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Einrichtung zum kippfehlerfreien Messen von Ver-
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schiebungen eines Körpers Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zum Messen von Verschiebungen eines Körpers mittels einer lichtelektrischen Abtasteinheit
und einer elektronischen Auswerteeinheit.
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Sie ist insbesondere geeignet zur Gewinnung eines Kerrektursignales
für die Rückstellung der be einer zu messenden Verschiebung des Körpers auf einer
Flache durch Verdrehen des Körpers um eine Flächennormale zwischen einem mit dem
Körper fest verbundenen Kreuzrasters und einem raumfestes Koordinatensystem hervorgerufenen
Kippfehler.
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Es wurde bereits eine Einrichtung zum Messen von Verschiebungen und
Drehungen eines Körpers mittels einer lichtelektrischen Abtasteinheit und einer
elektronischen Auswerteeinheit vorgeschlagen (DE-OS 33 08 841).
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Diese Einrichtung enthält zur Vermeidung von Phasenfehlern Empfängerelemente,
von denen die zu einer Phasenlage des Meßsignals gehörenden in jeweils zwei Gruppen
zusammengefaßt sind, die weitestgehend symmetrisch zu einer den Gruppen aller Phasenlagen
gemeinsamen Mittellinie der Empfängeranordnung liegen. Ke@nzeichnend für diese Einrichtung
ist, daß zur Vermeidung von Amplitudenunterschieden zwischen den Signalen verschiedener
Phasenlagen
die Gruppen für jede Phasenlage möglichst gleiche geometrische
Entfernungen von der Mittellinie aufweisen, was insbesondere durch Hinzufügen weiterer
Gruppen für jede Phasenlage erreicht wird. Es gelingt mit dieser Einrichtung phasen-
und amplitudenkorrigierte Meßsignale zu erhalten, aras Pür die unverfälschte Bestimmung
der Meßgröße von 33eist. Die Einflüsse von Kippfehlern 1, und 2. Ordnung bleiben
aber unberücksichtigt. Das gilt sowohl für eine Messung in einer Dimension, die
auch für eine Verschiebung in einem zweidimensionalen Koordinatensystem wobei zwei
licht elektrische Abtasteinheiten vorgesehen sind, deren Mittellinien senkrecht
aufeinander stehen.
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Es ist weiterhin eine Vorrichtung zur Messung von Lageabweichungen
bekannt (DE-OS 2543645)1 die insbesondere zur Ausrichtung von Halbleiterplättchen
in bezug auf eine vorgegebene Sollposition angewendet werden soll.
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Die lage einer Kante im Objekt wird mit einer Photodiodenzeile kontrolliert.
Um die gemessenen lageabweichungen unmittelbar in kartesischen Koordinaten angeben
zu können, wobei auch die Größe einer möglichen Winkelverdrehung gemessen werden
kann, besteht die Vorrichtung aus zwei parallel und einer senkrecht dazu angeordneten
Photodiodenzeile.
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Diese Vorrichtung ist nur zur sog. Kantenerkennung und deren Dagekorrektur
geeignet, bei größeren Verschiebungen in einem kartesischen Koordinatensystem warte
der Aufwand für eine logische Zuordnung von Lage und Meßsignal unvertretbar hoch.
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Ziel der Erfindung ist es, die Mängel des Standas der Technik zu beseitigen
und eine Meßeinrichtung mit größerer Meßsicherheit zu schaffen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Messung der zweidimensionalen
Verschiebung eines Körpers auf einer Fläche neben der Bestimmung der Lagekoordinsten
auch Signale für die Rückstellung von Verdrehungen zur Vermeidung von Kippfehlern
zu gewinnen.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt dadurch, daß zur gleichzeitigen
Gewinnung eines Korrsktursignals für die Rückstellung von zufälligen Verdrehungen
zur Vermeidung von Kippfehlern eine weitere Abtasteinheit in einer durch die gewünschte
Verdreherfassungsempfindlichkeit bestimmten Entfernung zu einer der beiden Abtasteinheiten
parallel angeordnet ist.
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Die Abtasteinheiten sind vorzugsweise integriert auf einen Träger
untergebracht und bilden gemeinsam eine Empfängeranordnung. Mit der erfindungsgemäßen
Einrichtung ist es möglich, die Messung von Verschiebungen eines Körpers entlang
beliebiger Wege in einem zweidimensionslen Koordinstensystem bzw. eine Vermessung
ven Bildpunkten eines Objektes Kippfehlerfrei durchzuführen.
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Das Wesen der Erfindung soll an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
ausführungsbesispieles näher erläutert werden.
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Es zeigen Fig. 1 eine An@rdnung zur Ausmessung von Objekten bzw.
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von Bildern von Objekten, Fig. 2 einen Schnitt durch diese Anordnung
und Fig. 3 die lichtelektrische Empfängeranordnung.
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Ein Objekt 1 befindet sich au9 einer versohiebbaren Objektträgerplatte
5, die auf einem Objekttisch'"6 bewegt werden kann. Starr verbunem mit dem Objekt
1 bzw. der Objektträger-
platte 5 ist i in möglichst geringer Entfernung
ein Kreuzraster 2, das von einer an dem Objekttisch 5 befestisten Empfängeranordnung
3 abgetastet wird.
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Das Kreuzraster wird von einer Lichtquelle 7 beleuchtet, eine Verschiebung
der Kreuzrasters gemeinsam mit der Objektträgerplatte 5 erzeugt in der Empfängeranordnung
ein entsprechendes Signal. Die Objektpunkte, deren Lage auf dem Objekt 1 bestimmt
werden soll, werden mit Hilfe eines Mikroskops, von dem nur das Objekte 4 in der
Zeichnung dargestellt ist, anvisiert und erscheinen in der Bildebene in einer bestimmten
Position des Gesichtsfeldes. Dort können sie einem zweidimensionalen Koordinatensystem
zugeordnet werden. Die lage aller im Gesichtsfeld des Mikroskops liegenden Punkte
des Objekts sind bestimmt, wenn die Verschiebung eines im Koordinatensystem der
Bildebene liegenden Punktes, beispielsweise des Koordinatennullpunktes, gemessen
wird.
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Außerdem ist die erfindungsgemäße Einrichtung als Bestandteil eines
inkremental geregelten Flächenantriebes geeignet, bei dem die Meß- und Korrektursignale
des Meßsystems mit den vorgegebenen Führungssignalen über spezielle elektronische
Zähler verglichen werden und die Differenz zur Lageregelung der Objektträgerplatte
em elektronischen digitalen oder nach Digital-Analog-Umsetzung einem analogen Regler,
vorzugsweise mit PID-charakteristik für jede Koordinate und für die Korrektur der
auftretenden Verdrehungen getrennt zugeführt wird.
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Mit der erfindungsgemäßen Empfängeranordnung 3 ist neben der Messung
des Verschiebeweges in einem zweidimensionalen Koordinatensystem eine kleine Winlcelverdrehung
nachweisbar.
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Ist z.B. die lichtelektrische Abtasteinheit 8 zur Messung der x--Koordinate
und die lichtelektrische Abtasteinheit 10 zur messung der y-Koordinate vorgesehen,
so ist es durch die Anordnung einer dritten licht elektrischen Abtasteinheit 9 parallel
zu der Abtasteinheit 8 möglich, eine Aussage über eine unbeabsichtigte Kippfehler
verursachende Verdrehung
zu gewinnen. Alle drei lichtelektrischen
Abtasteinheiten sind vorzugsweise integriert auf einem Halbleiterchip untergebracht,
Bei Verdrehungen des Körpers und damit des Kreuzrasters treten an den Abtasteinheiten
8 und 9 verschiedene Weg positionen auf dem Kreuzraster auf, deren Differenz eine
Aussage über den Verdrehungswinkel liefert. Die Empfindlichlceit für die Bestimmung
der Verdrehung ist dabei von dem gegenseitigen Abstand der beiden Abtesteinheiten
8 und 9 abhängig.
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Um die durch die Verdrehung verursachten Kippfehler bei der Bestimmung
der Lageposition eines Objektpunktes nicht größer als beispielsweise 0,1 um werden
zu lassen, darf die Verdrehung der Objektträgerplatte 5 gegenüber dem Objekttisch
6 eine Größe von 0,5" " nicht überschreiten Das gilt, wenn der auszumessende Objektpunkt
ca, 40 mm vom Mittelpunkt der Empfängeranordunung entfernt liegt.
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Aufstelleng der verwendaten Bezugszeiche@ 1 Objekt 2 Kreuzraster 3
Empfängeranordnung 4 Objektiv 5 Objektträgerpl@tte 6 Objektträgertisch 7 Lichtquelle
8,9,10 Abtesteinheit
- L e e r s e i t e -