DD298327A5 - Einrichtung zum positionieren eines langen schlanken teilungstraegers relativ zur optischen achse und zur bildebene eines optisch abbildenden systems - Google Patents

Abstract

Einrichtung zum Positionieren eines langen schlanken Teilungstraegers relativ zur optischen Achse und zur Bildebene eines optisch abbildenden Systems. Die Erfindung ist bei der Herstellung von hochgenauen Teilungen anwendbar, wo ein Teilungstraeger zum Zwecke der Strukturierung oder Inspektion einer Teilung genau positioniert werden musz. Die Erfindung besteht darin, dasz durch die Anordnung von drei Keilgetrieben und zwei Gelenkvierecken zwischen einem Grobtisch und einem Feintisch eine hochgenaue Positionierung eines Teilungstraegers in Richtung der optischen Achse und quer dazu ermoeglicht wird. Gleichzeitig kann eine Kippung um zwei Achsen realisiert werden, wobei bei der Kippung quer zum Teilungstraeger die Drehachse der Kippung unabhaengig von der Dicke des Teilungstraegers in der Mitte der Laengsausdehnung der herzustellenden bzw. zu inspizierenden Teilung liegt. Diese ueber den Feintisch liegende virtuelle Drehachse wird durch die Momentanpole der zwei Gelenkvierecke gebildet. Figur{Einrichtung, positionieren; Teilungstraeger, optisch; Achse; Bildebene; Herstellung; Strukturierung; Inspektion; Keilgetriebe; Gelenkvierecke; Kippung; Momentanpol}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Positionieren eines langen schlanken Teilungsträgers relativ zu einem optischen System zum Zwecke des Strukturierens oder Inspizierens einer Teilung, wie sie in Anordnungen zum Messen und Einstellen von Längen im pm-Bereich zur Anwendung kommt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Positionierung eines Teilungsträgers ist es bekannt, einen Aufbau bestehend aus einem horizontal angeordneten Grobtisch und einem darüber angeordneten Feintisch vorzusehen. Grobtisch und Feintisch sind mittels translatorischer Positioniersysteme in Längsrichtung des Teilungsträgers definiert verschiebbar eingerichtet. Die Führung des Feintisches bezüglich des Grobtisches kann dabei über Blattfedern erfolgen, an denen der Feintisch über dem Grobtisch aufgehängt ist. Zur Durchführung einer Fokuseinstellung in vertikaler Richtung und zur Ausführung einer Kippbewegung des Teilungsträgers um eine Achse senkrecht zur optischen Achse und senkrecht zur Längsrichtung des Teilungsträgers sind in einem definierten Abstand zueinander je ein vertikaler Stellantrieb vorgesehen.

Nachteilig bei derartigen Lösungen ist, daß es nicht möglich ist, zusätzlich zu den schon genannten Positioniermöglichkeiten eine Lageveränderung eines Teilungsträgers in Form einer Kippung um seine Längsachse vorzunehmen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Positionierge naulgkeit für einen Teilungsträger zu erhöhen, wobei die universelle Art der Positionierung es gestatten soll, auf Teilungsträgern unterschiedlichen Materials und verschiedener Dicke Teilungen in höchster Genauigkeit aufzubringen bzw. diese zu vermessen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Frfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Positionieren eines Teilungsträgers zu schaffen, die zusätzlich eine Korrektur der Position über eine Kippung um die Längsachse des Teilungsträgers ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein konstruktiver Aufbau, bestehend aus einem Grobtisch und einem darüber angeordneten Feintisch vorgesehen ist, bei dem der Feintisch bezüglich des Grobtisches über drei vertikal wirkende Keilgetriebe positionierbar ist, bei dem eine auf dem Grobtisch angeordnete senkrechte Geradführung vorgesehen ist, die mit den Keilgetrieben und einem horizontal wirkenden Positioniersystom für den Feintisch in Verbindung steht und bei dem Grobtisch und Feintisch über zwei trapezförmige symmetrische Gelenkvierecke miteinander verkoppelt sind. Die Keilgetriebe bestehen jeweils aus zwei Keilen, von denen der untere mittels eines translatorischen Antriebes in Längsrichtung des Teilungsträgers verschiebbar ist und der obere über eine Koppelstange in der Längsrichtung des Teilungsträgers festgelegt ist. Der obere Keil ist weiterhin über Koppelelemente, die in vertikaler Richtung unnachgiebig und in allen anderen Richtungen nachgiebig sind, mit dem Feintisch verbunden. Der Schlitten der auf dem Grobtisch angeordneten Geradführung ist mit den freien Enden der Koppelstangen verbunden und beinhaltet eine Stützstelle für das horizontal wirkende Positioniersystem. Der Schlitten ist weiterhin über ein Koppelelement mit dem Feintisch verbunden, Die gleichartigen trapezförmigen symmetrischen Gelenkvierecke sind mit ihren Wirkungsrichtungen senkrecht zur Längsrichtung des Teilungsträgers angeordnet. Die Momentanpole der Gelenkvierecke liegen jeweils in der Mittelachse der Teilung, wobei die Koppel jeweils durch eine vertikale Geradführung mit dem Feintisch verbunden ist. Die Gestellpunkte der Gelenkvierecke sind über binäre Getriebeglieder, die in Längsrichtung des Teilungsträgers beweglich sind, mit dem Grobtisch verbunden. Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht es, Teilungsträger, die einen Keilfehler in Längs- aber auch in Querrichtung haben, trotz Auflage auf der Rückseite (Fläche des Teilungsträgers, die der mit Struktur zu versehenden Fläche gegenüberliegt) so zu positionieren, daß die mit Struktur zu versehende Fläche genügend genau in die Bildebene des Abbildungsobjekiives gebracht werden kann. Sinngemäß ermöglicht sie auch das hochgenaue optische Prüfen von Strukturen auf Teilungsträgern, die mit der Rückseite auf dem Feintisch liegen.

Die drei vertikal wirkenden Keilgetriebe und die zwei Koppelgetriebe ermöglichen durch ihre konstruktive Ausbildung sowohl eine Kippung um eine durch die Momentanpole der Koppelgetriebe aufgespannte Achse, die in der Mitte der Teilung in Längsrichtung des Teilungsträgers liegt, als auch eine Kippung um eine etwa in der Mitte des Feintisches unterhalb der Bildebene liegende Querachse als auch eine translatorische Vertikalbewegung des Teilungsträgers. Die Lage der durch die Momentanpole gebildeten Kippachse ist unabhängig von der Istdicke des Teilungsträgers konstant in der Bildebene des Objektivs. Es ist vorteilhaft, die Keilgetriebe an den Punkten des Feintisches angreifen zu lassen, an denen die geringste Eigendurchbiegung zu erwarten ist.

Aus konstruktiven und kinematischen Gründen ist es günstig, wenn die Keile der Keilgetriebe den gleichen Keilwinkel aufweisen. Als Koppelelement zwischen den oberen Keilen und dem Feintisch läßt sich vorteilhaft eine Drahtaufhängung für den Fointisch oder je eine elastische Stütze vorsehen, die jeweils quer zu ihrer Längsrichtung elastisch ausgebildet ist. Die Koppelstangen zwischen den jeweiligen oberen Keil und dem Schlitten der auf dem Grobtisch befindlichen Geradführung können vorteilhaft gelenkbildende Querschnittsreduzierung aufweisen. Als Koppelelement zwischen dem besagten Schlitten und dem Feintisch kann ein senkrecht angeordneter Draht mit genügender Längssteifigkeit und geringer Biegesteifigkeit vorgesehen sein, an den der Schlitten angehängt ist. Als binäre Getriebeglieder zwischen den Gestellpunkten der Gelenkvierecke und dem Grobtisch kann man günstig Blattfedergelenke vorsehen.

Ausführungsbelsplel

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Gemäß der Figur besteht die erfindungsgemäße Einrichtung aus einem horizontal angeordneten Grobtisch 1 und einem darüber angeordneten Feintisch 2. In einer Fassung 3 ist ein Teilungsträger 4 eingespannt, der bezüglich der Bildebene und der optischen Achse 5 eines optisch abbildenden Systems 6 positioniert werden soll. Die Bildebene liegt parallel zu der von den Koordinatenrichtungen χ und y aufgespannten Ebene, und die optische Achse soll in z-Richtung angeordnet sein. Mit Hilfe des Grobtisches 1 und des Feintisches 2 soll der Teilungsträger folgende Positionierbewegungen ausführen können: Verschiebungen in Richtung χ und ζ und Kippungen um die x- und y-Achse. Der Grobtisch 1 ist in Führungen gehaltert und über ein eigenes, nicht weiter dargestelltes translatorisches Positioniersystem definiert in Längsrichtung des Teilungsträgers 4, welche mit der x-Richtung identisch ist, verschiebbar angeordnet. Auf dem Grobtisch 1 sind drei Keilgetriebe 7,8,9 angeordnet, die jeweils aus zwei Keilen 10 und 11,12 und 13,14 und 15 bestehen. Jeweils der untere Keil 10,12,14 ist mit einem translatorischen Antrieb 16,17,18 in x-Richtung verschiebbar angeordnet. Die oberen Keile 11,13,15 sind durch je eine Koppelstange 19,20,21 in x-Richtung festgelegt. Die Koppelstangen 19,20,21 können gelenkbildende Querschnittsverringerungen aufweisen, um die Beweglichkeit der oberen Keile 11,13,15 in z-Richtung nicht zu behindern. Auf den oberen Keilen 11,13,15 sind galgenartige Tragelemente 22,23,24 befestigt, an denen an Drähten 25,26,27 der Feintisch 2 mittels Haltern 28,29,30 aufgehängt ist. Die Drahtaufhängungen bewirken, durch ihre Nachgiebigkeit in den Richtungen x, y, daß bei der Positionierung keine ungewollten Zwangskräfte auftreten.

Auf dem Grobtisch 1 ist weiterhin eine vertikale Geradführung 31 angeordnet, an deren Schlitten 32 die Enden der Koppelstangen 19,20,21 befestigt sind.

An dem Schlitten 32 ist eine Stützstelle 33 für ein in Richtung χ wirkendes translatorisches Positioniersystem 34 des Feintisches 2 vorgesehen. Der Schlitten 32 ist über ein Koppelelement, welches vorteilhaft als Drahtaufhängung 35 gestaltet sein kann, mit dem Feintisch 2 verbunden.

Auf dem Grobtisch 1 sind zwei gleichartige, trapezförmige, symmetrische Gelenkvierecke 36,37 angeordnet, deren Wirkungsebenen senkrecht zur Längsrichtung des Teilungsträgers 4 stehen.

Die Momentanpole 38,39 der Gelenkvierecke 36,37 liegen dabei in der Mittelachse der auf dem Teilungsträger 4 aufzubringenden oder auszumessenden Teilung. Die Koppeln 40,41 der Gelenkvierecke 36,37 sind durch vertikale Geradführungen 42,43 mit dem Feintisch 2 verbunden. Die Gestellpunkte 44,45,46,47 der Gelenkvierecke 36,37 sind über binäre Götriebeglieder 48,49,50,51, die vorzugsweise mit Blattfedergelenken ausgebildet sind, in Längsrichtung des Teilungsträgers 4 beweglich angeordnet und mit dem Grobtisch 1 verbunden.

Die Wirkungsweise der Einrichtung soll im folgenden beschrieben werden:

Die Einrichtung gestattet die hochgenaue Aufnahme und Positionierung eines langgestreckten, translatorischen Teilungsträgeis 4, dessen Teilung fotolithografisch hergestellt bzw. optoelektronisch ausgemessen werden soll. Durch die Einrichtung werden die dazu notwendigen Positionierbewegungen, wie die Fokussierung in z-Richtung, die Vorschubbewegung in x-Richtung und die Kippbewegungen zum Ausgleich der Keilfehler des Teilungsträgers 4 ermöglicht.

Der Grobtisch 1 ist in x-Richtung verschiebbar angeordnet, so daß die gesamte Länge des Teilungsträgers 4 durch das optische System 6 erfaßt werden kann. Die translatorischen Antriebe 16,17,18 beinhalten Antriebsmotoren, die die Verstellung des Teilungsträgers 4 in z-Richtung und die Kippungen um die x- und y-Achse einleiten. Die translatorischen Antriebe 16, Ί /, 18 bewirken über Stelzen 52,53,54 und die Koppelstangen 19,20,21 eine translatorische x-Bewegung der Keile 1Ό, 12,14 der Keilgetriebe 7,8,9. Durch die Keilwirkunn wird die x-Bewegung um einen definierten Faktor weiter untersetzt, so daß sich für die oberen Keile 11,13,15 eine feinfühlige z-Verstellung ergibt. Die oberen Keile 11,13,15, welche an Drahtaufhängungen 25,26,27 den Feintisch 2 tragen, stützen sich, da sie in x-Richtung keinen Freiheitsgrad besitzen dürfen, mit den Koppelstangen 19, 20,21 am Schlitten 32 ab. Eine derartige Ankopplung an den Schlitten 32 gewährleistet gleichzeitig die Nachführung der Koppelstangen 19,20,21 in z-Richtung. Dadurch, daß der Schlitten 32 mit seiner Geradführung 31 gestellfest auf den Grobtisch 1 befestigt ist und am Feintisch 2 aufgehängt ist, wird diez-Bewogung des Feintisches 2 auch auf den Schlitten 32 übertragen. Das sich gegen den Schlitten 32 abstützende translatorische Positioniersystem 34, welches als Piezostellglied ausgeführt sein kann, bewirkt die Feinpositionierung des Feintisches 2 in x-Richtung. Durch die Aufhängung des Feintisches 2 in den drei Punkten über den Keilgetrieben 7,8,9 können die z-Verstellung und die Kippverstellungen des Feintisches 2 über die Verstellung der Keilgetriebe 7,8,9 eingeleitet werden.

Die Bewegung des Feintisches 2 in z-Richtung zur Fokussierung bzw. zum Ausgleich verschiedener Dicken des Teilungsträgers 4 wird durch die gleichmäßige Verstellung aller drei Keilgetriebe 7,8,9 bewirkt.

Kippungen um die Y-Achse zum Ausgleich des Längskeiles des Teilungsträgers 4 werden durch gleichgeschaltetes Verstellen der Keilgetriebe 7,8 und gegenläufiges Verstellen des Keilgetriebes 9 erzeugt. Die Kippungen um die χ-Achse zum Ausgleich des Querkeiles des Teilungsträgers 4 werden durch gegenläufiges Verstellen der Keilgetriebe 7 und 8 eingeleitet. Die Gelenkvierecke 36,37 gewährleisten, daß die Kippachse stets in der Mitte der aufzubringenden oder zu untersuchenden Teilung sowie in der Bildebene des optischen Systems 6 liegt. Dies wird auch bei sich ändernder Materialstärke des Teilungsträgers 4 gewährleistet.

Die Drehachse der Kippung um die x-Achse wird durch die Momentanpole 38,39 dieser beiden Gelenkvierecke 36,37 gebildet.

Der Momentanpol 38,39 jedes der beiden trapezförmigen Gelenkvierecke 36,37 wird jeweils durch den Schnittpunkt der Verlängerungen der beiden gleichberechtigten Schwingen des jeweiligen Gelenkvierecks gebildet. Bei Einleitung einer Kippbewegung um die x-Achse wird das Trapez der Gelenkvierecke 36,37 verformt, so daß die Kippung des Feintisches 2 um die über dem Feintisch 2 aufgespannte virtuelle Achse erfolgt. Bewegungen des Feintisches 2 in z-Richtung werden durch die in den Gelfnkvierecken 36,37 integrierten vertikalen Geradführungen 42,43 gewährleistet. Der notwendige Freiheitsgrad für die Feinpositionierung des Feintisches in x-Richtung wird durch die in den Gelenkvierecken 36,37 integrierten binären Getriebeglieder 48,49,50,51, die mit Blattfedergelenken ausgebildet sind, realisiert. Die Blattfedergelenke gewährleisten außerdem das Kippen des Feintisches 2 um die y-Achse.

Claims (7)

1. Einrichtung zum Positionieren eines langen schlanken Teilungsträgers relativ zur optischen Achse und zur Bildebene eines optisch abbildenden Systems, bestehend aus einem horizontal angeordneten Grobtisch, der in Längsrichtung des Teilungsträgers mittels eines translatorischen Positioniersystems definiert verschiebbar ist, weiterhin bestehend aus einem Feintisch, der über drei vertikal wirkende Positionierelemente auf dem Grobtisch aufgebaut ist, und der relativ zum Grobtisch mittels eines weiteren translatorischen Positioniersystems in Längsrichtung des Teiluhgsträgers definiert verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß als vertikal wirkende Positionierelemente drei Keilgetriebe (7,8,9) vorgesehen sind, die jeweils aus zwei Keilen (10,11, 12,13,14,15) bestehen, wobei der untere Keil (10,12,14) mittels eines translatorischen Antriebes in Längsrichtung (x) des Teilungsträgers (4) verschiebbar ist, der obere Keil (11,13,15) über je eine Koppelstange (19,20,21) in der Längsrichtung (x) des Teilungsträgers (4) festgelegt ist und der obere Keil (11,13,15) über je ein Koppelelement (25,26,27), ds in vertikaler Richtung (z) unnachgiebig und in allen anderen Richtungen (x, y) nachgiebig ist, mit dem Feintisch (2) verbunden ist, daß auf dem Grobtisch (1) eine vertikale Geradführung (31) angeordnet ist, an deren Schlitten (32) die Enden der Koppelstangen (19, 20, 21) befestigt sind und eine Stützstelle (33) für das Positioniersystem (34) des Feintisches (2) angeordnet ist, wobei der Schlitten (32) über ein Koppelelement (35) mit dem Feintisch (2) verbunden ist, und daß auf dem Grobtisch (1) zwei gleichartige trapezförmige symmetrische Gelenkvierecke (36,37) angeordnet sind, deren Wirkungsebenen senkrecht zur Längsrichtung des Teilungsträgers (4) stehen, deren Momentanpole (38,39) in der Mittelachse der Teilung liegen, deren Koppel (40,41) durch eine vertikale Geradführung (42,43) mit dem Feintisch (2) verbunden sind und deren Gestellpunkte (44, 45,46,47) über binäre Getriebeglieder '.8,49,50, 51), die in Längsrichtung des Teilungsträgers (4) beweglich sind, mit dem Grobtisch (1) verbunden sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keile (10,11,12,13,14,15) der Keilgetriebe (7,8,9) den gleichen Keilwinkel aufweisen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Koppelelemente zwischen den oberen Keilen (11,13,15) und dem Feintisch (2) jeweils eine Drahtaufhängung (25,26,27) für den Feintisch (2) vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Koppelelemente zwischen den oberen Keilen (11,13,15) und dem Feintisch (2) Stützen vorgesehen sind, die quer zu ihrer Längsrichtung elastisch ausgebildet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelstangen (19,20,21) gelenkbildende Querschnittsverringerungen aufweisen.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Koppelelement zwischen Schlitten (32) und Feintisch (2) ein quer zu seiner Längsrichtung elastisch ausgebildeter Draht (35) vorgesehen ist, an dem der Schlitten (32) angehängt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die binären Getriebeglieder (48, 49,50, 51) zwischen den Gestellpunkten (44,45,46,47), der Gelenkvierecke (36,37) und dem Grobtisch (1) mit Blattfedergelenken (44,45,46,47,55,56,57,58) ausgebildet sind.