の平均を有効に測定し、その移動平均は測定ミラー１００３からの２つの反射の中間点での移動と等しくなるはずである。
【００７７】
測定電子素子１０３２（たとえば、電子プロセッサ）は出力ビームＯＵＴ２の検出時に検出器１０４２によって生成される出力信号に結合されて受信し、第２の測定ビームと第２の基準ビームとの周波数差を測定して、測定ミラー１００３からの反射が第２の測定ビームにおいて引き起こしたドップラー偏移を測定する。この測定されたドップラー偏移は、共有測定ビームの反射（すなわち、経路ＭＳから経路ＭＳ´への反射）によって生じた成分と、第２の測定ビームの反射（すなわち、経路Ｍ２から経路Ｍ２´への反射）によって生じた成分とを含む。よって、測定電子素子１０３２は２つの点で測定ミラー１００３の移動の平均を有効に測定し、その移動平均は測定ミラー１００３からの２つの反射の中間点での移動と等しくなるはずである。
【００７８】
概して、検出された干渉信号とエンコーダスケールの自由度情報とから位相情報を判定することを含む上述の分析方法はいずれも、コンピュータハードウェア、ソフトウェア、または両者の組み合わせで実現することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、電子プロセッサ１５０、３５０、４５０、１０３０、及び／又は１０３２はコンピュータにインストールし、１つまたはそれ以上のエンコーダシステムに接続して、エンコーダシステムからの信号の分析を実行するように構成することができる。分析は本明細書に記載の方法に従って標準的なプログラミング技術を用いてコンピュータプログラムで実行することができる。プログラムコードを入力データ（たとえば、干渉位相情報）に適用して、本明細書に記載の機能を実行し、出力情報（たとえば、自由度情報）を生成する。出力情報は、ディスプレイモニタなどの１つまたはそれ以上の出力装置に適用される。各プログラムは、コンピュータシステムとの通信のために高レベル手続き型またはオブジェクト指向プログラミング言語で実現してもよい。しかしながら、プログラムは所望に応じてアセンブリまたは機械言語で実現することもできる。いずれにせよ、言語はコンパイラ型またはインタープリタ型言語とすることができる。さらに、プログラムは、その目的で予めプログラミングされた専用集積回路上で走ることができる。
【００７９】
このようなコンピュータプログラムはそれぞれ好ましくは、汎用または特別用途のプログラム可能なコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体または装置（たとえば、ＲＯＭまたは磁気ディスク）に記憶され、記憶媒体または装置がコンピュータによって読み取られて本明細書に記載の手順を実行するときにコンピュータを構成し動作させる。コンピュータプログラムはプログラム実行中にキャッシュまたは主メモリに置くこともできる。分析方法はコンピュータプログラムを有して構成されるコンピュータ可読記憶媒体としても実現することができ、このように構成された記憶媒体によってコンピュータは特定形態で動作して本明細書に記載の機能を実行する。
【００８０】
［リソグラフィツール用途］
リソグラフィツールは、コンピュータチップなどの大規模集積回路の製造に使用されるリソグラフィ用途に特に有効である。リソグラフィは半導体製造業界にとって主要な技術的促進要因である。オーバーレイの向上は、２２ｎｍ線幅（設計規則）未満に至るまでの５つの最も困難な課題の１つである。たとえば「Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｒｏａｄｍａｐ  ｆｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」の５８〜５９ページ（２００９）を参照されたい。
【００８１】
オーバーレイは、ウエハとレチクル（またはマスク）ステージの位置決めをするために使用される計測システムの性能、すなわち、精度及び精密度に直接依存する。リソグラフィツールは年間に５０〜１００百万ドルを生産できるため、高度計測システムの経済価値が重要である。リソグラフィツールの生産量が１％増加する度、集積回路の製造業者にとっては年間約１００万ドルの経済的利益となり、リソグラフィツール供給業者にとっては相当な競争上の利点となる。
【００８２】
リソグラフィツールの機能は、空間パターン化放射線をフォトレジスト被覆ウエハに導くことである。工程は、どのウエハ位置で放射線を受け取るかを判定すること（位置合わせ）と、その位置でフォトレジストに放射線を印加すること（露光）とを含む。
【００８３】
露光中、放射源はパターン化レチクルを照射して、放射線を散乱させて空間パターン化放射線を生成する。レチクルはマスクとも称され、これらの用語は以下互換可能に使用される。縮小リソグラフィの場合、縮小レンズは散乱放射線を回収して、レチクルパターンの縮小画像を形成する。もしくは、近接印刷の場合、散乱放射線はウエハと接触する前に短距離（通常、ミクロン単位）伝播して、レチクルパターンの１：１画像を生成する。放射線は放射パターンをレジスト内の潜像に変換するレジストの光化学工程を開始させる。
【００８４】
ウエハを適切に位置決めするため、ウエハは、専用センサによって測定可能なウエハ上の位置合わせマークを含む。位置合わせマークの測定位置は、ツール内のウエハ位置を画定する。ウエハ表面の所望のパターニングの仕様とともにこの情報は、空間パターン化放射線に対するウエハの位置調整を誘導する。このような情報に基づき、フォトレジスト被覆ウエハを支持する並進可能ステージは、放射線がウエハの正確な位置を露光するようにウエハを移動させる。たとえば、リソグラフィスキャナなどの特定のリソグラフィツールでは、マスクも、露光中にウエハと連動して移動する並進可能ステージ上に配置される。
【００８５】
上述したようなエンコーダシステムは、ウエハ及びレチクルの位置を制御し、レチクル画像をウエハに記録する位置決め機構の重要な要素である。このようなエンコーダシステムが上述の特徴を含む場合、システムが測定する距離の精度はオフラインメンテナンスなしで長期間向上及び／又は維持させることができ、生産量の増加とツールのダウンタイムの低減とにより一層高いスループットをもたらす。
【００８６】
概して、リソグラフィツールは露光システムとも称され、照明システムとウエハ位置決めシステムを通常含む。照明システムは、紫外線、可視線、Ｘ線、電子、またはイオン放射などの放射線を供給する放射源と、放射線にパターンを与えることによって空間パターン化放射線を生成するレチクルまたはマスクとを含む。また、縮小リソグラフィの場合、照明システムは、ウエハに空間パターン化放射線を撮像するレンズアセンブリを含むことができる。撮像された放射線は、ウエハに被覆されたレジストを露光させる。照明システムは、マスクを支持するマスクステージと、マスクを介して導かれた放射線に対するマスクステージの位置を調節する位置決めシステムとをさらに含む。ウエハ位置決めシステムは、ウエハを支持するウエハステージと、撮像放射線に対するウエハステージの位置を調節する位置決めシステムとを含む。集積回路の製造は複数の露光ステップを含むことができる。リソグラフィに関する一般的な基準に関しては、たとえば、Ｊ．Ｒ．Ｓｈｅａｔｓ及びＢ．Ｗ．Ｓｍｉｔｈ著「Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ社、ニューヨーク、１９９８）を参照されたい。その内容は引用により本明細書に組み込まれる。
【００８７】
上述のエンコーダシステムは、レンズアセンブリなどの露光システム、放射源、または支持構造などの他の構成要素に対するウエハステージ及びマスクステージの各々の位置を精密に測定するために使用することができる。このような場合、エンコーダシステムの光学アセンブリを固定構造に装着し、エンコーダスケールをマスクやウエハステージなどの可動素子に装着することができる。もしくは、状況を反転させ、光学アセンブリを可動対象に装着し、エンコーダスケールを固定対象に装着することができる。
【００８８】
より一般的には、このようなエンコーダシステムは、光学アセンブリが露光システムのある任意の構成要素に装着または支持され、エンコーダスケールが別の構成要素に装着または支持されており、露光システムのある構成要素の別の構成要素に対する相対位置を測定するために使用することができる。
【００８９】
干渉システム１８２６を使用するリソグラフィツール１８００の一例を図１１に示す。エンコーダシステムは、露光システム内のウエハ（図示せず）の位置を精密に測定するために使用される。ここで、ステージ１８２２は、露光ステーションに対してウエハを位置決めし支持するのに使用される。スキャナ１８００は、他の支持構造とそれらの構造に担持される各種構成要素とを担持するフレーム１８０２を含む。露光ベース１８０４の上にレンズハウジング１８０６が搭載され、その上にレチクルまたはマスクを支持するために使用されるレチクルまたはマスクステージ１８１６が搭載される。露光ステーションに対してマスクを位置決めする位置決めシステムは素子１８１７として概略的に示される。位置決めシステム１８１７はたとえば、圧電変換素子と対応する制御電子素子とを含むことができる。本実施形態には含まれないが、１つまたはそれ以上の上述のエンコーダシステムは、マスクステージだけではなく、リソグラフィ構造の製造工程において位置を正確に監視しなければならないその他の可動素子の位置も精密に測定するために使用することができる（上記Ｓｈｅａｔｓ及びＳｍｉｔｈ著「Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｙ：  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」を参照）。
【００９０】
露光ベース１８０４の下に懸架されるのは、ウエハステージ１８２２を担持する支持ベース１８１３である。ステージ１８２２は、光学アセンブリ１８２６によってステージに導かれる測定ビーム１８５４を回析する測定対象１８２８を含む。光学アセンブリ１８２６に対してステージ１８２２を位置決めする位置決めシステムは、素子１８１９として概略的に示される。位置決めシステム１８１９はたとえば、圧電変換器素子と対応する制御電子素子とを含むことができる。測定対象は露光ベース１８０４に搭載される光学アセンブリへと反射する測定ビームを回析する。エンコーダシステムは上述の実施形態のいずれであってもよい。
【００９１】
動作中、放射ビーム１８１０、たとえばＵＶレーザ（図示せず）からの紫外線（ＵＶ）ビームはビーム成形光学アセンブリ１８１２を通過し、ミラー１８１４から反射された後、下方向へ進行する。その後、放射ビームはマスクステージ１８１６に担持されるマスク（図示せず）を通過する。マスク（図示せず）はレンズハウジング１８０６に担持されるレンズアセンブリ１８０８を介してウエハステージ１８２２上のウエハ（図示せず）に撮像される。ベース１８０４とベースに支持される各種構成要素とは、バネ１８２０によって示される緩衝システムによって環境振動から隔離される。
【００９２】
いくつかの実施形態では、上述のエンコーダシステムの１つまたはそれ以上は、たとえば、限定はしないがウエハ及びレチクル（またはマスク）ステージに関連付けられる複数の軸に沿った変位及び角度を測定するために使用することができる。また、ＵＶレーザビームではなく、たとえば、Ｘ線ビーム、電子ビーム、イオンビーム、可視光ビームなどのその他のビームをウエハの露光に使用することができる。
【００９３】
特定の実施形態では、光学アセンブリ１８２６は、スキャナシステムのレチクル（またはマスク）ステージ１８１６またはその他の可動要素の位置変化を測定するために配置することができる。最後に、エンコーダシステムは、スキャナに加えて、あるいはスキャナに代えてステッパを含むリソグラフィシステムでも同様に使用することができる。
【００９４】
当業界で十分既知なように、リソグラフィは半導体素子の製造方法の重要な部分である。たとえば、米国特許第５，４８３，３４３号はこのような製造方法のステップを概説している。これらのステップを図１２Ａ及び１２Ｂを参照して以下に説明する。図１２Ａは、半導体チップ（たとえば、ＩＣまたはＬＳＩ）などの半導体素子、液晶パネル、またはＣＣＤを製造するシーケンスを示すフローチャートである。ステップ１９５１は、半導体素子の回路を設計する設計工程である。ステップ１９５２は、回路パターン設計に基づくマスクの製造工程である。ステップ１９５３は、シリコンなどの材料を使用するウエハの製造工程である。
【００９５】
ステップ１９５４は、このように作製されたマスク及びウエハを用いることによって回路がリソグラフィを通じてウエハに形成される前工程と呼ばれるウエハ工程である。マスク上のパターンの十分な空間分解能に対応するウエハに回路を形成するには、ウエハに対するリソグラフィツールの干渉位置決めが必要である。本明細書に記載の干渉方法及びシステムは、ウエハ工程で使用されるリソグラフィの有効性を向上させるのに特に有効である。
【００９６】
ステップ１９５５は、ステップ１９５４によって処理されるウエハが半導体チップに形成される後工程と呼ばれる組立ステップである。このステップは組立（ダイシングとボンディング）とパッケージング（チップシーリング）を含む。ステップ１９５６は、ステップ１９５５で作製される半導体素子の操作性チェックや耐久性チェックなどが実行される検査ステップである。これらの工程では、半導体素子が完成し、出荷される（ステップ１９５７）。
【００９７】
図１２Ｂは、ウエハ工程の詳細を示すフローチャートである。ステップ１９６１は、ウエハ表面を酸化する酸化工程である。ステップ１９６２はウエハ表面に絶縁膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップ１９６３は、蒸着によってウエハに電極を形成する電極形成工程である。ステップ１９６４は、ウエハにイオンを注入するイオン注入工程である。ステップ１９６５は、ウエハにレジスト（感光性材料）を塗付するレジスト工程である。ステップ１９６６は露光（すなわち、リソグラフィ）によって、上述の露光装置を通じてウエハにマスクの回路パターンを印刷する露光工程である。ここでも、上述したように、本明細書に記載の干渉システム及び方法を使用することによって、このようなリソグラフィステップの精度と分解能が向上する。
【００９８】
ステップ１９６７は、露光されたウエハの現像工程である。ステップ１９６８は現像されたレジスト画像以外の部分を除去するエッチング工程である。ステップ１９６９は、エッチング工程を介した後にウエハ上に残るレジスト材料を分離するレジスト分離工程である。これらの工程を繰り返すことによって、回路パターンが形成され、ウエハに重畳される。
【００９９】
上述のエンコーダシステムは、対象の相対位置を精密に測定する必要があるその他の用途でも使用することができる。たとえば、レーザ、Ｘ線、イオン、または電子ビームなどの書込ビームが、基板またはビームが移動する際に基板上にパターンをマークする用途では、エンコーダシステムを、基板と書込ビームとの間の相対移動を測定するために使用することができる。
【０１００】
多数の実施形態について説明した。しかしながら、本発明の思想と範囲から逸脱せずに各種変更が可能である。その他の実施形態も添付の特許請求の範囲に含まれる。
【図１】
2015501920.tif 000007
【図４】
2015501920.tif 000008
【図１１】
2015501920.tif 000009
【図２】
2015501920.tif 000010
【図３】
2015501920.tif 000011
【図５】
2015501920.tif 000012
【図６】
2015501920.tif 000013
【図７】
2015501920.tif 000014
【図８Ａ】
2015501920.tif 000015
【図８Ｂ】
2015501920.tif 000016
【図９】
2015501920.tif 000017
【図１０】
2015501920.tif 000018
【図１２Ａ】
2015501920.tif 000019
【図１２Ｂ】
2015501920.tif 000020
【国際調査報告】
2015501920.tif 000021
2015501920.tif 000022