(57)【要約】【課題】バーミラーの形状、スライダの走り、スライダのヨーイング角の情報を、高精度に識別して測定可能な機能を備えるＸＹステージを実現する。【解決手段】プラテン上をＸ軸方向及びＹ軸方向に位置制御されるスライダと、前記スライダの一辺近傍に配置されたバーミラーと、このバーミラーに光を当てて距離を計測するレーザ干渉計とを具備するＸＹステージにおいて、  前記バーミラーに沿って等間隔に固定配置された３個の距離計と、  前記スライダを所定距離づつｎ回（ｎ≧２）平行移動させるスライダ移動手段と、  前記スライダの初期位置及び所定距離の移動毎に、前記距離計の測定値に基づいて前記バーミラーの形状、前記スライダの走り、前記スライダのヨーイング角の少なく共いずれかを演算するバーミラー形状演算装置と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラテン上をＸ軸方向及びＹ軸方向に位置制御されるスライダと、前記スライダに配置されたバーミラーと、このバーミラーに光を当てて距離を計測するレーザ干渉計とを具備するＸＹステージにおいて、
前記バーミラーに沿って等間隔に固定配置された３個の距離計と、
前記スライダを所定距離ずつｎ回（ｎ≧２）平行移動させるスライダ移動手段と、
前記スライダの初期位置及び所定距離の移動毎に、前記距離計の測定値に基づいて前記バーミラーの形状、前記スライダの走り、前記スライダのヨーイング角の少なく共いずれかを演算するバーミラー形状演算装置と、
を備えることを特徴とするＸＹステージ。
【請求項２】
前記バーミラー形状演算装置は、前記３個の距離計の測定値を取得し、３点測量法に基づいて前記距離計の配置外の前記バーミラーの形状を補間演算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】
前記バーミラー形状演算装置は、前回測定時の距離測定値と今回測定時の距離測定値との平均値によりスライダの走りを演算することを特徴とする請求項１または２に記載のＸＹステージ。
【請求項４】
前記バーミラー形状演算装置は、前回測定時の距離測定値と今回測定時の距離測定値との差を前記距離計の間隔で除した値によりスライダのヨーイング角を演算す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラテン上をＸ軸方向及びＹ軸方向に位置制御されるスライダと、前記スライダに配置されたバーミラーと、このバーミラーに光を当てて距離を計測するレーザ干渉計とを具備するＸＹステージにおいて、使用に先立ってバーミラーの形状、スライダの走り、スライダの回転量（ヨーイング角）を測定する機能に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラテンと、その上面をＸ軸方向及びＹ軸方向にスライドして位置制御されるスライダを有する平面位置決め装置（ＸＹステージ）の構造及びスライダ位置のフィードバック制御技術並びにスライダの回転抑制制御については、特許文献１に開示されている。
【０００３】
プラテン上でのスライダの位置を、プラテンのＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って夫々固定配置されたレーザ干渉計と、スライダに搭載されてこのレーザ干渉計の照射ビームを反射するＹ軸バーミラー及びＸ軸バーミラーとを用いて検出する平面位置決め装置は、特許文献２に開示されている。
【０００４】
図６は、スライダに搭載されたＸ軸バーミラー及びＹ軸バーミラーを有する従来のＸＹステージの構成例を示す機能ブロック図である。プラテン１０の上面をＸ軸方向及びＹ軸方向にスライドして位置制御されるスライダ２０は、Ｙ軸方向の一辺に固定されたＸ軸バーミラー２１と、隣り合うＸ軸方向の一辺に固定されたＹ軸バーミラー２２を有する。
【０００５】
Ｘ軸バーミラー２１と対峙するプラテン１０の一辺近傍には、レーザ干渉計３０が固定配置される。レーザ干渉計３０は、Ｘ軸バーミラー２１にレーザ光を照射して反射光との干渉でスライダ２０のＸ軸方向距離を測定する。
【０００６】
Ｙ軸バーミラー２２と対峙するプラテン１０の一辺近傍には、所定距離を隔ててスライダ２０のＹ軸方向距離を測定する２個のレーザ干渉計４１及び４２が固定配置されている。２個のレーザ干渉計４１，４２の距離測定値に基づいてスライダ２０のＺ軸方向の回転角θが計測される。
【０００７】
レーザ干渉計３０及び干渉計４１，４２は、Ｘ軸バーミラー２１及びＹ軸バーミラー２２との距離の変化をリアルタイムに測定し、サーボ制御系に位置フィードバックしている。スライダ２０のθ方向変位は、レーザ干渉計４１，４２の計測値の差分より算出している。
【０００８】
レーザ干渉計３０に併設して原点センサ５０が固定配置され、スライダ２０のＸ軸方向の原点位置を計測する。レーザ干渉計４１，４２に併設して原点センサ６１，６２が固定配置され、スライダ２０のＹ軸方向の原点位置を計測する。これら原点センサは、スライダ２０の位置サーボ制御の前に、ステップモータモードで初期位置に移動するための位置センサである。
【０００９】
Ｙ軸バーミラー２２が撓んでいると、スライダ２０がＺ軸回りにθ方向に回転する。その撓みが非常に大きい場合は、スライダ２０がθ方向に大きく回転して、レーザ干渉計４１，４２への戻り光が減少し、レーザ干渉計による位置計測ができなくなる。
【００１０】
この結果、サーボ制御が不能となり、生産途中で装置が異常停止する。更に２次被害として、装置自体の損傷を招く場合すらあり得る。これらは、ユーザにとっては大きな損失となるので、撓みが許容範囲内にあるかをチェックする必要がある。
【００１１】
バーミラーの撓みを計測する手法としては、高精度の距離測定ができるオートコリメータ７０を用いる方法がある。スライダ２０をＸ，Ｙ，θ軸サーボ制御を行っている状態で、Ｘ方向（矢印Ｐ）に動かし、その間のオートコリメータ７０の測定値変化を観測する。Ｙ軸バーミラー２２が撓んでいなければ、測定値変化はない。
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−６５９７０号公報
【特許文献２】特開２００５−９９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来の手法では、次のような問題がある。
（１）スライダの動きが非直線的な動作（うねり状の動作）となった場合には、正確なバーミラー形状を把握することができない。
【００１４】
（２）撓みの測定値は、バーミラーの形状、スライダの走り、スライダのヨーイング角の情報が混在した値であり、これらを個別に把握し正確なバーミラー形状を特定することができない。
【００１５】
（３）バーミラーの変形は、ＸＹステージにおいてμｍオーダーでの位置検出と位置決め制御を困難とするが、従来の手法ではバーミラーの変形を高精度で事前に評価して品質を保証することが困難である。
【００１６】
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、バーミラーの形状、スライダの走り、スライダのヨーイング角の情報を、高精度に識別して測定可能な機能を備えるＸＹステージの実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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）プラテン上をＸ軸方向及びＹ軸方向に位置制御されるスライダと、前記スライダに配置されたバーミラーと、このバーミラーに光を当てて距離を計測するレーザ干渉計とを具備するＸＹステージにおいて、
前記バーミラーに沿って等間隔に固定配置された３個の距離計と、
前記スライダを所定距離ずつｎ回（ｎ≧２）平行移動させるスライダ移動手段と、
前記スライダの初期位置及び所定距離の移動毎に、前記距離計の測定値に基づいて前記バーミラーの形状、前記スライダの走り、前記スライダのヨーイング角の少なく共いずれかを演算するバーミラー形状演算装置と、
を備えることを特徴とするＸＹステージ。
【００１８】
（２）前記バーミラー形状演算装置は、前記３個の距離計の測定値を取得し、３点測量法に基づいて前記距離計の配置外の前記バーミラーの形状を補間演算することを特徴とする（１）に記載のＸＹステージ。
【００１９】
（３）前記バーミラー形状演算装置は、前回測定時の距離測定値と今回測定時の距離測定値との平均値によりスライダの走りを演算することを特徴とする（１）または（２）に記載のＸＹステージ。
【００２０】
（４）前記バーミラー形状演算装置は、前回測定時の距離測定値と今回測定時の距離測定値との差を前記距離計の間隔で除した値によりスライダのヨーイング角を演算す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。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）スライダの動きが非直線的な動作（うねり状の動作）となった場合でも、正確なバーミラー形状を把握することができる。
【００２２】
（２）バーミラーの形状、スライダの走り、スライダのヨーイング角の情報を個別に把握し正確なバーミラー形状を特定することができる。
【００２３】
（３）バーミラーの変形をμｍオーダーで評価することが可能であり、出荷時のバーミラー品質保証が容易となる。
【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。図６で説明した従来のＸＹ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。
【００２５】
図１の実施形態は、Ｙ軸バーミラー２２の形状測定の構成を示しているが、Ｘ軸バーミラー２１の形状測定の場合にも同様な構成をとればよい。Ｙ軸バーミラー２２に近接して固定配置された支持部材１００に、３個の距離計２０１，２０２，２０３がＸ軸方向に間隔Ｉｓで等間隔に固定配置され、夫々基準位置からＹ軸方向のバーミラー２２までの距離を測定している。
【００２６】
これら３個の距離計２０１，２０２，２０３としては、接触型または非接触型で分解能が０．１μｍ程度の市販の電気マイクロメータを使用することができる。３個の距離計は、３点を同時に測定し、測定基準を設けるため、平面度の高い基準面（μｍオーダー）で距離測定値のゼロセットを行なう。
【００２７】
バーミラー形状演算装置３００は、スライダ移動手段４００に移動指令Ｓを与え、初期位置からＸ軸Ｐ方向に、距離計の配置間隔Ｉｓづつ２回移動操作させる。この移動操作は、図６で説明した原点センサ５０を利用したパルスモータモードによるＸ軸方向の操作手段を利用することができる。
【００２８】
バーミラー形状演算装置３００は、３個の距離計２０１，２０２，２０３の初期位置での測定１回目の測定値ａ１，ａ２，ａ３、スライダ２０をＩｓ移動させた測定２回目の測定値ｂ１，ｂ２，ｂ３、スライダ２０を更にＩｓ移動させた測定３回目の測定値ｃ１，ｃ２，ｃ３を取得する。
【００２９】
バーミラー形状演算装置３００は、３回の測定で取得した測定値を演算するミラー形状演算手段３０１、スライダ走り演算手段３０２、ヨーイング角演算手段３０３よりなる。これら演算手段による演算結果が評価装置５００に出力され、所定の閾値と比較されてバーミラーの品質が評価される。
【００３０】
図２は、本発明によるバーミラー形状の測定手法を説明するイメージ図である。本図では、スライダ２０を２回（ｎ＝２）移動させ、３回目までの測定が行われた状態を示している。バーミラーの形状は、測定１回目の実測値値ａ１，ａ２，ａ３並びに測定２回目のデータに基づく導出点ｙ１及び、測定３回目のデータに基づく導出点ｙ２で特定される。
【００３１】
測定２回目の測定値ｂ１と測定１回目の測定値ａ１との差をΔＬ１、ｂ２とａ３との差をΔＬ２、ｂ３とｙ１との差をΔＬ３で示す。測定３回目の測定値ｃ１と測定１回目の測定値ａ３との差をΔＬ４、ｃ２とｙ１との差をΔＬ５、ｃ３とｙ２との差をΔＬ６で示す。
【００３２】
図３は、測定点と測定回数に基づいて演算される形状の座標を示す表である。測定点番号をｍ、測定回数をｎとすれば、形状の導出に必要な各座標は、ａ［ｍ，ｎ］と表すことができる。これは、周知の３点測量法の手法である。
【００３３】
行列式として考えれば、ΔＬ１，ΔＬ２，ΔＬ３は、式（１），（２），（３）で表記される。
【００３４】
2009128258.tif 000003
【００３５】
2009128258.tif 000004
【００３６】
2009128258.tif 000005
【００３７】
ΔＬ３は、式（３）で明らかなように、ΔＬ２にΔＬ１とΔＬ２との差を加算する補間演算を実行して導出点ｙ１を推定している。バーミラーの形状把握として必要な座標は、式（４）で導出することができる。導出点ｙ２も同様な手法で推定している。
【００３８】
2009128258.tif 000006
【００３９】
スライダの走りは、ΔＬ１とΔＬ２の平均値を与える式（５）で演算することができる。
【００４０】
2009128258.tif 000007
【００４１】
ヨーイング角Δθは、ΔＬ１とΔＬ２との差を距離計間隔Ｉｓで除した式（６）で近似演算することができる。
【００４２】
2009128258.tif 000008
【００４３】
図４は、本発明を適用したバーミラー形状測定装置３００の一実施形態を示す機能ブロック図である。バーミラー形状演算手段３０１は、実測された測定値保持手段３０１ａ、ｙ１の演算手段３０１ｂ、ｙ２の演算手段３０１ｃよりなる。これらによる保持データａ１，ａ２，ａ３及び演算データｙ１，ｙ２が、バーミラーの形状情報として評価装置５００に出力される。
【００４４】
スライダ走り演算手段３０２は、式（５）に従い、測定１回目と測定２回目の走りＶ２１及び測定２回目と測定３回目の走りＶ３２を演算して評価装置５００に出力する。ヨーイング角演算手段３０３は、式（６）に従い、測定２回目のヨーイング角Δθ１及びΔθ２を演算して評価装置５００に出力する。
【００４５】
図５は、本発明によるバーミラー形状の測定手法の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１でスタートし、ステップＳ２で平面基準器による３点のゼロ点出し、すなわちゼロセットを実行する。
【００４６】
ステップＳ３のチェックで自動計測がスタートすると、ステップＳ４でスタート位置での測定１回目のデータ収集を実行する。ステップＳ５でのデータ収集チェックでＯＫであればステップＳ６でスライダをＩｓ移動させる。
【００４７】
以下同様な手順でステップＳ７及びＳ８で測定２回目のデータ収集を実行し、ステップＳ９でスライダをＩｓ移動させ、ステップＳ１０及びＳ１１で測定３回目のデータ収集を実行し、ステップＳ１２で終了する。
【００４８】
実施形態では、バーミラー形状測定装置３００は、バーミラーの形状、スライダの走り、スライダのヨーイング角の３者を演算して出力しているが、これら演算の実行は必要に応じて選択的であってもよい。
【００４９】
実施形態では、Ｙ軸バーミラー２２の形状測定について説明したが、スライダ２０がＸ軸バーミラー２１を備える場合には、同様な手法によりＸ軸バーミラー２１の評価を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【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】本発明によるバーミラー形状の測定手法を説明するイメージ図である。
【図３】測定点と測定回数に基づいて演算される形状の座標を示す表である。
【図４】本発明を適用したバーミラー形状測定装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図５】本発明によるバーミラー形状の測定手法の手順を示すフローチャートである。
【図６】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】
【００５１】
１０  プラテン
２０  スライダ
２１  Ｘ軸バーミラー
２２  Ｙ軸バーミラー
４１  干渉計
１００  支持部材
２０１，２０２，２０３  距離計
３００  バーミラー形状演算装置
３０１  ミラー形状演算手段
３０２  スライダ走り演算手段
３０３  ヨーイング角演算手段
４００  スライダ移動手段
５００  評価装置
【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】
2009128258.tif 000013
【図６】
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