Codificador óptico para determinar la posición de dos piezas que son móviles una con relación a la otra en dos direcciones de movimiento.

Instalación de medición de la posición para la detección de la posición de dos objetos móviles uno con relación al otro, con

- una estructura de medición

(3, 30), que está conectada con uno de los dos objetos así como

- con al menos un sistema de exploración (20.1, 20.2, 20,3) para la exploración de la estructura de medición (3, 30), que está conectado con el otro de los dos objetos,

caracterizada porque

- el sistema de exploración (20.1, 20.2, 20.3) está configurado de tal forma que es posible, además, una determinación simultánea del valor de la posición a lo largo de al menos una dirección de desplazamiento lateral (X, Y) como también a lo largo de una dirección de desplazamiento vertical (Z) de los objetos y

- en la que sobre lados del sistema de exploración (20.1, 20.2, 20.3) para la determinación de la posición en dirección de desplazamiento lateral (X, Y) y en dirección de desplazamiento vertical (Z) están configuradas una primera y una segunda trayectorias de los rayos de exploración, en la que cada trayectoria de los rayos de exploración está configurada, respectivamente, por dos haces parciales de rayos que interfieren no en simetría de espejo, a partir de los cuales se puede generar en el lado de salida un grupo de señales desfasadas SA0º, SA120º, SA240º, SB0º, SB120º, SB240º), en la que los dos haces parciales de rayos de interferencia de cada trayectoria de los rayos de exploración se extienden asimétricamente con respecto a un plano (YZ) perpendicular a la dirección de desplazamiento lateral (Z).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E06018411.

Solicitante: DR. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: DR. JOHANNES-HEIDENHAIN-STRASSE 5 83301 TRAUNREUT ALEMANIA.

Inventor/es: HOLZAPFEL, WOLFGANG.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDAS NO ESPECIALMENTE ADAPTADAS A UNA VARIABLE... > Medios mecánicos para la transferencia de la magnitud... > G01D5/38 (mediante rejillas de difracción)

PDF original: ES-2525203_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Codificador óptico para determinar la posición de dos piezas que son móviles una con relación a la otra en dos direcciones de movimiento

La presente invención se refiere a una instalación de medición óptica de la posición.

En instalaciones de fabricación de semiconductores es necesario determinar la posición espacial de determinadas partes que son móviles, con precisión por medio de instalaciones de medición de la posición adecuadas. A través de las informaciones de la posición es posible entonces un control del ciclo asistido por ordenador en estas instalaciones. Así, por ejemplo, en apiladores de obleas hay que medir con mucha exactitud la posición de la máscara y de la oblea en todos los 6 grados de libertad (6DOF). Hasta ahora esta medición de la posición se ha realizado de una manera predominante a través de varios interferómetros de láser. En el futuro hay que partir de que los requerimientos de exactitud planteados a la medición de la posición se incrementarán adicionalmente a medida que se incrementa al mismo tiempo la velocidad de desplazamiento de las diferentes partes. Mientras que tal vez hasta ahora se habían planteado requerimientos de exactitud de algunos nm a velocidades de aproximadamente 1 m/s, en el futuro hay que partir de exactitudes subnanométricas a velocidades claramente más elevadas. Sin embargo, con tales requerimientos de exactitud tan altos, no se pueden utilizar interferómetros láser como instalaciones de medición de la posición, puesto que las oscilaciones del índice de refracción en el aire ambiental conducen también en el caso de duchas de aire óptimas a oscilaciones del valor de medición en la medición de la posición de algunos nm.

Por este motivo, ya se han propuesto instalaciones de medición de la posición alternativas en tales instalaciones. Así, por ejemplo, se conoce a partir del documento EP 1 019 669 B1 emplear instalaciones de medición óptica de la posición con las llamadas rejillas en cruz como estructura de medición bidimensional. Tales sistemas apenas son influenciados por eventuales oscilaciones del índice de refracción del aire y, por lo tanto, permiten mediciones bien reproducibles de la posición.

A partir de la exploración de rejillas en cruz se pueden registrar en tales sistemas, entre otros, los grados de libertad lateral X, Y, Rz (X: transición a lo largo del eje-X; Y: transición a lo largo del eje-Y; Rz: rotación alrededor del eje-Z); para registrar según la técnica de medición todos los seis ejes de libertad posibles, es decir, también los grados de libertad adicionales Z, Rx, Ry (Z: traslación a lo largo del eje-Z; Rx: rotación alrededor del eje-x; Ry: rotación alrededor del eje-y), es necesario adicionalmente, por lo tanto, una medición de la posición en dirección-z. En el documento EP 1 019 669 B1 se proponen con esta finalidad sensores de distancia adicionales, por ejemplo exploradores de medición capacitivos o por contacto. Tales sensores de distancia no son ya, sin embargo, suficientes para las exactitudes requeridas.

De manera alternativa, como sensores de distancia, que proporcionan la exactitud necesaria, se pueden emplear, dado el caso, también interferómetros. Sin embargo, éstos requieren de nuevo un sobregasto significativo con respecto a la carcasa, procesamiento de señales, corrección de las señales, etc. Así, por ejemplo, en este caso es difícil aplicar duchas de aire, que presentan un desarrollo laminar de la circulación paralelo o perpendicular a la rejilla en cruz. Tales duchas de aire serían, sin embargo, indispensables para una exactitud de medición suficiente del interferómetro en este lugar. Además, es problemático realizar la sincronización temporal exacta de los valores de medición de la posición a partir de la exploración de la rejilla en cruz y de la medición de la distancia interferométrica.

Por lo demás, se conocen instalaciones de medición de la posición, por medio de las cuales es posible también una determinación de la distancia de exploración entre dos rejillas en la trayectoria de los rayos de exploración. Por ejemplo, en este contexto se remite al documento EP 448 982 B1.

El cometido de la presente invención es indicar una instalación de medición de la posición, que permita medir con alta exactitud a distancia lo más corta posible al mismo tiempo al menos un grado de libertad lateral y un grado de libertad vertical de dos objetos móviles entre sí en un lugar de medición común con alta exactitud.

Este problema se soluciona de acuerdo con la invención por medio de una instalación de medición de la posición con las características de la reivindicación 1.

Las formas de realización ventajosas de la instalación de medición de la posición de acuerdo con la invención se deducen a partir de las medidas indicadas en las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con la invención, se propone una instalación de medición de la posición para la detección de la posición de dos objetos móviles relativamente entre sí con una estructura de medición, que está conectada con uno de los dos objetos así como con al menos un sistema de exploración para la exploración de la estructura de medición, que está conectada con el otro de los dos objetos. El sistema de exploración está configurado de tal forma que, además, es posible una determinación simultánea del valor de la posición a lo largo de al menos una dirección de

desplazamiento lateral como también a lo largo de una dirección de desplazamiento vertical de los objetos.

Con preferencia, sobre lados del sistema de exploración para la determinación de la posición en dirección de desplazamiento lateral y en dirección de desplazamiento vertical está configurada una primera y una segunda trayectoria de los rayos de exploración. En ésta se puede generar en cada caso a partir de dos haces parciales de rayos de interferencia en el lado de salida un grupo de señales desfasadas.

En una forma de realización ventajosa de la instalación de medición de la posición, los dos haces de rayos parciales de cada trayectoria de los rayos de exploración se extienden asimétricamente con respecto a un plano perpendicularmente a la dirección de desplazamiento lateral. Además, la segunda trayectoria de los rayos se extiende en simetría de espejo con respecto a la primera trayectoria de los rayos o bien con respecto a un plano perpendicularmente a la dirección de desplazamiento lateral y los dos haces parciales de rayos de cada trayectoria de rayos de exploración experimentan en la estructura de medición una refracción en diferentes órdenes de refracción.

Con preferencia, los dos haces parciales de rayos de cada trayectoria de rayos de exploración en la estructura de medición experimentan una refracción en + 1o o bien -1o orden de refracción.

En una forma de realización posible de la instalación de medición de la posición están previstos, además, unos medios de evaluación, para determinar a partir de las señales desfasadas interpoladas de ambos grupos unos valores primarios de la posición, a partir de los cuales se puede determinar un valor de la posición lateral y un valor

de la posición vertical.

Además, se pueden prever medios de compensación para compensar eventuales errores de interpolación de aquellos valores de la posición, a partir de los cuales se puede calcular un valor de la posición lateral y un valor de la

posición vertical.

En una forma de realización ventajosa, en la instalación de medición de la posición de acuerdo con la invención, en las trayectorias respectivas de los rayos de exploración están dispuestos unos medios ópticos para garantizar en cada caso longitudes de recorridos ópticos iguales para los... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.- Instalación de medición de la posición para la detección de la posición de dos objetos móviles uno con relación al otro, con

una estructura de medición (3, 30), que está conectada con uno de los dos objetos así como

con al menos un sistema de exploración (20.1, 20.2, 20,3) para la exploración de la estructura de medición (3, 30), que está conectado con el otro de los dos objetos,

caracterizada porque

el sistema de exploración (20.1, 20.2, 20.3) está configurado de tal forma que es posible, además, una determinación simultánea del valor de la posición a lo largo de al menos una dirección de desplazamiento lateral (X, Y) como también a lo largo de una dirección de desplazamiento vertical (Z) de los objetos y

en la que sobre lados del sistema de exploración (20.1, 20.2, 20.3) para la determinación de la posición en dirección de desplazamiento lateral (X, Y) y en dirección de desplazamiento vertical (Z) están configuradas una primera y una segunda trayectorias de los rayos de exploración, en la que cada trayectoria de los rayos de exploración está configurada, respectivamente, por dos haces parciales de rayos que interfieren no en simetría de espejo, a partir de los cuales se puede generar en el lado de salida un grupo de señales desfasadas SAo», SAi2o», SA240", Seo", Sbi20", SB24o»), en la que los dos haces parciales de rayos de interferencia de cada trayectoria de los rayos de exploración se extienden asimétricamente con respecto a un plano (YZ) perpendicular a la dirección de desplazamiento lateral (Z).

2.- Instalación de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque

la segunda trayectoria de los rayos se extiende en simetría de espejo a la primera trayectoria de los rayos con respecto a un plano (YZ) perpendicular a la dirección de desplazamiento lateral,

los dos haces parciales de rayos de cada trayectoria de los rayos de exploración experimentan en la estructura de medición (3, 30) una refracción en diferentes órdenes de difracción.

3.- Instalación de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque, además, están previstos medios de evaluación, para determinar a partir de señales desfasadas interpoladas de ambos grupos valores primarios de la posición, a partir de los cuales se puede calcular un valor de la posición lateral (X) y un valor de la posición vertical (Z).

4.- Instalación de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque, además, están previstos medios de compensación, para compensar eventuales errores de interpolación de los valores primarios de la posición, a partir de los cuales se puede calcular un valor de la posición lateral y un valor de la posición vertical.

5.- Instalación de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque en las trayectorias respectivas de los rayos de exploración están dispuestos medios ópticos, para garantizar en cada caso longitudes ópticas iguales del recorrido para los haces parciales de rayos de interferencia.

6.- Instalación de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque los dos haces parciales de rayos de cada trayectoria de rayos de exploración experimentan en la estructura de medición (3, 30) una refracción en +1° o bien -1o orden de refracción.

7.- Instalación de medición de la posición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la estructura de medición (3, 30) comprende una rejilla en cruz bidimensional y están previstos tres sistemas de exploración (20.1, 20.2, 20.3), que están en disposición no colineal entre sí, para detectar a partir de los valores de la posición enlazados de los tres sistemas de exploración (20.1,20.2, 20.3) el movimiento de los dos objetos en todos los seis grados de libertad espaciales.

8.- Instalación de medición de la posición de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada porque los dos objetos son componentes de una instalación de fabricación de semiconductores.