CN112789479A - 激光三角测量设备和校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种设备，该设备被配置为用于根据三角测量的原理确定设备到物体的距离。该设备包括：透射装置，在该透射装置的第一表面与第二表面之间具有预定距离；以及检测器，其被配置为接收与透射装置及物体相互作用之后的辐射束的至少一部分。第一表面被布置为反射所述辐射束的第一部分，第二表面被布置为反射所述辐射束的第二部分。所述预定距离用于确定设备到物体的距离。

Description

激光三角测量设备和校准方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年10月2日提交的EP专利申请18198239.8的优先权，该EP申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本申请涉及距离测量装置和方法。更具体地，本发明涉及一种用于测量设备与物体之间的距离的三角测量位移设备，并且涉及一种不具有移动部件的光学在线校准方法。

背景技术

一种精确地测量到物体表面的距离的技术是通过使用三角测量位移传感器实现的。这些传感器进行操作的基本原理是：将辐射束投射到被测物体上，并且辐射束的一部分被反射到接收元件上，该接收元件通常是线性阵列光电检测器。辐射束投射到物体表面并在物体表面上被反射，反射辐射束在偏离校准基线位置的位置(其对应于校准距离)被检测器接收到，此时完成了距离测量。物体相对于传感器的距离限定了辐射束撞击接收元件的位置。因此，当物体与传感器之间的距离改变时，接收元件上的光束位置也改变。在能够使用位移传感器之前，需要知道输入变量(传感器与物体之间的空间距离)与输出变量之间的精确映射关系。这是通过校准来实现的。

位移传感器用于几何量(例如位置、振动)的超精密测量和表面的轮廓测量。通过使用例如三角测量技术，即使当需要非接触式测量时，也可以高分辨率地确定到物体的距离或物体相对于参考物(例如传感器)的位移。例如，在光刻设备中(在US6952253中给出了关于光刻设备的更多信息)，需要非常准确地知道移动部件(例如移动台)的位置。这意味着要频繁地监测这些部件的位置，这可以通过使用位移传感器的三角测量来完成。相同的情况适用于量测设备，其中，需要高精确度地知道承载件(例如晶片台)的位置。另外，还可以通过布置于光刻设备、量测设备以及摄像装置中的三角测量位移传感器来执行对光学元件(例如，在量测装置和摄像系统中使用的透镜或光栅)的位置的测量和监测。最后，很明显，位移传感器的使用不是仅限于移动台或光学元件，而是可以应用于各种容易产生漂移的(准)静态部件。

位移传感器的精确度受到固有的系统误差的影响，例如传感器输出的偏离线性校准线的线性度误差偏差。尽管位移传感器可能具有亚微米的分辨率，但是线性度误差可能比分辨率水平大得多。由于例如由于环境变化，线性度误差通常不是固定的，所以需要频繁校准位移传感器，以确保可靠的测量结果。通常，通过将计量标准件在精确地已知位置处放置于测量辐射束中来校准三角测量位移传感器(或更一般地设备)。这些计量标准件位于物体平面附近或内部，并替换待测量的物体。通常，需要将测量设备从使用它的系统或功能环境中移除，例如光刻设备，以便进行校准：非原位校准。然而，系统的环境条件可能与非原位校准期间的环境条件不同。当能够接近位移传感器以将计量标准件放置在辐射束中时，原位校准可能是有利的。在原位和非原位校准程序中，都需要在校准程序期间将外部计量标准件移动并且放入和移出辐射束，该操作不仅费时并且繁琐，而且这些校准方法导致系统停机。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于三角测量技术的距离测量设备，该距离测量设备不需要将校准元件移入和移出系统来校准设备。有鉴于此，本发明提供一种用于确定设备到物体的距离的设备，该设备包括透射装置，在该透射装置的第一表面与第二表面之间具有预定距离。透射装置的第一表面被布置为反射一辐射束的第一部分，并且透射装置的第二表面被布置为反射所述辐射束的第二部分。该设备还包括检测器，该检测器被配置为：在检测器上的第一部位接收辐射束的第一部分的至少一部分，在检测器上的第二部位接收辐射束的第二部分的至少一部分，以及在检测器上的第三部位接收与透射装置及物体相互作用之后的辐射束的至少一部分。该设备包括处理器，该处理器被配置为接收来自检测器的信号，以基于第一部位与第二部位之间的空间距离、以及第一部位与第三部位之间的空间距离和/或第二部位与第三部位之间的空间距离来确定设备到物体的距离。

鉴于上述情况，本发明提供一种用于距离测量的设备，该设备包括内部参照物或计量标准件。透射装置提供用作两个参考表面的第一表面和第二表面。这两个参考表面之间的相互距离是预定的。因此，透射装置可以用作计量标准件(gauge standard)。分别在检测器上的不同部位(即，第一部位和第二部位)接收由第一表面和第二表面反射的辐射束的第一部分和第二部分。由此，第一表面与第二表面之间的空间距离被转换为检测器上的部位差异。因此，由物体反射并至少部分地在检测器上的部位被检测器接收到的辐射束可以和物体与设备的第一表面和/或第二表面之间的空间距离相关。

由于设备包括可以用作计量标准件的透射装置，所以可以将由物体反射的辐射束的检测器的记录与对应于在透射装置的表面反射的辐射束的记录进行比较。这样，可以通过源自透射装置的反射来对每个测量结果进行校准，而无需插入用于原位校准的外部计量标准件，或者无需将设备从其环境中移出以进行非原位校准。

在实施例中，该设备包括由透射板构成的透射装置。第一表面在透射板的一侧，第二表面在透射板的相反侧。考虑到稳定性，优选地使用板来代替例如两个分离且单独的元件。如果是透射板，则第一表面和第二表面是刚性地连接的。由此，保持了两个表面之间的距离。

在实施例中，该透射装置是成平行平面的透射板。透射装置的第一表面和第二表面均被相同地定向，使得在透射板的第一表面处反射的辐射束和在透射板的第二表面处反射的辐射束彼此平行地传播。因此，透射板与检测器之间的距离不影响反射辐射束在检测器上的第一部位与第二部位之间的空间距离。

在实施例中，该透射装置设置有至少一个可调节反射表面。该至少一个可调节反射表面可以包括可切换反射镜，并且可以通过控制器来控制反射率。至少一个反射表面可以被切换为纯反射状态、纯透射状态或中间状态。这样具有的优点是：可以控制通过第一表面和/或第二表面的辐射功率的量，并且还可以控制与检测器相互作用的反射辐射束的强度。另外，通过调节透射装置的反射率，从而调节透射率，可以控制照射到物体上的辐射功率。为了防止辐射引起的物体损坏，可能需要这样做。

在实施例中，该设备包括至少具有第一预定厚度的第一透射板和具有第二预定厚度的第二透射板。在另一个实施例中，该设备包括各自具有预定厚度的多个透射板。每个透射板可以引入额外的反射束。每个透射板被布置为将额外的反射辐射束引导到检测器上。因此，可以为距离测量装置提供包括多于一个透射板的透射装置，反射辐射束的数量、以及检测器的相应记录可被增加。由于增加了参考位置的数量，所以这可能有益于改善设备的校准和线性度。

在实施例中，透射装置被布置为不与从物体反射的辐射束相交。这是通过凹部实现，该凹部用于使从物体反射的辐射束通过，而无需与透射装置相互作用。这样，从物体反射的辐射束不受透射装置的影响。由此，防止了反射辐射束的额外反射和/或吸收。

在实施例中，辐射束包括至少第一辐射束和第二辐射束，其中，第一辐射束和第二辐射束在几何上不同地与透射装置相交。通过使用至少两个彼此不同地定向的辐射束，可以在物体上的至少两个部位测量物体与设备之间的距离。这使得能够在多于一个维度上进行距离测量。

在实施例中，该设备包括用于监测环境变化的温度传感器。环境温度的变化可以例如改变透射装置的几何特性。结果，检测器记录的参考位置可以响应于该几何变化而移动。通过监测设备的温度，可以观察到并校正这种由热引起的偏移。

在实施例中，该设备包括处理器，该处理器被配置为控制辐射束的强度和/或辐射束的波长和/或透射装置的多个表面中的至少一个表面的反射率。通过控制辐射束和/或透射装置的光学特性，可以针对物体的表面特性优化和/或调整距离测量。

根据本发明的一方面，提供一种包括如本文所阐述的设备的光刻设备。该设备可以用于测量物体的距离或位移，该物体例如是光刻设备中的平台或光学元件。

根据本发明的另一方面，提供一种包括如本文所阐述的设备的量测设备。该设备可以用于测量物体的距离或位移，该物体例如是量测设备内的移动台或光学元件。

根据本发明的另一方面，提供一种包括本文所阐述的设备的摄像系统。该摄像系统可以例如在量测装置中或者甚至在摄像装置中用于成像目的。光学元件在摄像系统中的位置可能偏离预期位置，例如由于漂移、磨损和/或滞后而引起，并且可以使用该设备来测量和/或监测。

附图说明

现在将仅通过示例的方式并参考随附的示意图来描述本发明的实施例，其中：

图1(由图1a、图1b和图1c组成)描绘了用于校准三角测量位移传感器的常规方法的示意图；

图2描绘了本发明的设备的实施例的示意图；

图3描绘了可以在本发明的实施例中使用的透射装置的示意图；

图4描绘了根据本发明的透射装置的俯视图；

图5(由图5a和图5b组成)描绘了可以在本发明的实施例中使用的透射装置的示意图；以及

图6描绘了可以在本发明的实施例中使用的透射装置的示意图。

具体实施方式

现在参照附图描述本发明的优选实施例，其中，相同的附图标记指示相同或功能相似的元件。如在附图中总体上描述和示出的，本申请的部件可以以多种配置来实现。因此，如附图所示，以下对本申请的设备和方法的实施例的更详细描述并非旨在限制所要求保护的本发明的范围，而仅是本发明的优选实施例的代表。

图1示意性地描绘了用于校准三角测量位移传感器100的方法，该三角测量位移传感器100也被称为距离测量装置或设备。常规校准方法可包括如图1a至图1c所示的若干过程步骤。为了简单起见，在该示例中，校准步骤的数量被限制为三个。本领域技术人员将明白，可以涉及更多步骤以提高校准或准确性。现在将详细介绍常规校准程序步骤。

在校准程序的第一步中，如图1a所示，辐射源110向物体113提供辐射束111，该物体位于距传感器100为已知或预定的距离处。在校准程序期间，物体113被用作计量标准件。辐射束111于物体113的表面上在第一位置114处被反射，从而形成反射辐射束112。第一位置114可以被称为参考位置或零位置。检测器120被配置为接收被反射的辐射束112的至少一部分。通常，检测器120包括辐射敏感元件或像素的阵列，例如CCD图像传感器或CMOS图像传感器。检测器120被布置为使得被反射的辐射束112在与第一位置114相对应的第一像素位置121处撞击检测器120。

在校准程序的第二步，如图1b所示，相对于传感器100改变物体113的距离(物体沿z轴移动)，从而辐射束111于第二位置115处在物体113的表面上被反射，该第二位置不同于零位置114。结果，被反射的辐射束112在与第二位置115相对应的第二像素位置122处撞击检测器120，该第二像素位置从对应于计量标准件或物体113的第一位置114的第一像素位置121移开。

在校准程序的第三步，如图1c所示，物体113沿z轴移动，使得辐射束111在物体表面上于第三位置116处被反射，该第三位置是与第一位置114及第二位置115不同的位置。由此，被反射的辐射束112在与第三位置116相对应的第三像素位置123处撞击检测器120，该第三像素位置是检测器上的与第一像素位置121及第二像素位置122不同的位置。

在所示的校准程序期间，以高精确度确定物体表面的三个位置(114、115和116)。通常由外部设备执行这些经校准的物体位置的测量。

代替将计量标准件放置在不同的z位置处，也可以使用具有不同的高度台阶(例如具有对应于三个不同位置114、115和116的三个水平)的单个计量标准件进行校准。类似于将计量标准件113放置在不同位置处，每一个台阶的高度差都需要精确测量和校准。

通过计量标准件113的物体位置(114、115和116)或高度台阶与撞击检测器120的被反射的辐射束112的位置(像素位置121、122和123)之间的相关性，对三角测量位移传感器100进行校准。被配置为评估将检测器120的像素位置转换为z位置的查找表或数学函数的处理器通常用于该位置或位移校准和测量。通过确定在未知位置从测量物体的表面反射的辐射束112的像素位置，可以基于校准结果确定物体的位置。

图1所示的三角测量位移传感器100是示意图。显而易见的是，光学元件(例如透镜或反射镜)可以用于成形和/或聚焦辐射束111和/或112。为了清楚起见，未在图中显示这些光学部件。

如前几段内容所说明的，需要将外部计量标准件113高精确度地定位在三角测量位移传感器或距离测量装置100的前面。这意味着需要将传感器100从其功能环境中移除，以进行非原位校准，或者需要将计量标准件113准确地放置在布置传感器100的系统中，以进行原位校准。在这两种情况下，都需要三角测量位移传感器100能够被接近。另外，插入计量标准件113可能干扰环境条件。

图2描绘了本发明的实施例，其示出了用于确定物体232的位置的设备200，总体而言，该设备用于确定物体232与设备200之间的距离或用于确定物体232相对于设备200的位移，该设备是基于这样一种三角测量技术-其不需要将校准元件移入和移出用于校准设备200的系统。设备200也被称为三角测量位移传感器或距离测量装置。由辐射源210提供的辐射束211与透射装置213相互作用，该透射装置213在装置的第一表面230与第二表面231之间具有预定距离235。辐射束211至少部分地在第一表面230处被反射，提供第一反射辐射束240。辐射束211的一部分可以在第一表面230处透射并且可以与第二表面231相互作用。第一透射辐射束211a可以在第二表面231处被部分地反射，提供第二反射辐射束241。透射辐射束211a的一部分可以在第二表面231处透射，从而形成第二透射辐射束211b，其可以与物体232相互作用，该物体例如是被研究的物体，其被放置在距第二表面231一距离236处。第二透射辐射束211b可以在物体232的表面上至少部分地被反射，从而提供第三反射辐射束242。

在优选实施例中，透射装置213是具有预定厚度235的透射板，在下文中也被称为透射校准板。第一表面230在透射板213的一侧，第二表面231在透射板213的相反侧。使用透射板213的优点在于，第一表面230与第二表面231之间的距离可以被精确地测量并且随着时间保持稳定。还优选具有硬性和刚性的透射装置213，以用作校准标准(透射校准板)。另外，布置在设备中的透射校准板213还可以防止设备受到其环境的污染和/或干扰。

三角测量位移传感器200包括检测器220，该检测器被布置为接收并检测反射辐射束240、241和242的至少一部分。反射辐射束(240至242)中的每一个都在不同部位撞击检测器220。检测器220检测入射在其表面上的辐射强度，并产生指示辐射强度的输出信号。检测器220可以包括辐射敏感元件(通常被称为像素)的阵列。辐射敏感元件的阵列可以由CCD图像传感器或CMOS图像传感器形成。第一反射辐射束240可以在第一像素位置250处撞击检测器220。第二反射辐射束241在第二像素位置251处撞击检测器之前第二次穿过透射装置213。第三反射辐射束242可以在像素位置252处与辐射敏感阵列相互作用之前第二次穿过透射装置213。

透射装置213优选地是成平行平面的透射板。因此，第一反射辐射束240与第二反射辐射束241的传播路径是平行的。具有非平行表面的透射装置，例如当由第二表面231形成的表面平面相对于由第一表面230形成的表面平面倾斜时，也可以被使用。然而，非平行透射板需要额外的校准步骤，因为第二反射辐射束241可能相对于第一反射辐射束240发散。在这种情况下，透射板213与检测器220之间的距离决定了第一像素位置250与第二像素位置251之间的像素位置的差异。对于成平行平面的透射板213，反射辐射束(240、241)不会发散，因此检测器220上的第一像素位置250和第二像素位置251之间的像素位置的差异不受平行平面透射板213和检测器220之间的距离的限制。

图2描绘了曲线图，该曲线图说明了由一个像素或一组像素接收和记录的辐射强度，该辐射强度是像素数量(也被称为通道数量)的函数。每个像素位置都对应于一个反射点。例如，第一像素位置250对应于校准板213的第一表面230上的反射。因此，可以获得像素位置和物体(或反射位置)之间的相关性。该信息可以被存储在查找表中，处理器221可以访问该查找表。

辐射束211可以被布置为以大于零的入射角234与平行平面透射板213相互作用。由此，指向检测器220的第一反射束240与第二反射束241的路径在空间上分开。如图2中示意性示出的，由平行平面透射板213的厚度235和入射角234确定两个光路的空间间隔。

如图2所示，透射装置213可以在检测器220处引发至少两个记录。由辐射束211相对于透射装置213的入射角234、以及透射装置213的第一表面230与第二表面231之间的光路长度来控制第一像素位置250与第二像素位置251的像素位置的差异。由第一表面230与第二表面231之间的几何距离或板厚度235以及这两个表面之间的材料的折射率来确定光路长度。通过精确地测量距离235(或者在透射板的情况下通过测量厚度)以及限定所封闭的材料的折射率，第一像素位置250与第二像素位置251之间的像素位置差异成为已知的长度或距离的量度。因此，布置在设备200中的透射装置213(其可以是平行平面透射板)可以用于校准设备200而无需放置外部计量标准件。

通过透射板213的预定厚度235与记录第一反射束240和第二反射束241的像素位置的差异之间的相关性，借助于为第三反射束242记录的像素位置252确定设备200与物体232之间的距离236。即，设备200包括处理器221，该处理器被配置为接收来自检测器220的信号222以确定设备200到传感器220的距离，其基于第一像素部位250与第二像素部位251之间的空间距离、以及第一像素部位250与第三像素部位252之间的空间距离和/或第二像素部位252与第三像素部位252之间的空间距离。

参考图2，在物体232的距离测量期间，还记录了透射装置213的反射辐射束。因此，参考位置(250和251)和被研究的物体213的位置252被同时记录。这意味着可以在实际的距离或位移测量期间执行设备200的校准。这样做的好处是，不需要外部计量标准件来(重新)校准设备200。

技术人员将明白，可以通过入射角234来设置测量精确度和测量范围。即，减小辐射束211的入射角234会导致反射辐射束的空间扩展增加，从而使像素位置的差异增加。由此，设备200的距离测量范围可能受到检测器220的辐射敏感阵列的几何尺寸或空间捕获范围的限制。通过增加入射角234，反射辐射束的空间扩展以及像素位置的差异减小。如果设备200的距离测量范围需要扩大，那么这反而可能是有益的。

入射角234可以是可调节的，以改变和限定检测范围。

撞击检测器220的辐射束的光斑的尺寸可以大于单个像素。这意味着多于一个像素可能接收到反射辐射。因而，将辐射功率分布在像素集合或一组像素上。在这种情况下，为了限定参考位置或测量位置，可以确定像素集合的(加权)平均值或中心像素数量。

辐射源210可以是激光器、超级发光二极管(SLD)或发光二极管(LED)，其被布置为直接或经由光纤向设备200提供至少辐射束211。技术人员将明白的是，可以使用光纤向设备200提供辐射束211，这能够将辐射源210放置在相对于设备200较远的位置。从维护的角度来看以及从技术的角度来看，这可能是有益的，例如避免辐射源210对设备环境的热影响。

辐射束211可以包括一种辐射波长或多种波长。可以进行波长选择以提高测量精确度。即，不同波长的辐射束可以与物体232的表面不同地相互作用。通过使用一组辐射波长，可以避开波长依赖性。

本领域技术人员将明白的是，用作三角测量位移传感器的设备200可以包括一个或多个光学元件。设备可以例如包括一个或多个透镜和/或反射镜，其被布置为引导、成形和/或聚焦辐射束211和/或反射辐射束240-242。

设备200可以包括处理器221，该处理器被配置为接收来自检测器220的信号222。检测器信号222包括至少由反射辐射束(240、241、242)照射的像素(250、251、252)的信息。处理器221可以被布置为评估将检测器220的像素位置转换为z位置以确定物体232的位置或位移的查找表或数学函数。

处理器221可以包括用于控制辐射源210的控制器。例如，可以由控制器控制辐射束211的强度和/或波长。

图3描绘了可以在如图2所示的设备200中使用的透射装置313的实施例。辐射束311被布置为与透射装置313相互作用。辐射束311在第一表面330处被至少部分地反射，提供第一反射辐射束340。辐射束311的一部分可以被透射并与第二表面331相互作用。第一透射辐射束311a可以在第二表面331处被部分地反射，从而提供第二反射辐射束341。透射辐射束311a的一部分可以在第二表面331处透射，从而形成第二透射辐射束311b，并且可以与物体332(例如被研究的物体)相互作用，该物体从第二表面331移开距离336。第二透射辐射束311b可以在物体332的表面上被至少部分地反射，并由此提供第三反射辐射束342。

如图3所示，透射装置313被布置为不与从物体332反射的辐射束342相互作用。该实施例的优点是透射装置313的干扰较小。即，在第三反射辐射束342会与透射装置313相互作用的情况下，例如参见图2中的第三辐射束242，第三反射辐射束的一部分在透射装置331的第二表面331和第一表面330上被反射，这减小了检测器220接收到的辐射强度。另外，由于第一表面330和第二表面331所包围的材料吸收辐射，可能发生光传输损耗。反射和吸收都可能不是优选的。

透射装置313可以是包括侧表面337的透射板，该侧表面被布置为正交于透射板313的第一表面330和第二表面331中的一个或两个。在不同的实施例中，例如图3中所示，透射板313包括倒角侧表面337。这对于测量到设备200附近的物体332的距离可能是有益的，其中，距离336与透射板313的厚度335的数量级相同。

第三反射辐射束342可能由于透射装置313中的凹部、开口或间隙区域370而不与透射装置313相互作用，如图4所示。图4描绘了透射板313中的间隙区域370的两个示意性实施例的俯视图。在实施例中，在预期第三反射束342将通过的位置处，透射板313的一部分可能缺失。即，透射板313的尺寸使得不干扰第三反射束342。例如，为了机械刚度、环境调节或者为了避免污染设备200，扩展透射板313可能是有利的。由此，可以去除材料以在透射板313中形成开口370。开口370可以是方形、矩形或圆形的形式。

图5a和图5b示意性地描绘了可以在设备200中使用的透射装置413(或透射板)的实施例，该设备用作三角测量位移传感器，并设置有分别可控反射率的第一表面430和第二表面431。表面(430、431)中的一个或两个可以包括可切换反射镜，也被称为智能玻璃，其反射率可以通过向可切换反射镜施加电信号来调节。可切换反射镜可以由沉积在透射板413的第一表面430或第二表面431、或者透射板413的两个表面上的薄膜液晶层或合金薄膜组成。

在图5a所示的情况下，第一表面430处的可切换反射镜被切换到纯反射状态。由此，辐射束411被第一表面430反射，提供第一反射辐射束440。在如图5b所示的情况下，第一表面430处的可切换反射镜被切换到透明状态，并且第二表面431处的可切换反射镜被切换到纯反射状态。因此，辐射束411透射穿过透射板413并在第二表面431处的可切换反射镜上被反射，从而提供第二反射辐射束441。

本领域技术人员将明白的是，每个可切换反射镜都可以被切换到中间状态。可切换反射镜可以是可调节反射面。例如，第一表面430处的可切换反射镜可以被切换并调节到具有70％的透射率的状态。

为透射板213(413)的一个或多个表面提供可切换且可调的反射镜可能有利于控制与透射板213和或物体232相互作用的辐射强度。这种布置可以例如用于确保第一反射辐射束240和/或第二反射辐射束241中的足够的辐射强度，以便在距离测量之前校准设备200。

另外，通过调节透射装置213的至少一个表面的反射率并因此调节透射率，可以控制撞击物体232的辐射功率。为了防止辐射引起的物体232的损坏，可能需要这样做。

透射装置213可以包括均具有预定厚度的第一透射板和第二透射板。或者，如图6所示，透射装置513可以包括多个透射板(透射校准板)，每个透射板具有预定的厚度，这些透射板可以被布置在设备200中。每个光学板可以引入额外的反射束。因此，通过为设备200提供包括多于一个透射板的透射装置513，可以增加反射辐射束545的数量。由于增加了参考位置(即，反射位置和像素位置)的数量，所以这对改善设备200的校准可能是有益的。并且，利用多于两个的位置，可以检查和校准系统的线性度。

透射装置513的每个表面都可以包括可切换反射镜。因此，每个表面的反射率和透射率可以是可调的。

本领域技术人员将明白的是，设备200(用作三角测量位移传感器或用作距离测量装置)可以包括多于一个辐射束211，以确定到物体232的距离。通过布置与透射装置213在几何上不同地相交的至少第一辐射束和第二辐射束，例如，每个辐射束具有不同的入射角234，或者每个辐射束在不同的部位传播，或者每个辐射束具有不同的几何定向，可以提高测量精确度。另外，通过使用多于一个辐射束，可执行(准)二维距离测量。第一辐射束和第二辐射束可以具有相同的波长。例如，还可以提供不同的波长，以优化由物体232反射的辐射束242的接收强度。即，物体232可以与不同波长的辐射不同地相互作用。

环境温度可能影响距离测量的准确性。例如，环境温度的变化可以改变透射装置的几何特性。结果，由检测器记录的参考位置可能响应于几何变化而漂移。为了防止错误的距离测量，设备200可以包括温度传感器。因此，在确定到物体的距离时，可以监测设备200内的热引起的变化并且可以将其考虑在内。

如上所述的设备200可以应用于周围环境、真空环境以及高压环境。

光刻设备可以包括根据本发明的实施例的一个或多个设备200，以用作三角测量位移传感器。一个或多个设备200可以用于测量和/或监测台的位置，例如掩模版台或晶片台。一个或多个设备200还可以被配置为监测在光刻设备中使用的量测装置内的光学部件(例如透镜、反射镜和/或光栅)的运动。通常很难接近在光刻设备中的工作台以及量测装置。由于三角测量位移传感器的可接近性，通常不可能进行原位校准，这意味着三角测量位移传感器需要进行非原位校准。通过应用根据本发明的实施例的三角测量位移传感器200，将不需要为(非原位)校准而建造或移除三角测量位移传感器。这进而有利于光刻设备的生产率。

在例如用于量测装置或者甚至摄像装置中的成像目的的摄像系统中，光学元件的位置可能偏离预期位置。例如，偏差可能是由于光学元件的漂移、磨损和/或滞后而引起的。这可能导致记录不正确或图像模糊。通过三角测量来测量或监测一个或多个透镜的位置可为优选的。为摄像系统提供一个或多个根据本发明的实施例的设备200可以带来对三角测量位移传感器(设备200)进行原位和实时校准的优势，并由此带来对一个或多个光学元件的不正确位置进行校正的机会。

尽管在本文中可以特别参考光刻设备中的本发明的实施例，但是本发明的实施例也可以在其他设备中使用。本发明的实施例可以构成掩模检查设备、量测设备、或者测量或处理物体(例如晶片(或其他衬底)或掩模(或其他图像形成装置))的任何设备的一部分。这些设备通常可以被统称为光刻工具。这样的光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。

尽管在上文中已经描述了本发明的具体实施例，但是应当明白的是，可以以不同于所描述的方式来实践本发明。以上描述意图是说明性的，而不是限制性的。因此，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离以下阐述的权利要求的范围的前提下，对所描述的本发明进行修改。

Claims (15)

1.一种用于确定距离的设备，所述距离为该设备到物体的距离，所述设备包括：

透射装置，在所述透射装置的第一表面与第二表面之间具有预定距离，其中，

所述第一表面被布置为反射辐射束的第一部分，并且

所述第二表面被布置为反射所述辐射束的第二部分；

检测器，所述检测器被配置为

i)在所述检测器上的第一部位接收所述辐射束的所述第一部分的至少一部分，

ii)在所述检测器上的第二部位接收所述辐射束的所述第二部分的至少一部分，并且

iii)在所述检测器上的第三部位接收与所述透射装置及所述物体相互作用之后的辐射束的至少一部分；以及

处理器，所述处理器被配置为接收来自所述检测器的信号，以基于以下信息确定所述设备到所述物体的距离：

所述第一部位与所述第二部位之间的空间距离；以及

以下项中的至少一个：

所述第一部位与所述第三部位之间的空间距离；和

所述第二部位与所述第三部位之间的空间距离。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述透射装置是透射板，所述第一表面在所述透射板的一侧，并且所述第二表面在所述透射板的相反侧。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述透射装置是成平行平面的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述透射装置设置有至少一个可调节反射表面。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述透射装置包括：

-至少第一透射板和第二透射板，所述第一透射板具有第一预定厚度，所述第二透射板具有第二预定厚度；或者

-多个透射板，所述多个透射板中的每一个具有预定厚度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中，所述透射装置被布置为不与从所述物体反射的辐射束相交。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述透射装置包括凹部，所述凹部用于使从所述物体反射的辐射束通过而不与所述透射装置相互作用。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其中，所述辐射束包括至少第一辐射束和第二辐射束，其中，所述第一辐射束和所述第二辐射束在几何上不同地与所述透射装置相交。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，还包括温度传感器。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其中，所述处理器被配置为控制所述辐射束的强度和所述辐射束的波长中的至少一项。

11.一种光刻设备，包括至少一个如权利要求1至10中任一项所述的设备。

12.一种量测设备，包括至少一个如权利要求1至10中任一项所述的设备。

13.一种摄像系统，包括至少一个如权利要求1至10中任一项所述的设备。

14.一种用于确定设备到物体的距离的方法，所述方法包括：

提供辐射束，

将所述辐射束投射到布置于所述设备中的透射装置上，

利用透射通过所述透射装置的辐射束的至少一部分照射所述物体，

在检测器上的第一部位接收所述辐射束的由所述透射装置的第一表面反射的第一部分的至少一部分，

在所述检测器上的第二部位接收所述辐射束的由所述透射装置的第二表面反射的第二部分的至少一部分，以及

在所述检测器上的第三部位接收与所述透射装置及所述物体相互作用之后的辐射束的至少一部分，

根据以下信息得出所述设备到所述物体的距离：

所述第一部位与所述第二部位之间的空间距离；以及

以下项中的至少一个：

所述第一部位与所述第三部位之间的空间距离；和

所述第二部位与所述第三部位之间的空间距离。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述透射装置在所述透射装置的所述第一表面与所述第二表面之间具有预定距离。

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