TW201344160A - 干涉式編碼器系統的密接式編碼頭 - Google Patents

Abstract

一種編碼器系統，包含一編碼器尺規與一編碼頭，其中該編碼頭係配置成將多個二次繞射測量光束之各個二次繞射測量光束與一對應的參考光束相結合而形成多個輸出光束；其中該編碼頭包含具有多個小面之一單件式光學組件，該等多個小面係配置成：從該編碼器尺規之一表面接收多個一次繞射測量光束；以及重新導引該等多個一次繞射測量光束朝向該編碼器尺規之該表面返回，該編碼器尺規係定位在該等一次繞射測量光束之一路徑中，以產生該等二次繞射測量光束。

Description

干涉式編碼器系統的密接式編碼頭

本發明一般係有關於一種干涉式編碼器系統的密接式編碼頭。

在一些實例中，干涉式測量系統根據光學干涉信號來監視一測量物體之相對位置的改變。例如，干涉計(interferometer)藉由重疊及干涉從測量物體反射之測量光束與第二光束(有時稱為「參考光束」)來產生光學干涉信號，其中測量光束與參考光束係取得自共同來源。測量物體之相對位置的改變係對應於所測量光學干涉信號之相位的改變。

此種干涉式測量系統的範例為干涉式編碼器系統，其藉由追蹤一測量刻度(稱為編碼器尺規)來評估物體之移動。通常，干涉式編碼器系統包括編碼器尺規與編碼頭。編碼頭為包括干涉計的裝置。干涉計導引一測量光束至編碼器尺規，其中該測量光束繞射。干涉計結合經繞射之測量光束與參考光束來形成一輸出光束，輸出光束包括關於物體之位置的相位。編碼器系統廣泛地使用在微影應用中，用於監視微影工具中之可移動平台的移動。編碼器系統在此種應用中是有利的，因為它們對於大氣的紊流相對較不敏感。

本揭露係關於密接式編碼頭。本發明之各種態樣係總結如下。

通常，在第一態樣中，本揭露之技術特徵可被實施於編碼頭中，其與編碼器尺規一起使用，該編碼頭係配置成將多個二次繞射測量光束之各個二次繞射測量光束與一對應的參考光束相結合而形成多個輸出光束，其中該編碼頭包含具有多個小面之一單件式光學組件，該等多個小面係配置成：i)從該編碼器尺規之一表面接收多個一次繞射測量光束；以及ii)重新導引該等多個一次繞射測量光束朝向該編碼器尺規之該表面返回，該編碼器尺規係定位在該等一次繞射測量光束之一路徑中，以產生該等二次繞射測量光束。

在另一態樣中，本揭露之技術特徵可被實施於包含一編碼器尺規、一編碼頭之一編碼器系統中，該編碼頭係配置成將多個二次繞射測量光束之各個二次繞射測量光束與一對應的參考光束相結合而形成多個輸出光束，其中該編碼頭包含具有多個小面之一單件式光學組件，該等多個小面係配置成：從該編碼器尺規之一表面接收多個一次繞射測量光束；以及重新導引該等多個一次繞射測量光束朝向該編碼器尺規之該表面返回，該編碼器尺規係定位在該等一次繞射測量光束之一路徑中，以產生該等二次繞射測量光束。該編碼器系統可另包含被定位來偵測該等輸出光束的多個偵測器元件，及一電子處理器，其配置成：從各個 偵測器元件接收一干涉信號，各個干涉信號包含關於該等二次繞射測量光束之一者與該對應的參考光束之間的一光學路徑差異的一相位；以及根據各個干涉信號之該相位，決定關於該編碼器尺規之一自由度之資訊。

該等系統之實施可包含下述特徵之一或多者及/或其他態樣之特徵。例如，該單件式光學組件可具有一立方體形狀。在一些實施中，該單件式光學組件可具有一平行六面體形狀。

在一些實施中，該單件式光學組件包含配置來接收一未繞射測量光束且發出該等二次繞射測量光束的一第一小面。該第一小面實質上對於行進在垂直於該第一小面之方向中的幅射來說是可穿透的，且實質上對於入射在相對於該第一小面之斜角處的幅射來說是反射性的。該單件式光學組件可包含配置來從該編碼器尺規接收一一次繞射或二次繞射測量光束的一第二小面。該第二小面實質上對於行進在垂直於該第二小面之方向中的幅射來說是可穿透的。該第二小面係配置成面向且越過該第一小面。

替代地，該第二小面可配置成正交於該第一小面。該第二小面可配置成：將在相對於該第二小面之斜角之一第一範圍處入射在該第二小面上的幅射加以反射；及將在相對於該第二小面之斜角之一第二不同範圍處入射在該第二小面上的幅射加以傳送。

在一些實施中，該單件式光學組件之一側小面實質上對於入射在相對於該側小面之斜角處的幅射來說是反射性 的。

在一些實施中，該編碼器尺規包含一1D或2D光柵。該光柵可包含沿著一第一方向延伸的溝槽。在一些實例中，包括該單件式光學組件之一側小面的一平面可定向在相對於該第一方向的一斜角處。

在一些實施中，該單件式光學組件可包含一六角柱或一五角柱。

在某些實施中，該編碼頭可配置成將一未繞射測量光束沿著一第一光束路徑導向該編碼器尺規，該未繞射測量光束之該第一光束路徑在該單件式光學組件之外。該編碼器尺規可相對於該單件式光學組件來定位，以沿著一第二光束路徑繞射一入射光束，該經繞射入射光束之該第二光束路徑在該單件式光學組件之外。

在一些實施中，該等一次繞射測量光束包含產生自該編碼器尺規之一正階繞射的一第一一次繞射測量光束，以及產生自該編碼器尺規之一負階繞射的一第二一次繞射測量光束。該等第一與第二一次繞射測量光束可包含在一第一平面內的正與負階繞射。該等一次繞射測量光束另可包含第三與第四一次繞射測量光束，該等第三與第四一次繞射測量光束在正交於該第一平面之一第二平面內分別包含來自該編碼器尺規之一正階與一負階繞射。

在一些實施中，該系統另包含多個光學元件，除了配置來接收一輸入光束之外，還從該輸入光束取得(1)各個二次繞射測量光束的該對應參考光束，及(2)一入射測量 光束。該等多個光學元件可包含多個光束分離器及一回射器(retro-reflector)。

在一些實施中，該單件式光學組件配置成接收一輸入光束；及從該輸入光束取得(1)各個二次繞射測量光束的該對應參考光束，及(2)一入射測量光束。該單件式光學組件可包含一光束分離小面，其配置成根據該輸入光束的一偏光且根據相對於該光束分離小面的一特定入射角，將該輸入光束分離，以及將入射在該光束分離小面上該特定入射角之外的入射角處的光束加以反射。該系統可另包含一參考光柵，被定位來從該單件式光學組件接收該等參考光束，以及將該等經繞射參考光束重新導引至該單件式光學組件。

在另一態樣中，本揭露之技術特徵可被實施於包含一可移動平台與一編碼器系統的一系統中，其中，該編碼器系統或該測量物體係附接至該可移動平台。該編碼器系統可包含一編碼器尺規與一編碼頭，其中該編碼頭係配置成將多個二次繞射測量光束之各個二次繞射測量光束與一對應的參考光束相結合而形成多個輸出光束。在一些實施中，該編碼頭包含具有多個小面之一單件式光學組件，其中該等多個小面係配置成從該編碼器尺規之一表面接收多個一次繞射測量光束；以及重新導引該等多個一次繞射測量光束朝向該編碼器尺規之該表面返回。在一些實施中，該編碼器尺規係定位在該等一次繞射測量光束之一路徑中，以產生該等二次繞射測量光束。該編碼器系統可另包 含被定位來偵測該等輸出光束的多個偵測器元件，及一電子處理器，其配置成從各個偵測器元件接收一干涉信號，其中各個干涉信號包含關於該等二次繞射測量光束之一者與該對應的參考光束之間的一光學路徑差異的一相位。該電子處理器可另配置成根據各個干涉信號之該相位，決定關於該編碼器尺規之一自由度之資訊。

在另一態樣中，本揭露之技術特徵可被實施於一微影系統中，其包含一編碼器系統；一可移動平台，其中該編碼器系統或該測量物體係附接至該可移動平台；一照射系統耦接至該編碼器系統；一偵測器，在該微影系統的操作期間，用以偵測來自該編碼器系統的一輸出光束；及一定位系統，耦接至該電子處理器，且配置成根據關於一編碼器尺規之該位移的該資訊來調整該平台的位置。該照射系統可包含一幅射源，其中，在該微影系統的操作期間，該源將幅射導引至該編碼器系統。該編碼器系統可包含該編碼器尺規與一編碼頭，該編碼頭係配置成將多個二次繞射測量光束之各個二次繞射測量光束與一對應的參考光束相結合而形成多個輸出光束。該編碼頭可包含具有多個小面之一單件式光學組件，其中該等多個小面係配置成從該編碼器尺規之一表面接收多個一次繞射測量光束，以及重新導引該等多個一次繞射測量光束朝向該編碼器尺規之該表面返回。該編碼器尺規可定位在該等一次繞射測量光束之一路徑中，以產生該等二次繞射測量光束。該編碼器系統可另包含被定位來偵測該等輸出光束的多個偵測器元件， 及一電子處理器，其配置成從各個偵測器元件接收一干涉信號，其中各個干涉信號包含關於該等二次繞射測量光束之一者與該對應的參考光束之間的一光學路徑差異的一相位，且根據各個干涉信號之該相位，決定關於該編碼器尺規之一自由度之資訊。

在此揭露之技術特徵之各種態樣的優點可包含：例如，干涉式編碼器系統具有需要用於位置測量之低數量的光學元件及/或個別編碼頭。其他優點包含：例如，干涉式編碼器系統及/或編碼頭的低成本及/或簡單設計。

一或更多實施例之細節係提出於所附圖式與下面敘述中。其他特徵與優點將從敘述、圖式與該等申請專利範圍而明顯得知。

參見第1圖，干涉式編碼器系統100包含光源模組120(例如包含雷射)、光學裝置110、測量物體101、偵測器模組130(例如包含偏光器與光偵測器)、與電子處理器150。通常，光源模組120包含光源，且亦可包含其他組件，例如光束成形光學元件(例如光視準光學元件)、光導組件(例如光纖光學波導)及/或偏光管理光學元件(例如偏光器及/或波片)。光學裝置110之各種實施例敘述於下。光學裝置亦稱為「編碼頭」。笛卡兒座標系統係顯示做為參考，其中Y方向(未示)係進入頁中。

測量物體101沿著Z軸定位在離開光學裝置110某個 標稱距離。在許多應用中，例如其中編碼器系統被用於監視微影工具中之晶圓平台或光罩平台的位置，測量物體101相對於光學裝置移動於X及/或Y方向中，同時相對於Z軸維持離開光學裝置一標稱固定距離。此固定距離可為相當小(例如數公分或更小)。但是，在此種應用中，測量物體的位置通常將與標稱固定距離相差一小數量，且測量物體的相對定向在笛卡兒座標系統內也可改變一小數量。在操作期間，編碼器系統100監視測量物體101相對於光學裝置110的這些自由度的一或多個，包含測量物體101相對於X軸的位置，且在某些實施例中另包含測量物體101相對於Y軸及/或Z軸及/或相對於傾角與偏離角定向的位置。

為了監視測量物體101的位置，光源模組120導引輸入光束122至光學裝置110。光學裝置110從輸入光束122取得測量光束112，且導引測量光束112至測量物體101。光學裝置110亦從輸入光束122取得參考光束(未示)，且導引參考光束沿著不同於測量光束之路徑。例如，光學裝置110可包含光束分離器，光束分離器將輸入光束122分成測量光束112與參考光束。測量與參考光束可具有正交偏光(例如正交線性偏光)。

測量物體101包含編碼器尺規105，編碼器尺規105例如是測量刻度，其將來自編碼頭的測量光束繞射成一或多個繞射階(diffracted order)。通常，編碼器尺規可包含多種不同繞射結構，例如光柵或全像繞射結構。光柵 的範例包含正弦曲線、矩形、或鋸齒光柵。光柵之特徵在於具有固定間距之週期結構，但亦可為多個複合週期結構(例如漸變光柵)。通常，編碼器尺規可將測量光束繞射進入多於一個平面中。例如，編碼器尺規可為二維光柵，其將測量光束繞射成X-Z與Y-Z平面中的繞射階。編碼器尺規在X-Y平面中延伸了對應於測量物體101之移動範圍的距離。

在本實施例中，編碼器尺規105為具有多條光柵線的光柵，光柵線延伸正交於頁的平面，平行於第1圖中所示之笛卡兒座標系統的Y軸。光柵線沿著X軸為週期性。編碼器尺規105具有對應於X-Y平面的光柵平面，且編碼器尺規將測量光束112繞射成Y-Z平面中的一或多個繞射階。

測量光束的這些被繞射階的至少一者(例如+1或-1繞射階)(標示為114)返回至光學裝置110，其中光學元件用於將繞射測量光束與參考光束相結合而形成輸出光束132。替代地，在與參考光束相結合之前，裝置110內之光學元件用於將繞射測量光束重新導引回到編碼器尺規而繞射第二次。

輸出光束132包含關於測量光束與參考光束之間之光學路徑長度差異的相位資訊。光學裝置110導引輸出光束132至偵測器模組130，偵測器模組130偵測輸出光束且回應於偵測到之輸出光束而傳送信號至電子處理器150。電子處理器150接收且分析該信號，並且決定關於測量物體101相對於光學裝置110的一或多個自由度的資訊。根據 偵測到之輸出光束而決定關於一或多個自由度之資訊的例示技術的範例可在美國專利No.8,300,233中找到，在此藉由參照將其整個內容併入。

在某些實施例中，測量光束與參考光束具有小的頻率差異(例如是kHz到MHz範圍的差異)，以在大概對應於此頻率差異的頻率處產生想要的干涉信號。此頻率在此之後可互換地稱為「外差式(heterodyne)」頻率。關於測量物體之相對位置之改變的資訊大概對應於在此外差式頻率之干涉信號的相位。信號處理技術可用於擷取此相位。通常，可移動測量物體會導致此相位項隨時間而改變。就這一點而言，該測量物體移動之第一階時間微分會導致干涉信號之頻率從外差式頻率偏移一個量，在此稱為「都卜勒」偏移。

測量光束與參考光束之不同頻率可例如藉由雷射塞曼分裂(Zeeman splitting)、藉由聲光調制、使用兩個不同雷射模式、或雷射內部使用雙折射元件、以及其他技術來產生。正交偏光允許偏光光束分離器將測量光束與參考光束沿著不同路徑導引，且將它們結合來形成輸出光束，輸出光束之後通過偏光器，偏光器將正交偏光的分量混合，所以它們可以干涉。在目標沒有移動時，干涉信號於外差式頻率振盪，外差式頻率只是兩分量之光學頻率的差異。當有移動時，外差式頻率透過所謂的都卜勒相關而發生相關於目標之速度的改變。因此，監視外差式頻率的改變允許人可以監視目標相對於光學裝置的移動。

在下述實施例中，「輸入光束」通常指的是光源模組所發出的光束。針對外差式偵測，輸入光束包含具有些微不同頻率的分量，如同上述。

在某些實施例中，設計干涉式系統，所以它們不操作在利特羅(Littrow)。例如，測量光束以一入射角入射於測量物體101上，使得一次繞射測量光束不滿足利特羅條件。利特羅條件指的是繞射結構(例如光柵)相對於入射光束的定向，其中繞射結構導引被繞射光束朝光源返回。換句話說，在編碼器系統100中，一次繞射測量光束不滿足利特羅條件，因為在編碼器尺規處之繞射之前，一次繞射測量光束與測量光束並非共線性。

雖然編碼器尺規105在第1圖中繪示為在一方向中是週期性的結構，更一般性地，測量物體可包含多種不同繞射結構，其適當地繞射該測量光束。在一些實施例中，測量物體可包含一繞射結構(例如編碼器尺規)，其在兩方向中(例如沿著X與Y軸)是週期性，將測量光束繞射成兩正交平面中的光束。通常，在系統的幾何限制之內，選擇光源模組與編碼器尺規之繞射結構，使得編碼器系統提供具有足夠強度的一或多個繞射測量光束，以在與對應的參考光束相結合時建立一或多個可偵測干涉信號。在一些實施例中，光源模組提供具有波長範圍400 nm至1600 nm的輸入光束。例如，輸入光束可具有波長大約633 nm或大約980 nm。注意到，通常，外差式光源的頻率分離會導致輸入光束之兩分量之波長之間僅僅非常小的差異，所以即 使輸入光束嚴格說來並非單色的，用單一波長來特徵化輸入光束仍舊是實用的。在一些實施例中，光源模組可包含氣體雷射(例如HeNe雷射)、雷射二極體或其他固態雷射光源、發光二極體、或熱光源(例如具有或不具有濾鏡來修改頻譜頻寬的鹵素光)。

通常，繞射結構(例如光柵間距)可根據輸入光束之波長及用於測量之繞射階與光學裝置之配置而改變。在一些實施例中，繞射結構為具有間距範圍大約1至大約20的光柵，其中是光源的波長。光柵可具有間距範圍大約0.5μm至大約10μm。干涉式光學編碼器系統與操作之另外實施例可在美國專利No.8,300,233中找到，在此藉由參照將其整個內容併入。

如同上面所解釋的，測量物體將入射測量光束繞射成一或多個平面中的光束(例如兩正交平面)。這些繞射光束可例如包含產生自正階繞射的光束與產生自負階繞射的光束。在一些實施中，繞射光束與對應的參考光束相結合來形成多個輸出光束，其中多個分量用於傳送光束至編碼器尺規、從編碼器尺規接收一次繞射光束、將一次繞射光束重新導引至編碼器尺規而被第二次繞射、及接收二次繞射光束。此種系統可能具有複合配置且需要高建構與製造成本，因為需要接收與重新導引各個繞射光束的組件的數量。

為了減少系統成本，簡化系統設計，且增加光能的使用效率，用於接收與重新導引該等繞射測量光束的多個組 件可用一單件式光學組件來取代，該單件式光學組件具有二或更多實質上回射組合的光學表面。在一些實施中，一次繞射光束進入單件式光學組件，且被單件式光學組件的表面及/或小面重新導引回到繞射光柵上，其中產生二或更多二次繞射光束。在一些實施中，單件式光學組件的表面及/或小面係配置成從輸入光束取得該測量光束且重新導引該測量光束至編碼器尺規，以獲得一次繞射測量光束。該等二次繞射光束可彼此相干涉或與對應的參考光束相干涉，以產生輸出光束，輸出光束被偵測器紀錄。從偵測器獲得的干涉信號之後可用於根據來自干涉信號的相位資訊來決定關於光柵位置的位置資訊。需要至少N個測量光束來測量編碼器尺規在N個維度中的位置改變。相較於需要多個不同輸入光束的設計(其中針對各個輸入光束來偵測單一繞射階)，在此所揭露之系統可以使用單一輸入光束來獲得不同的繞射階，且因此提供光源的有效率使用。因此，在一些實施中，可減少需要用來執行測量的功率。替代地，在一些實施中，位置測量可以較低雜訊來執行。

相似地，在一些實施中，單件式光學組件的表面及/或小面係配置成從參考光柵接收及重新導引一次繞射及/或二次繞射參考光束。在一些實例中，單件式光學組件的表面及/或小面係配置成在從輸入光束繞射之前就取得參考光束。

針對此揭露之目的，單件式光學組件被理解成代表一種光學裝置，其包含構成單一連續組件的一或多個光學元 件。在一些實施中，單一組件可被形成為無接縫或接合。在一些實施中，單一組件可包含一小面，其延伸通過該組件之至少一部分，其中該小面是藉由熔接或黏著兩不同光學元件在一起成為單一連續組件而形成(例如使用光學黏著劑)。例如，單一組件可包含偏光光束分離器，其具有一小面延伸通過光束分離器本體，用於根據輸入光束之不同偏光，將含有正交偏光的入射光束分離成為在不同方向中行進的兩個不同光束。

雖然單一單件式光學組件可用於接收及重新導引繞射測量及/或參考光束，亦可能有些實施：其中單件式光學組件配置成與一或多個光束控制、光束分離及/或光束結合組件相結合，以提供密接式光學配置，用於判定在N個維度中編碼器尺規之位置的相對改變。

光學編碼頭之最小化光學設計可利用多個回射元件，其伴隨任何單一立方體、長方體(具有矩形表面之六面體)、直角角柱(例如具有45°、45°與90°夾角或30°、60°與90°夾角的角柱)、或任何其他具有多個回射組合之光學表面的單件式組件而來。在此揭露之實施例可用於分別擷取與評估1D或2D光柵之2或4繞射階，且因此相較於擷取少於2或4繞射階的設計可以提供改善的效率。此外，在此所述之各個實施例可與零差式與外差式照射源相容。

在範例實施例中，四個繞射測量光束可使用單一單件式玻璃立方體與編碼器尺規(例如2D繞射光柵)來控制。 在傳送一輸入測量光束至玻璃立方體時，輸入測量光束通過該立方體，以非利特羅角度照射在編碼器尺規上，且分成至少4個第一繞射階(例如第一平面內之+1與-1以及第二正交平面內之+1與-1)。四個繞射光束再進入該立方體且在立方體的四個角落附近被回射，且回到編碼器尺規，其中該等光束再次以非利特羅角度繞射，四個該等光束空間分隔且行進於相反於初始輸入光束之方向的方向中。二次繞射光束通過該立方體，且準備與一或多個參考光束相干涉。前述配置提供四個相位測量，且因此允許在所有3個維度中計算編碼頭或編碼器尺規的位置可以具有一些冗餘。

第2A圖為相似於上述範例實施例之範例單件式光學組件200的剖面示意圖，且用於干涉式編碼器系統的編碼頭中。光學組件200配置成從編碼器尺規105接收多個一次繞射光束，且重新導引該等一次繞射光束回到該編碼器尺規。為了易於觀視，干涉式編碼器系統的其他組件在圖式中被省略。光學組件200包含單件式立方體，其具有頂小面202、底小面204與四個側小面206。編碼器尺規105包含2D光柵。

在干涉式編碼器系統的操作期間，從照射源獲得的測量光束201入射在光學組件200的頂小面202，其中測量光束201垂直於小面202的表面。測量光束201通過頂小面202且通過底小面204而以非利特羅角度到達編碼器尺規105。因為編碼器尺規105的繞射特性，測量光束201 被繞射成多個繞射階。該等繞射光束例如是對應於產生自編碼器尺規之正階繞射的一或多個第一光束以及產生自編碼器尺規105之負階繞射的一或多個第二光束。例如，編碼器尺規105將測量光束201繞射成行進於X-Y平面內的兩個光束(例如+1與-1繞射階)以及行進於Y-Z平面內的兩個光束(例如+1與-1繞射階)。

一次繞射光束203返回至光學組件200，其中該等光束通過底小面204而重新進入組件200。一次繞射光束203之後被光學組件200的頂小面202與側小面206反射回底小面204。一次繞射光束203通過底小面204朝向編碼器尺規105，其中該等測量光束在非利特羅條件下被第二次繞射。二次繞射光束205然後以實質上相反於入射光束201之方向的方向朝光學組件200返回。通過光學組件200之後，各個二次繞射光束205與對應的參考光束(為了清楚而省略)相結合而形成對應的輸出光束，輸出光束被偵測器模組(例如偏光器與光偵測器)接收。耦接至偵測器的電子處理器分析來自各個偵測器的干涉信號，以擷取關於編碼器尺規及/或編碼頭之相對位置的相位資訊。

在第2A圖所示的範例中，頂小面202配置成允許垂直入射在小面202之表面上之幅射的傳送，同時將以相對於該小面表面之斜角入射在小面202之表面上的幅射加以反射。頂小面202的這種特性可使用多層塗覆(例如不同薄膜材料之多個交替層)在小面上而建立。藉由操控多層堆疊中每一層之組成與厚度，可調整反射特性至特定入射 角。亦即，塗覆可被最佳化來使得其為垂直入射幅射的幅射具有抗反射特性，且使得以相對於該小面202表面之一或多個斜角入射的幅射具有高反射性。例如，如果入射在頂小面202上的所有斜光束都具有相對於該小面表面的相同入射角，則給定入射角與波長時多層塗覆之層厚可被設計成作動得針對斜光束就像是反射性四分之一波長堆疊並且針對垂直入射光束就像是傳送性半波長堆疊。表面反射性之角度相依性是反射離開各種層對層介面之間之光學路徑長度差異的改變結果。

針對配置來最大化垂直入射光束之傳送的塗覆，該等塗覆可具有入射光束角度容差在距離垂直最高大約+/- 10°內。針對配置來最大化斜光束(亦即，非垂直且非平行於入射表面的光束)之反射的塗覆，該等塗覆可具有入射光束容差在距離所要角度大約+/- 2°到大約+/- 5°。針對對於在特定角度之入射光束實質上是傳送性的塗覆，該塗覆可允許至少75%(例如，至少80%、至少85%、至少90%、至少95%、至少98%、或至少99%)的入射光束通過。針對對於在特定角度之入射光束實質上是反射性的塗覆，該塗覆可反射至少75%(例如，至少80%、至少85%、至少90%、至少95%、至少98%、或至少99%)在特定角度的入射光束。用於此種塗覆的材料可包含例如硫化鋅、二氧化鈦、氟化鎂、及/或二氧化矽。在BK7玻璃內僅反射1.2%之垂直光束以及95.2%在27.82°之斜光束的範例多層塗覆係為堆疊ABCBCBCBA，其中A是57 nm的氟化鎂層，B是942 nm的 硫化鋅層，且C是1149 nm的氟化鎂層。如何設計此種多層膜的額外指導可在例如E.Hecht,“Optics”,4th edition,Addison Wesley,2003中找到，在此藉由參照將其整個內容併入。多層塗覆亦可使用在其他實施例中，包含下述範例。

相反於頂小面202，底小面204配置成允許相對於該底小面表面為垂直或傾斜的入射幅射被傳送。在一些實施中，為了透過底小面204來增進傳送，小面204配置成包含用於廣角入射的多層塗覆。替代地，底小面204可配置成包含最佳化來用於特定入射角度(例如垂直入射與單一斜角入射)以及一特定波長或波長範圍的多層塗覆。因為全部內部反射(亦即，組件200的外部區域具有折射率小於組件200的內部區域)，側小面206為本質上反射性。但是，側小面206亦可配置成包含高反射性塗覆。

第2B圖與第2C圖為第2A圖中所示之光學組件200的三維(3D)示意圖。如同第2B圖與第2C圖所示，光學組件200被定向而使得側小面206的底邊緣不對齊於編碼器尺規105的邊緣。在本範例中，編碼器尺規105包含由一組溝槽組成的光柵，該等溝槽沿著平行於編碼器尺規105之所示剖面之至少兩邊緣的方向延伸。藉由旋轉光學組件200，使得側小面206的底邊緣相對於編碼器尺規邊緣在斜角處，且因此相對於該等溝槽沿著延伸的方向傾斜，這可以確保一次繞射光束大概朝向光學組件200的角落行進，在光學組件200的角落發生了回射。雖然第2B圖顯示了光 學組件200相對於編碼器光柵線可能的旋轉角度的較一般實例，該角度在第2C圖中是純粹45°。亦即，在通過底小面204之後，一次繞射光束203朝著由該等側小面206彼此的交叉線所形成的邊緣行進。因此，各種光束之間在偏光特性與光束路徑的某些對稱性可被保留。

在一些實施例中，光學組件可配置成防止一次繞射光束照射在由該等側小面彼此的交叉線所形成的邊緣上，同時防止至少一些一次繞射光束入射在此種邊緣上。第3A圖為範例單件式光學組件300的3D示意圖，其防止繞射光束照射在由該等側小面306的交叉線所形成的邊緣上。為了達到此效果，光學組件300配置成一長方體，其相對於編碼器尺規105之光柵方向(亦即，光柵之瘦長部分所沿著延伸的方向)被定向在45°處。第3B圖為相對於光柵方向旋轉30°的立方體的3D示意圖，使得一次繞射光束無法照射在小面邊緣。

干涉式系統的其他組件與參考光束被省略，以使第3圖清楚。就像第2圖的光學組件200一樣，光學組件300可由玻璃形成，且可包含多層塗覆在不同小面上，以增進在特定角度的入射幅射的傳送及/或增進在不同特定角度的入射幅射的反射。在一些實施中，組件300或組件200可替代地配置成使入射在小面表面上的該等光束之間有增加的空間間隔。各個間隔光束之後可被導向光學組件300或200的不同區域(例如朝向光學組件300或200的側面或小面)。由實體間隔所致能，各個間隔光束所入射的小 面或側面可包含用於光束的對應局部反射性或傳送性塗覆。藉由增加光束之間的空間間隔，形成於光學組件上的局部抗反射/傳送塗覆亦可被進一步間隔開，因此減低了製造靠近彼此之不同塗覆的複雜度。為了獲得可允許局部塗覆之應用的光束之間的間隔，各種參數可被調整，包含例如光學組件的縱橫比、編碼器尺規105與光學組件300或200之間的距離、編碼器尺規105中之光柵之溝槽之間的間距、及/或編碼器尺規105相對於光學組件之光柵方向之旋轉。

在一些實施例中，有利的是沿著平行於含有編碼器尺規105之平面的方向發送及偵測一測量光束。第4A圖為範例光學組件400的剖面示意圖，其用於接收測量光束401(測量光束401沿著平行於含有編碼器尺規105之平面的方向行進)、重新導引測量光束401朝向編碼器尺規、及沿著平行於含有編碼器尺規105之平面的方向輸出多個二次繞射測量光束405。光學組件400的形狀對應於單件式三角柱。為了清楚的目的，干涉式系統的其他光學元件被從第4A圖省略，且僅顯示單一二次繞射光束。但是，光學組件400可重新導引多個二次繞射光束，其中該等二次繞射光束包含產生自該編碼器尺規105之正階繞射的一或多個第一光束以及產生自該編碼器尺規105之負階繞射的一或多個第二光束。如同第4圖所示，入射在編碼器尺規105上的測量光束不滿足利特羅條件。

光學組件400可由任何對於測量光束之波長來說是實 質上可穿透的合適材料來形成(例如，針對可見光波長範圍的玻璃)，且包含用於接收該入射測量光束401及用於傳送該等二次繞射測量光束405的第一小面402。第一小面402亦可包含薄膜多層塗覆(未示)，其配置來將入射在相對於小面表面之斜角處的幅射加以反射。第二小面404可包含薄膜多層塗覆，其配置來根據入射角而允許入射幅射的反射或傳送。例如，如同第4A圖所示，第二小面404可包含薄膜多層塗覆(未示)，其將垂直於第二小面404之表面且入射在第一斜角處的幅射最大化傳送。但是，第二小面404將入射在不同於第一斜角之第二斜角處之小面表面上的幅射加以反射是藉由多層塗覆或藉由全內部反射現象來達成。第三小面406包含薄膜塗覆(未示)，其配置來實質上將其表面上任何角度處的幅射加以反射。例如，第三小面406上的薄膜塗覆可包含銀或金的一薄膜層或多層。

第4B圖為光學組件400的3D示意圖。在一些實施中，組件400相對於編碼器尺規105的光柵方向旋轉。例如，由側小面406與小面404之交叉線所形成之光學組件400的底邊緣可被旋轉成不平行於光柵的溝槽方向(例如，不平行於溝槽之瘦長部分所沿著延伸的方向)。將光學組件400旋轉成不平行於光柵在一些實施中可以確保一次繞射光束大概朝向光學組件400的角落行進。

在一些實施例中，單件式光學組件可配置成與具有一維(1D)圖案(例如1D光柵)的編碼器尺規一起作用。第5 圖為光學組件500的3D示意圖，其使用於干涉式編碼器系統的編碼頭中，其中光學組件500配置成從具有1D光柵的編碼器尺規105接收多個一次繞射光束，且重新導引該等一次繞射光束回到編碼器尺規105。在第5圖所示的實施中，被組件500接收的一次繞射光束503包含沿著單一平面產生自正與負階繞射兩者的光束。光學組件500為單件式六角柱，且可由對於測量光束之波長來說是實質上可穿透的材料形成(例如，針對可見光波長範圍內之測量光束的玻璃)。實質上，第5圖所示的角柱形狀是由長方體角柱的多個平面所界定，該等平面被測量光束通過及/或反射該測量光束(包含入射測量光束及一次與二次繞射測量光束)，其中未被測量光束通過或未反射該測量光束的長方體的部分被移除。

在第2至5圖所示的範例中，入射測量光束與二次繞射光束行進通過該單件式光學組件。但是在一些實施例中，那些光束可行進至編碼器尺規105及從編碼器尺規105行進，而不行進通過該光學組件。第6圖為光學組件600的3D示意圖，其中入射測量光束601與二次繞射光束都未行進通過組件600。干涉式編碼器系統的其他組件與參考光束被省略，以使圖式清楚。

如同第6圖所示，入射測量光束601在光學組件600外面朝向編碼器尺規105行進。產生自各個測量光束在編碼器尺規105處之繞射的一次繞射光束然後行進進入組件600，其中它們被組件600的小面反射離開而重新導引朝向 編碼器尺規105回去並且第二次被繞射而不滿足利特羅條件。二次繞射光束605然後行進於實質上平行且相反於入射測量光束601的方向中而未通過光學組件600。入射與二次繞射光束未通過單件式光學組件(例如第6圖所示的組件600)的配置的好處在於：僅用於反射之光學組件之一或多個表面可配置成具有高反射性。因為不需要允許光束通過這些表面，該等表面可被形成為具有高反射塗覆，因此增加光被反射的效率。藉由增加被反射光的數量，可改善光偵測器模組最終所偵測之信號。

在一些實施例中，具有傳送/反射小面之單件式光學組件的形狀不同於長方體或直角角柱幾何形狀。下述之光學組件700為此種組件的範例。在一些實例中，這些其他形狀亦可用於擷取差動相位資訊。亦即，光學組件可配置成導致多個測量光束彼此干涉，因此不需要從照射源取得個別參考光束。編碼器位置資訊然後係根據干涉光束的相位，其中該相位係關於測量光束之間的光學路徑差異(optical path difference，OPD)。

第7圖為範例單件式光學組件700的3D示意圖，其配置成導致多個測量光束相結合及干涉，以產生輸出光束，從輸出光束可擷取到相位資訊，且因此擷取到關於編碼器尺規的位置資訊。為使圖式清楚，干涉式系統的其他組件從第7圖被省略。在此範例中，光學組件700具有對應於六角柱的形狀，且可由玻璃形成。

在操作期間，沿著垂直於頂小面702之表面的方向行 進的入射測量光束701橫越通過組件700的頂小面702與底小面704。入射光束701在第一位置720處被編碼器尺規(其包含繞射光柵線)繞射而不滿足利特羅條件，以產生對應於入射測量光束701之不同繞射階的多個繞射光束。例如，編碼器尺規將測量光束701繞射成行進於第一平面內的兩光束與行進於第二正交平面內的兩光束。為了清楚起見，只顯示第一位置720處所產生的兩個繞射光束，其中各個一次繞射光束行進於不同平面內。一次繞射光束被光學組件700的小面重新導引，使得它們都入射在編碼器尺規的第二位置730上，其中第二位置730不同於第一位置。在第二位置730，一次繞射測量光束被再次繞射而未滿足利特羅條件，使得二次繞射光束705沿著平行於且相反於入射測量光束701之方向的方向行進。該等二次繞射光束705亦在同一直線，使得它們在抵達干涉式系統的偵測器模組(未示)時相干涉。在接收該等相干涉二次繞射光束705時，偵測器模組可產生電子干涉信號。耦接至偵測器模組的電子處理器分析該干涉信號來擷取相位資訊，從相位資訊可以決定編碼器尺規相對於編碼頭(亦即該單件式光學組件)的位置。

利用該單件式光學組件的干涉式編碼器系統的各種實施例是可能的。例如，在一些實施例中，除了單件式光學組件之外，干涉式編碼器系統可包含光束分離組件(例如偏光與未偏光光束分離器)、光束控制組件(例如反射鏡、透鏡、角柱、回射器)、及/或偏光管理組件。額外的光束 分離及/或光束控制元件在特定位置處提供固定數目的參考光束，用於與使用單件式光學組件所獲得的繞射測量光束相結合。例如，在一些實施例中，光束結合組件可用於分別結合一或多個二次繞射測量光束與一或多個參考光束，使得該等經結合的光束在偵測器模組處相干涉。在一些實施例中，光束分離組件及/或光束控制組件可配置成使得測量與參考光束維持彼此平行，甚至在初始來源輸入光束存在有角度失準的情況中。在一些實施例中，除了編碼器尺規之外，一或多個繞射光柵可用來將參考光束朝向單件式光學組件繞射回去。額外光柵的使用可在一些實施中提供用於密接式干涉式編碼器系統設計，因為光柵通常是從一個光束產生多個光束的非常節省空間機構(例如參見第9圖)。

在此揭露的光束分離結合組件亦可包含例如光束分離元件，像是偏光與未偏光光束分離角柱。其他光束分離元件亦可使用，像是例如半鍍銀鏡、或鍍膜反射片角柱。在此揭露的光束控制組件可包含回射器(像是立方體角落反射器)及/或角柱(像是直角三角角柱)。在此揭露的偏光改變元件的範例包含但不限於線性偏光器、四分之一波長片與半波長片。

第8圖顯示干涉式編碼器系統的實施例，除了用於獲得二次繞射測量光束的單件式光學組件之外，其包含光束控制與光束結合組件。具體地，第8圖為示意圖，顯示干涉式編碼頭810的剖面視圖，其包含用於從編碼器尺規接 收多個繞射光束的單件式光學組件800、第一光束分離/結合組件812、第二光束分離組件814、第三光束分離組件816、與回射器818。在一些實施中，編碼頭亦包含偏光管理組件820(例如四分之一波長片(quarter wave-plates,QWP)、半波長片、或偏光旋轉器。

在某些實施例中，在光束已經被二次繞射離開光柵、多次通過空氣-玻璃介面、且已經從單件式光學組件或干涉式系統中的其他光學元件的未塗覆及已塗覆表面歷經多次內部反射之後，光束的偏光狀態通常會是橢圓的。在一些實例中，假使較少光抵達偵測器模組的話，那些偏光變化可能最後會降低整體干涉式系統的效率及/或降低位置偵測的準確性。例如偏光管理組件820的偏光元件可被加入至編碼頭配置且定位來補償偏光變化。補償元件可被置於單件式光學組件(例如長方體或直角角柱)與編碼器尺規(及/或參考光柵)之間、及/或身為回射器之部分的表面上。例如，如同第8圖所示，編碼頭810包含在光束分離組件812之第一表面上的第一QWP 820a與在光束分離組件812之第二表面上的第二QWP 820b。第一QWP 820a配置在光束分離組件812與回射器818之間，而第二QWP 820b配置在光束分離組件812與單件式光學組件800之間。

在使用編碼頭810的干涉式編碼器系統的操作期間，輸入光束825從照射源提供至第三光束分離組件816。第三光束分離器816將輸入光束825分成測量光束(實線)與參考光束(虛線)。例如，光束分離器816可包含偏光 光束分離器，其根據測量光束與參考光束的偏光差異而將包含正交偏光光束分量(例如s與p偏光光束分量)的輸入光束分成參考與測量光束。參考光束與測量光束都進入第二光束分離組件814。

測量光束通過第二光束分離組件814而無改變地到第一光束分離組件812，其中測量光束之後在光束分離介面處被重新導引朝向單件式光學組件800與編碼器尺規105。使用光學組件800，測量光束在非利特羅角度被繞射多次，以產生二或更多二次繞射測量光束。

另一方面，參考光束與第二光束分離組件814的光束分離介面互相作用，且被分成兩不同參考光束。組件814所產生的該等參考光束都以少量或沒有反射的方式通過第一光束分離組件812而朝向回射器818。回射器818重新導引各個參考光束朝向第一光束分離組件812回去，其中各個參考光束之後與對應的二次繞射測量光束相結合，以產生個別輸出光束807,809。如同第8圖所示，兩輸出光束807,809離開第一光束分離組件812。如果編碼器尺規105包含2D光柵，第8圖中所示的編碼頭配置可用於產生行進於離開該圖式之平面之方向中的額外輸出光束。在那個實例中，額外的光束分離元件也必須用於產生額外的參考光束。第8圖中所示的配置的優點在於：在各個輸出光束內，測量與參考光束維持彼此平行，即使初始輸入光束有角度失準。這是因為測量光束以及參考光束在各個組件800與818內經歷了一次回射，其導致所有輸出光束角度 改變了與輸入光束角度相同的改變量的情況。

第9圖是範例干涉式編碼頭910的示意圖，其包含單件式光學組件900與參考光柵950。光學組件900可包含例如偏光光束分離組件，其配置成從照射源所提供的輸入光束925取得測量光束901與參考光束911，其中輸入光束925包含正交偏光光束分量。在反射離開光束分離介面902之後，測量光束901朝向編碼器尺規105行進，其中光束901在編碼器尺規的第一位置903處以非利特羅角度被繞射成多個繞射階(例如+1、-1繞射階)。為了清楚的目的，只有單一繞射光束顯示在第9圖的第一位置903處。

多個一次繞射測量光束(例如901′)之後朝向單件式光學組件900行進回去。在光學組件900內，該等一次繞射測量光束反射離開組件900的中央小面902以及一或多個側小面，直到該等一次繞射測量光束隨後被再次重新導向回到編碼器尺規105的第二位置904處(在非利特羅條件下)以及相對於編碼器尺規105的斜角處。在到達編碼器尺規時，測量光束被第二次繞射成為多個繞射階。再次，為了清楚的目的，只有單一繞射光束顯示在第9圖的第二位置904處。該等二次繞射測量光束(例如901′′)行進回到光學組件900且之後被中央小面902反射，以沿著平行於且相反於輸入光束925之方向的方向行進。

中央小面902亦用於獲得參考光束911。參考光束911(第9圖中的虛線)行進通過組件900到達參考光柵950，其中參考光束在參考光柵950上的第一位置906處以非利 特羅角度被繞射成多個繞射階(例如+1與-1繞射階)。為了清楚的目的，只有單一繞射光束911′顯示在第9圖中之參考光柵950的位置906處。一或多個一次繞射參考光束返回至組件900。在光學組件900內，該等一次繞射參考光束反射離開組件900的中央小面902以及一或多個側小面，直到該等一次繞射參考光束隨後被再次重新導向回到參考光柵950在非利特羅角度下的第二位置907處。

測量光束在參考光柵950的第二位置907處被第二次繞射成為一或多個繞射階(例如+1或-1階)。再次，為了清楚的目的，只有單一二次繞射參考光束911′′顯示在第9圖中。各個二次繞射參考光束之後行進通過光束分離組件900而與對應的二次繞射測量光束相結合，以形成對應的輸出光束。輸出光束之後被偵測器模組(未示)接收，其中範例輸出光束係顯示為第9圖中的光束960。為了確保參考與測量光束在組件的小面處的正確反射或傳送，該等小面可配置成包含多層塗覆，用於反射及/或傳送在特定入射角度的入射輻射。在第9圖中顯示的範例中，中央小面902配置成針對入射在相對於小面902表面之45°處的輻射作動為光束分離器，且將入射在其他角度處的輻射加以反射。在兩塊BK7玻璃之間的光束分離表面處僅反射3.2%之45°光束以及96.8%之20°光束(相對於垂直的介面)的範例多層塗覆係為堆疊ABCBCBCBA，其中A是78 nm的氟化鎂層，B是756 nm的硫化鋅層，且C是365 nm的氟化鎂層。

第10圖顯示編碼頭的另一實施例，其中可使用參考光柵。具體地，第10圖是3D示意圖，顯示干涉式編碼頭1010的範例，編碼頭1010包含光束分離器1002、參考光柵1050、測量區塊1060、與參考區塊1070。測量區塊1060與參考區塊1070包含例如直角三角角柱的光學元件，且使用例如光學黏著劑來固定至光束分離器1002。光束分離器1002可包含例如非偏光光束分離器或偏光光束分離器。測量區塊1060被定位成導引測量光束至編碼器尺規105且從編碼器尺規105接收一次繞射與二次繞射測量光束。參考區塊1070相似地被定位成傳送參考光束至參考光柵1050且從參考光柵1050接收一次繞射與二次繞射參考光束。光束分離器1002從照射源(未示)接收具有正交偏光光束分量的輸入光束1001，且將輸入光束1001分成參考光束與測量光束兩者。參考光束與測量光束之後被光束分離器1002重新導引而分別朝向參考區塊1070與測量區塊1060。光束分離器1002亦配置成將二次繞射參考光束與二次繞射測量光束結合成4個不同輸出光束1007，輸出光束1007被傳送至偵測器模組，從偵測器模組可以獲得干涉信號來決定編碼器尺規及/或編碼頭的相關位置(例如，根據來自干涉信號的相位資訊)。

第11圖是編碼頭的另一實施例的範例，其包含參考光柵。具體地，第11圖是示意圖，顯示干涉式編碼頭1110的剖面視圖，編碼頭1110包含測量區塊1160(例如長方體)、參考區塊1170(例如長方體)、偏光光束分離器1102、 參考光柵1150、與兩個四分之一波長片(QWP)1180。

編碼頭1110的操作相似於第10圖所示之編碼頭1010的操作。亦即，光束分離器1102接收具有正交偏光分量的輸入光束1125，且將輸入光束1125分成參考光束(虛線)與測量光束(實線)，之後參考光束與測量光束分別朝向參考區塊1170與測量區塊1160行進。

一開始，測量光束通過測量區塊1160與QWP 1180而有些微或沒有反射，且以非利特羅角度被編碼器尺規105繞射成一或多個繞射階(例如+1、-1繞射階)。一次繞射測量光束返回至測量區塊1160，其中它們反射離開區塊1160的側小面而回到編碼器尺規105。如同上述的其他實施例，測量區塊1160可包含局部薄膜多層塗覆，其配置成根據入射角來反射一次繞射測量光束。一次繞射測量光束回到編碼器尺規105，其中該等光束以非利特羅角度被繞射第二次而成為一或多個繞射階。至少一些二次繞射測量光束沿著平行於入射測量光束的方向朝向測量區塊1160行進回去。

相似地，入射參考光束通過參考區塊1170與QWP 1180而有些微或沒有反射，且被參考光柵1150繞射成一或多個繞射階(例如+1、-1繞射階)。一次繞射參考光束返回至參考區塊1170，其中它們反射離開區塊1170的側小面而回到參考光柵1150。如同上述的其他實施例，參考區塊1170可包含局部薄膜多層塗覆，其配置成根據入射角來反射一次繞射參考光束。一次繞射參考光束返回至參考區塊 1170，其中該等光束被繞射第二次而成為一或多個繞射階。至少一些二次繞射參考光束沿著平行於入射參考光束的方向朝向參考區塊1170行進回去。二次繞射參考光束與二次繞射測量光束之後在光束分離器1102中結合，以形成輸出光束1107，輸出光束1107包含關於測量光束與參考光束之間的光學路徑長度差異的相位資訊。使用偵測器模組與電子處理器(未示)，可以計算關於編碼器尺規105及/或編碼頭1110的一或多個相關自由度的資訊。

測量區塊1160與參考區塊1170不必是相同配置(亦即，距離光束分離器1102相同的距離且距離各個光柵相同的距離)，以確保二次繞射參考光束與二次繞射測量光束在光束分離器1102中結合時會重疊。例如，在一些實施中，參考區塊1170與參考光柵1150之間的距離可不同於測量區塊1160與編碼器尺規105之間的距離。在一些實施中，編碼器尺規105上之光柵的間距可不同於參考光柵1150上的間距。在一些實施中，測量區塊1160的尺寸可不同於參考區塊1170的尺寸。例如可能想要的是使參考光柵1150與參考區塊1170相接觸或至少非常接近，以最小化擾動的影響。為了達到輸入與輸出光束之間如同在測量路徑中的相同偏移，參考區塊1170尺寸及/或光柵間距應該不同於測量路徑中所使用的那些。此外，第11圖所示的配置沿著不同於輸入光束1125的方向導引輸出光束1107，以在空間上分離光束傳送與光束擷取。

如同上述實施例所提及，單件式光學組件的一些表面 應該配置成允許光束傳送，而單件式光學組件的其他表面應該配置成將光束反射。藉由施加薄膜多層塗覆至表面，光學組件的表面可在一或多個角度被做成對於入射光束是反射性或傳送性。

在一些實施例中，單件式光學組件(例如立方體、長方體與直角角柱)可被形成為相較於完美幾何形狀具有小幅角度偏差。角度偏差所導致的對稱性破壞結果可幫助減少偵測編碼器尺規位置時與假反射(spurious reflections)相關的誤差。亦即，假反射通常伴隨於測量光束的不同路徑，且因此不會錯誤地修改所偵測的干涉信號。例如，不對稱單件式光學組件的相反邊緣可能因為製造容差的關係從彼此平行及/或平行於編碼器尺規的一平面偏移一小量，例如大於0°但少於大約10°(例如大約0.5°、大約1°、大約5°、或大約7°)。一個此種實例示意地說明於第12圖中，其中玻璃單件式光學組件1210面向編碼器尺規的表面1211刻意地相對於編碼器尺規105傾斜某些量，例如1°。實線顯示了測量光束與兩個繞射事件的預期路徑。另一方面，虛線代表非預期的假光束，它在最後第三次繞射離開光柵之前，在第零繞射階被第一次繞射、反射離開傾斜表面1211、然後在第一繞射階被再次繞射、大概跟隨通過玻璃單件式光學組件1210的預期測量路徑(包含回射)。因為假光束的位置與方向不同於所欲光束的位置與方向，在偵測器處由於假光束的存在可能會產生的測量誤差可大體上被減少。相反地，如果玻璃單件式 光學組件的底面平行於編碼器尺規，則假光束會具有與所欲測量光束相同的角度及相同的位置，導致位置測量的額外誤差。

在一些實施例中，編碼頭配置成使得測量與參考光束彼此之間有一小角度地行進通過編碼頭光學元件。例如，一或多個偏光光學組件可被包含於測量與參考光束的光束路徑中，以給予測量與參考光束之間一小角度分隔(例如大約0.05毫拉德(mrad)與20毫拉德之間)。測量與參考光束之間的小角度分隔允許該等光束除了它們的偏光之外還可被它們的行進角度區別，因此減小與編碼頭內偏光混合相關的週期誤差的大小。這說明在第13圖中，其中箱1310代表編碼頭，其包含單件式光學組件及/或光束分離與回射光學元件。分別作為參考與測量光束的兩輸入光束1301,1302彼此正交偏光且被一小角度分隔。來自編碼頭的輸出光束1303,1304仍然具有相同的角度分隔且彼此正交偏光，但是因為編碼頭中可能的偏光器洩漏，會有額外的非所欲輸出光束1305,1306(亦即，鬼影光束)，它們在方向或偏光不同於所欲輸出光束1303,1304。雙折射光束結合器1320可重新導引所欲輸出光束1303,1304，所以光束1303,1304為平行，而非所欲光束1305,1306被光束結合器1320沿著實質上不同方向偏斜。因此，所欲輸出光束1303,1304可以相同角度抵達偵測器模組130(包含例如光偵測器與偏光器)，而非所欲光束不會抵達偵測器模組130或者因為相對於較強之所欲光束的角度而導致 實質上減低之干涉條紋對比度。因此，可以消除因為偵測器處存在非所欲光束所導致的測量誤差。

通常，上述任何分析方法(包含從所偵測干涉信號與編碼器尺規之自由度資訊來決定相位資訊)可用電腦硬體或軟體或兩者之結合來實施。例如，在一些實施例中，電子處理器150可被安裝在電腦中且連接至一或多個編碼器系統，且配置來執行分析來自編碼器系統的信號。採用在此所述之方法，可用使用標準程式技術的電腦程式來實施分析。程式碼應用至輸入資料(例如干涉相位資訊)來執行在此所述之功能且產生輸出資訊(例如自由度資訊)。輸出資訊應用至一或多個輸出裝置，例如顯示器。各個程式可用高階程序或物件導向程式語言來實施，以與電腦系統通訊。但是，如果需要的話，程式可用組合或機器語言來實施。在任何實例中，語言可為編譯或解譯語言。此外，程式可運作於針對此目的而預先編程的專屬積體電路上。

各個此種電腦程式較佳地儲存在可被一般或特殊目的可編程電腦讀取的儲存媒體或裝置上(例如ROM或磁碟)，用於當儲存媒體或裝置被電腦讀取來執行在此所述之程序時將電腦加以設置與操作。電腦程式在程式執行期間亦可留存於快取或主要記憶體中。分析方法亦可實施為電腦可讀取儲存媒體，其用電腦程式配置，其中儲存媒體如此配置而導致電腦操作於特定且預定的方式來執行在此所述之功能。

微影工具應用

微影工具在用於製造大型積體電路(例如電腦晶片與類似者)的微影應用中特別有用。微影是半導體製造工業的關鍵技術驅動器。覆蓋改善(Overlay improvement)是降至22 nm線寬及22 nm線寬以下的五個最困難挑戰的其中之一(設計規則)，例如參見the International Technology Roadmap for Semiconductors,pp.58-59(2009)。

覆蓋直接取決於用於定位晶圓與光罩(或遮罩)平台的測量系統的性能(亦即，準確度與精準度)。因為微影工具可生產每年5千至1億美元的產品，來自改進之測量系統的經濟值是可觀的。微影工具每1%的良率增加會導致大約每年1百萬美元對於積體電路製造廠的經濟利益，且對於微影工具供應商有很大的競爭優勢。

微影工具的功能是導引空間上圖案化的輻射到塗覆有光阻的晶圓上。該程序牽涉到決定晶圓的哪個位置要接收輻射(對準)，且應用輻射到那個位置處的光阻(曝光)。

在曝光期間，輻射源照射圖案化的光罩，其散射該輻射來產生空間上圖案化的輻射。光罩亦稱為遮罩，且這些術語在下面可交換使用。在縮小倍率微影(reduction lithography)的情況中，縮小倍率透鏡收集散射的輻射且形成光罩圖案的縮小影像。替代地，在近接式曝光(proximity printing)的情況中，散射的輻射在接觸晶圓之前行進一小段距離(通常是微米的大小)，以產生光 罩圖案的1：1影像。該輻射初始化光阻中的光化學程序，其將輻射圖案轉換成光阻內的潛在影像。

為了正確地定位晶圓，晶圓包含在晶圓上的對準標記，其可被專屬感測器測量。對準標記之經測量位置界定了工具內的晶圓的位置。此資訊以及晶圓表面之所欲圖案化之規格可導引晶圓相對於空間上圖案化輻射的對準。根據此種資訊，支撐已塗覆光阻之晶圓的可轉移平台將晶圓移動，使得輻射將會曝光晶圓的正確位置。在某些微影工具中(例如微影掃描器)，遮罩亦定位在可轉移平台上，其在曝光期間與晶圓一致地移動。

編碼器系統(例如那些先前討論的)是控制晶圓與光罩之位置的定位機構的重要組件，且將光罩影像暫存於晶圓上。如果此種編碼器系統包含上述特徵，系統所測量之距離的準確度可以增加及/或維持較長時期而不用下線維護，由於增加的良率與較少工具的停工期而導致較高產率。

通常，微影工具(亦稱為曝光系統)通常包含照射系統與晶圓定位系統。照射系統包含輻射源，用於提供輻射(例如紫外光、可見光、x射線、電子或離子輻射)，以及包含光罩或遮罩，用於將圖案分給輻射，藉此產生空間上圖案化的輻射。此外，針對縮小倍率微影的情況，照射系統可包含透鏡組合，用於將空間上圖案化輻射成像至晶圓上。經成像的輻射將晶圓上塗覆的光阻曝光。照射系統亦包含用於支撐遮罩的遮罩平台，與用於調整遮罩平台相對於被導引通過遮罩之輻射的位置的定位系統。晶圓定位系 統包含用於支撐晶圓的晶圓平台，與用於調整晶圓平台相對於經成像之輻射的位置的定位系統。積體電路的製造可包含多個曝光步驟。針對微影的一般參照，可參見例如J.R.Sheats and B.W.Smith,in Microlithography：Science and Technology(Marcel Dekker,Inc.,New York,1998)，其內容在此藉由參照而併入。

上述編碼器系統可用於準確地測量晶圓平台與遮罩平台之每一者相對於曝光系統之其他組件(例如透鏡組合、輻射源、或支撐結構)的位置。在此種實例中，編碼器系統的光學裝置可附接至固定結構，且編碼器尺規可附接至可移動元件(例如遮罩與晶圓平台之一者)。替代地，可反轉該狀況，把光學裝置附接至可移動物件且編碼器尺規附接至固定物件。

更一般來說，此種編碼器系統可用於測量曝光系統之任一組件相對於曝光系統之任何其他組件的位置，其中光學裝置可附接至一個組件或被它支撐，且編碼器尺規可附接至另一個組件或被它支撐。

使用干涉式系統1426的微影工具1400的範例係顯示在第14圖中。編碼器系統可用於準確地測量曝光系統內晶圓(未示)的位置。在此，平台1422用於相對於曝光站來定位及支撐晶圓。掃描器1400包含框架1402，其承載其他支撐結構與承載在那些結構上的各種組件。曝光基座1404在其頂部安裝了透鏡殼體1406，透鏡殼體1406頂部安裝了光罩或遮罩平台1416，平台1416用於支撐光罩或 遮罩。用於相對於曝光站來定位遮罩的定位系統係由元件1417示意地指出。定位系統1417可包含例如壓電換能器元件與對應的控制電子系統。雖然它未包含在這個所述實施例中，上述的一或多個編碼器系統亦可用於準確地測量遮罩平台以及其他可移動元件的位置，它們的位置必須在製造微影結構的程序中被準確地監視(參見supra Sheats and Smith Microlithography：Science and Technology)。

懸掛在曝光基座1404底下的是支撐基座1413，其承載晶圓平台1422。平台1422包含測量物體1428，用於繞射被光學裝置1426導向至該平台的測量光束1454。用於相對於光學裝置1426來定位平台1422的定位系統係由元件1419示意地指出。定位系統1419可包含例如壓電換能器元件與對應的控制電子系統。測量物體繞射該測量光束反射回到光學裝置，光學裝置安裝在曝光基座1404上。編碼器系統可為任何前述實施例。

在操作期間，輻射光束1410(例如來自紫外光(UV)雷射(未示)之紫外光束)通過光束成形光學裝置1412，且從反射鏡1414反射之後，朝下行進。之後，輻射光束通過遮罩平台1416所承載之遮罩(未示)。遮罩(未示)透過透鏡殼體1406中所承載之透鏡組合1408而成像至晶圓平台1422上的晶圓(未示)上。基座1404與其所支撐的各種組件藉由彈簧1420所繪示之阻尼系統而與周遭振動隔離。

在一些實施例中，前述的一或多個編碼器系統可用於測量沿著多個軸的位移以及例如(但不限於)與晶圓及光罩(或遮罩)平台相關的角度。此外，除了UV雷射光束之外，可使用其他光束來曝光晶圓，例如x射線光束、電子束、離子束、與可見光束。

在某些實施例中，光學裝置1426可被定位來測量光罩(或遮罩)平台1416或掃描器系統之其他可移動組件的位置變化。最後，除了掃描器之外或並非掃描器，編碼器系統可以相似的方式與含有步進器的微影系統使用。

如同本領域中熟知的，微影是用於製造半導體裝置的製造方法的關鍵部分。例如，美國專利號5,483,343概述了此種製造方法的步驟。這些步驟參照第15A及15B圖敘述於下。第15A圖是製造半導體裝置的程序的流程圖，例如半導體晶片(例如IC或LSI)、液晶面板或CCD。步驟1951是設計程序，用於設計半導體裝置的電路。步驟1952是程序，用於根據電路圖案設計來製造遮罩。步驟1953是程序，用於藉由使用例如矽的材料來製造晶圓。

步驟1954是晶圓程序，稱為預先程序，其中藉由使用如此預備的遮罩與晶圓而透過微影將電路形成於晶圓上。為了形成電路於晶圓上是對應於遮罩上的那些圖案具有的足夠空間解析度，微影工具相對於晶圓的干涉式定位是需要的。在此所述之干涉式方法與系統會特別有用處來改善晶圓程序中所用的微影的效用。

步驟1955是組合程序，稱為後續程序，其中步驟1954 所處理的晶圓被形成為半導體晶片。此步驟包含組合(切割與接線)與封裝(晶片密封)。步驟1956是檢查程序，其中步驟1955所產生的半導體裝置的可操作性檢查、耐用度檢查..等等被施行。利用這些程序，完成半導體裝置且裝運它們(步驟1957)。

第15B圖是流程圖，顯示晶圓程序的細節。步驟1961是氧化程序，用於氧化晶圓的表面。步驟1962是CVD程序，用於形成絕緣膜於晶圓表面上。步驟1963是電極形成程序，用於藉由氣相沉積來形成電極於晶圓上。步驟1964是離子佈植程序，用於佈植離子至晶圓。步驟1965是光阻程序，用於施加光阻(感光材料)至晶圓。步驟1966是曝光程序，用於藉由曝光(例如微影)且透過上述之曝光設備而將遮罩的電路圖案印刷在晶圓上。再次，如同上述，在此所述之干涉式系統與方法的使用會改善此種微影步驟的準確度與解析度。

步驟1967是顯影程序，用於顯影被曝光的晶圓。步驟1968是蝕刻程序，用於移除並非被顯影之光阻影像的部分。步驟1969是光阻分離程序，用於在施行完蝕刻程序之後將殘留在晶圓上的光阻材料加以分離。藉由重覆這些程序，電路圖案可形成且疊加於晶圓上。

上述編碼器系統亦可用於其他應用中，其中一物體的相關位置需要被準確地測量。例如，在當基板或光束移動時一寫入光束(例如雷射、x射線、離子、或電子束)標示一圖案於基板上的應用中，編碼器系統可用於測量基板 與寫入光束之間的相對移動。

已經敘述許多實施例。然而，將了解到可做出各種修改。例如，在一些實施例中，單件式光學組件包含額外的光束控制元件(例如光柵及/或折射楔形鏡)與該組件一體成形，其中光束控制元件提供導引光束至較所欲位置的額外彈性。替代地，或額外地，與單件式光學組件一體成形的額外光束控制元件可造成光束幾何形狀，該光束幾何形狀使干涉式編碼器系統本質上對於編碼器尺規位置的改變較不敏感。

第16圖顯示編碼頭的範例，其使用與單件式光學組件一體成形的傳送及反射光柵片(patch)，來提供對於編碼器尺規位置的改變較不敏感的光束幾何形狀。

第16A圖為剖面示意圖，顯示多達四個測量光束中之僅一個測量光束1601的光束路徑，該等四個測量光束被單件式光學組件1610a(例如長方體)導引朝向二維(2D)編碼器尺規(例如2D光柵)105。在繞射離開編碼器尺規105之後，光束1601在到達一體成形於組件1610a中的傳送光柵片1605之前，再次進入組件1610且回射離開組件1610a的頂小面與兩側小面。光柵1605重新導引在接近垂直角度的一次繞射光束到編碼器尺規105。測量光束從編碼器尺規105被第二次繞射。現在該二次繞射測量光束(其可例如與一次繞射光束相同的繞射階(例如+1繞射階))被傳送光柵片1605沿著相反於初始入射光束的方向(光束1611)重新導引。

第16B圖為相似於第16A圖的編碼頭配置，其中單件式光學組件1610b(例如長方體)的頂小面上的反射光柵1606提供一次繞射測量光束的回射，使得一次繞射測量光束被導引朝向編碼器尺規105。如同第16B圖所示，反射光柵1606從傳送光柵1605橫向偏移，以允許一次繞射測量光束通過組件1610b的底小面而無改變光束路徑。二次繞射光束之後被傳送光柵1605重新導引而沿著平行於且在入射測量光束1601的相反方向中的路徑(例如光束1611)。

第16C圖為第16B圖所示的編碼器的3D圖，再次僅顯示一個測量光束路徑。如同第16C圖所示，組件1610b的邊緣並未定向成平行於編碼器光柵溝槽。此配置使得繞射光束可以入射在兩側小面的交叉線處以及組件1610b的頂小面處。

其他實施例係在申請專利範圍的範圍內。

100‧‧‧干涉式編碼器系統

101‧‧‧測量物體

105‧‧‧編碼器尺規

110‧‧‧光學裝置

112、114‧‧‧測量光束

120‧‧‧光源模組

122‧‧‧輸入光束

130‧‧‧偵測器模組

132‧‧‧輸出光束

150‧‧‧電子處理器

200‧‧‧光學組件

201‧‧‧測量光束

202‧‧‧頂小面

203‧‧‧一次繞射光束

204‧‧‧底小面

205‧‧‧二次繞射光束

206‧‧‧側小面

300‧‧‧光學組件

306‧‧‧側小面

400‧‧‧光學組件

401‧‧‧測量光束

402‧‧‧第一小面

404‧‧‧第二小面

405‧‧‧二次繞射測量光束

406‧‧‧第三小面

500‧‧‧光學組件

503‧‧‧一次繞射光束

600‧‧‧光學組件

601‧‧‧入射測量光束

605‧‧‧二次繞射光束

700‧‧‧光學組件

701‧‧‧入射測量光束

702‧‧‧頂小面

704‧‧‧底小面

705‧‧‧二次繞射光束

720‧‧‧第一位置

730‧‧‧第二位置

800‧‧‧光學組件

810‧‧‧編碼頭

812‧‧‧第一光束分離/結合組件

814‧‧‧第二光束分離組件

816‧‧‧第三光束分離組件

818‧‧‧回射器

820‧‧‧偏光管理組件

820a‧‧‧第一四分之一波長片(Q WP)

820b‧‧‧第二QWP

825‧‧‧輸入光束

807,809‧‧‧輸出光束

900‧‧‧光學組件

901‧‧‧測量光束

901′‧‧‧一次繞射測量光束

902‧‧‧中央小面(光束分離介面)

903‧‧‧第一位置

904‧‧‧第二位置

906‧‧‧第一位置

907‧‧‧第二位置

910‧‧‧編碼頭

911‧‧‧參考光束

911′‧‧‧繞射光束

911′′‧‧‧二次繞射參考光束

925‧‧‧輸入光束

950‧‧‧參考光柵

960‧‧‧光束

1001‧‧‧輸入光束

1002‧‧‧光束分離器

1007‧‧‧輸出光束

1010‧‧‧編碼頭

1050‧‧‧參考光柵

1060‧‧‧測量區塊

1070‧‧‧參考區塊

1102‧‧‧偏光光束分離器

1107‧‧‧輸出光束

1110‧‧‧編碼頭

1125‧‧‧輸入光束

1150‧‧‧參考光柵

1160‧‧‧測量區塊

1170‧‧‧參考區塊

1180‧‧‧四分之一波長片(QWP)

1210‧‧‧光學組件

1211‧‧‧表面

1301,1302‧‧‧輸入光束

1303,1304‧‧‧輸出光束

1305,1306‧‧‧非所欲輸出光束

1310‧‧‧箱(編碼頭)

1320‧‧‧光束結合器

1400‧‧‧微影工具(掃描器)

1402‧‧‧框架

1404‧‧‧曝光基座

1406‧‧‧透鏡殼體

1408‧‧‧透鏡組合

1410‧‧‧輻射光束

1412‧‧‧光束成形光學裝置

1413‧‧‧支撐基座

1414‧‧‧反射鏡

1416‧‧‧光罩或遮罩平台

1417‧‧‧定位系統

1419‧‧‧定位系統

1420‧‧‧彈簧

1422‧‧‧平台

1426‧‧‧干涉式系統(光學裝置)

1428‧‧‧測量物體

1454‧‧‧測量光束

1601‧‧‧測量光束

1605‧‧‧傳送光柵(片)

1606‧‧‧反射光柵

1610a‧‧‧光學組件

1610b‧‧‧光學組件

1611‧‧‧光束

第1圖是範例干涉式編碼器系統的示意圖。

第2A圖為範例光學組件的剖面示意圖。

第2B圖為第2A圖中所示之光學組件的三維(3D)示意圖。

第2C圖為範例光學組件的3D示意圖。

第3A與3B圖為範例單件式光學組件的3D示意圖。

第4A圖為範例光學組件的剖面示意圖。

第4B圖為第4A圖中所示之光學組件的3D示意圖。

第5至7圖為範例光學組件的3D示意圖。

第8至9圖為範例干涉式編碼頭的示意圖。

第10圖為範例干涉式編碼頭的3D示意圖。

第11圖為範例干涉式編碼頭的示意圖。

第12圖為範例干涉式編碼頭的示意圖。

第13圖為示意圖，說明使用光學元件來從干涉式編碼頭的非所欲輸出光束分離所欲輸出光束的範例。

第14圖為範例微影工具的示意圖。

第15A圖是製造半導體裝置的程序的流程圖。

第15B圖是流程圖，顯示晶圓程序的細節。

第16A圖為示意圖，說明了使用傳送及反射光柵片的編碼頭的範例。

第16B圖為示意圖，說明了使用傳送及反射光柵片的編碼頭的範例。

第16C圖為第16B圖中所示之編碼頭的3D示意圖。

100‧‧‧干涉式編碼器系統

101‧‧‧測量物體

105‧‧‧編碼器尺規

110‧‧‧光學裝置

112、114‧‧‧測量光束

120‧‧‧光源模組

122‧‧‧輸入光束

130‧‧‧偵測器模組

132‧‧‧輸出光束

150‧‧‧電子處理器

Claims (27)

1. 一種編碼器系統，包含：一編碼器尺規；一編碼頭，該編碼頭係配置成將光導引至該編碼器尺規以產生複數二次繞射測量光束，且將該等複數二次繞射測量光束之各個二次繞射測量光束與一對應的參考光束相結合而形成複數輸出光束；其中，該編碼頭包含具有複數小面之一單件式光學組件，該等複數小面係配置成：從該編碼器尺規之一表面接收複數一次繞射測量光束；以及重新導引該等複數一次繞射測量光束朝向該編碼器尺規之該表面返回，該編碼器尺規係定位在該等一次繞射測量光束之一路徑中，以產生該等二次繞射測量光束；以及複數偵測器元件，各個偵測器被定位來偵測一對應的輸出光束；以及一電子處理器，配置成：從各個偵測器元件接收一干涉信號，各個干涉信號包含關於該等二次繞射測量光束之一者與該對應的參考光束之間的一光學路徑差異的一相位；以及根據各個干涉信號之該相位，決定關於該編碼器尺規之一自由度之資訊。
2. 根據申請專利範圍第1項之編碼器系統，其中，該 單件式光學組件具有一立方體形狀。
3. 根據申請專利範圍第1項之編碼器系統，其中，該單件式光學組件具有一平行六面體形狀。
4. 根據申請專利範圍第1項之編碼器系統，其中，該單件式光學組件包含配置來接收一未繞射測量光束且發出該等二次繞射測量光束的一第一小面，該第一小面實質上對於行進在垂直於該第一小面之方向中的幅射來說是可穿透的，且實質上對於入射在相對於該第一小面之斜角處的幅射來說是反射性的。
5. 根據申請專利範圍第4項之編碼器系統，其中，該單件式光學組件包含配置來從該編碼器尺規接收一一次繞射或二次繞射測量光束的一第二小面，該第二小面實質上對於行進在垂直於該第二小面之方向中的幅射來說是可穿透的。
6. 根據申請專利範圍第5項之編碼器系統，其中，該第二小面係配置成面向且越過該第一小面。
7. 根據申請專利範圍第5項之編碼器系統，其中，該第二小面係配置成正交於該第一小面。
8. 根據申請專利範圍第7項之編碼器系統，其中，該第二小面係配置成：將在相對於該第二小面之斜角之一第一範圍處入射在該第二小面上的幅射加以反射；及將在相對於該第二小面之斜角之一第二不同範圍處入射在該第二小面上的幅射加以傳送。
9. 根據申請專利範圍第4項之編碼器系統，其中，該單件式光學組件之一側小面實質上對於入射在相對於該側小面之斜角處的幅射來說是反射性的。
10. 根據申請專利範圍第1項之編碼器系統，其中，該編碼器尺規包含一1D或2D光柵，該光柵包含沿著一第一方向延伸的溝槽。
11. 根據申請專利範圍第10項之編碼器系統，其中，包括該單件式光學組件之一側小面的一平面係定向在相對於該第一方向的一斜角處。
12. 根據申請專利範圍第1項之編碼器系統，其中，該單件式光學組件為一六角柱。
13. 根據申請專利範圍第1項之編碼器系統，其中，該編碼頭係配置成將一未繞射測量光束沿著一第一光束路徑導向該編碼器尺規，該未繞射測量光束之該第一光束路徑在該單件式光學組件之外。
14. 根據申請專利範圍第13項之編碼器系統，其中，該編碼器尺規相對於該單件式光學組件來定位，以沿著一第二光束路徑繞射一入射光束，該經繞射入射光束之該第二光束路徑在該單件式光學組件之外。
15. 根據申請專利範圍第14項之編碼器系統，其中，該入射光束包含該等一次繞射測量光束之一者。
16. 根據申請專利範圍第1項之編碼器系統，其中，該單件式光學組件包含一五角柱。
17. 根據申請專利範圍第1項之編碼器系統，其中， 該等一次繞射測量光束包含產生自該編碼器尺規之一正階繞射的一第一一次繞射測量光束，以及產生自該編碼器尺規之一負階繞射的一第二一次繞射測量光束。
18. 根據申請專利範圍第17項之編碼器系統，其中，該等第一與第二一次繞射測量光束係沿著一第一方向產生自正與負階繞射，且該等一次繞射測量光束另包含一第三與第四一次繞射測量光束，該等第三與第四一次繞射測量光束沿著一第二正交方向分別產生自該編碼器尺規之一正階與一負階繞射。
19. 根據申請專利範圍第1項之編碼器系統，另包含複數光學元件，其配置成：接收一輸入光束；及從該輸入光束取得(1)各個二次繞射測量光束的該對應參考光束，及(2)一入射測量光束。
20. 根據申請專利範圍第19項之編碼器系統，其中，該等複數光學元件包含：複數光束分離器；及一回射器。
21. 根據申請專利範圍第1項之編碼器系統，其中，該單件式光學組件配置成：接收一輸入光束；及從該輸入光束取得(1)各個二次繞射測量光束的該對應參考光束，及(2)一入射測量光束。
22. 根據申請專利範圍第21項之編碼器系統，其中， 該單件式光學組件包含一光束分離小面，配置成：根據該輸入光束的一偏光且根據相對於該光束分離小面的一特定入射角，將該輸入光束分離；及將入射在該光束分離小面上該特定入射角之外的入射角處的光束加以反射。
23. 根據申請專利範圍第22項之編碼器系統，另包含一參考光柵，定位成：從該單件式光學組件接收該等參考光束；及將該等經繞射參考光束重新導引至該單件式光學組件。
24. 一種系統，包含：一可移動平台；及根據申請專利範圍第1項之該編碼器系統，其中，該編碼器系統或該測量物體係附接至該可移動平台。
25. 一種微影系統，包含：根據申請專利範圍第1項之該編碼器系統；一可移動平台，其中，該編碼器系統或該測量物體係附接至該可移動平台；一照射系統，耦接至該編碼器系統，該照射系統包含一幅射源，其中，在該微影系統的操作期間，該源將幅射導引至該編碼器系統；一偵測器，在該微影系統的操作期間，用以偵測來自該編碼器系統的一輸出光束；及一定位系統，耦接至該電子處理器，且配置成根據關 於該編碼器尺規之該位移的該資訊來調整該平台的位置。
26. 一種編碼頭，與一編碼器尺規一起使用，該編碼頭配置成將複數二次繞射測量光束之各個二次繞射測量光束與一對應的參考光束相結合而形成複數輸出光束；其中，該編碼頭包含一單件式光學組件，該單件式光學組件具有複數小面，該等複數小面配置成：i)從該編碼器尺規之一表面接收複數一次繞射測量光束；以及ii)重新導引該等複數一次繞射測量光束朝向該編碼器尺規之該表面返回，該編碼器尺規係定位在該等一次繞射量光束之一路徑中，以產生該等二次繞射測量光束。
27. 根據申請專利範圍第1項之編碼器系統，其中，該單件式光學組件之一第一邊緣與該單件式光學組件之一第二相反邊緣脫離相平行大約少於10°。