DE10341594A1

DE10341594A1 - Anordnung zur hochgenauen Positionierung und Messung von auf Objekttischen angeordneten Ojekten

Info

Publication number: DE10341594A1
Application number: DE2003141594
Authority: DE
Inventors: Matthias Chour
Original assignee: JENAer Meßtechnik GmbH; JENAER MESTECHNIK GmbH
Current assignee: JENAer Meßtechnik GmbH; JENAER MESTECHNIK GmbH
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-05
Also published as: DE10341594B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur hochgenauen Positionierung und Messung von auf Objekttischen (1) angeordneten Objekten. Diese umfaßt einen, in einem Verstellvolumen in drei Koordinaten durch Antriebe meßbar verschiebbaren Objekttisch (1) zur Aufnahme von zu positionierenden Objekten, wobei der Objekttisch (1) zur Verstellung in zwei Koordinaten X und Y auf einer Kreuzschlittenanordnung und zur Bewegung in der dritten Koordinate Z auf hochgenau ansteuerbaren, auf der Kreuzschlittenanordnung angeordneten Verstellelementen gelagert ist. Es ist ein interferentielles Laser-Wegmeßsystem zur Bestimmung der Verschiebung und/oder der Position des Objekttisches (1) vorgesehen, welches aus Lasermeßkopf (Laserlichtquelle), strahlführenden Elementen (36 bis 41), Interferomtern mit Meß- und Referenzreflektoren sowie auswertbare Meßsignale erzeugende Strahlungsempfänger umfaßt, wobei die Meßreflektoren (20, 21, 22) für die Koordinaten X, Y und Z an orthogonalen Flächen des Objekttisches (1) starr angeordnet sind. Antriebsmittel zur Verschiebung des Tisches (1) im Verstellvolumen (Verstellraum) und zu seiner winkelmäßigen Verstellung in Bezug auf die Koordinaten X, Y und Z sind vorgesehen. Im Verstellvolumen unterhalb des Objekttisches (1) ist ein aus zwei zusammengefügten Teilblöcken (33, 34) bestehender, Interferometer umfassender Interferometerblock (25) angeordnet, wobei jeder Teilblock (33, 34) mindestens ein Interferomter umfaßt. Die Meßreflektoren (20, 21, 22) ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur hochgenauen Positionierung und Messung von auf Objekttischen angeordneten Objekten und ist insbesondere zur Positionierung und Messung der Position von auf diesen Tischen angeordneten Objekten vorgesehen. Die Anwendung der Anordnung ist z. B. vorgesehen bei der Herstellung von Mikrostrukturen auf Wafern bei der Chip- und Schaltkreisherstellung in der Mikroelektronikindustrie.
Um ein auf einem Objekt- oder Koordinatentisch angeordnetes Objekt im Raum eindeutig zu positionieren, sind Bewegungen des Tisches in sechs Freiheitsgraden erforderlich. Es sind dieses drei lineare Verschiebungen entlang der karthesischen Koordinatenachsen x, y und z sowie drei Drehungen um diese Koordinatenachsen. Die Koordinatentische sind so aufgebaut, daß der das Objekt tragende Tisch alle diese sechs Bewegungen ausführen kann.

Allgemein bekannte Koordinatentische sind als Kreuztische mit orthogonal übereinander angeordneten Führungen für Bewegungen in x- und y-Richtung, bei denen zusätzlich Positionierantriebe für die z-Richtung vorgesehen sind. Es ist auch allgemein bekannt, zur meßtechnischen Erfassung dieser Bewegungen interferometrische Laser-Meßsysteme einzusetzen. Solche Koordinatentische besitzen an orthogonalen Seiten Meßreflektoren für die interferometrische Meßsysteme. Die zugehörigen Interferometer sind die Meßbezugspunkte, von denen aus die Messung definiert ist. Da die Interferometer außerhalb des Bereiches liegen, in dem die Tischbewegung erfolgt, haben die Meßbezugspunkte relativ große räumliche Abstände voneinander und von dem Meßobjekt bzw. vom Koordinatentisch, so daß die Meßergebnisse erheblich von mechanischen und thermischen Einflüssen abhängen. Positionier- und Meßgenauigkeiten im Nanome terbereich sind daher kaum oder nur mit großem technischen Aufwand möglich. Entsprechende Positioniersysteme sind beispielsweise aus US 5 764 361 , DE 195 05 033 A1 und PCT/US 990/05879 bekannt.

Auch Positioniersysteme auf Stützen mit variablen Längen nach Art eines Hexapods sind aus DE 199 38 602 A1 und US 5 604 593 bekannt, bei denen die Bewegungen interferentiell mit in den Stützen integrierten Interferometern erfaßt werden.

Aus US 5 764 361 , PCT/US 90/05879, DD 296 754 und DD 296 755 sind mehrachsige Interferometer-Meßsysteme bekannt. In diesen Druckschriften sind kompakte Interferometer für eine, zwei oder drei Achsen beschrieben, die in einem Interferometerblock angeordnet sind. Hier sind für eine Achsrichtung drei Interferometer erforderlich, welche der Positions- und Winkelmessung in jeweils zwei senkrecht zur Strahlrichtung liegenden Achsen dienen. Für die Koordinatenrichtungen x, y und z ist jeweils ein Meßreflektor vorgesehen. Bei Antastung der Reflektoren mit außen liegenden Interferometern werden maximal drei Interferometer für jede Achse benötigt, welche in einem kompakten Block ausgeführt sein können. Kompakte Interferometer für mehr als drei Achsen sind jedoch nicht beschrieben.

Aus "APPLIED OPTICS"/ Vol. 33, No. 1/1 January 1994, Seite 32, 1 und dem zugehörigen Text ist ein Mikroscanning-Tisch bekannt, welcher in den drei Koordinaten X, Y und Z bewegbar ist. Zur Bestimmung der Position des Tisches sind drei außerhalb des Tisches angeordnete Laserinterferometer vorgesehen. Die den einzelnen Koordinaten zugeordneten Meßreflektoren in Form von Tripelspiegeln sind an den drei senkrecht zueinander verlaufenden Flächen des Tisches angebracht.

So liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung zur hochgenauen Positionierung und Messung von auf Objekttischen angeordneten Objekten zu schaffen, welche kompakt aufgebaut und weitestgehend invariant gegen Umwelteinflüsse ist und mit welcher sehr genaue Messungen und Positionierungen in sechs Freiheitsgraden weitestgehend frei von mechanischen und thermischen Einflüssen durchgeführt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Positioniersensorsystem nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches mit dessen kennzeichnenden Mitteln gelöst. In den Unteransprüchen sind Einzelheiten und weitere Ausführungen offenbart.

So ist es vorteilhaft, wenn die orthogonal zueinander verlaufenden Flächen des Objekttisches und der Objekttischplatte als Reflektoren ausgebildet sind, die die Funktion von Meßreflektoren besitzen.

Der im Verstellvolumen unterhalb des Objekttisches vorgesehene Interferometerblock ist vorteilhaft aus zwei Teilblöcken zusammengesetzt. Hierbei wird mit „Verstellvolumen" der Raum bezeichnet, in welchem der Objekttisch verschoben werden kann.

So ist es vorteilhaft, wenn die sechs Interferometer des Interferometerblockes so angeordnet sind, daß jeder Teilblock drei Interferometer umfaßt.

Vorteilhaft ist auch, wenn ein erster Teilblock je ein Interferometer zur Messung der Positionen in X- und Y-Richtung sowie zur Messung der Drehung um die Z-Koordinate umfaßt. Desgleichen ist es vorteilhaft, wenn ein zweiter Teilblock je ein Interferometer zur Messung der Position in der Z-Koordinate sowie zur Messung der Drehungen um die X- und um die Y-Koordinate umfaßt.

Um den Einfluß äußerer Bedingungen, insbesondere den Temperatureinfluß, auf die Messungen und Positionierungen weitestgehend zu beseitigen, sind vorteilhaft die Strahlengänge, insbesondere die Referenzstrahlengänge, der sechs Interferometer weitestgehend bzw. vollständig innerhalb des Interferometerblockes angeordnet sind. Das betrifft alle Strahlengänge mit Ausnahme der zu den Meßreflektoren geführten Meßstrahlengänge.

Um eine stabile und kompakte Bauweise des Interferometerblockes zu erreichen, sind die beiden Teilblöcke durch Ansprengen oder Kitten an einer Trennebene zu einer Einheit miteinander verbunden sind.

In Sinne einer kompakten Einheit ist es auch vorteilhaft, wenn ein jeder der beiden Teilblöcke strahlenführende Elemente, Interferometer sowie Reflektoren in Form von Referenzreflektoren umfaßt.

Es ist ferner vorteilhaft, daß mindestens ein Strahlenteilerwürfel auch mindestens eine polarisationsoptisch wirksame Teilerfläche aufweist.

Zur Strahlenführung innerhalb des Interferometerblockes sind vorteilhaft die strahlenführenden Elemente als Strahlenteilerwürfel und/oder 90°-Strahlumlenker (Reflektoren) ausgebildet. Als Strahlumlenker können auch Dachkantprismen vorgesehen sein.

Von Vorteil und in Sinne einer effektiven Fertigung des Interferometerwürfels ist es, wenn die strahlenführenden Elemente und/oder die Referenzreflektoren an den Teilblöcken angesprengt oder angekittet sind.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
In der Zeichnung zeigen
1 in vereinfachter, perspektivischer Darstellung einen Objekttisch mit Führungen, Aktuatoren und Interferometerblock,
2 die weitere mögliche Anordnung der Aktuatoren,
3 die Verbindungen der Aktuatoren mit dem Objekttisch,
4 einen Interferometerblock mit ein- und ausgehenden Strahlenbündeln und mit, den Koordinaten zugeordneten Reflektoren,
5 den Interferometerblock in veränderter Lage,
6a und 6b den Strahlenverlauf in dem einen Teilblock des Interferometerblockes und
7a und 7b den Strahlenverlauf im anderen Teilblock der Interferometerblockes.
In 1 ist ein Objekttisch 1 perspektivisch dargestellt, auf welchem das Objekt (nicht dargestellt), beispielsweise ein Wafer, angeordnet ist. Der Objekttisch 1 ist in drei Koordinaten X, Y und Z geführt und kann um diese Koordinatenachsen X, Y und Z geschwenkt werden. Auf einem Maschinenbett 2 sind Führungsschienen 3 und 4 vorgesehen, auf denen Wagen 5, 6 und 7 verschiebbar in X-Richtung gelagert sind (ein vierter Wagen ist in 1 nicht sichtbar), die durch einen ersten Rahmen 8 fest miteinander verbunden sind. Wagen 5, 6 und 7 sowie der Rahmen 8 bilden zusammen den X-Tisch, auf welchem Führungsschienen 9 und 10 angeordnet sind, auf denen durch einen zweiten Rahmen 11 starr verbundene Wagen 12, 13 und 14 (der vierte Wagen ist in 1 nicht sichtbar) gelagert sind. Wagen 12, 13 und 14 sowie der Rahmen 1 1 bilden den Y-Tisch, auf dem der Objekttisch 1 in Z-Richtung verstellbar und um die Koordinatenachse Z drehbar angeordnet ist. Die Lagerung der Wagen auf den Führungen wird vorteilhaft durch bekannte Kugelumlaufelemente realisiert. Zur hochgenauen Verstellung des Objekttisches 1 in Z-Richtung sind Aktuatoren 15, 16 und 17 vorgesehen, die zwischen dem Rahmen 11 und dem Objekttisch 1 angeordnet sind. Eine Drehung des Objektti sches 1 um die Z-Achse wird durch einen Aktuator 18 realisiert. Als Aktuatoren sind vorteilhaft geeignete Piezoantriebe vorgesehen. Die Aktuatoren 15, 16, 17 und 18 sind fest mit dem Rahmen 11 verbunden.
Der Objekttisch 1 ist als ein nach unten offenes, starres Bauteil ausgeführt. Unterhalb seiner, die Auflagefläche für das Objekt bildenden Abschlußplatte 19 sind drei als Meßreflektoren 20, 21 und 22 dienende, ebene Spiegel fest an orthogonal verlaufenden Aufnahmeflächen 23, 24 des Objekttisches 1 fest angeordnet, wobei der eine Meßreflektor 22 (in 1 gestrichelt dargestellt), welcher für Messungen in Z-Richtung vorgesehen ist, die untere Fläche der Abschlußplatte 19 bildet.
Im unten offenen Raum des Objekttisches 1 ist ein Interferometerblock 25 des interferometrischen Meßsystems, vorzugsweise zentral, fest am Maschinenbett 2 angeordnet.
Während in 1 die Aktuatoren 15, 16, 17 und 18 an den vier Ecken des Rahmens 11 angeordnet sind, also 90° zueinander, zeigt 2 die Anordnung der Aktuatoren 15, 16, 17 und 18 um 60° zueinander versetzt. Mit den den Aktuatoren 15, 16 und 17 zugeordneten Pfeilen soll die zu realisierende Bewegung in Z-Richtung und mit dem dem Aktuator 18 zugeordneten Pfeil die Drehung um die Z-Koordinatenachse gekennzeichnet werden.
3 zeigt die beweglichen Verbindungen der auf dem Rahmen 11 angeordneten Aktuatoren 15 bis 18 mit dem Objekttisch 1, wobei diese Verbindungen so gestaltet werden, daß kleinste Positionsveränderungen der beweglichen Teile der Aktuatoren, ohne mechanische Spannungen zu erzeugen, auf den Meß- oder Objekttisch 1 übertragen werden. Das erfolgt beispielsweise in der Weise, daß der Aktuator 15 als Drehpunkt durch eine Verbindung mittels einer in Kegelpfannen 27, 28 ruhenden Kugel 28 mit dem Objekttisch 1 verbunden ist. Die Auflage des Tisches 1 auf den Aktuatoren 16, 17 wird durch eine auf Ebenen 29, 30 ruhende Kugel 31 realisiert. Die Verbindung zwischen dem Objekttisch 1 und dem die Drehung um die Z-Koordinatenachse realisierenden Aktuator 18 kann beispielsweise durch eine Membran 32 erfolgen, welche so gestaltet ist, daß sie die Schwenkbewegung um die Z-Achse starr, also ohne Schlupf, überträgt, jedoch Höhenbewegungen des beweglichen Teils der Aktuatoren 15 bis 17 in Z-Richtung federnd ausgleicht.
Die 4 und 5 zeigen den Interferometerblock 25 in perspektivischer Darstellung in jeweils unterschiedlichen Ansichten. Der Interferometerblock 25 besteht aus zwei durch Kitten oder Ansprengen zusammengefügte Teilblöcke 33 und 34, wobei jeder dieser Teilblöcke 33 und 34 so aufgebaut ist, daß er die Funktion von drei Interferometern übernehmen kann. Die Verbindungsfläche, vorzugsweise eine Kittfläche, ist mit 35 in den betreffenden Figuren bezeichnet. Diese Verbindungsfläche 35 zwischen den Teilblöcken 33, 34 ist als eine Strahlenteilerfläche mit zumindest in Teilbereichen polarisierenden Eigenschaften ausgebildet. Am Teilblock 34 sind strahlenführende, optische Elemente 36 bis 41 angeordnet bzw. diesem zugeordnet, welche als strahlenumlenkende Einzelprismen 38, 41 und/oder als an sich bekannte, aus Einzelprismen zusammengesetzte Strahlenteiler- und/oder Umlenkprismen 36, 37, 39 und 40 ausgebildet sind. Durch die strahlenführenden Elemente 36 bis 41 wird das von der Laserlichtquelle (nicht dargestellt) ausgesandte, in das strahlenführende, optische Element 36 eintretende Laserlichtbündel E in Teillichtbündel E1 bis E6 aufgeteilt, welche in den Teilblock 34 eingestrahlt und den einzelnen Interferometern zugeführt werden. Die Umlenkprismen sind meist 90°-Umlenkprismen.
In den 4 und 5 sind ferner die drei Meßreflektoren 20, 21 und 22 dargestellt, wobei der Meßreflektor 20 der Y-Koordinate, der Meßreflektor 21 der X-Koordinate und der Meßreflektor 22 der Z-Koordinate zugeordnet ist. Auf diese Meßreflektoren 20, 21 und 22 treffen die Meßstrahlenbündel M1 bis M12 (4 und 5) der insgesamt sechs, in Interferometerblock 25 realisierten Interferometer und werden an diesen Meßreflektoren 20, 21, 22 in den Interferometerblock 25 zurückreflektiert, um an den Interferenzpunkten der Interferometer im Innern des Blockes 25 mit den entsprechenden, zu den einzelnen Interferometern gehörenden Referenzstrahlenbündeln zu interferieren. Die Referenzstrahlengänge sind in den 4 und 5 nicht dargestellt, da sie innerhalb der entsprechenden Teilblöcke 33 und 34 verlaufen. Die die Interferenzpunkte verlassenden, und aus den Teilblöcken 33 und 34 des Interferometerblockes 25 austretenden Strahlenbündel A1 bis A6 werden in an sich bekannter Weise, vorteilhaft durch Lichtwellenleiter, Fotoempfängern und einer Auswerteeinheit (nicht dargestellt) zugeführt. Aus den von den Fotoempfängern gelieferten Signalen werden in der Auswerteeinheit die Position und die räumliche Lage des Objekttisches 1 ermittelt. Der detaillierte Verlauf der Strahlengänge im Interferometerblock 25 wird weiter unter im Zusammenhang mit den 6a, 6b, 7a und 7b erläutert.
Wie bereits ausgeführt, umfaßt ein jeder der beiden Teilblöcke 33, 34 drei Interferometer. So umfaßt der Teilblock 34 die drei für die Messungen der Positionen des Objektti sches 1 in der X- und in der Y-Koordinate und für die Drehung oder Kippung des Tisches 1 um die Z-Koordinate vorgesehenen Interferometer. Für die Messungen von Positionen in der X-Koordinate sind das eintretende Teillichtbündel E2 und das austretende Strahlenbündel A2 vorgesehen. Für Messungen in der Y-Koordinate werden die eintretenden Teillichtbündel E1 und E3 und die den Interferenzblock 25 verlassenden Strahlenbündel A1 und A3 genutzt. Eine Drehung oder Kippung des Objekttisches 1 um die Z-Koordinatenachse kann in der Auswerteeinheit aus den beiden ermittelten Positionen in Richtung der Y-Koordinate und aus dem Abstand der Strahlenbündel A1 und A3 bestimmt werden.
Der Teilblock 33 umfaßt, wie bereits ausgeführt, ebenfalls drei Interferometer mit Interferenzpunkten, an denen die am der Z-Koordinate zugeordneten Meßreflektor 22 reflektierten Meßstrahlenbündel M7 bis M12 und die im Innern des Interferometerblockes 25 verlaufenden Referenzstrahlenbündel interferieren. Diesen Interferometern sind die eintretenden Teilstrahlenbündel E4 bis E6 und die den Interferenzblock 25 verlassenden Strahlenbündel A4 bis A6 zugeordnet. Die den Interferometern zugeordneten, vorzugsweise als Tripelprismen ausgestaltete Reflektoren 42 bis 49, welche in den 4 und 5 sichtbar sind, sind außen an den Teilblöcken 33 und 34 angeordnet. Diese Reflektoren 42 bis 50 (Reflektor 50 ist nicht sichtbar), welche als an sich bekannte Tripelprismen ausgebildet sind, sind vorteilhaft an den Teilblöcken 33, 34 angekittet. Auf den, den Meßreflektoren 20, 21, 22 zugewandten Flächen der Teilblöcke 33, 34 sind ferner an den Austrittsstellen der Meßstrahlenbündel M1 bis M12 polarisationsoptisch wirksame λ/4-Platten angeordnet, welche Lage der Polarisationsebene der durchlaufenden Strahlenbündel verändern.
In der Ansicht nach 4 sichtbar, sind auf der dem Meßreflektor 22 zugewandten Oberfläche 51 des Teilblockes 33 an den Austrittsstellen der Meßstrahlenbündel M7 bis M12 polarisationsoptisch wirksame, die Polarisationsebene um 90° drehende λ/4-Platten 53, 54, 55 angeordnet.
Die im Inneren des Interferometerblockes 25 verlaufenden Referenzstrahlengänge jedes einzelnen, besagten Interferometers liegen starr im Interferometerblock 25. Die Referenzstrahlengänge sind dabei der Weg zwischen den entsprechenden Schnittpunkten der Referenzstrahlenbündel mit der entsprechenden zugeordneten polarisationsteilenden Fläche des jeweils zugeordneten Interferometers. Die starr im Interferometerblock 25 geführten Referenzstrahlengänge bieten den großen Vorteil, daß sie invariant gegenüber äußeren, insbesondere temperaturbedingten Einflüssen sind. Es muß lediglich der Temperatureinfluß auf den Interferometerblock 25 beachtet werden. Durch Konstanthalten der Temperatur und die Verwendung von beispielsweise Quarzglas für den Interferometerblock 25 können diese temperaturbedingten Fehlereinflüsse weitestgehend eliminiert bzw. vermieden werden.
Die 6a und 6b zeigen die Ausgestaltung des Teilblockes 34 des Interferometerblokkes 25 in verschiedenen Ansichten, welcher Strahlengänge von drei Interferometern umfaßt, die der Messung entlang der X- und der Y-Koordinate sowie der Messung der Drehung um die Z-Koordinate dienen. Die Strahlengänge der einzelnen Interferometer werden im Folgenden kurz erläutert.
Im Strahlengang des in X-Richtung messenden Interferometers wird das in den Teilblock 34 eintretende Teillichtbündel E2 zu einer im Innern des Interferometerblokkes 25 vorgesehenen Polarisationsteilerschicht 52 geführt und an dieser in zwei Teilstrahlenbündel T21 und T22 aufgespaltet, wobei die Polarisationsebenen dieser Teilstrahlenbündel T21 und T22 orthogonal zueinander liegen. Das die Polarisationsteilerschicht 52 passierende Teilstrahlenbündel T21 ist der Referenzstrahl im Strahlengang des in X-Richtung messenden Interferometers und wird an Reflektor 45' parallel zurückgeworfen. Das an der Polarisationsteilerschicht 52 reflektierte Teilstrahlenbündel T22 ist der Meßstrahl des in X-Richtung messenden Interferometers. Dieses Teilstrahlenbündel T22 wird über eine am Teilblock 34 angeordnete λ/4-Platte 56 zum Meßreflektor 21 gelenkt und wird dort in sich selbst reflektiert. Bei dem erneuten Durchlaufen dieses Teilstrahlenbündels T22 durch die λ/4-Platte 56 wird die Polarisationsebene des Teilstrahlenbündels 22 um 90° gedreht, so daß dieser die Polarisationsteilerschicht 52 passieren und zum Reflektor 45. gelangen kann. Vom Reflektor 45 reflektiert, gelangt das Teilstrahlenbündel 22 durch die Polarisationsteilerschicht 52 erneut zum Meßreflektor 21, wird dort reflektiert und an der λ/4-Platte 56 wird die Polarisationsebene des Teilstrahlenbündels 22 erneut um 90° gedreht. An der Polarisationsteilerschicht 52, welche auch die Interferenzebene des betreffenden Interferometers bildet, wird das Teilstrahlenbündel T22 reflektiert und interferiert mit dem am Reflektor 45 reflektierten und die Polarisationsteilerschicht 52 durchlaufenden Teilstrahlenbündel T21 des Interferometers. Das Strahlenbündel A2 verläßt nach Interferenz an der Schicht 52 den Interferometerblock 25 und wird einem Fotoempfänger (nicht dargestellt) zugeleitet. Aus den Fotoempfängersignalen werden in der Auswerteeinheit dann die X-Meßwerte ermittelt.
Für die Messung in Richtung der Y-Koordinate und für die Messung der Drehung um die Z-Koordinate sind im Teilblock 34 des Interferometerblockes 25 zwei weitere Interferometer integriert. Hier werden die beiden eintretenden Teillichtbündel E1 und E3 benutzt.
So wird der eine dieser beiden Interferometerstrahlengänge gemäß den 6a und 6b wie folgt geführt:
Das in den Teilblock 34 des Interferometerblockes 25 eintretende Teillichtbündel E1 wird an der Polarisationsteilerschicht 52 in ein Teilstrahlenbündel T11 (Referenzstrahlenbündel) und ein, das Meßstrahlenbündel des einen Interferometers bildenden Teilstrahlenbündels T12 aufgespaltet. Das Teilstrahlenbündel T11 wird am Reflektor 50 und an der Polarisationsteilerschicht 52 reflektiert. Das Teilstrahlenbündel T12 passiert die Polarisationsteilerschicht 52 und durchläuft eine λ/4-Platte 57 in Richtung des Meßreflektors 20, wird dort reflektiert, durchläuft abermals die λ/4-Platte 57, wird an der Polarisationsteilerschicht 52 reflektiert und zum Reflektor 46 geleitet und dort reflektiert. Dieses Teilstrahlenbündel T12 wird dann an der Polarisationsteilerschicht 52 erneut in Richtung zum Meßreflektor 20 umgelenkt und interferiert nach Reflexion am Meßreflektor 20 und nach erneutem Passieren der λ/4-Platte 57 in der Interferenzebene (Polarisationsteilerschicht 52) mit dem Teilstrahlenbündel T11 und verläßt als Strahlenbündel A1 den Strahlenteilerblock 25.
Der andere dieser beiden, der Y-Koordinate zugeordneten Interferometerstrahlengänge wird wie folgt geführt:
Das Teillichtbündel E3 wird nach Eintritt in den Teilblock 34 an der Polarisationsteilerschicht 52 in ein Teilstrahlenbündel T31 (Referenzstrahlenbündel) und in ein Teilstrahlenbündel T32 (Meßstrahlenbündel) aufgespaltet. Das Teilstrahlenbündel T31 wird am Reflektor 49 und an der Polarisationsteilerschicht 52 reflektiert. Das die Polarisationsteilerschicht 52 passierende Teilstrahlenbündel T32 durchläuft eine λ/4-Platte 58 in Richtung Meßreflektor 20, wird dort in sich reflektiert und durchläuft abermals die λ/4-Platte 58 wird an der Polarisationsteilerschicht 52 in Richtung zum Reflektor 44 hin umgelenkt und am Reflektor 44 reflektiert. Das Teilstrahlenbündel T32 wird dann an der Polarisationsteilerschicht 52 wieder in Richtung des Meßreflektors 20 umgelenkt und interferiert nach Reflexion am Reflektor 20 und nach dem Passieren der λ/4-Platte 58 in der Ebene der Polarisationsteilerschicht 52, welche die Interferenzebene dieses Interferometers darstellt, mit dem Teilstrahlenbündel T31 und verläßt als Strahlenbündel A3 den Interferometerblock 25.
Die den Interferometerblock 25 verfassenden Strahlenbündel A1 und A3 werden nicht dargestellten Fotoempfängern zugeleitet. Aus den Fotoempfängersignalen werden in der Auswerteeinheit die Y-Meßwerte und Meßwerte für die Drehung um die Z-Koordinate ermittelt.
Die eintretenden Teilstrahlen E1 bis E3 sind gegenüber den, den Teilblock 34 verlassenden Teilbündeln A1 bis A3 seitlich versetzt, was aus 6b zu entnehmen ist.
In den 7a und 7b werden die Strahlenverläufe der dem Teilblock 33 des Interferometerblockes 25 zugeordneten Interferometer dargestellt, welche für die Messungen in Richtung der Z-Koordinate und für die Messung der Drehungen um die X- und um die Y-Koordinate zuständig sind. Der Teilblock 33 umfaßt die Polarisationsteilerschichten 59 und 60, in denen auch die Interferenzebenen der betreffenden Interferometer liegen.
Wie aus 7a hervorgeht, wird das in den Teilblock 33 des Interferometerblockes 25 eintretende Teillichtbündel E4 an der Polarisationsteilerschicht 60 in ein Teilstrahlenbündel T41 und ein Teilstrahlenbündel T42 aufgespaltet, wobei das Teilstrahlenbündel T41 das Referenzstrahlenbündel des einen Interferometers des Blockes 33 ist. Das Teilstrahlenbündel T41 wird am Reflektor 43 zur Polarisationsteilerschicht 60 versetzt (7b) zurückgeworfen. Das die Polarisationsteilerschicht 60 passierende Teilstrahlenbündel T42, welches das Meßstrahlenbündel dieses Interferometers ist, durchläuft die λ/4-Platte 55, wird am Meßreflektor 22 reflektiert und nach einem weiteren Passieren der λ/4-Platte 55 an der Polarisationsteilerschicht 60 zum Reflektor 48 umgelenkt, wo das Teilstrahlenbündel T42 zur Polarisationsteilerschicht 60 zurück reflektiert wird. An der Polarisationsteilerschicht 60 wird das Teilstrahlenbündel T42 abermals zum Meßreflektor 22 umgelenkt. Nach Reflexion am Meßreflektor 22 und Durchlauf durch die λ/4-Platte 55 interferiert das Teilstrahlenbündel T42 in der Ebene der Polarisationsteilerschicht 60 mit dem Teilstrahlenbündel T41 und verläßt als Strahlenbündel A4 den Interferometerblock 25.
Das in den Interferometerblock 25 eintretende, dem anderen Interferometer des Teilblockes 33 zugeordnete Teillichtbündel E5 wird an der Polarisationsteilerschicht 60 aufgespaltet in die Teilstrahlenbündel T51 und Teilstrahlenbündel T52, deren Führung im Block 33 seitlich versetzt zur Strahlenführung in ersten Interferometer erfolgt, wobei Reflexionen des Teilstrahlenbündels T51 und des Teilstrahlenbündels T52 an den Re flektoren 42 und 47 erfolgen und die λ/4-Platte 53 (nicht sichtbar in 7a) mehrmals durch das Teilstrahlenbündel T52 durchlaufen wird. Nach Interferenz der Teilstrahlenbündel T51 und T52 in der Ebene der Polarisationsteilerschicht 60 verläßt das Strahlenbündel A5 den Interferometerblock 25.
Das eintretende Teillichtbündel E6 des dritten Interferometers des Teilblockes 33 wird an der Polarisationsteilerschicht 59 in die Teilstrahlenbündel T61 und T62 aufgestaltet. Das Teilstrahlenbündel T61 wird an der Polarisationsteilerschicht 59 zum Reflektor 48 (7a) umgelenkt und von dort zur Polarisationsteilerschicht 59 zurück geleitet, wo es ebenfalls umgelenkt wird. Das Teilstrahlenbündel T62 durchläuft die Polarisationsteilerschicht 59 und die λ/4-Platte 54 Meßreflektor 22 und wird dort zur Polarisationsteilerschicht 59 zurück geworfen. Nach Umlenkung an der Polarisationsteilerschicht 59 und Reflexion am Reflektor 42 (7b. in 7a durch Reflektor 43 verdeckt) und abermaliger Umlenkung an der Polarisationsteilerschicht 59 in Richtung des Meßreflektors 22 und Reflexion an diesem Meßreflektor 22 interferiert das Teilstrahlenbündel T62 mit dem Teilstrahlenbündel T61 und verläßt als Strahlenbündel A6 den Interferometerblock 25.
Die Strahlenbündel A4 bis A6 werden Fotoempfängern zugeleitet, aus deren Signale in der Auswerteeinheit die entsprechenden Meßwerte in Richtung der Z-Koordinate und für die Drehungen um die X- und um die Y-Koordinate ermittelt werden.

1: Objekttisch
2: Maschinenbett
3, 4: Führungsschienen
5, 6, 7: Wagen
8: Rahmen
9, 10: Führungen
1 1: Rahmen
12, 13, 14: Wagen
1 5, 16, 17: Aktuator
18: Aktuator
19: Abschlußplatte
20, 21, 22: Meßreflektor
23, 24: Aufnahmeflächen
25: Interferometerblock
26, 27: Kegelpfannen
28: Kugel
29, 30: Ebene
31: Kugel
32: Membran
33, 34: Teilblock
35: Verbindungsfläche
36 bis 41: strahlenführende Elemente
42 bis 50: Reflektoren (50 in den Figuren nicht sichtbar)
51: Oberfläche
52: Polarisationsteilerschicht
53 bis 55: λ/4-Platte
56, 57, 58: λ/4-Platte
59, 60: Polarisationsteilerschicht
A1 bis A6: Strahlenbündel
E1 bis E6: Teillichtbündel
M1 bis M12: Meßstrahlenbündel
T11, T21, T31, T41, T51, T61: Teilstrahlenbündel (Referenzstrahlenbündel)
T12, T22, T32, T42, T52, T62: Teilstrahlenbündel (Meßstrahlenbündel)

Claims

Anordnung zur hochgenauen Positionierung und Messung von auf Objekttischen angeordneten Objekten umfassend – einen in einem Verstellvolumen in drei Koordinaten durch Antriebe meßbar verschiebbaren Objekttisch zur Aufnahme von zu positionierenden Objekten, wobei der Objekttisch zur Verstellung in zwei Koordinaten X und Y auf einer Kreuzschlittenanordnung und zur Bewegung in der dritten Koordinate Z auf hochgenau ansteuerbaren, auf der Kreuzschlittenanordnung angeordneten Verstellelementen gelagert ist, – ein interferentielles Laser-Wegmeßsystem zur Bestimmung der Verschiebung und/oder der Position des Objekttisches, bestehend aus Laserlichtquelle, strahlführenden Elementen, Interferometern mit Meß- und Referenzreflektoren sowie auswertbare Meßsignale erzeugende Strahlungsempfänger, wobei die Meßreflektoren für die Koordinaten X, Y und Z an orthogonalen Flächen des Objekttisches starr angeordnet sind, – und Antriebsmittel zur Verschiebung des Objekttisches im Verstellvolumen und zu seiner winkelmäßigen Verstellung in Bezug auf die Koordinaten X, Y und Z, dadurch gekennzeichnet, – daß im Verstellvolumen unterhalb des Objekttisches (1) ein aus zwei zusammengefügten Teilblöcken (33, 34) bestehender, Interferometer umfassender Interferometerblock (25) angeordnet ist, wobei jeder Teilblock (33, 34) mindestens ein Interferometer umfaßt – und daß die Meßreflektoren (20, 21, 22) der Interferometer innerhalb des Verstellvolumens an im Innern des Objekttisches (1) liegenden, orthogonal zueinander verlaufenden Flächen (23, 24) des Objekttisches (1) und der Abschlußplatte (19) angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die orthogonal zueinander verlaufenden Flächen (23, 24) des Objekttisches (1) und die untere Fläche der Abschlußplatte (19) als Reflektoren ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Teilblöcke (33, 34) drei Interferometer umfaßt.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Teilblock (34) je ein Interferometer zur Messung der Positionen in X- und Y-Richtung sowie zur Messung der Drehung um die Z-Koordinate umfaßt.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Teilblock (33) je ein Interferometer zur Messung der Position in der Z-Koordinate sowie zur Messung der Drehungen um die X- und um die Y-Koordinate umfaßt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstrahlengänge der sechs Interferometer innerhalb des Interferometerblockes (25) angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilblöcke (33, 34) durch Ansprengen oder Kitten an einer Trennebene miteinander verbunden sind.
Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeder der beiden Teilblöcke (33, 34) strahlenführende Elemente (36 bis 41), Interferometer sowie Reflektoren (42 bis 50) umfaßt, welche an den Teilblökken (33, 34) angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlenführenden Elemente (36 bis 41) Strahlenteilerwürfel und/oder 90°-Strahlumlenker (Reflektoren) umfassen.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Strahlenteilerwürfel mindestens eine polarisationsoptisch wirkende Teilerfläche aufweist.
Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlführenden Elemente (36, 41) und/oder die Reflektoren (42 bis 50) an den Teilblöcken angesprengt oder angekittet sind.