专利名称：用于探测物体的平移的探测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于探测物体的平移的系统。更具体地说，本发明涉及通过向衍射图案提供入射光来探测带有所述衍射图案的物体的平移的系统，具体而言，所述平移平行于带有所述衍射图案的平面的法线。本发明还涉及用于探测带有衍射图案的物体的平移的方法、重定向装置和频率复用系统。
背景技术：
在各种技术应用中都需要对运动物体的位置或位置变化进行精确测量。例如，在半导体工业中采用的光刻投影工具和晶片检验工具需要有关半导体晶片的位置变化的准确信息。另一应用领域涉及印刷电路板(PCB)工业，其中，在向PCB上安装部件，在PCB上印刷图案或对PCB进行检验时需要有关PCB的位置的信息。
典型地，通过向所述物体提供入射光束对所述物体的平移进行光学测量。例如，US4710026公开了一种设备，其包括用于在两光束之间提供预定频率差的装置以及相对于从形成于衬底上的衍射光栅得到的第一和第二衍射光之间的干涉生成光学拍频的装置。所述设备还具有用于探测所述光学拍频与基准信号之间的相位差的装置，所述基准信号的频率对应于两光束之间的频率差，所述设备将根据光学外差干涉法以所述相位差为基础探测衬底的位置。
现有技术中的位置探测设备适于测量衬底在衍射图案的平面内的平移。但是所述探测设备不能测量衬底的平面外平移。
发明内容
本发明的目的在于提供一种允许在光学系统中探测物体的平面外平移的系统。
这一目的是通过提供一种用于探测物体的平移的系统实现的，所述物体具有施加于其上的衍射图案，所述系统包括用于向所述衍射图案提供入射光束，从而从所述衍射图案获得衍射光束的装置；用于通过所述入射光束和所述衍射光束之间的干涉测量相位差的装置；用于基于所述的测得的相位差探测所述平移的装置。
不是测量衍射光束之间的相位差，而是通过衍射光束与入射光束的干涉单独测量衍射光束的相位。现有技术中的构思采用衍射图案处存在的干涉图案，这与对众所周知的激光器多普勒效应的经典解释一致，但是在本发明中，则在用于测量相位差的装置处采用了干涉。因而，测得的相位差含有有关光栅，进而有关物体的平面外平移的信息。
应当认识到，衍射光束不一定是由入射光束得到的结果。还应认识到，根据本发明，可以采用每一级的具有足够的光能的衍射光束实现平移探测。此外，应当注意，光束未必一定要入射到衍射光栅上，如权利要求20所界定的，只要光束与来自衍射光栅的衍射光束相干即可。
权利要求3中界定的本发明的实施例提供了能够探测所有平移的优点，即所述平移包括平面内和平面外平移。在优选实施例中，确定第一入射光束和所得的第一衍射光束之间的相位差、第二入射光束和所得的第二衍射光束之间的相位差以及第三入射光束和所得的第三衍射光束之间的相位差。
由权利要求4界定的本发明的实施例的优点在于，除了平移外，还能够确定物体的旋转。如果物体旋转，其也会影响用于测量物体的平移的衍射光束的相位。因此，对于具有显著的旋转运动分量的物体而言，应当确定所述旋转，以计算物体的平移。因而，获得了一种能够确定所有自由度的运动的系统。
在权利要求5中界定的本发明的实施例的优点在于，重定向装置在入射光束和衍射光束之间提供了小角度或者可忽略的角度，所述角度优选为零。因此，所测得的入射光束和衍射光束之间的干涉由具有变化强度的单个光斑构成。这样能够采用相对简单的探测器测量干涉。此外，通过使光束在衍射图案处几次衍射，能够以更高的精确度确定物体的平移。在权利要求6中界定了第一重定向装置的尤为有利的实施例。
权利要求7中界定的本发明的实施例的优点为，对入射光束的相位测量和衍射光束的相位测量均采用了基准光束，从而提高了所测的所述光束之间的相位差的精确度。
权利要求8和9中界定的本发明的实施例的优点为，来自特定入射光束的衍射光束不会对相位差的测量造成不利影响，即消除或减少了衍射光束之间的串扰。该实施例对每一入射光束采用单独的激光器，其中，这些激光器是非相干的，或者适当地具有大频率差。或者，可以采用单个激光器，并将其光束分割成多个部分。具体而言，可以将这些部分中的至少一个用作外差式系统中的基准光束。
权利要求10-13中界定的本发明的实施例的优点在于，与权利要求8和9相比，具有降低的复杂性，因而具有降低的成本。用于基准光束的稳定激光器和采用波长触发信号的调制方案是半导体激光器的固有不稳定性和优选高的调制频率的原因。也可以采用其他类型的激光器，例如气体激光器，只要这样的激光器对于朝向所述激光器反射的光敏感即可。调制的高频的目的在于针对衍射图案的平移获得足够数量的样本。这一应用激光器自混合的零差实施例适于应用到对精确度的要求较低的平移探测中。
应当认识到，可以将上述实施例或其诸方面结合起来。
本发明还涉及一种用于探测物体的平移的方法，其中，所述物体具有施加于其上的衍射图案，所述方法包括的步骤有向所述衍射图案提供入射光束；从所述衍射图案获得衍射光束；通过使所述入射光束与所述衍射光束干来涉测量相位差；基于所述的测得的相位差探测所述平移。
根据本发明的方法能够通过测得的相位差获得有关光栅，进而获得有关物体的平面外平移的信息。在权利要求15和16界定的本发明的实施例中，所述方法分别提供了物体所有平移和转动的信息。
最后，本发明还涉及上述系统的或应用于所述方法的部件。
具体而言，本发明涉及重定向装置，其用于使入射到所述装置上的光束基本沿同一光路返回，所述装置包括立体角、偏振分束器、半波板和棱镜。在应用于所述系统中，以确定物体的平移时，这一装置的优点在于，重定向装置在入射光束和衍射光束之间提供了小角度，或可忽略的角度，所述角度优选为零。但是，在应当使入射光束沿入射光束的光路重定向的情况下，所述重定向装置能够得到更为一般化的应用。
此外，本发明还涉及一种频率复用系统，其被设置为向用于探测所述物体的平移的系统中具有衍射图案的物体提供光束，其中，所述频率复用系统包括用于提供具有预定频率的激光束的单个激光源，以及用于将所述激光束划分为多个部分，并使所述部分中的一个或多个发生频移，从而针对所述入射光束获得不同频率的装置，其中，将所述系统设置为，将作为基准光束的所述部分之一与所述入射光束中的每者结合用于令所述系统探测所述物体的平移。
将参考附图对本发明做进一步的举例说明，其中，附图示意性地示出了根据本发明的优选实施例。应当理解，无论如何本发明都不限于所述具体优选实施例。
在附图中图1示出了根据本发明的实施例的具有衍射图案的物体和测量头；图2A到图2D示出了衍射图案的平移对衍射光束造成的影响的示意图；图3A和3B示出了根据现有技术的测量相位差的方法；图4A和4B示出了根据本发明的实施例的测量相位差的方法；图5示意性地示出了根据本发明的实施例的用于探测物体的平移和旋转的系统；
图6A和6B示出了图5所示的系统的具体方面；图7和图8示出了根据本发明的用于探测物体的平移的系统的两个实施例；图9示出了根据本发明的实施例的用于图7和图8所示的系统的频率复用器系统；图10和图11示出了根据本发明的用于探测物体的平移的系统的另外两个实施例；图12示出了用于测量入射光束和反射光束之间的相位差的图10和11所示的实施例的一部分；图13A-13J示出了用于解释图10-12中应用的方法的特性曲线；图14示出了将图10或11所示的实施例结合到图5所示的系统中；图15示出了本发明的要点的示意图。
具体实施例方式
图1示意性地示出了用于探测物体2的平移的系统1，所述物体2带有施加到了所述物体2上的衍射图案3，在下文中还将所述衍射图案3称为光栅3。例如，物体可以是晶片或印刷电路板。可以将衍射图案3直接施加到所述物体2上，或者使其通过一个或多个中间或辅助部件(未示出)附着于所述物体2。以间隔距离S设置测量头4，从而探测物体2在所标示的X、Y、Z方向上的平移。
图2A-2D示出了周期反射光栅3的平移效应的示意图。在图2A中，使入射光束I射向光栅3。入射光束I从处于静止状态的光栅受到衍射，从而形成了衍射光束D。图中示出了衍射光束的衍射级D(-1)、D(0)和D(+1)。图2B示出了同一状态下的第一级，其中标示出了入射光束I和衍射光束D的波长λ。
图2C和2D分别示出了光栅3平行于光栅3的平面以及带有平行于包括光栅3的平面的法线 的分量的平移带来的影响，其中，虚线表示平移之前的情况，实线表示平移之后的情况。如图所示，光栅3的平移影响了衍射光束D的相位。具体而言，光栅3在平面内做距离为p/4的平移T导致了λ/2的相移，其中p为光栅3的周期。距离为λ/4的平面外平移导致了λ/2.14的相移。在下述说明中，将图2D所示的情况近似为，平行于法线 的距离为λ/4的平移导致了衍射光束D的λ/2的相移。
图3A和3B示出了测量相位差ΔΦ的常规方法。从不同的方向向光栅3提供两个入射光束I，并测量所得到的衍射光束D之间的相位差。对于平面内平移T而言，如图3A所示，由p/4的平移T导致的衍射光束D之间的相位差为λ/2。但是，由于衍射光束D的相移相互均衡，因而未测量到光栅3的平面外平移。
图4A和4B示出了根据本发明的实施例的用于测量相位差ΔΦ的系统和方法。与图3所示的常规方法形成对比的是，通过测量入射光束I和衍射光束D之间的干涉单独测量每一衍射光束D的相位。因而，对于平面内平移测得每一对入射和衍射光束具有λ/4的相移，对于平面外平移测得每一对入射和衍射光束具有λ/2的相移。因而，根据本发明的系统和方法允许探测到平面内和平面外平移。为了既确定平面内平移，又确定平外面平移，应当将系统设置为使其能够分辨由平面内平移和平面外平移造成的相移。能够以光学方式或其他方式确定平面内平移。
例如，图5、6A和6B示意性地示出了用于探测物体2(未示出)的平移T和旋转R的系统1，其中，向所述物体施加二维光栅3。系统1包括用于从不同的方向向二维光栅3提供第一、第二和第三入射光束I1、I2和I3的光学头4。第一、第二和第三衍射光束D1、D2和D3源自于入射光束I1、I2和I3。在衍射光束D1、D2和D3中，示出了衍射级-1、0和+1。图中以黑色、黑灰色和浅灰色示出了入射光束I和衍射光束D构成的对。为了分辨不同的光束路径，图5中的光束没有重叠于同一测量点上，而是处于彼此之间具有小偏移量的三个不同的点处。但是，实际上，三个光束应当重叠于同一测量点处。测量头4还包括用于测量由所述第一入射光束I1和所述第一衍射光束D1构成的对、所述第二入射光束I2和所述第二衍射光束D2构成的对以及由所述第三入射光束I3和所述第三衍射光束D3构成的对中的至少一个对之间的相位差ΔΦ的装置。只要衍射级的光能足够大，采用衍射光束D1、D2和D3的每一衍射级均可测量相位差ΔΦ。确定光束I1、I2和I3的入射波长和角度以及光栅3的周期p，从而采用测量头4利用衍射光束D1、D2和D3的+1衍射级探测光栅3的平移T。
系统1还包括位置敏感探测器5，其用于接收所述衍射光束D1、D2和D3的其他级，即图1中的0级和-1级，以探测所述物体2的旋转R。光栅3的旋转Rx、Ry和Rz导致了这些级在位置敏感探测器5上的位移，因而能够探测到物体2的旋转。如果物体2旋转，其可能还会影响用于测量物体2的平移的衍射光束D1、D2和D3的相位，因为一个或多个光束的路径长度可能发生变化。因此，对于具有明显的旋转运动分量Rx、Ry和Rz的物体2而言，应当确定这一旋转以计算物体的平移。
更确切地说，对于二维衍射光栅3而言，由两个坐标表示衍射级。由(0，0)表示第一级，由(1，0)表示x方向的第一级，由(0，1)表示y方向的第一级，等等。在这里所描述的实施例中，还采用其他的级(0，0)和(-1，0)测量物体2的旋转。在下文中也通过级0表示级(0，0)，其只对旋转Rx和Ry敏感，这里的(-1，0)对Rx、Ry和Rz敏感。但是，也可以采用其他的级，例如(-1，-1)。为了清晰起见，下文中省略了由两个坐标对级做出的标示。
使+1级衍射光束D1、D2和D3射向第一重定向装置6。在通过这一反向反射器之后，光束D1、D2和D3再次射向光栅3。使某些衍射光束入射到光学头4上，并测量这些进一步衍射的光束，以探测光栅3的平移。
衍射级0和-1分别落在二维位置敏感探测器5上和一维位置敏感装置上。采用二维位置敏感探测器5沿两个方向测量衍射级0的点的位置，沿一个方向测量-1级光束的位置。
采用三个相位测量和三个点位置测量确定衍射光栅3的三个平移和三个旋转。
在图6A中，为了清晰起见，仅示出了单个入射光束I1和与其相关的衍射光束D1，其中给出了+1、0和-1级。显然，通过选择光栅周期p、波长λ和入射角能够使入射面内的+1级衍射光束沿光栅3的法线 发射。绘制图6A中的球面H的目的仅在于更清晰地示出衍射级的取向。光栅3的十字线示出了二维衍射光栅的取向。
如图6B所示，布置三个光学头4，并通过控制其取向而使三个入射光束I1、I2和I3沿虚拟棱锥P的三个边缘发射。从图5中可以看出，三个入射光束的入射面内的+1级衍射光束D1(+1)、D2(+1)和D3(+1)相互平行，并射向第一重定向装置6。这种设置尤其适于入射光束沿虚拟棱锥P的边缘发射的光束布局。
第一重定向装置6的功能在于使入射光束重新定向，从而使反射光束平行于入射光束，并与入射光束重叠，在下文中还将第一重定向装置6称为零偏移反向反射器。零偏移反向反射器6包括立体角7、偏振分束器立方体8、半波板9和起着折叠式反射镜的作用的棱镜10。通常将立体角用作反向反射器。入射和反射光束相互平行，但是它们在空间上是分离的。零偏移反向反射器6使入射光束重新定向，从而沿同一光路返回至光栅3。如果入射光束的方向或位置不是标称的(nominal)，那么入射和反射光束之间的偏移将不会是零。
光学头4的构造取决于测量衍射光束D1、D2和D3的相位的方法。对于以二光束干涉为基础的测量系统而言，可以使光学头4的构造如图7和图8所示。应当注意，在图7和图8中仅示出了+1级衍射光束D1，而没有示出0级和-1级光束。所述光束旁边的符号表示其偏振态。采用光束与“弯折”的反射之间的偏移来清晰地表现光束路径。实际上，所有的平行光束都是重叠的。所述构造包括几种光学部件，例如，用于改变入射光束的偏振的波板、分光器和法拉第部件，所述光学部件是本领域公知的，因而这里不再对其做进一步的说明。
图7示出了双光路布局，其中，入射光束I1受到衍射光栅3的两次衍射。
提供基准光束RB，以通过干涉法，即通过两光束干涉测量入射光束I的相位。在入射光束I1射向衍射光栅3之前，通过光学部件20将其一小部分分离出来，使之与基准光束RB的一部分结合，并使它们在探测器21处发生干涉。对于外差式系统而言，典型地，采用来自这一探测器21的电信号作为基准信号。这一电基准信号的相位等于两个干涉光束I1和RB之间的相位差而非某一常数。使从光栅3到光学头4的进一步衍射光束Dx的部分与其余基准光束RB在第二探测器22处干涉。来自这一探测器22的电信号的相位等于两个干涉光束Dx和RB之间的相位差而非某一常数。探测器22将由光束干涉导致的强度变化转化为电信号。因此，两个探测器信号之间的相位差ΔΦ等于由光栅3的平移T导致的、衍射光束Dx的相位偏移。
图7所示的双光路光束布局确保了与基准光束RB发生干涉的进一步衍射光束Dx的方向与光栅3的旋转无关。光栅3的旋转只导致了该光束部分的位移，也将其称为“光束离开”。因此，与不带有零偏移反向反射器6的光束部件相比，光栅3的旋转范围很大。就4mm的光束直径以及相对于光度头4具有100mm的分隔距离S的情况而言，旋转范围将为±5mrad左右。
为了进一步提高旋转范围，可以采用图8所示的四光路布局。就这一光束布局而言，入射光束I1在与基准光束RB发生干涉之前四次受到光栅3的衍射。通过第二重定向装置23使返回至光学头4的衍射光束再次返回至衍射光栅3。第二重定向装置23包括反射镜和偏振分束器立方体。所述偏振使得所述光束被分束器立方体完全反射。这一四光路光束布局不仅补偿了由光栅3的旋转导致的光束偏转，还补偿了上文所述的光束离开效应。在这种情况下，通过零偏移后向反射器6的尺寸限制旋转范围。就25mm的孔径和光学头4的100mm的分隔距离S而言，旋转范围为±60mrad。
上述旋转范围是以下述假设为基础的，即在光斑所落在的区域上，物体2是平坦的。这一区域的面积等于光斑尺寸加上所允许的光束离开幅度。对于双光路布局而言，该区域具有6mm的直径；对于四光路布局而言，这一区域具有25mm的直径。光栅3在这一区域上的弯曲可能降低旋转范围。所述的能够实现对物体平移的精确探测的旋转范围明显大于现有技术的系统中的相应范围。
图9更详细地示出了用于光学头4的源系统。所述系统是以单个稳定的激光器30为基础的。可以通过空气或如图9所示通过光纤31使来自激光器的光，例如具有632.8nm的波长的光，直接射向光学头4。如果激光器30必须置于真空室的外面，那么选用光纤是有用的。通过分束器32和反射镜33将所述激光分成四个部分，通过声光调制器34使每一部分的频率发生偏移。采用这四个光束中的一个作为基准光束RB。其他光束是针对光栅3的入射光束I1、I2和I3。
选择驱动所述声光调制器34的四个频率，使得探测器21和22的电信号的频率(所谓的拍频，其等于进一步衍射光束Dx与基准光束RB之间的频率差)互不相同。结果，探测器信号频率处于独立的频带内。因此，应当注意，由于光栅3的运动，进一步衍射光束Dx的频率将发生变化，因而拍频将发生移动。
将这些拍频选择为处于独立的频带内的原因如下。如图5所示，D1的零级光束平行于由零偏移反向反射器6反射的D3的一级光束，并且二者均落在用于D3的光学头4上。类似地，D3的零级光束平行于D1的反向反射一级光束，并且二者均落在针对D1的光学头4上。光学头4处的不想要的零级光束与基准光束RB以及一级光束D1、D2和D3干涉。通过选择不同的拍频，对所有的干涉成分进行频率复用。从而可以通过过滤分离想要的和不想要的成分。
例如，将声光调制器的频率选择为15MHz、30MHz、45MHz和60MHz。因此，针对第一、第二和第三入射光束I1、I2和I3的探测器信号的频率(如果光栅没有正在移动)将分别是45MHz、30MHz和15MHz。如果由于光栅3运动，这些信号中的每者在±7.5MHz的带宽内变化，那么该变化仍在独立频带内。如果I1、I2和I3具有20°的入射角并且波长为632.8nm，那么光栅周期p必须是1.85μm。在采用这些值和图8所示的四光路布局的情况下，3.5m/s的平面内光栅平移T将导致7.5MHz的频移。在采用图7所示的双光路光束布局的情况下，7m/s的速度将导致7.5MHz的频移。
对于衍射光束D1而言，影响光学头4中的干涉的多余成分是由零级光束D3和基准光束RB之间以15MHz的拍频发生的干涉以及零级光束D3与衍射光束D1之间以30MHz的拍频发生的干涉导致的。而想要的成分则是由衍射光束D1与基准光束RB以45MHz的拍频发生的干涉得到的。总而言之，通过选择性过滤，能够分离想要的和多余的成分。
图10-14示出了一种备选系统，其用于以激光自混合为基础进行相位测量。正如先前在图7-9中示出的实施例所示，在图10和11中示出了双光路光束布局和四光路布局。采用与图7和图8中相同的附图标记表示相同或类似的部件；此外还示出了额外的部件，例如用于修改入射光束的偏振的波板和分光器。
由二极管激光器40生成入射光束I1。返回至激光器40的衍射光束Dx影响激光器功率，使一小部分入射光泄漏到探测器41上，从而通过这一探测器监测激光器功率，由此使探测器信号i0(t)的相移等于返回的衍射光束Dx的相移ΔΦ。因而，通过测量探测器信号i0(t)的相移，能够确定由光栅3的平移T和/或旋转R导致的衍射光束Dx的相移。此外，稳定激光器42提供了基准光束RB。
图10-14的系统本质上是零差的，因而不能像先前参考图7-9描述的那样通过引入拍频将其转化为外差式系统。因而，问题在于怎样通过探测器41处的光强变化测量衍射光束Dx的相移。
图12以及图13A-13J示出了用于解决这一问题的本发明的实施例。采用输入电流ii(t)调制二极管激光器40。由i0(t)表示探测器或监视器二极管41的输出电流。入射光束的相位为φ(t)。用φ(t-τ)表示衍射光束的相位，其中τ是指激光束返回激光器40所用的时间。激光束的辐射频率为ω(t)。由ω0表示基准光束RB的辐射频率。
在图13A中示出了二极管激光器的调制。以2MHz的频率调制输入电流ii(t)，对于图11所示的四光路光束布局而言，其针对周期p为1.85μm的光栅3的1m/s的速度每周期提供四个样本。每个周期必须提取最低数量的样本，以确定哪一样本对应于哪一周期。已经确定四个或四个以上的样本是实际可行的数量。图13B示出了所得到的入射激光束I1的频率ω(t)的调制。图13C示出了所得到的入射激光束I1的相位φ(t)的调制。图13D示出了返回光束Dx的相位φ(t)和延迟相位φ(t-τ)。图13E示出了由Δφ(t，τ)表示的相位差。这一相位差等于输出电流i0(t)的相位。图13F示出了所述输出电流。
为了测量由光栅3的平移T引入的相位移，测量i0(t)的相位。但是，由于频率(或波长)的调制，相移和平移之间的关系是未知的。因此，应当确定并考虑波长λ。由于漂移的影响，二极管激光器40的波长不是非常稳定。因而，通过发生电流ir(t)的探测器43测量二极管激光器40的波长是有利的。精确度主要由间隔距离S和所要求的探测平移T的精确度决定。就100mm的间隔距离S、图11所示的四光路光束设置和所要求的1nm的平移精确度而言，波长精确度应当为10-9左右。
可以通过直接测量二极管激光器40和稳定基准激光器42之间的频差达到所述精确度。由于输入电流ii(t)的高调制频率，不对频差进行连续测量。相反，将所述系统布置为，如果二极管激光器40的波长ω(t)跨越某一值，就生成触发信号，所述值由基准激光器42的波长ω0和连接至探测器43的窄带通滤波器44的中间频率决定。采用电功率探测器45探测通过的信号。图13G-13J示出了来自触发单元46的触发信号，以及它与i0(t)的相位测量值的关系。在时刻t1、t2、t3和t4处，即在ω(t)≈ω0时，测量入射激光束I1与衍射激光束Dx之间的相位差。
以0.5MHz的精确度从触发单元46生成触发信号，以获取1nm的精确度。输入电流的调制深度必须使得相移是2π的几倍。因而，在激光器的中心波长为0.6μm左右，间隔距离S为100mm，并且采取图11中的四光路布局时，相对波长变化为1.5×10-6左右。其对应于大约1pm左右的绝对波长变化。因而，频率ω(t)的调制深度为2π×750MHz左右(二极管激光器40的平均值为2π×500THz)。
图14示出了将二极管激光器40集成到图5所示的系统中。对于波长触发信号而言，采用所有光学头4共用的稳定激光器42。由于三个光学头的二极管激光器40对于三个测量方向不相关，因而避免了图7-9所示的外差式系统所面临的串扰问题。
根据本发明的系统的一个尤其引人注意的应用是晶片定位。就常规而言，通过将晶片置于安装了反射镜的卡盘上执行晶片定位。就本发明的系统而言，可以省略这样的卡盘，将衍射光栅3施加到晶片上，并测量入射到所述晶片上的光束与从所述晶片衍射的光束之间的相位差，由此控制晶片的定位。
应当注意，上述实施例的作用在于说明而不是限制本发明，在不背离权利要求的范围的情况下，本领域技术人员将能够设计出很多种备选实施例。本发明的要点涉及这样一种见地，即如图15所示，测量由光栅3衍射的光束D与未受衍射的光束L之间的相位差能够探测光栅3的平面内和平面外平移。光学元件O使光束L的部分I射向光栅3，以获得衍射光束D，而使光束L的其他部分朝向测量头4传输。测量头4测量衍射光束D与非衍射光束D之间的相位差。
在权利要求中，置于括号内的附图标记不应被视作是对权利要求的限定。“包括”一词不排除除了在权利要求中列举的元件或步骤以外的其他元件或步骤的存在。元件之前的“一”或“一个”不排除存在多个此类元件。起码的事实在于，在互不相同的从属权利要求内引用了某些措施不表示不能将这些措施有利地结合起来使用。
权利要求
1.一种用于探测具有衍射图案(3)的物体(2)的平移(T)的系统(1)，所述系统包括用于向所述衍射图案提供入射光束(I)，从而从所述衍射图案获得衍射光束(D)的装置(4)；用于通过所述入射光束和所述衍射光束之间的干涉测量相位差的装置(4)；用于基于所述的测得的相位差探测所述平移的装置(4)。
2.根据权利要求1所述的系统(1)，其中，将用于探测所述平移的所述装置设置为探测所述物体平行于具有衍射光栅的平面的法线的平移。
3.根据权利要求1所述的系统(1)，其中，所述衍射图案为二维衍射图案(3)，且所述系统包括用于从第一、第二和第三方向向所述衍射图案提供第一、第二和第三入射光束(I1，I2，I3)，以获得第一、第二和第三衍射光束(D1，D2，D3)的装置(4)，用于测量由所述第一入射光束和所述第一衍射光束、所述第二入射光束和所述第二衍射光束以及所述第三入射光束和所述第三衍射光束构成的对(I1，D1；I2，D2；I3，D3)中的至少一个对之间的相位差的装置。
4.根据权利要求3所述的系统(1)，其中，所述系统包括位置敏感探测器(5)，其被设置为接收所述衍射光束(D1，D2，D3)的其他级(0，-1)，以探测所述物体的旋转。
5.根据权利要求3所述的系统(1)，其中，所述系统还包括一个或多个重定向装置(6；23)，其用于使所述第一、第二和第三衍射光束(D1，D2，D3)一次或多次朝向所述物体的所述衍射图案重新定向，以获得进一步衍射光束(Dx)。
6.根据权利要求5所述的系统(1)，其中，所述重定向装置之一(6)包括立体角(7)、偏振分束器(8)、半波板(9)和棱镜(10)，其被设置为使所述第一、第二和第三衍射光束(D1，D2，D3)沿基本相同的光路朝向所述衍射图案重新定向。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，用于测量相位差的所述装置包括用于基准光束(RB)的输入、用于测量入射光束(I1，I2，I3)和所述基准光束(RB)之间的相位差的第一探测器(21)以及用于测量所述基准光束(RB)和所述进一步衍射光束(Dx)之间的相位差的第二探测器(22)。
8.根据权利要求3所述的系统，其中，所述系统被设置为针对所述第一、第二和第三入射光束(I1，I2，I3)具有不同频率。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述系统包括用于提供具有预定频率的激光束的单个激光源(30)，以及用于将所述激光束分为四个部分，并使三个部分发生频移，从而针对所述入射光束(I1，I2，I3)获得所述不同频率的装置(32，33)，其中，将所述系统设置为将作为基准光束(RB)的第四部分与所述三个部分中的每一部分结合起来用于令所述装置(4)测量相位差。
10.根据权利要求3所述的系统(1)，其中，所述系统包括半导体激光器(40)，其被设置为提供所述第一、第二或第三入射光束(I1，I2，I3)中的至少一个，接收所述第一、第二或第三衍射光束(D1，D2，D3)或进一步衍射光束(Dx)，以及将所述入射光束(I1，I2，I3)和所述衍射光束(D1，D2，D3，Dx)的一部分输出至所述用于测量相位差的装置。
11.根据权利要求10所述的系统(1)，其中，所述半导体激光器(40)还被设置为接收用于改变所述入射光束(I1，I2，I3)的频率的调制信号(ii(t))。
12.根据权利要求10所述的系统(1)，其中，所述系统还包括用于提供具有稳定频率(ω0)的基准光束(RB)的稳定激光器(42)以及用于探测所述入射光束(I1)和所述基准光束(RB)的频率(ω(t))的额外探测器(43)。
13.根据权利要求12所述的系统(1)，其中，所述系统被设置为，当所述稳定频率(ω0)与所述入射光束(I1)的所述频率(ω(t))基本匹配时，触发用于测量所述相位差的所述装置(4)。
14.一种用于探测物体(2)的平移(T)的方法，其中，所述物体具有施加于其上的衍射图案，所述方法包括的步骤有向所述衍射图案提供入射光束(I)；从所述衍射图案获得衍射光束(D)；通过使所述入射光束(I)与所述衍射光束(D)干涉来涉测量相位差；基于所述的测得的相位差探测所述平移。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法包括的步骤有从第一、第二和第三方向向所述衍射图案(3)提供第一、第二和第三入射光束(II，I2，I3)，以获得第一、第二和第三衍射光束(D1，D2，D3)，以及测量由所述第一入射光束和所述第一衍射光束、所述第二入射光束和所述第二衍射光束以及所述第三入射光束和所述第三衍射光束构成的对(I1，D1；I2，D2；I3，D3)中的至少一个对之间的相位差。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述方法还包括通过在位置敏感探测器(5)处接收所述衍射光束的其他级(0，-1)而探测所述物体的旋转(Rx；Ry；Rz)的步骤。
17.一种重定向装置(6)，其用于使入射到所述装置上的光束(D1，D2，D3)基本沿同一光路返回，所述装置包括立体角(7)、偏振分束器(8)、半波板(9)和棱镜(10)。
18.根据权利要求17所述的重定向装置(6)，其中，所述偏振分束器(8)具有用于接收所述入射光束(D1，D2，D3)的面，并且将所述装置构造为，使所述光束(D1，D2，D3)分别穿过所述立体角(7)、所述棱镜(10)、所述半波板(9)，并再次穿过所述偏振分束器(8)，从而使所述光束基本在与所述入射光束相同的位置处从所述面出射。
19.一种频率复用系统，其被设置为向系统中具有衍射图案(3)的物体(2)提供光束(I1，I2，I3)，以探测所述物体的平移(T)，其中，所述频率复用系统包括用于提供具有预定频率的激光束的单个激光源(30)，以及用于将所述激光束划分为多个部分，并使所述部分中的一个或多个发生频移，从而针对所述入射光束(I1，I2，I3)获得不同频率的装置(32，33)，其中，将所述系统设置为，将作为基准光束(RB)的所述部分之一与所述入射光束中的每者结合用于令所述系统探测所述物体的平移。
20.一种用于探测具有衍射图案(3)的物体(2)的平移(T)的系统(1)，所述系统包括用于提供光束(L)的装置(4)；用于从所述衍射图案获得与所述光束(L)相干的衍射光束(D)的装置；用于通过所述光束和所述衍射光束之间的干涉测量相位差的装置(4)；用于基于所述的测得的相位差探测所述平移的装置(4)。
全文摘要
本发明涉及用于探测物体(2)的平移(T)的系统(1)，所述物体具有施加于其上的衍射图案(3)。所述系统包括用于向所述衍射图案提供入射光束(I)，从而从所述衍射图案获得衍射光束(D)的装置(4)；用于通过所述入射光束和所述衍射光束之间的干涉测量相位差的装置(4)；用于基于所述的测得的相位差探测所述平移的装置(4)。本发明还涉及一种用于探测物体(2)的平移的方法；重定向装置6和频率复用系统。
文档编号G01D5/26GK101061370SQ200580039740
公开日2007年10月24日 申请日期2005年11月17日 优先权日2004年11月22日
发明者雷纳图斯·G.·克拉韦尔, 约翰·C.·康普特, 皮特·范德梅尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司