DD269471A1

DD269471A1 - METHOD FOR CORRECTING A DIVISION

Info

Publication number: DD269471A1
Application number: DD31271188A
Authority: DD
Inventors: Josef Cichon
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1988-02-08
Publication date: 1989-06-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur einer Teilung, insbesondere bei der Herstellung von Rasterteilungen auf einem Teilungstraeger. Die Erfindung besteht darin, dass vor der fotolithografischen Strukturierung eines Teilungstraegers mittels eines Positionsmesssystems, welches mit einem Rechner verbunden ist, im lose aufgelegten Zustand des Teilungstraegers die Abweichungen der Teilungsebene von einer idealen Ebene ueber die gesamte Laenge der aufzubringenden Rasterteilung ermittelt werden. Aus den ermittelten Abweichungen werden Korrekturwerte errechnet, wobei in Abhaengigkeit von Betrag und Vorzeichen der Korrekturwerte eine Lagekorrektur des Teilungstraegers in seiner Laengsrichtung vor jeder fotolithografischen Belichtung vorgenommen wird. Fig. 3The invention relates to a method for correcting a division, in particular in the production of raster divisions on a Teilungsstraeger. The invention consists in determining the deviations of the graduation plane from an ideal plane over the entire length of the grid spacing to be applied before the photolithographic structuring of a graduation straightener by means of a position measuring system connected to a computer in the loose state of the graduation straightener. Correction values are calculated from the ascertained deviations, wherein, depending on the magnitude and sign of the correction values, a positional correction of the graduation straightener in its longitudinal direction is carried out before each photolithographic exposure. Fig. 3

Description

Title of the invention Method for correcting a division Field of application of the invention

Die Erfindung ist bei der Herstellung von Teilungen anwendbar« wie sie in Einrichtungen zum Messen und Einstellen von Längen oder Winkeln benötigt werden.The invention is applicable to the manufacture of pitches as needed in devices for measuring and adjusting lengths or angles.

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, zur Vermeidung von Teilungsfehlern und damit zur Vermeidung von Fehlern beim Messen und Einstellen von Längen, Teilungsträger zu verwenden, die konstruktiv so gestaltet sind, das sie genau, stabil,' insbesondere biegeunempfindlich sind« Um diesen Forderungen zu genügen, werden bei der Herstellung von Rasterteilungen Teilungsträger mit H-, U- oder X-Profil vorgesehen. Der Nachteil bei der Verwendung derartiger Teilungsträger besteht darin, daß sie in ihrer Herstellung zu teuer sind und damit für einfach aufgebaute inkremental Maßsysteme,' die in hohen Stückzahlen gefertigt werden sollen, weniger in Frage kommen«It is known, in order to avoid pitch errors and thus to avoid errors in measuring and adjusting lengths, to use graduation carriers, which are structurally designed so that they are accurate, stable, 'particularly resistant to bending.' To meet these requirements will be at the division of rungs division graduation carrier provided with H, U or X profile. The disadvantage of using such graduation carriers is that they are too expensive to manufacture and are therefore less suitable for simply constructed incremental measurement systems which are to be manufactured in large quantities.

Im Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, Teilungsträger aus Glas zu verwenden, die einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die Teilung auf der vom Abtastsystem entgegengesetzten Seite aufgebracht ist. Nachteilig hierbei ist, daß zur Abtastung einer derartigen Teilung ein optisch abbildendes System benötigt wird, welches konstruktiv aufwendig ist« Der Einsatz von Glasmaßstäben istIt is also known in the state of the art to use glass graduation carriers which have a trapezoidal cross-section, the graduation being applied on the side opposite the scanning system. The disadvantage here is that the scanning of such a division, an optical imaging system is required, which is structurally complex «The use of glass scales is

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deshalb aus Kostengründen in größeren Stückzahlen nioht zweckmäßig·therefore not cost-effective in large quantities nioht appropriate ·

Auf Grund der einfachen Herstellbarkeit ist es bekannt« ale Teilungsträger Metallbänder zu verwenden» die einen einfach gehaltenen Rechteckquerschnitt aufweisen« Zur Vermeidung von Teilungsfehlern ist es bekannt, die Biegeompfindlichkeit der Teilungsträger abzuschwächen„ Dazu werden die Teilungeträger möglichst dünn ausgelegt, so daß der Abstand der herzustellenden Teilung von der neutralen Faser gering bleibt; Desweiteren werden die Teilungsträger auf stabile ebene Auflageflächen aufgeepannt, um eine Durchbiegung zu vermeiden« Dies» Maßnahmen haben nur eine begrenzte Wirksamkeit« Auf Grund der Fertigungstoleranzen bei der Heretellung der Auflagefläche ist mit Restbiegefehlern zu rechnen« Die Teilungsträger selbst weisen nach ihrer Herstellung Eigenkrümmungen auf, die durch aufwendige Spannvorrichtungen während der Strukturierung einer Teilung verringert werden sollen« Nachteilig ist, daß durch die Einwirkung der Spannkräfte Biegefehler entstehen, die Teilungsfehler verureachen«Due to the ease of manufacture, it is known to use "ale Teilungsträger metal bands" which have a simply held rectangular cross section "To avoid pitch errors, it is known to mitigate the Biegeompfindlichkeit the graduation carrier" For this purpose, the pitch carriers are designed as thin as possible, so that the distance of the produced Pitch of the neutral fiber remains low; Furthermore, the graduation carriers are clamped on stable, flat support surfaces in order to avoid sagging. "These" measures have only limited effectiveness "Due to the manufacturing tolerances in the production of the bearing surface, residual bending errors are to be expected." The graduation carriers themselves have inherent curvatures after their production. which are to be reduced by complex clamping devices during the structuring of a division "The disadvantage is that bending errors occur due to the action of the clamping forces, which cause division errors."

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Teilungsgenauigkeit bei der Herstellung einer Teilung zu verbessern und den Herstellungsaufwand zu verringern«The aim of the invention is to improve the pitch accuracy in the production of a pitch and to reduce the production cost «

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Korrektur einer Maßstabteilung anzugeben, welches es ermöglicht, die durch Eigenkrümmungen des Teilungsträgars und durch Unebenheiten in der Teilungsträgerauflage hervorgerufenen Fehler zu verringern«The invention has for its object to provide a method for correcting a scale division, which makes it possible to reduce the self-curvatures of the Teilungsträgars and by unevenness in the Teilungsträgerauflage error caused «

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor der fotolithografiachen Strukturierung eines TeilungsträgereThe object is achieved in that prior to the photolithographic patterning of a division carriers

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mittele eines Poeitionsmeßeysteme,· welches mit einem Rechner verbunden ist, im loee aufgelegten Zur.tand dee Teilungeträgere die Abweichungen der Teilungsebene von einer idealen Ebene über die gesamte Länge der aufzubringenden Raeterteilung ermittelt werden« In einem weiteren Verfahreneschritt werden zu jeder zu strukturierenden Stelle des Teilungotraget *i aus den ermittelten Abweichungen Korrekturwerte errechnet» In einem letzten Verfahrensschritt wird in Abhängigkeit von Betrag und Vorzeichen der Korrekturwerte eine Lagekorrextur des Teilungsträgers in seiner Längsrichtung vor jeder fotolithografischen Belichtung vorgenommen· Es ist zweckmäßig« daß als Positionsmeßsystem zur E- mittlung der Abweichungen Einrichtungen zur automatischen Fokussierung dee optischen Systems "erwendet werden· Die Korrekturwerte AL(x) für Teilungsträger mit rechteckförmigen Querschnitt können nach der Beziehung.By means of a pointer measuring system, which is connected to a computer, the deviations of the graduation plane from an ideal plane over the entire length of the slice to be applied are determined in a given manner. In a further method step, each part of the graduation to be structured is queried * i calculated from the determined deviations correction values »In a last step, depending on the magnitude and sign of the correction values, a position correction of the graduation carrier in its longitudinal direction before each photolithographic exposure · It is expedient that as position measuring system for determining the deviations facilities for automatic focusing of the optical system ". The correction values AL (x) for graduation carriers of rectangular cross-section can be determined by the relationship.

gebildet werden, wobei D die Dicke des Teilungsträgers, Az die mit dem Poeitionsmeßsystem ermittelte Profiländerung in Abhängigkeit von der Schrittlänge 4x in Längsrichtung des Teilungsträgere an einer zu strukturierenden Stelle χ ist«where D is the thickness of the graduation carrier, Az is the profile change determined with the point-measuring system as a function of the step length 4x in the longitudinal direction of the graduation carrier at a location χ to be structured.

Au8führunq8beispiel

Das Verfahren soll an Hand der Zeic'.*»ung noch näher erläutert werden· Es zeigenThe method will be explained in more detail with reference to the drawing

Fig. 1: den Idealfall bei der Auflage eines Teilungsträgers auf eine Unterlage,1: the ideal case in the edition of a graduation carrier on a base,

Fig« 2: eine echematische Darstellung einer realen Auflage eines Teilungsträgers undFig. 2: an echematic representation of a real edition of a graduation carrier and

Fig· 3: eine echematische Darstellung einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrene·3 shows an echemical representation of a device for carrying out the method.

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Gemäß dem in Fig, 1 dargestellten Idealfall, wo ein Teilungeträger 1 auf einer Unterlage2 aufliegt, treten keine Biegefehler AL auf, da vorausgesetzt wird, daß der Teilungsträger 1 nicht verbogen ist und planparallele Auflage- und Teilungeflächen aufweist, und daß die Auflagefläche auf der Unterlage 2 eben gefertigt wurde.According to the ideal case shown in FIG. 1, where a dividing support 1 rests on a support 2, no bending errors AL occur, since it is assumed that the dividing support 1 is not bent and has plane-parallel bearing and dividing surfaces, and that the support surface lies on the support 2 was just made.

Gemäß Fig. 2 ist ein Teilungsträger 1 auf einer ebenen Unterlage 2 dargestellt, der Eigenkrümmungen aufweist, die in Richtung ζ stark überhöht gezeichnet sind·2, a graduation carrier 1 is shown on a flat surface 2, which has its own curvatures, which are marked in a greatly exaggerated manner in the direction ζ.

Ein solcher, durch Eigenkrümmungen verbogener Teilungsträger 1 muß im allgemeinen durch geeignete Halterungs- oder Fassungsmaßnahmen erst in die gewünschte gerade Lage gespannt werden, was immer mit entsprechenden Biegefehlern AL(x) verbunden ist· Da die Krümmungen des Teilungsträgers 1 dabei recht willkürlich sein können, scheint dies zunächst auch auf die daraus entstehenden Bic^fehler AL zuzutreffen. Genauere Überlegungen zeigen jedoch, daß die Biegefehler unter den nachfolgend genannten Bedingungen und der beschriebenen Verfahrensweise ermittelt und damit auch korrigiert werden können.Such bent by self-curvature graduation carrier 1 must be stretched in general by suitable mounting or mounting measures only in the desired straight position, which is always associated with corresponding bending errors AL (x) · Since the curvatures of the graduation carrier 1 can be quite arbitrary, At first this seems to apply to the resulting Bicl error AL. However, more detailed considerations show that the bending errors can be determined under the following conditions and the procedure described and thus also be corrected.

Wird ein entsprechend Figur 2 mit Eigenkrümmungen behafteter Teilungsträger 1 lose auf eine Fläche 2 aufgelegt, dann weist · dieser krumme Teilungsträger 1 in vertikaler Richtung entlang der x-Koordinate ein ganz bestimmtes Ebenheitsprofil z(x) auf, das nachfolgend als z-Profil bezeichnet wird. Dieses z-Profil ist für jeden Teilungsträger i anders. Und dieses z-Profil ist daher auch ganz charakteristisch für den Biegefehlerverlauf 4L(x), der sich ergibt/ wenn der lose aufgelegte Teilungsträger auf eine als ideal angenommene ebene Auflagefläche 2 gerade gedrückt werden würde.If a graduation carrier 1 with self-curvature is loosely placed onto a surface 2 in accordance with FIG. 2, then this curved graduation carrier 1 has a very specific flatness profile z (x) along the x-coordinate in the vertical direction, which is referred to below as the z-profile , This z-profile is different for each graduation carrier i. And this z-profile is therefore also quite characteristic of the bending error course 4L (x), which results / if the loosely placed graduation carrier would be pressed straight on a plane bearing surface 2 assumed to be ideal.

Wie aus der Theorie der Biegelinie bekannt ist,' errechnet eich der Biegefehler AL aus dem Produkt des Abstandes A der Teilung zur neutralen Faser 3 und dem Biegewinkel cL der neutnAs is known from the theory of the bending line, 'the bending error AL' is calculated from the product of the distance A of the pitch to the neutral fiber 3 and the bending angle cL of the neutral

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lan Faser gegenüber der Vorgleicheebene·lan fiber compared to the equalization plane ·

AL - A ,<*- (1) AL - A, <* - (1)

Bei einem Teilungeträger 1 mit einem Rechteckprofil entepricht der Abstand A der halben Teilungsträgerdicke D und ist demzufolge bekannt·In the case of a graduation carrier 1 with a rectangular profile, the distance A corresponds to half the graduation carrier thickness D and is accordingly known.

Das z-Profil wiederum entspricht unter der Voraussetzung, daß die Teilungströgerdickenechwankungen klein gegenüber den Beträgen des z-Profile bleiben, genau dem gesuchten Verlauf der neutralen Faser oc bzw« et (x), so daß die Gleichung (1) mit Gleichung (2) in die nachfolgende Gleichung (3) übergehtsThe z-profile in turn corresponds with the proviso that the Teilungströgerdickenechwankungen remain small compared to the amounts of such profiles, exactly the desired course of the neutral fiber oc or "et (x), so that the equation (1) with equation (2) in the following equation (3)

(3)(3)

ist hierbei die Profiländerung in Abhängigkeit von Schrittlänge ΔΧ in Richtung der x-Koordinate an der jeweiligen Stelle x.'Here, the profile change as a function of step length ΔΧ in the direction of the x-coordinate at the respective point x.

Die theoretisch als ideal vorausgesetzte, praktisch aber nicht, oder nur sehr schwer erreichbare ebene Auflagefläche wird im vorliegenden Fall dadurch realisiert, daß der gekrümmte Teilungsträger in nur wenigen Punkten, im Extremfall sogar in nur zwei Punkten aufliegt, so daß die Verbindungslinie dieser Auflagepunkte automatisch eine hinreichend gerade Ebene darstellt, ohne daß diese ideale Ebene tatsächlich vorhanden sein mußoThe theoretically ideal as assumed, practically but not, or only with great difficulty achievable planar bearing surface is realized in the present case that the curved graduation carrier rests in only a few points, in extreme cases even in only two points, so that the line connecting these support points automatically represents a sufficiently even plane without this ideal plane actually having to exist

Für die Bestimmung de? Biegefehlers ergibt eich somit das folgende Verfahren:For the determination de? Bending error thus results in the following procedure:

Der Teilungsträger 1 wird auf eine gegenüber dem z-ProVil hinreichend gerade Fläche 2 lose aufgelegt und das z-Hrofil bestimmt, do h. in Abhängigkeit von der Längskoordinate χ mitThe graduation carrier 1 is loosely placed on a relative to the z-ProVil sufficiently straight surface 2 and determines the z-profile, do h. depending on the longitudinal coordinate χ with

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ZCS ϊ?7 β ZCS ϊ? 7 β

einem Meßsystem 4 ausgemessen· Das Auemeeeen des z-Proflle sollte dabei vorzugsweise in äquidietanten Schritten Ax erfolgen, weil sich dadurch die Bestimmung des Biegewinkels et aus dem Quotienten Δζ/Δχ vereinfacht bzw· auf die Bestimmung der Az-Wertθ reduziert«The measurement of the z-profile should preferably take place in equidietary steps Ax, since this simplifies the determination of the bending angle aus from the quotient Δζ / Δχ or reduces it to the determination of the Δ--value «.

Mit der Bestimmung der Az-Werte und der Multiplikation mit D/2 liegt denn praktisch der gesuchte Biegefehlerverlauf AL(x) vor« Wird dieser Biegefehler mit negativem Vorzeichen versehen und während des Teilprozessee als Fehlerkorrektur eingegeben, dann ist der Teilungsträger 1 in seiner Anwendung in seine gerade Lage gedrückt, frei von den Biegefehlern, die sich sonst infolge der Teilungsträgereigenkrümmungen ergeben würden·With the determination of the Az values and the multiplication by D / 2, the desired bending error profile AL (x) is practically present. If this bending error is given a negative sign and entered as error correction during the subprocess, then the graduation carrier 1 is used in pressed its straight position, free from the bending errors that would otherwise result due to the Teilungsträgereigenkrümmungen ·

Für die z-Profilerfassung ist es hierbei vorteilhaft, die Teilmaschine 5 selbst zu nutzen, sofern diese, wie heute bereits vielfach üblich, mit einer automatischen Fokuesiereinrichtung ausgestattet ist₀ Diese Fokuseiereinrichtungen eind in der uage, auf Bruchteile eines Mikrometers genau auf die Teilungetrögeroberflache einzustellen, so daß damit das z-Profil erfaßt werden kann«For the z-profile detection, it is advantageous here to use the part of the machine 5 itself, provided that, as today is already often the case, equipped with an automatic Fokuesiereinrichtung ₀ This focus Eggs facilities eind in uage to set exactly to fractions of a micron to Teilungetrögeroberflache, so that it can capture the z-profile «

Da automatische Fokussiereinrichtungen nicht notwendigerweise auch als Wegmeßsystem ausgestaltet sein müssen, so wie es für die z-Profilerfassung aber notwendd τ ist ,· ist die Teilmaschine in den Fällen, wo das Wegmeßsystem fehlt,' durch ein entsprechendes Wegmeßsystem bekannter Bauart zu ergänzen«Since automatic focusing devices do not necessarily have to be configured as a displacement measuring system, as is necessary for the z-profile detection, the partial machine is in cases where the measuring system is missing to be 'supplemented by a corresponding measuring system of known design.'

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Claims

claims

Method for correcting a division, in particular in the production of raster graduations on a graduation carrier, in which the raster graduation is applied stepwise photolithographically on the graduation carrier by means of an optical system, wherein the graduation carrier is received on a fine table and by means of a positioning system includes a computer 'is brought into a defined position with respect to the image plane and focus of the optical system before each exposure of the photoresist located on the graduation carrier,

characterized,

that prior to the structuring of the graduation carrier by means of a position measuring system / which is also connected to the reohner, the deviations of the Teilungseber.n are determined from an ideal plane over the total length of the applied grid division in the loose state of Teilungseträgers

that with the help of the computer at each point to be structured correction values are calculated from the ascertained deviations,

and that, depending on the magnitude and sign of the correction values, a positional correction of the graduation carrier in its longitudinal direction is carried out before each exposure. "

2. The method of claim Iy
characterized,

that are used as Positionsmeßsyatem for determining the deviations means for automatically focusing the optical system ₀

3 _e method according to claim 1 or claim 1 and 2,

characterized,

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in that the correction values AL (x) for pitch carriers with a rectangular corner-shaped cross-section according to the relationship

where O is the thickness of the division carrier, Profil is the profile change determined with the position sensor in dependence on the step length Ax in the longitudinal direction of the graduation carrier at a location χ to be structured.

For this 1 sheet

Pud / Fr / 2i>. 01. 88

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