CN101828149A - 具有精密位置测量的移位装置 - Google Patents

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Abstract

一种具有精密测量的移位装置，移位装置用于支承工件，其包括：光传感器(52)；支承板(54)，其限定支承板孔口(56)；平面电机(58)，其平行于该支承板(54)安置，该平面电机(58)具有可通过操作以支承该工件(40)的第一侧(60)和与该支承板(54)相对的第二侧(62)；以及，安置于该平面电机(58)上的二维光栅(68)，该二维光栅(68)通过该支承板孔口(56)与所述光传感器(52)光通信。

Description

具有精密位置测量的移位装置
技术领域
本发明总体而言涉及移位装置，且更特定而言，涉及具有精密测量的移位装置。
背景技术
在所制造的构件中增加的精密度需要增加的测量精密度。在诸如半导体集成电路这样的精密构件的制造、检验和维修中需要精密度。举例而言，移位装置移动半导体晶片以向各种波长束暴露半导体晶片的表面以用于各种目的。光束或紫外光(UV)束可用于光刻，光束或电子束可用于检验，且离子束可用于维修。半导体晶片的运动必须精密以将该束定位于正形成或已形成于晶片上的微小特征上。精密运动需要精密测量。
图1是根据现有技术制作的移位装置的示意侧视图。移位装置21的短行程载体24支承晶片20，晶片20向工作束22暴露。长行程载体26相对于磁体板28支承短行程载体24。干涉测量系统31测量短行程载体24的位置。干涉仪控制单元32将光束30导向至短行程载体24的竖直侧的测量点34上。干涉仪控制单元32比较反射束33与参考束以确定干涉仪控制单元32与测量点34之间的距离。然后使用这个距离来确定工作点23的位置，其中工作束22碰撞晶片20。
但令人遗憾的是，目前的测量系统具有多种局限性。测量点34与工作点23之间的距离X大，比如对于光刻应用而言为400毫米，混杂有测量的任何不确定性。通常，需要晶片20平面内1纳米和晶片20平面外7纳米的精密度。由射束暴露、内部磁性线圈和内部冷却造成的短行程载体24温度的较小变化导致距离X的显著变化和精密度损失。最小化这种效果的一种办法是利用具有小热膨胀系数的材料制作短行程载体24，这些材料诸如
Figure GPA00001102385700011
玻璃陶瓷材料。但这并非令人满意的方案，因为该材料贵且重。
希望具有克服了上述缺点的具有精密测量的移位装置。
发明内容
本发明的一方面提供一种用于支承工件的移位装置，其包括：光传感器；支承板，其限定支承板孔口；平面电机，其平行于支承板安置，该平面电机具有可通过操作以支承工件的第一侧和与支承板相对的第二侧；以及安置于平面电机上的二维光栅，二维光栅通过支承板孔口与光传感器光通信。
本发明的另一方面提供用于支承工件的移位装置，其包括：多个传感器；支承板，其限定多个支承板孔口；平面电机，其平行于支承板安置，该平面电机具有可通过操作以支承工件的第一侧和与支承板相对的第二侧；以及安置于平面电机上的二维光栅，二维光栅通过多个支承板孔口与多个光传感器光通信。多个光传感器的数目至少是起决定性作用的测量数目(determinative measurement number)。
本发明的另一方面提供一种用于支承工件的移位装置，其包括：用于移动工件的移动器件；用于支承移动器件的支承器件，该支承器件限定孔口；以及用于在安置于移动器件上的测量点处通过孔口来传感移动器件的平移和旋转的传感器件。
结合附图来阅读，通过下文目前优选实施例的详细描述，本发明的前述和其它特点和优点将会进一步变得明晰。详细描述和附图只是说明本发明而非限制本发明，本发明的范畴由所附权利要求书和其等同来限定。
附图说明
图1是根据现有技术制作的移位装置的示意图；
图2是根据本发明制作的移位装置的示意图；
图3至图6是用于根据本发明制作的移位装置的支承板和平面电机的示意图；
图7至图9是用于根据本发明制作的移位装置的光传感器和二维光栅的示意图；
图10A至图10B是根据本发明制作的移位装置的额外实施例的示意图；
图11是根据本发明制作的移位装置的另一实施例的示意图；以及
图12A至图12B是根据本发明制作的移位装置的又一实施例的示意图。
具体实施方式
图2是根据本发明制作的移位装置的示意图。移位装置50可支承工件40且包括：光传感器52；支承板54，其限定支承板孔口56；平面电机58，其平行于支承板54安置，该平面电机58具有可通过操作以支承工件40的第一侧60和与支承板54相对的第二侧62；以及安置于该平面电机58上的二维光栅68，该二维光栅68通过支承板孔口56与光传感器52光通信。该支承板54利用电磁方法支承平面电机58且移动平面电机58，平面电机58支承工件40。光传感器52可向处理器53提供位置信息信号51。当使用多个光传感器52时，处理器53可从多个光传感器52接收多个位置信息信号51。
在此实例中，光传感器52位于横过平面电机58的工件40上的工作点70的对面，平面电机58包括磁体且支承板54包括线圈。工作点70可为尖点(如图所示)或者为工件40表面上方的宽广平面。来自光传感器52的传感束74在测量点72撞击二维光栅68，测量点72靠近工作点70，工作束76在工作点点70撞击工件40，从而可精密地确定工作点70的位置。平面电机58的厚度通常在2至5毫米的范围。在此实例中，光传感器52是六自由度光传感器，即，光传感器测量三个平移度和三个旋转度，且二维光栅68安置于平面电机58的第二侧62上。可使用六自由度光传感器实现0.1纳米平移和1微弧度(microrad)旋转的测量重复性。本领域技术人员应了解，准确度还取决于二维光栅的品质。在一实施例中，二维光栅68是透明主体，诸如由聚碳酸酯制成的主体，在邻近平面电机58的第二侧62的二维光栅68的侧部上印刷有光栅图案。可使用全息术、干涉测量、光刻等来印刷这些光栅图案。在另一实施例中，当使用多于一个光传感器时，二维光栅68可为一个大光栅或者可为安置于平面电机58周围特定点处的多个单独光栅以从光传感器52接收传感束74。
工件40可为需要移动和精密定位的任何工件。工作束76在工作点70施加到工件40上以在工件40上实现所希望的效果。工作束的实例包括可见光束、紫外光(UV)束、远紫外光束、电子束(e束)、离子束等。可见光束、紫外光(UV)束、远紫外光束、电子束(e束)可用于光刻或检验，且离子束可用于维修。通常，工件40是薄平面物体，诸如晶片。在一实例中，工件是半导体晶片。在另一实例中，工件是印刷电路板。本领域技术人员应了解工作束76无需如图2所示在尖点接触工件40。工作束76可遍布整个工件40或分布在工件40的部分上使得工作点70并非尖点，而是在工件40表面上的宽广平面。举例而言，工件40可为26×32毫米尺寸的模片且工作束76可遍布整个26×32毫米。
二维光栅68可为在不重合的两个方向中具有周期性结构的光栅。这种结构的一个实例是棋盘图案。尽管厚度也可最小，但为了清楚地说明起见，二维光栅68被示出具有显著厚度。二维光栅68可为整体构件，诸如附接到平面电机58上的透明片，在透明片上印刷有光栅图案，或者，二维光栅68可为平面电机58本身的一部分。在另一实施例中，一或多个Z光栅可邻近二维光栅68安置以形成三维光栅。
图3至图6是用于根据本发明制作的移位装置的支承板和平面电机的示意图，其中与图2彼此相似的元件共用相似的附图标记。为了清楚地说明，省略了穿过支承板54的支承板孔口和平面电机58上的二维光栅。支承板54利用电磁方法使支承工件的平面电机58浮动，如在WIPO国际公开WO 2006/075291A2中所述，该公开以其全文引用的方式结合到本文中。
参看图3，移位装置50包括由磁体系统93形成的第一部分91和由电线圈系统94形成的第二部分92。磁体被固定到平面电机58上且线圈系统被固定到支承板54上。第一部分91与第二部分92可相对于彼此移动。在此实例中，固定部分是带磁体的支承板54，且可移动部分是带线圈的平面电机58。
磁体系统93的磁体被排列成平行于X方向延伸的行97与平行于Y方向延伸的列98的图案，且行与行之间的间隙与列与列之间的间隙是相同的。在每一行97和在每一列98中，交替排列第一类型N磁体与第二类型Z磁体。第一类型N磁体的磁化方向与平面电机58成直角且朝向带电线圈系统94的第二部分92延伸，而第二类型Z磁体的磁化方向与平面电机58成直角且远离带电线圈系统94的第二部分92延伸。在每一行97和每一列98中，第三类型H磁体排列于第一类型N与第二类型Z的每对磁体之间。位于列98之间的第三类型H磁体的磁化方向平行于Y方向且朝向邻近的第一类型N磁体延伸，而位于行97之间的第三类型H磁体的磁化方向平行于X方向且也朝向邻近的第一类型N磁体延伸。箭头表示不同类型磁体N、Z和H的磁化方向。
电线圈系统94具备至少一个第一类型C1线圈，其位于磁体的有效磁场中的电流导体99与X方向成45°夹角，且电线圈系统94还具备至少一个第二类型C2线圈，该第二类型C2线圈具有电流导体100，该电流导体100也位于磁体的有效磁场中并与X方向成45°夹角，且垂直于第一类型C1线圈的电流导体99延伸。如本文所用的“在有效磁场中的电流导体”表示线圈的部分(通常为一束电流导体)，位于磁体磁场中，且有效洛伦兹力施加于线圈的部分上，造成线圈移动。
参看图4来解释线圈在磁体系统中移动的方式，附图标记991、992和1001、1002分别代表线圈C1与C2的电流导体，这些电流导体设于磁体磁场中。电流导体991主要位于由字母N表示的磁体磁场中。这些N磁体的磁化方向由指向上的箭头表示，即，与磁体系统成直角且朝向电流导体991定向。箭头B1表示磁场方向。当电流在由箭头I1所示的方向流经电流导体991时，力F1沿相关箭头所示的方向施加于电流导体上，因此，电流导体欲开始沿箭头F1方向的移动。电流导体992主要位于由Z标注的磁体磁场中。Z磁体的磁化方向由箭头B2表示，箭头B2指向下(即，与磁体系统成直角)且远离电流导体992。根据箭头I2(即，与电流I1相反)，当电流通过电流导体992流动时，沿相关箭头所示方向的力F2施加于电流导体992上，因此，电流导体欲开始沿箭头F2所示方向(即，与箭头F1相同的方向)的移动。以相同方式，在处于根据箭头I3与I4的电流情况下，当受到N与Z磁体磁场影响时，与电流导体991与992成直角排列的电流导体1001与1002经受沿箭头F3与F4所示方向延伸的力。当导体中的电流反向时，施加于电流导体上的力和因此电流导体的移动也反向。这种力的相互作用也在图5中示出。
参看图3，电流导体99、100的部分101还存在于第三类型H磁体上方和/或无磁体的部分(即，在第一类型N与第二类型Z磁体之间)上方。电流导体的这些部分位于磁场B中，磁场B的平均方向基本上平行于X-Y平面延伸。仍参看图4中的电流导体991c。参看图3，当电流I流经这个电流导体时，电流导体的部分101在垂直于X-Y平面的方向(即，Z方向)中经受力F。取决于电流方向和电流导体相对于磁体的位置，力朝向磁体或远离磁体定向。当力远离磁体定向时，力被称作悬浮力F1，即，力使电流导体远离磁体移动。可使用这种力来提供支承板与磁体之间的轴承功能。
第一类型N磁体和第二类型Z磁体的形状是正方形。第三类型H磁体是矩形且尺寸使得H磁体的最长侧面102与N磁体和Z磁体的侧面103接界，且H磁体的最短侧面104的尺寸与最长侧面102的尺寸的比例可在0.25与0.50之间的范围，以根据最优化分析提供磁体系统每单位面积最大的磁场强度。
图5示出两组三个线圈，即，第一组C11和第二组C21，第一组C11具有电流导体991a、991b、991c和回流导体992a、992b、992c；第二组C21具有电流导体993a、993b、993c和回流导体994a、994b、994c。两组线圈由三相电流系统馈电。在电流导体的纵向观察，第一组C11的三个电流导体相对于第二组C21的三个电流导体移位了距离105，距离105大约为磁体极距106的一半。如本文所用的磁体极距106是两个相邻斜线之间的距离，分别为N和Z的相同类型磁体的中点107和108位于该相邻斜线上。这避免了在移位期间向两组载流线圈施加可变扭矩，这造成移动部分(支承板或带磁体的平面电机)相对于固定部分绕Z轴线的振荡移动。通过使各组线圈相对于彼此移位，这种振荡效果基本上减弱，因为在两组线圈之一中形成扭矩，其补偿了在另一组中的扭矩。当支承板54是可移动部分时，这种振荡效果可引起支承板54中的振动。
电流导体的长度109被选择成约等于磁体极距106的k倍，且k为2的倍数。因此，在电流导体在纵向移动时，磁场之和保持近似恒定，使得施加于电流导体上的力波动较小。这并不取决于线圈数目和相位。
图6A和图6B分别示出具有第一部分或平面电机58和第二部分或固定支承板54的移位装置的截面图和顶视图。在此实例中，平面电机58包括载体214，在载体214顶部具有反射镜区块212。平面电机58可相对于固定支承板54移动。线圈224排列于线圈区块222上，线圈区块222经由冷却通道226流体冷却。线圈224排列成三个一组，且相邻组的方位偏移90度。本领域技术人员应了解，根据特定应用的需要，其它线圈排列，诸如多于三个或少于三个线圈的组也是可能的。本领域技术人员还应了解，在一实施例中，线圈处于支承板54中且磁体处于平面电机58中，而在另一实施例中，磁体处于支承板54中且线圈处于平面电机58中。
图7至图9是用于根据本发明制作的移位装置的光传感器和二维光栅的示意图，其中，相似元件共用相似附图标记。为了清楚地说明，省略了在光传感器52与二维光栅68之间具有支承板孔口的支承板。光传感器52检测二维光栅68的平移和旋转，二维光栅68附连到平面电机上，平面电机支承工件。在WIPO国际公开WO 2006/054258A2中描述了光传感器52，该公开以其全文引用的方式结合到本文中。本领域技术人员应了解下文所讨论的光传感器52是六自由度光传感器，其可通过操作以测量三个平移度和三个旋转度。可通过省略位置敏感检测器将六自由度光传感器转换成三自由度光传感器，三自由度光传感器可通过操作来测量三个平移度。本领域技术人员应了解，需要多于一个的三自由度光传感器来测量二维光栅68的位置，二维光栅68附连到平面电机上，平面电机支承工件。
图7A和图7B示出了用于光传感器52的入射和衍射光束。自不同方向在二维光栅68处提供入射光束I。通过测量入射束I与衍射束D之间的干涉来个别地测量每个衍射束D的相位。因此，对于每对用于四分之一节距(p/4)的平面内平移的入射和衍射束而言，对λ/4的相移进行测量，且对每对用于平面外平移的入射和衍射束而言，对λ/2的相移进行测量。为了确定平面内平移和平面外平移，该系统被布置成区别平面内平移与平面外平移的相移贡献。可利用光学方法或其它方法来确定平面内平移。
图8、图9A和图9B示出用于检测平面电机(未图示)的平移T和旋转R的示范性光传感器52，其中二维光栅68施加到平面电机上。光传感器52包括光学头134以从不同方向向二维光栅68提供第一入射光束I1、第二入射光束I2和第三入射光束I3。由入射光束I1、I2和I3分别产生第一衍射光束D1、第二衍射光束D2和第三衍射光束D3。示出衍射束D1、D2、D3的衍射级-1、0和+1。成对入射束I和衍射束D以黑色、暗灰色和浅灰色表示。为了清楚地说明，如图8所示的束并不在相同测量点72处重合，而是在三个不同光点处且在它们之间具有较小偏移。这三个束实际上在相同测量点处72重合。
光学头134还包括用于测量包括第一入射束I1与第一衍射束D1、第二入射束I2与第二衍射束D2以及第三入射束I3与第三衍射束D2的成对束中至少一对之间相位差ΔΦ的测量器件。只要衍射级的光功率足够，可使用每个衍射级的衍射束D1、D2、D3来测量相位差ΔΦ。选择束I1、I2、I3的波长和入射角度以及二维光栅68的周期p，以利用+1衍射级的衍射束D1、D2、D3通过光学头134来检测二维光栅68的平移T。
光传感器52还包括位置敏感检测器135、135′，位置敏感检测器135、135′被布置成接收另外级的衍射光束D1、D2、D3以检测平面电机的旋转R。二维光栅68的旋转Rx、Ry、Rz导致这些级在位置敏感检测器135、135′上的移位，从而可检测到平面电机的旋转。当平面电机旋转时，作为一或多个光束路径长度用于测量平面电机平移的衍射束D1、D2、D3的相位可变化。因此，对于具有显著旋转运动分量Rx、Ry、Rz的平面电机而言，应确定旋转以计算平面电机的平移。可通过省略位置敏感检测器将六度自由光传感器转换成三个自由度光传感器，三自由度光传感器可通过操作测量三个平移度。
更精密地，衍射级由二维光栅68的两个坐标来表示。第一级由(0，0)表示，在x方向的第一级由(1，0)表示，在y方向的第一级由(0，1)表示等等。在此实例中，使用另外的级(0，0)和(-1，0)来测量平面电机的旋转。级(0，0)，在下文中也表示为级0，其仅对旋转Rx和旋转Ry敏感，而更高的级，此处的(-1，0)，对Rx、Ry和Rz敏感。但也可使用其它另外的级，诸如(-1，-1)。在下文中，为了清楚起见，省略了两个坐标的级的表示。衍射的正第一(+1st)级束D1、D2、D3被导向至零偏移回射器(retroreflector)136。在经过这个回射器后，束D1、D2和D3第二次被导向至二维光栅68。某些衍射束入射于光学头134上且测量这些另外衍射束的相位以检测二维光栅68的平移。
衍射级0和-1分别落到二维位置敏感检测器135和一维位置敏感装置135′上。利用二维位置敏感检测器135在两个方向测量衍射级0的光点的位置，而利用一维位置敏感装置135′在一个方向中测量负第一(-1st)级束的位置。使用三相位测量和三光点位置测量来确定二维光栅68的三个平移和三个旋转。示范性位置敏感检测器是可购自美国马萨诸塞州Topsfield的OPTRA公司的NanoGrid平面编码器系统和可购自德国Traunreut的Dr.Johannes Heidenhain有限公司的PP 281R两坐标增量编码器。本领域技术人员应了解可使用更高维度位置敏感检测器来测量更小维度的平移。举例而言，可使用三维位置敏感检测器来测量二维或一维，或者可使用二维位置敏感检测器来测量一维。
图9A示出单个入射束I1之一与其相关联的+1级、0级和-1级衍射束D1。为了清楚起见，仅示出单个入射束且省略了其它入射束。选择光栅周期p、波长λ以及入射角，使得在入射平面中的正第一级衍射束沿着二维光栅68的法线η导向。图示了虚拟球表面H以更清楚地示出衍射级的方位。二维光栅68的十字线示出了二维衍射光栅的方位。
图9B示出三个入射光束I1、I2、I3，其中三个光学头134定位和定向成三个入射光束I1、I2、I3沿着虚拟棱锥体P的三个边缘导向。参看图8，在三个入射束的入射平面中，正第一级衍射束D1(+1)、D2(+l)和D3(+l)彼此平行且导向至零偏移回射器136。这是典型的束布局，其中入射束沿着虚拟棱锥体P的边缘导向。零偏移回射器136(在下文中也称作零偏移回射器)的功能是重新引导进入束使得反射束平行于进入束且也与进入束重合。零偏移回射器136包括隅角棱镜(cube corner)137、偏振束分光立方体138、半波长板139和充当折叠反射镜的棱镜140。一般而言，隅角棱镜用作回射器。入射束与反射束彼此平行，但在空间上分开。零偏移回射器136沿着相同光路径重新引导入射束返回至二维光栅68。如果入射束的方向或位置并非额定的，那么在入射束与反射束之间的偏移将不为零。光学头134的配置取决于测量衍射束D1、D2、D3的相位所用的方法。测量配置可包括本领域中已知的若干光学构件，诸如用于修改入射光束的偏振的波长板，分光器和法拉第(Faraday)构件。
二维光栅68可为在并不重合的两个方向中具有周期性结构的光栅。在一实施例中，二维光栅68是棋盘图案。在另一实施例中，一或多个Z光栅(未图示)可邻近二维光栅68安置以形成三维光栅。多层光栅，诸如三维光栅，允许在增加的平面电机58旋转范围上进行测量，和/或允许将相对测量与绝对测量的组合，多层光栅描述于WIPO国际公开WO 2006/054255A1中，该公开以引用的方式结合到本文中。
图10A至图10B是根据本发明制作的移位装置的额外实施例的示意图，其中与图2相似的元件彼此共用相似附图标记。根据特定应用的需要，二维光栅可安置于平面电机上的各种位置处。可选择二维光栅以减小工作点与测量点之间的距离，这减小了确定工作点时的误差。上文所讨论的图2示出了安置于平面电机58的第二侧62上的二维光栅。本领域技术人员应了解，如图2、图10A和图10B所示的具有相关联平面电机孔口和透明部分的二维光栅的各个位置可用于采用单个光传感器或多个光传感器的移位装置。
参看图10A，平面电机58限定电机孔口150且二维光栅68安置于平面电机58的第一侧60处的电机孔口150上方。根据特定应用的需要，二维光栅68可附连到第一侧60或者可位于电机孔口150内。在一实施例中，二维光栅68是透明主体，诸如由聚碳酸酯制成的主体，其中在邻近工件40且远离平面电机58的第一侧60的二维光栅68的一侧上印刷有光栅图案。
参看图10B，平面电机58具有透明部分152且二维光栅68在平面电机58的第一侧60上安置于透明部分152上。来自光传感器52的传感束74穿过透明部分152一直到测量点72并从测量点72穿过透明部分152到达光传感器52。在一实施例中，二维光栅68在第一侧60附连到透明部分152上。在另一实施例中，二维光栅68在第一侧60处形成为透明部分152的部分，诸如在平面电机58的透明部分152上通过印刷所获得的成形物，使得该印刷紧邻工件40。可使用全息术、干涉测量、光刻等来印刷这些光栅图案。在一实施例中，透明部分152横过平面电机58的整个宽度延伸，即，平面电机58是透明的。
图11是根据本发明制作的移位装置的另一实施例的示意图，其中与图2相似的元件共用相似附图标记。在此实施例中，可使用多于一个光传感器来提供额外精密度。当平面电机的厚度大以对抗阿贝(Abbé)效应(即，由于平面电机俯仰和偏移所造成的误差)时，额外光传感器特别适用。当测量点72径直地横过平面电机58位于工件40上点大的工作点70的对面时，由于阿贝效应导致的阿贝误差主要取决于测量点72与工作点70之间的距离，即，二维光栅68、平面电机58和工件40的组合厚度。
移位装置50包括两个光传感器52，该两个光传感器52通过检测安置于平面电机58上的二维光栅68的运动来确定平面电机58的移位。在此实施例中，一个光传感器52位于横过平面电机58的工件40上的工作点70的对面，且另一个光传感器52位于横过平面电机58的远离工作点70的对面。如本文所定义，当垂直于平面电机58的第一侧60与工作点70相交的线不与该构件或点相交时，该构件或点位于横过平面电机58的远离工作点70的对面。在另一实施例中，两个光传感器52都位于横过平面电机58的远离工作点70的对面。本领域技术人员应了解，可根据特定应用的需要来选择光传感器52的位置，所考虑的因素诸如所需精密度、移位装置构件的几何形状、可能会干扰支承板孔口放置的支承板的内部的构件等。
图11所示的实施例包括两个光传感器52。选择光传感器52的数目最小为起决定性作用的测量数目，该起决定性作用的测量数目在本文中被定义为确定具有六自由度的平面位置所需的光传感器的数目。起决定性作用的测量数目取决于所采用的特定光传感器的自由度而不同。在一实施例中，当光传感器52是完成三个平移测量和三个旋转测量的六自由度光传感器时，起决定性作用的测量数目是一。在另一实施例中，当这些光传感器52是二自由度光传感器时(且每一个光传感器测量两个独立平移)，起决定性作用的测量数目是三。举例而言，一个光传感器可测量X与Y平移，另一个光传感器可测量Y与Z平移，且又一光传感器可测量X与Z平移。在又一实施例中，对于不同的光传感器，自由度可不同。举例而言，一个光传感器可为测量X、Y和Z平移的三自由度光传感器，另一光传感器可为测量X与Y平移的二自由度光传感器，且又一光传感器可为测量Z平移的一自由度光传感器。本领域技术人员应了解，平移光传感器的起决定性作用的测量数目是提供六个独立平移测量的任意多个光传感器。
光传感器52的数目也可选择为大于起决定性作用的测量数目。举例而言，一个六自由度光传感器可与另一光传感器一起使用以提供冗余位置测量，该另一光传感器诸如六自由度光传感器、三自由度光传感器或一自由度光传感器。由于测量超过平面电机的自由度，即，位置信息是超定的，测量被转换成计算位置。在一实施例中，对这些沿特定方向的超定测量(诸如这些X平移)取平均。在另一实施例中，超定测量是位置加权的，诸如通过测量点与工作点之间的距离来加权每个测量。从光传感器52接收位置信息信号51的处理器53可执行至计算位置的转换。
图12A至图12B是根据本发明制作的移位装置的又一实施例的示意图，其中与图2相似的元件共用相似附图标记。图12A是移位装置50的侧视图且图12B是支承板54的顶视图，图12B示出支承板孔口56。在此实例中，工作束76遍布工件40使得工作点70是位于工件40的表面上方的宽广平面。当平面电机的厚度和/或工作点70的宽广平面大以对抗阿贝效应(即，由于平面电机的俯仰和偏移引起的误差)时，额外光传感器特别适用。当工件40上的工作点70是平面而非点时，在工作点70的平面中定位特定点的阿贝误差取决于特定点与测量点72之间的距离，即，二维光栅68、平面电机58和工件40的组合厚度，在工作点70的平面中定位特定点的阿贝误差还取决于特定点与测量点72之间在工作点70的平面中的距离。
光传感器52可为具有特定应用所希望的自由度数目的任何合适光传感器。如本文所定义的光传感器的自由度是光传感器可测量的平移和/或旋转的独立数目。在一实施例中，光传感器是六自由度、三自由度、二自由度、一自由度光传感器或其组合。示范性的六自由度在图7至图9和相关联文字叙述中有描述。光传感器可为位置敏感检测器，其在本文中被定义为可测量一或多个方向平移的光传感器。示范性位置敏感检测器是可购自美国马萨诸塞州Topsfield的OPTRA公司的NanoGrid平面编码器系统和可购自德国Traunreut的Dr.Johannes Heidenhain有限公司的PP 281R两坐标增量编码器。
在图12A至图12B的实施例中，使用三个或三个以上的光传感器来提供额外精密度。光传感器的数目至少为起决定性作用的测量数目，其在本文中被定义为确定具有六自由度平面位置所需的光传感器的数目。三个二自由度光传感器排列成三角形非线性图案，其中在三个测量点之间具有10厘米的分隔，这三个二自由度光传感器可实现0.1纳米平移和1纳弧度(nanorad)旋转的测量重复性。本领域技术人员应了解，准确度也可取决于二维光栅的品质。也可将光传感器52的数目选择为大于起决定性作用的测量数目使得位置信息是超定的。从光传感器接收位置信息信号的处理器可执行至计算位置的转换。
移位装置50包括三个光传感器52，该三个光传感器52通过检测安置于平面电机58上的二维光栅68的运动来确定平面电机58的移位。在此实例中，三个光传感器52位于横过平面电机58的远离工件40上的工作点70的对面，但若需要，这些光传感器52之一可位于横过平面电机58的工作点70的对面。本领域技术人员应了解可根据特定应用的需要来选择光传感器52的位置，所考虑的因素诸如：所需精密度，移位装置构件的几何形状，可能会干扰支承板孔口放置的支承板的内部的构件等。
可使用三自由度光传感器来测量平移和旋转，这是因为光传感器52排列成三角形非线性图案。对于大多数应用，以与系统视野相当的距离将各个传感器分开就足够了，即，在工件40表面上方的工作点70的宽广平面。举例而言，在光刻中，视野(也被称作染色大小)常常为26×32毫米。因此，在此情况下，典型分隔距离将为30毫米。也可使用六自由度光传感器或者各种自由度光传感器的混合。可根据特定应用的需要来添加额外光传感器。当工作点70是尖点而非宽广平面时，测量点72可靠近工作点70或者可根据需要位于工件40的边缘处。
虽然在本文中公开的本发明的实施例是目前认为优选的，但在不偏离本发明的范畴的情况下可以做出各种变化和修改。本发明的范畴在所附权利要求书中表示且属于等同意义和范围内的所有修改被认为涵盖于本发明中。

Claims (24)

1.一种用于支承工件的移位装置，包括：
光传感器(52)；
支承板(54)，其限定支承板孔口(56)；
平面电机(58)，其平行于所述支承板(54)安置，所述平面电机(58)具有可通过操作以支承所述工件(40)的第一侧(60)和与所述支承板(54)相对的第二侧(62)；以及
二维光栅(68)，其安置于所述平面电机(58)上，所述二维光栅(68)通过所述支承板孔口(56)与所述光传感器(52)光通信。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述光传感器(52)位于横过所述平面电机(58)的所述工件(40)上的工作点(70)的对面。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述光传感器(52)是六自由度光传感器。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述二维光栅(68)安置于所述平面电机(58)的所述第二侧(62)上。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述平面电机(58)限定有电机孔口(150)且所述二维光栅(68)安置于位于所述平面电机(58)的第一侧(60)处的所述电机孔口(150)上方。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述二维光栅(68)是透明主体，且在所述透明主体的一侧上印刷有光栅图案，所述印刷侧远离所述平面电机(58)的所述第一侧(60)。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述平面电机(58)具有透明部分(152)且所述二维光栅(68)在所述平面电机(58)的所述第一侧(60)上安置于所述透明部分(152)上。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述二维光栅(68)印刷于所述透明部分(152)上。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述二维光栅(68)是透明主体，且在所述透明主体上印刷有光栅图案。
10.根据权利要求1所述的装置，其还包括邻近所述二维光栅(68)安置的光栅以形成三维光栅。
11.一种用于支承工件的移位装置，包括：
多个光传感器(52)；
支承板(54)，其限定有多个支承板孔口(56)；
平面电机(58)，其平行于所述支承板(54)安置，所述平面电机(58)具有可通过操作以支承所述工件(40)的第一侧(60)和与所述支承板(54)相对的第二侧(62)；以及
安置于所述平面电机(58)上的二维光栅(68)，所述二维光栅(68)通过所述多个支承板孔口(56)与所述多个光传感器(52)光通信，
其中所述多个光传感器(52)的数目至少为起决定性作用的测量数目。
12.根据权利要求10所述的装置，其中所述光传感器(52)是二自由度光传感器。
13.根据权利要求10所述的装置，其中所述光传感器(52)是位置敏感检测器。
14.根据权利要求10所述的装置，其中所述多个光传感器(52)的数目大于起决定性作用的测量数目，还包括处理器(53)，所述处理器(53)从所述多个光传感器(52)接收多个位置信息信号(51)且可通过操作以将所述多个位置信息信号(51)转换成所述平面电机(58)的计算位置。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述处理器(53)可通过操作以利用选自平均化和位置加权的方法将所述多个位置信息信号(51)转换成该计算位置。
16.根据权利要求10所述的装置，其中所述二维光栅(68)是多个二维光栅。
17.根据权利要求10所述的装置，其中所述二维光栅(68)安置于所述平面电机(58)的所述第二侧(62)上。
18.根据权利要求10所述的装置，其中所述平面电机(58)限定有电机孔口(150)且所述二维光栅(68)在所述平面电机(58)的所述第一侧(60)处安置于所述电机孔口(150)上方。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述二维光栅(68)是透明主体，且在所述透明主体的一侧上印刷有光栅图案，所述印刷侧远离所述平面电机(58)的所述第一侧(60)。
20.根据权利要求10所述的装置，其中所述平面电机(58)具有透明部分(152)且所述二维光栅(68)在所述平面电机(58)的所述第一侧(60)上安置于所述透明部分(152)上。
21.根据权利要求20所述的装置，其中所述二维光栅(68)印刷于所述透明部分(152)上。
22.根据权利要求10所述的装置，其中所述二维光栅(68)是透明主体，且在所述透明主体上印刷有光栅图案。
23.根据权利要求10所述的装置，其还包括邻近所述二维光栅(68)安置的光栅以形成三维光栅。
24.一种用于支承工件的移位装置，包括：
用于移动所述工件的移动器件；
用于支承所述移动器件的支承器件，所述支承器件限定孔口；以及
用于在安置于所述移动器件上的测量点处通过所述孔口来传感所述移动器件的平移与旋转的传感器件。
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