[發明專利]光學位置測量裝置

在審

• 申請號: 201310707392.0
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103884276A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: M.邁斯納;W.霍爾薩普費爾
• 申請（專利權）人: 約翰內斯·海德漢博士有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/04;G01D5/26;G01D5/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張濤;胡莉莉

技術領域

本發明涉及用于檢測在多個空間自由度中的對象的位置的一種光學位置測量裝置。

背景技術

在制造和檢驗半導體器件時采用的機器中，通常要求精確地定位對象。對象例如可以是晶片，其應高度精確地定位于曝光單元或檢查單元的工具下方。該晶片在此位于能以六個自由度移動的工作臺上，其中該工作臺通過一個或多個對應的驅動裝置而被移動。因此在此該工作臺作為應高度精確地檢測其位置的對象。為了通過所屬的控制單元來定位該工作臺，需要借助高度精確的位置測量裝置來生成與該工作臺的空間姿態相關的位置信號。

為此證實適合的尤其是光學位置測量裝置，如干涉儀、基于光柵的光學位置測量裝置或這類裝置的組合。

為了借助干涉儀來精確地確定在多個自由度中的對象的空間位置，例如在US?6,020,964中公開了從至少兩側來光學接觸該對象。在該對象或工作臺的兩側上設置有反射器，其中在所述反射器上入射所屬干涉儀測量臂的多個測量射束。在此情況下，每一個側都采用了具有多個測量射束或測量臂的所謂多軸干涉儀，以便還能夠檢測該對象圍繞不同移動方向的旋轉移動。所述至少兩個接觸方向通常相互正交地定向，如此使得通過它們檢測該對象在通過這兩個移動方向張開的平面中的移動?？梢酝ㄟ^適當偏轉的、在該對象上方的反射器上又被反射返回的測量射束來檢測該對象在與此垂直的移動方向上的可能移動。為此在對象上設置合適的偏轉鏡。但是該解決方案的問題是，必須至少在兩側上來光學接觸該對象；這兩側因此對于該測量射束必須是盡可能可自由接近的。但這不是在所有的應用中都能在構造上保證的。為此在該對象上增設為偏轉所需的偏轉鏡，該偏轉鏡一方面放大了該對象的移動量，另一方面可以僅適當耗費地以所需的精確度來制造該偏轉鏡。

在本申請人的DE?10?2012?201?393.8中，已經推薦了用于檢測在多個空間自由度中的對象的位置的一種解決方案，其中規定僅僅從唯一的一個方向上來光學接觸該對象。從而取消了上面討論的解決方案具有多個所需接觸方向的限制，但是需要對不同測量的位置信號進行相對耗費的計算，以確定在總共六個自由度中的該對象的移動。

發明內容

本發明的任務是，說明用于檢測在至少兩個空間自由度中的對象的位置的一種光學位置測量裝置，其僅僅需要從一側來光學接觸該對象。在此情況下，尤其應該保證在至少兩個空間自由度中對該對象盡可能直接和簡單的位置檢測。

該任務通過具有權利要求1所述特征的一種位置測量裝置而得到解決。

本發明的位置測量裝置的有利實施方案參見從屬權利要求。

本發明的光學位置測量裝置用于檢測在多個自由度中的對象的位置，其中該對象至少沿著第一移動方向并沿著第二移動方向可移動地設置。該位置測量裝置包含有至少一個光源、至少一個設置在該對象上的第一計量用具、以及至少一個設置在該對象上的第二計量用具，該第一計量用具沿著第一延伸方向延伸并具有沿著該第一延伸方向周期設置的分區，該第二計量用具沿著第二延伸方向延伸并具有沿著該第二延伸方向周期設置的分區。另外該位置測量裝置還包含有掃描板，在該掃描板中至少集成有第一和第二后向反射器元件，其中該第一后向反射器元件平行于該第一延伸方向延伸，該第二后向反射器元件平行于該第二延伸方向延伸，并把從第一和第二計量用具入射到第一和第二后向反射器上的分射束反射返回到相應計量用具的方向上。借助探測器裝置可以從疊加的分射束中至少生成與該對象沿第一和第二移動方向的移動有關的位置信號。

后向反射器元件有利地作為衍射后向反射器元件來構造，其中

-在該掃描板的第一側上設置有多個衍射元件，以及

-在該掃描板的相對的第二側上設置有至少一個反射器元件，該反射器元件的反射側朝向衍射元件的方向定向，并且其中該反射器元件平行于第一或第二延伸方向來延伸。

可以規定，在該掃描板的第一側上對每個后向反射器元件設置四個衍射元件，如此使得從所屬計量用具的第一入射位置入射的一對分射束首先穿過第一和第二衍射元件，并且分別通過第一和第二衍射元件進行聚焦并偏轉到在該掃描板的相對的第二側上的反射器元件上，在該反射器元件上這兩個分射束被反射返回到第三和第四衍射元件上，通過該第三和第四衍射元件把穿過的分射束分別進行校準，并偏轉到在所屬計量用具上的第二入射位置的方向上。

優選地衍射元件作為在該掃描板的第一側上所設置的、局部有限的、具有彎曲光柵線的透射光柵來構造。