DE2057828B2 - Anlage zur genauen Verschiebung eines Gegenstandes in einer Ebene - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur präzisen Verschiebung eines Gegenstands in einer Ebene durch eine Translationsbewegung, mit einem Schlitten für jede Translationsbewegungsrichtung, der in dieser Richtung bewegbar ist und den Gegenstand über eine Verschiebungs-Korrektureinrichtung trägt, die bezüglich des Schlittens eine Translationsbewegung bzw. Drehung in der genannten Ebene unter Steuerung von elektromechanischen Wandlern verursacht, die sich gegen eine Fußplatte und eine Objektträgerplatte der Verschiebungs-Korrektureinrichtung abstützen, wobei ein an einer die Schlitten tragenden Grundplatte befestigtes Optiksystem zur Messung der absoluten Verschiebungen bezüglich Translation und Rotation der Objektträgerplatte in der genannten Ebene und zur Steuerung der elektromechanischen Wandler vorgesehen ist.

Eine Einrichtung dieser Art wurde bereits in der DE-AS 1907363 vorgeschlagen. Sie wird beispielsweise bei der Herstellung von integrierten Schaltungen zum Verschieben entweder der Masken selbst oder von Trägern, auf welchen die integrierten Schaltungen hergestellt werden, in Maskengeräten verwendet. Solche Verschiebungen mit verhältnismäßig geringer Gesamtamplitude, beispielsweise in der Größenordnung von cm, welche bis zu Dezimetern gehen können, werden allgemein durch aufeinanderfolgende Verschiebungsbewegungen in X- und V-Richtung durchgeführt, wobei jede Verschiebungsbewegung mit einer sehr großen Genauigkeit durchgeführt werden muß.

Bei solchen Einrichtungen können optische Verfahren der Interferometrie zur Steuerung der Verschiebungen angewendet und dieselben mittels optisch-elektrischer Regelschleifen korrigiert werden. ; die die durch Vergleich der irtterferometrischen Meßergehnisse und der vorbestimmten Daten erhaltenen Fehlerinformationen auf Korrektureinrichtungen geben. Aus der FR-PS 1529444 ist es bereits bekannt, bei einer Präzisionseinspanneinrichtung mit automatischer Stabilisierung der Werkstückkoordinaten piezoelektrische Keramikkörper zur Feineinstellung dieser Werkstückkoordinaten zu verwenden.

Die in der DE-AS 1907363 vorgeschlagenen Einrichtungen weisen allgemein eine Grundplatte auf,

ι -, welche die Organe zur X und Y-Verschiebung, die Korrektureinrichtung und den auf der Objektträgerplatte auszurichtenden Gegenstand trägt, wobei diese Grundplatte als Bezugsebene für die X- und Y-Verschiebungen dient. Die Korrektureinrichtung weist

_>o mehrere konzentrische Rahmen auf, die alle annähernd in derselben Ebene angeordnet und gegenseitig durch eine durchdachte Kombination von piezoelektrischen Keramikteilen und Torsionsblattfedern mechanisch verbunden sind.

r, Die verschiedenen Keramikteile empfangen die Fehlersignale, welche durch den Vergleich der von den Interfermoetereinrichtungen abgegebenen Meßergebnisse und der den gewünschten Verschiebungen entsprechenden vorbestimmten Daten erzeugt wer-

Jd den, wobei der Gegenstand oder sein Träger Spiegel tragen, welche die beweglichen Spiegel der Meßinterferometer bilden.

Wenn eine solche Einrichtung auch die Korrektur der Verschiebungsfehler in zwei aufeinander senk-

J-, recht stehenden Richtungen und insbesondere der Abweichungen bezüglich dieser Richtungen mit einer sehr großen Genauigkeit gestattet, wobei diese Abweichungen grundsätzlich auf Fehlern der Verschiebungsorgane beruhen, so ist sie doch eine ziemlich anfällige, mechanische Konstruktion, bei der die Genauigkeit der gesamten Anlage nachteilig beeinflußt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine beson-

4j ders hohe Präzision, auch nach längerer Gebrauchsdauer, auf einfache Weise ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs gelöst, die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fußplatte und die Objektträgerplatte durch zwei übereinander angeordnete Platten gebildet sind, die parallel zueinander und ohne Berührung miteinander durch Stege gehalten sind, die unter der Einwirkung von zu den beiden Platten parallelen Kräften elastisch

-,-, deformierbar sind, daß zwei elektromechanische Wandler vorgesehen sind, die auf beiden Seiten eines Verbindungselements zwischen der Fußplatte und der Objektträgerplatte angeordnet sind, und daß das Verbindungselement ein zentrales Schwenk- und Wider-Mi lager mit elastischer Rückführung bildet.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Schrägansicht einer gesamten Einrichtung bzw. Anlage zum genauen An-

_h-, ordnen eines Gegenstandes in einer Ebene,

Fig. 2 drei schematische Darstellungen, welche ein Korrekturorgan gemäß einer Richtung (X) mit zwei Platten zeieen. wobei die erste Darstellung eine

Draufsicht ist, während die beiden anderen Schnitte längs der Achsen aa bzw. bb der ersten Darstellung sind,

Fig. 3 ein Übersichtsschaltbild der interferometrischen Meßeinrichtungen und der zugehörigen Schaltungen zur Steuerung der beiden aufeinander senkrechten Verschiebungsbewegungen, zum Messen der Abweichungen bezüglich den Richtungen dieser beiden Verschiebungsbewegungen und zur Erzielung einer digitalen Messung der Verschiebungen längs dieser Richtungen,

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild einer Anwendungsart der Korrektureinrichtung zum funktionellen Trennen der Dreh- und Verschiebungskorrekturen jedes Korrekturorgans, und

Fig. 5 ein Prinzipschaltbild einer Schaltung zur Vermeidung von Anordnungsfehlern, welche auf Störverschiebungen mit einer Zeitkonstante beruhen, die zu kurz ist, um durch die Regeleinrichtung korrigiert zu werden, wie beispielsweise Stöße.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Einrichtung bzw. Anlage zum genauen Anordnen eines Gegenstandes O in einer Ebene. Diese Anlage wurde bereits vorgeschlagen. Soweit sie in dieser Figur dargestellt ist, entspricht sie der in der oben genannten Patentanmeldung beschriebenen Anlage. Ihre Neuheit beruht, wie bereits oben erwähnt, in der Korrektureinrichtung, und zwar sowohl in deren Ausbildung als auch in deren Verwendung.

Diese Anlage weist eine Grundplatte B auf, welche als Bezug für die Verschiebungen dient. Auf dieser Platte sind zwei Platten P_x und P_Y zur Verschiebung in den Richtungen X und Y und sodann die Korrektureinrichtung C angebracht, welche den Gegenstand der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Gegenstand O auf der Korrektureinrichtung C mittels eines Trägers S angebracht, auf welchem zwei aufeinander senkrechte Spiegel M_x und M_Y befestigt sind, die als bewegliche Spiegel für die Interferometer der Verschiebungsmeßvorrichtung dienen. Diese Interferometer /,, I₂, I,I₄, weiche auf der festen Bezugsplatte B befestigt sind, sind br ispielsweise Michelson-Interferometer, welche mit kohärentem Licht arbeiten. Es sind vorteilhafterweise zwei Interferometer für jede Verschiebungsrichtung vorgesehen, so daß die Messung der Abstände in Translation und Rotation bezüglich dieser beiden Richtungen erfolgen. Die beiden ersten Interferometer /,, I₂ ermöglichen die Messung der Abstände E_y bezüglich der Verschiebungsrichtung X mit Hilfe des Spiegels M_Y, während die beiden anderen Interferometer I₃, /₄ die Messung der Abstände ε_χ bezüglich der Verschiebungsrichtung Y mit Hilfe des Spiegels M_x ermöglichen. Die Meßergebnisse dieser Interferometer werden in einer weiter unten beschriebenen Weise einerseits zum Korrigieren der genannten Abstände nach Maßgabe der laufenden Verschiebungsbewegung und andererseits zur genauen Messung und gegebenenfalls Korrektur der durchgeführten Verschiebungen verwendet.

Die Korrektureinrichtung C gemäß der Erfindung besteht aus zwei funktionell unabhängigen Korrekturorganen, deren eines die Abstände ε_χ bezüglich einer bestimmten Richtung Y und deren anderes die Abstände e_y bezüglich einer dazu senkrechten Richtung X korrigiert.

Fig. 2 zeigt schematisch drei Ansichten einer Ausführungsform eines dieser beiden Korrekturorgane, welche beispielsweise die Korrektur der Abstände E_x im Verlauf einer Verschiebung längs Y ermöglicht.

Die erste Ansicht, welche dieses Korrekturorgan in A'-Richtung in Draufsicht zeigt, läßt die gesamte obere Platte 1 erkennen, welche bezüglich der unteren, hier feste Platte genannten Platte 2 beweglich ist. In den beiden Schnitten aa und bb ist die bewegliche Platte 1 in weiterer Schraffur dargestellt als die feste Platte 2. In der Draufsicht sind die sichtbaren Teile der Platte 2 ebenfalls in enger Schraffur dargestellt.

Diese beiden Platten werden parallel und in geringem Abstand voneinander mittels drei Stegen gehalten, welche aus kleinen zylindrischen Säulen 3, 4, 5 bestehen, die an den beiden Platten in der im Schnitt aa gezeigten Weise befestigt und in einem Dreieck um die Mitte 17 der Platten derart angeordnet sind, daß die Gewichtskräfte nahezu gleichmäßig auf die drei Stege verteilt werden. Diese Stege haben eine ausreichend geringe Steifheit, um kleine relative Verschiebungen zwischen den beiden Platten sowie Verschiebungs- und Drehbewegungen der Platte 1 bezüglich der Platte 2 zuzulassen. Infolge dieser Anordnung werden die Relativbewegungen der beiden Platten nicht, wie es allgemein bei Vorrichtungen dieser Art nach dem Stand der Technik der Fall ist, durch Kugeln oder Rollen ermöglicht, welche die mechanische Verbindung der beiden Platten gewährleisten, sondern sie werden durch eine elastische Verformung der Stege ermöglicht, was den außerordentlich großen Vorteil hat, daß praktisch alle Diskontinuitäten unterdrückt werden, weiche bei diesen Bewegungen mit sehr geringer Amplitude das Abrollen von Kugeln oder Rollen mit sich bringt.

Die Verschiebungen der beweglichen Platte 1 bezüglich der festen Platte 2 werden durch die Verformungen in A'-Richtung von zwei Gruppen von piezoelektrischen Keramikteilen 6 und 7 gesteuert, weiche die von der in Fig. 3 schematisch dargestellten Meßeinrichtung erzeugten Fehlersignale empfangen. Jede der beiden Gruppen von Keramikteilen ist zwischen dem seitlichen Teil einer Öffnung 15, 16, die beispielsweise in der beweglichen Platte ausgebildet ist, und einer seitlichen Fläche eines Teils 8,9 der anderen Platte, bei diesem Beispiel der festen Platte, eingespannt und springen in diese öffnung vor. Der Schnitt längs der Linie bb stellt diese Anordnung sehr schematisch dar. Die mechanische Verbindung zwischen einer Gruppe von Keramikteilen 6 oder 7 und der Platte 2 wird durch eine Metallkugel 10 und einen an der Platte 2 befestigten Teil 11 gewährleistet. Eine aus Schraube und Mutter bestehende Anordnung 12 ermöglicht eine Regelung der auf die Keramikteile ausgeübten Belastungen ohne jede Anwendung eines Fehlersignals vor der Verwendung der Anlage, wobei insbesondere die Ungleichartigkeiten der die beiden Gruppen 6 und 7 bildenden Keramikschichtungen ausgeglichen werden und die Arbeitsweise der Anlage symmetrisch gemacht wird.

Die Führung der beweglichen Platte bezüglich der festen Platte und ihre Zurückholung bei unterschiedlichen MikroVerschiebungen in Verschiebung und/ oder Drehung, denen sie unterworfen wird, werden mittels eines elastischen Organs, wie eines hohlen Metallzylinders 13 gewährleistet, welcher vertikal annähernd in der Mitte der Platten angeordnet ist und beispielsweise längs vier seiner Erzeugenden an zwei V-förmigen, einander gegenüberliegenden Flächen anliegt, wobei die eine Fläche am seitlichen Teil einer

öffnung in der beweglichen Platte 1 und die andere am seitlichen Teil eines mit der festen Platte 2 fest verbundenen Teils 14 ausgebildet ist.

Die allgemeine Anordnung der gerade beschriebenen Gruppe von Teilen bezüglich der Mitte 17 der beiden Platten kann etwas unterschiedlich sein. Dagegen ist die relative Lage des Rings 13 und der beiden Gruppen von Keramikteilen 6 und 7 sehr wichtig. Damit die Korrekturanlage optimal arbeitet, ist es erforderlich, daß die Mitte des Rings 13 mit den Anlagepunkten der beiden Gruppen von Keramikteilen 6 und 7 an der Platte 1 ausgerichtet ist (wobei diese Ausrichtung in Fig. 2 durch die Achse S₁ S₂ dargestellt ist) und daß die beiden Gruppen von Keramiktcilcn 6 und 7 gleiche Abstände von diesem Ring aufweisen, d. h. symmetrisch bezüglich der Achse aa in der Draufsicht angeordnet sind.

Unter Berücksichtigung dieser Anordnung kann der Hohlzylinder 13 zweckmäßig seine doppelte Rolle spielen, welche einerseits darin besteht, die elastische Rückholung der beweglichen Platte 1 bezüglich der festen Platte 2 bei Verschiebung und andererseits ihre Führung bei Drehung zu gewährleisten, indem das augenblickliche Drehzentrum, der Punkt 17, lokalisiert wird, wobei eine Verschiebung durch Verformungen in gleicher Richtung und mit gleicher Amplitude der beiden Gruppen von Keramikteilen 6 und 7 hervorgerufen wird, während eine Drehung um den Punkt 17 durch Verformungen mit der gleichen Amplitude und in umgekehrter Richtung hervorgerufen wird.

Das Profil des Längsabschnitts der zylindrischen Wand, die Lokalisierung seiner Anlagepunkte an den beiden Y-FIächen, das Durchmesser-Höhen-Verhältnis des Zylinders werden derart festgelegt, daß einerseits die beiden Arten von Belastungen, denen der Zylinder bei Verschiebungen unterworfen wird, am besten verteilt werden, wobei diese Belastungen sind: (a) eine Reaktion, welche derjenigen eines auf zwei Auflagen ruhenden und in seiner Längsebene belasteten Trägers mit ringförmigem Querschnitt entspricht, und (b) eine Reaktion, welche derjenigen eines zwischen vier, zwei gegenüberliegende V bildenden Tangentialebenen angeordneten und sich in der Ebene senkrecht zu seiner Ringachse verformenden Rings entspricht, und daß andererseits die Zylinderoberfläche mit ausreichender Krümmung erhalten bleibt, damit die Führung bei Drehung trotz der auf den durch die Verschiebungen hervorgerufenen Kräften beruhenden Verformungen stets gewährleistet bleibt.

Eine solche Korrckturanlage mit zwei Platten gestattet beispielsweise die Ausführung von Verschiebungskorrekturen ε_χ von einigen Mikron mit einer Genauigkeit von weniger als ein Hundertstel Mikron und Drehungskorrekturen um den Punkt 17 in der Größenordnung von 10 Bogensckunden.

Die einstellbare Regelung der auf die Keramikteile bei Abwesenheit jeglichen Steuersignals ausgeübten Belastungen ist derart, daß der Zylinder 13 etwas eingedrückt wird, so daß Korrekturen in A'-Richtung in den beiden Richtungen möglich sind. Darüber hinaus gestattet diese ständige Eindrückung des Zylinders eine Aufnahme der verschiedenen Spiele, die auf der Montage der Keramikteile zwischen den beiden Platten beruhen.

Zur Erzielung einer vollständigen Korrektureinrichtung C der in Fig. 1 gezeigten Anlage genügt es, zwei elementare Anordnungen, wie sie gerade beschrieben wurden, übereinanderzusetzen, indem sie derart um 90° gegeneinander verdreht sind, daß die eine die Abstände ε_χ in der A'-Richtung und die andere die Abstände e_y in der Y-Richtung korrigiert.

Eine solche Korrektureinrichtung in A'-Richtung und in V-Richtung kann etwas vereinfacht werden, wobei die feste Platte des unteren Korrekturorgans von der unmittelbar darunterliegenden, in Fig. 1 mit P_y bezeichneten Platte gebildet wird und deren bewegliche Platte selbst die feste Platte des zweiten Korrekturorgans bildet.

Im einen wie im anderen Fall werden die beiden Korrekturorgane, die in ihrer Funktion unabhängig sind, da sie jeweils die Abstände in einer einzigen Richtung korrigieren, vorteilhafterweise derart übercinangergeseizt, daß die Mitten ihrer Hohlzylinder, weiche die beidne Drehzentren sind, ausgerichtet sind. Diese Bedingung ist zwar nicht notwendig, erleichtert jedoch die Herstellung und Verwendung der Korrektureinrichtung, wobei die Drehkorrekturen alle um den gleichen Mittelpunkt erfolgen.

Fig. 3 zeigt schematisch die interferometrische Meßeinrichtung und die zugehörigen Schaltungen, welche insbesondere die Erzeugung von auf eine vollständige Korrektureinrichtung gegebenen Fehlersignalen ermöglichen, d. h. die X- und y-Abstände im Verlauf der Einstellung eines Gegenstandes durch Verschiebungen in Y- und A'-Richtung korrigieren.

Die vier Interferometer /,, I₂, I₃, I₄, welche auf der Bezugsplatte B in der in Fig. 1 gezeigten Weise befestigt sind, werden von einer Laser-Lichtquelle La gespeist, deren Lichtbündel von drei teilweise reflektierenden Plättchen L₁, L₂, L₃ und zwei Spiegeln M₁, M ₂ reflektiert und/oder durchgelassen wird. Jedes Interferometer weist in üblicher Weise ein halbreflektierendes Plättchen S₁, S₂, S₃, S₄, einen normalerweise festen Bezugsspiegel F₁, F₂, F₃, F₄, dessen Lage sehr fein durch einen von einem Potentiometer P₁, P₂, P₃, P₄ gesteuerten piezoelektrischen Keramikteil eingestellt werden kann, einen Meßspiegel, welcher aus dem einen oder anderen der beiden Spiegel M_x und M_Y besteht, die unter 90° auf dem Objektträger S gemäß Fig. 1 oder, was gleichwertig ist, auf der letzten Platte der Korrektureinrichtung C angebracht sind, mit welcher der Objektträger oder das Objekt selbst fest verbunden sind, sowie einen optischen Empfänger A₁, A₂, R₃, R₄ auf, auf welchen ein Voltmeter V₁, V₂, V₃, V₄ folgt, welches die Beobachtung der Verschiebung der Interferenzstreifen des entsprechenden Interferometers gestattet.

Am Beginn eines Einstellvorgangs, nach dem die gesamten vorhergehenden Regelungen durchgeführt worden sind, wie die Regelungen der Vorbelastungen der Keramikteile der Korrektureinrichtung und die Regelung des Parallelismus der Spiegel M_x, M_y und der Verschiebungsrichtungen Y bzw. X, wird das einzustellende Objekt oder der einzustellende Gegenstand mit Hilfe der Platten P_x und P_Y in die Nähe seiner Ausgangsstellung gebracht. Diese Ausgangsstellung kann auf weniger als 0,1 Mikron festgelegt werden, indem beispielsweise auf die Abschnitte der vier Gruppen von Keramikteilen der beiden Korrekturorgane eingewirkt wird, welche von den, einen Teil der Regelschleife bildenden Abschnitten, auf welche die Fehlersignale gegeben werden, elektrisch unabhängig sind.

Um jedoch diesen Vorgang durchzuführen, sind die Regelschleifen geöffnet, damit sie dieser vorausgehenden Regelung nicht entgegenwirken.

Wenn die Ausgangslage in dieser Weise festgelegt ist, werden die Potentiometer P₁, P₂, P₃, P₄ eingestellt, um die Bezugsspiegel F₁, F₂, F₃, F₄ sehr fein zu verschieben und dieselben beispielsweise so anzuordnen, daß die Voltmeter K₁, V₂, V₃, K₄ einen Wert anzeigen, welcher einen Nullwert des von den Empfängern A₁, A₂, R₃, R₄ in Abhängigkeit vom Vorbeiwandern der Interferenzstreifen abgegebenen sinusförmigen Signals kennzeichnet, wobei dieser Nullwert beispielsweise in einem Abschnitt dieses Signals liegt, dessen Steigung positiv ist.

Es ist festzustellen, daß Verschiebungsdetektoren, welche aus den Interferometern bestehen, in bekannter Weise S-Kennlinien aufweisen, welche um ihren Nullpunkt eine zur Verschiebung, d. h. zu dem korrigierenden Abstand ε proportionale Spannung ergeben, wobei diese S-Kennlinien entweder direkt durch Verwendung des obengenannten sinusförmigen Signals um einen Nullpunkt oder durch Bewirken einer synchronen Demodulierung dieses Signals um einen Scheitelpunkt erhalten werden und die Modulation in bekannter Weise am'Laserbündel erzielt wird.

Ausgehend von der so festgelegten Ausgangsstellung des Gegenstandes können sodann Ortsveränderungen durch Verschiebungen längs der X- und Y-Richtung durchgeführt werden. Wenn es sich beispielsweise um Verschiebungen längs der AT-Richtung handelt, in deren Verlauf die Abstände e_y bezüglich der Verschiebungsrichtung korrigiert werden müssen, werden die von den Empfängern R₁ und R₂ abgegebenen und zweckmäßigerweise verstärkten Signale e_yl und ö_y2 beispielsweise über Umschalter auf die entsprechenden Abschnitte der beiden Gruppen von Keramikteilen des Y-Korrekturorgans gegeben, wobei dieser Vorgang das Ziel hat, die Regelschleife zu schließen, damit die Schwankungsbewegungen korrigiert werden. Jede Abweichung des Gegenstandes in Verschiebung oder in Drehung bezüglich der Verschiebungsrichtung überträgt sich in eine leichte Abwanderung der Interferenzstreifen und daher auf Fehlerspannungen e_yl und/oder ε 2 und wird durch die kombinierte Wirkung der beiden Gruppen von Keramikteilen des Y-Korrekturorgans korrigiert. Der Vorgang ist der gleiche bei Y-Verschiebungen, wobei die auf die Korrektureinrichtung gegebenen Fehlersignale dann die Signale ε.1 und ε_ζ2 sind, welche jeweils auf entsprechende Abschnitte der beiden Gruppen von Keramikteilen des Jf-Korrekturorgans gegeben werden.

Wie oben erwähnt, gestattet die erfindungsgemäße Anlage zum genauen Anordnen nicht nur die Korrek tur von Abweichungen im Verlauf von Verschiebungen, sondern auch eine quantisierte Messung dieser Verschiebungen mit einem Meßquantum, das gleich der Hälfte der Wellenlänge der Laserstrahlung, d. h. beispielsweise 0,3 Mikron ist, und die Genauigkeit liegt unter einem Zehntel Mikron, wenn es sich um Messungen im Stillstand handelt. Dazu genügt es, die Meßeinrichtung durch eine Vorrichtung zu ergänzen, welche Interferenzstreifen während ihres Vorbeiwanderns zählen kann und gleichzeitig die Bewegungsrichtung berücksichtigt, welche dieses Vorbeiwandern vermittelt Solche Vorrichtungen sind beispielsweise in der DE-OS 2002583.6 vorgeschlagen.

Die Meßeinrichtung der erfindungsgemäßen Anlage zum Anordnen wird daher durch zwei dieser Streifenzählvorrichtungen vervollständigt, und zwar eine Vorrichtung je Verschiebungsrichtung. Jede dieser Vorrichtungen weist in Verbindung mit einem der beiden Interferometer der entsprechenden Richtung, beispielsweise I₂ und /₄, einen zweiten photoelektrischen Empfänger r₂ und r₄, eine logische Schaltung L, , einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler C_r und beispielsweise eine Anzeigevorrichtung mit direkter Ablesung Y., K auf.

Bei einer Verschiebung längs der A'-Richtung steuern beispielsweise die beiden photoelektrischen Emp-

ID fänger r₄ und R₄ mittels verschachtelter Signale, die sie abgeben, die logische Schaltung L, welche in Abhängigkeit vom Sinn der Verschiebung in A'-Richtung ihrerseits die Vorwärts- oder Rückwärtszählung des Zählers C_r steuert, wodurch vermieden wird, daß die

Ii gleichen Streifen beispielsweise infolge von Schwingungen mehrere Male gezählt werden. Das Ergebnis dieser Messung wird mit der Genauigkeit des elementaren Meßquantums an der Anzeigevorrichtung A₀ abgelesen, während die Voltmeter V₃ und K₄ darüber hinaus einen Bruchteil des Elementarquantums anzeigen, wodurch man mit einer Genauigkeit von weniger als einem Zehntel Mikron den Verschiebungswert in der A'-Richtung erhalten kann.

Diese Quantenmeßvorrichtungen für die Verschiebungen ermöglichen die Erzielung der vorbestimmten Verschiebungswerte mit der oben genannten Genauigkeit. Wenn im Verlauf der Verschiebung längs der A'-Richtung beispielsweise der an X_a abgelesene Wert genügend nahe am gewünschten Wert liegt, wird die

jo Verschiebungsplatte P_x angehalten und die Abschnitte der Keramikteile des Korrekturorgans in A'-Richtung, welche am Beginn der Einstellung dazu gedient haben, die Ausgangsstellung mit Genauigkeit zu erhalten, ermöglichen eine Feineinstellung der Lage

ji des Objekts.

Bei der gerade beschriebenen Verwendungsart werden die Fehlersignale ε_χ1, ε_χ2, e_yl, e_y2 jeweils auf Gruppen von Keramikteilen des entsprechenden Korrekturorgans gegeben, wobei die Drehungs- und Verschiebungskorrekturen gleichzeitig und ungetrennt durch die kombinierte Wirkung der beiden Gruppen von Keramikteilen auf den entsprechenden Hohlzylinder erfolgen.

Eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Anlage, welche eine bevorzugte Ausführungsform betrifft und schematisch in Fig. 4 dargestellt ist, besteht darin, daß die Drehkorrekturen von den Verschiebungskorrekturen funktionell getrennt werden. Dazu werden die von den beiden Interferometeran-Ordnungen, welche dem gleichen Meßspiegel zugeordnet sind, abgegebenen Fehlerspannungen (Spannungen e^lund e_y2, welche von den Anordnungen Z₁ und I₂ abgegeben werden, die dem Spiegel M_Y in Fig. 4 zugeordnet sind, welche die Korrektureinrichtung längs der einen Richtung Y für Verschiebun gen längs der A'-Richtung darstellt) einerseits auf eine Schaltung 40, welche ihre Summe bildet, und andererseits auf eine Schaltung 41 gegeben, welche ihre Differenz bildet, wobei das Summensignal Verschie- bungsfehler kennzeichnet und das Differenzsignal Drehungsfehler kennzeichnet

Wie schematisch in Fig. 4 gezeigt, wird das von der Schaltung 40 abgegebene Summensignal parallel auf einen Abschnitt ST jeder der beiden Gruppen von

_b5 Keramikteilen Gl, Gl des Y-Korrekturorgans gegeben, während das von der Schaltung 41 abgegebene Differenzsignal symmetrisch beispielsweise über eine Gegentaktschaltung auf einen weiteren Abschnitt S_R

jeder der beiden Gruppen Gl, G2 gegeben wird. Jedes dieser Signale wird auf den entsprechenden Abschnitt von Keramikteilen über Umschalter I_Y gegeben, welche nur bei Verschiebungen in A'-Richtung in die aktive Stellung 2 geschaltet werden, wie es bereits für die erste Verwendungsart der Anlage angegeben wurde.

Allgemein wirken die beiden Korrekturarten der Verschiebung und Drehung gleichzeitig, obwohl sie funktionell getrennt sind. Damit die Drehfehler um ein anderes Drehzentrum als das Drehzentrum der Korrekturorgane, nämlich die Mittelpunkte der Hohlzylinder (13 in Fig. 4), weiche eine Änderung des charakteristischen Verschiebungsfehlersignals hervorrufen können, nicht die Stabilität der Anlage beeinflussen, müssen die beiden Korrckturarten ausreichend voneinander unabhängig sein. Dazu wird das von der Schaltung 40 abgegebene Summensignal auf die beiden anderen Gruppen von Keramikteilen des entsprechenden Korrekturorgans mit einer geringeren Zeitkonstante als derjenigen gegeben, mit der das Differenzsignal auf die entsprechenden Abschnitte dieser beiden Gruppen von Keramikteilen gegeben wird.

In dieser Weise ermöglicht die gerade beschriebene Anlage zum Anordnen einerseits eine Korrektur der Abstände oder Abweichungen bezüglich der Verschiebungsrichtung mit einer sehr großen Genauigkeit und andererseits die Erzielung einer genauen Messung dieser Verschiebung durch Zählung der Interferenzstreifen.

In bestimmten Fällen, insbesondere wenn die Anlage zum Anordnen einem vorübergehenden äußeren Stoß ausgesetzt ist, welcher während eines kurzen Augenblicks eine verhältnismäßig große Abweichung bezüglich der laufenden Verschiebungsrichtung hervorruft, kann die Regeleinrichtung diese Abweichung nicht korrigieren und kommt außer Tritt. Wenn der vorübergehende Stoß beendet ist, kann die Regelschleife an eine andere Periode des von den photoelektrischen Empfängern abgegebenen sinusförmigen Signals und dementsprechend an einen anderen Interferenzstreifen gebunden bleiben als den, für welchen der Nullpunkt der Anlage eingeregelt worden ist. Um dieses eventuelle Außertrittkommen der Regeleinrichtung bei einem vorübergehenden Stoß zu vermeiden, werden bei der Anlage die den Interferometern zugeordneten und in Fig. 3 dargestellten Streifenzählvorrichtungen so verwendet, daß sie in der in Fig. 5 schematisch gezeigten Weise vervollständigt werden. Bei einer verhältnismäßig einfachen Ausführungsform werden lediglich die Ergebnisse eines der beiden jeder Richtung zugeordneten Interferometer, beispielsweise I₁ für die X-Verschiebungen, verwendet.

Bei einer weiterentwickelten Ausführungsform werden die beiden Interferometer Z₁ und I₂ verwendet Dazu genügt es, die dem Interferometer I₁ zugeordnete Schaltung in der gleichen Weise zu vervollständigen wie die dem Interferometer I₁ zugeordnete, indem an dieselbe ein zweiter Empfänger r, und eine Streifenzählvorrichtung angefügt wird. Die Anordnung der zwei Empfänger r_i,R_l wird sodann ihrerseits durch eine Schaltung vervollständigt, wie sie in Fig. 5 ι dargestellt ist.

Wenn es sich beispielsweise um eine X-Verschiebung handelt, messen die Interferometer Z₁ und I₁ die Abweichungen e_yl und e_y2. Die den Interferometern zugeordneten Streifenzähleinrichtungen, welche bei-

Hi spielsweise für ds Interferometer I₁ die Kombination der Empfänger r₂ und A₂, die logische Schaltung L und den Vorwärts-Rückwärts-Zähler C, aufweisen, haben normalerweise nichs zu zählen, solange die Regelung funktioniert. Solange dies der Fall ist, zeigt der jedem Interferometer (Z₁ und Z₂) zugeordnete Zähler C_r Null an und ein mit diesem Zähler C_r verbundenes Nulldekodierorgan 50 steuert die öffnung einer logischen Koinzidenzschaltung 51, welche andererseits das vom Empfänger R₂ (oder A₁) abgegebene Fehler-

signal empfängt, das somit auf einen Abschnit T₁ der Gruppe von Keramikteilen gegeben wird, welcher dem betreffenden Interferometer des Y-Korrekturorgans entspricht.

Im Fall der zweiten obengenannten Ausführungsform, bei der die Verschiebungs- und Drehungskorrekturen funktionell getrennt sind, steuert die Koinzidenzschaltung die Aufgabe der Summen- und Differenzsignale auf die betreffenden Abschnitte der Gruppen von Keramikteilen.

so Bei der Erzeugung eines vorübergehenden Stoßes zählt der dem einen und/oder anderen der beiden Interferometer Z₁ und Z₂ zugeordnete Zähler C_r die vorbeiwandernden Streifen vorwärts oder rückwärts und sperrt die als Koinzidenzschaltung ausgebildete Regelung 51 mittels der Schaltung 50. Die Feinkorrekturen £yl und/oder ε 2 werden dann nicht mehr durchgeführt. Die vom Zähler Cj. abgegebenen Informationen werden auf einen Digital-Analog-Umsetzer 52 gegeben. Am Ende des vorübergehenden Stoßes wird die Information ± n, welche der Anzahl von Streifen entspricht, um die die Anlage nach dem Stoß versetzt ist, durch den Umsetzer gemäß der Kurve v = f(n) in eine Spannung ν umgesetzt und die erhaltene Spannung ± ν wird auf einen Abschnitt T₁ der ent-

sprechenden Gruppe von Keramikteilen des betreffenden Korrekturorgans (hier des y-Korrekturorgans) gegeben. So wird die auf dem vorübergehenden Stoß beruhende restliche Abweichung annähernd korrigiert, der oder die Zähler C_r kehren auf Null zurück und die Regeleinrichtung beginnt wieder zu arbeiten.

So ermöglicht die beschriebene Einrichtung die Durchführung von Verschiebungen längs einer oder mehrerer Richtungen und insbesondere zweier aufeinander senkrecht stehender Richtungen mit einer sehr großen Genauigkeit. Sie ist insbesondere für die Herstellung von integrierten Schaltungen brauchbar, wobei sie an Maskengeräten sehr genaue kleine Verschiebungen in X- und Y-Richtung ermög-

bo licht

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

1. Patentansprüche:

   I. Einrichtung zur präzisen Verschiebung eines Gegenstands in einer Ebene durch eine Translationsbewegung, mit einem Schlitten für jede Translationsbewegungsriehtung, der in dieser Richtung bewegbar ist und den Gegenstand über eine Verschiebungs-Korrektureinrichtung trägt, die bezüglich des Schlittens eine Translationsbewegung bzw. Drehung in der genannten Ebene unter Steuerung von elektromechanischen Wandlern verursacht, die sich gegen eine Fußplatte und eine Objektträgerplatte der Versthiebungs-Korrektureinrichtung abstützen, wobei ein an eimer die Schlitten tragenden Grundplatte befestigtes Optiksystem zur Messung der absoluten Verschiebungen bezüglich Translation und Rotation der Objektträgerplatte in der genannten Ebene und zur Steuerung der elektromechanischen Wandiier vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußplatte (2) und die Objektträgerplatte (1) durch zwei übereinander angeordnete Platten gebildet sind, die parallel zueinander und ohne Berührung miteinander durch Stege (4) gehalten sind, die unter der Einwirkung von zu den beiden Platten (1) parallelen Kräften elastisch deformierbar sind, daß zwei elektromechanische Wandler (6,7) vorgesehen sind, die auf beiden Seiten eines Verbindungselements (13) zwischen der Fußplatte (2) und der Objektträgerplatte (1) angeordnet sind, und daß das Verbindungselement (13) ein zentrales Schwenk- und Widerlager mit elastischer Rückführung bildet.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für zwei aufeinander senkrechte Translationsbewegungsrichtungen zwei aufeinander angeordnete Verschiebungs-Korrektureinrichtungen (1, 2) vorgesehen sind, die um 90° gegeneinander verdreht sind, jeweils zur Korrektur einer Translationsabweichung des Gegenstands (O) in einer der beiden Richtungen.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußplatte (2) der dem Gegenstand (O) direkt tragenden Verschiebungsund Korrektureinrichtung durch die Objektträgerplatte (1) der anderen Verschiebungs- und Korrektureinrichtung gebildet ist, deren Fußplatte (2) mit dem beweglichen Schlitten (P_x, P_y) fest verbunden ist.
4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

   3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Objektträgerplatte (1) über drei Stege (4) mechanisch an einer Fußplatte (2) befestigt ist und daß die Stege (4) die Form kleiner Säulen aufweisen, die senkrecht zwischen den zwei Platten und dreiecksförmig um das Verbindungselement (13) herum angeordnet sind.
5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

   4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanischen Wandler (6, 7) piezoelektrische Vorrichtungen wie piezoelektrische Keramikelemente sind, die zwischen den einander gegenüberliegenden Seitenflächen einer Ausnehmung einer der beiden Platten (1, 2) und eines Vorsprungs (8, 9) der anderen der beiden Platten (1, 2) angeordnet sind, und daß die beiden Wandler (6, 7) symmetrisch bezüglich des Verbindungselements (13)

   angeordnet sind.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (13) zwischen der Fußplatte (2) und der Objektträgerplatte (1) als Hohlzylinder ausgebildet ist, der geringe elastische Deformierungen durch Kompression und/oder Verdrehung erfahren kann, der senkrecht zwischen den einander gegenüberliegenden Seitenflächen einer Ausnehmung einer der Platten (1) und eines vorspringenden Teils (14) der anderen Platte angeordnet und der derart ausgerichtet ist, daß seine senkrechte Achse (17) eine Gerade (S₁) schneidet, die durch die Abstützpunkte der elektromechanischen Wandler (6, 7) an der beweglichen (1) der beiden Platten (1, 2) definiert ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechte Achse (17) des als Hohlzylinder ausgebildeten Verbindungselements (13) durch den Schwerpunkt der Platten (1, 2) der Verschiebungs- und Korrektureinrichtung verläuft.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten, das Verbindungselement (13) einspannenden Seitenflächen zwei V-förmige Abstützoberflächen entlang zwei Erzeugenden des zylinderfcrmigen Verbindungselements (13) bilden.
9. 9. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Optiksystem jeweils einer der Translationsbewegungsrichtungen zugeordnete Optikeinrichtungen (I₁, I₂,I₃,1₄) enthält, die als mit kohärentem Licht arbeitende Interferometer ausgebildet sind, wie Michelson-Interferometer, deren beweglicher Spiegel (M_x, M^) an der Objektträgerplatte (1) derart befestigt ist, daß eine Reflexion senkrecht zu der genannten Richtung (X, Y) auftritt.
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Translationsbewegungsrichtung zwei Interferometer (/,, I₂, I₃, /₄) zugeordnet sind, die die Abstände bezüglich der genannten Richtung an zwei verschiedenen Punkten des beweglichen Spiegels (M_x, M_f) messen, zur Detektion einer Drehung der Objektträgerplatte (1).
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei von den Empfängern, die den zwei die Abstände in einer Richtung messenden Interferometern zugeordnet sind, abgegebenen Fehlersignale (ε_χ1, ε_χν e_yi, ε_>2) an die zwei elektromechanischen Wandler (6, 7) angelegt sind.
12. 12. Einrichtung nach Anspruch H), dadurch gekennzeichnet, daß die zwei von den Empfängern, die den zwei die Abstände in einer Richtung messenden Interferometern zugeordnet sind, abgegebenen Fehlersignale (ε_χ1, ε_χ2, ε_χ3, ε_χΛ) einerseits angelegt werden an eine die Summe daraus bildende Schaltung (40), die diese selbe Summe an zwei Teile (ST) der zwei elektromechanischen Wandler anlegt, so daß die Translationsabweichungen korrigiert werden, und andererseits anlegt an eine die Differenz daraus bildende Schaltung (41), die diese Differenz gegenphasig an zwei andere Teile (SR) der zwei elektromechanischen Wandler (G₁, G₂) anlegt, so daß die Drehungsabweichungen korrigiert werden.
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Summensignal und das Differenzsignal an die entsprechenden Teile der zwei elektromechanischen Wandler mit verschiedenen Zeitkonstanten, von denen die eine klein und die andere größer ist, angelegt sinci
14. 14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Systeme (Cr) zum Vorwärtszählen und Rückzählen der Interferenzstreifen während des Vorbeilaufens derselben von dc-fi Empfängern dem optischen Meßsystem in jeder Meßrichtung zugeordnet sind.
15. 15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Systemen zum Vorwärtszählen und Rückwärtszählen der Streifen Anzeigevorrichtungen (X₄₁, Y_a) verbunden sind, die die Werte der bewirkten Translationsbewegungen quantitativ anzeigen.
16. 16. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Systeme (Cr) zum Vorwärts- und Rückwärtszählen der Streifen, die der Meßvorrichtung in einer Richtung zugeordnet sind, die senkrecht zu der gerade ablaufenden Translationsbewegung ist, zur Sperrung der Regelung (51) während kurzzeitiger Stöße verwendet sind, die sich durch eine plötzliche Abweichung in der genannten, zur Translationsbewegung senkrechten Richtung bemerkbar machen, und daß an die zugeordnete Verschiebungs-Korrektureinrichtung ein angenähertes Korrektursignal ( V) angelegt ist, das abhängig von der verbleihenden Abweichung nach dem Stoß ist.