(57)【要約】【課題】妨害的な反射を更に良好に抑制することで、光学的な位置測定装置のための走査プレートを更に最適化すること。【解決手段】様々な機能範囲を有する、透過において機能する表面をもった基層ＳＵＢを備えた光学的な位置測定装置のための走査プレートであって、前記表面が、欠落部分Ｌ及びウェブＳで形成された格子Ｇを有する少なくとも１つの範囲を備えており、欠落部分Ｌが基層ＳＵＢに形成されている、前記走査プレートにおいて、前記表面が、欠落部分Ｌの範囲で中断されている反射防止層ＡＲを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
様々な機能範囲（Ｇ，Ｆ，Ｒ）を有する、透過において機能する表面（Ｏ）をもった基層（ＳＵＢ）を備えた光学的な位置測定装置のための走査プレートであって、前記表面（Ｏ）が、欠落部分（Ｌ）及びウェブ（Ｓ）で形成された格子（Ｇ）を有する少なくとも１つの範囲を備えており、前記欠落部分（Ｌ）が前記基層（ＳＵＢ）に形成されている、前記走査プレートにおいて、
前記表面（Ｏ）が反射防止層（ＡＲ）を備えており、該反射防止層は、前記欠落部分（Ｌ）の範囲で中断されていることを特徴とする走査プレート。
【請求項２】
前記反射防止層（ＡＲ）が数ナノメートルの厚さの半導体層（Ｓｉ）を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の走査プレート。
【請求項３】
前記基層（ＳＵＢ）が、前記反射防止層（ＡＲ）に隣接した酸化シリコン層を含んでいること、及び前記反射防止層（ＡＲ）が、前記基層（ＳＵＢ）上に配置されたシリコン層（Ｓｉ）と、その上に配置された酸化シリコン層（ＳｉＯｘ）とを含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の走査プレート。
【請求項４】
前記シリコン層（Ｓｉ）が２〜８ｎｍ、特に４〜６ｎｍの範囲の厚さを有していることを特徴とする請求項３に記載の走査プレート。
【請求項５】
前記反射防止層（ＡＲ）の前記酸化シリコン層（ＳｉＯｘ）が、２２５〜２５０ｎｍの範囲の厚さ又はこの範囲境界の整数倍の範囲の厚さを有していることを特徴とする請求項４に記載の走査プレート。
【請求項６】
前記格子（Ｇ）の周期に対する前記ウェブ（Ｓ）の幅の比率が、０．３〜０．８の範囲にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の走査プレート。
【請求項７】
前記格子（Ｇ）の周期が、３μｍよりも大きく、好ましくは４μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の走査プレート。
【請求項８】
前記欠落部分（Ｌ）が、前記反射防止層（ＡＲ）を通って前記基層（ＳＵＢ）内へエッチングされていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の走査プレート。
【請求項９】
走査ヘッドを有する光学的な位置測定装置であって、前記走査ヘッドから光源の光が走査プレート（Ａ）を通してスケールへ入射し、そこから前記走査プレート（Ａ）を通って前記走査ヘッドへ戻り、そこで検出器によって電気信号へ変換され、前記走査プレート（Ａ）が請求項１〜８のいずれか１項に基づき形成されていることを特徴とする光学的な位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査ヘッドとスケールが互いに相対的に移動する光学的な位置測定装置のための走査プレートに関するものであり、走査ヘッドでは、スケールに対する走査ヘッドの位置に対応した電気信号が生成される。このような走査プレートは、光源及び検出器以外の、位置測定装置の測定ヘッドにおける重要な多機能部材である。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１から、光を用いたスケールの走査に基づく光学的な位置測定装置が知られている。このスケールは、非常に正確に仕上げられた光学的な格子を担持しており、この公知は、位置基準として用いられるとともに、走査ヘッドによって走査される。このために、光源の光は、走査ヘッドにおいて走査プレートを通ってスケールへ導かれ、そこから走査ヘッドへ反射し、１つ又は複数の検出器において検出される。センサ信号の評価によって高精度の位置値が算出され、この位置値は、走査ヘッドとスケールの間の測定されるべき変位を示すものである。スケール上にも、また走査プレート上にも、光を様々な回折格子数へ分解するか、又は再び統合し干渉させる格子が配置されている。したがって、走査プレートは、その上側にも、またその下側にも、例えば反射器、回折格子及び光ビームのためのウィンドウとして作用する異なる機能面を備えている。走査プレートの機能を有さない範囲については、不意に検出器へ到達して位置測定を誤らせることがある妨害的な光の反射を抑制するために、反射防止層を有するコーティングが通常である。
【０００３】
特許文献２は、格子のほかにミラー及び反射防止層を備えた走査プレートの、光源に対向する側、あるいはスケールとは反対側のための層システムに関するものである。これに対して、本発明は、ディープエッチングされた回折格子及び光ビームのためのウィンドウを備えた走査プレートのスケールに対向する側の形態と、機能を有さない範囲とに関するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許第２４５０６７３号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第３１５０９７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、妨害的な反射を更に良好に抑制することで、光学的な位置測定装置のための走査プレートを更に最適化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１による装置によって解決される。この装置の有利な詳細は、請求項１に従属する各請求項から明らかである。
【０００７】
様々な機能範囲を有する、透過において機能する表面をもった基層を備えた光学的な位置測定装置のための走査プレートが開示されている。このとき、この表面は、欠落部分及びウェブで形成された格子を有する少なくとも１つの範囲を備えており、欠落部分は、基層に形成されている。表面は、欠落部分の範囲で中断されている反射防止層を備えている。
【０００８】
反射防止層は、好ましくは透明な基層上に薄膜技術を用いて設けられた、例えばシリコン又はゲルマニウムのようなわずかな吸収係数及び（約１μｍの波長における）高い実屈折率を有する材料から成る数ナノメートルの厚さの層を含んでいる。したがって、この薄い層は、エッチングプロセスを用いた格子の形成時に追加的なプロセスの手間を生じさせない。なぜなら、この薄い層は、格子の形成のために基層材料のエッチング時に切断されるためである。そして、反射防止層が格子のウェブにおいてのみ存在し、欠落部分には存在しないとしても、格子の範囲における妨害的な反射が大幅に低減される。
【０００９】
本発明の別の利点及び詳細は、図面に基づく様々な実施形態の以下の説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】走査プレートの平面図である。
【図２】格子のエッチング前後の走査プレートの側方断面図である。
【図３】反射防止層を有する場合と反射防止層を有さない場合の格子の反射に対する回折効率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１には、光学的な位置測定装置の走査プレートＡの平面図が示されている。異なる機能範囲Ｇ，Ｆ，Ｒが概略的に記入されている。そのうち、光を異なる回折格子数で分割するか、あるいは光ビームを干渉させるためにスケール（Ｍａｓｓｓｔａｂ）により反射された光ビームを統合する格子Ｇを有する範囲が存在する。位置測定装置の内部において光を偏向させ、及び集束させるためにも、このような格子Ｇを用いることが可能である。格子Ｇの構造については、以下において更に言及する。
【００１２】
他の機能範囲はウィンドウＦであり、このウィンドウを通して光ビームができる限り阻害されることなく、かつ、完全に通過すべきである。特殊な枠組みはウィンドウＦを必ずしも有しておらず、これらウィンドウは、むしろこの範囲によって目的に合わせて偏向された光ビームの位置によって規定されている。しかし、枠組みにより、例えば品質検査時に、ウィンドウを欠陥がないこと（Ｄｅｆｅｋｔｆｒｅｉｈｅｉｔ）について検査することを補助されることが可能である。
【００１３】
反射範囲Ｒは、不都合な散乱光が生じるとともに、場合によっては走査プレートＡの表面Ｏによって反射される。これら反射範囲Ｒも、構造としての何らかの形状において認識できず、散乱光の照射によって規定されている。したがって、反射範囲Ｒは、ウィンドウＦのように破線で図示されている。
【００１４】
反射範囲Ｒの範囲では、散乱光の阻害的な反射を最小化するために、既にこれまで反射防止層が通常であった。しかしながら、格子Ｇ又はウィンドウＦを有する範囲をあけておくこのような反射防止層の設置には、まずは全面的に設けられる反射防止層を格子Ｇ及びウィンドウＦの範囲において除去するために、例えば追加的なリソグラフィステップ及びエッチングステップのような特別なプロセスステップが必要となる。
【００１５】
したがって、反射防止層を格子Ｇ及びウィンドウＦの範囲へも拡張し、このとき、別々のエッチングステップなしに加工され得る反射防止層を用いることが提案される。したがって、格子Ｇ及びウィンドウＦの範囲でも光の不都合な反射を最小化することができ、加えて、このような走査プレートＡの処理が単純化される。
【００１６】
図２には、どのようにこのようなことを実行されるかが示されている。図２には、上側に走査プレートＡの側方が断面で示されている。上にシリコンから成る薄い層Ｓｉが設けられている基層ＳＵＢが見て取れる。その上には、更に、薄い層ＳｉＯｘが設けられている。好ましくは、この更なる層ＳｉＯｘは、酸化シリコン（化学式ＳｉＯｘ）から成るとともに、基層ＳＵＢの材料に対応しているか、又はその光学的な特性及びエッチング性について基層ＳＵＢと類似した状態にある。基層ＳＵＢは、例えば石英ガラス又はホウケイ酸ガラス（Ｂｏｒｏｆｌｏａｔｇｌａｓ）であり得る。
【００１７】
ガラスセラミック担体（ＺＥＲＯＤＵＲというような商品名で入手可能）上に酸化シリコン層が設けられることも可能であり、この酸化シリコン層上には、反射防止層ＡＲとして薄い層Ｓｉ及び別の薄い層ＳｉＯｘが設けられている。本願の意味において、基層ＳＵＢによって層又は層スタックが示されており、この層上には、薄い層Ｓｉあるいは反射防止層ＡＲが配置されている。
【００１８】
シリコンに代えて、例えばゲルマニウムのような他の半導体も薄い層Ｓｉとして用いることが可能である。この薄い層Ｓｉは、この層が走査プレートＡを通る光の透過を本質的に妨げないほど薄い。２〜８ｎｍ、好ましくは４〜６ｎｍの範囲の厚さを有するシリコン層Ｓｉがこの目的のためには特に好適である。このことは、約１μｍの波長の光及び約２２５〜２５０ｎｍの範囲の最上の層ＳｉＯｘの厚さについて、シミュレーション計算によって、及び実験的に確かめられた。厚さについてのこの範囲境界の整数倍も同様に可能である。このような層構造の反射は、垂直に入射する光について、０，２５％を下回る。
【００１９】
格子Ｇを設けるために、リソグラフィステップ及びこれにつづくエッチングステップが用いられる。結果は、図２の下側に図示されている。基層材料のエッチング時には、まず、最上の層ＳｉＯｘが局所的に除去され、そして、エッチングプロセスを中断又はエッチング化学薬品を変更することなく薄い層Ｓｉも除去される。薄い層Ｓｉは、エッチングプロセスのこのような適合が不要であるほど薄い。次いで、欠落部分Ｌ及びウェブＳが回折格子（Ｐｈａｓｅｎｇｉｔｔｅｒ）Ｇを形成するほど多くの基層ＳＵＢが除去され、ウェブＳは反射防止層ＡＲを備え、欠落部分Ｌは反射防止層ＡＲを備えていない。欠落部分Ｌは、約１〜１．５μｍの深さで基層ＳＵＢ内にエッチングされている。反射防止層ＡＲは、欠落部分Ｌの範囲で中断している。したがって、全体的に達成された格子Ｇの範囲における後方反射の低減は、ウェブＳの上における後方反射の低減に起因するものである。
【００２０】
格子Ｇの周期に対するウェブＳの幅の比率Ｖに依存する反射防止層ＡＲの作用が図３に示されている。１０μｍの周期の格子についての後方散乱の回折効率ＢＥが示されている、したがって、入射された強度に対する全ての回折格子数にわたって合計された反射光の強度の比率が図示されている。
【００２１】
曲線１は反射防止層ＡＲを有さない回折効率ＢＥを示しており、曲線２は、ウェブＳの範囲において反射防止層ＡＲを有する回折効率ＢＥを示している。反射防止層ＡＲの作用は、ウェブＳが幅広になればなるほど、あるいは比率Ｖが大きくなればなるほど良好になることが見て取れる。０．５（好ましくは０．３〜０．８）の範囲のＶの通常の値について、回折効率ＢＥの大きな低減を見て取ることができる。
【００２２】
示された特性は、だいたい３〜４μｍまでの小さな格子周期についても変わらない。ただし、そのうち、反射防止層ＡＲを有する後方散乱した回折格子数の強度の合計が反射防止層ＡＲを有さないものよりも大きい格子周期が個別に生じるため、３μｍよりも大きな、好ましくは４μｍ以上の格子周期が選択されるべきである。これに代えて、格子周期のこの臨界的な範囲は、特定されるとともに回避される必要があり、そうすれば、より小さな格子周期も可能である。しかし、高精度の位置測定装置については、格子周期は、最大で２０μｍとなる。
【００２３】
加えて、光学的な位置測定装置について特に重要な回折効率が１であるかも調査された。ウェブＳにおける反射防止層ＡＲを通る透過における格子数は損なわれる。なぜなら、透過においては、検出器への多くの測定光を得るとともに、良好なＳＮ比を達成するために、できる限り大きな回折効率が望ましいためである。したがって、ウェブＳにおける反射防止層ＡＲのネガティブな作用を、適当なシミュレーション及び実験によって排除することができた。比率Ｖについての広い範囲では、この回折効率の影響は生じない。このことは、４〜２０μｍの格子周期の広い範囲について確認された。
【００２４】
まとめると、反射防止層ＡＲを有する拡張された範囲によって、妨害的な反射のネガティブな作用を大きく低減することができ、格子Ｇの範囲における反射防止層ＡＲの特別の形態によって、製造プロセスの単純化さえも達成され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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