[发明专利]光学位置测量装置

说明书

本发明涉及用于检测两个标尺的相对位置的光学位置测量装置，标尺能相对彼此沿多个测量方向移动并且在不同平面中并且彼此交叉地布置。两个标尺分别具有测量分度。标尺的纵向延伸方向平行于第一和第二测量方向定向。第三测量方向垂直于第一和第二测量方向。在第一标尺处将由光源发射的照明射束分离成至少两个分射束。分射束随后加载相对于水平的移动平面围绕其纵向延伸方向倾斜地布置的第二标尺，分射束在第二标尺处经历沿第一标尺的方向的向回反射。然后分射束重新射到第一标尺上并且再次组合，随后产生的信号射束沿探测单元的方向传播。经由探测单元能够产生关于标尺沿第三测量方向以及第一或第二测量方向的相对移动的多个相移的扫描信号。

技术领域

本发明涉及一种光学位置测量装置，该光学位置测量装置适合于沿着至少两个测量方向相对于彼此移动的两个物体进行高精度的位置测量。在此，这两个物体分别与标尺连接。

背景技术

已知基于干涉扫描原理的光学位置测量装置，其中，在标尺的测量分度处通过衍射将照明射束分成不同的分射束。在合适的分射束组合之后，在标尺相对于另一标尺移动时通过两个分射束的干涉在探测单元中得到周期性的信号。通过对探测单元中的信号周期进行计数，能够推断出两个标尺或与标尺连接的物体的位移的程度。

这种光学位置测量装置例如用于半导体工业中的高精度位置测量，在那里例如用于光刻的曝光掩模相对于晶圆以每秒超过一米的速度移动；在此，定位精度必须保持在几纳米范围中和低于该范围的范围中。基于光栅的位置测量装置相对于干涉仪的显著优势在于：干涉的分射束仅需经过非常短的间距。因此，分射束几乎不因为诸如气压波动、温度波动和湿度波动等环境影响而受损，环境影响例如会经由空气的折射率的波动来扭曲测量。

从WO 2008/138501 A1中已知一种光学位置测量装置，该光学位置测量装置包括两个交叉的标尺，该标尺分别具有测量分度，该测量分度具有横向于共同的测量方向的周期性布置的线条或光栅区域。借助于这种位置测量装置，能够沿第一测量方向x检测可在两个方向上移动的工作台的位置，而与该工作台沿着另外的第二测量方向y的位置无关。如果使用两个彼此正交布置的这种位置测量装置，则也能够沿着第二测量方向y检测该工作台的位置，而这次与工作台沿着第一测量方向x的位置无关。在WO 2008/138501 A1中公开的位置测量装置的缺点在于：无法通过测量技术的方式来确定工作台垂直于工作台平面移动或沿着另外的第三测量方向z的水平的移动平面的移动。

为了沿着第一和第二测量方向x、y检测工作台在工作台平面中的位置，还已知具有标尺的位置测量装置，该标尺具有以交叉光栅形式的二维的测量分度，该分度在多个位置处被扫描，从而能够测量在检测工作台中的横向移动和转动。在EP1019669 B1中关于这种位置测量装置提出：使用附加的间距传感器，利用该间距传感器能够检测垂直于工作台平面、即沿着第三测量方向z的移动，进而能够检测工作台的所有六个移动自由度。但是，在此提出的间距传感器、例如触摸式或电容式的测量探头不满足半导体工业中当前和未来的生产设施的精度要求。此外，高精度的、扩大的交叉光栅制造成本高昂。