[发明专利]位置测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种位置测量系统，用于对相对于静止对象以多个自由度移动的移动对象进行位置探测。

背景技术

在半导体制造装置中需要精确地确定某些移动对象、诸如程序工作台(Verfahrtisch)的空间位置。对此通常使用位置测量系统，其中该位置测量系统在输出侧提供位置信息。然后通过所探测的位置信息来在该装置中实现计算机控制的过程控制。那么比如在晶片步进机(Wafersteppern)中掩模和晶片的位置必须以全部6个自由度(6DOF)非常精确地测量。当前主要通过多个激光干涉仪来进行这种位置测量。通过激光干涉仪在此以公知的方式和方法来确定移动部件的相对位置或所谓计量框架的相对位置。将来必须面对的是，在不同部分的处理速度同时提高的情况下对位置测量的精度要求也进一步提高。将来在明显较高的速度的情况下必须基于必要的亚纳米精度，而比如到目前为止在约1米/秒的速度下提供了几纳米的精度要求。然而，在这种高精度要求的情况下，激光干涉仪不再能被用作位置测量系统，因为在最佳的空气条件下的环境空气中的折射率波动也会导致在位置测量中几纳米的无法接受的测量值波动。

因此已经推荐有用于这类装置的替代的位置测量系统。那么比如在EP 1019669B1中已经公开了把具有所谓正交光栅的光学位置测量系统用作二维(光栅)计量用具，也即基于光栅的位置测量系统。这类系统几乎不受空气的可能的折射率波动的影响，并从而允许良好可再现的位置测量。

为了在所有自由度中确定移动对象、也即比如程序工作台的位置，从而必须同时探测多个(至少每自由度1个测量值)相互独立的测量参量。在此通常在每个程序工作台上在不同的位置设置位置测量系统的多个扫描单元。

一个单独的扫描单元在此可以分别测量与其他扫描单元相独立的轴，或者也可以组合地测量多个轴。其中该位置测量系统的计量用具被固定到该设备的非移动部分(计量框架)上，在上述这种配置中，扫描单元必须被设置在移动的程序工作台上，并且扫描单元的测量数据必须通过一个拖曳电缆被传输到一个静止的伺服电子装置。同时，为了该设备的动作，需要把移动的质量以及在程序工作台移动时由拖曳电缆所带来的动态力保持得尽可能小。尤其在高动态的以及同时高精确的应用中，在此对尽可能微小的质量以及尽可能微小的元件体积方面提出了非常高的要求。同时在这种应用中由于对高精度位置测量的要求，导致对位置有关的测量数据到通常远离(直至＞10米)程序工作台的一个伺服电子装置的无延迟的并且无干扰的传输而提出了非常高的要求。通过该伺服电子装置，单独的扫描单元数据被运算为在所有自由度中的程序工作台的位置，并提供给过程控制和移动控制。

在该程序工作台上或者直接靠近该程序工作台有用于驱动该程序工作台的电机。由此产生了非常强的电磁场，这可以篡改在长的电线上所传输的尤其模拟的测量信号。在单个扫描单元中坚固的、抗干扰的线路驱动器以及从每个扫描单元到伺服电子装置的充分屏蔽的信号线路再次不利地影响了扫描单元和程序工作台的质量和元件体积。由于设置在程序工作台上的扫描单元，在程序工作台与静止部件之间的拖曳电缆中还需要供电线和信号线，这同样不利地影响了承载质量以及该拖曳电缆的刚性。

同样要求由该扫描单元和到该程序工作台的信号传输所带来的损耗功率保持得尽可能小，以使程序工作台或其中的部分的温升最小，因为这直接导致测量错误。

在使用基于光栅的位置测量系统的情况下从而也导致一系列的问题，这些问题必须被解决，以保证足够精确的位置确定。

发明内容

本发明的技术问题在于：提供一种位置测量系统，该位置测量系统包括多个扫描单元以及至少一个基于光栅的计量用具，其中保证了在同时耗费微小的情况下尽可能无错误地进一步处理所产生的扫描单元的扫描信号或位置信号。

该技术问题根据本发明通过下述的一种位置测量系统而得到解决。即，一种用于对相对于静止对象以多个自由度移动的移动对象进行位置探测的位置测量系统，所述位置测量系统包括：

-至少一个计量用具，所述计量用具与该静止对象和移动对象中的一对象相连接，

-多个扫描单元，它们与该静止对象和移动对象中的相应的另一对象相连接，并通过该计量用具的光学扫描来产生位置原始信号，以及

-复用器单元，其中把由该扫描单元产生的位置原始信号输入至该复用器单元，并把不同扫描单元的位置原始信号从该复用器单元以时间复用工作方式传输给置于所述复用器单元之后的伺服电子装置，而不必把该位置原始信号事先转换为位置值。