光學的位置測量裝置製造方法

2023-05-07 01:01:56 2

光學的位置測量裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種光學的位置測量裝置，包括量具和能相對所述量具沿著至少一個測量方向運動的掃描單元，其中，在量具與掃描單元之間設計掃描光路，該掃描光路用於產生與移動相關的信號。保護罩布置成能沿著垂直於量具-平面的軸線運動，使得在至少一種工作模式下，該保護罩儘可能地環繞掃描單元與量具之間的掃描光路。
【專利說明】光學的位置測量裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種光學的位置測量裝置，其適用於高精度地測定兩個彼此相對運動 的物體的相對位置。

【背景技術】
[0002] 在新一代的晶片-掃描機中使用的是基於光柵的、光學的位置測量裝置，來測量 運動的晶片臺相對於固定的所謂的計量架的位置。在此，相應的位置測量裝置的掃描單元 位於運動的晶片臺或工作檯上並且在六個空間自由度下測量其位置。這種晶片-掃描機為 高動態機器，亦即運動的晶片臺以v>lm/s的移動速度運動並且以多倍重力加速進行加速。 在此，對應用的光學位置測量裝置的測量精度的要求在小於原子直徑的量級上。
[0003] 為了實現所要求的精度，在晶片臺上應用以相干方式工作的位置測量裝置，如由 申請人:的文獻EP1 762 828A2中已知的。在這類位置測量裝置中，在量具與掃描單元之 間構造掃描光路，該掃描光路用於產生與移動相關的信號。在此光從掃描單元射向量具，在 那裡光被分解為+/-1.的衍射級或者衍射臂。空間上分離的衍射級在掃描單元中轉向，又 重新到達量具，在那裡衍射級發生相干衍射。然後，可以相對於彼此相對運動的物體的位置 評估所得的幹涉信號。
[0004] 位置信息在兩個衍射級的相位中。這就導致，除了量具的衍射光柵的位置相位外， 兩個衍射臂彼此的相位延遲也參與到所測量的位置值中。這個相位延遲受到例如折射系 數-波動的影響，該折射係數-波動由量具與掃描單元之間的空氣渦流而產生，其擴展小於 兩個衍射級之間的距離。另一方面，所述渦流主要由晶片臺的運動引起，晶片臺上通常具有 多個掃描單元。這個由空氣渦流引起的位置噪聲，是在高動態機器中的、基於光柵的位置測 量裝置的很大的、不可糾正的誤差部分的原因。因此，在這類應用中會面臨下述問題，即減 小或完全消除位置測量的誤差值。
[0005] 在典型的、以相干方式工作的光學位置測量裝置中，由直徑為l_3mm的準直光束 對量具進行照射。從量具反射回來的第一衍射級的分光束的典型衍射角為15-30°。因此， 用於產生相干的相位信息的兩個衍射級之間的間隔，根據下述規律隨著其到量具的距離而 增加：
[0006]d= 2*tan(屮）*h
[0007] 其中
[0008]d:兩個分光束之間的距離[0009] 恥衍射級的衍射角 [0010]h:到量具的距離
[0011] 在空氣流動速度為大約lm/s的運動空氣中具有相同的折射係數的單個區域的尺 寸（渦流的尺寸）的典型值為2-5mm。
[0012] 然後，當兩個後來的相干分光束的空間間隔大於渦流的尺寸時，折射係數波動有 代表性地參與到所測量的相位中。基本上相重疊並且空間間隔明顯小於渦流的尺寸的分光 束，經歷相同的折射係數波動，因此不存在位置測量誤差。
[0013] 對於典型的系統來說，只要波動被限制在離量具無限近的區域內，則所測量的位 置與折射係數的波動無關：
[0014] d〈〈rT，並且因此h〈〈rT/(2*tan(Cp))，典型的h〈〈l. 7mm
[0015] 其中在該關係中rT為具有相同的折射係數的區域的尺寸。
[0016] 因此，在量具直至距離I. 7mm的附近中，兩個分光束的間隔小於具有均勻折射 係數的區域的典型尺寸6，從而在該區域內不需要其他用來穩定折射係數的方法。在遠離 量具的區域，從量具折射回來的分光束在空間上相互間隔很遠，以致於所述分光束經歷不 同的空氣渦流，並且這些空氣渦流可以引起不同的折射係數波動和在所測量的位置測量值 中的波動。
[0017] 因此為了解決所述問題，在從掃描單元直至離量具大約Imm之間的區域內保持折 射係數一致。在距離量具無限近處，不是絕對要求這種均勻性。
[0018] 一種降低這種不受歡迎的影響的簡單方法為，將量具與掃描單元之間的掃描間距 最小化。因此空氣僅以很小的體積發生擾動並且累加的相位誤差很小。在此的目的是，盡 量限制自由的空氣體積，在掃描光路中的所有光束彼此靠得很近，使得典型的空氣渦流的 尺寸超過該擴展。因此，所有光束經歷大致相同的折射係數。然而與之相反地，在機器的已 知的局域限定的區域內通常需要較大的掃描間距，例如為了提供晶片臺的機器手臂或諸如 此類的所需的位置並且為此避免碰撞。同樣，當例如當工作檯以較大的初始傾斜公差（因 為還未對位置測量裝置進行調節）在具有量具的平臺下行進時，例如當晶片臺從機器中從 一個位置轉到另一個位置時，或當臺體需要進行緊急-停止時，在已知的工作狀況下也需 要較大的掃描間距。然而，所有這些情況都是在機器的工作模式下出現的，該工作模式不要 求最高的精度或在該工作模式下工作檯以明顯很小的行進速度運動並且因此空氣渦流明 顯很小。
[0019] 在現有技術條件下已知對該問題的解決方案為，通過所謂的風淋室 (Luftduschen)對光學路徑上的空氣進行預處理。由此嘗試，在位置測量裝置的掃描光路內 得到儘可能均勻並且恆定的折射係數。這種預處理可以通過兩種方式實現。
[0020] 其一例如可以對晶片臺的整個行進區域中的空氣進行預處理，如可以由幹涉儀實 現。對於基於光柵的位置測量裝置，也可以只局域地對掃描單元與量具之間的測量體積進 行預處理。這種風淋室的目的為，降低緩慢地並且很大的或者空間上廣泛擴展的折射係數 波動，並且避免其他的空氣渦流，由於工作檯的運動，該空氣渦流最有可能由於來自風淋室 的空氣流動而形成空氣的層狀的流動和/或屏蔽，該空氣通過在掃描單元和量具之間的工 作臺的運動而被擠壓。為了實現這一目的，需要相對較高的空氣流動速度。這種解決方案 的缺點為，空氣無法完美地均勻化。由於晶片臺的運動，一直會有局部的渦流以及由此引起 的產生位置偏移的折射係數-波動。此外，由於風淋而產生的高流動速度會產生與晶片臺 的行進速度不相關的折射係數波動，這會導致普遍更高的測量噪聲。
[0021] 此外，已知另一種降低折射係數波動的可行性方案，只要使用特殊的氣體，其折射 係數與壓力更少地相關；也可以考慮在真空中進行工作。但是這兩種方案都要有非常高的 技術投入才能實現。
[0022] 因此，當前對空氣的預處理可能性方案限制了所應用的位置測量裝置的位置精確 性，並且描述了測定位置時測量誤差的最大的剩餘部分。


【發明內容】

[0023] 本發明的目的在於，給出一種光學位置測量裝置，在該位置測量裝置中可以克服 位置測量的誤差量或至少將其最小化，該誤差量是由於掃描光路中由運動誘發的折射係數 波動引起的。
[0024] 根據本發明所述目的由滿足權利要求1所述特徵的一種光學位置測量裝置實現。
[0025] 依據本發明的光學測量裝置的優選實施方案由附屬權利要求所述的方法給出。
[0026] 依據本發明的光學測量裝置包括量具和能相對於該量具沿著至少一個測量裝置 運動的掃描單元，其中在量具與掃描單元之間構成掃描光路，該掃描光路用於產生與移動 相關的信號。按如下方式布置可沿著垂直於量具平面的軸線運動的保護罩，即在至少一種 工作模式下，該保護罩儘可能地環繞掃描單元與量具之間的掃描光路。
[0027] 優選地，保護罩與量具之間的距離
[0028] _在第一工作模式下能調節到這樣的距離值，即保護罩至少在空間區域內屏蔽了 掃描單元與量具之間的掃描光路，在該空間區域內掃描光路對摺射係數波動敏感並且
[0029]-在至少一個第二工作模式下能調節到大於在第一工作模式下的距離值。
[0030] 在此可以設置為，在所述保護罩內集成空氣軸承，通過該空氣軸承可以在第一工 作模式下調節掃描單元與量具之間的恆定距離值。
[0031] 可以存在磁式或氣動式觸發器，以便對沿軸線向的保護罩進行限定地定位。
[0032] 在此，掃描單元與量具之間的距離不取決於工作檯的位置地恆定地保持，在該工 作臺上布置有所述掃描單元。
[0033] 在一個優選的實施方式中可以設置為，所述保護罩具有復位件，在斷電的情況下 該復位件自動地設定掃描單元與量具之間的最大可能距離。
[0034] 這裡所述復位件設計為彈性元件，通過該彈性元件可以對保護罩進行機械地預張 緊。
[0035] 此外，可以按下述方式設計保護罩的外部輪廓，即通過該外部輪廓，環流經過保護 罩的空氣不會形成空氣渦流。
[0036] 此外可以設置為，按下述方式設計保護罩的外部輪廓，即通過該外部輪廓，環流經 過保護罩空氣不會對量具產生作用力。
[0037] 優選地可以在保護罩上設置至少一個流動元件，按下述方式設計該流動元件，即 當工作檯具有特定的速度時，保護罩上的制動壓力和抽吸壓力與流動元件上的動態壓力相 抵消，掃描單元則被設置在該工作檯上。
[0038] 這裡可以將所述流動元件設計為導風板，其側面地布置在保護罩上。
[0039] 此外，可以將保護罩布置為能夠繞著與量具平面垂直地堅立的軸線旋轉。
[0040] 也可以，使保護罩沿著與量具-平面垂直的軸線延展並且其沿該軸線擴展，該擴 展略微小於量具與掃描單元之間的距離。
[0041] 優選地將保護罩設計為圓柱形，其中圓柱軸線沿著垂直於量具平面的軸線延伸。
[0042] 此外，保護罩在朝向量具的側面上具有開口或透光的遮蓋元件。
[0043] 特別優選地，在依據本發明的光學位置測量裝置中表明了，在此，在掃描單元的工 作臺與量具之間需要較小距離的工作模式下，可以將由空氣的折射係數波動引起的測量誤 差在應用中最小化，在其他的工作模式下則需要擴大掃描距離。
[0044] 在依據本發明的光學位置測量裝置的可行實施方式中，可以降低作用在量具和/ 或工作檯上的靜態和變化的力，該力是由相對於工作檯運動的空氣產生；這可以例如通過 一種依據本發明的、適當地設計為流線形或帆狀的保護罩的輪廓實現。
[0045] 此外，通過依據本發明的方法可以降低周圍空氣的熱波動對位置測量裝置的影 響，例如溫度漂移。
[0046] 藉助下述對依據本發明的裝置的實施例的說明並結合附圖對本發明其他的細節 和優點進行闡述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0047] 在附圖中：
[0048] 圖1示出了依據本發明的光學位置測量裝置的第一實施例的高度簡化示意圖；
[0049] 圖2是第一實施例的第一變體的高度簡化示意圖；
[0050] 圖3是第一實施例的第二變體的高度簡化示意圖；
[0051] 圖4是第一實施例的第三變體的高度簡化示意圖；
[0052] 圖5是第一實施例的第四變體的高度簡化示意圖；
[0053] 圖6是依據本發明的光學位置測量裝置的第二實施例的高度簡化示意圖；
[0054] 圖7是第二實施例的變體的高度簡化示意圖；
[0055] 圖8是依據本發明的光學位置測量裝置的第三實施例的變體的高度簡化的部分 示意圖；
[0056] 圖9是依據本發明的光學位置測量裝置的另外的變體的高度簡化的部分示意圖；

【具體實施方式】
[0057] 依據本發明的光學位置測量裝置的基本思想為，通過一個保護罩在至少一種工作 模式下儘可能地將位置測量裝置的整個光束體積封裝起來並由此屏蔽周圍空氣。因此，量 具與掃描單元之間的掃描光路至少被屏蔽在一個空間區域內並被保護罩包圍，在該區域內 掃描光路對摺射係數波動敏感。優選地，封裝進行到非常接近量具表面的前面，因此那裡只 保留一個很小的縫隙，在該縫隙中，可能的折射係數波動不會產生明顯的位置誤差。在這種 工作模式下，量具與掃描單元之間的掃描光路的、由保護罩封裝並且屏蔽的區域內部不存 在空氣渦流；該光束體積內的折射係數近似為恆定並且不會因此形成高頻的位置噪聲。
[0058] 在這些區域和工作狀況中，即在其中，需要在依據本發明的光學位置測量裝置中 有較大的掃描距離，可以使保護罩下降並且在相應的其他工作模式下，在量具與掃描單元 之間無需擺動的保護罩的情況下使位置測量裝置運行。
[0059] 如果由於機器的高能動性或突然進入運行狀態，例如緊急制動的情況下，必須迅 速建立較大的掃描距離時，可以通過合適的復位件來設置保護罩的迅速下降，例如通過在 保護罩的軸承內進行機械的預張緊。由此可以自動調節保護罩與量具之間的最大可能距 離，因此例如在斷電情況下，保護罩自動地運動遠離量具。
[0060] 圖1高度簡化的示出了依據本發明的光學位置測量裝置的第一實施例。該實施例 包括量具10以及掃描單元20,該量具和掃描單元布置在沿著至少一個測量裝置彼此相對 能運動的機器組件上。通過掃描單元20,可以對量具10進行光學掃描並由這種方式和方法 生成一個與移動無關的用於_未示意出的-機器控制信號。圖1僅表示出光學掃描或所用 的掃描光路的限制了兩側的分光束TS1，TS2 ;有關合適的掃描參閱例如開頭所述的 申請人: 的文獻EP1 762 828A2。在此，在所述的掃描單元20中可以例如設置光源、各種光學元件 如透鏡、光柵等，以及用於構造一個用來產生與移動無關的信號的掃描光路的檢波器；作為 替代地，也可以通過光纖將光源和/或檢波器與掃描單元相連接。原則上，本發明不局限於 特定的光學掃描。
[0061]在本實施例中，依據本發明的光學位置測量裝置應用在製造半導體的機器中，例 如晶片掃描器中。在此，所述掃描單元20布置在工作檯或晶片臺1上，該工作檯或晶片臺 相對於位於固定的機器組件上的量具10來說，可沿著至少一個測量裝置運動。在所示實施 例中，位置測量裝置的測量方向沿繪圖平面的水平方向延伸。
[0062] 依據本發明的光學位置測量裝置包括如前述已表示出的保護罩30,該保護罩沿著 垂直於量具-平面的軸線運動地布置。在圖示中，該軸線以標號z標註。如圖所示，在第一 工作模式下保護罩30環繞著位於量具10與掃描單元20之間的掃描光路或者該區域內的 光束體積S，並且為其屏蔽因此可能的空氣折射係數的波動。在該第一個實施例中，保護罩 30在面向量具10的側面上具有遮蓋元件31，並構造為透明的玻璃蓋，其從這一側將保護罩 30封閉。
[0063] 優選地為保護罩30設置至少兩個沿著軸線z的可能的位置，該保護罩在各種工作 模式下都能夠佔據這些位置。
[0064] 如圖所示，在第一位置處或在第一工作模型下，保護罩30最大限度地在向著量具 10的方向向上行進或擺動，從而儘可能地屏蔽掃描單元20與量具10之間的掃描光路或光 束體積S，並且將如前述所提到的、由折射係數波動引起的噪聲最小化。因此在第一工作模 式下，儘量將保護罩30的上邊緣與量具10之間的、沿軸線z方向的距離調節為儘可能最小 的值。
[0065]相反，在第二位置處或在至少一個第二工作模式下，保護罩30完全在掃描單元20的方向上向下行進或擺動，從而露出位於掃描單元20上方的光束體積S。因此在該工作模 式下，將量具10與保護罩30的上邊緣之間的距離設置為比在第一工作模式下的大。
[0066] 在依據本發明的位置測量裝置的該實施例中，對各個工作模式下保護罩30與量 具10之間所需的距離的調節可以由一個-未在圖示中示出的-控制單元實現。
[0067] 在第一種工作模式下，為了實現保護罩30的擺動，依據本發明的光學位置測量裝 置至少包括一個適合的觸發器，該觸發器可以以不同的方式和方法來構造，如下述變體所 /Jn〇
[0068] 圖2簡化的示出了依據本發明的光學位置測量裝置的第一實施例的第一變體，在 該變體中設置了保護罩30的磁性固定裝置或者磁性觸發器，從而對保護罩沿軸線z定位。 通過布置在晶片臺1上的電磁鐵42,該電磁鐵與所示的、在保護罩30上的磁鐵-元件41， 例如構造為鐵磁體或順磁體，相互作用，在所提到的第一工作模式下保護罩30可以向上行 進並且持續擺動進掃描光路內。這樣，在這種工作模式下可以為掃描光路屏蔽周圍空氣中 的折射係數波動。
[0069] 此外可選的，能夠為保護罩30設置沿著z-方向的機械預張緊的生成器，從而在緊 急-停止或斷電情況下使得保護罩30可以迅速運動遠離量具10,由此不會損壞量具10。圖 3示意了依據本發明的光學位置測量裝置的相應的第一實施例的第二變體。彈性元件以標 號43標註，該彈性元件布置在保護罩30與在Z-方向上位置固定的晶片臺1之間，並且在 這裡起到復位元件的作用，保護罩30可以由該復位元件進行機械的預張緊。該變體具有優 點為，在斷電或緊急-停止的情況下，保護罩30自動並迅速地運動遠離量具10並因此自動 調節到保護罩30與量具10之間的最大距離。
[0070] 在圖4所示的依據本發明的光學位置測量裝置的第一實施例的另外的變體中，可 以在晶片臺1上額外設置電磁鐵44作為另外的磁式觸發器，從而使保護罩40迅速地下降 或從掃描光路中移除。在該變體中，在用於實現保護罩30的擺動的電磁鐵42旁邊附加的 設置有電磁鐵44，其在Z-方向上，亦即沿著保護罩30的運動方向與電磁鐵42有間隔的布 置；在保護罩30的側面布置有適當構造的磁鐵-元件41，其與不同的電磁鐵42、44相互作 用。
[0071] 圖5描述了依據本發明的光學位置測量裝置的第一實施例的另外的變體。通過這 裡應用的氣動觸發器，在第一工作模式下，在量具10的方向上設置保護罩30的真空-抽 吸，並且在第二種工作模式下通過空氣過壓設置保護罩30的下降。在此，所述保護罩30與 一個或多個氣動-圓柱體50相連接，所述氣動-圓柱體與合適的壓縮空氣導管或真空導管 51連接。
[0072] 下面藉助圖6對依據本發明的光學位置測量裝置的第二實施例進行闡述。
[0073] 由於工作檯或晶片臺101通常也垂直地運動，即沿著Z-方向向著或遠離量具10 運動，對於僅具有兩個預設位置的保護罩130來說，可以如此小地選擇保護罩130與量具 110之間的距離，使其在極端狀態（例如當晶片臺101傾斜時）時不接觸到量具10。為此， 在晶片臺101處於正常位置時，所述距離然而並不是最優的，並且所留氣隙根據晶片臺101 的姿態的不同而不同。這會導致在工作時，空氣對所測位置的可變的影響。在此已證明特 別有利的是，在第一種工作模式下將保護罩130的上邊緣與量具110之間的距離調節到最 小並且恆定的距離值。通過這種方式和方法，在掃描光路中產生的幹擾影響一直保持不變 並且特別地在晶片臺101處於所有運動狀態時都保持最小。為了調節這種恆定的距離值， 在這個依據本發明的位置測量裝置的實施例中，在保護罩130內集成空氣軸承170,更確切 的說，是在量具110與保護罩130的邊界區域內。在這樣的實施例中，保護罩130的上邊緣 與量具110之間的距離由空氣軸承170的尺寸給出並且僅與保護罩130向上的擠壓力有很 小的關聯。
[0074] 在相應的實際應用中，空氣軸承170在重力的方向上工作，即空氣軸承170的壓力 具有與重力相同的方向，因此必須對空氣軸承170額外進行機械的預張緊。在此，圖6示出 了在保護罩130上的簡化示意的機械預張緊元件160。然後，通過空氣軸承170本身可以得 到保護罩130與量具110之間的恆定距離值；即例如在保護罩130的上邊緣與量具110之 間。
[0075] 由於設置了空氣軸承170,在這個依據本發明的位置測量裝置的實施例中實現了 晶片臺101或量具110的自動的運動，即例如相應的沿著Z-方向的傾斜運動和/或偏差。 通過對保護罩130的空氣支撐，在此不僅可以維持保護罩130與量具110之間距離的恆定， 還可以在晶片臺101發生傾斜時維持保護罩130與量具110之間的夾角。這是這樣實現的。 即保護罩130不僅可沿著軸線或Z方向運動地布置，還可以小範圍地繞著兩個垂直導向的 軸線X和Y轉動地布置。當晶片臺101發生傾斜時，由於預張緊，保護罩130自動地轉動， 以使得沿著保護罩130的空氣軸承170與量具110具有恆定的距離。
[0076] 可以由一個適當的預張緊，例如通過預張緊元件如磁鐵或彈簧，保持保護罩130 通過空氣軸承170對量具110的恆定擠壓力。然後，通過這種預張緊元件，圖6簡化示出的 預張緊元件160與保護罩130相互作用。以這種方式和方法，通常也可以保持作用在量具 110恆定的力。否則，所產生的保護罩130沿Z-方向作用於量具110的壓力會導致形變及 同樣的相應的測量誤差。如果通過主動預張緊元件例如電磁鐵產生預張緊，則在第二種工 作模式下，該元件同時也可以應用為使保護罩130快速下降的觸發器。在第一種工作模式 下藉助這種預張緊，在下述情況下也可以在向量具110的方向上升高保護罩130,在此情況 下將量具110布置在掃描單元120上方。
[0077] 作為替代，在依據本發明的光學位置測量裝置的第二實施方案的變體中，在第一 工作模式下可以藉助氣動式觸發器也可以通過空氣過壓將保護罩130升高，如圖7所示。 通過適當的設計方案，在此可以將用於實現升高和預張緊的空氣L同時也應用在空氣軸承 內。在此設計保護罩130內的結構，以實現一種穩態。由此使得折射係數-變體最小並且 降低測量誤差或位置噪聲。此外，通過軸承的這種形式避免了局域熱源的外部影響。
[0078] 接著對依據本發明的光學位置測量裝置的第二實施例進行闡述。
[0079] 在已知應用中重要的是，晶片臺對量具不產生力的作用，例如晶片臺運動時產生 的制動壓力和抽吸壓力。僅在最小距離下運動遠離量具的額外的保護罩在這種情況下很可 能產生負面的作用。因此優選地，將由保護罩對量具的產生的力最大可能地最小化，這個力 是由保護罩對空氣進行排擠而產生的。
[0080] 首先，這可以通過保護罩的流線形的設計方案實現，通過該設計方案可以將由晶 片臺的運動而產生的制動壓力和抽吸壓力最小化。此外，通過這種流線形的設計可以避免 渦流，該渦流是在運動方向上在保護罩後面形成的，並且通過與該渦流相連的多變壓力對 晶片臺和量具產生以可變的力。
[0081] 此外，可以通過合適地構造具有這種結構形式的流動元件，該結構布置在保護罩 的側面，在晶片臺運動時將空氣導向量具或導離量具，使得通過運動的空氣作用在量具上 力在整體上平衡。
[0082] 在此，可以這樣對所提到保護罩的結構和/或流線形的設計方案進行布置和優 化，即將在晶片臺的主運動方向上，在該方向上要求的精確度最高，通過晶片臺的空氣排擠 而產生的力最小化。作為替代地，也可以可旋轉地布置保護罩並且其指向與晶片臺的運動 方向相匹配。
[0083] 這要麼可以通過對保護罩的外部輪廓合理設計來實現，要麼可以藉助相應設計的 流動元件實現，例如合理設計的結構，其布置在保護罩的側面。優選地如此構造流動元件或 結構，即當晶片臺具有特定的速度時，通過空氣的擠壓使得保護罩上的制動壓力和抽吸壓 力與流動元件上的動態壓力相抵消。在此，優選地如此布置該流動元件，即當晶片臺運動時 "氣流"環流經過該元件。
[0084] 圖8示意了依據本發明的第三實施方案中被構造為導風板的流動元件的作用原 理。該導風板281的作用為，攔住施壓在量具210上的空氣，並且將該力導向晶片臺201。 以這種方式和方法減小了作用在量具210上的力。
[0085] 在需要對晶片進行高精度定位的應用中，晶片臺通常構造為兩組件。第一工作檯 具有進行粗糙定位的較大行進運動。在第一工作檯上布置第二工作檯，該工作檯具有對晶 片的精密定位。在此，第二工作檯只能在較小的範圍內相對於第一工作檯運動，並且由此對 第一個、粗糙的工作檯的調節偏差進行校正。在兩組件的工作檯的情況下，優選地可以將保 護罩布置在第一工作檯上。由此，由於保護罩的運動以及環流經過保護罩的空氣而產生的 力，被導向第一工作檯，並且對第二個，起到精確定位作用的工作檯沒有影響。
[0086] 顯而易見地，除了詳細說明的實施例外，在本發明的範圍內還存在其他的可行性 設計方案。在單獨對這些可行性方案進行闡述之前，要明確的證明，毫無疑問可行的是，根 據需求，將藉助各種實施例和變體闡述的依據本發明的位置測量裝置的方法適當地進行彼 此組合。
[0087] 此外可以作如下設置，即作為對實施例中分別設置的透明遮蓋元件的替代，所述 保護罩具有開口或膜片。在此已證明的是，藉助遮蓋元件封閉的光束體積對於在保護罩的 內腔中的儘可能穩態的空氣更合適，並且在保護罩僅有兩個所需位置的情況下，示出了優 選的變體。
[0088] 此外，根據圖9的俯視圖，可以對保護罩330的外部輪廓作如下設計，即其沿著晶 片臺301的主運動方向Y流線形的構造。由此有一個最小的力或最小的、傾斜引起的扭矩 作用在晶片臺301上。保護罩330的流線形的設計或輪廓也會導致更少的渦流，即以這種 方法和方式明顯減少了作用在保護罩330和因此作用在晶片臺301上的擾動力。理想的情 況是，通過保護罩330的形狀可以實現沿著保護罩330的層狀流動。優選地，僅需要在晶片 臺301的主運動方向上實現對保護罩330的形狀或輪廓的優化。
[0089] 如果可能，應到要求晶片臺301的兩個主運動方向上的高精度，則也可以將保護 罩330繞其長軸線或繞著垂直於量具平面直立的軸線可旋轉地放置。然後，通過該保護罩 的形狀自動實現相應的運動方向，並且對所有運動方向或行進方向，將由渦流引起的對晶 片臺301的擾動力最小化。
[0090] 一般地，當晶片臺或光學掃描光路承受變化的熱負荷時，保護罩便具有優勢。通過 由保護罩引起的屏蔽作用，不僅維持了從光束體積中向外的空氣運動，也可以例如通過粘 貼絕緣層屏蔽熱輻射。保護罩內部的空氣則保持在恆定的穩定狀態，該狀態明顯降低了測 量信號中的位置噪聲和位置漂移。
[0091] 為了避免保護罩下降時不必要的等待時間，例如加載和/或卸載晶片，可以在向 加載站行進時就讓保護罩下降。
[0092] 在工作檯或晶片臺如上所述由兩個組件構成並且包括第一工作檯和第二工作檯 的情況下，優選地可以將保護罩布置在不精密的第一工作檯上。因此由空氣對保護罩產生 的作用力不直接作用在精密的第二工作檯上。此外，在無保護罩情況下由空氣作用在掃描 單元上的力，可以由保護罩屏蔽。
【權利要求】
1. 一種光學位置測量裝置，具有量具和能相對所述量具沿著至少一個測量方向運動的 掃描單元，其中，在所述量具與所述掃描單元之間設計掃描光路，所述掃描光路用於產生與 移動相關的信號， 其特徵在於， 保護罩布置成能沿著垂直於量具平面的軸線運動，使得在至少一種工作模式下，所述 保護罩儘可能地環繞所述掃描單元與所述量具之間的所述掃描光路。
2. 根據權利要求1所述的位置測量裝置，其特徵在於，所述保護罩與所述量具之間的 距離 能在第一工作模式下調節到距離值，使得所述保護罩至少在所述掃描光路對摺射係數 波動敏感的空間區域內屏蔽所述掃描單元與所述量具之間的所述掃描光路，並且 能在至少一個第二工作模式下調節到比在所述第一工作模式下更大的距離值。
3. 根據權利要求2所述的位置測量裝置，其特徵在於，在所述保護罩內集成空氣軸承， 通過所述空氣軸承能在所述第一工作模式下調節所述掃描單元與所述量具之間的恆定距 離值。
4. 根據權利要求1或2所述的位置測量裝置，其特徵在於，存在磁式或氣動式觸發器， 以便沿著軸線對所述保護罩進行限定地定位。
5. 根據權利要求4所述的位置測量裝置，其特徵在於，所述保護罩與所述量具之間的 距離不取決於工作檯的位置地恆定地保持，在所述工作檯上布置有所述掃描單元。
6. 根據前述權利要求中至少一項所述的位置測量裝置，其特徵在於，所述保護罩包括 復位件，在供電失效的情況下，所述復位件自動地設定所述掃描單元與所述量具之間的最 大可能距離。
7. 根據權利要求6所述的位置測量裝置，其特徵在於，所述復位件設計為彈性元件，所 述保護罩能夠通過所述彈性元件進行機械地預張緊。
8. 根據前述權利要求中至少一項所述的位置測量裝置，其特徵在於，所述保護罩的外 部輪廓設計為使得通過所述外部輪廓，環流經過所述保護罩的空氣不會形成空氣漩渦。
9. 根據前述權利要求中至少一項所述的位置測量裝置，其特徵在於，所述保護罩的外 部輪廓設計為使得通過所述外部輪廓，環流經過所述保護罩的空氣不會對所述量具產生作 用力。
10. 根據前述權利要求中至少一項所述的位置測量裝置，其特徵在於，在所述保護罩上 至少布置一個流動元件，所述流動元件設計為，使得在布置有所述掃描單元的所述工作檯 具有確定的速度時，所述保護罩上的制動壓力和抽吸壓力與所述流動元件上的動態壓力相 抵消。
11. 根據權利要求10所述的位置測量裝置，其特徵在於，所述流動元件設計為導風板， 所述導風板側面地布置在保護罩上。
12. 根據前述權利要求中至少一項所述的位置測量裝置，其特徵在於，所述保護罩布置 為能繞著與所述量具平面垂直地堅立的軸線旋轉。
13. 根據前述權利要求中至少一項所述的位置測量裝置，其特徵在於，所述保護罩沿著 與量具平面垂直的軸線延伸並且沿所述軸線擴展，所述擴展略微小於所述量具與所述掃描 單元之間的距離。
14. 根據前述權利要求中至少一項所述的位置測量裝置，其特徵在於，所述保護罩設計 為圓柱形，其中圓柱軸線沿著垂直於所述量具平面的軸線延伸。
15. 根據前述權利要求中至少一項所述的位置測量裝置，其特徵在於，所述保護罩在朝 向所述量具的側面上具有開口或透光的遮蓋元件。
【文檔編號】G01B11/00GK104515467SQ201410525165
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年10月8日 優先權日:2013年10月7日
【發明者】沃爾夫岡·霍爾扎普費爾, 約爾格·德雷謝爾, 馬庫斯·邁斯納 申請人:約翰內斯﹒海德漢博士有限公司