DE10050749B4

DE10050749B4 - Laserinterferenzeinrichtung

Info

Publication number: DE10050749B4
Application number: DE10050749A
Authority: DE
Inventors: Hisayoshi Tsukuba Sakai; Tetsuhiko Utsunomiya Kubo
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2020-10-14
Also published as: JP2001108408A; DE10050749A1; US6697162B1; JP3400393B2

Abstract

Laserinterferenzeinrichtung, welche aufweist:
einen Grundkörper;
ein beweglich auf dem Grundkörper angeordnetes Gleitstück, auf welchem ein zu verarbeitender Gegenstand angebracht werden kann;
ein Laserinterferometer, welches einen Interferometerabschnitt zur Ausbildung eines optischen Weges mit variabler Länge für Laserlicht aufweist, der auf dem Grundkörper in Bewegungsrichtung des Gleitstücks verläuft, und einen ortsfesten, reflektierenden Spiegel zur Ausbildung eines optischen Bezugsweges des Laserlichts aufweist, der auf dem Grundkörper in Bewegungsrichtung des Gleitstücks verläuft, um das Ausmaß der Bewegung des Gleitstücks unter Verwendung der Interferenz des Laserlichts zwischen dem optischen Bezugsweg und dem optischen Weg mit variabler Länge zu messen; und
eine Verarbeitungsvorrichtung, welche (i) auf dem Grundkörper angebracht ist, (ii) so ausgebildet ist, daß sie den zu verarbeitenden Gegenstand so verarbeitet, daß als Bezugsgröße das Ausmaß der Bewegung des Gleitstücks verwendet wird, welches durch das Laserinterferometer festgestellt wird, und (iii) deren Verarbeitungspunkt auf einer Verlängerung einer optischen Achse des Laserinterferometers liegt,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserinterferenzeinrichtung, und insbesondere eine derartige Laserinterferenzeinrichtung, die einen Gegenstand bearbeitet, der auf einem Gleitstückabschnitt angebracht ist, dessen Ausmaß der Bewegung von einem Laserinterferometriemeßinstrument gemessen wird.
Seit einigen Jahren ist es in Bezug auf die Längenmessung immer wichtiger geworden, die Länge verfolgen zu können, und wurde es erforderlich, die Unsicherheit in Bezug auf die Meßgenauigkeit festzustellen. Da momentan die Laserwellenlänge als Längenstandard dient, wird häufig ein Laserinterferometriemeßsystem als Längenmeßvorrichtung in Meßinstrumenten und Meßeinrichtungen verwendet, bei hochgenauen Bearbeitungseinrichtungen und dergleichen, um die Verfolgbarkeit des Längenstandards zu erleichtern, und die Unsicherheit in Bezug auf die Meßgenauigkeit feststellen zu können.
Wenn ein derartiges Laserinterferometriemeßsystem als Vorrichtung zur sehr genauen Messung der Verschiebung eines Gleitstücks bei derartigen Meßinstrumenten und Meßeinrichtungen, hochgenauen Bearbeitungseinrichtungen und dergleichen verwendet wird, führen Änderungen der Laserwellenlänge, die infolge der Änderung des Brechungsindex auftreten, der sich infolge von Änderungen der Lufttemperatur oder des Luftdrucks, der Feuchte, und der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre ändert, zu Einschränkungen der Messung der Länge mit hoher Genauigkeit, so daß vorgeschlagen wurde, den optischen Weg des Lasers zu evakuieren.

Wenn die Genauigkeit eines Strichmaßstabes unter Verwendung eines derartigen Laserinterferometriemeßsystems bestimmt wird, erfolgt diese Bestimmung folgendermaßen. Der Strichmaßstab wird auf einem Gleitstückabschnitt angebracht, und Skalenmarkierungen des Strichmaßstabs werden von einem Photoelektronenmikroskop oder dergleichen detektiert. Dann kann die Genauigkeit des Strichmaßstabs dadurch bestimmt werden, daß die Abweichung des Intervalls zwischen den Skalenmarkierungen, die von dem Photoelektronenmikroskop detektiert werden, festgestellt wird, wobei als Bezugsgröße das Ausmaß der Verschiebung des Gleitstücks eingesetzt wird, welches unter Verwendung eines Laserinterferometriemeßinstruments detektiert wird.

Bei einer derartigen Einrichtung zur Beurteilung des Strichmaßstabs wird es selbstverständlich erforderlich, daß das Ausmaß der Verschiebung des Gleitstücks, welches als Bezugsgröße dient, durch das Laserinterferometriemeßinstrument mit hoher Genauigkeit detektiert wird. Bei der japanischen Veröffentlichung eines ungeprüften Patents Nr. 2000-55617 hat die vorliegende Anmelderin eine hochgenaue Laserinterferenzeinrichtung vorgeschlagen, die auch als derartiges Laserinterferometriemeßinstrument zur Bewertung eines Strichmaßstabs verwendet werden kann. Nachstehend erfolgt eine kurze Beschreibung dieser Laserinterferenzeinrichtung.

2 zeigt den Aufbau der Laserinterferenzeinrichtung, die in der japanischen Veröffentlichung eines ungeprüften Patents Nr. 2000-55617 vorgeschlagen wurde. Die Laserinterferenzeinrichtung weist einen Grundkörper 10 auf, eine Laserlichtquelle 12, einen Interferometerabschnitt 14, ein Gleitstück 16, einen Gleitstückantriebsmechanismus 18 und einen reflektierenden Spiegel 20. Weiterhin weist die Laserinterferenzeinrichtung einen Faltenbalgantriebsschlitten 30 auf, der sich in den Richtungen von Pfeilen in der Figur zusammen mit Gleitstück 16 bewegt, da ein Faltenbalgantriebsmechanismus 32 mit dem Gleitstück 16 verriegelt ist. Ein ortsfester Abschnitt 34 ist an dem Grundkörper 10 befestigt, und hält seine Position bei, wird also nicht durch die Bewegung des Gleitstücks 16 und des Faltenbalgantriebsschlittens 30 bewegt. Ein Hauptfaltenbalg 36 ist zwischen dem Faltenbalgantriebsschlitten 30 und dem ortsfesten Abschnitt 34 angeordnet. Ein Hilfsfaltenbalg 38 ist zwischen dem reflektierenden Spiegel 20 und dem Faltenbalgantriebsschlitten 30 angeordnet. Ein weiterer Hilfsfaltenbalg 40 ist zwischen dem Interferometerabschnitt 14 und dem ortsfesten Abschnitt 34 vorgesehen. Im Inneren des Hauptfaltenbalges 36 herrscht Vakuum. Darüber hinaus sind die Hilfsfaltenbälge 38 und 40 als doppelwandige Faltenbälge ausgelegt. Der Hilfsfaltenbalg 38 besteht aus einer inneren Schale 38a und einer äußeren Schale 38b, wobei die Innenseite (oder das Innere der inneren Schale 38a) unter Vakuum gehalten wird, während die Außenseite (oder ein Raum zwischen der Innenschale 38a und der äußeren Schale 38b) auf einem vorbestimmten Druck gehalten wird, der höher ist als Atmosphärendruck. Entsprechend besteht der Hilfsfaltenbalg 40 aus einer innere Schale 40a und einer äußeren Schale 40b, wobei die Innenseite (oder das Innere der inneren Schale 40a) unter Vakuum gehalten wird, während die Außenseite (oder ein Raum zwischen der inneren Schale 40a und der äußeren Schale 40b) auf einem vorbestimmten Druck gehalten wird, der höher ist als Atmosphärendruck. Hierbei ist unter Vakuum im wesentlichen Vakuum zu verstehen. Ein Ende des Hilfsfaltenbalges 38 ist mit dem reflektierenden Spiegel 20 verbunden, und sein anderes Ende ist mit dem Faltenbalgantriebsschlitten 30 verbunden. Obwohl die relative Differenz zwischen den Bewegungen des Gleitstücks 16 und des Faltenbalgantriebsschlittens 30 nicht exakt gleich Null ist, kompensiert das Ausfahren und Einziehen des Hilfsfaltenbalges 38, wodurch eine flexible Kupplung ermöglicht wird, den Fehler in Bezug auf die Relativbewegung des Faltenbalgantriebsschlittens und des Gleitstücks 16, der eine Störung darstellt.

Wie voranstehend geschildert ist bei der in 2 dargestellten Anordnung eine sehr genaue Längenmessung möglich, da der optische Weg des Lasers unter Vakuum gesetzt ist, und die Doppelfaltenbalganordnung eingesetzt wird.

Nunmehr zeigen die 3A bis 3C ein Beispiel für eine Anordnung, bei welcher ein Strichmaßstab unter Verwendung der Laserinterferenzeinrichtung unter Einsatz eines derartigen Doppelfaltenbalgaufbaus beurteilt wird. Die grundlegende Anordnung ist so, daß bei der in 2 dargestellten Laserinterferenzeinrichtung ein Strichmaßstab, der den zu bewertenden Gegenstand darstellt, zusätzlich auf dem Gleitstück 16 vorgesehen ist, und ein Photoelektronenmikroskop zum Detektieren der Skala dieses Strichmaßstabs vorgesehen ist. Bei diesen Zeichnungen stellt 3A eine Aufsicht dar, 3B eine Seitenansicht, und 3C eine Vorderansicht. Die Laserinterferenzeinrichtung ist auf dem Grundkörper 1 angebracht, und ein Strichmaßstab 5, der den zu bewertenden Gegenstand darstellt, ist auf dem Gleitstück 16 entlang der Richtung der Bewegung des Gleitstücks 16 fixiert. Die Zentrumsachse der Skala des Strichmaßstabes 5 liegt auf der optischen Achse der Laserinterferenzeinrichtung, also auf der optischen Achse eines optischen Weges 22 mit variabler Länge, der zwischen dem Interferometerabschnitt 14 und dem reflektierenden Spiegel 20 ausgebildet wird. Zusätzlich ist ein Arm 1a auf dem Grundkörper 1 vorgesehen, und ist ein Photoelektronenmikroskop 4 zum Detektieren der Skala des Strichmaßstabs 5 am distalen Ende des Arms 1a angeordnet. Ein Zentrum 6 für das Detektieren der Skala des Strichmaßstabs 5 durch das Photoelektronenmikroskop 4 liegt auf der optischen Achse des optischen Weges 22 mit variabler Länge.

Bei einer derartigen Anordnung wird das Ausmaß der Verschiebung des Gleitstücks 16 mit hoher Genauigkeit auf der Grundlage der Interferenz detektiert, die infolge der optischen Wegdifferenz zwischen dem optischen Weg 22 mit variabler Länge und einem optischen Bezugsweg auftritt, der durch die Laserlichtquelle 12 und einen ortsfesten Spiegel 21 gebildet wird. Weiterhin wird das Intervall zwischen den Skalenmarkierungen des Strichmaßstabs 5 von dem Photoelektronenmikroskop 4 detektiert. Dann wird die Genauigkeit des Strichmaßstabs 5 auf der Grundlage der Abweichung zwischen den beiden detektierten Werten beurteilt.

Bei der in den 3A bis 3C dargestellten Laserinterferenzeinrichtung ist es möglich, da sich der optische Weg des Lasers unter Vakuum befindet, eine Änderung der Laserwellenlänge zu vermeiden, die infolge der Änderung des Brechungsindex und des gleichen von Luft auftreten könnte. Allerdings ist das Problem aufgetreten, daß bei dem optischen Weg 22 mit variabler Länge infolge von Änderungen der Umgebungstemperatur eine Auslenkung in dem Grundkörper 1 auftritt, infolge des Ausdehnens und Zusammenziehens des Grundkörpers 1 infolge von Wärmeeinwirkung in Richtung der Laserinterferometriemessung, und infolge einer Bewegung der Gewichtsbelastung in Bezug auf den Grundkörper 1 infolge der Bewegung des Gleitstücks 16, so daß sich das Zentrum 6 für das Detektieren durch das Photoelektronenmikroskop 4 in Richtung der Laserinterferometriemessung bewegt, was zu einer wesentlichen Fehlerquelle führt.

4 zeigt schematisch die Auslenkung des Grundkörpers 1 infolge der Bewegung der Gewichtsbelastung in Bezug auf den Grundkörper 1 wegen der Bewegung des Gleitstücks 16. Wenn sich in der Zeichnung das Gleitstück 16 von der mit durchgezogenen Linien angedeuteten Position zu der mit doppelt gepunkteten, gestrichelten Linien angedeuteten Position bewegt, wird die Oberfläche des Grundkörpers 1 in der Zeichnung nach unten ausgelenkt, infolge des Gewichts des Gleitstücks 16. Wenn der Auslenkwinkel der Oberfläche des Grundkörpers 1 mit θ bezeichnet wird, die Höhe des Zentrums 6 für das Detektieren mit dem Photoelektronenmikroskop 4 gegenüber einer Führungsoberfläche (einer Schienenoberfläche, falls das Gleitstück 16 auf Schienen angebracht ist) des Grundkörpers 1 mit h bezeichnet wird, und das Ausmaß der Bewegung des Zentrums 6 für das Detektieren mit dem Photoelektronenmikroskop in Richtung der Messung der Länge infolge der Auslenkung mit ε bezeichnet wird, so ergibt sich ε = h·sindθ (1)und dieses Bewegungsausmaß ε bildet den Fehler bei der Bewertung der Genauigkeit des Strichmaßstabes 5.

Es wäre selbstverständlich theoretisch möglich, das Bewegungsausmaß ε (den Fehler) dadurch zu überwinden, daß dieser Fehler ε unter Verwendung eines weiteren Laserinterferometriemeßinstruments gemessen wird, und eine Korrektur in Bezug auf das Ausmaß der Bewegung des Strichmaßstabes vorgenommen wird, der sich zusammen mit dem Gleitstück 16 bewegt. Allerdings würde der Aufbau des Beurteilungssystems unnötig kompliziert, und träte daher die Schwierigkeit auf, daß sich die Kosten erhöhen.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der voranstehend geschilderten, beim Stand der Technik auftretenden Probleme entwickelt, und ihr Vorteil besteht in der Bereitstellung einer Laserinterferenzeinrichtung, die eine hochgenaue Verarbeitung unter Verwendung eines Laserinterferometriemeßinstruments vornehmen kann, und die einfach einen Fehler infolge der thermischen Verformung des Grundkörpers ausgleichen kann, die durch Änderungen der Umgebungstemperatur hervorgerufen wird, und durch eine Auslenkung des Grundkörpers infolge einer Bewegung des Gleitstücks.

Der voranstehend geschilderte Vorteil der vorliegenden Erfindung wird durch eine Laserinterferenzeinrichtung erzielt, die ein Laserinterferometer aufweist, welches einen optischen Bezugsweg aufweist, und dazu ausgebildet ist, das Ausmaß der Bewegung eines Gleitstücks dadurch zu messen, daß die Interferenz des Laserlichts zwischen dem optischen Bezugsweg und einem optischen Weg mit variabler Länge genutzt wird; wobei ein zu verarbeitender Gegenstand auf dem Gleitstück parallel zur Bewegungsrichtung des Gleitstücks festgesetzt ist; und eine Bearbeitungsvorrichtung auf einem Grundkörper des Laserinterferometers befestigt ist, und zur Verarbeitung des zu verarbeitenden Gegenstands ausgebildet ist. Bei der Laserinterferenzeinrichtung wird der zu verarbeitende Gegenstand dadurch verarbeitet, daß die Verarbeitungsvorrichtung als Bezugsgröße das Ausmaß der Bewegung des Gleitstücks verwendet, das durch das Laserinterferometer festgestellt wird, wobei eine optische Achse des Laserinterferometers und ein Punkt zum Verarbeiten des zu verarbeitenden Gegenstands durch die Verarbeitungsvorrichtung auf einer geraden Linie angeordnet sind, und ein ortsfester, reflektierender Spiegel zur Ausbildung des optischen Bezugsweges für das Laserlicht auf dem Grundkörper so befestigt ist, daß er sich in einer identischen Position zu dem Verarbeitungspunkt in Richtung einer Bewegungsachse des Gleitstücks befindet, wobei sowohl der optische Weg mit variabler Länge als auch der optische Bezugsweg in Bewegungsrichtung des Gleitstücks auf dem Grundkörper verlaufen.

Bei der voranstehend geschilderten Einrichtung ist es vorzuziehen, daß ein Interferometerabschnitt, der optische Bezugsweg und der optische Weg mit variabler Länge, welche die Laserinterferenzeinrichtung bilden, sich im Vakuumzustand befinden. Hierbei weist vorzugsweise der optische Bezugsweg einen rohrförmigen Aufbau auf, und ist mit einem Doppelwandfaltenbalg versehen, und ist mit dem ortsfesten, reflektierenden Spiegel über den Faltenbalg verbunden.

Weiterhin ist es bei einer derartigen Einrichtung vorzuziehen, daß die Verarbeitungsvorrichtung und der ortsfeste, reflektierende Spiegel auf einer Brückenanordnung angeordnet sind, welche das Gleitstück überspannt, wobei die Brückenanordnung an dem Grundkörper befestigt ist.

Weiterhin ist vorzugsweise der zu verarbeitende Gegenstand ein Strichmaßstab, der eine Skala aufweist, und ist die Verarbeitungsvorrichtung ein Detektor zum Detektieren der Skala an dem Punkt der Verarbeitung.

Bei der Erfindung ist der ortsfeste, reflektierende Spiegel zur Ausbildung des optischen Bezugsweges nicht auf herkömmliche Weise senkrecht zum optischen Weg mit variabler Länge innerhalb des Interferometerabschnitts angeordnet, sondern ist auf dem Grundkörper angebracht, so daß er sich an einem identischen Ort in Bezug auf den Punkt der Bearbeitung in Richtung der Bewegungsachse des Gleitstücks befindet. Die Verarbeitung des zu verarbeitenden Gegenstands wird durchgeführt, während das Ausmaß der Bewegung des Gleitstücks dadurch detektiert wird, daß die Interferenz zwischen dem optischen Bezugsweg und dem optischen Weg mit variabler Länge in dem Laserinterferometer ausgenutzt wird. Obwohl der Punkt der Verarbeitung (der als das Zentrum für das Detektieren der Skala im Falle der Bewertung eines Strichmaßstabs dient) infolge der Auslenkung des Grundkörpers verschoben wird, wird infolge der Tatsache, daß die Position des reflektierenden Spiegels auf dem optischen Bezugsweg des Laserinterferometers in gleichem Ausmaß synchron zum Punkt der Verarbeitung verschoben wird, die Verschiebung des Punktes der Verarbeitung infolge der Auslenkung des Grundkörpers ausgeglichen, wodurch der Fehler automatisch ausgeschaltet wird.

Da der Interferometerabschnitt, der optische Bezugsweg und der optische Weg mit variabler Länge, welche die wesentlichen Einrichtungen des Laserinterferometerinstruments bilden, sich im Vakuumzustand befinden, wird eine Änderung der Laserwellenlänge infolge einer Änderung des Brechungsindex verhindert, und kann das Ausmaß der Bewegung des Gleitstücks mit hoher Genauigkeit detektiert werden, was eine Verarbeitung mit hoher Genauigkeit an dem Punkt der Verarbeitung gestattet.

Der Punkt der Verarbeitung und der ortsfeste, reflektierende Spiegel sind so auf dem Grundkörper angeordnet, daß sie sich am identischen Ort in Richtung der Bewegungsachse des Gleitstücks befinden. Diese Anordnung kann einfach dadurch erzielt werden, daß fest eine Brückenanordnung auf dem Grundkörper so vorgesehen wird, daß sie das Gleitstück überspannt, und die Verarbeitungsvorrichtung und der ortsfeste, reflektierende Spiegel auf dieser Brückenanordnung angeordnet werden. Die Auslenkung des Grundkörpers führt dazu, daß die Verarbeitungsvorrichtung und der ortsfeste, reflektierende Spiegel in gleichem Ausmaß über die Brückenanordnung verschoben werden, und gleicht den Fehler aus, während die Positionsbeziehung auf der Bewegungsachse des Gleitstücks zwischen dem Punkt der Verarbeitung, und dem ortsfesten, reflektierenden Spiegel beibehalten wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen; als Beispiel ist hierbei die Beurteilung eines Strichmaßstabes gewählt. Es zeigt:
1A bis 1C schematische Darstellungen einer Laserinterferenzeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Laserinterferometriemeßinstruments;
3A bis 3C schematische Darstellungen eines Strichmaßstabbewertungsgerätes unter Verwendung des in 2 gezeigten Laserinterferometriemeßinstruments; und
4 ein Diagramm, welches das Auftreten der Auslenkung eines Grundkörpers infolge der Bewegung des Gleitstücks in den 3A bis 3C erläutert.
Die 1A bis 1C zeigen jeweils den Aufbau einer Laserinterferenzeinrichtung zur Beurteilung eines Strichmaßstabs gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Hierbei ist 1A eine Aufsicht, 1B eine Seitenansicht, und 1C eine Vorderansicht. Der Hauptunterschied zu den in den 3A bis 3C dargestellten Anordnungen besteht in den Konfigurationen des optischen Bezugsweges. Bei den Konfigurationen in den 3A bis 3C wird nämlich das Laserlicht, welches von einer Laserlichtquelle 12 ausgesandt wird, durch ein Halbprisma innerhalb eines Interferometerabschnitts 14 aufgeteilt, von einem ortsfesten Spiegel 21 in dem Interferometerabschnitt reflektiert, und gelangt zum Halbprisma zurück, wodurch der optische Bezugsweg gebildet wird. Allerdings ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein optischer Bezugsweg 24 so ausgebildet, daß er parallel zur Bewegungsrichtung eines Gleitstücks 16 verläuft, ebenso wie ein optischer Weg 22 mit variabler Länge. Der ortsfeste, reflektierende Spiegel 21a, der einen Endabschnitt des optischen Bezugsweges 26 bildet, ist nicht senkrecht zum optischen Weg 22 mit variabler Länge innerhalb des Interferometerabschnitts 14 wie in den 3A bis 3C angeordnet, sondern ist auf einer geraden Linie angeordnet, welche ein Photoelektronenmikroskop 4 und das Zentrum 6 für das Detektieren verbindet, parallel zum optischen Weg 22 mit variabler Länge entlang der Bewegungsrichtung des Gleitstücks 16. Ein Strichmaßstab 5 ist auf dem Gleitstück 16 vorgesehen, und das Photoelektronenmikroskop 4 und der ortsfeste, reflektierende Spiegel 21a sind an einer Brückenanordnung 3 befestigt, die so angeordnet ist, daß sie wie in 1B gezeigt, das Gleitstück 16 und den optischen Weg 22 mit variabler Länge überspannt. Die Beine der Brückenanordnung 3 sind an einem Grundkörper 1 befestigt.
Das Laserlicht, das von der Laserlichtquelle 12 ausgesandt wird, wird durch ein Halbprisma innerhalb des Interferometerabschnitts 14 aufgeteilt, und ein abgetrennter Anteil breitet sich entlang dem optischen Weg 24 mit variabler Länge aus, wird durch einen reflektierenden Spiegel 20 reflektiert, der auf dem Gleitstück 16 vorgesehen ist, und kehrt zu dem Interferometerabschnitt 14 zurück. Der optische Weg 22 mit variabler Länge wird durch einen Faltenbalg 27 und einen Doppelfaltenbalg 28 gebildet, deren Inneres jeweils unter Vakuum gesetzt ist. Der andere Anteil, der durch das Halbprisma abgetrennt wird, wird durch einen Spiegel 14a innerhalb des Interferometerabschnitts 14 reflektiert, und wird in Licht umgewandelt, das parallel zum optischen Weg 22 mit variabler Länge verläuft. Der optische Bezugsweg 24 zwischen dem Interferometerabschnitt 14 und dem ortsfesten, reflektierenden Spiegel 21a, der auf der Brückenanordnung 3 vorgesehen ist, weist eine rohrförmige Anordnung 26 und den Doppelfaltenbalg 28 auf, deren Inneres sich jeweils im Vakuumzustand befindet, und die bereitgestellte Anordnung ist so, daß die rohrförmige Anordnung 26, die Brückenanordnung 3, und der Interferometerabschnitt 14 flexibel durch den Doppelfaltenbalg 28 so verbunden sind, daß auf sie keine externe Kraft einwirkt.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform der ortsfeste, reflektierende Spiegel 21a, der den Endabschnitt des optischen Bezugsweges bildet, an derselben Position angeordnet ist wie jener, an welcher sich das Zentrum 6 für das Detektieren durch das Photoelektronenmikroskop 4 befindet, in Richtung der Bewegungsachse des Gleitstücks 16, wird selbst dann, wenn eine Auslenkung bei dem Grundkörper 1 infolge einer Verformung unter Wärmeeinwirkung des Grundkörpers wegen einer Änderung der Umgebungstemperatur und der Bewegung des Gleitstücks 16 auftritt, und daher das Zentrum 6 für das Detektieren durch das Photoelektronenmikroskop 4 in der Richtung der Laserinterferometriemessung ausgelenkt wird, der ortsfeste, reflektierende Spiegel 21a, der den optischen Bezugsweg ausbildet, in gleichem Ausmaß und gleichzeitig in der Richtung der Laserinterferometriemessung ausgelenkt, da diese Auslenkung ebenso erfolgt wie jene des Zentrums 6 für das Detektieren durch das Photoelektronenmikroskop 4, wodurch der Detektionsfehler infolge des Photoelektronenmikroskops und der Detektionsfehler des Laserinterferometriemeßinstruments, das als Bezugsgröße dient, ausgeglichen werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird daher der optische Bezugsweg, der herkömmlich fest ausgebildet war, synchron mit dem Detektionszentrum des Photoelektronenmikroskops verschoben, infolge der Auslenkung des Grundkörpers, wodurch der Detektionsfehler des Photoelektronenmikroskops automatisch korrigiert wird. Daher beeinflußt die Auslenkung des Grundkörpers 1 nicht die Beurteilung des Strichmaßstabes, was eine Bewertung mit hoher Genauigkeit ermöglicht.
Es wird darauf hingewiesen, daß dann, wenn der Grundkörper 1 so angeordnet ist, daß er bilateral symmetrisch in Bezug auf eine Vertikalebene ist, welche die optische Achse der Laserinterferenz enthält (die Achse des optischen Weges mit variabler Länge), und die Konstruktion so gewählt ist, daß die Bewegung des Schwerpunkts des Gleitstücks innerhalb der Vertikalebene liegt, welche die optische Achse der Laserinterferenz enthält, der Grundkörper 1 das Auftreten einer Torsion infolge der Bewegung des Schwerpunkts des Gleitstücks 16 sowie das Auftreten einer Torsion infolge einer asymmetrischen Wärmeeinwirkung minimieren kann. Verbunden mit der Ausbildung des optischen Bezugsweges ist es daher möglich, den Fehler verläßlich auszuschalten.
Zwar wurde bei der vorliegenden Ausführungsform ein Fall betrachtet, bei welchem das Gleitstück 16 mit dem Strichmaßstab 5 versehen ist, also mit dem zu verarbeitenden Gegenstand, und bei welchem das Photoelektronenmikroskop als die Verarbeitungsvorrichtung zur Durchführung der Verarbeitung zur Bewertung der Genauigkeit des Strichmaßstabs vorgesehen ist, jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, und ist auch bei einer anderen Verarbeitung einsetzbar. Beispielsweise durch Bereitstellung einer Sonde, eines Bearbeitungskopfes, oder eines Belichtungskopfes als Verarbeitungsvorrichtung, statt des Photoelektronenmikroskops 4, das auf der Brückenanordnung 3 vorgesehen ist, und durch Durchführung einer Endmaßbeurteilungsverarbeitung, einer Bearbeitung, bzw. einer Belichtungsbearbeitung, ist es möglich, eine Endmaßstabbeurteilungsverarbeitungseinrichtung aufzubauen, beispielsweise für ein Endmaß oder ein abgestuftes Endmaß, für eine äußerst genaue Bearbeitungseinrichtung, eine äußerst genaue Belichtungseinrichtung, und dergleichen. Wird beispielsweise eine hochgenaue Bearbeitungseinrichtung betrachtet, so wird ein Werkstück auf dem Gleitstück 16 angeordnet, und erfolgt die Bearbeitung durch den Bearbeitungskopf, während eine hochgenaue Positionierung mit Hilfe des Laserinterferometriemeßinstruments vorgenommen wird, wodurch eine hochgenaue Bearbeitung ermöglicht wird, die nicht durch die Auslenkung des Grundkörpers 1 beeinflußt wird.
Darüber hinaus ist die Laserinterferenzeinrichtung bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform nicht auf ein Laserinterferometriemeßinstrument beschränkt, wie es in 2 gezeigt ist. Es können auch andere Laserinterferometriemeßinstrumente als die Laserinterferenzeinrichtung eingesetzt werden.
Wie voranstehend geschildert ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, einfach einen Fehler infolge einer thermischen Verformung des Grundkörpers auszuschalten, die durch die Änderung der Umgebungstemperatur und infolge der Auslenkung des Grundkörpers wegen der Bewegung des Gleitstücks hervorgerufen wird, was eine Verarbeitung mit hoher Genauigkeit unter Verwendung eines Laserinterferometriemeßinstruments gestattet. Darüber hinaus kann eine Messung mit höherer Genauigkeit unter Verwendung eines Laserinterferometriemeßinstruments erfolgen, wie es in 2 gezeigt ist, was eine noch genauere Verarbeitung gestattet.

Claims

Laserinterferenzeinrichtung, welche aufweist: einen Grundkörper; ein beweglich auf dem Grundkörper angeordnetes Gleitstück, auf welchem ein zu verarbeitender Gegenstand angebracht werden kann; ein Laserinterferometer, welches einen Interferometerabschnitt zur Ausbildung eines optischen Weges mit variabler Länge für Laserlicht aufweist, der auf dem Grundkörper in Bewegungsrichtung des Gleitstücks verläuft, und einen ortsfesten, reflektierenden Spiegel zur Ausbildung eines optischen Bezugsweges des Laserlichts aufweist, der auf dem Grundkörper in Bewegungsrichtung des Gleitstücks verläuft, um das Ausmaß der Bewegung des Gleitstücks unter Verwendung der Interferenz des Laserlichts zwischen dem optischen Bezugsweg und dem optischen Weg mit variabler Länge zu messen; und eine Verarbeitungsvorrichtung, welche (i) auf dem Grundkörper angebracht ist, (ii) so ausgebildet ist, daß sie den zu verarbeitenden Gegenstand so verarbeitet, daß als Bezugsgröße das Ausmaß der Bewegung des Gleitstücks verwendet wird, welches durch das Laserinterferometer festgestellt wird, und (iii) deren Verarbeitungspunkt auf einer Verlängerung einer optischen Achse des Laserinterferometers liegt, wobei der ortsfeste, reflektierende Spiegel so auf dem Grundkörper angebracht ist, daß er sich am selben Ort befindet wie der Verarbeitungspunkt in Bewegungsrichtung des Gleitstücks.
Laserinterferenzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Interferometerabschnitt, der optische Bezugsweg, und der optische Weg mit variabler Länge im wesentlichen unter Vakuum stehen.
Laserinterferenzeinrichtung nach 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Bezugsweg durch eine rohrförmige Anordnung und einen Faltenbalg abgedeckt ist, wobei die Rohranordnung mit dem ortsfesten, reflektierenden Spiegel durch den Faltenbalg verbunden ist.
Laserinterferenzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg einen Doppelaufbau aufweist, der durch eine innere Schale und eine äußere Schale gebildet wird, welche die innere Schale abdeckt, wobei sich das Innere der inneren Schale im wesentlichen unter Vakuum befindet, und ein Raum, der durch die äußere Schale und die innere Schale ausgebildet wird, einen vorbestimmten Druck aufweist, der höher ist als Atmosphärendruck.
Laserinterferenzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brückenanordnung vorgesehen ist, die an dem Grundkörper befestigt ist, wobei die Verarbeitungsvorrichtung und der ortsfeste, reflektierende Spiegel an der Brückenanordnung angebracht sind.
Laserinterferenzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zu verarbeitende Gegenstand ein Strichmaßstab ist, der eine Skala aufweist, und parallel zur Bewegungsrichtung des Gleitstücks angebracht ist, und die Verarbeitungsvorrichtung einen Detektor zum Detektieren der Skala an dem Verarbeitungspunkt aufweist.
Laserinterferenzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen sind: ein Reflexionsabschnitt zur Ausbildung des optischen Weges mit variabler Länge in Bezug auf den Interferometerabschnitt; ein Bewegungsabschnitt, der in dem optischen Weg mit variabler Länge angeordnet ist, und so ausgebildet ist, daß er sich in Bewegungsrichtung des Gleitstücks verriegelt mit dem Gleitstück bewegen kann; ein ortsfester Abschnitt, der ortsfest in dem optischen Weg mit variabler Länge angeordnet ist; ein Hauptlichtführungsabschnitt, der zwischen dem Bewegungsabschnitt und dem ortsfesten Abschnitt angeordnet ist, und sich in Bewegungsrichtung des Gleitstücks frei ausdehnen und zusammenziehen kann; ein erster Hilfslichtführungsabschnitt, der zwischen dem reflektierenden Abschnitt und dem beweglichen Abschnitt angeordnet ist, und sich frei in Bewegungsrichtung des Gleitstücks ausdehnen und zusammenziehen kann; und ein zweiter Hilfslichtführungsabschnitt, der zwischen dem ortsfesten Abschnitt und dem Interferometerabschnitt angeordnet ist.
Laserinterferenzeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Hauptlichtführungsabschnitts, das Innere des ersten Hilfslichtführungsabschnitts, und das Innere des zweiten Hilfslichtführungsabschnitts sowie der optische Weg mit variabler Länge im wesentlichen unter Vakuum stehen.
Laserinterferenzeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der erste Hilfslichtführungsabschnitt als auch der zweite Hilfslichtführungsabschnitt einen Doppelaufbau aufweist, der durch eine innere Schale und eine die innere Schale abdeckende, äußere Schale gebildet wird, wobei sich das Innere jeder inneren Schale im wesentlichen unter Vakuum befindet, und ein Raum, der jeweils durch die äußere Schale und die entsprechende innere Schale ausgebildet wird, einen vorbestimmten Druck aufweist, der höher ist als Atmosphärendruck.