JP6278605B2 - 位置測定装置とこのような位置測定装置を備えた構造体 - Google Patents

Description

本発明は、位置測定装置とこのような位置測定装置を備えた構造体に関する。

半導体構成要素を製作及び検査する際に使用される機械ではしばしば、物体を正確に位置決めすることが要求される。例えば、露光ユニット又は検査ユニットの工具の下方でウェハを高精度で位置決めすることが必要である。その際、ウェハは６自由度で動くテーブル上にある。このテーブルは適当な駆動装置を介して動かされる。従って、位置を高精度で検出すべきである物体として、テーブルが機能する。駆動装置とそれに関連する制御ユニットを介してこのテーブルを位置決めするためには、高精度の位置測定装置を用いてテーブルの三次元的な位置に関する位置信号を発生する必要がある。

このような機械において高精度の位置測定装置として、一般的には干渉計又は格子に基づく光学式位置測定装置が役立つ。本出願人の特許文献１には、このような用途のための測定構造体が提案されている。この測定構造体はいろいろな位置測定装置の組み合わせからなっている。物体の第１の長い主運動軸線に沿った位置測定のため及び他の軸線回りの回転運動を検出するために、多軸干渉計が使用される。この場合、物体には測定反射器が配置されている。この測定反射器には多軸干渉計の測定ビームが当たる。第２主運動軸線に沿って及び第３軸線に沿って位置を測定するために、格子に基づく干渉式位置測定装置が提案されている。この位置測定装置は特に、物体に配置された、入射光回折格子の形をした測定スケールと、これに対して定置された反射器を備えている。この反射器には他の回折格子が配置されている。この場合、反射器は例えば透過光格子−ミラー−ユニットとして形成可能である。いろいろな位置測定装置で使用される測定反射器、測定スケール及び反射器は、組み立て中及び使用時に、機械的負荷及び熱負荷を受け、この場合ゆっくりと変形する。このような要素のこのような変形は位置測定時に測定誤差を生じることになる。

この測定誤差を補正するためにいわゆる自己較正法が知られている。それぞれの機械の運転中又は特別な較正サイクル時に、この自己較正法によって、例えば測定スケール又は反射器のような要素の実際の変形が測定技術的に検出及び修正される。このような自己較正法のためには一般的に、その都度の延長方向に沿って、測定スケール又は反射器を２個以上の走査ユニット又は光学ユニットを用いて走査し、両光学ユニットを介して位置信号を発生する必要がある。両光学ユニットの位置信号の差が求められ、続いてその差信号から公知の方法で、その都度の測定スケール又は反射器の変形に起因する実際の誤差が計算され、続いて補正することができる。このような自己較正法については例えば非特許文献１が参照される。

これは測定方向毎に、このような自己較正法のために走査及び位置信号発生用の２個の光学ユニットが必要であることを意味する。これには多大なコストがかかり、さらに全体システムの構造容積が増大することになる。

上述の自己較正問題とは関係なく、他の理由から、所定の測定プロセス又は機械状態で、運動方向に沿った位置を冗長的に検出することが必要であるか又は有利である。それによって、例えば所定の位置で、必要ないわゆるアッベアームの数が減少するか又は精度が上昇する。

独国特許出願第１０２０１２２０１３９３．３号明細書

Ｅｘａｃｔ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｔｗｏ ｌａｔｅｒａｌ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｇｒａｍｓ， Ｃ．Ｅｌｓｔｅｒ，Ｉ．Ｗｅｉｎｇａｅｒｔｎｅｒ ｉｎ Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．９，Ｓｅｐｔ．１９９９，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，２２８１−２２８５

本発明の課題は、できるだけ少ないコストでいろいろな測定方向に沿った物体の位置を測定技術的に検出する、可動の物体の高精度の位置検出のための可能性を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する位置測定装置によって解決される。

請求項９には、このような位置測定装置を備えた構造体が記載されている。

本発明に係る解決策の有利な実施形は、従属請求項に記載されている。

本発明に係る位置測定装置を介して、第２物体に対する第１物体の位置を検出することができ、この場合第１物体と第２物体は少なくとも２つの測定方向に沿って相対的に移動可能に配置されている。位置測定装置は両物体の一方に連結された光学ユニットを具備し、この光学ユニットは所定配置の少なくとも１個の光源と検出装置と他の光学要素を備えている。さらに、他方の物体に配置された測定スケール−反射器−ユニットが設けられている。この測定スケール−反射器−ユニットはトラック内に異なるように形成された少なくとも２つの領域を備え、この領域は位置検出のために光学ユニットによって光学的に走査可能である。領域の異なる形成によって位置検出時に異なる測定方向間の切り換えが可能であり、各測定方向について光学ユニットによってそれぞれ両物体の相対運動に関する位置信号を発生することができる。

可能な実施形では、測定スケール−反射器−ユニットのトラックの異なる領域内に、測定反射器と測定スケールが配置されている。

この場合、測定反射器を平面ミラーとして形成し、測定スケールを入射光回折格子として形成することができる。

好ましくは、異なるように形成された領域に当たるビーム束が、異なる方向変更作用及び／又は偏向作用を受ける。

測定スケール−反射器−ユニットが平行に配置された多数のトラックを備え、このトラック内に測定スケール及び／又は測定反射器が配置されていると有利である。

この場合、一つのトラック内に１つの測定スケールが配置され、
他のトラックの第１領域内に測定反射器が配置され、第２領域内に測定スケールが配置され、この測定スケールが他のトラック内の測定スケールと同一に形成されている。

トラックの延在方向に沿って中央の第１領域がトラック内に配置され、第１領域の少なくとも一端において、異なるように形成された第２領域がトラック内に配置されている。

トラック内に第１領域が配置され、この第１領域がトラックの大部分にわたって延在し、異なるように形成された第２領域がトラック内に配置され、この第２領域がトラックのきわめて小さな領域にわたってのみ延在している。

可能な構造体は本発明に係る位置測定装置を備え、さらに、
第１物体を具備し、この第１物体が直交する第１と第２の２つの主運動軸線に沿って及び第３軸線に沿って移動可能に配置され、
第１主運動軸線が第１測定方向として機能し、
第３軸線が第２測定方向として機能し、そして
第２主運動軸線が第３測定方向として機能し、
さらに第２物体を具備し、この第２物体が第１物体に対して定置されて配置され、光学ユニットが第２物体に配置されている。
この場合、第２主運動軸線に沿って延在する測定スケール−反射器−ユニットが第１物体に配置され、この測定スケール−反射器−ユニットがトラックを備え、このトラックが測定反射器を有する第１領域と、測定スケールを有する第２領域を備え、それによって第１領域の光学的走査時に、第１測定方向に沿った第１物体の運動に関する位置信号を発生することができ、第２領域の光学的走査時に、第２測定方向に沿った又は第３測定方向に沿った第１物体の運動に関する位置信号を発生することができる。

構造体は第２位置測定装置を備え、この第２位置測定装置を介して、第２測定方向に沿った第１物体の運動に関する位置信号が発生可能である。

さらに、構造体は第３位置測定装置を備え、この第３位置測定装置を介して、第３測定方向に沿った第１物体の運動に関する位置信号が発生可能である。

それによって、第２領域において測定スケールで光学的に走査し同時に、第１測定方向に沿った移動運動中に第２又は第３位置測定装置を用いて位置信号を発生する場合に、その都度、第１測定方向に沿った第２又は第３位置測定装置の反射器の２倍の走査が行われる。

この場合、第１と第２の位置測定装置の位置信号が１個の較正ユニットに供給可能であり、及び／又は
第１と第３の位置測定装置の位置信号が１個の較正ユニットに供給可能である。

好ましくは、第１位置測定装置が４つの測定ビームを有する多軸干渉計として形成されている。

従って、本発明では、本発明に係る位置測定装置によって位置検出を行う測定方向が、使用される走査ユニット又は光学ユニットをその中に設けられた走査光学装置によってではなく、使用される測定スケール−反射器−ユニットの側の所定の領域の形成によってのみ決定されることが重要である。それによって、相対的に動くことができる物体の相対位置又は所定の機械状態に依存して、位置情報を必要とする異なる測定方向間で所定の切り換えを行い、その都度新しい測定方向に沿った物体運動に関する付加的な位置信号を発生することが可能である。異なる測定方向のために、その都度同じ光学ユニット又は走査光学装置を位置信号発生のために使用可能である。全体システムのためのコストの大幅な低減並びに構造容積の低減が生じる。

所定の構成要素の自己較正が必要である構造体における、次に詳細に説明する用途のほかに、本発明は勿論、異なる測定方向間でこのような切り換えが必要であるか又は有利である他の測定構造体に関連して使用可能である。

本発明の他の詳細及び効果を、図に関連して及び実施例の次の記載に基づいて説明する。

本発明に係る位置測定装置を備えた構造体を、大幅に簡略化して第１方向から見た図（ｚｙ平面）である。 図１ａの構造体を、大幅に簡略化して第２方向から見た図（ｘｙ平面）である。 上記の図の構造体からなる光学ユニットの正面図である。 上記の図の構造体の測定スケール−反射器−ユニットの平面図である。 上記の図の構造体の反射器の平面図である。 それぞれ、本発明に係る位置測定装置による測定方向切り換えを説明するためのいろいろな測定位置における上記の図の構造体の概略的な部分図である。 それぞれ、本発明に係る位置測定装置による測定方向切り換えを説明するためのいろいろな測定位置における上記の図の構造体の概略的な部分図である。

図１ａ，１ｂは、６自由度の第１物体の位置を検出するための構造体を、大幅に簡略化して異なる方向から見た図である。この場合、第１物体１、例えば半導体製造又は半導体検査のための機械のテーブルは、第１及び第２の主運動軸線ｙ，ｘに沿って並びにこの主運動軸線に対して垂直な第３軸線ｚに沿って、第２物体５、例えば定置された機械部分と相対的に運動可能に配置されている。以下において、第１主運動軸線ｙを第１測定方向と呼び、第３軸線ｚを第２測定方向と呼び、そして第２主運動軸線ｘを第３測定方向と呼ぶ。

２つの主運動軸線ｘ，ｙに沿った及び第３軸線ｚに沿った直線的な物体運動の検出のほかに、物体１の高精度の位置決めのために、さらに３つの異なる軸線ｘ，ｙ，ｚ回りの物体１の回転運動の測定技術的な検出が必要である。それによって、物体１の三次元的な位置を６自由度すべてにおいて測定することができる。以下において、軸線ｘ，ｙ，ｚ回りの物体１の回転運動を、Ｒｘ運動、Ｒｙ運動及びＲｚ運動と呼ぶ。

運動可能な第１物体１の６自由度すべてを検出するために、多数の位置測定装置が役立つ。この位置測定装置は、基本的には特許文献１に既に記載されているように、全体システムに適切に組み合わせられる。従って、特許文献１の開示内容は本願に組み込まれることを明示する。位置測定装置は一方では光学ユニット２と反射器４．１，４．２を備えている。この反射器は本例では第２物体５、すなわち定置された機械部分に連結又は結合されている。この場合、光学ユニット２内には、光源、検出装置及び他の光学的要素が所定の配置構造で設けられている。この光源、検出装置及び他の光学的要素はすべて図示していない。光源及び／又は検出装置を光学ユニット２内に直接配置する代わりに勿論、これらの要素を光導体を介して光学ユニット２に接続することができる。他方では、位置測定装置には、以下において測定スケール−反射器−ユニット３と呼ぶ構造ユニットが所属する。この構造ユニットは物体１に配置され、従って位置測定装置の他の要素と相対的に、異なる軸線ｘ，ｙ，ｚに沿って運動可能である。測定スケール−反射器−ユニット３は図１ｄの平面図から見て分かるように、第２主運動軸線ｘに沿って互いに平行に配置された多数のトラック３．１〜３．４を有する。図示した実施例では、トラック３．１〜３．４には測定スケール及び／又は測定反射器が配置されている。この測定反射器には、異なる位置測定装置の測定ビームＭｘ_１，Ｍｘ_２，Ｍｙ_１，Ｍｙ_２，Ｍｙ_３，Ｍｙ_４，Ｍｚ_１，Ｍｚ_２が衝突する。測定反射器として例えば平面ミラーを設けることができ、測定スケールとして一次元又は二次元の回折格子（入射光、透過光）を設けることができる。

図１ａ，１ｂには、使用される位置測定装置の重要な測定ビームＭｘ_１，Ｍｘ_２，Ｍｙ_１，Ｍｙ_２，Ｍｙ_３，Ｍｙ_４，Ｍｚ_１，Ｍｚ_２が大幅に簡略化して示してある。この位置測定装置は６自由度での物体１の位置検出又は位置測定のために利用される。これらの図では、見やすくするために、個々の位置測定装置の詳細なビーム経路の図示は省略されている。とりわけ、異なる測定ビームＭｘ_１，Ｍｘ_２，Ｍｙ_１，Ｍｙ_２，Ｍｙ_３，Ｍｙ_４，Ｍｚ_１，Ｍｚ_２が物体１の方向に２回伝播することは図から明らかではない。

第１主運動軸線ｙに沿ったあるいは第１測定方向に沿った物体１の位置を検出するために、第１位置測定装置が設けられている。さらに、第２主運動軸線ｘと第３軸線ｚの回りの回転運動Ｒｘ，Ｒｚの検出が行われる。第１位置測定装置の側の本発明に係る手段についは、後述の説明が参照される。第１位置測定装置は全部で４つの測定ビームＭｙ_１，Ｍｙ_２，Ｍｙ_３，Ｍｙ_４を有する多軸干渉計として形成されている。特許文献１において、この個所に、３つの測定ビームを有する３軸干渉計が設けられている。

第２測定方向ｚに沿ったあるいは第３測定方向ｘに沿った物体１の運動を検出するための適当な光学式位置測定装置に関しては、既に述べた特許文献１が参照されることを明示する。

そこで、本構造体では第２位置測定装置が設けられ、この第２位置測定装置を介して、第２測定方向ｚに沿った物体運動に関する位置信号を発生することができる。この位置測定装置は基本的には、特許文献１において第１位置測定装置と呼ぶ位置測定装置に一致している。これと異なり、唯一の測定ビームの代わりに、本例では２つの測定ビームＭｚ_１、Ｍｚ_２が設けられている。

図示した構造体において第３位置測定装置は第３測定方向ｘに沿った物体１の運動に関する位置信号を生じる働きをする。この位置測定装置は特許文献１において第２位置測定装置と呼ぶ位置測定装置と類似の構造を有する。これと異なり、本例では、第２主運動軸線ｘに沿った位置測定のための測定スケールとして、二次元の測定スケール３．２が設けられている。この測定スケールは軸線ｚに対して平行に第１物体１に配置されている。第３位置測定装置の測定ビームは両図においてＭｘ_１，Ｍｘ_２によって示してある。

さらに、異なる位置測定装置の異なる測定ビームＭｘ_１，Ｍｘ_２，Ｍｙ_１，Ｍｙ_２，Ｍｙ_３，Ｍｙ_４，Ｍｚ_１，Ｍｚ_２の相対的な配置に関してはさらに、図１ｃが参照される。この図は、異なる位置測定装置の全部で８つの測定ビームＭｘ_１，Ｍｘ_２，Ｍｙ_１，Ｍｙ_２，Ｍｙ_３，Ｍｙ_４，Ｍｚ_１，Ｍｚ_２を有する光学ユニット２の正面図である。

冒頭で述べたように、このような構造体によって高精度な位置測定を行うためには、使用される位置測定装置のこの場合に使用される測定スケール、測定反射器及び反射器４．１，４．２を自己較正することが必要である。これは、使用されるすべての測定スケール、すべての測定反射器又はすべての反射器４．１，４．２を、使用される位置測定装置の走査ビーム経路内で、２個の光学ユニット又は走査ユニットを用いて個々の走査線に沿って走査することを必要とする。この場合、走査線はそれぞれ較正すべき構成要素の延在方向に沿って延びている。その際基本的には、必要なコストをできるだけ抑えるべきである。特に、付加的な光学ユニットは不要にすべきである。図示した構造体におけるような構成の場合、回折格子４．１ａ，４．１ｂ，４．２ａ，４．２ｂの自己較正が特に重要である。この回折格子は反射器４．１，４．２に設けられ、特に第３と第２の位置測定装置を介して第２主運動軸線ｘに沿って及び第３軸線ｚに沿って高精度の光学的位置検出を行うために役立つ。反射器４．１，４．１の下面が図１ｅに概略的に示してあり、この下面には回折格子４．１ａ，４．１ｂ，４．２ａ，４．２ｂが配置されている。本実施例では、この回折格子４．１ａ，４．１ｂ，４．２ａ，４．２ｂは透過光型回折格子として形成され、反射器４．１，４．２の上面はミラーを備えている。このミラーの反射側は透過光型回折格子の方に向いている。従って、反射器４．１，４．２はそれぞれ、透過光格子−ミラー−ユニットとして形成されている。これらの構成要素の所望な自己較正を行うには、その都度一次位置測定装置の発生した位置信号と、付加的な光学ユニットの位置信号から自己較正データを生じるために、基本的には少なくとも１個の第２光学ユニット又は光学式走査装置を接続する必要がある。

そのために、図示した実施例では本発明に従い、第１主運動軸線ｙに沿って又は第１測定方向に沿って物体１の位置を検出する働きをし、かつ第２主運動軸線ｘと第３軸線ｚ回りの回転運動Ｒｘ，Ｒｚを検出する働きをする位置測定装置、すなわち第１位置測定装置が適切に変更される。従って、較正の目的でこの第１位置測定装置によってその都度第２位置測定を行うために、第１位置測定装置によって検出される測定方向を明確に切り換えることが、次に説明する手段を介して可能である。第１主運動軸線ｙに沿った又は第１測定方向に沿った位置検出のほかに、他の測定方向に沿った、すなわち第２主運動軸線ｘに沿った及び第３軸線ｚに沿った選択的な位置検出が可能になるように、第１位置測定装置を切り換えることができる。

次に、図２ａ，２ｂの大幅に簡略化した図示に基づいて、回折格子の縦延在方向ｙ又は走査線Ｌに沿った、反射器４．１’’又はその上に配置された回折格子４．１ｂ’の第２走査を、適切に変更した第１位置測定装置を介してどのように行うことができるかを説明する。これにより、回折格子４．１ｂ’の自己較正が可能になる。反射器４．１’の回折格子４．１ｂ’は図示した構造体では、第３軸線ｚに沿った物体運動に関する位置信号を生じる働きをする。特許文献１では、そのために使用される位置測定装置は第１位置測定装置と呼ばれる。この位置測定装置の具体的な走査ビーム経路については、特許文献１が参照されることを明示する。本例では、第２位置測定装置について述べる。

本発明では、主として第１主運動軸線ｙに沿って位置検出する働きをする測定スケール−反射器−ユニット３０’のトラック３．４’内に、多数の領域３．４ａ’，３．４ｂ’又は区間が異なるように形成される。この場合、第１領域３．４ａ’は平面ミラーの形をした測定反射器として形成され、第１主運動軸線ｙに沿った干渉位置検出のために役立つ。これとは異なる、このトラック内での少なくとも１つの第２領域３．４ｂ’の形成、すなわち入射光回折格子の形をした測定スケールとしての形成が、所望な測定装置切り換え可能性にとって重要である。この第２領域３．４ｂ’において測定スケールは、広いトラック３．２’内で測定スケール−反射器−ユニット３０’上に配置されかつｚ軸線運動のための第２位置測定装置の測定ビームＭｚが当たる測定スケールと同一に形成されている。

トラック３．４内に領域３．４ａ’，３．４ｂ’をこのように形成することにより、図２ａ，２ｂに示すような、第１位置測定装置の測定方向の本発明に係る切り換えが可能になる。

図２ａに示す測定位置又は機械位置において、物体及び測定スケール−反射器ユニット３０’は、第２主運動軸線ｘに沿って、第１位置測定装置の測定ビームＭｙが領域３．４ａ’、すなわち例えば平面ミラーとして形成された測定反射器に当たる位置にある。そこから測定ビームＭｙは図示していない光学ユニットの方へ反射して戻る。この測定位置で、第１位置測定装置が公知のごとく作動し、特に第１主運動軸線ｙに沿って物体位置を検出する働きをする。図２ａに同様に示した第２位置測定装置の測定ビームＭｚは、この位置で、そこに配置した測定スケールを有するトラック３．２’と、反射器４．１’の回折格子に当たる。関連する第２位置測定装置を介して、第２測定方向又は第３軸線ｚに沿った物体位置の検出が可能である。

図２ｂに示すように、物体又は測定スケール−反射器ユニット３０’が第２主運動軸線ｘに沿って第３軸線ｚのための自己較正位置へ移動すると、第１位置測定装置の測定ビームＭｙは対応するトラック３．４’内の第２領域３．４ｂ’に当たる。理解されるように、そこに配置された測定スケールは、反射器４．１’上の較正すべき回折格子４．１ｂ’の方への第２位置測定装置の測定ビームＭｚの方向変更に類似する測定ビームＭｙ’の方向変更を生じる。反射器４．１’上の回折格子４．１ｂ’は、第１主運動方向ｙに物体運動を生じる際に、走査線Ｌに沿って２回走査される。すなわち、第１主運動軸線ｙに沿って又は第１測定方向に沿って走査される。それによって、付加的な光学装置又は走査ユニットを必要とせずに、反射器４．１’上の回折格子４．１ｂ’の自己較正が可能である。実際には主として第１測定方向に沿ったあるいは第１主運動軸線ｙに沿った位置検出の働きをする第１位置測定装置はこの位置で、さらに他の測定方向に沿った、すなわち第３軸線ｚに沿った位置検出が可能であるように切り換えられる。この軸線ｚのために設けられた第２位置測定装置の供される位置信号と共同して、第１主運動軸線ｙに一致するその縦延長方向に沿った反射器４．１’の自己較正が可能である。第１主運動軸線ｙに沿った移動の間、第１と第２位置測定装置の発生した位置信号が、図示していない適切な較正ユニットに供給される。

この原理に基づいて、回折格子４．１ｂ，４．２ｂのほかに、図１ａ〜１ｅの構造体の反射器４．１，４．２上の回折格子４．１ａ，４．２ａも、第１主運動方向ｙに沿った自己較正を受けることができる。回折格子４．１ａ，４．２ａは本構造体の第３位置測定装置内に設けられている。この第３位置測定装置を介して、第２主運動軸線ｘに沿った物体１の位置検出が行われる。この位置測定装置の走査ビーム経路の観点から、この位置測定装置が第２位置測定装置と呼ばれる特許文献１が参照されることを再び明示する。第１主運動軸線ｙに沿った物体運動の検出のために第１測定装置をこの測定方向に切り換えるために、図１ｄから明らかなように、測定スケール−反射器−ユニット３は、異なるように形成された領域３．１ａ，３．１ｂを有する他のトラック３．１を備えている。領域３．１ａが第１主運動軸線ｙに沿った第１位置測定装置の位置検出のための測定反射器として形成されているが、領域３．１ｂは測定スケールを備えている。それによって、この位置でその都度入射測定ビームを反射器４．１，４．２上の回折格子４．１ａ，４．２ａの方へ方向変更又は偏向することができ、さらにこの位置で第１主運動軸線ｙに沿った物体運動が行われる時に、回折格子の第２走査を行うことができる。この場合、切り換えられた第１位置測定装置と第３位置測定装置の位置信号は、図示していない較正ユニットに供給される。

従って、本発明に係る手段を介して、上記構造体で所定の構成要素の自己較正が可能であり、その際使用される位置測定装置の光学ユニット又は走査ユニット２の側に付加的なコストを必要としない。これは、使用される位置測定装置、本ケースでは第１位置測定装置での測定方向の適切な切り換えによって可能になる。それによって、この位置測定装置は、所定の機械位置又は較正位置において、自己較正のために必要である然るべき構成要素の第２光学走査のために及び然るべき位置信号の発生のために使用される。

上述のように、本発明に従って形成された第１位置測定装置は上述の構造体において４軸干渉計として形成されている。さらに、例えば適当に方向変更される測定ビームＭｙ_１を用いて第１主運動軸線ｙに沿って反射器の自己較正を行う間、３つの他の測定ビームＭｙ_２，Ｍｙ_３，Ｍｙ_４を介して物体の配向及び位置の測定が可能である。

所望な測定方向に沿って走査又は位置検出を行うが、この所望な測定方向は本発明に従い、専ら測定スケール−反射器−ユニット３の側の適切な変更によって調節される。図１ｄには、この測定スケール−反射器−ユニットが平面図で示してある。第１位置測定装置の光学ユニット２の側では変更は不要である。測定スケール−反応器−ユニット３のトラック３．１，３．４内の本発明に従って異なるように形成された領域３．４ａ，３．４ｂ又は３．１ａ，３．１ｂでは、それに入射する測定ビーム束がそれぞれ異なる方向変更作用及び／又は偏向作用を受ける。それぞれの位置測定装置の一次位置信号を発生するために役立つ第１領域３．１ａ，３．４ａがトラック３．１，３．４の大部分にわたって延在し、切り換えられた運転で位置信号発生のために役立つ異なるように形成された第２領域３．１ｂ，３．４ｂが、トラック３．１，３．４のはるかに小さな領域にわたってのみ延在していると有利であることが分かった。上記実施例におけるように、第１領域３．１ａ，３．４ａをトラック３．１，３．４の中央に配置し、図１ｄの測定スケール−反射器−ユニット３の図示実施例で実現されているように、少なくとも一端にのみ異なるように形成された第２領域３．１ｂ，３．４ｂを設けることができる。

本発明思想に基づくこのような測定装置切り換えは、他の用途でも、説明した自己較正に依存しないで使用することができる。例えば基準マークに触れるために、例えば、テーブルの所定の位置で、個々の測定方向をきわめて正確に又は小さなアッベ間隔で検出すると有利である。その他の運転で使用される他の測定方向から、きわめて正確な検出を行う測定方向への冗長的な測定軸線の切り換えによって、この測定軸線に沿った位置を冗長的に、ひいてはより正確に測定することができる。

１ 物体
２ 光学ユニット
３，３０’ 測定スケール−反射器−ユニット
３．１，３．４，３．４’ トラック
３．１ａ，３．１ｂ，３．４ａ，３．４ｂ，３．４ａ’，３．４ｂ’ 領域
５ 物体
ｘ，ｙ，ｚ 測定方向

Claims (14)

1. 第２物体（５）に対する第１物体（１）の位置を検出するための位置測定装置であって、前記第１物体と前記第２物体が少なくとも２つの測定方向（ｘ，ｙ，ｚ）に沿って相対的に移動可能に配置され、
   −前記位置測定装置が前記両物体の一方（５）に連結された光学ユニット（２）を具備し、この光学ユニットが所定配置の少なくとも１個の光源と検出装置と他の光学要素を備え、
   −前記位置測定装置が他方の物体（１）に配置された測定スケール−反射器−ユニット（３，３０’）を具備し、該測定スケール−反射器−ユニットがトラック（３．１，３．４，３．４’）内に異なるように形成された少なくとも２つの領域（３．１ａ，３．１ｂ，３．４ａ，３．４ｂ，３．４ａ’，３．４ｂ’）を備え、この領域が位置検出のために前記光学ユニット（２）によって光学的に走査可能であり、前記領域（３．１ａ，３．１ｂ，３．４ａ，３．４ｂ，３．４ａ’，３．４ｂ’）の異なる形成によって位置検出時に異なる前記測定方向（ｘ，ｙ，ｚ）間の切換が可能であり、各測定方向（ｘ，ｙ，ｚ）について前記光学ユニット（２）によってそれぞれ両物体（１，５）の相対運動に関する位置信号を発生することができることを特徴とする位置測定装置。
2. 前記測定スケール−反射器−ユニット（３，３０’）の前記トラック（３．１，３．４，３．４’）の異なる前記領域（３．１ａ，３．１ｂ，３．４ａ，３．４ｂ，３．４ａ’，３．４ｂ’）内に、測定反射器と測定スケールが配置されていることを特徴とする請求項１記載の位置測定装置。
3. 前記測定反射器が平面ミラーとして形成され、測定スケールが入射光回折格子として形成されていることを特徴とする請求項２記載の位置測定装置。
4. 異なるように形成された前記領域（３．１ａ，３．１ｂ，３．４ａ，３．４ｂ，３．４ａ’，３．４ｂ’）に当たるビーム束が、異なる方向変更作用及び／又は偏向作用を受ける、請求項２に記載の位置測定装置。
5. 前記測定スケール−反射器−ユニット（３，３０’）が平行に配置された複数のトラック（３．１〜３．４，３．１’〜３．４’）を備え、このトラック内に測定スケール及び／又は測定反射器が配置されていることを特徴とする請求項１記載の位置測定装置。
6. １つのトラック（３．２，３．３，３．２’）内に１つの測定スケールが配置され、
   他のトラック（３．１，３．４，３．４’）の第１領域（３．１ａ，３．４ａ，３．４ａ’）内に測定反射器が配置され、第２領域（３．１ｂ，３．４ｂ，３．４ｂ’）内に測定スケールが配置され、この測定スケールが他の前記トラック（３．２，３．３，３．２’）内の測定スケールと同一に形成されていることを特徴とする請求項５記載の位置測定装置。
7. 前記トラック（３．１，３．４，３．４’）の延在方向に沿って中央の第１領域（３．１ａ，３．４ａ，３．４ａ’）が前記トラック（３．１，３．４，３．４’）内に配置され、前記第１領域の少なくとも一端において、異なるように形成された第２領域（３．１ｂ，３．４ｂ，３．４ｂ’）が前記トラック（３．１，３．４，３．４’）内に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の位置測定装置。
8. 前記トラック（３．１，３．４，３．４’）内に第１領域（３．１ａ，３．４ａ，３．４ａ’）が配置され、この第１領域が前記トラック（３．１，３．４，３．４’）の大部分にわたって延在し、異なるように形成された第２領域（３．１ｂ，３．４ｂ，３．４ｂ’）が前記トラック（３．１，３．４，３．４’）内に配置され、この第２領域が前記トラック（３．１，３．４，３．４’）のきわめて小さな領域にわたってのみ延在していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の位置測定装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の位置測定装置を備えた構造体であって、
   この構造体が第１物体（１）を具備し、この第１物体が直交する第１と第２の２つの主運動軸線（ｙ，ｘ）に沿って及び第３軸線（ｚ）に沿って移動可能に配置され、
   前記第１主運動軸線（ｙ）が第１測定方向として機能し、
   前記第３軸線（ｚ）が第２測定方向として機能し、そして
   前記第２主運動軸線（ｘ）が第３測定方向として機能し、
   前記構造体が第２物体（５）を具備し、この第２物体が第１物体に対して定置されて配置され、前記光学ユニット（２）が前記第２物体（５）に配置され、
   前記第２主運動軸線（ｘ）に沿って延在する前記測定スケール−反射器−ユニット（３）が第１物体（１）に配置され、この測定スケール−反射器−ユニットがトラック（３．１，３．４）を備え、このトラックが測定反射器を有する第１領域（３．１ａ，３．４ａ）と、測定スケールを有する第２領域（３．１ｂ，３．４ｂ）を備え、それによって前記第１領域（３．１ａ，３．４ａ）の光学的走査時に、前記第１測定方向（ｙ）に沿った前記第１物体（１）の運動に関する位置信号を発生することができ、前記第２領域（３．１ｂ，３．４ｂ）の光学的走査時に、前記第２測定方向（ｘ）に沿った又は前記第３測定方向（ｚ）に沿った前記第１物体（１）の運動に関する他の位置信号を発生することができることを特徴とする構造体。
10. 第２位置測定装置を備え、この第２位置測定装置を介して、前記第２測定方向（ｚ）に沿った前記第１物体（１）の運動に関する位置信号が発生可能であることを特徴とする請求項９記載の構造体。
11. 第３位置測定装置を備え、この第３位置測定装置を介して、前記第３測定方向（ｘ）に沿った前記第１物体（１）の運動に関する位置信号が発生可能であることを特徴とする請求項９記載の構造体。
12. 前記第２領域において測定スケールで光学的に走査し同時に、前記第１測定方向（ｙ）に沿った移動運動中に前記第２又は第３位置測定装置を用いて位置信号を発生する場合に、その都度、前記第１測定方向（ｙ）に沿った第２又は第３位置測定装置の反射器（４．１，４．２）の２倍の走査が行われることを特徴とする請求項１０又は１１記載の構造体。
13. 前記第１と第２の位置測定装置の位置信号が１個の較正ユニットに供給可能であり、及び／又は
    前記第１と第３の位置測定装置の位置信号が１個の較正ユニットに供給可能であることを特徴とする請求項１２記載の構造体。
14. 前記第１位置測定装置が４つの測定ビーム（Ｍｙ_１，Ｍｙ_２，Ｍｙ_３，Ｍｙ_４）を有する多軸干渉計として形成されていることを特徴とする請求項９記載の構造体。

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