[發(fā)明專利]光學(xué)位置測量裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110188301.1
• 申請日: 2021-02-18
• 公開（公告）號: CN113280731A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 托馬斯·卡埃爾貝雷爾;沃爾夫?qū)せ魻栐召M(fèi)爾
• 申請（專利權(quán)）人: 約翰內(nèi)斯.海德漢博士有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 李海霞

本發(fā)明涉及用于檢測兩個標(biāo)尺的相對位置的光學(xué)位置測量裝置，標(biāo)尺能相對彼此沿多個測量方向移動并且在不同平面中并且彼此交叉地布置。兩個標(biāo)尺分別具有測量分度。標(biāo)尺的縱向延伸方向平行于第一和第二測量方向定向。第三測量方向垂直于第一和第二測量方向。在第一標(biāo)尺處將由光源發(fā)射的照明射束分離成至少兩個分射束。分射束隨后加載相對于水平的移動平面圍繞其縱向延伸方向傾斜地布置的第二標(biāo)尺，分射束在第二標(biāo)尺處經(jīng)歷沿第一標(biāo)尺的方向的向回反射。然后分射束重新射到第一標(biāo)尺上并且再次組合，隨后產(chǎn)生的信號射束沿探測單元的方向傳播。經(jīng)由探測單元能夠產(chǎn)生關(guān)于標(biāo)尺沿第三測量方向以及第一或第二測量方向的相對移動的多個相移的掃描信號。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學(xué)位置測量裝置，該光學(xué)位置測量裝置適合于沿著至少兩個測量方向相對于彼此移動的兩個物體進(jìn)行高精度的位置測量。在此，這兩個物體分別與標(biāo)尺連接。

背景技術(shù)

已知基于干涉掃描原理的光學(xué)位置測量裝置，其中，在標(biāo)尺的測量分度處通過衍射將照明射束分成不同的分射束。在合適的分射束組合之后，在標(biāo)尺相對于另一標(biāo)尺移動時通過兩個分射束的干涉在探測單元中得到周期性的信號。通過對探測單元中的信號周期進(jìn)行計數(shù)，能夠推斷出兩個標(biāo)尺或與標(biāo)尺連接的物體的位移的程度。

這種光學(xué)位置測量裝置例如用于半導(dǎo)體工業(yè)中的高精度位置測量，在那里例如用于光刻的曝光掩模相對于晶圓以每秒超過一米的速度移動；在此，定位精度必須保持在幾納米范圍中和低于該范圍的范圍中?；诠鈻诺奈恢脺y量裝置相對于干涉儀的顯著優(yōu)勢在于：干涉的分射束僅需經(jīng)過非常短的間距。因此，分射束幾乎不因為諸如氣壓波動、溫度波動和濕度波動等環(huán)境影響而受損，環(huán)境影響例如會經(jīng)由空氣的折射率的波動來扭曲測量。

從WO 2008/138501 A1中已知一種光學(xué)位置測量裝置，該光學(xué)位置測量裝置包括兩個交叉的標(biāo)尺，該標(biāo)尺分別具有測量分度，該測量分度具有橫向于共同的測量方向的周期性布置的線條或光柵區(qū)域。借助于這種位置測量裝置，能夠沿第一測量方向x檢測可在兩個方向上移動的工作臺的位置，而與該工作臺沿著另外的第二測量方向y的位置無關(guān)。如果使用兩個彼此正交布置的這種位置測量裝置，則也能夠沿著第二測量方向y檢測該工作臺的位置，而這次與工作臺沿著第一測量方向x的位置無關(guān)。在WO 2008/138501 A1中公開的位置測量裝置的缺點(diǎn)在于：無法通過測量技術(shù)的方式來確定工作臺垂直于工作臺平面移動或沿著另外的第三測量方向z的水平的移動平面的移動。

為了沿著第一和第二測量方向x、y檢測工作臺在工作臺平面中的位置，還已知具有標(biāo)尺的位置測量裝置，該標(biāo)尺具有以交叉光柵形式的二維的測量分度，該分度在多個位置處被掃描，從而能夠測量在檢測工作臺中的橫向移動和轉(zhuǎn)動。在EP1019669 B1中關(guān)于這種位置測量裝置提出：使用附加的間距傳感器，利用該間距傳感器能夠檢測垂直于工作臺平面、即沿著第三測量方向z的移動，進(jìn)而能夠檢測工作臺的所有六個移動自由度。但是，在此提出的間距傳感器、例如觸摸式或電容式的測量探頭不滿足半導(dǎo)體工業(yè)中當(dāng)前和未來的生產(chǎn)設(shè)施的精度要求。此外，高精度的、擴(kuò)大的交叉光柵制造成本高昂。