DE20106834U1 - Device for fine focusing - Google Patents
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Description
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feinfokussierung.The invention relates to a device for fine focusing.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Autofokussystem und ein Koordinaten-Meßgerät. Furthermore, the invention relates to an autofocus system and a coordinate measuring device.
In dem Artikel "Eine Doppelparallelfeder als Präzisionsführung" von Chr. Hoffrogge und H.-J. Rademacher (PTB-Mitteilungen 2/73, Seiten 79 - 82) wird eine Vorrichtung zur Feinpositionierung eines Bauteils mit einer einstückig gearbeiteten Doppelparallelfeder beschrieben. Die Doppelparallelfeder weist einen feststehenden Rahmen und eine beweglichen, von mehreren parallelen Federn gehaltenen Mittelbalken auf. Die Kraftübertragung von einem außerhalb der Doppelparallelfeder angeordneten Spindeltrieb auf den Mittelbalken erfolgt mittels eines Koppelgliedes und eines Drahtseiles. Dadurch wird das gesamte System sehr groß. Die beschriebene Doppelparallelfeder ist insbesondere für den Betrieb in horizontaler Lage vorgesehen. Ein Betrieb in vertikaler Lage erfordert erheblichen zusätzlichen konstruktiven Aufwand in Bezug auf die Kraftübertragung und die Anbringung von schweren und damit auch großen Ausgleichsgewichten. Dadurch wird der Gesamtaufbau noch größer und schwerer. Eine Verschiebung des Mittelbalkens mit geringer Verkippung ist nur durch eine komplizierte Verteilung der wirkenden Kräfte möglich.In the article "A double parallel spring as a precision guide" by Chr. Hoffrogge and H.-J. Rademacher (PTB-Mitteilungen 2/73, pages 79 - 82) a device for fine positioning of a component with a one-piece double parallel spring is described. The double parallel spring has a fixed frame and a movable central beam held by several parallel springs. The force is transmitted from a spindle drive arranged outside the double parallel spring to the central beam by means of a coupling link and a wire rope. This makes the entire system very large. The double parallel spring described is intended in particular for operation in a horizontal position. Operation in a vertical position requires considerable additional design effort in terms of force transmission and the attachment of heavy and therefore large balancing weights. This makes the overall structure even larger and heavier. A displacement of the central beam with slight tilting is only possible through a complicated distribution of the acting forces.
In einem höchstgenauen Koordinaten-Messgerät wird ein auf einem Luftlager gleitender x/y-Messtisch aus Cerodur, der ein Objekt trägt, dessen Strukturen vermessen werden sollen, mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern verschoben. Mit einem solchen Koordinaten-Messgerät können zum Beispiel Strukturbreiten oder Strukturabstände einer Maske zur Waverbelichtung bestimmt werden. Die relative Position des x/y-Messtisches wird dabeiIn a highly precise coordinate measuring machine, an x/y measuring table made of Cerodur, which slides on an air bearing and carries an object whose structures are to be measured, is moved with an accuracy of a few nanometers. With such a coordinate measuring machine, for example, structure widths or structure distances of a mask for waver exposure can be determined. The relative position of the x/y measuring table is
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interferometrisch gemessen. Oberhalb des Objektes ist ein Objektiv und unterhalb des Objektes ein Kondensor angeordnet. Das Objekt kann sowohl in Auflicht-, als auch in Durchlichtanordnung mikroskopisch untersucht werden. Um höchste Messgenauigkeit zu erreichen müssen sehr hohen Anforderungen an die Präzision der Feinfokussierung gestellt werden. Ein Koordinaten-Messgerät weist einen x/y-Messtisch zur Aufnahme eines Substrats auf, dessen Strukturen mit Nanometer-Genauigkeit vermessen werden sollen. Über dem x/y-Messtisch ist das Objektiv mit der nachfolgenden Abbildungsoptik angeordnet. Nach jeder Änderung der Messtischposition, z.B.measured interferometrically. A lens is arranged above the object and a condenser is arranged below the object. The object can be examined microscopically in both incident light and transmitted light arrangements. In order to achieve the highest measurement accuracy, very high demands must be placed on the precision of the fine focusing. A coordinate measuring machine has an x/y measuring table for holding a substrate whose structures are to be measured with nanometer accuracy. The lens with the subsequent imaging optics is arranged above the x/y measuring table. After each change in the measuring table position, e.g.
beim Anfahren einer weiteren zu vermessenden Struktur, ist eine erneute Fokussierung durch Positionieren des Objektiv erforderlich, weil bereits kleine Unebenheiten der Messtisch-Oberfläche, ein geringer Keilfehler der Substrat-Oberfläche und die geringfügige Durchbiegung des üblicherweise auf drei Auflagepunkten gelagerten Substrats zu einer vertikalen Abweichung der Lage des Fokus führen.When approaching another structure to be measured, refocusing by positioning the lens is necessary because even small unevenness of the measuring table surface, a small wedge error of the substrate surface and the slight deflection of the substrate, which is usually supported on three support points, lead to a vertical deviation of the position of the focus.
Ein bekannte Messmethode ist, eine zu vermessende Struktur mit dem
Objektiv beispielsweise optisch anzutasten und zu fokussieren. Dann wird die Position des x/y-Messtisches interferometrisch gemessen und aus der
Messtischposition die Position der Struktur relativ zu einem Bezugspunkt mit Nanometergenauigkeit bestimmt. Aus verschiedenen Messungen können
dann zum Beispiel Strukturbreiten oder Strukturabstände bestimmt werden.A well-known measuring method is to measure a structure with the
For example, to optically probe and focus the lens. Then the position of the x/y measuring table is measured interferometrically and from the
The position of the structure relative to a reference point is determined with nanometer accuracy by the measuring table position. From various measurements,
For example, structure widths or structure distances can then be determined.
Bei der angestrebten Genauigkeit müssen auch kleine Fehlerquellen bei der Positionsbestimmung erkannt und konstruktiv vermieden oder minimiert werden. Eine solche Fehlerquelle besteht in der Verkippung des Objektivs gegenüber der optischen Achse der Koordinaten-Messmaschine. Diese Verkippung tritt bei der vertikalen Bewegung des Objektivs während des Fokussierens auf und führt zu einer seitlichen Ablage der Objektivachse auf dem Substrat mit den zu vermessenden Strukturen. Eine zu vermessende Struktur wird daher von einem verkippten Objektiv in einer anderen, seitlich verlagerten Position optisch angetastet als von einem unverkippten Objektiv. Diese Abweichung geht als Messfehler in das Messergebnis der Positionsbestimmung der zu vermessenden Struktur ein.To achieve the desired accuracy, even small sources of error in position determination must be recognized and avoided or minimized by design. One such source of error is the tilting of the lens relative to the optical axis of the coordinate measuring machine. This tilting occurs during the vertical movement of the lens during focusing and leads to the lens axis being offset to the side on the substrate with the structures to be measured. A structure to be measured is therefore optically probed by a tilted lens in a different, laterally displaced position than by a non-tilted lens. This deviation is included as a measurement error in the measurement result of the position determination of the structure to be measured.
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Doppelparallelführungen haben den Nachteil, dass sie Anfällig gegen äußere mechanische Vibrationen und Schwingungen sind; denn ein Federparallelogramm hat keine äußere Reibung und ist komplett spielfrei, d.h. es ist ein System mit sehr geringer Dämpfung. Dies hat Vorteile bei der Führung, hat aber den Nachteil, dass das System durch äußere Anregung zum Schwingen angeregt werden kann. Außerdem ist die Auslenkkraft des Mittelbalkens durch Elemente, nämlich die Parallelfedern bestimmt, die einerseits die Funktion eines Gelenkes erfüllen, andererseits die Rückstellkraft in die Nullposition erzeugen. Dies führt unausweichlich zu einer Kompromisslösung, denn eine hohe Rückstellkraft kann nur auf Kosten guter Gelenkeigenschaften erzeugt werden und umgekehrt.Double parallel guides have the disadvantage that they are susceptible to external mechanical vibrations and oscillations; a spring parallelogram has no external friction and is completely free of play, i.e. it is a system with very little damping. This has advantages in terms of guidance, but has the disadvantage that the system can be caused to oscillate by external stimulation. In addition, the deflection force of the central beam is determined by elements, namely the parallel springs, which on the one hand fulfill the function of a joint, and on the other hand generate the restoring force to the zero position. This inevitably leads to a compromise solution, because a high restoring force can only be generated at the expense of good joint properties and vice versa.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Vorrichtung zur Feinfokussierung anzugeben, die die aufgezeigten Probleme löst.It is therefore an object of the present invention to provide a device for fine focusing which solves the problems indicated.
Obige Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Schutzanspruchs 1.The above object is achieved by a device having the features of the characterising part of claim 1.
Es ist außerdem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Autofokussystem und ein Koordinaten-Meßgerät zu schaffen, das die beschriebenen Probleme vermeidet bzw. löst und darüber hinaus schnell arbeitet und zuverlässig ist.It is also an object of the present invention to provide an autofocus system and a coordinate measuring device which avoids or solves the problems described and, in addition, works quickly and is reliable.
Vorstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Autofokussystem bzw. ein Koordinaten-Meßgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9 bzw. 10.The above object is achieved by an autofocus system or a coordinate measuring device with the features of claim 9 or 10.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass gleichzeitig eine hohe Dämpfung des Mittelbalkens und damit ein guter Schutz vor Vibrationen und eine große Rückstellkraft realisierbar ist.The invention has the advantage that a high level of damping of the central beam and thus good protection against vibrations and a large restoring force can be achieved at the same time.
In einer Vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Autofokussystem vorgesehen, das Objektiv auf und ab bewegt. Für die Messung ist es wichtig eine sehr präzise Führung bei der Hubbewegung zu haben, und dabei den Winkelfehler zu minimieren. Vorzugsweise ist ein ein Federparallelogramm als Hubelement verwendet, das so aufgebaut ist, dass die Winkeländerungen bei einem Hub von 0.7 mm kleiner als 0,06 Bogensekunden bleiben. Geht man davon aus, dass der Fokushub während einer Messung in einer Koordinaten-In an advantageous embodiment, an autofocus system is provided that moves the lens up and down. For the measurement, it is important to have very precise guidance during the lifting movement, while minimizing the angular error. Preferably, a spring parallelogram is used as the lifting element, which is designed in such a way that the angle changes remain smaller than 0.06 arc seconds for a stroke of 0.7 mm. If one assumes that the focus stroke during a measurement in a coordinate
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Messmaschine typischerweise max. 20 pm beträgt, wird der Winkelfehler kleiner als 1 nm.Measuring machine typically max. 20 pm, the angular error is smaller than 1 nm.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante trägt das Federparallelogramm einen Objektivhaltewinkel. Die Feder wird direkt am Zirkelbalken angeschraubt und der Fokushub von ca. 0.7 mm ist über ein Piezo-Positioniersystem mit integrierter 1:5 Hebelübersetzung realisiert. Das System ist mit einer Spanneinrichtung so vorgespannt, dass die Feder bei Stromausfall nach oben gezogen wird und das Messobjekt nicht beschädigt werden kann.In an advantageous design variant, the spring parallelogram has an objective bracket. The spring is screwed directly onto the compass bar and the focus stroke of approx. 0.7 mm is achieved via a piezo positioning system with integrated 1:5 lever ratio. The system is pre-tensioned with a tensioning device so that the spring is pulled upwards in the event of a power failure and the measuring object cannot be damaged.
Da die Messabläufe in einer Koordinaten-Messmaschine zudem erfordern, dass die jeweils aktuelle Fokusposition sehr genau bekannt ist, wird vorteilhafter Weise ein unabhängiges Geber- und Messsystem integriert. Die exakte Position wird mit Hilfe eines Heidenhain-Maßstabs bestimmt.Since the measuring processes in a coordinate measuring machine also require that the current focus position is known very precisely, it is advantageous to integrate an independent encoder and measuring system. The exact position is determined using a Heidenhain scale.
Federparallelogramme mit Doppel- bzw. Mehrfachfedern sind als extrem gute Linearführung bekannt. Theoretisch haben diese Systeme keine Winkelfehler. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die in der Praxis auftretenden Führungs- und Winkelfehler durch ungenaue Montage und Inhomogenitäten des Federmaterials verursacht werden. Um diese Montagefehler zu vermeiden, ist das Federparallelogramm vorzugsweise aus einem Stück gefertigt. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die Federelemente (insgesamt 16 Blattfedern) sehr exakt gefertigt werden, damit die Federkonstante bei allen gefertigten Teilen in etwa gleich ist. Die Anschraubflächen für den Objektivwinkel, die Anschraubfläche für das Messsystem (Heidenhain-Maßstab), sowie die Fläche zum Anschrauben an den Zirkelbalken müssen sehr präzise gearbeitet sein um einen gradlinigen Hub während der Messung gewährleisten zu können.Spring parallelograms with double or multiple springs are known to be extremely good linear guides. In theory, these systems have no angular errors. The invention recognizes that the guide and angular errors that occur in practice are caused by inaccurate assembly and inhomogeneities in the spring material. To avoid these assembly errors, the spring parallelogram is preferably made from one piece. Care must be taken to ensure that the spring elements (a total of 16 leaf springs) are manufactured very precisely so that the spring constant is approximately the same for all manufactured parts. The screwing surfaces for the lens angle, the screwing surface for the measuring system (Heidenhain scale), and the surface for screwing onto the compass beam must be manufactured very precisely in order to be able to guarantee a straight stroke during the measurement.
Um thermische Einflüsse zu minimieren, ist das Federparallelogramm vorzugsweise aus INVAR oder Suprainvar gefertigt. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass die Oberflächen von INVAR-Komponenten durch das Errodieren im Fertigungsprozess sehr rau und uneben sind, so dass sich sehr leicht Flugrost ansetzen kann. Aus diesem Grund wird die Feder vorzugsweise nach dem Errodieren gereinigt und die Oberfläche vernickelt.In order to minimize thermal influences, the spring parallelogram is preferably made of INVAR or Suprainvar. In practice, it has been found that the surfaces of INVAR components are very rough and uneven due to erosion during the manufacturing process, so that rust can form very easily. For this reason, the spring is preferably cleaned after erosion and the surface nickel-plated.
B 3187 DE 19.04.01B 3187 EN 19.04.01
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und
wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:The drawing shows the subject matter of the invention schematically and
is described using the figures below. They show:
Fig. 1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung,Fig. 1: a device according to the invention,
Fig. 2: eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung,Fig. 2: another device according to the invention,
Fig. 3: ein erfindungsgemäßes Feder-Dämpferelement undFig. 3: a spring-damper element according to the invention and
Fig. 4: eine hochpräzise Koordinaten-Messmaschine.Fig. 4: a high-precision coordinate measuring machine.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Feinfokussierung 1 mit einem Doppelparallelfeder-Element 3, das einen eine Fokussieroptik 5 tragenden Rahmen 7, zwei Seitenbalken 9, 11 und einen Mittelbalken 13 aufweist, wobei der Mittelbalken 13 über je zwei Biegestege 15, 17, 19, 21 beweglich an den Seitenbalken 9, 11 befestigt ist, die über je zwei weitere Biegesteege 23, 25, 27, 29 beweglich an dem Rahmen befestigt sind. Zwischen dem Rahmen 7 und dem Mittelbalken 13 wirkt ein Feder-Dämpfungselement 31. Das Feder-Dämpfungselement 31 weist eine Druckfeder 33 auf, die den Mittelbalken 13 mit der Fokussieroptik 5 über einen Bolzen 35 mit einer Kalotte 37 gegen die Federkraft der Biegestege 15-29 vorgespannt. Durch äußeren Druck auf den Bolzen 35 wird der Mittelbalken 13 von den Biegestegen 15 - 29 in die Ausgangslage gezogen und das Fokussieroptik 5 damit auf das Objekt 37 auf, hier eine Maske zur Waferbelichtung, auf das fokussiert wird zu bewegt.Fig. 1 shows a device for fine focusing 1 according to the invention with a double parallel spring element 3, which has a frame 7 carrying a focusing optics 5, two side beams 9, 11 and a central beam 13, the central beam 13 being movably attached to the side beams 9, 11 via two bending webs 15, 17, 19, 21, which are each movably attached to the frame via two further bending webs 23, 25, 27, 29. A spring damping element 31 acts between the frame 7 and the central beam 13. The spring damping element 31 has a compression spring 33, which prestresses the central beam 13 with the focusing optics 5 via a bolt 35 with a cap 37 against the spring force of the bending webs 15-29. By external pressure on the bolt 35, the center bar 13 is pulled by the bending webs 15 - 29 into the starting position and the focusing optics 5 are thus moved towards the object 37, here a mask for wafer exposure, on which the focus is to be placed.
Die Masken oder Wafer sind so in Rahmen bzw. auf Chucks gelagert, dass die zu messende Oberfläche jeweils in der gleichen (Abbe'schen) Ebene liegt. Der Verfahrbereich des Autofokus ist auf 0.5 mm (+ Toleranzen) begrenzt. Der gesamte Hub dieses Verfahrbereichs wird mit einer einzigen Fokuskomponente (kein Fein- und Grob-Autofokus mehr) realisiert.The masks or wafers are mounted in frames or on chucks so that the surface to be measured is in the same (Abbe) plane. The travel range of the autofocus is limited to 0.5 mm (+ tolerances). The entire stroke of this travel range is realized with a single focus component (no more fine and coarse autofocus).
Die Anforderungen an die Konstanz der Ausrichtung der Objektivachse ist extrem (besser 5-10-8 rad oder 0,06 see). Diese Präzision wird mit einem Federparallelogramm als Führung realisiert, das mit Hilfe eines Piezoantriebes bewegt wird.The requirements for the consistency of the alignment of the lens axis are extreme (better 5-10-8 rad or 0.06 see). This precision is achieved with a spring parallelogram as a guide, which is moved with the help of a piezo drive.
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Um die Fokusposition möglichst exakt bestimmen zu können, wird ein externes Messsystem (Heidenhain Maßstab) verwendet.In order to determine the focus position as precisely as possible, an external measuring system (Heidenhain scale) is used.
Fig. 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung, die aus einem Stück gefertigt ist. Die Biegestege sind als Parallelfederelemente 39 ausgeführt, die im Bereich ihrer Enden verjüngt sind. Der Mittelbalken 13 weist eine Anschraubfläche 41 zur Befestigung des Messsystem (Heidenhain Maßstab) und eine Anschraubfläche 43 zur Befestigung eines Objektiv-Haltewinkels auf. Der Rahmen 7 weist eine Anschraubfläche 45 auf an die zur Befestigung der Vorrichtung an einer Koordinaten-Messmaschine (Zirkelbalken) dienen.Fig. 2 shows another device according to the invention, which is made from one piece. The bending webs are designed as parallel spring elements 39, which are tapered in the area of their ends. The central beam 13 has a screwing surface 41 for fastening the measuring system (Heidenhain scale) and a screwing surface 43 for fastening an objective bracket. The frame 7 has a screwing surface 45 which serves to fasten the device to a coordinate measuring machine (compass beam).
Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Feder-Dämpferelement 31. Um die Schwingungen zu dämpfen, wird ein Feder-Dämpfungselement 31 in den Mittelbalken 13 des Federparallelogramms eingesetzt.Fig. 3 shows a spring-damper element 31 according to the invention. In order to dampen the vibrations, a spring-damping element 31 is inserted into the center beam 13 of the spring parallelogram.
Dieses Feder-Dämpfungselement 31 zieht das Doppelparallelfeder-Element 3 nach oben, wenn keine äußere Kraft einwirkt. Das bedeutet z.B. bei Stromausfall oder Ausfall der Fokusregelung usw. wird das Objektiv sofort mechanisch nach oben gezogen, so dass das Messobjekt keinen Schaden nimmt.This spring damping element 31 pulls the double parallel spring element 3 upwards when no external force is applied. This means, for example, in the event of a power failure or failure of the focus control, etc., the lens is immediately pulled upwards mechanically so that the measuring object is not damaged.
Das Feder-Dämpfungselement 31 besteht aus einer Federhülse 47 und einer Kalottenhülse 49. In diese beiden Komponenten wird ein Bolzen 35 mit einer Feder 33 für die Vorspannung eingesetzt. Die Feder 33 wird beim Einbau zusammengedrückt, die Kalotte 51 aufgesetzt und das ganze mit zwei Kontermuttern 53 fixiert.The spring damping element 31 consists of a spring sleeve 47 and a cap sleeve 49. A bolt 35 with a spring 33 for preloading is inserted into these two components. The spring 33 is compressed during installation, the cap 51 is placed on top and the whole is fixed with two lock nuts 53.
Die Kalottenhülse 49 ist mit einem Schraubgewinde ausgelegt, mit dem das Feder-Dämpfungselement 31 in den Mittelbalken 13 des Doppelparallelfeder-Elements 3 eingeschraubt wird. Die Distanzscheibe 55 dient dabei gleichzeitig als spezielles Werkzeug zum Einschrauben des Feder-Dämpfungselements 31. Beim Einschrauben wird der Mittelbalken 13 des Doppelparallelfeder-Elements 3 nach oben an den Anschlag gezogen. Zum Schluss wird die Distanzscheibe 55 als Abstandsstück zwischen Doppelparallelfeder-Elements 3 und Feder-Dämpfungselement 31 eingesetzt, so dass die Federhülse 47 und Kalottenhülse 49 leicht auseinander gezogen werden. Damit wird gewährleistet, dass der Mittelbalken 13 nur von der Kalotte 51 nach untenThe spherical sleeve 49 is designed with a screw thread with which the spring damping element 31 is screwed into the central beam 13 of the double parallel spring element 3. The spacer disk 55 also serves as a special tool for screwing in the spring damping element 31. When screwing in, the central beam 13 of the double parallel spring element 3 is pulled upwards to the stop. Finally, the spacer disk 55 is inserted as a spacer between the double parallel spring element 3 and the spring damping element 31 so that the spring sleeve 47 and spherical sleeve 49 are slightly pulled apart. This ensures that the central beam 13 is only pulled downwards by the spherical cap 51.
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gedrückt wird und keine Ablaufprobleme durch Reiben oder Hakein auftreten können.pressed and no drainage problems can occur due to rubbing or snagging.
Fig. 4 zeigt eine hochpräzise Koordinaten-Messmaschine 57 in der ein sehr schwerer, auf einem Luftlager gleitender, x/y-Messtisch 59 der aus Cerodur gefertigt ist und der ein Objekt 37 trägt, dessen Strukturen vermessen werden soll, mit einer Genauigkeit von wenigen !Manometern relativ zu einer Mikroskopoptik verschoben wird. Die relative Position des x/y-Messtisches 59 wird dabei interferometrisch gemessen. Das Objekt 37 kann sowohl in Auflicht-, als auch in Durchlichtanordnung mikroskopisch untersucht werden.Fig. 4 shows a high-precision coordinate measuring machine 57 in which a very heavy x/y measuring table 59 made of Cerodur slides on an air bearing and carries an object 37 whose structures are to be measured, and is moved relative to a microscope optics with an accuracy of a few !manometers. The relative position of the x/y measuring table 59 is measured interferometrically. The object 37 can be examined microscopically in both incident light and transmitted light arrangements.
Bei der Auflichtuntersuchung wird das Objekt 37 mit dem Licht 61 einer ersten Lichtquelle 63 durch ein Mikroskopobjektiv 65 hindurch beleuchtet. Zwischen der ersten Lichtquelle 63 und dem Mikroskopobjektiv 65 ist ein Strahlteiler 67 angeordnet, der das von der ersten Lichtquelle 63 kommende Licht 61 zum Mikroskopobjektiv 65 reflektiert und das vom Objekt 37 ausgehende Licht 69 passieren lässt, so dass dieses zu einem Detektor 71 gelangt, der als Photomultiplier ausgeführt ist. Durch Verschieben des x/y-Messtisches wird das Objekt 37 abgerastert. In Durchlichtanordnung wird das Objekt 37 von einer zweiten Lichtquelle 73 durch einen Kondensor 75 hindurch von unten beleuchtet. Das Durchlicht 77 wird im Detektor 71 detektiert.In the incident light examination, the object 37 is illuminated with the light 61 of a first light source 63 through a microscope objective 65. Between the first light source 63 and the microscope objective 65, a beam splitter 67 is arranged, which reflects the light 61 coming from the first light source 63 to the microscope objective 65 and allows the light 69 emanating from the object 37 to pass through so that it reaches a detector 71, which is designed as a photomultiplier. The object 37 is scanned by moving the x/y measuring table. In the transmitted light arrangement, the object 37 is illuminated from below by a second light source 73 through a condenser 75. The transmitted light 77 is detected in the detector 71.
Das Mikroskopobjektiv 65 ist am Mittelbalken einer Vorrichtung zur Feinfokussierung 1 mit einem Doppelparallelfeder-Element 3 befestigt. Die Hub- bzw. Fokussierbewegung wird von einem Autofokussystem 79 gesteuert. Als Mess- und Gebersystem für die Fokusposition wird ein Maßstab von Heidenhain eingesetzt (LIP 401 R). Bei der Längenmessung der Heidenhain Messsysteme werden feine Strichgitter photoelektrisch abgetastet. Bei den hochauflösenden Systemen (sehr feine Teilungsperioden, 4 &mgr;&eegr;&igr; und 8 &mgr;&igr;&tgr;&igr;) wird die photoelektrische Abtastung von Beugungserscheinungen beeinflusst. Daher wird das interferielle Messprinzip als Abtastprinzip benutzt. Das verwendete System arbeitet mit einer Teilungsperiode von 4 [im. Das Autofokussystem 79 arbeitet nach einem interferiellen Messprinzip. Beim interferiellen Messprinzip wird die Beugungserscheinung an einem Gitter zur Erzeugung des Messsignals benutzt. Bei einer Bewegung des Maßstabs gegen den Messkopf entstehen in den abgelenkten BeugungsordnungenThe microscope objective 65 is attached to the center bar of a device for fine focusing 1 with a double parallel spring element 3. The lifting or focusing movement is controlled by an autofocus system 79. A Heidenhain scale (LIP 401 R) is used as the measuring and encoder system for the focus position. When measuring lengths with the Heidenhain measuring systems, fine line gratings are scanned photoelectrically. In the high-resolution systems (very fine graduation periods, 4 μm and 8 μm), the photoelectric scanning is influenced by diffraction phenomena. Therefore, the interfering measuring principle is used as the scanning principle. The system used works with a graduation period of 4 [im. The autofocus system 79 works according to an interfering measuring principle. In the interfering measuring principle, the diffraction phenomenon on a grating is used to generate the measuring signal. When the scale moves against the measuring head, the deflected diffraction orders
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Phasenverschiebungen, die proportional zur Wegänderung sind. Als Lichtquelle wird eine LED benutzt. Der Maßstab ist dabei als Reflexionsphasengitter ausgebildet. Die Abtastplatte besteht aus einem transparenten Phasengitter, das die gebeugten Strahlanteile erzeugt und überlagert. Beim Durchgang durch das Phasengitter der Abtastplatte werden im wesentlichen 3 Strahlanteile erzeugt, dass Hauptmaximum (0. Ordnung) und je ein Nebenmaximum (1. Ordnung, +1, -1) auf jeder Seite. Die 3 Strahlanteile werden am Phasengitter des Maßstabs reflektiert und erneut gebeugt. Dabei wird das Maximum Oter Ordnung gelöscht. Die vom Maßstab reflektierten Strahlanteile +1 und -1 sind phasenverschoben, je nach dem, wie sich der Weg geändert hat. Die phasenverschobenen Strahlanteile werden dann erneut am Abtastgitter gebeugt und zur Interferenz gebracht. Die Intensität unter einem festen Winkel ist dann ein Maß für die Phasenverschiebung; sie wird mit Photoelementen gemessen und in el. Signal umgewandelt.Phase shifts that are proportional to the change in path. An LED is used as the light source. The scale is designed as a reflection phase grating. The scanning plate consists of a transparent phase grating that generates and superimposes the diffracted beam components. When passing through the phase grating of the scanning plate, three beam components are essentially generated: the main maximum (0th order) and a secondary maximum (1st order, +1, -1) on each side. The three beam components are reflected at the phase grating of the scale and diffracted again. The 0th order maximum is deleted in the process. The +1 and -1 beam components reflected by the scale are phase-shifted, depending on how the path has changed. The phase-shifted beam components are then diffracted again at the scanning grating and caused to interfere. The intensity at a fixed angle is then a measure of the phase shift; it is measured with photoelements and converted into an electrical signal.
Zur Bestimmung der Position des ist ein absoluter Bezug erforderlich, von dem aus dann inkrementell gemessen wird. Beim Maßstab ist eine Referenzmarke(Nullimpuls) in der Mitte der Messlänge angeordnet.To determine the position of the scale, an absolute reference is required from which incremental measurements are then taken. A reference mark (zero pulse) is arranged in the middle of the measuring length.
Der eingesetzte Maßstab (LIP 401R) ist ein offenes Längenmesssystem. Der Maßstab wird direkt über Spannpratzen mit der Montagefläche verbunden. Die Spannpratzen von Heidenhain gewährleisten eine spannungsfreie Montage und übertragen bei.The scale used (LIP 401R) is an open length measuring system. The scale is connected directly to the mounting surface via clamping claws. The clamping claws from Heidenhain ensure tension-free installation and transmit at.
Temperaturänderungen keine Kräfte auf das Längenmesssystem. Der hier verwendetet Maßstab hat eine max. Verfahrstrecke von 20 mm mit einer Teilungsperiode von 4 &mgr;&eegr;&eegr;. Der Nullimpuls ist in der Mitte der Messlänge angeordnet.Temperature changes do not exert any forces on the length measuring system. The scale used here has a maximum travel distance of 20 mm with a graduation period of 4 μηη. The zero pulse is located in the middle of the measuring length.
Die Erfindung wurde in Bezug auf eine besondere Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne dabei den SchutzbereichThe invention has been described with reference to a particular embodiment. It will be understood, however, that changes and modifications may be made without departing from the scope of protection
der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.of the following claims.
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B 3187 DE
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