(57)【要約】【課題】  コンパクトな構成で作業台の回転制御の精度の向上を図ることができる回転制御装置及び回転制御方法を提供する。【解決手段】  回転体の回転に連動して回転するロータリーエンコーダの読取信号を処理して回転ムラ信号と回転ブレ量信号とを生成し、回転駆動部において回転ムラ信号に応じて回転体の回転速度サーボ制御をなすステップと、処理部において回転ブレ量信号に応じてワークに対する位置サーボ制御をなす。【選択図】  図１
2012141249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在な回転体を回転させる回転駆動部と、前記回転体上に載置されたワークに対して処理する処理部と、を含む回転制御装置であって、
前記回転体の回転に連動して回転するロータリーエンコーダと、
前記ロータリーエンコーダの読取信号を処理して回転ムラ信号と回転ブレ量信号とを得る信号処理回路と、を含み、
前記回転駆動部は、前記回転ムラ信号に応じて前記回転体の回転速度サーボ制御をなし、
前記処理部は、前記回転ブレ量信号に応じて前記ワークに対する位置サーボ制御をなすことを特徴とする回転制御装置。  
【請求項２】
前記回転ブレ量信号は、前記ロータ上に設けられたスリット列又はピット列のトラッキングサーボ信号であることを特徴とする請求項１記載の回転制御装置。
【請求項３】
前記回転ムラ信号は、前記ロータ上に設けられたスリット列又はピット列のスリット又はピットのピッチに応じた周波数を有する周波数信号であることを特徴とする請求項１記載の回転制御装置。
【請求項４】
回転自在な回転体を回転させる回転駆動部と、前記回転体上に載置されたワークに対して処理する処理部と、を含む回転制御装置の回転制御方法であって、
前記回転体の回転に連動して回転するロータリーエンコーダの読取信号を処理して回転ムラ信号と回転ブレ量信号とを生成するステップと、
前記回転駆動部において前記回転ムラ信号に応じて前記回転体の回転速度サーボ制御をなすステップと、
前記処理部において前記回転ブレ量信号に応じて前記ワークに対する位置サーボ制御をなすステップと、を備えることを特徴とする回転制御方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターンテーブル等の回転体を備えた回転制御装置及び回転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基盤技術の高機能化・高精度化に伴い、回転系の高精度加工または高精度な位置計測のためには、モータなどの部品精度を向上させるだけでは不十分である。そのため回転ムラ量や回転ブレ量を検出し、補正量を求め加工機または計測器にフィードバックする必要がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
回転ムラ量の検出にはロータリーエンコーダが、回転ブレ量の検出にはレーザ測長器が用いられている。従来の高精度回転型エンコーダーから検出される信号は、内部に組み込まれる同心円状に配置されたスリット列の各スリットの位置を検出して生成される（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００７／１１１２６０公報
【特許文献２】国際公開第２００７／１１１２６１公報
【特許文献３】特開平６−７６２９３号公報
【特許文献４】特開平８−２１２５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、技術の高度化により要求される精度はナノメータレベルとなり、従来のエンコーダーでは十分な性能を得られない。その要因は、スリットの製造工程および検出器の性能（分解能）に依存しているからである。高精度なスリットの製造は、レーザを光源とした回転型描画装置にて作製されるが、レーザ光源の波長限界で決定される分解能により、スリットの不鮮明さ、および長サイズかによるパルス数制限が挙げられる。また、従来のレーザ測長器では検出精度が悪いという問題がある。
【０００６】
更に、高精度化のために、ロータリーエンコーダとレーザ測長器の２つの検出器とそのシステムを狭い場所に収めて設計する必要があった。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題には、上記の欠点が一例として挙げられ、コンパクトな構成で回転体（作業台）の回転制御の精度の向上を図ることができる回転制御装置及び回転制御方法を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明の回転体制御装置は、回転自在な回転体を回転させる回転駆動部と、前記回転体に載置されたワークに対して処理する処理部と、を含む回転作業台装置であって、前記回転体の回転に連動して回転するロータリーエンコーダと、前記ロータリーエンコーダの読取信号を処理して回転ムラ信号と回転ブレ量信号とを得る信号処理回路と、を含み、前記回転駆動部は、前記回転ムラ信号に応じて前記回転体の回転速度サーボ制御をなし、前記処理部は、前記回転ブレ量信号に応じて前記ワークに対する位置サーボ制御をなすことを特徴としている。
【０００９】
請求項４に係る発明の回転制御方法は、回転自在な回転体を回転させる回転駆動部と、前記回転体上に載置されたワークに対して処理する処理部と、を含む回転制御装置の回転制御方法であって、前記回転体の回転に連動して回転するロータリーエンコーダからの読取信号を処理して回転ムラ信号と回転ブレ量信号とを生成するステップと、前記回転駆動部において前記回転ムラ信号に応じて前記回転体の回転速度サーボ制御をなすステップと、前記処理部において前記回転ブレ量信号に応じて前記ワークに対する位置サーボ制御をなすステップと、を備えることを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
請求項１及び４に係る発明によれば、回転体の回転に連動して回転するロータリーエンコーダからの読取信号を処理して回転ムラ信号と回転ブレ量信号とを生成し、回転駆動部において回転ムラ信号に応じて回転体の回転速度サーボ制御をなし、処理部において回転ブレ量信号に応じてワークに対する位置サーボ制御をなすので、コンパクトな構成で回転体の回転制御の精度向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による回転制御装置のシステム図である。
【図２】図１の装置中のロータリーエンコーダの構成図である。
【図３】図２のロータリーエンコーダの作成方法を示す図である。
【図４】回転ムラ量を生成する方法を示す図である。
【図５】回転振れ量を生成する方法を示す図である。
【図６】本発明が適用された回転型電子線描画装置を示す図である。
【図７】図６の装置のロータリーエンコーダ及びコントローラを具体的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
【実施例】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明のロータリーエンコーダを用いた回転制御のシステムを示したブロック図である。システムは、スリット列またはピット列が形成されたロータリーエンコーダ１と、スリットまたはピットを読取る光ピックアップと、モータ３と、軸４、ターンテーブル（回転体である回転作業台）５からなり、ロータリーエンコーダ１とターンテーブル５は軸４で結合され、軸４はモータ５の駆動軸でありモータ５の回転によって、ロータリーエンコーダ１とターンテーブル５は回転する。
【００１５】
光ピックアップ２が読取った読取信号は、信号生成部６に供給され、回転ムラ量に応じた回転ムラ信号Ｓ１と回転ブレ量（軸ブレ量）に応じた回転振れ信号Ｓ２を生成する。生成された回転ムラ信号Ｓ１はモータ制御部７に供給され、検出された回転ムラ量Ｓ１に基づいて、回転ムラ量を補正しモータの回転を制御する。また、回転ブレ量信号Ｓ２は図示せぬ回路または各種のコントロールを行う制御部へ供給され、回転ブレの補正を行う。
【００１６】
図２はロータリーエンコーダ５の構造を示した図である。
【００１７】
ロータリーエンコーダ５はガラス基板から構成され、ガラス基板の一方の表面にスリットまたはピットからなるパターン部が形成されている。図２の例はパターン部にスリット１・・・ｎが形成されている例を示している。各スリットは周方向に等間隔で配置されている。１つのスリットは、周方向の長さが半径方向の長さより長い長方形状をしている。
【００１８】
図３はロータリーエンコーダ５の製造工程を示した図である。
【００１９】
ロータリーエンコーダ５は、電子線描画工程Ｓ１００、パターンニング工程Ｓ２００、金属層エッチング工程Ｓ３００、レジスト除去工程Ｓ４００、基板エッチング工程Ｓ５００、金属層除去工程Ｓ６００からなる。
【００２０】
電子線描画工程Ｓ１００でのスリットの描画には、例えば、解像度の高い加速電圧100kV電子カラムを備えた回転型電子線描画装置を用いる。100keVの高エネルギー電子を用いて電子線レジストに描画することでレジスト内での電子前方散乱を低減するとともに、電子線レジストおよび基板からの後方散乱を低減することが可能となる。基板１００上に金属層１０１が形成され、金属層１０１上に電子線レジスト１０２が形成された基板に電子線を照射する。基板１００は平坦性が確保され、硬度のある材料である例えばガラス基板を用いる。
【００２１】
また、スリット形状をパターニングする際には、電子線描画にて作製するパターンを半径方向に連結する必要がある。さらに回転方向に対して連続間隔で精度よく整列配置することが必要となる。電子線描画においては光源のパワー変調を実施することは精度劣化を引き起こすことから、一定パワーでの描画となる。よって連続描画にて高精度にパターニングを実施するためには、CLV（線速度一定）制御にて描画する。つまり、スリットは一回の電子線照射で形成されるのではなく、まずスリットの最内周側を一回転目で描画し、２回転目で次の部分を１回転目の描画位置と接するように描画する。そしてさらに複数回点目の描画を行い、最終回転目でスリットの最外周側の描画を完了し（図２での例では、六回転で１つのスリットに相当するパターンが描画されることになる）、図２に示すスリットを形成する。
【００２２】
次に、パターンニング工程Ｓ２００にて、電子線が照射された部分を処理し、電子レジストのパターニングを行い、電子線レジストからなるマスクを作成する。
【００２３】
次に、金属層エッチング工程Ｓ３００にて、電子線レジストをマスクとして、電子線レジスト下方に位置する基板エッチング用マスクとして機能する金属層１０１、例えばクロム（Ｃｒ）をエッチングする。これにより基板エッチング用金属マスクを形成する。
【００２４】
次に、レジスト除去工程Ｓ４００にて、残ったレジストをアッシングなどの工程で除去し、形成した金属マスクを露出させる。
【００２５】
次に、形成した金属マスク用いて、ガラス基板１００のエッチングを実施する。ガラス基板１００のエッチング深さに関しては、検出器の開発にて必要とされる深さに合わせる。エッチングにおいては、大面積の一括エッチングを実施する。
最後に、金属層除去工程Ｓ６００にて残った金属マスクを除去し洗浄し、ガラス基板上にスリットが形成されたロータリーエンコーダ５が完成する。
【００２６】
なお、ロータリーエンコーダは図３に示した工程の製造方法に限ることなく、Ｓ４００のレジストを除去した後の金属マスクが残る状態をロータリーエンコーダとしてもよいし、Ｓ６００の金属層を除去したがラス基板上に、反射率を高めるため新たな金属を反射膜として形成してロータリーエンコーダとしてもよい。
【００２７】
ロータリーエンコーダ５のスリットの読取信号から回転ムラ量を生成する方法について説明する。スリットの読取手段としては、青色半導体レーザを搭載した光ピックアップ２を用いる。例えば、波長405nmの半導体レーザを搭載した光ピックアップ２にて検出システムを構成し、ロータリーエンコーダ５の回転軸に対して同心円形状に形成されたスリットからの再生信号の検出を実施する。
【００２８】
信号検出の際に、光ピックアップ２の光学システムにてスリット表面にフォーカスをかけるとともに、形成されたスリットにトラッキングをかけ、反射光量差の信号を検出し、回転ステージの回転制御用信号の生成および回転振れ量信号生成を行う。これについては後述する。
【００２９】
図４を用いて、スリットの再生信号から、回転誤差として発生する回転ムラを検出し、補正を実施するための回転ムラ信号Ｓ１の生成について説明する。
【００３０】
光ピックアップからの再生光は、スリット表面にフォーカスがかけられた状態で、連続したスリットを通過する（図中、Ｌ１）。これにより、パルス状の回転検出信号（図中、Ｌ３）が得られる。従来のロータリーエンコーダを用いた回転検出信号にくらべて、小さいビーム径でフォーカスサーボをかけながらスリットを読取ることにより回転検出信号の精度が向上する。この回転検出信号を回転基準信号（Ｌ２）と比較することにより回転ムラ検出信号（Ｌ４）を生成する。つまり、回転基準信号（Ｌ２）のクロックの立ち上がり位置と回転検出信号（Ｌ３）の立ち上がり位置、または、回転基準信号（Ｌ２）のクロックの立ち下がり位置と回転検出信号（Ｌ３）の立ち下がり位置をそれぞれ比較し、差分を回転ムラ量として検出する。回転ムラ量の大きさを示す信号が回転ムラ検出信号（Ｌ４）である。回転ムラ検出信号は、図１の信号生成部６の回転ムラ信号Ｓ１としてモータなどの回転制御にフィードバックされる。
【００３１】
図５を用いて、スリットの再生信号から、スピンドルモータなどの機械精度誤差として発生する回転ブレ量信号Ｓ２の生成について説明する。
【００３２】
光ピックアップ２がスリット列を再生するにあたり、トラッキングをかけることでトラッキングサーボ信号を抽出する。トラッキングサーボは光ディスクの記録再生で周知である３ビーム法や位相差法を用いて行われる。
1回転分のトラッキング信号を複数回検出し、平均値化することによりトラッキング信号（Ｌ１０）を得る。既知である回転基準値（Ｌ１１）とトラッキング信号（Ｌ１０）との差分が回転ブレ量の大きさを示す信号が回転ブレ量信号（図示せず）となる。回転ブレ量は、図１の信号生成部６の回転ブレ量信号Ｓ２として、例えば同心円状のパターン描画のビーム位置制御や微細加工のための加工器の位置制御にフィードバックされる。
図１〜５の例では、ロータリーエンコーダ５に形成されたスリット列またはピット列が形成された面を、光ピックアップで読取る構成を用いて説明したが、これに限らない。例えば、スリット列またはピット列が形成された面側から光を照射し、ロータリーエンコーダを透過した光を、スリット列またはピット列が形成された面とは反対の面側で受光するように、ピックアップを構成してもよい。
【００３３】
図６は、本発明が適用された電子ビーム描画装置１０の構成を模式的に示すブロック図である。電子ビーム描画装置１０は、電子ビームを用い、ハードディスク製造用の原盤を作成するディスクマスタリング装置である。
【００３４】
電子ビーム描画装置１０は、真空チャンバ１１、及び真空チャンバ１１内に配された基板１５を載置及び回転、並進駆動する駆動装置、及び真空チャンバ１１に取り付けられた電子ビームカラム２０、及び基板の駆動制御及び電子ビーム制御等をなす種々の回路、制御系が設けられている。
【００３５】
より詳細には、ディスク原盤用の基板１５は、その表面にレジストが塗布され、ターンテーブル（回転作業台、回転体）１６上に載置されている。ターンテーブル１６は、基板１５を回転駆動する回転駆動装置であるスピンドルモータ１７によってディスク基板主面の垂直軸に関して回転駆動される。また、スピンドルモータ１７は送りステージ（以下、Ｘステージともいう。）１８上に設けられている。Ｘステージ１８は、移送（並進駆動）装置である送りモータ１９に結合され、スピンドルモータ１７及びターンテーブル１６を基板１５の主面と平行な面内の所定方向（ｘ方向）に移動することができるようになっている。従って、Ｘステージ１８、スピンドルモータ１７及びターンテーブル１６によってＸθステージが構成されている。
【００３６】
スピンドルモータ１７及びＸステージ１８は、ステージ駆動部３７によって駆動され、その駆動量であるＸステージ１８の送り量、及びターンテーブル１６（すなわち、基板１５）の回転角はコントローラ３０によって制御される。
【００３７】
ターンテーブル１６は誘電体、例えば、セラミックからなり、基板１５を保持する静電チャッキング機構（図示しない）などのチャッキング機構を有している。かかるチャッキング機構によって、ターンテーブル１６上に載置された基板１５はターンテーブル１６に確実に固定される。
【００３８】
Ｘステージ１８上には、レーザ干渉計３５の一部である反射鏡３５Ａが配されている。
【００３９】
真空チャンバ１１は、エアーダンパなどの防振台（図示しない）を介して設置され、外部からの振動の伝達が抑制されている。また、真空チャンバ１１は、真空ポンプ（図示しない）が接続されており、これによってチャンバ内を排気することによって真空チャンバ１１の内部が所定圧力の真空雰囲気となるように設定されている。
【００４０】
電子ビームカラム２０内には、電子ビームを射出する電子銃（エミッタ）２１、収束レンズ２２、ブランキング電極２３、アパーチャ２４、ビーム偏向電極２５、フォーカスレンズ２７、対物レンズ２８がこの順で配置されている。
【００４１】
電子銃２１は、加速高圧電源（図示しない）から供給される高電圧が印加される陰極（図示しない）により、例えば、数１０ＫｅＶに加速された電子ビーム（ＥＢ）を射出する。収束レンズ２２は、射出された電子ビームを収束する。ブランキング電極２３は、ブランキング制御部３１からの変調信号に基づいて電子ビームのオン／オフ切換（ＯＮ／ＯＦＦ）を行う。すなわち、ブランキング電極２３間に電圧を印加して通過する電子ビームを大きく偏向させることにより、電子ビームがアパーチャ２４を通過するのを阻止し、電子ビームをオフ状態とすることができる。
【００４２】
ビーム偏向電極２５は、ビーム偏向部３３からの制御信号に基づいて電子ビームを高速で偏向制御することができる。かかる偏向制御により、基板１５に対する電子ビームスポットの位置制御を行う。フォーカスレンズ２８は、フォーカス制御部３４からの駆動信号に基づいて駆動され、電子ビームのフォーカス制御が行われる。
【００４３】
また、真空チャンバ１１には、基板１５の表面の高さを検出するための高さ検出部３６が設けられている。光検出器３６Ｂは、例えば、ポジションセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）などを含み、光源３６Ａから射出され、基板１５の表面で反射された光ビームを受光し、その受光信号を高さ検出部３６に供給する。高さ検出部３６は、受光信号に基づいて基板１５の表面の高さを検出し、検出信号を生成する。基板１５の表面の高さを表す検出信号は、フォーカス制御部３４に供給され、フォーカス制御部３４は当該検出信号に基づいて電子ビームのフォーカス制御を行う。
【００４４】
レーザ干渉計３５は、レーザ干渉計３５内の光源から照射されるレーザ光を用いてＸステージ１８の変位を測長し、その測長データ、すなわちＸステージ１８の送り（Ｘ方向）位置データをステージ駆動部３７に送る。
【００４５】
さらに、スピンドルモータ１７の回転信号も、ステージ駆動部３７に供給される。より詳細には、当該回転信号は、基板１５の基準回転位置を表す原点信号、及び基準回転位置からの所定回転角ごとのパルス信号（ロータリエンコーダ信号）を含んでいる。ステージ駆動部３７は、当該回転信号によりターンテーブル１６（基板１５）の回転角、回転速度等を得る。
【００４６】
ステージ駆動部３７は、Ｘステージ１８からの送り位置データ及びスピンドルモータ１７からの回転信号に基づいて、電子ビームスポットの基板上の位置を表す位置データを生成し、コントローラ３０に供給する。また、ステージ駆動部３７は、コントローラ３０からの制御信号に基づいて、スピンドルモータ１７及び送りモータ１９を駆動し、回転及び送り駆動がなされる。
【００４７】
コントローラ３０には、ディスクリートトラックメディアやパターンドメディア等の用いられるトラックパターン・データや記録（露光）すべきデータ（記録データ）ＲＤが供給される。
【００４８】
コントローラ３０は、ブランキング制御部３１、ビーム偏向部３３及びフォーカス制御部３４にそれぞれブランキング制御信号ＣＢ、偏向制御信号ＣＤ及びフォーカス制御信号ＣＦを送出し、当該記録データＲＤに基づいてデータ記録（露光又は描画）制御を行う。すなわち、記録データＲＤに基づいて基板１５上のレジストに電子ビーム（ＥＢ）が照射され、電子ビームの照射によって露光された箇所にのみ潜像が形成されて記録（露光）がなされる。
【００４９】
さらに、電子ビーム描画装置１０には、ターンテーブル１６の回転時における半径方向（以下、ラジアル方向という。）における回転振れを検出するために上記の回転作業台装置が利用される。コントローラ３０は検出された回転振れに基づいてビーム偏向部３３を制御し、電子ビームの照射位置を調整（補正）する。
【００５０】
かかる電子ビーム描画装置１０の記録制御は、上記した送り位置データ及び回転位置データに基づいて行われる。なお、ブランキング制御部３１、ビーム偏向部３３、フォーカス制御部３４、ステージ駆動部３７に関して主たる信号線について示したが、これら各構成部はコントローラ３０に双方的に接続され、必要な信号を送受信し得るように構成されている。
【００５１】
電子ビーム描画装置１０においては、ターンテーブル１６はその主面（ｘｙ平面）上に描画されるべき基板（図示しない）を載置し、その基板と共にスピンドルモータ１７によって回転される。
【００５２】
図７に示すように、スピンドルモータ１７の回転軸５３には円板状のロータリーエンコーダ５４が取り付けられている。ロータリーエンコーダ５４のガラス基板５５には図２に示されたように複数のスリットからなるパターン（図示せず）が形成されている。ロータリーエンコーダ５４の光ピックアップ５６はガラス基板５５のスリットを読取ってパルス状のロータリーエンコーダ信号を生成する。
【００５３】
ターンテーブル１６を回転させるスピンドルモータ１７は、コントローラ３０によってその回転が制御される。
【００５４】
コントローラ３０は、回転ムラ検出部６２、回転ブレ量検出部６３、ビーム照射位置修正器６４及びモータ回転制御部６５を備えている。
【００５５】
回転ムラ検出部６２は図示しない基準信号発生器からの基準信号とロータリーエンコーダ５４からのロータリーエンコーダ信号とに基づいて動作する。すなわち、回転ムラ検出部６２は基準信号とロータリーエンコーダ信号との差量を回転ムラを示す回転ムラ信号として生成する。
【００５６】
モータ回転制御部６５は回転ムラ信号を入力し、その回転ムラ信号が示す回転ムラを減少させるようにステージ駆動部３７を介してスピンドルモータ１７を駆動する。モータ回転制御部６５はステージ駆動部３７を介して例えば、スピンドルモータ１７の印加電圧を制御することにより回転ムラ信号が示す回転ムラを減少させるように動作する。
【００５７】
回転ブレ量検出部６３はロータリーエンコーダ５４からのロータリーエンコーダ信号に基づいてガラス盤５５のスリット列からなるトラックの中心に対するトラッキングエラーを回転ブレ量信号として検出する。
【００５８】
ビーム照射位置修正器６４は回転ブレ量信号を入力し、その回転ブレ量信号に応じてｘ方向及びｙ方向の偏向修正信号を生成してビーム偏向部３３に供給する。これにより、ビーム偏向部３３はビーム偏向電極２５を介して電子ビームの偏向を制御するので、ｘ方向及びｙ方向の回転ブレが補正される。
【図１】
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【図２】
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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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【図３】
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