(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイド面を有する固定部と、前記ガイド面上を移動する移動体と、前記移動体の前記固定部との相対位置を測定する干渉計を有する位置決め装置であって、前記移動体は、上壁部と、側壁部と、前記上壁部および前記側壁部に囲まれた空間部と、前記側壁部の前記ガイド面と対向する面の、前記空間部の外周部に配置したシール部と、前記側壁部の前記ガイド面と対向する面の、前記シール部の外側に配置した非接触軸受と、前記空間部に収容された前記干渉計と、前記空間部を減圧するための排気ポートとを有し、前記シール部の前記ガイド面に対向する面と、前記非接触軸受の前記ガイド面に対向する面とは、同一平面上に配置され、前記シール部は、前記ガイド面との間に形成した隙間によって、前記空間部への空気の流入を抑制することを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記シール部と前記ガイド面との間の隙間は、１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記干渉計は、前記側壁部内壁の対向する２箇所、または前記側壁部内壁の対向する２箇所に設置されたミラーに反射させたレーザ光を干渉させて得られた干渉光の変位を計測する差動干渉計を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械や露光装置等の位置決め装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、レーザ測長器を用いた位置決め装置の場合、レーザ光路の屈折率変動により測長値が変動し、位置決め誤差が発生するという欠点が存在する。そこで、従来、レーザ光路の屈折率変動を低減させるために、特許文献１に示されるように、ステージ外に筒状体や蛇腹の中空体を設け、レーザ光路を密閉する手段が採用される。また、ステージのコンパクト化を実現するために、特許文献２に示されるように、ステージにレーザ干渉計を内蔵する手段が採用される。
【特許文献１】特開平９−１３４５２９号
【特許文献２】特開平５−０４００１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来例では、ステージ本体に比較して中空体が低剛性なため、位置決めに有害な振動を発生する可能性が高い。また、ステージの移動に伴い中空体が変形するため、その変形に要する力がステージに外乱として作用し、位置決め精度を低下させる要因となる。さらに、中空体の長さは、ステージの移動距離以上である必要があるため、装置が大型化するという欠点がある。また、従来例のように、ステージにレーザ干渉計を内蔵した場合、ステージの移動に伴いレーザ光路に気流が生じ、測長値が変動する要因となる。さらに、ステージとガイド面が接触する場合、その摩擦により位置決め精度が低下する。本発明の目的は、上記課題を解決し、ステージの位置を設置雰囲気の屈折率変動に影響されることなくレーザ測長器により検出し、高精度かつ高安定な位置決めを実現する位置決め装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記目的を達成するために本発明の位置決め装置は、ガイド面を有する固定部と、前記ガイド面上を移動する移動体と、前記移動体の前記固定部との相対位置を測定する干渉計を有する位置決め装置であって、前記移動体は、上壁部と、側壁部と、前記上壁部および前記側壁部に囲まれた空間部と、前記側壁部の前記ガイド面と対向する面の、前記空間部の外周部に配置したシール部と、前記側壁部の前記ガイド面と対向する面の、前記シール部の外側に配置した非接触軸受と、前記空間部に収容された前記干渉計と、前記空間部を減圧するための排気ポートとを有し、前記シール部の前記ガイド面に対向する面と、前記非接触軸受の前記ガイド面に対向する面とは、同一平面上に配置され、前記シール部は、前記ガイド面との間に形成した隙間によって、前記空間部への空気の流入を抑制することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の位置決め装置は、レーザ光路が減圧されているため、レーザ光路雰囲気の屈折率変動が低減され、ステージの高精度かつ高安定な位置決めが可能となる。また、レーザ光路をステージの重心と一致させることが容易であり、レーザ測長におけるアッベ誤差を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１および図２は本発明の位置決め装置の一実施形態の断面図および下面図である。同図において１は固定部、２は固定部１上に設けられたガイド面、３はガイド面上を移動する移動体であるステージであり、ガイド面２によって可動方向を規制されている。３１は移動体３の上壁部、３２は移動体３の側壁部３２であり、一体で構成されていても別々に形成されていてもよい。３３は側壁部３２のガイド面２と対向する面である。３４は側壁部内壁である。４は上壁部３１と側壁部３２に囲まれた空間部である。５は側壁部３２のガイド面２と対向する面３３の、空間部４の外周部に配置され、空間部４の外周部の全周を封止し、空間部４への空気の流入を抑制するためのシール部である。空間部の外周部とは、側壁部３２のガイド面２と対向する面３３の空間部４との境界部のことである。６はガイド面２に対して移動体３を保持する軸受である。軸受６は、側壁部３２のガイド面２と対向する面３３の、シール部５の外側に配置する。シール部５の外側とは、側壁部３２のガイド面２と対向する面３３内の、シール部５の空間部４とは反対側（外側）の隣接部ことである。シール部５と軸受６は側面が接していてもよいし、離れていてもよい。５１はシール部５のガイド面２と対向する面、６１は非接触軸受６のガイド面２と対向する面である。７は空間部４を減圧するための真空排気ポート、１１は空間部４に収容される、２光束に分割されたレーザを干渉させるレーザ測長器である差動干渉計である。１２ａおよび１２ｂは側壁部内壁３４の対向する２箇所に設置されたレーザ光を反射させるミラーである。本実施形態のように側壁部内壁３４にミラーを設置してもよいが、ミラーは設置せず、直接側壁部内壁３４にレーザ光を反射させてもよい。１３ａおよび１３ｂはレーザ光路、１４はレーザの入射光と出射光をそれぞれ干渉計と光検出回路（不図示）に導くレーザポートである。
【０００７】
本実施形態においては軸受６は、非接触軸受である空気静圧軸受を用いたが、すべり軸受、転がり軸受等の接触式軸受でも構わない。しかし、摺動摩擦抵抗がなく、より高い精度が得られやすい空気静圧軸受や磁気軸受等の非接触軸受が好ましい。これにより摺動摩擦抵抗等の非線形現象が排除され、移動体の高精度位置決めが可能となる。これらの軸受については周知技術であるので、説明は省略する。
【０００８】
また、本実施形態においてシール部５は、微小隙間による非接触シールを用いたが、Ｏリングやオイルシール等の接触型シールでも構わない。しかし、摺動摩擦抵抗がなくより高い精度が得られやすい微小隙間による非接触シールが好ましい。これにより摺動摩擦抵抗等の非線形現象が排除され、移動体の高精度位置決めが可能となる。微小隙間は、１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。１μｍより小さいとガイド面と接触しやすくまた加工も難しい。１０μｍより広いと、シール効果が薄れ、空間部に空気が流入しやすくなり、レーザ光路に気流が生じやすくなる。さらに、非接触軸受６および非接触シール部５は、ガイド面２に対して潤滑性を有するグラファイト等の材料で製作する。そして、移動体３のシール部５のガイド面２に対向する面５１と、前記非接触軸受６のガイド面２に対向する面６１は、同一平面上に配置することが好ましい。非接触軸受面６１および非接触シール面５１を同一平面上に配置することにより、軸受面およびシール面を同時に加工することが可能となり、形状精度の向上と製作コストの削減を同時に実現できる。
【０００９】
本実施形態の移動体は、断面形状が角形のものを用いたが、形状はこれに限らず、円形等でも同様の作用効果が得られる。
【００１０】
次に、本実施形態の位置決め装置を用いた位置決め方法について説明する。固定部１のガイド面上に移動体３を搭載し、移動体３の空間部４にレーザ測長器１１を収容し、固定部１上に固定する。これにより、固定部と移動体の相対位置を測定することが可能になる。
【００１１】
移動体３の側壁部３２のガイド面２に対向する面３３には空気静圧軸受６が取り付けられているため、移動体３はガイド面２から浮上している。この状態で真空排気ポート７から空間部４内の空気を排気し、空間部４内を減圧する。減圧することで、前記軸受に与圧を付与することが可能となる。
【００１２】
空間部４の気圧を制御することで、移動体３のシール部５のガイド面２に対向する面５１と、前記非接触軸受６のガイド面２に対向する面６１は一定の隙間を形成し、この形成した一定の隙間を保持しながら移動体３はガイド面上を非接触で安定的に移動する。一定の隙間は、１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。１μｍより小さいとガイド面と接触しやすくまた加工も難しい。１０μｍより広いと、シール効果が薄れ、空間部に空気が流入しやすくなり、レーザ光路に気流が生じやすくなる。なお、上記非接触軸受面および非接触シール面は、ガイド面２に極めて接近しているため、移動体に過大な負荷が作用した場合、移動体とガイド面が固着する可能性がある。したがって、非接触軸受６および非接触シール部５は、ガイド面２に対して潤滑性を有するグラファイト等の材料で製作するとともに、同一平面上に配置するとよい。
【００１３】
空間部４には、周囲に隙間が存在するため、減圧した際、常に空気が流入するが、シール部の隙間が微小であることと同時に、排気速度の高い真空ポンプを使用することにより、空間内の屈折率変動を僅少とする圧力まで減圧できる。
【００１４】
レーザ測長器から出力されるレーザ光路１３ａおよび１３ｂは、移動体の重心に一致させておく。このようにすることで、レーザ測長におけるアッベ誤差を抑制することができる。
【００１５】
レーザ測長器により測定された移動体の固定部との相対位置情報と、目標位置との偏差を基に、ＰＩＤ演算等によりステージを駆動するための駆動力を算出する。そしてリニアモータ等の駆動手段により移動体に駆動力を与えることにより、移動体の位置決め動作を行なう。駆動力の算出方法及び駆動手段については、周知であるので説明は省略する。
【００１６】
レーザ測長器は、通常の干渉計でも構わないが、側壁部内壁３４の対向する２箇所、または側壁部内壁３４の対向する２箇所に設置されたミラー１２ａおよび１２ｂを差動干渉計によって測定する差動計測が好ましい。
【００１７】
図３は本発明における差動干渉計による差動計測について更に詳しく表した図であり、２１は入射レーザ光を２光束に分割する偏光ビームスプリッタ、２２はλ／４波長板、２３は平面ミラーである。前記構成においてレーザ光源（不図示）から出射したレーザ光線は、レーザポート１４を通り、矢印２４の方向より偏光ビームスプリッタ２１に入射し、レーザ光路１３ａに偏向する光と矢印２４の方向へ直進する光とに分割される。矢印２４の方向へ直進した光はλ／４波長板２２を透過し、平面ミラー２３に反射して再びλ／４波長板２２を透過して偏光ビームスプリッタ２１に入射した後、レーザ光路１３ｂの方向へ偏向する。レーザ光路１３ａおよび１３ｂにそれぞれ出射したレーザ光はミラー１２ａおよび１２ｂに反射して再び偏光ビームスプリッタ２１に入射し、矢印２５の方向へ干渉光としてレーザポート１４から出射する。
【００１８】
移動体の移動により、レーザ光路１３ａおよび１３ｂはそれぞれ延長・短縮されるため、干渉光より計測される変位値は、移動体の移動量の２倍の値を示し、２倍の分解能でステージの位置計測が可能となる。さらに、レーザ光路と移動体の重心を一致させたため、アッベ誤差が僅少となった。
【００１９】
レーザポート１４から出射された干渉光は光検出回路（不図示）に導かれ、干渉光の位相差からミラーの移動距離を演算する回路（不図示）を使用することで、移動体３のＸ方向の位置情報を得る。前記位置情報を制御回路（不図示）に入力し、目標位置との偏差を基に、駆動手段（不図示）に対する制御出力を得て、リニアモータ等の駆動手段（不図示）により移動体３の位置決め動作をＸ方向に行なう。
【００２０】
本実施形態においては、Ｘ方向のみの位置決め動作について説明したが、同様にＹ方向についてもレーザ測長器による測定および移動体の位置決め動作を行なうことも可能である。これによりＸ方向、Ｙ方向に移動可能な位置決め装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による位置決め装置の一実施形態の概略断面図である。
【図２】本発明による位置決め装置の一実施形態の概略下面図である。
【図３】差動干渉計の一例を説明する図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  固定部
２  ガイド面
３  移動体
４  空間部
５  シール部
６  軸受
７  真空排気ポート
１１  干渉計
１２ａ、１２ｂ  ミラー
１３ａ、１３ｂ  レーザ光路
１４  レーザポート
２１  偏光ビームスプリッタ
２２  λ／４波長板
２３  平面ミラー
矢印２４  レーザ光入射方向
矢印２５  レーザ光出射方向
【図１】
0005105980.tif 000002
【図２】
0005105980.tif 000003
【図３】
0005105980.tif 000004