(57)【要約】      （修正有）【課題】少なくとも二つの空間的自由度中における対象の位置の計測のための光学的な位置測定装置を提供する。【解決手段】少なくとも、第一および第二の方向ｘ、ｚに沿って可動に配置され、第一の延在方向ｅ１に沿って周期的に配置された部分領域１２．１を含む第一の基準１２を有し、第二の延在方向ｅ２に沿って周期的に配置された部分領域１３．１を含む第二の基準１３を有し、少なくとも第一および第二のリトロリフレクター素子が内部に統合されている走査プレートを有し、その際、第一のリトロリフレクター素子が第一の延在方向ｅ１に平行に、および第二のリトロリフレクター素子が第二の延在方向ｅ２に対して平行に延在し、第一および第二の基準１２、１３からこれらに入射する部分光束が、各基準１２、１３の方向の逆反射を受け、重ね合わされた部分光束から、第一および第二の移動方向ｘ、ｚに沿った位置信号を発生可能である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の自由度内での対象（１０；１００；１０００；１０００´）の位置の計測の為の光学的位置測定装置であって、その際、対象（１０；１００；１０００；１０００´）が、少なくとも、第一の移動方向（ｘ）に沿っておよび第二の移動方向（ｚ）に沿って可動に配置されている装置であって、
少なくとも一つの光源（２４；１５０）を有し、
対象（１０；１００；１０００；１０００´）に配置された第一の基準（１２；１１２．１，１１２．２；１１１２．１，１１１２．２）であって、第一の延在方向（ｅ１）に沿って延在し、および第一の延在方向（ｅ１）に沿って周期的に配置された部分領域（１２．１，１２．２）を含む第一の基準（１２；１１２．１，１１２．２；１１１２．１，１１１２．２）を有し、
対象（１０；１００；１０００；１０００´）に配置された第二の基準（１３；１１３；  １１１３）であって、第二の延在方向（ｅ２）に沿って延在し、および第二の延在方向（ｅ２）に沿って周期的に配置された部分領域（１３．１，１３．２）を含む第二の基準（１３；１１３；１１１３）を有し、
少なくとも第一および第二のリトロリフレクター素子（２１；１２１；１１２１；１１２１´；２２；１２２；１１２２；１１２２´）が内部に統合されている走査プレート（２０；１２０；１１２０；１１２０´）を有し、その際、第一のリトロリフレクター素子（２１；１２１；１１２１；１１２１´）が第一の延在方向（ｅ１）に平行に、および第二のリトロリフレクター素子（２２；１２２；１１２２；１１２２´）が第二の延在方向（ｅ２）に対して平行に延在し、これらを介して、第一および第二の基準（１２；１１２．１，  １１２．２；１１１２．１，１１１２．２；１３；１１３；１１１３）からこれらに入射する部分光束が、各基準（１２；１１２．１，１１２．２；１１１２．１，１１１２．２；１３；１１３；１１１３）の方向の逆反射を受け、
検出装置（１６０）を有し、この検出装置を介して、重ね合わされた部分光束から、少なくとも対象（１０；１００；１０００；１０００´）の第一および第二の移動方向（ｘ、ｚ）に沿った移動に関する位置信号を発生可能である前記装置。
【請求項２】
リトロリフレクター素子（２１；１２１；１１２１；１１２１´；２２；１２２；１１２２；１１２２´）が、回折リトロリフレクター素子として形成されており、
複数の回折素子（３０．１-３０．４；１２１．１，１２１．２；１２４．１，１２４．２；１１３０．１-１１３０．４）を有し、これら回折素子が、走査プレート（２０；１２０；１１２０；１１２０´）の第一の面に配置されており、
少なくとも一つのリフレクター素子（３１，５１；１２２，１２５）を有し、このリフレクター素子が、走査プレート（２０；１２０；１１２０；１１２０´）の反対側の第二の面に配置されており、およびその反射する面が回折素子（３０．１-３０．４；１２１．１，１２１．２；１２４．１，１２４．２；１１３０．１-１１３０．４）の方に向けられており、その際、リフレクター素子（３１，５１；１２２，１２５）が第一又は第二の延在方向（ｅ１，ｅ２）に対して平行に延在している、請求項１に記載の光学的位置測定装置。
【請求項３】
リトロリフレクター素子（２１；１２１；１１２１；１１２１´；２２；１２２；１１２２；１１２２´）ごとに四つの回折素子（３０．１-３０．４，６０．１-６０．４；１２１．１，１２１．２；１２４．１，１２４．２；１１３０．１-１１３０．４）が、走査プレート（２０；１２０；１１２０；１１２０´）の第一の面に配置されているので、付随する基準（１２；１１２．１，１１２．２；１１１２．１，１１１２．２；１３；１１３；１１１３）の第一の衝突箇所（Ａ１，Ｂ１）から入射する部分光束の対が、まず、第一および第二の回折素子（３０．１，３０．２，６０．１，６０．２；１２１．１，１２１．２；１１３０．１，１１３０．２）を通過し、その上で其々集束および走査プレート（２０；１２０；１１２０；１１２０´）の反対側の第二の面上のリフレクター素子（３１，５１；１２２，１２５）への偏向を受け、リフレクター素子（３１，５１；１２２，１２５）にて、第三および第四の回折素子（３０．３，３０．３，６０．３，６０．４；１２４．１，１２４．２；１１３０．３，１１３０．４）への両部分光束の逆反射が行われ、これら回折素子を介して、通過する部分光束が、コリメーションおよび、付随する基準（１２；１１２．１，１１２．２；１１１２．１，１１１２．２；１３；１１３；１１１３）上の第二の衝突箇所（Ａ２，Ｂ２）の方への偏向を受ける、請求項２に記載の光学的位置測定装置。
【請求項４】
回折素子（３０．１-３０．４，６０．１-６０．４；１２１．１，１２１．２；１２４．１，１２４．２；１１３０．１-１１３０．４）が、走査プレート（２０；１２０；１１２０；１１２０´）の第一の面上に配置され、局部的に制限され、かつ曲げられた格子線を有する透過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または３に記載の光学的位置測定装置。
【請求項５】
走査プレート（２０；１２０）内に、第三のリトロリフレクター素子（２３；１２３）が統合されており、このリトロリフレクター素子が、第二の延在方向（ｅ２）に平行に延在し、およびこのリフレクター素子を介して、第二の基準（１３；１１３）からこれに入射する部分光束が第二の基準（１３；１１３）の方への逆反射を受ける、請求項１から４の少なくともいずれか一項に記載の光学的位置測定装置。
【請求項６】
第一および第二の基準（１２；１１２．１，１１２．２；１１１２．１，１１１２．２；１３；１１３；１１１３）が、其々、反射格子として形成されており、および第一および第二の基準（１２；１１２．１，１１２．２；１１１２．１，１１１２．２；１３；１１３；１１１３）の分割領域（１２．１，１２．２，１３．１，１３．２）が、互いに垂直に向けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学的位置測定装置。
【請求項７】
第一および第二の基準が、互いに重ね合わされた、クロス回折格子（１１１１）の形式で形成されている、請求項６に記載の光学的位置測定装置。
【請求項８】
対象（１００；１０００）に配置された少なくとも一つの測定リフレクター（１１４．１，１１４．２）を有し、
走査プレート（１２０；１１２０）と機械的に連結された少なくとも一つのビームスプリット素子（１５１）を、これに入射する光束を、少なくとも一つの計測光束（Ｍ）と少なくとも一つのリファレンス光束（Ｒ）に分かつために有するので、測定リフレクター（１１４．１，１１４．２）の方へ伝播する計測光束（Ｍ）を介して、少なくとも一つの干渉計・計測アーム（Ｍｙ１，Ｍｙ２，Ｍｙ３）が形成され、およびリファレンス光束（Ｒ）を介して干渉計・リファレンスアームが形成され、
干渉計・検出装置（１６０）を有し、これを介して、重ね合わされた測定光束およびリファレンス光束（Ｍ，Ｒ）が、対象（１００；１０００）の第三の移動方向（ｙ）に沿っての移動に関する位置信号を発生可能であり、当該第三の移動方向が第一及び第二の移動方向（ｘ、ｚ）に直角に向けられている、請求項１から７の少なくともいずれか一項に記載の光学的位置測定装置。
【請求項９】
ビームスプリット素子（１５１）、複数の回折素子（１２４．１，１２４．２）および少なくとも一つのリフレクター素子（１２５）が、走査プレート（１２０；１１２０）内に統合されて形成されているので、リファレンス光束（Ｒ）がビームスプリット素子（１５１）の分割と計測光束（Ｍ）の重ね合わせの間にもっぱら走査プレート（１２０；１１２０）内で伝播する請求項８に記載の光学的位置測定装置。
【請求項１０】
測定リフレクター（１１４．１，１１４．２）が、回折素子（１１５）とリフレクター素子（１１６）を含む請求項８に記載の光学的位置測定装置。
【請求項１１】
互いに対称に配置された少なくとも三つの計測光束が、少なくとも一つの測定リフレクター（１１４．１，１１４．２）の方へと伝播する請求項８に記載の光学的位置測定装置。
【請求項１２】
唯一の光源（２４）が、少なくとも、第一および第二の基準（１２；１１２．１，１１２．２；１１１２．１，１１１２．２；１３；１１３；１１１３）の走査の為に使用される請求項１から１１の少なくとも一項に記載の光学的位置測定装置。
【請求項１３】
第一の移動方向（ｘ）が第一の延在方向（ｅ１）に対して平行に向けられており、および第二の移動方向（ｚ）が第二の延在方向（ｅ２）に平行に向けられている、請求項１から１２の少なくとも一項に記載の光学的位置測定装置。
【請求項１４】
少なくとも一つの分割素子（１１７０）を介して、部分光束の少なくとも一部が、位置感度を有する電気光学的な検出素子（１１７３．１，１１７３．２）へと向けられることが可能であり、およびこれに入射する部分光束の衝突箇所の検出を介して、対象（１００；１０００）の位置が、少なくとも一つの移動方向（ｘ，ｚ，ｙ）を中心として回転の際に検出可能である請求項１および８に記載の光学的位置測定装置。
【請求項１５】
第一の移動方向（ｘ）が、第一の延在方向（ｅ１）に対して４５°の角度を取り、および第二の移動方向（ｚ）が、第二の延在方向（ｅ２）に対して４５°の角度を取る、請求項１４に記載の光学的位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の空間的自由度における対象の位置の計測のための光学的位置測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体部品の製造および検査で使用される機械においては、しばしば対象の正確に位置決めするという要求が存在する。これは例えばウエハーである。このウエハーは、露光ユニットまたは検査ユニットのツールの下で極めて正確に位置決めされなければならない。その際、ウエハーは６自由度中で可動なテーブル上に載置される。当該テーブルは、一又は複数の駆動部により動かされる。つまりここでは、位置を極めて正確に検出すべき対象として、テーブルが機能する。このテーブルを付随する制御ユニットを介して位置決めするために、極めて正確な位置測定装置によるテーブルの空間的位置に関する位置信号の発生が必要である。
【０００３】
このため特に光学的な位置測定装置、つまり干渉計、格子構造に基づく光学的位置測定装置、またはこのような装置の組合せが適当であると証明された。
【０００４】
複数の自由度中における対象の空間的位置を、干渉計を使って正確に特定するために、例えば特許文献１より、対象を少なくとも二つの面で光学的に調査（触診）することが公知である。対象、詳しく言うとテーブルの二つの面には、リフレクターが配置されており、このリフレクターの上に付随する干渉計・計測アームの複数の計測光束が入射する。ここで、対象の、種々の移動方向を中心とした回転移動の検出を可能とするために、面ごとに、複数の計測光束又は計測アームを有するいわゆる多軸干渉計が使用されるに至る。少なくとも二つの調査（触診）装置は、通常互いに直交した向きに向けられているので、これを介して両移動方向によって規定される平面内での対象の移動が検出可能である。このため直角な移動方向内で場合によっては起こり得る対象の移動は、適切に偏向された、対象の上方のリフレクターに再び戻って反射される計測光束によって検出可能である。このため適切な偏向ミラー（独語ではＵｍｌｅｎｋｓｐｉｅｇｅｌ）が対象に配置されるべきである。しかし、この解決策における問題は、対象が少なくとも二つの面を介して光学的に調査（触診：独語ではａｎｔａｓｔｅｎ）される必要があり、それゆえこれら両方の面は、計測光束ができる限り自由にアクセス可能であるよう遮られていない状態である必要がるという点にある。しかしこれは、すべての適用範囲において構造的に確実に行われるということができない。この為、偏向（独語ではＵｍｌｅｎｋｕｎｇ）の為に必要な偏向ミラーが対象に設けられる。この偏向ミラーは、一方では対象の可動重量を増加させ、他方では、費用とともなってのみ必要とされる正確性で製造可能である。
【０００５】
本出願人による特許文献２では、すでに複数の空間的自由度中における対象の位置の計測のための一つの解決策が提案された。ここでは、光学的な対象の調査（触診）は、唯一の方向からのみ意図されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第  ６，０２０，９６４号明細書
【特許文献２】独国特許出願第１０  ２０１２  ２０１  ３９３．８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、少なくとも二つの空間的自由度中における対象の位置の計測のための光学的な位置測定装置を提供することである。当該装置は、一方の面のみからの対象の光学的調査（触診）を必要とする。ここで少なくとも二つの空間的自由度中における対象のできる限り簡単かつ直接的な位置計測が補償されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有する位置測定装置によって解決される。
【０００９】
発明に係る位置測定装置の有利な実施形は、従属請求項中に見出される。
【００１０】
発明に係る光学的位置測定装置は、複数の自由度中における対象の位置の計測の為に使用される。その際、対象は、少なくとも第一の移動方向に沿っておよび第二の移動方向に沿って可動に配置されている。位置測定装置は、少なくとも一つの光源を有し、対象に配置された少なくとも一つの第一の基準を有し、この基準は、第一の延在方向に沿って延在し、および第一の延在方向に沿って周期的に配置された分割領域を有し、および少なくとも一つの対象に配置された第二の基準を有しており、この基準は、第二の延在方向に沿って延在し、および第二の延在方向に沿って周期的に配置された分割猟奇を有している。さらに位置測定装置は、走査プレートを有している。この走査プレート中には、少なくとも第一および第二のリトロリフレクター素子が統合されている。その際、第一のリトロリフレクター素子は第一の延在方向に平行に、そして第二のリトロリフレクター素子は第二の延在方向に平行に延在しており、そして部分光束を介して各基準の方向への逆反射を受ける。この部分光束は、第一および第二の基準からこれらに入射する。検出装置によって重ね合わされた部分光束から少なくとも、第一および第二の移動法くおに沿った対象の移動に関する位置信号が発生可能である。
【００１１】
有利には、リトロリフレクター素子（独語ではＲｅｔｒｏｒｅｆｌｅｋｔｏｒｅｌｅｍｅｎｔ）は、回折リトロリフレクター素子として形成されている。
・その際、複数の回折素子（独語ではｄｉｆｆｒａｋｔｉｖｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔｅ）が走査プレートの第一の面上に配置されており、および、
・少なくとも一つのリフレクター素子（独語ではＲｅｆｌｅｋｔｏｒｅｌｅｍｅｎｔ）が走査プレートの反対側の第二の面上に配置されており、その反射を行う面は、回折素子の方に向けられており、および
・その際、リフレクター素子は、第一または第二の延在方向に対して平行に向けられている。
【００１２】
走査プレートの第一の面上ではリトロリフレクター素子ごとに四つの回折素子が配置されているので、付随する基準の第一の衝突箇所（独語ではＡｕｆｔｒｅｆｆｏｒｔ）から入射する部分光束の対は、まず第一および第二の回折素子を通過し、そしてこれによって、其々走査プレートの反対側の第二の面上のリフレクター素子への偏向および集束（独語ではＦｏｋｕｓｓｉｅｒｕｎｇ）を受け、リフレクター素子では、両部分光束の第三および第四の回折素子への逆反射（独語ではＲuｃｋｒｅｆｌｅｘｉｏｎ）が行われ、これを介して、通過する部分光束が、其々付随する基準上の第二の衝突箇所の方への偏向およびコリメーションを受けるということが意図され得る。
【００１３】
好ましくは、回折素子は、曲げられた格子線を有し、かつ走査プレートの第一の面上に配置され、局部的に制限された透過回折格子として形成されている。
【００１４】
走査プレート内には、第三のリトロリフレクター素子が統合されており、このリトロリフレクター素子は、第二の延在方向に平行に延在し、およびこれを介して部分光束は、第二の基準の方へと逆反射を受ける。この部分光束は、第二の基準からこれに入射する。
【００１５】
有利には、第一および第二の基準が其々反射格子（独語ではＲｅｆｌｅｘｉｏｎｓｇｉｔｔｅｒ）として形成され、および第一および第二の基準の分割領域は互いに直交する方向に向けられている。
【００１６】
ここでは、第一および第二の基準がクロス格子（独語ではＫｒｅｕｚｇｉｔｔｅｒ）の形式で互いに重ね合わされて形成されているということも意図され得る。
【００１７】
更に、発明に係る光学的位置測定装置の可能な実施形では、これは、
・対象に配置された少なくとも一つの測定リフレクター
・走査プレートと機械的に連結された少なくとも一つのビームスプリット素子であって、これに入射する光束を、少なくとも一つの計測光束と少なくとも一つのリファレンス光束に分割する結果、測定リフレクターの方へと伝播する計測光束を介して、少なくとも一つの干渉計・計測アームが形成され、およびリファレンス光束を介して干渉計・リファレンスアームが形成されるというビームスプリット素子、
・重ね合わされた計測光束およびリファレンス光束から、第一および第二の移動方向に対して直角に向けられた第三の移動方向に沿った対象の移動に関する位置信号を発生可能である干渉計・検出装置。
【００１８】
このような実施形では、ビームスプリット素子、複数の回折素子、および少なくとも一つのリフレクター素子が走査プレート内に統合されているので、ビームスプリット素子における分割と計測光束との重ね合わせの間でリファレンス光束がもっぱら走査プレート内を伝播するということが意図され得る。
【００１９】
更にその際、測定リフレクターが、回折素子およびリフレクター素子を有することが可能である。
【００２０】
ここで有利には、少なくとも三つの互いに対称に配置された計測光束が、少なくとも一つの測定リフレクターの方向へと伝播する。
【００２１】
更に、唯一の光源が、少なくとも第一および第二の基準の走査の為に使用されるということが可能である。
【００２２】
発明に係る光学的位置測定装置の一つの実施形では、第一の移動方向が第一の延在方向に対して平行に向けられており、および第二の移動方向が第二の延在方向に対して平行に向けられているということが可能である。
【００２３】
発明に係る光学的位置測定装置の別の実施形では、少なくとも一つの分割素子を介して、部分光束の一部が、位置感応的な（独語ではｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｍｐｆｉｎｄｌｉｃｈ）光学的検出素子へと偏向可能であり、そしてこれに入射する部分光束の衝突箇所の検出を介して、少なくとも一つの移動方向を中心とした回転の際の対象の位置が特定可能である。
【００２４】
ここで、ということも意図され得る。第一の移動方向が台地位の延在方向に対して４５°の角度を取り、そして第二の移動方向が第二の延在方向に対して４５°の角度を取る。
【００２５】
発明に係る措置によって、今や、少なくとも二つの空間的自由度中における対象の位置の計測が可能である。その際、このために必要な光学的調査（触診）は、唯一の方向からのみ行われる。これによって、対象の唯一の面が、必要な光学的調査（触診）のためにアクセス可能である必要がある。よって、適当な対象が、例えば２またはそれ以上の自由度中で位置決め可能なテーブルとして機械中に形成されるとき、更なる拡張された構造的可能性が生ずる。
【００２６】
上で協議した干渉計の解決策と比較して、発明に係る光学的位置測定装置中では、重くまた製造費用のかかる偏向ミラーを対称に配置することが省略される。少なくとも二つの基準を、適当に形成された分割部（独語ではＴｅｉｌｕｎｇ）または格子とともにそこに配置することが十分である。これが、例えば直線的分割部（Ｌｉｎｅａｒｔｅｉｌｕｎｇｅｎ）として適当な形式で、平坦・平行なプレート内に統合されるとき、これは簡単かつ安価に製造されることが可能であり、更にこれによって可動の対象の重量をわずかしか増加させない。
【００２７】
発明に係る措置を介して、基準の他に対象には、光学的な機能上重要なコンポーネントとして一つの走査プレートのみが意図されるという、本質的に二部品式のシステムが生じる。検出装置への干渉を行う重ね合わされた部分光束の供給の為に、および光の供給のために、光ファイバーが使用されることが可能である。これによって光源および検出装置の配置を空間的に基準および走査プレートから離れて行うことが可能となる。
【００２８】
特に、すべての光学的に重要な素子を走査プレート内に統合することは、非常にコンパクトなシステムの実現を可能とする。ここで、特に有利な実施形で、格子構造に基づいた（独語ではｇｉｔｔｅｒｂａｓｉｅｒｔ）光学的位置測定装置の組合せから成り、および一又は複数の干渉位置測定装置から成る全システムを構築することが可能である。
【００２９】
計測要求に応じて、適当に検討された発明に係る光学的位置測定装置が、対象の６までの全ての空間的自由度に対して直接、計測技術的に要求される正確性のもと検出されることが可能である。基本的に、複数の移動方向に沿った組み合わされた計測の必要性は無くなる。
【００３０】
場合によっては極めて正確な位置計測が、各適用範囲において６つの空間的自由度全てについて必要ではないとき、発明に係る検討に基づいて、簡単に構築された光学的位置測定装置が実現されることが可能である。
【００３１】
本発明のさらなる詳細およびメリットは、図と関連した以下に続く実施例の記載に基づき説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】発明に係る光学的位置測定装置の第一の実施例の簡略化して表された斜視部分図
【図２ａ】光源とリトロリフレクター素子の間の発明に係る光学的位置測定装置の第一の実施例の部分走査光経路の簡略図
【図２ｂ】リトロリフレクター素子と検出装置の間の発明に係る光学的位置測定装置の第一の実施例の部分走査光経路の簡略図
【図２ｃ】発明に係る光学的位置測定装置の第一の実施例における第一の移動方向に沿った対象の移動の計測の為の走査光経路の図
【図３ａ】光源とリトロリフレクター素子の間の発明に係る光学的位置測定装置の第一の実施例の別の走査光経路の簡略図
【図３ｂ】リトロリフレクター素子と検出装置の間の発明に係る光学的位置測定装置の第一の実施例の別の部分走査光経路の簡略図
【図３ｃ】発明に係る光学的位置測定装置の第一の実施例における第二の移動方向に沿った対象の移動の計測の為の走査光経路の図
【図４】発明に係る光学的位置測定装置の第一の実施例の、対象に配置された基準の上面図
【図５】発明に係る光学的位置測定装置の第一の実施例の走査プレートの、対象の方を向いたの面の上面図
【図６】発明に係る光学的位置測定装置の第二の実施例の簡略斜視図
【図７ａ】第二の実施例において追加的に設けられた干渉計・光経路の説明の為の図
【図７ｂ】第二の実施例において追加的に設けられた干渉計・光経路の説明の為の図
【図７ｃ】第二の実施例において追加的に設けられた干渉計・光経路の説明の為の図
【図８】走査プレートの測定リフレクターの方を向いた側の面と、追加的な干渉計・光経路の為に設けられた素子の上面図
【図９】走査プレートの測定リフレクターと反対を向いた側の面と、追加的な干渉計・光経路の為に設けられた素子の上面図
【図１０】干渉計・光経路中で使用される測定リフレクターの、走査プレートの方を向いた側の面の上面図
【図１１】発明に係る光学的位置測定装置の第三の実施例の簡略斜視図
【図１２】発明に係る光学的位置測定装置の第三の実施例の走査プレートの、基準の方を向いた側の面の上面図
【図１３】発明に係る光学的位置測定装置の第三の実施例の部分・走査光経路の簡略図
【図１４ａ】発明に係る光学的位置測定装置の第三の実施例による、回転的移動自由度の計測の説明の為の図
【図１４ｂ】発明に係る光学的位置測定装置の第三の実施例による、回転的移動自由度の計測の説明の為の図
【図１４ｃ】発明に係る光学的位置測定装置の第三の実施例による、回転的移動自由度の計測の説明の為の図
【図１４ｄ】発明に係る光学的位置測定装置の第三の実施例による、回転的移動自由度の計測の説明の為の図
【図１４ｅ】発明に係る光学的位置測定装置の第三の実施例による、回転的移動自由度の計測の説明の為の図
【図１５】発明に係る光学的位置測定装置の第三の実施例の別のバリエーションの簡略図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１−５に基づき、以下に発明に係る光学的位置測定装置の第一の実施例を説明する。これは、複数の空間的自由度中の対象１０の位置の計測を可能とする。図１は、極めて簡略化された位置測定装置の斜視部分図を示す。図２ａ−２ｃおよび３ａ−３ｃは、其々、各部分走査光経路を、図４は対象１０に配置された基準の上面図を、そして図５は走査プレート２０の一方の面の上面図を示す。
【００３４】
発明に係る光学的位置測定装置の第一の実施例を用いて、三つの空間的自由度中に可動に配置された対象１０の位置計測が可能である。ここで、対象１０の第一の移動方向ｘに沿っておよび第二の移動方向ｚに沿っての対象１０の一次の移動の計測であり、対象１０の第三の移動方向ｙを中心とした回転移動の計測である。大正１０の第一および第二の移動方向ｘおよびｚは、現された実施例においては、図１から見て取れるように互いに直角に向けられており、両移動方向ｘ、ｚに直角に、対象１０の第三の移動方向ｙが向けられている。
【００３５】
この場合では、簡略化して表された半導体製造装置のテーブルが可動な対象１０として機能する。図示されていない駆動装置によって、このテーブルは複数の空間的自由度中を、静的機械要素、例えば図で示されているツール１１に対して位置決めされることが可能である。本発明に係る光学的位置測定装置を介して、テーブルの空間的位置に関する位置信号が発生され、そして図示されていない更なる処理の為、特に駆動の作動の為の制御ユニットによって、提供される。
【００３６】
発明に係る光学的位置測定装置は、図４から分かるように、対象１０に配置された二つの基準１２，１３を含んでいる。両方の基準１２，１３は、表されている例においては、反射格子（独語でいうところのＲｅｆｌｅｘｉｏｎｓｇｉｔｔｅｒ）、例えば、反射移送格子（独語でいうところのＲｅｆｌｅｘｉｏｎｓ−Ｐｈａｓｅｎｇｉｔｔｅｒ）または反射振幅格子（独語でいうところのＲｅｆｌｅｘｉｏｎｓ−Ａｍｐｌｉｔｕｄｅｎｇｉｔｔｅｒ）として形成されており、其々、第一の延在方向ｅ１に沿ってまたは第二の延在方向ｅ２に沿って周期的に配置された分割領域１２．１、１２．２または１３．１、１３．２から成る。分割領域１２．１、１２．２または１３．１、１３．２は、これに入射する光束に関して、其々異なる反射特性を有している。両方の基準１２，１３の延在方向ｅ１およびｅ２は、この実施例においては、互いに直角に向けられており、特に、第一の延在方向ｅ１は、第一の移動方向ｘに対して平行に向けられ、および第二の延在方向ｅ２は、第二の移動方向ｚに対して平行である。
【００３７】
その上、本発明に係る光学的位置測定装置は、ガラスからなる走査プレート２０を含んでおり、この走査プレート中に複数のリトロリフレクター素子２１，２２，２３が統合されている。表された実施例においては、全体として三つのリトロリフレクター素子２１−２３が設けられている。第一のリトロリフレクター素子２１は、第一の基準１２の第一の延在方向ｅ１に対して平行に延在しており、第二のリトロリフレクター素子２２は第二の基準１３の第二の延在方向ｅ２に対して平行に延在している。その上、この場合、第三のリトロリフレクター素子２３が走査プレート２０内に統合さており、この走査プレートが、第二のリトロリフレクター素子２２のように、走査プレート２０内で第二の延在方向ｅ２に対して平行に延在している。異なるリトロリフレクター素子２１，２２，２３を介して其々、部分光束の逆反射（独語でいうところのＲｕｅｃｋｒｅｆｌｅｘｉｏｎ）が行われる。これら部分光束は、第一および第二の基準１２，１３からこれに、各基準１２，１３の方向へと戻って入射する。詳細の走査光経路に関しては、以下に続く図２ａ−２ｃおよび３ａ−３ｃの説明が参照される。
【００３８】
発明に係る光学的位置測定装置は、更に、一つの光源および一つの検出装置を備えている。しかし、これらは図１の簡略的表現中では、個々の基準と同様図示されていない。ここでは検出装置を介して、重ね合わされた部分光束から、第一および第二の移動方向ｘ、ｚに沿っての対象の移動に関する位置信号が少なくとも発生可能である。
【００３９】
図２ａ−２ｃに基づき、発明に係る光学的位置測定装置の表された第一の実施例中の走査光経路が説明される。これを介して、第一の移動方向ｘに沿った対象の移動の、移動に依存する位置信号が発生可能である。このため、光源２４から放出された光束は、まず光ファイバー２５（独語でいうＬｉｃｈｔｗｅｌｌｅｎｌｅｉｔｅｒ）内に進入する。ここでは光源２４としては、例えば半導体レーザー、ガスレーザー、外部キャビティレーザー、ファイバーレーザー等のような種々のレーザーが考慮される。光ファイバー２５の退出側の端部には、コリメーション光学系（独語でいうところのＫｏｌｌｉｍａｔｉｏｎｓｏｐｔｉｋ）が後接続されており、これを介して光束がコリメートされる（独語でいうところのｋｏｌｌｉｍｉｅｒｅｎ）。この光束は、光ファイバー２５を去る。コリメートされた光束は、引き続いて、走査プレート２０の光学的に効力を有さない領域を通過する。これは例えば孔または透明な領域である。そして、第一の衝突箇所Ａ１において一度、対象１０における第一の基準１２へと達する。第一の基準１２においては、図２ａから分かる通り、ｘｙ平面内で入射する光束の二つの部分光束への分割が行われる。これらは、この平面内で走査プレート２０の方へと戻って反射される。
【００４０】
走査プレート２０の面では、その内部に統合された第一のリトロリフレクター素子２１を介して、部分光束が、第一の基準１２上の第二の衝突箇所Ａ２の方へと戻って反射される。図２ｃまたは図４に従い、第二の衝突箇所Ａ２がｚ方向に沿って第一の衝突箇所Ａ１に対して間隔を空けて配置されている。
【００４１】
第一のリトロリフレクター素子２１は、走査プレート２０内で、他のリトロリフレクター素子２２、２３も同様に、回折リトロリフレクター素子として形成されており、および複数の回折素子３０．１−３０．４および少なくとも一つのリフレクター素子３１を含む。ここで回折素子３０．１−３０．４は、走査プレート２０の第一の面に配置されており、この面は、第一の基準１２の方に向けられている。この実施例においては、回折素子３０．１−３０．４は、曲げられた格子線を有する局部的に制限された透過回折格子として形成されている。第一の延在方向ｅ１に対して平行に延在する、長方形形状のリフレクター素子３１は、走査プレート２０の反対側の第二の面上に配置されており、その際、その長方形形状の面は回折素子３０．１−３０．４の方に向けられている。
【００４２】
第一の基準１２の第一の衝突箇所Ａ１から入射する部分光束は、図２から分かる通り、走査プレート２０内で、まず、第一のリトロリフレクター素子２１の第一および第二の回折素子３０．１、３０．２を通過する。その際これらは、相応して形状決定された格子を介して、一方で第二の延在経路ｅ２に沿った偏向を受け、そして他方で第一の延在方向ｅ１に沿ったリフレクター素子３１への集束を受ける。このような回折素子３０．１、３０．２の光学的効果については、およそ図２中の走査光経路の図もまた参照される。リフレクター素子３１では、部分光束が戻り反射され、そしてその後、図２ｂから分かるように、走査プレート２０の第一の面上の第三および第四の回折素子３０．３、３０．４を通過する。第三および第四の回折素子３０．３，３０．４を介して、通過した部分光束は其々コリメートされ、そして第一の基準１２上の第二の衝突箇所Ａ２の方へと偏向される。第二の衝突箇所Ａ２では、分割された両方の部分光束が再び一つにされ、そして第一の基準１２での反射の後、重ね合わされて走査プレート２０の方へと伝播する。走査プレート２０内では、重ね合わされた部分光束が、光学的に効果を有さない領域、例えば適切に一度られた孔又は透明な領域を通過し、そしてその後、分割格子２７へと至る。そこでは三空間方向での分割が行われる。表されたバリエーションに対する代替として、分割格子２７が、転じて、走査プレート２０の第二の面内にも統合されることが可能である。三空間方向には、各偏光フィルター２８．１−２８．３およびレンズ２９．１−２９．３が配置される。レンズ２９．１−２９．３を介して、重ね合わされた部分光束対は、光ファイバー３２．１−３２．３３内へと進入し、および検出装置の検出素子３３．１−３３．３に供給される。第一の移動方向んい沿った基準１２または対象１０および走査プレート２０の間の相対移動の場合、検出素子３３．１−３３．３によって、相移動的な位置信号が検出可能であり、この信号は公知の方法で制御ユニットにより処理される。それゆえ、可動な対象１０、つまり可動テーブルにおける第一の基準１２が、相応する機械内に配置され、走査プレート２０は反対に静的な機械要素に配置される。
【００４３】
発明に係る光学的位置測定装置の表された実施例は、その上、第二の移動方向ｚに沿った対象の移動の計測を可能とする。図３ａ―３ｃには、付随する走査光経路が表されている。これを介して、第二の移動方向ｚに沿った対象の移動に関する位置信号が発生可能である。これは、第一の移動方向ｘに沿った対象の移動の計測の為の前述した走査光経路に、本質的に相当し、ただしｙ方向を中心にこれに対して９０°回転して向けられている。
【００４４】
既に上述した走査光経路の為に使用される光源２４は、第二の基準１３の走査の為にも使用され、そしてこれから放出される光束は別の光ファイバー４５内へと進入する。この実施例においては、よって、唯一の光源が第一および第二の基準１２，１３の走査の為に使用される。光源２４から様々な操作光経路へと提供される光束の分配の為に必要なビームスプリッターは、図３ａには示されておらず、この為、例えば、キューブビームスプリッター、ビームスプリッタープレート、ファイバースプリッター、格子等といった公知のビームスプリッターが考慮されるに至る。光ファイバー４５の退出側の端部には、再び、コリメーション光学系４６が後接続されており、これを介して光ファイバー４５を去る光束がコリメートされる。コリメートされた光束は、引き続いて、走査プレート２０の一つの別の光学的に効果を有さない領域を通過し、そして第一の衝突箇所Ｂ１において一度、第二の基準１３に達する。第二の基準１３では、図３ａに従い、第二の基準１３の分割領域１３．１，１３．２の方向づけに基づいて、ｙｚ平面内で、入射する光束の二つの部分光束への分割が行われる。これら部分光束は、其の後この平面内を走査プレート２０の方へ戻って反射される。この走査光経路の分割平面は、第二の基準の分割領域１３．１、１３．２の方向づけに基づいて、および第二の基準の延在方向ｅ２に基づいて、それゆえに、図２ａ−２ｃの走査光経路の分割平面に直角に起立している。
【００４５】
走査プレート２０の面には、これに統合された第二のリトロリフレクター素子２２を介して部分光束が第二の基準１２上の第二の衝突箇所Ｂ２の方へと戻って反射される。これは、図３ｃまたは図４に従いｘ方向に沿って第一の衝突箇所Ｂ１に間隔を空けている。走査プレート２０内の第二のリトロリフレクター素子２２は、同様に、回折リトロリフレクター素子（独語でいうｄｉｆｆｒａｋｔｉｖｅｓ  Ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｋｔｏｒｅｌｅｍｅｎｔ）として形成されており、および複数の回折素子５０．１−５０．４と少なくとも一つのリフレクター素子５１を含む。回折素子（独語でいうｄｉｆｆｒａｋｔｉｖｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔｅ）５０．１−５０．４は、再び、走査プレート２０の第一の面上に配置されており、および、曲げられた格子線を有する局所的に制限された透過回折格子として形成されている。今、第二の延在方向ｅ２に対して平行に延在する長方形形状のリフレクター素子５１は、走査プレート２０の反対側の第二の面上に配置されている。
【００４６】
第二の基準１３の第一の衝突箇所Ｂ１から入射する部分光束は、図３ａから分かるように、走査プレート２０内でまず、第二のリトロリフレクター素子２２の第一および第二の回折素子５０．１、５０．２を通過する。ここでこれらは、一方で偏向を受け、他方でリフレクター素子５１への集束を受ける。この為に、図３ｃの走査光経路の図が参照される。リフレクター素子５１では、部分光束が戻って反射され、そしてその後図３ｂに表されているように、走査プレート２０の第一の面上の第三および第四の回折素子５０．３、５０．４を通過する。第三および第四の回折素子５０．３、５０．４を介して、通過した部分光束は其々コリメートされ、そして第二の基準１３上の第二の衝突箇所Ｂ２の方へと偏向される。第二の衝突箇所Ｂ２では、両方の分割された部分光束が再び一つにされ、そして、反射の後、重ね合わされて走査プレート２０の方へと伝播する。走査プレート２０内では、重ね合わされた部分光束は、光学的に効果を有さない更なる別の領域を通過し、そしてその後、別の分割格子４７へと至る。そこでは三つの空間方向での分割が行われる。三つの空間方向には、上述したように各偏向フィルター４８．１−４８．３とレンズ４９．１−４９．３が配置されている。レンズ４９．１−４９．３を介して、重ね合わされた部分光束対は、光ファイバー５２．１−５２．３へと進入し、離れて配置された検出装置の検出素子５３．１−５３．３に供給される。検出素子５３．１−５３．３によって、第二の基準１３と走査プレート２０の間の第二の移動方向ｚに沿っての相対移動の場合、相移動的な（独語でいうとｐｈａｓｅｎｖｅｒｓｃｈｏｂｅｎｅ）位置信号が検出可能であり、これら位置信号は、後接続された制御ユニットによって処理される。
【００４７】
したがって、両方の記載した走査光経路を介して、発明に係る光学的位置測定装置によって、対象の位置が、第一の移動方向ｘに沿っておよび第二の移動方向ｚに沿ってのスライドの場合に極めて正確に特定されることが可能である。よって、基本的にすでに、対象１０の二つの空間的自由度１０が計測技術上検出可能である。
【００４８】
発明に係る位置測定装置の表された第一の実施例においては、更にもう一つの別の第二の操作経路が、第二の移動方向ｚに沿った移動の計測の為に設けられる。このため、走査プレート２０内には、第三のリトロリフレクター素子２３が統合されている。その際、第三のリトロリフレクター素子２３は、第二のリトロリフレクター素子２２のように、第二の延在方向ｅ２に対して平行に延在し、この第二の延在方向は、本実施例においては、第二の移動方向ｚと一致する。第三のリトロリフレクター素子２３を介して、第二の基準１３からこれに入射する部分光束は、第二の基準の方への逆反射を受ける。第三のリトロリフレクター素子２３は、第一および第二のリトロリフレクター素子２１，２２の両方のように、複数の回折素子６０．１−６０．４と少なくとも一つのリフレクター素子を有する回折リトロリフレクター素子として形成されている。第二の移動方向ｚに沿った対象の移動の計測の為の第二の走査光経路は、原理的に、図３ａ−３ｃに基づいて上述した走査光経路に相当する。よって、再度同じ詳細の説明をすることは省略する。図５には、走査プレート２０の第一の面上の第三のリトロリフレクター素子２３の回折素子６０．１−６０．４が示されている。図４からは、第二の基準１３上の付随する走査光経路の部分光束の第一および第二の衝突箇所Ｂ１´，Ｂ２´が見て取れる。
【００４９】
第二の移動方向ｚに沿った移動の計測の為の両方の走査光経路の位置信号の計算を介して、公知の方法により、対象１０の第三の移動方向ｙを中心として場合によっては起こり得る回転移動が特定されることが可能である。このようにして、対象１０の三つの空間的自由度が計測技術的に検出可能である。可動な対象１０の三つの全ての自由度の計測の為に意図される光学的調査（触診）は、ここでは、唯一の方向から行われる。この方向は、対象１０の第三の移動方向ｙと一致する。
【００５０】
上述の説明から分かるように、発明に係る位置測定装置の光学的機能上の重要な構成要素は、走査プレート２０内に統合されることができ、特に光学的走査の為に必要なリトロリフレクター素子２１，２２，２３が統合される。上述した第一の実施例において、基準１２，１３の方を向いた走査プレート２０の第一の面には、様々な回折素子３０．１−３０．４、５０．１−５０．４、６０．１−６０．４が、適切に形成された透過回折格子の形式で配置されており、これに、対向した第二の面には、各付随するリフレクター素子３１，５１が配置される。
【００５１】
図５は、設けられる三つのリトロリフレクター素子２１，２２，２３の様々な回折素子３０．１-３０．４，５０．１-５０．４，６０．１-６０．４を有する使用される走査プレート２０の第一の面の上面図を示す。上述した両方の走査光経路からの第一及び第二のリトロリフレクター素子２１，２２の回折素子３０．１−３０．４と５０．１−５０．４の他に、更に四つの回折素子６０．１−６０．４が見て取れる。これらは、第三のリトロリフレクター素子２３に属し、このリトロリフレクター素子２３も同様に第二の移動方向ｚに沿った位置計測の為に設けられている。第三のリトロリフレクター素子２３の四つの回折素子６０．１−６０．４は、ここでは第二のリトロリフレクター素子２２の四つの回折素子５０．１−５０．４と同一に形成されており、この中で図５に従うｘｚ平面はｘ方向にのみずらされて配置されている。
【００５２】
内部に統合された各走査の光学的機能構成要素を有する走査プレート２０のモノリス構造に基づいて、よって、発明に係る光学的位置計測装置の組付けの際のお手間のかかる個々の光学径コンポーネントの調整が省略される。対象１０の面には、直線的な基準１２，１３が配置されることのみが必要である。可動な対象１０の空間的自由度の計測は、図から分かるように、個々の方向の光学的調査（触診）によって行われる。
【００５３】
発明に係る位置測定装置の第一の実施形は、当然変更され、および各計測要求および計測現状に適合されることが可能である。
【００５４】
図４に示された対象１０における基準１２，１３の配置に代えて、第一の基準１２を二つの同一に形成された部分基準であって、同じ向きの分割領域を有する部分基準に分配し、これら両方の部分基準を対称において第二の基準１３の上方または下方に配置することも可能である。このような配置の場合、対象１０の三つの移動自由度の計測の為の全三つの光学的調査（触診）の衝突箇所Ａ１，Ａ２またはＢ１，Ｂ２またはＢ１‘，Ｂ２‘の重心は、第一の移動方向ｘに対して平行な線上にある。よって有効な計測点もまたこの線上にあり、簡単な変換規則（独語でいうＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｖｏｒｓｃｈｒｉｆｔ）がアプリケーションに合う座標系内に存在する。更に、個々の基準のこのような配置は、鏡面対象性を有する。このことはシステムのドリフトおよびトーション感度（独語ではＤｒｉｆｔ  ｕｎｄ  Ｔｏｒｓｉｏｎｓｅｍｐｆｉｎｄｌｉｃｈｋｅｉｔ）に関して有利である。
【００５５】
上述した実施例では、各一の光束の供給は、離れて配置された光源から走査プレートへと光ファイバーを介して意図されていたのに対して、使用される光源は、もちろん走査プレートに直接隣接して配置されることも可能であり、つまりその場合光ファイバーはもはや必要とされない。これに類似して、検出素子が走査プレートに対して直接隣接して位置して配置されるとき、検出側の光ファイバーが省略されることも可能である。さらに、光束の供給が光源から光ファイバーを介して行われ、検出素子が走査プレートの直接隣接して配置されるというバリエーションや、逆に光源も直接走査プレートに隣接して位置決めされ、および検出側の光束が光ファイバーを通じて検出素子に供給されるというバリエーションも可能である。
【００５６】
可動な対象の三つの自由度が計測技術上検出可能である発明に係る光学的位置測定装置の記載した第一の実施例は、可動な対象の検出すべき空間的な自由度に関して多数の方法で変更が可能であり、同様に変更は、位置特定の正確性のもとより少ない要求で可能である。
【００５７】
例えば、二つの空間的な自由度の計測のみが必要であるとき、つまり例えば第一および第二の移動方向ｘおよびｚに沿った対象の直線的移動の計測技術的計測のみが必要であるとき、上述した第二の移動方向ｘに沿った対象の移動の計測の為の第二の走査は省略することが可能である。走査プレート２０内の第三のリトロリフレクター素子２３は、この場合もはや必要ない。
【００５８】
更に、追加的な措置を介して、対象の六つの空間的自由度全ての正確な計測を成し遂げることが可能である、つまり残された三つの移動自由度の検出を行うことが可能である。発明に係る光学的位置測定装置の対応する第二の実施例は、以下に図６、７ａ−７ｃおよび８−１０に基づき説明される。更に、位置計測が六つの空間的自由度中で可能であるというバリエーションがそういう趣旨で実現可能である。その際、個々の移動自由度は、より少ない正確性でもってのみ検出可能であり、このため第三の実施例が図１１−１５を使って説明される。発明に係る光学的位置測定装置のこれら全てのバリエーションは、ここでは、其々、個々の方向のみからの可動な対象の有利かつ必要な光学的調査（触診）を意図している。
【００５９】
図６には、再び極めて簡略化された、発明に係る光学的位置測定装置の第二の実施例の斜視部分図が示されている。使用される走査プレート１２０および対象１００に配置された基準１１２．１，１１２．２，１１３および測定リフレクター１１４．１，１１４．２が表されている。第一の移動方向ｘに沿ったおよび第二の移動方向ｚに沿った直線的な対象の移動の計測は、第三の移動方向ｙを中心とした回転移動の計測と同様に、第一の実施例と基本的に同一に行われる。走査プレート１２０内には、このために必要な三つのリトロリフレクター素子１２１，１２２，１２３が簡略的に示唆されている。対象１００の面には、二つの同一な部分基準１１２．１，１１２．２に分割された第一の基準および第二の基準１１３が配置されている。その際、第一および第二の部分基準１１２．１，１１２．２は第二の基準１１３の上方または下方に配置されている。明りょうさの理由から、図６では、異なる基準１１２．１，１１２．２，１１３の走査の為の付随する走査光経路は示されていない。
【００６０】
更に三つの自由度の計測の為に、つまり第三の移動方向ｙに沿った直線的な対象の移動と第一および第二の移動方向ｘ、ｚを中心とした対象１００の回転移動の計測の為に、追加的に三つの簡略的に示された干渉計・計測アームＭｙ１，Ｍｙ２，Ｍｙ３が設けられ、これらを介して対象１００が同じ方向から光学的に調査（触診）され、他の三つの自由度の計測の為にもまた同様である。付随する三つの干渉計軸は、箇所１４０．１，１４０．２および１４０．３を貫通し、対象１００における測定リフレクター１１４．１，１１４．２へと当たる。これらはｘｚ平面内で部分基準１１２．１，１１２．２の上方および下方に配置されている。干渉計・光経路の更なる詳細は、図６には図示されていない。適した干渉計の可能な実施形に関しては、以下の図７ａ―７ｃおよび８−１０の説明を参照されたい。
【００６１】
三つの干渉計・計測アームＭｙ１，Ｍｙ２，Ｍｙ３を介して、更に追加的に三つの異なる空間的自由度の計測技術上の計測が可能である。例えば第一の干渉計・計測アームＭｙ１の計測より、第三の移動方向７に沿った対象の移動が特定されることが可能である。各二つの干渉計・計測アームＭｙ２，Ｍｙ３の適切な組合せからは、公知の方法で、対象１００の第一の移動方向ｘを中心とした回転移動と第二の移動方向ｚを中心として回転移動が可能であり、このため例えば冒頭に記載した特許文献が参照される。
【００６２】
ここで、図６においてわかるように対象に配置された少なくとも三つの計測光束が、少なくとも一つの測定リフレクター１１４．１，１１４．２の方へ伝播し、または少なくとも三つの対象に配置された干渉計・計測アームＭｙ１，Ｍｙ２，Ｍｙ３が設けられるとき、有利であると証明された。図示された実施例において、三つの干渉計・計測アームＭｙ１、Ｍｙ２，Ｍｙ３の点対称な配置が存在するのに対し、例えば四つの干渉計・計測はーむの場合、対照的な配置は図示されるように実現可能であり、四つの干渉計・計測アームは、断面において正方形を定義する等々。
【００６３】
図７ａ−７ｃおよび８−１０に基づき以下に、図６に従う位置測定装置内に統合されるそのような干渉計・計測アームＭｙ１がどのように形成されることが可能であるか説明する。これに類似して、両方の更なる干渉計・計測アームＭｙ２，Ｍｙ３等が形成されることも可能である。
【００６４】
ここで図７ａは、ｘｙ平面内の干渉計・光経路を、図７ｂはｙｚ平面内の干渉計・計測アーム内の光経路を、そして図７ちゃｙｚ平面内の干渉計・リファレンスアーム内の光経路を示す。干渉計・計測アームＭｙ１を形成するための種々の光学的な機能上重要な素子の配置が、図８−１０から見て取れる。ここで、図８は走査プレート１２０の第一の面上のこの関係で重要な部品の上面図、図９は、走査プレート１２０の反対側の第二の面の上面図、および図１０は干渉計・計測アームＭｙ１上に付勢される測定リフレクター１１４．１の部分の上面図を示す。
【００６５】
光源１５０から発生する光束は、ビームスプリット素子１５１へと当たり、これを介して入射光束の計測光束Ｍおよびリファレンス光束Ｒへの分割が行われる。この実施例においては、別体の光源１５０が干渉計・計測アームに対して設けられており、このようにして適切に最適化された光源が干渉計・位置測定のためおよび格子に基づく位置測定の為に選択されることが可能である。基本的に、しかし代替として、共通の光源を、使用される異なる光学的位置測定原理に使用することもまた可能である。
【００６６】
計測光束およびリファレンス光束Ｍ，Ｒは、分割の後、干渉計・計測アームＭｙ１内で又は干渉計・リファレンスアーム内で伝播する。図７ａには、計測光束Ｍが実線であらわされ、リファレンス光束Ｒが破線であらわされている。
【００６７】
ビームスプリット素子１５１として、現された実施例では透過回折格子が機能する。この透過回折格子は、走査プレート１２０の第二の面に配置されており、この走査プレートは光源１５０に付設されている。図９から分かるように、この透過回折格子の分割領域の長手軸は、第二の移動方向ｚに対して平行に向けられている。この透過回折格子の延在方向は、第一の延在方向にへ郁夫に向けられている。ｘｙ平面内で行われた分割および偏向の後、計測光束は走査プレート１２０の第一の面の方へ伝播し、そこで透過回折格子の形式の第一の偏向素子（ドイツ語でいうＵｍｌｅｎｋｅｌｅｍｅｎｔ）１２３．１を通過し、そこからｙ方向に平行に向けられ、そして対象１００に配置された測定リフレクター１１４．１の方へ一度伝播する。測定リフレクター１１４．１は、この実施例においては、回折測定リフレクターとして形成されており、および回折素子１１５を有し、透過回折格子として形成され、およびリフレクター素子１１６を有する。回折素子１１５とリフレクター素子１１６は、図７ａからわかるようにガラスプレート１１７の前面および背面に配置されている。ガラスプレート１１７の前面は、ここでは走査プレート１２０の方に向けられている。
【００６８】
図７ａに従い、回折素子１１５の通過の際、これに直角に入射する計測光束Ｍはｘｙ平面内で偏向されおよびリフレクター１１６の方へと伝播する。そこでは回折素子１１５の方へのｘｙ平面内での逆反射が行われる。回折素子１１５の第二に通過と、さらに再度行われたｘｙ平面内での偏向の後、計測光束Ｍはｘ方向において入射する計測光束Ｍに対してオフセットされた走査プレート１２０の方へと戻って伝播する。そこで、計測光束Ｍは、リトロリフレクター素子に当たる。このリトロリフレクター素子は、同様に回折リトロリフレクター素子として形成されており、二つの回折素子１２１．１，１２１．２を走査プレート１２０の第一の面上に有し、およびリフレクター素子１２２を走査プレート１２０の第二の面上に有する。回折素子１２１．１，１２１．２は、再び、曲げられた格子線を有する局所的に制限された透過回折格子として形成されている。これは例えば図８から見て取れる。リフレクター素子１２２は、平らなリフレクターとして機能し、その反射する面は走査プレート１２０の第一の面の方に向けられている。計測光束Ｍは、先ず、計測光・リトロリフレクター素子の第一の回折素子１２１．１に当たり、これを介して図７ｂに従いｙｚ平面内での偏向が、走査プレート１２０の第二の面に配置されたリフレクター素子１２２の方へと下に向かって行われる。リフレクター素子１２２から走査プレート１２０の第一の面の方への逆反射の後、計測光束Ｍは、計測光・リトロリフレクター素子の第二の回折素子１２１．２を通過し、その上、再び偏向されるので、測定リフレクター１１４．１の方へ二度伝播する。ここで計測光束は今度はｚ方向へ下に向かってオフセットされて第三の移動方向ｙに平行に測定リフレクター１１４．１に向かって伝播する。これは図７ｂから見て取れる。測定リフレクター１１４．１では、計測光束Ｍは再び回折素子１１５を通過し、そこからリフレクター素子１１６の方へ偏向され、そこから回折素子１１５の方へと戻り反射され、そしてこれを通過する際に再び偏向されるので、第三の移動方向ｙに平行に、しかし入射する計測光束と反対にｘ方向でオフセットされて、走査プレート１２０の方へと戻って伝播する。走査プレート１２０の第一の面では、計測光束Ｍが、再び透過回折格子として形成されている偏向素子１２３．２に当たり、そしてこれからｘｙ平面内で走査プレート１２０の第二の面上の箇所Ｗの方に偏向される。そこではリファレンス光束Ｒが統一格子（独語ではＶｅｒｅｉｎｉｇｕｎｇｓｇｉｔｔｅｒ）１６１において再び統一される。統一格子１６１は、図９から分かるように、走査プレート１２０の第二の面に統合されて形成されている。
【００６９】
干渉計・リファレンスアーム内のリファレンス光束Ｒの詳細の光経路は、図７ａおよび７ｃにも度ついて以下に説明される。ビームスプリット素子１５１における分割およびその際生じるｘｙ平面内での偏向の後、リファレンス光束Ｒｈａ，リトロリフレクター素子の方へと伝播する。リトロリフレクター素子も、回折的に形成されており、そして二つの回折素子１２４．１、１２４．２を走査プレート１２０の第一の面上に有し、そして一つのリフレクター素子１２５を走査プレートの第二の面上に有する。しかし今、回折素子１２４．１，１２４．２として、反射格子が機能する。その光学的に有効な面または反射する面は、走査プレート１２０の第二の面の方に向けられている。リフレクター素子１２５として、回折リトロリフレクター素子内においてと同様に平坦なリフレクター（独語ではｅｉｎ  ｐｌａｎｅｒ  Ｒｅｆｌｅｋｔｏｒ）が使用され、その反射する面は、走査プレート１２０の第一の面の方に向けられている。
【００７０】
リファレンス光束Ｒは、まずリファレンス光・リトロリフレクター素子の第一の回折格子１２４．１に当たり、そしてそこからリフレクター素子１２５の方へと反射される、または偏向される。リフレクター素子から、リファレンス光束Ｒが第二の回折素子１２４．２の方へ反射され、そしてそこから統一格子１６１における箇所Ｗの方へと反射されそして偏向される。
【００７１】
表された実施例においては、よってリファレンス光束Ｒは分割素子１５１における分割と、もっぱら走査プレート１２０内における箇所Ｗでの計測光束Ｍとの再統一または重ね合わせの間、伝播する。
【００７２】
再統一された計測光束およびリファレンス光束Ｍ，Ｒｈａ，引き続いて図７ｂおよび７ｃないでは単に簡略的にのみしめされた干渉計・検出装置１６０に至る。これを経て、公知の方法により、重ね合わされた計測およびリファレンス光束Ｍ，Ｒから、第三の移動方向ｙに沿った対象の移動に関する位置信号が発生される。
【００７３】
上述した光経路に類似して干渉計・計測アーム内では、光経路が、発明に係る光学的位置測定装置の第二の実施例の両方の更なる干渉計・計測アームＭｙ２，Ｍｙ３内を推移する。
【００７４】
発明に係る光学的位置測定装置の第二の実施例もまた、本発明の枠内で変形可能である。
【００７５】
例えば、計測光束およびリファレンス光束に対して代替的な光経路案内が意図され得る。その際、ビームスプリット素子を走査プレートの統合された構成要素として形成するのではなく、そこから空間的に分離されたビームスプリット素子を使用することも可能である。このビームスプリット素子は、機械的に堅固に走査プレートに連結されている。この場合、従来式の平面鏡干渉計（独語ではＰｌａｎｓｐｉｅｇｅｌｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）が使用されることが可能である。これは測定リフレクターとして平面鏡を有している。
【００７６】
その上、３より多くの干渉計・計測アームが意図されることも可能である。これらは走査プレートを通って対象における測定リフレクターの方へ案内される。その様な追加的な干渉計・計測アームは、例えば装置のセルフキャリブレーションの為に使用されることが可能である。
【００７７】
発明に係る光学的位置測定装置の上述した第二の実施例は、六つの全ての空間的自由度中における対象の移動の正確な計測を可能とする。これは、三つの移動方向ｘ、ｚおよびｙに沿った対象の移動であり、および、三つの移動方向ｘ、ｚおよびｙを中心として対象の回転に関する回転的移動の自由度である。所定の適用（法）では、直線的自由度が正確に測定されるとき、もはや十分であるということが可能であり、回転的移動の自由度に関しては、時折、位置測定におけるより低い正確性が十分であることが可能である。発明に係る光学的位置測定装置の対応するバリエーションは、以下に第三の実施例として図１１−１４ｅに基づき説明される。第三の実施例の小変更されたバリエーションは、図１５に表されている。
【００７８】
図１１は、極めて簡略化された、発明に係る光学的位置測定装置の第三の実施形の斜視図を、図１２は、使用される走査プレート１１２０の第一の面の上面図を、図１３は部分・走査光経路を示す。図１４ａ―１４ｅは、種々の移動方向を中心とした対象の回転の場合における種々の走査光経路の図を示す。
【００７９】
図１１から分かるように、発明に係る光学的位置測定装置の第三の実施形の走査プレート１１２０内には、第一のリトロリフレクター素子１１２１およびこれに直角に第二のリトロリフレクター素子１１２２のみが統合されている。第一のリトロリフレクター素子１１２１は、第一の実施例に類似して、対象１０００における両方の部分・基準１１１２．１，１１１２．２の第一の延在方向ｅ１に平行に延在しており、その際、第一の延在方向ｅ１は、再び、第一の移動方向ｘに対して平行に向けられており、同様に第一の実施例に類似して、第二のリトロリフレクター素子１１２２は、第二の基準１１１３の第二の延在方向ｅ２に平行に延在しており、その際、第二の延在方向ｅ２は、再び、第二の移動方向ｚに平行に向けられている。第一および第二の移動方向ｘ、ｚに沿った直線的な対象の移動の計測は、第一の実施例と同じように行われる。付随する光学的な走査光経路の再度の説明は、よって省略される。図１１と図１２では、走査プレート１１２０に入射する、第一および第二の移動方向ｘ、ｚに沿った対象の移動の計測のための光束が、其々、ｘ＿ｉｎおよびｚ＿ｉｎで表されている。付随する走査光経路の部分光束の重ね合わされた対は、ｘ＿ｏｕｔおよびｚ＿ｏｕｔで表されている。第三の移動方向ｙに沿った直線的移動の計測の為に、前述した、第二の実施例のように、干渉計が設けられ、これから、走査プレート１１２０に入射する光束ｙ＿ｉｎのみが図１１では示されている。付随する光経路は第二の実施例において説明したように選択されることが可能である。
【００８０】
よって、場合によって対象１０００が直交する移動方向ｘ、ｚおよびｙを中心として回転した場合の三つの回転自由度の計測のみが残される。これら計測は、部分光束の光経路からの位置感応的な検出素子１１７３．１，１１７３．２への切り離しによって、再統一の後検出装置の方向に伝播する部分光束によって行われる。ここで図１３は、図３ｂに従う第一の実施例の部分光経路を示す。これは、第二の移動方向ｚに沿った対象の移動の計測の為に使用される。この光経路中では、走査プレート１１２０の第二の面と分割格子１１４７の間で、移動方向ｘ、ｚおよびｙを中心とした回転自由度の計測の為の部分光束の切り離しが行われる。このため、別の一つの分割格子の形式の分割素子１１７０が、重ね合わされた部分光束の光経路内に配置され、これが、ここに入射する光束の三つの空間方向への分割に作用する。０次の回折次数で偏向する通過部分光束は、第一の実施例におけるように、第二の移動方向ｚに沿った直線的な対象の移動の計測の為に使用される。このため、これは、上述したように後続する別の分割格子１１４６に当たり、そのでは三つの空間方向への分割が行われる。三つの空間方向においては、再び其々、偏向フィルター１１４８．１−１１４８．３とレンズ１１４９．１−１１４９．３が配置される。レンズ１１４９．１−１１４９．３を介して、重ね合わされた部分光束対が光ファイバー１１５２．１−１１５２．３内へと進入せしめられ、そして検出装置の、離れて配置された検出素子１１５３．１−１１５３．３に供給される。転出素子１１５３．１−１１５３．３によって、第二の移動方向ｚに沿った相対移動の場合に、上述したように、相移動的な位置信号が発生する。
【００８１】
分割措置１１７０において＋１次および−１次の回折次数へと回折された部分光束は、λ／４プレート１１７１．１，１１７１．２を介して、および偏光器１１７２．１，１１７２．２を介して、位置感応的な検出素子１１７３．１，１１７３．２へと向けられる。対象１０００の移動方向ｘ、ｚまたはｙを中心とした回転の場合、部分光束の衝突箇所は、定義された方式で位置感応的な検出素子１１７３．１、１１７３．２へと移動する。位置感応的な検出素子１１７３．１，１１７３．２へと分離された部分光束の衝突箇所の位置の検出を介して、対応する移動方向ｘ、ｚ、またはｙを中心とした各対象の回転は、計測技術的に検出される。位置感応的な検出素子１１７３．１，１１７３．２は、このため部分光束の衝突箇所を両横方向で別々に検出する必要がある。位置感応的な検出素子として１１７３．１，１１７３．２としていわゆるＰＳＤｓ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ：位置検出装置）しかしまたはクアドラントダイオード（独語ではＱｕａｄｒａｎｔｅｎｄｉｏｄｅｎ）が使用される。
【００８２】
図１４ａ−１４ｅに基づいて、回転的な自由度のこれら計測がもう一度詳細に説明される。ここで図１４ａは、第二の移動方向ｚに沿った移動の計測の為の走査光経路を図３ｃにおける図に類似して示し、しかしコンポーネントの一部を補足している。それらコンポーネントとは、種々の回転移動の計測の為に必要であり、ここでは分割素子１１７０、λ／４プレート１１７１．１、偏光器１１７２．１および位置感応的な検出素子１１７３．１である。図１４ａにおいては、対象または基準１１１３の傾斜していないノミナル位置が示されている一方で、図１４ｂおよび１４ｃの図では、対象または第二の基準１１１３が移動方向ｚ（図１４ｂ）を中心としてまたは第一の移動方向ｘ（図１４ｃ）を中心として傾いている各状態が示されている。図１４ｂおよび図１４ｃにおいて、各走査光経路は傾いていない状態が実線で表されており、破線では走査光経路が傾いた状態で表されている。図から分かるように、傾いていないノミナル位置においては、部分光束は、位置感応的な検出素子１１７３．１，１１７３．２に中央で入射する一方で、第二の移動方向ｚを中心とした傾きの場合には、位置感応的な検出素子１１７３．１、１１７３．２上での衝突箇所の移動が、第一の移動方向ｘにそって左または右（図１４ｂ）に生じ、第一の移動方向ｘを中心とした傾きの場合には、位置感応的な検出素子１１７３．１，１１７３．２上での衝突箇所の移動が、第二の移動方向ｚ（図１４ｃ）に沿って生じる。そのよう衝突箇所の移動が行われる各値を検出することにより、発明に係る位置測定装置のこの実施形において、各移動軸ｚまたはｘを中心とした傾斜の度合が、計測技術的に検出されることが可能である。
【００８３】
すでに上述したように、各位置感応的な検出素子１１７３．１，１１７３．２の前には、λ／４プレート１１７１．１，１１７１．２および偏光器１１７２．１，１１７２．２が配置されている。これらは、種々の部分光束によって通過される。これら素子によって、すでに干渉した部分光束から、重ね合わせの前の当所の部分光束が摘出され、これらはその後、付随する位置感応的な検出素子１１７３．１，１１７３．２に供給される。
【００８４】
最後に図１４ｂおよび１４ｅには、場合よにっては起こり得る、第三の移動方向ｙを中心とした対象の回転が計測技術上どのように、発明に係る位置測定装置のこの実施形によって検出可能であるかが示される。図１４ａが再びｘｚ平面内における走査光経路を傾いていない状態で示す一方で、図１４ｂには、第三の移動方向ｙを中心とした対象の回転が生じたとき、破線で表された形式で走査光経路が追加的にこの図中に示されている。図１４ｅから分かるように、この場合、両部分光束の反対のスライドが生じ、およびこれによって位置感応的な検出素子１１７３．１，１１７３．２上での衝突箇所のスライドが生じる。
【００８５】
再統一の後に位置感応的な検出素子１１７３．１，１１７３．２への切り離しを伴う示されたバリエーションの代わりに、部分光束から再統一の前に部分を位置感応的な検出措置へと切り離し、そして、対象の回転移動の場合の衝突箇所の生じる偏向から、これ（ら）を計測技術的に検出することもまた意図され得る。
【００８６】
発明に係る光学的位置測定装置の第三の実施形の別のバリエーションは、図１５に示されている。図から分かるように、走査プレート１１２０´内に再び互いに直角な二つのリトロリフレクター素子１１２１´、１１２２´が統合されて形成されており、しかし前述した実施例と反対に、第三の移動方向ｙを中心として４５°回転されて配置され、対象における二次元の基準１１１が走査され、これはいわゆるクロス回折格子として形成されている。クロス回折格子は、ここでは、唯一の基準１１１内に互いに直交するよう向けられた分割領域を有する第一の実施例の第一および第二の基準の重ね合わせと考えられることが可能で、その際、第一および第二の基準は同様に４５°だけ第三の移動方向ｙを中心として回転して配置されている。両方のリトロリフレクター素子１１２１´、１１２２´は、上述した実施例においてと同様に、多かれ少なかれ、両方の重ね合わされた第一および第二の基準の延在方向ｅ１，ｅ２に沿って延在しており、第一の移動方向ｘはしかし第一の延在方向ｅ１に対して４５°の角度を有しており、そして第二の移動方向ｚは第二の延在方向ｅ２に対して４５°の角度を有している。その上、このバリエーションは、発明に係る光学的位置測定装置の前述した第三の実施例に相当する。
【００８７】
このバリエーションにおいては、測定リフレクター上の別体式の格子レーン（独語でいうＧｉｔｔｅｒｓｐｕｒｅｎ）は意図される必要が無いので、測定リフレクターの測定領域は著しく大きくすることが可能である。このバリエーションでは、三つの従来式の平面鏡干渉計を、第三の移動方向ｙに沿った移動の高精度の特定の為、および、第一および第二の移動方向ｘおよびｚを中心とした対象の回転の高精度の特定の為に使用することもまた可能である。平面鏡干渉計の計測光は、同様に二次元の基準のクロス格子に当たり、およびこれから可能な限り偏向なしに反射されるべきであるので、平面鏡干渉計の為に他の波長を有する一つの別体の光源を使用することは有利である。平面光干渉計の計測光は、同様に、二次元の基準のクロス回折格子に当たり、そしてこれから出るだけ偏向なく反射されるべきであるので、平面鏡干渉計の為に別の波長を有する一つの別体の光源を使用することは有利である。
【００８８】
このバリエーションの特に有利なものとして、その上、第一または第二の移動方向ｘまたはｘに沿った各移動の際に、各移動方向に関する位置信号が生じ、このようにして常に信号補完（独語でいうＳｉｇｎａｌｋｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）が可能である。第一または第二の移動方向に沿った単なる移動の場合、前述したバリエーションにおいてと反対に、この移動方向にそった位置信号のみが発生し、つまり信号補完はこれについて不可能である。
【００８９】
発明に係る光学的位置測定装置の記載した実施例の他に、当然、本発明の枠内でさらなる実施可能性が存在する。
【００９０】
走査プレートが、（実施例において意図されていたように）必ずしも長方形形状に形成される必要があり、そしてリトロリフレクター素子のの外側の利用されない領域を有するということは如何なる場合も必須ではない。代替としてのバリエーションでは、走査プレートが断面において意図されるリトロリフレクター素子からのみ成ることが可能である等々。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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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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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１４ｄ】
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【図１４ｅ】
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【図１５】
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