DE10150099A1 - Verfahren zur Herstellung eines Maßstabes, sowie derart hergestellter Maßstab und eine Positionsmesseinrichtung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Maßstabes, sowie derart hergestellter Maßstab und eine Positionsmesseinrichtung

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Maßstabes in Form eines Phasengitters und den Maßstab selbst sowie eine Positionsmesseinrichtung mit diesem Maßstab, der zwei voneinander beabstandete Reflexionsschichten (2, 4) aufweist, die zu beiden Seiten einer Abstandsschicht (3) angeordnet sind. Die Herstellung des Maßstabes umfasst folgende Verfahrensschritte: DOLLAR A - zur Verfügung stellen einer ersten Reflexionsschicht (2) als eine ganzflächig durchgehende Schicht, die eine Beziehung A = R/eta >= 3 erfüllt, wobei R der Reflexionsgrad und eta der Rückstreukoeffizient für Elektronen ist, DOLLAR A - Aufbringen der Abstandsschicht (3) auf die erste Reflexionsschicht (2), DOLLAR A - Aufbringen der zweiten Reflexionsschicht (4) auf die Abstandsschicht (3), DOLLAR A - Strukturieren der zweiten Reflexionsschicht (4) durch einen Elektronenstrahllithografieprozess (Figur 1d).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Maßstabes in Form eines Auflicht-Phasengitters für eine lichtelektrische Positionsmesseinrichtung gemäß dem Anspruch 1 sowie einen Maßstab gemäß Anspruch 8 und eine Positionsmesseinrichtung gemäß Anspruch 15.
  • Ein Auflicht-Phasengitter dient bei einer lichtelektrischen Positionsmesseinrichtung zur Messung der Relativlage zweier zueinander beweglicher Objekte als Maßverkörperung. Das Auflicht-Phasengitter soll eine hohe Beugungseffizienz und damit verbunden einen möglichst hohen Reflexionsgrad der darin befindlichen Reflektorschichten aufweisen, damit in den entsprechenden Positionsmesseinrichtungen das Messsignal im Verhältnis zu den Rauschsignalen möglichst groß ist.
  • In der EP 0 160 784 A2 der Anmelderin ist ein Phasengitter beschrieben, das aus zwei beabstandeten Reflexionsschichten besteht, die zu beiden Seiten einer transparenten Abstandsschicht angeordnet sind, wobei wenigstens eine Reflexionsschicht als Amplitudengitter ausgebildet ist. In einem Ausführungsbeispiel ist dort eine Reflexionsschicht als durchgängige Schicht gezeigt. Als gängige Materialen für die Reflexionsschichten werden in der oben genannten Schrift Chrom und Gold vorgeschlagen.
  • Das Auflicht-Phasengitter gemäß der EP 0 742 455 A1 der Anmelderin offenbart als Material für die reflektierenden Schichten ebenfalls Chrom oder Gold. Darüber hinaus wird dort darauf hingewiesen, dass die Herstellung der entsprechenden Auflicht-Phasengitter auch mittels Elektronenstrahllithografie erfolgen kann.
  • Schließlich werden in der EP 773 458 A1 der Anmelderin in Verbindung mit den bekannten Fotolithografie-Methoden die Verwendung von Gold, Silber, Kupfer oder Aluminium als Materialen für die Reflexionsschichten erwähnt.
  • Aufgrund der fortwährend steigenden Anforderung an die Auflösung, beziehungsweise Messgenauigkeit solcher als Auflicht-Phasengitter ausgebildeten Maßstäbe ist es erforderlich geworden, die periodischen Teilungen oder Strukturen dieser Auflicht-Phasengitter weiter zu reduzieren. Durch Positionsmesseinrichtungen mit Auflicht-Phasengittern mit geeignet fein strukturierten Teilungen können in bestimmten technischen Bereichen sogar aufwändige Laserstrahl-Interferometer ersetzt werden.
  • Den Fotolithografie-Methoden bezüglich der Feinheit der herzustellenden Strukturen sind physikalische Grenzen gesetzt. Ursache hierfür sind Beugungseffekte während der Belichtung des Fotolackes.
  • Durch das Elektronenstrahllithografie-Verfahren werden diese unerwünschten Beugungseffekte bei der Herstellung solcher als Auflicht-Phasengitter ausgebildeten Maßstäbe zwar minimiert, es kann jedoch mit den gängigen Materialien für die Reflexionsschichten, etwa mit Gold, keine zufriedenstellend feine und scharfe Teilung hergestellt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Maßstabes in Form eines Auflicht-Phasengitters mit überaus feiner Teilung anzugeben, das gute optische Eigenschaften aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
  • Weiterhin soll ein Maßstab angegeben werden, dessen Eigenschaften und Merkmale im Anspruch 8 genannt sind.
  • Eine Positionsmesseinrichtung mit einem derartigen Maßstab ist im Anspruch 15 angegeben.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass nun auch Auflicht-Phasengitter erzeugt werden können, die eine überaus feine Teilung aufweisen, und gleichzeitig eine hohe Beugungseffizienz, beziehungsweise einen hohen Reflexionsgrad haben.
  • Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den abhängigen Ansprüchen.
  • Durch die Anwendung der Elektronenstrahllithografie bei der Herstellung der Auflicht-Phasengitter in Verbindung mit einer geeigneten Ausführung einer Bottom-Reflektor-Schicht, können die neuartigen hochauflösenden Auflicht- Phasengitter hergestellt werden. Ein wichtiger Punkt für die Herstellung der Auflicht-Phasengitter ist die Materialauswahl der Bottom-Reflektor-Schicht. Bisher wurde immer nur darauf geachtet, dass diese Materialen einen guten Reflexionsgrad haben und gegebenenfalls auch eine geeignete Härte und gute Haftungseigenschaften aufweisen.
  • Der Reflexionsgrad drückt das Verhältnis von reflektierter Lichtenergie zu der auf der Reflektionsschicht auftreffendem Lichtenergie aus. Der Reflexionsgrad kann also folglich maximal den Wert 1 beziehungsweise 100% erreichen. Er wird im folgenden bei einer Lichtwellenlänge aus dem Bereich zwischen 250 nm und 1600 nm, beispielsweise 670 nm angegeben. Der Einfallswinkel des Lichtes beträgt für die Bestimmung des Reflexionsgrades 0°, er ist also senkrecht beziehungsweise orthogonal zur Reflektorebene.
  • Wegen der oben genannten Anforderungen an die Reflektorschichten wurde bislang überwiegend Gold als Material für die Bottom-Reflektor-Schicht verwendet. Bei der Verwendung von Gold, aber auch Chrom, als Bottom-Reflektor-Schicht in Verbindung mit der Elektronenstrahllithographie stößt man aber an Grenzen bezüglich der Feinheit der herstellbaren Teilungen. Ursache hierfür sind zurückgestreute Elektronen, welche den Fotolack bei der Strukturierung von der Rückseite her belichten, so dass die Qualität der so hergestellten feinen Teilung nicht ausreichend ist. Unter anderem durch die Auswahl von Materialien mit geeigneten Rückstreukoeffizienten ist jedoch die Herstellung von Auflicht-Phasengittern mit Teilungen kleiner als 3 µm möglich.
  • Unter Rückstreukoeffizient ist das Verhältnis von rückgestreuten zu primären Elektronen zu verstehen, wenn die Elektronen auf einen Festkörper, in diesem Fall auf das herzustellende Auflicht-Phasengitter, treffen. Die Messung des Rückstreukoeffizienten einer Schicht aus einem bestimmten Material mit gegebener Dicke wird bei einem Einfallswinkel senkrecht zur Probenoberfläche vorgenommen, und zwar bei einer Beschleunigungsspannung von 20 kV. Die Elektronen werden vor deren Beschleunigung zum Beispiel durch Glühemission freigesetzt.
  • Für die Herstellung eines tauglichen Auflicht-Phasengitters mit einer sehr feinen Teilung muss also die Bottom-Reflektor-Schicht sowohl geeignete Reflexionseigenschaften im Betrieb der Positionsmesseinrichtung aufweisen, als auch einen niedrigen Rückstreukoeffizienten für die Herstellung mittels Elektronenstrahllithografie.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen Auflicht-Phasengitters und einer entsprechenden Positionsmesseinrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Figuren.
  • Es zeigen die
  • Fig. 1a bis 1d Verfahrensschritte anhand von Querschnitten durch ein Auflicht-Phasengitter gemäß der Erfindung,
  • Fig. 2 eine alternative Ausführungsform eines Auflicht-Phasengitters gemäß der Erfindung mit einer Schutzschicht,
  • Fig. 3 eine alternative Ausführungsform eines Auflicht-Phasengitters gemäß der Erfindung mit einer Zusatzschicht.
  • Fig. 4a und 4b je eine Front- und Seitenansicht der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung.
  • Gemäß der Fig. 1a wird auf ein Trägersubstrat 1 aus gealtetem Zerodur zunächst eine 100 nm dicke Bottom-Reflektor-Schicht 2 im Vakuum durch Sputtern aufgebracht. Die Bottom-Reflektor-Schicht 2 wird ganzflächig, das heißt ohne periodische Unterbrechungen im Bereich ihrer im Betrieb beleuchtbaren Fläche aufgetragen.
  • Das Material für das Trägersubstrat 1 ist so gewählt, dass es eine möglichst große Stabilität, sowohl gegenüber mechanischen, als auch thermischen Belastungen aufweist. Insbesondere eignet sich hierzu wie oben erwähnt gealtetes Zerodur, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient nahezu Null ist. Als alternative Trägersubstratmaterialien kommen aber auch Quarzglas, andere optische Gläser, Stahl, wie etwa Invar sowie Keramik oder Silizium in Betracht. Die Stabilität im Hinblick auf mögliche temperaturbedingte Volumen- oder Längenänderungen ist vor allem beim Einsatz des erfindungsgemäßen Auflicht-Phasengitters in Positionsmesseinrichtungen zur hochpräzisen Erfassung der Relativlage zweier Objekte von Bedeutung.
  • Als Material für die Bottom-Reflektor-Schicht 2 wird Aluminium verwendet, das mit 2% Chrom legiert ist, um dessen Schichthärte und Kratzbeständigkeit zu erhöhen. Die so ausgeführte Bottom-Reflektor-Schicht 2 weist einen Reflexionsgrad von 75% auf, bei einem Rückstreukoeffizienten von 8%. Demnach ergibt sich ein Verhältnis A von Reflexionsgrad R zu Rückstreukoeffizient η von 9,38.
  • Sodann wird, wie in Fig. 1b gezeigt, auf die Bottom-Reflektor-Schicht 2 eine 120 nm dicke Abstandsschicht 3 aufgetragen. Auch hier wird ein Sputter-Prozess angewendet. Im gezeigten Beispiel besteht die Abstandsschicht 3 aus SiO2. Entscheidend für die Materialauswahl ist unter anderem, dass die Abstandsschicht 3 im späteren Betrieb des Auflicht-Phasengitters im wesentlichen transparent für die einfallende Strahlung ist. Durch die geeignete Wahl der Dicke dA der Abstandsschicht 3 lässt sich definiert die gewünschte resultierende Phasenverschiebung der reflektierten Teilstrahlenbündel einstellen. Die Optimierung der Schichtdicke dA im Hinblick auf die jeweiligen Anforderungen erfolgt jeweils über geeignete numerische Verfahren.
  • Im darauffolgenden Schritt wird gemäß der Fig. 1c eine 35 nm dicke zweite Reflexionsschicht 4 aus Chrom mit Hilfe des Sputterverfahrens auf die Abstandsschicht 3 aufgetragen. Üblicherweise wird hier nicht reines Chrom verwendet, sondern Chrom mit eingelagertem Stickstoff um die Schichtspannung zu reduzieren. Alternativ hierzu können hier auch andere Materialen, wie etwa Nickel, Aluminium, Kupfer, Silber, etc. verwendet werden.
  • Gemäß Fig. 1d wird danach die Strukturierung der zweiten Reflexionsschicht 4 derart vorgenommen, dass eine periodische Teilung mit einem Teilungsmaß T von 2048 nm entsteht. Nachdem die Teilung aus gleich breiten Strichen und Lücken besteht, liegt also hier eine Strichbreite von jeweils 1024 nm vor. Für die Strukturierung wird der bekannte Elektronenstrahllithografieprozess durchgeführt, dabei wird eine Beschleunigungsspannung von 20 kV, in Verbindung mit einer Glühemission, angelegt. Durch das Aluminium mit seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit als Material für die Bottom-Reflektor-Schicht 2 werden Ladungen, die durch den Elektronenbeschuss in den Schichten entstehen aus dem Schichtaufbau gut abtransportiert. Dieser Effekt erweist sich als vorteilhaft für den Verlauf des Strukturierungsprozesses, weil sich im Schichtaufbau keine nennenswerten Ladungswolken aufbauen können. Dadurch kann die Strukturiergeschwindigeit sehr hoch gewählt werden und der Prozess führt letztlich auch zu einer scharfkantigen Strukturierung des Fotolackes.
  • Es zeigt sich, dass durch die Elektronenstrahllithografie in Kombination mit einer ausreichend dicken Bottom-Reflektor-Schicht 2, die im wesentlichen aus Aluminium besteht, die Herstellung von überaus guten Auflicht-Phasengitter-Maßstäben möglich ist. Die Qualität drückt sich sowohl in der Teilungsgüte, als auch im Reflexionsverhalten beziehungsweise der Beugungseffizienz des Maßstabes aus. Alternativ zu Aluminium können aber auch andere Materialien für die Bottom-Reflektor-Schicht 2 mit Erfolg im Elektronenstrahllithografieprozess eingesetzt werden. Insbesondere sind hier die Materialien Kupfer und Silber zu nennen, die bei geeigneter Schichtdicke als Bottom-Reflektor-Schicht 2 mit Erfolg einsetzbar sind. In der unten gezeigten Tabelle ist eine Auswahl solcher alternativen Materialien gezeigt. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass der Zahlenwert für das Verhältnis A mindestens 3 beträgt. Die in der Tabelle gezeigten Zahlenwerte wurden für eine Dicke der Bottom-Reflektor-Schicht 2 von 120 nm bei einer Beschleunigungsspannung von 20 kV und einer Lichtwellenlänge von 670 nm mit einem Einfallswinkel von jeweils 0° bestimmt.


  • Die in der oben gezeigten Tabelle als "geeignet" bezeichneten Materialien für die Bottom-Reflektor-Schicht 2 weisen überdies eine geringe Schmutzempfindlichkeit auf. Die Schmutzempfindlichkeit bezieht sich in diesem Zusammenhang auf Verunreinigungen, die durch Schmutzschichten, etwa durch Flüssigkeitsfilme auf den Maßstäben entstehen können. Durch den verbesserten Schichtaufbau ist auch in dieser Hinsicht eine Steigerung der Maßstabsqualität festzustellen.
  • In der Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens, beziehungsweise des erfindungsgemäßen Auflicht-Phasengitters gezeigt. Es wird hier eine transparente Schutzschicht 5 als eine sogenannte Sol-Gel-Schicht ausgeführt. Alternativ hierzu kann die Schutzschicht 5 auch eine Spin-On-Glas-Schicht sein. Die Schutzschicht 5 hat im Wesentlichen die Aufgabe, die zweite Reflexionsschicht 4 gegenüber äußeren Einwirkungen, zum Beispiel mechanischen oder chemischen Ursprungs, zu schützen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante ist in der Fig. 3 gezeigt. Hier wird auf das Trägersubstrat 1 durch Sputtern eine Zusatzschicht 6 aufgetragen, auf die danach die Bottom-Reflektor-Schicht 2 durch einen weiteren Sputter-Prozess aufgebracht wird. Die Zusatzschicht 6 besteht aus drei Einzelschichten 6.1, 6.2, 6.3. Die erste und die dritte Zusatzschicht 6.1 und 6.3 bestehen aus SiO2, dagegen ist die zweite Zusatzschicht 6.2 aus Aluminium. Die Zusatzschicht 6 reduziert zum einen zusätzlich die zurückgestreuten Elektronen im späteren Elektronenstrahllithografieprozess und verringert überdies die Biegespannungen im fertigen Maßstab. Im Hinblick auf die Reduzierung der zurückgestreuten Elektronen ist es wichtig, dass die verwendeten Materialien in der Zusatzschicht 6 eine vergleichsweise geringe mittlere Kernladungszahl aufweisen und eine relativ niedrige Dichte. Unter mittlerer Kernladungszahl ist der Mittelwert der Kernladungszahlen der jeweiligen Atome eines Stoffes oder Stoffgemisches, gewichtet entsprechend ihres Anteils im Gesamtmaterial, zu verstehen. Die Zusatzschicht 6 muss nicht mehrlagig sein, sondern kann auch als eine Lage ausgeführt sein. Neben den oben genannten Materialien kann die Zusatzschicht 6 auch beispielsweise aus Diamant oder Diamon-Like-Coatings bestehen.
  • Darüber hinaus ist durch die Erfindung auch ein Maßstabsaufbau abgedeckt, bei dem ganz auf ein Trägersubstrat 1 verzichtet wird. Beispielsweise kann die Bottom-Reflektor-Schicht 2 so dick ausgestaltet sein, dass diese auch als Trägerkörper dient. Die Bottom-Reflektor-Schicht 2 würde dann ggf. aus einem polierten Aluminium-Streifen bestehen.
  • In der Fig. 4 sind schematisch wesentliche Elemente einer Positionsmesseinrichtung mit dem oben beschriebenen Maßstab und einem 4-Gitter-Geber in Front- und Seitenansicht dargestellt. In diesem Zusammenhang sei auch auf den Offenbarungsgehalt der Anmeldung PCT/EP 01/110373 der Anmelderin verwiesen. Die Beleuchtung erfolgt z. B. über eine als Laserdiode ausgebildete Lichtquelle 7 bei λ = 780 nm mit nachfolgender Kollimationsoptik 8. Für derartige Positionsmesseinrichtungen ist man aber nicht auf diese Wellenlänge festgelegt. Mit Vorteil eigenen sich für diesen Einsatz Lichtquellen 7, die Licht mit einer Wellenlänge aus dem Bereich von 250 nm bis 1600 nm aussenden. Die Optik der Abtasteinheit E besteht aus den Abtastgittern 9.1, 9.2, den λ/8-Plättchen 10.1, 10.2, den Dachkantprismen 11.1, 11.2 aus Glas, sowie Polarisatoren 12.1, 12.2, 12.3 und Fotoelementen 13.1, 13.2, 13.3 zur Signalgewinnung.
  • Der Maßstab in Form eines Auflicht-Phasengitters weist ein Teilungsmaß T von 2048 nm auf. Im Abstand D = 15 mm vom Maßstab befinden sich zwei Dachkantprismen 11.1, 11.2, jeweils ausgebildet als 90°-Prismen, an deren Unterseiten, d. h. an den Seiten, die dem Maßstab zugewandt sind, Abtastgitter 9.1, 9.2 in Form von Transmissionsgittern mit Phasenteilung, mit dem gleichen Teilungsmaß von 2048 nm angebracht sind. Die beiden Dachkantprismen 11.1, 11.2 und Abtastgitter 9.1, 9.2 können z. B. auf einer gemeinsamen Trägerplatte 14 befestigt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die beiden Dachkantprismen 11.1, 11.2 in Messrichtung x beabstandet voneinander angeordnet.
  • Alternativ zum erläuterten Ausführungsbeispiel kann auch ein einzelnes Dachkantprisma 11.1, 11.2 mit Abtastgitter 9.1, 9.2 mit Bohrungen oder Aussparungen zur Strahlein- und -auskopplung verwendet werden. Die Kombination aus Dachkantprisma 11.1, 11.2 und Abtastgittern 9.1, 9.2 wird nachfolgend auch als Umlenkelement bezeichnet.
  • Trifft ein von der Lichtquelle 7 emittiertes, kollimiertes Lichtbündel senkrecht und mittig zwischen der Anordnung der Dachkantprismen 11.1, 11.2 auf den Maßstab, so entstehen zwei +/- erste Beugungsordnungen, die nach der ersten Reflexion zurück auf die Unterseite der Dachkant-Prismen 11.1, 11.2 gelenkt werden. Durch Beugung an den Abtastgittern 9.1, 9.2 werden die Strahlenbündel vor dem Eintritt in die Dachkant-Prismen 11.1, 11.2 und dem nachfolgenden Durchlauf derselben gerade, d. h. senkrecht zum Maßstab, gerichtet. Die Dachkant-Prismen 11.1, 11.2 lenken die Teilstrahlen in z- und y-Richtung um und erzeugen dadurch einen Ortsversatz in y-Richtung. Beim Durchgang der Strahlenbündel durch die Umlenkelemente werden neben den Abtastgittern 9.1, 9.2 auch die X/8-Plättchen 10.1, 10.2 je zweimal durchlaufen. Aufgrund der Orientierung des mindestens einen Dachkantprismas 11.1, 11.2 parallel zur Messrichtung x wirkt das Dachkantprisma 11.1, 11.2 in der y-Richtung als Retro-Reflektor. Diese Richtung y ist in der Ebene des Maßstabes senkrecht zur Messrichtung x ausgerichtet. Nach dem Austritt aus den Dachkant-Prismen 11.1, 11.2 werden durch wiederholte Beugung am Abtastgitter 9.1, 9.2 Strahlenbündel erzeugt, die zurück zum Maßstab propagieren und sich dort überlagern. Das interferierende Strahlenbündel wird durch die zweite Reflexion bzw. Beugung am Maßstab in z-Richtung, d. h. in Richtung der Detektorelemente, zurückgelenkt und trifft auf eine Anordnung aus Kollimatorlinse 16 und Aufspaltgitter 15. Am Aufspaltgitter 15 entstehen drei Teilstrahlenbündel. Die Signalgewinnung aus diesen drei Strahlenbündeln erfolgt in bekannter Art über die Polarisatoren 12.1, 12.2, 12.3 welche die Teilstrahlenbündel durchlaufen, bevor sie auf die Fotoelemente 13.1, 13.2, 13.3 auftreffen, an denen dann phasenverschobene Signale resultieren. In Verbindung mit dem Aufspaltgitter 15 sei auf die EP 481 356 B1 der Anmelderin verwiesen.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung eines Maßstabes für eine lichtelektrische Positionsmesseinrichtung in Form eines Phasengitters, mit zwei voneinander beabstandeten Reflexionsschichten (2, 4), die zu beiden Seiten einer Abstandsschicht (3) angeordnet sind, mit folgenden Verfahrensschritten:
- zur Verfügung stellen einer ersten Reflexionsschicht (2) als eine ganzflächig durchgehende Schicht, die eine Beziehung

A = R/η ≥ 3

erfüllt, wobei
R der energiebezogene Reflexionsgrad für Licht bei einer Wellenlänge aus dem Bereich von 250 nm bis 1600 nm und bei senkrechter Einstrahlung auf die erste Reflexionsschicht (2) ist und,
η der Rückstreukoeffizient für Elektronen ist, welche nach deren Freisetzung mit einer Spannung von mindestens 20 kV beschleunigt werden und senkrecht auf die erste Reflexionsschicht (2) treffen,
- Aufbringen der Abstandsschicht (3) auf die erste Reflexionsschicht (2),
- Aufbringen der zweiten Reflexionsschicht (4) auf die Abstandsschicht (3),
- Strukturieren der zweiten Reflexionsschicht (4) durch einen Elektronenstrahllithografieprozess.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die erste Reflexionsschicht (2) auf einem Trägersubstrat (1) aufgetragen wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Reflexionsschicht (2) auf einer Schicht (1; 6) aus einem Material mit einer mittleren Kernladungszahl kleiner 30 und einer Dichte kleiner 5 kg/dm3 aufgetragen wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Reflexionsschicht (2) mindestens eine Dicke von 35 nm aufweist.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf die zweite Reflexionsschicht (4) eine weitere lichtdurchlässige Schicht (5) aufgebracht wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Reflexionsschicht (2) zu über 80 Gew.-% aus Aluminium, Kupfer oder Silber, oder zu über 80 Gew.-% aus einem Gemisch aus mindestens zweier dieser Metalle besteht.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Reflexionsschicht (4) zu über 80 Gew.-% aus Chrom besteht.
8. Maßstab, bei dem ein auf den Maßstab auftreffendes Lichtstrahlenbündel zur Positionsmessung auf den beiden Reflexionsschichten (2, 4) reflektiert wird, hergestellt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
9. Maßstab gemäß Anspruch 8, wobei die strukturierte zweite Reflexionsschicht (4) eine periodische Struktur mit einem Teilungsmaß (T) von weniger als 3 µm aufweist.
10. Maßstab gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die zweite Reflexionsschicht (4) aus Chrom besteht.
11. Maßstab gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die erste Reflexionsschicht (2) mindestens eine Dicke von 35 nm aufweist.
12. Maßstab gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die erste Reflexionsschicht (2) zu über 80 Gew.-% aus Aluminium, Kupfer oder Silber, oder zu über 80 Gew.-% aus einem Gemisch aus mindestens zweier dieser Metalle besteht.
13. Maßstab gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die erste Reflexionsschicht (2) auf einer Schicht (1; 6) liegt.
14. Maßstab gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die erste Reflexionsschicht (2) auf einer Schicht (1; 6) aus einem Material mit einer Kernladungszahl kleiner 30 und einer Dichte kleiner 5 kg/dm3 liegt.
15. Positionsmesseinrichtung mit einer Lichtquelle (7) und einem Maßstab, in Form eines Phasengitters, mit zwei voneinander beabstandeten Reflexionsschichten (2, 4), die zu beiden Seiten einer Abstandsschicht (3) angeordnet sind, wobei
die Lichtquelle (7) den Maßstab beleuchtet
die erste Reflexionsschicht (2) des Maßstabes als eine ganzflächig durchgehende Schicht ausgebildet ist und die Beziehung

A = R/η ≥ 3

erfüllt, wobei
R der energiebezogene Reflexionsgrad der ersten Reflexionsschicht (2) für Licht aus der Lichtquelle (7) ist, und
η der Rückstreukoeffizient für Elektronen, welche nach deren Freisetzung mit einer Spannung von mindestens 20 kV beschleunigt werden und senkrecht auf die erste Reflexionsschicht (2) treffen.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1865280A1 (de) * 2006-06-10 2007-12-12 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Maßstab mit einem reflektierenden Phasengitter
CN108362317A (zh) * 2017-01-26 2018-08-03 约翰内斯.海德汉博士有限公司 位置测量装置
DE102011103536B4 (de) * 2010-06-17 2021-05-20 Dmg Mori Seiki Co., Ltd. Positionsdetektionseinrichtung
DE102013220190B4 (de) 2013-10-07 2021-08-12 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Messteilung und lichtelektrische Positionsmesseinrichtung mit dieser Messteilung
DE102012007452B4 (de) 2011-04-15 2022-08-04 Dmg Mori Seiki Co., Ltd. Optische Verschiebungsmesseinrichtung

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7085057B2 (en) * 2003-10-15 2006-08-01 Invenios Direct-write system and method for roll-to-roll manufacturing of reflective gratings
CN100397045C (zh) * 2004-01-26 2008-06-25 三丰株式会社 标尺的制造方法和光电式编码器
JP2006178312A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Canon Inc 表面反射型位相格子
US8116002B2 (en) * 2007-08-27 2012-02-14 Lumella Inc. Grating device with adjusting layer
NL2003638A (en) * 2008-12-03 2010-06-07 Asml Netherlands Bv Lithographic apparatus and device manufacturing method.
DE102016201068A1 (de) * 2016-01-26 2017-07-27 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Maßverkörperung und Positionsmesseinrichtung mit dieser Maßverkörperung
JP6958237B2 (ja) * 2017-10-30 2021-11-02 セイコーエプソン株式会社 エンコーダースケール、エンコーダースケールの製造方法、エンコーダー、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクター
JP2021131312A (ja) * 2020-02-20 2021-09-09 株式会社ミツトヨ スケール

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4155735A (en) * 1977-11-30 1979-05-22 Ppg Industries, Inc. Electromigration method for making stained glass photomasks
US4286871A (en) * 1980-08-11 1981-09-01 Keuffel & Esser Company Photogrammetric measuring system
DE3147985C2 (de) * 1981-12-04 1986-03-13 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut Verfahren zur Herstellung eines Aufzeichnungsträgers mit einer mehrfarbigen Feinstruktur
DE3412980A1 (de) * 1984-04-06 1985-10-17 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut Auflichtphasengitter und verfahren zur herstellung eines auflichtphasengitters
US4885231A (en) * 1988-05-06 1989-12-05 Bell Communications Research, Inc. Phase-shifted gratings by selective image reversal of photoresist
JPH04211202A (ja) 1990-03-19 1992-08-03 Canon Inc 反射型回折格子および該回折格子を用いた装置
DE4033013C2 (de) 1990-10-18 1994-11-17 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Polarisationsoptische Anordnung
DE4303975A1 (de) * 1993-02-11 1994-08-18 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Teilungsträger
US5323266A (en) * 1993-02-26 1994-06-21 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Electroformed buried gratings for high-power shared aperture systems
US5625729A (en) * 1994-08-12 1997-04-29 Brown; Thomas G. Optoelectronic device for coupling between an external optical wave and a local optical wave for optical modulators and detectors
ATE210832T1 (de) 1995-04-13 2001-12-15 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Ma stab und verfahren zur herstellung eines ma stabes sowie positionsmesseinrichtung
DE59507969D1 (de) 1995-11-11 2000-04-13 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Auflicht-Phasengitter
DE19652563A1 (de) * 1996-12-17 1998-06-18 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Lichtelektrische Positionsmeßeinrichtung
US5812629A (en) * 1997-04-30 1998-09-22 Clauser; John F. Ultrahigh resolution interferometric x-ray imaging
US5978127A (en) * 1997-09-09 1999-11-02 Zilog, Inc. Light phase grating device
DE19854733A1 (de) * 1998-11-27 2000-05-31 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Abtasteinheit einer Positionsmeßeinrichtung
US6020269A (en) * 1998-12-02 2000-02-01 Advanced Micro Devices, Inc. Ultra-thin resist and nitride/oxide hard mask for metal etch
US7065035B1 (en) * 1999-10-25 2006-06-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical multilayer disk, multiwavelength light source, and optical system using them
DE10011872A1 (de) * 2000-03-10 2001-09-27 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Reflexions-Messteilung und Verfahren zur Herstellung derselben
US6611377B1 (en) * 2000-07-10 2003-08-26 Intel Corporation Micromechanical diffraction phase grating
US7019842B2 (en) 2000-09-14 2006-03-28 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Position measuring device
US6748138B2 (en) * 2001-09-14 2004-06-08 Fibera, Inc. Optical grating fabrication
US20040086802A1 (en) * 2002-10-31 2004-05-06 Gibson Gary A. Two-dimensional materials and methods for ultra-high density data storage and retrieval

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1865280A1 (de) * 2006-06-10 2007-12-12 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Maßstab mit einem reflektierenden Phasengitter
DE102011103536B4 (de) * 2010-06-17 2021-05-20 Dmg Mori Seiki Co., Ltd. Positionsdetektionseinrichtung
DE102012007452B4 (de) 2011-04-15 2022-08-04 Dmg Mori Seiki Co., Ltd. Optische Verschiebungsmesseinrichtung
DE102013220190B4 (de) 2013-10-07 2021-08-12 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Messteilung und lichtelektrische Positionsmesseinrichtung mit dieser Messteilung
CN108362317A (zh) * 2017-01-26 2018-08-03 约翰内斯.海德汉博士有限公司 位置测量装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE50213242D1 (de) 2009-03-12
EP1436647B1 (de) 2009-01-21
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ATE421707T1 (de) 2009-02-15
WO2003034105A2 (de) 2003-04-24
US7312878B2 (en) 2007-12-25
EP1436647A2 (de) 2004-07-14
US20050052743A1 (en) 2005-03-10

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