(57)【要約】【課題】  新たなマスクを作製することなく、光学格子を構成する複数のラインパターンの幅や間隔の多様化に対応できる光電式エンコーダ用スケールの製造方法を提供する。【解決手段】  レジストパターン３３形成後、この幅を大きくする場合はパターン３３を熱処理し、この幅を小さくする場合はパターン３３に紫外線照射してから熱処理をする。これにより、レジストパターン３３の幅を光学格子のラインパターンの幅と対応するように調整する。この調整後のレジストパターン３３をマスクとしてクロム膜２３を選択的にエッチングすることにより、光学格子を形成する。【選択図】  図５
2005091002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケールパターンを有する光電式エンコーダ用スケールの製造方法であって、
前記スケールパターンが形成される領域を覆うようにレジストを形成する第１工程と、
前記レジストをパターニングしてレジストパターンにする第２工程と、
前記レジストパターンを熱処理して前記レジストパターンを前記スケールパターンに対応するように調整する第３工程と、    
調整された前記レジストパターンをマスクとして前記領域を選択的にエッチングすることにより前記スケールパターンを形成する第４工程と、
を備えることを特徴とする光電式エンコーダ用スケールの製造方法。
【請求項２】
前記第３工程において、前記レジストパターンの幅を大きくする場合は熱処理をし、幅を小さくする場合は紫外線照射してから熱処理をして、前記レジストパターンを前記スケールパターンに対応するように調整する、    
ことを特徴とする請求項１に記載の光電式エンコーダ用スケールの製造方法。
【請求項３】
前記光電式エンコーダ用スケールは、光学格子を構成する複数のラインパターンとなる複数の前記スケールパターンを有している、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電式エンコーダ用スケールの製造方法。
【請求項４】
前記光電式エンコーダ用スケールは、光学格子を構成する複数のラインパターン及び原点検出用パターンとなる、複数の前記スケールパターンを有しており、
前記第３工程は、複数の前記レジストパターンのうち一部のレジストパターンを熱処理して、この一部の前記レジストパターンを前記原点検出用パターンに対応するように調整する工程を含み、
前記第４工程は、複数の前記レジストパターンのうち前記調整されたものをマスクとして前記原点検出用パターンを形成すると共に未調整のものをマスクとして前記光学格子の複数のラインパターンを形成する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電式エンコーダ用スケールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電式エンコーダの構成要素となるスケールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から直線変位や角度変位などの精密な測定に光電式エンコーダ（以下、「エンコーダ」という場合もある。）が利用されている。エンコーダは三次元測定機や画像測定機などに搭載される。エンコーダは、光源と、メインスケールと、インデックススケール及び複数の受光素子を含むと共に光源と一緒にメインスケールに対して相対移動可能な検出部と、を備えている。
【０００３】
メインスケールやインデックススケールには、多数のラインパターンが並んだ構造を有する光学格子が形成されている。ラインパターンは光遮光部に相当する。光学格子は、リソグラフィとエッチングにより作製される。計測の対象に応じて光学格子のラインパターンの幅や間隔を変える必要がある。この方法として、例えば次の（１）や（２）がある。
（１）マスクを複数枚用意して、光学格子のラインパターンの幅や間隔に応じてマスクを変えてリソグラフィをする。
（２）縮小率を変えて縮小露光することにより、光学格子のラインパターンの幅や間隔を変える。
【０００４】
なお、エンコーダのメインスケールやインデックススケールに備えられる光学格子の形成方法ではないが、リソグラフィ技術として、基板上にレジストパターンを形成した後、それに熱又は放射線照射を施し、レジストパターンを流動化させ、レジストパターンの幅を大きくする技術がある（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−８４４６０号公報（段落［０００５］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記（１）の方法では、マスクを複数枚作製しなければならずコストがかかる。（２）の方法によれば、同じマスクを用いることができるが、光学格子のラインパターンの幅や間隔のみならず、光学格子全体のサイズが変わる。
【０００６】
本発明は、例えばラインパターンのようなスケールパターンの幅の多様化に対応できる光電式エンコーダ用スケールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、スケールパターンを有する光電式エンコーダ用スケールの製造方法であって、スケールパターンが形成される領域を覆うようにレジストを形成する第１工程と、レジストをパターニングしてレジストパターンにする第２工程と、レジストパターンを熱処理してレジストパターンをスケールパターンに対応するように調整する第３工程と、調整されたレジストパターンをマスクとして上記領域を選択的にエッチングすることによりスケールパターンを形成する第４工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るスケールの製造方法によれば、レジストパターンを熱処理することにより、レジストパターンをスケールパターンに対応するように調整している。したがって、新たなマスクを作製することなく、スケールパターンの幅の多様化に対応することができる。
【０００９】
本発明に係るスケールの製造方法の第３工程において、レジストパターンの幅を大きくする場合は熱処理をし、幅を小さくする場合は紫外線照射してから熱処理をして、レジストパターンをスケールパターンに対応するように調整することができる。これによれば、レジストパターン形成後にこのレジストパターンの幅を大きくしたり、小さくしたりできる。    
【００１０】
本発明に係るスケールの製造方法において、光電式エンコーダ用スケールは、光学格子を構成する複数のラインパターンとなる複数のスケールパターンを有している、ようにしてもよい。これによれば、一枚のマスクで光学格子のラインパターンの幅や間隔が異なるスケールを作製することができる。よって、新たなマスクを作製することなく光学格子を透過又は反射する光量の調整が可能となる。
【００１１】
本発明に係るスケールの製造方法において、光電式エンコーダ用スケールは、光学格子を構成する複数のラインパターン及び原点検出用パターンとなる、複数のスケールパターンを有しており、第３工程は、複数のレジストパターンのうち一部のレジストパターンを熱処理して、この一部のレジストパターンを原点検出用パターンに対応するように調整する工程を含み、第４工程は、複数のレジストパターンのうち上記調整されたものをマスクとして原点検出用パターンを形成すると共に未調整のものをマスクとして光学格子の複数のラインパターンを形成する、ようにしてもよい。
【００１２】
これによれば、原点検出用パターンに対応するパターンをマスクに設けることなく、原点検出用パターン及び光学格子の複数のラインパターンを有するスケールを作製することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る光電式エンコーダ用スケールの製造方法によれば、新たなマスクを作製することなく、スケールパターンの幅の多様化に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１〜図２０を参照して、本実施形態に係る光電式エンコーダ用スケールの製造方法を説明する。これらの図において、既に説明した図中の符号で示すものと同一のものについては、同一符号を付すことにより説明を省略する。まず、上記製造方法の理解の前提として、このスケールを備える光電式エンコーダについて説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る光電式エンコーダ１の概略構成を示す斜視図である。このエンコーダ１は透過型で、メインスケール３とインデックススケール５とを対向配置させ、両スケール３，５に光学格子７，９を形成している。スケール３，５が光電式エンコーダ用スケールである。光学格子７，９は、縦に延びる多数のラインパターン（光遮光部）が所定のピッチで横に並んだ構造を有する。ラインパターンはスケールパターン（スケールパターンとはスケールに形成されたパターンのことである）の一例である。ラインパターン間が光学格子の溝となる。
【００１６】
両スケール３，５を挟んで光源１１と、フォトダイオード等の受光素子（四つの受光素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）とが向かい合っている。四つの受光素子に対応するように光学格子９は四つの部分１４ａ〜１４ｄに分けられている。インデックススケール５、光源１１及び受光素子で、メインスケール３に対して相対的に移動する検出部１５が構成されている。検出部１５が移動すると、各スケール３，５の光学格子７，９を透過する光源１１の光Ｌ１は、格子ピッチと同じ周期で明暗を繰り返す。受光素子１３ａ〜１３ｄは、この変化を電気信号に変換し、９０°位相差の位置検出信号、即ち２相正弦波信号φＡ，φＢを出力する。これを利用して直線などの変位量が算出される。
【００１７】
次に、第１実施形態に係る光電式エンコーダ用スケールの製造方法について、メインスケール３を例にして説明する。なお、インデックススケール５の製造方法も第１実施形態を適用できる。
【００１８】
図２〜図７は、第１実施形態に係る製造方法のうちラインパターン幅を大きく（ラインパターン間隔を小さく）調整する場合について、工程順に示すガラス基板等の断面の模式図である。図２に示すように、基板２１上に厚さ０．０５〜０．３μmのクロム膜２３をスパッタリングにより堆積する。さらに、光学格子７が形成される領域（スケールパターンが形成される領域の一例）上に厚さ０．３〜１．０μmのポジレジスト２５（レジストの一例）を形成する。光電式エンコーダ用スケールが透過型ではなく、反射型の場合も同様の構造を利用できる。クロム膜２３は、光学格子７のラインパターン（光遮光部）となり、クロムの替わりに例えばアルミニウムを用いることもできる。
【００１９】
次に図３に示すように、ポジレジスト２５上にマスク２７を配置する。マスク２７は光遮光部２９及び光透過部３１を備える。マスク２９を介して、ポジレジスト２５に露光用光Ｌ２を照射して、ポジレジスト２５を選択的に露光する。露光はマスクを用いない方式、例えばレーザ描画でもよい。
【００２０】
図４は、露光後、ポジレジスト２５を現像した状態を示している。この状態のポジレジスト２５が複数のレジストパターン３３となる。パターン３３の幅ｗ１は０．１〜１．０μmであり、パターン３３の間隔ｄ１は０．１〜１．０μmである。
【００２１】
次に、レジストパターン３３を例えば１４０℃、９０秒の条件下で熱処理をして、レジストパターン３３を光学格子７のラインパターン（スケールパターンの一例）に対応するように調整する。この熱処理は、図９に示すように、レジストパターン３３（図示せず）が形成された基板２１をホットプレート３５上に載置して、レジストパターン３３全体を加熱するものである。これにより、図５に示すように、レジストパターン３３が溶融し、この幅がｗ１からｗ２に大きくなり、レジストパターン３３の間隔がｄ１からｄ２に小さくなる。幅ｗ２はｗ１の１．１〜１．８倍であり、間隔ｄ２はｄ１の０．２〜０．９倍である。
【００２２】
次に、図６に示すように、調整されたレジストパターン３３をマスクとして、ドライエッチングにより、クロム膜２３（スケールパターンが形成される領域の一例）を選択的にエッチングする。その後、レジストパターン３３を除去すると、図７に示すように光学格子７が形成された基板２１からなるメインスケール３が出来上がる。複数に分割されたクロム膜２３が光学格子７を構成する複数のラインパターンとなる。ラインパターン（クロム膜２３）の幅やラインパターン間隔は、図５のレジストパターン３３を反映した寸法となる。図８はメインスケール３の平面図である。図８に示す光学格子７は、クロム膜２３の幅を大きく（クロム膜２３の間隔を小さく）することにより、透過する光量を小さくしている。
【００２３】
ここで、レジストパターン３３を熱処理すると、パターン３３の幅を大きく（パターン３５間隔を小さく）できることを示す。図１０は基板上に形成されたレジストパターン３３を熱処理した後の断面の模式図である。熱処理の熱源にはホットプレートを用いた。レジストパターン３３が形成された基板の材料は、クロムを成膜したガラスであり、この基板は一辺が４０mmの正方形であり、厚みが１．５mmであった。熱処理時間は９０秒、クーリング時間は１８０秒にした。
【００２４】
熱処理の温度は、図１０（Ａ）が１１５℃、（Ｂ）が１２５℃、（Ｃ）が１３５℃、（Ｄ）が１４０℃の場合を示している。熱処理の温度を上げていくと、レジストパターン３３の幅を大きく（パターン３３の間隔を小さく）できることが分かる。
【００２５】
次に、光学格子７のラインパターン幅を小さく（ラインパターン間隔を大きく）する方法を説明する。図１１〜図１３は、この工程を説明するためのガラス基板等の断面の模式図である。今度は、図４のレジストパターン３３に、図１１に示すように紫外線ＵＶを照射する。照度は例えば２０［ｍＷ／ｃｍ２］であり、照射時間は例えば５分である。
【００２６】
そして、図１２に示すように、レジストパターン３３を例えば４００℃、９０秒の条件下で熱処理して、レジストパターン３３を光学格子７のラインパターン（スケールパターンの一例）に対応するように調整する。レジストパターン３３は紫外線照射により耐熱性が向上しているため、この熱処理により溶融せずに収縮する。よって、レジストパターン３３の幅はｗ１からｗ３に小さくなり、パターン３３の間隔はｄ１からｄ３に大きくなる。
【００２７】
このレジストパターン３３をマスクとして、図６と同様にしてクロム膜２３を選択的に除去した状態が図１３である。分割されたクロム膜２３の幅やクロム膜２３の間隔は、図１２のレジストパターン３３を反映した寸法となっている。その後、レジストパターン３３を除去する。この状態の平面図が図１４である。図１４に示す光学格子７は、クロム膜２３の幅を小さく（クロム膜２３の間隔を大きく）することにより、透過する光量を多くしている。
【００２８】
次に、レジストパターン３３の幅を小さく（パターン３３の間隔を大きく）できることを説明する。図１５は基板上に形成されたレジストパターン３３を紫外線照射してから熱処理した後の断面の模式図であり、図１０と対応する。紫外線の照度は例えば２０［ｍＷ／ｃｍ２］、照射時間は例えば５分である。その他の試験条件は図１０の場合と同様にした。
【００２９】
熱処理の温度は、図１５（Ａ）が１４０℃、（Ｂ）が３００℃、（Ｃ）が３５０℃、（Ｄ）が４００℃の場合を示している。レジストパターン３３に紫外線を照射した場合、熱処理の温度を上げていくと、パターン３３の幅を小さく（パターン３３の間隔を大きく）できることが分かる。
【００３０】
なお、レジストパターン３３が形成された基板２１を図９のように全面ではなく、図１６のように部分的（例えば半面）に加熱することもできる。このようにすれば、複数のレジストパターン３３のうち、加熱されているレジストパターン３３のみの幅・間隔を調整できる。
【００３１】
以上説明したように、第１実施形態によれば、複数のレジストパターン３３の形成後、これらのレジストパターンの幅や間隔を大きくしたり、小さくしたりできる。したがって、新たなマスクを作製することなく、一枚のマスクで光学格子のラインパターンの幅や間隔の多様化に対応することができる。これにより、コストの削減やテストパターンの数を減らすことができる。
【００３２】
次に２実施形態に係る光電式エンコーダ用スケールの製造方法を説明する。この方法では、原点検出用パターン（スケールパターンの一例）を形成する。メインスケール３やインデックススケール５には、光学格子７，９の他に原点検出用パターンも設けられている。原点検出用パターンは、光電式エンコーダ１で測定する際に基準となる位置を示す。メインスケール３の原点検出用パターンとインデックススケール５の原点検出用パターンとの重なり具合に応じた信号が受光素子により出力される。
【００３３】
インデックススケール５に備えられる原点検出用パターンの作製方法を説明する。なお、メインスケール３の原点検出用パターンも同様にして作製することができる。図１７及び図１８は、第２実施形態に係る製造方法を工程順に示すガラス基板等の断面の模式図である。
【００３４】
図１７に示すように、図４の複数のレジストパターン３３のうち一部のレジストパターン（つまり原点検出用パターンとなる領域上に位置するレジストパターン３３ａ）のみを熱処理する。図１９は、この熱処理を示す図であり、基板２１に形成された図示しないレジストパターン３３ａに、レーザ光Ｌ３を照射することにより、この部分を局所的に加熱する。レーザ光の替わりに、マイクロ波でもよい。
【００３５】
上記加熱により、図１８に示すように、レジストパターン３３ａのみを溶融させて、このパターン３３ａの幅を大きくする。これにより、パターン３３ａが原点検出用パターンと対応するように調整する。複数のレジストパターン３３のうち調整されたパターン３３ａ及び未調整のパターン３３をマスクとしてクロム膜２３を選択的にエッチングする。その後、レジストパターン３３を除去する。これにより、原点検出用パターンと光学格子の複数のラインパターンとが同時に形成されたインデックススケールを作製することができる。図２０は、このインデックススケール５の平面図であり、クロム膜２３ａが原点検出用パターンとなる。なお、レジストパターン３３ａの幅を小さくする場合、レジストパターン３３ａに紫外線を照射してから、図１９に示すレーザ光Ｌ３の熱処理をする。
【００３６】
以上のように第２実施形態によれば、原点検出用パターンに対応するパターンをマスクに設けることなく、原点検出用パターン及び光学格子の複数のラインパターンを有するインデックススケール５を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施形態に係る光電式エンコーダの概略を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る光電式エンコーダ用スケールの製造方法のうちラインパターン幅を大きく（ラインパターン間隔を小さく）調整する場合の第１工程図である。
【図３】同第２工程図である。
【図４】同第３工程図である。
【図５】同第４工程図である。
【図６】同第５工程図である。
【図７】同第６工程図である。
【図８】第１実施形態で作製されたメインスケールの一例の一部の平面図である。
【図９】第１実施形態において、レジストパターン全面をホットプレートで加熱している状態を示す図である。
【図１０】基板上に形成されたレジストパターンを熱処理した後の断面の模式図である。
【図１１】第１実施形態に係る製造方法のうちラインパターン幅を小さく（ラインパターン間隔を大きく）調整する場合の第１工程図である。
【図１２】同第２工程図である。
【図１３】同第３工程図である。
【図１４】第１実施形態で作製されたメインスケールの他の例の一部の平面図である。
【図１５】基板上に形成されたレジストパターンを紫外線照射してから熱処理した後の断面の模式図である。
【図１６】第１実施形態において、レジストパターン半面をホットプレートで加熱している状態を示す図である。
【図１７】第２実施形態に係る光電式エンコーダ用スケールの製造方法を説明するための第１工程図である。
【図１８】同第２工程図である。
【図１９】第２実施形態において、レジストパターンをレーザ光で局所的に加熱している状態を示す図である。
【図２０】第２実施形態で作製されたインデックススケールの一部の平面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・光電式エンコーダ、３・・・メインスケール、５・・・インデックススケール、７，９・・・光学格子、１１・・・光源、１３ａ〜１３ｄ・・・受光素子、１４ａ〜１４ｄ・・・光学格子の一部分、１５・・・検出部、２１・・・基板、２３・・・クロム膜、２５・・・ポジレジスト、２７・・・マスク、２９・・・光遮光部、３１・・・光透過部、３３・・・レジストパターン、３５・・・ホットプレート、Ｌ１・・・光、Ｌ２・・・露光用光、Ｌ３・・・レーザ光
【図１】
2005091002.tif 000003
【図２】
2005091002.tif 000004
【図３】
2005091002.tif 000005
【図４】
2005091002.tif 000006
【図５】
2005091002.tif 000007
【図６】
2005091002.tif 000008
【図７】
2005091002.tif 000009
【図８】
2005091002.tif 000010
【図９】
2005091002.tif 000011
【図１０】
2005091002.tif 000012
【図１１】
2005091002.tif 000013
【図１２】
2005091002.tif 000014
【図１３】
2005091002.tif 000015
【図１４】
2005091002.tif 000016
【図１５】
2005091002.tif 000017
【図１６】
2005091002.tif 000018
【図１７】
2005091002.tif 000019
【図１８】
2005091002.tif 000020
【図１９】
2005091002.tif 000021
【図２０】
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