(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置決定用測定装置を備えたＸＹテーブル装置であって、
固定基準部分（Ｂ）と、該基準部分（Ｂ）に対して相対的に第１の方向（Ｙ）に移動可能に保持されている中間部分（Ｆ）と、
該中間部分（Ｆ）に対して相対的に第２の方向（Ｘ）に移動可能に保持されている物体（Ｏ）と、
第１の方向（Ｙ）に対して、基準部分（Ｂ）と中間部分（Ｆ）との間の全ての平面内自由度（Ｘ、Ｙ、Ｒｚ）を測定するための少なくとも１つの１Ｄプラスエンコーダ（Ｍ１、Ｍ２）と、
第２の方向（Ｘ）に対して、物体（Ｏ）と中間部分（Ｆ）との間の全ての平面内自由度（Ｘ、Ｙ、Ｒｚ）を測定するための少なくとも１つの１Ｄプラスエンコーダ（Ｍ３、Ｍ４）と
を含み、処理されるべき部品（Ｗ）が物体（Ｏ）又は基準部分（Ｂ）の上に配置され、部品（Ｗ）又は物体（Ｏ）におけるツール中心点（ＴＣＰ）の位置が測定可能である、位置測定用測定装置を備えたＸＹテーブル装置において、
１Ｄプラスエンコーダ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）は、構造的に、第１及び第２の方向（Ｙ、Ｘ）に広がる平面であって、ツール中心点（ＴＣＰ）を含む平面内へのそれらの投影が、ＸＹテーブルの全走行領域内で部品（Ｗ）の外側に存在するように配置されている
ことを特徴とする位置決定用測定装置を備えたＸＹテーブル装置。
【請求項２】
請求項１記載のＸＹテーブル装置において、１Ｄプラスエンコーダ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）は、第１及び第２の方向（Ｙ、Ｘ）に直交する第３の方向（Ｚ）に関するそれらの有効測定位置がほぼ同じ高さに存在するように配置されていることを特徴とするＸＹテーブル装置。
【請求項３】
請求項２記載のＸＹテーブル装置において、１Ｄプラスエンコーダ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）は、第３の方向（Ｚ）に関するそれらの有効測定位置及びツール中心点（ＴＣＰ）がほぼ同じ高さに存在するように配置されていることを特徴とするＸＹテーブル装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載のＸＹテーブル装置において、１Ｄプラスエンコーダ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）は、第３の方向（Ｚ）に関するそれらの有効測定位置がツール中心点（ＴＣＰ）から１０ｍｍを超えて離れていないことを特徴とするＸＹテーブル装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかに記載のＸＹテーブル装置において、第１及び第２の方向（Ｙ、Ｘ）の少なくともいずれかに対して、部品（Ｗ）の対面する２つの側にそれぞれ、２つの走査ヘッド（ＡＫＸ１、ＡＫＹ１、ＡＫＸ２、ＡＫＹ２、ＡＫＸ３、ＡＫＹ３、ＡＫＸ４、ＡＫＹ４）によって走査される１つの１Ｄプラスエンコーダ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）が存在し、１Ｄプラスエンコーダ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）はそれぞれ、基準部分（Ｂ）、中間部分（Ｆ）及び物体（Ｏ）のいずれかに固定されていることを特徴とするＸＹテーブル装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれかに記載のＸＹテーブル装置において、第１及び第２の方向（Ｙ、Ｘ）の少なくともいずれかに対して、３つの走査ヘッド（ＡＫＸ３、ＡＫＹ３、ＡＫＹ４）によって走査される１Ｄプラスエンコーダ（Ｍ３）が設けられ、該１Ｄプラスエンコーダ（Ｍ３）は、基準部分（Ｂ）、中間部分（Ｆ）及び物体（Ｏ）のいずれかに固定されていることを特徴とするＸＹテーブル装置。
【請求項７】
請求項１〜６いずれかに記載のＸＹテーブル装置において、基準部分及び中間部分及び物体の少なくともいずれかが、１Ｄプラスエンコーダ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、ＡＫ）の構成要素を支持する測定フレーム要素（Ｂ、Ｆ、Ｏ）と、力を発生する要素を支持する力フレーム要素（Ｂ′、Ｆ′、Ｏ′）とから構成されていることを特徴とするＸＹテーブル装置。
【請求項８】
請求項７記載のＸＹテーブル装置において、力フレーム要素（Ｂ′、Ｆ′、Ｏ′）が、それぞれの測定フレーム要素（Ｂ、Ｆ、Ｏ）から減結合要素（ＥＢ−Ｂ′，ｎ、ＥＦ−Ｆ′，ｎ、ＥＯ−Ｏ′，ｎ）によって分離されていることを特徴とするＸＹテーブル装置。
【請求項９】
請求項８記載のＸＹテーブル装置において、減結合要素（ＥＢ−Ｂ′，ｎ、ＥＦ−Ｆ′，ｎ、ＥＯ−Ｏ′，ｎ）は、それぞれの力フレーム要素（Ｂ′、Ｆ′、Ｏ′）及び測定フレーム要素（Ｂ、Ｆ、Ｏ）間の動的結合を形成することを特徴とするＸＹテーブル装置。
【請求項１０】
請求項１〜９いずれかに記載のＸＹテーブル装置において、１Ｄプラススケール（Ｍ３）が物体（Ｏ）の中央位置において冗長に相互に間隔配置された２つの走査ヘッド対（ＡＫＸ３ａ／ＡＫＹ３ａ、ＡＫＸ３ｂ／ＡＫＹ３ｂ）によって走査され、かつ、外側位置において該走査ヘッド対のそれぞれ１つのみによって走査され、これにより、１Ｄプラススケール（Ｍ３）の長さより大きい範囲まで測定可能としたことを特徴とするＸＹテーブル装置。
【請求項１１】
請求項１０記載のＸＹテーブル装置において、両方の走査ヘッド対（ＡＫＸ３ａ／ＡＫＹ３ａ、ＡＫＸ３ｂ／ＡＫＹ３ｂ）の間隔がツール（ＴＬ）の寸法より大きく設定され、これにより、物体（Ｏ）の各位置において、走査ヘッド（ＡＫＸ３ａ／ＡＫＹ３ａ、ＡＫＸ３ｂ／ＡＫＹ３ｂ）とツール（ＴＬ）との衝突が防止されていることを特徴とするＸＹテーブル装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１いずれかに記載のＸＹテーブル装置において、１Ｄプラススケール（Ｍ）が、測定方向（Ｘ）に直交及び平行する方向にそれぞれ伸長する目盛構造（ＴＬ、ＴＴ）を有することを特徴とするＸＹテーブル装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２いずれかに記載のＸＹテーブル装置において、１Ｄプラススケール（Ｍ）が、第１の測定方向（Ｘ）に対して異なる角度（α、β）に傾けられている目盛構造（Ｔα、Ｔβ）を有することを特徴とするＸＹテーブル装置。
【請求項１４】
請求項１２又は１３記載のＸＹテーブル装置において、目盛構造が相互に交差格子の形に配置されていることを特徴とするＸＹテーブル装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４いずれかに記載のＸＹテーブル装置において、熱膨張を補正するために、向かい合う走査ヘッド（ＡＫＹ１、ＡＫＹ２）によって冗長に位置が測定されることを特徴とするＸＹテーブル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、好ましくはウェーハのような平面加工部品をツールに対して相対的に正確に位置決めするための位置決定用測定装置を備えたＸＹテーブルに関するものである。ツールは、例えば、検査顕微鏡、電子ビーム装置、露光光学装置、又は、集積回路を製造するために必要なその他の計器である。
【背景技術】
【０００２】
高精度のＸＹテーブルに対しては、位置測定装置の配置においてアッベ（Ａｂｂｅ）条件が保持されなければならない。これは、従来、平面鏡レーザ干渉計及び交差格子測定装置を用いてのみ可能であった。
【０００３】
平面鏡レーザ干渉計を用いて、可動テーブルの側面までの間隔が測定される（図１参照）。レーザ干渉計の測定軸は、ＸＹ平面内において、それぞれツールの測定点（例えば、顕微鏡、電子ビーム装置等のツールの中心点ＴＣＰ）に調整されている。本来、レーザ干渉計の測定軸はｚ方向（処理面に対して垂直方向）においてもＴＣＰと一致していなければならない。しかしながら、高い位置にある鏡要素はツールと衝突する可能性があるので、高い位置にある鏡要素を回避するために、殆どの場合、この一致の調整が行われていない。テーブルのガイドに角度誤差があるときに約２０ｍｍのアッベ間隔ΔＺＭと関連して誤差が生じることになる。
【０００４】
この装置の問題点は、高価なレーザ干渉計を使用することに起因する高い費用である。さらに、空気中におけるレーザ干渉計の再現性及び精度もまた、大きく制限されている。良好な実験室条件においても、空気柱の屈折率変動により、５０ｃｍの空気柱において５０ｎｍの偏差が発生する。このように大きな偏差は、高精度の適用に対しては許容できるものではない。
【０００５】
また、いわゆる交差格子エンコーダを備えた測定装置が同様に既知である。この場合、交差格子を有する大きな平面のスケールが走査ヘッドにより走査される。このような測定装置に対する一例が欧州特許公開第１７６２８２８号に記載されている。しかしながら、大きく且つ高精度の交差格子を製作することには、高額の費用が必要である。
【０００６】
このような問題点に鑑みて、ドイツ特許公開第１０２００６０２４５７９号では、ＸＹテーブルの位置を測定するために通常の増分目盛を有する線形スケールの装置を記載している。
また、米国特許第６９４９７３３号は、ツールが橋形構造により平面加工部品の上方で移動される装置を記載している。ツール位置を決定するために、本質的に１つの測定方向における位置測定を可能にする複数のいわゆる１Ｄプラスエンコーダの装置が使用されるが、この測定方向に直交する方向の僅かな移動もまた測定可能である。しかしながら、作業平面の上方で横アームが移動されるこの提案された装置においてはアッベ条件が保持されないので、傾斜したときにガイド誤差により高精度の位置測定が可能ではない。
１Ｄプラスエンコーダの詳細及び有利な形態が、ドイツ特許公開第１０２００５０２３９８４号に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許公開第１７６２８２８号
【特許文献２】ドイツ特許公開第１０２００６０２４５７９号
【特許文献３】米国特許第６９４９７３３号
【特許文献４】ドイツ特許公開第１０２００５０２３９８４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、アッベ条件をできるだけ良好に満たし、高精度の位置測定及び位置決めを保証するエンコーダからなる測定装置を備えたＸＹテーブルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題は、請求項１の特徴を有する装置により解決される。有利な実施形態が、請求項１に従属する請求項に記載されている特徴から得られる。
このような本発明により、ツールによって、加工部品又は一般には物体の点が正確に測定可能であり、また適切な駆動装置を介して設定可能である。なお、物体のこの特殊な点は、ツール中心点又はＴＣＰと称せられる。
本発明のその他の利点及び詳細は、図面を参照して好ましい実施形態を説明することにより、明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】レーザ干渉計を備えたＸＹテーブルの平面図及び側面図を示す。
【図２】１Ｄプラスエンコーダの平面図を示す。
【図３】別の走査ヘッドを備えた１Ｄプラスエンコーダの平面図を示す。
【図４】２つの１Ｄプラスエンコーダを備えた測定装置の平面図を示す。
【図５】Ｖ形状目盛を有する１Ｄプラスエンコーダの平面図を示す。
【図６】本発明に係る第１の実施例の平面図を示す。
【図７ａ】第１の実施例の拡張態様の平面図を示す。
【図７ｂ】第１の実施例の拡張態様のＡＡ′断面図を示す。
【図７ｃ】第１の実施例の拡張態様のＣＣ′断面図を示す。
【図８】第２の実施例の平面図を示す。
【図９】第２の実施例のＤＤ′断面図を示す。
【図１０】第３の実施例の平面図を示す。
【図１１】第４の実施例の平面図を示す。
【図１２】第５の実施例の平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
各高精度位置決定に対して、上記したように、傾斜運動による精度誤差を最小にするためにアッベ条件の保持が重要である。エンコーダにおいては、このアッベ条件は、その位置が決定されるべき物体の点及びエンコーダの有効測定位置が、その測定方向に沿った延長上に存在しなければならないことを意味する。この場合、エンコーダの有効測定位置は、その中立（ニュートラル）回転中心（ＸＮＰ、ＹＮＰ、ＺＮＰ）により与えられ、かつ、走査ヘッド又はスケールの中立回転中心周りの傾斜が、示された位置値の線形変化を与えないことにより定義される。エンコーダの中立回転中心は、通常、その走査領域内の中心で、走査ヘッド内におけるスケールの高さすなわち走査目盛の高さ内に存在する。
【００１２】
しかしながら、高精度ＸＹテーブルは、アッベ条件の保持したがってテーブルガイドの傾斜運動の影響の最小化を必要とするのみではない。さらに、ガイドの線形横方向移動、特にテーブルの移動平面（ＸＹ）内の線形偏位もまた測定されかつ補正されなければならない。
【００１３】
多くの適用においては、テーブル平面であるＸＹ平面内において、高精度に位置決定が行われるだけでよい。しかしながら、使用されるツールがＸＹ平面内において大きな寸法を有している場合、対応する位置値Ｘ及びＹの他に、テーブル平面に垂直なＺ軸の周りのテーブルの回転Ｒｚもまた重要であることが多々ある。これは、例えば、無視できない観察領域を有する顕微鏡における場合である。自由度（Ｘ、Ｙ、Ｒｚ）は、以下において、平面内自由度と呼ばれる。これに対して、残りのいわゆる平面外自由度（Ｒｘ、Ｒｙ、Ｚ）は、全く決定される必要がないか、又はそれほど正確に決定される必要はない。これは、例えば、大きな焦点深度を有する顕微鏡に対して当てはまる。しかしながら、ツールによってもまた、測定される物体の点ＴＣＰそのものがエンコーダによって測定されることが重要である。その位置は座標（ＸＴＣＰ、ＹＴＣＰ、ＺＴＣＰ）に存在する。
【００１４】
本発明により、いわゆる１Ｄプラスエンコーダを使用することによって、アッベ条件の保持及びテーブルの横方向移動の測定が行われるものである。１Ｄプラスエンコーダ（図２参照）は縦方向トラックＴＬの他に横方向トラックＴＴもまた有している。縦方向トラックＴＬを走査する走査ヘッドＡＬは、スケールＭの長い伸長方向Ｘに沿って測定する。これに対して、走査ヘッドＡＴは横方向トラックＴＴを走査し、スケールＭの短い伸長方向Ｙに沿って測定する。
【００１５】
第３の走査ヘッドを用いて平面内自由度Ｒｚ（Ｚ軸周りの回転）もまた測定可能である。このために、２つの基本形状が存在する。図３は第１の基本形状を示しており、該基本形状は、基準部分Ｂ上に装着された１つのスケールＭのみを有し、該スケールＭは、物体Ｏ上に固定された３つの走査ヘッドＡＫＹ１、ＡＫＹ２及びＡＫＸによって走査される。走査ヘッドはそれぞれ、有効走査位置（ＸＮＰ，Ｙ１、ＹＮＰ，Ｙ１、ＺＮＰ，Ｙ１）、（ＸＮＰ，Ｙ２、ＹＮＰ，Ｙ２、ＺＮＰ，Ｙ２）、（ＸＮＰ，Ｘ、ＹＮＰ，Ｘ、ＺＮＰ，Ｘ）を走査する。３つの走査ヘッドは位置の値ξＹ１、ξＹ２、ξＸを提供する。
【００１６】
以下において、決定されるべき物体位置ＴＣＰは、Ｚ方向において、全ての走査ヘッドの有効走査位置のＺ位置と一致するものと仮定する。
ＺＮＰ，Ｙ１＝ＺＮＰ，Ｙ２＝ＺＮＰ，Ｘ＝ＺＴＣＰ        （式１）
両方の走査ヘッドＡＫＹ１及びＡＫＹ２は、スケールＭないしは基準部分Ｂに対する相対的な物体ＯのＹ方向変位のみでなく、Ｚ軸周りの回転ＲｚＯ−Ｂもまた測定する。回転角が小さい場合、回転ＲｚＯ−Ｂに対して以下の近似式が成立する。
ＲｚＯ−Ｂ＝（ξＹ２−ξＹ１）／（ＸＮＰ，Ｙ２−ＸＮＰ，Ｙ１）        （式２）
【００１７】
ＴＣＰの位置における基準部分Ｂに対する相対的な物体Ｏの位置（ＸＯ−Ｂ、ＹＯ−Ｂ）を決定するために、回転ＲｚＯ−Ｂにより与えられた、走査ヘッドＡＫＸ、ＡＫＹ１、ＡＫＹ２の有効走査位置（ＸＮＰ，Ｘ、ＹＮＰ，Ｘ）、（ＸＮＰ，Ｙ１、ＹＮＰ，Ｙ１）、（ＸＮＰ，Ｙ２、ＹＮＰ，Ｙ２）とＴＣＰとの間の偏倚が考慮されなければならない。
ＸＯ−Ｂ＝ξＸ＋ＲｚＯ−Ｂ・（ＹＮＰ，Ｘ−ＹＴＣＰ）
ＹＯ−Ｂ＝ξＹ１−ＲｚＯ−Ｂ・（ＸＮＰ，Ｙ１−ＸＴＣＰ）
（式３）
この計算は、走査ヘッドの位置に対する相対的なＴＣＰの任意の各位置に対して適用される。しかしながら、間隔の増加と共に位置（ＸＯ−Ｂ、ＹＯ−Ｂ）の決定精度は低下する。したがって、この間隔は、できるだけ小さく選択されるべきである。
【００１８】
図４は、物体位置（ＸＯ−Ｂ、ＹＯ−Ｂ）の決定の他の例を示している。この例では、基準部分Ｂ上に装着された２つのスケールＭ１及びＭ２が、物体Ｏ上に固定された合計４つの走査ヘッドＡＫＸ１、ＡＫＸ２、ＡＫＹ１、ＡＫＹ２によって走査される。この場合、回転ＲｚＯ−Ｂは、Ｘ方向に測定する走査ヘッドＡＫＸ１及びＡＫＸ２の位置ξＸ１及びξＸ２によって測定される。
ＲｚＯ−Ｂ＝−（ξＸ２−ξＸ１）／（ＹＮＰ，Ｘ２−ＹＮＰ，Ｘ１）        （式４）
ＴＣＰの位置における物体Ｏの位置は、同様に、他の走査ヘッド例えばＡＫＹ１のみによって決定可能である。
ＸＯ−Ｂ＝ξＸ１＋ＲｚＯ−Ｂ・（ＹＮＰ，Ｘ１−ＹＴＣＰ）
ＹＯ−Ｂ＝ξＹ１−ＲｚＯ−Ｂ・（ＸＮＰ，Ｙ１−ＸＴＣＰ）
（式５）
【００１９】
しかしながら、他の走査ヘッドＡＫＹ２において、対応する冗長な位置情報ξＹ２もまた含めることが有利であり、この場合、式５の代わりに次式が用いられる。
ＸＯ−Ｂ＝ξＸ１＋ＲｚＯ−Ｂ・（ＹＮＰ，Ｘ１−ＹＴＣＰ）
ＹＯ−Ｂ＝η・［ξＹ１−ＲｚＯ−Ｂ・(ＸＮＰ，Ｙ１−ＸＴＣＰ)］
＋(１−η)・［ξＹ２−ＲｚＯ−Ｂ・（ＸＮＰ，Ｙ２−ＸＴＣＰ）］
（式６）
【００２０】
重み係数ηは基本的に任意に選択されてもよい。しかしながら、この重み係数ηを、少なくとも物体Ｏ及び基準部分Ｂを均等に加熱したときに構成要素の熱膨張もまた補償されるように設定することが好ましい。熱膨張は、物体ＯのＹ位置を走査ヘッドＡＫＹ１及びＡＫＹ２により冗長に測定することによって決定されてもよい。走査ヘッドＡＫＹ１及びＡＫＹ２のＴＣＰからの間隔に応じて、ＴＣＰの位置における物体Ｏの熱的に補正されたＹ位置ＹＯ−Ｂが計算されてもよい。ＴＣＰが走査ヘッドＡＫＹ１又はＡＫＹ２に近ければ近いほどそれだけ、その測定値はより強く重みづけされなければならない。したがって、最適重み係数として次式が与えられる。
η＝（ＹＴＣＰ−ＹＮＰ，Ｙ２）／（ＹＮＰ，Ｙ１−ＹＮＰ，Ｙ２）        （式７）
【００２１】
Ｘ方向の熱膨張の補正もまた可能である。熱膨張の補正のために、はじめに走査ヘッドＡＫＹ１及びＡＫＹ２の間のＹ方向の長さ変化が温度変化ΔＴに換算される。
ΔＴ＝｛［ξＹ１−ＲｚＯ−Ｂ・（ＸＮＰ，Ｙ１−ＸＴＣＰ）］
−［ξＹ２−ＲｚＯ−Ｂ・（ＸＮＰ，Ｙ２−ＸＴＣＰ）］｝
／｛ΔＣＴＥＯ−Ｂ・（ＹＮＰ，Ｙ１−ＹＮＰ，Ｙ２）｝        （式８）
パラメータΔＣＴＥＯ−Ｂは、物体Ｏの熱膨張係数ＣＴＥＯと基準部分Ｂの熱膨張係数ＣＴＥＢとの差を表わす。温度変化ΔＴ及び関係する構成部分の熱膨張係数を用いて、次に、Ｘ方向における熱的変位が計算可能であり、この場合、構成部分の固定点が考慮されなければならないことは当然である。既知の温度変化ΔＴを用いてこの計算を実行することは当業者にとって簡単であるので、ここでは詳細な説明を省略する。スケールの縦方向における熱的補正は、以下に記載の実施形態においてもまた詳細には説明されないが、これが使用可能であることは当然である。
【００２２】
縦方向目盛ＴＬ及び横方向目盛ＴＴの代わりに、図５に示すように、同様に良好なＶ形状目盛Ｔα及びＴβが使用されてもよく、Ｖ形状目盛Ｔα及びＴβはそれに対応して傾斜された走査ヘッドＡＫα、ＡＫβ，１及びＡＫβ，２によって走査される。例えば、傾斜角度としてα＝１３５°及びβ＝４５°を選択してもよい。このような目盛は、主移動方向内即ちスケールの縦方向内において移動したとき、両方のトラックの走査において常に位置変化が発生するという利点を提供する。これにより、例えば上記のドイツ特許公開第１０２００５０２３９８４号、パラグラフ［００２９］内に記載されているような信号補償が、簡単且つ高い精度で可能である。図２に示す横方向目盛ＴＴにおいては、横方向移動（ここではＹ方向）はたいていの場合きわめて小さいので位置変化はほとんど発生せず、かつ信号補償は新たな補償パラメータを測定可能ではないので、補間誤差は回避可能ではない。
【００２３】
測定値ξα、ξβ，１及びξβ，２から、式２及び式３を用いて、位置値ＸＯ−Ｂ、ＹＯ−Ｂ及びＲｚＯ−Ｂが決定可能である。当業者は対応する変換式を容易に作成可能である。したがって、このようなＶ形状目盛は等価の位置情報を提供する。以下に記載の実施例においては、説明を簡単にするために、全てのスケールは縦方向目盛及び横方向目盛（ＴＬ、ＴＴ）で示されている。しかしながら、実際にはＶ形状目盛を使用することが有利である。ドイツ特許公開第１０２００５０２３９８４号、パラグラフ［００２３］に記載されているように、両方の目盛トラックに対して基準マークを配置し且つ横方向移動が発生しないときでも、検出することもまた可能である。
【００２４】
第１の実施例
図６に第１の実施例が示されている。中間部分Ｆは固定基準部分Ｂに対して移動可能に支持されている。さらに、中間部分Ｆに対して相対的に、物体Ｏ（ここでは測定テーブル）が、測定されるべき、ないしは処理されるべき部品Ｗ例えばウェーハと共に、Ｘ方向に移動可能に支持されている。組み合わせ移動により、物体Ｏは、固定基準部分Ｂに対して相対的にＸ及びＹ方向に移動可能である。したがって、このような構造は線形テーブルのシーケンシャル配置と呼ばれる。なお、図６にはガイド要素は示されていない。
【００２５】
走査ヘッドＡＫＸ１〜ＡＫＸ４は付属のスケールＭ１〜Ｍ４に対して相対的なＸ方向の移動（Ｘ移動）を測定し、走査ヘッドＡＫＹ１〜ＡＫＹ４は対応するＹ移動を測定する。両方のスケールＭ１及びＭ２は固定基準部分Ｂに固定されている。走査ヘッドＡＫＸ１、ＡＫＹ１、ＡＫＸ２及びＡＫＹ２、及びスケールＭ３及びＭ４は、可動中間部分Ｆに装着されている。最後に、物体Ｏ上に走査ヘッドＡＫＸ３、ＡＫＹ３、ＡＫＸ４及びＡＫＹ４が存在する。走査ヘッド及びスケールからなる装置により、中間部分Ｆに対して相対的な物体Ｏの移動及び固定基準部分Ｂに対して相対的な中間部分Ｆの移動はそれぞれ、自由度（Ｘ、Ｙ、Ｒｚ）内において測定される。全てのエンコーダのＺ長さはＴＣＰのＺ位置と一致している。
ＺＮＰ，Ｘ１＝ＺＮＰ，Ｙ１＝ＺＮＰ，Ｘ２＝ＺＮＰ，Ｙ２＝ＺＮＰ，Ｘ３
＝ＺＮＰ，Ｙ３＝ＺＮＰ，Ｘ４＝ＺＮＰ，Ｙ４＝ＺＴＣＰ        （式９）
【００２６】
ＴＣＰの位置における固定基準部分Ｂに対する中間部分Ｆの相対位置ＸＦ−Ｂ、ＹＦ−Ｂ、ＲｚＦ−Ｂを決定するために、次式が適用される。
ＲｚＦ−Ｂ＝（ξＹ２−ξＹ１）／（ＸＮＰ，Ｙ２−ＸＮＰ，Ｙ１）
ＸＦ−Ｂ＝ηＦ−Ｂ・［ξＸ１−ＲｚＦ−Ｂ・（ＹＴＣＰ−ＹＮＰ，Ｘ１）］
＋（１−ηＦ−Ｂ）・［ξＸ２−ＲｚＦ−Ｂ・（ＹＴＣＰ−ＹＮＰ，Ｘ２）］
ＹＦ−Ｂ＝ξＹ１＋ＲｚＦ−Ｂ・（ＸＴＣＰ−ＸＮＰ，Ｙ１）
ηＦ−Ｂ＝（ＸＮＰ，Ｘ２−ＸＴＣＰ）／（ＸＮＰ，Ｘ２−ＸＮＰ，Ｘ１）
（式１０）
【００２７】
同様に、中間部分Ｆに対して相対的な物体Ｏの位置ＸＯ−Ｆ、ＹＯ−Ｆ、ＲｚＯ−Ｆを決定するために次式が適用される。
ＲｚＯ−Ｆ＝−（ξＸ４−ξＸ３）／（ＹＮＰ，Ｘ４−ＹＮＰ，Ｘ３）
ＸＯ−Ｆ＝ξＸ３＋ＲｚＯ−Ｆ・（ＹＮＰ，Ｘ３−ＹＴＣＰ）
ＹＯ−Ｆ＝ηＯ−Ｆ・［ξＹ３−ＲｚＯ−Ｆ・（ＸＮＰ，Ｙ３−ＸＴＣＰ）］
＋（１−ηＯ−Ｆ）・［ξＹ４−ＲｚＯ−Ｆ・（ＸＮＰ，Ｙ４−ＸＴＣＰ）］
ηＯ−Ｆ＝（ＹＮＰ，Ｙ４−ＹＴＣＰ）／（ＹＮＰ，Ｙ４−ＹＮＰ，Ｙ３）
（式１１）
重み係数ηＦ−Ｂ及びηＯ−Ｆのいずれか又は両方を値１にセットすることもまた可能である。この場合、走査ヘッドＡＫＸ２ないしはＡＫＹ４はもはや必要ではなく、このときには、上記の熱的補正の可能性は省略される。
【００２８】
ＴＣＰの位置における固定基準部分Ｂに対して相対的な物体Ｏの位置ＸＯ−Ｂ、ＹＯ−Ｂ及び回転角ＲｚＯ−Ｂの決定は、中間部分Ｆに対する物体Ｏの相対位置及び固定基準部分Ｂに対する中間部分Ｆの相対位置の加算により行われる。
ＸＯ−Ｂ＝ＸＯ−Ｆ＋ＸＦ−Ｂ
ＹＯ−Ｂ＝ＹＯ−Ｆ＋ＹＦ−Ｂ
ＲｚＯ−Ｂ＝ＲｚＯ−Ｆ＋ＲｚＦ−Ｂ
（式１２）
両方の可動部分Ｆ及びＯのＸ位置のみならずＹ位置もまた決定することにより、例えば直線性偏位のようなガイド誤差もまた測定され、かつ図示されていない制御装置及び対応する駆動装置によって補正される。
【００２９】
本発明による装置の精度を保持するために、位置の決定のために関連する全ての部分Ｂ、Ｆ及びＯが安定状態を保つことが重要である。これは、適切な材料を選択することにより決定される。即ち、例えばゼロドゥール（Ｚｅｒｏｄｕｒ）又はインバール（Ｉｎｖａｒ）のような膨張係数の小さい材料、又は、例えばアルミニウムのような熱伝導性のよい材料を使用することが有利である。ただし、これらの部分Ｂ、Ｆ及びＯを曲げたり又はそれらの長さに影響を与えたりする力を作用させない方がよい。
【００３０】
従来使用されているレーザ干渉計を備えた高精度ＸＹテーブルにおいては、分離された２つの固定支持構造が使用されてきた。第１の支持構造は、構造部分を停止かつ移動させるために伝達されなければならない全ての力を導くものである。この第１の支持構造は力フレームと呼ばれる。第１の支持構造から分離された第２の支持構造は、相対位置を測定するために必要な全ての構造部分を受け入れるためのものである。この第２の支持構造は測定フレームと呼ばれる。測定フレームと力フレームとの減結合により、測定フレームの変形の発生、したがって測定誤差の発生が防止される。この減結合は、フレキシブルな要素を用いた結合機構により、又は振動絶縁によって行われる。なお、従来の機械においては、両方のフレームが固定されており、かつそれ自身動かない状態である。
【００３１】
図７ａ（平面図）、図７ｂ（ＡＡ′による断面図）及び図７ｃ（ＣＣ′による断面図）は、この構造原理の拡張態様を示している。構造部分Ｂ、Ｆ及びＯの各々は、エンコーダの構成要素を支持するので測定フレーム要素と呼ばれる。これら測定フレーム要素からそれぞれ減結合要素ＥＢ−Ｂ′，ｎ、ＥＦ−Ｆ′，ｎ、ＥＯ−Ｏ′，ｎ（ｎ＝１、２、３）により分離されて、構造部分Ｂ′、Ｆ′及びＯ′が存在する。構造部分Ｂ′は固定され、構造部分Ｆ′は本質的に構造部分Ｆと共にＹ方向に沿って移動され、及び構造部分Ｏ′は本質的に構造部分Ｏと共にＸ及びＹに沿って移動される。構造部分Ｂ′、Ｆ′及びＯ′に、例えば、ここでは空気軸受として形成されていてリニアモータＬＭｎ（ｎ＝１、２、３、４）でもあるガイド要素ＬＯ′−Ｆ′，ｎ、ＬＦ′−Ｂ′，ｎ及びＬＯ′−Ｂ′，ｎ（ｎ＝１、２、．．．）のような、力を発生する要素が固定されている。減結合要素ＥＢ−Ｂ′，ｎ、ＥＦ−Ｆ′，ｎ、ＥＯ−Ｏ′，ｎは、基本的には、結合された構造部分の６つの全ての自由度が相互に遮断されているように、固体ヒンジとして設計されていることが有利であるが、過大な制限は不要である。このような結合はしばしば動的結合とも呼ばれる。過大な制限を避けることにより、測定フレーム要素の曲げが回避される。図７ａにおいて、例えば、減結合要素ＥＢ−Ｂ′，ｎ、ＥＦ−Ｆ′，ｎとＥＯ−Ｏ′，ｎはラジアル方向にフレキシブルであり、一方、接線方向には剛（非フレキシブル）である。
【００３２】
第２の実施例
図８及び図９は第２の実施例を示しており、該実施例においては、中間部分Ｆ上に、スケールの代わりに走査ヘッドＡＫＸ３、ＡＫＹ３、ＡＫＸ４及びＡＫＹ４が固定されている。スケールＭ３及びＭ４はここでは物体Ｏと固定結合されている。その他の構造は第１の実施形態と同じであるのでここでは説明を省略する。
【００３３】
スケールＭ３及びＭ４を物体Ｏ上に固定することにより、中間部分Ｆはより簡単に形成可能である。中間部分Ｆは、曲げに対してきわめて敏感なスケールを支持する必要がなくなる。走査ヘッドはスケールに比較して明らかに非フレキシブルである。それにもかかわらず、中間部分Ｆは走査ヘッドを位置が安定するように保持しなければならない。物体Ｏは測定されるべき部品Ｗを支持するので、いずれの場合も、物体Ｏは非フレキシブルに且つ位置が安定するように形成されていなければならない。即ち、スケールＭ３及びＭ４を固定することにより、追加費用は最小となる。
【００３４】
走査ヘッドＡＫＹ３及びＡＫＹ４の有効測定点は、ここではＸ方向においてＴＣＰと同じ位置に配置されることが有利である。
ＸＮＰ，Ｙ３＝ＸＮＰ，Ｙ４＝ＸＴＣＰ
これにより計算式が簡単になる。
【００３５】
多くの適用において、誤動作の場合においてもツールとの衝突を阻止するために、部分的にも測定体Ｗの上方に突出してはならない。このような誤動作は、例えば、テーブル移動が高速度状態で移動の中断が生じたときに発生することがある。このような衝突を阻止するために、この実施形態においては、スケールＭ３及びＭ４は目盛を基準部分Ｂの方向に向け（図９参照）且つその上側は測定体Ｗと同じレベルにされ、即ち同じＺ高さとされる。この場合、エンコーダを使用することが有利であり、エンコーダの有効測定位置ＺＮＰは、スケールの目盛側に存在するか又はスケールの基板領域内に存在してもよい。このような場合、アッベ条件はもはや完全には満たすことはできないが、生成されたアッベ間隔ＤＺはきわめて小さい値のままであり、５ｍｍより小さい値が達成可能である。
【００３６】
この実施形態においては、スケールＭ１及びＭ２、又は、Ｍ３及びＭ４は相互に鏡面対称に配置されている。このことは付属の走査ヘッドに対しても同様である。この対称性は構造部分Ｂ、Ｆ及びＯの対称的な形態を可能にする。同じ鏡面対称を有する場合、位置の関数としてのエラー部分はきわめて小さくなるので、基本的により高い精度を提供することができる。
【００３７】
第３の実施例
図１０は第３の実施例を示しており、該第３の実施例においては、スケールＭ１及びＭ２は可動中間部分Ｆ上に存在し且つ付属の走査ヘッドＡＫＸ１、ＡＫＹ１、ＡＫＸ２及びＡＫＹ２は基準部分Ｂと固定結合されている。第２の実施形態と同じように、スケールＭ３及びＭ４は物体Ｏ上に装着され且つ付属の走査ヘッドＡＫＸ３、ＡＫＹ３、ＡＫＸ４及びＡＫＹ４は中間部分Ｆに固定されている。
走査ヘッドＡＫＸ１、ＡＫＸ２、ＡＫＹ３及びＡＫＹ４は、この実施形態においては、それらの有効測定点が常にそれらの測定方向に沿ってＴＣＰに向けられているように配置される。したがって、関連する位置の値に対して、角度Ｒｚによる補正は必要ではなく、よって、位置信号の評価が簡単になる。
【００３８】
第４の実施例
図１１は第４に実施例を示しており、該第４の実施例においては、測定されるべき部品Ｗはもはや固定ＴＣＰに対して相対的に移動されない。むしろ、測定されるべき部品Ｗは固定基準部分Ｂ上に存在し、ツール又はＴＣＰは物体Ｏと共に移動される。基本的な計算は上記と同じように行われるが、ＴＣＰの位置（ＸＴＣＰ、ＹＴＣＰ）はもはや一定ではなく、テーブル位置と共に変化する。この実施例においては、第４のスケールは必要ない。その代わりに、スケールＭ３は３つの走査ヘッドＡＫＸ３、ＡＫＹ３及びＡＫＹ４によって走査される。横方向トラックＴＴ上で走査する両方の走査ヘッドＡＫＹ３及びＡＫＹ４は、中間部分Ｆに対して相対的な物体ＯのＹ位置を測定するのみならず、付随する回転ＲｚＯ−Ｆをもまた測定する。上記の実施例と同様に、走査ヘッド及びＴＣＰのＺ方向における全ての有効測定点は同じ高さにある。
ＺＮＰ，Ｘ１＝ＺＮＰ，Ｙ１＝ＺＮＰ，Ｘ２＝ＺＮＰ，Ｙ２＝ＺＮＰ，Ｘ３＝ＺＮＰ，Ｙ３＝ＺＮＰ，Ｙ４＝ＺＴＣＰ
したがって、中間部分Ｆは、少なくとも一部が処理されるべき部品Ｗに隣接して配置されていなければならない。このような場合にのみ、アッベ条件を保持することが可能である。測定装置及び駆動装置がＹ方向に対して測定体の上方で移動されるブリッジ形機構の装置は、この条件を満たしていない。
【００３９】
第５の実施例
第５の実施例は、第２の実施例と同様に、全ての走査ヘッドＡＫＸ１、ＡＫＹ１、．．．、ＡＫＸ４ｂ、ＡＫＹ４ｂを支持する中間部分Ｆを有している。スケールＭ１及びＭ２は同様に固定基準部分Ｂに固定され、一方、スケールＭ３及びＭ４は物体Ｏに装着されている。スケールＭ３の走査は、ここでは、４つの走査ヘッドＡＫＸ３ａ、ＡＫＹ３ａ、ＡＫＸ３ｂ、ＡＫＹ３ｂによって冗長に行われる。この場合、走査ヘッドの対ＡＫＸ３ａ及びＡＫＸ３ｂ又はＡＫＹ３ａ及びＡＫＹ３ｂはそれぞれ、スケールＭ３の同じトラックを走査する。１つの対の両方の走査ヘッドは、中間部分Ｆの中心に対して対称にオフセットされている。したがって、中間部分Ｆに対して相対的な物体Ｏの中央のＸ位置内においては、一対の両方の走査ヘッドがスケールＭ３を走査可能であり、外側の位置においては、スケールＭ３はそれぞれここでは一対の走査ヘッドの１つのみにより走査が実行可能であるにすぎない。これにより、スケールＭ３の制限された長さにおいて、Ｘ方向の測定領域は、ほぼ走査ヘッドの両方の対ＡＫＸ３ａ及びＡＫＸ３ｂ又はＡＫＹ３ａ及びＡＫＹ３ｂの間隔だけ、スケールＭ３の長さより大きい値まで拡大されている。
【００４０】
物体Ｏの反対側において、同様に、スケールＭ４が走査ヘッドの対（ＡＫＸ４ａ、ＡＫｘ４ｂ）及び（ＡＫＹ４ａ、ＡＫＹ４ｂ）によって走査される。物体位置（ＸＯ−Ｂ、ＹＯ−Ｂ、ＲｚＯ−Ｂ）の決定は式１０〜式１２を用いて同様に行われ、この場合、付属のスケールに向かい合いかつこれを走査可能な冗長な走査ヘッド対の走査ヘッドがそれぞれ選択される。物体Ｏの中央のＸ位置において両方の走査ヘッドが関連するスケールを走査可能なとき、物体位置（ＸＯ−Ｂ、ＹＯ−Ｂ、ＲｚＯ−Ｂ）を二重に決定し、その結果を平均するようにしてもよい。
【００４１】
全てのエンコーダの有効測定位置のＺ方向の位置（Ｚ位置）は、この実施例においても同様に、ＴＣＰのＺ位置と一致する。これは、全ての走査ヘッドのＺ位置が測定体Ｗの上方に突出し且つスケールがＴＣＰと同じレベルとされることにより実現される。この実施例の特別の利点として、物体Ｏの可能な各位置における走査ヘッドとツールとの衝突が排除可能である。このために、図１２に示すように、スケールＭ３及びＭ４を走査する走査ヘッドは、線ＧＧ′又はＨＨ′がＸ方向におけるツールの寸法をマークする場合、線ＧＧ′の左側又は線ＨＨ′の右側のいずれかに存在していなければならない。
【００４２】
他の指針
図示された全ての実施例は、１ＤプラスエンコーダＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４及びそれらのスケールが、構造的に、第１及び第２の方向であるＸ方向及びＹ方向に広がる平面であって、ツール中心点を含む平面へのそれらの投影が、ＸＹテーブルの全走行内領域で部品の外側に存在するように配置されている点において共通である。このように配置することにより、良好なアッベ条件の持続が可能となる。その理由は、このようにすることにより、１Ｄプラスエンコーダの全てのスケール又は有効測定位置をＺ方向においてもツール中心点と一致させることが可能であるからである。１つのエンコーダが横ビームに配置されているブリッジ形構造は、該構造を作業領域内したがって部品Ｗ上に投影し、エンコーダは常に、部品Ｗの上方したがってツール中心点ＴＣＰの上方に位置するので、この条件を満たすことはできない。
本発明の範囲内において、実施形態の種々の要素が異なる形に組み合わされてもよいことは当然である。
【００４３】
１Ｄプラスエンコーダの代わりに、同様に二次元の位置測定を可能にする、二次元測定交差格子エンコーダを使用してもよい。本明細書に記載の適用に対しては、面積の大きい交差格子は必要ではなく、一方向にのみ伸長され且つこの方向に対して横方向には小さな測定領域のみを可能にする交差格子を必要とするにすぎない。即ち、図２に示す１Ｄプラススケールとして、その両方の目盛トラックＴＬ及びＴＴが組み合わされるか又は重ね合わされた交差格子が想定されてもよい。このような交差格子は、冒頭に記載の面積の大きい交差格子よりも製造コストが低い。本出願において、用語「１Ｄプラスエンコーダ」は、このような交差格子を有するエンコーダもまた含んでいる。
【００４４】
固定ＴＣＰ（実施例１、２、３及び５）及び物体Ｏと共に移動されるＴＣＰ（実施例４）の他に、さらに、ＴＣＰが基準体Ｂに対してのみならず物体Ｏに対してもまた移動する実施例も可能である。基本的に、式１０〜式１２を用いた本発明による位置決定は、この場合に対しても使用可能である。
【００４５】
機械要素から伝達されたり又は加速力によって導かれたりする機械振動の影響を最小にするために、走査ヘッドを、関連する測定フレーム要素の妨害振動モードの節点に位置決めすることが好ましい。これにより、走査ヘッドへの機械振動の伝達が最小にされるので、測定精度が上昇される。
【００４６】
さらに、測定フレーム要素Ｂ、Ｆ、Ｏと付属の力フレーム要素Ｂ′、Ｆ′、Ｏ′との間に種々の減結合要素ＥＢ−Ｂ′，ｎ、ＥＦ−Ｆ′，ｎ及びＥＯ−Ｏ′，ｎを使用してもよい。固体要素の他に、例えば溝に対してばねにより圧着されるボールのような機械的接触手段もまた使用可能である。ローレンツアクチュエータは、振動遮断特性が極めて良好であり、かつ追加の調節もまた可能にするので、該アクチュエータの使用が有効である。
本発明による物体Ｏの位置決定のきわめて高い再現性のみならず、きわめて高い精度をも達成可能にするために、位置決定は校正されなければならないが、文献から種々の校正方法が既知である。
【００４７】
全ての実施例において、それぞれ並列に配置された２つのスケールの代わりに、１つの１Ｄプラススケールのみが使用されてもよい。ただし、このとき、１Ｄプラススケールは、第３の実施例においてと同様に、３つの走査ヘッドによって走査されなければならない。この場合、３つの走査ヘッドの２つは横方向目盛ＴＴを走査する。これらの両方の走査ヘッドの間隔は、本発明による回転Ｒｚの決定に対して十分な精度を達成するために、できるだけ大きくすべきである。
【００４８】
Ｚ方向においてエンコーダの有効測定点を測定体と同じ高さにするために、エンコーダの一部がＺ方向に測定体より上方に突出していなければならない。これにより、ツールとの衝突の回避を達成することが困難になる。したがって、エンコーダの構成要素がもはや測定体の上方に突出しないように、エンコーダの構成要素をＺ方向に下方にシフトさせることが有効な場合がある。これにより発生する約２０ｍｍのアッベ間隔は、たいていの場合、許容可能な範囲である。
線形ガイドに対する典型的なガイド誤差は、約１〜１０マイクロ・ラジアンである。Ｚ方向における１０ｍｍのアッベ間隔は、このとき、１０〜１００ｎｍの測定誤差を導く。１００ｎｍを許容測定誤差とみなした場合、アッベ間隔は最大１０ｍｍであってもよい。
【符号の説明】
【００４９】
ＡＬ、ＡＴ、ＡＫＸ１、ＡＫＸ２、ＡＫＸ３、ＡＫＸ４、ＡＫＹ１、ＡＫＹ２、ＡＫＹ３、ＡＫＹ４、ＡＫα、ＡＫβ，１、ＡＫβ，２          走査ヘッド
Ｂ          基準部分
ＤＺ、ΔＺＭ          アッベ間隔
ＥＢ−Ｂ′，ｎ、ＥＦ−Ｆ′，ｎ、ＥＦ−Ｆ′，ｎ、ＥＯ−Ｏ′，ｎ          減結合要素
Ｆ          中間部分
ＬＯ′−Ｆ′，ｎ、ＬＦ′−Ｂ′，ｎ、ＬＯ′−Ｂ′，ｎ          ガイド要素
ＬＭｎ          リニアモータ
Ｍ          スケール
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４          １Ｄプラスエンコーダ（１Ｄプラススケール）
Ｏ          物体
ＴＣＰ          ツール中心点（物体位置）
ＴＬ          ツール
ＴＬ          縦方向トラック（縦方向目盛）
ＴＴ          横方向トラック（横方向目盛）
Ｔα、Ｔβ          Ｖ形状目盛
Ｗ          部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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