CS270989B1

CS270989B1 - Lattice measuring device

Info

Publication number: CS270989B1
Application number: CS881248A
Authority: CS
Inventors: Miroslav Rndr Csc Miler; Jiri Ing Csc Ctyroky
Original assignee: Miler Miroslav; Jiri Ing Csc Ctyroky
Priority date: 1988-02-26
Filing date: 1988-02-26
Publication date: 1990-08-14
Also published as: CS124888A1

Abstract

This concerns the issue of a precise measuring of the position in two coordinates and concerns the field of precise length measuring. The essence thereof rests in the fact that on a base board (1) a planary wave-guide layer (2) is situated with four binding grids (41,42,43,44) arranged in the corners of an imaginary quadrangle (10) inside or outside of which two planary grid dividers (51,52) are arranged on a layer (2) and two detectors (61,62) of optical radiation are attached to the polished side wall of the base board (1). Such detectors may also be arranged as elements of planary optics just on a wave-guide layer (2). Semi-conducting source (7) of coherent light may be placed at a polished sidewall of the board (1), and inside of the aforesaid imaginary quadrangle (10) at the wave-guide layer a binding grid (8) is arranged between which and coherent light source (8) may a planar grid collimation element (9) be arranged at the wave-guide layer (2).<IMAGE>

Description

Vynález se týká mřížkového odměřovacího zařízení, sestávajícího z koherentního osvětlovače, zkřížené optické difrakční mřížky a z interferometrického detektoru. Vynález řeší problém přesného odměřování polohy ve dvou souřadnicích a týká se oboru přesného délkového měření.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a grid metering device comprising a coherent illuminator, an optical diffraction grating and an interferometric detector. The invention solves the problem of accurate position measurement in two coordinates and relates to the field of precision length measurement.

Dosud známá mřížkové odměřovací zařízení obsahují interferometrický detektor, složený z diskrétních součástek, zejména zrcátek, polopropustných destiček a detektorů optického záření, které jsou vestavěny do nosného skeletu, ve kterém mohou být v jistých mezích nastaveny do nejvýhodnější polohy. Možnost následného přesného nastavení je potřebná z toho důvodu, že složitá prostorová struktura interferometrického detektoru nedovoluje vyrobit skelet s náležitou přesností. Koherentní osvětlovač je obvykle tvořen plynovým laserem. Dosavadní interferometrický detektor je složen ze dvou totožných interferometrických jednotek s rozložením součástek tak, že jejich středy leží v rovině symetrie, přičemž obě roviny jsou orientovány navzájem kolmo. Každá jednotka se skládá ze dvou zrcátek, polopropustné destičky a detektoru záření. Funkci každé z obou jednotek lze popsat následně.The prior art grid metering devices comprise an interferometric detector composed of discrete components, in particular mirrors, semipermeable plates and optical radiation detectors, which are embedded in a support skeleton in which they can be adjusted to the most advantageous position within certain limits. The possibility of subsequent accurate adjustment is needed because the complex spatial structure of the interferometric detector does not allow the skeleton to be manufactured with appropriate accuracy. The coherent illuminator is usually a gas laser. The prior art interferometric detector is composed of two identical interferometric units with the distribution of components so that their centers lie in the plane of symmetry, both planes being oriented perpendicular to each other. Each unit consists of two mirrors, a semi-transparent plate and a radiation detector. The function of each of the two units can be described as follows.

Na odměřovací mřížku se soustavou zkřížených vrypů dopadá úzký světelný svazek z koherentního osvětlovače. Na mřížkové soustavě svazek difraktuje do dvakrát dvou difrakční ch řádů, z nichž každá dvojice postupuje podél jedné z rovin symetrie. Každý svazek z dvojice se na příslušném zrcátku odráží tak, aby dopadal na stejné místo polopropustné destičky, která jeden svazek propustí a druhý odrazí. Polopropustné destička je natočena tak, aby se oba zvazky dostaly do jednoho kanálu, ve kterém potom dopadají na detektor záření. Při posouvání mřížkou v její rovině ve směru rovnoběžném s rovinou interferometrické jednotky vznikají interferencí mezi oběma svazky, interferenční maxima a minima v závislosti na poloze mřížky, přičemž pro elektrickou odezvu platí vztah I cos²(27Íχ/Λ ), kde A je perioda mřížky a x je odměřovaná vzdálenost, protože mřížka má zkřížené vrypy, lze odměřovat vzdálenosti v obou kolmých směrech.A narrow light beam from a coherent illuminator falls on the metering grid with a set of crossed scratches. On a lattice system, the beam diffracts into twice two diffraction orders, each pair advancing along one of the planes of symmetry. Each beam of the pair is reflected on the respective mirror so that it hits the same spot of a semipermeable plate that passes one beam and the other bounces. The semipermeable plate is rotated so that both bundles are in one channel, where they then impinge on the radiation detector. When moving the grating in its plane parallel to the plane of the interferometer units are formed by interference between two beams, interference maxima and minima, depending on the position of the grid, whereby the electrical response following relationship applies I cos ² (27Íχ / Λ) where A is the grating period ax is the measured distance because the grid has crossed notches, it is possible to measure distances in both perpendicular directions.

Nevýhodou tohoto řeěení je předevěím složitá prostorová struktura interferometrického detektoru, vyžadující při výrobě celou řadu rozličných úkonů, materiálů a mechanických a optických součástek. Výroba je dále silnou měrou závislá na odbornosti a zručnosti řemeslníků a pracovníků zajištujících nastavení celého zařízení. Z těchto důvodů je velmi obtížná nebo zcela vyloučená automatizace výroby, nebo dokonce jen snaha po zjednodušení výroby na základě stávající technologie.The disadvantage of this solution is, above all, the complex spatial structure of the interferometric detector, which requires a wide range of operations, materials and mechanical and optical components. Furthermore, production is heavily dependent on the expertise and craftsmanship of the craftsmen and the staff involved in setting up the entire equipment. For this reason, automation of production, or even an attempt to simplify production based on existing technology, is very difficult or eliminated.

Tyto nevýhody odstraňuje mřížkové odměřovací zařízení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že interferometrický detektor je vytvořen v plenárním optickém provedení tak, že na podkladní destičce je upravena planární vlnovodná vrstva se Čtyřmi vazebními mřížkami uspořádanými v rozích myšleného čtyřúhelníka. Dále jsou na vrstvě uvnitř nebo vně myšleného čtyřúhelníka upraveny dva planární mřížkové děliče а к vyleštěné boční stěně destičky jsou přiloženy dva detektory optického záření. Materiálem podkladní destičky může být také polovodič a detektory potom mohou být upraveny jako planární elementy přímo na destičce. Kromě toho může být koherentní zdroj záření přiložen к boční stěně destičky a na vlnovodné vrstvě upraven planární mřížkový kolimátor a vazební mřížkový element.These drawbacks are overcome by the grid metering device according to the invention, which is based on the fact that the interferometric detector is designed in a plenary optical design by providing a planar waveguide layer with four bonding grids arranged in the corners of the intended quadrilateral. In addition, two planar grid dividers are provided on the layer inside or outside the intended quadrilateral and two optical radiation detectors are attached to the polished side wall of the plate. The backing plate material may also be a semiconductor, and the detectors may then be provided as planar elements directly on the wafer. In addition, a coherent radiation source may be applied to the side wall of the plate and a planar grid collimator and a coupling grid element may be provided on the waveguide layer.

Výhoda zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že při výrobě je podstatně omezeno spektrum technologických úkonů a materiálů a sjednoceny optické součástky na bázi plenárních difrakčních struktur.The advantage of the device according to the invention lies in the fact that during production the spectrum of technological operations and materials is considerably reduced and optical components based on plenary diffractive structures are unified.

CS 270 989 BlCS 270 989 Bl

Kromě toho je zařízení plně integrováno v plenárním vidu a umožňuje náležitý etupeň automatizace výroby bez potřeby nastavování konečného provedení.In addition, the device is fully integrated in the plenary mode and allows for a proper stage of production automation without the need to adjust the final design.

Příklad provedení zařízení podle vynálezu je znázorněn na připojeném výkresu» který představuje schematický náčrtek zařízení.An exemplary embodiment of the device according to the invention is shown in the attached drawing, which is a schematic drawing of the device.

Na podkladní destičce χ je upravena plenární vlnovodná vrstva 2. se čtyřmi vazebními mřížkami 41« 42« 43« 44 uspořádanými v rozích myšleného čtverce 10_Λ Uvnitř myšleného čtverce 10 jsou upraveny dva planární mřížkové děliče 51« 52 а к vyleštěné boční stěnš planární vlnovodné vrstvy 2. jsou přiloženy dva detektory 61< 62 optického záření. Na planární vlnovodné vrstvě 2. uvnitř myšleného Čtverce 10 je upravena vyvažovači vazební mřížka 8 а к vyleštěné boční stěně planární vlnovodné vrstvy £ je připevněn polovodičový zdroj £ koherentního světla. Mezi polovodičovým zdrojem £ koherentního světla a vyvažovači vazební mřížkou 8 je upraven planární mřížkový kolimační element £. Nad podkladní destičkou χ je upravena zkřížená optická difrakční mřížka £.On the base plate χ is provided a plenary waveguide layer 2 with four bond gratings 41 «42 43 43 44 44 arranged at the corners of the imaginary square 10 _Λ Inside the imaginary square 10 are provided two planar grid dividers 51 52 52 а and a polished side wall of the planar waveguide layer 2. two optical radiation detectors 61 < 62 are provided. A balancing coupling grid 8 is provided on the planar waveguide layer 2 within the intended square 10 and a semiconductor light source 6 is fixed to the polished side wall of the planar waveguide layer. A planar grid collimation element 6 is provided between the semiconductor light source 8 and the balancing coupling grid 8. A crossed optical diffraction grating 6 is provided above the base plate χ.

Funkce zařízení podle vynálezu je tato. Světlo vyzařované polovodičovým zdrojem £ koherentního světla se naváže do planární vlnovodné vrstvy £ a šíří se v ní jako vlnovodný vid· V příčném směru se rozbíhavý světelný svazek kolimuje mřížkovým elementem £» takže га ním se Síří jako svazek 15 rovnoběžných paprsků. Tento svazek 15 rovnoběžných paprsků se vyvažuje do volného prostoru vazební mřížkou 8 a dopadá kolmo na plochu zkřížené optické difrakční mřížky £. Na této zkřížené optické difrakční mřížce 2 svazek 15 difraktuje a vytvoří po dvou svazcích 11 < 12 plus prvního řádu a po dvou svazcích 13« 14 minus prvního řádu. Dvojice svazků 11« 13 a 12« 14 plus a minus prvního řádu leží každá v rovině kolmé ke zkřížené optické difrakční mřížce £» přičemž obě roviny jsou také navzájem kolmé. Difraktované svazky 11« 13 а 12« 14 se vazebními mřížkami 41« 42 · 43« 44 navazují do planární vlnovodné vrstvy £ tak» aby se šířily směrek к plenárním mřížkovým děličům 51« 52« kde se ve dvojicích spojí do jednoho směru a dopadají na detektory 61< 62» které přijímají signál vzniklý interferencí mezi dvojicemi svazků 11« 13 a 12 < 11·The function of the device according to the invention is this. The light emitted by the coherent light semiconductor source 6 is bound to the planar waveguide layer 6 and propagated therein as a waveguide mode. This parallel beam 15 is balanced into the free space by the coupling grid 8 and impinges perpendicularly to the area of the crossed optical diffraction grid 6. On this crossed optical diffraction grating 2, the beam 15 diffractes and forms after two beams 11 < 12 plus first order and after two beams 13 ' 14 minus first order. The pairs of beams 11 «13 and 12 «14 plus and minus first order each lie in a plane perpendicular to the crossed optical diffraction grating 60, and both planes are also perpendicular to each other. Diffracted bundles 11 13 13 and 12 14 14 with bonding grids 41 42 42 43 43 44 44 are bonded to the planar waveguide layer tak so as to propagate the direction towards the plenary grating divider 51 52 52 kde where they join in pairs in one direction and impinge on detectors 61 <62 »that receive a signal due to interference between pairs of beams 11« 13 and 12 <11 ·

Zařízení podle vynálezu je možno s výhodou využít pro odměřování poloh stolků» například projekčních krokových kamer nebo elektronových litografických přístrojů mikroelektronické maskovací techniky» dále držáků obráběcích a jiných nástrojů v přesné strojírenské technice a podobně.The device according to the invention can be advantageously used for measuring the positions of the tables »for example projection step cameras or electron lithographic devices of microelectronic camouflage technique», for tool holders and other tools in precision engineering and the like.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A lattice metering device comprising a coherent illuminator, a cross-optical diffraction grating and an interferometric detector, characterized in that the interferometric detector is formed in a plenary optical design by providing a plenary waveguide layer (2) on the substrate plate (1). four bond gratings (41, 42, 43, 44) arranged in the corners of the imaginary quadrilateral (10) symmetrical to at least one axis of symmetry, and further provided with two plenary grid dividers (51, 52) and a polished side two optical radiation detectors (61, 62) are attached to the wall of the plenum waveguide layer (2) ·

2. The grid metering device according to claim 1, characterized in that the planar grid dividers (51, 52) are arranged inside the formed quadrilateral (10).

Grid metering device according to claim 1, characterized in that the plenary grid dividers (51, 52) are arranged outside the intended quadrilateral (10).

Grid metering device according to claim 1, characterized in that the optical radiation detectors (61, 62) are arranged as planar optic elements directly on the waveguide layer (2),

5. The metering device according to claim 1, characterized in that a semiconductor source of coherent light (7) is attached to the polished side wall of the planar waveguide layer (2) and is intersected at the intersection of the mating mating opposing gratings (41, 43; 42, 44). a balancing coupling grid (8) is provided on the waveguide layer (2).

6. The metering device according to claim 5, characterized in that a planar grid collimation element (9) is provided on the planar waveguide layer (2) between the coherent light semiconductor source (7) and the balancing coupling grid (8).