DD226642A1

DD226642A1 - Einrichtung zum kippfehlerfreien messen von verschiebungen eines koerpers

Info

Publication number: DD226642A1
Application number: DD24634882A
Authority: DD
Inventors: Franz Klapper; Hans-Juergen Furchert
Original assignee: Univ Schiller Jena
Priority date: 1982-12-22
Filing date: 1982-12-22
Publication date: 1985-08-28
Also published as: DD226642B1; DE3346095A1

Abstract

Die Einrichtung zum kippfehlerfreien Messen von Verschiebungen eines Koerpers ist geeignet zur Gewinnung eines Korrektursignals fuer die Rueckstellung von Kippfehlern. Ziel ist die Vervollkommnung der Messeinrichtung des Hauptpatentes. Die Aufgabe der Erfindung, bei zweidimensionalen Verschiebungen eines Koerpers auf einer Flaeche neben den Lagekoordinaten auch Signale fuer eine eventuell vorhandene Verdrehung des Koerpers in bezug auf ein vorhandenes Koordinatensystem zu gewinnen, wird mittels zweier lichtelektrischer Abtasteinheiten, deren Mittellinien senkrecht aufeinander stehen und einer elektronischen Auswerteeinheit erfindungsgemaess dadurch geloest, dass zur gleichzeitigen Gewinnung eines Korrektursignals fuer die Rueckstellung von zufaelligen Verdrehungen eine weitere Abtasteinheit in einer durch die gewuenschte Verdrehungserfassungsempfindlichkeit bestimmten Entfernung zu einer der beiden Abtasteinheiten parallel angeordnet ist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen von Verschiebungen eines Körpers mittels einer lichtelektrischen Abtasteinheit und einer elektronischen Auswerteeinheit. Sie ist insbesondere geeignet zur Gewinnung eines Korrektursignals für die Rückstellung der bei einer zu messenden Verschiebung des Körpers auf einer Fläche durch Verdrehen des Körpers um eine Flächennormale zwischen einem mit dem Körper fest verbundenen Kreuzrasters und einem raumfesten Koordinatensystem hervorgerufenen Kippfehler.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es wurde bereits eine Einrichtung zum Messen von Verschiebungen und Drehungen eines Körpers mittels einer lichtelektrischen Abtasteinheit und einer elektronischen Auswerteeinheit vorgeschlagen (DD 206424).

Diese Einrichtung enthält zur Vermeidung von Phasenfehlern Empfängerelemente, von denen die zu einer Phasenlage des Meßsignals gehörenden in jeweils zwei Gruppen zusammengefaßt sind, die weitestgehend symmetrisch zu einer den Gruppen aller Phasenlagen gemeinsamen Mittellinie der Empfängeranordnung liegen. Kennzeichnend für diese Einrichtung ist, daß zur Vermeidung von Amplitudenunterschieden zwischen den Signalen verschiedener Phasenlagen die Gruppen für jede Phasenlage möglichst gleiche geometrische Entfernungen von der Mittellinie aufweisen, was insbesondere durch Hinzufügen weiterer Gruppen für jede Phasenlage erreicht wird. Es gelingt mit dieser Einrichtung, phasen- und amplitudenkorrigierte Meßsignale zu erhalten, was für die unverfälschte Bestimmung der Meßgröße von Bedeutung ist. Die Einflüsse von Kippfehlern 1. und

2. Ordnung bleiben aber unberücksichtigt. Das gilt sowohl für eine Messung in einer Dimension, wie auch für eine Verschiebung in einem zweidimensionalen Koordinatensystem, wobei zwei lichtelektrische Abtasteinheiten vorgesehen sind, deren Mittellinien senkrecht aufeinander stehen.

Es ist weiterhin eine Vorrichtung zur Messung von Lageabweichungen bekannt (DE-OS 2543645, die insbesondere zur Ausrichtung von Halbleiterplättchen in bezug auf eine vorgegebene Sollposition angewendet werden soll.

Die Lage einer Kante im Objekt wird mit einer Photodiodenzeile kontrolliert. Um die gemessenen Lageabweichungen unmittelbar in kartesischen Koordinaten angeben zu können, wobei auch die Größe einer möglichen Winkelverdrehung gemessen werden kann, besteht die Vorrichtung aus zwei parallel und einer senkrecht dazu angeordneten Photodiodenzeile. Diese Vorrichtung ist nur zur sog. Kantenerkennung und deren Lagekorrektur geeignet, bei größeren Verschiebungen in einem kartesischen Koordinatensystem wäre der Aufwand für eine logische Zuordnung von-Lage und Meßsignal unvertretbar hoch.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Vervollkommnung einer Meßeinrichtung zur kippfehlerfreien Messung von Verdrehungen eines Körpers.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Messung der zweidimensionalen Verschiebung eines Körpers auf einer Fläche neben der Bestimmung der Lagekoordinaten auch Signale für die Rückstellung von Verdrehungen zur Vermeidung von Kippfehlern zu gewinnen.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer Einrichtung zum Messen von Verschiebungen eines Körpers auf einer Fläche mittels zweier lichtelektrischer Abtasteinheiten, deren Mittellinien senkrecht aufeinander stehen und einer elektronischen Auswerteeinheit erfindungsgemäß dadurch, daß zur gleichzeitigen Gewinnung eines Korrektursignals für die Rückstellung von zufälligen Verdrehungen zur Vermeidung von Kippfehlern eine weitere Abtasteinheit in einer durch die gewünschte Verdreherfassungsempfindlichkeit bestimmten Entfernung zu einer der beiden Abtasteinheiten parallel angeordnet ist. Die Abtasteinheiten sind vorzugsweise integriert auf einen Träger untergebracht und bilden gemeinsam eine Empfängeranordnung. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es möglich, die Messung von Verschiebungen eines Körpers entlang beliebiger Wege in einem zweidimensionalen Koordinatensystem bzw. eine Vermessung von Bildpunkten eines Objektes kippfehlerfrei durchzuführen.

Ausführungsbeispiel

Das Wesen der Erfindung soll an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Anordnung zur Ausmessung von Objekten bzw. von Bildern von Objekten, Fig.2 einen Schritt durch diese Anordnung und Fig.3 die lichtelektrische Empfängeranordnung.

Ein Objekt 1 befindet sich auf einer verschiebbaren Objektträgerplatte 5, die auf einem Objekttisch 6 bewegt werden kann. Starr verbunden mit dem Objekt 1 bzw. der Objektträgerplatte 5 ist in möglichst geringer Entfernung ein Kreuzraster 2, das von einer an dem Objekttisch 6 befestigten Empfängeranordnung 3 abgetastet wird.

Das Kreuzraster wird von einer Lichtquelle 7 beleuchtet, eine Verschiebung des Kreuzrasters gemeinsam mit der Objektträgerplatte 5 erzeugt in der Empfängeranordnung ein entsprechendes Signal. Die Objektpunkte, deren Lage auf dem Objekt 1 bestimmt werden soll, werden mit Hilfe eines Mikroskops, von dem nur das Objektiv 4 in der Zeichnung dargestellt ist, anvisiert und erscheinen in der Bildebene in einer bestimmten Position des Gesichtsfeldes. Dort können sie einem zweidimensionalen Koordinatensystem zugeordnet werden. Die Lage aller im Gesichtsfeld des Mikroskops liegenden Punkte des Objekts sind bestimmt, wenn die Verschiebung eines im Koordinatensystem der Bildebene liegenden Punktes, beispielsweise des Koordinatennullpunktes, gemessen wird.

Außerdem ist die erfindungsgemäße Einrichtung als Bestandteil eines inkremental geregelten Flächenantriebes geeignet, bei dem die Meß- und Korrektursignale des Meßsystems mit den vorgegebenen Führungssignalen über spezielle elektronische Zähler verglichen werden und die Differenz zur Lageregelung der Objektträgerplatte einem elektronischen digitalen oder nach Digital-Analog-Umsetzung einem analogen Regler, vorzugsweise mit PID-Charakteristikfür jede Koordinate und für die Korrektur der auftretenden Verdrehungen getrennt zugeführt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Empfängeranordnung 3 ist neben der Messung des Verschiebeweges in einem zweidimensionalen Koordinatensystem eine kleine Winkelverdrehung nachweisbar. Ist z. B. die lichtelektrische Abtasteinheit 8 zur Messung der x-Koordinate und die lichtelektrische Abtasteinheit 10 zur Messung der y-Koordinate vorgesehen, so ist es durch die Anordnung einer dritten lichtelektrischen Abtasteinheit 9 parallel zu der Abtasteinheit 8 möglich, eine Aussage über eine unbeabsichtigte Kippfehler verursachende Verdrehung zu gewinnen. Alle drei lichtelektrischen Abtasteinheiten sind vorzugsweise integriert auf einem Halbleiterchip untergebracht.

Bei Verdrehungen des Körpers und damit des Kreuzrasters treten an den Abtasteinheiten 8 und 9 verschiedene Wegpositionen auf dem Kreuzraster auf, deren Differenz eine Aussage über den Verdrehungswinkel liefert. Die Empfindlichkeit für die Bestimmung der Verdrehung ist dabei von dem gegenseitigen Abstand der beiden Abtasteinheiten 8 und 9 abhängig. Um die durch die Verdrehung verursachten Kippfehler bei der Bestimmung der Lageposition eines Objektpunktes nicht größer , als beispielsweise 0,1 μχη werden zu lassen, darf die Verdrehung der Objektträgerplatte 5 gegenüber dem Objekttisch 6 eine Größe von 0,5" nicht überschreiten. Das gilt, wenn der auszumessende Objektpunkt ca. 40 mm vom Mittelpunkt der Empfängeranordnung entfernt liegt.

Claims

-1- 246 348 1

Erfindungsansprüche:

1. Einrichtung zum Messen von Verschiebungen eines Körpers auf einer Fläche mittels zweier lichtelektronischer Abtasteinheiten deren Mittellinien senkrecht aufeinander stehen und einer elektronischen Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Gewinnung eines Korrektursignals für die Rückstellung von zufälligen Verdrehungen zur Vermeidung von Kippfehlern eine weitere Abtasteinheit in einer durch die gewünschte Verdreherfassungsempfindlichkeit bestimmten Entfernung zu einer der beiden Abtasteinheiten parallel angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtelektrischen Abtasteinheiten gemeinsam integriert auf einem Träger untergebracht sind.

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