(57)【要約】【課題】  スライダ部が、搭載されたミラーのサイズを超えてプラテン上を移動する場合でも、複数のレーザ干渉計を切り換える必要がないＸＹステージを実現する。【解決手段】  ミラーを搭載したスライダ部をプラテン上で２次元的に位置決め制御するＸＹステージにおいて、  前記プラテンの一辺に沿って移動するマザーステージと、  前記プラテンの所定位置を基準点とした前記マザーステージの位置である第１位置を計測する計測手段と、  このマザーステージに搭載され、前記スライダ部のミラーに照射したレーザ光の反射光を受光し、前記マザーステージを基準点とした前記スライダ部の位置である第２位置を計測するレーザ干渉計と、を備える。【選択図】                    図１
2007192547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラーを搭載したスライダ部をプラテン上で２次元的に位置決め制御するＸＹステージにおいて、
前記プラテンの一辺に沿って移動するマザーステージと、
前記プラテンの所定位置を基準点とした前記マザーステージの位置である第１位置を計測する計測手段と、
このマザーステージに搭載され、前記スライダ部のミラーに照射したレーザ光の反射光を受光し、前記マザーステージを基準点とした前記スライダ部の位置である第２位置を計測するレーザ干渉計と、
を備えることを特徴とするＸＹステージ。
【請求項２】
前記第１位置の計測値と前記第２位置の計測値とを加算し、前記スライダ部の前記プラテン上の位置を算出する加算手段を備え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】
前記プラテンは向かい合う辺を持つ形状になっていて、
前記マザーステージは、前記向かい合う辺に沿って一対が対向配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸＹステージ。
【請求項４】
前記マザーステージはミラーを備え、固定配置されたレーザ干渉計から照射されるレーザ光の反射光により前記第１位置が計測されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＸＹステージ。
【請求項５】
前記プラテンのバイアス磁石の吸引力に抗して空気軸受けにより浮上している前記スライダ部への前記空気軸受け用の供給空気圧を、真空に切り換える緊急停止手段を備え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、ミラーを搭載したスライダ部をプラテン上で２次元的に位置決め制御する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５は、従来のＸＹステージの構成例を示す機能ブロック図である。１は四辺形のプラテン、２はこのプラテン上で２次元方向に位置制御される四辺形のスライダ部である。図は、実線で示すスライダ部２がプラテンの左下部に位置制御された状態を示す。
【０００４】
２ａ及び２ｂは、スライダ部２のＹ軸方向及びＸ軸方向で隣り合う２辺に搭載されたバーミラーである。３１は、バーミラー２ａと対峙するプラテン１のＹ軸方向の１辺１ａ側に固定配置されたレーザ干渉計である。４１及び４２は、バーミラー２ｂと対峙するプラテン１のＸ軸方向の１辺１ｂ側に固定配置された一対のレーザ干渉計である。
【０００５】
レーザ干渉計３１は、Ｙ軸方向のバーミラー２ａ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２のＸ軸方向の位置（基準点からの距離）を測定する。
【０００６】
レーザ干渉計４１及び５１は、Ｘ軸方向のバーミラー２ｂに対して所定距離を隔ててＹ軸方向にレーザビームＢｙ１，Ｂｙ２を照射し、その反射ビームを入力してスライダ部２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。Ｚ軸回転角の測定原理及び補正制御については特許文献２に詳細が開示されている。
【０００７】
レーザ干渉計を用いたスライダ部の位置制御では、バーミラーからの反射ビームをＸ軸（又はＹ軸）方向で１本、Ｙ軸（又はＸ軸）方向で２本をレーザ干渉計に入力する必要があり、スライダ部２が矢印Ｑ方向に、点線２´で示すようにプラテン１の右上部に移動した場合でも、この条件を満足する必要がある。
【０００８】
従って、スライダ部２は、搭載するバーミラーからの反射ビームが外れる直前位置までが移動制御の限界であり、スライダ部２の移動範囲は、搭載されるバーミラー２ａ，２ｂのサイズにより制限を受ける。
【０００９】
スライダ部２を、搭載されるバーミラーのサイズを超えてプラテン１上で位置制御するためには、プラテン１のＹ軸方向の１辺１ａ側に所定間隔で複数のレーザ干渉計３１，３２，３３…を固定配置すると共に、バーミラー２ｂと対峙するプラテン１のＸ軸方向の１辺１ｂ側に複数対のレーザ干渉計４１及び４２，４３及び４４，４５及び４６…の対を固定配し、スライダ部２の移動位置に応じてこれらレーザ干渉計を順次切り換える必要がある。
【００１０】
５はＸＹステージ制御装置であり、同期位置検出手段５１、スライダ部位置制御手段５２、切換手段５３、前処理演算手段５４の機能を備える。同期位置検出手段５１は、定周期で全てのレーザ干渉計によりスライダ部２のＸ方向及びＹ方向２軸の位置測定を同期して実行し、測定データＤをスライダ部位置制御手段５２、切換手段５３、補正演算手段５４に渡す。
【００１１】
切換手段５３は、スライダ部の位置情報に対応して使用するレーザ干渉計の情報を予め保持しており、同期位置検出手段５１からの測定データＤを取得してレーザ干渉計の切換え指令Ｅをスライダ部位置制御手段５２に渡す。
【００１２】
前処理演算手段５４は、スライダ部２の移動に伴ない、１つのレーザ干渉計から他のレーザ干渉計に切り換える過渡状態において、切換え前のレーザ干渉計の直前測定データを切換え先のレーザ干渉計の初期値とする演算を実行し、演算データＦをスライダ部位置制御手段５２に渡す。
【００１３】
特許文献１には、スライダ部の発熱要因を最小限にするとともに、ケーブル処理をシンプル化するようにしたＸＹステージが記載されている。
特許文献２には、対象物の２次元位置を位置決めするＸＹステージが記載されている。
【００１４】
【特許文献１】特開２００５−９９５２号公報
【００１５】
【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】
【００１６】
複数のレーザ干渉計を切り換える方式では、位置検出値に誤差が発生する。この誤差は、補正演算等で少なくすることが可能であるが、切り換え動作を行うたびに累積されるため大きな誤差となる。
【００１７】
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、スライダ部が、搭載されたミラーのサイズを超えてプラテン上を移動する場合でも、複数のレーザ干渉計を切り換える必要がない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】
【００１８】
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）ミラーを搭載したスライダ部をプラテン上で２次元的に位置決め制御するＸＹステージにおいて、
前記プラテンの一辺に沿って移動するマザーステージと、
前記プラテンの所定位置を基準点とした前記マザーステージの位置である第１位置を計測する計測手段と、
このマザーステージに搭載され、前記スライダ部のミラーに照射したレーザ光の反射光を受光し、前記マザーステージを基準点とした前記スライダ部の位置である第２位置を計測するレーザ干渉計と、
を備えることを特徴とするＸＹステージ。
【００１９】
（２）前記第１位置の計測値と前記第２位置の計測値とを加算し、前記スライダ部の前記プラテン上の位置を算出する加算手段を備えることを特徴とする（１）に記載のＸＹステージ。
【００２０】
（３）前記プラテンは向かい合う辺を持つ形状になっていて、
前記マザーステージは、前記向かい合う辺に沿って一対が対向配置されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載のＸＹステージ。
【００２１】
（４）前記マザーステージはミラーを備え、固定配置されたレーザ干渉計から照射されるレーザ光の反射光により前記第１位置が計測されることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のＸＹステージ。
【００２２】
（５）前記プラテンのバイアス磁石の吸引力に抗して空気軸受けにより浮上している前記スライダ部への前記空気軸受け用の供給空気圧を、真空に切り換える緊急停止手段を備え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】
【００２３】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、スライダ部が、搭載されたミラーのサイズを超えてプラテン上を移動する場合でも、複数のレーザ干渉計を切り換える必要がないので、切り換えによって発生する位置検出誤差の累積が本質的に発生しないＸＹステージを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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ＸＹステージの一実施形態を示す機能ブロック図である。１００はマザーステージであり、プラテン（図示されていない）の一辺に沿って移動するマザーステージであり、適当な計測手段により、プラテンの所定位置を基準点としたマザーステージの位置である第１位置が計測される。
【００２５】
２００はスライダ部であり、前記マザーステージ１００に備えられたレーザ干渉計により、前記マザーステージ１００を基準点とした前記スライダ部２００の位置である第２位置が計測される。
【００２６】
マザーステージ１００は、プラテンのＹ軸方向に平行に配置されたバーミラー１００ａ及びＸ軸方向に平行に配置されたバーミラー１００ｂを備えている。３０１及び３０２は、固定配置されたレーザ干渉計であり、バーミラー１００ａに照射したレーザ光の反射光を受光し、プラテンの所定位置を基準点としたマザーステージ１００のＸ軸方向の位置及びＺ軸回転角を計測する。
【００２７】
４００は、同じく固定配置されたレーザ干渉計であり、バーミラー１００ｂに照射したレーザ光の反射光を受光し、プラテンの所定位置を基準点としたマザーステージ１００のＹ軸方向の位置を計測する。
【００２８】
これらレーザ干渉計３０１，３０２，４００による測定値は、第１位置計測手段７０１に入力され、プラテンの所定位置を基準点としたマザーステージ１００の第１位置Ｐ１が計測される。
【００２９】
スライダ部２００は、プラテンのＹ軸方向に平行に配置されたバーミラー２００ａ及びＸ軸方向に平行に配置されたバーミラー２００ｂを備えている。５０１及び５０２は、マザーステージ１００に固定配置されたレーザ干渉計であり、バーミラー２００ａに照射したレーザ光の反射光を受光し、マザーステージ１００を基準点としたスライダ部２００のＸ軸方向の位置及びＺ軸回転角を計測する。
【００３０】
６００は、同じく固定配置されたレーザ干渉計であり、バーミラー２００ｂに照射したレーザ光の反射光を受光し、マザーステージ１００を基準点としたスライダ部２００のＹ軸方向の位置を計測する。
【００３１】
これらレーザ干渉計５０１，５０２，６００による測定値は、第２位置計測手段７０２に入力され、マザーステージ１００を基準点としたスライダ部２００の第２位置Ｐ２が計測される。
【００３２】
７０３は加算手段であり、第１位置計測手段７０１の第１位置計測値Ｐ１と第２位置計測手段７０２の第１位置計測値Ｐ２を入力し、これらを加算することにより算出される、プラテンの所定位置を基準点としたスライダ部２００の位置計測値Ｐ３を出力する。
【００３３】
簡単のため、マザーステージ１００がＸ軸を矢印Ｑ方向に、点線１００´で示す位置に移動する動きを図１で説明する。マザーステージ１００のバーミラー１００ｂは、Ｘ軸方向に所定の長さを持っていて、実線で示す左端位置から鎖線で示す１００ｂ´の右端位置に移動するまでレーザ干渉計４００からのレーザ光を反射し、切り換えなしてＹ軸方向の第１位置を計測する。
【００３４】
マザーステージ１００がＹ軸方向に移動する場合であっても、マザーステージ１００のバーミラー１００ａを所定長に設計することで、マザーステージ１００が下端位置から上端位置に移動するまで、レーザ干渉計３０１及び３０２からのレーザ光を反射し、切り換えなしてＸ軸方向の第１位置及びＺ軸回転角を計測する。
【００３５】
マザーステージ１００とスライダ部２００の相対位置関係は、１００´と２００´に示されるように、スライダ部２００のバーミラー２００ａ及び２００ｂのサイズの範囲でレーザ干渉計５０１，５０２及び６００により第２位置が計測されるので、レーザ干渉計の切り換えはない。
【００３６】
図２は、本発明の他の実施形態を示す平面図である。この実施形態では、共通のプラテンの向かい合う辺に沿って一対の対向配置されたマザーステージが移動し、夫々のマザーステージにスライダ部が配置さる、２スライダ部構成となっている。
【００３７】
プラテン８００は、四辺形の対角点を所定の角度（４５度）で切り欠いた多角形（６角形）の形状を持ち、切り欠いた対向辺８００ａ及び８００ｂに沿ってマザーステージ１１０及び１２０が対向し、移動可能に配置されている。
【００３８】
マザーステージ１１０及び１２０において、１１０ａ及び１２０ａは、辺８００ａ及び８００ｂに直交する方向に設置されたバーミラーであり、夫々レーザ干渉計３１１，３１２及び３２１，３２２からのレーザ光を反射し、辺８００ａ及び８００ｂに平行方向の第１位置が計測される。
【００３９】
マザーステージ１１０及び１２０において、１１０ｂ及び１２０ｂは、辺８００ａ及び８００ｂに平行方向に設置されたバーミラーであり、夫々レーザ干渉計４１０及び４２０からのレーザ光を反射し、辺８００ａ及び８００ｂに直交する方向の第１位置が計測される。
【００４０】
マザーステージ１１０は、プラテン８００のＹ軸方向に平行な支持部材１１０ｃ及びＸ軸方向に平行な支持部材１１０ｄを有する。支持部材１１０ｃに配置されたレーザ干渉計５１１及び５１２は、スライダ部２１０のＹ軸方向に平行なバーミラー２１０ａへレーザ光を照射して反射光を受光し、スライダ部２１０のＸ方向の第２位置とＺ軸回転角を計測する。
【００４１】
支持部材１１０ｄに配置されたレーザ干渉計６１０は、スライダ部２１０のＸ軸方向に平行なバーミラー２１０ｂへレーザ光を照射して反射光を受光し、スライダ部２１０のＹ方向の第２位置を計測する。
【００４２】
マザーステージ１２０は、プラテン８００のＹ軸方向に平行な支持部材１２０ｃ及びＸ軸方向に平行な支持部材１２０ｄを有する。支持部材１２０ｃに配置されたレーザ干渉計５２１及び５２２は、スライダ部２２０のＹ軸方向に平行なバーミラー２２０ａへレーザ光を照射して反射光を受光し、スライダ部２２０のＸ方向の第２位置とＺ軸回転角を計測する。
【００４３】
支持部材１２０ｄに配置されたレーザ干渉計６２０は、スライダ部２２０のＸ軸方向に平行なバーミラー２２０ｂへレーザ光を照射して反射光を受光し、スライダ部２２０のＹ方向の第２位置を計測する。
【００４４】
図示されていないが、マザーステージ１１０の第１位置及びスライダ部２１０の第２位置の計測値は、図１に示すように加算手段で加算され、スライダ部２１０のプラテン８００上の位置が計測される。同様に、マザーステージ１２０の第１位置及びスライダ部２２０の第２位置の計測値も加算手段で加算され、スライダ部２２０のプラテン８００上の位置が計測される。
【００４５】
図２の実施形態では、マザーステージ１１０は、辺８００ａ上部に配置され、スライダ部２１０は、プラテン８００の上部でＸ軸方向に位置制御されて所定の作業を実行する。図の状態は、スライダ部２１０がマザーステージ１１０に最も近接した状態を示す。
【００４６】
図２の実施形態では、マザーステージ１２０は、辺８００ｂ下部に配置され、スライダ部２２０は、プラテン８００の下部でＸ軸方向に位置制御される。図の状態は、スライダ部２２０がマザーステージ１２０に最も離れた状態を示す。
【００４７】
図３は、これらマザーステージとスライダ部の作業位置を入れ替える、スワップ動作を実行する場合の移動操作途中の遷移図である。スワップ動作中は、スライダ部２１０及びがスライダ部２２０は、夫々マザーステージ１１０及び１２０に最も近接した状態に位置制御され、すれ違い時の衝突を回避している。
【００４８】
図２の実施形態では、マザーステージ１１０及び１２０の第１位置を計測する手段としてレーザ干渉計を例示したが、これに限定されるものではなく、各種の距離計や位置検出器を用いることができる。
【００４９】
図４は、本発明の更に他の実施形態を示す平面図である。この実施形態の特徴は、リニアスケールと容量式距離センサを組み合わせにより、第１位置計測手段を実現させた点にある。尚、三角測量型距離計等も組み合わせて使用することができる。
【００５０】
マザーステージ１１０は、辺８００ａに平行に配置されたリニアスケール９１０に係合して移動すると共に、移動途中の第１位置がリニアスケール９１０で計測される。マザーステージ１１０がリニアスケール９１０の下端部に移動した場合には、下端部の第１位置及びＺ軸方向回転角が容量センサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３により高精度で計測される。
【００５１】
マザーステージ１１０がリニアスケール９１０の上端部に移動した場合には、上端部の第１位置及びＺ軸方向回転角が容量センサＣ１３，Ｃ１４，Ｃ１５により高精度で計測される。
【００５２】
同様に、マザーステージ１２０は、辺８００ｂに平行に配置されたリニアスケール９２０に係合して移動すると共に、移動途中の第１位置がリニアスケール９２０で計測される。マザーステージ１２０がリニアスケール９２０の下端部に移動した場合には、下端部の第１位置及びＺ軸方向回転角が容量センサＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３により高精度で計測される。
【００５３】
マザーステージ１２０がリニアスケール９２０の上端部に移動した場合には、上端部の第１位置及びＺ軸方向回転角が容量センサＣ２３，Ｃ２４，Ｃ２５により高精度で計測される。
【００５４】
本発明を、図２及び図４に示すように、複数スライダ部を共通プラテン上で位置制御するＸＹステージに適用する場合には、スライダ部同士の衝突やスライダ部とマザーステージとの衝突を回避する設計及び異常接近の場合の緊急停止機能を備える必要がある。
【００５５】
ＸＹステージのスライダ部は、プラテンのバイアス磁石の吸引力に抗して空気軸受けにより浮上している。スライダ部への空気軸受け用の供給空気圧を停止すれば、プラテンのバイアス磁石の吸引力で停止させることができるが、空気が抜けて停止までに数１０ミリ秒を要し、緊急停止ができない。
【００５６】
そこで、スライダ部への前記空気軸受け用の空気圧を供給しているエアホースを切り換えて真空で引くことで瞬時の緊急停止が可能となる。この場合には、スライダ部底部に形成されている大気開放溝も真空に引くことで緊急停止効果を更に高めることがができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明を適用したＸＹステージの一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す平面図である。
【図３】マザーステージとスライダ部の作業位置を入れ替える、スワップ動作を実行する場合の移動操作途中の遷移図である。
【図４】本発明の更に他の実施形態を示す平面図である。
【図５】従来のＸＹステージの構成例を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００  マザーステージ
１００ａ  バーミラー
１００ｂ  バーミラー
２００  スライダ部
２００ａ  バーミラー
２００ｂ  バーミラー
３０１，３０２  レーザ干渉計
４００  レーザ干渉計
５０１，５０２  レーザ干渉計
６００  レーザ干渉計
７０１  第１位置計測手段
７０２  第２位置計測手段
７０３  加算手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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