光学位置测量设备制造技术

本发明专利技术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。关的扫描信号。关的扫描信号。

【技术实现步骤摘要】
光学位置测量设备


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。

技术实现思路

[0007]本专利技术所基于的目的在于，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。
[0008]根据本专利技术，所述目的通过具有本专利技术的光学位置测量设备来实现。
[0009]根据本专利技术的光学位置测量设备的有利的实施方案由在本专利技术中列举的措施中得出。
[0010]根据本专利技术的光学位置测量设备用于检测至少两个标尺的相对位置，所述标尺可沿两个测量方向相对彼此移动，并且所述标尺布置在不同的平面中并且彼此相交地布置。在此，这两个标尺各自具有至少一个测量分度，所述测量分度具有带有不同光学特性的沿至少一个测量方向周期性布置的光栅区域；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。在第一标尺处将由光源发射的照明射束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。反射回来的子射束重新射到第一标尺上并在那里再次组合，从而随后使至少一个所产生的信号射束朝检测单元的方向传播，经由所述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。至少一个标尺的测量分度被设计为二维的十字光栅，所述十字光栅具有过滤作用，以抑制在十字光栅处干扰的较高的衍射级。
[0011]在此，十字光栅可以具有带不同光学特性的棋盘式布置的第一和第二平面测量分度区域，所述第一和第二平面测量分度区域沿纵向延伸方向周期性地以第一区域周期性和沿十字光栅的横向延伸方向周期性地以第二区域周期性棋盘式地布置，其中横向延伸方向正交于纵向延伸方向地定向，其中，将一维或二维的周期性的线性光栅与第一和第二平面测量分度区域叠加。
[0012]在此可行的是，线性光栅在每个平面测量分度区域中分别具有线性光栅区域，所述线性光栅区域：
[0013]‑
包括至少第一对直的光栅线，所述光栅线延伸经过平面测量分度区域的整个长度并且平行于第一延伸方向彼此间以第一间距布置，并且
[0014]‑
在二维的线性光栅的情况下还包括第二对直的光栅线，所述光栅线延伸经过平面测量分度区域的整个长度并且沿垂直于第一延伸方向定向的第二延伸方向彼此间以第二间距布置，并且
[0015]‑
其中，线性光栅区域沿第一延伸方向具有与十字光栅的平面测量分度区域的周期性一致的周期性，并且
[0016]‑
其中，在二维的线性光栅的情况下，线性光栅区域沿第二延伸方向同样具有与十字光栅的平面测量分度区域的周期性一致的周期性。
[0017]优选地提出，在平面测量分度区域中，沿第一延伸方向和/或第二延伸方向分别存在至少三个由光栅线彼此分开的区域。
[0018]在十字光栅中可以设置为不同的光学特性的有：
[0019]‑
不同的传输特性，和/或
[0020]‑
不同的反射特性，和/或
[0021]‑
提供不同的相移作用。
[0022]在一个可行的实施方式中，十字光栅可以设计为具有两种不同光学特性的二元光栅，并且线性光栅的光栅线相对于第一和第二平面测量分度区域的光学特性分别具有不同的光学特性。
[0023]此外，可行的是，十字光栅在第一和第二平面测量分度区域之间具有间隔区域，所述间隔区域具有第三光学特性，所述第三光学特性与第一和第二平面测量分度区域的光学特性不同。
[0024]在此，间隔区域在第一和第二平面测量分度区域之间沿纵向延伸方向和横向延伸方向可以分别具有一致的宽度。
[0025]此外，间隔区域可以设计成结构化的。
[0026]还可行的是，第二标尺的测量分度设计为反射的线性光栅，所述反射的线性光栅具有沿第二标尺的纵向延伸方向周期性地布置的测量分度区域，所述测量分度区域对于在其之上反射的射束具有不同的相移作用。
[0027]在此，第二标尺的线性光栅可以具有过滤作用，以抑制特定的n>1的衍射级。
[0028]此外可以提出，测量分度的至少一个还设计为，使得在其上所产生的衍射级分别具有限定的偏振。
[0029]标尺中的至少一个有利地围绕其纵向延伸方向倾斜地布置。
[0030]在具有工作台的装置中可以设有多个根据本专利技术的光学位置测量设备，其中，
[0031]‑
工作台布置成在水平的移动平面中沿两个正交的测量方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学位置测量设备，用于检测至少两个标尺的相对位置，所述标尺能够沿两个测量方向相对彼此移动，并且所述标尺布置在不同的平面中并且彼此相交地布置，其中，两个所述标尺各自具有至少一个测量分度，所述测量分度具有沿至少一个测量方向周期性地布置的光栅区域，所述光栅区域具有不同的光学特性，并且所述标尺的纵向延伸方向分别平行于第一测量方向或第二测量方向地定向，并且由光源发射的照明射束在第一标尺处分裂成至少两个子射束，并且所述子射束然后加载到第二标尺并且朝所述第一标尺的方向反射回来，并且反射回来的所述子射束重新射到所述第一标尺上并且在所述第一标尺上再次组合，从而随后使至少一个产生的信号射束朝检测单元的方向传播，经由所述检测单元能够产生关于所述标尺沿所述第一测量方向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，其特征在于，至少一个标尺(30、40；130.1、130.2、140.1、140.2)的测量分度(G1、G2、G3；31、41；1131.1、1131.2、1141.1、1141.2)设计为二维的十字光栅(131.1；231.1、331.1；431.1；531.1；631.1)，所述十字光栅具有过滤作用，以抑制在所述十字光栅(131.1；231.1、331.1；431.1；531.1；631.1)处干扰的较高的衍射级。2.根据权利要求1所述的光学位置测量设备，其特征在于，所述十字光栅(131.1；231.1，331.1；431.1；531.1；631.1)具有带不同光学特性的棋盘式布置的第一平面测量分度区域(M11)和第二平面测量分度区域(M12)，所述第一平面测量分度区域和所述第二平面测量分度区域沿所述纵向延伸方向(R
L1
)周期性地以第一区域周期性(P
B1
)布置，并且所述第一平面测量分度区域和所述第二平面测量分度区域沿所述十字光栅(131.1；231.1；331.1；431.1；531.1；631.1)的横向延伸方向(R
Q1
)周期性地以第二区域周期性(P
B2
)棋盘式地布置，所述横向延伸方向正交于所述纵向延伸方向(R
L1
)地定向，其中，一维或二维的周期性的线性光栅与所述第一平面测量分度区域(M11)和所述第二平面测量分度区域(M12)叠加。3.根据权利要求2所述的光学位置测量设备，其特征在于，所述线性光栅在每个平面测量分度区域(M11、M12)中分别具有线性光栅区域，所述线性光栅区域包括至少第一对直的光栅线(L11、L12；L21、L22)，所述第一对直的光栅线延伸经过平面测量分度区域(M11、M12)的整个长度并且平行于第一延伸方向(R
L1
；R
Q1
)彼此以第一间距(d1；d2)布置，并且在二维的线性光栅的情况下，所述线性光栅区域还包括第二对直的光栅线(L21，L22；L11，L12)，所述第二对直的光栅线延伸经过平面测量分度区域(M11，M12)的整个长度并且沿垂直于所述第一延伸方向(R
Q1
；R
L1
)定向的第二延伸方向(R
L1
；R
Q1
)彼此间以第二间距(d2；d1)布置，并且其中，所述线性光栅区域沿所述第一延伸方向(R
L1
；R
Q1
)具有与所述十字光栅(131.1；231.1、331.1；431.1；531.1；631.1)的平面测量分度区域(M11、M12)的周期性一致的周期性，并且其中，在二维的线性光栅的情况下，所述线性光栅区域沿所述第二延伸方向(R
Q1
；R
L1
)同样具有与所述十字光栅(131.1；231.1、331.1；431.1；531.1；631.1)的平面测量分度区域
(M11、M12)的周期性一致的周期性。4.根据权利要求3所述的光学位置测量设备，其特征在于，在平面测量分度区域(M11，M12)中，沿所述第一延伸方向(R
L1
；R
Q1
)和/或所述第二延伸方向(R
Q1
；R
L1
)分别存在至少三个由所述光栅线(L11、L12；L21、L22)彼此分开的区域。5.根据权利要求2所述的光学位置测量设备，其特征在于，在所述十字光栅(131.1；231.1；331.1；431.1；531.1；631.1)中设置为不同的光学特性的有：不同的传输特性，和/或不同的反射特性，和/或不同的相移作...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：约翰内斯海德汉博士有限公司，
类型：发明
国别省市：