本發(fā)明涉及一種位置測量設備和一種具有這種位置測量設備的裝置。

背景技術：
在制造和檢查半導體器件時所使用的機器中常常存在的要求是，精確地對對象進行定位。因此，譬如可能需要在曝光或檢驗單元的工具之下高精度地定位晶片。在此，晶片處于可以以6個自由度運動的工作臺上，該工作臺通過相應的驅動裝置運動。因此，該工作臺充當要高精度地檢測其位置的對象；為了通過驅動裝置和所屬的控制單元對該工作臺進行定位，需要借助于高精度的位置測量設備生成關于工作臺的空間位置的位置信號。通常由干涉儀或者基于光柵的光學位置測量設備在這樣的機器中充當高精度的位置測量設備。在發(fā)明人的DE102012201393.3中提出了用于這樣的應用的測量裝置，該測量裝置由不同位置測量設備的組合構成。因此，為了位置測量沿著對象的長的第一主運動軸、以及為了檢測旋轉運動圍繞另一軸使用多軸干涉儀。在此，在對象處布置測量反射器，所述測量反射器被施加多軸干涉儀的測量射束。為了沿著第二主運動軸和沿著第三軸進行位置測量，提出基于光柵的干涉的位置測量設備；該位置測量設備尤其是包括布置在對象處的入射光衍射光柵形式的計量用具以及相對其靜止布置的反射器；在反射器處布置另外的衍射光柵，其中反射器譬如可以被構造成透射光柵反射鏡單元。用在不同位置測量設備中的測量反射器、計量用具和反射器在安裝期間和在使用中經歷機械和熱負荷，并且在此也可能緩慢地變型。這些元件的這樣的變型在位置確定中造成測量誤差。為了補償該測量誤差公知有所謂的自校準方法，通過所述方法在相應機器的運行中或特殊校準周期中通過測量技術來檢測并校正相應元件、比如計量用具或反射器的當前變型。對于這樣的自校準方法來說，通常需要沿著相應的延伸方向借助于兩個或更多個掃描或光學單元對計量用具或反射器進行掃描并且通過兩個光學單元生成位置信號。兩個光學單元的位置信號于是被以相互求差的方式連接，使得接著可以以公知方式從所得到的差信號中計算出相應計量用具或反射器的具體存在的由變型造成的誤差并且接下來可以對該誤差進行補償。關于這樣的自校準方法，譬如可以參閱公開物“Exactwavefrontreconstructionfromtwolateralshearinginterferograms”（C.Elster,I.Weing?rtner，第16卷，No.9，1999年9月，J.OptSoc,Am.A,2281-2285）。每個測量方向是指，對于這樣的自校準方法來說需要兩個光學單元來進行掃描和位置信號生成。這是顯著的額外花費并且此外造成總系統(tǒng)的構造體積的擴大。與所闡述的自校準問題無關，由于其他原因還可能需要或有利的是，在特定的測量流程或機器狀態(tài)中沿著一個運行方向冗余地檢測位置。因此例如可以在特定位置處減少所需的所謂的阿貝臂（Abbé-Arme）的數(shù)目或者提升精度。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的任務是，說明一種用于對可運動對象進行高精度位置檢測的可能性，通過該可能性將通過測量技術以盡可能小的成本沿著不同測量方向檢測該對象的位置。該任務通過具有權利要求1的特征的位置測量設備來解決。在權利要求9中說明了具有這樣的位置測量設備的裝置。根據(jù)本發(fā)明的解決方案的有利的實施方式位于從屬權利要求中。通過根據(jù)本發(fā)明的位置測量設備，可以檢測第一對象相對于第二對象的位置，其中第一和第二對象被布置為能沿著至少兩個測量方向相對運動。位置測量設備包括光學單元，該光學單元與兩個對象之一連接并且以所定義的布置具有至少一個光源、探測器裝置以及另外的光學元件。另外設置有計量用具-反射器單元，該計量用具-反射器單元布置在另一對象處。該計量用具-反射器單元具有軌跡中的至少兩個被不同地構造的區(qū)域，所述區(qū)域為了位置檢測能用光學單元光學掃描，其中通過所述區(qū)域的不同構造可以在光學檢測時在不同的測量方向之間轉換并且可以利用所述光學單元為每個測量方向分別生成關于兩個對象的相對運動的位置信號。在一個可能的實施方式中，在計量用具-反射器單元的軌跡的不同區(qū)域中布置測量反射器和計量用具。在此，可以將所述測量反射器構造成平面反射鏡并且將所述計量用具構造成入射光衍射光柵。落到被不同地構造的區(qū)域上的射束優(yōu)選地經歷不同的偏轉和/或轉向作用。所述計量用具-反射器單元有利地具有多個平行布置的軌跡，在所述軌跡中布置所述計量用具和/或測量反射器。在此可能的是：－在一個軌跡中布置計量用具，并且－在另外的軌跡中在第一區(qū)域中布置布置測量反射器，并且在第二區(qū)域中布置計量用具，該計量用具被構造為與另一軌跡中的計量用具相同。可以規(guī)定：沿著軌跡的延伸方向布置所述軌跡中的中心的第一區(qū)域，并且至少在第一區(qū)域的末端處布置所述軌跡中的被不同構造的第二區(qū)域。另外可能的是，在軌跡中布置第一區(qū)域，該第一區(qū)域在該軌跡的大部分上延伸，并且在該軌跡中布置被不同地構造的第二區(qū)域，該第二區(qū)域僅僅在該軌跡的明顯更小的區(qū)域上延伸?？赡艿难b置具有根據(jù)本發(fā)明的位置測量設備并且還包括：－第一對象，其被布置為能沿著兩個正交的第一和第二主運動軸以及沿著此外的第三軸運動，其中－第一主運動軸充當?shù)谝粶y量方向，－第三軸充當?shù)诙y量方向，以及－第二主運動軸充當?shù)谌郎y量方向，和－第二對象，其被布置為相對于第一對象靜止，其中所述光學單元布置在第二對象處。在此，在第一對象處布置沿著第二主運動軸延伸的計量用具-反射器單元，所述計量用具-反射器單元包括軌跡，所述軌跡具有擁有測量反射器的第一區(qū)域和擁有計量用具的第二區(qū)域，使得在對第一區(qū)域進行光學掃描時可以生成關于第一對象沿著第一測量方向的運動的位置信號，并且在對第二區(qū)域進行光學掃描時可以生成關于第一對象沿著第二測量方向或者沿著第三測量方向的運動的位置信號。該裝置可以包括第二位置測量設備，通過該第二位置測量設備可以生成關于第一對象沿著第二測量方向的運動的位置信號。另外，該裝置可以包括第三位置測量設備，通過該第三位置測量設備可以生成關于第一對象沿著第三測量方向的運動的位置信號。因此可能的是，在第二區(qū)域中對計量用具進行光學掃描并同時生成位置信號的情況下，借助于第二或第三位置測量設備在沿著第一測量方向的移動運動期間分別沿著第一測量方向對第二或第三測量設備的反射器進行雙重掃描。在此可以規(guī)定：－可以將第一和第二位置測量設備的位置信號輸送給校準單元，和/或－可以將第一和第三位置測量設備的位置信號輸送給校準單元。優(yōu)選地將第一位置測量設備構造成具有4個測量射束的多軸干涉儀。因此對本發(fā)明重要的是，利用根據(jù)本發(fā)明的位置測量設備沿途進行位置檢測的測量方向現(xiàn)在不是由所使用的掃描單元或光學單元和其中設置的掃描光學元件確定，而是僅僅由所使用的計量用具-反射器單元側的特定區(qū)域的構造來確定。根據(jù)相對于彼此運動的對象的相對位置或者特定的機器位置，由此可以以所定義的方式在沿途需要位置信息的不同測量方向之間轉換并且生成關于沿著相應的新測量方向的對象運動的附加位置信號。針對不同的測量方向，可以分別使用相同的光學單元或掃描光學元件來進行位置信號生成。這導致總系統(tǒng)的成本顯著降低以及構造體積減小。除了下面仍要詳細闡述的裝置——其中需要特定部件的自校準——中的應用情況以外，本發(fā)明當然也可以與其他測量裝置結合使用，在所述其他測量裝置中不同測量方向之間的這樣的轉換可能性是需要的或有利的。附圖說明根據(jù)下面結合附圖對實施例的描述來闡述本發(fā)明的另外的細節(jié)和優(yōu)點。圖1a以第一視圖（zy平面）示出了具有根據(jù)本發(fā)明的位置測量設備的裝置的高度示意性的圖示；圖1b以第二視圖（xy平面）示出了來自圖1a的裝置的高度示意性的圖示；圖1c示出了來自前面的圖的裝置的光學單元的前視圖；圖1d示出了來自前面的圖的裝置的計量用具-反射器單元的俯視圖；圖1e示出了來自前面的圖的裝置的反射器的俯視圖；圖2a、2b以不同的測量位置各示出了一個來自前面的圖的裝置的示意性部分示圖，以用于闡述具有根據(jù)本發(fā)明的位置測量設備的測量方向轉換。具體實施方式在圖1a、1b中以不同視圖高度示意性地示出了用于以6個自由度檢測第一對象1的位置的裝置。第一對象1、例如用于半導體制造或檢驗的機器中的工作臺，在此被布置為可沿著第一和第二主運動軸y、x以及沿著與此垂直的第三軸z相對于第二對象5、例如靜止的機器部分運動。下面將第一主運動軸y也稱為第一測量方向，將第三軸z稱為第二測量方向，并且將第二主運動軸x稱為第三測量方向。除了檢測沿著兩個主運動軸x、y和沿著第三軸z的線性的對象運動以外，為了對象1的高精度定位還需要通過測量技術檢測對象1圍繞三個不同軸x、y、z的旋轉運動，以便以所有6個自由度確定對象1在空間中的位置。對象1圍繞軸x、y、z的旋轉運動在下面被稱為Rx、Ry和Rz運動。多個位置測量設備用于檢測可運動的第一對象1的所有6個自由度，所述多個位置測量設備適于組合成總系統(tǒng)，如在DE102012201393.3中已經在原理上描述的那樣；因此，DE102012201393.3的公開內容明確地并入本申請中。位置測量設備一方面包括光學單元2以及反射器4.1、4.2，反射器4.1、4.2在本示例中與第二對象5、即與靜止機器部分連接或耦合。在此，在光學單元2中以所定義的布置設置有光源、探測器裝置以及另外的光學元件，這些元件全部都未在圖中示出。替代于在光學單元2中直接布置光源和/或探測器裝置，當然也可以規(guī)定：這些部件通過光導與光學元件2連接。另一方面，屬于位置測量設備的有下面被稱為計量用具-反射器單元3的組件，該組件布置在對象1處并且因此可沿著不同軸x、y、z相對于位置測量設備的其他部件運動。計量用具-反射器單元3如從圖1d的俯視圖中可看出的那樣包括多個軌跡3.1－3.4，所述軌跡3.1－3.4彼此平行地沿著第二主運動軸x布置。在所示實施例中，在軌跡3.1－3.4中布置有計量用具和/或測量反射器，其中不同位置測量設備的測量射束Mx1、Mx2、My1、My2、My3、My4、Mz1、Mz2落到所述計量用具和/或測量反射器上。作為測量反射器譬如可以設置平面反射鏡，作為計量用具可以設置一維或二維的衍射光柵（入射光、透射光）。在圖1a和1b中僅僅高度示意性地說明了所使用的位置測量設備的基本的測量射束Mx1、Mx2、My1、My2、My3、My4、Mz1、Mz2，其用于以6個自由度對對象1進行位置檢測或位置確定；為清楚起見，在這些圖中放棄了各個位置測量設備的詳細光路的圖示。特別是尤其不能看出，不同的測量射束Mx1、Mx2、My1、My2、My3、My4、Mz1、Mz2兩次在對象1的方向上傳播。設置第一位置測量設置，以便通過該第一位置測量設備主要檢測對象1沿著第一主運動軸y或沿著第一測量方向的位置；另外，通過該第一位置測量設備進行圍繞第二主運動軸x和第三軸z的旋轉運動Rx、Rz的檢測。關于根據(jù)本發(fā)明的在第一位置測量設備側的措施，請參閱下面的描述。第一位置測量設備被構造成總共具有4個測量射束My1、My2、My3、My4的多軸干涉儀；在DE102012201393.3中在此處設置有具有3個測量射束的3軸干涉儀。關于用于檢測對象1沿著第二測量方向z或沿著第三測量方向x的運動的合適的光學位置測量設備，明確地參閱開頭已經提到的DE102012201393.3。因此，在本裝置中設置第二位置測量設備，通過該第二位置測量設備可以生成關于沿著第二測量方向z的對象運動的位置信號。該位置測量設備基本上對應于在DE102012201393.3中被稱為第一位置測量設備的位置測量設備。與之不同的是，現(xiàn)在替代于唯一的測量射束在此設置兩個測量射束Mz1、Mz2。在所示的裝置中，第三位置測量設備用于生成關于對象1沿著第三測量方向x的運動的位置信號。該位置測量設備類似于在DE102012201393.3中被稱為第二位置測量設備的位置測量設備被構造。與之不同的是，在此作為用于沿著第二主運動軸x進行位置確定的計量用具設置有二維計量用具3.2，該二維計量用具3.2與軸z平行地布置在對象1處。第三位置測量設備的測量射束在圖中用Mx1和Mx2來表示。另外，關于不同位置測量設備的不同測量射束Mx1、Mx2、My1、My2、My3、My4、Mz1、Mz2的相對布置請參閱圖1c。該圖示出了總共具有不同位置測量設備的8個測量射束Mx1、Mx2、My1、My2、My3、My4、Mz1、Mz2的光學單元2的前視圖。如開頭提到的那樣，為了借助于這樣的裝置進行高精度的位置確定需要所使用的位置測量設備的在此使用的計量用具、測量反射器和反射器4.1、4.2經歷自校準。這要求所使用的位置測量設備的掃描光路中的每個所使用的計量用具、每個測量反射器或每個反射器4.1、4.2都借助于兩個光學單元或掃描單元沿著唯一的掃描線被掃描，其中該掃描線分別沿著要校準的部件的延伸方向走向。在此，原則上應當將所需的成本保持得盡可能小，也就是說尤其是不需要附加的光學單元。在如所述裝置中那樣的配置的情況下特別關鍵的是衍射光柵4.1a、4.1b、4.2a、4.2b的自校準，所述衍射光柵4.1a、4.1b、4.2a、4.2b布置在反射器4.1、4.2處并且尤其是用于通過第三和第二位置測量設備沿著第二主運動軸x和沿著第三軸z進行高精度的光學位置檢測。圖1e示出了反射器4.1、4.2的下側的示意圖，所述反射器具有布置在上面的衍射光柵4.1a、4.1b、4.2a、4.2b。在本實施例中，這些衍射光柵4.1a、4.1b、4.2a、4.2b被構造成透射光衍射光柵，反射器4.1、4.2的上側配備有反射鏡，該反射鏡的反射側定向在透射光衍射光柵的方向上；因此，反射器4.1、4.2分別構造成透射光光柵-反射鏡單元。為了對這些部件進行所期望的自校準，原則上需要接入至少一個第二光學單元或掃描光學元件，以便從相應的主要位置測量設備的所生成的位置信號和附加的光學單元的位置信號中生成自校準數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在在所示實施例中規(guī)定，為此目的適當?shù)匦薷娜缦碌奈恢脺y量設備：所述位置測量設備用于沿著第一主運動軸y或沿著第一測量方向對對象1進行位置檢測以及檢測圍繞第二主運動軸x和第三軸z的旋轉運動Rx、Rz，也就是說第一位置測量設備。因此，通過下面闡述的措施可能的是，第一位置測量設備在利用其檢測的測量方向方面被以定義方式轉換，以便借助于該位置測量設備分別進行為了校準目的的第二位置測量。除了沿著第一主運動軸y或沿著第一測量方向的位置檢測以外，可以將第一位置測量設備轉換為使得通過該第一位置測量設備也可以選擇性地沿著其他測量方向、即沿著第二主運動軸x和沿著第三軸z進行位置檢測。根據(jù)圖2a、2b中的高度簡化的圖示，下面說明反射器4.1’或布置在其上的衍射光柵4.1b’的第二掃描可以如何沿著其縱向延伸方向y或沿著掃描線L通過經適當修改的第一位置測量設備來進行，以便通過該方式實現(xiàn)衍射光柵4.1b’的自校準。在所示的裝置中，反射器4.1’的衍射光柵4.1b’用于生成關于沿著第三軸z的對象運動的位置信號；在DE102012201393.3中將為此所使用的位置測量設備稱為第一位置測量設備，關于該位置測量設備的具體掃描光路請明確參閱DE102012201393.3。當前，在此討論的是第二位置測量設備。根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)在規(guī)定，在主要用于沿著第一主運動軸y進行位置檢測的計量用具-反射器單元30’的軌跡3.4’中不同地構造多個區(qū)域3.4a’、3.4b’或片段。在此，第一區(qū)域3.4a’被構造為平面反射鏡形式的測量反射器并且用于沿著第一主運動軸y進行干涉儀式的位置檢測?，F(xiàn)在，對所期望的測量方向轉換能力起決定性作用的是與此不同地構造該軌跡中的至少一個第二區(qū)域3.4b’，即將其構造成入射光衍射光柵形式的計量用具。該計量用具在該第二區(qū)域3.4b’中被構造為與如下的計量用具相同：所述計量用具布置在計量用具-反射器單元30’的另一軌跡3.2’中并且被施加第二位置測量設備的用于z軸運動的測量射束Mz。軌跡3.4中的區(qū)域3.4a’、3.4b’的這樣的構造現(xiàn)在使得能夠根據(jù)本發(fā)明轉換第一位置測量設備的測量方向，如在圖2a、2b中所說明的那樣。對象位于根據(jù)圖2a的測量位置或機器位置中，并且因此沿著第二主運動軸x的計量用具-反射器單元30’位于這樣的位置，在該位置第一位置測量設備的測量射束My落到區(qū)域3.4a’上、即落到例如被構造成平面反射鏡的測量反射器上。從那里，測量射束My被在未示出的光學單元的方向上反射回。在該測量位置，第一位置測量設備以公知的方式工作并且尤其是用于沿著第一主運動軸y檢測對象位置。第二位置測量設備的在圖2a中同樣被示出的測量射束Mz在該位置給軌跡3.2’施加布置在那里的計量用具以及反射器4.1’的衍射光柵。通過所屬的第二位置測量設備可以沿著第二測量方向或第三軸z檢測對象位置。如果沿著第二主運動軸x的對象或計量用具-反射器單元30’現(xiàn)在駛入第三軸z的自校準位置（這如圖2b所示），則第一位置測量設備的測量射束My于是落到相應軌跡3.4’中的第二區(qū)域3.4b’上。如可看出的那樣，布置在那里的計量用具導致測量射束My’的偏轉與第二位置測量設備的測量射束Mz的偏轉類似地偏轉到反射器4.1’上的要校準的衍射光柵4.1b’的方向上。反射器4.1’上的衍射光柵4.1b’在結果得出的對象運動中沿著第一主運動方向y現(xiàn)在沿著掃描線L兩次被掃描、即沿著第一主運動軸y或沿著第一測量方向。反射器4.1’上的衍射光柵4.1b’的自校準因此是可能的，而為此不需要附加的光學單元或掃描單元。本來主要用于沿著第一測量方向或第一主運動軸y進行位置檢測的第一位置測量設備可以在該位置被轉換為，使得通過該第一位置測量設備也可以沿著另一測量方向、即沿著第三軸z進行位置檢測。一并利用為該軸z設置的第二位置測量設備的可用位置信號，可以沿著反射器4.1’的與第一主運動軸y相對應的縱向延伸方向進行該反射器的自校準。在沿著第一主運動軸y的移動運動期間，第一和第二位置測量設備的所生成的位置信號被輸送給合適的——未示出的——校準單元?；谠撛恚搜苌涔鈻?.1b、4.2b以外，來自圖1a-1e的裝置的反射器4.1、4.2上的衍射光柵4.1a、4.2a也可以經歷沿著第一主運動軸y的自校準。衍射光柵4.1a、4.2a設置在本裝置的第三位置測量設備中，通過所述第三位置測量設備進行對象1沿著第二主運動軸x的位置檢測。關于該位置測量設備的掃描光路再次明確地參閱DE102012201393.3，其中該位置測量設備被稱為第二位置測量設備。為了將用于檢測沿著第一主運動軸y的對象運動的第一位置測量設備也轉換到該測量方向上，計量用具-反射器單元3包括另一軌跡3.1，該軌跡3.1具有不同地構造的區(qū)域3.1a、3.1b，這從圖1d中可以看出。區(qū)域3.1a被構造成用于第一位置測量設備沿著第一主運動軸y進行位置檢測的測量反射器，而區(qū)域3.1b配備有計量用具，以便在這些位置分別引起入射到其上的測量射束轉向或偏轉到反射器4.1、4.2上的衍射光柵4.1a、4.2a的方向上并且當在該處進行沿著第一主運動軸y的對象運動時通過此對衍射光柵4.1a、4.2a實現(xiàn)第二次掃描。在這種情況下，轉換的第一位置測量設備和第三位置測量設備的位置信號被輸送給又未示出的校準單元。因此通過根據(jù)本發(fā)明的措施，可以以所述裝置進行特定部件的自校準，而在此不需要所使用的位置測量設備的光學單元或掃描單元2側的附加成本。這是通過有針對性地轉換所使用的位置測量設備、在本情況下為第一位置測量設備中的測量方向而實現(xiàn)的。該位置測量設備因此可以在特定的機器位置或校準位置處用于為了自校準所需的對相應部件進行的第二次光學掃描以及生成相應的位置信號。如上面提到的那樣，所闡述的裝置中的根據(jù)本發(fā)明構造的第一位置測量設備被構造成4軸干涉儀。通過該4軸干涉儀保證，譬如在對反射器進行的自校準期間也可以例如借助于相應偏轉的射束My1沿著第一主運動軸y進行位置確定以及通過其他3個測量軸My2、My3和My4進行對象的定向。根據(jù)本發(fā)明，應當沿著其進行掃描或位置檢測的所期望的測量方向僅僅通過計量用具-反射器單元3側的適當修改來調整；圖1d中示出了該計量用具-反射器3的俯視圖。在第一位置測量設備的光學單元2側不需要改變。在計量用具-反射器單元3的軌跡3.1、3.4中的被根據(jù)本發(fā)明不同地構造的區(qū)域3.4a、3.4b或3.1a、3.1b中，相應測量射束的入射到其上的射束分別經歷不同的偏轉和/或轉向作用。被證明有利的是，用于生成相應位置測量設備的主要位置信號的第一區(qū)域3.1a、3.4a在軌跡3.1、3.4的大部分上延伸，并且用于在轉換的運行中進行位置信號生成的被不同地構造的第二區(qū)域3.1b、3.4b僅僅在軌跡3.1、3.4的明顯更小的區(qū)域上延伸。因此可以如在上面的實施例中那樣規(guī)定，第一區(qū)域3.1a、3.4a中心地布置在軌跡3.1、3.4中，并且僅僅在至少一個末端處設置被不同地構造的第二區(qū)域3.1b、3.4b，這在圖1d中的計量用具-反射器單元3的所示實施例中實現(xiàn)。基于根據(jù)本發(fā)明的考慮，這樣的測量方向轉換也可以與所討論的自校準無關地用于其他應用情況。例如有利的可能是，在工作臺的特定位置處特別精確地或以減小的阿貝間隔檢測各個測量方向，以便例如掃描參考標記。通過用在其他運行中的另一測量方向的冗余測量軸轉換到要特別精確地檢測的測量方向，可以冗余地并由此精確地測量沿著該測量軸的位置。