[发明专利]光学位置测量设备

说明书

本发明涉及一种光学位置测量设备，用于检测至少两个标尺的相对位置，标尺可沿两个测量方向相对彼此移动，并且标尺布置在不同的平面中并彼此相交地布置。这两个标尺各自具有至少一个测量分度，测量分度具有带不同光学特性的沿至少一个测量方向周期性地布置的光栅区域；标尺的纵向延伸方向分别平行于第一或第二测量方向地定向。照明射束在第一标尺处分裂成至少两个子射束。然后，子射束加载到第二标尺，并且朝第一标尺的方向反射回来。然后，子射束重新射到第一标尺上并在那里再次组合，从而最终使至少一个产生的信号射束朝检测单元的方向传播，经由检测单元能够产生关于标尺沿第一或第二测量方向的相对移动的、一个或多个位置相关的扫描信号。

技术领域

本发明涉及一种光学位置测量设备，其适合于对沿至少两个测量方向可相对彼此移动的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设备，在所述光学位置测量设备中在标尺的测量分度处，将照明射束通过衍射分裂成不同的子射束，结果，所述子射束遍历扫描射束路径，并且在此加载一个或多个其他标尺。在合适的子射束再次组合后，在该标尺相对于另一个标尺移位的情况下，从两个子射束的干涉中在检测单元中产生周期性信号。通过对检测单元中的信号周期进行计数，可以推断出两个标尺移位的程度或者与标尺连接的物体的移位的程度。

这种光学位置测量设备用于例如半导体工业中的高精度的位置测量，在那里例如用于光刻的曝光掩模以超过每秒一米的速度相对于晶片移动；在此，定位精度必须保持在几纳米及和以下的范围内。相对于干涉仪，基于光栅的位置测量装置的显着优势在于，干涉的子射束仅必须经过非常短的路线。因此，所述子射束几乎不受环境影响，例如空气压力波动、温度波动和湿度波动损害，所述环境影响例如会经由波动的空气折射率而使测量结果失真。

从WO 2008/138501 A1中已知一种光学位置测量设备，所述光学位置测量设备包括两个交叉的标尺，所述标尺分别具有测量分度，所述测量分度具有横向于共同的测量方向的周期性布置的标线或光栅区域。为了产生位置相关的信号使用干涉扫描原理。借助这种位置测量装置，可以沿第一测量方向x高精度地检测可沿两个方向移动的工作台的位置，而与工作台沿另一第二测量方向y的位置无关。如果使用彼此正交布置的两个这种位置测量装置，则也可以沿第二测量方向y高精度地检测工作台的位置，这次与工作台沿第一测量方向x的位置无关。

此外，从US2009/0135388A1中还已知具有干涉光学位置测量设备的类似的装置。所述装置用于，确定半导体制造装置中可移动的工作台在水平的移动平面中相对于工具的位置。也可以将例如晶片布置在工作台上，工具可以为曝光镜头。在此，在图6B的示例中，设计为二维的光栅的第一标尺布置在可移动的工作台处；第二标尺同样设计为二维的光栅并且相对于第一标尺固定布置。借助于这种装置可以检测工作台在水平的xy移动平面中的移动。

通常，在标尺的干涉扫描时产生周期性的位置误差。所述位置误差也称为插值误差并以不期望的方式损害测量精度。从这两个引用的文献无法得出以下措施，所述措施在具有交叉的标尺的光学位置测量设备中适合于最小化这种位置误差或插值误差。

发明内容

本发明所基于的目的在于，提供一种具有交叉布置的标尺的高精度的光学位置测量设备，所述光学位置测量确保以尽可能小的位置误差进行位置测量。

根据本发明，所述目的通过具有本发明的光学位置测量设备来实现。

根据本发明的光学位置测量设备的有利的实施方案由在本发明中列举的措施中得出。