JP4545966B2 - 反射測定目盛およびこの測定目盛の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、反射測定目盛およびこの測定目盛の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光入射型の位置測定装置には、通常反射測定目盛とこの目盛に対して相対移動する走査ユニットがある。この走査ユニットの側部には通常反射測定目盛の方向に光束を放出する一つの光源が配置されている。そこから走査ユニットの方向に逆反射が行われる。そこでは移動に依存して変調された光束が、場合によって、一つまたたそれ以上の走査目盛を通過して入射し、最終的に光電検出装置により検出される。このように発生し移動に依存して変調された走査信号は後置されている評価ユニットにより更に処理される。
【０００３】
これ等の測定装置に採用されている周知の反射測定目盛は通常支持基体で構成され、この基体の上には測定方向に交互に異なった反射特性を有する線条の部分領域が配置されている。例えば、スチール支持基体にはクロムが全面に被覆されている。このクロム層の上に吸収性のあるいは弱く反射する酸化クロムＣr₂Ｏ₃ の部分領域が配置されている。強く反射する領域は剥き出しにされたクロム部分領域で形成されている。
【０００４】
他の反射測定目盛は米国特許第 4,644,156号明細書により周知である。アルミニウムの支持基体上には、吸収性の部分領域が感光レジストで形成されている。
強く反射する部分領域は再び剥き出しにされたアルミニウムの部分領域で形成されている。
【０００５】
この種の反射測定目盛については一連の要請が設定されている。これに関連して、取り分けできる限り大きい耐磨耗性、強く反射する部分領域の大きな反射能、弱く反射する部分領域のできる限り大きい吸収能および汚れに対してできる限り鈍感であることを実現する必要がある。上に説明した反射測定目盛の変形種は汚れに比較的敏感であることが分かっている。冷媒あるいは潤滑剤で汚れると強く反射する部分領域の反射能が顕著になるが、弱く反射する部分領域の反射能は著しく上昇する。結果として、汚れがある場合、この測定目盛を光入射型の位置測定装置に採用すると、走査信号の変調度が著しく低下する。
【０００６】
ドイツ特許第 1 279 944号明細書により、上記の問題を解決するため、この種の反射測定目盛の弱く反射する部分領域を反射の弱くなる干渉層として形成することが既に提案されている。これに反して、強く反射する部分領域を金の層として構成されている。この種の反射測定目盛についてはこの目盛を高いコストの製造方法でしか作製できないということが不利であるとされている。つまり、金属基体上では誘電性干渉層に必要な膜厚を広い面積で正確に調整する必要がある。
更に、全体として支持基体上に非常に多数の個別の部分層を付ける必要があり、これがこの製造方法のコストを更に高めている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
それ故、この発明の課題は、できる限り汚れに鈍感な反射測定目盛を提供することにある。
【０００８】
更に、この発明の課題は、汚れに強い反射測定目盛を作製するできる限り簡単な方法を提示することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、この発明により、反射性の支持基体１１上に少なくとも一つの第一方向ｘにそれぞれ延びている反射特性の異なる第一部分領域１２と第二部分領域１３から成る反射測定目盛にあって、
強く反射する第一部分領域１２が支持基体１１上にある干渉フィルタとして働く異なる屈折率ｎ_1,ｎ₂ の複数の部分領域１５，１６で構成され、
弱く反射する第二部分領域１３が支持基体１１上にある少なくとも一つの吸収層１４で構成されている、
ことによって解決されている。
【００１０】
更に、上記の課題は、この発明により、上記方法を実施する装置にあって、以下の工程、
ａ）低い屈折率ｎ₁ を有する第一部分層１５を支持基体１１に塗布する、
ｂ）支持基体１１上の第一部分領域１２のところにだけ第一部分層１５が残り、第二部分領域１３で支持基体１１が剥き出しになっているように第一部分層１５に格子構造を与える、
ｃ）第一部分領域１２と第二部分領域１３上に第二部分層１４，１６を全面に塗布し、その場合、第二部分層１４，１６が第一部分層１５より著しく大きい屈折率ｎ₂ を有する、
から成ることによって解決されている。
【００１１】
この発明による他の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
【００１３】
【実施例】
この発明の他の利点および詳細を以下の添付図面の説明から明らかにする。
【００１４】
図１にはこの発明により形成された反射測定目盛１０の一部の平面図が示してある。この実施例では反射測定目盛１０が直線増分目盛として形成されている。
この測定目盛はｘ方向に交互に配置されている第一および第二の部分領域１２，１３で構成され、これ等の部分領域は支持基体１１上のトラック１５の中に配置されている。第一部分領域１２はこの場合反射が強くなるように設計され、第二部分領域１３は反射が弱くなるように設計されている。これ等の部分領域１２，１３を具体的にこの発明により形成するためには、図２および図３a 〜３e の以下の説明を参照されたい。
【００１５】
図示する増分目盛の実施例では異なった反射特性の部分領域１２，１３がそれぞれ同一の幾何学形状を有し、これ等の部分領域はｘ方向の幅がｂでｙ方向の長さがｌである狭い長方形である。二つの部分領域１２，１３の幅ｂの和から対応する増分位置測定装置の分解能に重要な目盛周期ＴＰが与えられる。
【００１６】
この場合、部分領域１２，１３が配置されている記号ｘの方向は測定方向に一致している。対応する入射光位置測定装置ではこの測定方向に沿って走査ユニット（図示せず）が反射測定目盛１０に対して移動する。
【００１７】
当然、その代わりにこの発明による反射測定目盛を回転式に形成できる。同様に、部分領域１２，１３がｘ方向に異なった幅を有する等の絶対符号化された測定目盛を構成することも当然可能である。
【００１８】
以下、図２の断面図に基づき、この発明による反射測定目盛１０の実施例の構造をより詳しく説明しよう。
【００１９】
この場合、反射測定目盛１０の支持基体１１としては、入射光に対して反射能の高い磨いたスチールを用いている。支持基体１１の通常の厚さは１ mm と 15 mmの間の範囲にある。選択したこの材料の代わりに、強く反射する他の材料も支持基体１１として使用できる。例えばチタンＴi ，タングステンＷ，モリブデンＭo ，白金Ｐt ，タンタルＴa またはクロムＣr の他の金属反射体である。支持基体１１に対する材料選択では、できる限り良好な反射特性の外に、更に支持基体が機械的に充分負荷に耐えることにも注意する必要がある。
【００２０】
この発明による反射測定目盛１０の弱く反射する第二部分領域１３は、支持基体１１の上に直接付けてある吸収層１４である。図示する実施例では、吸収層１４の材料としてシリコンＳi が使用され、このシリコンの吸収係数ｋはｋ＝ 0.1とｋ＝ 0.5の間の範囲内にある。吸収層１４の厚さｄ₂ は主にｄ₂ ＝ 30 nmとｄ₂ ＝ 50 nmの間の範囲内に選択される。吸収層１４のこの種の材料選択を行うかあるいは寸法設計すると、この発明による反射測定目盛１０の第二部分領域１３が汚れていない状態や、場合によって、汚れた状態でも入射光に対してただ僅かに反射することが保証される。つまり、例えば汚れた状態でも第二部分領域１３の残留反射は 10 ％以下になる。
【００２１】
吸収層１４に対する代わりの材料としては、吸収の弱い金属酸化物も考えられる。
【００２２】
強く反射する第二部分領域１２はこの発明により支持基体１１上に重ねて配置され干渉フィルタとして働く屈折率の異なった複数の部分層１５，１６で構成されている。従って、反射測定目盛１０の強く反射する部分領域１２は誘電反射干渉フィルタとして形成されている。
【００２３】
反射測定目盛１０の図示する実施例では、これに対して著しく異なる屈折率ｎ_1,ｎ₂ を有する二つの部分層１５，１６を使用している。支持基体１１に直接付けた部分層１５を以下では屈折率ｎ₁ を有する第一部分層１５とする。この上にある最上部分層１６を以下では第二部分層１６とし、この部分層は屈折率ｎ₂ を有する。この場合、支持基体１１の上に直接付けた第一部分層１５の屈折率ｎ₁ はその上に付けた第二部分層１６の屈折率ｎ₂ より著しく小さく選択され、このようにして望む干渉作用を得ることができる。
【００２４】
図示する実施例では、低屈折率の第一部分層１５の材料として二酸化シリコンＳiＯ₂ を選んでいる。この第一部分層１５の厚さｄ₁ は主にｄ₁ ＝ 100 nm とｄ₁ ＝ 150 nm の範囲内にある。第一部分層１５の屈折率ｎ₁ は、この実施例の場合、ｎ₁ ＝ 1.3とｎ₁ ＝ 1.7の間の範囲内にある。更に、第一部分層１５の代わりの材料としては酸化アルミニウムＡl₂Ｏ₃ や弗化マンガンＭgＦ₂ も考えられる。
【００２５】
高屈折率の第二部分層１６には、この実施例の場合、この発明によりシリコンＳi を選んでいる。即ち吸収層１４と同じ材料である。更に、第二部分層１６の厚さｄ₂ は吸収層１４の厚さｄ₂ と同一であり、従って、ｄ₂ ＝ 30 nmとｄ₂ ＝ 50 nmの間の範囲内にある。第二部分層１６の屈折率ｎ₂ は好ましくは 2.2より大きいか等しく選ぶ。つまりｎ₂ ≧ 2.2 である。第二部分層１６に対しては、吸収層１４と同じ代わりの材料が考えられる。即ち、例えば弱く吸収する金属酸化物である。
【００２６】
反射測定目盛１０の強く反射する第一部分領域１２の説明したこの発明による構成のため、汚れがあった場合でも、この部分領域１２の反射能が充分高くなることが確実になる。汚れがある場合でも、反射率は依然として 75 ％〜 80 ％である。つまり、光学的に走査する場合、それに応じて良好に変調された走査信号が生じる。
【００２７】
その外、強く反射する部分領域１２のこの発明による構成は高い機械的な負荷特性を保証する。
【００２８】
この発明による反射測定目盛１０の製造に関する他の重要な利点は、吸収層１４と第二部分層１６に対して同じ材料、この実施例ではＳi を選ぶ事実から生じる。この種の反射測定目盛１０を作製するこの発明による方法の実施例の以下の説明に関連してこれ等の利点を図３a 〜３e に基づき説明しよう。
【００２９】
図３a では、この場合、この発明による方法の図示する実施例の第一工程で磨きスチールの形の支持基体１１上にＰＶＤ法、例えば蒸着あるいはスパッタリングにより第一部分層をどのように面状に付けるかが示してある。図３b で支持基板１１上に示してある第一部分層１５の材料として、上に説明したように、二酸化シリコンＳiＯ₂ が使用されている。
【００３０】
次の製造工程では、図示する実施例の場合、第一部分領域１２だけに第一部分層１５が残り、その間にある第二部分領域１３では第一部分層１５が再び完全に除去されているように、面状の第一部分層１５に格子構造を与える。図３c はこの格子構造を与える工程の結果を示す。この種の格子構造化は通常のフォトリソグラフィーにより行われる。これについてはここでは詳しく立ち入らない。
【００３１】
最後に、第二部分層１６を第一と第二部分領域１２，１３の上に全面均一に塗布する。その場合、図３d の例ではこのために第二部分層１６の材料としてシリコンＳi を付ける。この第二部分層１６を全面に塗布するため、再び通常のＰＶＤ法、例えば蒸着あるいはスパッタリングを選ぶ。
【００３２】
既に上で説明したように、異なった部分層１５，１６に対する材料は、強く反射する第一部分領域１３の領域で誘電性の反射干渉フィルタを形成するように屈折率ｎ_1,ｎ₂ に関して選択される。その場合、第二部分層１６の屈折率ｎ₂ は第一部分層１５の屈折率ｎ₁ より著しく大きい。両方の部分層１５，１６の厚さｄ_1,ｄ₂ は、既に上で提示したように調整される。最後に図３e は仕上がった反射測定目盛１０を示す。
【００３３】
図示する実施例の外に、この発明による方法の代わりとなる変形種も存在する。つまり、図３c に示すような構造にするため、図３a と３b の処理工程の外に以下の処置を選択してもよい。その場合、第一処理工程で支持基体１１に全面フォトレジストを塗布する。次いで、このフォトレジストにフォトリソグラフィー法で格子構造を与えるので、支持基体１１上にフォトレジストのある部分領域とフォトレジストのない部分領域が生じる。これ等の部分領域は図３c の部分領域１２，１３に一致する。従って、第一部分層１５が支持基体１１上に格子構造を与えたフォトレジストと共に全面塗布される。次の処理工程では、フォトレジストが第一部分層１５の下にある部分領域を除去するので、図３c の格子構造が生じる。次いで、上に説明したように行われる。
【００３４】
上の説明から分かるように、反射測定目盛を作製するこの発明による方法には僅かな処理工程しか必要でない。図３a 〜３e の実施例では、第一部分層１５が第一部分領域１２にだけ残るように格子構造を与えるなら、ただ一回の格子構造付け工程が必要となるだけである。この格子構造付け工程では、それには弱く反射する第二部分領域内の比較的薄い第一部分層１５を除去することだけが必要である。更に、有利なことは、反射部分領域１２の最上部分層１６と吸収層１４に対する材料が同一であるので、次の処理工程でこの材料を簡単に全面塗布できる点にある。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明による反射測定目盛およびこの発明による方法は従来の解決策に比べて一連の利点をもたらす。先ず、第一に何らかの汚れが生じた場合でも、この種の反射測定目盛を光入射型の位置測定装置に採用すれば、走査信号の高い変調度を保証することが確実になる。汚れた場合でも、測定目盛の強く反射する部分領域の充分大きな反射能や、弱く反射する部分領域の充分大きな吸収能も残っている。
【００３６】
更に、この発明による反射測定目盛は機械的な高い負荷能力でも優れている。
【００３７】
この発明による方法は回数の少ない処理工程しか必要としない。つまり、ただ一回のパターン構造処理の工程を必要とするだけである。同様に、必要な膜厚を調整する時に処理技術的にコストのかかるプロセスが生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明により形成された反射測定目盛の実施例の一部の平面図を示す。
【図２】 図１の測定目盛の断面図を示す。
【図３】 この発明による反射測定目盛を作製する工程ａ〜ｅでのそれぞれ一定の処理状況を示す。
【符号の説明】
１０ 反射測定目盛
１１ 支持基体
１２ 第一部分領域
１３ 第二部分領域
１４ 吸収層
１５ 第一部分層
１６ 第二部分層
Ｘ 測定方向
ＴＰ 目盛周期
ｂ 部分領域の幅
ｋ 吸収係数
ｎ₁ 第一部分層の屈折率
ｎ₂ 第二部分層の屈折率
ｄ₁ 第一部分層の厚さ
ｄ₂ 第二部分層の厚さ

Claims (12)

1. 反射性の支持基体（１１）上に少なくとも一つの第一方向（ｘ）にそれぞれ延びている反射特性の異なる第一部分領域（１２）と第二部分領域（１３）から成る反射測定目盛において、
   第二部分領域（１３）が第一部分領域（１２）よりも入射光を弱く反射し、
   より強く反射する方の第一部分領域（１２）が支持基体（１１）上にある誘電性の反射干渉フィルタとして働く異なった屈折率（ｎ_1,ｎ₂ ）の複数の部分領域（１５，１６）で構成され、
   より弱く反射する方の第二部分領域（１３）が支持基体（１１）上にある少なくとも一つの吸収層（１４）で構成され、
   ことを特徴とする反射測定目盛。
2. 反射性の支持基体（１１）は磨きスチールであることを特徴とする請求項１に記載の反射測定目盛。
3. 吸収層（１４）とより強く反射する方の第一部分領域（１２）の最上位の部分層（１６）とは同じ材料であることを特徴とする請求項１に記載の反射測定目盛。
4. 吸収層（１４）とより強く反射する方の第一部分領域（１２）の最上位の部分層（１６）とに対する材料としてシリコンＳi を選ぶことを特徴とする請求項３に記載の反射測定目盛。
5. 吸収層（１４）とより強く反射する方の第一部分領域（１２）の最上位の部分層（１６）とに対する材料の吸収係数ｋはｋ＝ 0.1とｋ＝ 0.5の間の範囲内にあることを特徴とする請求項３に記載の反射測定目盛。
6. より強く反射する方の第一部分領域（１２）には第一部分層（１５）と第二部分層（１６）があり、これ等の部分層は異なる屈折率（ｎ_1,ｎ₂ ）を有し、屈折率（ｎ₁ ）のより小さい第一部分層（１５）は反射性の支持基体（１１）の上に直接配置されていることを特徴とする請求項１に記載の反射測定目盛。
7. 屈折率のより大きい第二部分層（１６）の屈折率（ｎ₂ ）をｎ₂ ≧２．２に従って選択することを特徴とする請求項６に記載の反射測定目盛。
8. 第二部分層の材料として、シリコンＳｉと吸収性の金属酸化物の中の一つを選ぶことを特徴とする請求項６に記載の反射測定目盛。
9. 第二部分層（１６）の厚さｄ₂ は３０nmと５０nmの間で選択されることを特徴とする請求項６に記載の反射測定目盛。
10. 第一部分層（１５）の屈折率ｎ₁ はｎ₁ ＝１．３とｎ₁ ＝１．７の間にあることを特徴とする請求項６に記載の反射測定目盛。
11. 第一部分層（１５）の材料として、ＳｉＯ₂ とＡｌ₂ Ｏ₃ の中の一つを選ぶことを特徴とする請求項６に記載の反射測定目盛。
12. 第一部分層（１５）の厚さｄ₁ は１００nmと１５０nmの間で選択されることを特徴とする請求項６に記載の反射測定目盛。

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