[发明专利]光学位置测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测两个可相对彼此运动的对象的相对位置的光学位置测量装置。本发明特别涉及这样的位置测量装置，其中使用具有光栅的量具，其将入射的光线通过衍射分离成不同的部分光线。通过适合的部分光线的汇合，当其中一个量具相对于其它量具移动时通过两个部分光线的干涉在图片探测器中产生周期性的信号。通过计算探测器中的周期可以判断移动的范围。

背景技术

这种干涉性的位置测量装置例如在半导体工业中用于高精度的位置测量，在此例如用于照相平板印刷术的曝光用蔽光框必须相对于晶片以每秒超过一米的速度运动，其中定位精度必须在纳米范围中以及在未来也必须遵循此范围。这种系统相对于传统的干涉仪的一大优点是，干涉的部分光线仅仅必须经过非常短的路段，并且因此几乎不会受到环境影响，如气压-、温度-和湿度波动，这些环境影响可能通过空气的波动的折射系数而使得检测失真。

由作为本发明的基础的WO 2008/138501A1已知了，利用两个相交的测量杆工作，它们承载具有横交于共同的测量方向的线条的光栅。借助于这种测量系统可以在测量方向上检测在两个方向上运动的桌子的位置，而不取决于桌子在两个方向中的另一个方向上的位置。如果应用两个这种相对彼此成90度角布置的测量系统，则因此也可以在第二方向上检测桌 子的位置，这次是不取决于桌子在第一方向上的位置。

在WO 2008/138501A1中公开的装置的缺点是，不能检测桌子垂直于桌子平面的运动。

为了检测桌子在桌子平面中的位置，也已知了具有交叉光栅的测量装置，其可以在多个位置上被扫描并且因此在桌子平面中的侧面的移动和旋转可以被检测。在EP 1019669B1中还提出了，应用附加的距离传感器，利用这些距离传感器则也可以检测垂直于桌子平面的运动和进而检测桌子的所有六个自由度。这种距离传感器，如接触的或电容性的测量探头，但不满足半导体工业中的当前的和未来的生产设备的精度要求。此外，高精度的、扩大的交叉光栅仅能费用很高昂地制造。

在EP 1762828A2中描述了一种光学位置测量装置，其除了在原来的测量方向(水平测量方向)上进行测量之外还能实现对所谓的垂直于测量方向的扫描距离的测量，也就是说对在测量杆和其扫描单元之间的距离的测量。这和垂直于测量方向(垂直方向)的第二自由度的测量具有相同意义。在此，光线穿过具有不同的光学结构的透明的扫描板落到测量杆上的反射的量具上。分离成两个部分光束的光线因此多次在扫描板和测量杆之间往复运动。部分光束的部分光线在此相对于垂直于水平测量方向的平面不对称地走向并且具有不同的路段长度。部分光束和不同的、在扫描板的上侧和下侧上或者说在量具的上侧和下侧上布置的起光学作用的结构交替起作用，例如是和用于分离或汇合不同衍射顺序的光线的光栅、用于反射的镜子和用于适宜地使光线偏转的透镜交替起作用。

最终将这些部分光线相互汇合，它们相互干涉并且因此在量具和扫描头之间相对运动时在多个图片探测器中产生周期性信号。根据部分光线的不对称的布置，在探测器中获得周期性的信号，从这些信号中可以获知量具和扫描头的水平的和垂直的移动，并且进而获知两个能相对彼此运动的对象的侧面的和垂直的移动。

基于在EP 1762828A2中描述的系统的扫描板的结构，然而其不能用于具有交叉的测量杆的测量系统，如上面进一步描述地那样。扫描板不能伸展至第二个测量杆，第一个测量杆相对于第二个测量杆能横交于测量方向运动，而不干扰测量。

发明内容

因此本发明的目的在于，对具有两个交叉的测量杆的光学位置测量装置这样进一步加以改进，即能实现在两个测量杆之间的扫描距离的附加的检测。

该目的通过一种具有根据权利要求1所述特征的装置实现。有利的实施方式由从属于权利要求1的权利要求中提出的特征得出。

现在提出一种光学位置测量装置，具有扫描杆和测量杆，其中扫描杆在两个方向中的第一或第二方向上延伸并且测量杆在两个方向中的分别另一方向上延伸，其中测量杆在垂直于第一和第二方向的第三方向上和扫描杆间隔开扫描距离偏移地布置。光学位置测量装置还具有光源，其光线在扫描杆和测量杆的交叉点处穿过扫描杆，以便落到测量杆上并从那里返回到达扫描杆和继续到达探测器，其中光线在扫描杆和测量杆的起光学作用的结构处通过衍射分离成不同的部分光线并再次汇合，其中通过相互汇合的部分光线的干涉，当在第一方向上在扫描杆和测量杆之间移动时，在探测器中产生周期性信号。光学位置测量装置在此这样设计，即当扫描杆和测量杆之间的扫描距离改变时同样在探测器中产生周期性信号。