(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ干渉計とこのレーザ干渉計の照射ビームを反射するバーミラーを有し、スライダ部の移動に応じて前記レーザ干渉計と前記バーミラーが相対的に移動し、前記レーザ干渉計により位置が検出される前記スライダ部をプラテン上で２次元方向に位置制御するＸＹステージにおいて、
前記バーミラーの反射ビームを検出し、検出した反射ビームから前記スライダ部の回転を検出する回転検出手段を備え、
前記回転検出手段は、
前記レーザ干渉計から照射され前記回転検出手段を通過して前記バーミラーに照射される照射ビームの光軸を挟んで対称な位置に設けられた一対の反射部材と、
この反射部材からの反射ビームを受光する一対の光学センサ手段と、
を備えることを特徴とするＸＹステージ。
【請求項２】
前記回転検出手段は、前記一対の光学センサ手段の差分出力値により前記スライダ部の回転方向及び回転角の少なくともいずれかを検出することを特徴とする請求項１に記載のＸＹステージ。
【請求項３】
前記差分出力値がゼロとなるように前記スライダ部を回転操作する初期制御手段を備えることを特徴とする請求項２に記載のＸＹステージ。
【請求項４】
前記差分出力値は、回転角度の検出において所定の不感帯を有することを特徴とする請求項２又は３に記載のＸＹステージ。
【請求項５】
前記光学センサ手段は、前記バーミラーからの反射ビームの受光角度に対応した出力を発生するフォトダイオード手段で構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のＸＹステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ干渉計とこのレーザ干渉計の照射ビームを反射するバーミラーを有し、スライダ部の移動に応じてレーザ干渉計とバーミラーが相対的に移動し、レーザ干渉計により位置が検出されるスライダ部をプラテン上で２次元方向に位置制御するＸＹステージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラテン上で２次元方向に位置制御されるスライダ部の位置を、固定配置されたレーザ干渉計とこのレーザ干渉計の照射ビームを反射するスライダ部に搭載されたバーミラーを用いて検出するＸＹステージは、特許文献１に開示されている。
【０００３】
図６は従来のＸＹステージにおける初期位置のイメージを示す平面図である。１は、プラテン（図示せず）上で２次元方向に位置制御される四辺形のスライダ部であり、隣り合う２辺のＹ軸方向及びＸ軸方向にバーミラー１１及び１２を備えている。スライダ部１は、初期位置では基準となるＸＹ軸に対して時計方向に所定角度回転しているものとする。
【０００４】
２１，２２，２３は固定配置されたレーザ干渉計である。レーザ干渉計２１は、Ｙ軸方向のバーミラー１１に対してＸ軸方向にレーザビームＢｘを照射し、その反射ビームを入力してスライダ部１のＸ軸方向の位置（基準点からの距離）を測定する。
【０００５】
レーザ干渉計２２，２３は、Ｘ軸方向のバーミラー１２に対して所定距離を隔ててＹ軸方向に一対のレーザビームＢｙ１，Ｂｙ２を照射し、その反射ビームを入力してスライダ部１のＹ軸方向の位置（基準点からの距離）及びＺ軸回転角を測定する。回転角の測定原理については特許文献２に詳細が開示されている。
【０００６】
レーザ干渉計によるスライダ部１の位置制御の開始に当たっては、ステッピングモータモードでスライダ部１をプラテンの原点位置に移動させ、回転を修正する必要がある。このため、初期位置での回転角情報を必要とする。
【０００７】
図７は、バーミラーからの反射により距離を測定するレーザ干渉計の測定原理を説明する機能ブロック図である。１００は移動するスライダ部に設けられたバーミラー、２００は固定配置されたレーザ干渉計である。バーミラー１００とレーザ干渉計２００の関係は相対的であり、移動と固定の配置関係がこの逆であってもよい。
【０００８】
レーザ干渉計２００において、レーザ光源２０１からの出射ビームの光路には、ハーフミラー２０２， ミラー２０３，２０４、偏向ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ）２０５，λ／４板２０６，コーナーキューブ２０７が所定の位置に配置されている。
【０００９】
レーザ光源２０１から出射したビームは、ハーフミラー２０２，ミラー２０３，ミラー２０４，ハーフミラー２０２の経路で進み、図のａ方向に進む光がある。この光を第１の光とする。
【００１０】
又、レーザ光源２０１から出射したビームには、ハーフミラー２０２， ＰＢＳ２０５，λ／４板２０６，第１パスＢ１（照射），バーミラー１００，第１パスＢ１（反射），λ／４板２０６，ＰＢＳ２０５，コーナーキューブ２０７，λ／４板２０６，第２パスＢ２（照射），バーミラー１００，第２パスＢ２（反射），λ／４板２０６，ＰＢＳ２０５，ハーフミラー２０２の経路で進み、図のａ´方向に進む光がある。この光を第２の光とする。
【００１１】
ミラー２０３はレーザ光源２０１の光軸と４５°の角度をなして配置されている。これに対して、ミラー２０４はレーザ光源２０１の光軸と（４５°＋θａ）の角度をなして配置されている。ミラー２０４の配置角度がθａだけずれていることにより、第１の光ａの波面が第２の光ａ´の波面に対してθａだけずれる。これによって、第１の光と第２の光が干渉して干渉縞Ｓを作る。フォトダイオードアレイ（以下、ＰＤＡ）２０８は干渉縞Ｓを検出する。
【００１２】
ＰＤＡ２０８は、４個のフォトダイオード２０８Ａ〜２０８Ｄからなる。４個のフォトダイオード２０８Ａ〜２０８Ｄは、干渉縞Ｓの１ピッチ内に配置されており、各フォトダイオードはｐ／４（ｐは干渉縞のピッチ）ずつずらして配置されている。干渉縞のピッチｐは、ｐ＝λ／θａ（λはレーザ光の波長）である。
【００１３】
減算器２０９は、（フォトダイオード２０８Ａの検出信号）−（フォトダイオード２０８Ｃの検出信号）なる演算を行う。減算器２１０は、（フォトダイオード２０８Ｂの検出信号）−（フォトダイオード２０８Ｄの検出信号）なる演算を行う。
【００１４】
スライダ部の移動伴ってバーミラー１００が移動すると、干渉縞Ｓが矢印ｄ−ｄ´方向に動く。干渉縞が動くと各フォトダイオード２０８Ａ〜２０８Ｄに当る干渉縞の明暗部分が動き、フォトダイオード２０８Ａ〜２０８Ｄの検出値が変化する。これをもとにバーミラー１００の位置を計算する。位置計算の手法は、特許文献１に詳細が開示されている。
【００１５】
【特許文献１】特開２００５−９９５２号公報
【００１６】
【特許文献２】特開２０００−６５９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
図７の測定原理で明らかなように、バーミラー１００とレーザ干渉計２００の間を往復するレーザビームの第１パスＢ１及び第２パスＢ２は、照射光軸と反射光軸が所定の誤差範囲で一致している必要があり、これを超えて照射光軸と反射光軸がずれると、干渉縞を発生させることができなくなり、距離測定が不可能となる。
【００１８】
図６に示したスライダ初期位置での回転が、前記第１パスＢ１，第２パスＢ２の往復光軸のずれの許容範囲を超えてずれていた場合には、レーザ干渉計２２及び２３による距離測定値の差に基づくＺ軸回転角度の算出ができず、原点位置に移動して回転を修正するための回転角情報をレーザ干渉計自身で算出することができなくなる。
【００１９】
このため、従来技術では、Ｘ軸（又はＹ軸）方向に固定された固定部材３０とスライダ部１の一辺との間に角度センサ４０を配置してスライダ部１の初期位置回転角度を測定し、その角度測定情報により原点位置に移動した状態で回転修正を実行していた。
【００２０】
従来技術では、初期位置回転角度を測定する角度センサを必要とし、ステージ周辺のスペースを占有する。又、センサの設定や読み取りを手動で実行するため、操作が煩雑であるという問題点がある。
【００２１】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、レーザ干渉計自身に初期位置回転の検出機能を持たせ、スライダ部の回転方向及び回転角度を自動的に検出することを可能とするＸＹステージを実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）レーザ干渉計とこのレーザ干渉計の照射ビームを反射するバーミラーを有し、スライダ部の移動に応じて前記レーザ干渉計と前記バーミラーが相対的に移動し、前記レーザ干渉計により位置が検出される前記スライダ部をプラテン上で２次元方向に位置制御するＸＹステージにおいて、
前記バーミラーの反射ビームを検出し、検出した反射ビームから前記スライダ部の回転を検出する回転検出手段を備え、
前記回転検出手段は、
前記レーザ干渉計から照射され前記回転検出手段を通過して前記バーミラーに照射される照射ビームの光軸を挟んで対称な位置に設けられた一対の反射部材と、
この反射部材からの反射ビームを受光する一対の光学センサ手段と、
を備えることを特徴とするＸＹステージ。
【００２４】
（２）前記回転検出手段は、前記一対の光学センサ手段の差分出力値により前記スライダ部の回転方向及び回転角の少なくともいずれかを検出することを特徴とする（１）に記載のＸＹステージ。
【００２５】
（３）前記差分出力値がゼロとなるように前記スライダ部を回転操作する初期制御手段を備えることを特徴とする（２）に記載のＸＹステージ。
【００２６】
（４）前記差分出力値は、回転角度の検出において所定の不感帯を有することを特徴とする（２）又は（３）に記載のＸＹステージ。
【００２７】
（５）前記光学センサ手段は、前記バーミラーからの反射ビームの受光角度に対応した出力を発生するフォトダイオード手段で構成されることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のＸＹステージ。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
初期位置回転を検出する角度センサを不要とし、レーザ干渉計自身でスライダ部の初期位置の回転方向及び回転角度を自動的に検出することが可能となり、ステージ周辺のスペース占有の問題、センサの設定や読み取りのための煩雑な操作の問題が解消される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用した回転検出手段を備えたＸＹステージの一実施形態を示す要部の機能ブロック図である。図６、図７で説明した従来ステージと同一要素には同一符号を付して説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。
【００３０】
図１（Ａ）は要部の平面図、図１（Ｂ）はその側面図である。点線のブロック５００が本発明の特徴部をなす回転検出手段である。この回転検出手段は着脱可能にユニット化されており、スライダ部の初期位置回転の測定時に、バーミラー１００からの反射ビームがレーザ干渉計２００に戻ってこない時に挿入され、回転角の測定が終了すると取り外される。
【００３１】
回転検出手段５００において、５０１は遮光・絞り板であり、レーザ干渉計２００からバーミラー１００への第２パスＢ２のビームを遮光すると共に、貫通して形成された絞り孔５０１ａより、第１パスＢ１のビームを絞ってバーミラー１００へ照射させる。
【００３２】
５０２及び５０３は一対の反射部材であり、遮光・絞り板５０１のバーミラー１００側において、第１パスＢ１の正常な光軸を挟んで所定距離ｓを隔てて対称に配置される。この反射部材の形状は、図１（Ｂ）の側面図に示すように、バーミラー１００からの反射ビームＢ１´（正常な光軸からずれたビーム）を受けると、そのビームをＢ１″で示すように下方に９０度反射させる。
【００３３】
５０４及び５０５は、一対の光学センサ手段である。これら光学センサ手段は、反射部材５０２及び５０３からの反射ビームＢ１″を受光するように、反射部材５０２及び５０３の下方に配置されている。
【００３４】
これら光学センサ手段５０４及び５０５は、第１パスＢ１の正常な光軸を中心に、バーミラー１００からの反射ビームＢ１´（正常な光軸からずれたビーム）の時計方向又は反時計方向のずれ角度に比例して差動的に角度検出電流を出力する、フォトダイオード手段によるＰＳＤ（Position Sensing Device）で実現されている。
【００３５】
図２は、スライダ部が回転しており、バーミラーからの第１パスＢ１の反射ビームが正常な光軸からずれてＢ１´として回転検出手段の反射部材５０３に入射した状態を示すイメージ図である。反射部材５０３で反射されたビームビームＢ１″は、光学センサ手段５０４及び５０５に入射され、差動的な角度検出電流に変換される。
【００３６】
図３は、光学センサ手段の差動的な角度検出電流の信号処理構成を示す機能ブロック図である。光学センサ手段５０４の出力電流Ｉ１は、Ｉ／Ｖ変換器５０６で電圧信号Ｖ１に変換される。同様に、光学センサ手段５０５の出力電流Ｉ２は、Ｉ／Ｖ変換器５０７で電圧信号Ｖ２に変換される。
【００３７】
これら電圧信号Ｖ１及びＶ２は、差分演算手段５０８で差分演算され、差分出力値θｚが算出される。この差分出力値θｚは、スライダ部の初期位置の回転情報である。５０９は初期制御手段であり、差分出力値θｚを入力して、θｚがゼロとなるように原点位置に移動したスライダ部の回転角度修正制御を実行する。
【００３８】
図４は、スライダ部の回転角度θに対する差分出力値θｚの関係を示す特性図である。この特性図において、回転角度θのゼロ近傍の不感帯は、図１で示した反射部材５０２と５０３の間隙ｓにより任意幅に決定される。この不感帯幅の範囲のずれは許容範囲として回転角度補正制御を実行しない。
【００３９】
図５は、本発明をマルチスライダシステムに応用したイメージ図である。プラテン上で３辺にバーミラーを備える複数のスライダ部を位置制御するマルチスライダシステムにおいて、図５（Ａ）のようにスライダ部Ａのバーミラーがレーサ干渉計２００の正面に位置している場合と、図５（Ｂ）のようにスライダ部Ａのバーミラーがレーサ干渉計２００の正面に位置していない場合とがある。
【００４０】
本発明の回転検出手段５００を用いれば、初期化時にスライダ部が回転していれば、図５（Ａ）の関係では回転が検出できるが、図５（Ｂ）の関係では回転が検出できない。これを利用して、レーザ干渉計とバーミラーとが対峙しているスライダ部を確認することができ、マルチスライダシステムの制御を支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明を適用した回転検出手段を備えたＸＹステージの一実施形態を示す要部の機能ブロック図である。
【図２】スライダ部が回転してバーミラーからの反射ビームが正常な光軸からずれた状態を示すイメージ図である。
【図３】光学センサ手段の差動的な角度検出電流の信号処理構成を示す機能ブロック図である。
【図４】スライダ部の回転角に対する差分出力値の関係を示す特性図である。
【図５】本発明をマルチスライダシステムに応用したイメージ図である。
【図６】従来のＸＹステージにおける初期位置のイメージを示す平面図である。
【図７】バーミラーからの反射により距離を測定するレーザ干渉計の測定原理を説明する機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００  バーミラー
２００  レーザ干渉計
２０５  偏向ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
２０６  λ／４板
２０７  コーナーキューブ
５００  回転検出手段
５０１  遮光・絞り板
５０１ａ  絞り孔
５０２，５０３  反射部材
５０４，５０５  光学センサ手段（ＰＳＤ）
【図１】
0004716178.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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